(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量型の加速度センサにおいて温度補正に用いられる補正データを算出する加速度補正データ算出装置であって、
基準温度において前記加速度センサに設けられている可動電極と固定電極との電極間隔を計測する電極間隔計測部と、
前記基準温度から温度が変化した場合の前記可動電極及び前記固定電極の変形量を算出する変形量算出部と、
前記電極間隔計測部によって計測された電極間隔及び前記変形量算出部によって算出された変形量に基づいて、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量を算出する静電容量算出部と、
前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づく加速度を算出する加速度算出部と、
前記静電容量算出部によって算出された静電容量に基づいて、前記基準温度から温度が変化した場合における前記加速度の温度変化量を示すデータである補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データ算出部で算出された補正データを含む補正テーブルを記憶する補正データ記憶部と、
前記加速度センサの周囲温度を検出する温度検出部と、
前記周囲温度に対応する前記補正データを前記補正データ記憶部から取得し、前記加速度を前記補正データで補正する補正部と、
を有することを特徴とする加速度補正データ算出装置。
【請求項２】
前記変形量算出部は、前記基準温度と周囲温度との温度差と前記可動電極及び前記固定電極の線膨張係数とに基づいて、前記可動電極及び前記固定電極の変形量を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の加速度補正データ算出装置。
【請求項３】
前記変形量算出部は、前記可動電極及び前記固定電極の弾性率に基づいて、前記可動電極及び前記固定電極の変形量を算出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度補正データ算出装置。
【請求項４】
静電容量型の加速度センサを製造する加速度センサの製造方法であって、
基準温度において前記加速度センサに設けられている可動電極と固定電極との電極間隔を計測する電極間隔計測ステップと、
前記基準温度から温度が変化した場合の前記可動電極及び前記固定電極の変形量を算出する変形量算出ステップと、
前記電極間隔計測ステップによって計測された電極間隔及び前記変形量算出ステップによって算出された変形量に基づいて、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量を算出する静電容量算出ステップと、
前記静電容量算出ステップによって算出された静電容量に基づいて、前記基準温度から温度が変化した場合における、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づく加速度の温度変化量を示すデータである補正データを算出する補正データ算出ステップと、
前記補正データ算出ステップによって算出された補正データを含む補正テーブルを前記加速度センサの記憶部に記憶させる補正データ記憶ステップと、
前記補正データ記憶ステップで記憶された前記補正データの内、前記加速度センサの周囲温度に対応する補正データを取得して、前記加速度を前記補正データで補正する補正ステップと、
を有する
ことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項５】
前記電極間隔計測ステップは、センサ又は顕微鏡を用いて前記電極間隔を求める
ことを特徴とする請求項４に記載の加速度センサの製造方法。
【請求項６】
前記電極間隔計測ステップは、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の計測値、前記可動電極と前記固定電極とが対向する部分の面積である電極面積、及び前記可動電極と前記固定電極との間の誘電率に基づいて前記電極間隔を求める
ことを特徴とする請求項４に記載の加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度補正データ算出装置及び加速度センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動電極と固定電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度を計測する静電容量型の加速度センサが知られている。静電容量型の加速度センサでは、温度変化によって構成部品が膨張又は収縮するように変形し、可動電極と固定電極との間の静電容量が変動して計測結果にばらつきが生じる場合がある。
【０００３】
そこで、異なる複数の温度雰囲気で加速度センサの感度・オフセットを計測し、計測値に基づく補正データを用いて加速度センサの出力を補正する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３１６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加速度センサの感度・オフセットを異なる複数の温度雰囲気で計測して補正データを用意するには、多くの工数及び非常に長い時間を要する。そのため、加速度センサごとに異なる複数の温度雰囲気で感度・オフセットを計測して補正データを用意するには多大な労力が必要となり、製造コストの上昇を招いていた。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、静電容量型の加速度センサにおいて温度補正に用いられる補正データを容易に算出可能な加速度補正データ算出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、静電容量型の加速度センサにおいて温度補正に用いられる補正データを算出する加速度補正データ算出装置であって、基準温度において前記加速度センサに設けられている可動電極と固定電極との電極間隔を計測する電極間隔計測部と、前記基準温度から温度が変化した場合の前記可動電極及び前記固定電極の変形量を算出する変形量算出部と、前記電極間隔計測部によって計測された電極間隔及び前記変形量算出部によって算出された変形量に基づいて、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量を算出する静電容量算出部と、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づく加速度を算出する加速度算出部と、前記静電容量算出部によって算出された静電容量に基づいて、前記基準温度から温度が変化した場合における前記加速度の温度変化量を示すデータである補正データを算出する補正データ算出部と、前記補正データ算出部で算出された補正データを含む補正テーブルを記憶する補正データ記憶部と、前記加速度センサの周囲温度を検出する温度検出部と、前記周囲温度に対応する前記補正データを前記補正データ記憶部から取得し、前記加速度を前記補正データで補正する補正部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、静電容量型の加速度センサにおいて温度補正に用いられる補正データを容易に算出可能な加速度補正データ算出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における加速度センサ及び補正データ算出装置の構成を例示する図である。
【図２】実施形態におけるセンサ部の構成を例示する図である。
【図３】実施形態におけるセンサ部の構成を例示する断面図である。
【図４】実施形態における検出部の回路構成を例示する図である。
【図５】実施形態における補正データ算出処理のフローチャートを例示する図である。
【図６】実施形態における電極間隔の変化を説明する図である。
【図７】実施形態における加速度センサの補正データを例示する図である。
【図８】実施形態における補正テーブルを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１１】
＜加速度センサ及び補正データ算出装置の構成＞
図１は、実施形態における加速度センサ１００及び補正データ算出装置２００の構成を例示する図である。加速度センサ１００は、補正データ算出装置２００によって算出された補正データを用いて検出した加速度を補正して出力する。補正データ算出装置２００は、加速度センサ１００の製造時等に補正データを算出し、算出した補正データを含む補正テーブルを加速度センサ１００に記憶させる。
【００１２】
（加速度センサ）
加速度センサ１００は、センサ部１１０、検出部１３０、加速度算出部１４０、補正部１５０、補正データ記憶部１６０、温度検出部１７０を有する。
【００１３】
センサ部１１０は、可動電極及び固定電極等を有する。センサ部１１０に外力が加えられて加速度が生じると、可動電極と固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化に基づいて加速度が検出される。
【００１４】
図２は、実施形態におけるセンサ部１１０の構成を例示する図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図２では、上部保護部材１２５の図示が省略されている。図２及び図３に示されているＸ方向及びＹ方向は、互いに直交する方向であり、それぞれ矩形の可動電極１１１の各辺に平行又は直交する方向である。また、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交するセンサ部１１０の高さ方向である。
【００１５】
図２及び図３に示されるように、センサ部１１０は、可動電極１１１、第１固定電極１１２ａ、第２固定電極１１２ｂ、第３固定電極１１２ｃ、第４固定電極１１２ｄ、上部固定電極１１３、支持体１１６、梁部材１１８、上部保護部材１２５、下部保護部材１２６を有する。以下の説明では、第１固定電極１１２ａ、第２固定電極１１２ｂ、第３固定電極１１２ｃ、及び第４固定電極１１２ｄを、単に固定電極１１２という場合がある。
【００１６】
可動電極１１１は、矩形平板状の形状を有し、梁部材１１８によって変位可能に支持されている。可動電極１１１は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に変位可能に支持され、センサ部１１０に外力が加えられると何れかの方向、又はこれらの複合された方向に変位する。
【００１７】
第１固定電極１１２ａ、第２固定電極１１２ｂ、第３固定電極１１２ｃ、及び第４固定電極１１２ｄは、それぞれ矩形平板状の形状を有し、可動電極１１１の各辺に対向するように設けられている。
【００１８】
第１固定電極１１２ａと第２固定電極１１２ｂとは、可動電極１１１を間に挟んでＸ方向に対向するように設けられている。また、第３固定電極１１２ｃと第４固定電極１１２ｄとは、可動電極１１１を間に挟んでＹ方向に対向するように設けられている。第１固定電極１１２ａ、第２固定電極１１２ｂ、第３固定電極１１２ｃ、及び第４固定電極１１２ｄは、それぞれ可動電極１１１との間に所定の間隔を形成する。
【００１９】
なお、可動電極１１１は、各辺が櫛歯状に形成されてもよい。この場合、第１固定電極１１２ａ、第２固定電極１１２ｂ、第３固定電極１１２ｃ、及び第４固定電極１１２ｄは、それぞれ可動電極１１１に対向する辺が櫛歯状に形成され、可動電極１１１と櫛歯状の辺同士が噛み合うように配設される。
【００２０】
上部固定電極１１３は、可動電極１１１とＺ方向に対向するように、上部保護部材１２５の可動電極１１１との対向面に設けられている。上部固定電極１１３は、可動電極１１１の上面との間に所定の間隔を形成する。
【００２１】
支持体１１６は、矩形の開口を有し、可動電極１１１の周囲を囲むように設けられている。支持体１１６は、梁部材１１８を介して可動電極１１１を変位可能に支持する。
【００２２】
梁部材１１８は、伸縮可能なバネ状の形状を有し、一端が支持体１１６に連結され、他端が可動電極１１１に連結されている。本実施形態では、４本の梁部材１１８が可動電極１１１を変位可能に支持している。
【００２３】
可動電極１１１、固定電極１１２、及び梁部材１１８は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１２０により形成されている。ＳＯＩ基板１２０は、シリコン支持層１２１、酸化シリコン層１２２、活性シリコン層１２３を有する。
【００２４】
シリコン支持層１２１及び酸化シリコン層１２２は、可動電極１１１に対向する部分がエッチングによって除去されている。可動電極１１１、固定電極１１２、及び梁部材１１８は、活性シリコン層１２３が異方性のドライエッチングによって部分的に除去されることで形成されている。
【００２５】
上部保護部材１２５は、テンパックスガラスにより形成され、可動電極１１１を覆うようにＳＯＩ基板１２０の上面に設けられている。下部保護部材１２６は、上部保護部材１２５と同様にテンパックスガラスにより形成され、シリコン支持層１２１から露出する可動電極１１１を覆うようにＳＯＩ基板１２０の下面に設けられている。
【００２６】
図４は、実施形態における検出部１３０の回路構成を例示する図である。
【００２７】
検出部１３０は、図４に示されるように、センサ部１１０に生じたＸ方向の加速度の検出に用いられるＸ方向検出回路１３１を有する。Ｘ方向検出回路１３１は、オペアンプＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５を有し、第１固定電極１１２ａ及び第２固定電極１１２ｂに接続されている。第１固定電極１１２ａ及び第２固定電極１１２ｂに対向して設けられている可動電極１１１には、直流電源１８０から電圧Ｖが印加されている。
【００２８】
オペアンプＱ１は、負側の入力端子が第１固定電極１１２ａに接続され、正側の入力端子は接地されている。また、オペアンプＱ１の負側の入力端子と出力端子には、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１が並列に接続されている。オペアンプＱ１、抵抗Ｒ１、及びコンデンサＣ１を含む回路は、電荷・電圧変換回路であり、接続されている第１固定電極１１２ａと可動電極１１１との間に蓄積される電荷を電圧信号ＶＸ１に変換して出力する。
【００２９】
オペアンプＱ２は、負側の入力端子が第２固定電極１１２ｂに接続され、正側の入力端子は接地されている。また、オペアンプＱ２の負側の入力端子と出力端子には、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２が並列に接続されている。オペアンプＱ２、抵抗Ｒ２、及びコンデンサＣ２を含む回路は、電荷・電圧変換回路であり、接続されている第２固定電極１１２ｂと可動電極１１１との間に蓄積される電荷を電圧信号ＶＸ２に変換して出力する。
【００３０】
オペアンプＱ３は、負側の入力端子が抵抗Ｒ３を介してオペアンプＱ１の出力端子に接続され、正側の入力端子が抵抗Ｒ４を介してオペアンプＱ２の出力端子に接続されている。また、オペアンプＱ３は、負側の入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ５が接続され、正側の入力端子は抵抗Ｒ４との間で抵抗Ｒ６を介して接地されている。オペアンプＱ３及び抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を含む回路は、差分演算回路であり、オペアンプＱ１から出力される電圧信号ＶＸ１と、オペアンプＱ２から出力される電圧信号ＶＸ２との差分である電圧信号ＶＸ３を出力する。
【００３１】
オペアンプＱ４は、負側の入力端子が抵抗Ｒ７を介してオペアンプＱ５の出力端子に接続され、正側の入力端子が抵抗Ｒ８を介してオペアンプＱ３の出力端子に接続されている。また、オペアンプＱ４は、負側の入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ９が接続され、正側の入力端子は抵抗Ｒ８との間で抵抗Ｒ１０を介して接地されている。オペアンプＱ４及び抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０を含む回路は、差分演算回路であり、オペアンプＱ３から出力される電圧信号ＶＸ３と、オペアンプＱ５から出力される電圧信号ＶＸ５との差分である電圧信号ＶＸ４を出力する。
【００３２】
オペアンプＱ５は、正側の入力端子が、正電源Ｖ１と負電源Ｖ２とに接続されている可変抵抗ＶＲ１に接続され、負側の入力端子が出力端子に接続されている。オペアンプＱ５、正電源Ｖ１、負電源Ｖ２、及び可変抵抗ＶＲ１を含む回路は、ゼロ点調整回路であり、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値により調整された調整電圧信号ＶＸ５を出力する。
【００３３】
例えばセンサ部１１０に外力が加えられて可動電極１１１がＸ方向に変位すると、可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの電極間隔及び可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの電極間隔が変化する。電極間隔に応じて可動電極１１１と各固定電極１１２との間の静電容量が変化することで、電圧信号ＶＸ１及び電圧信号ＶＸ２が変化し、電圧信号ＶＸ１と電圧信号ＶＸ２との差分である電圧信号ＶＸ３が変化する。加速度センサ１００は、このように可動電極１１１のＸ方向の変位に応じて変化する電圧信号ＶＸ３と調整電圧信号ＶＸ５との差分である電圧信号ＶＸ４に基づいて、センサ部１１０に生じたＸ方向の加速度ａＸを検出して出力する。
【００３４】
ここで、検出部１３０のＸ方向検出回路１３１は、基準温度Ｔｓ（例えば２０℃）において、センサ部１１０に外力が加えられていない状態で、オペアンプＱ４から出力される電圧信号ＶＸ４の値がゼロになるように調整されている。本実施形態におけるＸ方向検出回路１３１では、オペアンプＱ５から出力される調整電圧信号ＶＸ５が、オペアンプＱ３から出力される電圧信号ＶＸ３に等しくなり、オペアンプＱ４から出力される電圧信号ＶＸ４の値がゼロになるように、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値が調整されている。このように、基準温度Ｔｓにおいて外力が加えられていない状態で回路からの出力値がゼロになるように調整することを、「ゼロ点調整」という。
【００３５】
また、Ｘ方向検出回路１３１は、基準温度Ｔｓにおいて、センサ部１１０に外力が加えられてＸ方向の基準加速度ａＸｓ（例えば１Ｇ（＝９８０Ｇａｌ＝９．８ｍ／ｓ２））が生じた場合に、オペアンプＱ４から出力される電圧信号ＶＸ４が所定値ＶＸｓになるように、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量、直流電源１８０の電圧Ｖ等が設定されている。
【００３６】
加速度センサ１００の加速度算出部１４０は、上記したようにゼロ点調整等が行われたＸ方向検出回路１３１から出力される電圧信号ＶＸ４に基づいて、センサ部１１０に生じたＸ方向の加速度ａＸを算出する。具体的には、加速度算出部１４０は、ゼロ点調整されたセンサ部１１０にＸ方向の基準加速度ａＸｓが生じた場合に検出部１３０から出力される所定値ＶＸｓを用いて、以下の式（１）により加速度ａＸを算出する。
【００３７】
【数１】
0006661937.tif 000002
【００３８】
ここで、検出部１３０のＸ方向検出回路１３１は、上記したように、基準温度Ｔｓにおいてゼロ点調整及びＸ方向に基準加速度ａＸｓが加えられた場合の出力ＶＸ４が所定値ＶＸｓになるように調整されている。しかし、加速度センサ１００の周囲の温度が変化すると、熱変形によって変化する可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量に応じて検出部１３０の出力ＶＸ４が変動し、同じ加速度が生じた場合でも温度によって算出される加速度ａＸの値が異なる場合がある。
【００３９】
そこで、加速度センサ１００では、補正部１５０が、加速度センサ１００の周囲温度に応じて加速度算出部１４０によって算出された加速度ａＸを補正する。補正部１５０は、温度検出部１７０によって検出された周囲温度に対応する補正データを補正データ記憶部１６０から取得し、加速度算出部１４０によって算出された加速度ａＸを補正する。補正データ記憶部１６０に記憶されている補正データ、補正部１５０による加速度の補正方法については後述する。
【００４０】
加速度センサ１００は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有し、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭと協働して実行することで、加速度算出部１４０や補正部１５０等の機能が実現される。
【００４１】
温度検出部１７０は、例えばサーミスタを含み、加速度センサ１００周囲の温度を検出する。温度検出部１７０は、検出した温度を補正部１５０に送信する。補正データ記憶部１６０は、例えばＲＯＭ等のメモリであり、補正データ算出装置２００によって算出された補正データを含む補正テーブルを記憶している。
【００４２】
なお、検出部１３０は、図４に例示されているＸ方向検出回路１３１と同様の構成で、第３固定電極１１２ｃ及び第４固定電極１１２ｄに接続され、可動電極１１１のＹ方向の変位に応じて変化する電圧信号ＶＹを出力するＹ方向検出回路を有する。また、検出部１３０は、上部固定電極１１３に接続され、可動電極１１１のＺ方向の変位に応じて変化する電圧信号ＶＺを出力するＺ方向検出回路を有する。
【００４３】
Ｙ方向検出回路及びＺ方向検出回路は、基準温度Ｔｓにおいて、外力が加えられていない状態で出力する電圧信号ＶＹ，ＶＺの値がゼロになるように、ゼロ点調整が行われている。また、Ｙ方向検出回路は、基準温度Ｔｓにおいて、Ｙ方向の基準加速度ａＹｓが生じた場合に出力する電圧信号ＶＹが所定値ＶＹｓとなるように設定されている。同様に、Ｚ方向検出回路は、基準温度Ｔｓにおいて、Ｚ方向の基準加速度ａＺｓが生じた場合に出力する電圧信号ＶＺが所定値ＶＺｓとなるように設定されている。
【００４４】
加速度算出部１４０は、Ｙ方向検出回路から出力される電圧信号ＶＹに基づいて、Ｘ方向の加速度ａＸの算出と同様に、センサ部１１０に生じたＹ方向の加速度ａＹを算出する。また、加速度算出部１４０は、Ｚ方向検出回路から出力される電圧信号ＶＺに基づいて、センサ部１１０に生じたＺ方向の加速度ａＺを算出する。
【００４５】
補正データ記憶部１６０には、Ｘ方向の加速度ａＸを補正する補正データを含む補正テーブルと共に、加速度算出部１４０によって算出されたＹ方向の加速度ａＹ及びＺ方向の加速度ａＺを補正する補正データを含む補正テーブルが記憶されている。補正部１５０は、補正データ記憶部１６０に記憶されている補正データを用いて、加速度算出部１４０によって算出された加速度ａＹ，ａＺを補正して出力する。
【００４６】
加速度センサ１００は、上記した構成を有し、センサ部１１０に生じたＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の加速度ａＸ，ａＹ，ａＺを検出し、補正データを用いて補正した加速度ａＸ’，ａＹ’，ａＺ’を出力する。
【００４７】
なお、加速度センサ１００におけるセンサ部１１０の構成や各構成要素に用いられている材料、検出部１３０の回路構成等は、本実施形態に例示される構成に限られるものではない。
【００４８】
（補正データ算出装置）
次に、補正データ算出装置２００について説明する。補正データ算出装置２００は、例えば加速度センサ１００の製造時等に、加速度センサ１００において加速度の補正に用いられる補正データを算出して補正データ記憶部１６０に記憶させる。
【００４９】
補正データ算出装置２００は、図１に示されるように、電極間隔計測部２１０、変形量算出部２２０、静電容量算出部２３０、補正データ算出部２４０を有する。補正データ算出装置２００は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを有し、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭと協働して実行することで、各部の機能が実現される。
【００５０】
電極間隔計測部２１０は、例えば変位センサや測長センサ等のセンサを有し、基準温度Ｔｓにおいて、可動電極１１１と固定電極１１２との電極間隔及び可動電極１１１と上部固定電極１１３との電極間隔を計測する。電極間隔計測部２１０は、可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量を計測し、可動電極１１１と固定電極１１２とが対向する部分の面積である電極面積と、可動電極１１１及び固定電極１１２の誘電率とに基づいて電極間隔を求めてもよい。また、電極間隔計測部２１０は、顕微鏡で可動電極１１１と固定電極１１２との電極間隔を計測してもよい。
【００５１】
変形量算出部２２０は、加速度センサ１００の周囲温度が変化した場合における可動電極１１１及び固定電極１１２の変形量を算出する。
【００５２】
静電容量算出部２３０は、電極間隔計測部２１０によって計測された電極間隔と、変形量算出部２２０によって算出された変形量とに基づいて、加速度センサ１００の周囲温度が変化した場合における可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量を算出する。
【００５３】
補正データ算出部２４０は、静電容量算出部２３０によって算出された温度変化時の可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量に基づいて、加速度センサ１００において検出される加速度の補正データを算出する。
【００５４】
＜補正データ算出処理＞
次に、補正データ算出装置２００において実行される補正データ算出処理について説明する。図５は、実施形態における補正データ算出処理のフローチャートを例示する図である。
【００５５】
（ステップＳ１０１）
まずステップＳ１０１では、電極間隔計測部２１０が、基準温度Ｔｓにおいて、加速度センサ１００のセンサ部１１０における可動電極１１１と固定電極１１２との電極間隔を計測する。電極間隔計測部２１０は、例えば図６（Ａ）に示すように、Ｘ方向における可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの電極間隔ｄｘ１、Ｘ方向における可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの電極間隔ｄｘ２を計測する。
【００５６】
また、電極間隔計測部２１０は、Ｙ方向における可動電極１１１と第３固定電極１１２ｃとの電極間隔、Ｙ方向における可動電極１１１と第４固定電極１１２ｄとの電極間隔、及びＺ方向における可動電極１１１と上部固定電極１１３との電極間隔を計測する。
【００５７】
電極間隔計測部２１０は、例えばセンサの出力に基づいて各電極間隔を求めてもよく、顕微鏡等により電極間隔を計測してもよい。また、電極間隔計測部２１０は、上記したように、可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量の計測値、可動電極１１１と固定電極１１２とが対向する部分の面積である電極面積、及び可動電極１１１と固定電極１１２との間の誘電率に基づいて電極間隔を求めてもよい。電極間隔ｄは、例えば以下の式（２）により求められる。
【００５８】
【数２】
0006661937.tif 000003
【００５９】
ここで、εは可動電極１１１と固定電極１１２との間の誘電率、Ｓは可動電極１１１と固定電極１１２とが対向する部分の面積、Ｃは可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量の計測値である。電極間隔計測部２１０は、例えば上式（２）に基づいて、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向における可動電極１１１と固定電極１１２との間の電極間隔ｄを求める。
【００６０】
（ステップＳ１０２）
次にステップＳ１０２では、変形量算出部２２０が、加速度センサ１００の周囲温度が基準温度Ｔｓから変化した場合における可動電極１１１及び固定電極１１２の変形量を算出する。
【００６１】
可動電極１１１のＸ方向の変形量Δｄｘは、単結晶シリコンの線膨張係数（３．９×１０−６／℃）を用いて、以下の式（３）により求められる。
【００６２】
【数３】
0006661937.tif 000004
【００６３】
ここで、ｄｘは可動電極１１１のＸ方向の幅であり、Δｔは基準温度Ｔｓと周囲温度との温度差である。変形量算出部２２０は、例えば、後述する方法で補正データを算出するために、温度が−３０℃、６０℃の場合における変形量Δｄｘを算出する。また、変形量算出部２２０は、Ｘ方向の変形量と同様に、可動電極１１１のＹ方向及びＺ方向における変形量も算出する。
【００６４】
また、変形量算出部２２０は、第１固定電極１１２ａ及び第２固定電極１１２ｂのＸ方向の変形量を算出する。ここで、第１固定電極１１２ａ及び第２固定電極１１２ｂは、可動電極１１１と同様に単結晶シリコンで形成されており、テンパックスガラスで形成されている上部保護部材１２５に接合されている。
【００６５】
テンパックスガラスの線膨張係数（３．２５×１０−６／℃）は、単結晶シリコンの線膨張係数（３．９×１０−６／℃）よりも低く、同じ温度変化に対する変形量は単結晶シリコンよりもテンパックスガラスの方が小さい。このため、単結晶シリコンで形成されている第１固定電極１１２ａ及び第２固定電極１１２ｂの変形量は、テンパックスガラスで形成されている上部保護部材１２５によって制限される。
【００６６】
したがって、第１固定電極１１２ａ及び第２固定電極１１２ｂの変形量は、上部保護部材１２５を形成するテンパックスガラスの線膨張係数（３．２５×１０−６／℃）を上式（３）に代入して算出する。同様に、第３固定電極１１２ｃ及び第４固定電極１１２ｄの変形量は、上部保護部材１２５の線膨張係数を用いて算出する。
【００６７】
ここで、固定電極１１２の変形量を算出する場合には、固定電極１１２の弾性率と、固定電極１１２に接合されている上部保護部材１２５及び下部保護部材１２６の弾性率との差異を考慮して求めることが好ましい。弾性率は、同じ体積の物質に対して同じ力を加えた時の物質の変形量を表し、大きいほど変形し難く硬い物質であることを示す。
【００６８】
本実施形態では、固定電極１１２の弾性率（単結晶シリコンの弾性率＝１３０．２ＧＰａ）が、上部保護部材１２５及び下部保護部材１２６の弾性率（テンパックスガラスの弾性率＝６４ＧＰａ）の約２倍となっている。本実施形態における加速度センサ１００では、固定電極１１２の体積が上部保護部材１２５及び下部保護部材１２６の体積の約半分であることから、弾性率の差異による熱変形は相殺される。
【００６９】
したがって、本実施形態では、固定電極１１２と上部保護部材１２５及び下部保護部材１２６との弾性率の差異は考慮せずに固定電極１１２の変形量を求めることができる。ただし、弾性率の違いにより固定電極１１２の変形量が上部保護部材１２５及び下部保護部材１２６によって制限される場合には、弾性率の差異を考慮して各電極の変形量を算出することが好ましい。
【００７０】
（ステップＳ１０３）
ステップＳ１０３では、静電容量算出部２３０が、加速度センサ１００の周囲温度が基準温度Ｔｓから変化した場合における可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量を算出する。静電容量算出部２３０は、以下の式（４）により可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの間の静電容量ＣＸ１を算出する。また、静電容量算出部２３０は、以下の式（５）により可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの間の静電容量ＣＸ２を算出する。
【００７１】
【数４】
0006661937.tif 000005
【００７２】
【数５】
0006661937.tif 000006
【００７３】
ここで、εは誘電率、ＳＸ１は可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとが対向する部分の面積である電極面積、ｄＸ１１は温度変化時における可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの電極間隔である。また、ＳＸ２は可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとが対向する部分の面積である電極面積、ｄＸ２２は温度変化時における可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの電極間隔である。
【００７４】
電極間隔ｄＸ１１は、電極間隔計測部２１０によって計測された基準温度Ｔｓにおける電極間隔ｄＸ１と、変形量算出部２２０によって算出された温度変化時における可動電極１１１及び第１固定電極１１２ａの変形量に基づいて求められる。また、電極間隔ｄＸ２２は、電極間隔計測部２１０によって計測された基準温度Ｔｓにおける電極間隔ｄＸ２と、変形量算出部２２０によって算出された温度変化時における可動電極１１１及び第２固定電極１１２ｂの変形量に基づいて求められる。
【００７５】
例えば基準温度Ｔｓよりも高い温度では、図６（Ｂ）に示すように、可動電極１１１及び固定電極１１２が膨張し、電極間隔ｄＸ１１，ｄＸ２２は、それぞれ基準温度Ｔｓにおける電極間隔ｄＸ１，ｄＸ２よりも小さくなる。また、例えば基準温度Ｔｓよりも低い温度では、図６（Ｃ）に示すように、可動電極１１１及び固定電極１１２が収縮し、電極間隔ｄＸ１１，ｄＸ２２は、それぞれ基準温度Ｔｓにおける電極間隔ｄＸ１，ｄＸ２よりも大きくなる。
【００７６】
静電容量算出部２３０は、算出した温度変化時の電極間隔ｄＸ１１，ｄＸ２２を用いて、上式（４），（５）により温度変化時における可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量ＣＸ１，ＣＸ２を算出する。
【００７７】
また、静電容量算出部２３０は、温度変化時における可動電極１１１と第３固定電極１１２ｃとの間の静電容量ＣＹ１、可動電極１１１と第４固定電極１１２ｄとの間の静電容量ＣＹ２、及び可動電極１１１と上部固定電極１１３との間の静電容量ＣＺを算出する。
【００７８】
（ステップＳ１０４）
ステップＳ１０４では、補正データ算出部２４０が、加速度の補正データを算出して補正テーブルを作成する。
【００７９】
補正データ算出部２４０は、静電容量算出部２３０によって算出された温度変化時における可動電極１１１と固定電極１１２との間の静電容量ＣＸ１，ＣＸ２を用いて、加速度センサ１００において検出されるＸ方向の加速度を補正する補正データを算出する。
【００８０】
補正データ算出部２４０は、温度変化時に検出部１３０のＸ方向検出回路１３１から出力される電圧信号ＶＸ１’を、以下の式（６）により算出する。また、補正データ算出部２４０は、温度変化時に検出部１３０のＸ方向検出回路１３１から出力される電圧信号ＶＸ２’を、以下の式（７）により算出する。
【００８１】
【数６】
0006661937.tif 000007
【００８２】
【数７】
0006661937.tif 000008
【００８３】
ここで、ＱＸ１は可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの間に蓄積される電荷量であり、静電容量算出部２３０によって算出された静電容量ＣＸ１と直流電源１８０の電圧Ｖで表される。同様に、ＱＸ２は可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの間に蓄積される電荷量であり、静電容量算出部２３０によって算出された静電容量ＣＸ２と直流電源１８０の電圧Ｖで表される。また、Ｃ１はＸ方向検出回路１３１におけるコンデンサＣ１の静電容量、Ｃ２はＸ方向検出回路１３１におけるコンデンサＣ２の静電容量である。
【００８４】
補正データ算出部２４０は、上式（６），（７）により求められるＶＸ１’，ＶＸ２’の差分により、温度変化時にＸ方向検出回路１３１から出力される電圧信号ＶＸ３’（＝ＶＸ１’−ＶＸ２’）を算出する。
【００８５】
補正データ算出部２４０は、算出した電圧信号ＶＸ３’とゼロ点調整回路から出力される調整電圧信号ＶＸ５との差分である電圧信号ＶＸ４’を以下の式（８）に代入し、基準温度Ｔｓとは異なる温度Ｔにおける補正データａＸＴを算出する。
【００８６】
【数８】
0006661937.tif 000009
【００８７】
ここで、ａＸｓはＸ方向の基準加速度であり、ＶＸｓはゼロ点調整されたセンサ部１１０にＸ方向の基準加速度ａＸｓが生じた場合に検出部１３０から出力される所定値である。
【００８８】
上式（８）によって求められる補正データａＸＴは、基準温度Ｔｓとは異なる温度Ｔにおいて加速度センサ１００において検出される加速度ａＸの温度変化量である。補正データ算出部２４０は、例えば、加速度センサ１００の周囲温度Ｔが−３０℃、６０℃の場合における補正データａＸ−３０，ａＸ６０を求める。
【００８９】
ここで、基準温度Ｔｓにおいて、可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの間隔ｄＸ１と、可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの間隔ｄＸ２とが等しい場合には、温度変化による各電極の変形後の間隔ｄＸ１１，ｄＸ２２も等しく保たれる。したがって、間隔ｄＸ１，ｄＸ２が等しい場合には、加速度センサ１００において検出される加速度ａＸは温度によって変動しないため、全温度範囲において補正データａＸＴの値はゼロとなる。
【００９０】
これに対して、可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの間隔ｄＸ１と、可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの間隔ｄＸ２とが異なる場合には、温度変化時において間隔ｄＸ１１，ｄＸ２２の差異が変化する。したがって、間隔ｄＸ１，ｄＸ２が異なる場合には、加速度センサ１００において検出される加速度ａＸが温度によって変動するため、ゼロ点調整される基準温度Ｔｓ以外では補正データａＸＴはゼロとは異なる値になる。
【００９１】
図７は、実施形態における加速度センサの補正データを例示する図である。図７には、補正データ算出装置２００によって求められた加速度センサＡ〜Ｅの補正データａＸＴが例示されている。
【００９２】
加速度センサＡ〜Ｅは、上記した加速度センサ１００と同様の構成を有する。加速度センサＡは、可動電極１１１と第１固定電極１１２ａとの間隔ｄＸ１と、可動電極１１１と第２固定電極１１２ｂとの間隔ｄＸ２とが等しい。加速度センサＢは、間隔ｄＸ１と間隔ｄＸ２との間隔差が１％である。加速度センサＣは、間隔ｄＸ１と間隔ｄＸ２との間隔差が２％である。加速度センサＤは、間隔ｄＸ１と間隔ｄＸ２との間隔差が４％である。加速度センサＥは、間隔ｄＸ１と間隔ｄＸ２との間隔差が８％である。なお、間隔ｄＸ１と間隔ｄＸ２との間隔差は、以下の式（９）により求められる値である。
【００９３】
【数９】
0006661937.tif 000010
【００９４】
図７に示されるように、補正データ算出装置２００によって求められる補正データａＸＴの値は、間隔差が大きいほど大きくなる。なお、加速度センサＡ〜Ｅは、基準温度Ｔｓ＝２０℃においてゼロ点調整が実行されており、２０℃において全ての加速度センサＡ〜Ｅにおける補正データａＸＴの値がゼロになっている。
【００９５】
補正データ算出部２４０は、加速度センサごとに、例えば−３０℃、６０℃における補正データａＸ−３０，ａＸ６０を算出する。さらに、−３０℃と６０℃との間を、例えば１０℃間隔で補正データａＸ−２０，ａＸ−１０，ａＸ０，ａＸ１０，ａＸ３０，ａＸ４０，ａＸ５０を求めて補正テーブルを作成する。
【００９６】
図８は、実施形態における補正テーブルを例示する図である。
【００９７】
図８に示されるように、補正データ算出部２４０は、加速度センサ１００周囲の温度Ｔに対応する補正データａＸＴで構成された補正テーブルを作成する。なお、補正データ算出部２４０が補正データを算出する温度間隔は１０℃に限られるものではなく、例えば１℃、５℃等の所定の温度間隔で補正データａＸＴを算出して補正テーブルを作成してもよい。
【００９８】
また、補正データ算出部２４０は、加速度センサ１００において検出されるＹ方向の加速度ａＹの補正に用いられるＹ方向の補正テーブル、Ｚ方向の加速度ａＺの補正に用いられるＺ方向の補正テーブルを、Ｘ方向の補正テーブルと同様に作成する。
【００９９】
（ステップＳ１０５）
ステップＳ１０５では、補正データ算出部２４０が、作成した補正テーブルを加速度センサ１００の補正データ記憶部１６０に記憶させる。補正データ算出装置２００は、例えば加速度センサ１００の製造時等に補正テーブルを作成し、作成した補正テーブルを加速度センサ１００の補正データ記憶部１６０に記憶させる。
【０１００】
加速度センサ１００の補正部１５０は、加速度算出部１４０によって算出されたＸ方向の加速度ａＸを補正する場合には、温度検出部１７０によって検出された温度Ｔに対応する補正データａＸＴを補正データ記憶部１６０から取得する。検出温度Ｔに対応する補正データａＸＴが無い場合には、例えば補正テーブルの補正データから線形補間により検出温度Ｔに対応する補正データａＸＴを求める。また、補正部１５０は、以下の式（１０）によって加速度ａｘを補正し、補正したＸ方向の加速度ａＸ’を出力する。
【０１０１】
【数１０】
0006661937.tif 000011
【０１０２】
補正部１５０は、Ｘ方向の加速度ａＸと同様に、加速度算出部１４０によって算出されたＹ方向の加速度ａＹ及びＺ方向の加速度ａＺを、補正データ記憶部１６０に記憶されている補正テーブルの補正データａＹＴ，ａＺＴを用いて補正し、補正したＹ方向の加速度ａＹ’及びＺ方向の加速度ａＺ’を出力する。
【０１０３】
以上で説明したように、本実施形態における加速度センサ１００は、補正データ算出装置２００によって算出された補正データを用いて、加速度算出部１４０によって算出された加速度を補正することで、より高精度に加速度を検出することができる。
【０１０４】
また、本実施形態における補正データ算出装置２００は、温度変化時における可動電極１１１と固定電極１１２との電極間隔等を計算により求め、電極間隔の変化に起因する静電容量の変化に基づいて、温度変化時における補正データを算出する。したがって、補正データ算出装置２００は、実際に異なる温度雰囲気で加速度センサ１００の計測等を行う必要がなく、静電容量型の加速度センサ１００における温度補正に用いられる補正データを容易に算出できる。補正データ算出装置２００が補正データを短時間で算出できるため、加速度センサ１００の製造コスト低減を図ることが可能になる。
【０１０５】
以上、実施形態に係る加速度補正データ算出装置及び加速度センサの製造方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００  加速度センサ
１１０  センサ部
１１１  可動電極
１１２ａ  第１固定電極
１１２ｂ  第２固定電極
１１２ｃ  第３固定電極
１１２ｄ  第４固定電極
２００  補正データ算出装置
２１０  電極間隔計測部
２２０  変形量算出部
２３０  静電容量算出部
２４０  補正データ算出部
【図１】
0006661937.tif 000012
【図２】
0006661937.tif 000013
【図３】
0006661937.tif 000014
【図４】
0006661937.tif 000015
【図５】
0006661937.tif 000016
【図６】
0006661937.tif 000017
【図７】
0006661937.tif 000018
【図８】
0006661937.tif 000019