JP6870635B2 - 慣性計測装置、移動体、携帯型電子機器、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、慣性計測装置等に関する。

例えば特許文献１〜３に開示されているように、３軸の角速度センサーと、３軸の加速度センサーとを有する種々の慣性計測装置が知られている。

特開２０１２−２５１８０３号公報 特開２０１４−２２８４８９号公報 特開２０１７−２０８２９号公報

従来の慣性計測装置においては、ロール角を測定する角速度センサーと、ピッチ角を測定する角速度センサーと、ヨー角を測定する角速度センサーとは、設置向きが異なるだけで同一仕様の角速度センサーが用いられていた。そのため、各角速度センサーの測定誤差が同程度であった。

慣性計測装置を含む測位システムを移動体に装備する場合、角速度センサーによって測定される移動体のロール角、ピッチ角、ヨー角それぞれの測定値について、要求される精度が同程度であれば問題はない。しかし、実際には、ヨー角の測定値は、ロール角やピッチ角に比べて高い精度であることが望ましいという知見を得た。

本発明は、この知見に基づいて考案されたものである。

上記課題を解決するための第１の発明は、移動体に装備される測位システムにおいてＴ［秒］毎に測位結果を出力する衛星測位用受信機と組み合わせて用いられる慣性計測装置であって、前記移動体の前後方向をＸ軸、前記移動体の左右方向をＹ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との直交する方向をＺ軸としたときに、前記Ｘ軸回りの角速度を検出し、第１の角速度信号を出力するＸ軸角速度センサーと、前記Ｙ軸回りの角速度を検出し、第２の角速度信号を出力するＹ軸角速度センサーと、前記Ｚ軸回りの角速度を検出し、第３の角速度信号を出力するＺ軸角速度センサーと、前記Ｘ軸方向の加速度を検出し、第１の加速度信号を出力するＸ軸加速度センサーと、前記Ｙ軸方向の加速度を検出し、第２の加速度信号を出力するＹ軸加速度センサーと、前記Ｚ軸方向の加速度を検出し、第３の加速度信号を出力するＺ軸加速度センサーと、を備え、前記Ｚ軸角速度センサーは、前記移動体が移動速度Ｖ［ｍ／秒］でＴ秒間移動する間の前記第３の角速度信号に基づく位置誤差Ｐ［ｍ］が、Ｐｐ≧Ｐ＝（Ｖ／Ｂｚ）×（１−ｃｏｓ（Ｂｚ×Ｔ））（但し、前記第３の角速度信号のバイアス誤差がＢｚ［ｄｅｇ／秒］、Ｔ秒間移動する間の所定の許容最大位置誤差がＰｐ［ｍ］である）を満たし、前記Ｘ軸角速度センサーは、前記第１の角速度信号のバイアス誤差Ｂｘ［ｄｅｇ／秒］が、Ｂｚ＜Ｂｘ、を満たし、前記Ｙ軸角速度センサーは、前記第２の角速度信号のバイアス誤差Ｂｙ［ｄｅｇ／秒］が、Ｂｚ＜Ｂｙ、を満たす、慣性計測装置である。

第１の発明によれば、Ｚ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｚは、Ｘ軸角速度センサーのバイアス誤差ＢｘおよびＹ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｙに対して小さいので、ヨー角となるＺ軸回りの角速度が、ロール角となるＸ軸回りの角速度およびピッチ角となるＹ軸回りの角速度より高い精度で得られることになる。Ｚ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｚは、移動体が、衛星測位用受信機による測位結果の出力間隔であるＴ秒移動する間の位置誤差を、所定の許容最大位置誤差Ｐｐ以下とする値である。従って、衛星測位用受信機と組み合わせた測位システムとして移動体に装備されたときに、衛星測位用受信機の測位結果の出力間隔であるＴ秒間の位置誤差が所定の許容最大位置誤差以下とするような、慣性航法の精度を確保できる。

第２の発明は、第１の発明において、Ｂｚ＜０．５×Ｂｘ、且つ、Ｂｚ＜０．５×Ｂｙ、を満たす慣性計測装置である。

第２の発明によれば、Ｚ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｚを、Ｘ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｘ、Ｙ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｙ、それぞれの０．５倍以下とすることができる。

第３の発明は、移動体に装備される測位システムに用いられる慣性計測装置であって、前記移動体の前後方向をＸ軸、前記移動体の左右方向をＹ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との直交する方向をＺ軸としたときに、前記Ｘ軸回りの角速度を検出し、第１の角速度信号を出力するＸ軸角速度センサーと、前記Ｙ軸回りの角速度を検出し、第２の角速度信号を出力するＹ軸角速度センサーと、前記Ｚ軸回りの角速度を検出し、第３の角速度信号を出力するＺ軸角速度センサーと、前記Ｘ軸方向の加速度を検出し、第１の加速度信号を出力するＸ軸加速度センサーと、前記Ｙ軸方向の加速度を検出し、第２の加速度信号を出力するＹ軸加速度センサーと、前記Ｚ軸方向の加速度を検出し、第３の加速度信号を出力するＺ軸加速度センサーと、を備え、前記Ｘ軸角速度センサーの前記第１の角速度信号のアラン分散をＢＩＳｘ［ｄｅｇ／時間］とし、前記Ｙ軸角速度センサーの前記第２の角速度信号のアラン分散ＢＩＳｙを［ｄｅｇ／時間］とし、前記Ｚ軸角速度センサーの前記第３の角速度信号のアラン分散をＢＩＳｚ［ｄｅｇ／時間］としたとき、ＢＩＳｚ＜０．５×ＢＩＳｘ、且つ、ＢＩＳｚ＜０．５×ＢＩＳｙ、を満たす、慣性計測装置である。

第３の発明によれば、Ｚ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｚは、Ｘ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｘ、Ｙ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｙに対して小さいので、ヨー角の測定値が、ロール角、ピッチ角より高い精度で得られることになる。また、Ｚ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｚを、Ｘ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｘ、Ｙ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｙ、それぞれの０．５倍未満とすることができる。

第４の発明は、第３の発明において、ＢＩＳｘ＞５、ＢＩＳｙ＞５、且つ、ＢＩＳｚ＜２．５、を満たす慣性計測装置である。

第４の発明によれば、Ｚ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｚを、２．５［ｄｅｇ／時間］未満とし、Ｘ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｘ、Ｙ軸角速度センサーのアラン分散ＢＩＳｙを、５［ｄｅｇ／時間］超、とすることができる。

第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、Ｂｘ＞１１４０［ｄｅｇ／時間］、Ｂｙ＞１１４０［ｄｅｇ／時間］、且つ、Ｂｚ＜５７０［ｄｅｇ／時間］、を満たす慣性計測装置である。

第５の発明によれば、Ｚ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｚを、５７０［ｄｅｇ／時間］未満とし、Ｘ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｘ、及びＹ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｙを、１１４０［ｄｅｇ／時間］超、とすることができる。

第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記Ｘ軸角速度センサーは、Ｎｇｘ［個］のセンサー素子を有して構成され、前記Ｙ軸角速度センサーは、Ｎｇｙ［個］のセンサー素子を有して構成され、前記Ｚ軸角速度センサーは、Ｎｇｚ［個］のセンサー素子を有して構成され、Ｎｇｚ＞Ｎｇｘ、且つ、Ｎｇｚ＞Ｎｇｙ、を満たす慣性計測装置である。

第６の発明によれば、Ｚ軸角速度センサーを、Ｘ軸角速度センサーおよびＹ軸角速度センサーより多い個数のセンサー素子で構成することで、Ｚ軸角速度センサーのバイアス誤差ＢｚがＸ軸角速度センサーおよびＹ軸角速度センサーのバイアス誤差Ｂｘ，Ｂｙに対して、小さくなるように構成することができる。

第７の発明は、第６の発明において、Ｎｇｚ≧２、を満たす慣性計測装置である。

第７の発明によれば、Ｚ軸角速度センサーを、２［個］以上のセンサー素子を有するように構成することができる。

Ｚ軸角速度センサーの構成としては、例えば第８の発明を採用することができる。すなわち、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、水晶の電気軸、機械軸、及び光学軸からなる直交座標系において、前記Ｚ軸角速度センサーは、前記電気軸と前記機械軸とで規定される平面に沿った主面を有する基部と、前記基部から、一方が前記機械軸のプラス方向へ延出され、他方が前記機械軸のマイナス方向へ延出された１対の検出用振動腕と、前記基部から、一方が前記電気軸のプラス方向へ延出され、他方が前記電気軸のマイナス方向へ延出された１対の連結腕と、前記各連結腕から、一方が前記機械軸のプラス方向へ延出され、他方が前記機械軸のマイナス方向へ延出された各１対の駆動用振動腕と、前記基部から延出される少なくとも２本の梁と、前記各梁の先端部に接続される支持部と、を含み、各前記梁の１つである水晶からなる第１の梁が、前記電気軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記連結腕と、前記機械軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、前記第１の梁は、前記基部から前記電気軸のプラス方向に延出する第１延出部と、前記第１延出部から前記機械軸のプラス方向に延出する第２延出部と、前記第２延出部から前記電気軸のマイナス方向に延出する第３延出部と、を含む、慣性計測装置である。

第９の発明は、第８の発明において、前記Ｘ軸角速度センサーおよび前記Ｙ軸角速度センサーは、Ｓｉ−ＭＥＭＳ型角速度センサーであり、前記Ｘ軸加速度センサー、前記Ｙ軸加速度センサーおよび前記Ｚ軸加速度センサーは、Ｓｉ−ＭＥＭＳ型加速度センサーである、慣性計測装置である。

第９の発明によれば、Ｘ軸角速度センサーおよびＹ軸角速度センサーを、Ｓｉ−ＭＥＭＳ型角速度センサーとし、Ｘ軸加速度センサー、Ｙ軸加速度センサーおよびＺ軸加速度センサーを、Ｓｉ−ＭＥＭＳ型加速度センサーとすることで、Ｚ軸角速度センサーと比較して低コストに構成することが可能である。

第１０の発明は、第９の発明において、前記Ｘ軸角速度センサー、前記Ｙ軸角速度センサー、前記Ｘ軸加速度センサー、前記Ｙ軸加速度センサーおよび前記Ｚ軸加速度センサーを収容する容器、を更に備えた慣性計測装置である。

第１０の発明によれば、Ｘ軸角速度センサー、Ｙ軸角速度センサー、Ｘ軸加速度センサー、Ｙ軸加速度センサーおよびＺ軸加速度センサーを、容器に収容してパッケージ化することが可能となる。

第１１の発明は、第１乃至第１０の発明の何れかにおいて、前記第１の角速度信号および前記第１の加速度信号は、前記移動体のロール角の算出基準信号となり、前記第２の角速度信号および前記第２の加速度信号は、前記移動体のピッチ角の算出基準信号となる、慣性計測装置である。

第１１の発明によれば、Ｘ軸角速度センサーおよびＹ軸角速度センサー単独で測定されるロール角およびピッチ角は、ヨー角に比較して低い精度であるが、Ｘ軸加速度センサーおよびＹ軸加速度センサーの加速度信号を基準信号とすることで、これらの基準信号を用いない場合に比べて高い精度でロール角およびピッチ角を得ることが可能となる。

第１２の発明は、第１乃至第１１の発明の何れかの慣性計測装置と、前記慣性計測装置の出力信号に基づいて、加速、制動および操舵のうちの少なくとも１つを制御する制御部と、を具備し、自動運転の実施或いは不実施を、前記慣性計測装置の出力信号に基づいて切り替える、移動体である。

第１２の発明によれば、移動体の自動運転を高品質に行うことが可能となる。

第１３の発明は、開口部を有するケースと、前記ケース内に収容された第１乃至第１１の発明の何れかの慣性計測装置と、前記ケース内に収容され、前記慣性計測装置の出力信号を処理する処理部と、表示画面を前記開口部に向けて前記ケースに収容された表示部と、前記開口部を塞ぐ透光性カバーと、を備えた携帯型電子機器である。

第１３の発明によれば、慣性航法を利用した携帯型電子機器を実現できる。

第１４の発明は、第１乃至第１１の発明の何れかの慣性計測装置と、前記慣性計測装置の出力信号に基づいて所定の制御を行う制御部と、を備えた電子機器である。

第１４の発明によれば、慣性航法を利用した電子機器を実現できる。

第１５の発明は、第１乃至第１１の発明の何れかの慣性計測装置と、前記慣性計測装置の出力信号に基づいて姿勢制御を行う姿勢制御部と、を備えた移動体である。

第１５の発明によれば、移動体の姿勢制御を高品質に行うことが可能となる。

第１実施形態の測位システムの機能ブロック図。 第１実施形態のセンサー座標系の説明図。 第１実施形態の位置誤差の説明図。 第１実施形態の慣性航法演算による位置の算出の説明図。 第１実施形態の経過時間とヨー角の誤差との関係の一例。 第１実施形態の経過時間と位置誤差との関係の一例。 第１実施形態のアラン分散の一例。 第１実施形態の経過時間とヨー角の誤差との関係の一例。 第１実施形態の経過時間と位置誤差との関係の一例。 第２実施形態のセンサーユニットの斜視図。 第２実施形態のセンサーユニットの斜視図。 第２実施形態のセンサーユニットの分解斜視図。 第２実施形態の回路基板の斜視図。 第３実施形態の水晶ジャイロセンサー素子の模式平面図。 第４実施形態のジャイロセンサーの斜視図。 第４実施形態のジャイロセンサーの断面図。 第４の実施形態のジャイロセンサーの斜視図。 第５実施形態の物理量センサーの模式平面図。 第６実施形態の物理量検出装置の模式図。 第６実施形態の物理量検出装置の斜視図。 第６実施形態の物理量検出装置の斜視図。 第７実施形態のジャイロセンサー素子の模式平面図。 第８実施形態の物理量センサーの模式平面図。 第９実施形態の物理量センサーの模式平面図。 第１０実施形態の物理量センサーの概略平面図。 第１０実施形態の物理量センサーの概略断面図。 第１１実施形態の移動体測位装置の全体システムを示すブロック図。 第１１実施形態の移動体測位装置の作用を示す図。 第１２実施形態の電子機器の斜視図。 第１３実施形態の電子機器の斜視図。 第１４実施形態の携帯型電子機器の平面図。 第１４実施形態の携帯型電子機器の概略構成を示すブロック図。 第１５実施形態の移動体の斜視図。 第１６実施形態のシステムのブロック図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

［第１実施形態］
＜システム構成＞
図１は、第１実施形態の測位システム１０００の構成を示すブロック図である。測位システム１０００は、移動体に装備して用いられ、当該移動体の位置を計測する。移動体としては、自転車、バイク、トラックやバスを含む四輪自動車、トラクター等の農業機械、ブルドーザーやショベルカー等の移動可能な建設機械、などの概水平面である地面を移動する車両であれば何れでも良く、特に限定されない。図１に示すように、測位システム１０００は、衛星測位用受信機であるＧＰＳ（Global Positioning System）モジュール１００２と、慣性計測装置であるＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）１００と、演算部１００４とを備える。

ＧＰＳモジュール１００２は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ衛星信号を受信し、受信したＧＰＳ衛星信号に基づき、日時や、緯度経度で表される位置、速度、姿勢を含むＧＰＳ測位情報を計測する。なお、衛星測位用受信機はＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の受信機であればよく、ＧＰＳではなく、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）やＧＡＬＩＬＥＯ、Ｂｅｉｄｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）等の他の衛星測位システムを利用した衛星測位用受信機としても良い。

ＩＭＵ１００は、角速度センサー１１０、及び、加速度センサー１２０を有するセンサーユニットである。

角速度センサー１１０は、ＩＭＵ１００に対応付けられた３次元直交座標系であるセンサー座標系における角速度を計測するセンサーであり、ジャイロセンサーとも呼ばれる。角速度センサー１１０は、Ｘ軸回りの角速度を検出し、第１の角速度信号として出力するＸ軸角速度センサー１１２と、Ｙ軸回りの角速度を検出し、第２の角速度信号として出力するＹ軸角速度センサー１１４と、Ｚ軸回りの角速度を検出し、第３の角速度信号として出力するＺ軸角速度センサー１１６と、を有する。

加速度センサー１２０は、角速度センサー１１０と同じ、ＩＭＵ１００に対応付けられた３次元直交座標系であるセンサー座標系における加速度を計測する。加速度センサー１２０は、Ｘ軸方向の加速度を検出し、第１の加速度信号として出力するＸ軸加速度センサー１２２と、Ｙ軸方向の加速度を検出し、第２の加速度信号として出力するＹ軸加速度センサー１２４と、Ｚ軸方向の加速度を検出し、第３の加速度信号として出力するＺ軸加速度センサー１２６と、を有する。

演算部１００４は、ＧＰＳモジュール１００２、及び、ＩＭＵ１００による計測データを用いて、当該測位システム１０００の位置を算出する。例えば、ＩＭＵ１００の計測データを用いた慣性航法演算を行って、測位システム１０００の位置を算出する。そして、ＧＰＳモジュール１００２からＧＰＳ測位情報が出力されると、このＧＰＳ測位情報を用いて、慣性航法演算によって算出した位置を補正する。これは、ＧＰＳモジュール１００２による測位情報は、ＩＭＵ１００の計測データを用いた慣性航法演算による位置に比較して高精度であるが、ＩＭＵ１００の計測データの出力間隔と比較して、ＧＰＳ測位情報の出力間隔（測位間隔）が長いためである。例えば、ＩＭＵ１００は１０ミリ秒毎に計測データを出力し、ＧＰＳモジュール１００２は１秒毎にＧＰＳ測位情報を出力する。

＜センサー座標系＞
測位システム１０００は、ＩＭＵ１００に対応付けられた３次元直交座標系であるセンサー座標系が移動体の方向に対して所定関係を満たすように、当該移動体に固定して装備される。図２は、センサー座標系と移動体１１００の移動方向との関係を説明する図である。図２では、測位システム１０００が、移動体１１００の一例である四輪自動車に装備される例を示している。センサー座標系のＸ軸は、移動体１１００の前後方向とし、前方向（直進方向）をＸ軸正方向とする。また、センサー座標系のＹ軸は、移動体１１００の左右方向とし、右方向をＹ軸正方向とする。そして、センサー座標系のＺ軸は、Ｘ軸及びＹ軸との直交方向とし、移動体１１００の下方向をＺ軸正方向とする。

第１実施形態では、移動体１１００は概水平面を移動するため、ＸＹ平面が移動体の移動面となり、Ｚ軸正方向は、重力方向に一致するとみなせる。そして、移動体１１００の姿勢は、Ｘ軸回りのロール（Ｒｏｌｌ）角、Ｙ軸回りのピッチ（Ｐｉｔｃｈ）角、Ｚ軸回りのヨー（Ｙａｗ）角、で表現される。また、移動体１１００は概水平面を移動するので、姿勢であるロール角は移動体１１００の左右方向の傾きに相当し、ピッチ角は移動体１１００の前後方向の傾き、ヨー角は移動体１１００の移動方向の転換或いは方位、に相当する。

＜角速度センサー＞
第１実施形態の特徴として、角速度センサー１１０は、バイアス誤差（静止時出力誤差）Ｂ、及び、バイアス安定性を表すアラン分散ＢＩＳが、次の特性を有するように構成されている。つまり、Ｚ軸角速度センサー１１６は、Ｘ軸角速度センサー１１２及びＹ軸角速度センサー１１４に比較して“高精度”に構成される。

（Ａ）バイアス誤差
Ｘ軸角速度センサー１１２、Ｙ軸角速度センサー１１４、及び、Ｚ軸角速度センサー１１６は、Ｘ軸角速度センサー１１２の出力信号のバイアス誤差をＢｘ［ｄｅｇ／秒］、Ｙ軸角速度センサー１１４の出力信号のバイアス誤差をＢｙ［ｄｅｇ／秒］、Ｚ軸角速度センサー１１６の出力信号のバイアス誤差をＢｚ［ｄｅｇ／秒］、としたとき、これらのバイアス誤差Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚが、次式（１ａ）〜（１ｃ）を満たすように構成されている。
Ｐ≦（Ｖ／Ｂｚ）×（１−ｃｏｓ（Ｂｚ×Ｔ）） …（１ａ）
Ｂｚ＜Ｂｘ …（１ｂ）
Ｂｚ＜Ｂｙ …（１ｃ）
式（１ａ）において、「Ｔ」は、ＧＰＳモジュール１００２の測位間隔［秒］であり、ＧＰＳモジュール１００２から演算部１００４へ測位結果が出力される間隔である。「Ｐ」は、移動体１１００が、移動速度Ｖ［ｍ／秒］でＴ秒間移動する間の、角速度センサー１１０の出力信号のバイアス誤差Ｂに起因する位置誤差［ｍ］である。

図３は、位置誤差Ｐを説明する図である。図３は、移動体１１００を上方から俯瞰した図、つまり、センサー座標系におけるＸＹ平面図を示している。実際の移動方向を本来の移動方向として、実線で示している。移動体１１００の前方方向がＸ軸正方向であるため、実際の移動方向もＸ軸正方向である。時刻ｔ_１における移動体１１００の位置Ｍ１が既知であるとして、ＩＭＵ１００の計測データを用いた慣性航法演算によって算出される位置であって、時刻ｔ_２における移動体１１００の位置を「Ｍ２」とする。この位置Ｍ２と本来の進行方向との間の距離が、移動体１１００が時刻ｔ_１から時刻ｔ_２まで移動する間に、角速度センサー１１０の出力信号のバイアス誤差Ｂに起因して生じる位置誤差Ｐである。

ＩＭＵ１００の計測データに基づく慣性航法演算で算出される位置は、本来の移動方向に対してずれが生じるが、この位置のずれは、ＩＭＵ１００の計測データに基づく姿勢の誤差によって生じる。具体的には、第１実施形態では、移動体１１００は概水平面を移動するので、姿勢であるヨー角の誤差によって生じる。

慣性航法演算において、姿勢は、角速度センサー１１０の出力信号である角速度を時間積分することで算出される。すなわち、Ｘ軸角速度センサー１１２の出力信号を時間積分することでＸ軸回りであるロール（Ｒｏｌｌ）角が算出され、Ｙ軸角速度センサー１１４の出力信号を時間積分することでＹ軸回りであるピッチ（Ｐｉｔｃｈ）角が算出され、Ｚ軸角速度センサー１１６の出力信号を時間積分することでＺ軸回りであるヨー（Ｙａｗ）角が算出される。しかし、角速度センサー１１０の出力信号はバイアス誤差Ｂを含むため、算出される姿勢にも誤差が含まれることになる。また、角速度センサー１１０の出力信号を時間積分することから、時間経過とともに、算出される姿勢に含まれる誤差が増大してゆくことになる。

一方で、姿勢は、加速度センサー１２０の出力信号からも算出することができる。具体的には、加速度センサー１２０は、常時、重力加速度Ｇを検出している。すなわち、Ｘ軸加速度センサー１２２は重力加速度のＸ軸方向成分を検出し、Ｙ軸加速度センサー１２４は重力加速度ＧのＹ軸方向成分を検出し、Ｚ軸加速度センサー１２６は重力加速度ＧのＺ軸方向成分を検出している。このため、静止状態における加速度センサー１２０の各軸の出力信号に基づく各軸の重力加速度成分を合成することで、センサー座標系に対する重力加速度Ｇの方向、つまり、現実空間におけるセンサー座標系の姿勢である移動体１１００の姿勢を算出することができる。

また、加速度センサー１２０の出力信号にもバイアス誤差が含まれるため、加速度センサー１２０の出力信号から算出される姿勢にも誤差が含まれる。しかし、加速度センサー１２０の出力信号から算出される姿勢に含まれる誤差は、時間経過に伴って増大するような誤差ではなく、経時的には安定した誤差である。従って、加速度センサー１２０の出力信号から算出した姿勢を補完的に利用することで、角速度センサー１１０の出力信号のバイアス誤差Ｂに関わらず、経時的に安定した精度の姿勢の算出が可能である。

しかし、第１実施形態のように、概水平面を移動する移動体１１００の場合、センサー座標系のＺ軸は、重力加速度方向に概一致した方向となる。このため、移動体１１００のヨー角が変化しても、重力加速度ＧのＺ軸方向成分は殆ど変化しない。従って、ヨー角については、加速度センサー１２０の出力信号による補完はほぼ不可能或いは極めて困難である。

図３に示したように、移動体１１００が概水平面を移動する場合、ＩＭＵ１００の計測データを用いた慣性航法演算で算出される位置のずれは、姿勢であるヨー角の誤差によって生じる。ヨー角は、Ｚ軸角速度センサー１１６の出力信号から算出されるが、Ｚ軸角速度センサー１１６の出力信号のバイアス誤差Ｂｚが積算されることで、ヨー角の誤差が時間経過とともに増大してゆく。

図４は、慣性航法演算による位置の算出を説明する図である。移動体１１００は、概水平面を移動速度Ｖ［ｍ／秒］で直線移動しているとする。また、Ｚ軸角速度センサー１１６のバイアス誤差をＢｚ［ｄｅｇ／秒］とする。時刻ｔ_１における移動体１１００の位置Ｍ１が既知であるとして、ＩＭＵ１００の計測データを用いた慣性航法演算によって移動体１１００の位置を算出すると、時間経過につれて姿勢であるヨー角の誤差が増加してゆくため、その位置の軌跡は、直線方向である本来の移動方向に対して徐々に離れるような軌跡を描く。

慣性航法演算では、所定の微少時間Δｔ毎に、Ｚ軸角速度センサー１１６の出力信号からヨー角を求め、求めたヨー角の方向に移動速度Ｖで移動したとして、次の時刻ｔの位置を算出する、ことを繰り返す。微少時間Δｔ［秒］の間に生じるヨー角の誤差Δθ［ｄｅｇ］は、次式（２）となる。
Δθ＝Ｂｚ×Δｔ …（２）
そして、微少時間Δｔ［秒］の間に生じる位置誤差Δｐ［ｍ］は、次式（３）となる。
Δｐ＝Ｖ×Ｔ×ｓｉｎΔθ …（３）

この位置誤差Δｐを、時刻ｔ_１から、Ｔ秒後の時刻ｔ_２（＝ｔ_１＋Ｔ）まで時間積分することで、移動速度Ｖ［ｍ／秒］で、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までのＴ秒間に移動した場合に生じる位置誤差Ｐ［ｍ］が、次式（４）のように求められる。
Ｐ＝（Ｖ／Ｂｚ）×（１−ｃｏｓ（Ｂｚ×Ｔ）） …（４）

上述のように、ＧＰＳモジュール１００２から測位間隔Ｔ毎に出力される高精度のＧＰＳ測位情報を用いて、慣性航法演算で算出した位置を修正することができる。そのため、少なくとも、測位間隔Ｔの間に生じる位置誤差Ｐが、所定の許容最大位置誤差Ｐｐ以下となればよい。許容最大位置誤差Ｐｐをどの程度とするかは、移動体１１００の使用目的等によって決まる。従って、式（４）によって算出される位置誤差Ｐが所定の許容最大位置誤差Ｐｐ以下となることを表す式（１ａ）が、Ｚ軸角速度センサー１１６のバイアス誤差Ｂｚが満たすべき条件式となる。

また、Ｘ軸角速度センサー１１２のバイアス誤差Ｂｘ、及び、Ｙ軸角速度センサー１１４のバイアス誤差Ｂｙについては、上述のように、加速度センサー１２０の出力信号によって補完することができるので、Ｚ軸角速度センサー１１６のバイアス誤差Ｂｚより低い精度であって良い。但し、水平状態にある移動体１１００が横転したと検出されてしまうほどの低い精度は望ましくないので、Ｘ軸角速度センサー１１２のバイアス誤差Ｂｘ、及び、Ｙ軸角速度センサー１１４のバイアス誤差Ｂｙは、次式（５ａ），（５ｂ）を満たすことを条件とする。
Ｔ×Ｂｘ＜９０［度］ ・・（５ａ）
Ｔ×Ｂｙ＜９０［度］ ・・（５ｂ）

続いて、角速度センサー１１０のバイアス誤差Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの具体例を考察する。具体的には、移動体として、自動運転制御される農業機械や移動可能な建設機械、運搬作業車を想定する。近年、農業機械や建設機械などにおける自動運転制御の実現のため、これに装備する測位システム１０００の計測位置にセンチメートル・オーダーの精度が求められている。つまり、田植え機等の農業機械や、ショベルカー等の建設機械、フォークリフト等の運搬作業車などを自動運転制御する場合、移動速度は時速１５ｋｍ程度以下の低速であるが、その使用目的から、位置の精度が非常に重要である。この位置精度の要求に応えるために必要な角速度センサー１１０のバイアス誤差Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚを求めてみる。すなわち、移動体１１００の移動速度Ｖが、農業機械や建設機械、運搬作業車の一般的な移動速度である１５［ｋｍ／ｈ］であるとして、姿勢であるヨー角の誤差と、このヨー角の誤差によって生じる位置誤差と、を算出した。算出にあたり、バイアス誤差Ｂｚが、それぞれ、０［ｄｅｇ／時間］、３６０［ｄｅｇ／時間］、５７０［ｄｅｇ／時間］、７６０［ｄｅｇ／時間］、８９０［ｄｅｇ／時間］、１０１０［ｄｅｇ／時間］、１１４０［ｄｅｇ／時間］、である７種類のＺ軸角速度センサー１１６を想定した。

図５は、経過時間と、姿勢であるヨー角の誤差との関係を示すグラフであり、図６は、経過時間と、位置誤差との関係を示すグラフである。位置誤差は、バイアス誤差Ｂｚ、及び、移動速度Ｖ、から、式（４）に従って求められる。図５に示すように、ヨー角は、Ｚ軸角速度センサー１１６の出力信号を時間積分して求められるので、ヨー角の誤差は、経過時間に比例して増加している。また、経過時間が同じであっても、バイアス誤差Ｂｚが大きいほど、ヨー角の誤差も大きくなる。従って、図６に示すように、位置誤差も、経過時間の増加に伴って大きくなる、また、経過時間が同じであっても、バイアス誤差Ｂｚが大きいほど、ヨー角の誤差が大きくなるので、位置誤差も大きくなる。

一般的に、ＧＰＳモジュール１００２の測位間隔Ｔは、１［秒］である。この測位間隔Ｔの間は、ＧＰＳ測位情報が出力されない時間間隔であり、ＧＰＳ測位情報に基づく位置の補正が行えない期間に相当する。位置精度がセンチメートル・オーダーの精度を満たすためには、この測位間隔Ｔの間の位置誤差を１０ｃｍ以下とする必要がある。従って、図６によれば、経過時間がＧＰＳモジュール１００２の測位間隔Ｔである１［秒］の時点における位置誤差が１００ｍｍ（＝１０ｃｍ）以下とするには、Ｚ軸角速度センサー１１６のバイアス誤差Ｂｚは、５７０［ｄｅｇ／時間］以下である必要がある。

そして、Ｘ軸角速度センサー１１２のバイアス誤差Ｂｘ、及び、Ｙ軸角速度センサー１１４のバイアス誤差Ｂｙは、これより大きい１１４０［ｄｅｇ／時間］を超えていても問題ない。つまり、Ｚ軸角速度センサー１１６のバイアス誤差Ｂｚは、Ｘ軸角速度センサー１１２のバイアス誤差Ｂｘ、及び、Ｙ軸角速度センサー１１４のバイアス誤差Ｂｙより小さい必要がある。具体的には、次式（６ａ）〜（６ｃ）を満たすようにすれば良い。
Ｂｘ＞１１４０［ｄｅｇ／時間］ …（６ａ）
Ｂｙ＞１１４０［ｄｅｇ／時間］ …（６ｂ）
Ｂｚ＜５７０［ｄｅｇ／時間］ …（６ｃ）

これによれば、次式（７ａ），（７ｂ）に示すように、バイアス誤差Ｂｚは、バイアス誤差Ｂｘ，Ｂｙの５０％以下（０．５≒５７０／１１４０）であることが望ましいといえる。
Ｂｚ＜０．５×Ｂｘ …（７ａ）
Ｂｚ＜０．５×Ｂｙ …（７ｂ）

（Ｂ）バイアス安定性（アラン分散）
次に、測位システム１０００を装備する移動体を、例えば、自動運転制御される農業機械や建設機械等であるとする。農業機械や建設機械は、周囲の建物や森林等によるマルチパス等に起因してＧＰＳ衛星信号を受信できない環境で利用されることが想定される。このような環境であっても、要求される計測位置の長期安定性に係る精度を確保できることを、以下に説明する。

具体的には、Ｘ軸角速度センサー１１２、Ｙ軸角速度センサー１１４、及び、Ｚ軸角速度センサー１１６は、Ｘ軸角速度センサー１１２の出力信号のアラン分散をＢＩＳｘ［ｄｅｇ／時間］、Ｙ軸角速度センサー１１４の出力信号のアラン分散をＢＩＳｙ［ｄｅｇ／時間］、Ｚ軸角速度センサー１１６の出力信号のアラン分散をＢＩＳｚ［ｄｅｇ／時間］、としたとき、これらのアラン分散ＢＩＳｘ、ＢＩＳｙ、ＢＩＳｚが、次式（８ａ），（８ｂ）を満たすように構成されている。
ＢＩＳｚ＜０．５×ＢＩＳｘ …（８ａ）
ＢＩＳｚ＜０．５×ＢＩＳｙ …（８ｂ）

バイアス安定性を決定する１／ｆノイズ（ゆらぎ）は、カルマンフィルター等のバイアス誤差Ｂの推定手段においてモデル化されない、つまり、除去されないため、長期間に亘るバイアス誤差の積算による姿勢の誤差の増大の要因となる。

図７は、アラン分散曲線の一例であり、特性が異なる３種類の角速度センサーを例示している。一般的に、アラン分散σは、時定数（平均化時間）τの増加に伴って減少したのち、一定値に収束するような曲線を描く。この一定値を、第１実施形態のバイアス安定性を表すアラン分散ＢＩＳとする。図７の例では、アラン分散ＢＩＳが、それぞれ、２．５［ｄｅｇ／時間］，５［ｄｅｇ／時間］，１０［ｄｅｇ／時間］、である３種類の角速度センサーについて例示している。

続いて、角速度センサー１１０のアラン分散ＢＩＳｘ，ＢＩＳｙ，ＢＩＳｚの具体例を考察する。上述のバイアス誤差Ｂｚの具体例の考察と同様に、移動体として、自動運転制御される農業機械や建設機械、運搬作業車を想定する。そして、移動体の移動速度Ｖを、農業機械や建設機械、運搬作業車が自動運転で作業を実施する際の高めの速度である１５［ｋｍ／ｈ］として、姿勢であるヨー角の誤差と、位置誤差と、を算出した。算出にあたり、アラン分散ＢＩＳｚが、２．５［ｄｅｇ／時間］、５［ｄｅｇ／時間］、１０［ｄｅｇ／時間］、である３種類のＺ軸角速度センサー１１６を想定した。

図８は、経過時間と、姿勢であるヨー角の誤差との関係を示すグラフであり、図９は、経過時間と、位置誤差との関係を示すグラフである。図８に示すように、ヨー角の誤差は、経過時間の増加に伴って増加している。また、経過時間が同じであっても、アラン分散ＢＩＳｚが大きいほど、ヨー角の誤差も大きくなる。従って、図９に示すように、位置誤差も、経過時間の増加に伴って大きくなる、また、経過時間が同じであっても、アラン分散ＢＩＳｚが大きいほど、位置誤差も大きくなる。

アラン分散による位置誤差は、比較的長期間に亘り、角速度センサー１１０のバイアス誤差Ｂが積算されるような場合に問題となる。想定する農業機械や建設機械には、周囲の建物や森林等によるマルチパス等に起因したＧＰＳ衛星信号を受信できない或いは受信信号が弱信号となる環境で利用されること、作業運搬車はＧＰＳ衛星信号を受信できない屋内で利用されること、が想定される。そこで、ＧＰＳ衛星信号が３０秒間受信されない場合に、自動運転として誤差が過大に過ぎると判断され得る１５［ｃｍ］程度の位置誤差を担保することを考えてみる。

図９によれば、経過時間が３０秒の時点における位置誤差が１５ｃｍ（＝１５０ｍｍ）以下とするには、Ｚ軸角速度センサー１１６のアラン分散ＢＩＳｚは、２．５［ｄｅｇ／時間］である必要がある。そして、Ｘ軸角速度センサー１１２のアラン分散ＢＩＳｘ、及び、Ｙ軸角速度センサー１１４のアラン分散ＢＩＳｙは、これより大きい５［ｄｅｇ／時間］以上であっても問題ない。つまり、Ｚ軸角速度センサー１１６のアラン分散ＢＩＳｚは、Ｘ軸角速度センサー１１２のアラン分散ＢＩＳｘ、及び、Ｙ軸角速度センサー１１４のＢＩＳｙより小さい必要がある。具体的には、次式（９ａ）〜（９ｃ）を満たすようにすれば良い。
ＢＩＳｘ≧５［ｄｅｇ／時間］ …（９ａ）
ＢＩＳｙ≧５［ｄｅｇ／時間］ …（９ｂ）
ＢＩＳｚ≦２．５［ｄｅｇ／時間］ …（９ｃ）

これによれば、上式（８ａ），（８ｂ）に示したように、アラン分散ＢＩＳｚは、アラン分散ＢＩＳｘ，ＢＩＳｙの５０％（０．５＝２．５／５）以下であることが望ましいといえる。

＜作用効果＞
このように、第１実施形態において、Ｚ軸角速度センサー１１６は、バイアス誤差Ｂ及びアラン分散ＢＩＳが、Ｘ軸角速度センサー１１２及びＹ軸角速度センサー１１４よりも小さく構成されている。つまり、Ｚ軸角速度センサー１１６は、Ｘ軸角速度センサー１１２及びＹ軸角速度センサー１１４より“高精度”に構成されている。

具体的には、Ｚ軸角速度センサー１１６は、バイアス誤差Ｂｚが、Ｘ軸角速度センサー１１２、Ｙ軸角速度センサー１１４のバイアス誤差Ｂｘ，Ｂｙよりも小さく、且つ、測位システム１０００を装着した移動体がＧＰＳモジュール１００２の測位間隔であるＴ［秒］移動する間の位置誤差を、所定の許容最大位置誤差Ｐｐ以下とする値である。これにより、測位システム１０００による位置誤差を、許容最大位置誤差Ｐｐ以下とすることができる。また、Ｚ軸角速度センサー１１６のアラン分散ＢＩＳｚは、Ｘ軸角速度センサー１１２、Ｙ軸角速度センサー１１４のアラン分散ＢＩＳｘｚ，ＢＩＳｙよりも小さい。これにより、所定時間の間、ＧＰＳ衛星信号が受信できないことがあっても、測位システム１０００による位置誤差を所定の許容範囲内とすることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態を説明する。以降では、第１実施形態との差異について主に述べることとし、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第２実施形態は、第１実施形態におけるＩＭＵ１００であるセンサーユニットの実施形態である。

＜センサーユニットの概要＞
図１０は、第２実施形態に係るセンサーユニット１６０の被装着面１９への固定状態を説明するための斜視図である。また図１１は、センサーユニット１６０の概要を図１０の被装着面１９側からみた斜視図である。まず、第２実施形態に係るセンサーユニット１６０の概要について説明する。

図１０，図１１において、センサーユニット１６０は、移動体としての自動車や、ロボットなどの運動体（被装着装置）の姿勢や、挙動（慣性運動量）を検出する慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）である。センサーユニット１６０は、複数の慣性センサーを備えており、例えば、互いに直交する３軸の各軸の方向に作用する加速度を検出する３軸の加速度センサー１２０と、各軸回りに作用する角速度を検出する３軸の角速度センサー１１０と、を備えている。

センサーユニット１６０は、平面形状が四角形状の直方体であり、四角形の対角方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、固定部としてのネジ穴２が形成されている。この２ヶ所のネジ穴２に、２本のネジ５を通して、自動車などの被装着体（装置）の被装着面１９に、センサーユニット１６０を固定した状態で使用する。なお、上記の形状は一例であり、部品の選定や設計変更により、例えば、各種ウェアラブル電子機器、スマートフォン、デジタルカメラ、等に搭載可能なサイズに小型化することも可能である。

図１１に示すように、センサーユニット１６０の被装着面側からみた表面には、開口部４が形成されている。開口部４の内部（内側）には、プラグ型（オス）のコネクター１０が配置されている。コネクター１０は、複数のピンが並んで配置されている。コネクター１０には、被装着装置からソケット型（メス）のコネクター（図示せず）が接続されて、センサーユニット１６０への電力供給やセンサーユニット１６０が検出した検出データの出力などの電気信号の送受信が、センサーユニット１６０と被装着装置との間で行われる。

＜センサーユニットの構成＞
図１２は、図１１と同じ方向からみて示すセンサーユニット１６０の分解斜視図である。続いて、図１２を主体に、適宜図１０および図１１を交えながらセンサーユニット１６０の構成について詳細に説明する。図１２に示すように、センサーユニット１６０は、アウターケース１、環状の緩衝材６、センサーモジュール７などから構成されている。換言すれば、アウターケース１の内部３に、環状の緩衝材６を介在させて、センサーモジュール７を搭載した構成となっている。センサーモジュール７は、インナーケース８と、回路基板９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１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１の外形は、前述したセンサーユニット１６０の全体形状と同様に、平面形状が四角形状の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれネジ穴２が形成されている。なお、アウターケース１の外形が、平面形状が四角形状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１の外形の平面形状は、例えば６角形や８角形などの多角形であってもよいし、その多角形の頂点部分の角部が面取りされていたり、各辺が曲線状であったり、外形が円形状であってもよい。

＜回路基板の構成＞
図１３は、回路基板９の斜視図である。以下に、複数の慣性センサーが搭載されている回路基板９の構成について説明する。回路基板９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な基板であれば良い。例えば、コンポジット基板や、セラミック基板を用いても良い。回路基板９の表面（インナーケース８側の面）には、コネクター１０、３軸の角速度センサーと３軸の加速度センサーが収納されている多軸の慣性センサー１７と、高精度角速度センサー１８などが実装されている。コネクター１０は、プラグ型（オス）のコネクターであり、複数のピンが等ピッチで配置されている２列の接続端子を備えている。端子数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。

高精度角速度センサー１８は、重力方向である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。センサーユニット１６０が搭載されている移動体において、予め設定された移動体の直進方向をＸ軸、前記移動体の重力方向をＺ軸、前記Ｘ軸と前記Ｚ軸とに直交するＹ軸としたとき、Ｚ軸回りの角速度を検出し、Ｚ軸回りの角速度信号を出力するＺ軸角速度センサーとして機能し、当該Ｚ軸回りの角速度信号に基づいて、センサーユニット１６０は、移動体のＺ軸回りのヨー（ＹＡＷ）角を算出する。

高精度角速度センサー１８の好適な例としては、水晶を材料とし、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共振周波数変化型水晶ジャイロセンサーを用いている。また、高精度角速度センサー１８は、水晶ジャイロセンサーに限定するものではなく、静電容量変化型Ｓｉ（シリコン）−ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）角速度センサーが複数個、マルチ接続されてなるマルチのジャイロセンサーであっても良い。

また、多軸の慣性センサー１７は、Ｘ軸回りの角速度を検出し、第１の角速度信号を出力するＸ軸角速度センサー１１２と、Ｙ軸回りの角速度を検出し、第２の角速度信号を出力するＹ軸角速度センサー１１４と、Ｚ軸回りの角速度を検出し、第３の角速度信号を出力するＺ軸角速度センサー１１６と、Ｘ軸方向での加速度を検出し、第１の加速度信号を出力するＸ軸加速度センサー１２２と、Ｙ軸方向での加速度を検出し、第２の加速度信号を出力するＹ軸加速度センサー１２４と、Ｚ軸方向での加速度を検出し、第３の加速度信号を出力するＺ軸加速度センサー１２６と、を含む。ここで、単独で回路基板９に実装されている高精度角速度センサー１８が、Ｚ軸回りの角速度を検出し、Ｚ軸回りの角速度信号を出力するＺ軸角速度センサー１１６として機能しているので、多軸の慣性センサー１７には、Ｚ軸角速度センサーは、必ずしも搭載されている必要はない。多軸の慣性センサー１７にＺ軸角速度センサーが搭載されている場合は、設計仕様等に応じて、高精度角速度センサー１８と、機能的な役割を適宜分担してもよい。

多軸の慣性センサー１７に搭載されている加速度センサー１２０は、１デバイス（１チップ）で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の加速度を検出（検知）可能な、静電容量変化型Ｓｉ−ＭＥＭＳ加速度センサーを用いている。つまり、多軸の慣性センサー１７に搭載されている加速度センサー１２０は、Ｘ軸方向での加速度を検出し、第１の加速度信号を出力するＸ軸加速度センサー１２２と、Ｙ軸方向での加速度を検出し、第２の加速度信号を出力するＹ軸加速度センサー１２４と、Ｚ軸方向での加速度を検出し、第３の加速度信号を出力するＺ軸加速度センサー１２６と、を含む。

なお、この静電容量変化型Ｓｉ−ＭＥＭＳ加速度センサーに限定するものではなく、加速度が検出可能なセンサーであれば良い。例えば、周波数変化型の水晶加速度センサー、ピエゾ抵抗型加速度センサー、及び熱検知型加速度センサーであっても良いし、または、前述の高精度角速度センサー１８のように、各軸ごとに１つの加速度センサーを設ける構成であっても良い。

回路基板９の裏面（アウターケース１側の面）には、制御ＩＣ１１が実装されている。制御ＩＣ１１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、センサーユニット１６０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、回路基板９には、その他にも複数の電子部品が実装されている。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態を説明する。以降では、第１及び第２実施形態との差異について主に述べることとし、第１及び第２実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第３実施形態は、第２実施形態における高精度角速度センサー１８である水晶ジャイロセンサー素子の実施形態である。

＜高精度角速度センサーの構成＞
第３実施形態の高精度角速度センサー１８において、材料に水晶（ＳｉＯ_２）を採用することにより、水晶の結晶性の高さから優れた高いＱ値を有し、インピーダンス特性や周波数温度特性が広い温度範囲で安定した特性を示すことができる。一般的に、水晶のＱ値は約３０，０００であるのに対して、静電容量型角速度センサー素子を構成するＳｉ−ＭＥＭＳのＱ値は約５，０００であり、水晶のＱ値の６分の一と、極めて低い。水晶のＱ値は、Ｓｉ−ＭＥＭＳのＱ値よりも極めて高いため、水晶で構成された高精度角速度センサー１８においては、Ｓｉ−ＭＥＭＳの駆動電圧よりも低い駆動電圧でも振幅が大きく、ノイズの小さい振動特性が得られるため、Ｓｉ−ＭＥＭＳに比べてＳ／Ｎ比が大きい優れた特性が得られる。

図１４は、第３実施形態の水晶ジャイロセンサー素子２００を示す模式平面図である。水晶ジャイロセンサー素子２００は、圧電材料である水晶を基材（主要部分を構成する材料）として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。そして、水晶ジャイロセンサー素子２００は、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有している。なお、所定の厚みは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。

第３実施形態で述べるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、水晶の結晶軸である電気軸、機械軸および光学軸を示すものであり、前述の第１実施形態において述べているＩＭＵ１００に対応付けられた３次元直交座標系であるセンサー座標系におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とは、意味を異にするものであることを付言しておく。

また、水晶ジャイロセンサー素子２００をなす平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。水晶ジャイロセンサー素子２００は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成されている。なお、水晶ジャイロセンサー素子２００は、１枚の水晶ウエハーから複数個取り出すことが可能である。

図１４に示すように、水晶ジャイロセンサー素子２００は、所謂、ダブルＴ型と呼ばれる構成となっている。水晶ジャイロセンサー素子２００は、中心部分に位置する基部２１０と、基部２１０からＹ軸に沿って、直線状に、一方がＹ軸のプラス方向へ延出され、他方がＹ軸のマイナス方向へ延出された１対の検出用振動腕２１１ａ，２１１ｂとを備える。更に、水晶ジャイロセンサー素子２００は、検出用振動腕２１１ａ，２１１ｂと直交するように、基部２１０からＸ軸に沿って、直線状に、一方がＸ軸のプラス方向へ延出され、他方がＸ軸のマイナス方向へ延出された１対の連結腕２１３ａ，２１３ｂを備える。更に、水晶ジャイロセンサー素子２００は、検出用振動腕２１１ａ，２１１ｂと平行になるように、各連結腕２１３ａ，２１３ｂの先端側からＹ軸に沿って、直線状に、一方がＹ軸のプラス方向へ延出され、他方がＹ軸のマイナス方向へ延出された各１対の駆動用振動腕２１４ａ，２１４ｂ，２１５ａ，２１５ｂを備える。

また、水晶ジャイロセンサー素子２００は、検出用振動腕２１１ａ，２１１ｂに、図示しない検出電極が形成され、駆動用振動腕２１４ａ，２１４ｂ，２１５ａ，２１５ｂに、図示しない駆動電極が形成されている。水晶ジャイロセンサー素子２００は、検出用振動腕２１１ａ，２１１ｂで、角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕２１３ａ，２１３ｂと駆動用振動腕２１４ａ，２１４ｂ，２１５ａ，２１５ｂとで、水晶ジャイロセンサー素子２００を駆動する駆動振動系を構成している。

また、検出用振動腕２１１ａ，２１１ｂのそれぞれの先端部には、重り部２１２ａ，２１２ｂが形成され、駆動用振動腕２１４ａ，２１４ｂ，２１５ａ，２１５ｂのそれぞれの先端部には、重り部２１６ａ，２１６ｂ，２１７ａ，２１７ｂが形成されている。これにより、水晶ジャイロセンサー素子２００は、小型化および角速度の検出感度の向上が図られている。なお、検出用振動腕２１１ａ，２１１ｂには、重り部２１２ａ，２１２ｂが含まれ、駆動用振動腕２１４ａ，２１４ｂ，２１５ａ，２１５ｂには、重り部２１６ａ，２１６ｂ，２１７ａ，２１７ｂが含まれている。

さらに、水晶ジャイロセンサー素子２００は、基部２１０から４本の梁２２０ａ、２２０ｂ，２２１ａ，２２１ｂが延出されている。梁２２０ａは、連結腕２１３ａと検出用振動腕２１１ａとの間の基部２１０の外縁から延出されている。第１の梁としての梁２２０ｂは、Ｘ軸方向において、基部２１０よりプラス側に位置する連結腕２１３ｂと、Ｙ軸方向において、基部２１０よりプラス側に位置する検出用振動腕２１１ａとの間の基部２１０の外縁から延出されている。梁２２１ａは、連結腕２１３ａと検出用振動腕２１１ｂとの間の基部２１０の外縁から延出されている。そして、第２の梁としての梁２２１ｂは、Ｘ軸方向において、基部２１０よりプラス側に位置する連結腕２１３ｂと、Ｙ軸方向において、基部２１０よりマイナス側に位置する検出用振動腕２１１ｂとの間の基部２１０の外縁から延出されている。

梁２２０ｂは、基部２１０からＸ軸に沿って、Ｘ軸のプラス方向に延出する第１延出部２２０ｂ１と、第１延出部２２０ｂ１の先端部からＹ軸に沿って、Ｙ軸のプラス方向に延出する第２延出部２２０ｂ２と、第２延出部２２０ｂ２の先端部からＸ軸に沿って、Ｘ軸のマイナス方向に延出する第３延出部２２０ｂ３とを含む第１折り返し部２２０ｃを有して構成されている。

梁２２１ｂは、基部２１０からＸ軸に沿って、Ｘ軸のプラス方向に延出する第４延出部２２１ｂ１と、第４延出部２２１ｂ１の先端部からＹ軸に沿って、Ｙ軸のマイナス方向に延出する第５延出部２２１ｂ２と、第５延出部２２１ｂ２の先端部からＸ軸に沿って、Ｘ軸のマイナス方向に延出する第６延出部２２１ｂ３とを含む第２折り返し部２２１ｃを有して構成されている。

なお、水晶ジャイロセンサー素子２００の各梁２２０ａ、２２０ｂ，２２１ａ，２２１ｂは、水晶ジャイロセンサー素子２００の重心Ｇに対して回転対称である。具体的には、梁２２０ａと梁２２１ｂとが、水晶ジャイロセンサー素子２００の重心Ｇを回転中心として回転対称形状であり、梁２２１ａと梁２２０ｂとが、水晶ジャイロセンサー素子２００の重心Ｇを回転中心として回転対称形状である。これにより、梁２２０ａには、第２折り返し部２２１ｃと回転対称形状の折り返し部２２０ｄが形成され、梁２２１ａには、第１折り返し部２２０ｃと回転対称形状の折り返し部２２１ｄが形成されている。

梁２２０ａ、２２０ｂの先端部は、Ｙ軸方向において、検出用振動腕２１１ａよりプラス側に位置しＸ軸に沿って延在する支持部２２２に接続され、梁２２１ａ，２１ｂの先端部は、Ｙ軸方向において、検出用振動腕２１１ｂよりマイナス側に位置しＸ軸に沿って延在する支持部２２３に接続されている。なお、支持部２２２と支持部２２３とは、水晶ジャイロセンサー素子２００の重心Ｇを回転中心として、回転対称形状となっていることが、バランス上好ましい。水晶ジャイロセンサー素子２００は、支持部２２２，２２３が後述する支持台などに固定されることにより、支持される。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態を説明する。以降では、第１乃至第３実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第３実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第４実施形態は、第２実施形態における高精度角速度センサー１８である物理量センサーの実施形態である。

図１５，図１６，図１７に示す電子デバイスの一例としてのジャイロセンサー（物理量センサー）３００は、角速度を検出する機能素子としての水晶ジャイロセンサー素子３２と水晶ジャイロセンサー素子３２を支持する支持部を構成する第１支持基材３９ａおよび第２支持基材３９ｂと、水晶ジャイロセンサー素子３２および第１支持基材３９ａと第２支持基材３９ｂとに分割された支持部を一括して収納するパッケージ３５と、を備えている。水晶ジャイロセンサー素子３２は、例えば、第３実施形態における水晶ジャイロセンサー素子２００である。パッケージ３５は、ベース３６およびベース３６に接合されるリッド３７を有している。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態を説明する。以降では、第１乃至第４実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第４実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第５実施形態は、第２実施形態における高精度角速度センサー１８である物理量センサーの実施形態である。

図１８に示す物理量センサー４００は、Ｚ軸回りの角速度ωｚを検出することのできるＳｉ−ＭＥＭＳ型角速度センサー素子である。

図１８に示すように、素子部４０４の形状は、仮想直線αに対して対称である。また、素子部４０４は、仮想直線αの両側に配置された駆動部４１Ａ、４１Ｂを有している。駆動部４１Ａは、歯状の可動駆動電極４１１Ａと、歯状をなし可動駆動電極４１１Ａと噛み合って配置された固定駆動電極４１２Ａと、を有している。同様に、駆動部４１Ｂは、歯状の可動駆動電極４１１Ｂと、歯状をなし可動駆動電極４１１Ｂと噛み合って配置された固定駆動電極４１２Ｂと、を有している。

また、固定駆動電極４１２Ａは、可動駆動電極４１１Ａよりも外側（仮想直線αから遠い側）に位置し、固定駆動電極４１２Ｂは、可動駆動電極４１１Ｂよりも外側（仮想直線αから遠い側）に位置している。また、固定駆動電極４１２Ａ、４１２Ｂは、それぞれ、マウント２２１の上面に接合され、基板４０２に固定されている。また、可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂは、それぞれ、配線７３と電気的に接続されており、固定駆動電極４１２Ａ、４１２Ｂは、それぞれ、配線７４と電気的に接続されている。

また、素子部４０４は、駆動部４１Ａの周囲に配置された４つの固定部４２Ａと、駆動部４１Ｂの周囲に配置された４つの固定部４２Ｂと、を有している。そして、各固定部４２Ａ、４２Ｂは、マウントの上面に接合され、基板４０２に固定されている。

また、素子部４０４は、各固定部４２Ａと可動駆動電極４１１Ａとを連結する４つの駆動バネ４３Ａと、各固定部４２Ｂと可動駆動電極４１１Ｂとを連結する４つの駆動バネ４３Ｂと、を有している。各駆動バネ４３ＡがＸ軸方向に弾性変形することで可動駆動電極４１１ＡのＸ軸方向への変位が許容され、各駆動バネ４３ＢがＸ軸方向に弾性変形することで可動駆動電極４１１ＢのＸ軸方向への変位が許容される。

配線７３、７４を介して可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂと固定駆動電極４１２Ａ、４１２Ｂとの間に駆動電圧を印加すると、可動駆動電極４１１Ａと固定駆動電極４１２Ａとの間および可動駆動電極４１１Ｂと固定駆動電極４１２Ｂとの間にそれぞれ静電引力が発生し、可動駆動電極４１１Ａが駆動バネ４３ＡをＸ軸方向に弾性変形させつつＸ軸方向に振動すると共に、可動駆動電極４１１Ｂが駆動バネ４３ＢをＸ軸方向に弾性変形させつつＸ軸方向に振動する。駆動部４１Ａ、４１Ｂは、仮想直線αに対して対称的に配置されているため、可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂは、互いに接近、離間を繰り返すようにＸ軸方向に逆相で振動する。そのため、可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂの振動がキャンセルされ、振動漏れを低減することができる。以下では、この振動モードを駆動振動モードとも言う。

なお、第５実施形態の物理量センサー４００では、静電引力によって駆動振動モードを励振させる静電駆動方式となっているが、駆動振動モードを励振させる方式としては、特に限定されず、例えば、圧電駆動方式、磁場のローレンツ力を利用した電磁駆動方式等を適用することもできる。

また、素子部４０４は、駆動部４１Ａ、４１Ｂの間に配置された検出部４４Ａ、４４Ｂを有している。検出部４４Ａは、歯状に配置された複数の電極指を備えた可動検出電極４４１Ａと、歯状に配置された複数の電極指を備え可動検出電極４４１Ａの電極指と噛み合って配置された固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａと、を有している。固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａは、Ｙ軸方向に並んで配置され、可動検出電極４４１Ａの中心に対してＹ軸方向プラス側に固定検出電極４４２Ａが位置し、Ｙ軸方向マイナス側に固定検出電極４４３Ａが位置している。また、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ａは、それぞれ、可動検出電極４４１ＡをＸ軸方向両側から挟み込むようにして１対配置されている。

なお、可動検出電極４４１Ａは、可動駆動電極４１１Ａと異なる質量を有している。第５実施形態では、可動検出電極４４１Ａの質量は、可動駆動電極４１１Ａの質量よりも大きい。ただし、これに限定されず、可動検出電極４４１Ａの質量は、可動駆動電極４１１Ａの質量と等しくてもよいし、可動駆動電極４１１Ａの質量よりも小さくてもよい。

同様に、検出部４４Ｂは、歯状に配置された複数の電極指を備えた可動検出電極４４１Ｂと、歯状に配置された複数の電極指を備え可動検出電極４４１Ｂの電極指と噛み合って配置された固定検出電極４４２Ｂ、４４３Ｂと、を有している。固定検出電極４４２Ｂ、４４３Ｂは、Ｙ軸方向に並んで配置され、可動検出電極４４１Ｂの中心に対してＹ軸方向プラス側に固定検出電極４４２Ｂが位置し、Ｙ軸方向マイナス側に固定検出電極４４３Ｂが位置している。また、固定検出電極４４２Ｂ、４４３Ｂは、それぞれ、可動検出電極４４１ＢをＸ軸方向の両側から挟み込むようにして１対配置されている。

なお、可動検出電極４４１Ｂは、可動駆動電極４１１Ｂと異なる質量を有している。第５実施形態では、可動検出電極４４１Ｂの質量は、可動駆動電極４１１Ｂの質量よりも大きい。ただし、これに限定されず、可動検出電極４４１Ｂの質量は、可動駆動電極４１１Ｂの質量と等しくてもよいし、可動駆動電極４１１Ｂの質量よりも小さくてもよい。

可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂは、それぞれ、配線７３と電気的に接続され、固定検出電極４４２Ａ、４４３Ｂは、それぞれ、配線７５と電気的に接続され、固定検出電極４４３Ａ、４４２Ｂは、それぞれ、配線７６と電気的に接続されている。物理量センサー４００の駆動時には、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４２Ａとの間および可動検出電極４４１Ｂと固定検出電極４４３Ｂとの間に静電容量Ｃａが形成され、可動検出電極４４１Ａと固定検出電極４４３Ａとの間および可動検出電極４４１Ｂと固定検出電極４４２Ｂとの間に静電容量Ｃｂが形成される。

また、素子部４０４は、検出部４４Ａ、４４Ｂの間に配置された２つの固定部４５１、４５２を有している。固定部４５１、４５２は、それぞれ、マウントの上面に接合され、基板４０２に固定されている。固定部４５１、４５２は、Ｙ軸方向に並び、間隔を空けて配置されている。なお、第５実施形態では、固定部４５１、４５２を介して可動駆動電極４１１Ａ、４１１Ｂや可動検出電極４４１Ａ、４４１Ｂが配線７３と電気的に接続されている。

また、素子部４０４は、可動検出電極４４１Ａと固定部４２Ａ、４５１、４５２とを接続する４つの検出バネ４６Ａと、可動検出電極４４１Ｂと固定部４２Ｂ、４５１、４５２とを接続する４つの検出バネ４６Ｂと、を有している。各検出バネ４６ＡがＸ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＡのＸ軸方向への変位が許容され、Ｙ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＡのＹ軸方向への変位が許容される。同様に、各検出バネ４６ＢがＸ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＢのＸ軸方向への変位が許容され、Ｙ軸方向に弾性変形することで可動検出電極４４１ＢのＹ軸方向への変位が許容される。

また、素子部４０４は、駆動部４１Ａと検出部４４Ａとの間に位置し、可動駆動電極４１１Ａと可動検出電極４４１Ａとを接続する逆相バネ４７Ａと、駆動部４１Ｂと検出部４４Ｂとの間に位置し、可動駆動電極４１１Ｂと可動検出電極４４１Ｂとを接続する逆相バネ４７Ｂと、を有している。可動検出電極４４１Ａは、逆相バネ４７ＡがＸ軸方向に弾性変形することで可動駆動電極４１１Ａに対してＸ軸方向に変位することができる。同様に、可動検出電極４４１Ｂは、逆相バネ４７ＢがＸ軸方向に弾性変形することで可動駆動電極４１１Ｂに対してＸ軸方向に変位することができる。

Ｓｉ−ＭＥＭＳ型角速度センサー素子を、水晶ジャイロセンサー素子と同等な駆動電圧（例えば１．８Ｖ）で駆動させると安定した振動特性が得られないため、駆動電圧（例えば１．８Ｖ）に対して、更にバイアス生成回路を用いて、十数Ｖのバイアス電圧（例えば１５Ｖ）を生成してＳｉ−ＭＥＭＳ型角速度センサー素子を駆動させる必要が生じる。しかしながら、バイアス生成回路に起因して発生するノイズが大きくなるため、Ｓ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）を大きくすることができず、水晶ジャイロセンサー素子のような低ノイズの電気的特性を得ることは困難である。

［第６実施形態］
次に、第６実施形態を説明する。以降では、第１乃至第５実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第４実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第６実施形態は、第２実施形態における高精度角速度センサー１８である物理量検出装置の実施形態である。

第６の実施形態の物理量検出装置３００は、複数の物理量検出素子３０２がマルチ接続されてなる。物理量検出素子３０２は、例えば、第５実施形態における物理量センサー４００である。

このように構成されている物理量検出装置３００では、複数の物理量検出素子３０２が端子３０７（出力信号用），端子３０８（ＧＮＤ（グランド）端子）を介して物理量検出回路の端子ＸＰ，ＸＮと電気的に接続されているので、物理量検出素子３０２の個数をＭ、Ｍ個の物理量検出素子３０２から出力される信号に含まれる物理量成分をそれぞれｓ１_Ｘ、ｓ２_Ｘ、…、ｓＭ_Ｘとすると、物理量検出回路の端子ＸＰ，ＸＮから入力される信号に含まれる物理量成分Ｓ_Ｘは次式（１０）で表される。

Ｍ個の物理量検出素子３０２の構造が同じであり、式（１０）において、ｓ１_Ｘ≒ｓ２_Ｘ＝…＝ｓＭ_Ｘ＝ｓ_Ｘとすると、式（１０）は次式（１１）のように変形される。

一方、Ｍ個の物理量検出素子３０２から物理量検出回路の端子３０７，３０８を介して同時に出力される白色雑音成分には相関がない。従って、Ｍ個の物理量検出素子３０２から出力される信号に含まれる白色雑音成分をそれぞれｎ１_Ｘ、ｎ２_Ｘ、…、ｎＭ_Ｘとすると、物理量検出回路の端子ＸＰ，ＸＮから入力される信号に含まれる白色雑音成分Ｎ_Ｘは次式（１２）で表される。

Ｍ個の物理量検出素子３０２の構造が同じであり、式（１２）において、（ｎ１_Ｘ）^２≒（ｎ２_Ｘ）^２＝…＝（ｎＭ_Ｘ）^２＝（ｎ_Ｘ）^２とすると、式（１２）は次式（１３）のように変形される。

式（１１）を式（１３）で割ると次式（１４）が得られる。

式（１４）は、物理量検出回路の端子ＸＰ，ＸＮから入力される信号のＳ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）はＭ個の物理量検出素子３０２の各々の出力信号のＳ／Ｎ比の√Ｍ倍（例えば、Ｍ＝４であれば２倍）になることを示している。従って、第６実施形態の物理量検出装置３００によれば、出力される角速度信号のＳ／Ｎ比が向上する。

図１９に示した実装形態によれば、複数の物理量検出素子３０２が共通の基板３６０に搭載されるので、隣り合う物理量検出素子３０２間の距離を小さくすることが可能であり、また、配線３６１，３６２，３６３が基板３６０に設けられているため各物理量検出素子３０２と配線３６１，３６２，３６３との距離を小さくなり、物理量検出装置３００の小型化に有利である。

図２０に示した実装形態及び図２１に示した実装形態によれば、複数の物理量検出素子３０２がそれぞれ搭載された複数の容器３１０が積層されているので、複数の物理量検出素子３０２の配置面積が小さくなり、物理量検出装置３００の小型化が可能である。さらに、図２０に示した実装形態及び図２１に示した実装形態によれば、各端子３０７，３０８を端子ＸＰ，ＸＮと電気的に接続するための配線を専用の配線基板に設ける必要がないので、物理量検出装置３００の小型化に有利である。

従って、第６実施形態に係る高精度角速度センサー１８を前述の如き複数のＳｉ−ＭＥＭＳ型角速度センサー素子としての物理量検出素子３０２を複数個マルチ接続して構成することにより、高精度角速度センサー１８から出力される角速度信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。

なお、第６実施形態では、Ｚ軸角速度センサー１１６である高精度角速度センサー１８について説明したが、Ｘ軸角速度センサー１１２およびＹ軸角速度センサー１１４についても同様に、複数のセンサー素子である物理量検出素子３０２をマルチ接続した物理量検出装置３００として構成することができる。この場合、センサー素子は、例えば、後述の第７実施形態におけるジャイロセンサー素子としても良い。

そして、Ｚ軸角速度センサー１１６を構成するセンサー素子の個数Ｎｇｚを、Ｘ軸角速度センサー１１２を構成するセンサー素子の個数Ｎｇｘ、Ｙ軸角速度センサー１１４を構成するセンサー素子の個数Ｎｇｙより多くすることで、Ｚ軸角速度センサー１１６を、Ｘ軸角速度センサー１１２及びＹ軸角速度センサー１１４に比較して“高精度”にすることができる。例えば、Ｚ軸角速度センサー１１６を構成するセンサー素子の個数Ｎｇｚを、２個より大きい値、つまり３個以上とすると好適である。センサー素子の個数が多いほど、その平均値や中央値を利用する等の統計演算や数値解析が可能となるため“高精度”となるのである。

［第７実施形態］
次に、第７実施形態を説明する。以降では、第１乃至第６実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第６実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第７実施形態は、第１実施形態におけるＸ軸角速度センサー１１２およびＹ軸角速度センサー１１４であって、第２実施形態における多軸の慣性センサー１７に搭載されているジャイロセンサー素子の実施形態である。

図２２に示すジャイロセンサー素子５００は、Ｘ軸まわりの角速度を検知することのできる角速度センサーである。図２２に示すジャイロセンサー素子５００は、Ｙ軸方向に並んだ２つの構造体５０（５０ａ，５０ｂ）と、２つの固定検出部５９（５９ａ，５９ｂ）と、を有している。２つの構造体５０ａ，５０ｂは、図２２に向かって上下対称に構成されており、互いに同様の構成を有する。

各構造体５０は、質量部５１と、複数の固定部５２と、複数の弾性部５３と、複数の駆動部５４（可動駆動電極）と、複数の固定駆動部５５，５６（固定駆動電極）と、検出部５７１，５７２（可動検出電極）と、複数の梁部５８と、を有している。質量部５１は、駆動部５４と、フレーム５７３、検出部５７１，５７２および梁部５８を含んで一体的に形成されている。即ち、検出部５７１，５７２は質量部５１に含まれる形状となっている。

質量部５１の外形は、Ｚ軸方向から見た平面視（以下、単に「平面視」という）において、四角形の枠状をなしており、前述の通り駆動部５４、フレーム５７３、検出部５７１，５７２を内包している。具体的には、互いに平行にＹ軸方向に沿って延びている１対の部分と、この１対の部分の端部同士を接続していて互いに平行にＸ軸方向に沿って延びている１対の部分と、で構成されている。

固定部５２は、１つの構造体５０に対して４つ設けられており、各固定部５２は、基板に固定される。また、各固定部５２は、平面視において、質量部５１の外側に配置されており、第７実施形態では、質量部５１の各角部に対応した位置に配置されている。なお、図示では、構造体５０ａの−Ｙ軸側に位置する固定部５２と構造体５０ｂの＋Ｙ軸側に位置する固定部５２とを共通の固定部としている。

弾性部５３は、１つの構造体５０に対して本実施例では４つ設けられており、各弾性部５３は、平面視において、質量部５１の一部と固定部５２とを接続している。第７実施形態では弾性部５３は、質量部５１におけるフレーム５７３の角部に接続されているが、これに限らず質量部５１を固定部５２に対して変位可能な位置であれば良い。図２２では、Ｙ軸方向に質量部５１を変位し得るように構成されている。また、各弾性部５３は、図示では、平面視において、蛇行形状をなし、Ｘ軸方向に沿って延びる第１部分と、Ｙ軸方向に沿って延びている第２部分とを有する。なお、駆動部５４の形状は、所望の駆動方向（第７実施形態ではＹ軸方向）に弾性変形することが可能な構成であれば図示の形状に限定されない。

駆動部５４は、１つの構造体５０に対して８つ設けられており、各駆動部５４は、質量部５１のＹ軸方向に沿って延びている部分に接続されている。具体的には、４つの駆動部５４が質量部５１の＋Ｘ側に位置し、残りの４つの駆動部５４が質量部５１の−Ｘ側に位置している。各駆動部５４は、質量部５１からＸ軸方向に延出している幹部と、該幹部からＹ軸方向に延出している複数の枝部と、を備えた歯形状をなしている。

固定駆動部５５，５６は、それぞれ、１つの構造体５０に対して８つ設けられており、各固定駆動部５５，５６は、前述した基板の上面２３に固定されている。また、各固定駆動部５５，５６は、駆動部５４に対応した歯形状をなし、駆動部５４を間に挟んで設けられている。

検出部５７１，５７２は、それぞれ、平面視形状が四角形状なす板状部材であり、質量部５１の内側に配置され、梁部５８によって質量部５１に接続されている。検出部５７１，５７２は、それぞれ、回動軸Ｊ４まわりに回動（変位）可能となっている。

また、固定検出部５９（固定検出電極）は、検出部５７１，５７２に対向している。また、固定検出部５９は、検出部５７１，５７２と離間している。

また、上述した構成の質量部５１と、弾性部５３と、駆動部５４と、固定駆動部５５の一部と、固定駆動部５６の一部と、検出部５７１，５７２と、梁部５８とは、基板の上方に設けられ、基板２と離間している。

上述したような構造体５０は、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチングによってパターニングすることで一括形成されている。

また、固定検出部５９の構成材料としては、例えば、アルミニウム、金、白金、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等を用いることができる。

なお、図示はしないが、固定部５２と、固定駆動部５５と、固定駆動部５６と、固定検出部５９ａと、固定検出部５９ｂとは、それぞれ、図示しない配線および端子に電気的に接続されている。これら配線および端子は、例えば基板上に設けられている。

以上、ジャイロセンサー素子５００の構成について簡単に説明した。このような構成のジャイロセンサー素子５００は、次のようにして角速度ωｘを検出することができる。

まず、ジャイロセンサー素子５００が有する駆動部５４と固定駆動部５５，５６との間に駆動電圧を印加すると、固定駆動部５５，５６と駆動部５４との間に周期的に強度が変化する静電引力が生じる。これにより、各弾性部５３の弾性変形を伴って各駆動部５４がＹ軸方向に振動する。このとき、構造体５０ａが有する複数の駆動部５４と、構造体５０ｂが有する複数の駆動部５４とは、Ｙ軸方向に互いに逆位相で振動（駆動振動）する。

このように駆動部５４がＹ軸方向に振動している状態で、ジャイロセンサー素子５００に角速度ωｘが加わると、コリオリ力が働き、検出部５７１，５７２が回動軸Ｊ４回りに変位する。このとき、構造体５０ａが備える検出部５７１，５７２と、構造体５０ｂが備える検出部５７１，５７２とは、互いに反対方向に変位する。例えば、構造体５０ａが備える検出部５７１，５７２が、それぞれ＋Ｚ軸方向に変位したとき、構造体５０ｂが備える検出部５７１，５７２が、それぞれ−Ｚ軸方向に変位する。また、構造体５０ａが備える検出部５７１，５７２が、それぞれ−Ｚ軸方向に変位したとき、構造体５０ｂが備える検出部５７１，５７２が、それぞれ＋Ｚ軸方向に変位する。

このように検出部５７１，５７２が変位（検出振動）することにより、検出部５７１，５７２と固定検出部５９との間の距離が変化する。この距離の変化に伴って、検出部５７１，５７２と固定検出部５９との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化量に基づいて、ジャイロセンサー素子５００に加わった角速度ωｘを検出することができる。

なお、Ｘ軸角速度センサー１１２について説明したが、Ｙ軸角速度センサー１１４についても同様である。

［第８実施形態］
次に、第８実施形態を説明する。以降では、第１乃至第７実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第７実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第８実施形態は、第１実施形態におけるＸ軸加速度センサー１２２およびＹ軸加速度センサー１２４であって、第２実施形態における多軸の慣性センサー１７に搭載されている物理量センサーの実施形態である。

図２３に示す物理量センサー６００は、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを検出することのできる加速度センサーである。このような物理量センサー６００は、基部６０２と、基部６０２に設けられ、Ｘ軸方向の加速度Ａｘ（物理量）を検出する素子部６０４と、を有している。また、素子部６０４は、基部６０２に取り付けられている固定電極部６４と、基部６０２に対してＸ軸方向（物理量の検出軸方向である第１方向）に変位可能な可動部６５と、可動部６５に設けられている可動電極部６６と、を有している。また、固定電極部６４は、Ｙ軸方向（検出軸に交差（第８実施形態では直交）する方向である第２方向）に沿って並んで配置されている第１固定電極部６４１および第２固定電極部６４２を有している。また、第１固定電極部６４１は、第１幹部６４３と、第１幹部６４３のＹ軸方向（第２方向）の両側に設けられ、長手方向が前記第２方向に沿っている複数の第１固定電極指６４５と、を有している。また、第２固定電極部６４２は、第２幹部６４４と、第２幹部６４４からＹ軸方向（第２方向）の両側に設けられ、長手方向が前記第２方向に沿っている複数の第２固定電極指６４６と、を有している。また、可動電極部６６は、Ｙ軸方向（第２方向）に沿って並んで配置されている第１可動電極部６６１および第２可動電極部６６２を有している。また、第１可動電極部６６１の少なくとも一部は、第１幹部６４３のＹ軸方向（第２方向）の両側に位置され、長手方向が前記第２方向に沿って、第１固定電極指６４５とＸ軸方向（第１方向）に対向している複数の第１可動電極指６６３を有している。また、第２可動電極部６６２の少なくとも一部は、第２幹部６４４のＹ軸方向（第２方向）の両側に位置され、長手方向が前記第２方向に沿って、第２固定電極指６４６とＸ軸方向（第１方向）に対向している複数の第２可動電極指６６４を有している。このような構成とすることで、第１可動電極指６６３および第１固定電極指６４５間の静電容量、第２可動電極指６６４および第２固定電極指６４６間の静電容量を十分に大きく保ちつつ、第１、第２固定電極指６４５，６４６および第１、第２可動電極指６６３，６６４をそれぞれ短くすることができる。そのため、電極指６４５，６４６，６６３，６６４が破損し難く、優れた耐衝撃性を有する物理量センサー６００となる。

なお、Ｘ軸加速度センサー１２２に就いて説明したが、Ｙ軸加速度センサー１２４についても同様である。

［第９実施形態］
次に、第９実施形態を説明する。以降では、第１乃至第８実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第８実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第９実施形態は、第１実施形態におけるＺ軸角速度センサー１１６であって、第２実施形態における多軸の慣性センサー１７に搭載されている物理量センサーの実施形態である。

図２４は、第９実施形態の物理量センサー７００の模式平面図である。可動体７２０は、第１可動部７２０ａと、第２可動部７２０ｂと、を有している。可動体７２０は、平面視で、回転軸を境として、回転軸と直交する方向の一方側に第１可動部７２０ａと、直交する方向の他方側に第２可動部７２０ｂと、第１可動部７２０ａと第２可動部７２０ｂとを接続している第５梁部および第６梁部と、を含み、開口部７２６は、平面視で、第５梁部と第６梁部との間に配置され、第３梁部は、第１梁部と第５梁部とを接続し、第４梁部は、第２梁部と第６梁部とを接続している。

第１可動部７２０ａは、平面視において（Ｚ軸方向からみて）、支持軸Ｑの一方側（図示の例では−Ｘ軸方向側）に位置している。第２可動部７２０ｂは、平面視において、支持軸Ｑの他方側（図示の例では＋Ｘ軸方向側）に位置している。

可動体７２０に鉛直方向の加速度（例えば重力加速度）が加わった場合、第１可動部７２０ａと第２可動部７２０ｂとの各々に回転モーメント（力のモーメント）が生じる。ここで、第１可動部７２０ａの回転モーメント（例えば反時計回りの回転モーメント）と第２可動部７２０ｂの回転モーメント（例えば時計回りの回転モーメント）とが均衡した場合には、可動体７２０の傾きに変化が生じず、加速度を検出することができない。したがって、鉛直方向の加速度が加わったときに、第１可動部７２０ａの回転モーメントと、第２可動部７２０ｂの回転モーメントとが均衡せず、可動体７２０に所定の傾きが生じるように、可動体７２０が設計される。

物理量センサー７００では、支持軸Ｑを、可動体７２０の中心（重心）から外れた位置に配置することによって（支持軸Ｑから第１可動部７２０ａ，第２可動部７２０ｂの先端までの距離を異ならせることによって）、第１可動部７２０ａ，第２可動部７２０ｂが互いに異なる質量を有している。

すなわち、可動体７２０は、支持軸Ｑを境にして、一方側（第１可動部７２０ａ）と他方側（第２可動部７２０ｂ）とで質量が異なる。図示の例では、支持軸Ｑから第１可動部７２０ａの端面７２３までの距離は、支持軸Ｑから第２可動部７２０ｂの端面７２４までの距離よりも大きい。また、第１可動部７２０ａの厚さと、第２可動部７２０ｂの厚さとは、等しい。したがって、第１可動部７２０ａの質量は、第２可動部７２０ｂの質量よりも大きい。

このように、第１可動部７２０ａ，第２可動部７２０ｂが互いに異なる質量を有することにより、鉛直方向の加速度が加わったときに、第１可動部７２０ａの回転モーメントと、第２可動部７２０ｂの回転モーメントと、を均衡させないことができる。したがって、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体７２０に所定の傾きを生じさせることができる。

なお、図示はしないが、支持軸Ｑを可動体７２０の中心に配置し、かつ、第１可動部７２０ａ，第２可動部７２０ｂの厚さを互いに異ならせることによって、第１可動部７２０ａ，第２可動部７２０ｂが互いに異なる質量を有するようにしてもよい。このような場合にも、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体７２０に所定の傾きを生じさせることができる。

可動体７２０は、基板７０２と離間して設けられている。可動体７２０は、凹部１１の上方に設けられている。可動体７２０と基板７０２との間には、間隙が設けられている。これにより、可動体７２０は、揺動することができる。

可動体７２０は、支持軸Ｑを境にして設けられた第１可動電極７２１および第２可動電極７２２を有している。第１可動電極７２１は、第１可動部７２０ａに設けられている。第２可動電極７２２は、第２可動部７２０ｂに設けられている。

第１可動電極７２１は、可動体７２０のうち、平面視において第１固定電極７５０と重なる部分である。第１可動電極７２１は、第１固定電極７５０との間に静電容量Ｃ１を形成する。すなわち、第１可動電極７２１と第１固定電極７５０とによって静電容量Ｃ１が形成される。

第２可動電極７２２は、可動体７２０のうち、平面視において第２固定電極７５２と重なる部分である。第２可動電極７２２は、第２固定電極７５２との間に静電容量Ｃ２を形成する。すなわち、第２可動電極７２２と第２固定電極７５２とによって静電容量Ｃ２が形成される。物理量センサー７００では、可動体７２０が導電性材料（不純物がドープされたシリコン）で構成されることによって、可動電極７２１，７２２が設けられている。すなわち、第１可動部７２０ａが第１可動電極７２１として機能し、第２可動部７２０ｂが第２可動電極７２２として機能している。

静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２は、例えば、可動体７２０が水平な状態で、互いに等しくなるように構成されている。可動電極７２１，７２２は、可動体７２０の動きに応じて位置が変化する。この可動電極７２１，７２２の位置に応じて、静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。可動体７２０には、支持部７３０を介して、所定の電位が与えられる。

可動体７２０には、可動体７２０を貫通する貫通孔７２５が形成されている。これにより、可動体７２０が揺動する際の空気の影響（空気の抵抗）を低減することができる。貫通孔７２５は、複数形成されている。図示の例では、貫通孔７２５の平面形状は、正方形である。

可動体７２０には、可動体７２０を貫通する開口部７２６が設けられている。開口部７２６は、平面視において、支持軸Ｑ上に設けられている。図示の例では、開口部７２６の平面形状は、長方形である。

支持部７３０は、基板７０２上に設けられている。支持部７３０は、開口部７２６に位置している。支持部７３０は、可動体７２０を支持している。支持部７３０は、第１固定部と、第２固定部と、第１梁部４１と、第２梁部４２と、第３梁部４３と、第４梁部４４と、を有している。

第１固定部および第２固定部は、基板７０２に固定されている。第１固定部，第２固定部は、平面視において、支持軸Ｑを挟んで設けられている。図示の例では、第１固定部は、支持軸Ｑの−Ｘ軸方向側に設けられ、第２固定部は、支持軸Ｑの＋Ｘ軸方向側に設けられている。

［第１０実施形態］
次に、第１０実施形態を説明する。以降では、第１乃至第９実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第９実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第１０実施形態は、第２実施形態における多軸の慣性センサー１７の実施形態である。

次に、第１０実施形態に係る物理量センサーを、図２５および図２６を参照して説明する。図２５は、第１０実施形態に係る物理量センサー８００の概略構成を示す平面図である。なお、説明の便宜上、図２５では樹脂パッケージを透視した状態を示している。図２６は、第１０実施形態に係る物理量センサー８００の概略構成を示す断面図である。なお、以下では、互いに直交する三つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて説明する。また、説明の便宜上、Ｚ軸方向からみたときの平面視において、センサー素子側である＋Ｚ軸方向側の面を上面、これと反対側となる−Ｚ軸方向側の面を下面として説明することがある。

図２５および図２６に示すように、第１０実施形態に係る物理量センサー８００は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの加速度を独立して検知することのできる３軸加速度センサーと、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの角速度を独立して検知することのできる３軸角速度センサーとを加えた６軸センサーとして利用可能である。

このような物理量センサー８００は、フレーム８７１と、フレーム８７１上に配置されている回路素子としてのＩＣ（integrated circuit）８４０と、Ｚ軸方向からの平面視で、ＩＣ８４０のＸ方向の両側に一つずつ配置されているセンサー素子としての加速度センサー素子８２０および角速度センサー素子８３０と、それらの構成部位を覆う樹脂パッケージ８８４と、を有している。なお、フレーム８７１は、図示しない接合部材を介して回路基板８７２に取り付けられている。また、加速度センサー素子８２０および角速度センサー素子８３０は、フレーム８７１の上面に、接合材としての樹脂接着材８１８を介して取り付けられている。また、ＩＣ８４０は、フレーム８７１の上面に、接着層８４１を介して取り付けられている。第１０実施形態では、フレーム８７１が、加速度センサー素子８２０および角速度センサー素子８３０が取り付けられている基板に相当する。

ＩＣ８４０は、例えば、加速度センサー素子８２０や角速度センサー素子８３０を駆動する駆動回路や、加速度センサー素子８２０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、角速度センサー素子８３０からの信号に基づいてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向の角速度を検出する検出回路、およびそれぞれの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、ＩＣ８４０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８７４，８７６を介して回路基板８７２に設けられている接続端子８７５，８７７に電気的に接続されている。また、他の各電極パッドがボンディングワイヤー８７９を介して加速度センサー素子８２０の端子８７８に電気的に接続されている。また、他の各電極パッドがボンディングワイヤー８８２を介して角速度センサー素子８３０の端子１８１に電気的に接続されている。これらにより、ＩＣ８４０は、加速度センサー素子８２０や角速度センサー素子８３０を制御することができる。

加速度センサー素子８２０および角速度センサー素子８３０は、樹脂接着材８１８によりフレーム８７１に取り付けられる。

回路基板８７２の下面には、複数の外部端子８８５が設けられている。複数の外部端子８８５は、回路基板８７２の上面に設けられている接続端子８７５，８７７のそれぞれと対応し、図示しない内部配線などを介して電気的に接続されている。

［第１１実施形態］
次に、第１１実施形態を説明する。以降では、第１乃至第１０実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第１０実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第１１実施形態は、移動体測位装置の実施形態である。

図２７は、第１１実施形態に係る移動体測位装置３０００の全体システムを示すブロック図である。図２８は、図２７に示す移動体測位装置３０００の作用を示す図である。

図２７に示す移動体測位装置３０００は、移動体に装着して用い、当該移動体の測位を行うための装置である。移動体としては、特に限定されず、自転車、自動車（四輪自動車およびバイクを含む）、電車、飛行機、船等のいずれでもよいが、第１１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。なお、慣性計測装置３１００としては、例えば、第１実施形態におけるＩＭＵ１００を用いることができる。

慣性計測装置３１００は、３軸の加速度センサー３１１０と、３軸の角速度センサー３１２０と、を有している。演算処理部３２００は、加速度センサー３１１０からの加速度データおよび角速度センサー３１２０からの角速度データを受け、これらデータに対して慣性航法演算処理を行い、慣性航法測位データ（移動体の加速度および姿勢を含むデータ）を出力する。

また、ＧＰＳ受信部３３００は、受信アンテナ３４００を介してＧＰＳ衛星からの信号（ＧＰＳ搬送波。位置情報が重畳された衛星信号）を受信する。また、位置情報取得部３５００は、ＧＰＳ受信部３３００が受信した信号に基づいて、移動体測位装置３０００（移動体）の位置（緯度、経度、高度）、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを出力する。このＧＰＳ測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。

位置合成部３６００は、演算処理部３２００から出力された慣性航法測位データおよび位置情報取得部３５００から出力されたＧＰＳ測位データに基づいて、移動体の位置、具体的には移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えば、ＧＰＳ測位データに含まれている移動体の位置が同じであっても、図２８に示すように、地面の傾斜等の影響によって移動体の姿勢が異なっていれば、地面の異なる位置を移動体が走行していることになる。そのため、ＧＰＳ測位データだけでは移動体の正確な位置を算出することができない。そこで、位置合成部３６００は、慣性航法測位データ（特に、移動体の姿勢に関するデータ）を用いて、移動体が地面のどの位置を走行しているのかを算出する。なお、当該判定は、三角関数（鉛直方向に対する傾きθ）を用いた演算によって比較的簡単に行うことができる。

位置合成部３６００から出力された位置データは、処理部３７００によって所定の処理が行われ、測位結果として、表示部３９００に表示されるようになっている。また、位置データは、通信部３８００によって外部装置に送信されるようになっていてもよい。

以上、移動体測位装置３０００について説明した。このような移動体測位装置３０００は、前述したように、慣性計測装置３１００と、測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信するＧＰＳ受信部３３００（受信部）と、受信した衛星信号に基づいて、ＧＰＳ受信部３３００の位置情報を取得する位置情報取得部３５００（取得部）と、慣性計測装置３１００から出力された慣性航法測位データ（慣性データ）に基づいて、移動体の姿勢を演算する演算処理部３２００（演算部）と、算出された姿勢に基づいて位置情報を補正することにより、移動体の位置を算出する位置合成部３６００（算出部）と、を含んでいる。これにより、ＩＭＵ１００である慣性計測装置３１００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。

また、上述では、衛星測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて説明したが、他の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用してもよい。例えば、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１または２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。

［第１２実施形態］
次に、第１２実施形態を説明する。以降では、第１乃至第１１実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第１１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第１２実施形態は、電子機器の実施形態である。

図２９は、第１２実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。図２９に示すスマートフォン１２００（携帯電話機）は、本発明の電子機器を適用したものである。スマートフォン１２００には、第２実施形態におけるセンサーユニット１６０と、センサーユニット１６０から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０（制御部）と、が内蔵されている。センサーユニット１６０によって検出された検出データ（角速度データ）は、制御回路１２１０に送信され、制御回路１２１０は、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。

このようなスマートフォン１２００（電子機器）は、センサーユニット１６０と、センサーユニット１６０から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０（制御部）と、を有している。

［第１３実施形態］
次に、第１３実施形態を説明する。以降では、第１乃至第１２実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第１２実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第１３実施形態は、電子機器の実施形態である。

図３０は、第１３実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。図３０に示すデジタルスチールカメラ１３００は、電子機器の一例である。デジタルスチールカメラ１３００は、ケース１３０２を備え、このケース１３０２の背面には表示部１３１０が設けられている。表示部１３１０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）による撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、デジタルスチールカメラ１３００には、第２実施形態のセンサーユニット１６０と、センサーユニット１６０から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１３２０（制御部）と、が内蔵されている。センサーユニット１６０は、例えば、手振れ補正に用いられる。

このようなデジタルスチールカメラ１３００（電子機器）は、第２実施形態におけるセンサーユニット１６０と、センサーユニット１６０から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１３２０（制御部）と、を有している。そのため、センサーユニット１６０の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、第１３実施形態の電子機器は、パーソナルコンピューターおよび携帯電話機、デジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、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、移動体端末基地局用機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。

［第１４実施形態］
次に、第１４実施形態を説明する。以降では、第１乃至第１３実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第１３実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第１４実施形態は、携帯型電子機器の実施形態である。

図３１は、第１４実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。図３２は、図３１に示す携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。

図３１に示す腕時計型の活動計１４００（アクティブトラッカー）は、携帯型電子機器の一種であるリスト機器である。活動計１４００は、バンド１４０１によってユーザーの手首等の部位（被検体）に装着される。また、活動計１４００は、デジタル表示の表示部１４０２を備えると共に、無線通信が可能である。第２実施形態におけるセンサーユニット１６０は、加速度を測定する加速度センサー１４０８や角速度を計測する角速度センサー１４０９として活動計１４００に組込まれている。

活動計１４００は、加速度センサー１４０８および角速度センサー１４０９が収容されたケース１４０３と、ケース１４０３に収容され、加速度センサー１４０８および角速度センサー１４０９からの出力データを処理する処理部１４１０と、ケース１４０３に収容されている表示部１４０２と、ケース１４０３の開口部を塞いでいる透光性カバー１４０４と、を備えている。また、透光性カバー１４０４の外側にはベゼル１４０５が設けられている。また、ケース１４０３の側面には複数の操作ボタン１４０６、１４０７が設けられている。

図３２に示すように、加速度センサー１４０８は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の加速度を検出し、検出した３軸加速度の大きさおよび向きに応じた信号（加速度信号）を出力する。また、角速度センサー１４０９は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の角速度を検出し、検出した３軸角速度の大きさおよび向きに応じた信号（角速度信号）を出力する。

表示部１４０２を構成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、種々の検出モードに応じて、例えば、ＧＰＳセンサー１４１１や地磁気センサー１４１２を用いた位置情報、移動量や加速度センサー１４０８や角速度センサー１４０９などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー１４１３などを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。なお、温度センサー１４１４を用いた環境温度を表示することもできる。

通信部１４１５は、ユーザー端末と図示しない情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部１４１５は、例えば、Bluetooth（登録商標）（BTLE：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Wireless Fidelity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）、ＡＮＴ＋（登録商標）等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。

処理部１４１０（プロセッサー）は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。処理部１４１０は、記憶部１４１６に格納されたプログラムと、操作部１４１７（例えば操作ボタン１４０６、１４０７）から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部１４１０による処理には、ＧＰＳセンサー１４１１、地磁気センサー１４１２、圧力センサー１４１８、加速度センサー１４０８、角速度センサー１４０９、脈拍センサー１４１３、温度センサー１４１４、計時部１４１９の各出力信号に対するデータ処理、表示部１４０２に画像を表示させる表示処理、音出力部１４２０に音を出力させる音出力処理、通信部１４１５を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー１４２１からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。

このような活動計１４００では、少なくとも以下のような機能を有することができる。
１．距離：高精度のＧＰＳ機能により計測開始からの合計距離を計測する。
２．ペース：ペース距離計測から、現在の走行ペースを表示する。
３．平均スピード：平均スピード走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。
４．標高：ＧＰＳ機能により、標高を計測し表示する。
５．ストライド：ＧＰＳ電波が届かないトンネル内などでも歩幅を計測し表示する。
６．ピッチ：１分あたりの歩数を計測し表示する。
７．心拍数：脈拍センサーにより心拍数を計測し表示する。
８．勾配：山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。
９．オートラップ：事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計
測を行う。
１０．運動消費カロリー：消費カロリーを表示する。
１１．歩数：運動開始からの歩数の合計を表示する。

このような活動計１４００（携帯型電子機器）は、加速度センサー１４０８や角速度センサー１４０９等の物理量センサーと、物理量センサーが収容されているケース１４０３と、ケース１４０３に収容され、物理量センサーからの出力データを処理する処理部１４１０と、ケース１４０３に収容されている表示部１４０２と、ケース１４０３の開口部を塞いでいる透光性カバー１４０４と、を含んでいる。

また、前述したように、活動計１４００は、ＧＰＳセンサー１４１１（衛星測位システム）を含み、ユーザーの移動距離や移動軌跡を計測することができる。そのため、利便性の高い活動計１４００が得られる。

なお、活動計１４００は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、および衛星測位システム、例えばＧＰＳを搭載したＧＰＳウォッチ、等に広く適用できる。

［第１５実施形態］
次に、第１５実施形態を説明する。以降では、第１乃至第１４実施形態との差異について主に述べることとし、第１乃至第１４実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して重複する説明を省略する。第１５実施形態は、移動体の実施形態である。

図３３は、第１５実施形態における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３３に示すように、自動車１５００に、第２実施形態におけるセンサーユニット１６０が内蔵されており、例えば、センサーユニット１６０によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。センサーユニット１６０の検出信号は、車体の姿勢を制御する姿勢制御部としての車体姿勢制御装置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。また、センサーユニット１６０は、他にもキーレスエントリー、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、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センサーユニット１６０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姿勢制御、農業機械（農機）、もしくは建設機械（建機）などの姿勢制御において利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、センサーユニット１６０、およびそれぞれの制御部（不図示）が組み込まれる。

このような移動体は、第２実施形態におけるセンサーユニット１６０、および制御部（不図示）を備えているので、優れた信頼性を有している。

［第１６実施形態］
第１６実施形態は、第１５実施形態の移動体１５００において、自動運転を可能とする実施形態である。

図３３に示す自動運転される移動体１５００に用いられるＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems）ロケーターは、センサーモジュール１６１０を含む慣性センサーの他に、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機、地図データを格納した地図データベースを有する。ＡＤＡＳロケーターは、ＧＮＳＳ受信機で受信する測位信号と、慣性センサーの計測結果とを組み合わせることにより、移動体の走行位置をリアルタイムで測定する。ＡＤＡＳロケーターは、地図データベースから地図データを読み出す。センサーモジュール１６１０を含むＡＤＡＳロケーターからの出力は自動運転制御部１６２０に入力される。自動運転制御部１６２０は、ＡＤＡＳロケーターからの出力（センサーモジュール６１０からの検出信号を含む）に基づいて、移動体１５００の加速、制動、及び操舵の少なくともいずれかを制御する。

図３４は、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems）ロケーターに係るシステム１６００を示すブロック図である。切替部１６３０は、ＡＤＡＳロケーターからの出力の変化（センサーモジュール１６１０からの検出信号の変化を含む）に基づいて、自動運転制御部１６２０での自動運転の実施或いは不実施を切り替える。切替部１６３０は、例えば、ＡＤＡＳロケーター中のセンサー（センサーモジュール１６１０を含む）の検出能力が低下した異常時に、自動運転の実施から不実施に切り替える信号を制御部１６２０に出力する。

１０００…測位システム、１００２…ＧＰＳモジュール、１００４…演算部、１００…ＩＭＵ、１１０…角速度センサー、１１２…Ｘ軸角速度センサー、１１４…Ｙ軸角速度センサー、１１６…Ｚ軸角速度センサー、１２０…加速度センサー、１２２…Ｘ軸加速度センサー、１２４…Ｙ軸加速度センサー、１２６…Ｚ軸加速度センサー、１１００…移動体

Claims (15)

1. 移動体に装備される測位システムにおいてＴ［秒］毎に測位結果を出力する衛星測位用受信機と組み合わせて用いられる慣性計測装置であって、
   前記移動体の前後方向をＸ軸、前記移動体の左右方向をＹ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との直交する方向をＺ軸としたときに、
   前記Ｘ軸回りの角速度を検出し、第１の角速度信号を出力するＸ軸角速度センサーと、
   前記Ｙ軸回りの角速度を検出し、第２の角速度信号を出力するＹ軸角速度センサーと、
   前記Ｚ軸回りの角速度を検出し、第３の角速度信号を出力するＺ軸角速度センサーと、
   前記Ｘ軸方向の加速度を検出し、第１の加速度信号を出力するＸ軸加速度センサーと、
   前記Ｙ軸方向の加速度を検出し、第２の加速度信号を出力するＹ軸加速度センサーと、
   前記Ｚ軸方向の加速度を検出し、第３の加速度信号を出力するＺ軸加速度センサーと、
   を備え、
   前記Ｚ軸角速度センサーは、前記移動体が移動速度Ｖ［ｍ／秒］でＴ秒間移動する間の前記第３の角速度信号に基づく位置誤差Ｐ［ｍ］が、
   Ｐｐ≧Ｐ＝（Ｖ／Ｂｚ）×（１−ｃｏｓ（Ｂｚ×Ｔ））
   （但し、前記第３の角速度信号のバイアス誤差がＢｚ［ｄｅｇ／秒］、Ｔ秒間移動する間の所定の許容最大位置誤差がＰｐ［ｍ］である）
   を満たし、
   前記Ｘ軸角速度センサーは、前記第１の角速度信号のバイアス誤差Ｂｘ［ｄｅｇ／秒］が、Ｂｚ＜Ｂｘ、を満たし、
   前記Ｙ軸角速度センサーは、前記第２の角速度信号のバイアス誤差Ｂｙ［ｄｅｇ／秒］が、Ｂｚ＜Ｂｙ、を満たす、
   慣性計測装置。
2. 請求項１において、
   Ｂｚ＜０．５×Ｂｘ、且つ、Ｂｚ＜０．５×Ｂｙ
   を満たす慣性計測装置。
3. 移動体に装備される測位システムに用いられる慣性計測装置であって、
   前記移動体の前後方向をＸ軸、前記移動体の左右方向をＹ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との直交する方向をＺ軸としたときに、
   前記Ｘ軸回りの角速度を検出し、第１の角速度信号を出力するＸ軸角速度センサーと、
   前記Ｙ軸回りの角速度を検出し、第２の角速度信号を出力するＹ軸角速度センサーと、
   前記Ｚ軸回りの角速度を検出し、第３の角速度信号を出力するＺ軸角速度センサーと、
   前記Ｘ軸方向の加速度を検出し、第１の加速度信号を出力するＸ軸加速度センサーと、
   前記Ｙ軸方向の加速度を検出し、第２の加速度信号を出力するＹ軸加速度センサーと、
   前記Ｚ軸方向の加速度を検出し、第３の加速度信号を出力するＺ軸加速度センサーと、
   を備え、
   前記Ｘ軸角速度センサーの前記第１の角速度信号のアラン分散をＢＩＳｘ［ｄｅｇ／時間］とし、
   前記Ｙ軸角速度センサーの前記第２の角速度信号のアラン分散をＢＩＳｙ［ｄｅｇ／時間］とし、
   前記Ｚ軸角速度センサーの前記第３の角速度信号のアラン分散をＢＩＳｚ［ｄｅｇ／時間］としたとき、
   ＢＩＳｚ＜０．５×ＢＩＳｘ、且つ、ＢＩＳｚ＜０．５×ＢＩＳｙ、
   を満たす、
   慣性計測装置。
4. 請求項３において、
   ＢＩＳｘ＞５、ＢＩＳｙ＞５、且つ、ＢＩＳｚ＜２．５、
   を満たす慣性計測装置。
5. 請求項１乃至４の何れかにおいて、
   Ｂｘ＞１１４０［ｄｅｇ／時間］、Ｂｙ＞１１４０［ｄｅｇ／時間］、且つ、Ｂｚ＜５７０［ｄｅｇ／時間］、
   である慣性計測装置。
6. 請求項１乃至５の何れかにおいて、
   前記Ｘ軸角速度センサーは、Ｎｇｘ［個］のセンサー素子を有して構成され、
   前記Ｙ軸角速度センサーは、Ｎｇｙ［個］のセンサー素子を有して構成され、
   前記Ｚ軸角速度センサーは、Ｎｇｚ［個］のセンサー素子を有して構成され、
   Ｎｇｚ＞Ｎｇｘ、且つ、Ｎｇｚ＞Ｎｇｙ，
   を満たす慣性計測装置。
7. 請求項６において、
   Ｎｇｚ≧２
   を満たす慣性計測装置。
8. 請求項１乃至７の何れかにおいて、
   前記Ｚ軸角速度センサーは、
   水晶の電気軸、機械軸、及び光学軸からなる直交座標系において、
   前記電気軸と前記機械軸とで規定される平面に沿った主面を有する基部と、
   前記基部から、一方が前記機械軸のプラス方向へ延出され、他方が前記機械軸のマイナス方向へ延出された１対の検出用振動腕と、
   前記基部から、一方が前記電気軸のプラス方向へ延出され、他方が前記電気軸のマイナス方向へ延出された１対の連結腕と、
   前記各連結腕から、一方が前記機械軸のプラス方向へ延出され、他方が前記機械軸のマイナス方向へ延出された各１対の駆動用振動腕と、
   前記基部から延出される少なくとも２本の梁と、
   前記各梁の先端部に接続される支持部と、
   を含み、
   各前記梁の１つである水晶からなる第１の梁が、前記電気軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記連結腕と、前記機械軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、
   前記第１の梁は、
   前記基部から前記電気軸のプラス方向に延出する第１延出部と、
   前記第１延出部から前記機械軸のプラス方向に延出する第２延出部と、
   前記第２延出部から前記電気軸のマイナス方向に延出する第３延出部と、
   を含む、
   慣性計測装置。
9. 請求項８において、
   前記Ｘ軸角速度センサーおよび前記Ｙ軸角速度センサーは、Ｓｉ−ＭＥＭＳ型角速度センサーであり、
   前記Ｘ軸加速度センサー、前記Ｙ軸加速度センサーおよび前記Ｚ軸加速度センサーは、Ｓｉ−ＭＥＭＳ型加速度センサーである、
   慣性計測装置。
10. 請求項９において、
    前記Ｘ軸角速度センサー、前記Ｙ軸角速度センサー、前記Ｘ軸加速度センサー、前記Ｙ軸加速度センサーおよび前記Ｚ軸加速度センサーを収容する容器、
    を更に備えた慣性計測装置。
11. 請求項１乃至１０の何れかにおいて、
    前記第１の角速度信号および前記第１の加速度信号は、前記移動体のロール角の算出基準信号となり、
    前記第２の角速度信号および前記第２の加速度信号は、前記移動体のピッチ角の算出基準信号となる、
    慣性計測装置。
12. 請求項１乃至１１の何れかに記載の慣性計測装置と、
    前記慣性計測装置の出力信号に基づいて、加速、制動および操舵のうちの少なくとも１つを制御する制御部と、
    を具備し、
    自動運転の実施或いは不実施を、前記慣性計測装置の出力信号に基づいて切り替える、
    移動体。
13. 開口部を有するケースと、
    前記ケース内に収容された請求項１乃至１１の何れかに記載の慣性計測装置と、
    前記ケース内に収容され、前記慣性計測装置の出力信号を処理する処理部と、
    表示画面を前記開口部に向けて前記ケースに収容された表示部と、
    前記開口部を塞ぐ透光性カバーと、
    を備えた携帯型電子機器。
14. 請求項１乃至１１の何れかに記載の慣性計測装置と、
    前記慣性計測装置の出力信号に基づいて所定の制御を行う制御部と、
    を備えた電子機器。
15. 請求項１乃至１１の何れかに記載の慣性計測装置と、
    前記慣性計測装置の出力信号に基づいて姿勢制御を行う姿勢制御部と、
    を備えた移動体。

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