(57)【要約】【課題】広い範囲の加速度を高精度で検出可能な静電容量型加速度センサと加速度測定装置とを提供する。【解決手段】基板表面には、可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４を有する可動部材ＭＢを平面的に変位可能なように支持部材Ｈ１〜Ｈ４により両持ち梁形式で装着する。基板表面には、可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４と共に対向面積が小さい静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４をそれぞれ形成すべく固定電極Ｓ１１〜Ｓ１４を設け、可動電極Ｍ２１〜Ｍ２４と共に対向面積が大きい静電容量Ｃ２１〜Ｃ２４をそれぞれ形成すべく固定電極Ｓ２１〜Ｓ２４を設ける。容量Ｃ１１，Ｃ１２と容量Ｃ１３，Ｃ１４とは、可動部材ＭＢの変位に応じて一方の値が減少するとき他方の値が増大する関係を有し、容量Ｃ２１，Ｃ２２と容量Ｃ２３，Ｃ２４についても同様とする。容量Ｃ１１〜Ｃ１４を用いて小さな入力加速度を検出し、容量Ｃ２１〜Ｃ２４を用いて大きな入力加速度を検出する。【選択図】図３
2004286736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する複数の容量検出部を備え、該複数の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を異ならせて各容量検出部毎に可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を加速度信号として検出する構成にした静電容量型加速度センサ。
【請求項２】
前記複数の容量検出部の可動電極を一体的に形成した請求項１記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項３】
各容量検出部において可動電極が第１及び第２の可動電極からなると共に固定電極が第１及び第２の固定電極からなり、各容量検出部において第１の可動電極及び第１の固定電極の対向面積と第２の可動電極及び第２の固定電極の対向面積とは前記入力加速度に応じて一方が減少するとき他方が増大する関係を有し、各容量検出部では第１の可動電極及び第１の固定電極間の静電容量と第２の可動電極及び第２の固定電極間の静電容量との比又は差に対応した加速度信号を得る構成にした請求項１記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項４】
前記複数の容量検出部の第１及び第２の可動電極を一体的に形成した請求項３記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項５】
前記複数の容量検出部のうち可動電極及び固定電極の対向面積が比較的小さい方の容量検出部では比較的小さな入力加速度に応じて加速度信号を検出すると共に可動電極及び固定電極の対向面積が比較的大きい方の容量検出部では比較的大きな入力加速度に応じて加速度信号を検出する構成にした請求項１〜４のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項６】
入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する第１及び第２の容量検出部を備え、前記第１の容量検出部に比べて前記第２の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を大きく設定した静電容量型加速度センサと、
前記第１の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第１の加速度情報として検出する第１の検出手段と、
前記第２の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第２の加速度情報として検出する第２の検出手段と、
前記第１の加速度情報が前記第１の容量検出部に関して予め定められた検出上限値を越えたか判定する判定手段と、
この判定手段での判定結果が否定的であれば前記第１の加速度情報を送出し、前記判定手段での判定結果が肯定的であれば前記第２の加速度情報を送出する出力手段と
を備えた加速度測定装置。
【請求項７】
入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する第１及び第２の容量検出部を備え、前記第１の容量検出部に比べて前記第２の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を大きく設定した静電容量型加速度センサと、前記第１の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第１の加速度情報として検出する第１の検出手段と、前記第２の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第２の加速度情報として検出する第２の検出手段とを用いる加速度測定方法であって、
前記第１及び第２の検出手段から第１及び第２の加速度情報をそれぞれ取込む取込ステップと、
この取込ステップで取込まれた第１の加速度情報が前記第１の容量検出部に関して予め定められた検出上限値を越えたか判定する判定ステップと、
この判定ステップでの判定結果が否定的であれば前記取込ステップで取込まれた第１の加速度情報を送出し、前記判定ステップでの判定結果が肯定的であれば前記取込ステップで取込まれた第２の加速度情報を送出する出力ステップと
を含む加速度測定法。
【請求項８】
入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する第１及び第２の容量検出部を備え、前記第１の容量検出部に比べて前記第２の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を大きく設定した静電容量型加速度センサと、前記第１の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第１の加速度情報として検出する第１の検出手段と、前記第２の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第２の加速度情報として検出する第２の検出手段と、コンピュータとを備えた加速度測定装置において用いられるプログラムであって、前記コンピュータを、
前記第１及び第２の検出手段から第１及び第２の加速度情報をそれぞれ取込む取込手段と、
この取込手段で取込まれた第１の加速度情報が前記第１の容量検出部に関して予め定められた検出上限値を越えたか判定する判定手段と、
この判定手段での判定結果が否定的であれば前記取込手段で取込まれた第１の加速度情報を送出し、前記判定手段での判定結果が肯定的であれば前記取込手段で取込まれた第２の加速度情報を送出する出力手段と
して機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電容量の変化を利用して加速度を検出する静電容量型加速度センサとこの加速度センサを用いる加速度測定装置、加速度測定方法及びプログラムとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電容量型加速度センサとしては、入力加速度に応じて離間間隔が変化するように対向配置された可動電極及び固定電極を有する容量検出部からスィッチドキャパシタ回路により可動電極の変位に伴う容量変化を電圧変化に変換して加速度信号として検出すると共に、検出範囲を広げるため加速度信号を帰還して可動電極を中立位置に保持するサーボ回路を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の静電容量型加速度センサとしては、入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に可動電極及び固定電極を設けると共に、これらの可動電極及び固定電極により構成される静電容量から可動電極の変位に伴う容量変化を検出して加速度信号を得るものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−２６０５１０号公報
【特許文献２】特開平１０−２０６４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したサーボ回路を備えた加速度センサによると、サーボ回路の出力に応じて可動電極の動きが制限されるため、サーボ回路を設けない場合に比べて検出範囲を広げることができる。しかしながら、サーボ回路で可動電極を安定化できる加速度の範囲は、静電引力と可動電極の重量とで限定されるため、検出範囲を拡大するのは容易でない。
【０００５】
また、上記した対向面積変化型の加速度センサによると、入力加速度に応じた対向面積の変化特性が一種類しかないため、検出範囲を拡大するのは容易でない。
【０００６】
この発明の目的は、検出範囲を容易に拡大することができる新規な静電容量型加速度センサを提供することにある。この発明の他の目的は、かかる加速度センサを用いる加速度測定装置、加速度測定方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る静電容量型加速度センサは、入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する複数の容量検出部を備え、該複数の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を異ならせて各容量検出部毎に可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を加速度信号として検出する構成にしたものである。
【０００８】
この発明の加速度センサによれば、複数の容量検出部において入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を異ならせて各容量検出部毎に可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を加速度信号をして検出する構成にしたので、容量検出部の数を増加することで容易に検出範囲を拡大することができる。また、各容量検出部毎にそれに適した範囲の加速度を高感度で検出可能である。
【０００９】
この発明の加速度センサにおいては、前記複数の容量検出部の可動電極を一体的に形成してもよい。このようにすると、半導体製造技術を用いて基板上に加速度センサを形成する際に集積度を向上させることができる。
【００１０】
この発明の加速度センサにおいては、各容量検出部において可動電極が第１及び第２の可動電極からなると共に固定電極が第１及び第２の固定電極からなり、各容量検出部において第１の可動電極及び第１の固定電極の対向面積と第２の可動電極及び第２の固定電極の対向面積とは前記入力加速度に応じて一方が減少するとき他方が増大する関係を有し、各容量検出部では第１の可動電極及び第１の固定電極間の静電容量と第２の可動電極及び第２の固定電極間の静電容量との比又は差に対応した加速度信号を得る構成にしてもよい。このようにすると、各容量検出部毎に対向面積減少側の静電容量と対向面積増大側の静電容量との比又は差に対応した加速度信号を得ることができるので、検出感度が向上する。
【００１１】
各容量検出部において可動電極を第１及び第２の可動電極で構成すると共に固定電極を第１及び第２の固定電極で構成した場合、複数の容量検出部の第１及び第２の可動電極を一体的に形成してもよい。このようにすると、半導体製造技術を用いて基板上に加速度センサを形成する際に集積度を向上させることができる。
【００１２】
この発明の加速度センサにおいては、前記複数の容量検出部のうち可動電極及び固定電極の対向面積が比較的小さい方の容量検出部では比較的小さな入力加速度に応じて加速度信号を検出すると共に可動電極及び固定電極の対向面積が比較的大きい方の容量検出部では比較的大きな入力加速度に応じて加速度信号を検出する構成にしてもよい。このようにすると、広い範囲で高感度の加速度検出が可能になる。
【００１３】
この発明に係る加速度測定装置は、
入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する第１及び第２の容量検出部を備え、前記第１の容量検出部に比べて前記第２の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を大きく設定した静電容量型加速度センサと、
前記第１の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第１の加速度情報として検出する第１の検出手段と、
前記第２の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第２の加速度情報として検出する第２の検出手段と、
前記第１の加速度情報が前記第１の容量検出部に関して予め定められた検出上限値を越えたか判定する判定手段と、
この判定手段での判定結果が否定的であれば前記第１の加速度情報を送出し、前記判定手段での判定結果が肯定的であれば前記第２の加速度情報を送出する出力手段と
を備えたものである。
【００１４】
この発明の加速度測定装置によれば、第１の加速度情報が検出上限値を越えたか判定し、この判定結果が否定的であれば第１の加速度情報を送出し、該判定結果が肯定的であれば第２の加速度情報を送出する構成にしたので、広い範囲において高精度で加速度を測定することができる。また、検出上限値を、入力加速度に応じた静電容量の変化特性において変化が急峻な領域を除外するように定めることができるので、ノイズ混入による誤検出を防ぐことができる。
【００１５】
この発明に係る加速度測定方法は、入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する第１及び第２の容量検出部を備え、前記第１の容量検出部に比べて前記第２の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を大きく設定した静電容量型加速度センサと、前記第１の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第１の加速度情報として検出する第１の検出手段と、前記第２の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第２の加速度情報として検出する第２の検出手段とを用いる加速度測定方法であって、
前記第１及び第２の検出手段から第１及び第２の加速度情報をそれぞれ取込む取込ステップと、
この取込ステップで取込まれた第１の加速度情報が前記第１の容量検出部に関して予め定められた検出上限値を越えたか判定する判定ステップと、
この判定ステップでの判定結果が否定的であれば前記取込ステップで取込まれた第１の加速度情報を送出し、前記判定ステップでの判定結果が肯定的であれば前記取込ステップで取込まれた第２の加速度情報を送出する出力ステップと
を含むものである。
【００１６】
この発明に係るプログラムは、入力加速度に応じて対向面積が変化するように基板表面に設けられた可動電極及び固定電極を各々有する第１及び第２の容量検出部を備え、前記第１の容量検出部に比べて前記第２の容量検出部では前記入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積を大きく設定した静電容量型加速度センサと、前記第１の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第１の加速度情報として検出する第１の検出手段と、前記第２の容量検出部における可動電極及び固定電極の間の静電容量の変化を第２の加速度情報として検出する第２の検出手段と、コンピュータとを備えた加速度測定装置において用いられるプログラムであって、前記コンピュータを、
前記第１及び第２の検出手段から第１及び第２の加速度情報をそれぞれ取込む取込手段と、
この取込手段で取込まれた第１の加速度情報が前記第１の容量検出部に関して予め定められた検出上限値を越えたか判定する判定手段と、
この判定手段での判定結果が否定的であれば前記取込手段で取込まれた第１の加速度情報を送出し、前記判定手段での判定結果が肯定的であれば前記取込手段で取込まれた第２の加速度情報を送出する出力手段と
して機能させるものである。
【００１７】
この発明の加速度測定方法及びプログラムによれば、この発明の加速度測定装置に関して前述したと同様に広い範囲において高精度で加速度を測定できると共にノイズ混入による誤検出を防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、入力加速度がゼロのときの可動電極及び固定電極の対向面積が異なる複数の容量検出部を基板表面に設け、各容量検出部毎にそれに適した範囲の入力加速度を検出する構成にしたので、容量検出部の数を増大することで容易に検出範囲を拡大でき、しかも広い範囲で高感度の加速度検出が可能になる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、この発明に係る静電容量型加速度センサに用いられる容量検出部の電極配置を示すもので、（Ａ）は、対向面積減少側の電極配置を、（Ｂ）は、対向面積増大側の電極配置をそれぞれ示す。図１を参照してこの発明の加速度センサの原理を説明する。
【００２０】
図１（Ａ），（Ｂ）において、可動電極Ｍ１〜Ｍ４は、いずれも長さが２Ｌで幅が一定値の長方形状のものである。可動電極Ｍ１，Ｍ３は、直線Ｌ１に長さ方向の中心を合わせるようにして所定の間隔を隔てて並置されており、可動電極Ｍ２，Ｍ４は、直線Ｌ２に長さ方向の中心を合わせるようにして可動電極Ｍ１，Ｍ３とほぼ同一の間隔を隔てて並置されている。直線Ｌ１，Ｌ２は互いに平行である。可動電極Ｍ１，Ｍ２は電極ピッチ４Ｌにて並置されており、可動電極Ｍ３，Ｍ４は、電極ピッチ４Ｌにて並置されている。可動電極Ｍ１〜Ｍ４は、錘作用を有するもので、図示の配置関係を維持した状態で入力加速度に応じて紙面に平行に左右方向に一体的に変位可能である。
【００２１】
固定電極Ｓ１，Ｓ２は、可動電極Ｍ１，Ｍ２の左半分の長さＬの部分にそれぞれ対向するように可動電極Ｍ１，Ｍ２の下に配置されたもので、説明の便宜上、可動電極Ｍ１，Ｍ２と重ならないようにずらして図示してある。また、固定電極Ｓ３，Ｓ４は、可動電極Ｍ３，Ｍ４の右半分の長さＬの部分にそれぞれ対向するように可動電極Ｍ３，Ｍ４の下に配置されたもので、説明の便宜上、可動電極Ｍ３，Ｍ４と重ならないようにずらして図示してある。
【００２２】
入力加速度が０である０Ｇ（Ｇは重力加速度［９．８ｍ／秒２］）の時には、対向する可動電極−固定電極（Ｍ１−Ｓ１，Ｍ２−Ｓ２，Ｍ３−Ｓ３，Ｍ４−Ｓ４）間の静電容量は、いずれもＣ０であるとする。次に、入力加速度として１Ｇが可動電極Ｍ１〜Ｍ４に作用して可動電極Ｍ１〜Ｍ４が矢印で示すように右方向に距離ｄだけ変位すると、対向する可動電極−固定電極（Ｍ１−Ｓ１，Ｍ２−Ｓ２）ではいずれも対向面積が減少して対向電極間の静電容量は、いずれもＣ０からＣＤに減少すると共に、対向する可動電極−固定電極（Ｍ３−Ｓ３，Ｍ４−Ｓ４）ではいずれも対向面積が増大して対向電極間の静電容量は、いずれもＣ０からＣＵに増大する。１Ｇより大きな入力加速度が可動電極Ｍ１〜Ｍ４に作用すると、静電容量ＣＤは、一層減少し、静電容量ＣＵは、一層増大する。
【００２３】
図２は、図１の加速度センサにおいて電極オーバーラップ量Ｌ（電極対向面積に対応）を種々の値に設定したときの入力加速度と静電容量変化率ＣＵ／ＣＤとの関係を示すものである。図２において、カーブＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８は、電極オーバーラップ量Ｌを０．５［μｍ］，０．７５［μｍ］，１．０［μｍ］，１．２５［μｍ］，１．５［μｍ］，２．０［μｍ］，２．５［μｍ］，５．０［μｍ］にそれぞれ設定したときの入力加速度と静電容量変化率ＣＵ／ＣＤとの関係を示している。
【００２４】
図２によれば、電極オーバーラップ量Ｌが大きくなるほど、大きな入力加速度の検出が可能であることがわかる。従って、この発明では、電極オーバーラップ量Ｌを異にする複数の容量検出部を設け、各容量検出部毎にそれに適した範囲の入力加速度を検出する構成を採用する。このようにすると、例えば比較的小さな入力加速度については電極オーバーラップ量が小さい容量検出部を用いて加速度検出を行なうと共に、比較的大きな入力加速度については電極オーバーラップ量が大きい容量検出部を用いて加速度検出を行なうことができ、広い範囲で高感度の加速度検出が可能となる。
【００２５】
なお、Ｋ１等の各カーブにおいては、ノイズ混入による該検出を防ぐため、静電容量変化率ＣＵ／ＣＤが大きい（変化が急峻な）領域を用いないようにするのが望ましい。
【００２６】
図３は、この発明の一実施形態に係る静電容量型加速度センサ１０を示すものである。
【００２７】
加速度センサ１０において、例えばシリコン基板等の基板の表面には、錘作用を有する可動部材ＭＢが基板表面に平行な方向ＤＳに変位可能なように支持部材Ｈ１〜Ｈ４により両持ち梁形式で装着されている。支持部材Ｈ１〜Ｈ４は、固定部材Ｐ１〜Ｐ４によりそれぞれ固定されている。可動部材ＭＢの一方側には、可動電極Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ２４，Ｍ１４が基板表面に平行に突出するように設けられると共に、可動部材ＭＢの他方側には、可動電極Ｍ１３，Ｍ２３，Ｍ２２，Ｍ１２が基板表面に平行に突出するように設けられている。可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４の突出長さは互いに等しい。可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４の幅は互いに等しい。可動電極Ｍ２１〜Ｍ２４の幅は互いに等しく、可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４の幅より大きい。
【００２８】
可動部材ＭＢ、可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４及び支持部材Ｈ１〜Ｈ４は、互いに一体をなすもので、例えば基板表面を覆う絶縁膜の上に堆積された半導体又は金属からなる導電層をパターニングした後、可動部材ＭＢ、可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４及び支持部材Ｈ１〜Ｈ４の動きを可能にするように絶縁膜を除去することにより形成することができる。固定部材Ｐ１〜Ｐ４は、基板表面を覆う絶縁膜に４つの固定位置にそれぞれ対応する４つの固定孔を設け、これらの固定孔を埋めるように形成した半導体又は金属の導電プラグにより形成することができる。
【００２９】
基板表面には、入力加速度がゼロのときに可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４にそれぞれ対向して対向面積が小さく且つほぼ等しい静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４を形成するように固定電極Ｓ１１〜Ｓ１４が設けられると共に、入力加速度がゼロのときに可動電極Ｍ２１〜Ｍ２４にそれぞれ対向して対向面積が大きく且つほぼ等しい静電容量Ｃ２１〜Ｃ２４を形成するように固定電極Ｓ２１〜Ｓ２４が設けられている。固定電極Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２は、可動部材ＭＢの変位方向ＤＳを図４に示すように紙面に平行に前方方向に定めたときにそれぞれ可動電極Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２との対向面積が減少して静電容量Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２がそれぞれ減少するように配置され、固定電極Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ２３，Ｓ２４は、同様の条件下でそれぞれ可動電極Ｍ１３，Ｍ１４，Ｍ２３，Ｍ２４との対向面積が増大して静電容量Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ２４がそれぞれ増大するように配置される。図４では、静電容量の減少を左下向きの矢印で示し、静電容量の増大を右上向きの矢印で示す。
【００３０】
固定電極Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４は、基板表面に導電型決定不純物を選択的にドープして形成した不純物ドープ領域により構成してもよく、あるいは基板表面を覆う絶縁膜の上に堆積された半導体又は金属の導電層をパターニングして形成してもよい。
【００３１】
固定電極Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４からは、それぞれ配線層Ｗ１１〜Ｗ１４，Ｗ２１〜Ｗ２４が導出されている。配線層Ｗ１１，Ｗ１２は、それぞれ接続部材Ｑ１１，Ｑ１２を介して検出線Ｔａに接続されている。配線層Ｗ１３，Ｗ１４は、それぞれ接続部材Ｑ１３，Ｑ１４を介して検出線Ｔｂに接続されている。配線層Ｗ２１，Ｗ２２は、それぞれ接続部材Ｑ２１、Ｑ２２を介して検出線Ｔｃに接続されている。配線層Ｗ２３，Ｗ２４は、それぞれ接続部材Ｑ２３，Ｑ２４を介して検出線Ｔｄに接続されている。支持部材Ｈ１には、検出線Ｔｅが接続されている。
【００３２】
配線層Ｗ１１〜Ｗ１４，Ｗ２１〜Ｗ２４は、寄生容量を低減するため、できるだけ細くすると共に可動部（ＭＢ，Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４）との間隔をできるだけ大きくし、しかも可動部とのオーバーラップ量ができるだけ少なくなるようにパターン形成するとよい。配線層Ｗ１１〜Ｗ１４，Ｗ２１〜Ｗ２４は、固定電極Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４と同様に不純物ドープ領域又はパターニングされた導電層により構成することができる。接続部材Ｑ１１〜Ｑ１４，Ｑ２１〜Ｑ２４は、基板表面を覆う絶縁膜に８つの接続位置にそれぞれ対応して８つの接続孔を設け、これらの接続孔を埋めるように形成した半導体又は金属の導電プラグにより形成することができる。Ｑ１１等の接続部材は、Ｐ１等の固定部材の形成処理を流用して形成してもよい。
【００３３】
一例として、基板表面に配線層Ｗ１１〜Ｗ１４，Ｗ２１〜Ｗ２４を不純物ドープ領域として形成した後、基板表面を覆う絶縁膜の上に１層目配線形成処理を流用して固定電極Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４を形成し、さらに固定電極Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４を覆う絶縁膜の上に２層目配線形成処理を流用して可動部材ＭＢ、可動電極Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４、支持部材Ｈ１〜Ｈ４及び検出線Ｔａ〜Ｔｅを形成するようにしてもよい。このようにすると、配線層Ｗ１１〜Ｗ１４，Ｗ２１〜Ｗ２４と可動部（ＭＢ，Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４）との間隔を大きくすることができ、寄生容量の低減が可能となる。
【００３４】
図３の加速度センサ１０の等価回路は、図４に示されている。図４は、図３の加速度センサ１０を用いた加速度測定装置の一例を示すものである。図４の測定装置では、図２に示す０Ｇ〜８Ｇの範囲の入力加速度を測定するものとし、０Ｇから４Ｇまでの比較的小さな入力加速度の測定にはカーブＫ７を用いると共に、４Ｇより大きい８Ｇまでの比較的大きな入力加速度の測定にはカーブＫ８を用いる。これは、０Ｇ≦入力加速度≦４Ｇの範囲Ｒ１では、カーブＫ８に比べてカーブＫ７の方が静電容量変化率ＣＵ／ＣＤが大きく、高精度の測定が可能であると共に、４Ｇ＜入力加速度≦８Ｇの範囲Ｒ２では、カーブＫ７に測定不能領域があってカーブＫ７を使えず、カーブＫ８の方が測定に適しているからである。また、ノイズ混入による誤検出を防ぐため、加速度範囲Ｒ１ではカーブＫ７の変化急峻領域を使わないようにすると共に、８Ｇを越える入力加速度についてはカーブＫ８の変化急峻領域を使わないようにする（測定範囲外とする）。
【００３５】
検出回路１２Ａには、検出線Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｅが接続されており、検出回路１２Ｂには、検出線Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅが接続されている。一例として、静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４を含む容量検出部における入力加速度に応じた静電容量の変化特性は、図２のカーブＫ７で示されるものとし、静電容量Ｃ２１〜Ｃ２４を含む容量検出部における入力加速度に応じた静電容量の変化特性は、図２のカーブＫ８で示されるものとする。図２の静電容量変化率ＣＵ／ＣＤは、図４の静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４，Ｃ２１〜Ｃ２４を用いると、（Ｃ１３＋Ｃ１４）／（Ｃ１１＋Ｃ１２）又は（Ｃ２３＋Ｃ２４）／（Ｃ２１＋Ｃ２２）に相当する。
【００３６】
検出回路１２Ａでは、カーブＫ７の変化特性を利用して（Ｃ１３＋Ｃ１４）と（Ｃ１１＋Ｃ１２）との比（又は差）に対応する電圧を加速度信号ＡＳ１として検出する。検出回路１２Ｂでは、カーブＫ８の変化特性を利用して（Ｃ２３＋Ｃ２４）と（Ｃ２１＋Ｃ２２）との比（又は差）に対応する電圧を加速度信号ＡＳ２として検出する。加速度信号ＡＳ１は、入力加速度が０Ｇから増大するにつれてレベルを増大するように発生される。加速度信号ＡＳ２は、入力加速度が４Ｇのときに加速度信号ＡＳ１と実質的に同一のレベルをとり、入力加速度が４Ｇから増大するにつれて４Ｇのときのレベルからレベルを増大するように発生される。
【００３７】
セレクタ１４は、選択信号ＳＢが０ならば入力Ａとしての加速度信号ＡＳ１を選択して出力し、選択信号ＳＢが１ならば入力Ｂとしてのセレクタ１８の選択出力ＳＯ２を選択して出力するものである。比較器１６は、加速度信号ＡＳ１と基準電圧ＶＲ１とを比較して比較出力ＣＯ１を選択信号ＳＢとしてセレクタ１４に供給するもので、ＡＳ１≦ＶＲ１ならばＣＯ１＝０を、ＡＳ１＞ＶＲ１ならばＣＯ１＝１をそれぞれセレクタ１４に供給する。
【００３８】
比較器１６の基準電圧ＶＲ１としては、図２のカーブＫ７において入力加速度が４Ｇのときの静電容量変化率ＣＵ／ＣＤに対応する電圧が検出上限値として与えられる。この結果、セレクタ１４からは、図２に示す０Ｇ≦入力加速度≦４Ｇの範囲Ｒ１において入力加速度に応じた加速度信号ＡＳ１が選択出力ＳＯ１として送出される。
【００３９】
セレクタ１８は、選択信号ＳＢが０ならば入力Ａとしての加速度信号ＡＳ２を選択して出力し、選択信号ＳＢが１ならば測定範囲外を表わす範囲外信号ＡＳｘを選択して出力するものである。比較器２０は、加速度信号ＡＳ２と基準電圧ＶＲ２とを比較して比較出力ＣＯ２を選択信号ＳＢとしてセレクタ１８に供給するもので、ＡＳ２≦ＶＲ２ならばＣＯ２＝０を、ＡＳ２＞ＶＲ２ならばＣＯ２＝１をそれぞれセレクタ１８に供給する。
【００４０】
比較器２０の基準電圧ＶＲ２としては、図２のカーブＫ８において入力加速度が８Ｇのときの静電容量変化率ＣＵ／ＣＤに対応する電圧が検出上限値として与えられる。この結果、セレクタ１８からは、図２に示す４Ｇ＜入力加速度≦８Ｇの範囲Ｒ２において入力加速度に応じた加速度信号ＡＳ２が選択出力ＳＯ２として送出される。この場合、セレクタ１４は、比較器１６からの比較出力ＣＯ１に応じて入力Ｂとしての選択出力ＳＯ２を選択する状態にあるので、セレクタ１４からは、選択出力ＳＯ１として加速度信号ＡＳ２が送出される。
【００４１】
加速度信号ＡＳ２のレベルが基準電圧ＶＲ２を越える（ＡＳ２＞ＶＲ２になる）と、比較器２０からの比較出力ＣＯ２が１となり、セレクタ１８からは、範囲外信号ＡＳｘが選択出力ＳＯ２として送出される。この場合、セレクタ１４は、入力Ｂを選択する状態にあるので、セレクタ１４からは、選択出力ＳＯ１として範囲外信号ＡＳｘが送出される。図示しない加速度表示器では、加速度信号ＡＳ１，ＡＳ２に基づいて加速度を表示すると共に、範囲外信号ＡＳｘに基づいて測定範囲外であることを表示することができる。
【００４２】
上記した図４の加速度測定装置によれば、０Ｇ≦入力加速度≦８Ｇの広い範囲Ｒ１，Ｒ２において高精度で加速度を測定することができる。また、図２のカーブＫ７，Ｋ８において変化が急峻な領域を除外して加速度検出を行なうので、ノイズ混入による誤検出を防ぐことができる。図４の例では、図２に示すカーブＫ１〜Ｋ８のうち、２つのカーブＫ７，Ｋ８を利用したが、３つ以上のカーブを利用してもよいこと勿論である。
【００４３】
図５は、この発明に係る他の静電容量型加速度センサにおいて電極オーバーラップ量を種々の値に設定したときの入力加速度と静電容量変化率ＣＵ／ＣＤとの関係を示すものである。
【００４４】
図５に示す特性を有する加速度センサにあっては、入力加速度が１Ｇのときの電極の変位量が０．５［μｍ］に設定されており、入力加速度に対して電極変位量ｄがリニアに変化する。電極オーバーラップ量Ｌを電極幅が小さい方からＬ１，Ｌ２，Ｌ３…Ｌｎとすると、Ｌｎは、Ｌｎ＝Ｌｎ−１＋１（ただし、Ｌ０＝０）［μｍ］として表わされる。入力加速度０〜８Ｇの範囲についてｎ＝１〜５とした場合の静電容量変化率ＣＵ／ＣＤ＝（Ｌ＋ｄ）／（Ｌ−ｄ）を示したのが図５のカーブＪ１〜Ｊ５である。カーブＪ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５は、Ｌ１＝１［μｍ］，Ｌ２＝２［μｍ］，Ｌ３＝３［μｍ］，Ｌ４＝４［μｍ］，Ｌ５＝５［μｍ］としたときの静電容量変化率（Ｌ＋ｄ）／（Ｌ−ｄ）をそれぞれ示している。
【００４５】
静電容量変化率（Ｌ＋ｄ）／（Ｌ−ｄ）は、電極変位量ｄが電極幅に漸近すると、図５に破線で示すように急激に増加し、発散する。そこで、各カーブ毎に電極変位量ｄについて上限値を設定し、カーブＪ１の上限値を越えたときはカーブＪ２に移る、カーブＪ２の上限値を越えたときはカーブＪ３に移る…というようにしてカーブを切替えて加速度測定を行なう。電極変位量ｄの上限値ｄｎは、ｄｎ＝ｄｎ−１＋１（ただし、Ｌ０＝０）［μｍ］として設定する。すなわち、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３…にそれぞれ対応してｄ１＝０．９［μｍ］，ｄ２＝１．９［μｍ］，ｄ３＝２．９［μｍ］…のような変位量上限値となる。このときの静電容量変化率ＣＵ／ＣＤのしきい値Ｔｎは、Ｔｎ＝（Ｌｎ＋ｄｎ）／（Ｌｎ−ｄｎ）＝Ｔｎ−１＋２０として表わされるので、電極オーバーラップ量Ｌｎ及び変位量上限値ｄｎに対するしきい値Ｔｎを設定することができる。図５には、カーブＪ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４にそれぞれ関連してしきい値Ｔ１＝１９，Ｔ２＝３９，Ｔ３＝５９，Ｔ４＝７９が示されている。次の表１は、Ｌｎ，ｄｎ，Ｔｎの関係をまとめて示すものである。
【００４６】
【表１】
2004286736.tif 000003
【００４７】
図６は、図５の特性を有する加速度センサを用いる加速度測定装置の一例を示すもので、この例の装置は、測定処理が小型コンピュータによって制御されるようになっている。
【００４８】
加速度センサ１０Ａは、図１〜４に関して前述した加速度センサ１０と同様にして構成されるものであるが、図５のカーブＪ１〜Ｊｎ（例えばｎ＝５）にそれぞれ対応するｎ個の容量検出部を有する点でセンサ１０とは異なる。検出回路ＤＴ１〜ＤＴｎは、センサ１０ＡにおけるカーブＪ１〜Ｊｎ対応の容量検出部からそれぞれ静電容量変化率ＣＵ／ＣＤに対応する電圧を前述の１２Ａ等の検出回路と同様にして加速度信号として検出するものである。検出回路ＤＴ１〜ＤＴｎには、カーブＪ１〜Ｊｎ対応の容量検出部から導出された検出線ＴＬ１〜ＴＬｎがそれぞれ接続されている。検出線ＴＬ１〜ＴＬｎは、いずれも図４の検出線Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｅに相当する３本の検出線を含むもので、便宜上単線として示した。
【００４９】
検出回路ＤＴ１〜ＤＴｎからは、それぞれアナログ形式の加速度信号ａ１〜ａｎが送出される。加速度信号ａ１〜ａｎはそれぞれＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換回路ＡＤ１〜ＡＤｎに供給されてディジタル形式の加速度データＡ１〜Ａｎに変換される。加速度データＡ１〜Ａｎは、それぞれ加速度信号ａ１〜ａｎに対応する加速度値を表わす。
【００５０】
バス３０には、ＣＰＵ（中央処理装置）３２、ＲＯＭ（リード・オンリィ・メモリ）３４、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）３６、利用装置３８、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤ１〜ＡＤｎ等が接続されている。
【００５１】
ＣＰＵ３２は、ＲＯＭ３４にストアされたプログラムに従って測定処理を実行するもので、測定処理については図７を参照して後述する。ＲＯＭ３４には、プログラムの他に、基準データＡＴ１〜ＡＴｎが記憶されている。基準データＡＴ１〜ＡＴｎは、静電容量変化率ＣＵ／ＣＤのしきい値Ｔ１〜Ｔｎにそれぞれ対応する基準加速度値（検出上限値）を表わす。
【００５２】
ＲＡＭ３６は、ＣＰＵ３２による測定処理の際にレジスタ等として利用される記憶領域を含んでいる。この発明の実施に関係するレジスタとしては、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤ１〜ＡＤｎにそれぞれ対応したレジスタＲＳ１〜ＲＳｎが設けられている。レジスタＲＳ１〜ＲＳｎには、それぞれＡ／Ｄ変換回路ＡＤ１〜ＡＤｎから加速度データが取込まれる。
【００５３】
利用装置３８は、レジスタＲＳ１〜ＲＳｎの加速度データを利用するもので、加速度の有無だけではなく、測定すべき加速度の大きさに幅のあるような機器、あるいは小さな加速度から衝突の衝撃などの非常に大きな加速度までの広範な加速度測定を精度よく行なうことを要求される機器などであり、例えば表示器、電子ゲーム用端末や携帯電話等の電子機器、あるいは自動車のエアバック駆動装置等からなる。
【００５４】
図７は、測定処理の一例を示すもので、この処理は、電源オン等に応じて開始される。ステップ５０では、初期設定処理を行ない、例えばレジスタＲＳ１〜ＲＳｎにはいずれも０をセットする。
【００５５】
次に、ステップ５２では、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤ１〜ＡＤｎから加速度データＡ１〜Ａｎを取込み、レジスタＲＳ１〜ＲＳｎにそれぞれセット（格納）する。ステップ５４では、レジスタＲＳ１の加速度データＡ１の指示する加速度値が基準データＡＴ１の指示する基準加速度値以下か判定する。この判定の結果が肯定的（Ｙ）であればステップ５６でレジスタＲＳ１の加速度データＡ１を利用装置３８へ送出する。これは、図５のカーブＪ１を利用する場合である。
【００５６】
ステップ５４の判定結果が否定的（Ｎ）であったとき又はステップ５６の処理が終わったときは、ステップ５８においてレジスタＲＳ２の加速度データＡ２の指示する加速度値が基準データＡＴ１の指示する基準加速度値より大で且つ基準データＡＴ２の指示する基準加速度値以下か判定する。この判定の結果が肯定的（Ｙ）であればステップ６０でレジスタＲＳ２の加速度データＴ２を利用装置３８へ送出する。これは、図５のカーブＪ２を利用する場合である。
【００５７】
ステップ５８の判定結果が否定的（Ｎ）であったとき又はステップ６０の処理が終わったときは、ステップ６２においてレジスタＲＳ３の加速度データＡ３の指示する加速度値が基準データＡＴ２の指示する基準加速度値より大で且つ基準データＡＴ３の指示する基準加速度値以下か判定する。この判定の結果が肯定的（Ｙ）であればステップ６４でレジスタＲＳ３の加速度データＡ３を利用装置３８へ送出する。これは、図５のカーブＪ３を利用する場合である。
【００５８】
この後は、カーブＪ３について上記したと同様にしてカーブＪ４についてステップ６２，６４に対応する処理を行なう。そして、ｎ＝５とすると、ステップ６６では、レジスタＲＳ５の加速度データの指示する加速度値が基準データＡＴ４の指示する基準加速度値より大で且つ基準データＡＴ５の指示する基準加速度値以下か判定する。この判定の結果が肯定的（Ｙ）であればステップ６８でレジスタＲＳ５の加速度データＡ５を利用装置３８へ送出する。これは、図５のカーブＪ５を利用する場合である。
【００５９】
ステップ６６の判定結果が否定的（Ｎ）であったとき又はステップ６８の処理が終ったときは、ステップ７０において電源オフ等の終了指示があるか判定する。この判定結果が否定的（Ｎ）であればステップ５２に戻り、ステップ５２以降の処理を上記したと同様に繰返す。そして、ステップ７０の判定結果が肯定的（Ｙ）になったときは、処理エンドとする。
【００６０】
上記した測定処理によれば、０Ｇ≦入力加速度≦８Ｇの広い範囲においてカーブＪ１〜Ｊ５を用いて高精度で加速度を測定することができる。また、カーブＪ１〜Ｊ５については変化が急峻な領域を除外して加速度検出を行なうので、ノイズ混入による誤検出を防ぐことができる。上記した説明では、ｎ＝５としたが、ｎを６以上としてもよいこと勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明に係る静電容量型加速度センサに用いられる容量検出部の電極配置を示す平面図である。
【図２】図１の加速度センサにおいて電極オーバーラップ量Ｌを種々の値に設定したときの入力加速度と静電容量変化率ＣＵ／ＣＤとの関係を示すグラフである。
【図３】この発明の一実施形態に係る静電容量型加速度センサを示す平面図である。
【図４】図３の加速度センサを用いた加速度測定装置の一例を示す回路図である。
【図５】この発明に係る他の加速度センサにおいて電極オーバーラップ量Ｌを種々の値に設定したときの入力加速度と静電容量変化率ＣＵ／ＣＤとの関係を示すグラフである。
【図６】図５の特性を有する加速度センサを用いる加速度測定装置の一例を示す回路図である。
【図７】図６の装置における測定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１０，１０Ａ：加速度センサ、１２Ａ，１２Ｂ，ＤＴ１〜ＤＲｎ：検出回路、３０：バス、３２：ＣＰＵ、３４：ＲＯＭ、３６：ＲＡＭ、３８：利用装置、Ｍ１〜Ｍ４，Ｍ１１〜Ｍ１４，Ｍ２１〜Ｍ２４：可動電極、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４：固定電極、Ｃ０，ＣＤ，ＣＵ，Ｃ１１〜Ｃ１４，Ｃ２１〜Ｃ２４：静電容量、Ｔａ〜Ｔｅ：検出線、ＡＤ１〜ＡＤｎ：Ａ／Ｄ変換回路。
【図１】
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【図２】
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【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】
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