JP2019074432A - 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】可動検出電極と固定検出電極とのギャップを小さくすることのできる物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】本発明の物理量センサーは、基板と、第１電極指を備える第１検出電極と、前記基板に対して前記第１検出電極を第１方向に変位可能に支持する第１ばねと、前記第１電極指と前記第１方向に間隔を隔てて配置されている第２電極指を備える第２検出電極と、前記第２検出電極を前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、ジャイロセンサー（角速度センサー）として、特許文献１に記載の構成が知られている。この特許文献１に記載のジャイロセンサーは、基体と、基体に固定された素子部と、を有している。また、素子部は、Ｘ軸方向に振動可能な枠状の振動部と、振動部の外側に設けられた可動駆動電極と、前記基体に固定され、前記可動駆動電極との間に静電引力を生じさせることで振動部をＸ軸方向に振動させる固定駆動電極と、振動部の内側に配置され、振動部に対してＹ軸方向に変位可能な可動部と、可動部に設けられた可動検出電極と、基体に固定され、可動検出電極との間に静電容量を形成している固定検出電極と、を有している。このようなジャイロセンサーでは、振動部をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸まわりの角速度が加わると、コリオリ力によって変位部がＹ軸方向に変位し、可動検出電極と固定検出電極との間の静電容量が変化する。そのため、この静電容量の変化に基づいて、Ｚ軸まわりの角速度を検出することができる。

特開２０１３−２１３７２８号公報

ここで、Ｚ軸まわりの角速度を精度よく検出するためには、可動検出電極と固定検出電極とのギャップを小さくし、これらの間の静電容量を大きくすることが有効である。しかしながら、シリコン基板をドライエッチングによりパターニングすることで素子部を形成する場合、ドライエッチングの装置側の制約によって可動検出電極と固定検出電極との最小ギャップが定められてしまい、可動検出電極と固定検出電極とをそれ以上近づけて配置することができない。したがって、特許文献１では、可動検出電極と固定検出電極とのギャップを小さくすることが困難である。

本発明の目的は、可動検出電極と固定検出電極とのギャップを小さくすることのできる物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、電子機器および移動体を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の発明として実現することが可能である。

本発明の物理量センサーは、基板と、
第１電極指を備える第１検出電極と、
前記基板に対して前記第１検出電極を第１方向に変位可能に支持する第１ばねと、
前記第１電極指と前記第１方向に間隔を隔てて配置されている第２電極指を備える第２検出電極と、
前記第２検出電極を前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備えていることを特徴とする。
このような構成では、第２検出電極を第１方向に変位させることで、第１電極指と第２電極指とのギャップを小さくすることができる。そのため、自然状態に対して、第１電極指と第２電極指とのギャップを小さくすることのできる物理量センサーが得られる。

本発明の物理量センサーでは、前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に電位差を与えることで前記第１電極指と前記第２電極指との間に静電引力が作用し、
前記静電引力によって、前記第２電極指が前記第１電極指に接近するように前記第２検出電極が前記第１方向に変位し、前記第１電極指と前記第２電極指とのギャップが自然状態と比べて小さくなることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、第１電極指と第２電極指とのギャップを自然状態と比べて小さくすることができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第２ばねと前記第１方向に並んで配置されている固定電極を有し、
前記第２ばねと前記固定電極との間に電位差を与えることで前記第２ばねと前記固定電極との間に静電引力が作用し、
前記静電引力によって、前記第２電極指が前記第１電極指に接近するように前記第２検出電極が前記第１方向に変位し、前記第１電極指と前記第２電極指とのギャップが自然状態と比べて小さくなることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、第１電極指と第２電極指とのギャップを自然状態と比べて小さくすることができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第２ばねのばね定数は、前記第１ばねのばね定数よりも大きいことが好ましい。
これにより、第２検出電極が振動し難くなるため、第２検出電極の不本意な変位を抑制することができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第２検出電極の前記第１方向への変位を規制する規制部を有していることが好ましい。
これにより、第２検出電極の過度な変位を抑制することができ、例えば、第２ばねの破損を抑制することができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第２ばねが前記規制部に当接することで、前記第２検出電極の前記第１方向への変位が規制されることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、第２検出電極の過度な変位を抑制することができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第２ばねを介して前記第２検出電極と接続され、前記基板に固定されている固定部を有し、
前記固定部が前記規制部を兼ね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。

本発明の慣性計測装置は、本発明の物理量センサーと、
前記物理量センサーの駆動を制御する制御回路と、を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い慣性計測装置が得られる。

本発明の移動体測位装置は、本発明の慣性計測装置と、
測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信する受信部と、
受信した前記衛星信号に基づいて、前記受信部の位置情報を取得する取得部と、
前記慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて、移動体の姿勢を演算する演算部と、
算出された前記姿勢に基づいて前記位置情報を補正することにより、前記移動体の位置を算出する算出部と、を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の慣性計測装置の効果を享受でき、信頼性の高い移動体測位装置が得られる。

本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーと、
制御回路と、
補正回路と、を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い電子機器が得られる。

本発明の移動体は、本発明の物理量センサーと、
姿勢制御部と、を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１の物理量センサーが有する素子部を示す平面図である。 素子部に印加する電圧を示す図である。 素子部の振動モードを説明するための模式図である。 自然状態の固定検出電極を示す拡大平面図である。 変位状態の固定検出電極を示す拡大平面図である。 本発明の第２実施形態に係る物理量センサーの素子部を示す平面図である。 図８に示す素子部の部分拡大平面図である。 本発明の第３実施形態に係る慣性計測装置の分解斜視図である。 図１０に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。 図１２に示す移動体測位装置の作用を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 本発明の第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 本発明の第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、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実施形態に係る物理量センサーについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１の物理量センサーが有する素子部を示す平面図である。図４は、素子部に印加する電圧を示す図である。図５は、素子部の振動モードを説明するための模式図である。図６は、自然状態の固定検出電極を示す拡大平面図である。図７は、変位状態の固定検出電極を示す拡大平面図である。なお、各図には、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。

図１に示す物理量センサー１は、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出することのできる角速度センサーである。物理量センサー１は、基板２と、蓋体３と、素子部４と、を有している。

図１に示すように、基板２は、矩形の平面視形状を有する板状をなしている。また、基板２は、上面（素子部４側の主面）に開口する凹部２１を有している。凹部２１は、Ｚ軸方向からの平面視で、素子部４と重なるように配置されており、素子部４と基板２との接触を防止（抑制）するための逃げ部として機能する。また、基板２は、凹部２１の底面から突出する複数のマウント２２（２２１、２２２、２２３、２２４、２２５）を有している。そして、これらマウント２２の上面に素子部４が接合されている。これにより、基板２との接触が防止された状態で、基板２に素子部４が固定される。また、基板２は、上面に開放する溝部２３、２４、２５、２６、２７、２８を有している。

基板２としては、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）等の可動イオン（アルカリ金属イオン、以下Ｎａ^＋で代表する）を含むガラス材料（例えば、テンパックスガラス（登録商標）、パイレックスガラス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）で構成されたガラス基板を用いることができる。これにより、例えば、後述するように、基板２と素子部４とを陽極接合することができ、これらを強固に接合することができる。また、光透過性を有する基板２が得られるため、物理量センサー１の外側から、基板２を介して素子部４の状態を視認することができる。ただし、基板２の構成材料としては、特に限定されず、シリコン基板、セラミックス基板等を用いてもよい。

図１に示すように、溝部２３、２４、２５、２６、２７、２８には、それぞれ、配線７３、７４、７５、７６、７７、７８が配置されている。配線７３、７４、７５、７６、７７、７８は、それぞれ、素子部４と電気的に接続されている。また、配線７３、７４、７５、７６、７７、７８の一端部は、それぞれ、蓋体３の外側に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドＰとして機能する。

図１に示すように、蓋体３は、矩形の平面視形状を有する板状をなしている。また、図２に示すように、蓋体３は、下面に開放する凹部３１を有している。蓋体３は、凹部３１内に素子部４を収納するようにして、基板２の上面に接合されている。そして、蓋体３および基板２によって、その内側に、素子部４を収納する収納空間Ｓが形成されている。

また、図２に示すように、蓋体３は、収納空間Ｓの内外を連通する連通孔３２を有している。そのため、連通孔３２を介して、収納空間Ｓを所望の雰囲気に置換することができる。また、連通孔３２内には封止部材３３が配置され、封止部材３３によって連通孔３２が気密封止されている。なお、収納空間Ｓは、減圧状態、特に真空状態であることが好ましい。これにより、粘性抵抗が減り、素子部４を効率的に振動させることができる。

このような蓋体３としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。ただし、蓋体３としては、特に限定されず、例えば、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよい。また、基板２と蓋体３との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋体３の材料によって適宜選択すればよいが、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合材による接合、基板２の上面および蓋体３の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等が挙げられる。本実施形態では、ガラスフリット３９（低融点ガラス）を介して基板２と蓋体３とが接合されている。

素子部４は、収納空間Ｓに配置されており、マウント２２の上面に接合されている。素子部４は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をドライエッチング法（シリコンディープエッチング）によってパターニングすることで形成することができる。以下、素子部４について詳細に説明する。なお、以下では、Ｚ軸方向からの平面視で、素子部４の中心Ｏと交わり、Ｙ軸方向に延びる直線を「仮想直線α」とも言う。

図３に示すように、素子部４の形状は、仮想直線αに対して対称である。また、素子部４は、仮想直線αの両側に配置された駆動部４１Ａ、４１Ｂを有している。駆動部４１Ａは、櫛歯状に配置された複数の電極指を備えた可動駆動電極４１１Ａと、櫛歯状に配置された複数の電極指を備え可動駆動電極４１１Ａの電極指と噛み合って配置された固定駆動電極４１２Ａと、を有している。同様に、駆動部４１Ｂは、櫛歯状に配置された複数の電極指を備えた可動駆動電極４１１Ｂと、櫛歯状に配置された複数の電極指を備え可動駆動電極４１１Ｂの電極指と噛み合って配置された固定駆動電極４１２Ｂと、を有している。

また、固定駆動電極４１２Ａは、可動駆動電極４１１Ａよりも外側（仮想直線αから遠い側）に位置し、固定駆動電極４１２Ｂは、可動駆動電極４１１Ｂよりも外側（仮想直線αから遠い側）に位置している。また、固定駆動電極４１２Ａ、４１２Ｂは、それぞれ、マウント２２１の上面に接合され、基板２に固定されている。また、可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂは、それぞれ、配線７３と電気的に接続されており、固定駆動電極４１２Ａ、４１２Ｂは、それぞれ、配線７４と電気的に接続されている。

また、素子部４は、駆動部４１Ａの周囲に配置された４つの固定部４２Ａと、駆動部４１Ｂの周囲に配置された４つの固定部４２Ｂと、を有している。各固定部４２Ａ、４２Ｂは、マウント２２２の上面に接合され、基板２に固定されている。

また、素子部４は、各固定部４２Ａと可動駆動電極４１１Ａとを連結する４つの駆動ばね４３Ａと、各固定部４２Ｂと可動駆動電極４１１Ｂとを連結する４つの駆動ばね４３Ｂと、を有している。各駆動ばね４３ＡがＸ軸方向に弾性変形することで可動駆動電極４１１ＡのＸ軸方向への変位が許容され、各駆動ばね４３ＢがＸ軸方向に弾性変形することで可動駆動電極４１１ＢのＸ軸方向への変位が許容される。

可動駆動電極４１１Ａ、４１１ＢをＸ軸方向に振動させるには、例えば、配線７３を介して図４に示す電圧Ｖ１を可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂに印加し、配線７４を介して図４に示す電圧Ｖ２を固定駆動電極４１２Ａ、４１２Ｂに印加する。なお、電圧Ｖ１は、ＧＮＤ基準（例えば、０．９Ｖ程度の電位）よりも大きい１５Ｖ程度の定電圧であり、電圧Ｖ２は、ＧＮＤ基準を中心とした矩形波である。

これにより、可動駆動電極４１１Ａと固定駆動電極４１２Ａとの間および可動駆動電極４１１Ｂと固定駆動電極４１２Ｂとの間にそれぞれ静電引力が発生し、可動駆動電極４１１Ａが駆動ばね４３Ａを弾性変形させつつＸ軸方向に振動すると共に、可動駆動電極４１１Ｂが駆動ばね４３Ｂを弾性変形させつつＸ軸方向に振動する。前述したように、駆動部４１Ａ、４１Ｂは、仮想直線αに対して対称的に配置されているため、可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂは、互いに接近、離間を繰り返すようにＸ軸方向に逆相で振動する。そのため、可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂの振動がキャンセルされ、基板２への振動漏れを低減することができる。以下では、この振動モードを「駆動振動モード」とも言う。

なお、駆動振動モードを励振することができれば、電圧Ｖ１、Ｖ２としては、特に限定されない。また、本実施形態の物理量センサー１では、静電引力によって駆動振動モードを励振させる静電駆動方式となっているが、励振させる方式は、特に限定されず、例えば、圧電駆動方式、磁場のローレンツ力を利用した電磁駆動方式等を適用することもできる。

また、素子部４は、駆動部４１Ａ、４１Ｂの間に配置された検出部４４Ａ、４４Ｂを有している。検出部４４Ａは、櫛歯状に配置された複数の電極指４４１１Ａを備えた可動検出電極４４１Ａと、櫛歯状に配置された複数の電極指４４２１Ａ、４４３１Ａを備え可動検出電極４４１Ａの電極指４４１１Ａと噛み合って配置された固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａと、を有している。固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａは、Ｙ軸方向に並んで配置され、可動検出電極４４１Ａの中心に対してＹ軸方向プラス側に固定検出電極４４２Ａが位置し、Ｙ軸方向マイナス側に固定検出電極４４３Ａが位置している。また、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａは、それぞれ、可動検出電極４４１ＡをＸ軸方向両側から挟み込むようにして一対配置されている。また、電極指４４２１Ａは、対向する電極指４４１１Ａに対してＹ軸方向マイナス側に位置し、電極指４４３１Ａは、対向する電極指４４１１Ａに対してＹ軸方向プラス側に位置している。

同様に、検出部４４Ｂは、櫛歯状に配置された複数の電極指４４１１Ｂを備えた可動検出電極４４１Ｂと、櫛歯状に配置された複数の電極指４４２１Ｂ、４４３１Ｂを備え可動検出電極４４１Ｂの電極指４４１１Ｂと噛み合って配置された固定検出電極４４２Ｂ、４４３Ｂと、を有している。固定検出電極４４２Ｂ、４４３Ｂは、Ｙ軸方向に並んで配置され、可動検出電極４４１Ｂの中心に対してＹ軸方向プラス側に固定検出電極４４２Ｂが位置し、Ｙ軸方向マイナス側に固定検出電極４４３Ｂが位置している。また、固定検出電極４４２Ｂ、４４３Ｂは、それぞれ、可動検出電極４４１ＢをＸ軸方向の両側から挟み込むようにして一対配置されている。また、電極指４４２１Ｂは、対向する電極指４４１１Ｂに対してＹ軸方向マイナス側に位置し、電極指４４３１Ｂは、対向する電極指４４１１Ｂに対してＹ軸方向プラス側に位置している。

ここで、可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂの「可動」とは、後述するように、駆動振動モードや検出振動モードにおいて振動することを意味し、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４２２Ｂ、４２３Ｂの「固定」とは、駆動振動モードや検出振動モードにおいて実質的に振動しないことを意味している。

可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂは、それぞれ、配線７３と電気的に接続され、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ｂは、それぞれ、配線７５と電気的に接続され、固定検出電極４４３Ａ、４４２Ｂは、それぞれ、配線７６と電気的に接続されている。また、配線７５、７６は、それぞれ、ＱＶアンプ（電荷電圧変換回路）に接続される。物理量センサー１の駆動時には、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間および可動検出電極４４１Ｂと固定検出電極４４３Ｂとの間に静電容量Ｃａが形成され、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４３Ａとの間および可動検出電極４４１Ｂと固定検出電極４４２Ｂとの間に静電容量Ｃｂが形成される。

また、素子部４は、検出部４４Ａ、４４Ｂの間に配置された２つの固定部４５１、４５２を有している。固定部４５１、４５２は、それぞれ、マウント２２４の上面に接合され、基板２に固定されている。固定部４５１、４５２は、Ｙ軸方向に並び、間隔を空けて配置されている。なお、本実施形態では、固定部４５１、４５２を介して可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂや可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂが配線７３と電気的に接続されている。

また、素子部４は、可動検出電極４４１Ａと固定部４２Ａ、４５１、４５２とを接続する４つの検出ばね４６Ａと、可動検出電極４４１Ｂと固定部４２Ｂ、４５１、４５２とを接続する４つの検出ばね４６Ｂと、を有している。各検出ばね４６ＡがＸ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＡのＸ軸方向への変位が許容され、Ｙ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＡのＹ軸方向への変位が許容される。同様に、各検出ばね４６ＢがＸ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＢのＸ軸方向への変位が許容され、Ｙ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＢのＹ軸方向への変位が許容される。

また、素子部４は、各固定検出電極４４２Ａの近くに配置された２つの固定部４４４Ａと、各固定検出電極４４３Ａの近くに配置された２つの固定部４４５Ａと、各固定検出電極４４２Ｂの近くに配置された２つの固定部４４４Ｂと、各固定検出電極４４３Ｂの近くに配置された２つの固定部４４５Ｂと、を有している。固定部４４４Ａ、４４５Ａ、４４４Ｂ、４４５Ｂは、それぞれ、マウント２２３の上面に接合され、基板２に固定されている。

また、素子部４は、固定検出電極４４２Ａと各固定部４４４Ａとを接続する２つのばね４４６Ａと、固定検出電極４４３Ａと２つの固定部４４５Ａとを接続する２つのばね４４７Ａと、固定検出電極４４２Ｂと各固定部４４４Ｂとを接続する２つのばね４４６Ｂと、固定検出電極４４３Ｂと２つの固定部４４５Ｂとを接続する２つのばね４４７Ｂと、を有している。各ばね４４６ＡがＹ軸方向に弾性変形することで固定検出電極４４２ＡのＹ軸方向への変位が許容され、各ばね４４７ＡがＹ軸方向に弾性変形することで固定検出電極４４３ＡのＹ軸方向への変位が許容され、各ばね４４６ＢがＹ軸方向に弾性変形することで固定検出電極４４２ＢのＹ軸方向への変位が許容され、各ばね４４７ＢがＹ軸方向に弾性変形することで固定検出電極４４３ＢのＹ軸方向への変位が許容される。

また、素子部４は、可動駆動電極４１１Ａと可動検出電極４４１Ａとの間に位置し、これらを接続する梁４７Ａと、可動駆動電極４１１Ｂと可動検出電極４４１Ｂとの間に位置し、これらを接続する梁４７Ｂと、を有している。そのため、図５に示すように、駆動振動モードでは、可動駆動電極４１１Ａ、可動検出電極４４１Ａおよび梁４７Ａの集合体である可動体４Ａと、可動駆動電極４１１Ｂ、可動検出電極４４１Ｂおよび梁４７Ｂの集合体である可動体４Ｂと、がＸ軸方向に逆相で振動する。なお、梁４７Ａ、４７Ｂは、Ｘ軸方向に突っ張ることで梁のように機能し、Ｙ軸方向に弾性変形することで後述する検出振動モードの励振を阻害しないようになっている。

このような駆動振動モードで駆動させている最中に物理量センサー１に角速度ωｚが加わると、可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂは、コリオリの力によって、図５中の矢印Ａに示すように、検出ばね４６Ａ、４６ＢをＹ軸方向に弾性変形させつつＹ軸方向に逆相で振動する（この振動を「検出振動モード」とも言う）。検出振動モードでは、可動検出電極４４１Ａ、４４１ＢがＹ軸方向に振動するため、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａとのギャップおよび可動検出電極４４１Ｂと固定検出電極４４２Ｂ、４４３Ｂとのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って静電容量Ｃａ、Ｃｂがそれぞれ変化する。そのため、静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化に基づいて、角速度ωｚを求めることができる。

検出振動モードでは、静電容量Ｃａが大きくなると静電容量Ｃｂが小さくなり、反対に、静電容量Ｃａが小さくなると静電容量Ｃｂが大きくなる。そのため、配線７５に接続されたＱＶアンプから出力される検出信号（静電容量Ｃａの大きさに応じた信号）と、配線７６に接続されたＱＶアンプから出力される検出信号（静電容量Ｃｂの大きさに応じた信号）とを差動演算（減算処理：Ｃａ−Ｃｂ）することで、ノイズをキャンセルすることができ、より精度よく角速度ωｚを検出することができる。

また、図３に示すように、素子部４は、その中央部（検出部４４Ａ、４４Ｂの間）に位置するフレーム４８を有している。フレーム４８は、「Ｈ」形状をなし、Ｙ軸方向プラス側に位置する欠損部４８１（凹部）と、Ｙ軸方向マイナス側に位置する欠損部４８２（凹部）と、を有している。そして、欠損部４８１の内外に亘って固定部４５１が配置されており、欠損部４８２の内外に亘って固定部４５２が配置されている。これにより、固定部４５１、４５２をＹ軸方向に長く形成することができ、その分、基板２との接合面積が増え、基板２と素子部４との接合強度が増す。

また、素子部４は、固定部４５１とフレーム４８との間に位置し、これらを接続するフレームばね４８８と、固定部４５２とフレーム４８との間に位置し、これらを接続するフレームばね４８９と、を有している。

また、素子部４は、フレーム４８と可動検出電極４４１Ａとの間に位置し、これらを接続する接続ばね４０Ａと、フレーム４８と可動検出電極４４１Ｂとの間に位置し、これらを接続する接続ばね４０Ｂと、を有している。接続ばね４０Ａは、検出ばね４６Ａと共に可動検出電極４４１Ａを支持し、接続ばね４０Ｂは、検出ばね４６Ｂと共に可動検出電極４４１Ｂを支持している。そのため、可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂを安定した姿勢で支持することができ、可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂの不要振動（スプリアス）を低減することができる。

なお、駆動振動モードでは、接続ばね４０Ａ、４０Ｂが弾性変形することで可動体４Ａ、４Ｂの振動が許容され、検出振動モードでは、接続ばね４０Ａ、４０Ｂおよびフレームばね４８８、４８９が弾性変形すると共に、フレーム４８が中心Ｏまわりに回動することで、可動検出電極４４１Ａ、４４１ＢのＹ軸方向への振動が許容される。

また、素子部４は、駆動振動モードでの可動体４Ａ、４Ｂの振動状態を検出するためのモニター部４９Ａ、４９Ｂを有している。モニター部４９Ａは、可動検出電極４４１Ａに配置され、櫛歯状に配置された複数の電極指を備えた可動モニター電極４９１Ａと、櫛歯状に配置された複数の電極指を備え可動モニター電極４９１Ａの電極指と噛み合って配置された固定モニター電極４９２Ａ、４９３Ａと、を有している。固定モニター電極４９２Ａは、可動モニター電極４９１Ａに対してＸ軸方向プラス側に位置し、固定モニター電極４９３Ａは、可動モニター電極４９１Ａに対してＸ軸方向マイナス側に位置している。

同様に、モニター部４９Ｂは、可動検出電極４４１Ｂに配置され、櫛歯状に配置された複数の電極指を備えた可動モニター電極４９１Ｂと、櫛歯状に配置された複数の電極指を備え可動モニター電極４９１Ｂの電極指と噛み合って配置された固定モニター電極４９２Ｂ、４９３Ｂと、を有している。固定モニター電極４９２Ｂは、可動モニター電極４９１Ｂに対してＸ軸方向マイナス側に位置し、固定モニター電極４９３Ｂは、可動モニター電極４９１Ｂに対してＸ軸方向プラス側に位置している。

これら固定モニター電極４９２Ａ、４９３Ａ、４９２Ｂ、４９３Ｂは、それぞれ、マウント２２５の上面に接合され、基板２に固定されている。また、可動モニター電極４９１Ａ、４９１Ｂは、それぞれ、配線７３と電気的に接続され、固定モニター電極４９２Ａ、４９２Ｂは、それそれ、配線７７と電気的に接続され、固定モニター電極４９３Ａ、４９３Ｂは、それぞれ、配線７８と電気的に接続されている。また、配線７７、７８は、それぞれ、ＱＶアンプ（電荷電圧変換回路）に接続される。物理量センサー１の駆動時には、可動モニター電極４９１Ａと固定モニター電極４９２Ａとの間および可動モニター電極４９１Ｂと固定モニター電極４９２Ｂとの間に静電容量Ｃｃが形成され、可動モニター電極４９１Ａと固定モニター電極４９３Ａとの間および可動モニター電極４９１Ｂと固定モニター電極４９３Ｂとの間に静電容量Ｃｄが形成される。

前述したように、駆動振動モードでは、可動検出電極４４１Ａ、４４１ＢがＸ軸方向に振動するため、可動モニター電極４９１Ａと固定モニター電極４９２Ａ、４９３Ａとのギャップおよび可動モニター電極４９１Ｂと固定モニター電極４９２Ｂ、４９３Ｂとのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って静電容量Ｃｃ、Ｃｄがそれぞれ変化する。そのため、静電容量Ｃｃ、Ｃｄの変化に基づいて、可動体４Ａ、４Ｂの振動状態（特にＸ軸方向への振幅）を検出することができる。

駆動振動モードでは、静電容量Ｃｃが大きくなると静電容量Ｃｄが小さくなり、反対に、静電容量Ｃｃが小さくなると静電容量Ｃｄが大きくなる。そのため、配線７７に接続されたＱＶアンプから得られる検出信号（静電容量Ｃｃの大きさに応じた信号）と、配線７８に接続されたＱＶアンプから得られる検出信号（静電容量Ｃｄの大きさに応じた信号）とを差動演算（減算処理：Ｃｃ−Ｃｄ）することで、ノイズをキャンセルすることができ、より精度よく可動体４Ａ、４Ｂの振動状態を検出することができる。

なお、モニター部４９Ａ、４９Ｂからの出力によって検出された可動体４Ａ、４Ｂの振動状態（振幅）は、可動体４Ａ、４Ｂに電圧Ｖ２を印加する駆動回路にフィードバックされる。駆動回路は、可動体４Ａ、４Ｂの振幅が目標値となるように、電圧Ｖ２の周波数やＤｕｔｙ比を変更する。これにより、より確実に、可動体４Ａ、４Ｂを所定の振幅で振動させることができ、角速度ωｚの検出精度が向上する。

以上、素子部４の構成について簡単に説明した。次に、物理量センサー１の特徴の１つである固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂについて、さらに詳しく説明する。ただし、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂは、それぞれ同様の構成であるため、以下では、説明の便宜上、固定検出電極４４２Ａについて代表して説明し、他の固定検出電極４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂについては、その説明を省略する。

図６に示すように、固定検出電極４４２Ａは、２つのばね４４６Ａを介して２つの固定部４４４Ａに固定されており、Ｙ軸方向に変位可能となっている。そのため、物理量センサー１に電圧Ｖ１が印加されると、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間にこれらの電位差に起因する静電引力が生じ、この静電引力によって、図７に示すように、固定検出電極４４２Ａが２つのばね４４６Ａを弾性変形させつつＹ軸方向プラス側（固定検出電極４４２Ａの電極指４４２１Ａが可動検出電極４４１Ａの電極指４４１１Ａに接近する方向）に変位する。したがって、この変位状態では、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧが、自然状態と比べて小さくなる。なお、自然状態とは、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間に静電引力が生じていない状態（素子部４に変形が生じていない状態）を言う。

このように、ギャップＧを自然状態よりも小さくすることで、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間に形成される静電容量が大きくなり、固定検出電極４４２Ａから得られる検出信号の強度も上がる。そのため、より精度よく、角速度ωｚを検出することができる。なお、ギャップＧは、電圧Ｖ１の大きさ（可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間に生じる静電引力の大きさ）を変更することで調整することができる。

自然状態でのギャップＧとしては、特に限定されず、製造時に用いるドライエッチング装置の性能によっても異なるが、例えば、１μｍ以上３μｍ以下程度であるのが好ましい。これにより、自然状態でのギャップＧが十分に小さくなり、変位状態とすることでギャップＧをそこからさらに小さくすることができる。そのため、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間に形成される静電容量がより大きくなる。

変位状態でのギャップＧとしては、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上１μｍ未満程度であるのが好ましい。これにより、変位状態でのギャップＧが十分に小さくなり、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間に形成される静電容量がより大きくなる。また、検出振動モードでの電極指４４１１Ａ、４４２１Ａの接触を抑制することができる。なお、ギャップＧは、複数対ある電極指４４１１Ａ、４４２１Ａ間のそれぞれにおいてできるだけ等しいことが好ましい。

また、素子部４の製造に用いるドライエッチング装置によって形成可能な電極指４４１１Ａ、４４２１Ａの最小ギャップをＧｍｉｎとしたとき、変位状態でのギャップＧは、最小ギャップＧｍｉｎよりも小さいことが好ましい。これにより、変位状態のギャップＧをドライエッチング装置の製造限界を超えて小さくすることができる。よって、物理量センサー１によれば、より精度よく、角速度ωｚを検出することができる。

ここで、ばね４４６Ａのばね定数ｋ１は、検出ばね４６Ａのばね定数ｋ２よりも大きいことが好ましい。これにより、静電引力によって固定検出電極４４２Ａが過度に変位してしまうことを抑制でき、変位状態において可動検出電極４４１Ａの電極指と固定検出電極４４２Ａの電極指とが接触してしまうことを抑制することができる。なお、ばね定数ｋ１は、並列に配置された２つのばね４４６Ａのばね定数の和で表され、ばね定数ｋ２は、並列に配置された４つの検出ばね４６Ａのばね定数の和で表される。

また、ばね４４６Ａのばね定数ｋ１は、静電引力によって固定検出電極４４２Ａが変位できる限り、大きいことが好ましい。これにより、固定検出電極４４２Ａが揺れ難くなる、すなわち加速度、角速度等が加わっても変位し難くなるため、変位状態でのギャップＧが安定し、角速度ωｚをより精度よく検出することができる。

また、Ｙ軸方向プラス側（固定検出電極４４２Ａが変位する側）に位置するばね４４６Ａは、固定部４４４ＡとＹ軸方向に対向する部分４４６１Ａを有しており、自然状態において、部分４４６１Ａと固定部４４４ＡとのギャップＧ１は、ギャップＧよりも小さくなっている。すなわち、自然状態において、ギャップＧ１＜Ｇの関係を満足している。これにより、ばね４４６Ａが固定部４４４Ａに当接することで、それ以上の固定検出電極４４２Ａの変位が規制され、電極指４４１１Ａ、４４２１Ａの接触をより確実に抑制することができる。すなわち、固定部４４４Ａは、電極指４４１１Ａ、４４２１Ａが接触しないように、固定検出電極４４２Ａの変位を規制する規制部４４９Ａ（ストッパー）として機能する。

ここで、変位状態では、ばね４４６Ａを固定部４４４Ａに当接させてもよいし、当接させなくてもよい。また、ばね４４６Ａを固定部４４４Ａに当接させる場合、ばね４４６Ａと固定部４４４Ａとを溶融等によって固定してしまってもよい。これにより、固定検出電極４４２Ａが基板２に固定されるため、固定検出電極４４２Ａの不本意な変位を防止することができる。

なお、本実施形態では、ばね４４６Ａが固定部４４４Ａに当接するようになっているが、これに限定されず、例えば、固定検出電極４４２Ａが固定部４４４Ａに当接するようになっていてもよい。

また、本実施形態では、静電引力によって、固定検出電極４４２ＡだけがＹ軸方向プラス側（固定検出電極４４２Ａの電極指４４２１Ａが可動検出電極４４１Ａの電極指４４１１Ａに接近する方向）に変位するが、この静電力によって、さらに、可動検出電極４４１ＡがＹ軸方向マイナス側（可動検出電極４４１Ａの電極指４４１１Ａが固定検出電極４４２Ａの電極指４４２１Ａに接近する方向）に変位してもよい。すなわち、電極指４４１１Ａ、４４２１Ａが互いに接近するように、固定検出電極４４２Ａと可動検出電極４４１Ａとが共に変位してもよい。

以上、本実施形態の物理量センサー１について説明した。このような物理量センサー１は、前述したように、基板２と、電極指４４１１Ａ（第１電極指）を備える可動検出電極４４１Ａ（第１検出電極）と、電極指４４１１Ｂ（第１電極指）を備える可動検出電極４４１Ｂ（第１検出電極）と、基板２に対して可動検出電極４４１ＡをＹ軸方向（第１方向）に変位可能に支持する検出ばね４６Ａ（第１ばね）と、基板２に対して可動検出電極４４１ＢをＹ軸方向（第１方向）に変位可能に支持する検出ばね４６Ｂ（第１ばね）と、電極指４４１１ＡとＹ軸方向に間隔を隔てて配置されている電極指４４２１Ａ（第２電極指）を備える固定検出電極４４２Ａ（第２検出電極）と、電極指４４１１ＡとＹ軸方向に間隔を隔てて配置されている電極指４４３１Ａ（第２電極指）を備える固定検出電極４４３Ａ（第２検出電極）と、電極指４４１１ＢとＹ軸方向に間隔を隔てて配置されている電極指４４２１Ｂ（第２電極指）を備える固定検出電極４４２Ｂ（第２検出電極）と、電極指４４１１ＢとＹ軸方向に間隔を隔てて配置されている電極指４４３１Ｂ（第２電極指）を備える固定検出電極４４３Ｂ（第２検出電極）と、固定検出電極４４２ＡをＹ軸方向に変位可能に支持するばね４４６Ａ（第２ばね）と、固定検出電極４４３ＡをＹ軸方向に変位可能に支持するばね４４７Ａ（第２ばね）と、固定検出電極４４２ＢをＹ軸方向に変位可能に支持するばね４４６Ｂ（第２ばね）と、固定検出電極４４３ＢをＹ軸方向に変位可能に支持するばね４４７Ｂ（第２ばね）と、を備えている。

そのため、ばね４４６Ａを弾性変形させつつ固定検出電極４４２ＡがＹ軸方向に変位することで、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧを自然状態よりも小さくすることができ、これらの間の静電容量をより大きくすることができる。同様に、ばね４４７Ａを弾性変形させつつ固定検出電極４４３ＡがＹ軸方向に変位することで、電極指４４１１Ａ、４４３１ＡのギャップＧを自然状態よりも小さくすることができ、これらの間の静電容量をより大きくすることができる。同様に、ばね４４６Ｂを弾性変形させつつ固定検出電極４４２ＢがＹ軸方向に変位することで、電極指４４１１Ｂ、４４２１ＢのギャップＧを自然状態よりも小さくすることができ、これらの間の静電容量をより大きくすることができる。同様に、ばね４４７Ｂを弾性変形させつつ固定検出電極４４３ＢがＹ軸方向に変位することで、電極指４４１１Ｂ、４４３１ＢのギャップＧを自然状態よりも小さくすることができ、これらの間の静電容量をより大きくすることができる。また、製造後にギャップＧを調整することができるため、加工バラつきに応じて、ギャップＧを最適化することもできる。そのため、角速度ωｚを精度よく検出することができる。

また、前述したように、物理量センサー１では、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間に電位差を与えることで電極指４４１１Ａと電極指４４２１Ａとの間に静電引力が作用し、当該静電引力によって、電極指４４２１Ａが電極指４４１１Ａに接近するように固定検出電極４４２ＡがＹ軸方向に変位し、電極指４４１１Ａと電極指４４２１ＡとのギャップＧが自然状態と比べて小さくなる。これにより、比較的簡単に、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧを自然状態と比べて小さくすることができる。固定検出電極４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂについても同様である。

また、前述したように、ばね４４６Ａのばね定数ｋ１は、検出ばね４６Ａのばね定数ｋ２よりも大きい。ばね４４７Ａ、４４６Ｂ、４４７Ｂについても同様である。これにより、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂが振動し難くなり、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂの不本意な変位を抑制することができる。そのため、角速度ωｚ以外の物理量による静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化が抑制され、より精度よく、角速度ωｚを検出することができる。

また、前述したように、物理量センサー１は、固定検出電極４４２ＡのＹ軸方向への変位を規制する規制部４４９Ａと、固定検出電極４４３ＡのＹ軸方向への変位を規制する規制部４４８Ａと、固定検出電極４４２ＢのＹ軸方向への変位を規制する規制部４４９Ｂと、固定検出電極４４３ＢのＹ軸方向への変位を規制する規制部４４８Ｂと、を有している。これにより、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂの過度な変位を抑制することができ、例えば、ばね４４６Ａ、４４７Ａ、４４６Ｂ、４４７Ｂの破損を抑制することができる。

また、前述したように、物理量センサー１では、ばね４４６Ａが規制部４４９Ａに当接することで、固定検出電極４４２ＡのＹ軸方向への変位が規制され、ばね４４７Ａが規制部４４８Ａに当接することで、固定検出電極４４３ＡのＹ軸方向への変位が規制され、ばね４４６Ｂが規制部４４９Ｂに当接することで、固定検出電極４４２ＢのＹ軸方向への変位が規制され、ばね４４７Ｂが規制部４４８Ｂに当接することで、固定検出電極４４３ＢのＹ軸方向への変位が規制される。これにより、比較的簡単な構成で、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３Ｂの過度な変位を抑制することができる。

また、前述したように、物理量センサー１は、ばね４４６Ａを介して固定検出電極４４２Ａと接続され、基板２に固定されている固定部４４４Ａと、ばね４４７Ａを介して固定検出電極４４３Ａと接続され、基板２に固定されている固定部４４５Ａと、ばね４４６Ｂを介して固定検出電極４４２Ｂと接続され、基板２に固定されている固定部４４４Ｂと、ばね４４７Ｂを介して固定検出電極４４３Ｂと接続され、基板２に固定されている固定部４４５Ｂと、を有している。そして、固定部４４４Ａが規制部４４９Ａを兼ね、固定部４４５Ａが規制部４４８Ａを兼ね、固定部４４４Ｂが規制部４４９Ｂを兼ね、固定部４４５Ｂが規制部４４８Ｂを兼ねている。これにより、素子部４の構成が簡単なものとなる。また、物理量センサー１の小型化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーについて説明する。

図８は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーの素子部を示す平面図である。図９は、図８に示す素子部の部分拡大平面図である。

本実施形態に係る物理量センサー１では、主に、素子部４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態に係る物理量センサー１と同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態の物理量センサー１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図８および図９では、それぞれ、前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図８に示すように、素子部４は、ばね４４６ＡとＹ軸方向に並んで配置された固定電極５１と、ばね４４７ＡとＹ軸方向に並んで配置された固定電極５２と、ばね４４６ＢとＹ軸方向に並んで配置された固定電極５３と、ばね４４７ＢとＹ軸方向に並んで配置された固定電極５４と、を有している。固定電極５１、５２、５３、５４は、それぞれ、基板２に固定されている。

このような構成では、図９に示すように、固定電極５１に電圧（直流電圧）を印加することで、ばね４４６Ａと固定電極５１との間に静電引力が生じ、この静電引力によって固定検出電極４４２ＡがＹ軸方向に変位する。すなわち、ばね４４６Ａと固定電極５１との間に電位差を与えることで、ばね４４６Ａと固定電極５１との間に静電引力が作用し、当該静電引力によって、電極指４４２１Ａが電極指４４１１Ａに接近するように固定検出電極４４２ＡがＹ軸方向に変位し、電極指４４１１Ａと電極指４４２１ＡとのギャップＧが自然状態と比べて小さくなる。固定電極５２、５３、５４についても、固定電極５１と同様の機能を有する。

例えば、前述した第１実施形態では、駆動電圧である電圧Ｖ１を利用して静電引力を発生させていたが、電圧Ｖ１にはある程度の制限があり、電圧Ｖ１の大きさをそれほど自由に変更することができない。これに対して、本実施形態では、静電引力を発生させるために電圧Ｖ１とは異なる電圧であって、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａ、４４２Ｂ、４４３ＢをＹ軸方向に変位させるため専用の電圧を用いているため、当該電圧の大きさを自由に変更することができる。そのため、ギャップＧの調整範囲や調整精度が増し、より精度よく、角速度ωｚを検出することができる。

以上、第２実施形態の物理量センサー１について説明した。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実施形態に係る慣性計測装置について説明する。

図１０は、本発明の第３実施形態に係る慣性計測装置の分解斜視図である。図１１は、図１０に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。

図１０に示す慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車や、ロボットなどの運動体（被装着装置）の姿勢や、挙動（慣性運動量）を検出する装置である。慣性計測装置２０００は、３軸の加速度センサーと、３軸の角速度センサーと、を備えた、いわゆる６軸モーションセンサーとして機能する。

慣性計測装置２０００は、平面形状が略正方形の直方体である。また、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、固定部としてのネジ穴２１１０が形成されている。この２ヶ所のネジ穴２１１０に２本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置２０００を固定することができる。なお、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンや、デジタルカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。

慣性計測装置２０００は、アウターケース２１００と、接合部材２２００と、センサーモジュール２３００と、を有し、アウターケース２１００の内部に、接合部材２２００を介在させて、センサーモジュール２３００を挿入した構成となっている。また、センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と、基板２３２０と、を有している。

アウターケース２１００の外形は、慣性計測装置２０００の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれネジ穴２１１０が形成されている。また、アウターケース２１００は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール２３００が収納されている。

インナーケース２３１０は、基板２３２０を支持する部材であり、アウターケース２１００の内部に収まる形状となっている。また、インナーケース２３１０には、基板２３２０との接触を防止するための凹部２３１１や後述するコネクター２３３０を露出させるための開口２３１２が形成されている。このようなインナーケース２３１０は、接合部材２２００（例えば、接着剤を含浸させたパッキン）を介してアウターケース２１００に接合されている。また、インナーケース２３１０の下面には接着剤を介して基板２３２０が接合されている。

図１１に示すように、基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｚ、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサー２３５０などが実装されている。また、基板２３２０の側面には、Ｘ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘおよびＹ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｙが実装されている。なお、角速度センサー２３４０ｚ、２３４０ｘ、２３４０ｙとしては、特に限定されず、例えば、コリオリの力を利用した振動ジャイロセンサーを用いることができる。特に、Ｚ軸方向の角速度を検出するものとして、前述した実施形態のいずれかの構成を用いることができる。また、加速度センサー２３５０としては、特に限定されず、例えば、静電容量型の加速度センサーを用いることができる。

また、基板２３２０の下面には、制御ＩＣ２３６０が実装されている。制御ＩＣ２３６０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置２０００の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板２３２０には、その他にも複数の電子部品が実装されている。

以上、慣性計測装置２０００（慣性計測装置）について説明した。このような慣性計測装置２０００は、物理量センサーとしての角速度センサー２３４０ｚ、２３４０ｘ、２３４０ｙおよび加速度センサー２３５０と、これら各センサー２３４０ｚ、２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３５０の駆動を制御する制御ＩＣ２３６０（制御回路）と、を含んでいる。これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い慣性計測装置２０００が得られる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る移動体測位装置について説明する。

図１２は、本発明の第４実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図１３は、図１２に示す移動体測位装置の作用を示す図である。

図１２に示す移動体測位装置３０００は、移動体に装着して用い、当該移動体の測位を行うための装置である。移動体としては、特に限定されず、自転車、自動車（四輪自動車およびバイクを含む）、電車、飛行機、船等のいずれでもよいが、本実施形態では四輪自動車として説明する。移動体測位装置３０００は、慣性計測装置３１００（ＩＭＵ）と、演算処理部３２００と、ＧＰＳ受信部３３００と、受信アンテナ３４００と、位置情報取得部３５００と、位置合成部３６００と、処理部３７００と、通信部３８００と、表示部３９００と、を有している。なお、慣性計測装置３１００としては、例えば、前述した実施形態の慣性計測装置２０００を用いることができる。

また、慣性計測装置３１００は、３軸の加速度センサー３１１０と、３軸の角速度センサー３１２０と、を有している。演算処理部３２００は、加速度センサー３１１０からの加速度データおよび角速度センサー３１２０からの角速度データを受け、これらデータに対して慣性航法演算処理を行い、慣性航法測位データ（移動体の加速度および姿勢を含むデータ）を出力する。

また、ＧＰＳ受信部３３００は、受信アンテナ３４００を介してＧＰＳ衛星からの信号（ＧＰＳ搬送波。位置情報が重畳された衛星信号）を受信する。また、位置情報取得部３５００は、ＧＰＳ受信部３３００が受信した信号に基づいて、移動体測位装置３０００（移動体）の位置（緯度、経度、高度）、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを出力する。このＧＰＳ測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。

位置合成部３６００は、演算処理部３２００から出力された慣性航法測位データおよび位置情報取得部３５００から出力されたＧＰＳ測位データに基づいて、移動体の位置、具体的には移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えば、ＧＰＳ測位データに含まれている移動体の位置が同じであっても、図１３に示すように、地面の傾斜等の影響によって移動体の姿勢が異なっていれば、地面の異なる位置を移動体が走行していることになる。そのため、ＧＰＳ測位データだけでは移動体の正確な位置を算出することができない。そこで、位置合成部３６００は、慣性航法測位データ（特に、移動体の姿勢に関するデータ）を用いて、移動体が地面のどの位置を走行しているのかを算出する。なお、当該判定は、三角関数（鉛直方向に対する傾きθ）を用いた演算によって比較的簡単に行うことができる。

位置合成部３６００から出力された位置データは、処理部３７００によって所定の処理が行われ、測位結果として、表示部３９００に表示されるようになっている。また、位置データは、通信部３８００によって外部装置に送信されるようになっていてもよい。

以上、移動体測位装置３０００について説明した。このような移動体測位装置３０００は、前述したように、慣性計測装置３１００と、測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信するＧＰＳ受信部３３００（受信部）と、受信した衛星信号に基づいて、ＧＰＳ受信部３３００の位置情報を取得する位置情報取得部３５００（取得部）と、慣性計測装置３１００から出力された慣性航法測位データ（慣性データ）に基づいて、移動体の姿勢を演算する演算処理部３２００（演算部）と、算出された姿勢に基づいて位置情報を補正することにより、移動体の位置を算出する位置合成部３６００（算出部）と、を含んでいる。これにより、本発明の慣性計測装置の効果を享受でき、信頼性の高い移動体測位装置３０００が得られる。

＜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１４は、本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。

図１４に示すモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューター１１００は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６と、により構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。

このようなパーソナルコンピューター１１００には、物理量センサー１と、物理量センサー１の駆動を制御する制御回路１１１０と、物理量センサー１により検出された物理量を、例えば環境温度に基づいて補正する補正回路１１２０と、が内蔵されている。なお、物理量センサー１としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。

このようなパーソナルコンピューター１１００（電子機器）は、物理量センサー１と、制御回路１１１０と、補正回路１１２０と、を有している。そのため、前述した物理量センサー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６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る電子機器について説明する。
図１５は、本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。

図１５に示す携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。

このような携帯電話機１２００には、物理量センサー１と、物理量センサー１の駆動を制御する制御回路１２１０と、物理量センサー１により検出された物理量を、例えば環境温度に基づいて補正する補正回路１２２０と、が内蔵されている。なお、物理量センサー１としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。

このような携帯電話機１２００（電子機器）は、物理量センサー１と、制御回路１２１０と、補正回路１２２０と、を有している。そのため、前述した物理量センサー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７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る電子機器について説明する。
図１６は、本発明の第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。

図１６に示すデジタルスチールカメラ１３００は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、ケース１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。

このようなデジタルスチールカメラ１３００には、物理量センサー１と、物理量センサー１の駆動を制御する制御回路１３２０と、物理量センサー１により検出された物理量を、例えば環境温度に基づいて補正する補正回路１３３０と、が内蔵されている。なお、物理量センサー１としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。

このようなデジタルスチールカメラ１３００（電子機器）は、物理量センサー１と、制御回路１３２０と、補正回路１３３０と、を有している。そのため、前述した物理量センサー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、前述した実施形態のパーソナルコンピューターおよび携帯電話機、本実施形態のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、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）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、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）、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、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、ネットワークサーバー等に適用することができる。

＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係る移動体について説明する。
図１７は、本発明の第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。

図１７に示す自動車１５００は、本発明の移動体を適用した自動車である。この図において、自動車１５００には、物理量センサー１が内蔵されており、物理量センサー１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２（姿勢制御部）に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。ここで、物理量センサー１としては、例えば、前述した各実施形態と同様のものを用いることができる。

このような自動車１５００（移動体）は、物理量センサー１と、車体姿勢制御装置１５０２（姿勢制御部）と、を有している。そのため、前述した物理量センサー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、物理量センサー１は、他にも、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

また、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、ロケット、人工衛星、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。

以上、本発明の物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれ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、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した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、物理量センサーとして角速度を検出するものについて説明したが、これに限定されず、例えば、加速度を検出するものであってもよい。また、加速度と角速度の両方を検出するものであってもよい。

１…物理量センサー、２…基板、２１…凹部、２２、２２１、２２２、２２３、２２４、２２５…マウント、２３、２４、２５、２６、２７、２８…溝部、３…蓋体、３１…凹部、３２…連通孔、３３…封止部材、３９…ガラスフリット、４…素子部、４Ａ、４Ｂ…可動体、４０Ａ、４０Ｂ…接続ばね、４１Ａ、４１Ｂ…駆動部、４１１Ａ、４１１Ｂ…可動駆動電極、４１２Ａ、４１２Ｂ…固定駆動電極、４２Ａ、４２Ｂ…固定部、４３Ａ、４３Ｂ…駆動ばね、４４Ａ、４４Ｂ…検出部、４４１Ａ、４４１Ｂ…可動検出電極、４４１１Ａ、４４１１Ｂ…電極指、４４２Ａ、４４２Ｂ…固定検出電極、４４２１Ａ、４４２１Ｂ…電極指、４４３Ａ、４４３Ｂ…固定検出電極、４４３１Ａ、４４３１Ｂ…電極指、４４４Ａ、４４４Ｂ、４４５Ａ、４４５Ｂ…固定部、４４６Ａ、４４６Ｂ、４４７Ａ、４４７Ｂ…ばね、４４６１Ａ…部分、４４８Ａ、４４８Ｂ、４４９Ａ、４４９Ｂ…規制部、４５１、４５２…固定部、４６Ａ、４６Ｂ…検出ばね、４７Ａ、４７Ｂ…梁、４８…フレーム、４８１、４８２…欠損部、４８８、４８９…フレームばね、４９Ａ、４９Ｂ…モニター部、４９１Ａ、４９１Ｂ…可動モニター電極、４９２Ａ、４９２Ｂ、４９３Ａ、４９３Ｂ…固定モニター電極、５１、５２、５３、５４…固定電極、７３、７４、７５、７６、７７、７８…配線、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１１１０…制御回路、１１２０…補正回路、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１２１０…制御回路、１２２０…補正回路、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３２０…制御回路、１３３０…補正回路、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、２０００…慣性計測装置、２１００…アウターケース、２１１０…ネジ穴、２２００…接合部材、２３００…センサーモジュール、２３１０…インナーケース、２３１１…凹部、２３１２…開口、２３２０…基板、２３３０…コネクター、２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚ…角速度センサー、２３５０…加速度センサー、２３６０…制御ＩＣ、３０００…移動体測位装置、３１００…慣性計測装置、３１１０…加速度センサー、３１２０…角速度センサー、３２００…演算処理部、３３００…ＧＰＳ受信部、３４００…受信アンテナ、３５００…位置情報取得部、３６００…位置合成部、３７００…処理部、３８００…通信部、３９００…表示部、Ａ…矢印、Ｇ、Ｇ１…ギャップ、Ｏ…中心、Ｐ…電極パッド、Ｓ…収納空間、Ｖ１、Ｖ２…電圧、α…仮想直線、θ…傾き、ωｚ…角速度

Claims (11)

1. 基板と、
   第１電極指を備える第１検出電極と、
   前記基板に対して前記第１検出電極を第１方向に変位可能に支持する第１ばねと、
   前記第１電極指と前記第１方向に間隔を隔てて配置されている第２電極指を備える第２検出電極と、
   前記第２検出電極を前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備えていることを特徴とする物理量センサー。
2. 前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に電位差を与えることで前記第１電極指と前記第２電極指との間に静電引力が作用し、
   前記静電引力によって、前記第２電極指が前記第１電極指に接近するように前記第２検出電極が前記第１方向に変位し、前記第１電極指と前記第２電極指とのギャップが自然状態と比べて小さくなる請求項１に記載の物理量センサー。
3. 前記第２ばねと前記第１方向に並んで配置されている固定電極を有し、
   前記第２ばねと前記固定電極との間に電位差を与えることで前記第２ばねと前記固定電極との間に静電引力が作用し、
   前記静電引力によって、前記第２電極指が前記第１電極指に接近するように前記第２検出電極が前記第１方向に変位し、前記第１電極指と前記第２電極指とのギャップが自然状態と比べて小さくなる請求項１に記載の物理量センサー。
4. 前記第２ばねのばね定数は、前記第１ばねのばね定数よりも大きい請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサー。
5. 前記第２検出電極の前記第１方向への変位を規制する規制部を有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサー。
6. 前記第２ばねが前記規制部に当接することで、前記第２検出電極の前記第１方向への変位が規制される請求項５に記載の物理量センサー。
7. 前記第２ばねを介して前記第２検出電極と接続され、前記基板に固定されている固定部を有し、
   前記固定部が前記規制部を兼ねている請求項５または６に記載の物理量センサー。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサーと、
   前記物理量センサーの駆動を制御する制御回路と、を含むことを特徴とする慣性計測装置。
9. 請求項８に記載の慣性計測装置と、
   測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信する受信部と、
   受信した前記衛星信号に基づいて、前記受信部の位置情報を取得する取得部と、
   前記慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて、移動体の姿勢を演算する演算部と、
   算出された前記姿勢に基づいて前記位置情報を補正することにより、前記移動体の位置を算出する算出部と、を含むことを特徴とする移動体測位装置。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサーと、
    制御回路と、
    補正回路と、を含むことを特徴とする電子機器。
11. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサーと、
    姿勢制御部と、を含むことを特徴とする移動体。

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