(57)【要約】【課題】本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸のデジタル信号を出力する場合においても、容易にデジタル信号を出力することが可能な加速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】第１のブリッジ回路４１と第２のブリッジ回路４２とのいずれかからの出力信号を時分割で選択して出力する第１のデジタルマルチプレクサ４５と、第３のブリッジ回路４３と温度センサ４４とからの出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第２のデジタルマルチプレクサ４６とを設け、さらに、第２のΔΣＡＤ変換器４８からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正する構成としたものである。【選択図】図４
2013113703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加速度検出部とこの第１の加速度検出部と直交する方向の加速度を検出する第２の加速度検出部と前記第１の加速度検出部および第２の加速度検出部と直交する方向の加速度を検出する第３の加速度検出部とを設けた加速度検出素子と、
この加速度検出素子の周囲の温度を検出する温度センサと、前記加速度検出素子における第１の加速度検出部からの出力信号を処理する第１のブリッジ回路と、前記加速度検出素子における第２の加速度検出部からの出力信号を処理する第２のブリッジ回路と、加速度検出素子における第３の加速度検出部からの出力信号を処理する第３のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路とから出力される出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第１のデジタルマルチプレクサと、前記第３のブリッジ回路と温度センサとから出力される出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第２のデジタルマルチプレクサと、前記第１のデジタルマルチプレクサからのアナログ信号からなる出力信号をデジタル信号に変換して出力する第１のΔΣＡＤ変換器と、前記第２のデジタルマルチプレクサからのアナログ信号からなる出力信号をデジタル信号に変換して出力する第２のΔΣＡＤ変換器と、前記第１のΔΣＡＤ変換器および第２のΔΣＡＤ変換器から出力される出力信号を演算処理する演算回路とを備え、前記演算回路により第２のΔΣＡＤ変換器からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正するようにした加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、車両や携帯端末等に用いられる加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来の加速度センサの上面図、図６は同加速度センサのブリッジ回路図、図７は同加速度センサの回路図である。
【０００３】
図５〜図７において、加速度検出素子１は、内部に中空領域２が形成された枠部３と、枠部３にそれぞれ一端が接続され、中空領域２に延伸した梁部４、５、６、７と、梁部４、５、６、７の交わる中心非可動部８からそれぞれ接続された錘部９、１０、１１、１２と、梁部４、５、６、７の上にそれぞれ設けられたＸ軸方向の加速度を検出する第１の加速度検出部１３、１４、１５、１６、Ｙ軸方向の加速度を検出する第２の加速度検出部１７、１８、１９、２０と、Ｚ軸方向の加速度を検出する第３の加速度検出部２１、２２、２３、２４とを備えている。そして、第１の加速度検出部１３、１４、１５、１６、第２の加速度検出部１７、１８、１９、２０および第３の加速度検出部２１、２２、２３、２４として、歪抵抗方式のピエゾ抵抗を用いることにより、加速度検出素子１の感度を向上させることができる。
【０００４】
図６は加速度の検出方法を説明するための回路例を示した図である。図６は第１の加速度検出部１３、１４、１５、１６として、歪抵抗方式を用いた場合の歪抵抗の配置を示している。
【０００５】
図６に示す如く、１３、１４、１５、１６をブリッジ接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｘ１とＶｘ２との間の電圧を検出することにより、Ｘ軸方向の加速度を検出することができる。そして、第１のブリッジ回路２５は前記第１の加速度検出部１３、１４、１５、１６からの出力信号を処理してＸ軸方向の加速度を出力するものである。
【０００６】
同様のブリッジ回路により、第２の加速度検出部１７、１８、１９、２０により、Ｙ軸方向の加速度を出力するとともに、第３の加速度検出部２１、２２、２３、２４により、Ｚ軸方向の加速度を出力している。
【０００７】
２６はアナログマルチプレクサで、図７に示すように、このアナログマルチプレクサ２６は前記第１のブリッジ回路２５等から出力されるＸ軸方向加速度、Ｙ軸方向加速度およびＺ軸方向加速度を時分割で選択して出力している。
【０００８】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における加速度センサについて、次にその動作を説明する。
【０００９】
まず最初に、Ｘ軸方向の加速度を検出する場合について説明する。
【００１０】
加速度検出素子１にＸ軸方向の正方向に加速度が加わると、図８に示すように、錘部９、１０、１１、１２は右方に傾く。そうすると、梁部４、６の上面の第１の加速度検出部１４、１６には引張応力が加わり抵抗値が増加し、一方、第１の加速度検出部１３、１５に圧縮応力が加わり抵抗値が減少する。したがって、図６に示すように、第１のブリッジ回路２５からはＸ軸方向に加わる加速度に応じた出力信号を出力するものである。
【００１１】
そして、Ｙ軸方向の加速度についても、同様に、第２の加速度検出部１７、１８、１９、２０により、ブリッジ回路（図示せず）からＹ軸方向に加わる加速度に応じた出力信号を出力するものである。
【００１２】
最後に、Ｚ軸方向の加速度を検出する場合について説明する。
【００１３】
加速度検出素子１にＺ軸方向の正方向に加速度が加わると、図９に示すように、錘部９、１０、１１、１２は上方に移動し、梁部４および梁６の上面の第３の加速度検出部２２、２３には引張応力が加わり、抵抗値が増加するとともに、一方、第３の加速度検出部２１、２４には圧縮応力が加わり、抵抗値が減少する。
【００１４】
したがって、ブリッジ回路（図示せず）からはＺ軸方向に加わる加速度に応じた出力信号を出力するものである。
【００１５】
実際には前述のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸の加速度が加速度センサに加わっている。第１のブリッジ回路２５等から出力される出力信号は時分割で選択してアナログマルチプレクサ２６に入力され、Ｘ軸方向加速度、Ｙ軸方向加速度およびＺ軸方向加速度を時分割で選択して出力するものである。
【００１６】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１１−２３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来の構成においては、信号処理をする際にアナログマルチプレクサ２６を使用しているため、アナログ信号を出力できる反面、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸のデジタル信号を出力する場合に、デジタルマルチプレクサを使用しようとすると、入力端子数があわなくなり、信号を処理できなくなってしまうという課題を有していた。
【００１９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸のデジタル信号を出力する場合においても、容易にデジタル信号を出力することが可能な加速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の加速度検出部とこの第１の加速度検出部と直交する方向の加速度を検出する第２の加速度検出部と前記第１の加速度検出部および第２の加速度検出部と直交する方向の加速度を検出する第３の加速度検出部とを設けた加速度検出素子と、この加速度検出素子の周囲の温度を検出する温度センサと、前記加速度検出素子における第１の加速度検出部からの出力信号を処理する第１のブリッジ回路と、前記加速度検出素子における第２の加速度検出部からの出力信号を処理する第２のブリッジ回路と、加速度検出素子における第３の加速度検出部からの出力信号を処理する第３のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路とから出力される出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第１のデジタルマルチプレクサと、前記第３のブリッジ回路と温度センサとから出力される出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第２のデジタルマルチプレクサと、前記第１のデジタルマルチプレクサからのアナログ信号からなる出力信号をデジタル信号に変換して出力する第１のΔΣＡＤ変換器と、前記第２のデジタルマルチプレクサからのアナログ信号からなる出力信号をデジタル信号に変換して出力する第２のΔΣＡＤ変換器と、前記第１のΔΣＡＤ変換器および第２のΔΣＡＤ変換器から出力される出力信号を演算処理する演算回路とを備え、前記演算回路により第２のΔΣＡＤ変換器からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正するようにしたもので、この構成によれば、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路とからの出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第１のデジタルマルチプレクサと、前記第３のブリッジ回路と温度センサとからの出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第２のデジタルマルチプレクサとを設け、さらに、第２のΔΣＡＤ変換器からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正するようにしたため、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸のデジタル信号を出力する場合に、デジタルマルチプレクサを使用することによる入力端子数が各々２信号づつと正規であり、第２のΔΣＡＤ変換器からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の加速度検出部とこの第１の加速度検出部と直交する方向の加速度を検出する第２の加速度検出部と前記第１の加速度検出部および第２の加速度検出部と直交する方向の加速度を検出する第３の加速度検出部とを設けた加速度検出素子と、この加速度検出素子の周囲の温度を検出する温度センサと、前記加速度検出素子における第１の加速度検出部からの出力信号を処理する第１のブリッジ回路と、前記加速度検出素子における第２の加速度検出部からの出力信号を処理する第２のブリッジ回路と、加速度検出素子における第３の加速度検出部からの出力信号を処理する第３のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路とから出力される出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第１のデジタルマルチプレクサと、前記第３のブリッジ回路と温度センサとから出力される出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第２のデジタルマルチプレクサと、前記第１のデジタルマルチプレクサからのアナログ信号からなる出力信号をデジタル信号に変換して出力する第１のΔΣＡＤ変換器と、前記第２のデジタルマルチプレクサからのアナログ信号からなる出力信号をデジタル信号に変換して出力する第２のΔΣＡＤ変換器と、前記第１のΔΣＡＤ変換器および第２のΔΣＡＤ変換器から出力される出力信号を演算処理する演算回路とを備え、前記演算回路により第２のΔΣＡＤ変換器からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正するようにしたもので、この構成によれば、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路とのいずれかからの出力信号を時分割で選択して出力する第１のデジタルマルチプレクサと、前記第３のブリッジ回路と温度センサとからの出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第２のデジタルマルチプレクサとを設け、さらに、第２のΔΣＡＤ変換器からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正するようにしたため、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸のデジタル信号を出力する場合に、デジタルマルチプレクサを使用することによる入力端子数が各々２信号づつと正規であり、第２のΔΣＡＤ変換器からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正することが可能な加速度センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態における加速度センサの上面図
【図２】同加速度センサの上面図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）同加速度センサにおける３軸方向の加速度の各々を検出するブリッジ回路図
【図４】同加速度センサの回路図
【図５】従来の加速度センサの上面図
【図６】同加速度センサのブリッジ回路図
【図７】同加速度センサの回路図
【図８】従来の加速度センサがＸ軸方向に動作する状態を示す模式図
【図９】従来の加速度センサがＺ軸方向に動作する状態を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態における加速度センサについて図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施の形態における加速度センサの上面図である。図２は同加速度センサの上面図、図３は同加速度センサにおける３軸方向の加速度の各々を検出するブリッジ回路図、図４は同加速度センサの回路図である。
【００２５】
図１〜図４において、加速度検出素子２０は、内部に中空領域２１が形成された枠部２２と、枠部２２にそれぞれ一端が接続され、中空領域２１に延伸した梁部２３、２４、２５、２６と、梁部２３、２４、２５、２６の他端にそれぞれ接続された錘部２７、２８、２９、３０と、梁部２３、２４、２５、２６の上にそれぞれ設けられたＸ軸方向の加速度を検出する第１の加速度検出部３１、３２、Ｙ軸方向の加速度を検出する第２の加速度検出部３３、３４とを設けている。また、前記枠部２２には、Ｚ軸方向の加速度を検出する第３の加速度検出部３８を設けている。錘部２７と錘部２８とが対向し、錘部２９と錘部３０とが対向している。そして、第１の加速度検出部３１、３２、第２の加速度検出部３３、３４および第３の加速度検出部３８として、歪抵抗方式や静電容量方式などを用いることができる。歪抵抗方式としてピエゾ抵抗を用いることにより、加速度検出素子２０の感度を向上させることができる。また、歪抵抗方式として酸化膜歪み抵抗体を用いた薄膜抵抗方式を用いることにより、加速度検出素子２０の温度特性を向上させることができる。
【００２６】
図２は加速度の検出方法を説明するための回路例を示した図である。図２は第１の加速度検出部３１、３２と第２の加速度検出部３３、３４および第３の加速度検出部３８として、歪抵抗方式を用いた場合の歪抵抗の配置を示している。図２に示す如く、第１の加速度検出部３１として歪抵抗Ｒ２、Ｒ４を形成し、第１の加速度検出部３２として歪抵抗Ｒ１、Ｒ３を形成し、第２の加速度検出部３３として歪抵抗Ｒ５、Ｒ７を形成し、第２の加速度検出部３４として歪抵抗Ｒ６、Ｒ８を形成している。また、枠部２２の上に第３の加速度検出部３８として歪抵抗Ｒ９、Ｒ１０を形成している。
【００２７】
図３（ａ）はＸ軸方向の加速度を検出する第１のブリッジ回路４１の回路図である。図３（ａ）に示す如く、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４をブリッジ接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｘ１とＶｘ２との間の電圧を検出することにより、Ｘ軸方向の加速度を検出することができる。そして、図４に示すように、第１のブリッジ回路４１は前記第１の加速度検出部３１、３２からの出力信号を処理してＸ軸方向の加速度を出力するものである。
【００２８】
図３（ｂ）はＹ軸方向の加速度を検出する第２のブリッジ回路４２の回路図である。図３（ｂ）に示す如く、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８をブリッジ接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｙ１とＶｙ２との間の電圧を検出することにより、Ｙ軸方向の加速度を検出することができる。そして、図４に示すように、第２のブリッジ回路４２は前記第２の加速度検出部３３、３４からの出力信号を処理してＹ軸方向の加速度を出力するものである。
【００２９】
図３（ｃ）はＺ軸方向の加速度を検出する第３のブリッジ回路４３の回路図である。図３（ｃ）に示す如く、Ｒ５、Ｒ１０、Ｒ８、Ｒ９をブリッジ接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｚ１とＶｚ２との間の電圧を検出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。そして、図２、図３（ｃ）に示すように、第３のブリッジ回路４３は前記第３の加速度検出部３８および第２の加速度検出部３３、３４の一部からの出力信号を処理してＺ軸方向の加速度を出力するものである。
【００３０】
４４は温度センサで、この温度センサ４４は前記加速度検出素子２０の周囲の温度を検出している。４５は第１のデジタルマルチプレクサで、この第１のデジタルマルチプレクサ４５は前記第１のブリッジ回路４１と第２のブリッジ回路４２とから出力信号のいずれかを時分割で選択して出力している。４６は第２のデジタルマルチプレクサで、この第２のデジタルマルチプレクサ４６は前記第３のブリッジ回路４３と温度センサ４４とかの出力信号のいずれかを時分割で選択して出力している。
【００３１】
４７は第１のΔΣＡＤ変換器で、この第１のΔΣＡＤ変換器４７は前記第１のデジタルマルチプレクサ４５からのアナログからなる出力信号をデジタル信号に変換して出力している。４８は第２のΔΣＡＤ変換器で、この第２のΔΣＡＤ変換器４８は前記第２のデジタルマルチプレクサ４６からのアナログからなる出力信号をデジタル信号に変換して出力している。４９は演算回路で、この演算回路４９は第１のΔΣＡＤ変換器４７または第２のΔΣ変換器４８からのＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向の加速度信号出力を、温度センサ４４からの温度情報を基に、補正して出力するものである。
【００３２】
すなわち、本発明の一実施の形態における加速度センサにおいては、第１のブリッジ回路４１と第２のブリッジ回路４２とからの出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第１のデジタルマルチプレクサ４５と、第３のブリッジ回路４３と温度センサ４４とからの出力信号のいずれかを時分割で選択して出力する第２のデジタルマルチプレクサ４６とを設け、さらに、第２のΔΣＡＤ変換器４８からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正するようにしたため、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸のデジタル信号を出力する場合に、第１のデジタルマルチプレクサ４５および第２のデジタルマルチプレクサ４６を使用することによる入力端子数が各々２信号づつと正規であり、第２のΔΣＡＤ変換器４８からの温度情報を基に、直交する３軸の加速度出力信号を補正することができるという作用効果を有するものである。
【００３３】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における加速度センサについて、次にその動作を説明する。
【００３４】
まず最初に、Ｘ軸方向の加速度を検出する場合について説明する。
【００３５】
加速度検出素子２０にＸ軸方向の正方向に加速度が加わると、錘部２８は下方に移動し、一方、錘部２７は上方に移動する。そうすると、梁部２４の上面には引張応力が加わり第１の加速度検出部３２の抵抗値は増加する。また、梁部２３の上面には圧縮応力が加わり、第１の加速度検出部３１の抵抗値は減少する。したがって、図３（ａ）に示すように、第１のブリッジ回路４１からはＸ軸方向に加わる加速度に応じた出力信号を出力するものである。
【００３６】
次に、Ｙ軸方向の加速度を検出する場合について説明する。
【００３７】
加速度検出素子２０にＹ軸方向の正方向に加速度が加わると、錘部２９は下方に移動し、一方、錘部３０は上方に移動する。そうすると、梁部２５の上面には引張応力が加わり第２の加速度検出部３３の抵抗値は増加する。また、梁部２６の上面には圧縮応力が加わり、第２の加速度検出部３４の抵抗値は減少する。したがって、図３（ｂ）に示すように、第２のブリッジ回路４２からはＹ軸方向に加わる加速度に応じた出力信号を出力するものである。
【００３８】
最後に、Ｚ軸方向の加速度を検出する場合について説明する。
【００３９】
加速度検出素子２０にＺ軸方向の正方向に加速度が加わると、錘部２９および錘部３０は下方に移動し、一方、枠部２２は移動しない。
【００４０】
そうすると、梁部２５および梁部２６の上面には引張応力が加わり第２の加速度検出部３３および第２の加速度検出部３４の抵抗値は増加する。また、枠部２２は移動しないため、第３の加速度検出部３８の抵抗値は変化しない。
【００４１】
したがって、図３（ｃ）に示すように、第３のブリッジ回路４３からはＺ軸方向に加わる加速度に応じた出力信号を出力するものである。
【００４２】
実際には前述のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸の加速度が加速度センサに加わっている。第１のブリッジ回路４１から出力される出力信号と第２のブリッジ回路４２から出力される出力信号は第１のデジタルマルチプレクサ４５により時分割により選択されて出力される。さらに、第３のブリッジ回路４３から出力される出力信号と温度センサ４４から出力される出力信号とは第２のデジタルマルチプレクサ４６により時分割により選択されて出力される。そして、第１のデジタルマルチプレクサ４５から出力されるＸ軸方向の加速度およびＹ軸方向の加速度の出力信号は第１のΔΣＡＤ変換器４７によりデジタル信号に変換され、同様に、第２のデジタルマルチプレクサ４６からの出力されるＺ軸方向の加速度および温度情報の出力信号は、第２のΔΣＡＤ変換器４８によりデジタル信号に変換される。演算回路４９は、前記第１のΔΣＡＤ変換器４７からの出力されるデジタル信号からなるＸ軸方向およびＹ軸方向の加速度出力信号と、第２のΔΣＡＤ変換器４８から出力されるＺ軸方向の加速度出力信号を、第２のΔΣＡＤ変換器４８から出力される温度情報を基に補正して出力するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の加速度センサは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸のデジタル信号を出力する場合においても、容易にデジタル信号を出力することが可能な加速度センサを提供することが出来るという効果を有し、車両や携帯端末等に用いられる加速度センサとして有用なものである。
【符号の説明】
【００４４】
２０  加速度検出素子
３１、３２  第１の加速度検出部
３３、３４  第２の加速度検出部
３８  第３の加速度検出部
４１  第１のブリッジ回路
４２  第２のブリッジ回路
４３  第３のブリッジ回路
４４  温度センサ
４５  第１のデジタルマルチプレクサ
４６  第２のデジタルマルチプレクサ
４７  第１のΔΣＡＤ変換器
４８  第２のΔΣＡＤ変換器
４９  演算回路
【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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