JP4466124B2 - Capacitance type acceleration sensor, acceleration measuring device, acceleration measuring method and program - Google Patents
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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。 The present invention relates to a capacitance-type acceleration sensor that detects acceleration using a change in capacitance, and an acceleration measurement device, an acceleration measurement method, and a program that use the acceleration sensor.
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)。 Conventionally, as a capacitance type acceleration sensor, a capacitance that accompanies displacement of a movable electrode by a switched capacitor circuit from a capacitance detection unit having a movable electrode and a fixed electrode arranged to face each other so as to change a separation interval according to input acceleration. It is known to provide a servo circuit that converts a change into a voltage change and detects it as an acceleration signal, and feeds back the acceleration signal to hold the movable electrode in a neutral position in order to widen the detection range (for example, Patent Documents). 1).
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)。
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。 According to the acceleration sensor provided with the servo circuit described above, since the movement of the movable electrode is limited in accordance with the output of the servo circuit, the detection range can be expanded as compared with the case where the servo circuit is not provided. However, since the range of acceleration that can stabilize the movable electrode by the servo circuit is limited by the electrostatic attraction and the weight of the movable electrode, it is not easy to expand the detection range.
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。 Also, according to the above-described facing area change type acceleration sensor, it is not easy to expand the detection range because there is only one type of facing area change characteristic according to the input acceleration.
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。 An object of the present invention is to provide a novel capacitive acceleration sensor capable of easily expanding the detection range. Another object of the present invention is to provide an acceleration measuring device, an acceleration measuring method and a program using such an acceleration sensor.
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。 A capacitance type acceleration sensor according to the present invention includes a plurality of capacitance detection units each having a movable electrode and a fixed electrode provided on a substrate surface so that a facing area changes according to input acceleration, and the plurality of capacitances The detection unit is configured to detect the change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode as an acceleration signal for each capacitance detection unit by varying the facing areas of the movable electrode and the fixed electrode when the input acceleration is zero. It is what.
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。 According to the acceleration sensor of the present invention, the capacitance area between the movable electrode and the fixed electrode is different for each capacitance detection unit by varying the facing areas of the movable electrode and the fixed electrode when the input acceleration is zero in the plurality of capacitance detection units. Since the change of the capacitance is detected by using an acceleration signal, the detection range can be easily expanded by increasing the number of capacitance detection units. Further, it is possible to detect with high sensitivity an acceleration in a range suitable for each capacitance detection unit.
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。 In the acceleration sensor according to the present invention, the movable electrodes of the plurality of capacitance detection units may be integrally formed. In this way, the degree of integration can be improved when the acceleration sensor is formed on the substrate using semiconductor manufacturing technology.
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。 In the acceleration sensor according to the present invention, the movable electrode is composed of the first and second movable electrodes and the fixed electrode is composed of the first and second fixed electrodes in each capacitance detection unit, and the first movable electrode is formed in each capacitance detection unit. The opposing area of the electrode and the first fixed electrode and the opposing area of the second movable electrode and the second fixed electrode have a relationship in which one increases when the other decreases according to the input acceleration, and each capacitance detection In the configuration, an acceleration signal corresponding to a ratio or difference between the capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode and the capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode is obtained. Also good. In this way, an acceleration signal corresponding to the ratio or difference between the capacitance on the opposing area decreasing side and the capacitance on the opposing area increasing side can be obtained for each capacitance detection unit, so that the detection sensitivity is improved. .
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。 In each capacitance detection unit, when the movable electrode is constituted by the first and second movable electrodes and the fixed electrode is constituted by the first and second fixed electrodes, the first and second movable electrodes of the plurality of capacitance detection units May be formed integrally. In this way, the degree of integration can be improved when the acceleration sensor is formed on the substrate using semiconductor manufacturing technology.
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。 In the acceleration sensor according to the present invention, among the plurality of capacitance detection units, the capacitance detection unit having a relatively small facing area between the movable electrode and the fixed electrode detects an acceleration signal according to a relatively small input acceleration and the movable electrode. In addition, the capacitance detection unit having a relatively large opposed area of the fixed electrode may be configured to detect an acceleration signal according to a relatively large input acceleration. This makes it possible to detect acceleration with high sensitivity over a wide range.
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。
The acceleration measuring device according to the present invention is:
First and second capacitance detectors each having a movable electrode and a fixed electrode provided on the surface of the substrate so that the opposing area changes according to input acceleration are provided, and the first and second capacitance detectors are compared to the first capacitance detector. A capacitance type acceleration sensor having a large opposing area between the movable electrode and the fixed electrode when the input acceleration is zero;
First detection means for detecting, as first acceleration information, a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the first capacitance detection unit;
Second detection means for detecting a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the second capacitance detection unit as second acceleration information;
Determining means for determining whether the first acceleration information exceeds a predetermined detection upper limit for the first capacity detector;
Output means for transmitting the first acceleration information if the determination result by the determination means is negative, and for transmitting the second acceleration information if the determination result by the determination means is affirmative. It is a thing.
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。 According to the acceleration measuring apparatus of the present invention, it is determined whether or not the first acceleration information exceeds the detection upper limit value. If the determination result is negative, the first acceleration information is transmitted, and the determination result is positive. If so, the second acceleration information is transmitted, so that the acceleration can be measured with high accuracy in a wide range. Further, since the detection upper limit value can be determined so as to exclude a region where the change is steep in the capacitance change characteristic according to the input acceleration, it is possible to prevent erroneous detection due to noise mixing.
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。
The acceleration measuring method according to the present invention includes first and second capacitance detection units each having a movable electrode and a fixed electrode provided on the surface of the substrate so that the facing area changes according to the input acceleration. A capacitance-type acceleration sensor in which the opposing area of the movable electrode and the fixed electrode is set larger when the input acceleration is zero in the second capacitance detection unit, and the first capacitance detection unit. A first detecting means for detecting a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the first acceleration information, and a capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the second capacitance detector. An acceleration measurement method using second detection means for detecting a change as second acceleration information,
Taking in the first and second acceleration information from the first and second detection means, respectively;
A determination step of determining whether or not the first acceleration information acquired in this acquisition step exceeds a predetermined detection upper limit value with respect to the first capacity detection unit;
If the determination result in this determination step is negative, the first acceleration information acquired in the acquisition step is transmitted. If the determination result in the determination step is positive, the first acceleration information is transmitted. And an output step for sending the second acceleration information.
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。
The program according to the present invention includes first and second capacitance detection units each having a movable electrode and a fixed electrode provided on a substrate surface so that the facing area changes according to input acceleration, and the first capacitance Compared to the detection unit, the second capacitance detection unit has a capacitance type acceleration sensor in which the opposing area of the movable electrode and the fixed electrode is set large when the input acceleration is zero, and the first capacitance detection unit is movable. A first detection means for detecting a change in capacitance between the electrode and the fixed electrode as first acceleration information; and a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the second capacitance detector. A program used in an acceleration measuring apparatus comprising a second detection means for detecting second acceleration information and a computer, the computer comprising:
Capture means for capturing first and second acceleration information from the first and second detection means, respectively;
Determining means for determining whether the first acceleration information captured by the capturing means exceeds a predetermined detection upper limit for the first capacity detector;
If the determination result by the determination means is negative, the first acceleration information acquired by the acquisition means is transmitted, and if the determination result by the determination means is positive, the first acquisition is performed by the acquisition means. It is made to function as an output means for sending out the second acceleration information.
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。 According to the acceleration measuring method and program of the present invention, acceleration can be measured with high accuracy over a wide range as described above with respect to the acceleration measuring apparatus of the present invention, and erroneous detection due to noise mixing can be prevented.
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。 According to the present invention, the plurality of capacitance detection units having different facing areas of the movable electrode and the fixed electrode when the input acceleration is zero are provided on the substrate surface, and the input acceleration in a range suitable for each capacitance detection unit is detected. Since the configuration is adopted, it is possible to easily expand the detection range by increasing the number of capacitance detection units, and to obtain an effect of enabling highly sensitive acceleration detection in a wide range.
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。 FIG. 1 shows an electrode arrangement of a capacitance detection unit used in a capacitive acceleration sensor according to the present invention. (A) shows an electrode arrangement on the opposite area decreasing side, and (B) shows an increase in the opposed area. Each side electrode arrangement is shown. The principle of the acceleration sensor of the present invention will be described with reference to FIG.
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。 1A and 1B, each of the movable electrodes M 1 to M 4 is a rectangular shape having a length of 2L and a constant width. The movable electrodes M 1 and M 3 are juxtaposed at a predetermined interval so as to align the center in the length direction with the straight line L 1 , and the movable electrodes M 2 and M 4 are arranged in the length direction with respect to the straight line L 2. Are aligned in parallel with the movable electrodes M 1 and M 3 so as to be aligned with each other. The straight lines L 1 and L 2 are parallel to each other. The movable electrodes M 1 and M 2 are juxtaposed at an electrode pitch 4L, and the movable electrodes M 3 and M 4 are juxtaposed at an electrode pitch 4L. The movable electrodes M 1 to M 4 have a weight action, and can be integrally displaced in the left-right direction in parallel to the paper surface in accordance with the input acceleration in a state where the illustrated positional relationship is maintained.
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。 Fixed electrodes S 1, S 2 has been disposed below the movable electrodes M 1, M 2 so that each faces the portion of the movable electrode M 1, the left half of M 2 length L, a convenience of explanation The movable electrodes M 1 and M 2 are illustrated so as not to overlap with each other. The fixed electrodes S 3 and S 4 are arranged below the movable electrodes M 3 and M 4 so as to face the length L of the right half of the movable electrodes M 3 and M 4 , respectively. For convenience, the movable electrodes M 3 and M 4 are illustrated so as not to overlap with each other.
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。
When the input acceleration is 0 G (G is gravitational acceleration [9.8 m / sec 2 ]), the movable electrode-fixed electrode (M 1 -S 1 , M 2 -S 2 , M 3 -S 3 , Assume that the capacitance between M 4 and S 4 ) is C 0 . Next, when 1G acts as an input acceleration on the movable electrodes M 1 to M 4 and the movable electrodes M 1 to M 4 are displaced by a distance d in the right direction as indicated by arrows, the movable electrode-fixed electrode (M capacitance between 1 -S 1, M 2 -S 2 ) counter electrode in both opposing area decreases, both with decreases from C 0 to C D, opposing the movable electrode - the fixed electrode (M 3 capacitance between -S 3, M 4 -S 4) the counter electrode in both the facing area increases are all increases from C 0 to C U. When a large input acceleration than 1G is applied to the
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。 FIG. 2 shows the relationship between the input acceleration and the capacitance change rate C U / C D when the electrode overlap amount L (corresponding to the electrode facing area) is set to various values in the acceleration sensor of FIG. It is. In FIG. 2, curves K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , K 6 , K 7 , K 8 have electrode overlap amounts L of 0.5 [μm], 0.75 [μm], Input acceleration when set to 1.0 [μm], 1.25 [μm], 1.5 [μm], 2.0 [μm], 2.5 [μm], and 5.0 [μm], respectively The relationship with the capacitance change rate C U / C D is shown.
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。 As can be seen from FIG. 2, the larger the electrode overlap amount L, the larger the input acceleration can be detected. Therefore, the present invention employs a configuration in which a plurality of capacitance detection units having different electrode overlap amounts L are provided and input acceleration in a range suitable for each capacitance detection unit is detected. In this way, for example, for a relatively small input acceleration, acceleration detection is performed using a capacitance detection unit having a small electrode overlap amount, and for a relatively large input acceleration, a capacitance detection unit having a large electrode overlap amount is used. Acceleration can be detected, and high-sensitivity acceleration can be detected over a wide range.
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。 In each curve, such as K 1, to prevent said detection due to noise mixing, rate of change in capacitance C U / C D is large (the change is steep) to avoid using the region is desirable.
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。
FIG. 3 shows a
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。
In the
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。
Movable member MB, the
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。
Fixed electrodes S 11 to S are formed on the surface of the substrate so as to form capacitances C 11 to C 14 that are opposed to the movable electrodes M 11 to M 14 and have almost the same capacitance C 11 to C 14 when the input acceleration is zero. 14 , and when the input acceleration is zero, the fixed electrodes S 21 to C 24 are formed so as to face the movable electrodes M 21 to M 24 and to form capacitances C 21 to C 24 having large and substantially equal facing areas. S 24 is provided. The fixed electrodes S 11 , S 12 , S 21 , S 22 are respectively movable electrodes M 11 , M 12 , M when the displacement direction DS of the movable member MB is determined in the forward direction parallel to the paper surface as shown in FIG. 21 , M 22 are arranged so that the facing areas thereof decrease and the capacitances C 11 , C 12 , C 21 , C 22 decrease, respectively, and the fixed electrodes S 13 , S 14 , S 23 , S 24 are capacitance C 13 facing area is increased, C 14, C 23, C 24 are arranged so as to increase each of the movable electrodes M 13, M 14, M 23 ,
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。 The fixed electrodes S 11 to S 14 and S 21 to S 24 may be constituted by an impurity doped region formed by selectively doping a conductivity determining impurity on the substrate surface, or on an insulating film covering the substrate surface. A semiconductor or metal conductive layer deposited on the substrate may be patterned.
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。
From the fixed
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。 The wiring layers W 11 to W 14 and W 21 to W 24 are made as thin as possible to reduce parasitic capacitance, and the distance between the movable parts (MB, M 11 to M 14 , M 21 to M 24 ) is made as large as possible. Moreover, the pattern may be formed so that the amount of overlap with the movable part is as small as possible. The wiring layers W 11 to W 14 and W 21 to W 24 can be configured by impurity-doped regions or patterned conductive layers in the same manner as the fixed electrodes S 11 to S 14 and S 21 to S 24 . The connection members Q 11 to Q 14 and Q 21 to Q 24 are semiconductors formed by providing eight connection holes corresponding to the eight connection positions in the insulating film covering the substrate surface and filling these connection holes, respectively. It can be formed by a metal conductive plug. Connecting member Q 11 or the like, it may be formed by diverting the formation process of the fixing member, such as P 1.
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。
As an example, after the wiring layers W 11 to W 14 and W 21 to W 24 are formed as impurity doped regions on the substrate surface, the first-layer wiring formation process is diverted on the insulating film covering the substrate surface to fix the fixed electrode S. 11 to S 14 , S 21 to S 24 are formed, and the second layer wiring formation process is diverted on the insulating film covering the fixed electrodes S 11 to S 14 and S 21 to S 24 , and the movable member MB and the movable member MB are movable.
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)。
An equivalent circuit of the
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。
Detection lines Ta, Tb, and Te are connected to the
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。
In the
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。
The
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。
As the reference voltage V R1 of the
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。
The
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。
As the reference voltage VR2 of the
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。
Level of the acceleration signal AS 2 exceeds the reference voltage V R2 and (becomes AS 2> V R2), the comparison output CO 2 becomes 1 from the
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。 According to the acceleration measuring apparatus of FIG. 4 described above, acceleration can be measured with high accuracy in a wide range R 1 , R 2 of 0G ≦ input acceleration ≦ 8G. Further, since the acceleration detection is performed by excluding the region where the change is steep in the curves K 7 and K 8 in FIG. 2, it is possible to prevent erroneous detection due to noise mixing. In the example of FIG. 4, two curves K 7 and K 8 are used among the curves K 1 to K 8 shown in FIG. 2, but it is needless to say that three or more curves may be used.
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。 FIG. 5 shows the relationship between the input acceleration and the capacitance change rate C U / C D when the electrode overlap amount is set to various values in another capacitive acceleration sensor according to the present invention. is there.
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。
In the acceleration sensor having the characteristics shown in FIG. 5, the displacement amount of the electrode when the input acceleration is 1 G is set to 0.5 [μm], and the electrode displacement amount d is linear with respect to the input acceleration. Change. Assuming that the electrode overlap amount L is L 1 , L 2 , L 3 ... L n from the smaller electrode width, L n is L n = L n−1 +1 (where L 0 = 0) [μm] Represented. The change rate of capacitance C U / C D = (L + d) / (L−d) when n = 1 to 5 in the range of
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。 The capacitance change rate (L + d) / (Ld) increases rapidly as the electrode displacement amount d approaches the electrode width, as shown by the broken line in FIG. Therefore, an upper limit value for the electrode displacement amount d for each curve moves to the curve J 2 when it exceeds the upper limit of the curve J 1, moves to the curve J 3 When exceeding the upper limit of the curve J 2 ... and change the curve to measure the acceleration. Upper limit d n electrode displacement amount d is, d n = d n-1 +1 is set as (although, L 0 = 0) [μm ]. That is, a displacement such as d 1 = 0.9 [μm], d 2 = 1.9 [μm], d 3 = 2.9 [μm]... Corresponding to J 1 , J 2 , J 3 . It becomes the amount upper limit. Threshold T n of electrostatic capacitance change rate C U / C D at this time, since expressed as T n = (L n + d n) / (L n -d n) = T n-1 +20, electrode it is possible to set a threshold T n for overlap amount L n and the displacement amount upper limit value d n. FIG. 5 shows threshold values T 1 = 19, T 2 = 39, T 3 = 59, and T 4 = 79 in relation to the curves J 1 , J 2 , J 3 , and J 4 , respectively. Table 1 below collectively shows the relationship among L n , d n , and T n .
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。 FIG. 6 shows an example of an acceleration measuring apparatus using an acceleration sensor having the characteristics shown in FIG. 5. In the apparatus of this example, the measurement process is controlled by a small computer.
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。
The
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。
From the
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。
Connected to the
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。
The
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。
The
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。 The utilization device 38 uses the acceleration data of the registers RS 1 to RS n , and not only the presence / absence of acceleration, but also a device having a wide range of acceleration to be measured, or the impact of a collision from a small acceleration, etc. Devices that are required to accurately measure a wide range of accelerations up to very large accelerations, such as electronic devices such as displays, electronic game terminals and mobile phones, or automobile airbag drive devices. Become.
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。
FIG. 7 shows an example of the measurement process. This process is started in response to power-on or the like. In
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。
Next, at
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。
When the decision result in the
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。
When the decision result in the
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。
Thereafter, it performs a process corresponding to step 62 and 64 for curve J 4 in the same manner as described above for the curve J 3. Then, when n = 5, at
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。
When the determination result of
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。 According to the measurement process described above, acceleration can be measured with high accuracy using the curves J 1 to J 5 in a wide range of 0G ≦ input acceleration ≦ 8G. Further, since the acceleration detection is performed for the curves J 1 to J 5 excluding the region where the change is steep, erroneous detection due to noise mixing can be prevented. In the above description, n = 5, but it is needless to say that n may be 6 or more.
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。
10, 10A: acceleration sensor, 12A, 12B, DT 1 ~DR n: detection circuit, 30: Bus, 32: CPU, 34: ROM , 36: RAM, 38: utilization device, M 1 ~M 4, M 11 ~ M 14, M 21 ~M 24: movable electrodes, S 1 ~S 4, S 11 ~
Claims (7)
前記複数の容量検出部の前記第1及び第2の可動電極は一体的に形成された可動部材によって構成され、
前記入力加速度がゼロのときの前記第1及び第2の可動電極と前記第1及び第2の固定電極との対向面積が前記容量検出部毎に異なるとともに、各容量検出部において、前記入力加速度に応じた前記第1の可動電極と前記第2の可動電極との電極変位量が等しく前記第1の可動電極と前記第1の固定電極との対向面積と前記第2の可動電極と前記第2の固定電極と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、
前記第1の可動電極と前記第1の固定電極との間の静電容量と前記第2の可動電極と前記第2の固定電極との間の静電容量との比に対応した加速度信号を前記容量検出部毎に得る構成にした静電容量型加速度センサ。 A plurality of first and second movable electrodes and first and second fixed electrodes, respectively, provided on the substrate surface such that the facing area is changed by relative movement in parallel with the substrate surface according to input acceleration. With a capacity detector
The first and second movable electrodes of the plurality of capacitance detection units are configured by a movable member formed integrally,
When the input acceleration is zero, the opposing areas of the first and second movable electrodes and the first and second fixed electrodes are different for each capacitance detection unit. The first movable electrode and the second movable electrode have the same amount of electrode displacement corresponding to each other, the opposing area of the first movable electrode and the first fixed electrode, the second movable electrode, and the second movable electrode. The area facing the two fixed electrodes has a relationship in which when one decreases in accordance with the input acceleration, the other increases.
An acceleration signal corresponding to a ratio between a capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode and a capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode; A capacitance-type acceleration sensor configured to be obtained for each capacitance detection unit.
各容量検出部において前記第1及び第2の可動電極は一体的に形成され、
前記入力加速度がゼロのときの前記第1及び第2の可動電極と前記第1及び第2の固定電極との対向面積が前記容量検出部毎に異なるとともに、各容量検出部において、前記入力加速度に応じた前記第1の可動電極と前記第2の可動電極との電極変位量が等しく前記第1の可動電極と前記第1の固定電極との対向面積と前記第2の可動電極と前記第2の固定電極と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、
前記第1の可動電極と前記第1の固定電極との間の静電容量と前記第2の可動電極と前記第2の固定電極との間の静電容量との比に対応した加速度信号を前記容量検出部毎に得る構成にした静電容量型加速度センサ。 A plurality of first and second movable electrodes and first and second fixed electrodes, respectively, provided on the substrate surface such that the facing area is changed by relative movement in parallel with the substrate surface according to input acceleration. With a capacity detector
In each capacitance detection unit, the first and second movable electrodes are integrally formed,
When the input acceleration is zero, the opposing areas of the first and second movable electrodes and the first and second fixed electrodes are different for each capacitance detection unit. The first movable electrode and the second movable electrode have the same amount of electrode displacement corresponding to each other, the opposing area of the first movable electrode and the first fixed electrode, the second movable electrode, and the second movable electrode. The area facing the two fixed electrodes has a relationship in which when one decreases in accordance with the input acceleration, the other increases.
An acceleration signal corresponding to a ratio between a capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode and a capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode; A capacitance-type acceleration sensor configured to be obtained for each capacitance detection unit.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサ。 The first and second movable electrodes have a weight action;
The capacitive acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3 .
前記第1の容量検出部における前記第1の可動電極と前記第1の固定電極との間の静電容量と前記第2の可動電極と前記第2の固定電極との間の静電容量との比に対応した加速度信号を第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前記第1の可動電極と前記第1の固定電極との間の静電容量と前記第2の可動電極と前記第2の固定電極との間の静電容量との比に対応した加速度信号を第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。 First and second movable electrodes and first and second fixed electrodes, respectively, provided on the substrate surface such that the facing area is changed by relative movement in parallel with the substrate surface according to input acceleration. The first and second capacitance detectors, wherein the first and second movable electrodes of the first and second capacitance detectors are constituted by a movable member formed integrally, and the first capacitance detector In the second capacitance detection unit, the opposed area between the first and second movable electrodes and the first and second fixed electrodes when the input acceleration is zero is set larger than the first capacitance detection unit. In each of the first and second capacitance detection units, the first movable electrode and the first fixed electrode have the same amount of electrode displacement between the first movable electrode and the second movable electrode according to the input acceleration. An area facing the electrode and the second movable electrode; Serial The opposing area between the second fixed electrode and the electrostatic capacitance type acceleration sensor having a relationship other increases when one decreases in response to the input acceleration,
A capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode and a capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode in the first capacitance detector; First detection means for detecting an acceleration signal corresponding to the ratio as first acceleration information;
A capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode and a capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode in the second capacitance detector; Second detection means for detecting an acceleration signal corresponding to the ratio of the second acceleration information as second acceleration information;
Determining means for determining whether the first acceleration information exceeds a predetermined detection upper limit for the first capacity detector;
Output means for transmitting the first acceleration information if the determination result by the determination means is negative, and for transmitting the second acceleration information if the determination result by the determination means is affirmative. Acceleration measuring device.
前記第1及び第2の検出手段から前記第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前記第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前記第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。 First and second movable electrodes and first and second fixed electrodes, respectively, provided on the substrate surface such that the facing area is changed by relative movement in parallel with the substrate surface according to input acceleration. The first and second capacitance detectors, wherein the first and second movable electrodes of the first and second capacitance detectors are constituted by a movable member formed integrally, and the first capacitance detector In the second capacitance detection unit, the opposed area between the first and second movable electrodes and the first and second fixed electrodes when the input acceleration is zero is set larger than the first capacitance detection unit. In each of the first and second capacitance detection units, the first movable electrode and the first fixed electrode have the same amount of electrode displacement between the first movable electrode and the second movable electrode according to the input acceleration. An area facing the electrode and the second movable electrode; The area facing the second fixed electrode is a capacitance-type acceleration sensor having a relationship in which one increases when the other decreases in accordance with the input acceleration, and the first capacitance detection unit includes the first acceleration sensor. An acceleration signal corresponding to the ratio between the capacitance between the movable electrode and the first fixed electrode and the capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode is used as the first acceleration. A first detection means for detecting information; a capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode in the second capacitance detection unit; the second movable electrode; and the second An acceleration measurement method using second detection means for detecting an acceleration signal corresponding to a ratio of capacitance to a fixed electrode as second acceleration information,
Taking in the first and second acceleration information from the first and second detection means, respectively;
A determination step for determining whether the first acceleration information captured in the capture step exceeds a predetermined detection upper limit value for the first capacity detection unit;
If the determination result in this determination step is negative, the first acceleration information acquired in the acquisition step is transmitted, and if the determination result in the determination step is positive, the acquisition step And an output step of sending the captured second acceleration information.
前記第1及び第2の検出手段から前記第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取込手段で取込まれた前記第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取込手段で取込まれた前記第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。 First and second movable electrodes and first and second fixed electrodes, respectively, provided on the substrate surface such that the facing area is changed by relative movement in parallel with the substrate surface according to input acceleration. The first and second capacitance detectors, wherein the first and second movable electrodes of the first and second capacitance detectors are constituted by a movable member formed integrally, and the first capacitance detector In the second capacitance detection unit, the opposed area between the first and second movable electrodes and the first and second fixed electrodes when the input acceleration is zero is set larger than the first capacitance detection unit. In each of the first and second capacitance detection units, the first movable electrode and the first fixed electrode have the same amount of electrode displacement between the first movable electrode and the second movable electrode according to the input acceleration. An area facing the electrode and the second movable electrode; The area facing the second fixed electrode is a capacitance-type acceleration sensor having a relationship in which one increases when the other decreases in accordance with the input acceleration, and the first capacitance detection unit includes the first acceleration sensor. An acceleration signal corresponding to the ratio between the capacitance between the movable electrode and the first fixed electrode and the capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode is used as the first acceleration. A first detection means for detecting information; a capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode in the second capacitance detection unit; the second movable electrode; and the second A program used in an acceleration measuring apparatus comprising a second detection means for detecting an acceleration signal corresponding to a ratio of the capacitance to the fixed electrode as second acceleration information, and a computer, The computer,
Capture means for capturing the first and second acceleration information from the first and second detection means, respectively;
A determination unit for determining whether the first acceleration information captured by the capture unit exceeds a predetermined detection upper limit for the first capacity detection unit;
If the determination result by the determination means is negative, the first acceleration information acquired by the acquisition means is transmitted, and if the determination result by the determination means is affirmative, the acquisition means A program that functions as output means for sending out the second acceleration information that has been taken in.
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