JP2008076263A

JP2008076263A - 複合センサ

Info

Publication number: JP2008076263A
Application number: JP2006256652A
Authority: JP
Inventors: Yohei Ashimori; 洋平足森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図った複合センサを提供することを目的としている。
【解決手段】角速度を検出する角速度検出素子１０と、加速度を検出する加速度検出素子１２と、加速度検出素子１２または角速度検出素子１０から出力される信号を処理するＩＣ１４と、角速度検出素子１０および加速度検出素子１２およびＩＣ１４とを収納するとともに、ＩＣ１４を固定配置したパッケージ１６とを備え、角速度検出素子１０の上方に加速度検出素子１２を配置し、角速度検出素子１０とパッケージ１６とを角速度検出素子１０に設けた連結部１７を介して接続するとともに連結部１７は弾性手段とした構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる角速度や加速度を検出する複合センサに関するものである。

以下、従来の複合センサについて説明する。

従来、角速度や加速度を検出する複合センサを用いる場合は、角速度を検出するには専用の角速度センサを用い、加速度を検出するには専用の加速度センサを用いていた。

したがって、各種電子機器において、角速度と加速度とを複合して検出する場合は、複数の角速度センサと加速度センサを各種電子機器の実装基板に各々実装していた。

一般に、角速度センサは、音さ形状やＨ形状やＴ形状等、各種の形状の検出素子を振動させて、コリオリ力の発生に伴う検出素子の歪を電気的に検知して角速度を検出するものであり、加速度センサは、錘部を有し、加速度に伴う錘部の可動を、可動前と比較検知して加速度を検出するものである。

このような角速度センサや加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。
特開２００１−２０８５４６号公報特開２００１−７４７６７号公報

上記構成では、検出したい角速度や加速度の検出軸に対応させて、角速度センサおよび加速度センサを実装基板に各々実装するので実装面積を確保する必要があり、小型化を図れないという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決し、角速度や加速度を検出するにあたり、実装面積を低減して小型化を図った複合センサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、角速度を検出する角速度検出素子と、加速度を検出する加速度検出素子と、前記加速度検出素子または前記角速度検出素子から出力される信号を処理するＩＣと、前記角速度検出素子および前記加速度検出素子および前記ＩＣとを収納するとともに、前記ＩＣを固定配置したパッケージとを備え、前記角速度検出素子の上方に前記加速度検出素子を配置し、前記角速度検出素子と前記パッケージとを前記角速度検出素子に設けた連結部を介して接続するとともに前記連結部は弾性手段とした構成である。

上記構成により、角速度検出素子の上方に加速度検出素子を配置しているので、実装面積を低減でき小型化を図れる。

特に、角速度検出素子とパッケージとを角速度検出素子に設けた連結部を介して接続するとともに連結部は弾性手段としているので、パッケージに係る衝撃はこの弾性手段によって吸収することができ、角速度の検出精度を向上できる。また、一般に、角速度検出素子は、駆動振動用のアームとコリオリ力に起因して撓むアームとを有し、駆動振動用のアームの駆動周波数とコリオリ力に起因して歪むアームの歪周波数を互いに異ならせている。そして、両者の周波数差（音叉離調周波数）に近似した周波数をノイズとして受けると角速度の検出精度が悪化するが、上記構成によれば、この検出精度の悪化を抑制できる。

図１は本発明の一実施の形態における複合センサの模式図である。

図１において本発明の一実施の形態における複合センサは、角速度を検出する角速度検出素子１０と、加速度を検出する加速度検出素子１２と、加速度検出素子１２または角速度検出素子１０から出力される信号を処理して角速度や加速度を検出する電子回路等のＩＣ１４と、角速度検出素子１０および加速度検出素子１２およびＩＣ１４とを収納するとともにＩＣ１４を固定配置したパッケージ１６とを備えている。角速度検出素子１０と加速度検出素子１２とは線膨張係数が同一の材料であるシリコンからなる。

ＩＣ１４の上方には角速度検出素子１０を配置し、角速度検出素子１０には加速度検出素子１２を積層配置している。例えば、角速度検出素子１０としては、実装用の固定部と、一端を固定部に連結し他端を自由端とした駆動振動用のアームと、コリオリ力に起因して撓むとともに一端を固定部に連結し他端を自由端とした歪感知用のアームとを有する音叉形状等の片持ち支持構造のものを用い、加速度検出素子１２として、実装用の固定部と、一端を固定部に連結し他端を錘部に連結し、錘部の可動に起因して撓む歪感知用のアームとを有する片持ち支持構造のものを用いればよい。駆動振動用のアームと歪感知用のアームとは同一アームとしてもよい。

上記の角速度検出素子１０とパッケージ１６とは角速度検出素子１０に設けた連結部１７を介して接続している。この連結部１７は、バネ等の弾性手段であって、つづらおりの形状をしており、角速度検出素子１０と所定形状に一体成形されている。また、連結部１７はパッケージ１６と接着剤１８によって固定され、この連結部１７によって、加速度検出素子１２を積層配置した角速度検出素子１０が、ＩＣ１４の上方に中空状に保持されている。角速度検出素子１０の固定部と加速度検出素子１２の固定部とは、同一のシリコン材料からなるので直接接合され互いに積層固定されている。

上記構成により、角速度検出素子１０の上方に加速度検出素子１２を配置しているので、実装面積を低減でき小型化を図れる。

特に、角速度検出素子１０とパッケージ１６とを角速度検出素子１０に設けた連結部１７を介して接続するとともに連結部１７は弾性手段としているので、パッケージ１６に係る衝撃はこの弾性手段によって吸収することができ、角速度の検出精度を向上できる。また、一般に、角速度検出素子１０は、駆動振動用のアームとコリオリ力に起因して撓むアームとを有し、駆動振動用のアームの駆動周波数とコリオリ力に起因して歪むアームの歪周波数を互いに異ならせており、両者の周波数差（音叉離調周波数）に近似した周波数をノイズとして受けると角速度の検出精度が悪化するが、上記構成によれば、この検出精度の悪化を抑制できる。

また、角速度検出素子１０と連結部１７とは、所定形状に一体成形したものであって、連結部１７はつづらおりの形状としているので、簡単な構造で連結部１７に弾性機能を持たせることができる。この連結部１７はつづらおりの形状の他に、単にバネでもよい。

さらに、ＩＣ１４の上方に角速度検出素子１０を配置しているので、より実装面積を低減することができる。特に、ＩＣ１４の上方に中空状に保持されているので、温度変化に対するＩＣ１４の膨張収縮の影響を受けることがない。

本発明に係る複合センサは、加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減でき小型化を図れ、各種電子機器に適用できるものである。

本発明の一実施の形態における複合センサの模式図

符号の説明

１０角速度検出素子
１２加速度検出素子
１４ＩＣ
１６パッケージ
１７連結部
１８接着剤

Claims

角速度を検出する角速度検出素子と、加速度を検出する加速度検出素子と、前記加速度検出素子または前記角速度検出素子から出力される信号を処理するＩＣと、前記角速度検出素子および前記加速度検出素子および前記ＩＣとを収納するとともに、前記ＩＣを固定配置したパッケージとを備え、
前記角速度検出素子の上方に前記加速度検出素子を配置し、前記角速度検出素子と前記パッケージとを前記角速度検出素子に設けた連結部を介して接続するとともに前記連結部は弾性手段とした複合センサ。
前記角速度検出素子と前記連結部とは、所定形状に一体成形したものであって、前記連結部はつづらおりの形状とした請求項１記載の複合センサ。
前記連結部はバネとした請求項１記載の複合センサ。
前記ＩＣの上方に前記角速度検出素子を配置した請求項１記載の複合センサ。
前記角速度検出素子と前記加速度検出素子とは線膨張係数が同一の材料からなる請求項１記載の複合センサ。