(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子を有し、該センサ素子により得られる検出データを送信するセンサ装置と、
前記検出データを受信して前記検出データの補正値を演算する演算装置とを備える電子機器であって、
前記補正値を演算するための複数の種類の前記センサ素子の補正用情報と、該補正用情報に紐付けされた複数の識別情報とを共に格納するメモリを備え、
前記センサ装置は、前記電子機器の部品であって、前記メモリを内蔵し、
前記演算装置が、前記メモリに格納された前記補正用情報を使って前記補正値を演算する補正演算方法を、前記メモリに格納された前記識別情報に応じて切り替える、電子機器。
【請求項２】
前記識別情報に応じた切り替えによって、前記補正値の補正精度が切り替わる、請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
センサ素子を有し、該センサ素子により得られる検出データを送信するセンサ装置と、前記検出データを受信して前記検出データの補正値を演算する演算装置とを備える電子機器における前記センサ素子により得られる検出データの補正方法であって、
前記センサ装置は、前記補正値を演算するための複数の種類の前記センサ素子の補正用情報と、該補正用情報に紐付けされた複数の識別情報とを共に格納するメモリを備え、
前記演算装置が、前記補正用情報を使って前記補正値を演算する補正演算方法を、前記メモリから読み出された前記識別情報に応じて切り替える、検出データの補正方法。
【請求項４】
センサ素子と、
該センサ素子により得られる検出データを補正する演算装置が前記検出データの補正値を演算するための複数の種類の前記センサ素子の補正用情報と、該補正用情報に紐付けされた複数の識別情報とを共に格納するメモリと、
前記検出データ並びに前記メモリに格納された前記補正用情報及び前記識別情報を、前記演算装置に送信する送信部とを備え、
前記演算装置において、受信した前記補正用情報を使って前記補正値を演算する補正演算方法を、前記識別情報に応じて切り替える、センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子により得られる検出データの補正値を演算するための補正用情報を利用する、電子機器、検出データの補正方法及びセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の電子機器１のハードウェア構成を示した図である。マイクロコンピュータ（マイコン）７０を内蔵する電子機器１は、センサ素子６１によって得られる検出データの補正値を演算するための補正用情報を格納する不揮発性メモリ６３を備えるセンサ装置６０を部品として有している。マイコン７０は、不揮発性メモリ６３から読み出した補正用情報を使って、センサ素子６１によって得られる検出データの補正値を演算する演算装置である。
【０００３】
補正用情報は、検出データのばらつきがセンサ素子間で存在するため、センサ素子毎に予め求められるものである。センサ装置６０が電子機器１の部品として出荷される前に、補正用情報は、センサ装置６０の製造者等のデータ書き込み装置によって、不揮発性メモリ６３に書き込まれる。その後、電子機器１の部品として出荷されたセンサ装置６０は、電子機器１の製造工程において、電子機器１の部品としてマイコン７０と共に組み付けられる。
【０００４】
図１１は、マイコン７０のＣＰＵ７４が処理する従来の補正演算プログラムのフローチャートである。ステップＳ１１において、マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０と通信し、センサ装置６０に内蔵される不揮発性メモリ６３に格納されたデータを読み込んで、ＲＡＭ７２上に展開する。そして、マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０の製造者から事前に提供された不揮発性メモリ６３のメモリマップに従って、補正用情報を取得する（ステップＳ１３）。マイコン７０のＣＰＵ７４は、規定の補正演算式に基づいて、その取得した補正用情報を使ってセンサ装置６０から取得した検出データを補正演算することにより、当該検出データの補正値（センサ補正値）を算出する（ステップＳ１５）。
【０００５】
なお、上記同様の補正演算に関する先行技術文献として、例えば特許文献１，２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１６０１００号公報
【特許文献２】特開昭６２−２１８８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術では、ハードウェア構成が同一で、メモリに書き込まれた補正用情報の種類が異なる複数種のセンサ装置を部品として提供（出荷）しようとしても、補正演算プログラムをセンサ装置の種類毎に用意しなければ、検出データの補正値を演算するマイコン等の演算装置が、メモリに書き込まれた補正用情報がどのような種類であるのかを判別することができない。補正演算プログラムの種類が増加すると、それらの管理がし難くなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、補正演算プログラムをセンサ装置の種類毎に用意しなくても、ハードウェア構成が同一で、メモリに書き込まれた補正用情報の種類が異なる複数種のセンサ装置を提供することができる、電子機器、検出データの補正方法及びセンサ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る電子機器は、
センサ素子を有し、該センサ素子により得られる検出データを送信するセンサ装置と、
前記検出データを受信して前記検出データの補正値を演算する演算装置とを備える電子機器であって、
前記補正値を演算するための複数の種類の前記センサ素子の補正用情報と、該補正用情報に紐付けされた複数の識別情報とを共に格納するメモリを備え、
前記センサ装置は、前記電子機器の部品であって、前記メモリを内蔵し、
前記演算装置が、前記メモリに格納された前記補正用情報を使って前記補正値を演算する補正演算方法を、前記メモリに格納された前記識別情報に応じて切り替える、ことを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る検出データの補正方法は、
センサ素子を有し、該センサ素子により得られる検出データを送信するセンサ装置と、前記検出データを受信して前記検出データの補正値を演算する演算装置とを備える電子機器における前記センサ素子により得られる検出データの補正方法であって、
前記センサ装置は、前記補正値を演算するための複数の種類の前記センサ素子の補正用情報と、該補正用情報に紐付けされた複数の識別情報とを共に格納するメモリを備え、
前記演算装置が、前記補正用情報を使って前記補正値を演算する補正演算方法を、前記メモリから読み出された前記識別情報に応じて切り替える、ことを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明に係るセンサ装置は、
センサ素子と、
該センサ素子により得られる検出データを補正する演算装置が前記検出データの補正値を演算するための複数の種類の前記センサ素子の補正用情報と、該補正用情報に紐付けされた複数の識別情報とを共に格納するメモリと、
前記検出データ並びに前記メモリに格納された前記補正用情報及び前記識別情報を、前記演算装置に送信する送信部とを備え、
前記演算装置において、受信した前記補正用情報を使って前記補正値を演算する補正演算方法を、前記識別情報に応じて切り替える、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、補正演算プログラムをセンサ装置の種類毎に用意しなくても、ハードウェア構成が同一で、メモリに書き込まれた補正用情報の種類が異なる複数種のセンサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のピエゾ抵抗式圧力センサの構造を示す図であり、図１Ａは全体構成を示す平面図、図１Ｂはピエゾ抵抗部におけるピエゾ抵抗素子の配置を示す平面図
【図２】ピエゾ抵抗部から構成されるブリッジ回路を示す接続図
【図３】実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサの構造を示す図であり、図３Ａは全体構成を示す平面図、図３Ｂはピエゾ抵抗部におけるピエゾ抵抗素子の配置を示す平面図
【図４】異方性ドライエッチングにより形成した、実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサの断面図
【図５】異方性ウエットエッチングにより形成した、ピエゾ抵抗式圧力センサの断面図
【図６】温度分布シミュレーション結果を示す図であり、図６Ａは従来のピエゾ抵抗式圧力センサ１０の温度分布を示す図、図６Ｂは実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサの温度分布を示す図
【図７】オフセット電圧変動の測定結果を示す図であり、図７Ａは従来のピエゾ抵抗式圧力センサのオフセット電圧変動を示す図、図７Ｂは実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサのオフセット電圧変動を示す図
【図８】他の実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサの構造を示す図であり、図８Ａは全体構成を示す平面図、図８Ｂはピエゾ抵抗部におけるピエゾ抵抗素子の配置を示す平面図
【図９】他の実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサの構造を示す図であり、図９Ａは全体構成を示す平面図、図９Ｂはピエゾ抵抗部におけるピエゾ抵抗素子の配置を示す平面図
【図１０】従来の電子機器１のハードウェア構成を示した図である。
【図１１】従来の補正演算プログラムのフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態である電子機器２のハードウェア構成を示した図である。
【図１３】ＩＤが補正用情報と補正演算式の両方に紐付けされた場合の補正演算プログラムのフローチャートである。
【図１４】不揮発性メモリ６３のメモリマップの第１例を示した図である。
【図１５】Ｃ言語で記述した補正演算プログラムの一例である。
【図１６】ＩＤが補正用情報のみに紐付けされた場合の補正演算プログラムのフローチャートである。
【図１７】不揮発性メモリ６３のメモリマップの第２例を示した図である。
【図１８】ＩＤが補正演算式のみに紐付けされた場合の補正演算プログラムのフローチャートである。
【図１９】不揮発性メモリ６３のメモリマップの第３例を示した図である。
【図２０】本発明の一実施形態である電子機器３のハードウェア構成を示した図である。
【図２１】本発明の一実施形態である電子機器４のハードウェア構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。図１２は、本発明の一実施形態である電子機器２のハードウェア構成を示した図である。図１０と同様、マイコン７０を内蔵する電子機器２は、センサ素子６１によって得られる検出データの補正値を演算するための補正用情報を格納する不揮発性メモリ６３を備えるセンサ装置６０を部品として有している。マイコン７０は、不揮発性メモリ６３から読み出した補正用情報を使って、センサ素子６１によって得られる検出データの補正値を演算する演算装置である。マイコン７０は、通信線８０を介して、センサ装置６０と通信可能に接続される。
【００１５】
センサ装置６０は、検出対象の物理量又は化学量をアナログの電気信号に変換するセンサ素子６１と、センサ素子６１が出力するアナログの電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器６２と、センサ素子６１によって得られる検出データの補正値を演算するための補正用情報を格納する不揮発性メモリ６３と、不揮発性メモリ６３に格納されたデータとＡＤ変換器６２から出力されるデジタル信号を外部に送信するインターフェイス回路を含むロジック回路６４とを備えたモジュール品である。
【００１６】
不揮発性メモリ６３の具体例として、ＥＥＰＲＯＭが挙げられる。不揮発性メモリ６３に格納された補正用情報は、センサ素子６１により得られる検出データに含まれる誤差を所定範囲内に収めるためのセンサ補正値を演算するための情報である。当該誤差は、少なくとも、センサ素子６１のセンサ特性のばらつきによって生ずるものである。センサ素子６１のセンサ特性として、センサ素子６１の感度特性、オフセット特性、ドリフト特性、温度特性、周波数特性、直線性などが挙げられる。
【００１７】
センサ素子６１により得られる検出データには、センサ素子６１のセンサ特性のばらつきによる誤差とＡＤ変換器６２のＡＤ変換特性のばらつきによる誤差が含まれる。両ばらつきはセンサ装置間で異なるため、補正用情報は、センサ装置毎に予め求められ、不揮発性メモリ６３に書き込まれる。
【００１８】
つまり、補正用情報により、センサ素子（又は、センサ装置）毎の固有のセンサ特性を補正することができる。
【００１９】
また、不揮発性メモリ６３には、識別情報として、ＩＤが補正用情報と共に格納されている。ＩＤは、補正用情報の種類及び／又は後述の補正演算式の種類に直接的又は間接的に紐付けされた（対応付けられた）データである。ＩＤの具体例として、通し番号、記号、文字、製造時期、製造番号などが挙げられる。
【００２０】
補正用情報及びＩＤは、センサ装置６０が電子機器２の部品として出荷される前に、センサ装置６０の製造者等のデータ書き込み装置によって、不揮発性メモリ６３に書き込まれる。その後、電子機器２の部品として出荷されたセンサ装置６０は、電子機器２の製造工程において、電子機器２の部品としてマイコン７０と共に電子機器２に内蔵の基板に組み付けられる。
【００２１】
したがって、マイコン７０は、補正用情報の種類毎に異なるＩＤが付与されていれば、補正演算を行う前に当該ＩＤを読み取ることにより、不揮発性メモリ６３にどのような種類の補正用情報が格納されているのかを認識することができる。また、マイコン７０は、補正演算式の種類毎に異なるＩＤが付与されていれば、補正演算を行う前に当該ＩＤを読み取ることにより、どの種類の補正演算式に基づいて補正値を演算すればよいのかを認識することができる。
【００２２】
不揮発性メモリ６３に格納されたデータ（すなわち、補正用情報及びＩＤ）とＡＤ変換器６２から出力されるデジタル信号（すなわち、センサ素子６１により検出される検出データ）は、ロジック回路６４の送信部によって、通信線８０を介して、マイコン７０に送信される。送信部から送信されるデータは、直接、マイコン７０に送信されてもよいし、所定の回路を経由して、マイコン７０に送信されてもよい。通信線８０は、例えば、基板の配線パターンである。ロジック回路６４の送信部は、例えば、Ｉ２Ｃ，ＳＰＩなどの通信方式で、補正用情報等のデータを送信する。送信部から送信されたデータは、マイコン７０のＩ／Ｏ部７３に含まれる受信部を介して、ＣＰＵ７４に伝送される。
【００２３】
図１３は、ＩＤが補正用情報と補正演算式の両方に紐付けされた場合の補正演算プログラムのフローチャートである。この補正演算プログラムは、図１２に示したＲＯＭ７１に予め記憶されていて、マイコン７０のＣＰＵ７４によって読み出されて処理される。
【００２４】
図１３のステップＳ２１において、マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０と通信することによって、センサ素子６１により得られる検出データを受信し、センサ装置６０に内蔵される不揮発性メモリ６３に格納されたデータを読み込んで、ＲＡＭ７２上に展開する。そして、マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０の製造者から事前に提供された不揮発性メモリ６３のメモリマップに従って、補正用情報及びＩＤを取得する。
【００２５】
図１３のフローチャートに表されているように、センサ素子６１により得られる検出データの補正値を演算する補正演算方法は、ＩＤの値に応じて切り替えられる。ＩＤの値がＡであれば、補正演算方法として、図１３の左側のシーケンスである補正演算ロジックＬＡが選択され、ＩＤの値がＢであれば、補正演算方法として、図１３の右側のシーケンスである補正演算ロジックＬＢが選択される。つまり、補正演算プログラムの中には、補正演算ロジックＬＡと補正演算ロジックＬＢが予め含まれている。
【００２６】
したがって、マイコン７０のＣＰＵ７４は、ＩＤの値がＡの場合には、Ａに紐付けされた補正用情報ＩＡをＲＡＭ７２から取得し（ステップＳ２５）、Ａに紐付けされた補正演算式ＥＡに基づいて補正用情報ＩＡを使って補正演算を行うことにより、センサ素子６１により得られる検出データの補正値（センサ補正値）ＤＡを算出できる（ステップＳ２７）。一方、マイコン７０のＣＰＵ７４は、ＩＤの値がＢの場合には、Ｂに紐付けされた補正用情報ＩＢをＲＡＭ７２から取得し（ステップＳ２９）、Ｂに紐付けされた補正演算式ＥＢに基づいて補正用情報ＩＢを使って補正演算を行うことにより、センサ補正値ＤＢを算出できる（ステップＳ３１）。
【００２７】
図１４は、１アドレス当たりのデータ格納領域が８ビットの不揮発性メモリ６３のメモリマップの第１例を示した図である。マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０の製造者によって図示のように予め割り振られたこのメモリマップに従って、補正用情報とＩＤを取得する。複数種のメモリマップにおいて、不揮発性メモリ６３に保存されているIDのアドレスが共通であれば、メモリマップの種類をＣＰＵ７４側で認識することができる。不揮発性メモリ６３のアドレス５の値、すなわちＩＤがＡの場合、不揮発性メモリ６３には、アドレス０，１にセンサ感度補正用情報が格納され、アドレス２，３にセンサ感度の温度特性補正用情報が格納されていることが、ＣＰＵ７４側で認識することができる。同様に、不揮発性メモリ６３のアドレス５の値、すなわちＩＤがＢの場合、不揮発性メモリ６３には、アドレス０，１にセンサオフセット補正用情報が格納され、アドレス２，３にセンサオフセットの温度特性補正用情報が格納されていることが、ＣＰＵ７４側で認識することができる。
【００２８】
したがって、マイコン７０は、取得したＩＤがＡであれば、感度ばらつきが周囲温度によらずに極めて小さいセンサ補正値を算出することができ、取得したＩＤがＢであれば、オフセットばらつきが周囲温度によらずに極めて小さいセンサ補正値を算出することができる。
【００２９】
つまり、ＩＤによる補正演算方法の切り替えロジックを有する図１３のような補正演算プログラムに従ってセンサ補正値の特性が切り替わるように構成することによって、補正演算プログラムをセンサ装置の種類毎に用意しなくても、ハードウェア構成が同一で、メモリに書き込まれた補正用情報の種類が異なる複数種のセンサ装置を提供することができる。つまり、複数種のセンサ装置間で共通の図１３に示されるような補正演算プログラムを利用することによって、ハードウェア構成が同一で、メモリに書き込まれた補正用情報の種類が異なる複数種のセンサ装置を提供しても、センサ補正値の特性をセンサ補正値の使用用途に合わせて適切に切り替えることができる。
【００３０】
また、各センサ装置間で共通の補正演算プログラムの内容を変更して、センサ装置の出荷後も、演算速度や演算精度等の補正後のセンサ特性を変更・改善することができる。
【００３１】
これに対し、上記のようなＩＤが無ければ、補正用情報と補正演算プログラムは一対一で用意される必要があり、共通の補正演算プログラムを使用することができない。また、ハードウェア上は全く同じであるため、補正用情報の種類が異なるセンサ装置が混ざると、その違いを後で識別することができない。
【００３２】
図１５は、Ｃ言語で記述した補正演算プログラムの一例である。図１５の場合、if else文によって補正演算方法の切り替えが行われている。図１５に示されているように、不揮発性メモリ６３から読み出したデータをレジスタに格納すべき変数をＩＤに従って切り替えるようにしているので、レジスタに格納すべき変数の種類が複数あっても、共通の補正演算プログラムを用いることが可能である。
【００３３】
ところで、ＩＤは、補正演算式に紐付けされずに、補正用情報のみに紐付けされてもよい。図１６は、ＩＤが補正用情報のみに紐付けされた場合の補正演算プログラムのフローチャートである。図１３と同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３４】
図１６の場合、マイコン７０のＣＰＵ７４は、ＩＤの値がＡの場合には、Ａに紐付けされた補正用情報ＩＡを取得し（ステップＳ４５）、ＩＤの値によっては変更されない予め決められた補正演算式に基づいて、補正用情報ＩＡを使って補正演算を行うことにより、センサ補正値を算出する（ステップＳ４９）。一方、マイコン７０のＣＰＵ７４は、ＩＤの値がＢの場合には、Ｂに紐付けされた補正用情報ＩＢを取得し（ステップＳ４７）、ＩＤの値がＡの場合と同じ補正演算式に基づいて、補正用情報ＩＢを使って補正演算を行うことにより、センサ補正値を算出する（ステップＳ４９）。
【００３５】
図１７は、１アドレス当たりのデータ格納領域が８ビットの不揮発性メモリ６３のメモリマップの第２例を示した図である。マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０の製造者によって図示のように予め割り振られたメモリマップに従って、補正用情報とＩＤを取得する。図１７のメモリマップの場合、センサ感度の温度特性補正用情報のデータ容量は、ＩＤがＡの場合、１６ビットであり、ＩＤがＢの場合、８ビットである。センサ感度の温度特性補正用情報のデータが格納されるアドレスは、ＩＤがＡの場合、アドレス２，３であり、ＩＤがＢの場合、アドレス２である。また、センサオフセット補正用情報のデータ容量は、ＩＤがＡの場合、８ビットであり、ＩＤがＢの場合、１６ビットである。センサオフセット補正用情報のデータが格納されるアドレスは、ＩＤがＡの場合、アドレス４であり、ＩＤがＢの場合、アドレス３，４である。
【００３６】
補正演算については、例えば８ビットの情報は８ビットのシフト演算をして、１６ビット相当のデータに変換すれば、異なるＩＤ間であっても、同じ補正演算プログラムの利用ができる。
【００３７】
したがって、マイコン７０は、取得したＩＤがＡであれば、オフセット特性の補正精度が低くセンサ感度の温度特性の補正精度が高いセンサ補正値を算出でき、取得したＩＤがＢであれば、オフセット特性の補正精度が高くセンサ感度の温度特性の補正精度が低いセンサ補正値を算出できる。
【００３８】
また、ＩＤは、補正用情報に紐付けされずに、補正演算式のみに紐付けされてもよい。図１８は、ＩＤが補正演算式のみに紐付けされた場合の補正演算プログラムのフローチャートである。図１３と同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３９】
図１８の場合、マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０の製造者から事前に提供された不揮発性メモリ６３のメモリマップに従って、補正用情報を取得する（ステップＳ５３）。このメモリマップは、ＩＤの値によっては変更されない予め決められたマップである。マイコン７０のＣＰＵ７４は、ＩＤの値がＡの場合には、Ａに紐付けされた補正演算式ＥＡに基づいて、ステップＳ５３で取得した補正用情報を使って補正演算を行うことにより、センサ補正値ＤＡを算出する（ステップＳ５７）。一方、マイコン７０のＣＰＵ７４は、ＩＤの値がＢの場合には、Ｂに紐付けされた補正演算式ＥＢに基づいて、ステップＳ５３で取得した補正用情報を使って補正演算を行うことにより、センサ補正値ＤＢを算出する（ステップＳ５９）。
【００４０】
図１９は、１アドレス当たりのデータ格納領域が８ビットの不揮発性メモリ６３のメモリマップの第３例を示した図である。マイコン７０のＣＰＵ７４は、センサ装置６０の製造者によって図示のように予め割り振られたメモリマップに従って、補正用情報とＩＤを取得する。図１９のメモリマップの場合、ＩＤの値がＡの場合もＢの場合も、補正用情報の種類は同じである。この場合、マイコン７０は、取得したＩＤがＡであれば、Ａに紐付けされた補正演算式ＥＡで補正演算を行い、取得したＩＤがＢであれば、Ｂに紐付けされた補正演算式ＥＢで補正演算を行う。この場合の補正演算式ＥＡの補正精度は、補正演算式ＥＢに比べて高い。また、補正精度が高いと演算が複雑になるため、補正演算式ＥＡの演算速度は、補正演算式ＥＢに比べて短い。
【００４１】
これにより、センサ製造者は、マイコン７０の性能や要求精度に合わせて、最適な補正方法を提供することができる。
【００４２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４３】
図２０は、本発明の一実施形態である電子機器３のハードウェア構成を示した図である。電子機器３は、センサ装置９０と、センサ装置９０に通信線８０及び信号線８１を介して接続されたマイコン１００とを備えている。ＡＤ変換器６２は、センサ装置に設けずに、図２０に示されるように外部のマイコン１００などの演算装置に内蔵されてもよいし、そのような演算装置の外部にあってもよい。また、センサ素子６１により得られるアナログ検出データを増幅して信号線８１を介してＡＤ変換器６２に向けて出力するアンプ６５は、無くてもよい。
【００４４】
図２１は、本発明の一実施形態である電子機器４のハードウェア構成を示した図である。電子機器４は、センサ装置１１０と、メモリ装置１２０と、マイコン１３０とを備えている。不揮発性メモリ６３は、必ずしも物理的にセンサ素子と一体化している必要はない。ただし、論理的には、センサ素子と不揮発性メモリのデータは紐付けされている必要がある（例えば、センサ装置１１０と不揮発性メモリ６３を内蔵するメモリ装置１２０が、常にセットで、マイコン１３０に接続される場合など）。また、図２０と同様に、アンプ６５は無くてもよい。
【００４５】
また、上述の実施例では２つの補正演算方法を予め用意してその２つの補正演算方法を２つのＩＤに従って切り替えるものであったが、３つ以上の補正演算方法を予め用意してそれらの３つ以上の補正演算方法を３つ以上のＩＤに従って切り替えてもよい。
【００４６】
また、センサ素子６１によって検出される物理量又は化学量は、特に限定しなくてもよく、例えば、圧力、加速度、温度、ヨーレートなどが挙げられる。また、センサ素子６１が、気体等の流体の圧力を被測定圧として検出するダイヤフラムが形成された半導体素子の場合、ダイヤフラムの歪みを抵抗値の変化として検出する半導体歪みゲージ方式の素子でもよいし、ダイヤフラムの変位を静電容量の変化として検出する静電容量方式の素子でもよいし、他の検出方式で被測定圧を検出する素子でもよい。センサ素子６１が圧力を検出する素子の場合、上述の本発明の実施形態である電子機器は、例えば、圧力計に相当する。
【００４７】
次に、センサ素子６１の具体例として、ピエゾ抵抗式圧力センサについて説明する。
【００４８】
図３に、本発明の実施の形態に係るピエゾ抵抗式圧力センサの構造を示す。図３Ａに示すように、ピエゾ抵抗式圧力センサ３０は、ダイヤフラム３１と、支持部３２とを有する。ダイヤフラム３１は、支持部３２によって周辺から支持される。これにより、ダイヤフラム３１は、支持部３２によって周辺が固定された状態で、加えられた圧力に応じて変位するようになっている。
【００４９】
ダイヤフラム３１の周縁部（ダイヤフラム３１の４辺近傍のダイヤフラム３１上、或いは、ダイヤフラム３１と支持部３２との境界に近いダイヤフラム３１上と言い換えてもよい）には、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が配置されている。各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、複数のピエゾ抵抗素子を有する。
【００５０】
図３Ｂに、ピエゾ抵抗部Ｒ１におけるピエゾ抵抗素子の配置を示す。図の例では、ピエゾ抵抗部Ｒ１は、Ｘ軸に平行な４つのピエゾ抵抗素子Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４を有する。
【００５１】
複数のピエゾ抵抗素子Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４は、所定の間隔を隔てて互いに平行に配置されている。加えて、ピエゾ抵抗素子Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４からなるピエゾ抵抗素子群が配置される領域の外形形状は、略正方形状とされている。つまり、図３Ｂにおいて、ａ＝ｂとされている。換言すれば、ピエゾ抵抗素子Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４とピエゾ抵抗素子の無い部分とで構成される領域が、概略正方形になるようにピエゾ抵抗素子Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４が配置されている。
【００５２】
ピエゾ抵抗素子Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４は、導電線（例えば拡散配線）３３−１，３３−２，３３−３によって直列に接続されている。なお、ピエゾ抵抗素子Ｒ１−１の右端部及びＲ１−４の右端部は、ブリッジ回路の端子（例えばアルミニウム配線）に接続される。ピエゾ抵抗部Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４におけるピエゾ抵抗素子の配置も、図３Ｂと同様であり、ピエゾ抵抗素子Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４とピエゾ抵抗素子の無い部分とで構成される領域の面積もすべて同じでる。
【００５３】
また、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、ダイヤフラム３１と支持部３２との境界までの距離が同一となるよう配置されている。
【００５４】
ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４によって構成されるブリッジ回路の様子は、図２に示した通りである。ブリッジ回路の隣り合うピエゾ抵抗部（Ｒ１，Ｒ３とＲ２，Ｒ４）の抵抗変化が逆になるように（つまりピエゾ抵抗部Ｒ１とＲ３は抵抗変化が同じであり、ピエゾ抵抗部Ｒ２とＲ４はピエゾ抵抗部Ｒ１とＲ３とは抵抗変化が逆となるように）、ピエゾ抵抗素子が配置される。
【００５５】
図４に、ピエゾ抵抗式圧力センサ３０の断面を示す。図４は、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ３を通る面で切った概略的断面図である。
【００５６】
図４に示すピエゾ抵抗式圧力センサ３０は、上側からＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉの順で積層された基板を用意し、この基板の下側からＳｉＯ２をエッチストッパとした異方性ドライエッチングを行ってＳｉを除去し、その後にＳｉＯ２を除去することにより、ダイヤフラム３１と支持部３２とが形成される。また、ダイヤフラム３１と支持部３２との境界近傍のダイヤフラム３１上には、拡散やイオン注入などの半導体プロセスによって、ボロンなどのＰ型不純物よりなるピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ３が形成される。
【００５７】
図４からも分かるように、本実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサ３０は、異方性ドライエッチングを適用したことにより、ダイヤフラム３１の面に対して、支持部３２を略直角に配置することができる。これにより、ダイヤフラム３１の面積を大きくすることができるようになる。
【００５８】
これに対して、異方性ウエットエッチングを適用した場合には、図５に示すように、支持部にテーパ部が形成されてしまうので、図４と比較して、ダイヤフラム３１の面積が小さくなり、その結果、測定感度が低下する。また、測定感度を上げるためにダイヤフラムの面積を大きくしようとすると、装置全体が大型化してしまう。
【００５９】
つまり、本実施の形態では、異方性ドライエッチングによってダイヤフラム３１及び支持部３２を形成することで、小型で感度の良いピエゾ抵抗式圧力センサ３０を得るようになっている。但し、本発明はこれに限らず、異方性ウエットエッチングを適用してもよい。
【００６０】
次に、ピエゾ抵抗式圧力センサ３０の動作について説明する。
【００６１】
ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に電源が投入されると、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のピエゾ抵抗素子が発熱することにより、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は発熱する。
【００６２】
各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の熱は、ダイヤフラム３１よりも厚い支持部３２へと放熱される。この際、本実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサ３０においては、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のピエゾ抵抗素子群の外形形状が略正方形状とされているので、Ｘ軸方向への放熱とＹ軸方向への放熱が均一になる。この結果、４つのピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の温度分布が均一になる。
【００６３】
ここで、Ｘ軸方向への放熱とＹ軸方向への放熱が均一になるのは、全てのピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の間で支持部３２に向かい合う部分の大きさが同じであるからである。因みに、図１に示したピエゾ抵抗式圧力センサ１０では、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の外形形状が、Ｘ軸方向に長く，Ｙ軸方向に短いため、Ｙ軸方向への放熱がＸ軸方向への放熱よりも大きくなる。この結果、図１に示したピエゾ抵抗式圧力センサ１０では、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ３の温度分布とピエゾ抵抗部Ｒ２，Ｒ４の温度分布とが異なるものとなってしまう。
【００６４】
本実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサ３０は、４つのピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の温度分布が均一になるので、温度上昇によるピエゾ抵抗の抵抗値変化が均一となる。この結果、電源投入時の抵抗値変化に起因するオフセット電圧の変動が抑制される。また、温度上昇に伴うダイヤフラム３１上での応力変化が均一になる。この結果、電源投入時に応力変化に起因するオフセット電圧の変動が抑制される。
【００６５】
ピエゾ抵抗式圧力センサ３０は、上述したようにオフセット電圧の変動が小さくなることにより、圧力を測定する際の出力電圧の変動が小さくなり、高精度の測定結果を得ることができる。
【００６６】
図６に、ダイヤフラム中心から支持部までのＸ軸及びＹ軸上の温度分布をシミュレーションした結果を示す。図６Ａは、図１に示した従来のピエゾ抵抗式圧力センサ１０の温度分布を示す。図６Ｂは、図３に示した本実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサ３０の温度分布を示す。従来のピエゾ抵抗式圧力センサ１０の温度分布はＸ軸とＹ軸との間でずれている（図６Ａ）のに対して、本実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサ３０の温度分布はＸ軸とＹ軸との間で一致している（図６Ｂ）ことが分かる。
【００６７】
図７に、ブリッジ回路への電源投入時からのオフセット電圧変動の測定結果を示す。図７Ａは、図１に示した従来のピエゾ抵抗式圧力センサ１０のオフセット電圧変動を示す。図７Ｂは、図３に示した本実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサ３０のオフセット電圧変動を示す。従来のピエゾ抵抗式圧力センサ１０と比較して、本実施の形態のピエゾ抵抗式圧力センサ３０は、オフセット電圧変動が小さくなっているのが分かる。なお、一般に、オフセット電圧変動の許容値は、０．３％ＦＳ程度である。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はダイヤフラム３１と支持部３２との境界近傍のダイヤフラム３１上に配置され、かつ、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はピエゾ抵抗素子群の外形形状が略正方形状とされているので、測定感度を低下させることなく、ピエゾ抵抗素子の熱変動に起因する通電変動を抑制できる。
【００６９】
つまり、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、圧力変化によってダイヤフラムの変動が最も大きくなる、ダイヤフラム３１と支持部３２との境界近傍のダイヤフラム３１上に配置されているので、測定感度が高くなる。但し、ダイヤフラム３１と支持部３２との境界近傍は、温度分布が急峻な位置、つまりダイヤフラム３１上で温度変化が最も大きい位置なので、ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４間での温度の不均一が最も現れやすい位置である。本実施の形態では、これを考慮して、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のピエゾ抵抗素子群配置領域の外形形状を同形状の略正方形状とし、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と支持部３２との境界までの距離を等しくすることで、温度分布が急峻な位置であるダイヤフラム３１と支持部３２との境界近傍にピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が配置された場合でも、温度を均一化できるので、測定感度を低下させることなく、ピエゾ抵抗素子の熱変動に起因する通電変動を抑制する。
【００７０】
なお、上述の実施の形態では、図３に示したように、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が４つのピエゾ抵抗素子を有する場合について述べたが、ピエゾ抵抗素子の個数はこれに限らない。例えば、図８のピエゾ抵抗式圧力センサ４０のように、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が２つのピエゾ抵抗素子を有するようにしてもよく、図９のピエゾ抵抗式圧力センサ５０のように、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が３つのピエゾ抵抗素子を有するようにしてもよい。また、各ピエゾ抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を構成しているピエゾ抵抗素子群が配置される領域の外形形状が略正方形状（つまりａ＝ｂ）である場合について述べたが、ピエゾ抵抗素子群が配置される領域の外形は同一でかつ面積が同じであれば上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
本発明に係るピエゾ抵抗式圧力センサは、気体や液体の圧力、さらには人間による押圧操作等の圧力を検出する場合に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１，２，３，４  電子機器
１０，３０，４０，５０  ピエゾ抵抗式圧力センサ
１１，３１  ダイヤフラム
１２，３２  支持部
２１，３３−１，３３−２，３３−３  導電線
６０，９０  センサ装置
７０，１００，１１０  マイコン
８０  通信線
８１  信号線
１２０  メモリ装置
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  ピエゾ抵抗部
Ｒ１−１，Ｒ１−２，Ｒ１−３，Ｒ１−４  ピエゾ抵抗素子
【図１】
0005434854.tif 000002
【図２】
0005434854.tif 000003
【図３】
0005434854.tif 000004
【図４】
0005434854.tif 000005
【図５】
0005434854.tif 000006
【図６】
0005434854.tif 000007
【図７】
0005434854.tif 000008
【図８】
0005434854.tif 000009
【図９】
0005434854.tif 000010
【図１０】
0005434854.tif 000011
【図１１】
0005434854.tif 000012
【図１２】
0005434854.tif 000013
【図１３】
0005434854.tif 000014
【図１４】
0005434854.tif 000015
【図１５】
0005434854.tif 000016
【図１６】
0005434854.tif 000017
【図１７】
0005434854.tif 000018
【図１８】
0005434854.tif 000019
【図１９】
0005434854.tif 000020
【図２０】
0005434854.tif 000021
【図２１】
0005434854.tif 000022