JP5527019B2 - 物理量センサーおよび電子機器 - Google Patents
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Description
図1(A)〜図1(F)は、物理量センサーの構造と動作の一例を示す図である。物理量センサーは慣性センサーとして使用することができ、具体的には、例えば、鉛直方向(水平面に垂直な方向)の加速度(例えば重力加速度)を測定するための加速度センサー(静電容量型加速度センサー、静電容量型MEMS加速度センサー)として利用可能である。
図1(A)に示されるように、物理量センサー(ここでは、静電容量型加速度センサーであるとする)は、支持体100および蓋体200によって構成される封止体250と、封止体250の内部の空間に設けられる揺動体300と、揺動体300を、支持軸Q1を支点としてシーソー揺動可能に両持ち支持する第1支持部40a(図1(A)では不図示、図1(B),図1(C)参照)および第2支持部40bと、揺動体300のシーソー揺動に応じて位置が変化する可動電極(第1可動電極109a,第2可動電極109b)ならびに、ベース102上の、可動電極に対向する位置に設けられる固定電極(第1固定電極208a,第2固定電極208b)を有する可変容量(第1可変容量c1,第2可変容量c2)と、を含む。
図2(A),図2(B)は、封止体の構造の一例を示す図である。図2(A)は封止体の全体構成を示す斜視図であり、図2(B)は、ベースと蓋体との接続部の断面構造の一例を示す図である。
図3(A)〜図3(D)は、封止体の製造方法の一例を示す図である。この例では、2枚のSOI基板を貼り合わせて封止体を製造する。
本実施形態では、検出回路の構成例について説明する。図4(A)〜図4(C)は、検出回路の構成例を示す図である。検出回路13は、先に図2(A)を用いて説明したように、例えば支持体100上の空きスペースに設けられ、かつ、信号処理回路10を内蔵する。図4(A)の例では、物理量センサー(ここでは静電容量型加速度センサーとする)に含まれる第1可変容量c1,第2可変容量c2は、共通の接地電極である固定電極208と、第1可動電極109aおよび第2可動電極109bと、を有している。
ここで、図5(A)〜図5(C)を用いて、C/V変換回路(C/V変換アンプ)の構成と動作の一例について説明する。図5(A)〜図5(C)は、C/V変換回路の構成と動作について説明するための図である。
本実施形態では、2つの異なる方向の加速度を検出することができる静電容量型センサーの一例について説明する。以下の説明では、静電容量型加速度センサーについて説明する。
本実施形態では、第1方向(X軸方向)、第2方向(Y軸方向)および第3方向(Z軸方向)の各々の容量値の変化を検出することができる、3軸感度をもつ物理量センサーについて説明する。図8は、第1方向(X軸方向)、第2方向(Y軸方向)および第3方向(Z軸方向)の各々の容量値の変化を検出することができる、3軸感度をもつ物理量センサーの構成例を示す平面図である。図8において、前掲の実施形態と共通する要素には同じ参照符号を付している。以下の説明では、加速度センサーを例にとって説明する。
本実施形態では、2つの異なる方向の加速度を検出することができる静電容量型加速度センサーの他の例について説明する。以下の説明では、静電容量型加速度センサーについて説明する。
図10は、図6および図7に示される構造の揺動体を2個使用して、異なる3つの方向の加速度を検出可能とした物理量加速度センサーの構成を示す平面図である。図10の例では、共通の支持体100に、揺動体300と、揺動体300’とが設けられる。揺動体300および揺動体300’の構成は、図6および図7に示される揺動体300の構成と同じである。なお、揺動体300’の構成要素の参照符号には、ダッシュ記号が付されている。
本実施形態では、シーソー構造を利用した物理量センサーの検出精度を、より向上させるための信号処理方法と、その信号処理方法を利用した物理量センサーの構成について説明する。
図13は、物理量加速度センサーの他の例(図12の構成に、さらに、第1方向(X軸方向)の加速度を検出するための構成を追加した例)を示す平面図である。図13の例では、図12の構成に加えて、第1方向(X軸方向)の加速度を検出するための静電容量型物理量センサー370が追加されている。この物理量加速度センサー370は、第1方向(X軸方向)の加速度を検出するための機能のみを有し、シーソー揺動による第3方向(Z軸方向)の加速度を検出する機能は有していない(一対の揺動体300a,300bを用いて、高精度に第3方向の加速度を検出することができるため、それ以上、揺動体を設ける必要がないからである)。
以上の実施形態においては、揺動体の支持部を揺動体の中心を通る線と平行な位置にずらすことにより揺動体をシーソー揺動可能にしたが、これに限らず、種々、変形や応用が可能である。
図16は、電子機器の構成の一例を示す図である。図16の電子機器には、上記いずれかの実施形態にかかる物理量センサー(例えば静電容量型物理量加速度センサー等)が含まれる。電子機器は、例えば、ゲームコントローラやモーションセンサー等である。
40b 第2支持部(第2トーションバネ)、90 封止材、95 空隙、
97,99 開口部、100 支持体(例えばSOI基板)、
102 ベース(シリコン板等)、104 絶縁層、
106 基板(例えばSOI基板の活性層)、
109a 第1可動電極、109b 第2可動電極、200 蓋体、
208a 第1固定電極、208b 第2固定電極、250 封止体(気密封止体)、
300(300a,300b) 揺動体、
311 シリコンをパターニングして形成されるシーソープレート、
900 質量部(部分的な錘)、Q1,Q2 支持軸(第1軸,第2軸)、
GL 重力線、SL 重力線をd1だけ平行にシフトさせた線分、
QL 揺動体の中心線、G1 揺動体の重心、
PT1 第1シーソー片(第1の領域)、PT2 第2シーソー片(第2の領域)、
PT1a 第1シーソー片(第1の領域)、PT2a 第2シーソー片(第2の領域)、
PT1b 第3シーソー片(第3の領域)、PT2b 第4シーソー片(第4の領域)、
c1 第1可変容量、c2 第2可変容量
Claims (11)
- 第1揺動体および第2揺動体を備え、
前記第1揺動体は、第1軸に配置された第1支持部と第2支持部とによって支持され、且つ、平面視で前記第1軸によって第1の領域と第2の領域とに区画した場合に各々の領域には第1可動電極が設けられ、
前記第2揺動体は、前記第1軸と並行する第2軸に配置された第3支持部と第4支持部とによって支持され、且つ、平面視で前記第2軸によって第3の領域と第4の領域とに区画した場合に各々の領域には第2可動電極が設けられ、
前記第1可動電極および前記第2可動電極の各々に対向して固定電極が設けられ、
前記第2の領域の質量は前記第1の領域の質量よりも重く、前記第3の領域の質量は前記第4の領域よりも重く、
前記第1揺動体の前記第1の領域から前記第2の領域への並びの方向と、前記第2揺動体の前記第3の領域から前記第4の領域への並びの方向と、は同じであり、
検出信号に基づいて信号処理を実行する信号処理回路、を備え、
前記検出信号は、前記第1の領域の前記第1可動電極と前記固定電極との間で生じる第1検出信号と、前記第2の領域の前記第1可動電極と前記固定電極との間で生じる第2検出信号と、前記第3の領域の前記第2可動電極と前記固定電極との間で生じる第3検出信号と、前記第4の領域の前記第2可動電極と前記固定電極との間で生じる第4検出信号とを含み、
前記信号処理回路は、
前記第1検出信号と前記第2検出信号との差を示す第1差動信号を生成し、
前記第3検出信号と前記第4検出信号との差を示す第2差動信号を生成し、
前記第1差動信号と前記第2差動信号を加算して得られる信号に基づいて加速度検出信号を生成することを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1に記載の物理量センサーであって、
前記加速度検出信号は、前記第1軸に交差する方向に発生する加速度成分と、前記第2軸に交差する方向に発生する加速度成分と、が互いに相殺されていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1または2に記載の物理量センサーであって、
前記第1軸および前記第2軸の少なくとも一方は、前記第1揺動体または前記第2揺動体の中心を通る線と平行であることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記第1の領域および前記第2の領域の少なくとも一方、または、前記第3の領域および前記第4の領域の少なくとも一方には、質量部が設けられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記第1揺動体および前記第2揺動体を備えたベースは、平面視で、前記第1の領域に対向する第5の領域と、前記第2の領域に対向する第6の領域と、前記第3の領域に対向する第7の領域と、前記第4の領域に対向する第8の領域と、を有し、
前記固定電極は、前記第5〜8の領域の各々に設けられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項5に記載の物理量センサーであって、
前記第1可動電極は、前記第1の領域と前記第2の領域とに跨って共通に設けられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項5に記載の物理量センサーであって、
前記第2可動電極は、前記第3の領域と前記第4の領域とに跨って共通に設けられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1ないし7のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記第1揺動体には、開口部が設けられ、
前記開口部に配置された可動錘部と、
前記可動錘部と前記第1揺動体とを連結する連結部と、
前記第1揺動体から前記可動錘部に向けて設けられている第1腕状電極部と、
前記可動錘部から前記第1揺動体に向けて前記第1腕状電極部に対向して設けられている第2腕状電極部と、を備えていることを特徴とする物理量センサー。 - 揺動体を備え、
前記揺動体は、第1軸上に配置された第1支持部と第2支持部とによって支持され、且つ、平面視で前記第1軸によって第1の領域と第2の領域とに区画され、
前記揺動体は、
開口部と、
前記開口部に配置された可動錘部と、
前記可動錘部と前記揺動体とを連結する連結部と、
を備え、
前記第1の領域と前記第2の領域との各々には、前記揺動体から前記可動錘部に向けて設けられている第1腕状電極部が設けられ、
前記第1の領域と前記第2の領域との各々には、前記可動錘部から前記第1揺動体に向けて前記第1腕状電極部に対向して第2腕状電極部が設けられ、
前記第1の領域および前記第2の領域の少なくとも一方には、質量部が設けられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項9に記載の物理量センサーであって、
前記第1軸は、前記揺動体の中心を通る線と平行であることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1ないし10のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする電子機器。
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