JP2004251659A - 静電容量式センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】静電容量を精度良く検出することができる静電容量式センサを提供する。
【解決手段】固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の電極が分割されており、固定電極と可動電極とで複数の容量素子が形成され、固定電極と可動電極のうちいずれか一方の電極に接続され、該電極にロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号を複数の容量素子に印加する駆動信号供給手段（５００）と、複数の容量素子から各容量素子の静電容量に対応して出力された信号を制御信号に基づいて時分割で選択するスイッチ手段（Ｓ１〜Ｓ４）と、スイッチ手段の出力に基づいて可動電極の揺動動作を求める演算手段（６１０、６２０）と、スイッチ手段の切換タイミング及び演算手段の演算処理タイミングを規定するタイミング信号を生成し、スイッチ手段及び演算手段に供給するタイミング信号生成手段（５００）とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の電極が分割されており、固定電極と可動電極とで複数の容量素子が形成され、固定電極と可動電極のうちいずれか一方の電極に接続され、該電極にロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号を複数の容量素子に印加する駆動信号供給手段（５００）と、複数の容量素子から各容量素子の静電容量に対応して出力された信号を制御信号に基づいて時分割で選択するスイッチ手段（Ｓ１〜Ｓ４）と、スイッチ手段の出力に基づいて可動電極の揺動動作を求める演算手段（６１０、６２０）と、スイッチ手段の切換タイミング及び演算手段の演算処理タイミングを規定するタイミング信号を生成し、スイッチ手段及び演算手段に供給するタイミング信号生成手段（５００）とを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量の変化により傾斜状態、加速度、衝撃等を検知する静電容量式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、従来の静電容量式センサの処理回路の構成が記載されている。この従来の静電容量式センサの処理回路の構成を図１５に示す。
同図において、入力端子Ｔ１には、図示されていない交流信号発生源から、所定周波数の矩形波信号が与えられる。７１、７２はインバータ素子であり、インバータ素子７２の後段には抵抗素子７３が接続されている。
【０００３】
インバータ素子７１の出力端と抵抗素子７３の出力端はそれぞれバッファ素子７５、７６を介してＥＸ−ＯＲ素子７４に接続されており、このＥＸ−ＯＲ素子７４の出力端はそのまま出力端子Ｔ２に接続されている。
また、抵抗素子７３の出力端には、容量素子Ｃの一方の電極が接続され、この容量素子Ｃの他方の電極は接地されている。この容量素子Ｃが、測定対象となる容量素子、すなわちセンサに形成されている容量素子である。
図１６は、図１５に示す処理回路の各点における信号波形を示す図である。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０２０７３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した静電容量式センサの処理回路では、抵抗素子７３と容量素子ＣからなるＣＲ遅延回路を用いているので、抵抗７３の温度ドリフトや配線抵抗の影響を受けやすい。すなわち、ＣＲ遅延回路の時定数が変化し、容量素子Ｃの静電容量を精度良く検出することができないという問題が有った。
【０００６】
さらに、容量素子における静電容量Ｃが小さい場合には、容量素子の静電容量を検出するのに抵抗素子７３の抵抗値を大きくする必要があるが、そうすると、Ｘ３点におけるインピーダンスが大きくなり、外部の誘導を受けやすいという問題が有る。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、静電容量に基づいた電気信号により、傾斜状態や加速度等を精度良く検出することができる静電容量式センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、固定基板に形成された固定電極と、揺動動作可能に支持されるとともに前記固定電極に対向配置され、該固定電極との距離が前記揺動動作により変位する可動電極とを有し、前記固定電極と可動電極とで構成される容量素子の静電容量に基づいて前記揺動動作を検出する静電容量式センサにおいて、前記固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の電極が分割されており、前記固定電極と可動電極とで複数の容量素子が形成され、前記固定電極と可動電極のうちいずれか一方の電極に接続され、該電極にロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号を前記複数の容量素子に印加する駆動信号供給手段と、前記複数の容量素子から各容量素子の静電容量に対応して出力された信号を制御信号に基づいて時分割で選択するスイッチ手段と、前記駆動信号がロウレベル時とハイレベル時における前記スイッチ手段の出力に基づいて前記揺動動作を求める演算手段と、前記スイッチ手段の切換タイミング及び前記演算手段の演算処理タイミングを規定するタイミング信号を生成し、前記スイッチ手段及び演算手段に供給するタイミング信号生成手段とを有することを特徴とする。
【０００８】請求項１に記載の発明によれば、従来の静電容量式センサのように、ＣＲ遅延回路を使用して静電容量を検出していないので、抵抗素子の温度変化や配線抵抗の影響を受けず、精度良く静電容量に基づいて可動電極の揺動動作を検出することができる。よって、傾斜状態や加速度等を精度よく検知することができる。
また、揺動動作を検出するための複数の容量素子の出力信号を時分割で選択的に入力し、演算して揺動動作を求めるようにしたので、複数の容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路構成を簡略化できる。
また、複数の信号検出用容量素子（コンデンサ）の出力信号を時分割で入力した以降の回路は各容量素子の出力信号について共通に使用されるので、時分割で演算処理を行わない場合に比して、回路素子の定数のばらつきの影響を受けないという効果が有る。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の静電容量式センサにおいて、前記可動電極は、直交するＸ−Ｙ座標面に対して２軸に揺動可能であり、かつ前記複数の容量素子は、前記Ｘ−Ｙ座標面の第１〜第４象限に対応して４つ有り、
前記演算手段は、前記４つの容量素子は、前記揺動動作に伴って、容量が増加する第１の容量素子と、容量が減少する第２の容量素子の、２対の容量素子からなり、これら対をなす２つの容量素子における静電容量に対応した信号の差をそれぞれ、算出する減算器と、前記減算器により算出された２組の減算結果を加算する加算器とを有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、加算演算の前に減算、すなわち差動をとっているので、演算のダイナミックレンジを大きくとることができ、検出精度を高めることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の静電容量式センサにおいて、前記可動電極は、前記４つの容量素子の共通電極となるように形成され、前記固定電極が４つに分割されていることを特徴とする。
請求項３においては、可動電極が共通電極とされているので、４つの容量素子の容量変化に基づく電気信号を変位しない固定電極側から取り出すことができ、複雑な引き回し配線を必要としない。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、前記演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により増減する第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により増減する第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、前記タイミング信号生成手段は、前記演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方の増減方向を逆向きに変更可能にするように前記スイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための少なくとも２種類の切換タイミング信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、複数の容量素子の各々の出力信号の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することはない。そして、タイミング信号生成手段が少なくとも２種類の切換タイミング信号を生成して、演算手段から出力される第１、第２の出力信号のいずれか一方の増減方向の向き（以下、便宜上、極性と呼ぶことあり。）を変化させることができる。
したがって、静電容量式センサを使用する装置に実装する際に、上下逆向きに取り付けても揺動動作に伴う出力信号の増減方向を同じにすることができ、取り付け配置の自由度が増加するという効果が得られる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、前記演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により増減する第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により増減する第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、前記タイミング信号生成手段は、前記演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方あるいは双方の増減方向を逆向きに変更可能にするように前記スイッチ手段の切換タイミングを異ならしめるための少なくとも４種類の切換タイミング信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、複数の容量素子の各々の出力信号の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することはない。そして、タイミング信号生成手段が少なくとも４種類の切換タイミング信号を生成して、演算手段から出力される第１、第２の出力信号の増減方向の向き（極性）を４種類まで、変化させることができる。
したがって、静電容量式センサを使用する装置に実装する際に、取り付け配置の自由度、極性の選択の自由度を請求項４に記載の発明に比して、より増加させることができ、静電容量式センサの実装装置の種々の要求に対応することができるという効果が得られる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、前記スイッチ手段は、前記複数（４つ）の容量素子の各々に、一端が接続され、他端が共通接続されて前記演算手段側に接続される複数（４つ）のスイッチからなり、さらに、前記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響を打ち消す寄生容量キャンセル手段を有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、静電容量に基づく信号の検出部である複数の容量素子にとって影響が大きいスイッチ手段の各スイッチの寄生容量の影響を打ち消すことができる。
【００１６】
すなわち、上記複数の容量素子が静電容量は非常に小さいと、複数の容量素子の出力信号を取り込む入力部を構成する上記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響が大きく、センサの感度の低下やセンサ出力のオフセットの変動が生じる。さらに、寄生容量値はばらつきが有り、温度変化も有るために、センサ出力が温度により変化することとなるが、これらの影響をなくすことができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の静電容量式センサにおいて、前記寄生容量キャンセル手段は、前記スイッチ手段の各スイッチの前記一端に一端が接続され、他端が所定の電位に保持されるように設定された複数（４つ）のキャンセル用スイッチと、前記スイッチ手段を構成する複数（４つ）のスイッチが共通接続された接続点の電位を前記所定の電位に設定するオペアンプにより構成された電位設定手段と、少なくとも前記スイッチ手段のいずれかのスイッチを介して該スイッチに対応する容量素子から静電容量に対応した信号が出力される際に、該スイッチ以外の他のすべてのスイッチの前記一端に一端が接続された前記キャンセル用スイッチをオン状態にするスイッチ制御手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、スイッチ手段のいずれかのスイッチが選択される際に、該スイッチの両端がキャンセル用スイッチや電位設定手段により同電位とされるので、スイッチ手段の切換時（選択時）に、スイッチ手段の寄生容量が充放電されることはなく、この充放電に伴うノイズの発生等の不具合を生じることはない。
また、電位設定手段にオペアンプを用いているので、オペアンプのイマジナリーショートを利用して、スイッチの両端を簡単な回路構成で容易に同電位とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態（第１、第２実施形態）に係る静電容量センサの構造を、図１０乃至図１３を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態に係る静電容量センサの全体構成を示す概略断面図、図１１は本発明の実施形態に係る静電容量センサの全体構成を示す分解斜視図、図１２は基板の平面図、図１３は基板に対向して設けられている金属板（可動電極）の平面図である。
【００２０】
本発明の実施形態に係る静電容量式センサ１００は、図１０に示すように、基板１０の上面１１Ｓ側に電気信号を検出するための検出部２００を備え、基板１０の下面１３Ｒ側に検出部２００から検出された電気信号を処理する回路素子３００を備えて構成されている。本実施形態では、検出部２００は静電容量式の傾斜センサとして構成され、回路素子３００としてはＩＣ（集積回路）のベアチップが用いられている。
【００２１】
検出部２００は、静電容量式センサ１００の傾斜を容量変化として検出する静電容量式の傾斜センサであり、図１１に示すように、基板（固定基板）１０の上面１１Ｓ上に形成された四つの固定電極１１ａと、これらの固定電極１１ａに対向する金属板（可動電極）３０と、この金属板３０にひねり変形を加えるための錘４０とを備えて構成されている。
図１２に示すように、基板１０の上面１１Ｓの中央部には四つの固定電極１１ａが碁盤目状に形成され、上面１１Ｓの外周部には四つの固定電極１１ａを囲むように四角枠状の電極１１ｂが形成されている。この電極１１ｂは、基板１０に設けられた図示してないスルーホール電極や配線パターン等を介して基板１０の裏面側に実装された回路素子３００の駆動信号用の端子（図示せず）に接続されている。
【００２２】
また、基板１０の上面１１Ｓに形成された四つの固定電極１１ａの中心部には金属板３０を支持する支持用突起１２が形成されている。
そして、この電極１１ｂ上には矩形枠状をなした金属製の導電性スペーサ２０が配され、このスペーサ２０上に可動電極を構成する薄い金属板３０が積重されている。この金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は支持用突起１２及びスペーサ２０の厚みによって一定に保持され、金属板３０と四つの固定電極１１ａとにより四つの容量可変式の信号検出用コンデンサが形成されている。したがって、金属板（可動電極）３０は、スペーサ２０、電極１１ｂ、基板１０のスルーホール電極、配線パターン等を介して回路素子３００の駆動信号用の端子に導通接続されている。
【００２３】
金属板３０は、図１３に示すように、この金属板３０の外周部として構成される枠状の支持部３０ａと、この支持部３０ａにより第１の軸部３０ｃ回りに揺動可能に支持された中間部３０ｂと、この中間部３０ｂにより上記の第１の軸部３０ｃと直交する第２の軸部３０ｅ回りに揺動可能に支持された導電性の搭載部３０ｄとからなり、搭載部３０ｄは軸部３０ｃ，３０ｅのひねり変形により二軸回りに揺動可能に構成されている。
【００２４】
具体的には、支持部３０ａはスペーサ２０と重なるように配置され、その対向する一対の辺の内周中央に、内側に向かう一対の第１の軸部３０ｃ（Ｘ軸）が設けられている。この一対の第１の軸部３０ｃの他端は、支持部３０ａの内周に沿うように設けられた枠状の中間部３０ｂにつながっており、中間部３０ｂは傾斜により一対の第１の軸部３０ｃがひねり変形することによりその軸線回りに揺動できるようになっている。
【００２５】
また、中間部３０ｂの内周には一対の第１の軸部３０ｃに直交する位置に互いに対向する一対の第２の軸部３０ｅが設けられている。この一対の第２の軸部３０ｅの他端は、その外周が中間部３０ｂの内周に沿うように設けられた矩形の搭載部３０ｄにつながっており、この搭載部３０ｄは第２の軸部３０ｅがひねり変形することによりその軸線回りに揺動できるようになっている。なお、軸部３０ｃ，３０ｅの軸方向はそれぞれ碁盤目状に配置された固定電極１１ａの行方向又は列方向に一致するように構成されており、搭載部３０ｄの揺動を感度良く検出できるようになっている。
【００２６】
錘４０は搭載部３０ｄ上に接着されて搭載されている。これにより、錘４０は傾斜センサ１００の傾斜に応じて金属板３０（搭載部３０ｄ）と支持用突起１２との当接位置を中心として揺動し、軸部３０ｃ（Ｘ軸），軸部３０ｅ（Ｙ軸）のどちらか又は両方の軸回りに所定の大きさのモーメントを発生させるようになっている。
【００２７】
このようなモーメントは軸部３０ｅ，軸部３０ｃのどちらか一方又は両方の軸をひねり変形し、搭載部３０ｄはこのモーメントと軸部３０ｃ，３０ｅのひねりに対する弾性力とが釣り合う角度で停止する。
なお、この錘４０はその底部（下部）４０ａが本体部である頭部（上部）４０ｂよりも細く形成され、錘４０の重心位置が高くなるように構成されている。このため、センサ１００の僅かな傾斜に対しても上記軸線方向に大きなモーメントを作用させることができ、センサ１００を軽量化しながら傾斜感度を高めることができるようになっている。
【００２８】
ここで、図１３に示すように、可動電極、すなわち金属板３０に対して、第１の軸部３０ｃ、３０ｃをＸ軸とし、第２の軸部３０ｅ，３０ｅをＹ軸とするように、Ｘ−Ｙ直交座標系をとるものとする。ここで、金属板３０（搭載部３０ｄ）と四つの固定電極１１ａとにより形成される四つの容量可変式の信号検出用コンデンサ（容量素子）は、上記Ｘ−Ｙ直交座標系における第１象限〜第４象限の各象限に１つずつ形成され、これらのうち、第２、第１象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量に対応して検出される電圧（以下、単に検出電圧という）を、それぞれ、Ａ，Ｂとし、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサの検出電圧を、それぞれ、Ｃ，Ｄとする。
【００２９】
金属板３０がＸ軸回りに揺動する際に、金属板３０と四つの固定電極１１ａにより形成される四つの信号検出用コンデンサのうち第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサは、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサとは、互いに静電容量が反対方向に増減するように変化する。すなわち、金属板３０がＸ軸回りに揺動する際に固定電極１１ａと金属板３０との間隔が、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサと第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサとで反対方向に増減するように変化するので、静電容量が反対方向に増減するように変化する。
【００３０】
このとき、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に増加、または減少するように変化するので、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に減少又は増加する。同時に、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に減少、または増加するように変化するので、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に増加、又は減少する。
【００３１】
したがって、金属板３０がＸ軸回りに揺動した際の四つの信号検出用コンデンサの静電容量に対応した電圧の変化量Ｙは、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）と、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）との差となるから、
Ｙ＝（Ｃ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｂ）＝（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ） …（１）
となる。
なお、金属板３０がＸ軸回りに揺動するということは、Ｘ軸は変位せず、Ｙ軸がＸ軸回りに揺動する（換言すれば、錘４０がＹ軸方向に揺動する）ということであるので、Ｘ軸回りの揺動をＹ軸方向の変化と捉えることができる。
【００３２】
また、金属板３０がＹ軸回りに揺動する際に、金属板３０と四つの固定電極１１ａにより形成される四つの信号検出用コンデンサのうち第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサは、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサとは、互いに静電容量が反対方向に増減するように変化する。すなわち、金属板３０がＹ軸回りに揺動する際に固定電極１１ａと金属板３０との間隔が、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサと第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサとで反対方向に増減するように変化するので、静電容量が反対方向に増減するように変化する。
【００３３】
このとき、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に増加、または減少するように変化するので、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に減少又は増加する。同時に、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に減少、または増加するように変化するので、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に増加、又は減少する。
【００３４】
したがって、金属板３０がＹ軸回りに揺動した際の四つの信号検出用コンデンサの静電容量に対応した電圧の変化量Ｘは、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）と、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）との差となるから、
Ｘ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ） …（２）
となる。
なお、金属板３０がＹ軸回りに揺動するということは、Ｘ軸がＹ軸回りに揺動する（換言すれば、錘４０がＸ軸方向に揺動する）ということであり、Ｙ軸回りの揺動をＸ軸方向の変化と捉えることができる。
【００３５】
静電容量式センサ１００を傾斜センサとして使用する際に上式（１）、（２）の演算を行なうことによりセンサ１００の傾斜に応じた静電容量に対応した電圧の変化量Ｙ，Ｘを求め、これらの値からセンサ１００の傾斜を求めることができる。なお、図１４に示すように、一対の第１の軸部３０ｃ（Ｘ軸）、これに直交する位置に互い対向する一対の第２の軸部３０ｅ（Ｙ軸）を可動電極、すなわち金属板３０の隅部に設けることにより、図１３に示したものと同様に、可動電極の回転軸（揺動軸）と検出系の座標軸とを一致させることができる。
【００３６】
この場合には、Ｘ軸回り（Ｙ軸方向）に金属板３０を揺動した際の静電容量に対応する電圧の変化量Ｙは、
Ｙ＝Ａ−Ｄ （３）
となり、
また、Ｙ軸回り（Ｘ軸方向）に金属板３０を揺動した際の静電容量の変化量Ｘは、
Ｘ＝Ｂ−Ｃ （４）
となる。
【００３７】
また、図１０、図１１に示すように、金属板３０の支持部３０ａ上には、矩形枠状のスペーサ４２、搭載部３０ｄの必要以上の動きを規制する金属製のストッパ４４及び絶縁性のスペーサ５２が積層されており、スペーサ５２の複数の突起５２ａが、各部材の位置決め孔４５、４３、３１、２１、１３に挿通されている。
【００３８】
さらに、基板１０の上面１１Ｓ上には、スペーサ２０ないしストッパ４４の各部材の周囲に位置し、上面１１Ｓの外周部に沿うように配された矩形枠状の絶縁性のパッキン５０を介して金属製のカバー６０が設けられている。このカバー６０は円筒型の頭部６０ｂとその周辺部に広がるフランジ部６０ａとフランジ部６０ａの側面に形成された平板状の複数の突部６０ｃからなり、そのフランジ部６０ａでスペーサ５２、ストッパ４４、スペーサ４２を介して支持部３０ａを電極１１ｂ側へ押し付けて固定するとともに、突部６０ｃを基板１０の下面１３Ｒに形成されたグランドパターン７０上にかしめ付けることにより、カバー６０は接地されており、防塵、防滴、センサ１００周辺の帯電物による容量ドリフト，ノイズ及び取り扱い上の不注意等からセンサ１００を保護するようになっている。
なお、絶縁性のスペーサ５２とパッキン５０を設けることにより金属製のカバー６０と金属板３０とが導通しないようになっている。
【００３９】
ところで、基板１０はセラミックス又はエポキシ樹脂等からなる絶縁性の板材の積層体として構成された多層配線基板であり、その中間層として金属面からなるグランド層１２Ｓが形成されている。
基板１０の上面としての固定電極層１１Ｓには、図１０、図１１に示すように、その中央部に四つの固定電極１１ａが例えば、Ａｇ（銀）のパターン印刷により碁盤目状に形成されている。また、固定電極層１１Ｓの外周部には、金属板３０と導通される電極１１ｂが矩形枠状に形成されている。
【００４０】
グランド層１２Ｓは、金属板３０からの駆動信号が固定電極１１ａを介さずに回路素子３００に侵入するのを防ぐとともに、基板１０の外部（検出部２００においては基板１０の下面側、回路素子３００においては基板１０の上面側）から入るノイズをカットするノイズシールドとして機能し、電極１１ｂと接続された図示しないスルーホール電極や固定電極１１ａと導通するスルーホール電極Ｈ１，Ｈ２等のスルーホール電極部分と外周縁部とを除く略全面がＡｇ等の金属面（導電面）として構成されている。
【００４１】
また、この金属面、すなわちグランド層１２Ｓは、基板１０の下面としてのチップ実装面１３Ｒまで貫通する図示してない複数のスルーホール電極（スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２と異なる）によってチップ実装面１３Ｒ上の金属面（導電面）からなるグランドパターン７０と導通して、接地用端子（図示せず）と接続されるとともに、基板１０の側面に形成された取り出し電極（図示せず）を介して接地されるようになっている。
【００４２】
回路素子３００は、基板１０裏面側のチップ実装面１３Ｒに搭載されており、チップ実装面１３Ｒ内の図示しない駆動信号用の端子、信号検出用の端子、電源用の端子、グランド用の端子及び信号出力用の端子と回路素子３００の複数のアルミニウム製の端子とがそれぞれ金バンプ３１０で接続されている。そして、駆動信号用の端子、配線パターン、スルーホール電極（いずれも図示なし）、電極１１ｂ、スペーサ２０等を介して可動電極を構成する金属板３０に回路素子３００から駆動信号（矩形波状の電圧）が加えられ、この金属板３０と対向配置された固定電極１１ａに誘導された電流等の電気信号がスルーホール電極Ｈ１，Ｈ２や信号検出用の端子等を介して回路素子３００に入力され、該電気信号により信号検出用コンデンサの容量変化を求めている。
【００４３】
この金属板３０と固定電極１１ａとで構成される信号検出用コンデンサは４つあり、これら４つのコンデンサの容量変化に基づいて傾斜センサ１００の傾斜方向及び傾斜量を算出するようになっている。また、この算出結果はチップ実装面１３Ｒ上に形成された信号出力用の端子及び外部接続電極（図示せず）を介して外部装置に出力されるようになっている。
【００４４】
半導体からなるベアチップのサブストレート３００ｂは金バンプ、スルーホール電極（スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２と異なる）等を介して基板１０のグランド層１２Ｓと導通状態となっている。したがって、ベアチップの回路部３００ｃは、下面と周囲が接地されるサブストレート３００ｂによって囲まれ、上面側にはグランド層１２Ｓが存在するため、ほぼ完全にシールドされた構造をとることとなり、外部からのノイズの影響をほとんど受けることはない。
【００４５】
また、固定電極１１ａは、グランド電位と電源電圧とが交互に印加される可動電極である、固定電極１１ａより大きい金属板３０と、基板１０内に形成されたグランド層１２Ｓとで挟まれた構造、すなわち、金属板３０とグランド層１２Ｓとの中間に位置するように構成されているので、固定電極１１ａはシールドされた状態となり、外来ノイズの影響を受けにくく、信号検出用コンデンサの静電容量が小さくても、精度良く検出することが可能である。
【００４６】
また、補強のために、回路素子（ベアチップ）３００とチップ実装面１３Ｒとをエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂３２０により接着し一体化させている。
上記構成において、センサ１００を傾けると、錘４０が支持用突起１２と搭載部３０ｄとの当接位置を中心として揺動し、その傾斜方向及び傾斜量に応じて、搭載部３０ｄに対し軸部３０ｃ又は軸部３０ｅ回りのモーメントを作用させる。そして、軸部３０ｃ，３０ｅのひねり変形に対する弾性力とこのモーメントとが釣り合う角度で搭載部３０ｄが停止する。
【００４７】
これにより、可動電極としての搭載部３０ｄと各固定電極１１ａとにより構成される信号検出用コンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が、スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２や信号検出用端子等を介して固定電極１１ａの略真下に実装された回路素子３００に電気信号として入力される。そして、回路素子３００による処理結果は、基板１０の底面たる接続電極面１４Ｒの外部接続電極等を介して外部装置へ出力される。
【００４８】
次に、本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成（回路素子３００の構成）を図１に示す。同図において、本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサ１００は、パルス信号発生回路５００と、固定電極１１ａと可動電極３０とで形成される４つの信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から得られる信号をそれぞれ、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して時分割で選択的に出力するためのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とを有している。
【００４９】
また、静電容量式センサ１００は、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のいずれかのスイッチより出力される信号を積分する積分器６００と、積分器６００の出力を取り込み減算する減算器６１０と、減算器６１０の出力信号を加算する加算器６２０と、加算器６２０の出力をサンプルホールドし、出力するサンプルホールド回路６３０、６４０とを有している。
【００５０】
パルス信号発生回路５００は、図２に示すように、各種のタイミング信号及び駆動信号を生成し、出力する。駆動信号としては、信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に供給される、ロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号Ｄ（ＤＲ）がある。
また、タイミング信号としては、信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から得られる信号を時分割で選択的に出力させるためにそれぞれ、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に供給されるタイミング信号（切換タイミング信号）Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ）がある。
【００５１】
さらに、積分器６００における積分用コンデンサＣ５の充電電荷を放電させるためにスイッチＳ５に出力されるリセット信号Ｄ（ＲＳ）、減算器６１０のスイッチＳ６を動作させるためのタイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、コンデンサＣ７の充電電荷を放電させるためにスイッチＳ７に出力されるリセット信号Ｄ（ＲＳＴ）、加算器６２０におけるスイッチＳ８〜Ｓ１１に出力されるタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＩＮ）、Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）、コンデンサＣ９の充電電荷を放電させるためにスイッチＳ１２に出力されるリセット信号Ｄ（ＨＲＳ）、サンプルホールド回路６３０、６４０のスイッチＳ１３、Ｓ１４を動作させるためのタイミング信号Ｄ（ＨＯＬＤＸ），Ｄ（ＨＯＬＤＹ）がある。
【００５２】
４つの信号検出用コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における可動電極３０側は共通接続され、保護抵抗Ｒ０を介してパルス信号発生回路５００における駆動信号Ｄ（ＤＲ）を出力する出力端に接続されている。パルス信号発生回路５００は、本発明の駆動信号供給手段及びタイミング信号生成手段に相当する。
また、信号検出用コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における固定電極１１ａ側は、それぞれ保護抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して、それぞれ、スイッチＳ１〜Ｓ４の一端に接続され、スイッチＳ１〜Ｓ４の他端は共通接続され、オペアンプ５１０の反転入力端子に接続されている。スイッチＳ１〜Ｓ４は本発明のスイッチ手段に相当する。
【００５３】
積分器６００は、オペアンプ５１０と、オペアンプ５１０の反転入力端子と出力端子との間に接続される積分用コンデンサＣ５と、積分用コンデンサＣ５の両端間に接続されるスイッチＳ５とを有している。
また、減算器６１０は、オペアンプ５１０の出力端子に一端が接続されるスイッチＳ６と、オペアンプ５１１と、オペアンプ５１１の反転入力端子とスイッチＳ６の他端との間に接続されるコンデンサＣ６と、オペアンプ５１１の反転入力端子と出力端子との間に接続されるコンデンサＣ７と、コンデンサＣ７の両端間に接続されるスイッチＳ７とを有している。
【００５４】
また、加算器６２０は、オペアンプ５１２と、オペアンプ５１１の出力端子と一定電位Ｖｃｃ／２（Ｖｃｃは電源電圧）に設定された端子との間に直列に接続されるスイッチＳ８、Ｓ９と、オペアンプ５１２の反転入力端子と一定電位Ｖｃｃ／２に設定された端子との間に直列に接続されるスイッチＳ１０、Ｓ１１と、スイッチＳ８、Ｓ９の接続点とスイッチＳ１０、Ｓ１１の接続点との間に接続されるコンデンサＣ８と、オペアンプ５１２の反転入力端子と出力端子との間に接続されるコンデンサＣ９と、コンデンサＣ９の両端間に接続されるスイッチＳ１２とを有している。減算器６１０及び加算器６２０は本発明の演算手段に相当する。
【００５５】
さらに、サンプルホールド回路６３０は、金属板（可動電極）３０がＹ軸回りに揺動した際における４つの信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の静電容量の変化量に対応したオペアンプ５１２の出力電圧の変化量Ｘをサンプリングし、かつ保持する回路であり、オペアンプ５１３と、オペアンプ５１２の出力端子とオペアンプ５１３の非反転入力端子との間に接続されるスイッチＳ１３と、オペアンプ５１３の非反転入力端子に一端が接続され、他端が接地されているサンプルホールド用コンデンサＣ１０とを有している。
【００５６】
同様に、サンプルホールド回路６４０は、金属板（可動電極）３０がＸ軸回りに揺動した際における４つの信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の静電容量の変化量に対応したオペアンプ５１２の出力電圧の変化量Ｙをサンプリングし、かつ保持する回路であり、オペアンプ５１４と、オペアンプ５１２の出力端子とオペアンプ５１４の非反転入力端子との間に接続されるスイッチＳ１４と、オペアンプ５１４の非反転入力端子に一端が接続され、他端が接地されているサンプルホールド用コンデンサＣ１１とを有している。オペアンプ５１３、５１４は、反転入力端子と出力端子とが短絡されバッファアンプとして機能する。オペアンプ５１０、５１１、５１２の非反転入力端子は、それぞれ、固定電位（Ｖｃｃ／２）に設定されている。
【００５７】
なお、本実施形態では、スイッチＳ１〜Ｓ１４はパルス信号発生回路５００から供給されるタイミング信号がハイレベルのとき、オン状態となり、ロウレベルのとき、オフ状態になるアナログスイッチからなるものとする。
【００５８】
次に、上記構成からなる、本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサ１００の動作を図２及び図３のタイミングチャートを参照して説明する。図３は、図１におけるオペアンプ５１０、５１１、５１２の各出力を示しており、図３（Ａ）はオペアンプ５１０の出力、図３（Ｂ）はオペアンプ５１１の出力、図３（Ｃ）はオペアンプ５１２の出力をそれぞれ、示している。信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の検出信号を時分割で選択的に出力するスイッチＳ１〜Ｓ４は、図２に示すように、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ３、Ｓ１、Ｓ４、Ｓ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、…の順にオン状態になるようにパルス信号発生回路５００より出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ）により駆動される。
また、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４に供給される駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、各スイッチＳ１〜Ｓ４がオン状態となる期間内において、その期間の前半でロウレベルとなり、後半にハイレベルとなるようなタイミングでロウレベルとハイレベルとを交互に繰り返す。ただし、各スイッチＳ１〜Ｓ４がオフ状態となる前に駆動信号Ｄ（ＤＲ）はロウレベルとなる。
【００５９】
時刻ｔ０でパルス信号発生回路５００より出力される信号Ｄ（Ａ）が立ち上がり、スイッチＳ１は期間ｔ０≦Ｔ≦ｔ１でオン状態になる。次いで、駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、ｔ１以前（ｔ０とｔ１のほぼ中間）の時刻ｔ１２で立ち上がり、期間ｔ１２≦Ｔ＜ｔ１でハイレベルとなり、この期間内（ｔ１３≦Ｔ≦ｔ１４）において、タイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、Ｄ（ＲＳＴ）がハイレベルとなり、リセット信号であるタイミング信号Ｄ（ＲＳ）がロウレベルとなる。ここで、タイミング信号Ｄ（ＲＳ）は、期間ｔ１０≦Ｔ≦ｔ１１（但し、ｔ０＜ｔ１０＜ｔ１１＜ｔ１２である。）において、ハイレベルとなっている。
【００６０】
したがって、スイッチＳ１が時刻ｔ０でオン状態となった後、時刻ｔ１０でタイミング信号Ｄ（ＲＳ）がハイレベルになることによりスイッチＳ５がオン状態となり、積分器６００の積分用コンデンサＣ５の両端が、短絡され、積分用コンデンサＣ５の充電電荷は放電され、初期状態にリセットされる。
一方、オペアンプ５１０では、反転入力端子の電位がＶｃｃ／２に設定され、非反転入力端子の電位がイマジナリショートによりＶｃｃ／２となっているために、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、時刻ｔ１０でＶｃｃ／２となる。
【００６１】
その後、スイッチＳ５は時刻ｔ１１でオフ状態となり、次いで、時刻ｔ１２で駆動信号Ｄ（ＤＲ）のハイレベルが信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４に供給され、その後、時刻ｔ１３でスイッチＳ６、Ｓ７がオン状態となる。したがって、時刻ｔ１２で信号検出用コンデンサＣ１からは静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、積分用コンデンサＣ５に充電が開始される。この結果、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、時刻ｔ１２で立下り始め、積分用コンデンサＣ５の充電に伴い、静電容量の変化量に応じた電圧（波高値Ａ）に達した時点で整定する。
【００６２】
一方、時刻ｔ１３でスイッチＳ６、Ｓ７がオン状態になるので、積分器６００の出力端はスイッチＳ６を介して減算器６１０のコンデンサＣ６と接続されるために積分器６００を構成するオペアンプ５１０の出力電圧は、期間Ｔがｔ１３≦Ｔ≦ｔ１４において波高値Ａに整定している状態下でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加されるとともに、減算器６１０におけるコンデンサＣ７の両端は短絡され、充電電荷が放電され初期化される。このとき、オペアンプ５１１は反転入力端子と出力端子とは短絡され、イマジナリショートによりオペアンプ５１１の出力端子の電位は、非反転入力端子に設定されている電位と同一の電位Ｖｃｃ／２になる。
【００６３】
一方、駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、時刻ｔ１４でハイレベルからロウレベルに変化するので、信号検出用コンデンサＣ１を介して積分器６００の積分用コンデンサＣ５に供給されていた電荷は急速に減少して充電前の状態に戻る。
さらに時刻ｔ１５でタイミング信号Ｄ（ＲＳ）がロウレベルからハイレベルに変化し、スイッチＳ５がオン状態となるので、積分用コンデンサＣ５の蓄積電荷は放電され、完全に初期化されるとともに、積分器６００を構成するオペアンプ５１０の反転入力端子と出力端子とは短絡される。この結果、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、反転入力端子における電位がイマジナリショートにより非反転入力端子と同電位となっているため非反転入力端子に設定されている電位と同一の電位Ｖｃｃ／２になる。
【００６４】
また、時刻ｔ１４でタイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、Ｄ（ＲＳＴ）がロウレベルになると、減算器６１０では、コンデンサＣ６、Ｃ７にはｔ１３≦Ｔ≦ｔ１４においてオペアンプ５１０より出力されていた電圧Ａに応じた電荷が蓄積されるが、減算器６１０を構成するオペアンプ５１１の出力はＶｃｃ／２のまま変化しない。
【００６５】
次に、時刻ｔ１でタイミング信号Ｄ（Ａ）が立ち下るためにスイッチＳ１がオフ状態となり、これと同時にタイミング信号Ｄ（Ｂ）が立ち上がり、スイッチＳ２は期間ｔ１≦Ｔ≦ｔ２でオン状態となる。また、時刻ｔ１４でタイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、Ｄ（ＲＳＴ）がハイレベルからロウレベルに変化し、これに引き続いてタイミング信号Ｄ（ＲＳ）が時刻ｔ１５でロウレベルからハイレベルに変化する。
【００６６】
したがって、時刻ｔ１４でスイッチＳ６、Ｓ７がオフ状態となり、時刻ｔ１５でスイッチＳ５がオン状態となる。この結果、積分器６００（オペアンプ５１０）と減算器６１０とは接続が断たれ、積分用コンデンサＣ５の充電電荷は放電され、初期状態にリセットされると共に、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側の端子はオペアンプ５１０より出力されていた電圧Ａに相当する電位になっている。
【００６７】
次いで、駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、時刻ｔ２以前の時刻ｔ１７で立ち上がり、期間ｔ１７≦Ｔ≦ｔ１９でハイレベルとなり、この期間内（ｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９）において、タイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ），Ｄ（ＳＵＭＩＮ），Ｄ（ＨＲＳ）がハイレベルとなり、タイミング信号Ｄ（ＲＳ），Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）がロウレベルとなっている。また、タイミング信号Ｄ（ＲＳＴ）はロウレベルのまま保持される。この結果ｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９において、スイッチＳ５，Ｓ９，Ｓ１０がオフ状態、スイッチＳ６，Ｓ８，Ｓ１１，Ｓ１２がオン状態になる。また、スイッチＳ７はオフ状態のまま保持される。
【００６８】
時刻ｔ１７で信号検出用コンデンサＣ２からは静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、積分用コンデンサＣ５に充電が開始される。この結果、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、時刻ｔ１７で立下り始め、積分用コンデンサＣ５の充電に伴い増加し、静電容量の変化量に応じた電圧（波高値Ｂ）に達した時点で整定する。
【００６９】
一方、時刻ｔ１８でスイッチＳ６がオン状態になるので、積分器６００の出力端はスイッチＳ６を介して減算器６１０のコンデンサＣ６と接続されるために積分器６００を構成するオペアンプ５１０の出力電圧は、期間Ｔがｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９において波高値Ｂに整定している状態下でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加される。このとき、スイッチＳ７はオフ状態のままである。
また、オペアンプ５１１の反転入力端子側に接続されたコンデンサＣ６の端子の電位はオペアンプ５１１におけるイマジナリショートによりＶｃｃ／２のまま変化しないので、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側に接続された端子における電位は、電位Ａと電位Ｂの差分、すなわち（Ａ−Ｂ）となり、オペアンプ５１１の出力端子からはＶｃｃ／２を基準としたレベルの（Ａ−Ｂ）×Ｃ６／Ｃ７の電圧が出力される（図３（Ｂ）参照）。因みに、Ｃ６／Ｃ７はオペアンプ５１１のゲインである。
【００７０】
なお、本実施形態における信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の静電容量値が極めて小さい（０．１ＰＦ以下）ことから、オペアンプ５１１のゲイン（Ｃ６／Ｃ７）は、２〜１０程度が適切であるが、理解をし易くするため、便宜上、ゲインを１として以下の説明を行う。また、本実施形態においては、電圧レベルの基準を全てＶｃｃ／２を基準としているため、以下の説明における電圧（レベル）は、特に断りのない限りＶｃｃ／２を基準としたものである。
【００７１】
そして、既述したようにｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９においては、スイッチＳ８，Ｓ１１がオン状態になっているためにオペアンプ５１１の出力電圧（Ａ−Ｂ）は、加算器６２０のコンデンサＣ８に印加され、コンデンサＣ８は印加電圧（Ａ−Ｂ）に応じて充電される。このとき、スイッチＳ１２がオン状態になっているので、コンデンサＣ９の充電電荷は放電され、コンデンサＣ９は初期状態にリセットされている。
次いで、タイミング信号Ｄ（ＨＲＳ）、Ｄ（ＳＵＭＩＮ）が時刻ｔ１９でハイレベルからロウレベルに変化し、その直後の時刻ｔ２０でタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）がロウレベルからハイレベルに変化する。この結果、スイッチＳ１２，Ｓ８，Ｓ１１がまずオフ状態となり、その直後に、Ｓ９，Ｓ１０がオン状態になる。
【００７２】
したがって、加算器６２０のコンデンサＣ９が充電可能になった状態で、コンデンサＣ８に印加された電圧（Ａ−Ｂ）がコンデンサＣ８への充電時と
逆極性でオペアンプ５１２の反転入力端子に接続されることとなる。すなわち電圧−（Ａ−Ｂ）がオペアンプ５１２の反転入力端子に入力され、この結果、図３（Ｃ）に示すように、オペアンプ５１２の出力端子からは電圧（Ａ−Ｂ）が出力される。このとき、コンデンサＣ９には、電圧（Ａ−Ｂ）に応じた電荷が蓄積されている。
【００７３】
同様にして、期間ｔ２＜Ｔ＜ｔ３内の時刻ｔ２１で信号検出用コンデンサＣ３から静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、オペアンプ５１０の出力端子と反転入力端子間に接続された積分用コンデンサＣ５に充電され、オペアンプ５１０の出力電圧は波高値Ｃに整定する。その後、オペアンプ５１０の出力電圧Ｃは、時刻ｔ２２でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加されると同時に、コンデンサＣ７の両端は短絡され、コンデンサＣ７の蓄積電荷は放電され、初期化される。
【００７４】
時刻ｔ２３でスイッチＳ６、Ｓ７がオフ状態となり、時刻ｔ２４でスイッチＳ５がオン状態となる。この結果、積分器６００（オペアンプ５１０）と減算器６１０とは接続が断たれ、積分用コンデンサＣ５の充電電荷は放電され、初期状態にリセットされると共に、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側の端子はオペアンプ５１０より出力されていた電圧Ｃに相当する電位に保持される。
【００７５】
さらに、時刻ｔ２５（ｔ３＜ｔ２５＜ｔ４）で信号検出用コンデンサＣ４から静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、オペアンプ５１０の出力電圧は波高値Ｄに整定する。次いで、時刻ｔ２６でスイッチＳ６がオン状態になるので、積分器６００の出力端はスイッチＳ６を介して減算器６１０のコンデンサＣ６と接続されるために積分器６００を構成するオペアンプ５１０の出力電圧は、期間Ｔがｔ２６≦Ｔ≦ｔ２７において波高値Ｄに整定している状態下でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加される。このとき、スイッチＳ７はオフ状態のままである。
【００７６】
また、オペアンプ５１１の反転入力端子側に接続されたコンデンサＣ６の端子の電位はオペアンプ５１１におけるイマジナリショートによりＶｃｃ／２のまま変化しないので、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側に接続された端子における電位は、電位Ｃと電位Ｄの差分、すなわち（Ｃ−Ｄ）となり、オペアンプ５１１の出力端子からはレベルの（Ｃ−Ｄ）×Ｃ６／Ｃ７の電圧が出力される（図３（Ｂ）参照）。なお、便宜的にＣ６／Ｃ７を１としているので、オペアンプ５１１から出力されるＶｃｃ／２を基準とした電位は（Ｃ−Ｄ）となる。
【００７７】
さらに、ｔ２６≦Ｔ≦ｔ２７においては、スイッチＳ８，Ｓ１１がオン状態になっているためにオペアンプ５１１の出力電圧（Ｃ−Ｄ）は、加算器６２０のコンデンサＣ８に印加され、コンデンサＣ８は印加電圧（Ｃ−Ｄ）に応じて充電される。このとき、スイッチＳ１２がオフ状態になっているので、コンデンサＣ９には電圧（Ａ−Ｂ）に応じた電荷が蓄積されている。
次に、タイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）の立ち上がり（時刻ｔ４の直後の時刻ｔ２８）でスイッチＳ９、Ｓ１０がオン状態になるので、さらに、コンデンサＣ９に電圧（Ｃ−Ｄ）に応じた電荷が追加充電される。この結果、図３（Ｃ）に示すように、オペアンプ５１２の出力端子からは電圧｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝が出力される。
【００７８】
次いで、時刻ｔ２９（ｔ２８＜ｔ２９＜ｔ５）でタイミング信号Ｄ（ＨＯＬＤＸ）が立ち上がると、サンプルホールド回路６３０のスイッチＳ１３がオン状態となり、サンプルホールド用コンデンサＣ１０に電圧｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝が保持され、オペアンプ５１３を介して出力端子７００より電圧｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝が、金属板（可動電極）３０がＹ軸回りに揺動した際における静電容量に応じた電圧の変化量Ｘとして出力される。
【００７９】
同様にして、期間ｔ６＜Ｔ≦ｔ７におけるタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）の立ち上がり時ｔ３０で加算器６２０のコンデンサＣ９に電圧（Ｃ−Ａ）に応じた電荷が蓄積され、さらにｔ８＜Ｔ≦ｔ９におけるタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）の立ち上がり時ｔ３１で加算器６２０のコンデンサＣ９に信号電圧（Ｄ−Ｂ）に応じた信号電荷が追加充電される。この結果、オペアンプ５１２の出力端子からは電圧｛（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）｝が出力される。
【００８０】
次いで、時刻ｔ３２（ｔ３１＜ｔ３２＜ｔ９）でタイミング信号Ｄ（ＨＯＬＤＹ）が立ち上がると、サンプルホールド回路６４０のスイッチＳ１４がオン状態となり、サンプルホールド用コンデンサＣ１１に信号電圧｛（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）｝が保持され、オペアンプ５１４を介して出力端子７０１より信号電圧｛（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）｝が、金属板（可動電極）３０がＸ軸回りに揺動した際における静電容量に応じた電圧の変化量Ｙとして出力される。ここで、本実施形態では、Ｘ軸方向にセンサを傾けている例で説明しているので、電圧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、Ａ＝Ｃ，Ｂ＝Ｄとなっている。したがって、変化量Ｙ＝０、すなわち出力端子７０１からは基準電圧Ｖｃｃ／２が出力されるだけである。
上述した動作が周期的に繰り返し、行われる。
【００８１】
なお、本実施形態では、静電容量式センサ１００の出力として変化量Ｘ，Ｙについて求め、出力するようにしたが、この出力の極性（増減方向）を反転して、−Ｘ，−Ｙを出力するように切り換えることが信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号電圧を時分割で選択するスイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを変更することにより簡単に行うことができる。すなわち、（Ｘ，Ｙ），（−Ｘ，−Ｙ）の２種類の出力を得るようにパルス信号発生回路５００よりタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）について２種類の信号を出力させるようにしてもよい。
【００８２】
さらに、静電容量式センサ１００の出力として（Ｘ，Ｙ），（−Ｘ，−Ｙ），（Ｘ，−Ｙ），（−Ｘ，Ｙ）の４種類の出力を得るようにパルス信号発生回路５００よりタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）について４種類の信号を出力させるようにしてもよい。
本実施形態では、出力Ｘ，Ｙを、
Ｘ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ），Ｙ＝（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）として演算して求めたが、例えば、出力Ｘについて言えば、（Ｃ−Ｄ）を（Ａ−Ｂ）より先に演算してもよい。このような演算順序を変えることにより、Ｘ（−Ｘを含む），Ｙ（−Ｙを含む）についてそれぞれ、８通りのパターンが有り、Ｘ、Ｙの組み合わせは８×８＝６４通りとなる。
【００８３】
因みに、Ｘは次のようになる。
Ｘ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＝（Ｃ−Ｄ）＋（Ａ−Ｂ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ）＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ａ−Ｄ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
−Ｘ＝（Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｃ）＝（Ｄ−Ｃ）＋（Ｂ−Ａ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ｄ−Ａ）＝（Ｄ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
【００８４】
また、Ｙは、
Ｙ＝（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）＝（Ｄ−Ｂ）＋（Ｃ−Ａ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ｄ−Ａ）＝（Ｄ−Ａ）＋（Ｃ−Ｂ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
−Ｙ＝（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）＝（Ｂ−Ｄ）＋（Ａ−Ｃ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ａ−Ｄ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
となる。
【００８５】
なお、静電容量式センサ１００の出力Ｘ、Ｙの符号で「＋」、「−」がついているのは、センサ１００をある方向に傾けたとき（あるいは、ある方向の加速度を加えたとき）、センサ１００の出力電圧が中点（Ｖｃｃ／２：Ｖｃｃは電源電圧）から増加するか、減少するかを表している。
【００８６】
図４乃至図８に静電容量式センサ１００の出力Ｘ（−Ｘを含む）、Ｙ（−Ｙを含む）の演算順序を図２に示した場合と異ならしめた場合における静電容量式センサ１００の各部の動作状態を示す。図４は出力端子７００、７０１から出力される信号Ｘ，ＹをＸ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ），Ｙ＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ｄ−Ａ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。
【００８７】
図４が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号電圧を時分割で選択するスイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＡ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ａ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようにパルス信号発生回路５００からタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）が出力されるようになっている点である。
【００８８】
すなわち、Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ）の順にハイレベルの信号がパルス信号発生回路５００から出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流（電荷）がＡ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ａ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力Ｘ，Ｙの演算が、Ｘ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ），Ｙ＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ｄ−Ａ）として行なわれる。
【００８９】
また、図５は出力端子７００、７０１から出力される信号−Ｘ，−Ｙを−Ｘ＝（Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｃ），−Ｙ＝（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図５が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＢ，Ａ，Ｄ，Ｃ，Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｄ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９０】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＢ，Ａ，Ｄ，Ｃ，Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力−Ｘ，−Ｙの演算が、−Ｘ＝（Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｃ），−Ｙ＝（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）として行なわれる。
【００９１】
また、図６は出力端子７００、７０１から出力される信号−Ｘ，−Ｙを−Ｘ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ｄ−Ａ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図６が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＢ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９２】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＢ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力−Ｘ，−Ｙの演算が、−Ｘ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ｄ−Ａ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）として行なわれる。
【００９３】
また、図７は出力端子７００、７０１から出力される信号Ｘ，−ＹをＸ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図７が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９４】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力Ｘ，−Ｙの演算が、Ｘ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）として行なわれる。
【００９５】
また、図８は出力端子７００、７０１から出力される信号Ｘ，−ＹをＸ＝（Ｃ−Ｄ）＋（Ａ−Ｂ），−Ｙ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ａ−Ｄ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図８が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＣ，Ｄ，Ａ，Ｂ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｄ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９６】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＣ，Ｄ，Ａ，Ｂ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｄ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力Ｘ，−Ｙの演算が、Ｘ＝（Ｃ−Ｄ）＋（Ａ−Ｂ），−Ｙ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ａ−Ｄ）として行なわれる。
【００９７】
以上のように、複数の信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の各々の出力信号の信号経路が同一であるので、これらの信号検出用コンデンサの出力信号をパルス信号発生回路５００から出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）による切り換えにより特性が変化することなく、演算手段（減算器６１０、加算器６２０）から出力される信号Ｘ，Ｙの極性（出力の増減方向）、演算順序を変更することができる。
【００９８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成を図９に示す。なお、図１０〜図１４に基づいて既述した機構は本実施形態についても同様であるので、その説明は省略する。図２〜図８に基づいて説明した動作も第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
また、第２の実施形態に係る静電容量式センサが、第１の実施形態に係る静電容量式センサと構成上，異なるのは、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号（電流）を時分割で選択するアナログスイッチからなるスイッチＳ１〜Ｓ４に付随する寄生容量の影響を打ち消す寄生容量キャンセル手段を設けた点であり、その他の構成は第１実施の形態に係る静電容量式センサと同一であるので重複する説明は省略する。
【００９９】
図９において、スイッチＳ１〜Ｓ４の各々の共通接続されていない側における一端は、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３の一端とそれぞれ、接続され、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３の各他端は一定電位Ｖｃｃ／２に設定された端子とそれぞれ、接続されている。
また、スイッチＳ１〜Ｓ４の切り換えタイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のうちタイミング信号Ｄ（Ａ）は、スイッチＳ１に供給されると共に、インバータ５２０を介してアナログスイッチＳ２０に供給されるようになっている。
【０１００】
また、タイミング信号Ｄ（Ｂ）は、スイッチＳ２に供給されると共に、インバータ５２１を介してアナログスイッチＳ２１に供給されるようになっている。タイミング信号Ｄ（Ｃ）は、スイッチＳ３に供給されると共に、インバータ５２２を介してアナログスイッチＳ２２に供給されるようになっている。さらに、タイミング信号Ｄ（Ｄ）は、スイッチＳ４に供給されると共に、インバータ５２３を介してアナログスイッチＳ２３に供給されるようになっている。
【０１０１】
各スイッチＳ１〜Ｓ４の両端間に接続されているコンデンサＣｓ１〜Ｃｓ４は、スイッチＳ１〜Ｓ４に付随する寄生容量であり、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３の各々の両端間に接続されているコンデンサＣｓ２０〜Ｃｓ２３は、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３に付随する寄生容量である。
なお、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３は、本発明のキャンセル用スイッチに、パルス信号発生回路５００及びインバータ５２０〜５２３は、本発明のスイッチ制御手段に、オペアンプ５１０は本発明の電位設定手段に、それぞれ相当する。
【０１０２】
上記構成において、例えば、タイミング信号Ｄ（Ａ）によりスイッチＳ１が選択され、他のスイッチＳ２〜Ｓ４が選択されていない状態にあるものとする。このとき、スイッチＳ１がオン状態になり、スイッチＳ２〜Ｓ４はオフ状態になる。
一方、アナログスイッチＳ２０は、インバータ５２０によりタイミング信号Ｄ（Ａ）（ハイレベルの信号）が反転されるので、オフ状態になり、その他のアナログスイッチＳ２１〜Ｓ２３はそれぞれ、タイミング信号Ｄ（Ｂ）〜Ｄ（Ｄ）（ロウレベルの信号）がインバータ５２１〜５２３により反転されるので、オン状態となる。
【０１０３】
他方、オペアンプ５１０の非反転入力端子の電位が一定電位Ｖｃｃ／２に設定されており、反転入力端子と出力端子との間がコンデンサＣ５を介して負帰還されるように接続されているので、イマジナリショートによりオペアンプ５１０の反転入力端子の電位は一定電位Ｖｃｃ／２に固定される。したがって、スイッチＳ１〜Ｓ４の共通接続された一端の電位は、オペアンプ５１０の反転入力端子に接続されているため一定電位Ｖｃｃ／２となり、スイッチＳ１に付随する寄生容量Ｃｓ１は、スイッチＳ１がオン状態であるので、短絡され、またアナログスイッチＳ２０の両端は一定電位Ｖｃｃ／２となるので、アナログスイッチＳ２０に付随する寄生容量Ｃｓ２０の両端も同電位となり、寄生容量Ｃｓ１，Ｃｓ２０において、電流は流れない。
【０１０４】
また、選択されていないスイッチＳ２〜Ｓ４に付随する寄生容量Ｃｓ２〜Ｃｓ４を通じて信号検出用コンデンサＣ２〜Ｃ４から流れる電流は、アナログスイッチＳ２１〜Ｓ２３がオン状態となることにより寄生容量Ｃｓ２〜Ｃｓ４の両端間は一定電位Ｖｃｃ／２で短絡され、かつアナログスイッチＳ２１〜Ｓ２３に付随する寄生容量Ｃｓ２１〜Ｃｓ２３の各々の両端間は短絡されるので、一定電位Ｖｃｃ／２に設定された端子側にバイパスされる。
また、他のスイッチＳ２〜Ｓ４が選択されオン状態となった場合も、同様に動作する。したがって、スイッチＳ１〜Ｓ４に付随する寄生容量の影響をキャンセルすることができる。
【０１０５】
以上に説明したように、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、従来の静電容量式センサのように、ＣＲ遅延回路を使用して静電容量を検出していないので、抵抗素子の温度変化や配線抵抗の影響を受けず、精度良く静電容量に基づいて可動電極の揺動動作を検出することができる。
また、揺動動作を検出するための複数の容量素子の出力信号を時分割で選択的に入力し、演算して揺動動作を求めるようにしたので、複数の容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路構成を簡略化できる。
【０１０６】
また、複数の容量素子（信号検出用コンデンサ）の出力信号を時分割で入力した以降の回路は各容量素子の出力信号について共通に使用されるので、時分割で演算処理を行わない場合に比して、回路素子の定数のばらつきの影響を受けないという効果が有る。
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、容量素子の静電容量に応じた信号の変化量を算出するのに、加算演算する前に、減算、すなわち差動をとっているので、演算のダイナミックレンジを大きくとることができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、減算器６１０、加算器６２０を含む演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、タイミング信号生成手段としてのパルス信号発生回路５００は、演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方の極性、すなわち第１又は第２の出力信号の増減方向を例えば、（Ｘ，−Ｙ）のように逆向きに変更可能にするように信号検出用コンデンサ（容量素子）Ｃ１〜Ｃ４から得られる信号を時分割で選択するスイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための２種類の切換タイミング信号を生成する。
【０１０８】
それ故、複数の容量素子の各々の出力信号（信号電圧）の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することなく、演算手段から出力される第１、第２の出力信号のいずれか一方の極性を変化させることができる。
したがって、静電容量センサを使用する装置に実装する際に、上下逆向きに取り付けても、センサの傾斜方向等に対する出力信号の増減方向を同じにすることができ、取り付け配置の自由度が増加するという効果が得られる。
【０１０９】
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、減算器６１０、加算器６２０を含む演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、タイミング信号生成手段としてのパルス信号発生回路５００は、演算手段の第１、第２の出力信号の極性を（−Ｘ，−Ｙ），（Ｘ，−Ｙ），（−Ｘ，Ｙ）に変更可能にするように前記スイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための４種類の切換タイミング信号を生成する。
【０１１０】
それ故、複数の容量素子の各々の出力信号（信号電圧）の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することなく、演算手段から出力される第１、第２の出力信号の極性を４種類まで、変化させることができる。
したがって、静電容量センサを使用する装置に実装する際に、取り付け配置の自由度を、さらに増加させることができるという効果が得られる。
【０１１１】
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号を時分割で選択するスイッチ手段は、４つの容量素子の各々に、一端が接続され、他端が共通接続されて演算手段側に接続される４つのスイッチＳ１〜Ｓ４からなり、さらに、前記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響を打ち消す寄生容量キャンセル手段を有するので、静電容量の検出部である複数の容量素子にとって寄生容量の影響が最も大きいスイッチ手段を構成する各スイッチの寄生容量の影響を打ち消すことができる。
【０１１２】
すなわち、上記複数の容量素子の静電容量は非常に小さく、複数の容量素子の出力信号を取り込む入力部を構成する上記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響が大きく、具体的には、選択していない他のスイッチの寄生容量分が選択した容量素子に合成されてしまい、センサの感度の低下やセンサ出力のオフセットの変動が生じる。さらに、寄生容量値はばらつきが有り、温度変化も有るために、センサ出力が温度により変化することとなるが、これらの影響をなくすことができる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、固定基板に形成された固定電極と、揺動動作可能に支持されるとともに前記固定電極に対向配置され、該固定電極との距離が前記揺動動作により変位する可動電極とを有し、前記固定電極と可動電極とで構成される容量素子の静電容量に基づいて前記揺動動作を検出する静電容量式センサにおいて、前記固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の電極が分割されており、前記固定電極と可動電極とで複数の容量素子が形成され、前記固定電極と可動電極のうちいずれか一方の電極に接続され、該電極にロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号を前記複数の容量素子に印加する駆動信号供給手段と、前記複数の容量素子から各容量素子の静電容量に対応して出力された信号を制御信号に基づいて時分割で選択するスイッチ手段と、前記駆動信号がロウレベル時とハイレベル時における前記スイッチ手段の出力に基づいて前記揺動動作を求める演算手段と、前記スイッチ手段の切換タイミング及び前記演算手段の演算処理タイミングを規定するタイミング信号を生成し、前記スイッチ手段及び演算手段に供給するタイミング信号生成手段とを有する。
【０１１４】
したがって、従来の静電容量式センサのように、ＣＲ遅延回路を使用して静電容量を検出していないので、抵抗素子の温度変化や配線抵抗の影響を受けず、精度良く静電容量に基づいて可動電極の揺動動作を検出することができる。よって、傾斜状態や加速度等を精度よく検知することができる。
また、揺動動作を検出するための複数の容量素子の出力信号を時分割で選択的に入力し、演算して揺動動作を求めるようにしたので、複数の容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路構成を簡略化できる。
また、複数の信号検出用容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路は各容量素子の出力信号について共通に使用されるので、時分割で演算処理を行わない場合に比して、回路素子の定数のばらつきの影響を受けないという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の一例を示すタイミングチャート。
【図３】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの主要部における信号波形を示す波形図。
【図４】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図５】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図６】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図７】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図８】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図９】本発明の第２実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の実施形態に係る静電容量式センサの全体構成を示す概略断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係る静電容量センサの全体構成を示す分解斜視図。
【図１２】図１０に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサにおける基板の平面図。
【図１３】図１０に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサにおける基板に対向して設けられている金属板（可動電極）の一例を示す平面図。
【図１４】図１０に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサにおける基板に対向して設けられている金属板（可動電極）の他の例を示す平面図。
【図１５】従来の静電容量式センサの処理回路の構成を示す回路図。
【図１６】図１５に示す処理回路の各点における信号波形を示す図。
【符号の説明】
１０…基板、１１ａ…固定電極、１２…支持用突起、２０…スペーサ、３０…可動電極、４０…錘、５０…パッキン、６０…カバー、１００…静電容量式センサ、２００…検出部、３００…回路素子、３００Ｃ…回路部（拡散部）、５００…パルス信号発生回路、Ｃ１〜Ｃ４…信号検出用コンデンサ（容量素子）、５１０〜５１４…オペアンプ、５２０〜５２３…インバータ、Ｓ１〜Ｓ１４…スイッチ、Ｓ２０〜Ｓ２３…アナログスイッチ（キャンセル用スイッチ）、Ｃ５〜Ｃ１１…コンデンサ、Ｃｓ１〜Ｃｓ４，Ｃｓ２０〜Ｃｓ２３…寄生容量、６００…積分器、６１０…減算器、６２０…加算器、６３０、６４０…サンプルホールド回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量の変化により傾斜状態、加速度、衝撃等を検知する静電容量式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、従来の静電容量式センサの処理回路の構成が記載されている。この従来の静電容量式センサの処理回路の構成を図１５に示す。
同図において、入力端子Ｔ１には、図示されていない交流信号発生源から、所定周波数の矩形波信号が与えられる。７１、７２はインバータ素子であり、インバータ素子７２の後段には抵抗素子７３が接続されている。
【０００３】
インバータ素子７１の出力端と抵抗素子７３の出力端はそれぞれバッファ素子７５、７６を介してＥＸ−ＯＲ素子７４に接続されており、このＥＸ−ＯＲ素子７４の出力端はそのまま出力端子Ｔ２に接続されている。
また、抵抗素子７３の出力端には、容量素子Ｃの一方の電極が接続され、この容量素子Ｃの他方の電極は接地されている。この容量素子Ｃが、測定対象となる容量素子、すなわちセンサに形成されている容量素子である。
図１６は、図１５に示す処理回路の各点における信号波形を示す図である。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０２０７３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した静電容量式センサの処理回路では、抵抗素子７３と容量素子ＣからなるＣＲ遅延回路を用いているので、抵抗７３の温度ドリフトや配線抵抗の影響を受けやすい。すなわち、ＣＲ遅延回路の時定数が変化し、容量素子Ｃの静電容量を精度良く検出することができないという問題が有った。
【０００６】
さらに、容量素子における静電容量Ｃが小さい場合には、容量素子の静電容量を検出するのに抵抗素子７３の抵抗値を大きくする必要があるが、そうすると、Ｘ３点におけるインピーダンスが大きくなり、外部の誘導を受けやすいという問題が有る。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、静電容量に基づいた電気信号により、傾斜状態や加速度等を精度良く検出することができる静電容量式センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、固定基板に形成された固定電極と、揺動動作可能に支持されるとともに前記固定電極に対向配置され、該固定電極との距離が前記揺動動作により変位する可動電極とを有し、前記固定電極と可動電極とで構成される容量素子の静電容量に基づいて前記揺動動作を検出する静電容量式センサにおいて、前記固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の電極が分割されており、前記固定電極と可動電極とで複数の容量素子が形成され、前記固定電極と可動電極のうちいずれか一方の電極に接続され、該電極にロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号を前記複数の容量素子に印加する駆動信号供給手段と、前記複数の容量素子から各容量素子の静電容量に対応して出力された信号を制御信号に基づいて時分割で選択するスイッチ手段と、前記駆動信号がロウレベル時とハイレベル時における前記スイッチ手段の出力に基づいて前記揺動動作を求める演算手段と、前記スイッチ手段の切換タイミング及び前記演算手段の演算処理タイミングを規定するタイミング信号を生成し、前記スイッチ手段及び演算手段に供給するタイミング信号生成手段とを有することを特徴とする。
【０００８】請求項１に記載の発明によれば、従来の静電容量式センサのように、ＣＲ遅延回路を使用して静電容量を検出していないので、抵抗素子の温度変化や配線抵抗の影響を受けず、精度良く静電容量に基づいて可動電極の揺動動作を検出することができる。よって、傾斜状態や加速度等を精度よく検知することができる。
また、揺動動作を検出するための複数の容量素子の出力信号を時分割で選択的に入力し、演算して揺動動作を求めるようにしたので、複数の容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路構成を簡略化できる。
また、複数の信号検出用容量素子（コンデンサ）の出力信号を時分割で入力した以降の回路は各容量素子の出力信号について共通に使用されるので、時分割で演算処理を行わない場合に比して、回路素子の定数のばらつきの影響を受けないという効果が有る。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の静電容量式センサにおいて、前記可動電極は、直交するＸ−Ｙ座標面に対して２軸に揺動可能であり、かつ前記複数の容量素子は、前記Ｘ−Ｙ座標面の第１〜第４象限に対応して４つ有り、
前記演算手段は、前記４つの容量素子は、前記揺動動作に伴って、容量が増加する第１の容量素子と、容量が減少する第２の容量素子の、２対の容量素子からなり、これら対をなす２つの容量素子における静電容量に対応した信号の差をそれぞれ、算出する減算器と、前記減算器により算出された２組の減算結果を加算する加算器とを有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、加算演算の前に減算、すなわち差動をとっているので、演算のダイナミックレンジを大きくとることができ、検出精度を高めることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の静電容量式センサにおいて、前記可動電極は、前記４つの容量素子の共通電極となるように形成され、前記固定電極が４つに分割されていることを特徴とする。
請求項３においては、可動電極が共通電極とされているので、４つの容量素子の容量変化に基づく電気信号を変位しない固定電極側から取り出すことができ、複雑な引き回し配線を必要としない。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、前記演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により増減する第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により増減する第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、前記タイミング信号生成手段は、前記演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方の増減方向を逆向きに変更可能にするように前記スイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための少なくとも２種類の切換タイミング信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、複数の容量素子の各々の出力信号の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することはない。そして、タイミング信号生成手段が少なくとも２種類の切換タイミング信号を生成して、演算手段から出力される第１、第２の出力信号のいずれか一方の増減方向の向き（以下、便宜上、極性と呼ぶことあり。）を変化させることができる。
したがって、静電容量式センサを使用する装置に実装する際に、上下逆向きに取り付けても揺動動作に伴う出力信号の増減方向を同じにすることができ、取り付け配置の自由度が増加するという効果が得られる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、前記演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により増減する第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により増減する第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、前記タイミング信号生成手段は、前記演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方あるいは双方の増減方向を逆向きに変更可能にするように前記スイッチ手段の切換タイミングを異ならしめるための少なくとも４種類の切換タイミング信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、複数の容量素子の各々の出力信号の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することはない。そして、タイミング信号生成手段が少なくとも４種類の切換タイミング信号を生成して、演算手段から出力される第１、第２の出力信号の増減方向の向き（極性）を４種類まで、変化させることができる。
したがって、静電容量式センサを使用する装置に実装する際に、取り付け配置の自由度、極性の選択の自由度を請求項４に記載の発明に比して、より増加させることができ、静電容量式センサの実装装置の種々の要求に対応することができるという効果が得られる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の静電容量式センサにおいて、前記スイッチ手段は、前記複数（４つ）の容量素子の各々に、一端が接続され、他端が共通接続されて前記演算手段側に接続される複数（４つ）のスイッチからなり、さらに、前記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響を打ち消す寄生容量キャンセル手段を有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、静電容量に基づく信号の検出部である複数の容量素子にとって影響が大きいスイッチ手段の各スイッチの寄生容量の影響を打ち消すことができる。
【００１６】
すなわち、上記複数の容量素子が静電容量は非常に小さいと、複数の容量素子の出力信号を取り込む入力部を構成する上記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響が大きく、センサの感度の低下やセンサ出力のオフセットの変動が生じる。さらに、寄生容量値はばらつきが有り、温度変化も有るために、センサ出力が温度により変化することとなるが、これらの影響をなくすことができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の静電容量式センサにおいて、前記寄生容量キャンセル手段は、前記スイッチ手段の各スイッチの前記一端に一端が接続され、他端が所定の電位に保持されるように設定された複数（４つ）のキャンセル用スイッチと、前記スイッチ手段を構成する複数（４つ）のスイッチが共通接続された接続点の電位を前記所定の電位に設定するオペアンプにより構成された電位設定手段と、少なくとも前記スイッチ手段のいずれかのスイッチを介して該スイッチに対応する容量素子から静電容量に対応した信号が出力される際に、該スイッチ以外の他のすべてのスイッチの前記一端に一端が接続された前記キャンセル用スイッチをオン状態にするスイッチ制御手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、スイッチ手段のいずれかのスイッチが選択される際に、該スイッチの両端がキャンセル用スイッチや電位設定手段により同電位とされるので、スイッチ手段の切換時（選択時）に、スイッチ手段の寄生容量が充放電されることはなく、この充放電に伴うノイズの発生等の不具合を生じることはない。
また、電位設定手段にオペアンプを用いているので、オペアンプのイマジナリーショートを利用して、スイッチの両端を簡単な回路構成で容易に同電位とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態（第１、第２実施形態）に係る静電容量センサの構造を、図１０乃至図１３を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態に係る静電容量センサの全体構成を示す概略断面図、図１１は本発明の実施形態に係る静電容量センサの全体構成を示す分解斜視図、図１２は基板の平面図、図１３は基板に対向して設けられている金属板（可動電極）の平面図である。
【００２０】
本発明の実施形態に係る静電容量式センサ１００は、図１０に示すように、基板１０の上面１１Ｓ側に電気信号を検出するための検出部２００を備え、基板１０の下面１３Ｒ側に検出部２００から検出された電気信号を処理する回路素子３００を備えて構成されている。本実施形態では、検出部２００は静電容量式の傾斜センサとして構成され、回路素子３００としてはＩＣ（集積回路）のベアチップが用いられている。
【００２１】
検出部２００は、静電容量式センサ１００の傾斜を容量変化として検出する静電容量式の傾斜センサであり、図１１に示すように、基板（固定基板）１０の上面１１Ｓ上に形成された四つの固定電極１１ａと、これらの固定電極１１ａに対向する金属板（可動電極）３０と、この金属板３０にひねり変形を加えるための錘４０とを備えて構成されている。
図１２に示すように、基板１０の上面１１Ｓの中央部には四つの固定電極１１ａが碁盤目状に形成され、上面１１Ｓの外周部には四つの固定電極１１ａを囲むように四角枠状の電極１１ｂが形成されている。この電極１１ｂは、基板１０に設けられた図示してないスルーホール電極や配線パターン等を介して基板１０の裏面側に実装された回路素子３００の駆動信号用の端子（図示せず）に接続されている。
【００２２】
また、基板１０の上面１１Ｓに形成された四つの固定電極１１ａの中心部には金属板３０を支持する支持用突起１２が形成されている。
そして、この電極１１ｂ上には矩形枠状をなした金属製の導電性スペーサ２０が配され、このスペーサ２０上に可動電極を構成する薄い金属板３０が積重されている。この金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は支持用突起１２及びスペーサ２０の厚みによって一定に保持され、金属板３０と四つの固定電極１１ａとにより四つの容量可変式の信号検出用コンデンサが形成されている。したがって、金属板（可動電極）３０は、スペーサ２０、電極１１ｂ、基板１０のスルーホール電極、配線パターン等を介して回路素子３００の駆動信号用の端子に導通接続されている。
【００２３】
金属板３０は、図１３に示すように、この金属板３０の外周部として構成される枠状の支持部３０ａと、この支持部３０ａにより第１の軸部３０ｃ回りに揺動可能に支持された中間部３０ｂと、この中間部３０ｂにより上記の第１の軸部３０ｃと直交する第２の軸部３０ｅ回りに揺動可能に支持された導電性の搭載部３０ｄとからなり、搭載部３０ｄは軸部３０ｃ，３０ｅのひねり変形により二軸回りに揺動可能に構成されている。
【００２４】
具体的には、支持部３０ａはスペーサ２０と重なるように配置され、その対向する一対の辺の内周中央に、内側に向かう一対の第１の軸部３０ｃ（Ｘ軸）が設けられている。この一対の第１の軸部３０ｃの他端は、支持部３０ａの内周に沿うように設けられた枠状の中間部３０ｂにつながっており、中間部３０ｂは傾斜により一対の第１の軸部３０ｃがひねり変形することによりその軸線回りに揺動できるようになっている。
【００２５】
また、中間部３０ｂの内周には一対の第１の軸部３０ｃに直交する位置に互いに対向する一対の第２の軸部３０ｅが設けられている。この一対の第２の軸部３０ｅの他端は、その外周が中間部３０ｂの内周に沿うように設けられた矩形の搭載部３０ｄにつながっており、この搭載部３０ｄは第２の軸部３０ｅがひねり変形することによりその軸線回りに揺動できるようになっている。なお、軸部３０ｃ，３０ｅの軸方向はそれぞれ碁盤目状に配置された固定電極１１ａの行方向又は列方向に一致するように構成されており、搭載部３０ｄの揺動を感度良く検出できるようになっている。
【００２６】
錘４０は搭載部３０ｄ上に接着されて搭載されている。これにより、錘４０は傾斜センサ１００の傾斜に応じて金属板３０（搭載部３０ｄ）と支持用突起１２との当接位置を中心として揺動し、軸部３０ｃ（Ｘ軸），軸部３０ｅ（Ｙ軸）のどちらか又は両方の軸回りに所定の大きさのモーメントを発生させるようになっている。
【００２７】
このようなモーメントは軸部３０ｅ，軸部３０ｃのどちらか一方又は両方の軸をひねり変形し、搭載部３０ｄはこのモーメントと軸部３０ｃ，３０ｅのひねりに対する弾性力とが釣り合う角度で停止する。
なお、この錘４０はその底部（下部）４０ａが本体部である頭部（上部）４０ｂよりも細く形成され、錘４０の重心位置が高くなるように構成されている。このため、センサ１００の僅かな傾斜に対しても上記軸線方向に大きなモーメントを作用させることができ、センサ１００を軽量化しながら傾斜感度を高めることができるようになっている。
【００２８】
ここで、図１３に示すように、可動電極、すなわち金属板３０に対して、第１の軸部３０ｃ、３０ｃをＸ軸とし、第２の軸部３０ｅ，３０ｅをＹ軸とするように、Ｘ−Ｙ直交座標系をとるものとする。ここで、金属板３０（搭載部３０ｄ）と四つの固定電極１１ａとにより形成される四つの容量可変式の信号検出用コンデンサ（容量素子）は、上記Ｘ−Ｙ直交座標系における第１象限〜第４象限の各象限に１つずつ形成され、これらのうち、第２、第１象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量に対応して検出される電圧（以下、単に検出電圧という）を、それぞれ、Ａ，Ｂとし、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサの検出電圧を、それぞれ、Ｃ，Ｄとする。
【００２９】
金属板３０がＸ軸回りに揺動する際に、金属板３０と四つの固定電極１１ａにより形成される四つの信号検出用コンデンサのうち第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサは、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサとは、互いに静電容量が反対方向に増減するように変化する。すなわち、金属板３０がＸ軸回りに揺動する際に固定電極１１ａと金属板３０との間隔が、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサと第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサとで反対方向に増減するように変化するので、静電容量が反対方向に増減するように変化する。
【００３０】
このとき、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に増加、または減少するように変化するので、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に減少又は増加する。同時に、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に減少、または増加するように変化するので、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に増加、又は減少する。
【００３１】
したがって、金属板３０がＸ軸回りに揺動した際の四つの信号検出用コンデンサの静電容量に対応した電圧の変化量Ｙは、第１、第２象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）と、第３、第４象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）との差となるから、
Ｙ＝（Ｃ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｂ）＝（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ） …（１）
となる。
なお、金属板３０がＸ軸回りに揺動するということは、Ｘ軸は変位せず、Ｙ軸がＸ軸回りに揺動する（換言すれば、錘４０がＹ軸方向に揺動する）ということであるので、Ｘ軸回りの揺動をＹ軸方向の変化と捉えることができる。
【００３２】
また、金属板３０がＹ軸回りに揺動する際に、金属板３０と四つの固定電極１１ａにより形成される四つの信号検出用コンデンサのうち第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサは、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサとは、互いに静電容量が反対方向に増減するように変化する。すなわち、金属板３０がＹ軸回りに揺動する際に固定電極１１ａと金属板３０との間隔が、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサと第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサとで反対方向に増減するように変化するので、静電容量が反対方向に増減するように変化する。
【００３３】
このとき、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に増加、または減少するように変化するので、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に減少又は増加する。同時に、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサにおける金属板３０と固定電極１１ａとの間隔は、同方向に減少、または増加するように変化するので、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量はそれぞれ、同方向に増加、又は減少する。
【００３４】
したがって、金属板３０がＹ軸回りに揺動した際の四つの信号検出用コンデンサの静電容量に対応した電圧の変化量Ｘは、第２、第３象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）と、第４、第１象限に形成される信号検出用コンデンサの静電容量の変化量（電圧換算値）との差となるから、
Ｘ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ） …（２）
となる。
なお、金属板３０がＹ軸回りに揺動するということは、Ｘ軸がＹ軸回りに揺動する（換言すれば、錘４０がＸ軸方向に揺動する）ということであり、Ｙ軸回りの揺動をＸ軸方向の変化と捉えることができる。
【００３５】
静電容量式センサ１００を傾斜センサとして使用する際に上式（１）、（２）の演算を行なうことによりセンサ１００の傾斜に応じた静電容量に対応した電圧の変化量Ｙ，Ｘを求め、これらの値からセンサ１００の傾斜を求めることができる。なお、図１４に示すように、一対の第１の軸部３０ｃ（Ｘ軸）、これに直交する位置に互い対向する一対の第２の軸部３０ｅ（Ｙ軸）を可動電極、すなわち金属板３０の隅部に設けることにより、図１３に示したものと同様に、可動電極の回転軸（揺動軸）と検出系の座標軸とを一致させることができる。
【００３６】
この場合には、Ｘ軸回り（Ｙ軸方向）に金属板３０を揺動した際の静電容量に対応する電圧の変化量Ｙは、
Ｙ＝Ａ−Ｄ （３）
となり、
また、Ｙ軸回り（Ｘ軸方向）に金属板３０を揺動した際の静電容量の変化量Ｘは、
Ｘ＝Ｂ−Ｃ （４）
となる。
【００３７】
また、図１０、図１１に示すように、金属板３０の支持部３０ａ上には、矩形枠状のスペーサ４２、搭載部３０ｄの必要以上の動きを規制する金属製のストッパ４４及び絶縁性のスペーサ５２が積層されており、スペーサ５２の複数の突起５２ａが、各部材の位置決め孔４５、４３、３１、２１、１３に挿通されている。
【００３８】
さらに、基板１０の上面１１Ｓ上には、スペーサ２０ないしストッパ４４の各部材の周囲に位置し、上面１１Ｓの外周部に沿うように配された矩形枠状の絶縁性のパッキン５０を介して金属製のカバー６０が設けられている。このカバー６０は円筒型の頭部６０ｂとその周辺部に広がるフランジ部６０ａとフランジ部６０ａの側面に形成された平板状の複数の突部６０ｃからなり、そのフランジ部６０ａでスペーサ５２、ストッパ４４、スペーサ４２を介して支持部３０ａを電極１１ｂ側へ押し付けて固定するとともに、突部６０ｃを基板１０の下面１３Ｒに形成されたグランドパターン７０上にかしめ付けることにより、カバー６０は接地されており、防塵、防滴、センサ１００周辺の帯電物による容量ドリフト，ノイズ及び取り扱い上の不注意等からセンサ１００を保護するようになっている。
なお、絶縁性のスペーサ５２とパッキン５０を設けることにより金属製のカバー６０と金属板３０とが導通しないようになっている。
【００３９】
ところで、基板１０はセラミックス又はエポキシ樹脂等からなる絶縁性の板材の積層体として構成された多層配線基板であり、その中間層として金属面からなるグランド層１２Ｓが形成されている。
基板１０の上面としての固定電極層１１Ｓには、図１０、図１１に示すように、その中央部に四つの固定電極１１ａが例えば、Ａｇ（銀）のパターン印刷により碁盤目状に形成されている。また、固定電極層１１Ｓの外周部には、金属板３０と導通される電極１１ｂが矩形枠状に形成されている。
【００４０】
グランド層１２Ｓは、金属板３０からの駆動信号が固定電極１１ａを介さずに回路素子３００に侵入するのを防ぐとともに、基板１０の外部（検出部２００においては基板１０の下面側、回路素子３００においては基板１０の上面側）から入るノイズをカットするノイズシールドとして機能し、電極１１ｂと接続された図示しないスルーホール電極や固定電極１１ａと導通するスルーホール電極Ｈ１，Ｈ２等のスルーホール電極部分と外周縁部とを除く略全面がＡｇ等の金属面（導電面）として構成されている。
【００４１】
また、この金属面、すなわちグランド層１２Ｓは、基板１０の下面としてのチップ実装面１３Ｒまで貫通する図示してない複数のスルーホール電極（スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２と異なる）によってチップ実装面１３Ｒ上の金属面（導電面）からなるグランドパターン７０と導通して、接地用端子（図示せず）と接続されるとともに、基板１０の側面に形成された取り出し電極（図示せず）を介して接地されるようになっている。
【００４２】
回路素子３００は、基板１０裏面側のチップ実装面１３Ｒに搭載されており、チップ実装面１３Ｒ内の図示しない駆動信号用の端子、信号検出用の端子、電源用の端子、グランド用の端子及び信号出力用の端子と回路素子３００の複数のアルミニウム製の端子とがそれぞれ金バンプ３１０で接続されている。そして、駆動信号用の端子、配線パターン、スルーホール電極（いずれも図示なし）、電極１１ｂ、スペーサ２０等を介して可動電極を構成する金属板３０に回路素子３００から駆動信号（矩形波状の電圧）が加えられ、この金属板３０と対向配置された固定電極１１ａに誘導された電流等の電気信号がスルーホール電極Ｈ１，Ｈ２や信号検出用の端子等を介して回路素子３００に入力され、該電気信号により信号検出用コンデンサの容量変化を求めている。
【００４３】
この金属板３０と固定電極１１ａとで構成される信号検出用コンデンサは４つあり、これら４つのコンデンサの容量変化に基づいて傾斜センサ１００の傾斜方向及び傾斜量を算出するようになっている。また、この算出結果はチップ実装面１３Ｒ上に形成された信号出力用の端子及び外部接続電極（図示せず）を介して外部装置に出力されるようになっている。
【００４４】
半導体からなるベアチップのサブストレート３００ｂは金バンプ、スルーホール電極（スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２と異なる）等を介して基板１０のグランド層１２Ｓと導通状態となっている。したがって、ベアチップの回路部３００ｃは、下面と周囲が接地されるサブストレート３００ｂによって囲まれ、上面側にはグランド層１２Ｓが存在するため、ほぼ完全にシールドされた構造をとることとなり、外部からのノイズの影響をほとんど受けることはない。
【００４５】
また、固定電極１１ａは、グランド電位と電源電圧とが交互に印加される可動電極である、固定電極１１ａより大きい金属板３０と、基板１０内に形成されたグランド層１２Ｓとで挟まれた構造、すなわち、金属板３０とグランド層１２Ｓとの中間に位置するように構成されているので、固定電極１１ａはシールドされた状態となり、外来ノイズの影響を受けにくく、信号検出用コンデンサの静電容量が小さくても、精度良く検出することが可能である。
【００４６】
また、補強のために、回路素子（ベアチップ）３００とチップ実装面１３Ｒとをエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂３２０により接着し一体化させている。
上記構成において、センサ１００を傾けると、錘４０が支持用突起１２と搭載部３０ｄとの当接位置を中心として揺動し、その傾斜方向及び傾斜量に応じて、搭載部３０ｄに対し軸部３０ｃ又は軸部３０ｅ回りのモーメントを作用させる。そして、軸部３０ｃ，３０ｅのひねり変形に対する弾性力とこのモーメントとが釣り合う角度で搭載部３０ｄが停止する。
【００４７】
これにより、可動電極としての搭載部３０ｄと各固定電極１１ａとにより構成される信号検出用コンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が、スルーホール電極Ｈ１，Ｈ２や信号検出用端子等を介して固定電極１１ａの略真下に実装された回路素子３００に電気信号として入力される。そして、回路素子３００による処理結果は、基板１０の底面たる接続電極面１４Ｒの外部接続電極等を介して外部装置へ出力される。
【００４８】
次に、本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成（回路素子３００の構成）を図１に示す。同図において、本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサ１００は、パルス信号発生回路５００と、固定電極１１ａと可動電極３０とで形成される４つの信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から得られる信号をそれぞれ、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して時分割で選択的に出力するためのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とを有している。
【００４９】
また、静電容量式センサ１００は、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のいずれかのスイッチより出力される信号を積分する積分器６００と、積分器６００の出力を取り込み減算する減算器６１０と、減算器６１０の出力信号を加算する加算器６２０と、加算器６２０の出力をサンプルホールドし、出力するサンプルホールド回路６３０、６４０とを有している。
【００５０】
パルス信号発生回路５００は、図２に示すように、各種のタイミング信号及び駆動信号を生成し、出力する。駆動信号としては、信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に供給される、ロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号Ｄ（ＤＲ）がある。
また、タイミング信号としては、信号検出用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から得られる信号を時分割で選択的に出力させるためにそれぞれ、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に供給されるタイミング信号（切換タイミング信号）Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ）がある。
【００５１】
さらに、積分器６００における積分用コンデンサＣ５の充電電荷を放電させるためにスイッチＳ５に出力されるリセット信号Ｄ（ＲＳ）、減算器６１０のスイッチＳ６を動作させるためのタイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、コンデンサＣ７の充電電荷を放電させるためにスイッチＳ７に出力されるリセット信号Ｄ（ＲＳＴ）、加算器６２０におけるスイッチＳ８〜Ｓ１１に出力されるタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＩＮ）、Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）、コンデンサＣ９の充電電荷を放電させるためにスイッチＳ１２に出力されるリセット信号Ｄ（ＨＲＳ）、サンプルホールド回路６３０、６４０のスイッチＳ１３、Ｓ１４を動作させるためのタイミング信号Ｄ（ＨＯＬＤＸ），Ｄ（ＨＯＬＤＹ）がある。
【００５２】
４つの信号検出用コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における可動電極３０側は共通接続され、保護抵抗Ｒ０を介してパルス信号発生回路５００における駆動信号Ｄ（ＤＲ）を出力する出力端に接続されている。パルス信号発生回路５００は、本発明の駆動信号供給手段及びタイミング信号生成手段に相当する。
また、信号検出用コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における固定電極１１ａ側は、それぞれ保護抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して、それぞれ、スイッチＳ１〜Ｓ４の一端に接続され、スイッチＳ１〜Ｓ４の他端は共通接続され、オペアンプ５１０の反転入力端子に接続されている。スイッチＳ１〜Ｓ４は本発明のスイッチ手段に相当する。
【００５３】
積分器６００は、オペアンプ５１０と、オペアンプ５１０の反転入力端子と出力端子との間に接続される積分用コンデンサＣ５と、積分用コンデンサＣ５の両端間に接続されるスイッチＳ５とを有している。
また、減算器６１０は、オペアンプ５１０の出力端子に一端が接続されるスイッチＳ６と、オペアンプ５１１と、オペアンプ５１１の反転入力端子とスイッチＳ６の他端との間に接続されるコンデンサＣ６と、オペアンプ５１１の反転入力端子と出力端子との間に接続されるコンデンサＣ７と、コンデンサＣ７の両端間に接続されるスイッチＳ７とを有している。
【００５４】
また、加算器６２０は、オペアンプ５１２と、オペアンプ５１１の出力端子と一定電位Ｖｃｃ／２（Ｖｃｃは電源電圧）に設定された端子との間に直列に接続されるスイッチＳ８、Ｓ９と、オペアンプ５１２の反転入力端子と一定電位Ｖｃｃ／２に設定された端子との間に直列に接続されるスイッチＳ１０、Ｓ１１と、スイッチＳ８、Ｓ９の接続点とスイッチＳ１０、Ｓ１１の接続点との間に接続されるコンデンサＣ８と、オペアンプ５１２の反転入力端子と出力端子との間に接続されるコンデンサＣ９と、コンデンサＣ９の両端間に接続されるスイッチＳ１２とを有している。減算器６１０及び加算器６２０は本発明の演算手段に相当する。
【００５５】
さらに、サンプルホールド回路６３０は、金属板（可動電極）３０がＹ軸回りに揺動した際における４つの信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の静電容量の変化量に対応したオペアンプ５１２の出力電圧の変化量Ｘをサンプリングし、かつ保持する回路であり、オペアンプ５１３と、オペアンプ５１２の出力端子とオペアンプ５１３の非反転入力端子との間に接続されるスイッチＳ１３と、オペアンプ５１３の非反転入力端子に一端が接続され、他端が接地されているサンプルホールド用コンデンサＣ１０とを有している。
【００５６】
同様に、サンプルホールド回路６４０は、金属板（可動電極）３０がＸ軸回りに揺動した際における４つの信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の静電容量の変化量に対応したオペアンプ５１２の出力電圧の変化量Ｙをサンプリングし、かつ保持する回路であり、オペアンプ５１４と、オペアンプ５１２の出力端子とオペアンプ５１４の非反転入力端子との間に接続されるスイッチＳ１４と、オペアンプ５１４の非反転入力端子に一端が接続され、他端が接地されているサンプルホールド用コンデンサＣ１１とを有している。オペアンプ５１３、５１４は、反転入力端子と出力端子とが短絡されバッファアンプとして機能する。オペアンプ５１０、５１１、５１２の非反転入力端子は、それぞれ、固定電位（Ｖｃｃ／２）に設定されている。
【００５７】
なお、本実施形態では、スイッチＳ１〜Ｓ１４はパルス信号発生回路５００から供給されるタイミング信号がハイレベルのとき、オン状態となり、ロウレベルのとき、オフ状態になるアナログスイッチからなるものとする。
【００５８】
次に、上記構成からなる、本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサ１００の動作を図２及び図３のタイミングチャートを参照して説明する。図３は、図１におけるオペアンプ５１０、５１１、５１２の各出力を示しており、図３（Ａ）はオペアンプ５１０の出力、図３（Ｂ）はオペアンプ５１１の出力、図３（Ｃ）はオペアンプ５１２の出力をそれぞれ、示している。信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の検出信号を時分割で選択的に出力するスイッチＳ１〜Ｓ４は、図２に示すように、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ３、Ｓ１、Ｓ４、Ｓ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、…の順にオン状態になるようにパルス信号発生回路５００より出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ）により駆動される。
また、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４に供給される駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、各スイッチＳ１〜Ｓ４がオン状態となる期間内において、その期間の前半でロウレベルとなり、後半にハイレベルとなるようなタイミングでロウレベルとハイレベルとを交互に繰り返す。ただし、各スイッチＳ１〜Ｓ４がオフ状態となる前に駆動信号Ｄ（ＤＲ）はロウレベルとなる。
【００５９】
時刻ｔ０でパルス信号発生回路５００より出力される信号Ｄ（Ａ）が立ち上がり、スイッチＳ１は期間ｔ０≦Ｔ≦ｔ１でオン状態になる。次いで、駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、ｔ１以前（ｔ０とｔ１のほぼ中間）の時刻ｔ１２で立ち上がり、期間ｔ１２≦Ｔ＜ｔ１でハイレベルとなり、この期間内（ｔ１３≦Ｔ≦ｔ１４）において、タイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、Ｄ（ＲＳＴ）がハイレベルとなり、リセット信号であるタイミング信号Ｄ（ＲＳ）がロウレベルとなる。ここで、タイミング信号Ｄ（ＲＳ）は、期間ｔ１０≦Ｔ≦ｔ１１（但し、ｔ０＜ｔ１０＜ｔ１１＜ｔ１２である。）において、ハイレベルとなっている。
【００６０】
したがって、スイッチＳ１が時刻ｔ０でオン状態となった後、時刻ｔ１０でタイミング信号Ｄ（ＲＳ）がハイレベルになることによりスイッチＳ５がオン状態となり、積分器６００の積分用コンデンサＣ５の両端が、短絡され、積分用コンデンサＣ５の充電電荷は放電され、初期状態にリセットされる。
一方、オペアンプ５１０では、反転入力端子の電位がＶｃｃ／２に設定され、非反転入力端子の電位がイマジナリショートによりＶｃｃ／２となっているために、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、時刻ｔ１０でＶｃｃ／２となる。
【００６１】
その後、スイッチＳ５は時刻ｔ１１でオフ状態となり、次いで、時刻ｔ１２で駆動信号Ｄ（ＤＲ）のハイレベルが信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４に供給され、その後、時刻ｔ１３でスイッチＳ６、Ｓ７がオン状態となる。したがって、時刻ｔ１２で信号検出用コンデンサＣ１からは静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、積分用コンデンサＣ５に充電が開始される。この結果、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、時刻ｔ１２で立下り始め、積分用コンデンサＣ５の充電に伴い、静電容量の変化量に応じた電圧（波高値Ａ）に達した時点で整定する。
【００６２】
一方、時刻ｔ１３でスイッチＳ６、Ｓ７がオン状態になるので、積分器６００の出力端はスイッチＳ６を介して減算器６１０のコンデンサＣ６と接続されるために積分器６００を構成するオペアンプ５１０の出力電圧は、期間Ｔがｔ１３≦Ｔ≦ｔ１４において波高値Ａに整定している状態下でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加されるとともに、減算器６１０におけるコンデンサＣ７の両端は短絡され、充電電荷が放電され初期化される。このとき、オペアンプ５１１は反転入力端子と出力端子とは短絡され、イマジナリショートによりオペアンプ５１１の出力端子の電位は、非反転入力端子に設定されている電位と同一の電位Ｖｃｃ／２になる。
【００６３】
一方、駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、時刻ｔ１４でハイレベルからロウレベルに変化するので、信号検出用コンデンサＣ１を介して積分器６００の積分用コンデンサＣ５に供給されていた電荷は急速に減少して充電前の状態に戻る。
さらに時刻ｔ１５でタイミング信号Ｄ（ＲＳ）がロウレベルからハイレベルに変化し、スイッチＳ５がオン状態となるので、積分用コンデンサＣ５の蓄積電荷は放電され、完全に初期化されるとともに、積分器６００を構成するオペアンプ５１０の反転入力端子と出力端子とは短絡される。この結果、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、反転入力端子における電位がイマジナリショートにより非反転入力端子と同電位となっているため非反転入力端子に設定されている電位と同一の電位Ｖｃｃ／２になる。
【００６４】
また、時刻ｔ１４でタイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、Ｄ（ＲＳＴ）がロウレベルになると、減算器６１０では、コンデンサＣ６、Ｃ７にはｔ１３≦Ｔ≦ｔ１４においてオペアンプ５１０より出力されていた電圧Ａに応じた電荷が蓄積されるが、減算器６１０を構成するオペアンプ５１１の出力はＶｃｃ／２のまま変化しない。
【００６５】
次に、時刻ｔ１でタイミング信号Ｄ（Ａ）が立ち下るためにスイッチＳ１がオフ状態となり、これと同時にタイミング信号Ｄ（Ｂ）が立ち上がり、スイッチＳ２は期間ｔ１≦Ｔ≦ｔ２でオン状態となる。また、時刻ｔ１４でタイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ）、Ｄ（ＲＳＴ）がハイレベルからロウレベルに変化し、これに引き続いてタイミング信号Ｄ（ＲＳ）が時刻ｔ１５でロウレベルからハイレベルに変化する。
【００６６】
したがって、時刻ｔ１４でスイッチＳ６、Ｓ７がオフ状態となり、時刻ｔ１５でスイッチＳ５がオン状態となる。この結果、積分器６００（オペアンプ５１０）と減算器６１０とは接続が断たれ、積分用コンデンサＣ５の充電電荷は放電され、初期状態にリセットされると共に、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側の端子はオペアンプ５１０より出力されていた電圧Ａに相当する電位になっている。
【００６７】
次いで、駆動信号Ｄ（ＤＲ）は、時刻ｔ２以前の時刻ｔ１７で立ち上がり、期間ｔ１７≦Ｔ≦ｔ１９でハイレベルとなり、この期間内（ｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９）において、タイミング信号Ｄ（ＳＡＭＰ），Ｄ（ＳＵＭＩＮ），Ｄ（ＨＲＳ）がハイレベルとなり、タイミング信号Ｄ（ＲＳ），Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）がロウレベルとなっている。また、タイミング信号Ｄ（ＲＳＴ）はロウレベルのまま保持される。この結果ｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９において、スイッチＳ５，Ｓ９，Ｓ１０がオフ状態、スイッチＳ６，Ｓ８，Ｓ１１，Ｓ１２がオン状態になる。また、スイッチＳ７はオフ状態のまま保持される。
【００６８】
時刻ｔ１７で信号検出用コンデンサＣ２からは静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、積分用コンデンサＣ５に充電が開始される。この結果、オペアンプ５１０の出力端子の電位は、時刻ｔ１７で立下り始め、積分用コンデンサＣ５の充電に伴い増加し、静電容量の変化量に応じた電圧（波高値Ｂ）に達した時点で整定する。
【００６９】
一方、時刻ｔ１８でスイッチＳ６がオン状態になるので、積分器６００の出力端はスイッチＳ６を介して減算器６１０のコンデンサＣ６と接続されるために積分器６００を構成するオペアンプ５１０の出力電圧は、期間Ｔがｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９において波高値Ｂに整定している状態下でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加される。このとき、スイッチＳ７はオフ状態のままである。
また、オペアンプ５１１の反転入力端子側に接続されたコンデンサＣ６の端子の電位はオペアンプ５１１におけるイマジナリショートによりＶｃｃ／２のまま変化しないので、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側に接続された端子における電位は、電位Ａと電位Ｂの差分、すなわち（Ａ−Ｂ）となり、オペアンプ５１１の出力端子からはＶｃｃ／２を基準としたレベルの（Ａ−Ｂ）×Ｃ６／Ｃ７の電圧が出力される（図３（Ｂ）参照）。因みに、Ｃ６／Ｃ７はオペアンプ５１１のゲインである。
【００７０】
なお、本実施形態における信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の静電容量値が極めて小さい（０．１ＰＦ以下）ことから、オペアンプ５１１のゲイン（Ｃ６／Ｃ７）は、２〜１０程度が適切であるが、理解をし易くするため、便宜上、ゲインを１として以下の説明を行う。また、本実施形態においては、電圧レベルの基準を全てＶｃｃ／２を基準としているため、以下の説明における電圧（レベル）は、特に断りのない限りＶｃｃ／２を基準としたものである。
【００７１】
そして、既述したようにｔ１８≦Ｔ≦ｔ１９においては、スイッチＳ８，Ｓ１１がオン状態になっているためにオペアンプ５１１の出力電圧（Ａ−Ｂ）は、加算器６２０のコンデンサＣ８に印加され、コンデンサＣ８は印加電圧（Ａ−Ｂ）に応じて充電される。このとき、スイッチＳ１２がオン状態になっているので、コンデンサＣ９の充電電荷は放電され、コンデンサＣ９は初期状態にリセットされている。
次いで、タイミング信号Ｄ（ＨＲＳ）、Ｄ（ＳＵＭＩＮ）が時刻ｔ１９でハイレベルからロウレベルに変化し、その直後の時刻ｔ２０でタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）がロウレベルからハイレベルに変化する。この結果、スイッチＳ１２，Ｓ８，Ｓ１１がまずオフ状態となり、その直後に、Ｓ９，Ｓ１０がオン状態になる。
【００７２】
したがって、加算器６２０のコンデンサＣ９が充電可能になった状態で、コンデンサＣ８に印加された電圧（Ａ−Ｂ）がコンデンサＣ８への充電時と
逆極性でオペアンプ５１２の反転入力端子に接続されることとなる。すなわち電圧−（Ａ−Ｂ）がオペアンプ５１２の反転入力端子に入力され、この結果、図３（Ｃ）に示すように、オペアンプ５１２の出力端子からは電圧（Ａ−Ｂ）が出力される。このとき、コンデンサＣ９には、電圧（Ａ−Ｂ）に応じた電荷が蓄積されている。
【００７３】
同様にして、期間ｔ２＜Ｔ＜ｔ３内の時刻ｔ２１で信号検出用コンデンサＣ３から静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、オペアンプ５１０の出力端子と反転入力端子間に接続された積分用コンデンサＣ５に充電され、オペアンプ５１０の出力電圧は波高値Ｃに整定する。その後、オペアンプ５１０の出力電圧Ｃは、時刻ｔ２２でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加されると同時に、コンデンサＣ７の両端は短絡され、コンデンサＣ７の蓄積電荷は放電され、初期化される。
【００７４】
時刻ｔ２３でスイッチＳ６、Ｓ７がオフ状態となり、時刻ｔ２４でスイッチＳ５がオン状態となる。この結果、積分器６００（オペアンプ５１０）と減算器６１０とは接続が断たれ、積分用コンデンサＣ５の充電電荷は放電され、初期状態にリセットされると共に、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側の端子はオペアンプ５１０より出力されていた電圧Ｃに相当する電位に保持される。
【００７５】
さらに、時刻ｔ２５（ｔ３＜ｔ２５＜ｔ４）で信号検出用コンデンサＣ４から静電容量の変化量に応じた信号電荷が積分器６００に供給され、オペアンプ５１０の出力電圧は波高値Ｄに整定する。次いで、時刻ｔ２６でスイッチＳ６がオン状態になるので、積分器６００の出力端はスイッチＳ６を介して減算器６１０のコンデンサＣ６と接続されるために積分器６００を構成するオペアンプ５１０の出力電圧は、期間Ｔがｔ２６≦Ｔ≦ｔ２７において波高値Ｄに整定している状態下でスイッチＳ６を介してコンデンサＣ６に印加される。このとき、スイッチＳ７はオフ状態のままである。
【００７６】
また、オペアンプ５１１の反転入力端子側に接続されたコンデンサＣ６の端子の電位はオペアンプ５１１におけるイマジナリショートによりＶｃｃ／２のまま変化しないので、コンデンサＣ６のスイッチＳ６側に接続された端子における電位は、電位Ｃと電位Ｄの差分、すなわち（Ｃ−Ｄ）となり、オペアンプ５１１の出力端子からはレベルの（Ｃ−Ｄ）×Ｃ６／Ｃ７の電圧が出力される（図３（Ｂ）参照）。なお、便宜的にＣ６／Ｃ７を１としているので、オペアンプ５１１から出力されるＶｃｃ／２を基準とした電位は（Ｃ−Ｄ）となる。
【００７７】
さらに、ｔ２６≦Ｔ≦ｔ２７においては、スイッチＳ８，Ｓ１１がオン状態になっているためにオペアンプ５１１の出力電圧（Ｃ−Ｄ）は、加算器６２０のコンデンサＣ８に印加され、コンデンサＣ８は印加電圧（Ｃ−Ｄ）に応じて充電される。このとき、スイッチＳ１２がオフ状態になっているので、コンデンサＣ９には電圧（Ａ−Ｂ）に応じた電荷が蓄積されている。
次に、タイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）の立ち上がり（時刻ｔ４の直後の時刻ｔ２８）でスイッチＳ９、Ｓ１０がオン状態になるので、さらに、コンデンサＣ９に電圧（Ｃ−Ｄ）に応じた電荷が追加充電される。この結果、図３（Ｃ）に示すように、オペアンプ５１２の出力端子からは電圧｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝が出力される。
【００７８】
次いで、時刻ｔ２９（ｔ２８＜ｔ２９＜ｔ５）でタイミング信号Ｄ（ＨＯＬＤＸ）が立ち上がると、サンプルホールド回路６３０のスイッチＳ１３がオン状態となり、サンプルホールド用コンデンサＣ１０に電圧｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝が保持され、オペアンプ５１３を介して出力端子７００より電圧｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝が、金属板（可動電極）３０がＹ軸回りに揺動した際における静電容量に応じた電圧の変化量Ｘとして出力される。
【００７９】
同様にして、期間ｔ６＜Ｔ≦ｔ７におけるタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）の立ち上がり時ｔ３０で加算器６２０のコンデンサＣ９に電圧（Ｃ−Ａ）に応じた電荷が蓄積され、さらにｔ８＜Ｔ≦ｔ９におけるタイミング信号Ｄ（ＳＵＭＯＵＴ）の立ち上がり時ｔ３１で加算器６２０のコンデンサＣ９に信号電圧（Ｄ−Ｂ）に応じた信号電荷が追加充電される。この結果、オペアンプ５１２の出力端子からは電圧｛（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）｝が出力される。
【００８０】
次いで、時刻ｔ３２（ｔ３１＜ｔ３２＜ｔ９）でタイミング信号Ｄ（ＨＯＬＤＹ）が立ち上がると、サンプルホールド回路６４０のスイッチＳ１４がオン状態となり、サンプルホールド用コンデンサＣ１１に信号電圧｛（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）｝が保持され、オペアンプ５１４を介して出力端子７０１より信号電圧｛（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）｝が、金属板（可動電極）３０がＸ軸回りに揺動した際における静電容量に応じた電圧の変化量Ｙとして出力される。ここで、本実施形態では、Ｘ軸方向にセンサを傾けている例で説明しているので、電圧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、Ａ＝Ｃ，Ｂ＝Ｄとなっている。したがって、変化量Ｙ＝０、すなわち出力端子７０１からは基準電圧Ｖｃｃ／２が出力されるだけである。
上述した動作が周期的に繰り返し、行われる。
【００８１】
なお、本実施形態では、静電容量式センサ１００の出力として変化量Ｘ，Ｙについて求め、出力するようにしたが、この出力の極性（増減方向）を反転して、−Ｘ，−Ｙを出力するように切り換えることが信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号電圧を時分割で選択するスイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを変更することにより簡単に行うことができる。すなわち、（Ｘ，Ｙ），（−Ｘ，−Ｙ）の２種類の出力を得るようにパルス信号発生回路５００よりタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）について２種類の信号を出力させるようにしてもよい。
【００８２】
さらに、静電容量式センサ１００の出力として（Ｘ，Ｙ），（−Ｘ，−Ｙ），（Ｘ，−Ｙ），（−Ｘ，Ｙ）の４種類の出力を得るようにパルス信号発生回路５００よりタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）について４種類の信号を出力させるようにしてもよい。
本実施形態では、出力Ｘ，Ｙを、
Ｘ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ），Ｙ＝（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）として演算して求めたが、例えば、出力Ｘについて言えば、（Ｃ−Ｄ）を（Ａ−Ｂ）より先に演算してもよい。このような演算順序を変えることにより、Ｘ（−Ｘを含む），Ｙ（−Ｙを含む）についてそれぞれ、８通りのパターンが有り、Ｘ、Ｙの組み合わせは８×８＝６４通りとなる。
【００８３】
因みに、Ｘは次のようになる。
Ｘ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＝（Ｃ−Ｄ）＋（Ａ−Ｂ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ）＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ａ−Ｄ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
−Ｘ＝（Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｃ）＝（Ｄ−Ｃ）＋（Ｂ−Ａ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ｄ−Ａ）＝（Ｄ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
【００８４】
また、Ｙは、
Ｙ＝（Ｃ−Ａ）＋（Ｄ−Ｂ）＝（Ｄ−Ｂ）＋（Ｃ−Ａ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ｄ−Ａ）＝（Ｄ−Ａ）＋（Ｃ−Ｂ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
−Ｙ＝（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）＝（Ｂ−Ｄ）＋（Ａ−Ｃ）（隣接する容量素子が対となる場合）
＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ａ−Ｄ）（対角線上に位置する容量素子が対になる場合）
となる。
【００８５】
なお、静電容量式センサ１００の出力Ｘ、Ｙの符号で「＋」、「−」がついているのは、センサ１００をある方向に傾けたとき（あるいは、ある方向の加速度を加えたとき）、センサ１００の出力電圧が中点（Ｖｃｃ／２：Ｖｃｃは電源電圧）から増加するか、減少するかを表している。
【００８６】
図４乃至図８に静電容量式センサ１００の出力Ｘ（−Ｘを含む）、Ｙ（−Ｙを含む）の演算順序を図２に示した場合と異ならしめた場合における静電容量式センサ１００の各部の動作状態を示す。図４は出力端子７００、７０１から出力される信号Ｘ，ＹをＸ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ），Ｙ＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ｄ−Ａ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。
【００８７】
図４が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号電圧を時分割で選択するスイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＡ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ａ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようにパルス信号発生回路５００からタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）が出力されるようになっている点である。
【００８８】
すなわち、Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ）の順にハイレベルの信号がパルス信号発生回路５００から出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流（電荷）がＡ，Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ａ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力Ｘ，Ｙの演算が、Ｘ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ），Ｙ＝（Ｃ−Ｂ）＋（Ｄ−Ａ）として行なわれる。
【００８９】
また、図５は出力端子７００、７０１から出力される信号−Ｘ，−Ｙを−Ｘ＝（Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｃ），−Ｙ＝（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図５が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＢ，Ａ，Ｄ，Ｃ，Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｄ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９０】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＢ，Ａ，Ｄ，Ｃ，Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力−Ｘ，−Ｙの演算が、−Ｘ＝（Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｃ），−Ｙ＝（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）として行なわれる。
【００９１】
また、図６は出力端子７００、７０１から出力される信号−Ｘ，−Ｙを−Ｘ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ｄ−Ａ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図６が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＢ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９２】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＢ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力−Ｘ，−Ｙの演算が、−Ｘ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ｄ−Ａ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）として行なわれる。
【００９３】
また、図７は出力端子７００、７０１から出力される信号Ｘ，−ＹをＸ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図７が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９４】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ａ，Ｄ，Ｂ，Ｃ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力Ｘ，−Ｙの演算が、Ｘ＝（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ），−Ｙ＝（Ａ−Ｄ）＋（Ｂ−Ｃ）として行なわれる。
【００９５】
また、図８は出力端子７００、７０１から出力される信号Ｘ，−ＹをＸ＝（Ｃ−Ｄ）＋（Ａ−Ｂ），−Ｙ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ａ−Ｄ）としたときの各部の動作状態を示すタイミングチャートである。図８が図２に示したタイミングチャートと異なるのは、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換タイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のハイレベルとなる出力順序が、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から検出される信号をＣ，Ｄ，Ａ，Ｂ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｄ，…の順に選択できるように時系列的に変化するようになっている点である。すなわち、Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ｄ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｂ），Ｄ（Ｃ），Ｄ（Ａ），Ｄ（Ｄ）の順にハイレベルの信号が出力される。その他の信号のタイミングは図２と同一である。
【００９６】
スイッチＳ１〜Ｓ４を上述したタイミングで出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）で切り換えることにより、積分器６００の積分用コンデンサＣ５にコンデンサＣ１〜Ｃ４より電流がＣ，Ｄ，Ａ，Ｂ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｄ，…の順で出力され、既述した動作により静電容量式センサ１００の出力Ｘ，−Ｙの演算が、Ｘ＝（Ｃ−Ｄ）＋（Ａ−Ｂ），−Ｙ＝（Ｂ−Ｃ）＋（Ａ−Ｄ）として行なわれる。
【００９７】
以上のように、複数の信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４の各々の出力信号の信号経路が同一であるので、これらの信号検出用コンデンサの出力信号をパルス信号発生回路５００から出力されるタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）による切り換えにより特性が変化することなく、演算手段（減算器６１０、加算器６２０）から出力される信号Ｘ，Ｙの極性（出力の増減方向）、演算順序を変更することができる。
【００９８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成を図９に示す。なお、図１０〜図１４に基づいて既述した機構は本実施形態についても同様であるので、その説明は省略する。図２〜図８に基づいて説明した動作も第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
また、第２の実施形態に係る静電容量式センサが、第１の実施形態に係る静電容量式センサと構成上，異なるのは、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号（電流）を時分割で選択するアナログスイッチからなるスイッチＳ１〜Ｓ４に付随する寄生容量の影響を打ち消す寄生容量キャンセル手段を設けた点であり、その他の構成は第１実施の形態に係る静電容量式センサと同一であるので重複する説明は省略する。
【００９９】
図９において、スイッチＳ１〜Ｓ４の各々の共通接続されていない側における一端は、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３の一端とそれぞれ、接続され、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３の各他端は一定電位Ｖｃｃ／２に設定された端子とそれぞれ、接続されている。
また、スイッチＳ１〜Ｓ４の切り換えタイミングを規定するタイミング信号Ｄ（Ａ）〜Ｄ（Ｄ）のうちタイミング信号Ｄ（Ａ）は、スイッチＳ１に供給されると共に、インバータ５２０を介してアナログスイッチＳ２０に供給されるようになっている。
【０１００】
また、タイミング信号Ｄ（Ｂ）は、スイッチＳ２に供給されると共に、インバータ５２１を介してアナログスイッチＳ２１に供給されるようになっている。タイミング信号Ｄ（Ｃ）は、スイッチＳ３に供給されると共に、インバータ５２２を介してアナログスイッチＳ２２に供給されるようになっている。さらに、タイミング信号Ｄ（Ｄ）は、スイッチＳ４に供給されると共に、インバータ５２３を介してアナログスイッチＳ２３に供給されるようになっている。
【０１０１】
各スイッチＳ１〜Ｓ４の両端間に接続されているコンデンサＣｓ１〜Ｃｓ４は、スイッチＳ１〜Ｓ４に付随する寄生容量であり、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３の各々の両端間に接続されているコンデンサＣｓ２０〜Ｃｓ２３は、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３に付随する寄生容量である。
なお、アナログスイッチＳ２０〜Ｓ２３は、本発明のキャンセル用スイッチに、パルス信号発生回路５００及びインバータ５２０〜５２３は、本発明のスイッチ制御手段に、オペアンプ５１０は本発明の電位設定手段に、それぞれ相当する。
【０１０２】
上記構成において、例えば、タイミング信号Ｄ（Ａ）によりスイッチＳ１が選択され、他のスイッチＳ２〜Ｓ４が選択されていない状態にあるものとする。このとき、スイッチＳ１がオン状態になり、スイッチＳ２〜Ｓ４はオフ状態になる。
一方、アナログスイッチＳ２０は、インバータ５２０によりタイミング信号Ｄ（Ａ）（ハイレベルの信号）が反転されるので、オフ状態になり、その他のアナログスイッチＳ２１〜Ｓ２３はそれぞれ、タイミング信号Ｄ（Ｂ）〜Ｄ（Ｄ）（ロウレベルの信号）がインバータ５２１〜５２３により反転されるので、オン状態となる。
【０１０３】
他方、オペアンプ５１０の非反転入力端子の電位が一定電位Ｖｃｃ／２に設定されており、反転入力端子と出力端子との間がコンデンサＣ５を介して負帰還されるように接続されているので、イマジナリショートによりオペアンプ５１０の反転入力端子の電位は一定電位Ｖｃｃ／２に固定される。したがって、スイッチＳ１〜Ｓ４の共通接続された一端の電位は、オペアンプ５１０の反転入力端子に接続されているため一定電位Ｖｃｃ／２となり、スイッチＳ１に付随する寄生容量Ｃｓ１は、スイッチＳ１がオン状態であるので、短絡され、またアナログスイッチＳ２０の両端は一定電位Ｖｃｃ／２となるので、アナログスイッチＳ２０に付随する寄生容量Ｃｓ２０の両端も同電位となり、寄生容量Ｃｓ１，Ｃｓ２０において、電流は流れない。
【０１０４】
また、選択されていないスイッチＳ２〜Ｓ４に付随する寄生容量Ｃｓ２〜Ｃｓ４を通じて信号検出用コンデンサＣ２〜Ｃ４から流れる電流は、アナログスイッチＳ２１〜Ｓ２３がオン状態となることにより寄生容量Ｃｓ２〜Ｃｓ４の両端間は一定電位Ｖｃｃ／２で短絡され、かつアナログスイッチＳ２１〜Ｓ２３に付随する寄生容量Ｃｓ２１〜Ｃｓ２３の各々の両端間は短絡されるので、一定電位Ｖｃｃ／２に設定された端子側にバイパスされる。
また、他のスイッチＳ２〜Ｓ４が選択されオン状態となった場合も、同様に動作する。したがって、スイッチＳ１〜Ｓ４に付随する寄生容量の影響をキャンセルすることができる。
【０１０５】
以上に説明したように、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、従来の静電容量式センサのように、ＣＲ遅延回路を使用して静電容量を検出していないので、抵抗素子の温度変化や配線抵抗の影響を受けず、精度良く静電容量に基づいて可動電極の揺動動作を検出することができる。
また、揺動動作を検出するための複数の容量素子の出力信号を時分割で選択的に入力し、演算して揺動動作を求めるようにしたので、複数の容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路構成を簡略化できる。
【０１０６】
また、複数の容量素子（信号検出用コンデンサ）の出力信号を時分割で入力した以降の回路は各容量素子の出力信号について共通に使用されるので、時分割で演算処理を行わない場合に比して、回路素子の定数のばらつきの影響を受けないという効果が有る。
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、容量素子の静電容量に応じた信号の変化量を算出するのに、加算演算する前に、減算、すなわち差動をとっているので、演算のダイナミックレンジを大きくとることができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、減算器６１０、加算器６２０を含む演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、タイミング信号生成手段としてのパルス信号発生回路５００は、演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方の極性、すなわち第１又は第２の出力信号の増減方向を例えば、（Ｘ，−Ｙ）のように逆向きに変更可能にするように信号検出用コンデンサ（容量素子）Ｃ１〜Ｃ４から得られる信号を時分割で選択するスイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための２種類の切換タイミング信号を生成する。
【０１０８】
それ故、複数の容量素子の各々の出力信号（信号電圧）の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することなく、演算手段から出力される第１、第２の出力信号のいずれか一方の極性を変化させることができる。
したがって、静電容量センサを使用する装置に実装する際に、上下逆向きに取り付けても、センサの傾斜方向等に対する出力信号の増減方向を同じにすることができ、取り付け配置の自由度が増加するという効果が得られる。
【０１０９】
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、減算器６１０、加算器６２０を含む演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により生ずる容量素子の静電容量の変化量を示す第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、タイミング信号生成手段としてのパルス信号発生回路５００は、演算手段の第１、第２の出力信号の極性を（−Ｘ，−Ｙ），（Ｘ，−Ｙ），（−Ｘ，Ｙ）に変更可能にするように前記スイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための４種類の切換タイミング信号を生成する。
【０１１０】
それ故、複数の容量素子の各々の出力信号（信号電圧）の信号経路が同一であるので、これら複数の容量素子の出力信号の切り換えにより特性が変化することなく、演算手段から出力される第１、第２の出力信号の極性を４種類まで、変化させることができる。
したがって、静電容量センサを使用する装置に実装する際に、取り付け配置の自由度を、さらに増加させることができるという効果が得られる。
【０１１１】
また、本実施形態に係る静電容量式センサによれば、信号検出用コンデンサＣ１〜Ｃ４から得られる信号を時分割で選択するスイッチ手段は、４つの容量素子の各々に、一端が接続され、他端が共通接続されて演算手段側に接続される４つのスイッチＳ１〜Ｓ４からなり、さらに、前記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響を打ち消す寄生容量キャンセル手段を有するので、静電容量の検出部である複数の容量素子にとって寄生容量の影響が最も大きいスイッチ手段を構成する各スイッチの寄生容量の影響を打ち消すことができる。
【０１１２】
すなわち、上記複数の容量素子の静電容量は非常に小さく、複数の容量素子の出力信号を取り込む入力部を構成する上記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響が大きく、具体的には、選択していない他のスイッチの寄生容量分が選択した容量素子に合成されてしまい、センサの感度の低下やセンサ出力のオフセットの変動が生じる。さらに、寄生容量値はばらつきが有り、温度変化も有るために、センサ出力が温度により変化することとなるが、これらの影響をなくすことができる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、固定基板に形成された固定電極と、揺動動作可能に支持されるとともに前記固定電極に対向配置され、該固定電極との距離が前記揺動動作により変位する可動電極とを有し、前記固定電極と可動電極とで構成される容量素子の静電容量に基づいて前記揺動動作を検出する静電容量式センサにおいて、前記固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の電極が分割されており、前記固定電極と可動電極とで複数の容量素子が形成され、前記固定電極と可動電極のうちいずれか一方の電極に接続され、該電極にロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号を前記複数の容量素子に印加する駆動信号供給手段と、前記複数の容量素子から各容量素子の静電容量に対応して出力された信号を制御信号に基づいて時分割で選択するスイッチ手段と、前記駆動信号がロウレベル時とハイレベル時における前記スイッチ手段の出力に基づいて前記揺動動作を求める演算手段と、前記スイッチ手段の切換タイミング及び前記演算手段の演算処理タイミングを規定するタイミング信号を生成し、前記スイッチ手段及び演算手段に供給するタイミング信号生成手段とを有する。
【０１１４】
したがって、従来の静電容量式センサのように、ＣＲ遅延回路を使用して静電容量を検出していないので、抵抗素子の温度変化や配線抵抗の影響を受けず、精度良く静電容量に基づいて可動電極の揺動動作を検出することができる。よって、傾斜状態や加速度等を精度よく検知することができる。
また、揺動動作を検出するための複数の容量素子の出力信号を時分割で選択的に入力し、演算して揺動動作を求めるようにしたので、複数の容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路構成を簡略化できる。
また、複数の信号検出用容量素子の出力信号を時分割で入力した以降の回路は各容量素子の出力信号について共通に使用されるので、時分割で演算処理を行わない場合に比して、回路素子の定数のばらつきの影響を受けないという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の一例を示すタイミングチャート。
【図３】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの主要部における信号波形を示す波形図。
【図４】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図５】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図６】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図７】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図８】図１に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサの動作の他の例を示すタイミングチャート。
【図９】本発明の第２実施形態に係る静電容量式センサの電気的構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の実施形態に係る静電容量式センサの全体構成を示す概略断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係る静電容量センサの全体構成を示す分解斜視図。
【図１２】図１０に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサにおける基板の平面図。
【図１３】図１０に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサにおける基板に対向して設けられている金属板（可動電極）の一例を示す平面図。
【図１４】図１０に示した本発明の実施形態に係る静電容量式センサにおける基板に対向して設けられている金属板（可動電極）の他の例を示す平面図。
【図１５】従来の静電容量式センサの処理回路の構成を示す回路図。
【図１６】図１５に示す処理回路の各点における信号波形を示す図。
【符号の説明】
１０…基板、１１ａ…固定電極、１２…支持用突起、２０…スペーサ、３０…可動電極、４０…錘、５０…パッキン、６０…カバー、１００…静電容量式センサ、２００…検出部、３００…回路素子、３００Ｃ…回路部（拡散部）、５００…パルス信号発生回路、Ｃ１〜Ｃ４…信号検出用コンデンサ（容量素子）、５１０〜５１４…オペアンプ、５２０〜５２３…インバータ、Ｓ１〜Ｓ１４…スイッチ、Ｓ２０〜Ｓ２３…アナログスイッチ（キャンセル用スイッチ）、Ｃ５〜Ｃ１１…コンデンサ、Ｃｓ１〜Ｃｓ４，Ｃｓ２０〜Ｃｓ２３…寄生容量、６００…積分器、６１０…減算器、６２０…加算器、６３０、６４０…サンプルホールド回路
Claims (7)
- 固定基板に形成された固定電極と、揺動動作可能に支持されるとともに前記固定電極に対向配置され、該固定電極との距離が前記揺動動作により変位する可動電極とを有し、前記固定電極と可動電極とで構成される容量素子の静電容量に基づいて前記揺動動作を検出する静電容量式センサにおいて、
前記固定電極と可動電極のうち少なくとも一方の電極が分割されており、前記固定電極と可動電極とで複数の容量素子が形成され、
前記固定電極と可動電極のうちいずれか一方の電極に接続され、該電極にロウレベルとハイレベルとに交互に変化する駆動信号を前記複数の容量素子に印加する駆動信号供給手段と、
前記複数の容量素子から各容量素子の静電容量に対応して出力された信号を制御信号に基づいて時分割で選択するスイッチ手段と、
前記駆動信号がロウレベル時とハイレベル時における前記スイッチ手段の出力に基づいて前記揺動動作を求める演算手段と、
前記スイッチ手段の切換タイミング及び前記演算手段の演算処理タイミングを規定するタイミング信号を生成し、前記スイッチ手段及び演算手段に供給するタイミング信号生成手段と、
を有することを特徴とする静電容量式センサ。 - 前記可動電極は、直交するＸ−Ｙ座標面に対して２軸に揺動可能であり、かつ前記複数の容量素子は、前記Ｘ−Ｙ座標面の第１〜第４象限に対応して４つ有り、
前記演算手段は、
前記４つの容量素子は、前記揺動動作に伴って、容量が増加する第１の容量素子と、容量が減少する第２の容量素子の、２対の容量素子からなり、
これら対をなす２つの容量素子における静電容量に対応した信号の差をそれぞれ、算出する減算器と、
前記減算器により算出された２組の減算結果を加算する加算器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。 - 前記可動電極は、前記４つの容量素子の共通電極となるように形成され、前記固定電極が４つに分割されていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量式センサ。
- 前記演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により増減する第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により増減する第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、
前記タイミング信号生成手段は、前記演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方の増減方向を逆向きに変更可能にするように前記スイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための少なくとも２種類の切換タイミング信号を生成することを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の静電容量式センサ。 - 前記演算手段は、Ｘ軸方向の揺動により増減する第１の出力信号（Ｘ）と、Ｙ軸方向の揺動により増減する第２の出力信号（Ｙ）とを出力し、
前記タイミング信号生成手段は、前記演算手段の第１、第２の出力信号のいずれか一方あるいは双方の増減方向を逆向きに変更可能にするように前記スイッチ手段の切り換えタイミングを異ならしめるための少なくとも４種類の切換タイミング信号を生成することを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の静電容量式センサ。 - 前記スイッチ手段は、前記複数の容量素子の各々に、一端が接続され、他端が共通接続されて前記演算手段側に接続される複数のスイッチからなり、
さらに、前記スイッチ手段の各スイッチに付随する寄生容量の影響を打ち消す寄生容量キャンセル手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の静電容量式センサ。 - 前記寄生容量キャンセル手段は、
前記スイッチ手段の各スイッチの前記一端に一端が接続され、他端が所定の電位に保持されるように設定された複数のキャンセル用スイッチと、
前記スイッチ手段を構成する複数のスイッチが共通接続された接続点の電位を前記所定の電位に設定するオペアンプにより構成された電位設定手段と、
少なくとも前記スイッチ手段のいずれかのスイッチを介して該スイッチに対応する容量素子から静電容量と対応した信号が出力される際に、該スイッチ以外の他のすべてのスイッチの前記一端に一端が接続された前記キャンセル用スイッチをオン状態にするスイッチ制御手段と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の静電容量式センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003039983A JP2004251659A (ja) | 2003-02-18 | 2003-02-18 | 静電容量式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003039983A JP2004251659A (ja) | 2003-02-18 | 2003-02-18 | 静電容量式センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004251659A true JP2004251659A (ja) | 2004-09-09 |
Family
ID=33024001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003039983A Withdrawn JP2004251659A (ja) | 2003-02-18 | 2003-02-18 | 静電容量式センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004251659A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007248453A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-09-27 | Seiko Instruments Inc | 力学量センサ |
| WO2015037550A1 (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | アルプス電気株式会社 | 静電容量－電圧変換装置 |
| CN112946520A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-11 | 厦门天马微电子有限公司 | 电容短路检测电路、显示装置及电容短路检测方法 |
-
2003
- 2003-02-18 JP JP2003039983A patent/JP2004251659A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007248453A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-09-27 | Seiko Instruments Inc | 力学量センサ |
| WO2015037550A1 (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | アルプス電気株式会社 | 静電容量－電圧変換装置 |
| CN112946520A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-11 | 厦门天马微电子有限公司 | 电容短路检测电路、显示装置及电容短路检测方法 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060509 |