JP2012189569A - 慣性センサ - Google Patents

Abstract

【課題】加速度の検出時、検知電極に加えて加振電極を利用することにより、加速度の測定感度を向上させる慣性センサを提供する。
【解決手段】慣性センサは、可撓基板部に変位可能に浮遊状態で支持される駆動体と、駆動体の変位を検出する検知電極１１１ａ、１１１ａ’、１１１ｂ、１１１ｂ’を有する変位検出部と、駆動体を加振させる加振電極１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’を有する加振部と、検知電極及び加振電極が連結される差動増幅器ＤＡと、差動増幅器に連結され、加速度及び角速度を算出する回路部と、を含み、検知電極と加振電極を利用して加速度を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、慣性センサに関する。

最近、ＭＥＭＳ技術を利用した小型、軽量の慣性センサの製作が容易になるにつれて、家電製品などへ応用領域が拡がっている状況である。また、これによるセンサの機能も持続的に発展し、一つのセンサで一つの軸に対する慣性力のみを検出できる単軸センサから、一つのセンサで二つの軸以上の多軸に対する慣性力の検出が可能である多軸センサへ、その機能が日々発展している傾向である。

より具体的には、従来技術による慣性センサは、可撓基板部、駆動体及び支持部を含み、前記可撓基板部には、前記駆動体の変位を検出するための検知電極と前記駆動体を加振させる加振電極とが形成され、一つの慣性センサで加速度及び角速度を測定するためには、加速度と角速度の測定が時分割方式で具現される。

そして、前記加振電極に電圧を印加して駆動体を第１軸方向に振動させた状態で、駆動体の第２軸方向に角速度が作用すると、第３軸方向にコリオリの力が発生し、前記検知電極に特定極性の電荷が発生して、前記電荷を検出することにより角速度の方向と大きさを測定することができる。

また、可撓基板部に加速度が作用すると可撓部の歪みが発生し、前記検知電極に特定極性の電荷が発生して、前記電荷を検出することにより加速度の方向と大きさを測定することができる。

従って、加速度及び角速度の測定が時分割方式で具現され、加速度の測定時には駆動体を加振させる必要がないため、加振電極は何の役割もしない状態で放置される。これにより、加速度及び角速度を測定する慣性センサは、その技術構成がより効率的に具現されないという問題点を有している。

本発明の目的は、上述のような問題点を解決するために、加速度の検出時、検知電極に加えて加振電極を利用することにより、加速度の測定感度を向上させる慣性センサを提供することにある。

上述した本発明の目的を果たすための本発明の第１実施例による慣性センサは、可撓基板部に変位可能に浮遊状態で支持される駆動体と、駆動体の変位を検出する検知電極を有する変位検出部と、前記駆動体を加振させる加振電極を有する加振部と、前記検知電極及び加振電極が連結される差動増幅器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、前記差動増幅器に連結され、加速度及び角速度を算出する回路部と、を含み、前記検知電極と加振電極を利用して加速度を算出する。

また、前記加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極とＹ軸方向の第１及び第２加振電極からなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極とＹ軸方向の第１及び第２検知電極からなり、前記加振電極及び検知電極の信号は差動増幅器の第１、２端子に夫々伝達され、前記差動増幅器は信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度を算出する。

また、前記Ｘ軸方向の第１加振電極と第２検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第１端子に伝達され、第２加振電極と第１検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第２端子に伝達され、差動増幅器で二つの信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｘ軸方向の加速度を算出する。

そして、前記差動増幅器の差値によるＸ軸方向の加速度はＡｘ＝（ＳＸ１＋ＤＸ２）−（ＳＸ２＋ＤＸ１）であり、ここで、ＳＸ１は第１検知電極、ＤＸ２は第２加振電極、ＳＸ２は第２検知電極、ＤＸ１は第１加振電極である。
また、前記Ｙ軸方向の第１加振電極と第２検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極と第１検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第２端子に連結され、差動増幅器で二つの信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｙ軸方向の加速度を算出する。

また、前記差動増幅器の差値によるＹ軸方向の加速度はＡｙ＝（ＳＹ１＋ＤＹ２）−（ＳＹ２＋ＤＹ１）であり、ここで、ＳＹ１は第１検知電極、ＤＹ２は第２加振電極、ＳＹ２は第２検知電極、ＤＹ１は第１加振電極である。
また、本発明の第２実施例による慣性センサにおいて、加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極とＹ軸方向の第１及び第２加振電極からなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極とＹ軸方向の第１及び第２検知電極からなり、前記差動増幅器は第１、２、３差動増幅器からなり、前記加振電極及び検知電極の信号は第１、２差動増幅器の第１、２端子に夫々伝達され、前記第１、２差動増幅器は信号差を増幅して第３差動増幅器に伝達し、第３差動増幅器は前記第１、２差動増幅器の信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｘ軸及びＹ軸方向の加速度を算出する。

そして、前記Ｘ軸方向の第１加振電極は第１差動増幅器の第１端子に連結され、前記第２加振電極は前記第１差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して前記第３差動増幅器の第１端子を介して第３差動増幅器に伝達し、前記Ｘ軸方向の第１検知電極は第２差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第２差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第２端子を介して第３差動増幅器に伝達し、前記第３差動増幅器で第１、２端子の信号差を増幅して前記回路部に伝達する。

また、前記第１、２及び３差動増幅器の差値によるＸ軸方向の加速度はＡｘ＝（ＳＸ１−ＳＸ２）−（ＤＸ１−ＤＸ２）であり、ここで、前記ＳＸ１はＸ軸方向の第１検知電極、前記ＳＸ２はＸ軸方向の第２検知電極、前記ＤＸ１はＸ軸方向の第１加振電極、前記ＤＸ２はＸ軸方向の第２加振電極である。
また、前記Ｙ軸方向の第１加振電極は第１差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第１差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第１端子を介して第３差動増幅器に伝達し、前記Ｙ軸方向の第１検知電極は第２差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第２差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第２端子を介して第３差動増幅器に伝達し、前記第３差動増幅器で第１、２端子の信号差を増幅して前記回路部に伝達する。

また、前記第１、２及び３差動増幅器の差値によるＹ軸方向の加速度はＡｙ＝（ＳＹ１−ＳＹ２）−（ＤＹ１−ＤＹ２）であり、ここで、前記ＳＹ１はＹ軸方向の第１検知電極、前記ＳＹ２はＹ軸方向の第２検知電極、前記ＤＹ１はＹ軸方向の第１加振電極、前記ＤＹ２はＹ軸方向の第２加振電極である。

本発明による慣性センサは、前記Ｘ軸方向の第１、２検知電極及びＹ軸方向の第１、２検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第１端子に連結され、前記Ｘ軸方向の第１、２加振電極及びＹ軸方向の第１、２加振電極の信号は結合されて差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｚ軸方向の加速度を算出する。

また、前記差動増幅器の差値による前記Ｚ軸方向の加速度はＡｚ＝（ＳＸ１＋ＳＹ１＋ＳＸ２＋ＳＹ２）−（ＤＸ１＋ＤＹ１＋ＤＸ２＋ＤＹ２）であり、ここで、前記ＳＸ１はＸ軸方向の第１検知電極、ＳＹ１はＹ軸方向の第１検知電極、前記ＳＸ２はＸ軸方向の第２検知電極、前記ＳＹ２はＹ軸方向の第２検知電極、前記ＤＸ１はＸ軸方向の第１加振電極、ＤＹ１はＹ軸方向の第１加振電極、前記ＤＸ２はＸ軸方向の第２加振電極、前記ＤＹ２はＹ軸方向の第２加振電極である。

本発明の他の実施例による慣性センサにおいて、加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極とＹ軸方向の第１及び第２加振電極からなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極とＹ軸方向の第１及び第２検知電極からなり、前記差動増幅器は第１、２、３、４、５及び６差動増幅器からなり、前記加振電極及び検知電極の信号は第１、２、４、５差動増幅器の第１、２端子に夫々伝達され、前記第１、２、４、５差動増幅器は信号差を増幅して第３、６差動増幅器に伝達し、第３、６差動増幅器は前記第１、２、４、５差動増幅器の信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｚ軸方向の加速度を算出する。

また、前記Ｘ軸方向の第１加振電極は第１差動増幅器の第１端子に連結され、第１検知電極は第１差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第１端子を介して第３差動増幅器に伝達され、前記Ｙ軸方向の第１加振電極は前記第２差動増幅器の第１端子に連結され、前記第１検知電極は前記第２差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して前記第３差動増幅器の第２端子を介して第３差動増幅器に伝達され、前記第３差動増幅器で第１、２端子の信号差が増幅され、前記Ｘ軸方向の第２検知電極は第４差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第４差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第６差動増幅器の第１端子を介して第６差動増幅器に伝達され、前記Ｙ軸方向の第２検知電極は第５差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第５差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第６差動増幅器の第２端子を介して第６差動増幅器に伝達され、前記第６差動増幅器で第１、２端子の信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｚ軸方向の加速度を算出する。

また、前記１、２、３、４、５及び６差動増幅器の差値による前記Ｚ軸方向の加速度はＡｚ＝［（ＳＸ１−ＤＸ１）−（ＤＹ１−ＳＹ１）］＋［（ＳＸ２−ＤＸ２）−（ＤＹ２−ＳＹ２）］であり、ここで、前記ＳＸ１はＸ軸方向の第１検知電極、ＳＹ１はＹ軸方向の第１検知電極、前記ＳＸ２はＸ軸方向の第２検知電極、前記ＳＹ２はＹ軸方向の第２検知電極、前記ＤＸ１はＸ軸方向の第１加振電極、ＤＹ１はＹ軸方向の第１加振電極、前記ＤＸ２はＸ軸方向の第２加振電極、前記ＤＹ２はＹ軸方向の第２加振電極である。

本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

本発明は、加速度の検出時、検知電極に加えて加振電極を利用することにより、加速度の測定感度を向上させることができる慣性センサを提供する効果を有する。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例による慣性センサについて詳細に説明する。
図１は本発明による慣性センサの概略的な平面図であり、図２は本発明による慣性センサの概略的な断面図である。図示したように、慣性センサ１００は、可撓基板部１１０と、駆動体１２０と、支持部１３０と、を含み、前記駆動体の変位を検出する検知電極を有する変位検出部と、前記駆動体を加振させる加振電極を有する加振部を含む。

より具体的には、前記可撓基板部１１０は、可撓基板、圧電素子（ＰＺＴ）及び電極を含み、前記可撓基板はシリコーンまたはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなり、圧電素子及び電極が蒸着される。そして、前記電極は、検知電極１１１ａ、１１１ａ’、１１１ｂ、１１１ｂ’と加振電極１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’とからなる。

また、前記加振電極は、Ｘ軸方向の第１及び第２加振電極１１２ｂ、１１２ｂ’とＹ軸方向の第１及び第２加振電極１１２ａ、１１２ａ’とからなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極１１１ｂ、１１１ｂ’とＹ軸方向の第１及び第２検知電極１１１ａ、１１１ａ’とからなる。

そして、前記検知電極１１１ａ、１１１ａ’、１１１ｂ、１１１ｂ’及び前記加振電極１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’は、可撓基板部１１０の上部に夫々分離された円形の帯状からなり、前記駆動体の中心を基準に前記検知電極が加振電極より近接配置される。

また、前記可撓基板部１１０の下部に駆動体１２０が変位可能に形成され、前記駆動体１２０が浮遊状態で支持されるように支持部１３０が形成される。即ち、前記支持部１３０は、前記駆動体１２０及び可撓基板部１１０を支持し、前記駆動体１２０が浮遊された状態で自由に移動可能であるように支持する。

このように構成され、角速度の検出時、本発明による慣性センサ１００は、可撓基板部１１０の加振電極１１２に駆動信号が印加されることにより前記駆動体１２０が振動し、前記駆動体１２０の振動により前記検知電極に特定極性の電荷が発生して、前記電荷を検出することにより角速度の方向と大きさを測定する。
そして、加速度の検出時、駆動体１２０の移動により前記検知電極に特定極性の電荷が発生し、前記電荷を検出することにより加速度の方向と大きさを測定する。

図３は本発明の第１実施例による慣性センサのＸ軸及びＹ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。図示したように、前記加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極１１２ｂ、１１２ｂ’とＹ軸方向の第１及び第２加振電極１１２ａ、１１２ａ’とからなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極１１１ｂ、１１１ｂ’とＹ軸方向の第１及び第２検知電極１１１ａ、１１１ａ’とからなる。
そして、前記検知電極１１１ａ、１１１ａ’、１１１ｂ、１１１ｂ’と加振電極１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’は、差動増幅器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＤＡ）を介して加速度検出回路に連結され、Ｘ軸方向の加速度Ａｘ、Ｙ軸方向の加速度Ａｙ及びＺ軸方向の加速度Ａｚが算出される。

より具体的には、Ｘ軸方向の第１加振電極１１２ｂ（ＤＸ１）と第２検知電極１１１b’（ＳＸ２）の信号は結合されて差動増幅器ＤＡの第１端子に伝達され、第２加振電極１１２ｂ’（ＤＸ２）と第１検知電極１１１ｂ（ＳＸ１）の信号は結合されて差動増幅器ＤＡの第２端子に伝達されて、差動増幅器で二つの信号差を増幅する。

また、Ｙ軸方向の第１加振電極１１２ａ（ＤＹ１）と第２検知電極１１１ａ’（ＳＹ２）の信号は結合されて差動増幅器ＤＡの第１端子に伝達され、第２加振電極１１２ａ’（ＤＹ２）と第１検知電極１１１ａ（ＳＹ１）の信号は結合されて差動増幅器ＤＡの第２端子に伝達されて、前記差動増幅器ＤＡで二つの信号差を増幅する。

そして、前記差動増幅器で差値を増幅して加速度検出回路に伝達され、前記加速度検出回路でＸ軸方向の加速度及びＹ軸方向の加速度を算出する。
より具体的には、前記差動増幅器の差値によるＸ軸方向の加速度はＡｘ＝（ＳＸ１＋ＤＸ２）−（ＳＸ２＋ＤＸ１）で、Ｙ軸方向の加速度はＡｙ＝（ＳＹ１＋ＤＹ２）−（ＳＹ２＋ＤＹ１）で算出される。このように具現されることにより、従来の加速度の算出時には考慮されていなかった、加振電極ＤＸ１、ＤＸ２、ＤＹ１、ＤＹ２の値が加えられることにより、測定感度が向上される。

図４は本発明の第２実施例による慣性センサのＸ軸及びＹ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。図示したように、前記加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極１１２ｂ、１１２ｂ’とＹ軸方向の第１及び第２加振電極１１２ａ、１１２ａ’とからなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極１１１ｂ、１１１ｂ’とＹ軸方向の第１及び第２検知電極１１１ａ、１１１ａ’とからなる。前記検知電極１１１ａ、１１１ａ’、１１１ｂ、１１１ｂ’と加振電極１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’が複数の差動増幅器ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３を介して加速度検出回路に連結され、Ｘ軸方向の加速度ＡｘとＹ軸方向の加速度Ａｙが算出される。

より具体的には、Ｘ軸方向の第１検知電極１１１ｂ（ＳＸ１）は第１差動増幅器ＤＡ１の第１端子に連結され、第２検知電極１１１ｂ’（ＳＸ２）は第１差動増幅器ＤＡ１の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器ＤＡ３の第１端子を介して第３差動増幅器ＤＡ３に伝達する。

また、Ｘ軸方向の第１加振電極１１２ｂ（ＤＸ１）は第２差動増幅器ＤＡ２の第１端子に連結され、第２加振電極１１２ｂ’（ＤＸ２）は第２差動増幅器ＤＡ２の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器ＤＡ３の第２端子を介して第３差動増幅器ＤＡ３に伝達する。
そして、前記第３差動増幅器ＤＡ３で第１、２端子の信号差を増幅して加速度検出回路に伝達し、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを算出する。

次に、Ｙ軸方向の第１検知電極１１１ａ（ＳＹ１）は第１差動増幅器ＤＡ１の第１端子に連結され、第２検知電極１１１ａ’（ＳＹ２）は第１差動増幅器ＤＡ１の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器ＤＡ３の第２端子を介して第３差動増幅器ＤＡ３に伝達する。
また、Ｙ軸方向の第１加振電極１１２ａ（ＤＹ１）は第２差動増幅器ＤＡ２の第１端子に連結され、第２加振電極１１２ａ’（ＤＹ２）は第２差動増幅器ＤＡ２の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器ＤＡ３の第１端子を介して第３差動増幅器ＤＡ３に伝達する。

そして、前記第３差動増幅器ＤＡ３で第１、２端子の信号差を増幅して加速度検出回路に伝達する。
前記加速度検出回路でＸ軸方向の加速度及びＹ軸方向の加速度を算出する。より具体的には、前記差動増幅器の差値によるＸ軸方向の加速度はＡｘ＝（ＳＸ１−ＳＸ２）−（ＤＸ１−ＤＸ２）で、Ｙ軸方向の加速度はＡｙ＝（ＳＹ１−ＳＹ２）−（ＤＹ１−ＤＹ２）で算出される。このように具現されることにより、第１実施例による慣性センサのＸ軸及びＹ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図よりノイズを減らし、信号の大きさをさらに大きく増幅することができ、測定感度が向上される。

図５は本発明の第１実施例による慣性センサのＺ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。図示したように、前記第１、２検知電極１１１ａ、１１１ａ’、１１１ｂ、１１１ｂ’と第１、２加振電極１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’は、差動増幅器を介して加速度検出回路に連結され、Ｚ軸方向の加速度Ａｚが算出される。

より具体的には、Ｘ軸及びＹ軸方向の第１、２検知電極１１１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ'、１１１ａ'（ＳＸ１、ＳＹ１、ＳＸ２、ＳＹ２）の信号は結合されて差動増幅器ＤＡの第１端子に連結され、Ｘ軸及びＹ軸方向の第１、２加振電極１１２ｂ、１１２ａ、１１２ｂ'、１１２ａ'（ＤＸ１、ＤＹ１、ＤＸ２、ＤＹ２）の信号は結合されて差動増幅器ＤＡの第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して加速度検出回路に伝達する。

従って、前記差動増幅器の差値によるＺ軸方向の加速度はＡｚ＝（ＳＸ１＋ＳＹ１＋ＳＸ２＋ＳＹ２）−（ＤＸ１＋ＤＹ１＋ＤＸ２＋ＤＹ２）で算出される。このように具現されることにより、従来の加速度の算出時には考慮されていなかった、加振電極ＤＸ１、ＤＸ２、ＤＹ１、ＤＹ２の値が加えられることにより、測定感度が向上される。

図６は本発明の第２実施例による慣性センサのＺ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。
図示したように、前記第１、２検知電極１１１ａ、１１１ａ’、１１１ｂ、１１１ｂ’と第１、２加振電極１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’は、差動増幅器を介して加速度検出回路に連結され、Ｚ軸方向の加速度Ａｚが算出される。

より具体的には、Ｘ軸方向の第１加振電極１１２ｂ（ＤＸ１）は第１差動増幅器ＤＡ１の第１端子に連結され、第１検知電極１１１ｂ（ＳＸ１）は第１差動増幅器ＤＡ１の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器ＤＡ３の第１端子を介して第３差動増幅器ＤＡ３に伝達する。

そして、Ｙ軸方向の第１加振電極１１２ａ（ＤＹ１）は第２差動増幅器ＤＡ２の第１端子に連結され、第１検知電極１１１ａ（ＳＹ１）は第２差動増幅器ＤＡ２の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器ＤＡ３の第２端子を介して第３差動増幅器ＤＡ３に伝達する。
そして、前記第３差動増幅器ＤＡ３で第１、２端子の信号差を増幅する。

次に、Ｘ軸方向の第２検知電極１１１ｂ’（ＳＸ２）は第４差動増幅器ＤＡ４の第１端子に連結され、第２加振電極１１２ｂ’（ＤＸ２）は第４差動増幅器ＤＡ４の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第６差動増幅器ＤＡ６の第１端子を介して第６差動増幅器ＤＡ６に伝達する。

そして、Ｙ軸方向の第２検知電極１１１ａ’（ＳＹ２）は第５差動増幅器ＤＡ５の第１端子に連結され、第２加振電極１１２ａ’（ＤＹ２）は第５差動増幅器ＤＡ５の第２端子に連結されて、二つの信号差を増幅して第６差動増幅器ＤＡ６の第２端子を介して第６差動増幅器ＤＡ６に伝達する。

そして、前記第６差動増幅器で第１、２端子の信号差を増幅し、加速度検出回路に伝達する。
前記差動増幅器の差値によるＺ軸方向の加速度はＡｚ＝［（ＳＸ１−ＤＸ１）−（ＤＹ１−ＳＹ１）］＋［（ＳＸ２−ＤＸ２）−（ＤＹ２−ＳＹ２）］で算出される。このように具現されることにより、第１実施例による慣性センサのＺ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図よりノイズを減し、信号の大きさをさらに大きく増幅することができ、測定感度が向上される。

結局、加速度及び角速度センサで具現される慣性センサにおいて、時分割方式で角速度及び加速度を分けて測定し、加速度を測定する間に駆動体を加振する必要がないことを考慮して、加振電極を検知電極として利用し、差動増幅器を介して信号の大きさを増幅することにより、測定感度が向上された慣性センサを得ることができる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による慣性センサはこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明による慣性センサの概略的な平面図である。 本発明による慣性センサの概略的な断面図である。 本発明の第１実施例による慣性センサのＸ軸及びＹ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。 本発明の第２実施例による慣性センサのＸ軸及びＹ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。 本発明の第１実施例による慣性センサのＺ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。 本発明の第２実施例による慣性センサのＺ軸方向のセンシングのための概略的な部分回路図である。

１００ 慣性センサ
１１０ 可撓基板部
１１１ａ、１１１ａ'、１１１ｂ、１１１ｂ' 検知電極
１１２ａ、１１２ａ'、１１２ｂ、１１２ｂ' 加振電極
１２０ 駆動体
１３０ 支持部

Claims (16)

1. 可撓基板部に変位可能に浮遊状態で支持される駆動体と、
   駆動体の変位を検出する検知電極を有する変位検出部と、
   前記駆動体を加振させる加振電極を有する加振部と、
   前記検知電極及び加振電極が連結される差動増幅器と、前記差動増幅器に連結され、加速度及び角速度を算出する回路部と、を含み、
   前記検知電極と加振電極を利用して加速度を算出することを特徴とする慣性センサ。
2. 前記加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極とＹ軸方向の第１及び第２加振電極からなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極とＹ軸方向の第１及び第２検知電極からなり、前記加振電極及び検知電極の信号は差動増幅器の第１、２端子に夫々伝達され、前記差動増幅器は信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
3. 前記Ｘ軸方向の第１加振電極と第２検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第１端子に伝達され、第２加振電極と第１検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第２端子に伝達され、差動増幅器で二つの信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｘ軸方向の加速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の慣性センサ。
4. 前記差動増幅器の差値によるＸ軸方向の加速度はＡｘ＝（ＳＸ１＋ＤＸ２）−（ＳＸ２＋ＤＸ１）であり、
   ここで、ＳＸ１は第１検知電極、ＤＸ２は第２加振電極、ＳＸ２は第２検知電極、ＤＸ１は第１加振電極であることを特徴とする請求項３に記載の慣性センサ。
5. 前記Ｙ軸方向の第１加振電極と第２検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極と第１検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第２端子に連結され、差動増幅器で二つの信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｙ軸方向の加速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の慣性センサ。
6. 前記差動増幅器の差値によるＹ軸方向の加速度はＡｙ＝（ＳＹ１＋ＤＹ２）−（ＳＹ２＋ＤＹ１）であり、
   ここで、ＳＹ１は第１検知電極、ＤＹ２は第２加振電極、ＳＹ２は第２検知電極、ＤＹ１は第１加振電極であることを特徴とする請求項５に記載の慣性センサ。
7. 前記加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極とＹ軸方向の第１及び第２加振電極からなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極とＹ軸方向の第１及び第２検知電極からなり、前記差動増幅器は第１、２、３差動増幅器からなり、
   前記加振電極及び検知電極の信号は第１、２差動増幅器の第１、２端子に夫々伝達され、前記第１、２差動増幅器は信号差を増幅して第３差動増幅器に伝達し、第３差動増幅器は 前記第１、２差動増幅器の信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｘ軸及びＹ軸方向の加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
8. 前記Ｘ軸方向の第１加振電極は第１差動増幅器の第１端子に連結され、前記第２加振電極は前記第１差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して前記第３差動増幅器の第１端子を介して第３差動増幅器に伝達し、
   前記Ｘ軸方向の第１検知電極は第２差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第２差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第２端子を介して第３差動増幅器に伝達し、
   前記第３差動増幅器で第１、２端子の信号差を増幅して前記回路部に伝達することを特徴とする請求項７に記載の慣性センサ。
9. 前記第１、２及び３差動増幅器の差値によるＸ軸方向の加速度はＡｘ＝（ＳＸ１−ＳＸ２）−（ＤＸ１−ＤＸ２）であり、
   ここで、前記ＳＸ１はＸ軸方向の第１検知電極、前記ＳＸ２はＸ軸方向の第２検知電極、前記ＤＸ１はＸ軸方向の第１加振電極、前記ＤＸ２はＸ軸方向の第２加振電極であることを特徴とする請求項８に記載の慣性センサ。
10. 前記Ｙ軸方向の第１加振電極は第１差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第１差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第１端子を介して第３差動増幅器に伝達し、
    前記Ｙ軸方向の第１検知電極は第２差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第２差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第２端子を介して第３差動増幅器に伝達し、
    前記第３差動増幅器で第１、２端子の信号差を増幅して前記回路部に伝達することを特徴とする請求項７に記載の慣性センサ。
11. 前記第１、２及び３差動増幅器の差値によるＹ軸方向の加速度はＡｙ＝（ＳＹ１−ＳＹ２）−（ＤＹ１−ＤＹ２）であり、
    ここで、前記ＳＹ１はＹ軸方向の第１検知電極、前記ＳＹ２はＹ軸方向の第２検知電極、前記ＤＹ１はＹ軸方向の第１加振電極、前記ＤＹ２はＹ軸方向の第２加振電極であることを特徴とする請求項１０に記載の慣性センサ。
12. 前記Ｘ軸方向の第１、２検知電極及びＹ軸方向の第１、２検知電極の信号は結合されて差動増幅器の第１端子に連結され、前記Ｘ軸方向の第１、２加振電極及びＹ軸方向の第１、２加振電極の信号は結合されて差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｚ軸方向の加速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の慣性センサ。
13. 前記差動増幅器の差値による前記Ｚ軸方向の加速度はＡｚ＝（ＳＸ１＋ＳＹ１＋ＳＸ２＋ＳＹ２）−（ＤＸ１＋ＤＹ１＋ＤＸ２＋ＤＹ２）であり、
    ここで、前記ＳＸ１はＸ軸方向の第１検知電極、ＳＹ１はＹ軸方向の第１検知電極、前記ＳＸ２はＸ軸方向の第２検知電極、前記ＳＹ２はＹ軸方向の第２検知電極、前記ＤＸ１はＸ軸方向の第１加振電極、ＤＹ１はＹ軸方向の第１加振電極、前記ＤＸ２はＸ軸方向の第２加振電極、前記ＤＹ２はＹ軸方向の第２加振電極であることを特徴とする請求項２に記載の慣性センサ。
14. 前記加振電極はＸ軸方向の第１及び第２加振電極とＹ軸方向の第１及び第２加振電極からなり、前記検知電極はＸ軸方向の第１及び第２検知電極とＹ軸方向の第１及び第２検知電極からなり、前記差動増幅器は第１、２、３、４、５及び６差動増幅器からなり、
    前記加振電極及び検知電極の信号は第１、２、４、５差動増幅器の第１、２端子に夫々伝達され、前記第１、２、４、５差動増幅器は信号差を増幅して第３、６差動増幅器に伝達し、
    第３、６差動増幅器は前記第１、２、４、５差動増幅器の信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｚ軸方向の加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
15. 前記Ｘ軸方向の第１加振電極は第１差動増幅器の第１端子に連結され、第１検知電極は第１差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第３差動増幅器の第１端子を介して第３差動増幅器に伝達され、
    前記Ｙ軸方向の第１加振電極は前記第２差動増幅器の第１端子に連結され、前記第１検知電極は前記第２差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して前記第３差動増幅器の第２端子を介して第３差動増幅器に伝達され、前記第３差動増幅器で第１、２端子の信号差が増幅され、
    前記Ｘ軸方向の第２検知電極は第４差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第４差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第６差動増幅器の第１端子を介して第６差動増幅器に伝達され、
    前記Ｙ軸方向の第２検知電極は第５差動増幅器の第１端子に連結され、第２加振電極は第５差動増幅器の第２端子に連結され、二つの信号差を増幅して第６差動増幅器の第２端子を介して第６差動増幅器に伝達され、
    前記第６差動増幅器で第１、２端子の信号差を増幅して前記回路部に伝達して、Ｚ軸方向の加速度を算出することを特徴とする請求項１４に記載の慣性センサ。
16. 前記１、２、３、４、５及び６差動増幅器の差値による前記Ｚ軸方向の加速度はＡｚ＝［（ＳＸ１−ＤＸ１）−（ＤＹ１−ＳＹ１）］＋［（ＳＸ２−ＤＸ２）−（ＤＹ２−ＳＹ２）］であり、
    ここで、前記ＳＸ１はＸ軸方向の第１検知電極、ＳＹ１はＹ軸方向の第１検知電極、前記ＳＸ２はＸ軸方向の第２検知電極、前記ＳＹ２はＹ軸方向の第２検知電極、前記ＤＸ１はＸ軸方向の第１加振電極、ＤＹ１はＹ軸方向の第１加振電極、前記ＤＸ２はＸ軸方向の第２加振電極、前記ＤＹ２はＹ軸方向の第２加振電極であることを特徴とする請求項１５に記載の慣性センサ。

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