JP3020736B2 - Signal processing circuit for sensors using change in capacitance - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は静電容量の変化を利用し
たセンサ用の信号処理回路、特に一対の電極間距離の変
化に基づいて力・加速度・磁気などの検出を行うセンサ
についての信号処理を行う回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, and more particularly to a signal for a sensor which detects force, acceleration, magnetism, etc. based on a change in the distance between a pair of electrodes. It relates to a circuit that performs processing.

【０００２】[0002]

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、力、加
速度、磁気といった物理量を正確に検出できるセンサの
需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の各
成分ごとにこれらの物理量を検出しうる小型の装置が望
まれている。2. Description of the Related Art In the automobile industry, the machine industry, and the like, there is an increasing demand for sensors capable of accurately detecting physical quantities such as force, acceleration, and magnetism. In particular, a small device capable of detecting these physical quantities for each of two-dimensional or three-dimensional components is desired.

【０００３】このような需要に応えるため、シリコンな
どの半導体基板にゲージ抵抗を形成し、外部から加わる
力に基づいて基板に生じる機械的な歪みを、ピエゾ抵抗
効果を利用して電気信号に変換する力・加速度・磁気の
センサが提案されている。ただ、このようなゲージ抵抗
を用いたセンサは、製造コストが高く、温度補償が必要
であるという問題がある。In order to meet such demands, a gauge resistor is formed on a semiconductor substrate such as silicon, and mechanical strain generated in the substrate based on an externally applied force is converted into an electric signal using a piezoresistance effect. Force, acceleration, and magnetism sensors have been proposed. However, a sensor using such a gauge resistor has a problem that manufacturing cost is high and temperature compensation is required.

【０００４】そこで、近年、静電容量の変化を利用して
物理量の検出を行うセンサが提案されている。たとえ
ば、特願平２−２７４２９９号明細書、特願平３−１３
８１９１号明細書、特願平３−２０３８７５明細書、特
願平３−３０６５８７号明細書、特願平３−８９５７０
号明細書、特許協力条約に基づく国際公開第ＷＯ９１／
１０１１８号公報には、静電容量の変化を利用した新規
なセンサが提案されている。この新規なセンサでは、固
定基板上に形成された固定電極と、力の作用により変位
を生じる変位電極と、によって容量素子が構成され、こ
の容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用した力の
多次元成分のそれぞれが検出できる。また、特願平２−
４１６１８８号明細書には、この新規なセンサの製造方
法が開示され、特許協力条約に基づく国際出願に係るＰ
ＣＴ／ＪＰ９１／００４２８号明細書には、この新規な
センサの検査方法が開示されている。また、特願平３−
２０３８７６号明細書には、容量素子の代わりに、圧電
素子を用いたセンサが開示されている。Therefore, in recent years, sensors have been proposed which detect a physical quantity by utilizing a change in capacitance. For example, Japanese Patent Application No. 2-274299, Japanese Patent Application No. 3-13.
No. 8191, Japanese Patent Application No. 3-203875, Japanese Patent Application No. 3-306587, Japanese Patent Application No. 3-89570.
Specification, International Publication No. WO91 /
Japanese Patent No. 10118 proposes a novel sensor using a change in capacitance. In this novel sensor, a capacitance element is formed by a fixed electrode formed on a fixed substrate and a displacement electrode that generates displacement by the action of a force, and acts based on a change in capacitance of the capacitance element. Each of the multidimensional components of the force can be detected. In addition, Japanese Patent Application Hei 2-
Japanese Patent No. 416188 discloses a method for manufacturing this novel sensor, and discloses a method for producing a P.S.
In the specification of CT / JP91 / 00428, a new sensor inspection method is disclosed. In addition, Japanese Patent Application Hei 3-
JP 203876 discloses a sensor using a piezoelectric element instead of a capacitive element.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】自動車や産業用ロボッ
トの制御装置は、センサからの出力信号に基づいて種々
の制御を行う。このとき、出力信号は、静電容量Ｃの形
ではなく、電圧値Ｖや周波数値ｆの形で与えられていた
方が取り扱いやすい。そのため、静電容量の変化として
取り出されるセンサの出力を、電圧値や周波数値に変換
するための信号処理回路が必要になる。ところが、従来
用いられているこの種の信号処理回路には、温度特性が
悪いという問題がある。すなわち、変換後の電圧値Ｖや
周波数値ｆが温度の影響を受けた値となってしまう。特
に、自動車や産業用ロボットにセンサを用いた場合、−
４０〜＋１００℃という過酷な温度条件が要求され、温
度特性は検出精度に重大な影響を与えることになる。A control device for an automobile or an industrial robot performs various controls based on output signals from sensors. At this time, it is easier to handle the output signal if it is given not in the form of the capacitance C but in the form of the voltage value V or the frequency value f. Therefore, a signal processing circuit for converting the output of the sensor extracted as a change in capacitance into a voltage value or a frequency value is required. However, this type of conventionally used signal processing circuit has a problem of poor temperature characteristics. That is, the converted voltage value V and frequency value f are values affected by the temperature. In particular, when a sensor is used in an automobile or an industrial robot,-
Severe temperature conditions of 40 to + 100 ° C. are required, and temperature characteristics have a significant effect on detection accuracy.

【０００６】そこで本発明は、温度の影響を受けること
なく正確な検出値を出力することができる静電容量の変
化を利用したセンサ用の信号処理回路を提供することを
目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a signal processing circuit for a sensor utilizing a change in capacitance capable of outputting an accurate detection value without being affected by temperature.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】(1) 本願第１の発明
は、所定方向への外力が作用することにより、相互間距
離が増加するように配置された電極対によって第１の容
量素子を構成し、逆に、相互間距離が減少するように配
置された電極対によって第２の容量素子を構成し、第１
の容量素子の静電容量の変化値と第２の容量素子の静電
容量の変化値との差分に基づいて、作用した外力を検出
できるセンサ、に用いる信号処理回路において、第１の
容量素子の電極対を構成する第１の電極および第２の容
量素子の電極対を構成する第１の電極を所定の電圧に固
定するとともに、第１の容量素子の電極対を構成する第
２の電極および第２の容量素子の電極対を構成する第２
の電極に所定周波数の信号を供給する信号供給手段と、
第１の容量素子の電極対を構成する第２の電極に生じる
電圧変動と、第２の容量素子の電極対を構成する第２の
電極に生じる電圧変動と、の位相差を検出する検出手段
と、を設けるようにしたものである。(2) 本願第２の発明は、 外力の作用により相互間距離
が変化するように配置された電極対によって容量素子を
構成し、この容量素子の静電容量の変化に基づいて、作
用した外力を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路
において、所定周波数の信号を発生させる信号発生源
と、この信号発生源の出力端に第１の端点が接続された
抵抗素子と、第１の入力端が、信号発生源の出力端に接
続され、第２の入力端が、抵抗素子の第２の端点に接続
され、第１の入力端に与えられた信号と第２の入力端に
与えられた信号との位相差に基づく信号を出力する手段
と、を設け、容量素子を構成する電極対の一方を所定の
電圧に固定するとともに、他方を抵抗素子の第２の端点
に接続し、容量素子の静電容量の変化を論理信号として
出力できるようにしたものである。[Means for Solving the Problems] (1) First invention of the present application
, By an external force in a predetermined direction is applied, the electrodes disposed pairs as mutual distance increases constitutes a first capacitive element, conversely, mutual distance is arranged to reduce A second capacitive element is constituted by the electrode pair,
A signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force based on a difference between a capacitance change value of the capacitance element and a capacitance change value of the second capacitance element; The first electrode forming the electrode pair and the first electrode forming the electrode pair of the second capacitor are fixed at a predetermined voltage, and the second electrode forming the electrode pair of the first capacitor is fixed. And the second electrode forming the electrode pair of the second capacitive element.
Signal supply means for supplying a signal of a predetermined frequency to the electrodes of
Detecting means for detecting a phase difference between a voltage change occurring at a second electrode forming the electrode pair of the first capacitor and a voltage change occurring at a second electrode forming the electrode pair of the second capacitor; And are provided. (2) According to the second invention of the present application , a capacitive element is formed by a pair of electrodes arranged so that the mutual distance changes by the action of an external force, and an external force applied based on a change in the capacitance of the capacitive element. In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting a signal, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, a resistance element having a first end point connected to an output end of the signal generation source, and a first input end , A second input terminal is connected to a second end point of the resistance element, and a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. Means for outputting a signal based on the phase difference between the first and second electrodes, and fixing one of the electrode pairs constituting the capacitor to a predetermined voltage and connecting the other to a second end point of the resistor, Change of capacitance can be output as a logic signal. It is.

【０００８】(3) 本願第３の発明は、外力の作用によ
り相互間距離が変化するように配置された電極対によっ
て容量素子を構成し、この容量素子の静電容量の変化に
基づいて、作用した外力を検出できるセンサ、に用いる
信号処理回路において、所定周波数の信号を発生させる
信号発生源と、この信号発生源で発生した信号を入力
し、この入力信号に応じた所定の駆動信号を、所定の駆
動能力をもって出力する一対の同一の駆動素子と、この
一対の駆動素子のうちの第１の駆動素子の出力端に第１
の端点が接続された抵抗素子と、第１の入力端が、一対
の駆動素子のうちの第２の駆動素子の出力端に接続さ
れ、第２の入力端が、抵抗素子の第２の端点に接続さ
れ、第１の入力端に与えられた信号と第２の入力端に与
えられた信号との位相差に基づく信号を出力する手段
と、を設け、容量素子を構成する電極対の一方を所定の
電圧に固定するとともに、他方を抵抗素子の第２の端点
に接続し、容量素子の静電容量の変化を論理信号として
出力できるようにしたものである。 (3) In the third invention of the present application , a capacitance element is formed by a pair of electrodes arranged so that the distance between the electrodes is changed by the action of an external force, and based on a change in the capacitance of the capacitance element, In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency and a signal generated by the signal generation source are input, and a predetermined drive signal corresponding to the input signal is generated. , A pair of identical driving elements that output with a predetermined driving capability, and a first driving element of the pair of driving elements connected to an output terminal of the first driving element.
A first input terminal is connected to an output terminal of a second drive element of the pair of drive elements, and a second input terminal is connected to a second end point of the resistance element. And a means for outputting a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal, and wherein one of the electrode pairs constituting the capacitive element is provided. Is fixed to a predetermined voltage, and the other is connected to the second end point of the resistance element so that a change in the capacitance of the capacitance element can be output as a logic signal.

【０００９】(4) 本願第４の発明は、所定方向への外
力が作用することにより、相互間距離が増加するように
配置された電極対によって第１の容量素子を構成し、逆
に、相互間距離が減少するように配置された電極対によ
って第２の容量素子を構成し、第１の容量素子の静電容
量の変化値と第２の容量素子の静電容量の変化値との差
分に基づいて、作用した外力を検出できるセンサ、に用
いる信号処理回路において、所定周波数の信号を発生さ
せる信号発生源と、この信号発生源の出力端に第１の端
点が接続された第１の抵抗素子と、この信号発生源の出
力端に第１の端点が接続された第２の抵抗素子と、第１
の入力端が、第１の抵抗素子の第２の端点に接続され、
第２の入力端が、第２の抵抗素子の第２の端点に接続さ
れ、第１の入力端に与えられた信号と第２の入力端に与
えられた信号との位相差に基づく信号を出力する手段
と、を設け、第１の容量素子を構成する電極対の一方と
第２の容量素子を構成する電極対の一方とを所定の電圧
に固定するとともに、第１の容量素子を構成する電極対
の他方を第１の抵抗素子の第２の端点に接続し、第２の
容量素子を構成する電極対の他方を第２の抵抗素子の第
２の端点に接続し、差分を論理信号として出力できるよ
うにしたものである。 (4) In the fourth invention of the present application , the first capacitive element is configured by the electrode pair arranged so that the mutual distance increases by the external force acting in a predetermined direction. A second capacitive element is constituted by an electrode pair arranged so that the distance between them is reduced, and a change in the capacitance of the first capacitor and a change in the capacitance of the second capacitor are calculated. In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force based on a difference, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, and a first terminal having a first end point connected to an output terminal of the signal generation source A second resistance element having a first end point connected to the output end of the signal generation source;
Is connected to a second end point of the first resistance element,
A second input terminal is connected to a second end point of the second resistive element, and outputs a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. Output means for fixing one of the pair of electrodes constituting the first capacitive element and one of the pair of electrodes constituting the second capacitive element to a predetermined voltage, and forming the first capacitive element. The other of the pair of electrodes to be connected is connected to the second end point of the first resistance element, the other of the pair of electrodes forming the second capacitance element is connected to the second end point of the second resistance element, and the difference is logically calculated. It can be output as a signal.

【００１０】(5) 本願第５の発明は、所定方向への外
力が作用することにより、相互間距離が増加するように
配置された電極対によって第１の容量素子を構成し、逆
に、相互間距離が減少するように配置された電極対によ
って第２の容量素子を構成し、第１の容量素子の静電容
量の変化値と第２の容量素子の静電容量の変化値との差
分に基づいて、作用した外力を検出できるセンサ、に用
いる信号処理回路において、所定周波数の信号を発生さ
せる信号発生源と、この信号発生源で発生した信号を入
力し、この入力信号に応じた所定の駆動信号を、所定の
駆動能力をもって出力する一対の同一の駆動素子と、こ
の一対の駆動素子のうちの第１の駆動素子の出力端に第
１の端点が接続された第１の抵抗素子と、一対の駆動素
子のうちの第２の駆動素子の出力端に第１の端点が接続
された第２の抵抗素子と、第１の入力端が、第１の抵抗
素子の第２の端点に接続され、第２の入力端が、第２の
抵抗素子の第２の端点に接続され、第１の入力端に与え
られた信号と第２の入力端に与えられた信号との位相差
に基づく信号を出力する手段と、を設け、第１の容量素
子を構成する電極対の一方と第２の容量素子を構成する
電極対の一方とを所定の電圧に固定するとともに、第１
の容量素子を構成する電極対の他方を第１の抵抗素子の
第２の端点に接続し、第２の容量素子を構成する電極対
の他方を第２の抵抗素子の第２の端点に接続し、差分を
論理信号として出力できるようにしたものである。 (5) According to the fifth invention of the present application , the first capacitive element is configured by an electrode pair arranged so that the distance between the electrodes is increased by an external force acting in a predetermined direction. A second capacitive element is constituted by an electrode pair arranged so that the distance between them is reduced, and a change in the capacitance of the first capacitor and a change in the capacitance of the second capacitor are calculated. In a signal processing circuit used for a sensor capable of detecting an applied external force based on the difference, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, and a signal generated by the signal generation source are input, and the signal is generated according to the input signal. A pair of identical driving elements for outputting a predetermined driving signal with a predetermined driving capability, and a first resistor having a first end point connected to an output terminal of a first driving element of the pair of driving elements. Element and a second drive of the pair of drive elements. A second resistance element having a first end connected to the output end of the element, a first input end connected to a second end point of the first resistance element, and a second input end connected to the second end. Means for outputting a signal based on the phase difference between the signal supplied to the first input terminal and the signal supplied to the second input terminal, One of the pair of electrodes forming the first capacitor and one of the pair of electrodes forming the second capacitor are fixed at a predetermined voltage, and
Of the pair of electrodes constituting the first capacitive element is connected to the second end point of the first resistive element, and the other of the pair of electrodes constituting the second capacitive element is connected to the second end point of the second resistive element Then, the difference can be output as a logic signal.

【００１１】(6) 本願第６の発明は、上述の第２〜第
５の発明に係る信号処理回路において、位相差に基づく
信号を出力する手段として、排他的論理和演算を行う機
能をもった論理素子を用い、この論理素子が出力する論
理信号のデューティー比の変化として、作用した外力を
検出できるようにしたものである。 (6) The sixth invention of the present application relates to the above-described second to second aspects.
In the signal processing circuit according to the fifth aspect, as a means for outputting a signal based on the phase difference, a logic element having a function of performing an exclusive OR operation is used, and a change in a duty ratio of a logic signal output by the logic element is used. As a result, the applied external force can be detected.

【００１２】[0012]

【作 用】本願第１の発明では、容量素子に与えた信号
の位相の変化に基づいて正確な検出を行うことができ
る。特に、本願第２および第３の発明では、センサを構
成する容量素子に抵抗素子を組み合わせることによりＣ
Ｒ遅延回路が構成されることになり、このＣＲ遅延回路
を通った信号と通らない信号との位相差が出力信号上に
得られる。このため、温度の影響の少ない正確な検出値
が得られるようになる。また、本願第４および第５の発
明では、所定の外力の作用により、電極間距離が一方は
増加、他方は減少するような一対の容量素子にそれぞれ
抵抗素子が組み合わされ、一対のＣＲ遅延回路が構成さ
れる。そして両ＣＲ遅延回路を通った信号同士の位相差
が出力信号上に得られる。このため、両容量素子におけ
る静電容量値の差分をとるための演算は不要になる。更
に、本願第６の発明では、排他的論理和演算を行ってデ
ューティー比の変化として作用した外力を検出できるの
で、より正確な検出値を得ることができるようになる。According to the first aspect of the present invention, accurate detection can be performed based on a change in the phase of a signal applied to a capacitive element. In particular, in the second and third inventions of the present application, by combining a resistive element with a capacitive element constituting a sensor, C
An R delay circuit is formed, and a phase difference between a signal that has passed through the CR delay circuit and a signal that has not passed is obtained on the output signal. For this reason, an accurate detection value with little influence of temperature can be obtained. In addition, the fourth and fifth aspects of the present invention
For simplicity , the resistance is combined with a pair of capacitance elements, one of which increases the distance between the electrodes and the other decreases, thereby forming a pair of CR delay circuits. Then, the phase difference between the signals passing through both CR delay circuits is obtained on the output signal. For this reason, the calculation for obtaining the difference between the capacitance values of the two capacitance elements becomes unnecessary. Furthermore, in the sixth aspect of the present invention , since an external force acting as a change in the duty ratio can be detected by performing an exclusive OR operation, a more accurate detected value can be obtained.

【００１３】[0013]

【実施例】§１ センサの基本原理 はじめに、本発明の適用対象となるセンサの基本原理に
ついて簡単に述べておく。なお、具体的なセンサの構造
や製造方法についての詳細は、前掲の各明細書や公報を
参照されたい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS §1 Basic Principle of Sensor First, the basic principle of a sensor to which the present invention is applied will be briefly described. For details of the specific structure and manufacturing method of the sensor, refer to the above-described specifications and publications.

【００１４】図１は、この基本原理を説明するための加
速度センサの構造を示す側断面図である。このセンサの
主たる構成要素は、固定基板１０、可撓基板２０、作用
体３０、そして装置筐体４０である。図２に、固定基板
１０の下面図を示す。図２の固定基板１０をＸ軸に沿っ
て切断した断面が図１に示されている。固定基板１０
は、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体
４０に固定されている。この下面には、同じく円盤状の
固定電極１１が形成されている。一方、図３に可撓基板
２０の上面図を示す。図３の可撓基板２０をＸ軸に沿っ
て切断した断面が図１に示されている。可撓基板２０
も、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐体
４０に固定されている。この上面には、扇状の変位電極
２１〜２４および円盤状の変位電極２５が図のように形
成されている。作用体３０は、その上面が図３に破線で
示されているように、円柱状をしており、可撓基板２０
の下面に、同軸接合されている。装置筐体４０は、円筒
状をしており、固定基板１０および可撓基板２０の周囲
を固着支持している。FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of an acceleration sensor for explaining the basic principle. The main components of this sensor are a fixed substrate 10, a flexible substrate 20, an operating body 30, and a device housing 40. FIG. 2 shows a bottom view of the fixed substrate 10. FIG. 1 shows a cross section of the fixed substrate 10 of FIG. 2 cut along the X-axis. Fixed substrate 10
Is a disk-shaped substrate as shown, and its periphery is fixed to the device housing 40. On the lower surface, a disk-shaped fixed electrode 11 is also formed. On the other hand, FIG. 3 shows a top view of the flexible substrate 20. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis. Flexible substrate 20
Is a disk-shaped substrate as shown, and the periphery thereof is fixed to the device housing 40. On this upper surface, fan-shaped displacement electrodes 21 to 24 and a disk-shaped displacement electrode 25 are formed as shown in the figure. The action body 30 has a columnar shape as shown by a broken line in FIG.
Is coaxially joined to the lower surface of the. The device housing 40 has a cylindrical shape and fixedly supports the periphery of the fixed substrate 10 and the flexible substrate 20.

【００１５】固定基板１０および可撓基板２０は、互い
に平行な位置に所定間隔をおいて配設されている。いず
れも円盤状の基板であるが、固定基板１０は剛性が高く
撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板２０は
可撓性をもち、力が加わると撓みを生じる基板となって
いる。いま、図１に示すように、作用体３０の重心に作
用点Ｐを定義し、この作用点Ｐを原点とするＸＹＺ三次
元座標系を図のように定義する。すなわち、図１の右方
向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に対して垂直に紙面裏側
へ向かう方向にＹ軸、をそれぞれ定義する。ここで、こ
のセンサ全体をたとえば自動車に搭載したとすると、自
動車の走行に基づき作用体３０に加速度が加わることに
なる。この加速度により、作用点Ｐに外力が作用する。
作用点Ｐに力が作用していない状態では、図１に示すよ
うに、固定電極１１と変位電極２１〜２５とは所定間隔
をおいて平行な状態を保っている。ところが、たとえ
ば、作用点ＰにＸ軸方向の力Ｆｘが作用すると、この力
Ｆｘは可撓基板２０に対してモーメント力を生じさせ、
図４に示すように、可撓基板２０に撓みが生じることに
なる。この撓みにより、変位電極２１と固定電極１１と
の間隔は大きくなるが、変位電極２３と固定電極１１と
の間隔は小さくなる。作用点Ｐに作用した力が逆向きの
−Ｆｘであったとすると、これと逆の関係の撓みが生じ
ることになる。このように力Ｆｘまたは−Ｆｘが作用し
たとき、変位電極２１および２３に関する静電容量に変
化が表れることになり、これを検出することにより力Ｆ
ｘまたは−Ｆｘを検出することができる。このとき、変
位電極２２，２４，２５のそれぞれと固定電極１１との
間隔は、部分的に大きくなったり小さくなったりする
が、全体としては変化しないと考えてよい。一方、Ｙ方
向の力Ｆｙまたは−Ｆｙが作用した場合は、変位電極２
２と固定電極１１との間隔、および変位電極２４と固定
電極１１との間隔、についてのみ同様の変化が生じる。
また、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合は、図５に示す
ように、変位電極２５と固定電極１１との間隔が小さく
なり、逆向きの力−Ｆｚが作用した場合は、この間隔は
大きくなる。このとき、変位電極２１〜２４と固定電極
１１との間隔も、小さくあるいは大きくなるが、変位電
極２５に関する変化が最も顕著である。そこで、この変
位電極２５に関する静電容量の変化を検出することによ
り力Ｆｚまたは−Ｆｚを検出することができる。The fixed substrate 10 and the flexible substrate 20 are arranged at predetermined intervals at positions parallel to each other. Both are disc-shaped substrates, whereas the fixed substrate 10 has high rigidity and is unlikely to be bent, whereas the flexible substrate 20 has flexibility and becomes a substrate that bends when a force is applied. I have. Now, as shown in FIG. 1, an action point P is defined at the center of gravity of the action body 30, and an XYZ three-dimensional coordinate system having the action point P as an origin is defined as shown in the figure. That is, the X-axis is defined in the right direction in FIG. 1, the Z-axis is defined in the upward direction, and the Y-axis is defined in the direction perpendicular to the paper surface toward the back of the paper surface. Here, assuming that the entire sensor is mounted on, for example, an automobile, acceleration is applied to the action body 30 based on the traveling of the automobile. Due to this acceleration, an external force acts on the action point P.
In a state where no force acts on the action point P, as shown in FIG. 1, the fixed electrode 11 and the displacement electrodes 21 to 25 maintain a parallel state at a predetermined interval. However, for example, when a force Fx in the X-axis direction acts on the action point P, the force Fx generates a moment force on the flexible substrate 20,
As shown in FIG. 4, the flexible substrate 20 is bent. Due to this bending, the distance between the displacement electrode 21 and the fixed electrode 11 increases, but the distance between the displacement electrode 23 and the fixed electrode 11 decreases. Assuming that the force applied to the point of action P is -Fx in the opposite direction, the bending in the opposite relationship to this occurs. When the force Fx or −Fx acts in this manner, a change appears in the capacitance of the displacement electrodes 21 and 23, and by detecting this, the force Fx is detected.
x or -Fx can be detected. At this time, the distance between each of the displacement electrodes 22, 24, and 25 and the fixed electrode 11 partially increases or decreases, but it may be considered that the distance does not change as a whole. On the other hand, when a force Fy or −Fy in the Y direction acts, the displacement electrode 2
Similar changes occur only in the interval between the fixed electrode 11 and the displacement electrode 24 and the interval between the displacement electrode 24 and the fixed electrode 11.
When the force Fz in the Z-axis direction acts, as shown in FIG. 5, the distance between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11 decreases, and when the force −Fz in the opposite direction acts, this distance becomes growing. At this time, the distance between the displacement electrodes 21 to 24 and the fixed electrode 11 also becomes smaller or larger, but the change relating to the displacement electrode 25 is most remarkable. Therefore, the force Fz or -Fz can be detected by detecting a change in the capacitance of the displacement electrode 25.

【００１６】一般に、容量素子の静電容量Ｃは、電極面
積をＳ、電極間隔をｄ、誘電率をεとすると、 Ｃ＝εＳ／ｄ で定まる。したがって、対向する電極間隔が接近すると
静電容量Ｃは大きくなり、遠ざかると静電容量Ｃは小さ
くなる。本センサは、この原理を利用し、各電極間の静
電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作用点Ｐ
に作用した外力、別言すれば作用した加速度を検出する
ものである。すなわち、Ｘ軸方向の加速度は変位電極２
１，２３と固定電極１１との間の容量変化に基づき、Ｙ
軸方向の加速度は変位電極２２，２４と固定電極１１と
の間の容量変化に基づき、Ｚ軸方向の加速度は変位電極
２５と固定電極１１との間の容量変化に基づき、それぞ
れ検出が行われる。In general, the capacitance C of a capacitance element is determined by C = εS / d, where S is an electrode area, d is an electrode interval, and ε is a dielectric constant. Therefore, the capacitance C increases as the distance between the opposing electrodes decreases, and decreases as the distance increases. This sensor uses this principle to measure the change in capacitance between the electrodes, and based on the measured value, the point of action P
Is to detect the external force that acts on the vehicle, in other words, the acceleration that acts. That is, the acceleration in the X-axis direction is
Based on the capacitance change between the fixed electrodes 11 and 23, Y
The axial acceleration is detected based on the capacitance change between the displacement electrodes 22 and 24 and the fixed electrode 11, and the Z-axis acceleration is detected based on the capacitance change between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11, respectively. .

【００１７】いま、変位電極２１と固定電極１１との組
み合わせによって容量素子Ｃ１が構成され、変位電極２
２と固定電極１１との組み合わせによって容量素子Ｃ２
が構成され、変位電極２３と固定電極１１との組み合わ
せによって容量素子Ｃ３が構成され、変位電極２４と固
定電極１１との組み合わせによって容量素子Ｃ４が構成
され、変位電極２５と固定電極１１との組み合わせによ
って容量素子Ｃ５が構成されるものとすれば、図６に示
すような信号処理回路によって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
の加速度が検出できる。この信号処理回路で、ＣＶ変換
回路５１〜５５は、各容量素子Ｃ１〜Ｃ５のもつ静電容
量を、電圧値Ｖ１〜Ｖ５に変換する機能を有する。差動
増幅器５５は電圧値Ｖ１とＶ３との差分をとり、この差
電圧をＸ軸方向成分±Ｆｘとして端子Ｔｘに出力する。
図４に示すように、Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用した場合、
容量素子Ｃ１の容量値は減り、容量素子Ｃ３の容量値は
増える。したがって、端子Ｔｘに出力される電圧値（Ｖ
１−Ｖ３）が、検出すべき力のＸ軸方向成分に対応する
ことが理解できよう。同様に、差動増幅器５６は電圧値
Ｖ２とＶ４との差分をとり、この差電圧をＹ軸方向成分
±Ｆｙとして端子Ｔｙに出力する。また、端子Ｔｚに
は、容量素子Ｃ５の容量値に対応する電圧Ｖ５が、その
ままＺ軸方向成分±Ｆｚとして出力される。Now, a capacitive element C1 is constituted by the combination of the displacement electrode 21 and the fixed electrode 11, and the displacement electrode 2
2 and the fixed electrode 11, the capacitance element C2
Is formed, a capacitance element C3 is formed by a combination of the displacement electrode 23 and the fixed electrode 11, a capacitance element C4 is formed by a combination of the displacement electrode 24 and the fixed electrode 11, and a combination of the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11 is formed. If the capacitive element C5 is constituted by the above, acceleration in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions can be detected by a signal processing circuit as shown in FIG. In this signal processing circuit, the CV conversion circuits 51 to 55 have a function of converting the capacitance of each of the capacitance elements C1 to C5 into voltage values V1 to V5. The differential amplifier 55 calculates a difference between the voltage values V1 and V3, and outputs the difference voltage to a terminal Tx as an X-axis direction component ± Fx.
As shown in FIG. 4, when a force Fx in the X-axis direction acts,
The capacitance value of the capacitance element C1 decreases, and the capacitance value of the capacitance element C3 increases. Therefore, the voltage value (V
It can be understood that 1-V3) corresponds to the X-axis direction component of the force to be detected. Similarly, the differential amplifier 56 calculates the difference between the voltage values V2 and V4, and outputs the difference voltage to the terminal Ty as the Y-axis component ± Fy. Further, the voltage V5 corresponding to the capacitance value of the capacitance element C5 is output as it is to the terminal Tz as the Z-axis direction component ± Fz.

【００１８】こうして、作用点Ｐに作用した加速度に基
づく外力±Ｆｘ，±Ｆｙ，±Ｆｚの大きさを、図６に示
す信号処理回路の出力端子Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚに電圧値と
して得ることができる。なお、図１に示すセンサを、こ
こでは加速度センサとして説明したが、このセンサは、
作用点Ｐに直接外力を作用させるようにすれば、力セン
サとして用いることができるし、作用体３０を磁性体で
構成すれば、ここに作用する磁気力を検出するための磁
気センサとして用いることもできる。In this way, the magnitudes of the external forces ± Fx, ± Fy, ± Fz based on the acceleration applied to the action point P can be obtained as voltage values at the output terminals Tx, Ty, Tz of the signal processing circuit shown in FIG. it can. Although the sensor shown in FIG. 1 has been described here as an acceleration sensor,
If an external force is applied directly to the point of action P, it can be used as a force sensor. If the operating body 30 is made of a magnetic material, it can be used as a magnetic sensor for detecting the magnetic force applied thereto. Can also.

【００１９】§２ 従来の信号処理回路の問題点 図６に示す従来の信号処理回路で用いられているＣＶ変
換回路５１の具体的な構成を図７の回路図に示す。この
図７の回路は、一般に倍電圧回路として知られている回
路であり。図７の容量素子Ｃは、静電容量の測定対象と
なる容量素子であり、図６における容量素子Ｃ１に対応
する素子である。この容量素子Ｃには、ダイオード６
１，６２、別な容量素子６３、抵抗素子６４からなる回
路が接続されており、入力端子Ｔａに所定周波数の矩形
波を与えると、出力端子Ｔｂには、容量素子Ｃの静電容
量値に応じた出力電圧Ｖが得られる。しかしながら、こ
のＣＶ変換回路においては、ダイオード６１，６２のＶ
Ｉ特性が温度依存性をもつため、出力端子Ｔｂに得られ
る出力電圧Ｖは、温度の影響を受けてしまう。 §2 Problems of the Conventional Signal Processing Circuit A specific configuration of the CV conversion circuit 51 used in the conventional signal processing circuit shown in FIG. 6 is shown in a circuit diagram of FIG. The circuit in FIG. 7 is a circuit generally known as a voltage doubler circuit. The capacitive element C in FIG. 7 is a capacitive element whose capacitance is to be measured, and corresponds to the capacitive element C1 in FIG. The capacitance element C includes a diode 6
1, 62, another capacitive element 63, and a resistance element 64 are connected. When a rectangular wave of a predetermined frequency is applied to the input terminal Ta, the capacitance of the capacitive element C is applied to the output terminal Tb. A corresponding output voltage V is obtained. However, in this CV conversion circuit, the V
Since the I characteristic has temperature dependency, the output voltage V obtained at the output terminal Tb is affected by the temperature.

【００２０】一方、図８に、従来の一般的なＣｆ変換回
路を示す。この図８でも、測定対象となる容量素子は符
号Ｃで示されている。この回路は、直列接続された一対
のインバータ素子６５，６６と、一対の抵抗素子６７，
６８によって構成されており、インバータ素子６５，６
６に電源電圧を供給すると発振し、容量素子Ｃの静電容
量値と抵抗素子６７，６８の抵抗値に応じた周波数ｆの
交流信号が出力端子Ｔｃに得られる。しかしながら、こ
のＣｆ変換回路においては、インバータ素子６５，６６
を構成するトランジスタの遅延時間が温度依存性を有す
るため、出力端子Ｔｃに得られる交流信号の周波数ｆ
は、温度の影響を受けてしまう。FIG. 8 shows a conventional general Cf conversion circuit. In FIG. 8 as well, the capacitance element to be measured is indicated by reference symbol C. This circuit includes a pair of inverter elements 65 and 66 connected in series and a pair of resistance elements 67 and
68 and the inverter elements 65 and 6
When the power supply voltage is supplied to the capacitor 6, the oscillator oscillates, and an AC signal having a frequency f corresponding to the capacitance of the capacitor C and the resistance of the resistors 67 and 68 is obtained at the output terminal Tc. However, in this Cf conversion circuit, the inverter elements 65, 66
Has a temperature dependency, the frequency f of the AC signal obtained at the output terminal Tc
Are affected by temperature.

【００２１】本発明は、このような温度の影響をできる
だけ抑制し、正確な検出値を出力することができるセン
サ用の信号処理回路を提供するものである。An object of the present invention is to provide a signal processing circuit for a sensor capable of suppressing the influence of such temperature as much as possible and outputting an accurate detection value.

【００２２】§３ 第１の実施例 図９は、本発明の第１の実施例に係る信号処理回路を示
す回路図である。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。この入力端子Ｔ１には、２つのインバータ素子７
１，７２が接続されており、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。インバータ素子７
１の出力端と抵抗素子７３の出力端には、ＥＸ−ＯＲ素
子７４が接続されており、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。 §3 First Embodiment FIG. 9 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a first embodiment of the present invention. A rectangular wave signal having a predetermined frequency is supplied to an input terminal T1 from an AC signal generation source (not shown). This input terminal T1 has two inverter elements 7
1 and 72 are connected, and a resistance element 73 is connected to a stage subsequent to the inverter element 72. Inverter element 7
The EX-OR element 74 is connected to the output terminal of the first element 1 and the output terminal of the resistance element 73, and the output terminal of the EX-OR element 74 is directly connected to the output terminal T2. Also,
One end of a capacitor C is connected to the output terminal of the resistor 73, and the other electrode of the capacitor C is grounded. The capacitance element C is a capacitance element to be measured, that is, a capacitance element formed in the sensor.

【００２３】この信号処理回路の特徴は、容量素子Ｃと
抵抗素子７３とによってＣＲ遅延回路が形成されている
点である。入力端子Ｔ１に与えられた矩形波信号は、２
つの経路に分岐し、ＥＸ−ＯＲ素子７４において合流す
る。このとき、上の経路を通った信号に対して、下の経
路を通った信号はＣＲ遅延回路によって遅延を生じるこ
とになる。インバータ素子７２は、論理的には意味のな
い素子であるが、このＣＲ遅延回路を駆動するために必
要な駆動能力をもった信号を出力するためのものであ
る。一方、インバータ素子７１は、インバータ素子７２
と同一の素子であり、上下の経路を通った信号を同じ条
件で比較できるようにするためのものである。すなわ
ち、インバータ素子７１の出力信号と、インバータ素子
７２の出力信号とは、全く同じ信号となる。A feature of this signal processing circuit is that a CR delay circuit is formed by the capacitance element C and the resistance element 73. The square wave signal given to the input terminal T1 is 2
It branches into two paths and joins at the EX-OR element 74. At this time, the signal passing through the lower path is delayed by the CR delay circuit with respect to the signal passing through the upper path. The inverter element 72 is a logically meaningless element, but is for outputting a signal having a driving capability necessary for driving the CR delay circuit. On the other hand, the inverter element 71 is
This is the same element as that described above, and is for making it possible to compare signals passing through the upper and lower paths under the same conditions. That is, the output signal of the inverter element 71 and the output signal of the inverter element 72 are completely the same.

【００２４】この回路の動作説明を簡単にするために、
図１０に示すような模擬回路を考える。この模擬回路
は、図９に示す回路に、バッファー素子７５，７６を付
加したものである。この図１０に示す模擬回路におい
て、節点Ｘ１およびＸ２の信号は、全く同じものにな
る。ところが、ＣＲ遅延回路を通った節点Ｘ３の信号
は、節点Ｘ１の信号に対して遅延を生じており、しかも
波形はなまったものとなる。図９に示す実際の信号処理
回路では、節点Ｘ２の信号と節点Ｘ３の信号とが、ＥＸ
−ＯＲ素子７４に入力されることになるが、波形がなま
った信号を用いての動作説明は不明瞭であるため、ここ
では、図１０に示す模擬回路において、バッファー素子
７５，７６を通過した後の節点Ｘ４，Ｘ５で両信号の比
較を行うことにする。In order to simplify the description of the operation of this circuit,
Consider a simulation circuit as shown in FIG. This simulation circuit is obtained by adding buffer elements 75 and 76 to the circuit shown in FIG. In the simulation circuit shown in FIG. 10, the signals at nodes X1 and X2 are exactly the same. However, the signal at the node X3 that has passed through the CR delay circuit has a delay with respect to the signal at the node X1, and has a distorted waveform. In the actual signal processing circuit shown in FIG. 9, the signal at node X2 and the signal at node X3 are EX
Although the signal is input to the OR element 74, the operation description using the signal whose waveform is distorted is not clear, and here, in the simulation circuit shown in FIG. 10, the signal passed through the buffer elements 75 and 76. The two signals will be compared at the later nodes X4 and X5.

【００２５】図１１は、図１０に示す模擬回路の各節点
における信号波形を示す図である。まず、信号Ｔ１が入
力端子Ｔ１に与えられると、節点Ｘ４には信号Ｘ４が得
られる。信号Ｘ４は信号Ｔ１に対して時間ｘだけ遅れて
いるが、この時間ｘは、インバータ素子７１およびバッ
ファー素子７５における遅延によるものである。一方、
節点Ｘ５には信号Ｘ５が得られる。信号Ｘ５は信号Ｔ１
に対して時間（ｘ＋ｙ）だけ遅れているが、時間ｘは、
インバータ素子７２およびバッファー素子７６における
遅延によるものであり、時間ｙは、容量素子Ｃおよび抵
抗素子７３によって構成されるＣＲ遅延回路における遅
延によるものである。ＥＸ−ＯＲ素子７４は、信号Ｘ４
とＸ５との間での排他的論理和演算を行い、その結果を
信号Ｔ２として出力する。この信号Ｔ２は、図１１に示
すように、信号Ｔ１の１周期を２ｚ、その半周期をｚと
すると、デューティー比（ｙ／ｚ）をもった矩形波信号
になる。ここで、ｙは上述のように、ＣＲ遅延回路にお
ける遅延時間に対応するものであり、ＣＲの時定数で決
まる値である。抵抗素子７３の抵抗値が一定であれば、
ｙの値は容量素子Ｃの静電容量値に対応するものにな
る。すなわち、容量素子Ｃの静電容量値が大きくなれば
ｙも大きくなり、静電容量値が小さくなればｙも小さく
なる。結局、容量素子Ｃの静電容量の変化を、信号Ｔ２
のデューティー比の変化として検出できたことになる。
なお、抵抗素子７３の抵抗値を調整できるようにしてお
けば、この抵抗値によって検出感度の調整を行うことが
できる。また、この信号Ｔ２を整流回路を通して整流す
れば、デューティー比を電圧値に変換して利用すること
が可能であり、この信号Ｔ２のハイレベル（またはロー
レベル）の期間を、より周波数の高いクロック信号でカ
ウントすれば、デューティー比をデジタルカウント値に
変換して利用することが可能である。以上、図１０の模
擬回路についての動作を説明したが、図９に示す実際の
回路の動作も同様である。FIG. 11 is a diagram showing a signal waveform at each node of the simulation circuit shown in FIG. First, when the signal T1 is given to the input terminal T1, the signal X4 is obtained at the node X4. The signal X4 is delayed from the signal T1 by the time x, and the time x is due to the delay in the inverter element 71 and the buffer element 75. on the other hand,
The signal X5 is obtained at the node X5. The signal X5 is the signal T1
Is delayed by time (x + y), but time x is
The time y is due to the delay in the inverter element 72 and the buffer element 76, and the time y is due to the delay in the CR delay circuit constituted by the capacitance element C and the resistance element 73. The EX-OR element 74 outputs the signal X4
And X5 are subjected to an exclusive OR operation, and the result is output as a signal T2. As shown in FIG. 11, this signal T2 is a rectangular wave signal having a duty ratio (y / z), where one cycle of the signal T1 is 2z and half its cycle is z. Here, y corresponds to the delay time in the CR delay circuit as described above, and is a value determined by the CR time constant. If the resistance value of the resistance element 73 is constant,
The value of y corresponds to the capacitance value of the capacitance element C. That is, y increases as the capacitance value of the capacitance element C increases, and y decreases as the capacitance value decreases. Eventually, the change in the capacitance of the capacitive element C is determined by the signal T2.
Is detected as a change in the duty ratio.
If the resistance value of the resistance element 73 can be adjusted, the detection sensitivity can be adjusted by this resistance value. If the signal T2 is rectified through a rectifier circuit, the duty ratio can be converted into a voltage value and used. The high-level (or low-level) period of the signal T2 is used as a clock with a higher frequency. If counting is performed using a signal, the duty ratio can be converted into a digital count value and used. The operation of the simulation circuit shown in FIG. 10 has been described above, but the operation of the actual circuit shown in FIG. 9 is also the same.

【００２６】ここで注目すべき点は、出力信号Ｔ２は温
度の影響をほとんど受けないという点である。すなわ
ち、インバータ素子７１，７２は、温度によって遅延時
間が変化するが、この遅延時間ｘは相殺され、出力信号
Ｔ２には何ら影響を与えないのである。なお、ＥＸ−Ｏ
Ｒ素子７４もインバータ素子と同様に温度によって遅延
時間が変化するが、２つの入力信号Ｘ４，Ｘ５はそれぞ
れ同じ時間だけ遅延するため、両者の位相差に対応する
出力信号Ｔ２には何ら影響は及ばない。したがって、温
度による影響は非常に少なく、出力信号Ｔ２は温度の影
響をほとんど受けないことになる。また、図９に示す回
路では、容量素子Ｃの一端が接地されているため、この
接地された電極を共通電極として用いると便利である。
たとえば、図１に示すセンサにおいて、５つの容量素子
Ｃ１〜Ｃ５において、固定電極１１は、５つの変位電極
２１〜２５に対する共通電極となっている。したがっ
て、固定電極１１を接地すれば、５つの容量素子Ｃ１〜
Ｃ５について、図９に示すような信号処理回路をそれぞ
れ別個に設けることができる。It should be noted that the output signal T2 is hardly affected by temperature. That is, although the delay time of the inverter elements 71 and 72 changes depending on the temperature, the delay time x is canceled out and has no effect on the output signal T2. In addition, EX-O
Although the delay time of the R element 74 varies with the temperature similarly to the inverter element, the two input signals X4 and X5 are each delayed by the same time, so that the output signal T2 corresponding to the phase difference between them is not affected at all. Absent. Therefore, the influence of the temperature is very small, and the output signal T2 is hardly affected by the temperature. In the circuit shown in FIG. 9, one end of the capacitive element C is grounded, so that it is convenient to use this grounded electrode as a common electrode.
For example, in the sensor shown in FIG. 1, in the five capacitance elements C1 to C5, the fixed electrode 11 is a common electrode for the five displacement electrodes 21 to 25. Therefore, if the fixed electrode 11 is grounded, the five capacitive elements C1
For C5, a signal processing circuit as shown in FIG. 9 can be separately provided.

【００２７】図９に示す信号処理回路では、ＣＲ遅延回
路による遅延時間を検出するために、ＥＸ−ＯＲ素子７
４を用いていたが、これを別な論理素子に置換すること
も可能である。図１２に示す信号処理回路は、ＥＸ−Ｎ
ＯＲ素子７７を用いた例であり、図１３に示す信号処理
回路は、ＡＮＤ素子７８を用いた例であり、図１４に示
す信号処理回路は、ＯＲ素子７９を用いた例である。各
回路における出力端子Ｔ３〜Ｔ５に出力される信号Ｔ３
〜Ｔ５を図１５に示す。いずれも、容量素子Ｃの静電容
量の変化によって期間が変化する部分をハッチングで示
してある。信号Ｔ２〜Ｔ５のいずれの場合も静電容量の
変化をデューティー比の変化として検出できるが、ＥＸ
−ＯＲ素子７４およびＥＸ−ＮＯＲ素子７７を用いて得
られる信号Ｔ２，Ｔ３は、もとの信号Ｔ１の立上がり部
分および立ち下がり部分の双方を利用しているために、
もとの信号Ｔ１の２倍の周波数の信号となっている。し
たがって、信号Ｔ２，Ｔ３を用いた方が、信号Ｔ４，Ｔ
５を用いるより感度の高い検出が可能になり効率的であ
る。In the signal processing circuit shown in FIG. 9, the EX-OR element 7 is used to detect the delay time due to the CR delay circuit.
Although 4 is used, it is also possible to replace this with another logic element. The signal processing circuit shown in FIG.
This is an example using the OR element 77, the signal processing circuit shown in FIG. 13 is an example using the AND element 78, and the signal processing circuit shown in FIG. 14 is an example using the OR element 79. Signal T3 output to output terminals T3 to T5 in each circuit
To T5 are shown in FIG. In each case, the portion where the period changes due to the change in the capacitance of the capacitive element C is indicated by hatching. In any of the signals T2 to T5, a change in the capacitance can be detected as a change in the duty ratio.
The signals T2 and T3 obtained by using the -OR element 74 and the EX-NOR element 77 use both the rising and falling parts of the original signal T1.
The signal has a frequency twice as high as that of the original signal T1. Therefore, the use of the signals T2 and T3 is better than the signals T4 and T3.
5 enables more sensitive detection and is more efficient.

【００２８】§４ 第２の実施例 図９に示した信号処理回路は、１つの容量素子Ｃの静電
容量に関する検出結果を出力する回路である。したがっ
て、たとえば、図６に示すＣＶ変換回路５５のように、
容量素子Ｃ５に適用して、Ｚ軸方向に作用した加速度の
検出に用いるには都合がよい。しかしながら、Ｘ軸方向
に作用した加速度の検出には、容量素子Ｃ１に関する検
出結果と、容量素子Ｃ３に関する検出結果との差分をと
る必要があり、Ｙ軸方向に作用した加速度の検出には、
容量素子Ｃ２に関する検出結果と、容量素子Ｃ４に関す
る検出結果との差分をとる必要がある。たとえば、Ｘ軸
方向に作用した加速度を検出するために、図９に示した
信号処理回路を適用する場合、このような信号処理回路
を２組用意する必要がある。すなわち、１組目の回路に
より、容量素子Ｃ１の静電容量値を電圧値Ｖ１に変換
し、２組目の回路により、容量素子Ｃ３の静電容量値を
電圧値Ｖ３に変換し、最後に、電圧値Ｖ１とＶ３との差
分を求める演算を行わねばならない。ここで述べる第２
の実施例は、このような差分を求める場合に適した信号
処理回路である。 §4 Second Embodiment The signal processing circuit shown in FIG. 9 is a circuit that outputs a detection result regarding the capacitance of one capacitance element C. Therefore, for example, as in the CV conversion circuit 55 shown in FIG.
It is convenient to apply the present invention to the capacitive element C5 to detect acceleration acting in the Z-axis direction. However, to detect the acceleration acting in the X-axis direction, it is necessary to take the difference between the detection result of the capacitive element C1 and the detection result of the capacitive element C3.
It is necessary to take the difference between the detection result for the capacitor C2 and the detection result for the capacitor C4. For example, when the signal processing circuit shown in FIG. 9 is applied to detect the acceleration acting in the X-axis direction, it is necessary to prepare two sets of such signal processing circuits. That is, the first set of circuits converts the capacitance value of the capacitance element C1 into a voltage value V1, the second set of circuits converts the capacitance value of the capacitance element C3 into a voltage value V3, and finally, , An operation for calculating the difference between the voltage values V1 and V3 must be performed. The second mentioned here
Is a signal processing circuit suitable for obtaining such a difference.

【００２９】図１６は、この第２の実施例に係る信号処
理回路の回路図である。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。この入力端子Ｔ１には、２つのインバータ
素子８１，８２（同一の素子）が接続されており、その
後段には、それぞれ抵抗素子８３，８４が接続されてい
る。この抵抗素子８３，８４の後段には、ＥＸ−ＯＲ素
子８５が接続されており、このＥＸ−ＯＲ素子８５の出
力端はそのまま出力端子Ｔ６に接続されている。また、
抵抗素子８３の出力端には、容量素子Ｃ１の一方の電極
が接続され、この容量素子Ｃ１の他方の電極は接地され
ており、抵抗素子８４の出力端には、容量素子Ｃ３の一
方の電極が接続され、この容量素子Ｃ３の他方の電極は
接地されている。ここで、容量素子Ｃ１，Ｃ３は、図６
に示した容量素子Ｃ１，Ｃ３であり、Ｘ軸方向に作用し
た加速度検出に用いられる素子である。より具体的に
は、容量素子Ｃ１は、図１における固定電極１１と変位
電極２１とによって構成される素子であり、容量素子Ｃ
３は、図１における固定電極１１と変位電極２３によっ
て構成される素子である。FIG. 16 is a circuit diagram of a signal processing circuit according to the second embodiment. A rectangular wave signal having a predetermined frequency is supplied to an input terminal T1 from an AC signal generation source (not shown). Two inverter elements 81 and 82 (the same element) are connected to the input terminal T1, and resistance elements 83 and 84 are connected to the subsequent stage, respectively. An EX-OR element 85 is connected to a stage subsequent to the resistance elements 83 and 84, and an output terminal of the EX-OR element 85 is directly connected to the output terminal T6. Also,
The output terminal of the resistance element 83 is connected to one electrode of the capacitance element C1, the other electrode of the capacitance element C1 is grounded, and the output terminal of the resistance element 84 is connected to one electrode of the capacitance element C3. Is connected, and the other electrode of the capacitive element C3 is grounded. Here, the capacitive elements C1 and C3 are shown in FIG.
Are used for detecting acceleration acting in the X-axis direction. More specifically, the capacitive element C1 is an element configured by the fixed electrode 11 and the displacement electrode 21 in FIG.
Reference numeral 3 denotes an element constituted by the fixed electrode 11 and the displacement electrode 23 in FIG.

【００３０】この回路の動作説明を簡単にするために、
図１７に示すような模擬回路を考える。この模擬回路
は、図１６に示す回路に、バッファー素子８６，８７を
付加したものである。この図１７に示す模擬回路におい
て、節点Ｘ６およびＸ７の信号は、全く同じものにな
る。ところが、それぞれのＣＲ遅延回路を通った節点Ｘ
８およびＸ９の信号は、それぞれ特有の遅延時間だけ遅
れた信号となる。図１８は、図１７に示す模擬回路の各
節点における信号波形を示す図である。いま、節点Ｘ
６，Ｘ７における信号Ｘ６，Ｘ７に対して、節点Ｘ８，
Ｘ９における信号Ｘ８，Ｘ９が図のようになっているも
のとする。すなわち、信号Ｘ８は遅延時間Ｄ１だけ遅れ
を生じており、信号Ｘ９は遅延時間Ｄ３だけ遅れを生じ
ている。この場合、ＥＸ−ＯＲ素子８５によって出力端
子Ｔ６に出力される信号Ｔ６は、図のように、期間Ｌだ
けハイレベルを示す信号になる。ここでは、図１に示す
センサに、何ら外力が作用しない基準状態において、図
１８に示すような各信号が得られているものと考えよ
う。したがって、信号Ｔ６のハイレベル期間Ｌは、外力
０に対応する値となる。To simplify the description of the operation of this circuit,
Consider a simulation circuit as shown in FIG. This simulation circuit is obtained by adding buffer elements 86 and 87 to the circuit shown in FIG. In the simulation circuit shown in FIG. 17, the signals at nodes X6 and X7 are exactly the same. However, the node X passing through each CR delay circuit
The signals 8 and X9 are signals delayed by specific delay times. FIG. 18 is a diagram showing a signal waveform at each node of the simulation circuit shown in FIG. Now, node X
6 and X7, the nodes X8,
Assume that signals X8 and X9 in X9 are as shown in the figure. That is, the signal X8 is delayed by the delay time D1, and the signal X9 is delayed by the delay time D3. In this case, the signal T6 output to the output terminal T6 by the EX-OR element 85 is a signal indicating a high level for the period L as shown in the figure. Here, it is assumed that the signals shown in FIG. 18 are obtained in the reference state where no external force acts on the sensor shown in FIG. Therefore, the high level period L of the signal T6 has a value corresponding to the external force 0.

【００３１】上述の状態において、このセンサに加速度
が作用し、図４に示すように、作用点ＰにＸ軸正方向の
外力Ｆｘが作用した場合を考える。すると、容量素子Ｃ
１の電極間隔は広がり、容量素子Ｃ１の静電容量は減少
する。逆に、容量素子Ｃ３の電極間隔は狭くなり、容量
素子Ｃ３の静電容量は増加する。すると、図１７に示す
模擬回路では、上の経路における遅延時間Ｄ１が小さく
なり、下の経路における遅延時間Ｄ３が大きくなること
になる。このときの出力信号Ｔ６の変化を図１８に基づ
いて考えると、遅延時間Ｄ１が小さくなり、遅延時間Ｄ
３が大きくなるので、結果的に、ハイレベル期間Ｌは大
きくなり、Ｌ＋ΔＬとなる。In the state described above, a case is considered in which acceleration acts on this sensor and an external force Fx in the positive direction of the X-axis acts on the point of action P as shown in FIG. Then, the capacitive element C
The electrode spacing of 1 increases, and the capacitance of the capacitive element C1 decreases. Conversely, the distance between the electrodes of the capacitor C3 is reduced, and the capacitance of the capacitor C3 is increased. Then, in the simulation circuit shown in FIG. 17, the delay time D1 on the upper path becomes smaller, and the delay time D3 on the lower path becomes larger. When the change of the output signal T6 at this time is considered based on FIG. 18, the delay time D1 becomes smaller, and the delay time D1 becomes shorter.
3 increases, and as a result, the high-level period L increases and becomes L + ΔL.

【００３２】これとは逆に、センサにＸ軸負方向の外力
−Ｆｘが作用した場合を考える。この場合、容量素子Ｃ
１の電極間隔は狭くなり、容量素子Ｃ１の静電容量は増
加する。逆に、容量素子Ｃ３の電極間隔は広がり、容量
素子Ｃ３の静電容量は減少する。すると、図１７に示す
模擬回路では、上の経路における遅延時間Ｄ１が大きく
なり、下の経路における遅延時間Ｄ３が小さくなること
になる。このときの出力信号Ｔ６の変化を図１８に基づ
いて考えると、遅延時間Ｄ１が大きくなり、遅延時間Ｄ
３が小さくなるので、結果的に、ハイレベル期間Ｌは小
さくなり、Ｌ−ΔＬとなる。Conversely, consider the case where an external force -Fx in the negative direction of the X axis acts on the sensor. In this case, the capacitive element C
1 becomes narrower, and the capacitance of the capacitor C1 increases. Conversely, the electrode interval of the capacitor C3 increases, and the capacitance of the capacitor C3 decreases. Then, in the simulation circuit shown in FIG. 17, the delay time D1 in the upper path increases, and the delay time D3 in the lower path decreases. Considering the change of the output signal T6 at this time with reference to FIG. 18, the delay time D1 increases, and the delay time D6 increases.
3 becomes smaller, and consequently, the high-level period L becomes smaller and becomes L−ΔL.

【００３３】以上をまとめると、出力信号Ｔ６における
ハイレベル期間が、ＬのときにはＸ軸方向に作用する力
が０である基準状態を示し、Ｌ＋ΔＬのときにはＸ軸正
方向の外力Ｆｘが作用したことを示し（ΔＬの大きさが
外力Ｆｘの大きさに対応する）、Ｌ−ΔＬのときにはＸ
軸負方向の外力−Ｆｘが作用したことを示す（ΔＬの大
きさが外力−Ｆｘの大きさに対応する）ことになる。結
局、図１６に示す信号処理回路が１組あれば、Ｘ軸に関
する外力成分の検出が可能になり、従来のように、電圧
値の差分をとる演算などは必要なくなる。Summarizing the above, when the high level period in the output signal T6 is L, it indicates a reference state in which the force acting in the X-axis direction is 0, and when L + ΔL, the external force Fx in the X-axis positive direction acts. (The magnitude of ΔL corresponds to the magnitude of the external force Fx), and when L−ΔL, X
This indicates that the external force −Fx in the negative axial direction has acted (the magnitude of ΔL corresponds to the magnitude of the external force −Fx). As a result, if one set of the signal processing circuit shown in FIG. 16 is used, it is possible to detect an external force component on the X axis, and it is not necessary to perform a calculation for obtaining a difference between voltage values as in the related art.

【００３４】以上述べたように、本発明によれば、図１
に示すセンサに対する信号処理回路として、Ｘ軸に関す
る検出のために図１６に示す回路を１組、Ｙ軸に関する
検出のために同じく図１６に示す回路を１組、そしてＺ
軸に関する検出のために図９に示す回路を１組、それぞ
れ用意すればよい。しかも各信号処理回路は、温度特性
が良好であるため、過酷な温度条件が要求される使用環
境においても、正確な検出値を得ることができる。As described above, according to the present invention, FIG.
As a signal processing circuit for the sensor shown in FIG. 1, one set of the circuit shown in FIG. 16 for detection on the X axis, one set of the circuit shown in FIG. 16 for detection on the Y axis, and Z
A set of circuits shown in FIG. 9 may be prepared for each axis. In addition, since each signal processing circuit has good temperature characteristics, an accurate detection value can be obtained even in a use environment where severe temperature conditions are required.

【００３５】以上、本発明をいくつかの実施例に基づい
て説明したが、本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではなく、この他にも種々の態様で実施しうるも
のである。特に、上述したセンサは、本発明に係る信号
処理回路の適用対象の一例を示すものであり、本発明は
この他のセンサにも適用しうることは勿論である。ま
た、図９に示す実施例では、インバータ素子７１，７２
を、図１６に示す実施例では、インバータ素子８１，８
２を、それぞれ用いているが、これらの素子は後段に接
続されるＣＲ遅延回路を駆動するのに十分な駆動電力を
発生させるためのものである。したがって、入力端子Ｔ
１に十分な駆動能力をもった信号を供給することができ
れば、これらのインバータ素子は不要になる。すなわ
ち、図９に示す回路の代わりに図１９に示す回路を、図
１６に示す回路の代わりに図２０に示す回路を、それぞ
れ用いることが可能である。As described above, the present invention has been described based on several embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, but can be implemented in various other modes. . In particular, the above-described sensor is an example to which the signal processing circuit according to the present invention is applied, and it goes without saying that the present invention can be applied to other sensors. In the embodiment shown in FIG. 9, the inverter elements 71, 72
In the embodiment shown in FIG. 16, the inverter elements 81 and 8
2 are used, but these elements are for generating sufficient driving power to drive the CR delay circuit connected at the subsequent stage. Therefore, the input terminal T
If a signal having sufficient driving capability can be supplied to the inverter 1, these inverter elements become unnecessary. That is, the circuit shown in FIG. 19 can be used instead of the circuit shown in FIG. 9, and the circuit shown in FIG. 20 can be used instead of the circuit shown in FIG.

【００３６】[0036]

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るセンサ用の
信号処理回路によれば、センサを構成する容量素子に抵
抗素子を組み合わせることによりＣＲ遅延回路を構成
し、このＣＲ遅延回路による遅延時間に基づいて検出値
を得るようにしたため、温度の影響を低減し、より正確
な検出値を得ることができるようになる。As described above, according to the signal processing circuit for a sensor according to the present invention, a CR delay circuit is formed by combining a resistive element with a capacitive element constituting a sensor, and the delay time of the CR delay circuit is reduced. , The effect of temperature is reduced, and a more accurate detection value can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の適用対象となる加速度センサの構造を
示す側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a structure of an acceleration sensor to which the present invention is applied.

【図２】図１に示すセンサの固定基板１０の下面図であ
る。図２の固定基板１０をＸ軸に沿って切断した断面が
図１に示されている。FIG. 2 is a bottom view of a fixed substrate 10 of the sensor shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the fixed substrate 10 of FIG. 2 cut along the X-axis.

【図３】図１に示すセンサの可撓基板２０の上面図であ
る。図３の可撓基板２０をＸ軸に沿って切断した断面が
図１に示されている。FIG. 3 is a top view of a flexible substrate 20 of the sensor shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis.

【図４】図１に示すセンサの作用点ＰにＸ軸方向の力Ｆ
ｘが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。FIG. 4 shows a force F in the X-axis direction applied to an action point P of the sensor shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the bending state of a sensor when x acts.

【図５】図１に示すセンサの作用点ＰにＺ軸方向の力Ｆ
ｚが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。FIG. 5 shows a force F in the Z-axis direction at an action point P of the sensor shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the bending state of a sensor when z acts.

【図６】図１に示すセンサに用いる検出回路の一例を示
す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a detection circuit used for the sensor illustrated in FIG. 1;

【図７】図６に示す従来の信号処理回路で用いられてい
るＣＶ変換回路５１の具体的な構成を回路図である。7 is a circuit diagram showing a specific configuration of a CV conversion circuit 51 used in the conventional signal processing circuit shown in FIG.

【図８】従来の一般的なＣｆ変換回路を示す回路図であ
る。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional general Cf conversion circuit.

【図９】本発明の第１の実施例に係る信号処理回路を示
す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to the first example of the present invention.

【図１０】図９の回路の動作を説明するために用いる模
擬回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a simulation circuit used for explaining the operation of the circuit of FIG. 9;

【図１１】図１０に示す模擬回路の各節点における信号
波形を示す図である。11 is a diagram showing a signal waveform at each node of the simulation circuit shown in FIG. 10;

【図１２】図９に示す回路におけるＥＸ−ＯＲ素子７４
をＥＸ−ＮＯＲ素子７７に置換した例を示す回路図であ
る。12 is an EX-OR element 74 in the circuit shown in FIG.
FIG. 14 is a circuit diagram showing an example in which is replaced with an EX-NOR element 77.

【図１３】図９に示す回路におけるＥＸ−ＯＲ素子７４
をＡＮＤ素子７８に置換した例を示す回路図である。13 shows an EX-OR element 74 in the circuit shown in FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example in which is replaced with an AND element 78.

【図１４】図９に示す回路におけるＥＸ−ＯＲ素子７４
をＯＲ素子７９に置換した例を示す回路図である。14 is an EX-OR element 74 in the circuit shown in FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example in which is replaced with an OR element 79.

【図１５】図１２〜図１４に示す回路の動作を説明する
ための信号波形を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing signal waveforms for describing the operation of the circuits shown in FIGS. 12 to 14;

【図１６】本発明の第２の実施例に係る信号処理回路を
示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing a signal processing circuit according to a second example of the present invention.

【図１７】図１６の回路の動作を説明するために用いる
模擬回路の回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram of a simulation circuit used for explaining the operation of the circuit in FIG. 16;

【図１８】図１７に示す模擬回路の動作を説明するため
の信号波形を示す図である。18 is a diagram showing signal waveforms for describing the operation of the simulation circuit shown in FIG.

【図１９】図９に示す回路におけるインバータ素子を省
いた例を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram showing an example in which an inverter element in the circuit shown in FIG. 9 is omitted.

【図２０】図１６に示す回路におけるインバータ素子を
省いた例を示す回路図である。20 is a circuit diagram showing an example in which the inverter element in the circuit shown in FIG. 16 is omitted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…固定基板 １１…固定電極 ２０…可撓基板 ２１〜２５…変位電極 ３０…作用体 ４０…装置筐体 ５１〜５５…ＣＶ変換回路 ６１，６２…ダイオード ６３…容量素子 ６４…抵抗素子 ６５，６６…インバータ素子 ６７，６８…抵抗素子 ７１，７２…インバータ素子 ７３…抵抗素子 ７４…ＥＸ−ＯＲ素子 ７５，７６…バッファー素子 ７７…ＥＸ−ＮＯＲ素子 ７８…ＡＮＤ素子 ７９…ＯＲ素子 ８１，８２…インバータ素子 ８３，８４…抵抗素子 ８５…ＥＸ−ＯＲ素子 ８６，８７…バッファー素子 Ｃ，Ｃ１〜Ｃ５…センサを構成する容量素子 Ｐ…作用点 Ｔ１…入力端子 Ｔ２〜Ｔ６…出力端子 Ｔａ…入力端子 Ｔｂ，Ｔｃ…出力端子 Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ…出力端子 Ｘ１〜Ｘ９…節点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fixed substrate 11 ... Fixed electrode 20 ... Flexible substrate 21-25 ... Displacement electrode 30 ... Working body 40 ... Device housing 51-55 ... CV conversion circuit 61, 62 ... Diode 63 ... Capacitance element 64 ... Resistance element 65, 66 ... inverter element 67, 68 ... resistance element 71, 72 ... inverter element 73 ... resistance element 74 ... EX-OR element 75, 76 ... buffer element 77 ... EX-NOR element 78 ... AND element 79 ... OR element 81, 82 ... Inverter elements 83, 84 Resistive element 85 EX-OR element 86, 87 Buffer element C, C1 to C5 Capacitive element constituting sensor P Working point T1 Input terminal T2 to T6 Output terminal Ta Input terminal Tb, Tc: output terminals Tx, Ty, Tz: output terminals X1 to X9: nodes

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 所定方向への外力が作用することによ
り、相互間距離が増加するように配置された電極対によ
って第１の容量素子を構成し、逆に、相互間距離が減少
するように配置された電極対によって第２の容量素子を
構成し、第１の容量素子の静電容量の変化値と第２の容
量素子の静電容量の変化値との差分に基づいて、作用し
た外力を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であ
って、 前記第１の容量素子の電極対を構成する第１の電極およ
び前記第２の容量素子の電極対を構成する第１の電極を
所定の電圧に固定するとともに、前記第１の容量素子の
電極対を構成する第２の電極および前記第２の容量素子
の電極対を構成する第２の電極に所定周波数の信号を供
給する信号供給手段と、 前記第１の容量素子の電極対を構成する第２の電極に生
じる電圧変動と、前記第２の容量素子の電極対を構成す
る第２の電極に生じる電圧変動と、の位相差を検出する
検出手段と、 を備えることを特徴とする静電容量の変化を利用したセ
ンサ用の信号処理回路。 A first capacitive element is constituted by an electrode pair arranged so as to increase the mutual distance when an external force acts in a predetermined direction, and conversely, to reduce the mutual distance. A second capacitive element is constituted by the arranged electrode pairs, and an external force applied based on a difference between a change in capacitance of the first capacitive element and a change in capacitance of the second capacitive element. A signal processing circuit used for a sensor capable of detecting the first and second electrodes, wherein a first electrode forming an electrode pair of the first capacitor and a first electrode forming an electrode pair of the second capacitor are connected to a predetermined electrode. Signal supply means for fixing a voltage and supplying a signal of a predetermined frequency to a second electrode forming an electrode pair of the first capacitor and a second electrode forming an electrode pair of the second capacitor; A second electrode forming an electrode pair of the first capacitive element. Detecting means for detecting a phase difference between a voltage change occurring in the electrode and a voltage change occurring in the second electrode constituting the electrode pair of the second capacitor, and a detecting means for detecting a phase difference. A signal processing circuit for sensors that uses changes. 【請求項２】 外力の作用により相互間距離が変化する
ように配置された電極対によって容量素子を構成し、こ
の容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用した外力
を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であって、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源の出力端に第１の端点が接続された抵抗
素子と、 第１の入力端が、前記信号発生源の出力端に接続され、
第２の入力端が、前記抵抗素子の第２の端点に接続さ
れ、前記第１の入力端に与えられた信号と前記第２の入
力端に与えられた信号との位相差に基づく信号を出力す
る手段と、 を備え、前記容量素子を構成する前記電極対の一方を所
定の電圧に固定するとともに、他方を前記抵抗素子の前
記第２の端点に接続し、前記容量素子の静電容量の変化
を前記論理信号として出力できるようにしたことを特徴
とする静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回
路。 2. A sensor, comprising: a capacitive element formed by a pair of electrodes arranged such that a distance between the electrodes is changed by the action of an external force; and a sensor capable of detecting an applied external force based on a change in capacitance of the capacitive element. A signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency; a resistance element having a first end point connected to an output end of the signal generation source; Connected to the output of the source,
A second input terminal is connected to a second end point of the resistance element, and outputs a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. Output means, wherein one of the electrode pairs constituting the capacitive element is fixed at a predetermined voltage, and the other is connected to the second end point of the resistive element, and the capacitance of the capacitive element A signal processing circuit for a sensor utilizing a change in capacitance, wherein a change in the capacitance can be output as the logic signal. 【請求項３】 外力の作用により相互間距離が変化する
ように配置された電極対によって容量素子を構成し、こ
の容量素子の静電容量の変化に基づいて、作用した外力
を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であって、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源で発生した信号を入力し、この入力信号
に応じた所定の駆動信号を、所定の駆動能力をもって出
力する一対の同一の駆動素子と、 前記一対の駆動素子のうちの第１の駆動素子の出力端に
第１の端点が接続された抵抗素子と、 第１の入力端が、前記一対の駆動素子のうちの第２の駆
動素子の出力端に接続され、第２の入力端が、前記抵抗
素子の第２の端点に接続され、前記第１の入力端に与え
られた信号と前記第２の入力端に与えられた信号との位
相差に基づく信号を出力する手段と、 を備え、前記容量素子を構成する前記電極対の一方を所
定の電圧に固定するとともに、他方を前記抵抗素子の前
記第２の端点に接続し、前記容量素子の静電容量の変化
を前記論理信号として出力できるようにしたことを特徴
とする静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回
路。 3. A sensor capable of detecting an applied external force based on a change in the capacitance of the capacitance element, wherein the capacitance element is constituted by a pair of electrodes arranged so that the distance between the electrodes is changed by the action of an external force. A signal generating source for generating a signal of a predetermined frequency, and a signal generated by the signal generating source are input, and a predetermined driving signal corresponding to the input signal is generated with a predetermined driving capability. A pair of identical drive elements for outputting, a resistor element having a first end connected to an output end of a first drive element of the pair of drive elements, and a first input end configured to drive the pair of drive elements The second input terminal is connected to an output terminal of a second driving element, the second input terminal is connected to a second end point of the resistance element, and a signal supplied to the first input terminal and the second input terminal are connected to the second input terminal. Based on the phase difference with the signal applied to the input Means for outputting a signal, and fixing one of the electrode pairs constituting the capacitive element to a predetermined voltage and connecting the other to the second end point of the resistive element, A signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, wherein the change in capacitance can be output as the logic signal. 【請求項４】 所定方向への外力が作用することによ
り、相互間距離が増加するように配置された電極対によ
って第１の容量素子を構成し、逆に、相互間距離が減少
するように配置された電極対によって第２の容量素子を
構成し、第１の容量素子の静電容量の変化値と第２の容
量素子の静電容量の変化値との差分に基づいて、作用し
た外力を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であ
って、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源の出力端に第１の端点が接続された第１
の抵抗素子と、 前記信号発生源の出力端に第１の端点が接続された第２
の抵抗素子と、 第１の入力端が、前記第１の抵抗素子の第２の端点に接
続され、第２の入力端が、前記第２の抵抗素子の第２の
端点に接続され、前記第１の入力端に与えられた信号と
前記第２の入力端に与えられた信号との位相差に基づく
信号を出力する手段と、 を備え、前記第１の容量素子を構成する電極対の一方と
前記第２の容量素子を構成する電極対の一方とを所定の
電圧に固定するとともに、前記第１の容量素子を構成す
る電極対の他方を前記第１の抵抗素子の第２の端点に接
続し、前記第２の容量素子を構成する電極対の他方を前
記第２の抵抗素子の第２の端点に接続し、前記差分を前
記論理信号として出力できるようにしたことを特徴とす
る静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路。 4. A first capacitive element is constituted by a pair of electrodes arranged so as to increase the mutual distance when an external force acts in a predetermined direction, and conversely, to reduce the mutual distance. A second capacitive element is constituted by the arranged electrode pairs, and an external force applied based on a difference between a change in capacitance of the first capacitive element and a change in capacitance of the second capacitive element. A signal generation circuit for generating a signal of a predetermined frequency, wherein a first end point is connected to an output end of the signal generation source.
And a second terminal having a first terminal connected to an output terminal of the signal generation source.
A first input terminal is connected to a second end point of the first resistance element, and a second input terminal is connected to a second end point of the second resistance element; Means for outputting a signal based on a phase difference between a signal supplied to a first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. One of the pair of electrodes forming the second capacitor is fixed at a predetermined voltage, and the other of the pair of electrodes forming the first capacitor is connected to a second end point of the first resistor. And the other of the pair of electrodes constituting the second capacitance element is connected to a second end point of the second resistance element, so that the difference can be output as the logic signal. A signal processing circuit for sensors that uses changes in capacitance. 【請求項５】 所定方向への外力が作用することによ
り、相互間距離が増加するように配置された電極対によ
って第１の容量素子を構成し、逆に、相互間距離が減少
するように配置された電極対によって第２の容量素子を
構成し、第１の容量素子の静電容量の変化値と第２の容
量素子の静電容量の変化値との差分に基づいて、作用し
た外力を検出できるセンサ、に用いる信号処理回路であ
って、 所定周波数の信号を発生させる信号発生源と、 前記信号発生源で発生した信号を入力し、この入力信号
に応じた所定の駆動信号を、所定の駆動能力をもって出
力する一対の同一の駆動素子と、 前記一対の駆動素子のうちの第１の駆動素子の出力端に
第１の端点が接続された第１の抵抗素子と、 前記一対の駆動素子のうちの第２の駆動素子の出力端に
第１の端点が接続された第２の抵抗素子と、 第１の入力端が、前記第１の抵抗素子の第２の端点に接
続され、第２の入力端が、前記第２の抵抗素子の第２の
端点に接続され、前記第１の入力端に与えられた信号と
前記第２の入力端に与えられた信号との位相差に基づく
信号を出力する手段と、 を備え、前記第１の容量素子を構成する電極対の一方と
前記第２の容量素子を構成する電極対の一方とを所定の
電圧に固定するとともに、前記第１の容量素子を構成す
る電極対の他方を前記第１の抵抗素子の第２の端点に接
続し、前記第２の容量素子を構成する電極対の他方を前
記第２の抵抗素子の第２の端点に接続し、前記差分を前
記論理信号として出力できるようにしたことを特徴とす
る静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路。 5. A first capacitive element is constituted by a pair of electrodes arranged so as to increase the mutual distance when an external force acts in a predetermined direction, and conversely, to reduce the mutual distance. A second capacitive element is constituted by the arranged electrode pairs, and an external force applied based on a difference between a change in capacitance of the first capacitive element and a change in capacitance of the second capacitive element. A signal processing circuit used for a sensor capable of detecting a signal, a signal generation source for generating a signal of a predetermined frequency, and a signal generated by the signal generation source are input, and a predetermined drive signal according to the input signal is A pair of identical driving elements that output with a predetermined driving capability; a first resistance element having a first end point connected to an output end of a first driving element of the pair of driving elements; The output terminal of the second driving element of the driving elements A second resistor connected to a first end point, a first input end connected to a second end point of the first resistance element, and a second input end connected to the second resistance element Means for outputting a signal based on a phase difference between a signal supplied to the first input terminal and a signal supplied to the second input terminal. One of the pair of electrodes constituting the first capacitive element and one of the pair of electrodes constituting the second capacitive element are fixed at a predetermined voltage, and the other of the pair of electrodes constituting the first capacitive element is Connected to a second end point of the first resistance element, connected to the other end of the electrode pair constituting the second capacitance element to a second end point of the second resistance element, and using the difference as the logic signal A signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, which is capable of outputting. 【請求項６】 請求項２〜５のいずれかに記載の信号処
理回路において、 位相差に基づく信号を出力する手段として、排他的論理
和演算を行う機能をもった論理素子を用い、この論理素
子が出力する論理信号のデューティー比の変化として、
作用した外力を検出できるようにしたことを特徴とする
静電容量の変化を利用したセンサ用の信号処理回路。 6. A signal processing circuit according to claim 2, wherein a logic element having a function of performing an exclusive OR operation is used as means for outputting a signal based on the phase difference. As a change in the duty ratio of the logic signal output by the element,
A signal processing circuit for a sensor using a change in capacitance, wherein an applied external force can be detected.