JP2019074433A - 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 - Google Patents

物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 Download PDF

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Kazuyuki Nagata
和幸 永田
菊池　尊行
Takayuki Kikuchi
菊池　　尊行
金本　啓
Hiroshi Kanemoto
啓 金本
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Abstract

【課題】検出対象である物理量以外の物理量に対する影響を低減し、検出対象である物理量を精度よく検出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、携帯型電子機器、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、前記第１検出電極を前記基板に対して第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検出電極を前記基板に対して前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備え、前記第１ばねの前記第１方向におけるばね定数と前記第２ばねの前記第１方向におけるばね定数とが等しい。【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、携帯型電子機器、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、基板と、基板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、前記基板に固定され、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、基板に固定され、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ωｚ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ωｚを検出することができる。
特開２０１３−２１３７２８号公報
例えば、このようなジャイロセンサーにＹ軸方向の加速度Ａｙが加わると、加速度Ａｙによって可動検出電極がＹ軸方向に変位する。一方で、固定検出電極は、基板に固定されているため、加速度Ａｙが加わってもＹ軸方向に変位しない。そのため、検出対象であるＺ軸まわりの角速度ωｚ以外の物理量であるＹ軸方向の加速度Ａｙが加わったときも、可動検出電極と固定検出電極との間の静電容量が変化してしまい、検出対象であるＺ軸まわりの角速度ωｚの検出精度が低下してしまう。
本発明の目的は、検出対象である物理量以外の物理量に対する影響を低減し、検出対象である物理量を精度よく検出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、携帯型電子機器、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、
前記第１検出電極を前記基板に対して第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検出電極を前記基板に対して前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備え、
前記第１ばねの前記第１方向におけるばね定数と前記第２ばねの前記第１方向におけるばね定数とが等しいことを特徴とする。
これにより、第１方向の加速度（検出対象以外の物理量）が加わった場合、第１検出電極と第２検出電極とが同じように第１方向に変位するため、第１電極指と第２電極指とのギャップが実質的に変化しない。そのため、検出対象である物理量以外の物理量に対する影響が低減され、検出対象である物理量を精度よく検出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ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向に交差する第２方向に変位可能に支持し、
前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第２方向に変位可能に支持し、
前記第１ばねの前記第２方向におけるばね定数と前記第２ばねの前記第２方向におけるばね定数とが等しいことが好ましい。
これにより、第２方向の加速度（検出対象以外の物理量）が加わった場合、第１検出電極と第２検出電極とが同じように第２方向に変位するため、第１電極指と第２電極指とのギャップが実質的に変化しない。そのため、検出対象である物理量以外の物理量に対する影響が低減され、検出対象である物理量を精度よく検出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ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向および前記第２方向のそれぞれに交差する第３方向に変位可能に支持し、
前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第３方向に変位可能に支持し、
前記第１ばねの前記第３方向におけるばね定数と前記第２ばねの前記第３方向におけるばね定数とが等しいことが好ましい。
これにより、第３方向の加速度（検出対象以外の物理量）が加わった場合、第１検出電極と第２検出電極とが同じように第３方向に変位するため、第１電極指と第２電極指とのギャップが実質的に変化しない。そのため、検出対象である物理量以外の物理量に対する影響が低減され、検出対象である物理量を精度よく検出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電極指および前記第１電極指が互いに接近するように変位し、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、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、物理量の検出感度が向上する。
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備え、
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、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、物理量の検出感度が向上する。
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、物理量センサーの構成が簡単なものとなる。
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、
前記第１検出電極を前記基板に対して第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検出電極を前記基板に対して前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備え、
前記第１方向の加速度が加わった際の、前記第１検出電極の前記第１方向への変位量と、前記第２検出電極の前記第１方向への変位量とが等しいことを特徴とする。
これにより、第１方向の加速度（検出対象以外の物理量）が加わった場合、第１検出電極と第２検出電極とが同じように第１方向に変位するため、第１電極指と第２電極指とのギャップが実質的に変化しない。そのため、検出対象である物理量以外の物理量に対する影響が低減され、検出対象である物理量を精度よく検出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ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向に交差する第２方向に変位可能に支持し、
前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第２方向に変位可能に支持し、
前記第２方向の加速度が加わった際の、前記第１検出電極の前記第２方向への変位量と、前記第２検出電極の前記第２方向への変位量とが等しいことが好ましい。
これにより、第２方向の加速度（検出対象以外の物理量）が加わった場合、第１検出電極と第２検出電極とが同じように第２方向に変位するため、第１電極指と第２電極指とのギャップが実質的に変化しない。そのため、検出対象である物理量以外の物理量に対する影響が低減され、検出対象である物理量を精度よく検出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ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向および前記第２方向のそれぞれに交差する第３方向に変位可能に支持し、
前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第３方向に変位可能に支持し、
前記第３方向の加速度が加わった際の、前記第１検出電極の前記第３方向への変位量と、前記第２検出電極の前記第３方向への変位量とが等しいことが好ましい。
これにより、第３方向の加速度（検出対象以外の物理量）が加わった場合、第１検出電極と第２検出電極とが同じように第３方向に変位するため、第１電極指と第２電極指とのギャップが実質的に変化しない。そのため、検出対象である物理量以外の物理量に対する影響が低減され、検出対象である物理量を精度よく検出することのできる物理量センサーが得られる。
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。
本発明の携帯型電子機器は、本発明の物理量センサーと、
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、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、信頼性の高い携帯型電子機器が得られる。
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、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、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、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。 Ｙ軸方向の加速度が加わった状態を示す平面図である。 Ｘ軸方向の加速度が加わった状態を示す平面図である。 Ｚ軸方向の加速度が加わった状態を示す断面図である。 変位状態の固定検出電極を示す拡大平面図である。 自然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１１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１３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１５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実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。 図２０に示す携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第９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、携帯型電子機器、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、Ｙ軸方向の加速度が加わった状態を示す平面図である。図７は、Ｘ軸方向の加速度が加わった状態を示す平面図である。図８は、Ｚ軸方向の加速度が加わった状態を示す断面図である。図９は、変位状態の固定検出電極を示す拡大平面図である。図１０は、自然状態の固定検出電極を示す拡大平面図である。
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。なお、本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が互いに直交しているが、これらは直交していなくてもよく、交差していればよい。
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：ボッシュ法）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に対してそ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、４４２Ｂ、４４３Ｂ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（傾く）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。
物理量センサー１では、図６に示すように、Ｙ軸方向の加速度Ａｙが加わった際の、加速度Ａｙに起因した固定検出電極４４２ＡのＹ軸方向ヘの変位量Ｌｙ２が、加速度Ａｙに起因した可動検出電極４４１ＡのＹ軸方向ヘの変位量Ｌｙ１と等しい。このように、変位量Ｌｙ１、Ｌｙ２を等しくすることにより、加速度Ａｙが加わっても、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧが実質的に変化しない（ギャップＧが一定に保たれる）。そのため、物理量センサー１によれば、検出対象である角速度ωｚ以外の物理量（加速度Ａｙ）に対する影響を低減することができ、角速度ωｚを精度よく検出することができる。なお、変位量Ｌｙ１、Ｌｙ２が等しいとは、Ｌｙ１、Ｌｙ２が一致している場合（Ｌｙ１＝Ｌｙ２）はもちろんのこと、Ｌｙ１、Ｌｙ２が若干異なっている場合、例えば、技術的に不可避な誤差であり、０．９≦Ｌｙ１／Ｌｙ２≦１．１の範囲も含む意味である。
物理量センサー１では、固定検出電極４４２Ａを支持する第２ばねＳ２のＹ軸方向におけるばね定数ｋｙ２を、可動検出電極４４１Ａを支持する第１ばねＳ１のＹ軸方向におけるばね定数ｋｙ１と等しく設定している。これにより、簡単かつ確実に、変位量Ｌｙ１、Ｌｙ２を等しくすることができる。ここで、第１ばねＳ１は、可動検出電極４４１Ａを変位可能に支持する全てのばね、具体的には、各検出ばね４４６Ａと、各駆動ばね４３Ａと、接続ばね４０Ａと、フレームばね４８８、４８９と、梁４７Ａと、で構成されている。一方、第２ばねＳ２は、固定検出電極４４２Ａを変位可能に支持する全てのばね、具体的には、２つのばね４４６Ａで構成されている。なお、ばね定数ｋｙ１、ｋｙ２が等しいとは、ｋｙ１、ｋｙ２が一致している場合（ｋｙ１＝ｋｙ２）はもちろんのこと、ｋｙ１、ｋｙ２が若干異なっている場合、例えば、技術的に不可避な誤差であり、０．９≦ｋｙ１／ｋｙ２≦１．１の範囲も含む意味である。
また、物理量センサー１では、図７に示すように、Ｘ軸方向の加速度Ａｘが加わった際の、加速度Ａｘに起因した固定検出電極４４２ＡのＸ軸方向ヘの変位量Ｌｘ２が、加速度Ａｘに起因した可動検出電極４４１ＡのＸ軸方向ヘの変位量Ｌｘ１と等しい。このように、変位量Ｌｘ１、Ｌｘ２を等しくすることにより、加速度Ａｘが加わっても、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧが実質的に変化しない。そのため、物理量センサー１によれば、検出対象である角速度ωｚ以外の物理量（加速度Ａｘ）に対する影響を低減することができ、角速度ωｚを精度よく検出することができる。なお、変位量Ｌｘ１、Ｌｘ２が等しいとは、Ｌｘ１、Ｌｘ２が一致している場合（Ｌｘ１＝Ｌｘ２）はもちろんのこと、Ｌｘ１、Ｌｘ２が若干異なっている場合、例えば、技術的に不可避な誤差であり、０．９≦Ｌｘ１／Ｌｘ２≦１．１の範囲も含む意味である。
物理量センサー１では、固定検出電極４４２Ａを支持する第２ばねＳ２のＸ軸方向におけるばね定数ｋｘ２を、可動検出電極４４１Ａを支持する第１ばねＳ１のＸ軸方向におけるばね定数ｋｘ１と等しく設定している。これにより、簡単かつ確実に、変位量Ｌｘ１、Ｌｘ２を等しくすることができる。なお、ばね定数ｋｘ１、ｋｘ２が等しいとは、ｋｘ１、ｋｘ２が一致している場合（ｋｘ１＝ｋｘ２）はもちろんのこと、ｋｘ１、ｋｘ２が若干異なっている場合、例えば、技術的に不可避な誤差であり、０．９≦ｋｘ１／ｋｘ２≦１．１の範囲も含む意味である。
また、物理量センサー１では、図８に示すように、Ｚ軸方向の加速度Ａｚが加わった際の、加速度Ａｚに起因した固定検出電極４４２ＡのＺ軸方向ヘの変位量Ｌｚ２が、加速度Ａｚに起因した可動検出電極４４１ＡのＺ軸方向ヘの変位量Ｌｚ１と等しい。このように、変位量Ｌｚ１、Ｌｚ２を等しくすることにより、加速度Ａｚが加わっても、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧが実質的に変化しない。そのため、物理量センサー１によれば、検出対象である角速度ωｚ以外の物理量（加速度Ａｚ）に対する影響を低減することができ、角速度ωｚを精度よく検出することができる。なお、変位量Ｌｚ１、Ｌｚ２が等しいとは、Ｌｚ１、Ｌｚ２が一致している場合（Ｌｚ１＝Ｌｚ２）はもちろんのこと、Ｌｚ１、Ｌｚ２が若干異なっている場合、例えば、技術的に不可避な誤差であり、０．９≦Ｌｚ１／Ｌｚ２≦１．１の範囲も含む意味である。
物理量センサー１では、可動検出電極４４１Ａを支持する第１ばねＳ１のＺ軸方向におけるばね定数ｋｚ１と、固定検出電極４４２Ａを支持する第２ばねＳ２のＺ軸方向におけるばね定数ｋｚ２と、を等しく設定している。これにより、簡単かつ確実に、変位量Ｌｚ１、Ｌｚ２を等しくすることができる。なお、ばね定数ｋｚ１、ｋｚ２が等しいとは、ｋｚ１、ｋｚ２が一致している場合（ｋｚ１＝ｋｚ２）はもちろんのこと、ｋｚ１、ｋｚ２が若干異なっている場合、例えば、技術的に不可避な誤差であり、０．９≦ｋｚ１／ｋｚ２≦１．１の範囲も含む意味である。
また、物理量センサー１では、可動検出電極４４１Ａと第１ばねＳ１とを備える第１振動体の共振周波数ｆ１と、固定検出電極４４２Ａと第２ばねＳ２とを備える第２振動体の共振周波数ｆ２と、を異ならせることが好ましい。これにより、より効果的に、ギャップＧを一定に保つことができる。なお、特に限定されないが、共振周波数ｆ２は、共振周波数ｆ１から５％以上離れていることが好ましい。
また、物理量センサー１では、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９に示すように、固定検出電極４４２Ａが第２ばねＳ２を弾性変形させつつＹ軸方向プラス側（電極指４４２１Ａが電極指４４１１Ａに接近する方向）に変位すると共に、可動検出電極４４１Ａが第１ばねＳ１を弾性変形させつつＹ軸方向マイナス側（電極指４４１１Ａが電極指４４２１Ａ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（図１０参照）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等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。
なお、電圧Ｖ１の印加により発生する静電引力では、可動検出電極４４１Ａおよび固定検出電極４４２Ａが変位しなくてもよい。言い換えると、電圧Ｖ１の印加により発生する静電引力では弾性変形しないように、第１ばねＳ１のばね定数ｋｙ１および第２ばねＳ２のばね定数ｋｙ２を十分に高く設定してもよい。これにより、前述したような効果（静電容量Ｃａ、Ｃｂの増大）を発揮することができなくなる代わりに、第１ばねＳ１および第２ばねＳ２が過度に柔らかくなってしまうことを抑制することができ、素子部４の機械的強度を十分に高く維持することができる。
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の半分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／２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の接触を効果的に抑制することができる。このことから、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の過度な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（部分４４６１Ａ）は、固定部４４４Ａから離間していることが好ましい。これにより、前述したような加速度Ａｙが加わった時に、固定検出電極４４２Ａを可動検出電極４４１Ａと共にＹ軸方向に変位させることができ、加速度Ａｙの影響をより受け難くすることができる。
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、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第１ばねＳ１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、基板２に対して固定検出電極４４２ＡをＹ軸方向に変位可能に支持する第２ばねＳ２と、を備えている。そして、第１ばねＳ１のＹ軸方向におけるばね定数ｋｙ１と第２ばねＳ２のＹ軸方向におけるばね定数ｋｙ２とが等しくなっている。言い換えると、Ｙ軸方向の加速度Ａｙが加わった際の、可動検出電極４４１ＡのＹ軸方向への変位量と、固定検出電極４４２ＡのＹ軸方向への変位量とが等しくなっている。このような構成によれば、Ｙ軸方向の加速度Ａｙが加わっても、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧが実質的に変化しない。そのため、物理量センサー１によれば、検出対象である角速度ωｚ以外の物理量（加速度Ａｙ）に対する影響を低減することができ（不感性を高めることができ）、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、第１ばねＳ１は、可動検出電極４４１Ａを基板２に対してＹ軸方向に交差するＸ軸方向（第２方向）に変位可能に支持し、第２ばねＳ２は、固定検出電極４４２Ａを基板２に対してＸ軸方向に変位可能に支持している。そして、第１ばねＳ１のＸ軸方向におけるばね定数ｋｘ１と第２ばねＳ２のＸ軸方向におけるばね定数ｋｘ２とが等しくなっている。言い換えると、Ｘ軸方向の加速度Ａｘが加わった際の、可動検出電極４４１ＡのＸ軸方向への変位量と、固定検出電極４４２ＡのＸ軸方向への変位量とが等しくなっている。このような構成によれば、Ｘ軸方向の加速度Ａｘが加わっても、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧが実質的に変化しない。そのため、物理量センサー１によれば、検出対象である角速度ωｚ以外の物理量（加速度Ａｘ）に対する影響を低減することができ、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、第１ばねＳ１は、可動検出電極４４１Ａを基板２に対してＹ軸方向およびＸ軸方向のそれぞれに交差するＺ軸方向（第３方向）に変位可能に支持し、第２ばねＳ２は、固定検出電極４４２Ａを基板２に対してＺ軸方向に変位可能に支持している。そして、第１ばねＳ１のＺ軸方向におけるばね定数ｋｚ１と第２ばねＳ２のＺ軸方向におけるばね定数ｋｚ２とが等しくなっている。言い換えると、Ｘ軸方向の加速度Ａｚが加わった際の、可動検出電極４４１ＡのＺ軸方向への変位量と、固定検出電極４４２ＡのＺ軸方向への変位量とが等しくなっている。このような構成によれば、Ｚ軸方向の加速度Ａｚが加わっても、電極指４４１１Ａ、４４２１ＡのギャップＧが実質的に変化しない。そのため、物理量センサー１によれば、検出対象である角速度ωｚ以外の物理量（加速度Ａｚ）に対する影響を低減することができ、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および電極指４４１１Ａが互いに接近するように変位し、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。そのため、電極指４４１１Ａと電極指４４２１Ａと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。その結果、角速度ωｚを高感度でかつ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を有している。これにより、固定検出電極４４２Ａの過度な変位を抑制することができ、例えば、電極指４４１１Ａと電極指４４２１Ａの接触によるこれらの破損、ばね４４６Ａの破損等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、第２ばねＳ２（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る。これにより、比較的簡単な構成で、固定検出電極４４２Ａ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、第２ばねＳ２（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を有している。そして、固定部４４４Ａが規制部４４９Ａ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１１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１２は、図１１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１１および図１２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１１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１２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１３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１４は、図１３に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
図１３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１４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１５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１６は、図１５に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
図１５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１６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１７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１７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から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１１１０（制御部）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、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１１１０（制御部）と、を有している。そのため、パーソナルコンピューター１１００（電子機器）は、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１８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１８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から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０（制御部）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、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０（制御部）と、を有している。そのため、携帯電話機１２００（電子機器）は、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１９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１９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から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１３２０（制御部）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、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１３２０（制御部）と、を有している。そのため、デジタルスチールカメラ１３００（電子機器）は、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実施形態に係る携帯型電子機器について説明する。
図２０は、本発明の第８実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。図２１は、図２０に示す携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。
図２０に示す腕時計型の活動計１４００（アクティブトラッカー）は、本発明の携帯型電子機器を適用したリスト機器である。活動計１４００は、バンド１４０１によってユーザーの手首等の部位（被検体）に装着される。また、活動計１４００は、デジタル表示の表示部１４０２を備えると共に、無線通信が可能である。上述した本発明に係る物理量センサー１は、加速度を測定するセンサーや角速度を計測するセンサーとして活動計１４００に組込まれている。
活動計１４００は、物理量センサー１が収容されているケース１４０３と、ケース１４０３に収容され、物理量センサー１からの出力データを処理する処理部１４１０と、ケース１４０３に収容されている表示部１４０２と、ケース１４０３の開口部を塞いでいる透光性カバー１４０４と、を備えている。また、透光性カバー１４０４の外側にはベゼル１４０５が設けられている。また、ケース１４０３の側面には複数の操作ボタン１４０６、１４０７が設けられている。
図２１に示すように、物理量センサー１としての加速度センサー１４０８は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の加速度を検出し、検出した３軸加速度の大きさおよび向きに応じた信号（加速度信号）を出力する。また、角速度センサー１４０９は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の角速度を検出し、検出した３軸角速度の大きさおよび向きに応じた信号（角速度信号）を出力する。
表示部１４０２を構成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、種々の検出モードに応じて、例えば、ＧＰＳセンサー１４１１や地磁気センサー１４１２を用いた位置情報、移動量や物理量センサー１に含まれる加速度センサー１４０８や角速度センサー１４０９などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー１４１３などを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。なお、温度センサー１４１４を用いた環境温度を表示することもできる。
通信部１４１５は、ユーザー端末と図示しない情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部１４１５は、例えば、Bluetooth（登録商標）（BTLE：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Wireless Fidelity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）、ＡＮＴ＋（登録商標）等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。
処理部１４１０（プロセッサー）は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。処理部１４１０は、記憶部１４１６に格納されたプログラムと、操作部１４１７（例えば操作ボタン１４０６、１４０７）から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部１４１０による処理には、ＧＰＳセンサー１４１１、地磁気センサー１４１２、圧力センサー１４１８、加速度センサー１４０８、角速度センサー１４０９、脈拍センサー１４１３、温度センサー１４１４、計時部１４１９の各出力信号に対するデータ処理、表示部１４０２に画像を表示させる表示処理、音出力部１４２０に音を出力させる音出力処理、通信部１４１５を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー１４２１からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。
このような活動計１４００では、少なくとも以下のような機能を有することができる。
１．距離：高精度のＧＰＳ機能により計測開始からの合計距離を計測する。
２．ペース：ペース距離計測から、現在の走行ペースを表示する。
３．平均スピード：平均スピード走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。
４．標高：ＧＰＳ機能により、標高を計測し表示する。
５．ストライド：ＧＰＳ電波が届かないトンネル内などでも歩幅を計測し表示する。
６．ピッチ：１分あたりの歩数を計測し表示する。
７．心拍数：脈拍センサーにより心拍数を計測し表示する。
８．勾配：山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。
９．オートラップ：事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計
測を行う。
１０．運動消費カロリー：消費カロリーを表示する。
１１．歩数：運動開始からの歩数の合計を表示する。
このような活動計１４００（携帯型電子機器）は、物理量センサー１と、物理量センサー１が収容されているケース１４０３と、ケース１４０３に収容され、物理量センサー１からの出力データを処理する処理部１４１０と、ケース１４０３に収容されている表示部１４０２と、ケース１４０３の開口部を塞いでいる透光性カバー１４０４と、を含んでいる。そのため、活動計１４００（携帯型電子機器）は、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、活動計１４００は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、および衛星測位システム、例えばＧＰＳを搭載したＧＰＳウォッチ、等に広く適用できる。
また、上述では、衛星測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて説明したが、他の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用してもよい。例えば、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１又は２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。
＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係る移動体について説明する。
図２２は、本発明の第９実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図２２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、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う車体姿勢制御装置１５０２（制御部）と、を有している。そのため、自動車１５００（移動体）は、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、携帯型電子機器、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、４４９Ａ…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、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、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、１４００…活動計、１４０１…バンド、１４０２…表示部、１４０３…ケース、１４０４…透光性カバー、１４０５…ベゼル、１４０６、１４０７…操作ボタン、１４０８…加速度センサー、１４０９…角速度センサー、１４１０…処理部、１４１１…ＧＰＳセンサー、１４１２…地磁気センサー、１４１３…脈拍センサー、１４１４…温度センサー、１４１５…通信部、１４１６…記憶部、１４１７…操作部、１４１８…圧力センサー、１４１９…計時部、１４２０…音出力部、１４２１…バッテリー、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、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ…加速度、Ｇ、Ｇ１…ギャップ、Ｏ…中心、Ｐ…電極パッド、Ｓ…収納空間、Ｓ１…第１ばね、Ｓ２…第２ばね、Ｖ１、Ｖ２…電圧、α…仮想直線、θ…傾き、ωｚ…角速度

Claims (16)

  1. 基板と、
    第１電極指を備える第１検出電極と、
    前記第１検出電極を前記基板に対して第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検出電極を前記基板に対して前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備え、
    前記第１ばねの前記第１方向におけるばね定数と前記第２ばねの前記第１方向におけるばね定数とが等しいことを特徴とする物理量センサー。
  2. 前記第１ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向に交差する第２方向に変位可能に支持し、
    前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第２方向に変位可能に支持し、
    前記第１ばねの前記第２方向におけるばね定数と前記第２ばねの前記第２方向におけるばね定数とが等しい請求項１に記載の物理量センサー。
  3. 前記第１ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向および前記第２方向のそれぞれに交差する第３方向に変位可能に支持し、
    前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第３方向に変位可能に支持し、
    前記第１ばねの前記第３方向におけるばね定数と前記第２ばねの前記第３方向におけるばね定数とが等しい請求項１または２に記載の物理量センサー。
  4. 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電極指および前記第１電極指が互いに接近するように変位し、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備え、
    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ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサー。
  6. 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４または５に記載の物理量センサー。
  7. 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６に記載の物理量センサー。
  8. 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６または７に記載の物理量センサー。
  9. 基板と、
    第１電極指を備える第１検出電極と、
    前記第１検出電極を前記基板に対して第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検出電極を前記基板に対して前記第１方向に変位可能に支持する第２ばねと、を備え、
    前記第１方向の加速度が加わった際の、前記第１検出電極の前記第１方向への変位量と、前記第２検出電極の前記第１方向への変位量とが等しいことを特徴とする物理量センサー。
  10. 前記第１ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向に交差する第２方向に変位可能に支持し、
    前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第２方向に変位可能に支持し、
    前記第２方向の加速度が加わった際の、前記第１検出電極の前記第２方向への変位量と、前記第２検出電極の前記第２方向への変位量とが等しい請求項９に記載の物理量センサー。
  11. 前記第１ばねは、前記第１検出電極を前記基板に対して前記第１方向および前記第２方向のそれぞれに交差する第３方向に変位可能に支持し、
    前記第２ばねは、前記第２検出電極を前記基板に対して前記第３方向に変位可能に支持し、
    前記第３方向の加速度が加わった際の、前記第１検出電極の前記第３方向への変位量と、前記第２検出電極の前記第３方向への変位量とが等しい請求項９または１０に記載の物理量センサー。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか一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。
  13. 請求項１２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。
  14. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーが収容されているケースと、
    前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
    前記ケースに収容されている表示部と、
    前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含むことを特徴とする携帯型電子機器。
  15. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含むことを特徴とする電子機器。
  16. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含むことを特徴とする移動体。
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