JP2014240821A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンプを構成する複数の電子素子の検査が可能とされたセンサ装置を提供する。【解決手段】固定電極（１９）と可動電極（２０）を有するセンサ部（１０）、Ｃ−Ｖ変換部（４１）、静電引力によって可動電極を変位させて検出コンデンサの静電容量変化をＣ−Ｖ変換部に出力させる制御部（１２）を有し、Ｃ−Ｖ変換部は、アンプ、アンプの入出力端子間に並列接続されたメイン配線と複数の並列配線、メイン配線に設けられたメインスイッチと並列配線それぞれに設けられた帰還容量コンデンサ、複数のサブスイッチ（４９）、スイッチ制御部（５３）を有する。スイッチ制御部は、複数の帰還容量コンデンサによって構成される静電容量が通常モード時よりも検査モード時のほうが小さくなるようにサブスイッチを制御することで、アンプの出力を増大してアンプを構成する複数の電子素子それぞれを飽和状態で動作させる。【選択図】図４

Description

本発明は、外力を静電容量に変換するセンサ部と、センサ部から出力された静電容量を電圧に変換するＣ−Ｖ変換部と、を有するセンサ装置に関するものである。

従来、特許文献１に示されるように、可動部と、可動部に対向して配置された第１固定部および第２固定部と、を有する容量式物理量検出装置が提案されている。可動部は物理量に応じて所定方向へ変位し、第１固定部は可動部と共に第１容量部を構成し、第２固定部は可動部と共に第２容量部を構成している。また、容量式物理量検出装置は、自己診断時において第１容量部に可動部を変位させるための第１変位信号を印加すると共に第２容量部に可動部を変位させるための第２変位信号を印加する自己診断信号印加手段と、第１容量部の容量変化に応じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路と、を備える。Ｃ−Ｖ変換回路は、複数の電子素子から成る演算増幅器と、スイッチと、コンデンサと、を備える。コンデンサにて第１容量部の容量変化に応じた電圧に変換され、その変換された電圧が演算増幅器に入力される。

特開２０１２−２４２２０１号公報

上記したように、特許文献１に記載の容量式物理量検出装置では、可動部を変位させることで第１容量部の容量を変化させ、第１容量部の容量変化に応じた電圧が演算増幅器に入力される。第１容量部から出力される容量変化（演算増幅器に入力される電圧）は、可動部の変位量に依存する。したがって可動部の変位量を大きくすることで、演算増幅器に入力させる電圧を大きくすることができる。しかしながら可動部を大きく変位させると可動部が固定部に接触し、可動部に破損が生じる虞がある。そのため複数の電子素子から成る演算増幅器を検査するのに十分な電圧を演算増幅器に入力することができず、検査することがかなわなかった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、演算増幅器（アンプ）を構成する複数の電子素子の検査が可能とされたセンサ装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、外力を静電容量に変換するセンサ部（１０）と、センサ部から出力された静電容量を電圧に変換するＣ−Ｖ変換部（４１）と、を有するセンサ装置であって、センサ部は、固定電極（１９）と、外力の印加によって固定電極との対向間隔が変位可能とされた可動電極（２０）と、Ｃ−Ｖ変換部を検査する検査モード時において、固定電極と可動電極との間に静電引力を発生させることで可動電極を強制的に変位させ、固定電極と可動電極とによって構成される検出コンデンサの静電容量変化をＣ−Ｖ変換部に出力させる制御部（１２）と、を有し、Ｃ−Ｖ変換部は、基準電圧源（４３）と、複数の電子素子から成り、センサ部の出力端子が接続される第１入力端子（４４ａ）および基準電圧源の出力端子が接続される第２入力端子（４４ｂ）を有するアンプ（４４）と、アンプの第１入力端子と出力端子（４４ｃ）とを接続するメイン配線（４５）と、ｎを２以上の自然数とすると、メイン配線とともに、アンプの第１入力端子と出力端子との間にｎ本並列接続された並列配線（４６）と、メイン配線に設けられたメインスイッチ（４７）と、ｎ本の並列配線それぞれに１つずつ設けられた複数の帰還容量コンデンサ（４８）と、複数の帰還容量コンデンサの間に設けられた複数のサブスイッチ（４９）と、メインスイッチおよびサブスイッチそれぞれの駆動を制御するスイッチ制御部（５３）と、を有し、スイッチ制御部は、複数の帰還容量コンデンサによって構成される静電容量が、外力を検出する通常モード時よりも検査モード時のほうが小さくなるように、複数のサブスイッチそれぞれの駆動を制御することで、アンプの出力を増大し、アンプを構成する複数の電子素子それぞれを飽和状態で動作させることを特徴とする。

これによれば、検査時において、複数の帰還容量コンデンサ（４８）によって構成される静電容量が小さくなるので、Ｃ−Ｖ変換部（４１）の構成要素のひとつであるアンプ（４４）から出力される出力信号を増幅することができる。したがって、アンプ（４４）を構成する複数の電子素子それぞれを飽和状態で動作させ、アンプ（４４）を検査することができる。

上記した発明において、ｋを１以上ｎより小さい自然数とすると、第ｋ並列配線に設けられた帰還容量コンデンサにおけるアンプの第１入力端子側の第１電極と、第ｋ＋１並列配線に設けられた帰還容量コンデンサにおけるアンプの出力端子側の第２電極とを接続する中間配線（５２）を有し、サブスイッチとして、第１入力端子、第ｋ並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第１電極、および、中間配線の接続を制御する入力側サブスイッチ（５０）と、第ｋ＋１並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第２電極、および、アンプの出力端子の接続を制御する出力側サブスイッチ（５１）と、を有し、スイッチ制御部は、通常モード時において、複数の帰還容量コンデンサそれぞれがアンプの第１入力端子と出力端子との間で並列接続されるように、入力側サブスイッチを介して第ｋ並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第１電極とアンプの第１入力端子とを接続し、且つ、出力側サブスイッチを介して第ｋ＋１並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第２電極とアンプの出力端子とを接続し、検査モード時において、複数の帰還容量コンデンサそれぞれがアンプの第１入力端子と出力端子との間で直列接続されるように、入力側サブスイッチを介して第ｋ並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第１電極と中間配線とを接続し、且つ、出力側サブスイッチを非駆動状態とすることで、第ｋ＋１並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第２電極とアンプの出力端子との接続を切る構成が好適である。

これによれば、検査モード時において、一部の帰還容量コンデンサのみをＣ−Ｖ変換に用いる構成とは異なり、すべての帰還容量コンデンサ（４８）がＣ−Ｖ変換に用いられる。したがって、すべての帰還容量コンデンサ（４８）を検査することができる。

第１実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。 センサ部の概略構成を示す断面斜視図である。 センサ部の概略構成を示す上面図である。 Ｃ−Ｖ変換部の概略構成を示す回路図である。 センサ装置の信号を説明するためのタイミングチャートである。 Ｃ−Ｖ変換部の変形例を説明するための回路図である。

以下、本発明を、外力として加速度を検出する加速度センサに適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図５に基づいて、本実施形態に係るセンサ装置を説明する。図２および図３では構成を明りょうとするためにパッド２９〜３１それぞれにハッチングを入れている。以下においては、互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。また、ｘ方向とｙ方向とによって規定される平面を規定平面と示す。

図１に示すように、センサ装置１００は、センサ部１０と、処理部４０と、モード選択部７０と、を有する。モード選択部７０の判定信号に応じてセンサ部１０はモードが切り換り、その切り換りに応じた電気信号がセンサ部１０から処理部４０に入力される。モードは、外力（加速度）を検出する通常モードと、処理部４０（特に後述するＣ−Ｖ変換部４１）を検査する検査モードと、がある。センサ部１０は、通常モード時、加速度が印加されるとその加速度に応じた電気信号を処理部４０に出力する。これとは異なりセンサ部１０は、検査モード時、加速度が印加されなくともセンサ部１０から処理部４０へ電気信号を出力する。この電気信号および処理部４０に入力される外部電圧によって、処理部４０の検査（バーンイン）が行われる。

センサ部１０は加速度を静電容量に変換するものであり、図１に示すように、センシング部１１と制御部１２を有する。図２および図３に示すように、センシング部１１は半導体基板１３をエッチングなどによって微細加工することで成り、センシング部１１が形成された半導体基板１３は、第１半導体層１４と第２半導体層１６とが絶縁層１５を介してｚ方向に積層されて成る。

センシング部１１は第２半導体層１６から成る可動部１７と固定部１８を有する。第２半導体層１６における固定部１８に相当する部位は絶縁層１５を介して第１半導体層１４に固定され、可動部１７に相当する部位は固定部１８を介して第１半導体層１４に固定されている。固定部１８は絶縁層１５を介して第１半導体層１４とｚ方向で対向し、可動部１７は絶縁層１５を介さずに第１半導体層１４とｚ方向で対向している。

可動部１７は、固定電極１９と、可動電極２０と、錘部２１と、梁部２２と、を有する。可動電極２０は質量中心を成す錘部２１に連結されており、ｙ方向において固定電極１９と対向している。錘部２１はｙ方向に延びた形状を成し、その両端部にｙ方向に可撓性を有する梁部２２が連結されている。錘部２１は、梁部２２を介して後述する第２アンカー２８によって支持されている。以上の構成により、センサ部１０にｙ方向に沿う加速度が印加されると梁部２２がｙ方向に撓み、その撓みに応じて錘部２１がｙ方向に変位する。そして錘部２１に連結された可動電極２０もｙ方向に変位し、固定電極１９との対向間隔が変動する。このように可動電極２０は固定電極１９との対向間隔が変位可能となっており、加速度の印加によって電極１９，２０の対向間隔が変動する。固定電極１９と可動電極２０とによって構成される検出コンデンサの静電容量変化が、処理部４０に出力される。

本実施形態において、固定電極１９は第１固定電極２３と第２固定電極２４を有し、可動電極２０は第１可動電極２５と第２可動電極２６を有する。電極２３，２５はｙ方向で互いに対向して第１検出コンデンサを構成し、電極２４，２６はｙ方向で互いに対向して第２検出コンデンサを構成している。第１検出コンデンサの対向間隔（第１距離）と第２検出コンデンサの対向間隔（第２距離）は互いに等しく、それぞれの変位は、梁部２２がｙ方向の撓む方向（伸びる若しくは縮む方向）において反対となっている。詳しく言えば、梁部２２が伸びることで錘部２１が後述する第２アンカー２８から離れる第１方向では、第１距離は狭まり第２距離は広がる。梁部２２が縮むことで錘部２１が第２アンカーに近づく第２方向では、第１距離は広まり第２距離は狭まる。この第１距離および第２距離の変動に応じた静電容量変化が、処理部４０に出力される。すなわち、第１検出コンデンサの静電容量と第２検出コンデンサの静電容量との差分に応じた静電容量変化が、処理部４０に出力される。

固定部１８は、第１アンカー２７と第２アンカー２８を有する。第１アンカー２７は固定電極１９を支持し、第２アンカー２８は梁部２２を介して錘部２１を支持する。図３に示すように、第１固定電極２３に対応する第１アンカー２７と第２固定電極２４に対応する第１アンカー２７とは電気的に独立している。そして第１固定電極２３に対応する第１アンカー２７に第１入力パッド２９が形成され、第２固定電極２４に対応する第１アンカー２７に第２入力パッド３０が形成されている。また、錘部２１（可動電極２５，２６）を支持する第２アンカー２８に入出力パッド３１が形成されている。この構成により、第１固定電極２３の電位は第１入力パッド２９の入力される電気信号に応じて決定され、第２固定電極２４の電位は第２入力パッド３０に入力される電気信号に応じて決定される。そして、可動電極２５，２６それぞれの電位は入出力パッド３１に入出力される電気信号に応じて決定される。以上により、電極２３，２５間に生じる静電引力はパッド２９，３１に入出力される電気信号によって決定され、電極２４，２６間に生じる静電引力はパッド３０，３１に入出力される電気信号によって決定される。後述するように、通常モード時、電極２３，２５間に生じる静電引力と電極２４，２６間に生じる静電引力とが互いに釣り合うよう、パッド２９〜３１に電気信号が入力される。また検査モード時、電極２３，２５間に生じる静電引力と電極２４，２６間に生じる静電引力との釣り合いが破れるよう、パッド２９〜３１に電気信号が入力される。

制御部１２は第１搬送波を第１入力パッド２９に入力し、第１搬送波とは位相が逆転している第２搬送波を第２入力パッド３０に入力する。また、制御部１２は入出力パッド３１に基準電圧を入力する。図５に示すように、第１搬送波および第２搬送波それぞれは振幅が周期的に変動するパルス信号であり、基準電圧は振幅が一定な直流信号（以下、第１基準電圧と示す）、若しくは、振幅が周期的に変動するパルス信号（以下、第２基準電圧と示す）である。第１基準電圧の電圧レベルは搬送波の振幅（電圧レベル）の半分であり、第２基準電圧の振幅（電圧レベル）は第１基準電圧の電圧レベルとは異なっている。本実施形態における搬送波の振幅は５Ｖ（Ｈｉレベルが５Ｖ、Ｌｏレベルが０Ｖ）、第１基準電圧は２．５Ｖ、第２基準電圧の振幅は２Ｖ（Ｈｉレベルが４．５Ｖ、Ｌｏレベルが２．５Ｖ）となっている。

制御部１２は、モードに応じて、パッド２９，３０に入力する搬送波の周波数を変動させ、入出力パッド３１に入力する基準電圧を第１基準電圧か第２基準電圧かに切り換える。制御部１２は、通常モードから検査モードに切り換わると搬送波の周波数を弱める。そして制御部１２は、通常モード時において第１基準電圧を入出力パッド３１に入力し、検査モード時において第２基準電圧を入出力パッド３１に入力する。このように搬送波の周波数と基準電圧を切り換えることで、制御部１２は、通常モード時、電極２３，２５間に生じる静電引力と電極２４，２６間に生じる静電引力とを互いに釣り合わせ、検査モード時、電極２３，２５間に生じる静電引力と電極２４，２６間に生じる静電引力との釣り合いを破り、可動電極２０を強制的に変位させる。図５に示すように、通常モード時では錘部２１に印加される静電引力はゼロとなっているのに対して、検査モード時では錘部２１に第２基準電圧のパルス周期に応じた静電引力が生じる。この静電引力に応じて錘部２１が変位し、図５に矢印で示すタイミングにて、錘部２１の変位に応じた検出コンデンサの静電容量変化がＣ−Ｖ変換部４１に出力される。なお、本実施形態において、通常モード時の搬送波の周波数は１２０ｋＨｚ、検査モード時の搬送波の周波数は３０ｋＨｚ、第２基準電圧の周波数は１２０ｋＨｚよりも小さく、３０ｋＨｚよりも大きくなっている。そして、通常モード時の搬送波のデューティ比よりも、検査モード時の搬送波のデューティ比が高く、通常モード時の搬送波と第２基準電圧それぞれの周期は同一となっている。また、第１搬送波の立ち上がりエッジ、第２搬送波の立ち下がりエッジ、および、第２基準電圧の立ち上がりエッジそれぞれが一致している。制御部１２のモードは、モード選択部７０から出力される判定信号によって決定される。制御部１２は第１判定信号が入力されると通常モードとなり、第２判定信号が入力されると検査モードとなる。

処理部４０は、センサ部１０の出力信号を処理するものであり、Ｃ−Ｖ変換部４１と調整部４２を有する。Ｃ−Ｖ変換部４１はセンサ部１０から出力された静電容量を電圧に変換し、調整部４２はＣ−Ｖ変換部４１の出力信号に含まれるノイズの除去やゼロ点補正などを行う。以下においてはＣ−Ｖ変換部４１を図４に基づいて説明し、調整部４２は本発明の要点とは関係が薄いのでその説明を省略する。

図４に示すように、Ｃ−Ｖ変換部４１は、基準電圧源４３と、アンプ４４と、メイン配線４５と、並列配線４６と、メインスイッチ４７と、帰還容量コンデンサ４８と、サブスイッチ４９と、スイッチ制御部５３と、中間配線５２と、を有する。基準電圧源４３は、２．５Ｖを供給する第１電圧源４３ａと、４．５Ｖを供給する第２電圧源４３ｂと、これら２つの電圧源のいずれか一方をアンプ４４と接続する電圧切り換えスイッチ４３ｃ，４３ｄを有する。電圧切り換えスイッチ４３ｃ、４３ｄの一方が駆動状態とされ、基準電圧源４３ａ，４３ｂの一方がアンプ４４と電気的に接続される。詳しく言えば、第１電圧切り換えスイッチ４３ｃが駆動状態となると第１電圧源４３ａがアンプ４４に接続され、２．５Ｖがアンプ４４に入力される。これとは異なり、第２電圧切り換えスイッチ４３ｄが駆動状態となると第２電圧源４３ｂがアンプ４４に接続され、４．５Ｖがアンプ４４に入力される。これら電圧切り換えスイッチ４３ｃ，４３ｄの駆動は、後述するスイッチ制御部５３によって制御される。

アンプ４４は複数の電子素子から成り、センサ部１０の出力端子（入出力パッド３１）が接続される第１入力端子４４ａと、基準電圧源４３の出力端子が接続される第２入力端子４４ｂと、調整部４２に接続される出力端子４４ｃと、を有する。

メイン配線４５は第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとを接続し、このメイン配線４５にメインスイッチ４７が設けられている。メインスイッチ４７が駆動状態となると、第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとが接続され、アンプ４４は仮想接地状態となる。したがって、第１入力端子４４ａは基準電圧源４３から供給される基準電圧と同電位となり、錘部２１および可動電極２０も基準電圧と同電位となる。このメインスイッチ４７の駆動状態および上記した電圧切り換えスイッチ４３ｃ，４３ｄの駆動状態に応じて、第１入力端子４４ａの電位が制御され、静電引力が制御される。

ｎを２以上の自然数とすると、ｎ本の並列配線４６がメイン配線４５とともに第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間に並列接続されている。これらｎ本の並列配線４６それぞれに帰還容量コンデンサ４８が１つずつ設けられている。本実施形態では、２本の並列配線４６ａ，４６ｂがメイン配線４５とともに端子４４ａ，４４ｃの間に並列接続されている。そして第１並列配線４６ａに第１帰還容量コンデンサ４８ａが設けられ、第２並列配線４６ｂに第２帰還容量コンデンサ４８ｂが設けられている。

ｋを１以上ｎより小さい自然数とすると、中間配線５２は、第ｋ並列配線４６に設けられた帰還容量コンデンサ４８におけるアンプ４４の第１入力端子４４ａ側の第１電極と、第ｋ＋１並列配線４６に設けられた帰還容量コンデンサ４８における出力端子４４ｃ側の第２電極とを接続している。上記したようにｎは２なので、ｋは１以上２より小さい自然数であり、１である。したがって中間配線５２は、第１並列配線４６ａに設けられた第１帰還容量コンデンサ４８ａにおける第１入力端子４４ａ側の第１電極と、第２並列配線４６ｂに設けられた第２帰還容量コンデンサ４８ｂにおける出力端子４４ｃ側の第２電極とを接続している。

サブスイッチ４９は複数の帰還容量コンデンサ４８の間に設けられている。サブスイッチ４９として、入力側サブスイッチ５０と出力側サブスイッチ５１を有する。入力側サブスイッチ５０は帰還容量コンデンサ４８における第１入力端子４４ａ側に設けられ、出力側サブスイッチ５１は帰還容量コンデンサ４８における出力端子４４ｃ側に設けられている。図４に示すように入力側サブスイッチ５０は、第１入力端子４４ａ、第ｋ並列配線４６に設けられた帰還容量コンデンサ４８の第１電極、および、第ｋ並列配線４６と第ｋ＋１並列配線４６とを接続する中間配線５２の接続を制御する。そして出力側サブスイッチ５１は、第ｋ＋１並列配線４６に設けられた帰還容量コンデンサ４８の第２電極、および、出力端子４４ｃの接続を制御する。上記したようにｋは１である。したがって入力側サブスイッチ５０は、第１入力端子４４ａ、第１帰還容量コンデンサ４８ａの第１電極、および、中間配線５２の接続を制御する。そして出力側サブスイッチ５１は、第２帰還容量コンデンサ４８ｂの第２電極、および、出力端子４４ｃの接続を制御する。

スイッチ制御部５３は、メインスイッチ４７およびサブスイッチ４９それぞれの駆動を制御する。スイッチ制御部５３は、複数の帰還容量コンデンサ４８によって構成される静電容量を、通常モード時よりも検査モード時のほうが小さくなるように、複数のサブスイッチ４９それぞれの駆動を制御する。こうすることでアンプ４４の出力を増大し、アンプ４４を構成する複数の電子素子それぞれを飽和状態で動作させる。なお図４に示すように、本実施形態におけるスイッチ制御部５３と制御部１２とは同一の構成要素である。

スイッチ制御部５３は、モード選択部７０から第１判定信号が入力されると、複数の帰還容量コンデンサ４８それぞれが並列接続されるようにサブスイッチ４９の駆動を制御する。そして、スイッチ制御部５３は第２判定信号が入力されると、複数の帰還容量コンデンサ４８それぞれが直列接続されるように、サブスイッチ４９の駆動を制御する。詳しく言えば、スイッチ制御部５３は第１判定信号が入力されて通常モードになると、複数の帰還容量コンデンサ４８それぞれが第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間で並列接続されるように、入力側サブスイッチ５０を介して帰還容量コンデンサ４８の第１電極と第１入力端子４４ａとを接続し、且つ、出力側サブスイッチ５１を介して帰還容量コンデンサ４８の第２電極と出力端子４４ｃとを接続する。またスイッチ制御部５３は第２判定信号が入力されて検査モードになると、複数の帰還容量コンデンサ４８それぞれが第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間で直列接続されるように、入力側サブスイッチ５０を介して帰還容量コンデンサ４８の第１電極と中間配線５２とを接続し、且つ、出力側サブスイッチ５１を非駆動状態とすることで、帰還容量コンデンサ４８の第２電極と出力端子４４ｃとの接続を切る。本実施形態で言えば、スイッチ制御部５３は通常モードになると、帰還容量コンデンサ４８ａ，４８ｂそれぞれが第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間で並列接続されるように、入力側サブスイッチ５０を介して第１帰還容量コンデンサ４８ａの第１電極と第１入力端子４４ａとを接続し、且つ、出力側サブスイッチ５１を介して第２帰還容量コンデンサ４８ｂの第２電極と出力端子４４ｃとを接続する。これにより、帰還容量コンデンサ４８ａ，４８ｂそれぞれを第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間で並列接続する。またスイッチ制御部５３は検査モードになると、帰還容量コンデンサ４８ａ，４８ｂそれぞれが第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間で直列接続されるように、入力側サブスイッチ５０を介して第１帰還容量コンデンサ４８ａの第１電極と中間配線５２とを接続し、且つ、出力側サブスイッチ５１を非駆動状態とすることで、第２帰還容量コンデンサ４８ｂの第２電極と出力端子４４ｃとの接続を切る。これにより、帰還容量コンデンサ４８ａ，４８ｂそれぞれを第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間で直列接続する。

モード選択部７０は図１に示すように、温度センサ７１と、電圧センサ７２と、判定部７３と、を有する。温度センサ７１は周辺環境温度を検出し、電圧センサ７２は外部電源電圧を検出する。そして、判定部７３はセンサ７１，７２それぞれの出力信号に基づいて通常モードと検査モードを判定し、制御部１２およびスイッチ制御部５３それぞれに判定信号を出力する。判定信号としては第１判定信号と第２判定信号とがあり、判定部７３は、通常モードと判定した場合に第１判定信号を出力し、検査モードと判定した場合に第２判定信号を出力する。

判定部７３は、コンパレータ７４，７５と、基準電圧源７６，７７と、比較部７８と、を有する。第１コンパレータ７４の第１入力端子に温度センサ７１の出力端子が接続され、第２入力端子に第１基準電圧源７６が接続されている。そして、第１コンパレータ７４の出力端子が比較部７８に接続されている。同様にして、第２コンパレータ７５の第１入力端子に電圧センサ７２の出力端子が接続され、第２入力端子に第２基準電圧源７７が接続されている。そして第２コンパレータ７５の出力端子が比較部７８に接続されている。以上により、温度センサ７１の出力信号の電圧レベル（以下、温度電圧レベルと示す）が第１基準電圧源７６の供給する基準電圧の電圧レベル（以下、第１電圧レベルと示す）よりも低い場合、Ｈｉ信号およびＬｏ信号の一方が比較部７８に入力され、温度電圧レベルが第１電圧レベルよりも高い場合、Ｈｉ信号およびＬｏ信号の他方が比較部７８に入力される。また、電圧センサ７２の出力信号の電圧レベル（以下、外部電圧レベルと示す）が第２基準電圧源７７の供給する基準電圧の電圧レベル（以下、第２電圧レベルと示す）よりも低い場合、Ｈｉ信号およびＬｏ信号の一方が比較部７８に入力され、外部電圧レベルが第２電圧レベルよりも高い場合、Ｈｉ信号およびＬｏ信号の他方が比較部７８に入力される。本実施形態では、温度電圧レベルが第１電圧レベルよりも低い場合にＬｏ信号が比較部７８に入力され、温度電圧レベルが第１電圧レベルよりも高い場合にＨｉ信号が比較部７８に入力される。また、外部電圧レベルが第２電圧レベルよりも低い場合にＬｏ信号が比較部７８に入力され、外部電圧レベルが第２電圧レベルよりも高い場合にＨｉ信号が比較部７８に入力される。本実施形態の比較部７８はＡＮＤゲートである。したがって比較部７８は、コンパレータ７４，７５の少なくとも一方からＬｏ信号が入力された場合にＬｏ信号を出力し、コンパレータ７４，７５それぞれからＨｉ信号が入力された場合にＨｉ信号を出力する。この比較部７８から出力されるＬｏ信号が第１判定信号に相当し、Ｈｉ信号が第２判定信号に相当する。

次に、本実施形態に係るセンサ装置１００の作用効果を説明する。上記したようにスイッチ制御部５３は、複数の帰還容量コンデンサ４８によって構成される静電容量を、通常モード時よりも検査モード時のほうが小さくなるように、複数のサブスイッチ４９それぞれの駆動を制御する。こうすることでアンプ４４の出力を増大し、アンプ４４を構成する複数の電子素子それぞれを飽和状態で動作させる。

これによれば、検査時において、複数の帰還容量コンデンサ４８によって構成される静電容量が小さくなるので、Ｃ−Ｖ変換部４１の構成要素のひとつであるアンプ４４から出力される出力信号を増幅することができる。したがって、アンプ４４を構成する複数の電子素子それぞれを飽和状態で動作させ、アンプ４４を検査することができる。

スイッチ制御部５３は、モード選択部７０から第１判定信号が入力されると、複数の帰還容量コンデンサ４８それぞれが並列接続されるようにサブスイッチ４９の駆動を制御する。そして、スイッチ制御部５３は第２判定信号が入力されると、複数の帰還容量コンデンサ４８それぞれが直列接続されるように、サブスイッチ４９の駆動を制御する。

これによれば、検査モード時において、一部の帰還容量コンデンサのみをＣ−Ｖ変換に用いる構成とは異なり、すべての帰還容量コンデンサがＣ−Ｖ変換に用いられる。したがって、すべての帰還容量コンデンサ４８を検査することができる。

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。

本実施形態では第１電圧源４３ａが２．５Ｖ供給する例を示した。しかしながら、第１電圧源４３ａが供給する電圧のレベルは搬送波の電圧レベルの半分の値であればよく、上記例に限定されない。

本実施形態では第２電圧源４３ｂが４．５Ｖ供給する例を示した。しかしながら、第２電圧源４３ｂが供給する電圧のレベルとしては上記例に限定されず、第１電圧源４３ａの供給する電圧のレベルと異なっていればよい。

本実施形態では、２本の並列配線４６ａ，４６ｂがメイン配線４５とともに端子４４ａ，４４ｃの間に並列接続され、第１並列配線４６ａに第１帰還容量コンデンサ４８ａが設けられ、第２並列配線４６ｂに第２帰還容量コンデンサ４８ｂが設けられた例を示した。しかしながら、メイン配線４５とともに第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間に並列接続される並列配線の数としては上記例に限定されない。例えば図６に示すように、３本の並列配線４６ａ，４６ｂ，４６ｃがメイン配線４５とともに第１入力端子４４ａと出力端子４４ｃとの間に並列接続された構成を採用することができる。

図６に示す構成の場合、第１並列配線４６ａに第１帰還容量コンデンサ４８ａが設けられ、第２並列配線４６ｂに第２帰還容量コンデンサ４８ｂが設けられ、第３並列配線４６ｃに第３帰還容量コンデンサ４８ｃが設けられている。そして、第１帰還容量コンデンサ４８ａの第１電極と第２帰還容量コンデンサ４８ｂの第２電極とを第１中間配線５２ａが電気的に接続し、第２帰還容量コンデンサ４８ｂの第１電極と第３帰還容量コンデンサ４８ｃの第２電極とを第２中間配線５２ｂが電気的に接続している。また第１入力側サブスイッチ５０ａが、第１入力端子４４ａ、第１帰還容量コンデンサ４８ａの第１電極、および、第１中間配線５２ａの接続を制御し、第２入力側サブスイッチ５０ｂが、第１入力端子４４ａ、第２帰還容量コンデンサ４８ｂの第１電極、および、第２中間配線５２ｂの接続を制御している。第１出力側サブスイッチ５１ａは、第２帰還容量コンデンサ４８ｂの第２電極、および、出力端子４４ｃの接続を制御し、第２出力側サブスイッチ５１ｂは、第３帰還容量コンデンサ４８ｃの第２電極、および、出力端子４４ｃの接続を制御している。

図６に示す構成の場合、スイッチ制御部５３は第１判定信号が入力されて通常モードになると、帰還容量コンデンサ４８ａ〜４８ｃそれぞれが端子４４ａ，４４ｃの間で並列接続されるように、入力側サブスイッチ５０ａ，５０ｂを介して帰還容量コンデンサ４８ａ，４８ｂの第１電極と第１入力端子４４ａとを接続する。またスイッチ制御部５３は出力側サブスイッチ５１ａ，５１ｂを介して帰還容量コンデンサ４８ｂ，４８ｃの第２電極と出力端子４４ｃとを接続する。そして、スイッチ制御部５３は第２判定信号が入力されて検査モードになると、帰還容量コンデンサ４８ａ〜４８ｃそれぞれが端子４４ａ，４４ｃの間で直列接続されるように、入力側サブスイッチ５０ａ，５０ｂを介して帰還容量コンデンサ４８ａ，４８ｂの第１電極と中間配線５２ａ，５２ｂとを接続する。またスイッチ制御部５３は出力側サブスイッチ５１ａ，５１ｂを非駆動状態とすることで、帰還容量コンデンサ４８ｂ，４８ｃの第２電極と出力端子４４ｃとの接続を切る。

モード選択部７０は、温度センサ７１と、電圧センサ７２と、判定部７３と、を有する例を示した。しかしながら、モード選択部７０は温度センサ７１を有さず、判定部７３は電圧センサ７２の出力信号のみに基づいて判定信号を出力する構成を採用してもよい。

本実施形態ではスイッチ制御部５３と制御部１２とが同一の構成要素である例を示した。しかしながら、これら制御部１２，５３は別体の構成要素でもよい。そして、その機能を適宜分け与えても良い。例えば、制御部１２が搬送波の出力と電圧切り換えスイッチ４３ｃ，４３ｄの駆動を制御しても良い。そしてスイッチ制御部５３がサブスイッチ４８とメインスイッチ４７の駆動を制御しても良い。

本実施形態では比較部７８がＡＮＤゲートである例を示した。しかしながら比較部７８としては上記例に限定されず、例えばＮＡＮＤゲートを採用することもできる。この場合比較部７８は、コンパレータ７４，７５の少なくとも一方からＬｏ信号が入力された場合にＨｉ信号を出力し、コンパレータ７４，７５それぞれからＨｉ信号が入力された場合にＬｏ信号を出力する。

本実施形態では、センサ装置として加速度センサを示した。しかしながらセンサ装置としては上記例に限定されず、例えば角速度センサなどを採用することができる。

１０・・・センサ部、１２・・・制御部、１９・・・固定電極、２０・・・可動電極、４１・・・Ｃ−Ｖ変換部、４３・・・基準電圧源、４４・・・アンプ、４４ａ・・・第１入力端子、４４ｂ・・・第２入力端子、４４ｃ・・・出力端子、４５・・・メイン配線、４６・・・並列配線、４７・・・メインスイッチ、４８・・・帰還容量コンデンサ、４９・・・サブスイッチ、５３・・・スイッチ制御部、１００・・・センサ装置

Claims (7)

1. 外力を静電容量に変換するセンサ部（１０）と、
   前記センサ部から出力された静電容量を電圧に変換するＣ−Ｖ変換部（４１）と、を有するセンサ装置であって、
   前記センサ部は、
   固定電極（１９）と、
   前記外力の印加によって前記固定電極との対向間隔が変位可能とされた可動電極（２０）と、
   前記Ｃ−Ｖ変換部を検査する検査モード時において、前記固定電極と前記可動電極との間に静電引力を発生させることで前記可動電極を強制的に変位させ、前記固定電極と前記可動電極とによって構成される検出コンデンサの静電容量変化を前記Ｃ−Ｖ変換部に出力させる制御部（１２）と、を有し、
   前記Ｃ−Ｖ変換部は、
   基準電圧源（４３）と、
   複数の電子素子から成り、前記センサ部の出力端子が接続される第１入力端子（４４ａ）および前記基準電圧源の出力端子が接続される第２入力端子（４４ｂ）を有するアンプ（４４）と、
   前記アンプの第１入力端子と出力端子（４４ｃ）とを接続するメイン配線（４５）と、
   ｎを２以上の自然数とすると、前記メイン配線とともに、前記アンプの第１入力端子と出力端子との間にｎ本並列接続された並列配線（４６）と、
   前記メイン配線に設けられたメインスイッチ（４７）と、
   ｎ本の前記並列配線それぞれに１つずつ設けられた複数の帰還容量コンデンサ（４８）と、
   複数の前記帰還容量コンデンサの間に設けられた複数のサブスイッチ（４９）と、
   前記メインスイッチおよび前記サブスイッチそれぞれの駆動を制御するスイッチ制御部（５３）と、を有し、
   前記スイッチ制御部は、複数の前記帰還容量コンデンサによって構成される静電容量が、前記外力を検出する通常モード時よりも前記検査モード時のほうが小さくなるように、複数の前記サブスイッチそれぞれの駆動を制御することで、前記アンプの出力を増大し、前記アンプを構成する複数の前記電子素子それぞれを飽和状態で動作させることを特徴とするセンサ装置。
2. ｋを１以上ｎより小さい自然数とすると、第ｋ並列配線に設けられた帰還容量コンデンサにおける前記アンプの第１入力端子側の第１電極と、第ｋ＋１並列配線に設けられた帰還容量コンデンサにおける前記アンプの出力端子側の第２電極とを接続する中間配線（５２）を有し、
   前記サブスイッチとして、前記第１入力端子、前記第ｋ並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第１電極、および、前記中間配線の接続を制御する入力側サブスイッチ（５０）と、前記第ｋ＋１並列配線に設けられた帰還容量コンデンサの第２電極、および、前記アンプの出力端子の接続を制御する出力側サブスイッチ（５１）と、を有し、
   前記スイッチ制御部は、
   前記通常モード時において、複数の前記帰還容量コンデンサそれぞれが前記アンプの第１入力端子と出力端子との間で並列接続されるように、前記入力側サブスイッチを介して前記第ｋ並列配線に設けられた前記帰還容量コンデンサの第１電極と前記アンプの第１入力端子とを接続し、且つ、前記出力側サブスイッチを介して前記第ｋ＋１並列配線に設けられた前記帰還容量コンデンサの第２電極と前記アンプの出力端子とを接続し、
   前記検査モード時において、複数の前記帰還容量コンデンサそれぞれが前記アンプの第１入力端子と出力端子との間で直列接続されるように、前記入力側サブスイッチを介して前記第ｋ並列配線に設けられた前記帰還容量コンデンサの第１電極と前記中間配線とを接続し、且つ、前記出力側サブスイッチを非駆動状態とすることで、前記第ｋ＋１並列配線に設けられた前記帰還容量コンデンサの第２電極と前記アンプの出力端子との接続を切ることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 周辺環境温度を検出する温度センサ（７１）と、
   外部電源電圧を検出する電圧センサ（７２）と、
   前記温度センサと前記電圧センサそれぞれの出力信号に基づいて、前記通常モードと前記検査モードを判定し、前記制御部および前記スイッチ制御部それぞれに、前記通常モードと判定した場合に第１判定信号を出力し、前記検査モードと判定した場合に第２判定信号を出力する判定部（７３）と、を有し、
   前記制御部は、前記第１判定信号が入力された場合、振幅が一定な直流信号を前記可動電極に出力し、前記第２判定信号が入力された場合、振幅が変動するパルス信号を前記可動電極に出力し、
   前記スイッチ制御部は、前記第１判定信号が入力された場合、複数の前記帰還容量コンデンサそれぞれが並列接続されるように、前記サブスイッチの駆動を制御し、前記第２判定信号が入力された場合、複数の前記帰還容量コンデンサそれぞれが直列接続されるように、前記サブスイッチの駆動を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ装置。
4. 判定部は、
   前記温度センサの出力端子が第１入力端子に接続された第１コンパレータ（７４）と、
   前記第１コンパレータの第２入力端子に接続された第１基準電圧源（７６）と、
   前記電圧センサの出力端子が第１入力端子に接続された第２コンパレータ（７５）と、
   前記第１コンパレータの第２入力端子に接続された第２基準電圧源（７７）と、
   前記第１コンパレータと前記第２コンパレータそれぞれの出力端子が接続される比較部（７８）と、を有し、
   前記第１基準電圧源と前記第２基準電圧源それぞれが供給する電圧は異なっており、
   前記比較部は、前記第１コンパレータと前記第２コンパレータそれぞれの出力信号に基づいて、前記第１判定信号若しくは前記第２判定信号を前記制御部および前記スイッチ制御部それぞれに出力することを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記第１コンパレータは、前記温度センサの出力信号の電圧レベルが前記第１基準電圧源の供給する基準電圧の電圧レベルよりも低い場合にＨｉ信号およびＬｏ信号の一方を出力し、逆の場合にＨｉ信号およびＬｏ信号の他方を出力し、
   前記第２コンパレータは、前記電圧センサの出力信号の電圧レベルが前記第２基準電圧源の供給する基準電圧の電圧レベルよりも低い場合にＨｉ信号およびＬｏ信号の一方を出力し、逆の場合にＨｉ信号およびＬｏ信号の他方を出力し、
   前記比較部は、前記第１コンパレータおよび前記第２コンパレータの少なくとも一方からＨｉ信号およびＬｏ信号の一方が入力された場合に前記第１判定信号を出力し、前記第１コンパレータおよび前記第２コンパレータのそれぞれからＨｉ信号およびＬｏ信号の他方が入力された場合に前記第２判定信号を出力することを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記センサ部は、絶縁層（１５）を介して第１半導体層（１４）と第２半導体層（１６）が連結された半導体基板（１３）が微細加工されたセンシング部（１１）を有し、
   前記センシング部は、前記絶縁層、前記第１半導体層、および、前記第２半導体層から成る固定部（１８）と、前記第２半導体層から成り、前記固定部を介して前記第１半導体層に固定された可動部（１７）と、を有し、
   前記可動部は、前記固定電極と、前記可動電極と、前記可動電極が連結された錘部（２１）と、前記錘部に連結された、前記固定電極と前記可動電極とが対向する対向方向に可撓性を有する梁部（２２）と、を有し、
   前記固定部は、前記固定電極を支持する第１アンカー（２７）と、前記梁部を介して前記錘部を支持する第２アンカー（２８）と、を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のセンサ装置。
7. 前記固定電極は、第１固定電極（２３）および第２固定電極（２４）を有し、
   前記可動電極は、前記第１固定電極と対向する第１可動電極（２５）および前記第２固定電極と対向する第２可動電極（２６）を有し、
   前記第１固定電極と前記第１可動電極との対向間隔である第１距離および前記第２固定電極と前記第２可動電極との対向間隔である第２距離それぞれの変位は、前記対向方向に沿い、前記梁部が伸びることで前記錘部が前記第２アンカーから離れる第１方向、および、前記対向方向に沿い、前記梁部が縮むことで前記錘部が前記第２アンカーに近づく第２方向それぞれにおいて反対となっており、
   前記制御部は、前記第１固定電極に第１搬送波を出力し、前記第２固定電極に前記第１搬送波とは位相が逆転した第２搬送波を出力し、
   前記センサ部の出力信号は、前記第１固定電極と前記第１可動電極とによって構成される第１検出コンデンサの静電容量と、前記第２固定電極と前記第２可動電極とによって構成される第２検出コンデンサの静電容量との差分に応じていることを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。

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