JP2020016599A - Physical quantity sensor, electronic apparatus, and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサー、電子機器、および移動体に関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor, an electronic device, and a moving object.
近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造された物理量センサーが開発されている。このような物理量センサーとして、例えば特許文献1には、長方形の基板に、櫛歯状をなして対向配置されている可動電極および固定電極を備える2つの物理量検出素子を、可動電極の変位方向が互いに直交するように、長辺方向に沿って並べて配置し、可動電極に物理量が加わることにより、可動電極と固定電極との間隔が変わり、これらの二つの電極間の静電容量に基づいて、異なる2軸の物理量を検出する物理量センサーが記載されている。 BACKGROUND ART In recent years, physical quantity sensors manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology have been developed. As such a physical quantity sensor, for example, Patent Literature 1 discloses two physical quantity detection elements each including a movable electrode and a fixed electrode that are arranged in a comb-like shape and opposed to each other on a rectangular substrate. To be orthogonal to each other, they are arranged side by side along the long side direction, and by adding a physical quantity to the movable electrode, the distance between the movable electrode and the fixed electrode changes, and based on the capacitance between these two electrodes, A physical quantity sensor that detects physical quantities of two different axes is described.
しかしながら、特許文献1に記載された物理量センサーは、長方形の基板に同一構造の2つの物理量検出素子が長辺方向に沿って配置されている。そのため、物理量センサーを実装した際の基板への応力や温度変化に伴う基板の反りなどの外部応力の影響は、基板の長辺方向と短辺方向とで異なるので、基板に固定する固定部を介して、2つの物理量検出素子に加わる外部応力の影響に違いが生じる。従って、2つの物理量検出素子の外部応力の影響による誤差に違いが生じ、物理量センサーに加わる異なる2軸の物理量において、それぞれの検出精度がばらついてしまうという課題があった。 However, in the physical quantity sensor described in Patent Literature 1, two physical quantity detection elements having the same structure are arranged along a long side direction on a rectangular substrate. Therefore, the effects of external stresses such as stress on the board when mounting the physical quantity sensor and warping of the board due to temperature changes differ between the long side direction and the short side direction of the board. This causes a difference in the influence of the external stress applied to the two physical quantity detection elements. Therefore, there is a problem in that an error occurs due to the influence of the external stress of the two physical quantity detection elements, and the detection accuracy varies in different two-axis physical quantities applied to the physical quantity sensor.
本願の物理量センサーは、互に直交する2つの方向をX軸方向、Y軸方向としたとき、長辺と前記X軸方向と平行な短辺とを有する矩形の基板と、前記基板に設けられ、物理量を検出する素子部と、を有し、前記素子部は、第1固定電極部と、前記基板に対して平行な前記X軸方向に変位可能な第1可動部と、前記第1可動部に設けられている第1可動電極部と、前記第1可動部を支持している第1可動部支持部と、前記第1固定電極部を支持している第1固定電極部支持部と、第2固定電極部と、前記基板に対して前記Y軸方向に変位可能な第2可動部と、前記第2可動部に設けられている第2可動電極部と、前記第2可動部を支持している第2可動部支持部と、前記第2固定電極部を支持している第2固定電極部支持部と、を有し、前記第1可動部支持部を前記基板に固定している第1固定部と前記第1固定電極部支持部を前記基板に固定している第2固定部とは、前記X軸方向に沿って配置され、前記第2可動部支持部を前記基板に固定している第3固定部と前記第2固定電極部支持部を前記基板に固定している第4固定部とは、前記X軸方向に沿って配置されていることを特徴とする。 The physical quantity sensor according to the present application is provided on a rectangular substrate having a long side and a short side parallel to the X-axis direction, when two directions orthogonal to each other are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction. An element unit for detecting a physical quantity, wherein the element unit includes a first fixed electrode unit, a first movable unit displaceable in the X-axis direction parallel to the substrate, and the first movable unit. A first movable electrode section provided in the section, a first movable section support section supporting the first movable section, and a first fixed electrode section support section supporting the first fixed electrode section; A second fixed electrode portion, a second movable portion displaceable in the Y-axis direction with respect to the substrate, a second movable electrode portion provided on the second movable portion, and the second movable portion. A second movable electrode supporting portion that supports the second fixed electrode portion, and a second fixed electrode portion supporting portion that supports the second fixed electrode portion. (1) A first fixed portion fixing the movable portion support portion to the substrate and a second fixed portion fixing the first fixed electrode portion support portion to the substrate are arranged along the X-axis direction. A third fixed portion fixing the second movable portion support portion to the substrate and a fourth fixed portion fixing the second fixed electrode portion support portion to the substrate along the X-axis direction. It is characterized by being arranged.
上述の物理量センサーにおいて、前記第1固定電極部は、第1幹部と、前記第1幹部から前記Y軸方向に延出している複数の第1固定電極指と、を有し、前記第2固定電極部は、第2幹部と、前記第2幹部から前記X軸方向に延出している複数の第2固定電極指と、を有し、前記第1可動電極部は、前記第1固定電極指と前記X軸方向に対向する複数の第1可動電極指を有し、前記第2可動電極部は、前記第2固定電極指と前記Y軸方向に対向する複数の第2可動電極指を有していることが好ましい。 In the above-described physical quantity sensor, the first fixed electrode unit includes a first stem and a plurality of first fixed electrode fingers extending in the Y-axis direction from the first stem, and The electrode unit includes a second stem and a plurality of second fixed electrode fingers extending in the X-axis direction from the second stem, and the first movable electrode unit includes the first fixed electrode finger. And a plurality of first movable electrode fingers facing in the X-axis direction, and the second movable electrode unit has a plurality of second movable electrode fingers facing the second fixed electrode finger in the Y-axis direction. Is preferred.
上述の物理量センサーにおいて、前記第1幹部の長さは、前記第2幹部の長さと等しいことが好ましい。 In the above-described physical quantity sensor, it is preferable that the length of the first trunk is equal to the length of the second trunk.
上述の物理量センサーにおいて、前記第2幹部の長さは、前記第1幹部の長さより長く、前記第1可動電極指の長さは、前記第2可動電極指の長さより長いことが好ましい。 In the physical quantity sensor described above, it is preferable that the length of the second stem is longer than the length of the first stem, and the length of the first movable electrode finger is longer than the length of the second movable electrode finger.
上述の物理量センサーにおいて、前記素子部は、前記物理量に応じて支持軸まわりに変位可能であり、開口部が設けられている第3可動部と、前記第3可動部に設けられている第3可動電極部と、前記基板に固定され、前記開口部に位置している支持部と、前記基板の前記第3可動電極部に対向する位置に設けられている第3固定電極部と、を有し、前記第3固定電極部は、長辺と短辺とを有する矩形であり、前記第3固定電極部の前記長辺は、前記Y軸方向と平行であることが好ましい。 In the above-described physical quantity sensor, the element section is displaceable around a support shaft according to the physical quantity, and a third movable section provided with an opening, and a third movable section provided in the third movable section. A movable electrode portion, a support portion fixed to the substrate and located at the opening, and a third fixed electrode portion provided at a position of the substrate facing the third movable electrode portion. Preferably, the third fixed electrode section is a rectangle having a long side and a short side, and the long side of the third fixed electrode section is parallel to the Y-axis direction.
上述の物理量センサーにおいて、前記第1可動部、前記第2可動部、および前記第3可動部は、前記Y軸方向に沿って配置されていることが好ましい。 In the above-described physical quantity sensor, it is preferable that the first movable section, the second movable section, and the third movable section are arranged along the Y-axis direction.
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。 According to another aspect of the invention, there is provided an electronic apparatus including: the physical quantity sensor described above; and a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor.
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。 A moving object according to the present application includes the physical quantity sensor described above, and a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor.
以下、本発明の物理量センサー、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。なお、以下で説明する本実施形態は、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。 Hereinafter, a physical quantity sensor, an electronic device, and a moving object of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. The present embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described in the present embodiment are necessarily essential components of the invention.
[物理量センサー]
<第1実施形態>
先ず、第1実施形態に係る物理量センサーについて、物理量としての加速度を測定する加速度センサー100を一例として挙げ、図1および図2を参照して説明する。
図1は、第1実施形態に係る物理量センサーの概略構造を示す平面図である。図2は、図1中のA−A線における断面図である。なお、図1において、加速度センサー100の内部の構成を説明する便宜上、蓋体3を取り外した状態を図示している。また、図1および図2において、基板2の上面2fに設けられている配線や端子部2wに設けられている端子は、省略している。
[Physical quantity sensor]
<First embodiment>
First, the physical quantity sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 by taking an
FIG. 1 is a plan view showing a schematic structure of the physical quantity sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 1 illustrates a state in which the
また、説明の便宜上、各図には互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。また、X軸に平行な方向を「X軸方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」とも言う。また、Z軸方向は、鉛直方向に沿い、XY平面は、水平面に沿っている。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス(+)側」、基端側を「マイナス(−)側」とも言う。また、Z軸方向プラス側を「上」、Z軸方向マイナス側を「下」とも言う。なお、本実形態において、前記「平行」とは、完全に平行であることの他、製造上生じ得る誤差等を加味して、(例えば、5°以内程度)ずれている場合も含まれる意味である。なお、前記「直交」とは、完全に直交であることの他、製造上生じ得る誤差等を加味して、(例えば、5°以内程度)ずれている場合も含まれる意味である。 Further, for convenience of description, each drawing shows an X axis, a Y axis, and a Z axis as three axes orthogonal to each other. A direction parallel to the X axis is also referred to as an “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as a “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as a “Z axis direction”. Further, the Z-axis direction is along the vertical direction, and the XY plane is along the horizontal plane. Further, the leading end side of the arrow in each axial direction is also referred to as “plus (+) side” and the base end side is referred to as “minus (−) side”. The plus side in the Z-axis direction is also referred to as “up”, and the minus side in the Z-axis direction is also referred to as “down”. In the present embodiment, the term “parallel” means that, in addition to being completely parallel, there is a case where the position is shifted (for example, within about 5 °) in consideration of an error or the like that may occur in manufacturing. It is. In addition, the term “orthogonal” means that, in addition to being completely orthogonal, a case where there is a deviation (for example, within about 5 °) in consideration of an error or the like that may occur in manufacturing.
図1および図2に示す加速度センサー100は、素子部1にX軸方向の加速度を測定する第1機能素子101およびY軸方向の加速度を測定する第2機能素子102を有するため、2軸の加速度を測定することができる。このような加速度センサー100は、基板2と、蓋体3と、基板2と蓋体3とで構成された内部空間Sに収容された素子部1と、を有する。以下、これらについて順に説明する。
The
≪基板≫
基板2は、長辺2nと短辺2sとを有する矩形であり、長辺2nに沿って、素子部1である2つの機能素子101,102が配置されている。基板2の短辺2sは、素子部1の第1可動部15が基板2に対して変位可能なX軸方向に沿っており、基板2の長辺2nは、X軸方向と直交するY軸方向に沿っている。
基板2には、上面2f側に開口する2つの凹部10,20が形成されている。凹部10は、第1機能素子101が可動するための逃げ部として機能し、凹部20は、第2機能素子102が可動するための逃げ部として機能する。
また、基板2には、上面2fの蓋体3と重ならない領域である端子部2wに複数の端子(図示せず)が形成されており、外部機器との電気的な接続が可能となっている。なお、端子部2wに形成された端子は、基板2の上面2fに形成された配線(図示せず)によって、素子部1の機能素子101,102とそれぞれ電気的に接続されている。このような基板2は、例えば、ガラス基板で構成され、エッチング等によってその外形が形成されている。ただし、基板2としては、ガラス基板に限定されず、例えば、シリコン基板等を用いてもよい。
≪Substrate≫
The
The
In the
≪素子部≫
素子部1は、2つの機能素子101,102を有して、基板2の上面2fに配置されている。
第1機能素子101は、第1固定電極部11と、第1固定電極部11を支持し、基板2に固定されている第1固定電極部支持部12と、X軸方向に変位可能な第1可動部15と、第1可動部15に設けられている第1可動電極部17と、第1可動電極部17を支持し、基板2に固定されている第1可動部支持部16と、を有している。
≪Element part≫
The element section 1 has two
The first
第1固定電極部11は、X軸方向を長辺とする矩形の第1幹部13と、第1幹部13から第1可動部15側に延出する複数の第1固定電極指14と、を備えて構成されている。なお、本実施形態では、第1可動部15を挟み、X軸の両側に2つの第1固定電極部11が配置されている。
The first
第1固定電極部支持部12は、第1固定電極部11の第1幹部13と連結し、第1幹部13が連結された側とは反対側の端部に設けられた第2固定部42で、基板2に固定されている。また、第1可動部15の+Y軸方向に配置された第1固定電極部11を支持する第1固定電極部支持部12の第2固定部42と、第1可動部15の−Y軸方向に配置された第1固定電極部11を支持する第1固定電極部支持部12の第2固定部42とは、X軸方向に沿って配置されている。
The first fixed electrode
第1可動部15は、X軸方向を長辺とする矩形の第1可動電極部17と、第1可動電極部17から第1固定電極部11側に延出し、第1固定電極指14に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなすように並んで配置されている複数の第1可動電極指18と、を備えて構成されている。なお、本実施形態では、第1可動電極部17は、2つの第1固定電極部11が第1可動部15を挟み配置されているので、+Y軸方向に延出する第1可動電極指18と−Y軸方向に延出する第1固定電極指14とが間隔を隔てて対向して配置されており、−Y軸方向に延出する第1可動電極指18と+Y軸方向に延出する第1固定電極指14とが間隔を隔てて対向して配置されている。
The first
また、第1可動部15は、第1可動部15の+X軸方向の端部で、第1可動部15をX軸方向に変位可能とする弾性部51と連結し、弾性部51の第1可動部15と反対側で、第1可動部支持部16に連結している。そのため、第1可動部15は、弾性部51を介して第1可動部支持部16と一体化している。
Further, the first
第1可動部支持部16は、弾性部51が連結された側とは反対側の端部に設けられた第1固定部41で、基板2に固定されている。また、第1固定部41は、X軸方向に沿って配置され、2つの第2固定部42と並んで配置されている。
The first movable
第2機能素子102は、第2固定電極部21と、第2固定電極部21を支持し、基板2に固定されている第2固定電極部支持部22と、Y軸方向に変位可能な第2可動部25と、第2可動部25に設けられている第2可動電極部27と、第2可動電極部27を支持し、基板2に固定されている第2可動部支持部26と、を有している。
The second
第2固定電極部21は、Y軸方向を長辺とする矩形の第2幹部23と、第2幹部23から第2可動部25側に延出する複数の第2固定電極指24と、を備えて構成されている。なお、本実施形態では、第2可動部25を挟み、Y軸の両側に2つの第2固定電極部21が配置されている。
The second
なお、第2幹部23のY軸方向の長さL2は、第1機能素子101の第1幹部13のX軸方向の長さL1と等しい。第1幹部13のX軸方向の長さL1と第2幹部23のY軸方向の長さL2とを等しくすることで、第1幹部13から延出する第1固定電極指14の本数と第2幹部23から延出する第2固定電極指24の本数とを同じにすることができる。そのため、第1固定電極指14と第1可動電極指18との間の静電容量の総量と第2固定電極指24と第2可動電極指28との間の静電容量の総量とを等しくすることができ、X軸方向に加わる加速度の検出感度とY軸方向に加わる加速度の検出感度とを同等にすることができる。
The length L2 of the
第2固定電極部支持部22は、第2固定電極部21の第2幹部23と連結し、第2幹部23が連結された側とは反対側の端部に設けられた第4固定部44で、基板2に固定されている。また、第2可動部25の+X軸方向に配置された第2固定電極部21を支持する第2固定電極部支持部22の第4固定部44と、第2可動部25の−X軸方向に配置された第2固定電極部21を支持する第2固定電極部支持部22の第4固定部44とは、X軸方向に沿って配置されている。
The second fixed electrode
第2可動部25は、Y軸方向を長辺とする矩形の第2可動電極部27と、第2可動電極部27から第2固定電極部21側に延出し、第2固定電極指24に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなすように並んで配置されている複数の第2可動電極指28と、を備えて構成されている。なお、本実施形態では、第2可動電極部27は、2つの第2固定電極部21が第2可動部25を挟み配置されているので、+X軸方向に延出する第2可動電極指28と−X軸方向に延出する第2固定電極指24とが間隔を隔てて対向して配置されており、−X軸方向に延出する第2可動電極指28と+X軸方向に延出する第2固定電極指24とが間隔を隔てて対向して配置されている。
The second
また、第2可動部25は、第2可動部25の−Y軸方向の端部で、第2可動部25をY軸方向に変位可能とする弾性部52と連結し、弾性部52の第2可動部25と反対側で、第2可動部支持部26に連結している。そのため、第2可動部25は、弾性部52を介して第2可動部支持部26と一体化している。
Further, the second
第2可動部支持部26は、弾性部52が連結された側とは反対側の端部に設けられた第3固定部43で、基板2に固定されている。また、第3固定部43は、X軸方向に沿って配置され、2つの第4固定部44の間で、2つの第4固定部44と並んで配置されている。
The second movable
このような素子部1の構成材料としては、シリコンやガラスなどが用いられる。これにより、エッチングによる高精度な加工が可能となるため、優れた外形形状を有する素子部1が得られる。また、シリコンを用いた場合には、素子部1を陽極接合によって基板2に接合することができるため、機械的強度の高い加速度センサー100が得られる。
As a constituent material of such an element portion 1, silicon, glass, or the like is used. As a result, high-precision processing by etching becomes possible, so that the element portion 1 having an excellent outer shape is obtained. When silicon is used, the element portion 1 can be bonded to the
≪蓋体≫
蓋体3は、下面3f側に開口する凹部40を有し、凹部40と基板2に設けられた凹部10,20とで内部空間Sを形成するように、低融点ガラス等の接合部材60を介して基板2に接合されている。このような蓋体3は、ガラス基板で形成されている。なお、蓋体3をシリコンで形成した場合には、蓋体3と基板2とを陽極接合によって接合することができるので、接合部材60を必要としない。
≪ lid ≫
The
このような加速度センサー100は、次のようにして加速度を測定する。
X軸方向の加速度が印加されると、第1機能素子101の第1可動部15が基板2に対して矢印a1で示すように、X軸方向に変位する。そのため、第1可動部15に設けられている第1可動電極指18と第1固定電極指14との間の静電容量が変化するので、これら静電容量の差に基づいて、X軸方向の加速度の大きさを測定することができる。
また、Y軸方向の加速度が印加されると、第2機能素子102の第2可動部25が基板2に対して矢印a2で示すように、Y軸方向に変位する。そのため、第2可動部25に設けられている第2可動電極指28と第2固定電極指24との間の静電容量が変化するので、これら静電容量の差に基づいて、Y軸方向の加速度の大きさを測定することができる。
Such an
When the acceleration in the X-axis direction is applied, the first
Further, when acceleration in the Y-axis direction is applied, the second
上述の加速度センサー100によれば、長辺2nと短辺2sとを有する矩形の基板2に外部応力が加わった場合、基板2への外部応力の影響は、基板2の長辺方向であるY軸方向に比べ、基板2の短辺方向であるX軸方向の方が小さい。そのため、素子部1を基板2に固定している第1固定部41、第2固定部42、第3固定部43、および第4固定部44をX軸方向に沿って配置することで、基板2の外部応力による影響をY軸方向に沿って配置した場合に比べ、小さくすることができ、X軸方向に加わる加速度とY軸方向に加わる加速度とを同等の検出精度で測定することができる。従って、加速度センサーに加わる異なる2軸の加速度において、それぞれの検出精度のばらつきが小さい加速度センサー100を提供することができる。
According to the
また、第1固定電極指14と第1可動電極指18とがX軸方向に対向して配置されているので、X軸方向に加速度が加わると第1可動電極指18がX軸方向に変位するため、第1固定電極指14と第1可動電極指18との間の静電容量が変化する。そのため、X軸方向に加わる加速度を測定することができる。また、第2固定電極指24と第2可動電極指28とがY軸方向に対向して配置されているので、Y軸方向に加速度が加わると第2可動電極指28がY軸方向に変位するため、第2固定電極指24と第2可動電極指28との間の静電容量が変化する。そのため、Y軸方向に加わる加速度を測定することができる。従って、2軸の加速度の検出精度が高い加速度センサー100を提供することができる。
Further, since the first
また、第1幹部13の長さL1と第2幹部23の長さL2とが等しいので、第1幹部13から延出する第1固定電極指14の本数と第2幹部23から延出する第2固定電極指24の本数とを同じにすることができる。そのため、第1固定電極指14と第1可動電極指18との間の静電容量の総量と第2固定電極指24と第2可動電極指28との間の静電容量の総量とを等しくすることができ、X軸方向に加わる加速度の検出感度とY軸方向に加わる加速度の検出感度とを同等にすることができる。従って、2軸の加速度の検出感度が同等な加速度センサー100を提供することができる。
Further, since the length L1 of the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る物理量センサーについて、加速度センサー100aを一例として挙げ、図3を参照して説明する。
<Second embodiment>
Next, the physical quantity sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 3 taking the
図3は、第2実施形態に係る物理量センサーの概略構造を示す平面図である。なお、図3において、加速度センサー100aの内部の構成を説明する便宜上、蓋体3を取り外した状態を図示している。また、図3において、基板2の上面2fに設けられている配線や端子部2wに設けられている端子は、省略している。
FIG. 3 is a plan view illustrating a schematic structure of the physical quantity sensor according to the second embodiment. Note that FIG. 3 illustrates a state in which the
本実施形態に係る加速度センサー100aでは、主に、第2幹部23aの長さと、第1固定電極指14aと第1可動電極指18aとの長さと、が異なっていること以外は、前述した第1実施形態に係る加速度センサー100と同様である。
In the
なお、以下の説明では、第2実施形態の加速度センサー100aに関し、前述した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3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。
In the following description, the
本実施形態の加速度センサー100aは、図3に示すように、素子部1aの第1機能素子101aと第2機能素子102aとの構成が異なっている。
第2機能素子102aは、第2幹部23aの長さL2が第1機能素子101aの第1幹部13の長さL1より長い。そのため、第2幹部23aから延出する第2固定電極指24の本数を第1幹部13から延出する第1固定電極指14aの本数より多くすることができるので、第2固定電極指24と第2可動電極指28との対数を多くすることができる。つまり、第2固定電極指24と第2可動電極指28との対向面積の総量が大きくすることができ、第2固定電極指24と第2可動電極指28との間の静電容量の総量を大きくすることができる。従って、Y軸方向に加わる加速度の検出感度を高めることができる。
As shown in FIG. 3, the
In the second
また、第1機能素子101aの第1可動電極指18aの長さW1が第2機能素子102aの第2可動電極指28の長さW2より長い。そのため、第1固定電極指14aと第1可動電極指18aとの対向面積の総量を大きくすることができ、第1固定電極指14aと第1可動電極指18aとの間の静電容量の総量を大きくすることができる。従って、X軸方向に加わる加速度の検出感度を高めることができる。
The length W1 of the first
更に、第1可動電極指18aの長さW1を第2可動電極指28の長さW2より長くすることで、第1固定電極指14aと第1可動電極指18aとの対向面積の総量を第2固定電極指24と第2可動電極指28との対向面積の総量と同じにすることで、第1固定電極指14aと第1可動電極指18aとの間の静電容量の総量を第2固定電極指24と第2可動電極指28との間の静電容量の総量と同じにすることができる。そのため、2軸の加速度の検出感度が高く、2軸の検出感度が同等な加速度センサー100aを提供することができる。
Furthermore, by making the length W1 of the first
上述の加速度センサー100aによれば、第2幹部23aの長さL2が第1幹部13の長さL2より長いので、第2幹部23aから延出する第2固定電極指24の本数を第1幹部13から延出する第1固定電極指14aの本数より多くすることができる。そのため、第2固定電極指24と第2可動電極指28との対向面積の総量が大きくなり、第2固定電極指24と第2可動電極指28との間の静電容量の総量を大きくすることができ、基板2の短辺2sの長さを維持したまま、Y軸方向に加わる加速度の検出感度を高めることができる。また、第1可動電極指18aの長さW1が第2可動電極指28の長さW2より長いので第1固定電極指14aと第1可動電極指18aとの対向面積の総量が大きくなり、第1固定電極指14aと第1可動電極指18aとの間の静電容量の総量を大きくすることができる。そのため、基板2の短辺2sの長さを維持したまま、X軸方向に加わる加速度の検出感度を高めることができる。従って、2軸の加速度の検出感度が高い加速度センサー100aを提供することができる。
According to the above-described
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る物理量センサーについて、加速度センサー100bを一例として挙げ、図4および図5を参照して説明する。
<Third embodiment>
Next, the physical quantity sensor according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5, taking the
図4は、第3実施形態に係る物理量センサーの概略構造を示す平面図である。図5は、図4中のB−B線における断面図である。なお、図4において、加速度センサー100bの内部の構成を説明する便宜上、蓋体3を取り外した状態を図示している。また、図4および図5において、基板2の上面2fに設けられている配線や端子部2wに設けられている端子は、省略している。
FIG. 4 is a plan view showing a schematic structure of the physical quantity sensor according to the third embodiment. FIG. 5 is a sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 4 illustrates a state in which the
本実施形態に係る加速度センサー100bでは、主に、素子部1bにX軸方向およびY軸方向に直交するZ軸方向の加速度を測定可能な第3機能素子103bが追加されていること以外は、前述した第1実施形態に係る加速度センサー100と同様である。
In the
なお、以下の説明では、第3実施形態の加速度センサー100bに関し、前述した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4および図5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。
In the following description, the
本実施形態の加速度センサー100bは、図4および図5に示すように、素子部1bにX軸方向の加速度を測定する第1機能素子101b、Y軸方向の加速度を測定する第2機能素子102b、およびZ軸方向の加速度を測定する第3機能素子103bの3軸の加速度を測定する3つの機能素子で構成されている。また、第1機能素子101b、第2機能素子102b、および第3機能素子103bは、Y軸方向に沿って配置されている。つまり、第1可動部15と、第2可動部25と、第3可動部31と、がY軸方向に沿って配置されている。そのため、基板2の短辺2sの長さを第1実施形態に係る加速度センサー100の短辺2sの長さと同じとすることができ、第1実施形態と同様に、X軸方向の外部応力の影響を小さくすることができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
第3機能素子103bは、Z軸方向の加速度に応じて支持軸Gまわりに変位可能であり、開口部33が設けられている第3可動部31と、第3可動部31に設けられている第3可動電極部32a,32b,32cと、基板2に固定され、開口部33に位置している支持部36と、基板2の第3可動電極部32a,32b,32cに対向する位置に設けられている第3固定電極部38a,38b,38cと、を備えて構成されている。
The third
第3可動部31は、第3可動部31をZ軸方向に貫通する開口部33と、開口部33の+X軸方向側に配置された第2の第3可動電極部32bと、開口部33の−X軸方向側に配置された第1の第3可動電極部32aと、第1の第3可動電極部32aの−X軸方向側に配置されたダミー電極となる第3の第3可動電極部32cと、開口部33に設けられた支持部36と、を備えている。
The third
支持部36は、開口部33の一方のY軸方向側の第3可動部31からY軸方向に延出し、開口部33の他方のY軸方向側の第3可動部31と連結している梁部34と、Y軸方向に長い長方形をなし、梁部34を挟んで2つ並行に設けられ、その中央で梁部34の中央に連結している支持固定部35と、が設けられている。
2つの支持固定部35は、基板2に設けられた凹部30の内底面2eから上面2f側に突出した2つの支柱2hの上にそれぞれ固定されている。従って、第3可動部31は、2つの支持固定部35を除き、基板2と離間している。
The
The two
また、基板2に設けられた凹部30の内底面2eには、平面視で、第1の第3可動電極部32aと対向し重なる領域に第1の第3固定電極部38aが配置され、第2の第3可動電極部32bと対向し重なる領域に第2の第3固定電極部38bが配置され、第3の第3可動電極部32cと対向し重なる領域にダミー電極となる第3の第3固定電極部38cが配置されている。なお、第3固定電極部38a,38b,38cは、長辺と短辺とを有する矩形であり、その長辺は、Y軸方向と平行である。
Further, on the
第3可動部31は、支持部36の支持軸Gを回転軸として、Z軸方向に変位(搖動)可能である。そのため、第3可動部31が、支持部36の支持軸Gを支点としてシーソー揺動(傾倒)することで、第1の第3可動電極部32aと第1の第3固定電極部38aとの間隙(距離)、および第2の第3可動電極部32bと第2の第3固定電極部38bとの間隙(距離)が変化する。よって、第3機能素子103bは、Z軸方向の加速度が加わった場合、第3可動部31が矢印a3で示すようにZ軸方向への傾倒に応じて、第1の第3可動電極部32aと第1の第3固定電極部38aとの間の静電容量C1と、第2の第3可動電極部32bと第2の第3固定電極部38bとの間の静電容量C2と、の変化からZ軸方向の加速度を測定することができる。
従って、加速度センサー100bは、X軸方向の加速度とY軸方向の加速度に加え、Z軸方向の加速度も測定できる3軸の加速度センサーである。
The third
Therefore, the
また、第3固定電極部38a,38b,38cのY軸方向の長さL4は、第3固定電極部38a,38b,38cのX軸方向の長さL3より長い。そのため、外部応力の影響が小さい基板2の短辺2sの長さを維持したまま、第3固定電極部38a,38b,38cのY軸方向の長さL4を大きくすることができるので、第3可動電極部32a,32bと第3固定電極部38a,38bとの間の対向面積および静電容量を大きくすることができ、Z軸方向の加速度の検出感度を高めることができる。
The length L4 of the third
上述の加速度センサー100bによれば、加速度に応じて支持軸Gまわりに変位可能な第3可動部31に設けられている第3可動電極部32a,32bに対向する位置に第3固定電極部38a,38bが設けられているので、Z軸方向の加速度が加わると、Z軸方向に第3可動電極部32a,32bが変位し、第3可動電極部32a,32bと第3固定電極部38a,38bとの間の静電容量が変化する。そのため、Z軸方向に加わる加速度を測定することができ、3軸の加速度の検出精度の高い加速度センサー100bを提供することができる。
According to the
また、第3固定電極部38a,38bの長辺がY軸方向と平行であるので、第3可動部31の長さを維持したまま、第3可動電極部32a,32bと第3固定電極部38a,38bとのY軸方向の長さを長くすることができる。そのため、第3可動電極部32a,32bと第3固定電極部38a,38bとの間の対向面積および静電容量を大きくすることができ、Z軸方向に加わる加速度の検出感度を高めることができる。
Since the long sides of the third
また、第1可動部15、第2可動部25、および第3可動部31がY軸方向に沿って配置されているので、第1固定部41、第2固定部42、第3固定部43、および第4固定部44を配置する基板2のX軸方向の長さである短辺2sの長さを維持したまま、第1可動部15、第2可動部25、および第3可動部31を基板2に配置することができる。そのため、基板2の外部応力による影響を小さくした、3軸の加速度の検出精度の高い加速度センサー100bを提供することができる。
Further, since the first
<第4実施形態>
次に、第4実施形態に係る物理量センサーについて、加速度センサー100cを一例として挙げ、図6および図7を参照して説明する。
<Fourth embodiment>
Next, a physical quantity sensor according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7, taking the
図6は、第4実施形態に係る物理量センサーの概略構造を示す平面図である。図7は、図6中のC−C線における断面図である。なお、図6において、加速度センサー100cの内部の構成を説明する便宜上、蓋体3を取り外した状態を図示している。また、図6および図7において、基板2の上面2fに設けられている配線や端子部2wに設けられている端子は、省略している。
FIG. 6 is a plan view illustrating a schematic structure of a physical quantity sensor according to the fourth embodiment. FIG. 7 is a sectional view taken along line CC in FIG. Note that FIG. 6 illustrates a state in which the
本実施形態に係る加速度センサー100cでは、主に、素子部1cの第1機能素子101cおよび第2機能素子102cの構成が異なっていること以外は、前述した第1実施形態に係る加速度センサー100と同様である。
The
なお、以下の説明では、第4実施形態の加速度センサー100cに関し、前述した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。
In the following description, the
本実施形態の加速度センサー100cは、図6および図7に示すように、素子部1cの第1機能素子101cおよび第2機能素子102cの構成が異なっている。
第1機能素子101cは、第1可動部15のX軸方向の両端に、第1可動部15をX軸方向に変位可能とする弾性部51,51cが連結されている。
+X軸方向側の弾性部51は、第1可動部15側と反対側に第1可動部支持部16が連結され、第1固定部41において基板2に固定されている。
−X軸方向側の弾性部51cは、第1可動部15側と反対側に第1固定電極部11と第1可動電極部17とを取り囲む第1可動部支持部16cが連結されている。なお、第1可動部支持部16cは、第1固定部41と2つの第2固定部42とが並ぶX軸方向に沿って設けられた第5固定部41cにおいて基板2に固定されている。従って、第1固定部41と、2つの第2固定部42と、第5固定部41cと、がX軸方向に沿って配置されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
In the first
The
The first movable
第2機能素子102cは、第2可動部25のY軸方向の両端に、第2可動部25をY軸方向に変位可能とする弾性部52,52cが連結されている。
−Y軸方向側の弾性部52は、第2可動部25側と反対側に第2可動部支持部26が連結され、第3固定部43において基板2に固定されている。
+Y軸方向側の弾性部52cは、第2可動部25側と反対側に第2固定電極部21と第2可動電極部27とを取り囲む第2可動部支持部26cが連結されている。なお、第2可動部支持部26cは、第3固定部43において、第2可動部支持部26と連結している。
In the second
The
The second movable
上述の加速度センサー100cによれば、第1可動部15が第1可動部15をX軸方向に変位可能とする弾性部51,51cを介して、第1可動部支持部16,16cと連結されている。そのため、第1可動部15が両端支持となり、第1可動部15を片持ち支持した場合に比べ、Y軸方向の加速度による第1可動部15のY軸方向への変位量を小さくすることができ、Y軸方向の加速度による影響を低減することができる。
また、第2可動部25が第2可動部25をY軸方向に変位可能とする弾性部52,52cを介して、第2可動部支持部26,26cと連結されている。そのため、第2可動部25が両端支持となり、第2可動部25を片持ち支持した場合に比べ、X軸方向の加速度による第2可動部25のX軸方向への変位量を小さくすることができ、X軸方向の加速度による影響を低減することができる。
従って、2軸の加速度の検出精度がより高い加速度センサー100cを提供することができる。
According to the above-described
In addition, the second
Therefore, it is possible to provide the
[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8、図9、および図10を参照して説明する。
[Electronics]
Next, electronic devices using the above-described
先ず、図8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8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。
First, a mobile
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の検出信号に基づいて制御部1110が、例えば姿勢制御などの制御を行なうことができる。
In this figure, a
次に、図9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9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。
Next, a
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信号(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、受信した検出信号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。
In this figure, a
次に、図10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10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。
Next, a
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。
In this figure, a
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の検出信号に基づいて制御部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。
When the photographer confirms the subject image displayed on the
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。
Since such an electronic device includes the
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8のパーソナルコンピューター1100、図9のスマートフォン1200、図10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。
Note that, in addition to the
[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11を参照して説明する。
図11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。
[Mobile]
Next, a moving object using the above-described
FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration of an automobile that is an example of a moving object.
図11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。
As shown in FIG. 11, an
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。
In addition, the
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。
Further, the
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。
Since such a moving body includes the
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。 Hereinafter, the content derived from the above-described embodiment will be described as each aspect.
[態様1]本態様に係る物理量センサーは、互に直交する2つの方向をX軸方向、Y軸方向としたとき、長辺と前記X軸方向と平行な短辺とを有する矩形の基板と、前記基板に設けられ、物理量を検出する素子部と、を有し、前記素子部は、第1固定電極部と、前記基板に対して平行な前記X軸方向に変位可能な第1可動部と、前記第1可動部に設けられている第1可動電極部と、前記第1可動部を支持している第1可動部支持部と、前記第1固定電極部を支持している第1固定電極部支持部と、第2固定電極部と、前記基板に対して前記Y軸方向に変位可能な第2可動部と、前記第2可動部に設けられている第2可動電極部と、前記第2可動部を支持している第2可動部支持部と、前記第2固定電極部を支持している第2固定電極部支持部と、を有し、前記第1可動部支持部を前記基板に固定している第1固定部と前記第1固定電極部支持部を前記基板に固定している第2固定部とは、前記X軸方向に沿って配置され、前記第2可動部支持部を前記基板に固定している第3固定部と前記第2固定電極部支持部を前記基板に固定している第4固定部とは、前記X軸方向に沿って配置されていることを特徴とする。 [Aspect 1] A physical quantity sensor according to this aspect includes a rectangular substrate having a long side and a short side parallel to the X-axis direction when two directions orthogonal to each other are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction. , An element unit provided on the substrate and detecting a physical quantity, wherein the element unit is a first fixed electrode unit and a first movable unit displaceable in the X-axis direction parallel to the substrate. A first movable electrode section provided on the first movable section, a first movable section support section supporting the first movable section, and a first supporting section supporting the first fixed electrode section. A fixed electrode portion support portion, a second fixed electrode portion, a second movable portion displaceable in the Y-axis direction with respect to the substrate, a second movable electrode portion provided on the second movable portion, A second movable portion support portion that supports the second movable portion, and a second fixed electrode portion support portion that supports the second fixed electrode portion A first fixed portion fixing the first movable portion support portion to the substrate, and a second fixed portion fixing the first fixed electrode portion support portion to the substrate. A third fixed portion that is arranged along the axial direction and fixes the second movable portion support portion to the substrate and a fourth fixed portion that fixes the second fixed electrode portion support portion to the substrate. , And are arranged along the X-axis direction.
本態様によれば、長辺と短辺とを有する矩形の基板に外部応力が加わった場合、基板への外部応力の影響は、基板の長辺方向であるY軸方向に比べ、基板の短辺方向であるX軸方向の方が小さい。そのため、素子部を基板に固定している第1固定部、第2固定部、第3固定部、および第4固定部をX軸方向に沿って配置することで、基板の外部応力による影響をY軸方向に沿って配置した場合に比べ、小さくすることができ、X軸方向に加わる物理量とY軸方向に加わる物理量とを同等の検出精度で測定することができる。従って、物理量センサーに加わる異なる2軸の物理量において、それぞれの検出精度のばらつきが小さい物理量センサーを提供することができる。 According to this aspect, when an external stress is applied to a rectangular substrate having a long side and a short side, the influence of the external stress on the substrate is shorter than that of the substrate in the Y-axis direction which is the long side direction of the substrate. The X-axis direction, which is the side direction, is smaller. Therefore, by arranging the first fixing portion, the second fixing portion, the third fixing portion, and the fourth fixing portion that fix the element portion to the substrate along the X-axis direction, the influence of the external stress of the substrate can be reduced. It is possible to reduce the size in comparison with the case of disposing along the Y-axis direction, and it is possible to measure the physical quantity applied in the X-axis direction and the physical quantity applied in the Y-axis direction with the same detection accuracy. Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor that has a small variation in detection accuracy among different two-axis physical quantities added to the physical quantity sensor.
[態様2]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記第1固定電極部は、第1幹部と、前記第1幹部から前記Y軸方向に延出している複数の第1固定電極指と、を有し、前記第2固定電極部は、第2幹部と、前記第2幹部から前記X軸方向に延出している複数の第2固定電極指と、を有し、前記第1可動電極部は、前記第1固定電極指と前記X軸方向に対向する複数の第1可動電極指を有し、前記第2可動電極部は、前記第2固定電極指と前記Y軸方向に対向する複数の第2可動電極指を有していることが好ましい。 [Aspect 2] In the physical quantity sensor according to the above aspect, the first fixed electrode unit includes a first stem and a plurality of first fixed electrode fingers extending from the first stem in the Y-axis direction. The second fixed electrode unit has a second stem, and a plurality of second fixed electrode fingers extending from the second stem in the X-axis direction. A plurality of first movable electrode fingers facing the first fixed electrode finger in the X-axis direction; and a plurality of second movable electrode portions facing the second fixed electrode finger in the Y-axis direction. It is preferable to have a second movable electrode finger.
本態様によれば、第1固定電極指と第1可動電極指とがX軸方向に対向して配置されているので、X軸方向に物理量が加わると第1可動電極指がX軸方向に変位するため、第1固定電極指と第1可動電極指との間の静電容量が変化する。そのため、X軸方向に加わる物理量を測定することができる。また、第2固定電極指と第2可動電極指とがY軸方向に対向して配置されているので、Y軸方向に物理量が加わると第2可動電極指がY軸方向に変位するため、第2固定電極指と第2可動電極指との間の静電容量が変化する。そのため、Y軸方向に加わる物理量を測定することができる。従って、2軸の物理量の検出精度が高い物理量センサーを提供することができる。 According to this aspect, since the first fixed electrode finger and the first movable electrode finger are arranged to face each other in the X-axis direction, when a physical quantity is applied in the X-axis direction, the first movable electrode finger moves in the X-axis direction. Due to the displacement, the capacitance between the first fixed electrode finger and the first movable electrode finger changes. Therefore, the physical quantity applied in the X-axis direction can be measured. In addition, since the second fixed electrode finger and the second movable electrode finger are arranged facing each other in the Y-axis direction, the second movable electrode finger is displaced in the Y-axis direction when a physical quantity is applied in the Y-axis direction. The capacitance between the second fixed electrode finger and the second movable electrode finger changes. Therefore, the physical quantity applied in the Y-axis direction can be measured. Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor with high detection accuracy of two-axis physical quantities.
[態様3]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記第1幹部の長さは、前記第2幹部の長さと等しいことが好ましい。 [Aspect 3] In the physical quantity sensor according to the above aspect, it is preferable that the length of the first trunk is equal to the length of the second trunk.
本態様によれば、第1幹部の長さと第2幹部の長さとが等しいので、第1幹部から延出する第1固定電極指の本数と第2幹部から延出する第2固定電極指の本数とを同じにすることができる。そのため、第1固定電極指と第1可動電極指との間の静電容量の総量と第2固定電極指と第2可動電極指との間の静電容量の総量とを等しくすることができ、X軸方向に加わる物理量の検出感度とY軸方向に加わる物理量の検出感度とを同等にすることができる。従って、2軸の物理量の検出感度が同等な物理量センサーを提供することができる。 According to this aspect, since the length of the first stem is equal to the length of the second stem, the number of the first fixed electrode fingers extending from the first stem and the number of the second fixed electrode fingers extending from the second stem are equal. The number can be the same. Therefore, the total amount of capacitance between the first fixed electrode finger and the first movable electrode finger can be made equal to the total amount of capacitance between the second fixed electrode finger and the second movable electrode finger. , The detection sensitivity of the physical quantity applied in the X-axis direction can be made equal to the detection sensitivity of the physical quantity applied in the Y-axis direction. Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor having the same detection sensitivity for two-axis physical quantities.
[態様4]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記第2幹部の長さは、前記第2幹部の長さより長く、前記第1可動電極指の長さは、前記第2可動電極指の長さより長いことが好ましい。 [Aspect 4] In the physical quantity sensor according to the above aspect, the length of the second stem is longer than the length of the second stem, and the length of the first movable electrode finger is equal to the length of the second movable electrode finger. Preferably, it is longer.
本態様によれば、第2幹部の長さが第1幹部の長さより長い。そのため、第2幹部から延出する第2固定電極指の数を第1幹部から延出する第1固定電極指の数より多くすることができる。そのため、第2固定電極指と第2可動電極指との対向面積の総量が大きくなり、第2固定電極指と第2可動電極指との間の静電容量の総量を大きくすることができ、基板の短辺の長さを維持したまま、Y軸方向に加わる物理量の検出感度を高めることができる。また、第1可動電極指の長さが第2可動電極指の長さより長い。そのため、第1固定電極指と第1可動電極指との対向面積の総量が大きくなり、第1固定電極指と第1可動電極指との間の静電容量の総量を大きくすることができ、基板の短辺の長さを維持したまま、X軸方向に加わる物理量の検出感度を高めることができる。従って、2軸の物理量の検出感度が高い物理量センサーを提供することができる。 According to this aspect, the length of the second trunk is longer than the length of the first trunk. Therefore, the number of the second fixed electrode fingers extending from the second stem can be larger than the number of the first fixed electrode fingers extending from the first stem. Therefore, the total amount of opposing areas between the second fixed electrode finger and the second movable electrode finger increases, and the total amount of capacitance between the second fixed electrode finger and the second movable electrode finger can be increased. The detection sensitivity of the physical quantity applied in the Y-axis direction can be increased while maintaining the length of the short side of the substrate. Further, the length of the first movable electrode finger is longer than the length of the second movable electrode finger. Therefore, the total amount of opposing areas between the first fixed electrode finger and the first movable electrode finger is increased, and the total amount of capacitance between the first fixed electrode finger and the first movable electrode finger can be increased. The detection sensitivity of the physical quantity applied in the X-axis direction can be increased while maintaining the length of the short side of the substrate. Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor having high detection sensitivity for biaxial physical quantities.
[態様5]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記素子部は、前記物理量に応じて支持軸まわりに変位可能であり、開口部が設けられている第3可動部と、前記第3可動部に設けられている第3可動電極部と、前記基板に固定され、前記開口部に位置している支持部と、前記基板の前記第3可動電極部に対向する位置に設けられている第3固定電極部と、を有し、前記第3固定電極部は、長辺と短辺とを有する矩形であり、前記第3固定電極部の前記長辺は、前記Y軸方向と平行であることが好ましい。 [Aspect 5] In the physical quantity sensor according to the above aspect, the element unit is displaceable around a support axis in accordance with the physical quantity, and a third movable unit provided with an opening; and the third movable unit. A third movable electrode portion provided on the substrate; a support portion fixed to the substrate and located at the opening; and a third portion provided on the substrate at a position facing the third movable electrode portion. A fixed electrode portion, wherein the third fixed electrode portion is a rectangle having a long side and a short side, and the long side of the third fixed electrode portion is parallel to the Y-axis direction. Is preferred.
本態様によれば、物理量に応じて支持軸まわりに変位可能な第3可動部に設けられている第3可動電極部に対向する位置に第3固定電極部が設けられているので、X軸方向およびY軸方向に直交する第3方向から物理量が加わると、第3方向に第3可動電極部が変位し、第3可動電極部と第3固定電極部との間の静電容量が変化する。そのため、第3方向に加わる物理量を測定することができ、3軸の物理量の検出精度の高い物理量センサーを提供することができる。
また、第3固定電極部の長辺がY軸方向と平行であるので、第3可動部の長さを維持したまま、第3可動電極部と第3固定電極部とのY軸方向の長さを長くすることができる。そのため、第3可動電極部と第3固定電極部との間の静電容量を大きくすることができ、第3方向に加わる物理量の検出感度を高めることができる。
According to this aspect, since the third fixed electrode portion is provided at a position facing the third movable electrode portion provided on the third movable portion that can be displaced around the support shaft in accordance with the physical quantity, the X-axis When a physical quantity is applied from the third direction orthogonal to the direction and the Y-axis direction, the third movable electrode portion is displaced in the third direction, and the capacitance between the third movable electrode portion and the third fixed electrode portion changes. I do. Therefore, a physical quantity applied in the third direction can be measured, and a physical quantity sensor with high detection accuracy of the three-axis physical quantity can be provided.
Further, since the long side of the third fixed electrode portion is parallel to the Y-axis direction, the length of the third movable electrode portion and the third fixed electrode portion in the Y-axis direction is maintained while maintaining the length of the third movable portion. Can be lengthened. Therefore, the capacitance between the third movable electrode portion and the third fixed electrode portion can be increased, and the sensitivity of detecting a physical quantity applied in the third direction can be increased.
[態様6]上記態様に記載の物理量センサーにおいて、前記第1可動部、前記第2可動部、および前記第3可動部は、前記Y軸方向に沿って配置されていることが好ましい。 [Aspect 6] In the physical quantity sensor according to the above aspect, it is preferable that the first movable section, the second movable section, and the third movable section are arranged along the Y-axis direction.
本態様によれば、第1可動部、第2可動部、および第3可動部がY軸方向に沿って配置されているので、第1固定部、第2固定部、第3固定部、および第4固定部を配置する基板のX軸方向である短辺の長さを維持したまま、第1可動部、第2可動部、および第3可動部を基板に配置することができる。そのため、基板の外部応力による影響を小さくした、3軸の物理量の検出精度の高い物理量センサーを提供することができる。 According to this aspect, since the first movable section, the second movable section, and the third movable section are arranged along the Y-axis direction, the first fixed section, the second fixed section, the third fixed section, The first movable portion, the second movable portion, and the third movable portion can be disposed on the substrate while maintaining the length of the short side in the X-axis direction of the substrate on which the fourth fixed portion is disposed. For this reason, it is possible to provide a physical quantity sensor with high detection accuracy of the three-axis physical quantity, in which the influence of the external stress of the substrate is reduced.
[態様7]本態様に係る電子機器は、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。 [Aspect 7] An electronic apparatus according to this aspect includes the physical quantity sensor described above, and a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor.
本態様によれば、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。 According to this aspect, it is possible to provide an electronic device that can enjoy the effects of the physical quantity sensor of the present invention and has excellent reliability.
[態様8]本態様に係る移動体は、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。 [Aspect 8] A moving object according to this aspect includes the physical quantity sensor described above, and a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor.
本態様によれば、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。 According to this aspect, it is possible to provide a moving object that can enjoy the effects of the physical quantity sensor of the present invention and has excellent reliability.
1…素子部、2…基板、2f…上面、2n…長辺、2s…短辺、2w…端子部、3…蓋体、3f…下面、10…凹部、11…第1固定電極部、12…第1固定電極部支持部、13…第1幹部、14…第1固定電極指、15…第1可動部、16…第1可動部支持部、17…第1可動電極部、18…第1可動電極指、20…凹部、21…第2固定電極部、22…第2固定電極部支持部、23…第2幹部、24…第2固定電極指、25…第2可動部、26…第2可動部支持部、27…第2可動電極部、28…第2可動電極指、41…第1固定部、42…第2固定部、43…第3固定部、44…第4固定部、51,52…弾性部、60…接合部材、100,100a,100b,100c…物理量センサーとしての加速度センサー、101…第1機能素子、102…第2機能素子、1100…電子機器としてのパーソナルコンピューター、1200…電子機器としてのスマートフォン、1300…電子機器としてのディジタルスチールカメラ、1500…移動体としての自動車、a1,a2…矢印、L1,L2…長さ、S…内部空間。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Element part, 2 ... Substrate, 2f ... Upper surface, 2n ... Long side, 2s ... Short side, 2w ... Terminal part, 3 ... Lid, 3f ... Lower surface, 10 ... Depression, 11 ... First fixed electrode part, 12 ... First fixed electrode portion support portion, 13 first stem portion, 14 first fixed electrode finger, 15 first movable portion, 16 first movable portion support portion, 17 first movable electrode portion, 18 second 1 movable electrode finger, 20 recess, 21 second fixed electrode portion, 22 second fixed electrode portion support portion, 23 second stem portion, 24 second fixed electrode finger, 25 second movable portion, 26 Second movable portion support portion, 27: second movable electrode portion, 28: second movable electrode finger, 41: first fixed portion, 42: second fixed portion, 43: third fixed portion, 44: fourth fixed portion .., 51, 52... Elastic part, 60... Joining member, 100, 100a, 100b, 100c... 102, a second functional element, 1100, a personal computer as an electronic device, 1200, a smartphone as an electronic device, 1300, a digital still camera as an electronic device, 1500, an automobile as a moving object, a1, a2, arrows, L1, L2: length, S: internal space.
Claims (8)
長辺と前記X軸方向と平行な短辺とを有する矩形の基板と、
前記基板に設けられ、物理量を検出する素子部と、を有し、
前記素子部は、
第1固定電極部と、
前記基板に対して平行な前記X軸方向に変位可能な第1可動部と、
前記第1可動部に設けられている第1可動電極部と、
前記第1可動部を支持している第1可動部支持部と、
前記第1固定電極部を支持している第1固定電極部支持部と、
第2固定電極部と、
前記基板に対して前記Y軸方向に変位可能な第2可動部と、
前記第2可動部に設けられている第2可動電極部と、
前記第2可動部を支持している第2可動部支持部と、
前記第2固定電極部を支持している第2固定電極部支持部と、
を有し、
前記第1可動部支持部を前記基板に固定している第1固定部と前記第1固定電極部支持部を前記基板に固定している第2固定部とは、前記X軸方向に沿って配置され、
前記第2可動部支持部を前記基板に固定している第3固定部と前記第2固定電極部支持部を前記基板に固定している第4固定部とは、前記X軸方向に沿って配置されていることを特徴とする物理量センサー。 When two directions orthogonal to each other are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction,
A rectangular substrate having a long side and a short side parallel to the X-axis direction;
An element unit that is provided on the substrate and detects a physical quantity,
The element unit includes:
A first fixed electrode unit;
A first movable portion displaceable in the X-axis direction parallel to the substrate;
A first movable electrode section provided on the first movable section;
A first movable portion supporting portion that supports the first movable portion;
A first fixed electrode portion supporting portion that supports the first fixed electrode portion;
A second fixed electrode unit;
A second movable portion displaceable in the Y-axis direction with respect to the substrate;
A second movable electrode section provided on the second movable section;
A second movable portion supporting portion that supports the second movable portion;
A second fixed electrode portion supporting portion supporting the second fixed electrode portion;
Has,
A first fixed portion fixing the first movable portion support portion to the substrate and a second fixed portion fixing the first fixed electrode portion support portion to the substrate are arranged along the X-axis direction. Placed,
A third fixed portion fixing the second movable portion support portion to the substrate and a fourth fixed portion fixing the second fixed electrode portion support portion to the substrate are arranged along the X-axis direction. A physical quantity sensor characterized by being arranged.
前記第1固定電極部は、
第1幹部と、
前記第1幹部から前記Y軸方向に延出している複数の第1固定電極指と、を有し、
前記第2固定電極部は、
第2幹部と、
前記第2幹部から前記X軸方向に延出している複数の第2固定電極指と、を有し、
前記第1可動電極部は、
前記第1固定電極指と前記X軸方向に対向する複数の第1可動電極指を有し、
前記第2可動電極部は、
前記第2固定電極指と前記Y軸方向に対向する複数の第2可動電極指を有していることを特徴とする物理量センサー。 In claim 1,
The first fixed electrode unit includes:
The first executive,
A plurality of first fixed electrode fingers extending in the Y-axis direction from the first stem,
The second fixed electrode unit includes:
A second executive,
A plurality of second fixed electrode fingers extending in the X-axis direction from the second stem,
The first movable electrode unit includes:
A plurality of first movable electrode fingers opposed to the first fixed electrode finger in the X-axis direction;
The second movable electrode unit includes:
A physical quantity sensor comprising: a plurality of second movable electrode fingers facing the second fixed electrode finger in the Y-axis direction.
前記第1幹部の長さは、前記第2幹部の長さと等しいことを特徴とする物理量センサー。 In claim 2,
The length of the first stem is equal to the length of the second stem.
前記第2幹部の長さは、前記第1幹部の長さより長く、
前記第1可動電極指の長さは、前記第2可動電極指の長さより長いことを特徴とする物理量センサー。 In claim 2,
The length of the second trunk is longer than the length of the first trunk,
The physical quantity sensor according to claim 1, wherein a length of the first movable electrode finger is longer than a length of the second movable electrode finger.
前記素子部は、
前記物理量に応じて支持軸まわりに変位可能であり、開口部が設けられている第3可動部と、
前記第3可動部に設けられている第3可動電極部と、
前記基板に固定され、前記開口部に位置している支持部と、
前記基板の前記第3可動電極部に対向する位置に設けられている第3固定電極部と、
を有し、
前記第3固定電極部は、長辺と短辺とを有する矩形であり、
前記第3固定電極部の前記長辺は、前記Y軸方向と平行であることを特徴とする物理量センサー。 In any one of claims 1 to 4,
The element unit includes:
A third movable portion that is displaceable around a support shaft according to the physical quantity and has an opening;
A third movable electrode section provided on the third movable section;
A support portion fixed to the substrate and located at the opening;
A third fixed electrode portion provided on the substrate at a position facing the third movable electrode portion;
Has,
The third fixed electrode portion is a rectangle having a long side and a short side,
The physical quantity sensor, wherein the long side of the third fixed electrode portion is parallel to the Y-axis direction.
前記第1可動部、前記第2可動部、および前記第3可動部は、前記Y軸方向に沿って配置されていることを特徴とする物理量センサー。 In claim 5,
The physical quantity sensor, wherein the first movable section, the second movable section, and the third movable section are arranged along the Y-axis direction.
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。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 6,
A control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor,
An electronic device comprising:
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。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 6,
A control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor,
A moving object comprising:
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---|---|---|---|
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