(57)【要約】【課題】加速度センサに代表される静電容量式センサにおいて、誤検出や誤診断を抑制できる技術を提供する。【解決手段】容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２と、強制振動生成部を構成する容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４とが電気的に分離されている。つまり、容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４を構成する診断用可動電極８ａが可動部５と一体的に形成されている一方、診断用固定電極８ｂや診断用固定電極８ｃが検出用固定電極６ｂや検出用固定電極６ｃと電気的に分離されている。【選択図】図４
2011095104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板と、
（ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
（ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
（ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
（ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
（ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
（ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と接続される物理量算出端子と、
（ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子を含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に診断信号を印加するための診断信号印加用端子とを含み、前記診断信号印加用端子に診断信号を印加することにより、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に静電気力を発生させて強制振動させる強制振動生成部と、
（ｉ）前記強制振動生成部で発生した強制振動に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部と間接的に接続される前記物理量算出端子とを備え、
前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制振動生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
請求項１記載の静電容量式センサであって、さらに、
（ｊ）前記物理量算出端子と接続される前記物理量算出部と、
（ｋ）前記診断信号を生成し、前記診断信号印加用端子と接続される診断信号生成部と、
（ｌ）前記物理量算出端子と間接的に接続される前記異常判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項３】
請求項２記載の静電容量式センサであって、さらに、
（ｍ）前記可動部に変調信号を印加するための変調信号印加用端子と、
（ｎ）前記変調信号を生成し、前記変調信号印加用端子と接続された変調信号生成部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項４】
請求項３記載の静電容量式センサであって、
前記第１容量素子の容量変化は、前記外力による前記可動部の変位に起因する第１容量変化と、前記強制振動生成部による前記可動部の強制振動に起因する第２容量変化が含まれていることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項５】
請求項４記載の静電容量式センサであって、
前記可動部の強制振動による加振周波数は、前記外力による前記可動部の変位に基づく外力応答周波数よりも高く、前記変調信号の搬送波周波数よりも低いことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項６】
請求項５記載の静電容量式センサであって、
前記物理量算出部は、
（ｊ１）前記容量検出部から出力された容量変化を電圧信号に変換する電圧変換部と、
（ｊ２）前記電圧変換部から出力された電圧信号から前記加振周波数と前記外力応答周波数を含む第１特定帯域の信号を抽出する第１同期検波部と、
（ｊ３）前記第１同期検波部で抽出された前記第１特定帯域の信号から前記外力応答周波数の信号を抽出する第１低帯域通過フィルタと、
（ｊ４）前記第１低帯域通過フィルタを通過した前記外力応答周波数の信号から前記外力の前記物理量を算出する算出部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項７】
請求項６記載の静電容量式センサであって、
前記異常判断部は、
（ｌ１）前記第１同期検波部で抽出された前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号から前記加振周波数の信号に対応した第１検波周波数の信号と、前記第１検波周波数よりも高く、前記加振周波数の信号に対応した第２検波周波数の信号とを抽出する第２同期検波部と、
（ｌ２）前記第２同期検波部で抽出された前記第１検波周波数の信号と前記第２検波周波数の信号のうち、前記第１検波周波数の信号を通過させる第２低帯域通過フィルタと、
（ｌ３）前記第２低帯域通過フィルタを通過した前記第１検波周波数の信号と、予め定められている既定値とを比較する比較部と、
（ｌ４）前記比較部の結果に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項８】
請求項７記載の静電容量式センサであって、
前記異常判断部は、さらに、前記第２同期検波部の前に、前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号のうち、前記外力応答周波数よりも高い帯域の信号を通過させる第１高帯域通過フィルタを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項９】
請求項６記載の静電容量式センサであって、
前記異常判断部は、
（ｌ１）前記第１同期検波部で抽出された前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号から前記加振周波数の信号に対応した第１検波周波数の信号と、前記第１検波周波数よりも高く、前記加振周波数の信号に対応した第２検波周波数の信号とを抽出する第２同期検波部と、
（ｌ２）前記第２同期検波部で抽出された前記第１検波周波数の信号と前記第２検波周波数の信号のうち、前記第２検波周波数の信号を通過させる第２高帯域通過フィルタと、
（ｌ３）前記第２高帯域通過フィルタを通過した前記第２検波周波数の信号と、予め定められている既定値とを比較する比較部と、
（ｌ４）前記比較部の結果に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１０】
請求項９記載の静電容量式センサであって、
前記異常判断部は、さらに、前記第２同期検波部の前に、前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号のうち、前記外力応答周波数よりも高い帯域の信号を通過させる第１高帯域通過フィルタを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１１】
請求項７記載の静電容量式センサであって、
前記診断信号生成部と前記診断信号印加用端子との間にスイッチを有し、
前記異常判断部は、前記スイッチを周期的にオン／オフし、
前記比較部は、さらに、オン時の前記第１検波周波数の信号とオフ時の前記第１検波周波数の信号との差分値を算出し、
前記判断部は、さらに、前記差分値に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１２】
請求項９記載の静電容量式センサであって、
前記診断信号生成部と前記診断信号印加用端子との間にスイッチを有し、
前記異常判断部は、前記スイッチを周期的にオン／オフし、
前記比較部は、さらに、オン時の前記第２検波周波数の信号とオフ時の前記第２検波周波数の信号との差分値を算出し、
前記判断部は、さらに、前記差分値に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１３】
請求項５記載の静電容量式センサであって、
前記外力の物理量は加速度であることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１４】
請求項１３記載の静電容量式センサであって、
さらに、角速度センサを構成する構造体が形成されており、
前記構造体は、動作時に振動させている振動体と、前記振動体を特定周波数で振動させる駆動部とを含むことを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１５】
請求項１４記載の静電容量式センサであって、
加速度センサの前記可動部を強制振動させている前記加振周波数は、前記特定周波数の２のべき乗分の１の周波数であることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１６】
請求項１４記載の静電容量式センサであって、
前記診断信号生成部と前記診断信号印加用端子との間にスイッチを有し、
前記異常判断部は、前記スイッチのオン／オフを、前記特定周波数の２のべき乗分の１の周波数で制御していることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１７】
（ａ）基板と、
（ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
（ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
（ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
（ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
（ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
（ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と接続される物理量算出端子と、
（ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子とを含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第１診断信号を印加するための第１診断信号印加用端子と、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第２診断信号を印加するための第２診断信号印加用端子とを含み、動作開始時、前記第１診断信号印加用端子に前記第１診断信号を印加することにより、前記可動部を第１方向へ変位させ、前記第２診断信号印加用端子に前記第２診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第１方向とは反対側の第２方向へ変位させる強制変位生成部と、
（ｉ）前記強制変位生成部で発生した強制変位に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部と間接的に接続される前記物理量算出端子とを備え、
前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制変位生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１８】
請求項１７記載の静電容量式センサであって、さらに、
（ｊ）前記物理量算出端子と接続される前記物理量算出部と、
（ｋ）前記第１診断信号あるいは前記第２診断信号を生成し、前記第１診断信号印加用端子あるいは前記第２診断信号印加用端子と接続される診断信号生成部と、
（ｌ）前記物理量算出端子と間接的に接続される前記異常判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項１９】
請求項１８記載の静電容量式センサであって、
前記異常判断部は、
（ｌ１）動作開始時、前記物理量算出部から入力した初期オフセット値と、前記第１診断信号印加用端子に前記第１診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第１方向へ変位させたとき、前記物理量算出部から入力した第１入力値と、前記第２診断信号印加用端子に前記第２診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第２方向へ変位させたとき、前記物理量算出部から入力した第２入力値とを記憶する記憶部と、
（ｌ２）前記記憶部に記憶されている前記第１入力値と前記第２入力値の差分値を算出する演算部と、
（ｌ３）前記演算部で算出された前記差分値と予め設定されている既定範囲値とを比較する比較部と、
（ｌ４）前記比較部の結果に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２０】
（ａ）基板と、
（ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
（ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
（ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
（ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
（ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
（ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と、
（ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子を含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に診断信号を印加するための診断信号印加用端子とを含み、前記診断信号印加用端子に前記診断信号を印加することにより、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に静電気力を発生させて強制振動させる強制振動生成部と、
（ｉ）前記強制振動生成部で発生した強制振動に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部とを備え、
前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制振動生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２１】
（ａ）基板と、
（ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
（ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
（ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
（ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
（ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
（ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と、
（ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子とを含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第１診断信号を印加するための第１診断信号印加用端子と、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第２診断信号を印加するための第２診断信号印加用端子とを含み、動作開始時、前記第１診断信号印加用端子に前記第１診断信号を印加することにより、前記可動部を第１方向へ変位させ、前記第２診断信号印加用端子に前記第２診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第１方向とは反対側の第２方向へ変位させる強制変位生成部と、
（ｉ）前記強制変位生成部で発生した強制変位に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部とを備え、
前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制変位生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とする静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式センサに関し、特に、故障（異常）の有無を判断する診断機能を備える静電容量式センサに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems)センサの１つである加速度センサは、錘（可動部）と支持梁（弾性変形部）とで構成されており、錘に働く加速度を電気信号に変換するものである。このようなＭＥＭＳセンサとしては、コンデンサを構成する電極間の容量変化として加速度を検出する静電容量式センサがあり、この静電容量式センサは、錘に働く加速度を容量などの変化として捉え、それをＬＳＩ回路で電気信号に変換してＭＥＭＳセンサの出力としている。
【０００３】
例えば、車の横滑りやスピンを抑制して安全な走行を支援する姿勢制御システムには、角速度を検出する角速度センサや、前後方向および横方向の加速度を検出する加速度センサなどのＭＥＭＳセンサがキーデバイスとして用いられる。この姿勢制御システムでは、角速度センサや加速度センサからの出力を元にエンジンの出力やブレーキの制動力を制御することで車の横滑りやスピンを抑制している。このことから、角速度センサや加速度センサの故障は事故に繋がる可能性が高く、角速度センサや加速度センサの故障時にはすぐに知らせる必要がある。
【０００４】
特開２００７−２４８３２８号公報（特許文献１）には、加速度に起因して可動する２つの可動電極と、これらの可動電極のそれぞれに対向配置させた２つの検出電極とを有する検知素子と、交流バイアス電圧信号を可動電極に入力するドライブ回路と、２つの検出電極から出力された２つの検出信号に基づいて加速度信号を出力する検出回路とを備える加速度センサが記載されている。そして、この加速度センサの検出回路において、２つの増幅器に入力する基準電圧信号とは別に、検知電圧印加部から検知電圧信号を２つの増幅器に入力して差動検出器から出力される検知差動信号に基づいて故障を検知する故障検知手段を設けているとしている。
【０００５】
特開平０５−２８１２５６号公報（特許文献２）には、検出電極の静電容量を検出するために印加する交流信号に低周波数の診断信号を重畳させることで、可動電極と固定電極間の静電容量を変化させることが記載されている。そして、その結果発生する加速度センサの出力が振動しているか否かを観測することで信号である加速度を検出しながらも加速度センサの故障の有無を判断することができると記載されている。
【０００６】
このとき、低周波数の診断信号は加速度の測定に支障が出ない程度の振幅で出力を振動させるため、加速度を検出しながら故障の有無を診断する常時診断が可能であると記載されている。また、診断信号（診断種類の切換信号）がローレベルの場合は、可動電極を大きく強制的に振動させる高加速度診断も可能であると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４８３２８号公報
【特許文献２】特開平０５−２８１２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、加速度センサに代表される静電容量式センサが故障した際にはすぐに故障を検知できることが望ましい。したがって、静電容量式センサを動作させながら故障の有無を診断できることが、直ぐに故障を検知する観点から望ましいことになる。
【０００９】
ここで、故障の有無を診断する診断機能を有する従来の加速度センサでも、例えば、上述した特許文献１に記載された技術は、加速度を測定する場合と、故障を診断する場合とを別々に行なう必要があり、加速度を検出しながら故障の有無を診断するという常時診断を実現できていない。すなわち、特許文献１に記載された技術では、加速度センサを動作させている際に故障が発生しても、すぐに故障を検出することができない。
【００１０】
一方、上述した特許文献２に記載された技術によれば、検出電極の静電容量を検出するために印加する交流信号に低周波数の診断信号を重畳させることにより、加速度を検出しながらも加速度センサの故障の有無を判断することができる。
【００１１】
しかし、加速度を検出する検出電極自体に直接診断信号を重畳させる場合、診断信号が、検出電極の容量変化を電圧信号に変換する容量／電圧変換部に入力される電荷量に影響を及ぼすため、加速度センサの出力の零点が変動するオフセットドリフトが発生する。オフセットドリフトが発生すると、加速度が印加されていないにもかかわらず、あたかも加速度が印加されているように加速度センサが振舞うことになる。このことは、加速度センサが誤検出することを示している。
【００１２】
また、上述した零点オフセットに関する問題は、加速度を検出しながら故障の有無を診断するという常時診断の場合だけでなく、加速度センサを動作させる前に行なう初期診断の場合にも存在する。例えば、加速度センサが傾斜した場所に置かれている場合、加速度センサに加速度が加わっていないにも関わらず、重力加速度によって、可動部は零点から変位して零点オフセットが生じることになる。この場合、加速度センサは正常であるにも関わらず故障と誤診断されるおそれがある。
【００１３】
本発明の目的は、加速度センサに代表される静電容量式センサにおいて、誤検出や誤診断を抑制できる技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、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】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
代表的な実施の形態による静電容量式センサは、（ａ）基板と、（ｂ）前記基板に形成された空洞部と、（ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、（ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、（ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部とを備える。そして、（ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、（ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と接続される物理量算出端子とを備える。さらに、（ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子を含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に診断信号を印加するための診断信号印加用端子とを含み、前記診断信号印加用端子に診断信号を印加することにより、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に静電気力を発生させて強制振動させる強制振動生成部とを備える。その上、（ｉ）前記強制振動生成部で発生した強制振動に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部と間接的に接続される前記物理量算出端子を備える。ここで、前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制振動生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、代表的な実施の形態による静電容量式センサは、（ａ）基板と、（ｂ）前記基板に形成された空洞部と、（ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、（ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、（ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部とを備える。そして、（ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部とを備える。さらに、（ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と接続される物理量算出端子とを備える。その上、（ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子とを含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第１診断信号を印加するための第１診断信号印加用端子と、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第２診断信号を印加するための第２診断信号印加用端子とを含み、動作開始時、前記第１診断信号印加用端子に前記第１診断信号を印加することにより、前記可動部を第１方向へ変位させ、前記第２診断信号印加用端子に前記第２診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第１方向とは反対側の第２方向へ変位させる強制変位生成部とを備える。そして、（ｉ）前記強制変位生成部で発生した強制変位に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部と間接的に接続される前記物理量算出端子を備える。ここで、前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制変位生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１９】
加速度センサに代表される静電容量式センサにおいて、誤検出や誤診断を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の加速度センサを構成するＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図３】加速度センサの実装構成例を示す断面図である。
【図４】実施の形態１における加速度センサの構成を示す図である。
【図５】実施の形態１における加速度センサの周波数応答特性を示すグラフである。
【図６】実施の形態２における加速度センサの構成を示す図である。
【図７】実施の形態３における加速度センサの構成を示す図である。
【図８】実施の形態４における加速度センサの構成を示す図である。
【図９】実施の形態５における複合センサの構成を示す図である。
【図１０】実施の形態６における加速度センサの構成を示す図である。
【図１１】実施の形態６における初期診断の流れを示すフローチャートである。
【図１２】零点オフセットと診断信号印加時の出力との関係を示すグラフである。
【図１３】図１２の一部を拡大したグラフである。
【図１４】可動部に形成されている容量素子の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２２】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２３】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２４】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２５】
また、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。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態１におけるＭＥＭＳセンサ（静電容量式センサ）について図面を参照しながら説明する。本実施の形態１では、ＭＥＭＳセンサの一例として、加速度センサを例に挙げて説明する。図１は、半導体チップＣＨＰ１に形成された加速度センサを構成する構造体を示す平面図である。図１に示すように、半導体チップＣＨＰ１には、枠部１が形成されており、この枠部１に囲まれるように空洞部２が形成されている。空洞部２の内部には、固定部３が設けられており、この固定部３には、梁（弾性変形部）４が接続されている。そして、梁４は、加速度センサの錘となる可動部５と接続されている。つまり、固定部３と可動部５は弾性変形可能な梁４で接続されており、可動部５は、図１のＸ方向に変位できるようになっている。
【００２７】
可動部５には、可動部５と一体的に形成された検出用可動電極６ａが形成されており、この検出用可動電極６ａと対向するように、検出用固定電極６ｂおよび検出用固定電極６ｃが形成されている。この検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｂ、あるいは、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｃは、それぞれ容量素子を形成しており、外部から印加された加速度によって可動部５がＸ方向に変位すると、上述した容量素子の容量が変化するようになっている。つまり、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｂ、あるいは、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｃから構成される容量素子は、可動部５のＸ方向の変位を容量変化として検出する容量検出部として機能する。
【００２８】
また、可動部５には、可動部５と一体的に形成された診断用可動電極８ａが形成されており、この診断用可動電極８ａと対向するように、診断用固定電極８ｂおよび診断用固定電極８ｃが形成されている。診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂ、あるいは、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃは、それぞれ容量素子を形成している。この容量素子を形成している診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂ、および、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃの間に周期的な診断信号を印加すると、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂの間、および、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃの間に静電気力が働き、診断用可動電極８ａが振動するようになっている。この診断用可動電極８ａがＸ方向に振動すると、診断用可動電極８ａと一体的に形成されている可動部５も振動することになる。つまり、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂ、あるいは、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃから構成される容量素子は、可動部５をＸ方向に強制振動させる強制振動生成部として機能する。
【００２９】
このように構成された加速度センサの構造体は、シリコンなどの半導体材料から構成されている。したがって、互いに梁４を介して接続されている固定部３と可動部５とは電気的に接続されており、可動部５に印加される電位は、固定部３に形成されているパッド３ａから供給されるように構成されている。一方、検出用固定電極６ｂおよび検出用固定電極６ｃにも、それぞれパッド７ａおよびパッド７ｂが形成されており、可動部５がＸ方向に変位することで生じる容量変化により、検出用固定電極６ｂや検出用固定電極６ｃに電荷が流入あるいは流出できるように構成されている。また、診断用固定電極８ｂおよび診断用固定電極８ｃにも、それぞれパッド９ａおよびパッド９ｂが形成されており、パッド９ａやパッド９ｂから、診断用固定電極８ｂや診断用固定電極８ｃに診断信号を印加できるようになっている。
【００３０】
図２は、図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２に示すように、半導体チップＣＨＰ１は、基板層１Ｓ上に埋め込み絶縁層ＢＯＸが形成され、この埋め込み絶縁層ＢＯＸ上に形成されたシリコン層とを有している。つまり、本実施の形態１では、加速度センサを構成する半導体チップＣＨＰ１は、基板層１Ｓと埋め込み絶縁層ＢＯＸとシリコン層とを備えるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板から構成されている。そして、図２に示されている枠部１、固定部３、可動部５、検出用可動電極６ａ、検出用固定電極６ｂ、および、検出用固定電極６ｃと、図２に示されていない梁４、診断用可動電極８ａ、診断用固定電極８ｂ、および、診断用固定電極８ｃは、ＳＯＩ基板のシリコン層を加工して形成されている。例えば、図２において、枠部１と固定部３は埋め込み絶縁層ＢＯＸ上に形成されており固定されていることがわかる。一方、例えば、可動部５もシリコン層から形成されているが、可動部５の下層に形成されている埋め込み絶縁層ＢＯＸは除去されている。同様に、図２に示されていない梁４の下層に形成されている埋め込み絶縁層ＢＯＸも除去されている。したがって、可動部５は、空洞部の中に配置され、かつ、梁４によって支持されていることになる。このことから、可動部５は変位可能なように形成されていることになる。
【００３１】
本実施の形態１における加速度センサは、例えば、ＳＯＩ基板をフォトリソグラフィ技術とＤＲＩＥ(Deep Reactive Ion Etching)を用いて加工することで形成する場合を想定している。もちろん、本実施の形態１では、ＳＯＩ基板を使用して加速度センサを製造する例を説明しているだけであって、本実施の形態１における概念は、ガラス・シリコン・ガラスの接合技術などを使用して、シリコン基板の表面と裏面の両方を加工することで加速度センサ（ＭＥＭＳ構造体）を形成する（バルクＭＥＭＳプロセス）場合にも適用することができる。さらに、予めトランジスタなどの信号処理回路が形成されているシリコン基板の表面に薄膜を堆積し、堆積した薄膜をパターニングすることを繰り返すことで加速度センサ（ＭＥＭＳ構造体）を形成する（表面ＭＥＭＳプロセス）場合にも適用することができる。
【００３２】
本実施の形態１における加速度センサ（ＭＥＭＳ構造体）を形成した半導体チップＣＨＰ１は上記のように構成されており、以下に、この半導体チップＣＨＰ１を実装する構成例について説明する。本実施の形態１では、加速度センサ（ＭＥＭＳ構造体）と、この加速度センサからの出力信号を信号処理するＬＳＩとを別々の半導体チップに形成する例について説明するが、これに限らず、加速度センサを構成するＭＥＭＳ構造体と、信号処理回路を構成するトランジスタとを同一の半導体チップに形成する場合にも適用することができる。
【００３３】
図３は、本実施の形態１における加速度センサの実装構成例を示す断面図である。図３に示すように、凹部を有する外枠体１０の底部には、接着材１１を介して半導体チップＣＨＰ２が搭載されている。外枠体１０は、例えば、セラミックから構成されている。半導体チップＣＨＰ２には、通常の半導体製造技術により、トランジスタや受動素子からなる集積回路が形成されている。この半導体チップＣＨＰ２に形成されている集積回路は、加速度センサ（ＭＥＭＳ構造体）からの出力信号を信号処理する機能を有しており、最終的に加速度信号を出力する回路である。
【００３４】
この半導体チップＣＨＰ２上には、接着材１３を介して半導体チップＣＨＰ１が搭載されている。この半導体チップＣＨＰ１は、図１や図２で説明した加速度センサを構成するＭＥＭＳ構造体が形成されている半導体チップである。この半導体チップＣＨＰ１に形成されているパッドと、半導体チップＣＨＰ２に形成されているパッド１２ａは、例えば、ワイヤ１４ａで接続されている。さらに、半導体チップＣＨＰ２に形成されているパッド１２ｂは、外枠体１０に形成されている端子とワイヤ１４ｂで接続されている。
【００３５】
そして、外枠体１０内に積層して配置された半導体チップＣＨＰ１と半導体チップＣＨＰ２は、外枠体１０の上部をリッド１５で封止することにより密閉される。このようにして、本実施の形態１における加速度センサが実装構成されている。図３に示す加速度センサによれば、半導体チップＣＨＰ１で検出した信号を半導体チップＣＨＰ２に入力することができる。その後、半導体チップＣＨＰ２に入力された信号は、半導体チップＣＨＰ２内に形成されている集積回路で信号処理され、最終的に加速度に対応した加速度信号が出力される。半導体チップＣＨＰ２から出力された加速度信号は、ワイヤ１４ｂを介して外枠体１０に形成された端子に出力され、外部へと取り出すことが可能になっている。なお、本実施の形態１では、外枠体１０を使用したセラミックパッケージについて説明しているが、本発明はこれに限らず、例えば、ガラス陽極接合を使用したウェハレベルパッケージによる実装形態にも適用することができる。
【００３６】
続いて、本実施の形態１における加速度センサの基本的な動作原理について説明する。図１に示すように、本実施の形態１における加速度センサは、Ｘ方向に変位することができる可動部５を有している。例えば、この可動部５はＸ方向に加速度が印加されると、Ｘ方向に変位する。可動部５には検出用可動電極６ａが形成されており、この検出用可動電極６ａと相対するように検出用固定電極６ｂおよび検出用固定電極６ｃが形成されている。この場合、可動部５が変位すると、これに伴って検出用可動電極６ａが変位する。一方、検出用固定電極６ｂおよび検出用固定電極６ｃは固定されたまま変位しない。したがって、Ｘ方向に加速度が印加されて可動部５が変位すると、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｂ、あるいは、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｃからなる容量素子の電極間距離が変化する。容量素子の電極間距離が変化するということは、容量素子の電気容量（静電容量）が変化することを意味している。このように、Ｘ方向に加速度が印加されると、Ｘ方向に可動部５が変位し、その結果、容量素子の静電容量が変化する。この容量変化は、電圧変換部で電圧信号に変換され、変換された電気信号に基づいて加速度信号が加速度センサから出力される。このことから、加速度センサに印加された加速度は、容量素子の容量変化として検出され、検出された容量変化は電圧信号に変換されて最終的に加速度信号が加速度センサから出力されることがわかる。
【００３７】
以上が加速度センサの基本的な動作原理であるが、実際の加速度センサの動作は、高感度を実現するため、より複雑なものになっている。この理由について説明する。例えば、加速度センサに印加される加速度は、ＤＣ〜数十Ｈｚという低い周波数の信号である。したがって、上述した基本原理での動作では、低い周波数の加速度に対応して容量素子の容量変化もＤＣ〜数十Ｈｚで変化することになり、この容量変化を変換した電圧信号もＤＣ〜数十Ｈｚの信号となる。この場合、低い周波数の電圧信号は、アナログ回路で発生するＤＣ的なノイズ、特に、１／ｆノイズの影響を受けやすくなるのである。１／ｆノイズとは、周波数に反比例するノイズであり、信号の周波数が低くなると大きくなり、信号の周波数が高くなるにつれて小さくなる特徴がある。したがって、容量変化を変化した電圧信号は、ＤＣ〜数十Ｈｚという低い周波数の信号であるため、１／ｆノイズも大きくなる。このことは、信号に対するノイズが大きくなることを意味し、いわゆるＳ／Ｎ比が小さくなることを意味する。Ｓ／Ｎ比が小さくなるということは、微弱な信号を検出することができなくなり、検出精度が劣化することを意味する。
【００３８】
そこで、加速度センサでは、ＤＣ〜数十Ｈｚの信号を、１／ｆノイズの少ない高周波の信号に変換することが行なわれている。具体的には、例えば、数百ｋＨｚの搬送波を使用して加速度センサの可動部５を振動させる。これにより、ＤＣ〜数十Ｈｚの静電容量変化は、搬送波と同じ周波数を持つ高周波信号に変換される。この高周波信号が存在する高周波帯域では、ＤＣ〜数十Ｈｚの低周波帯域に比べて、１／ｆノイズが小さくなる。このことから、ＤＣ〜数十Ｈｚの微弱な静電容量変化を搬送波によって、１／ｆノイズが少ない高周波信号に変換することにより、微弱な静電容量変化でも高精度に検出することができるのである。つまり、可動部５を数百ｋＨｚの搬送波で振動させることにより、加速度によるＤＣ〜数十Ｈｚの静電容量変化を高周波信号に重畳し、この高周波信号に対して信号処理を施す。これにより、１／ｆノイズの影響を抑制してＳ/Ｎ比を向上させることができ、加速度信号の検出精度を向上させることができるのである。
【００３９】
以上のように実際の加速度センサでは、数百ｋＨｚの搬送波で可動部５を振動させることが行なわれる。以下では、実際の加速度センサの構成を説明し、その後、その動作について説明する。
【００４０】
図４は、本実施の形態１における加速度センサの構成を示す図である。図４に示すように、本実施の形態１における加速度センサは、半導体チップＣＨＰ１と半導体チップＣＨＰ２とを有しており、半導体チップＣＨＰ１にＭＥＭＳ構造体が形成され、半導体チップＣＨＰ２に信号処理回路が形成されている。
【００４１】
まず、図４には、半導体チップＣＨＰ１に形成されているＭＥＭＳ構造体の可動部５が図示されており、この可動部５と物理量算出端子ＴＥ１との間に容量検出部である容量素子Ｃ１が形成されている。この容量素子Ｃ１は、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｂから形成されている。また、可動部５と物理量算出端子ＴＥ２の間に容量素子Ｃ２が形成されている。この容量素子Ｃ２は、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｃから構成されている。
【００４２】
続いて、半導体チップＣＨＰ２に形成されている信号処理回路の構成について説明する。図４において、半導体チップＣＨＰ２には、変調信号（搬送波）を生成する変調信号生成部ＭＳＧが形成されている。この変調信号生成部ＭＳＧは、例えば、数百ｋＨｚの変調信号を生成できるように構成されている。変調信号生成部ＭＳＧで生成された変調信号１０２にはバイアス電圧１０３が印加されて可動部５に印加されるように構成されている。つまり、変調信号生成部ＭＳＧで生成された変調信号１０２は、変調信号印加用端子ＴＥ５を介して可動部５に印加されるようになっている。これにより、可動部５は、数百ｋＨｚの変調信号１０２によって振動することになる。
【００４３】
次に、半導体チップＣＨＰ２には物理量算出部ＰＣＵが形成されている。この物理量算出部ＰＣＵは、物理量算出端子ＴＥ１および物理量算出端子ＴＥ２と接続されており、電圧変換部ＣＶＴ、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴ、第１同期検波部ＦＤＵ、ローパスフィルタＬＰＦ１および算出部ＣＵを有している。
【００４４】
電圧変換部ＣＶＴは、容量素子Ｃ１の容量変化を電圧信号に変換するオペアンプＯＰ１と、容量素子Ｃ２の容量変化を電圧信号に変換するオペアンプＯＰ２と、オペアンプＯＰ１の出力とオペアンプＯＰ２の出力とを入力して増幅するオペアンプＯＰ３とを有している。オペアンプＯＰ１の負側端子は、物理量算出端子ＴＥ１を介して容量素子Ｃ１と接続されており、オペアンプＯＰ１の負側端子とオペアンプＯＰ１の出力の間に参照容量Ｃｆ１が接続されている。そして、オペアンプＯＰ１の正側端子にはバイアス電圧１０４が印加されている。同様に、オペアンプＯＰ２の負側端子は、物理量算出端子ＴＥ２を介して容量素子Ｃ２と接続されており、オペアンプＯＰ２の負側端子とオペアンプＯＰ２の出力の間に参照容量Ｃｆ２が接続されている。そして、オペアンプＯＰ２の正側端子にはバイアス電圧１０４が印加されている。また、オペアンプＯＰ３の負側端子には、オペアンプＯＰ１の出力が入力されるようになっており、オペアンプＯＰ３の正側端子には、オペアンプＯＰ２の出力が入力されるようになっている。
【００４５】
続いて、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴは、電圧変換部ＣＶＴから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するように構成されており、第１同期検波部ＦＤＵは、搬送波によって高周波信号に変換された信号から元の低い周波数の信号を復元するように構成されている。また、ローパスフィルタＬＰＦ１は、高い周波数の信号を減衰させ、低い周波数の信号を通過させるように構成されており、算出部ＣＵは、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過した信号から加速度信号を算出するように構成されている。
【００４６】
本実施の形態１における加速度センサは上記のように構成されており、次に、加速度を検出する動作について説明する。
【００４７】
まず、変調信号生成部ＭＳＧで生成した数百ｋＨｚ（搬送波周波数）の変調信号１０２を変調信号印加用端子ＴＥ５から可動部５に印加する。すると、可動部５は、搬送波周波数（数百ｋＨｚ）で振動する。この振動はとても速いので、この振動による容量素子Ｃ１および容量素子Ｃ２の容量変化はないものとみなせる。この状態で、外部から加速度が印加されると、可動部５が変位する。例えば、可動部５が図４の上側に変位する場合、容量素子Ｃ１では、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｂの間の距離が狭くなるので、容量素子Ｃ１の容量が大きくなる。一方、容量素子Ｃ２では、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｃの間の距離が大きくなるので、容量素子Ｃ２の容量が小さくなる。この容量素子Ｃ１の容量変化と、容量素子Ｃ２の容量変化は、外部から印加された加速度に対応する外力応答周波数（ＤＣ〜数十Ｈｚ）の変化となる。ただし、今の場合、可動部５には、変調信号１０２が印加されているので、外力応答周波数（ＤＣ〜数十Ｈｚ）の容量変化は、搬送波周波数（数百ｋＨｚ）に重畳される。
【００４８】
その後、この容量素子Ｃ１での容量変化と変調信号１０２の振幅に基づいて、物理量算出端子ＴＥ１に接続されているオペアンプＯＰ１の負側端子に電流が流れる。これにより、オペアンプＯＰ１では、容量素子Ｃ１の容量変化と参照容量Ｃｆ１との比で決まる電圧信号がオペアンプＯＰ１から出力される。同様に、容量素子Ｃ２での容量変化と変調信号１０２の振幅に基づいて、物理量算出端子ＴＥ２に接続されているオペアンプＯＰ２の負側端子に電流が流れる。これにより、オペアンプＯＰ２では、容量素子Ｃ２の容量変化と参照容量Ｃｆ２との比で決まる電圧信号がオペアンプＯＰ２から出力される。このようにして、容量素子Ｃ１の容量変化は、オペアンプＯＰ１で電圧信号に変換され、容量素子Ｃ２の容量変化は、オペアンプＯＰ２で電圧信号に変換される。そして、オペアンプＯＰ１から出力された電圧信号と、オペアンプＯＰ２から出力された電圧信号の差分がオペアンプＯＰ３で増幅されて、電圧変換部ＣＶＴから電圧信号が出力される。この電圧変換部ＣＶＴから出力される電圧信号（アナログ信号）は、搬送波周波数（数百ｋＨｚ）に外力応答周波数（ＤＣ〜数十Ｈｚ）の電圧信号が重畳されたものとなる。
【００４９】
ここで、容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２は、外部から加速度が印加されていない状態では、互いに同じ容量になるように形成（調整）されているため、加速度が印加されていない場合、オペアンプＯＰ１からの出力信号と、オペアンプＯＰ２からの出力信号は互いに相殺され、オペアンプＯＰ３からの出力信号は０となる。
【００５０】
次に、電圧変換部ＣＶＴから出力された電圧信号（搬送波周波数（数百ｋＨｚ）に外力応答周波数（ＤＣ〜数十Ｈｚ）の電圧信号が重畳された電圧信号）は、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴに入力され、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴでデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された電圧信号は、第１同期検波部ＦＤＵに入力される。
【００５１】
第１同期検波部ＦＤＵでは、変調信号１０２の周波数と位相を使用して同期検波を実施する。すなわち、第１同期検波部ＦＤＵでは、搬送波周波数（数百ｋＨｚ）に外力応答周波数（ＤＣ〜数十Ｈｚ）の電圧信号が重畳された電圧信号（デジタル信号）から、外力応答周波数（ＤＣ〜数十Ｈｚ）の電圧信号が復元される。その後、復元された電圧信号をローパスフィルタＬＰＦ１に入力して、必要とする信号以外の高周波成分を減衰させる。そして、算出部ＣＵでは、ローパスフィルタＬＰＦ１から出力された電圧信号（ＤＣ〜数十Ｈｚ）に基づいて、加速度信号を算出して出力する。以上のようにして、本実施の形態１における加速度センサにより加速度を検出することができる。このとき、上述したように、加速度センサの可動部５を数百ｋＨｚの搬送波で振動させることにより、加速度によるＤＣ〜数十Ｈｚの静電容量変化を高周波信号に重畳し、この高周波信号に対して信号処理を施しているので、１／ｆノイズの影響を抑制してＳ／Ｎ比を向上させることができ、加速度信号の検出精度を向上させることができる。
【００５２】
上述した加速度センサは、例えば、車の横滑りやスピンを抑制して安全な走行を支援する姿勢制御システムにキーデバイスとして使用される。この姿勢制御システムでは、加速度センサからの出力を元にエンジンの出力やブレーキの制動力を制御することで車の横滑りやスピンを抑制している。このことから、加速度センサの故障は事故に繋がる可能性が高く、加速度センサの故障時にはすぐに知らせる必要がある。
【００５３】
そこで、加速度センサを動作させながら故障の有無を診断できることが、直ぐに故障を検知する観点から望ましいことになる。したがって、加速度センサには、動作させながら故障の有無を診断する機能が備わっているものがある。本実施の形態１における加速度センサは、動作させながら故障の有無を診断することができる加速度センサであり、以下に、加速度を検出しながら加速度センサの故障の有無を判断する常時診断機能を有する加速度センサの構成について説明する。
【００５４】
図４において、半導体チップＣＨＰ１に形成されているＭＥＭＳ構造体の可動部５が図示されており、この可動部５と診断信号印加用端子ＴＥ３との間に強制振動生成部である容量素子Ｃ３が形成されている。この容量素子Ｃ３は、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂから形成されている。また、可動部５と診断信号印加用端子ＴＥ４の間に容量素子Ｃ４が形成されている。この容量素子Ｃ４は、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃから構成されている。
【００５５】
続いて、半導体チップＣＨＰ２には、診断信号を生成する診断信号生成部ＤＳＧと異常判断部ＷＤＵが形成されている。この診断信号生成部ＤＳＧは、例えば、数百Ｈｚの診断信号を生成できるように構成されている。この診断信号は、例えば、矩形波、正弦波、三角波などから構成されている。診断信号生成部ＤＳＧで生成された診断信号１００にはバイアス電圧１０１が印加されて容量素子Ｃ３および容量素子Ｃ４に印加されるように構成されている。つまり、診断信号生成部ＤＳＧで生成された診断信号１００は、診断信号印加用端子ＴＥ３および診断信号印加用端子ＴＥ４を介して容量素子Ｃ３および容量素子Ｃ４に印加されるようになっている。また、異常判断部ＷＤＵは、半導体チップＣＨＰ１に形成されている物理量算出端子ＴＥ１および物理量算出端子ＴＥ２と物理量算出部ＰＣＵを介して接続されている。言い換えれば、異常判断部ＷＤＵは、物理量算出端子ＴＥ１および物理量算出端子ＴＥ２と間接的に接続されている。
【００５６】
このように構成されている加速度センサにおいて、診断信号１００は、互いに逆相である２つの信号として、それぞれ、診断用固定電極８ｂと診断用固定電極８ｃに印加される。これにより、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂの間と、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃとの間に静電力が働き、可動部５を強制振動させることができる。可動部５が強制振動すれば、可動部５が変位することになる。可動部５が変位すると、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２とに容量変化が生じる。この容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２に生じた容量変化は、電圧変換部ＣＶＴで電圧信号に変換され、電圧変換部ＣＶＴで変換された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴと第１同期検波部ＦＤＵを経由することにより、元の診断信号に復元される。この復元された診断信号は、異常判断部ＷＤＵに入力して処理されて異常の有無が判断される。このようにして、本実施の形態１における加速度センサによれば、加速度センサの異常の有無が判断される。
【００５７】
さらに、数百Ｈｚの診断信号を可動部５に印加して強制振動しながら、外部から加速度（ＤＣ〜数十Ｈｚ）が印加された場合、容量検出部である容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２には、強制振動による容量変化（数百Ｈｚ）と、加速度による容量変化（ＤＣ〜数十Ｈｚ）とが加わる。この数百Ｈｚの容量変化とＤＣ〜数十Ｈｚの容量変化が変調信号（数百ｋＨｚ）に重畳されることになる。その後、電圧変換部ＣＶＴで上述した容量変化が電圧信号に変換される。この電圧信号には、数百Ｈｚの電圧信号とＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号が変調信号（数百ｋＨｚ）に重畳された電圧信号となっている。その後、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴと、第１同期検波部ＦＤＵを経由すると、数百Ｈｚの診断信号と、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号に復元される。そして、物理量算出部ＰＣＵでは、ローパスフィルタＬＰＦ１によって、数百Ｈｚの診断信号を減衰させて、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号を抽出し、この電圧信号に基づいて加速度信号を算出する。一方、異常判断部ＷＤＵでは、数百Ｈｚの診断信号に基づいて処理を実施し異常を判断する。以上のようにして、本実施の形態１における加速度センサによれば、加速度を検出しながら、加速度センサの異常の有無を判断することができる。
【００５８】
ここで、本実施の形態１における加速度センサの特徴は、図４に示すように、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２と、強制振動生成部を構成する容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４とが電気的に分離されている点にある。つまり、本実施の形態１では、容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４を構成する診断用可動電極８ａが可動部５と一体的に形成されている一方、診断用固定電極８ｂや診断用固定電極８ｃが検出用固定電極６ｂや検出用固定電極６ｃと電気的に分離されている。これにより、誤検出を抑制できる高精度の加速度センサを提供することができるのである。この理由について説明する。
【００５９】
例えば、上述した静電容量式の加速度センサからの出力信号（加速度信号）は、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２の電極に発生する電荷や電荷の時間的変化に大きく依存する。したがって、微細な容量変化を高精度で検出するためには、不要な電気信号による干渉をできるだけ避ける必要がある。特に、図４に示している加速度センサでは、１つの変調信号１０２を可動部５に入力している。さらに、変調信号１０２には、ＤＣ的なバイアス電圧１０３が重畳されており、このバイアス電圧１０３の大きさは、電圧変換部ＣＶＴを構成しているオペアンプＯＰ１およびオペアンプＯＰ２の正側端子に印加されているＤＣ的なバイアス電圧１０４と同じ大きさを持つことが多い。
【００６０】
このとき、独立した強制振動生成部を持たない加速度センサでは、診断信号を印加するために以下に示すような手段をとる必要がある。すなわち、静電力を使用して可動部５を強制振動させるためには、容量素子Ｃ１の検出用固定電極６ｂと可動部５の間、および、容量素子Ｃ２の検出用固定電極６ｃと可動部５の間に電位差を与える必要がある。この場合、検出用固定電極６ｂや検出用固定電極６ｃに直接診断信号を印加するか、あるいは、オペアンプＯＰ１の正側端子と、オペアンプＯＰ２の正側端子とを電気的に分離して、それぞれの端子に逆位相の診断信号を印加する必要がある。
【００６１】
しかし、このような場合、第１の問題点として、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２に電気的に直接診断信号が印加されるため、この印加された診断信号が電圧変換部ＣＶＴに入力される電荷量に影響を及ぼし、加速度センサの零点が変動するオフセットドリフトが発生することが挙げられる。このようなオフセットドリフトが発生すると、加速度が印加されていないにもかかわらず、あたかも加速度が印加されているように加速度センサが振舞うことになる。このことは、加速度センサが誤検出することを示している。特に、上述した問題点は、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２に初期的あるいは経時的なばらつきがある場合に顕著に現れる。
【００６２】
また、第２の問題点として、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２に直接診断信号が印加される場合、診断信号は高周波成分を含む周期信号であり、診断信号を印加することによりノイズが発生する。つまり、加速度センサの出力信号は、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２の電極に発生する電荷や電荷の時間的変化に大きく依存する。このため、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１および容量素子Ｃ２に電気的なノイズが発生すると、加速度センサの出力信号に大きな影響を及ぼし、誤検出の原因となる。
【００６３】
さらに、第３の問題点として、図４に示す加速度センサでは、検出用固定電極６ｂや検出用固定電極６ｃに直接診断信号を印加する場合、オペアンプＯＰ１やオペアンプＯＰ２の負側端子と正側端子との間に大きな電位差が生じる。また、オペアンプＯＰ１の正側端子とオペアンプＯＰ２の正側端子とを電気的に分離して、それぞれの正側端子に逆位相の診断信号を印加する場合も、オペアンプＯＰ１やオペアンプＯＰ２の負側端子と正側端子の間に大きな電位差が生じる。オペアンプＯＰ１やオペアンプＯＰ２は、通常、正側端子と負側端子がほぼ同電位（イマジナリショート）である状態で、微弱な電位差を数千倍から数万倍に増幅するように使用される。したがって、オペアンプＯＰ１とオペアンプＯＰ２の負側端子と正側端子に大きな電位差が生じると、オペアンプＯＰ１およびオペアンプＯＰ２の出力が飽和（サチレーション）してしまい、正常に動作しなくなるのである。
【００６４】
これに対し、本実施の形態１における加速度センサのように、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２と、強制振動生成部を構成する容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４とが電気的に分離されている構成の場合、敏感な容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２に電気的に直接診断信号が印加されない。このため、上述した問題点を生じることなく、可動部５に診断信号を印加することができるのである。つまり、図４に示すように、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２と、強制振動生成部を構成する容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４とが電気的に分離すると、容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４に印加した診断信号が直接容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２に電気的な悪影響を及ぼすことはないのである。その一方で、容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４からなる強制振動生成部で生成された強制振動（診断信号）は、容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２の容量変化として伝達することができる。このように本実施の形態１における加速度センサによれば、強制振動生成部と、容量検出部および電圧変換部とが電気的に分離されているので、互いに信号の干渉を抑制することができる。この結果、加速度を検出しながら診断を行なう常時診断の場合であっても、電気的なカップリングやノイズによるセンサ性能の低下を防止でき、誤検出を抑制した高精度の加速度センサを提供することができる。
【００６５】
続いて、図４に示す異常判断部ＷＤＵの詳細な構成について説明する。図４において、異常判断部ＷＤＵは、第２同期検波部ＳＤＵ、ローパスフィルタＬＰＦ２、比較部ＣＰおよび判断部ＤＵを有している。第２同期検波部ＳＤＵは、物理量算出部ＰＣＵの第１同期検波部ＦＤＵから出力される数百Ｈｚの診断信号とＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号を含む信号から数百Ｈｚの診断信号を抽出するように構成されている。具体的に、数百Ｈｚの診断信号をｃｏｓｗｔとすると、第２同期検波部ＳＤＵでは、数百Ｈｚの診断信号（ｃｏｓｗｔ）とＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号を含む信号にｃｏｓｗｔを乗算するように構成されている。すると、数百Ｈｚの診断信号は、ｃｏｓｗｔ×ｃｏｓｗｔ＝１／２（ｃｏｓ２ｗｔ＋ｃｏｓ０）となる。つまり、数百Ｈｚの診断信号は、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）（第２検波周波数の信号）の信号と、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）（第１検波周波数の信号）に変換される。一方、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号には、ｃｏｓｗｔが乗算されて数百Ｈｚ帯の信号となる。このように第２同期検波部ＳＤＵは、数百Ｈｚの診断信号を検波して２倍の周波数の信号とＤＣ信号に変換するように構成されている。
【００６６】
次に、ローパスフィルタＬＰＦ２は、ｃｏｓ２ｗｔの信号（診断信号の２倍の周波数の信号）とｃｏｓｗｔの信号を減衰させて、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）を通過させるように構成されている。このローパスフィルタＬＰＦ２により、数百Ｈｚの診断信号を変換したＤＣ信号（ｃｏｓ０）を抽出することができる。
【００６７】
比較部ＣＰは、ローパスフィルタＬＰＦ２を通過したＤＣ信号（ｃｏｓ０）と、参照電圧とを比較するように構成されている。このとき、比較する対象がＤＣ信号（ｃｏｓ０）であるため、比較部ＣＰの構成を簡略化できる利点がある。
【００６８】
判断部ＤＵは、比較部ＣＰでの比較結果に基づいて、加速度センサの異常の有無を判断するように構成されている。
【００６９】
本実施の形態１における加速度センサは上記のように構成されており、加速度を検出しながら異常の有無を診断する動作について説明する。
【００７０】
図４において、診断信号１００は、互いに逆相である２つの信号として、それぞれ、診断用固定電極８ｂと診断用固定電極８ｃに印加される。これにより、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂの間と、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃとの間に静電力が働き、可動部５を強制振動させることができる。可動部５が強制振動すれば、可動部５が変位することになる。可動部５が変位すると、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２とに容量変化が生じる。
【００７１】
この状態で、外部から加速度（ＤＣ〜数十Ｈｚ）が印加された場合、容量検出部である容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２には、強制振動による容量変化（数百Ｈｚ）と、加速度による容量変化（ＤＣ〜数十Ｈｚ）とが加わる。この数百Ｈｚの容量変化とＤＣ〜数十Ｈｚの容量変化が変調信号（数百ｋＨｚ）に重畳されることになる。その後、電圧変換部ＣＶＴで上述した容量変化が電圧信号に変換される。この電圧信号には、数百Ｈｚの電圧信号とＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号が変調信号（数百ｋＨｚ）に重畳された電圧信号となっている。その後、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴと、第１同期検波部ＦＤＵを経由すると、数百Ｈｚの診断信号と、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号に復元される。そして、物理量算出部ＰＣＵでは、ローパスフィルタＬＰＦ１によって、数百Ｈｚの診断信号を減衰させて、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号を抽出し、この電圧信号に基づいて加速度信号を算出する。
【００７２】
一方、第１同期検波部ＦＤＵから出力された数百Ｈｚの診断信号とＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号を含む信号は、第２同期検波部ＳＤＵに入力される。この第２同期検波部ＳＤＵにおいて、数百Ｈｚの診断信号は、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号と、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）に変換される。一方、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号には、ｃｏｓｗｔが乗算されて数百Ｈｚ帯の信号となる。
【００７３】
続いて、第２同期検波部ＳＤＵから出力された信号は、ローパスフィルタＬＰＦ２に入力され、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号と、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号にｃｏｓｗｔが乗算された数百Ｈｚ帯の信号が減衰され、診断信号に対応したＤＣ信号（ｃｏｓ０）が通過する。
【００７４】
その後、比較部ＣＰは、ローパスフィルタＬＰＦ２を通過したＤＣ信号（ｃｏｓ０）と、参照電圧とを比較する。そして、判断部ＤＵは、比較部ＣＰでの比較結果に基づいて、加速度センサの異常の有無を判断する。このようにして、本実施の形態１における加速度センサによれば、加速度を検出しながら、加速度センサの異常の有無を判断することができる。したがって、本実施の形態１における加速度センサによれば、直ぐに故障を検知することができる。
【００７５】
具体的に、異常判断部ＷＤＵでの異常の有無は例えば、以下のように判断することができる。比較部ＣＰに、例えば、所定の参照電圧を設定し、ローパスフィルタＬＰＦ２を通過したＤＣ信号（ｃｏｓ０）と比較する。例えば、診断信号１００が可動部５に印加されているにもかかわらず、ローパスフィルタＬＰＦ２から出力されたＤＣ信号（ｃｏｓ０）がほぼ０である場合は、可動部５に固着が発生しているとして故障と判断できる。一方、梁４が破損するなどで可動部５の固有振動数が低下し、印加された加速度に対して可動部５が過剰に変位する感度スケール異常の場合は、参照電圧よりも大きい信号がローパスフィルタＬＰＦ２から入力されるため、異常と判断することができる。
【００７６】
また、本実施の形態１における加速度センサでは、図４に示すように、スイッチＳＷ１によって診断信号１００をオン／オフすることができる。これにより、以下に示す効果が得られる。例えば、本実施の形態１における加速度センサを設置している環境が、診断信号１００と同じ周波数帯の振動外乱を有している場合が想定される。この場合、スイッチＳＷ１を設けていない場合には、可動部５の強制振動が診断信号によるものであるのか、あるいは、振動外乱によるものであるのか判断がつかず誤診断する可能性がある。
【００７７】
これに対し、本実施の形態１における加速度センサによれば、スイッチＳＷ１を設けている。このため、このスイッチＳＷ１を周期的にオン／オフし、サンプルホールドなどの方法により平均化や、スイッチＳＷ１のオン時の出力（ＤＣ信号（ｃｏｓ０）（第１検波周波数の信号））とスイッチＳＷ１のオフ時の出力（ＤＣ信号（ｃｏｓ０）（第１検波周波数の信号））の差分値を使用して故障を判断するなどの統計的なデータ処理を実施することで、背景の振動外乱の影響を排除することができる。つまり、診断信号１００と同じ周波数帯の振動外乱によって可動部５が振動している場合は、スイッチＳＷ１のオン／オフにかかわらず、ローパスフィルタＬＰＦ２から所定の出力信号が出力される。一方、診断信号１００を印加する場合、スイッチＳＷ１をオンにすると、ローパスフィルタＬＰＦ２から所定の出力信号が出力されるが、スイッチＳＷ１をオフにすると、ローパスフィルタＬＰＦ２からの出力は０となる。したがって、例えば、スイッチＳＷ１のオン時の出力とスイッチＳＷ１のオフ時の出力の差分値をとれば、可動部５の強制振動が診断信号によるものであるのか、あるいは、振動外乱によるものであるのかを区別することができる。これにより、診断信号と同じ周波数帯の振動外乱が存在する場合でも、誤診断することなく診断することができる。
【００７８】
最後に、診断信号１００の周波数に関して詳しく説明する。加速度による信号と区別する必要があるため、診断信号１００の周波数は、加速度による外力応答周波数（ＤＣ〜数十Ｈｚ）よりも高い周波数にする必要がある。さらに、この診断信号１００は、ローパスフィルタＬＰＦ１により充分に減衰されて、加速度センサの出力信号として現れないことが望ましい。また、診断信号１００として用いられる電圧に限りがあることと、強制振動生成部（容量素子Ｃ３、容量素子Ｃ４）は、他の容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２とは電気的に独立しているものの完全にシールドされているわけではないので、多少静電カップリングが発生するおそれがある。このため、なるべく低電圧で必要十分に加振できることが望ましい。以上のことを考慮して、診断信号１００の周波数を決めている。
【００７９】
図５は、本実施の形態１における加速度センサの周波数応答特性を示している。横軸は周波数を示しており、縦軸は加速度センサに入力される加速度と出力される信号を加速度に換算した値の比を示している。図５において、丸印の曲線が図４のＡ点から出力される信号であり、可動部５の周波数応答に対応している。一方、三角印の曲線が図４のＢ点から出力される信号であり、加速度センサの出力の周波数応答に対応している。
【００８０】
可動部５は非共振構造になるように設計されているため、共振ピークをもたない。そして、図５の丸印の曲線からわかるように、約３００Ｈｚまで平らな周波数応答特性を有しており、可動部５は減衰することなく入力加速度に比例して変位する。この変位が図４に示す電圧変換部ＣＶＴ、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴ、第１同期検波部ＦＤＵによって電圧信号に変換され、図４に示すローパスフィルタＬＰＦ１に入力される。ローパスフィルタＬＰＦ１は、３０Ｈｚのカットオフ周波数と２次のフィルタ特性を有している。したがって、図５の三角印の曲線からわかるように、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過した信号（Ｂ点の信号）として、第１同期検波部ＦＤＵを通過した信号（Ａ点の信号）の中で３０Ｈｚ以下の信号が出力され、それ以外の高周波信号は減衰される。
【００８１】
本実施の形態１における加速度センサは、変調信号（搬送波）１０２として、８９６ｋＨｚの矩形波を使用している。図５には図示しないが、加速度センサの可動部５は、数百ｋＨｚの変調信号１０２には追従できず、変調信号１０２による可動部５の強制振動は充分に無視できる。したがって、なるべく低い診断電圧で可動部５を強制振動させるためには、可動部５が充分に追従できる周波数で振動（加振）させる必要がある。ローパスフィルタＬＰＦ１の減衰能力にも関係があるが、可動部５は、図５の丸印の曲線からもわかるように、可動部５の機械的カットオフ周波数（約３００Ｈｚ）以下で振動させればよいことがわかる。本実施の形態１では、例えば、診断信号１００として、２００Ｈｚ（周波数）、１５０ｍＧ（振幅）の矩形波を使用している。この場合、加速度センサの分解能は数〜数十ｍＧであり、１５０ｍＧは充分に区別できる大きさである。さらに、加速度センサの感度スケールが、例えば、２倍や１／２倍になった場合でも分解能以上であるため、感度異常を判断することができる。つまり、診断したい感度異常の大きさに合わせて診断信号１００の振幅を決定すればよい。また、図５からわかるように、２００Ｈｚ、１５０ｍＧの診断信号１００は、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過することで、約１／１００である１．５ｍＧまで減衰する。これは、加速度センサの分解能から見て無視できる値である。以上のことを考慮して、本実施の形態１では、診断信号１００の周波数を決定している。
【００８２】
（実施の形態２）
本実施の形態２における加速度センサについて図面を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態２における加速度センサの構成を示す図である。以下に、本実施の形態２における加速度センサの特徴について説明し、前記実施の形態１と重複するところの説明は省略する。
【００８３】
図６に示すように、本実施の形態２における加速度センサの特徴は、第２同期検波部ＳＤＵの前にハイパスフィルタＨＰＦ１を設けている点にある。例えば、ハイパスフィルタＨＰＦ１を設けない場合、第１同期検波部ＦＤＵから出力される信号は、数百Ｈｚの診断信号とＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号を含む信号であり、これらの信号が第２同期検波部ＳＤＵに入力される。この第２同期検波部ＳＤＵにおいて、数百Ｈｚの診断信号は、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号と、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）に変換される。一方、ＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号には、ｃｏｓｗｔが乗算されて数百Ｈｚ帯（ｃｏｓｗｔ）の信号となる。これらの信号がローパスフィルタＬＰＦ２に入力されると、高周波の信号が減衰され、低周波の信号のみがローパスフィルタＬＰＦ２から出力される。具体的に、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号と、数百Ｈｚ帯（ｃｏｓｗｔ）の信号が減衰され、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）だけがローパスフィルタＬＰＦ２を通過する。このとき、数百Ｈｚ帯（ｃｏｓｗｔ）の信号を充分に減衰させるためには、ローパスフィルタＬＰＦ２のカットオフ周波数を充分に小さくし、かつ、フィルタの次数を高くする必要がある。しかし、この場合、ローパスフィルタＬＰＦ２の時定数が長くなるため、診断に時間がかかることになる。また、診断に使用するＤＣ信号（ｃｏｓ０）より不要な信号（数百Ｈｚ帯（ｃｏｓｗｔ）の信号）が大きいため、信号が飽和し誤診断するおそれがある。さらに、小さなＤＣ信号（ｃｏｓ０）を増幅して取り扱いやすくすることも制限される。
【００８４】
そこで、本実施の形態２では、第２同期検波部ＳＤＵの前にハイパスフィルタＨＰＦ１を設けている。これにより、診断に関係のないＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号は、第２同期検波部ＳＤＵに入力される前に、ハイパスフィルタＨＰＦ１で減衰させることができる。この結果、第２同期検波部ＳＤＵからの出力信号の中から、ｃｏｓｗｔが乗算された数百Ｈｚ帯（ｃｏｓｗｔ）の信号が減少する。このことは、第２同期検波部ＳＤＵの後に設けられているローパスフィルタＬＰＦ２の時定数を短くすることができることを意味している。したがって、本実施の形態２によれば、診断時間を短縮することができる利点を有することになる。さらに、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）を取り扱いやすい信号に増幅することもできる。
【００８５】
このように、第２同期検波部ＳＤＵの前にハイパスフィルタＨＰＦ１を設けることにより、第１同期検波部ＦＤＵから出力されたＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号を減衰させ、数百Ｈｚの診断信号だけを通過させることができる。これにより、傾斜面での診断や加速時のように大きなＤＣ〜数十Ｈｚの電圧信号が存在する場合でも、誤診断することなく短時間で信頼性の高い診断を実現できる。
【００８６】
（実施の形態３）
本実施の形態３における加速度センサについて図面を参照しながら説明する。図７は、本実施の形態３における加速度センサの構成を示す図である。以下に、本実施の形態３における加速度センサの特徴について説明し、前記実施の形態１と重複するところの説明は省略する。
【００８７】
図７に示すように、本実施の形態３における加速度センサの特徴は、第２同期検波部ＳＤＵの後に、ローパスフィルタＬＰＦ２ではなく、ハイパスフィルタＨＰＦ２を設けている点にある。上述したように、数百Ｈｚの診断信号は、第２同期検波部ＳＤＵを通過することで、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号と、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）に変換される。ここで、前記実施の形態１では、ローパスフィルタＬＰＦ２を使用することにより、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）を抽出して診断を行なっていた。これに対し、本実施の形態３では、ローパスフィルタＬＰＦ２の代わりにハイパスフィルタＨＰＦ２を使用することにより、ＤＣ信号（ｃｏｓ０）を除去し、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号の振幅値を使用して診断を行なう。このように、診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号を使用することにより、ハイパスフィルタＨＰＦ２の時定数を選択する範囲が広くなるため、診断に必要な時間をさらに短縮することができる。
【００８８】
例えば、診断信号１００として２００Ｈｚの信号を使用する場合、比較部ＣＰに入力されて診断に使用される信号（診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号）の周波数は４００Ｈｚとなる。したがって、１つの例として、ハイパスフィルタＨＰＦ２のカットオフ周波数を１００Ｈｚに設定し、ハイパスフィルタＨＰＦ２を１次フィルタとして構成する場合であっても、ＤＣ近傍の信号を１／１００のレベルまで減衰させることができる。
【００８９】
また、本実施の形態３における加速度センサでも、前記実施の形態１と同様に、スイッチＳＷ１を設けることも有効である。前記実施の形態１と同様に、このスイッチＳＷ１を周期的にオン／オフし、サンプルホールドなどの方法により平均化や、スイッチＳＷ１のオン時の出力（診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号（第２検波周波数の信号））とスイッチＳＷ１のオフ時の出力（診断信号の２倍の周波数（ｃｏｓ２ｗｔ）の信号（第２検波周波数の信号））の差分値を使用して故障を判断するなどの統計的なデータ処理を実施することで、背景の振動外乱の影響を排除することができる。例えば、スイッチＳＷ１のオン時の出力とスイッチＳＷ１のオフ時の出力の差分値をとれば、可動部５の強制振動が診断信号によるものであるのか、あるいは、振動外乱によるものであるのかを区別することができる。これにより、診断信号と同じ周波数帯の振動外乱が存在する場合でも、誤診断することなく診断することができる。
【００９０】
（実施の形態４）
本実施の形態４における加速度センサについて図面を参照しながら説明する。図８は、本実施の形態４における加速度センサの構成を示す図である。以下に、本実施の形態４における加速度センサの特徴について説明し、前記実施の形態１と重複するところの説明は省略する。
【００９１】
図８に示すように、本実施の形態４では、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１の検出用固定電極６ｂと、容量素子Ｃ２の検出用固定電極６ｃとに変調信号１０２を印加し、可動部５からの出力を電圧変換部ＣＶＴに入力することにより、可動部５の変位を検出する構成にしている。この構成の場合、電圧変換部ＣＶＴを構成するオペアンプＯＰ１を１つにすることができ、回路の単純化を図ることができる利点がある。
【００９２】
このように構成されている本実施の形態４における加速度センサでも、図８に示すように、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２と、強制振動生成部を構成する容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４とが電気的に分離されている。つまり、本実施の形態４でも、容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４を構成する診断用可動電極８ａが可動部５と一体的に形成されている一方、診断用固定電極８ｂや診断用固定電極８ｃが検出用固定電極６ｂや検出用固定電極６ｃと電気的に分離されている。これにより、本実施の形態４でも前記実施の形態１と同様に誤検出を抑制できる高精度の加速度センサを提供することができる。
【００９３】
（実施の形態５）
本実施の形態５における複合センサ（複合型静電容量式センサ）について図面を参照しながら説明する。図９は、本実施の形態５における複合センサの構成を示す図である。以下に、本実施の形態５における複合センサの特徴について説明し、前記実施の形態１と重複するところの説明は省略する。
【００９４】
本実施の形態５における複合センサは、印加された加速度とともに角速度も検出することができるセンサである。本実施の形態５における複合センサは、主に前記実施の形態１で説明した加速度の検出や診断に必要な構成要素を備えるとともに、角速度を検出するための振動体２０、角速度信号処理部２１、分周器２２、駆動部２３および搬送波生成部２４を備えている。例えば、振動体２０は半導体チップＣＨＰ３に形成され、角速度信号処理部２１、分周器２２、駆動部２３および搬送波生成部２４は半導体チップＣＨＰ２に形成されている。振動体２０には、駆動部２３で生成された駆動信号１０５が印加されるように構成されている。具体的に振動体２０に形成された容量素子に駆動信号１０５が印加されるようになっており、この駆動信号１０５により振動体２０が基準振動するように構成されている。さらに、振動体２０には搬送波生成部２４で生成された搬送波１０６も印加できるように構成されている。そして、振動体２０にはコリオリ力による変位を検出する容量素子が形成されており、この容量素子は、角速度信号処理部２１と接続されている。
【００９５】
このように構成された角速度センサにおいて、角速度を検出するためには、常に振動体２０を基準振動させておく必要がある。例えば、駆動信号１０５を振動体２０に印加することにより、図９のＸ方向に振動体２０を基準振動させておく。この状態で、Ｚ軸周りに角速度が印加されると、振動体２０の基準振動の振幅、基準振動の周波数、振動体２０の質量および角速度の大きさに比例するコリオリ力が発生し、振動体２０はこのコリオリ力により検出方向（Ｙ方向）に変位する。この変位は容量素子の容量変化として捉えられ、この容量変化が角速度信号処理部２１で信号処理されて最終的に角速度信号を出力する。角速度信号処理部２１の構成は、前記実施の形態１で説明した物理量算出部ＰＣＵの構成と同様であり、電圧変換部、Ａ／Ｄ変換部、同期検波部、ローパスフィルタおよび算出部などを備えている。角速度信号処理部２１を構成する構成要素は、前記実施の形態１で説明した構成や動作原理と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００９６】
駆動部２３では振動体２０をなるべく大きな振幅、かつ、低駆動電圧で振動させるため、振動体２０の共振周波数に追従した駆動信号１０５を振動体２０に印加している。角速度センサの共振周波数（固有振動数）は周囲の温度や実装形態、あるいは、経時的な要因によって変化する。このため、振動体２０を常に共振モードで振動させるために、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路などにより共振周波数に追従して駆動部２３からの駆動信号の周波数を変化させている。
【００９７】
本実施の形態５における複合センサの特徴点は、加速度センサの診断信号１００の周波数として、角速度センサの駆動部２３で生成される駆動信号１０５の２のべき乗分の１の周波数を使用する点である。
【００９８】
複合センサで使用される各信号の周波数を整理すれば、角速度センサで使用される駆動信号１０５の周波数、角速度センサで使用される搬送波１０６の周波数、加速度センサで使用される変調信号１０２の周波数、診断信号１００の周波数、スイッチＳＷ１のオン／オフを制御するオン／オフ周波数などが挙げられる。これらの信号の周波数は、同一の半導体チップＣＨＰ２に形成されている集積回路の内部で生成されるため、それぞれ相関関係をもつように設計すれば、分周器２２を使用して１つの主クロック信号から生成することができる。この結果、半導体チップＣＨＰ２のサイズを小規模にすることができ、複合センサの低コスト化および小型化につながる。
【００９９】
例えば、角速度センサで使用される駆動信号１０５の周波数を１４ｋＨｚに設定したと仮定する。この駆動信号１０５の周波数は、振動体２０の共振周波数に追従するようになっているため、常に周波数に小さな変動があると考えてよい。この駆動信号１０５の周波数を元に、搬送波１０６は分周器（プログラムカウンタ）２２を使用することで、例えば、６４倍である８９６ｋＨｚにすることができる。また、加速度センサで使用する変調信号１０２の周波数は、必要に応じて選択することができるが、例えば、２２４ｋＨｚとすることができる。さらに、診断信号１００の周波数は、駆動信号１０５の周波数の６４分の１である２１９Ｈｚとしている。最後に、スイッチＳＷ１のオン／オフ周波数は、駆動信号１０５の周波数の５１２分の１である２７Ｈｚ、もしくは、駆動信号１０５の周波数の３２分の１である４３８Ｈｚとしている。これらの周波数は、駆動信号１０５を元に分周器２２を使用して容易に生成することができる。なお、上述した周波数の具体的な数値は、分周器２２を使用して１つの周波数から生成できることをわかりやすく説明するためのものであり、本発明の内容や範囲を限定するものではない。
【０１００】
（実施の形態６）
本実施の形態６における加速度センサについて図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施の形態６における加速度センサの構成を示す図である。以下に、本実施の形態６における加速度センサの特徴について説明し、前記実施の形態１と重複するところの説明は省略する。
【０１０１】
本実施の形態６における加速度センサは、診断時に加速度センサが傾斜面に配置されている場合であっても精度よく故障診断をすることができる加速度センサである。一般的な加速度センサの場合、重力加速度などのＤＣ的な信号を計測する場合が多く、特に、被測定物が傾斜面などの配置されている場合は、加速度が印加されていない状態でも可動部が変位する零点オフセットが発生する。この場合、加速度センサは、零点オフセットが発生したまま加速度センサが起動することになる。この状態で、加速度センサの固着、感度異常、各電極の電気的なリークなどを確認する初期診断を行なった場合、零点オフセットにより、加速度センサが正常であっても故障と判断する誤診断のおそれがある。
【０１０２】
そこで、本実施の形態６では、零点オフセットが発生している場合であっても誤診断を抑制できる加速度センサについて説明する。まず、本実施の形態６における加速度センサの構成について説明する。
【０１０３】
図１０には、半導体チップＣＨＰ１に形成されているＭＥＭＳ構造体の可動部５が図示されており、この可動部５と物理量算出端子ＴＥ１との間に容量検出部である容量素子Ｃ１が形成されている。この容量素子Ｃ１は、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｂから形成されている。また、可動部５と物理量算出端子ＴＥ２の間に容量素子Ｃ２が形成されている。この容量素子Ｃ２は、検出用可動電極６ａと検出用固定電極６ｃから構成されている。この容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２が容量検出部を構成している。
【０１０４】
さらに、可動部５と診断信号印加用端子ＴＥ３の間に容量素子Ｃ３が形成されている。この容量素子Ｃ３は、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｂから形成されている。また、可動部５と診断信号印加用端子ＴＥ４の間に容量素子Ｃ４が形成されている。この容量素子Ｃ４は、診断用可動電極８ａと診断用固定電極８ｃから形成されている。容量素子Ｃ３と容量素子Ｃ４は、可動部５を強制変位させる強制変位生成部として機能する。具体的に、動作開始時、診断信号印加用端子ＴＥ３に第１診断信号を印加することにより、容量素子Ｃ３に静電力を発生させて可動部５を第１方向（＋方向）へ変位させることができるようになっている。一方、診断信号印加用端子ＴＥ４に第２診断信号を印加することにより、容量素子Ｃ４に静電力を発生させて可動部５を第１方向（＋方向）とは反対側の第２方向（−方向）へ変位させることができるようになっている。
【０１０５】
このように構成されているＭＥＭＳ構造体でも、図１０に示すように、容量検出部を構成する容量素子Ｃ１や容量素子Ｃ２と、強制変位生成部を構成する容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４とが電気的に分離されている。つまり、本実施の形態６でも、容量素子Ｃ３や容量素子Ｃ４を構成する診断用可動電極８ａが可動部５と一体的に形成されている一方、診断用固定電極８ｂや診断用固定電極８ｃが検出用固定電極６ｂや検出用固定電極６ｃと電気的に分離されている。
【０１０６】
続いて、半導体チップＣＨＰ２に形成されている信号処理回路の構成について説明する。図１０において、半導体チップＣＨＰ２には、診断信号を発生させる診断信号生成部１０７が形成されており、この診断信号を診断信号印加用端子ＴＥ３から容量素子Ｃ３に印加する場合と、診断信号印加用端子ＴＥ４から容量素子Ｃ４に印加する場合とを切り替えることができるスイッチＳＷ２を有している。診断信号は、零点オフセットが０の場合に、センサフールスケール（最大測定範囲）相当の変位を可動部５に発生させる信号である。この診断信号を容量素子Ｃ３に印加すると、可動部５が第１方向（＋方向）に強制変位する一方、診断信号を容量素子Ｃ４に印加すると、可動部５が第２方向（−方向）に強制変位するようになっている。
【０１０７】
また、半導体チップＣＨＰ２には、変調信号（搬送波）を生成する変調信号生成部ＭＳＧが形成されている。この変調信号生成部ＭＳＧは、例えば、数百ｋＨｚの変調信号を生成できるように構成されている。変調信号生成部ＭＳＧで生成された変調信号１０２にはバイアス電圧１０３が印加されて可動部５に印加されるように構成されている。つまり、変調信号生成部ＭＳＧで生成された変調信号１０２は、変調信号印加用端子ＴＥ５を介して可動部５に印加されるようになっている。これにより、可動部５は、数百ｋＨｚの変調信号１０２によって振動することになる。
【０１０８】
次に、半導体チップＣＨＰ２には物理量算出部ＰＣＵが形成されている。この物理量算出部ＰＣＵは、物理量算出端子ＴＥ１および物理量算出端子ＴＥ２と接続されており、電圧変換部ＣＶＴ、Ａ／Ｄ変換部ＡＤＴ、第１同期検波部ＦＤＵ、ローパスフィルタＬＰＦ１および算出部ＣＵを有している。
【０１０９】
さらに、半導体チップＣＨＰ２には、異常判断部ＷＤＵが形成されている。この異常判断部ＷＤＵは、半導体チップＣＨＰ１に形成されている物理量算出端子ＴＥ１および物理量算出端子ＴＥ２と物理量算出部ＰＣＵを介して接続されている。言い換えれば、異常判断部ＷＤＵは、物理量算出端子ＴＥ１および物理量算出端子ＴＥ２と間接的に接続されている。この異常判断部ＷＤＵは、記憶部ＭＵ、演算部ＯＵ、比較部ＣＰおよび判断部ＤＵを有している。
【０１１０】
本実施の形態６における加速度センサは上記のように構成されており以下に初期診断時における動作について図１０と図１１を参照しながら説明する。図１１は本実施の形態６における初期診断の流れを示すフローチャートである。まず、診断信号を可動部５に印加しない初期状態で診断を開始し、（Ｓ１０１）診断開始時における加速度センサの出力（物理量算出部ＰＣＵの出力）を異常判断部ＷＤＵで読み取り、零点オフセットＧｏｆｆとして記憶部ＭＵに記憶する（Ｓ１０２）。続いて、スイッチＳＷ２を使用して診断信号印加用端子ＴＥ３から容量素子Ｃ３に診断信号を印加する。これにより、可動部５は＋方向に変位する。この状態での加速度センサの出力（物理量算出部ＰＣＵの出力）を異常判断部ＷＤＵで読み取り、Ｇｐとして記憶部ＭＵに記憶する（Ｓ１０３）。次に、スイッチＳＷ２を使用して診断信号印加用端子ＴＥ４から容量素子Ｃ４に診断信号を印加する。これにより、可動部５は−方向に変位する。この状態での加速度センサの出力（物理量算出部ＰＣＵの出力）を異常判断部ＷＤＵで読み取り、Ｇｎとして記憶部ＭＵに記憶する（Ｓ１０４）。なお、診断信号が診断信号印加用端子ＴＥ３に印加される場合、診断信号印加用端子ＴＥ４は、仮想接地（電圧変換部ＣＶＴのバイアス電圧１０４と接続）される。
【０１１１】
続いて、演算部ＯＵは、記憶部ＭＵに記憶されているＧｐとＧｎの差分を計算してＧｓｐａｎを計算する（Ｓ１０５）。その後、比較部ＣＰは、予め定められている既定範囲と演算部ＯＵで計算されたＧｓｐａｎとを比較する（Ｓ１０６）。そして、判断部ＤＵは、比較部ＣＰでの比較結果に基づいて加速度センサの異常の有無を判断する。具体的に、判断部ＤＵは、Ｇｓｐａｎが既定範囲外にあるという比較結果を得た場合、加速度センサに異常があると判断する（Ｓ１０７）。一方、判断部ＤＵは、Ｇｓｐａｎが既定範囲内にあるという比較結果を得た場合、加速度センサが正常であると判断する（Ｓ１０８）。このようにして初期診断を終了する（Ｓ１０９）。
【０１１２】
次に既定範囲の設定について説明する。図１２は、零点オフセットＧｏｆｆと診断信号印加時の出力との関係を示すグラフである。横軸が零点オフセットを示しており、縦軸が診断信号印加時の出力を示している。図１２において、三角印の曲線はＧｓｐａｎを示している。また、四角印の曲線がＧｐを示し、丸印の曲線がＧｎ（実際の値は表示の値に−１を掛けた値）を示している。また、図１３は、Ｇｓｐａｎが描画されている領域を拡大したグラフである。
【０１１３】
図１２において、零点オフセットＧｏｆｆが０の場合、ＧｐとＧｎは１．５２５となっており、加速度センサの最大測定範囲（フールスケール）±１．５の診断を行なうため、
ＧｐとＧｎは１．５よりも大きな値となっている。したがって、加速度センサに故障がなく、かつ、零点オフセットも０の状態（理想的に平坦な状態に置かれている状態）でのＧｓｐａｎは３．０５となる。そして、図１２および図１３に示すように、零点オフセットが存在する場合、ＧｐとＧｎが非線形的に変化し、Ｇｓｐａｎの値がすべて３．０５以上であることがわかる。本実施の形態６では、平行平板型の容量素子Ｃ３および容量素子Ｃ４の非線形的な性質を使用して診断を行なっている。つまり、図１２および図１３に示すように、零点オフセットが発生している場合、Ｇｓｐａｎは零点オフセットが０の場合よりも必ず大きくなる。一方、可動部５が固着して動かない場合や電極間に異物が挟まって可動部５の変位が制限される場合、変位範囲が制限されることから、Ｇｓｐａｎは３．０５より小さくなる。したがって、加速度センサの異常による変位異常と、零点オフセットによる変位とは、零点オフセットが０の場合のＧｓｐａｎの値（３．０５）を境に分離することができることがわかる。本実施の形態６では、この特徴を利用して、加速度センサの異常と零点オフセットとを区別しているのである。また、加速度センサの梁４が破損して可動部５が正常状態より動きやすくなる場合は、Ｇｓｐａｎが異常に大きくなることから、Ｇｓｐａｎに上限値（例えば、３．１５（図１１参照））を設けることにより、この異常を検出することができる。以上のことから、本実施の形態６では、Ｇｓｐａｎに対して既定範囲を設定し、この既定範囲から外れている場合だけを異常と診断することにより、加速度センサが正常状態で、かつ、零点オフセットが発生している状態を異常であると誤診断することを抑制できる。
【０１１４】
次に、平行平板型の容量素子Ｃ３および容量素子Ｃ４が非線形的な性質を有するメカニズムについて説明する。図１４は、可動部５に形成されている容量素子Ｃ１〜Ｃ４の構造を示している。容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２は、容量検出部を構成し、容量素子Ｃ３と容量素子Ｃ４は強制変位生成部を構成している。本実施の形態６のように容量素子Ｃ３および容量素子Ｃ４を使用して強制変位を生じさせるためには、非対称な電極構造とする必要がある。本実施の形態６の場合、強制変位生成部を構成する容量素子Ｃ３および容量素子Ｃ４は、平行平板型の電極構成となっており、１：３（ｄ：３ｄ）のギャップ比をもつように形成されている。例えば、１：１のギャップ比をもつように容量素子Ｃ３を構成すると、静電力Ｆｐｏと静電力Ｆｐｉが釣り合ってしまい可動部５を変位させることができなくなってしまうからである。
【０１１５】
診断信号によって可動部５に印加される静電力は式１〜式３および式４〜式６に示される。式１〜式３は、容量素子Ｃ３に印加される静電力を示しており、式４〜式６は、容量素子Ｃ４に印加される静電力を示している。
【０１１６】
Ｆｐｏ＝１／２×εＡ／（ｄ−ｙ）２×Ｖｄｉａｇ２        ・・・（１）
Ｆｐｉ＝１／２×εＡ／（３ｄ＋ｙ）２×Ｖｄｉａｇ２      ・・・（２）
Ｆｐ＝Ｆｐｏ−Ｆｐｉ                                    ・・・（３）
Ｆｎｏ＝１／２×εＡ／（ｄ＋ｙ）２×Ｖｄｉａｇ２        ・・・（４）
Ｆｎｉ＝１／２×εＡ／（３ｄ−ｙ）２×Ｖｄｉａｇ２      ・・・（５）
Ｆｎ＝Ｆｎｏ−Ｆｎｉ                                    ・・・（６）
ここで、εは空気の誘電率、Ａは電極の対向面積、ｄは電極間ギャップ、ｙは可動部５の零点オフセットによる変位量、Ｖｄｉａｇは診断信号の電圧を示している。
【０１１７】
以上の式１〜式６により、平行平板型の電極構造の場合、零点オフセットが式１〜式６中の分母にあるｙに影響を及ぼすため、零点オフセットが変化すると、静電力Ｆｐおよび静電力Ｆｎが非線形的に変化することがわかる。
【０１１８】
さらに、静電力Ｆｐおよび静電力Ｆｎは、図１４の梁４のバネ定数をｋとし、零点オフセットＧｏｆｆを加算すれば式（７）で示される初期診断時の加速度センサの出力を得ることができる。
【０１１９】
Ｇｐ＝Ｆｐ／ｋ＋Ｇｏｆｆ、Ｇｎ＝Ｆｎ／ｋ＋Ｇｏｆｆ      ・・・（７）
上述したＧｐとＧｎの結果を使用して加速度センサの故障の有無を判断する１つの指標をつくるため、ＧｐとＧｎの差分をとることにより。式（８）で示されるＧｓｐａｎが得られる。
【０１２０】
Ｇｓｐａｎ＝Ｇｐ−Ｇｎ＝Ｆｐ／ｋ＋Ｇｏｆｆ−（Ｆｎ／ｋ＋Ｇｏｆｆ）
＝Ｆｐ／ｋ−Ｆｎ／ｋ                          ・・・（８）
上述した図１２のグラフは、式（１）〜式（８）を使用して、０から±０．８Ｇまでの零点オフセットを想定した場合におけるＧｐ、Ｇｎ、Ｇｓｐａｎの値である。つまり、加速度センサに異常（故障）がない場合、いかなる零点オフセットＧｏｆｆに対しても、Ｇｓｐａｎの値は、零点オフセットＧｏｆｆが０である場合のＧｓｐａｎの値（３．０５）よりも大きくなる。これを判断基準とすれば、加速度センサの異常の有無を判断することができるのである。
【０１２１】
例えば、可動部５が固着して動かない場合や、容量素子Ｃ１〜容量素子Ｃ４を構成する電極間に異物が挟まって可動部５の変位が制限される場合、Ｇｓｐａｎの値は３．０５よりも小さくなり、加速度センサが異常であると診断することができる。また、加速度センサの出力に影響を及ぼすほどの電気的なリークが容量素子Ｃ１〜容量素子Ｃ４に発生した場合でもＧｓｐａｎは３．０５以下となるため、加速度センサが異常であると診断することができる。一方、梁４が破損して可動部５が正常状態よりも動きやすくなった場合、Ｇｓｐａｎの値が設定されている既定範囲を超えるため、異常であると診断することができる。これに対し、零点オフセットＧｏｆｆによって可動部５が変位する場合、Ｇｓｐａｎは３．０５より大きく既定範囲に入ることになる。したがって、加速度センサの異常による変位異常と、零点オフセットによる変位とは、零点オフセットが０の場合のＧｓｐａｎの値（３．０５）を境に分離することができることがわかる。以上のことから、本実施の形態６では、Ｇｓｐａｎに対して既定範囲を設定し、この既定範囲から外れている場合だけを異常と診断することにより、加速度センサが正常状態で、かつ、零点オフセットが発生している状態を異常であると誤診断することを抑制できることがわかる。
【０１２２】
なお、図１２のグラフからわかるように、想定する零点オフセットＧｏｆｆの大きさに応じて加速度センサの測定範囲を広げる必要がある。例えば、本実施の形態６における加速度センサの場合、センサ出力としては最大±１．５Ｇの測定範囲であるが、零点オフセットＧｏｆｆを±０．８Ｇまで想定すると、加速度センサの内部的には約±２．５Ｇまで測定できるように設計する必要がある。
【０１２３】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、主に加速度センサに代表される静電容量式センサに利用することができる。特に、自動車の姿勢制御や介護ロボットの姿勢・動作制御などの高信頼性が要求される静電容量式センサに幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１  枠部
１Ｓ  基板層
２  空洞部
３  固定部
３ａ  パッド
４  梁
５  可動部
６ａ  検出用可動電極
６ｂ  検出用固定電極
６ｃ  検出用固定電極
７ａ  パッド
７ｂ  パッド
８ａ  診断用可動電極
８ｂ  診断用固定電極
８ｃ  診断用固定電極
９ａ  パッド
９ｂ  パッド
１０  外枠体
１１  接着材
１２ａ  パッド
１２ｂ  パッド
１３  接着材
１４ａ  ワイヤ
１４ｂ  ワイヤ
１５  リッド
２０  振動体
２１  角速度信号処理部
２２  分周器
２３  駆動部
２４  搬送波生成部
１００  診断信号
１０１  バイアス電圧
１０２  変調信号
１０３  バイアス電圧
１０４  バイアス電圧
１０５  駆動信号
１０６  搬送波
１０７  診断信号生成部
ＡＤＴ  Ａ／Ｄ変換部
ＢＯＸ  埋め込み絶縁層
Ｃｆ１  参照容量
Ｃｆ２  参照容量
ＣＨＰ１  半導体チップ
ＣＨＰ２  半導体チップ
ＣＨＰ３  半導体チップ
ＣＰ  比較部
ＣＵ  算出部
ＣＶＴ  電圧変換部
Ｃ１  容量素子
Ｃ２  容量素子
Ｃ３  容量素子
Ｃ４  容量素子
ＤＳＧ  診断信号生成部
ＤＵ  判断部
ＦＤＵ  第１同期検波部
Ｆｎｉ  静電力
Ｆｎｏ  静電力
Ｆｐｉ  静電力
Ｆｐｏ  静電力
ＨＰＦ１  ハイパスフィルタ
ＨＰＦ２  ハイパスフィルタ
ＬＰＦ１  ローパスフィルタ
ＬＰＦ２  ローパスフィルタ
ＭＳＧ  変調信号生成部
ＭＵ  記憶部
ＯＰ１  オペアンプ
ＯＰ２  オペアンプ
ＯＰ３  オペアンプ
ＯＵ  演算部
ＰＣＵ  物理量算出部
ＳＤＵ  第２同期検波部
ＳＷ１  スイッチ
ＴＥ１  物理量算出端子
ＴＥ２  物理量算出端子
ＴＥ３  診断信号印加用端子
ＴＥ４  診断信号印加用端子
ＴＥ５  変調信号印加用端子
ＷＤＵ  異常判断部
【図１】
2011095104.tif 000003
【図２】
2011095104.tif 000004
【図３】
2011095104.tif 000005
【図４】
2011095104.tif 000006
【図５】
2011095104.tif 000007
【図６】
2011095104.tif 000008
【図７】
2011095104.tif 000009
【図８】
2011095104.tif 000010
【図９】
2011095104.tif 000011
【図１０】
2011095104.tif 000012
【図１１】
2011095104.tif 000013
【図１２】
2011095104.tif 000014
【図１３】
2011095104.tif 000015
【図１４】
2011095104.tif 000016