JP3221290B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、力学的諸量を測定する
ための素子、特に加速度を測定するための加速度センサ
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an element for measuring various mechanical quantities, and more particularly to an acceleration sensor for measuring acceleration.
【0002】[0002]
【従来の技術】加速度センサは、しっかりしたフレーム
にダンピング機能をもったバネを取り付け、このバネに
質量を結び付け、フレームに外部から力や振動が加えら
れたときのフレームと質量との相対変位を電気信号など
に変えて測定することにより力や加速度を求めるもので
あり、圧電型、動電型、サーボ型および歪みゲージ型の
4種類に大別される。2. Description of the Related Art In an acceleration sensor, a spring having a damping function is attached to a firm frame, and a mass is connected to the spring, and a relative displacement between the frame and the mass when an external force or vibration is applied to the frame. Forces and accelerations are obtained by measuring the electric signals and the like, and are roughly classified into four types: a piezoelectric type, a dynamic type, a servo type, and a strain gauge type.
【0003】圧電型加速度センサは、圧電素子を用い、
該圧電素子に力が加わったときに生じる電荷を検出する
ことにより加速度を求めるものである。動電型加速度セ
ンサは、磁界の中を導体が動いたときにその速さに比例
して発生する起電力を検出することにより加速度を求め
るものである。サーボ型加速度センサは、振り子を用
い、この振り子の変位による静電容量の変化を電流によ
り検出することにより加速度を求めるものである。歪み
ゲージ型には、抵抗線歪みゲージ型と半導体歪みゲージ
型があり、抵抗線歪みゲージ型はダイヤフラム(バネ)
などに抵抗線歪みゲージを取り付け、加えられた力と抵
抗の変化から加速度を求めるものであり、半導体歪みゲ
ージ型は、Si,Ge単結晶のピエゾ抵抗効果を利用
し、加えられた力と抵抗の変化から加速度を求めるもの
である。[0003] A piezoelectric acceleration sensor uses a piezoelectric element,
The acceleration is obtained by detecting a charge generated when a force is applied to the piezoelectric element. The electrodynamic acceleration sensor obtains acceleration by detecting an electromotive force generated in proportion to the speed of a conductor moving in a magnetic field. The servo type acceleration sensor uses a pendulum, and detects acceleration by detecting a change in capacitance due to displacement of the pendulum by a current. There are two types of strain gauges: resistance strain gauges and semiconductor strain gauges. Resistance strain gauges are diaphragms (springs).
A resistance strain gauge is attached to a device and the like, and acceleration is obtained from the change in applied force and resistance. The semiconductor strain gauge type uses the piezoresistive effect of Si and Ge single crystals to apply the applied force and resistance. Is obtained from the change in
【0004】このような加速度センサは、航空機のジャ
イロ、ジェットエンジンの振動と疲労診断、地震計、分
析計、ロボットの自己定位、エアバッグの衝撃検出、機
械の振動解析、アクティブサスペンション用姿勢検出、
アンチロックブレーキ用制御力の検出など、数多くの工
業分野において使用されており、今後、その用途はます
ます多様化するものと考えられている。[0004] Such acceleration sensors include aircraft gyros, jet engine vibration and fatigue diagnosis, seismometers, analyzers, robot self-localization, airbag impact detection, machine vibration analysis, active suspension attitude detection,
It is used in many industrial fields such as detection of a control force for an anti-lock brake, and its use is considered to be further diversified in the future.
【0005】ところで、近年の半導体微細加工技術の進
展に伴って、ミクロンサイズのモータやマニピュレータ
を作ろうとするマイクロマシーン技術や、微小真空管を
作ろうという真空マイクロエレクトロニクス技術に関す
る研究が活発に行なわれている。[0005] With the recent development of semiconductor microfabrication technology, micromachine technology for making micron-sized motors and manipulators and vacuum microelectronics technology for making micro vacuum tubes have been actively researched. I have.
【0006】特に、真空マイクロエレクトロニクスは、
半導体などの基板に冷陰極と制御電極とを内蔵したミク
ロンサイズの真空微構造を集積し、真空中の電子の高速
性や構造の集積性に基づく高機能真空素子を実現しよう
とするものであり、現在の半導体素子が固体中の電子の
輸送現象を利用しているのに対し、真空中での電子の高
速性や良好な軌道制御性あるいは可干渉性などを利用す
ることを特徴とするものである。[0006] In particular, vacuum microelectronics
A micron-sized vacuum microstructure with a built-in cold cathode and control electrode integrated on a substrate such as a semiconductor to realize a high-performance vacuum device based on the high speed of electrons in a vacuum and the integration of the structure. In contrast to current semiconductor devices, which utilize the transport phenomena of electrons in solids, they are characterized by utilizing the high speed of electrons in vacuum, good trajectory control, or coherence. It is.
【0007】この真空マイクロエレクトロニクスにおい
て最も重要な構成要素は、電子を真空中に放出する冷陰
極であり、電界電子放出素子が冷陰極として現在最も広
範に研究されている。この電界電子放出素子には縦型の
ものと横型のものとが知られており、これらについて図
9を参照して説明する。The most important component in the vacuum microelectronics is a cold cathode that emits electrons into a vacuum, and field emission devices are currently being studied most widely as cold cathodes. Vertical and horizontal field emission devices are known, and these will be described with reference to FIG.
【0008】図8の(a)は縦型電界電子放出素子の一
種であるスピント(Spindt)型と呼ばれる電界電子放出
素子を模式的に示す斜視図である。この図に示すよう
に、縦型の電界電子放出素子においては、シリコンやガ
ラス等の基板1上にアルミニウム等の金属で形成された
カソード電極2が設けられており、このカソード電極2
上にモリブデン等の金属からなるコーン状のエミッタ5
が形成されている。カソード電極2上のエミッタ5が形
成されていない部分には二酸化シリコン(SiO2 )等
からなる絶縁層3が形成されており、さらにその上にゲ
ート電極4が形成されている。ゲート電極4および絶縁
層3には開口部6が設けられており、その中に上記コー
ン状のエミッタ5が位置している。すなわち、このコー
ン状のエミッタ5の先端部分が開口部6から臨む構成と
されている。FIG . 8A is a perspective view schematically showing a field-emission element called a Spindt type, which is a kind of vertical field-emission element. As shown in this figure, in a vertical field emission device, a cathode electrode 2 made of a metal such as aluminum is provided on a substrate 1 such as silicon or glass.
Conical emitter 5 made of metal such as molybdenum
Are formed. An insulating layer 3 made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like is formed on a portion of the cathode electrode 2 where the emitter 5 is not formed, and a gate electrode 4 is further formed thereon. An opening 6 is provided in the gate electrode 4 and the insulating layer 3, and the cone-shaped emitter 5 is located in the opening 6. That is, the tip of the cone-shaped emitter 5 faces the opening 6.
【0009】このような構成において、ゲート電極4と
エミッタ5のコーンの先端との距離がサブミクロン単位
とされているために、ゲート電極4とエミッタ5との間
にわずか数10ボルトのゲート・エミッタ間電圧VGEを
印加することにより、電子をエミッタ5から電界放出さ
せることができる。そして、ゲート電極4上に離隔して
正の電圧VA が印加されたアノード電極7を対向して設
けておくと、エミッタ5から電界放出された電子をこの
アノード電極7により捕集することができるものであ
る。In such a configuration, since the distance between the gate electrode 4 and the tip of the cone of the emitter 5 is on the order of submicron, only a few tens of volts are required between the gate electrode 4 and the emitter 5. By applying the emitter-to-emitter voltage V GE , electrons can be field-emitted from the emitter 5. When the anode electrode 7 to which the positive voltage VA is applied is provided opposite to the gate electrode 4 so as to be separated from the gate electrode 4, electrons emitted from the emitter 5 by field emission can be collected by the anode electrode 7. You can do it.
【0010】また、図8の(b)は、横型電界電子放出
素子の一例であるくさび型電界電子放出素子を模式的に
示す斜視図である。この図において、1は基板、5は基
板1上にくさび型に形成されたエミッタ、4は同じく基
板1上に形成されたゲート電極、7は同じく基板1上に
形成されたアノード電極である。図示するように、エミ
ッタ5、ゲート電極4およびアノード電極7は平面的に
並んだ構造とされており、エミッタ5の先端からゲート
電極4までの距離が例えば約5μm、また、アノード電
極7までの距離が例えば約20μm程度とされている。
ゲート電極4とエミッタ5間に正のゲート・エミッタ間
電圧VGEを印加することにより、ゲート・エミッタ間に
強電界を発生させ、これによりエミッタ5の先端から電
子が真空中に引き出される。そして、アノード電極7に
正の電圧VA を印加しておくことにより、該電子をアノ
ード7電極により捕集することができるものである。 FIG. 8B is a perspective view schematically showing a wedge-type field emission device which is an example of a horizontal field emission device. In this figure, 1 is a substrate, 5 is an emitter formed in a wedge shape on the substrate 1, 4 is a gate electrode also formed on the substrate 1, and 7 is an anode electrode also formed on the substrate 1. As shown in the figure, the emitter 5, the gate electrode 4, and the anode electrode 7 are arranged side by side in a plane. The distance from the tip of the emitter 5 to the gate electrode 4 is, for example, about 5 μm. The distance is, for example, about 20 μm.
By applying a positive gate-emitter voltage V GE between the gate electrode 4 and the emitter 5, to generate a strong electric field between the gate and the emitter, thereby electrons from the tip of the emitter 5 is drawn into the vacuum. By applying a positive voltage VA to the anode electrode 7, the electrons can be collected by the anode 7 electrode.
【0011】このような真空マイクロエレクトロニクス
技術やマイクロマシーン技術を使用することにより、非
常に小型化され、かつ、高温や放射線環境にも強い能動
素子あるいは高機能素子などを実現することができるよ
うになる。By using such vacuum microelectronics technology or micromachine technology, it is possible to realize an active element or a high-performance element which is extremely miniaturized and which is resistant to high temperature and radiation environment. Become.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】前述したように、各種
の加速度センサが知られており、加速度の検出範囲、精
度、周波数範囲、使用温度範囲、測定物の重量など、そ
れぞれの使用目的によって使い分けられているが、それ
ぞれ、次のような課題を有している。すなわち、圧電型
加速度センサは、急激な温度変化に対して出力が変化し
やすく、また、高温に対して弱いという課題を有してい
る。動電型加速度センサは、静的変位や1方向の加速度
検出が困難であり、また、電気回路を有するために重
く、小型軽量化が困難である。さらに、部品の加工精度
に高度な精密さを要求され、高価なものとなるという性
質を有している。サーボ型加速度センサは、圧電型と比
べて大きくて重くなり、また、部品の加工精度も高度な
精密さが要求され高価なものとなるという性質を有して
いる。抵抗線歪みゲージ型加速度センサは感度があまり
高くなく、半導体歪みゲージ型加速度センサは温度特性
があまりよくないという課題を有している。As described above, various types of acceleration sensors are known, and they are selectively used depending on the purpose of use, such as an acceleration detection range, an accuracy, a frequency range, a use temperature range, and a weight of an object to be measured. However, each has the following problems. That is, the piezoelectric acceleration sensor has a problem that its output is easily changed with a rapid temperature change, and is weak against a high temperature. The electrodynamic acceleration sensor has difficulty in detecting static displacement and acceleration in one direction, and has an electric circuit, which makes it difficult to reduce its size and weight. Furthermore, it has the property that high precision is required for the processing accuracy of the parts, which makes the parts expensive. The servo type acceleration sensor has a property that it is larger and heavier than the piezoelectric type, and the processing accuracy of the parts requires high precision and is expensive. The resistance strain gauge type acceleration sensor has a problem that the sensitivity is not so high, and the semiconductor strain gauge type acceleration sensor has a problem that the temperature characteristics are not so good.
【0013】そこで、本発明は、前記マイクロマシーン
技術と真空マイクロエレクトロニクス技術とを加速度セ
ンサに応用し、特性が安定して信頼性が高く、小型軽量
な加速度センサを提供しようとするするものである。さ
らに、本発明は一つの素子の中で3次元方向の加速度の
検出が可能な加速度センサを提供することを目的として
いる。Accordingly, the present invention is to apply the micromachine technology and the vacuum microelectronics technology to an acceleration sensor to provide a small, lightweight acceleration sensor having stable characteristics, high reliability, and high reliability. . Still another object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of detecting three-dimensional acceleration in one element.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の加速度センサは、コーン状に形成されてい
るエミッタと、前記コーン状のエミッタの尖端部上方に
近接して開口部が設けられているゲート電極部と、前記
エミッタから放出され、前記開口部を通過する電子流の
進行方向に対してほぼ直交する方向に配置されている変
位電極部とを真空容器中に配置し、前記変位電極部は前
記真空容器内で変形可能なバネ部により3次元方向に揺
動可能に支持されると共に、少なくとも2以上の領域に
分割され、前記分割された領域に流れる電子流に基づい
て加速度を測定するようにしている。そして、加速度の
3次元の方向を検出することができるように、前記変位
電極が複数個配置されているものである。また、前記変
位電極はアノード電極または偏向電極とされているもの
である。さらに、A/D変換回路あるいは増幅回路など
の電子回路が同一基板上に設けられているものである。In order to achieve the above object, an acceleration sensor according to the present invention is formed in a cone shape.
Emitter and above the tip of the cone-shaped emitter
A gate electrode portion provided with an opening adjacent thereto;
Of the electron flow emitted from the emitter and passing through the opening
Transformers arranged in a direction substantially perpendicular to the traveling direction
And the displacement electrode part is disposed in a vacuum vessel, and the displacement electrode part is
Swing in three-dimensional direction by a spring part that can be deformed in the vacuum vessel
Movably supported and in at least two or more areas
Divided and based on the electron flow flowing in the divided area
To measure acceleration. A plurality of the displacement electrodes are arranged so that a three-dimensional direction of the acceleration can be detected. Further, the displacement electrode is an anode electrode or a deflection electrode. Further, an electronic circuit such as an A / D conversion circuit or an amplification circuit is provided on the same substrate.
【0015】[0015]
【作用】加速度が加えられたときに、弾性変形するバネ
構造により支持されている変位電極が相対的に変位す
る。これにより、変位電極がアノード電極とされている
ときは該アノード電極への電子の到達状態が変化し、変
位電極が偏向電極とされているときは電界電子放出素子
から電界放出された電子の軌道が該偏向電極により変更
されてアノード電極への電子の到達状態が変化する。こ
の電子の到達状態の変化を電流の変化として検出するこ
とにより加速度を測定することができる。また、電界電
子放出素子を複数個配置することにより3次元方向の加
速度を検出測定することができる。さらに、電界電子放
出素子は基板上に形成されるため、同一基板上に検出デ
ータを処理するためのA/D変換回路あるいは増幅回路
などの電子回路を形成することができる。When the acceleration is applied, the displacement electrode supported by the elastically deformable spring structure is relatively displaced. Thus, when the displacement electrode is an anode electrode, the state of arrival of electrons at the anode electrode changes, and when the displacement electrode is a deflection electrode, the trajectory of electrons emitted from the field electron-emitting device. Is changed by the deflection electrode, and the state of electron arrival at the anode electrode changes. The acceleration can be measured by detecting the change in the state of arrival of the electrons as a change in the current. Further, by arranging a plurality of field emission devices, acceleration in a three-dimensional direction can be detected and measured. Further, since the field emission device is formed on the substrate, an electronic circuit such as an A / D conversion circuit or an amplification circuit for processing detection data can be formed on the same substrate.
【0016】[0016]
【実施例】本発明の加速度センサの第1の実施例を図1
および図2を参照して説明する。図1の(a)は、本発
明の加速度センサの電極構造の一例を示す図である。こ
の図において、2は基板上に形成されたカソード電極、
3はカソード電極2上に形成された絶縁層、4は絶縁層
3上に形成されたゲート電極、5はカソード電極2上に
形成されたエミッタである。7はアノード電極であり、
この実施例においては、a1部分とa2部分とに二分割
されている。8は、ゲート電極4とアノード電極7との
あいだに配置され、フレームに取り付けられたバネによ
り支持されている変位電極であり、この加速度センサに
外部から力や振動が加えられたときに、慣性力により図
中の矢印方向に変位するように構成されている。この実
施例においては、この変位電極8には偏向電圧が印加さ
れて、エミッタ5から放出された電子の軌道を変化させ
るための偏向電極として作用するようになされている。FIG. 1 shows a first embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a diagram illustrating an example of an electrode structure of the acceleration sensor according to the present invention. In this figure, 2 is a cathode electrode formed on a substrate,
Reference numeral 3 denotes an insulating layer formed on the cathode electrode 2, 4 denotes a gate electrode formed on the insulating layer 3, and 5 denotes an emitter formed on the cathode electrode 2. 7 is an anode electrode,
In this embodiment, it is divided into two parts a1 and a2. Numeral 8 denotes a displacement electrode disposed between the gate electrode 4 and the anode electrode 7 and supported by a spring attached to a frame. When a force or vibration is externally applied to the acceleration sensor, the displacement electrode 8 has an inertia. It is configured to be displaced by force in the direction of the arrow in the figure. In this embodiment, a deflection voltage is applied to the displacement electrode 8 to act as a deflection electrode for changing the trajectory of electrons emitted from the emitter 5.
【0017】このように構成された装置において、前述
したように、カソード電極2とゲート電極4間にゲート
・エミッタ間電圧VGEを印加し、アノード電極7にアノ
ード電圧VA を印加すると、エミッタ5から電子が電界
放出され、アノード電極7に捕集されることとなる。こ
こで、上述したように、変位電極(偏向電極)8には正
の偏向電極電圧VD が印加されており、外部からの力や
振動によって、変位電極(偏向電極)8が図の矢印方向
に移動すると、エミッタ5から放出された電子の軌道が
変位電極(偏向電極)8の変位により変化させられ、ア
ノード電極7のa1の部分とa2の部分とで、捕集され
る電子の量に差異が発生する。したがって、変位電極
(偏向電極)8の変位によって、二分割されたアノード
7(a1)に流れるアノード電流とアノード7(a2)
に流れるアノード電流とが異なることとなり、この両電
流の比(分配率)を検出することにより、変位電極(偏
向電極)8の変位、すなわち、この装置に加えられた加
速度を測定することができる。In the device configured as described above, when the gate-emitter voltage V GE is applied between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 and the anode voltage VA is applied to the anode electrode 7 as described above, Electrons are field-emitted from 5 and are collected by the anode electrode 7. Here, as described above, the displacement electrode (deflection electrode) 8 are positive deflection electrode voltage V D is applied, the direction of the arrow by the force and vibration from the outside, the displacement electrode (deflection electrode) 8 Figure , The trajectory of the electrons emitted from the emitter 5 is changed by the displacement of the displacement electrode (deflection electrode) 8, and the amount of electrons collected by the portions a 1 and a 2 of the anode electrode 7 is reduced. Differences occur. Therefore, the anode current flowing through the anode 7 (a1) divided into two by the displacement of the displacement electrode (deflection electrode) 8 and the anode 7 (a2)
Is different from the anode current flowing through the device, and by detecting the ratio (distribution ratio) of the two currents, the displacement of the displacement electrode (deflection electrode) 8, that is, the acceleration applied to the device can be measured. .
【0018】図2はこの様子を示すものであり、エミッ
タ5から放出された電子の軌道を解析した図である。こ
の図は、偏向電極8が右方向に500nm移動した場合
における電子の軌道を示しており、エミッタ5から放出
された電子の一部は偏向電極8に捕捉されるとともに、
アノード電極7における電流密度は、図の左側が高くな
っていることがわかる。FIG. 2 shows this state, in which the trajectory of electrons emitted from the emitter 5 is analyzed. This figure shows the trajectory of electrons when the deflection electrode 8 moves to the right by 500 nm, and a part of the electrons emitted from the emitter 5 are captured by the deflection electrode 8.
It can be seen that the current density at the anode 7 is higher on the left side of the figure.
【0019】図1の(b)に、アノード電圧VA =20
0[V]、ゲート・エミッタ間電圧VGE=100
[V]、カソード電圧0[V]という条件で駆動したと
きにおける、偏向電極移動距離に対する分配率を示す。
この図に示すように、偏向電極電圧VD がゲート電圧V
GEと同じ100[V]であるときには、偏向電極10が
移動しても分配率は変化せず加速度を測定することはで
きないが、偏向電極電圧VDが150[V]および20
0[V]の場合には、アノード7(a1)およびアノー
ド7(a2)にそれぞれ流れるアノード電流に差異が生
じ、加速度の図における左右方向(X方向)の成分を検
出することができることがわかる。FIG. 1B shows that the anode voltage V A = 20
0 [V], gate-emitter voltage V GE = 100
The distribution ratio with respect to the deflection electrode moving distance when driven under the condition of [V] and the cathode voltage of 0 [V] is shown.
As shown in this figure, the deflection electrode voltage V D is changed to the gate voltage V
When the same 100 [V] and GE is deflection electrode 10 can not measure the acceleration does not change even distribution rate moves, the deflection electrode voltage V D is 0.99 [V] and 20
In the case of 0 [V], a difference occurs between the anode currents flowing through the anode 7 (a1) and the anode 7 (a2), and it can be seen that a component of acceleration in the left-right direction (X direction) in the figure can be detected. .
【0020】また、変位電極(偏向電極)8がZ方向
(図の上下方向)に移動したときは、図2に示した電子
軌道の解析結果から分かるように、エミッタ5から放出
された電子が変位電極8により捕捉される量が変動す
る。すなわち、変位電極8が上方に移動したときには、
変位電極8により捕捉される電子の数が増加しアノード
電極7に捕集される電子の数が減少するため、アノード
電極7に流れるアノード電流(分割されたアノード電極
7(a1)およびアノード電極7(a2)にそれぞれ流
れるアノード電流の和の電流)は減少する。一方、変位
電極8が下方に移動したときには、変位電極8により捕
捉される電子の数が減少しアノード電極7に捕集される
電子の数が増加するため、アノード電極7に流れるアノ
ード電流は増加する。したがって、アノード電流(分割
されたアノード電極7(a1)およびアノード電極7
(a2)にそれぞれ流れるアノード電流の和の電流)の
変動量を検出することにより、変位電極8のZ方向の変
位量も測定することができるものである。When the displacement electrode (deflection electrode) 8 moves in the Z direction (up and down direction in the figure), the electrons emitted from the emitter 5 emit electrons, as can be seen from the analysis results of the electron orbit shown in FIG. The amount captured by the displacement electrode 8 varies. That is, when the displacement electrode 8 moves upward,
Since the number of electrons captured by the displacement electrode 8 increases and the number of electrons captured by the anode electrode 7 decreases, the anode current flowing through the anode electrode 7 (the divided anode electrode 7 (a1) and anode electrode 7 (The sum of the anode currents flowing through (a2)) decreases. On the other hand, when the displacement electrode 8 moves downward, the number of electrons captured by the displacement electrode 8 decreases and the number of electrons captured by the anode electrode 7 increases, so that the anode current flowing through the anode electrode 7 increases. I do. Therefore, the anode current (divided anode electrode 7 (a1) and anode electrode 7 (a1)
By detecting the amount of change in (a2), the amount of displacement of the displacement electrode 8 in the Z direction can be measured.
【0021】図3に本発明の他の実施例を示す。図3の
(a)は、この実施例における電極構造を示すもので、
カソード電極2、絶縁層3、ゲート電極4およびエミッ
タ5は図1の(a)に示したものと同様である。この実
施例においては、外部からの力や振動によって図の矢印
方向に移動するように構成されている変位電極8を部分
a1とa2とに2分割し、アノード電極として使用して
いる点で、先の図1に示したものと相違している。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. FIG. 3A shows an electrode structure in this embodiment.
The cathode electrode 2, the insulating layer 3, the gate electrode 4, and the emitter 5 are the same as those shown in FIG. In this embodiment, the displacement electrode 8 configured to move in the direction of the arrow in the figure by external force or vibration is divided into two parts a1 and a2 and used as an anode electrode. This is different from that shown in FIG.
【0022】すなわち、図1に示した実施例において
は、変位電極8の変位による電子の軌道の変化をアノー
ド電極7における電流密度分布の変化により検出してい
たのに対し、この実施例においては、変位電極8による
電子の軌道の変化を該変位電極自体に流れる電流により
検出するようにしたものである。なお、9は、上方に設
けられ、接地レベル(0[V])にされているネサ膜で
あり、これにより、変位電極8の位置を通過した電子が
再び変位電極8に引き寄せられるようになされている。That is, in the embodiment shown in FIG. 1, the change in the electron trajectory due to the displacement of the displacement electrode 8 is detected by the change in the current density distribution at the anode electrode 7. In this embodiment, The change in the electron trajectory caused by the displacement electrode 8 is detected by the current flowing through the displacement electrode itself. Reference numeral 9 denotes a Nesa film provided above and set to the ground level (0 [V]), so that electrons passing through the position of the displacement electrode 8 are attracted to the displacement electrode 8 again. ing.
【0023】この実施例における変位電極(アノード)
8の移動距離に対する分配率(a1/a2)特性を図2
の(b)に示す。この図から明らかなように、変位電極
(アノード)8に印加するアノード電圧を150[V]
より大きくしたとき、変位電極(アノード)移動距離が
大きくなるにつれて分配率が大きくなり、図1の場合と
同様に、この分配率を測定するにより加速度を測定する
ことができることがわかる。The displacement electrode (anode) in this embodiment
FIG. 2 shows the distribution ratio (a1 / a2) characteristics with respect to the moving distance of FIG.
(B) of FIG. As is clear from this figure, the anode voltage applied to the displacement electrode (anode) 8 is 150 [V].
When the distance is increased, the distribution ratio increases as the moving distance of the displacement electrode (anode) increases, and it can be seen that the acceleration can be measured by measuring the distribution ratio as in the case of FIG.
【0024】また、この実施例においても、変位電極
(アノード)8がZ方向(図の上下方向)に移動したと
きは、図2に示した電子軌道の解析結果から分かるよう
に、エミッタ5から放出された電子が変位電極(アノー
ド)8により捕捉される量が変動する。すなわち、変位
電極8が上に移動したときには、変位電極(アノード)
8により捕捉される電子の数が増加し、変位電極(アノ
ード)8に流れるアノード電流(分割された変位電極
(アノード)8(a1)および変位電極(アノード)8
(a2)にそれぞれ流れるアノード電流の和の電流)は
増加する。一方、変位電極(アノード)8が下に移動し
たときには、変位電極(アノード)8により捕捉される
電子の数が減少し、変位電極(アノード)8に流れるア
ノード電流は増加する。したがって、アノード電流(分
割された変位電極(アノード)8(a1)および変位電
極(アノード)8(a2)にそれぞれ流れるアノード電
流の和の電流)の変動量を検出することにより、変位電
極8のZ方向の変位量、すなわち、加速度のZ方向の成
分も測定することができるものである。Also, in this embodiment, when the displacement electrode (anode) 8 moves in the Z direction (vertical direction in the figure), as shown in the analysis results of the electron trajectory shown in FIG. The amount of the emitted electrons captured by the displacement electrode (anode) 8 varies. That is, when the displacement electrode 8 moves upward, the displacement electrode (anode)
The number of electrons captured by the electrode 8 increases, and the anode current flowing through the displacement electrode (anode) 8 (the divided displacement electrode (anode) 8 (a1) and the displacement electrode (anode) 8)
(The sum of the anode currents flowing in (a2)) increases. On the other hand, when the displacement electrode (anode) 8 moves downward, the number of electrons captured by the displacement electrode (anode) 8 decreases, and the anode current flowing through the displacement electrode (anode) 8 increases. Therefore, by detecting the amount of change in the anode current (the sum of the anode currents flowing through the divided displacement electrode (anode) 8 (a1) and the displacement electrode (anode) 8 (a2)), the displacement electrode 8 The displacement amount in the Z direction, that is, the component of acceleration in the Z direction can also be measured.
【0025】本発明のさらに他の実施例を図4に示す。
この図において、カソード電極2、絶縁層3、ゲート電
極4、エミッタ5および変位電極(偏向電極)8は、図
1の(a)に示したものと同様であり、その詳細な説明
は省略する。この実施例においては、ゲート電極4の上
にさらに絶縁層3が配置され、その上に集束電極15が
設けられている。また、アノード電極7は図1の(a)
の場合のように分割されてはおらず、所定の抵抗値を有
する材料がアノード電極7として用いられている。FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention.
In this figure, a cathode electrode 2, an insulating layer 3, a gate electrode 4, an emitter 5, and a displacement electrode (deflection electrode) 8 are the same as those shown in FIG. 1A, and a detailed description thereof will be omitted. . In this embodiment, the insulating layer 3 is further disposed on the gate electrode 4, and the focusing electrode 15 is provided thereon. Also, the anode electrode 7 is shown in FIG.
A material having a predetermined resistance value is not used as the anode electrode 7 as in the case of the above.
【0026】このような構成において、カソード電極
2、ゲート電極4、集束電極15、変位電極(偏向電
極)8およびアノード電極7に、それぞれ、所定の電位
を供給すると、エミッタ5から放出された電子流は、集
束電極15により鋭いビームとされ、アノード電極7に
到達する。該到達した電子はアノード電極7を通り、ア
ノード端子Aに流れる。このとき、アノード電極7は所
定の抵抗値を有する材料により形成されているので、ア
ノード電極7の末端から該電子が到達した位置までの距
離に比例した抵抗rが、当該アノード電流路に直列に挿
入されている。In this configuration, when a predetermined potential is supplied to each of the cathode electrode 2, the gate electrode 4, the focusing electrode 15, the displacement electrode (deflection electrode) 8, and the anode electrode 7, electrons emitted from the emitter 5 are emitted. The flow is made into a sharp beam by the focusing electrode 15 and reaches the anode electrode 7. The arrived electrons pass through the anode electrode 7 and flow to the anode terminal A. At this time, since the anode electrode 7 is formed of a material having a predetermined resistance value, a resistance r proportional to the distance from the end of the anode electrode 7 to the position where the electrons have arrived is connected in series with the anode current path. Has been inserted.
【0027】そこに外部から力や振動が加えられ、変位
電極(偏向電極)8が他の電極に対して相対的に変位す
ると、エミッタ5から放出された電子ビームの方向が該
変位電極(偏向電極)8が移動することにより変化させ
られ、該電子ビームのアノード電極7に到達する位置が
変化させられる。これにより、アノード電極7の末端か
ら電子流の到達点までの距離が変化するため、アノード
電流路に挿入されている抵抗rの値が変動し、アノード
電流が変化する。したがって、このアノード電流を検出
することにより、変位電極(偏向電極)8の変位、すな
わち、加速度を測定することができる。When a force or vibration is applied from the outside and the displacement electrode (deflection electrode) 8 is displaced relative to the other electrodes, the direction of the electron beam emitted from the emitter 5 is changed. The position of the electron beam reaching the anode electrode 7 is changed by moving the electrode 8. As a result, the distance from the end of the anode electrode 7 to the arrival point of the electron current changes, so that the value of the resistor r inserted in the anode current path changes, and the anode current changes. Therefore, by detecting the anode current, the displacement of the displacement electrode (deflection electrode) 8, that is, the acceleration can be measured.
【0028】上述した本発明の加速度センサを具体化し
た構成例について説明する。図5は本発明の加速度セン
サの一構成例の内部を示す斜視図である。図5におい
て、1はシリコンなどからなる基板、2は該基板1上に
設けられたカソード電極、4は該カソード電極2上に図
示しない絶縁層を介して設けられたゲート電極、5は、
該ゲート電極4および絶縁層に設けられた開口部の中に
配置され、前記カソード電極2上に設けられたコーン状
のエミッタである。11はカソード電極2の外周部の上
に形成された絶縁層である。12はフレーム部、13は
パンタグラフ状に形成され弾性変形をするようになされ
たバネ部、8は変位電極である。An example of a configuration embodying the above-described acceleration sensor of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view showing the inside of one configuration example of the acceleration sensor of the present invention. In FIG. 5, 1 is a substrate made of silicon or the like, 2 is a cathode electrode provided on the substrate 1, 4 is a gate electrode provided on the cathode electrode 2 via an insulating layer (not shown), and 5 is
A cone-shaped emitter is provided in the opening provided in the gate electrode 4 and the insulating layer and provided on the cathode electrode 2. Reference numeral 11 denotes an insulating layer formed on the outer peripheral portion of the cathode electrode 2. Reference numeral 12 denotes a frame portion, 13 denotes a pantograph-shaped spring portion which is elastically deformed, and 8 denotes a displacement electrode.
【0029】なお、この構成例においては、フレーム部
12はその途中で分離されており、変位電極8の2つの
部分8(a1)と8(a2)は電気的に分離されるよう
になされている。そして、フレーム部12、バネ部13
および変位電極8は一体に形成されており、フレーム部
12は、絶縁層11の上に配置されている。また、この
図には図示されていないが、上部に第2の基板が設けら
れ、このセンサ内部は真空状態に保持されている。そし
て、各電極からセンサ外部に引き出し電極が設けられて
いる。In this configuration example, the frame portion 12 is separated on the way, and the two portions 8 (a1) and 8 (a2) of the displacement electrode 8 are electrically separated. I have. And the frame part 12, the spring part 13
The displacement electrode 8 is integrally formed, and the frame portion 12 is arranged on the insulating layer 11. Although not shown in this figure, a second substrate is provided on the upper portion, and the inside of the sensor is kept in a vacuum state. Then, a lead electrode is provided from each electrode to the outside of the sensor.
【0030】なお、上記したパンタグラフ状に構成され
たバネ部13は、マイクロマシンにおけるマイクロアク
チュエータなどにおいて使用されているものと同様のも
のであり、フォトリソグラフィ法などにより製造するこ
とができるものである。The pantograph-shaped spring portion 13 is the same as that used in a microactuator of a micromachine, and can be manufactured by a photolithography method or the like.
【0031】この図5に示した加速度センサのA−A’
断面図を図6の(a)および(b)に示す。図6の
(a)に示すものは、図3のように変位電極8をアノー
ドとして使用する場合における断面図である。この図に
おいて、基板1、カソード電極2、ゲート電極4、エミ
ッタ5、変位電極8、絶縁層11、フレーム部12およ
びバネ部13は前述したものと同一であるのでそれらに
ついての詳細な説明は省略する。3はカソード電極2の
上に設けられた絶縁層であり、その上にゲート電極4が
形成されている。また、14はフレーム部12の上に配
置される封止部材であり、その封止部材14の上には、
ネサ膜9が設けられた第2の基板15が配置されてい
る。そして、この封止部材14により、装置内部は真空
状態に保たれている。AA 'of the acceleration sensor shown in FIG.
Sectional views are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6A is a sectional view when the displacement electrode 8 is used as an anode as shown in FIG. In this figure, a substrate 1, a cathode electrode 2, a gate electrode 4, an emitter 5, a displacement electrode 8, an insulating layer 11, a frame portion 12, and a spring portion 13 are the same as those described above, and therefore detailed description thereof is omitted. I do. Reference numeral 3 denotes an insulating layer provided on the cathode electrode 2, on which a gate electrode 4 is formed. Reference numeral 14 denotes a sealing member arranged on the frame portion 12, and on the sealing member 14,
The second substrate 15 provided with the Nesa film 9 is arranged. The sealing member 14 keeps the inside of the apparatus in a vacuum state.
【0032】このように構成された加速度センサにおい
て、センサ外部から力や振動が加えられたとき、慣性力
によりバネ部13が変形し、バネ部13により支持され
た変位電極(アノード)8とその他の部分との間に相対
的な変位が生じる。前述したように、これにより、それ
ぞれの変位電極(アノード)8(a1)および8(a
2)に流れるアノード電流に差が生じ、アノード電流の
分配率を測定することにより加速度(X方向成分)を求
めることができるものである。また、前述したように、
それぞれの変位電極(アノード)8(a1)および8
(a2)に流れるアノード電流の和を測定することによ
り、加速度のZ方向成分も測定することができるもので
ある。In the acceleration sensor configured as described above, when a force or vibration is applied from the outside of the sensor, the spring portion 13 is deformed by the inertial force, and the displacement electrode (anode) 8 supported by the spring portion 13 and other components Relative displacement occurs between the first and second portions. As described above, this allows the respective displacement electrodes (anodes) 8 (a1) and 8 (a)
A difference occurs in the anode current flowing in 2), and the acceleration (X-direction component) can be obtained by measuring the distribution ratio of the anode current. Also, as mentioned above,
Each displacement electrode (anode) 8 (a1) and 8
By measuring the sum of the anode currents flowing through (a2), the Z-direction component of the acceleration can also be measured.
【0033】図6の(b)に示す断面図は、図1のよう
に変位電極8を偏向電極として使用する場合における加
速度センサの断面図である。ただし、この場合において
は、図5におけるフレーム部12はその途中で分離され
ておらず、変位電極8の2つの部分8(a1)と8(a
2)とは電気的に接続されているものとする。この図に
おいて、図6の(a)と同一の部材には同一の番号を付
してその詳細な説明は省略する。この図の場合には、第
2の基板15には、a1部分とa2部分とに分割された
アノード電極7が設けられている点で、図6の(a)に
示したものと相違している。FIG. 6B is a cross-sectional view of the acceleration sensor when the displacement electrode 8 is used as a deflection electrode as shown in FIG. However, in this case, the frame portion 12 in FIG. 5 is not separated in the middle, and the two portions 8 (a1) and 8 (a) of the displacement electrode 8 are not separated.
2) is assumed to be electrically connected. In this figure, the same members as those in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the case of this figure, the second substrate 15 is different from the one shown in FIG. 6A in that the anode electrode 7 divided into an a1 portion and an a2 portion is provided. I have.
【0034】このように構成された加速度センサにおい
て、センサ外部から力や振動が加えられたとき、前述し
たように、バネ部13により支持された変位電極(偏向
電極)8が移動するため、エミッタ5から放出された電
子の方向が変えられ、アノード電極7のa1部分とa2
部分とに流れるアノード電流に差が生じる。これを測定
することにより加速度(X方向)を測定することができ
る。また、アノード電極7のa1部分とa2部分とに流
れるアノード電流の和の電流値を測定することにより、
加速度のZ方向成分を測定することができるものであ
る。In the acceleration sensor configured as described above, when a force or vibration is applied from outside the sensor, the displacement electrode (deflection electrode) 8 supported by the spring portion 13 moves as described above. The direction of the electrons emitted from the anode electrode 7 is changed, and the portions a1 and a2 of the anode electrode 7 are changed.
A difference occurs in the anode current flowing to the portion. By measuring this, the acceleration (X direction) can be measured. Also, by measuring the current value of the sum of the anode currents flowing through the portions a1 and a2 of the anode electrode 7,
It can measure the Z-direction component of the acceleration.
【0035】上述したように本発明の加速度センサは、
シリコンなどの基板1上に設けられているので、単一の
基板の上に複数個の加速度センサを設けることができ
る。そして、その場合に、各加速度センサを変位電極8
の変位の方向が異なるように形成することにより、加速
度のXY両方向の成分あるいは、XYZの3方向の成分
を検出することが可能となる。さらに、同一基板上に電
子回路を形成することも可能であり、加速度センサから
出力されるアノード電流を処理するA/D変換回路や増
幅回路などの周辺回路あるいはその他の電子回路を同一
基板上に形成して加速度センサモジュールとすることが
でき、非常に取り扱いの容易なものとすることができ
る。As described above, the acceleration sensor of the present invention
Since it is provided on the substrate 1 such as silicon, a plurality of acceleration sensors can be provided on a single substrate. In this case, each acceleration sensor is connected to the displacement electrode 8.
Is formed so that the directions of the displacements are different, it is possible to detect the components of the acceleration in both the X and Y directions or the components in the three directions of XYZ. Further, an electronic circuit can be formed on the same substrate, and peripheral circuits such as an A / D conversion circuit and an amplifier circuit for processing an anode current output from the acceleration sensor or other electronic circuits can be formed on the same substrate. It can be formed into an acceleration sensor module and can be very easy to handle.
【0036】いままでに説明したものは、単一の素子で
一次元(X方向)、あるいは、X方向とZ方向の加速度
を測定するものであったが、本発明によれば、一つの素
子でX方向とY方向、あるいは、X、Y、Zの3方向の
加速度を同時に測定することも可能である。図7の
(a)および(b)にこのような加速度センサの内部構
成例を示す。In the above description, the acceleration in one dimension (X direction) or in the X direction and the Z direction is measured by a single element. However, according to the present invention, one element is measured. It is also possible to simultaneously measure accelerations in the X direction and the Y direction, or in three directions of X, Y and Z. FIGS. 7A and 7B show an internal configuration example of such an acceleration sensor.
【0037】図7の(a)において、基板1、カソード
電極2、絶縁層11およびフレーム部12は前述したも
のと同一であるのでこれらについての詳細な説明は省略
する。また、図に示すように、ゲート電極4およびエミ
ッタ5からなる電界放出部は、基板1の中央部に設けら
れている。そして、変位電極8は4つの部分(a1、a
2、a3、a4)に分割されており、それぞれ、対応す
るバネ部13により、フレーム部12の各辺に接続され
ている。そして、フレーム部12の各辺は電気的に分離
されている。すなわち、この図7の(a)は、変位電極
8をアノード電極として使用する場合を示している。な
お、図示されていないが、図6の(a)と同様に、フレ
ーム部12の上方には封止部材14を介して第2の基板
15が設けられており、このセンサの内部は真空状態に
保持されるようになされている。In FIG. 7A, the substrate 1, the cathode electrode 2, the insulating layer 11, and the frame portion 12 are the same as those described above, so that detailed description thereof will be omitted. Further, as shown in the figure, a field emission portion including a gate electrode 4 and an emitter 5 is provided at the center of the substrate 1. The displacement electrode 8 has four parts (a1, a
2, a3, a4), and each is connected to each side of the frame 12 by the corresponding spring 13. And each side of the frame part 12 is electrically separated. That is, FIG. 7A shows a case where the displacement electrode 8 is used as an anode electrode. Although not shown, a second substrate 15 is provided above the frame portion 12 via a sealing member 14 as in FIG. 6A, and the inside of this sensor is in a vacuum state. It is made to be held.
【0038】このように構成された加速度センサにおい
て、外部より力や振動が加えられた場合、そのX方向の
成分は、変位電極(アノード)8(a2)と8(a4)
とにおける各アノード電流の分配率により検出すること
ができ、Y方向の成分は、変位電極(アノード)8(a
1)と8(a3)とにおける各アノード電流の分配率に
より検出することができる。また、分割された各変位電
極(アノード)8(a1)〜8(a4)に流れる各アノ
ード電流の総和の電流の変動を検出することにより、Z
方向の成分を検出することができる。したがって、この
ように構成することにより、一つの素子で3次元の加速
度を検出することができる。In the acceleration sensor configured as described above, when a force or vibration is applied from the outside, the components in the X direction are displaced electrodes (anodes) 8 (a2) and 8 (a4).
And the component in the Y direction can be detected by the distribution ratio of each anode current between the displacement electrode (anode) 8 (a
It can be detected by the distribution ratio of each anode current in 1) and 8 (a3). Further, by detecting a change in the total current of the anode currents flowing through the divided displacement electrodes (anodes) 8 (a1) to 8 (a4), Z
Directional components can be detected. Therefore, with this configuration, three-dimensional acceleration can be detected with one element.
【0039】次に、図7の(b)に記載した実施例につ
いて説明する。この図において、基板1、カソード電極
2、ゲート電極4、エミッタ5、絶縁層11およびフレ
ーム部12は前述したものと同一であるのでこれらにつ
いての詳細な説明は省略する。この図に記載された実施
例においては、変位電極8が分割されておらず、複数個
のバネ部13によりフレーム部12の各辺に支持されて
いる。すなわち、この図に示すものは、変位電極8を偏
向電極として使用するものであり、上方に設けられる図
示しない第2の基板にはアノード電極7がエミッタ5の
直上部を中心として4つに分割されて形成されている。Next, the embodiment shown in FIG. 7B will be described. In this figure, a substrate 1, a cathode electrode 2, a gate electrode 4, an emitter 5, an insulating layer 11, and a frame portion 12 are the same as those described above, and thus detailed description thereof will be omitted. In the embodiment shown in this figure, the displacement electrode 8 is not divided and is supported on each side of the frame portion 12 by a plurality of spring portions 13. In other words, the one shown in this figure uses the displacement electrode 8 as a deflection electrode, and the second substrate (not shown) provided above has an anode electrode 7 divided into four with the center right above the emitter 5 as the center. It has been formed.
【0040】このように構成された加速度センサにおい
て、外部より力や振動が加えられた場合、バネ部13に
より支持された変位電極(偏向電極)8が3次元空間内
で変位する。この変位のXY方向成分は、前述したよう
に、図示しない4つに分割されたアノード電極の対応す
る各部分に流れるアノード電流を比較することにより測
定することができ、また、Z方向成分は、4つに分割さ
れたアノード電極にそれぞれ流れるアノード電流の総和
を求めることにより、測定することができる。したがっ
て、この実施例においても、一つの素子で3次元の加速
度を求めることが可能である。In the acceleration sensor thus configured, when a force or vibration is applied from the outside, the displacement electrode (deflection electrode) 8 supported by the spring portion 13 is displaced in a three-dimensional space. As described above, the XY components of the displacement can be measured by comparing the anode currents flowing through the corresponding portions of the four divided anode electrodes (not shown). The measurement can be performed by obtaining the sum of the anode currents flowing through the four divided anode electrodes. Therefore, also in this embodiment, it is possible to obtain three-dimensional acceleration with one element.
【0041】なお、図7に示した各例においては、変位
電極8もしくはアノード電極7を4分割するものとして
説明したが、これに限られることはなく、3つ以上に分
割してあればXY平面内の加速度を測定することが可能
である。また、前述したように、加速度センサから出力
されるアノード電流を処理するA/D変換回路や増幅回
路などの周辺回路やその他の電子回路を同一基板上に形
成してモジュール化することにより、小型で取り扱いの
容易なものとすることができる。In each example shown in FIG. 7, the displacement electrode 8 or the anode electrode 7 is described as being divided into four parts. However, the present invention is not limited to this. It is possible to measure acceleration in a plane. Also, as described above, peripheral circuits such as an A / D converter circuit and an amplifier circuit for processing the anode current output from the acceleration sensor and other electronic circuits are formed on the same substrate to form a module, thereby achieving a small size. And can be easily handled.
【0042】このように、同一基板上に電子回路を形成
することも可能であり、加速度センサからの出力を処理
するA/D変換回路や増幅回路などの周辺回路やその他
の電子回路を同一基板上に形成した加速度センサモジュ
ールとすることができる。 Thus, an electronic circuit is formed on the same substrate.
To process the output from the acceleration sensor.
Peripheral circuits such as A / D conversion circuits and amplification circuits
Sensor module with multiple electronic circuits formed on the same substrate
Rules.
【0043】なお、上記各実施例においては変位電極を
別個に設けているが、ゲート電極自体をバネ部により支
持する構造とすることも可能である。また、上記の各実
施例においては加速度センサの外形の形状を正方形とし
たが、これに限られることなく、個々の用途に応じた形
状とすることができる。 In each of the above embodiments, the displacement electrode is
Although provided separately, the gate electrode itself is supported by a spring part.
It is also possible to have a structure to hold. In addition, each of the above
In the embodiment, the outer shape of the acceleration sensor is square.
However, it is not limited to this,
Shape.
【0044】[0044]
【発明の効果】本発明によれば、半導体微細加工技術にAccording to the present invention, semiconductor fine processing technology
より製造され、真空中で動作する電界電子放出素子を利Field electron-emitting device manufactured in a vacuum and operating in a vacuum.
用しているので、小型軽量、高精度、かつ、非常に安定Small, lightweight, high precision, and very stable
した特性を有する加速度センサを提供することができAcceleration sensor having improved characteristics can be provided.
る。また、単一の素子で3次元方向の加速度を検出するYou. Also, three-dimensional acceleration is detected by a single element.
ことができる。さらに、同一基板上に電子回路を形成すbe able to. Furthermore, an electronic circuit is formed on the same substrate.
ることができるため、装置全体を小型化することができCan reduce the size of the entire device.
るとともに、取り扱いの容易な加速度センサを提供するTo provide an acceleration sensor that is easy to handle
ことができる。be able to.
【0045】なお、上記各実施例においては変位電極を
別個に設けているが、ゲート電極自体をバネ部により支
持する構造とすることも可能である。また、上記の各実
施例においては加速度センサの外形の形状を正方形とし
たが、これに限られることなく、個々の用途に応じた形
状とすることができる。Although the displacement electrodes are separately provided in each of the above embodiments, a structure in which the gate electrode itself is supported by a spring portion is also possible. Further, in each of the above-described embodiments, the external shape of the acceleration sensor is a square. However, the present invention is not limited to this.
【0046】[0046]
【発明の効果】本発明によれば、半導体微細加工技術に
より製造され、真空中で動作する電界電子放出素子を利
用しているので、小型軽量、高精度、かつ、非常に安定
した特性を有する加速度センサを提供することができ
る。また、単一の素子で3次元方向の加速度を検出する
ことができる。さらに、同一基板上に電子回路を形成す
ることができるため、装置全体を小型化することができ
るとともに、取り扱いの容易な加速度センサを提供する
ことができる。According to the present invention, since a field electron emitting device manufactured by a semiconductor fine processing technique and operated in a vacuum is used, it has a small and light weight, high accuracy, and very stable characteristics. An acceleration sensor can be provided. In addition, a three-dimensional acceleration can be detected with a single element. Furthermore, since an electronic circuit can be formed on the same substrate, the entire device can be reduced in size and an acceleration sensor that can be easily handled can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の加速度センサの一実施例を説明するた
めの図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an acceleration sensor according to the present invention.
【図2】本発明の加速度センサの一実施例における動作
状態を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an operation state in one embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
【図3】本発明の加速度センサの他の実施例を説明する
ための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
【図4】本発明の加速度センサの他の実施例を説明する
ための図である。FIG. 4 is a view for explaining another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
【図5】本発明の加速度センサの一実施例の内部構造を
説明するための斜視図である。FIG. 5 is a perspective view for explaining the internal structure of an embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
【図6】本発明の加速度センサの一実施例の内部構造を
説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining an internal structure of an embodiment of the acceleration sensor according to the present invention.
【図7】本発明の加速度センサの他の実施例の内部構造
を説明するための斜視図である。FIG. 7 is a perspective view for explaining an internal structure of another embodiment of the acceleration sensor of the present invention.
【図8】電界電子放出素子を説明するための図である 。 FIG. 8 is a view for explaining a field emission device .
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−63780(JP,A) 特開 平6−11517(JP,A) 特開 平6−288843(JP,A) 特開 平6−34652(JP,A) 特開 平6−235733(JP,A) 特開 昭63−186114(JP,A) 特開 平7−174780(JP,A) 特開 平8−5651(JP,A) 特開 平7−198741(JP,A) 特開 平8−54409(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/08 - 15/18 H01L 29/84 Continuation of the front page (56) References JP-A-7-63780 (JP, A) JP-A-6-11517 (JP, A) JP-A-6-288843 (JP, A) JP-A-6-34652 (JP) JP-A-6-235733 (JP, A) JP-A-63-186114 (JP, A) JP-A-7-174780 (JP, A) JP-A-8-5651 (JP, A) 7-198741 (JP, A) JP-A-8-54409 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15/08-15/18 H01L 29/84
Claims (4)
が設けられているゲート電極部と、 前記エミッタから放出され、前記開口部を通過する電子
流の進行方向に対してほぼ直交する方向に配置されてい
る変位電極部とを真空容器中に配置し、 前記変位電極部は前記真空容器内で変形可能なバネ部に
より3次元方向に揺動可能に支持されると共に、4以上
の領域に分割され、前記分割された領域に流れる電子流
に基づいて加速度を測定することを特徴とする加速度セ
ンサ。1. An emitter formed in a cone shape, a gate electrode portion provided with an opening near an upper end of the cone-shaped emitter, and an opening emitted from the emitter, A displacement electrode portion disposed in a direction substantially orthogonal to a traveling direction of a passing electron flow, and a displacement electrode portion disposed in a vacuum container; and the displacement electrode portion is three-dimensionally moved by a spring portion deformable in the vacuum container. An acceleration sensor, which is swingably supported by and is divided into four or more regions, and measures acceleration based on an electron flow flowing through the divided regions.
に集束電極が設けられていることを特徴とする請求項1
記載の加速度センサ。2. A method according to claim 1, characterized in that the focusing electrode is provided in the middle between the displacement electrode and the gate electrode portion
Serial mounting acceleration sensor.
が設けられているゲート電極部と、 前記エミッタから放出され、前記開口部を通過する電子
流の進行方向に対してほぼ直交する方向に配置され、ほ
ぼ中央部に設けられている開口部を上記電子流が通過可
能とされている変位電極部と、 上記変位電極部の開口を通過した電子流を補足するよう
に配置されているアノード電極部とを真空容器中に配置
し、 前記変位電極部は前記真空容器内で変形可能なバネ部に
より3次元方向に揺動可能に支持されると共に、4以上
の領域に分割された前記アノード電極部の各領域に流れ
る電子流に基づいて加速度を測定することを特徴とする
加速度センサ。3. An emitter formed in a cone shape, a gate electrode portion provided with an opening in proximity to a point above a tip of the cone-shaped emitter, A displacement electrode portion arranged in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the passing electron flow, the displacement electrode portion allowing the electron flow to pass through an opening provided at a substantially central portion, and an opening of the displacement electrode portion And an anode electrode portion arranged to supplement the electron flow passing through the vacuum container, and the displacement electrode portion is swingable in a three-dimensional direction by a spring portion deformable in the vacuum container. An acceleration sensor which is supported and measures acceleration based on an electron flow flowing in each of the anode electrode portions divided into four or more regions.
電子回路が前記エミッタが形成される基板上に設けられ
ていることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか
1項に記載の加速度センサ。4. according to any one of claims 1 to 3 in which electronic circuits such as A / D conversion circuit or the amplifier circuit is characterized in that provided on the substrate on which the emitter is formed Acceleration sensor.
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