JPH06258337A - 加速度センサ - Google Patents

加速度センサ

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JPH06258337A
JPH06258337A JP4662493A JP4662493A JPH06258337A JP H06258337 A JPH06258337 A JP H06258337A JP 4662493 A JP4662493 A JP 4662493A JP 4662493 A JP4662493 A JP 4662493A JP H06258337 A JPH06258337 A JP H06258337A
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JP
Japan
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ball
sphere
acceleration
opaque
shadow
Prior art date
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Pending
Application number
JP4662493A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiro Koshimoto
泰弘 越本
Tadamichi Kawada
忠通 川田
Hiroshi Hosaka
寛 保坂
Kiyoshi Itao
清 板生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小形軽量で高精度に加速度を検出可能な加速
度センサを提供する。 【構成】 本発明の加速度センサは、微細な直径を有す
る透明な中空状の球体と、この球体の内部に浮動自在に
配置されるより微細な直径を有する不透明球と、前記球
体の中心に対して対称となる前記球体の外部の位置に配
置される点光源及び多素子光検出素子とを具備したこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに係り、特
に重力加速度の検出に好適する小形軽量な加速度センサ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ロボティックスやヴァーチャルリ
アリティなど、人間の行動データを直接コンピューター
に入力して処理する必要性が高まっているが、これを実
現するためには人体の各部にその運動を制限することな
しに検出するセンサが必要である。
【0003】一般に、運動は加速度の検出を行ってその
積分で速度を、2重積分で位置を計算するが、計算誤差
を少なくするために加速度検出が高精度であると共に、
誤差の補正要素として、地球上で常に存在する重力加速
度を正確に検出することが必要となってくる。
【0004】重力の方向を知るためには、液体を封入し
たガラス容器に目盛りを入れ、液面位置を目で調べる水
準器が広く知られている。
【0005】この原理を基に電気的な信号を取り出すた
め、作動液体を水銀とし、多数の電気接点を容器に設け
て水銀位置を検出する検出方式が考えられる。
【0006】しかるに、この方式は実際には高精度な方
位検出とするために接点数が多くなって信号処理が煩雑
なこと及び液面の振動により早い応答が得られないこと
などから電気機器の安全監視用転倒スイッチなどに用い
られているに過ぎない。
【0007】また、従来より自動車の衝突検出等に用い
るものとして小形で軽量のセンサが必要とされ、ばねに
よって支持された物体の加速度による変位を静電容量の
変化として検出するものや、圧電素子にかかる応力ひず
みをピエゾ電圧として検出するものが用いられていた。
【0008】これらはいずれも一軸方向の加速度を検出
するものであるので、センサの配置に拘らず重力加速度
を検出するには3次元方向の絶対加速度を検出する必要
があるため、上記検出素子を3軸に組み合わせて用いる
必要があった。
【0009】静電容量を構成する2枚の電極の内、一方
に質量を付加してばね支持し、加速度による微小変位を
静電容量変化として検出する静電容量変化形加速度計で
はセンサ部分のインピーダンスが容量性で高いことから
外来雑音に弱く、検出回路との接続距離が制限されるな
ど制約が大きい欠点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来は小
形軽量で高精度に加速度を検出することができる加速度
センサがなく、それを実現することが緊急の課題となっ
ている。
【0011】そこで、この発明は以上のような点に鑑み
てなされたもので、小形軽量で高精度に加速度を検出す
ることができる加速度センサを提供することを目的とし
ている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によると、微細な
直径を有する透明な中空状の球体と、この球体の内部に
浮動自在に配置されるより微細な直径を有する不透明球
と、前記球体の中心に対して対称となる前記球体の外部
の位置に配置される点光源及び多素子光検出素子とを具
備したことを特徴とする加速度センサが提供される。
【0013】また、本発明によると、上記透明な中空状
の球状の内面に付着される導電性透明膜をさらに具備し
たことを特徴とする加速度センサが提供される。
【0014】
【作用】上記解決手段に示したように、本発明は小形軽
量で高精度の加速度センサを微細加工を利用して実現す
ることができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
説明する。
【0016】図1(a)及び図2は本発明の基本構成を
示す図であり、1は中空球体2の内部に配置される不透
明球、2は微細な直径を有する透明な中空球体、3はレ
ンズ、4はLED等の点光源、5は多素子光検出器で本
実施例では円形の光検出素子が4分円分割されたものを
用いている。
【0017】6は上記それぞれの基本要素1〜5を結合
するケース構造体である。
【0018】図2の断面図に示すように、透明な中空球
体2の中心に対称に対向する点光源4及び多素子光検出
器5とが配置されており、不透明球1によって遮られた
点光源4からの光は多素子光検出素子5の面上で影とな
って現れる。
【0019】図3は多素子光検出器5上で検出された影
の形状と不透明球1の位置もしくは不透明球に作用して
いる加速度の関係を例示したものであり、便宜的に図の
下方向を重力場の方向とすると通常は図3(a)のよう
な配置となっている。
【0020】このとき、多素子光検出素子5上の影は対
称にかつ大きい。
【0021】センサが傾いた場合、もしくは不透明球1
に加速度が加わって不透明球1に加わる加速度ベクトル
の向きが変化した場合にはこの影は、不透明球1の動く
方向に動くと共にその大きさを変える。
【0022】図3(b)は不透明球1が中空球体2の真
横に位置する場合を示す。
【0023】このように多素子光検出器5の各々で検出
される光量を比較することにより簡単に不透明球1の位
置、翻って不透明球1に働く加速度方向が検出される。
【0024】図3(c)は図3(a)の逆の位置の真上
に不透明球1がある場合である。
【0025】この場合も図3(a)の場合と同様に影は
同心円上にでき各分割素子の出力は等しくなるが、不透
明球1の点光源4からの距離が遠いことから影の大きさ
は小さい。
【0026】すなわち、全光量を検出することにより図
3(a)及び図3(c)の状態の判別を容易に行うこと
ができる。
【0027】本発明では中空球体2の球の直径を100
μm程度以下とする。
【0028】中空球体2の中の不透明球1は安定な位置
から強制的に移動させられた場合、一種のころがり振子
として作動するからその自由振動周期Tは、不透明球1
の半径をR、中空球体2の半径をR′、重力加速度を
g、不透明球の質量をmとして T=2π(meL/mg)0.5 ここで、L=R′−R、me:等価質量=7m/5(均
質球体) とあらわされるからL<50μmで40Hz程度の自由
振動周波数が得られる。
【0029】実際には種々の抵抗があるため、例えばセ
ンサの角度を変えて不透明球1の位置を変えた場合にも
図1(b)に示すようにもとの安定位置Iから不透明球
1は動いて次の安定位置IIを中心として減衰振動をし、
最終的に所定の安定位置に落ち着く。
【0030】通常、人間の行動周波数は早くて数Hz以
下であり、本センサは十分な帯域を持っているといえ
る。
【0031】ダンピングを適当に与えてやることによ
り、上記自由振動周波数に近い帯域をもって検出できる
ことは周知であり、不透明球1の質量を軽くして空気抵
抗を実効的に大きくしたり中空球体2の内面に油膜を形
成するなどして調整することができる。
【0032】このように系全体を小形にすることにより
検出帯域を広げることが可能であるが、反面、中空球体
2は該中空球体を透明とするために絶縁の高いガラスや
プラスチックなどを用いるから、微細な不透明球1が静
電気により球体壁に張り付いてしまうようなことがあ
り、上記の動作が確実になされない場合も生じる。
【0033】そこで、本発明ではこれを解決するため、
中空球体2の内部にITO(透明酸化導電)膜を形成し
て帯電を防止する。
【0034】図4は図2に示した断面構造を形成するた
めの方法を示したものであり、球体2を二分する半球体
2′,2′を円柱上の組立ガイド6a,6bに組み込ん
だ後、接着することを示している。
【0035】このとき、一方の組立ガイド6aにはレン
ズ3および点光源4を、他方の組立ガイド6bには予め
多素子光検出素子5が組み込まれるのはいうまでもな
い。
【0036】半球体2′,2′の各内面及び二分面にI
TO膜を付着せしめるにはECRスパッタリング、真空
蒸着などきわめて広く用いられている手法をそのまま利
用することができる。
【0037】組立ガイド6a,6bに半球体2′,2′
を組み込んだ後、ITO膜をつけてから不透明球を入れ
て張り合わせることにより、組立ガイドと中空球体2の
内部が電気的に導通するため、内部の静電気防止がきわ
めて簡単にでき、微少な不透明球1を用いる本発明の場
合でも静電気による動作不良の恐れはまったく無い。
【0038】半球体2′,2′の形成法は種々あるが、
最も単純にはガラス、プラスチックなどの薄板を曲率数
十μmのアンビルでプレス成形すれば簡単に得られる。
【0039】また、直径が数〜数十μmの不透明球は通
常はガリウムやカーボン、半田など、特殊なものを除い
ては製造されず、完全な球のものも入手しにくいが、た
とえばぬれ性の悪いガラスなどの上で所定の質量の不透
明片を加熱溶解すると自身の表面張力よって概略球形に
なるからこれを冷却固化し簡単なバレル研磨を行えばよ
い。
【0040】具体的には石英ガラスなどの上に鉄系合金
やチタンなどの厚膜を付着し、その表面に四角もしくは
円柱状の微少なペレットが多数並ぶように碁盤の目状に
エッチングし、しかる後に碁盤全体を水平に保って金属
の溶融温度以上に加熱し、徐冷する。
【0041】そして、室温にもどってから表面張力で球
状になった金属のペレットをかきおとして集め、研磨粉
と混ぜてバレル研磨し、洗浄するとよい。
【0042】本発明の加速度センサでは加速度の絶対値
は検出することができない。
【0043】しかし、本発明の原理によれば不透明球の
形状までも検出できるから、多素子光検出器の素子数を
増やし、不透明球を水銀とすれば加速度による水銀球の
変形を検出することができるので、加速度方向のみなら
ず加速度の大きさも光検出素子の出力信号から計算する
ことができる。
【0044】ただし、このためには素子数が大きい多素
子光検出器と予め計算データを記憶させた高速計算機が
必要となり、やや高価なセンサとなることは否めない。
【0045】なお、実施例の説明図では放射状4分割の
多素子光検出素子を例示したが、分割数が多いほど検出
精度を向上できることも周知であり、用途によって市販
されている6分割もしくは8分割素子を用いることがで
きる。
【0046】
【発明の効果】従って、以上述べたように本発明によれ
ば高精度な加速度センサが小型軽量にかつ安価に構成す
ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す要部の斜視図と出力波
形図である。
【図2】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図3】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
ある。
【図4】本発明の一実施例の製造工程を説明するための
図である。
【符号の説明】
1…不透明球、2…中空球体、3…レンズ、4…点光
源、5…多素子光検出器、6…ケース構造体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板生 清 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微細な直径を有する透明な中空状の球体
    と、 この球体の内部に浮動自在に配置されるより微細な直径
    を有する不透明球と、 前記球体の中心に対して対称となる前記球体の外部の位
    置に配置される点光源及び多素子光検出素子とを具備し
    たことを特徴とする加速度センサ。
  2. 【請求項2】 上記透明な中空状の球体の内面に付着さ
    れる導電性透明膜を具備したことを特徴とする請求項1
    に記載の加速度センサ。
JP4662493A 1993-03-08 1993-03-08 加速度センサ Pending JPH06258337A (ja)

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JP4662493A JPH06258337A (ja) 1993-03-08 1993-03-08 加速度センサ

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JP4662493A JPH06258337A (ja) 1993-03-08 1993-03-08 加速度センサ

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Cited By (5)

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