JP2019184261A - 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、電子機器および移動体 - 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、電子機器および移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた検出感度を有する物理量センサー、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、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】物理量センサーは、基板と、基板と対向する可動体と、基板に固定された固定部と、可動体と固定部とを接続する支持梁と、を含む。また、可動体は、支持梁を回転軸として変位可能であり、平面視で、回転軸に対して第２方向の一方の側に位置する第１質量部と、他方の側に位置する第２質量部と、を含む。また、第１質量部および第２質量部は、それぞれ、可動体を貫通し、開口形状が正方形状である複数の貫通孔を有する。そして、ダンピングをＣとし、ダンピングの最小値をＣｍｉｎとしたとき、Ｃ≦１．５×Ｃｍｉｎを満たす。【選択図】図１

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、電子機器および移動体に関するものである。
例えば、特許文献１に記載された加速度センサーは、基板と、基板に固定された固定部と、固定部に梁を介して接続された可動体と、基板に配置され、可動体との間に生じる静電容量を検出する固定検出電極と、を有する。そして、可動体と固定検出電極とが重なる方向から加速度が加わると、可動体が梁を回転軸として揺動し、それに伴って可動体と固定検出電極との間の間隔が変化するので静電容量が変化する。そのため、特許文献１に記載された加速度センサーは、静電容量の変化に基づいて加速度を検出することができる。
特表２００３−５１９３８４号公報
しかしながら、特許文献１に記載された加速度センサーでは、可動体に形成された貫通孔によって可動体と固定検出電極との間で生じる静電容量が小さくなることと、可動体の揺動時に生じる空気抵抗と、によって加速度の検出感度が低下してしまうという課題があった。
本発明の物理量センサーは、基板と、
前記基板と対向している可動体と、
前記基板に固定されている固定部と、
前記可動体と前記固定部とを接続する支持梁と、
を含み、
前記可動体は、
前記支持梁を回転軸として変位可能であり、
平面視で、
前記回転軸に対して、前記回転軸に沿う方向である第１方向に直交する第２方向の一方の側に位置している第１質量部と、
前記回転軸に対して、前記第２方向の他方の側に位置している第２質量部と、
前記第１質量部と前記第２質量部とを連結している連結部と、
を含み、
前記第１質量部および前記第２質量部は、それぞれ、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に前記可動体を貫通し、開口形状が正方形状である複数の貫通孔を有し、
前記貫通孔の前記第３方向の長さをＨ、
前記可動体の前記第１方向に沿った長さの１／２の長さをａ、
前記可動体の前記第２方向に沿った長さをＬ、
前記基板上の固定電極と前記可動体との間隔をｈ、
前記貫通孔の一辺の長さをＳ０、
隣り合う前記貫通孔同士の間隔をＳ１、
粘性抵抗をμ、
前記可動体に生じるダンピングをＣとしたとき、
Figure 2019184261
 ただし、
Figure 2019184261
 を満たし、
前記式（１）において、
Figure 2019184261
 を満たすときのＣをＣｍｉｎとしたとき、
Figure 2019184261
 を満たすことを特徴とする。
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に示す物理量センサーに印加する電圧を示す図である。 ダンピングを説明するための模式図である。 Ｓ０とダンピングとの関係を示すグラフである。 Ｓ１／Ｓ０と感度比およびダンピング比との関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。 Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。 本発明の第２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２５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の分解斜視図である。 図２７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２９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３４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に示す物理量センサーに印加する電圧を示す図である。図４は、ダンピングを説明するための模式図である。図５は、Ｓ０とダンピングとの関係を示すグラフである。図６は、Ｓ１／Ｓ０と感度比およびダンピング比との関係を示すグラフである。図７ないし図１５は、それぞれ、構造体厚みと孔サイズとの関係を示すグラフである。図１６ないし図１８は、それぞれ、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。図１８ないし図２２は、それぞれ、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとＨ、ｈとの関係を示すグラフである。
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、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１方向）」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向（第３方向）」とも言う。また、各軸の矢印方向先端側を「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。
また、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°±１０°（８０°〜１００°）程度）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±１０°（−１０°〜＋１０°）程度傾いている場合、Ｙ軸がＸＺ平面の法線方向に対して±１０°（−１０°〜＋１０°）程度傾いている場合、Ｚ軸がＸＹ平面の法線方向に対して±１０°（−１０°〜＋１０°）程度傾いている場合、についても「直交」に含まれるものとする。
図１に示す物理量センサー１は、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを測定することのできる加速度センサーである。このような物理量センサー１は、基板２と、基板２上に配置された素子部３と、素子部３を覆うように基板２に接合された蓋体５と、を有する。以下、これら各部について、順に詳細に説明する。
（基板）
図１に示すように、基板２は、上面側に開口する凹部２１を有する。また、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２１は、素子部３を内側に内包するように、素子部３よりも大きく形成されている。凹部２１は、素子部３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、図２に示すように、基板２は、凹部２１の底面２１１に設けられた突起状のマウント部２２を有する。そして、マウント部２２の上面に素子部３が接合されている。これにより、素子部３を、凹部２１の底面２１１と離間させた状態で基板２に固定することができる。また、図１に示すように、基板２は、上面側に開放する溝部２５、２６、２７を有している。
基板２としては、例えば、アルカリ金属イオン（Ｎａ＋等の可動イオン）を含むガラス材料（例えば、パイレックスガラス（登録商標）、テンパックスガラス（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としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板やセラミックス基板を用いてもよい。
また、図１に示すように、基板２は、電極８を有する。電極８は、凹部２１の底面２１１に配置された第１固定電極８１、第２固定電極８２およびダミー電極８３を有する。また、基板２は、溝部２５、２６、２７に配置された配線７５、７６、７７を有する。配線７５、７６、７７の一端部は、それぞれ、蓋体５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。また、図２に示すように、配線７５は、マウント部２２まで引き回され、マウント部２２上で素子部３と電気的に接続されている。また、配線７５は、ダミー電極８３とも電気的に接続されている。また、配線７６は、第１固定電極８１と電気的に接続され、配線７７は、第２固定電極８２と電気的に接続されている。
（蓋体）
図２に示すように、蓋体５は、下面側に開口する凹部５１を有している。蓋体５は、凹部５１内に素子部３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５および基板２によって、その内側に、素子部３を収納する収納空間Ｓが形成されている。
収納空間Ｓは、気密空間である。また、収納空間Ｓは、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されて、使用温度（−４０℃〜１２０℃程度）で、ほぼ大気圧となっていることが好ましい。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であってもよい。
蓋体５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５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５との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋体５の材料によって適宜選択すればよく、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５の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等を用いることができる。本実施形態では、ガラスフリット５９（低融点ガラス）を介して基板２と蓋体５とが接合されている。
なお、蓋体５は、グランドに接続するのが好ましい。これにより、蓋体５の電位を一定に保つことができ、例えば、蓋体５と素子部３との間の静電容量の変動を低減することができる。また、凹部５１の底面と素子部３との離間距離Ｄとしては、特に限定されないが、例えば、１５μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることが好ましく、２５μｍ以上であることが好ましい。これにより、蓋体５と素子部３との間の静電容量を十分に小さくすることができ、より精度よく、加速度Ａｚを検出することができる。
（素子部）
図１に示すように、素子部３は、マウント部２２の上面に接合された固定部３１と、固定部３１に対して変位可能な可動体３２と、固定部３１と可動体３２とを接続する支持梁３３と、を有する。そして、加速度Ａｚが作用すると、可動体３２が支持梁３３を回転軸Ｊとして、支持梁３３を捩り変形させながら揺動する。
このような素子部３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エッチング（特にドライエッチング）によってパターニングすることで形成されている。また、素子部３は、陽極接合によって基板２の上面に接合されている。ただし、素子部３の材料や、素子部３と基板２との接合方法は、特に限定されない。
可動体３２は、平面視で、Ｘ軸方向に沿った長手形状をなしており、特に本実施形態では、Ｘ軸方向を長辺とする長方形状となっている。そして、可動体３２は、回転軸Ｊに対してＸ軸方向のマイナス側に位置する第１質量部３２１と、回転軸Ｊに対してＸ軸方向のプラス側に位置する第２質量部３２２と、第１質量部３２１と第２質量部３２２とを連結する連結部３２３と、を有する。そして、可動体３２は、連結部３２３において、支持梁３３と接続されている。また、第２質量部３２２は、第１質量部３２１よりもＸ軸方向に長く、加速度Ａｚが加わったときの回転モーメント（トルク）が第１質量部３２１よりも大きい。この回転モーメントの差によって、加速度Ａｚが加わると、可動体３２が回転軸Ｊまわりに揺動する。なお、以下では、第２質量部３２２の基端部であって、回転軸Ｊに対して第１質量部３２１と対称な部分を「基部３２２’」とも言い、第２質量部３２２の先端部であって、回転軸Ｊに対して第１質量部３２１と非対称な部分を「トルク発生部３２２”」とも言う。
また、可動体３２は、第１質量部３２１と第２質量部３２２との間に開口３２４を有し、開口３２４内に固定部３１および支持梁３３が配置されている。このような形状とすることにより、素子部３の小型化を図ることができる。また、支持梁３３は、Ｙ軸方向に沿って延在し、回転軸Ｊを形成している。ただし、固定部３１や支持梁３３の配置は、特に限定されず、例えば、可動体３２の外側に位置していてもよい。
ここで、電極８の説明に戻る。Ｚ軸方向からの平面視で、第１固定電極８１は、第１質量部３２１と対向して配置されている。また、第２固定電極８２は、第２質量部３２２の基部３２２’と対向して配置されている。また、ダミー電極８３は、第２質量部３２２のトルク発生部３２２”と対向して配置されている。物理量センサー１の駆動時には、例えば、図３に示す電圧Ｖ１が素子部３に印加され、第１固定電極８１および第２固定電極８２は、それぞれ、ＱＶアンプ（電荷電圧変換回路）に接続される。そして、第１固定電極８１と第１質量部３２１との間には静電容量Ｃａが形成され、第２固定電極８２と第２質量部３２２の基部３２２’との間には静電容量Ｃｂが形成される。
物理量センサー１に加速度Ａｚが加わると、第１、第２質量部３２１、３２２の回転モーメントの異なりから、可動体３２が支持梁３３を捩り変形させながら回転軸Ｊを中心にして揺動する。このような可動体３２の揺動により、第１質量部３２１と第１固定電極８１のギャップおよび第２質量部３２２の基部３２２’と第２固定電極８２のギャップがそれぞれ変化し、これに応じて静電容量Ｃａ、Ｃｂがそれぞれ変化する。そのため、物理量センサー１は、これら静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化量に基づいて加速度Ａｚを検出することができる。
また、第１質量部３２１および第２質量部３２２には、それぞれ、可動体３２をそのＺ軸に沿った厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３０が形成されている。複数の貫通孔３０は、第１質量部３２１および第２質量部３２２の全域に亘って均一に配置され、特に、本実施形態ではＸ軸方向とＹ軸方向とに並ぶ行列状に配置されている。また、複数の貫通孔３０は、それぞれ、横断面形状が正方形であり、互いに同じ形状および大きさとなっている。また、第１質量部３２１、基部３２２’およびトルク発生部３２２”で、複数の貫通孔３０の占有率が等しくなっている。
なお、前記「均一」とは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に隣り合う貫通孔３０同士の離間距離が、全ての貫通孔３０で等しいことの他、製造上生じ得る誤差等を加味して、一部の離間距離が他の離間距離から若干（例えば、１０％以内程度）ずれている場合も含まれる意味である。同様に、前記「正方形」とは、正方形と一致する場合の他、正方形から若干くずれた形状、例えば、製造上生じ得る誤差等を加味して、四隅が角となっておらず面取りやＲ付け（丸まっている）がなされていたり、少なくとも１つの角部が９０°からずれていたり、少なくとも１つの辺の長さが他の辺の長さと異なっていたりする場合も含む意味である。また、前記「占有率が等しい」とは、第１質量部３２１、基部３２２’およびトルク発生部３２２”で複数の貫通孔３０の占有率が一致している場合の他、例えば、製造上生じ得る誤差等を加味して、占有率が若干（例えば、±５％以内程度）ずれている場合も含む意味である。
次に、貫通孔３０の設計、より具体的には、電極８と重なっている領域における貫通孔３０の設計について具体的に説明する。貫通孔３０は、可動体３２が揺動する際の気体のダンピングをコントロールするために設けられている。図４に示すように、ダンピングは、貫通孔３０内を通過する気体の孔中ダンピングと、可動体３２と基板２との間でのスクイズフィルムダンピングと、で構成されている。一方の孔中のダンピングは貫通孔３０を大きくすると気体が通りやすくなり、ダンピングを低減することができる。他方のスクイズフィルムダンピングは貫通孔３０の占有率が高くなるにつれて、可動体３２と基板２との対向する面積が減少するためダンピングを低減することができる。しかし、同時に、可動体３２と基板２との対向する面積の減少と、トルク発生部３２２”の質量が減少してしまうため、加速度Ａｚの検出感度が低下する。反対に貫通孔３０を小さくし、かつ占有率が低くなるにつれて、可動体３２と基板２との対向する面積が増加し、トルク発生部３２２”の質量が増加するため、加速度Ａｚの検出感度は向上するが、ダンピングが増大してしまう。このように、検出感度とダンピングとはトレードオフの関係にあるため、従来では、これらを両立することが極めて困難であった。
これに対して、物理量センサー１では、貫通孔３０の設計を工夫することにより、検出感度とダンピングとの両立を図っている。このことについて、以下、具体的に説明する。物理量センサー１の検出感度は、（Ａ）可動体３２と第１固定電極８１および第２固定電極８２との間の間隔をｈとしたときの１／ｈ２、（Ｂ）可動体３２と第１固定電極８１および第２固定電極８２との対向面積、（Ｃ）支持梁３３のばね剛性（構造体の厚さが均一の場合、貫通孔のＺ軸方向の長さＨに比例する）、および、（Ｄ）トルク発生部３２２”の質量に比例する。物理量センサー１では、まず、ダンピングを無視した状態で、必要な検出感度を得るために必要な、Ｈ、ｈおよび可動体３２の第１固定電極８１および第２固定電８２との対向する面積、言い換えると貫通孔３０の占有率を決定する。これにより、必要な大きさの静電容量Ｃａ、Ｃｂが形成されるため、物理量センサー１は、十分な検出感度を得られる。
ここで、第１質量部３２１、基部３２２’およびトルク発生部３２２”における複数の貫通孔３０の占有率としては、特に限定されないが、例えば、７５％以上であることが好ましく、７８％以上であることがより好ましく、８２％以上であることがさらに好ましい。これにより、検出感度とダンピングとの両立が図り易くなる。
このように、可動体３２での貫通孔３０の占有率を決定したら、次いで、ダンピングについての設計を行う。感度を変えずにダンピングを最小にする新たな技術思想として、物理量センサー１では、図４に示した孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差がなるべく小さくなるように、好ましくは、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しくなるように複数の貫通孔３０を設計している。このように、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差をなるべく小さくすることにより、ダンピングを低減することができ、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しい場合に、ダンピングが最小となる。そのため、物理量センサー１によれば、検出感度を十分に高く維持しつつ、ダンピングを効果的に低減することができる。
ここで、貫通孔３０のＺ軸の長さをＨ〔μｍ〕、可動体３２のＹ軸方向に沿った長さの１／２の長さをａ〔μｍ〕、可動体３２のＸ軸方向に沿った長さをＬ〔μｍ〕、基板２が有する電極８（固定電極）と可動体３２との間隔をｈ〔μｍ〕、貫通孔３０の正方形の一辺の長さをＳ０〔μｍ〕、隣り合う貫通孔３０同士の間隔をＳ１〔μｍ〕、収納空間Ｓ内に充填された基体の粘性抵抗（粘性係数）をμ〔ｋｇ／ｍｓ〕、可動体３２に生じるダンピングをＣとしたとき、Ｃは、以下の式（１）で表される。
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 ただし、式（１）で用いているパラメータは、下記式（２）〜（８）で表される。
Figure 2019184261
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なお、貫通孔３０のＺ軸方向の長さＨ、すなわち、可動体３２の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、５．０μｍ以上８０．０μｍ以下であることが好ましい。これにより、機械的強度を保ちつつ、十分に薄い可動体３２が得られる。そのため物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、電極８と可動体３２との間隔ｈとしては、特に限定されないが、例えば、１．０μｍ以上３．５μｍ以下であることが好ましい。これにより、可動体３２の可動域を十分に確保しつつ、静電容量Ｃａ、Ｃｂを十分に大きくすることができる。また、長さＳ０としては、特に限定されず、長さａ、Ｌによっても異なるが、例えば、５μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。
ここで、式（１）に含まれる孔中ダンピング成分は、下記式（９）で表され、スクイズフィルムダンピング成分は、下記式（１０）で表される。
Figure 2019184261
Figure 2019184261
したがって、上記式（９）と上記式（１０）が等しくなる、つまり下記式（１１）を満たすＨ、ｈ、Ｓ０、Ｓ１の寸法を用いることにより、ダンピングＣが最小となる。
Figure 2019184261
上記式（１１）を満足する貫通孔３０の一辺の長さＳ０をＳ０ｍｉｎ、隣り合う貫通孔３０同士の間隔Ｓ１をＳ１ｍｉｎとし、これらＳ０ｍｉｎおよびＳ１ｍｉｎを上記式（１）に代入したときのダンピングＣ、すなわち、ダンピングＣの最小値をＣｍｉｎとする。物理量センサー１に求められる精度にもよるが、Ｈ、ｈを固定した（一定とした）ときのＳ０、Ｓ１の範囲が下記式（１２）を満たすことにより、十分にダンピングを低減することができる。すなわち、ダンピングの最小値Ｃｍｉｎ＋５０％以内のダンピングであれば、十分にダンピングを低減することができるため、所望の帯域内での検出感度の維持を可能とし、ノイズを低減することができる。さらに、下記式（１３）を満たすことが好ましく、下記式（１４）を満たすことがより好ましく、下記式（１５）を満足することがさらに好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
Figure 2019184261
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図５は、貫通孔３０の一辺の長さＳ０とダンピングとの関係を示すグラフである。なお、Ｈ、ｈは固定（一定）とし、感度が一定となるようにＳ１／Ｓ０比は１とした（これは、Ｓ０の大きさを変えても開口率は変わらないということを示す）。このグラフから上記式（１）のダンピングは上記式（１０）のスクイズフィルムダンピングと、上記式（９）の孔中のダンピングに分離でき、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより小さい領域では孔中のダンピングが支配的であり、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより大きい領域ではスクイズフィルムダンピングが支配的であることが分かる。上記式（１２）を満足するＳ０は、Ｓ０ｍｉｎよりも小さい側のＳ０’からＳ０ｍｉｎよりも大きい側のＳ０”までの範囲となる。Ｓ０ｍｉｎからＳ０’の範囲は、Ｓ０ｍｉｎとＳ０”の範囲と比較すると、Ｓ０の寸法ばらつきに対するダンピングの変化が大きいために寸法精度が要求されるため、寸法精度が緩和できるＳ０ｍｉｎからＳ０”までの範囲でＳ０を採用するのがよい。上記式（１３）〜（１５）を満たす場合についても同様である。
また、Ｓ０、Ｓ１の関係としては、特に限定されないが、下記式（１６）を満たすことが好ましく、下記式（１７）を満たすことがより好ましく、下記式（１８）を満たすことがさらに好ましい。このような関係を満たすことにより、可動体３２にバランスよく貫通孔３０を形成することができる。また、図６は、Ｓ１／Ｓ０と感度比および最小ダンピング比との関係を示すグラフである。なお、感度比とは、Ｓ１／Ｓ０＝１のときの感度との比であり、最小ダンピング比とは、Ｓ１／Ｓ０＝１のときの最小ダンピングとの比である。同図から分かるように、Ｓ１／Ｓ０＞３では感度比の増加率は飽和傾向にあり、かつ、最小ダンピング比は大幅な増加傾向にあることから、式（１６）〜式（１８）を満たすことにより、検出感度を十分に高くしつつ、ダンピングを十分に低減することができる。
Figure 2019184261
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ここで、上記式（１６）ないし（１８）の範囲が導出される過程での寸法比Ｓ１／Ｓ０に係るシミュレーションや実験検証について以下に詳細に説明する。図７ないし図１５は、Ｈを５〜８０μｍ、ｈを１．０〜３．５μｍ、Ｓ１／Ｓ０を０．２５〜３．０μｍの範囲におけるＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎとなる孔サイズ、孔間距離の値をプロットしたものを示す。そして、図７ないし図１５で得られたＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎに基づいて、横軸Ｓ０、縦軸Ｓ１として、グラフにまとめると図１６のグラフのようになる。また、一例として、Ｓ１／Ｓ０＝０．２５、Ｈ＝５μｍとし、ｈ＝１．０〜３．５μｍとしたときのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎを図１７に示し、Ｓ１／Ｓ０＝０．２５、Ｈ＝８０μｍとし、ｈ＝１．０〜３．５μｍとしたときのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎを図１８に示す。図１７および図１８から、Ｈまたはｈがそれぞれ大きくなる程、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの寸法が大きくなる傾向にあることが分かる。
ここで、図１９にＨを５〜８０μｍ、ｈを１．０〜３．５μｍ、Ｓ１／Ｓ０を０．２５〜３．０の範囲での全てのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの点の範囲を示す。矢印Ａ方向はＳ１／Ｓ０、矢印Ｂ方向はＨ、ｈの範囲で決まる。また、一例として、Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎ＝０．２５〜３、Ｈ＝２０μｍ、ｈ＝１．０〜３．５μｍのときのＳ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの条件は、図２０のようになる。また、図２１に、Ｈ＝５〜８０μｍ、ｈ＝１．０〜３．５μｍとし、Ｓ１ｍｉｎ／Ｓ０ｍｉｎを上式（１６）〜（１８）の範囲で限定した領域をそれぞれ示す。
ここまでは、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎについて説明したが、上式（１２）〜（１５）の範囲となるＳ０、Ｓ１については、例えば、イメージとして、Ｈ＝２０μｍ、ｈ＝３．５μｍの場合、Ｓ０ｍｉｎ、Ｓ１ｍｉｎの周辺まで含まるので、図２２の範囲Ｑとなり、全体でみると２辺のみが広がった範囲となります。
以上、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、基板２と対向している可動体３２と、基板２に固定されている固定部３１と、可動体３２と固定部３１とを接続する支持梁３３と、を含む。また、可動体３２は、支持梁３３を回転軸Ｊとして変位可能であり、平面視で、回転軸Ｊに対して、回転軸Ｊに沿う方向であるＹ軸方向（第１方向）に直交するＸ軸方向（第２方向）の一方の側に位置している第１質量部３２１と、回転軸Ｊに対して、Ｘ軸方向の他方の側に位置している第２質量部３２２と、第１質量部３２１と第２質量部３２２とを連結している連結部３２３と、を含む。また、第１質量部３２１および第２質量部３２２は、それぞれ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向（第３方向）に可動体３２を貫通し、開口形状が正方形状である複数の貫通孔３０を有する。そして、このような物理量センサー１は、前述した式（１２）を満たす。これにより、複数の貫通孔３０の設計が適切なものとなり、優れた検出感度を有しつつ、ダンピングを十分に低減することができる。したがって、優れた検出感度を有しつつ、所望の周波数帯域を確保することのできる物理量センサー１が得られる。
また、前述したように、物理量センサー１は、前述したように、前述した式（１３）を満たすことが好ましく、式（１４）を満たすことがより好ましく、式（１５）を満たすことがさらに好ましい。これにより、上述した効果をより顕著に発揮することができ、優れた検出感度を有しつつ、所望の周波数帯域を確保することのできる物理量センサー１が得られる。
また、前述したように、物理量センサー１は、前述したように、前述した式（１６）を満たすことが好ましく、式（１７）を満たすことがより好ましく、式（１８）を満たすことがさらに好ましい。これにより、検出感度を十分に高くしつつ、ダンピングを十分に低減することができる。
なお、貫通孔３０の設計について、貫通孔３０の横断面形状が正方形の場合について説明したが、貫通孔３０の横断面形状が円形の場合も同じ効果が得られる。詳細には、上記式（８）を半径とした円形の貫通孔、上記式（７）の値を２倍にした貫通孔中心間距離の形状の場合である。また、貫通孔３０の横断面が最適条件（Ｓ０＝Ｓ０ｍｉｎの場合）における正方形の面積に対して±２５％以内の面積変化での多角形（例えば、三角形、正方形以外の四角形、五角形以上の多角形）であっても、同様の効果が得られる。
＜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デバイスについて説明する。
図２３は、本発明の第２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２３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、を有する。半導体素子５９００は、ダイアタッチ材ＤＡ（接合部材）を介して蓋体５の上面に接合されている。また、半導体素子５９００は、ボンディングワイヤーＢＷ１を介して、物理量センサー１の電極パッドＰと電気的に接続されている。半導体素子５９００には、例えば、素子部３に駆動電圧を印加する駆動回路や、素子部３からの出力に基づいて加速度Ａｚ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２４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。
本実施形態に係る物理量センサーデバイス５０００では、さらにパッケージ５１００を有すること以外は、前述した第２実施形態に係る物理量センサーデバイス５０００と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態の物理量センサーデバイス５０００に関し、前述した第２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２４では、前述した第２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２４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および半導体素子５９００（回路素子）を収納しているパッケージ５１００を含む。そのため、パッケージ５１００によって物理量センサー１および半導体素子５９００を衝撃、埃、熱、湿気（水分）等から好適に保護することができる。
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、を有する。ベース５２００は、その上面に開口する凹部５２１０を有する。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、を有する。
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、を有する。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。
＜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２５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２６は、図２５に示す複合センサーデバイスの断面図である。
図２５および図２６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ＤＡを介して取り付けられた加速度センサー４３００（第１物理量センサー）および角速度センサー４４００（第２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、を有する。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。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を用いることができる。
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を有する。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、加速度センサー４３００（第１物理量センサー）と、加速度センサー４３００とは異なる物理量を検出する角速度センサー４４００（第２物理量センサー）と、を含む。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、加速度を検出可能な加速度センサー４３００であり、第２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。
＜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２７は、本発明の第５実施形態に係る慣性計測装置の分解斜視図である。図２８は、図２７に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
図２７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、を有する。
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２８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２９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３０は、図２９に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
図２９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、を有する。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３０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３１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３１に示すラップトップ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３２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３２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。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。また、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。
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、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３３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３３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３４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３５は、図３４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３４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３５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、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、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３６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３６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、物理量センサーが加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、角速度、圧力等であってもよい。
１…物理量センサー、２…基板、２１…凹部、２１１…底面、２２…マウント部、２５〜２７…溝部、３…素子部、３０…貫通孔、３１…固定部、３２…可動体、３２１…第１質量部、３２２…第２質量部、３２２’…基部、３２２”…トルク発生部、３２３…連結部、３２４…開口、３３…支持梁、５…蓋体、５１…凹部、５９…ガラスフリット、７５〜７７…配線、８…電極、８１…第１固定電極、８２…第２固定電極、８３…ダミー電極、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…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、Ａｚ…加速度、ＢＷ１〜ＢＷ５…ボンディングワイヤー、ＤＡ…ダイアタッチ材、Ｊ…回転軸、Ｐ…電極パッド、Ｓ…収納空間、Ｓ２…収納空間、Ｖ１…電圧、θ…傾き

Claims (17)

  1. 基板と、
    前記基板と対向している可動体と、
    前記基板に固定されている固定部と、
    前記可動体と前記固定部とを接続する支持梁と、
    を含み、
    前記可動体は、
    前記支持梁を回転軸として変位可能であり、
    平面視で、
    前記回転軸に対して、前記回転軸に沿う方向である第１方向に直交する第２方向の一方の側に位置している第１質量部と、
    前記回転軸に対して、前記第２方向の他方の側に位置している第２質量部と、
    前記第１質量部と前記第２質量部とを連結している連結部と、
    を含み、
    前記第１質量部および前記第２質量部は、それぞれ、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に前記可動体を貫通し、開口形状が正方形状である複数の貫通孔を有し、
    前記貫通孔の前記第３方向の長さをＨ、
    前記可動体の前記第１方向に沿った長さの１／２の長さをａ、
    前記可動体の前記第２方向に沿った長さをＬ、
    前記基板上の固定電極と前記可動体との間隔をｈ、
    前記貫通孔の一辺の長さをＳ０、
    隣り合う前記貫通孔同士の間隔をＳ１、
    粘性抵抗をμ、
    前記可動体に生じるダンピングをＣとしたとき、
    Figure 2019184261
     ただし、
    Figure 2019184261
     を満たし、
    前記式（１）において、
    Figure 2019184261
     を満たすときのＣをＣｍｉｎとしたとき、
    Figure 2019184261
     を満たすことを特徴とする物理量センサー。
  2. 請求項１において、
    Figure 2019184261
     を満たすことを特徴とする物理量センサー。
  3. 請求項２において、
    Figure 2019184261
     を満たすことを特徴とする物理量センサー。
  4. 請求項３において、
    Figure 2019184261
     を満たす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、
    Figure 2019184261
     を満たすことを特徴とする物理量センサー。
  6. 請求項５において、
    Figure 2019184261
     を満たすことを特徴とする物理量センサー。
  7. 請求項６において、
    Figure 2019184261
     を満たすことを特徴とする物理量センサー。
  8. 請求項１ないし７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。
  9. 請求項１ないし７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。
  10. 請求項９において、
    前記第１物理量センサーは、加速度を検出可能なセンサーであり、
    前記第２物理量センサーは、角速度を検出可能な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。
  11. 請求項１ないし７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。
  12. 請求項１１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。
  13. 請求項１ないし７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。
  14. 請求項１３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。
  15. 請求項１ないし７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７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。
  17. 請求項１６において、
    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。
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