JP2022074658A - センサ及び電子装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、センサは、第1検出素子と、処理部と、を含む。第1検出素子は、基体と、基体に固定された第1支持部と、第1可動部と、第1対向導電部と、第2対向導電部と、を含む。第1可動部は、第1支持部に支持された第1可動基部と、第1可動基部と接続された第2可動基部と、第1梁を含む第1可動梁と、第2梁を含む第2可動梁と、を含む。第1対向導電部は、第1可動梁と対向する。第2対向導電部は、第2可動梁と対向する。処理部は、第1対向導電部から得られる第1信号、及び、第2対向導電部から得られる第2信号に基づいて、第1検出素子に加わる加速度、及び、第1検出素子の温度に関する情報を出力する第1動作を実施可能である。
【選択図】図1
Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)、図1(b)、図2、図3(a)~図3(c)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図1(a)は、平面図である。図1(b)は、図1(a)のX1-X2線断面図である。図2は、図1(a)の一部を拡大した平面図である。図3(a)は、図2のA1-A2線断面図である。図3(b)は、図2のB1-B2線断面図である。図3(c)は、図2のC1-C2線断面図である。
G(f1,f2)=a1f1+b1f2+c1 …(1)
T(f1,f2)=a2f1+b2f2+c2 …(2)
「G」は、加速度である。「T」は温度である。「f1」は、第1共振周波数である。「f2」は、第2共振周波数である。「a1」、「b1」、「c1」、「a2」、「b2」、及び、「c2」は、係数である。記憶部70Mに記憶されるデータは、「a1」、「b1」、「c1」、「a2」、「b2」、及び、「c2」の少なくともいずれかの値を含む。記憶部70Mに記憶されるデータは、上記の式の情報(例えば、関数)を含む。これらのデータは、例えば、予め行われる測定により得られる。予め行われる測定において、加速度G及び温度Tが管理される。
T(f1,f2)=a21f1++a22f1 2+b21f2++b22f2 2+c21 …(4)
第3式及び第4式において、「a11」、「a12」、「b11」、「b12」、「c11」、「a21」、「a22」、「b21」、「b22」、及び、「c21」は、係数である。
例えば、-1G、0G、及び+1Gの3種類の加速度Gと、-20℃、+20℃及び+80℃の3種類の温度Tと、9種類の条件において、図5の動作が行われても良い。例えば、最小二乗法などにより、上記の第1共振周波数及び第2共振周波数と、加速度及び温度との関係式の係数が求められる。
図6に示すように、共振周波数(第1共振周波数f1、及び、第2共振周波数f2)、加速度G、及び、温度Tの関係に関するデータが取得される(ステップS105)。既に説明したように、このデータは、予め取得される。例えば、記憶部70Mに記憶されたデータを、処理部70が取得しても良い。
図8に示すように、実施形態に係るセンサ111においては、第1検出素子10Uは、第1可動梁11M、第2可動梁12M、第1対向導電部51、第2対向導電部52、第1駆動導電部61(及び別の第1駆動導電部61A)、及び、第2駆動導電部62(及び別の駆動導電部62A)に加えて、第3駆動導電部63、及び、第4駆動導電部64を含む。この例では、別の第3駆動導電部63、及び、別の第4駆動導電部64がさらに設けられている。
図9に示すように、実施形態に係るセンサ112においては、第1検出素子10Uは、第1可動梁11M、第2可動梁12M、第1対向導電部51、第2対向導電部52、第1駆動導電部61(及び別の第1駆動導電部61A)、及び、第2駆動導電部62(及び別の駆動導電部62A)に加えて、第3駆動導電部63、及び、第4駆動導電部64を含む。センサ112においては、第3駆動導電部63は、第1梁11と第1可動導電部21との間にある。第3駆動導電部64は、第2梁12と第2可動導電部22との間にある。センサ112において、センサ111に関して説明した動作が行われても良い。
図10に示すように、実施形態に係るセンサ113においては、第1検出素子10Uは、第1可動梁11M、第2可動梁12M、第1対向導電部51、第2対向導電部52、第1駆動導電部61(及び別の第1駆動導電部61A)、及び、第2駆動導電部62(及び別の駆動導電部62A)を含む。センサ113においては、第1駆動導電部61は、第1梁11と第1可動導電部21との間にある。第2駆動導電部62は、第2梁12と第2可動導電部22との間にある。センサ114において、センサ111に関して説明した動作が行われても良い。
図11に示すように、実施形態に係るセンサ114においては、第1可動梁11Mにおいて第1可動導電部21が省略され、第2可動梁12Mにおいて第2可動導電部22が省略される。センサ114においても、上記の第1動作が実施できる。例えば、加速度Gと温度Tとが算出(例えば推定)され、出力可能である。検出精度を向上できる。
図12は、第2実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図12に示すように、実施形態に係るセンサ120は、第1実施形態に関して説明した第1検出素子10Uに加えて、第2検出素子10Vを含む。第2検出素子10Vは、例えば、第2支持部50B及び第2可動部10Sを含む。第2支持部50Bは、基体50Sに固定される。第2可動部10Sは、第2支持部50Bに支持され、基体50Sから離れている。センサ120は、第2可動部10Sの動きに応じた信号により、センサ120の角度を検出可能である。例えば、第2可動部10Sの少なくとも一部が、振動される。角度の変化に応じて変化する振動状態を検出することで、角度が検出できる。例えば、フーコーの振り子の原理に基づく角度の検出が行われる。第2可動部10Sは、例えば、角度直接検出型ジャイロ(RIG:Rate Integrating Gyroscope)である。センサ120は、例えば、慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)である。
第3実施形態は、電子装置に係る。
図13は、第3実施形態に係る電子装置を例示する模式図である。
図13に示すように、第3実施形態に係る電子装置310は、第1実施形態または第2実施形態に係るセンサと、回路処理部170と、を含む。図13の例では、センサとして、センサ110が描かれている。回路処理部170は、センサから得られる信号S1に基づいて回路180を制御可能である。回路180は、例えば駆動装置185の制御回路などである。実施形態によれば、高精度の検出結果に基づいて、駆動装置185を制御するための回路180などを高精度で制御できる。
図14(a)に示すように、電子装置310は、ロボットの少なくとも一部でも良い。図14(b)に示すように、電子装置310は、製造工場などに設けられる工作ロボットの少なくとも一部でも良い。図14(c)に示すように、電子装置310は、工場内などの自動搬送車の少なくとも一部でも良い。図14(d)に示すように、電子装置310は、ドローン(無人航空機)の少なくとも一部でも良い。図14(e)に示すように、電子装置310は、飛行機の少なくとも一部でも良い。図14(f)に示すように、電子装置310は、船舶の少なくとも一部でも良い。図14(g)に示すように、電子装置310は、潜水艦の少なくとも一部でも良い。図14(h)に示すように、電子装置310は、自動車の少なくとも一部でも良い。第3実施形態に係る電子装置310は、例えば、ロボット及び移動体の少なくともいずれかを含んでも良い。
(構成1)
第1検出素子と、
処理部と、
を備え、
前記第1検出素子は、
基体と、
前記基体に固定された第1支持部と、
前記第1支持部に支持され前記基体から離れた第1可動部であって、前記第1可動部は、
前記第1支持部に支持された第1可動基部と、
前記第1可動基部と接続された第2可動基部と、
第1梁を含む第1可動梁と、
第2梁を含む第2可動梁と、
を含み、前記第1梁は、第1端部及び第1他端部を含み、前記第1端部は前記第1可動基部と接続され、前記第1他端部は前記第2可動基部と接続され、前記第2梁は、第2端部及び第2他端部を含み、前記第2端部は前記第1可動基部と接続され、前記第2他端部は前記第2可動基部と接続された前記第1可動部と、
前記第1可動梁と対向する第1対向導電部と、
前記第2可動梁と対向する第2対向導電部と、
を含み、
前記処理部は、前記第1対向導電部から得られる第1信号、及び、前記第2対向導電部から得られる第2信号に基づいて、前記第1検出素子に加わる加速度、及び、前記第1検出素子の温度に関する情報を出力する第1動作を実施可能である、センサ。
前記第1動作は、前記第1信号から得られる、前記第1可動梁の第1共振周波数と、前記第2信号から得られる前記第2可動梁の第2共振周波数と、の差及び和に基づいて、前記情報を導出することを含む、構成1記載のセンサ。
前記第1動作は、前記加速度及び前記温度、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と、の関係に関するデータを記憶した記憶部から、前記データを取得し、
前記データに基づいて、前記情報を導出することを含む、構成2記載のセンサ。
前記記憶部をさらに備えた、構成3記載のセンサ。
前記加速度は、前記第1共振周波数と前記第2共振周波数の第1関数であり、
前記温度は、前記第1共振周波数と前記第2共振周波数の第2関数であり、 前記データは、前記第1関数に含まれる係数、及び、前記第2関数に含まれる係数の少なくともいずれかの値を含む、構成3または4に記載のセンサ。
前記加速度及び前記温度は、以下の第1式及び第2式で表され、
G(f1,f2)=a1f1+b1f2+c1 …(1)
T(f1,f2)=a2f1+b2f2+c2 …(2)
前記G(f1,f2)は前記加速度であり、前記T(f1,f2)は前記温度であり、前記f1は第1共振周波数あり、前記f2は第2共振周波数であり、前記a1、前記b1、前記c1、前記a2、前記b2、及び、前記c2は、係数であり、
前記データは、前記a1、前記b1、前記c1、前記a2、前記b2、及び、前記c2の少なくともいずれかの値を含む、構成3または4に記載のセンサ。
第1検出素子と、
処理部と、
を備え、
前記第1検出素子は、
基体と、
前記基体に固定された第1支持部と、
前記第1支持部に支持され前記基体から離れた第1可動部であって、前記第1可動部は、
前記第1支持部に支持された第1可動基部と、
前記第1可動基部と接続された第2可動基部と、
第1梁を含む第1可動梁と、
第2梁を含む第2可動梁と、
を含み、前記第1梁は、第1端部及び第1他端部を含み、前記第1端部は前記第1可動基部と接続され、前記第1他端部は前記第2可動基部と接続され、前記第2梁は、第2端部及び第2他端部を含み、前記第2端部は前記第1可動基部と接続され、前記第2他端部は前記第2可動基部と接続された前記第1可動部と、
前記第1可動梁と対向する第1対向導電部と、
前記第2可動梁と対向する第2対向導電部と、
を含み、
前記処理部は、前記第1対向導電部から得られる第1信号に基づく前記第1可動梁の第1共振周波数と、前記第2対向導電部から得られる第2信号に基づく前記第2可動梁の第2共振周波数と、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と、複数の加速度及び複数の温度と、の関係に関するデータと、に基づいて、温度を補正した加速度に関する情報を出力する第1動作を実施可能である、センサ。
前記第1可動部は、導電性であり、
前記第1信号は、前記第1可動部と前記第1対向導電部との間に生じる第1電気信号に対応し、
前記第2信号は、前記第1可動部と前記第2対向導電部との間に生じる第2電気信号に対応する、構成1~7のいずれか1つに記載のセンサ。
前記基体から前記第1可動部への第1方向は、前記第1端部から前記第1他端部への第2方向と交差し、
前記第2端部から前記第2他端部への方向は、前記第2方向に沿う、構成1~8のいずれか1つに記載のセンサ。
前記第1可動部は、接続基部をさらに含み、
前記接続基部は、前記第1可動基部と第2可動基部との間に設けられ、前記第1可動基部及び第2可動基部を互いに接続し、
前記接続基部の前記第3方向に沿う第3長さは、前記第1可動基部の前記第3方向に沿う第1長さよりも短く、前記第2可動基部の前記第3方向に沿う第2長さよりも短く、前記第3方向は、前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差し、
前記接続基部は、前記第3方向において、前記第1梁と前記第2梁との間にある、構成9記載のセンサ。
前記第1可動部は、可動部材をさらに含み、
前記第2方向において前記第2可動基部は、前記接続基部と前記可動部材との間にあり、
前記可動部材は、前記第2可動基部と接続され、
前記可動部材の前記第3方向に沿う長さは、前記第2長さよりも長い、構成10記載のセンサ。
前記第1可動梁は、
第1可動導電部と、
第1接続領域と、
をさらに含み、
前記第1梁は、前記第1端部と前記第1他端部との間の第1中間領域を含み、
前記第1接続領域は、前記第1中間領域と前記第1可動導電部とを接続し、
前記第1可動導電部の前記第2方向に沿う長さは、前記第1接続領域の前記第2方向に沿う長さよりも長い、構成9~11のいずれか1つに記載のセンサ。
前記第2可動梁は、
第2可動導電部と、
第2接続領域と、
をさらに含み、
前記第2梁は、前記第2端部と前記第2他端部との間の第2中間領域を含み、
前記第2接続領域は、前記第2中間領域と前記第2可動導電部とを接続し、
前記第2可動導電部の前記第2方向に沿う長さは、前記第2接続領域の前記第2方向に沿う長さよりも長い、構成12記載のセンサ。
前記第1検出素子は、第1駆動導電部及び第2駆動導電部を含み、
前記第1駆動導電部は、前記第1可動梁と対向し、
前記第2駆動導電部は、前記第2可動梁と対向し、
前記第1共振周波数は、前記第1駆動導電部の第1電圧により変化し、
前記第2共振周波数は、前記第2駆動導電部の第2電圧により変化し、
前記第1動作は、前記第1電圧及び前記第2電圧の少なくともいずれかを変化させて、前記第1共振周波数と前記第2共振周波数との前記差の温度依存性を小さくすることを含む、構成2~7のいずれか1つに記載のセンサ。
前記第1検出素子は、第1駆動導電部及び第2駆動導電部を含み、
前記第1駆動導電部は、前記第1可動梁と対向し、
前記第2駆動導電部は、前記第2可動梁と対向し、
前記第1動作は、前記第1駆動導電部に交流成分を含む第1電圧を印加して、前記第1可動梁を振動させ、前記第2駆動導電部に交流成分を含む第2電圧を印加して、前記第2可動梁を振動させることを含む、構成2~7のいずれか1つに記載のセンサ。
前記第1電圧の直流成分は、前記第2電圧の直流成分とは異なる、構成15記載のセンサ。
前記第1検出素子は、第1~第4駆動導電部を含み、
前記第1駆動導電部は、前記第1可動梁と対向し、
前記第2駆動導電部は、前記第2可動梁と対向し、
前記第3駆動導電部は、前記第1可動梁と対向し、
前記第4駆動導電部は、前記第2可動梁と対向し、
前記第1動作は、前記第1駆動導電部に交流成分を含む第1電圧を印加して、前記第1可動梁を振動させ、前記第2駆動導電部に交流成分を含む第2電圧を印加して、前記第2可動梁を振動させ、前記第3駆動導電部及び前記第4駆動導電部の少なくともいずれかに直流電圧を印加することを含む、構成1~16のいずれか1つに記載のセンサ。
前記第1動作は、前記直流電圧を変化させることを含む、構成13記載のセンサ。
前記基体に固定された第2支持部と、
前記第2支持部に支持され前記基体から離れた第2可動部と、
を含む第2検出素子をさらに備え、
前記第2可動部の動きに応じた信号により角度を検出可能である、構成1~18のいずれか1つに記載のセンサ。
構成1~19のいずれか1つに記載のセンサと、
前記センサから得られる信号に基づいて回路を制御可能な回路処理部と、
を備えた電子装置。
Claims (8)
- 第1検出素子と、
処理部と、
を備え、
前記第1検出素子は、
基体と、
前記基体に固定された第1支持部と、
前記第1支持部に支持され前記基体から離れた第1可動部であって、前記第1可動部は、
前記第1支持部に支持された第1可動基部と、
前記第1可動基部と接続された第2可動基部と、
第1梁を含む第1可動梁と、
第2梁を含む第2可動梁と、
を含み、前記第1梁は、第1端部及び第1他端部を含み、前記第1端部は前記第1可動基部と接続され、前記第1他端部は前記第2可動基部と接続され、前記第2梁は、第2端部及び第2他端部を含み、前記第2端部は前記第1可動基部と接続され、前記第2他端部は前記第2可動基部と接続された前記第1可動部と、
前記第1可動梁と対向する第1対向導電部と、
前記第2可動梁と対向する第2対向導電部と、
を含み、
前記処理部は、前記第1対向導電部から得られる第1信号、及び、前記第2対向導電部から得られる第2信号に基づいて、前記第1検出素子に加わる加速度、及び、前記第1検出素子の温度に関する情報を出力する第1動作を実施可能である、センサ。 - 前記第1動作は、前記第1信号から得られる、前記第1可動梁の第1共振周波数と、前記第2信号から得られる前記第2可動梁の第2共振周波数と、の差及び和に基づいて、前記情報を導出することを含む、請求項1記載のセンサ。
- 前記第1動作は、前記加速度及び前記温度、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と、の関係に関するデータを記憶した記憶部から、前記データを取得し、
前記データに基づいて、前記情報を導出することを含む、請求項2記載のセンサ。 - 第1検出素子と、
処理部と、
を備え、
前記第1検出素子は、
基体と、
前記基体に固定された第1支持部と、
前記第1支持部に支持され前記基体から離れた第1可動部であって、前記第1可動部は、
前記第1支持部に支持された第1可動基部と、
前記第1可動基部と接続された第2可動基部と、
第1梁を含む第1可動梁と、
第2梁を含む第2可動梁と、
を含み、前記第1梁は、第1端部及び第1他端部を含み、前記第1端部は前記第1可動基部と接続され、前記第1他端部は前記第2可動基部と接続され、前記第2梁は、第2端部及び第2他端部を含み、前記第2端部は前記第1可動基部と接続され、前記第2他端部は前記第2可動基部と接続された前記第1可動部と、
前記第1可動梁と対向する第1対向導電部と、
前記第2可動梁と対向する第2対向導電部と、
を含み、
前記処理部は、前記第1対向導電部から得られる第1信号に基づく前記第1可動梁の第1共振周波数と、前記第2対向導電部から得られる第2信号に基づく前記第2可動梁の第2共振周波数と、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数と、複数の加速度及び複数の温度と、の関係に関するデータと、に基づいて、温度を補正した加速度に関する情報を出力する第1動作を実施可能である、センサ。 - 前記基体から前記第1可動部への第1方向は、前記第1端部から前記第1他端部への第2方向と交差し、
前記第2端部から前記第2他端部への方向は、前記第2方向に沿う、請求項1~4のいずれか1つに記載のセンサ。 - 前記第1検出素子は、第1~第4駆動導電部を含み、
前記第1駆動導電部は、前記第1可動梁と対向し、
前記第2駆動導電部は、前記第2可動梁と対向し、
前記第3駆動導電部は、前記第1可動梁と対向し、
前記第4駆動導電部は、前記第2可動梁と対向し、
前記第1動作は、前記第1駆動導電部に交流成分を含む第1電圧を印加して、前記第1可動梁を振動させ、前記第2駆動導電部に交流成分を含む第2電圧を印加して、前記第2可動梁を振動させ、前記第3駆動導電部及び前記第4駆動導電部の少なくともいずれかに直流電圧を印加することを含む、請求項1~5のいずれか1つに記載のセンサ。 - 前記基体に固定された第2支持部と、
前記第2支持部に支持され前記基体から離れた第2可動部と、
を含む第2検出素子をさらに備え、
前記第2可動部の動きに応じた信号により角度を検出可能である、請求項1~6のいずれか1つに記載のセンサ。 - 請求項1~7のいずれか1つに記載のセンサと、
前記センサから得られる信号に基づいて回路を制御可能な回路処理部と、
を備えた電子装置。
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