CN117590026A - 物理量传感器以及惯性测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供物理量传感器以及惯性测量装置,其它轴灵敏度降低且检测精度高。根据物理量传感器,所述第1可动电极组、所述第2可动电极组、所述第3可动电极组和所述第4可动电极组沿第1方向按顺序配置,在第3方向上,所述第2可动电极组的第2可动电极和所述第3可动电极组的第3可动电极的厚度与所述第1可动电极组的第1可动电极和所述第4可动电极组的第4可动电极的厚度不同,在将从所述固定部的中心起向所述第2方向延伸的假想线作为对称轴时,所述第1可动电极与所述第4可动电极线对称地配置,所述第2可动电极与所述第3可动电极线对称地配置。

Description

物理量传感器以及惯性测量装置
技术领域
本发明涉及物理量传感器以及具有该物理量传感器的惯性测量装置。
背景技术
作为物理量传感器的一例,开发了使用硅MEMS(Micro Electro MechanicalSystem:微机电系统)技术的加速度传感器、角速度传感器。
例如,在专利文献1中公开了一种具有作为部分可动的框架的检验质量(proofmass)的电容性微机电加速度传感器。根据该文献,当传感器受到感知轴的方向的加速度时,检验质量在感知轴的方向上移动,通过此时的转子测定板与定子测定板的静电电容的变化,例如测定Z轴方向上的加速度。另外,转子测定板相当于可动电极,定子测定板相当于固定电极。
在这样的加速度传感器中,在可动电极和固定电极的Z方向的厚度相同的情况下,作为可动体的检验质量向Z正方向移动时、向Z负方向移动时,都成为相同的电容变化,存在难以进行检测轴的正负方向判别的问题。针对该问题,通过在一部分检测部中减薄可动电极的厚度,在其它检测部中减薄固定电极的厚度,能够判别检测轴的正负方向。
另外,在专利文献1中,记载了转子测定板和定子测定板中的任意一方也可以以转子测定板的上缘部或下缘部位于不同的Z坐标的方式在垂直方向上凹陷,但没有由此进行检测轴的正负方向判别的记载。
专利文献1:日本特表2021-524035号公报
但是,在对可动电极、固定电极的厚度进行了研究的情况下,由于可动体的重量平衡被破坏,会产生扭曲或变形,由此,由于其它轴灵敏度增大等原因,存在检测精度降低的课题。
发明内容
本申请一个方式的物理量传感器在将相互垂直的方向设为第1方向、第2方向以及第3方向时,对所述第3方向上的物理量进行检测,其中,该物理量传感器包含:固定部,其固定于基体;支承梁,其一端与所述固定部连接;固定电极部,其设置于所述基体上,具有第1固定电极组、第2固定电极组、第3固定电极组和第4固定电极组;可动电极部,其包含各可动电极与所述第1固定电极组的各固定电极对置的第1可动电极组、各可动电极与所述第2固定电极组的各固定电极对置的第2可动电极组、各可动电极与所述第3固定电极组的各固定电极对置的第3可动电极组、各可动电极与所述第4固定电极组的各固定电极对置的第4可动电极组;以及可动体,其具有所述可动电极部,在所述第1方向上,所述第1可动电极组、所述第2可动电极组、所述第3可动电极组和所述第4可动电极组按顺序配置,所述第2可动电极组的各可动电极和所述第3可动电极组的各可动电极的厚度与所述第1可动电极组的各可动电极和所述第4可动电极组的各可动电极的厚度不同,在将从所述固定部的中心起向所述第2方向延伸的假想线作为对称轴时,所述第1可动电极组的各可动电极与所述第4可动电极组的各可动电极线对称地配置,所述第2可动电极组的各可动电极与所述第3可动电极组的各可动电极线对称地配置。
本发明的一个方式的惯性测量装置包含:以上记载的物理量传感器;以及控制部,其基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
附图说明
图1是实施方式1的加速度传感器的俯视图。
图2为图1的b-b截面处的加速度传感器的剖视图。
图3是表示电极组的立体形状的立体图。
图4是表示电极组的立体形状的立体图。
图5是加速度的检测原理的说明图。
图6为比较例的加速度传感器的俯视图。
图7是实施方式2的传感器元件的俯视图。
图8是实施方式3的传感器元件的俯视图。
图9是实施方式4的传感器元件的俯视图。
图10是实施方式5的传感器元件的俯视图。
图11是实施方式6的加速度的检测原理的说明图。
图12是实施方式7的惯性测量装置的分解立体图。
图13是电路基板的立体图。
具体实施方式
实施方式1
***物理量传感的结构***
图1是实施方式1的加速度传感器的俯视图。图2为图1的b-b截面处的加速度传感器的剖视图。
首先,作为本实施方式的物理量传感器的一例,使用图1、图2所示的加速度传感器100进行说明。加速度传感器100例如是检测铅直方向的加速度的加速度传感器。在各图中,图示了作为相互垂直的3个轴的X轴、Y轴以及Z轴。此外,在本实施方式中,将Z轴方向设为铅直方向,但并不限定于此。另外,也将X轴的正方向称为第1方向,将Y轴的正方向称为第2方向,将Z轴的正方向称为第3方向。将正方向和负方向合称为X方向、Y方向、Z方向。另外,也将物理量传感器称为惯性传感器。
加速度传感器100是由MEMS器件构成的单轴加速度传感器。
加速度传感器100由基体1、配置在基体1上的传感器元件50、覆盖传感器元件50的盖体5等构成。
基体1例如使用由半导体硅构成的硅基板、或者由硼硅酸玻璃等玻璃材料构成的玻璃基板。此外,并不限定于这些材质,也可以使用石英基板、基于晶圆直接接合的SOI(Silicon On Insulator:绝缘体上硅)基板等。
如图2所示,在由SOI基板构成的基体1上设置有从周缘部向下挖出的凹部1b。凹部1b是形成收纳传感器元件50的收纳空间S的一个部位。在凹部1b设置有从凹部1b的底面突出的突起状的安装部14。
在安装部14上,经由埋入绝缘层2而固定有传感器元件50的固定部3。换言之,传感器元件50在固定部3处固定于基体1。在优选例中,固定部3与安装部14直接接合。
传感器元件50例如通过对掺杂有磷(P)、硼(B)、砷(As)等杂质的导电性的硅基板进行蚀刻以及构图而形成。在优选例中,使用利用基于博世工艺的深挖蚀刻技术而加工出的传感器元件50。
作为优选例,盖体5使用硅基板。另外,也可以使用玻璃基板或陶瓷基板。在盖体5设置有从周缘部凹陷的凹部5b。凹部5b是形成收纳传感器元件50的收纳空间S的一个部位。
基体1与盖体5在优选例中经由由低熔点玻璃构成的玻璃料13而接合。另外,接合方法可以是阳极接合,也可以使用活化接合、扩散接合、金属共晶接合等。
在优选例中,收纳空间S被封入氮、氦、氩等惰性气体,并被气密密封。收纳空间S内优选在-40℃~120℃左右的使用温度环境下大致为大气压。
如图1所示,传感器元件50由固定部3、可动体8、作为连接固定部3和可动体8的支承梁的第1旋转弹簧4a、第2旋转弹簧4b等构成。可动体8设置为能够绕通过固定部3的中心且沿着X轴的摆动轴61摆动。
第1旋转弹簧4a是第1支承梁,一端固定于固定部3,向第1方向(X轴的正方向)延伸。第2旋转弹簧4b是第2支承梁,一端固定于固定部3,向与第1方向相反方向的X轴的负方向延伸。换言之,支承梁具有一端固定于固定部3且向第1方向延伸的第1旋转弹簧4a、和一端固定于固定部3且向与第1方向相反的方向延伸的第2旋转弹簧4b。第1旋转弹簧4a、第2旋转弹簧4b在优选例中为扭转弹簧,设置在固定部3的两侧。在优选例中,第1旋转弹簧4a、固定部3、第2旋转弹簧4b被一体化,被配置在摆动轴61上。
可动体8具有:第1连结部6a,其从第1旋转弹簧4a的另一端向Y轴的正方向延伸;第2连结部6b,其从第2旋转弹簧4b的另一端向Y轴的正方向延伸;以及基部7,其是连接第1连结部6a和第2连结部6b的梁。另外,在优选例中,可动体8构成为末端的基部7的质量较大。换言之,构成为基部7的质量比第1连结部6a、第2连结部6b大。这是为了增大以摆动轴61为中心的惯性力矩。换言之,可动体8具有:一端与第1旋转弹簧4a的另一端连接且向第2方向(Y轴的正方向)延伸的第1连结部6a;一端与第2旋转弹簧4b的另一端连接且向第2方向延伸的第2连结部6b;以及连接第1连结部6a和第2连结部6b且向第1方向(X轴的正方向)延伸的基部7。
通过这样的结构,传感器元件50构成为可动体8以摆动轴61为轴摆动的、所谓的单侧杠杆结构的加速度传感器。
另外,第1连结部6a和第2连结部6b以中心线60为对称轴而线对称地设置。中心线60为假想线,为通过固定部3的中心并沿着Y轴的线段。基部7也以中心线60为对称轴而线对称地设置。
在基部7上设置有可动电极部20。可动电极部20由作为第1可动电极组的可动电极组20a、作为第2可动电极组的可动电极组20b、作为第3可动电极组的可动电极组20c、以及作为第4可动电极组的可动电极组20d构成。可动电极组20a由从基部7向Y轴的负方向延伸的4个可动电极21构成。4个可动电极21沿着基部7的延伸方向等间距地设置成梳齿状。
同样,可动电极组20b由从基部7向Y轴的负方向延伸的4个可动电极22构成。4个可动电极22沿着基部7的延伸方向等间距地设置成梳齿状。另外,可动电极21、22不限于4个,只要是多个即可,例如可以是8个,也可以是10个。
可动电极组20c是与可动电极组20b成对的电极组,由从基部7向Y轴的负方向延伸的4个可动电极22构成。可动电极组20c以中心线60为对称轴而与可动电极组20b线对称地设置。
可动电极组20d是与可动电极组20a成对的电极组,由从基部7向Y轴的负方向延伸的4个可动电极21构成。可动电极组20d以中心线60为对称轴而与可动电极组20a线对称地设置。
而且,在基体1上设置有与可动电极部20对置的固定电极部10。固定电极部10由作为第1固定电极组的固定电极组10a、作为第2固定电极组的固定电极组10b、作为第3固定电极组的固定电极组10c、以及作为第4固定电极组的固定电极组10d构成。
固定电极组10a由设置于基体1的台座部9a、和从台座部9a起向Y轴的正方向延伸的3个固定电极11构成。3个固定电极11以收纳于可动电极组20a中的4个可动电极21的间隙部分的方式等间距地设置成梳齿状。由此,固定电极11和可动电极21以在X方向上对置的方式配置。
固定电极组10b由设置于基体1的台座部9b、和从台座部9b起向Y轴的正方向延伸的3个固定电极12构成。3个固定电极12以收纳于可动电极组20b中的4个可动电极22的间隙部分的方式等间距地设置成梳齿状。由此,固定电极12和可动电极22以在X方向上对置的方式配置。
固定电极组10c是与固定电极组10b成对的电极组,由设置于基体1的台座部9c和从台座部9c向Y轴的正方向延伸的3个固定电极12构成。3个固定电极12以收纳于可动电极组20c中的4个可动电极22的间隙部分的方式等间距地设置成梳齿状。由此,固定电极12和可动电极22以在X方向上对置的方式配置。也可以是,固定电极组10c以中心线60为对称轴而与固定电极组10b线对称地设置。
固定电极组10d是与固定电极组10a成对的电极组,由设置于基体1的台座部9d和从台座部9d向Y轴的正方向延伸的3个固定电极11构成。3个固定电极11以收纳于可动电极组20d中的4个可动电极21的间隙部分的方式等间距地设置成梳齿状。也可以是,固定电极组10d以中心线60为对称轴而与固定电极组10a线对称地设置。由此,固定电极11和可动电极21以在X方向上对置的方式配置。另外,固定电极11、12不限于3个,只要是与可动电极21、22的个数对应的个数即可,例如,在可动电极21为8个的情况下,固定电极11为7个。
换言之,固定电极部10具有设置于基体1的固定电极组10a、固定电极组10b、固定电极组10c以及固定电极组10d。可动电极部20包含:可动电极组20a,其具有与固定电极组10a的固定电极11对置的可动电极21;可动电极组20b,其具有与固定电极组10b的固定电极12对置的可动电极22;可动电极组20c,其具有与固定电极组10c的固定电极12对置的可动电极22;以及可动电极组20d,其具有与固定电极组10d的固定电极11对置的可动电极21。并且,在基部7的第1方向(X轴的正方向)上,可动电极组20a、可动电极组20b、可动电极组20c、可动电极组20d按顺序排列配置。
***固定电极、可动电极以及检测部的结构***
图3是表示电极组的立体形状的立体图,是固定电极组10a、可动电极组20a的立体图。
如图3所示,可动电极21的Y方向上的厚度在一部分凹陷。具体而言,可动电极21在Y方向上由范围a表示的部分的厚度变薄。换言之,可动电极21在Y轴的负方向的中途,从与根部的基部7相同的厚度被切成阶梯状而变薄。由此,4个可动电极21在与固定电极组10a的固定电极11对置的部分,Z轴正侧的厚度均变薄。
在此,将由固定电极组10a和可动电极组20a构成的检测部称为N型检测部25n。在N型检测部25n中,由对置配置的固定电极11和可动电极21形成平行平板型的电容。该电容随着由加速度引起的可动电极21的移位,根据与固定电极11之间的重叠面积的变化而变化。
同样,将由固定电极组10d(图1)和可动电极组20d构成的检测部称为N型检测部26n。N型检测部26n是与N型检测部25n成对的N型的检测部,以中心线60为对称轴而与N型检测部25n线对称地设置。
图4是表示电极组的立体形状的立体图,是固定电极组10b、可动电极组20b的立体图。
如图4所示,固定电极12的Y轴方向上的厚度局部凹陷。具体而言,固定电极12在Y方向上由范围b表示的部分的厚度变薄。换言之,固定电极12在Y轴的正方向的中途,从与根部的台座部9b相同的厚度起被切成阶梯状而变薄。由此,3个固定电极12在与可动电极组20b的可动电极22对置的部分处,Z轴的正侧的厚度均变薄。
在此,将由固定电极组10b和可动电极组20b构成的检测部称为P型检测部25p。在P型检测部25p中,由对置配置的固定电极12和可动电极22形成平行平板型的电容。该电容随着由加速度引起的可动电极22的移位,根据与固定电极12之间的重叠面积的变化而变化。
同样,将由固定电极组10c(图1)和可动电极组20c构成的检测部称为P型检测部26p。P型检测部26p是与P型检测部25p成对的P型的检测部,以中心线60为对称轴而与P型检测部25p线对称地设置。
换言之,可动电极组20b的各可动电极22以及可动电极组20c的各可动电极22的厚度与可动电极组20a的各可动电极21以及可动电极组20d的各可动电极21的厚度不同。并且,以从固定部3的中心向Y轴的正侧和负侧延伸的假想线即中心线60为对称轴,可动电极组20a的各可动电极21与可动电极组20d的各可动电极21线对称地配置,可动电极组20b的各可动电极22与可动电极组20c的各可动电极22线对称地配置。
***加速度的检测原理***
图5是加速度的检测原理的说明图。
在图5中,在左侧示出初始状态,在右侧示出加速度的朝向为Z轴的正方向的情况和加速度的朝向为Z轴的负方向的情况作为产生加速度的状态。详细而言,示出了沿着XZ平面的截面处的固定电极11与可动电极21的重叠情形、以及固定电极12与可动电极22的重叠情形。此外,初始状态是指在Z轴的正方向以及Z轴的负方向上也包含重力而不产生加速度的状态。以下,将Z轴的正方向以及Z轴的负方向也称为Z轴的正/负方向。
首先,在初始状态下,在N型检测部25n中,固定电极11和可动电极21的Z轴负侧的端部位置一致,处于同一平面。同样,在P型检测部25p中,固定电极12和可动电极22的Z轴负侧的端部位置也一致,处于同一平面。此外,也将初始状态下的固定电极11与可动电极21的重叠面积、以及固定电极12与可动电极22的重叠面积称为初始面积。
接下来,在产生了Z轴的正方向的加速度的情况下,N型检测部25n的可动电极21以及P型检测部25p的可动电极22分别受到伴随着加速度的惯性力而向Z轴的负侧移位。此时,通过可动电极21向Z轴的负方向移位,N型检测部25n中的固定电极11与可动电极21的重叠面积比初始面积小。另一方面,在P型检测部25p中,即使可动电极22向Z轴的负方向移位,固定电极12与可动电极22的重叠面积也维持初始面积。换言之,即使可动电极22向Z轴的负方向移位,重叠面积也不变化。
这样,在Z轴的正方向上产生了加速度的情况下,在N型检测部25n中重叠面积减小,在P型检测部25p中维持重叠面积。
接下来,在产生了Z轴的负方向的加速度的情况下,N型检测部25n的可动电极21以及P型检测部25p的可动电极22分别受到伴随着加速度的惯性力而向Z轴的正侧移位。此时,即使可动电极21向Z轴的正方向移位,N型检测部25n中的固定电极11与可动电极21的重叠面积也维持初始面积。另一方面,通过可动电极22向Z轴的正方向移位,P型检测部25p中的固定电极12与可动电极22的重叠面积比初始面积小。
这样,在产生了Z轴的负方向的加速度的情况下,在N型检测部25n中维持重叠面积,在P型检测部25p中重叠面积减小。
此外,与N型检测部25n成对的N型检测部26n在施加Z方向的加速度时的行为与N型检测部25n相同。同样地,与P型检测部25p成对的P型检测部26p在施加Z方向的加速度时的行为与P型检测部25p相同。
基于上述的相关关系,通过检测N型检测部25n、26n以及P型检测部25p、26p中的重叠面积的变化作为静电电容的变化,能够检测Z轴的正/负方向上的加速度。详细而言,通过使用差动放大电路检测N型检测部25n、26n中的电容与P型检测部25p、26p中的电容的差分,能够检测Z轴的正/负方向上的加速度。此外,差动放大电路内置于后述的控制IC 236(图13)。在检测加速度时,使用交流的检测信号。
另外,在上述中,说明了在可动电极21以及固定电极12设置缺口部的结构,但并不限定于该结构,例如,也可以构成为在固定电极11以及可动电极22设置缺口部。
返回图1。
在基体1的X轴的正侧的边设置有从盖体5伸出的伸出部1c,在伸出部1c设置有多个连接盘。
连接盘41通过布线71与N型检测部25n的固定电极组10a以及N型检测部26n的固定电极组10d电连接。连接盘42通过布线72与P型检测部25p的固定电极组10b以及P型检测部26p的固定电极组10c电连接。连接盘44通过布线74并经由可动体8与可动电极部20电连接。
连接盘41、42、44经由未图示的接合线等布线与控制IC 236(图13)电连接。
***阻尼器部的结构***
另外,在传感器元件50设置有一对阻尼器部65a、65b。
阻尼器部65a设置于可动体8的第1连结部6a侧,由阻尼器可动部30a和阻尼器固定部45a构成。
阻尼器可动部30a由从第1连结部6a向X轴的负方向分支的第1杆31a和两个第2杆32构成。
两个第2杆32沿Y方向延伸,与第1杆31a呈十字状交叉。两个第2杆32具有间隙地配置,在该间隙之间配置有阻尼器固定部45a的第3杆46。第1杆31a、第2杆32形成为与第1连结部6a的厚度相同的厚度。
阻尼器固定部45a设置于基体1,由等间隔地排列的3个第3杆46和在上下分别连接3个第3杆46的连结部47构成。
如图1所示,阻尼器可动部30a的两个第2杆32与阻尼器固定部45a的3个第3杆46具有间隙地配置成梳齿状。此外,3个第3杆46中的第1连结部6a侧的两个第3杆46在与第1杆31a交叉的部分断开。
另外,由于阻尼器固定部45a的Y方向上的两端通过连结部47连接,因此在平面上阻尼器固定部45a的外形呈矩形,成为阻尼器固定部45a包围阻尼器可动部30a的结构。第3杆46、连结部47的厚度与第1杆31a、第2杆32相同。
阻尼器部65b设置在可动体8的第2连结部6b侧,以中心线60为对称轴与阻尼器部65a线对称地设置。
阻尼器部65b由阻尼器可动部30b和阻尼器固定部45b构成。阻尼器可动部30b由从第2连结部6b向X轴的正方向分支的第1杆31b和两个第2杆32构成。两个第2杆32沿Y方向延伸,与第1杆31b呈十字状交叉。两个第2杆32具有间隙地配置,在该间隙之间配置有阻尼器固定部45b的第3杆46。第1杆31b、第2杆32形成为与第2连结部6b的厚度相同的厚度。
阻尼器固定部45b设置于基体1,由等间隔排列的3个第3杆46和在上下分别连接3个第3杆46的连结部47构成。
阻尼器可动部30b的两个第2杆32与阻尼器固定部45b的3个第3杆46具有间隙地配置成梳齿状。此外,3个第3杆46中的第2连结部6b侧的两个第3杆46在与第1杆31b交叉的部分断开。
此外,由于阻尼器固定部45b的Y方向上的两端通过连结部47连接,因此在平面上阻尼器固定部45b的外形呈矩形,成为阻尼器固定部45b包围阻尼器可动部30b的结构。第3杆46、连结部47的厚度与第1杆31b、第2杆32相同。
这样,在可动体8中以中心线60为对称轴左右对称地设置的阻尼器部65a、65b起到对可动体8的不必要的振动进行阻尼的作用。详细而言,例如,在可动体8受到X方向的加速度而移位的情况下,阻尼器部65a的阻尼器可动部30a也与可动体8一体地移位。此时,阻尼器固定部45a与阻尼器可动部30a之间的空间中的空气阻力抑制X方向的移位。另外,在阻尼器部65b中也同样如此。另外,在可动体8受到更大的加速度的情况下,阻尼器可动部30a与阻尼器固定部45a碰撞,由此作为止动件发挥功能。
如上所述,在可动体8产生Z方向以外的方向的加速度时,阻尼器部65a、65b起到对可动体8的Z方向以外的不必要的移位、振动进行阻尼的作用,因此降低加速度传感器100的其它轴灵敏度。
***对称结构的效果***
图6是比较例的物理量传感器的俯视图,与图1对应。
图6所示的作为比较例的物理量传感器的加速度传感器90表示以往的物理量传感器的一例。另外,对与图1中的说明相同的部位标注相同的标号,省略重复的说明。
在比较例的加速度传感器90中,与实施方式1的加速度传感器100的不同之处在于,在可动体89的基部7上设置有N型检测部25n和P型检测部25p这两个检测部,以及在加速度传感器90上未设置阻尼器部65a、65b。除此以外,与图1中的说明相同。
在加速度传感器90中,可动电极部29由可动电极组20a和可动电极组20b这两个可动电极组构成。固定电极部19由固定电极组10a和固定电极组10b这两个固定电极组构成。并且,由固定电极组10a和可动电极组20a构成N型检测部25n,由固定电极组10b和可动电极组20b构成P型检测部25p。
在此,N型检测部25n和P型检测部25p以中心线60为对称轴在平面上线对称地设置,但可动体89的重量平衡被破坏。详细而言,由于可动电极组20a的可动电极21比可动电极组20b的可动电极22薄,因此相应地,可动体89的X轴负方向的质量变轻,左右的重量平衡被破坏。因此,在比较例的加速度传感器90中,存在如下课题:在施加有加速度时,在可动体89的摆动中,会产生扭曲或变形,从而导致其它轴灵敏度的增大等、检测精度降低。
与此相对,根据本实施方式的加速度传感器100,通过将N型检测部25n、P型检测部25p的对和N型检测部26n、P型检测部26p的对设为以中心线60为对称轴而线对称的结构,取得左右的重量平衡。详细而言,通过使以中心线60为中心的左侧(X轴的负方向)的可动电极21、22的数量与右侧(X轴的正方向)的可动电极21、22的数量一致,使基部7左右的重量相同。另外,并不限定于左右各一对的结构,只要左右设置相同数量的对即可。即,检测部可以是6个,也可以是8个。检测部的数量优选为4的倍数。另外,只要是左右对称的配置即可,例如也可以是P型N型N型P型的排列。
而且,由于左右对称地具有阻尼器部65a、65b,因此能够使可动体8的不必要的振动阻尼,所以能够降低其它轴灵敏度。
如上所述,根据作为本实施方式的物理量传感器的加速度传感器100,能够得到以下的效果。
在将相互垂直的方向设为第1方向、第2方向以及第3方向时,检测作为第3方向的Z方向上的物理量的加速度传感器100具有:固定部3,其固定于基体1;作为支承梁的第1旋转弹簧4a、第2旋转弹簧4b,其一端与固定部3连接;固定电极部10,其设置于基体1,具有作为第1固定电极组的固定电极组10a、作为第2固定电极组的固定电极组10b、作为第3固定电极组的固定电极组10c、和作为第4固定电极组的固定电极组10d;可动电极部20,其包含具有与固定电极组10a的固定电极11对置的可动电极21的作为第1可动电极组的可动电极组20a、具有与固定电极组10b的固定电极12对置的可动电极22的作为第2可动电极组的可动电极组20b、具有与固定电极组10c的固定电极12对置的可动电极22的作为第3可动电极组的可动电极组20c、和具有与固定电极组10d的固定电极11对置的可动电极21的作为第4可动电极组的可动电极组20d;以及可动体8,其具有可动电极部20,在第1方向上,可动电极组20a、可动电极组20b、可动电极组20c、可动电极组20d按顺序排列配置,可动电极组20b的各可动电极22以及可动电极组20c的各可动电极22的厚度与可动电极组20a的各可动电极21以及可动电极组20d的各可动电极21的厚度不同,在将从固定部3的中心向Y方向的正方向延伸的假想线即中心线60作为对称轴时,可动电极组20a的各可动电极21与可动电极组20d的各可动电极21线对称地配置,可动电极组20b的各可动电极22与可动电极组20c的各可动电极22线对称地配置。
由此,以中心线60为对称轴,左侧(X轴的负方向)的可动电极21、22的数量与右侧(X轴的正方向)的可动电极21、22的数量相同,能够使可动体8的左右的重量平衡均匀。并且,在左侧配置有N型检测部25n、P型检测部25p,在右侧配置有N型检测部26n、P型检测部26p,因此能够通过各两个N型、P型的检测部来检测区分了Z轴的正/负方向的加速度。
因此,加速度传感器100由于可动体8的重量平衡良好,因此检测精度高。
因此,能够提供其它轴灵敏度降低、检测精度高的加速度传感器100。
另外,支承梁具有:一端固定于固定部3且向第1方向延伸的第1旋转弹簧4a;以及一端固定于固定部3且向与第1方向相反的方向延伸的第2旋转弹簧4b,可动体8具有:一端与第1旋转弹簧4a的另一端连接且向第2方向延伸的第1连结部6a;一端与第2旋转弹簧4b的另一端连接且向第2方向延伸的第2连结部6b;以及连接第1连结部6a和第2连结部6b且向第1方向延伸的基部7,可动电极组20a、可动电极组20b、可动电极组20c以及可动电极组20d与基部7连接。
由此,在将与固定部3一体化的第1旋转弹簧4a、第2旋转弹簧4b视为作为固定轴的一边,则由固定轴和可动体8形成结构上稳定的矩形,因此在可动体8以固定轴为轴摆动时,能够进行稳定的摆动。换言之,能够稳定地检测加速度。
另外,可动体8具有左右对称地配置的阻尼器部65a、65b。
因此,在可动体8产生Z方向以外的方向的加速度时,能够对可动体8的Z方向以外的不必要的移位、振动进行阻尼,因此能够降低其它轴灵敏度。
因此,能够提供其它轴灵敏度降低、检测精度更高的加速度传感器100。
实施方式2
***传感器元件的不同方式-1***
图7是实施方式2的传感器元件的俯视图,与图1对应。
在上述实施方式中,说明了多个可动电极21、22从基部7向交叉的方向呈梳齿状突出,与该可动电极对置地设置多个固定电极11、12的情况,但并不限定于该结构,只要是能够在两电极间形成平行平板型的电容的结构即可。
例如,在本实施方式的加速度传感器110中,采用了具有在与基部7的延伸方向相同的方向上延伸的可动电极21c、22c的结构。以下,对与上述实施方式相同的部位标注相同的标号,并省略重复的说明。
图7所示的本实施方式的加速度传感器110在基部7中从第2连结部6b侧起按顺序具有N型检测部75n、P型检测部75p、P型检测部76p、N型检测部76n。换言之,构成为将N型检测部75n、P型检测部75p的对和N型检测部76n、P型检测部76p的对以中心线60为对称轴而线对称地设置。
N型检测部75n由可动电极组70a和固定电极组80a构成。
可动电极组70a由从基部7向Y轴的负方向分支的电极轴33a和两个可动电极21c构成。两个可动电极21c从电极轴33a的中途向左右分支并沿X方向延伸。两个可动电极21c具有间隙地配置,在该间隙之间配置固定电极组80a的固定电极11c。
固定电极组80a设置于基体1,由等间隔地排列的3个固定电极11c、和在左右分别对3个固定电极11c进行连接的连结部34构成。
可动电极组70a的两个可动电极21c和固定电极组80a的3个固定电极11c具有间隙地配置成梳齿状。另外,3个固定电极11c中的基部7侧的两个固定电极11c在与电极轴33a交叉的部分断开。
此外,由于固定电极组80a的X方向上的两端通过连结部34而被连接,因此在平面上固定电极组80a的外形呈矩形,从而成为固定电极组80a包围可动电极组70a的结构。这样的结构也能够在可动电极21c与固定电极11c之间形成平行平板型的电容,检测伴随可动体8b的摆动的电容变化。
P型检测部75p由可动电极组70b和固定电极组80b构成。
可动电极组70b由从基部7向Y轴的负方向分支的电极轴33b和两个可动电极22c构成。两个可动电极22c从电极轴33b的中途向左右分支并沿X方向延伸。两个可动电极22c具有间隙地配置,在该间隙之间配置固定电极组80b的固定电极12c。
固定电极组80b设置于基体1,由等间隔地排列的3个固定电极12c、和在左右分别对3个固定电极12c进行连接的连结部35构成。
可动电极组70b的两个可动电极22c和固定电极组80b的3个固定电极12c具有间隙地配置成梳齿状。另外,3个固定电极12c中的基部7侧的两个固定电极12c在与电极轴33b交叉的部分断开。
此外,由于固定电极组80b的X方向上的两端通过连结部35而被连接,因此在平面上固定电极组80b的外形呈矩形,从而成为固定电极组80b包围可动电极组70b的结构。这样的结构也能够在可动电极22c与固定电极12c之间形成平行平板型的电容,检测伴随可动体8b的摆动的电容变化。
P型检测部76p构成为以中心线60为对称轴与P型检测部75p线对称。N型检测部76n构成为以中心线60为对称轴与N型检测部75n线对称。即,成为将N型检测部75n、P型检测部75p的对和N型检测部76n、P型检测部76p的对以中心线60为对称轴而线对称地设置的结构。
在此,N型检测部75n中的可动电极组70a的可动电极21c的Z方向上的厚度被设定为与图3所示的实施方式1的可动电极组20a的可动电极21的厚度相同。详细而言,电极轴33a的厚度在Y轴的负方向的中途,从与根部的基部7相同的厚度被切成阶梯状而变薄,与可动电极21的厚度相同。而且,从电极轴33a分支的两个可动电极21c也与可动电极21的厚度相同。
另一方面,固定电极组80a的固定电极11c的Z方向上的厚度被设定为与图3所示的实施方式1的固定电极组10a的固定电极11的厚度相同。另外,N型检测部76n也相同。
此外,P型检测部75p中的可动电极组70b的可动电极22c的Z方向上的厚度被设定为与图4所示的实施方式1的可动电极组20b的可动电极22的厚度相同。详细而言,可动电极22c的厚度与基部7的厚度相同。
另一方面,固定电极组80b的固定电极12c的Z方向上的厚度被设定为与图4所示的实施方式1的固定电极组10b的固定电极12的厚度相同。详细而言,包含3个固定电极12c的固定电极组80b的整体的厚度(高度)被设定为薄于(低于)固定电极组80a,且与固定电极12的厚度相同。另外,P型检测部76p也相同。
由此,N型检测部75n、76n以及P型检测部75p、76p在初始状态下的Z方向的重叠方式与图5相同。而且,施加加速度时的行为也与图5相同。
因此,通过检测N型检测部75n、76n以及P型检测部75p、76p中的重叠面积的变化作为静电电容的变化,能够检测Z轴的正/负方向上的加速度。
如上所述,根据作为本实施方式的物理量传感器的加速度传感器110,除了上述实施方式中的效果之外,还能够得到以下的效果。
即使是在基部7中从第2连结部6b侧起按顺序具有N型检测部75n、P型检测部75p、P型检测部76p、N型检测部76n的加速度传感器110的结构,也能够与加速度传感器100同样地检测加速度。
因此,加速度传感器110由于可动体8b的重量平衡良好,因此检测精度高。
因此,能够提供其它轴灵敏度降低、检测精度高的加速度传感器110。
实施方式3
***传感器元件的不同方式-2***
图8是实施方式3的传感器元件的俯视图,与图1对应。
在上述实施方式中,说明了可动体8为由第1连结部6a和第2连结部6b这两个支柱支承基部7的框架状的结构,但并不限定于该结构,只要是能够将基部支承为能够摆动的结构即可。
例如,在本实施方式的加速度传感器120中,采用了通过一个支承臂66来支承基部77的结构。以下,对与上述实施方式相同的部位标注相同的标号,并省略重复的说明。
如图8所示,在本实施方式的加速度传感器120中,通过第1固定部43a和第2固定部43b这两个固定部来对传感器元件52进行支承。换言之,固定部具有第1固定部43a和向与第1方向的相反侧与第1固定部43a分离的第2固定部43b。在此,中心线60为通过第1固定部43a和第2固定部43b的中心且沿着Y轴的线段。另外在此,固定部为两个,但在具有3个以上的固定部的情况下,中心线60是通过将这3个以上的固定部合在一起的固定部的中心且沿着Y轴的线段。
并且,支承梁具有:作为第1支承梁的第1旋转弹簧64a,其一端固定于第1固定部43a且向与第1方向的相反侧的X轴的负方向延伸;以及作为第2支承梁的第2旋转弹簧64b,其一端固定于第2固定部43b且向X轴的正方向延伸。
支承臂66是连结部,设置在中心线60上,沿Y方向延伸。支承臂66的一端与第1旋转弹簧64a的另一端和第2旋转弹簧64b的另一端连接。
支承臂66的另一端与基部77的中央连接。基部77是沿X方向延伸的板状的部件。另外,以中心线60为基准,将基部77的X轴的正侧的部分称为第1基部77a,将X轴的负侧的部分称为第2基部77b。
换言之,可动体85具有:作为连结部的支承臂66,其一端与第1固定部43a的另一端以及第2固定部43b的另一端连接,向Y轴的正方向延伸;第1基部77a,其与支承臂66的另一端连接,向X轴的正方向延伸;第2基部77b,其与支承臂66的另一端连接,向与第1方向相反侧的X轴的负方向延伸。
而且,加速度传感器120在基部77中从X轴的负侧起按顺序具有N型检测部25n、P型检测部25p、P型检测部26p、N型检测部26n。即,构成为将N型检测部25n、P型检测部25p的对和N型检测部26n、P型检测部26p的对以中心线60为对称轴而线对称地设置。
换言之,N型检测部25n的可动电极组20a以及P型检测部25p的可动电极组20b与第2基部77b连接,P型检测部26p的可动电极组20c以及N型检测部26n的可动电极组20d与第1基部77a连接。
如上所述,根据作为本实施方式的物理量传感器的加速度传感器120,除了上述实施方式中的效果之外,还能够得到以下的效果。
根据加速度传感器120,固定部具有第1固定部43a、和向与第1方向的相反侧与第1固定部43a分离的第2固定部43b,支承梁具有:作为第1支承梁的第1旋转弹簧64a,其一端固定于第1固定部43a,向与第1方向相反侧的X轴的负方向延伸;作为第2支承梁的第2旋转弹簧64b,其一端固定于第2固定部43b,向X轴的正方向延伸,可动体85具有:作为连结部的支承臂66,其一端与第1固定部43a的另一端和第2固定部43b的另一端连接,向Y轴的正方向延伸;第1基部77a,其与支承臂66的另一端连接,向X轴的正方向延伸;以及第2基部77b,其与支承臂66的另一端连接,向与第1方向相反侧的X轴的负方向延伸,N型检测部25n的可动电极组20a以及P型检测部25p的可动电极组20b与第2基部77b连接,P型检测部26p的可动电极组20c以及N型检测部26n的可动电极组20d与第1基部77a连接。
由此,以中心线60为对称轴,左侧的可动电极21、22的数量与右侧的可动电极21、22的数量相同,能够使可动体85的左右的重量平衡均匀。并且,即使是利用1个支承臂66支承基部77的结构,通过利用2处的第1固定部43a、第2固定部43b对支承臂66进行支承,也能够成为稳定的结构。
因此,加速度传感器120由于可动体85的重量平衡良好,因此检测精度高。
因此,能够提供其它轴灵敏度降低、检测精度高的加速度传感器120。
实施方式4
***传感器元件的不同方式-3***
图9是实施方式4的传感器元件的俯视图,与图1对应。
在上述实施方式中,说明了在可动体8的基部7的单侧(Y轴的负侧)设置可动电极21、22的情况,但不限于该结构,也可以是在基部的两侧设置可动电极21、22的结构。
例如,在本实施方式的加速度传感器130中,采用了具有从第1连结部6a分支的第1基部68a,并在第1基部68a的两侧设置可动电极21、22的结构。此外,在第2连结部6b侧也具有与第1基部68a左右对称的第2基部68b。以下,对与上述实施方式相同的部位标注相同的标号,并省略重复的说明。
如图9所示,在本实施方式的加速度传感器130的传感器元件53中,具有从第1连结部6a向X轴的负方向分支的第1基部68a和从第2连结部6b向X轴的正方向分支的第2基部68b。第1基部68a与第2基部68b不连接,隔着中心线60而断开。换言之,可动体8c具有从第1连结部6a向与第1方向相反的X轴的负方向延伸的第1基部68a和从第2连结部6b向X轴的正方向延伸的第2基部68b。
第1基部68a的另一端与第2连结部6b的另一端之间由连结梁17连接。连结梁17是与图1的基部7对应的梁,构成矩形的可动体8c的外形边。
在第2基部68b的Y轴的负侧的边上,从第2连结部6b侧起按顺序具有N型检测部25n和P型检测部25p。而且,在Y轴的正侧的边上,也从第2连结部6b侧起按顺序具有N型检测部25n和P型检测部25p。即,在第2基部68b的Y方向上的两侧具有由两个N型检测部25n和两个P型检测部25p构成的4个检测部。
在第1基部68a的Y轴的负侧的边上,从中心线60侧起按顺序具有P型检测部26p和N型检测部26n。而且,在Y轴的正侧的边上,也从中心线60侧起按顺序具有P型检测部26p和N型检测部26n。即,在第1基部68a的Y方向上的两侧具有由两个P型检测部26p和两个N型检测部26n构成的4个检测部。
这样,包含4个检测部的第1基部68a和包含4个检测部的第2基部68b以中心线60为对称轴而线对称地设置。此外,并不限定于在第1基部68a、第2基部68b的两侧设置检测部,只要是左右对称的结构即可,也可以仅在任意一侧设置检测部。
换言之,N型检测部25n的可动电极组20a以及P型检测部25p的可动电极组20b与第2基部68b连接,P型检测部26p的可动电极组20c以及N型检测部26n的可动电极组20d与第1基部68a连接。
如上所述,根据作为本实施方式的物理量传感器的加速度传感器130,除了上述实施方式中的效果之外,还能够得到以下的效果。
根据加速度传感器130,支承梁具有一端固定于固定部3且向第1方向延伸的第1旋转弹簧4a、以及一端固定于固定部3且向与第1方向相反的方向延伸的第2旋转弹簧4b,可动体8c具有一端与第1旋转弹簧4a的另一端连接且向第2方向延伸的第1连结部6a、一端与第2旋转弹簧4b的另一端连接且向第2方向延伸的第2连结部6b、从第1连结部6a起向与第1方向相反的X轴的负方向延伸的第1基部68a、以及从第2连结部6b起向X轴的正方向延伸的第2基部68b,N型检测部25n的可动电极组20a以及P型检测部25p的可动电极组20b与第2基部68b连接,P型检测部26p的可动电极组20c以及N型检测部26n的可动电极组20d与第1基部68a连接。
由此,包含4个检测部的第1基部68a和包含4个检测部的第2基部68b以中心线60为对称轴对称地设置,因此能够使可动体8c的左右的重量平衡均匀。而且,由于在第1基部68a、第2基部68b上分别设置有4个检测部,共计具有8个检测部,因此加速度的检测灵敏度变得更高。
因此,加速度传感器130由于可动体8c的重量平衡良好,因此检测精度高。
因此,能够提供其它轴灵敏度降低、检测精度高的加速度传感器130。
实施方式5
***传感器元件的不同方式-4***
图10是实施方式5的传感器元件的俯视图,与图1、图9对应。
在上述实施方式4中说明的在第1基部68a、第2基部68b的两侧设置检测部的结构也能够应用于利用1个支承臂支承可动部的结构。以下,对与上述实施方式相同的部位标注相同的标号,并省略重复的说明。
如图10所示,在本实施方式的加速度传感器140中,与图8的结构同样地,采用了通过一个支承臂66来对可动体86进行支承的结构。
在加速度传感器140中,通过第1固定部43a和第2固定部43b这两个固定部来对传感器元件54进行支承。换言之,固定部具有第1固定部43a和向与第1方向的相反侧与第1固定部43a分离的第2固定部43b。
并且,支承梁具有:作为第1支承梁的第1旋转弹簧64a,其一端固定于第1固定部43a且向与第1方向的相反侧的X轴的负方向延伸;以及作为第2支承梁的第2旋转弹簧64b,其一端固定于第2固定部43b且向X轴的正方向延伸。
支承臂66是连结部,设置在中心线60上,沿Y方向延伸。支承臂66的一端与第1旋转弹簧64a的另一端和第2旋转弹簧64b的另一端连接。
支承臂66的另一端与配重梁78的中央连接。配重梁78是用于增大可动体86的惯性力矩的配重部件,是沿X方向延伸的板状的部件。在支承臂66上设置有从支承臂66向X轴的正方向分支的第1基部69a和向X轴的负方向分支的第2基部69b。第1基部69a和第2基部69b以中心线60为对称轴对称地设置。换言之,可动体86具有:第1基部69a,其与支承臂66连接,并向X轴的正方向延伸;第2基部69b,其与支承臂66连接,并向第1方向的相反侧的X轴的负方向延伸。
在第2基部69b的Y轴的负侧的边上,从X轴的负侧起按顺序具有N型检测部25n和P型检测部25p。而且,在Y轴的正侧的边上,也从X轴的负侧起按顺序具有N型检测部25n和P型检测部25p。即,在第2基部69b的Y方向上的两侧具有由两个N型检测部25n和两个P型检测部25p构成的4个检测部。
在第1基部69a的Y轴的负侧的边上,从支承臂66侧起按顺序具有P型检测部26p和N型检测部26n。而且,在Y轴的正侧的边上,也从支承臂66侧起按顺序具有P型检测部26p和N型检测部26n。即,在第1基部69a的Y方向上的两侧具有由两个P型检测部26p和两个N型检测部26n构成的4个检测部。
这样,包含4个检测部的第1基部69a和包含4个检测部的第2基部69b以中心线60为对称轴而线对称地设置。此外,并不限定于在第1基部69a、第2基部69b的两侧设置检测部,只要是左右对称的结构即可,也可以仅在任意一侧设置检测部。
换言之,N型检测部25n的可动电极组20a以及P型检测部25p的可动电极组20b与第2基部69b连接,P型检测部26p的可动电极组20c以及N型检测部26n的可动电极组20d与第1基部69a连接。
如上所述,根据作为本实施方式的物理量传感器的加速度传感器140,除了上述实施方式中的效果之外,还能够得到以下的效果。
根据加速度传感器140,固定部具有第1固定部43a、和向与第1方向相反侧与第1固定部43a分离的第2固定部43b,支承梁具有:作为第1支承梁的第1旋转弹簧64a,其一端固定于第1固定部43a且向与第1方向相反侧的X轴的负方向延伸;作为第2支承梁的第2旋转弹簧64b,其一端固定于第2固定部43b且向X轴的正方向延伸,可动体86具有:作为连结部的支承臂66,其一端与第1固定部43a的另一端以及第2固定部43b的另一端连接,向Y轴的正方向延伸;第1基部69a,其与支承臂66连接,向X轴的正方向延伸;第2基部69b,其与支承臂66连接,向与第1方向相反侧的X轴的负方向延伸,N型检测部25n的可动电极组20a以及P型检测部25p的可动电极组20b与第2基部69b连接,P型检测部26p的可动电极组20c以及N型检测部26n的可动电极组20d与第2基部69b连接。
由此,包含4个检测部的第1基部69a和包含4个检测部的第2基部69b以中心线60为对称轴对称地设置,因此能够使可动体86的左右的重量平衡均匀。而且,由于在第1基部69a、第2基部69b上分别设置有4个检测部,共计具有8个检测部,因此加速度的检测灵敏度变得更高。
因此,加速度传感器140由于可动体86的重量平衡良好,因此检测精度高。
因此,能够提供其它轴灵敏度降低、检测精度高的加速度传感器140。
实施方式6
***可动电极、固定电极的厚度的变形例***
图11是实施方式6的加速度的检测原理的说明图,与图5对应。
在上述实施方式中,说明了在初始状态下,N型检测部25n的固定电极11和可动电极21的Z轴的负侧的端部的位置、以及P型检测部25p的固定电极12和可动电极22的Z轴的负侧的端部的位置均一致,但不限于该结构,也可以不一致。以下,对与上述实施方式相同的部位标注相同的标号,并省略重复的说明。
在本实施方式中,在初始状态下,N型检测部25n的可动电极21的Z轴负侧的端部位置比固定电极11的端部位置突出尺寸d。
并且,在P型检测部25p中,固定电极12的Z轴负侧的端部位置比可动电极22的端部位置突出尺寸d。即,与图5的初始状态相比,可动电极21和固定电极12的位置向Z轴的负方向偏移尺寸d。除此以外的结构与实施方式1中的说明相同。
在产生了Z轴的正方向的加速度的情况下,N型检测部25n的可动电极21以及P型检测部25p的可动电极22分别受到伴随加速度的惯性力而向Z轴的负侧移位。此时,通过可动电极21向Z轴的负方向移位,N型检测部25n中的固定电极11与可动电极21的重叠面积比初始面积小。即,静电电容减小。
另一方面,通过可动电极22向Z轴的负方向移位,P型检测部25p中的固定电极12与可动电极22的重叠面积比初始面积大。即,静电电容增大。这里,在图5的结构中,在P型检测部中不产生重叠面积的变化,但根据本实施方式的结构,在P型检测部中也能够进行加速度的检测。换言之,除了N型检测部以外,P型检测部也能够进行检测,因此能够进行更高精度的检测。
其次,在产生了Z负方向的加速度的情况下,N型检测部25n的可动电极21以及P型检测部25p的可动电极22分别受到伴随着加速度的惯性力而向Z轴的正侧移位。此时,通过可动电极21向Z轴的正方向移位,N型检测部25n中的固定电极11与可动电极21的重叠面积比初始面积大。即,静电电容增大。这里,在图5的结构中,在N型检测部中不产生重叠面积的变化,但根据本实施方式的结构,在N型检测部中也能够进行加速度的检测。换言之,除了P型检测部之外,N型检测部也能够进行检测,因此能够进行更高精度的检测。
另一方面,通过可动电极22向Z轴的正方向移位,P型检测部25p中的固定电极12与可动电极22的重叠面积比初始面积小。
这样,根据本实施方式的结构,在Z轴的正方向上产生了加速度的情况下,在N型检测部25n中重叠面积减小,在P型检测部25p中重叠面积增大。而且,在产生了Z轴的负方向的加速度的情况下,在N型检测部25n中重叠面积增大,在P型检测部25p中重叠面积减小。
由此,即使在施加了Z轴的正/负方向中的任意一个方向的加速度的情况下,也能够通过P型检测部以及N型检测部的两极的检测部来检测加速度,能够进行更高精度的检测。
另外,以上对将图11的结构应用于加速度传感器100的情况进行了说明,但也能够应用于其它实施方式的加速度传感器110、120、130、140,能够获得同样的作用效果。
实施方式7
***惯性测量装置***
图12是实施方式7的惯性测量装置的分解立体图。图13是电路基板的立体图。接着,使用图12、图13对本实施方式的惯性测量装置200的一例进行说明。
图12所示的惯性测量装置200是(IMU:Inertial Measurement Unit),是检测汽车、机器人等运动体的姿势、行为等惯性运动量的装置。此外,被安装体不限于汽车等运动体,例如也可以是桥梁、高架轨道等建筑物。在安装于建筑物的情况下,被用作检查建筑物的健全度的结构健康监测系统。
惯性测量装置200是具有检测沿着3轴的方向的加速度的加速度传感器和检测绕3轴的角速度的角速度传感器的、所谓的6轴运动传感器。
惯性测量装置200是平面形状为大致正方形的长方体。另外,在位于正方形的对角线方向的2处顶点附近形成有螺纹孔211。将两个螺钉穿过该2处的螺纹孔211,能够将惯性测量装置200固定在汽车等被安装体的被安装面上。另外,通过部件的选定、设计变更,例如也能够小型化为可搭载于智能手机、数码相机的尺寸。
惯性测量装置200构成为具有外壳210、接合部件220以及传感器模块230,使接合部件220介于外壳210的内部并插入有传感器模块230。传感器模块230具有内壳231和电路基板232。在内壳231设置有用于防止与电路基板232接触的凹部231a、用于使后述的连接器233露出的开口231b。而且,在内壳231的下表面经由粘接剂接合有电路基板232。
如图13所示,在电路基板232的上表面安装有连接器233、检测绕Z轴的角速度的角速度传感器234z、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单元235等。
另外,在电路基板232的侧面安装有检测绕X轴的角速度的角速度传感器234x以及检测绕Y轴的角速度的角速度传感器234y。
加速度传感器单元235至少包含用于测定前述的Z轴方向的加速度的加速度传感器100,根据需要,能够检测单轴方向的加速度,或者检测双轴方向、三轴方向的加速度。此外,也可以代替加速度传感器100而使用加速度传感器110、120、130、140。
作为角速度传感器234x、234y、234z,没有特别限定,例如能够使用利用了哥氏力的振动陀螺仪传感器。
在电路基板232的下表面安装有作为控制部的控制IC 236。
控制IC 236例如是MCU(Micro Controller Unit:微控制器单元),内置有包含非易失性存储器的存储部、A/D转换器等,控制惯性测量装置200的各部分。在存储部中存储有规定了用于检测加速度以及角速度的顺序和内容的程序、规定了加速度传感器100的检测功能的检查方法的检查程序、附带的数据等。此外,在电路基板232上,除此之外还安装有多个电子部件。换言之,惯性测量装置200构成为包含作为物理量传感器的加速度传感器100、和基于从加速度传感器100输出的检测信号进行控制的作为控制部的控制IC 236。
另外,惯性测量装置200并不限定于图12、图13的结构,例如,也可以构成为不设置角速度传感器234x、234y、234z,而仅设置加速度传感器100作为物理量传感器。在该情况下,例如,通过将加速度传感器100和控制IC 236构成为一个安装封装,能够将惯性测量装置200提供为单芯片的安装部件。
如上所述,根据本实施方式的惯性测量装置200,除了上述实施方式中的效果之外,还能够得到以下的效果。
惯性测量装置200构成为包含作为物理量传感器的加速度传感器100、和基于从加速度传感器100输出的检测信号进行控制的作为控制部的控制IC 236。
由此,惯性测量装置200具有其它轴灵敏度被抑制且检测精度高的加速度传感器100。因此,能够提供检测精度高且可靠性优异的惯性测量装置200。

Claims (6)

1.一种物理量传感器,其中,在设相互垂直的方向为第1方向、第2方向和第3方向时,该物理量传感器包含:
固定部,其固定于基体;
支承梁,其一端与所述固定部连接;
固定电极部,其设置于所述基体;以及
可动体,
所述固定电极部包含:
第1固定电极组;
第2固定电极组;
第3固定电极组;以及
第4固定电极组,
所述可动体包含可动电极部,
所述可动电极部包含:
第1可动电极组,其包含与所述第1固定电极组的第1固定电极对置的第1可动电极;
第2可动电极组,其包含与所述第2固定电极组的第2固定电极对置的第2可动电极;
第3可动电极组,其包含与所述第3固定电极组的第3固定电极对置的第3可动电极;以及
第4可动电极组,其包含与所述第4固定电极组的第4固定电极对置的第4可动电极,
所述第1可动电极组、所述第2可动电极组、所述第3可动电极组和所述第4可动电极组沿着所述第1方向按顺序配置,
在所述第3方向上,所述第2可动电极的厚度和所述第3可动电极的厚度与所述第1可动电极的厚度和所述第4可动电极的厚度不同,
在将从所述固定部的中心起向所述第2方向延伸的假想线作为对称轴时,
所述第1可动电极与所述第4可动电极线对称地配置,
所述第2可动电极与所述第3可动电极线对称地配置。
2.根据权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述支承梁包含:
第1支承梁,其一端固定于所述固定部,向所述第1方向延伸;以及
第2支承梁,其一端固定于所述固定部,向与所述第1方向相反的方向延伸,
所述可动体包含:
第1连结部,其一端侧与所述第1支承梁的另一端连接,向所述第2方向延伸;
第2连结部,其一端侧与所述第2支承梁的另一端连接,向所述第2方向延伸;以及
基部,其将所述第1连结部和所述第2连结部连接,向所述第1方向延伸,
所述第1可动电极组、所述第2可动电极组、所述第3可动电极组和所述第4可动电极组与所述基部连接。
3.根据权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述固定部包含:
第1固定部;以及
第2固定部,其向与所述第1方向相反侧的方向与所述第1固定部分离地配置,
所述支承梁包含:
第1支承梁,其一端固定于所述第1固定部,向与所述第1方向相反的方向延伸;以及
第2支承梁,其一端固定于所述第2固定部,向所述第1方向延伸,
所述可动体包含:
连结部,其一端侧与所述第1支承梁的另一端和所述第2支承梁的另一端连接,向所述第2方向延伸;
第1基部,其与所述连结部的另一端连接,向所述第1方向延伸;以及
第2基部,其与所述连结部的另一端连接,向与所述第1方向相反的方向延伸,
所述第1可动电极组和所述第2可动电极组与所述第2基部连接,
所述第3可动电极组和所述第4可动电极组与所述第1基部连接。
4.根据权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述支承梁包含:
第1支承梁,其一端固定于所述固定部,向所述第1方向延伸;以及
第2支承梁,其一端固定于所述固定部,向与所述第1方向相反的方向延伸,
所述可动体包含:
第1连结部,其一端侧与所述第1支承梁的另一端连接,向所述第2方向延伸;
第2连结部,其一端侧与所述第2支承梁的另一端连接,向所述第2方向延伸;
第1基部,其从所述第1连结部起向与所述第1方向相反的方向延伸;以及
第2基部,其从所述第2连结部起向所述第1方向延伸,
所述第1可动电极组和所述第2可动电极组与所述第2基部连接,
所述第3可动电极组和所述第4可动电极组与所述第1基部连接。
5.根据权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述固定部包含:
第1固定部;以及
第2固定部,其向与所述第1方向相反的方向与所述第1固定部分离地配置,
所述支承梁包含:
第1支承梁,其一端固定于所述第1固定部,向与所述第1方向相反的方向延伸;以及
第2支承梁,其一端固定于所述第2固定部,向所述第1方向延伸,
所述可动体具有:
连结部,其一端侧与所述第1支承梁的另一端和所述第2支承梁的另一端连接,向所述第2方向延伸;
第1基部,其与所述连结部连接,向所述第1方向延伸;以及
第2基部,其与所述连结部连接,向与所述第1方向相反的方向延伸,
所述第1可动电极组和所述第2可动电极组与所述第2基部连接,
所述第3可动电极组和所述第4可动电极组与所述第1基部连接。
6.一种惯性测量装置,其中,该惯性测量装置包含:
权利要求1所述的物理量传感器;以及
控制部,其基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
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