(57)【要約】【課題】組付誤差によって検出精度が低下することを抑制できる加速度検出装置を提供する。【解決手段】第１センサ検出軸に沿った加速度に応じた第１検出信号を出力する第１加速度検出部１０ａ、および第２センサ検出軸に沿った加速度に応じて第２検出信号を出力する第２加速度検出部１０ｂが形成された加速度センサ１０と、回路部２０と、加速度センサ１０を収容するパッケージ３０と、を備える。そして、回路部２０は、第１検出信号に対し、第２検出信号、および第１装置検出軸と第１センサ検出軸との角度ずれθに基づく補正を行って第１装置検出軸に沿った加速度を算出すると共に、第２検出信号に対し、第１検出信号、および角度ずれθに基づく補正を行って第２装置検出軸に沿った加速度を算出するようにする。【選択図】図１
2020085694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度を検出する加速度検出装置であって、
第１センサ検出軸に沿った加速度に応じた第１検出信号を出力する第１加速度検出部（１０ａ）、および前記第１センサ検出軸と直交する第２センサ検出軸に沿った加速度に応じて第２検出信号を出力する第２加速度検出部（１０ｂ）が形成された加速度センサ（１０）と、
前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて所定の処理を行う回路部（２０）と、
前記加速度センサを収容するパッケージ（３０）と、を備え、
前記加速度センサは、前記第１センサ検出軸および前記第２センサ検出軸が、前記パッケージの所定箇所を基準とする第１装置検出軸および第２装置検出軸と一致するように、当該パッケージに収容されており、
前記回路部は、
前記第１検出信号に対し、前記第２検出信号、および前記第１装置検出軸と前記第１センサ検出軸との角度ずれ（θ）に基づく補正を行って前記第１装置検出軸に沿った加速度を算出すると共に、前記第２検出信号に対し、前記第１検出信号、および前記角度ずれに基づく補正を行って前記第２装置検出軸に沿った加速度を算出する加速度検出装置。
【請求項２】
前記回路部は、
前記第１検出信号に対して前記第２検出信号および前記角度ずれに基づく補正量を加算または減算すると共に、加算または減算した全体の値に対して前記角度ずれに基づく補正値を乗算または余算し、
前記第２検出信号に対して前記第１検出信号および前記角度ずれに基づく補正量を加算または減算すると共に、加算または減算した全体の値に対して前記角度ずれに基づく補正値を乗算または余算する請求項１に記載の加速度検出装置。
【請求項３】
前記回路部は、算出した前記第１装置検出軸に沿った加速度が所定範囲内に含まれているか否か、および算出した前記第２装置検出軸に沿った加速度が所定範囲内に含まれているか否かを判定し、少なくとも一方の算出した加速度が前記所定範囲内に含まれていないと判定した場合には、前記加速度センサに異常が発生していると判定する請求項１または２に記載の加速度検出装置。
【請求項４】
前記第１加速度検出部および前記第２加速度検出部は、加速度に応じて変位する可動電極（１１４）と、前記可動電極と対向して配置された固定電極（１２０ａ、１２０ｂ）とをそれぞれ有し、
前記回路部は、
前記第１検出信号をＤｘ、前記第２検出信号をＤｙ、前記第１加速度検出部における前記可動電極の加速度に対する変位のし易さに基づくｇａｉｎｘ、前記第２加速度検出部における前記可動電極の加速度に対する変位のし易さに基づくｇａｉｎｙ、前記第１加速度検出部における前記可動電極と前記固定電極との間隔ずれに基づくｏｆｆｓｅｔｘ、前記第２加速度検出部における前記可動電極と前記固定電極との間隔ずれに基づくｏｆｆｓｅｔｙ、前記角度ずれの値が記憶されており、
下記数式１から前記第１装置検出軸に沿った加速度としてのＳＸを算出し、下記数式２から前記第２装置検出軸に沿った加速度としてのＳＹを算出する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加速度検出装置。
【数１】
2020085694.tif 000040
【数２】
2020085694.tif 000041
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交する二方向の検出軸に沿った加速度を検出する加速度センサを備える加速度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、直交する二方向の検出軸に沿った加速度を検出する加速度センサを備えた加速度検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この加速度検出装置では、加速度センサ、回路基板、およびパッケージ等を有しており、パッケージ内に加速度センサおよび回路基板が収容されている。そして、加速度センサと回路基板とは、ボンディングワイヤ等を介して電気的に接続されている。
【０００３】
また、上記加速度検出装置における回路基板は、加速度センサにおける一方の検出軸に沿った加速度を検出する際、他方の検出軸に沿った加速度の影響を低減する補正を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１１５８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような加速度検出装置では、加速度センサは、当該加速度の検出軸がパッケージの所定箇所を基準とする検出軸（すなわち、加速度検出装置の検出軸）と一致するようにパッケージ内に組み付けられる。そして、加速度検出装置は、当該加速度検出装置の検出軸に基づいて被実装部材に搭載され、被実装部材における制御部等と接続される。なお、被実装部材は、例えば、車両であり、制御部は、例えば、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unitの略）である。そして、制御部は、加速度検出装置から出力される装置信号を当該加速度検出装置の検出軸に沿った加速度に基づく信号として認識し、各種の処理を行う。
【０００６】
しかしながら、上記加速度検出装置では、加速度センサをパッケージに収容する際、加速度検出装置の検出軸と加速度センサの検出軸とがずれる組付誤差が発生することがある。この場合、加速度検出装置から出力される信号は、加速度検出装置の検出軸からずれた信号となり、検出精度が低下する。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、組付誤差によって検出精度が低下することを抑制できる加速度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１は、加速度を検出する加速度検出装置であって、第１センサ検出軸に沿った加速度に応じた第１検出信号を出力する第１加速度検出部（１０ａ）、および第１センサ検出軸と直交する第２センサ検出軸に沿った加速度に応じて第２検出信号を出力する第２加速度検出部（１０ｂ）が形成された加速度センサ（１０）と、第１検出信号および第２検出信号に基づいて所定の処理を行う回路部（２０）と、加速度センサを収容するパッケージ（３０）と、を備え、加速度センサは、第１センサ検出軸および第２センサ検出軸が、パッケージの所定箇所を基準とする第１装置検出軸および第２装置検出軸と一致するように、当該パッケージに収容されており、回路部は、第１検出信号に対し、第２検出信号、および第１装置検出軸と第１センサ検出軸との角度ずれ（θ）に基づく補正を行って第１装置検出軸に沿った加速度を算出すると共に、第２検出信号に対し、第１検出信号、および角度ずれに基づく補正を行って第２装置検出軸に沿った加速度を算出するように構成されている。
【０００９】
これによれば、角度ずれに基づく補正を行って第１装置検出軸に沿った加速度および第２装置検出軸に沿った加速度を算出するようにしている。このため、加速度センサとパッケージとの組付誤差によって検出精度が低下することを抑制できる。
【００１０】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における加速度検出装置の断面図である。
【図２】加速度センサの平面図である。
【図３Ａ】第１側面が検査台の一面と対向する状態で配置された加速度検出装置に印加される加速度を示す模式図である。
【図３Ｂ】第２側面が検査台の一面と対向する状態で配置された加速度検出装置に印加される加速度を示す模式図である。
【図３Ｃ】第３側面が検査台の一面と対向する状態で配置された加速度検出装置に印加される加速度を示す模式図である。
【図３Ｄ】第４側面が検査台の一面と対向する状態で配置された加速度検出装置に印加される加速度を示す模式図である。
【図４】加速度検出装置に加速度が印加された際の状態を示す模式図である。
【図５】図４に示す加速度から装置ｘ軸に沿った加速度および装置ｙ軸に沿った加速度を算出する方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１３】
（第１実施形態）
第１実施形態の加速度検出装置について説明する。なお、本実施形態の加速度検出装置は、例えば、被実装部材としての車両に搭載され、車両の加速度を検出するのに適用されると好適である。
【００１４】
本実施形態の加速度検出装置は、図１に示されるように、加速度センサ１０および回路基板２０を収容するパッケージ３０を備えており、パッケージ３０は、収容部４０および蓋部５０を有する構成とされている。
【００１５】
収容部４０は、本実施形態では、アルミナ等のセラミック層が複数積層され、一面４０ａに凹部４１が形成されることによって収容空間４２が構成されている。なお、本実施形態では、収容部４０は、第１〜第４側面４３ａ〜４３ｄを有する有底四角筒状とされている。但し、図１では、第１、第３側面４３ａ、４３ｃのみが図示されている。
【００１６】
また、収容部４０には、内壁面に図示しない接続端子が形成されていると共に、外壁面に図示しない外部接続端子が形成されている。そして、これら内部接続端子および外部接続端子は、収容部に形成された図示しない内層配線等によって適宜電気的に接続されている。
【００１７】
蓋部５０は、金属等で構成されており、収容空間４２が封止されるように、収容部４０の一面４０ａに溶接接合等されることによって固定されている。
【００１８】
そして、パッケージ３０の収容空間４２に、加速度センサ１０および回路基板２０が収容されている。本実施形態では、凹部４１の底面に回路基板２０が図示しない接着剤を介して配置され、回路基板２０上に加速度センサ１０が図示しない接着剤を介して積層されている。そして、加速度センサ１０と回路基板２０とは、ボンディングワイヤ６０を介して電気的に接続されている。なお、回路基板２０は、図示しないボンディングワイヤを介して内部接続端子と接続されている。
【００１９】
ここで、本実施形態の加速度センサ１０の構成について説明する。本実施形態の加速度センサ１０は、支持基板、埋込絶縁膜、半導体層が順に積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulatorの略)基板を用いて構成されている。そして、ＳＯＩ基板に周知のマイクロマシン加工が施されることにより、図２に示されるように、第１加速度検出部１０ａおよび第２加速度検出部１０ｂが構成されている。
【００２０】
以下、本実施形態における第１加速度検出部１０ａおよび第２加速度検出部１０ｂの構成について説明する。なお、以下では、図２に示されるように、半導体層１０１の面方向における一方向をｘ軸方向とし、半導体層１０１の面方向におけるｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向とする。また、本実施形態の第１加速度検出部１０ａおよび第２加速度検出部１０ｂは、基本的な構成が同じであり、後述する可動部１１０の変位方向が異なるのみである。このため、以下では、第１加速度検出部１０ａを例に挙げて説明する。
【００２１】
半導体層１０１には、図２に示されるように、溝部１０２が形成されることによって可動部１１０および固定部１２０ａ、１２０ｂよりなる櫛歯形状の梁構造体が形成されている。また、埋込絶縁膜のうちの梁構造体１１０、１２０ａ、１２０ｂの形成領域に対応した部位は、犠牲層エッチング等により矩形状に除去された開口部１３０が形成されている。
【００２２】
可動部１１０は、開口部１３０上を横断するように配置されており、矩形状の錘部１１１の両端が梁部１１２を介してアンカー部１１３ａおよびアンカー部１１３ｂに一体に連結された構成とされている。また、各アンカー部１１３ａ、１１３ｂは、埋込絶縁膜における開口部１３０の対向する開口縁部にそれぞれ固定されて支持基板に支持されている。このため、錘部１１１および梁部１１２は、それぞれ開口部１３０に臨んだ状態となっている。
【００２３】
梁部１１２は、平行な２本の梁がその両端で連結されて矩形枠状とされており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有する構成とされている。具体的には、梁部１１２は、図２中のｘ軸方向の成分を含む加速度を受けたときに錘部１１１をｘ軸方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。したがって、梁部１１２を介して支持基板に連結された錘部１１１は、加速度の印加に応じて、開口部１３０上にて梁部１１２の変位方向（すなわち、ｘ軸方向）へ変位可能となっている。
【００２４】
なお、第２加速度検出部１０ｂにおいては、梁部１１２は、図２中のｙ軸方向の成分を含む加速度を受けたときに錘部１１１をｙ方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。
【００２５】
また、可動部１１０は、梁部１１２の変位方向と直交した方向にて、錘部１１１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の可動電極１１４を備えている。図２では、可動電極１１４は、錘部１１１の左側および右側に各々４個ずつ突出して形成されており、断面矩形が梁状とされていると共に開口部１３０に臨んだ状態となっている。このため、可動電極１１４は、梁部１１２および錘部１１１と共に梁部１１２の変位方向へ変位可能となっている。
【００２６】
固定部１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ埋込絶縁膜における開口部１３０の開口縁部における対向辺部のうち、アンカー部１１３ａ、１１３ｂが支持されていないもう１組の対向辺部に支持されている。言い換えると、一対の固定部１２０ａ、１２０ｂの間に可動部１１０が配置されている。
【００２７】
具体的には、固定部１２０ａ、１２０ｂは、錘部１１１を挟んで２個設けられている。そして、固定部１２０ａ、１２０ｂは、可動電極１１４の側面と所定の検出間隔を有するように平行した状態で対向配置された複数個（図示例では４個ずつ）の固定電極１２１ａ、１２１ｂを有する構成とされている。また、固定部１２０ａ、１２０ｂは、埋込絶縁膜における開口部１３０の開口縁部に固定されて支持基板に支持された配線部１２２ａ、１２２ｂを有する構成とされている。
【００２８】
より詳しくは、固定電極１２１ａ、１２１ｂは、可動電極１１４における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列されている。また、固定電極１２１ａ、１２１ｂは断面矩形が梁状とされ、各配線部１２２ａ、１２２ｂに片持ち状に支持された状態となっており、開口部１３０に臨んだ状態となっている。
【００２９】
固定部１２０ａ、１２０ｂの各配線部１２２ａ、１２２ｂ上の所定位置には、それぞれワイヤボンディング用の固定電極パッド１２３ａ、１２３ｂが形成されている。また、一方のアンカー部１１３ｂと一体に連結された状態で、可動電極用配線部１１５が形成されており、この可動電極用配線部１１５上の所定位置には、ワイヤボンディング用の可動電極パッド１１６が形成されている。
【００３０】
そして、上記各電極パッド１１６、１２３ａ、１２３ｂは、金またはアルミニウム等で構成されるボンディングワイヤ６０を介して回路基板２０と電気的に接続されている。
【００３１】
以上が本実施形態における第１加速度検出部１０ａの構成である。なお、上記のように、第２加速度検出部１０ｂは、第１加速度検出部１０ａと同じ構成とされているが、可動部１１０の変位方向が第１加速度検出部１０ａにおける可動部１１０の変位方向と直交するように形成されている。
【００３２】
そして、上記加速度センサ１０では、ｘ軸方向に沿った加速度に基づいて第１加速度検出部１０ａの可動部１２０が変位し、第１加速度検出部１０ａの可動電極１１４と固定電極１２１ａ、１２１ｂとの間隔が変化する。このため、加速度センサ１０は、ｘ軸方向に沿った加速度に基づいた第１検出信号Ｄｘを第１加速度検出部１０ａから出力する。同様に、加速度センサ１０では、ｙ軸方向に沿った加速度に基づいて第２加速度検出部１０ｂの可動部１２０が変位し、第２加速度検出部１０ｂの可動電極１１４と固定電極１２１ａ、１２１ｂとの間隔が変化する。このため、加速度センサ１０は、ｙ軸方向に沿った加速度に基づいた第２検出信号Ｄｙを第２加速度検出部１０ｂから出力する。つまり、本実施形態の加速度センサは、第１加速度検出部１０ａがｘ軸方向の加速度を検出するように構成され、第２加速度検出部１０ｂがｙ軸方向の加速度を検出するように構成されている。そして、本実施形態では、ｘ軸方向およびｙ軸方向が第１センサ検出軸および第２センサ検出軸に相当している。
【００３３】
回路基板２０は、記憶部や信号処理部等を有しており、第１検出信号Ｄｘおよび第２検出信号Ｄｙに基づいた各種処理を行う。具体的には後述するが、記憶部には、第１検出信号Ｄｘおよび第２検出信号Ｄｙに基づき、加速度検出装置の検出軸に沿った加速度ＳＸ、ＳＹを算出するための数値やテーブル等の各種情報が記憶されている。そして、信号処理部は、第１検出信号Ｄｘ、第２検出信号Ｄｙ、および記憶部に記憶されている各種情報を用い、加速度検出装置の検出軸に沿った加速度ＳＸ、ＳＹを算出する。なお、本実施形態では、回路基板２０が回路部に相当する。
【００３４】
以上が本実施形態における加速度検出装置の構成である。次に、回路基板２０の記憶部に記憶される各数値等について説明する。
【００３５】
上記のように、加速度検出装置では、加速度センサ１０をパッケージ３０の収容部４０に収容する際、加速度センサ１０の検出軸と加速度検出装置の検出軸とがずれる（以下では、単に角度ずれとも称する）場合がある。このため、本実施形態では、加速度センサ１０の検出軸と、加速度検出装置の検出軸との組付誤差を低減できる補正を行うことができるように、回路基板２０の記憶部に各数値等が記憶されている。
【００３６】
なお、本実施形態では、上記のように、加速度センサ１０は、直交する二方向の検出軸に沿った加速度を検出できるように構成されている。このため、以下では、加速度センサ１０の検出軸において、一方の検出軸をセンサｘ軸と称し、他方の検出軸をセンサｙ軸とも称する。本実施形態では、第１加速度検出部１０ａにおける検出軸がセンサｘ軸となり、第２加速度検出部１０ｂにおける検出軸がセンサｙ軸となる。また、加速度検出装置の検出軸とは、後述するように、収容部４０（すなわち、パッケージ３０）の側面に対する法線方向に沿って延びる軸であり、以下では、加速度検出装置の検出軸のうちの一方の軸を装置ｘ軸とも称し、他方の軸を装置ｙ軸とも称する。本実施形態では、装置ｘ軸が第１装置検出軸に相当し、装置ｙ軸が第２装置検出軸に相当する。そして、加速度センサ１０は、収容部４０内に、センサｘ軸と装置ｘ軸とが一致すると共にセンサｙ軸と装置ｙ軸とが一致するように配置されるが、角度ずれが発生し得る。
【００３７】
まず、加速度センサ１０は、センサｘ軸方向に沿った加速度に応じて第１加速度検出部１０ａから第１検出信号Ｄｘを出力する。また、加速度センサ１０は、センサｙ軸方向に沿った加速度に応じて第２検出信号Ｄｙを出力する。この場合、第１検出信号Ｄｘおよび第２検出信号Ｄｙは、次式のように示される。
【００３８】
【数１】
2020085694.tif 000003
【００３９】
【数２】
2020085694.tif 000004
なお、上記数式１におけるｇｘおよび上記数式２におけるｇｙは、各センサ軸に沿って印加される加速度である。ｇａｉｎｘは、第１加速度検出部１０ａの可動電極１１４における出来栄えに依存する値であり、加速度に対する変位のし易さに基づく値である。ｇａｉｎｙは、第２加速度検出部１０ｂの可動電極１１４における出来栄えに依存する値であり、加速度に対する変位のし易さに基づく値である。ｏｆｆｓｅｔｘは、第１加速度検出部１０ａにおける可動電極１１４と固定電極１２１ａ、１２１ｂとの間隔ずれに基づく値である。ｏｆｆｓｓｅｔｙは、第２加速度検出部１０ｂにおける可動電極１１４と固定電極１２１ａ、１２１ｂとの間隔ずれに基づく値である。
【００４０】
そして、本実施形態では、以下のように、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、ｏｆｆｓｅｔｘ、およびｏｆｆｓｅｔｙを算出しつつ、角度ずれを算出する。なお、本実施形態では、図示しない算出用の制御部を用いて以下の算出を行う。但し、回路基板２０で以下の算出を行うようにしてもよい。
【００４１】
具体的には、まず、加速度検出装置に対して異なる４方向から基準加速度を印加する。本実施形態では、上記のように収容部４０が第１〜第４側面４３ａ〜４３ｄを有する有底四角筒状とされているため、図３Ａ〜図３Ｄに示されるように、各側面４３ａ〜４３ｄが検査台７０と対向するように配置する。
【００４２】
この場合、例えば、図３Ａに示されるように、第１側面４３ａと検査台７０の一面７０ａとが対向する状態を第１状態とする。図３Ｂに示されるように、第２側面４３ｂと検査台７０の一面７０ａが対向する状態を第２状態とする。図３Ｃに示されるように、第３側面４３ｃと検査台７０の一面７０ａとが対向する状態を第３状態とする。図３Ｄに示されるように、第４側面４３ｄと検査台７０の一面７０ａとが対向する状態を第４状態とする。
【００４３】
また、図３Ａ〜図３Ｄでは、第２、第４側面４３ｂ、４３ｄに対する法線方向を装置ｘ軸方向とし、第１、第３側面４３ａ、４３ｃに対する法線方向を装置ｙ軸方向とする。そして、第２、第４側面４３ｂ、４３ｄに対する法線方向のうち、第２側面４３ｂから第４側面４３ｄに向かう方向を装置＋ｘ軸方向とし、第４側面４３ｄから第２側面４３ｂに向かう方向を装置−ｘ軸方向とする。また、第１、第３側面４３ａ、４３ｃに対する法線方向のうち、第１側面４３ａから第３側面４３ｃに向かう方向を装置＋ｙ軸方向とし、第３側面４３ｃから第１側面４３ａに向かう方向を装置−ｙ軸方向とする。例えば、図３Ａ中では、紙面上方向が装置＋ｙ軸方向となり、紙面右方向が装置＋ｘ軸方向となる。また、本実施形態では、第１〜第４側面４３ａ〜４３ｄを基準に装置ｘ軸および装置ｙ軸が規定されるため、第１〜第４側面４３ａ〜４３ｄが所定箇所に相当する。
【００４４】
そして、センサｘ軸と装置ｘ軸との角度ずれ（すなわち、センサｘ軸と装置ｘ軸との成す角度およびセンサｙ軸と装置ｙ軸との成す角度）をθとする。なお、本実施形態では、直交する二方向の検出軸をセンサｘ軸およびセンサｙ軸としているため、センサｘ軸と装置ｘ軸との成す角度θと、センサｙ軸と装置ｙ軸との成す角度θは等しくなる。また、図３Ａ〜図３Ｄでは、後述する数式２３での理解をし易くするため、それぞれの角度ずれをθ１〜θ４としている。但し、実際には、状態１〜状態４は、検査台７０の一面７０ａと対向するパッケージ３０の側面を変更しているのみであるため、同じ角度となる。また、下記数式２３以外では、センサｘ軸と装置ｘ軸との角度ずれを単にθとして説明する。
【００４５】
まず、算出用の制御部は、上記状態１〜状態４における基準加速度が印加された状態での第１検出信号Ｄｘおよび第２検出信号Ｄｙを取得する。本実施形態では、加速度検出装置を状態１〜状態４に保持した後、それぞれ基準加速度として重力加速度が印加された状態とする。
【００４６】
この場合、図３Ａに示される第１状態では、加速度検出装置には、装置ｙ軸に沿って−Ｒｇの基準加速度が印加される。このため、加速度検出装置は、−Ｒｇの基準加速度に基づき、センサｘ軸方向に沿って−ｇｘ１の加速度が印加されると共にセンサｙ軸方向に沿って−ｇｙ１の加速度が印加された状態となる。したがって、状態１では、第１検出信号Ｄｘ１は、上記数式１を用いて下記数式３となる。同様に、第２検出信号Ｄｙ１は、上記数式２を用いて下記数式４となる。
【００４７】
【数３】
2020085694.tif 000005
【００４８】
【数４】
2020085694.tif 000006
図３Ｂに示される第２状態では、加速度検出装置には、装置ｘ軸に沿って−Ｒｇの基準加速度が印加される。このため、加速度検出装置は、−Ｒｇの基準加速度に基づき、センサｘ軸方向に沿って−ｇｘ２の加速度が印加されると共に、センサｙ軸方向に沿ってｇｙ２の加速度が印加された状態となる。したがって、状態２では、第１検出信号Ｄｘ２は、上記数式１を用いて下記数式５となる。同様に、第２検出信号Ｄｙ２は、上記数式２を用いて下記数式６となる。
【００４９】
【数５】
2020085694.tif 000007
【００５０】
【数６】
2020085694.tif 000008
図３Ｃに示される第３状態では、加速度検出装置には、装置ｙ軸に沿ってＲｇの基準加速度が印加される。このため、加速度検出装置は、Ｒｇの基準加速度に基づき、センサｘ軸方向に沿ってｇｘ３の加速度が印加されると共に、センサｙ軸方向に沿ってｇｙ３の加速度が印加された状態となる。したがって、状態３では、第１検出信号Ｄｘ３は、上記数式１を用いて下記数式７となる。同様に、第２検出信号Ｄｙ３は、上記数式２を用いて下記数式８となる。
【００５１】
【数７】
2020085694.tif 000009
【００５２】
【数８】
2020085694.tif 000010
図３Ｄに示される第４状態では、加速度検出装置には、装置ｘ軸に沿ってＲｇの基準加速度が印加される。このため、加速度検出装置は、Ｒｇの基準加速度に基づき、センサｘ軸方向に沿ってｇｘ４の加速度が印加されると共に、センサｙ軸方向に沿って−ｇｙ４の加速度が印加された状態となる。したがって、状態４では、第１検出信号Ｄｘ４は、上記数式１を用いて下記数式９となる。同様に、第２検出信号Ｄｙ４は、上記数式２を用いて下記数式１０となる。
【００５３】
【数９】
2020085694.tif 000011
【００５４】
【数１０】
2020085694.tif 000012
なお、本実施形態では、基準加速度として重力加速度を印加しているため、状態１〜４における基準加速度の大きさは互いに等しくなっている。また、状態１〜４は、検査台７０の一面７０ａと対向するパッケージの側面を変更しているのみであり、センサｘ軸およびセンサｙ軸は直交している。このため、状態１における−ｇｘ１、状態２におけるｇｙ２、状態３におけるｇｘ３、状態４における−ｇｙ４は、同じ大きさとなる。同様に、状態１における−ｇｙ１、状態２における−ｇｘ２、状態３におけるｇｙ３、状態４におけるｇｘ４は、同じ大きさとなる。そして、上記数式１〜数式１０を用い、算出用の制御部は、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、ｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙ、装置ｘ軸とセンサｘ軸との角度ずれθを算出する。
【００５５】
まず、ｇａｉｎｘおよびｇａｉｎｙは、上記のように、可動電極１１４における出来栄えに依存する値であるため、状態１〜４での値が等しくなる。そして、図３Ｂ、図３Ｄ、数式５、数式９を参照すると、状態２と状態４とでは、センサｘ軸方向に沿った加速度が逆向きとなると共に大きさが同じとなる。このため、ｇｘ２＝ｇｘ４＝ｇｘとすると、数式５および数式９から下記数式１１のように変換できるため、まず、ｇｘ×ｇａｉｎｘを算出する。
【００５６】
【数１１】
2020085694.tif 000013
同様に、図３Ａ、図３Ｃ、数式４、数式８を参照すると、状態１と状態３とでは、センサｙ軸方向に沿った加速度が逆向きとなると共に大きさが同じとなる。このため、ｇｙ１＝ｇｙ３＝ｇｙとすると、数式４および数式８から下記数式１２のように変換できるため、ｇｙ×ｇａｉｎｙを算出する。
【００５７】
【数１２】
2020085694.tif 000014
続いて、ｏｆｆｓｅｔｘおよびｏｆｆｓｅｔｙを算出する。本実施形態では、出力ノイズを考慮して平均値を算出する。なお、ｏｆｆｓｅｔｘおよびｏｆｆｓｅｔｙは、上記のように、可動電極１１４と固定電極１２１ａ、１２１ｂとの間隔ずれ等に起因する値であり、状態１〜４での値が等しくなる。
【００５８】
具体的には、上記数式３、数式５、数式７、数式９におけるｏｆｆｓｅｔｘは、同じ値である。そして、上記のように、状態２と状態４とでは、センサｘ軸方向に沿った加速度が逆向きとなると共に大きさが同じとなる。このため、ｇｘ２＝ｇｘ４＝ｇｘとすると、ｏｆｆｓｅｔｘは、下記数式１３のように示されて下記数式１３より下記数式１４が導出される。したがって、下記数式１４に基づいてｏｆｆｓｅｔｘを算出する。
【００５９】
【数１３】
2020085694.tif 000015
【００６０】
【数１４】
2020085694.tif 000016
同様に、上記数式４、数式６、数式８、数式１０におけるｏｆｆｓｅｔｙは、同じ値である。そして、上記のように、状態１と状態３とでは、センサｙ軸方向に沿った加速度が逆向きとなると共に大きさが同じとなる。このため、ｇｙ１＝ｇｙ３＝ｇｙとすると、ｏｆｆｓｅｔｙは、下記数式１５のように示されて下記数式１５より下記数式１６が導出される。したがって、下記数式１６に基づいてｏｆｆｓｅｔｙを算出する。
【００６１】
【数１５】
2020085694.tif 000017
【００６２】
【数１６】
2020085694.tif 000018
続いて、装置ｘ軸とセンサｘ軸との角度ずれθを算出する。本実施形態では、出力ノイズを考慮して平均値を算出する。
【００６３】
具体的には、例えば、状態１では、ｔａｎθ１が数式１７のように示される。
【００６４】
【数１７】
2020085694.tif 000019
そして、上記数式３を変換すると数式１８が導出される。同様に、上記数式４を変換すると数式１９が導出される。
【００６５】
【数１８】
2020085694.tif 000020
【００６６】
【数１９】
2020085694.tif 000021
このため、θ１は次式のように示される。
【００６７】
【数２０】
2020085694.tif 000022
また、上記のように、状態１〜４では、基準加速度として重力加速度を印加しており、印加される基準加速度としてのＲｇは同じ大きさである。つまり、状態１における−ｇｘ１と、状態２におけるｇｙ２とは、同じ大きさである。このため、下記数式２１が成立する。
【００６８】
【数２１】
2020085694.tif 000023
したがって、上記数式２０に上記数式２１を代入すると下記数式２２となる。
【００６９】
【数２２】
2020085694.tif 000024
なお、特に説明しないが、状態２〜状態４における角度ずれθ２〜θ４においても同様に導出される。
【００７０】
そして、本実施形態では、装置ｘ軸とセンサｘ軸との角度ずれθを平均値で算出するため、下記数式２３となり、下記数式２３に基づいて角度ずれθを算出する。
【００７１】
【数２３】
2020085694.tif 000025
続いて、ｇａｉｎｘおよびｇａｉｎｙを算出する。本実施形態では、出力ノイズを考慮して平均値で算出する。
【００７２】
具体的には、状態２におけるｘ軸方向に沿った加速度−ｇｘ２は、上記数式５および図３Ｂより、下記数式２４で示される。同様に、状態４におけるｘ軸方向に沿った加速度ｇｘ４は、上記数式９および図３Ｄより、下記数式２５で示される。
【００７３】
【数２４】
2020085694.tif 000026
【００７４】
【数２５】
2020085694.tif 000027
そして、状態２と状態４とでは、センサｘ軸方向に沿った加速度が逆向きとなると共に大きさが同じとなる。このため、ｇｘ２＝ｇｘ４＝ｇｘとすると、上記数２４および上記数式２５より下記数式２６を導出できるため、下記数式２６に基づいてｇａｉｎｘを算出する。
【００７５】
【数２６】
2020085694.tif 000028
また、状態１におけるｙ軸方向に沿った加速度−ｇｙ１は、上記数式４および図３Ａより、下記数式２７で示される。同様に、状態３におけるｙ軸方向に沿った加速度ｇｙ３は、下記数式２８示される。
【００７６】
【数２７】
2020085694.tif 000029
【００７７】
【数２８】
2020085694.tif 000030
そして、状態１と状態３とでは、センサｙ軸方向に沿った加速度が逆向きとなると共に大きさが同じとなる。このため、ｇｙ１＝ｇｙ３＝ｇｙとすると、上記数式２７および上記数式２８より下記数式２９を導出できるため、下記数式２９に基づいてｇａｉｎｙを算出する。
【００７８】
【数２９】
2020085694.tif 000031
そして、算出用の制御部は、本実施形態では、回路基板２０の記憶部に、算出したｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙ、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、およびθを記憶させる。つまり、本実施形態の加速度検出装置では、記憶部に、ｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙ、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、およびθが記憶された状態となっている。
【００７９】
次に、加速度検出装置に加速度が印加された際、回路基板２０が装置ｘ軸に沿った加速度および装置ｙ軸に沿った加速度を算出する方法について説明する。以下では、図４に示されるように、装置ｙ軸との成す角度がγである方向にＧｉｎの加速度が印加された場合を例に挙げて説明する。なお、回路基板２０は、下記ｃｏｓθおよび下記ｔａｎθを用いた演算を行う場合には、記憶されているθに基づいて演算を行う。この場合は、回路基板２０は、例えば、記憶されているθからｃｏｓθおよびｔａｎθを算出するように構成されていてもよい。また、回路基板２０は、例えば、ｃｏｓθおよびｔａｎθに関するテーブルが記憶されており、θに基づいてｃｏｓθおよびｔａｎθの値を抽出するように構成されていてもよい。
【００８０】
装置ｙ軸との成す角度がγとなる方向にＧｉｎの加速度が印加された場合、図５に示されるように、加速度センサ１０には、Ｇｉｎに基づき、センサｘ軸方向に沿ってｇｘの加速度が印加されると共にセンサｙ軸に沿ってｇｙの加速度が印加された状態となる。このため、加速度センサ１０は、センサｘ軸に沿ったｇｘの加速度に応じた第１検出信号Ｄｘを出力すると共に、センサｙ軸に沿ったｇｙの加速度に応じた第２検出信号Ｄｙを出力する。
【００８１】
そして、回路基板２０は、第１検出信号Ｄｘおよび第２検出信号Ｄｙに基づき、装置ｘ軸に沿った加速度を算出すると共に装置ｙ軸に沿った加速度を算出して出力する。
【００８２】
ここで、まず、図５に示されるように、Ｇｉｎの加速度に基づく装置ｘ軸に沿った加速度をＳＸとすると共に装置ｙ軸に沿った加速度をＳＹとする。また、ＳＸとＳＹとの交点から装置ｘ軸の負方向に延びる擬似加速度と、ｇｙから当該擬似加速度と交差するまでの擬似加速度を擬似加速度ａとする。
【００８３】
また、ＳＹにおいて、Ｇｉｎと交差する部分からｇｘと交差する部分までの加速度を分割加速度ｂとし、残りの加速度を分割加速度ｃとする。さらに、ｇｘにおいて、ＳＹと交差する部分とｇｙと交差する部分との間の加速度を分割加速度ｄとし、残りの加速度を分割加速度ｅとする。なお、ｇｘとＳＸとの成す角度は、（９０−γ）−（９０−γ−θ）で示されるため、θとなる。
【００８４】
この場合、擬似加速度ａは、下記数式３０で示される。
【００８５】
【数３０】
2020085694.tif 000032
そして、ＳＹは、（ｇｙ＋ａ）を斜辺とする直角三角形の一辺となる。また、上記数式１からｇｘと第１検出信号Ｄｘとの関係が導出され、上記数式２からｇｙと第２検出信号Ｄｙとの関係が導出される。したがって、ＳＹは、下記数式３１によって示される。
【００８６】
【数３１】
2020085694.tif 000033
そして、回路基板２０は、上記のように、ｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙ、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、およびθの値が記憶されている。このため、回路基板２０は、記憶されているｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙ、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、およびθの値を用いてＳＹを算出する。このように、本実施形態では、数式３１が印加される加速度との成す角度γに依存しない式であるため、高精度に装置ｙ軸に沿った加速度を検出できる。
【００８７】
なお、上記数式３１では、｛（Ｄｘ−ｏｆｆｓｅｔｘ）／ｇａｉｎｘ｝×ｔａｎθ｝が補正量に相当し、ｃｏｓθが補正値に相当する。このため、上記数式３１は、第２検出信号Ｄｙに補正量を加算し、加算した全体の値に補正値を乗算して算出される値ということもできる。但し、上記数式３１では、｛−（Ｄｘ−ｏｆｆｓｅｔｘ）／ｇａｉｎｘ｝×ｔａｎθ｝を減算していると捉えることもできる。また、上記数式３１では、１／ｃｏｓθを除算していると捉えることもできる。つまり、上記数式３１は、第２検出信号Ｄｙに対して補正量を加算または減算し、加算または減算した全体の値に対して補正値を乗算または除算して算出される値ということができる。
【００８８】
また、分割加速度ｄは、下記数式３２で示され、分割加速度ｅは、下記数式３３で示される。
【００８９】
【数３２】
2020085694.tif 000034
【００９０】
【数３３】
2020085694.tif 000035
そして、ＳＸは、分割加速度ｅを斜辺とする直角三角形の一辺となる。また、上記数式１からｇｘと第１検出信号Ｄｘとの関係が導出され、上記数式２からｇｙと第２検出信号Ｄｙとの関係が導出される。したがって、ＳＸは、下記数式３４によって示される。
【００９１】
【数３４】
2020085694.tif 000036
このように、本実施形態では、装置ｙ軸に沿った加速度と同様に、印加される加速度の方向との成す角度γによらず、高精度に装置ｘ軸に沿った加速度を検出できる。
【００９２】
なお、上記数式３４では、｛（Ｄｙ−ｏｆｆｓｅｔｙ）／ｇａｉｎｙ｝×ｔａｎθ｝が補正量に相当し、ｃｏｓθが補正値に相当する。このため、上記数式３４は、第１検出信号Ｄｘから補正量を減算し、減算した全体の値に補正値を乗算して算出される値ということもできる。但し、上記数式３４では、｛−（Ｄｙ−ｏｆｆｓｅｔｙ）／ｇａｉｎｙ｝×ｔａｎθ｝を加算していると捉えることもできる。また、上記数式３４では、１／ｃｏｓθを除算していると捉えることもできる。つまり、上記数式３４は、第１検出信号Ｄｘに対して補正量を加算または減算し、加算または減算した全体の値に対して補正値を乗算または除算して算出される値ということができる。
【００９３】
また、ＳＸは、次のように算出するようにしてもよい。すなわち、分割加速度ｂは、下記数式３５で示され、分割加速度ｃは下記数式３６で示される。
【００９４】
【数３５】
2020085694.tif 000037
【００９５】
【数３６】
2020085694.tif 000038
そして、ＳＸは、下記数式３７のようにも示されるため、下記数式３７から算出される。
【００９６】
【数３７】
2020085694.tif 000039
つまり、ＳＸは、算出されたＳＹを用いて算出されるようにしてもよい。なお、数式３７を展開すると、数式３４と同様となる。すなわち、数式３７を用いてＳＸを算出する場合においても、ＳＸは、補正量および補正値を用いて算出されるということができる。このようにＳＸを算出するようにしても、印加される加速度との成す角度γによらず、高精度に装置ｘ軸に沿った加速度を検出できる。
【００９７】
以上説明したように、本実施形態では、装置ｘ軸に沿った加速度としてＳＸを算出する際には、上記数式３４で示されるように、第１検出信号Ｄｘに対し、第２検出信号Ｄｙおよび角度ずれθを用いた補正を行う。また、装置ｙ軸に沿った加速度としてのＳＹを算出する際には、上記数式３１で示されるように、第２検出信号Ｄｙに対し、第１検出信号Ｄｘおよび角度ずれθを用いた補正を行う。したがって、本実施形態の加速度検出装置によれば、組付誤差によって検出精度が低下することを抑制できる。
【００９８】
また、本実施形態では、上記補正を行う場合、装置軸と印加される角度との成す角度γの影響がないようにしている。このため、装置軸と印加される角度との成す角度γによらず、高精度に装置軸に沿った加速度を算出できる。
【００９９】
また、本実施形態では、回路基板２０には、θ、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、ｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙが記憶されており、ｔａｎθおよびｃｏｓθ等の値は算出、またはテーブルに基づいて導出するようにしている。このため、回路基板２０でθ等を算出しようとする場合と比較として、回路基板２０の容量の削減を図ることができる。
【０１００】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【０１０１】
例えば、上記第１実施形態において、平均値を取る算出等は、適宜適用する数式を変更してもよい。例えば、上記数式１１におけるｇｘ×ｇａｉｎは、数式５および数式９を用いた例について説明したが、数式３および数式７を用いて算出するようにしてもよい。また、上記数式１２におけるｇｙ×ｇａｉｎは、数式４および数式８を用いる代わりに、数式６および数式１０を用いて演算するようにしてもよい。また、平均値を算出せず、所定の状態での値から各値を算出するようにしてもよい。例えば、ｏｆｆｓｅｔｘは、数式１４によって算出されるが、状態２の第１検出信号Ｄｘ２のみを用いて算出するようにしてもよい。
【０１０２】
また、回路基板２０は、算出したＳＸが所定範囲内に含まれているか否か、および算出したＳＹが所定範囲内に含まれているか否かを判定するようにしてもよい。そして、回路基板２０は、算出したＳＸが所定範囲内に含まれていない場合、または算出したＳＹが所定範囲内に含まれていない場合には、加速度センサ１０に異常が発生していると判定するようにし、異常が発生することを示す信号を外部回路に出力するようにしてもよい。これによれば、加速度センサ１０に異常が発生した状態で加速度の検出を継続して行うことを抑制できる。このため、例えば、加速度検出装置が車両に搭載される場合には、車両ＥＣＵが誤った加速度に基づいて各種処理を行うことを抑制できる。
【０１０３】
なお、本実施形態では、上記数式３１に示されるように、ＳＹを算出する際にも第１検出信号Ｄｘを用いる。また、上記数式３４または数式３７に示されるように、ＳＸを算出する際にも第２検出信号Ｄｙを用いる。このため、第１加速度検出部１０ａおよび第２加速度検出部１０ｂのいずれか一方において、例えば、可動電極１１４と固定電極１２１ａ、１２１ｂとが接触する等の異常が発生した場合には、いずれの信号も所定範囲外となり得る。このため、例えば、回路基板２０は、算出したＳＸが所定範囲内に含まれていない場合であって、かつ算出したＳＹが所定範囲内に含まれていない場合に、加速度センサ１０に異常が発生していると判定するようにしてもよい。
【０１０４】
また、回路基板２０は、例えば、上記数式３１では、｛（Ｄｘ−ｏｆｆｓｅｔｘ）／ｇａｉｎｘ｝×ｔａｎθの項において、所定の補助値を設定しておくようにしてもよい。そして、回路基板２０は、ＳＹが所定範囲内の値でない場合には、補助値を用いてＳＹを算出しつつ、異常を示す信号を外部回路に出力するようにしてもよい。同様に、回路基板２０は、ＳＸに対する補助値を設定しておき、ＳＸが所定範囲内の値でない場合、補助値を用いてＳＸを算出しつつ、異常を示す信号を外部回路に出力するようにしてもよい。
【０１０５】
さらに、上記第１実施形態において、回路基板２０は、パッケージ３０内に収容されておらず、パッケージ３０の外側に配置されていてもよい。また、例えば、加速度検出装置が車両に搭載される場合には、車両ＥＣＵに、上記ｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙ、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、およびθを記憶し、車両ＥＣＵが装置ｘ軸および装置ｙ軸に沿った加速度を算出するようにしてもよい。つまり、車両ＥＣＵに、上記第１実施形態の回路基板２０の機能を発揮させるようにしてもよい。この場合は、車両ＥＣＵが回路部に相当する。
【０１０６】
また、上記第１実施形態において、加速度センサは、直交する２方向の加速度が検出されるのであれば、詳細な構成は適宜変更可能である。例えば、第１加速度検出部１０ａおよび第２加速度検出部１０ｂにおける可動部１２０が共通とされ、当該可動部１２０がｘ軸方向およびｙ軸方向の加速度に沿って変位するように構成されていてもよい。
【０１０７】
さらに、上記第１実施形態において、ｇａｉｎｘ、ｇａｉｎｙ、ｏｆｆｓｅｔｘ、ｏｆｆｓｅｔｙを用いずにＳＸおよびＳＹを算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０    加速度センサ
１０ａ  第１加速度検出部
１０ｂ  第２加速度検出部
２０    回路部
３０    パッケージ
θ      角度ずれ
【図１】
2020085694.tif 000042
【図２】
2020085694.tif 000043
【図３Ａ】
2020085694.tif 000044
【図３Ｂ】
2020085694.tif 000045
【図３Ｃ】
2020085694.tif 000046
【図３Ｄ】
2020085694.tif 000047
【図４】
2020085694.tif 000048
【図５】
2020085694.tif 000049