CN112129972B - 惯性传感器、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

一种惯性传感器、电子设备以及移动体。所述惯性传感器具有：基板；可动体，绕摇动轴摇动；以及电极，配置于基板。可动体具有设置为夹着摇动轴的第一可动部以及第二可动部，第一可动部具有：对称部，与第二可动部相对于摇动轴对称；以及非对称部，位于比对称部离摇动轴更远侧。电极具有：第一检测电极，与对称部重叠；以及第一虚设电极，与可动体为同电位，且与对称部以及非对称部重叠。对称部具有：第一开口，设置于与第一检测电极重叠的第一部分；以及第二开口，设置于与第一虚设电极重叠的第二部分。并且，第一开口相对于第一部分的开口率比第二部分相对于第二开口的开口率小。

Description

惯性传感器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及惯性传感器、电子设备以及移动体。
背景技术
例如，专利文献1所记载的惯性传感器是能够检测Z轴方向的加速度的加速度传感器，具有：基板；可动体，相对于基板绕沿着Y轴方向的摇动轴上下摇动；以及检测电极，设置于基板。另外，可动体具有设置为夹着摇动轴、且绕摇动轴的转矩彼此不同的第一可动部以及第二可动部。另外，检测电极具有：第一检测电极，与第一可动部对置而配置于基板；以及第二检测电极，与第二可动部对置而配置于基板。
在这种结构的惯性传感器中，若施加Z轴方向的加速度，则可动体绕摇动轴上下摇动，伴随于此，第一可动部与第一检测电极之间的静电容量以及第二可动部与第二检测电极之间的静电容量彼此以反相变化。因此，能够基于该静电容量的变化检测Z轴方向的加速度。另外，在专利文献1所记载的惯性传感器中，减小在可动体的摇动时产生的空气阻力来抑制阻尼，且为了得到期望的频率特性，在遍及可动体的全域同样地形成有多个贯通孔。
专利文献1：日本特开2019－45172号公报
然而，若在可动体的全域同样地形成多个贯通孔，则能够抑制阻尼而得到期望的频率特性，但作为代价，第一可动部与第一检测电极之间的相对面积以及第二可动部与第二检测电极之间的相对面积分别下降，在其之间产生的静电容量变小，进而加速度的检测灵敏度降低。即在专利文献1所记载的惯性传感器中，存在难以在确保期望的频带的同时发挥优异的检测灵敏度的技术问题。
发明内容
实施方式所记载的惯性传感器的特征在于，在将彼此正交的三轴设为X轴、Y轴以及Z轴时，具有：基板；可动体，绕沿着所述Y轴的摇动轴摇动；以及电极，配置于所述基板，在沿所述Z轴方向的俯视观察下，与所述可动体重叠，所述可动体具有在沿所述Z轴方向的俯视观察下夹着所述摇动轴而设置的第一可动部以及第二可动部，在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述第一可动部具有：对称部，设置为与所述第二可动部相对于所述摇动轴对称；非对称部，位于比所述对称部离所述摇动轴更远侧，且绕所述摇动轴的转矩比所述第二可动部大，在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述电极具有：第一检测电极，设置为与所述第一可动部的所述对称部重叠；以及第一虚设电极，与所述可动体为同电位，且设置为在比所述第一检测电极离所述摇动轴更远侧处与所述第一可动部的所述对称部以及所述非对称部重叠，在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述对称部具有：第一开口，设置于与所述第一检测电极重叠的第一部分；第二开口，设置于与所述第一虚设电极重叠的第二部分，所述第一开口相对于所述第一部分的开口率比所述第二开口相对于所述第二部分的开口率小。
实施方式所记载的电子设备的特征在于，具有：上述的惯性传感器；以及控制电路，基于从所述惯性传感器输出的检测信号来进行控制。
实施方式所记载的移动体的特征在于，具有：上述的惯性传感器；以及控制电路，基于从所述惯性传感器输出的检测信号来进行控制。
附图说明
图1是示出第一实施方式涉及的惯性传感器的俯视图。
图2是图1中的A－A线剖视图。
图3是示出作为第二实施方式涉及的电子设备的智能手机的俯视图。
图4是示出作为第三实施方式涉及的电子设备的惯性测量装置的分解立体图。
图5是图4所示的惯性测量装置所具有的基板的立体图。
图6是示出作为第四实施方式涉及的电子设备的移动体定位装置的整体系统的框图。
图7是示出图6所示的移动体定位装置的作用的图。
图8是示出第五实施方式涉及的移动体的立体图。
附图标记说明
1…惯性传感器；2…基板；21…凹部；211、212…部分；22…固定件；25、26、27…槽；3…传感器元件；31…固定部；32…可动体；321…第一可动部；322…第二可动部；322A…基端部；322B…末端部；322C…中间部；324…开口；325…对称部；325A…基端部；325B…末端部；325C…中间部；326…非对称部；33…摇动梁；5…盖部；51…凹部；59…玻璃料；61～67…开口；75～77…布线；8…电极；81…第一检测电极；82…第二检测电极；83…第一虚设电极；84…第二虚设电极；1200…智能手机；1208…显示部；1210…控制电路；1500…汽车；1502…控制电路；1510…系统；2000…惯性测量装置；2100…外壳；2110…螺纹孔；2200…接合部件；2300…传感器模块；2310…内壳；2311…凹部；2312…开口；2320…基板；2330…连接器；2340x、2340y、2340z…角速度传感器；2350…加速度传感器；2360…控制IC；3000…移动体定位装置；3100…惯性测量装置；3110…加速度传感器；3120…角速度传感器；3200…运算处理部；3300…GPS接收部；3400…接收天线；3500…位置信息获取部；3600…位置合成部；3700…处理部；3800…通信部；3900…显示部；Az…加速度；Ca、Cb…静电容量；D1、D2…分离距离；J…摇动轴；P…电极焊盘；S…收纳空间；θ…倾斜。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式对本发明的惯性传感器、电子设备以及移动体进行详细的说明。
＜第一实施方式＞
图1是示出第一实施方式涉及的惯性传感器的俯视图。图2是图1中的A－A线剖视图。
在下文中，为了便于说明，将彼此正交的三个轴设为X轴、Y轴以及Z轴。另外，将沿着X轴的方向即平行于X轴的方向称为“X轴方向”，沿着Y轴的方向即平行于Y轴的方向称为“Y轴方向”，沿着Z轴的方向即平行于Z轴的方向称为“Z轴方向”。另外，也将各轴的箭头方向末端侧称为“正侧”，将相反侧称为“负侧”。另外，也将Z轴方向正侧称为“上”，将Z轴方向负侧称为“下”。另外，在本说明书中，“正交”是指在技术常识上能够视为正交，具体而言，除了以90°相交的情况以外，还包括从90°稍微倾斜的角度，例如还包括在90°±5°以内的范围内相交的情况。同样地，对于“平行”也是在技术常识上能够视为平行，具体而言，除了两者所成的角度是0°的情况以外，还包括具有±5°以内的范围内的差的情况。
图1所示的惯性传感器1是检测Z轴方向的加速度Az的加速度传感器。这种惯性传感器1具有：基板2；传感器元件3，配置于基板2上；盖部5，与基板2接合，覆盖传感器元件3。
如图1所示，基板2具有在上表面侧开口的凹部21。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，凹部21在内侧内包传感器元件3，形成为比传感器元件3大。另外，如图2所示，基板2具有从凹部21的底面突出的固定件22。并且，传感器元件3与固定件22的上表面接合。另外，如图1所示，基板2具有在上表面开口的槽25、26、27。
作为基板2，能够使用例如含有作为Na+等的可动离子的碱金属离子的玻璃材料，例如由派热克斯玻璃、TEMPAX玻璃(均为注册商标)那样的硼硅酸玻璃构成的玻璃基板。但是，作为基板2没有特别限定，例如也可以使用硅基板或陶瓷基板。
另外，如图1所示，在基板2上设置有电极8。电极8具有配置于凹部21的底面，在沿Z轴方向的俯视观察下，与传感器元件3重叠的第一检测电极81、第二检测电极82、第一虚设电极83以及第二虚设电极84。另外，基板2具有配置于槽25、26、27的布线75、76、77。
各布线75、76、77的一端在俯视观察下暴露于盖部5外，并作为进行与外部装置的电连接的电极焊盘P而发挥作用。另外，布线75与传感器元件3以及第一虚设电极83、第二虚设电极84电连接，布线76与第一检测电极81电连接，布线77与第二检测电极82电连接。即，第一虚设电极83、第二虚设电极84与可动体32为同电位。
如图2所示，盖部5具有在下表面侧开口的凹部51。盖部5与基板2的上表面接合，从而在凹部51内收纳传感器元件3。并且，通过盖部5以及基板2在其内侧形成收纳传感器元件3的收纳空间S。收纳空间S是气密空间，优选封入氮气、氦气、氩气等的惰性气体，在使用温度(－40℃～125℃程度)下，约为大气压。但是，针对收纳空间S的气氛并没有特别限定，例如可以是减压状态，也可以是加压状态。
作为盖部5，例如能够使用硅基板。但是，作为盖部5没有特别限定，例如也可以使用玻璃基板或陶瓷基板。另外，作为基板2与盖部5的接合方法没有特别限定，只要根据基板2、盖部5的材料适当选择即可，例如能够使用阳极接合、使通过等离子照射而活性化的接合面彼此接合的活性化接合、通过玻璃料等的接合材料的接合、使在基板2的上表面以及盖部5的下表面上成膜的金属膜彼此接合的扩散接合等。在本实施方式中，通过由低熔点玻璃制成的玻璃料59来接合基板2与盖部5。
例如，传感器元件3通过利用作为深槽蚀刻技术的博世(Bosch)工艺蚀刻掺杂有磷(P)、硼(B)、砷(As)等杂质的导电性的硅基板进行图案化而形成。如图1所示，传感器元件3具有：H型的固定部31，与固定件22的上表面接合；可动体32，能够相对于固定部31绕沿着Y轴的摇动轴J摇动；以及摇动梁33，连接固定部31与可动体32。例如，固定件22与固定部31被阳极接合。
在沿Z轴方向的俯视观察下，可动体32成为将X轴方向作为长边的长方形形状。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，可动体32具有配置为在之间夹着沿着Y轴的摇动轴J的第一可动部321以及第二可动部322。第一可动部321相对于摇动轴J位于X轴方向正侧，第二可动部322相对于摇动轴J位于X轴方向负侧。另外，第一可动部321在X轴方向上比第二可动部322长，在施加了加速度Az时的绕摇动轴J的转矩比第二可动部322大。
通过该转矩的差，在施加了加速度Az时可动体32绕摇动轴J上下摇动。此外，上下摇动是指若第一可动部321向Z轴方向正侧位移，则第二可动部322向Z轴方向负侧位移，相反地，若第一可动部321向Z轴方向负侧位移，则第二可动部322向Z轴方向正侧位移。
另外，可动体32具有位于第一可动部321与第二可动部322之间的开口324。并且，在开口324内配置有固定部31以及摇动梁33。这样，通过在可动体32的内侧配置固定部31以及摇动梁33，能够实现传感器元件3的小型化。
返回配置于凹部21的底面的电极8的说明，则如图1以及图2所示，在沿Z轴方向的俯视观察下，第一检测电极81配置为与第一可动部321的根部侧的部分重叠，第二检测电极82配置为与第二可动部322的根部侧的部分重叠。在此，根部侧是指摇动梁33侧。此外，在沿Z轴方向的俯视观察下，这些第一检测电极81、第二检测电极82设置为相对于摇动轴J对称。
另外，第一虚设电极83位于比第一检测电极81更靠X轴方向正侧，且与第一可动部321的末端侧的部分重叠配置，第二虚设电极84位于比第二检测电极82更靠X轴方向负侧，且与第二可动部322的末端侧的部分重叠配置。即，第一虚设电极83在比第一检测电极81离摇动轴J更远侧处与第一可动部321对置，第二虚设电极84在比第二检测电极82离摇动轴J更远侧处与第二可动部322对置。
这样，通过在第一检测电极81、第二检测电极82的周围设置与可动体32同电位的第一虚设电极83、第二虚设电极84，能够抑制与可动体32重叠的区域内的凹部21的底面的暴露。由此，能够有效地抑制由基板2内的碱金属离子(Na+)的移动引起的凹部21的底面带电，进而抑制由该底面的带电引起在凹部21的底面与可动体32之间产生不必要的静电引力。因此，能够有效地抑制作为检测对象的加速度Az以外的力导致的可动体32的摇动，能够抑制加速度Az的检测特性的降低。
虽然未图示，但是在惯性传感器1的驱动时，经由布线75对传感器元件3施加驱动电压，第一检测电极81与QV放大器通过布线76连接，第二检测电极82与其他的QV放大器(电荷-电压放大器)通过布线77连接。由此，在第一可动部321与第一检测电极81之间形成静电容量Ca，在第二可动部322与第二检测电极82之间形成静电容量Cb。
若对惯性传感器1施加加速度Az，则可动体32进行以摇动轴J为中心的上下摇动(以下，将该摇动称为“检测振动”)。通过该可动体32的上下摇动，第一可动部321和第一检测电极81的间隙与第二可动部322和第二检测电极82的间隙以反相变化，与此相对，静电容量Ca、Cb彼此以反相变化。因此，惯性传感器1能够基于静电容量Ca、Cb的差值(变化量)检测加速度Az。
以上，对惯性传感器1的结构进行了简单的说明。接着，对可动体32的结构进行详细的说明。如前所述，可动体32具有配置为在之间夹着摇动轴J的第一可动部321以及第二可动部322，第一可动部321在X轴方向上比第二可动部322长，在施加加速度Az时的绕摇动轴J的转矩比第二可动部322大。
另外，如图1所示，在沿Z轴方向的俯视观察下，第一可动部321具有：对称部325，设置为与第二可动部322相对于摇动轴J对称；以及非对称部326，位于比对称部325离摇动轴J更远侧，与第二可动部322相对于摇动轴J非对称。若将第二可动部322的距摇动轴J的长度设为L2，则第一可动部321的距摇动轴J的距离与长度L2相等的部分成为对称部325与非对称部326的边界，比该部分更靠摇动轴J侧为对称部325，比该部分更靠与摇动轴J相反侧成为非对称部326。此外，非对称部326作为用于使第一可动部321的绕摇动轴J的转矩比第二可动部322的绕摇动轴J的转矩大的扭矩产生部而发挥作用。
这里，第二可动部322与对称部325相对于摇动轴J对称是指：在沿Z轴方向的俯视观察下，第二可动部322的外形形状与对称部325的外形形状相对于摇动轴J对称。另外，对称除了指第二可动部322与对称部325的外形形状彼此完全地对称的情况以外，例如还包括在第二可动部322与对称部325的外形形状中包含了制造上、设计上产生得到的误差的情况。
返回电极8的说明，在沿Z轴方向的俯视观察下，第一检测电极81设置为与第一可动部321的对称部325重叠，第一虚设电极83设置为与第一可动部321的对称部325以及非对称部326重叠。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，第二检测电极82设置为与第二可动部322的根部侧的部分重叠，第二虚设电极84设置为与比第二可动部322的末端侧的部分即第二检测电极82离摇动轴J更远侧的部分重叠。
另外，如图2所示，在沿Z轴方向的俯视观察下，凹部21形成为与非对称部326重叠的部分比其他部分深。即，非对称部326与基板2的分离距离D1比对称部325以及第二可动部322与基板2的分离距离D2大。由此，能够减小第一可动部321与第一检测电极81的分离距离以及第二可动部322与第二检测电极82的分离距离而增大静电容量Ca、Cb，并且抑制可动体32与基板2的接触。
再次返回第一可动部321的说明，如图1所示，在沿Z轴方向的俯视观察下，在将与对称部325的第一检测电极81重叠的部分设为作为第一部分的基端部325A、将与第一虚设电极83重叠的部分设为作为第二部分的末端部325B、将位于基端部325A与末端部325B之间且与凹部21的底面从第一检测电极81与第一虚设电极83之间暴露的部分211重叠的部分设为中间部325C时，对称部325具有：开口61，作为形成于基端部325A的第一开口；开口62，作为形成于末端部325B的第二开口；以及开口66，形成于中间部325C。此外，开口61、62、66分别由沿着作为其厚度方向的Z轴方向贯通可动体32的贯通孔形成。
在本实施方式中，开口61的开口形状为大致正方形，沿着X轴方向以及Y轴方向矩阵状地设置多个。另外，开口62的开口形状是以Y轴方向为长边的大致长方形，且以沿着Y轴方向一列的方式设置有两个。另外，开口66的开口形状是以Y轴方向为长边的大致长方形，在Y轴方向的中央部设置有一个。但是，开口61、62、66的开口形状、数量以及配置均没有特别限定。
这些开口61、62、66分别具有减小由空气阻力导致的可动体32的阻尼的功能。由此，惯性传感器1能够确保期望的频带。另外，开口66除了具有减小由空气阻力导致的阻尼的功能以外，还具有使第一可动部321与部分211之间的相对面积减小的功能。由此，能够减小在部分211与第一可动部321之间产生的不必要的静电引力。因此，能够有效地抑制由作为检测对象的加速度Az以外的力导致的可动体32的摇动，能够抑制加速度Az的检测特性的降低。
并且，基端部325A的开口61的开口率R1(％)比末端部325B的开口62的开口率R2(％)小。即，满足R1＜R2的关系。此外，开口率R1在沿Z轴方向的俯视观察下由{(全开口61的总面积)/(基端部325A的面积)}×100表示，开口率R2在沿Z轴方向的俯视观察下由{(全开口62的总面积)/(末端部325B的面积)}×100表示。根据这种结构，成为能够确保期望的频带并且发挥优异的检测灵敏度的惯性传感器1。具体而言，通过在对称部325形成开口61、62，可动体32的摇动时的空气阻力减小，能够减小可动体32的阻尼。并且，由于通过满足R1＜R2的关系，能够确保第一可动部321与第一检测电极81之间的相对面积足够大，能够充分地增大在第一可动部321与第一检测电极81之间产生的静电容量Ca。因此，加速度Az的检测灵敏度变得更优异。
作为开口率R1、R2，只要R1＜R2即可，但是优选为0.1≤R1/R2≤0.8，更优选为0.2≤R1/R2≤0.5。由此，能够更显著地发挥上述的效果。另外，作为开口率R1没有特别限定，但是优选为5％≤R1≤45％，更优选为10％≤R1≤30％。由此，能够充分地增大在第一可动部321与第一检测电极81之间产生的静电容量Ca，加速度Az的检测灵敏度变得更优异。另一方面，作为开口率R2没有特别限定，但是优选为50％≤R2≤90％，更优选为60％≤R2≤80％。由此，能够确保末端部325B的机械强度并且充分地减小该部分的空气阻力。因此，能够更有效地减小可动体32的阻尼，能够更有效地确保期望的频带。
另外，第一可动部321的非对称部326具有作为第五开口的开口65。开口65由在作为其厚度方向的Z轴方向上贯通可动体32的贯通孔形成。在本实施方式中，开口65的开口形状为大致正方形，沿着X轴方向以及Y轴方向矩阵状地设置多个。但是，开口65的开口形状、数量以及配置均没有特别限定。
这种开口65与所述的开口61、62、66同样地，具有减小由空气阻力导致的可动体32的阻尼的功能。由此，惯性传感器1能够确保期望的频带。
另外，非对称部326的开口65的开口率R5(％)比开口率R2小。即，R5＜R2。此外，开口率R5在沿Z轴方向的俯视观察下由{(全开口65的总面积)/(非对称部326的面积)}×100表示。由此，能够抑制非对称部326的质量过度的减少，能够更有效地发挥作为所述的扭矩产生部的功能。即，能够更有效地使第一可动部321的绕摇动轴J的转矩比第二可动部322的绕摇动轴J的转矩大。进而，开口率R5(％)比开口率R1小。即，R5＜R1。由此，能够更有效地抑制非对称部326的质量过度的减少，能够进一步有效地发挥作为所述的扭矩产生部的功能。此外，作为开口率R5没有特别限定，但是优选为5％≤R5≤50％，更优选为7％≤R5≤40％。由此，能够充分地确保非对称部326的质量，能够抑制加速度Az的检测灵敏度的降低。另外，非对称部326处的空气阻力被充分地减小，能够更有效地减小可动体32的阻尼，能够更有效地确保期望的频带。
此外，在选择5％的优选的开口率作为开口率R1的情况下，开口率R5当然会选择＜5％。同样地在选择50％的优选的开口率作为开口率R2的情况下，开口率R5即使将5％≤R5≤50％的范围作为选择范围，当然也选择R5＜50％。
接着，对第二可动部322进行说明。在沿Z轴方向的俯视观察下，在将第二可动部322的与第二检测电极82重叠的部分设为作为第三部分的基端部322A、将与第二虚设电极84重叠的部分设为作为第四部分的末端部322B、将位于基端部322A与末端部322B之间且与凹部21的底面从第二检测电极82与第二虚设电极84之间暴露的部分212重叠的部分设为中间部322C时，第二可动部322具有：开口63，作为形成于基端部322A的第三开口；开口64，作为形成于末端部322B的第四开口；开口67，形成于中间部322C。开口63、64、67分别由在作为其厚度方向的Z轴方向上贯通可动体32的贯通孔形成。
在本实施方式中，开口63的开口形状为大致正方形，且沿着X轴方向以及Y轴方向以矩阵状地设置有多个。另外，开口64的开口形状为以Y轴方向为长边的大致长方形，以沿着Y轴方向一列的方式设置有两个。另外，开口67的开口形状为以Y轴方向为长边的大致长方形，在Y轴方向的中央部设置有一个。但是，开口63、64、67的开口形状、数量以及配置均没有特别限定。
这些开口63、64、67与所述的开口61、62、66同样地，具有减小由空气阻力导致的可动体32的阻尼的功能。由此，惯性传感器1能够确保期望的频带。另外，开口67除了具有减小由空气阻力导致的阻尼的功能以外，还具有使第二可动部322与部分212之间的相对面积减少的功能。由此，能够减小在部分212与第二可动部322之间产生的不必要的静电引力。因此，能够有效地抑制由作为检测对象的加速度Az以外的力导致的可动体32的摇动，能够抑制加速度Az的检测特性的降低。
基端部322A的开口63的开口率R3(％)比末端部322B的开口64的开口率R4(％)小。即，满足R3＜R4的关系。此外，开口率R3在沿Z轴方向的俯视观察下由{(全开口63的总面积)/(基端部322A的面积)}×100表示，开口率R4在沿Z轴方向的俯视观察下由{(全开口64的总面积)/(末端部322B的面积)}×100表示。根据这种结构，成为能够确保期望的频带并且发挥优异的检测灵敏度的惯性传感器1。具体而言，通过在第二可动部322形成开口63、64，在可动体32的摇动时的空气阻力减小，能够减小可动体32的阻尼。并且，由于通过满足R3＜R4的关系，能够确保第二可动部322与第二检测电极82之间的相对面积足够大，能够充分地增大在第二可动部322与第二检测电极82之间产生的静电容量Cb。因此，加速度Az的检测灵敏度变得更优异。
作为开口率R3、R4，只要R3＜R4即可，但是优选为0.1≤R3/R4≤0.8，更优选为0.2≤R3/R4≤0.5。由此，能够更显著地发挥上述的效果。另外，作为开口率R3没有特别限定，但是优选为5％≤R3≤45％，更优选为10％≤R3≤30％。由此，能够充分地增大在第二可动部322与第二检测电极82之间产生的静电容量Cb，加速度Az的检测灵敏度变得更优异。另一方面，作为开口率R4没有特别限定，但是优选为50％≤R4≤90％，更优选为60％≤R4≤80％。由此，能够确保末端部322B的机械强度并且充分地减小该部分的空气阻力。因此，能够更有效地减小可动体32的阻尼，能够更有效地确保期望的频带。
另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，开口63设置为与开口61相对于摇动轴J对称，开口64设置为与开口62相对于摇动轴J对称，开口67设置为与开口66相对于摇动轴J对称。由此，第一可动部321与第二可动部322的平衡提高，可动体32更稳定地绕摇动轴J摇动。即，能够有效地抑制作为可动体32的检测振动的上下摇动以外的不必要的振动的产生。但是，并不限定于此，开口63也可以相对于摇动轴J与开口61非对称，开口64也可以相对于摇动轴J与开口62非对称，开口67也可以相对于摇动轴J与开口66非对称。
以上，对于惯性传感器1进行了说明。如前所述，在将彼此正交的三轴设为X轴、Y轴以及Z轴时，这种惯性传感器1具有：基板2；可动体32，绕沿着Y轴的摇动轴J摇动；以及电极8，配置于基板2，在沿Z轴方向的俯视观察下，与可动体32重叠。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，可动体32具有夹着摇动轴J而设置的第一可动部321以及第二可动部322。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，第一可动部321具有：对称部325，设置为与第二可动部322相对于摇动轴J对称；以及非对称部326，位于比对称部325离摇动轴J更远侧，且绕摇动轴J的转矩比第二可动部322大。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，电极8具有：第一检测电极81，设置为与第一可动部321的对称部325重叠；以及第一虚设电极83，与可动体32为同电位，且设置为在比第一检测电极81离摇动轴J更远侧处与第一可动部321的对称部325以及非对称部326重叠。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，对称部325具有：开口61，作为设置于基端部325A的第一开口，该基端部325A是作为与第一检测电极81重叠的第一部分；以及开口62，作为设置于末端部325B的第二开口，该末端部325B是作为与第一虚设电极83重叠的第二部分。并且，开口61相对于基端部325A的开口率R1比开口62相对于末端部325B的开口率R2小。
根据这种结构，成为能够确保期望的频带并且发挥优异的检测灵敏度的惯性传感器1。具体而言，通过在对称部325形成开口61、62，在可动体32的摇动时的空气阻力减小，从而能够减小可动体32的阻尼。并且，由于通过满足R1＜R2的关系，能够确保第一可动部321与第一检测电极81之间的相对面积足够大，从而能够充分地增大在第一可动部321与第一检测电极81之间产生的静电容量Ca。因此，加速度Az的检测灵敏度变得更优异。
另外，如前所述，在沿Z轴方向的俯视观察下，电极8具有：第二检测电极82，设置为与第二可动部322重叠；以及第二虚设电极84，与可动体32为同电位，且设置为在比第二检测电极82离摇动轴J更远侧处与第二可动部322重叠。另外，在沿Z轴方向的俯视观察下，第二可动部322具有：开口63，作为设置于基端部322A的第三开口，该基端部322A是作为与第二检测电极82重叠的第三部分；以及开口64，作为设置于末端部322B的第四开口，该末端部322B是作为与第二虚设电极84重叠的第四部分。并且，开口63相对于基端部322A的开口率R3比开口64相对于末端部322B的开口率R4小。
这样，通过在第二可动部322形成开口63、64，在可动体32的摇动时的空气阻力减小，能够减小可动体32的阻尼。并且，由于通过满足R3＜R4的关系，能够确保第二可动部322与第二检测电极82之间的相对面积足够大，从而能够充分地增大在第二可动部322与第二检测电极82之间产生的静电容量Cb。因此，加速度Az的检测灵敏度变得更优异。
另外，如前所述，开口61以及开口63设置为相对于摇动轴J对称，开口62以及开口64设置为相对于摇动轴J对称。由此，第一可动部321与第二可动部322的平衡提高，可动体32更稳定地绕摇动轴J摇动。即，能够有效地抑制作为可动体32的检测振动的上下摇动以外的不必要的振动的产生。
另外，如前所述，非对称部326具有作为第五开口的开口65。并且，开口65相对于非对称部326的开口率R5比开口62相对于末端部325B的开口率R2小。由此，能够抑制非对称部326的质量过度的减少，能够更有效地发挥作为所述的扭矩产生部的功能。
即，能够更有效地使第一可动部321的绕摇动轴J的转矩比第二可动部322的绕摇动轴J的转矩大。
另外，如前所述，开口65相对于非对称部326的开口率R5比相对于基端部325A的开口61的开口率R1小。由此，能够抑制非对称部326的质量过度的减少，从而能够进一步有效地发挥作为所述的扭矩产生部的功能。
另外，如前所述，非对称部326与基板2之间的分离距离D1比对称部325与基板2之间的分离距离D2大。由此，能够减小第一可动部321与第一检测电极81之间的分离距离以及第二可动部322与第二检测电极82之间的分离距离而增大静电容量Ca、Cb，并且抑制可动体32与基板2的接触。
＜第二实施方式＞
图3是示出作为第二实施方式涉及的电子设备的智能手机的俯视图。
图3所示的智能手机1200是将本发明的电子设备作为一实施例而应用。在智能手机1200中内置有惯性传感器1和基于从惯性传感器1输出的检测信号进行控制的控制电路1210。由惯性传感器1检测到的检测数据被发送至控制电路1210，控制电路1210能够根据接收的检测数据识别智能手机1200的姿态或者行为，从而使显示部1208所显示的显示图像变化、发出警告音或者效果音、驱动振动电机而使主体振动。
作为这种电子设备的智能手机1200具有惯性传感器1和基于从惯性传感器1输出的检测信号进行控制的控制电路1210。因此，能够享受所述的惯性传感器1的效果，且能够发挥较高的可靠性。
此外，本发明的电子设备除了所述的智能手机1200以外，例如还能够应用于个人电脑、数码相机、平板终端、钟表、智能手表、喷墨打印机、笔记本电脑、电视机、智能眼镜、HMD(头戴式显示器)等可穿戴终端、摄像机、录像机、汽车导航装置、行车记录仪、寻呼机、电子记事本、电子词典、电子翻译机、电子计算器、电子游戏设备、玩具、文字处理器、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备、鱼群探测器、各种测量设备、移动体终端基站用设备、车辆、铁路车辆、飞机、直升飞机、船舶等的各种计量仪器类、飞行模拟器、网络服务器等。
＜第三实施方式＞
图4是示出作为第三实施方式涉及的电子设备的惯性测量装置的分解立体图。
图5是图4所示的惯性测量装置具有的基板的立体图。
作为图4所示的电子设备的惯性测量装置2000(IMU：Inertial MeasurementUnit，惯性测量单元)是检测汽车、机器人等的被安装装置的姿态或动作的惯性测量装置。惯性测量装置2000作为具备三轴加速度传感器以及三轴角速度传感器的六轴运动传感器而发挥作用。
惯性测量装置2000是平面形状为大致正方形的长方体。另外，在位于正方形的対角线方向的两处的顶点附近形成有作为固定部的螺纹孔2110。将两根螺钉穿过这两处螺纹孔2110，能够将惯性测量装置2000固定于汽车等的被安装体的被安装面。此外，通过部件的选定、设计变更，例如也能够小型化为能够搭载于智能手机或数码相机的尺寸。
惯性测量装置2000具有壳2100、接合部件2200以及传感器模块2300，且是在外壳2100的内部经由接合部件2200并插入传感器模块2300的结构。外壳2100的外形是与所述的惯性测量装置2000的整体形状相同，且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的顶点附近分别形成有螺纹孔2110。另外，外壳2100为箱状，在其内部收纳有传感器模块2300。
传感器模块2300具有内壳2310和基板2320。内壳2310是支承基板2320的部件，且为收纳于外壳2100的内部的形状。另外，在内壳2310形成有用于防止与基板2320的接触的凹部2311或用于使后述的连接器2330暴露的开口2312。这种内壳2310经由接合部件2200而与外壳2100接合。另外，内壳2310的下表面通过粘合剂与基板2320接合。
如图5所示，在基板2320的上表面安装有连接器2330、检测绕Z轴的角速度的角速度传感器2340z以及检测X轴、Y轴以及Z轴的各轴方向的加速度的加速度传感器2350等。另外，在基板2320的侧面安装有检测绕X轴的角速度的角速度传感器2340x以及检测绕Y轴的角速度的角速度传感器2340y。并且，能够使用本发明的惯性传感器作为加速度传感器2350。
另外，在基板2320的下表面安装有控制IC2360。控制IC2360是MCU(MicroController Unit，微控制器单元)，用于控制惯性测量装置2000的各部分。在存储部存储有规定用于检测加速度以及角速度的顺序和内容的程序、将检测数据数字化并嵌入分组数据的程序、附加数据等。此外，在基板2320安装有其他多个电子部件。
＜第四实施方式＞
图6是示出作为第四实施方式涉及的电子设备的移动体定位装置的整体系统的框图。图7是示出图6所示的移动体定位装置的作用的图。
图6所示的移动体定位装置3000安装在移动体上使用，且用于进行该移动体的定位的装置。此外，作为移动体没有特别限定，可以是自行车、汽车、摩托车、电车、飞机、船等任何一种，但是对于在本实施方式中使用四轮汽车作为移动体，尤其是使用农用拖拉机的情况进行说明。
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以及显示部3900。此外，例如，能够使用所述的惯性测量装置2000作为惯性测量装置3100。
惯性测量装置3100具有三轴的加速度传感器3110和三轴的角速度传感器3120。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，并对这些数据进行惯性导航运算处理，从而输出包含移动体的加速度以及姿态的惯性导航定位数据。
另外，GPS接收部3300用接收天线3400接收来自GPS卫星的信号。另外，位置信息获取部3500基于GPS接收部3300接收的信号输出表示移动体定位装置3000的位置(维度、经度、高度)、速度、方位的GPS定位数据。在该GPS定位数据中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基于从运算处理部3200输出的惯性导航定位数据以及从位置信息获取部3500输出的GPS定位数据来算出移动体的位置，具体而言算出移动体在地面的哪个位置行驶。例如，即使GPS定位数据所包含的移动体的位置相同，如图7所示，如果由于地面的倾斜θ等的影响，移动体的姿态不同，则计算出移动体在地面的不同的位置行驶。因此，仅通过GPS定位数据不能够算出移动体的正确的位置。因此，位置合成部3600使用惯性导航定位数据算出移动体在地面的哪个位置行驶。
从位置合成部3600输出的位置数据通过处理部3700进行预定的处理，并作为定位结果显示在显示部3900。另外，位置数据也可以通过通信部3800发送至外部装置。
＜第五实施方式＞
图8是示出第五实施方式涉及的移动体的立体图。
图8所示的汽车1500是应用本发明的移动体的汽车。在该图中，汽车1500包含发动机系统、制动系统以及无钥匙进入系统中的至少任一的系统1510。另外，在汽车1500中内置有惯性传感器1，能够通过惯性传感器1检测汽车的姿态。惯性传感器1的检测信号被供给至控制电路1502，控制电路1502能够基于该信号控制系统1510。
这样，作为移动体的汽车1500具有：惯性传感器1；控制电路1502，基于从惯性传感器1输出的检测信号进行控制。因此，能够享受所述的惯性传感器1的效果，且能够发挥较高的可靠性。
此外，惯性传感器单元1除此之外也可以广泛应用于车载导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、胎压监测系统(TPMS：Tire Pressure MonitoringSystem)、引擎控制、混合动力汽车或电动汽车的电池监测器等的电子控制单元(ECU：electronic control unit)。另外，作为移动体并不限定于汽车1500，例如，也可以应用于铁路车辆、飞机、直升机、火箭、人工卫星、船舶、AGV(无人输送车)、电梯、自动扶梯、无线电遥控模型、铁道模型、其他玩具、双足步行机器人、无人机等的无人驾驶飞行器等。
以上，基于图示的实施方式说明了本发明的惯性传感器、电子设备以及移动体，但是本发明并不限定于此，各部分的结构能够置换为具有同样功能的任意结构。另外，也可以对本发明附加其他任意的结构物。另外，也可以适当组合所述的实施方式。

Claims (7)

1.一种惯性传感器，其特征在于，
在将彼此正交的三轴设为X轴、Y轴以及Z轴时，具有：
基板；
可动体，绕沿着所述Y轴的摇动轴摇动；以及
电极，配置于所述基板，在沿所述Z轴方向的俯视观察下，与所述可动体重叠，
所述可动体具有在沿所述Z轴方向的俯视观察下夹着所述摇动轴而设置的第一可动部以及第二可动部，
在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述第一可动部具有：对称部，设置为与所述第二可动部相对于所述摇动轴对称；非对称部，位于比所述对称部离所述摇动轴更远侧，且绕所述摇动轴的转矩比所述第二可动部大，
在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述电极具有：第一检测电极，设置为与所述第一可动部的所述对称部重叠；以及第一虚设电极，与所述可动体为同电位，且设置为在比所述第一检测电极离所述摇动轴更远侧处与所述第一可动部的所述对称部以及所述非对称部重叠，
在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述对称部具有：第一开口，设置于与所述第一检测电极重叠的第一部分；第二开口，设置于与所述第一虚设电极重叠的第二部分，
所述第一开口相对于所述第一部分的开口率比所述第二开口相对于所述第二部分的开口率小，
所述非对称部具有第五开口，
所述第五开口相对于所述非对称部的开口率比所述第二开口相对于所述第二部分的开口率小。
2.根据权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，
在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述电极具有：第二检测电极，设置为与所述第二可动部重叠；以及第二虚设电极，与所述可动体为同电位，且设置为在比所述第二检测电极离所述摇动轴更远侧处与所述第二可动部重叠，
在沿所述Z轴方向的俯视观察下，所述第二可动部具有：第三开口，设置于与所述第二检测电极重叠的第三部分；以及第四开口，设置于与所述第二虚设电极重叠的第四部分，
所述第三开口相对于所述第三部分的开口率比所述第四开口相对于所述第四部分的开口率小。
3.根据权利要求2所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第一开口以及所述第三开口设置为相对于所述摇动轴对称，
所述第二开口以及所述第四开口设置为相对于所述摇动轴对称。
4.根据权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第五开口相对于所述非对称部的开口率比所述第一开口相对于所述第一部分的开口率小。
5.根据权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，
所述非对称部与所述基板之间的分离距离比所述对称部与所述基板之间的分离距离大。
6.一种电子设备，其特征在于，具有：
权利要求1至5中任一项所述的惯性传感器；以及
控制电路，基于从所述惯性传感器输出的检测信号来进行控制。
7.一种移动体，其特征在于，具有：
权利要求1至5中任一项所述的惯性传感器；以及
控制电路，基于从所述惯性传感器输出的检测信号来进行控制。
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