(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極（１２、１５）と、前記固定電極（１２、１５）に対して変位可能に形成された可動電極（１１、１４）と、を有し、前記可動電極（１１、１４）に加速度が印加されることで当該加速度に応じた前記固定電極（１２、１５）と前記可動電極（１１、１４）との間の静電容量の変化を検出するセンシング部（１０）と、
オペアンプ（２１）と、前記オペアンプ（２１）の入出力端子間に接続された帰還容量（２３）と、を有し、前記帰還容量（２３）の帰還容量値に基づいて前記センシング部（１０）で検出された前記静電容量の変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換部（２０）と、
感度を調整するための感度調整値を有し、前記Ｃ−Ｖ変換部（２０）から前記電圧信号を入力すると共に前記感度調整値に基づいて前記電圧信号の感度を調整する感度調整部（３０）と、
を備え、
前記Ｃ−Ｖ変換部（２０）は、前記帰還容量（２３）の前記帰還容量値よりも小さい容量値であり当該容量値が調整可能に構成された感度調整容量値を有すると共に前記オペアンプ（２１）の入出力端子間に前記帰還容量（２３）に対して並列に接続された感度調整容量（２４）を有し、さらに、前記帰還容量（２３）及び前記感度調整容量（２４）のいずれか一方が前記オペアンプ（２１）に対して接続されるように接続状態が切り替え可能になっており、
前記感度調整部（３０）の前記感度調整値は、
前記可動電極（１１、１４）に前記加速度が印加されない状態で、前記オペアンプ（２１）に前記感度調整容量（２４）が接続された第１接続状態での前記電圧信号と、前記オペアンプ（２１）に前記帰還容量（２３）が接続された第２接続状態での前記電圧信号と、の電圧差が取得される第１感度調整と、
当該電圧差に基づいて前記帰還容量値が前記感度調整容量値に対して所定の倍率の容量差になるように前記感度調整容量値が調整される第２感度調整と、
前記第２感度調整の後、前記可動電極（１１、１４）に前記加速度が印加された状態で前記第１接続状態での前記電圧信号に基づいて当該感度調整値の調整が行われる第３感度調整と、
によって設定されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記帰還容量（２３）及び前記感度調整容量（２４）は、同一の容量値である複数の調整用容量（２３ａ、２４ｃ）の組み合わせによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記感度調整部（３０）の前記感度調整値は、前記第１感度調整と前記第２感度調整とが行われた後に、前記第１接続状態での前記電圧信号と前記第２接続状態での前記電圧信号との電圧差が取得され、当該電圧差が所定の範囲内になるように前記第１感度調整と前記第２感度調整とが繰り返し行われることで設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記センシング部（１０）は、前記加速度として衝突の際に当該センシング部（１０）が受ける加速度を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の加速度センサ。
【請求項５】
車両に搭載されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度が印加されたときの静電容量の変化に基づいて加速度を検出する加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高加速度を測定可能な加速度センサについて感度調整を行う場合、測定範囲の最大加速度である高加速度を加速度センサに印加することが困難であるので、印加可能な加速度を加速度センサに印加して感度調整を行う方法が一般的に知られている。
【０００３】
また、加速度センサに調整用キャパシタンスを設け、この調整用キャパシタンスをトリミング処理することで加速度センサの感度調整を行う方法が、例えば特許文献１で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４６８６５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、高加速度を測定可能な加速度センサに印加可能な加速度を印加して感度調整を行う方法では、感度調整時の印加加速度が小さいと、加速度センサの出力値が何らかの原因によって発生したノイズに埋もれてしまう可能性がある。すなわち、加速度センサの出力値よりもノイズの値が大きくなってしまい、加速度センサからノイズが出力されてしまう。このため、出力値の感度調整ができなかったり、感度調整の誤差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、高加速度を印加することなく感度調整を行うことが可能な加速度センサ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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、固定電極（１２、１５）と、固定電極（１２、１５）に対して変位可能に形成された可動電極（１１、１４）と、を有し、可動電極（１１、１４）に加速度が印加されることで当該加速度に応じた固定電極（１２、１５）と可動電極（１１、１４）との間の静電容量の変化を検出するセンシング部（１０）を備えている。
【０００８】
また、オペアンプ（２１）と、オペアンプ（２１）の入出力端子間に接続された帰還容量（２３）と、を有し、帰還容量（２３）の帰還容量値に基づいてセンシング部（１０）で検出された静電容量の変化を電圧信号に変換するＣ−Ｖ変換部（２０）を備えている。
【０００９】
さらに、感度を調整するための感度調整値を有し、Ｃ−Ｖ変換部（２０）から電圧信号を入力すると共に感度調整値に基づいて電圧信号の感度を調整する感度調整部（３０）を備えている。
【００１０】
そして、Ｃ−Ｖ変換部（２０）は、帰還容量（２３）の帰還容量値よりも小さい容量値であり当該容量値が調整可能に構成された感度調整容量値を有すると共にオペアンプ（２１）の入出力端子間に帰還容量（２３）に対して並列に接続された感度調整容量（２４）を有し、さらに、帰還容量（２３）及び感度調整容量（２４）のいずれか一方がオペアンプ（２１）に対して接続されるように接続状態が切り替え可能になっている。
【００１１】
また、感度調整部（３０）の感度調整値は、可動電極（１１、１４）に加速度が印加されない状態で、オペアンプ（２１）に感度調整容量（２４）が接続された第１接続状態での電圧信号と、オペアンプ（２１）に帰還容量（２３）が接続された第２接続状態での電圧信号と、の電圧差が取得される第１感度調整と、当該電圧差に基づいて帰還容量値が感度調整容量値に対して所定の倍率の容量差になるように感度調整容量値が調整される第２感度調整と、第２感度調整の後、可動電極（１１、１４）に加速度が印加された状態で第１接続状態での電圧信号に基づいて当該感度調整値の調整が行われる第３感度調整と、によって設定されていることを特徴とする。
【００１２】
これによると、感度調整値の調整時に帰還容量値よりも小さい感度調整容量値の感度調整容量（２４）に切り替えられると共に、帰還容量値に対して所定の倍率の容量値になるように感度調整容量値が調整される構成となっている。このため、可動電極（１１、１４）に小さい加速度が印加されたとしてもＣ−Ｖ変換部（２０）で大きな電圧信号が得られるので、当該電圧信号に基づいて感度調整値の調整が可能となる。したがって、センシング部（１０）に高加速度を印加することなく感度調整値の調整を行うことができる。
【００１３】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加速度センサの構成を示した図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るＣ−Ｖ変換部の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る加速度センサは、センシング部に印加された加速度を検出する容量式のセンサデバイスである。加速度センサは、車両に搭載され、車両の衝突を検出するものとして用いられる。
【００１７】
図１に示されるように、加速度センサは、センシング部１０、Ｃ−Ｖ変換部２０、及び感度調整部３０を備えて構成されている。
【００１８】
センシング部１０は、加速度として車両の衝突の際に当該センシング部１０が受ける加速度を検出する検出手段である。具体的には、センシング部１０は、可動電極１１と固定電極１２とが対向配置された第１コンデンサ１３と、可動電極１４と固定電極１５とが対向配置された第２コンデンサ１６と、が直列に接続されて構成されている。
【００１９】
ここで、可動電極１１、１４及び固定電極１２、１５は、例えばＳＯＩ基板の半導体層に形成された梁構造体の一部であり、櫛歯電極として形成されている。可動電極１１は固定電極１２に対して変位可能に形成され、可動電極１４は固定電極１５に対して変位可能に形成されている。
【００２０】
そして、センシング部１０は、可動電極１１、１４に加速度が印加されることで当該加速度に応じた固定電極１２、１５と可動電極１１、１４との間の静電容量の変化を検出する。例えば、加速度の印加によって可動電極１１と固定電極１２の間の容量がΔＣ増加すると、可動電極１４と固定電極１５との間の容量が逆にΔＣ減少する。
【００２１】
このように、可動電極１１、１４及び固定電極１２、１５は、加速度の印加に伴って互いに対称動作を行い、対称的な容量変化を生じさせる。したがって、各固定電極１２、１５に対して互いに反転する信号（搬送波）を周期的に印加することで、可動電極１１、１４の変位に応じた各コンデンサ１３、１６における静電容量（差動容量）の変化をＣ−Ｖ変換部２０に出力する。
【００２２】
本実施形態に係る加速度センサは車両の衝突を検出するが、衝突時の加速度は例えば４８０Ｇである。したがって、センシング部１０は５００Ｇ程度の加速度を検出できるように構成されている。
【００２３】
Ｃ−Ｖ変換部２０は、センシング部１０から入力した静電容量の変化を電圧信号に変換するものである。Ｃ−Ｖ変換部２０は、オペアンプ２１、スイッチ２２、帰還容量２３、及び感度調整容量２４を有して構成されている。
【００２４】
オペアンプ２１は、反転入力端子に可動電極１１、１４が接続されており、反転入力端子と出力端子との間に、スイッチ２２を介して帰還容量２３及び感度調整容量２４が並列に接続されている。オペアンプ２１の非反転入力端子には、搬送波として印加される電圧Ｖｄｄ（例えば５Ｖ）の１／２の電圧とされる中間電圧Ｖｄｄ／２（例えば２．５Ｖ）が入力される。
【００２５】
スイッチ２２は、帰還容量２３及び感度調整容量２４のいずれか一方がオペアンプ２１の入出力端子間に接続されるように接続状態を切り替え可能にするものである。具体的には、スイッチ２２は、感度調整部３０の感度調整時に図示しない制御信号発生回路からの信号によってオペアンプ２１と感度調整容量２４とを接続するように切り替えられる。一方、スイッチ２２は、感度調整部３０の感度調整後すなわち加速度センサが製品として出荷される前に制御信号発生回路によってオペアンプ２１と帰還容量２３とを接続するように切り替えられる。
【００２６】
感度調整容量２４は、感度調整部３０の感度調整時にオペアンプ２１の入出力端子間に接続される。感度調整容量２４は、帰還容量２３の帰還容量値（Ｃｆ）よりも小さい容量値であり当該容量値が調整可能に構成された感度調整容量値（Ｃａ）を有する。具体的には、感度調整容量２４は、複数の調整用容量２４ａが並列に接続されて構成されている。また、各調整用容量２４ａにはスイッチ２４ｂが直列接続されており、上述の制御信号発生回路によって駆動されるようになっている。すなわち、各スイッチ２４ｂが制御されることで感度調整容量２４の感度調整容量値（Ｃａ）が変化する。
【００２７】
なお、複数の調整用容量２４ａのうちの一つは必ずスイッチ２２に接続されている。また、複数の調整用容量２４ａはそれぞれ容量値が異なるように形成されている。容量値の細かい調整を行うという観点から、スイッチ２４ｂが接続された調整用容量２４ａの容量値は、スイッチ２４ｂが接続されていない調整用容量２４ａの容量値よりも十分小さいことが好ましい。
【００２８】
上記の構成において、Ｃ−Ｖ変換部２０は、帰還容量２３の帰還容量値に基づいてセンシング部１０で検出された静電容量の変化を電圧信号に変換し、当該電圧信号を感度調整部３０に出力する。
【００２９】
感度調整部３０は、Ｃ−Ｖ変換部２０から電圧信号を入力して電圧信号の感度を調整するものである。このため、感度調整部３０は、感度を調整するための感度調整値を有し、当該感度調整値に基づいて電圧信号の感度を調整するための図示しないオペアンプや抵抗等を備えて構成されている。感度調整値は、電圧信号に対する増幅率（ゲイン）である。感度調整部３０は、感度調整した電圧信号を出力信号（Ｖｏｕｔ）として外部に出力する。以上が、本実施形態に係る加速度センサの全体構成である。
【００３０】
次に、感度調整部３０の感度調整方法について説明する。まず、図１に示された構成の加速度センサを製造する。そして、加速度センサを図示しない感度調整装置に設置し、当該感度調整装置に設けられた制御信号発生回路によってスイッチ２２を感度調整容量２４に接続する。
【００３１】
この後、以下の手順に沿って感度調整のための準備を行う。はじめに、手順１（第１感度調整）として、可動電極１１、１４に加速度が印加されない状態で、オペアンプ２１に感度調整容量２４が接続された第１接続状態での電圧信号と、オペアンプ２１に帰還容量２３が接続された第２接続状態での電圧信号と、の電圧差を取得する。この電圧差は、帰還容量２３の帰還容量値と感度調整容量２４の感度調整容量値との容量差の誤差を含んでいる。
【００３２】
帰還容量２３の帰還容量値は感度調整容量２４の感度調整容量値に対して例えば１０倍となるようにＣ−Ｖ変換部２０が製造されているが、製造上の誤差が電圧差に含まれている。したがって、帰還容量値と感度調整容量値とが所定の倍率（例えば１０倍）になっていない。
【００３３】
続いて、手順２（第２感度調整）として、手順１で取得した電圧差に基づいて帰還容量値が感度調整容量値に対して所定の倍率（例えば１０倍）の容量差になるように感度調整容量値を調整する。すなわち、感度調整装置の制御信号発生回路によって感度調整容量２４の各スイッチ２４ｂのＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００３４】
そして、手順３として、感度調整容量値を調整した後の第１接続状態での電圧信号と第２接続状態での電圧信号との電圧差を取得する。これにより、帰還容量値と感度調整容量値との容量差を取得する。
【００３５】
この後、手順４として、手順２と手順３とを繰り返す。すなわち、再び第１接続状態での電圧信号と第２接続状態での電圧信号との電圧差（容量差）を取得して電圧差が所定の誤差の範囲内となるようにスイッチ２４ｂを切り替えて感度調整容量２４の感度調整容量値を調整する。なお、手順２と手順３とを予め所定回数繰り返すようにしても良い。これにより、帰還容量値に対する感度調整容量値の倍率の精度を向上させることができる。上記の手順１〜４が、感度調整のための準備に相当する。
【００３６】
次に、手順５（第３感度調整）として、可動電極１１、１４に加速度が印加された状態で第１接続状態での電圧信号に基づいて当該感度調整値の調整を行う。当該調整時では、Ｃ−Ｖ変換部２０のスイッチ２２は感度調整容量２４に接続されているので、小さな加速度で大きな出力が得られる状態になっている。したがって、例えば地球の重力、言い換えると可動電極１１、１４に加速度が印加されるように加速度センサを傾ける。これにより、高加速度を加えたときと同等の高出力が得られるので、この状態で感度調整部３０の感度調整値（ゲイン）の調整を行う。
【００３７】
感度調整値の調整後、制御信号発生回路によってスイッチ２２の接続を帰還容量２３に切り替える。これにより、加速度センサが製品として動作する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、感度調整部３０の感度調整値の調整時に帰還容量値よりも小さい感度調整容量値の感度調整容量２４に切り替え、帰還容量値に対して所定の倍率の容量値になるように感度調整容量値を調整できる構成が特徴となっている。この構成により、可動電極１１、１４に小さい加速度を印加してもＣ−Ｖ変換部２０で大きな電圧信号を得ることができる。このため、ノイズに対するＳ／Ｎが増加し、加速度センサに高い加速度を印加する必要が無く、当該電圧信号に基づいて高レンジでの感度調整値の調整を行うことができる。
【００３９】
また、加速度センサが搭載される車両の衝突は数百Ｇにもなり、そのような高加速度を印加して感度調整することは非常に困難である。しかしながら、本実施形態に係る加速度センサでは、数百Ｇという高加速度を印加することなく高加速度レンジでの感度調整を行うことができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図２に示されるように、帰還容量２３は、同一の容量値であるｍ個の調整用容量２３ａ（Ｃｓ）の組み合わせによって帰還容量値が設定されている。同様に、感度調整容量２４は、同一の容量値であるｎ個の調整用容量２４ｃ（Ｃｓ）の組み合わせによって感度調整容量値が設定されている。
【００４１】
すなわち、帰還容量２３の調整用容量２３ａの容量値と感度調整容量２４の調整用容量２４ｃの容量値は同じ値であり、帰還容量２３及び感度調整容量２４は微少容量値の調整用容量２３ａ、２４ｃがそれぞれ異なる整数倍の個数で組み合わされることでそれぞれ構成されている。
【００４２】
これを数式で表すと、帰還容量２３の帰還容量値はＣｆ＝ｍ×Ｃｓとなり、感度調整容量２４の感度調整容量値はＣａ＝ｎ×Ｃｓとなる。また、各調整用容量２３ａ、２４ｃは同じ容量値となるように形成されているので各調整用容量２３ａ、２４ｃの誤差成分（Δ）が全て同じになる。このため、以下の数式１に示されるように、帰還容量値に対する感度調整容量値の倍率の調整の際に各調整用容量２３ａ、２４ｃに含まれる誤差成分（Δ）を相殺することができる。
【００４３】
【数１】
0006314813.tif 000002
【００４４】
したがって、帰還容量２３及び感度調整容量２４を同一の容量値を持つ複数の調整用容量２３ａ、２４ｃで構成することで、手順２（第２感度調整）において、帰還容量値に対する感度調整容量値の倍率の調整の精度を向上させることができる。
【００４５】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された加速度センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、感度調整容量値の調整時において、手順２と手順３とを繰り返す必要は無く、手順２及び手順３は一回でも良い。
【００４６】
また、加速度センサは車両に搭載される場合に限られない。したがって、加速度センサは加速度の検出が必要な他の装置等に用いられても構わない。同様に、加速度センサは衝突以外の加速度を検出するものとして用いられても構わない。
【符号の説明】
【００４７】
１０        センシング部
１１、１４  可動電極
１２、１５  固定電極
２０        Ｃ−Ｖ変換部
２１        オペアンプ
２３        帰還容量
２４        感度調整容量
３０        感度調整部
【図１】
0006314813.tif 000003
【図２】
0006314813.tif 000004