JP6089986B2 - センサ装置 - Google Patents
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Description
(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。
Claims (7)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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