CN109655636B - Mems器件、惯性测量装置、移动体定位装置、便携式电子设备、电子设备及移动体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MEMS器件、惯性测量装置、移动体定位装置、便携式电子设备、电子设备及移动体,抑制施加过度冲击等情况下可动体或限位器的损坏,提高耐冲击性。MEMS器件(1)包括:基座(基板(10)),具有支承部(15)以及固定电极(检测电极(21));可动体(50),主表面(50r)与所述固定电极相对,支承于所述支承部;盖体(60),与所述基座接合,构成内部收纳有所述可动体的收纳空间;所述盖体具备抵接部(40),所述抵接部(40)与收纳于所述收纳空间的所述可动体的外沿的至少一部分具有间隙并相对,限制所述主表面的面内方向的移位。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS器件、惯性测量装置、移动体定位装置、便携式电子设备、电子设备以及移动体。
背景技术
目前,已知一种MEMS(Micro Electro Mechanical System:微电机系统)器件作为检测加速度等物理量的物理量传感器,包括可动电极部和检测电极部,其中,可动电极部作为可动体,以能够摆动的方式由支承部支承于基材,检测电极部则作为固定电极部,具有间隙设置在与可动体相对的位置。这种MEMS器件,可动电极部根据施加在该MEMS器件上的加速度等物理量而摆动,使得该可动电极部和检测电极部之间的间隙发生变化。通过两电极部之间根据这种间隙变化而产生的电容的变化,能够检测出施加于MEMS器件的加速度等物理量。
例如,专利文献1公开了一种具有MEMS器件的电容型物理量传感器,其包括可动电极部,以及与该可动电极部具有间隙分离设置的固定电极部。该MEMS器件中,为了限制可动电极部朝与物理量检测方向不同的方向移位,基材上设有限位器。
然而,上述物理量传感器中,由于基材上设有限位器,制造工序上的约束,会导致MEMS器件的可动电极部与设置于基材的限位器之间的间隙(缝隙)变大。可动电极部与限位器之间的间隙变大后,当对物理量传感器施加过度冲击等时,MEMS器件的可动电极部和限位器间的冲突会过大,会产生可动电极部损坏或限位器损坏,可能无法正常检测出物理量的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平2015-17886号公报。
发明内容
本发明为了至少解决上述问题的一部分,能够通过以下方式或应用例来实现。
[应用例1]
本应用例的MEMS器件包括:基座,具备支承部以及固定电极;可动体,主表面与所述固定电极相对,支承于所述支承部;盖体,与所述基座接合,构成内部收纳有所述可动体的收纳空间;所述盖体具备抵接部,所述抵接部与收纳于所述收纳空间的所述可动体的外沿的至少一部分具有间隙并相对,限制所述主表面的面内方向的移位。
根据本应用例的MEMS器件,可动体在面内方向上移位时,可动体相抵接的抵接部设于盖体。这样,与现有的可动体与抵接部构成一体的一体结构相比,通过将可动体与抵接部分开,能够减小可动体与抵接部之间的间隙(缝隙)。移位的可动体撞上抵接部时的冲击,与可动体和抵接部之间的间隔成比例,因此,在本应用例中,能够通过减小可动体与抵接部之间的间隙,来减少可动体撞上限制主表面的面内方向的移位的抵接部的冲击。这样,由于能够减少可动体撞上抵接部时受到的冲击,因此能够减少可动体或抵接部的损坏。
[应用例2]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述抵接部与所述可动体的所述外沿相对设置,其中,所述可动体的所述外沿位于构成所述可动体的所述主表面的第一方向以及与所述第一方向交差的第二方向的至少之一。
根据本应用例,能够可靠限制可动体在第一方向和第二方向上的移位。
[应用例3]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述抵接部与所述可动体的角部相对设置。
根据本应用例,抵接部与相对于可动体的旋转移位而大幅度变动的角部相对设置,能够在可动体发生面内旋转方向的移位时,可靠限制其移位。
[应用例4]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述抵接部沿所述可动体的所述外沿呈框状设置。
根据本应用例,能够提高限位器限制可动体发生面内方向的移位或面内旋转方向的移位的概率。
[应用例5]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,设置多个所述抵接部。
根据本应用例,设置多个与可动体相抵接的抵接部,能够提高限位器限制可动体发生面内方向的移位的概率。
[应用例6]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述抵接部与所述盖体构成一体。
根据本应用例,能够通过同一制造工序,容易地形成盖体和抵接部。
[应用例7]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述盖体具有构成所述收纳空间的凹陷部,所述抵接部从所述盖体向所述凹陷部突出。
根据本应用例,由于抵接部从盖体向凹陷部突出设置,能够有效利用空间配置抵接部,且能够容易地形成抵接部。
[应用例8]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述可动体设置有空腔部,在所述可动体的俯视观察中,所述空腔部内具备固定部以及从所述固定部延伸设置的悬架部,所述可动体经由悬架部悬挂于固定在所述支承部的所述固定部。
根据本应用例,可动体通过隔着悬架部的固定部悬挂于支承部,能够使悬架部作为扭簧(扭力弹簧)发挥作用,能够使可动体在支承轴的旋转轴方向上移位。
[应用例9]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述可动体和所述抵接部由相同材质构成。
根据本应用例,可动体和抵接部接触时不容易引起可动体和抵接部的粘附。
[应用例10]
优选地,上述应用例的MEMS器件中,所述抵接部和所述可动体为同电位。
根据本应用例,可动体和抵接部为同电位,能够抑制两部分接触时,可动体和抵接部之间产生的电容变动和损耗。因此,在可动体和抵接部接触时,能够继续测量加速度等物理量。
[应用例11]
本应用例的惯性测量装置包括上述应用例的任一例所述的MEMS器件,以及控制所述MEMS器件的驱动的控制电路。
根据本应用例的惯性测量装置,能够得到可以实现上述MEMS器件的效果、可靠性高的惯性测量装置。
[应用例12]
本应用例的移动体定位装置包括:上述应用例所述的惯性测量装置;接收部,从定位用卫星接收叠加了位置信息的卫星信号;获取部,基于接收的所述卫星信号,获取所述接收部的位置信息;运算部,基于所述惯性测量装置输出的惯性数据,对移动体的姿态进行运算;计算部,基于得出的所述姿态校正所述位置信息,从而计算出所述移动体的位置。
根据本应用例的移动体定位装置,能够得到可以实现上述MEMS器件的效果、可靠性高的移动体定位装置。
[应用例13]
本应用例的便携式电子设备包括:上述应用例的任一例所述的MEMS 器件;壳体,收纳所述MEMS器件;处理部,收纳于所述壳体,处理来自于所述MEMS器件的输出数据;显示部,收纳于所述壳体;透光性罩,封闭所述壳体的开口部。
根据本应用例所述的便携式电子设备,能够得到可以实现上述MEMS 器件的效果、可靠性高的便携式电子设备。
[应用例14]
本应用例的电子设备包括:上述任一MEMS器件;控制部,基于所述MEMS器件输出的检测信号进行控制。
根据这种电子设备,能够得到可以实现上述MEMS器件的效果、可靠性高的电子设备。
[应用例15]
本应用例的移动体包括:上述任一MEMS器件;姿态控制部,基于所述MEMS器件输出的检测信号进行姿态控制。
根据这种移动体,能够得到可以实现上述MEMS器件的效果、可靠性高的移动体。
附图说明
图1是第一实施方式的MEMS器件的俯视示意图。
图2是第一实施方式的MEMS器件的示意图图1的A-A’截面图。
图3是第一实施方式的MEMS器件的示意图图1的B-B’截面图。
图4是示意性的表示第一实施方式的MEMS器件的盖体从基板侧观察图2的C-C’线所在面的俯视图。
图5A是说明MEMS器件的动作的示意图。
图5B是说明MEMS器件的动作的示意图。
图5C是说明MEMS器件的动作的示意图。
图6是相当于沿图1的A-A’截面截取的第二实施方式的MEMS器件的截面示意图。
图7是相当于沿图1的B-B’截面截取的第二实施方式的MEMS器件的截面示意图。
图8是相当于沿图1的A-A’截面截取的第三实施方式的MEMS器件的截面示意图。
图9是示出抵接部(盖体)的变形例1从基板侧观察相当于图2的C -C’线所在面的一面的俯视图。
图10是示出抵接部(盖体)的变形例2从基板侧观察相当于图2的C -C’线所在面的一面的俯视图。
图11是示出抵接部(盖体)的变形例3,从基板侧观察相当于图2 的C-C’线所在面的一面的俯视图。
图12是惯性测量装置的概略结构的分解立体图。
图13是惯性测量装置的惯性传感器元件的配置例的立体图。
图14是移动体定位装置的整个系统的框图。
图15是移动体定位装置的作用的示意图。
图16是便携式电子设备的结构的俯视示意图。
图17是便携式电子设备的概略结构的功能框图。
图18是电子设备的一例移动型个人计算机的结构的立体示意图。
图19是电子设备的一例智能手机(便携式电话)的结构的立体示意图。
图20是电子设备的一例数字静态照相机的结构的立体示意图。
图21是移动体的一例汽车的结构的立体示意图。
附图标记说明
1…MEMS器件、10…作为基座的基板、10a…上表面、12…第一凹部、 12a…第一底面、13…间隙、15…支承部、21…作为固定电极的检测电极、21a…第一检测电极部、21b…第二检测电极部、40…抵接部、40a…内表面、40b…端面、41…固定部、43…间隙、44…作为空腔部的贯通部、45…悬架部、50…可动体、50f,50r…主表面、50a…第一可动体、50b…第二可动体、60…盖体、62…作为凹陷部的第二凹部、62a…接合面、65…腔体、66…外周部、67…顶板部、1000…作为便携式电子设备的腕带设备、 1100…个人计算机、1200…智能手机(便携式电话)、1300…数字静态照相机、1500…汽车、2000…惯性测量装置、3000…移动体定位装置、Q…支承轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。需要注意的是,以下所示各图中,为了使各构成要素的大小在附图上可辨识,会存在记载的各构成要素的尺寸和比例与实际的构成要素适当地不同的情况。
[实施方式]
结合图1至图4,对实施方式的MEMS(Micro Electro Mechanical System)器件进行说明。图1是实施方式的MEMS器件的概略的示意图。图2是图1中线段A-A’所示部分的MEMS器件的截面示意图。图3是图1中线段B-B’所示部分的MEMS器件的截面示意图。图4是示意性的表示第一实施方式的MEMS器件的盖体从基板侧观察图1的C-C’线所在面的俯视图。需要说明的是,为了方便说明,各图中未示出与各电极部连接的配线部。而且,图1中未示出盖体,图4中未示出可动体。另外,各图示出了相互正交的X轴、Y轴、Z轴三个轴。Z轴是表示基板和盖体重合的厚度方向的轴,X轴是沿两个设于基板的检测电极部的排列方向的轴。另外,为了方便说明,在从Z轴方向俯视观察时,将盖体侧的+Z轴方向的面说明为上表面,其相反侧的-Z轴方向的面说明为下表面。
<第一实施方式>
(MEMS器件的结构)
第一实施方式的MEMS器件1,例如能够作为惯性传感器使用。具体来说,能够作为用于测量铅直方向(Z轴方向)的加速度物理量的传感器 (电容型MEMS(Micro ElectroMechanical System)加速度传感器)使用。
如图1至图4所示,MEMS器件1设有:作为基座的基板10,基板 10上作为固定电极的检测电极21,与检测电极21具有间隙、经由悬架部 45支承于支承部15的可动体50。此外,MEMS器件1中,覆盖这些可动体50等的盖体60接合于基板10。
作为基座的基板10是设有检测电极21等的基材。基板10中,接合有盖体60的一侧,设有第一凹部12。当从相对于基板10的垂直方向Z 轴方向俯视时,第一凹部12内有可动体50和检测电极21。检测电极21 设于第一凹部12的第一底面12a。
基板10的材料能够使用绝缘性材料。本实施方式的MEMS器件1中,基板10使用含硼硅玻璃的基材。以下说明中,将基板10的设有第一凹部12、连接有后述盖体60的一面称为上表面10a。
当从相对于基板10的第一底面12a的垂直方向Z轴方向俯视时,作为固定电极的检测电极21,以至少一部分与可动体50重合的方式,相对于可动体50设置有间隙13而设于第一底面12a上。检测电极21包括第一检测电极部21a和第二检测电极部21b而构成。其中,第一检测电极部 21a和第二检测电极部21b相互电绝缘。
当从相对于第一底面12a的垂直方向Z轴方向俯视时,检测电极21 设于第一底面12a的以可动体50倾倒时的支承轴Q为中心的两侧。第一底面12a上,以支承轴Q为中心的两侧的一边设有第一检测电极部21a,以支承轴Q为中心的两侧的另一边设有第二检测电极部21b。其中,支承轴Q为延伸设置有悬架部45的方向上延伸的假想线。
检测电极21包括以支承轴Q为中心的图1所示-X方向上,以与后述第一可动体50a(可动体50)部分重合的方式设置的第一检测电极部21a。另外,检测电极21还包括以支承轴Q为中心的图1所示+X方向上,以与后述第二可动体50b(可动体50)部分重合的方式设置的第二检测电极部 21b。其中,第一检测电极部21a和第二检测电极部21b优选表面积彼此相等。此外,第一可动体50a与第一检测电极部21a重合的面积和第二可动体50b与第二检测电极部21b重合的面积优选各自相等。这是因为要根据第一可动体50a和第二可动体50b与第一检测电极部21a和第二检测电极部21b之间产生的电容的差,检测出施加到MEMS器件1上的加速度等物理量的大小或方向。
检测电极21,其材料能够使用导电性材料。本实施方式的MEMS器件1中,检测电极21,其材料能够使用例如包含金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、铟(In)、钛(Ti)、铂(Pt)、钨(W)、锡(Sn)、硅(Si)等在内的导电性材料。
可动体50,相对于检测电极21具有间隙13,设于第一底面12a上。可动体50通过隔着悬架部45的固定部41,支承于连结在第一底面12a 的支承部15。
可动体50包括,以支承轴Q为中心,分别在其两侧的第一可动体50a 和第二可动体50b而构成。可动体50由于通过隔着悬架部45的固定部41,支承于支承部15,能够与检测电极21之间具有间隙13设置。可动体50 由于与检测电极21之间具有间隙13分离设置,能够以悬架部45为支承轴Q,向设有检测电极21的第一底面12a倾倒(跷跷板式摆动)。其中,可动体50的与检测电极21相对的一面称为可动体50的主表面50r,与主表面50r相反的一面称为可动体50的主表面50f。
此外,可动体50由于以悬架部45为支承轴Q进行跷跷板式摆动,第一可动体50a和第二可动体50b各自与检测电极21之间的间隙13(距离) 发生变化。根据可动体50与检测电极21的间隙13的变化,能够使可动体50与检测电极21之间产生的电容发生变化。
当对可动体50施加铅直方向的加速度(例如重力加速度)时,第一可动体50a和第二可动体50b各自产生转矩(力矩)。其中,当第一可动体50a的转矩(例如逆时针转矩)和第二可动体50b的转矩(例如顺时针转矩)均衡时,可动体50不发生倾斜变化,就不能检测出加速度。因此,可动体50设置为,施加铅直方向的加速度时,第一可动体50a的转矩和第二可动体50b的转矩不均衡,可动体50产生规定的倾斜。
MEMS器件1中,通过将支承轴Q配置在偏离可动体50中心(重心) 的位置(通过使支承轴Q到第一可动体50a和第二可动体50b的X轴方向的端面的距离不同),第一可动体50a和第二可动体50b具有相互不同的质量。即,可动体50,以支承轴为界线,在一侧(第一可动体50a)和另一侧(第二可动体50b)质量不同。图示例中,从支承轴Q到第一可动体50a的端面的距离小于从支承轴Q到第二可动体50b的端面的距离。另外,第一可动体50a的厚度和第二可动体50b的厚度大致相等。因此,第一可动体50a的质量小于第二可动体50b的质量。这样,由于第一可动体 50a和第二可动体50b具有相互不同的质量,施加铅直方向的加速度时,能够使第一可动体50a的转矩和第二可动体50b的转矩不均衡。因此,施加铅直方向的加速度时,能够使可动体50产生规定的倾斜。
可动体50与检测电极21之间产生电容(可变电容)。具体来说,第一可动体50a和第一检测电极部21a之间,构成电容(可变电容)C1。而第二可动体50b和第二检测电极部21b之间,构成电容(可变电容)C2。
电容C1,C2根据检测电极21和可动体50之间的间隙13(距离),电容产生变化。例如,当可动体50相对于基板10处于平行状态下,电容 C1,C2的电容值彼此大致相等。由于可动体50和第一检测电极部21a之间的间隙13(距离)与可动体50和第二检测电极部21b之间的间隙13(距离)相等,电容C1,C2的电容值也相等。
另外,例如,可动体50以支承轴Q为支点倾倒的状态下,电容C1、 C2根据可动体50的倾倒,电容C1、C2的电容值发生变化。根据可动体 50的倾倒,可动体50和第一检测电极部21a之间的间隙13(距离)与可动体50和第二检测电极部21b之间的间隙13(距离)不同,因此电容C1、 C2也根据间隙13(距离)而电容值有所不同。
当俯视可动体50时,固定部41设于第一可动体50a和第二可动体50b 之间设置的作为空腔部的贯通部44的内侧。固定部41通过从固定部41 向两侧延伸设置的两个悬架部45,连接于可动体50。换言之,连接固定部41和悬架部45的上表面与下表面的侧面,面向贯通部44。悬架部45 作为可动体50倾倒时的支承轴Q设置。此外,悬架部45能够作为扭簧(扭力弹簧)发挥作用,能够在支承轴Q的转轴方向扭转。固定部41固定于从基板10的第一底面12a突出的支承部15。
如上所述,由于悬架部45作为扭簧发挥作用,可动体50能够根据加速度等物理量而倾倒(跷跷板式摆动)。悬架部45对于可动体50倾倒而产生的“扭转形变”具有韧性,能够抑制该悬架部45的损坏。
可动体50具有,位于盖体60和可动体50之间的间隙43,以及位于检测电极21和可动体50之间的间隙13,因此能够以悬架部45为支承轴 Q进行跷跷板式摆动。
本实施方式的MEMS器件1中,固定部41、悬架部45、以及可动体 50能够通过对一个基材图案化而设置为一体。其中,可动体50,其材料优选使用导电性材料。这是因为可动体50作为电极发挥作用。此外,可动体50与固定部41和悬架部45形成一体时,优选使用例如含有易通过光刻法加工的硅的基材。
其中,固定部41、悬架部45以及可动体50还能够使用绝缘性材料。用绝缘性材料形成可动体50时,在可动体50的与检测电极21相对的面上设置电极膜即可。这样,检测电极21和可动体50之间产生电容,并且由于可动体50因加速度等物理量倾倒,能够得到根据检测电极21和可动体50之间间隙13的变化而产生的电容变化。
盖体60与基板10连接设置。盖体60包括,顶板部分的顶板部67,从顶板部67的外周边缘突出的外周部66,以及位于外周部66的内侧,与外周部66之间具有间隙相对,从顶板部67突出的抵接部40而构成。盖体60通过顶板部67和外周部66设有作为凹陷部的第二凹部62。
抵接部40优选与可动体50的外沿相对设置,该可动体50的外沿位于构成可动体50的主表面50f、50r的方向(面内方向)的X轴方向(第一方向)和Y轴方向(与第一方向交差的第二方向)的至少之一。这样,通过配置抵接部40,能够可靠限制可动体50在可动体50的主表面50f、 50r的面内方向的X轴方向(第一方向)和Y轴方向的移位。
本实施方式的抵接部40在作为凹陷部的第二凹部62内,设置为沿外周部66的框状。抵接部40从顶板部67向第二凹部62突出,包括外周部 66相反侧的内表面40a,以及与外周部66开放端面的接合面62a位于同一平面的端面40b。此时,内表面40a作为与可动体50抵接的面发挥作用。这样,由于抵接部40从顶板部67向第二凹部62内突出设置,能够有效利用空间配置抵接部40,且能够容易地形成抵接部40。
抵接部40作为限位器设置,用于限制可动体50向与Z轴方向交差的 X轴—Y轴方向(可动体50的面内方向)的移位,或可动体50以Z轴为转轴在主表面50f、50r的面内方向的旋转移位,不会对可动体50因施加于MEMS器件1的加速度等物理量而在Z轴方向倾倒造成阻碍。这样,通过将抵接部40设置为沿外周部66的框状,能够提高作为限位器限制可动体50产生的面内方向的移位或面内旋转方向的移位的概率。其中,抵接部40的配置无特殊限定,沿希望对可动体50的移位进行限制的方向上的可动体50的外沿设置。
此外,抵接部40优选与盖体60一体构成。这样,由于盖体60和抵接部40为一体结构,能够通过同一制造工序,容易地形成盖体60和抵接部40。
盖体60以第二凹部62的顶面(外周部66的开放端的端面)为接合面62a,与基板10的上表面10a连接。此时,盖体60以抵接部40的内表面40a与可动体50之间设有间隙43的方式连接。其中,抵接部40的端面40b与基板10的上表面10a可以接合,也可以不接合。另外,抵接部 40的内表面40a优选位于比基板10的上表面10a的内沿靠里的内侧。这样设定内表面40a的位置,能够使抵接部40有效发挥作为限制器限制可动体50的移位的作用。
盖体60与基板10连接,因此构成了腔体65,该腔体65为设于基板 10的第一凹部12和设于盖体60的第二凹部62围成的收纳空间。可动体 50等收纳于通过基板10和盖体60而构成的腔体65,因此能够保护可动体50等不受针对MEMS器件1的扰动。
第二凹部62优选设置为,在基板10和盖体60连接的Z轴方向,当可动体50倾倒时,可动体50和盖体60不抵接的深度。此外,第二凹部 62还优选设置为,至少在可动体50倾倒的Z轴方向,比可动体50的厚度深。其中,盖体60通过未图示配线接地。
此外,优选地,在Z轴方向,当可动体50倾倒时可动体50和抵接部 40的内表面40a不抵接的范围内,盖体60的抵接部40设置为具有尽可能小的间隙43。这样,可动体50在面内方向移位时,可动体50抵接的抵接部40设于盖体60,与现有的可动体与抵接部构成一体的一体结构相比,将可动体50和抵接部40分开,能够减小可动体50和抵接部40的间隙43。移位的可动体50撞上抵接部40时的冲击,与可动体50和抵接部40的间隔成比例,因此,像本实施例这样,通过减小可动体50和抵接部40的间隙43,能够减小可动体50对限制主表面50f、50r的面内方向移位的抵接部40的冲击。
盖体60,其材料优选使用导电性材料。例如,本实施方式的盖体60 使用和可动体50同材质,含有易加工的硅的基材。盖体60使用含有硅的基材,能够通过玻璃熔块接合法和使用硼硅玻璃的基板10连接(接合)。另外,还能够使可动体50和抵接部40接触时,可动体50和抵接部40难以发生粘附。
另外,抵接部40优选与可动体50为同电位。抵接部40由于使用导电性材料,能够和可动体50同电位。这样,由于抵接部40和可动体50 为同电位,因此能够抑制与可动体50接触时,可动体50和抵接部40之间产生的电容变动和损耗。因此,在可动体50和抵接部40接触时,能够继续测量加速度等物理量。
MEMS器件1中,设有配线部(未图示),用于将上述检测电极21 和可动体50之间产生的电容(C1,C2)作为电信号提取出来。通过配线部,能够将根据可动体50的倾倒而产生的电容输出到MEMS器件1的外部。
(MEMS器件1的动作)
参照图5A至图5C,对本实施方式的MEMS器件1的动作进行说明。图5A、图5B和图5C是说明实施方式MEMS器件的动作的示意图。此外,图5A、图5B和图5C省略了检测电极21和可动体50以外的结构的图示。图5A、图5B和图5C所示MEMS器件1,当被施加例如Z轴方向的加速度(例如重力加速度)时,可动体50产生以支承轴Q为中心的转矩(力矩)。
图5A举例说明对MEMS器件1施加从-Z轴方向向+Z轴方向的加速度G11于可动体50的状态。这种状态下,可动体50上,作用于第二可动体50b侧的加速度多于第一可动体50a侧。因此,可动体50上作用以支承轴Q为转轴的顺时针方向的力。从而,可动体50(第二可动体50b)以支承轴Q为转轴向第二检测电极部21b侧倾倒。
由此,第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的间隙13变小(短),第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的电容C2的电容值增加。另一方面,第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的间隙13变大(长),第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的电容C1的电容值减少。
图5B举例说明未对MEMS器件1施加加速度的状态。这种状态下,由于第一可动体50a侧和第二可动体50b侧均未施加加速度G11,因此可动体50上没有力作用。从而,可动体50不会倾倒。即,可动体50与基板10大致平行。
由此,第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的间隙13,与第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的间隙13大致相等。从而,第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的电容C1,与第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的电容C2的电容值大致相等。另外,与图5A 所示的MEMS器件1的状态相比,第一可动体50a和第一检测电极部21a 之间的间隙13变小,两部分之间产生的电容C1增加。而第二可动体50b 和第二检测电极部21b之间的间隙13增加,两部分之间产生的电容C2减少。
图5C举例说明对MEMS器件1施加从+Z轴方向向-Z轴方向的加速度G21于可动体50的状态。这种状态下,由于第一可动体50a侧施加有加速度G21,会有以支承轴Q为转轴的逆时针的力作用。从而,可动体 50向第一检测电极部21a侧倾倒。图5C中,显示了加速度G21大于作用于第二可动体50b的重力加速度的状态。因此,可动体50向第一检测电极部21a侧倾倒。
因此,第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的间隙13变小(短),第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的电容C1的电容值增加。另一方面,第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的间隙13变大,第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的电容C2的电容值减少。另外,与图5B所示的未对MEMS器件1施加加速度的状态相比,第一可动体 50a和第一检测电极部21a之间的间隙13变小,两部分之间产生的电容 C1增加。而第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的间隙13变大,两部分之间产生的电容C2的电容值减少。
本实施方式的MEMS器件1能够从两个电容值的变化,检测出加速度(例如,G11、G21)的值。例如,通过以图5B状态下所得的电容值为标准,通过判断图5A状态下的电容值变化,能够检测出加速度G11作用的方向和力。另外,通过判断图5C状态下的电容值变化,能够检测出加速度G21作用的方向和力。
根据上述第一实施方式的MEMS器件1,当可动体50在主表面50f、 50r的面内方向移位时,可动体50抵接的抵接部40作为限位器设于盖体 60。这样,与现有的限位器(抵接部)和可动体构成一体的一体结构相比,将抵接部40与可动体50分开设置,能够使可动体50和抵接部40之间的间隙(缝隙)43变小。移位的可动体50撞上抵接部40时的冲击,与可动体50和抵接部40的间隔(间隙43的宽度)成比例,因此,像本实施方式这样,通过减小可动体50和抵接部40的间隙43,能够减小可动体50 对抵接部40的冲击。这样,由于能够减小可动体50撞上抵接部40时所受的冲击,因此能够减少可动体50或抵接部40的损坏。
此外,由于抵接部40与可动体50的外沿相对,设置为沿该外沿的框状(周围的形状),因此能够可靠限制可动体50在构成可动体50的主表面50f、50r的X轴方向(第一方向)和Y轴方向(第二方向)的移位。
<第二实施方式>
下面,将参照图6和图7,对第二实施方式的MEMS器件的结构进行说明。图6是相当于沿图1的A-A’截面截取的第二实施方式的MEMS 器件的截面示意图。图7是相当于沿图1的B-B’截面截取的第二实施方式的MEMS器件的截面示意图。此外,以下第二实施方式的说明中,主要说明与所述第一实施方式不同的结构,相同的结构标以相同的符号并省略其说明。第二实施方式的MEMS器件,其设于盖体的抵接部的结构与第一实施方式不同。
如图6和图7所示,第二实施方式的MEMS器件1A与第一实施方式相同,设有作为基座的基板10,基板10上作为固定电极的检测电极21,与检测电极21具有间隙、经由悬架部45支承于支承部15的可动体50。其中,这些构成要素,由于与第一实施方式相同,不再详细说明。此外, MEMS器件1A中,覆盖这些可动体50等的盖体60A接合于基板10。
盖体60A包括:顶板部67;从顶板部67的外周边缘突出的外周部66;以及位于外周部66的内侧,与外周部66之间具有间隙相对,从顶板部67 突出的抵接部80。其中,盖体60A通过顶板部67和外周部66设有作为凹陷部的第二凹部62。其中,盖体60A其抵接部80的配置位置与第一实施方式不同。
盖体60A以第二凹部62的顶面(外周部66的开放端的端面)为接合面62a,与基板10的上表面10a连接。此时,盖体60A以抵接部80的内表面80a与可动体50之间设有间隙43的方式连接。
与第一实施方式相同,抵接部80与可动体50的外沿相对设置,该可动体50的外沿位于构成可动体50的主表面50f、50r的方向(面内方向) 的X轴方向(第一方向)和Y轴方向(与第一方向交差的第二方向)的至少之一。抵接部80在作为凹陷部的第二凹部62内,设置为沿外周部66 的框状。抵接部80从顶板部67向第二凹部62突出,包括外周部66相反侧的内表面80a,以及与外周部66开放端面的接合面62a位于同一平面的端面80b。
其中,抵接部80的端面80b以向设于基板10的第一凹部12内部开放的方式设置。换言之,与第一实施方式不同,抵接部80的端面80b设在不与基板10的上表面10a相对的位置。
抵接部80作为限位器设置,用于限制可动体50向与Z轴方向交差的 X轴-Y轴方向(可动体50的面内方向)的移位,或可动体50以Z轴为转轴的主表面50f、50r的面内方向的旋转移位,不会对可动体50因施加于MEMS器件1A的加速度等物理量而在Z轴方向倾倒造成阻碍。这样,通过将抵接部80设置为沿外周部66的框状,能够提高作为限位器限制可动体50产生的面内方向的移位的概率。其中,抵接部80的配置无特殊限定,沿希望对可动体50的移位进行限制的方向上的可动体50的外沿设置。
此外,抵接部80优选与盖体60A一体构成。这样,由于盖体60A和抵接部80为一体结构,能够通过同一制造工序,容易地形成盖体60A和抵接部80。
根据上述第二实施方式的MEMS器件1A,由于具有配置有向第一凹部12内部成为开放端的端面80b的抵接部80,能够实现与所述第一实施方式同样的效果。即,由于能够减小可动体50撞上抵接部80时所受的冲击,因此能够减少可动体50或抵接部80的损坏。
<第三实施方式>
下面,将参照图8,对第三实施方式的MEMS器件的结构进行说明。图8是相当于沿图1的A-A’截面截取的第三实施方式的MEMS器件的截面示意图。其中,以下第三实施方式的说明中,主要说明与所述第一实施方式不同的结构,相同的结构标以相同的符号并省略其说明。第三实施方式的MEMS器件,其设于盖体的抵接部的结构与第一实施方式不同。
如图8所示,第三实施方式的MEMS器件1B与第一实施方式相同,设有作为基座的基板10,基板10上作为固定电极的检测电极21,与检测电极21具有间隙、经由悬架部45支承于支承部15的可动体50。其中,这些构成要素,由于与第一实施方式相同,不再详细说明。此外,MEMS 器件1B中,覆盖这些可动体50等的盖体60B接合于基板10。
盖体60B包括:顶板部67;从顶板部67的外周边缘突出的外周部66;以及位于外周部66的内侧,与外周部66之间具有间隙相对,从顶板部67 突出的抵接部240。盖体60B通过顶板部67和外周部66设有作为凹陷部的第二凹部62。其中,盖体60B其抵接部240的配置位置与第一实施方式不同。
盖体60B以第二凹部62的顶面(外周部66的开放端的端面)为接合面62a,与基板10的上表面10a连接。此时,盖体60B以抵接部240的内表面240a与可动体50之间设有间隙43的方式连接。
与第一实施方式相同,抵接部240与可动体50的外沿相对设置,该可动体50的外沿位于构成可动体50的主表面50f、50r的方向(面内方向) 的X轴方向(第一方向)和Y轴方向(与第一方向交差的第二方向)的至少之一。抵接部240在作为凹陷部的第二凹部62内,设置为沿外周部 66的框状。抵接部240从顶板部67向第二凹部62突出,包括外周部66 相反侧的内表面240a,以及位于比外周部66开放端面的接合面62a靠近顶板部67侧的端面240b。换言之,抵接部240的端面240b设置在与基板 10的上表面10a具有间隙相对的位置。
与第一实施方式相同,抵接部240作为限位器设置,用于限制可动体 50的移位。这种作为限位器的功能,与第一实施方式相同,故不再重复说明。其中,抵接部240的配置无特殊限定,沿希望对可动体50的移位进行限制的方向上的可动体50的外沿设置。
此外,抵接部240优选与盖体60B一体构成。这样,由于盖体60B 和抵接部240为一体结构,能够通过同一制造工序,容易地形成盖体60B 和抵接部240。
根据上述第三实施方式的MEMS器件1B,由于具有端面240b设于与基板10的上表面10a具有间隙相对的位置的抵接部240,能够实现与前述第一实施方式同样的效果。即,由于能够减小可动体50撞上抵接部240 时所受的冲击,因此能够减少可动体50或抵接部240的损坏。
[抵接部的变形例]
上述各实施方式中,举例说明了盖体60中设置为沿可动体50的外沿的框状(周围的形状)的抵接部40、80、240,但是抵接部的结构不局限于此,还可以为以下所示变形例的结构。下面按图9至图11,依次对变形例1至变形例3的结构进行说明。变形例1至变形例3是将上述各实施方式所说明的框状(周围的形状)抵接部40、80、240去除一部分的状态从而分割作为多个抵接部配置的结构。其中,下面说明中,对与所述实施方式相同的结构,标以相同的符号,不再对其结构进行详细说明。
(变形例1)
首先,参照图9,对抵接部的变形例1进行说明。其中,图9是示出抵接部(盖体)的变形例1从基板侧观察相当于图2的C-C’线所在面的一面的俯视图。
如图9所示,变形例1的抵接部340沿盖体60C的外周部66,从盖体60C的顶板部67突出,与外周部66具有间隙配置。抵接部340具有第一抵接部341和第二抵接部342,所述第一抵接部341和第二抵接部342 是将上述各实施方式所说明的框状(周围的形状)抵接部40、80、240在去除长边(沿X轴的两边)的中央部分的状态从而二分而构成。详细来说,抵接部340由第一抵接部341和第二抵接部342构成,所述第一抵接部341 和第二抵接部342包括沿Y轴延伸的第一边和两个从该第一边的两端沿X 轴延伸,末端具有开放端的第二边。
第一抵接部341和第二抵接部342呈彼此向盖体60C的中央开口的方括弧形状(匚字形),分别设有作为抵接面的内表面341a、342a。即,当盖体60C连接到例如第一实施方式的基板10(参照图1、图2)时,从+Z 轴方向俯视,抵接部340通过第一抵接部341和第二抵接部342,配置于与可动体50(参照图1、图2)的外沿的至少一部分相对的位置,本变形例中,配置于与可动体50的外沿的四个角相对的位置。这样,通过将抵接部340配置于盖体60C,能够可靠限制可动体50发生包括旋转移位在内的面内方向的移位。
根据变形例1的抵接部340,能够实现与所述第一实施方式至第三实施方式相同的效果。即,能够减小可动体50撞上抵接部340时受到的冲击,因而能够减少可动体50或抵接部340的损坏。
(变形例2)
接下来,参照图10,对抵接部的变形例2进行说明。其中,图10是示出抵接部(盖体)的变形例2从基板侧观察相当于图2的C-C’线所在面的一面的俯视图。
如图10所示,变形例2的抵接部沿盖体60D的外周部66,从盖体60D 的顶板部67突出,与外周部66具有间隙配置。变形例2的抵接部由第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443以及第四抵接部444构成,所述第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443以及第四抵接部 444是将上述各实施方式中说明的框状(周围的形状)抵接部40、80、240 在去除长边(沿X轴的两边)和短边(沿Y轴的两边)的中央部分的状态从而分成四部分来构成。详细来说,变形例2的抵接部配置于上述各实施方式中说明的框状(周围的形状)抵接部40、80、240的四个角的部分,第一抵接部441配置于-X、-Y轴方向,第二抵接部442配置于-X、+Y轴方向,第三抵接部443配置于+X、+Y轴方向,第四抵接部444配置于+X、 -Y轴方向。
第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443以及第四抵接部 444呈包括沿Y轴延伸、末端具有开放端的第一边和从该第一边的一端沿 X轴延伸、末端具有开放端的第二边的L字形,分别设置有作为抵接面的内表面441a、442a、443a、444a。即,当盖体60D连接到例如第一实施方式的基板10(参照图1、图2)时,从+Z轴方向俯视,抵接部通过第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443以及第四抵接部444,配置于与可动体50(参照图1、图2)的外沿的至少一部分相对的位置,本变形例中,配置于与可动体50的外沿的四个角相对的位置。这样,通过将多个抵接部(第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443以及第四抵接部444)配置于盖体60D,能够可靠限制可动体50发生包括旋转移位在内的面内方向的移位。
根据变形例2的抵接部,能够实现与所述第一实施方式至第三实施方式相同的效果。即,能够减小可动体50撞上抵接部(第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443以及第四抵接部444)时受到的冲击,因而能够减少可动体50或抵接部(第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443以及第四抵接部444)的损坏。
(变形例3)
接下来,参照图11,对抵接部的变形例3进行说明。其中,图11是示出抵接部(盖体)的变形例3从基板侧观察相当于图2的C-C’线所在面的一面的俯视图。
如图11所示,变形例3的抵接部沿盖体60E的外周部66,从盖体60E 的顶板部67突出,与外周部66具有间隙配置。变形例3的抵接部是将上述变形例2中说明的第一抵接部441、第二抵接部442、第三抵接部443、以及第4抵接部444各自的第一边和第二边的交差部分(角部)去除,一分为二,由共计8个直线部分构成。详细来说,变形例3的抵接部由8个直线部分构成的第一抵接部541、第二抵接部542、第三抵接部543、第四抵接部544、第五抵接部545、第六抵接部546、第七抵接部547以及第八抵接部548构成。变形例3的抵接部配置于上述各实施方式中说明的框状 (周围的形状)抵接部40、80、240的四个角的部分。具体来说,第一抵接部541和第二抵接部542配置在-X、-Y轴方向,第三抵接部543和第四抵接部544配置在-X、+Y轴方向,第五抵接部545和第六抵接部546 配置在+X、+Y轴方向,第七抵接部547和第八抵接部548配置在+X、-Y 轴方向。
第一抵接部541、第二抵接部542、第三抵接部543、第四抵接部544、第五抵接部545、第六抵接部546、第七抵接部547以及第八抵接部548 呈直线状,分别设有作为抵接面的内表面541a、542a、543a、544a、545a、 546a、547a、548a。当盖体60D连接到例如第一实施方式的基板10(参照图1、图2)时,从+Z轴方向俯视,通过第一抵接部541、第二抵接部 542、第三抵接部543、第四抵接部544、第五抵接部545、第六抵接部546、第七抵接部547以及第八抵接部548,抵接部配置于与可动体50(参照图 1、图2)的外沿的至少一部分相对的位置,本变形例中,配置于与可动体 50的外沿的四个角相对的位置。这样,通过将多个抵接部(第一抵接部 541、第二抵接部542、第三抵接部543、第四抵接部544、第五抵接部545、第六抵接部546、第七抵接部547以及第八抵接部548)配置于盖体60E,能够可靠限制可动体50发生包括旋转移位在内的面内方向的移位。
根据变形例3的抵接部,能够实现与上述第一实施方式至第三实施方式相同的效果。即,能够减小可动体50撞上抵接部(第一抵接部541、第二抵接部542、第三抵接部543、第四抵接部544、第五抵接部545、第六抵接部546、第七抵接部547以及第八抵接部548)时受到的冲击,因而能够减少可动体50或抵接部(第一抵接部541、第二抵接部542、第三抵接部543、第四抵接部544、第五抵接部545、第六抵接部546、第七抵接部547以及第八抵接部548)的损坏。
<惯性测量装置>
下面,将参照图12和图13,对惯性测量装置(IMU:Inertial Measurement Unit(惯性测量单元))进行说明。图12是惯性测量装置的示意结构的立体分解图。图13是惯性测量装置的惯性传感器元件的配置例的立体图。
图12所示惯性测量装置2000(IMU:Inertial Measurement Unit)是检测汽车、机器人等运动体(被安装装置)的姿态或行为(惯性运动量) 的装置。惯性测量装置2000作为所谓的六轴运动传感器发挥作用,具有三轴加速度传感器和三轴角速度传感器。
惯性测量装置2000是平面形状为近正方形的长方体。此外,位于正方形对角线方向的两处顶点附近,形成有作为固定部的螺纹孔2110。在这两处螺纹孔中穿过两根螺丝,能够将惯性测量装置2000固定于汽车等被安装体的被安装面。另外,通过选定零件或修改设计,也能够将其缩小为能够安装在例如智能手机或数码相机上的尺寸。
惯性测量装置2000的结构为,具有外部壳体2100、接合部件2200、传感器模块2300,传感器模块2300隔着接合部件2200插入外部壳体2100 的内部。此外,传感器模块2300具有内部壳体2310和基板2320。
外部壳体2100的外形与惯性测量装置2000的整体形状相同,是平面形状为近正方形的长方体,位于正方形对角线方向的两处顶点附近,分别形成有螺纹孔2110。另外,外部壳体2100为箱状,其内部收纳有传感器模块2300。
内部壳体2310为支承基板2320的部件,其形状可收纳于外部壳体 2100的内部。另外,内部壳体2310形成有用于防止与基板2320接触的凹部2311,和为了使后述连接器2330露出的开口2312。这种内部壳体2310 隔着接合部材2200(例如,含浸粘接剂的密封件)与外部壳体2100接合。另外,内部壳体2310的下表面通过粘接剂接合有基板2320。
如图13所示,基板2320的上表面安装有连接器2330,检测绕Z轴角速度的角速度传感器2340z,检测Z轴、Y轴和Z轴各轴方向的加速度的加速度传感器2350等。另外,基板2320的侧面安装有检测绕X轴角速度的角速度传感器2340x,以及检测绕Y轴角速度的角速度传感器2340y。其中,角速度传感器2340z、2340x、2340y没有特殊限定,能够使用利用科里奥利力的振动陀螺传感器。而加速度传感器2350没有特殊限定,能够使用例如所述MEMS器件1等的电容型加速度传感器。
此外,基板2320的下表面安装有控制IC2360。控制IC2360为MCU (MicroController Unit:微控制器单元),内置有包括非易失性存储器的存储部和A/D转换器等,控制惯性测量装置2000的各部。存储部存储有规定了顺序和内容的用于检测加速度和角速度的程序,或将检测数据数字化并装入数据包的程序,附带数据等。其中,基板2320还装有其他多个电子零件。
以上对惯性测量装置2000(惯性测量装置)进行了说明。这种惯性测量装置2000包括角速度传感器2340z、2340x、2340y及加速度传感器2350,控制这些各传感器2340z、2340x、2340y及2350的驱动的控制IC2360(控制电路)。由此,得到能够实现上述MEMS器件1的效果、可靠性高的惯性测量装置2000。
<移动体定位装置>
接下来,参照图14和图15,对移动体定位装置进行说明。图14是移动体定位装置的整个系统的框图。图15是移动体定位装置的作用的示意图。
图14所示移动体定位装置3000安装在移动体上使用,用于对该移动体定位。移动体无特殊限定,可以是自行车、汽车(包括四轮汽车和摩托车)、火车、飞机、船等,本实施方式中以四轮汽车为例进行说明。移动体定位装置3000具有惯性测量装置3100(IMU)、运算处理部3200、GPS 接收部3300、接收天线3400、位置信息获取部3500、位置合成部3600、处理部3700、通信部3800、显示部3900。其中,惯性测量装置3100能够使用例如所述惯性测量装置2000。
此外,惯性测量装置3100具有三轴加速度传感器3110和三轴角速度传感器3120。运算处理部3200收到来自加速度传感器3110的加速度数据以及来自角速度传感器3120的角速度数据,对这些数据进行惯性导航运算处理,输出惯性导航定位数据(包含移动体的加速度和姿态的数据)。
另外,GPS接收部3300经由接收天线3400,接收来自GPS卫星的信号(GPS载波,叠加了位置信息的卫星信号)。此外,位置信息获取部3500 基于GPS接收部3300接收到的信号,输出表示移动体定位装置3000(移动体)的位置(纬度、经度、高度)、速度、方位的GPS定位数据。此 GPS定位数据中也包含表示接收状态或接收时刻等的状态数据。
位置合成部3600基于运算处理部3200输出的惯性导航定位数据以及位置信息获取部3500输出的GPS定位数据,计算出移动体的位置,具体来说,计算出移动体在地面上的哪些位置行驶。例如,即使GPS定位数据所包含的移动体的位置相同,如图15所示,由于地面倾斜等的影响,移动体的姿态不同,则移动体会在地面上的不同位置行驶。因此,仅通过GPS定位数据是不能够计算出移动体的正确位置的。所以,位置合成部 3600通过惯性导航定位数据(尤其是有关移动体的姿态的数据),计算出移动体在地面上的哪些位置行驶。其中,该计算能够通过使用三角函数(相对于铅直方向的倾斜θ)的运算,较简单的进行。
位置合成部3600输出的位置数据通过处理部3700进行预定的处理,定位结果由显示部3900显示。此外,位置数据可以通过通信部3800发送到外部装置。
以上对移动体定位装置3000进行了说明。这种移动体定位装置3000,如上所述,包括:惯性测量装置3100;GPS接收部3300(接收部),从定位用卫星接收叠加了位置信息的卫星信号;位置信息获取部3500(获取部),基于接收到的卫星信号获取GPS接收部3300的位置信息;运算处理部3200(运算部),基于惯性测量装置3100输出的惯性导航定位数据(惯性数据)对移动体的姿态进行运算;位置合成部3600,基于计算出的姿态校正位置信息,从而计算出移动体位置。由此,能够实现上述MEMS器件1(惯性测量装置2000)的效果,得到可靠性高的移动体定位装置3000。
<便携式电子设备>
接下来,基于图16和图17,对使用MEMS器件1的便携式电子设备进行详细说明。下面,以腕表式活动量计(活动追踪器)作为便携式电子设备的一例进行说明。
如图16所示,腕表式活动量计(活动追踪器)这种腕带设备1000通过表带1032、1037佩戴在用户的手腕等部位(被检测体),具有数字显示的显示部150,并能进行无线通信。上述本发明的MEMS器件1作为测量加速度的传感器,和测量角速度的传感器等一起组装在腕带设备1000中。
腕带设备1000具有:至少收纳有MEMS器件1的壳体1030;收纳于壳体1030,处理来自MEMS器件1的输出数据的处理部100(参照图17);收纳于壳体1030的显示部150;封闭壳体1030开口部的透光性罩1071。壳体1030的透光性罩1071的壳体1030的外侧设有表圈1078。壳体1030 的侧面设有多个操作按钮1080、1081。下面,一并参照图17,进一步进行详细说明。
作为MEMS器件1的加速度传感器113检测相互交差(理想地,为正交)的三轴方向各自的加速度,输出与检测出的三轴加速度的大小和朝向相对应的信号(加速度信号)。此外,角速度传感器114检测相互交差 (理想地,为正交)的三轴方向各自的角速度,输出与检测出的三轴角速度的大小和朝向相对应的信号(角速度信号)。
构成显示部150的液晶显示屏(LCD)中,根据各种检测模式,能够显示例如利用GPS传感器110或地磁传感器111的位置信息,利用移动量或加速度传感器113(MEMS器件1)或者角速度传感器114等的运动量等的运动信息,利用脉搏传感器115等的脉搏数等生物体信息,或者当前时刻等时刻信息等。另外,还能够显示利用温度传感器116的环境温度。
通信部170进行各种控制,以使用户终端和未图示的信息终端之间建立通信。通信部170包括,例如,蓝牙Bluetooth(注册商标)(包括BTLE: Bluetooth Low Energy:低能耗蓝牙)、Wi-Fi(注册商标)(Wireless Fidelity:无线保真)、Zigbee(注册商标)、NFC(Nearfield communication:近距离无线通信)、ANT+(注册商标)等对应近距离无线通信标准的收发送机和 USB(Universal Serial Bus:通用串行总线)等对应通信总线标准的连接器而构成。
处理部100(处理器)由例如,MPU(Micro Processing Unit:微处理器)、DSP(Digital Signal Processor:数字信号处理器)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit:专用集成电路)等构成。处理部100基于存储于存储部140的程序和操作部120(例如操作按钮1080,1081)输出的信号,执行各种处理。处理部100的处理包括,对GPS传感器110、地磁传感器111、压力传感器112、加速度传感器113、角速度传感器114、脉搏传感器115、温度传感器116、计时部130的各输出信号进行的数据处理,使显示部150显示图像的显示处理,使声音输出部160输出声音的声音输出处理,经由通信部170和信息终端进行通信的通信处理,将电池180的电力提供给各部的电力控制处理等。
这种腕带设备1000至少能够具有以下功能:
1.距离:通过高精度的GPS功能,测量从测量开始的总共距离。
2.配速:由配速距离测量值,显示当前的行进配速。
3.平均速度:计算显示行进开始到当前的平均速度。
4.标高:通过GPS功能,测量显示标高。
5.步幅:即使在GPS电波达到不了的隧道内等,也能测量显示步幅。
6.步频:测量显示每分钟的步数。
7.心率:通过脉搏传感器,测量显示心率。
8.坡度:在山间进行训练或越野跑时,测量显示地面的坡度。
9.自动分圈:行进预设的一定距离或一定时间时,进行自动分圈测量。
10.运动消耗卡路里:显示消耗卡路里。
11.步数:显示运动开始后总共的步数。
此外,腕带设备1000能够广泛应用于跑表、跑步手表、针对铁人两项或铁人三项等多运动的跑步手表、户外手表,以及安装卫星定位系统,例如GPS的GPS手表等。
另外,上述虽然使用GPS(Global Positioning System:全球定位系统) 作为卫星定位系统进行说明,但也可以使用其他全球导航卫星系统 (GNSS:Global NavigationSatellite System:全球导航卫星系统)。例如,可以使用EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service:欧洲地球同步卫星导航增强系统)、QZSS(QuasiZenith Satellite System:准天顶卫星系统)、GLONASS(Global Navigation SatelliteSystem:全球导航卫星系统)、GALILEO、BeiDou(BeiDou Navigation Satellite System:北斗导航卫星系统)等卫星定位系统中的一种或两种以上。另外,卫星定位系统的至少之一可以使用WAAS(Wide Area Augmentation System:广域增强系统)、EGNOS(EuropeanGeostationary-Satellite Navigation Overlay Service:欧洲地球同步卫星导航增强系统)等静止卫星型卫星导航增强系统(SBAS:Satellite-based Augmentation System:星基增强系统)。
这种便携式电子设备具备MEMS器件1以及处理部100,因此具有良好的可靠性。
<电子设备>
下面,基于图18至图20,对使用MEMS器件1的电子设备进行详细说明。
首先,参照图18,对电子设备的一例移动型个人计算机进行说明。图 18是电子设备的一例移动型个人计算机的结构的立体示意图。
此图中,个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104和具有显示部1108的显示单元1106构成。显示单元1106相对于主体部1104,经由铰链构造部以能够转动的方式支承。这种个人计算机1100中内置有作为加速度传感器的MEMS器件1,基于MEMS器件1的检测数据,控制部1110能够进行例如姿态控制等控制。
图19是电子设备的一例智能手机(便携式电话)的结构的立体示意图。
此图中,智能手机1200装有上述MEMS器件1。通过MEMS器件1 检测出的检测数据(加速度数据)发送到智能手机1200的控制部1201。控制部1201包括CPU(CentralProcessing Unit:中央处理器)而构成,从接收到的检测数据识别智能手机1200的姿态或行为,能够使显示部1208 显示的显示图像变化,发出警告音或效果音,驱动振动电机使主体振动等。换言之,能够进行智能手机1200的运动传感,从测量出的姿态或行为改变显示内容,发出声音或振动等。尤其在运行游戏应用时,能够体验身临其境的感觉。
图20是电子设备的一例数字静态照相机的结构的立体示意图。其中,此图简单示出了与外部设备的连接。
数字静态照相机1300的壳体(机身)1302的背面设有显示部1310,是基于CCD的摄像信号进行显示的结构,显示部1310作为取景器,将被摄体显示为电子图像。另外,壳体1302的正面侧(图中的背面侧)设有包括光学透镜(摄像光学系统)或CCD等的光接收单元1304。
摄像者确认显示部1310显示的被摄体图像,按下快门按钮1306后, CCD在这个时间点的摄像信号被传送存储于存储器1308。此外,此数字静态照相机1300中,壳体1302的侧面设有电视信号输出端子1312和数据通信用输入输出端子1314。而且,如图所示,根据需要,电视信号输出端子1312连接有电视监控器1430,数据通信用输入输出端子1314连接有个人计算机1440。进一步,通过预定操作,存储于存储器1308的摄像信号被输出到电视监控器1430或个人计算机1440。这种数字静态照相机 1300中内置有作为加速度传感器的MEMS器件1,基于MEMS器件1的检测数据,控制部1316能够进行例如抖动校正等控制。
这种电子设备由于具有MEMS器件1,以及控制部1110、1201、1316,因此具备良好的可靠性。
此外,具有MEMS器件1的电子设备除了应用于图18的个人计算机、图19的智能手机(便携式电话)、图20的数字静态照相机外,还能够应用于以下设备:例如,平板终端、手表、喷墨式喷射装置(例如喷墨打印机)、笔记本型个人计算机、电视、摄像机、磁带录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括带通信功能的)、电子词典、电子计算机、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗电视监控器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗器械(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量仪、超声诊断仪、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量装置、仪表类(例如,车辆、飞机、船舶的仪表类)、飞行模拟器、地震仪、计步器、倾斜仪、测量硬盘振动的振动仪、机器人或无人机等飞行物体的姿态控制装置、用于汽车的自动驾驶用惯性导航的控制设备等。
<移动体>
下面将参照图21,对使用MEMS器件1的移动体进行详细说明。图 21是移动体的一例汽车的结构的立体示意图。
如图21所示,汽车1500内置有MEMS器件1,例如能够通过MEMS 器件1检测出车体1501的姿态。MEMS器件1的检测信号提供给作为控制车体姿态的姿态控制部的车体姿态控制装置1502,车体姿态控制装置 1502基于该信号检测车体1501的姿态,根据检测结果能够控制避震器的软硬,或控制各个车轮1503的制动。此外,MEMS器件1,还能够广泛应用于:无匙进入、发动机防盗锁止系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、气囊、轮胎压力监测系统(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制器、自动驾驶用惯性导航的控制设备、混合动力汽车或电力汽车的电池监测器等电子控制单元(ECU:electronic control unit)。
此外,除上述示例外,应用于移动体的MEMS器件1还能够用于:例如,双足步行机器人和火车等的姿态控制,无线电控制飞机、无线电控制直升飞机以及无人机等远程控制或自主飞行物体的姿态控制,农业机械(农机)、或建筑机械(建机)等的姿态控制,火箭、人工卫星、船舶、 AGV(无人搬运车)以及双足步行机器人等的控制。如上所述,在实现各种移动体的姿态控制时,安装了MEMS器件以及各自的控制部(未图示)。
这种移动体由于具有MEMS器件1,以及控制部(例如,作为姿态控制部的车体姿态控制装置1502),因此具备良好的可靠性。
以上基于图示的实施方式,对MEMS器件、惯性测量装置、移动体定位装置、便携式电子设备、电子设备、以及移动体进行了说明,但本发明并不局限于此,各部的结构能够置换为具有同等功能的任意结构。此外,本发明可以添加其他任意结构。
另外,上述实施方式中,X轴、Y轴和Z轴相互正交,但只要相互交差,并不做限定,例如,X轴可以相对YZ平面的法线方向稍微倾斜,Y 轴可以相对XZ平面的法线方向稍微倾斜,Z轴可以相对XY平面的法线方向稍微倾斜。其中,稍微是指在MEMS器件1能够发挥其效果的范围内,具体倾斜角度(数值)根据结构等有所不同。
Claims (13)
1.一种MEMS器件,其特征在于,包括:
基座,具备支承部以及固定电极;
可动体,主表面与所述固定电极相对,支承于所述支承部;
盖体,与所述基座接合,构成内部收纳有所述可动体的收纳空间;
所述盖体具备抵接部,所述抵接部与收纳于所述收纳空间的所述可动体的外沿的至少一部分具有间隙并相对,限制所述主表面的面内方向的移位,
所述盖体具备顶板部及从所述顶板部的外周边缘朝所述基座的侧突出的外周部,
所述外周部在所述外周部的所述基座的侧的端部具有与所述基座接合的接合面,
所述抵接部与所述盖体构成一体,在俯视观察时,所述抵接部在所述外周部的内侧从所述顶板部朝所述基座的侧突出,
所述抵接部在所述抵接部的所述基座的侧的端部具备与所述接合面位于同一平面的端面。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件,其特征在于,
所述MEMS器件中,所述抵接部与所述可动体的所述外沿相对设置,其中,所述可动体的所述外沿位于构成所述可动体的所述主表面的第一方向以及与所述第一方向交差的第二方向的至少之一。
3.根据权利要求2所述的MEMS器件,其特征在于,
所述MEMS器件中,所述抵接部与所述可动体的角部相对设置。
4.根据权利要求2所述的MEMS器件,其特征在于,
所述MEMS器件中,所述抵接部沿所述可动体的所述外沿呈框状设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS器件,其特征在于,
所述MEMS器件中,设置多个所述抵接部。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS器件,其特征在于,
所述MEMS器件中,所述可动体设置有空腔部,
在所述可动体的俯视观察中,所述空腔部内具备固定部以及从所述固定部延伸设置的悬架部,
所述可动体经由悬架部悬挂于固定在所述支承部的所述固定部。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS器件,其特征在于,
所述MEMS器件中,所述可动体和所述抵接部由相同材质构成。
8.根据权利要求7所述的MEMS器件,其特征在于,
所述MEMS器件中,所述抵接部和所述可动体为同电位。
9.一种惯性测量装置,其特征在于,包括:
根据权利要求1至8中任一项所述的MEMS器件,
控制所述MEMS器件的驱动的控制电路。
10.一种移动体定位装置,其特征在于,包括:
根据权利要求9所述的惯性测量装置;
接收部,从定位用卫星接收叠加了位置信息的卫星信号;
获取部,基于接收的所述卫星信号,获取所述接收部的位置信息;
运算部,基于所述惯性测量装置输出的惯性数据,对移动体的姿态进行运算;
计算部,基于得出的所述姿态校正所述位置信息,从而计算出所述移动体的位置。
11.一种便携式电子设备,其特征在于,包括:
根据权利要求1至8中任一项所述的MEMS器件;
壳体,收纳所述MEMS器件;
处理部,收纳于所述壳体,处理来自于所述MEMS器件的输出数据;
显示部,收纳于所述壳体;
透光性罩,封闭所述壳体的开口部。
12.一种电子设备,其特征在于,具备:
根据权利要求1至8中任一项所述的MEMS器件;
控制部,基于所述MEMS器件输出的检测信号进行控制。
13.一种移动体,其特征在于,具备:
根据权利要求1至8中任一项所述的MEMS器件;
姿态控制部,基于所述MEMS器件输出的检测信号进行姿态控制。
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