DE112015005981B4

DE112015005981B4 - Zusammengesetzter sensor

Info

Publication number: DE112015005981B4
Application number: DE112015005981.4T
Authority: DE
Inventors: Naoki Yoshida; Takashi Aoyama; Jun Uehara
Original assignee: Seiko Epson Corp; Denso Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp; Denso Corp
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-26
Also published as: WO2016113828A1; CN107110884B; JP6372361B2; DE112015005981T5; US10408619B2; US20180003501A1; JP2016133352A; CN107110884A

Abstract

Zusammengesetzter Sensor, aufweisend:- einen ersten Sensor (100), der ein erstes Sensorsignal entsprechend einem Erfassungssubjekt ausgibt;- einen zweiten Sensor (200), der ein zweites Sensorsignal entsprechend einem Erfassungssubjekt ausgibt, das sich von dem Erfassungssubjekt des ersten Sensors unterscheidet;- eine Leiterplatte (300), die elektrisch mit dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor verbunden ist; und- ein Befestigungselement (10) mit einer Oberfläche (33a), wobei der erste Sensor, der zweite Sensor und die Leiterplatte auf der einen Oberfläche des Befestigungselements angeordnet sind, wobei- der erste Sensor und der zweite Sensor jeweilige Eingangsanschlüsse (161, 244a) aufweisen, in die jeweilige Eingangssignale mit vorbestimmten Amplituden und vorbestimmten Frequenzen eingegeben werden,- der erste Sensor und der zweite Sensor jeweilige Ausgangsanschlüsse (162, 163, 241a, 242a, 243a) aufweisen, wobei das erste Sensorsignal von dem Ausgangsanschluss des ersten Sensors ausgegeben wird und das zweite Sensorsignal von dem Ausgangsanschluss des zweiten Sensors ausgegeben wird,- betrachtet in einer Normalenrichtung der einen Oberfläche der erste Sensor und der zweite Sensor entlang einer Richtung angeordnet sind,- eine virtuelle Linie (K), in einer Draufsicht auf den zusammengesetzten Sensor, durch eine Gerade definiert ist, die durch jeweilige Mitten des ersten Sensors und des zweiten Sensors passiert und parallel zu einer Anordnungsrichtung des ersten Sensors und des zweiten Sensors ist,- die jeweiligen Eingangsanschlüsse des ersten Sensors und des zweiten Sensors in einem von zwei durch die virtuelle Linie geteilten Bereichen angeordnet sind und die jeweiligen Ausgangsanschlüsse des ersten Sensors und des zweiten Sensors in einem verbleibenden der beiden Bereiche, die durch die virtuelle Linie geteilt sind, angeordnet sind,- sowohl der erste Sensor als auch der zweite Sensor mehrere Ausgangsanschlüsse (162, 163, 241a, 242a, 243a) einschließlich des jeweiligen Ausgangsanschlusses und ein annähernd rechteckiges ebenes Element (114, 230) aufweist,- das annähernd rechteckige ebene Element eine erste Seite und eine zweite Seite hat, die parallel zu der virtuellen Linie sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten der virtuellen Linie befinden,- im ersten Sensor der Eingangsanschluss (161) benachbart zu der ersten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet ist und die mehreren Ausgangsanschlüsse (162, 163) benachbart zu der zweiten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet sind, und- im zweiten Sensor der Eingangsanschluss (244a) benachbart zu der ersten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet ist und die mehreren Ausgangsanschlüsse (241a, 242a, 243a) benachbart zu der zweiten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen zusammengesetzten Sensor, der einen ersten und zweiten Sensor umfasst, die jeweils ein anderes Objekt erfassen und beide auf einem gemeinsamen Befestigungselement montiert sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die JP 2014 - 013 207 A schlägt einen beispielhaften zusammengesetzten Sensor des oben beschriebenen Typs im Stand der Technik vor. In diesem zusammengesetzten Sensor sind ein Beschleunigungssensor, der ein Sensorsignal entsprechend der Beschleunigung ausgibt, und ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der ein Sensorsignal ausgibt, das einer Winkelgeschwindigkeit entspricht, auf einer Oberfläche eines gemeinsamen Befestigungselements angebracht. Genauer gesagt umfasst der zusammengesetzte Sensor den Beschleunigungssensor und den Winkelgeschwindigkeitssensor, die beide mit der gleichen Oberfläche des gemeinsamen Befestigungselements über Verbindungselemente verbunden sind, die jeweils durch ein leitfähiges Element oder dergleichen bereitgestellt werden. Das Verbindungselement, das den Winkelgeschwindigkeitssensor und die eine Oberfläche des Befestigungselements verbindet, ist so konfiguriert, dass es höher als das Verbindungselement ist, das den Beschleunigungssensor und die eine Oberfläche des Befestigungselements verbindet. Der Winkelgeschwindigkeitssensor ist beispielsweise ein piezoelektrischer Typ unter Verwendung eines piezoelektrischen Effekts eines piezoelektrischen Körpers. Während eines Vibrationszustandes eines Antriebsvibrationsblatts gibt der Winkelgeschwindigkeitssensor ein Sensorsignal (elektrische Ladungen) aus, das einer Winkelgeschwindigkeit entspricht, die an den Sensor angelegt wird.
Da das Verbindungselement, das den Winkelgeschwindigkeitssensor und das Befestigungselement verbindet, höher ist als das Verbindungselement, das den Beschleunigungssensor und das Befestigungselement verbindet, kann die Übertragung von Vibrationen des Winkelgeschwindigkeitssensors auf den Beschleunigungssensor beschränkt werden. Somit kann diese Konfiguration einschränken, dass Rauschen, das durch die Vibration des Winkelgeschwindigkeitssensors verursacht wird, an dem Beschleunigungssensor anliegt.
Während der zusammengesetzte Sensor der JP 2014 - 013 207 A in der Lage ist, das Anliegen des Rauschens, das durch die Vibration des Winkelgeschwindigkeitssensors verursacht wird, an dem Beschleunigungssensor zu beschränken, wird eine räumliche Beziehung des Beschleunigungssensors und des Winkelgeschwindigkeitssensors nicht berücksichtigt und Erkennungsgenauigkeit kann möglicherweise durch elektrisches Rauschen verschlechtert werden.
Beispielsweise hat ein kapazitiver Beschleunigungssensor eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, und eine der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode hat eine vorbestimmte Amplitude und Frequenz.
Das heißt, ein Eingangssignal (Trägerwelle) wird an die eine Elektrode angelegt, und die Beschleunigung wird gemäß den an der anderen Elektrode erzeugten elektrischen Ladungen (Sensorsignal) erfasst. Ein piezoelektrischer Winkelgeschwindigkeitssensor weist ein Antriebsvibrationsblatt und ein Erfassungsvibrationsblatt auf und eine Winkelgeschwindigkeit wird gemäß elektrischen Ladungen (Sensorsignal), die an dem Erfassungsvibrationsblatt erzeugt werden, erfasst, während ein Eingangssignal (Trägerwelle) mit vorbestimmter Amplitude und Frequenz an dem Antriebsvibrationsblatt vorliegt.
Elektrische Ladungen, die an der anderen Elektrode des Beschleunigungssensors erzeugt werden, und elektrische Ladungen, die an dem Erfassungsvibrationsblatt des Winkelgeschwindigkeitssensors erzeugt werden, sind anfällig für eine externe Störung. In den Beschleunigungssensor und den Winkelgeschwindigkeitssensor eingegebene Eingangssignale werden leicht zu einer Rauschquelle. Daher kann die Erfassungsgenauigkeit möglicherweise in Abhängigkeit von einem Eingangssignal verschlechtert werden, wenn ein Abschnitt des Beschleunigungssensors, in den ein Eingangssignal eingegeben wird, und ein Abschnitt des Winkelgeschwindigkeitssensors, von dem ein Sensorsignal ausgegeben wird, in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind. Die Erfassungsgenauigkeit kann auch in Abhängigkeit von einem Eingangssignal verschlechtert werden, wenn ein Abschnitt des Beschleunigungssensors, von dem ein Sensorsignal ausgegeben wird, und ein Abschnitt des Winkelgeschwindigkeitssensors, in den Eingangssignal eingegeben wird, in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
Aus der US 2011 / 0 209 815 A1 ist ein zusammengesetzter Sensor mit einem ersten und einem zweiten Sensor, einer Leiterplatte für die beiden Sensoren und einem Befestigungselement zur Befestigung dieser Elemente bekannt. Auch die DE 10 2013 211 983 A1 lehrt einen kombinierten Sensor, der eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit detektiert. Die US 2010 / 0 147 072 A1 betrifft eine Sensorvorrichtung, die insbesondere in einem Fall verwendbar ist, in dem eine Erfassungsrichtung einer Erfassungsachse eines Sensorelements, das eine Winkelgeschwindigkeit und eine Beschleunigung erfasst, geneigt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen zusammengesetzten Sensor bereitzustellen, der in der Lage ist, eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit, die durch elektrisches Rauschen verursacht wird, zu beschränken.
Die Aufgabe wird durch einen zusammengesetzten Sensor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß sind der Beschleunigungssensor und der Winkelgeschwindigkeitssensor so angeordnet, dass die jeweiligen Eingangsanschlüsse, in die die Eingangssignale mit vorbestimmter Amplitude und Frequenz eingegeben werden, auf einer gemeinsamen Seite angeordnet sind, während die jeweiligen Ausgangsanschlüsse von denen die Sensorsignale ausgegeben werden, auf einer anderen gemeinsamen Seite angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Eingangsanschlüsse, in die die Eingangssignale eingegeben werden, die eine Rauschquelle werden, auf einer gemeinsamen Seite angeordnet, und die Ausgangsanschlüsse, aus denen die Sensorsignale, die anfällig für Rauschen sind, ausgegeben werden, sind auf einer anderen gemeinsamen Seite angeordnet. Das heißt, die Eingangsanschlüsse, in die die Eingangssignale eingegeben werden, die eine Rauschquelle werden, und die Ausgangsanschlüsse, aus denen die Sensorsignale, die für Rauschen empfänglich sind, ausgegeben werden, sind voneinander getrennt. Daher kann eine nachteilige Wirkung, die durch ein Eingangssignal verursacht wird, das in den Eingangsanschluss eingegeben wird, auf ein Sensorsignal, das von dem Ausgangsanschluss ausgegeben wird, eingeschränkt werden. Folglich kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit eingeschränkt werden.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlicher.
In den Zeichnungen zeigt:

1 eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 1;
4 eine Draufsicht auf einen Sensorabschnitt in einem Beschleunigungssensor;
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von 4;
6 eine Draufsicht auf einen Sensorabschnitt in einem Winkelgeschwindigkeitssensor;
7 eine Draufsicht auf einen Tragabschnitt im Winkelgeschwindigkeitssensor;
8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII von 7;
9 eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
10 eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Sensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
11 eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Sensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen sind gleiche oder äquivalente Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 bis 3 gezeigt ist, enthält ein zusammengesetzter Sensor ein Gehäuse 10 als ein Befestigungselement, einen Beschleunigungssensor 100, einen Winkelgeschwindigkeitssensor 200 und eine Leiterplatte 300, die eine vorbestimmte Verarbeitung auf den Beschleunigungssensor 100 und den Winkelgeschwindigkeitssensor 200 ausführt. In der vorliegenden Offenbarung entspricht der Beschleunigungssensor 100 einem ersten Sensor der vorliegenden Offenbarung und der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 entspricht einem zweiten Sensor der vorliegenden Offenbarung. Ein nachstehend beschriebener Deckel 60 ist in 1 weggelassen.
Eine Konfiguration des Beschleunigungssensors 100 der vorliegenden Ausführungsform wird zuerst beschrieben. Der Beschleunigungssensor 100 der vorliegenden Ausführungsform ist als kapazitiver Beschleunigungssensor bekannt und gibt ein erstes Sensorsignal der vorliegenden Offenbarung aus. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 und 5 gezeigt ist, enthält der Beschleunigungssensor 100 ein SOI-Substrat (Silizium auf Isolator) 114 mit einer rechtwinkligen ebenen Form. Das SOI-Substrat 114 enthält eine Halbleiterschicht 113, die auf einem Trägersubstrat 111 mittels eines Isolationsfilms 112 laminiert ist. Zum Beispiel wird ein Siliziumsubstrat als das Trägersubstrat 111 verwendet, ein Film aus SiO₂ oder SiN wird als der Isolationsfilm 112 verwendet und ein Silizium- oder Polysiliziumsubstrat wird als die Halbleiterschicht 113 verwendet.
Das SOI-Substrat 114 wird durch eine Mikromaschine in bekannter Weise hergestellt und weist einen Messabschnitt 115 auf. Insbesondere werden durch Bereitstellen eines Kerbenabschnitts bzw. Ausnehmungsabschnitts 116 in der Halbleiterschicht 113 ein beweglicher Abschnitt 120 mit einer Kammzahnstabstruktur, erste feste Abschnitte 130 und zweite feste Abschnitte 140 ausgebildet. Die Stabstruktur funktioniert als der Messabschnitt 115, der ein Sensorsignal entsprechend der erfassten Beschleunigung ausgibt. Ein Abschnitt der Halbleiterschicht 113, der den beweglichen Abschnitt 120, die ersten festen Abschnitte 130 und die zweiten festen Abschnitte 140 innerhalb des Kerbenabschnitts 116 umgibt, wird als ein Umfangsabschnitt 150 bezeichnet.
Der Isolationsfilm 112 ist mit einer Öffnung 117 an einem Abschnitt entsprechend einem Bereich versehen, in dem die Stabstruktur angeordnet ist. Bei der oben beschriebenen Konfiguration ist ein vorbestimmter Bereich des beweglichen Abschnitts 120 und der ersten und zweiten festen Abschnitte 130 und 140 in der Halbleiterschicht 113 gegenüber dem Trägersubstrat 111 schwebend.
Der bewegliche Abschnitt 120 ist über die Öffnung 117 angeordnet und weist einen rechtwinkligen Gewichtsabschnitt 121 auf. Beide Enden des Gewichtsabschnitts 121 in einer Längsrichtung sind integral mit jeweiligen Verankerungsabschnitten 123a und 123b über jeweilige Stababschnitte 122 gekoppelt. Die Ankerabschnitte 123a und 123b werden auf dem Trägersubstrat 111 mittels des Isolationsfilms 112 nahe den Randabschnitten der Öffnung 117 abgestützt. Der Gewichtsabschnitt 121 und die Stababschnitte 122 stehen somit der Öffnung 117 gegenüber.
Der Stababschnitt 122 hat eine rechtwinklige Rahmenform mit zwei parallelen Stäben, die an jeweils beiden Enden miteinander gekoppelt sind, und hat eine Federfunktion zu Verschieben in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der beiden Stäbe. Insbesondere zwingt der Stababschnitt 122 den Gewichtsabschnitt 121 in Längsrichtung des Gewichtsabschnitts 121 bei Erhalt einer Beschleunigung, die eine Komponente in einer Richtung parallel zur Längsrichtung des Gewichtsabschnitts 121 enthält, zum Verschieben in Längsrichtung des Gewichtsabschnitts 121. Der Balkenabschnitt, ermöglicht dem der Gewichtsabschnitt 121 in einen ursprünglichen Zustand zurückzukehren, wenn die Beschleunigung verschwindet. Daher wird der Gewichtsabschnitt 121, der mit dem Trägersubstrat 111 über den Stababschnitt 122 gekoppelt ist, der wie oben konfiguriert ist, in einer gleichen Verschiebungsrichtung wie der Stababschnitt 122 bei Aufbringung der Beschleunigung verschoben.
Der bewegliche Abschnitt 120 beinhaltet mehrere bewegliche Elektroden 124, die integral mit dem Gewichtsabschnitt 121 vorgesehen sind, und die beweglichen Elektroden stehen von beiden Seitenflächen des Gewichtsabschnitts 121 in entgegengesetzten Richtungen vor, die senkrecht zu der Längsrichtung des Gewichtsabschnitts 121 sind. Wie in 4 gezeigt ist, sind sechs bewegliche Elektroden 124 vorgesehen, um auf jeder von einer linken Seite und einer rechten Seite des Gewichtsabschnitts 121 vorzustehen und der Öffnung 117 zugewandt zu sein. Die jeweiligen beweglichen Elektroden 124 sind integral mit dem Gewichtsabschnitt 121 und dem Stababschnitt 122 vorgesehen und verschieben sich zusammen mit dem Gewichtsabschnitt 121 in der Längsrichtung des Gewichtsabschnitts 121, wenn der Stababschnitt 122 verschoben wird.
Die ersten und die zweiten festen Abschnitte 130 und 140 sind auf dem Trägersubstrat 111 mittels des Isolationsfilms 112 abgestützt und sind nahe an gegenüberliegenden Randabschnitten der Öffnung 117 angeordnet, wo die Ankerabschnitte 123a und 123b nicht angeordnet sind. Kurz gesagt, sind die ersten und die zweiten festen Abschnitte 130 und 140 so angeordnet, dass sie den beweglichen Abschnitt 120 einschließen. Wie in 4 gezeigt ist, ist der erste feste Abschnitt 130 auf einer linken Seite des beweglichen Abschnitts 120 auf einer Blattoberfläche angeordnet und der zweite feste Abschnitt 140 ist auf einer rechten Seite des beweglichen Abschnitts 120 auf der Blattoberfläche angeordnet. Die ersten und die zweiten festen Abschnitte 130 und 140 sind elektrisch unabhängig voneinander.
Die ersten und die zweiten festen Abschnitte 130 und 140 weisen jeweils mehrere erste und zweite feste Elektroden 131 und 141 auf und die festen Elektroden 131, 141 sind gegenüber und parallel zu Seitenflächen der beweglichen Elektroden 124 bei vorbestimmten Erfassungsintervallen angeordnet. Die ersten und die zweiten festen Abschnitte 130 und 140 weisen jeweils erste und zweite Verdrahtungsabschnitte 132 und 142 auf, die auf dem Trägersubstrat 111 mittels des Isolationsfilms 112 getragen bzw. gestützt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt ist, sind sechs erste feste Elektroden 131 und sechs zweite feste Elektroden 141 vorgesehen und wie Kammzähne ausgerichtet, um mit Zwischenräumen der Kammzähne der beweglichen Elektroden 124 in Eingriff zu kommen. Die ersten und zweiten festen Elektroden 131 und 141 sind in einer freitragenden Weise durch die Verdrahtungsabschnitte 132 bzw. 142 gelagert und der Öffnung 117 zugewandt.
Der bewegliche Abschnitt 120 und die ersten und die zweiten festen Abschnitte 130 und 140 sind jeweils mit einem beweglichen Elektrodenkontakt 161 und ersten und zweiten festen Elektrodenkontakten 162 und 163 versehen, die alle elektrisch mit Kontakten 301 verbunden sind, die an der Leiterplatte 300 vorgesehen sind, die nachfolgend beschrieben ist. Genauer gesagt ist der Anordnungsbereich des beweglichen Elektrodenkontakts 161 den Anordnungsbereichen der ersten und zweiten festen Elektrodenkontakte 162 und 163 gegenüberliegend. Insbesondere ist in einem Paar gegenüberliegender Seiten des SOI-Substrats 114 (Halbleiterschicht 113) der bewegliche Elektrodenkontakt 161 an dem Verankerungsabschnitt 123a vorgesehen, der nahe einer Seite (Oberseite auf der Blattoberfläche von 4) angeordnet ist, und die ersten und zweiten festen Elektrodenkontakte 162 und 163 sind an vorbestimmten Positionen in den ersten und zweiten Verdrahtungsabschnitten 132 und 142 vorgesehen, die nahe der anderen Seite (untere Seite auf der Blattoberfläche von 4) angeordnet sind.
In der vorliegenden Ausführungsform sind Umfangsabschnittkontakte 164, die elektrisch mit den Kontakten 301 der Leiterplatte 300 verbunden sind, an vorbestimmten Positionen in dem Umfangsabschnitt 150 vorgesehen.
Das Vorstehende hat die Konfiguration des Beschleunigungssensors 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben und das Folgende beschreibt einen Betrieb des Beschleunigungssensors 100. In dem Beschleunigungssensor 100, wie durch die Kondensatorsymbole in 4 angegeben ist, ist eine erste Kapazität C_s1 zwischen den beweglichen Elektroden 124 und den ersten festen Elektroden 131 gebildet. Eine zweite Kapazität C_s2 ist zwischen den beweglichen Elektroden 124 und den zweiten festen Elektroden 141 ausgebildet. Um eine Beschleunigung zu erfassen, wird ein Impulseingangssignal (Trägerwelle) mit einer vorbestimmten Amplitude und Frequenz an die beweglichen Elektroden 124 (beweglicher Elektrodenkontakt 161) von der Leiterplatte 300 angelegt. Wenn eine Beschleunigung in einer Richtung entlang der Längsrichtung des Gewichtsabschnitts 121 (Ausrichtungsrichtung der beweglichen Elektroden 124 und der ersten und zweiten feste Elektroden 131 und 141) ausgeübt wird, variieren die ersten und zweiten Kapazitäten C_s1 und C_s2 mit einer Verschiebung der beweglichen Elektroden 124. Daher wird eine Beschleunigung gemäß einer Differenz zwischen den ersten und zweiten Kapazitäten C_s1 und C_s2 (Potential über die ersten und zweiten festen Elektrodenkontakten 162 und 163) erfasst.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht der bewegliche Elektrodenkontakt 161 einem Eingangsanschluss der vorliegenden Offenbarung, und die ersten und zweiten festen Elektrodenkontakte 162 und 163 entsprechen Ausgangsanschlüssen der vorliegenden Offenbarung. In der nachfolgenden Beschreibung wird der bewegliche Elektrodenkontakt 161 als der Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 bezeichnet und die ersten und zweiten festen Elektrodenkontakte 162 und 163 werden als Ausgangsanschlüsse 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 bezeichnet. Konstantes Potential wird an die Umfangskontakte 164 angelegt, um die Schwankung der Potentiale des Trägersubstrats 111 und des Umfangsabschnitts 150 zu begrenzen.
Eine Konfiguration des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 wird nun beschrieben. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 der vorliegenden Ausführungsform ist als ein piezoelektrischer Winkelgeschwindigkeitssensor bekannt und gibt ein zweites Sensorsignal der vorliegenden Offenbarung entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit aus. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 enthält einen Sensorabschnitt 210, der in 6 gezeigt ist, und einen Tragabschnitt 220, der in 7 und 8 gezeigt ist. Der Tragabschnitt 220 trägt bzw. stützt den Sensorabschnitt 210.
Zunächst wird eine Konfiguration des Sensorabschnitts 210 beschrieben. Wie in 6 gezeigt ist, wird der Sensorabschnitt 210 durch Durchführen einer Mikromaschinenbearbeitung eines Substrats 211, das aus einem piezoelektrischen Material wie z. B. Quarz gefertigt ist, in bekannter Weise hergestellt. In 6 ist eine X-Achsenrichtung eine Rechts-Links-Richtung auf einer Blattoberfläche von 6, eine Y-Achsenrichtung ist eine Richtung senkrecht zur X-Achsenrichtung in einer Ebenenrichtung des Substrats 211 und eine Z-Achsenrichtung ist eine Richtung senkrecht zu der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung.
Der Sensorabschnitt 210 ist auf einer X-Y-Ebene angeordnet, die mit einer Kristallachse aus Quarz, das das Substrat 211 bildet, ausgerichtet ist, und in einer punktsymmetrischen Weise in Bezug auf einen Mittelpunkt angeordnet. Genauer gesagt weist der Sensorabschnitt 210 eine rechtwinklige Basis 212 auf. Die Basis 212 weist erste und zweite Koppelabschnitte 213a Koppelabschnitt 213b auf, die sich entlang der Y-Achse von den Mitten (annähernden Mitten) der jeweiligen zwei Seitenflächen der Basis 212 erstrecken, die parallel zu einer X-Z-Ebene sind. Die Basis 21 weist erste und zweite Erfassungsvibrationsblätter 214a und 214b auf, die sich entlang der X-Achse von den Mitten (annähernden Mitten) der jeweiligen zwei Seitenflächen der Basis 212 erstrecken, die parallel zu einer Y-Z-Ebene sind. Die ersten und zweiten Koppelabschnitte 213a und 213b sind so vorgesehen, dass sie sich entlang der Y-Achse in entgegengesetzte Richtungen in Bezug auf die Basis 212 erstrecken. Ebenso sind die ersten und zweiten Erfassungsvibrationsblätter 214a und 214b vorgesehen, um sich entlang der X-Achse in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Basis 212 zu erstrecken.
Die ersten und zweiten Koppelabschnitte 213a und 213b sind jeweils mit ersten und zweiten Antriebsvibrationsblättern 215a und 215b versehen, die sich entlang der X-Achse an jeweiligen Spitzenenden auf einer gegenüberliegenden Seite der Basis 212 erstrecken. Die ersten und zweiten Antriebsvibrationsblätter 215a und 215b sind jeweils mit den ersten und zweiten Koppelabschnitten 213a und 213b in Mitten (annähernde Mitten) in einer Erstreckungsrichtung gekoppelt.
Nicht dargestellte Elektroden sind den jeweiligen ersten und zweiten Erfassungsvibrationsblättern 214a und 214b und den jeweiligen ersten und zweiten Antriebsvibrationsblättern 215a und 215b vorgesehen. Genauer gesagt sind nicht dargestellte erste und zweite Erfassungselektroden für die ersten und zweiten Erfassungsvibrationsblätter 214a bzw. 214b vorgesehen. Nicht dargestellte erste und zweite Antriebselektroden sind für die ersten und zweiten Antriebsvibrationsblätter 215a bzw. 215b vorgesehen.
Weiterhin sind nicht dargestellte sechs Anschlussflächen (Elektrodenmuster) an einer Oberfläche der Basis 212 auf einer Seite vorgesehen, die von dem Tragabschnitt 220 getragen wird. Genauer gesagt ist die Basis 212 mit einer ersten Erfassungsanschlussfläche versehen, die mit der ersten Erfassungselektrode verbunden ist, die für das erste Erfassungsvibrationsblatt 214a vorgesehen ist, und die Basis 212 ist mit einer zweiten Erfassungsanschlussfläche versehen, die mit der zweiten Erfassungselektrode verbunden ist, die für das zweite Erfassungsvibrationsblatt 214b vorgesehen ist. Die Basis 212 ist mit einer ersten Antriebsanschlussfläche versehen, die mit der ersten Antriebselektrode verbunden ist, die für das erste Antriebsvibrationsblatt 215a vorgesehen ist, und die Basis ist mit einer zweiten Antriebsanschlussfläche versehen, die mit der zweiten Antriebselektrode verbunden ist, die für das zweite Antriebsvibrationsblatt 215b vorgesehen ist. Die Basis 212 ist mit ersten und zweiten Masseanschlussflächen versehen, die zwischen jeder der ersten und zweiten Erfassungsanschlussflächen und jeder der ersten und zweiten Antriebsanschlussflächen angeordnet sind, um die zwischen jeder der ersten und zweiten Erfassungsanschlussflächen und jeder der ersten und zweiten Antriebsanschlussflächen erzeugten Floating-Kapazitäten zu reduzieren, wenn Massepotential anliegt. Die ersten und zweiten Erfassungsanschlussflächen, die ersten und zweiten Antriebsanschlussflächen und die ersten und zweiten Masseanschlussflächen sind entsprechen über die ersten bis sechsten Leiter 241 bis 246 des unten beschriebenen Tragabschnitts 220 mit der Leiterplatte 300 elektrisch verbunden.
Das oben beschriebene hat die Konfiguration des Sensorabschnitts 210 in dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Im Folgenden wird der Tragabschnitt 220 beschrieben.
Wie in 7 und 8 gezeigt ist, ist der Tragabschnitt 220 durch ein bekanntes TAB-Band (Tape-Automated Bonding) bereitgestellt, das ein Isolationselement 230 aus Polyimidharz oder dergleichen umfasst und mit den ersten bis sechsten Leiter 241 bis 246, die aus Kupferfolie oder dergleichen gefertigt sind, versehen ist. Insbesondere weist das Isolationselement 230 im Wesentlichen eine rechtwinklige ebene Form auf und ist mit einem Vorrichtungsloch 231 im Wesentlichen an einer Mitte versehen. Die ersten bis sechsten Leiter 241 bis 246 sind so angeordnet, dass Enden 241a bis 246a nahe einem Umfang des Vorrichtungslochs 231 auf einer Seite einer Rückseite 230b des Isolationselements 230 angeordnet sind und die anderen Enden 241 b bis 246b gebogen sind, um von dem Innenabschnitt des Vorrichtungslochs 231 hin zu einer Oberfläche 230a des Isolationselements 230 vorzustehen.
Die Enden 241a bis 246a der ersten bis sechsten Leiter 241 bis 246 sind jeweils mit den Verbindungsanschlüssen 41 bis 46 verbunden, die an einem nachstehend beschriebenen Gehäuse 20 vorgesehen sind. Die ersten und zweiten Leiter 241 und 242 sind jeweils mit den ersten und zweiten Erfassungsanschlussflächen an den anderen Enden 241 b und 242b verbunden. Die dritten und vierten Leiter 243 und 244 sind jeweils mit den ersten und zweiten Antriebsanschlussflächen an den anderen Enden 243b und 244b verbunden. Die fünften und sechsten Leiter 245 und 246 sind jeweils mit den ersten und zweiten Masseanschlussflächen an den anderen Enden 245b und 246b verbunden. Bei der oben beschriebenen Konfiguration ist der Sensorabschnitt 210 von dem Isolationselement 230 beabstandet.
Eine räumliche Beziehung der einen Enden 241a bis 246a der ersten bis sechsten Leiter 241 bis 246 wird nun beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 7 gezeigt ist, sind die jeweiligen einen Enden 241a bis 243a der ersten bis dritten Leiter 241 bis 243 auf gegenüberliegenden Enden der jeweiligen Enden 244a bis 246a der vierten bis sechsten Leiter 244 bis 246 betrachtet in einer Normalenrichtung zu der Oberfläche 230a des Isolationselements 230 angeordnet.
Genauer gesagt sind in einem Paar gegenüberliegender Seiten des Isolationselements 230 die jeweiligen einen Enden 241a bis 243a der ersten bis dritten Leiter 241 bis 243 nahe einer Seite (Oberseite auf einer Blattoberfläche von 7) angeordnet und die jeweiligen Enden 244a bis 246a der vierten bis sechsten Leiter 244 bis 246 sind nahe der anderen Seite (Unterseite auf der Blattoberfläche von 7) angeordnet. Mit anderen Worten sind die jeweiligen Enden 241a bis 243a der ersten bis dritten Leiter 241 bis 243 in einem Bereich angeordnet und die jeweiligen Enden 244a bis 246a der vierten bis sechsten Leiter 244 bis 246 sind in einem anderen Bereich angeordnet und der eine Bereich und ein anderer Bereich umgeben das das Vorrichtungsloch 231 sandwichartig.
Vorstehend wurde die Konfiguration des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Isolationselement 230 des Tragabschnitts 220 ist in 1 weggelassen.
Ein Betrieb des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 wird nun beschrieben. Bei der Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit mit dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 wird ein Impulseingangssignal (Trägerwelle) mit vorbestimmter Amplitude und Frequenz an das zweite Antriebsvibrationsblatt 215b (das eine Ende 244a der vierten Leitung 244) angelegt. Dementsprechend werden die ersten und zweiten Antriebsvibrationsblätter 215a und 215b angetrieben, um entgegengesetzt entlang der Y-Achse in 6 zu schwingen bzw. zu vibrieren. Kurz gesagt, werden die ersten und zweiten Antriebsvibrationsblätter 215a und 215b angetrieben, um zu vibrieren und sich zueinander zu öffnen und zu schließen.
Während keine Winkelgeschwindigkeit ausgeübt wird, sind Momente, die auf die ersten und zweiten Erfassungsvibrationsblätter 214a 214b entsprechend von den ersten und zweiten Antriebsschwingungsblättern 215a und 215b ausgeübt werden, entgegengesetzt heben sich auf. Daher befinden sich die ersten und zweiten Erfassungsvibrationsblätter 214a und 214b im Wesentlichen im stationären Zustand. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Eingangssignal, das in das zweite Antriebsvibrationsblatt 215b eingegeben wird (das eine Ende 244a der vierten Leitung 244), auf eine Frequenz eingestellt, so dass das Eingangssignal, das in das zweite Antriebsvibrationsblatt 215b eingegeben wird, und ein Eingangssignal, das in den Beschleunigungssensor 100 eingegeben wird, nicht zu einer Harmonischen höherer Ordnung kombiniert werden, die gleich oder größer einer fünften Ordnung ist. Somit werden die beiden Eingangssignale schwierig miteinander in Resonanz kommen.
Wenn elektrische Ladungen, die an dem ersten Antriebsvibrationsblatt 215a (dem einen Ende 243a der dritten Leitung 243) erzeugt werden, an die Leiterplatte 300 ausgegeben werden, wird ein Eingangssignal, das in das zweite Antriebsvibrationsblatt 215b eingegeben wird, durch einen elektrischen Ladungsverstärker und eine Synchronerfassungsschaltung, die an der Leiterplatte 300 vorgesehen sind, abgeglichen. Das heißt, die vierte Leitung 244, die mit dem zweiten Antriebsvibrationsblatt 215b verbunden ist, funktioniert als ein Eingangsabschnitt, in den ein Eingangssignal eingegeben wird, und das eine Ende 244a der vierten Leitung 244 funktioniert als ein Eingangsanschluss. Ebenso funktioniert die dritte Leitung 243, die mit dem ersten Antriebsvibrationsblatt 215a verbunden ist, als ein Ausgangsabschnitt, von dem die elektrischen Ladungen an die Leiterplatte 300 ausgegeben werden, und das eine Ende 243a der dritten Leitung 243 funktioniert als ein Ausgangsanschluss. In der nachfolgenden Beschreibung wird das eine Ende 243a der dritten Leitung 243 als der Ausgangsanschluss 243a und das eine Ende 244a der vierten Leitung 244 als Eingangsanschluss 244a bezeichnet.
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit ω um die Z-Achsenrichtung in einem Zustand wie oben ausgeübt wird, schwingen die ersten und zweiten Antriebsvibrationsblätter 215a und 215b entgegengesetzt in der X-Achsenrichtung aufgrund einer Corioliskraft. Die ersten und zweiten Erfassungsvibrationsblätter 214a und 214b schwingen somit entgegengesetzt in einer Umfangsrichtung um die Z-Achsenrichtung. Schließlich werden elektrische Ladungen, die den Vibrationen entsprechen, an den nicht dargestellten ersten und zweiten Erfassungselektroden erzeugt (die einen Enden 241 a und 242a der ersten und zweiten Leiter 241 bzw. 242), die an den ersten und zweiten Erfassungsvibrationsblättern 214a bzw. 214b vorgesehen sind. Eine Winkelgeschwindigkeit wird erfasst, wenn die elektrischen Ladungen an die Leiterplatte 300 ausgegeben werden. Das heißt, die jeweiligen Enden 241a und 242a der ersten und zweiten Leiter 241 und 242 sind entsprechend mit dem ersten und dem zweiten Erfassungsvibrationsblättern 214a und 214b verbunden und funktionieren als Ausgangsanschlüsse. In der nachfolgenden Beschreibung werden die jeweiligen Enden 241a und 242a der ersten und zweiten Leiter 241 und 242 als Ausgangsanschlüsse 241a und 242a bezeichnet.
Die Leiterplatte 300 ist mit verschiedenen Schaltungen versehen, die eine vorbestimmte Verarbeitung auf den Beschleunigungssensor 100 und den Winkelgeschwindigkeitssensor 200 ausüben. Die verschiedenen Schaltungen können beispielsweise eine Verstärkerschaltung, einen elektrischen Ladungsverstärker, eine Synchronerfassungsschaltung und einen Komparator umfassen. Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet die Leiterplatte ferner mehrere Anschlussflächen. In der vorliegenden Ausführungsform gibt die Leiterplatte 300 ferner ein analoges Signal an eine externe Schaltung gemäß den Signalen aus, die von den Ausgangsanschlüssen 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 ausgegeben werden, und Signalen, die von den Ausgangsanschlüssen 241a und 242a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 ausgegeben werden.
Eine Struktur der Baugruppe (package) 10 wird nun beschrieben.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, enthält die Baugruppe 10 das Gehäuse 20 und den Deckel 60. Das Gehäuse 20 umfasst ein laminiertes Substrat mit mehreren laminierten Keramikschichten aus Aluminiumoxid oder dergleichen und weist eine Kastenform mit einer Ausnehmung 30 auf, die an einer Oberfläche 20a vorgesehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Ausnehmung (Kerbe) 30 eine erste Ausnehmung 31, eine zweite Ausnehmung 32, die an einem Boden der ersten Ausnehmung 31 vorgesehen ist, und eine dritte Ausnehmung 33, die an einem Boden der zweiten Ausnehmung 32 vorgesehen ist. Wie in 1 und 3 gezeigt ist, ist das Gehäuse 20 mit den ersten bis sechsten Verbindungsanschlüssen 41 bis 46 am Boden der ersten Ausnehmung 31 versehen. Ebenso, wie in 1 und 2 dargestellt ist, sind an der Unterseite der zweiten Ausnehmung 32 mehrere Verbindungsanschlüsse 51 vorgesehen. Die erste bis sechste Verbindungsanschlüsse 41 bis 46 und die mehreren Verbindungsanschlüsse 51 sind über eine nicht dargestellte Verdrahtungsschicht elektrisch verbunden, die innerhalb des Gehäuses 20 und auf Wandflächen oder dergleichen der ersten bis dritten Ausnehmung 31 bis 33 vorgesehen ist.
Externe Verbindungsanschlüsse, die über die nicht dargestellte Verdrahtungsschicht mit den mehreren Verbindungsanschlüssen 51 verbunden sind, sind außerhalb des Gehäuses 20 vorgesehen, um eine Verbindung mit einer externen Schaltung herzustellen.
Der Deckel 60 ist aus Metall oder dergleichen hergestellt und ist durch Schweißen oder dergleichen mit der einen Oberfläche 20a des Gehäuses 20 verbunden. Das Gehäuse 20 ist somit geschlossen und ein Innenraum des Gehäuses 20 ist hermetisch abgedichtet. In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich das Innere des Gehäuses 20 unter einem Vakuumdruck.
Die Baugruppe 10 wie oben nimmt den Beschleunigungssensor 100, den Winkelgeschwindigkeitssensor 200 und die Leiterplatte 300 auf. Genauer gesagt, wie in 1 bis 3 gezeigt ist, ist die Leiterplatte 300 auf einer Bodenfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 mittels eines Klebstoffs 71 montiert. Wenn sie in einer Normalenrichtung zu der Bodenfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 (nachfolgend einfach als die Normalenrichtung bezeichnet) betrachtet werden, sind der Beschleunigungssensor 100 und der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 Seite an Seite auf der Leiterplatte 300 (innerhalb des Gehäuses 20) angeordnet. Um genauer zu sein, wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist der Beschleunigungssensor 100 auf der Leiterplatte 300 mittels eines Klebstoffs 72 montiert. Der Eingangsanschluss 161, die Ausgangsanschlüsse 162 und 163 und die Umfangsanschlussflächen 164 sind über Drähte 81 elektrisch mit den Anschlussflächen 301 der Leiterplatte 300 nach Bedarf verbunden. In Bezug auf den Winkelgeschwindigkeitssensor 200 sind die jeweiligen Enden 241a bis 246a der ersten bis sechsten Leiter 241 bis 246 elektrisch und mechanisch entsprechend zugeordnet mit den ersten bis sechsten Verbindungsanschlüssen 41 bis 46, die am Boden der zweiten Ausnehmung vorgesehen sind 32 über ein nicht dargestelltes leitfähiges Element wie beispielsweise ein Lot verbunden. Somit befindet sich der Sensorabschnitt 210 in einem Innenraum des Gehäuses 20 in der Luft bzw. ist schweben angeordnet. Kurz gesagt, ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 in dem Gehäuse 20 aufgenommen und von der Leiterplatte 300 beabstandet. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Bodenoberfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 einer Oberfläche des Befestigungselements der vorliegenden Offenbarung und es kann gesagt werden, dass der Beschleunigungssensor 100 und der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 auf der einen Oberfläche des Befestigungselements angeordnet sind.
Um genauer zu sein, wie oben beschrieben, ist der Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 auf der gegenüberliegenden Seite von den Ausgangsanschlüssen 162 und 163 (beabstandet von diesen) des Beschleunigungssensors 100 angeordnet. Ebenso, wie oben beschrieben, ist der Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 auf der gegenüberliegenden Seite von (beabstandet von) den Ausgangsanschlüssen 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 angeordnet. Wie in 1 dargestellt ist, sind der Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und der Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 auf einer gemeinsamen Seite angeordnet und die Ausgangsanschlüsse 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 und die Ausgangsanschlüsse 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensor 200 sind auf einer anderen gemeinsamen Seite angeordnet. Das heißt, dass eine gerade Linie, die jeweilige Mitten des Beschleunigungssensors 100 und des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 in einer Richtung entlang einer Ausrichtungsrichtung des Beschleunigungssensors 100 und des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 passiert, als eine virtuelle Linie K definiert ist. Der Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und der Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 sind auf einer Seite eines Bereichs angeordnet, der durch die virtuelle Linie K (auf der unteren Seite unterhalb der virtuellen Linie K auf einer Blattoberfläche von 1) unterteilt ist. Die Ausgangsanschlüsse 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 und die Ausgangsanschlüsse 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 sind auf einer Seite des anderen Bereichs (auf der Oberseite oberhalb der virtuellen Linie K auf der Blattoberfläche von 1) angeordnet. Mit anderen Worten sind der niederohmige Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und der niederohmige Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 in einem von zwei Bereichen angeordnet, die durch die virtuelle Linie K (auf der unteren Seite unterhalb der virtuellen Linie K auf der Blattoberfläche von 1) geteilt sind, und die hochohmigen Ausgangsanschlüsse 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 und die hochohmigen Ausgangsanschlüsse 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 sind in dem verbleibenden der zwei Bereiche angeordnet, die durch die virtuelle Linie K (auf der Oberseite oberhalb der virtuellen Linie K auf der Blattoberfläche von 1) geteilt sind.
Einige der Kontakten 301, die an der Leiterplatte 300 vorgesehen sind, sind nicht mit den jeweiligen Kontakten 161 bis 164 des Beschleunigungssensors 100 verbunden und sind mit den Verbindungsanschlüssen 51, die am Boden der zweiten Ausnehmung 32 vorgesehen sind, über die Drähte 82, wie erforderlich, elektrisch verbunden. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Draht 82 zwischen dem Kontakt 301 und dem Verbindungsanschluss 51 gebogen und angeordnet. Es ist jedoch zu beachten, dass ein Teil des Drahts 82, der am weitesten entfernt von der Bodenfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 angeordnet ist, angeordnet ist, an einer Position angeordnet ist, die näher an der Bodenfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 liegt als ein Abschnitt des Beschleunigungssensors 100, der auf einer gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 300 angeordnet ist (eine Oberfläche der Halbleiterschicht 113, die in 5 gezeigt ist, auf einer gegenüberliegenden Seite des Isolationsfilms 112).
Wie oben beschrieben, sind in der vorliegenden Ausführungsform der Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und der Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 in einem der beiden Bereiche angeordnet, die durch die virtuelle Linie K geteilt sind, und die Ausgangsanschlüsse 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 und die Ausgangsanschlüsse 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 sind in dem verbleibenden der beiden Bereiche angeordnet, die durch die virtuelle Linie K geteilt sind. Wie oben beschrieben ist, werden die Eingangssignale leicht zu einer Rauschquelle und die Ausgangssignale sind anfällig für Rauschen. In der obigen Konfiguration sind die Eingangsanschlüsse 161 und 244a, in die die Eingangssignale eingegeben werden, von den Ausgangsanschlüssen 162, 163 und 241a bis 243a getrennt, von denen die Ausgangssignale ausgegeben werden. Daher kann eine nachteilige Wirkung, die durch die Signale verursacht wird, die in die Eingangsanschlüsse 161 und 244a eingegeben werden, auf Signale, die von den Ausgangsanschlüssen 162, 163 und 241a bis 243a ausgegeben werden, eingeschränkt werden. Folglich kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit eingeschränkt werden.
Wie oben beschrieben ist, ist der Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 zusammen mit dem Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 gemeinsam auf einer gleichen bzw. gemeinsamen Seite angeordnet. Die Ausgangsanschlüsse 162, 163 des Beschleunigungssensors 100 zusammen mit den Ausgangsanschlüssen 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 sind gemeinsam auf einer anderen gemeinsamen Seite angeordnet. Somit kann die Verdrahtungsschicht, die innerhalb des Gehäuses 20 und an den Wandflächen oder dergleichen der ersten bis dritten Ausnehmungen 31 bis 33 vorgesehen ist, einfach entworfen (geroutet) werden.
Ein Abschnitt des Drahtes 82, der am weitesten entfernt von der Bodenfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 beabstandet ist, ist an einer Position näher an der Bodenfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 angeordnet als ein Abschnitt des Beschleunigungssensors 100, der auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 300 (eine Oberfläche der Halbleiterschicht 113 auf der gegenüberliegenden Seite des Isolationsfilms 112) angeordnet ist. Kurz gesagt, der Draht 82 wird kürzer geschnitten. Daher kann eine an dem Draht 82 erzeugte parasitäre Kapazität verringert werden. Folglich kann eine nachteilige Wirkung, die durch die parasitäre Kapazität bei der Erfassungsgenauigkeit verursacht wird, eingeschränkt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Beschleunigungssensor 100 kapazitiv und der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 ist piezoelektrisch. Somit erreicht der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 eine höhere Empfindlichkeit durch Verengen eines Resonanzfrequenzbereichs. Unterdessen wird der Beschleunigungssensor 100 in die Lage versetzt, die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit, die durch Vibrationen des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 verursacht wird, durch Erhöhen des Q-Werts zu beschränken.
Der Beschleunigungssensor 100 ist auf der Bodenfläche 33a der dritten Ausnehmung 33 mittels der Leiterplatte 300 montiert bzw. befestigt und der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 ist mit den ersten bis sechsten Verbindungsanschlüssen 41 bis 46 verbunden, die am Boden der ersten Ausnehmung 31 vorgesehen sind. Kurz gesagt, sind der Beschleunigungssensor 100 und der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 an verschiedene Bereiche gebunden. Daher kann die Übertragung von Vibrationen des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 auf den Beschleunigungssensor 100 eingeschränkt werden. Folglich kann auch eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Beschleunigungssensors 100, die durch mechanisches Rauschen verursacht wird (Vibrationen des Winkelgeschwindigkeitssensors 200), eingeschränkt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass ein erster Bezugspotentialanschluss vorgesehen ist. Da der verbleibende Teil der vorliegenden Ausführungsform gleich der ersten Ausführungsform ist, wird eine Beschreibung des gleichen Teils weggelassen.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 9 gezeigt ist, ist eine Leiterplatte 300 mit einem ersten Bezugspotentialanschluss 302 in einem Abschnitt versehen, der sich von einem Abschnitt unterscheidet, in dem ein Beschleunigungssensor 100 und ein Winkelgeschwindigkeitssensor 200 die Leiterplatte 300 überlappen. In der Normalenrichtung gesehen, ist der erste Bezugspotentialanschluss 302 zwischen Ausgangsanschlüssen 162, 163 des Beschleunigungssensors 100 und Ausgangsanschlüssen 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 vorgesehen. Genauer gesagt, ist ein Abstand von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 zu dem ersten Bezugspotentialanschluss 302 kürzer als ein Abstand von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 zu jeder der Anschlussflächen 301 der Leiterplatte 300, die mit den Ausgangsanschlüssen 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 verbunden sind.
Der erste Bezugspotentialanschluss 302 ist auf ein vorbestimmtes Potential fixiert, indem er elektrisch mit einem der Verbindungsanschlüsse 51, die an einem Boden einer zweiten Ausnehmung 32 vorgesehen sind, über einen Draht 83 verbunden ist. Das heißt, der Draht 83 ist zwischen Drähten 81, die die Ausgangsanschlüsse 162, 163 des Beschleunigungssensors 100 mit den entsprechenden Kontakten 301 der Leiterplatte 300 verbinden, und einem Verbindungsabschnitt vorgesehen, der die Ausgangsanschlüsse 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 mit den ersten bis dritten Verbindungsanschlüssen 41 bis 43 verbindet, die an einem Boden einer ersten Ausnehmung 31 vorgesehen sind.
Da bei der oben beschriebenen Konfiguration der Draht 83 auf ein vorbestimmtes Potential fixiert ist, wirkt der Draht 83 als ein Interferenzbegrenzungskörper (Schutzring). Daher kann ein Rauschen, das durch ein elektrisches Signal eines Beschleunigungssensors 100 oder des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 verursacht wird und den anderen Sensor beeinflusst, eingeschränkt werden. Folglich kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit eingeschränkt werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit weiter eingeschränkt werden, insbesondere weil der Draht 83 zwischen den Ausgangsanschlüssen 162 und 163 des Beschleunigungssensors 100 und den Ausgangsanschlüssen 241a bis 243a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 angeordnet ist. Wie oben beschrieben ist, sind die Ausgangsanschlüsse anfällig für Rauschen.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass ein digitales Signal von einer Leiterplatte 300 ausgegeben wird. Da der verbleibende Teil der vorliegenden Ausführungsform gleich der ersten Ausführungsform ähnlich ist, wird eine Beschreibung des gleichen Teils weggelassen.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 10 gezeigt ist, weist die Leiterplatte 300 einen Kommunikationsanschluss 303 auf, der mit einer externen Schaltung verbunden ist. Analoge Signale (Sensorsignale), die von einem Beschleunigungssensor 100 und einem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 ausgegeben werden, werden in digitale Signale umgewandelt und gemäß einem von der externen Schaltung über den Kommunikationsanschluss 303 eingegebenen Impulssignal extern ausgegeben.
Der Kommunikationsanschluss 303 ist in einem der beiden Bereiche, die durch eine virtuelle Linie K geteilt sind, wo ein Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und ein Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 angeordnet sind (ein Bereich unterhalb der virtuellen Leitung K auf einer Blattoberfläche von 10) angeordnet. Genauer gesagt ist der Kommunikationsanschluss 303, in einer Normalenrichtung betrachtet, zwischen dem Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und dem Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 vorgesehen. Genauer gesagt ist ein Abstand von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 zu dem Kommunikationsanschluss 303 kürzer als ein Abstand von dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 zu einem Kontakt 301 der Leiterplatte 300, der mit dem Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 verbunden ist. Der Kommunikationsanschluss 303 ist elektrisch mit einem der Verbindungsanschlüsse 51, die an einem Boden einer zweiten Ausnehmung 32 vorgesehen sind, über einen Draht 84 verbunden.
Wenn sie in der oben beschriebenen Weise konfiguriert ist, gibt die Leiterplatte 300 ein digitales Signal gemäß einem Impulssignal von einer externen Schaltung aus und das Impulssignal wird zu einer Rauschquelle. Durch Anordnen des Kommunikationsanschlusses 303, in den eine Rauschquelle eingegeben wird, in einem der beiden Bereiche, die durch die virtuelle Linie K geteilt sind, wo der Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und der Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 ebenfalls angeordnet sind, kann eine nachteilige Wirkung, die durch das Impulssignal auf Signale ausgeübt wird, die von den Ausgangsanschlüssen 162, 163 und 241a bis 243a ausgegeben werden, eingeschränkt werden. Folglich kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit eingeschränkt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen dritten Ausführungsform dadurch, dass zweite Bezugspotentialanschlüsse für eine Leiterplatte 300 bereitgestellt werden. Da der verbleibende Teil der vorliegenden Ausführungsform gleich der dritten Ausführungsform ist, wird eine Beschreibung des gleichen Teils weggelassen.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 11 gezeigt ist, ist die Leiterplatte 300, wenn sie in einer Laminierungsrichtung betrachtet wird, mit zweiten Bezugspotentialanschlüssen 304 versehen, die dazwischen einen Kommunikationsanschluss 303 einklemmen bzw. sandwichartig umgeben. Jeder der zweiten Bezugspotentialanschlüsse 304 ist auf ein vorbestimmtes Potential fixiert, indem er elektrisch mit einem der Verbindungsanschlüsse 51, die an einem Boden einer zweiten Ausnehmung 32 vorgesehen sind, mittels eines Drahts 85 verbunden ist. Das heißt, die Drähte 85 sind vorgesehen, um einen Draht 84, der den Kommunikationsanschluss 303 und einen der Verbindungsanschlüsse 51 verbindet, sandwichartig zu umgeben.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration wirken die mit den jeweiligen zweiten Bezugspotentialanschlüssen 304 elektrisch verbundenen Drähte 85 als ein Interferenzbegrenzungskörper. Folglich kann eine nachteilige Wirkung, die durch ein Impulssignal verursacht wird, das in den Kommunikationsanschluss 303 eingegeben wird und sich als eine Rauschquelle ausbreitet, eingeschränkt werden.
(Andere Ausführungsformen)
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und nach Bedarf innerhalb des Umfangs und des Geists der beigefügten Ansprüche modifiziert werden kann.
Beispielsweise kann in den obigen Ausführungsformen der Beschleunigungssensor 100 die Beschleunigung nur in einer vorbestimmten Richtung erfassen. In den obigen Ausführungsformen kann eine Kombination der ersten und zweiten Sensoren nach Bedarf unter einer Bedingung geändert werden, dass die ersten und zweiten Sensoren verschiedene Subjekte erfassen. Beispielsweise kann der erste Sensor ein Beschleunigungssensor 100 sein, der die Beschleunigung nur in einer vorbestimmten Richtung erfasst, und der zweite Sensor kann ein weiterer Beschleunigungssensor 100 sein, der die Beschleunigung nur in einer Richtung senkrecht zu der einen vorbestimmten Richtung erfasst.
In den obigen Ausführungsformen kann bei der Erfassung der Beschleunigung mit dem Beschleunigungssensor 100 ein Impulseingangssignal (Trägerwelle) mit vorbestimmter Amplitude und Frequenz von der Leiterplatte 300 an die ersten und zweiten festen Elektroden 131 und 141 (erste und zweite feste Elektrodenkontakte 162 und 163) angelegt werden. Wenn der Beschleunigungssensor, der wie oben konfiguriert ist, verwendet wird, wirken die ersten und zweiten festen Elektrodenkontakte 162 und 163 als Eingangsanschlüsse und der bewegliche Elektrodenkontakt 161 funktioniert als Ausgangsanschluss.
In den obigen Ausführungsformen kann ein kapazitiver Winkelgeschwindigkeitssensor als Winkelgeschwindigkeitssensor 200 verwendet werden.
In der zweiten Ausführungsform kann zum Beispiel der erste Bezugspotentialanschluss 302 zwischen dem Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 und dem Eingangsanschluss 244a des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 (nahe dem Kommunikationsanschluss 303 von 10) vorgesehen sein. Alternativ kann der erste Bezugspotentialanschluss 302 zwischen den Ausgangsanschlüssen 162 und 163 und dem Eingangsanschluss 161 des Beschleunigungssensors 100 (nahe den Kontakten 301 auf der rechten Seite des Beschleunigungssensors 100 auf der Blattoberfläche von 9) vorgesehen sein. Selbst wenn der erste Bezugspotentialanschluss 302 auf andere Weise wie oben vorgesehen ist, funktioniert der Draht 82, der mit dem ersten Bezugspotentialanschluss 302 verbunden ist, als ein Interferenzbegrenzungskörper. Folglich kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit eingeschränkt werden. Ferner kann mehr als ein erster Bezugspotentialanschluss 302 vorgesehen sein, und jeder kann elektrisch mit einem Verbindungsanschluss 51 über den Draht 82 verbunden sein.
Die jeweiligen Ausführungsformen können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann die zweite Ausführungsform mit der dritten oder vierten Ausführungsform kombiniert werden, so dass der Sensor den ersten Bezugspotentialanschluss 302 und den Kommunikationsanschluss 303 umfasst.

Claims

Zusammengesetzter Sensor, aufweisend: - einen ersten Sensor (100), der ein erstes Sensorsignal entsprechend einem Erfassungssubjekt ausgibt; - einen zweiten Sensor (200), der ein zweites Sensorsignal entsprechend einem Erfassungssubjekt ausgibt, das sich von dem Erfassungssubjekt des ersten Sensors unterscheidet; - eine Leiterplatte (300), die elektrisch mit dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor verbunden ist; und - ein Befestigungselement (10) mit einer Oberfläche (33a), wobei der erste Sensor, der zweite Sensor und die Leiterplatte auf der einen Oberfläche des Befestigungselements angeordnet sind, wobei - der erste Sensor und der zweite Sensor jeweilige Eingangsanschlüsse (161, 244a) aufweisen, in die jeweilige Eingangssignale mit vorbestimmten Amplituden und vorbestimmten Frequenzen eingegeben werden, - der erste Sensor und der zweite Sensor jeweilige Ausgangsanschlüsse (162, 163, 241a, 242a, 243a) aufweisen, wobei das erste Sensorsignal von dem Ausgangsanschluss des ersten Sensors ausgegeben wird und das zweite Sensorsignal von dem Ausgangsanschluss des zweiten Sensors ausgegeben wird, - betrachtet in einer Normalenrichtung der einen Oberfläche der erste Sensor und der zweite Sensor entlang einer Richtung angeordnet sind, - eine virtuelle Linie (K), in einer Draufsicht auf den zusammengesetzten Sensor, durch eine Gerade definiert ist, die durch jeweilige Mitten des ersten Sensors und des zweiten Sensors passiert und parallel zu einer Anordnungsrichtung des ersten Sensors und des zweiten Sensors ist, - die jeweiligen Eingangsanschlüsse des ersten Sensors und des zweiten Sensors in einem von zwei durch die virtuelle Linie geteilten Bereichen angeordnet sind und die jeweiligen Ausgangsanschlüsse des ersten Sensors und des zweiten Sensors in einem verbleibenden der beiden Bereiche, die durch die virtuelle Linie geteilt sind, angeordnet sind, - sowohl der erste Sensor als auch der zweite Sensor mehrere Ausgangsanschlüsse (162, 163, 241a, 242a, 243a) einschließlich des jeweiligen Ausgangsanschlusses und ein annähernd rechteckiges ebenes Element (114, 230) aufweist, - das annähernd rechteckige ebene Element eine erste Seite und eine zweite Seite hat, die parallel zu der virtuellen Linie sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten der virtuellen Linie befinden, - im ersten Sensor der Eingangsanschluss (161) benachbart zu der ersten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet ist und die mehreren Ausgangsanschlüsse (162, 163) benachbart zu der zweiten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet sind, und - im zweiten Sensor der Eingangsanschluss (244a) benachbart zu der ersten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet ist und die mehreren Ausgangsanschlüsse (241a, 242a, 243a) benachbart zu der zweiten Seite des annähernd rechteckigen ebenen Elements angeordnet sind.
Zusammengesetzter Sensor nach Anspruch 1, wobei - das Befestigungselement einen Verbindungsanschluss (51) aufweist; - die Leiterplatte einen ersten Bezugspotentialanschluss (302) aufweist, der an einem Abschnitt angeordnet ist, der sich von jeweiligen Abschnitten unterscheidet, wo der erste Sensor und der zweite Sensor angeordnet sind, wenn sie in der Normalenrichtung der einen Oberfläche betrachtet werden; und - der erste Bezugspotentialanschluss auf ein vorbestimmtes Potential fixiert ist, indem er mittels eines Drahts (83) elektrisch mit dem Verbindungsanschluss des Befestigungselements verbunden ist.
Zusammengesetzter Sensor nach Anspruch 2, wobei - betrachtet in der Normalenrichtung der einen Oberfläche der erste Bezugspotentialanschluss an mindestens einer von einer Position zwischen dem Eingangsanschluss des ersten Sensors und dem Eingangsanschluss des zweiten Sensors oder einer Position zwischen dem Ausgangsanschluss des ersten Sensors und dem Ausgangsanschluss des zweiten Sensors angeordnet ist; und - wobei der Draht, der den ersten Bezugspotentialanschluss und den Verbindungsanschluss verbindet, als Interferenzbegrenzungskörper zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor funktioniert.
Zusammengesetzter Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei - der erste Sensor und der zweite Sensor jeweilige analoge Signale an die Leiterplatte als das erste Sensorsignal bzw. das zweite Sensorsignal ausgeben; - die Leiterplatte einen Kommunikationsanschluss (303) aufweist, der das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal in jeweilige digitale Signale umwandelt und die jeweiligen digitalen Signale gemäß einem von einer externen Schaltung eingegebenen Impulssignal ausgibt; und - betrachtet in der Normalenrichtung der einen Oberfläche der Kommunikationsanschluss zusammen mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen des ersten Sensors und des zweiten Sensors in dem einen der beiden Bereiche angeordnet ist, die durch die virtuelle Linie geteilt sind.
Zusammengesetzter Sensor nach Anspruch 4, wobei - das Befestigungselement einen Verbindungsanschluss (51) aufweist; - die Leiterplatte zwei zweite Bezugspotentialanschlüsse (304) aufweist, die den Kommunikationsanschluss sandwichartig umgeben; - die beiden zweiten Bezugspotentialanschlüsse auf jeweilige vorbestimmte Potentiale fixiert sind, indem sie mittels jeweiliger Drähte (85) elektrisch mit dem Verbindungsanschluss verbunden sind; und - die jeweiligen Drähte, die die beiden zweiten Bezugspotentialanschlüsse und den Verbindungsanschluss verbinden als Interferenzbegrenzungskörper zwischen dem Kommunikationsanschluss und sowohl dem ersten Sensor als auch dem zweiten Sensor funktionieren.
Zusammengesetzter Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei - das Befestigungselement einen Verbindungsanschluss (51) aufweist; - der erste Sensor auf der Leiterplatte befestigt ist; - die Leiterplatte eine Vielzahl von Kontakten (301) aufweist, die mittels jeweiliger Drähte (82) elektrisch mit dem Verbindungsanschluss verbunden sind; - jeder der Drähte eine gebogene Form aufweist und zwischen jedem der Vielzahl von Kontakten und dem Verbindungsanschluss angeordnet ist; und - in jedem der Drähte ein Abschnitt, der am weitesten von der einen Oberfläche beabstandet ist, sich näher an der einen Oberfläche als ein Abschnitt des ersten Sensors befindet, der gegenüber der Leiterplatte angeordnet ist.
Zusammengesetzter Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei - der erste Sensor ein Beschleunigungssensor mit einer beweglichen Elektrode (124) und einer festen Elektrode (131, 141) ist, wobei die bewegliche Elektrode gemäß einer Beschleunigung verschiebbar ist, wobei die feste Elektrode der beweglichen Elektrode gegenüberliegt und der erste Sensor das erste Sensorsignal gemäß einer Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode ausgibt; und - der zweite Sensor ein Winkelgeschwindigkeitssensor mit einem Sensorabschnitt (210), der aus einem piezoelektrischen Material gefertigt ist, und einem Tragabschnitt (220) mit einer Vielzahl von Leitern (241 bis 246) ist, wobei der Sensorabschnitt so getragen wird, dass er durch jeweilige Enden (241b bis 246b) der Vielzahl von Leitern in der Luft schwebt, wobei der Eingangsanschluss und der Ausgangsanschluss durch jeweilige unterschiedliche Enden (241a bis 246a) der Vielzahl von Leitern auf einer gegenüberliegenden Seite des Sensorabschnitts vorgesehen sind, und wobei der zweite Sensor das zweite Sensorsignal entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit ausgibt, wenn die Winkelgeschwindigkeit während eines Vibrationszustandes des Sensorabschnitts ausgeübt wird.