JPH09269249A - センサ装置 - Google Patents
センサ装置Info
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- JPH09269249A JPH09269249A JP8103854A JP10385496A JPH09269249A JP H09269249 A JPH09269249 A JP H09269249A JP 8103854 A JP8103854 A JP 8103854A JP 10385496 A JP10385496 A JP 10385496A JP H09269249 A JPH09269249 A JP H09269249A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
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-
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- Optical Transform (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 離れた場所（必要ならば複数箇所）における
温度等を検知することができる安価な小型のセンサ装置
を提供する。 【構成】 センサ装置は振動子10と，振動子10に高周波
振動を印加する加振装置20と，振動子10に光ビームを投
射する半導体レーザ30と，振動子10によって反射された
光ビームを受光する半導体位置検出素子40から構成され
る。振動子10は曲げ変形モードとねじれ変形モードの２
つの共振振動モードを有している。半導体位置検出素子
40は，光ビームの入射位置を表わす電気信号を処理回路
50に与える。処理回路50では，ねじれ変形モードの共振
周波数ｆT の変化から温度変化を検出し，曲げ変形モー
ドの共振周波数ｆB の変化から湿度変化を検出し，共振
振動の振動振幅の変化から圧力変化を検出する。
温度等を検知することができる安価な小型のセンサ装置
を提供する。 【構成】 センサ装置は振動子10と，振動子10に高周波
振動を印加する加振装置20と，振動子10に光ビームを投
射する半導体レーザ30と，振動子10によって反射された
光ビームを受光する半導体位置検出素子40から構成され
る。振動子10は曲げ変形モードとねじれ変形モードの２
つの共振振動モードを有している。半導体位置検出素子
40は，光ビームの入射位置を表わす電気信号を処理回路
50に与える。処理回路50では，ねじれ変形モードの共振
周波数ｆT の変化から温度変化を検出し，曲げ変形モー
ドの共振周波数ｆB の変化から湿度変化を検出し，共振
振動の振動振幅の変化から圧力変化を検出する。
Description
【０００１】
【技術分野】この発明は，温度，湿度，気圧（圧力），
加速度等の複数種類の環境情報を検知するセンサ装置に
関する。
加速度等の複数種類の環境情報を検知するセンサ装置に
関する。
【０００２】
【背景技術】温度，湿度，圧力，加速度等を検出するセ
ンサ装置として次のようなものが知られている。
ンサ装置として次のようなものが知られている。
【０００３】(1) 温度センサ 熱電対やサーミスタを用いたものが主である。水晶振動
子の温度変化による発振周波数変化に基づいて温度検知
するものもある。
子の温度変化による発振周波数変化に基づいて温度検知
するものもある。
【０００４】(2) 湿度センサ 多孔質セラミックや高分子ポリマで構成された電気抵抗
式のものや，アルミニウム陽極酸化膜を用いた電気容量
式のものなどがある。最近ではＦＥＴ型湿度センサも開
発されている。
式のものや，アルミニウム陽極酸化膜を用いた電気容量
式のものなどがある。最近ではＦＥＴ型湿度センサも開
発されている。
【０００５】(3) 圧力センサ 基準圧力と被検出圧力の差圧によってダイアフラムを変
形させ，その変形量を静電容量の変化として，または歪
みゲージで検出するものが主である。
形させ，その変形量を静電容量の変化として，または歪
みゲージで検出するものが主である。
【０００６】(4) 加速度センサ 重りに加わった加速度によって力を発生させ，その力を
圧電素子で検出するもの，発生した力によって弾性体を
変形させ，弾性体の変形を静電容量の変化として，また
は歪みゲージで検出するもの等がある。
圧電素子で検出するもの，発生した力によって弾性体を
変形させ，弾性体の変形を静電容量の変化として，また
は歪みゲージで検出するもの等がある。
【０００７】いずれにしても従来のセンサ装置において
は，検出された環境情報は電気信号に変換され，電線や
配線等を介して外部の処理装置やコントローラに与えら
れていた。しかしながら，複数の場所での環境情報を測
定する場合には電線による信号伝達では自由度が制限さ
れてしまう。またセンサ装置と処理装置との距離が大き
い場合には信号雑音が増加し，検出精度が劣化するとい
う問題があった。
は，検出された環境情報は電気信号に変換され，電線や
配線等を介して外部の処理装置やコントローラに与えら
れていた。しかしながら，複数の場所での環境情報を測
定する場合には電線による信号伝達では自由度が制限さ
れてしまう。またセンサ装置と処理装置との距離が大き
い場合には信号雑音が増加し，検出精度が劣化するとい
う問題があった。
【０００８】一部のセンサ装置においては，検出信号を
電波を用いて無線で処理装置に送信しているものもあ
る。しかし，センサ装置内に検出信号を送信する特別な
機能が必要となり，センサ装置が大型化，高価格化す
る。
電波を用いて無線で処理装置に送信しているものもあ
る。しかし，センサ装置内に検出信号を送信する特別な
機能が必要となり，センサ装置が大型化，高価格化す
る。
【０００９】また，少なくとも１つの弾性変形モードを
有する振動子を共振させる共振型センサ装置において
は，共振特性の変化を検知するための手段として，歪み
検出素子や静電電極を振動子の上に形成する必要があ
る。これらの形成プロセスは複雑で，センサ装置の製作
コストを高くしている要因のひとつであった。
有する振動子を共振させる共振型センサ装置において
は，共振特性の変化を検知するための手段として，歪み
検出素子や静電電極を振動子の上に形成する必要があ
る。これらの形成プロセスは複雑で，センサ装置の製作
コストを高くしている要因のひとつであった。
【００１０】
【発明の開示】この発明は，温度等の環境情報を検出す
べき箇所を，検出に関する信号を処理して環境情報を作
成する装置から離すことができ，しかも従来のような通
信手段を必要としないセンサ装置を提供することを目的
とする。
べき箇所を，検出に関する信号を処理して環境情報を作
成する装置から離すことができ，しかも従来のような通
信手段を必要としないセンサ装置を提供することを目的
とする。
【００１１】この発明によるセンサ装置は，少なくとも
１つの共振振動モードを有し，反射面をもつ振動子，上
記振動子の反射面に光ビームを投射する光源，上記振動
子を加振する加振手段，上記振動子の反射面によって反
射された光ビームの入射位置を表わす電気信号を出力す
る位置検出素子，上記位置検出素子から得られる電気信
号に基づいて，上記振動子の共振特性を表わす特性信号
をつくる特性抽出手段，および上記特性抽出手段から得
られる特性信号に基づいて物理量を表わす出力信号をつ
くる処理手段を備えている。
１つの共振振動モードを有し，反射面をもつ振動子，上
記振動子の反射面に光ビームを投射する光源，上記振動
子を加振する加振手段，上記振動子の反射面によって反
射された光ビームの入射位置を表わす電気信号を出力す
る位置検出素子，上記位置検出素子から得られる電気信
号に基づいて，上記振動子の共振特性を表わす特性信号
をつくる特性抽出手段，および上記特性抽出手段から得
られる特性信号に基づいて物理量を表わす出力信号をつ
くる処理手段を備えている。
【００１２】この発明において共振特性とは，振動子が
もつ共振振動モードにおける共振周波数や減衰特性（共
振振幅）などを指す。
もつ共振振動モードにおける共振周波数や減衰特性（共
振振幅）などを指す。
【００１３】温度変化によって振動子が熱膨張または熱
収縮するので，振動子の共振周波数が変化する。湿度変
化によって振動子に吸着または離脱される水分の量が変
化するので，共振周波数が変化する。振動子に加えられ
る圧力（気圧）は振動子の減衰特性に大きな影響を及ぼ
す。この発明はこのような現象を利用して１つの振動子
で少なくとも２種類以上の物理量を検出する。
収縮するので，振動子の共振周波数が変化する。湿度変
化によって振動子に吸着または離脱される水分の量が変
化するので，共振周波数が変化する。振動子に加えられ
る圧力（気圧）は振動子の減衰特性に大きな影響を及ぼ
す。この発明はこのような現象を利用して１つの振動子
で少なくとも２種類以上の物理量を検出する。
【００１４】たとえば，振動子の共振周波数の変化に基
づいて温度が検知される。振動子の減衰特性の変化に基
づいて気圧が検出される。振動子の異なる２つの共振周
波数に基づいて温度と湿度が検出される。
づいて温度が検知される。振動子の減衰特性の変化に基
づいて気圧が検出される。振動子の異なる２つの共振周
波数に基づいて温度と湿度が検出される。
【００１５】振動子，光源および加振手段は物理量を検
出すべき箇所に置かれる。この検出箇所から離れた位置
に位置検出素子が置かれる。この発明によると，光源か
ら投射され，振動子によって反射された光ビームは，振
動子から離れた位置に設けられた位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）に受光される。振動子からの反射光は位置検出素子
の上を走査する。振動子の共振特性が変化すると，位置
検出素子における反射光の入射位置が変化する。この変
化から振動子の周囲の温度，湿度および気圧を得ること
ができる。
出すべき箇所に置かれる。この検出箇所から離れた位置
に位置検出素子が置かれる。この発明によると，光源か
ら投射され，振動子によって反射された光ビームは，振
動子から離れた位置に設けられた位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）に受光される。振動子からの反射光は位置検出素子
の上を走査する。振動子の共振特性が変化すると，位置
検出素子における反射光の入射位置が変化する。この変
化から振動子の周囲の温度，湿度および気圧を得ること
ができる。
【００１６】以上のように，この発明によると，処理装
置等が置かれる場所から離れた箇所（必要ならば複数箇
所）における物理量を検知することができる。物理量検
出のために用いる光ビームを利用して検知箇所と信号処
理箇所とを結んでいるので，従来のような通信手段は不
要であり，装置の小型化，低価格化を図ることができ
る。さらに振動検知手段としてピエゾ抵抗素子や静電電
極等を形成する必要がないため，センサ装置全体の製作
プロセスを簡略化することができる。
置等が置かれる場所から離れた箇所（必要ならば複数箇
所）における物理量を検知することができる。物理量検
出のために用いる光ビームを利用して検知箇所と信号処
理箇所とを結んでいるので，従来のような通信手段は不
要であり，装置の小型化，低価格化を図ることができ
る。さらに振動検知手段としてピエゾ抵抗素子や静電電
極等を形成する必要がないため，センサ装置全体の製作
プロセスを簡略化することができる。
【００１７】他の実施態様においては，上記振動子は，
共振周波数が等しいまたはほぼ等しい別個の２つの共振
振動モードを有するように構成される。この場合，好ま
しくは，上記共振特性の１つが異なる２つの共振振動モ
ードにおける共振振動の位相差であり，上記処理手段は
この位相差から温度を検出する。
共振周波数が等しいまたはほぼ等しい別個の２つの共振
振動モードを有するように構成される。この場合，好ま
しくは，上記共振特性の１つが異なる２つの共振振動モ
ードにおける共振振動の位相差であり，上記処理手段は
この位相差から温度を検出する。
【００１８】振動子のもつ２つの共振周波数のうち，一
方の共振周波数を温度変化によって大きく変動するよう
に，他方の共振周波数を温度変化の影響をほとんど受け
ないように，あらかじめ振動子を形成しておく。２つの
共振振動モードの共振周波数が等しい（またはほぼ等し
い）場合，温度変化による共振周波数の変化は，２つの
振動の位相のずれとして現れる。この位相のずれから温
度を検出することができる。
方の共振周波数を温度変化によって大きく変動するよう
に，他方の共振周波数を温度変化の影響をほとんど受け
ないように，あらかじめ振動子を形成しておく。２つの
共振振動モードの共振周波数が等しい（またはほぼ等し
い）場合，温度変化による共振周波数の変化は，２つの
振動の位相のずれとして現れる。この位相のずれから温
度を検出することができる。
【００１９】２つの共振振動モードの共振周波数が等し
い（またはほぼ等しい）場合には，上記振動子を，振動
子のもつ２つの共振振動モードにおける２つの共振周波
数の間にありかつ２つの振動振幅が等しくなる一の周波
数で加振してもよい。
い（またはほぼ等しい）場合には，上記振動子を，振動
子のもつ２つの共振振動モードにおける２つの共振周波
数の間にありかつ２つの振動振幅が等しくなる一の周波
数で加振してもよい。
【００２０】
第１実施例 図１はセンサ装置の全体を示す斜視図である。
【００２１】このセンサ装置は，温度，湿度および気圧
（圧力）を検出するものである。
（圧力）を検出するものである。
【００２２】センサ装置は，振動子10，加振装置20，半
導体レーザ30および半導体位置検出素子40から構成され
る。
導体レーザ30および半導体位置検出素子40から構成され
る。
【００２３】振動子10は，振動部12と，加振装置20に固
定された固定部14と，これらを連結する細長い弾性変形
部16とから構成される。振動子10は単結晶シリコンから
形成される。好ましくは，アルカリ系エッチング液によ
る高精度な垂直エッチングによって，振動部12，固定部
14および弾性変形部16が一体的に形成される。
定された固定部14と，これらを連結する細長い弾性変形
部16とから構成される。振動子10は単結晶シリコンから
形成される。好ましくは，アルカリ系エッチング液によ
る高精度な垂直エッチングによって，振動部12，固定部
14および弾性変形部16が一体的に形成される。
【００２４】振動部12の表面は，半導体レーザ30からの
光ビームを反射させるために鏡面となっている。この鏡
面は，たとえば金属を蒸着またはスパッタすることによ
って形成される。
光ビームを反射させるために鏡面となっている。この鏡
面は，たとえば金属を蒸着またはスパッタすることによ
って形成される。
【００２５】加振装置20は，振動子10をあらかじめ定め
られた一方向に加振する。好ましくは圧電薄膜を積層し
た圧電素子（圧電薄膜アクチュエータ）が用いられる。
加振装置20による振動方向をＸ方向とする。振動子10の
弾性変形部16はＸ方向と直交する方向にのびている。こ
の弾性変形部16の長手方向をＺ方向とする。ＸおよびＺ
方向にそれぞれ直交する方向をＹ方向とする。
られた一方向に加振する。好ましくは圧電薄膜を積層し
た圧電素子（圧電薄膜アクチュエータ）が用いられる。
加振装置20による振動方向をＸ方向とする。振動子10の
弾性変形部16はＸ方向と直交する方向にのびている。こ
の弾性変形部16の長手方向をＺ方向とする。ＸおよびＺ
方向にそれぞれ直交する方向をＹ方向とする。
【００２６】振動部12は弾性変形部16の中心線（Ｚ軸）
に関して非対称な形状をしている。したがって，振動部
12の重心はＺ軸から外れた位置にある。振動部12のミラ
ーが形成されていない面（裏面）には，高分子膜等の吸
湿性に優れた薄膜18が，Ｚ軸に沿って形成されている。
に関して非対称な形状をしている。したがって，振動部
12の重心はＺ軸から外れた位置にある。振動部12のミラ
ーが形成されていない面（裏面）には，高分子膜等の吸
湿性に優れた薄膜18が，Ｚ軸に沿って形成されている。
【００２７】加振装置20によって固定部14に振動が加え
られる。弾性変形部16はＸ方向に曲がるとともに，振動
部12がＺ軸に関して非対称となっているのでＺ軸を中心
にねじれる。すなわち，弾性変形部16はＹ軸（第１の回
転軸）回りに曲がる曲げ変形モード（θB 方向）と，Ｚ
軸（第２の回転軸）回りにねじれるねじれ変形モード
（θT 方向）の２つの共振振動モードを有している。曲
げ変形モードにおける共振周波数をｆB ，ねじれ変形モ
ードにおける共振周波数をｆT とする。これらの共振振
動モードの共振周波数ｆB およびｆT の両方の成分を含
む振動を加振装置20で発生させることにより，弾性変形
部16がこれらの共振周波数に共振する。
られる。弾性変形部16はＸ方向に曲がるとともに，振動
部12がＺ軸に関して非対称となっているのでＺ軸を中心
にねじれる。すなわち，弾性変形部16はＹ軸（第１の回
転軸）回りに曲がる曲げ変形モード（θB 方向）と，Ｚ
軸（第２の回転軸）回りにねじれるねじれ変形モード
（θT 方向）の２つの共振振動モードを有している。曲
げ変形モードにおける共振周波数をｆB ，ねじれ変形モ
ードにおける共振周波数をｆT とする。これらの共振振
動モードの共振周波数ｆB およびｆT の両方の成分を含
む振動を加振装置20で発生させることにより，弾性変形
部16がこれらの共振周波数に共振する。
【００２８】図２は，振動子10の共振特性を表すグラフ
である。横軸は加振周波数ｆを，縦軸は弾性変形部16の
振動振幅Ａをそれぞれ示している。
である。横軸は加振周波数ｆを，縦軸は弾性変形部16の
振動振幅Ａをそれぞれ示している。
【００２９】振動子10は，ねじれ変形モード（θT 方
向）の振動の共振周波数ｆT と，曲げ変形モード（θB
方向）の振動の共振周波数ｆB との２つの共振点（振動
振幅が最大となる点；Ｑ値）を有している。
向）の振動の共振周波数ｆT と，曲げ変形モード（θB
方向）の振動の共振周波数ｆB との２つの共振点（振動
振幅が最大となる点；Ｑ値）を有している。
【００３０】共振周波数ｆT は，周囲の温度変化に応じ
てシフトする。
てシフトする。
【００３１】共振周波数ｆB は，周囲の温度変化および
湿度変化に応じてシフトする。
湿度変化に応じてシフトする。
【００３２】共振周波数ｆT およびｆB における振動振
幅ＡT およびＡB は，周囲の圧力（気圧）の変化によっ
て増減する（図２では共振周波数ｆB における振動振幅
ＡB変化のみが図示されている）。
幅ＡT およびＡB は，周囲の圧力（気圧）の変化によっ
て増減する（図２では共振周波数ｆB における振動振幅
ＡB変化のみが図示されている）。
【００３３】このような共振周波数ｆT およびｆB の変
化，ならびに振幅ＡT およびＡB の変化に基づいて，温
度，湿度および気圧が，以下に詳述するようにして検知
される。
化，ならびに振幅ＡT およびＡB の変化に基づいて，温
度，湿度および気圧が，以下に詳述するようにして検知
される。
【００３４】この振動子10において，弾性変形部16のば
ね剛性をｋ，回転軸（Ｙ軸またはＺ軸）のまわりの回転
慣性モーメントをＩ，振動子10の周囲の気体（空気）の
粘性係数をｃとすると，振動子10の共振周波数ｆ（ｆ
T ，ｆB） と減衰比ζは次式で表される。 ｆ＝１／２π・（ｋ／Ｉ）1/2 …式１ ζ＝ｃ／（Ｉ／ｋ）1/2 …式２
ね剛性をｋ，回転軸（Ｙ軸またはＺ軸）のまわりの回転
慣性モーメントをＩ，振動子10の周囲の気体（空気）の
粘性係数をｃとすると，振動子10の共振周波数ｆ（ｆ
T ，ｆB） と減衰比ζは次式で表される。 ｆ＝１／２π・（ｋ／Ｉ）1/2 …式１ ζ＝ｃ／（Ｉ／ｋ）1/2 …式２
【００３５】ここで回転慣性モーメントＩは，一般に質
量をｍ，回転半径をｒとすると， Ｉ＝ｍｒ2 …式３ と表される。
量をｍ，回転半径をｒとすると， Ｉ＝ｍｒ2 …式３ と表される。
【００３６】振動子10の周囲の温度が変化した場合，振
動子10は熱膨張（または熱収縮）する。これにより振動
子10の振動部12，固定部14，弾性変形部16の相対的な位
置関係が変化し，共振振動の回転半径ｒが変化する。式
３より回転慣性モーメントＩが変化する。式１より共振
周波数ｆ（ｆT ，ｆB ）が変化する。
動子10は熱膨張（または熱収縮）する。これにより振動
子10の振動部12，固定部14，弾性変形部16の相対的な位
置関係が変化し，共振振動の回転半径ｒが変化する。式
３より回転慣性モーメントＩが変化する。式１より共振
周波数ｆ（ｆT ，ｆB ）が変化する。
【００３７】図３は，振動子10の周囲の温度と振動子10
の共振周波数ｆT との関係を表すグラフである。グラフ
に示すように，温度が上昇すると共振周波数ｆT は低下
する傾向がある。振動子10の共振周波数ｆT を計測する
ことによって，このグラフから振動子10の周囲の温度を
検知することができる。
の共振周波数ｆT との関係を表すグラフである。グラフ
に示すように，温度が上昇すると共振周波数ｆT は低下
する傾向がある。振動子10の共振周波数ｆT を計測する
ことによって，このグラフから振動子10の周囲の温度を
検知することができる。
【００３８】振動子10の周囲の湿度が変化した場合，振
動部12上にＺ軸（第２の回転軸）に沿って設けられた吸
湿性薄膜18に水分が吸着（または吸湿性薄膜18に吸着し
ていた水分が離脱）する。これにより薄膜18が形成され
た部分の質量が変化する。質量変化によって式３から回
転慣性モーメントＩが変化する。また式１に基づき共振
周波数ｆの変化が引き起こされる（湿度が変化すること
によって空気の粘性係数ｃが変化し，これによって慣性
モーメントＩが変化することによる影響は無視できるも
のとする）。
動部12上にＺ軸（第２の回転軸）に沿って設けられた吸
湿性薄膜18に水分が吸着（または吸湿性薄膜18に吸着し
ていた水分が離脱）する。これにより薄膜18が形成され
た部分の質量が変化する。質量変化によって式３から回
転慣性モーメントＩが変化する。また式１に基づき共振
周波数ｆの変化が引き起こされる（湿度が変化すること
によって空気の粘性係数ｃが変化し，これによって慣性
モーメントＩが変化することによる影響は無視できるも
のとする）。
【００３９】ここで質量の変化量（これは微小量であ
る）をΔｍ，回転軸から質量が変化した後の振動子１の
重心までの距離をＬとすると，回転慣性モーメントの変
化量ΔＩは次式で表される。 ΔＩ＝Δｍ・Ｌ2 …式４
る）をΔｍ，回転軸から質量が変化した後の振動子１の
重心までの距離をＬとすると，回転慣性モーメントの変
化量ΔＩは次式で表される。 ΔＩ＝Δｍ・Ｌ2 …式４
【００４０】回転軸から重心までの距離Ｌが回転慣性モ
ーメントＩの変化ΔＩに与える影響が大きいことが式４
からわかる。
ーメントＩの変化ΔＩに与える影響が大きいことが式４
からわかる。
【００４１】吸湿性薄膜18は，その中心をＺ軸（第２の
回転軸）上に一致させて設けられている。したがって，
Ｚ軸回りの振動（ねじれ変形モード）の共振周波数ｆT
は，湿度変化の影響をほとんど受けない。一方，吸湿性
薄膜18はＹ軸（第１の回転軸）から遠く離れているの
で，Ｙ軸回りの振動（曲げ変形モード）の共振周波数ｆ
B は，湿度変化によって大きく変化する。
回転軸）上に一致させて設けられている。したがって，
Ｚ軸回りの振動（ねじれ変形モード）の共振周波数ｆT
は，湿度変化の影響をほとんど受けない。一方，吸湿性
薄膜18はＹ軸（第１の回転軸）から遠く離れているの
で，Ｙ軸回りの振動（曲げ変形モード）の共振周波数ｆ
B は，湿度変化によって大きく変化する。
【００４２】共振周波数ｆT は湿度の影響を受けないと
考えてよいので，上述したように，この共振周波数ｆT
に基づいて温度の検知が可能である。共振周波数ｆB は
温度変化と湿度変化の両方の影響を受けて変化する。共
振周波数ｆB の変化分から温度に起因する変化分を差引
けば，残りは湿度の変化によるものである。
考えてよいので，上述したように，この共振周波数ｆT
に基づいて温度の検知が可能である。共振周波数ｆB は
温度変化と湿度変化の両方の影響を受けて変化する。共
振周波数ｆB の変化分から温度に起因する変化分を差引
けば，残りは湿度の変化によるものである。
【００４３】図４は共振周波数ｆB の湿度に起因する変
化を示すものである。グラフに示すように，湿度が上昇
するにつれて共振周波数ｆB は低下する傾向にある。共
振周波数ｆB を計測し，計測した共振周波数を温度に応
じて補正すれば，補正した後の共振周波数に基づいて湿
度を検知することができる。
化を示すものである。グラフに示すように，湿度が上昇
するにつれて共振周波数ｆB は低下する傾向にある。共
振周波数ｆB を計測し，計測した共振周波数を温度に応
じて補正すれば，補正した後の共振周波数に基づいて湿
度を検知することができる。
【００４４】振動子10の周囲の気圧が変化した場合，振
動子10の周囲の気体（空気）粘性係数ｃが変化し，式２
より減衰比ζが変化する。したがって，振動子10の減衰
比ζの変化を検知することによって，振動子10の周囲の
気圧変化を検知することができる。
動子10の周囲の気体（空気）粘性係数ｃが変化し，式２
より減衰比ζが変化する。したがって，振動子10の減衰
比ζの変化を検知することによって，振動子10の周囲の
気圧変化を検知することができる。
【００４５】振動子10の振動振幅をＡ，加振振幅Ａ0 ，
振動周波数をωn ，加振周波数をωとすると，次式が成
り立つ。 Ａ＝Ａ0／〔｛１−（ω／ωn）2｝2＋｛２ζ（ω／ωn）2｝2〕1/2 …式５
振動周波数をωn ，加振周波数をωとすると，次式が成
り立つ。 Ａ＝Ａ0／〔｛１−（ω／ωn）2｝2＋｛２ζ（ω／ωn）2｝2〕1/2 …式５
【００４６】ω＝ωn とすると， Ａ＝Ａ0／２ζ …式６ を得る。
【００４７】減衰比ζは振動振幅Ａ（ＡT ，ＡB ）およ
び加振振幅Ａ0 から求めることができる。すなわち，振
動振幅Ａ（ＡT ，ＡB ）を計測することによって減衰比
ζを求めることができる。
び加振振幅Ａ0 から求めることができる。すなわち，振
動振幅Ａ（ＡT ，ＡB ）を計測することによって減衰比
ζを求めることができる。
【００４８】図５は，振動子10の周囲の気圧と振動子10
の振動振幅Ａ（ＡT ，ＡB ）との関係を表すグラフであ
る。グラフに示すように，気圧が上昇するにつれて振動
振幅Ａ（ＡT ，ＡB ）は低下する。振動振幅Ａ（ＡT ，
ＡB ）の変化を検知することによって，振動子10の周囲
の気圧変化を検知することができる。
の振動振幅Ａ（ＡT ，ＡB ）との関係を表すグラフであ
る。グラフに示すように，気圧が上昇するにつれて振動
振幅Ａ（ＡT ，ＡB ）は低下する。振動振幅Ａ（ＡT ，
ＡB ）の変化を検知することによって，振動子10の周囲
の気圧変化を検知することができる。
【００４９】振動子１の２つの共振周波数ｆT およびｆ
B とを含む一定振幅の駆動信号によって，加振装置20は
連続的に駆動される。図６は，この加振装置20に与えら
れる駆動信号の波形と，振動子10の振動を表す振動波形
の関係を示している（共振周波数ｆT ，ｆB のいずれか
一方の成分のみを示す）。
B とを含む一定振幅の駆動信号によって，加振装置20は
連続的に駆動される。図６は，この加振装置20に与えら
れる駆動信号の波形と，振動子10の振動を表す振動波形
の関係を示している（共振周波数ｆT ，ｆB のいずれか
一方の成分のみを示す）。
【００５０】振動子１の振動波形をモニタしておき，こ
の波形が駆動信号の波形よりも常に位相がπ／２だけ遅
れるように加振制御が行われる。このような制御が行わ
れている状態において加振装置20に与えられる駆動信号
の周波数から，振動子10の共振周波数を間接的に求める
ことができる。
の波形が駆動信号の波形よりも常に位相がπ／２だけ遅
れるように加振制御が行われる。このような制御が行わ
れている状態において加振装置20に与えられる駆動信号
の周波数から，振動子10の共振周波数を間接的に求める
ことができる。
【００５１】振動子10から反射された光は，半導体位置
検出素子（ＰＳＤ；position sensitive device ）40に
受光される。図７は半導体位置検出素子40に受光された
光信号の処理回路50の構成例を示している。
検出素子（ＰＳＤ；position sensitive device ）40に
受光される。図７は半導体位置検出素子40に受光された
光信号の処理回路50の構成例を示している。
【００５２】Ｚ軸回りにねじれるねじれ変形モード（θ
T 方向）の振動は，ＹＺ平面上ではＹ方向の単振動とな
る。またＹ軸回りに曲がる曲げ変形モード（θB 方向）
の振動は，ＹＺ平面上ではＺ方向の単振動となる。した
がって，振動部12からの反射光は，Ｙ方向の単振動とＺ
方向の単振動とを合成して得られる図形（いわゆるリサ
ジュー図形；円形軌跡および直線軌跡を含む）を描くこ
とになる。
T 方向）の振動は，ＹＺ平面上ではＹ方向の単振動とな
る。またＹ軸回りに曲がる曲げ変形モード（θB 方向）
の振動は，ＹＺ平面上ではＺ方向の単振動となる。した
がって，振動部12からの反射光は，Ｙ方向の単振動とＺ
方向の単振動とを合成して得られる図形（いわゆるリサ
ジュー図形；円形軌跡および直線軌跡を含む）を描くこ
とになる。
【００５３】半導体位置検出素子40は，ＹＺ平面におい
て，反射光のＹ方向およびＺ方向の入射位置座標を表わ
す電気信号を発生する。これらの電気信号は，処理回路
50の周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換回路52ａおよび52ｂ
と，ピークホールド回路54ａに与えられる。
て，反射光のＹ方向およびＺ方向の入射位置座標を表わ
す電気信号を発生する。これらの電気信号は，処理回路
50の周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換回路52ａおよび52ｂ
と，ピークホールド回路54ａに与えられる。
【００５４】Ｆ／Ｖ変換回路52ａに与えられたＹ方向の
入射位置座標を表わす電気信号は，Ｙ方向の単振動の周
波数を表わす電圧信号に変換される。この電圧信号は共
振周波数ｆT を表わすものとして演算処理回路56に入力
される。
入射位置座標を表わす電気信号は，Ｙ方向の単振動の周
波数を表わす電圧信号に変換される。この電圧信号は共
振周波数ｆT を表わすものとして演算処理回路56に入力
される。
【００５５】Ｆ／Ｖ変換回路52ｂに与えられたＺ方向の
入射位置座標を表わす電気信号は，Ｚ方向の単振動の周
波数を表わす電圧信号に変換される。この電圧信号は共
振周波数ｆB を表わすものとして演算処理回路56に入力
される。
入射位置座標を表わす電気信号は，Ｚ方向の単振動の周
波数を表わす電圧信号に変換される。この電圧信号は共
振周波数ｆB を表わすものとして演算処理回路56に入力
される。
【００５６】ピークホールド回路54ａにおいては，Ｙ方
向の入射位置座標を表わす電気信号からＹ方向の単振動
のピーク値，すなわち振幅の最大値ＡT が検出され，検
出されたピーク値を表わす電圧信号が出力され，演算処
理回路56に与えられる。Ｚ方向の単振動の振幅の最大値
ＡB を表わす信号を得るために，ピークホールド回路54
ａに代えて，鎖線で示すようにピークホールド回路54ｂ
を設けてもよい。
向の入射位置座標を表わす電気信号からＹ方向の単振動
のピーク値，すなわち振幅の最大値ＡT が検出され，検
出されたピーク値を表わす電圧信号が出力され，演算処
理回路56に与えられる。Ｚ方向の単振動の振幅の最大値
ＡB を表わす信号を得るために，ピークホールド回路54
ａに代えて，鎖線で示すようにピークホールド回路54ｂ
を設けてもよい。
【００５７】演算処理回路56は，図３に示すような，温
度と共振周波数ｆT との関係を示すテーブルを記憶して
いる。このテーブルは，振動子10を可振しながら温度を
変えて共振周波数ｆT を測定することによりあらかじめ
作成される。演算処理回路56において，このテーブルを
参照して，Ｆ／Ｖ変換回路52ａから得られる共振周波数
ｆT に対応する温度が導き出される。
度と共振周波数ｆT との関係を示すテーブルを記憶して
いる。このテーブルは，振動子10を可振しながら温度を
変えて共振周波数ｆT を測定することによりあらかじめ
作成される。演算処理回路56において，このテーブルを
参照して，Ｆ／Ｖ変換回路52ａから得られる共振周波数
ｆT に対応する温度が導き出される。
【００５８】また演算処理回路56には，図４に示すよう
な，湿度と補正共振周波数との関係を示すテーブルがあ
らかじめ設定されている。演算処理回路56は，Ｆ／Ｖ変
換回路52ｂによって出力された共振周波数ｆB から，共
振周波数ｆT から既に得られた温度における周波数変化
分を差引き，補正共振周波数を得る。この補正共振周波
数に基づいて上記のテーブルを参照し，湿度が導き出さ
れることとなる。
な，湿度と補正共振周波数との関係を示すテーブルがあ
らかじめ設定されている。演算処理回路56は，Ｆ／Ｖ変
換回路52ｂによって出力された共振周波数ｆB から，共
振周波数ｆT から既に得られた温度における周波数変化
分を差引き，補正共振周波数を得る。この補正共振周波
数に基づいて上記のテーブルを参照し，湿度が導き出さ
れることとなる。
【００５９】さらに演算処理回路56には，図５に示すよ
うな，気圧と振動振幅ＡT （またはＡB ）との関係を示
すテーブルがあらかじめ設定されている。ピークホール
ド回路54ａ（または54ｂ）から得られる振動振幅ＡT
（またはＡB ）に基づいて上記テーブルを参照し，気圧
が得られる。
うな，気圧と振動振幅ＡT （またはＡB ）との関係を示
すテーブルがあらかじめ設定されている。ピークホール
ド回路54ａ（または54ｂ）から得られる振動振幅ＡT
（またはＡB ）に基づいて上記テーブルを参照し，気圧
が得られる。
【００６０】以上のように，振動子10の共振特性の変化
を，半導体位置検出素子40に入射した反射光の位置（走
査軌跡）の変化から検知する。振動子10，加振装置20お
よび半導体レーザ30から構成される光スキャナ１を温度
等を検出したい場所に（必要ならば複数個）配置し，こ
の場所から離れた位置に半導体位置検出素子40および処
理回路50を設けることができる。また振動検知手段とし
て弾性変形部16にピエゾ抵抗素子を設けたり，振動部12
に静電電極を設けたりする必要がないため，センサ装置
全体の製作プロセスが簡略化する。
を，半導体位置検出素子40に入射した反射光の位置（走
査軌跡）の変化から検知する。振動子10，加振装置20お
よび半導体レーザ30から構成される光スキャナ１を温度
等を検出したい場所に（必要ならば複数個）配置し，こ
の場所から離れた位置に半導体位置検出素子40および処
理回路50を設けることができる。また振動検知手段とし
て弾性変形部16にピエゾ抵抗素子を設けたり，振動部12
に静電電極を設けたりする必要がないため，センサ装置
全体の製作プロセスが簡略化する。
【００６１】このセンサ装置は，たとえば温度と湿度を
調整する空調装置（エアコン）に適用することができ
る。図８はこのセンサ装置を空調装置に適用した例を示
している。
調整する空調装置（エアコン）に適用することができ
る。図８はこのセンサ装置を空調装置に適用した例を示
している。
【００６２】図８を参照して，振動子10，加振装置20お
よび半導体レーザ30を含む光スキャナ１が，部屋60内の
温度および湿度を検知すべき場所（たとえば天井付近や
床面付近，家具64の上など）に配置される。半導体位置
検出素子40および処理回路50は，空調装置62内に設けら
れている。部屋60内の各所の環境情報（温度および湿
度）を表わす光信号が，光スキャナ１から空調装置62の
半導体位置検出素子40に与えられる。半導体位置検出素
子40は反射光の入射位置座標を表わす電気信号を発生す
る。これらの電気信号は処理回路50に与えられる。上述
したように演算処理回路56において温度および湿度が検
出される。空調装置62は検出された温度および湿度に基
づいて，部屋60内の温度および湿度を調節する。
よび半導体レーザ30を含む光スキャナ１が，部屋60内の
温度および湿度を検知すべき場所（たとえば天井付近や
床面付近，家具64の上など）に配置される。半導体位置
検出素子40および処理回路50は，空調装置62内に設けら
れている。部屋60内の各所の環境情報（温度および湿
度）を表わす光信号が，光スキャナ１から空調装置62の
半導体位置検出素子40に与えられる。半導体位置検出素
子40は反射光の入射位置座標を表わす電気信号を発生す
る。これらの電気信号は処理回路50に与えられる。上述
したように演算処理回路56において温度および湿度が検
出される。空調装置62は検出された温度および湿度に基
づいて，部屋60内の温度および湿度を調節する。
【００６３】光スキャナ１を常に駆動させておくのでは
なく，光スキャナ１内にタイマを設け，あらかじめ定め
られた一定の時間間隔で加振装置20を駆動させるように
してもよい。光スキャナ１を間欠駆動させることによっ
て消費電力を削減することができる。特に光スキャナ１
を内蔵電池で駆動させる場合に有効である。
なく，光スキャナ１内にタイマを設け，あらかじめ定め
られた一定の時間間隔で加振装置20を駆動させるように
してもよい。光スキャナ１を間欠駆動させることによっ
て消費電力を削減することができる。特に光スキャナ１
を内蔵電池で駆動させる場合に有効である。
【００６４】また空調装置62から電波または光ビームに
よってスキャン開始信号およびスキャン終了信号を送
り，光スキャナ１に設けられた信号検出機構によって上
記信号を受信するようにしてもよい。空調装置62が指示
したタイミングで光スキャナ１のスキャンを開始させ，
終了させることができ，かつ消費電力の削減を図ること
ができる。
よってスキャン開始信号およびスキャン終了信号を送
り，光スキャナ１に設けられた信号検出機構によって上
記信号を受信するようにしてもよい。空調装置62が指示
したタイミングで光スキャナ１のスキャンを開始させ，
終了させることができ，かつ消費電力の削減を図ること
ができる。
【００６５】好ましくは弾性変形部16の上に熱膨張係数
の異なる異種の部材が形成される。温度変化によって熱
膨張係数の違いから弾性変形部16に応力（そり）が発生
する。この応力によって弾性変形部16の剛性が変化する
ため，温度変化によって共振周波数ｆT が大きく変化す
る。上記と同じように，この共振周波数ｆT に基づいて
温度を検知することができる。
の異なる異種の部材が形成される。温度変化によって熱
膨張係数の違いから弾性変形部16に応力（そり）が発生
する。この応力によって弾性変形部16の剛性が変化する
ため，温度変化によって共振周波数ｆT が大きく変化す
る。上記と同じように，この共振周波数ｆT に基づいて
温度を検知することができる。
【００６６】第２実施例 図９は第２実施例によるセンサ装置の全体を示す，図１
に相当する斜視図である。
に相当する斜視図である。
【００６７】第２実施例によるセンサ装置は，温度と気
圧（圧力）の２つの物理量を検出するものである。２つ
の共振周波数ｆT およびｆB が等しくなるようにように
振動子10をあらかじめ形成しておく。ねじれ変形モード
（θT 方向）の振動と曲げ変形モード（θB 方向）の振
動の位相差から，温度を検出する。気圧は第１実施例と
同じように振動振幅ＡT に基づいて検出される。
圧（圧力）の２つの物理量を検出するものである。２つ
の共振周波数ｆT およびｆB が等しくなるようにように
振動子10をあらかじめ形成しておく。ねじれ変形モード
（θT 方向）の振動と曲げ変形モード（θB 方向）の振
動の位相差から，温度を検出する。気圧は第１実施例と
同じように振動振幅ＡT に基づいて検出される。
【００６８】図９を参照して，振動部12の重心が弾性変
形部16の中心線（Ｚ軸）から少しだけ外れた位置にくる
ように，振動部12が形成されている。振動子10の周囲の
温度が変化した場合，振動子10は熱膨張（または熱収
縮）する。これにより振動子10の振動部12，固定部14お
よび弾性変形部16の相対的な位置関係が変化し，曲げ変
形モードの共振周波数ｆB が大きくシフトする。一方，
振動部12の重心のＺ軸からのずれ量は第１実施例と比べ
て極めて小さいため，ねじれ変形モードの共振周波数ｆ
T は小さくシフトする（またはほとんど変化しない）。
形部16の中心線（Ｚ軸）から少しだけ外れた位置にくる
ように，振動部12が形成されている。振動子10の周囲の
温度が変化した場合，振動子10は熱膨張（または熱収
縮）する。これにより振動子10の振動部12，固定部14お
よび弾性変形部16の相対的な位置関係が変化し，曲げ変
形モードの共振周波数ｆB が大きくシフトする。一方，
振動部12の重心のＺ軸からのずれ量は第１実施例と比べ
て極めて小さいため，ねじれ変形モードの共振周波数ｆ
T は小さくシフトする（またはほとんど変化しない）。
【００６９】第１実施例と異なり，振動部12の裏面に吸
湿性薄膜18は形成されていない。したがって，曲げ変形
モードの共振周波数ｆB とねじれ変形モードの共振周波
数ｆT はともに湿度変化の影響を受けない。
湿性薄膜18は形成されていない。したがって，曲げ変形
モードの共振周波数ｆB とねじれ変形モードの共振周波
数ｆT はともに湿度変化の影響を受けない。
【００７０】図１０は，ねじれ変形モードの振動と曲げ
変形モードの振動の位相差と，振動子10の周囲の温度と
の関係を表すグラフである。
変形モードの振動の位相差と，振動子10の周囲の温度と
の関係を表すグラフである。
【００７１】共振周波数ｆT およびｆB が等しくなるよ
うに（または極めて接近させて）振動子10をあらかじめ
形成しておく。振動子10は加振装置20によって常に一定
の加振周波数ｆ0 （共振周波数ｆT ＝ｆB に等しい）で
加振される。
うに（または極めて接近させて）振動子10をあらかじめ
形成しておく。振動子10は加振装置20によって常に一定
の加振周波数ｆ0 （共振周波数ｆT ＝ｆB に等しい）で
加振される。
【００７２】上述したように，曲げ変形モードの共振周
波数ｆB は周囲の温度変化に応じて大きくシフトする。
一方，ねじれ変形モードの共振周波数ｆT は周囲の温度
変化によって小さくシフトする。２つの共振周波数の変
化は，２つの振動の位相のずれとして現れる。グラフに
示すように，温度が上昇するにつれて，曲げ変形モード
の振動の位相とねじれ変形モードの振動の位相の差が大
きくなる。この位相差を計測することによって，このグ
ラフから振動子10の周囲の温度を検知することが可能と
なる。
波数ｆB は周囲の温度変化に応じて大きくシフトする。
一方，ねじれ変形モードの共振周波数ｆT は周囲の温度
変化によって小さくシフトする。２つの共振周波数の変
化は，２つの振動の位相のずれとして現れる。グラフに
示すように，温度が上昇するにつれて，曲げ変形モード
の振動の位相とねじれ変形モードの振動の位相の差が大
きくなる。この位相差を計測することによって，このグ
ラフから振動子10の周囲の温度を検知することが可能と
なる。
【００７３】図１１は半導体位置検出素子40に受光され
た光信号の処理回路50の構成例を示す。
た光信号の処理回路50の構成例を示す。
【００７４】半導体位置検出素子40は，反射光のＹ方向
およびＺ方向の入射位置座標を表わす信号を発生する。
これらの信号は位相差検出回路58およびピークホールド
回路54ａに与えられる。
およびＺ方向の入射位置座標を表わす信号を発生する。
これらの信号は位相差検出回路58およびピークホールド
回路54ａに与えられる。
【００７５】位相差検出回路58に与えられた上記信号
は，Ｙ方向の単振動とＺ方向の単振動との位相差を表わ
す電圧信号に変換され，演算処理回路56に入力する。
は，Ｙ方向の単振動とＺ方向の単振動との位相差を表わ
す電圧信号に変換され，演算処理回路56に入力する。
【００７６】ピークホールド回路54ａにおいては，Ｙ方
向の入射位置座標を表わす電気信号からＹ方向の単振動
のピーク値が検出され，検出されたピーク値を表わす電
圧信号が出力される。これらの電圧信号は振動振幅ＡT
のピーク値を表わすものとして演算処理回路56に入力さ
れる。Ｚ方向の単振動の振幅の最大値ＡB を表わす信号
を得るために，ピークホールド回路54ａに代えて，鎖線
で示すようにピークホールド回路54ｂを設けてもよい。
向の入射位置座標を表わす電気信号からＹ方向の単振動
のピーク値が検出され，検出されたピーク値を表わす電
圧信号が出力される。これらの電圧信号は振動振幅ＡT
のピーク値を表わすものとして演算処理回路56に入力さ
れる。Ｚ方向の単振動の振幅の最大値ＡB を表わす信号
を得るために，ピークホールド回路54ａに代えて，鎖線
で示すようにピークホールド回路54ｂを設けてもよい。
【００７７】演算処理回路56は，図１０に示すような，
ねじれ変形モードの振動と曲げ変形モードの振動の位相
差と温度との関係を示すテーブルを記憶している。この
テーブルは，振動子10を可振しながら温度を変えて位相
差を測定することによりあらかじめ作成される。演算処
理回路56において，このテーブルを参照して振動子10の
周囲の温度が導き出される。
ねじれ変形モードの振動と曲げ変形モードの振動の位相
差と温度との関係を示すテーブルを記憶している。この
テーブルは，振動子10を可振しながら温度を変えて位相
差を測定することによりあらかじめ作成される。演算処
理回路56において，このテーブルを参照して振動子10の
周囲の温度が導き出される。
【００７８】また演算処理回路56には，第１実施例と同
様に，図５に示すような気圧と振動振幅ＡT との関係を
示すテーブルがあらかじめ設定されている。ピークホー
ルド回路54から得られる振動振幅ＡT に基づいて上記テ
ーブルを参照し，気圧が得られる。
様に，図５に示すような気圧と振動振幅ＡT との関係を
示すテーブルがあらかじめ設定されている。ピークホー
ルド回路54から得られる振動振幅ＡT に基づいて上記テ
ーブルを参照し，気圧が得られる。
【００７９】第２実施例では，ねじれ変形モードの共振
周波数ｆT と曲げ変形モードの共振周波数ｆB が等しく
なる（周波数比が１：１になる）ようにように振動子10
が形成される。したがって，振動子10からの反射光が半
導体位置検出素子40の上に描く走査軌跡は，ねじれ変形
モードの振動と曲げ変形モードの振動の位相差がπ／２
の場合に円形になる。また位相差が０またはπの場合に
は走査軌跡は直線になる。位相差が他の値の場合（位相
差が０，π／２，πからずれた場合）には，走査軌跡は
楕円形になる。この走査軌跡の真円性や直線性を評価す
ることによって温度を検出するようにしてもよい。
周波数ｆT と曲げ変形モードの共振周波数ｆB が等しく
なる（周波数比が１：１になる）ようにように振動子10
が形成される。したがって，振動子10からの反射光が半
導体位置検出素子40の上に描く走査軌跡は，ねじれ変形
モードの振動と曲げ変形モードの振動の位相差がπ／２
の場合に円形になる。また位相差が０またはπの場合に
は走査軌跡は直線になる。位相差が他の値の場合（位相
差が０，π／２，πからずれた場合）には，走査軌跡は
楕円形になる。この走査軌跡の真円性や直線性を評価す
ることによって温度を検出するようにしてもよい。
【００８０】上述したように，第２実施例における振動
子10は，常に一定の加振周波数ｆ0で加振される。加振
周波数ｆ0 を共振周波数ｆT ，ｆB の変化に応じて変え
るようにしてもよい。特に振動子10を，図１２に示すよ
うに，２つの共振周波数ｆTとｆB の間にあり，かつね
じれ振動振幅および曲げ振動振幅が等しくなる一の周波
数ｆ1 で加振するように構成してもよい。図１３は加振
周波数ｆと，共振周波数ｆT およびｆB との位相差を示
すグラフである。
子10は，常に一定の加振周波数ｆ0で加振される。加振
周波数ｆ0 を共振周波数ｆT ，ｆB の変化に応じて変え
るようにしてもよい。特に振動子10を，図１２に示すよ
うに，２つの共振周波数ｆTとｆB の間にあり，かつね
じれ振動振幅および曲げ振動振幅が等しくなる一の周波
数ｆ1 で加振するように構成してもよい。図１３は加振
周波数ｆと，共振周波数ｆT およびｆB との位相差を示
すグラフである。
【００８１】第３実施例 図１４は第３実施例によるセンサ装置を示す一部切欠き
斜視図である。
斜視図である。
【００８２】センサ装置は，単結晶シリコンで形成され
たスキャナ基板（振動子）70および固定基板72と半導体
位置検出素子40から構成される。スキャナ基板70と固定
基板72は，高温雰囲気中におけるフュージョン・ボンデ
ィングによって接合される。
たスキャナ基板（振動子）70および固定基板72と半導体
位置検出素子40から構成される。スキャナ基板70と固定
基板72は，高温雰囲気中におけるフュージョン・ボンデ
ィングによって接合される。
【００８３】スキャナ基板70には，振動部12，固定部14
および弾性変形部16が形成されている。固定部14の上面
には，固定部14に高周波振動を印加するための加振装置
20が設けられている。振動部12の上面には，弾性変形部
16の長手方向に沿って吸湿性薄膜18が形成されている。
振動部12の下面はミラーになっている。
および弾性変形部16が形成されている。固定部14の上面
には，固定部14に高周波振動を印加するための加振装置
20が設けられている。振動部12の上面には，弾性変形部
16の長手方向に沿って吸湿性薄膜18が形成されている。
振動部12の下面はミラーになっている。
【００８４】スキャナ基板70の下面に固定基板72が配置
されている。固定基板72の振動部12，固定部14および弾
性変形部16に対応する部分には，逆メサ状の凹部74が形
成されている。凹部74の内側面は，異方性エッチングに
よって斜め方向に削り取られている。この凹部74の傾斜
した内側面に半導体レーザ30が設けられている。半導体
レーザ30は振動部12の下面のミラーを向いている。半導
体レーザ30は好ましくは面発光型レーザ素子である。面
発光型レーザ素子は出射光の拡散角度が小さいので，レ
ーザ素子の前面にレンズやフィルタを設ける必要がな
い。
されている。固定基板72の振動部12，固定部14および弾
性変形部16に対応する部分には，逆メサ状の凹部74が形
成されている。凹部74の内側面は，異方性エッチングに
よって斜め方向に削り取られている。この凹部74の傾斜
した内側面に半導体レーザ30が設けられている。半導体
レーザ30は振動部12の下面のミラーを向いている。半導
体レーザ30は好ましくは面発光型レーザ素子である。面
発光型レーザ素子は出射光の拡散角度が小さいので，レ
ーザ素子の前面にレンズやフィルタを設ける必要がな
い。
【００８５】凹部74の底面には，振動部12からの反射光
を反射するための反射膜76が形成されている。反射膜76
は光の反射率を高めるため，金またはアルミニウムによ
って形成される。反射膜76からの光ビームは半導体位置
検出素子40に受光される。
を反射するための反射膜76が形成されている。反射膜76
は光の反射率を高めるため，金またはアルミニウムによ
って形成される。反射膜76からの光ビームは半導体位置
検出素子40に受光される。
【００８６】加振装置20をねじれ変形モードの共振周波
数と曲げ変形モードの共振周波数が重畳した周波数で振
動させる。加振装置20の振動が，スキャナ基板70の固定
部14に伝わる。弾性変形部16がこれらの共振周波数に共
振して振動する。振動部12は凹部74内において，互いに
直交する２軸の回りに振動する。
数と曲げ変形モードの共振周波数が重畳した周波数で振
動させる。加振装置20の振動が，スキャナ基板70の固定
部14に伝わる。弾性変形部16がこれらの共振周波数に共
振して振動する。振動部12は凹部74内において，互いに
直交する２軸の回りに振動する。
【００８７】半導体レーザ30から出射された光ビーム
は，振動部12の下面のミラーで反射される。振動部12か
らの反射光は，凹部74の底面に設けられた反射膜76でさ
らに反射される。振動部12が直交する２方向に振動して
いるので，反射膜76からの反射光は二次元に走査され
る。反射膜76からの光ビームは半導体位置検出素子40に
受光される。半導体位置検出素子40からの出力信号がＦ
／Ｖ変換回路52ａおよび52ｂと，ピークホールド回路54
ａに与えられ，共振周波数ｆT およびｆB に基づいて温
度および湿度が算出され，振動振幅ＡT のピーク値に基
づいて気圧が算出されるのは第１実施例と同じである。
は，振動部12の下面のミラーで反射される。振動部12か
らの反射光は，凹部74の底面に設けられた反射膜76でさ
らに反射される。振動部12が直交する２方向に振動して
いるので，反射膜76からの反射光は二次元に走査され
る。反射膜76からの光ビームは半導体位置検出素子40に
受光される。半導体位置検出素子40からの出力信号がＦ
／Ｖ変換回路52ａおよび52ｂと，ピークホールド回路54
ａに与えられ，共振周波数ｆT およびｆB に基づいて温
度および湿度が算出され，振動振幅ＡT のピーク値に基
づいて気圧が算出されるのは第１実施例と同じである。
【００８８】振動部12が形成されるスキャナ基板12と半
導体レーザ30が搭載される固定基板72とを高精度の半導
体プロセスによって形成することにより，半導体レーザ
30を振動部12のミラー面に向けて配置するときの光軸調
整が容易となる。
導体レーザ30が搭載される固定基板72とを高精度の半導
体プロセスによって形成することにより，半導体レーザ
30を振動部12のミラー面に向けて配置するときの光軸調
整が容易となる。
【図１】第１実施例のセンサ装置の全体を示す斜視図で
ある。
ある。
【図２】振動子の共振特性を表すグラフである。
【図３】振動子の周囲の温度と振動子の共振周波数との
関係を表わすグラフである。
関係を表わすグラフである。
【図４】振動子の周囲の湿度と振動子の共振周波数との
関係を表わすグラフである。
関係を表わすグラフである。
【図５】振動子の周囲の気圧と振動子の振動振幅との関
係を表わすグラフである。
係を表わすグラフである。
【図６】加振装置に与えられる駆動信号の波形と，振動
子の振動を表わす振動波形のとの関係を表わすグラフで
ある。
子の振動を表わす振動波形のとの関係を表わすグラフで
ある。
【図７】半導体位置検出素子に受光された光信号の処理
回路の構成例を示している。
回路の構成例を示している。
【図８】センサ装置を空調装置（エアコン）に適用した
例を示している。
例を示している。
【図９】第２実施例のセンサ装置の全体を示す斜視図で
ある。
ある。
【図１０】ねじれ変形モードの振動波形と曲げ変形モー
ドの振動波形の位相差と，振動子の周囲の温度との関係
を表すグラフである。
ドの振動波形の位相差と，振動子の周囲の温度との関係
を表すグラフである。
【図１１】半導体位置検出素子に受光された光信号の処
理回路の構成例を示す。
理回路の構成例を示す。
【図１２】振動子の共振特性を表すグラフである。
【図１３】加振周波数と共振周波数ｆT ，ｆB との位相
差を示すグラフである。
差を示すグラフである。
【図１４】センサ装置を示す一部切欠き斜視図である。
10 振動子 20 圧電アクチュエータ 12 振動部 14 固定部 16 弾性変形部 30 半導体レーザ 40 半導体位置検出素子（ＰＳＤ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 29/20 Ｇ０１Ｎ 29/20 Ｈ０１Ｌ 49/00 Ｈ０１Ｌ 49/00 Ｚ
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも１つの共振振動モードを有
し，反射面をもつ振動子，上記振動子の反射面に光ビー
ムを投射する光源，上記振動子を加振する加振手段，上
記振動子の反射面によって反射された光ビームの入射位
置を表わす電気信号を出力する位置検出素子，上記位置
検出素子から得られる電気信号に基づいて，上記振動子
の共振特性を表わす特性信号をつくる特性抽出手段，お
よび上記特性抽出手段から得られる特性信号に基づいて
物理量を表わす出力信号をつくる処理手段，を備えたセ
ンサ装置。 - 【請求項２】 上記共振特性の１つが上記共振振動の共
振周波数であり，上記処理手段は共振周波数に基づいて
温度を検出する，請求項１に記載のセンサ装置。 - 【請求項３】 上記共振特性の１つが上記共振振動の減
衰特性であり，上記処理手段は減衰特性に基づいて気圧
を検出する，請求項１に記載のセンサ装置。 - 【請求項４】 上記共振特性が異なる２つの共振周波数
であり，上記処理手段は２つの共振周波数に基づいて温
度と湿度を検出する，請求項１に記載のセンサ装置。 - 【請求項５】 上記振動子は，共振周波数が等しいまた
はほぼ等しい別個の２つの共振振動モードを有している
請求項１に記載のセンサ装置。 - 【請求項６】 上記共振特性が異なる２つの共振振動モ
ードにおける共振振動の位相差であり，上記処理手段は
この位相差から温度を検出するものである，請求項５に
記載のセンサ装置。 - 【請求項７】 上記振動子を，振動子のもつ２つの共振
振動モードにおける２つの共振周波数の間にありかつ２
つの振動振幅が等しくなる一の周波数で加振する請求項
６に記載のセンサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10385496A JP3147772B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10385496A JP3147772B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | センサ装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09269249A true JPH09269249A (ja) | 1997-10-14 |
| JP3147772B2 JP3147772B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=14365038
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10385496A Expired - Fee Related JP3147772B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | センサ装置 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005331362A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Canon Inc | 真空計 |
| WO2009078154A1 (ja) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Nikon Corporation | 移動体システム、パターン形成装置、露光装置、及び計測装置、並びにデバイス製造方法 |
| JP2010236960A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Minoru Sasaki | ねじり振動を利用した赤外線の検出方法とこれを実施したねじり振動を利用した赤外線センサ |
| US8274639B2 (en) | 2008-04-30 | 2012-09-25 | Nikon Corporation | Stage device, pattern formation apparatus, exposure apparatus, stage drive method, exposure method, and device manufacturing method |
| CN104155030A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-11-19 | 沈阳工业大学 | 一种考虑声线弯曲的声学ct温度场重建方法 |
| CN105004444A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-28 | 山东大学 | 一种非迭代的超声ct温度重建方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6804459B2 (en) | 2001-06-15 | 2004-10-12 | Flow International Corporation | Method and apparatus for changing the temperature of a pressurized fluid |
| KR100955526B1 (ko) * | 2009-12-14 | 2010-04-30 | 주식회사 리빙휴 | 회전식 청소도구 |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP10385496A patent/JP3147772B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2005331362A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Canon Inc | 真空計 |
| JP4522143B2 (ja) * | 2004-05-20 | 2010-08-11 | キヤノン株式会社 | 真空計 |
| WO2009078154A1 (ja) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Nikon Corporation | 移動体システム、パターン形成装置、露光装置、及び計測装置、並びにデバイス製造方法 |
| JPWO2009078154A1 (ja) * | 2007-12-14 | 2011-04-28 | 株式会社ニコン | 移動体システム、パターン形成装置、露光装置、及び計測装置、並びにデバイス製造方法 |
| US8115906B2 (en) | 2007-12-14 | 2012-02-14 | Nikon Corporation | Movable body system, pattern formation apparatus, exposure apparatus and measurement device, and device manufacturing method |
| JP5224071B2 (ja) * | 2007-12-14 | 2013-07-03 | 株式会社ニコン | 移動体システム、パターン形成装置、露光装置、及び計測装置、並びにデバイス製造方法 |
| US8274639B2 (en) | 2008-04-30 | 2012-09-25 | Nikon Corporation | Stage device, pattern formation apparatus, exposure apparatus, stage drive method, exposure method, and device manufacturing method |
| JP2010236960A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Minoru Sasaki | ねじり振動を利用した赤外線の検出方法とこれを実施したねじり振動を利用した赤外線センサ |
| CN104155030A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-11-19 | 沈阳工业大学 | 一种考虑声线弯曲的声学ct温度场重建方法 |
| CN105004444A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-28 | 山东大学 | 一种非迭代的超声ct温度重建方法 |
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