JPH1123610A - 静電容量型多軸加速度検出装置 - Google Patents
静電容量型多軸加速度検出装置Info
- Publication number
- JPH1123610A JPH1123610A JP9196383A JP19638397A JPH1123610A JP H1123610 A JPH1123610 A JP H1123610A JP 9196383 A JP9196383 A JP 9196383A JP 19638397 A JP19638397 A JP 19638397A JP H1123610 A JPH1123610 A JP H1123610A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- fixed
- acceleration
- detection
- electrode
- 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- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 他軸干渉の影響を可及的に抑制し、感度が一
定の静電容量型多軸加速度検出装置を提供すること 【解決手段】 センサ素子９は、可動電極１７を備えた
半導体基板と、その半導体基板の両面に接合された固定
基板とを備え、一方の固定基板には、４つのＸ，Ｙ軸検
出用固定電極２０ａ〜２０ｄが形成され、他方の固定基
板にはＺ軸検出用固定電極２０ｅが形成される。このセ
ンサ素子のＺ軸検出用固定電極に対して一定の周波数の
Ｚ軸検出駆動用矩形波を印加し、そのＺ軸検出用固定電
極と可動電極で形成される静電容量に基づく出力に応じ
て決定される周波数のＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波をＸ，
Ｙ軸検出用固定電極に対して印加するようにし、さらに
各固定電極と可動電極間に発生する静電容量Ｃ1 〜Ｃ4
，Ｃz に基づいて各軸方向の加速度を演算回路２４に
て求め、出力するようにする。
定の静電容量型多軸加速度検出装置を提供すること 【解決手段】 センサ素子９は、可動電極１７を備えた
半導体基板と、その半導体基板の両面に接合された固定
基板とを備え、一方の固定基板には、４つのＸ，Ｙ軸検
出用固定電極２０ａ〜２０ｄが形成され、他方の固定基
板にはＺ軸検出用固定電極２０ｅが形成される。このセ
ンサ素子のＺ軸検出用固定電極に対して一定の周波数の
Ｚ軸検出駆動用矩形波を印加し、そのＺ軸検出用固定電
極と可動電極で形成される静電容量に基づく出力に応じ
て決定される周波数のＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波をＸ，
Ｙ軸検出用固定電極に対して印加するようにし、さらに
各固定電極と可動電極間に発生する静電容量Ｃ1 〜Ｃ4
，Ｃz に基づいて各軸方向の加速度を演算回路２４に
て求め、出力するようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型多軸加
速度検出装置に関するもので、より具体的には他軸干渉
を抑制するようにした加速度検出装置に関する。
速度検出装置に関するもので、より具体的には他軸干渉
を抑制するようにした加速度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、静電容量型の多軸加速度センサ
の一例を示している。同図に示すように、上下の固定基
板１，２間に２層のシリコン基板３，４が介在されてい
る。上側固定基板１の下面には４つの同一形状からなる
固定電極５ａ〜５ｄが形成されている。また上側のシリ
コン基板３は、梁３ａを介して共通の可動電極６が形成
され、その可動電極６の下面には、重り７が取り付けら
れている。この重り７は、下側のシリコン基板４によっ
て形成される。
の一例を示している。同図に示すように、上下の固定基
板１，２間に２層のシリコン基板３，４が介在されてい
る。上側固定基板１の下面には４つの同一形状からなる
固定電極５ａ〜５ｄが形成されている。また上側のシリ
コン基板３は、梁３ａを介して共通の可動電極６が形成
され、その可動電極６の下面には、重り７が取り付けら
れている。この重り７は、下側のシリコン基板４によっ
て形成される。
【０００３】係る構成においては、加速度が０の平常状
態では、４つの固定電極５ａ〜５ｄと可動電極６との距
離は、所定の距離で一定であり、また、各固定電極５ａ
〜５ｄと可動電極６の重合面積も等しくなる。いま、固
定電極５ａ〜５ｄと可動電極６とを結ぶ方向（図１中、
上下方向）をＺ軸とし、Ｘ軸とＹ軸をそれぞれ図１，図
２に示すような方向とすると、Ｚ軸方向のみに加速度が
加わった場合には、両電極間の距離が同じように変位す
るので、各固定電極５ａ〜５ｄと可動電極６間に発生す
る静電容量は、同じように変化する。また、Ｘ軸方向の
みに加速度が加わったとすると、その加速度を受けた重
り７は、Ｘ軸方向に移動しようとするが、その構造上平
行移動はできず、その力の方向にある固定電極５ａ，５
ｃと可動電極６の距離が短くなり、逆に固定電極５ｂ，
５ｄと可動電極６の距離が長くなる。同様に、Ｙ軸方向
のみに加速度が加わったとすると、固定電極５ａ，５ｂ
と可動電極６の距離が同じように短くなり、逆に固定電
極５ｃ，５ｄと可動電極６の距離が長くなる。
態では、４つの固定電極５ａ〜５ｄと可動電極６との距
離は、所定の距離で一定であり、また、各固定電極５ａ
〜５ｄと可動電極６の重合面積も等しくなる。いま、固
定電極５ａ〜５ｄと可動電極６とを結ぶ方向（図１中、
上下方向）をＺ軸とし、Ｘ軸とＹ軸をそれぞれ図１，図
２に示すような方向とすると、Ｚ軸方向のみに加速度が
加わった場合には、両電極間の距離が同じように変位す
るので、各固定電極５ａ〜５ｄと可動電極６間に発生す
る静電容量は、同じように変化する。また、Ｘ軸方向の
みに加速度が加わったとすると、その加速度を受けた重
り７は、Ｘ軸方向に移動しようとするが、その構造上平
行移動はできず、その力の方向にある固定電極５ａ，５
ｃと可動電極６の距離が短くなり、逆に固定電極５ｂ，
５ｄと可動電極６の距離が長くなる。同様に、Ｙ軸方向
のみに加速度が加わったとすると、固定電極５ａ，５ｂ
と可動電極６の距離が同じように短くなり、逆に固定電
極５ｃ，５ｄと可動電極６の距離が長くなる。
【０００４】このように各電極間距離が異なることか
ら、各電極間に発生する静電容量も変化し、しかも変化
のパターンは、加速度が加わる方向により異なるので、
各電極間に発生する静電容量の変化量を検出することに
より、その加速度の方向と大きさを知ることができる。
ら、各電極間に発生する静電容量も変化し、しかも変化
のパターンは、加速度が加わる方向により異なるので、
各電極間に発生する静電容量の変化量を検出することに
より、その加速度の方向と大きさを知ることができる。
【０００５】具体的には、各電極をそれぞれ外部回路の
抵抗素子に直列接続し、その抵抗素子と各電極間に発生
する静電容量とによってＲＣによる積分或いは微分回路
を構成する。すなわち、図３に示すように、電極間に発
生する静電容量Ｃv に対して抵抗素子Ｒを接続し、抵抗
素子Ｒに対して検出駆動用の電圧Ｖinを印加する。そし
て、抵抗素子Ｒと静電容量Ｃv からなる積分回路の出力
電圧Ｖcoutと参照電圧Ｖref とをコンパレータで比較す
るようになる。なお、この図３は、１つの電極間につい
ての回路を抽出して示しており、各電極間についても同
一の回路を接続することになる。
抵抗素子に直列接続し、その抵抗素子と各電極間に発生
する静電容量とによってＲＣによる積分或いは微分回路
を構成する。すなわち、図３に示すように、電極間に発
生する静電容量Ｃv に対して抵抗素子Ｒを接続し、抵抗
素子Ｒに対して検出駆動用の電圧Ｖinを印加する。そし
て、抵抗素子Ｒと静電容量Ｃv からなる積分回路の出力
電圧Ｖcoutと参照電圧Ｖref とをコンパレータで比較す
るようになる。なお、この図３は、１つの電極間につい
ての回路を抽出して示しており、各電極間についても同
一の回路を接続することになる。
【０００６】すると、検出駆動用の電圧Ｖinとして、図
４（Ａ）に示すように矩形波を与えるようにすると、積
分回路の出力電圧Ｖcoutとコンパレータ出力Ｖout は、
それぞれ同図（Ｂ），（Ｃ）のようになり、その最終的
な出力（コンパレータ出力Ｖout ）は、容量変化と一義
的相関を持つデューティ比のパルス出力となる。そし
て、各電極間に発生する静電容量と抵抗からなる積分／
微分回路に検出駆動用の矩形波として、同一の一定周波
数の矩形波を供給していた。
４（Ａ）に示すように矩形波を与えるようにすると、積
分回路の出力電圧Ｖcoutとコンパレータ出力Ｖout は、
それぞれ同図（Ｂ），（Ｃ）のようになり、その最終的
な出力（コンパレータ出力Ｖout ）は、容量変化と一義
的相関を持つデューティ比のパルス出力となる。そし
て、各電極間に発生する静電容量と抵抗からなる積分／
微分回路に検出駆動用の矩形波として、同一の一定周波
数の矩形波を供給していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、Ｚ
軸方向の加速度が加わると、上記したように固定電極５
ａ〜５ｄと可動電極６との距離が変化する。この時同時
に横方向（Ｘ，Ｙ軸方向）にも加速度が加わると、Ｚ軸
方向に加速度が加わっていない状態において横方向に加
速度が加わったときに比べて、電極間距離の変位量が異
なる。すなわち、例えばＺ軸のマイナス方向に加速度が
加わると、電極間距離は広がるので、静電容量は小さく
なる。この状態で横方向の加速度が加わると、静電容量
が小さくなった状態を基準として横方向の加速度に基づ
く容量の変化が生じるので、その変化量は小さくなる。
よって、感度も小さくなる。このように、ある一軸の加
速度印加による変位が、他の軸の感度に変化を及ぼす現
象を他軸干渉という。そして、従来は各電極に対して同
一で一定の周波数の矩形波を供給していたことから、他
軸干渉を解消することはできなかった。
軸方向の加速度が加わると、上記したように固定電極５
ａ〜５ｄと可動電極６との距離が変化する。この時同時
に横方向（Ｘ，Ｙ軸方向）にも加速度が加わると、Ｚ軸
方向に加速度が加わっていない状態において横方向に加
速度が加わったときに比べて、電極間距離の変位量が異
なる。すなわち、例えばＺ軸のマイナス方向に加速度が
加わると、電極間距離は広がるので、静電容量は小さく
なる。この状態で横方向の加速度が加わると、静電容量
が小さくなった状態を基準として横方向の加速度に基づ
く容量の変化が生じるので、その変化量は小さくなる。
よって、感度も小さくなる。このように、ある一軸の加
速度印加による変位が、他の軸の感度に変化を及ぼす現
象を他軸干渉という。そして、従来は各電極に対して同
一で一定の周波数の矩形波を供給していたことから、他
軸干渉を解消することはできなかった。
【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、センサ素子に接続し、静電容量（電極間距離）の変
化を検出するための外部回路を変更することにより、他
軸干渉の影響を可及的に抑制し、感度が一定の静電容量
型多軸加速度検出装置を提供することにある。
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、センサ素子に接続し、静電容量（電極間距離）の変
化を検出するための外部回路を変更することにより、他
軸干渉の影響を可及的に抑制し、感度が一定の静電容量
型多軸加速度検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る静電容量型多軸加速度検出装置で
は、多軸方向の加速度を検出可能なセンサ素子と、その
センサ素子に接続する外部回路とを備えた静電容量型多
軸加速度検出装置であって、前記センサ素子は、可動電
極を備えた半導体基板と、その半導体基板の両面に接合
された固定基板とを備え、前記一方の固定基板には、少
なくとも１対以上のＸ，Ｙ軸検出用固定電極が形成さ
れ、前記他方の固定基板にはＺ軸検出用固定電極が形成
され、それら各検出用固定電極と前記可動電極との間で
発生する対向する電極間距離に応じた静電容量を外部に
取り出し可能とし、前記外部回路は、前記各固定電極と
可動電極間に検出用の駆動電圧を印加する電圧印加手段
と、前記各固定電極と可動電極間に発生する静電容量に
基づいて各軸方向の加速度を検出する検出手段とを備
え、前記電圧印加手段は、Ｚ軸検出用固定電極に対して
一定の周波数のＺ軸検出駆動用矩形波を印加し、そのＺ
軸検出用固定電極と前記可動電極で形成される静電容量
に基づく出力に応じて決定される周波数のＸ，Ｙ軸検出
駆動用矩形波を前記Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極に対して印
加するようにした（請求項１）。
ために、本発明に係る静電容量型多軸加速度検出装置で
は、多軸方向の加速度を検出可能なセンサ素子と、その
センサ素子に接続する外部回路とを備えた静電容量型多
軸加速度検出装置であって、前記センサ素子は、可動電
極を備えた半導体基板と、その半導体基板の両面に接合
された固定基板とを備え、前記一方の固定基板には、少
なくとも１対以上のＸ，Ｙ軸検出用固定電極が形成さ
れ、前記他方の固定基板にはＺ軸検出用固定電極が形成
され、それら各検出用固定電極と前記可動電極との間で
発生する対向する電極間距離に応じた静電容量を外部に
取り出し可能とし、前記外部回路は、前記各固定電極と
可動電極間に検出用の駆動電圧を印加する電圧印加手段
と、前記各固定電極と可動電極間に発生する静電容量に
基づいて各軸方向の加速度を検出する検出手段とを備
え、前記電圧印加手段は、Ｚ軸検出用固定電極に対して
一定の周波数のＺ軸検出駆動用矩形波を印加し、そのＺ
軸検出用固定電極と前記可動電極で形成される静電容量
に基づく出力に応じて決定される周波数のＸ，Ｙ軸検出
駆動用矩形波を前記Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極に対して印
加するようにした（請求項１）。
【００１０】本発明によれば、Ｚ軸加速度と一義的相関
を持った周波数の矩形波が、Ｘ，Ｙ軸方向加速度検出用
の固定電極へ印加されることになる。すると、Ｚ軸方向
に加速度が加わると、可動電極が変位し、Ｘ，Ｙ軸用固
定電極間の距離が均等に増減、感度が変化する。この
時、Ｚ軸検出用固定電極と可動電極との距離の増減は、
Ｘ，Ｙ軸用の電極間の増減と逆になる。つまり、Ｘ，Ｙ
軸用の電極間距離が短くなり感度が増加した場合には、
Ｚ軸用の電極間距離は長くなり、そのＺ軸用の静電容量
は小さくなる。そこで、係る場合にＸ，Ｙ軸検出駆動用
矩形波の周波数をＺ軸用の静電容量の変化（実施の形態
では、最終的に求められたＺ軸加速度値に対応する電圧
ＶZ ）に応じて変更するようにしておくことにより、
Ｘ，Ｙ軸用の電極間に形成される静電容量の変化に対す
る出力の変化を小さくする。なお、Ｚ軸方向の加速度が
上記と逆方向（Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極と可動電極との
間が広がる方向）に変位した場合には、上記と逆の動作
を行い、最終的な出力の感度は一定となる。これによ
り、Ｚ軸方向と同時にＸ，Ｙ軸方向の加速度が加わって
も、そのＺ軸方向の変化に伴う構造上の感度の変化を、
Ｘ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数を変化することによ
りキャンセルし、他軸干渉の影響を解消する。
を持った周波数の矩形波が、Ｘ，Ｙ軸方向加速度検出用
の固定電極へ印加されることになる。すると、Ｚ軸方向
に加速度が加わると、可動電極が変位し、Ｘ，Ｙ軸用固
定電極間の距離が均等に増減、感度が変化する。この
時、Ｚ軸検出用固定電極と可動電極との距離の増減は、
Ｘ，Ｙ軸用の電極間の増減と逆になる。つまり、Ｘ，Ｙ
軸用の電極間距離が短くなり感度が増加した場合には、
Ｚ軸用の電極間距離は長くなり、そのＺ軸用の静電容量
は小さくなる。そこで、係る場合にＸ，Ｙ軸検出駆動用
矩形波の周波数をＺ軸用の静電容量の変化（実施の形態
では、最終的に求められたＺ軸加速度値に対応する電圧
ＶZ ）に応じて変更するようにしておくことにより、
Ｘ，Ｙ軸用の電極間に形成される静電容量の変化に対す
る出力の変化を小さくする。なお、Ｚ軸方向の加速度が
上記と逆方向（Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極と可動電極との
間が広がる方向）に変位した場合には、上記と逆の動作
を行い、最終的な出力の感度は一定となる。これによ
り、Ｚ軸方向と同時にＸ，Ｙ軸方向の加速度が加わって
も、そのＺ軸方向の変化に伴う構造上の感度の変化を、
Ｘ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数を変化することによ
りキャンセルし、他軸干渉の影響を解消する。
【００１１】また、前記Ｚ軸検出用固定電極と前記可動
電極で形成される静電容量に基づく出力に応じて決定さ
れるＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数への変換条件
（実施の形態では、式（４）に示す変換式におけるＢ
等）を調整可能とし、Ｘ，Ｙ軸加速度検出の感度調整を
行えるようにしてもよい（請求項２）。
電極で形成される静電容量に基づく出力に応じて決定さ
れるＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数への変換条件
（実施の形態では、式（４）に示す変換式におけるＢ
等）を調整可能とし、Ｘ，Ｙ軸加速度検出の感度調整を
行えるようにしてもよい（請求項２）。
【００１２】加速度検出装置では、センサ素子のバラツ
キを補正するため、通常オフセット値と感度の調整機能
がついているが、このうち、Ｘ，Ｙ軸の感度の調整機能
をＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数への変換条件の調
整（オフセットの操作）によって実現することができ
る。これにより、２箇所の調整が一本化される。
キを補正するため、通常オフセット値と感度の調整機能
がついているが、このうち、Ｘ，Ｙ軸の感度の調整機能
をＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数への変換条件の調
整（オフセットの操作）によって実現することができ
る。これにより、２箇所の調整が一本化される。
【００１３】＊用語の定義 本明細書でいうＸ，Ｙ，Ｚ軸は、それぞれ相互に直交す
る方向をいい、Ｚ軸方向、各固定電極と可動電極の配置
方向であり、Ｚ軸方向のみ加速度が加わった場合には各
Ｘ，Ｙ軸用固定電極と可動電極間距離は、同じように増
減する。つまり、可動電極の変位方向をＺ軸とする。そ
して、そのＺ軸と直交する平面内の所定方向がＸ，Ｙ軸
となる。
る方向をいい、Ｚ軸方向、各固定電極と可動電極の配置
方向であり、Ｚ軸方向のみ加速度が加わった場合には各
Ｘ，Ｙ軸用固定電極と可動電極間距離は、同じように増
減する。つまり、可動電極の変位方向をＺ軸とする。そ
して、そのＺ軸と直交する平面内の所定方向がＸ，Ｙ軸
となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図５，図６は、本発明に係る静電
容量型多軸加速度検出装置の一実施の形態のセンサ素子
９部分を示している。同図に示すように、２枚のシリコ
ン基板１０，１１を接合して一体化された半導体基板１
２に対し、その上下に固定基板たる第１，第２ガラス基
板１４，１５を接合している。
容量型多軸加速度検出装置の一実施の形態のセンサ素子
９部分を示している。同図に示すように、２枚のシリコ
ン基板１０，１１を接合して一体化された半導体基板１
２に対し、その上下に固定基板たる第１，第２ガラス基
板１４，１５を接合している。
【００１５】シリコン基板１０には、その周枠部１０ａ
に対して梁部１０ｂを介して可動電極１７が弾性支持さ
れている。また、この可動電極１７の下面には、重り部
１８が連結されており、この重り部１８は、シリコン基
板１１をエッチングして周枠部１１ａから分離して形成
される。なお、本形態では、このように２枚のシリコン
基板１０，１１を用いて半導体基板１２を形成している
が、１枚のシリコン基板により形成してももちろんよ
い。
に対して梁部１０ｂを介して可動電極１７が弾性支持さ
れている。また、この可動電極１７の下面には、重り部
１８が連結されており、この重り部１８は、シリコン基
板１１をエッチングして周枠部１１ａから分離して形成
される。なお、本形態では、このように２枚のシリコン
基板１０，１１を用いて半導体基板１２を形成している
が、１枚のシリコン基板により形成してももちろんよ
い。
【００１６】第１ガラス基板１４の下面には、可動電極
１７の上面に対向する位置に４つの固定電極２０ａ〜２
０ｄを有している。これら４つの固定電極２０ａ〜２０
ｄは、同形状・同面積からなり、可動電極１７の重心か
らそれぞれ等距離に９０度間隔で配置されている。そし
て、これら４つの固定電極２０ａ〜２０ｄがＸ，Ｙ軸検
出用固定電極となる。また、第２ガラス基板１５の上面
には、可動電極１７の重心を中心とした対称なＺ軸検出
用固定電極２０ｅを配置している。
１７の上面に対向する位置に４つの固定電極２０ａ〜２
０ｄを有している。これら４つの固定電極２０ａ〜２０
ｄは、同形状・同面積からなり、可動電極１７の重心か
らそれぞれ等距離に９０度間隔で配置されている。そし
て、これら４つの固定電極２０ａ〜２０ｄがＸ，Ｙ軸検
出用固定電極となる。また、第２ガラス基板１５の上面
には、可動電極１７の重心を中心とした対称なＺ軸検出
用固定電極２０ｅを配置している。
【００１７】これにより、可動電極１７は共通電極とな
り、その可動電極１７と、Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極２０
ａ〜２０ｄの間には、容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 が形成され
る。また、可動電極１７とＺ軸検出用固定電極２０ｅと
の間には、容量素子Ｃz が形成される。
り、その可動電極１７と、Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極２０
ａ〜２０ｄの間には、容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 が形成され
る。また、可動電極１７とＺ軸検出用固定電極２０ｅと
の間には、容量素子Ｃz が形成される。
【００１８】図７は、上記した構成のセンサ素子９に所
定の外部回路を接続した場合の等価回路を示している。
同図に示すように、各容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 ，Ｃz の共通
電極となる可動電極１７を設置する。また各固定電極２
０ａ〜２０ｅには、センサ素子９の外部にて抵抗素子Ｒ
を直列に接続し、その抵抗素子Ｒと各固定電極２０ａ〜
２０ｅにて積分回路を構成する。各積分回路の出力は、
それぞれＣ−Ｖ変換器２２ａ〜２２ｅに接続され、そこ
において各容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 ，Ｃz の静電容量に応じ
た電圧Vcl 〜Vc4 ，Vcz を求め、その求めた電圧を演算
回路２４に与えるようになっている。ここでＣ−Ｖ変換
器２２ａ〜２２ｅは、例えば積分回路出力を参照電圧と
比較するコンパレータと、そのコンパレータ出力を平滑
化する平滑回路により構成することができる。すなわ
ち、図３，図４に示すように、積分回路に矩形波を入力
した場合に、その積分回路の出力をコンパレータにて参
照電圧と比較すると、コンパレータ出力は静電容量に比
例したデューティ比のパルス波が得られる（図４
（Ｃ））。そこで、そのコンパレータ出力を平滑化する
ことにより静電容量に応じた電圧が求められる。そし
て、Ｃ−Ｖ変換器２２ａ〜２２ｅ及び演算回路２４等に
より本発明における検出手段が構成される。
定の外部回路を接続した場合の等価回路を示している。
同図に示すように、各容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 ，Ｃz の共通
電極となる可動電極１７を設置する。また各固定電極２
０ａ〜２０ｅには、センサ素子９の外部にて抵抗素子Ｒ
を直列に接続し、その抵抗素子Ｒと各固定電極２０ａ〜
２０ｅにて積分回路を構成する。各積分回路の出力は、
それぞれＣ−Ｖ変換器２２ａ〜２２ｅに接続され、そこ
において各容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 ，Ｃz の静電容量に応じ
た電圧Vcl 〜Vc4 ，Vcz を求め、その求めた電圧を演算
回路２４に与えるようになっている。ここでＣ−Ｖ変換
器２２ａ〜２２ｅは、例えば積分回路出力を参照電圧と
比較するコンパレータと、そのコンパレータ出力を平滑
化する平滑回路により構成することができる。すなわ
ち、図３，図４に示すように、積分回路に矩形波を入力
した場合に、その積分回路の出力をコンパレータにて参
照電圧と比較すると、コンパレータ出力は静電容量に比
例したデューティ比のパルス波が得られる（図４
（Ｃ））。そこで、そのコンパレータ出力を平滑化する
ことにより静電容量に応じた電圧が求められる。そし
て、Ｃ−Ｖ変換器２２ａ〜２２ｅ及び演算回路２４等に
より本発明における検出手段が構成される。
【００１９】そして、従来は各積分回路に対して同一の
検出駆動用矩形波を印加していたが、図７から明らかな
ように、本発明では、Ｚ軸検出用の容量素子Ｃz を含む
積分回路にのみ外部発振回路による一定周波数の検出駆
動用矩形波を印加するようにしている。そして、Ｘ，Ｙ
軸検出用の容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 を含む積分回路には、Ｚ
軸検出用の容量素子Ｃz を含む積分回路の出力に基づい
て生成される検出駆動用矩形波を印加するようにしてい
る。すなわち、Ｃ−Ｖ変換器２２ｅの出力Ｖczは、Ｚ軸
加速度に応じた電圧値となっているので、演算回路２４
ではＣ−Ｖ変換器２２ｅの出力からＺ軸加速度を検出
し、その検出した加速度に応じた電圧Ｖzを出力する。
そして出力Ｖz をＶ−ｆ変換器２６に与え、その電圧Ｖ
z に応じた周波数の矩形波を生成し、その生成した矩形
波をＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波として、Ｘ，Ｙ軸検出用
の各積分回路に印加する。そして、上記した一定周波数
の検出駆動用矩形波を印加する手段と、Ｖ−ｆ変換器２
６等により、本発明における電圧印加手段が構成され
る。
検出駆動用矩形波を印加していたが、図７から明らかな
ように、本発明では、Ｚ軸検出用の容量素子Ｃz を含む
積分回路にのみ外部発振回路による一定周波数の検出駆
動用矩形波を印加するようにしている。そして、Ｘ，Ｙ
軸検出用の容量素子Ｃ1 〜Ｃ4 を含む積分回路には、Ｚ
軸検出用の容量素子Ｃz を含む積分回路の出力に基づい
て生成される検出駆動用矩形波を印加するようにしてい
る。すなわち、Ｃ−Ｖ変換器２２ｅの出力Ｖczは、Ｚ軸
加速度に応じた電圧値となっているので、演算回路２４
ではＣ−Ｖ変換器２２ｅの出力からＺ軸加速度を検出
し、その検出した加速度に応じた電圧Ｖzを出力する。
そして出力Ｖz をＶ−ｆ変換器２６に与え、その電圧Ｖ
z に応じた周波数の矩形波を生成し、その生成した矩形
波をＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波として、Ｘ，Ｙ軸検出用
の各積分回路に印加する。そして、上記した一定周波数
の検出駆動用矩形波を印加する手段と、Ｖ−ｆ変換器２
６等により、本発明における電圧印加手段が構成され
る。
【００２０】これにより、Ｚ軸加速度（Ｃ−Ｖ変換器２
２ｅの出力Ｖcz）と一義的相関を持った周波数の矩形波
が、Ｘ，Ｙ軸方向加速度検出用の積分回路へ印加される
ことになる。そして演算回路２４では、Ｃ−Ｖ変換器２
２ａ〜２２ｄの出力に基づいて、加減算処理を行いＸ軸
加速度，Ｙ軸加速度を求め、その加速度に応じた電圧Ｖ
x ，Ｖy を出力するようになっている。
２ｅの出力Ｖcz）と一義的相関を持った周波数の矩形波
が、Ｘ，Ｙ軸方向加速度検出用の積分回路へ印加される
ことになる。そして演算回路２４では、Ｃ−Ｖ変換器２
２ａ〜２２ｄの出力に基づいて、加減算処理を行いＸ軸
加速度，Ｙ軸加速度を求め、その加速度に応じた電圧Ｖ
x ，Ｖy を出力するようになっている。
【００２１】係る構成にすると、Ｚ軸方向（＋）に加速
度が加わると、可動電極１７が上方に移動するため固定
電極２０ａ〜２０ｄ間の距離が短くなり、Ｘ，Ｙ軸検出
用の感度は増加する。しかし、本形態ではこの時可動電
極１７と固定電極２０ｅとの距離が長くなり、Ｖz は小
さくなる。すると、その電圧Ｖz に基づいて生成される
Ｘ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数が小さくなり、静電
容量Ｃ1 〜Ｃ4 の変化に対する積分回路出力の変化を小
さくする。これにより、Ｚ軸方向と同時にＸ，Ｙ軸方向
の加速度が加わっても、そのＺ軸方向の変化に伴う構造
上の感度の変化を、Ｘ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数
を変化することによりキャンセルし、他軸干渉の影響を
解消する。
度が加わると、可動電極１７が上方に移動するため固定
電極２０ａ〜２０ｄ間の距離が短くなり、Ｘ，Ｙ軸検出
用の感度は増加する。しかし、本形態ではこの時可動電
極１７と固定電極２０ｅとの距離が長くなり、Ｖz は小
さくなる。すると、その電圧Ｖz に基づいて生成される
Ｘ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数が小さくなり、静電
容量Ｃ1 〜Ｃ4 の変化に対する積分回路出力の変化を小
さくする。これにより、Ｚ軸方向と同時にＸ，Ｙ軸方向
の加速度が加わっても、そのＺ軸方向の変化に伴う構造
上の感度の変化を、Ｘ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数
を変化することによりキャンセルし、他軸干渉の影響を
解消する。
【００２２】上記した他軸干渉の影響の解消の原理を式
により説明すると、以下のようになる。まず、各積分回
路に接続されたＣ−Ｖ変換器２２ａ〜２２ｅの出力をそ
れぞれVcl 〜Vc4 ，Vcz とすると、次式によってＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向に印加された加速度と一次相関の出力電圧
Ｖx 、Ｖy 、Ｖz を得る。係る演算処理は演算回路２４
により実行され、出力される。
により説明すると、以下のようになる。まず、各積分回
路に接続されたＣ−Ｖ変換器２２ａ〜２２ｅの出力をそ
れぞれVcl 〜Vc4 ，Vcz とすると、次式によってＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向に印加された加速度と一次相関の出力電圧
Ｖx 、Ｖy 、Ｖz を得る。係る演算処理は演算回路２４
により実行され、出力される。
【００２３】
【数１】 ここでＡz ，Ａx ，Ａy ，Ｂz ，Ｂx ，Ｂy はそれぞれ
Ｚ，Ｘ，Ｙ軸の加速度演算に用いられる増幅度及びオフ
セットである。
Ｚ，Ｘ，Ｙ軸の加速度演算に用いられる増幅度及びオフ
セットである。
【００２４】この回路を実現する上で、図５，図６に示
した静電容量型多軸加速度センサ素子９では、Ｚ軸方向
に加速度が印加され可動電極１７が上下するとＣl 〜Ｃ
4 全ての容量が同時に増減する。よって式（２），
（３）における下線部の値が変動し、Ｘ，Ｙ軸方向の同
じ大きさの加速度に対して感度が変わってしまうという
関係がある。
した静電容量型多軸加速度センサ素子９では、Ｚ軸方向
に加速度が印加され可動電極１７が上下するとＣl 〜Ｃ
4 全ての容量が同時に増減する。よって式（２），
（３）における下線部の値が変動し、Ｘ，Ｙ軸方向の同
じ大きさの加速度に対して感度が変わってしまうという
関係がある。
【００２５】そこで、駆動周波数に対して出力波形が変
化する積分回路と、以上に示した検出方式の性質を利用
する。すなわち、一定周波数ｆの駆動用矩形波はＺ軸検
出用積分回路へのみ印加し、Ｘ，Ｙ軸方向検出用積分回
路へはＶz を次式で電圧一周波数変換した矩形波を印加
する。
化する積分回路と、以上に示した検出方式の性質を利用
する。すなわち、一定周波数ｆの駆動用矩形波はＺ軸検
出用積分回路へのみ印加し、Ｘ，Ｙ軸方向検出用積分回
路へはＶz を次式で電圧一周波数変換した矩形波を印加
する。
【００２６】ｆx,y ＝Ａ×Ｖz ＋Ｂ …（４） ここでＡ，ＢはＶ−ｆ変換器２６における係数であり、
任意に調整の可能な一定値である。
任意に調整の可能な一定値である。
【００２７】以上の回路方式によってＺ軸方向の加速度
によるＸ，Ｙ軸方向への他軸干渉を補正することが可能
である。
によるＸ，Ｙ軸方向への他軸干渉を補正することが可能
である。
【００２８】また、式（４）におけるＢの値を調整する
ことでＸ，Ｙ軸の基本駆動周波数が決定し、Ｚ軸加速度
のない状態でのＸ，Ｙ軸加速度の感度を決定することが
でき、従来後段の増幅回路等に付加されていた感度調整
の機能を一本化することができる。
ことでＸ，Ｙ軸の基本駆動周波数が決定し、Ｚ軸加速度
のない状態でのＸ，Ｙ軸加速度の感度を決定することが
でき、従来後段の増幅回路等に付加されていた感度調整
の機能を一本化することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る静電容量型
多軸加速度検出装置では、Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極と、
Ｚ軸検出用固定電極とを可動電極を挟んで反対側に位置
させたため、Ｚ軸方向に加速度が加わった場合に、Ｘ，
Ｙ軸検出用固定電極と可動電極間距離と、Ｚ軸検出用固
定電極と可動電極間距離は増減が逆になる。そして、一
定の周波数の矩形波は、Ｚ軸用の固定電極側にのみ印加
し、そのＺ軸用の固定電極と可動電極間の静電容量（電
極間距離）の変化に基づいてＸ，Ｙ軸用の固定電極に印
加する矩形波の周波数は増減するようにしたため、他軸
干渉の影響を可及的に抑制し、感度が一定の静電容量型
多軸加速度検出装置を構成することができる。
多軸加速度検出装置では、Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極と、
Ｚ軸検出用固定電極とを可動電極を挟んで反対側に位置
させたため、Ｚ軸方向に加速度が加わった場合に、Ｘ，
Ｙ軸検出用固定電極と可動電極間距離と、Ｚ軸検出用固
定電極と可動電極間距離は増減が逆になる。そして、一
定の周波数の矩形波は、Ｚ軸用の固定電極側にのみ印加
し、そのＺ軸用の固定電極と可動電極間の静電容量（電
極間距離）の変化に基づいてＸ，Ｙ軸用の固定電極に印
加する矩形波の周波数は増減するようにしたため、他軸
干渉の影響を可及的に抑制し、感度が一定の静電容量型
多軸加速度検出装置を構成することができる。
【００３０】また、請求項２のように構成すると、Ｘ，
Ｙ軸方向の感度の調整機能をＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波
の周波数の決定・変換条件を調整することによって実現
することができるので、２箇所の調整が一本化され、回
路の簡略化から低コスト化、さらには調整工程の簡略化
が図れる。
Ｙ軸方向の感度の調整機能をＸ，Ｙ軸検出駆動用矩形波
の周波数の決定・変換条件を調整することによって実現
することができるので、２箇所の調整が一本化され、回
路の簡略化から低コスト化、さらには調整工程の簡略化
が図れる。
【図１】従来のセンサ素子の一例を示す図である。
【図２】従来のセンサ素子の一例を示す図である。
【図３】センサ素子及びそれに接続する外部回路の一部
を示す図である。
を示す図である。
【図４】図３に示す回路の動作を説明する図である。
【図５】本発明に係る静電容量型多軸加速度検出装置の
一実施の形態に用いられるセンサ素子を示す図である。
一実施の形態に用いられるセンサ素子を示す図である。
【図６】本発明に係る静電容量型多軸加速度検出装置の
一実施の形態に用いられるセンサ素子を示す図である。
一実施の形態に用いられるセンサ素子を示す図である。
【図７】センサ素子及びそれに接続する外部回路の一部
を示す図である。
を示す図である。
９ センサ素子 １０ シリコン基板 １１ シリコン基板 １２ 半導体基板 １４ 第１ガラス基板 １５ 第２ガラス基板 １７ 可動電極 ２０ａ〜２０ｄ Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極 ２０ｅ Ｚ軸検出用固定電極 ２２ａ〜２２ｅ Ｃ−Ｖ変換器 ２４ 演算回路 ２６ Ｖ−Ｆ変換器
Claims (2)
- 【請求項１】 多軸方向の加速度を検出可能なセンサ素
子と、そのセンサ素子に接続する外部回路とを備えた静
電容量型多軸加速度検出装置であって、 前記センサ素子は、可動電極を備えた半導体基板と、そ
の半導体基板の両面に接合された固定基板とを備え、前
記一方の固定基板には、少なくとも１対以上のＸ，Ｙ軸
検出用固定電極が形成され、前記他方の固定基板にはＺ
軸検出用固定電極が形成され、それら各検出用固定電極
と前記可動電極との間で発生する対向する電極間距離に
応じた静電容量を外部に取り出し可能とし、 前記外部回路は、前記各固定電極と可動電極間に検出用
の駆動電圧を印加する電圧印加手段と、 前記各固定電極と可動電極間に発生する静電容量に基づ
いて各軸方向の加速度を検出する検出手段とを備え、 前記電圧印加手段は、Ｚ軸検出用固定電極に対して一定
の周波数のＺ軸検出駆動用矩形波を印加し、そのＺ軸検
出用固定電極と前記可動電極で形成される静電容量に基
づく出力に応じて決定される周波数のＸ，Ｙ軸検出駆動
用矩形波を前記Ｘ，Ｙ軸検出用固定電極に対して印加す
るようにしたことを特徴とする静電容量型多軸加速度検
出装置。 - 【請求項２】 前記Ｚ軸検出用固定電極と前記可動電極
で形成される静電容量に基づく出力に応じて決定される
Ｘ，Ｙ軸検出駆動用矩形波の周波数への変換条件を調整
可能とし、Ｘ，Ｙ軸加速度検出の感度調整を行えるよう
にしたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型多
軸加速度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9196383A JPH1123610A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | 静電容量型多軸加速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9196383A JPH1123610A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | 静電容量型多軸加速度検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123610A true JPH1123610A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16356968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9196383A Withdrawn JPH1123610A (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | 静電容量型多軸加速度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1123610A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100331453B1 (ko) * | 2000-07-18 | 2002-04-09 | 윤종용 | 시분할 다중화 방식을 이용한 정전형 ｘｙ 스테이지의위치 검출 장치 |
| JP2017203683A (ja) * | 2016-05-11 | 2017-11-16 | 内外ゴム株式会社 | 静電容量型の３軸加速度センサ |
| US10649000B2 (en) | 2015-12-17 | 2020-05-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Connection assembly |
-
1997
- 1997-07-08 JP JP9196383A patent/JPH1123610A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100331453B1 (ko) * | 2000-07-18 | 2002-04-09 | 윤종용 | 시분할 다중화 방식을 이용한 정전형 ｘｙ 스테이지의위치 검출 장치 |
| US10649000B2 (en) | 2015-12-17 | 2020-05-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Connection assembly |
| JP2017203683A (ja) * | 2016-05-11 | 2017-11-16 | 内外ゴム株式会社 | 静電容量型の３軸加速度センサ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7886597B2 (en) | Dynamic amount sensor | |
| US7677100B2 (en) | Composite sensor and acceleration sensor | |
| US8272267B2 (en) | Angular velocity sensor | |
| US7444870B2 (en) | Angular velocity sensor having one amplifying circuit for amplifying plural detection signals | |
| US5616864A (en) | Method and apparatus for compensation of micromachined sensors | |
| JP2003121457A (ja) | 容量式物理量センサ | |
| EP2336788B1 (en) | Inertial sensor | |
| US20040206176A1 (en) | Rotation rate sensor | |
| WO2017098459A1 (en) | Accelerometer common mode self-test | |
| JP2000009475A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JP4929489B2 (ja) | 角速度センサ | |
| JP4405189B2 (ja) | ３軸加速度センサ | |
| JPH1123610A (ja) | 静電容量型多軸加速度検出装置 | |
| US20050235751A1 (en) | Dual-axis accelerometer | |
| US7194376B2 (en) | Circuit and method of processing multiple-axis sensor output signals | |
| JP5631529B2 (ja) | 加速度センサ | |
| US10816568B2 (en) | Closed loop accelerometer | |
| JP3124710B2 (ja) | 静電容量の変化を利用したセンサ用信号処理回路 | |
| JP2002071708A (ja) | 半導体力学量センサ | |
| JPH11248741A (ja) | 静電容量型多軸加速度センサ | |
| JP2001099861A (ja) | 容量式物理量検出装置 | |
| JP2005091287A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JP2011169630A (ja) | 静電容量型加速度センサ及び静電容量型加速度検出装置 | |
| JP3020829B2 (ja) | 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置 | |
| RU2282151C1 (ru) | Микромеханический гироскоп |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041005 |