JPH0643180A - デジタル加速度計および加速度検出方法 - Google Patents
デジタル加速度計および加速度検出方法Info
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- JPH0643180A JPH0643180A JP5136423A JP13642393A JPH0643180A JP H0643180 A JPH0643180 A JP H0643180A JP 5136423 A JP5136423 A JP 5136423A JP 13642393 A JP13642393 A JP 13642393A JP H0643180 A JPH0643180 A JP H0643180A
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- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ機械感知素子アレイから製作される
デジタル加速度計を提供する。 【構成】 異なるアレイ11a〜11eの感知素子12
は特定の回転もしくは並進方向の加速度を検出するよう
に設計され、他の方向の加速度に対する応答が最少限に
抑えられる。さらに、感知素子12はサイズおよび試験
質量パラメータを有しそれを調整して加速度の周波数応
答および振幅感度を変えることができる。感知素子12
のアレイ11a〜11eはある範囲の周波数レベルおよ
び各周波数における振幅を検出する。加わる加速度の適
切な周波数および振幅において、感知素子12が移動し
て電極126と接触し、電気信号が発生されそれをデー
タビットとして記憶することができる。感知素子12を
メモリ15および処理装置16と組み合せて使用する
と、インテリジェント加速度計が得られその製造技術は
デジタル処理装置に使用されるものとコンパチブルであ
る。
デジタル加速度計を提供する。 【構成】 異なるアレイ11a〜11eの感知素子12
は特定の回転もしくは並進方向の加速度を検出するよう
に設計され、他の方向の加速度に対する応答が最少限に
抑えられる。さらに、感知素子12はサイズおよび試験
質量パラメータを有しそれを調整して加速度の周波数応
答および振幅感度を変えることができる。感知素子12
のアレイ11a〜11eはある範囲の周波数レベルおよ
び各周波数における振幅を検出する。加わる加速度の適
切な周波数および振幅において、感知素子12が移動し
て電極126と接触し、電気信号が発生されそれをデー
タビットとして記憶することができる。感知素子12を
メモリ15および処理装置16と組み合せて使用する
と、インテリジェント加速度計が得られその製造技術は
デジタル処理装置に使用されるものとコンパチブルであ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインテリジェント感知装
置、特にマイクロプロセッサに集積されたデジタルマイ
クロ加速計に関する。
置、特にマイクロプロセッサに集積されたデジタルマイ
クロ加速計に関する。
【0002】
【従来の技術】位置感知加速度計の基本原理はそれに加
わる加速度により取り付けられた質量がその感知軸方向
に移動することである。質量はその運動と反作用するス
プリングもしくは類似要素に取り付けられ、スプリング
力が加速度により質量に加わる力と平衡するまで質量が
移動するようにされる。トランスジューサ本体に対する
質量の移動を測定すれば加速度自体を計算することがで
きる。他の加速度計は歪測定型であり、慣性質量により
誘起される応力や質量支持スプリングにより誘起される
歪を感知する圧電もしくは圧電抵抗材を有している。
わる加速度により取り付けられた質量がその感知軸方向
に移動することである。質量はその運動と反作用するス
プリングもしくは類似要素に取り付けられ、スプリング
力が加速度により質量に加わる力と平衡するまで質量が
移動するようにされる。トランスジューサ本体に対する
質量の移動を測定すれば加速度自体を計算することがで
きる。他の加速度計は歪測定型であり、慣性質量により
誘起される応力や質量支持スプリングにより誘起される
歪を感知する圧電もしくは圧電抵抗材を有している。
【0003】加速度計の応用としてはアンチロックブレ
ーキシステム、乗物サスペンションシステム、機内航空
機監視等があり、そのいずれもが小型、低廉で高信頼度
のデバイスを必要とする。リアルタイム監視の場合に
は、インラインデジタル処理装置が加速度計を制御して
その出力を解釈する。
ーキシステム、乗物サスペンションシステム、機内航空
機監視等があり、そのいずれもが小型、低廉で高信頼度
のデバイスを必要とする。リアルタイム監視の場合に
は、インラインデジタル処理装置が加速度計を制御して
その出力を解釈する。
【0004】測定量が加速度の周波数や振幅と共に変動
する電流であるという点において大概の加速度計はアナ
ログである。しかしながら、“スプリング”が加速度に
応答して電気接点を入切するという点でデジタルである
加速度計もある。一連の感知素子が設けられ、各々が漸
増する応答閾値を有しその閾値に達すると電気接点が閉
成する。この種のデジタル加速度計がIEEE Tra
ns.Elec.Devices,ED−19,No.
1,1972年1月,の文献“集積回路技術とコンパチ
ブルな超小型ギャング閾値加速度計”に記載されてい
る。
する電流であるという点において大概の加速度計はアナ
ログである。しかしながら、“スプリング”が加速度に
応答して電気接点を入切するという点でデジタルである
加速度計もある。一連の感知素子が設けられ、各々が漸
増する応答閾値を有しその閾値に達すると電気接点が閉
成する。この種のデジタル加速度計がIEEE Tra
ns.Elec.Devices,ED−19,No.
1,1972年1月,の文献“集積回路技術とコンパチ
ブルな超小型ギャング閾値加速度計”に記載されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】既存の多くの加速度計
の制約はその出力を解釈するのに使用されるデジタルコ
ントローラおよびプロセッサに対してサイズが大きいこ
とである。どれだけの感知素子が設けられるかによって
分解能が決るデジタル加速度計ではサイズは特に重要な
問題となる。また、既存の多くの加速度計製造工程はデ
ジタルプロセッサデバイスの製造工程とコンパチブルで
はないため、デジタル処理回路と結合させるにはハイブ
リッド組立体が必要となる。これにより“インテリジェ
ント加速度計”の製造は高価となる。
の制約はその出力を解釈するのに使用されるデジタルコ
ントローラおよびプロセッサに対してサイズが大きいこ
とである。どれだけの感知素子が設けられるかによって
分解能が決るデジタル加速度計ではサイズは特に重要な
問題となる。また、既存の多くの加速度計製造工程はデ
ジタルプロセッサデバイスの製造工程とコンパチブルで
はないため、デジタル処理回路と結合させるにはハイブ
リッド組立体が必要となる。これにより“インテリジェ
ント加速度計”の製造は高価となる。
【0006】加速度計のサイズを縮少しようとして、シ
リコン製造技術を使用して製造できるマイクロ加速度計
が製造されるようになった。代表的にこれらのデバイス
はシリコンの、電気的性質ではなく、機械的性質を利用
するシリコン片から製作される集合体およびスプリング
を有している。一種のマイクロ加速度計は小さな片持梁
構造を有しそれはエッチングされた空洞上を延在して加
速度力により彎曲できるようにされている。他のマイク
ロ加速度計は可撓丁番に取り付けたピストン状構造を使
用している。
リコン製造技術を使用して製造できるマイクロ加速度計
が製造されるようになった。代表的にこれらのデバイス
はシリコンの、電気的性質ではなく、機械的性質を利用
するシリコン片から製作される集合体およびスプリング
を有している。一種のマイクロ加速度計は小さな片持梁
構造を有しそれはエッチングされた空洞上を延在して加
速度力により彎曲できるようにされている。他のマイク
ロ加速度計は可撓丁番に取り付けたピストン状構造を使
用している。
【0007】既存のマイクロ加速度計にはさまざまな制
約がある。感知素子は2つ以上の方向の運動を結合させ
ることが多く、加速度の方向分析が出来ない。また、さ
まざまな励振力周波数を識別することもできない。さら
に、その電気接点は“固着”状態となり易い。
約がある。感知素子は2つ以上の方向の運動を結合させ
ることが多く、加速度の方向分析が出来ない。また、さ
まざまな励振力周波数を識別することもできない。さら
に、その電気接点は“固着”状態となり易い。
【0008】デジタルプロセッサ回路に容易に集積さ
れ、加速力を精巧に分析することができ、かつ誤差状態
が減少されるような改良型マイクロ加速度計に対するニ
ーズがある。
れ、加速力を精巧に分析することができ、かつ誤差状態
が減少されるような改良型マイクロ加速度計に対するニ
ーズがある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの特徴は並
進もしくは回転加速度、あるいはその両方を検出するデ
ジタル加速度計である。所与の種別および方向の加速度
に対して、感知素子アレイは各々が加速度の所定の周波
数および大きさに感応するマイクロ機械感知素子の行列
を有している。各感知素子の感度はそのさまざまな質量
およびサイズパラメータの関数である。感知素子の感度
範囲内の印加加速度により感知素子は傾いて電気接点を
閉じる。したがって、感知素子はスイッチとして作用し
てメモリセル内に信号が記憶される。プロセッサがメモ
リセルを読み出してどの感知素子が傾いたかを決定し、
加速度の周波数および振幅を決定することができる。
進もしくは回転加速度、あるいはその両方を検出するデ
ジタル加速度計である。所与の種別および方向の加速度
に対して、感知素子アレイは各々が加速度の所定の周波
数および大きさに感応するマイクロ機械感知素子の行列
を有している。各感知素子の感度はそのさまざまな質量
およびサイズパラメータの関数である。感知素子の感度
範囲内の印加加速度により感知素子は傾いて電気接点を
閉じる。したがって、感知素子はスイッチとして作用し
てメモリセル内に信号が記憶される。プロセッサがメモ
リセルを読み出してどの感知素子が傾いたかを決定し、
加速度の周波数および振幅を決定することができる。
【0010】本発明の技術的利点は水平もしくは垂直面
内の並進加速度や水平面内の回転加速度を決定するさま
ざまな種別のセンサアレイを提供できることである。各
種アレイの感知素子は他のアレイにより測定される加速
度に対するその感度が最低限に抑えられるように設計さ
れる。また、固着接点による故障を防止する復帰手段も
設けられている。
内の並進加速度や水平面内の回転加速度を決定するさま
ざまな種別のセンサアレイを提供できることである。各
種アレイの感知素子は他のアレイにより測定される加速
度に対するその感度が最低限に抑えられるように設計さ
れる。また、固着接点による故障を防止する復帰手段も
設けられている。
【0011】各アレイは各周波数レベルにおける加速度
の振幅だけでなく、ある範囲の加速度周波数レベルも検
出する。メモリおよびプロセッサと通信するセンサアレ
イを有する“インテリジェント加速度計”により周波数
および振幅の両データに基いた複雑な機械的パターンの
分析が行われる。このようなデバイスの応用例として、
加速度計を取り付けた車を故意に衝突させ、衝突の時間
的進展と共に全方向における振動効果の全スペクトルか
らなる記録ガ作られる。この記録は周波数、振幅、およ
び時間について明確な特性を有している。この分析を使
用して、この記録を記憶しているインテリジェント加速
度計を消費者の車に取り付けて緊締システムのトリガー
を改善することができる。
の振幅だけでなく、ある範囲の加速度周波数レベルも検
出する。メモリおよびプロセッサと通信するセンサアレ
イを有する“インテリジェント加速度計”により周波数
および振幅の両データに基いた複雑な機械的パターンの
分析が行われる。このようなデバイスの応用例として、
加速度計を取り付けた車を故意に衝突させ、衝突の時間
的進展と共に全方向における振動効果の全スペクトルか
らなる記録ガ作られる。この記録は周波数、振幅、およ
び時間について明確な特性を有している。この分析を使
用して、この記録を記憶しているインテリジェント加速
度計を消費者の車に取り付けて緊締システムのトリガー
を改善することができる。
【0012】インテリジェント加速度計は校正を必要と
しない。所与のイベントに対する加速パターンを算出し
たり実験的に得ることができる。デバイスの校正工程に
より全デバイスが同等となることが保証され、テストデ
バイスにより検出される加速パターンが他のデバイスに
印加される同じ加速度に対して繰り返される。加速度計
のデジタル性により温度変化、経時変化、校正ドリフト
およびオフセットの影響を受けない設計とすることがで
きる。
しない。所与のイベントに対する加速パターンを算出し
たり実験的に得ることができる。デバイスの校正工程に
より全デバイスが同等となることが保証され、テストデ
バイスにより検出される加速パターンが他のデバイスに
印加される同じ加速度に対して繰り返される。加速度計
のデジタル性により温度変化、経時変化、校正ドリフト
およびオフセットの影響を受けない設計とすることがで
きる。
【0013】
【実施例】並進加速度の検出を行う加速度計のこれらの
特徴を図1〜図7(a),(b)に関して説明する。回
転加速度を検出する加速度計の別形については図8およ
び図9に関して説明する。最後に、並進加速度だけでな
く回転加速度も検出する全機能加速度計について図10
に関して説明する。
特徴を図1〜図7(a),(b)に関して説明する。回
転加速度を検出する加速度計の別形については図8およ
び図9に関して説明する。最後に、並進加速度だけでな
く回転加速度も検出する全機能加速度計について図10
に関して説明する。
【0014】いくつかのセンサアレイ11a〜11cか
らなる感知素子層を有する加速度計装置を図1に示す。
各アレイ11a〜11cは異なる方向における並進加速
度を検出する。これらの方向は3軸が互いに直交する従
来の直交座標系のx−y−z軸に対応して示される。
らなる感知素子層を有する加速度計装置を図1に示す。
各アレイ11a〜11cは異なる方向における並進加速
度を検出する。これらの方向は3軸が互いに直交する従
来の直交座標系のx−y−z軸に対応して示される。
【0015】したがって、加速度計10は加速度を測定
する3軸手段を提供する。各方向に関するデータを得る
ことができ、ベクトル分析により合成加速度値を計算す
ることができる。一方向の加速度だけを検出したい時に
は、アレイ11a〜11cの中の1個だけを使用すれば
よい。
する3軸手段を提供する。各方向に関するデータを得る
ことができ、ベクトル分析により合成加速度値を計算す
ることができる。一方向の加速度だけを検出したい時に
は、アレイ11a〜11cの中の1個だけを使用すれば
よい。
【0016】各アレイ11a〜11cはマイクロ機械感
知素子12により構成されている。各アレイ11a〜1
1cは3つの並進方向の中の一方向の感度に対して特に
設計された感知素子12を有している。さらに、後記す
るように、各アレイ11a〜11c内で感知素子12の
構造が変化し各感知素子12が所定の周波数で共振して
所定振幅の加速度において閾値感度を有するようにされ
ている。
知素子12により構成されている。各アレイ11a〜1
1cは3つの並進方向の中の一方向の感度に対して特に
設計された感知素子12を有している。さらに、後記す
るように、各アレイ11a〜11c内で感知素子12の
構造が変化し各感知素子12が所定の周波数で共振して
所定振幅の加速度において閾値感度を有するようにされ
ている。
【0017】各アレイ11a〜11cの感知素子12に
ついては後記するが、多くの点でその構造および製造方
法は空間光変調応用における“可変形ミラーデバイス
(DMD)”と同様である。このようなデバイスは米国
特許第5,061,049号“空間光変調器および方
法”に記載されており、ここに参照として組み込まれて
いる。後記するように、ここに記載する加速度計もマイ
クロ機械アレイ製造工程がそのメモリセルについてCM
OS製造工程とコンパチブルであるためSLMと同じ製
造上の利点がある。
ついては後記するが、多くの点でその構造および製造方
法は空間光変調応用における“可変形ミラーデバイス
(DMD)”と同様である。このようなデバイスは米国
特許第5,061,049号“空間光変調器および方
法”に記載されており、ここに参照として組み込まれて
いる。後記するように、ここに記載する加速度計もマイ
クロ機械アレイ製造工程がそのメモリセルについてCM
OS製造工程とコンパチブルであるためSLMと同じ製
造上の利点がある。
【0018】図3〜図7について後記するように、各感
知素子12はその振幅感度閾値よりも低いその共振周波
数において加速度が印加されたかどうかによってオンも
しくはオフ信号を発生する。特に、各感知素子12は加
速度が加わるとある種の動作を行い、それは感知素子1
2が電気接点を閉じるのに充分な動作である。このスイ
ッチング動作により電気信号が発生し、それはメモリセ
ルへ送ってデータビットとして記憶することができる。
したがって、各感知素子12はオンもしくはオフ状態を
記憶している少くとも1個のメモリセルと通信を行う。
図1では、これらのメモリセルは感知素子メモリセル1
5を形成している。
知素子12はその振幅感度閾値よりも低いその共振周波
数において加速度が印加されたかどうかによってオンも
しくはオフ信号を発生する。特に、各感知素子12は加
速度が加わるとある種の動作を行い、それは感知素子1
2が電気接点を閉じるのに充分な動作である。このスイ
ッチング動作により電気信号が発生し、それはメモリセ
ルへ送ってデータビットとして記憶することができる。
したがって、各感知素子12はオンもしくはオフ状態を
記憶している少くとも1個のメモリセルと通信を行う。
図1では、これらのメモリセルは感知素子メモリセル1
5を形成している。
【0019】図3〜図9に関して説明を行うさまざまな
感知素子を表わす感知素子12を図2(a)に示す。一
般的に、各感知素子12はある種の傾斜梁121を有し
ている。各梁121は丁番部122、剛性接続部材12
3、および各自由端の試験質量(プルーフマス)124
を有している。後記するように、垂直加速度を検出する
ように設計された感知素子は自由端が一つしかなく、傾
斜位置も一つである。傾斜もしくは非傾斜状態を有する
点において、これは“2状態”感知素子である。他の感
知素子は水平面内の並進加速もしくは水平軸周りの回転
加速を検出するように設計されている。非傾斜位置の他
に2つの傾斜位置が可能であるため、これらの感知素子
は“3状態”である。
感知素子を表わす感知素子12を図2(a)に示す。一
般的に、各感知素子12はある種の傾斜梁121を有し
ている。各梁121は丁番部122、剛性接続部材12
3、および各自由端の試験質量(プルーフマス)124
を有している。後記するように、垂直加速度を検出する
ように設計された感知素子は自由端が一つしかなく、傾
斜位置も一つである。傾斜もしくは非傾斜状態を有する
点において、これは“2状態”感知素子である。他の感
知素子は水平面内の並進加速もしくは水平軸周りの回転
加速を検出するように設計されている。非傾斜位置の他
に2つの傾斜位置が可能であるため、これらの感知素子
は“3状態”である。
【0020】図2(a)の感知素子は3状態を有し、非
傾斜すなわちニュートラル状態で示されている。点線で
示す偏向位置は反時計廻りに回転した第2の状態を示
す。第3の状態は時計廻りに回転した状態である。
傾斜すなわちニュートラル状態で示されている。点線で
示す偏向位置は反時計廻りに回転した第2の状態を示
す。第3の状態は時計廻りに回転した状態である。
【0021】各感知素子12の入出力回路は感知素子1
2の各状態に対するリセット/テスト電極125および
ランディング電極126を具備している。動作につい
て、アレイ11に外部から所与の機械的加速度が加わる
と、各感知素子12の所与の機械的応答、すなわち、傾
斜が生じる。各応答によるランディング電極126を介
した電気的応答は生じても生じなくてもよい。
2の各状態に対するリセット/テスト電極125および
ランディング電極126を具備している。動作につい
て、アレイ11に外部から所与の機械的加速度が加わる
と、各感知素子12の所与の機械的応答、すなわち、傾
斜が生じる。各応答によるランディング電極126を介
した電気的応答は生じても生じなくてもよい。
【0022】各ランディング電極126からの入力は後
にプロセッサ16が読み取るために記憶する必要があ
る。したがって梁121はマイクロスイッチとして作用
してメモリセル127へデータを書き込む。図2(a)
に示す2つの傾斜状態のように、感知素子12が2つ以
上の傾斜位置を有する場合には、各感知素子12は各状
態に対するデータを記憶できるメモリセル127を有し
ている。
にプロセッサ16が読み取るために記憶する必要があ
る。したがって梁121はマイクロスイッチとして作用
してメモリセル127へデータを書き込む。図2(a)
に示す2つの傾斜状態のように、感知素子12が2つ以
上の傾斜位置を有する場合には、各感知素子12は各状
態に対するデータを記憶できるメモリセル127を有し
ている。
【0023】また、テストのための選定状態へ設定でき
るように各感知素子12をアドレスできることも必要で
ある。全ての感知素子12を同時に選定テスト状態へア
ドレスすることができ、プロセッサ16の制御下におけ
るランダムアドレッシングは必要ではない。テストにつ
いては、リセット電極125を使用して全ての感知素子
12が所与の状態へ集約的に励起される。図2(b)に
おいて、テストおよびリセットを行うために傾斜状態が
相電圧θAおよびθBにより制御される。
るように各感知素子12をアドレスできることも必要で
ある。全ての感知素子12を同時に選定テスト状態へア
ドレスすることができ、プロセッサ16の制御下におけ
るランダムアドレッシングは必要ではない。テストにつ
いては、リセット電極125を使用して全ての感知素子
12が所与の状態へ集約的に励起される。図2(b)に
おいて、テストおよびリセットを行うために傾斜状態が
相電圧θAおよびθBにより制御される。
【0024】第3の所望機能は全ての感知素子12を非
傾斜位置へ復帰できるようなリセットパルスを実現する
能力である。リセットについては、実際上CMOS回路
内のスイッチである梁121に直接印加するには電圧が
高すぎる。リセットはリセット電極125を介した空隙
の絶縁部に印加される。リセット操作については、参照
としてここに組み込まれている、米国特許第5,09
6,279号“空間光変調器および方法”に記載されて
いる。
傾斜位置へ復帰できるようなリセットパルスを実現する
能力である。リセットについては、実際上CMOS回路
内のスイッチである梁121に直接印加するには電圧が
高すぎる。リセットはリセット電極125を介した空隙
の絶縁部に印加される。リセット操作については、参照
としてここに組み込まれている、米国特許第5,09
6,279号“空間光変調器および方法”に記載されて
いる。
【0025】図2(b)は感知素子12による接点の発
生もしくは非発生を記憶し読み取るメモリセル127の
回路図である。公知の状態にプリセットして接点閉成時
にもう一つの状態へ切り替えなければならないため、感
知素子12の各傾斜状態に対してメモリセル127が必
要である。実施例では、非揮発性であるためSRAM
(Static random access mem
ory)が使用される。
生もしくは非発生を記憶し読み取るメモリセル127の
回路図である。公知の状態にプリセットして接点閉成時
にもう一つの状態へ切り替えなければならないため、感
知素子12の各傾斜状態に対してメモリセル127が必
要である。実施例では、非揮発性であるためSRAM
(Static random access mem
ory)が使用される。
【0026】長期信頼度を保証するために、図2(b)
にスイッチとして示す各感知素子12はバッファ128
により保護される。これにより感知素子12と接点電極
126の接触により電流が制限され電位差が最小となる
ことが保証される。
にスイッチとして示す各感知素子12はバッファ128
により保護される。これにより感知素子12と接点電極
126の接触により電流が制限され電位差が最小となる
ことが保証される。
【0027】メモリセル127は6石SRAMセルであ
り、交差接続インバータQ1〜Q4および相補リードラ
イトパスゲートQ5,Q6を有している。ワード線12
9によりテスト設定もしくは読取りセルが選定され、ビ
ット線130によりメモリセル127の状態を予め選定
し後にその状態を読み取ることができる。
り、交差接続インバータQ1〜Q4および相補リードラ
イトパスゲートQ5,Q6を有している。ワード線12
9によりテスト設定もしくは読取りセルが選定され、ビ
ット線130によりメモリセル127の状態を予め選定
し後にその状態を読み取ることができる。
【0028】図2(c)に出力を記憶してテストおよび
リセット機能を実施する3状態ラッチ133を示す。ラ
ッチ133は感知素子12が3状態を有する可能性があ
る場合に2個のメモリセル127の替りとして使用され
る。0,0状態にプリセットされると、ラッチ133は
1,0もしくは0,1出力を生じて2つの傾斜状態のい
ずれかを示す。
リセット機能を実施する3状態ラッチ133を示す。ラ
ッチ133は感知素子12が3状態を有する可能性があ
る場合に2個のメモリセル127の替りとして使用され
る。0,0状態にプリセットされると、ラッチ133は
1,0もしくは0,1出力を生じて2つの傾斜状態のい
ずれかを示す。
【0029】再び図1を参照して、従来のメモリデバイ
ス製造方法により実現されるものも含めて、他のDRA
MやSRAMメモリデバイスをメモリ15に使用するこ
とができる。適切なメモリ15の重要な特質は所与の時
点における各感知素子12の状態を表わすデータを受信
する入力手段およびこのデータをプロセッサ16へ送る
出力手段を有することである。
ス製造方法により実現されるものも含めて、他のDRA
MやSRAMメモリデバイスをメモリ15に使用するこ
とができる。適切なメモリ15の重要な特質は所与の時
点における各感知素子12の状態を表わすデータを受信
する入力手段およびこのデータをプロセッサ16へ送る
出力手段を有することである。
【0030】プロセッサ16は従来のマイクロプロセッ
サデバイスとすることができる。適切なプロセッサ16
の例はモトローラ社製MC68HC05C9、もしくは
テキサスインスツルメンツ社製TMS1000である。
両者共プロセッサバス16aを介してアレイ11a〜1
1cからデータを読み取る入力手段を有している。ま
た、両者共オンボードメモリ18を有し、それはダイナ
ミック(DRAM)もしくはスタティック(SRAM)
メモリもしくはその両方を含むことができる。プロセッ
サ16がオンボードメモリ18を有する場合、メモリ1
8の一部をメモリ15に使用することができる。プロセ
ッサ16はデコーダ17によりデコードされ読み取るべ
き感知素子12のアレイ、カラムおよびローを表わすア
ドレスを与えることによりメモリ15をアクセスする。
サデバイスとすることができる。適切なプロセッサ16
の例はモトローラ社製MC68HC05C9、もしくは
テキサスインスツルメンツ社製TMS1000である。
両者共プロセッサバス16aを介してアレイ11a〜1
1cからデータを読み取る入力手段を有している。ま
た、両者共オンボードメモリ18を有し、それはダイナ
ミック(DRAM)もしくはスタティック(SRAM)
メモリもしくはその両方を含むことができる。プロセッ
サ16がオンボードメモリ18を有する場合、メモリ1
8の一部をメモリ15に使用することができる。プロセ
ッサ16はデコーダ17によりデコードされ読み取るべ
き感知素子12のアレイ、カラムおよびローを表わすア
ドレスを与えることによりメモリ15をアクセスする。
【0031】所与の時点において、各感知素子12のオ
ンもしくはオフ状態がプロセッサ16により読み取られ
る。プロセッサ16はメモリ15をポールするかもしく
は加速イベントにより割り込まれてメモリ15の読取り
が行われる。その結果所与の加速度のパターンを捕捉す
る1組のビット語が得られる。このパターンは例えば読
取専用メモリ(ROM)の探索表を使用して予め感知さ
れメモリ18内に記憶された公知のパターンとプロセッ
サ16により比較される。全ての感知素子12の状態を
読み取る替りに、1組の所定の感知素子12を読み取
り、結果データを所与の加速度に対する予期結果と比較
することができる。
ンもしくはオフ状態がプロセッサ16により読み取られ
る。プロセッサ16はメモリ15をポールするかもしく
は加速イベントにより割り込まれてメモリ15の読取り
が行われる。その結果所与の加速度のパターンを捕捉す
る1組のビット語が得られる。このパターンは例えば読
取専用メモリ(ROM)の探索表を使用して予め感知さ
れメモリ18内に記憶された公知のパターンとプロセッ
サ16により比較される。全ての感知素子12の状態を
読み取る替りに、1組の所定の感知素子12を読み取
り、結果データを所与の加速度に対する予期結果と比較
することができる。
【0032】図3は片持梁型の感知素子21を示すアレ
イ11cの一部の平面図である。これらの感知素子は上
下力、すなわちz方向の垂直加速度に感応するためアレ
イ11cに使用される。各感知素子21は薄い可撓材で
出来た丁番23、およびその自由端の試験質量24を有
している。丁番23は製造工程中に材料層26からエッ
チング等により形成された厚梁25に取り付けられる。
質量24は同じ層から製作することができる。丁番23
は可撓材層からエッチングされ、代表的に梁25および
試験質量24に使用するものよりも薄い。
イ11cの一部の平面図である。これらの感知素子は上
下力、すなわちz方向の垂直加速度に感応するためアレ
イ11cに使用される。各感知素子21は薄い可撓材で
出来た丁番23、およびその自由端の試験質量24を有
している。丁番23は製造工程中に材料層26からエッ
チング等により形成された厚梁25に取り付けられる。
質量24は同じ層から製作することができる。丁番23
は可撓材層からエッチングされ、代表的に梁25および
試験質量24に使用するものよりも薄い。
【0033】図4(a)は1個の感知素子21の側面図
であり、そのx−z寸法を示している。各丁番23は厚
さがtで長さが1である。各試験質量24は厚さがTで
長さはLである。
であり、そのx−z寸法を示している。各丁番23は厚
さがtで長さが1である。各試験質量24は厚さがTで
長さはLである。
【0034】図4(b)は1個の感知素子21の平面図
であり、そのx−y寸法を示している。丁番23の長さ
は1で幅はwである。試験質量24の長さはWで幅はL
である。その質量値Mはその密度だけでなくその寸法
T,W,Lの関数である。前記したように、試験質量2
4は丁番24よりも広幅で厚く重い材料とすることがで
きる。
であり、そのx−y寸法を示している。丁番23の長さ
は1で幅はwである。試験質量24の長さはWで幅はL
である。その質量値Mはその密度だけでなくその寸法
T,W,Lの関数である。前記したように、試験質量2
4は丁番24よりも広幅で厚く重い材料とすることがで
きる。
【0035】再び図4(a)を参照して、ランディング
電極31により加速度に応答して感知素子21の電気接
点手段が提供される。電気導線により各感知素子21の
メモリセル33との通信が行われる。
電極31により加速度に応答して感知素子21の電気接
点手段が提供される。電気導線により各感知素子21の
メモリセル33との通信が行われる。
【0036】リセット電極32により感知素子21をリ
セットして“固着”エラー状態を防止する手段が提供さ
れる。これは、プロセッサ16の制御の元で、周期的間
隔もしくは各加速イベントの後で自動的に行うことがで
きる。また、プロセッサ16によりテストアルゴリズム
を実行して固着感知素子を検出することができる。リセ
ット操作により各感知素子21はその非偏向状態へ戻
る。これを達成するために、持続時間の短いリセット電
圧がリセット電極32へ印加される。リセットパルスは
位置エネルギーを下向きにリセット電極32へ偏向させ
ることにより感知素子21内に蓄えるように作用する。
突然解除されると、この付加位置エネルギーにより全て
の感知素子の非偏向状態への均一で信頼度の高い復帰動
作が保証される。
セットして“固着”エラー状態を防止する手段が提供さ
れる。これは、プロセッサ16の制御の元で、周期的間
隔もしくは各加速イベントの後で自動的に行うことがで
きる。また、プロセッサ16によりテストアルゴリズム
を実行して固着感知素子を検出することができる。リセ
ット操作により各感知素子21はその非偏向状態へ戻
る。これを達成するために、持続時間の短いリセット電
圧がリセット電極32へ印加される。リセットパルスは
位置エネルギーを下向きにリセット電極32へ偏向させ
ることにより感知素子21内に蓄えるように作用する。
突然解除されると、この付加位置エネルギーにより全て
の感知素子の非偏向状態への均一で信頼度の高い復帰動
作が保証される。
【0037】例えば、代表的な感知素子21はそれぞれ
25×25×1μmの幅、長さおよび厚さを有する質量
を有することができる。丁番寸法はそれぞれ50×10
×0.06μm程度の長さ、幅および厚さである。しか
しながら、各感知素子21の特定寸法は所望の振幅感度
および加速度周波数応答に従って決定される。
25×25×1μmの幅、長さおよび厚さを有する質量
を有することができる。丁番寸法はそれぞれ50×10
×0.06μm程度の長さ、幅および厚さである。しか
しながら、各感知素子21の特定寸法は所望の振幅感度
および加速度周波数応答に従って決定される。
【0038】振幅感度は主として各感知素子21の3つ
のパラメータに依存し、それはその丁番幅W、その丁番
長さと厚さの比の3乗(1/t)3、および試験質量2
4の値Mである。後記するように、付加パラメータは電
気接点を閉じるために感知素子21の自由端が移動すべ
き距離dである。
のパラメータに依存し、それはその丁番幅W、その丁番
長さと厚さの比の3乗(1/t)3、および試験質量2
4の値Mである。後記するように、付加パラメータは電
気接点を閉じるために感知素子21の自由端が移動すべ
き距離dである。
【0039】各感知素子21に対する適切な寸法を決定
する際、空中動作による減衰について充分考慮しなけれ
ばならない。線型高調波振動に対する減衰比D.R.は
次式で表わされ、
する際、空中動作による減衰について充分考慮しなけれ
ばならない。線型高調波振動に対する減衰比D.R.は
次式で表わされ、
【数1】 ここに、cは減衰定数、mは感知素子21の総質量値、
kは丁番23のスプリング定数である。加速計10の最
適動作に対しては、減衰比が1よりも小さい不足減衰が
望ましい。加速がインパルス力である場合には、上下い
ずれかの方向の運動が検出される。
kは丁番23のスプリング定数である。加速計10の最
適動作に対しては、減衰比が1よりも小さい不足減衰が
望ましい。加速がインパルス力である場合には、上下い
ずれかの方向の運動が検出される。
【0040】各感知素子21の周波数感度はその固有非
減衰共振周波数と印加加速度の励振力F(t)の周波数
間の関係の関数となる。F(t)の周波数が感知素子2
1の比減衰固有周波数f0よりも低ければ、その変位は
およそF(t)/kとなる。この状況は準静止であり、
“スプリング”は外力の直接効果により歪んで慣性およ
び減衰力は無視できる。F(t)の周波数がf0に近ず
くと、共振により振動の振幅が増大する。F(t)の周
波数がf0よりも遙かに大きい場合には、スプリングお
よび減衰力は無視することができ、F(t)は慣性力に
ほぼ等しく低振幅運動が生じる。
減衰共振周波数と印加加速度の励振力F(t)の周波数
間の関係の関数となる。F(t)の周波数が感知素子2
1の比減衰固有周波数f0よりも低ければ、その変位は
およそF(t)/kとなる。この状況は準静止であり、
“スプリング”は外力の直接効果により歪んで慣性およ
び減衰力は無視できる。F(t)の周波数がf0に近ず
くと、共振により振動の振幅が増大する。F(t)の周
波数がf0よりも遙かに大きい場合には、スプリングお
よび減衰力は無視することができ、F(t)は慣性力に
ほぼ等しく低振幅運動が生じる。
【0041】一般的に、各感知素子21の質量mが増大
すると、固有周波数f0が低下する。ラジアン周波数で
示すと次式のようになり、
すると、固有周波数f0が低下する。ラジアン周波数で
示すと次式のようになり、
【数2】 ここに、kは線型回復力のスプリング定数である。スプ
リング定数kが増大すると、f0が増大する。
リング定数kが増大すると、f0が増大する。
【0042】したがって、mの値が小さいと高い周波数
で共振が生じ、kの値が大きいと同じ効果が得られる。
また、mの値が小さいと所与の振幅の加速度に対する感
度が低下する。減衰比はmもしくはkの増大と共に低下
する。顕著な共振は0.5よりも充分小さい減衰比で生
じる。
で共振が生じ、kの値が大きいと同じ効果が得られる。
また、mの値が小さいと所与の振幅の加速度に対する感
度が低下する。減衰比はmもしくはkの増大と共に低下
する。顕著な共振は0.5よりも充分小さい減衰比で生
じる。
【0043】図5に関して後記するように、製造上の観
点から片持梁感知素子21は厚梁金属オーバレイ、すな
わち梁24と組合された薄い可撓構造、すなわち丁番2
3を使用している。最も容易に変動する要因はウェーハ
面内にある丁番23および試験質量24の幅および長さ
である。丁番23の厚さtおよび試験質量24の厚さT
は所与のウェーハ層にわたって容易に変動することはな
い。また、材料の密度が変動してmの値に影響を及ぼす
ことがあるが、それもウェハレベルだけの話である。し
たがって、振幅感度の支配的要因である(1/t)3の
値は製造中は精密に制御される。
点から片持梁感知素子21は厚梁金属オーバレイ、すな
わち梁24と組合された薄い可撓構造、すなわち丁番2
3を使用している。最も容易に変動する要因はウェーハ
面内にある丁番23および試験質量24の幅および長さ
である。丁番23の厚さtおよび試験質量24の厚さT
は所与のウェーハ層にわたって容易に変動することはな
い。また、材料の密度が変動してmの値に影響を及ぼす
ことがあるが、それもウェハレベルだけの話である。し
たがって、振幅感度の支配的要因である(1/t)3の
値は製造中は精密に制御される。
【0044】図5は3個の感知素子21を示すアレイ1
1cの部分断面図である。各感知素子21は異なる周波
数f0で共振する。アレイ11cは絶縁層42で被覆さ
れたシリコン基板41上に形成されている。接点電極3
1はスペーサ層44上に作成され、各感知素子21はそ
の下にランディング電極31を有している。スペーサ層
44をエッチングして接点25を形成した後で、感知素
子21の下に空隙が残る。金属薄層45を使用して各感
知素子21の丁番23が形成される。金属厚層46によ
りそれらの試験質量および梁25が形成される。
1cの部分断面図である。各感知素子21は異なる周波
数f0で共振する。アレイ11cは絶縁層42で被覆さ
れたシリコン基板41上に形成されている。接点電極3
1はスペーサ層44上に作成され、各感知素子21はそ
の下にランディング電極31を有している。スペーサ層
44をエッチングして接点25を形成した後で、感知素
子21の下に空隙が残る。金属薄層45を使用して各感
知素子21の丁番23が形成される。金属厚層46によ
りそれらの試験質量および梁25が形成される。
【0045】感知素子21は丁番長が上昇順とされ、全
体質量が最少で丁番長が最も短い感知素子1の共振周波
数f0が最も高い。kが1の関数である任意の周波数調
整パラメータkもしくはmを使用して周波数応答を設定
することができる。
体質量が最少で丁番長が最も短い感知素子1の共振周波
数f0が最も高い。kが1の関数である任意の周波数調
整パラメータkもしくはmを使用して周波数応答を設定
することができる。
【0046】所与の周波数感度に対して、f0を一定に
保持しながら感知素子21のコンプライアンスを変える
ことによりある範囲の励振力に対す振幅感度が得られ
る。f0を一定に維持しながら任意の振幅感度パラメー
タW,(1/t)3、もしくはmを変えることができ
る。代表的には、Mの値を変えることによりmが変えら
れる。
保持しながら感知素子21のコンプライアンスを変える
ことによりある範囲の励振力に対す振幅感度が得られ
る。f0を一定に維持しながら任意の振幅感度パラメー
タW,(1/t)3、もしくはmを変えることができ
る。代表的には、Mの値を変えることによりmが変えら
れる。
【0047】スペーサ層44内に形成される空隙の厚さ
が、感知素子21から電気的応答が検出されるかどうか
を決定するもう一つの関連要因である。すなわち、加速
度計10による検出は感知素子21が励振に応答して移
動するかどうかだけでなく、その移動が接点電極25と
接触を行うのに充分であるかどうかにも依存する。加速
度の励振力と最も密接に共振する感知素子21により振
幅が形成されるが、力が小さすぎると接触が行われず移
動は検出されない。したがって、Mや感知素子21の他
のパラメータを変える替りに、空隙が小さければ接点閉
成力も小さくて済むという点において、スペーサ厚を変
えてある範囲の振幅を検出することができる。
が、感知素子21から電気的応答が検出されるかどうか
を決定するもう一つの関連要因である。すなわち、加速
度計10による検出は感知素子21が励振に応答して移
動するかどうかだけでなく、その移動が接点電極25と
接触を行うのに充分であるかどうかにも依存する。加速
度の励振力と最も密接に共振する感知素子21により振
幅が形成されるが、力が小さすぎると接触が行われず移
動は検出されない。したがって、Mや感知素子21の他
のパラメータを変える替りに、空隙が小さければ接点閉
成力も小さくて済むという点において、スペーサ厚を変
えてある範囲の振幅を検出することができる。
【0048】したがって図6に示すように、アレイ11
cにはある範囲の加速度振幅に対して周波数応答が同じ
である1組の感知素子21だけでなく、周波数スペクト
ルの変動レベルに応答するように設計された1組の感知
素子21が含まれている。例えば、アレイ11cは1〜
3kHzの範囲の周波数を50Hzステップで検出し、
かつ0.1〜10Gの範囲の振幅を0.1Gのステップ
で検出する。したがって、アレイ11cは60コラムお
よび100ローの感知素子21を有している。
cにはある範囲の加速度振幅に対して周波数応答が同じ
である1組の感知素子21だけでなく、周波数スペクト
ルの変動レベルに応答するように設計された1組の感知
素子21が含まれている。例えば、アレイ11cは1〜
3kHzの範囲の周波数を50Hzステップで検出し、
かつ0.1〜10Gの範囲の振幅を0.1Gのステップ
で検出する。したがって、アレイ11cは60コラムお
よび100ローの感知素子21を有している。
【0049】アレイ11cの各ローは1列の感知素子2
1であり、その各々が次の増分だけ高い周波数f0で共
振する。前記したように、mやkを変えることにより周
波数応答を調整することができる。各周波数レベルに対
して、対応するカラムは感度が増分する感知素子21を
有する、すなわちその閾値は漸減する振幅に応答する。
振幅閾値はそのコラムに対してf0を一定に保持しなが
ら前記振幅パラメータを変えることにより変化される。
1であり、その各々が次の増分だけ高い周波数f0で共
振する。前記したように、mやkを変えることにより周
波数応答を調整することができる。各周波数レベルに対
して、対応するカラムは感度が増分する感知素子21を
有する、すなわちその閾値は漸減する振幅に応答する。
振幅閾値はそのコラムに対してf0を一定に保持しなが
ら前記振幅パラメータを変えることにより変化される。
【0050】その寸法L,W,Tにより決る試験質量2
4のM値は感知素子21の振幅感度を変える一つの手段
である。Mを増大すると振幅感度が高くなるが、同時に
mが増大するために共振周波数が低下する。したがっ
て、コラム内でf0を一定に保持するには、Mを調整し
たらmも調整しなければならない。一実施例では、各コ
ラム内で所与の周波数レベルに対してMを変化させて振
幅感度が変えられる。同時に、丁番23の長さ1を変え
てf0が一定に保持される。
4のM値は感知素子21の振幅感度を変える一つの手段
である。Mを増大すると振幅感度が高くなるが、同時に
mが増大するために共振周波数が低下する。したがっ
て、コラム内でf0を一定に保持するには、Mを調整し
たらmも調整しなければならない。一実施例では、各コ
ラム内で所与の周波数レベルに対してMを変化させて振
幅感度が変えられる。同時に、丁番23の長さ1を変え
てf0が一定に保持される。
【0051】特定の励振周波数において、適切なコラム
内の全ての感知素子21が共振する。そのコラム内では
ある閾値振幅を検出するのに充分な感度を有する感知素
子21だけがその電極25と接触する。したがって、例
えば5Gにおける1.5kHzの励振周波数に対して
は、感度閾値が5Gよりも小さい1.5kHzコラム内
の感知素子21が“オン”とされる。メモリ15に記憶
されている“オン”ビットの“ストリング”により、連
続性が妥当な信号を示すという点において、自動エラー
検出が行われる。連続性は印加加速度の振幅と共に増大
する。
内の全ての感知素子21が共振する。そのコラム内では
ある閾値振幅を検出するのに充分な感度を有する感知素
子21だけがその電極25と接触する。したがって、例
えば5Gにおける1.5kHzの励振周波数に対して
は、感度閾値が5Gよりも小さい1.5kHzコラム内
の感知素子21が“オン”とされる。メモリ15に記憶
されている“オン”ビットの“ストリング”により、連
続性が妥当な信号を示すという点において、自動エラー
検出が行われる。連続性は印加加速度の振幅と共に増大
する。
【0052】図7(a),7(b)はアレイ11a,1
1bに使用されるようなxもしくはy方向の水平加速度
を検出する感知素子61を示す。図7(a)は感知素子
61の中心を通るx−z面の側面図である。図7(b)
は試験質量62および質量支持柱63を除去したx−y
面の平面図である。試験質量62は質量支持柱63によ
り支持板64に取り付けられる。支持板64はねじり丁
番素子68間に支持される。丁番支持柱65は丁番素子
68を支持する。
1bに使用されるようなxもしくはy方向の水平加速度
を検出する感知素子61を示す。図7(a)は感知素子
61の中心を通るx−z面の側面図である。図7(b)
は試験質量62および質量支持柱63を除去したx−y
面の平面図である。試験質量62は質量支持柱63によ
り支持板64に取り付けられる。支持板64はねじり丁
番素子68間に支持される。丁番支持柱65は丁番素子
68を支持する。
【0053】感知素子61にx軸に沿った加速度が加わ
ると、質量62はAもしくはB方向に移動して応答す
る。支持板64の僅かな回転運動により下向きに傾斜す
る点を除けば、運動は主として並進運動である。感知素
子61の共振周波数および振幅感度閾値に達すると、支
持板64の傾斜によりランディング電極66との接触が
行われる。
ると、質量62はAもしくはB方向に移動して応答す
る。支持板64の僅かな回転運動により下向きに傾斜す
る点を除けば、運動は主として並進運動である。感知素
子61の共振周波数および振幅感度閾値に達すると、支
持板64の傾斜によりランディング電極66との接触が
行われる。
【0054】感知素子61は丁番素子68の軸がx−y
面内にあるアレイ11a,11bで使用される。x方向
の並進加速度を検出するには、丁番軸をx軸に直交させ
支持板64がx軸に沿って傾斜するようにされる。y方
向の並進加速度を検出するには、アレイ面内で丁番軸を
y軸に直交させ支持板64がy軸に沿って傾斜するよう
にされる。
面内にあるアレイ11a,11bで使用される。x方向
の並進加速度を検出するには、丁番軸をx軸に直交させ
支持板64がx軸に沿って傾斜するようにされる。y方
向の並進加速度を検出するには、アレイ面内で丁番軸を
y軸に直交させ支持板64がy軸に沿って傾斜するよう
にされる。
【0055】接点電極66およびリセット電極67は丁
番68の軸に平行に配置される。支持板64の両側で復
帰動作が行われることを除けば、リセット電極67は感
知電極21の復帰と同様にリセット感知素子61で使用
される。
番68の軸に平行に配置される。支持板64の両側で復
帰動作が行われることを除けば、リセット電極67は感
知電極21の復帰と同様にリセット感知素子61で使用
される。
【0056】ねじり感知素子61に対しては、共振周波
数は次式で与えられ、
数は次式で与えられ、
【数3】 ここに、Iは慣性モーメント、Tはピーク回転角θにお
ける回復トルクである。比T/θはスプリング定数kに
対応し、回転剛性の測定値である。したがって、所与の
回転角において慣性モーメントIを低減するかもしくは
回復トルクTを増大することによりf0を増大すること
ができる。支持板64のねじり定数はその厚さの3乗t
3およびその幅Wに比例する。回転慣性モーメントIは
一般的に回転半径の2次式である。さまざまな厚さ、幅
および長さの丁番68と組み合せてさまざまな厚さ、サ
イズおよび配分の試験質量62により感知素子21を組
み立てることにより、各感知素子61の周波数応答およ
び振幅感度を変えることができる。
ける回復トルクである。比T/θはスプリング定数kに
対応し、回転剛性の測定値である。したがって、所与の
回転角において慣性モーメントIを低減するかもしくは
回復トルクTを増大することによりf0を増大すること
ができる。支持板64のねじり定数はその厚さの3乗t
3およびその幅Wに比例する。回転慣性モーメントIは
一般的に回転半径の2次式である。さまざまな厚さ、幅
および長さの丁番68と組み合せてさまざまな厚さ、サ
イズおよび配分の試験質量62により感知素子21を組
み立てることにより、各感知素子61の周波数応答およ
び振幅感度を変えることができる。
【0057】したがって、感知素子21と同様に感知素
子61もその寸法が周波数応答および振幅感度に対して
調整されたアレイ11a,11bとして製作される。振
幅感度は支持柱65の高さhおよび試験質量62の値M
だけでなく、各支持板64の寸法の関数である。感知素
子21の場合と同様に、これらのパラメータは所与の周
波数応答に対して感知素子61の振幅感度が変動するよ
うに変えることができる。アレイ11a,11bは図6
と同じ基本構成を有し、ローおよびコラムの周波数応答
および振幅感度は増分変動する。
子61もその寸法が周波数応答および振幅感度に対して
調整されたアレイ11a,11bとして製作される。振
幅感度は支持柱65の高さhおよび試験質量62の値M
だけでなく、各支持板64の寸法の関数である。感知素
子21の場合と同様に、これらのパラメータは所与の周
波数応答に対して感知素子61の振幅感度が変動するよ
うに変えることができる。アレイ11a,11bは図6
と同じ基本構成を有し、ローおよびコラムの周波数応答
および振幅感度は増分変動する。
【0058】集積回路技術を使用して感知素子61と類
似した構造のマイクロ機械アレイを製作する方法が米国
特許第07/811,407号、Atty Docke
t第16310号“共振ミラーおよび製造方法”に記載
され、参照としてここに組入れられている。この出願で
は、試験質量62ではなくミラーが支持柱63頂部に配
置されている。本発明では各感知素子61の寸法が加速
度の振幅感度および周波数応答に対して調整される点を
除けば、一般的に製造方法は同じである。
似した構造のマイクロ機械アレイを製作する方法が米国
特許第07/811,407号、Atty Docke
t第16310号“共振ミラーおよび製造方法”に記載
され、参照としてここに組入れられている。この出願で
は、試験質量62ではなくミラーが支持柱63頂部に配
置されている。本発明では各感知素子61の寸法が加速
度の振幅感度および周波数応答に対して調整される点を
除けば、一般的に製造方法は同じである。
【0059】再び図1および図6を参照して、“感知素
子12”が感知素子21もしくは61のいずれかの種別
である実施例において、感知素子12の底部ローを横切
読み取りすることによりデータが効率的に読み出され
る。このデータは振幅感度の最下位ビットを表わしてい
る。次に、周波数応答を表わすコラムが最上位ビットへ
読み込まれる。こうして、振幅および周波数により加速
度を示す1組のデータ点が得られる。この読取りは時間
一杯実施することができる。時間、周波数および振幅換
算されたデータ点はメモリ18に記憶された探索テーブ
ルと比較して分析することができる。応用例として、自
動車に設置された加速度計10は切迫した衝突に対する
加速度パターンを認識することができる。次に、そこか
らエアバッグ制御システムへメッセージが送られる。
子12”が感知素子21もしくは61のいずれかの種別
である実施例において、感知素子12の底部ローを横切
読み取りすることによりデータが効率的に読み出され
る。このデータは振幅感度の最下位ビットを表わしてい
る。次に、周波数応答を表わすコラムが最上位ビットへ
読み込まれる。こうして、振幅および周波数により加速
度を示す1組のデータ点が得られる。この読取りは時間
一杯実施することができる。時間、周波数および振幅換
算されたデータ点はメモリ18に記憶された探索テーブ
ルと比較して分析することができる。応用例として、自
動車に設置された加速度計10は切迫した衝突に対する
加速度パターンを認識することができる。次に、そこか
らエアバッグ制御システムへメッセージが送られる。
【0060】メモリ15へセンサーデータを書き込む方
法の例として、各アレイ11a〜11cの感知素子12
はブロック化される。いくつかの異なる方法でデータを
読み出すようにブロックを選定することができる。最初
の方法はアレイ11a〜11cとブロックごとに逐次通
信を行って、被感知ブロックの素子以外の全素子をディ
セーブルすなわち接地することである。あるいは、前記
特許に記載されているDMDデバイスの動作と同様に、
被感知ブロック以外の全素子12が強制的に“オフ状
態”とされる。ここでは、各ブロックに8個の感知素子
12があるものとする。各ブロック13からの出力は8
ビット語でありプロセッサメモリ18内の一意的アドレ
スに記憶して後に照会もしくは分析することができる。
法の例として、各アレイ11a〜11cの感知素子12
はブロック化される。いくつかの異なる方法でデータを
読み出すようにブロックを選定することができる。最初
の方法はアレイ11a〜11cとブロックごとに逐次通
信を行って、被感知ブロックの素子以外の全素子をディ
セーブルすなわち接地することである。あるいは、前記
特許に記載されているDMDデバイスの動作と同様に、
被感知ブロック以外の全素子12が強制的に“オフ状
態”とされる。ここでは、各ブロックに8個の感知素子
12があるものとする。各ブロック13からの出力は8
ビット語でありプロセッサメモリ18内の一意的アドレ
スに記憶して後に照会もしくは分析することができる。
【0061】図8はx軸周りの回転を検出する感知素子
71の斜視図である。各端に質量72を有する梁72が
ねじり丁番74の中心に配置されて支持される。x軸周
りに回転加速度が加わると感知素子71が傾斜する。所
定の周波数応答および振幅において、感知素子71は一
つのランディング電極75と接触する。リセット電極7
6を使用して感知素子71が前記したように固着するの
を防止する。
71の斜視図である。各端に質量72を有する梁72が
ねじり丁番74の中心に配置されて支持される。x軸周
りに回転加速度が加わると感知素子71が傾斜する。所
定の周波数応答および振幅において、感知素子71は一
つのランディング電極75と接触する。リセット電極7
6を使用して感知素子71が前記したように固着するの
を防止する。
【0062】質量72の中心はねじり丁番74から離さ
れている。各質量のM値や丁番74からの距離が増大す
ると、感知素子71の周波数応答が低下し感度が向上す
る。
れている。各質量のM値や丁番74からの距離が増大す
ると、感知素子71の周波数応答が低下し感度が向上す
る。
【0063】図9はx軸周りの回転加速度の検出にも使
用することができる感知素子81の斜視図である。感知
素子81は両端でねじり丁番素子83間に吊着された梁
82により構成される。支持柱63および質量64が無
い点を除けば感知素子81は感知素子61と同様であ
る。
用することができる感知素子81の斜視図である。感知
素子81は両端でねじり丁番素子83間に吊着された梁
82により構成される。支持柱63および質量64が無
い点を除けば感知素子81は感知素子61と同様であ
る。
【0064】感知素子71,81はy軸周りの回転を検
出するのにも使用できる。この機能に対して、各感知素
子71もしくは81は同一面内で90°回転されて丁番
74および83がそれぞれy軸に沿うようにされる。
出するのにも使用できる。この機能に対して、各感知素
子71もしくは81は同一面内で90°回転されて丁番
74および83がそれぞれy軸に沿うようにされる。
【0065】一般的に、丁番軸から垂直に変位する試験
質量64が無い点を除けば、感知素子81だけでなく感
知素子71も感知素子61と同じである。このような変
位により感知素子61は感知素子71,81よりも並進
加速に対しては敏感となり回転加速に対しては鈍感とな
る。感知素子71,81の場合には、ねじりコンプライ
アンスと較べた場合のねじり丁番74,83の張力によ
る制約により回転運動が強化され並進運動が低減する。
質量64が無い点を除けば、感知素子81だけでなく感
知素子71も感知素子61と同じである。このような変
位により感知素子61は感知素子71,81よりも並進
加速に対しては敏感となり回転加速に対しては鈍感とな
る。感知素子71,81の場合には、ねじりコンプライ
アンスと較べた場合のねじり丁番74,83の張力によ
る制約により回転運動が強化され並進運動が低減する。
【0066】感知素子71,81の周波数応答ダイナミ
クスはやはり図7(a),7(b)に関して説明した次
式に従う。
クスはやはり図7(a),7(b)に関して説明した次
式に従う。
【数4】 前記したのと同様なパラメータ調整技術を使用して、図
6のアレイ11と同様な感知素子71もしくは81のア
レイを生成することができ、ここで感知素子71もしく
は81のローおよびコラムは増分変化する周波数応答お
よび振幅感度閾値を有している。
6のアレイ11と同様な感知素子71もしくは81のア
レイを生成することができ、ここで感知素子71もしく
は81のローおよびコラムは増分変化する周波数応答お
よび振幅感度閾値を有している。
【0067】本発明の利点はCMOS製造技術とコンパ
チブルな手段により全ての感知素子21,61,71,
81,91を製造できることである。これにより、メモ
リ15およびプロセッサ16回路の頂部に直接アレイ1
1a〜11fを製造することができる。
チブルな手段により全ての感知素子21,61,71,
81,91を製造できることである。これにより、メモ
リ15およびプロセッサ16回路の頂部に直接アレイ1
1a〜11fを製造することができる。
【0068】図10は各並進加速方向および水平面内の
回転加速方向に1個ずつの5個のアレイ11a〜11f
を有する加速度計90を示す。加速度計90から得られ
るデータにより広範な周波数、振幅、および時間情報が
提供される。並進感知素子が回転加速度に対する感度を
有することもありその逆もあり得るという事実に対処す
るために、数学的相関を行って回転データと並進データ
を識別することができる。
回転加速方向に1個ずつの5個のアレイ11a〜11f
を有する加速度計90を示す。加速度計90から得られ
るデータにより広範な周波数、振幅、および時間情報が
提供される。並進感知素子が回転加速度に対する感度を
有することもありその逆もあり得るという事実に対処す
るために、数学的相関を行って回転データと並進データ
を識別することができる。
【0069】他の実施例 特定実施例について本発明を説明してきたが、本明細書
は制約的意味合いを有するものではない。同業者ならば
開示した実施例のさまざまな修正や別の実施例を考えら
れることと思う。したがって、特許請求の範囲には本発
明の範囲内に入る全ての修正が含まれるものとする。
は制約的意味合いを有するものではない。同業者ならば
開示した実施例のさまざまな修正や別の実施例を考えら
れることと思う。したがって、特許請求の範囲には本発
明の範囲内に入る全ての修正が含まれるものとする。
【0070】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) それぞれが直交するx,yおよびz軸に沿った
並進加速度を検出するデジタル加速度計において、該加
速度計は、x軸に沿った並進加速度を検出する第1の感
知素子アレイであって前記感知素子の各々が前記x軸お
よびy軸により画定される面に平行な支持板上に取り付
けられた試験質量を有し、前記支持板は丁番要素に取り
付けられていて前記感知素子にx方向の加速度が加わる
時に下側の接点電極に向って傾くことができ、かつ前記
アレイは感知素子の行列を有しその寸法は前記アレイが
ある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベルにお
ける加速度の振幅を検出するように調整される前記第1
の感知素子アレイと、y軸に沿った並進加速度を検出す
る第2の感知素子アレイであって前記各感知素子が前記
x軸および前記y軸により画定される面に平行な面内の
支持板に取り付けられた試験質量を有し、前記支持板は
丁番に取り付けられて前記感知素子にy方向の加速度が
加わる時に下側の接点電極に向って傾くことができ、か
つ前記アレイは感知素子の行列を有しその寸法は前記ア
レイがある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベ
ルにおける加速度の振幅を検出するように調整されてい
る第2の感知素子アレイと、z軸に沿った並進加速度を
検出する第3の感知素子アレイであって前記各感知素子
が可撓丁番部を有する片持梁に固定された試験質量を有
し前記感知素子にz方向の加速度が加わる時に前記梁は
接点電極に向って彎曲するようにされ、かつ前記アレイ
は感知素子の行列を有しその寸法は前記アレイがある範
囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベルにおける加
速度の振幅を検出するように調整されている前記第3の
感知素子アレイを具備し、前記全てのアレイの前記接点
電極が一般的に平行な面内にある、デジタル加速度計。
る。 (1) それぞれが直交するx,yおよびz軸に沿った
並進加速度を検出するデジタル加速度計において、該加
速度計は、x軸に沿った並進加速度を検出する第1の感
知素子アレイであって前記感知素子の各々が前記x軸お
よびy軸により画定される面に平行な支持板上に取り付
けられた試験質量を有し、前記支持板は丁番要素に取り
付けられていて前記感知素子にx方向の加速度が加わる
時に下側の接点電極に向って傾くことができ、かつ前記
アレイは感知素子の行列を有しその寸法は前記アレイが
ある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベルにお
ける加速度の振幅を検出するように調整される前記第1
の感知素子アレイと、y軸に沿った並進加速度を検出す
る第2の感知素子アレイであって前記各感知素子が前記
x軸および前記y軸により画定される面に平行な面内の
支持板に取り付けられた試験質量を有し、前記支持板は
丁番に取り付けられて前記感知素子にy方向の加速度が
加わる時に下側の接点電極に向って傾くことができ、か
つ前記アレイは感知素子の行列を有しその寸法は前記ア
レイがある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベ
ルにおける加速度の振幅を検出するように調整されてい
る第2の感知素子アレイと、z軸に沿った並進加速度を
検出する第3の感知素子アレイであって前記各感知素子
が可撓丁番部を有する片持梁に固定された試験質量を有
し前記感知素子にz方向の加速度が加わる時に前記梁は
接点電極に向って彎曲するようにされ、かつ前記アレイ
は感知素子の行列を有しその寸法は前記アレイがある範
囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベルにおける加
速度の振幅を検出するように調整されている前記第3の
感知素子アレイを具備し、前記全てのアレイの前記接点
電極が一般的に平行な面内にある、デジタル加速度計。
【0071】(2) 第(1)項記載の加速度計におい
て、さらに前記各感知素子と通信する少くとも1個のメ
モリセルを有するメモリを具備する、デジタル加速度
計。
て、さらに前記各感知素子と通信する少くとも1個のメ
モリセルを有するメモリを具備する、デジタル加速度
計。
【0072】(3) 第(2)項記載の加速度計におい
て、さらに前記メモリと通信するマイクロプロセッサを
具備する、デジタル加速度計。
て、さらに前記メモリと通信するマイクロプロセッサを
具備する、デジタル加速度計。
【0073】(4) 第(1)項記載の加速計におい
て、さらに前記第1および第2のアレイの各感知素子に
関連する一対のリセット電極および前記第3のアレイの
各感知素子に関連する1個のリセット電極を具備し、前
記感知素子が非傾斜位置へ回復されるデジタル加速度
計。
て、さらに前記第1および第2のアレイの各感知素子に
関連する一対のリセット電極および前記第3のアレイの
各感知素子に関連する1個のリセット電極を具備し、前
記感知素子が非傾斜位置へ回復されるデジタル加速度
計。
【0074】(5) 第(1)項記載の加速度計におい
て、前記第1および第2のアレイ内の前記各感知素子は
それが反時計廻りに傾斜したか、時計廻りに傾斜した
か、もしくは傾斜しないかによって2つの傾斜状態およ
び非傾斜状態を有するデジタル加速度計。
て、前記第1および第2のアレイ内の前記各感知素子は
それが反時計廻りに傾斜したか、時計廻りに傾斜した
か、もしくは傾斜しないかによって2つの傾斜状態およ
び非傾斜状態を有するデジタル加速度計。
【0075】(6) 第(5)項記載の加速度計におい
て、さらに各感知素子の各傾斜状態を記憶できるような
数個のメモリセルを具備する、デジタル加速度計。
て、さらに各感知素子の各傾斜状態を記憶できるような
数個のメモリセルを具備する、デジタル加速度計。
【0076】(7) 第(5)項記載の加速度計におい
て、さらに各感知素子の各傾斜状態を記憶する各感知素
子に関連するラッチメモリを具備する、デジタル加速度
計。
て、さらに各感知素子の各傾斜状態を記憶する各感知素
子に関連するラッチメモリを具備する、デジタル加速度
計。
【0077】(8) 水平面内のxもしくはy方向の並
進加速度を検出するデジタル加速度計において、該加速
度計は、感知素子アレイを具備し、前記各感知素子はx
軸およびy軸により画定される面に平行な面内にある支
持板に取り付けられた試験質量を有し、前記支持板は丁
番素子に吊着されていて前記方向に加速度が加わる時に
下側の接点電極に向って所定の方向へ傾斜することがで
き、前記アレイは感知素子の行列を有しその寸法を調整
して前記アレイがある範囲の周波数レベルおよび前記各
周波数レベルにおける加速度の振幅を検出することがで
きる、デジタル加速度計。
進加速度を検出するデジタル加速度計において、該加速
度計は、感知素子アレイを具備し、前記各感知素子はx
軸およびy軸により画定される面に平行な面内にある支
持板に取り付けられた試験質量を有し、前記支持板は丁
番素子に吊着されていて前記方向に加速度が加わる時に
下側の接点電極に向って所定の方向へ傾斜することがで
き、前記アレイは感知素子の行列を有しその寸法を調整
して前記アレイがある範囲の周波数レベルおよび前記各
周波数レベルにおける加速度の振幅を検出することがで
きる、デジタル加速度計。
【0078】(9) 各々が直交するxもしくはy軸周
りの回転加速度を検出するデジタル加速度計において、
該加速度計は、xもしくはy軸周りの回転加速度を検出
する感知素子アレイを具備し、前記各感知素子は少くと
も1個のねじり丁番素子に取り付けられた傾斜梁を有
し、この梁は前記x軸およびy軸により画定される面に
平行な面内にあって前記感知素子にxもしくはy方向の
加速度が加わる時に下側の接点電極に向って傾斜し、前
記アレイは感知素子の行列を有しその寸法を調整して前
記アレイがある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数
レベルにおける加速度の振幅を検出することができ、前
記アレイの前記梁および前記接点電極は一般的に平行な
面内にあり、前記各感知素子は前記梁が反時計廻りに傾
斜するか、時計廻りに傾斜するか、もしくは傾斜しない
かによって2つの傾斜状態および非傾斜状態を有する、
デジタル加速度計。
りの回転加速度を検出するデジタル加速度計において、
該加速度計は、xもしくはy軸周りの回転加速度を検出
する感知素子アレイを具備し、前記各感知素子は少くと
も1個のねじり丁番素子に取り付けられた傾斜梁を有
し、この梁は前記x軸およびy軸により画定される面に
平行な面内にあって前記感知素子にxもしくはy方向の
加速度が加わる時に下側の接点電極に向って傾斜し、前
記アレイは感知素子の行列を有しその寸法を調整して前
記アレイがある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数
レベルにおける加速度の振幅を検出することができ、前
記アレイの前記梁および前記接点電極は一般的に平行な
面内にあり、前記各感知素子は前記梁が反時計廻りに傾
斜するか、時計廻りに傾斜するか、もしくは傾斜しない
かによって2つの傾斜状態および非傾斜状態を有する、
デジタル加速度計。
【0079】(10) 第(9)項記載の加速度計にお
いて、前記梁はねじり丁番によりその中心に支持され、
接点電極へ向う2方向のいずれかへ傾斜することができ
る、デジタル加速度計。
いて、前記梁はねじり丁番によりその中心に支持され、
接点電極へ向う2方向のいずれかへ傾斜することができ
る、デジタル加速度計。
【0080】(11) 第(9)項記載の加速計におい
て、前記梁はその両端の2個のねじり丁番間に吊着さ
れ、接点電極へ向う2方向のいずれかへ傾斜することが
できる、デジタル加速度計。
て、前記梁はその両端の2個のねじり丁番間に吊着さ
れ、接点電極へ向う2方向のいずれかへ傾斜することが
できる、デジタル加速度計。
【0081】(12) 第(9)項記載の加速度計にお
いて、さらに前記第1のアレイに直交配置されてxもし
くはy軸周りの回転加速度を検出する点を除けば、前記
第1のアレイと同様な構造の第2の感知素子アレイを具
備する、デジタル加速度計。
いて、さらに前記第1のアレイに直交配置されてxもし
くはy軸周りの回転加速度を検出する点を除けば、前記
第1のアレイと同様な構造の第2の感知素子アレイを具
備する、デジタル加速度計。
【0082】(13) 第(9)項記載の加速度計にお
いて、さらに前記感知素子を非傾斜位置へ回復させるた
めの前記各感知素子に関連する一対のリセット電極を具
備する、デジタル加速度計。
いて、さらに前記感知素子を非傾斜位置へ回復させるた
めの前記各感知素子に関連する一対のリセット電極を具
備する、デジタル加速度計。
【0083】(14) 第(9)項記載の加速度計にお
いて、さらに各感知素子に関連する少くとも1個のメモ
リセルを具備し、前記接点電極からの電気信号を記憶す
ることができる、デジタル加速度計。
いて、さらに各感知素子に関連する少くとも1個のメモ
リセルを具備し、前記接点電極からの電気信号を記憶す
ることができる、デジタル加速度計。
【0084】(15) 並進方向の加速度を検出する方
法において、該方法は、各感知素子が加速度の一意的な
周波数および振幅に応答して移動するようにマイクロ機
械感知素子アレイの各感知素子のサイズパラメータを変
え、前記感知素子が所定距離だけ移動する時に電気信号
が発生するように前記各感知素子の下に少くとも1個の
電極を配置し、各感知素子に関連するメモリセル内に前
記電気信号を記憶し、前記メモリセルの内容を読み出し
て加速度の周波数および振幅を決定する、ステップから
なる加速度検出方法。
法において、該方法は、各感知素子が加速度の一意的な
周波数および振幅に応答して移動するようにマイクロ機
械感知素子アレイの各感知素子のサイズパラメータを変
え、前記感知素子が所定距離だけ移動する時に電気信号
が発生するように前記各感知素子の下に少くとも1個の
電極を配置し、各感知素子に関連するメモリセル内に前
記電気信号を記憶し、前記メモリセルの内容を読み出し
て加速度の周波数および振幅を決定する、ステップから
なる加速度検出方法。
【0085】(16) 第(15)項記載の方法におい
て、前記読み取りステップは各感知素子が異なる共振周
波数を有する一行の各感知素子からデータビットを得、
各感知素子が加速度の異なる振幅感度を有する一列の各
感知素子からデータビットを得る、ことからなる加速度
検出方法。
て、前記読み取りステップは各感知素子が異なる共振周
波数を有する一行の各感知素子からデータビットを得、
各感知素子が加速度の異なる振幅感度を有する一列の各
感知素子からデータビットを得る、ことからなる加速度
検出方法。
【0086】(17) 第(15)項記載の方法におい
て、前記読み取りステップは選定された感知素子からデ
ータビットを得ることからなり、さらに前記データビッ
トを記憶された1組のデータビットと比較して所与の加
速度が発生したかどうかを決定するステップからなる、
加速度検出方法。
て、前記読み取りステップは選定された感知素子からデ
ータビットを得ることからなり、さらに前記データビッ
トを記憶された1組のデータビットと比較して所与の加
速度が発生したかどうかを決定するステップからなる、
加速度検出方法。
【0087】(18) 第(15)項記載の方法におい
て、さらに各々が所与の方向の並進もしくは回転加速度
を検出するように構成された数個の前記アレイを使用す
るステップからなる、加速度検出方法。
て、さらに各々が所与の方向の並進もしくは回転加速度
を検出するように構成された数個の前記アレイを使用す
るステップからなる、加速度検出方法。
【0088】(19) 第(15)項記載の方法におい
て、前記感知素子は垂直加速度を検出する片持梁感知素
子であり、前記サイズパラメータ変化ステップは前記感
知素子の長さおよび質量を変えることからなる、加速度
検出方法。
て、前記感知素子は垂直加速度を検出する片持梁感知素
子であり、前記サイズパラメータ変化ステップは前記感
知素子の長さおよび質量を変えることからなる、加速度
検出方法。
【0089】(20) 第(15)項記載の方法におい
て、前記感知素子は水平面内の並進加速度を検出するね
じり梁感知素子であり、前記サイズパラメータ変化ステ
ップは前記ねじり梁により吊着される支持板のサイズを
変えることからなる、加速度検出方法。
て、前記感知素子は水平面内の並進加速度を検出するね
じり梁感知素子であり、前記サイズパラメータ変化ステ
ップは前記ねじり梁により吊着される支持板のサイズを
変えることからなる、加速度検出方法。
【0090】(21) 第(20)項記載の方法におい
て、前記サイズパラメータ変化ステップは前記支持板上
の試験質量の質量を変えることからなる、加速度検出方
法。
て、前記サイズパラメータ変化ステップは前記支持板上
の試験質量の質量を変えることからなる、加速度検出方
法。
【0091】(22) 第(15)項記載の方法におい
て、前記感知素子は水平軸周りの回転加速度を検出する
ねじり梁感知素子であり、前記サイズパラメータ変化ス
テップはねじり丁番に支持もしくはねじり丁番間に吊着
された試験質量の位置およびサイズを変えることからな
る、加速度検出方法。
て、前記感知素子は水平軸周りの回転加速度を検出する
ねじり梁感知素子であり、前記サイズパラメータ変化ス
テップはねじり丁番に支持もしくはねじり丁番間に吊着
された試験質量の位置およびサイズを変えることからな
る、加速度検出方法。
【0092】(23) マイクロ機械感知素子12のア
レイ11a〜11eから製作されるデジタル加速度計。
異なるアレイ11a〜11eの感知素子12は特定の回
転もしくは並進方向の加速度を検出するように設計さ
れ、他の方向の加速度に対する応答が最少限に抑えられ
る。さらに、感知素子12はサイズおよび試験質量パラ
メータを有しそれを調整して加速度の周波数応答および
振幅感度を変えることができる。感知素子12のアレイ
11a〜11eはある範囲の周波数レベルおよび各周波
数における振幅を検出する。加わる加速度の適切な周波
数および振幅において、感知素子12が移動して電極1
26と接触し、電気信号が発生されそれをデータビット
として記憶することができる。感知素子をメモリ15お
よび処理装置16と組み合せて使用すると、インテリジ
ェント加速度計が得られその製造技術はデジタル処理装
置に使用されるものとコンパチブルである。
レイ11a〜11eから製作されるデジタル加速度計。
異なるアレイ11a〜11eの感知素子12は特定の回
転もしくは並進方向の加速度を検出するように設計さ
れ、他の方向の加速度に対する応答が最少限に抑えられ
る。さらに、感知素子12はサイズおよび試験質量パラ
メータを有しそれを調整して加速度の周波数応答および
振幅感度を変えることができる。感知素子12のアレイ
11a〜11eはある範囲の周波数レベルおよび各周波
数における振幅を検出する。加わる加速度の適切な周波
数および振幅において、感知素子12が移動して電極1
26と接触し、電気信号が発生されそれをデータビット
として記憶することができる。感知素子をメモリ15お
よび処理装置16と組み合せて使用すると、インテリジ
ェント加速度計が得られその製造技術はデジタル処理装
置に使用されるものとコンパチブルである。
【図1】数個のセンサーアレイを有する加速度計装置。
【図2】(a)は感知素子およびその接点とリセット電
極を示す図。(b)はメモリセルおよび感知素子に関連
する読取セレクト回路の回路図。(c)は3状態を有す
ることができる感知素子の出力を記憶するラッチ回路の
回路図。
極を示す図。(b)はメモリセルおよび感知素子に関連
する読取セレクト回路の回路図。(c)は3状態を有す
ることができる感知素子の出力を記憶するラッチ回路の
回路図。
【図3】上下方向加速度の検出に使用される図1の一つ
のアレイの部分図。
のアレイの部分図。
【図4】図3の1個の感知素子を示す図。
【図5】図3のアレイの製造を示す断面図。
【図6】加速度の周波数および振幅を測定する図1のア
レイの感知素子の配列を示す図
レイの感知素子の配列を示す図
【図7】側面から側面方向の加速度を検出する感知素子
を示す図。
を示す図。
【図8】前後もしくは横方向回転加速度を検出する感知
素子を示す図。
素子を示す図。
【図9】前後もしくは横方向回転加速度を検出する感知
素子を示す図。
素子を示す図。
【図10】5種の加速度を検出するための数個の感知素
子アレイを有する加速度計を示す図。
子アレイを有する加速度計を示す図。
11a〜11e マイクロ機械感知素子アレイ 12 マイクロ機械感知素子 15 メモリ 16 処理装置 126 電極
Claims (2)
- 【請求項1】 それぞれが直交するx,yおよびz軸に
沿った並進加速度を検出するデジタル加速計において、
該加速度計は、x軸に沿った並進加速度を検出する第1
の感知素子アレイであって前記感知素子の各々が前記x
軸およびy軸により画定される面に平行な支持板上に取
り付けられた試験質量を有し、前記支持板は丁番要素に
吊着されていて前記感知素子にx方向の加速度が加わる
時に下側の接点電極に向って傾くことができ、かつ前記
アレイは感知素子の行列を有しその寸法は前記アレイが
ある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベルにお
ける加速度の振幅を検出するように調整される前記第1
の感知素子アレイと、y軸に沿った並進加速度を検出す
る第2の感知素子アレイであって前記各感知素子が前記
x軸および前記y軸により画定される面に平行な面内の
支持板に取り付けられた試験質量を有し、前記支持板は
丁番に吊着されて前記感知素子にy方向の加速度が加わ
る時に下側の接点電極に向って傾くことができ、かつ前
記アレイは感知素子の行列を有しその寸法は前記アレイ
がある範囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベルに
おける加速度の振幅を検出するように調整されている前
記第2の感知素子アレイと、z軸に沿った並進加速度を
検出する第3の感知素子アレイであって前記各感知素子
が可撓丁番部を有する片持梁に固定された試験質量を有
し前記感知素子にz方向の加速度が加わる時に前記梁は
接点電極に向って彎曲するようにされ、かつ前記アレイ
は感知素子の行列を有しその寸法は前記アレイがある範
囲の周波数レベルおよび前記各周波数レベルにおける加
速度の振幅を検出するように調整されている前記第3の
感知素子アレイを具備し、前記全てのアレイの前記接点
電極が一般的に平行な面内にある、デジタル加速度計。 - 【請求項2】 並進方向の加速度検出方法において、該
方法は、マイクロ機械感知素子アレイの各感知素子のサ
イズパラメータを変えて各感知素子が加速度の一意的な
周波数および振幅に応答して移動するようにし、前記各
感知素子の下側に少くとも1個の接点電極を配置して前
記感知素子が所定距離移動すると電気信号を発生するよ
うにし、前記電気信号を各感知素子に関連するメモリセ
ル内に記憶し、前記メモリセルの内容を読み出して加速
度の周波数および振幅を決定する、ステップからなる加
速度検出方法。
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