JPH095353A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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Publication number
JPH095353A
JPH095353A JP5645296A JP5645296A JPH095353A JP H095353 A JPH095353 A JP H095353A JP 5645296 A JP5645296 A JP 5645296A JP 5645296 A JP5645296 A JP 5645296A JP H095353 A JPH095353 A JP H095353A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
weight portion
acceleration sensor
light emitting
emitting means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5645296A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Shibatani
博志 柴谷
Tomoko Matsumoto
朋子 松本
Tadashi Sugihara
忠 杉原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP5645296A priority Critical patent/JPH095353A/en
Publication of JPH095353A publication Critical patent/JPH095353A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an acceleration sensor having simple structure in which the temperature dependency is eliminated and the failure is minimized. SOLUTION: The acceleration sensor comprises a weight part 22 displaceable with acceleration, and a part 21 for supporting the weight part 22 through a beam part 23 wherein the weight part 22 is made of a translucent material. Means 5 for making a luminous flux irradiate the weight part 22 and means 6 for receiving the light emitted from the light emitting means 5 and transmitted through the weight part 22 are disposed while being spaced apart from the weight part 22 thus obtaining a light transmitting acceleration sensor. Preferably, the weight part 22 and the beam part 23 are applied with covers 3, 4 and the light emitting and receiving means 5, 6 are mounted on the covers 3, 4. Alternatively, the weight part 22 may be shaped to condensate the light or may be a return transmission type for transmitting the light a plurality of times.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光学的手段により加速
度を検出する加速度センサーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for detecting acceleration by optical means.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車等に搭載される加速度センサーと
して、従来多くの種類が知られている。例えば、図7に
示すようなピエゾ抵抗器を用いた片持梁式の加速度セン
サーがある。この加速度センサーは、3×2mm平面の
小型なセンサーで、その錘部と梁部と支持部とは一体に
シリコンで構成され、水酸化カリウムを用いたエッチン
グ(食刻)により形成されている。このセンサの梁部に
はピエゾ抵抗器が配設されている。この加速度センサで
は、加速度により錘部が変位するにつれて梁部が撓むと
ピエゾ抵抗器の抵抗が変化するので、その抵抗の変化を
加速度として検出する。
2. Description of the Related Art Conventionally, many types of acceleration sensors are known to be mounted on automobiles and the like. For example, there is a cantilever type acceleration sensor using a piezoresistor as shown in FIG. This acceleration sensor is a small sensor having a 3 × 2 mm plane. The weight portion, the beam portion, and the support portion are integrally made of silicon, and are formed by etching (etching) using potassium hydroxide. A piezoresistor is arranged on the beam portion of this sensor. In this acceleration sensor, since the resistance of the piezoresistor changes as the beam part bends as the weight part is displaced by acceleration, the change in resistance is detected as acceleration.

【0003】また、光を用いた加速度センサとしては、
図8に示すようなものが提案されている(特開平6−5
0984号公報)。この加速度センサは、第1光ファイ
バaの端部がフレームbから梁部cを通って錘部dに固
定され、フレームb上には第2光ファイバeが第1光フ
ァイバaと向かい合わせに配置されている。この加速度
センサでは、錘部dに加速度が加わると、この加速度に
応じた量で第1光ファイバaも変位する。したがって、
第1光ファイバaから光を照射しておけば、受光側の第
2光ファイバeで光の変動を加速度として検出できる。
Further, as an acceleration sensor using light,
A device as shown in FIG. 8 has been proposed (JP-A-6-5).
0984). In this acceleration sensor, the end portion of the first optical fiber a is fixed to the weight portion d from the frame b through the beam portion c, and the second optical fiber e faces the first optical fiber a on the frame b. It is arranged. In this acceleration sensor, when acceleration is applied to the weight part d, the first optical fiber a is also displaced by an amount according to this acceleration. Therefore,
If the light is emitted from the first optical fiber a, the fluctuation of the light can be detected as the acceleration by the second optical fiber e on the light receiving side.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ピ
エゾ抵抗器を用いた加速度センサは、ピエゾ抵抗器の抵
抗体自体の温度依存性が高い上、梁部構成材の熱による
膨張や収縮の影響を受けやすく、温度による補正が必要
であるという問題がある。
However, in the acceleration sensor using the piezoresistor, the temperature of the resistor itself of the piezoresistor is high, and the influence of expansion and contraction of the beam component material due to heat is high. There is a problem in that it is easy to receive and correction by temperature is necessary.

【0005】また、上記光を用いた加速度センサは、第
1光ファイバaが梁部cから錘部dにかけて横たわるよ
うに配置されているため、第1光ファイバaが梁部cの
撓みに悪影響を及ぼし、加速度の高感度検出を阻害する
という問題があるほか、第1光ファイバaと第2光ファ
イバeの位置ずれが起きたときは調整が困難であるとい
う問題もある。
Further, in the acceleration sensor using the above light, since the first optical fiber a is arranged so as to lie from the beam portion c to the weight portion d, the first optical fiber a adversely affects the bending of the beam portion c. In addition to the problem that high sensitivity detection of acceleration is impeded, there is also the problem that adjustment is difficult when the positional deviation between the first optical fiber a and the second optical fiber e occurs.

【0006】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、温度依存性がなく、しかも構造が簡単で故障が少な
い高感度な加速度センサーを提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly sensitive acceleration sensor which has no temperature dependence, has a simple structure, and has few failures.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、加速度により
変位する錘部と、この錘部を梁部を介して支持する支持
部とを具備する加速度センサに適用できる。上記した従
来技術の問題点を解決し、上記目的を達成するために、
本発明の加速度センサは、光出射手段から受光手段にい
たる光路途中に、光透過性の材料からなり加速度で変位
する錘部を介在させている。すなわち、本発明は、上記
錘部を光透過性の材料で構成するとともに、光を該錘部
に向けて照射する光出射手段と、この光出射手段から照
射されて該錘部を透過した透過光を検出する受光手段と
をそれぞれ該錘部から離間して配設したことを特徴とす
る。
The present invention can be applied to an acceleration sensor having a weight portion that is displaced by acceleration and a support portion that supports the weight portion through a beam portion. In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and achieve the above object,
In the acceleration sensor of the present invention, a weight portion made of a light transmissive material and displaced by acceleration is interposed in the optical path from the light emitting means to the light receiving means. That is, according to the present invention, the weight portion is made of a light-transmissive material, and a light emitting means for irradiating light toward the weight portion, and a light transmitted from the light emitting means and transmitted through the weight portion. It is characterized in that the light receiving means for detecting the light and the light receiving means are arranged separately from the weight portion.

【0008】このような構成の加速度センサでは、錘部
の変位にともない錘部への光の入射角が変わることとな
り、これにより透過光の到達点(光点)の位置や光量等
が変化することから、この透過光の変化を加速度として
検出するものである。このような光透過型の加速度セン
サでは、光を利用しているため、環境温度の影響はな
い。また、錘部と梁部にはなんら付加的な部品を配設し
なくてもよいので、錘部の動きを拘束することがなく、
感度が良好である上、構造が簡単で故障が少ない。
In the acceleration sensor having such a structure, the incident angle of the light to the weight portion changes with the displacement of the weight portion, which changes the position of the reaching point (light spot) of the transmitted light, the light amount, and the like. Therefore, this change in transmitted light is detected as acceleration. Since such a light transmission type acceleration sensor uses light, it is not affected by environmental temperature. Further, since it is not necessary to dispose any additional parts on the weight portion and the beam portion, the movement of the weight portion is not restricted,
The sensitivity is good, and the structure is simple and there are few failures.

【0009】錘部の構成材料としてシリコンを選択する
ことができる。この場合、シリコンは赤外線透過性であ
るので、光出射手段からの光には、赤外線を含む必要が
ある。錘部のほかに、梁部や支持部をもシリコンで構成
させるとした場合、これらをシリコン単結晶ウェーハか
ら食刻により形成することが可能である。これにより、
半導体の微細加工技術を用いてセンサの小型化ができ、
信頼性がより向上する。
Silicon can be selected as a constituent material of the weight portion. In this case, since silicon is transparent to infrared rays, the light from the light emitting means needs to include infrared rays. When the beam portion and the support portion are made of silicon in addition to the weight portion, these can be formed by etching from a silicon single crystal wafer. This allows
The size of the sensor can be reduced by using the semiconductor microfabrication technology.
Reliability is further improved.

【0010】このような加速度センサでは、錘部と梁部
とをカバーで封入する構造とすることもできる。これに
より、カバーに光出射手段と受光手段とを配設すること
ができるので、構造がより簡単で信頼性が高くなるとと
もに、光出射手段及び受光手段の位置決めが容易とな
り、この意味で好ましい。この場合、カバーをシリコン
で構成させると、受光手段としてCCDを予めシリコン
に一体に作り込んでおくことができ、さらに信頼性が増
す。また、光出射手段又は受光手段をカバーの外側から
埋め込み或いは外付けすると、組立やリード線の引出し
が容易となる。
In such an acceleration sensor, the weight part and the beam part may be enclosed by a cover. Accordingly, the light emitting means and the light receiving means can be arranged on the cover, and the structure is simpler and the reliability is higher, and the light emitting means and the light receiving means are easily positioned, which is preferable in this sense. In this case, if the cover is made of silicon, the CCD as the light receiving means can be built in advance in the silicon, and the reliability is further increased. Further, if the light emitting means or the light receiving means is embedded or externally attached from the outside of the cover, assembly and lead-out of the lead wire are facilitated.

【0011】錘部については、光を集光できるように構
成することができる。たとえば、錘部を凸レンズ状に形
成し、この錘部の透過光を受光手段に集光させることに
より、錘部の変位をより簡単に検出することもできる。
一方、光出射手段からの光路を折り曲げたリターン透過
型の加速度センサとしてもよい。これにより、光出射手
段及び受光手段を一方側に揃える等の配置の任意性が高
まる。この場合、光出射手段は、その出射光が錘部へ斜
めに入射可能に所定の角度づけがしてあることを他の特
徴とする。また、受光手段については、錘部を斜めに透
過した後に少なくとも1回、所定部位(例えばカバー内
側面)での反射と錘部への再入射及び透過と繰り返した
後の光を受光可能な位置に、該受光手段が配置してある
ことを他の特徴とする。光が反射するカバー内側面等に
反射膜を設けると、光の利用効率の面で好ましい。
The weight portion can be configured to collect light. For example, the displacement of the weight can be detected more easily by forming the weight in the shape of a convex lens and condensing the transmitted light of the weight on the light receiving means.
On the other hand, a return transmission type acceleration sensor in which the optical path from the light emitting means is bent may be used. This increases the arbitrariness of the arrangement such as aligning the light emitting means and the light receiving means on one side. In this case, another feature of the light emitting means is that the emitted light is angled at a predetermined angle so that the emitted light can obliquely enter the weight portion. In addition, the light receiving unit is a position where light can be received at least once after being obliquely transmitted through the weight portion, after being repeatedly reflected by a predetermined portion (for example, the inner surface of the cover) and re-incident and transmitted to the weight portion. Another feature is that the light receiving means is arranged. Providing a reflective film on the inner surface of the cover or the like where light is reflected is preferable in terms of light utilization efficiency.

【0012】[0012]

【本発明の実施の形態】以下、本発明に係る加速度セン
サを、図面を参照しながら具体的に説明する。図1は本
発明の加速度センサの一構成例を示すもので、(A)は
概略断面構造図、(B)はセンサ本体の平面図(下面
図)である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an acceleration sensor according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. 1A and 1B show an example of the configuration of an acceleration sensor of the present invention. FIG. 1A is a schematic sectional structural view, and FIG. 1B is a plan view (bottom view) of a sensor body.

【0013】この加速度センサ1は、センサ本体2と、
これを上下から挟んで覆う上カバー3及び下カバー4と
を具備する。センサ本体2は、例えばシリコン単結晶で
一体に形成された片持梁式センサの動作部分である。具
体的に、センサ本体2は、支持部(例えば、上カバー3
及び下カバー4が取付け可能な枠状のフレーム21)
と、フレーム21の内方に位置する錘部22と、この錘
部22をフレーム21の内周壁に接続して錘部22を支
持する梁部23とからなる。
The acceleration sensor 1 includes a sensor body 2 and
It is provided with an upper cover 3 and a lower cover 4 which cover the upper cover 3 from above and below. The sensor body 2 is an operating portion of a cantilever type sensor integrally formed of, for example, silicon single crystal. Specifically, the sensor body 2 includes a support portion (for example, the upper cover 3
And a frame-shaped frame 21 to which the lower cover 4 can be attached)
And a weight portion 22 located inside the frame 21, and a beam portion 23 that supports the weight portion 22 by connecting the weight portion 22 to the inner peripheral wall of the frame 21.

【0014】錘部22は、加速度により、支持部(フレ
ーム21)を支点として厚さ方向(図1(A)において
上下方向)に変位する質量体である。錘部22の材質
は、光透過性を有している以外、特に限定はない。錘部
22を弾性変形可能に支える梁部23の大きさや支持位
置は、その材質や錘部22の質量を考慮して、梁部23
の機械的強度に問題がない範囲で出来るだけ錘部22の
変位が大きくなるように設計してある。本実施形態で
は、図示のように、錘部22の一辺中央における厚み方
向上端側で、梁部23が錘部22を支持している。
The weight portion 22 is a mass body that is displaced in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1A) about the support portion (frame 21) as a fulcrum due to acceleration. The material of the weight portion 22 is not particularly limited, except that it has optical transparency. The size and support position of the beam portion 23 that supports the weight portion 22 so as to be elastically deformable, in consideration of the material and the mass of the weight portion 22, the beam portion 23.
Is designed so that the displacement of the weight portion 22 is as large as possible within the range where there is no problem in the mechanical strength of the. In the present embodiment, as illustrated, the beam portion 23 supports the weight portion 22 on the upper end side in the thickness direction at the center of one side of the weight portion 22.

【0015】上カバー3と下カバー4の内側中央部は、
それぞれ錘部22が変位したときに当たらないように凹
みが形成されている。そして、上下カバー3,4は、そ
の周辺の肉厚部からフレーム21に固着されている。こ
れにより錘部22及び梁部23は、上下カバー3,4で
封入されている。
The inner central portions of the upper cover 3 and the lower cover 4 are
Recesses are formed so that the weight portions 22 do not hit when displaced. The upper and lower covers 3 and 4 are fixed to the frame 21 from the thick portions around them. As a result, the weight portion 22 and the beam portion 23 are enclosed by the upper and lower covers 3 and 4.

【0016】上カバー3の内側には、光出射手段5が設
けられ、下方の錘部22に向けて赤外線などを照射する
ようになっている。この一方、下カバー4の内側には、
光出射手段5から出射されて錘部22を透過した透過光
を検知する受光手段6が設けられている。
A light emitting means 5 is provided inside the upper cover 3 so as to irradiate the lower weight portion 22 with infrared rays and the like. On the other hand, inside the lower cover 4,
A light receiving unit 6 for detecting the transmitted light emitted from the light emitting unit 5 and transmitted through the weight portion 22 is provided.

【0017】光出射手段5としては、例えば近年の小型
な半導体レーザー,発光ダイオードなどの種々な光源を
使用することができる。また、他の光源から光を誘導し
出射する光ファイバ端部を上カバー3又は下カバー4に
配設することもできる。この場合、他の光源として、光
電管などの光電子放出効果を利用したものを用いること
も可能である。錘部22をシリコン単結晶で構成する場
合、シリコン単結晶は可視光は通さずに赤外線を通すの
で、波長がおよそ1μm以上の光を照射する光出射手段
5を選択する必要がある。
As the light emitting means 5, various light sources such as recent small semiconductor lasers and light emitting diodes can be used. In addition, the end portion of the optical fiber that guides and emits light from another light source can be provided in the upper cover 3 or the lower cover 4. In this case, as the other light source, a light source utilizing a photoelectron emission effect such as a photoelectric tube can be used. When the weight portion 22 is made of a silicon single crystal, since the silicon single crystal does not pass visible light but infrared rays, it is necessary to select the light emitting means 5 that emits light having a wavelength of about 1 μm or more.

【0018】また、受光手段6としては、各種のフォト
ディテクタ、例えばフォトダイオードやフォトトランジ
スタ、CdSやCdSe等の光導電効果を利用したも
の、CCD(電荷結合デバイス)に代表される撮像素子
等、幅広く使用することができる。
As the light receiving means 6, various photodetectors, for example, photodiodes, phototransistors, those utilizing a photoconductive effect such as CdS and CdSe, and image pickup devices typified by CCD (charge coupled device) are widely used. Can be used.

【0019】受光手段6のうち、フォトダイオード,フ
ォトトランジスタ,CCD等は、上下カバー3,4がシ
リコン製の場合、予め該シリコンに直接作り込んでおく
こともできる。この場合,上下カバー3,4に凹みを後
から形成するかわりに、これら受光素子を作り込んだ基
板から切り出したシリコン片をフレーム21部分でスペ
ーサにより嵩上げして、錘部22の動作空間を確保する
等の方法が考えられる。
If the upper and lower covers 3 and 4 are made of silicon, the photodiodes, phototransistors, CCDs, etc. of the light receiving means 6 can be directly built in the silicon in advance. In this case, instead of forming the recesses in the upper and lower covers 3 and 4 later, the silicon pieces cut out from the substrate in which these light receiving elements are formed are raised by the spacers in the frame 21 portion to secure the operation space of the weight portion 22. A method such as doing is possible.

【0020】つぎに、本発明の透過型加速度センサによ
り、錘部22の変位を測定する方法を具体的に説明す
る。図2に示すように、錘部22が変位しない無加速度
状態(実線で示す)では、光出射出手段5からの光束L
が、錘部22に直角方向に通過しP1に達する。この状
態で加速度が加わると、図中一点鎖線で示した如く、錘
部22が変位して錘部22への入射角が変わり、透過光
の到達点(以下、光点という)がP1からP2にずれ
る。この光点のずれを受光手段6によって検出すれば、
錘部22の変位を測定できる。
Next, a method of measuring the displacement of the weight portion 22 with the transmission type acceleration sensor of the present invention will be specifically described. As shown in FIG. 2, in the non-acceleration state (indicated by the solid line) in which the weight portion 22 is not displaced, the light flux L from the light emitting / emission means 5 is generated.
Passes through the weight portion 22 at a right angle and reaches P1. When acceleration is applied in this state, the weight portion 22 is displaced and the incident angle to the weight portion 22 is changed, as shown by the one-dot chain line in the figure, and the arrival point of transmitted light (hereinafter referred to as the light point) is changed from P1 to P2. It shifts. If the shift of the light spot is detected by the light receiving means 6,
The displacement of the weight 22 can be measured.

【0021】より具体的には、光出射手段5からの所定
光量の光を錘部22に向けて照射し、このときの透過光
について、例えば無加速度状態で最大光量が得られるよ
うに受光手段6を配設しておき、光点のずれによる受光
手段6の受光量の低下を検出すれば、錘部22の変位を
測定することができる。また、錘部22の変位にともな
い透過光が横切るように受光手段6を配置し、受光量と
その増減方向により錘部22の変位を測定することもで
きる。
More specifically, a predetermined amount of light from the light emitting means 5 is irradiated toward the weight portion 22, and the transmitted light at this time is received by the light receiving means so that the maximum amount of light can be obtained in a non-accelerated state, for example. By disposing 6 and detecting a decrease in the amount of light received by the light receiving means 6 due to the shift of the light spot, the displacement of the weight portion 22 can be measured. It is also possible to dispose the light receiving means 6 so that the transmitted light crosses with the displacement of the weight portion 22 and measure the displacement of the weight portion 22 based on the amount of received light and the increasing / decreasing direction thereof.

【0022】光点のずれが大きい場合は、その方向に受
光手段6を複数個配置するとよい。この場合、複数個並
べた受光手段6の中点に無加速度状態の受光位置を設定
しておけば、錘部22の上下方向双方の変位に対応でき
る。受光手段6がフォトダイオードやフォトトランジス
タの場合には、単一の受光手段6内で、複数のフォトダ
イオードやフォトトランジスタをパターン配置すること
によっても、同様な効果が得られる。
When the deviation of the light spot is large, it is preferable to arrange a plurality of light receiving means 6 in that direction. In this case, if the light receiving position in the non-acceleration state is set at the midpoint of the light receiving means 6 arranged in plural, it is possible to cope with both vertical displacements of the weight portion 22. When the light receiving means 6 is a photodiode or a phototransistor, the same effect can be obtained by arranging a plurality of photodiodes or phototransistors in a pattern within the single light receiving means 6.

【0023】CCDのように多数の小さな受光素子を集
積化した撮像素子では、光点位置を直接測定でき、その
ずれ量を検知できる。この場合、光出射手段5として半
導体レーザを用いると、そのビーム径が比較的小さいこ
とから精度よく位置検出ができ、好ましい。
With an image pickup device, such as a CCD, in which a large number of small light receiving elements are integrated, the position of the light spot can be directly measured and the amount of deviation thereof can be detected. In this case, it is preferable to use a semiconductor laser as the light emitting means 5 because the beam diameter thereof is relatively small and therefore the position can be accurately detected.

【0024】一方、図3に示すように、錘部22の上下
面にそれぞれ対応させて遮光部22aと透光部22bを
交互に形成し、上下面の透光部22bを透過した透過光
Aの光量を検出する方法もある。錘部22が変位して光
束に対して傾くと、上側の遮光部22aが下側の透光部
22bにかかるので、透過光Aの光量が減少する。この
光量の減少を検出することによって、錘部22の変位を
測定することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the light shielding portions 22a and the light transmitting portions 22b are alternately formed corresponding to the upper and lower surfaces of the weight portion 22, respectively, and the transmitted light A transmitted through the upper and lower light transmitting portions 22b. There is also a method of detecting the amount of light. When the weight portion 22 is displaced and tilted with respect to the light flux, the light shielding portion 22a on the upper side overlaps with the light transmitting portion 22b on the lower side, so that the light amount of the transmitted light A is reduced. The displacement of the weight portion 22 can be measured by detecting this decrease in the amount of light.

【0025】つぎに、センサ本体2の製造方法である
が、これについてはシリコン単結晶で一体に形成した場
合を例として簡単に説明する。このセンサ本体2は、シ
リコンウェーハを用いてこれをエッチングにより錘部2
2,梁部23,支持部(フレーム21)を作り出すこと
で製造することができる。たとえば、(100)面ウェ
ーハを用い、予め梁部23となるべき部分に高濃度でホ
ウ素をドープする。その後、フレーム21と錘部22と
の境界部をパターニングで窓明けしたエッチングマスク
を形成した後、水酸化カリウムのような湿式エッチング
を行う。すると、この境界部に水平位置から54.74
°傾斜した溝を形成することができる。このときの梁部
23は、ドープしたことで選択的にエッチングされない
ため、残存する。また、図3に示したような錘部22に
遮光部22aを設ける場合は、通常のリソグラフィ技術
を用いて、例えば金,クロム等の金属膜をパターニング
することにより形成することができる。
Next, a method of manufacturing the sensor main body 2 will be briefly described by taking as an example the case of integrally forming a silicon single crystal. This sensor main body 2 is formed by etching a silicon wafer using a silicon wafer and a weight portion 2
2, it can be manufactured by creating the beam portion 23 and the support portion (frame 21). For example, using a (100) plane wafer, a portion to be the beam portion 23 is previously doped with boron at a high concentration. After that, after forming an etching mask in which a window is opened by patterning the boundary portion between the frame 21 and the weight portion 22, wet etching such as potassium hydroxide is performed. Then, at this boundary, 54.74 from the horizontal position.
° Angled grooves can be formed. At this time, the beam portion 23 remains because it is not selectively etched due to the doping. Further, when the light shielding portion 22a is provided on the weight portion 22 as shown in FIG. 3, it can be formed by patterning a metal film of gold, chromium or the like by using an ordinary lithography technique.

【0026】上下カバー3,4については、シリコンや
ガラス等で構成でき、常法に従って、これらのウェーハ
の中央部に凹みをエッチングなどにより形成する。そし
て、上下カバー3,4それぞれを、その周辺部に残った
厚肉部をフレーム21に陽極接合などの手段により接合
し、センサ本体2に組み付ける。
The upper and lower covers 3 and 4 can be made of silicon, glass or the like, and a recess is formed in the center of these wafers by etching or the like according to a conventional method. Then, the upper and lower covers 3 and 4 are joined to the sensor body 2 by joining the thick-walled portions remaining in the peripheral portions to the frame 21 by means such as anodic joining.

【0027】図4に示す加速度センサ1は、上下カバー
3,4をガラス、シリコン等の光透過性の材料で構成
し、光出射手段5と受光手段6とをカバー3,4の外面
に配置したもので、光出射手段5から出射された光は、
上カバー3,錘部22,下カバー4を透過して受光手段
6に達するようになっている。
In the acceleration sensor 1 shown in FIG. 4, the upper and lower covers 3 and 4 are made of a light transmissive material such as glass and silicon, and the light emitting means 5 and the light receiving means 6 are arranged on the outer surfaces of the covers 3 and 4. The light emitted from the light emitting means 5 is
The light is transmitted through the upper cover 3, the weight portion 22, and the lower cover 4, and reaches the light receiving means 6.

【0028】このような加速度センサ1によれば、上下
カバー3,4にはなんら導線、光ファイバ等の導波管を
通すための穴を設ける必要がないので、構造がより簡単
であり、安価で信頼性が高く、その上、光出射手段5と
受光手段6の選択の自由度が高いという特徴がある。
According to the acceleration sensor 1 as described above, since it is not necessary to provide any holes for passing a waveguide such as a conductive wire or an optical fiber in the upper and lower covers 3 and 4, the structure is simpler and the cost is lower. And is highly reliable, and in addition, the degree of freedom in selecting the light emitting means 5 and the light receiving means 6 is high.

【0029】図5に示す加速度センサ1は、錘部22を
凸レンズ状に形成し、光出射手段5から出射され錘部2
2を透過した透過光を受光手段6に集光させるようにし
たもので、これにより受光手段6による光点のずれ量又
は光量の測定がより容易になる。なお、錘部22を凸レ
ンズ状に形成する代わりに錘部22の光源側の光の入射
面に細かい凹凸を形成してフレネリレンズ状としても良
い。また、この加速度センサ1においては、CCDのよ
うな受光手段6をシリコン基板で構成された下カバー4
の内面に直接形成し、これをスペーサ7を介してフレー
ム21に接合した構造であり、CCD等の受光手段6を
簡便に組み付けることができる。
In the acceleration sensor 1 shown in FIG. 5, the weight portion 22 is formed in the shape of a convex lens, and the weight portion 2 is emitted from the light emitting means 5.
The transmitted light that has passed through 2 is focused on the light receiving means 6, which makes it easier to measure the shift amount or the light amount of the light spot by the light receiving means 6. Instead of forming the weight portion 22 in the shape of a convex lens, it is also possible to form fine unevenness on the light incident surface of the weight portion 22 on the light source side to form a Frenelli lens shape. Further, in the acceleration sensor 1, the light receiving means 6 such as a CCD is used as the lower cover 4 made of a silicon substrate.
It has a structure in which it is directly formed on the inner surface and is joined to the frame 21 via the spacer 7, and the light receiving means 6 such as a CCD can be easily assembled.

【0030】図6に示す加速度センサ1は、光出射手段
5及び受光手段6を上下カバー3,4の一方に配設し、
他方の内側面等にはAu等の反射膜8を設けたリターン
透過型である。この場合、図示のように、光出射手段5
の出射方向に角度を持たせる必要がある。このような加
速度センサ1によれば、光出射手段5及び受光手段6が
一方側にあり導線の取り出しが容易であるだけでなく、
予め光出射手段5の角度付けを行い受光手段6を一体に
組み込んだ光学部品が使用でき、検出精度や信頼性の向
上を図ることができる。
In the acceleration sensor 1 shown in FIG. 6, the light emitting means 5 and the light receiving means 6 are arranged on one of the upper and lower covers 3 and 4,
It is a return transmissive type in which a reflective film 8 of Au or the like is provided on the other inner side surface and the like. In this case, as shown, the light emitting means 5
It is necessary to give an angle to the emission direction of. According to the acceleration sensor 1 as described above, not only the light emitting means 5 and the light receiving means 6 are provided on one side, but it is easy to take out the lead wire.
An optical component in which the light emitting means 5 is angled in advance and the light receiving means 6 is integrally incorporated can be used, and the detection accuracy and reliability can be improved.

【0031】この加速度センサ1において、光路のリタ
ーン回数に限定がないことは勿論、前記したと同様に、
光出射手段5を外付けすることもできる。この場合に光
出射手段5を角度付けする方法としては、図6(B)で
光ファイバ端部を拡大して例示するように、角度付けを
容易にするための角度付け用の透明部材9を用い、この
透明部材9を介して上カバー3の外側平面に光ファイバ
端部5を固定できる。この透明部材9には、垂直な断面
を有する光ファイバ端部5が挿入可能な斜めの溝を予め
有している。なお、特に図示しないが、接合による光損
失や耐久性の問題がなければ、光ファイバ端部5を外側
平面に対して所定の角度で近接させ、周囲を固定材で固
めるだけでもよい。
In this acceleration sensor 1, the number of times the optical path is returned is not limited, and of course, as described above,
The light emitting means 5 can be externally attached. In this case, as a method of angling the light emitting means 5, as shown in an enlarged view of the end portion of the optical fiber in FIG. 6B, a transparent angling member 9 for facilitating the angulation is used. By using the transparent member 9, the optical fiber end 5 can be fixed to the outer flat surface of the upper cover 3. The transparent member 9 has in advance an oblique groove into which the optical fiber end 5 having a vertical cross section can be inserted. Although not particularly shown, if there is no problem of light loss or durability due to joining, the optical fiber end portion 5 may be brought close to the outer plane at a predetermined angle and the periphery may be fixed with a fixing material.

【0032】また、同図(C)のように、上カバー3の
外側面等に角度を付けるための傾斜面を予め設けたり、
同図(A)の凹みの傾斜面3aを利用したり、また、特
に図示しないが、上カバー3の内側に傾斜面を有する凹
部又は凸部を形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 3C, an inclined surface for forming an angle is provided in advance on the outer surface of the upper cover 3 or the like,
The concave inclined surface 3a of FIG. 3A may be used, or a concave portion or a convex portion having an inclined surface may be formed inside the upper cover 3 although not particularly shown.

【0033】本発明は、上記説明に限定されるものでは
ない。たとえば、上記例では単体デバイスとしての加速
度センサを例示し、このためセンサ本体2の保護及び光
出射手段5や受光手段6の取付け部材として上下カバー
3,4を設けている。しかし、本発明における錘部2
2,梁部23,支持部21は、たとえば高機能センサの
一部として具備させることも可能なものである。この場
合、上下カバー3,4を省略し、光出射手段5や受光手
段6、或いは図6のリターン透過型における反射膜8を
該高機能センサの他の部位に設けることもできる。他の
部位が高反射率を有する場合では、反射膜8の省略も可
能である。
The present invention is not limited to the above description. For example, in the above example, the acceleration sensor is shown as a single device, and therefore the upper and lower covers 3 and 4 are provided as a member for protecting the sensor body 2 and attaching the light emitting means 5 and the light receiving means 6. However, the weight portion 2 in the present invention
2, the beam portion 23, and the support portion 21 can be provided as a part of a high-performance sensor, for example. In this case, the upper and lower covers 3 and 4 may be omitted, and the light emitting means 5 and the light receiving means 6 or the return transmissive reflection film 8 of FIG. 6 may be provided on other parts of the high-performance sensor. When the other portion has a high reflectance, the reflection film 8 can be omitted.

【0034】また、上記例ではシリコンでセンサ本体2
を一体に形成したが、水晶やMgO等の他の材料で構成
してもよく、更にシリコンウェーハに窒化シリコンや酸
化シリコン等の膜を形成し、この膜を梁部23として残
存させるようにしてもよい。さらに、光出射手段5や受
光手段6も、上記例に限定されず、更に、上記例では片
持梁で説明したが、これに限られるものではないことは
勿論であり、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変更することができる。
In the above example, the sensor body 2 is made of silicon.
, But may be made of other material such as quartz or MgO. Further, a film of silicon nitride, silicon oxide or the like may be formed on a silicon wafer, and this film may be left as the beam portion 23. Good. Further, the light emitting means 5 and the light receiving means 6 are not limited to the above example, and the cantilever has been described in the above example, but needless to say, the invention is not limited to this. Various changes can be made without departing from the spirit of the invention.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の加速
度センサによれば、透過型としたので、梁部にはなんら
の部品を付ける必要がなく、梁部の撓みを阻害すること
がなく、高感度である。また、環境温度が高くなっても
低くなっても影響を受けることがなく、精度に優れる。
さらに、構造が簡単で、半導体の微細加工技術を用いて
小型にすることができ、故障も少ないため、振動の多い
自動車用として特に好適である。
As described above, according to the acceleration sensor of the present invention, since it is of the transmission type, it is not necessary to attach any part to the beam portion and the bending of the beam portion is not obstructed. , High sensitivity. Further, it is not affected even if the environmental temperature becomes high or low, and is excellent in accuracy.
Further, the structure is simple, the semiconductor can be miniaturized by using the fine processing technology, and the number of failures is small. Therefore, it is particularly suitable for an automobile with a lot of vibration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の加速度センサの一例を示すもので、
(A)は概略断面構造図、(B)はセンサ本体の平面図
(下面図)である。
FIG. 1 shows an example of an acceleration sensor of the present invention,
(A) is a schematic sectional structural view, and (B) is a plan view (bottom view) of the sensor body.

【図2】錘部の変位を検出する様子を示す説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which displacement of a weight portion is detected.

【図3】錘部に遮光部を交互に形成した様子を示す模式
図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which light-shielding portions are alternately formed on the weight portion.

【図4】本発明の加速度センサの他の実施形態を示す概
略断面構造図である。
FIG. 4 is a schematic sectional structural view showing another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.

【図5】本発明の加速度センサの更に他の実施形態を示
す概略断面構造図である。
FIG. 5 is a schematic sectional structural view showing still another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.

【図6】図6(A)は、本発明の加速度センサの更に他
の実施形態を示す概略断面構造図である。同図(B),
(C)は光手射手段を外付けする場合の固定方法例を示
す要部拡大図である。
FIG. 6A is a schematic sectional structural view showing still another embodiment of the acceleration sensor of the present invention. FIG.
FIG. 6C is an enlarged view of a main part showing an example of a fixing method when the light emitting means is externally attached.

【図7】従来のピエゾ抵抗器を用いた加速度センサの一
例を示すもので、(a)は平面図、(b)は断面図であ
る。
7A and 7B show an example of a conventional acceleration sensor using a piezoresistor, where FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a sectional view.

【図8】従来の光学型加速度センサの一例を示す斜視図
である。
FIG. 8 is a perspective view showing an example of a conventional optical acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…加速度センサ, 2…センサ本体, 21…フレーム(支持部), 22…錘部, 23…梁部, 3…上カバー(カバー), 3a…凹み傾斜面, 4…下カバー(カバー), 5…光出射手段, 6…受光手段, 7…スペーサー, 8…反射膜, 9…透明部材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Acceleration sensor, 2 ... Sensor main body, 21 ... Frame (supporting part), 22 ... Weight part, 23 ... Beam part, 3 ... Upper cover (cover), 3a ... Recessed inclined surface, 4 ... Lower cover (cover), 5 ... Light emitting means, 6 ... Light receiving means, 7 ... Spacer, 8 ... Reflective film, 9 ... Transparent member.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加速度により変位する錘部と、この錘部
を梁部を介して支持する支持部とを具備する加速度セン
サにおいて、 前記錘部を光透過性の材料で構成するとともに、該錘部
に向けて光を照射する光出射手段と、この光出射手段か
ら出射され該錘部を透過した透過光を検出する受光手段
とを、それぞれ該錘部から離間して配設したことを特徴
とする加速度センサ。
1. An acceleration sensor comprising a weight portion that is displaced by acceleration and a support portion that supports the weight portion through a beam portion, wherein the weight portion is made of a light-transmissive material, and the weight portion is formed. A light emitting means for irradiating light toward the portion and a light receiving means for detecting transmitted light emitted from the light emitting means and transmitted through the weight portion are arranged separately from the weight portion. And an acceleration sensor.
【請求項2】 前記錘部をシリコンにより構成させると
ともに、前記光出射手段からの光には赤外線を含む請求
項1に記載の加速度センサ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the weight portion is made of silicon, and the light emitted from the light emitting means includes infrared rays.
【請求項3】 前記錘部と梁部と支持部とは、シリコン
単結晶基板から食刻により一体に形成してある請求項2
記載の加速度センサ。
3. The weight portion, the beam portion and the support portion are integrally formed by etching from a silicon single crystal substrate.
The acceleration sensor according to any one of the preceding claims.
【請求項4】 前記錘部と梁部とをカバーで封入すると
ともに、前記光出射手段及び受光手段を該カバーに設け
た請求項1〜3のいずれか1項に記載の加速度センサ。
4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the weight portion and the beam portion are enclosed by a cover, and the light emitting means and the light receiving means are provided on the cover.
【請求項5】 前記受光手段は、シリコン製の前記カバ
ーに一体に形成した電荷結合デバイスである請求項4に
記載の加速度センサ。
5. The acceleration sensor according to claim 4, wherein the light receiving unit is a charge-coupled device integrally formed with the cover made of silicon.
【請求項6】 前記カバーを光透過性の材料で構成し、
前記光出射手段と受光手段とは、それぞれ該カバーに対
し外側から埋め込み或いは外付けしてある請求項4又は
5に記載の加速度センサ。
6. The cover is made of a light transmissive material,
The acceleration sensor according to claim 4 or 5, wherein the light emitting means and the light receiving means are embedded in or externally attached to the cover, respectively.
【請求項7】 前記錘部を、光を集光できる形状にし、
該錘部からの透過光を前記受光手段に集光させるように
した請求項1〜6のいずれか1項に記載の加速度セン
サ。
7. The weight portion is shaped to collect light,
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein transmitted light from the weight portion is condensed on the light receiving means.
【請求項8】 前記光出射手段は、その出射光が前記錘
部へ斜めに入射可能に所定の角度づけがしてあり、 前記受光手段は、錘部を斜めに透過した後に少なくとも
1回、所定部位での反射と該錘部への再入射及び透過と
を繰り返した後の光を受光可能な位置に、配置してある
請求項1〜6のいずれか1項に記載の加速度センサ。
8. The light emitting means is angled at a predetermined angle so that the emitted light can be obliquely incident on the weight portion, and the light receiving means is at least once after obliquely transmitted through the weight portion. The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the acceleration sensor is arranged at a position capable of receiving light after repeating reflection at a predetermined portion and re-incident and transmission to the weight portion.
【請求項9】 前記所定部位は、前記カバーの内側面で
あり、光の反射位置を含む該カバーの内側面には反射膜
が設けてある請求項8に記載の加速度センサ。
9. The acceleration sensor according to claim 8, wherein the predetermined portion is an inner surface of the cover, and a reflective film is provided on the inner surface of the cover including a light reflection position.
【請求項10】 前記光出射手段により照射され前記錘
部を透過した光について、該透過光が前記受光手段に当
たる光点の位置又は光量の変化から錘部の変位を求め、
これにより加速度を検出する請求項1〜9のいずれか1
項に記載の加速度センサ。
10. The displacement of the weight section is obtained from the change of the position or the light amount of the light spot at which the transmitted light impinges on the light receiving section for the light emitted by the light emitting means and transmitted through the weight section,
The acceleration is detected by this.
The acceleration sensor according to the item.
JP5645296A 1995-04-20 1996-03-13 Acceleration sensor Withdrawn JPH095353A (en)

Priority Applications (1)

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JP5645296A JPH095353A (en) 1995-04-20 1996-03-13 Acceleration sensor

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9542995 1995-04-20
JP7-95429 1995-04-20
JP5645296A JPH095353A (en) 1995-04-20 1996-03-13 Acceleration sensor

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4864266B2 (en) * 2000-02-11 2012-02-01 ローズマウント インコーポレイテッド Optical pressure sensor

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