JP2019215269A - 物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体、走行支援システム、および表示装置 - Google Patents

物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体、走行支援システム、および表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】物理量を検出精度に優れる物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体、走行支援システム、および表示装置を提供する。【解決手段】物理量センサーとしての加速度センサー100は、基板12、内部に収納空間S2を構成するように基板12に接合されている蓋体50、および収納空間S2に収納され、物理量を検出可能な加速度センサー素子片10、を含む加速度センサー素子1と、蓋体50の面であって、加速度センサー素子片10の側とは反対側の上面50fに接着材131を介して接着されている回路素子2と、を含み、蓋体50の上面50fの外縁領域には、蓋体50の外縁に沿って、凹部70が設けられている。【選択図】図3

Description

本発明は、物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、移動体、走行支援システム、および表示装置に関する。
従来、特許文献1に記載されているように、加速度や角速度、等の物理量を検出する物理量センサーには、固定電極と、固定電極に対して間隙をもって並んで設けられるとともに一定方向に変位可能な可動電極と、を有する物理量センサー素子を備えたものが知られている。
この様な物理量センサー素子は、可動電極の変位に伴い、固定電極と、可動電極に設けられた可動電極と、の間隙が変化し、その間隙の変化によって、固定電極と可動電極との間に生じる静電容量の変化を検出することで、加速度や角速度等の物理量の変化を検出している。
特許文献1では、基板上に固定された物理量センサー素子上に、物理量センサー素子から出力される出力信号を所定の信号に変換して出力するICチップ(回路素子)が接着材で固定された構造の物理量センサーが開示されている。
特開2017−20888号公報
しかしながら、特許文献1に記載の物理量センサーでは、ICチップを接着材により物理量センサー素子上に固定する際、接着材が物理量センサー素子の上部から下部の基板へ流れ出し、物理量センサー素子を基板に固定する接着材と接触した状態で滞留してしまう場合があった。
本願の物理量センサーは、基板、内部に収納空間を構成するように前記基板に接合されている蓋、および前記収納空間に収納され、物理量を検出可能な物理量センサー素子片、を含む物理量センサー素子と、前記蓋の面であって、前記物理量センサー素子片の側とは反対側の面に接着材を介して接着されている回路素子と、を含み、前記蓋の前記反対側の面の外縁領域には、前記蓋の外縁に沿って、凹部が設けられていることを特徴とする。
上述の物理量センサーにおいて、前記凹部は、段差部であることが好ましい。
上述の物理量センサーにおいて、前記凹部は、有底の穴であることが好ましい。
上述の物理量センサーにおいて、前記有底の穴は、前記蓋の前記回路素子側の面側から前記基板側に向うに従って、穴の幅が狭くなっていることが好ましい。
上述の物理量センサーにおいて、前記有底の穴の壁面は、傾斜面であることが好ましい。
上述の物理量センサーにおいて、前記蓋は、四角形状であり、前記蓋の少なくとも一対の辺に、前記凹部が設けられていることが好ましい。
上述の物理量センサーにおいて、前記物理量は、加速度であることが好ましい。
本願の複合センサーは、上記に記載の物理量センサーと、角速度センサーと、を含むことを特徴とする。
本願の慣性計測ユニットは、上記に記載の物理量センサーと、角速度センサーと、前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
本願の移動体測位装置は、上記に記載の慣性計測ユニットと、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、前記慣性計測ユニット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。
本願の携帯型電子機器は、上記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出力された検出信号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。
上述の携帯型電子機器において、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が好ましい。
本願の電子機器は、上記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。
本願の移動体は、上記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。
上述の移動体において、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が好ましい。
本願の走行支援システムは、上記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、加速、制動、および操舵の少なくとも何れかを制御する制御部と、を含み、自動運転の実施或いは不実施は、前記物理量センサーから出力された検出信号の変化に応じて切り替えられる、ことを特徴とする。
本願の表示装置は、ユーザーの頭部に装着され、前記ユーザーの眼に画像光を照射する表示部と、上記の物理量センサーと、を含み、前記物理量センサーは、装着状態において前記頭部の中心より一方側に位置している第1のセンサーユニットと、前記頭部の中心より他方側に位置している第2のセンサーユニットと、を含んで構成されていることを特徴とする。
本発明の第1実施形態に係る物理量センサーの概略構成を模式的に示す側面図。 図1に示す物理量センサーが備える物理量センサー素子の概略構成を模式的に示す平面図。 図2および図5中のA−A線断面図。 図2中のB−B線断面図。 図2の物理量センサー素子が備える物理量センサー素子片の概略構成を模式的に示す平面図。 本発明の第2実施形態に係る物理量センサーが備える物理量センサー素子の断面図。 図6中のC部の拡大図。 本発明の第3実施形態に係る物理量センサーが備える物理量センサー素子の断面図。 図8中のD部の拡大図。 複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図。 慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図。 慣性計測ユニットの慣性センサーの配置例を示す斜視図。 移動体測位装置の全体システムを示すブロック図。 移動体測位装置の作用を模式的に示す図。 携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図。 携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図。 電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図。 電子機器の一例であるスマートフォン(携帯電話機)の構成を模式的に示す斜視図。 電子機器の一例であるディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。 移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図。 走行支援システムの概略的な構成を示す図。 走行支援システムの概略的な構成を示す機能ブロック図。 頭部装着型表示装置の概略構成を示す説明図。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。また、各図では、説明の便宜上、一部の構成要素を省略することがある。また、各図において、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、以下では、説明の便宜上、各図において、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸およびZ軸を図示しており、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」という。また、Z軸の矢印の方向である+Z軸側を「上」もしくは「上方」、−Z軸側を「下」もしくは「下方」ともいう。また、X軸およびY軸についても矢印の方向を「+」方向とする。
[物理量センサー]
<第1実施形態>
先ず、物理量センサー素子の一例としての加速度センサー素子1を備えた物理量センサーとしての加速度センサー100について、図1を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る物理量センサーの概略構成を模式的に示す側面図である。
物理量センサーとしての加速度センサー100は、図1に示すように、物理量センサー素子の一例としての加速度センサー素子1を備えており、1方向の加速度を独立して検知することのできる1軸加速度センサーとして利用可能である。このような加速度センサー100は、パッケージ120と、パッケージ120内に収納された加速度センサー素子1および加速度センサー素子1上に接着された回路素子2と、を含み、接着材130によって加速度センサー素子1の下面1rがパッケージ120の内側(収納空間S1)、つまり第1の基材111の上面111f上に取り付けられている。
パッケージ120は、第1の基材111、第2の基材112、および第3の基材113で構成されているベース部110と、封止部材114を介して第3の基材113に接合されている蓋体115と、を含み構成されている。なお、第1の基材111、第2の基材112、および第3の基材113は、この順で積層されてベース部110が構成される。第1の基材111は、平板状であり、第2の基材112、および第3の基材113は、中央部が除去された環状体であり、第3の基材113の上面の周縁にシールリングや低融点ガラス等の封止部材114が形成されている。
パッケージ120には、中央部が除去された環状体である第2の基材112および第3の基材113により、加速度センサー素子1および回路素子2を収納する凹部(キャビティー)が形成されている。そして、パッケージ120の凹部(キャビティー)の開口が蓋体115によって塞がれることによって密閉空間である収納空間(内部空間)S1が設けられ、この収納空間S1に加速度センサー素子1および回路素子2を収納することができる。このように、ベース部110と蓋体115との間に設けられている収納空間S1に、加速度センサー素子1および回路素子2が収納されていることにより、コンパクトな加速度センサー100とすることができる。なお、第1の基材111や第2の基材112を含むベース部110に形成された配線パターンや電極パッド(端子電極)の一部は図示を省略してある。
第1の基材111、第2の基材112、および第3の基材113の構成材料には、セラミックなどが好適に用いられる。なお、第1の基材111、第2の基材112、および第3の基材113の構成材料は、セラミック以外に、ガラス、金属等を用いても良い。また、蓋体115の構成材料には、例えば、コバールなどの金属材料、ガラス材料、シリコン材料、セラミック材料などを用いることができる。
また、第2の基材112の上面には、複数の内部端子116が配置されており、第1の基材111の下面であるパッケージ120の外底面120rには、複数の外部端子117が配置されている。また、各内部端子116は、ベース部110に形成された図示しない内部配線などを介して対応する外部端子117に電気的に接続されている。また、内部端子116、および外部端子117は、例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)等の金属配線材料を、所定の位置にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル(Ni)、金(Au)等のめっきを施す方法などによって形成することができる。
加速度センサー素子1は、接着材130によって、ベース部110を構成する第1の基材111の上面111fに下面1rが接着され、パッケージ120の収納空間S1に収納されている。パッケージ120の収納空間S1は、大気圧よりも低い減圧雰囲気、または窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性気体雰囲気に気密封止されている。
回路素子2は、接着材131を介して加速度センサー素子1の上面50fに接着されている。回路素子2には、例えば、加速度センサー素子1を駆動する駆動回路や、加速度センサー素子1からの信号に基づいて加速度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含まれている。また、回路素子2は、上面に複数の電極パッド(不図示)を有し、各電極パッドがボンディングワイヤーBW1を介して第2の基材112の上面に設けられた内部端子116に電気的に接続され、他の各電極パッドがボンディングワイヤーBW2を介して加速度センサー素子1に設けられた第1端子電極34、第2端子電極40、および第3端子電極46に電気的に接続されている。これにより、加速度センサー素子1を制御することができる。
[物理量センサー素子]
次に、物理量センサー素子の一例としての加速度センサー素子1について、図2、図3、図4、および図5を参照して説明する。
図2は、図1に示す物理量センサーが備える物理量センサー素子の概略構成を模式的に示す平面図である。図3は、図2および図5中のA−A線断面図(X軸方向から見た断面図)である。図4は、図2中のB−B線断面図(Y軸方向から見た断面図)である。図5は、図2の物理量センサー素子が備える物理量センサー素子片の概略構成を模式的に示す平面図(Z軸方向から見た平面図)である。なお、図5において、加速度センサー素子1の内部の構成を説明する便宜上、蓋体50を取り外した状態を図示している。
加速度センサー素子1は、図2、図3、図4、および図5に示すように、四角形状の基板12と、基板12と向き合う側に凹部50aが設けられ、基板12に接合されている四角形状の蓋としての蓋体50と、基板12と蓋体50とで構成される収納空間S2に収納されている加速度センサー素子片10と、を備えている。なお、上述した加速度センサー100は、加速度センサー素子1の蓋体50の面であって、加速度センサー素子片10の側とは反対側の面である上面50fにIC(Integrated Circuit)として構成された回路素子2が接着材131(図1参照)を介して接着されている。
基板12は、Z軸と直交する平面であって、加速度センサー素子片10を支持する複数の接合部141a,142a,151aなどと接合される主面12fを有している。主面12fは、−(マイナス)X軸方向の端部に端子部20が設けられ、端子部20以外の領域は、主面12f側に凹部50aを有する蓋体50により覆われている。主面12fの略中央部には、可動部152と基板12との干渉を回避するために平面形状が略矩形状の凹部12aが設けられている。これにより、可動部152の可動領域(変位領域)は、平面視で凹部12a内に収まることになる。
主面12fの端子部20の側のY軸方向中央部には、凹部12aに向い、X軸に沿って延びる第1溝部24が設けられている。また、主面12fの端子部20の側の第1溝部24のY軸方向の一方の側には、第1溝部24の外周に沿って第2溝部26が設けられている。さらに、主面12fの端子部20側には、第1溝部24を挟んで第2溝部26の反対側に第3溝部28が設けられている。
第1溝部24の底面には、第1溝部24に沿って第1配線30が設けられている。第1配線30は、後述する固定部151を介して可動部152の可動電極部106に設けられた第1可動電極指611および第2可動電極指621と電気的に接続される配線である。また、第2溝部26の底面には、第2溝部26に沿って第2配線36が設けられている。第2配線36は、固定電極部104に設けられた第1固定電極指412と電気的に接続される配線である。また、第3溝部28の底面には、第3溝部28に沿って第3配線42が設けられている。第3配線42は、固定電極部104に設けられた第2固定電極指422と電気的に接続される配線である。なお、第1配線30、第2配線36、第3配線42の各端部(端子部20に配置される端部)は、それぞれ第1端子電極34、第2端子電極40、第3端子電極46となる。
第1配線30は、第1溝部24の底面から基板12に設けられた凹部12aの底面12eを介して、加速度センサー素子片10の固定部151を固定するために設けられたマウント部21に、配設されている。そして、マウント部21において、加速度センサー素子片10の接合部151aと接合することで、第1配線30と可動電極部106とが電気的に接続される。また、第2配線36は、第2溝部26の底面から基板12に設けられた凹部12aの底面12eを介して、加速度センサー素子片10の第1固定電極部141(固定電極部104)を固定するために設けられたマウント部22に、配設されている。そして、マウント部22において、加速度センサー素子片10の接合部141aと接合することで、第2配線36と第1固定電極部141(固定電極部104)とが電気的に接続される。また、第3配線42は、第3溝部28の底面から基板12に設けられた凹部12aの底面12eを介して、加速度センサー素子片10の第2固定電極部142(固定電極部104)を固定するために設けられたマウント部23に、配設されている。そして、マウント部23において、加速度センサー素子片10の接合部142aと接合することで、第3配線42と第2固定電極部142(固定電極部104)とが電気的に接続される。
基板12の構成材料としては、ガラス、高抵抗シリコンなどの絶縁材料を用いるのが好ましい。特に、固定電極部104、可動電極部106、固定部151、および可動部152を備えた加速度センサー素子片10となる半導体基板が、シリコンなどの半導体材料を主材料として構成されている場合には、基板12の構成材料として、アルカリ金属イオン(可動イオン)を含むガラス(例えば、パイレックス(登録商標)のような硼珪酸ガラス)を用いるのが好ましい。これにより、加速度センサー素子1は、基板12と半導体基板とを陽極接合することで形成することができる。また、加速度センサー素子1は、基板12にアルカリ金属イオンを含むガラスを用いることにより、基板12と半導体基板とを容易に絶縁分離することができる。
なお、基板12は、必ずしも絶縁性を有さなくてもよく、例えば低抵抗シリコンからなる導電性基板であっても良い。この場合は、基板12と半導体基板との間に絶縁膜を挟んで双方を絶縁分離することになる。また、基板12の構成材料は、半導体基板の構成材料との熱膨張係数差ができるだけ小さいことが好ましく、具体的には、基板12の構成材料と半導体基板の構成材料との熱膨張係数差が3ppm/℃以下であることが好ましい。これにより、加速度センサー素子1は、基板12と半導体基板との間の残留応力を低減することができる。本形態では、基板12の主材料としてガラスを用いることを想定している。
第1配線30、第2配線36、第3配線42の構成材料としては、それぞれ導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができるが、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In33、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnOなどの酸化物(透明電極材料)、Au、Pt、Ag、Cu、Al、またはこれらを含む合金などが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、加速度センサー素子1は、各配線の構成材料が透明電極材料(特にITO)であれば、基板12が透明であった場合、第1固定電極指412および第2固定電極指422の面上に存在する異物などを基板12の主面12f側とは反対側の面から容易に視認することができ、検査を効率的に行うことができる。
加速度センサー素子片10は、図5に示すように、基板12に取り付けられている第1固定電極指412および第2固定電極指422を含む固定電極部104と、基板12に対してX軸方向(物理量の検出軸方向)にバネ部153を介して変位可能な可動部152と、可動部152に設けられている第1可動電極指611および第2可動電極指621を含む可動電極部106と、バネ部153を基板12に固定している固定部151と、を有している。なお、加速度センサー素子片10は、X軸方向の加速度Ax(物理量)を検出する機能を有している。また、加速度センサー素子片10は、固定電極部104の接合部141a,142aおよび固定部151の接合部151aにおいて、基板12に設けられたマウント部21,22,23の主面12fや各配線(第1配線30、第2配線36、第3配線42)に接合されている。従って、加速度センサー素子片10は、基板12に設けられたマウント部21,22,23に接合されることによって、収納空間S2内に収納されている。
固定電極部104は、Y軸方向(検出軸に交差(本実施形態では直交)する方向)に沿って並んで配置されている第1固定電極部141および第2固定電極部142を有している。第1固定電極部141は、第1幹部411と、第1幹部411のY軸方向の両側に設けられ、長手方向がY軸方向に沿っている複数の第1固定電極指412と、を有している。第2固定電極部142は、第2幹部421と、第2幹部421からY軸方向の両側に設けられ、長手方向がY軸方向に沿っている複数の第2固定電極指422と、を有している。
可動電極部106は、Y軸方向に沿って並んで配置されている第1可動電極部161および第2可動電極部162を有している。第1可動電極部161の少なくとも一部は、第1幹部411のY軸方向の両側に位置され、長手方向がY軸方向に沿って、第1固定電極指412とX軸方向に対向している複数の第1可動電極指611を有している。第2可動電極部162の少なくとも一部は、第2幹部421のY軸方向の両側に位置され、長手方向がY軸方向に沿って、第2固定電極指422とX軸方向に対向している複数の第2可動電極指621を有している。
加速度センサー素子片10は、第1固定電極指412と、第1固定電極指412にX軸方向に対向している第1可動電極指611との間、および第2固定電極指422と、第2固定電極指422にX軸方向に対向している第2可動電極指621との間でコンデンサーが形成される。この状態で、加速度センサー素子片10に、例えば、X軸方向に沿った加速度が印加されると、第1可動電極部161の第1可動電極指611、および第2可動電極部162の第2可動電極指621が慣性によりX軸方向に変位する。加速度センサー素子片10は、この変位によって生じるコンデンサーの静電容量の変化を検出することにより、X軸方向の加速度Axを検出することができる。
加速度センサー素子片10は、このような構成とすることで、第1可動電極指611および第1固定電極指412間の静電容量、第2可動電極指621および第2固定電極指422間の静電容量を十分に大きく保ちつつ、第1固定電極指412と第2固定電極指422、および第1可動電極指611と第2可動電極指621をそれぞれ短くすることができる。そのため、加速度センサー素子片10は、第1固定電極指412、第2固定電極指422、第1可動電極指611、および第2可動電極指621が破損し難く、優れた耐衝撃性を有することができる。
なお、図示はしないが、図5に示して説明したX軸の加速度Axを検出可能な加速度センサー素子1は、基板12と、基板12に設けられた加速度センサー素子片10とがY軸方向に沿って並ぶ方向に配置することによって、Y軸方向の加速度Ayを検出可能な加速度センサー素子とすることができる。
なお、加速度センサー素子片10は、基板12上に接合された図示しない半導体基板(シリコン基板)から、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって形成されている。
蓋体50は、図2、図3、および図4に示すように、平面形状が四角形状であり、基板12と向き合う側に加速度センサー素子片10を収納する凹部50aが設けられ、基板12の主面12fに接合部材60によって接合されている。また、加速度センサー素子片10の側とは反対側の面である上面50fの外縁領域には、蓋体50の外縁に沿って、凹部70,72が設けられている。そのため、蓋体50(加速度センサー素子1)の上面50fに回路素子2を接着する際に、余分な接着材131が蓋体50の上面50fを伝って流れ出ても、上面50fの外縁に沿って設けられた凹部70,72において、流れ出た接着材131を滞留させることができる。従って、余分な接着材131が蓋体50の上面50fから側面を伝って加速度センサー素子1をパッケージ120に取り付けている接着材130と接触した状態で滞留することを低減することができる。そのため、接着材131の硬化時に起因して生じる応力や歪が加速度センサー素子1を取り付けている接着材130を介して加速度センサー素子1に伝わることを低減することができる。当該応力や歪の加速度センサー素子1への影響が低減できるので、例えば、加速度センサー素子1から出力されるバイアス出力信号が変動することを低減することができる。
また、図3において、本実施形態では、凹部70は、上面50fから基板12側に向かって凹んでおり、段差部となっている。つまり、凹部70は、上面50fから一段低くなった面70f(蓋体50の板厚が上面50fより薄い面70f)を有している。そのため、余分な接着材131が蓋体50の上面50fから凹部70の側面を伝って流れ出ると、後述するように、凹部70が、例えば、ダイシング加工等で形成されているので、接着材131が毛細管現象により、凹部70の側面や面70fの全域に広がり、余分な接着材131を凹部70に滞留させることができる。
なお、凹部70は、蓋体50の上面50fにおいて、各配線(第1配線30、第2配線36、第3配線42)の延在する方向(X軸方向)に沿った一対の辺に設けられており、回路素子2を挟み対向して配置されている。従って、接着材131が回路素子2の両側に流れ出ても、余分な接着材131を凹部70に滞留させることができる。
一方、図4において、凹部70が設けられた対向する一対の辺と交差する方向(Y軸方向)に沿った辺には、傾斜面72a,72bを有する凹部72が設けられている。傾斜面72aは、蓋体50の上面50fから基板12側に向うに従って、蓋体50の厚みが薄くなっていくように形成された面である。そのため、蓋体50(加速度センサー素子1)の上面50fに接着された回路素子2の有する複数の電極パッド(不図示)と加速度センサー素子1の第1端子電極34、第2端子電極40、および第3端子電極46とを電気的に接続するボンディングワイヤーBW2を蓋体50の角部で断線するのを低減することができる。また、傾斜面72bは、傾斜面72aとは逆に、凹部72の底部から蓋体50の上面50fに向うに従って、蓋体50の厚みが厚くなっていくように形成された面である。そのため、傾斜面72bによって、蓋体50(加速度センサー素子1)の上面50fに回路素子2を接着する際に、接着材131が傾斜面72aを伝って基板12の主面12fへ滞留するのを低減させることができる。
なお、本実施形態では、段差部を有する凹部70がX軸方向に沿った一対の辺に設けられ、傾斜面72a,72bを有する凹部72がY軸方向に沿った辺に設けられているが、これに限定されることはなく、段差部を有する凹部70がY軸方向に沿った辺又は一対の辺に設けられていても構わない。また、傾斜面72a,72bを有する凹部72がX軸方向に沿った辺又は一対の辺に設けられていても構わない。また、段差部を有する凹部70又は傾斜面72a,72bを有する凹部72が蓋体50の4辺に沿ってそれぞれ設けられていても構わない。
段差部を有する凹部70の形成方法としては、例えば、蓋体50と基板12とを接合後、加速度センサー素子1に個片化するダイシングの歯厚よりも厚い歯厚で、蓋体50の上面50fをハーフダイシングし、その後、ハーフダイシングした領域をハーフダイシングに用いた歯厚より薄い歯厚でフルダイシングすることにより形成することができる。
また、傾斜面72a,72bを有する凹部72の形成方法としては、先ず、蓋体50の上面50fに傾斜面72a,72bを有し、上面50fとは反対側の面で、基板12の端子部20に相当する領域に上面50fとは反対側に開口する凹部を有する蓋体50を準備する。蓋体50と基板12とを接合後、蓋体50の基板12の端子部20に相当する領域と傾斜面72bの一部とをダイシングして除去し、その後、加速度センサー素子1にダイシングによって個片化することにより形成することができる。
また、蓋体50は、図2および図3に示すように、凹部50a(収納空間S2側の内面である天井面50e)と、収納空間S2の側と反対側の面である上面50fとの間を貫通する孔部90を有している。
孔部90は、平面形状が略矩形状に形成されており、封止部材94により封止されている。詳述すると、蓋体50が基板12の主面12fに、例えば、接着剤を用いた接合法、陽極接合法、直接接合法などを用いて気密に接合(固定)された後、封止部材94が孔部90上に載置され、その後、レーザービームや電子ビームなどが封止部材94に照射され、溶融した封止部材94によって孔部90が封止(閉塞)される。
なお、蓋体50が接合部材60により基板12に接合され、基板12の凹部12aと蓋体50の凹部50aとを含んで構成される収納空間S2は、孔部90の封止により、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填されて大気圧に近い状態、または減圧状態(真空度の高い状態)となっている。
また、封止部材94の構成材料としては、特に限定されないが、Au−Ge合金、Au−Sn合金、Sn−Pb合金、Pb−Ag合金などを好適に用いることができる。
[回路素子]
次に、回路素子2について、説明する。
回路素子2は、接着材131を介して加速度センサー素子1の上面50fに接着されている。なお、接着材131としては、加速度センサー素子1上に回路素子2を固定することができれば、特に限定されず、例えば、半田、銀ペースト、樹脂系接着材(ダイアタッチ材)等を用いることができる。
回路素子2には、例えば、加速度センサー素子1を駆動する駆動回路や、加速度センサー素子1からの信号に基づいて加速度Ax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含まれている。また、回路素子2は、上面に複数の電極パッド(不図示)を有し、各電極パッドがボンディングワイヤーBW2を介して加速度センサー素子1の基板12に設けられた第1端子電極34、第2端子電極40、および第3端子電極46に電気的に接続されている。これにより、加速度センサー素子片10を含む加速度センサー素子1を制御することができる。
上述したような物理量センサーとしての加速度センサー100によれば、蓋体50の加速度センサー素子片10の側とは反対側の面である上面50fの外縁領域に、蓋体50の外縁に沿って、凹部70,72が設けられている。そのため、蓋体50(加速度センサー素子1)の上面50fに回路素子2を接着する際に、余分な接着材131が蓋体50の上面50fを伝って流れ出ても、上面50fの外縁に沿って設けられた凹部70,72において、流れ出た接着材131を滞留させることができる。従って、余分な接着材131が蓋体50の上面50fから側面を伝って加速度センサー素子1をパッケージ120に固定する接着材130と接触した状態で滞留することがない。そのため、滞留している接着材131の硬化時の歪が加速度センサー素子1を固定する接着材130を介して加速度センサー素子1に伝わり、加速度センサー素子1から出力されるバイアス出力信号が変動するのを減少させることができる。
また、凹部70が上面50fから一段低くなった面70f(蓋体50の板厚が上面50fより薄い面70f)を有する段差部であるため、余分な接着材131が蓋体50の上面50fから凹部70の側面を伝って流れ出ると、凹部70がダイシング加工等で形成されているので、接着材131が毛細管現象により、凹部70の側面や面71の全域に広がり、余分な接着材131を凹部70に滞留させることができる。そのため、加速度センサー素子1から出力されるバイアス出力信号の変動を減少させることができる。
また、蓋体50は、四角形状であり、蓋体50の上面50fにおいて、各配線(第1配線30、第2配線36、第3配線42)の延在する方向(X軸方向)に沿った一対の辺に、凹部70が設けられているので、回路素子2の両側から接着材131が流れ出ても、余分な接着材131を凹部70に滞留させることができる。そのため、加速度センサー素子1から出力されるバイアス出力信号の変動を減少させることができる。
<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が備える加速度センサー素子1aについて、図6および図7を参照して説明する。
図6は、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーが備える物理量センサー素子の断面図である。図7は、図6中のC部の拡大図である。
本実施形態に係る加速度センサー素子1aでは、上面50fに設けられた凹部70aの構成以外は、前述した第1実施形態の加速度センサー素子1と同様である。
なお、以下の説明では、第2実施形態の加速度センサー素子1a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6および図7では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の加速度センサー素子1aは、蓋体50の外縁(X軸方向に沿った一対の辺)に沿って設けられた凹部70aを有している。図6および図7に示すように、上面50fに設けられた凹部70aのX軸方向から見た断面形状は、底面70abを有する有底の穴である。
このような構成とすることで、回路素子2を蓋体50に接着する際、余分な接着材131を凹部70a内に滞留させることができる。そのため、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実施形態に係る物理量センサーが備える加速度センサー素子1bについて、図8および図9を参照して説明する。
図8は、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーが備える物理量センサー素子の断面図である。図9は、図8中のD部の拡大図である。
本実施形態に係る加速度センサー素子1bでは、上面50fに設けられた凹部70bの構成以外は、前述した第1実施形態の加速度センサー素子1と同様である。
なお、以下の説明では、第3実施形態の加速度センサー素子1bに関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図8および図9では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の加速度センサー素子1bは、蓋体50の外縁(X軸方向に沿った一対の辺)に沿って設けられた凹部70bを有している。図8および図9に示すように、上面50fに設けられた凹部70bのX軸方向から見た断面形状は、底面70bbを有する有底の穴であり、蓋体50の回路素子2側の上面50f側から基板12側に向うに従って、穴の幅が狭くなっている。つまり、凹部70bの底面70bbに近い領域の幅は、凹部70bの上面50fに近い領域の幅より狭い。また、凹部70bの壁面は、傾斜面70baで構成されている。
このような構成とすることで、回路素子2を蓋体50に接着する際、接着材131が凹部70b内により流れ込み易くなり、余分な接着材131を凹部70b内に滞留させることができる。そのため、このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
[複合センサー]
次に、上述した加速度センサー100を備えた複合センサー900の構成例について、図10を参照して説明する。
図10は、複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図である。
複合センサー900は、図10に示すように、上述したような加速度を検出可能な加速度センサー100を用いたX軸加速度センサー950x、Y軸加速度センサー950y、およびZ軸加速度センサー950zと、角速度センサー素子を含む角速度センサー920と、を備えている。X軸加速度センサー950x、Y軸加速度センサー950y、およびZ軸加速度センサー950zは、それぞれ1軸方向の加速度を高精度に計測することができる。角速度センサー920は、3軸方向の角速度をそれぞれ測定するために、三つの角速度センサー素子を備えている。また、複合センサー900は、例えば、X軸加速度センサー950x、Y軸加速度センサー950y、およびZ軸加速度センサー950zを駆動する駆動回路や、X軸加速度センサー950x、Y軸加速度センサー950y、およびZ軸加速度センサー950zからの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度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を含む制御回路部(IC)を備えることができる。
このような複合センサー900によれば、上述した物理量センサーとしての加速度を検出可能な加速度センサー100で構成されるX軸加速度センサー950x、Y軸加速度センサー950y、およびZ軸加速度センサー950zと、角速度センサー920とによって容易に複合センサー900を構成することができ、例えば加速度データや角速度データを取得することができる。
[慣性計測ユニット]
次に、慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)2000について、図11および図12を参照して説明する。
図11は、慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図12は、慣性計測ユニットの慣性センサーの配置例を示す斜視図である。なお、以下では、加速度Axが検出可能である前述の加速度センサー100を用いた例を示して説明する。
慣性計測ユニット2000は、図11に示すように、アウターケース301、接合部材310、慣性センサーを含むセンサーモジュール325などから構成されている。換言すれば、アウターケース301の内部303に、接合部材310を介在させて、センサーモジュール325を篏合(挿入)した構成となっている。センサーモジュール325は、インナーケース320と、基板315とから構成されている。なお、説明を解り易くするために、部位名をアウターケース、インナーケースとしているが、第1ケース、第2ケースと呼び換えても良い。
アウターケース301は、アルミニウムを箱状に削り出した台座である。材質は、アルミニウムに限定するものではなく、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、または、金属と樹脂の複合材などを用いても良い。アウターケース301の外形は、前述した慣性計測ユニット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、それぞれ通し孔(馬鹿孔)302が形成されている。なお、通し孔(馬鹿孔)302に限定するものではなく、例えば、ネジによりネジ止めすることが可能な切り欠き(通し孔(馬鹿孔)302の位置するアウターケース301のコーナー部に切り欠きを形成する構造)を形成してネジ止めする構成としても良いし、あるいは、アウターケース301の側面にフランジ(耳)を形成して、フランジ部分をネジ止めする構成としても良い。
アウターケース301は、外形が直方体で蓋のない箱状であり、その内部303(内側)は、底壁305と側壁304とで囲まれた内部空間(容器)となっている。換言すれば、アウターケース301は、底壁305と対向する一面を開口面とする箱状をなしており、その開口面の開口部のほとんどを覆うように(開口部を塞ぐように)センサーモジュール325が収納され、センサーモジュール325が開口部から露出した状態となる(不図示)。ここで、底壁305と対向する開口面とは、アウターケース301の上面307と同一面である。また、アウターケース301の内部303の平面形状は、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、面取りされた二つの頂点部分は通し孔(馬鹿孔)302の位置に対応している。また、内部303の断面形状(厚さ方向)において、底壁305には、内部303、即ち内部空間における周縁部に中央部よりも一段高い底壁としての第1接合面306が形成されている。即ち、第1接合面306は、底壁305の一部であり、平面的に底壁305の中央部を囲ってリング状に形成された一段の階段状の部位であり、底壁305よりも開口面(上面307と同一面)からの距離が小さい面である。
なお、アウターケース301の外形が、平面形状が略正方形の直方体で蓋のない箱状である一例について説明したが、これに限らず、アウターケース301の外形の平面形状は、例えば六角形や八角形などの多角形であっても良いし、その多角形の頂点部分の角が面取りされていたり、各辺が曲線である平面形状であったりしても良い。また、アウターケース301の内部303(内側)の平面形状も、上述した六角形に限らず、正方形などの方形(四角形)や、八角形などの他の多角形状であっても良い。また、アウターケース301の外形と内部303の平面形状とは相似形であっても良いし、相似形でなくても良い。
インナーケース320は、基板315を支持する部材であり、アウターケース301の内部303に収まる形状となっている。詳しくは、平面的には、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、その中に長方形の貫通穴である開口部321と、インナーケース320の上面327とは反対側の基板315を支持する側の面に設けられた凹部331とが形成されている。面取りされた二つの頂点部分はアウターケース301の通し孔(馬鹿孔)302の位置に対応している。厚さ方向(Z軸方向)の高さは、アウターケース301の上面307から第1接合面306までの高さよりも、低くなっている。好適例では、インナーケース320もアルミニウムを削り出して形成しているが、アウターケース301と同様に他の材質を用いても良い。
インナーケース320の裏面(アウターケース301側の面)には、基板315を位置決めするための案内ピンや、支持面(いずれも図示せず)が形成されている。基板315は、当該案内ピンや、支持面にセット(位置決め搭載)されてインナーケース320の裏面に接着される。なお、基板315の詳細については後述する。インナーケース320の裏面の周縁部は、リング状の平面からなる第2接合面322となっている。第2接合面322は、平面的にアウターケース301の第1接合面306と略同様な形状であり、インナーケース320をアウターケース301にセットした際には、接合部材310を挟持した状態で二つの面が向い合うことになる。なお、アウターケース301およびインナーケース320の構造については、一実施例であり、この構造に限定されるものではない。
図12を参照して、慣性センサーが実装された基板315の構成について説明する。図12に示すように、基板315は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板(ガラエポ基板)を用いている。なお、ガラエポ基板に限定するものではなく、複数の慣性センサーや、電子部品、コネクターなどを実装可能なリジット基板であれば良い。例えば、コンポジット基板や、セラミックス基板を用いても良い。
基板315の表面(インナーケース320側の面)には、コネクター316、角速度センサー317z、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100などが実装されている。コネクター316は、プラグ型(オス)のコネクターであり、X軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。好適には、一列10ピンで二列の合計20ピンの接続端子としているが、端子数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。
角速度センサー317zは、Z軸方向における1軸の角速度を検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いている。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、角速度を検出可能なセンサーで有れば良い。例えば、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。
また、基板315のX軸方向の側面には、実装面(搭載面)がX軸と直交するように、X軸方向における1軸の角速度を検出する角速度センサー317xが実装されている。同様に、基板315のY軸方向の側面には、実装面(搭載面)がY軸と直交するように、Y軸方向における1軸の角速度を検出する角速度センサー317yが実装されている。
なお、角速度センサー317x,317y,317zは、軸ごとの三つの角速度センサーを用いる構成に限定するものではなく、3軸の角速度が検出可能なセンサーであれば良く、一つのデバイス(パッケージ)で3軸の角速度が検出(検知)可能なセンサーデバイスを用いても良い。
上述した加速度センサー100は、1軸方向の加速度を検出(検知)可能な、例えばシリコン基板をMEMS技術で加工した静電容量型の加速度センサー素子片10(図5参照)が用いられている。なお、加速度センサー100は、必要に応じて、X軸、Y軸の2軸方向の加速度を検出可能な加速度センサー素子、もしくは3軸方向の加速度を検出可能な加速度センサー素子を適用した加速度センサーとすることができる。
基板315の裏面(アウターケース301側の面)には、制御部としての制御IC319が実装されている。制御IC319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、慣性計測ユニット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315には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
このような慣性計測ユニット2000によれば、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100を用いているため、加速度センサー100に係る効果を享受した慣性計測ユニット2000を提供することができる。
[移動体測位装置]
次に、移動体測位装置3000について、図13および図14を参照して説明する。
図13は、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14は、移動体測位装置の作用を模式的に示す図である。
図13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、船等のいずれでも良いが、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。
また、慣性計測装置3100は、上述した加速度センサー100を適用した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。なお、慣性計測装置3100には、前述した加速度センサー100を含む慣性計測ユニット2000を用いることができる。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14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、当該算出は、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良い。
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、加速度センサー100を適用した慣性計測装置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、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100を備えた慣性計測ユニット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。
[携帯型電子機器]
次に、上述した加速度センサー100を用いた携帯型電子機器について、図15および図16を参照して説明する。
図15は、携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図である。図16は、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。以下、携帯型電子機器の一例として、腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)を示して説明する。
腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)であるリスト機器1000は、図15に示すように、バンド1032,1037等によってユーザーの手首等の部位(被検体)に装着され、デジタル表示の表示部1023を備えるととも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としての加速度センサー100は、加速度を測定する加速度センサー1013(図16参照)として、角速度を計測する角速度センサー1014(図16参照)などと共にリスト機器1000に組込まれている。
リスト機器1000は、少なくとも加速度センサー1013や角速度センサー1014(図16参照)が収納されているケース1030と、ケース1030に収納され、加速度センサー1013や角速度センサー1014からの出力データを処理する処理部1050(図16参照)と、ケース1030に収納されている表示部1023と、ケース1030の開口部を塞いでいる透光性カバー1071と、を備えている。ケース1030の透光性カバー1071のケース1030の外側には、ベゼル1078が設けられている。ケース1030の側面には、複数の操作ボタン1080,1081が設けられている。以下、図16も併せて参照しながら、さらに詳細に説明する。
加速度センサー1013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1014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。
リスト機器1000は、GPS(Global Positioning System)センサー1010を備えている。GPSは、全地球測位システムとも呼ばれ、複数の衛星信号に基づいて地球上の現在位置を測定するための衛星測位システムである。GPSは、GPS時刻情報と軌道情報とを使用して測位計算をおこないユーザーの位置情報を取得する機能やユーザーの移動距離や移動軌跡を計測する機能、および時計機能における時刻修正機能を備えている。GPSセンサー1010は、GPS衛星からの衛星信号に基づいて地球上の現在位置を測定することができる。
表示部1023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1010や地磁気センサー1011を用いた位置情報、移動量や加速度センサー1013、もしくは角速度センサー1014などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー1015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1016を用いた環境温度を表示することもできる。
通信部1025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1025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1050(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1050は、記憶部1022に格納されたプログラムと、操作部1020(例えば操作ボタン1080,1081)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1050による処理には、GPSセンサー1010、地磁気センサー1011、圧力センサー1012、加速度センサー1013、角速度センサー1014、脈拍センサー1015、温度センサー1016、計時部1021の各出力信号に対するデータ処理、表示部1023に画像を表示させる表示処理、音出力部1024に音を出力させる音出力処理、通信部1025を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー1026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。
このようなリスト機器1000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:ペース距離計測値から、現在の走行ペースを表示する。
3.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。
なお、リスト機器1000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)を利用しても良い。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以上を利用しても良い。また、衛星測位システムの少なくとも一つに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)を利用しても良い。
このような携帯型電子機器は、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100、および処理部1050を備えているので、コンパクトで優れた信頼性を有している。
[電子機器]
次に、上述した加速度センサー100を用いた電子機器について、図17、図18、および図19を参照して説明する。
先ず、図17を参照して、電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューター1100について説明する。図17は、電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図である。
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、上述した加速度センサー100が内蔵されており、加速度センサー100の検出データに基づいて制御部1110が、例えば姿勢制御などの制御を行なうことができる。
次に、図18を参照して、電子機器の一例であるスマートフォン1200について説明する。図18は、電子機器の一例であるスマートフォン(携帯電話機)の構成を模式的に示す斜視図である。
この図において、スマートフォン1200は、上述した加速度センサー100が組込まれている。加速度センサー100によって検出された検出データ(加速度データ)は、スマートフォン1200の制御部1201に送信される。制御部1201は、CPU(Central Processing Unit)を含んで構成されており、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。換言すれば、スマートフォン1200のモーションセンシングを行い、計測された姿勢や、挙動から、表示内容を変えたり、音や、振動などを発生させたりすることができる。特に、ゲームのアプリケーションを実行する場合には、現実に近い臨場感を味わうことができる。
次に、図19を参照して、電子機器の一例であるディジタルスチールカメラ1300について説明する。図19は、電子機器の一例であるディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
この図において、ディジタルスチールカメラ1300のケース(ボディー)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も機能する。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。
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を押下すると、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、このディジタルスチールカメラ1300では、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルスチールカメラ1300には、上述した加速度センサー100が内蔵されており、加速度センサー100の検出データに基づいて制御部1316が、例えば手振れ補正などの制御を行なうことができる。
このような電子機器は、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100、および制御部1110,1201,1316を備えているので、コンパクトで優れた信頼性を有している。
なお、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100を備える電子機器は、図17のパーソナルコンピューター1100、図18のスマートフォン1200、図19のディジタルスチールカメラ1300の他にも、例えば、タブレット端末、時計、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ー)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、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、ページャー、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、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、地震計、歩数計、傾斜計、ハードディスクの振動を計測する振動計、ロボットやドローンなど飛行体の姿勢制御装置、自動車の自動運転用慣性航法に使用される制御機器等に適用することができる。
[移動体]
次に、上述した加速度センサー100を用いた移動体について、図20を参照して説明する。
図20は、移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。
図20に示すように、自動車1500には、物理量センサーの一例としての加速度センサー100が内蔵されており、例えば、加速度センサー100によって車体1501の移動(位置)や姿勢を検出することができる。加速度センサー100の検出信号は、車体の移動や姿勢を制御する車体姿勢制御装置1502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。
なお、加速度センサー100は、他にもキーレスエントリーシステム、イモビライザー、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システム(エンジンシステム)、自動運転用慣性航法の制御機器、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、移動体に適用される物理量センサーとしての加速度センサー100は、上記の例示の他にも、例えば、二足歩行ロボットや電車などの移動や姿勢制御、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、およびドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の移動や姿勢制御、農業機械(農機)、もしくは建設機械(建機)などの移動や姿勢制御、ロケット、人工衛星、船舶、およびAGV(無人搬送車)などの制御において利用することができる。以上のように、各種移動体の移動(位置)や姿勢制御の実現にあたって、加速度センサー100、およびそれぞれの制御部(不図示)や姿勢制御部が組み込まれる。
このような移動体は、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100、および制御部(例えば、姿勢制御部としての車体姿勢制御装置1502)を備えているので、コンパクトで優れた信頼性を有している。
[走行支援システム]
以下、上述した加速度センサー100を備えたセンサーユニット4032を用いた走行支援システム4000について、図21および図22を参照して説明する。
図21は、走行支援システムの概略的な構成を示す図である。図22は、走行支援システムの概略的な構成を示す機能ブロック図である。
[走行支援システムの概略構成]
図21に示すように、走行支援システム4000は、複数台の車両の各々に搭載された制御装置4100および情報処理装置4200を含んでいる。
制御装置4100は、加速、制動、および操舵の少なくとも何れかを自動で制御する自動運転を行う車両(以下、自動運転車両)に搭載されて、情報処理装置4200と通信を行う。情報処理装置4200は、例えばサーバー装置であり、複数台の自動運転車両に搭載されている各制御装置4100から送信される車両情報を収集したり、収集した車両情報をもとに得られた情報を各制御装置4100に送信したりする。なお、情報処理装置4200は、1つのサーバー装置からなるものであっても良いし、複数のサーバー装置からなっているものであっても良い。
[制御装置の概略構成]
続いて、図22を用いて制御装置4100の概略構成を説明する。制御装置4100は、自動運転車両に搭載されるものであり、図22に示すように、自動運転ユニット4010、通信機4020、ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)ロケーター4030、HMI(Human Machine Interface)システム4040、周辺監視センサー4050、および車両制御ユニット4060を含んでいる。制御部としての自動運転ユニット4010、通信機4020、ADASロケーター4030、HMIシステム4040、および車両制御ユニット4060は、例えば車内LANに接続されており、通信によって互いに情報をやり取りすることができる。
通信機4020は、自車の外部と通信を行う。通信機4020は、例えば自車の周辺車両に搭載された車載通信機、および路側に設置された路側機の少なくとも何れかとの間で、無線通信を行うことができる。例えば通信機4020は、車載通信機との車車間通信、路側機との路車間通信により、自車の周辺車両の位置情報および走行速度情報等を取得することができる。
通信機4020は、情報処理装置4200との間で通信を行う。情報処理装置4200との間で通信を行う場合には、例えばDCM(Data Communication Module)といったテレマティクス通信に用いられる車載通信モジュールによって、テレマティクス通信で用いる通信網を介して情報処理装置4200と通信を行う構成とすれば良い。なお、路側機およびその路側機と情報処理装置4200との間の通信網を介して情報処理装置4200と通信を行う構成としても良い。通信機4020は、情報処理装置4200から取得した情報を車内LANへ出力したり、車内LANを介して自動運転ユニット4010から送信されてきた車両情報を送信したりする。
なお、周辺車両に搭載された車載通信機、および路側に設置された路側機の少なくとも何れかとの間で、無線通信を行う車載通信モジュールと、テレマティクス通信に用いられる車載通信モジュールとが別体に設けられる構成としても良いし、一体に設けられる構成としても良い。
ADASロケーター4030は、GNSS(Global Navigation Satellite System)受信機4031、上述した加速度センサー100を含むセンサーユニット4032、および地図データを格納した地図データベース(以下、DB)4033を備えている。GNSS受信機4031は、複数の人工衛星からの測位信号を受信する。上述した加速度センサー100を含むセンサーユニット4032は、例えば3軸ジャイロセンサー、および3軸加速度センサーを備える。地図DB4033は、不揮発性メモリーであって、リンクデータ、ノードデータ、道路形状、および構造物等の地図データを格納している。
ADASロケーター4030は、GNSS受信機4031で受信する測位信号と、センサーユニット4032の計測結果とを組み合わせることにより、ADASロケーター4030を搭載した自車の車両位置を逐次測位する。なお、車両位置の測位には、自車に搭載された車輪速センサー(不図示)から逐次出力されるパルス信号から求めた走行距離も用いる構成としても良い。そして、測位した車両位置を車内LANへ出力する。また、ADASロケーター4030は、地図DB4033から地図データを読み出し、車内LANへ出力することも行う。なお、地図データは、自車に搭載された例えばDCMといった車載通信モジュール(不図示)を用いて自車の外部から取得する構成としても良い。
HMIシステム4040は、図22に示すように、HCU(Human Machine Interface Control Unit)4041、操作部4042、ステアリングセンサー4043、表示装置4044、および音声出力装置4045を備えており、自車の運転者からの入力操作を受け付けたり、自車の運転者に向けて情報を提示したり、自車の運転者の状態を検出したりする。
操作部4042は、自車の運転者が操作するスイッチ群である。操作部4042は、各種の設定を行うために用いられる。例えば、操作部4042としては、自車のステアリングのスポーク部に設けられたステアリングスイッチ、表示装置4044と一体となったタッチスイッチ等がある。
ステアリングセンサー4043は、自車のステアリングホイールに乗員が触れていることを検出するためのセンサーである。ステアリングセンサー4043の一例としては、ステアリングホイールに設けられたタッチセンサー、自車のステアリングの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサー等が挙げられる。ステアリングセンサー4043での検出結果は、HCU4041に出力される。
表示装置4044としては、例えばコンビネーションメーター、CID(Center Information Display)、HUD(Head Up Display)等がある。コンビネーションメーターは、自車の運転席前方に配置される。CIDは、自車室内にてセンタークラスターの上方に配置される。コンビネーションメーター、およびCIDは、HCU4041から取得した画像データに基づいて、情報提示のための種々の画像をディスプレイの表示画面に表示する。HUDは、HCU4041から取得した画像データに基づく画像の光を、自車のウインドシールドに規定された投影領域に投影する。ウインドシールドによって車室内側に反射された画像の光は、運転席に着座する運転者によって知覚される。運転者は、HUDによって投影された画像の虚像を、自車の前方の外界風景と重ねて視認可能となる。
音声出力装置4045としては、例えばオーディオスピーカー等がある。オーディオスピーカーは、例えば自車のドアの内張り内に配置される。オーディオスピーカーは、再生する音声によって運転者などの乗員への情報提示を行う。
HCU4041は、CPU、ROMおよびRAM等のメモリー、I/O、これらを接続するバスを備え、メモリーに記憶された制御プログラムを実行することで各種の処理を実行する。例えば、HCU4041は、自動運転ユニット4010からの指示に従って、表示装置4044および音声出力装置4045の少なくとも何れかに情報提示を行わせる。なお、HCU4041が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のIC等によりハードウェア的に構成しても良い。
周辺監視センサー4050は、歩行者、人間以外の動物、自転車、オートバイ、および他車等の移動物体、さらに路上の落下物、ガードレール、縁石、および樹木等の静止物体といった障害物を検出する。他にも、走行区画線、停止線等の路面標示を検出する。周辺監視センサー4050は、例えば、自車周囲の所定範囲を撮像する周辺監視カメラ、自車周囲の所定範囲に探査波を送信するミリ波レーダー、ソナー、LIDAR(Light Detection and Ranging/Laser Imaging Detect ion and Ranging)等のセンサーである。
周辺監視カメラとしてはステレオカメラを用いる構成であっても、単眼カメラを用いる構成であっても良い。周辺監視カメラは、逐次撮像する撮像画像をセンシング情報として自動運転ユニット4010へ逐次出力する。ソナー、ミリ波レーダー、LIDAR等の探査波を送信するセンサーは、障害物によって反射された反射波を受信した場合に得られる受信信号に基づく走査結果をセンシング情報として自動運転ユニット4010へ逐次出力する。なお、自車前方のセンシングを周辺監視カメラとミリ波レーダーとを併用して行う等、複数種類の周辺監視センサー4050が重複したセンシング範囲を有する構成としても良い。
車両制御ユニット4060は、自車の加減速制御および操舵制御の少なくとも何れかを行う電子制御装置である。車両制御ユニット4060としては、操舵制御を行う操舵ECU、加減速制御を行うパワーユニット制御ECUおよびブレーキECU等がある。車両制御ユニット4060は、自車に搭載されたアクセルポジションセンサー、ブレーキ踏力センサー、舵角センサー、車輪速センサー等の各センサーから出力される検出信号を取得し、電子制御スロットル、ブレーキアクチュエーター、EPS(Electric Power Steering)モーター等の各走行制御デバイスへ制御信号を出力する。また、車両制御ユニット4060は、上述の各センサーの検出信号を車内LANへ出力可能である。
制御部としての自動運転ユニット4010は、CPU、揮発性メモリー、不揮発性メモリー、I/O、これらを接続するバスを備え、不揮発性メモリーに記憶された制御プログラムを実行することで各種の処理を実行する。例えば、自動運転ユニット4010は、周辺監視センサー4050でのセンシング結果から自車の走行環境を認識する。他にも、自動運転ユニット4010は、車両制御ユニット4060を制御することにより、運転者による運転操作の代行を行う。この自動運転ユニット4010が走行支援装置に相当する。なお、自動運転ユニット4010が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のIC等によりハードウェア的に構成しても良い。
制御部としての自動運転ユニット4010は、センサーユニット4032で検出された検出信号に基づいて、車両制御ユニット4060に指示し、加速、制動、および操舵の少なくとも何れかを制御することができる。また、自動運転ユニット4010は、センサーユニット4032で検出された検出信号の変化に応じて、自動運転の実施、或いは不実施を切り替えることができる。このように、加速、制動、および操舵の少なくとも何れかを制御する制御部としての自動運転ユニット4010によって、自動運転の実施或いは不実施をセンサーユニットで検出された検出信号の変化に応じて精度よく切り替えることができる。
このような走行支援システム4000は、上述した物理量センサーとしての加速度センサー100を含むセンサーユニット4032、およびセンサーユニット4032を含む走行支援装置としての自動運転ユニット4010を備えているので、優れた信頼性を有している。
[頭部装着型表示装置]
以下、上述した加速度センサー100を備えたセンサーユニット(第1センサー566、第2センサー568)を用いた表示装置の一例としての頭部装着型表示装置5000について、図23を参照して説明する。
図23は、頭部装着型表示装置の概略構成を示す説明図である。
図23に示すように、表示装置の一例としての頭部装着型表示装置5000は、ユーザー(使用者)の頭部に装着された状態でユーザーに虚像を視認させる画像表示部520と、画像表示部520を制御する制御装置510と、を備えている。制御装置510は、ユーザーが頭部装着型表示装置5000を操作するコントローラーとしても機能する。
画像表示部520は、ユーザーの頭部に装着される装着体であり、本形態では眼鏡形状のフレーム502(本体)を有する。フレーム502は、右保持部521および左保持部523を有する。右保持部521は、右光学像表示部526の他端である端部ERから、ユーザーが画像表示部520を装着した際のユーザーの側頭部に対応する位置にかけて、延伸して設けられた部材である。同様に、左保持部523は、左光学像表示部528の他端である端部ELから、ユーザーが画像表示部520を装着した際のユーザーの側頭部に対応する位置にかけて、延伸して設けられた部材である。右保持部521はユーザーの頭部において右耳またはその近傍に当接し、左保持部523はユーザーの左耳またはその近傍に当接して、ユーザーの頭部に画像表示部520を保持する。
フレーム502には、右表示駆動部522と、左表示駆動部524と、右光学像表示部526と、左光学像表示部528と、マイク563とが設けられる。本形態では本体の一例として、眼鏡型のフレーム502を例示する。本体の形状は眼鏡型に限定されず、ユーザーの頭部に装着され固定されるものであればよく、ユーザーの左右の眼の前に跨がって装着される形状であれば、より好ましい。例えば、ここで説明する眼鏡型の他に、ユーザーの顔の上部を覆うスノーゴーグル様の形状であっても良いし、双眼鏡のようにユーザーの左右の眼のそれぞれの前方に配置される形状であっても良い。
眼鏡型のフレーム502は、ユーザーの右眼の前に位置する右部502A、および、左眼の前に位置する左部502Bを有し、右部502Aと左部502Bとがブリッジ部502C(連結部)で連結された形状である。ブリッジ部502Cは、ユーザーが画像表示部520を装着した際のユーザーの眉間に対応する位置で、右部502Aと左部502Bとを互いに連結する。
右部502Aおよび左部502Bは、それぞれテンプル部502D,502Eに連結される。テンプル部502D,502Eは眼鏡のテンプルのようにして、フレーム502をユーザーの頭部に支持する。本実施形態のテンプル部502Dは右保持部521で構成され、テンプル部502Eは左保持部523で構成される。
右光学像表示部526は右部502Aに配置され、左光学像表示部528は左部502Bに配置される、それぞれ、ユーザーが画像表示部520を装着した際にユーザーの右および左の眼前に位置する。
右表示駆動部522と左表示駆動部524とは、ユーザーが画像表示部520を装着した際のユーザーの頭部に対向する側に配置されている。なお、右表示駆動部522および左表示駆動部524を総称して単に「表示駆動部」とも呼び、右光学像表示部526および左光学像表示部528を総称して単に「光学像表示部」とも呼ぶ。また、表示駆動部522,524は、不図示の液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display)や投写光学系等を含む。
右光学像表示部526および左光学像表示部528は、不図示の導光板と、調光板とを備える。導光板は、光透過性の樹脂等によって形成され、表示駆動部522,524が出力する画像光を、ユーザーの眼に導く。調光板は、薄板状の光学素子であり、ユーザーの眼の側とは反対の側である画像表示部520の表側を覆うように配置される。調光板は、光透過性がほぼ無いもの、透明に近いもの、光量を減衰させて光を透過するもの、特定の波長の光を減衰又は反射するもの等、種々のものを用いることができる。調光板の光学特性(光透過率など)を適宜選択することにより、外部から右光学像表示部526および左光学像表示部528に入射する外光量を調整して、虚像の視認のしやすさを調整できる。本形態では、少なくとも、画像表示部520を装着したユーザーが外の景色を視認できる程度の光透過性を有する調光板を用いる場合について説明する。調光板は、光学素子である右導光板および左導光板を保護し、右導光板および左導光板の損傷や汚れの付着等を抑制する。なお、調光板は、右光学像表示部526および左光学像表示部528に対し着脱可能としてもよく、複数種類の調光板を交換して装着可能としても良いし、省略しても良い。
また、フレーム502には、カメラユニット503が設けられる。カメラユニット503は、上部カメラ561が配置されるカメラ台座部503Cと、カメラ台座部503Cを支持するアーム部503A,503Bとを有する。アーム部503Aは、右保持部521の先端部APに設けられたヒンジ521Aにより、回動可能に右保持部521に連結される。アーム部503Bは、左保持部523の先端部APに設けられたヒンジ523Aにより、回動可能に左保持部523に連結される。このため、カメラユニット503は全体として、図中矢印Kで示す方向、すなわち装着状態において上下に回動可能である。カメラユニット503は、回動範囲の下端でフレーム502に接する。また、カメラユニット503の回動範囲の上端はヒンジ521A、523Aの仕様等で決定される。
カメラ台座部503Cは、右部502A、左部502Bおよびブリッジ部502Cの上部に跨がって位置する板状または棒状部材であり、ブリッジ部502Cの上に相当する位置に、上部カメラ561が埋込設置される。上部カメラ561は、CCDやCMOS等の撮像素子および撮像レンズ等を備えるデジタルカメラであり、単眼カメラであってもステレオカメラであっても良い。
上部カメラ561は、頭部装着型表示装置5000の表側方向、換言すれば、画像表示部520を装着した状態におけるユーザーの視界方向の少なくとも一部の外景を撮像する。上部カメラ561の画角の広さは適宜設定可能であるが、例えばカメラユニット503の回動範囲の下端において、上部カメラ561の撮像範囲が、ユーザーが右光学像表示部526、左光学像表示部528を通して視認する外界を含むことが好ましい。さらに、調光板を通したユーザーの視界の全体を撮像できるように上部カメラ561の撮像範囲が設定されているとより好ましい。
画像表示部520は、制御装置510に接続部540を介して接続する。接続部540は、制御装置510に接続される本体コード548、右コード542、左コード544、および、連結部材546を備える。右コード542および左コード544は、本体コード548が2本に分岐したコードである。右コード542は、右保持部521の延伸方向の先端部APから右保持部521の筐体内に挿入され、右表示駆動部522に接続される。同様に、左コード544は、左保持部523の延伸方向の先端部APから左保持部523の筐体内に挿入され、左表示駆動部524に接続される。
連結部材546は、本体コード548と、右コード542および左コード544との分岐点に設けられ、イヤホンプラグ530を接続するためのジャックを有する。イヤホンプラグ530からは、右イヤホン532および左イヤホン534が延伸する。イヤホンプラグ530の近傍にはマイク563が設けられる。イヤホンプラグ530からマイク563までは一本のコードにまとめられ、マイク563からコードが分岐して、右イヤホン532と左イヤホン534のそれぞれに繋がる。
マイク563は、マイク563の集音部がユーザーの視線方向を向くように配置され、音声を集音して、音声信号を音声処理部(不図示)に出力する。マイク563は、例えばモノラルマイクであってもステレオマイクであってもよく、指向性を有するマイクであっても良いし、無指向性のマイクであっても良い。
右コード542、左コード544、および、本体コード548は、デジタルデータを伝送可能なものであればよく、例えば金属ケーブルや光ファイバーで構成できる。また、右コード542と左コード544とを一本のコードにまとめた構成としても良い。
画像表示部520と制御装置510とは、接続部540を介して各種信号を伝送する。本体コード548の連結部材546とは反対側の端部、および、制御装置510には、互いに嵌合するコネクター(不図示)が設けられる。本体コード548のコネクターと制御装置510のコネクターとを嵌合し、或いは、この嵌合を外すことで、制御装置510と画像表示部520とを接離できる。
制御装置510は、頭部装着型表示装置5000を制御する。制御装置510は、決定キー511、点灯部512、表示切替キー513、輝度切替キー515、方向キー516、メニューキー517、および電源スイッチ518を含むスイッチ類を備える。また、制御装置510は、ユーザーが手指で操作するトラックパッド514を備える。
決定キー511は、押下操作を検出して、制御装置510で操作された内容を決定する信号を出力する。点灯部512は、LED(Light Emitting Diode)等の光源を備え、光源の点灯状態により、頭部装着型表示装置5000の動作状態(例えば、電源のON/OFF)を通知する。表示切替キー513は、押下操作に応じて、例えば、画像の表示モードの切り替えを指示する信号を出力する。
トラックパッド514は、接触操作を検出する操作面を有し、操作面に対する操作に応じて操作信号を出力する。操作面における検出方式は限定されず、静電式、圧力検出式、光学式等を採用できる。輝度切替キー515は、押下操作に応じて画像表示部520の輝度の増減を指示する信号を出力する。方向キー516は、上下左右方向に対応するキーへの押下操作に応じて操作信号を出力する。電源スイッチ518は、頭部装着型表示装置5000の電源オン/オフを切り替えるスイッチである。
また、フレーム502には2つの動きセンサーが取り付けられる。本形態の動きセンサーは、慣性センサーであり、具体的には第1のセンサーユニットとしての第1センサー566および第2のセンサーユニットとしての第2センサー568である。なお、第1センサー566および第2センサー568として、上述した加速度センサー100を適用することができる。第1センサー566は右部502Aにおいてテンプル部502D側の端に配置され、第2センサー568は左部502Bにおいてテンプル部502E側の端部に設置される。すなわち、第1センサー566および第2センサー568は、頭部装着型表示装置5000の装着状態において頭部の中心より一方側に位置している。第1センサー566および第2センサー568は、加速度センサーや角速度センサー(ジャイロセンサー)等の慣性センサーであり、本形態では、3軸のジャイロセンサーおよび3軸の加速度センサーを用いている。第1センサー566および第2センサー568は、それぞれ、内蔵する検出機構の測定基準点において、例えばX軸回りの回転(ピッチ)、Y軸回りの回転(ヨー)、およびZ軸回りの回転(ロール)を検出する。
第1センサー566および第2センサー568の何れかのセンサーは、ユーザーの頭部の中心の一方側にあり、他のセンサーは、ユーザーの頭部の中心の他方側にある。具体的には、第1センサー566はユーザーの頭部の右側にあり、第2センサー568は左側にある。なお、本形態で、頭部の中心とは、ユーザーの身長に対し垂直な水平面における頭部の中心を指す。第1センサー566および第2センサー568の水平面における位置は、この水平面における頭部の中心を挟んで、右側と左側にある。
このような構成の表示装置の一例としての頭部装着型表示装置5000は、ユーザーの眼に画像光を照射する画像表示部520と、複数の動きセンサーとしての第1センサー566および第2センサー568とを備える。第1センサー566および第2センサー568の何れかは、装着状態において頭部の中心より一方側に位置し、他の動きセンサーは頭部の中心より他方側に位置する。このため、ユーザーの頭部が動いた場合に、運動中心における動き量や動きの方向等を速やかに求めることができる。
また、頭部装着型表示装置5000において、第1センサー566および第2センサー568の何れかは、装着状態において頭部の中心より左側に位置し、他の動きセンサーは頭部の中心より右側に位置する。このため、動きセンサーの検出結果に基づいて、頭部の運動中心における動きを速やかに求めることができる。
このような表示装置の一例としての頭部装着型表示装置5000は、第1センサー566および第2センサー568として上述した物理量センサーとしての加速度センサー100を備えているので、優れた信頼性を有している。
以上、物理量センサー(100)、複合センサー900、慣性計測ユニット2000、移動体測位装置3000、携帯型電子機器(1000)、電子機器(1100,1200,1300)、移動体(1500)、走行支援システム4000、および表示装置(5000)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き換えることができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていても良い。
また、前述した実施形態では、X軸、Y軸およびZ軸が互いに直交しているが、互いに交差していれば、これに限定されず、例えば、X軸がYZ平面の法線方向に対して若干傾いていても良いし、Y軸がXZ平面の法線方向に対して若干傾いていても良いし、Z軸がXY平面の法線方向に対して若干傾いていても良い。なお、若干とは、加速度センサー100がその効果を発揮することができる範囲を意味し、具体的な傾き角度(数値)は、構成等によって異なる。
以下に、上述した実施形態から導き出される内容を、各態様として記載する。
[態様1]本態様に係る物理量センサーは、基板、内部に収納空間を構成するように前記基板に接合されている蓋、および前記収納空間に収納され、物理量を検出可能な物理量センサー素子片、を含む物理量センサー素子と、前記蓋の面であって、前記物理量センサー素子片の側とは反対側の面に接着材を介して接着されている回路素子と、を含み、前記蓋の前記反対側の面の外縁領域には、前記蓋の外縁に沿って、凹部が設けられていることを特徴とする。
本態様によれば、物理量センサー素子の蓋の回路素子が接着されている面の外縁領域に、蓋の外縁に沿って、凹部が設けられているので、回路素子を蓋に接着する際、余分な接着材が蓋の表面を伝って流れ出ても、凹部において、流れ出た接着材を滞留させることができる。そのため、蓋の側面を伝って流れ出た接着材が物理量センサー素子をパッケージ等に取り付けている接着材と接触した状態で滞留することを低減することができる。そのため、接着材の硬化時に起因して生じる応力や歪が物理量センサー素子を取り付けている接着材を介して物理量センサー素子に伝わることを低減することができる。当該応力や歪の物理量センサー素子への影響が低減できるので、例えば、物理量センサー素子から出力されるバイアス出力信号が変動するのを低減させることができる。
[態様2]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記凹部は、段差部であることが好ましい。
本態様によれば、凹部が段差部であるため、回路素子を蓋に接着する際、余分な接着材が蓋の表面を伝って流れ出ても、段差部において、流れ出た接着材を滞留させることができる。そのため、接着材の硬化に起因して生じる応力や歪が物理量センサー素子を取り付けている接着材を介して物理量センサー素子に伝わることを低減することができる。当該応力や歪の物理量センサー素子への影響が低減できるので、例えば、物理量センサー素子から出力されるバイアス出力信号の変動を低減させることができる。
[態様3]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記凹部は、有底の穴であることが好ましい。
本態様によれば、凹部が有底の穴であるため、回路素子を蓋に接着する際、余分な接着材を穴内に滞留させることができる。そのため、接着材の硬化に起因して生じる応力や歪が物理量センサー素子を取り付けている接着材を介して物理量センサー素子に伝わることを低減することができる。当該応力や歪の物理量センサー素子への影響が低減できるので、例えば、物理量センサー素子から出力されるバイアス出力信号の変動を低減させることができる。
[態様4]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記有底の穴は、前記蓋の前記回路素子側の面側から前記基板側に向うに従って、穴の幅が狭くなっていることが好ましい。
本態様によれば、凹部が有底の穴であり、蓋の回路素子側の面側から基板側に向うに従って、穴の幅が狭くなっているため、回路素子を蓋に接着する際、接着材が穴内により流れ込み安くなり、余分な接着材を穴内に滞留させることができる。そのため、接着材の硬化に起因して生じる応力や歪が物理量センサー素子を取り付けている接着材を介して物理量センサー素子に伝わることを低減することができる。当該応力や歪の物理量センサー素子への影響が低減できるので、例えば、物理量センサー素子から出力されるバイアス出力信号の変動を低減させることができる。
[態様5]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記有底の穴の壁面は、傾斜面であることが好ましい。
本態様によれば、凹部が有底の穴であり、穴の壁面が傾斜面となっているため、回路素子を蓋に接着する際、接着材が穴内に流れ込み安くなり、余分な接着材を穴内に滞留させることができる。そのため、接着材の硬化に起因して生じる応力や歪が物理量センサー素子を取り付けている接着材を介して物理量センサー素子に伝わることを低減することができる。当該応力や歪の物理量センサー素子への影響が低減できるので、例えば、物理量センサー素子から出力されるバイアス出力信号の変動を低減させることができる。
[態様6]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記蓋は、四角形状であり、前記蓋の少なくとも一対の辺に、前記凹部が設けられていることが好ましい。
本態様によれば、蓋は、四角形状であり、蓋の少なくとも一対の辺に、凹部が設けられているので、回路素子を蓋に接着する際、接着材が回路素子の両側に流れ出ても、余分な接着材を凹部に滞留させることができる。そのため、接着材の硬化に起因して生じる応力や歪が物理量センサー素子を取り付けている接着材を介して物理量センサー素子に伝わることを低減することができる。当該応力や歪の物理量センサー素子への影響が低減できるので、例えば、物理量センサー素子から出力されるバイアス出力信号の変動を低減させることができる。
[態様7]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記物理量は、加速度であることが好ましい。
本態様によれば、物理量センサー素子の接着状態の不安定に起因して生じるバイアス出力信号の変動を低減させた高精度の加速度データを検出することができる。
[態様8]本態様に係る複合センサーは、上記態様7に記載の物理量センサーと、角速度センサーと、を含むことを特徴とする。
本態様によれば、上述の物理量センサーの効果を享受でき、慣性の計測精度の高い複合センサーが得られる。
[態様9]本態様に係る慣性計測ユニットは、上記態様7に記載の物理量センサーと、角速度センサーと、前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
本態様によれば、上述の物理量センサーの効果を享受でき、慣性の計測精度の高い慣性計測ユニットが得られる。
[態様10]本態様に係る移動体測位装置は、上記態様9に記載の慣性計測ユニットと、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、前記慣性計測ユニット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。
本態様によれば、上述の物理量センサーの効果を享受でき、慣性の計測精度の高い移動体測位装置が得られる。
[態様11]本態様に係る携帯型電子機器は、上記態様1乃至上記態様7の何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納されているケースと、前記ケースに収納され、前記物理量センサーから出力された検出信号を処理する処理部と、前記ケースに収納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。
本態様によれば、上述の物理量センサーの効果を享受でき、慣性の計測精度の高い携帯型電子機器が得られる。
[態様12]上記態様に記載の携帯型電子機器において、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が好ましい。
本態様によれば、携帯型電子機器の利便性が向上する。
[態様13]本態様に係る電子機器は、上記態様1乃至上記態様7の何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。
本態様によれば、上述の物理量センサーの効果を享受でき、慣性の計測精度の高い電子機器が得られる。
[態様14]本態様に係る移動体は、上記態様1乃至上記態様7の何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。
本態様によれば、上述の物理量センサーの効果を享受でき、慣性の計測精度の高い移動体が得られる。
[態様15]上記態様に記載の移動体において、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が好ましい。
本態様によれば、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精度よく制御することができる。
[態様16]本態様に係る走行支援システムは、上記態様1乃至上記態様7の何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、加速、制動、および操舵の少なくとも何れかを制御する制御部と、を含み、自動運転の実施或いは不実施は、前記物理量センサーから出力された検出信号の変化に応じて切り替えられることを特徴とする。
本態様によれば、加速、制動、および操舵の少なくとも何れかを制御する制御部によって、自動運転の実施或いは不実施を物理量センサーで検出された検出信号の変化に応じて精度よく切り替えることができる。
[態様17]本態様に係る表示装置は、ユーザーの頭部に装着され、前記ユーザーの眼に画像光を照射する表示部と、上記態様1乃至上記態様7の何れか一項に記載の物理量センサーと、を含み、前記物理量センサーは、装着状態において前記頭部の中心より一方側に位置している第1のセンサーユニットと、前記頭部の中心より他方側に位置している第2のセンサーユニットと、を含んで構成されていることを特徴とする。
本態様によれば、表示装置は、物理量センサーが装着状態において頭部の中心より一方側に位置している第1のセンサーユニットと、他方側に位置している第2のセンサーユニットと、を含んで構成されている。このため、ユーザーの頭部が動いた場合に、運動中心における動き量や動きの方向等を速やかに求めることができる。また、上述の物理量センサーの効果を享受でき、慣性の計測精度の高い表示装置が得られる。
1,1a,1b…物理量センサー素子としての加速度センサー素子、2…回路素子、10…加速度センサー素子片、12…基板、12a…凹部、12e…底面、12f…主面、20…端子部、21,22,23…マウント部、24…第1溝部、26…第2溝部、28…第3溝部、30…第1配線、34…第1端子電極、36…第2配線、40…第2端子電極、42…第3配線、46…第3端子電極、50…蓋としての蓋体、50a…凹部、50e…天井面、50f…上面、60…接合部材、70…凹部、70f…面、72…凹部、72a,72b…傾斜面、90…孔部、94…封止部材、100…物理量センサーとしての加速度センサー、120…パッケージ、900…複合センサー、1000…リスト機器、1100…パーソナルコンピューター、1200…スマートフォン、1300…ディジタルスチールカメラ、1500…自動車、2000…慣性計測ユニット、3000…移動体測位装置、4000…走行支援システム、5000…頭部装着型表示装置、BW1,BW2…ボンディングワイヤー、S1,S2…収納空間。

Claims (17)

  1. 基板、内部に収納空間を構成するように前記基板に接合されている蓋、および前記収納空間に収納され、物理量を検出可能な物理量センサー素子片、を含む物理量センサー素子と、
    前記蓋の面であって、前記物理量センサー素子片の側とは反対側の面に接着材を介して接着されている回路素子と、
    を含み、
    前記蓋の前記反対側の面の外縁領域には、前記蓋の外縁に沿って、凹部が設けら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、
    前記凹部は、段差部であることを特徴とする物理量センサー。
  3. 請求項1において、
    前記凹部は、有底の穴であることを特徴とする物理量センサー。
  4. 請求項3において、
    前記有底の穴は、前記蓋の前記回路素子側の面側から前記基板側に向うに従って、穴の幅が狭くなっていることを特徴とする物理量センサー。
  5. 請求項4において、
    前記有底の穴の壁面は、傾斜面であることを特徴とする物理量センサー。
  6. 請求項1乃至請求項5の何れか一項において、
    前記蓋は、四角形状であり、
    前記蓋の少なくとも一対の辺に、前記凹部が設けられていることを特徴とする物理量センサー。
  7. 請求項1乃至請求項6の何れか一項において、
    前記物理量は、加速度であることを特徴とする物理量センサー。
  8. 請求項7に記載の物理量センサーと、
    角速度センサーと、
    を含むことを特徴とする複合センサー。
  9. 請求項7に記載の物理量センサーと、
    角速度センサーと、
    前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、
    を備えていることを特徴とする慣性計測ユニット。
  10. 請求項9に記載の慣性計測ユニットと、
    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、
    前記慣性計測ユニット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。
  11. 請求項1乃至請求項7の何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納されているケースと、
    前記ケースに収納され、前記物理量センサーから出力された検出信号を処理する処理部と、
    前記ケースに収納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。
  12. 請求項11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。
  13. 請求項1乃至請求項7の何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、
    を備えていることを特徴とする電子機器。
  14. 請求項1乃至請求項7の何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、
    を備えていることを特徴とする移動体。
  15. 請求項14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。
  16. 請求項1乃至請求項7の何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、加速、制動、および操舵の少なくとも何れかを制御する制御部と、
    を含み、
    自動運転の実施、或いは不実施は、前記物理量センサーから出力された検出信号の変化に応じて切り替えられることを特徴とする走行支援システム。
  17. ユーザーの頭部に装着され、
    ユーザーの眼に画像光を照射する表示部と、
    請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の物理量センサーと、
    を含み、
    前記物理量センサーは、
    装着状態において前記頭部の中心より一方側に位置している第1のセンサーユニットと、
    前記頭部の中心より他方側に位置している第2のセンサーユニットと、
    を含んで構成されていることを特徴とする表示装置。
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