(57)【要約】【課題】構成が簡素化された容量式センサ装置を提供する。【解決手段】センサ部（１０）、処理部（５０）、制御部（３０）、及び、電圧印加部（７０）を有する容量式センサ装置であって、センサ部（１０）は、基板に固定された壁部（１１）と固定電極（１２）、該固定電極（１２）とコンデンサを構成する可動電極（１３）、該可動電極（１３）と壁部（１１）を連結する梁（１４）を有し、複数のコンデンサの固定電極（１２）は、制御部（３０）によって処理部（５０）との接続が制御され、複数のコンデンサそれぞれの可動電極（１３）は、共通の壁部（１１）に固定され、電圧印加部（７０）が、共通の壁部（１１）に診断電圧を印加した状態にて、制御部（３０）は、任意の固定電極（１２）と処理部（５０）とを電気的に接続し、処理部（５０）は、出力される静電容量に基づいて、コンデンサの故障を診断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を検出するセンサ部（１０）、該センサ部（１０）の出力信号を処理する処理部（５０）、該処理部（５０）と前記センサ部（１０）との電気的接続を制御する制御部（３０）、及び、前記センサ部（１０）に診断電圧を印加する電圧印加部（７０）を有する容量式センサ装置であって、
前記センサ部（１０）は、基板、該基板に固定された壁部（１１）と固定電極（１２）、該固定電極（１２）と対向してコンデンサを構成する可動電極（１３）、該可動電極（１３）と前記壁部（１１）とを連結する梁（１４）を有し、
前記センサ部（１０）は、異なる物理量を検出する前記コンデンサを複数有し、
複数の前記コンデンサそれぞれの固定電極（１２）は、前記制御部（３０）によって、前記処理部（５０）との電気的な接続が制御され、
複数の前記コンデンサそれぞれの可動電極（１３）は、共通の前記壁部（１１）に固定され、同電位となっており、
前記電圧印加部（７０）が、共通の前記壁部（１１）に前記診断電圧を印加して、複数の前記コンデンサそれぞれの静電容量を所定値とした状態にて、前記制御部（３０）は、複数の前記コンデンサの固定電極（１２）の内、任意の固定電極（１２）と前記処理部（５０）とを電気的に接続し、前記処理部（５０）は、接続された固定電極（１２）から出力される静電容量に基づいて、前記コンデンサの故障を診断することを、順次、全ての前記コンデンサにて行うことを特徴とする容量式センサ装置。
【請求項２】
前記壁部（１１）は、平面環状を成し、
複数の前記コンデンサそれぞれは、前記壁部（１１）の内環面にて囲まれた領域内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式センサ装置。
【請求項３】
前記制御部（３０）は、前記壁部（１１）に前記診断電圧が印加された状態にて、複数の前記コンデンサの固定電極（１２）の内、任意の２つの固定電極（１２）と前記処理部（５０）とを電気的に接続し、前記処理部（５０）は、接続された固定電極（１２）から出力される静電容量に基づいて、前記コンデンサの故障を診断することを、順次、全ての前記コンデンサにて行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式センサ装置。
【請求項４】
前記処理部（５０）は、前記壁部（１１）に前記診断電圧が印加された状態にて、任意の２つの前記コンデンサから出力されることが期待される静電容量の加算値若しくは差分値を記憶しており、この記憶された加算値若しくは差分値が、検出された２つの前記コンデンサの静電容量の加算値若しくは差分値と等しいか否かによって、前記コンデンサの故障を診断することを特徴とする請求項３に記載の容量式センサ装置。
【請求項５】
前記制御部（３０）は、物理量を検出する際、その物理量に対応するコンデンサの固定電極（１２）を、前記処理部（５０）に接続することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の容量式センサ装置。
【請求項６】
前記センサ部（１０）は、複数の前記コンデンサの内、加速度検出用のコンデンサを有することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の容量式センサ装置。
【請求項７】
前記センサ部（１０）は、複数の前記コンデンサの内、角速度検出用のコンデンサを有することを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の容量式センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ部、該センサ部の出力信号を処理する処理部を有する容量式センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、可動電極及び該可動電極を挟んで対向配置された一対の固定電極からなるセンサ部が複数設けられたセンサ群と、各センサ部の固定電極に印加するための駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、各センサ部の可動電極と一対の固定電極との間それぞれに形成される容量の容量差を、電圧信号に変換するC-V変換回路と、を具備する静電容量検出センサが提案されている。この静電容量検出センサは、センサ部への駆動信号の供給を停止した状態にて、自己診断対象となるセンサ部の可動電極と一方の固定電極との間だけに静電引力を発生させ、当該センサ部にて生じた容量差を検出して、診断を行っている。
【０００３】
静電容量検出センサは、各センサ部の可動電極及び固定電極に対して並列に第１の電圧を印加可能な第２のスイッチ群と、各センサ部における少なくとも一方の固定電極に対して第２の電圧を印加可能な第３のスイッチ群と、を具備する。駆動信号の供給が停止される対象（休止対象）となるセンサ部は、第２のスイッチ群によって当該センサ部の可動電極及び固定電極に対して第１の電圧が印加されて同電位に保持され、自己診断対象となるセンサ部は、当該センサ部の可動電極と一方の固定電極に第２のスイッチ群によって第１の電圧が印加され、当該センサ部の他方の固定電極に第３のスイッチ群によって第２の電圧が印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７５４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したように、特許文献１に示される静電容量検出センサは、可動電極と一方の固定電極とに第１の電圧を印加し、他方の固定電極に第２の電圧を印加して、自己診断を行うために、第２スイッチ群と第３スイッチ群とを有する。このように、自己診断を行うために、１つのセンサ部（コンデンサ）に対して、少なくとも２つのスイッチを有するので、構成が煩雑となる、という問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、構成が簡素化された容量式センサ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】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、物理量を検出するセンサ部（１０）、該センサ部（１０）の出力信号を処理する処理部（５０）、該処理部（５０）とセンサ部（１０）との電気的接続を制御する制御部（３０）、及び、センサ部（１０）に診断電圧を印加する電圧印加部（７０）を有する容量式センサ装置であって、センサ部（１０）は、基板、該基板に固定された壁部（１１）と固定電極（１２）、該固定電極（１２）と対向してコンデンサを構成する可動電極（１３）、該可動電極（１３）と壁部（１１）とを連結する梁（１４）を有し、センサ部（１０）は、異なる物理量を検出するコンデンサを複数有し、複数のコンデンサそれぞれの固定電極（１２）は、制御部（３０）によって、処理部（５０）との電気的な接続が制御され、複数のコンデンサそれぞれの可動電極（１３）は、共通の壁部（１１）に固定され、同電位となっており、電圧印加部（７０）が、共通の壁部（１１）に診断電圧を印加して、複数のコンデンサそれぞれの静電容量を所定値とした状態にて、制御部（３０）は、複数のコンデンサの固定電極（１２）の内、任意の固定電極（１２）と処理部（５０）とを電気的に接続し、処理部（５０）は、接続された固定電極（１２）から出力される静電容量に基づいて、コンデンサの故障を診断することを、順次、全てのコンデンサにて行うことを特徴とする。
【０００８】
このように本発明によれば、各コンデンサの固定電極（１２）と処理部（５０）との電気的な接続が、制御部（３０）によって制御され、各コンデンサの可動電極（１３）が、共通の壁部（１１）に連結されている。したがって、各コンデンサの診断時に、共通の壁部（１１）に診断電圧を印加することで、各コンデンサの静電容量を所定値とすることができる。これによれば、各コンデンサに対して、自己診断用のスイッチが２つ設けられた構成と比べて、構成が簡素化される。
【０００９】
請求項２に記載のように、壁部（１１）は、平面環状を成し、複数のコンデンサそれぞれは、壁部（１１）の内環面にて囲まれた領域内に配置された構成が好適である。
【００１０】
これによれば、壁部（１１）が平面矩形状の場合と比べて、各コンデンサの可動電極（１３）と壁部（１１）とを連結する梁（１４）の形状を簡素化することができる。
【００１１】
請求項３に記載のように、制御部（３０）は、壁部（１１）に診断電圧が印加された状態にて、複数のコンデンサの固定電極（１２）の内、任意の２つの固定電極（１２）と処理部（５０）とを電気的に接続し、処理部（５０）は、接続された固定電極（１２）から出力される静電容量に基づいて、コンデンサの故障を診断することを、順次、全てのコンデンサにて行う構成を採用することもできる。
【００１２】
そして、請求項３に記載の構成においては、請求項４に記載のように、処理部（５０）は、壁部（１１）に診断電圧が印加された状態にて、任意の２つのコンデンサから出力されることが期待される静電容量の加算値若しくは差分値を記憶しており、この記憶された加算値若しくは差分値が、検出された２つのコンデンサの静電容量の加算値若しくは差分値と等しいか否かによって、コンデンサの故障を診断する構成を採用することができる。
【００１３】
請求項５に記載のように、制御部（３０）は、物理量を検出する際、その物理量に対応するコンデンサの固定電極（１２）を、処理部（５０）に接続する構成が良い。これによれば、物理量を検出する際、制御部（３０）とは別に、その物理量に対応するコンデンサと処理部（５０）とを電気的に接続する接続部（例えば、特開２０１１−７５４３５号公報の請求項２に記載の第１のスイッチ群）を有する構成と比べて、構成が簡素化される。
【００１４】
請求項６に記載のように、センサ部（１０）は、複数のコンデンサの内、加速度検出用のコンデンサを有する構成を採用することができる。
【００１５】
請求項７に記載のように、センサ部（１０）は、複数のコンデンサの内、角速度検出用のコンデンサを有する構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る容量式センサ装置の概略構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に基づいて、本実施形態に係る容量式センサ装置を説明する。図１に示すように、容量式センサ装置１００は、要部として、センサ部１０、制御部３０、処理部５０、及び、電圧印加部７０を有する。センサ部１０は、制御部３０のスイッチ３１を介して処理部５０と電気的に接続され、電圧印加部７０は、処理部５０とセンサ部１０とに電気的に接続されている。処理部５０から電圧印加部７０に診断信号が入力されると、電圧印加部７０からセンサ部１０に診断電圧が印加され、容量式センサ装置１００の自己診断が開始される。
【００１８】
センサ部１０は、第１半導体層と第２半導体層とが絶縁層を挟んで成るＳＯＩ基板（図示略）を、所定形状にエッチングしてなるものである。センサ部１０は、絶縁層と第２半導体層から成る壁部１１と固定電極１２、第２半導体層から成り、第１半導体層の上方に浮いた可動電極１３と梁１４を有する。固定電極１２と可動電極１３とは互いに対向してコンデンサを構成しており、可動電極１３は、可撓性を有する梁１４を介して壁部１１に固定され、第１半導体層に対して可動と成っている。なお、固定電極１２は、外力によって変動しなければよいので、第２半導体層のみから成っても良い。
【００１９】
センサ部１０は、複数のコンデンサを有する。本実施形態において、センサ部１０は、４つのコンデンサＣａ〜Ｃｄを有し、コンデンサＣａ〜Ｃｄそれぞれの固定電極１２ａ〜１２ｄは、後述するスイッチ３１を介して、処理部５０に接続されている。また、コンデンサＣａ〜Ｃｄそれぞれの可動電極１３ａ〜１３ｄは、梁１４ａ〜１４ｄを介して、壁部１１に固定され、電気的に同電位となっている。本実施形態に係る壁部１１は、平面環状を成し、その内環面によって囲まれた領域内に、コンデンサＣａ〜Ｃｄが配置されている。そして、壁部１１の内環面に梁１４ａ〜１４ｄそれぞれの一端が接続されている。
【００２０】
制御部３０は、コンデンサＣａ〜Ｃｄの固定電極１２ａ〜１２ｄと、処理部５０の差動増幅回路５１との電気的な接続を制御するものである。制御部３０は、固定電極１２ａ〜１２ｄそれぞれに接続された端子と差動増幅回路５１の入力端子との間に設けられたスイッチ３１と、該スイッチ３１を制御する開閉制御部３２と、を有する。図１に示すように、固定電極１２ａ，１２ｂそれぞれには１つの端子が接続され、固定電極１２ｃ，１２ｄそれぞれには２つの端子が接続されている。そして、差動増幅回路５１の非反転入力端子、及び、反転入力端子それぞれには、２つの端子が接続されている。スイッチ３１は、固定電極１２ａと非反転入力端子との間に設けられたスイッチ３１ａと、固定電極１２ｃ，１２ｄと非反転入力端子との間に設けられたスイッチ３１ｂと、固定電極１２ｃ，１２ｄと反転入力端子との間に設けられたスイッチ３１ｃと、固定電極１２ｂと反転入力端子との間に設けられたスイッチ３１ｄと、を有する。
【００２１】
本実施形態に係るセンサ部１０は、角速度と加速度とを検出する機能を果たす。図示しないが、各可動電極１３ａ〜１３ｄは、ＳＯＩ基板の厚さ方向と電極１２，１３の対向方向とに直交する振動方向に振動可能となっている。したがって、上記した厚さ方向に角速度が印加されると、可動電極１３は対向方向に変位して、コンデンサの静電容量が変動する。本実施形態では、コンデンサＣａ、Ｃｂが同相、コンデンサＣｃ、Ｃｄが同相であり、コンデンサＣａ、ＣｂとコンデンサＣｃ、Ｃｄとが互いに逆相に振動する。これにより、コンデンサＣａ、Ｃｂそれぞれの可動電極１３ａ，１３ｂと、コンデンサＣｃ、Ｃｄそれぞれの可動電極１３ｃ，１３ｄと、に印加されるコリオリ力の印加方向が逆向きとなり、変位方向が逆向きとなっている。
【００２２】
上記したように、可動電極１３ａ〜１３ｄは、振動方向に振動しているが、この振動状態において、加速度が対向方向に印加されると、可動電極１３ａ〜１３ｄには、加速度の印加方向とは逆向きに慣性力が働き、全ての可動電極１３ａ〜１３ｄは同方向に変位する。なお、加速度だけを検出する場合、もちろんではあるが、可動電極１３ａ〜１３ｄを振動させなくともよい。
【００２３】
開閉制御部３２は、角速度を検出する場合、非反転入力端子と固定電極１２ａ，１２ｄを電気的に接続し、反転入力端子と固定電極１２ｂ，１２ｃを電気的に接続する。これにより、差動増幅回路５１からは、コンデンサＣａ、Ｃｄの静電容量からコンデンサＣｂ、Ｃｃの静電容量が差分された値に比例する信号が出力される。また、開閉制御部３２は、加速度を検出する場合、非反転入力端子と固定電極１２ａ，１２ｃを電気的に接続し、反転入力端子と固定電極１２ｂ，１２ｄを電気的に接続する。これにより、差動増幅回路５１からは、コンデンサＣａ、Ｃｃの静電容量からコンデンサＣｂ、Ｃｄの静電容量が差分された値に比例する信号が出力される。
【００２４】
処理部５０は、差動増幅回路５１、マイコン５２、及び、メモリ５３を有する。上記したように、差動増幅回路５１の非反転入力端子と反転入力端子は、スイッチ３１を介してコンデンサＣａ〜Ｃｄの固定電極１２と電気的に接続されており、出力端子はマイコン５２に接続されている。マイコン５２には、メモリ５３が電気的に接続され、マイコン５２の出力端子が、外部素子（図示略）、制御部３０、及び、電圧印加部７０それぞれに電気的に接続されている。
【００２５】
マイコン５２は、物理量（角速度及び加速度）を検出する検出モードにて、非反転入力端子と固定電極１２ａ，１２ｄを電気的に接続し、反転入力端子と固定電極１２ｂ，１２ｃを電気的に接続する信号をスイッチ３１に出力した後、非反転入力端子と固定電極１２ａ，１２ｃを電気的に接続し、反転入力端子と固定電極１２ｂ，１２ｄを電気的に接続する信号をスイッチ３１に出力することを順次繰り返す旨が含まれた検出制御信号を、開閉制御部３２に出力する。
【００２６】
これに対し、マイコン５２は、コンデンサＣａ〜Ｃｄの故障を診断する診断モードにて、診断開始の旨を含む診断信号を電圧印加部７０と開閉制御部３２それぞれに出力する。電圧印加部７０は、診断信号が入力されると、壁部１１に形成されたパッド１１ａに診断電圧を印加して、壁部１１、及び、壁部１１と連結された梁１４、及び、梁１４と連結された可動電極１３ａ〜１３ｄそれぞれを同電位とし、固定電極１２ａ〜１２ｄに固定電圧を印加することで、コンデンサＣａ〜Ｃｄそれぞれの静電容量を所定値とする。
【００２７】
一方、開閉制御部３２は、診断信号が入力されると、コンデンサＣａ〜Ｃｄの内、２つのコンデンサを選択し、その選択されたコンデンサを差動増幅回路５１に接続する。こうすることで、差動増幅回路５１からは、任意の２つのコンデンサから出力される静電容量の加算値若しくは差分値に比例する信号が出力される。
【００２８】
上記したメモリ５３には、診断電圧印加時に、各コンデンサＣａ〜Ｃｄから出力されることが期待される静電容量の加算値や差分値が記憶されている。マイコン５２は、差動増幅回路５１から出力される静電容量の加算値若しくは差分値が、メモリ５３に記憶された値と等しくなっているか否かによって、コンデンサＣａ〜Ｃｄの故障を診断する。開閉制御部３２は、４つのコンデンサＣａ〜Ｃｄから任意の２つのコンデンサを選ぶことを、全ての場合において順次行う。そして、マイコン５２は、各コンデンサの組み合わせにおいて、差動増幅回路５１から出力される信号がメモリ５３に記憶された値と等しいか否かを、全ての場合において順次行う。これにより、例えば、電極１２，１３間に異物が挟まっているか否かなどの故障を診断する。
【００２９】
次に、本実施形態に係る容量式センサ装置１００の作用効果を説明する。上記したように、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの固定電極１２ａ〜１２ｄと処理部５０との電気的な接続が、制御部３０によって制御され、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの可動電極１３ａ〜１３ｄが、共通の壁部１１に連結されている。したがって、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの診断時に、共通の壁部に診断電圧を印加することで、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの静電容量を所定値とすることができる。これによれば、各コンデンサに対して、自己診断用のスイッチが２つ設けられた構成と比べて、構成が簡素化される。
【００３０】
壁部１１は、平面環状を成し、複数のコンデンサＣａ〜Ｃｄそれぞれは、壁部１１の内環面にて囲まれた領域内に配置されている。これによれば、壁部が平面矩形状の場合と比べて、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの可動電極１３ａ〜１３ｄと壁部１１とを連結する梁１４ａ〜１４ｄの形状を簡素化することができる。
【００３１】
制御部３０は、自己診断を行う際、任意の２つのコンデンサの固定電極を処理部５０に接続し、物理量を検出する際、その物理量（角速度や加速度）に対応するコンデンサの固定電極を、処理部５０に接続している。これによれば、物理量を検出する際、制御部とは別に、その物理量に対応するコンデンサと処理部とを電気的に接続する接続部（例えば、特開２０１１−７５４３５号公報の請求項２に記載の第１のスイッチ群）を有する構成と比べて、構成が簡素化される。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００３３】
本実施形態では、自己診断時において、開閉制御部３２は、コンデンサＣａ〜Ｃｄの内、２つのコンデンサを選択し、マイコン５２は、差動増幅回路５１から出力される静電容量の加算値若しくは差分値が、メモリ５３に記憶された値と等しくなっているか否かによって、コンデンサＣａ〜Ｃｄの故障を診断する例を示した。しかしながら、自己診断時において、開閉制御部３２が、コンデンサＣａ〜Ｃｄの内、１つのコンデンサを選択し、マイコン５２は、差動増幅回路５１から出力される静電容量が、メモリ５３に記憶された値と等しくなっているか否かによって、コンデンサＣａ〜Ｃｄの故障を診断しても良い。この場合、メモリ５３には、診断電圧印加時に、各コンデンサＣａ〜Ｃｄから出力されることが期待される静電容量が記憶されている。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・センサ部
１１・・・壁部
１２・・・固定電極
１３・・・可動電極
３０・・・制御部
５０・・・処理部
７０・・・電圧印加部
１００・・・容量式センサ装置
【図１】
2013120087.tif 000003