JPH11190744A

JPH11190744A - 三軸加速度センサ

Info

Publication number: JPH11190744A
Application number: JP9358836A
Authority: JP
Inventors: Koji Fukuhisa; 孝治福久
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】一定加速度や静止重力加速度を簡単に検出する
ことができる三軸加速度センサを提供する。【解決手段】ダイアフラムを兼用する反射体２７を台
座２３に支持する。反射体２７の裏面に重錘２６を固定
する。反射体２７の反射面２７ａとの間に間隔をあけて
回路基板２９を配置する。回路基板２９に発光源２０
と、発光源２０から反射面２７ａに照射され反射面２７
ａで反射された反射光を受光して受光量を電気信号に変
換する３つの受光素子３０〜３２を設ける。３つ受光素
子３０〜３２を、静止重力加速度のみが重錘２６に作用
している状態において重錘２６の中心を通る仮想垂直線
ＶＬを中心とする仮想の正三角形を想定したときの仮想
の正三角形の頂点にそれぞれ配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の反射を利用し
てＸ軸方向加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度
を検出する光学式の三軸加速度センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】三軸加速度センサには、種々の原理を利
用したものがある。例えば、国際公開ＷＯ９３／０２３
４２（ＰＣＴ／ＪＰ９２／００８８２）号には、圧電セ
ラミックス内に生じる自発分極電荷の変化に基づいてＸ
軸方向加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を検
出する三軸加速度センサが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来開発されている多
くの三軸加速度センサでは、加速度が一定になっている
場合の加速度（即ち加速度が変化していない場合の加速
度）や静止重力加速度を測定することができない。これ
は、例えば圧電セラミックスを用いた三軸加速度センサ
の場合を例にとると、加速度の変化がないときには圧電
セラミックス内に自発分極電荷が発生しないからであ
る。

【０００４】また従来の三軸加速度センサでは、微小な
加速度の変化を検出する場合の感度調整が難しいという
問題がある。

【０００５】本発明の目的は、一定加速度や静止重力加
速度を簡単に検出することができる三軸加速度センサを
提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、光の反射を利用して
加速度を検出する場合において、少ない数の発光源と受
光素子によって三軸加速度を検出することができる三軸
加速度センサを提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、光の反射を利用して
加速度を検出する場合において、検出精度が発光源の経
時的な変化の影響を受け難い三軸加速度センサを提供す
ることにある。

【０００８】本発明の更に他の目的は、光の反射を利用
して加速度を検出する場合において、微小な加速度の変
化を簡単に且つ確実に検出することができる三軸加速度
センサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光の反射を利
用して被検出物（三軸加速度センサが取付けられて加速
度の測定の対象となる物）に作用するＸ軸方向加速度、
Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を検出する三軸加速
度センサを対象とする。光の反射を利用する場合には、
単に反射光を観測して加速度を検出する方法（以下反射
光観測法と言う）と、照射光と干渉した反射光を観測し
て加速度を検出する方法（以下干渉反射光観測法と言
う）とが考えられる。

【００１０】いずれの観測法を採用する場合でも、本発
明の三軸加速度センサは、基本的な構成要件として、光
を反射する反射面を有する反射体と、反射体の反射面と
は反対側に位置する面に固定されて加速度を受ける重錘
と、重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で反射面
が変位するように反射体を被検出物に対して可動に支持
する可動支持構造を必要とする。可動支持構造は、重錘
の変位によって反射体の反射面が必要以上に歪んだりし
ない構造が好ましい。特に検出精度を上げる目的と、光
の干渉を生じさせて加速度を検出する目的のためには、
反射面が常時平板状で平面状態を維持することができる
反射体と可動支持構造を用いる。

【００１１】単純に光の反射を利用して加速度を検出す
る反射光観測法を利用する場合には、反射体の反射面と
対向する位置に配置されて反射面に向かって光を照射す
る１以上の発光源を用いる。また干渉反射光観測法を利
用する場合には、反射面と対向する位置に配置されて反
射面に向かって光を照射する単一波長の１つの発光源を
用いる。このような単一波長の発光源としては、レーザ
光源を用いることができる。

【００１２】そして反射光観測法を利用する場合には、
発光源から反射面に照射され反射面で反射された反射光
を受光して受光量を電気信号に変換し、該電気信号を所
定のゲインで増幅して出力する３つ以上の受光素子を設
ける。また干渉反射光観測法を利用する場合には、発光
源から反射面に照射された照射光が反射面で反射され照
射光と干渉を起こした反射光を受光して受光量を電気信
号に変換し、該電気信号を所定のゲインで増幅して出力
する３つ以上の受光素子を用いる。言い換えると、後者
の場合には、照射光と干渉を起こした反射光だけを検出
できる位置に３つ以上の受光素子が配置されることにな
る。

【００１３】いずれの観測法を用いる場合においても、
３つ以上の受光素子は、静止重力加速度のみが重錘に作
用している状態において重錘の中心を通る仮想垂直線を
中心線としてその周囲に分散して配置する。そして３つ
以上の受光素子は、静止重力加速度のみが重錘に作用し
ている状態において各受光素子からの出力が実質的に等
しくなるように、反射面及び中心線からの距離（各受光
素子と反射面及び中心線との間の距離）と前述のゲイン
（電気信号を増幅するゲイン）を定める。

【００１４】前者の反射光観測法を利用する三軸加速度
センサを用いて実際に加速度を検出する方法はいくつか
考えられる。その一例として、まず静止重力加速度のみ
が重錘に作用している状態において３つ以上の受光素子
から出力される電気信号に基づいてそのときの反射面の
状態を示す基準平面を規定し、重錘に加速度が作用して
反射面の状態が変化したときに３つ以上の受光素子から
出力される電気信号に基づいて加速度作用状態における
反射面の状態を示す検出平面を求め（または決定し、そ
して基準平面に対する検出平面の状態に基づいてＸ軸方
向加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を演算す
る方法が考えられる。このような演算は、マイクロコン
ピュータを用いた演算手段を用いることにより簡単に実
行することができる。この場合に受光素子を３つ以上必
要とするのは、基準平面を規定するためである。この方
法を採用する場合、すべての受光素子から出力される電
気信号の強さが同じである場合（検出平面が基準平面に
対して平行移動している場合）には、重錘にＺ軸方向の
加速度だけで加わっている場合である。検出平面の基準
平面からの移動量（各受光素子の受光量の変化また各受
光素子から出力される電気信号の大きさの変化）に応じ
てＺ軸方向の加速度を決定する。そしてＸ軸方向及びＹ
軸方向の少なくとも一方の加速度が重錘に作用している
場合には、検出平面が基準平面に対して傾斜する。この
場合に、Ｚ軸方向の加速度が無ければ、各受光素子から
出力される電気信号の和は常に同じである。すなわち受
光素子が３つあった場合に、静止重力加速度のみが重錘
に作用している状態において各受光素子からそれぞれＶ
の出力が出ているとすると、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少
なくとも一方の加速度が重錘に作用しているときに、３
つ受光素子の出力の和即ち合成出力は３Ｖ一定になるよ
うに検出平面が変化する。またこの状態で、Ｚ軸方向加
速度が加わると、合成出力は増減する。この増減量がＺ
軸方向加速度の変化量を示している。Ｘ軸方向加速度及
びＹ軸方向加速度は、Ｘ軸方向加速度及びＹ軸方向加速
度の変化に対する検出平面の変化の状態を予め測定して
データを採取しておき（検出平面の変化パターンを記憶
しておき）、このデータに基づいて演算により決定すれ
ばよい。

【００１５】また基準平面を規定せずに、３つ以上の受
光素子から出力される電気信号の変化からＸ軸方向加速
度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を演算してもよ
い。その場合でも、例えば受光素子が３つあった場合
に、静止重力加速度のみが重錘に作用している状態にお
いて各受光素子からそれぞれＶの出力が出ているとする
と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方の加速度が
重錘に作用しているときに、３つ受光素子の電気信号の
出力の和即ち合成出力が３Ｖ一定になることは変わりが
なく、また合成出力の３Ｖからの変化量がＺ軸方向加速
度の変化量を示している点も変わりがない。したがって
これらの点を考慮して演算式をたてて、Ｘ軸方向加速
度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を演算すればよ
い。

【００１６】反射光観測法を利用する場合には、反射面
と対向する位置に配置されて反射面に向かって光を照射
する１つの発光源及び発光源から反射面に照射されて反
射面で反射された反射光を受光して受光量を電気信号に
変換し該電気信号を所定のゲインで増幅して出力する受
光素子を備えた３つの反射形フォトインターラプタを用
いてもよい。３つ反射形フォトインターラプタは、静止
重力加速度のみが重錘に作用している状態において重錘
の中心を通る仮想垂直線を中心線としてその周囲に分散
して配置され、また３つの反射形フォトインターラプタ
は、静止重力加速度のみが重錘に作用している状態にお
いて各受光素子からの出力が実質的に等しくなるように
反射面及び中心線からの距離並びに各受光素子のゲイン
が定められる。なお反射形フォトインターラプタを用い
る場合の最も単純な構成は次の通りである。すなわち静
止重力加速度のみが重錘に作用している状態における反
射面と実質的に平行になるように配置された基板の取付
面に３つの反射形フォトインターラプタを配置する。そ
して３つの反射形フォトインターラプタは取付面上に垂
直線を中心とする仮想の正三角形を想定したときの仮想
の正三角形の頂点にそれぞれ配置する。また３つの反射
形フォトインターラプタのそれぞれの受光素子のゲイン
を等しくする。なお反射形フォトインターラプタを用い
る場合、他の反射形フォトインターラプタの発光源から
光を受光しないようにするのが好ましいが、他の反射形
フォトインターラプタの発光源から光を受光してしまう
状態で、３つ反射形フォトインターラプタを設置する場
合には、他の反射形フォトインターラプタの発光源から
の受光量に基づく誤差を補正する必要がある。反射形フ
ォトインターラプタを用いない場合の最もシンプルな構
成は、静止重力加速度のみが重錘に作用している状態に
おいて重錘の中心を通る仮想垂直線上に１つの発光源を
配置し、３つ受光素子を前記仮想垂直線を中心線として
その周囲に分散して配置する構成である。なおこの場合
に、干渉反射光観測法を用いる場合には、発光源として
単一波長の１つの発光源を用い、３つの受光素子は照射
光と干渉を起こした反射光のみを受光する位置に配置す
る。

【００１７】ここで干渉反射光観測法を用いる場合にお
ける加速度の演算について説明する。この方法は、光て
この原理に基づくものである。反射されて包絡波になっ
ている反射光は波長は変わらずに強度が変わる。この包
絡波の波長が反射光の反射の位相情報を含んでいる。す
なわち反射面でどのように光が反射したかの情報が含ま
れている。すなわち基準平面に対して反射面が斜めに傾
いたり、反射面が上下に移動すると、反射光の包絡波の
強度が変わる。干渉を起こさせずに光の反射光だけを観
測する反射観測法を用いる場合には、反射光の光のレベ
ルは大きくなったり小さくなたりするだけである。これ
に対して、干渉反射光の包絡波では光のうなりがあり、
この光のうなりの状況が変わる。包絡波をみれば反射面
がどれだけ動いたか、どれだけ近付いたか、またどれだ
け遠ざかっているのかを知ることができる。Ｚ軸方向加
速度が重錘に作用して反射面がＺ軸方向に変位すると、
干渉反射光の包絡波の周波数が変わる。即ちＺ軸方向加
速度が＋の極性で重錘に作用すると包絡波の波長が短く
なり、Ｚ軸方向加速度が−の極性で重錘に作用すると包
絡波の波長は長くなる。したがってＺ軸方向加速度の変
化は、包絡波の波長の変化から検出することができる。
具体的には、予めＺ軸方向加速度と干渉反射光の包絡波
の波長との関係を測定しておき、この関係からＺ軸方向
加速度を決定する。またＺ軸方向加速度の変化が０で、
Ｘ軸方向加速度及びＹ軸方向加速度の少なくとも一方が
変化すると、各受光素子の出力を合成して得た包絡波の
周波数の変動はゼロであるが、干渉反射光の包絡波の強
度は変化する。したがって各受光素子の出力のピーク値
をピークホールドするかまたは出力の実効値を見ること
により、各受光素子における光の強度の差を検出し、こ
の光の強度の差に応じて反射面の状況を検出して、Ｘ軸
方向加速度及びＹ軸方向加速度を求めることができる。
例えば、反射面の５０オングストロームの変位量を反射
光観測法により反射光の強弱だけで検出する場合には、
変化が僅かであるため直接検出することが難しい。そこ
で反射光の強弱の検出だけでは無理な微小な変化を見る
ため、光の干渉を利用するのである。反射光観測法を用
いる場合には、アンプを利用して受光素子の出力を大き
く増幅する。しかしながら干渉反射光の包絡波の強度の
変化は大きく、反射面が例えば５０オングストローム変
位するような僅かな変位であっても、アンプを用いて増
幅しなくてもまたは僅かに増幅するだけで、その変位に
基づく包絡波の強度の変化を検出することが可能であ
る。したがって干渉反射光観測法を用いる場合には、各
受光素子の出力の増幅度をあまり大きくすることなく、
微小な加速度の変化を測定することが可能になる。

【００１８】反射光観測法及び干渉反射光観測法を用い
る場合においても、受光素子を４つ用いるときには、次
のように構成する。すなわち４つの受光素子のうち２つ
の受光素子を、Ｘ軸方向加速度検出素子として、静止重
力加速度のみが重錘に作用している状態において重錘の
中心を通る仮想垂直線が延びる方向をＺ軸方向とした場
合のＸ軸方向に延びる仮想Ｘ軸方向水平線上に仮想垂直
線を間に挟むように配置する。また残りの２つの受光素
子を、Ｙ軸方向加速度検出素子として、仮想垂直線が延
びる方向をＺ軸方向とした場合のＹ軸方向に延びる仮想
Ｙ軸方向水平線上に仮想垂直線を間に挟むように配置す
る。そして２つの受光素子及び残りの２つの受光素子
は、それぞれ静止重力加速度のみが重錘に作用している
状態において２つの受光素子からの出力が実質的に等し
くなるように反射面及び中心線からの距離並びにゲイン
を定める。このように配置した場合でも、Ｚ軸方向加速
度が無い場合には、４つの受光素子の出力の和即ち合成
出力は常に一定であり、Ｚ軸方向加速度が加わると４つ
の受光素子の合成出力は変化する。Ｘ軸方向加速度のみ
が重錘に作用すると、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成す
る２つの受光素子の出力には差が発生するが、Ｙ軸方向
加速度検出素子を構成する２つの受光素子の出力には差
が発生しない。逆の場合も同じである。したがってこの
場合には、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する２つの受
光素子の出力とＹ軸方向加速度検出素子を構成する２つ
の受光素子の出力の変化と、４つの受光素子の合成出力
の変化から三軸の加速度を検出することができる。

【００１９】発光源は、経時的に劣化し、発光強度は経
時的に低下する。そのためこの発光源の経時的な劣化を
補償する必要がある。反射光観測法を用いる場合には、
Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する２つの受光素子の出
力を差動増幅してＸ軸加速度信号として出力する第１の
差動増幅器と、Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する２つ
の受光素子の出力を差動増幅してＹ軸加速度信号として
出力する第２の差動増幅器とを用いる。このような第１
及び第２の差動増幅器を用いて、２つの受光素子の出力
の差を取ることにより、発光源の経時的劣化に基づく出
力の変化分を相殺して、加速度の変化だけを検出するこ
とが可能になる。なおこの場合には、Ｘ軸方向加速度検
出素子を構成する２つの受光素子の出力とＹ軸方向加速
度検出素子を構成する２つの受光素子の出力の和をとっ
てＺ軸加速度信号として出力する加算器とを用いる。

【００２０】なお干渉反射光観測法を用いる場合には、
Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する２つの受光素子のそ
れぞれの出力のピークホールド値または実効値を差動増
幅してＸ軸加速度信号として出力する第１の差動増幅器
と、Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する２つの受光素子
のそれぞれの出力のピークホールド値または実効値を出
力を差動増幅してＹ軸加速度信号として出力する第２の
差動増幅器と、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する２つ
の受光素子またはＹ軸方向加速度検出素子を構成する２
つの受光素子の出力の周波数の変化に基づいてＺ軸加速
度信号を出力するＺ軸加速度信号出力手段とを具備する
演算手段を用いれば、発光源の経時的劣化の影響を除去
できる。

【００２１】受光素子を更に２個追加して全部で６個用
いる場合には、仮想垂直線が延びる方向をＺ軸方向とし
た場合のＸ軸方向とＹ軸方向の間のＸ−Ｙ方向に延びる
１以上の仮想Ｘ−Ｙ方向水平線上に仮想垂直線を間に挟
むように追加する２つの受光素子をＺ軸方向加速度検出
素子として配置する。そして追加する２つの受光素子に
ついても、それぞれ静止重力加速度のみが重錘に作用し
ている状態において２つの受光素子からの出力が実質的
に等しくなるように反射面及び中心線からの距離並びに
ゲインを定める。６個の受光素子を用いれば、Ｘ軸方向
加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を個別に検
出することができる。そして発光源の経時的劣化を補償
するためには、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する前記
２つの受光素子の出力を差動増幅してＸ軸加速度信号と
して出力する第１の差動増幅器と、Ｙ軸方向加速度検出
素子を構成する２つの受光素子の出力を差動増幅してＹ
軸加速度信号として出力する第２の差動増幅器と、Ｚ軸
方向加速度検出素子を構成する２つ以上の前記受光素子
の出力を差動増幅してＺ軸加速度信号として出力する第
３の差動増幅器とを具備する演算手段を用い、各差動増
幅器の出力に基づいて三軸の加速度を決定すればよい。

【００２２】反射体を一方の面に反射面を有する金属製
ダイアフラムから構成する場合には、金属製ダイアフラ
ムの周縁部を被検出物に対して固定する支持体に支持し
て可動支持構造を構成すればよい。このようにすると反
射体を可動支持構造の一部として兼用することができ
る、構造が簡単になる。

【００２３】また反射体を鏡板から構成する場合には、
可動支持構造は、被検出物に対して固定された支持体に
周縁部が支持され中心部に貫通孔を有する金属製ダイア
フラムを用い、金属製ダイアフラムの貫通孔に鏡板に固
定された重錘を嵌合させればよい。このようにすると、
反射面を歪ませることがなく検出精度が高くなる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１（Ａ）は、本発明の三軸
加速度センサ１の一実施の形態の概略構成図であり、図
１（Ｂ）は受光素子の配置状態を示す図である。これら
の図において、２は三軸加速度センサの台座３が固定さ
れる被検出物である。被検出物としては、自動車等を挙
げることができる。台座３は環状形状を有しており、図
示しない捩子等の取付手段を用いて被検出物２に取付け
られている。台座３には、中央部に貫通孔４が形成され
た金属製のダイアフラム５の外周部が接着または溶接等
の適宜の接合技術を用いて接合されている。ダイアフラ
ム５の貫通孔４には重錘６がきつく嵌合されている。そ
して重錘６の一端には反射板を構成する反射体７が固定
されており、重錘６の他端はダイアフラム５の裏面側に
突出している。重錘６は反射体７の裏面７ｂ（反射面７
ａと反対側の面）に接着材を用いて接合されている。こ
の例では、台座３とダイアフラム５とにより重錘６に加
速度が作用して重錘６に働く力で反射面７ａが変位する
ように反射体７を被検出物２に対して可動に支持する可
動支持構造が構成されている。

【００２５】また台座３に対しては、環状の支持フレー
ム８を介して回路基板９が固定されている。環状の支持
フレーム８は外部から光が内部には入り込まないように
構成されている。回路基板９の裏面には、３個の反射形
フォトインターラプタ１０〜１２が固定されており、回
路基板９の表面には反射形フォトインターラプタ１０〜
１２のための駆動回路及びその出力を処理する信号処理
回路を構成する電子部品１３…が配置されている。反射
形フォトインターラプタ１０〜１２は、反射体７の反射
面７ａと対向する位置に配置されて反射面７ａに向かっ
て光を照射する１つの発光源及び発光源から反射面７ａ
に照射されて反射面７ａで反射された反射光を受光して
受光量を電気信号に変換し該電気信号を所定のゲインで
増幅して出力する受光素子とを備えたものであり、一般
に１つのユニットまたは部品として販売されている。３
つ反射形フォトインターラプタ１０〜１２は、静止重力
加速度のみが重錘に作用している状態において重錘６の
中心を通る仮想垂直線ＶＬ−ＶＬを中心線としてその周
囲に分散して配置される。また３つの反射形フォトイン
ターラプタ１０〜１２は、静止重力加速度のみが重錘６
に作用している状態において各受光素子からの出力が実
質的に等しくなるように反射面７ａからの距離Ｌ11〜13
及び仮想垂直線ＶＬ−ＶＬからの距離Ｌ21〜Ｌ23並びに
各受光素子の増幅器のゲインが定められる。この例で
は、静止重力加速度のみが重錘６に作用している状態に
おける反射面７ａと実質的に平行になるように配置され
た基板９の取付面に３つの反射形フォトインターラプタ
１０〜１２が配置されている。そして３つの反射形フォ
トインターラプタ１０〜１２は取付面上に垂直線ＶＬ−
ＶＬを中心とする仮想の正三角形を想定したときの仮想
の正三角形の頂点にそれぞれ配置されている。

【００２６】反射体７は重錘６がダイアフラム５の貫通
孔４にきつく嵌合された状態で支持されており、重錘６
にＺ軸方向の加速度が作用すると、その反射面７ａはＳ
１またはＳ２に示すように上下に変位する。またＸ軸方
向またはＹ軸方向の加速度が重錘６に作用すると、反射
面７ａはＳ３またはＳ４のように傾斜する。加速度が重
錘６に作用して反射体７の反射面７ａが変位すると、反
射形フォトインターラプタ１０〜１２の受光素子で受光
する光の強度は変わる。反射形フォトインターラプタ１
０〜１２の発光素子としては一般的に発光ダイオードが
用いられ、受光素子としてはフォトトランジスタが用い
られる。反射面と受光素子と間の距離（反射面の角度）
と受光素子の出力とは、図１（Ｃ）に示すようにイクス
ポネンシャル的に変化する。このことを理解しておけ
ば、各受光素子の出力を処理して加速度を検出すること
が可能になる。

【００２７】この例の三軸加速度センサ１を用いて実際
に加速度を検出する方法はいくつか考えられる。その一
例として、まず静止重力加速度のみが重錘６に作用して
いる状態において３つの反射形フォトインターラプタ１
０〜１２の各受光素子から出力される電気信号に基づい
てそのときの反射面の状態を示す基準平面を規定し、重
錘６に加速度が作用して反射面７ａの状態が変化したと
きに３つの受光素子から出力される電気信号に基づいて
加速度作用状態における反射面７ａの状態を示す検出平
面を求め（または決定し）、そして基準平面に対する検
出平面の状態に基づいてＸ軸方向加速度、Ｙ軸方向加速
度及びＺ軸方向加速度を演算する方法が考えられる。こ
のような演算は、マイクロコンピュータを用いた演算手
段を用いることにより簡単に実行することができる。例
えば、図１（Ｄ）に示すように、演算装置１４は内部に
マイクロコンピュータを内蔵しており、ＲＯＭには予め
基準平面と検出平面との関係が記憶されている。そして
反射形フォトインターラプタ１０〜１２の受光素子から
の出力に基づいて判定した検出平面をＲＯＭに記憶した
基準平面と検出平面との関係に照らし合わせて、Ｘ軸方
向加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を演算す
る。

【００２８】この演算方法を具体的に採用する場合には
次のように考える。まずすべての反射形フォトインター
ラプタ１０〜１２の受光素子から出力される電気信号の
強さが同じである場合（検出平面が基準平面に対して平
行移動している場合）には、重錘６にＺ軸方向の加速度
だけで加わっている場合である。検出平面の基準平面か
らの移動量（各受光素子の受光量の変化また各受光素子
から出力される電気信号の大きさの変化）に応じてＺ軸
方向の加速度を決定する。そしてＸ軸方向及びＹ軸方向
の少なくとも一方の加速度が重錘６に作用している場合
には、検出平面が基準平面に対して傾斜する。この場合
に、Ｚ軸方向の加速度が無ければ、各受光素子から出力
される電気信号の和は常に同じである。すなわち受光素
子が３つあった場合に、静止重力加速度のみが重錘６に
作用している状態において各受光素子からそれぞれＶの
出力が出ているとすると、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少な
くとも一方の加速度が重錘に作用しているときに、３つ
受光素子の出力の和即ち合成出力は３Ｖ一定になるよう
に検出平面が変化する。またこの状態で、Ｚ軸方向加速
度が加わると、合成出力は増減する。この増減量がＺ軸
方向加速度の変化量を示している。Ｘ軸方向加速度及び
Ｙ軸方向加速度の変化に対する検出平面の変化の態様を
予めＲＯＭに記憶させてあるので（すなわち検出平面の
変化パターンをＲＯＭに記憶してあるので）、このデー
タに基づいてＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を演算す
る。

【００２９】また基準平面を規定せずに、３つの受光素
子から出力される電気信号の変化からＸ軸方向加速度、
Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を演算してもよい。
その場合でも、次の条件を考慮する。ます受光素子が３
つあった場合に、静止重力加速度のみが重錘６に作用し
ている状態において各受光素子からそれぞれＶの出力が
出ていると仮定すると、Ｚ軸方向の加速度が重錘６に作
用しているときには、各受光素子の出力は変化するが、
各受光素子の出力はそれぞれ同じである。またＺ軸方向
の加速度が重錘６に作用していない場合で、Ｘ軸方向及
びＹ軸方向の少なくとも一方の加速度が重錘６に作用し
ているときには、３つ受光素子の電気信号の出力はそれ
ぞれ異なるが、３つ受光素子の電気信号の出力の和即ち
合成出力は３Ｖ一定になる。またＸ軸方向、Ｙ軸方向、
及びＺ軸方向の加速度が加わると、３つ受光素子の電気
信号の出力はそれぞれ異なり、合成出力も３Ｖにはなら
ない。合成出力の３Ｖからの変化量がＺ軸方向の加速度
の変化量を示している。これらの現象を考慮して演算式
をたてて、Ｘ軸方向加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方
向加速度を演算すればよい。

【００３０】図２（Ａ）は、本発明の三軸加速度センサ
の第２の実施の形態の概略構成を示す断面図であり、図
２（Ｂ）は受光素子の配置状態を示す図である。この例
では、発光ダイオードからなる１つの発光源２０とフォ
トトランジスタを含む３つの受光素子３０〜３２が回路
基板２９に固定されている。また反射体２７が一方の面
に反射面２７ａを有するダイアフラムによって構成され
ている。したがって反射体２７の他方の面には重錘２６
が直接接着剤等の接合手段を用いて固定されている。反
射体２７の外周部は、環状の台座２３に固定されてい
る。その他の点は、図１の実施例と同様であり、図１に
示した部材と同様の部材には、図１に付した符号に２０
の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。

【００３１】受光素子３０〜３２は、発光源２０から反
射面２７ａに照射されて反射面２７ａで反射された反射
光を受光して受光量を電気信号に変換し該電気信号を所
定のゲインで増幅して出力するように構成されている。
そして受光素子３０〜３２は、静止重力加速度のみが重
錘２６に作用している状態において重錘２６の中心を通
る仮想垂直線ＶＬ−ＶＬを中心線としてその周囲に分散
して配置されている。具体的には、静止重力加速度のみ
が重錘２６に作用している状態において各受光素子３０
〜３２からの出力が実質的に等しくなるように反射面２
７ａからの距離Ｌ31〜33及び仮想垂直線ＶＬ−ＶＬから
の距離Ｌ41〜Ｌ43並びに各受光素子３０〜３２の増幅器
のゲインが定められている。この例では、静止重力加速
度のみが重錘２６に作用している状態における反射面２
７ａと実質的に平行になるように配置された回路基板２
９の取付面に３つの受光素子３０〜３２が配置されてい
る。そして受光素子３０〜３２は回路基板２９の取付面
上に垂直線ＶＬ−ＶＬを中心とする仮想の正三角形を想
定したときの仮想の正三角形の頂点にそれぞれ配置され
ており、発光源２０はこの仮想の正三角形の中心に配置
されている。発光源２０から照射された光は、反射体２
７の反射面２７ａで反射されて、各受光素子３０〜３２
で受光され電気信号に変換される。受光素子３０〜３２
から出力されるで電気信号からＸ軸方向加速度、Ｙ軸方
向加速度及びＺ軸方向加速度を演算する方法としては、
図１の実施例で説明した方法と同様の方法を用いること
ができる。この例では、反射体とダイアフラムとが兼用
されているため部品点数は少なくなるが、重錘２６に作
用する加速度で変化する反射体２７の反射面２７ａは常
に平面ではなく、湾曲する部分も存在することになるた
め、加速度の検出精度が多少悪くなる。したがってこの
例のセンサは、あまり検出精度を要求されない用途に適
している。

【００３２】図１及び図２の例は、単に反射光を観測し
て加速度を検出する方法（反射光観測法）を用いて加速
度を検出しているが、照射光と干渉した反射光を観測し
て加速度を検出する方法（干渉反射光観測法）を用いて
加速度を検出してもよい。図３（Ａ）は、干渉反射光観
測法を用いる場合の実施の形態の一例の概略断面構成図
であり、図３（Ｂ）は受光素子の配置状態を示す図であ
る。図３（Ａ）の構成は、図１（Ａ）の構成と図２
（Ａ）の構成を合わせた構成である。すなわち反射体４
７とダイアフラム４５とを別個に有し、１つの発光源４
０を３つの受光素子５０〜５２の中心に配置した構成を
有している。その他の構成は図１及び図２に示した実施
の形態と同様であるので、図１の実施の形態に付した符
号に４０を加えた符号を付して説明を省略する。但し１
つの発光源４０は、単一波長の発光源である。このよう
な単一波長の発光源としては、レーザ光源を用いること
ができる。

【００３３】干渉反射光観測法を利用する場合、受光素
子５０〜５２は、発光源４０から反射面４７ａに照射さ
れた照射光が反射面で反射され照射光と干渉を起こした
反射光を受光して受光量を電気信号に変換し、この電気
信号を所定のゲインで増幅して出力する。言い換える
と、照射光と干渉を起こした反射光だけを検出できる位
置に３つ以上の受光素子５０〜５２が配置されている。
干渉反射光観測法を利用する場合でも、３つの受光素子
５０〜５２は、静止重力加速度のみが重錘４６に作用し
ている状態において重錘４６の中心を通る仮想垂直線Ｖ
Ｌを中心線としてその周囲に分散して配置されている。
そして３つの受光素子５０〜５２は、静止重力加速度の
みが重錘４６に作用している状態において各受光素子か
らの出力が実質的に等しくなるように、反射面４７ａ及
び中心線ＶＬからの距離Ｌ51〜Ｌ53と距離Ｌ61〜Ｌ63と
が定められており、また同様に前述のゲイン（電気信号
を増幅するゲイン）も定められている。

【００３４】図３の例のように、干渉反射光観測法を用
いる場合における加速度の演算について説明する。各受
光素子５０〜５２に受光される干渉反射光は、図３
（Ｂ）に概略的に示すように振幅が変化しており、破線
で示した包絡波状になっている。この包絡波状の反射光
は波長は変わらず、振幅が変わっている（即ち強度が逐
次変わっている）。この破線で示した包絡波の波長は、
反射光の反射の位相情報を含んでいる。すなわち反射面
４７ａでどのように光が反射したかの情報を含んでい
る。すなわち重錘４６に静止加速度以外の加速度が作用
していない状態の反射面４７ａを基準平面とすると、重
錘４６に加速度が作用して反射面４７ａが斜めに傾いた
り、反射面４７ａが上下に移動すると、反射光の包絡波
の強度が変わるのである。干渉を起こさせずに光の反射
光だけを観測する反射観測法を用いる場合には、反射光
の光のレベルは大きくなったり小さくなたりするだけで
ある。これに対して、干渉反射光の包絡波では光のうね
りがあり、この光のうねりの状況が変わる。包絡波をみ
れば反射面がどれだけ動いたか、どれだけ近付いたか、
またどれだけ遠ざかっているのかを知ることができる。
Ｚ軸方向加速度が重錘４６に作用して反射面４７ａがＺ
軸方向に変位すると、干渉反射光の包絡波の周波数が変
わる。即ちＺ軸方向加速度が＋の極性で重錘４６に作用
すると包絡波の波長が短くなり、Ｚ軸方向加速度が−の
極性で重錘４６に作用すると包絡波の波長は長くなる。
したがってＺ軸方向加速度の変化は、包絡波の波長の変
化から検出することができる。具体的には、予めＺ軸方
向加速度と干渉反射光の包絡波の波長との関係を測定し
ておき、この関係からＺ軸方向加速度を決定する。また
Ｚ軸方向加速度の変化が０で、Ｘ軸方向加速度及びＹ軸
方向加速度の少なくとも一方が変化すると、各受光素子
５０〜５２の出力を合成して得た合成包絡波の周波数の
変動はゼロであるが、合成包絡波の強度は変化する。し
たがって各受光素子５０〜５２の出力のピーク値をピー
クホールドするかまたは出力の実効値を見ることによ
り、各受光素子５０〜５２における光の強度の差を検出
し、この光の強度の差に応じて反射面４７ａの状況を検
出して、Ｘ軸方向加速度及びＹ軸方向加速度を求めるこ
とができる。例えば、反射体４７の反射面４７ａの５０
オングストロームの変位量を反射光観測法により反射光
の強弱だけで検出する場合には、変化が僅かであるため
直接検出することが難しい。しかしこの例のように、干
渉反射光を検出すると、単なる反射光の強弱の検出だけ
では無理な微小な変化を検出することができる。すなわ
ち干渉反射光の包絡波の強度の変化が大きいため、反射
面が例えば５０オングストローム変位するような僅かな
変位であっても、受光素子から出力される電気信号をア
ンプを用いて増幅しなくてもまたは僅かに増幅するだけ
で、わずかな変位に基づく包絡波の強度の変化を検出す
ることが可能である。したがって干渉反射光観測法を用
いる場合には、各受光素子５０〜５２の出力の増幅度を
あまり大きくすることなく（または増幅せずに）、微小
な加速度の変化を測定することができる。

【００３５】３つの受光素子５０〜５２の出力（干渉反
射光波を電気信号に変換したもの）に基づいて、Ｘ軸方
向加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を演算に
より求める場合には、例えば図３（Ｄ）に示すような構
成を用いる。この構成では、まずピークホールド回路５
４により、各受光素子５０〜５２から出力される干渉反
射光のピーク値をピークホールドする。演算手段５５
は、ピークホールド回路５４の出力から、各受光素子５
０〜５２から出力される干渉反射光の合成包絡波の周波
数及び各干渉反射光の強度を検出する。そして演算手段
５５は、検出した周波数とＲＯＭに記憶したデータに基
づいて、加速度を演算する。Ｚ軸方向加速度は、前述の
ように前記周波数の変化から加速度を演算し、Ｘ軸方向
加速度及びＹ軸方向加速度については、ピークホールド
回路５４から出力される各受光素子５０〜５２から出力
される干渉反射光のピークホールド値の平均値または最
高値と最小値との差を求め、更にこれらの値の差から反
射面４７ａの傾斜状況を表す検出平面を決定する。そし
て静止重力加速度のみが加わっている状態における反射
面４７ａの状態を基準平面として予め求めた基準平面と
検出平面との関係（この関係はＲＯＭに記憶されてい
る）からＸ軸方向加速度及びＹ軸方向加速度を演算す
る。

【００３６】図１〜図３の例では、受光素子を３つ用い
ている。しかしながら受光素子の数は更に多くてもよ
い。その場合には、図１の例のように反射体とダイアフ
ラムを別にしてもよいし、図２の例のように反射体とダ
イアフラムを１つで兼用してもよい。反射光観測法及び
干渉反射光観測法のいずれを用いる場合においても、受
光素子を４つ用いるときには、図４（Ａ）のように受光
素子７０〜７３と発光源６０とを配置する。すなわち４
つの受光素子７０〜７３のうち２つの受光素子７１及び
７３を、Ｘ軸方向加速度検出素子として、静止重力加速
度のみが重錘に作用している状態において重錘の中心を
通る仮想垂直線ＶＬが延びる方向をＺ軸方向とした場合
のＸ軸方向に延びる仮想Ｘ軸方向水平線ＸＬ上に仮想垂
直線ＶＬを間に挟むように配置する。また残りの２つの
受光素子７０及び７２を、Ｙ軸方向加速度検出素子とし
て、仮想垂直線ＶＬが延びる方向をＺ軸方向とした場合
のＹ軸方向に延びる仮想Ｙ軸方向水平線ＹＬ上に仮想垂
直線ＶＬを間に挟むように配置する。そして２つの受光
素子７１及び７３及び残りの２つの受光素子７０及び７
２は、それぞれ静止重力加速度のみが重錘に作用してい
る状態において２つの受光素子７１及び７３と２つの受
光素子７０及び７２からの出力が実質的に等しくなるよ
うに反射体の反射面と各受光素子との間の距離（図示し
ないが図１の距離Ｌ11，Ｌ12及びＬ13に対応）と、中心
線ＶＬと各受光素子７０〜７３との間の距離Ｌ71〜Ｌ74
と、各受光素子７０〜７３のゲインを定める。

【００３７】例えば反射観測法を用いる場合、このよう
に配置した場合でも、Ｚ軸方向加速度が無い場合には、
４つの受光素子の出力の和即ち合成出力は常に一定であ
り、Ｚ軸方向加速度が加わると４つの受光素子の合成出
力は変化する。またＸ軸方向加速度のみが重錘に作用す
ると、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する２つの受光素
子７１及び７３の出力には差が発生するが、Ｙ軸方向加
速度検出素子を構成する２つの受光素子７０及び７２の
出力には差が発生しない。逆の場合も同じである。した
がってこの場合には、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成す
る２つの受光素子７１及び７３の出力とＹ軸方向加速度
検出素子を構成する２つの受光素子７０及び７２の出力
の変化と、４つの受光素子７０〜７３の合成出力の変化
から三軸の加速度を検出することができる。

【００３８】発光源６０は、経時的に劣化し、発光強度
は経時的に低下する。そのためこの発光源６０の経時的
な劣化を補償する必要がある。例えば、反射光観測法を
用いる場合には、図５（Ａ）に示すようにＸ軸方向加速
度検出素子を構成する２つの受光素子７１及び７３の出
力を差動増幅してＸ軸加速度信号として出力する第１の
差動増幅器７５と、Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する
２つの受光素子７０及び７２の出力を差動増幅してＹ軸
加速度信号として出力する第２の差動増幅器７４とを用
いる。図５（Ｂ）は、差動増幅器７４及び７５の具体的
な回路構成の一例である。このような第１及び第２の差
動増幅器７４及び７５を用いて、２つの受光素子７１及
び７３と７０及び７２の出力の差を取ることにより、発
光源６０の経時的劣化に基づく出力の変化分を相殺し
て、加速度の変化だけを検出することが可能になる。な
おこの場合には、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する２
つの受光素子７１及び７３の出力とＹ軸方向加速度検出
素子を構成する２つの受光素子７０及び７２の出力の和
をとってＺ軸加速度信号として出力する加算器を演算手
段７６に包含して、Ｘ軸方向加速度、Ｙ軸方向加速度及
びＺ軸方向加速度を演算手段７６で求める。

【００３９】なお干渉反射光観測法を用いる場合には、
Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する２つの受光素子７１
及び７３のそれぞれの出力のピークホールド値または実
効値を差動増幅してＸ軸加速度信号として出力する第１
の差動増幅器と、Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する２
つの受光素子７０及び７２のそれぞれの出力のピークホ
ールド値または実効値を出力を差動増幅してＹ軸加速度
信号として出力する第２の差動増幅器と、Ｘ軸方向加速
度検出素子を構成する２つの受光素子７１及び７３また
はＹ軸方向加速度検出素子を構成する２つの受光素子７
０及び７２の出力の周波数の変化に基づいてＺ軸加速度
信号を出力するＺ軸加速度信号出力手段とを具備する演
算手段を用いれば、発光源の経時的劣化の影響を除去で
きる。

【００４０】図４（Ｂ）に示すように、受光素子を更に
２個追加して全部で６個の受光素子９０〜９５を用いる
場合には、仮想垂直線ＶＬが延びる方向をＺ軸方向とし
た場合のＸ軸方向とＹ軸方向の間のＸ−Ｙ方向に延びる
１以上の仮想Ｘ−Ｙ方向水平線ＸＹＬ上に仮想垂直線Ｖ
Ｌを間に挟むように追加する２つの受光素子９２及び９
５をＺ軸方向加速度検出素子として配置する。そして追
加する２つの受光素子９２及び９５についても、それぞ
れ静止重力加速度のみが重錘に作用している状態におい
て２つの受光素子９２及び９５からの出力が実質的に等
しくなるように反射面と各受光素子との距離（図示せ
ず）と各受光素子９０〜９５と中心線ＶＬとの間の距離
（Ｌ81〜Ｌ86）と、各受光素子９０〜９５のゲインを定
める。６個の受光素子９０〜９５を用いれば、Ｘ軸方向
加速度、Ｙ軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を個別に検
出することができる。そして発光源８０の経時的劣化を
補償するためには、Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する
２つの受光素子９１及び９４の出力を差動増幅してＸ軸
加速度信号として出力する第１の差動増幅器と、Ｙ軸方
向加速度検出素子を構成する２つの受光素子９０及び９
３の出力を差動増幅してＹ軸加速度信号として出力する
第２の差動増幅器と、Ｚ軸方向加速度検出素子を構成す
る２つの受光素子９２及び９５の出力を差動増幅してＺ
軸加速度信号として出力する第３の差動増幅器とを具備
する演算手段を用い、各差動増幅器の出力に基づいて三
軸の加速度を決定すればよい。なおＺ軸方向加速度検出
素子を構成する受光素子は更に増やしてもよい。この場
合には、受光素子９０と受光素子９１の間と受光素子９
３及び９４の間に追加の受光素子を配置すればよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、常時光を発生する発光
源とこの発光源からの光を受光する受光素子を用いて加
速度を検出するため、一定加速度や静止重力加速度を簡
単に検出することができる三軸加速度センサを得ること
ができる。

【００４２】特に本発明において、１つの発光源の周囲
に分散して受光素子を配置する構成を採用すると、少な
い数の発光源と受光素子により三軸の加速度を検出する
ことができる。

【００４３】また２以上の受光素子の差を取ってその差
に基づいて演算をすれば、検出精度が発光源の経時的な
変化の影響を受けなることがない利点がある。

【００４４】更に干渉反射光観測法を用いて加速度を検
出する場合には、微小な加速度の変化を簡単に且つ確実
に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の三軸加速度センサの一実施の
形態の概略構成図であり、（Ｂ）は受光素子の配置状態
を示す図であり、（Ｃ）は受光素子で受光した反射光の
強度と反射面と受光素子との間の距離の関係を示す図で
あり、（Ｄ）は図１（Ａ）の例からの出力に基づいて三
軸加速度を演算する装置の概略構成を示すブロック図で
ある。

【図２】（Ａ）は本発明の三軸加速度センサの第２の実
施の形態の概略構成を示す断面図であり、（Ｂ）は受光
素子の配置状態を示す図である。

【図３】（Ａ）は干渉反射光観測法を用いる場合の実施
の形態の一例の概略断面構成図である、（Ｂ）は受光素
子の配置状態を示す図であり、（Ｃ）は受光素子の出力
の変化の一例を説明するために用いる波形図であり、
（Ｄ）は図３（Ａ）の三軸加速度センサの出力を処理し
て三軸加速度を演算する装置の一例のブロック図であ
る。

【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、受光素子の異なる配置例
をそれぞれ示す図である。

【図５】（Ａ）は図４（Ａ）の受光素子の配置例を用い
た場合に用いる三軸加速度を演算する装置の一例のブロ
ック図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）で用いる差動増幅器
の具体的な回路例を示す図である。

【符号の説明】

１三軸加速度センサ２被検出物３台座４貫通孔５，４５ダイアフラム６，２６，４６重錘７，２７，４７反射体７ａ，２７ａ，４７ａ反射面８，２８，４８支持フレーム９，２９，４９回路基板１０〜１２反射形フォトインターラプタ２０，４０，６０，８０発光源３０〜３２，５０〜５２，７０〜７３，９０〜９５受
光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出物に作用するＸ軸方向加速度、Ｙ
軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を検出するための三軸
加速度センサであって、光を反射する反射面を有する反射体と、前記反射体の前記反射面とは反対側に位置する面に固定
されて加速度を受ける重錘と、前記重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で前記反
射面が変位するように前記反射体を前記被検出物に対し
て可動に支持する可動支持構造と、前記反射面と対向する位置に配置されて前記反射面に向
かって光を照射する１以上の発光源と、前記発光源から前記反射面に照射され前記反射面で反射
された反射光を受光して受光量を電気信号に変換し、該
電気信号を所定のゲインで増幅して出力する３つ以上の
受光素子とを具備し、前記３つ以上の受光素子は、静止重力加速度のみが前記
重錘に作用している状態において前記重錘の中心を通る
仮想垂直線を中心線としてその周囲に分散して配置さ
れ、前記３つ以上の受光素子は、静止重力加速度のみが前記
重錘に作用している状態において各受光素子からの出力
が実質的に等しくなるように前記反射面及び前記中心線
からの距離及び前記ゲインが定められていることを特徴
とする三軸加速度センサ。
【請求項２】被検出物に作用するＸ軸方向加速度、Ｙ
軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を検出するための三軸
加速度センサであって、光を反射する常に平板状の反射面を有する反射体と、前記反射体の前記反射面とは反対側に位置する面に固定
されて加速度を受ける重錘と、前記重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で前記反
射面が変位するように前記反射体を前記被検出物に対し
て可動に支持する可動支持構造と、前記反射面と対向する位置に配置されて前記反射面に向
かって光を照射する単一波長の１つの発光源と、前記発光源から前記反射面に照射された照射光が前記反
射面で反射され前記照射光と干渉を起こした反射光を受
光して受光量を電気信号に変換し、該電気信号を所定の
ゲインで増幅して出力する３つ以上の受光素子とを具備
し、前記３つ以上の受光素子は、静止重力加速度のみが前記
重錘に作用している状態において前記重錘の中心を通る
仮想垂直線を中心線としてその周囲に分散して配置さ
れ、前記３つ以上の受光素子は、静止重力加速度のみが前記
重錘に作用している状態において各受光素子からの出力
が実質的に等しくなるように前記反射面及び前記中心線
からの距離及び前記ゲインが定められていることを特徴
とする三軸加速度センサ。
【請求項３】静止重力加速度のみが前記重錘に作用し
ている状態において前記３つ以上の受光素子から出力さ
れる電気信号に基づいてそのときの前記反射面の状態を
示す基準平面を規定し、前記重錘に加速度が作用して前
記反射面の状態が変化したときに前記３つ以上の受光素
子から出力される電気信号に基づいて加速度作用状態に
おける前記反射面の状態を示す検出平面を求めて、前記
基準平面に対する前記検出平面の状態に基づいて前記Ｘ
軸方向加速度、前記Ｙ軸方向加速度及び前記Ｚ軸方向加
速度を演算する演算手段を更に備えていることを特徴と
する請求項１または２に記載の三軸加速度センサ。
【請求項４】被検出物に作用するＸ軸方向加速度、Ｙ
軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を検出するための三軸
加速度センサであって、光を反射する反射面を有する反射体と、前記反射体の前記反射面とは反対側に位置する面に固定
されて加速度を受ける重錘と、前記重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で前記反
射面が変位するように前記反射体を前記被検出物に対し
て可動に支持する可動支持構造と、前記反射面と対向する位置に配置されて前記反射面に向
かって光を照射する１つの発光源及び前記発光源から前
記反射面に照射されて前記反射面で反射された反射光を
受光して受光量を電気信号に変換し該電気信号を所定の
ゲインで増幅して出力する受光素子とを備えてなる３つ
の反射形フォトインターラプタとを具備し、前記３つ反射形フォトインターラプタは、静止重力加速
度のみが前記重錘に作用している状態において前記重錘
の中心を通る仮想垂直線を中心線としてその周囲に分散
して配置され、前記３つの反射形フォトインターラプタは、静止重力加
速度のみが前記重錘に作用している状態において前記各
受光素子からの出力が実質的に等しくなるように前記反
射面及び前記中心線からの距離並びに前記各受光素子の
ゲインが定められていることを特徴とする三軸加速度セ
ンサ。
【請求項５】静止重力加速度のみが前記重錘に作用し
ている状態における前記反射面と実質的に平行になるよ
うに配置された基板の取付面に前記３つの反射形フォト
インターラプタは配置され、前記３つの反射形フォトインターラプタは前記取付面上
に前記垂直線を中心とする仮想の正三角形を想定したと
きの前記仮想の正三角形の頂点にそれぞれ配置され、前記３つの反射形フォトインターラプタのそれぞれの前
記受光素子のゲインは等しく定められている請求項４に
記載の三軸加速度センサ。
【請求項６】被検出物に作用するＸ軸方向加速度、Ｙ
軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を検出するための三軸
加速度センサであって、光を反射する反射面を有する反射体と、前記反射体の前記反射面とは反対側に位置する面に固定
されて加速度を受ける重錘と、前記重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で前記反
射面が変位するように前記反射体を前記被検出物に対し
て可動に支持する可動支持構造と、前記反射面と対向する位置に配置されて前記反射面に向
かって光を照射する１つの発光源と、前記発光源から前記反射面に照射されて前記反射面で反
射された反射光を受光して受光量を電気信号に変換し該
電気信号を所定のゲインで増幅して出力する３つの受光
素子とを具備し、前記発光源は、静止重力加速度のみが前記重錘に作用し
ている状態において前記重錘の中心を通る仮想垂直線上
に位置し、前記３つ受光素子は前記仮想垂直線を中心線としてその
周囲に分散して配置され、前記３つの受光素子は、静止重力加速度のみが前記重錘
に作用している状態において前記各受光素子からの出力
が実質的に等しくなるように前記反射面及び前記中心線
からの距離並びに前記ゲインが定められていることを特
徴とする三軸加速度センサ。
【請求項７】被検出物に作用するＸ軸方向加速度、Ｙ
軸方向加速度及びＺ軸方向加速度を検出するための三軸
加速度センサであって、光を反射する常に平板状の反射面を有する反射体と、前記反射体の前記反射面とは反対側に位置する面に固定
されて加速度を受ける重錘と、前記重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で前記反
射面が変位するように前記反射体を前記被検出物に対し
て可動に支持する可動支持構造と、前記反射面と対向する位置に配置されて前記反射面に向
かって光を照射する単一波長の１つの発光源と、前記発光源から前記反射面に照射された照射光が前記反
射面で反射され前記照射光と干渉を起こした反射光を受
光して受光量を電気信号に変換し該電気信号を所定のゲ
インで増幅して出力する３つの受光素子とを具備し、前記発光源は、静止重力加速度のみが前記重錘に作用し
ている状態において前記重錘の中心を通る仮想垂直線上
に位置し、前記３つ受光素子は、前記仮想垂直線を中心線としてそ
の周囲に分散して配置され、前記３つの受光素子は、静止重力加速度のみが前記重錘
に作用している状態において前記各受光素子からの出力
が実質的に等しくなるように前記反射面及び前記中心線
からの距離並びに前記ゲインが定められていることを特
徴とする三軸加速度センサ。
【請求項８】静止重力加速度のみが前記重錘に作用し
ている状態における前記反射面と実質的に平行になるよ
うに配置された基板の取付面に前記３つの受光素子が配
置され、前記３つの受光素子は前記取付面上に前記垂直線を中心
とする仮想の正三角形を想定したときの前記仮想の正三
角形の頂点にそれぞれ配置され、前記３つの受光素子のゲインは等しく定められている請
求項６または７に記載の三軸加速度センサ。
【請求項９】被検出物に作用するＸ軸方向の加速度、
Ｙ軸方向の加速度及びＺ軸方向の加速度を検出するため
の三軸加速度センサであって、光を反射する反射面を有する反射体と、前記反射体の前記反射面とは反対側に位置する面に固定
されて加速度を受ける重錘と、前記重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で前記反
射面が変位するように前記反射体を前記被検出物に対し
て可動に支持する可動支持構造と、前記反射面と対向する位置に配置されて前記反射面に向
かって光を照射する１以上の発光源と、前記発光源から前記反射面に照射されて前記反射面で反
射された反射光を受光して受光量を電気信号に変換し、
該電気信号を所定のゲインで増幅して出力する４つの受
光素子とを具備し、前記４つの受光素子のうち２つの受光素子が、Ｘ軸方向
加速度検出素子として、静止重力加速度のみが前記重錘
に作用している状態において前記重錘の中心を通る仮想
垂直線が延びる方向を前記Ｚ軸方向とした場合のＸ軸方
向に延びる仮想Ｘ軸方向水平線上に前記仮想垂直線を間
に挟むように配置され、前記４つの受光素子のうち残りの２つの受光素子が、Ｙ
軸方向加速度検出素子として、前記仮想垂直線が延びる
方向を前記Ｚ軸方向とした場合のＹ軸方向に延びる仮想
Ｙ軸方向水平線上に前記仮想垂直線を間に挟むように配
置され、前記２つの受光素子及び前記残りの２つの受光素子は、
それぞれ静止重力加速度のみが前記重錘に作用している
状態において２つの受光素子からの出力が実質的に等し
くなるように前記反射面及び前記中心線からの距離並び
に前記ゲインが定められていることを特徴とする三軸加
速度センサ。
【請求項１０】被検出物に作用するＸ軸方向の加速
度、Ｙ軸方向の加速度及びＺ軸方向の加速度を検出する
ための三軸加速度センサであって、光を反射する常に平板状の反射面を有する反射体と、前記反射体の前記反射面とは反対側に位置する面に固定
されて加速度を受ける重錘と、前記重錘に加速度が作用して前記重錘に働く力で前記反
射面が変位するように前記反射体を前記被検出物に対し
て可動に支持する可動支持構造と、前記反射面と対向する位置に配置されて前記反射面に向
かって光を照射する単一波長の１つの発光源と、前記発光源から前記反射面に照射された照射光が前記反
射面で反射され前記照射光と干渉を起こした反射光を受
光して受光量を電気信号に変換し、該電気信号を所定の
ゲインで増幅して出力する４つの受光素子とを具備し、前記４つの受光素子のうち２つの受光素子が、Ｘ軸方向
加速度検出素子として、静止重力加速度のみが前記重錘
に作用している状態において前記重錘の中心を通る仮想
垂直線が延びる方向を前記Ｚ軸方向とした場合のＸ軸方
向に延びる仮想Ｘ軸方向水平線上に前記仮想垂直線を間
に挟むように配置され、前記４つの受光素子のうち残りの２つの受光素子が、Ｙ
軸方向加速度検出素子として、前記仮想垂直線が延びる
方向を前記Ｚ軸方向とした場合のＹ軸方向に延びる仮想
Ｙ軸方向水平線上に前記仮想垂直線を間に挟むように配
置され、前記２つの受光素子及び前記残りの２つの受光素子は、
それぞれ静止重力加速度のみが前記重錘に作用している
状態において２つの受光素子からの出力が実質的に等し
くなるように前記反射面及び前記中心線からの距離並び
に前記ゲインが定められていることを特徴とする三軸加
速度センサ。
【請求項１１】前記Ｘ軸方向加速度検出素子を構成す
る前記２つの受光素子の出力を差動増幅してＸ軸加速度
信号として出力する第１の差動増幅器と、前記Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する前記２つの受光
素子の出力を差動増幅してＹ軸加速度信号として出力す
る第２の差動増幅器と、前記Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する前記２つの受光
素子の出力と前記Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する前
記２つの受光素子の出力の和をとってＺ軸加速度信号と
して出力する加算器とを具備する演算手段を更に備えて
いる請求項９に記載の三軸加速度センサ。
【請求項１２】前記Ｘ軸方向加速度検出素子を構成す
る前記２つの受光素子のそれぞれの出力のピークホール
ド値または実効値を差動増幅してＸ軸加速度信号として
出力する第１の差動増幅器と、前記Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する前記２つの受光
素子のそれぞれの出力のピークホールド値または実効値
を出力を差動増幅してＹ軸加速度信号として出力する第
２の差動増幅器と、前記Ｘ軸方向加速度検出素子を構成する前記２つの受光
素子または前記Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する前記
２つの受光素子の出力の周波数の変化に基づいてＺ軸加
速度信号を出力するＺ軸加速度信号出力手段とを具備す
る演算手段を更に備えている請求項１０に記載の三軸加
速度センサ。
【請求項１３】前記仮想垂直線が延びる方向を前記Ｚ
軸方向とした場合のＸ軸方向とＹ軸方向の間のＸ−Ｙ方
向に延びる１以上の仮想Ｘ−Ｙ方向水平線上に前記仮想
垂直線を間に挟むように２つの受光素子がＺ軸方向加速
度検出素子として配置され、前記２つの受光素子は、それぞれ静止重力加速度のみが
前記重錘に作用している状態において前記２つの受光素
子からの出力が実質的に等しくなるように前記反射面及
び前記中心線からの距離並びに前記ゲインが定められて
いることを特徴とする請求項９に記載の三軸加速度セン
サ。
【請求項１４】前記Ｘ軸方向加速度検出素子を構成す
る前記２つの受光素子の出力を差動増幅してＸ軸加速度
信号として出力する第１の差動増幅器と、前記Ｙ軸方向加速度検出素子を構成する前記２つの受光
素子の出力を差動増幅してＹ軸加速度信号として出力す
る第２の差動増幅器と、前記Ｚ軸方向加速度検出素子を構成する前記２つの受光
素子の出力を差動増幅してＺ軸加速度信号として出力す
る第３の差動増幅器とを具備する演算手段を更に備えて
いる請求項１３に記載の三軸加速度センサ。
【請求項１５】前記反射体は一方の面に前記反射面を
有する金属製ダイアフラムからなり、前記金属製ダイアフラムの周縁部が前記被検出物に対し
て固定される支持体に支持されて前記可動支持構造が構
成されている請求項１、４、６または９に記載の三軸加
速度センサ。
【請求項１６】前記反射体は鏡板からなり、前記可動支持構造は、前記被検出物に対して固定された
支持体に周縁部が支持され中心部に貫通孔を有する前記
金属製ダイアフラムを備えており、前記金属製ダイアフラムの前記貫通孔に前記鏡板に固定
された前記重錘が嵌合されていることを特徴とする請求
項１、３、４、６、７、９または１０に記載の三軸加速
度センサ。