JP2018165651A - センサー装置、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた検出精度を有するセンサー装置、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】センサー装置は、受圧により撓み変形し、一方の面が受圧面である第１ダイアフラムと、前記第１ダイアフラムに対して前記受圧面とは反対の面側に位置する圧力基準室と、を有し、前記受圧面が受ける圧力を検出する圧力センサーと、受圧により撓み変形し、一方の面が第１受圧面であり、他方の面が第２受圧面である第２ダイアフラムを有し、前記第１受圧面が受ける圧力と前記第２受圧面が受ける圧力との差である差圧を検出する差圧センサーと、前記圧力センサーおよび前記差圧センサーの一方の出力に基づいて、他方の出力を補正する補正部と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、センサー装置、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、圧力センサーとして、例えば、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧力センサーは、センサー本体と、センサー本体を収納するケースと、ケース内に充填された不活性液体と、を有している。また、センサー本体は、受圧により撓み変形するダイアフラムと、ダイアフラムに形成されたピエゾ抵抗素子と、ダイアフラムと重なって配置された圧力基準室と、を有している。このような圧力センサーは、不活性液体を介して伝わった圧力によってダイアフラムが撓み変形し、この撓み変形に基づいてピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化することを利用して、圧力を検出するように構成されている。

特開平９−１２６９２０号公報

しかしながら、特許文献１の圧力センサーでは、例えば、加速度が加わる状態で圧力を検出しようとすると、検出対象の圧力のみならず、加速度によってもダイアフラムが撓み変形するため、圧力を精度よく検出することができない。

本発明の目的は、優れた検出精度を有するセンサー装置、電子機器および移動体を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明のセンサー装置は、受圧により撓み変形し、一方の面が受圧面である第１ダイアフラムと、前記第１ダイアフラムに対して前記受圧面とは反対の面側に位置する圧力基準室と、を有し、前記受圧面が受ける圧力を検出する圧力センサーと、
受圧により撓み変形し、一方の面が第１受圧面であり、他方の面が第２受圧面である第２ダイアフラムを有し、前記第１受圧面が受ける圧力と前記第２受圧面が受ける圧力との差である差圧を検出する差圧センサーと、
前記圧力センサーおよび前記差圧センサーの一方の出力に基づいて、他方の出力を補正する補正部と、を有することを特徴とする。
これにより、センサー装置に加わる加速度、振動等をキャンセルすることができ、優れた検出精度を有するセンサー装置が得られる。

本発明のセンサー装置では、前記補正部は、前記差圧センサーの出力に基づいて、前記圧力センサーの出力を補正することが好ましい。
これにより、精度よく圧力を検出することができる。

本発明のセンサー装置では、前記補正部は、前記圧力センサーの出力に基づいて、前記差圧センサーの出力を補正することが好ましい。
これにより、精度よく差圧を検出することができる。

本発明のセンサー装置では、前記第１ダイアフラムおよび前記第２ダイアフラムは、同じ方向を向いていることが好ましい。
これにより、重力、加速度等の不要応力が第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムにほぼ等しく作用する。そのため、センサー装置に加わる加速度、振動等をより精度よくキャンセルすることができる。

本発明のセンサー装置では、基板を有し、
前記基板に前記第１ダイアフラムおよび前記第２ダイアフラムが設けられていることが好ましい。
これにより、装置構成が簡単なものとなる。

本発明のセンサー装置では、前記第１ダイアフラムおよび前記第２ダイアフラムを覆う圧力伝搬部を有していることが好ましい。
これにより、第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムを保護することができる。

本発明の電子機器は、本発明のセンサー装置を有することを特徴とする。
これにより、本発明のセンサー装置の効果を享受でき、信頼性の高い電子機器が得られる。

本発明の移動体は、本発明のセンサー装置を有することを特徴とする。
これにより、本発明のセンサー装置の効果を享受でき、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の第１実施形態に係るセンサー装置を示す断面図である。 図１に示すセンサー装置が有する第１センサー部を示す平面図である。 図２に示す第１センサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。 図１に示すセンサー装置が有する第２センサー部を示す平面図である。 図４に示す第２センサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサー装置を示す断面図である。 図６に示すセンサー装置の装着状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るセンサー装置を示す断面図である。 図８に示すセンサー装置の装着状態を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。 本発明の第６実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

以下、本発明のセンサー装置、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るセンサー装置について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサー装置を示す断面図である。図２は、図１に示すセンサー装置が有する第１センサー部を示す平面図である。図３は、図２に示す第１センサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。図４は、図１に示すセンサー装置が有する第２センサー部を示す平面図である。図５は、図４に示す第２センサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。なお、以下の説明では、図１中の上側「上」とも言い、下側を「下」とも言う。

図１に示すように、センサー装置１は、圧力センサー２と、差圧センサー３と、これらを覆う圧力伝搬部９と、を有している。また、圧力センサー２は、第１ダイアフラム４５と、第１ダイアフラム４５に配置された第１センサー部５と、第１ダイアフラム４５の下側に設けられた圧力基準室Ｓと、を有している。一方、差圧センサー３は、第２ダイアフラム４７と、第２ダイアフラム４７に配置された第２センサー部６と、を有している。また、これら圧力センサー２および差圧センサー３は、後述するように基板４とベース基板７との積層体から一体形成されている。

また、図３に示すように、センサー装置１は、圧力センサー２および差圧センサー３の一方の出力に基づいて、他方の出力を補正する補正部５８（補正回路）を有している。特に、本実施形態では、補正部５８は、差圧センサー３の出力に基づいて圧力センサー２の出力を補正する。これにより、センサー装置１に加わる加速度、振動等をキャンセルすることができ、より精度よく圧力を検出することができる。なお、補正部５８は、圧力センサー２や差圧センサー３が有していてもよい、すなわち基板４に作り込まれていてもよいし、圧力センサー２や差圧センサー３とは別体で配置されていてもよい。以下、このようなセンサー装置１について詳細に説明する。

図１に示すように、圧力センサー２および差圧センサー３は、共通の基板４を有している。基板４は、第１シリコン層４１、酸化シリコン層４２および第２シリコン層４３がこの順で積層されているＳＯＩ基板である。ただし、基板４としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、単層のシリコン基板を用いてもよい。また、基板４としては、シリコン以外の半導体材料、例えば、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等で構成された基板（半導体基板）を用いてもよい。

また、基板４には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形する第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７が図１中の横方向（面方向）に並んで設けられている。

基板４には、下方に開放する有底の凹部４４が形成され、この凹部４４の上側（凹部４４によって基板４が薄くなっている部分）が第１ダイアフラム４５となっている。そして、第１ダイアフラム４５では、その上面が受圧面４５１となっている。同様に、基板４には、下方に開放する有底の凹部４６が形成されて、この凹部４６の上側（凹部４６によって基板４が薄くなっている部分）が第２ダイアフラム４７となっている。そして、第２ダイアフラム４７では、その両主面が受圧面４７１、４７２となっている。

このように、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７を同じ基板４から形成することで、センサー装置１の構成が簡単なものとなると共に、センサー装置１の小型化を図ることができる。また、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７の物理的特性（撓み易さ、内部応力等）を容易に揃えることができる。

凹部４４、４６は、シリコンディープエッチング装置を用いたドライエッチングで形成されている。具体的には、基板４の下面側から等方性エッチング、保護膜成膜および異方向性エッチングという工程を繰り返して、第１シリコン層４１を掘ることで凹部を形成する。この工程を繰り返し、エッチングが酸化シリコン層４２まで達すると酸化シリコン層４２がエッチングストッパーとなってエッチングが終了し、凹部４４、４６が得られる。このような形成方法によれば、凹部４４、４６の側面が基板４の主面に対して略垂直となるため、凹部４４、４６の開口面積を小さくすることができる。そのため、基板４の機械的強度の低下を抑制することができ、また、センサー装置１の大型化を抑制することもできる。

ただし、凹部４４、４６の形成方法としては、上記の方法に限定されず、例えば、ウェットエッチングによって形成してもよい。また、本実施形態では、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７のそれぞれに酸化シリコン層４２が残っているが、この酸化シリコン層４２をさらに除去してもよい。すなわち、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７を第２シリコン層４３の単層で構成してもよい。これにより、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、より薄くなってより撓み変形し易くなる。また、本実施形態のように、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７のそれぞれを複数の層（酸化シリコン層４２と第２シリコン層４３）で構成した場合、各層の熱膨張率の異なりに起因する熱応力が発生し、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７が不本意に、すなわち検出対象である圧力以外の力に起因して撓み変形するおそれがある。これに対して、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７をそれぞれ単層で構成することで、上述のような熱応力が生じることが無いため、検出対象である圧力をより精度よく検出することができるというメリットもある。

本実施形態では、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、同じ形状、大きさで形成されている。また、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、それぞれ、略正方形の平面視形状を有している。ここで、前記「同じ形状、大きさ」とは、形状・大きさが共に完全に一致している場合の他にも、例えば、形状・大きさの少なくとも一方が製造上不可避的な程度に異なっている場合も含む意味である。

なお、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７の形状、大きさとしては、特に限定されず、例えば、平面視形状が同じで大きさが異なる相似形となっていてもよいし、平面視形状が互いに異なっていてもよい。また、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、三角形、五角形以上の多角形等の角部を有する形状や、円形、楕円形、長円形等の角部を有していない形状であってもよい。また、平面視形状が角部を有する場合には、その角部が面取りされていてもよい。

図１に示すように、基板４の下側にはベース基板７が配置されている。ベース基板７は、凹部４４の開口を塞いで第１ダイアフラム４５との間に圧力基準室Ｓ（気密空間）を形成するように、基板４の下面に接合されている。また、ベース基板７は、凹部４６の開口を塞がないように、凹部４６の内外を連通する貫通孔７１を有している。このような構成とすることで、第１ダイアフラム４５を圧力基準室Ｓ内の圧力と受圧面４５１が受ける圧力との差（絶対圧）に基づいて撓み変形させ、第２ダイアフラム４７を受圧面４７１が受ける圧力と受圧面４７２が受ける圧力との差（差圧）に基づいて撓み変形させることができる。なお、ベース基板７としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板、ガラス基板、セラミックス基板等を用いることができる。

ここで、圧力基準室Ｓは、真空であることが好ましい。これにより、圧力センサー２を、真空を基準として圧力を検出する絶対圧センサーとして用いることができる。そのため、利便性の高い圧力センサー２となる。ただし、圧力基準室Ｓ内の圧力は、特に限定されず、真空でなくてもよい。

図２に示すように、第１ダイアフラム４５には、第１ダイアフラム４５に作用する圧力を検出する第１センサー部５が設けられている。第１センサー部５は、第１ダイアフラム４５に設けられた４つのピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４を有している。また、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４は、配線５５を介して互いに電気的に接続され、図３に示すブリッジ回路５０（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。ブリッジ回路５０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路５０は、第１ダイアフラム４５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４の抵抗値変化に応じた検出信号Ｖ１（電圧）を出力する。そのため、ブリッジ回路５０から出力された検出信号Ｖ１に基づいて第１ダイアフラム４５が受けた圧力を検出することができる。

一方で、図４に示すように、第２ダイアフラム４７には、第２ダイアフラム４７に作用する差圧（受圧面４７１が受ける圧力と受圧面４７２が受ける圧力との差）を検出する第２センサー部６が設けられている。第２センサー部６は、第１センサー部５と同様の構成となっている。すなわち、第２センサー部６は、第２ダイアフラム４７に設けられた４つのピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４を有し、これらを配線６５を介して互いに電気的に接続して図５に示すブリッジ回路６０（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。ブリッジ回路６０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路６０は、第２ダイアフラム４７の撓みに基づくピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の抵抗値変化に応じた検出信号Ｖ２（電圧）を出力する。そのため、ブリッジ回路６０から出力された検出信号Ｖ２に基づいて第２ダイアフラム４７が受けた差圧を検出することができる。

図３および図５に示すように、圧力センサー２（第１センサー部５）および差圧センサー３（第２センサー部６）の出力端子は、それぞれ、補正部５８に接続されており、この補正部５８により、圧力センサー２から出力された検出信号Ｖ１が差圧センサー３から出力された検出信号Ｖ２に基づいて補正され、補正後の信号Ｖ３が出力される。

ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４は、例えば、基板４の第２シリコン層４３にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、配線５５、６５は、例えば、基板４の第２シリコン層４３に、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。ただし、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４や配線５５、６５の形成方法としては、特に限定されない。

また、図１に示すように、基板４の上面には保護膜８が配置されている。この保護膜８は、基板４の上面に配置された第１絶縁膜８１と、第１絶縁膜８１上に配置された第２絶縁膜８２と、を有している。第１絶縁膜８１は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている。これにより、第１絶縁膜８１によって、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができる。一方、第２絶縁膜８２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）で構成されている。これにより、第１センサー部５および第２センサー部６を水分や埃から保護することができ、センサー装置１の信頼性を高めることができる。なお、保護膜８の構成としては、特に限定されず、例えば、第１絶縁膜８１および第２絶縁膜８２の少なくとも一方を省略してもよいし、異なる材料で構成してもよい。

（圧力伝搬部）
また、図１に示すように、圧力センサー２および差圧センサー３を覆うように圧力伝搬部９が設けられている。これにより、圧力センサー２および差圧センサー３を水分から保護することができる。また、センサー装置１に防水性を付与することができる。このような圧力伝搬部９は、液状またはゲル状の充填材で構成することができる。また、圧力伝搬部９を構成する充填材としては、特に限定されず、例えば、シリコーンオイル、フッ素系オイル、シリコーンゲル、グリス等を用いることができる。たたし、圧力伝搬部９は、その全部または一部を省略してもよい。例えば、凹部４６およびこれに続く貫通孔７１で形成される空間の全部または一部に対して圧力伝搬部９を省略することができる。

以上、センサー装置１の構成について説明した。このようなセンサー装置１は、圧力を検出する圧力センサーとして利用することができる。前述したように、圧力センサー２では、受圧面４５１が受ける圧力に応じて第１ダイアフラム４５が撓み変形し、ブリッジ回路５０から出力された検出信号に基づいて受圧面４５１が受けた圧力を検出することができる。

しかしながら、例えば、第１ダイアフラム４５は、自重、加速度、大気の揺らぎ等の圧力以外の外力（以下「不要外力」ともいう。）によっても撓み変形するため、ブリッジ回路５０から出力された検出信号には圧力以外にも不要外力の成分が含まれている。そのため、ブリッジ回路５０から出力された検出信号では精度よく圧力を検出することができない。そこで、センサー装置１では、第１ダイアフラム４５に作用する不要外力を検出するための第２ダイアフラム４７を設けている。

第２ダイアフラム４７は、受圧面４７１、４７２が同じ空間に臨んでいるため圧力によって撓み変形しないが、不要外力によって第１ダイアフラム４５と同じように撓み変形する。特に、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、同一の基板４から形成されているため、不要外力による撓み変形は、近似の度合いが高い。そのため、ブリッジ回路６０から、第２ダイアフラム４７が受けた不要外力に応じた検出信号Ｖ２が出力され、これを第１ダイアフラム４５が受けた不要外力と見做すことができる。したがって、センサー装置１は、差圧センサー３の出力値（検出信号Ｖ２）に基づいて、圧力センサー２の出力値（検出信号Ｖ１）を補正部５８により補正し、補正された信号Ｖ３（補正済信号）を用いることで、圧力センサー２の出力から不要外力の成分をキャンセルすることができ、より精度よく圧力を検出することができる。

ここで、補正部５８は、例えば、圧力センサー２の出力値および差圧センサー３の出力値からの演算よって信号Ｖ３を求めることができる。より具体的には、例えば、圧力センサー２の出力値から差圧センサー３の出力値分を減算したり、差圧センサー３の出力値に対応するテーブルを有し、このテーブルから選択された補正係数を圧力センサー２の出力に積算、減算等したりすることができる。ただし、補正部５８による演算は、特に限定されない。

なお、補正部５８は、検出信号Ｖ２に基づいて検出信号Ｖ１を補正するものとして説明したが、これに限定されず、検出信号Ｖ１に基づいて検出信号Ｖ２を補正するものでもよい。

このようなセンサー装置１は、例えば、自動車、飛行機等の移動体、回動可能なアームを有するロボット等、センサー装置１の姿勢（鉛直方向に対する傾き）が変化し易く、加速度や振動を受け易い環境において、その効果をより顕著に発揮することができる。

特に、本実施形態では、前述したように、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７が同じ基板４から形成されているため、互いに同じ方向を向いている。言い換えると、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７の厚さ方向（法線）が一致している。そのため、重力、加速度等の不要応力が第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７にほぼ等しく作用する。これにより、差圧センサー３によって、圧力センサー２が受けた不要外力の大きさをより正確に検出することができる。よって、差圧センサー３の出力（検出信号Ｖ２）に基づいて、圧力センサー２の出力（検出信号Ｖ１）を補正することで、圧力センサー２の出力から不要外力の成分をより効果的にキャンセルすることができる。なお、前記「同じ方向」とは、方向（法線方向）が完全に一致する場合の他、方向（法線方向）が例えば製造上不可避的に発生する誤差（例えば、基板４の反りに起因する誤差）程度にずれている場合も含む意味である。

また、本実施形態では、前述したように、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７が同じ基板４から形成されているため、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７をより近接して設けることができる。そのため、重力、加速度等の不要応力が第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７にほぼ等しく作用する。これにより、圧力センサー２が受けた不要外力の大きさが差圧センサー３からより正確に検出される。よって、差圧センサー３の出力（検出信号）に基づいて、圧力センサー２の出力（検出信号）を補正することで、圧力センサー２の出力から不要外力の成分をより効果的にキャンセルすることができる。

また、本実施形態では、前述したように、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、ほぼ同じ構成となっている。具体的には、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、ほぼ同じ平面視形状を有し、ほぼ同じ大きさを有し、ほぼ同じ厚さを有し、共に酸化シリコン層４２および第２シリコン層４３の積層体で構成されている。そのため、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、撓み易さ等の物理的特性がほぼ等しい。したがって、重力、加速度等の不要応力が第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７にほぼ等しく作用する。これにより、圧力センサー２が受けた不要外力の大きさが差圧センサー３からより正確に検出される。よって、差圧センサー３の出力（検出信号）に基づいて、圧力センサー２の出力（検出信号）を補正することで、圧力センサー２の出力から不要外力の成分をより効果的にキャンセルすることができる。

以上、センサー装置１について説明した。このようなセンサー装置１は、前述したように、受圧により撓み変形し、上面（一方の面）が受圧面４５１である第１ダイアフラム４５と、第１ダイアフラム４５に対して下面（受圧面４５１とは反対の面）側に位置する圧力基準室Ｓと、を有し、受圧面４５１が受ける圧力を検出する圧力センサー２と、受圧により撓み変形し、上面（一方の面）が受圧面４７１（第１受圧面）であり、下面（他方の面）が受圧面４７２（第２受圧面）である第２ダイアフラム４７を有し、受圧面４７１が受ける圧力と受圧面４７２が受ける圧力との差である差圧を検出する差圧センサー３と、圧力センサー２および差圧センサー３の一方の出力に基づいて、他方の出力を補正する補正部５８と、を有している。特に、本実施形態では、補正部５８は、差圧センサー３の出力（検出信号Ｖ２）に基づいて、圧力センサー２の出力（検出信号Ｖ１）を補正するように構成されている。これにより、センサー装置１に加わる加速度、振動等をキャンセルすることができ、より精度よく圧力を検出することができる。よって、優れた検出精度を有するセンサー装置１が得られる。

また、前述したように、センサー装置１では、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７は、同じ方向を向いている。そのため、重力、加速度等の不要応力が第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７にほぼ等しく作用する。これにより、差圧センサー３によって、圧力センサー２が受けた不要外力の大きさをより正確に検出することができる。よって、差圧センサー３の出力（検出信号）に基づいて、圧力センサー２の出力（検出信号）を補正することで、圧力センサー２の出力から不要外力の成分をより効果的にキャンセルすることができる。

また、前述したように、センサー装置１は、基板４を有し、基板４に第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７が設けられている。すなわち、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７が同じ基板４から形成されている。これにより、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７をより近接して設けることができる。そのため、重力、加速度等の不要応力が第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７にほぼ等しく作用する。また、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７の温度差を小さくすることができる。これにより、圧力センサー２が受けた不要外力の大きさが差圧センサー３からより正確に検出される。よって、差圧センサー３の出力（検出信号）に基づいて、圧力センサー２の出力（検出信号）を補正することで、圧力センサー２の出力から不要外力の成分をより効果的にキャンセルすることができる。

また、前述したように、センサー装置１では、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７を覆う圧力伝搬部９を有している。これにより、第１ダイアフラム４５および第２ダイアフラム４７を水分から保護することができる。また、センサー装置１に防水性を付与することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置について説明する。

図６は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置を示す断面図である。図７は、図６に示すセンサー装置の装着状態を示す断面図である。

以下、第２実施形態のセンサー装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本発明の第２実施形態に係るセンサー装置１は、圧力伝搬部９の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図６および図７において、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図６に示すように、本実施形態のセンサー装置１では、圧力伝搬部９は、第２ダイアフラムの受圧面４７２を覆い、第１ダイアフラム４５の受圧面４５１および第２ダイアフラムの受圧面４７１を覆わないように配置されている。なお、本実施形態では、圧力伝搬部９は、凹部４６内に充填され、さらに凹部４６からはみ出して、センサー装置１の下面１１および側面上まで広がって配置されている。ただし、圧力伝搬部９の配置としては、特に限定されず、例えば、センサー装置１の側面まで広がっていなくてもよい。このような圧力伝搬部９は、センサー装置１の下面１１に加わった衝撃（圧力）を受圧面４７２に伝達する機能を有している。すなわち、センサー装置１の下面１１に加わった衝撃（圧力）は、圧力伝搬部９を介して受圧面４７２に伝達される。

このような圧力伝搬部９の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等の各種熱可塑性エラストマー、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム等の各種ゴム材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。このような弾性を有する材料を用いることで、第２ダイアフラム４７の撓み変形を阻害することなく、下面１１に加わった衝撃（圧力）を効果的に受圧面４７２に伝達することができる。

このようなセンサー装置１は、センサー装置１に加わった衝撃を検出する衝撃センサーとして利用することができる。例えば、図７に示すように、センサー装置１を下面１１が対象物Ｘ側と接触するように対象物Ｘに固定した状態で、対象物Ｘに衝撃が加わると、その衝撃が圧力伝搬部９を介して受圧面４７２に伝達され、第２ダイアフラム４７が撓み変形する。そのため、ブリッジ回路６０から出力された検出信号Ｖ２に基づいて前記衝撃を検出することができる。

しかしながら、例えば、第２ダイアフラム４７は、自重、加速度、大気の揺らぎ等の圧力以外の外力（以下「不要外力」ともいう。）によっても撓み変形するため、ブリッジ回路６０から出力された検出信号Ｖ２には前記衝撃以外にも不要外力の成分が含まれている。そのため、ブリッジ回路６０から出力された検出信号Ｖ２では精度よく衝撃を検出することができない。そこで、センサー装置１では、第２ダイアフラム４７に作用する不要外力を検出するための第１ダイアフラム４５を設けている。

第１ダイアフラム４５の受圧面４５１側には圧力伝搬部９が設けられていないため、前記衝撃が圧力伝搬部９を介して第１ダイアフラム４５に伝達されることが防止されている。また、第１ダイアフラム４５の受圧面４５１は、第２ダイアフラム４７の受圧面４７１と同じ空間に臨んでいるため、第１ダイアフラム４５は、不要外力によって第２ダイアフラム４７と同じように撓み変形する。そのため、ブリッジ回路５０から、第１ダイアフラム４５が受けた不要外力に応じた検出信号Ｖ１が出力され、これを第２ダイアフラム４７が受けた不要外力と見做すことができる。したがって、補正部５８は、圧力センサー２の出力（検出信号Ｖ１）に基づいて、差圧センサー３の出力（検出信号Ｖ２）を補正し、補正された信号Ｖ３を用いることで、差圧センサー３の出力から不要外力の成分をキャンセルすることができ、より精度よく衝撃を検出することができる。

このようなセンサー装置１は、例えば、自動車、飛行機等の移動体、回動可能なアームを有するロボット等、周囲の物体と接触して衝撃を受け易い環境において、その効果をより顕著に発揮することができる。

以上、本実施形態のセンサー装置１について説明した。このようなセンサー装置１は、前述したように、受圧により撓み変形し、上面（一方の面）が受圧面４５１である第１ダイアフラム４５と、第１ダイアフラム４５に対して下面（受圧面４５１とは反対の面）側に位置する圧力基準室Ｓと、を有し、受圧面４５１が受ける圧力を検出する圧力センサー２と、受圧により撓み変形し、上面（一方の面）が受圧面４７１（第１受圧面）であり、下面（他方の面）が受圧面４７２（第２受圧面）である第２ダイアフラム４７を有し、受圧面４７１が受ける圧力と受圧面４７２が受ける圧力との差である差圧を検出する差圧センサー３と、圧力センサー２および差圧センサー３の一方の出力に基づいて、他方の出力を補正する補正部５８と、を有している。特に、本実施形態では、補正部５８は、圧力センサー２の出力（検出信号Ｖ１）に基づいて、差圧センサー３の出力（検出信号Ｖ２）を補正するように構成されている。これにより、センサー装置１に加わる加速度、振動、大気の揺らぎ等の不要外力をキャンセルすることができ、より精度よく衝撃を検出することができる。よって、優れた検出精度を有するセンサー装置１が得られる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置について説明する。

図８は、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置を示す断面図である。図９は、図８に示すセンサー装置の装着状態を示す断面図である。

以下、第３実施形態のセンサー装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本発明の第３実施形態に係るセンサー装置１は、圧力伝搬部９の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図８および図９において、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図８に示すように、本実施形態のセンサー装置１では、圧力伝搬部９は、第２ダイアフラム４７の受圧面４７２を覆い、第１ダイアフラム４５の受圧面４５１および第２ダイアフラム４７の受圧面４７１を覆わないように配置されている。なお、本実施形態では、圧力伝搬部９は、凹部４６内に充填されている。ただし、圧力伝搬部９の配置としては、特に限定されず、例えば、センサー装置１の下面や側面まで広がっていてもよい。このような圧力伝搬部９の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコーンオイル、フッ素系オイル、シリコーンゲル、グリス等を用いることができる。たたし、圧力伝搬部９は、省略してもよい。

このようなセンサー装置１は、受圧面４７１が受ける圧力と、受圧面４７２が受ける圧力との差（差圧）を検出する差圧センサーとして利用することができる。例えば、図９に示すように、受圧面４７２が流路Ｙ内に臨み、受圧面４５１、４７１が流路Ｙ外に臨むようにセンサー装置１を流路Ｙに固定すると、流路Ｙ内を流れる流体Ｑ（液体、気体等）の圧力が圧力伝搬部９を介して受圧面４７２に伝達され、第２ダイアフラム４７が撓み変形する。そのため、ブリッジ回路６０から出力された検出信号に基づいて流路Ｙ内外の差圧を検出することができる。

しかしながら、例えば、第２ダイアフラム４７は、自重、加速度、大気の揺らぎ等の圧力以外の外力（以下「不要外力」ともいう。）によっても撓み変形するため、ブリッジ回路６０から出力された検出信号には流体Ｑの圧力以外にも不要外力の成分が含まれている。そのため、ブリッジ回路６０から出力された検出信号では精度よく流路Ｙ内外の差圧を検出することができない。そこで、センサー装置１では、第２ダイアフラム４７に作用する不要外力を検出するための第１ダイアフラム４５を設けている。

第１ダイアフラム４５は、流路Ｙに臨んでいないため、流体Ｑの圧力は、第１ダイアフラム４５に伝達されない。また、第１ダイアフラム４５の受圧面４５１は、第２ダイアフラム４７の受圧面４７１と同じ空間に臨んでいるため、第１ダイアフラム４５は、不要外力によって第２ダイアフラム４７と同じように撓み変形する。そのため、ブリッジ回路５０から、第１ダイアフラム４５が受けた不要外力に応じた検出信号が出力され、これを第２ダイアフラム４７が受けた不要外力と見做すことができる。したがって、センサー装置１は、圧力センサー２の出力（検出信号）に基づいて、差圧センサー３の出力（検出信号）を補正することで、差圧センサー３の出力から不要外力の成分をキャンセルすることができ、より精度よく流路Ｙ内外の差圧を検出することができる。

このようなセンサー装置１は、例えば、自動車、飛行機等の移動体、回動可能なアームを有するロボット等、センサー装置１の姿勢（鉛直方向に対する傾き）が変化し易く、加速度や振動を受け易い環境において、その効果をより顕著に発揮することができる。

以上、本実施形態のセンサー装置１について説明した。このようなセンサー装置１は、前述したように、受圧により撓み変形し、上面（一方の面）が受圧面４５１である第１ダイアフラム４５と、第１ダイアフラム４５に対して下面（受圧面４５１とは反対の面）側に位置する圧力基準室Ｓと、を有し、受圧面４５１が受ける圧力を検出する圧力センサー２と、受圧により撓み変形し、上面（一方の面）が受圧面４７１（第１受圧面）であり、下面（他方の面）が受圧面４７２（第２受圧面）である第２ダイアフラム４７を有し、受圧面４７１が受ける圧力と受圧面４７２が受ける圧力との差である差圧を検出する差圧センサー３と、を有している。そして、圧力センサー２および差圧センサー３の一方の出力に基づいて、他方の出力を補正するように構成されている。特に、本実施形態では、圧力センサー２の出力に基づいて、差圧センサー３の出力を補正するように構成されている。これにより、センサー装置１に加わる加速度、振動、大気の揺らぎ等の不要外力をキャンセルすることができ、より精度よく差圧を検出することができる。よって、優れた検出精度を有するセンサー装置１が得られる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る電子機器について説明する。

図１０は、本発明の第４実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。
図１０に示すように、電子機器としての高度計２００は、腕時計のように手首に装着することができる。また、高度計２００の内部には、センサー装置１が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。なお、この表示部２０１には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。

このような電子機器の一例である高度計２００は、センサー装置１を有している。そのため、高度計２００は、前述したセンサー装置１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子機器について説明する。

図１１は、本発明の第５実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。

図１１に示すように、電子機器としてのナビゲーションシステム３００は、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、センサー装置１と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部３０１とを備えている。

このナビゲーションシステム３００によれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、ナビゲーションシステム３００にセンサー装置１を搭載し、高度情報をセンサー装置１によって取得することで、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出することができ、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。

このような電子機器の一例としてのナビゲーションシステム３００は、センサー装置１を有している。そのため、ナビゲーションシステム３００は、前述したセンサー装置１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、前述の高度計およびナビゲーションシステムに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、ドローン、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る移動体について説明する。

図１２は、本発明の第６実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。
図１２に示すように、移動体としての自動車４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２（タイヤ）と、を有しており、車体４０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪４０２を回転させるように構成されている。また、自動車４００は、車体４０１に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）４０３を有しており、この電子制御ユニット４０３にセンサー装置１が内蔵されている。電子制御ユニット４０３は、センサー装置１が車体４０１の加速度や傾斜等を検出することにより、移動状態や姿勢等を把握し、車輪４０２等の制御を的確に行うことができる。これにより、自動車４００は、安全で安定した移動をすることができる。なお、センサー装置１は、自動車４００に備えられているナビゲーションシステム等に搭載されていてもよい。

このような移動体の一例としての自動車４００は、センサー装置１を有している。そのため、自動車４００は、前述したセンサー装置１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

以上、本発明のセンサー装置、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、第１ダイアフラムおよび前記第２ダイアフラムが同じ方向を向いている構成について説明したが、特に限定されず、異なる方向を向いていてもよい。また、前述した実施形態では、第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムは、同じ基板から形成されている構成について説明したが、これに限定されず、異なる基板から形成されていてもよい。すなわち、圧力センサーおよび差圧センサーは、別体で構成されていてもよい。

１…センサー装置、１１…下面、２…圧力センサー、３…差圧センサー、４…基板、４１…第１シリコン層、４２…酸化シリコン層、４３…第２シリコン層、４４…凹部、４５…第１ダイアフラム、４５１…受圧面、４６…凹部、４７…第２ダイアフラム、４７１…受圧面、４７２…受圧面、５…第１センサー部、５０…ブリッジ回路、５１、５２、５３、５４…ピエゾ抵抗素子、５５…配線、５８…補正部、６…第２センサー部、６０…ブリッジ回路、６１、６２、６３、６４…ピエゾ抵抗素子、６５…配線、７…ベース基板、７１…貫通孔、８…保護膜、８１…第１絶縁膜、８２…第２絶縁膜、９…圧力伝搬部、２００…高度計、２０１…表示部、３００…ナビゲーションシステム、３０１…表示部、４００…自動車、４０１…車体、４０２…車輪、４０３…電子制御ユニット、ＡＶＤＣ…駆動電圧、Ｑ…流体、Ｓ…圧力基準室、Ｘ…対象物、Ｙ…流路

Claims (8)

1. 受圧により撓み変形し、一方の面が受圧面である第１ダイアフラムと、前記第１ダイアフラムに対して前記受圧面とは反対の面側に位置する圧力基準室と、を有し、前記受圧面が受ける圧力を検出する圧力センサーと、
   受圧により撓み変形し、一方の面が第１受圧面であり、他方の面が第２受圧面である第２ダイアフラムを有し、前記第１受圧面が受ける圧力と前記第２受圧面が受ける圧力との差である差圧を検出する差圧センサーと、
   前記圧力センサーおよび前記差圧センサーの一方の出力に基づいて、他方の出力を補正する補正部と、を有することを特徴とするセンサー装置。
2. 前記補正部は、前記差圧センサーの出力に基づいて、前記圧力センサーの出力を補正する請求項１に記載のセンサー装置。
3. 前記補正部は、前記圧力センサーの出力に基づいて、前記差圧センサーの出力を補正する請求項１に記載のセンサー装置。
4. 前記第１ダイアフラムおよび前記第２ダイアフラムは、同じ方向を向いている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセンサー装置。
5. 基板を有し、
   前記基板に前記第１ダイアフラムおよび前記第２ダイアフラムが設けられている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセンサー装置。
6. 前記第１ダイアフラムおよび前記第２ダイアフラムを覆う圧力伝搬部を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサー装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のセンサー装置を有することを特徴とする電子機器。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のセンサー装置を有することを特徴とする移動体。

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