JPH11142427A - 加速度計およびその製造方法 - Google Patents
加速度計およびその製造方法Info
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- JPH11142427A JPH11142427A JP33924497A JP33924497A JPH11142427A JP H11142427 A JPH11142427 A JP H11142427A JP 33924497 A JP33924497 A JP 33924497A JP 33924497 A JP33924497 A JP 33924497A JP H11142427 A JPH11142427 A JP H11142427A
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- Japan
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- optical waveguide
- waveguide layer
- light
- main substrate
- accelerometer
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- Pressure Sensors (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化に適し、低価格であり、製造が容易で
ある加速度計およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、作用部と可撓部と固定部とか
らなる主基板１と、前記作用部に接合された重錘体２
と、前記主基板の一面に形成された光学的バッファ層４
と、これの一面に形成された光導波層５と、これの一端
面に接合されレーザ光を前記光導波層の内部に入射させ
るレーザダイオード６と、前記光導波層の一面に形成さ
れこの光導波層に入射されたレーザ光を外部へ放射する
集光グレーティングカップラ７と、前記光導波層の一面
と対向して配置された保持板８と、これを前記光導波層
の一面に固定している支持部材９と、前記集光グレーテ
ィングカップラから出射されるレーザ光がほぼ集光され
る前記保持板の位置に形成されている４分割フォトダイ
オード１０とを有する。
ある加速度計およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、作用部と可撓部と固定部とか
らなる主基板１と、前記作用部に接合された重錘体２
と、前記主基板の一面に形成された光学的バッファ層４
と、これの一面に形成された光導波層５と、これの一端
面に接合されレーザ光を前記光導波層の内部に入射させ
るレーザダイオード６と、前記光導波層の一面に形成さ
れこの光導波層に入射されたレーザ光を外部へ放射する
集光グレーティングカップラ７と、前記光導波層の一面
と対向して配置された保持板８と、これを前記光導波層
の一面に固定している支持部材９と、前記集光グレーテ
ィングカップラから出射されるレーザ光がほぼ集光され
る前記保持板の位置に形成されている４分割フォトダイ
オード１０とを有する。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を検出する
加速度計に関し、より詳しくは、互いに直交する３つの
軸に沿った加速度を同時に測定可能な加速度計に関す
る。
加速度計に関し、より詳しくは、互いに直交する３つの
軸に沿った加速度を同時に測定可能な加速度計に関す
る。
【従来の技術】従来より、ロボットや飛行機等３次元で
動く物体や、自動車等２次元平面で移動する物体の力、
加速度、磁気等を検出し、これら物体の動き或いはこれ
ら物体に搭載した各種機器を制御するために、加速度計
が用いられている。しかしながら、かかる制御に使用す
る加速度計は、１次元の加速度を検出する加速度計を複
数組み合わせて３次元の加速度を検出するようにしてい
たため、加速度計を取り付ける大きなスペースが必要と
なり、また、加速度計を取り付ける場所も制約を受ける
等の問題があった。そこで、近年、互いに直交する３つ
の軸に沿った加速度を同時に測定できる３次元加速度計
が提案されている。かかる３次元加速度計としては、例
えば、半導体基板上にピエゾ抵抗素子を設け、力、加速
度、磁気等の作用によりこのピエゾ抵抗素子に機械的変
形を生じさせ、この機械的変形を電気抵抗の変化として
検出するものがある（特開平３−２５３５号公報、特開
平７−１１０３４１号公報、特開平７−２０１４６号公
報）。また、固定電極と可動電極とを有し、加速度等が
加わることによる各方向の静電容量の変化を利用して３
軸方向の加速度を検出するもの（特開平５−２４９１３
８号公報、特開平９−２１８２５号公報）や同様に加速
度等が加わることによる圧電素子の電圧変化を利用する
もの（特開平９−２１８２５号公報）もある。
動く物体や、自動車等２次元平面で移動する物体の力、
加速度、磁気等を検出し、これら物体の動き或いはこれ
ら物体に搭載した各種機器を制御するために、加速度計
が用いられている。しかしながら、かかる制御に使用す
る加速度計は、１次元の加速度を検出する加速度計を複
数組み合わせて３次元の加速度を検出するようにしてい
たため、加速度計を取り付ける大きなスペースが必要と
なり、また、加速度計を取り付ける場所も制約を受ける
等の問題があった。そこで、近年、互いに直交する３つ
の軸に沿った加速度を同時に測定できる３次元加速度計
が提案されている。かかる３次元加速度計としては、例
えば、半導体基板上にピエゾ抵抗素子を設け、力、加速
度、磁気等の作用によりこのピエゾ抵抗素子に機械的変
形を生じさせ、この機械的変形を電気抵抗の変化として
検出するものがある（特開平３−２５３５号公報、特開
平７−１１０３４１号公報、特開平７−２０１４６号公
報）。また、固定電極と可動電極とを有し、加速度等が
加わることによる各方向の静電容量の変化を利用して３
軸方向の加速度を検出するもの（特開平５−２４９１３
８号公報、特開平９−２１８２５号公報）や同様に加速
度等が加わることによる圧電素子の電圧変化を利用する
もの（特開平９−２１８２５号公報）もある。
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た電気抵抗の変化を利用したものは、センサ感度の点で
例えば、自動車のエアバッグのような大きな加速度の検
出等、用途が限定されるという問題があった。また、静
電容量や圧電素子の電圧変化を利用するものは、検出回
路が複雑になるという欠点があった。一方、ＣＤプレー
ヤー等におけるトラッキング制御等には、レンズおよび
プリズム等の光学部品を組み合わせて構成される光学式
変位計が用いられ、かかる光学式変位計の中には、２軸
以上の変位を同時に検出し得るものもある。しかしなが
ら、この種の光学式変位計は、多くのレンズおよびプリ
ズム等の光学部品を組み合わせてなるから、小型化に適
さず、高価格であった。また、精度良く加速度を検出し
得るものを製造するためには、光軸合わせ等種々の細か
な調整が必要となるため、製造が困難であるという問題
もあった。本発明の目的は、２軸以上の加速度を同時に
検出し得る上に、小型化に適し、低価格であり、製造が
容易な光学式加速度計およびその製造方法を提供するこ
とにある。
た電気抵抗の変化を利用したものは、センサ感度の点で
例えば、自動車のエアバッグのような大きな加速度の検
出等、用途が限定されるという問題があった。また、静
電容量や圧電素子の電圧変化を利用するものは、検出回
路が複雑になるという欠点があった。一方、ＣＤプレー
ヤー等におけるトラッキング制御等には、レンズおよび
プリズム等の光学部品を組み合わせて構成される光学式
変位計が用いられ、かかる光学式変位計の中には、２軸
以上の変位を同時に検出し得るものもある。しかしなが
ら、この種の光学式変位計は、多くのレンズおよびプリ
ズム等の光学部品を組み合わせてなるから、小型化に適
さず、高価格であった。また、精度良く加速度を検出し
得るものを製造するためには、光軸合わせ等種々の細か
な調整が必要となるため、製造が困難であるという問題
もあった。本発明の目的は、２軸以上の加速度を同時に
検出し得る上に、小型化に適し、低価格であり、製造が
容易な光学式加速度計およびその製造方法を提供するこ
とにある。
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、光集積回路技術を用い、グレーティン
グカップラを形成した光導波路を設け、この光導波路に
入射させた光をグレーティングカップラにより集光し、
集光された光ビームの、加速度が加わることによる３次
元的変化を、光検出手段により検出するようにしてい
る。これにより、多軸加速度を精度良く検出し得る上
に、小型且つ低価格な光学式加速度計を容易に製造し得
る。即ち、請求項１記載の加速度計は、主基板に光導波
層を形成し該光導波層に集光グレーティングカップラを
設けると共に前記主基板と所定間隔をおいた対向面に光
検出手段を設け、前記主基板に平行なＸＹ平面を設定し
てこれと直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ３軸方向の加速度
を、前記光導波層に入射させた光を前記集光グレーティ
ングカップラから出射し、出射光を前記光検出手段によ
り検出することにより、同時に計測し得るようにしたこ
とを特徴としている。また、請求項２記載の加速度計で
は、前記光検出手段は４分割フォトダイオードで構成さ
れることを特徴としている。尚、請求項３記載の加速度
計では、前記光検出手段は前記対向面における前記集光
グレーティングカップラの鉛直位置から前記光導波層の
光の進行方向にずらして設けられていることを特徴とし
ている。更にまた、請求項４記載の加速度計は、作用部
とこの作用部の周囲に形成されている可撓部とこの可撓
部の周囲に形成されている固定部とからなる主基板と、
この主基板の前記作用部に接合されている重錘体と、前
記主基板の一面に形成されている光学的バッファ層と、
この光学的バッファ層の一面に形成されている光導波層
と、この光導波層の一端面に接合され光ビームを前記光
導波層の内部に入射させる発光手段と、前記光導波層の
一面に形成されこの光導波層に入射された光ビームを外
部へ出射する集光グレーティングカップラと、前記光導
波層の一面と対向して所定間隔をおいて配置されている
保持板と、この保持板を前記光導波層の一面に固定して
いる支持部材と、前記集光グレーティングカップラから
出射される光ビームがほぼ集光される前記保持板の位置
に形成されている光検出手段とを有することを特徴とし
ている。一方、請求項５記載の加速度計の製造方法は、
基板を用意しこの基板の両面に薄膜を形成する工程と、
この薄膜の一方の側から薄膜および基板の一部をエッチ
ングすることにより作用部とこの作用部の周囲に形成さ
れている可撓部とこの可撓部の周囲に形成されている固
定部とからなる主基板を形成し、かつ、この主基板の一
面の薄膜を残して光学的バッファ層とする工程と、前記
主基板の前記作用部に重錘体を接合する工程と、前記主
基板の前記固定部に台座部材を接合する工程と、前記光
学的バッファ層の一面に光導波層を形成する工程と、前
記光導波層の一面に集光グレーティングカップラを形成
する工程と、前記光導波層の一面に支持部材を接合する
工程と、光検出手段が形成された保持板を用意する工程
と、この保持板を前記支持部材に接合する工程と、前記
光導波層の一端面に発光手段を取り付ける工程とを有す
ることを特徴としている。
に、本発明では、光集積回路技術を用い、グレーティン
グカップラを形成した光導波路を設け、この光導波路に
入射させた光をグレーティングカップラにより集光し、
集光された光ビームの、加速度が加わることによる３次
元的変化を、光検出手段により検出するようにしてい
る。これにより、多軸加速度を精度良く検出し得る上
に、小型且つ低価格な光学式加速度計を容易に製造し得
る。即ち、請求項１記載の加速度計は、主基板に光導波
層を形成し該光導波層に集光グレーティングカップラを
設けると共に前記主基板と所定間隔をおいた対向面に光
検出手段を設け、前記主基板に平行なＸＹ平面を設定し
てこれと直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ３軸方向の加速度
を、前記光導波層に入射させた光を前記集光グレーティ
ングカップラから出射し、出射光を前記光検出手段によ
り検出することにより、同時に計測し得るようにしたこ
とを特徴としている。また、請求項２記載の加速度計で
は、前記光検出手段は４分割フォトダイオードで構成さ
れることを特徴としている。尚、請求項３記載の加速度
計では、前記光検出手段は前記対向面における前記集光
グレーティングカップラの鉛直位置から前記光導波層の
光の進行方向にずらして設けられていることを特徴とし
ている。更にまた、請求項４記載の加速度計は、作用部
とこの作用部の周囲に形成されている可撓部とこの可撓
部の周囲に形成されている固定部とからなる主基板と、
この主基板の前記作用部に接合されている重錘体と、前
記主基板の一面に形成されている光学的バッファ層と、
この光学的バッファ層の一面に形成されている光導波層
と、この光導波層の一端面に接合され光ビームを前記光
導波層の内部に入射させる発光手段と、前記光導波層の
一面に形成されこの光導波層に入射された光ビームを外
部へ出射する集光グレーティングカップラと、前記光導
波層の一面と対向して所定間隔をおいて配置されている
保持板と、この保持板を前記光導波層の一面に固定して
いる支持部材と、前記集光グレーティングカップラから
出射される光ビームがほぼ集光される前記保持板の位置
に形成されている光検出手段とを有することを特徴とし
ている。一方、請求項５記載の加速度計の製造方法は、
基板を用意しこの基板の両面に薄膜を形成する工程と、
この薄膜の一方の側から薄膜および基板の一部をエッチ
ングすることにより作用部とこの作用部の周囲に形成さ
れている可撓部とこの可撓部の周囲に形成されている固
定部とからなる主基板を形成し、かつ、この主基板の一
面の薄膜を残して光学的バッファ層とする工程と、前記
主基板の前記作用部に重錘体を接合する工程と、前記主
基板の前記固定部に台座部材を接合する工程と、前記光
学的バッファ層の一面に光導波層を形成する工程と、前
記光導波層の一面に集光グレーティングカップラを形成
する工程と、前記光導波層の一面に支持部材を接合する
工程と、光検出手段が形成された保持板を用意する工程
と、この保持板を前記支持部材に接合する工程と、前記
光導波層の一端面に発光手段を取り付ける工程とを有す
ることを特徴としている。
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
る加速度計を図面に基いて詳細に説明する。図１に示す
ように、本実施の形態の加速度計は、主基板１を有して
いる。この主基板１は、作用部１ａと、この作用部１ａ
の周囲に形成されている可撓部１ｂと、この可撓部１ｂ
の周囲に形成されている固定部１ｃとからなる。主基板
１は、例えばＳｉで構成されている。主基板１の作用部
１ａには、重錘体２が接合されている。この重錘体２
は、例えばガラスで構成されている。前記主基板１の固
定部１ｃは、凹部を有する台座部材３の周囲部に接合さ
れている。前記主基板１の一面には、光学的バッファ層
４が形成されている。この光学的バッファ層４は、例え
ばＳｉＯ２で構成されている。この光学的バッファ層４
の一面には、光導波層５が形成されている。この光導波
層５は、例えば、Ｃｏｎｉｎｇ ＃７０５９ ｇｌａｓ
ｓ（商品名）で構成されている。この光導波層５の一端
面には、発光手段として、例えば、レーザダイオード６
が接合されている。このレーザダイオード６は、レーザ
光を光導波層５の内部に入射させる。光導波層５に入射
されたレーザ光は、光導波層５により導波される。前記
光導波層５の一面には、集光グレーディングカップラ７
が形成されている。この集光グレーティングカップラ７
は、光導波層５に入射されたレーザ光を光導波層５の外
部へ出射する。前記光導波層５の一面と対向して所定間
隔をおいて保持板８が配置されいる。この保持板８は、
支持部材９により前記光導波層５の一面に固定されてい
る。前記集光グレーティングカップラ７から出射される
レーザ光がほぼ集光される前記保持板８の位置には、レ
ーザ光の２次元位置を検出する光検出手段として、４分
割フォトダイオード１０が形成されている。この４分割
フォトダイオード１０は、レーザ光の２次元位置を検出
するために４つの光検出素子（フォトダイオード）間が
微小なギャップで隔てられて１つの光検出器として形成
されているものであり、各４光検出素子により受光する
光量の差により、レーザ光の２次元位置を求めると共に
受光する光強度の和により、レーザ光の３次元的変化を
も検出し得るものである。尚、集光グレーティングカッ
プラ７から出射されるレーザ光と光導波層５の一面とが
なす角度を９０度より小さく設定することにより、加速
度計を小型にするために光導波層５と保持板８との間隔
を小さくした場合でも、集光グレーティングカップラ７
と４分割フォトダイオード１０との間隔をより大きくと
ることが可能となる。従って、４分割フォトダイオード
１０は保持板８における集光グレーティングカップラ７
の鉛直方向に対し、レーザダイオード６から入射した光
ビームの進行方向にずらして形成されるのが、望まし
い。前記４分割フォトダイオード１０は、それぞれ演算
回路またはマイクロコンピュータ（図示せず）に接続さ
れている。この演算回路またはマイクロコンピュータ
は、４分割フォトダイオード１０の検出電流または検出
電圧に基いて１軸、２軸または３軸に沿った加速度を演
算するものである。図２は、本発明の加速度計の要部を
示す斜視図である。図２に示すように、レーザダイオー
ド６からのレーザ光は、光導波層５の内部に入射され、
光導波層５により導波される。前記光導波層５の一面の
集光グレーティングカップラ７が光導波層５に入射され
たレーザ光を光導波層５の外部へ出射する。この集光グ
レーティングカップラ７により出射されたレーザ光が４
分割フォトダイオード１０により検出される。この加速
度計に加速度が加わると、作用部１ａおよび重錘体２に
力が加わるから、主基板１の可撓部１ｂが変形されるの
で、集光グレーティングカップラ７が変位される。集光
グレーティングカップラ７が変位されると、集光グレー
ティングカップラ７と４分割フォトダイオード１０にお
ける４つの光検出素子との位置が相対的に変化する。こ
の結果、４つの光検出素子が受ける光量（光強度）が変
化して、各光検出素子の検出電流または検出電圧が変化
する。前記４分割フォトダイオード１０における４つの
光検出素子による検出電流をそれぞれＩ１、Ｉ２、
Ｉ３、Ｉ４とし、この場合に互いに直交するＸ軸とＹ軸
とＺ軸とに沿った加速度をαＸ、αＹ、αＺとすると、
αＸ、αＹ、αＺは次の数１、数２および数３により表
される。
る加速度計を図面に基いて詳細に説明する。図１に示す
ように、本実施の形態の加速度計は、主基板１を有して
いる。この主基板１は、作用部１ａと、この作用部１ａ
の周囲に形成されている可撓部１ｂと、この可撓部１ｂ
の周囲に形成されている固定部１ｃとからなる。主基板
１は、例えばＳｉで構成されている。主基板１の作用部
１ａには、重錘体２が接合されている。この重錘体２
は、例えばガラスで構成されている。前記主基板１の固
定部１ｃは、凹部を有する台座部材３の周囲部に接合さ
れている。前記主基板１の一面には、光学的バッファ層
４が形成されている。この光学的バッファ層４は、例え
ばＳｉＯ２で構成されている。この光学的バッファ層４
の一面には、光導波層５が形成されている。この光導波
層５は、例えば、Ｃｏｎｉｎｇ ＃７０５９ ｇｌａｓ
ｓ（商品名）で構成されている。この光導波層５の一端
面には、発光手段として、例えば、レーザダイオード６
が接合されている。このレーザダイオード６は、レーザ
光を光導波層５の内部に入射させる。光導波層５に入射
されたレーザ光は、光導波層５により導波される。前記
光導波層５の一面には、集光グレーディングカップラ７
が形成されている。この集光グレーティングカップラ７
は、光導波層５に入射されたレーザ光を光導波層５の外
部へ出射する。前記光導波層５の一面と対向して所定間
隔をおいて保持板８が配置されいる。この保持板８は、
支持部材９により前記光導波層５の一面に固定されてい
る。前記集光グレーティングカップラ７から出射される
レーザ光がほぼ集光される前記保持板８の位置には、レ
ーザ光の２次元位置を検出する光検出手段として、４分
割フォトダイオード１０が形成されている。この４分割
フォトダイオード１０は、レーザ光の２次元位置を検出
するために４つの光検出素子（フォトダイオード）間が
微小なギャップで隔てられて１つの光検出器として形成
されているものであり、各４光検出素子により受光する
光量の差により、レーザ光の２次元位置を求めると共に
受光する光強度の和により、レーザ光の３次元的変化を
も検出し得るものである。尚、集光グレーティングカッ
プラ７から出射されるレーザ光と光導波層５の一面とが
なす角度を９０度より小さく設定することにより、加速
度計を小型にするために光導波層５と保持板８との間隔
を小さくした場合でも、集光グレーティングカップラ７
と４分割フォトダイオード１０との間隔をより大きくと
ることが可能となる。従って、４分割フォトダイオード
１０は保持板８における集光グレーティングカップラ７
の鉛直方向に対し、レーザダイオード６から入射した光
ビームの進行方向にずらして形成されるのが、望まし
い。前記４分割フォトダイオード１０は、それぞれ演算
回路またはマイクロコンピュータ（図示せず）に接続さ
れている。この演算回路またはマイクロコンピュータ
は、４分割フォトダイオード１０の検出電流または検出
電圧に基いて１軸、２軸または３軸に沿った加速度を演
算するものである。図２は、本発明の加速度計の要部を
示す斜視図である。図２に示すように、レーザダイオー
ド６からのレーザ光は、光導波層５の内部に入射され、
光導波層５により導波される。前記光導波層５の一面の
集光グレーティングカップラ７が光導波層５に入射され
たレーザ光を光導波層５の外部へ出射する。この集光グ
レーティングカップラ７により出射されたレーザ光が４
分割フォトダイオード１０により検出される。この加速
度計に加速度が加わると、作用部１ａおよび重錘体２に
力が加わるから、主基板１の可撓部１ｂが変形されるの
で、集光グレーティングカップラ７が変位される。集光
グレーティングカップラ７が変位されると、集光グレー
ティングカップラ７と４分割フォトダイオード１０にお
ける４つの光検出素子との位置が相対的に変化する。こ
の結果、４つの光検出素子が受ける光量（光強度）が変
化して、各光検出素子の検出電流または検出電圧が変化
する。前記４分割フォトダイオード１０における４つの
光検出素子による検出電流をそれぞれＩ１、Ｉ２、
Ｉ３、Ｉ４とし、この場合に互いに直交するＸ軸とＹ軸
とＺ軸とに沿った加速度をαＸ、αＹ、αＺとすると、
αＸ、αＹ、αＺは次の数１、数２および数３により表
される。
【数１】
【数２】
【数３】 これらの数１、数２および数３においては、ΔＩｉ（ｉ
＝１．２，３，４）は次の数４により表される。
＝１．２，３，４）は次の数４により表される。
【数４】 この数４において、Ｉｉ０（ｉ＝１．２．３，４）は加
速度が０である時の検出電流を示している。また、数
１、数２および数３における係数Ａｊｉ（ｊ＝Ｘ，Ｙ．
Ｚ ｉ＝１．２．３．４）は、測定データを用いて最小
二乗法により算出される。前記演算回路またはマイクコ
ンピュータは、数１、数２および数３の演算をして加速
度αＸ、αＹ、αＺを求める。次に、本発明の実施形態
に係る加速度計の製造方法を図面に基いて説明する。こ
の場合に、上記実施形態と同一の構成要素には、同一の
参照符号が付される。本実施形態の製造方法の特徴は、
通常の集積回路（ＩＣ）製造プロセス技術とほぼ同様の
プロセス技術を用いて加速度計を製造し得る点にある。
まず、図３に示すように、ｎ−Ｓｉからなる基板１１を
用意し、この基板１１の両面にＳｉＯ２からなる薄膜１
２を形成する。これらの薄膜１２は、熱酸化法、スパッ
タ法またはＣＶＤ法等により形成される。次に、図４に
示すように、前記薄膜１２の一方をフォトリソグラフィ
によりパターニングし、異方性エッチングにより溝部を
形成して主基板１を形成する。続いて、図５に示すよう
に、異方性エッチングをした側の薄膜１２をさらにエッ
チングにより除去する。他の薄膜１２は光学的バッファ
層４として残される。この光学的バッファ層４の上に光
導波層５が形成される。この光導波層５は、例えばＣｏ
ｎｉｎｇ ＃７０５９ ｇｌａｓｓ （商品名）を用
い、スパッタ法等により形成される。更に、図６に示す
ように、前記光導波層５の上にＳｉＮからなる薄膜をＣ
ＶＤ法等により形成し、この薄膜を電子ビームリソグラ
フィによりパターンニングし、反応性イオンエッチング
により集光グレーティングカップラ７を形成する。この
後、図７に示すように、ガラスからなる重錘体２を主基
板１の作用部１ａに接合する。ガラスからなる重錘体２
を主基板１の作用部１ａに接合するには、陽極接合方法
などが用いられる。この陽極接合方法は、作用部１ａお
よびガラスを３００℃程度に加熱し、ガラス側に数百ボ
ルトの負電圧を印加して、ガラス中のナトリウムイオン
を移動させ、このナトリウムイオンの移動に伴って作用
部１ａのＳｉとの間で大きな静電引力を生じさせること
によりＳｉとガラスとを引き合わせて、最後に分子間引
力により強固に結合させる方法である。次に、図８に示
すように、前記光導波層５および光学的バッファ層４に
おけるレーザダイオード６を取り付ける端面を研磨し、
前記主基板１の固定部１ｃに台座部材３を接合し、前記
光導波層５に支持部材９を接合する。この場合におい
て、台座部材３および支持部材９をＳｉで構成した場合
には、台座部材３および支持部材９はそれぞれ固定部１
ｃおよび光導波層５に共晶接合方法により接合される。
この共晶接合方法は、台座部材３および支持部材９の接
合面に金の膜を形成し、この金膜と接合部分とを金とＳ
ｉの共晶温度（３００℃）に加熱し、かつ、接合部分を
押しつける方向に加圧して接合する方法である。更に、
図９に示すように、前記４分割フォトダイオード１０が
形成されたＳｉからなる保持基板８を用意し、この保持
基板８を支持部材９に前記共晶接合方法により接合す
る。また、レーザダイオード６を接着剤により前記光導
波層５の端面に取り付ける。図３〜図９に関して以上に
述べた工程を経て、本発明の実施形態に係る加速度計を
製造することができる。このように、本実施形態の製造
方法によれば、通常の集積回路（ＩＣ）製造プロセス技
術とほぼ同様のプロセス技術を用いて、容易且つ低コス
トに精度の良い加速度計を量産することが可能である。
以上、本発明を特定の実施形態について述べたが、本発
明はこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲に
記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適
用される。例えば、以上の実施形態では、レーザ光の２
次元位置を検出する光検出手段として、４分割フォトダ
イオードから成る光検出器を用いたが、例えば、４分割
したフォトトランジスタ素子群から成る光検出器を用い
ることも、勿論可能である。また、光ビームの２次元位
置を検出するものとして、例えば、２次元ＰＳＤ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）等を採用することもできる。更に、上述した実施形
態では、光ビームを光導波層の内部に入射させる発光手
段として、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄ
ｅ）を用いたが、これ以外の発光手段、例えば、発光ダ
イオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄ
ｅ）を用いることも可能である。
速度が０である時の検出電流を示している。また、数
１、数２および数３における係数Ａｊｉ（ｊ＝Ｘ，Ｙ．
Ｚ ｉ＝１．２．３．４）は、測定データを用いて最小
二乗法により算出される。前記演算回路またはマイクコ
ンピュータは、数１、数２および数３の演算をして加速
度αＸ、αＹ、αＺを求める。次に、本発明の実施形態
に係る加速度計の製造方法を図面に基いて説明する。こ
の場合に、上記実施形態と同一の構成要素には、同一の
参照符号が付される。本実施形態の製造方法の特徴は、
通常の集積回路（ＩＣ）製造プロセス技術とほぼ同様の
プロセス技術を用いて加速度計を製造し得る点にある。
まず、図３に示すように、ｎ−Ｓｉからなる基板１１を
用意し、この基板１１の両面にＳｉＯ２からなる薄膜１
２を形成する。これらの薄膜１２は、熱酸化法、スパッ
タ法またはＣＶＤ法等により形成される。次に、図４に
示すように、前記薄膜１２の一方をフォトリソグラフィ
によりパターニングし、異方性エッチングにより溝部を
形成して主基板１を形成する。続いて、図５に示すよう
に、異方性エッチングをした側の薄膜１２をさらにエッ
チングにより除去する。他の薄膜１２は光学的バッファ
層４として残される。この光学的バッファ層４の上に光
導波層５が形成される。この光導波層５は、例えばＣｏ
ｎｉｎｇ ＃７０５９ ｇｌａｓｓ （商品名）を用
い、スパッタ法等により形成される。更に、図６に示す
ように、前記光導波層５の上にＳｉＮからなる薄膜をＣ
ＶＤ法等により形成し、この薄膜を電子ビームリソグラ
フィによりパターンニングし、反応性イオンエッチング
により集光グレーティングカップラ７を形成する。この
後、図７に示すように、ガラスからなる重錘体２を主基
板１の作用部１ａに接合する。ガラスからなる重錘体２
を主基板１の作用部１ａに接合するには、陽極接合方法
などが用いられる。この陽極接合方法は、作用部１ａお
よびガラスを３００℃程度に加熱し、ガラス側に数百ボ
ルトの負電圧を印加して、ガラス中のナトリウムイオン
を移動させ、このナトリウムイオンの移動に伴って作用
部１ａのＳｉとの間で大きな静電引力を生じさせること
によりＳｉとガラスとを引き合わせて、最後に分子間引
力により強固に結合させる方法である。次に、図８に示
すように、前記光導波層５および光学的バッファ層４に
おけるレーザダイオード６を取り付ける端面を研磨し、
前記主基板１の固定部１ｃに台座部材３を接合し、前記
光導波層５に支持部材９を接合する。この場合におい
て、台座部材３および支持部材９をＳｉで構成した場合
には、台座部材３および支持部材９はそれぞれ固定部１
ｃおよび光導波層５に共晶接合方法により接合される。
この共晶接合方法は、台座部材３および支持部材９の接
合面に金の膜を形成し、この金膜と接合部分とを金とＳ
ｉの共晶温度（３００℃）に加熱し、かつ、接合部分を
押しつける方向に加圧して接合する方法である。更に、
図９に示すように、前記４分割フォトダイオード１０が
形成されたＳｉからなる保持基板８を用意し、この保持
基板８を支持部材９に前記共晶接合方法により接合す
る。また、レーザダイオード６を接着剤により前記光導
波層５の端面に取り付ける。図３〜図９に関して以上に
述べた工程を経て、本発明の実施形態に係る加速度計を
製造することができる。このように、本実施形態の製造
方法によれば、通常の集積回路（ＩＣ）製造プロセス技
術とほぼ同様のプロセス技術を用いて、容易且つ低コス
トに精度の良い加速度計を量産することが可能である。
以上、本発明を特定の実施形態について述べたが、本発
明はこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲に
記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適
用される。例えば、以上の実施形態では、レーザ光の２
次元位置を検出する光検出手段として、４分割フォトダ
イオードから成る光検出器を用いたが、例えば、４分割
したフォトトランジスタ素子群から成る光検出器を用い
ることも、勿論可能である。また、光ビームの２次元位
置を検出するものとして、例えば、２次元ＰＳＤ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）等を採用することもできる。更に、上述した実施形
態では、光ビームを光導波層の内部に入射させる発光手
段として、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄ
ｅ）を用いたが、これ以外の発光手段、例えば、発光ダ
イオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄ
ｅ）を用いることも可能である。
【発明の効果】本発明の加速度計によれば、グレーティ
ングカップラを形成した光導波路を設け、この光導波路
に入射させた光をグレーティングカップラにより集光
し、集光された光ビームの、加速度が加わることによる
変化を、光検出手段により検出するようにしたので、２
軸以上の加速度を精度良く検出し得る上に、複雑な組み
合わせの光学部品が不要であるから、小型且つ低価格で
製造が容易な光学式加速度計を得ることができる。ま
た、かかる加速度計を光集積回路技術を用いて製造し得
るので、量産が容易であり、低価格な加速度計が得られ
る製造方法を提供することが可能である。
ングカップラを形成した光導波路を設け、この光導波路
に入射させた光をグレーティングカップラにより集光
し、集光された光ビームの、加速度が加わることによる
変化を、光検出手段により検出するようにしたので、２
軸以上の加速度を精度良く検出し得る上に、複雑な組み
合わせの光学部品が不要であるから、小型且つ低価格で
製造が容易な光学式加速度計を得ることができる。ま
た、かかる加速度計を光集積回路技術を用いて製造し得
るので、量産が容易であり、低価格な加速度計が得られ
る製造方法を提供することが可能である。
【図１】本発明の一実施の形態に係る加速度計を示す断
面図である。
面図である。
【図２】図１の加速度計の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る加速度計の製造方法の
工程を説明するための断面図である。
工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る加速度計の製造方法の
工程を説明するための断面図である。
工程を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る加速度計の製造方法の
工程を説明するための断面図である。
工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る加速度計の製造方法の
工程を説明するための断面図である。
工程を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る加速度計の製造方法の
工程を説明するための断面図である。
工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る加速度計の製造方法の
工程を説明するための断面図である。
工程を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る加速度計の製造方法の
工程を説明するための断面図である。
工程を説明するための断面図である。
１ 主基板 ２ 重錘体 ３ 台座部材 ４ 光学的バッファ層 ５ 光導波層 ６ レーザダイオード ７ 集光グレーティングカップラ ８ 保持板 ９ 支持部材 １０ ４分割フォトダイオード
Claims (5)
- 【請求項１】 主基板に光導波層を形成し該光導波層に
集光グレーティングカップラを設けると共に前記主基板
と所定間隔をおいた対向面に光検出手段を設け、前記主
基板に平行なＸＹ平面を設定してこれと直交するＺ軸の
Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸方向の加速度を、前記光導波層に入射さ
せた光を前記集光グレーティングカップラから出射し、
出射光を前記光検出手段により検出することにより、同
時に計測し得るようにしたことを特徴とする加速度計。 - 【請求項２】 請求項１記載の加速度計において、前記
光検出手段は４分割フォトダイオードで構成されている
ことを特徴とする加速度計。 - 【請求項３】 請求項１記載の加速度計において、前記
光検出手段は前記対向面における前記集光グレーティン
グカップラの鉛直位置から前記光導波層の光の進行方向
にずらして設けられていることを特徴とする加速度計。 - 【請求項４】 作用部とこの作用部の周囲に形成されて
いる可撓部とこの可撓部の周囲に形成されている固定部
とからなる主基板と、この主基板の前記作用部に接合さ
れている重錘体と、前記主基板の一面に形成されている
光学的バッファ層と、この光学的バッファ層の一面に形
成されている光導波層と、この光導波層の一端面に接合
され光ビームを前記光導波層の内部に入射させる発光手
段と、前記光導波層の一面に形成されこの光導波層に入
射された光ビームを外部へ出射する集光グレーティング
カップラと、前記光導波層の一面と対向して所定間隔を
おいて配置されている保持板と、この保持板を前記光導
波層の一面に固定している支持部材と、前記集光グレー
ティングカップラから出射される光ビームがほぼ集光さ
れる前記保持板の位置に形成されている光検出手段とを
有することを特徴とする加速度計。 - 【請求項５】 基板を用意しこの基板の両面に薄膜を形
成する工程と、この薄膜の一方の側から薄膜および基板
の一部をエッチングすることにより作用部とこの作用部
の周囲に形成されている可撓部とこの可撓部の周囲に形
成されている固定部とからなる主基板を形成し、かつ、
この主基板の一面の薄膜を残して光学的バッファ層とす
る工程と、前記主基板の前記作用部に重錘体を接合する
工程と、前記主基板の前記固定部に台座部材を接合する
工程と、前記光学的バッファ層の一面に光導波層を形成
する工程と、前記光導波層の一面に集光グレーティング
カップラを形成する工程と、前記光導波層の一面に支持
部材を接合する工程と、光検出手段が形成された保持板
を用意する工程と、この保持板を前記支持部材に接合す
る工程と、前記光導波層の一端面に発光手段を取り付け
る工程とを有することを特徴とする加速度計の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33924497A JPH11142427A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 加速度計およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33924497A JPH11142427A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 加速度計およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142427A true JPH11142427A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=18325629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33924497A Pending JPH11142427A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 加速度計およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11142427A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012061250A1 (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-10 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Display-integrated optical accelerometer |
| CN106443065A (zh) * | 2016-07-01 | 2017-02-22 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 高精度波长形加速度传感器及其制备方法 |
| CN110940830A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-03-31 | 中北大学 | 一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构 |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP33924497A patent/JPH11142427A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012061250A1 (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-10 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Display-integrated optical accelerometer |
| CN103282784A (zh) * | 2010-11-04 | 2013-09-04 | 高通Mems科技公司 | 集成显示器的光学加速计 |
| US8904867B2 (en) | 2010-11-04 | 2014-12-09 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Display-integrated optical accelerometer |
| CN106443065A (zh) * | 2016-07-01 | 2017-02-22 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 高精度波长形加速度传感器及其制备方法 |
| CN106443065B (zh) * | 2016-07-01 | 2019-03-01 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 高精度波长形加速度传感器及其制备方法 |
| CN110940830A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-03-31 | 中北大学 | 一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构 |
| CN110940830B (zh) * | 2019-12-12 | 2021-12-07 | 中北大学 | 一种基于二维光栅和四象限探测器的两轴加速度计结构 |
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