JP2002340929A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップサイズの大型化を抑制しつつ、動作環
境に応じたセンサ出力のオフセット及びその変動を簡易
に吸収する加速度センサを提供する。 【解決手段】 第１可動部１１は、所定の変位方向を有
して基板１０に対して浮動支持されている。第２可動部
１２は、上記変位方向を有して第１可動部１１に対して
支持されている。第１、第２可動部１１，１２（構造
体）には、交流信号源３１からの交流電圧が入力され、
同電圧に基づき第１可動部１１と固定電極１４ａとの間
に形成される静電容量に蓄えられる電荷に相当する信号
が固定電極１４ａから第１検出回路３２ａ等に入力さ
れ、第１可動部１１の基板１０に対する変位を検出す
る。同様に、第２可動部１２の基板１０に対する変位を
検出する。固定電極１４ａには、検出された第１可動部
１１の変位に基づき同変位を抑制する静電引力が生じる
ようなサーボ電圧が供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に浮動支持
された可動部を備え、加速度に応じた可動部の変位に基
づき加速度を検出する加速度センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の加速度センサとしては、
例えば図７に示される構造のものが知られている。同図
に示されるように、絶縁層を形成するシリコン基板９０
には、例えば導電性とするために不純物の添加されたポ
リシリコン（以下、「導電性ポリシリコン」という）薄
膜にて形成された可動部９１、加速度検出用の固定電極
９２ａ，９２ｂ、調整電極９３ａ，９３ｂ及び浮動体ア
ンカーａ９１，ａ９２，ａ９３，ａ９４が設けられてい
る。なお、上記固定電極９２ａ，９２ｂ、調整電極９３
ａ，９３ｂ及び浮動体アンカーａ９１〜ａ９４はシリコ
ン基板９０上に接合されている。

【０００３】上記可動部９１は長手方向であるｙ方向に
所定間隔をおいてｘ方向一側及び他側（図７の右側及び
左側）にそれぞれ伸びる加速度検出用の可動電極９４を
有して略骨格状に形成されている。そして、ｙ方向に各
隣接する可動電極９４間に上記固定電極９２ａ，９２ｂ
が平行配置されるようになっている。なお、ｙ方向は可
動部９１の変位方向、すなわち加速度の検出方向となっ
ており、ｘ方向はｙ方向（変位方向）と略直交し、且
つ、シリコン基板９０と略平行な方向となっている。

【０００４】この可動部９１の四隅は変位方向であるｙ
方向に撓み性が高くなるようにｘ方向外側に延びる導電
性ポリシリコンのばね梁９５を介して上記浮動体アンカ
ーａ９１〜ａ９４にそれぞれ連続している。これら可動
部９１及びばね梁９５は、例えばフォトリソグラフ及び
エッチングによる半導体プロセス加工にて、上記シリコ
ン基板９０から浮くように形成されており、同ばね梁９
５は、互いに同等の幅及び長さを有している。

【０００５】上記固定電極９２ａ，９２ｂは、上記可動
部９１のｙ方向に各隣接する可動電極９４間の一側及び
他側（図７の上側及び下側）において対向する可動電極
９４に対して所定距離だけ離隔されてそれぞれ形成され
ている（ただし、静止状態において）。これら固定電極
９２ａ，９２ｂは、上記可動部９１のｙ方向の変位に基
づき同可動部９１（可動電極９４）との間の静電容量が
変動することで、同可動部９１のシリコン基板９０に対
するｙ方向の変位検出に供される。すなわち、可動部９
１が一側（図７の上側）に移動したときには、同可動部
９１（可動電極９４）と固定電極９２ａとの間の静電容
量が減少するとともに、可動部９１（可動電極９４）と
固定電極９２ｂとの間の静電容量が増加する。また、可
動部９１が他側（図７の下側）に移動したときには、こ
れらの関係は逆となる。すなわち、加速度の作用に応じ
て変位する可動部９１（可動電極９４）と上記固定電極
９２ａ，９２ｂとの間の静電容量の変動は、互いに逆向
きとなっている。

【０００６】このような構造にあって、固定電極９２
ａ，９２ｂに、それぞれ電極パッド９６ａ，９６ｂを介
して互いに逆相となる交流電圧を印加する。そして、可
動部９１（可動電極９４）及び固定電極９２ａ間の静電
容量と、可動部９１（可動電極９４）及び固定電極９２
ｂ間の静電容量との差を、例えば可動部９１に蓄えられ
た電荷としてばね梁９５及び浮動体アンカーａ９１，ａ
９４を介して電極パッド９７から取り出す。この電荷を
電荷−電圧変換することで上記静電容量の差、すなわち
加速度による変位に応じた電圧値として検出する。この
電圧値に基づきｙ方向の加速度が検出されるようになっ
ている。

【０００７】上記調整電極９３ａ，９３ｂは、可動部９
１の一側及び他側（図７の上側及び下側）の外側に同可
動部９１を挟みこむようにして、それぞれｘ方向に延び
る態様で相補的に形成されている。可動部９１の静止状
態において調整電極９３ａ，９３ｂは、同可動部９１か
らｙ方向に互いに同等の距離だけ離隔されている。そし
て、調整電極９３ａ，９３ｂには、それぞれ電極パッド
９８ａ，９８ｂを介して個別に調整された直流電圧が印
加されるようになっている。一般に、シリコン基板９０
上に形成された加速度センサでは、シリコン基板９０と
構造体（可動部９１等）との線膨張係数の差や、温度に
よる基板固定部の応力の変動等により可動部９１に機械
的応力が発生して同可動部９１を変位させ、センサ出力
のオフセット及びその変動を誘起する。調整電極９３
ａ，９３ｂは、個別に調整された直流電圧が印加される
ことで可動部９１との間の静電引力を調整し、このよう
な動作環境によるオフセット及びその変動を吸収する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記調整電
極９３ａ，９３ｂによるオフセット及びその変動の吸収
は、例えば感温素子を用いてその検出結果に応じて印加
する直流電圧を調整する近似補正や、あるいはＲＯＭ
（リードオンリーメモリ）に記憶された動作環境に応じ
たマップに基づき印加する直流電圧を調整する補正が一
般的である。この場合、動作環境（温度）に対するオフ
セット及びその変動の傾向は各センサごとに異なるた
め、各センサごとに個別に直流電圧の調整値を設定する
必要があって検査調整工数の増大を余儀なくされてい
た。

【０００９】そこで、図８に示される形状を有する加速
度センサが本出願人により提案されている。同図に示さ
れるように、絶縁層を形成するシリコン基板１０には、
例えば導電性ポリシリコン薄膜にて形成された第１可動
部１１、第２可動部１２、サーボ電極１３ａ，１３ｂ、
変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ、加速度検出用固定
電極１５ａ，１５ｂ及び浮動体アンカーａ１１，ａ１
２，ａ１３，ａ１４が設けられている。なお、上記サー
ボ電極１３ａ，１３ｂ、変位検出用固定電極１４ａ，１
４ｂ、加速度検出用固定電極１５ａ，１５ｂ及び浮動体
アンカーａ１１〜ａ１４はシリコン基板１０に接合され
ている。

【００１０】上記第１可動部１１は略四角枠状に形成さ
れており、シリコン基板１０と略平行な図８において上
下方向（ｙ方向）に伸びる各辺からは、中央に向かって
互いに略対称な四角枠状に突出する変位検出部１１ａが
形成されている。そして、これら各変位検出部１１ａに
て囲われた内部は、ｘ方向に延びる変位検出用可動電極
１６にてｙ方向に複数（図８では１０つ）に均等に区画
されている。そして、ｙ方向に各隣接する変位検出用可
動電極１６間に上記変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ
が平行配置されるようになっている。なお、ｙ方向は第
１及び第２可動部１１，１２の変位方向、すなわち加速
度の検出方向（感度軸）となっており、ｘ方向はｙ方向
（変位方向）と略直交し、且つ、シリコン基板１０と略
平行な方向となっている。

【００１１】この第１可動部１１の四隅は変位方向（検
出方向）であるｙ方向に撓み性が高くなるようにｘ方向
内側に略クランク状に折り返されて伸びる導電性ポリシ
リコン薄膜の第１ばね梁１７を介して上記浮動体アンカ
ーａ１１〜ａ１４にそれぞれ連続している。これら第１
可動部１１及び第１ばね梁１７は、例えばフォトリソグ
ラフ及びエッチングによる半導体プロセス加工にて、上
記シリコン基板１０から浮くように形成されており、同
第１ばね梁１７は、互いに同等の幅及び長さを有してい
る。

【００１２】上記変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ
は、上記第１可動部１１（変位検出部１１ａ）のｙ方向
に各隣接する変位検出用可動電極１６間の一側及び他側
（図８の上側及び下側）において対向する変位検出用可
動電極１６に対して所定距離だけ離隔されてそれぞれ形
成されている（ただし、変位の抑制された中立状態にお
いて）。これら変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂは、
上記第１可動部１１のｙ方向の変位に基づき同第１可動
部１１（変位検出用可動電極１６）との間の静電容量が
変動することで、同第１可動部１１のシリコン基板１０
に対するｙ方向の変位検出に供される。すなわち、第１
可動部１１が一側（図８の上側）に移動したときには、
同第１可動部１１（変位検出用可動電極１６）と変位検
出用固定電極１４ａとの間の静電容量が減少するととも
に、第１可動部１１（変位検出用可動電極１６）と変位
検出用固定電極１４ｂとの間の静電容量が増加する。ま
た、第１可動部１１が他側（図８の下側）に移動したと
きには、これらの関係は逆となる。すなわち、第１可動
部１１の変位による第１可動部１１（変位検出用可動電
極１６）と上記変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂとの
間の静電容量の変動は、互いに逆向きとなっている。

【００１３】上記サーボ電極１３ａ，１３ｂは、それぞ
れ第１可動部１１のｙ方向一側及び他側の外側において
同第１可動部１１に対向配置されるようにｘ方向に伸び
ている。これらサーボ電極１３ａ，１３ｂは、検出され
た第１可動部１１のシリコン基板１０（変位検出用固定
電極１４ａ，１４ｂ）に対する変位に応じて生成される
後述のサーボ電圧が供給されることで第１可動部１１と
の間でのｙ方向（検出方向）の静電引力を変動させ、第
１可動部１１の変位の吸収に供される。なお、この従来
例では、第１可動部１１の両側（図８の上側及び下側）
に配置された２つのサーボ電極１３ａ，１３ｂで第１可
動部１１の変位を吸収するため、静止状態において第１
可動部１１は変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂに対し
て略対称となるようにシリコン基板１０上に支持されて
いる。すなわち、上記中立状態でのシリコン基板１０上
の第１可動部１１の配置は、静止状態での同配置と略一
致するようになっている。

【００１４】上記第２可動部１２は、上記第１可動部１
１（変位検出部１１ａ）によって囲まれた同第１可動部
１１の略中央部に配置されており、第１可動部１１より
も小さい幅及び長さを有して略四角枠状に形成されてい
る。この第２可動部１２の内側は、ｘ方向に延びる加速
度検出用可動電極１８にてｙ方向に複数（図８では１０
つ）に均等に区画されている。そして、ｙ方向に各隣接
する加速度検出用可動電極１８間に上記加速度検出用固
定電極１５ａ，１５ｂが平行配置されるようになってい
る。

【００１５】また、この第２可動部１２のｙ方向一側及
び他側（図８の上側及び下側）の外枠の略中間部には、
それぞれｙ方向外側に突出する支持端１２ａが形成され
ている。そして、第２可動部１２は、変位方向（検出方
向）であるｙ方向に撓み性が高くなるように上記支持端
１２ａからｘ方向一側及び他側（図８の右側及び左側）
にそれぞれ伸びる導電性ポリシリコン薄膜の第２ばね梁
１９を介して上記第１可動部１１の変位検出部１１ａよ
りも外側の内部に連続している。これら第２可動部１２
及び第２ばね梁１９も、例えばフォトリソグラフ及びエ
ッチングによる半導体プロセス加工にて、上記シリコン
基板１０から浮くように形成されており、同第２ばね梁
１９は、互いに同等の幅及び長さを有するように形成さ
れている。

【００１６】上記加速度検出用固定電極１５ａ，１５ｂ
は、上記第２可動部１２のｙ方向に各隣接する加速度検
出用可動電極１８間の一側及び他側（図８の上側及び下
側）において対向する加速度検出用可動電極１８に対し
て所定距離だけ離隔されてそれぞれ形成されている（た
だし、上記中立状態であって加速度の加わっていない状
態において）。これら加速度検出用固定電極１５ａ，１
５ｂは、上記第２可動部１２のｙ方向の変位に基づき同
第２可動部１２（加速度検出用可動電極１８）との間の
静電容量が変動することで、同第２可動部１２のシリコ
ン基板１０に対するｙ方向の変位検出に供される。すな
わち、第２可動部１２が一側（図８の上側）に移動した
ときには、同第２可動部１２（加速度検出用可動電極１
８）と加速度検出用固定電極１５ａとの間の静電容量が
減少するとともに、第２可動部１２（加速度検出用可動
電極１８）と加速度検出用固定電極１５ｂとの間の静電
容量が増加する。また、第２可動部１２が他側（図８の
下側）に移動したときには、これらの関係は逆となる。
すなわち、第２可動部１２の変位による第２可動部１２
（加速度検出用可動電極１８）と上記加速度検出用固定
電極１５ａ，１５ｂとの間の静電容量の変動は、互いに
逆向きとなっている。

【００１７】なお、第１及び第２可動部１１，１２（変
位検出用可動電極１６及び加速度検出用可動電極１８）
等の構造体は、浮動体アンカーａ１３，ａ１４及び配線
Ｗ１１を介して電極パッド２１と電気的に接続されてい
る。また、サーボ電極１３ａ，１３ｂは、配線Ｗ１２，
Ｗ１３を介して電極パッド２２ａ，２２ｂと電気的に接
続されている。さらに、変位検出用固定電極１４ａ，１
４ｂは、それぞれ配線Ｗ１４，Ｗ１５を介して電極パッ
ド２３ａ，２３ｂと電気的に接続されている。加速度検
出用固定電極１５ａ，１５ｂは、それぞれ配線Ｗ１６，
Ｗ１７を介して電極パッド２４ａ，２４ｂと電気的に接
続されている。

【００１８】次に、この加速度センサの加速度検出に係
る従来の電気的構成について説明する。図９に示される
ように、この加速度センサは第１周波数ｆ１を有する交
流電圧を生成可能な第１交流信号源１０１と、第１周波
数ｆ１と異なる第２周波数ｆ２を有する交流電圧を生成
可能な第２交流信号源１０２とを備えている。なお、こ
れら第１及び第２周波数ｆ１，ｆ２は、第１可動部１１
と第１ばね梁１７とからなる変位方向（検出方向）の共
振周波数、第１及び第２可動部１１，１２と第１及び第
２ばね梁１７，１９とからなる変位方向（検出方向）の
共振周波数よりも高く設定されている。これは、これら
第１及び第２可動部１１，１２等の発振を防止するとと
もに、その振動状態を取得可能とするためである。

【００１９】第１交流信号源１０１からの交流電圧は、
電極パッド２３ａを介して変位検出用固定電極１４ａ
に、反転回路１０３及び電極パッド２３ｂを介して変位
検出用固定電極１４ｂにそれぞれ入力されている。すな
わち、上記変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂには、第
１周波数ｆ１を有する互いに逆相となる交流電圧が入力
されている。従って、第１可動部１１（変位検出用可動
電極１６）と変位検出用固定電極１４ａとで形成される
静電容量及び同第１可動部１１（変位検出用可動電極１
６）と変位検出用固定電極１４ｂとで形成される静電容
量には、第１周波数ｆ１を有する互いに逆相となる交流
電圧が入力されている。

【００２０】一方、第２交流信号源１０２からの交流電
圧は、電極パッド２４ａを介して加速度検出用固定電極
１５ａに、反転回路１０４及び電極パッド２４ｂを介し
て加速度検出用固定電極１５ｂにそれぞれ入力されてい
る。すなわち、上記加速度検出用固定電極１５ａ，１５
ｂには、第２周波数ｆ２を有する互いに逆相となる交流
電圧が入力されている。従って、第２可動部１２（加速
度検出用可動電極１８）と加速度検出用固定電極１５ａ
とで形成される静電容量及び同第２可動部１２（加速度
検出用可動電極１８）と加速度検出用固定電極１５ｂと
で形成される静電容量には、第２周波数ｆ２を有する互
いに逆相となる交流電圧が入力されている。

【００２１】以上により、これら各静電容量を共通して
形成する構造体（第１及び第２可動部１１，１２等）に
は、第１可動部１１と全変位検出用固定電極１４ａとで
形成される静電容量及び同第１可動部１１と全変位検出
用固定電極１４ｂとで形成される静電容量の容量偏差に
略比例するとともに第１周波数ｆ１を有する第１交流信
号源１０１からの交流電圧に略比例する電荷と、第２可
動部１２と加速度検出用固定電極１５ａとで形成される
静電容量及び同第２可動部１２と加速度検出用固定電極
１５ｂとで形成される静電容量の容量偏差に略比例する
とともに第２周波数ｆ２を有する第２交流信号源１０２
からの交流電圧に略比例する電荷とを合計した電荷が蓄
えられる。

【００２２】構造体（第１及び第２可動部１１，１２
等）に接続された電極パッド２１は、例えばチャージア
ンプ等の検出回路１０５に接続されており、同検出回路
１０５を介して電荷−電圧変換されて上記合計した電荷
に相当する電圧値を有する信号が検出されるようになっ
ている。

【００２３】上記検出回路１０５からの出力信号は、同
期検波回路１０６に入力されている。この同期検波回路
１０６には、第１交流信号源１０１からの交流電圧が入
力されており、この信号を基準タイミング信号として第
１周波数ｆ１にて同期検波を行うことでシリコン基板１
０に対する第１可動部１１の検出方向の変位が検出され
るようになっている。

【００２４】上記第１可動部１１の検出方向の変位に相
当する同期検波回路１０６からの信号はサーボ電圧生成
回路１０７に入力されており、サーボ電圧生成回路１０
７は同第１可動部１１の変位を抑制するように第３周波
数ｆ３を有する低周波信号を生成する。なお、この第３
周波数ｆ３は、例えばセンサとして要求される加速度に
対応する応答速度相当の周波数よりも高く、第１及び第
２周波数ｆ１，ｆ２よりも低い周波数となっている。換
言すると、第１可動部１１の検出方向の変位は、センサ
として要求される上記応答速度よりも速く抑制されるよ
うになっている。このサーボ電圧生成回路１０７からの
低周波信号（サーボ電圧）が電極パッド２２ａを介して
前記サーボ電極１３ａに、反転回路１２４において反転
させて所定のバイアス電圧を加算した信号（サーボ電
圧）が電極パッド２２ｂを介して前記サーボ電極１３ｂ
にそれぞれ入力されている。そして、このサーボ電極１
３ａ，１３ｂに入力する信号の上述の設定により、第１
可動部１１等との間でのｙ方向（検出方向）の静電引力
が調整されてシリコン基板１０に対する第１可動部１１
の変位を略なくすように調整される。従って、加速度に
よる第１可動部１１のｙ方向（検出方向）の変位、或い
は動作環境（温度）による第１可動部１１のｙ方向（検
出方向）の変位（オフセット）及びその変動は抑制され
ている。そして、第２可動部１２はこのようにｙ方向
（検出方向）の変位等の抑制された第１可動部１１に対
して支持されるため、同第２可動部１２はその質量及び
第２ばね梁１９のばね定数のみによって決定されるｙ方
向、すなわち加速度に対する感度を有するようになる。
従って、この第２可動部１２の変位を検出することで動
作環境（温度）によるｙ方向（検出方向）の変位（オフ
セット）及びその変動を吸収した加速度の検出が可能と
なる。換言すると、第１可動部１１を介した第２可動部
１２の変位により検出されるセンサ出力は、動作環境
（温度）に起因するオフセット及びその変動の抑制され
たものとなっている。

【００２５】一方、上記検出回路１０５からの出力信号
は、同期検波回路１０８にも入力されている。この同期
検波回路１０８には、第２交流信号源１０２からの交流
電圧が入力されており、この信号を基準タイミング信号
として第２周波数ｆ２にて同期検波を行うことでシリコ
ン基板１０に対する第２可動部１２の検出方向の変位が
検出されるようになっている。

【００２６】上記第２可動部１２の検出方向の変位に相
当する同期検波回路１０８からの信号は増幅器１０９を
介して所要の増幅をされ、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
１１０を介して所要の周波数帯域の信号のみが取り出さ
れる。この信号は所定のオフセット調整を行った後に加
速度に相当する出力電圧値（センサ出力）として、例え
ばコントローラに出力されるようになっている。

【００２７】ここで、この加速度センサは、第１可動部
１１のシリコン基板１０に対する変位の調整にあたっ
て、第１可動部１１等との間でのｙ方向（検出方向）の
静電引力を調整するためのサーボ電極１３ａ，１３ｂが
必要となる。従って、第１可動部１１のシリコン基板１
０に対する変位の調整が広範囲にわたる場合には、十分
な力（静電引力）を得るためにサーボ電極１３ａ，１３
ｂ及び対向する第１可動部１１に十分な面積を確保する
必要が有り、チップサイズの大型化と生産性の低減を余
儀なくされていた。

【００２８】本発明の目的は、チップサイズの大型化を
抑制しつつ、動作環境に応じたセンサ出力のオフセット
及びその変動を簡易に吸収することができる加速度セン
サを提供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、所定の変位方向を有し
て基板に対して浮動支持され、所定電位に保持された第
１可動部と、前記変位方向を有して前記第１可動部に対
して支持され、該変位方向に加速度が加えられることに
より該変位方向に変位する第２可動部と、前記第１可動
部に対向して前記基板上に固定された変位検出用固定電
極と、前記第２可動部に対向して前記基板上に固定され
た加速度検出用固定電極と、前記第１及び第２可動部に
交流電圧を入力する交流信号源と、前記第１及び第２可
動部に入力された交流電圧に基づき該第１可動部と前記
変位検出用固定電極との間に形成される静電容量を流れ
る電流及び該静電容量に蓄えられる電荷のいずれかに相
当する信号が該変位検出用固定電極から入力されて該第
１可動部の前記基板に対する変位を検出する第１検出手
段と、前記検出された第１可動部の変位に基づき調整さ
れるバイアス電圧を有するサーボ電圧を生成して前記変
位検出用固定電極に供給し、該サーボ電圧に基づく該第
１可動部と該変位検出用固定電極との間の静電引力によ
り該変位を抑制するように力を印加する印加手段と、前
記第１及び第２可動部に入力された交流電圧に基づき該
第２可動部と前記加速度検出用固定電極との間に形成さ
れる静電容量を流れる電流及び該静電容量に蓄えられる
電荷のいずれかに相当する信号が該加速度検出用固定電
極から入力されて該第２可動部の前記基板に対する変位
を検出する第２検出手段とを備え、前記検出された第２
可動部の変位に基づき加えられた加速度を検出すること
を要旨とする。

【００３０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の加速度センサにおいて、前記第１検出手段は、前記変
位検出用固定電極に反転入力端子を接続された負帰還イ
ンピーダンスを有するオペアンプ回路を備え、前記印加
手段は、前記変位検出用固定電極に接続されたオペアン
プ回路の非反転入力端子にサーボ電圧を供給して該変位
検出用固定電極にサーボ電圧を供給したことを要旨とす
る。

【００３１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の加速度センサにおいて、前記変位検出用固定電
極は、前記第１可動部に対して電磁気学的に略対称構造
となる対を形成してなり、前記対を形成する一方の変位
検出用固定電極には前記サーボ電圧が供給され、該他方
の変位検出用固定電極は前記第１可動部と異なる所定電
位に保持されたことを要旨とする。

【００３２】請求項４に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の加速度センサにおいて、前記変位検出用固定電
極は、前記第１可動部に対して電磁気学的に略対称構造
となる対を形成してなり、前記対を形成する一方及び他
方の変位検出用固定電極には互いに相補的なサーボ電圧
がそれぞれ供給されたことを要旨とする。

【００３３】請求項５に記載の発明は、請求項３又は４
に記載の加速度センサにおいて、前記第１検出手段は、
前記対を形成する各変位検出用固定電極から入力される
信号を差分した信号に基づき前記第１可動部の変位を検
出することを要旨とする。

【００３４】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれかに記載の加速度センサにおいて、前記加速度検
出用固定電極は、前記第２可動部に対して電磁気学的に
略対称構造となる対を形成してなり、前記第２検出手段
は、前記対を形成する各加速度検出用固定電極から入力
される信号を差分した信号に基づき前記第２可動部の変
位を検出することを要旨とする。

【００３５】（作用）請求項１又は２に記載の発明によ
れば、第１可動部の変位は、交流信号源から第１及び第
２可動部に入力された交流電圧に基づき第１可動部と変
位検出用固定電極との間に形成される静電容量を流れる
電流及び同静電容量に蓄えられる電荷のいずれかに相当
する信号が変位検出用固定電極から第１検出手段に入力
されることで検出される。

【００３６】そして、検出された第１可動部の変位に基
づき上記サーボ電圧のバイアス電圧を調整して変位検出
用固定電極に供給することで、同サーボ電圧に基づく変
位検出用固定電極と所定電位に保持された第１可動部と
の間の静電引力が調整されて同変位を抑制するように力
が印加される。

【００３７】このように第１可動部の変位が抑制された
状態において、第２可動部の変位は、上記交流信号源か
ら第１及び第２可動部に入力された交流電圧に基づき第
２可動部と加速度検出用固定電極との間に形成される静
電容量を流れる電流及び同静電容量に蓄えられる電荷の
いずれかに相当する信号が加速度検出用固定電極から第
２検出手段に入力されることで検出される。そして、こ
の第２可動部の変位に基づき加速度が検出される。

【００３８】以上により、別途、第１可動部の変位を抑
制するためのサーボ電圧印加用の電極（サーボ電極）を
設ける必要がないため、チップサイズの大型化を抑制し
つつ、動作環境に応じたセンサ出力のオフセット及びそ
の変動が簡易に吸収される。

【００３９】請求項３に記載の発明によれば、変位検出
用固定電極は、第１可動部に対して電磁気学的に略対称
構造となる対を形成している。そして、対を形成する一
方の変位検出用固定電極には上記サーボ電圧が供給さ
れ、同他方の変位検出用固定電極は第１可動部と異なる
所定電位に保持される。従って、例えば第１可動部の電
位をセンサに電力を供給する電源の負電源と同電位と
し、他方の変位検出用固定電極の電位を当該電源の正電
源の電位と負電源の電位との中点とすることで、変位方
向の双方向に静電引力を発生させることができる。この
ため、第１可動部の変位はより広範囲に抑制され、ひい
ては動作環境に応じたセンサ出力のオフセット及びその
変動がより広範囲で吸収される。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、変位検出
用固定電極は、第１可動部に対して電磁気学的に略対称
構造となる対を形成している。そして、対を形成する一
方及び他方の変位検出用固定電極には互いに相補的なサ
ーボ電圧がそれぞれ供給される。従って、各変位検出用
固定電極に供給されるサーボ電圧（バイアス電圧）を互
いに相補的に調整（増減）を行うことで、変位方向の双
方向に静電引力を発生させることができる。このため、
第１可動部の変位はより広範囲に抑制され、ひいては動
作環境に応じたセンサ出力のオフセット及びその変動が
より広範囲で吸収される。

【００４１】請求項５に記載の発明によれば、第１可動
部の変位は、上記対を形成する各変位検出用固定電極か
ら入力される信号を差分した信号に基づき検出される。
従って、外乱等による同相成分の相殺された信号を生成
でき、同信号のＳ／Ｎ比が向上される。

【００４２】以上により、第１可動部の基板に対する変
位はより正確に検出され、この信号（第１可動部の変
位）に基づき生成されるサーボ電圧のノイズも低減さ
れ、ひいては第１可動部の変位による加速度センサのセ
ンサ出力のノイズ、オフセット及びその変動が抑制され
る。

【００４３】請求項６に記載の発明によれば、加速度検
出用固定電極は、第２可動部に対して電磁気学的に略対
称構造となる対を形成している。そして、第２可動部の
変位は、対を形成する各加速度検出用固定電極から入力
される信号を差分した信号に基づき検出される。従っ
て、外乱等による同相成分の相殺された信号を生成で
き、同信号のＳ／Ｎ比が向上される。

【００４４】以上により、第２可動部の基板に対する変
位はより正確に検出され、加速度センサのセンサ出力の
オフセットが抑制される。

【００４５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
具体化した第１実施形態について図１及び図２に従って
説明する。なお、構造体（第１及び第２可動部１１，１
２）等の形状は上述の従来例（図８参照）と同様である
ため、適宜引用してその説明を割愛する。図１に示され
るように、本実施形態では、従来例でのサーボ電極１３
ａ，１３ｂ及びその周辺構造（電極パッド２２ａ，２２
ｂ等）を割愛しており、第１可動部１１の変位を抑制す
るためのサーボ電圧を変位検出用固定電極１４ａに供給
している。

【００４６】なお、従来例では特に言及しなかったが、
変位の抑制された中立状態において対向する変位検出用
可動電極１６に対して所定距離だけ離隔されて形成され
た変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂは、上記第１可動
部１１（変位検出用可動電極１６）に対して電磁気学的
に略対称構造となるように設定されている。ここでいう
電磁気学的に略対称構造とは、上記中立状態での変位検
出用固定電極１４ａ，１４ｂ及び第１可動部１１（変位
検出用可動電極１６）間の対向面積及び電極間距離が同
等に設定されていることである。そして、第１可動部１
１の変位に伴う変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ及び
第１可動部１１（変位検出用可動電極１６）間の静電容
量の変動が互いに逆相となるように設定されていること
である。

【００４７】同様に、上記中立状態であって加速度の加
わっていない状態において対向する加速度検出用可動電
極１８に対して所定距離だけ離隔されて形成された加速
度検出用固定電極１５ａ，１５ｂも、上記第２可動部１
２（加速度検出用可動電極１８）に対して電磁気学的に
略対称構造となるように設定されている。

【００４８】次に、この加速度センサの加速度検出に係
る電気的構成について説明する。図２に示されるよう
に、この加速度センサは周波数ｆを有するＧＮＤ（グラ
ンド）レベルを中心とした交流電圧を生成可能な交流信
号源３１を備えている。なお、この周波数ｆは、第１可
動部１１と第１ばね梁１７とからなる変位方向（検出方
向）の共振周波数、第１及び第２可動部１１，１２と第
１及び第２ばね梁１７，１９とからなる変位方向（検出
方向）の共振周波数よりも高く設定されている。これ
は、これら第１及び第２可動部１１，１２等の発振を防
止するとともに、その振動状態を取得可能とするためで
ある。

【００４９】交流信号源３１からの交流電圧は、電極パ
ッド２１を介して構造体（第１及び第２可動部１１，１
２等）に入力されている。また、変位検出用固定電極１
４ｂ及び加速度検出用固定電極１５ｂは、電極パッド２
３ｂ，２４ｂを介してＧＮＤに接地されている。なお、
これら変位検出用固定電極１４ｂ及び加速度検出用固定
電極１５ｂは、電極パッド２３ｂ，２４ｂを介して他の
定電位、或いは構造体（第１及び第２可動部１１，１２
等）と等電位となるようにしてもよい。

【００５０】変位検出用固定電極１４ａに接続された電
極パッド２３ａは、例えばチャージアンプ等の第１検出
回路３２ａに接続されている。図６に示されるように、
この第１検出回路３２ａは負帰還インピーダンスを有す
るオペアンプ回路を構成しており、その反転入力端子が
変位検出用固定電極１４ａに接続されている。一方、第
１検出回路３２ａの非反転入力端子には後述の態様で生
成される電圧（サーボ電圧）が入力（供給）されてい
る。従って、いわゆるバーチャルショートによって第１
検出回路３２ａに接続された変位検出用固定電極１４ａ
の電位はサーボ電圧のバイアス電圧に保持される。

【００５１】以上により、構造体（第１可動部１１の変
位検出用可動電極１６）と変位検出用固定電極１４ａと
で形成される静電容量には、同静電容量に略比例すると
ともにこれら構造体及び変位検出用固定電極１４ａ間の
電圧（交流信号源３１からの交流電圧及び構造体のバイ
アス電圧とサーボ電圧との差分）に略比例する電荷が蓄
えられる。従って、この電荷のうち交流電圧に略比例す
る電荷が上記第１検出回路３２ａを介して電荷−電圧変
換されることで同電荷に相当する電圧値を有する信号が
検出されるようになっている。

【００５２】なお、変位検出用固定電極１４ｂをＧＮＤ
レベルにしており、構造体のバイアス電位をＧＮＤレベ
ルにしているため、変位検出用固定電極１４ｂと構造体
との間には構造体に印加される交流電圧に起因する静電
引力のみが働く。従って、変位の抑制された中立状態に
おいては、第１検出回路３２ａを介して変位検出用固定
電極１４ａにサーボ電圧を供給することで、変位検出用
固定電極１４ａと構造体との間でサーボ電圧と上記交流
電圧との和に起因するｙ方向（検出方向）の静電引力を
発生するようになっている。

【００５３】また、第１可動部１１が一側（図１の上
側）に移動したときには、同第１可動部１１（変位検出
用可動電極１６）と変位検出用固定電極１４ａとが離隔
されるとともに、第１可動部１１（変位検出用可動電極
１６）と変位検出用固定電極１４ｂとが近づく。このと
き、第１検出回路３２ａを介して変位検出用固定電極１
４ａに印加されるサーボ電圧を高くする、すなわち第１
可動部１１と変位検出用固定電極１４ａとの電位差（静
電引力）が大きくなる。これにより、第１可動部１１
（変位検出用可動電極１６）と各変位検出用固定電極１
４ａ，１４ｂとの間の静電引力の差分だけ第１可動部１
１を他側（図１の下側）に戻すｙ方向（検出方向）の力
が発生する。また、第１可動部１１が他側（図１の下
側）に移動したときには、第１検出回路３２ａを介して
変位検出用固定電極１４ａに印加されるサーボ電圧を下
げることでこれらの関係は逆となる。以上の態様で第１
検出回路３２ａを介して変位検出用固定電極１４ａにサ
ーボ電圧が供給されることで、第１可動部１１の変位が
抑制される。

【００５４】上記第１検出回路３２ａからの出力信号
は、同期検波回路３３に入力されている。この同期検波
回路３３には、交流信号源３１からの交流電圧が入力さ
れており、この信号を基準タイミング信号として周波数
ｆにて同期検波を行うことでシリコン基板１０に対する
第１可動部１１の検出方向の変位変動が検出されるよう
になっている。

【００５５】上記第１可動部１１の検出方向の変位に相
当する同期検波回路３３からの信号はサーボ電圧生成回
路３４に入力されており、サーボ電圧生成回路３４は同
第１可動部１１の変位変動を抑制するように上記態様で
調整されるバイアス電圧及び低周波信号からなるサーボ
電圧を生成する。なお、この低周波信号の周波数は、例
えばセンサとして要求される加速度に対応する応答速度
相当の周波数よりも高く、周波数ｆよりも低い周波数と
なっている。換言すると、第１可動部１１の検出方向の
変位は、センサとして要求される上記応答速度よりも速
く抑制されるようになっている。このサーボ電圧生成回
路３４からのサーボ電圧が、第１検出回路３２ａ及び電
極パッド２３ａを介して前記変位検出用固定電極１４ａ
に供給される。そして、この変位検出用固定電極１４ａ
に供給するサーボ電圧の上述の設定により、第１可動部
１１等との間でのｙ方向（検出方向）の静電引力が調整
されてシリコン基板１０に対する第１可動部１１の変位
変動を略なくすように調整されることは既述のとおりで
ある。従って、加速度による第１可動部１１のｙ方向
（検出方向）の変位、或いは動作環境（温度）による第
１可動部１１のｙ方向（検出方向）の変位（オフセッ
ト）変動は抑制されている。そして、第２可動部１２は
このようにｙ方向（検出方向）の変位変動等の抑制され
た第１可動部１１に対して支持されるため、同第２可動
部１２はその質量及び第２ばね梁１９のばね定数のみに
よって決定されるｙ方向、すなわち加速度に対する感度
を有するようになる。従って、この第２可動部１２の変
位を検出することで動作環境（温度）によるｙ方向（検
出方向）の変位（オフセット）変動を吸収した加速度の
検出が可能となる。換言すると、第１可動部１１を介し
た第２可動部１２の変位により検出されるセンサ出力
は、動作環境（温度）に起因するオフセット変動の抑制
されたものとなっている。

【００５６】加速度検出用固定電極１５ａに接続された
電極パッド２４ａは、第１検出回路３２ａと同様に負帰
還インピーダンスを有するオペアンプ回路（図６参照）
を構成する第２検出回路３５ａに接続されている。構造
体（第２可動部１２の加速度検出用可動電極１８）と加
速度検出用固定電極１５ａとで形成される静電容量に
は、同静電容量に略比例するとともにこれら構造体及び
加速度検出用固定電極１５ａ間の電圧（交流信号源３１
からの交流電圧及び構造体のバイアス電圧とサーボ電圧
との差分）に略比例する電荷が蓄えられる。従って、こ
の電荷のうち交流電圧に略比例する電荷が第２検出回路
３５ａを介して電荷−電圧変換されて同電荷に相当する
電圧値を有する信号が検出されるようになっている。な
お、加速度検出用固定電極１５ｂをＧＮＤレベルにして
いるため、第２検出回路３５ａのオペアンプ回路の非反
転入力端子、すなわち加速度検出用固定電極１５ａに
は、ＧＮＤ若しくは構造体のバイアス電圧の略２倍のバ
イアス電圧が印加されている。これにより、加速度検出
用固定電極１５ａ，１５ｂと構造体との間で互いに相殺
しあう同等となるｙ方向（検出方向）の静電引力が発生
し、第２可動部１２に対して不要な力（静電引力）が作
用することが抑制される。

【００５７】上記第２検出回路３５ａからの出力信号
は、同期検波回路３６に入力されている。この同期検波
回路３６には、交流信号源３１からの交流電圧が入力さ
れており、この信号を基準タイミング信号として周波数
ｆにて同期検波を行うことでシリコン基板１０に対する
第２可動部１２の検出方向の変位が検出されるようにな
っている。

【００５８】上記第２可動部１２の検出方向の変位に相
当する同期検波回路３６からの信号は増幅器３７を介し
て所要の増幅をされ、ＬＰＦ３８を介して所要の周波数
帯域の信号のみが取り出される。この信号は所定のオフ
セット調整を行った後に加速度に相当する出力電圧値
（センサ出力）として、例えばコントローラに出力され
るようになっている。

【００５９】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、以下に示す効果が得られるようになる。 （１）本実施形態では、第１可動部１１の変位は、交流
信号源３１から第１及び第２可動部１１，１２に入力さ
れた交流電圧に基づき第１可動部１１と変位検出用固定
電極１４ａとの間に形成される静電容量に蓄えられる電
荷に相当する信号が変位検出用固定電極１４ａから第１
検出回路３２ａ及び同期検波回路３３に入力されること
で検出される。

【００６０】そして、検出された第１可動部１１の変位
に基づき上記サーボ電圧を調整して変位検出用固定電極
１４ａに供給することで、同サーボ電圧に基づく変位検
出用固定電極１４ａと所定電位に保持された第１可動部
１１との間の静電引力が調整されて同変位変動を抑制す
るように力が印加される。

【００６１】このように第１可動部１１の変位変動が抑
制された状態において、第２可動部１２の変位は、上記
交流信号源３１から第１及び第２可動部１１，１２に入
力された交流電圧に基づき第２可動部１２と加速度検出
用固定電極１５ａとの間に形成される静電容量に蓄えら
れる電荷に相当する信号が加速度検出用固定電極１５ａ
から第２検出回路３５ａ、同期検波回路３６等に入力さ
れることで検出される。そして、この第２可動部１２の
変位に基づき加速度が検出される。

【００６２】以上により、別途、第１可動部１１の変位
を抑制するためのサーボ電圧印加用の電極（サーボ電
極）を設ける必要がないため、チップサイズの大型化を
抑制しつつ、動作環境に応じたセンサ出力のオフセット
変動を簡易に吸収できる。

【００６３】（２）本実施形態では、変位検出用固定電
極１４ａ，１４ｂは、第１可動部１１に対して電磁気学
的に略対称構造となる対を形成している。そして、対を
形成する一方の変位検出用固定電極１４ａには上記サー
ボ電圧が供給され、同他方の変位検出用固定電極１４ｂ
は第１可動部１１と異なる電位に保持される。従って、
例えば第１可動部１１の電位をＧＮＤとし、他方の変位
検出用固定電極１４ｂの電位を正電源の電位とＧＮＤと
の中点としてサーボ電圧をＧＮＤ−正電源電圧間で調整
（増減）を行うことで、変位方向の双方向に静電引力を
発生させることができる。このため、動作環境に応じた
センサ出力のオフセット及びその変動を吸収できる。

【００６４】（３）本実施形態では、単一の交流信号源
３１（周波数ｆ）のみで第１及び第２可動部１１，１２
の変位を個別に検出することができ、複数の交流信号源
（周波数）を設ける場合に比べて回路構成を簡易化でき
る。

【００６５】（第２実施形態）以下、本発明を具体化し
た第２実施形態について図３に従って説明する。なお、
説明の便宜上、前記第１実施形態と同様の構成について
は同一の符号を付してその説明を一部省略する。

【００６６】図３に示されるように、本実施形態では、
変位検出用固定電極１４ｂに接続された電極パッド２３
ｂも、別途設けられた第１検出回路３２ａと同様の第１
検出回路３２ｂに接続されていることが第１実施形態と
大きく異なる。構造体（第１可動部１１の変位検出用可
動電極１６）と変位検出用固定電極１４ｂとで形成され
る静電容量には、同静電容量に略比例するとともにこれ
ら構造体及び変位検出用固定電極１４ｂ間の電圧（交流
信号源３１からの交流電圧及び構造体のバイアス電圧と
第１検出回路３２ｂの非反転入力端子への印加電圧との
差分）に略比例する電荷が蓄えられる。従って、この電
荷が上記第１検出回路３２ｂを介して電荷−電圧変換さ
れることで同電荷のうち上記交流電圧に略比例する電荷
に相当する電圧値を有する信号が検出されるようになっ
ている。なお、前記中立状態において第１可動部１１に
対して不要な力（静電引力）が作用することが抑制され
るように、第１実施形態に準じてサーボ電圧（変位検出
用固定電極１４ａの電位）及び第１検出回路３２ｂの非
反転入力端子への印加電圧（変位検出用固定電極１４ｂ
の電位）がそれぞれ設定されている。

【００６７】これら両第１検出回路３２ａ，３２ｂから
の信号は差動増幅器４１に入力されている。既述のよう
に、第１可動部１１の変位に伴う変位検出用固定電極１
４ａ，１４ｂ及び第１可動部１１（変位検出用可動電極
１６）間の静電容量の変動は互いに逆相となるように設
定されているため、各第１検出回路３２ａ，３２ｂから
の信号も互いに逆相となっている。従って、これら両信
号を差動増幅することで、例えば第１可動部１１（変位
検出用可動電極１６）及び変位検出用固定電極１４ａ，
１４ｂ間の寄生容量、電磁気学的外乱等による同相ノイ
ズの抑制された信号を形成することができ、同信号のＳ
／Ｎ比の向上を図ることができる。

【００６８】上記差動増幅器４１からの出力信号は、前
記同期検波回路３３に入力されている。この同期検波回
路３３には、交流信号源３１からの交流電圧が入力され
ており、この信号を基準タイミング信号として周波数ｆ
にて同期検波を行うことでシリコン基板１０に対する第
１可動部１１の検出方向の変位が検出されるようになっ
ている。

【００６９】上記第１可動部１１の検出方向の変位に相
当する同期検波回路３３からの信号はサーボ電圧生成回
路３４に入力されており、第１実施形態に準じてサーボ
電圧生成回路３４は同第１可動部１１の変位を抑制する
ようにサーボ電圧を生成する。このサーボ電圧生成回路
３４からのサーボ電圧が、第１検出回路３２ａ及び電極
パッド２３ａを介して変位検出用固定電極１４ａに入力
され、シリコン基板１０に対する第１可動部１１の変位
を略なくすように調整される。

【００７０】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第１実施形態における（１）〜（３）と同様の
効果に加えて以下に示す効果が得られるようになる。 （１）本実施形態では、第１可動部１１の変位は、上記
対を形成する各変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂから
第１検出回路３２ａ，３２ｂを介して入力される信号を
差分した信号に基づき検出される。従って、例えば第１
可動部１１（変位検出用可動電極１６）及び変位検出用
固定電極１４ａ，１４ｂ間の寄生容量、電磁気学的外乱
等による同相ノイズの抑制された信号を形成することが
でき、同信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。ま
た。同相ノイズの抑制された信号（交流信号）を比較的
大きな増幅率にて増幅できるため、同期検波後の信号処
理回路のオフセットの影響を低減できる。

【００７１】以上により、第１可動部１１のシリコン基
板１０に対する変位はより正確に検出され、この信号
（第１可動部１１の変位）に基づき生成されるサーボ電
圧のノイズも低減され、ひいては第１可動部１１の変位
による加速度センサのセンサ出力のオフセット及びその
変動を抑制できる。

【００７２】（第３実施形態）以下、本発明を具体化し
た第３実施形態について図４に従って説明する。なお、
説明の便宜上、前記第１及び第２実施形態と同様の構成
については同一の符号を付してその説明を一部省略す
る。

【００７３】図４に示されるように、本実施形態では、
加速度検出用固定電極１５ｂに接続された電極パッド２
４ｂも、別途設けられた第２検出回路３５ａと同様の第
２検出回路３５ｂに接続されていることが第２実施形態
と大きく異なる。構造体（第２可動部１２の加速度検出
用可動電極１８）と加速度検出用固定電極１５ｂとで形
成される静電容量には、同静電容量に略比例するととも
に交流信号源３１からの交流電圧に略比例する電荷が蓄
えられる。従って、この電荷が上記第２検出回路３５ｂ
を介して電荷−電圧変換されることで同電荷に相当する
電圧値を有する信号が検出されるようになっている。な
お、第２可動部１２に対して不要な力（静電引力）が作
用することが抑制されるように、第１及び第２実施形態
に準じて第２検出回路３５ａ，３５ｂの非反転入力端子
への印加電圧（加速度検出用固定電極１５ａ，１５ｂの
電位）が設定されている。

【００７４】これら両第２検出回路３５ａ，３５ｂから
の信号は差動増幅器４２に入力されている。既述のよう
に、第２可動部１２の変位に伴う加速度検出用固定電極
１５ａ，１５ｂ及び第２可動部１２（加速度検出用可動
電極１８）間の静電容量の変動は互いに逆相となるよう
に設定されているため、各第２検出回路３５ａ，３５ｂ
からの信号も互いに逆相となっている。従って、これら
両信号を差動増幅することで、例えば第２可動部１２
（加速度検出用可動電極１８）及び加速度検出用固定電
極１５ａ，１５ｂ間の寄生容量、電磁気学的外乱等によ
る同相ノイズの抑制された信号を形成することができ、
同信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。

【００７５】上記差動増幅器４２からの出力信号は、前
記同期検波回路３６に入力されている。この同期検波回
路３６には、交流信号源３１からの交流電圧が入力され
ており、この信号を基準タイミング信号として周波数ｆ
にて同期検波を行うことでシリコン基板１０に対する第
２可動部１２の検出方向の変位が検出されるようになっ
ている。

【００７６】上記第２可動部１２の検出方向の変位に相
当する同期検波回路３６からの信号は増幅器３７、ＬＰ
Ｆ３８を介して加速度に相当する出力電圧値（センサ出
力）として、例えばコントローラに出力されるようにな
っている。

【００７７】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第１及び第２実施形態と同様の効果に加えて以
下に示す効果が得られるようになる。 （１）本実施形態では、第２可動部１２の変位は、上記
対を形成する各加速度検出用固定電極１５ａ，１５ｂか
ら第２検出回路３５ａ，３５ｂを介して入力される信号
を差分した信号に基づき検出される。従って、例えば第
２可動部１２（加速度検出用可動電極１８）及び加速度
検出用固定電極１５ａ，１５ｂ間の寄生容量、電磁気学
的外乱等による同相ノイズの抑制された信号を形成する
ことができ、同信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることができ
る。また。同相ノイズの抑制された信号（交流信号）を
比較的大きな増幅率にて増幅できるため、同期検波後の
信号処理回路の低周波ノイズの影響を低減できる。

【００７８】以上により、第２可動部１２のシリコン基
板１０に対する変位はより正確に検出され、加速度セン
サのセンサ出力のオフセットを抑制できる。 （第４実施形態）以下、本発明を具体化した第４実施形
態について図５に従って説明する。なお、説明の便宜
上、前記第１〜第３実施形態と同様の構成については同
一の符号を付してその説明を一部省略する。

【００７９】図５に示されるように、本実施形態では、
変位検出用固定電極１４ｂ（電極パッド２３ｂ）に接続
された第１検出回路３２ｂの非反転入力端子は、反転回
路４３を介してサーボ電圧生成回路３４に接続されてい
ることが第３実施形態と大きく異なる。そして、サーボ
電圧生成回路３４からのサーボ電圧は反転回路４３によ
り、反転の基準となるバイアス電圧に対して反転されて
第１検出回路３２ｂの非反転入力端子（変位検出用固定
電極１４ｂ）にサーボ電圧として供給される。従って、
変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ及び第１可動部１１
等との間でのｙ方向（検出方向）の静電引力は、互いに
助勢し合う方向に作用する。なお、前記中立状態におい
て第１可動部１１に対して不要な力（静電引力）が作用
することが抑制されるように、上記反転の基準となるバ
イアス電圧が設定されていることはいうまでもない。

【００８０】以上の態様で両変位検出用固定電極１４
ａ，１４ｂにそれぞれサーボ電圧を供給し、第１可動部
１１等との間でのｙ方向（検出方向）の静電引力を調整
することで、シリコン基板１０に対する第１可動部１１
の変位を略なくすように調整する。

【００８１】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第１実施形態における（１）、（３）、第２実
施形態における（１）、第３実施形態における（１）と
同様の効果に加えて以下に示す効果が得られるようにな
る。

【００８２】（１）本実施形態では、対を形成する一方
及び他方の変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂに互いに
相補的なサーボ電圧がそれぞれ供給される。従って、各
変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂに供給されるサーボ
電圧を互いに相補的に調整（増減）を行うことで、変位
方向の双方向に静電引力を発生させることができる。こ
のため、第１可動部１１の変位はより広範囲に抑制さ
れ、ひいては動作環境に応じたセンサ出力のオフセット
及びその変動がより広範囲で吸収できる。そして、例え
ば最終段でのオフセット調整の範囲も低減できる。

【００８３】なお、本発明の実施の形態は上記実施形態
に限定されるものではなく、次のように変更してもよ
い。 ・前記第１及び第２実施形態において、ＧＮＤに接地さ
れるいずれかの電極１４ｂ，１５ｂと、電極１４ａ，１
５ａとを入れ替えてもよい。

【００８４】・前記第１及び第２実施形態において、Ｇ
ＮＤに接地されるいずれかの電極１４ｂ，１５ｂを割愛
してもよい。 ・前記第２〜第４実施形態においては、第１検出回路３
２ａ，３２ｂからの検出信号を差動増幅器４１において
差動増幅して第１可動部１１の変位を検出するようにし
た。しかしながら、変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ
は互いに異なるバイアス電圧の電位に設定されている。
このため、差動増幅器４１においてこれらバイアス電圧
の差分に応じた検出信号も増幅されてしまう。このよう
なバイアス電圧（直流成分）の影響を抑制するために、
各第１検出回路３２ａ，３２ｂと差動増幅器４１との間
にそれぞれＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を設けてもよ
い。あるいは、バイアス電圧（直流成分）をカットする
その他のフィルタを設けてもよい。

【００８５】・前記各実施形態においては、変位検出用
固定電極１４ａ，１４ｂ若しくは加速度検出用固定電極
１５ａ，１５ｂに蓄積された電荷をチャージアンプにて
電荷−電圧変換して第１可動部１１若しくは第２可動部
１２の各変位を検出するようにした。これに対して、変
位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ若しくは加速度検出用
固定電極１５ａ，１５ｂに蓄積された電荷の変動に基づ
く交流電流を、例えば帰還抵抗を有するオペアンプ回路
を介して電流−電圧変換して第１可動部１１若しくは第
２可動部１２の各変位を検出するようにしてもよい。

【００８６】・前記各実施形態において、第１検出回路
３２ａ，３２ｂ、第２検出回路３５ａ，３５ｂをチャー
ジアンプに代えてスイッチト・キャパシタ・フィルタに
してもよい。

【００８７】・前記各実施形態において、加速度検出に
おける同期検波回路３６からの信号の増幅（増幅器３
７）、低域通過（ＬＰＦ３８）及びオフセット調整の順
番は、適宜変更してもよい。

【００８８】・前記各実施形態において、第１及び第２
可動部１１，１２、電極１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５
ｂ等を導電性ポリシリコン以外の単結晶シリコン、金属
等の導電性材料にて形成してもよい。

【００８９】・前記各実施形態におけるシリコン基板１
０に代えて、例えば多結晶、単結晶、又は非晶質のＳ
ｉ，Ｇｅ，ＳｉＣ，ＳｉｘＧｅ1-x ，ＳｉｘＧｅｙＣ1-
x-y にて形成された基板としてもよい。

【００９０】・前記各実施形態における加速度検出若し
くはサーボ電圧の設定・供給に係る回路構成は一例であ
ってその他の構成を採用してもよい。 ・前記各実施形態における第１可動部１１、第２可動部
１２、第１ばね梁１７及び第２ばね梁１９等の構造体の
形状は一例であってその他の形状を採用してもよい。

【００９１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１又は２に
記載の発明によれば、チップサイズの大型化を抑制しつ
つ、動作環境に応じたセンサ出力のオフセット及びその
変動を簡易に吸収することができる。

【００９２】請求項３又は４に記載の発明によれば、第
１可動部の変位はより広範囲に抑制され、ひいては動作
環境に応じたセンサ出力のオフセット及びその変動をよ
り広範囲で吸収できる。

【００９３】請求項５に記載の発明によれば、外乱等に
よる同相成分の相殺された信号を生成できる。そして、
第１可動部の基板に対する変位はより正確に検出され、
この信号（第１可動部の変位）に基づき生成されるサー
ボ電圧のノイズも低減され、ひいては第１可動部の変位
による加速度センサのセンサ出力のオフセット及びその
変動を抑制できる。

【００９４】請求項６に記載の発明によれば、外乱等に
よる同相成分の相殺された信号を生成できる。そして、
第２可動部の基板に対する変位はより正確に検出され、
加速度センサのセンサ出力のオフセットを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加速度センサの第１実施形態を示
す概略図。

【図２】同実施形態の電気的構成を示すブロック図。

【図３】本発明に係る加速度センサの第２実施形態の電
気的構成を示すブロック図。

【図４】本発明に係る加速度センサの第３実施形態の電
気的構成を示すブロック図。

【図５】本発明に係る加速度センサの第４実施形態の電
気的構成を示すブロック図。

【図６】第１及び第２検出回路を示す回路図。

【図７】従来の加速度センサを示す概略図。

【図８】従来の別の加速度センサを示す概略図。

【図９】同加速度センサの電気的構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１０ 基板としてのシリコン基板 １１ 第１可動部 １２ 第２可動部 １４ａ，１４ｂ 変位検出用固定電極 １５ａ，１５ｂ 加速度検出用固定電極 ３１ 交流信号源 ３２ａ，３２ｂ 第１検出回路 ３３，３６ 同期検波回路 ３４ サーボ電圧生成回路 ３５ａ，３５ｂ 第２検出回路 ４１，４２ 差動増幅器 ４３ 反転回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の変位方向を有して基板に対して
   浮動支持され、所定電位に保持された第１可動部と、 前記変位方向を有して前記第１可動部に対して支持さ
   れ、該変位方向に加速度が加えられることにより該変位
   方向に変位する第２可動部と、 前記第１可動部に対向して前記基板上に固定された変位
   検出用固定電極と、 前記第２可動部に対向して前記基板上に固定された加速
   度検出用固定電極と、 前記第１及び第２可動部に交流電圧を入力する交流信号
   源と、 前記第１及び第２可動部に入力された交流電圧に基づき
   該第１可動部と前記変位検出用固定電極との間に形成さ
   れる静電容量を流れる電流及び該静電容量に蓄えられる
   電荷のいずれかに相当する信号が該変位検出用固定電極
   から入力されて該第１可動部の前記基板に対する変位を
   検出する第１検出手段と、 前記検出された第１可動部の変位に基づき調整されるバ
   イアス電圧を有するサーボ電圧を生成して前記変位検出
   用固定電極に供給し、該サーボ電圧に基づく該第１可動
   部と該変位検出用固定電極との間の静電引力により該変
   位を抑制するように力を印加する印加手段と、 前記第１及び第２可動部に入力された交流電圧に基づき
   該第２可動部と前記加速度検出用固定電極との間に形成
   される静電容量を流れる電流及び該静電容量に蓄えられ
   る電荷のいずれかに相当する信号が該加速度検出用固定
   電極から入力されて該第２可動部の前記基板に対する変
   位を検出する第２検出手段とを備え、 前記検出された第２可動部の変位に基づき加えられた加
   速度を検出することを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の加速度センサにおい
   て、 前記第１検出手段は、前記変位検出用固定電極に反転入
   力端子を接続された負帰還インピーダンスを有するオペ
   アンプ回路を備え、 前記印加手段は、前記変位検出用固定電極に接続された
   オペアンプ回路の非反転入力端子にサーボ電圧を供給し
   て該変位検出用固定電極にサーボ電圧を供給したことを
   特徴とする加速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の加速度センサ
   において、 前記変位検出用固定電極は、前記第１可動部に対して電
   磁気学的に略対称構造となる対を形成してなり、 前記対を形成する一方の変位検出用固定電極には前記サ
   ーボ電圧が供給され、該他方の変位検出用固定電極は前
   記第１可動部と異なる所定電位に保持されたことを特徴
   とする加速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の加速度センサ
   において、 前記変位検出用固定電極は、前記第１可動部に対して電
   磁気学的に略対称構造となる対を形成してなり、 前記対を形成する一方及び他方の変位検出用固定電極に
   は互いに相補的なサーボ電圧がそれぞれ供給されたこと
   を特徴とする加速度センサ。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載の加速度センサ
   において、 前記第１検出手段は、前記対を形成する各変位検出用固
   定電極から入力される信号を差分した信号に基づき前記
   第１可動部の変位を検出することを特徴とする加速度セ
   ンサ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の加速
   度センサにおいて、 前記加速度検出用固定電極は、前記第２可動部に対して
   電磁気学的に略対称構造となる対を形成してなり、 前記第２検出手段は、前記対を形成する各加速度検出用
   固定電極から入力される信号を差分した信号に基づき前
   記第２可動部の変位を検出することを特徴とする加速度
   センサ。