JPWO2013190931A1 - 回転角加速度測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、本出願人は、先に、高精度な回転軸を必要とする機構の内、回転を殆どしないものに対して、バネの変形によって必要な有限角度範囲内の回転を担保できる構造を開発し、従来にない新規な回転軸保持機構として出願した(特許文献1、2参照)。
本発明は、上記新規な回転軸保持機構を回転角加速度測定装置用に改良して上記問題点を解決し、特に、安価に、特定の回転角加速度以外の加速度が、ノイズとして重畳することを回避することができる回転角加速度の測定装置を実現することを課題とする。
また、本発明は、上記回転角加速度測定装置において、振動体の変位角がゼロになるように力を加えるためのアクチュエータと、変位角の測定信号を元に、変位角がゼロになるようにアクチュエータに与える入力信号を制御するためのフィードバック制御手段と、アクチュエータに与えた入力信号から、回転角加速度を算出するための演算手段と、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、上記回転角加速度測定装置において、回転軸の支持機構を、平面状に形成したヒンジ構造にすることで、半導体微細加工技術を用いて、回転軸支持機構と、回転角検出センサと、アクチュエータと、制御手段と、演算手段と、を一体的に形成することを特徴とする。
これによって、振動体の運動は、回転軸を中心とする一定角度範囲内の回転運動に限定される。このような回転軸保持機構を有することで、振動体に回転方向以外の方向への加速度が加わっても、振動体が運動することはない。そのため、ジャイロセンサにおけるクロストークを、大幅に抑制することができる。
本発明は、上記の回転軸保持機構によって支持された振動体の運動を検出するために、変位センサか、力センサを含むことを特徴とする。
本発明は、上記の変位センサや力センサの出力信号を解析して、回転角加速度に変換するための演算手段を含むことを特徴とする。
Id2θ/dt2=T=kθ (1)
(1)式を変形すると、回転角加速度は、次式で表される。
d2θ/dt2=kθ/I (2)
したがって、あらかじめばね定数kや慣性モーメントIを求めておけば、つりあい位置の角度θを測定することで、回転角加速度が算出できる。
回転角加速度が時間的に変動する場合であっても、(1)の運動方程式を用いて、角度θの時間変動から、入力された回転角加速度を求めることができる。
(1)薄い酸化膜のついたシリコンウェーハにひずみゲージのための金属膜を形成する。
(2)金属膜にレジストを塗布してひずみゲージのパターンを露光、現像して、金属膜をエッチングする。
(3)裏面にレジストを塗布し、ヒンジ構造のパターンを露光、現像する。
(4)裏面より、深堀リアクティブイオンエッチング装置で、貫通穴を形成する。
(5)電極に、配線をする。
このようにすれば、たった2枚のフォトマスクで、低コストにジャイロセンサの基本構造を作製することができる。
Claims (3)
- 回転軸を中心に回転する振動体と、
回転軸から半径rの点に振動体を支持するための複数の節点と、
振動体を支持するための節点を、回転軸を中心に円運動させるためのアームの長さがrの複数の平行四辺形リンクと、
平行四辺形リンクの固定節を支持するための支持部と、
回転角を検出する回転角検出手段と、
回転角から回転角加速度を算出するための演算手段と、を含むことを特徴とする回転角加速度測定装置。 - 前記振動体の変位角がゼロになるように力を加えるためのアクチュエータと、
変位角の測定信号を元に、変位角がゼロになるようにアクチュエータに与える入力信号を制御するためのフィードバック制御手段と、
アクチュエータに与えた入力信号から、回転角加速度を算出するための演算手段と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の回転角加速度測定装置。 - 前記回転軸の支持機構を、平面状に形成したヒンジ構造にすることで、半導体微細加工技術を用いて、回転軸支持機構と、回転角検出センサと、アクチュエータと、制御手段と、演算手段と、を一体的に形成することを特徴とする請求項2に記載の回転角加速度測定装置。
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