(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な構造物の一平面に距離を隔てて配置され、かつ、加速度検出方向が互いに平行でかつ互いの配置位置を結ぶ線分に対して直交して配置される一対のセンサと、これらのセンサと電気的に接続される演算処理回路とを備えた角加速度検出装置であって、
それぞれの上記センサは、
加速度の作用によって変位する可動電極と、
可動電極に対向して配置され、電圧の印加によって可動電極との間に発生する静電力によって可動電極を駆動する駆動電極と、
加速度の作用によって生じる可動電極の変位を検出する検出部と、
検出部が検出した可動電極の変位に応じて、可動電極を所定位置へ駆動するサーボ電圧を駆動電極へ印加するサーボ制御部と、を有し、
上記演算処理回路は、
それぞれの上記サーボ制御部が駆動電極へ印加する各サーボ電圧の和及び差を算出し、得られた和値と差値とを乗算して角加速度として出力する、
ことを特徴とする角加速度検出装置。
【請求項２】
回転可能な構造物の一平面に距離を隔てて配置され、かつ、加速度検出方向が互いに平行でかつ互いの配置位置を結ぶ線分に対して直交して配置される一対のセンサと、これらのセンサと電気的に接続される演算処理回路とを備えた角加速度検出装置にて実行される角加速度検出方法であって、
それぞれの上記センサでは、
加速度の作用による可動電極の変位を検出部で検出し、検出部が検出した可動電極の変位に応じて可動電極を所定位置へ駆動するサーボ電圧をサーボ制御部から駆動電極へ印加し、
上記演算処理回路では、
それぞれの上記サーボ制御部が駆動電極へ印加する各サーボ電圧の和及び差を算出し、得られた和値と差値とを乗算して角加速度として出力する、
ことを特徴とする角加速度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角加速度検出装置及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角加速度検出装置として、運動体の一平面上に距離を隔てて配置された２つの加速度センサからの各出力の差分から、この平面に垂直な軸の周りの角加速度を検出する角加速度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、加速度センサとして、加速度の作用に伴って生じる、センサ内の静電容量の変化をもとに、作用した加速度を検出する静電容量型の加速度センサも知られている。さらにこの静電容量型の加速度センサでは、検出分解能の向上、可動電極と基板との接触による動作不良あるいは破損防止等のために、この加速度センサをサーボ型として使用するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。即ち、このようなサーボ型の加速度センサに作用した加速度によって、センサ内の可動電極がねじれ梁の周りにねじれ、ねじれ梁を中心とした可動電極の左右側と、各駆動電極との間の静電容量に不均衡が生じる。この不均衡量をフィードバックし、不均衡量に応じた電圧を駆動電極に印加して、可動電極と駆動電極との間に生じる静電力によって、可動電極のねじれを変位０の位置に戻すようにする。このときの、変位０の位置に戻すための駆動電極への印加電圧に基づいて、作用した加速度が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２-７０７６６号公報
【特許文献２】国際公開 ＷＯ２００３／０４４５３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のサーボ型加速度センサでは、可動電極と駆動電極との間に生じる静電力の大きさは、駆動電極に印加した電圧の２乗に比例する。よって、駆動電極に印加した電圧に基づいて作用した加速度を求める際には、電圧値の２乗を演算する乗算回路が必要となる。
演算処理回路では、一般的に、加算処理及び減算処理に比べて２乗演算等の乗算処理は、回路規模が大きくなる。例えば、ｎビットの数値同士の加算及び減算回路の規模を１とすれば、その数値同士の乗算回路の規模は、概ねｎの２乗の規模となる。したがって、上述のサーボ型加速度センサを２つ用いて角加速度検出装置を構成する場合、乗算回路がそれぞれの加速度センサに１つずつを要し、計２つ必要となる。よって、総じて回路規模が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて回路規模を縮小可能な角加速度検出装置及び検出方法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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における角加速度検出装置は、回転可能な構造物の一平面に距離を隔てて配置され、かつ、加速度検出方向が互いに平行でかつ互いの配置位置を結ぶ線分に対して直交して配置される一対のセンサと、これらのセンサと電気的に接続される演算処理回路とを備えた角加速度検出装置であって、それぞれの上記センサは、加速度の作用によって変位する可動電極と、可動電極に対向して配置され、電圧の印加によって可動電極との間に発生する静電力によって可動電極を駆動する駆動電極と、加速度の作用によって生じる可動電極の変位を検出する検出部と、検出部が検出した可動電極の変位に応じて、可動電極を所定位置へ駆動するサーボ電圧を駆動電極へ印加するサーボ制御部と、を有し、上記演算処理回路は、それぞれの上記サーボ制御部が駆動電極へ印加する各サーボ電圧の和及び差を算出し、得られた和値と差値とを乗算して角加速度として出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様における角加速度検出装置によれば、一対のセンサと演算処理回路とを備え、演算処理回路は、各センサのサーボ制御部が駆動電極へ印加する各サーボ電圧の和及び差を算出し得られた和値と差値とを乗算して角加速度として出力するように構成した。したがって、演算処理回路は、一つの乗算回路を有し、従来に比べて乗算回路の削減を図り演算処理回路の規模の縮小を図ることができる。その結果、角加速度検出装置の小型化及び省エネルギーを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における角加速度検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す角加速度検出装置の機能を示すブロック図である。
【図３】図２に示す各サーボ型加速度センサの機能を示すブロック図である。
【図４】図２に示すサーボ型加速度センサのセンサ素子構造体を示す平面図である。
【図５】図４に示すセンサ素子構造体から変位部材を除いた構成を示す平面図である。
【図６】図４に示すＡ−Ａ部の断面図である。
【図７】図２に示すサーボ型加速度センサにおいて形成される静電容量を説明するための断面図である。
【図８】図３に示す容量−電圧変換回路の構成を示す図である。
【図９】図１に示す角加速度検出装置を構成するサーボ型加速度センサに正方向の加速度が作用した状態を示す、センサ素子構造体の断面図である。
【図１０】図１に示す角加速度検出装置を構成するサーボ型加速度センサに正方向の加速度が作用した状態を示す、センサ素子構造体の断面図である。
【図１１】図１に示す角加速度検出装置を構成するサーボ型加速度センサに正方向の加速度と静電力とが作用した状態を示す、センサ素子構造体の断面図である。
【図１２】図１に示す角加速度検出装置を構成するサーボ型加速度センサにおいて、作用した加速度と、変位部材の変位を０にする電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】図１に示す角加速度検出装置を構成するサーボ型加速度センサにおいて、作用した加速度とセンサ出力との関係を示すグラフである。
【図１４】図１に示す角加速度検出装置が回転するときに、サーボ型加速度センサが受ける力、すなわち加速度を示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における角加速度検出装置を構成するサーボ型加速度センサに備わるセンサ素子構造体を示す平面図である。
【図１６】図１５に示すＢ−Ｂ部の断面図である。
【図１７】図１５に示すサーボ型加速度センサにて形成される静電容量を説明するための断面図である。
【図１８】図１５に示すサーボ型加速度センサにて形成される静電容量を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態である、角加速度検出装置及びこの角加速度検出装置にて実行される角加速度検出方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１１】
実施の形態１．
以下に本発明の実施の形態１における角加速度検出装置について説明する。
図１は、実施の形態１における角加速度検出装置３０１の構成を示す図である。この角速度検出装置３０１は、２つのサーボ型加速度センサ１０１、１０２と、演算処理回路２０１とを備える。２つのサーボ型加速度センサ１０１，１０２は、回転中心を中心として回転可能な、つまり加速度の作用が可能な構造物１０３に、距離Ｒを隔てて配置されており、さらに、それぞれのセンサ１０１，１０２の加速度検出方向は、互いに平行であり、かつ互いの位置、例えば各中心位置、を結ぶ線分１０４に対して直交して配置されている。ここで、加速度検出方向を検出軸ＤＡとして示す。また、図１では、演算処理回路２０１も構造物１０３に配置した形態を示すが、演算処理回路２０１は、構造物１０３とは別に設置してもよい。
【００１２】
角加速度検出装置３０１の機能を示すブロック図を図２に示す。サーボ型加速度センサ１０１，１０２では、以下に詳しく説明するように、構造物１０３に加速度が作用することで、各サーボ型加速度センサ１０１，１０２に備わる慣性質量体が変位する。この変位を、加速度が作用していない状態つまり変位０の位置まで戻すために必要な静電力を発生させるための電圧（サーボ電圧）を、各サーボ型加速度センサ１０１，１０２は、出力する。演算処理回路２０１では、２つのサーボ型加速度センサ１０１，１０２の出力である、それぞれのサーボ電圧値の和及び差を算出し、和値と差値とを乗ずる処理を行う。演算処理回路２０１の動作については、以下で詳しく説明する。
【００１３】
図３は、上述の角加速度検出装置３０１における、特にサーボ型加速度センサ１０１，１０２の機能について、ブロック図で示したものである。各サーボ型加速度センサ１０１，１０２は、センサ素子構造体１５と、容量−電圧変換回路２０と、サーボ制御回路３０とを備えている。ここで、容量−電圧変換回路２０は、「検出部」の機能を果たす一例に相当し、サーボ制御回路３０は、「サーボ制御部」の機能を果たす一例に相当する。また、各サーボ型加速度センサ１０１，１０２は、同じ構成を有するので、図３では、サーボ型加速度センサ１０１を例に図示を行い、サーボ型加速度センサ１０２におけるセンサ素子構造体１５、容量−電圧変換回路２０、及びサーボ制御回路３０の図示は省略している。
【００１４】
まず、サーボ型加速度センサ１０１，１０２に備わるセンサ素子構造体１５について、図４から図７を参照して説明する。尚、図４及び図５はセンサ素子構造体１５の平面図を示し、図６及び図７は、図４のＡ−Ａ部における断面図を示している。
【００１５】
図４及び図５に示すように、センサ素子構造体１５は、基板１と、基板１上に絶縁体９を介して固定されたアンカー５と、アンカー５に支持される変位部材２とを備えている。変位部材２は、ねじれ梁６、検出フレーム７、リンク梁４、及び慣性質量体３を備えている。ねじれ梁６は、アンカー５に接続されており、ねじれ軸６ａを中心に、その軸周り方向にねじれることができる。検出フレーム７は、ねじれ軸６ａを中心として回転可能に、ねじれ梁６に支持されている。リンク梁４は、ねじれ梁６とは離れた位置にて検出フレーム７に連結されており、加速度が作用することによって基板１に対して垂直方向に変位する。
【００１６】
図６に示すように、センサ素子構造体１５は、また、絶縁体９上に一対の駆動電極１１ａ、１１ｂ、一対の検出電極８ａ、８ｂを備えている。
駆動電極１１ａ，１１ｂは、基板１の厚み方向である垂直方向において間隔ｄを隔てて検出フレーム７と対向するように設けられ、駆動電極１１ａ，１１ｂに電圧が印加されることによって検出フレーム７との間に発生する静電力によって検出フレーム７を駆動する。
検出電極８ａ，８ｂは、上記間隔ｄを隔てて検出フレーム７と対向するように設けられ、検出フレーム７の変位を検出フレーム７との間の静電容量変化として検出する。また、実施の形態１では、検出フレーム７が「可動電極」の機能を果たす一例に相当する。
【００１７】
このように構成されたセンサ素子構造体１５は、基板１上への成膜、パターニング、エッチングといったプロセスを繰り返し行う半導体微細加工技術、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス製造技術によって製造される。
【００１８】
基板１としては、シリコン基板やガラス基板を用いることができる。またアンカー５、ねじれ梁６、検出フレーム７、リンク梁４、慣性質量体３、駆動電極１１ａ，１１ｂ、検出電極８ａ，８ｂとしては、導電性ポリシリコン膜を用いることができる。この導電性ポリシリコン膜は、低応力で、かつ応力分布がないことが望ましい。絶縁体９としては、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜を用いることができる。
【００１９】
また、アンカー５、ねじれ梁６、検出フレーム７、リンク梁４、慣性質量体３は、それぞれ等電位になるように電気的に接続されている。基板１、駆動電極１１ａ，１１ｂ、検出電極８ａ，８ｂは、アンカー５、ねじれ梁６、検出フレーム７、リンク梁４、慣性質量体３のいずれの部位とも電気的に接続されていない。
なお、サーボ型加速度センサ１０１，１０２の使用においては、静電容量の電圧への変換や、各電極１１ａ，１１ｂ、８ａ，８ｂへの電圧印加のために、センサ素子構造体１５と、容量−電圧変換回路２０及びサーボ制御回路３０とが電気的に接続される。この電気的な接続は、図示していないが、基板１上の配線パターンやボンディングワイヤ等を用いて可能となる。
【００２０】
図７では、サーボ型加速度センサ１０１，１０２で形成される静電容量を示している。図７に示すように、検出電極８ａ，８ｂと検出フレーム７との間には、それぞれ静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂが形成される。同様に駆動電極１１ａ，１１ｂと検出フレーム７との間にはそれぞれ静電容量Ｃｓａ、Ｃｓｂが形成される。
【００２１】
次に、サーボ型加速度センサ１０１，１０２に備わる容量−電圧変換回路２０について、図８を参照して説明する。
容量−電圧変換回路２０は、接続した検出電極８ａ，８ｂと、検出フレーム７との間の静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂに差が生じた場合に、その差分に応じた電圧を出力する。ここで図８に示すように、静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂは、直列に接続されている。そして、静電容量Ｃｄａの一端には一定電位Ｖｄが印加され、静電容量Ｃｄｂの一端は接地されている。また、静電容量Ｃｄａと静電容量Ｃｄｂとの接続部には、端子が設けられている。この端子の出力電位Ｖｏｕｔは、次の（１）式で表される。
【００２２】
【数１】
0005800759.tif 000002
【００２３】
検出フレーム７がねじれ軸６ａを中心に回転変位すると、静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂは、その増減の方向が互いに異なるように変化する。即ち、上記回転変位によって、静電容量Ｃｄａが増加すれば静電容量Ｃｄｂが減少し、静電容量Ｃｄａが減少すれば静電容量Ｃｄｂが増加する。検出電極８ａ，８ｂと検出フレーム７との間隔に対して検出フレーム７の変位が充分小さい領域では，静電容量（Ｃｄａ＋Ｃｄｂ）は一定であるとともに、静電容量（Ｃｄａ−Ｃｄｂ）は、変位に比例して変化するため、検出フレーム７の回転変位に応じて、容量−電圧変換回路２０は、出力電位Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００２４】
次に、サーボ型加速度センサ１０１，１０２に備わるサーボ制御回路３０について説明する。
図３において、サーボ制御回路３０は、容量−電圧変換回路２０の出力の大きさに応じて、スイッチ３２により駆動電極１１ａ、１１ｂのどちらに電圧を印加するかを選択し、センサ素子構造体１５の駆動電極１１ａあるいは駆動電極１１ｂに電圧を印加する。即ち、サーボ制御回路３０は、容量−電圧変換回路２０の出力電位Ｖｏｕｔが（Ｖｄ/２）よりも大きい場合には駆動電極１１ｂに、出力電位Ｖｏｕｔが（Ｖｄ/２）よりも小さい場合には駆動電極１１ａに電圧を印加し、検出フレーム７の変位を変位０の位置、つまり加速度が作用していないときの検出フレーム７の状態に戻すように作用する。
【００２５】
以上のように構成されたサーボ型加速度センサ１０１，１０２の動作について、図９から図１１を参照して以下に説明する。尚、図９から図１１では、サーボ型加速度センサ１０１，１０２に対して、正方向４０１の加速度が印加された状態を示す。
サーボ型加速度センサ１０１，１０２に正方向４０１の加速度Ｇが印加されると、図９に示すように、慣性質量体３は慣性力Ｆｉを受けた基板１から離れる方向（負方向４０２）に変位する。このときリンク梁４は、慣性質量体３とともに負方向４０２に変位する。検出フレーム７は、リンク梁４の変位により負方向４０２の力を受け、リンク梁４及びねじれ梁６の変形による復元力とつりあうようにねじれ軸６ａを軸として回転変位する。この回転変位により、検出フレーム７と検出電極８ａ，８ｂとの間隔がそれぞれ変化し、静電容量Ｃｄａは減少し、静電容量Ｃｄｂは増加する。容量−電圧変換回路２０は、静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂの変化に基づいて、検出フレーム７の変位を検出する。
【００２６】
ここで、駆動電極１１ａに電圧Ｖｓ１１ａを印加すると、図１０に示すように、静電力Ｆｓ１１ａが生じる。静電力Ｆｓ１１ａは、印加電圧Ｖｓ１１ａ、間隔ｄ、駆動電極１１ａが検出フレーム７と対向する面積Ｓ１１、を用いて、次の（２）式のように表される。ここでεは誘電率である。
【００２７】
【数２】
0005800759.tif 000003
【００２８】
印加電圧Ｖｓ１１ａを変化させることにより、発生する静電力Ｆｓ１１ａを変化させることができるので、検出フレーム７の変位を０とするように印加電圧Ｖｓ１１ａを制御することができる。ここで、検出フレーム７の変位を０とする印加電圧をＶ１１ａ、このときに発生する静電力をＦ１１ａとする。印加電圧Ｖ１１ａは、検出フレーム７の変位に対して単調関数であり、検出フレーム７の変位は、作用した加速度に対して単調関数である。よって、作用した加速度に対して、印加電圧Ｖ１１ａは一意に定まる。
図１１に示すように、静電力Ｆ１１ａによって、ねじれ軸６ａを軸とした検出フレーム７の回転変位を、もとに戻す方向に検出フレーム７は回転する。その結果、検出フレーム７は、静電力Ｆ１１ａとリンク梁４、ねじれ梁６の復元力と、慣性力Ｆｉとがつりあう位置に変位し、変位は０に戻る。
【００２９】
作用した加速度によって生じる慣性質量体３の変位は、作用した加速度に比例し、リンク梁４及びねじれ梁６の変形による復元力は、慣性質量体３の変位に比例するため、変位０の位置に戻すために必要な静電力Ｆ１１ａは、作用した加速度に比例する。
【００３０】
図１２は、作用した加速度Ｇと、作用した加速度によって生じた変位を０にする電圧Ｖ１１ａとの関係を示す図である。図１２において、横軸は加速度センサに作用した加速度、縦軸は変位を０にする印加電圧を示している。上述の（２）式を参照して、間隔ｄが一定のもとでは、静電力の大きさは、印加電圧の２乗に比例することから、作用した加速度Ｇと、変位を０にする印加電圧Ｖ１１ａとの関係は、次の（３）式のように表され、印加電圧の２乗は加速度Ｇに比例する。
【００３１】
【数３】
0005800759.tif 000004
【００３２】
同様に、サーボ型加速度センサ１０１，１０２に負方向４０２の加速度が印加された場合にも、スイッチ３２により、駆動電極１１ａに替わり駆動電極１１ｂに電圧Ｖ１１ｂを印加することで、検出フレーム７の変位を０にすることができる。また、印加電圧の２乗は加速度の大きさに比例する。
また、作用した加速度の方向（正、負）は、前述のように、容量−電圧変換回路２０の出力Ｖｏｕｔが（Ｖｄ/２）よりも大きければ正、小さければ負として知ることができる。
【００３３】
実施の形態１の角加速度検出装置３０１において、サーボ型加速度センサ１０１，１０２は、検出フレーム７を変位０の位置に戻すために駆動電極１１ａ，１１ｂへ印加する電圧を出力するが、加速度が正方向４０１に作用している場合には印加電圧Ｖ１１ａを、加速度が負方向４０２に作用している場合には、印加電圧Ｖ１１ｂを、その符号を反転して、−Ｖ１１ｂとして出力する。即ち、サーボ型加速度センサ１０１，１０２の出力Ｖは、次の（４）式で表される。
【００３４】
【数４】
0005800759.tif 000005
【００３５】
図１３は、作用した加速度とサーボ型加速度センサ１０１，１０２の出力との関係を示す図である。図１３において、横軸はサーボ型加速度センサ１０１，１０２に作用した加速度、縦軸はサーボ型加速度センサ１０１，１０２の出力を示している。２つのサーボ型加速度センサ１０１，１０２は、それぞれ、検出軸方向に作用した加速度、すなわち力に応じて電圧Ｖ１、Ｖ２を出力する。
【００３６】
次に、実施の形態１の角加速度検出装置３０１の動作について以下に説明する。
図１４は、実施の形態１の角加速度検出装置３０１が回転中心Ｏを中心に回転するときに、サーボ型加速度センサ１０１，１０２が受ける力、すなわち加速度を示した図である。
図１及び図２に示す角加速度検出装置３０１が図１４のように、紙面に対して垂直方向を回転軸ＲＡとして、回転中心Ｏを中心に、角速度変化を伴って回転するとき、２つのサーボ型加速度センサ１０１、１０２は、それぞれ、図１４に示すように、角速度Ωの回転による遠心力と角加速度∂Ω/∂ｔに伴う力Ｆｃとを受ける。遠心力は、回転の半径方向（５０１、５０２）に、角速度に伴う力は、回転の円周方向（６０１、６０２）に生ずる。サーボ型加速度センサ１０１が受ける、回転による遠心力Ｆｒ１と角加速度に伴う力Ｆｃ１は次の（５）式、（６）式で表される。ここで、図１４に示すように、Ｒ１は、回転中心Ｏからサーボ型加速度センサ１０１までの距離、θ１は、センサ検出軸と、回転中心Ｏ−センサ間を結ぶ線分とが成す角度である。
【００３７】
【数５】
0005800759.tif 000006
【数６】
0005800759.tif 000007
【００３８】
遠心力Ｆｒ１、角加速度に伴う力Ｆｃ１は、それぞれ回転の半径方向、円周方向の力であるから、サーボ型加速度センサ１０１では、これらの力の検出軸方向成分の和を検出することができる。即ち、図１４に示す作図から、遠心力Ｆｒ１についてはそのｃｏｓθ１成分を、角加速度に伴う力Ｆｃ１はそのｓｉｎθ１成分を検出することができる。したがって、サーボ型加速度センサ１０１が検出軸方向に受ける力Ｆ１は、次の（７）式で表される。
【００３９】
【数７】
0005800759.tif 000008
【００４０】
同様に、サーボ型加速度センサ１０２が検出軸方向に受ける力Ｆ２は、次の（８）式で表される。ここで、Ｒ２は回転中心Ｏからサーボ型加速度センサ１０２までの距離、θ２はサーボ型加速度センサ１０２の検出軸と、回転中心Ｏ−センサ間を結ぶ線分とが成す角度である。
【００４１】
【数８】
0005800759.tif 000009
【００４２】
検出軸方向に受ける力Ｆにより、サーボ型加速度センサ１０１，１０２の各慣性質量体３が変位し、２つのサーボ型加速度センサ１０１，１０２は、それぞれ電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とを出力する。（３）式に基づき、次の（９）式、（１０）式の関係がある。
【００４３】
【数９】
0005800759.tif 000010
【数１０】
0005800759.tif 000011
【００４４】
ここで、比例定数をｋと置けば、これらの式は、次の（１１）式、（１２）式のように表される。
【００４５】
【数１１】
0005800759.tif 000012
【数１２】
0005800759.tif 000013
【００４６】
ここで、２つのサーボ型加速度センサ１０１，１０２の各出力電圧である印加電圧Ｖ１と印加電圧Ｖ２との和、及び印加電圧Ｖ１と印加電圧Ｖ２との差の各値の積を考えると、次の（１３）式を得る。
【００４７】
【数１３】
0005800759.tif 000014
【００４８】
さらに、図１４より明らかなように、次の（１４）式、（１５）式で表される距離Ｒ、Ｒ１、Ｒ２の関係
【数１４】
0005800759.tif 000015
【数１５】
0005800759.tif 000016
を用いれば、次の（１６）式を得る。
【００４９】
【数１６】
0005800759.tif 000017
【００５０】
両辺を整理し、新たに定数Ｃを定めれば、
【数１７】
0005800759.tif 000018
であり、
【数１８】
0005800759.tif 000019
を得る。即ち、２つのサーボ型加速度センサ１０１，１０２が出力する各印加電圧値から回転の角加速度に応じた出力を得ることができる。
【００５１】
ここで、角加速度を算出するための乗算処理の回数に注目すれば、本実施形態１の角加速度検出装置３０１によれば、乗算処理は１回である。従来方式では、乗算処理は２回であり、本実施形態１の角加速度検出装置３０１は、従来方式に比べ、乗算回路の削減を図り、演算処理の回路規模を縮小することが可能となる。
【００５２】
このような、サーボ型加速度センサ１０１，１０２の各出力電圧である印加電圧Ｖ１と印加電圧Ｖ２との和、及び印加電圧Ｖ１と印加電圧Ｖ２との差の各値の積を演算する部分が、図２に示す演算処理回路２０１である。
【００５３】
また、角加速度検出装置３０１では、加速度が作用していないときでも、駆動電極１１ａ，１１ｂに電圧を印加することで発生する静電力によって、慣性質量体３を変位させることができることから、センサ素子構造体１５が破壊されているか否かを自己診断することも可能である。
【００５４】
また、実施の形態１の角加速度検出装置３０１の出力を積分処理することにより、回転の角速度を求めることができる。
【００５５】
実施の形態１では、容量−電圧変換回路２０を用い、検出フレーム７と検出電極８ａ，８ｂとの間に形成された静電容量の差を電圧に変換することで、検出フレーム７の変位を検出しているものを示したが、これは、変位に応じた信号が得られれば、回路方式、検出方式等に依らない。
【００５６】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２における角加速度検出装置３０２について、図１５から図１８を参照して以下に説明する。
本実施の形態２の角加速度検出装置３０２は、上述したサーボ型加速度センサ１０１、１０２におけるセンサ素子構造体１５の構造を異ならせた構成であり、その他の、容量−電圧変換回路２０及びサーボ制御回路３０、さらに、アナログデジタル変換回路４０、演算処理回路２０１の構成については角加速度検出装置３０１の場合に同じである。よって、以下では、相違部分である、センサ素子構造体部分についてのみ説明を行う。
【００５７】
即ち、図１５には、本実施の形態２の角加速度検出装置３０２のセンサ素子構造体１５−２の平面図が示され、図１６には、図１５に示すＢ−Ｂ部の断面が図示されている。
本実施の形態２の角加速度検出装置３０２のセンサ素子構造体１５−２は、図１５に示すように、基板１と、基板１に絶縁体９を介して固定されたアンカー５と、アンカー５に支持される変位部材２とを備えている。変位部材２は、支持梁５６と慣性質量体３とを備えている。
【００５８】
支持梁５６は、アンカー５に接続されている。慣性質量体３は、支持梁５６に支持されており、加速度が作用することによって基板１に対して面内方向に変位する。
慣性質量体３は、複数の可動電極部１２を有している。実施の形態２では、この可動電極部１２が「可動電極」として機能する。
基板１には、駆動電極１１ａ，１１ｂ及び検出電極８ａ，８ｂが可動電極部１２と対向するようにそれぞれ櫛歯状に設けられている。
尚、図１５及び図１６では、作図の都合上、各電極をそれぞれ分離して示しているが、同じハッチングで示している電極は、基板１上に設けた配線パターン等（図示せず）により、電気的に等電位になるように接続している。
【００５９】
図１７及び図１８は、駆動電極１１ａ，１１ｂ及び検出電極８ａ，８ｂと、可動電極部１２との間に形成されるそれぞれの静電容量を示している。即ち、実施の形態２のセンサ素子構造体１５−２においても実施の形態１と同様に、図１７に示すように、検出電極８ａ，８ｂと可動電極部１２との間に静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂが、図１８に示すように、駆動電極１１ａ，１１ｂと可動電極部１２との間に静電容量Ｃｓａ、Ｃｓｂがそれぞれ形成される。
【００６０】
以上のような構成を有するセンサ素子構造体１５−２を有する角加速度検出装置３０２においても、実施の形態１の角加速度検出装置３０１と同様に角加速度を検出することができ、かつ、演算処理回路２０１を備えることから、乗算回路の削減を図り、演算処理の回路規模を縮小することが可能である。
【００６１】
尚、実施の形態２の角加速度検出装置３０２では、検出電極８ａ，８ｂの外側に駆動電極１１ａ，１１ｂを配置しているが、検出電極８ａ，８ｂ、及び駆動電極１１ａ，１１ｂは、可動電極部１２との間に静電容量を形成し、駆動電極１１ａ，１１ｂと可動電極部１２との間に静電力を発生させることができればよく、位置や配置は問わない。また、変位部材２は、作用した加速度に応じて基板１に対して面内方向の加速度の検出ができればよく、支持梁５６の形態や、慣性質量体３の支持方法に依らない。
【符号の説明】
【００６２】
７  検出フレーム、１１ａ、１１ｂ  駆動電極、１２  可動電極部、
１５、１５−２  センサ素子構造体、
２０  容量−電圧変換回路、３０  サーボ制御回路、
１０１，１０２  サーボ型加速度センサ、２０１  演算処理回路、
３０１，３０２  角加速度検出装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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