JP2019132690A - 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法 - Google Patents

物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】クアドラチャを低減することのできる物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法を提供する。【解決手段】物理量センサーは、可動体と、可動体と対向して配置された第1検出電極、および可動体と対向して配置され可動体との離間距離が可動体と第1検出電極との離間距離と異なっている第2検出電極を含む検出電極と、を含む。可動体と第1検出電極とが並ぶ方向を第1方向とし、第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、可動体の振動は、第1方向の振動と第2方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、第2検出電極は、第1方向からの平面視で、検出電極の第2方向での中心から第2方向にずれて配置されている。【選択図】図5

Description

本発明は、物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法に関するものである。
特許文献1に記載されている角速度センサーは、可動駆動電極と、可動駆動電極を振動させる固定駆動電極と、振動量増幅部を介して可動駆動電極に接続された可動検出電極と、可動検出電極と対向配置された固定検出電極と、を有する。このような構成の角速度センサーでは、可動駆動電極と固定駆動電極との間に静電引力を発生させることにより可動駆動電極と共に可動検出電極をY軸方向に振動させ(この振動モードを「駆動振動モード」と言う)、この状態でX軸まわりの角速度が加わると、コリオリの力によって可動検出電極がZ軸方向に振動し(この振動モードを「検出振動モード」と言う)、それに伴って変化する可動検出電極と固定検出電極との間の静電容量に基づいてX軸まわりの角速度を検出することができる。
このような角速度センサーは、例えば、特許文献2に記載されているシリコンの深溝エッチング技術(ボッシュ・プロセス)を用いて形成することができる。シリコンの深溝エッチング技術とは、SF(エッチング用ガス)とC(側壁保護膜形成用ガス)の2系統のガスを交互に切り替えて、エッチング工程と側壁保護膜形成工程とを交互に繰り返すことにより、シリコンに深溝(貫通孔)を形成する技術である。このような深溝エッチング技術によれば、溝側面の垂直性に優れ、高いアスペクト比の溝を形成することができる。
特開2009−175079号公報 特表平7−503815号公報
しかしながら、特許文献2に記載の深溝エッチング技術を用いた場合、例えば、被エッチングウェーハのチャンバー内の位置等によっては、被エッチングウェーハのエッチング面の法線方向に対して傾斜した斜め方向に貫通孔が形成されてしまう場合がある。このように、貫通孔が斜めに形成されてしまうと、振動量増幅部の断面形状が矩形からずれてしまい(例えば平行四辺形となってしまい)、駆動振動モードにおいて可動検出電極がY軸方向のみならずZ軸方向にも振動してしまい、角速度の検出特性が低下する。なお、駆動振動モード時の可動検出電極のZ軸方向への振動(不要な振動)は、「クアドラチャ」とも呼ばれており、このクアドラチャに起因したノイズ信号は、「クアドラチャ信号」とも呼ばれている。
本発明の目的は、クアドラチャによる物理量の検出特性の低下を低減することのできる物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法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、可動体と、
前記可動体と対向して配置されている第1検出電極、および前記可動体と対向して配置され前記可動体との離間距離が前記可動体と前記第1検出電極との離間距離と異なっている第2検出電極を含む検出電極と、
を含み、
前記可動体と前記第1検出電極とが並ぶ方向を第1方向とし、
前記第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、
前記可動体の振動は、前記第1方向の振動と前記第2方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、
前記第2検出電極は、前記第1方向からの平面視で、前記検出電極の前記第2方向での中心から前記第2方向にずれて配置されていることを特徴とする。
これにより、クアドラチャによる物理量の検出特性の低下を低減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検出電極とが電気的に接続されている第1状態と、前記第1検出電極と前記第2検出電極とが電気的に接続されていない第2状態と、を選択可能であることが好ましい。
これにより、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記第2状態では、前記第2検出電極と前記可動体とが電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、第2検出電極と可動体とが同電位となり、これらの間に意図しない静電引力が生じず、可動体を安定して振動させることができる。その結果、物理量の検出精度が安定する。
本発明の物理量センサーでは、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向を第3方向としたとき、
前記第2検出電極は、前記第3方向に沿った長手形状であることが好ましい。
これにより、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記検出電極は、複数の前記第2検出電極を含むことを特徴とすることが好ましい。
これにより、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記複数の第2検出電極は、前記第1方向からの平面視で、前記検出電極の前記第2方向での中心に対して、前記第2方向の両側に位置していることが好ましい。
これにより、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記可動体と対向して配置されている基板を含み、
前記基板は、
前記可動体と対向している主面と、
前記主面に開口している凹部と、
を含み、
前記第1検出電極は、前記主面に配置され、
前記第2検出電極は、前記凹部の内底面に配置されていることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、可動体と第1検出電極との離間距離と、可動体と第2検出電極との離間距離と、を異ならせることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記可動体と対向して配置されている基板を含み、
前記基板は、
前記可動体と対向している主面と、
前記主面に設けられている凸部と、
を含み、
前記第1検出電極は、前記主面に配置され、
前記第2検出電極は、前記凸部の頂面に配置されていることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、可動体と第1検出電極との離間距離と、可動体と第2検出電極との離間距離と、を異ならせることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向を第3方向としたとき、
前記第3方向に沿う検出軸まわりの角速度を検出できることが好ましい。
これにより、利便性の高い物理量センサーとなる。
本発明の物理量センサーデバイスは、本発明の物理量センサーと、
回路素子と、
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、信頼性の高い物理量センサーデバイスが得られる。
本発明の複合センサーデバイスは、本発明の物理量センサーである第1物理量センサーと、
前記第1物理量センサーとは異なる物理量を検出する第2物理量センサーと、
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、信頼性の高い複合センサーデバイスが得られる。
本発明の複合センサーデバイスでは、前記第1物理量センサーは、角速度を検出できるセンサーであり、
前記第2物理量センサーは、加速度を検出できるセンサーであることが好ましい。
これにより、利便性の高い複合センサーデバイスとなる。
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。
本発明の携帯型電子機器では、衛星測位システムを含み、
ユーザーの移動距離や移動軌跡を計測することが好ましい。
これにより、携帯型電子機器の利便性が向上する。
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移動体。
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。
本発明の移動体では、エンジンシステム、ブレーキシステム、及びキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステムを含み、
前記制御部は、前記検出信号に基づいて、前記システムを制御することが好ましい。
これにより、システムを精度よく制御することができる。
本発明の物理量センサーの出力信号調整方法は、可動体と、
前記可動体と対向して配置されている第1検出電極、および前記可動体と対向して配置され前記可動体との離間距離が前記可動体と前記第1検出電極との離間距離と異なっている第2検出電極を含む検出電極と、
を含み、
前記可動体と前記第1検出電極とが並ぶ方向を第1方向とし、
前記第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、
前記可動体の振動は、前記第1方向の振動と前記第2方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、
前記第2検出電極は、前記第1方向からの平面視で、前記検出電極の前記第2方向での中心から前記第2方向にずれて配置され、
前記第1検出電極と前記第2検出電極とが電気的に接続されている第1状態および前記第1検出電極と前記第2検出電極とが電気的に接続されていない第2状態の一方を選択することにより、前記検出電極の前記第2方向に対する傾きを疑似的に変化させることにより出力信号を調整することを特徴とする。
これにより、クアドラチャによる物理量の検出特性の低下を低減することのできる物理量センサーが得られる。
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センサー素子を示す平面図である。 図1の物理量センサーに印加する電圧を示す図である。 図3中のB−B線断面図である。 従来構成を示し、図5に対応する断面図である。 固定検出電極の平面図である。 図5中の領域Cを示す断面図である。 図7に示す固定検出電極の電気的な構成を示す平面図である。 図5中の領域Cを示す断面図である。 図5中の領域Cを示す断面図である。 図5中の領域Cを示す断面図である。 固定検出電極が備える第2検出電極の機能を説明するための断面図である。 固定検出電極が備える第2検出電極の機能を説明するための断面図である。 固定検出電極が備える第2検出電極の機能を説明するための断面図である。 図9に示す電気的な構成の変形例を示す平面図である。 本発明の第2実施形態に係る物理量センサーが有する固定検出電極の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る物理量センサーデバイスを示す断面図である。 本発明の第4実施形態に係る複合センサーデバイスを示す平面図である。 図19に示す複合センサーデバイスの断面図である。 本発明の第5実施形態に係る慣性計測装置を示す分解斜視図である。 図21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6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23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実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 本発明の第9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10実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。 図28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11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、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法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および物理量センサーの出力信号調整方法について説明する。
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センサー素子を示す平面図である。図4は、図1の物理量センサーに印加する電圧を示す図である。図5は、図3中のB−B線断面図である。図6は、従来構成を示し、図5に対応する断面図である。図7は、固定検出電極の平面図である。図8は、図5中の領域Cを示す断面図である。図9は、図7に示す固定検出電極の電気的な構成を示す平面図である。図10ないし図12は、それぞれ、図5中の領域Cを示す断面図である。図13ないし図15は、それぞれ、固定検出電極が備える第2検出電極の機能を説明するための断面図である。図16は、図9に示す電気的な構成の変形例を示す平面図である。
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軸が図示されている。また、X軸に平行な方向を「X軸方向(第2方向)」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向(第3方向)」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向(第1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、本願明細書において、「直交」とは、90°で交わっている場合の他、90°から若干傾いた角度(例えば、90°±5°)で交わっている場合も含むものである。具体的には、X軸がYZ平面の法線方向に対して±5°程度傾いている場合、Y軸がXZ平面の法線方向に対して±5°程度傾いている場合、Z軸がXY平面の法線方向に対して±5°程度傾いている場合、についても「直交」に含まれる。
図1に示す物理量センサー1は、Y軸まわりの角速度ωy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、センサー素子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している。また、基板2は、上面に開放する凹部21を有している。凹部21は、センサー素子4と基板2との接触を防止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221、222、224を有している。そして、これらマウント221、222、224の上面にセンサー素子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、センサー素子4を支持することができる。
また、凹部21の底面には固定検出電極71、72(検出電極)が配置されている。また、基板2は、上面に開放する溝部を有し、配線73、74、75、76、77、78が配置されている。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。
このような基板2としては、例えば、アルカリ金属イオン(ナトリウムイオン)を含むガラス材料、具体的には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。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、蓋体3は、矩形の平面視形状を有している。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内にセンサー素子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、センサー素子4を収納する収納空間Sが形成されている。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、センサー素子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。
センサー素子4は、収納空間Sに配置されており、各マウント221、222、224の上面に接合されている。センサー素子4は、例えば、リン(P)、ボロン(B)、砒素(As)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(特に「ボッシュ・プロセス」)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、センサー素子4の構成を図3に基づいて説明する。なお、以下では、Z軸方向からの平面視で、センサー素子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、センサー素子4の形状は、仮想直線αに対して対称である。このようなセンサー素子4は、仮想直線αの両側に配置された2つの駆動部41A、41Bを有している。駆動部41Aは、櫛歯状の可動駆動電極411Aと、櫛歯状をなし可動駆動電極411A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、櫛歯状の可動駆動電極411Bと、櫛歯状をなし可動駆動電極411B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、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。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、センサー素子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。そして、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、センサー素子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。
また、センサー素子4は、駆動部41Aと仮想直線αとの間に位置する検出部44Aと、駆動部41Bと仮想直線αとの間に位置する検出部44Bと、を有している。検出部44Aは、板状の可動検出電極441Aで構成されている。同様に、検出部44Bは、板状の可動検出電極441Bで構成されている。また、凹部21の底面には、可動検出電極441Aと対向し、配線75と電気的に接続された固定検出電極71と、可動検出電極441Bと対向し、配線76と電気的に接続された固定検出電極72と、が配置されている。そして、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71との間に静電容量Caが形成され、可動検出電極441Bと固定検出電極72との間に静電容量Cbが形成される。
また、センサー素子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と、Y軸方向マイナス側に位置する欠損部482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とセンサー素子4との接合強度が増す。また、固定部451、452は、それぞれ、配線73と電気的に接続されている。
また、センサー素子4は、可動検出電極441Aと固定部42A、451、452とを連結する4つの検出ばね46Aと、可動検出電極441Bと固定部42B、451、452とを連結する4つの検出ばね46Bと、を有している。また、センサー素子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。なお、以下では、可動駆動電極411A、可動検出電極441Aおよび梁47Aの集合体を「可動体4A」とも言い、可動駆動電極411B、可動検出電極441Bおよび梁47Bの集合体を「可動体4B」とも言う。
また、センサー素子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。また、センサー素子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、センサー素子4は、フレーム48と可動検出電極441Aと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。これにより、可動検出電極441A、441Bをより安定した姿勢で支持することができ、可動検出電極441A、441Bの不要振動を低減することができる。
例えば、配線73を介して図4に示す電圧V1を可動体4A、4B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に印加すると、これらの間に作用する静電引力によって、可動体4Aと可動体4BとがX軸方向に接近・離間を繰り返すようにして逆相で振動する(駆動振動モード)。そして、可動体4Aと可動体4BとがX軸方向に逆相で振動している状態で、センサー素子4に角速度ωyが加わると、コリオリの力により、可動検出電極441A、441BがZ軸方向に逆相で振動し、この振動に伴って静電容量Ca、Cbがそれぞれ変化する(検出振動モード)。そのため、静電容量Ca、Cbの変化に基づいて、角速度ωy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から得られる検出信号(静電容量Caの大きさに応じた信号)と、配線76から得られる検出信号(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ωyを検出することができる。
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、駆動振動モードを励振させる方式は、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、センサー素子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に配置された櫛歯状の可動モニター電極491Aと、櫛歯状をなし可動モニター電極491A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。同様に、モニター部49Bは、可動検出電極441Bに配置された櫛歯状の可動モニター電極491Bと、櫛歯状をなし可動モニター電極491B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。また、固定モニター電極492A、493A、492B、493Bは、それぞれ、凹部21の外側まで引き出されて基板2の上面に接合され、基板2に固定されている。
固定モニター電極492A、492Bは、配線77と電気的に接続され、固定モニター電極493A、493Bは、配線78と電気的に接続されている。そして、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。駆動振動モードにおいて可動体4A、4BがX軸方向に振動すると、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の変化に基づいて検出信号が出力され、出力された検出信号に基づいて可動体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。前記駆動回路は、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、可動体4A、4Bを効率的に振動させることができ、角速度ωyの検出精度が向上する。
以上、センサー素子4について説明した。前述したように、センサー素子4は、シリコン基板をボッシュ・プロセスによって加工(パターニング)することにより形成することができる。しかしながら、ボッシュ・プロセスを用いた場合、例えば、チャンバー内の位置やマスク形状等によっては垂直方向に対して傾斜した斜め方向に貫通孔が掘られてしまう。貫通孔が傾斜すると、各部の断面形状が矩形から崩れ、本実施形態では、図5に示すように、各検出ばね46A、46Bが平行四辺形となっている。
各検出ばね46A、46Bの断面形状が矩形から崩れると、図5中の矢印で示すように、駆動振動モードにおいて、可動体4A、4BがX軸方向のみならず、Z軸方向にも振動し(クアドラチャが発生し)、X軸およびZ軸に対して傾斜した斜め方向に振動する(以下、単に「斜め振動」とも言う)。したがって、駆動振動モードでは、可動体4Aが基準位置Q0(電圧V1、V2が印加されていない自然状態)に対してX軸方向マイナス側に位置しかつZ軸方向プラス側に位置すると共に、可動体4Bが基準位置Q0に対してX軸方向プラス側に位置しかつZ軸方向マイナス側に位置する第1状態Q1と、可動体4Aが基準位置Q0に対してX軸方向プラス側に位置しかつZ軸方向マイナス側に位置すると共に、可動体4Bが基準位置Q0に対してX軸方向マイナス側に位置しかつZ軸方向プラス側に位置する第2状態Q2と、が繰り返される。
ここで、図6に示すように、固定検出電極71、72の主面が従来のような平坦面であると、駆動振動モードにおいて可動体4A、4Bが斜め振動することにより静電容量Ca、Cbが変化し、これに伴ってノイズ信号(クアドラチャ信号)が出力される。したがって、検出信号にクアドラチャ信号が混入してしまい、角速度ωyの検出精度が低下する。そこで、本実施形態では、前述したクアドラチャに起因したクアドラチャ信号を低減すべく、固定検出電極71、72の構成を工夫している。
なお、従来では、ボッシュ・プロセスによってセンサー素子4を形成した後、各駆動ばね43A、43B、各検出ばね46A、46Bおよび各接続ばね40A、40Bをレーザー加工して、これら各ばね43A、43B、46A、46B、40A、40Bの断面形状を補正することによりセンサー素子4のクアドラチャ自体を低減することが行われているが、このような方法では、高精度な加工技術が必要であるし、レーザー加工を行う分、製造工程が煩雑となる。また、各ばね43A、43B、46A、46B、40A、40Bを加工することにより、これらのばね定数が変化し、それに伴って可動体4A、4Bの駆動周波数(共振周波数)が変化してしまうという問題もある。これに対して、本実施形態では、従来のようにセンサー素子4を加工してクアドラチャ自体を低減するのではなく、クアドラチャ自体はそのままにしておき、固定検出電極71、72の構成を工夫することでクアドラチャ信号を低減している。そのため、従来よりも簡単な方法で、角速度ωyの検出精度の低下を抑制することができる。
以下、固定検出電極71、72について具体的に説明するが、固定検出電極71、72は、互いに同様の構成であるため、以下では、固定検出電極71について代表して説明し、固定検出電極72については、その説明を省略する。
図7に示すように、固定検出電極71は、第1検出電極711と、複数の第2検出電極712と、を有している。そして、第1検出電極711は、配線75と電気的に接続されており、各第2検出電極712は、それぞれ、図示しない配線を介して電極パッドPと同様に収納空間S外に引き出されている。
また、図8に示すように、複数の第2検出電極712は、それぞれ、第1検出電極711よりも下側(Z軸方向マイナス側)に位置している。そのため、第1検出電極711と可動検出電極441Aとの離間距離G’は、第2検出電極712と可動検出電極441Aとの離間距離G”よりも小さい。すなわち、G’<G”の関係となっている。本実施形態では、凹部21の底面211に開放する複数の凹部29が形成されており、凹部29を囲むようにして底面211に第1検出電極711が配置され、複数の凹部29の底面に第2検出電極712が配置されている。このような構成とすることで、簡単な構成で、G’<G”の関係を満足することができる。
また、複数の第2検出電極712は、互いにほぼ同じ形状であり、それぞれ、Y軸方向に沿った長手形状となっている。ただし、これに限定されず、複数の第2検出電極712の少なくとも1つが他と形状(例えば、Y軸方向の長さ、X軸方向の長さ)が異なっていてもよい。
また、複数の第2検出電極712は、X軸方向に並んで配置されている。また、複数の第2検出電極712は、X軸方向マイナス側からプラス側に向けて密となるように配置されている。言い換えると、固定検出電極71のX軸方向の中心に対して、X軸方向マイナス側に位置する第2検出電極712の数よりも、X軸方向プラス側に位置する第2検出電極712の数の方が多い。
図7および図8に示すように、固定検出電極71をX軸方向に沿って幅(X軸方向長さ)が等しくなるように4分割した領域をX軸方向マイナス側から順に領域71a、71b、71c、71dとすると、領域71aに1つの第2検出電極712が設けられ、領域71bに3つの第2検出電極712が設けられ、領域71cに5つの第2検出電極712が設けられ、領域71dに7つの第2検出電極712が設けられている。ただし、各領域71a、71b、71c、71dに設けられる第2検出電極712の数としては、特に限定されず、例えば、第2検出電極712の数が各領域71a、71b、71c、71dで同じであってもよい。
図9に示すように、第1検出電極711は、QVアンプ(電荷電圧変換回路)に接続され、角速度ωyを検出するための検出電極本体として機能する。ここで、前述したように、複数の第2検出電極712がX軸方向マイナス側からプラス側に向けて密となるように配置されているため、領域71aでの第1検出電極711の面積をM1とし、領域71bでの第1検出電極711の面積をM2とし、領域71cでの第1検出電極711の面積をM3とし、領域71dでの第1検出電極711の面積をM4としたとき、M1>M2>M3>M4となる。このように、M1>M2>M3>M4の関係を満足することで、図8に示すように、固定検出電極71の主面710を疑似的(等価的)にX軸に対して傾けることができる。なお、以下では、疑似的に傾けた主面710を「疑似主面710’」と言う。なお、本実施形態では、M1>M2>M3>M4を満足しているが、少なくともM1≧M2≧M3≧M4(ただし、M1=M2=M3=M4の場合を除く)を満足していればよい。
疑似主面710’は、例えば、図10に示すように、Y軸方向からの断面視で、領域71aの疑似的(等価的)な主面710a’と、領域71bの疑似的(等価的)な主面710b’と、領域71cの疑似的(等価的)な主面710c’と、領域71dの疑似的な主面710d’と、から2つを選択し、選択した主面のX軸方向での中心同士を結ぶ直線で規定することができる。なお、本実施形態では、主面710a’、710d’のX軸方向中心同士を結ぶ線で疑似主面710’を規定しており、さらに、この直線上に主面710b’、710c’のX軸方向中心がそれぞれ位置している。
疑似主面710’がX軸方向に対して傾斜することで、図11および図12に示すように、可動検出電極441Aが第1状態Q1のときの可動検出電極441Aと疑似主面710’との離間距離G1(平均離間距離)と、可動検出電極441Aが第2状態Q2のときの可動検出電極441Aと疑似主面710’との離間距離G2(平均離間距離)と、の差ΔGが小さくなる(好ましくは0となる)。したがって、駆動検出振動モードでの静電容量Caの変化が低減され、それに伴って、クアドラチャ信号を低減することができる。
なお、離間距離G1、G2の差ΔGとしては、特に限定されないが、例えば、図6に示すような固定検出電極71の主面710が平坦面である構成において、第1状態Q1のときの可動検出電極441Aと主面710との離間距離G1’と、第2状態Q2のときの可動検出電極441Aと主面710との離間距離G2’と、の差をΔG’としたとき、ΔG’よりも小さいことが好ましい。すなわち、ΔG<ΔG’であることが好ましい。これにより、図6に示すような従来の構成に対して、より確実に、クアドラチャ信号を低減することができる。なお、ΔG<0.5ΔG’であることがより好ましく、ΔG<0.1ΔG’であることがさらに好ましい。これにより、前述した効果をより顕著に発揮することができる。
ここで、平面視で、G1やG2を形成する溝の開口が概揃っていることが好ましい。これにより、基板2(ガラス等)をエッチングすることにより形成される溝の深さが揃いやすくなり、ばらつきを小さくすることが可能となる。
Y軸方向からの断面視で、疑似主面710’は、可動検出電極441Aの斜め振動の方向Dmと平行となっていることが好ましい。疑似主面710’と斜め振動の方向Dmとを平行にすることで、離間距離G1、G2の差ΔGをより小さくすることができる。そのため、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。なお、「疑似主面710’と斜め振動の方向Dmとが平行である」とは、製造上起こり得るずれ等、平行から若干ずれている場合も含む意味であり、例えば、疑似主面710’と斜め振動の方向Dmとの傾きが2°以内であることを意味する。
前述したように、疑似主面710’と可動検出電極441Aの斜め振動の方向Dmとが平行であることが好ましいが、エッチングの条件等によって可動検出電極441Aの斜め振動の方向Dmが変化し易く、また、その制御も困難である。そのため、疑似主面710’が可動検出電極441Aの斜め振動の方向Dmに対して傾いてしまう場合がある。そこで、固定検出電極71は、疑似主面710’の傾きを変更するための手段を有し、それが複数の第2検出電極712である。すなわち、複数の第2検出電極72は、疑似主面710’の傾きを補正するための傾き補正電極として機能する。
複数の第2検出電極712は、それぞれ独立して、第1検出電極711と電気的に接続される第1状態と、第1検出電極711と電気的に接続されない第2状態と、を選択できるようになっている。複数の第2検出電極712は、第1状態では、第1検出電極711と共に角速度ωyを検出するための電極として機能するが、第2状態では、角速度ωyを検出するための電極として機能しない。これら各第2検出電極712について、第1状態/第2状態を選択することで疑似主面710’の傾きを補正することができる。具体的には、例えば、図13ないし図15に示すように、領域71dにおいて、第1状態となっている第2検出電極712の数が多い程、領域71dの疑似主面710d’の高さが低くなる。他の領域71a、71b、71cについても同様に、第1状態となっている第2検出電極712の数が多い程、その領域の疑似主面の高さが低くなる。したがって、第1状態とする第2検出電極712の数や場所を選択することで、疑似主面710’のX軸方向に対する傾きを変更することができ、疑似主面710’の傾きを可動検出電極441Aの斜め振動の方向Dmと揃えることができる。その結果、より確実に、クアドラチャ信号を低減することができる。
特に、本実施形態では、固定検出電極71が複数の第2検出電極712を有しているため、疑似主面710’の傾きを多段的に補正することが可能となる。そのため、疑似主面710’の傾きを所望の傾きを調整し易くなり、より確実に、疑似主面710’の傾きを可動検出電極441Aの斜め振動の方向Dmと揃えることができる。また、本実施形態では、第2検出電極712が固定検出電極71のX軸方向での中心に対して両側に配置されているため、例えば、片側にだけ配置されている場合と比較して、疑似主面710’の傾きの調整範囲が大きくなる。そのため、疑似主面710’の傾きを所望の傾きに調整し易くなる。
なお、第1検出電極711と電気的に接続されない第2状態では、第2検出電極712は、可動体4A(可動検出電極441A)と電気的に接続される。これにより、第2検出電極712と可動検出電極441Aとが同電位となるため、これらの間に不要な静電容量や静電引力が実質的に生じず、可動体4Aの振動が安定すると共に、角速度ωyの検出精度の低下を抑制することができる。
疑似主面710’のX軸方向に対する傾き(疑似主面710’とX軸の成す角θ1)としては、特に限定されないが、例えば、0.1°以上3.0°以下であることが好ましい。一般的に、ボッシュ・プロセスにより生じる斜め振動のX軸方向に対する傾き(斜め振動の方向DmとX軸の成す角)が0.1°以上3.0°以下であるため、疑似主面710’のX軸方向に対する傾きを上記範囲とすることで、疑似主面710’を斜め振動の方向Dmに対して平行にし易くなる。そのため、離間距離G1、G2の差ΔGをより小さくすることができ、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
各第2検出電極712は、Y軸方向を長手方向とする長手形状となっており、かつ、固定検出電極71のY軸方向のほぼ全域に亘って形成されている。そのため、Y軸方向のどの位置においても、疑似主面710’の傾きを補正することができる。したがって、前述した効果をより顕著に発揮することができる。特に限定されないが、例えば、各第2検出電極712は、固定検出電極71のY軸方向の70%以上に亘って形成されていることが好ましく、80%以上に亘って形成されていることがより好ましく、90%以上に亘って形成されていることがさらに好ましい。
また、図8に示すように、各第2検出電極712の高さ(凹部29の深さ)が互いに等しくなっている。このように、各第2検出電極712の高さを揃えることで、固定検出電極71の構成が簡単となる。また、固定検出電極71の形成が容易となる。具体的には、エッチングによって凹部21の底面に複数の凹部29を形成するため、各凹部29の深さを揃えることで、一度のエッチングで全ての凹部29を一括して形成することができる。そのため、固定検出電極71の形成が容易となる。なお、凹部29の深さとしては、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上2μm以下とすることが好ましい。
なお、「各凹部29の深さが等しい」とは、深さが一致している場合の他、製造上起こり得るずれ等、深さが若干(例えば±2%)異なる場合も含む意味である。ただし、複数の凹部29のうちの少なくとも1つが、他の凹部と異なる深さを有していてもよい。
以上、物理量センサー1について説明した。前述したように、物理量センサー1は、可動体4Aと、可動体4Aと対向して配置されている第1検出電極711、および可動体4Aと対向して配置され可動体4Aとの離間距離G”が可動体4Aと第1検出電極711との離間距離G’と異なっている第2検出電極712を含む固定検出電極71(検出電極)含んでいる。そして、可動体4Aと第1検出電極711とが並ぶ方向をZ軸方向(第1方向)とし、Z軸方向に直交する方向をX軸方向(第2方向)としたとき、可動体4Aの振動は、Z軸方向の振動とX軸方向の振動とが合成された駆動振動モードを有している。また、第2検出電極712は、Z軸方向からの平面視で、固定検出電極71のX軸方向での中心からX軸方向にずれて配置されている。このような構成とすることで、疑似主面710’を斜め振動の方向Dmに合わせて傾けることができるため、第1状態Q1のときの離間距離G1と第2状態Q2のときの離間距離G2との差ΔGを、図6に示すような従来の構成と比べて小さくすることができる。そのため、クアドラチャ信号を低減することができる。
また、前述したように、物理量センサー1では、第1検出電極711と第2検出電極712とが電気的に接続されている第1状態と、第1検出電極711と第2検出電極712とが電気的に接続されていない第2状態と、を選択可能となっている。このような構成によれば、第1状態および第2状態の一方を選択することで、疑似主面710’の傾きを補正することができ、疑似主面710’の傾きを斜め振動の方向Dmに合わせ込むことができる。そのため、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
また、前述したように、第2状態では、第2検出電極712と可動体4Aとが電気的に接続されている。そのため、第2検出電極712と可動体4Aとが同電位となり、これらの間に意図しない静電引力が生じず、可動体4Aを安定して振動させることができる。その結果、角速度ωyの検出精度が安定する。
また、前述したように、Z軸方向およびX軸方向に直交する方向をY軸方向(第3方向)としたとき、第2検出電極712は、Y軸方向に沿った長手形状となっている。そのため、Y軸方向の広範囲に亘って、疑似主面710’の傾きを斜め振動の方向Dmに合わせ込むことができる。したがって、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
また、前述したように、固定検出電極71は、複数の第2検出電極712を含んでいる。これにより、疑似主面710’の傾きを多段的に調整することが可能となるため、疑似主面710’の傾きを所望の傾きを補正し易くなる。したがって、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
また、前述したように、複数の第2検出電極712は、Z軸方向からの平面視で、固定検出電極71のX軸方向での中心に対して、X軸方向の両側に位置している。このような構成によれば、例えば、固定検出電極71のX軸方向の中心に対して片側にだけ第2検出電極712が配置されている場合と比較して、疑似主面710’の傾きの調整範囲が大きくなる。そのため、疑似主面710’の傾きを所望の傾きを補正し易くなる。したがって、より効果的に、クアドラチャ信号を低減することができる。
また、前述したように、物理量センサー1は、可動体4Aと対向して配置されている基板2を含んでいる。また、基板2は、可動体4Aと対向している凹部21の底面211(主面)と、底面211に開口している凹部29と、を含んでいる。そして、第1検出電極711は、底面211に配置され、第2検出電極712は、凹部29の内底面に配置されている。これにより、簡単な構成で、可動体4Aと第1検出電極711との離間距離G’と、可動体4Aと第2検出電極712との離間距離G”と、を異ならせることができる。
また、前述したように、物理量センサー1は、Y軸方向に沿う検出軸(Y軸)まわりの角速度ωyを検出できる。これにより、利便性の高い物理量センサー1となる。
また、前述したように、物理量センサー1の出力信号調整方法は、可動体4Aと、可動体4Aと対向して配置されている第1検出電極711、および可動体4Aと対向して配置され可動体4Aとの離間距離G”が可動体4Aと第1検出電極711との離間距離G’と異なっている第2検出電極712を含む固定検出電極71(検出電極)を含み、可動体4Aと第1検出電極711とが並ぶ方向をZ軸方向(第1方向)とし、Z軸方向に直交する方向をX軸方向(第2方向)としたとき、可動体4Aの振動は、Z軸方向の振動とX軸方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、第2検出電極712は、Z軸方向からの平面視で、固定検出電極71のX軸方向での中心からX軸方向にずれて配置されている。そして、第1検出電極711と第2検出電極712とが電気的に接続されている第1状態および第1検出電極711と第2検出電極712とが電気的に接続されていない第2状態の一方を選択することにより、固定検出電極71のX軸方向に対する傾きを疑似的(等価的)に変化させることにより出力信号を調整している。このような方法によれば、疑似主面710’を斜め振動の方向Dmに合わせて傾けることができるため、第1状態Q1のときの離間距離G1と第2状態Q2のときの離間距離G2との差ΔGを、図6に示すような従来の構成と比べて小さくすることができる。そのため、クアドラチャ信号を低減することができる。
なお、本実施形態では、各第2検出電極712がそれぞれ独立して第1状態と第2状態とを選択可能となっているが、これに限定されない。例えば、図16に示すように、複数の第2検出電極712が電気的に接続された第1パターンP1と、第1パターンP1に含まれていない複数の第2検出電極712が電気的に接続された第2パターンP2と、を有しており、これら第1、第2パターンP1、P2毎に、第1状態/第2状態を選択可能となっていてもよい。このような構成によっても、疑似主面710’の傾きを補正することができる。なお、パターンの数は、2つに限定されない。
<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17は、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーが有する固定検出電極の断面図である。
本実施形態に係る物理量センサー1は、固定検出電極71、72の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサー1と同様である。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17では、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。また、固定検出電極71、72の構成は、互いに同様であるため、以下では、固定検出電極71について代表して説明し、固定検出電極72については、その説明を省略する。
図17に示すように、本実施形態の固定検出電極71は、第1検出電極711と、複数の第2検出電極712と、を有している。また、複数の第2検出電極712は、それぞれ、第1検出電極711よりも上側(Z軸方向プラス側)に位置している。そのため、第1検出電極711と可動検出電極441Aとの離間距離G’は、第2検出電極712と可動検出電極441Aとの離間距離G”よりも大きい。すなわち、G’>G”の関係となっている。
本実施形態では、凹部21の底面211から突出する複数の凸部28が形成されており、凸部28を囲むようにして底面211に第1検出電極711が配置され、複数の凸部28の頂面(上面)に第2検出電極712が配置されている。このような構成とすることで、簡単な構成で、G’>G”の関係を満足することができる。
複数の第2検出電極712は、それぞれ独立して、第1検出電極711と電気的に接続される第1状態と、第1検出電極711と電気的に接続されない第2状態と、を選択できるようになっている。そして、第1状態とする第2検出電極712の数や場所を選択することで、疑似主面710’のX軸方向に対する傾きを変更することができ、疑似主面710’の傾きを可動検出電極441Aの斜め振動の方向Dmと揃えることができる。その結果、より確実に、クアドラチャ信号を低減することができる。
以上のように、本実施形態の物理量センサー1は、可動体4Aと対向して配置されている基板2を含んでいる。また、基板2は、可動体4Aと対向している凹部21の底面211(主面)と、底面211に設けられている凸部28と、を含んでいる。そして、第1検出電極711は、底面211に配置され、第2検出電極712は、凸部28の頂面に配置されている。これにより、簡単な構成で、可動体4Aと第1検出電極711との離間距離G’と、可動体4Aと第2検出電極712との離間距離G”と、を異ならせることができる。
以上のような第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実施形態に係る物理量センサーデバイスについて説明する。
図18は、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーデバイスを示す断面図である。
図18に示すように、物理量センサーデバイス5000は、物理量センサー1と、半導体素子5900(回路素子)と、物理量センサー1および半導体素子5900を収納するパッケージ5100と、を有している。
パッケージ5100は、キャビティ状のベース5200と、ベース5200の上面に接合された蓋体5300と、を有している。ベース5200は、その上面に開口する凹部5210を有している。また、凹部5210は、ベース5200の上面に開口する第1凹部5211と、第1凹部5211の底面に開口する第2凹部5212と、を有している。
一方、蓋体5300は、板状であり、凹部5210の開口を塞ぐようにしてベース5200の上面に接合されている。このように、蓋体5300によって凹部5210の開口を塞ぐことで、パッケージ5100内に収納空間S2が形成され、この収納空間S2に物理量センサー1および半導体素子5900が収納されている。なお、ベース5200と蓋体5300との接合方法としては、特に限定されず、本実施形態では、シームリング5400を介したシーム溶接を用いている。
収納空間S2は、気密封止されている。収納空間S2の雰囲気としては、特に限定されないが、例えば、物理量センサー1の収納空間Sと同じ雰囲気となっていることが好ましい。これにより、仮に収納空間Sの気密性が崩壊し、収納空間S、S2が連通してしまっても、収納空間Sの雰囲気をそのまま維持することができる。そのため、収納空間Sの雰囲気が変化することによる物理量センサー1の検出特性の変化を低減することができ、安定した検出特性を発揮することができる。
ベース5200の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の各種セラミックスを用いることができる。また、蓋体5300の構成材料としては、特に限定されないが、ベース5200の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース5200の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金を用いることが好ましい。
ベース5200は、収納空間S2内(第1凹部5211の底面)に配置された複数の内部端子5230と、底面に配置された複数の外部端子5240と、を有している。各内部端子5230は、ベース5200内に配置された図示しない内部配線を介して、所定の外部端子5240と電気的に接続されている。
そして、凹部5210の底面に、ダイアタッチ材DAを介して物理量センサー1が固定されており、さらに、物理量センサー1の上面に、ダイアタッチ材DAを介して半導体素子5900が配置されている。そして、ボンディングワイヤーBW1を介して物理量センサー1と半導体素子5900とが電気的に接続されており、ボンディングワイヤーBW2を介して半導体素子5900と内部端子5230とが電気的に接続されている。
また、半導体素子5900には、例えば、センサー素子4に駆動電圧を印加する駆動回路や、センサー素子4からの出力に基づいて角速度ωyを検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が必要に応じて含まれている。
以上、物理量センサーデバイス5000について説明した。このような物理量センサーデバイス5000は、物理量センサー1と、半導体素子5900(回路素子)と、を含んでいる。そのため、物理量センサー1の効果を享受でき、信頼性の高い物理量センサーデバイス5000が得られる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る複合センサーデバイスについて説明する。
図19は、本発明の第4実施形態に係る複合センサーデバイスを示す平面図である。図20は、図19に示す複合センサーデバイスの断面図である。
図19および図20に示すように、複合センサーデバイス4000は、ベース基板4100と、ベース基板4100の上面にダイアタッチ材DA(樹脂接着剤)を介して取り付けられた半導体素子4200(回路素子)と、半導体素子4200の上面にダイアタッチ材を介して取り付けられた加速度センサー4300(第2物理量センサー)および角速度センサー4400(第1物理量センサー)と、半導体素子4200、加速度センサー4300および角速度センサー4400を覆う樹脂パッケージ4500と、を有している。加速度センサー4300は、互いに直交する3軸(X軸、Y軸、Z軸)の加速度をそれぞれ独立して検出可能な3軸加速度センサーである。また、角速度センサー4400は、互いに直交する3軸(X軸、Y軸、Z軸)の角速度をそれぞれ独立して検出可能な3軸角速度センサーである。これら加速度センサー4300および角速度センサー4400として、本発明の物理量センサー1を適用することができる。
ベース基板4100は、その上面に複数の接続端子4110を有し、その下面に複数の外部端子4120を有している。各接続端子4110は、ベース基板4100内に配置された図示しない内部配線等を介して対応する外部端子4120と電気的に接続されている。そして、このようなベース基板4100の上面に半導体素子4200が配置されている。
半導体素子4200は、加速度センサー4300および角速度センサー4400を駆動させる駆動回路、加速度センサー4300からの出力に基づいてX軸方向の加速度、Y軸方向の加速度およびZ軸方向の加速度をそれぞれ独立して検出する加速度検出回路、角速度センサー4400からの出力に基づいてX軸まわりの角速度、Y軸まわりの角速度およびZ軸まわりの角速度をそれぞれ独立して検出する角速度検出回路、加速度検出回路および角速度検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が、必要に応じて含まれている。
このような半導体素子4200は、ボンディングワイヤーBW3を介して加速度センサー4300と電気的に接続され、ボンディングワイヤーBW4を介して角速度センサー4400と電気的に接続され、ボンディングワイヤーBW5を介してベース基板4100の接続端子4110と電気的に接続されている。そして、このような半導体素子4200の上面に、加速度センサー4300と、角速度センサー4400と、が並んで配置されている。
以上、複合センサーデバイス4000について説明した。このような複合センサーデバイス4000は、前述したように、角速度センサー4400(第1物理量センサー)と、角速度センサー4400とは異なる物理量を検出する加速度センサー4300(第2物理量センサー)と、を含んでいる。これにより、異なる種類の物理量を検出することができ、利便性の高い複合センサーデバイス4000となる。特に、本実施形態では、第1物理量センサーは、角速度を検出可能な角速度センサー4400であり、第2物理量センサーは、加速度を検出可能な加速度センサー4300である。そのため、例えば、モーションセンサー等に好適に利用することができ、極めて利便性の高い複合センサーデバイス4000となる。
なお、加速度センサー4300および角速度センサー4400の配置としては、特に限定されず、例えば、加速度センサー4300および角速度センサー4400が、半導体素子4200を間に挟むようにして、ベース基板4100の上面に取り付けられていてもよい。このような構成とすることで、複合センサーデバイス4000の低背化を図ることができる。また、上述したように、本実施形態では、角速度センサー4400が第1物理量センサーであり、加速度センサー4300が第2物理量センサーであるが、この逆であってもよい。すなわち、角速度センサー4400が第2物理量センサーであり、加速度センサー4300が第1物理量センサーであってもよい。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る慣性計測装置について説明する。
図21は、本発明の第5実施形態に係る慣性計測装置を示す分解斜視図である。図22は、図21に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
図21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)を検出する慣性計測装置である。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、前述した慣性計測装置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22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、これらセンサー2340z、2340x、2340y、2350として、本発明の物理量センサー1を適用することができる。
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について説明した。このような慣性計測装置2000は、前述したように、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6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係る移動体測位装置について説明する。
図23は、本発明の第6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24は、図23に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
図23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、前述した慣性計測装置2000を用いることができる。
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24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、前述した慣性計測装置2000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25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25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。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。また、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。
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、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8実施形態>
次に、本発明の第8実施形態に係る電子機器について説明する。
図26は、本発明の第8実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図26に示すスマートフォン1200(携帯電話機)は、本発明の電子機器を適用したものである。スマートフォン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。物理量センサー1によって検出された検出データ(角速度データ)は、制御回路1210に送信され、制御回路1210は、受信した検出データからスマートフォン1200の姿勢や挙動を認識して、表示部1208に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。
このようなスマートフォン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、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9実施形態>
次に、本発明の第9実施形態に係る電子機器について説明する。
図27は、本発明の第9実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図27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。デジタルスチールカメラ1300は、ケース1302を備え、このケース1302の背面には表示部1310が設けられている。表示部1310は、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、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。また、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。物理量センサー1は、例えば、手振れ補正に用いられる。
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、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10実施形態>
次に、本発明の第10実施形態に係る携帯型電子機器について説明する。
図28は、本発明の第10実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。図29は、図28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28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。本発明に係る物理量センサー1は、加速度を測定する加速度センサー1408や角速度を計測する角速度センサー1409として活動計1400に組込まれている。
活動計1400は、加速度センサー1408および角速度センサー1409が収容されたケース1403と、ケース1403に収容され、加速度センサー1408および角速度センサー1409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29に示すように、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、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。
また、前述したように、活動計1400は、GPSセンサー1411(衛星測位システム)を含み、ユーザーの移動距離や移動軌跡を計測することができる。そのため、利便性の高い活動計1400が得られる。
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、前述では、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または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11実施形態>
次に、本発明の第11実施形態に係る移動体について説明する。
図30は、本発明の第11実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図30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は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステム1510を含んでいる。また、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、制御装置1502に供給され、制御装置1502は、その信号に基づいてシステム1510を制御することができる。
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制御装置1502(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。また、自動車1500は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステム1510を含み、制御装置1502は、検出信号に基づいて、システム1510を制御する。これにより、システム1510を精度よく制御することができる。
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、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体および物理量センサーの出力信号調整方法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、物理量センサーがY軸まわりの角速度を検出する構成について説明したが、これに限定されず、X軸まわりの角速度を検出する構成であってもよいし、Z軸まわりの角速度を検出する構成であってもよい。また、前述した実施形態では、物理量センサーが角速度を検出する構成について説明したが、物理量センサーが検出する物理量としては、特に限定されず、例えば、加速度、圧力等であってもよい。また、物理量センサーが複数の物理量を検出できるようになっていてもよい。なお、複数の物理量とは、検出軸が異なる同種の物理量(例えば、X軸方向の加速度、Y軸方向の加速度およびZ軸方向の加速度や、X軸まわりの角速度、Y軸まわりの角速度およびZ軸まわりの角速度)であってもよいし、異なる物理量(例えば、X軸まわりの角速度およびX軸方向の加速度)であってもよい。
1…物理量センサー、2…基板、21…凹部、211…底面、221、222、224…マウント、28…凸部、29…凹部、3…蓋体、31…凹部、39…ガラスフリット、4…センサー素子、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、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、71、72…固定検出電極、71a、71b、71c、71d…領域、710…主面、710’710a’、710b’、710c’、710d’…疑似主面、711…第1検出電極、712…第2検出電極、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…スマートフォン、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…操作ボタン、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…制御装置、1510…システム、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、4000…複合センサーデバイス、4100…ベース基板、4110…接続端子、4120…外部端子、4200…半導体素子、4300…加速度センサー、4400…角速度センサー、4500…樹脂パッケージ、5000…物理量センサーデバイス、5100…パッケージ、5200…ベース、5210…凹部、5211…第1凹部、5212…第2凹部、5230…内部端子、5240…外部端子、5300…蓋体、5400…シームリング、5900…半導体素子、BW1、BW2、BW3、BW4、BW5…ボンディングワイヤー、DA…ダイアタッチ材、Dm…方向、G’、G”、G1、G2…離間距離、O…中心、P…電極パッド、P1…第1パターン、P2…第2パターン、Q0…基準位置、Q1…第1状態、Q2…第2状態、S…収納空間、S2…収納空間、V1、V2…電圧、α…仮想直線、θ…傾き、θ1…角、ωy…角速度

Claims (20)

  1. 可動体と、
    前記可動体と対向して配置されている第1検出電極、および前記可動体と対向して配置され前記可動体との離間距離が前記可動体と前記第1検出電極との離間距離と異なっている第2検出電極を含む検出電極と、
    を含み、
    前記可動体と前記第1検出電極とが並ぶ方向を第1方向とし、
    前記第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、
    前記可動体の振動は、前記第1方向の振動と前記第2方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、
    前記第2検出電極は、前記第1方向からの平面視で、前記検出電極の前記第2方向での中心から前記第2方向にずれて配置されていることを特徴とする物理量センサー。
  2. 請求項1において、
    前記第1検出電極と前記第2検出電極とが電気的に接続されている第1状態と、前記第1検出電極と前記第2検出電極とが電気的に接続されていない第2状態と、を選択可能であることを特徴とする物理量センサー。
  3. 請求項2において、
    前記第2状態では、前記第2検出電極と前記可動体とが電気的に接続されていることを特徴とする物理量センサー。
  4. 請求項1ないし3のいずれか一項において、
    前記第1方向および前記第2方向に直交する方向を第3方向としたとき、
    前記第2検出電極は、前記第3方向に沿った長手形状であることを特徴とする物理量センサー。
  5. 請求項1ないし4のいずれか一項において、
    前記検出電極は、複数の前記第2検出電極を含むことを特徴とする物理量センサー。
  6. 請求項5において、
    前記複数の第2検出電極は、前記第1方向からの平面視で、前記検出電極の前記第2方向での中心に対して、前記第2方向の両側に位置していることを特徴とする物理量センサー。
  7. 請求項1ないし6のいずれか一項において、
    前記可動体と対向して配置されている基板を含み、
    前記基板は、
    前記可動体と対向している主面と、
    前記主面に開口している凹部と、
    を含み、
    前記第1検出電極は、前記主面に配置され、
    前記第2検出電極は、前記凹部の内底面に配置されていることを特徴とする物理量センサー。
  8. 請求項1ないし6のいずれか一項において、
    前記可動体と対向して配置されている基板を含み、
    前記基板は、
    前記可動体と対向している主面と、
    前記主面に設けられている凸部と、
    を含み、
    前記第1検出電極は、前記主面に配置され、
    前記第2検出電極は、前記凸部の頂面に配置されていることを特徴とする物理量センサー。
  9. 請求項1ないし8のいずれか一項において、
    前記第1方向および前記第2方向に直交する方向を第3方向としたとき、
    前記第3方向に沿う検出軸まわりの角速度を検出できることを特徴とする物理量センサー。
  10. 請求項1ないし9のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    回路素子と、
    を含むことを特徴とする物理量センサーデバイス。
  11. 請求項1ないし9のいずれか一項に記載の物理量センサーである第1物理量センサーと、
    前記第1物理量センサーとは異なる物理量を検出する第2物理量センサーと、
    を含むことを特徴とする複合センサーデバイス。
  12. 請求項11において、
    前記第1物理量センサーは、角速度を検出できるセンサーであり、
    前記第2物理量センサーは、加速度を検出できるセンサーであることを特徴とする複合センサーデバイス。
  13. 請求項1ないし9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。
  14. 請求項13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。
  15. 請求項1ないし9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。
  16. 請求項15において、
    衛星測位システムを含み、
    ユーザーの移動距離や移動軌跡を計測することを特徴とする携帯型電子機器。
  17. 請求項1ないし9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。
  18. 請求項1ないし9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。
  19. 請求項18において、
    エンジンシステム、ブレーキシステム、及びキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステムを含み、
    前記制御部は、前記検出信号に基づいて、前記システムを制御することを特徴とする移動体。
  20. 可動体と、
    前記可動体と対向して配置されている第1検出電極、および前記可動体と対向して配置され前記可動体との離間距離が前記可動体と前記第1検出電極との離間距離と異なっている第2検出電極を含む検出電極と、
    を含み、
    前記可動体と前記第1検出電極とが並ぶ方向を第1方向とし、
    前記第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、
    前記可動体の振動は、前記第1方向の振動と前記第2方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、
    前記第2検出電極は、前記第1方向からの平面視で、前記検出電極の前記第2方向での中心から前記第2方向にずれて配置され、
    前記第1検出電極と前記第2検出電極とが電気的に接続されている第1状態および前記第1検出電極と前記第2検出電極とが電気的に接続されていない第2状態の一方を選択することにより、前記検出電極の前記第2方向に対する傾きを疑似的に変化させることにより出力信号を調整することを特徴とする物理量センサーの出力信号調整方法。
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