物理量センサ及びこれを備えた温度補償装置並びに温度補償方法
【課題】事前の煩雑な設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な物理量センサ及びこれを備えた温度補償装置並びに物理量センサの温度補償方法を提供すること。
【解決手段】表裏反転した姿勢とされることにより、同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力する加速度センサ３及び加速度センサ４と、加速度センサ３を表向きに支持するとともに、加速度センサ４を裏向きに支持する基板２とを備えている。
【解決手段】表裏反転した姿勢とされることにより、同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力する加速度センサ３及び加速度センサ４と、加速度センサ３を表向きに支持するとともに、加速度センサ４を裏向きに支持する基板２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサの温度特性を補償するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば産業機械や家電製品では、物理量センサによって所定の物理量が検出され、その検出情報に基づいてデータ処理や各種制御が行われている。
【０００３】
この種の物理量センサは、温度特性を有する。具体的に、物理量センサは、検出すべき物理量が同一であっても、検出対象物の温度や雰囲気の温度に応じて検出値が変化する特性を持つ。例えば、加速度センサにおいては、検出対象物の加速度が一定であっても気温の影響を受けて当該センサの出力値が変化することがある。また、角速度を検出するジャイロセンサ（ジャイロスコープ）においても同様である。
【０００４】
このような温度特性を補償するための構成として、例えば、特許文献１に記載の物理量センサ感度温度補償回路が知られている。特許文献１の補償回路は、温度検出部と、この温度検出部からの温度検出電圧の値に応じて変化する増幅率を有する可変増幅部と、この可変増幅部の出力電圧に対応した電流を圧力センサに流す駆動部とを備え、前記可変増幅部の増幅率が前記圧力センサの温度特性に伴う出力の変動を打ち消すように予め設定されている。
【０００５】
また、温度特性を補償する別の構成として、例えば、特許文献２に記載のセンサ回路が知られている。特許文献２のセンサ回路は、ゲージ抵抗からなる圧力検出素子を有するセンシング部と、このセンシング部からの出力を増幅するオペアンプとを備えている。特許文献２のセンサ回路は、予め調べられたオペアンプの室温特性及び高温特性に基づいて、オペアンプの温度特性を打ち消すようにゲージ抵抗の温度特性を制御することにより、オペアンプからの出力、つまり、物理量センサの出力について温度補償を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８１３７４号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の補償回路では、圧力センサの温度特性に伴う出力の変動を打ち消すように可変増幅部の増幅率を予め設定することにより温度特性が補償されているが、このような増幅率の設定条件を広い温度範囲内で満たす可変増幅部を準備するのは困難である。
【０００８】
また、特許文献１の補償回路では、可変増幅部の増幅率を設定するために、予め圧力センサの温度特性を調べておく必要があるため、事前の設計が煩雑になるという問題もある。
【０００９】
同様に、特許文献２のセンサ回路では、オペアンプの室温特性と高温特性とを予め調べておく必要があるため、事前の設計が煩雑になる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、事前の煩雑な設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な物理量センサ及びこれを備えた温度補償装置並びに物理量センサの温度補償方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、所定の物理量を検出するための物理量センサであって、前記物理量の検出信号を出力する第１センサと、前記第１センサと同一のセンサであって、前記第１センサとは表裏反転した姿勢にあることで、前記第１センサの検出信号と同等の絶対値を有しかつ前記第１センサの検出信号と正負逆符号の信号を出力する第２センサと、前記第１センサ及び前記第２センサを互いに表裏反転した姿勢で支持する支持部材とを備えていることを特徴とする物理量センサを提供する。
【００１２】
本発明によれば、表裏反転した姿勢とされることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力する第１センサ及び第２センサが表裏反転した姿勢で支持されているため、事前の煩雑な設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な物理センサを得ることができる。その理由は以下の通りである。
【００１３】
本発明に係る物理量センサでは、第１センサ及び第２センサが近傍位置に支持されていることにより当該両センサが近い温度環境下に置かれており、さらに、これら両センサは、互いに表裏反転した姿勢で支持部材に支持されていることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力することになる。ここで、両センサからの出力信号には、検出対象となる物理量の検出値である真値と、環境温度に起因した誤差とがそれぞれ含まれている。各出力信号における真値は、それぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、各出力信号における誤差は、それぞれ同符号、つまり一方の出力信号に含まれる誤差が正の符号であれば、他方の出力信号に含まれる誤差も正の符号である。したがって、第１センサ及び第２センサからの各出力信号の合算値を求めることにより、環境温度に起因した誤差を２倍した値を得ることができ、この値に基づき前記誤差を特定することが可能となる。つまり、本発明に係る物理量センサでは、共通の温度特性を有する同一の第１センサ及び第２センサを用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値に基づいて誤差を特定することができるため、予め両センサの温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、本発明によれば、共通の温度特性を有する第１センサ及び第２センサを用いているため、これら両センサの使用時の温度として許容される全ての温度範囲において前記温度補償を行うことができる。
【００１４】
前記物理量センサにおいて、前記支持部材は、板状の部材であり、前記第１センサ及び前記第２センサは、前記支持部材をその板厚方向に挟むように前記支持部材の表面及び裏面にそれぞれ支持されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第１センサ及び第２センサが支持部材を板厚方向に挟むように配置されているため、支持部材上に両センサを横並びに配置する場合に比べて物理量センサ全体の必要面積を削減することができる。
【００１６】
前記物理量センサにおいて、前記支持部材のうち前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分の少なくとも一部には、前記支持部材をその板厚方向に貫通する貫通孔が形成されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、貫通孔を通して支持部材の表裏両側にわたる気体の流通が許容されるため、この貫通孔を挟むように配置された第１センサ及び第２センサの温度環境をより近づけることができる。したがって、この構成によれば、第１センサ及び第２センサからの各検出信号にそれぞれ含まれる誤差の値を近づけることができるため、当該各誤差の合算値の平均として算出される各センサについての誤差に相当する値を実際の誤差に近づけることができ、各センサにおける温度補償の精度を向上することが可能となる。
【００１８】
前記物理量センサにおいて、前記貫通孔は、前記支持部材のうちの前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分以外の領域まで延びて形成されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、各センサの間に挟まれた領域とその外側の領域との間の空気の流通が許容されるため、各センサ間の領域と各センサの周囲との温度環境を近づけることができる。
【００２０】
また、本発明は、前記物理量センサと、前記物理量センサの第１センサからの第１検出信号と第２センサからの第２検出信号との合算値に基づいて、前記第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出するとともに、前記第１検出信号、第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を算出する算出部とを備えていることを特徴とする温度補償装置を提供する。
【００２１】
本発明に係る温度補償装置によれば、算出部を備えているため、第１検出信号と第２検出信号との合算値に基づいて誤差相当値を算出することができる。その理由は以下の通りである。両センサからの出力信号には、検出対象となる物理量の検出値である真値と、環境温度に起因した誤差とがそれぞれ含まれている。ここで、第１検出信号に含まれる真値と第２検出信号に含まれる真値とは正負逆符号であるのに対し、第１検出信号に含まれる誤差と第２検出信号に含まれる誤差とはそれぞれ同符号である。したがって、各検出信号を合算することにより環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を２倍した値を得ることができ、この値に基づいて各検出信号に含まれる温度補償値を算出することが可能となる。
【００２２】
そして、本発明に係る温度補償装置では、共通の温度特性を有する同一の第１センサ及び第２センサを用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値に基づいて誤差相当値を特定することができるため、予め両センサの温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、本発明によれば、共通の温度特性を有する第１センサ及び第２センサを用いているため、これら両センサの使用時の温度として許容される全ての温度範囲において前記温度補償を行うことができる。
【００２３】
さらに、本発明は、所定の物理量を検出する物理量センサの温度補償を行うための方法であって、同一のセンサであって互いに表裏反転した姿勢とされることで同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力する第１センサ及び第２センサを、それぞれ表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置する配置工程と、前記第１センサによる第１検出信号及び前記第２センサによる第２検出信号を取得する取得工程と、前記第１検出信号と前記第２検出信号との合算値に基づいて、第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出する誤差算出工程と、前記第１検出信号、前記第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を求める真値算出工程とを含むことを特徴とする物理量センサの温度補償方法を提供する。
【００２４】
本発明に係る温度補償方法によれば、適切な温度補償値を行うことができる。その理由は以下の通りである。
【００２５】
本発明に係る温度補償方法では、第１センサ及び第２センサを隣接して配置することにより当該両センサを近い温度環境下に置くことができ、さらに、これら両センサを互いに表裏逆向きに配置することにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号が出力される。ここで、両センサからの出力信号には、検出対象となる物理量の検出値である真値と、環境温度に起因した誤差とがそれぞれ含まれている。各出力信号における真値は、それぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、各出力信号における誤差は、それぞれ同符号、つまり一方の出力信号に含まれる誤差が正の符号であれば、他方の出力信号に含まれる誤差も正の符号である。したがって、誤差算出工程において第１センサ及び第２センサからの各出力信号の合算値を算出するとともにこの合算値の平均を求めることにより、各検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する誤差相当値を算出することができ、真値算出工程において検出信号から誤差相当値を除いた温度補償値を求めることができる。つまり、本発明に係る温度補償方法では、共通の温度特性を有する同一の第１センサ及び第２センサを用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値に基づいて誤差相当値を特定することができるため、予め両センサの温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、本発明によれば、共通の温度特性を有する第１センサ及び第２センサを用いているため、これら両センサの使用時の温度として許容される全ての温度範囲において前記温度補償を行うことができる。
【００２６】
前記温度補償方法において、前記配置工程では、板状の支持部材をその板厚方向に挟むように当該支持部材の表裏両面上にそれぞれ前記第１センサ及び第２センサを配置することが好ましい。
【００２７】
この方法によれば、大きな面積を要することなく両センサを表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、事前の煩雑な設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な物理量センサ及びこれを備えた温度補償装置並びに物理量センサの温度補償方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る温度補償装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】図１の温度補償装置の平面図である。
【図３】図１の加速度センサの検出原理を説明するための概略断面図である。
【図４】各加速度センサによる検出信号の一例を示すグラフである。
【図５】両加速度センサの温度特性を示すグラフである。
【図６】両加速度センサによる検出信号と、これらの検出信号から誤差を除いた真値とを示すグラフである。
【図７】検出値と温度補償値との関係を示すグラフである。
【図８】基板に形成される貫通孔の変形例を示す平面図である。
【図９】基板に形成される貫通孔の変形例を示す平面図である。
【図１０】基板に形成される貫通孔の変形例を示す平面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る温度補償装置の平面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態に係る温度補償装置の全体構成を示す側面図である。図２は、図１の温度補償装置の平面図である。
【００３２】
図１及び図２を参照して、温度補償装置１は、基板２と、この基板２の表面に実装された第１加速度センサ３と、前記基板２の裏面に実装された第２加速度センサ４と、両加速度センサ３、４から出力された検出信号に基づいて演算を行う演算部５とを備えている。
【００３３】
基板２は、表面及び裏面に所定の回路パターン（図示せず）がそれぞれ形成されたプリント基板であり、第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４の支持部材を兼ねる。この基板２には、当該基板２を板厚方向に貫通して表裏両側を互いに連通する貫通孔が形成されている。具体的に、前記貫通孔は、平面視円形の円形貫通部２ａと、この円形貫通部２ａから放心方向に延びる４つの直線貫通部２ｂとを有する。各直線貫通部２ｂは、円形貫通部２ａの中心軸回りの９０°毎に設けられている。
【００３４】
第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４は、これらセンサ３、４を支持する基板２が取り付けられる被検体の加速度を検出するものである。これら第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４は、前記基板２をその板厚方向に挟むように、互いに表裏反転した姿勢で基板２の表裏両面にそれぞれ実装されている。
【００３５】
具体的に、第１加速度センサ３は、加速度を検出するためのセンサ本体３ｂと、このセンサ本体３ｂに電力を供給するとともにセンサ本体３ｂからの電気信号を基板２に出力するための複数（本実施形態では１６本）のリード部３ａとを備えている。センサ本体３ｂは、表裏の面が正方形とされた直方体の形状を有する。各リード部３ａは、前記センサ本体３ｂの４つの側面に対しそれぞれ４本ずつ設けられている。なお、センサ本体３ｂは、表裏の面が正方形とされた直方体のものに限定されることはなく、表裏の面が長方形とされた直方体を含む他の立体的形状のものでもよい。
【００３６】
第２加速度センサ４は、前記第１加速度センサ３と同一のセンサである。具体的に、第２加速度センサ４は、加速度を検出するためのセンサ本体４ｂと、このセンサ本体４ｂに電力を供給するとともにセンサ本体４ｂからの電気信号を基板２に出力するための複数（本実施形態では１２本）のリード部４ａとを備えている。この第２加速度センサ４の構成は、基板２に対して表裏の姿勢を反転させている点を除き、前記第１加速度センサ３と同様である。
【００３７】
ここで、基板２に対する両加速度センサ３、４の取付位置について説明する。両加速度センサ３、４は、センサ本体３ｂ、４ｂの間で前記円形貫通部２ａを挟み、かつ、センサ本体３ｂ、４ｂの４つの角が前記各直線貫通部２ｂの上に位置するように基板２の表面及び裏面に取り付けられている。ここで、各直線貫通部２ｂは、各センサ本体３ｂ、４ｂにより挟まれた領域の外側まで延びて形成されている。つまり、各直線貫通部２ｂは、それぞれの先端部がセンサ本体３ｂの４つの角よりも外側に位置することができる長さを有する。このように、センサ本体３ｂ、４ｂ間に挟まれた領域に円形貫通部２ａが形成されていることにより、当該円形貫通部２ａを通して基板２の表裏にわたり空気が移動することができるため、各加速度センサ３、４の環境温度を近づけることができる。しかも、本実施形態では、各センサ本体３ｂ、４ｂにより挟まれる領域の外側の領域まで各直線貫通部２ｂが延びているため、この直線貫通部２ｂのうちのセンサ本体３ｂ、４ｂの外側に配置された部分を通して各加速度センサ３、４の周囲と円形貫通部２ａとの間の気体の流通が許容される。
【００３８】
以下、第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４における加速度の検出原理について図３を参照して説明する。
【００３９】
第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４のセンサ本体３ｂ及び４ｂは、前記基板２に固定される固定部Ａ１と、この固定部Ａ１内に設けられた可動部Ａ２と、前記固定部Ａ１に対して可動部Ａ２を３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）に沿って相対変位可能に支持する支持部Ａ３と、前記固定部Ａ１に対する可動部Ａ２の変位量を検出する図外の検出部とをそれぞれ備えている。前記検出部は、例えば、固定部Ａ１に設けられた電極と可動部Ａ２に設けられた電極との相対変位による静電容量の変化を検出することにより、又は、支持部Ａ３の歪み量を検出することにより、固定部Ａ１に対する可動部Ａ２に対する変位量を検出する。そして、両加速度センサ３、４では、例えば、固定部Ａ１の上面側へ向けた可動部Ａ２の変位をＺ軸方向の「正」、固定部Ａ１の下面側へ向けた可動部Ａ２の変位をＺ軸方向の「負」として検出信号を出力するように構成されているため、固定部Ａ１の上下の向きを反転させることにより、加速度センサ３、４による検出信号の正負の符号が逆転することになる。具体的に、各加速度センサ３、４による検出信号は、例えば図４に示すようになる。
【００４０】
図４は、各加速度センサ３、４による検出信号の一例を示すグラフである。図４では、可動部Ａ２の変位方向のＸ−Ｙ平面と前記基板２の表裏面とが平行となるように両加速度センサ３、４が実装された基板２を、一定の温度条件下でＸ軸又はＹ軸回りに回転させたときにおけるＺ軸方向の検出信号が示されている。図４に示すように、加速度センサ３の検出信号Ｌ１と、この加速度センサ３とは表裏逆向きに配置された加速度センサ４の検出信号Ｌ２とは、正負逆符号の信号となる。
【００４１】
図５は、両加速度センサ３、４の温度特性を示すグラフである。なお、図５の横軸は温度を示し、図５の縦軸は出力誤差（任意単位）を示す。図５に示すように、両加速度センサ３、４は、環境温度が２５℃のときに誤差が０（つまり、真値）となり、２５℃からの温度変化に比例して出力誤差が増減する温度特性を持つ。図５に示す例では、環境温度が１℃増加することにより誤差の値が１増加する。
【００４２】
図６は、両加速度センサ３、４による検出信号と、これらの検出信号から誤差を除いた真値とを示すグラフである。図６の横軸は時間であり、図６の縦軸は両加速度センサ３、４の出力である。また、図６は、図４に示すグラフと同様の条件で基板２を回転させるとともに、２５℃から所定の割合（例えば、毎秒０．０１℃）で温度を上昇させた場合における両加速度センサ３、４の検出信号Ｌ１１、Ｌ２１を示す。なお、図６のＬ１２、Ｌ２２は、両加速度センサ３、４により得られるべき真の値（以下、真値と称す）、つまり、２５℃の温度条件下で検出された検出信号を示している。図６から分かるように、環境温度が上昇すること（時間が経過すること）に応じて加速度センサ３の検出信号Ｌ１１と真値Ｌ１２との誤差が大きくなり、同様に、加速度センサ４の検出信号Ｌ２１と真値Ｌ２２との誤差も大きくなる。また、温度上昇に伴う誤差は、正符号の信号Ｌ１１及び負符号の信号Ｌ２１の何れに対しても正側にシフトさせる方向に働くことが分かる。つまり、各角速度センサ３、４の検出信号Ｌ１１、Ｌ２１に含まれる真値Ｌ１２、Ｌ２２はそれぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、誤差はそれぞれ同符号の信号である。
【００４３】
このような温度特性を利用して、前記演算部５（図１参照）は、前記両加速度センサ３、４からそれぞれ出力された検出信号Ｌ１１、Ｌ２１に基づいて、当該検出信号Ｌ１１、Ｌ２１に含まれる環境温度に起因した誤差を除いた値である真値Ｌ１２、Ｌ２２に相当する温度補償値を算出する。具体的に、演算部５は、以下の式（１）〜（３）を基礎として演算を進める。
【００４４】
Ｓ１１＝Ｓ１２＋ｅｒｒ ・・・（１）
Ｓ２１＝Ｓ２２＋ｅｒｒ ・・・（２）
Ｓ１２＝−Ｓ２２ ・・・（３）
なお、式（１）において、Ｓ１１は加速度センサ３の検出値であり、Ｓ１２は検出値Ｓ１１に含まれる真値に相当する値である温度補償値である。式（２）において、Ｓ２１は加速度センサ４の検出信号であり、Ｓ２２は検出値Ｓ２１に含まれる真値に相当する値である温度補償値である。式（１）及び（２）において、ｅｒｒは検出値Ｓ１１、Ｓ２１に含まれる誤差に相当する誤差相当値である。
【００４５】
具体的に、式（１）は、加速度センサ３の検出値Ｓ１１には温度補償値Ｓ１２と誤差相当値ｅｒｒが含まれることを意味し、式（２）は、加速度センサ４の検出値Ｓ２１には温度補償値Ｓ２２と誤差相当値ｅｒｒが含まれることを意味し、式（３）は、各加速度センサ３、４の温度補償値Ｓ１２、Ｓ２２が逆符号の同一の値であることを意味する。
【００４６】
そして、式（１）の検出値Ｓ１１と式（２）の検出値Ｓ２１とを合算するとともに、これに式（３）を代入することにより、以下の式（４）が得られ、この式（４）から式（５）が得られる。
【００４７】
Ｓ１１＋Ｓ２１＝２×ｅｒｒ ・・・（４）
ｅｒｒ＝（Ｓ１１＋Ｓ２１）÷２ ・・・（５）
そして、演算部５は、前記式（５）に基づいて誤差相当値ｅｒｒを算出するとともに、この誤差相当値ｅｒｒを検出値Ｓ１１及び検出値Ｓ２１から減じて温度補償値Ｓ１２及び温度補償値Ｓ２２を算出する。
【００４８】
図７は、検出値と温度補償値との関係を示すグラフである。具体的に、図７は、図６に示すグラフと同様に基板２を回転させるとともに所定の割合（毎秒０．０１℃）で温度を上昇させる条件下において、温度上昇と同様のタイミングで演算部５により算出された温度補償値Ｌ１３を示す。この温度補償値Ｌ１３は、図６に示す真値Ｌ１２と略同等の軌跡を辿っていることが分かる。なお、図７のＬ３は、前記式（５）で得られた誤差相当値ｅｒｒの値を示しており、温度上昇に伴い増加する。
【００４９】
なお、本実施形態では、温度補償値Ｓ１２、Ｓ２２の双方を算出しているが、少なくとも一方を算出すればよい。
【００５０】
以下、温度補償装置１を用いた温度補償の方法について説明する。
【００５１】
まず、基板２をその板厚方向に挟むように当該基板２の表裏両面に支持された各加速度センサ３、４を準備することにより、各加速度センサ３、４をそれぞれ表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置する（配置工程）。
【００５２】
次いで、各加速度センサ３、４から出力された検出値Ｓ１１、Ｓ２１を演算部５において取得する（取得工程）。
【００５３】
演算部５においては、各検出値Ｓ１１、Ｓ２１を前記式（５）に代入することにより誤差相当値ｅｒｒを算出するとともに（誤差算出工程）、この誤差相当値ｅｒｒを検出値Ｓ１１、Ｓ２１から減ずることにより、温度補償値Ｓ１２、Ｓ１２を算出する（真値算出工程）。
【００５４】
以上説明したように、前記実施形態によれば、表裏反転した姿勢とされることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力する加速度センサ３、４が表裏反転した姿勢で基板２に支持されているため、事前の設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な温度補償装置１を得ることができる。その理由は以下の通りである。
【００５５】
前記実施形態に係る温度補償装置１では、各加速度センサ３、４が基板２を挟んで互いに近傍となる位置に支持されていることにより当該両加速度センサ３、４が近い温度環境下に置かれており、さらに、これら両加速度センサ３、４は、互いに表裏反転した姿勢で支持されていることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力することになる。ここで、両加速度センサ３、４からの検出値Ｓ１１、Ｓ２１には、真値（図６のＬ１２）と、誤差とがそれぞれ含まれている。各出力値Ｓ１１、Ｓ２１における真値は、それぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、各出力値Ｓ１１、Ｓ２１における誤差は、それぞれ同符号である。したがって、各出力値Ｓ１１、Ｓ２１の合算値を求めることにより、環境温度に起因した誤差に相当する誤差相当値ｅｒｒを２倍にした値を得ることができ、この値に基づき誤差相当値ｅｒｒを特定することが可能となる。つまり、前記実施形態に係る温度補償装置１では、共通の温度特性を有する同一の加速度センサ３、４を用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値Ｓ１１、Ｓ２１に基づいて誤差相当値ｅｒｒを特定することができるため、予め両加速度センサ３、４の温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、前記温度補償装置１によれば、共通の温度特性を有する各加速度センサ３、４を用いているため、これら両加速度センサ３、４の使用時の温度として許容される全ての温度範囲において温度補償を行うことができる。
【００５６】
前記実施形態のように、両加速度センサ３、４が基板２をその板厚方向に挟むように基板２の表面及び裏面にそれぞれ支持されている構成によれば、基板２上に両加速度センサ３、４を横並びに配置する場合に比べて装置全体の必要面積を削減することができる。
【００５７】
前記実施形態のように、基板２のうち両加速度センサ３、４に挟まれた部分に円形貫通部２ａ及び直線貫通部２ｂが設けられた構成によれば、これら貫通部２ａ、２ｂを通して基板２の表裏両側にわたる気体の流通が許容されるため、これら貫通部２ａ、２ｂを挟むように配置された両加速度センサ３、４の温度環境をより近づけることができる。したがって、前記実施形態によれば、両加速度センサ３、４からの検出値Ｓ１１、Ｓ２１にそれぞれ含まれる誤差の値を近づけることができるため、当該各誤差の合算値の平均として算出される各加速度センサ３、４について誤差相当値ｅｒｒを実際の誤差に近づけることができ、各加速度センサ３、４における温度補償の精度を向上することができる。
【００５８】
前記実施形態に係る直線貫通部２ｂは、基板２のうちの両加速度センサ３、４に挟まれた部分以外の領域まで延びているので、各加速度センサ３、４間に挟まれた領域とその外側の領域との間の空気の流通を許容し、これにより、各加速度センサ３、４間の領域と各加速度センサ３、４の周囲との温度環境を近づけることができる。
【００５９】
なお、前記実施形態では、図２に示すように基板２に円形貫通部２ａ及び直線貫通部２ｂが形成されているが、基板２に形成される貫通孔は、これに限定されない。図８〜図１０は、基板２に形成される貫通孔の変形例を示すものである。
【００６０】
図２に示す貫通孔は、１つの円形貫通部２ａから４本の直線貫通部２ｂが延びる形状を有しているが、図８に示す貫通孔では、４本の直線貫通部２ｂがそれぞれ４つの円形貫通部２ｃに終端し、各円形貫通部２ｃは、それぞれ各センサ本体３ｂ、４ｂの間に挟まれる領域に形成されている。一方、各直線貫通部２ｂは、図２に示すものと同様に、各センサ本体３ｂ、４ｂ間で挟まれる領域から外側に延びている。したがって、図８に示す貫通孔によっても、各円形貫通部２ｃを通して基板２の表裏にわたる気体の流通が許容されるとともに、各直線貫通部２ｂを通して各加速度センサ本体３、４の周囲と各円形貫通部２ｃとの間の気体の流通が許容される。しかも、図８に示す各円形貫通部２ｃは、図２に示す円形貫通部２ａよりも小さい開口面積を有するから、基板２の強度を高く保持しつつ前記気体の流通を確保することができる。
【００６１】
また、図９に示すように、センサ本体３ｂ、４ｂの隣り合う各リード部３ａ間の隙間に沿って互いに平行に延びる複数の直線貫通部２ｄを基板２に形成することもできる。各直線貫通部２ｄの中間部は、各センサ本体３ｂ、４ｂ間で挟まれる領域内に配置されている一方、各直線貫通部２ｄの両端部は、各センサ本体３ｂ、４ｂ間で挟まれる領域の外側に配置されている。このように複数の直線貫通部２ｄが所定方向に平行して延びているため、基板２に荷重が与えられることが想定される場合に、当該荷重の方向と各直線貫通部２ｄの延びる方向とを合致させることにより、基板２の強度不足を回避することができる。具体的に、荷重の方向と各直線貫通部２ｄの延びる方向とを合致させることにより、これらの方向を合致させない場合と比較して当該荷重の方向と直交する方向における貫通孔の領域を狭くすることができるため、基板２の強度不足を回避することができる。
【００６２】
図１０に示す直線貫通部２ｅでは、その一端部がセンサ本体３ｂ、４ｂの外側に配置されるとともにその他端部がセンサ本体３ｂ、４ｂの間に配置されている。また、基板２のうち各センサ本体３ｂ、４ｂに挟まれた部分には、４つの円形貫通部２ｆが形成され、これら円形貫通部２ｆがそれぞれ前記直線貫通部２ｅの他端部に接続されている。図１０に示す貫通孔では、図９に示す貫通孔と比べて、直線貫通部２ｅの１本当たりの長さを短くすることができるため、強度不足の対策がより容易である。
【００６３】
また、前記実施形態では、リード部３ａを有する加速度センサ３、４について説明したが、図１１及び図１２に示すように、球状端子６ａを有する加速度センサ６を採用することもできる。
【００６４】
具体的に、本実施形態に係る温度補償装置８は、前記基板２と、この基板２をその厚み方向に挟むように当該基板２の表裏両面にそれぞれ実装された一対の加速度センサ６とを備えている。加速度センサ６は、センサ本体６ｂと、このセンサ本体６ｂから突出する球状端子６ａとを有する、いわゆるＢＧＡ（ball grid allay）型の電子部品である。本実施形態において、基板２には、球状端子６ａに接触するための複数のパッド２ｈが設けられている。また、基板２には、各加速度センサ６のセンサ本体６ｂにより挟まれる位置であって、前記各パッド２ｈが設けられていない位置で基板２を表裏に貫通する複数の（本実施形態では４つの）円形貫通孔２ｇが形成されている。これら円形貫通孔２ｇを通して基板２の表裏にわたる気体の流通が許容されるため、各加速度センサ６の環境温度を近づけることができる。
【００６５】
なお、前記各実施形態では、基板２の表裏の両面に、表裏逆向きに加速度センサ３、４、６をそれぞれ設ける構成について説明したが、基板２の表裏一方の面に対して表裏逆向きに加速度センサ３、４、６を互いに隣接して配置することもできる。この構成においても、隣接した加速度センサ３、４、６同士の環境温度が同等となるため、前記各実施形態で説明した方法によって各加速度センサ３、４、６の温度補償を行うことができる。
【００６６】
また、前記各実施形態では、表裏反転した姿勢とされることにより、同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力するセンサとして、加速度センサ３、４、６を例示しているが、被検体の角速度を検出するためのジャイロセンサ（ジャイロスコープ）も同様の特性を有するため、上述した温度補償を行うことができる。
【符号の説明】
【００６７】
Ｌ１１、Ｌ２１ 検出信号
Ｌ１２、Ｌ２２ 真値
Ｌ１３ 温度補償値
Ｓ１１、Ｓ２１ 検出値
Ｓ１２、Ｓ２２ 温度補償値
ｅｒｒ 誤差相当値
１、８ 温度補償装置
２ 基板（支持部材）
２ａ、２ｃ、２ｆ 円形貫通部
２ｂ、２ｄ、２ｅ 直線貫通部
２ｇ 円形貫通孔
３、４、６ 加速度センサ（第１センサ、第２センサの一例）
５ 演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサの温度特性を補償するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば産業機械や家電製品では、物理量センサによって所定の物理量が検出され、その検出情報に基づいてデータ処理や各種制御が行われている。
【０００３】
この種の物理量センサは、温度特性を有する。具体的に、物理量センサは、検出すべき物理量が同一であっても、検出対象物の温度や雰囲気の温度に応じて検出値が変化する特性を持つ。例えば、加速度センサにおいては、検出対象物の加速度が一定であっても気温の影響を受けて当該センサの出力値が変化することがある。また、角速度を検出するジャイロセンサ（ジャイロスコープ）においても同様である。
【０００４】
このような温度特性を補償するための構成として、例えば、特許文献１に記載の物理量センサ感度温度補償回路が知られている。特許文献１の補償回路は、温度検出部と、この温度検出部からの温度検出電圧の値に応じて変化する増幅率を有する可変増幅部と、この可変増幅部の出力電圧に対応した電流を圧力センサに流す駆動部とを備え、前記可変増幅部の増幅率が前記圧力センサの温度特性に伴う出力の変動を打ち消すように予め設定されている。
【０００５】
また、温度特性を補償する別の構成として、例えば、特許文献２に記載のセンサ回路が知られている。特許文献２のセンサ回路は、ゲージ抵抗からなる圧力検出素子を有するセンシング部と、このセンシング部からの出力を増幅するオペアンプとを備えている。特許文献２のセンサ回路は、予め調べられたオペアンプの室温特性及び高温特性に基づいて、オペアンプの温度特性を打ち消すようにゲージ抵抗の温度特性を制御することにより、オペアンプからの出力、つまり、物理量センサの出力について温度補償を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８１３７４号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の補償回路では、圧力センサの温度特性に伴う出力の変動を打ち消すように可変増幅部の増幅率を予め設定することにより温度特性が補償されているが、このような増幅率の設定条件を広い温度範囲内で満たす可変増幅部を準備するのは困難である。
【０００８】
また、特許文献１の補償回路では、可変増幅部の増幅率を設定するために、予め圧力センサの温度特性を調べておく必要があるため、事前の設計が煩雑になるという問題もある。
【０００９】
同様に、特許文献２のセンサ回路では、オペアンプの室温特性と高温特性とを予め調べておく必要があるため、事前の設計が煩雑になる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、事前の煩雑な設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な物理量センサ及びこれを備えた温度補償装置並びに物理量センサの温度補償方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、所定の物理量を検出するための物理量センサであって、前記物理量の検出信号を出力する第１センサと、前記第１センサと同一のセンサであって、前記第１センサとは表裏反転した姿勢にあることで、前記第１センサの検出信号と同等の絶対値を有しかつ前記第１センサの検出信号と正負逆符号の信号を出力する第２センサと、前記第１センサ及び前記第２センサを互いに表裏反転した姿勢で支持する支持部材とを備えていることを特徴とする物理量センサを提供する。
【００１２】
本発明によれば、表裏反転した姿勢とされることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力する第１センサ及び第２センサが表裏反転した姿勢で支持されているため、事前の煩雑な設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な物理センサを得ることができる。その理由は以下の通りである。
【００１３】
本発明に係る物理量センサでは、第１センサ及び第２センサが近傍位置に支持されていることにより当該両センサが近い温度環境下に置かれており、さらに、これら両センサは、互いに表裏反転した姿勢で支持部材に支持されていることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力することになる。ここで、両センサからの出力信号には、検出対象となる物理量の検出値である真値と、環境温度に起因した誤差とがそれぞれ含まれている。各出力信号における真値は、それぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、各出力信号における誤差は、それぞれ同符号、つまり一方の出力信号に含まれる誤差が正の符号であれば、他方の出力信号に含まれる誤差も正の符号である。したがって、第１センサ及び第２センサからの各出力信号の合算値を求めることにより、環境温度に起因した誤差を２倍した値を得ることができ、この値に基づき前記誤差を特定することが可能となる。つまり、本発明に係る物理量センサでは、共通の温度特性を有する同一の第１センサ及び第２センサを用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値に基づいて誤差を特定することができるため、予め両センサの温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、本発明によれば、共通の温度特性を有する第１センサ及び第２センサを用いているため、これら両センサの使用時の温度として許容される全ての温度範囲において前記温度補償を行うことができる。
【００１４】
前記物理量センサにおいて、前記支持部材は、板状の部材であり、前記第１センサ及び前記第２センサは、前記支持部材をその板厚方向に挟むように前記支持部材の表面及び裏面にそれぞれ支持されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第１センサ及び第２センサが支持部材を板厚方向に挟むように配置されているため、支持部材上に両センサを横並びに配置する場合に比べて物理量センサ全体の必要面積を削減することができる。
【００１６】
前記物理量センサにおいて、前記支持部材のうち前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分の少なくとも一部には、前記支持部材をその板厚方向に貫通する貫通孔が形成されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、貫通孔を通して支持部材の表裏両側にわたる気体の流通が許容されるため、この貫通孔を挟むように配置された第１センサ及び第２センサの温度環境をより近づけることができる。したがって、この構成によれば、第１センサ及び第２センサからの各検出信号にそれぞれ含まれる誤差の値を近づけることができるため、当該各誤差の合算値の平均として算出される各センサについての誤差に相当する値を実際の誤差に近づけることができ、各センサにおける温度補償の精度を向上することが可能となる。
【００１８】
前記物理量センサにおいて、前記貫通孔は、前記支持部材のうちの前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分以外の領域まで延びて形成されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、各センサの間に挟まれた領域とその外側の領域との間の空気の流通が許容されるため、各センサ間の領域と各センサの周囲との温度環境を近づけることができる。
【００２０】
また、本発明は、前記物理量センサと、前記物理量センサの第１センサからの第１検出信号と第２センサからの第２検出信号との合算値に基づいて、前記第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出するとともに、前記第１検出信号、第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を算出する算出部とを備えていることを特徴とする温度補償装置を提供する。
【００２１】
本発明に係る温度補償装置によれば、算出部を備えているため、第１検出信号と第２検出信号との合算値に基づいて誤差相当値を算出することができる。その理由は以下の通りである。両センサからの出力信号には、検出対象となる物理量の検出値である真値と、環境温度に起因した誤差とがそれぞれ含まれている。ここで、第１検出信号に含まれる真値と第２検出信号に含まれる真値とは正負逆符号であるのに対し、第１検出信号に含まれる誤差と第２検出信号に含まれる誤差とはそれぞれ同符号である。したがって、各検出信号を合算することにより環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を２倍した値を得ることができ、この値に基づいて各検出信号に含まれる温度補償値を算出することが可能となる。
【００２２】
そして、本発明に係る温度補償装置では、共通の温度特性を有する同一の第１センサ及び第２センサを用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値に基づいて誤差相当値を特定することができるため、予め両センサの温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、本発明によれば、共通の温度特性を有する第１センサ及び第２センサを用いているため、これら両センサの使用時の温度として許容される全ての温度範囲において前記温度補償を行うことができる。
【００２３】
さらに、本発明は、所定の物理量を検出する物理量センサの温度補償を行うための方法であって、同一のセンサであって互いに表裏反転した姿勢とされることで同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力する第１センサ及び第２センサを、それぞれ表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置する配置工程と、前記第１センサによる第１検出信号及び前記第２センサによる第２検出信号を取得する取得工程と、前記第１検出信号と前記第２検出信号との合算値に基づいて、第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出する誤差算出工程と、前記第１検出信号、前記第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を求める真値算出工程とを含むことを特徴とする物理量センサの温度補償方法を提供する。
【００２４】
本発明に係る温度補償方法によれば、適切な温度補償値を行うことができる。その理由は以下の通りである。
【００２５】
本発明に係る温度補償方法では、第１センサ及び第２センサを隣接して配置することにより当該両センサを近い温度環境下に置くことができ、さらに、これら両センサを互いに表裏逆向きに配置することにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号が出力される。ここで、両センサからの出力信号には、検出対象となる物理量の検出値である真値と、環境温度に起因した誤差とがそれぞれ含まれている。各出力信号における真値は、それぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、各出力信号における誤差は、それぞれ同符号、つまり一方の出力信号に含まれる誤差が正の符号であれば、他方の出力信号に含まれる誤差も正の符号である。したがって、誤差算出工程において第１センサ及び第２センサからの各出力信号の合算値を算出するとともにこの合算値の平均を求めることにより、各検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する誤差相当値を算出することができ、真値算出工程において検出信号から誤差相当値を除いた温度補償値を求めることができる。つまり、本発明に係る温度補償方法では、共通の温度特性を有する同一の第１センサ及び第２センサを用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値に基づいて誤差相当値を特定することができるため、予め両センサの温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、本発明によれば、共通の温度特性を有する第１センサ及び第２センサを用いているため、これら両センサの使用時の温度として許容される全ての温度範囲において前記温度補償を行うことができる。
【００２６】
前記温度補償方法において、前記配置工程では、板状の支持部材をその板厚方向に挟むように当該支持部材の表裏両面上にそれぞれ前記第１センサ及び第２センサを配置することが好ましい。
【００２７】
この方法によれば、大きな面積を要することなく両センサを表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、事前の煩雑な設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な物理量センサ及びこれを備えた温度補償装置並びに物理量センサの温度補償方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る温度補償装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】図１の温度補償装置の平面図である。
【図３】図１の加速度センサの検出原理を説明するための概略断面図である。
【図４】各加速度センサによる検出信号の一例を示すグラフである。
【図５】両加速度センサの温度特性を示すグラフである。
【図６】両加速度センサによる検出信号と、これらの検出信号から誤差を除いた真値とを示すグラフである。
【図７】検出値と温度補償値との関係を示すグラフである。
【図８】基板に形成される貫通孔の変形例を示す平面図である。
【図９】基板に形成される貫通孔の変形例を示す平面図である。
【図１０】基板に形成される貫通孔の変形例を示す平面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る温度補償装置の平面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態に係る温度補償装置の全体構成を示す側面図である。図２は、図１の温度補償装置の平面図である。
【００３２】
図１及び図２を参照して、温度補償装置１は、基板２と、この基板２の表面に実装された第１加速度センサ３と、前記基板２の裏面に実装された第２加速度センサ４と、両加速度センサ３、４から出力された検出信号に基づいて演算を行う演算部５とを備えている。
【００３３】
基板２は、表面及び裏面に所定の回路パターン（図示せず）がそれぞれ形成されたプリント基板であり、第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４の支持部材を兼ねる。この基板２には、当該基板２を板厚方向に貫通して表裏両側を互いに連通する貫通孔が形成されている。具体的に、前記貫通孔は、平面視円形の円形貫通部２ａと、この円形貫通部２ａから放心方向に延びる４つの直線貫通部２ｂとを有する。各直線貫通部２ｂは、円形貫通部２ａの中心軸回りの９０°毎に設けられている。
【００３４】
第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４は、これらセンサ３、４を支持する基板２が取り付けられる被検体の加速度を検出するものである。これら第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４は、前記基板２をその板厚方向に挟むように、互いに表裏反転した姿勢で基板２の表裏両面にそれぞれ実装されている。
【００３５】
具体的に、第１加速度センサ３は、加速度を検出するためのセンサ本体３ｂと、このセンサ本体３ｂに電力を供給するとともにセンサ本体３ｂからの電気信号を基板２に出力するための複数（本実施形態では１６本）のリード部３ａとを備えている。センサ本体３ｂは、表裏の面が正方形とされた直方体の形状を有する。各リード部３ａは、前記センサ本体３ｂの４つの側面に対しそれぞれ４本ずつ設けられている。なお、センサ本体３ｂは、表裏の面が正方形とされた直方体のものに限定されることはなく、表裏の面が長方形とされた直方体を含む他の立体的形状のものでもよい。
【００３６】
第２加速度センサ４は、前記第１加速度センサ３と同一のセンサである。具体的に、第２加速度センサ４は、加速度を検出するためのセンサ本体４ｂと、このセンサ本体４ｂに電力を供給するとともにセンサ本体４ｂからの電気信号を基板２に出力するための複数（本実施形態では１２本）のリード部４ａとを備えている。この第２加速度センサ４の構成は、基板２に対して表裏の姿勢を反転させている点を除き、前記第１加速度センサ３と同様である。
【００３７】
ここで、基板２に対する両加速度センサ３、４の取付位置について説明する。両加速度センサ３、４は、センサ本体３ｂ、４ｂの間で前記円形貫通部２ａを挟み、かつ、センサ本体３ｂ、４ｂの４つの角が前記各直線貫通部２ｂの上に位置するように基板２の表面及び裏面に取り付けられている。ここで、各直線貫通部２ｂは、各センサ本体３ｂ、４ｂにより挟まれた領域の外側まで延びて形成されている。つまり、各直線貫通部２ｂは、それぞれの先端部がセンサ本体３ｂの４つの角よりも外側に位置することができる長さを有する。このように、センサ本体３ｂ、４ｂ間に挟まれた領域に円形貫通部２ａが形成されていることにより、当該円形貫通部２ａを通して基板２の表裏にわたり空気が移動することができるため、各加速度センサ３、４の環境温度を近づけることができる。しかも、本実施形態では、各センサ本体３ｂ、４ｂにより挟まれる領域の外側の領域まで各直線貫通部２ｂが延びているため、この直線貫通部２ｂのうちのセンサ本体３ｂ、４ｂの外側に配置された部分を通して各加速度センサ３、４の周囲と円形貫通部２ａとの間の気体の流通が許容される。
【００３８】
以下、第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４における加速度の検出原理について図３を参照して説明する。
【００３９】
第１加速度センサ３及び第２加速度センサ４のセンサ本体３ｂ及び４ｂは、前記基板２に固定される固定部Ａ１と、この固定部Ａ１内に設けられた可動部Ａ２と、前記固定部Ａ１に対して可動部Ａ２を３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）に沿って相対変位可能に支持する支持部Ａ３と、前記固定部Ａ１に対する可動部Ａ２の変位量を検出する図外の検出部とをそれぞれ備えている。前記検出部は、例えば、固定部Ａ１に設けられた電極と可動部Ａ２に設けられた電極との相対変位による静電容量の変化を検出することにより、又は、支持部Ａ３の歪み量を検出することにより、固定部Ａ１に対する可動部Ａ２に対する変位量を検出する。そして、両加速度センサ３、４では、例えば、固定部Ａ１の上面側へ向けた可動部Ａ２の変位をＺ軸方向の「正」、固定部Ａ１の下面側へ向けた可動部Ａ２の変位をＺ軸方向の「負」として検出信号を出力するように構成されているため、固定部Ａ１の上下の向きを反転させることにより、加速度センサ３、４による検出信号の正負の符号が逆転することになる。具体的に、各加速度センサ３、４による検出信号は、例えば図４に示すようになる。
【００４０】
図４は、各加速度センサ３、４による検出信号の一例を示すグラフである。図４では、可動部Ａ２の変位方向のＸ−Ｙ平面と前記基板２の表裏面とが平行となるように両加速度センサ３、４が実装された基板２を、一定の温度条件下でＸ軸又はＹ軸回りに回転させたときにおけるＺ軸方向の検出信号が示されている。図４に示すように、加速度センサ３の検出信号Ｌ１と、この加速度センサ３とは表裏逆向きに配置された加速度センサ４の検出信号Ｌ２とは、正負逆符号の信号となる。
【００４１】
図５は、両加速度センサ３、４の温度特性を示すグラフである。なお、図５の横軸は温度を示し、図５の縦軸は出力誤差（任意単位）を示す。図５に示すように、両加速度センサ３、４は、環境温度が２５℃のときに誤差が０（つまり、真値）となり、２５℃からの温度変化に比例して出力誤差が増減する温度特性を持つ。図５に示す例では、環境温度が１℃増加することにより誤差の値が１増加する。
【００４２】
図６は、両加速度センサ３、４による検出信号と、これらの検出信号から誤差を除いた真値とを示すグラフである。図６の横軸は時間であり、図６の縦軸は両加速度センサ３、４の出力である。また、図６は、図４に示すグラフと同様の条件で基板２を回転させるとともに、２５℃から所定の割合（例えば、毎秒０．０１℃）で温度を上昇させた場合における両加速度センサ３、４の検出信号Ｌ１１、Ｌ２１を示す。なお、図６のＬ１２、Ｌ２２は、両加速度センサ３、４により得られるべき真の値（以下、真値と称す）、つまり、２５℃の温度条件下で検出された検出信号を示している。図６から分かるように、環境温度が上昇すること（時間が経過すること）に応じて加速度センサ３の検出信号Ｌ１１と真値Ｌ１２との誤差が大きくなり、同様に、加速度センサ４の検出信号Ｌ２１と真値Ｌ２２との誤差も大きくなる。また、温度上昇に伴う誤差は、正符号の信号Ｌ１１及び負符号の信号Ｌ２１の何れに対しても正側にシフトさせる方向に働くことが分かる。つまり、各角速度センサ３、４の検出信号Ｌ１１、Ｌ２１に含まれる真値Ｌ１２、Ｌ２２はそれぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、誤差はそれぞれ同符号の信号である。
【００４３】
このような温度特性を利用して、前記演算部５（図１参照）は、前記両加速度センサ３、４からそれぞれ出力された検出信号Ｌ１１、Ｌ２１に基づいて、当該検出信号Ｌ１１、Ｌ２１に含まれる環境温度に起因した誤差を除いた値である真値Ｌ１２、Ｌ２２に相当する温度補償値を算出する。具体的に、演算部５は、以下の式（１）〜（３）を基礎として演算を進める。
【００４４】
Ｓ１１＝Ｓ１２＋ｅｒｒ ・・・（１）
Ｓ２１＝Ｓ２２＋ｅｒｒ ・・・（２）
Ｓ１２＝−Ｓ２２ ・・・（３）
なお、式（１）において、Ｓ１１は加速度センサ３の検出値であり、Ｓ１２は検出値Ｓ１１に含まれる真値に相当する値である温度補償値である。式（２）において、Ｓ２１は加速度センサ４の検出信号であり、Ｓ２２は検出値Ｓ２１に含まれる真値に相当する値である温度補償値である。式（１）及び（２）において、ｅｒｒは検出値Ｓ１１、Ｓ２１に含まれる誤差に相当する誤差相当値である。
【００４５】
具体的に、式（１）は、加速度センサ３の検出値Ｓ１１には温度補償値Ｓ１２と誤差相当値ｅｒｒが含まれることを意味し、式（２）は、加速度センサ４の検出値Ｓ２１には温度補償値Ｓ２２と誤差相当値ｅｒｒが含まれることを意味し、式（３）は、各加速度センサ３、４の温度補償値Ｓ１２、Ｓ２２が逆符号の同一の値であることを意味する。
【００４６】
そして、式（１）の検出値Ｓ１１と式（２）の検出値Ｓ２１とを合算するとともに、これに式（３）を代入することにより、以下の式（４）が得られ、この式（４）から式（５）が得られる。
【００４７】
Ｓ１１＋Ｓ２１＝２×ｅｒｒ ・・・（４）
ｅｒｒ＝（Ｓ１１＋Ｓ２１）÷２ ・・・（５）
そして、演算部５は、前記式（５）に基づいて誤差相当値ｅｒｒを算出するとともに、この誤差相当値ｅｒｒを検出値Ｓ１１及び検出値Ｓ２１から減じて温度補償値Ｓ１２及び温度補償値Ｓ２２を算出する。
【００４８】
図７は、検出値と温度補償値との関係を示すグラフである。具体的に、図７は、図６に示すグラフと同様に基板２を回転させるとともに所定の割合（毎秒０．０１℃）で温度を上昇させる条件下において、温度上昇と同様のタイミングで演算部５により算出された温度補償値Ｌ１３を示す。この温度補償値Ｌ１３は、図６に示す真値Ｌ１２と略同等の軌跡を辿っていることが分かる。なお、図７のＬ３は、前記式（５）で得られた誤差相当値ｅｒｒの値を示しており、温度上昇に伴い増加する。
【００４９】
なお、本実施形態では、温度補償値Ｓ１２、Ｓ２２の双方を算出しているが、少なくとも一方を算出すればよい。
【００５０】
以下、温度補償装置１を用いた温度補償の方法について説明する。
【００５１】
まず、基板２をその板厚方向に挟むように当該基板２の表裏両面に支持された各加速度センサ３、４を準備することにより、各加速度センサ３、４をそれぞれ表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置する（配置工程）。
【００５２】
次いで、各加速度センサ３、４から出力された検出値Ｓ１１、Ｓ２１を演算部５において取得する（取得工程）。
【００５３】
演算部５においては、各検出値Ｓ１１、Ｓ２１を前記式（５）に代入することにより誤差相当値ｅｒｒを算出するとともに（誤差算出工程）、この誤差相当値ｅｒｒを検出値Ｓ１１、Ｓ２１から減ずることにより、温度補償値Ｓ１２、Ｓ１２を算出する（真値算出工程）。
【００５４】
以上説明したように、前記実施形態によれば、表裏反転した姿勢とされることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力する加速度センサ３、４が表裏反転した姿勢で基板２に支持されているため、事前の設計を要することなく広い温度範囲で温度補償可能な温度補償装置１を得ることができる。その理由は以下の通りである。
【００５５】
前記実施形態に係る温度補償装置１では、各加速度センサ３、４が基板２を挟んで互いに近傍となる位置に支持されていることにより当該両加速度センサ３、４が近い温度環境下に置かれており、さらに、これら両加速度センサ３、４は、互いに表裏反転した姿勢で支持されていることにより同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号を出力することになる。ここで、両加速度センサ３、４からの検出値Ｓ１１、Ｓ２１には、真値（図６のＬ１２）と、誤差とがそれぞれ含まれている。各出力値Ｓ１１、Ｓ２１における真値は、それぞれ正負逆符号の信号であるのに対し、各出力値Ｓ１１、Ｓ２１における誤差は、それぞれ同符号である。したがって、各出力値Ｓ１１、Ｓ２１の合算値を求めることにより、環境温度に起因した誤差に相当する誤差相当値ｅｒｒを２倍にした値を得ることができ、この値に基づき誤差相当値ｅｒｒを特定することが可能となる。つまり、前記実施形態に係る温度補償装置１では、共通の温度特性を有する同一の加速度センサ３、４を用いることにより、真値及び誤差の大きさを共通とする２つの検出値Ｓ１１、Ｓ２１に基づいて誤差相当値ｅｒｒを特定することができるため、予め両加速度センサ３、４の温度特性を調べるといった事前の煩雑な設計が不要となる。さらに、前記温度補償装置１によれば、共通の温度特性を有する各加速度センサ３、４を用いているため、これら両加速度センサ３、４の使用時の温度として許容される全ての温度範囲において温度補償を行うことができる。
【００５６】
前記実施形態のように、両加速度センサ３、４が基板２をその板厚方向に挟むように基板２の表面及び裏面にそれぞれ支持されている構成によれば、基板２上に両加速度センサ３、４を横並びに配置する場合に比べて装置全体の必要面積を削減することができる。
【００５７】
前記実施形態のように、基板２のうち両加速度センサ３、４に挟まれた部分に円形貫通部２ａ及び直線貫通部２ｂが設けられた構成によれば、これら貫通部２ａ、２ｂを通して基板２の表裏両側にわたる気体の流通が許容されるため、これら貫通部２ａ、２ｂを挟むように配置された両加速度センサ３、４の温度環境をより近づけることができる。したがって、前記実施形態によれば、両加速度センサ３、４からの検出値Ｓ１１、Ｓ２１にそれぞれ含まれる誤差の値を近づけることができるため、当該各誤差の合算値の平均として算出される各加速度センサ３、４について誤差相当値ｅｒｒを実際の誤差に近づけることができ、各加速度センサ３、４における温度補償の精度を向上することができる。
【００５８】
前記実施形態に係る直線貫通部２ｂは、基板２のうちの両加速度センサ３、４に挟まれた部分以外の領域まで延びているので、各加速度センサ３、４間に挟まれた領域とその外側の領域との間の空気の流通を許容し、これにより、各加速度センサ３、４間の領域と各加速度センサ３、４の周囲との温度環境を近づけることができる。
【００５９】
なお、前記実施形態では、図２に示すように基板２に円形貫通部２ａ及び直線貫通部２ｂが形成されているが、基板２に形成される貫通孔は、これに限定されない。図８〜図１０は、基板２に形成される貫通孔の変形例を示すものである。
【００６０】
図２に示す貫通孔は、１つの円形貫通部２ａから４本の直線貫通部２ｂが延びる形状を有しているが、図８に示す貫通孔では、４本の直線貫通部２ｂがそれぞれ４つの円形貫通部２ｃに終端し、各円形貫通部２ｃは、それぞれ各センサ本体３ｂ、４ｂの間に挟まれる領域に形成されている。一方、各直線貫通部２ｂは、図２に示すものと同様に、各センサ本体３ｂ、４ｂ間で挟まれる領域から外側に延びている。したがって、図８に示す貫通孔によっても、各円形貫通部２ｃを通して基板２の表裏にわたる気体の流通が許容されるとともに、各直線貫通部２ｂを通して各加速度センサ本体３、４の周囲と各円形貫通部２ｃとの間の気体の流通が許容される。しかも、図８に示す各円形貫通部２ｃは、図２に示す円形貫通部２ａよりも小さい開口面積を有するから、基板２の強度を高く保持しつつ前記気体の流通を確保することができる。
【００６１】
また、図９に示すように、センサ本体３ｂ、４ｂの隣り合う各リード部３ａ間の隙間に沿って互いに平行に延びる複数の直線貫通部２ｄを基板２に形成することもできる。各直線貫通部２ｄの中間部は、各センサ本体３ｂ、４ｂ間で挟まれる領域内に配置されている一方、各直線貫通部２ｄの両端部は、各センサ本体３ｂ、４ｂ間で挟まれる領域の外側に配置されている。このように複数の直線貫通部２ｄが所定方向に平行して延びているため、基板２に荷重が与えられることが想定される場合に、当該荷重の方向と各直線貫通部２ｄの延びる方向とを合致させることにより、基板２の強度不足を回避することができる。具体的に、荷重の方向と各直線貫通部２ｄの延びる方向とを合致させることにより、これらの方向を合致させない場合と比較して当該荷重の方向と直交する方向における貫通孔の領域を狭くすることができるため、基板２の強度不足を回避することができる。
【００６２】
図１０に示す直線貫通部２ｅでは、その一端部がセンサ本体３ｂ、４ｂの外側に配置されるとともにその他端部がセンサ本体３ｂ、４ｂの間に配置されている。また、基板２のうち各センサ本体３ｂ、４ｂに挟まれた部分には、４つの円形貫通部２ｆが形成され、これら円形貫通部２ｆがそれぞれ前記直線貫通部２ｅの他端部に接続されている。図１０に示す貫通孔では、図９に示す貫通孔と比べて、直線貫通部２ｅの１本当たりの長さを短くすることができるため、強度不足の対策がより容易である。
【００６３】
また、前記実施形態では、リード部３ａを有する加速度センサ３、４について説明したが、図１１及び図１２に示すように、球状端子６ａを有する加速度センサ６を採用することもできる。
【００６４】
具体的に、本実施形態に係る温度補償装置８は、前記基板２と、この基板２をその厚み方向に挟むように当該基板２の表裏両面にそれぞれ実装された一対の加速度センサ６とを備えている。加速度センサ６は、センサ本体６ｂと、このセンサ本体６ｂから突出する球状端子６ａとを有する、いわゆるＢＧＡ（ball grid allay）型の電子部品である。本実施形態において、基板２には、球状端子６ａに接触するための複数のパッド２ｈが設けられている。また、基板２には、各加速度センサ６のセンサ本体６ｂにより挟まれる位置であって、前記各パッド２ｈが設けられていない位置で基板２を表裏に貫通する複数の（本実施形態では４つの）円形貫通孔２ｇが形成されている。これら円形貫通孔２ｇを通して基板２の表裏にわたる気体の流通が許容されるため、各加速度センサ６の環境温度を近づけることができる。
【００６５】
なお、前記各実施形態では、基板２の表裏の両面に、表裏逆向きに加速度センサ３、４、６をそれぞれ設ける構成について説明したが、基板２の表裏一方の面に対して表裏逆向きに加速度センサ３、４、６を互いに隣接して配置することもできる。この構成においても、隣接した加速度センサ３、４、６同士の環境温度が同等となるため、前記各実施形態で説明した方法によって各加速度センサ３、４、６の温度補償を行うことができる。
【００６６】
また、前記各実施形態では、表裏反転した姿勢とされることにより、同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力するセンサとして、加速度センサ３、４、６を例示しているが、被検体の角速度を検出するためのジャイロセンサ（ジャイロスコープ）も同様の特性を有するため、上述した温度補償を行うことができる。
【符号の説明】
【００６７】
Ｌ１１、Ｌ２１ 検出信号
Ｌ１２、Ｌ２２ 真値
Ｌ１３ 温度補償値
Ｓ１１、Ｓ２１ 検出値
Ｓ１２、Ｓ２２ 温度補償値
ｅｒｒ 誤差相当値
１、８ 温度補償装置
２ 基板（支持部材）
２ａ、２ｃ、２ｆ 円形貫通部
２ｂ、２ｄ、２ｅ 直線貫通部
２ｇ 円形貫通孔
３、４、６ 加速度センサ（第１センサ、第２センサの一例）
５ 演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を検出するための物理量センサであって、
前記物理量の検出信号を出力する第１センサと、
前記第１センサと同一のセンサであって、前記第１センサとは表裏反転した姿勢にあることで、前記第１センサの検出信号と同等の絶対値を有しかつ前記第１センサの検出信号と正負逆符号の信号を出力する第２センサと、
前記第１センサ及び前記第２センサを互いに表裏反転した姿勢で支持する支持部材とを備えていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記支持部材は、板状の部材であり、
前記第１センサ及び前記第２センサは、前記支持部材をその板厚方向に挟むように前記支持部材の表面及び裏面にそれぞれ支持されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記支持部材のうち前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分の少なくとも一部には、前記支持部材をその板厚方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記支持部材のうちの前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分以外の領域まで延びて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の物理量センサと、
前記物理量センサの第１センサからの第１検出信号と第２センサからの第２検出信号との合算値に基づいて、前記第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出するとともに、前記第１検出信号、第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を算出する算出部とを備えていることを特徴とする温度補償装置。
【請求項６】
所定の物理量を検出する物理量センサの温度補償を行うための方法であって、
同一のセンサであって互いに表裏反転した姿勢とされるで同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力する第１センサ及び第２センサを、それぞれ表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置する配置工程と、
前記第１センサによる第１検出信号及び前記第２センサによる第２検出信号を取得する取得工程と、
前記第１検出信号と前記第２検出信号との合算値に基づいて、第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出する誤差算出工程と、
前記第１検出信号、前記第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を求める真値算出工程とを含むことを特徴とする物理量センサの温度補償方法。
【請求項７】
前記配置工程では、板状の支持部材をその板厚方向に挟むように当該支持部材の表裏両面上にそれぞれ前記第１センサ及び第２センサを配置することを特徴とする請求項６に記載の物理量センサの温度補償方法。
【請求項１】
所定の物理量を検出するための物理量センサであって、
前記物理量の検出信号を出力する第１センサと、
前記第１センサと同一のセンサであって、前記第１センサとは表裏反転した姿勢にあることで、前記第１センサの検出信号と同等の絶対値を有しかつ前記第１センサの検出信号と正負逆符号の信号を出力する第２センサと、
前記第１センサ及び前記第２センサを互いに表裏反転した姿勢で支持する支持部材とを備えていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記支持部材は、板状の部材であり、
前記第１センサ及び前記第２センサは、前記支持部材をその板厚方向に挟むように前記支持部材の表面及び裏面にそれぞれ支持されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記支持部材のうち前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分の少なくとも一部には、前記支持部材をその板厚方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記支持部材のうちの前記第１センサ及び第２センサに挟まれた部分以外の領域まで延びて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の物理量センサと、
前記物理量センサの第１センサからの第１検出信号と第２センサからの第２検出信号との合算値に基づいて、前記第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出するとともに、前記第１検出信号、第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を算出する算出部とを備えていることを特徴とする温度補償装置。
【請求項６】
所定の物理量を検出する物理量センサの温度補償を行うための方法であって、
同一のセンサであって互いに表裏反転した姿勢とされるで同等の絶対値を有しかつ正負逆符号の信号をそれぞれ出力する第１センサ及び第２センサを、それぞれ表裏逆向きの姿勢で互いに隣接して配置する配置工程と、
前記第１センサによる第１検出信号及び前記第２センサによる第２検出信号を取得する取得工程と、
前記第１検出信号と前記第２検出信号との合算値に基づいて、第１検出信号及び第２検出信号にそれぞれ含まれる環境温度に起因した誤差に相当する値である誤差相当値を算出する誤差算出工程と、
前記第１検出信号、前記第２検出信号の少なくとも一方から前記誤差相当値を除いた値である温度補償値を求める真値算出工程とを含むことを特徴とする物理量センサの温度補償方法。
【請求項７】
前記配置工程では、板状の支持部材をその板厚方向に挟むように当該支持部材の表裏両面上にそれぞれ前記第１センサ及び第２センサを配置することを特徴とする請求項６に記載の物理量センサの温度補償方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８０００（Ｐ２０１２−８０００Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４１１７（Ｐ２０１０−１４４１１７）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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