CN110595456B - 物理量传感器、复合传感器、惯性测量单元、电子设备及移动体 - Google Patents

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Abstract

提供一种物理量传感器、复合传感器、惯性测量单元、电子设备及移动体,物理量传感器检测物理量的精度优异。作为物理量传感器的加速度传感器(100)包括:加速度传感器元件(1)和电路元件(2),该加速度传感器元件(1)包括:基板(12);盖(50),以在内部构成收纳空间(S2)的方式与基板(12)接合;以及加速度传感器元件片(10),收纳于收纳空间(S2)并能够检测物理量,该电路元件(2)由粘接材料(131)粘接于盖(50)的与加速度传感器元件片(10)侧相反侧的上表面(50f),该加速度传感器(100)在盖(50)的上表面(50f)的外缘区域,沿着盖(50)的外缘设置有凹部(70)。

Description

物理量传感器、复合传感器、惯性测量单元、电子设备及移 动体
技术领域
本发明涉及物理量传感器、复合传感器、惯性测量单元、移动体定位装置、便携式电子设备、电子设备、移动体、行驶辅助系统以及显示装置。
背景技术
以往,如专利文献1所记载的那样,在检测加速度、角速度等物理量的物理量传感器中,已知有一种具备物理量传感器元件的物理量传感器,而该物理量传感器元件具有固定电极和可动电极,该可动电极相对于固定电极以具有间隙的方式并排设置,并且能够向一定方向位移。
在这样的物理量传感器元件中,随着可动电极的位移,固定电极与设置于可动电极的可动电极的间隙发生变化,根据该间隙的变化,检测在固定电极与可动电极之间产生的静电电容的变化,由此检测加速度、角速度等物理量的变化。
在专利文献1中,公开了一种如下结构的物理量传感器:利用粘接材料在固定于基板上的物理量传感器元件上固定有IC芯片(电路元件),该IC芯片将从物理量传感器元件中输出的输出信号转换为规定的信号并输出。
然而,在专利文献1所记载的物理量传感器中,当利用粘接材料来将IC芯片固定于物理量传感器元件上时,有时粘接材料从物理量传感器元件的上部向下部的基板流出,导致以与将物理量传感器元件固定于基板的粘接材料接触的状态滞留。
专利文献1日本特开2017-20888号公报。
发明内容
本申请的物理量传感器,其特征在于,包括:物理量传感器元件和电路元件,其中,该物理量传感器元件包括:基板;盖,以在内部构成收纳空间的方式与所述基板接合;以及物理量传感器元件片,收纳于所述收纳空间并能够检测物理量,该电路元件由粘接材料粘接于所述盖的与所述物理量传感器元件片侧相反侧的面,并且,所述物理量传感器在所述盖的所述相反侧的面的外缘区域,沿着所述盖的外缘设置有凹部。
在上述的物理量传感器中,优选,所述凹部为阶梯差部。
在上述的物理量传感器中,优选,所述凹部为有底的孔。
在上述的物理量传感器中,优选,所述有底的孔的孔宽随着从所述盖的所述电路元件侧的面侧朝向所述基板侧而变窄。
在上述的物理量传感器中,优选,所述有底的孔的壁面是倾斜面。
在上述的物理量传感器中,优选,所述盖为四边形状,在所述盖的至少一对边设置有所述凹部。
在上述的物理量传感器中,优选,所述物理量为加速度。
本申请的复合传感器的特征在于,包括上述所记载的物理量传感器、以及角速度传感器。
本申请的惯性测量单元的特征在于,具备:上述所记载的物理量传感器;角速度传感器以及控制部,该控制部控制所述物理量传感器和所述角速度传感器。
本申请的移动体定位装置,其特征在于,包括:上述所记载的惯性测量单元;接收部,从定位用卫星接收重叠有位置信息的卫星信号;取得部,根据接收到的所述卫星信号取得所述接收部的位置信息;运算部,根据从所述惯性测量单元输出的惯性数据来运算移动体的姿势;以及算出部,根据算出的所述姿势来校正所述位置信息,由此算出所述移动体的位置。
本申请的便携式电子设备,其特征在于,包括:上述所记载的物理量传感器;壳体,收纳有所述物理量传感器;处理部,收纳于所述壳体,并对从所述物理量传感器中输出的检测信号进行处理;显示部,收纳于所述壳体;以及透光性罩,堵塞所述壳体的开口部。
在上述的便携式电子设备中,优选,包括卫星定位系统,测量用户的移动距离和移动轨迹。
本申请的电子设备,其特征在于,包括上述所记载的物理量传感器、以及控制部,该控制部根据从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
本申请的移动体,其特征在于,包括上述所记载的物理量传感器、以及控制部,该控制部根据从所述物理量传感器输出的检测信号来进行控制。
在上述的移动体中,优选,包括发动机系统、制动系统以及无钥匙进入系统中的至少任一个系统,所述控制部根据所述检测信号来控制所述系统。
本申请的行驶辅助系统,其特征在于,包括上述所记载的物理量传感器以及控制部,该控制部基于从所述物理量传感器中输出的检测信号来控制加速、制动以及转向中的至少任一个,并且,根据从所述物理量传感器中输出的检测信号的变化来切换实施自动驾驶或者不实施自动驾驶。
本申请的显示装置,其特征在于,构成为:包括显示部和上述的物理量传感器,该显示部安装于用户的头部,向所述用户的眼睛照射图像光,所述物理量传感器包括位于在安装状态下比所述头部的中心靠一侧的位置的第一传感器单元、和位于比所述头部的中心靠另一侧的位置的第二传感器单元。
附图说明
图1是示意性示出本发明的第一实施方式所涉及的物理量传感器的概略结构的侧视图。
图2是示意性示出图1所示的物理量传感器所具备的物理量传感器元件的概略结构的俯视图。
图3是图2和图5中的A-A线剖视图。
图4是图2中的B-B线剖视图。
图5是示意性示出图2的物理量传感器元件所具备的物理量传感器元件片的概略结构的俯视图。
图6是本发明的第二实施方式所涉及的物理量传感器所具备的物理量传感器元件的剖视图。
图7是图6中的C部的放大图。
图8是本发明的第三实施方式所涉及的物理量传感器所具备的物理量传感器元件的剖视图。
图9是图8中的D部的放大图。
图10是示出复合传感器的概略结构的功能框图。
图11是示出惯性测量单元的概略结构的分解立体图。
图12是示出惯性测量单元的惯性传感器的配置例的立体图。
图13是示出移动体定位装置的整体系统的框图。
图14是示意性示出移动体定位装置的作用的图。
图15是示意性示出便携式电子设备的结构的俯视图。
图16是示出便携式电子设备的概略结构的功能框图。
图17是示意性示出作为电子设备的一个例子的移动式个人计算机的结构的立体图。
图18是示意性示出作为电子设备的一个例子的智能手机(移动电话机)的结构的立体图。
图19是示出作为电子设备的一个例子的数字静态照相机的结构的立体图。
图20是示出作为移动体的一个例子的汽车的结构的立体图。
图21是示出行驶辅助系统的概略结构的图。
图22是示出行驶辅助系统的概略结构的功能框图。
图23是示出头戴式显示装置的概略结构的说明图。
符号的说明
1、1a、1b 作为物理量传感器元件的加速度传感器元件 2 电路元件 10 加速度传感器元件片 12 基板 12a 凹部 12e 底面 12f 主面 20 端子部 21、22、23 安装部 24 第一槽部 26 第二槽部 28 第三槽部 30 第一布线 34 第一端子电极 36 第二布线 40 第二端子电极 42 第三布线 46 第三端子电极 50 盖 50a 凹部 50e 顶面 50f 上表面 60接合部件 70 凹部 70f 面 72 凹部 72a、72b 倾斜面 90 孔 94 密封部件 100 作为物理量传感器的加速度传感器 120 封装体 900 复合传感器 1000 腕部设备 1100 个人计算机 1200 智能手机 1300 数字静态照相机 1500 汽车 2000 惯性测量单元 3000 移动体定位装置 4000 行驶辅助系统 5000 头戴式显示装置 BW1、BW2 接合线 S1、S2 收纳空间。
具体实施方式
以下,参照附图来对将本发明具体化后的实施方式进行说明。需要注意的是,以下说明的实施方式并非对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当限定。另外,在本实施方式中说明的全部结构未必都是本发明的必需构成要件。另外,在各图中,为了便于说明,有时省略一部分的构成要素。另外,在各图中,为了容易理解,各构成要素的尺寸比例与实际不同。另外,以下,为了便于说明,在各图中,作为彼此正交的三个轴,图示了X轴、Y轴以及Z轴,将与X轴平行的方向称为“X轴方向”,将与Y轴平行的方向称为“Y轴方向”,将与Z轴平行的方向称为“Z轴方向”。另外,将作为Z轴的箭头方向的+Z轴侧也称为“上”或“上方”,将-Z轴侧也称为“下”或“下方”。另外,关于X轴和Y轴,也将箭头的方向设为“+”方向。
物理量传感器
<第一实施方式>
首先,参照图1来对具有作为物理量传感器元件的一个例子的加速度传感器元件1的作为物理量传感器的加速度传感器100进行说明。
图1为示意性示出本发明的第一实施方式所涉及的物理量传感器的概略结构的侧视图。
如图1所示,作为物理量传感器的加速度传感器100具有作为物理量传感器元件的一个例子的加速度传感器元件1,可用作能够独立地检测一个方向的加速度的单轴加速度传感器。这样的加速度传感器100包括封装体120、收纳于封装体120内的加速度传感器元件1以及粘接于加速度传感器元件1上的电路元件2,通过粘接材料130来将加速度传感器元件1的下表面1r安装于封装体120的内侧(收纳空间S1)也就是第一基材111的上表面111f上。
封装体120构成为:包括基部110和盖115,而该基部110由第一基材111、第二基材112以及第三基材113构成,该盖115经由密封部件114而与第三基材113接合。需要说明的是,第一基材111、第二基材112以及第三基材113依次层叠而构成基部110。第一基材111为平板状,第二基材112以及第三基材113为中央部被去除后的环状体,在第三基材113的上表面的周缘形成有密封环、低熔点玻璃等密封部件114。
在封装体120中,通过作为中央部被除去后的环状体的第二基材112以及第三基材113而形成有收纳加速度传感器元件1和电路元件2的凹部(空腔)。并且,封装体120的凹部(空腔)的开口被盖115堵塞,由此设置作为密闭空间的收纳空间(内部空间)S1,能够将加速度传感器元件1以及电路元件2收纳于该收纳空间S1中。通过像这样在设置于基部110与盖115之间的收纳空间S1中收纳有加速度传感器元件1以及电路元件2,从而能够设为紧凑的加速度传感器100。需要说明的是,形成于包括第一基材111和第二基材112的基部110上的布线图案、电极焊盘(端子电极)的一部分省略图示。
第一基材111、第二基材112及第三基材113的构成材料优选使用陶瓷等。需要说明的是,第一基材111、第二基材112及第三基材113的构成材料除了陶瓷以外,也可以使用玻璃、金属等。另外,盖115的构成材料能够使用例如科瓦铁镍钴合金等金属材料、玻璃材料、硅材料、陶瓷材料等。
另外,在第二基材112的上表面配置有多个内部端子116,在作为第一基材111的下表面的封装体120的外底面120r上配置有多个外部端子117。另外,各内部端子116经由形成于基部110的未图示的内部布线等而与对应的外部端子117电连接。另外,内部端子116以及外部端子117能够通过将例如钨(W)、钼(Mo)等金属布线材料丝网印刷在规定的位置并烧成、再在其上实施镍(Ni)、金(Au)等的镀敷的方法等来形成。
利用粘接材料130而将加速度传感器元件1的下表面1r粘接于构成基部110的第一基材111的上表面111f,将加速度传感器元件1收纳于封装体120的收纳空间S1中。封装体120的收纳空间S1被气密密封在比大气压低的减压气氛或者氮、氩、氦等惰性气体气氛中。
电路元件2经由粘接材料131而粘接于加速度传感器元件1的上表面50f。电路元件2包括例如驱动加速度传感器元件1的驱动电路、基于来自加速度传感器元件1的信号而检测加速度的检测电路、以及将来自检测电路的信号转换为规定的信号并输出的输出电路等。另外,电路元件2在上表面具有多个电极焊盘(未图示),各电极焊盘经由接合线BW1而与设置于第二基材112的上表面的内部端子116电连接,其他的各电极焊盘经由接合线BW2而与设置于加速度传感器元件1的第一端子电极34、第二端子电极40以及第三端子电极46电连接。由此,能够控制加速度传感器元件1。
物理量传感器元件
接着,参照图2、图3、图4以及图5来对作为物理量传感器元件的一个例子的加速度传感器元件1进行说明。
图2是示意性示出图1所示的物理量传感器所具备的物理量传感器元件的概略结构的俯视图。图3是图2和图5中的A-A线剖视图(从X轴方向观察的剖视图)。图4是图2中的B-B线剖视图(从Y轴方向观察的剖视图)。图5是示意性示出图2的物理量传感器元件所具备的物理量传感器元件片的概略结构的俯视图(从Z轴方向观察的俯视图)。需要说明的是,在图5中,为了便于说明加速度传感器元件1的内部结构,图示了将盖50卸下后的状态。
如图2、图3、图4以及图5所示,加速度传感器元件1具备:四边形状的基板12;盖50,在与基板12相互面对的一侧设置有凹部50a,并与基板12接合,呈四边形状;以及加速度传感器元件片10,收纳于由基板12和盖50构成的收纳空间S2中。此外,上述的加速度传感器100在加速度传感器元件1的盖50的作为与加速度传感器元件片10侧相反侧的面的上表面50f上经由粘接材料131(参照图1)而粘接有构成为IC(Integrated Circuit:集成电路)的电路元件2。
基板12具有与支承加速度传感器元件片10的多个接合部141a、142a、151a等接合的主面12f,该主面12f是与Z轴正交的平面。主面12f在-(负)X轴方向的端部设置有端子部20,端子部20以外的区域被在主面12f侧具有凹部50a的盖50覆盖。在主面12f的大致中央部,为了避免可动部152与基板12的干涉而设置有平面形状为大致矩形状的凹部12a。由此,可动部152的可动区域(位移区域)在俯视时落入凹部12a内。
在主面12f的端子部20侧的Y轴方向中央部设置有朝向凹部12a且沿X轴延伸的第一槽部24。另外,在主面12f的端子部20侧的第一槽部24的Y轴方向的一侧,沿着第一槽部24的外周而设置有第二槽部26。并且,在主面12f的端子部20侧,隔着第一槽部24在第二槽部26的相反侧设置有第三槽部28。
在第一槽部24的底面,沿着第一槽部24设置有第一布线30。第一布线30是经由后述的固定部151而与设于可动部152的可动电极部106的第一可动电极指611以及第二可动电极指621电连接的布线。
另外,在第二槽部26的底面,沿着第二槽部26而设置有第二布线36。
第二布线36是与设置于固定电极部104的第一固定电极指412电连接的布线。另外,在第三槽部28的底面,沿着第三槽部28而设置有第三布线42。第三布线42是与设置于固定电极部104的第二固定电极指422电连接的布线。需要说明的是,第一布线30、第二布线36、第三布线42的各端部(配置于端子部20的端部)分别成为第一端子电极34、第二端子电极40、第三端子电极46。
第一布线30从第一槽部24的底面经由设于基板12的凹部12a的底面12e而配设于为了固定加速度传感器元件片10的固定部151而设置的安装部21。并且,在安装部21上与加速度传感器元件片10的接合部151a接合,从而将第一布线30与可动电极部106电连接。另外,第二布线36从第二槽部26的底面经由设于基板12的凹部12a的底面12e而配设于为了固定加速度传感器元件片10的第一固定电极部141(固定电极部104)而设置的安装部22。并且,在安装部22上与加速度传感器元件片10的接合部141a接合,从而将第二布线36与第一固定电极部141(固定电极部104)电连接。另外,第三布线42从第三槽部28的底面经由设于基板12的凹部12a的底面12e而配设于为了固定加速度传感器元件片10的第二固定电极部142(固定电极部104)而设置的安装部23。并且,在安装部23上与加速度传感器元件片10的接合部142a接合,从而将第三布线42与第二固定电极部142(固定电极部104)电连接。
作为基板12的构成材料,优选使用玻璃、高电阻硅等绝缘材料。特别是在成为具有固定电极部104、可动电极部106、固定部151以及可动部152的加速度传感器元件片10的半导体基板以硅等半导体材料为主材料而构成的情况下,作为基板12的构成材料,优选使用含有碱金属离子(可动离子)的玻璃(例如,派莱克斯(注册商标)那样的硼硅酸玻璃)。由此,加速度传感器元件1能够通过将基板12与半导体基板进行阳极接合而形成。另外,加速度传感器元件1通过在基板12中使用含有碱金属离子的玻璃,能够容易地将基板12与半导体基板绝缘分离。
需要说明的是,基板12可以不一定具有绝缘性,例如也可以是由低电阻硅构成的导电性基板。在该情况下,在基板12与半导体基板之间夹着绝缘膜而将双方绝缘分离。另外,基板12的构成材料优选与半导体基板的构成材料的热膨胀系数差尽可能小,具体而言,基板12的构成材料与半导体基板的构成材料的热膨胀系数差优选为3ppm/℃以下。由此,加速度传感器元件1能够减小基板12与半导体基板之间的残余应力。在本方式中,设想使用玻璃作为基板12的主材料。
作为第一布线30、第二布线36、第三布线42的构成材料,只要分别具有导电性则就没有特别限定,能够使用各种电极材料,例如,可列举出ITO(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide:氧化锌锡)、In3O3、SnO2、含Sb的SnO2,含Al的ZnO等氧化物(透明电极材料);Au、Pt、Ag、Cu、Al、或含有它们的合金等,能够使用这些中的一种或组合使用两种以上。
需要说明的是,对于加速度传感器元件1,若各布线的构成材料为透明电极材料(特别是ITO),则在基板12为透明的情况下,能够从基板12的与主面12f侧相反侧的面来容易辨认存在于第一固定电极指412和第二固定电极指422的面上的异物等,能够高效地进行检查。
如图5所示,加速度传感器元件片10具有:固定电极部104,包括安装于基板12的第一固定电极指412和第二固定电极指422;可动部152,能够经由弹簧部153而在X轴方向(物理量的检测轴方向)上相对于基板12位移;可动电极部106,包括设置于可动部152的第一可动电极指611和第二可动电极指621;以及固定部151,将弹簧部153固定于基板12。此外,加速度传感器元件片10具有检测X轴方向的加速度Ax(物理量)的功能。另外,加速度传感器元件片10在固定电极部104的接合部141a、142a以及固定部151的接合部151a上与设置于基板12的安装部21、22、23的主面12f、各布线(第一布线30、第二布线36、第三布线42)接合。因此,加速度传感器元件片10通过与设置于基板12的安装部21、22、23接合而收纳于收纳空间S2内。
固定电极部104具有沿着Y轴方向(与检测轴交叉(在本实施方式中为正交)的方向)并排配置的第一固定电极部141和第二固定电极部142。第一固定电极部141具有第一主干部411和多个第一固定电极指412,该多个第一固定电极指412设置在第一主干部411的Y轴方向的两侧,长度方向沿着Y轴方向。第二固定电极部142具有第二主干部421和多个第二固定电极指422,该多个第二固定电极指422设置在第二主干部421的Y轴方向的两侧,长度方向沿着Y轴方向。
可动电极部106具有沿着Y轴方向并排配置的第一可动电极部161和第二可动电极部162。第一可动电极部161的至少一部分具有多个第一可动电极指611,该多个第一可动电极指611位于第一主干部411的Y轴方向的两侧,长度方向沿着Y轴方向并与第一固定电极指412在X轴方向上相对。第二可动电极部162的至少一部分具有多个第二可动电极指621,该多个第二可动电极指621位于第二主干部421的Y轴方向的两侧,长度方向沿着Y轴方向并与第二固定电极指422在X轴方向上相对。
加速度传感器元件片10在第一固定电极指412和在X轴方向上与第一固定电极指412相对的第一可动电极指611之间、以及第二固定电极指422和在X轴方向上与第二固定电极指422相对的第二可动电极指621之间形成电容器。在该状态下,当向加速度传感器元件片10施加例如沿着X轴方向的加速度时,第一可动电极部161的第一可动电极指611以及第二可动电极部162的第二可动电极指621因惯性而在X轴方向上位移。加速度传感器元件片10通过检测因该位移而产生的电容器的静电电容的变化,能够检测X轴方向的加速度Ax。
通过设为这样的结构,加速度传感器元件片10能够将第一可动电极指611与第一固定电极指412之间的静电电容、第二可动电极指621与第二固定电极指422之间的静电电容保持得充分大,并且能够分别缩短第一固定电极指412和第二固定电极指422以及第一可动电极指611和第二可动电极指621。因此,在加速度传感器元件片10中,第一固定电极指412、第二固定电极指422、第一可动电极指611以及第二可动电极指621不易破损,能够具有优异的耐冲击性。
需要说明的是,虽然未进行图示,但对于在图5中示出而说明过的能够检测X轴的加速度Ax的加速度传感器元件1,通过将基板12和设置于基板12的加速度传感器元件片10配置于沿Y轴方向排列的方向上,能够设为可检测Y轴方向的加速度Ay的加速度传感器元件。
此外,加速度传感器元件片10通过光刻和蚀刻而从接合于基板12上的未图示的半导体基板(硅基板)形成。
如图2、图3以及图4所示,盖50的平面形状为四边形状,设置有在与基板12相互面对的一侧收纳加速度传感器元件片10的凹部50a,盖50通过接合部件60而与基板12的主面12f接合。另外,在作为与加速度传感器元件片10侧相反侧的面的上表面50f的外缘区域,沿着盖50的外缘而设置有凹部70、72。因此,在将电路元件2粘接于盖50(加速度传感器元件1)的上表面50f时,即使多余的粘接材料131沿着盖50的上表面50f而流出,也能够使流出的粘接材料131滞留在沿着上表面50f的外缘而设置的凹部70、72中。因此,能够减少多余的粘接材料131以从盖50的上表面50f上沿着侧面而与将加速度传感器元件1安装于封装体120的粘接材料130接触的状态滞留。因此,能够减少起因于粘接材料131固化时而产生的应力、应变经由安装加速度传感器元件1的粘接材料130而传递至加速度传感器元件1。由于能够降低该应力、应变对加速度传感器元件1的影响,因此能够使例如从加速度传感器元件1中输出的偏置输出信号的变动减少。
另外,在图3中,在本实施方式中,凹部70从上表面50f向基板12侧凹陷,成为阶梯差部。也就是说,凹部70具有从上表面50f低一阶的面70f(盖50的板厚比上表面50f薄的面70f)。因此,当多余的粘接材料131从盖50的上表面50f沿着凹部70的侧面流出时,由于如后所述凹部70通过例如切割加工等形成,因此,粘接材料131通过毛细管现象而扩展到凹部70的侧面、面70f的整个区域,能够使多余的粘接材料131滞留于凹部70。
需要说明的是,凹部70在盖50的上表面50f上设置于沿着各布线(第一布线30、第二布线36、第三布线42)延伸的方向(X轴方向)的一对边上,夹着电路元件2而相对配置。因此,即使粘接材料131向电路元件2的两侧流出,也能够使多余的粘接材料131滞留在凹部70中。
另一方面,在图4中,在沿着与设有凹部70的相对的一对边交叉的方向(Y轴方向)的边上设置有具有倾斜面72a、72b的凹部72。倾斜面72a是以盖50的厚度随着从盖50的上表面50f朝向基板12侧而变薄下去的方式形成的面。因此,能够减少在盖50的角部使接合线BW2断线的情况,其中,该接合线BW2将粘接于盖50(加速度传感器元件1)的上表面50f的电路元件2所具有的多个电极焊盘(未图示)与加速度传感器元件1的第一端子电极34、第二端子电极40、以及第三端子电极46电连接。另外,倾斜面72b是与倾斜面72a相反地以盖50的厚度随着从凹部72的底部朝向盖50的上表面50f而变厚下去的方式形成的面。
因此,通过倾斜面72b,在将电路元件2粘接于盖50(加速度传感器元件1)的上表面50f时,能够减少粘接材料131沿着倾斜面72a而向基板12的主面12f滞留。
需要说明的是,在本实施方式中,虽然具有阶梯差部的凹部70设置在沿着X轴方向的一对边上、具有倾斜面72a,72b的凹部72设置在沿着Y轴方向的边上,但并不限定于此,具有阶梯差部的凹部70即使设置在沿着Y轴方向的边或一对边上也没关系。另外,具有倾斜面72a、72b的凹部72即使设置在沿着X轴方向的边或一对边上也没关系。另外,具有阶梯差部的凹部70或具有倾斜面72a、72b的凹部72即使分别沿着盖50的四边而设置也没关系。
作为具有阶梯差部的凹部70的形成方法,例如能够通过如下来形成:在将盖50与基板12接合后,以比单片化为加速度传感器元件1的切割的齿厚更厚的齿厚来对盖50的上表面50f进行半切割,其后,对半切割后的区域以比半切割中使用的齿厚更薄的齿厚来进行全切割。
另外,作为具有倾斜面72a、72b的凹部72的形成方法,能够通过如下来形成,即,首先,准备如下的盖50:在盖50的上表面50f上具有倾斜面72a、72b,并在与上表面50f相反侧的面上,在相当于基板12的端子部20的区域具有向与上表面50f相反侧开口的凹部。在将盖50与基板12接合后,将盖50的相当于基板12的端子部20的区域和倾斜面72b的一部分切割除去,其后,通过切割来单片化为加速度传感器元件1。
另外,如图2和图3所示,盖50具有贯通凹部50a(收纳空间S2侧的内表面即顶面50e)和作为与收纳空间S2侧相反侧的面的上表面50f之间的孔90。
孔90的平面形状形成为大致矩形形状,被密封部件94密封。详细而言,在采用例如使用了粘接剂的接合法、阳极接合法、直接接合法等而将盖50气密地接合(固定)于基板12的主面12f之后,将密封部件94载置于孔90上,其后,向密封部件94照射激光束、电子束等,通过熔融的密封部件94来密封(封闭)孔90。
此外,盖50通过接合部件60而与基板12接合,构成为包括基板12的凹部12a和盖50的凹部50a的收纳空间S2通过对孔90密封来填充氮、氦、氩等惰性气体,进而成为接近大气压的状态或减压状态(真空度高的状态)。
另外,作为密封部件94的构成材料,没有特别限定,能够优选使用Au-Ge合金、Au-Sn合金、Sn-Pb合金、Pb-Ag合金等。
电路元件
接着,对电路元件2进行说明。
电路元件2经由粘接材料131而粘接于加速度传感器元件1的上表面50f。需要说明的是,作为粘接材料131,只要能够将电路元件2固定于加速度传感器元件1上,则就没有特别限定,能够使用例如焊锡、银膏、树脂类粘接材料(芯片贴装材料)等。
电路元件2包括:例如驱动加速度传感器元件1的驱动电路、基于来自加速度传感器元件1的信号而检测加速度Ax的检测电路、以及将来自检测电路的信号转换为规定的信号并输出的输出电路等。另外,电路元件2在上表面具有多个电极焊盘(未图示),各电极焊盘经由接合线BW2而与设置于加速度传感器元件1的基板12的第一端子电极34、第二端子电极40以及第三端子电极46电连接。由此,能够控制包括加速度传感器元件片10的加速度传感器元件1。
根据上述那样的作为物理量传感器的加速度传感器100,在盖50的作为与加速度传感器元件片10侧相反侧的面的上表面50f的外缘区域,沿着盖50的外缘而设置有凹部70、72。因此,在将电路元件2粘接于盖50(加速度传感器元件1)的上表面50f时,即使多余的粘接材料131沿着盖50的上表面50f而流出,也能够使流出的粘接材料131滞留在沿着上表面50f的外缘而设置的凹部70、72中。因此,多余的粘接材料131不会以从盖50的上表面50f上沿着侧面而与将加速度传感器元件1固定于封装体120的粘接材料130接触的状态滞留。因此,能够减少滞留的粘接材料131固化时的应变经由固定加速度传感器元件1的粘接材料130而传递至加速度传感器元件1,能够使从加速度传感器元件1中输出的偏置输出信号的变动减少。
另外,由于凹部70是具有从上表面50f低一阶的面70f(盖50的板厚比上表面50f薄的面70f)的阶梯差部,因此,当多余的粘接材料131从盖50的上表面50f沿凹部70的侧面而流出时,由于凹部70通过切割加工等形成,所以粘接材料131通过毛细管现象而扩展到凹部70的侧面、面71的整个区域,能够使多余的粘接材料131滞留在凹部70中。因此,能够减少从加速度传感器元件1中输出的偏置输出信号的变动。
另外,盖50为四边形,并在盖50的上表面50f中的沿着各布线(第一布线30、第二布线36、第三布线42)所延伸的方向(X轴方向)的一对边上设置有凹部70,因此即使粘接材料131从电路元件2的两侧流出,也能够使多余的粘接材料131滞留在凹部70中。因此,能够减少从加速度传感器元件1中输出的偏置输出信号的变动。
<第二实施方式>
接着,参照图6和图7来对本发明的第二实施方式涉及的物理量传感器所具备的加速度传感器元件1a进行说明。
图6是本发明的第二实施方式所涉及的物理量传感器所具备的物理量传感器元件的截面图。图7为图6中的C部的放大图。
在本实施方式所涉及的加速度传感器元件1a中,除了设置于上表面50f的凹部70a的结构以外,均与上述的第一实施方式的加速度传感器元件1同样。
需要注意的是,在以下的说明中,关于第二实施方式的加速度传感器元件1a,以与前面已述的第一实施方式的不同点为中心来说明,关于同样的事项,省略其说明。另外,在图6和图7中,对与前面已述的实施方式同样的结构标有相同的符号。
本实施方式的加速度传感器元件1a具有沿着盖50的外缘(沿着X轴方向的一对边)而设置的凹部70a。如图6以及图7所示,设置于上表面50f的凹部70a的从X轴方向观察的截面形状是具有底面70ab的有底的孔。
通过设为这样的结构,在将电路元件2粘接于盖50时,能够使多余的粘接材料131滞留于凹部70a内。因此,通过这样的第二实施方式,也能够发挥与前面已述的第一实施方式同样的效果。
<第三实施方式>
接着,参照图8和图9来对本发明的第三实施方式涉及的物理量传感器所具备的加速度传感器元件1b进行说明。
图8是本发明的第三实施方式涉及的物理量传感器所具备的物理量传感器元件的截面图。图9为图8中的D部的放大图。
在本实施方式所涉及的加速度传感器元件1b中,除了设置于上表面50f的凹部70b的结构以外,均与前面已述的第一实施方式的加速度传感器元件1同样。
需要注意的是,在以下的说明中,关于第三实施方式的加速度传感器元件1b,以与前面已述的第一实施方式的不同点为中心来说明,关于同样的事项,省略其说明。另外,在图8和图9中,对与前面已述的实施方式同样的结构标有相同的符号。
本实施方式的加速度传感器元件1b具有沿着盖50的外缘(沿着X轴方向的一对边)而设置的凹部70b。如图8以及图9所示,设置于上表面50f的凹部70b的从X轴方向观察的截面形状是具有底面70bb的有底的孔,孔的宽度随着从盖50的电路元件2侧的上表面50f侧朝向基板12侧而不断变窄。即,凹部70b的靠近底面70bb的区域的宽度比凹部70b的靠近上表面50f的区域的宽度窄。另外,凹部70b的壁面由倾斜面70ba构成。
通过设为这样的结构,在将电路元件2粘接于盖50时,粘接材料131更容易流入到凹部70b内,能够使多余的粘接材料131滞留于凹部70b内。为此,通过这样的第三实施方式,也能够发挥与前面已述的第一实施方式同样的效果。
复合传感器
接着,参照图10来对具备上述的加速度传感器100的复合传感器900的结构例进行说明。
图10是示出复合传感器的概略结构的功能框图。
如图10所示,复合传感器900具备:使用了上述那样的能够检测加速度的加速度传感器100的X轴加速度传感器950x、Y轴加速度传感器950y和Z轴加速度传感器950z;以及包括角速度传感器元件的角速度传感器920。X轴加速度传感器950x、Y轴加速度传感器950y和Z轴加速度传感器950z分别能够高精度地测量一轴方向的加速度。为了分别测定三轴方向的角速度,角速度传感器920具备有三个角速度传感器元件。另外,复合传感器900例如能够具备如下的控制电路部(IC):该控制电路部(IC)包括驱动电路、检测电路以及输出电路等,其中,该驱动电路驱动X轴加速度传感器950x、Y轴加速度传感器950y以及Z轴加速度传感器950z,该检测电路基于来自X轴加速度传感器950x、Y轴加速度传感器950y以及Z轴加速度传感器950z的信号来检测X轴、Y轴以及Z轴各轴方向的加速度,该输出电路将来自检测电路的信号转换为规定的信号并输出。
根据这样的复合传感器900,能够通过X轴加速度传感器950x、Y轴加速度传感器950y和Z轴加速度传感器950z、以及角速度传感器920来容易地构成复合传感器900,其中,该X轴加速度传感器950x、Y轴加速度传感器950y和Z轴加速度传感器950z由上述的作为物理量传感器的能够检测加速度的加速度传感器100构成,该复合传感器900能够取得例如加速度数据、角速度数据。
惯性测量单元
接着,参照图11以及图12来对惯性测量单元(IMU:Inertial Measurement Unit)2000进行说明。
图11是示出惯性测量单元的概略结构的分解立体图。图12是示出惯性测量单元的惯性传感器的配置例的立体图。此外,以下,示出使用了能够检测加速度Ax的上述的加速度传感器100的例子来进行说明。
如图11所示,惯性测量单元2000由外壳301、接合部件310、包括惯性传感器的传感器模块325等构成。换言之,成为使接合部件310夹设于外壳301的内部303后再将传感器模块325嵌合(插入)的结构。传感器模块325由内壳320和基板315构成。需要说明的是,虽然为了使说明变得易于理解而将部位名设为外壳、内壳,但也可以更换称呼为第一壳体、第二壳体。
外壳301是将铝削出成箱状的底座。材质并不限定于铝,也可以使用锌或不锈钢等其他金属、树脂、或者金属与树脂的复合材料等。外壳301的外形与上述的惯性测量单元2000的整体形状同样地是平面形状为大致正方形的长方体,在位于正方形的对角线方向的两处顶点附近分别形成有通孔302。需要说明的是,并不限定于通孔302,例如,可以设为形成能够通过螺钉进行螺纹固定的切口(在通孔302所处的外壳301的角部形成切口的结构)来进行螺纹固定的结构,或者也可以设为在外壳301的侧面形成凸缘而对凸缘部分进行螺纹固定的结构。
外壳301是外形为长方体且没有盖的箱状,其内部303(内侧)成为由底壁305和侧壁304围成的内部空间(容器)。换言之,外壳301呈以与底壁305相对的一面为开口面的箱状,以覆盖该开口面的开口部的大部分的方式(以堵塞开口部的方式)收纳传感器模块325,成为传感器模块325从开口部中露出的状态(未图示)。在此,与底壁305相对的开口面是与外壳301的上表面307同一个面。另外,外壳301的内部303的平面形状是将正方形的两个顶点部分的角进行了倒角的六边形,被倒角的两个顶点部分与通孔302的位置对应。另外,在内部303的截面形状(厚度方向)中,在底壁305,在内部303即内部空间中的周缘部形成有作为比中央部高一阶的底壁的第一接合面306。即,第一接合面306是底壁305的一部分,是在平面图上包围底壁305的中央部而形成为环状的一级台阶状的部位,是距开口面(与上表面307同一面)的距离比距底壁305的距离小的面。
需要说明的是,虽然对外壳301的外形是平面形状为大致正方形的长方体且没有盖的箱状的一例进行了说明,但不局限于此,外壳301的外形的平面形状既可以是例如六边形或八边形等多边形,也可以是该多边形的顶点部分的角被倒角、或者各边为曲线的平面形状。另外,外壳301的内部303(内侧)的平面形状也不局限于上述的六边形,也可以是正方形等方形(四边形)、八边形等其他多边形状。另外,外壳301的外形与内部303的平面形状既可以是相似形状,也可以不是相似形状。
内壳320是支承基板315的部件,成为装进外壳301的内部303的形状。详细而言,在平面图上是将正方形的两个顶点部分的角进行了倒角而成的六边形,在其中形成有作为长方形的贯通孔的开口部321、和设置在与内壳320的上表面327相反侧的支承基板315一侧的面上的凹部331。被倒角的两个顶点部分与外壳301的通孔302的位置对应。厚度方向(Z轴方向)的高度比从外壳301的上表面307到第一接合面306为止的高度低。在优选例中,内壳320也通过切削铝来形成,但也可以与外壳301同样地使用其他材质。
在内壳320的背面(外壳301侧的面)形成有用于对基板315进行定位的引导销、支承面(均未图示)。基板315组装(定位搭载)于该引导销或支承面并粘接于内壳320的背面。需要注意的是,关于基板315的详情将在后面说明。内壳320的背面的周缘部成为由环状的平面构成的第二接合面322。第二接合面322是在平面图上与外壳301的第一接合面306大致同样的形状,当将内壳320组装于外壳301时,在夹持着接合部件310的状态下两个面相互面对。需要注意的是,外壳301以及内壳320的构造是一实施例,并不限定于该构造。
参照图12来对安装有惯性传感器的基板315的结构进行说明。如图12所示,基板315是形成有多个通孔的多层基板,使用了环氧玻璃基板。另外,并不限定于环氧玻璃基板,只要是能够安装多个惯性传感器、电子零部件、连接器等的刚性基板即可。例如,也可以使用复合基板、陶瓷基板。
在基板315的表面(内壳320侧的面)安装有连接器316、角速度传感器317z、上述的作为物理量传感器的加速度传感器100等。连接器316是插头型(雄)的连接器,具备在X轴方向上以等间距配置的两排连接端子。优选的是,设为一排10针、两排合计20针的连接端子,但端子数也可以根据设计规格来适当变更。
角速度传感器317z是检测Z轴方向上的一轴的角速度的陀螺仪传感器。作为优选例,使用了将石英晶体用作振子、根据施加于要振动的物体的科里奥利力来检测角速度的振动陀螺仪传感器。需要注意的是,并不限定于振动陀螺仪传感器,只要是能够检测角速度的传感器即可。例如,也可以使用作为振子而使用了陶瓷、硅的传感器。
另外,在基板315的X轴方向的侧面,以安装面(搭载面)与X轴正交的方式安装有对X轴方向上的一轴的角速度进行检测的角速度传感器317x。同样地,在基板315的Y轴方向的侧面,以安装面(搭载面)与Y轴正交的方式安装有对Y轴方向上的一轴的角速度进行检测的角速度传感器317y。
需要说明的是,角速度传感器317x、317y、317z并不限定于使用每个轴的三个角速度传感器的结构,只要是能够检测三轴的角速度的传感器即可,也可以使用能够通过一个设备(封装体)来检测三轴的角速度的传感器设备。
上述的加速度传感器100使用了能够检测一轴方向的加速度的、例如利用MEMS技术来对硅基板进行加工而成的静电电容型的加速度传感器元件片10(参照图5)。需要说明的是,加速度传感器100能够设为如下的加速度传感器:根据需要而应用了能够检测X轴、Y轴这两轴方向的加速度的加速度传感器元件、或者应用了能够检测三轴方向的加速度的加速度传感器元件。
在基板315的背面(外壳301侧的面)安装有作为控制部的控制IC319。控制IC319是MCU(Micro Controller 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,控制惯性测量单元2000的各部。在存储部中存储有:规定了用于检测加速度及角速度的顺序和内容的程序、将检测数据数字化后编入到分组数据中的程序、附带的数据等。需要说明的是,在基板315上除此以外还安装有多个电子零部件。
根据这样的惯性测量单元2000,由于使用了上述的作为物理量传感器的加速度传感器100,因此能够提供一种享有加速度传感器100所涉及的效果的惯性测量单元2000。
移动体定位装置
接着,参照图13和图14来对移动体定位装置3000进行说明。
图13是示出移动体定位装置的整体系统的框图。图14是示意性示出移动体定位装置的作用的图。
图13所示的移动体定位装置3000是安装于移动体来使用的、用于进行该移动体的定位的装置。作为移动体,没有特别限定,可以是自行车、汽车(包括四轮汽车及摩托车)、电车、飞机、船等中的任一种,但在本实施方式中作为四轮汽车来进行说明。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、位置信息取得部3500、位置合成部3600、处理部3700、通信部3800以及显示部3900。
另外,惯性测量装置3100具有应用了上述的加速度传感器100的三轴加速度传感器3110和三轴角速度传感器3120。需要说明的是,在惯性测量装置3100中能够使用包括前面已述的加速度传感器100的惯性测量单元2000。运算处理部3200接收来自加速度传感器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(包括移动体的加速度以及姿态的数据)。
另外,GPS接收部3300经由接收天线3400而接收来自GPS卫星的信号(GPS载波。重叠有位置信息的卫星信号)。另外,位置信息取得部3500基于GPS接收部3300接收到的信号而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。
在该GPS定位数据中还包含有表示接收状态、接收时刻等的状态数据。
位置合成部3600根据从运算处理部3200中输出的惯性导航定位数据以及从位置信息取得部3500中输出的GPS定位数据而算出移动体的位置、具体而言是移动体正在地面的哪个位置行驶。例如,即使GPS定位数据中所包含的移动体的位置相同,若如图14所示移动体的姿态因地面的倾斜等的影响而不同,则移动体也在地面的不同位置行驶。因此,仅通过GPS定位数据不能够算出移动体的准确位置。因此,位置合成部3600使用惯性导航定位数据(特别是关于移动体的姿态的数据)来算出移动体在地面的哪个位置行驶。需要说明的是,该算出能够通过使用了三角函数(相对于铅垂方向的倾斜度θ)的运算来比较简单地进行。
从位置合成部3600中输出的位置数据由处理部3700进行规定的处理,作为定位结果而显示于显示部3900。另外,位置数据也可以通过通信部3800而发送至外部装置。
以上,对移动体定位装置3000进行了说明。如上所述,这样的移动体定位装置3000包括:惯性测量装置3100,应用了加速度传感器100;GPS接收部3300(接收部),从定位用卫星中接收重叠有位置信息的卫星信号;位置信息取得部3500(取得部),基于接收到的卫星信号而取得GPS接收部3300的位置信息;运算处理部3200(运算部),基于从惯性测量装置3100中输出的惯性导航定位数据(惯性数据)来运算移动体的姿态;以及位置合成部3600(算出部),通过基于已算出的姿态来校正位置信息,从而算出移动体的位置。由此,能够享受具有上述的作为物理量传感器的加速度传感器100的惯性测量单元2000的效果,获得可靠性高的移动体定位装置3000。
便携式电子设备
接着,参照图15以及图16来对使用了上述的加速度传感器100的便携式电子设备进行说明。
图15是示意性示出便携式电子设备的结构的俯视图。图16是示出便携式电子设备的概略结构的功能框图。以下,作为便携式电子设备的一例,示出手表式活动计来进行说明。
如图15所示,作为手表式活动计的腕部设备1000通过带1032、1037等来安装于用户的手腕等部位(被检体),具备数字显示的显示部1023,并且能够进行无线通信。上述的作为本发明所涉及的物理量传感器的加速度传感器100作为测定加速度的加速度传感器1013(参照图16)而与测量角速度的角速度传感器1014(参照图16)等一起组装于腕部设备1000。
腕部设备1000具备:壳体1030,至少收纳有加速度传感器1013和角速度传感器1014(参照图16);处理部1050(参照图16),收纳于壳体1030,处理来自加速度传感器1013、角速度传感器1014的输出数据;显示部1023,收纳于壳体1030;以及透光性罩1071,堵塞壳体1030的开口部。在壳体1030的透光性罩1071的壳体1030的外侧设置有表圈1078。在壳体1030的侧面设置有多个操作按钮1080、1081。以下,也一并参照图16来更详细地进行说明。
加速度传感器1013检测彼此交叉(理想的是正交)的三轴方向的各个加速度,输出与检测到的三轴加速度的大小以及方向对应的信号(加速度信号)。另外,角速度传感器1014检测彼此交叉(理想的是正交)的三轴方向的各个角速度,输出与检测到的三轴角速度的大小以及方向对应的信号(角速度信号)。
腕部设备1000具备GPS(Global Positioning System:全球定位系统)传感器1010。GPS也被称为全球定位系统,是用于根据多个卫星信号来测定地球上的当前位置的卫星定位系统。GPS具备:使用GPS时刻信息和轨道信息来进行定位计算进而取得用户的位置信息的功能、测量用户的移动距离或移动轨迹的功能、以及钟表功能中的时刻修正功能。
GPS传感器1010能够基于来自GPS卫星的卫星信号来测定地球上的当前位置。
构成显示部1023的液晶显示器(LCD)根据各种检测模式而显示:例如使用了GPS传感器1010、地磁传感器1011的位置信息;移动量、使用了加速度传感器1013或者角速度传感器1014等的运动量等运动信息;使用了脉搏传感器1015等的脉搏数等生物体信息或者当前时刻等时刻信息等。此外,也能够显示使用了温度传感器1016的环境温度。
通信部1025进行用于使用户终端与未图示的信息终端之间的通信成立的各种控制。通信部1025构成为包括例如Bluetooth(注册商标)(包括BTLE:Bluetooth LowEnergy)、Wi-Fi(注册商标)(Wireless Fidelity:无线保真)、Zigbee(注册商标)、NFC(Nearfield communication:近场通信)、ANT+(注册商标)等与近距离无线通信标准对应的收发机、以及USB(Universal Serial Bus:通用串行总线)等与通信总线标准对应的连接器。
处理部1050(处理器)由例如MPU(Micro Processing Unit:微处理单元)、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1050基于存储在存储部1022中的程序和从操作部1020(例如操作按钮1080、1081)输入的信号而执行各种处理。由处理部1050进行的处理包括:对各输出信号的数据处理、使显示部1023显示图像的显示处理、使声音输出部1024输出声音的声音输出处理、经由通信部1025而与信息终端进行通信的通信处理、将来自电池1026的电力供给至各部的电力控制处理等,其中,该各输出信号是GPS传感器1010、地磁传感器1011、压力传感器1012、加速度传感器1013、角速度传感器1014、脉搏传感器1015、温度传感器1016、计时部1021的输出信号。
在这样的腕部设备1000中,能够具有至少如下这样的功能:
1.距离:通过高精度的GPS功能来测量从测量开始起的合计距离。
2.配速:根据配速距离测量值而显示当前的跑步配速。
3.平均速度:算出并显示从跑步开始到当前为止的平均速度。
4.标高:通过GPS功能来测量并显示标高。
5.步幅:即使在GPS电波未到达的隧道内等,也测量并显示步幅。
6.步频:测量并显示每一分钟的步数。
7.心率:通过脉搏传感器来测量并显示心率。
8.坡度:在山间部上的训练或越野跑中测量并显示地面的坡度。
9.自动分圈:在跑了事先已设定的一定距离或一定时间时自动进行分圈测量。
10.运动消耗卡路里:显示消耗卡路里。
11.步数:显示从运动开始起的步数的合计。
需要说明的是,腕部设备1000能够广泛地应用于跑步手表、跑步者手表、铁人两项或铁人三项等多项目运动对应的跑步者手表、户外手表、以及卫星定位系统例如搭载有GPS的GPS手表等。
另外,在上述中,作为卫星定位系统,使用GPS(Global Positioning System:全球定位系统)而进行了说明,但也可以利用其他的全球导航卫星系统(GNSS:GlobalNavigation Satellite System)。例如,可以利用EGNOS(European GeostationarySatellite Navigation Overlay Service:欧洲地球静止导航重叠服务)、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个或两个以上。另外,可以在卫星定位系统中的至少一个中利用WAAS(Wide Area Augmentation System:广域增强系统)、EGNOS(EuropeanGeostationary Satellite Navigation Overlay Service:欧洲地球静止导航重叠服务)等静止卫星型卫星导航增强系统(SBAS:星基增强系统(Satellite based AugmentationSystem))。
这样的便携式电子设备由于具备上述的作为物理量传感器的加速度传感器100以及处理部1050,因此紧凑且具有优异的可靠性。
电子设备
接着,参照图17、图18以及图19来对使用了上述的加速度传感器100的电子设备进行说明。
首先,参照图17来对作为电子设备的一个例子的移动式个人计算机1100进行说明。图17为示意性示出作为电子设备的一个例子的移动式个人计算机的结构的立体图。
在该图中,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经由铰链结构部而可转动地支承于主体部1104。在这样的个人计算机1100中内置有上述的加速度传感器100,控制部1110能够基于加速度传感器100的检测数据而进行例如姿态控制等控制。
接着,参照图18来对作为电子设备的一个例子的智能手机1200进行说明。图18为示意性示出作为电子设备的一个例子的智能手机(移动电话机)的结构的立体图。
在该图中,智能手机1200组装有上述的加速度传感器100。由加速度传感器100检测出的检测数据(加速度数据)被发送到智能手机1200的控制部1201。控制部1201构成为包括CPU(Central Processing Unit:中央处理单元),能够根据接收到的检测数据来识别智能手机1200的姿态、行为,从而使显示于显示部1208的显示图像变化,或者发出警告音、效果音,或者驱动振动电机来使主体振动。换言之,能够进行智能手机1200的运动传感,根据测量到的姿态、行为来改变显示内容或者产生声音、振动等。特别是在执行游戏的应用程序的情况下,能够体验接近现实的临场感。
接着,参照图19来对作为电子设备的一个例子的数字静态照相机1300进行说明。图19为示出作为电子设备的一个例子的数字静态照相机的结构的立体图。需要说明的是,在该图中,对与外部设备的连接也进行了简易示出。
在该图中,在数字静态照相机1300的壳体1302的背面设置有显示部1310,成为基于由CCD产生的摄像信号来进行显示的结构,显示部1310还作为将被摄体显示为电子图像的取景器发挥作用。另外,在壳体1302的正面侧(图中背面侧)设置有包括光学透镜(摄像光学系统)、CCD等的受光单元1304。
当拍摄者确认显示部1310上所显示的被摄体像并按下快门按钮1306时,该时间点上的CCD的摄像信号被传送并存储于存储器1308中。另外,该数字静态照相机1300在壳体1302的侧面设置有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。并且,如图所示,根据需要,在视频信号输出端子1312上连接有电视监视器1430,在数据通信用的输入输出端子1314上连接有个人计算机1440。而且,构成为通过规定的操作而将存储于存储器1308中的摄像信号输出到电视监视器1430或个人计算机1440。在这样的数字静态照相机1300中内置有上述的加速度传感器100,控制部1316能够根据加速度传感器100的检测数据而进行例如手抖修正等控制。
这样的电子设备由于具备上述的作为物理量传感器的加速度传感器100以及控制部1110、1201、1316,因此紧凑且具有优异的可靠性。
另外,具备上述的作为物理量传感器的加速度传感器100的电子设备除了能够应用于图17的个人计算机1100、图18的智能手机1200、图19的数字静态照相机1300以外,还能够应用于例如平板终端、钟表、喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机)、膝上型个人计算机、电视机、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)、电子辞典、电子计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、用于防止犯罪的电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量仪器、仪表类(例如车辆、航空器、船舶的仪表类)、飞行模拟器、地震仪、计步器、倾斜仪、测量硬盘的振动的振动计、机器人或无人机等飞行体的姿态控制装置、在汽车的自动驾驶用惯性导航中所使用的控制设备等。
移动体
接着,参照图20来对使用了上述的加速度传感器100的移动体进行说明。
图20为示出作为移动体的一个例子的汽车的结构的立体图。
如图20所示,在汽车1500中内置有作为物理量传感器的一个例子的加速度传感器100,例如,能够通过加速度传感器100来检测车身1501的移动(位置)和姿态。加速度传感器100的检测信号供给至对车身的移动、姿态进行控制的车身姿态控制装置1502,车身姿态控制装置1502能够基于该信号来检测车身1501的姿态,并根据检测结果来控制悬架的软硬或者控制各个车轮1503的制动。
需要说明的是,除此之外,加速度传感器100还可广泛地应用于无钥匙进入系统、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)、发动机控制系统(发动机系统)、自动驾驶用惯性导航的控制设备、混合动力汽车和电动汽车的电池监视器等电子控制单元(ECU:electronic control unit)。
另外,应用于移动体的作为物理量传感器的加速度传感器100除了上述的例示以外,还能够在如下的方面中利用:例如,双足步行机器人或电车等的移动、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的远程操纵或自主式飞行体的移动、姿态控制;农业机械(农机)或者建筑机械(建机)等的移动、姿态控制;火箭、人造卫星、船舶以及AGV(无人搬运车)等的控制。如以上那样,在实现各种移动体的移动(位置)、姿态控制时,组装有加速度传感器100以及各个控制部(未图示)、姿态控制部。
这样的移动体具备上述的作为物理量传感器的加速度传感器100以及控制部(例如作为姿态控制部的车身姿态控制装置1502),因此紧凑且具有优异的可靠性。
行驶辅助系统
以下,参照图21以及图22来对行驶辅助系统4000进行说明,该行驶辅助系统4000使用了具有上述的加速度传感器100的传感器单元4032。
图21是示出行驶辅助系统的概略结构的图。图22是示出行驶辅助系统的概略结构的功能框图。
行驶辅助系统的概略结构
如图21所示,行驶辅助系统4000包括搭载于多台车辆各个上的控制装置4100以及信息处理装置4200。
控制装置4100搭载于进行对加速、制动以及转向中的至少任一个自动控制的自动驾驶的车辆(以下,自动驾驶车辆),并与信息处理装置4200进行通信。信息处理装置4200例如是服务器装置,收集从搭载于多台自动驾驶车辆的各控制装置4100中发送的车辆信息,或者将基于收集到的车辆信息而得到的信息发送至各控制装置4100。需要说明的是,信息处理装置4200既可以由一个服务器装置构成,也可以由多个服务器装置构成。
控制装置的概略结构
接着,使用图22来说明控制装置4100的概略结构。控制装置4100搭载于自动驾驶车辆,如图22所示,包括:自动驾驶单元4010、通信设备4020、ADAS(Advanced DriverAssistance Systems:高级驾驶辅助系统)定位器4030、HMI(Human Machine Interface:人机界面)系统4040、周边监视传感器4050以及车辆控制单元4060。作为控制部的自动驾驶单元4010、通信设备4020、ADAS定位器4030、HMI系统4040、以及车辆控制单元4060例如与车内LAN连接,能够通过通信来相互交换信息。
通信设备4020与本车的外部进行通信。通信设备4020能够在与例如搭载于本车的周边车辆的车载通信设备、以及设置于路侧的路侧设备中的至少任一方之间进行无线通信。例如,通信设备4020通过与车载通信设备的车车间通信、与路侧设备的路车间通信而能够取得本车的周边车辆的位置信息以及行驶速度信息等。
通信设备4020在与信息处理装置4200之间进行通信。在与信息处理装置4200之间进行通信的情况下,设为如下的结构即可:通过例如DCM(Data Communication Module:数据通信模块)这样的用于车载远程信息通信的车载通信模块,经由在车载远程信息通信中使用的通信网而与信息处理装置4200进行通信。此外,也可以设为如下的结构:经由路侧设备以及该路侧设备与信息处理装置4200之间的通信网而与信息处理装置4200进行通信。通信设备4020将从信息处理装置4200中取得的信息向车内LAN输出,或者经由车内LAN而发送从自动驾驶单元4010发送来的车辆信息。
需要说明的是,可以设为如下的结构:将在与搭载于周边车辆的车载通信设备以及设置于路侧的路侧设备中的至少任一方之间进行无线通信的车载通信模块和用于车载远程信息通信的车载通信模块分体设置,也可以设为将它们一体设置的结构。
ADAS定位器4030具备:GNSS(Global NavigationSatelliteSystem:全球导航卫星系统)接收机4031、包括上述的加速度传感器100的传感器单元4032、以及存储有地图数据的地图数据库(以下为DB)4033。GNSS接收机4031接收来自多个人造卫星的定位信号。包括上述的加速度传感器100的传感器单元4032具备例如三轴陀螺仪传感器以及三轴加速度传感器。地图DB4033是非易失性存储器,存储有链路数据、节点数据、道路形状以及构造物等地图数据。
ADAS定位器4030通过组合由GNSS接收机4031接收的定位信号和传感器单元4032的测量结果来对搭载有ADAS定位器4030的本车的车辆位置逐次定位。此外,也可以设为如下的结构:在车辆位置的定位上还使用根据从搭载于本车的车轮速度传感器(未图示)中逐次输出的脉冲信号来求出的行驶距离。然后,将定位后的车辆位置向车内LAN输出。另外,ADAS定位器4030还进行从地图DB4033中读出地图数据并向车内LAN输出。此外,也可以设为如下的结构:使用搭载于本车的例如DCM这样的车载通信模块(未图示)来从本车的外部取得地图数据。
如图22所示,HMI系统4040具备:HCU(Human Machine Interface Control Unit:人机界面控制单元)4041、操作部4042、转向传感器4043、显示装置4044、以及声音输出装置4045,接收来自本车的驾驶员的输入操作、向本车的驾驶员提示信息、或者检测本车的驾驶员的状态。
操作部4042是本车的驾驶员操作的开关组。操作部4042用于进行各种设定。例如,作为操作部4042,具有设置于本车的方向盘的辐条部的方向盘开关、与显示装置4044一体的触摸开关等。
转向传感器4043是用于检测乘员接触到本车的方向盘的传感器。作为转向传感器4043的一个例子,可列举出设置于方向盘的触摸传感器、检测本车的方向盘的转向扭矩的转向扭矩传感器等。转向传感器4043中的检测结果输出到HCU 4041。
作为显示装置4044,具有例如组合仪表、CID(Center Information Display:中央信息显示器)、HUD(Head Up Display:平视显示器)等。组合仪表配置在本车的驾驶座前方。CID在本车室内配置于中央仪表群的上方。组合仪表和CID基于从HCU 4041中取得的图像数据而将用于提示信息的各种图像显示于显示器的显示画面。HUD将基于从HCU 4041中取得的图像数据的图像的光投影到在本车的挡风玻璃上所规定的投影区域。被挡风玻璃向车室内侧反射的图像的光由就座于驾驶座的驾驶员感知。驾驶员能够将由HUD投影的图像的虚像与本车前方的外界风景重叠起来辨认。
作为声音输出装置4045,具有例如音频扬声器等。音频扬声器例如配置于本车的车门的内衬内。音频扬声器通过重放的声音来进行向驾驶员等乘员的信息提示。
HCU 4041具备CPU、ROM以及RAM等存储器、I/O、连接它们的总线,通过执行存储器中所存储的控制程序来执行各种处理。例如,HCU4041根据来自自动驾驶单元4010的指示而使显示装置4044和声音输出装置4045中的至少任一个进行信息提示。需要说明的是,也可以通过一个或多个IC等来以硬件方式构成HCU 4041所执行的功能的一部分或全部。
周边监视传感器4050检测行人、人类以外的动物、自行车、摩托车、以及其他车辆等移动物体,还检测路上的落下物、护栏、路缘石、以及树木等静止物体这样的障碍物。除此之外,还检测行驶划分线、停止线等路面标示。周边监视传感器4050例如是拍摄本车周围的规定范围的周边监视摄像机;向本车周围的规定范围发送探测波的毫米波雷达、声纳、LIDAR(光探测与测距/激光成像探测与测距)等传感器。
作为周边监视摄像机,可以是使用立体摄像机的结构,也可以是使用单目摄像机的结构。周边监视摄像机将逐次拍摄的拍摄图像作为传感信息而向自动驾驶单元4010逐次输出。声纳、毫米波雷达、LIDAR等发送探测波的传感器将基于在接收到被障碍物反射后的反射波的情况下得到的接收信号的扫描结果作为传感信息而向自动驾驶单元4010逐次输出。此外,也可以设为如下的结构:并用周边监视摄像机和毫米波雷达来进行本车前方的传感等多种周边监视传感器4050具有重复的传感范围。
车辆控制单元4060是进行本车的加减速控制和转向控制中的至少任一个的电子控制装置。作为车辆控制单元4060,具有进行转向控制的转向ECU、进行加减速控制的动力单元控制ECU以及制动ECU等。车辆控制单元4060取得从搭载于本车的油门位置传感器、制动踏力传感器、转角传感器、车轮速度传感器等各传感器中输出的检测信号,并向电子控制节流阀、制动致动器、EPS(Electric Power Steering:电动助力转向系统)电机等各行驶控制设备输出控制信号。另外,车辆控制单元4060能够将上述的各传感器的检测信号向车内LAN输出。
作为控制部的自动驾驶单元4010具备:CPU、易失性存储器、非易失性存储器、I/O、将它们连接的总线,通过执行存储于非易失性存储器中的控制程序来执行各种处理。例如,自动驾驶单元4010根据周边监视传感器4050中的传感结果来识别本车的行驶环境。此外,自动驾驶单元4010还通过控制车辆控制单元4060来进行驾驶员的驾驶操作的代理。该自动驾驶单元4010相当于行驶辅助装置。需要说明的是,也可以通过一个或多个IC等来以硬件方式构成自动驾驶单元4010所执行的功能的一部分或全部。
作为控制部的自动驾驶单元4010能够基于由传感器单元4032检测出的检测信号而向车辆控制单元4060进行指示,控制加速、制动以及转向中的至少任一个。另外,自动驾驶单元4010能够根据由传感器单元4032检测出的检测信号的变化来切换自动驾驶的实施或者不实施。这样,通过作为控制加速、制动以及转向中的至少任一个的控制部的自动驾驶单元4010,能够根据由传感器单元检测出的检测信号的变化来高精度地切换自动驾驶的实施或者不实施。
这样的行驶辅助系统4000由于具备传感器单元4032和作为行驶辅助装置的自动驾驶单元4010,而该传感器单元4032包括上述的作为物理量传感器的加速度传感器100,该自动驾驶单元4010包括传感器单元4032,因此具有优异的可靠性。
头戴式显示装置
以下,参照图23来对使用了具备有上述的加速度传感器100的传感器单元(第一传感器566、第二传感器568)的作为显示装置的一个例子的头戴式显示装置5000进行说明。
图23是示出头戴式显示装置的概略结构的说明图。
如图23所示,作为显示装置的一个例子的头戴式显示装置5000具备在安装于用户的头部的状态下使用户辨认虚像的图像显示部520和控制图像显示部520的控制装置510。控制装置510还作为用户操作头戴式显示装置5000的控制器而发挥作用。
图像显示部520是安装于用户的头部的安装体,在本方式中具有眼镜形状的框架502。框架502具有右保持部521和左保持部523。右保持部521是从作为右光学像显示部526的另一端的端部ER直至与用户安装了图像显示部520时的用户的侧头部对应的位置延伸设置的部件。同样地,左保持部523是从作为左光学像显示部528的另一端的端部EL直至与用户安装了图像显示部520时的用户的侧头部对应的位置而延伸设置的部件。右保持部521在用户的头部抵接于右耳或其附近,左保持部523抵接于用户的左耳或其附近,从而将图像显示部520保持于用户的头部。
在框架502上设置有右显示驱动部522、左显示驱动部524、右光学像显示部526、左光学像显示部528以及话筒563。在本方式中,作为主体的一个例子,例示眼镜型的框架502。主体的形状不限定于眼镜型,只要是安装并固定于用户的头部的形状即可,若是横跨用户的左右眼的前面而安装的形状,则更优选。例如,除了在此说明的眼镜型以外,既可以是覆盖用户的脸的上部的雪镜样的形状,也可以是像双筒望远镜那样配置在用户的左右眼的各自的前方的形状。
眼镜型的框架502是如下的形状:具有位于用户的右眼之前的右部502A以及位于左眼之前的左部502B,右部502A和左部502B由桥接部502C连结。桥接部502C在与用户安装了图像显示部520时的用户的眉间对应的位置将右部502A和左部502B相互连结。
右部502A与镜腿部502D连结,左部502B与镜腿部502E连结。镜腿部502D、502E如眼镜的镜腿那样将框架502支承于用户的头部。本实施方式的镜腿部502D由右保持部521构成,镜腿部502E由左保持部523构成。
右光学像显示部526配置于右部502A,左光学像显示部528配置于左部502B,在用户安装了图像显示部520时分别位于用户的右眼前和左眼前。
右显示驱动部522和左显示驱动部524配置在与当用户安装了图像显示部520时的用户的头部相对的一侧。需要注意的是,将右显示驱动部522和左显示驱动部524也只总称为“显示驱动部”,将右光学像显示部526和左光学像显示部528也只总称为“光学像显示部”。另外,显示驱动部522、524包括未图示的液晶显示器(Liquid Crystal Display)、投影光学系统等。
右光学像显示部526以及左光学像显示部528具备未图示的导光板和调光板。导光板由透光性的树脂等形成,将显示驱动部522、524所输出的图像光引导至用户的眼睛。调光板是薄板状的光学元件,被配置成覆盖作为与用户的眼睛一侧相反侧的图像显示部520的正面侧。调光板能够使用几乎不具有透光性的调光板、接近透明的调光板、使光量衰减后透过光的调光板、对特定波长的光进行衰减或反射的调光板等各种调光板。通过适当选择调光板的光学特性(透光率等),能够调整从外部入射到右光学像显示部526和左光学像显示部528的外光量,进而调整虚像的辨认的容易度。
在本实施方式中,对使用至少具有安装了图像显示部520的用户能够辨认外部景色的程度的透光性的调光板的情况进行说明。调光板保护作为光学元件的右导光板和左导光板,抑制右导光板和左导光板的损伤、污垢的附着等。此外,调光板可以相对于右光学像显示部526以及左光学像显示部528可拆装,既可以更换安装多种调光板,也可以省略。
另外,在框架502上设置有摄像头单元503。摄像头单元503具有配置上部摄像头561的摄像头底座部503C、和支承摄像头底座部503C的臂部503A、503B。臂部503A通过设置于右保持部521的前端部AP的铰链521A而可转动地与右保持部521连结。臂部503B通过设置于左保持部523的前端部AP的铰链523A而可转动地与左保持部523连结。因此,摄像头单元503整体上能够在图中箭头K所示的方向、即安装状态下上下转动。摄像头单元503在转动范围的下端与框架502接触。另外,摄像头单元503的转动范围的上端由铰链521A、523A的规格等决定。
摄像头底座部503C是位于横跨右部502A、左部502B以及桥接部502C的上部的位置的板状或棒状部件,在相当于桥接部502C的上方的位置埋入设置有上部摄像头561。上部摄像头561是具备CCD、CMOS等摄像元件以及摄像镜头等的数字摄像头,可以是单目摄像头,也可以是立体摄像头。
上部摄像头561拍摄头戴式显示装置5000的正面侧方向、换言之在安装了图像显示部520的状态下的用户的视野方向的至少一部分的外景。上部摄像头561的视场角的广度能够适当设定,但优选例如在摄像头单元503的转动范围的下端处上部摄像头561的拍摄范围包括用户通过右光学像显示部526、左光学像显示部528来辨认的外界。并且,更优选以能够拍摄通过了调光板的用户的整个视野的方式设定上部摄像头561的拍摄范围。
图像显示部520经由连接部540而与控制装置510连接。连接部540具备:与控制装置510连接的主体软线548、右软线542、左软线544以及连结部件546。右软线542和左软线544是主体软线548分支为两根的软线。右软线542从右保持部521的延伸方向的前端部AP插入到右保持部521的箱体内,与右显示驱动部522连接。
同样地,左软线544从左保持部523的延伸方向的前端部AP插入到左保持部523的箱体内,与左显示驱动部524连接。
连接部件546设置在主体软线548与右软线542以及左软线544的分支点,具有用于连接耳机插头530的插孔。右耳机532和左耳机534从耳机插头530延伸。在耳机插头530的附近设置有话筒563。从耳机插头530到话筒563汇集成一根软线,软线从话筒563分支后,分别与右耳机532和左耳机534相连。
话筒563以话筒563的集音部朝向用户的视线方向的方式配置,对声音进行集音,并将声音信号输出到声音处理部(未图示)。话筒563例如是单声道话筒和立体声话筒均可,既可以是具有指向性的话筒,也可以是无指向性的话筒。
右软线542、左软线544以及主体软线548只要能够传输数字数据即可,能够由例如金属电缆、光纤构成。另外,也可以设为将右软线542和左软线544汇集成一根软线的结构。
图像显示部520和控制装置510经由连接部540而传送各种信号。
在主体软线548的与连结部件546相反侧的端部以及控制装置510设置有相互嵌合的连接器(未图示)。通过将主体软线548的连接器与控制装置510的连接器嵌合或者解开该嵌合,能够将控制装置510与图像显示部520连接或分离。
控制装置510控制头戴式显示装置5000。控制装置510具备:确定键511、点亮部512、显示切换键513、亮度切换键515、方向键516、菜单键517以及包括电源开关518的开关类。另外,控制装置510具备用户用手指操作的触控板514。
确定键511检测按下操作而输出确定在控制装置510上操作的内容的信号。点亮部512具备LED(Light Emitting Diode:发光二极管)等光源,根据光源的点亮状态而通知头戴式显示装置5000的动作状态(例如,电源的接通/断开)。显示切换键513根据按下操作而输出例如指示图像显示模式的切换的信号。
触控板514具有检测接触操作的操作面,根据对操作面的操作而输出操作信号。操作面上的检测方式没有限定,可以采用静电式、压力检测式、光学式等。亮度切换键515根据按下操作而输出指示图像显示部520的亮度的增减的信号。方向键516根据与上下左右方向对应的对键的按下操作而输出操作信号。电源开关518是对头戴式显示装置5000的电源接通/断开进行切换的开关。
另外,在框架502上安装有两个运动传感器。本方式的运动传感器为惯性传感器,具体而言,是作为第一传感器单元的第一传感器566以及作为第二传感器单元的第二传感器568。需要说明的是,作为第一传感器566以及第二传感器568,能够应用上述的加速度传感器100。第一传感器566配置于右部502A中的镜腿部502D侧的端部,第二传感器568设置于左部502B中的镜腿部502E侧的端部。即,第一传感器566以及第二传感器568位于在头戴式显示装置5000的安装状态下比头部的中心靠一侧的位置。第一传感器566和第二传感器568是加速度传感器、角速度传感器(陀螺仪传感器)等惯性传感器,在本方式中,使用了三轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器。第一传感器566和第二传感器568分别在内置的检测机构的测定基准点检测例如绕X轴的旋转(俯仰)、绕Y轴的旋转(偏航)以及绕Z轴的旋转(翻滚)。
第一传感器566和第二传感器568中的任意一个传感器位于用户的头部的中心的一侧,另外的传感器位于用户的头部的中心的另一侧。具体而言,第一传感器566位于用户的头部的右侧,第二传感器568位于左侧。需要说明的是,在本方式中,头部的中心是指在相对于用户的身高而垂直的水平面上的头部的中心。第一传感器566和第二传感器568在水平面上的位置隔着头部在该水平面上的中心而位于右侧和左侧。
作为这种结构的显示装置的一个例子的头戴式显示装置5000具备向用户的眼睛照射图像光的图像显示部520、和多个作为运动传感器的第一传感器566以及第二传感器568。第一传感器566和第二传感器568中的任一个位于在安装状态下比头部的中心靠一侧的位置,另外的运动传感器位于比头部的中心靠另一侧的位置。因此,能够在用户的头部进行了运动的情况下迅速地求出运动中心处的运动量、运动的方向等。
另外,在头戴式显示装置5000中,第一传感器566和第二传感器568中的任一个位于在安装状态下比头部的中心靠左侧的位置,另外的运动传感器位于比头部的中心靠右侧的位置。因此,能够根据运动传感器的检测结果而迅速地求出头部在运动中心处的运动。
这样的作为显示装置的一个例子的头戴式显示装置5000具备上述的作为物理量传感器的加速度传感器100作为第一传感器566以及第二传感器568,因此具有优异的可靠性。
以上,虽然基于图示的实施方式而对物理量传感器(100)、复合传感器900、惯性测量单元2000、移动体定位装置3000、便携式电子设备(1000)、电子设备(1100、1200、1300)、移动体(1500)、行驶辅助系统4000以及显示装置(5000)进行了说明,但本发明并不限定于此,各部分的结构能够替换为具有同样功能的任意的结构。另外,也可以在本发明中附加其它任意的结构物。
另外,在上述的实施方式中,虽然X轴、Y轴以及Z轴彼此正交,但只要彼此交叉则就不限定于此,例如,既可以是X轴相对于YZ平面的法线方向倾斜一些,也可以是Y轴相对于XZ平面的法线方向倾斜一些,还可以是Z轴相对于XY平面的法线方向倾斜一些。需要说明的是,一些是指加速度传感器100能够发挥其效果的范围,具体的倾斜角度(数值)根据结构等而不同。
以下,将从上述的实施方式中导出的内容描述为各方式。
方式1:本方式所涉及的物理量传感器,其特征在于,包括:物理量传感器元件和电路元件,其中,该物理量传感器元件包括:基板;盖,以在内部构成收纳空间的方式与所述基板接合;以及物理量传感器元件片,收纳于所述收纳空间并能够检测物理量,该电路元件经由粘接材料粘接于所述盖的与所述物理量传感器元件片侧相反侧的面,并且,所述物理量传感器在所述盖的所述相反侧的面的外缘区域,沿着所述盖的外缘设置有凹部。
根据本方式,在物理量传感器元件的盖的粘接有电路元件的面的外缘区域,沿着盖的外缘而设置有凹部,因此,在将电路元件粘接于盖时,即使多余的粘接材料沿着盖的表面而流出,也能够使流出的粘接材料滞留在凹部中。因此,能够减少沿着盖的侧面而流出的粘接材料在与将物理量传感器元件安装于封装体等的粘接材料接触的状态下滞留。因此,能够减少起因于粘接材料固化时产生的应力、应变经由安装物理量传感器元件的粘接材料而传递至物理量传感器元件。由于能够降低该应力、应变对物理量传感器元件的影响,因此能够使例如从物理量传感器元件中输出的偏置输出信号的变动减少。
方式2:在上述方式所述的物理量传感器中,优选,所述凹部为阶梯差部。
根据本方式,由于凹部为阶梯差部,因此,在将电路元件粘接于盖时,即使多余的粘接材料沿着盖的表面而流出,也能够使流出的粘接材料滞留于阶梯差部。因此,能够减少起因于粘接材料固化而产生的应力、应变经由安装物理量传感器元件的粘接材料而传递至物理量传感器元件。由于能够降低该应力、应变对物理量传感器元件的影响,因此能够使例如从物理量传感器元件中输出的偏置输出信号的变动减少。
方式3:在上述方式所述的物理量传感器中,优选,所述凹部为有底的孔。
根据本方式,由于凹部为有底的孔,因此在将电路元件粘接于盖时,能够使多余的粘接材料滞留于孔内。因此,能够减少起因于粘接材料固化而产生的应力、应变经由安装物理量传感器元件的粘接材料而传递至物理量传感器元件。由于能够降低该应力、应变对物理量传感器元件的影响,因此能够使例如从物理量传感器元件中输出的偏置输出信号的变动减少。
方式4:在上述方式所述的物理量传感器中,优选,所述有底的孔的孔宽随着从所述盖的所述电路元件侧的面侧朝向所述基板侧而不断变窄。
根据本方式,由于凹部是有底的孔,并且孔的宽度随着从盖的电路元件侧的面侧朝向基板侧而不断变窄,因此,在将电路元件粘接于盖时,粘接材料更易于流入到孔内,能够使多余的粘接材料滞留于孔内。因此,能够减少起因于粘接材料固化而产生的应力、应变经由安装物理量传感器元件的粘接材料而传递至物理量传感器元件。由于能够降低该应力、应变对物理量传感器元件的影响,因此能够使例如从物理量传感器元件中输出的偏置输出信号的变动减少。
方式5:在上述方式所述的物理量传感器中,优选,所述有底的孔的壁面是倾斜面。
根据本方式,由于凹部为有底的孔,孔的壁面为倾斜面,因此在将电路元件粘接于盖时,粘接材料易于流入到孔内,能够使多余的粘接材料滞留于孔内。因此,能够减少起因于粘接材料固化而产生的应力、应变经由安装物理量传感器元件的粘接材料而传递至物理量传感器元件。由于能够降低该应力、应变对物理量传感器元件的影响,因此能够使例如从物理量传感器元件中输出的偏置输出信号的变动减少。
方式6:在上述方式所述的物理量传感器中,优选,所述盖为四边形状,在所述盖的至少一对边设置有所述凹部。
根据本方式,盖为四边形状,在盖的至少一对边上设置有凹部,因此,在将电路元件粘接于盖时,即使粘接材料向电路元件的两侧流出,也能够使多余的粘接材料滞留于凹部。因此,能够减少起因于粘接材料固化而产生的应力、应变经由安装物理量传感器元件的粘接材料而传递至物理量传感器元件。由于能够降低该应力、应变对物理量传感器元件的影响,因此能够使例如从物理量传感器元件中输出的偏置输出信号的变动减少。
方式7:在上述方式所述的物理量传感器中,优选,所述物理量是加速度。
根据本方式,能够检测使起因于物理量传感器元件的粘接状态的不稳定而产生的偏置输出信号的变动减少后的高精度的加速度数据。
方式8:本方式所涉及的复合传感器,其特征在于,包括上述方式7所述的物理量传感器、以及角速度传感器。
根据本方式,能够享有上述的物理量传感器的效果,获得惯性的测量精度高的复合传感器。
方式9:本方式所涉及的惯性测量单元的特征在于,具备:上述方式7所述的物理量传感器、角速度传感器以及控制部,该控制部控制所述物理量传感器和所述角速度传感器。
根据本方式,能够享有上述的物理量传感器的效果,获得惯性的测量精度高的惯性测量单元。
方式10:本方式所涉及的移动体定位装置,其特征在于,包括:上述方式9所述的惯性测量单元;接收部,从定位用卫星接收重叠有位置信息的卫星信号;取得部,根据接收到的所述卫星信号而取得所述接收部的位置信息;运算部,根据从所述惯性测量单元中输出的惯性数据来运算移动体的姿态;以及算出部,根据算出的所述姿态来校正所述位置信息,由此算出所述移动体的位置。
根据本方式,能够享有上述的物理量传感器的效果,获得惯性的测量精度高的移动体定位装置。
方式11:本方式所涉及的便携式电子设备,其特征在于,包括:上述方式1至上述方式7中任一项所述的物理量传感器;壳体,收纳有所述物理量传感器;处理部,收纳于所述壳体,并对从所述物理量传感器中输出的检测信号进行处理;显示部,收纳于所述壳体;以及透光性罩,堵塞所述壳体的开口部。
根据本方式,能够享有上述的物理量传感器的效果,获得惯性的测量精度高的便携式电子设备。
方式12:在上述方式所述的便携式电子设备中,优选,包括卫星定位系统,测量用户的移动距离、移动轨迹。
根据本方式,便携式电子设备的便利性提高。
方式13:本方式所涉及的电子设备,其特征在于,包括:上述方式1至上述方式7中任一项所述的物理量传感器;以及控制部,根据从所述物理量传感器中输出的检测信号而进行控制。
根据本方式,能够享有上述的物理量传感器的效果,获得惯性的测量精度高的电子设备。
方式14:本方式所涉及的移动体,其特征在于,包括:上述方式1至上述方式7中任一项所述的物理量传感器;以及控制部,根据从所述物理量传感器中输出的检测信号而进行控制。
根据本方式,能够享有上述的物理量传感器的效果,获得惯性的测量精度高的移动体。
方式15:在上述方式所述的移动体中,优选,包括发动机系统、制动系统以及无钥匙进入系统中的至少任一个系统,所述控制部根据所述检测信号来控制所述系统。
根据本方式,能够高精度地控制发动机系统、制动系统以及无钥匙进入系统中的至少任一个系统。
方式16:本方式所涉及的行驶辅助系统,其特征在于,包括上述方式1至上述方式7中任一项所述的物理量传感器以及控制部,该控制部基于从所述物理量传感器中输出的检测信号来控制加速、制动以及转向中的至少任一个,并且,根据从所述物理量传感器中输出的检测信号的变化来切换自动驾驶的实施或者不实施。
根据本方式,通过对加速、制动以及转向中的至少任一个进行控制的控制部,能够根据由物理量传感器检测出的检测信号的变化而高精度地切换自动驾驶的实施或者不实施。
方式17:本方式所涉及的显示装置,其特征在于,构成为:包括显示部和上述方式1至上述方式7中任一项所述的物理量传感器,该显示部安装于用户的头部,向所述用户的眼睛照射图像光,所述物理量传感器包括位于在安装状态下比所述头部的中心靠一侧的位置的第一传感器单元和位于比所述头部的中心靠另一侧的位置的第二传感器单元。
根据本方式,显示装置构成为:物理量传感器包括位于在安装状态下比头部的中心靠一侧的位置的第一传感器单元和位于另一侧的位置的第二传感器单元。因此,能够在用户的头部进行了运动的情况下迅速地求出在运动中心处的运动量、运动的方向等。另外,能够享有上述的物理量传感器的效果,获得惯性的测量精度高的显示装置。

Claims (10)

1.一种物理量传感器,其特征在于,包括:
相互正交的三个轴,定义为X轴、Y轴和Z轴;
物理量传感器元件,所述物理量传感器元件具备:
基板,所述基板为沿所述X轴和所述Y轴延伸的四边形状,所述基板具有第一边、第二边、第三边和第四边,所述第一边和所述第二边沿所述X轴彼此相对,所述第三边和所述第四边沿所述Y轴彼此相对,所述基板具有沿所述Z轴的厚度,所述基板在靠近所述基板的所述第一边的上表面上具有第一区域;
盖,以构成收纳空间的方式与所述基板接合,所述盖是四边形状的,所述盖具有第一边、第二边、第三边和第四边,所述盖的所述第二边、所述第三边和所述第四边与所述基板的所述第二边、所述第三边和所述第四边对齐,所述基板的所述上表面的所述第一区域没有所述盖,所述基板的所述上表面的所述第一区域位于所述收纳空间的外部;以及
物理量传感器元件片,收纳于所述收纳空间并能够检测物理量;
端子电极,所述端子电极形成在所述基板的所述上表面的所述第一区域上;和
电路元件,粘接于所述盖的上表面,
其中在所述盖的所述上表面中形成第一凹部,所述第一凹部沿所述盖的所述第一边的外缘延伸,
在所述盖的所述上表面中形成第二凹部,所述第二凹部沿所述盖的所述第三边的外缘延伸,并且
在所述盖的所述上表面中形成第三凹部,所述第三凹部沿所述盖的所述第四边的外缘延伸。
2.根据权利要求1所述的物理量传感器,其特征在于,
所述第一凹部、所述第二凹部、所述第三凹部的每一个为阶梯差部。
3.根据权利要求1所述的物理量传感器,其特征在于,
所述第一凹部、所述第二凹部、所述第三凹部的每一个为有底的孔。
4.根据权利要求3所述的物理量传感器,其特征在于,
所述有底的孔沿所述Z轴是锥形的,
并且所述有底孔的开口的宽度大于所述有底孔的底部的宽度。
5.根据权利要求4所述的物理量传感器,其特征在于,
所述有底的孔的壁面是倾斜面。
6.根据权利要求1所述的物理量传感器,其特征在于,
所述物理量是加速度。
7.一种复合传感器,其特征在于,包括:
权利要求6所述的物理量传感器;和
角速度传感器。
8.一种惯性测量单元,其特征在于,具备:
权利要求6所述的物理量传感器;
角速度传感器;和
控制部,控制所述物理量传感器以及所述角速度传感器。
9.一种电子设备,其特征在于,具备:
权利要求1所述的物理量传感器;和
控制部,根据从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
10.一种移动体,其特征在于,具备:
权利要求1所述的物理量传感器;和
控制部,根据从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
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