(57)【要約】【課題】慣性センサの性能を向上する。【解決手段】慣性センサの電極レイアウト作成方法は、高次共振モードに対応する可動部の表面変位分布を算出する工程と、可動部の一部領域である積分領域を設定する工程と、積分領域で表面変位分布を積分する工程とを有する。さらに、慣性センサの電極レイアウト作成方法は、積分値の絶対値が予め設定された規定値以下になっているかを判断する工程と、積分値の絶対値が規定値以下となった場合の積分領域に相対する固定部の領域を電極配置領域として決定する工程とを備える。【選択図】図２７
2020193951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体を含む可動部と、
前記可動部と対向して配置された固定部と、
前記固定部に設けられた電極と、
を備える、慣性センサの電極レイアウト作成方法であって、
（ａ）高次共振モードに対応する前記可動部の表面変位分布を算出する工程、
（ｂ）前記可動部の一部領域である積分領域を設定する工程、
（ｃ）前記積分領域で前記表面変位分布を積分する工程、
（ｄ）積分値の絶対値が予め設定された規定値以下になっているかを判断する工程、
（ｅ）前記積分値の絶対値が前記規定値以下となった場合の前記積分領域に相対する前記固定部の領域を電極配置領域として決定する工程、
を備える、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記高次共振モードは、定在波モードであり、
前記表面変位分布は、前記定在波モードの振幅分布である、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記（ｅ）工程では、前記積分値が０となった場合の前記積分領域に相対する前記固定部の領域を電極配置領域として決定する、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項４】
請求項１に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記積分値が前記規定値以下となるまで、前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程と前記（ｄ）工程とが繰り返される、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項５】
請求項１に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記慣性センサは、加速度センサである、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記可動部は、回転軸に対して非対称の質量部を有するシーソ構造から構成されている、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項７】
請求項５に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記電極は、サーボ電極であり、
前記サーボ電極には、加速度による前記可動部の変位を打ち消す静電気力を発生させるためのサーボ電圧が印加され、
前記加速度センサは、前記サーボ電圧に基づいて、加速度を検出する、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記サーボ電圧は、交流電圧である、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項９】
導電体を含む可動部と、
前記可動部と対向して配置された固定部と、
前記固定部に設けられた複数の電極と、
を備える、慣性センサの電極レイアウト作成方法であって、
（ａ）高次共振モードに対応する前記可動部の表面変位分布を算出する工程、
（ｂ）前記可動部の一部領域である第１積分領域を設定する工程、
（ｃ）前記第１積分領域とは異なる第２積分領域を設定する工程、
（ｄ）前記第１積分領域で前記表面変位分布を積分して第１積分値を算出する工程、
（ｅ）前記第２積分領域で前記表面変位分布を積分して第２積分値を算出する工程、
（ｆ）前記第１積分値と前記第２積分値との和の絶対値が予め設定された規定値以下になっているかを判断する工程、
（ｇ）前記第１積分値と前記第２積分値との和の絶対値が前記規定値以下となった場合の前記第１積分領域に相対する前記固定部の領域を第１電極配置領域として決定し、かつ、前記第１積分値と前記第２積分値との和の絶対値が前記規定値以下となった場合の前記第２積分領域に相対する前記固定部の領域を第２電極配置領域として決定する工程、
を備える、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記（ｇ）工程では、前記第１積分値と前記第２積分値との和の絶対値が０となった場合の前記第１積分領域に相対する前記固定部の領域を第１電極配置領域として決定し、かつ、前記第１積分値と前記第２積分値との和の絶対値が０となった場合の前記第２積分領域に相対する前記固定部の領域を第２電極配置領域として決定する、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記複数の電極は、
前記第１電極配置領域に配置された第１電極と、
前記第２電極配置領域に配置された第２電極と、
を含み、
前記第１電極と前記第２電極には、同時に電圧が印加される、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項１２】
導電体を含む可動部と、
前記可動部と対向して配置された固定部と、
前記固定部に設けられた複数の電極と、
を備える、慣性センサの電極レイアウト作成方法であって、
（ａ）高次共振モードに対応する前記可動部の表面変位分布を算出する工程、
（ｂ）前記可動部の一部領域である第１積分領域を設定する工程、
（ｃ）前記第１積分領域とは異なる第２積分領域を設定する工程、
（ｄ）前記第１積分領域で前記表面変位分布を積分して第１積分値を算出する工程、
（ｅ）前記第２積分領域で前記表面変位分布を積分して第２積分値を算出する工程、
（ｆ）前記第１積分値と前記第２積分値との差の絶対値が予め設定された規定値以下になっているかを判断する工程、
（ｇ）前記第１積分値と前記第２積分値との差の絶対値が前記規定値以下となった場合の前記第１積分領域に相対する前記固定部の領域を第１電極配置領域として決定し、かつ、前記第１積分値と前記第２積分値との差の絶対値が前記規定値以下となった場合の前記第２積分領域に相対する前記固定部の領域を第２電極配置領域として決定する工程、
を備える、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記（ｇ）工程では、前記第１積分値と前記第２積分値との差の絶対値が０となった場合の前記第１積分領域に相対する前記固定部の領域を第１電極配置領域として決定し、かつ、前記第１積分値と前記第２積分値との差の絶対値が０となった場合の前記第２積分領域に相対する前記固定部の領域を第２電極配置領域として決定する、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の慣性センサの電極レイアウト作成方法において、
前記複数の電極は、
前記第１電極配置領域に配置された第１電極と、
前記第２電極配置領域に配置された第２電極と、
を含み、
前記第１電極と前記第２電極には、交互に電圧が印加される、慣性センサの電極レイアウト作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサの電極レイアウト作成技術に関し、例えば、慣性センサの不要な高次共振モードを抑制できる電極レイアウト作成技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−１３５７１１号公報（特許文献１）には、例えば、可動電極に突起構造を加えることにより、高次モードの振動の発生を抑制して、スプリアスの発生を低減できるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子に関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３５７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加速度センサや角速度センサ（ジャイロスコープ）などに代表される慣性センサにおいては、高次共振モード（高次振動モード）と呼ばれる検出動作には不要な振動モードが存在する。この高次共振モードは、雑音の増加やダイナミックレンジの縮小や動作安定性の低下に代表される慣性センサの性能を低下させる要因となることが知られている。
【０００５】
したがって、慣性センサの性能を向上するためには、如何にして高次共振モードを抑制するかが重要となってくる。すなわち、慣性センサの性能を向上する観点から、不要な高次共振モードを抑制することが望まれている。
【０００６】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態における慣性センサの電極レイアウト作成方法は、導電体から構成される可動部と、可動部と対向して配置された固定部と、固定部に設けられた電極とを備える慣性センサの電極レイアウト作成方法である。
【０００８】
ここで、一実施の形態における慣性センサの電極レイアウト作成方法は、高次共振モードに対応する可動部の表面変位分布を算出する工程と、可動部の一部領域である積分領域を設定する工程と、積分領域で表面変位分布を積分する工程とを有する。
【０００９】
さらに、一実施の形態における慣性センサの電極レイアウト作成方法は、積分値の絶対値が予め設定された規定値以下になっているかを判断する工程と、積分値の絶対値が規定値以下となった場合の積分領域に相対する固定部の領域を電極配置領域として決定する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
一実施の形態によれば、慣性センサの性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】反射法弾性波探査の概要を示した地表の断面模式図である。
【図２】「シーソ構造」の加速度センサの模式的な構成を示す断面図である。
【図３】「シーソ構造」の加速度センサの動作を説明する図である。
【図４】サーボ電極の配置例を示す平面図である。
【図５】サーボ電極の他の配置例を示す平面図である。
【図６】サーボ動作を実現するサーボ機構を模式的に示す回路ブロック図である。
【図７】高次共振モードを模式的に示す図である。
【図８】高次共振モードに起因する誤差を電気回路でフィルタリングするサーボ機構の構成例を示す回路ブロック図である。
【図９】高次共振モードの一例を模式的に示す図である。
【図１０】定在波の振動が助長されるサーボ電極の配置を模式的に示す図である。
【図１１】定在波の振動が助長されるサーボ電極の配置を模式的に示す図である。
【図１２】定在波の振動が抑制されるサーボ電極の配置を模式的に示す図である。
【図１３】ＡＣサーボ電極の構成例を示す模式図である。
【図１４】高次共振モードの一例を示す模式図である。
【図１５】基本思想を具現化するサーボ電極の配置例を示す図である。
【図１６】（式１）を表す図である。
【図１７】定在波の振動が抑制されることを示す図である。
【図１８】（式２）を表す図である。
【図１９】（式３）を表す図である。
【図２０】基本思想を具現化するサーボ電極の他の配置例を示す図である。
【図２１】（ａ）および（ｂ）は、定在波の振動が抑制されることを示す図である。
【図２２】（式４）を表す図である。
【図２３】電極レイアウト作成装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図２４】電極レイアウト作成装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図２５】（式５）を表す図である。
【図２６】（式６）を表す図である。
【図２７】電極レイアウト作成方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００１３】
本実施の形態における技術的思想は、例えば、加速度センサや角速度センサに代表される慣性センサに幅広く適用することができるが、特に、本実施の形態では、慣性センサのうちの加速度センサを取り上げて、本実施の形態における技術的思想を説明する。
【００１４】
＜加速度センサの適用分野例＞
加速度センサは、自動車の姿勢制御、スマートフォン、あるいは、ゲーム機等の幅広い分野で利用される。これらの分野で使用される加速度センサは、小型で数百Ｈｚ以下という低周波数帯域で、重力の数倍の大きさの加速度を検出することができる。
【００１５】
一方、近年において、加速度センサの利用分野は、上述した分野に限らず、地中の資源探査を目的とする分野にも拡大している。このような地中の資源探査分野において、物理探査の一種である反射法弾性波探査（反射法地震探査）は、人工的に地震波を発生させた後、地表に設置した受振器（加速度センサ）で地下から跳ね返ってくる反射波を捉えることにより、その結果を解析して地下構造を解明する技術である。つまり、反射法弾性波探査は、地表で衝撃波または連続波を発生させることにより、地下の反射面（音響インピーダンスの変化する境界面）から反射して地上に戻ってくる反射波を、地表に展開した受振器で測定し、解析して地下反射面の深度分布や地下構造を探査する方法である。
【００１６】
例えば、この反射法弾性波探査は、石油や天然ガスの主な探査方法として広く利用されている。特に、次世代の反射法弾性波探査用センサ（受振器）として、重力加速度よりも遥かに微小な振動加速度を検知する加速度センサが注目されている。このような加速度センサを実用化するために、低ノイズで非常に高感度な加速度センサの開発が望まれている。
【００１７】
図１は、反射法弾性波探査の概要を示した地表の断面模式図である。
【００１８】
図１において、地表ＧＮＤに設置された起振源ＶＢから地中に弾性波（図中の矢印）を伝播させた後、複数の地層の境界ＢＵＤ１や境界ＢＵＤ２で反射した弾性波を、地表ＧＮＤに設置された加速度センサ（受振器）ＡＳでセンシングする。一般的な起振源ＶＢは、地表に対して垂直方向に発振するため、鉛直方向に近い方向にＰ波が効率よく励振される。このため、反射法弾性波探査では、Ｐ波が用いられる。また、再び地表ＧＮＤに戻ってくる弾性波は、鉛直方向に近い方向から伝播してくるＰ波であるため、加速度センサＡＳは、鉛直方向の弾性振動を検知する必要がある。図１に示すように、様々な方向に励振された弾性波は、減衰の大きい地中を伝播し、複数の地層の境界ＢＵＤ１や境界ＢＵＤ２で反射し、再び減衰の大きい地中を伝搬して、広い領域に拡散して地表ＧＮＤに戻ってくる。
【００１９】
このように、反射法弾性波探査では、微弱な弾性振動を検知するため、加速度センサＡＳには、鉛直方向に高感度である必要がある。具体的に、微弱な弾性振動の加速度は、重力加速度よりも小さいため、反射法弾性波探査で使用される加速度センサには、重力加速度よりも小さな加速度を高感度に検出することが要求される。
【００２０】
以下では、例えば、重力加速度よりも小さな加速度を高感度に検出することができる加速度センサについて説明する。
【００２１】
＜加速度センサの構成＞
加速度センサは、例えば、空洞部内において、質量体を弾性変形可能な梁を介して固定部に接続し、加速度が印加されたときの質量体の変位に起因する物理量の変化を検出することにより加速度を検出する。具体的には、質量体を可動電極として機能させ、かつ、この質量体と対向する位置に固定電極である検出電極を配置する。これにより、加速度が印加された際の質量体の変位によって、質量体と検出電極からなる静電容量の容量変化が生じ、この容量変化に基づいて、加速度を検出することができる。
【００２２】
＜加速度センサの動作＞
次に、加速度センサの動作について説明する。例えば、鉛直方向（ｚ方向）に印加される加速度を、可動電極と検出電極からなる可変容量の容量変化として捉える加速度センサを例に挙げて、加速度センサの動作を説明する。
【００２３】
原理的には、例えば、変調信号を印加しなくても加速度に起因する可変容量での容量変化を検出することにより、加速度を検出することは可能である。
【００２４】
ただし、加速度に対応した可変容量での容量変化に基づく検出信号は、低周波信号であるため、１／ｆノイズの影響を受けやすくなる。すなわち、加速度に対応した可変容量での容量変化に基づく検出信号をそのまま使用する構成では、１／ｆノイズが大きくなる結果、Ｓ／Ｎ比が劣化して、加速度センサの検出感度が低下することになる。
【００２５】
そこで、例えば、加速度センサでは、変調信号を使用している。この場合、加速度に対応した可変容量での容量変化に基づく検出信号が変調信号で変調されて高周波信号となるため、１／ｆノイズを受けにくくなる。つまり、高周波信号では、低周波信号よりも１／ｆノイズが小さくなることから、Ｓ／Ｎ比を向上できる結果、加速度センサの検出感度を向上することができるのである。このような理由から、加速度センサでは、まず、可動電極と検出電極からなる可変容量に変調信号を印加する。
【００２６】
ここで、例えば、鉛直方向（＋ｚ方向）に加速度が印加されたとする。この場合、質量体は、−ｚ方向に変位する。この結果、可動電極（質量体）と検出電極からなる可変容量の容量変化が生じる。この容量変化は、変調信号に加わって信号処理回路へ出力される。具体的に、信号処理回路では、加速度に起因する容量変化が加わった変調信号がＣＶ変換部に入力されて、容量変化がアナログ電圧信号に変換される。そして、変換されたアナログ電圧信号は、ＡＤ変換部でデジタル電圧信号に変換される。その後、同期検波部で復調信号が抽出される。続いて、同期検波部で復調された復調信号は、ＬＰＦ（低周波数帯域通過フィルタ）を通過することにより、最終的に、加速度に対応した加速度信号（検出信号）が出力端子から出力される。以上のようにして、加速度センサによれば、ｚ方向の加速度を検出することができる。
【００２７】
＜加速度センサの具体的な構成例（シーソ構造）＞
続いて、加速度センサの具体的な構成例について説明する。
【００２８】
図２は、「シーソ構造」の加速度センサの模式的な構成を示す断面図である。
【００２９】
図２において、枠体１００に囲まれた密閉空間である空洞部１０の内部には、回転軸２０に取り付けられた導電体からなる可動体３０が配置されている。この可動体３０は、図２において回転軸２０の右側に配置された質量体４０ａと、図２において回転軸２０の左側に配置された質量体４０ｂとを含むように構成されている。このように構成されている可動体３０が配置されている空洞部１０には、例えば、気体が充填されている。
【００３０】
質量体４０ａの表面には、可動電極５０ａが形成されており、この可動電極５０ａと対向する枠体１００の第１領域に固定電極である検出電極６０ａが形成されている。この結果、枠体１００に形成されている検出電極６０ａと、質量体４０ａに形成されている可動電極５０ａとによって、第１可変容量が構成されることになる。
【００３１】
同様に、質量体４０ｂの表面には、可動電極５０ｂが形成されており、この可動電極５０ｂと対向する枠体１００の第２領域に固定電極である検出電極６０ｂが形成されている。この結果、枠体１００に形成されている検出電極６０ｂと、質量体４０ｂに形成されている可動電極５０ｂとによって、第２可変容量が構成されることになる。
【００３２】
ここで、質量体４０ａの質量は、質量体４０ｂの質量よりも重くなっている。具体的には、図２に示すように、質量体４０ａには、質量体４０ａを貫通する複数の開口部ＯＰ１が形成されているとともに、質量体４０ｂにも、質量体４０ｂを貫通する複数の開口部ＯＰ２が形成されている。このとき、質量体４０ａに形成されている複数の開口部ＯＰ１の個数は、質量体４０ｂに形成されている複数の開口部ＯＰ２の個数よりも少なくなっているとともに、複数の開口部ＯＰ１のそれぞれの平面サイズは、複数の開口部ＯＰ２のそれぞれの平面サイズより小さくなっている。これにより、質量体４０ａにおける開口部ＯＰ１の占有面積は、質量体４０ｂにおける開口部ＯＰ２の占有面積よりも小さくなる結果、質量体４０ａの質量は、質量体４０ｂの質量よりも重くなる。
【００３３】
このように構成されている加速度センサＡＳでは、質量体４０ａと質量体４０ｂとの間に質量差が生じる結果、例えば、＋ｚ方向に加速度が印加されると、重い質量体４０ａが−ｚ方向に変位する一方、軽い質量体４０ｂが＋ｚ方向に変位して、加速度センサＡＳは、「シーソ動作」をすることになる。つまり、図３に示すように「シーソ構造」の加速度センサＡＳでは、＋ｚ方向に加速度が印加されると、回転軸２０を中心として、可動体３０が時計回りに回転することになる。
【００３４】
図２に示す「シーソ構造」の加速度センサＡＳは、可動電極５０ａと検出電極６０ａとからなる第１可変容量と、可動電極５０ｂと検出電極６０ｂとからなる第２可変容量とを備えている。このとき、「シーソ構造」の加速度センサＡＳでは、例えば、ｚ方向の加速度が印加された場合の第１可変容量の容量変化と第２可変容量の容量変化とが逆特性となる。すなわち、第１可変容量の静電容量が増加する場合、第２可変容量の静電容量が減少する一方、第１可変容量の静電容量が減少する場合、第２可変容量の静電容量が増加する。この結果、「シーソ構造」の加速度センサＡＳによれば、以下に示す利点が得られる。
【００３５】
例えば、第１入力端子と第２入力端子との間に第１可変容量と第２可変容量とを直列接続し、第１可変容量と第２可変容量との接続部分（接続ノード）にＣＶ変換部を接続する構成を考える。まず、第１入力端子と第２入力端子に、それぞれ１８０°位相の異なる逆位相の変調信号を印加する。ここで、加速度が印加されていない場合の第１可変容量の静電容量を「Ｃ１」とし、加速度が印加されていない場合の第２可変容量の静電容量を「Ｃ２」とする。そして、加速度が印加された場合、第１可変容量の静電容量が「Ｃ１−ΔＣ１」に減少する一方、第２可変容量の静電容量が「Ｃ２＋ΔＣ２」に増加するとする。この場合、第１入力端子と第２入力端子とに互いに逆位相の変調信号（Ｖ）が印加されているため、第１可変容量には、Ｑ１＝（Ｃ１−ΔＣ１）Ｖの電荷が蓄積される一方、第２可変容量には、Ｑ２＝−（Ｃ２＋ΔＣ２）Ｖの電荷が蓄積される。したがって、第１可変容量と第２可変容量全体での電荷移動量は、（Ｃ１−ΔＣ１）Ｖ−（Ｃ２＋ΔＣ２）Ｖ＝（Ｃ１−Ｃ２）Ｖ−（ΔＣ１＋ΔＣ２）Ｖとなる。つまり、第１入力端子と第２入力端子とに互いに逆位相の変調信号が印加されている場合には、第１可変容量の静電容量「Ｃ１」と第２可変容量の静電容量「Ｃ２」とが差分されて、電荷移動量には、加速度に起因する容量変化−（ΔＣ１＋ΔＣ２）の成分の割合が大きくなる。この結果、電荷移動量において、加速度に起因する容量変化（−（ΔＣ１＋ΔＣ２））とは無関係な静電容量「Ｃ１」や静電容量「Ｃ２」の影響が低減される（Ｃ１−Ｃ２となる）。これにより、信号に含まれる加速度に起因する容量変化（−（ΔＣ１＋ΔＣ２））の成分を大きくすることができる。したがって、「シーソ構造」の加速度センサＡＳによれば、加速度の検出感度を向上することができるという利点が得られる。
【００３６】
＜サーボ電極の採用＞
上述したように、加速度センサＡＳでは、加速度が印加された際の質量体の変位によって、質量体と固定電極からなる可変容量の容量変化が生じ、この容量変化に基づいて、加速度を検出している。この点に関し、例えば、加速度の大きさが想定外に大きくなると、加速度に起因する質量体の変位も大きくなる。この場合、質量体と検出電極が接触する事態が起こり、容量変化に基づく加速度の検出を正確に行なうことができなくなる。つまり、質量体の変位に基づいて加速度を検出する加速度センサの構成では、想定外の大きな加速度が加わった場合、正確に加速度を検出することが困難となる。特に、加速度センサにおける加速度の検出感度を向上させるためには、可変容量を構成する質量体と検出電極との間の距離を小さくすることが望ましいが、質量体と検出電極との間の距離を小さくすると、わずかに加速度の大きさが大きくなっただけで、質量体が検出電極に接触してしまうことになる。このことは、検出できる加速度の範囲が狭くなることを意味する。
【００３７】
そこで、加速度センサにサーボ機構を設けることが行なわれている。以下に、このサーボ機構について説明する。例えば、質量体と対向する位置には、検出電極が設けられているが、サーボ機構では、質量体と対向する位置に検出電極だけでなく、サーボ電極も設けられている。そして、このサーボ電極には、サーボ電圧が印加されるようになっており、サーボ電極にサーボ電圧を印加することにより発生するクーロン力（静電気力）によって、加速度に基づく質量体の変位が打ち消されるようになっている。これにより、加速度センサに加速度が印加されても、質量体はほとんど変位しなくなるが、サーボ電極には、加速度の大きさに比例したサーボ電圧が印加されることになる。このことから、このサーボ電圧を出力することにより、加速度センサに印加された加速度を検出することができる。
【００３８】
このようなサーボ機構を設ける利点は、質量体を変位させることなく、加速度を検出できる点にある。すなわち、サーボ機構を設けることにより、加速度センサに想定外の大きな加速度が印加される場合であっても、質量体の想定外の変位によって、質量体と検出電極との接触を抑制することができる。特に、加速度センサにサーボ機構を設けることにより、質量体と検出電極との間の距離を小さくしても、質量体と検出電極の接触を抑制できる。このことから、サーボ機構を加速度センサに設けることによって、質量体と検出電極との間の距離を小さくすることに起因する検出感度の向上と、質量体を変位させないことに起因する検出加速度の範囲（レンジ）の拡大を両立することができる。
【００３９】
図４は、サーボ電極の配置例を示す平面図である。
【００４０】
図４において、加速度センサＡＳは、矩形形状の枠体１００を有し、この枠体１００の内部には、点線で示される可動体３０が配置されている。そして、枠体１００の表面には、検出電極６０ａおよび検出電極６０ｂとともに、ＡＣサーボ電極７０ａおよびＡＣサーボ電極７０ｂと、ＤＣサーボ電極８０ａおよびＤＣサーボ電極８０ｂが形成されている。
【００４１】
このとき、図４に示すように、平面視において、検出電極６０ａおよび検出電極６０ｂは、可動体３０と重なるように配置されている。同様に、平面視において、ＡＣサーボ電極７０ａおよびＡＣサーボ電極７０ｂは、可動体３０と重なるように配置されているとともに、ＤＣサーボ電極８０ａおよびＤＣサーボ電極８０ｂも、可動体３０と重なるように配置されている。
【００４２】
ここで、ＡＣサーボ電極７０ａおよびＡＣサーボ電極７０ｂには、周期的に変動する交流電圧からなるＡＣサーボ電圧が印加される。一方、ＤＣサーボ電極８０ａおよびＤＣサーボ電極８０ｂには、時間的に一定な直流電圧からなるＤＣサーボ電圧が印加される。
【００４３】
そして、例えば、ＡＣサーボ電極７０ａとＡＣサーボ電極７０ｂには、交互にＡＣサーボ電圧が印加されるように構成されている。すなわち、ＡＣサーボ電極７０ａにＡＣサーボ電圧が印加されているときには、ＡＣサーボ電極７０ｂにはＡＣサーボ電圧が印加されていない。同様に、ＡＣサーボ電極７０ｂにＡＣサーボ電圧が印加されているときには、ＡＣサーボ電極７０ａには、ＡＣサーボ電極が印加されていない。
【００４４】
また、例えば、ＤＣサーボ電極８０ａとＤＣサーボ電極８０ｂには、交互にＤＣサーボ電圧が印加されるように構成されている。すなわち、ＤＣサーボ電極８０ａにＤＣサーボ電圧が印加されているときには、ＤＣサーボ電極８０ｂにはＤＣサーボ電圧が印加されていない。同様に、ＤＣサーボ電極８０ｂにＤＣサーボ電圧が印加されているときには、ＤＣサーボ電極８０ａには、ＤＣサーボ電極が印加されていない。
【００４５】
このようにして、「シーソ構造」の加速度センサＡＳにおいて、ＡＣサーボ電極７０ａと可動体３０との間に静電気力を発生させる動作と、ＡＣサーボ電極７０ｂと可動体３０との間に静電気力を発生させる動作とが、交互に行われることになる。同様に、「シーソ構造」の加速度センサＡＳにおいて、ＤＣサーボ電極８０ａと可動体３０との間に静電気力を発生させる動作と、ＤＣサーボ電極８０ｂと可動体３０との間に静電気力を発生させる動作とが、交互に行われることになる。この結果、「シーソ構造」の加速度センサＡＳに加速度が印加されても、可動体３０を静止状態に維持することができる。
【００４６】
図４に示すように、「シーソ構造」の加速度センサＡＳにおいて、検出電極とサーボ電極とを分離して設ける構成を採用すると、検出電極による加速度検出動作と、サーボ電極によるサーボ動作とを同時に行なうことができる利点が得られる。なお、図４では、ＡＣサーボ電極とＤＣサーボ電極とを分離する構成例を示しているが、これに限らず、例えば、ＡＣサーボ電極とＤＣサーボ電極から一体化したサーボ電極を構成し、この一体化したサーボ電極に対して、直流電圧に交流電圧を重畳したサーボ電圧を印加してもよい。
【００４７】
次に、図５は、サーボ電極の他の配置例を示す平面図である。
【００４８】
図５において、加速度センサＡＳは、矩形形状の枠体１００を有し、この枠体１００の内部には、点線で示される可動体３０が配置されている。そして、枠体１００の表面には、検出電極６０ａおよび検出電極６０ｂが形成されている。このとき、図５に示すように、平面視において、検出電極６０ａおよび検出電極６０ｂは、可動体３０と重なるように配置されている。ここで、検出電極６０ａは、ＡＣサーボ電極７０ａおよびＤＣサーボ電極８０ａとしても機能するように構成され、かつ、検出電極６０ｂは、ＡＣサーボ電極７０ｂおよびＤＣサーボ電極８０ｂとしても機能するように構成されている。
【００４９】
この場合、例えば、検出電極６０ａに着目すると、時分割で、検出電極としての機能とサーボ電極としての機能が実現される。すなわち、ある時間帯では、検出電極による加速度検出動作が行なわれる一方、他のある時間帯では、サーボ電極によるサーボ動作が行なわれる。このような構成では、検出電極の平面サイズを大きくすることできる利点が得られる。そして、検出電極の平面サイズが大きいほど加速度の検出感度が向上することから、検出電極とサーボ電極とを一体化して、検出電極の平面サイズを大きくする図５に示す他の配置例によれば、加速度の検出感度を向上することができる。
【００５０】
続いて、サーボ動作を実現する回路構成について説明する。
【００５１】
図６は、サーボ動作を実現するサーボ機構を模式的に示すブロック図である。
【００５２】
図６に示すサーボ機構では、静電容量型の加速度センサを使用したサーボ制御によるデルタシグマ型アナログデジタル変換器によってサーボ動作が実現される。
【００５３】
図６において、加速度センサのサーボ機構は、ＭＥＭＳ（加速度センサＡＳの構造体）２００と、ＣＶ変換部２０１と、ループフィルタ２０２と、量子化器２０３と、フィードバックループ２０４とを有する。まず、加速度センサが印加されると、ＭＥＭＳ２００では、加速度の大きさに対応する容量変化が生じる。このとき、加速度センサの検出容量の片側に変調信号を印加し、検出容量のもう一方の片側をＣＶ変換部２０１と接続される。そして、この容量変化は、ＣＶ変換部２０１で電圧信号に変換される。すなわち、ＣＶ変換部２０１からは、変調され、かつ、加速度に応じた振幅を有する電気信号が出力される。その後、ＣＶ変換部２０１から出力された電圧信号は、ループフィルタ２０２に入力する。ループフィルタ２０２では、デジタルシグマ型変調のノイズシェーピングのためのループの積分次数の増加と、加速度センサの加速度−容量変換の伝達関数における位相遅延の補償が行なわれる。
【００５４】
次に、ループフィルタ２０２から出力された電気信号を、例えば、１ビット量子化器から構成される量子化器２０３に入力することにより、量子化器２０３からサーボ信号が出力される。そして、フィードバックループ２０４は、量子化器２０３から出力されたサーボ信号を入力して、サーボ信号に対応したサーボ電圧を出力する。具体的に、フィードバックループ２０４は、加速度センサの検出容量の容量変化を打ち消す方向に静電気力が働くように、加速度センサのサーボ電極にサーボ電圧を印加する。特に、フィードバックループ２０４では、加速度センサの検出容量の変化が零になるように制御される。
【００５５】
このようにして、サーボ機構によるサーボ動作が行なわれる。そして、加速度センサの検出容量の変化が零に制御されているとき、サーボ信号の低周波成分は、加速度の大きさに比例する。このため、サーボ信号に比例係数を乗じた信号をローパスフィルタに入力した後、ローパスフィルタから出力された信号を検出することにより加速度を検出できる。
【００５６】
＜改善の検討＞
加速度センサにおける加速度の検出動作には、加速度センサを構成する可動体の基本振動モードが使用されるが、可動体の振動には、上述した基本共振モードの他に、例えば、図７に模式的に示すような高次共振モードが存在する。
【００５７】
この高次共振モードは、加速度の検出動作には不要な共振モードであるだけでなく、高次共振モードは、雑音の増加やダイナミックレンジの縮小や動作安定性の低下に代表される加速度センサの性能を低下させる要因となることが知られている。
【００５８】
この点に関し、高次共振モードに起因する誤差を電気回路でフィルタリングする技術がある。具体的には、例えば、図８に示すように、サーボ動作を実現するサーボ機構において、ＣＶ変換部２０１とループフィルタ２０２との間に、高次対策フィルタ２０５を挿入することが考えられる。この高次対策フィルタ２０５では、高次共振モードの共振周波数の信号を遮断するフィルタとして構成される。これにより、信号から高次共振モードの共振周波数に対応した成分が除去されることになり、高次共振モードに起因する誤差を小さくすることができる。ところが、高次対策フィルタ２０５を使用することにより、高次共振モードに起因する誤差を小さくする方法では、高次対策フィルタ２０５による信号遅延によって、フィードバックループ２０４による制御安定性が低下することが懸念される。さらには、複数存在する高次共振モードの固有振動数がＭＥＭＳ２００ごとにばらつくため、ＭＥＭＳ構造体が形成されたチップごとに高次対策フィルタの調整が必要となり、時間的なコストが増大することになる。また、この方法では、ＭＥＭＳ構造体で発生する高次共振モードを直接抑制する手法ではないため、高次共振モードを励振する力が強い場合、非線形効果による雑音の増大も懸念される。一方、可動体に突起構造を加えることにより、高次共振モードを直接的に抑制する技術も報告されているが、可動体の構造が複雑化することによる製造コストの増大が懸念されている。
【００５９】
このように現存する技術では、副作用の小さな高次共振モードの抑制技術を実現する観点から改善の検討が必要であることがわかる。そこで、本実施の形態では、副作用の小さな優れた高次共振モードの抑制技術を実現するための工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明する。
【００６０】
＜実施の形態における基本思想＞
本実施の形態における基本思想は、サーボ電極を使用することにより、高次共振モードの発生を抑制する思想である。具体的に、本実施の形態における基本思想は、サーボ電極の配置位置を工夫することにより、高次共振モードの発生を抑制する思想である。
【００６１】
以下に、この基本思想について詳細に説明する。
【００６２】
まず、図９は、高次共振モードの一例を示す図である。
【００６３】
高次共振モードは、定在波から構成される。定在波とは、波長・周期・振幅・速さが同じで進行方向が互いに逆向きの２つの波が重なり合うことによってできる波であり、波形が進行せず、その場に止まって振動しているように見える波動である。すなわち、定在波とは、振動の極大（腹）と極小（節）などの位置が空間的に移動しない波である。例えば、同じ方向に振動して互いに逆向きに進む２つの正弦波を「ａｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ）」と「ａｓｉｎ（ωｔ＋ｋｘ）」とする。この２つの正弦波を合成すると、「２ａｃｏｓｋｘｓｉｎωｔ」となる。この合成波の各点は、２ａｃｏｓｋｘを振幅とする単振動（ｓｉｎωｔ）を行なうだけで、「（ωｔ±ｋｘ）」の形をしていないことから、進行しないように見える。
【００６４】
したがって、例えば、図１０に示すように、定在波からなる高次共振モードの山にだけ平面的に重なるようにサーボ電極３００を配置すると、サーボ電極３００から定在波の山にのみ静電引力が加わることになる。この場合、サーボ電極３００からの静電引力によって、定在波の振動が助長されることになる。同様に、例えば、図１１に示すように、定在波からなる高次共振モードの谷にだけ平面的に重なるようにサーボ電極３００を配置しても、サーボ電極３００から定在波の谷にのみ静電引力が加わることになる。この場合も、サーボ電極３００からの静電引力によって、定在波の振動が助長されることになる。このことから、サーボ電極３００を定在波の山だけと平面的に重なるように配置する構成や、サーボ電極３００を定在波の谷だけと平面的に重なるように配置する構成では、定在波からなる高次共振モードの励起を助長することになるのである。
【００６５】
これに対し、例えば、図１２に示すように、定在波からなる高次共振モードの山と谷の両方に平面的に重なるようにサーボ電極３００を配置すると、サーボ電極３００から定在波の山と谷の両方に同方向の静電引力が加わることになる。このことは、互いに逆位相で振動する定在波の山と谷の両方に同じ方向の静電引力が加わることを意味するから、これは、サーボ電極３００によって、互いに逆位相で振動する山と谷を有する定在波が減衰することを意味する。したがって、定在波の山と谷の両方に平面的に重なるようにサーボ電極３００を配置すると、サーボ電極３００に起因する静電気力によって、互いに逆位相で振動する山と谷からなる定在波の励起が抑制されることになる。
【００６６】
以上のことから、サーボ電極３００の配置位置を工夫することにより、定在波の励起が抑制することができることがわかる。したがって、本実施の形態における基本思想は、定在波の励起を抑制することができるようにサーボ電極３００の配置位置を決定することにより、検出動作には不要な高次共振モードの発生を抑制しようとする思想である。
【００６７】
以下では、本実施の形態における基本思想を具現化する具体例について説明するが、その前に、まず、「シーソ構造」の加速度センサに設けられるサーボ電極について説明する。「シーソ構造」の加速度センサにサーボ機構を設ける場合、例えば、ＤＣサーボ電圧（直流サーボ電圧）を印加するＤＣサーボ電極と、ＡＣサーボ電圧（交流サーボ電圧）を印加するＡＣサーボ電極とがある。このとき、高次共振モードは、ＡＣサーボ電極に印加される周期的なＡＣサーボ電圧に起因して発生するので、本実施の形態では、このＡＣサーボ電極に着目し、かつ、上述した基本思想に基づいて、ＡＣサーボ電極の配置位置を決定する。すなわち、本実施の形態における基本思想を適用するサーボ電極は、高次共振モードの発生原因となるＡＣサーボ電極である。
【００６８】
図１３は、ＡＣサーボ電極の構成例を示す模式図である。
【００６９】
図１３に示すように、ＡＣサーボ電極は、サーボ電極３００Ｐとサーボ電極３００Ｎとから構成されている。ここで、例えば、サーボ電極３００Ｐは、「シーソ構造」の可動体のうちの左側に配置されている質量体に対応して設けられたサーボ電極である一方、サーボ電極３００Ｎは、「シーソ構造」の可動体のうちの右側に配置されている質量体に対応して設けられたサーボ電極である。そして、サーボ電極３００Ｐとサーボ電極３００Ｎには、交互にＡＣサーボ電圧が印加される。言い換えれば、サーボ電極３００Ｐにサーボ電圧を印加するタイミングと、サーボ電極３００Ｎにサーボ電圧を印加するタイミングとは、互いに相補関係にある。すなわち、サーボ電極３００ＰにＡＣサーボ電圧が印加されているときには、サーボ電極３００ＮにはＡＣサーボ電極は印加されない。一方、サーボ電極３００ＮにＡＣサーボ電圧が印加されているときには、サーボ電極３００ＰにはＡＣサーボ電圧は印加されない。つまり、サーボ電極３００Ｐとサーボ電極３００Ｎの両方に同時にＡＣサーボ電圧が印加されることはない。これにより、「シーソ構造」の加速度センサに加速度が印加された場合の可動体の「シーソ動作」を打ち消すようにサーボ電極３００Ｐからの静電引力とサーボ電極３００Ｎからの静電引力とを交互に加えることができる。以上のことから、本実施の形態において、ＡＣサーボ電極は、サーボ電極３００Ｐとサーボ電極３００Ｎから構成されることになる。
【００７０】
＜＜基本思想の具体例１＞＞
このことを前提として、本実施の形態における基本思想を具現化した具体例を説明する。
【００７１】
図１４は、高次共振モードの一例を示す模式図である。
【００７２】
図１４には、高次共振モードの振幅を示す「φ（ｘ、ｙ）」が模式的に示されている。ここで、図１４において、実線は山を示している一方、破線は谷を示している。
【００７３】
図１５は、図１４に示す高次共振モードを抑制するために、サーボ電極と対向する可動体の対応領域を模式的に示す図である。図１５において、例えば、サーボ電極３００Ｎに対向する対応領域Ｒ１を考えると、対応領域Ｒ１においては、「φ（ｘ、ｙ）」の山と谷が均等に含まれている。これにより、対応領域Ｒ１をサーボ電極３００Ｎに対向する領域とすると、例えば、図１２に示す状況が実現されることになり、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。このように、サーボ電極３００Ｎに対向する領域として対応領域Ｒ１を選択する思想は、一般化すると、「φ（ｘ、ｙ）」の山と谷が均等に含まれるような領域を特定し、この領域をサーボ電極３００Ｎに対向する対応領域とする思想となる。言い換えれば、「φ（ｘ、ｙ）」を特定領域で積分した積分値の絶対値が零に近づくように特定領域を決定し、この決定した特定領域をサーボ電極３００Ｎと対向する対応領域にすることになる。このようにして、対応領域に対向する位置にサーボ電極３００Ｎを配置することにより、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。具体的には、図１６の（式１）で示される積分値Ｉができる限り小さくなるように対応領域Ｒ１を特定して、積分値Ｉをできる限り小さくする対応領域Ｒ１に対向するようにサーボ電極３００Ｎを配置することにより、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。
【００７４】
次に、図１５において、例えば、サーボ電極３００Ｐを配置する位置を特定することを考える。この場合も、もちろん、図１６の（式１）で示される積分値Ｉができる限り小さくなるように対応領域Ｒ１を特定して、積分値Ｉをできる限り小さくする対応領域Ｒ１に対向するようにサーボ電極３００Ｐを配置する手法を用いることができる。
【００７５】
ただし、以下に示す手法も考えることができる。
【００７６】
図１５に示すように、例えば、サーボ電極３００Ｐを２つのサーボ電極３００Ｐ１とサーボ電極３００Ｐ２から構成し、サーボ電極３００Ｐ１を対応領域Ｒ２と対向する位置に配置し、かつ、サーボ電極３００Ｐ２を対応領域Ｒ３と対向する位置に配置するというものである。このとき、図１５に示すように、サーボ電極３００Ｐ１と対向する対応領域Ｒ２は、「φ（ｘ、ｙ）」の谷だけが含まれる領域である一方、サーボ電極３００Ｐ２と対向する対応領域Ｒ３は、「φ（ｘ、ｙ）」の山だけが含まれる領域である。この場合、例えば、図１７に示す構成が実現される。この図１７に示す構成では、「φ（ｘ、ｙ）」の山と谷の両方に同じ方向の静電引力が加わる点で、図１２に示す構成と同様である。したがって、サーボ電極３００Ｐをサーボ電極３００Ｐ１とサーボ電極３００Ｐ２から構成し、かつ、サーボ電極３００Ｐ１を対応領域Ｒ２と対向する位置に配置するとともに、サーボ電極３００Ｐ２を対応領域Ｒ３と対向する位置に配置することにより、例えば、図１７に示す状況が実現されることになり、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。
【００７７】
このとき、サーボ電極３００Ｐ１とサーボ電極３００Ｐ２は、いずれもサーボ電極３００Ｐの構成要素であることから、サーボ電極３００Ｐ１にサーボ電圧を印加するタイミングとサーボ電極３００Ｐ２にサーボ電圧を印加するタイミングとは同一である。すなわち、サーボ電極３００Ｐ１とサーボ電極３００Ｐ２には、同時にサーボ電圧が印加される。
【００７８】
このようなサーボ電極３００Ｐ１とサーボ電極３００Ｐ２からなるサーボ電極３００Ｐを配置する思想は、一般化すると、「φ（ｘ、ｙ）」の積分領域を複数設定し、それぞれの積分領域での「φ（ｘ、ｙ）」の積分値の和の絶対値が零となるように複数の積分領域を決定し、この決定した複数の積分領域のそれぞれと対向する位置にサーボ電極３００Ｐを配置するというものである。このようにして、決定されたサーボ電極３００Ｐによれば、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。
【００７９】
具体的には、図１８の（式２）で示される積分値Ｉができる限り小さくなるように対応領域Ｒ２と対応領域Ｒ３とを特定して、積分値Ｉをできる限り小さくする対応領域Ｒ２と対応領域Ｒ３のそれぞれに対向する位置にサーボ電極３００Ｐを配置することにより、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。
【００８０】
さらに、図１６の（式１）で示されるサーボ電極３００Ｎの配置手法と、図１８の（式２）で示されるサーボ電極３００Ｐの配置手法とを組み合わせて一般化すると以下のようになる。すなわち、一般化した手法は、図１９の（式３）で示される積分値Ｉをできる限り零になるように、積分領域「ＤＮ」と積分領域「ＤＰ」を決定し、積分領域「ＤＮ」に対向する位置にサーボ電極３００Ｎを配置し、かつ、積分領域「ＤＰ」に対向する位置にサーボ電極３００Ｐを配置する手法となる。
【００８１】
＜＜基本思想の具体例２＞＞
続いて、本実施の形態における基本思想の具体例２について説明する。
【００８２】
図２０は、図１４に示す高次共振モードを抑制するために、サーボ電極と対向する可動体の対応領域を模式的に示す図である。
【００８３】
図２０において、例えば、サーボ電極３００Ｎを対応領域Ｒ４と対向する位置に配置し、かつ、サーボ電極３００Ｐを対応領域Ｒ５と対向する位置に配置することを考える。この場合、サーボ電極３００Ｎとサーボ電極３００Ｐには、同時にサーボ電圧が印加されるのではなく、交互にサーボ電圧が印加されることから、例えば、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示す状況が実現されることになり、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。このように、サーボ電極３００Ｎと対向する位置として対応領域Ｒ４を選択し、かつ、サーボ電極３００Ｐと対向する位置として対応領域Ｒ５を選択する思想は、一般化すると以下のようになる。すなわち、一般化した思想は、「φ（ｘ、ｙ）」を積分領域「ＤＮ」で積分した積分値と「φ（ｘ、ｙ）」を積分領域「ＤＰ」で積分した積分値との差分の絶対値が零に近づくように積分領域「ＤＮ」と積分領域「ＤＰ」を決定し、この積分領域「ＤＮ」と対向する位置にサーボ電極３００Ｎを配置するとともに、積分領域「ＤＰ」と対向する位置にサーボ電極３００Ｐを配置する思想となる。
【００８４】
このようにして、決定されたサーボ電極３００Ｎとサーボ電極３００Ｐによれば、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。
【００８５】
具体的には、図２２の（式４）で示される積分値Ｉができる限り小さくなるように積分領域「ＤＮ」と積分領域「ＤＰ」を特定する。そして、積分値Ｉをできる限り小さくする積分領域「ＤＮ」と対向するサーボ電極３００Ｎの配置領域とし、かつ、積分値Ｉをできる限り小さくする積分領域「ＤＰ」をサーボ電極３００Ｐの配置領域とする。これにより、「φ（ｘ、ｙ）」の振幅で表される高次共振モードの励起を抑制することができる。
【００８６】
＜基本思想を具現化する電極レイアウト作成装置＞
＜＜ハードウェア構成＞＞
以下では、まず、上述した基本思想を具現化する本実施の形態おける電極レイアウト作成装置のハードウェア構成について説明する。
【００８７】
図２３は、本実施の形態における電極レイアウト作成装置５００のハードウェア構成の一例を示す図である。なお、図２３に示す構成は、あくまでも電極レイアウト作成装置５００のハードウェア構成の一例を示すものであり、電極レイアウト作成装置５００のハードウェア構成は、図２３に記載されている構成に限らず、他の構成であってもよい。
【００８８】
図２３において、本実施の形態における電極レイアウト作成装置５００は、プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１を備えている。このＣＰＵ５０１は、バス５１３を介して、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０３、および、ハードディスク装置５１２と電気的に接続されており、これらのハードウェアデバイスを制御するように構成されている。
【００８９】
また、ＣＰＵ５０１は、バス５１３を介して入力装置や出力装置とも接続されている。入力装置の一例としては、キーボード５０５、マウス５０６、通信ボード５０７、および、スキャナ５１１などを挙げることができる。一方、出力装置の一例としては、ディスプレイ５０４、通信ボード５０７、および、プリンタ５１０などを挙げることができる。さらに、ＣＰＵ５０１は、例えば、リムーバルディスク装置５０８やＣＤ／ＤＶＤ−ＲＯＭ装置５０９と接続されていてもよい。
【００９０】
電極レイアウト作成装置５００は、例えば、ネットワークと接続されていてもよい。例えば、電極レイアウト作成装置５００がネットワークを介して他の外部機器と接続されている場合、電極レイアウト作成装置５００の一部を構成する通信ボード５０７は、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）、ＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）やインターネットに接続されている。
【００９１】
ＲＡＭ５０３は、揮発性メモリの一例であり、ＲＯＭ５０２、リムーバルディスク装置５０８、ＣＤ／ＤＶＤ−ＲＯＭ装置５０９、ハードディスク装置５１２の記録媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらの揮発性メモリや不揮発性メモリによって、電極レイアウト作成装置５００の記憶装置が構成される。
【００９２】
ハードディスク装置５１２には、例えば、オペレーティングシステム（ＯＳ）６０１、プログラム群６０２、および、ファイル群６０３が記憶されている。プログラム群６０２に含まれるプログラムは、ＣＰＵ５０１がオペレーティングシステム６０１を利用しながら実行する。また、ＲＡＭ５０３には、ＣＰＵ５０１に実行させるオペレーティングシステム６０１のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一次的に格納されるとともに、ＣＰＵ５０１による処理に必要な各種データが格納される。
【００９３】
ＲＯＭ５０２には、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）プログラムが記憶され、ハードディスク装置５１２には、ブートプログラムが記憶されている。電極レイアウト作成装置５００の起動時には、ＲＯＭ５０２に記憶されているＢＩＯＳプログラムおよびハードディスク装置５１２に記憶されているブートプログラムが実行され、ＢＩＯＳプログラムおよびブートプログラムにより、オペレーティングシステム６０１が起動される。
【００９４】
プログラム群６０２には、電極レイアウト作成装置５００の機能を実現するプログラムが記憶されており、このプログラムは、ＣＰＵ５０１により読み出されて実行される。また、ファイル群６０３には、ＣＰＵ５０１による処理の結果を示す情報、データ、信号値、変数値やパラメータがファイルの各項目として記憶されている。
【００９５】
ファイルは、ハードディスク装置５１２やメモリなどの記録媒体に記憶される。ハードディスク装置５１２やメモリなどの記録媒体に記憶された情報、データ、信号値、変数値やパラメータは、ＣＰＵ５０１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・処理・編集・出力・印刷・表示に代表されるＣＰＵ５０１の動作に使用される。例えば、上述したＣＰＵ５０１の動作の間、情報、データ、信号値、変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリなどに一次的に記憶される。
【００９６】
電極レイアウト作成装置５００の機能は、ＲＯＭ５０２に記憶されたファームウェアで実現されていてもよいし、あるいは、ソフトウェアのみ、素子・デバイス・基板・配線に代表されるハードウェアのみ、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実現されていてもよい。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、ハードディスク装置５１２、リムーバルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどに代表される記録媒体に記憶される。プログラムは、ＣＰＵ５０１により読み出されて実行される。すなわち、プログラムは、コンピュータを電極レイアウト作成装置５００として機能させるものである。
【００９７】
このように、本実施の形態における電極レイアウト作成装置５００は、処理装置であるＣＰＵ５０１、記憶装置であるハードディスク装置５１２やメモリ、入力装置であるキーボード５０５、マウス５０６、通信ボード５０７、出力装置であるディスプレイ５０４、プリンタ５１０、通信ボード５０７を備えるコンピュータである。そして、電極レイアウト作成装置５００の各機能は、上述した処理装置、記憶装置、入力装置、および、出力装置を利用して実現される。
【００９８】
＜＜機能ブロック構成＞＞
次に、電極レイアウト作成装置５００の機能ブロック構成について説明する。
【００９９】
図２４は、電極レイアウト作成装置５００の機能ブロック構成を示す図である。
【０１００】
図２４において、本実施の形態における電極レイアウト作成装置５００は、入力部７０１と、可動体構造決定部７０２と、サーボ電極初期構造決定部７０３と、高次共振モード機械特性取得部７０４と、高次共振モード選択部７０５と、励振係数算出部７０６とを有している。さらに、本実施の形態における電極レイアウト作成装置５００は、判断部７０９と、サーボ電極配置決定部７１０と、出力部と、データ記憶部７１２とを有している。
【０１０１】
入力部７０１は、様々なデータを外部機器から入力するように構成されており、この入力部７０１によって電極レイアウト作成装置５００に入力された多種多様なデータは、データ記憶部７１２に記憶されるようになっている。
【０１０２】
可動体構造決定部７０２は、例えば、入力部７０１によって電極レイアウト作成装置５００に入力されたデータに基づいて、可動体の構造を決定するように構成されている。具体的には、例えば、検出容量やサーボ容量の大きさとＭＥＭＳ構造体の面積とのトレードオフの関係を考慮しながら可動体の構造を決定するように構成されている。さらに詳細に説明すると、可動体構造決定部７０２では、加速度に基づく容量変化の係数を大きくするためのバネ定数の調整や、可動体（質量体）の厚さや貫通孔による質量の調整や、雑音を低減するために可動体に設けられる貫通孔の構造の調整などを行ないながら、可動体構造決定部７０２で可動体の構造が決定される。そして、可動体構造決定部７０２で決定された可動体の構造に関するデータは、データ記憶部７１２に記憶される。
【０１０３】
サーボ電極初期構造決定部７０３は、例えば、入力部７０１によって電極レイアウト作成装置５００に入力されたデータに基づいて、サーボ電極の初期構造を決定するように構成されている。具体的には、例えば、入力部７０１によって入力されたデータには、加速度を検出するために必要な感度に関するデータや、最大ＡＣサーボ力に関するデータや、最大ＤＣサーボ力に関するデータが含まれており、これらのデータに基づいて、サーボ電極初期構造決定部７０３は、サーボ電極の初期構造を決定するように構成されている。このサーボ電極初期構造決定部７０３で決定されるサーボ電極の初期構造の中には、サーボ電極の初期配置位置に関するデータと、サーボ電極の形状に関するデータが含まれる。そして、サーボ電極初期構造決定部７０３で決定されたサーボ電極の初期構造に関するデータは、データ記憶部７１２に記憶される。
【０１０４】
高次共振モード機械特性取得部７０４は、例えば、入力部７０１によって電極レイアウト作成装置５００に入力されたデータに基づいて、可動体の表面に励起される高次共振モードの振幅を示す「φｋ（ｘ、ｙ）」と、この「φｋ（ｘ、ｙ）」の周波数特性を取得するように構成されている。すなわち、高次共振モード機械特性取得部７０４は、高次共振モードに対応する可動体の表面変位分布（「φｋ（ｘ、ｙ）」）を算出する算出部としての機能を有するように構成されている。ここで、「ｋ」は、複数の高次共振モードの中から特定の高次共振モードを識別する番号を示している。つまり、例えば、「ｋ＝１」に対応する高次共振モードと「ｋ＝２」に対応する高次共振モードは相違することになる。したがって、高次共振モード機械特性取得部７０４では、複数の高次共振モードのそれぞれに対応した「φｋ（ｘ、ｙ）」と「φｋ（ｘ、ｙ）」の周波数特性が取得される。
【０１０５】
そして、取得された「φｋ（ｘ、ｙ）」と「φｋ（ｘ、ｙ）」の周波数特性に関するデータは、データ記憶部７１２に記憶される。
【０１０６】
高次共振モード機械特性取得部７０４において、「φｋ（ｘ、ｙ）」および「φｋ（ｘ、ｙ）」の周波数特性は、ＭＥＭＳ構造体の可動体をＦＥＭなどの手法によって構造シミュレーションしたり、専用テストチップを作成して測定することなどによって取得される。
【０１０７】
高次共振モード選択部７０５は、励起を抑制したい高次共振モードを１つ以上選択するように構成されている。例えば、高次共振モード選択部７０５は、以下に示す基準に基づいて、励起を抑制したい高次共振モードを選択するように構成されている。
【０１０８】
高次共振モード選択部７０５の第１選択基準としては、高次共振モードの除去のために使用される高次対策フィルタの挿入コストが最も高くなるモード周波数の低い高次共振モードを選択することが考えられる。また、高次共振モード選択部７０５の第２選択基準としては、高次共振モード機械特性取得部７０４の解析結果と、サーボ電極初期構造決定部７０３で決定されたサーボ電極の初期構造でのサーボ力に基づいて算出された検出容量の伝達関数とから、ゲインの最も高い高次共振モードを選択することが考えられる。さらに、高次共振モード選択部７０５の第３選択基準としては、上述した伝達特性を有するＭＥＭＳ構造体と制御回路との結合シミュレーションを行なって、雑音への影響が高い高次共振モードを選択することが考えられる。ここで、高次共振モードの選択に関するデータは、データ記憶部７１２に記憶される。
【０１０９】
励振係数算出部７０６は、高次共振モード選択部７０５で選択した高次共振モードの「φｋ（ｘ、ｙ）」と、サーボ電極初期構造決定部７０３で決定されたサーボ電極の初期配置位置およびサーボ電極の初期形状とに基づいて、励振係数を算出するように構成されている。例えば、上述した「＜基本思想の具体例１＞」を実現する場合において、励振係数算出部７０６は、図２５の（式５）で示される積分値Ｉ（励振係数）を算出するように構成されている。ここで、図２５に示される（式５）において、「Ｍ」は、高次共振モード選択部７０５で選択した高次共振モードの集合であって、励振を抑制したい高次共振モードの集合を示している。また、積分領域「ＤＰ」は、サーボ電極（Ｐ極）に対向する可動体の対応領域であり、積分領域「ＤＮ」は、サーボ電極（Ｎ極）に対向する可動体の対応領域である。さらに、「ｗｋ」は、選択された高次共振モードのうちのどの高次共振モードの抑制を重要視するかを示す重みづけ係数である。
【０１１０】
同様に、例えば、上述した「＜基本思想の具体例２＞」を実現する場合において、励振係数算出部７０６は、図２６の（式６）で示される積分値Ｉ（励振係数）を算出するように構成されている。ここで、図２６に示される（式６）において、「Ｍ」は、高次共振モード選択部７０５で選択した高次共振モードの集合であって、励振を抑制したい高次共振モードの集合を示している。また、積分領域「ＤＰ」は、サーボ電極（Ｐ極）に対向する可動体の対応領域であり、積分領域「ＤＮ」は、サーボ電極（Ｎ極）に対向する可動体の対応領域である。さらに、「ｗｋ」は、選択された高次共振モードのうちのどの高次共振モードの抑制を重要視するかを示す重みづけ係数である。
【０１１１】
励振係数算出部７０６は、積分領域設定部７０７と積分部７０８とを有している。このとき、積分領域設定部７０７は、サーボ電極と対向する可動体の一部領域（対応領域）を積分領域として設定するように構成されている一方、積分部７０８は、積分領域設定部７０７で設定された積分領域で「φｋ（ｘ、ｙ）」を積分するように構成されている。そして、励振係数算出部７０６で算出された励振係数（積分値Ｉ）に関するデータは、データ記憶部７１２に記憶される。
【０１１２】
判断部７０９は、励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が予め設定されている規定値以下となっているかを判断するように構成されている。言い換えれば、判断部７０９は、励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が収束しているかを判断するように構成されている。例えば、上述した「＜基本思想の具体例１＞」を実現する場合において、判断部７０９は、図２５の（式５）で示される積分値Ｉ（励振係数）が予め設定されている規定値以下となっているかを判断するように構成されている。一方、上述した「＜基本思想の具体例２＞」を実現する場合において、判断部７０９は、図２６の（式６）で示される積分値Ｉ（励振係数）が予め設定されている規定値以下となっているかを判断するように構成されている。
【０１１３】
サーボ電極配置決定部７１０は、判断部７０９が励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が予め設定されている規定値以下となっていると判断した場合、励振係数算出部７０６の積分領域設定部７０７で設定した積分領域に対向する領域をサーボ電極の配置位置として決定するように構成されている。特に、判断部７０９が励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が零となっていると判断した場合には、励振係数が零となった場合の積分領域に対向する領域をサーボ電極の配置位置として決定する。
【０１１４】
例えば、上述した「＜基本思想の具体例１＞」を実現する場合において、サーボ電極配置決定部７１０は、判断部７０９が図２５の（式５）で示される積分値Ｉ（励振係数）が予め設定されている規定値以下となっていると判断した場合、以下に示す決定を行なうように構成されている。すなわち、サーボ電極配置決定部７１０は、積分領域「ＤＰ」に対向する位置をサーボ電極（Ｐ極）の配置位置として決定し、かつ、積分領域「ＤＮ」に対向する位置をサーボ電極（Ｎ極）の配置位置として決定するように構成されている。特に、判断部７０９が励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が零となっていると判断した場合には、励振係数が零となった場合の積分領域「ＤＰ」に対向する領域をサーボ電極（Ｐ極）の配置位置として決定し、かつ、励振係数が零となった場合の積分領域「ＤＮ」に対向する領域をサーボ電極（Ｎ極）の配置位置として決定する。
【０１１５】
同様に、例えば、上述した「＜基本思想の具体例２＞」を実現する場合において、サーボ電極配置決定部７１０は、判断部７０９が図２６の（式６）で示される積分値Ｉ（励振係数）が予め設定されている規定値以下となっていると判断した場合、以下に示す決定を行なうように構成されている。すなわち、サーボ電極配置決定部７１０は、積分領域「ＤＰ」に対向する位置をサーボ電極（Ｐ極）の配置位置として決定し、かつ、積分領域「ＤＮ」に対向する位置をサーボ電極（Ｎ極）の配置位置として決定するように構成されている。特に、判断部７０９が励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が零となっていると判断した場合には、励振係数が零となった場合の積分領域「ＤＰ」に対向する領域をサーボ電極（Ｐ極）の配置位置として決定し、かつ、励振係数が零となった場合の積分領域「ＤＮ」に対向する領域をサーボ電極（Ｎ極）の配置位置として決定する。
【０１１６】
出力部７１１は、サーボ電極配置決定部７１０で決定したサーボ電極の配置位置に関するデータを出力するように構成されている。
【０１１７】
なお、励振係数算出部７０６の積分領域設定部７０７は、判断部７０９が励振係数の絶対値が予め設定されている規定値以下となっていないと判断した場合、新たな積分領域を再設定するように構成され、励振係数算出部７０６の積分部７０８は、積分領域設定部７０７で新たに設定された積分領域に基づいて、励振係数（積分値Ｉ）の再計算を行なうように構成されている。例えば、積分領域設定部７０７は、乱数などを使用することにより、無作為に積分領域を移動させることができるように構成されている。
【０１１８】
＜電極レイアウト作成方法＞
本実施の形態における電極レイアウト作成装置５００は、上記のように構成されており、以下に、この電極レイアウト作成装置５００を使用した電極レイアウト作成方法について、図２４〜図２７を参照しながら説明する。
【０１１９】
図２７は、電極レイアウト作成方法の流れを示すフローチャートである。
【０１２０】
まず、電極レイアウト作成装置５００は、入力部７０１を介して、サーボ電極の配置位置を決定するために必要なデータを含む多種多様な初期データを入力する（Ｓ１０１）。
【０１２１】
次に、電極レイアウト作成装置５００の可動体構造決定部７０２は、例えば、入力部７０１によって電極レイアウト作成装置５００に入力された初期データに基づいて、可動体の構造を決定する（Ｓ１０２）。その後、電極レイアウト作成装置５００のサーボ電極初期構造決定部７０３は、例えば、入力部７０１によって電極レイアウト作成装置５００に入力された初期データに基づいて、サーボ電極の初期構造を決定する（Ｓ１０３）。
【０１２２】
続いて、電極レイアウト作成装置５００の高次共振モード機械特性取得部７０４は、例えば、入力部７０１によって電極レイアウト作成装置５００に入力されたデータに基づいて、可動体の表面に励起される高次共振モードの振幅を示す「φｋ（ｘ、ｙ）」と、この「φｋ（ｘ、ｙ）」の周波数特性を取得する（Ｓ１０４）。そして、電極レイアウト作成装置５００の高次共振モード選択部７０５は、予め設定されている選択基準に基づいて、高次共振モード機械特性取得部７０４で取得された高次共振モードの中から、励起を抑制したい高次共振モードを１つ以上選択する（Ｓ１０５）。
【０１２３】
次に、電極レイアウト作成装置５００の励振係数算出部７０６は、高次共振モード選択部７０５で選択した高次共振モードの「φｋ（ｘ、ｙ）」と、サーボ電極初期構造決定部７０３で決定されたサーボ電極の初期配置位置およびサーボ電極の初期形状とに基づいて、励振係数を算出するように構成されている。例えば、上述した「＜基本思想の具体例１＞」を実現する場合において、励振係数算出部７０６は、図２５の（式５）で示される積分値Ｉ（励振係数）を算出する。一方、例えば、上述した「＜基本思想の具体例２＞」を実現する場合において、励振係数算出部７０６は、図２６の（式６）で示される積分値Ｉ（励振係数）を算出する（Ｓ１０６）。
【０１２４】
その後、電極レイアウト作成装置５００の判断部７０９は、励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が予め設定されている規定値以下となっているかを判断する（Ｓ１０７）。言い換えれば、判断部７０９は、励振係数算出部７０６で算出した励振係数の絶対値が収束しているかを判断する。例えば、上述した「＜基本思想の具体例１＞」を実現する場合において、判断部７０９は、図２５の（式５）で示される積分値Ｉ（励振係数）が予め設定されている規定値以下となっているかを判断する。一方、上述した「＜基本思想の具体例２＞」を実現する場合において、判断部７０９は、図２６の（式６）で示される積分値Ｉ（励振係数）が予め設定されている規定値以下となっているかを判断する。
【０１２５】
判断部７０９において、励振係数が予め設定されている規定値以下となっていないと判断された場合、励振係数算出部７０６の積分領域設定部７０７は、新たな積分領域を再設定して（Ｓ１０８）、励振係数算出部７０６の積分部７０８は、積分領域設定部７０７で新たに設定された積分領域に基づいて、励振係数（積分値Ｉ）の再計算する（Ｓ１０６）。そして、励振係数（積分値Ｉ）が規定値以下となるまで、「Ｓ１０６」〜「Ｓ１０８」が繰り返して実行される。このとき、「Ｓ１０６」〜「Ｓ１０８」の繰り返しは、例えば、セカント法やニュートン法などの局所的最適化アルゴリズムや、焼きなまし法などの大域的最適化手法を用いて行うことができる。
【０１２６】
判断部７０９において、励振係数が予め設定されている規定値以下となっていると判断された場合、電極レイアウト作成装置５００のサーボ電極配置決定部７１０は、励振係数算出部７０６の積分領域設定部７０７で設定した積分領域に対向する領域をサーボ電極の配置位置として決定する（Ｓ１０９）。そして、電極レイアウト作成装置５００の出力部７１１は、サーボ電極配置決定部７１０で決定したサーボ電極の配置位置に関するデータを出力する（Ｓ１１０）。以上のようにして、電極レイアウト作成方法が実現される。
【０１２７】
＜電極レイアウトデータ作成プログラム＞
上述した電極レイアウト作成装置５００で実施される電極レイアウト作成方法は、電極レイアウトデータ作成処理をコンピュータに実行させる電極レイアウトデータ作成プログラムにより実現することができる。例えば、図２３に示すコンピュータからなる電極レイアウト作成装置５００において、ハードディスク装置５１２に記憶されているプログラム群６０２の１つとして、本実施の形態における電極レイアウトデータ作成プログラムを導入することができる。そして、この電極レイアウトデータ作成プログラムを電極レイアウト作成装置５００であるコンピュータに実行させることにより、本実施の形態における電極レイアウト作成方法を実現することができる。
【０１２８】
電極レイアウトデータを作成するための各処理をコンピュータに実行させるための電極レイアウトデータ作成プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して頒布することができる。このような記録媒体には、例えば、ハードディスクやフレキシブルディスクに代表される磁気記憶媒体、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭに代表される光学記憶媒体、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに代表されるハードウェアデバイスなどが含まれる。
【０１２９】
＜実施の形態における効果＞
本実施の形態では、例えば、加速度センサを構成するＭＥＭＳ構造体の可動体と対向する位置に配置されるサーボ電極の位置を工夫することにより、サーボ電極にＡＣサーボ電圧を印加した際に発生する高次共振モードのうち、加速度センサの検出特性に大きな悪影響を及ぼす幾つかの高次共振モードの励起を抑制している。具体的に、本実施の形態では、加速度センサの検出特性に与える影響の大きな高次共振モードをシミュレーションや試作品の測定などによって算出した後、算出した高次共振モードの励振が抑制されるようにサーボ電極を配置している。すなわち、本実施の形態では、算出した高次共振モードの特定領域での振幅の積分値（高次共振モードを励起する力に相当）が小さくなるように特定領域を決定し、この特定領域と対向する位置にサーボ電極を配置している。
【０１３０】
これにより、本実施の形態によれば、複数の高次共振モードのうち、加速度センサの検出特性を大きな影響を与える高次共振モードの励起を抑制することができる。この結果、本実施の形態によれば、加速度の検出特性を向上することができ、これによって、加速度センサの性能向上を図ることができる。特に、本実施の形態によれば、加速度センサの検出特性を大きな影響を与える高次共振モードの励起を効果的に抑制できるという直接的な効果によって、高次共振モードに起因する非線形効果による雑音の増加を抑制することもできる。さらには、最大サーボ力も向上することもできるため、加速度センサのダイナミックレンジも拡大することができる。
【０１３１】
また、本実施の形態によれば、加速度センサの検出特性を大きな影響を与える高次共振モードの励起を効果的に抑制できるという直接的な効果だけでなく、以下に示す間接的な効果による加速度センサの性能向上も図ることができる。すなわち、例えば、高次共振モードに起因する加速度センサの検出特性の低下を抑制する観点から、例えば、図８に示すように、高次対策フィルタ２０５を挿入して、信号に含まれる高次共振モードの固有振動数成分を除去することにより、電気的に加速度センサの検出特性を向上する技術がある。
【０１３２】
ただし、この技術では、様々な高次共振モードの固有振動数成分を除去するために、それぞれの固有振動数成分の除去を目的とした複数の高次対策フィルタ２０５を設ける必要がある。そして、高次対策フィルタ２０５を挿入する場合、高次対策フィルタ２０５の挿入に起因する信号遅延の影響によって、図８に示すフィードバックループ２０４の安定性が低下することになり、これによって、加速度センサの性能低下を招く。
【０１３３】
この点に関し、本実施の形態によれば、複数の高次共振モードのうち、加速度センサの検出特性を大きな影響を与える高次共振モードの励起が抑制されている。このことは、本実施の形態によれば、励起が抑制された高次共振モードの固有振動数成分を除去するための高次対策フィルタ２０５が不要になることを意味している。すなわち、本実施の形態によれば、挿入される高次対策フィルタ２０５の個数を低減できることになる。このことは、高次対策フィルタ２０５の挿入に起因する信号遅延の影響を低減することができることを意味し、これによって、図８に示すフィードバックループ２０４の安定性を向上できる。
【０１３４】
さらには、複数存在する高次共振モードのそれぞれの固有振動数が、ＭＥＭＳ構造体ごとにばらつくため、ＭＥＭＳ構造体を形成したチップごとに高次対策フィルタ２０５の調整が必要となり、このことは、製造コストの増大を招くことを意味する。この点に関し、本実施の形態によれば、複数の高次共振モードのうち、加速度センサの検出特性を大きな影響を与える高次共振モードの励起が抑制されている。このことから、本実施の形態によれば、高次対策フィルタ２０５の調整の一部が不要となり、これによって、加速度センサの製造コストの増大を抑制することができる。
【０１３５】
以上のことから、本実施の形態によれば、市場の要求に合致するような低コストで、かつ、高性能な加速度センサを実現することが可能となる。
【０１３６】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
前記実施の形態は、以下の形態を含む。
【０１３８】
（付記１）
導電体を含む可動部と、
前記可動部と対向して配置された固定部と、
前記固定部に設けられた電極と、
を備える、慣性センサの電極レイアウト作成装置であって、
高次共振モードに対応する前記可動部の表面変位分布を算出する算出部と、
前記可動部の一部領域である積分領域を設定する設定部と、
積分領域で前記表面変位分布を積分する積分部と、
積分値の絶対値が予め設定された規定値以下になっているかを判断する判断部と、
前記積分値の絶対値が規定値以下となった場合の積分領域に相対する固定部の領域を電極配置領域として決定する決定部と、
を備える、電極レイアウト作成装置。
【０１３９】
（付記２）
導電体を含む可動部と、
前記可動部と対向して配置された固定部と、
前記固定部に設けられた電極と、
を備える慣性センサの電極レイアウトデータの作成をコンピュータに実行させるための電極レイアウトデータ作成プログラムであって、
（ａ）高次共振モードに対応する前記可動部の表面変位分布を算出する処理、
（ｂ）前記可動部の一部領域である積分領域を設定する処理、
（ｃ）前記積分領域で前記表面変位分布を積分する処理、
（ｄ）積分値の絶対値が予め設定された規定値以下になっているかを判断する処理、
（ｅ）前記積分値の絶対値が前記規定値以下となった場合の積分領域に相対する固定部の領域を電極配置領域として決定する処理、
を備える、電極レイアウトデータ作成プログラム。
【０１４０】
（付記３）
付記２に記載の電極レイアウトデータ作成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【符号の説明】
【０１４１】
１０  空洞部
２０  回転軸
３０  可動体
４０ａ  質量体
４０ｂ  質量体
５０ａ  可動電極
５０ｂ  可動電極
６０ａ  検出電極
６０ｂ  検出電極
１００  枠体
５００  電極レイアウト作成装置
５０１  ＣＰＵ
５０２  ＲＯＭ
５０３  ＲＡＭ
５０４  ディスプレイ
５０５  キーボード
５０６  マウス
５０７  通信ボード
５０８  リムーバルディスク装置
５０９  ＣＤ／ＤＶＤ−ＲＯＭ装置
５１０  プリンタ
５１１  スキャナ
５１２  ハードディスク装置
６０１  ＯＳ
６０２  プログラム群
６０３  ファイル群
７０１  入力部
７０２  可動体構造決定部
７０３  サーボ電極初期構造決定部
７０４  高次共振モード機械特性取得部
７０５  高次共振モード選択部
７０６  励振係数算出部
７０７  積分領域設定部
７０８  積分部
７０９  判断部
７１０  サーボ電極配置決定部
７１１  出力部
７１２  データ記憶部
【図１】
2020193951.tif 000003
【図２】
2020193951.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020193951.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2020193951.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2020193951.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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