CN117782075A - 移动体定位装置 - Google Patents

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Abstract

一种移动体定位装置，解决将包括惯性测量装置的定位系统装备于移动体时的角速度传感器相关问题。移动体定位装置包括：传感器单元、运算处理部、接收卫星信号的接收机以及位置合成部，传感器单元具有多轴惯性传感器及谐振频率变化型水晶陀螺仪传感器，多轴惯性传感器具备检测绕X、Y及Z轴的角速度的三轴角速度传感器，陀螺仪传感器检测作为重力方向的Z轴方向上的一轴角速度，其以水晶作为材料并根据施加于振动的物体的科里奥利力来检测角速度，运算处理部使用多轴惯性传感器检测出的绕X、Y轴的角速度以及陀螺仪传感器检测出的一轴角速度进行运算并输出惯性数据，位置合成部基于从运算处理部输出的惯性数据和所接收的所述卫星信号计算出位置。

Description

移动体定位装置
本申请是申请日为2019年3月6日、申请号为201910166544.8、发明名称为“惯性测量装置及移动体”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及惯性测量装置等。
背景技术
已知有例如专利文献1～3所公开那样的具备三轴角速度传感器和三轴加速度传感器的各种惯性测量装置。
在以往的惯性测量装置中，测定侧倾角的角速度传感器、测定俯仰角的角速度传感器、以及测定偏摆角的角速度传感器使用仅设置朝向不同但相同规格的角速度传感器。因此，各角速度传感器的测定误差为相同程度。
在将包括惯性测量装置的定位系统装备于移动体的情况下，若针对由角速度传感器测定的移动体的侧倾角、俯仰角、偏摆角各自的测定值，所要求的精度为相同程度则没有问题。但是，在实际上获得以下发现，即希望偏摆角的测定值精度高于侧倾角和俯仰角。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-251803号公报
专利文献2：日本特开2014-228489号公报
专利文献3：日本特开2017-20829号公报。
发明内容
基于该发现设计了本发明。
用于解决上述课题的第一发明是在装备于移动体的定位系统中与按每T秒输出定位结果的卫星定位用接收机组合使用的惯性测量装置，在将上述移动体的前后方向设为X轴，将上述移动体的左右方向设为Y轴，将与上述X轴和上述Y轴正交的方向设为Z轴时，具备：检测绕上述X轴的角速度并输出第一角速度信号的X轴角速度传感器；检测绕上述Y轴的角速度并输出第二角速度信号的Y轴角速度传感器；检测绕上述Z轴的角速度并输出第三角速度信号的Z轴角速度传感器；检测上述X轴方向的加速度并输出第一加速度信号的X轴加速度传感器；检测上述Y轴方向的加速度并输出第二加速度信号的Y轴加速度传感器；以及检测上述Z轴方向的加速度并输出第三加速度信号的Z轴加速度传感器，在上述Z轴角速度传感器中，上述移动体以移动速度Vm/秒进行T秒钟移动期间的基于上述第三角速度信号的位置误差P[m]满足Pp≥P＝(V/Bz)×(1-cos(Bz×T))(其中，上述第三角速度信号的偏差误差为Bz[deg/秒]，T秒钟移动期间的规定的允许最大位置误差为Pp[m])，上述X轴角速度传感器的上述第一角速度信号的偏差误差Bx[deg/秒]满足Bz＜Bx，上述Y轴角速度传感器的上述第二角速度信号的偏差误差By[deg/秒]满足Bz＜By。
根据第一发明，Z轴角速度传感器的偏差误差Bz相对于X轴角速度传感器的偏差误差Bx以及Y轴角速度传感器的偏差误差By较小，因此成为偏摆角的绕Z轴的角速度能够以比成为侧倾角的绕X轴的角速度以及成为俯仰角的绕Y轴的角速度更高的精度获得。Z轴角速度传感器的偏差误差Bz是使移动体在基于卫星定位用接收机的定位结果的输出间隔亦即T秒移动期间的位置误差成为规定的允许最大位置误差Pp以下的值。因此，在作为与卫星定位用接收机组合而成的定位系统而装备于移动体时，能够确保使卫星定位用接收机的定位结果的输出间隔亦即T秒钟的位置误差成为规定的允许最大位置误差以下那样的惯性导航的精度。
对于第二发明的惯性测量装置而言，在第一发明中，满足Bz＜0.5×Bx且Bz＜0.5×By。
根据第二发明，能够使Z轴角速度传感器的偏差误差Bz、X轴角速度传感器的偏差误差Bx、Y轴角速度传感器的偏差误差By成为各自的0.5倍以下。
第三发明是在装备于移动体的定位系统中使用的惯性测量装置，在将上述移动体的前后方向设为X轴，将上述移动体的左右方向设为Y轴，将与上述X轴和上述Y轴正交的方向设为Z轴时，具备：检测绕上述X轴的角速度并输出第一角速度信号的X轴角速度传感器；检测绕上述Y轴的角速度并输出第二角速度信号的Y轴角速度传感器；检测绕上述Z轴的角速度并输出第三角速度信号的Z轴角速度传感器；检测上述X轴方向的加速度并输出第一加速度信号的X轴加速度传感器；检测上述Y轴方向的加速度并输出第二加速度信号的Y轴加速度传感器；以及检测上述Z轴方向的加速度并输出第三加速度信号的Z轴加速度传感器，在将上述X轴角速度传感器的上述第一角速度信号的艾伦方差设为BISx[deg/小时]，将上述Y轴角速度传感器的上述第二角速度信号的艾伦方差BISy设为[deg/小时]，将上述Z轴角速度传感器的上述第三角速度信号的艾伦方差设为BISz[deg/小时]时，满足BISz＜0.5×BISx且BISz＜0.5×BISy。
根据第三发明，Z轴角速度传感器的艾伦方差BISz相对于X轴角速度传感器的艾伦方差BISx、Y轴角速度传感器的艾伦方差BISy而较小，因此偏摆角的测定值能够以比侧倾角、俯仰角更高的精度获得。另外，能够使Z轴角速度传感器的艾伦方差BISz、X轴角速度传感器的艾伦方差BISx、Y轴角速度传感器的艾伦方差BISy成为不足各自的0.5倍。
对于第四发明的惯性测量装置而言，在第三发明中，满足BISx＞5、BISy＞5且BISz＜2.5。
根据第四发明，能够使Z轴角速度传感器的艾伦方差BISz不足2.5[deg/小时]，使X轴角速度传感器的艾伦方差BISx、Y轴角速度传感器的艾伦方差BISy超过5[deg/小时]。
对于第五发明的惯性测量装置而言，在第一～第四发明任一个中，满足Bx＞1140[deg/小时]、By＞1140[deg/小时]且Bz＜570[deg/小时]。
根据第五发明，能够使Z轴角速度传感器的偏差误差Bz不足570[deg/小时]，使X轴角速度传感器的偏差误差Bx以及Y轴角速度传感器的偏差误差By超过1140[deg/小时]。
对于第六发明的惯性测量装置而言，在第一～第五发明任一个中，上述X轴角速度传感器具有Ngx个传感器元件而构成，上述Y轴角速度传感器具有Ngy个传感器元件而构成，上述Z轴角速度传感器具有Ngz个传感器元件而构成，并满足Ngz＞Ngx且Ngz＞Ngy。
根据第六发明，通过由比X轴角速度传感器以及Y轴角速度传感器多的个数的传感器元件构成Z轴角速度传感器，从而能够构成为Z轴角速度传感器的偏差误差Bz相对于X轴角速度传感器以及Y轴角速度传感器的偏差误差Bx、By而变小。
对于第七发明的惯性测量装置而言，在第六发明中，满足Ngz≥2。
根据第七发明，能够构成为使Z轴角速度传感器具有2[个]以上传感器元件。
作为Z轴角速度传感器的结构，例如能够采用第八发明。即，对于第八发明的惯性测量装置而言，在第一～第七发明任一个中，在由水晶的电轴、机械轴以及光学轴构成的正交坐标系中，上述Z轴角速度传感器包括：具有沿着由上述电轴和上述机械轴规定的平面的主面的基部；从上述基部开始，一个臂朝向上述机械轴的正方向延伸、另一个臂朝向上述机械轴的负方向延伸的一对检测用振动臂；从上述基部开始，一个臂朝向上述电轴的正方向延伸、另一臂朝向上述电轴的负方向延伸的一对连结臂；从上述各连结臂开始，一个臂朝向上述机械轴的正方向延伸、另一个臂朝向上述机械轴的负方向延伸的各一对驱动用振动臂；从上述基部开始延伸的至少两根梁；以及与上述各梁的末端部连接的支承部，作为各上述梁的一个的、由水晶构成的第一梁从上述基部的外缘延伸，上述基部的外缘处于位于上述电轴方向上比上述基部靠正侧的上述连结臂和位于上述机械轴方向上比上述基部靠正侧的上述检测用振动臂之间，上述第一梁包括：从上述基部开始，向上述电轴的正方向延伸的第一延伸部；从上述第一延伸部开始向上述机械轴的正方向延伸的第二延伸部；以及从上述第二延伸部开始，向上述电轴的负方向延伸的第三延伸部。
对于第九发明的惯性测量装置而言，在第八发明中，上述X轴角速度传感器以及上述Y轴角速度传感器是Si-MEMS型角速度传感器，上述X轴加速度传感器、上述Y轴加速度传感器以及上述Z轴加速度传感器是Si-MEMS型加速度传感器。
根据第九发明，通过使X轴角速度传感器以及Y轴角速度传感器成为Si-MEMS型角速度传感器，使X轴加速度传感器、Y轴加速度传感器以及Z轴加速度传感器成为Si-MEMS型加速度传感器，从而与Z轴角速度传感器比较能够成为低成本。
对于第十发明的惯性测量装置而言，在第九发明中，还具备容器，该容器收容上述X轴角速度传感器、上述Y轴角速度传感器、上述X轴加速度传感器、上述Y轴加速度传感器以及上述Z轴加速度传感器。
根据第十发明，能够将X轴角速度传感器、Y轴角速度传感器、X轴加速度传感器、Y轴加速度传感器以及Z轴加速度传感器收容于容器而封装化。
对于第十一发明的惯性测量装置而言，在第一～第十发明任一个中，上述第一角速度信号以及上述第一加速度信号成为上述移动体的侧倾角的计算基准信号，上述第二角速度信号以及上述第二加速度信号成为上述移动体的俯仰角的计算基准信号。
根据第十一发明，由X轴角速度传感器以及Y轴角速度传感器单独测定的侧倾角以及俯仰角与偏摆角比较而成为较低的精度，但通过使X轴加速度传感器以及Y轴加速度传感器的加速度信号成为基准信号，从而能够与不使用这些基准信号的情况相比以高精度获得侧倾角以及俯仰角。
第十二发明是移动体，其具备：第一～第十一发明中任一个惯性测量装置；和控制部，其基于上述惯性测量装置的输出信号来控制加速、制动以及转向操纵中的至少一个，基于上述惯性测量装置的输出信号来切换实施或不实施自动驾驶。
根据第十二发明，能够高品质地进行移动体的自动驾驶。
第十三发明是便携式电子设备，其具备：具有开口部的壳体；收容于上述壳体内的第一～第十一发明中任一个的惯性测量装置；收容于上述壳体内并对上述惯性测量装置的输出信号进行处理的处理部；使显示画面朝向上述开口部而被收容于上述壳体的显示部；以及堵塞上述开口部的透光性罩。
根据第十三发明，能够实现利用了惯性导航的便携式电子设备。
第十四发明是电子设备，其具备：第一～第十一发明中任一项的惯性测量装置；和控制部，其基于上述惯性测量装置的输出信号进行规定的控制。
根据第十四发明，能够实现利用了惯性导航的电子设备。
第十五发明是移动体，其具备：第一～第十一发明中任一个的惯性测量装置；和姿态控制部，其基于上述惯性测量装置的输出信号来进行姿态控制。
根据第十五发明，能够高品质地进行移动体的姿态控制。
附图说明
图1是第一实施方式的定位系统的功能框图。
图2是第一实施方式的传感器坐标系的说明图。
图3是第一实施方式的位置误差的说明图。
图4是基于第一实施方式的惯性导航运算的位置的计算的说明图。
图5是第一实施方式的经过时间与偏摆角的误差的关系的一个例子。
图6是第一实施方式的经过时间与位置误差的关系的一个例子。
图7是第一实施方式的艾伦方差的一个例子。
图8是第一实施方式的经过时间与偏摆角的误差的关系的一个例子。
图9是第一实施方式的经过时间与位置误差的关系的一个例子。
图10是第二实施方式的传感器单元的立体图。
图11是第二实施方式的传感器单元的立体图。
图12是第二实施方式的传感器单元的分解立体图。
图13是第二实施方式的电路基板的立体图。
图14是第三实施方式的水晶陀螺仪传感器元件的示意俯视图。
图15是第四实施方式的陀螺仪传感器的立体图。
图16是第四实施方式的陀螺仪传感器的剖视图。
图17是第四实施方式的陀螺仪传感器的立体图。
图18是第五实施方式的物理量传感器的示意俯视图。
图19是第六实施方式的物理量检测装置的示意图。
图20是第六实施方式的物理量检测装置的立体图。
图21是第六实施方式的物理量检测装置的立体图。
图22是第七实施方式的陀螺仪传感器元件的示意俯视图。
图23是第八实施方式的物理量传感器的示意俯视图。
图24是第九实施方式的物理量传感器的示意俯视图。
图25是第十实施方式的物理量传感器的简要俯视图。
图26是第十实施方式的物理量传感器的简要剖视图。
图27是表示第十一实施方式的移动体定位装置的整体系统的框图。
图28是表示第十一实施方式的移动体定位装置的作用的图。
图29是第十二实施方式的电子设备的立体图。
图30是第十三实施方式的电子设备的立体图。
图31是第十四实施方式的便携式电子设备的俯视图。
图32是表示第十四实施方式的便携式电子设备的简要结构的框图。
图33是第十五实施方式的移动体的立体图。
图34是第十六实施方式的系统的框图。
附图标记说明
1000…定位系统；1002…GPS模块；1004…运算部；100…IMU；110…角速度传感器；112…X轴角速度传感器；114…Y轴角速度传感器；116…Z轴角速度传感器；120…加速度传感器；122…X轴加速度传感器；124…Y轴加速度传感器；126…Z轴加速度传感器；1100…移动体。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。此外，并不通过以下进行说明的实施方式来限定本发明，能够应用本发明的方式不限定于以下的实施方式。另外，在附图的记载中，对相同要素标注相同附图标记。
[第一实施方式]
＜系统结构＞
图1是表示第一实施方式的定位系统1000的结构的框图。定位系统1000装备于移动体而使用，对该移动体的位置进行测量。作为移动体，只要是包括自行车、摩托车、卡车和公共汽车在内的四轮汽车、拖拉机等农业机械、推土机和铲车等能够移动的建设机械等在作为大致水平面的地面移动的车辆，则可以是任一个，未特别限定。如图1所示，定位系统1000具备：作为卫星定位用接收机的GPS(Global Positioning System)模块1002、作为惯性测量装置的IMU(Inertial Measurement Unit)100、以及运算部1004。
GPS模块1002接收从GPS卫星发送的GPS卫星信号，并基于所接收的GPS卫星信号，对时间、包括纬度经度所表示的位置、速度、姿态在内的GPS定位信息进行测量。此外，卫星定位用接收机只要是GNSS(Global Navigation Satellite System)的接收机即可，也可以为不利用GPS而利用GLONASS(Global Navigation Satellite System)、GALILEO、Beidou(BeiDou Navigation Satellite System)等其他卫星定位系统的卫星定位用接收机。
IMU100是具有角速度传感器110以及加速度传感器120的传感器单元。
角速度传感器110是对与IMU100相关联的三维直角坐标系亦即传感器坐标系中的角速度进行测量的传感器，也被称为陀螺仪传感器。角速度传感器110具有：检测绕X轴的角速度并作为第一角速度信号而输出的X轴角速度传感器112；检测绕Y轴的角速度并作为第二角速度信号而输出的Y轴角速度传感器114；以及检测绕Z轴的角速度并作为第三角速度信号而输出的Z轴角速度传感器116。
加速度传感器120与角速度传感器110同样，对与IMU100相关联的三维直角坐标系亦即传感器坐标系中的加速度进行测量。加速度传感器120具有：检测X轴方向的加速度并作为第一加速度信号而输出的X轴加速度传感器122；检测Y轴方向的加速度并作为第二加速度信号而输出的Y轴加速度传感器124；以及检测Z轴方向的加速度并作为第三加速度信号而输出的Z轴加速度传感器126。
运算部1004使用GPS模块1002、以及基于IMU100的测量数据来计算该定位系统1000的位置。例如，进行使用了IMU100的测量数据的惯性导航运算，来计算定位系统1000的位置。而且，若从GPS模块1002输出GPS定位信息，则使用该GPS定位信息对由惯性导航运算计算出的位置进行修正。这是由于：基于GPS模块1002的定位信息与基于使用了IMU100的测量数据的惯性导航运算的位置比较而成为高精度，但与IMU100的测量数据的输出间隔比较，GPS定位信息的输出间隔(定位间隔)更长。例如，IMU100按每10毫秒输出测量数据，GPS模块1002按每1秒输出GPS定位信息。
＜传感器坐标系＞
定位系统1000以与IMU100相关联的三维直角坐标系亦即传感器坐标系相对于移动体的方向满足规定关系的方式固定并装备于该移动体。图2是对传感器坐标系与移动体1100的移动方向的关系进行说明的图。图2中，示出定位系统1000装备于作为移动体1100的一个例子的四轮汽车的例子。传感器坐标系的X轴成为移动体1100的前后方向，使前方(直行方向)为X轴正方向。另外，传感器坐标系的Y轴成为移动体1100的左右方向，使右方向为Y轴正方向。而且，传感器坐标系的Z轴成为与X轴以及Y轴正交的正交方向，使移动体1100的下方为Z轴正方向。
在第一实施方式中，移动体1100在大致水平面移动，因此XY平面成为移动体的移动面，Z轴正方向视为与重力方向一致。而且，移动体1100的姿态通过绕X轴的侧倾(Roll)角、绕Y轴的俯仰(Pitch)角、绕Z轴的偏摆(Yaw)角来表现。另外，移动体1100在大致水平面移动，因此作为姿态的侧倾角相当于移动体1100的左右方向的倾斜，俯仰角相当于移动体1100的前后方向的倾斜，偏摆角相当于移动体1100的移动方向的转换或方位。
＜角速度传感器＞
作为第一实施方式的特征，角速度传感器110构成为偏差误差(静止时输出误差)B以及表示偏差稳定性的艾伦方差BIS具有以下的特性。换句话说，Z轴角速度传感器116构成为比X轴角速度传感器112以及Y轴角速度传感器114成为“高精度”。
(A)偏差误差
X轴角速度传感器112、Y轴角速度传感器114、以及Z轴角速度传感器116构成为：在将X轴角速度传感器112的输出信号的偏差误差设为Bx[deg/秒]，将Y轴角速度传感器114的输出信号的偏差误差设为By[deg/秒]，将Z轴角速度传感器116的输出信号的偏差误差设为Bz[deg/秒]时，上述偏差误差Bx、By、Bz满足下式(1a)～(1c)。
P≤(V/Bz)×(1-cos(Bz×T))…(1a)
Bz＜Bx…(1b)
Bz＜By…(1c)
在式(1a)中，“T”是GPS模块1002的定位间隔[秒]，且是从GPS模块1002向运算部1004输出定位结果的间隔。“P”是移动体1100以移动速度V[m/秒]移动T秒钟期间的以角速度传感器110的输出信号的偏差误差B为起因的位置误差[m]。
图3是对位置误差P进行说明的图。图3是从上方俯瞰移动体1100的图，换句话说示出传感器坐标系中的XY俯视图。将实际的移动方向作为本来的移动方向，用实线示出。移动体1100的前方方向是X轴正方向，因此实际的移动方向也是X轴正方向。时刻t1的移动体1100的位置M1是已知的，将由使用了IMU100的测量数据的惯性导航运算计算的位置且时刻t2的移动体1100的位置设为“M2”。该位置M2与本来的行进方向之间的距离是移动体1100从时刻t1直至时刻t2移动期间以角速度传感器110的输出信号的偏差误差B为起因而产生的位置误差P。
由基于IMU100的测量数据的惯性导航运算计算的位置相对于本来的移动方向产生偏离，但该位置的偏离由于基于IMU100的测量数据的姿态的误差而产生。具体而言，在第一实施方式中，移动体1100在大致水平面移动，因此该位置的偏离由于作为姿态的偏摆角的误差而产生。
在惯性导航运算中，姿态通过对角速度传感器110的输出信号亦即角速度进行时间积分来计算。即，通过对X轴角速度传感器112的输出信号进行时间积分来计算作为绕X轴的侧倾(Roll)角，通过对Y轴角速度传感器114的输出信号进行时间积分来计算作为绕Y轴的俯仰(Pitch)角，通过对Z轴角速度传感器116的输出信号进行时间积分来计算作为绕Z轴的偏摆(Yaw)角。但是，角速度传感器110的输出信号包含偏差误差B，因此计算的姿态也包含误差。另外，由于对角速度传感器110的输出信号进行时间积分，所以计算的姿态所含的误差随着时间经过而增大。
另一方面，姿态也能够根据加速度传感器120的输出信号来计算。具体而言，加速度传感器120始终检测重力加速度G。即，X轴加速度传感器122对重力加速度的X轴方向成分进行检测，Y轴加速度传感器124对重力加速度G的Y轴方向成分进行检测，Z轴加速度传感器126对重力加速度G的Z轴方向成分进行检测。因此，通过对基于静止状态下的加速度传感器120的各轴的输出信号的各轴的重力加速度成分进行合成，从而能够计算重力加速度G相对于传感器坐标系的方向，换句话说计算现实空间的传感器坐标系的姿态亦即移动体1100的姿态。
另外，加速度传感器120的输出信号也包含偏差误差，因此根据加速度传感器120的输出信号计算的姿态也包含误差。但是，根据加速度传感器120的输出信号计算的姿态所含的误差不是伴随着时间经过而增大那样的误差，而是随着时间经过而稳定的误差。因此，通过补充利用根据加速度传感器120的输出信号计算出的姿态，从而能够与角速度传感器110的输出信号的偏差误差B无关地进行随着时间经过而稳定的精度的姿态的计算。
但是，如第一实施方式那样，在为在大致水平面移动的移动体1100的情况下，传感器坐标系的Z轴成为与重力加速度方向大致一致的方向。因此，即使移动体1100的偏摆角变化，重力加速度G的Z轴方向成分也几乎不会变化。因此，偏摆角几乎不可能进行基于加速度传感器120的输出信号的补充或者极为难以进行基于加速度传感器120的输出信号的补充。
如图3所示的那样，在移动体1100在大致水平面移动的情况下，由使用了IMU100的测量数据的惯性导航运算计算的位置的偏离由于作为姿态的偏摆角的误差而产生。偏摆角根据Z轴角速度传感器116的输出信号来计算，但通过将Z轴角速度传感器116的输出信号的偏差误差Bz累计，从而偏摆角的误差随着时间经过而增大。
图4是对基于惯性导航运算的位置的计算进行说明的图。移动体1100在大致水平面以移动速度V[m/秒]进行直线移动。另外，使Z轴角速度传感器116的偏差误差为Bz[deg/秒]。时刻t1的移动体1100的位置M1为已知的，若通过使用了IMU100的测量数据的惯性导航运算来计算移动体1100的位置，则随着时间经过作为姿态的偏摆角的误差增加，因此其位置的轨迹描绘相对于作为直线方向的本来的移动方向而慢慢离开那样的轨迹。
对于惯性导航运算而言，重复以下动作，即按每规定的微少时间Δt，根据Z轴角速度传感器116的输出信号求出偏摆角，并以移动速度V向求出的偏摆角的方向移动，对以下的时刻t的位置进行计算。微少时间Δt[秒]期间产生的偏摆角的误差Δθ[deg]成为下式(2)。
Δθ＝Bz×Δt…(2)
而且，微少时间Δt[秒]期间产生的位置误差Δp[m]成为下式(3)。
Δp＝V×T×sinΔθ…(3)
通过从时刻t1直至T秒后的时刻t2(＝t1+T)对该位置误差Δp进行时间积分，从而以移动速度V[m/秒]从时刻t1直至时刻t2的T秒钟移动了的情况下产生的位置误差P[m]如下式(4)那样求出。
P＝(V/Bz)×(1-cos(Bz×T))…(4)
如上述那样，能够使用从GPS模块1002按每定位间隔T输出的高精度的GPS定位信息来对由惯性导航运算计算出的位置进行修正。因此，至少在定位间隔T期间产生的位置误差P成为规定的允许最大位置误差Pp以下即可。使允许最大位置误差Pp成为怎样的程度由移动体1100的使用目的等来决定。因此，表示由式(4)计算的位置误差P成为规定的允许最大位置误差Pp以下的式(1a)成为Z轴角速度传感器116的偏差误差Bz应该满足的条件式。
另外，针对X轴角速度传感器112的偏差误差Bx、以及Y轴角速度传感器114的偏差误差By，如上述那样能够通过加速度传感器120的输出信号来补充，因此也可以是比Z轴角速度传感器116的偏差误差Bz低的精度。其中，处于水平状态的移动体1100被检测为侧翻的程度的较低的精度是不期望的，以X轴角速度传感器112的偏差误差Bx以及Y轴角速度传感器114的偏差误差By满足下式(5a)、(5b)作为条件。
T×Bx＜90[度] ··(5a)
T×By＜90[度]··(5b)
接着，考察角速度传感器110的偏差误差Bx、By、Bz的具体例。具体而言，假定被自动驾驶控制的农业机械、能够移动的建设机械、搬运作业车作为移动体。近年来，为了农业机械、建设机械等的自动驾驶控制的实现，装备于它们的定位系统1000的测量位置谋求厘米量级的精度。换句话说，在对插秧机等农业机械、铲车等建设机械、叉车等搬运作业车等进行自动驾驶控制的情况下，移动速度为时速15km左右以下的低速，但根据其使用目的，位置的精度非常重要。尝试求出为了对应该位置精度的要求所需要的角速度传感器110的偏差误差Bx、By、Bz。即，使移动体1100的移动速度V为农业机械、建设机械、搬运作业车的一般的移动速度亦即15[km/h]，计算作为姿态的偏摆角的误差、和由于该偏摆角的误差而产生的位置误差。在计算时，假定偏差误差Bz分别为0[deg/小时]、360[deg/小时]、570[deg/小时]、760[deg/小时]、890[deg/小时]、1010[deg/小时]、1140[deg/小时]7种Z轴角速度传感器116。
图5是表示经过时间与作为姿态的偏摆角的误差的关系的图，图6是表示经过时间与位置误差的关系的图。位置误差根据偏差误差Bz以及移动速度V并根据式(4)而求出。如图5所示，偏摆角由对Z轴角速度传感器116的输出信号进行时间积分而求出，因此偏摆角的误差与经过时间成比例增加。另外，即使经过时间相同，偏差误差Bz越大则偏摆角的误差也越大。因此，如图6所示，位置误差也随着经过时间的增加而变大，另外，即使经过时间相同，偏差误差Bz越大则偏摆角的误差越大，因此位置误差也变大。
一般，GPS模块1002的定位间隔T为1[秒]。该定位间隔T期间是未输出GPS定位信息的时间间隔，相当于不进行基于GPS定位信息的位置的修正的期间。为了使位置精度满足厘米量级的精度，需要使该定位间隔T期间的位置误差成为10cm以下。因此，根据图6，为了使经过时间为GPS模块1002的定位间隔T的1[秒]的时刻的位置误差成为100mm(＝10cm)以下，需要Z轴角速度传感器116的偏差误差Bz为570[deg/小时]以下。
而且，X轴角速度传感器112的偏差误差Bx以及Y轴角速度传感器114的偏差误差By也可以超过比570[deg/小时]大的1140[deg/小时]。换句话说，Z轴角速度传感器116的偏差误差Bz需要比X轴角速度传感器112的偏差误差Bx以及Y轴角速度传感器114的偏差误差By小。具体而言，满足下式(6a)～(6c)即可。
Bx＞1140[deg/小时] …(6a)
By＞1140[deg/小时] …(6b)
Bz＜570[deg/小时] …(6c)
据此，如下式(7a)、(7b)所示，可以说优选偏差误差Bz为偏差误差Bx、By的50％以下(0.5≈570/1140)。
Bz＜0.5×Bx…(7a)
Bz＜0.5×By…(7b)
(B)偏差稳定性(艾伦方差)
接下来，假定使装备定位系统1000的移动体例如成为被自动驾驶控制的农业机械、建设机械等。农业机械、建设机械在以周围的建筑物、森林等的多路径等为起因而无法接收GPS卫星信号的环境下利用。以下对在这样的环境下也能够确保要求的测量位置的长期稳定性的精度的情况进行说明。
具体而言，X轴角速度传感器112、Y轴角速度传感器114以及Z轴角速度传感器116构成为：在将X轴角速度传感器112的输出信号的艾伦方差设为BISx[deg/小时]，将Y轴角速度传感器114的输出信号的艾伦方差设为BISy[deg/小时]，将Z轴角速度传感器116的输出信号的艾伦方差设为BISz[deg/小时]时，上述艾伦方差BISx、BISy、BISz满足下式(8a)、(8b)。
BISz＜0.5×BISx…(8a)
BISz＜0.5×BISy…(8b)
决定偏差稳定性的1/f噪声(波动)在卡尔曼滤波器等偏差误差B的推断单元中没有模型化，换句话说未被除去，因此成为由长期间存在的偏差误差的累计引起的姿态的误差的增大的重要因素。
图7是艾伦方差曲线的一个例子，例示出特性不同的3种角速度传感器。一般，艾伦方差σ描绘伴随着时间常数(平均化时间)τ的增加而减少中的收敛于恒定值那样的曲线。使该恒定值成为表示第一实施方式的偏差稳定性的艾伦方差BIS。在图7的例子中，例示出艾伦方差BIS分别为2.5[deg/小时]、5[deg/小时]、10[deg/小时]的3种角速度传感器。
接着，考察角速度传感器110的艾伦方差BISx、BISy、BISz的具体例。与上述的偏差误差Bz的具体例的考察同样，假定被自动驾驶控制的农业机械、建设机械、搬运作业车作为移动体。而且，使移动体的移动速度V成为农业机械、建设机械、搬运作业车以自动驾驶实施作业时的较高的速度亦即15[km/h]，并对作为姿态的偏摆角的误差和位置误差进行了计算。在计算时，假定艾伦方差BISz为2.5[deg/小时]、5[deg/小时]、10[deg/小时]的3种Z轴角速度传感器116。
图8是表示经过时间、与作为姿态的偏摆角的误差的关系的图，图9是表示经过时间与位置误差的关系的图。如图8所示，偏摆角的误差伴随着经过时间的增加而增加。另外，即使经过时间相同，艾伦方差BISz越大，则偏摆角的误差也越大。因此，如图9所示，位置误差也随着经过时间的增加而变大，另外即使经过时间相同，艾伦方差BISz越大则位置误差也越大。
由艾伦方差引起的位置误差在遍及比较长的时间累积角速度传感器110的偏差误差B那样的情况下成为问题。假设假定的农业机械、建设机械在以周围的建筑物、森林等的多路径等为起因的无法接收GPS卫星信号或者接收信号成为弱信号的环境中利用、作业搬运车载无法接收GPS卫星信号的室内利用的情况。因此，在30秒钟未接收到GPS卫星信号的情况下，可认为产生可判断为作为自动驾驶而误差过大的15[cm]左右的位置误差。
根据图9，为了经过时间30秒的时刻的位置误差成为15cm(＝150mm)以下，需要Z轴角速度传感器116的艾伦方差BISz为2.5[deg/小时]。而且，X轴角速度传感器112的艾伦方差BISx以及Y轴角速度传感器114的艾伦方差BISy也可以成为比2.5[deg/小时]大的5[deg/小时]以上。换句话说，需要Z轴角速度传感器116的艾伦方差BISz小于X轴角速度传感器112的艾伦方差BISx以及Y轴角速度传感器114的BISy。具体而言，满足下式(9a)～(9c)即可。
BISx≥5[deg/小时] …(9a)
BISy≥5[deg/小时] …(9b)
BISz≤2.5[deg/小时] …(9c)
据此，如上式(8a)、(8b)所示那样，可以说艾伦方差BISz优选为艾伦方差BISx、BISy的50％(0.5＝2.5/5)以下。
＜作用效果＞
这样，在第一实施方式中，Z轴角速度传感器116构成为偏差误差B以及艾伦方差BIS比X轴角速度传感器112以及Y轴角速度传感器114小。换句话说，Z轴角速度传感器116构成为比X轴角速度传感器112以及Y轴角速度传感器114成为“高精度”。
具体而言，Z轴角速度传感器116使偏差误差Bz成为比X轴角速度传感器112、Y轴角速度传感器114的偏差误差Bx、By小且使安装了定位系统1000的移动体进行GPS模块1002的定位间隔亦即T[秒]移动期间的位置误差成为规定的允许最大位置误差Pp以下的值。由此，能够使定位系统1000的位置误差成为允许最大位置误差Pp以下。另外，Z轴角速度传感器116的艾伦方差BISz小于X轴角速度传感器112、Y轴角速度传感器114的艾伦方差BISxz、BISy。由此，即使有时在规定时间期间无法接收GPS卫星信号，也能够使定位系统1000的位置误差成为规定的允许范围内。
[第二实施方式]
接下来，对第二实施方式进行说明。以下，主要对与第一实施方式的差别进行叙述，对与第一实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记而省略重复的说明。第二实施方式是第一实施方式的IMU100亦即传感器单元的实施方式。
＜传感器单元的概要＞
图10是用于对第二实施方式的传感器单元160的向被安装面19的固定状态进行说明的立体图。而且，图11是从图10的被安装面19侧观察传感器单元160的概要的立体图。首先，对第二实施方式的传感器单元160的概要进行说明。
在图10、图11中，传感器单元160是对作为移动体的汽车、机器人等运动体(被安装装置)的姿态、举动(惯性运动量)进行检测的惯性测量装置(IMU：Inertial MeasurementUnit)。传感器单元160具备多个惯性传感器，例如具备：对作用于彼此正交的三轴各轴的方向的加速度进行检测的三轴加速度传感器120、对绕各轴作用的角速度进行检测的三轴角速度传感器110。
传感器单元160是平面形状为四边形状的立方体，在位于四边形的对角方向的两处顶点附近形成有作为固定部的螺孔2。在该两处螺孔2穿过两个螺钉5而在汽车等被安装体(装置)的被安装面19固定了传感器单元160的状态下使用。此外，上述的形状是一个例子，也能够根据部件的选定、设计变更，例如使能够搭载于各种可穿戴电子设备、智能手机、数码相机等的尺寸小型化。
如图11所示，在传感器单元160的从被安装面侧观察的表面形成有开口部4。在开口部4的内部(内侧)配置有芯棒型(公)的连接器10。连接器10排列配置有多个销。在连接器10，从被安装装置连接有插座型(母)的连接器(未图示)，向传感器单元160的电力供给、传感器单元160检测出的检测数据的输出等电信号的收发在传感器单元160与被安装装置之间进行。
＜传感器单元的结构＞
图12是从与图11相同的方向观察而示出的传感器单元160的分解立体图。接着，以图12为主体，适当地参照图10以及图11对传感器单元160的结构详细地进行说明。如图12所示，传感器单元160由外壳体1、环状的缓冲材料6、传感器模块7等构成。换言之，构成为：在外壳体1的内部3夹设环状的缓冲材料6而搭载了传感器模块7。传感器模块7由内壳体8和电路基板9构成。此外，为了容易理解说明，使部位名为外壳体、内壳体，但也可以换称为第一壳体、第二壳体。
外壳体1是将铝切成箱状的台座。材质不限定于铝，也可以使用锌、不锈钢等其他金属、树脂或者金属和树脂的复合材料等。外壳体1的外形与前述的传感器单元160的整体形状同样是平面形状为四边形状的立方体，且在位于正方形的对角线方向的两处顶点附近分别形成有螺孔2。此外，对外壳体1的外形是平面形状为四边形状的立方体且没有盖的箱状的一个例子进行了说明，但不局限于此，外壳体1的外形的平面形状例如也可以是六边形、八边形等多边形，该多边形的顶点部分的角部被倒角，或各边为曲线状，外形也可以是圆形状。
＜电路基板的结构＞
图13是电路基板9的立体图。以下，对搭载有多个惯性传感器的电路基板9的结构进行说明。电路基板9是形成有多个贯通孔的多层基板，并使用玻璃环氧基板。此外，不限定于玻璃环氧基板，只要是能够安装多个惯性传感器、电子部件、连接器等的刚性的基板即可。例如，也可以使用复合基板、陶瓷基板。在电路基板9的表面(内壳体8侧的面)安装有连接器10、收纳三轴角速度传感器和三轴加速度传感器的多轴惯性传感器17、以及高精度角速度传感器18等。连接器10是芯棒型(公)的连接器，并具备多个销以等间距配置的两列连接端子。端子数也可以根据设计规格而适当地变更。
高精度角速度传感器18是对作为重力方向的Z轴方向上的一轴角速度进行检测的陀螺仪传感器。在搭载有传感器单元160的移动体中，将预先设定的移动体的直行方向设为X轴，将上述移动体的重力方向设为Z轴，将与上述X轴和上述Z轴正交的设为Y轴时，作为检测绕Z轴的角速度并输出绕Z轴的角速度信号的Z轴角速度传感器发挥功能，传感器单元160基于该绕Z轴的角速度信号对移动体的绕Z轴的偏摆(YAW)角进行计算。
作为高精度角速度传感器18的优选的例子，使用以水晶作为材料并根据施加于振动的物体的科里奥利力来检测角速度的谐振频率变化型水晶陀螺仪传感器。另外，高精度角速度传感器18不限定于水晶陀螺仪传感器，也可以是将多个静电电容变化型Si(硅)-MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)角速度传感器多连接而成的多陀螺仪传感器。
另外，多轴惯性传感器17包括：检测绕X轴的角速度并输出第一角速度信号的X轴角速度传感器112；检测绕Y轴的角速度并输出第二角速度信号的Y轴角速度传感器114；检测绕Z轴的角速度并输出第三角速度信号的Z轴角速度传感器116；检测X轴方向上的加速度并输出第一加速度信号的X轴加速度传感器122；检测Y轴方向上的加速度并输出第二加速度信号的Y轴加速度传感器124；以及检测Z轴方向上的加速度并输出第三加速度信号的Z轴加速度传感器126。此处，单独安装于电路基板9的高精度角速度传感器18作为检测绕Z轴的角速度并输出绕Z轴的角速度信号的Z轴角速度传感器116发挥功能，因此多轴惯性传感器17不一定需要搭载Z轴角速度传感器。在多轴惯性传感器17搭载有Z轴角速度传感器的情况下，也可以根据设计规格等而与高精度角速度传感器18适当地分担功能上的作用。
搭载于多轴惯性传感器17的加速度传感器120使用能够利用一个器件(一个芯片)来检测(探测)X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的加速度的静电电容变化型Si-MEMS加速度传感器。换句话说，搭载于多轴惯性传感器17的加速度传感器120包括：检测X轴方向上的加速度并输出第一加速度信号的X轴加速度传感器122；检测Y轴方向上的加速度并输出第二加速度信号的Y轴加速度传感器124；以及检测Z轴方向上的加速度并输出第三加速度信号的Z轴加速度传感器126。
此外，不限定于该静电电容变化型Si-MEMS加速度传感器，只要是能够检测加速度的传感器即可。例如，也可以是频率变化型的水晶加速度传感器、压敏电阻型加速度传感器以及热探测型加速度传感器，或者也可以构成为如前述的高精度角速度传感器18那样，按每个轴设置一个加速度传感器。
在电路基板9的背面(外壳体1侧的面)搭载有控制IC11。控制IC11是MCU(MicroController Unit)，且内置包括非易失性存储器的存储部、A/D转换器等，并对传感器单元160的各部进行控制。存储部存储有对用于检测加速度以及角速度的顺序、内容进行了规定的程序、使检测数据数字化而嵌入包数据的程序、附随的数据等。此外，在电路基板9其他还安装有多个电子部件。
[第三实施方式]
接下来，对第三实施方式进行说明。以下，主要对与第一以及第二实施方式的差异进行叙述，对与第一以及第二实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记而省略重复的说明。第三实施方式是第二实施方式的高精度角速度传感器18为水晶陀螺仪传感器元件的实施方式。
＜高精度角速度传感器的结构＞
在第三实施方式的高精度角速度传感器18中，通过材料采用水晶(SiO2)，从而根据水晶的结晶性的高度而具有优异的较高的Q值，能够显示出阻抗特性、频率温度特性在较广的温度范围内稳定的特性。一般，水晶的Q值约为30，000，相对于此，构成静电电容型角速度传感器元件的Si-MEMS的Q值约为5，000，即极低至水晶的Q值的六分之一。水晶的Q值相比Si-MEMS的Q值而极高，因此在由水晶构成的高精度角速度传感器18中，即使以比Si-MEMS的驱动电压低的驱动电压，振幅也较大，从而获得噪声小的振动特性，因此获得与Si-MEMS相比S/N比更大的优异的特性。
图14是表示第三实施方式的水晶陀螺仪传感器元件200的示意俯视图。水晶陀螺仪传感器元件200将作为压电材料的水晶形成为基材(构成主要部分的材料)。水晶具有：被称为电轴的X轴、被称为机械轴的Y轴以及被称为光学轴的Z轴。而且，对于水晶陀螺仪传感器元件200而言，沿着由水晶结晶轴中正交的X轴以及Y轴规定的平面而切出并加工为平板状，在与平面正交的Z轴方向上具有规定的厚度。此外，规定的厚度根据振荡频率(谐振频率)、外形尺寸、加工性等而适当地设定。
需要说明的是，第三实施方式所叙述的X轴、Y轴以及Z轴表示作为水晶的结晶轴的电轴、机械轴以及光学轴，与前述的第一实施方式中叙述的IMU100相关联的三维直角坐标系亦即传感器坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴意义不同。
另外，成为水晶陀螺仪传感器元件200的平板针对X轴、Y轴以及Z轴分别能够在较小的范围内允许从水晶的切出角度的误差。例如，能够使用以X轴为中心在0度～2度的范围内旋转而切出的元件。Y轴以及Z轴也同样。水晶陀螺仪传感器元件200由使用了光刻技术的蚀刻(湿式蚀刻或者干式蚀刻)形成。此外，能够从一个水晶晶圆切出多个水晶陀螺仪传感器元件200。
如图14所示，水晶陀螺仪传感器元件200成为所谓的被称为双T型的结构。水晶陀螺仪传感器元件200具备：位于中心部分的基部210；和一对检测用振动臂211a、211b，它们从基部210沿着Y轴以直线状一方朝向Y轴的正方向延伸，另一方朝向Y轴的负方向延伸。而且，水晶陀螺仪传感器元件200具备一对连结臂213a、213b，该一对连结臂213a、213b以与检测用振动臂211a、211b正交的方式从基部210沿着X轴以直线状一方朝向X轴的正方向延伸，另一方朝向X轴的负方向延伸。而且，水晶陀螺仪传感器元件200具备各一对驱动用振动臂214a、214b、215a、215b，上述各一对驱动用振动臂214a、214b、215a、215b以与检测用振动臂211a、211b平行的方式从各连结臂213a、213b的末端侧沿着Y轴以直线状一方朝向Y轴的正方向延伸，另一方朝向Y轴的负方向延伸。
另外，水晶陀螺仪传感器元件200在检测用振动臂211a、211b形成有未图示的检测电极，在驱动用振动臂214a、214b、215a、215b形成有未图示的驱动电极。水晶陀螺仪传感器元件200由检测用振动臂211a、211b构成检测角速度的检测振动系统，由连结臂213a、213b和驱动用振动臂214a、214b、215a、215b构成驱动水晶陀螺仪传感器元件200的驱动振动系统。
另外，在检测用振动臂211a、211b各自的末端部形成有重叠部212a、212b，在驱动用振动臂214a、214b、215a、215b各自的末端部形成有重叠部216a、216b、217a、217b。由此，水晶陀螺仪传感器元件200实现小型化以及角速度的检测灵敏度的提高。此外，检测用振动臂211a、211b包括重叠部212a、212b，驱动用振动臂214a、214b、215a、215b包括重叠部216a、216b、217a、217b。
并且，对于水晶陀螺仪传感器元件200而言，四根梁220a、220b、221a、221b从基部210延伸。梁220a从连结臂213a与检测用振动臂211a之间的基部210的外缘延伸。作为第一梁的梁220b从位于X轴方向上比基部210靠正侧的连结臂213b、与位于Y轴方向上比基部210靠正侧的检测用振动臂211a之间的基部210的外缘延伸。梁221a从连结臂213a与检测用振动臂211b之间的基部210的外缘延伸。而且，第二梁作为的梁221b从位于X轴方向上比基部210靠正侧的连结臂213b、与位于Y轴方向上比基部210靠负侧的检测用振动臂211b之间的基部210的外缘延伸。
梁220b构成为具有第一折回部220c，该第一折回部220c包括从基部210沿着X轴向X轴的正方向延伸的第一延伸部220b1；从第一延伸部220b1的末端部沿着Y轴向Y轴的正方向延伸的第二延伸部220b2；以及从第二延伸部220b2的末端部沿着X轴向X轴的负方向延伸的第三延伸部220b3。
梁221b构成为具有第二折回部221c，该第二折回部221c包括：从基部210沿着X轴向X轴的正方向延伸的第四延伸部221b1；从第四延伸部221b1的末端部沿着Y轴向Y轴的负方向延伸的第五延伸部221b2；以及从第五延伸部221b2的末端部沿着X轴向X轴的负方向延伸的第六延伸部221b3。
此外，水晶陀螺仪传感器元件200的各梁220a、220b、221a、221b相对于水晶陀螺仪传感器元件200的重心G而旋转对称。具体而言，梁220a和梁221b以水晶陀螺仪传感器元件200的重心G作为旋转中心而成为旋转对称形状，梁221a和梁220b以水晶陀螺仪传感器元件200的重心G作为旋转中心而成为旋转对称形状。由此，在梁220a形成有成为与第二折回部221c旋转对称形状的折回部220d，在梁221a形成有成为与第一折回部220c旋转对称形状的折回部221d。
梁220a、220b的末端部与位于Y轴方向上比检测用振动臂211a靠正侧且沿着X轴延伸的支承部222连接，梁221a、221b的末端部与位于Y轴方向上比检测用振动臂211b靠负侧且沿着X轴延伸的支承部223连接。此外，支承部222与支承部223以水晶陀螺仪传感器元件200的重心G作为旋转中心而成为旋转对称形状在平衡上优选。水晶陀螺仪传感器元件200通过将支承部222、223固定于后述的支承台等而被支承。
[第四实施方式]
接下来，对第四实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第三实施方式的差异进行叙述，对与第一～第三实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记而省略重复的说明。第四实施方式是第二实施方式的高精度角速度传感器18为物理量传感器的实施方式。
作为图15、图16、图17所示的电子器件的一个例子的陀螺仪传感器(物理量传感器)300具备：作为检测角速度的功能元件的水晶陀螺仪传感器元件32；构成支承水晶陀螺仪传感器元件32的支承部的第一支承基材39a和第二支承基材39b；以及将水晶陀螺仪传感器元件32以及被分割为第一支承基材39a和第二支承基材39b的支承部一并收纳的封装35。水晶陀螺仪传感器元件32例如是第三实施方式的水晶陀螺仪传感器元件200。封装35具有：基座36以及与基座36接合的盖体37。
[第五实施方式]
接下来，对第五实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第四实施方式的差异进行叙述，对与第一～第四实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记而省略重复的说明。第五实施方式是第二实施方式的高精度角速度传感器18为物理量传感器的实施方式。
图18所示的物理量传感器400是能够检测绕Z轴的角速度ωz的Si-MEMS型角速度传感器元件。
如图18所示，元件部404的形状相对于假想直线α对称。另外，元件部404具有配置于假想直线α的两侧的驱动部41A、41B。驱动部41A具有：齿状的可动驱动电极411A、和成为齿状并与可动驱动电极411A啮合而配置的固定驱动电极412A。同样，驱动部41B具有：齿状的可动驱动电极411B；和成为齿状并与可动驱动电极411B啮合而配置的固定驱动电极412B。
另外，固定驱动电极412A位于比可动驱动电极411A靠外侧(距假想直线α较远的一侧)，固定驱动电极412B位于比可动驱动电极411B靠外侧(距假想直线α较远的一侧)。另外，固定驱动电极412A、412B分别与安装部21的上表面接合，并固定于基板402。另外，可动驱动电极411A、411B分别与布线73电连接，固定驱动电极412A、412B分别与布线74电连接。
另外，元件部404具有：配置于驱动部41A的周围的四个固定部42A、和配置于驱动部41B的周围的四个固定部42B。而且，各固定部42A、42B与安装部的上表面接合，固定于基板402。
另外，元件部404具有：将各固定部42A与可动驱动电极411A连结的四个驱动弹簧43A；和将各固定部42B与可动驱动电极411B连结的四个驱动弹簧43B。通过各驱动弹簧43A在X轴方向上弹性变形而允许可动驱动电极411A的在X轴方向上的位移，通过各驱动弹簧43B在X轴方向上弹性变形而允许可动驱动电极411B的在X轴方向上的位移。
若经由布线73、74而在可动驱动电极411A、411B与固定驱动电极412A、412B之间施加驱动电压，则在可动驱动电极411A与固定驱动电极412A之间以及可动驱动电极411B与固定驱动电极412B之间分别产生静电引力，可动驱动电极411A使驱动弹簧43A沿X轴方向弹性变形并且沿X轴方向振动，并且可动驱动电极411B使驱动弹簧43B沿X轴方向弹性变形并且沿X轴方向振动。驱动部41A、41B相对于假想直线α对称配置，因此可动驱动电极411A、411B以反复相互接近、分离的方式在X轴方向上以反相振动。因此，可动驱动电极411A、411B的振动消失，能够减少振动泄漏。以下，也将该振动模式称为驱动振动模式。
此外，在第五实施方式的物理量传感器400中，成为通过静电引力来激发驱动振动模式的静电驱动方式，但作为激发驱动振动模式的方式，未特别限定，例如也能够应用压电驱动方式、利用了磁场的洛伦兹力的电磁驱动方式等。
另外，元件部404具有配置于驱动部41A、41B之间的检测部44A、44B。检测部44A具有：具备以齿状配置的多个电极指的可动检测电极441A；和与具备以齿状配置的多个电极指的可动检测电极441A的电极指啮合而配置的固定检测电极442A、443A。固定检测电极442A、443A在Y轴方向上排列配置，固定检测电极442A相对于可动检测电极441A的中心而位于Y轴方向正侧，固定检测电极443A位于Y轴方向负侧。另外，固定检测电极442A、443A分别以从X轴方向两侧夹持可动检测电极441A的方式配置一对。
此外，可动检测电极441A具有与可动驱动电极411A不同的质量。在第五实施方式中，可动检测电极441A的质量大于可动驱动电极411A的质量。但是，不局限于此，可动检测电极441A的质量也可以与可动驱动电极411A的质量相等，也可以小于可动驱动电极411A的质量。
同样，检测部44B具有：具备以齿状配置的多个电极指的可动检测电极441B；和与具备以齿状配置的多个电极指的可动检测电极441B的电极指啮合而配置的固定检测电极442B、443B。固定检测电极442B、443B在Y轴方向上排列配置，固定检测电极442B相对于可动检测电极441B的中心而位于Y轴方向正侧，固定检测电极443B位于Y轴方向负侧。另外，固定检测电极442B、443B分别以从X轴方向的两侧夹持可动检测电极441B的方式配置一对。
此外，可动检测电极441B具有与可动驱动电极411B不同的质量。第五实施方式中，可动检测电极441B的质量大于可动驱动电极411B的质量。但是，并不局限于此，可动检测电极441B的质量也可以等于可动驱动电极411B的质量，也可以小于可动驱动电极411B的质量。
可动检测电极441A、441B分别与布线73电连接，固定检测电极442A、443B分别与布线75电连接，固定检测电极443A、442B分别与布线76电连接。在物理量传感器400的驱动时，在可动检测电极441A与固定检测电极442A之间以及可动检测电极441B与固定检测电极443B之间形成有静电电容Ca，在可动检测电极441A与固定检测电极443A之间以及可动检测电极441B与固定检测电极442B之间形成有静电电容Cb。
另外，元件部404具有：配置于检测部44A、44B之间的两个固定部451、452。固定部451、452分别与安装部的上表面接合，固定于基板402。固定部451、452在Y轴方向上排列，并隔开间隔配置。此外，第五实施方式中，可动驱动电极411A、411B、可动检测电极441A、441B经由固定部451、452而与布线73电连接。
另外，元件部404具有：将可动检测电极441A与固定部42A、451、452连接的四个检测弹簧46A；和将可动检测电极441B与固定部42B、451、452连接的四个检测弹簧46B。各检测弹簧46A通过在X轴方向上弹性变形来允许可动检测电极441A的在X轴方向上的位移，通过在Y轴方向上弹性变形来允许可动检测电极441A的在Y轴方向上的位移。同样，各检测弹簧46B通过在X轴方向上弹性变形来允许可动检测电极441B的在X轴方向上的位移，通过在Y轴方向上弹性变形来允许可动检测电极441B的在Y轴方向上的位移。
另外，元件部404具有：位于驱动部41A与检测部44A之间并将可动驱动电极411A与可动检测电极441A连接的反相弹簧47A；和位于驱动部41B与检测部44B之间并将可动驱动电极411B与可动检测电极441B连接的反相弹簧47B。可动检测电极441A通过反相弹簧47A在X轴方向上弹性变形，从而能够相对于可动驱动电极411A在X轴方向上位移。同样，可动检测电极441B通过反相弹簧47B在X轴方向上弹性变形，从而相对于可动驱动电极411B在X轴方向上位移。
若以与水晶陀螺仪传感器元件相等的驱动电压(例如1.8V)来驱动Si-MEMS型角速度传感器元件则得不到稳定的振动特性，因此相对于驱动电压(例如1.8V)，进一步使用偏置电压生成电路而生成十几V的偏置电压(例如15V)来使Si-MEMS型角速度传感器元件驱动。然而，以偏置电压生成电路为起因而产生的噪声变大，因此无法增大S/N比(Signal toNoise Ratio)，难以获得水晶陀螺仪传感器元件那样的低噪声的电特性。
[第六实施方式]
接下来，对第六实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第五实施方式的差异进行叙述，对与第一～第四实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记而省略重复的说明。第六实施方式是第二实施方式的高精度角速度传感器18为物理量检测装置的实施方式。
第六实施方式的物理量检测装置300将多个物理量检测元件302多连接而成。物理量检测元件302例如是第五实施方式的物理量传感器400。
在这样构成的物理量检测装置300中，多个物理量检测元件302经由端子307(输出信号用)、端子308(GND(接地)端子)而与物理量检测电路的端子XP、XN电连接，因此若将物理量检测元件302的个数设为M，将从M个物理量检测元件302输出的信号所含的物理量成分分别设为s1X，s2X，…，sMX，则从物理量检测电路的端子XP、XN输入的信号所含的物理量成分SX由下式(10)表示。
数1
SX＝s1X+s2X+…+sMX…(10)
M个物理量检测元件302的构造相同，在式(10)中，若s1X≈s2X＝…＝sMX＝sX，则式(10)变形为下式(11)。
数2
SX＝M·sX…(11)
另一方面，与从M个物理量检测元件302经由物理量检测电路的端子307、308而同时输出的白噪声成分不相关。因此，若将从M个物理量检测元件302输出的信号所含的白噪声成分分别设为n1X，n2X，…，nMX，则从物理量检测电路的端子XP、XN输入的信号所含的白噪声成分NX由下式(12)表示。
数3
M个物理量检测元件302的构造相同，在式(12)中，若(n1X)2≈(n2X)2＝…＝(nMX)2＝(nX)2，则式(12)变形为下式(13)。
数4
将式(11)除以式(13)获得下式(14)。
数5
式(14)表示从物理量检测电路的端子XP、XN输入的信号的S/N比(Signal toNoise Ratio)成为M个物理量检测元件302各自的输出信号的S/N比的M倍(例如，若M＝4则为2倍)。因此，根据第六实施方式的物理量检测装置300，输出的角速度信号的S/N比提高。/>
根据图19所示的安装形态，多个物理量检测元件302搭载于共用的基板360，因此能够使相邻的物理量检测元件302间的距离变小，另外由于布线361、362、363设置于基板360，所以使各物理量检测元件302与布线361、362、363的距离变小，对物理量检测装置300的小型化有利。
根据图20所示的安装形态以及图21所示的安装形态，将分别搭载有多个物理量检测元件302的多个容器310层叠，因此多个物理量检测元件302的配置面积变小，能够使物理量检测装置300小型化。并且，根据图20所示的安装形态以及图21所示的安装形态，不需要将用于使各端子307、308与端子XP、XN电连接的布线设置于专用的布线基板，因此对物理量检测装置300的小型化有利。
因此，使第六实施方式的高精度角速度传感器18如前述那样将多个作为Si-MEMS型角速度传感器元件的物理量检测元件302多个多连接而构成，由此能够提高从高精度角速度传感器18输出的角速度信号的S/N比。
此外，在第六实施方式中，对作为Z轴角速度传感器116的高精度角速度传感器18进行了说明，但X轴角速度传感器112以及Y轴角速度传感器114也同样，能够作为将多个作为传感器元件的物理量检测元件302多连接而成的物理量检测装置300而构成。该情况下，传感器元件例如也可以为后述的第七实施方式的陀螺仪传感器元件。
而且，通过使构成Z轴角速度传感器116的传感器元件的个数Ngz比构成X轴角速度传感器112的传感器元件的个数Ngx、构成Y轴角速度传感器114的传感器元件的个数Ngy更多，从而能够使Z轴角速度传感器116与X轴角速度传感器112以及Y轴角速度传感器114比较而成为“高精度”。例如，优选使构成Z轴角速度传感器116的传感器元件的个数Ngz为大于两个的值换句话说三个以上。传感器元件的个数越多，能够进行利用其平均值、中央值等的统计运算、数值解析，因此成为“高精度”。
[第七实施方式]
接下来，对第七实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第六实施方式的差异进行叙述，对与第一～第六实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第七实施方式是第一实施方式的X轴角速度传感器112以及Y轴角速度传感器114，且是搭载于第二实施方式的多轴惯性传感器17的陀螺仪传感器元件的实施方式。
图22所示的陀螺仪传感器元件500是能够对绕X轴的角速度进行探测的角速度传感器。图22所示的陀螺仪传感器元件500具有：沿Y轴方向排列的两个构造体50(50a、50b)、和两个固定检测部59(59a、59b)。两个构造体50a、50b构成为朝向图22上下对称，并具有相互相同的结构。
各构造体50具有质量部51、多个固定部52、多个弹性部53、多个驱动部54(可动驱动电极)、多个固定驱动部55、56(固定驱动电极)、检测部571、572(可动检测电极)、以及多个梁58。质量部51包括驱动部54、框架573、检测部571、572以及梁58而一体形成。即，检测部571、572成为质量部51所包含的形状。
在从Z轴方向观察的俯视(以下，仅称为“俯视”)时，质量部51的外形成为四边形的框状，如前述那样内包驱动部54、框架573、检测部571、572。具体而言，由相互平行地沿着Y轴方向延伸地一对部分、和将该一对部分的端部彼此连接并相互平行地沿着X轴方向延伸的一对部分构成。
固定部52相对于一个构造体50设置四个，各固定部52固定于基板。另外，在俯视时，各固定部52配置于质量部51的外侧，在第七实施方式中，配置于与质量部51的各角部对应的位置。此外，图示中，将位于构造体50a的-Y轴侧的固定部52与位于构造体50b的+Y轴侧的固定部52作为共用的固定部。
弹性部53在本实施例中相对于一个构造体50而设置四个，各弹性部53在俯视时将质量部51的一部分与固定部52连接。在第七实施方式中弹性部53与质量部51的框架573的角部连接，不局限于此，只要是能够使质量部51相对于固定部52位移的位置即可。图22中，构成为可使质量部51在Y轴方向上位移。另外，各弹性部53在图示中俯视时成为蜿蜒形状，并具有沿着X轴方向延伸的第一部分、和沿着Y轴方向延伸的第二部分。此外，驱动部54的形状只要是能够在所希望的驱动方向(第七实施方式中Y轴方向)上弹性变形的结构，则不限定于图示的形状。
驱动部54相对于一个构造体50设置八个，各驱动部54与沿着质量部51的Y轴方向延伸的部分连接。具体而言，四个驱动部54位于质量部51的+X侧，剩余的四个驱动部54位于质量部51的-X侧。各驱动部54成为具备从质量部51在X轴方向上延伸的主干部、和从该主干部在Y轴方向上延伸的多个分支部的齿形状。
固定驱动部55、56分别相对于一个构造体50设置八个，各固定驱动部55、56固定于前述的基板的上表面23。另外，各固定驱动部55、56成为与驱动部54对应的齿形状，且在之间隔着驱动部54而设置。
检测部571、572分别是俯视形状成为四边形状的板状部件，且配置于质量部51的内侧，并通过梁58而与质量部51连接。检测部571、572能够分别绕转动轴J4转动(位移)。
另外，固定检测部59(固定检测电极)与检测部571、572对置。另外，固定检测部59与检测部571、572分离。
另外，上述的结构的质量部51、弹性部53、驱动部54、固定驱动部55的一部分、固定驱动部56的一部分、检测部571、572以及梁58设置于基板的上方，与基板2分离。
上述那样的构造体50通过利用蚀刻对掺杂了磷、硼等杂质的导电性的硅基板进行刻画图案而一并形成。
另外，作为固定检测部59的构成材料，例如能够使用铝、金、铂、ITO(Indium TinOxide)、ZnO(氧化锌)等。
此外，虽未图示，但固定部52、固定驱动部55、固定驱动部56、固定检测部59a以及固定检测部59b分别与未图示的布线以及端子电连接。这些布线以及端子例如设置在基板上。
以上，对陀螺仪传感器元件500的结构简单地进行说明。这样的结构的陀螺仪传感器元件500能够如以下那样检测角速度ωx。
首先，若在陀螺仪传感器元件500所具有的驱动部54与固定驱动部55、56之间施加驱动电压，则在固定驱动部55、56与驱动部54之间产生强度周期性地变化的静电引力。由此，各驱动部54伴随着各弹性部53的弹性变形而沿Y轴方向振动。此时，构造体50a所具有的多个驱动部54与构造体50b所具有的多个驱动部54在Y轴方向上相互以反相位振动(驱动振动)。
这样在驱动部54沿Y轴方向振动的状态下，若对陀螺仪传感器元件500施加角速度ωx，则科里奥利力作用，检测部571、572绕转动轴J4位移。此时，构造体50a所具备的检测部571、572、与构造体50b所具备的检测部571、572相互向相反方向位移。例如，在构造体50a所具备的检测部571、572分别向+Z轴方向位移时，构造体50b所具备的检测部571、572分别向-Z轴方向位移。另外，在构造体50a所具备的检测部571、572分别向-Z轴方向位移时，构造体50b所具备的检测部571、572分别向+Z轴方向位移。
通过像这样检测部571、572位移(检测振动)，从而检测部571、572与固定检测部59之间的距离变化。伴随着该距离的变化，检测部571、572与固定检测部59之间的静电电容变化。而且，基于该静电电容的变化量，能够检测施加于陀螺仪传感器元件500的角速度ωx。
此外，对X轴角速度传感器112进行了说明，但Y轴角速度传感器114也同样。
[第八实施方式]
接下来，对第八实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第七实施方式的差异进行叙述，对与第一～第七实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第八实施方式是第一实施方式的X轴加速度传感器122以及Y轴加速度传感器124，且是搭载于第二实施方式的多轴惯性传感器17的物理量传感器的实施方式。
图23所示的物理量传感器600是能够对X轴方向的加速度Ax进行检测的加速度传感器。这样的物理量传感器600具有：基部602；和设置于基部602并对X轴方向的加速度Ax(物理量)进行检测的元件部604。另外，元件部604具有：安装于基部602的固定电极64；相对于基部602而能够在X轴方向(作为物理量的检测轴向的第一方向)上位移的可动部65；以及设置于可动部65的可动电极66。另外，固定电极64具有：沿着Y轴方向(与检测轴交叉(第八实施方式中正交)的方向亦即第二方向)排列配置的第一固定电极641以及第二固定电极642。
另外，第一固定电极641具有：第一主干部643；设置于第一主干部643的Y轴方向(第二方向)的两侧且长边方向沿着上述第二方向的多个第一固定电极指645。另外，第二固定电极642具有：第二主干部644；和从第二主干部644设置于Y轴方向(第二方向)的两侧且长边方向沿着上述第二方向的多个第二固定电极指646。另外，可动电极66具有：沿着Y轴方向(第二方向)排列配置的第一可动电极661以及第二可动电极662。另外，第一可动电极661的至少一部分位于第一主干部643的Y轴方向(第二方向)的两侧，并具有长边方向沿着上述第二方向而在X轴方向(第一方向)上与第一固定电极指645对置的多个第一可动电极指663。另外，第二可动电极662的至少一部分位于第二主干部644的Y轴方向(第二方向)的两侧，并具有长边方向沿着上述第二方向而在X轴方向(第一方向)上与第二固定电极指646对置的多个第二可动电极指664。通过成为这样的结构，从而能够足够大地确保第一可动电极指663以及第一固定电极指645间的静电电容、第二可动电极指664以及第二固定电极指646间的静电电容，并且能够分别缩短第一、第二固定电极指645、646以及第一、第二可动电极指663、664。因此，电极指645、646、663、664难以破损，成为具有优异的耐冲击性的物理量传感器600。
此外，对X轴加速度传感器122进行了说明，但Y轴加速度传感器124也同样。
[第九实施方式]
接下来，对第九实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第八实施方式的差异进行叙述，对与第一～第八实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第九实施方式是第一实施方式的Z轴角速度传感器116，且是搭载于第二实施方式的多轴惯性传感器17的物理量传感器的实施方式。
图24是第九实施方式的物理量传感器700的示意俯视图。可动体720具有第一可动部720a和第二可动部720b。可动体720在俯视时以旋转轴作为分界而在与旋转轴正交的方向的一侧包括第一可动部720a，在正交的方向的另一侧包括第二可动部720b，还包括将第一可动部720a与第二可动部720b连接的第五梁以及第六梁，在俯视时，开口部726配置于第五梁与第六梁之间，第三梁将第一梁与第五梁连接，第四梁将第二梁与第六梁连接。
在俯视(从Z轴方向观察)时，第一可动部720a位于支承轴Q的一侧(图示的例子中-X轴方向侧)。在俯视时，第二可动部720b位于支承轴Q的另一侧(图示的例子中+X轴方向侧)。
在对可动体720施加铅垂方向的加速度(例如重力加速度)的情况下，在第一可动部720a与第二可动部720b分别产生旋转力矩(力的力矩)。此处，在第一可动部720a的旋转力矩(例如绕逆时针的旋转力矩)与第二可动部720b的旋转力矩(例如绕顺时针的旋转力矩)均衡的情况下，可动体720的倾斜未产生变化，无法检测加速度。因此，以在施加了铅垂方向的加速度时第一可动部720a的旋转力矩与第二可动部720b的旋转力矩不均衡而在可动体720产生规定的倾斜的方式设置可动体720。
对于物理量传感器700而言，通过将支承轴Q配置于从可动体720的中心(重心)偏离的位置(通过使从支承轴Q直至第一可动部720a、第二可动部720b的末端的距离不同)，从而第一可动部720a、第二可动部720b相互具有不同的质量。
即，可动体720以支承轴Q为边界而在一侧(第一可动部720a)和另一侧(第二可动部720b)质量不同。在图示的例子中，从支承轴Q直至第一可动部720a的端面723的距离大于从支承轴Q直至第二可动部720b的端面724的距离。另外，第一可动部720a的厚度与第二可动部720b的厚度相等。因此，第一可动部720a的质量大于第二可动部720b的质量。
这样，第一可动部720a、第二可动部720b相互具有不同的质量，从而施加了铅垂方向的加速度时，能够使第一可动部720a的旋转力矩与第二可动部720b的旋转力矩不均衡。因此，在施加了铅垂方向的加速度时，使可动体720产生规定的倾斜。
此外，虽未图示，但也可以通过将支承轴Q配置于可动体720的中心并使第一可动部720a、第二可动部720b的厚度相互不同，从而第一可动部720a、第二可动部720b相互具有不同的质量。在这样的情况下，在施加了铅垂方向的加速度时，也能够使可动体720产生规定的倾斜。
可动体720与基板702分离设置。可动体720设置于凹部11的上方。在可动体720与基板702之间设置有间隙。由此，可动体720能够摆动。
可动体720具有以支承轴Q为分界而设置的第一可动电极721以及第二可动电极722。第一可动电极721设置于第一可动部720a。第二可动电极722设置于第二可动部720b。
第一可动电极721是可动体720中的俯视时与第一固定电极750重叠的部分。第一可动电极721在与第一固定电极750之间形成静电电容C1。即，通过第一可动电极721和第一固定电极750形成静电电容C1。
第二可动电极722是可动体720中的俯视时与第二固定电极752重叠的部分。第二可动电极722在与第二固定电极752之间形成静电电容C2。即，通过第二可动电极722和第二固定电极752形成静电电容C2。对于物理量传感器700而言，可动体720由导电性材料(掺杂有杂质的硅)构成，由此设置有可动电极721、722。即，第一可动部720a作为第一可动电极721发挥功能，第二可动部720b作为第二可动电极722发挥功能。
静电电容C1以及静电电容C2构成为：例如在可动体720为水平的状态下相互相等。可动电极721、722根据可动体720的动作而位置变化。静电电容C1、C2根据该可动电极721、722的位置而变化。经由支承部730而对可动体720供给规定的电位。
在可动体720形成有贯通可动体720的贯通孔725。由此，能够减少可动体720摆动时的空气的影响(空气的阻力)。贯通孔725形成有多个。在图示的例子中，贯通孔725的平面形状为正方形。
在可动体720设置有贯通可动体720的开口部726。开口部726在俯视时设置在支承轴Q上。在图示的例子中，开口部726的平面形状是长方形。
支承部730设置在基板702上。支承部730位于开口部726。支承部730支承可动体720。支承部730具有第一固定部、第二固定部、第一梁41、第二梁42、第三梁43以及第四梁44。
第一固定部以及第二固定部固定于基板702。第一固定部、第二固定部在俯视时隔着支承轴Q而设置。在图示的例子中，第一固定部设置于支承轴Q的-X轴方向侧，第二固定部设置于支承轴Q的+X轴方向侧。
[第十实施方式]
接下来，对第十实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第九实施方式的差异进行叙述，对与第一～第九实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第十实施方式是第二实施方式的多轴惯性传感器17的实施方式。
接下来，参照图25以及图26对第十实施方式的物理量传感器进行说明。图25是表示第十实施方式的物理量传感器800的简要结构的俯视图。此外，为了方便说明，图25示出对树脂封装进行了透视的状态。图26是表示第十实施方式的物理量传感器800的简要结构的剖视图。此外，以下，使用X轴、Y轴以及Z轴对彼此正交的三个轴进行说明。另外，为了方便说明，有时在从Z轴方向观察时的俯视中，将传感器元件侧亦即+Z轴方向侧的面作为上表面，将与其相反一侧的-Z轴方向侧的面作为下表面进行说明。
如图25以及图26所示，第十实施方式的物理量传感器800能够作为六轴传感器而利用，该六轴传感器由能够分别独立地探测X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向各自的加速度的三轴加速度传感器、以及分别能够独立地探测X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向各自的角速度的三轴角速度传感器相加而成。
这样的物理量传感器800具有：框架871；配置在框架871上的作为电路元件的IC(integrated circuit)840；从Z轴方向的俯视时一个一个配置于IC840的X方向的两侧的作为传感器元件的加速度传感器元件820以及角速度传感器元件830；以及覆盖上述的结构部位的树脂封装884。此外，框架871经由未图示的接合部件而安装于电路基板872。另外，加速度传感器元件820以及角速度传感器元件830经由作为接合材料的树脂粘合材818而安装于框架871的上表面。另外，IC840经由粘合层841而安装于框架871的上表面。在第十实施方式中，框架871相当于安装有加速度传感器元件820以及角速度传感器元件830的基板。
IC840例如包括驱动加速度传感器元件820、角速度传感器元件830的驱动电路、基于来自加速度传感器元件820的信号来检测X轴、Y轴以及Z轴的各轴向的加速度的检测电路、基于来自角速度传感器元件830的信号来检测X轴、Y轴以及Z轴的各轴向的角速度的检测电路、以及将来自各个检测电路的信号转换为规定的信号而输出的输出电路等。
另外，IC840在上表面具有多个电极焊盘(未图示)，各电极焊盘经由焊线874、876而与设置于电路基板872的连接端子875、877电连接。另外，其他各电极焊盘经由焊线879而与加速度传感器元件820的端子878电连接。另外，其他各电极焊盘经由焊线882而与角速度传感器元件830的端子181电连接。根据这些，IC840能够控制加速度传感器元件820、角速度传感器元件830。
加速度传感器元件820以及角速度传感器元件830通过树脂粘合材818安装于框架871。
在电路基板872的下表面设置有多个外部端子885。多个外部端子885分别与在电路基板872的上表面设置的连接端子875、877对应，经由未图示的内部布线等而电连接。
[第十一实施方式]
接下来，对第十一实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第十实施方式的差异进行叙述，对与第一～第十实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第十一实施方式是移动体定位装置的实施方式。
图27是表示第十一实施方式的移动体定位装置3000的整体系统的框图。图28是表示图27所示的移动体定位装置3000的作用的图。
图27所示的移动体定位装置3000是安装于移动体使用并用于进行该移动体的定位的装置。作为移动体，未特别限定，可以是自行车、汽车(包括四轮汽车以及摩托车)、电车、飞行器、船等的任一个，但在第十一实施方式中作为四轮汽车进行说明。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，作为惯性测量装置3100，例如能够使用第一实施方式的IMU100。
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接受来自加速度传感器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，而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。重叠了位置信息的卫星信号)。另外，位置信息获取部3500基于GPS接收部3300所接收到的信号，将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定位数据输出。
该GPS定位数据也包括表示接收状态、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，来计算移动体的位置，具体而言移动体在地面的怎样的位置行驶。例如，即使GPS定位数据所含的移动体的位置相同，也如图28所示，若由于地面的倾斜等的影响而使移动体的姿态不同，则移动体在地面的不同位置进行行驶。因此，仅通过GPS定位数据无法计算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(特别是与移动体的姿态相关的数据)对移动体在地面的怎样的位置行驶进行计算。此外，该判定能够通过使用了三角函数(相对于铅垂方向的倾斜θ)的运算而比较简单地进行。
从位置合成部3600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，显示于显示部3900。另外，位置数据也可以由通信部3800向外部装置发送。
以上，对移动体定位装置3000进行了说明。这样的移动体定位装置3000如前述那样包括：惯性测量装置3100；GPS接收部3300(接收部)，其从定位用卫星接收重叠有位置信息的卫星信号；位置信息获取部3500(获取部)，其基于接收到的卫星信号来获取GPS接收部3300的位置信息；运算处理部3200(运算部)，其基于从惯性测量装置3100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(计算部)，其通过基于计算出的姿态而修正位置信息，从而计算移动体的位置。由此，能够享受作为IMU100的惯性测量装置3100的效果，获得可靠性高的移动体定位装置3000。
另外，在上述中，作为卫星定位系统而使用GPS(Global Positioning System)进行了说明，但也可以利用其他的全球导航卫星系统(GNSS：Global Navigation SatelliteSystem)。例如也可以利用EGNOS(European Geostationary-Satellite NavigationOverlay Service)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)，GLONASS(GlobalNavigation Satellite System)、GALILEO、BeiDou(BeiDou Navigation SatelliteSystem)等卫星定位系统中的一个或者两个以上。另外，也可以卫星定位系统的至少一个利用WAAS(Wide Area Augmentation System)、EGNOS(European Geostationary-SatelliteNavigation Overlay Service)等静止卫星型卫星导航加强系统(SBAS：Satellite-basedAugmentation System)。
[第十二实施方式]
接下来，对第十二实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第十一实施方式的差异进行叙述，对与第一～第十一实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第十二实施方式是电子设备的实施方式。
图29是表示第十二实施方式的电子设备的立体图。图29所示的智能手机1200(移动电话机)应用本发明的电子设备。在智能手机1200内置有第二实施方式的传感器单元160；和基于从传感器单元160输出的检测信号来进行控制的控制电路1210(控制部)。由传感器单元160检测到的检测数据(角速度数据)向控制电路1210发送，控制电路1210从接收到的检测数据对智能手机1200的姿态、举动进行识别，使显示于显示部1208的显示图像变化，或使警告音、效果音响起，从而能够驱动振动马达而使主体振动。
这样的智能手机1200(电子设备)具有传感器单元160；和基于从传感器单元160输出的检测信号来进行控制的控制电路1210(控制部)。
[第十三实施方式]
接下来，对第十三实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第十二实施方式的差异进行叙述，对与第一～第十二实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第十三实施方式是电子设备的实施方式。
图30是表示第十三实施方式的电子设备的立体图。图30所示的数码相机1300是电子设备的一个例子。数码相机1300具备壳体1302，并在该壳体1302的背面设置有显示部1310。显示部1310构成为基于CCD(Charge Coupled Device)的拍摄信号进行显示，作为将被拍摄体作为电子图像而显示的取景器发挥功能。另外，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)设置有包含光学透镜(拍摄光学系统)、CCD等的受光单元1304。而且，拍摄者对显示于显示部1310的被拍摄体像进行确认，若按压快门按钮1306，则将该时刻的CCD的拍摄信号向存储器1308转送/储存。另外，在数码相机1300内置有第二实施方式的传感器单元160、和基于从传感器单元160输出的检测信号进行控制的控制电路1320(控制部)。传感器单元160例如用于抖动校正。
这样的数码相机1300(电子设备)具有：第二实施方式的传感器单元160、和基于从传感器单元160输出的检测信号进行控制的控制电路1320(控制部)。因此，能够享受传感器单元160的效果，能够发挥较高的可靠性。
此外，第十三实施方式的电子设备除了个人计算机以及移动电话机、数码相机之外，例如，还能够应用于智能手机、平板终端、时钟(包括智能手表)、喷墨式排出装置(例如喷墨打印机)、膝上型个人计算机、电视机、HMD(头戴式显示器)等可穿戴终端、摄像机、录像机、车辆导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附有通信功能的电子记事本)、电子词典、台式计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、移动体终端基站用设备、计量设备类(例如车辆、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器、网络服务器等。
[第十四实施方式]
接下来，对第十四实施方式进行说明。以下中，主要对与第一～第十三实施方式的差异进行叙述，对与第一～第十三实施方式相同的构成要素赋予相同的附图标记并省略重复的说明。第十四实施方式是便携式电子设备的实施方式。
图31是表示第十四实施方式的便携式电子设备的俯视图。图32是表示图31所示的便携式电子设备的简要结构的功能框图。
图31所示的手表型的活动计量器1400(有源跟踪器)是作为一种便携式电子设备的腕部设备。活动计量器1400通过带1401而佩戴于用户的手臂等部位(被检体)。另外，活动计量器1400具备数字显示的显示部1402，并且能够无线通信。第二实施方式的传感器单元160作为测量加速度的加速度传感器1408、测量角速度的角速度传感器1409而嵌入活动计量器1400。
活动计量器1400具备：收容有加速度传感器1408以及角速度传感器1409的壳体1403；收容于壳体1403，并对来自加速度传感器1408以及角速度传感器1409的输出数据进行处理的处理部1410；收容于壳体1403的显示部1402；以及堵塞壳体1403的开口部的透光性罩1404。另外，在透光性罩1404的外侧设置有边框1405。另外，在壳体1403的侧面设置有多个操作按钮1406、1407。
如图32所示，加速度传感器1408对彼此交叉(理想而言正交)的三个轴方向各自的加速度进行检测，并将与检测出的三轴加速度的大小以及朝向对应的信号(加速度信号)输出。另外，角速度传感器1409对彼此交叉(理想而言正交)的三个轴方向各自的角速度进行检测，并将与检测出的三轴角速度的大小以及朝向对应的信号(角速度信号)输出。
对于构成显示部1402的液晶显示器(LCD)而言，根据各种检测模式，例如显示有使用了GPS传感器1411、地磁传感器1412而获得的位置信息、使用了移动量、加速度传感器1408、角速度传感器1409等而获得的运动量等运动信息、使用了脉搏传感器1413等而获得的脉率等生物体信息、或现在时刻等时刻信息等。此外，也能够显示使用了温度传感器1414而获得的环境温度。
通信部1415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1415构成为包括例如与Bluetooth(注册商标)(包括BTLE：Bluetooth LowEnergy)、Wi-Fi(注册商标)(Wireless Fidelity)、Zigbee(注册商标)、NFC(Near fieldcommunication)、ANT+(注册商标)等近距离无线通信标准对应的收发器、与USB(UniversalSerial Bus)等通信总线标准对应的连接器。
处理部1410(处理器)例如由MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital SignalProcessor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等构成。处理部1410基于储存于存储部1416的程序、和从操作部1417(例如操作按钮1406、1407)输入的信号，执行各种处理。由处理部1410进行的处理包括：相对于GPS传感器1411、地磁传感器1412、压力传感器1418、加速度传感器1408、角速度传感器1409、脉搏传感器1413、温度传感器1414、计时部1419的各输出信号的数据处理、使显示部1402显示图像的显示处理、使声音输出部1420输出声音的音输出处理、经由通信部1415与信息终端进行通信的通信处理、以及将来自电池1421的电力向各部供给的电力控制处理等。
在这样的活动计量器1400中，能够至少具有以下那样的功能。
1.距离：通过高精度的GPS功能对从测量开始的合计距离进行测量。
2.步速：根据步速距离测量，显示现在的行驶步速。
3.平均速度：计算并显示从平均速度行驶开始直至现在的平均速度。
4.海拔：通过GPS功能，测量并显示海拔。
5.跨距：在GPS电波无法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：由脉搏传感器测量并显示心率。
8.角度：在山间部的训练、越野跑中，测量并显示地面的坡度。
9.自动计圈：在跑过了预先设定的恒定距离、恒定时间时，自动计算圈数。
10.运动消耗卡路里：显示消耗卡路里。
11.步数：显示从运动开始的步数的合计。
这样的活动计量器1400(便携式电子设备)包括：加速度传感器1408、角速度传感器1409等物理量传感器；收容有物理量传感器的壳体1403；收容于壳体1403并对来自物理量传感器的输出数据进行处理的处理部1410；收容于壳体1403的显示部1402；以及堵塞壳体1403的开口部的透光性罩1404。
另外，如前述那样，活动计量器1400包括GPS传感器1411(卫星定位系统)，能够测量用户的移动距离、移动轨迹。因此，获得便利性高的活动计量器1400。
此外，活动计量器1400能够在跑步手表、运动员手表，与铁人两项或铁人三项等多项运动对应的运动员手表、户外手表、以及搭载了卫星定位系统例如GPS的GPS手表等中广泛应用。
[第十五实施方式]
接下来，对第十五实施方式进行说明。以下，主要对与第一～第十四实施方式的差异进行叙述，对与第一～第十四实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。第十五实施方式是移动体的实施方式。
图33是表示第十五实施方式的移动体的一个例子亦即汽车的结构的立体图。
如图33所示，在汽车1500内置有第二实施方式的传感器单元160，例如能够通过传感器单元160来检测车身1501的姿态。传感器单元160的检测信号向控制车身的姿态的作为姿态控制部的车身姿态控制装置1502供给，车身姿态控制装置1502基于该信号来检测车身1501的姿态，并能够根据检测结果来控制悬架的硬软，或控制各个车轮1503的制动器。另外，传感器单元160除此以外还能够在无钥匙进入、防盗控制系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、气囊、轮胎压力监控系统(TPMS：Tire Pressure MonitoringSystem)、发动机控制、自动驾驶用惯性导航的控制设备、混合动力车、电动汽车的电池监视器等电子控制单元(ECU：electronic control unit)中广泛应用。
另外，应用于移动体的传感器单元160除了上述的例示之外，例如还能够在双足步行机器人、电车等的姿态控制、遥控飞行器，遥控直升机，以及无人机等远程操纵或自主式飞行体的姿态控制、农业机械(农用机车)、或建设机械(建机)等的姿态控制中利用。如以上那样，在各种移动体的姿态控制的实现时，装入有传感器单元160以及各个控制部(未图示)。
这样的移动体具备第二实施方式的传感器单元160以及控制部(未图示)，因此具有优异的可靠性。
[第十六实施方式]
第十六实施方式是在第十五实施方式的移动体1500中能够自动驾驶的实施方式。
图33所示的自动驾驶的移动体1500所使用的ADAS(Advanced Driver AssistanceSystems)定位器除了包括传感器模块1610的惯性传感器之外，还具有全球导航卫星系统(GNSS：Global Navigation Satellite System)接收机、储存地图数据的地图数据库。ADAS定位器通过将由GNSS接收机接收的定位信号、和惯性传感器的测量结果组合，来实时测定移动体的行驶位置。ADAS定位器从地图数据库读出地图数据。来自包含传感器模块1610的ADAS定位器的输出向自动驾驶控制部1620输入。自动驾驶控制部1620基于来自ADAS定位器的输出(包括来自传感器模块610的检测信号)，控制移动体1500的加速、制动以及转向操纵的至少任一个。
图34是表示ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)定位器的系统1600的框图。切换部1630基于来自ADAS定位器的输出的变化(包括来自传感器模块1610的检测信号的变化)，来切换自动驾驶控制部1620的自动驾驶的实施或不实施。切换部1630例如在ADAS定位器中的传感器(包括传感器模块1610)的检测能力降低的异常时，将从自动驾驶的实施切换为不实施的信号向控制部1620输出。

Claims (8)

1.一种移动体定位装置，其特征在于，包括：
传感器单元，所述传感器单元具有：多轴惯性传感器，在将相互正交的三个轴设为X轴、Y轴及Z轴时，所述多轴惯性传感器具备检测绕X轴的角速度、绕Y轴的角速度以及绕Z轴的角速度的三轴角速度传感器；以及陀螺仪传感器，检测作为重力方向的所述Z轴方向上的一轴角速度，是以水晶作为材料、并根据施加于振动的物体的科里奥利力来检测角速度的谐振频率变化型水晶陀螺仪传感器；
运算处理部，使用所述多轴惯性传感器所检测出的所述绕X轴的角速度及所述绕Y轴的角速度以及所述陀螺仪传感器所检测出的所述Z轴方向上的所述一轴角速度进行运算并输出惯性数据；
接收卫星信号的接收机；以及
位置合成部，基于从所述运算处理部输出的所述惯性数据和所接收的所述卫星信号计算位置。
2.根据权利要求1所述的移动体定位装置，其特征在于，
所述多轴惯性传感器包括检测绕所述X轴的角速度并输出第一角速度信号的X轴角速度传感器和检测绕所述Y轴的角速度并输出第二角速度信号的Y轴角速度传感器，
所述陀螺仪传感器检测所述Z轴方向上的所述一轴角速度并输出第三角速度信号，
所述运算处理部通过对所述X轴角速度传感器的所述第一角速度信号进行时间积分来计算绕X轴的侧倾角，通过对所述Y轴角速度传感器的所述第二角速度信号进行时间积分来计算绕Y轴的俯仰角，通过对所述陀螺仪传感器的所述第三角速度信号进行积分来计算绕Z轴的偏摆角。
3.根据权利要求1所述的移动体定位装置，其特征在于，
所述X轴是车辆的前后方向，所述Y轴是所述车辆的左右方向。
4.根据权利要求1所述的移动体定位装置，其特征在于，
所述陀螺仪传感器包括陀螺仪传感器元件和收纳所述陀螺仪传感器元件的封装，
所述封装包括基座以及与基座接合的盖体。
5.根据权利要求4所述的移动体定位装置，其特征在于，
所述陀螺仪传感器具备构成支承所述陀螺仪传感器元件的支承部的第一支承基材和第二支承基材，
所述封装收纳第一支承基材和第二支承基材。
6.根据权利要求1所述的移动体定位装置，其特征在于，
所述多轴惯性传感器还具备三轴加速度传感器，
所述三轴角速度传感器和所述三轴加速度传感器收纳在所述多轴惯性传感器内。
7.根据权利要求1所述的移动体定位装置，其特征在于，
所述多轴惯性传感器还具备覆盖所述三轴角速度传感器的树脂封装。
8.根据权利要求1所述的移动体定位装置，其特征在于，
所述三轴角速度传感器是Si-MEMS型角速度传感器。
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