JP2019052883A - 物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 - Google Patents
物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】センサーからの出力に対して高精度な温度補償を行うことのできる物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】本発明の物理量センサーは、第1載置面を有する第1物理量センサーと、前記第1載置面上に配置され、前記第1載置面の側とは反対側に第2載置面を有し、感温素子を有する半導体素子と、前記第2載置面上に配置されている第2物理量センサーと、を含んでいる。また、前記半導体素子は、前記感温素子からの出力に基づいて前記第1物理量センサーおよび前記第2物理量センサーからの出力を補正する補正回路を有している。【選択図】図1
Description
本発明は、物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体に関するものである。
例えば、特許文献1に記載の複合センサーは、半導体素子(ICチップ)と、加速度センサーと、角速度センサーと、を有し、半導体素子上に、加速度センサーおよび角速度センサーが積層された状態で配置されている。また、半導体素子には、感温素子が設けられている。
しかしながら、加速度センサーおよび角速度センサーのうちの半導体素子から遠い方のセンサーの温度が、感温素子により検知される温度とずれ易く、当該センサーからの出力に対する温度補償を高精度に行うことが困難である。
本発明の目的は、センサーからの出力に対して高精度な温度補償を行うことのできる物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、第1載置面を有する第1物理量センサーと、
前記第1載置面上に配置され、前記第1載置面の側とは反対側に第2載置面を有し、感温素子を有する半導体素子と、
前記第2載置面上に配置されている第2物理量センサーと、を含むことを特徴とする。
これにより、感温素子によって第1、第2物理量センサーの両方の温度を精度よく検知することができるため、第1、第2物理量センサーからの出力に対して高精度な温度補償を行うことができる。
前記第1載置面上に配置され、前記第1載置面の側とは反対側に第2載置面を有し、感温素子を有する半導体素子と、
前記第2載置面上に配置されている第2物理量センサーと、を含むことを特徴とする。
これにより、感温素子によって第1、第2物理量センサーの両方の温度を精度よく検知することができるため、第1、第2物理量センサーからの出力に対して高精度な温度補償を行うことができる。
本発明の物理量センサーでは、前記半導体素子は、前記感温素子からの出力に基づいて前記第1物理量センサーおよび前記第2物理量センサーからの出力を補正する補正回路を含むことが好ましい。
これにより、第1、第2物理量センサーからの出力に対して高精度な温度補償を行うことができる。
これにより、第1、第2物理量センサーからの出力に対して高精度な温度補償を行うことができる。
本発明の物理量センサーでは、前記第1物理量センサー、前記半導体素子および前記第2物理量センサーが積層されている方向からの平面視で、
前記感温素子は、前記第1物理量センサーおよび前記第2物理量センサーと重なるように配置されていることが好ましい。
これにより、感温素子によって第1、第2物理量センサーの両方の温度をより精度よく検知することができる。
前記感温素子は、前記第1物理量センサーおよび前記第2物理量センサーと重なるように配置されていることが好ましい。
これにより、感温素子によって第1、第2物理量センサーの両方の温度をより精度よく検知することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記感温素子は、サーミスタであることが好ましい。
これにより、感温素子の構成が簡単なものとなる。
これにより、感温素子の構成が簡単なものとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記感温素子は、ダイオードであることが好ましい。
これにより、感温素子の構成が簡単なものとなる。
これにより、感温素子の構成が簡単なものとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記感温素子は、
前記第1物理量センサーの温度を検知する第1感温素子と、
前記第1感温素子よりも前記第2物理量センサー側に配置され、前記第2物理量センサーの温度を検知する第2感温素子と、を有することが好ましい。
これにより、第1、第2物理量センサーの温度をそれぞれ精度よく検知することができる。
前記第1物理量センサーの温度を検知する第1感温素子と、
前記第1感温素子よりも前記第2物理量センサー側に配置され、前記第2物理量センサーの温度を検知する第2感温素子と、を有することが好ましい。
これにより、第1、第2物理量センサーの温度をそれぞれ精度よく検知することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記サーミスタは、
前記半導体素子の前記第2載置面に設けられている第1薄膜サーミスタと、
前記半導体素子の前記第2載置面の側とは反対側の面に設けられた第2薄膜サーミスタと、を有していることが好ましい。
これにより、第1、第2物理量センサーの温度をそれぞれ精度よく検知することができる。
前記半導体素子の前記第2載置面に設けられている第1薄膜サーミスタと、
前記半導体素子の前記第2載置面の側とは反対側の面に設けられた第2薄膜サーミスタと、を有していることが好ましい。
これにより、第1、第2物理量センサーの温度をそれぞれ精度よく検知することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記第2載置面は、平面視で、前記第2物理量センサーから露出する露出部を有し、
前記露出部には、
前記第1物理量センサーと電気的に接続されている第1端子と、
前記第2物理量センサーと電気的に接続されている第2端子と、が配置されていることが好ましい。
これにより、第1、第2物理量センサーと半導体素子との電気的な接続を容易に行うことができる。
前記露出部には、
前記第1物理量センサーと電気的に接続されている第1端子と、
前記第2物理量センサーと電気的に接続されている第2端子と、が配置されていることが好ましい。
これにより、第1、第2物理量センサーと半導体素子との電気的な接続を容易に行うことができる。
本発明の物理量センサーでは、前記半導体素子の前記第2載置面の側には、
第1外縁に沿って複数の前記第1端子が配置され、
前記第1外縁と異なる第2外縁に沿って複数の前記第2端子が配置されていることが好ましい。
これにより、半導体回路と第1物理量センサーとの電気的な接続および半導体回路と第2物理量センサーとの電気的な接続をそれぞれ容易に行うことができる。
第1外縁に沿って複数の前記第1端子が配置され、
前記第1外縁と異なる第2外縁に沿って複数の前記第2端子が配置されていることが好ましい。
これにより、半導体回路と第1物理量センサーとの電気的な接続および半導体回路と第2物理量センサーとの電気的な接続をそれぞれ容易に行うことができる。
本発明の物理量センサーでは、前記第1物理量センサー、前記半導体素子および前記第2物理量センサーを収納しているパッケージを含むことが好ましい。
これにより、第1物理量センサー、半導体素子および第2物理量センサーを衝撃、埃および湿気から保護することができる。
これにより、第1物理量センサー、半導体素子および第2物理量センサーを衝撃、埃および湿気から保護することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記第1物理量センサー、前記半導体素子および前記第2物理量センサーは、モールド材でモールドされていることが好ましい。
これにより、第1物理量センサー、半導体素子および第2物理量センサーを衝撃、埃および湿気から保護することができる。
これにより、第1物理量センサー、半導体素子および第2物理量センサーを衝撃、埃および湿気から保護することができる。
本発明の移動体測位装置は、本発明の物理量センサーと、
測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信する受信部と、
受信した前記衛星信号に基づいて、前記受信部の位置情報を取得する取得部と、
前記慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて、移動体の姿勢を演算する演算部と、
算出された前記姿勢に基づいて前記位置情報を補正することにより、前記移動体の位置を算出する算出部と、を含むことを特徴とする。
これにより、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測位装置が得られる。
測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信する受信部と、
受信した前記衛星信号に基づいて、前記受信部の位置情報を取得する取得部と、
前記慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて、移動体の姿勢を演算する演算部と、
算出された前記姿勢に基づいて前記位置情報を補正することにより、前記移動体の位置を算出する算出部と、を含むことを特徴とする。
これにより、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測位装置が得られる。
本発明の携帯型電子機器は、本発明の物理量センサーと、
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含むことを特徴とする。
これにより、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携帯型電子機器が得られる。
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含むことを特徴とする。
これにより、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携帯型電子機器が得られる。
本発明の電子機器は、本発明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。
これにより、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が得られる。
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。
これにより、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が得られる。
本発明の移動体は、本発明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。
これにより、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が得られる。
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。
これにより、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が得られる。
以下、本発明の物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、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。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。図2は、図1に示す物理量センサーの平面図である。図3は、パッケージに収納された各部を示す分解斜視図である。図4は、加速度Axを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図5は、加速度Ayを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図6は、加速度Azを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図7は、角速度ωxを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図8は、図7に示すセンサー素子の変形例を示す平面図である。図9は、角速度ωyを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図10は、図9に示すセンサー素子の変形例を示す平面図である。図11は、角速度ωzを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図12は、図11に示すセンサー素子の変形例を示す平面図である。図13は、半導体素子の回路構成を示すブロック図である。図14は、角速度センサーの模式的な平面図である。図15は、加速度センサーの模式的な平面図である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。図2は、図1に示す物理量センサーの平面図である。図3は、パッケージに収納された各部を示す分解斜視図である。図4は、加速度Axを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図5は、加速度Ayを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図6は、加速度Azを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図7は、角速度ωxを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図8は、図7に示すセンサー素子の変形例を示す平面図である。図9は、角速度ωyを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図10は、図9に示すセンサー素子の変形例を示す平面図である。図11は、角速度ωzを検出するためのセンサー素子を示す平面図である。図12は、図11に示すセンサー素子の変形例を示す平面図である。図13は、半導体素子の回路構成を示すブロック図である。図14は、角速度センサーの模式的な平面図である。図15は、加速度センサーの模式的な平面図である。
なお、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、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。
図1に示す物理量センサー1は、3軸の加速度センサー3(第2物理量センサー)と3軸の角速度センサー4(第1物理量センサー)とを備えた、所謂「6軸モーションセンサー」として機能する。そして、物理量センサー1は、例えば、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)として用いることができる。このような物理量センサー1は、パッケージ2と、パッケージ2に収納された加速度センサー3、角速度センサー4および半導体素子5と、を有している。
パッケージ2は、キャビティ状のベース21と、ベース21の上面に接合された蓋体22と、を有している。ベース21は、その上面に開口する凹部211を有している。また、凹部211は、ベース21の上面に開口する第1凹部211aと、第1凹部211aの底面に開口する第2凹部211bと、を有している。
一方、蓋体22は、板状であり、凹部211の開口を塞ぐようにしてベース21の上面に接合されている。蓋体22によって凹部211の開口を塞ぐことで、パッケージ2内に収納空間S2が形成され、この収納空間S2に加速度センサー3、角速度センサー4および半導体素子5が収納されている。そのため、パッケージ2によって加速度センサー3、角速度センサー4および半導体素子5を衝撃、埃、湿気(水分)等から好適に保護することができる。なお、ベース21と蓋体22との接合方法としては、特に限定されず、本実施形態では、シームリング29を介したシーム溶接を用いている。
収納空間S2は、気密封止されている。収納空間S2の雰囲気としては、特に限定されず、例えば、加速度センサー3の内部空間S3と同じ雰囲気となっていてもよいし、角速度センサー4の内部空間S4と同じ雰囲気となっていてもよいし、これ以外の雰囲気であってもよい。例えば、収納空間S2が加速度センサー3の内部空間S3と同じ雰囲気であれば、仮に内部空間S3の気密性が崩壊し、内部空間S3と収納空間S2とが連通してしまっても、内部空間S3の雰囲気をそのまま維持することができる。そのため、内部空間S3の雰囲気が変化することによる加速度センサー3の加速度検出特性の変化を抑制することができ、安定した駆動を行うことのできる物理量センサー1となる。同様に、収納空間S2が角速度センサー4の内部空間S4と同じ雰囲気であれば、仮に内部空間S4の気密性が崩壊し、内部空間S4と収納空間S2とが連通してしまっても、内部空間S4の雰囲気をそのまま維持することができる。そのため、内部空間S4の雰囲気が変化することによる角速度センサー4の角速度検出特性の変化を抑制することができ、安定した駆動を行うことのできる物理量センサー1となる。
ベース21の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の各種セラミックスを用いることができる。この場合、セラミックシート(グリーンシート)の積層体を焼成してベース21を製造することができる。このように製造することで、凹部211を簡単に形成することができる。また、蓋体22の構成材料としては、特に限定されないが、ベース21の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース21の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金を用いることが好ましい。
また、ベース21は、収納空間S2内に配置された複数の内部端子23と、底面に配置された複数の外部端子24と、を有している。そして、各内部端子23は、ベース21内に配置された図示しない内部配線を介して、所定の外部端子24と電気的に接続されている。また、複数の内部端子23は、それぞれ、ボンディングワイヤーBW3を介して半導体素子5と電気的に接続されている。これにより、外部端子24を介して、パッケージ2の外側から半導体素子5との電気的な接続を行えるようになり、物理量センサー1の実装が容易となる。
複数の内部端子23は、それぞれ、第1凹部211aの底面に配置されている。具体的には、図2に示すように、第1凹部211aの底面は、第2凹部211bの開口を囲む枠状となっており、その周方向に沿って複数の内部端子23が配置されている。
以上、パッケージ2について説明した。なお、パッケージ2としては、加速度センサー3、角速度センサー4および半導体素子5を収納することができれば、特に限定されない。例えば、収納空間S2は、気密封止されていなくてもよい。
加速度センサー3は、X軸方向の加速度Ax、Y軸方向の加速度AyおよびZ軸方向の加速度Azを検出することができる。このような加速度センサー3は、図3に示すように、パッケージ31と、パッケージ31に収納された4つのセンサー素子34、35、36を有している。このうち、センサー素子34で加速度Axを検出し、センサー素子35で加速度Ayを検出し、センサー素子36で加速度Azを検出する。
パッケージ31は、基板32と、基板32に接合された蓋体33と、を有している。基板32としては、例えば、アルカリ金属イオン(可動イオン)を含むガラス材料(例えば、パイレックスガラス(登録商標)、テンパックスガラス(登録商標)のような硼珪酸ガラス)で構成されたガラス基板を用いることができる。また、蓋体33としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。ただし、基板32および蓋体33の構成材料としては、特に限定されず、シリコン基板、ガラス基板、セラミックス基板等を用いることができる。
パッケージ31の内部空間S3は、気密空間であり、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度(−40℃〜80℃程度)で、ほぼ大気圧となっていることが好ましい。これにより、粘性抵抗が増してダンピング効果が発揮され、センサー素子34、35、36の振動を速やかに収束させることができる。そのため、加速度センサー3による加速度Ax、Ay、Azの検出精度が向上する。
また、基板32の上面の一部がパッケージ31の外側に臨んでおり、当該部分には複数の電極パッドP31、P32、P33、P34、P35、P36、P37が配置されている。電極パッドP31、P32、P33、P34、P35、P36、P37は、それぞれ、基板32に配置された図示しない配線を介してセンサー素子34、35、36と電気的に接続されている。
次に、センサー素子34、35、36について簡単に説明する。センサー素子34、35、36は、例えば、基板32の上面に陽極接合され、リン(P)、ボロン(B)等の不純物がドープされたシリコン基板を、ドライエッチング法(シリコンディープエッチング法)を用いてパターニングすることで形成することができる。
センサー素子34は、X軸方向の加速度Axを検出するためのセンサー素子である。図4に示すように、センサー素子34は、基板32に固定された固定電極341と、基板32に対してX軸方向に変位可能な可動電極342と、を有している。また、可動電極342は、基板32の上面に固定された一対の固定部3421と、基板32に対してX軸方向に変位可能な可動部3422と、各固定部3421と可動部3422とを接続する一対の接続ばね3423と、可動部3422からY軸方向両側に延出して配置された複数の可動電極指3424と、を有している。
このような可動電極342は、図示しない配線を介して電極パッドP31と電気的に接続されている。なお、基板32は、上面に開放し、可動部3422と重なって配置された凹部321を有し、この凹部321によって、基板32と可動部3422との接触が防止されている。
固定電極341は、複数の第1固定電極指3411と、複数の第2固定電極指3412と、を有している。各第1固定電極指3411は、Y軸方向に延在し、その一端側において基板32の上面に固定されている。また、各第1固定電極指3411は、対応する可動電極指3424に対してX軸方向プラス側に位置し、ギャップを介して対向している。同様に、各第2固定電極指3412は、Y軸方向に延在し、その一端側において基板32の上面に固定されている。また、各第2固定電極指3412は、対応する可動電極指3424に対してX軸方向マイナス側に位置し、ギャップを介して対向している。
各第1固定電極指3411は、図示しない配線を介して電極パッドP32と電気的に接続されており、各第2固定電極指3412は、図示しない配線を介して電極パッドP33と電気的に接続されている。そして、加速度センサー3の駆動時には、可動電極指3424と第1固定電極指3411との間および可動電極指3424と第2固定電極指3412との間にそれぞれ静電容量が形成される。
センサー素子34に加速度Axが加わると、加速度Axの大きさに基づいて、可動部3422が接続ばね3423を弾性変形させながらX軸方向に変位する。この可動部3422の変位に伴って、可動電極指3424と第1固定電極指3411とのギャップおよび可動電極指3424と第2固定電極指3412とのギャップがそれぞれ変化し、この変位に伴って、可動電極指3424と第1固定電極指3411との間の静電容量および可動電極指3424と第2固定電極指3412との間の静電容量がそれぞれ変化する。したがって、これら静電容量の変化に基づいて加速度Axを検出することができる。
センサー素子35は、Y軸方向の加速度Ayを検出するためのセンサー素子である。センサー素子35は、Z軸まわりに90度回転して配置されていること以外は、前述したセンサー素子34と同様の構成である。
図5に示すように、センサー素子35は、基板32の上面に固定された固定電極351と、基板32に対してX軸方向に変位可能な可動電極342と、を有している。また、可動電極352は、基板32の上面に固定された一対の固定部3521と、基板32に対してY軸方向に変位可能な可動部3522と、各固定部3521と可動部3522とを接続する一対の接続ばね3523と、可動部3522からX軸方向両側に延出して配置された複数の可動電極指3524と、を有している。
このような可動電極352は、図示しない配線を介して電極パッドP31と電気的に接続されている。なお、基板32は、上面に開放し、可動部3522と重なって配置された凹部322を有し、この凹部322によって、基板32と可動部3522との接触が防止されている。
固定電極351は、複数の第1固定電極指3511と、複数の第2固定電極指3512と、を有している。各第1固定電極指3511は、X軸方向に延在し、その一端側において基板32の上面に固定されている。また、各第1固定電極指3511は、対応する可動電極指3524に対してY軸方向プラス側に位置し、ギャップを介して対向している。同様に、各第2固定電極指3512は、X軸方向に延在し、その一端側において基板32の上面に固定されている。また、各第2固定電極指3512は、対応する可動電極指3524に対してY軸方向マイナス側に位置し、ギャップを介して対向している。
各第1固定電極指3511は、図示しない配線を介して電極パッドP34と電気的に接続されており、各第2固定電極指3512は、図示しない配線を介して電極パッドP35と電気的に接続されている。そして、加速度センサー3の駆動時には、可動電極指3524と第1固定電極指3511との間および可動電極指3524と第2固定電極指3512との間にそれぞれ静電容量が形成される。
センサー素子35に加速度Ayが加わると、加速度Ayの大きさに基づいて、可動部3522が接続ばね3523を弾性変形させながらY軸方向に変位する。この可動部3522の変位に伴って、可動電極指3524と第1固定電極指3511とのギャップおよび可動電極指3524と第2固定電極指3512とのギャップがそれぞれ変化し、この変位に伴って、これらの間の可動電極指3524と第1固定電極指3511との間の静電容量および可動電極指3524と第2固定電極指3512との間の静電容量がそれぞれ変化する。したがって、これら静電容量の変化に基づいて加速度Ayを検出することができる。
センサー素子36は、Z軸方向の加速度Azを検出するためのセンサー素子である。図6に示すように、センサー素子36は、板状の可動部361と、基板32の上面に固定された固定部362と、可動部361と固定部362とを接続する梁363と、を有している。
また、可動部361は、梁363により形成された回動軸Jの一方側(X軸方向プラス側)に位置する第1可動電極361’と、回動軸Jの他方側(X軸方向マイナス側)に位置する第2可動電極361”と、を有している。第1可動電極361’と第2可動電極361”とは、加速度Azが加わったときの回転モーメントが互いに異なっている。そのため、加速度Azが加わると、可動部361は、回動軸Jまわりにシーソー揺動する。
このようなセンサー素子36は、図示しない配線を介して電極パッドP31と電気的に接続されている。なお、基板32は、上面に開放し、可動部361と重なって配置された凹部323を有し、この凹部323によって、基板32と可動部361との接触が防止されている。
また、凹部323の底面には、第1可動電極361’と対向する第1固定電極368と、第2可動電極361”と対向する第2固定電極369と、が設けられている。また、第1固定電極368は、図示しない配線を介して電極パッドP36と電気的に接続されており、第2固定電極369は、図示しない配線を介して電極パッドP37と電気的に接続されている。そして、加速度センサー3の駆動時には、第1可動電極361’と第1固定電極368との間および第2可動電極361”と第2固定電極369との間にそれぞれ静電容量が形成される。
センサー素子36に加速度Azが加わると、加速度Azの大きさに基づいて、可動部361が回動軸Jまわりにシーソー揺動する。この可動部361のシーソー揺動に伴って、第1可動電極361’と第1固定電極368とのギャップおよび第2可動電極361”と第2固定電極369とのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って、第1可動電極361’と第1固定電極368との間の静電容量および第2可動電極361”と第2固定電極369との間の静電容量がそれぞれ変化する。そのため、これら静電容量の変化に基づいて加速度Azを検出することができる。
以上、加速度センサー3について説明した。なお、加速度センサー3としては、少なくとも1方向の加速度を検出することができれば、特に限定されない。例えば、センサー素子34、35、36のうちの1つまたは2つを省略してもよい。また、センサー素子34、35、36の構成についても、それぞれ、特に限定されない。
角速度センサー4は、X軸まわりの角速度ωx、Y軸まわりの角速度ωyおよびZ軸まわりの角速度ωzを検出することができる。このような角速度センサー4は、パッケージ41と、パッケージ41に収納された4つのセンサー素子44、45、46を有している。このうち、センサー素子44で角速度ωxを検出し、センサー素子45で角速度ωyを検出し、センサー素子46で角速度ωzを検出する。
パッケージ41は、基板42と、基板42に接合された蓋体43と、を有している。このようなパッケージ41は、前述したパッケージ31と同様の構成であるため、その説明を省略する。パッケージ41の内部空間S4は、減圧状態、好ましくは真空状態となっている。これにより、粘性抵抗が減り、センサー素子44、45、46を効率的に振動させることができる。
また、基板42の上面の一部がパッケージ41の外側に臨んでおり、当該部分には複数の電極パッドP41、P42、P43、P44、P45、P46、P47が配置されている。電極パッドP41、P42、P43、P44、P45、P46、P47は、それぞれ、基板42に配置された図示しない配線を介してセンサー素子44、45、46と電気的に接続されている。
次に、センサー素子44、45、46について簡単に説明する。センサー素子44、45、46は、例えば、基板42の上面に陽極接合され、リン(P)、ボロン(B)等の不純物がドープされたシリコン基板を、ドライエッチング法(シリコンディープエッチング法)を用いてパターニングすることで形成することができる。
センサー素子44は、X軸まわりの角速度ωxを検出するためのセンサー素子である。図7に示すように、センサー素子44は、基板42に固定された固定電極441と、基板42に対して変位可能な可動電極442と、を有している。
可動電極442は、一対の櫛歯状の可動駆動電極4421A、4421Bと、可動駆動電極4421Aの周囲に位置し、基板42に固定された4つの固定部4422Aと、可動駆動電極4421Bの周囲に位置し、基板42に固定された4つの固定部4422Bと、可動駆動電極4421Aと固定部4422Aとを接続し、可動駆動電極4421AをY軸方向に変位可能とする駆動ばね4423Aと、可動駆動電極4421Bと固定部4422Bとを接続し、可動駆動電極4421BをY軸方向に変位可能とする駆動ばね4423Bと、を有している。
また、可動電極442は、可動駆動電極4421A、4421Bの間に位置する一対の可動検出電極4424A、4424Bと、可動検出電極4424A、4424Bの間に位置し、基板42に固定された2つの固定部4425と、可動検出電極4424Aと固定部4422A、4425とを接続し、可動検出電極4424AをY軸方向およびZ軸方向に変位可能とする検出ばね4426Aと、可動検出電極4424Bと固定部4422B、4425とを接続し、可動検出電極4424BをY軸方向およびZ軸方向に変位可能とする検出ばね4426Bと、を有している。
また、可動電極442は、可動駆動電極4421Aと可動検出電極4424Aとを接続する梁4427Aと、可動駆動電極4421Bと可動検出電極4424Bとを接続する梁4427Bと、を有している。
このような可動電極442は、図示しない配線を介して電極パッドP41と電気的に接続されている。なお、基板42は、上面に開放し、可動電極442と重なって配置された凹部421を有し、この凹部421によって、基板42と可動電極442との接触が防止されている。
また、固定電極441は、可動駆動電極4421Aを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定駆動電極4411A、4412Aと、可動駆動電極4421Bを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定駆動電極4411B、4412Bと、を有している。固定駆動電極4411A、4411Bは、図示しない配線を介して電極パッドP42と電気的に接続されており、固定駆動電極4412A、4412Bは、図示しない配線を介して電極パッドP43と電気的に接続されている。
また、凹部421の底面には、可動検出電極4424Aと対向する固定検出電極448と、可動検出電極4424Bと対向する固定検出電極449と、が配置されている。また、固定検出電極448は、図示しない配線を介して電極パッドP44と電気的に接続されており、固定検出電極449は、図示しない配線を介して電極パッドP45と電気的に接続されている。そして、角速度センサー4の駆動時には、可動検出電極4424Aと固定検出電極448との間および可動検出電極4424Bと固定検出電極449との間にそれぞれ静電容量が形成される。
固定駆動電極4411A、4412Aおよび固定駆動電極4411B、4412Bに駆動電圧を印加すると、固定駆動電極4411A、4412Aと可動駆動電極4421Aとの間および固定駆動電極4411B、4412Bと可動駆動電極4421Bとの間にそれぞれ静電引力が発生し、この静電引力によって、可動駆動電極4421A、4421Bが可動検出電極4424A、4424Bと共にY軸方向に逆相で振動する。
この状態で、物理量センサー1に角速度ωxが加わると、可動検出電極4424A、4424Bは、コリオリの力によって、Z軸方向に逆相で振動する。これにより、可動検出電極4424Aと固定検出電極448とのギャップおよび可動検出電極4424Bと固定検出電極448とのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って、可動検出電極4424Aと固定検出電極448との間の静電容量および可動検出電極4424Bと固定検出電極448との間の静電容量がそれぞれ変化する。そのため、これら静電容量の変化に基づいて、角速度ωxを求めることができる。
なお、図8に示すように、可動電極442は、可動駆動電極4421Aに設けられた櫛歯状の可動モニター電極4428Aと、可動駆動電極4421Bに設けられた櫛歯状の可動モニター電極4428Bと、を有し、固定電極441は、可動モニター電極4428Aと噛み合うように配置された櫛歯状の固定モニター電極4413Aと、可動モニター電極4428Bと噛み合うように配置された櫛歯状の固定モニター電極4413Bと、を有していてもよい。このような構成によれば、可動モニター電極4428Aと固定モニター電極4413Aとの間の静電容量の変化および可動モニター電極4428Bと固定モニター電極4413Bとの間の静電容量の変化に基づいて、可動駆動電極4421A、4421Bの振動状態をモニターすることができる。
センサー素子45は、Y軸まわりの角速度ωyを検出するためのセンサー素子である。センサー素子45は、Z軸まわりに90度回転して配置されていること以外は、前述したセンサー素子44と同様の構成である。図9に示すように、センサー素子45は、基板42に固定された固定電極451と、基板42に対して変位可能な可動電極452と、を有している。
可動電極452は、一対の櫛歯状の可動駆動電極4521A、4521Bと、可動駆動電極4521Aの周囲に位置し、基板42に固定された4つの固定部4522Aと、可動駆動電極4521Bの周囲に位置し、基板42に固定された4つの固定部4522Bと、可動駆動電極4521Aと固定部4522Aとを接続し、可動駆動電極4521AをX軸方向に変位可能とする駆動ばね4523Aと、可動駆動電極4521Bと固定部4522Bとを接続し、可動駆動電極4521BをX軸方向に変位可能とする駆動ばね4523Bと、を有している。
また、可動電極452は、可動駆動電極4521A、4521Bの間に位置する一対の可動検出電極4524A、4524Bと、可動検出電極4524A、4524Bの間に位置し、基板42に固定された2つの固定部4525と、可動検出電極4524Aと固定部4522A、4525とを接続し、可動検出電極4524AをX軸方向およびZ軸方向に変位可能とする検出ばね4526Aと、可動検出電極4524Bと固定部4522B、4525とを接続し、可動検出電極4524BをX軸方向およびZ軸方向に変位可能とする検出ばね4526Bと、を有している。
また、可動電極452は、可動駆動電極4521Aと可動検出電極4524Aとを接続する梁4527Aと、可動駆動電極4521Bと可動検出電極4524Bとを接続する梁4527Bと、を有している。
このような可動電極452は、図示しない配線を介して電極パッドP41と電気的に接続されている。なお、基板42は、上面に開放し、可動電極452と重なって配置された凹部422を有し、この凹部422によって、基板42と可動電極452との接触が防止されている。
また、固定電極451は、可動駆動電極4521Aを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定駆動電極4511A、4512Aと、可動駆動電極4521Bを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定駆動電極4511B、4512Bと、を有している。固定駆動電極4511A、4511Bは、図示しない配線を介して電極パッドP42と電気的に接続されており、固定駆動電極4512A、4512Bは、図示しない配線を介して電極パッドP43と電気的に接続されている。
また、凹部422の底面には、可動検出電極4524Aと対向する固定検出電極458と、可動検出電極4524Bと対向する固定検出電極459と、が配置されている。また、固定検出電極458は、図示しない配線を介して電極パッドP46と電気的に接続されており、固定検出電極459は、図示しない配線を介して電極パッドP47と電気的に接続されている。そして、角速度センサー4の駆動時には、可動検出電極4524Aと固定検出電極458との間および可動検出電極4524Bと固定検出電極459との間にそれぞれ静電容量が形成される。
固定駆動電極4511A、4512Aおよび固定駆動電極4511B、4512Bに駆動電圧を印加すると、固定駆動電極4511A、4512Aと可動駆動電極4521Aとの間および固定駆動電極4511B、4512Bと可動駆動電極4521Bとの間にそれぞれ静電引力が発生し、この静電引力によって、可動駆動電極4521A、4521Bが可動検出電極4524A、4524Bと共にX軸方向に逆相で振動する。
この状態で、物理量センサー1に角速度ωyが加わると、可動検出電極4524A、4524Bは、コリオリの力によって、Z軸方向に逆相で振動する。これにより、可動検出電極4524Aと固定検出電極458とのギャップおよび可動検出電極4524Bと固定検出電極458とのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って、可動検出電極4524Aと固定検出電極458との間の静電容量および可動検出電極4524Bと固定検出電極458との間の静電容量がそれぞれ変化する。そのため、これら静電容量の変化に基づいて、角速度ωyを求めることができる。
なお、図10に示すように、可動電極452は、可動駆動電極4521Aに設けられた櫛歯状の可動モニター電極4528Aと、可動駆動電極4521Bに設けられた櫛歯状の可動モニター電極4528Bと、を有し、固定電極451は、可動モニター電極4528Aと噛み合うように配置された櫛歯状の固定モニター電極4513Aと、可動モニター電極4528Bと噛み合うように配置された櫛歯状の固定モニター電極4513Bと、を有していてもよい。このような構成によれば、可動モニター電極4528Aと固定モニター電極4513Aとの間の静電容量の変化および可動モニター電極4528Bと固定モニター電極4513Bとの間の静電容量の変化に基づいて、可動駆動電極4521A、4521Bの振動状態をモニターすることができる。
図11に示すセンサー素子46は、Z軸まわりの角速度ωzを検出するためのセンサー素子である。センサー素子46は、基板42に固定された固定電極461と、基板42に対して変位可能な可動電極462と、を有している。
可動電極462は、一対の櫛歯状の可動駆動電極4621A、4621Bと、可動駆動電極4621Aの周囲に位置し、基板42に固定された4つの固定部4622Aと、可動駆動電極4621Bの周囲に位置し、基板42に固定された4つの固定部4622Bと、可動駆動電極4621Aと固定部4622Aとを接続し、可動駆動電極4621AをX軸方向に変位可能とする駆動ばね4623Aと、可動駆動電極4621Bと固定部4622Bとを接続し、可動駆動電極4621BをX軸方向に変位可能とする駆動ばね4623Bと、を有している。
また、可動電極462は、可動駆動電極4621A、4621Bの間に位置する一対の櫛歯の可動検出電極4624A、4624Bと、可動検出電極4624A、4624Bの間に位置し、基板42に固定された2つの固定部4625と、可動検出電極4624Aと固定部4622A、4625とを接続し、可動検出電極4624AをX軸方向およびY軸方向に変位可能とする検出ばね4626Aと、可動検出電極4624Bと固定部4622B、4625とを接続し、可動検出電極4624BをX軸方向およびY軸方向に変位可能とする検出ばね4626Bと、を有している。
また、可動電極462は、可動駆動電極4621Aと可動検出電極4524Aとを接続する梁4627Aと、可動駆動電極4621Bと可動検出電極4624Bとを接続する梁4627Bと、を有している。
このような可動電極462は、図示しない配線を介して電極パッドP41と電気的に接続されている。なお、基板42は、上面に開放し、可動電極462と重なって配置された凹部423を有し、この凹部423によって、基板42と可動電極462との接触が防止されている。
また、固定電極461は、可動駆動電極4621Aを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定駆動電極4611A、4612Aと、可動駆動電極4621Bを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定駆動電極4611B、4612Bと、を有している。固定駆動電極4611A、4611Bは、図示しない配線を介して電極パッドP42と電気的に接続されており、固定駆動電極4612A、4612Bは、図示しない配線を介して電極パッドP43と電気的に接続されている。
また、固定電極461は、可動検出電極4624Aを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定検出電極4613A、4614Aと、可動検出電極4624Bを間に挟んで配置された一対の櫛歯状の固定検出電極4613B、4614Bと、を有している。固定検出電極4613A、4613Bは、図示しない配線を介して電極パッドP48と電気的に接続されており、固定検出電極4614A、4614Bは、図示しない配線を介して電極パッドP49と電気的に接続されている。そして、角速度センサー4の駆動時には、可動検出電極4624Aと固定検出電極4613A、4613Bとの間および可動検出電極4624Bと固定検出電極4613B、4614Bとの間にそれぞれ静電容量が形成される。
固定駆動電極4611A、4612Aおよび固定駆動電極4611B、4612Bに駆動電圧を印加すると、固定駆動電極4611A、4612Aと可動駆動電極4621Aとの間および固定駆動電極4611B、4612Bと可動駆動電極4621Bとの間にそれぞれ静電引力が発生し、この静電引力によって、可動駆動電極4621A、4621Bが可動検出電極4624A、4624Bと共にX軸方向に逆相で振動する。
この状態で、物理量センサー1に角速度ωzが加わると、可動検出電極4624A、4624Bは、コリオリの力によって、Y軸方向に逆相で振動する。これにより、可動検出電極4624Aと固定検出電極4613A、4614Aとのギャップおよび可動検出電極4624Bと固定検出電極4613B、4614Bとのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って、可動検出電極4624Aと固定検出電極4613A、4614Aとの間の静電容量および可動検出電極4624Bと固定検出電極4613B、4614Bとの間の静電容量がそれぞれ変化する。そのため、これら静電容量の変化に基づいて、角速度ωzを求めることができる。
なお、図12に示すように、可動電極462は、可動駆動電極4621Aに設けられた櫛歯状の可動モニター電極4628Aと、可動駆動電極4621Bに設けられた櫛歯状の可動モニター電極4628Bと、を有し、固定電極461は、可動モニター電極4628Aと噛み合うように配置された櫛歯状の固定モニター電極4615Aと、可動モニター電極4628Bと噛み合うように配置された櫛歯状の固定モニター電極4615Bと、を有していてもよい。このような構成によれば、可動モニター電極4628Aと固定モニター電極4615Aとの間の静電容量の変化および可動モニター電極4628Bと固定モニター電極4615Bとの間の静電容量の変化に基づいて、可動駆動電極4621A、4621Bの振動状態をモニターすることができる。
以上、角速度センサー4について説明した。なお、角速度センサー4としては、少なくとも1軸まわりの角速度を検出することができれば、特に限定されない。例えば、センサー素子44、45、46のうちの1つまたは2つを省略してもよい。また、センサー素子44、45、46の構成についても、それぞれ、特に限定されない。
半導体素子5(ICチップ)は、例えば、図13に示すように、加速度センサー3に接続された第1回路51と、角速度センサー4に接続された第2回路52と、加速度センサー3および角速度センサー4の温度を検知する感温素子53と、外部のホストデバイスと通信を行うインターフェース54と、を有している。
また、第1回路51は、加速度センサー3を駆動する(加速度センサー3に駆動信号を印加する)駆動回路511と、加速度センサー3の出力から加速度Ax、Ay、Azの検出処理を行う加速度検出回路512と、を有する。また、第2回路52は、角速度センサー4を駆動する(角速度センサー4に駆動信号を印加する)駆動回路521と、角速度センサー4の出力から角速度ωx、ωy、ωzの検出処理を行う角速度検出回路522と、を有している。
また、加速度検出回路512は、加速度Axを検出する検出回路512xと、加速度Ayを検出する検出回路512yと、加速度Azを検出する検出回路512zと、を有している。
また、検出回路512xは、電極パッドP32、P33から出力された信号を受ける電荷電圧変換アンプ513x、514xと、電荷電圧変換アンプ513x、514xから出力された信号を減算処理する減算処理回路515xと、減算処理回路515xから出力された信号を感温素子53からの出力(温度)に基づいて補正する補正回路516xと、補正回路516xから出力された信号に基づいて加速度Axを算出する演算回路517xと、を有している。
また、検出回路512yは、電極パッドP34、P35から出力された信号を受ける電荷電圧変換アンプ513y、514yと、電荷電圧変換アンプ513y、514yから出力された信号を減算処理する減算処理回路515yと、減算処理回路515yから出力された信号を感温素子53からの出力(温度)に基づいて補正する補正回路516yと、補正回路516yから出力された信号に基づいて加速度Ayを算出する演算回路517yと、を有している。
また、検出回路512zは、電極パッドP36、P37から出力された信号を受ける電荷電圧変換アンプ513z、514zと、電荷電圧変換アンプ513z、514zから出力された信号を減算処理する減算処理回路515zと、減算処理回路515zから出力された信号を感温素子53からの出力(温度)に基づいて補正する補正回路516zと、補正回路516zから出力された信号に基づいて加速度Azを算出する演算回路517zと、を有している。
なお、加速度検出回路512の構成としては、加速度Ax、Ay、Azを独立して検出することができれば、特に限定されない。例えば、加速度検出回路は、減算処理回路515x、515y、515zから出力された信号をマルチプレクサー(MUX)によって時分割で取得することで、加速度Ax、Ay、Azを順に算出するようになっていてもよい。
また、角速度検出回路522は、角速度ωxを検出する検出回路522xと、角速度ωyを検出する検出回路522yと、角速度ωzを検出する検出回路522zと、を有している。
また、検出回路522xは、電極パッドP44、P35から出力された信号を受ける電荷電圧変換アンプ523x、524xと、電荷電圧変換アンプ523x、524xから出力された信号を減算処理する減算処理回路525xと、減算処理回路525xから出力された信号を感温素子53からの出力(温度)に基づいて補正する補正回路526xと、補正回路526xから出力された信号に基づいて角速度ωxを算出する演算回路527xと、を有している。
また、検出回路522yは、電極パッドP46、P47から出力された信号を受ける電荷電圧変換アンプ523y、524yと、電荷電圧変換アンプ523y、524yから出力された信号を減算処理する減算処理回路525yと、減算処理回路525yから出力された信号を感温素子53からの出力(温度)に基づいて補正する補正回路526yと、補正回路526yから出力された信号に基づいて角速度ωyを算出する演算回路527yと、を有している。
また、検出回路522zは、電極パッドP48、P49から出力された信号を受ける電荷電圧変換アンプ523z、524zと、電荷電圧変換アンプ523z、524zから出力された信号を減算処理する減算処理回路525zと、減算処理回路525zから出力された信号を感温素子53からの出力(温度)に基づいて補正する補正回路526zと、補正回路526zから出力された信号に基づいて角速度ωzを算出する演算回路527zと、を有している。
なお、角速度検出回路522の構成としては、角速度ωx、ωy、ωzを独立して検出することができれば、特に限定されない。例えば、加速度検出回路は、減算処理回路525x、525y、525zから出力された信号をマルチプレクサー(MUX)によって時分割で取得することで、角速度ωx、ωy、ωzを順に算出するようになっていてもよい。
このような回路構成を有する半導体素子5は、シリコン基板(半導体基板)上に、トランジスタ、抵抗(電気抵抗)、コンデンサ等の機能を持つ各種回路素子を作り込むことで製造することができる。ここで、感温素子53としては、特に限定されないが、本実施形態では、ダイオード(シリコンダイオード)で構成されている。これにより、半導体素子5に感温素子53を形成し易くなる。
次に、加速度センサー3、角速度センサー4および半導体素子5のパッケージ2内での配置について説明する。図1に示すように、凹部211の底面、すなわち第2凹部211bの底面には、接合部材91を介して角速度センサー4が接合されている。角速度センサー4は、基板42を下側にして配置されており、蓋体43が上側に位置している。角速度センサー4の上面(蓋体43の上面)は、載置面48となっており、載置面48上には、接合部材92を介して半導体素子5が接合されている。半導体素子5は、複数の端子59が配置された能動面を上側にして配置されている。半導体素子5の上面(能動面)は、載置面58となっており、載置面58上には、接合部材93を介して加速度センサー3が接合されている。このように、物理量センサー1では、ベース21上に角速度センサー4、半導体素子5、加速度センサー3の順で積層されている。
また、図3に示すように、半導体素子5は、ボンディングワイヤーBW1を介して角速度センサー4と電気的に接続されており、ボンディングワイヤーBW2を介して加速度センサー3と電気的に接続されており、ボンディングワイヤーBW3を介してパッケージ2の内部端子23と電気的に接続されている。Z軸方向からの平面視で、各ボンディングワイヤーBW1、BW2、BW3は、互いに交差することなく配置されている。これにより、各ボンディングワイヤーBW1、BW2、BW3のループ高さを低く抑えることができ、物理量センサー1の低背化を図ることができる。
このように、半導体素子5を角速度センサー4と加速度センサー3との間に配置することで、半導体素子5が有する感温素子53を角速度センサー4および加速度センサー3の両方になるべく近づけて配置することができる。そのため、角速度センサー4および加速度センサー3の温度を精度よく検出することができ、その分、温度補正を精度よく行うことができる。したがって、高精度な温度補償を行うことのできる物理量センサー1となる。
特に、本実施形態では、Z軸方向からの平面視で、感温素子53は、角速度センサー4および加速度センサー3と重なるように配置されている。これにより、角速度センサー4および加速度センサー3のより近くに感温素子53を配置することができ、これらの温度をより精度よく検出することができる。したがって、より高精度な温度補償を行うことのできる物理量センサー1となる。
ここで、図14に示すように、角速度センサー4においてセンサー素子44、45、46が配置された領域をセンサー素子領域Q4とし、図15に示すように、加速度センサー3においてセンサー素子34、35、36が配置された領域をセンサー素子領域Q3とする。このとき、感温素子53は、Z軸方向からの平面視で、センサー素子領域Q3、Q4の両方と重なるように配置されていることがより好ましく、センサー素子領域Q3、Q4の中心部同士と重なるように配置されていることがさらに好ましい。これにより、センサー素子34、35、36、44、45、46の温度をより精度よく検出することができるため、さらに高精度な温度補償を行うことのできる物理量センサー1となる。
なお、センサー素子領域Q4とは、例えば、図14に示すように、センサー素子44、45、46の全域を内包する最小の矩形領域を言う。同様に、センサー素子領域Q3とは、例えば、図15に示すように、センサー素子34、35、36の全域を内包する最小の矩形領域を言う。
ボンディングワイヤーBW1は、電極パッドP41、P42、P43、P44、P45、P46、P47、P48、P49に接続されたボンディングワイヤーBW1’と、蓋体43に接続されたボンディングワイヤーBW1”と、を有している。蓋体43は、ボンディングワイヤーBW1”を介してGNDに接続されている。これにより、蓋体43は、角速度センサー4が検出する信号の漏れや、外部から角速度センサー4に与えるノイズを遮断あるいは低減するシールド効果を発揮する。そのため、角速度ωx、ωy、ωzの検出精度が向上する。
同様に、ボンディングワイヤーBW2は、電極パッドP31、P32、P33、P34、P35、P36、P37に接続されたボンディングワイヤーBW2’と、蓋体33に接続されたボンディングワイヤーBW2”と、を有している。蓋体33は、ボンディングワイヤーBW2”を介してGNDに接続されている。これにより、蓋体33は、加速度センサー3が検出する信号の漏れや、外部から加速度センサー3に与えるノイズを遮断あるいは低減するシールド効果を発揮する。そのため、加速度Ax、Ay、Azの検出精度が向上する。
図2および図3に示すように、Z軸方向からの平面視で、半導体素子5は、載置面48よりも小さい。そのため、載置面48は、半導体素子5から露出した露出部481を有している。そして、露出部481において蓋体33とボンディングワイヤーBW1”とが接続されている。このように、露出部481を設けることで、キャピラリーを蓋体43に押し付け易くなり、蓋体43とボンディングワイヤーBW1”との接続が容易となる。
また、Z軸方向からの平面視で、載置面48および半導体素子5は、それぞれ、矩形である。そして、半導体素子5は、載置面48のY軸方向プラス側に偏って配置されている。このような配置によれば、露出部481を1箇所に集中して広く配置することができるため、キャピラリーを押し付けるスペースを確保し易くなる。そのため、露出部481とボンディングワイヤーBW1”との接続がより容易となる。
また、図2に示すように、半導体素子5では、載置面58の外周に沿って複数の端子59が配置されている。そして、これら複数の端子59のうち、ボンディングワイヤーBW1’を介して角速度センサー4と接続されている端子59aは、Z軸方向からの平面視で、電極パッドP41、P42、P43、P44、P45、P46、P47、P48、P49と並ぶように、載置面58の辺58c(載置面48の辺48c)に沿って配置されている。そのため、電極パッドP41、P42、P43、P44、P45、P46、P47、P48、P49の近くに端子59aが配置され、ボンディングワイヤーBW1’の引き回しが容易となる。また、ボンディングワイヤーBW1’が短くなり、ボンディングワイヤーBW1’のループ高さを抑えることもできる。
図2および図3に示すように、Z軸方向からの平面視で、加速度センサー3は、載置面58よりも小さい。加速度センサー3は、載置面58の外周部と重ならないように、載置面58の中央部に配置されている。そのため、載置面58は、その外周部に位置し、加速度センサー3から露出している枠状の露出部581を有している。そして、この露出部581に複数の端子59が周方向に並んで配置されている。これにより、加速度センサー3によって端子59が隠れてしまうことを防止することができる。
また、加速度センサー3は、角速度センサー4に対してZ軸まわりに90度回転した姿勢で配置されている。これにより、加速度センサー3の電極パッドP31、P32、P33、P34、P35、P36、P37を角速度センサー4の電極パッドP41、P42、P43、P44、P45、P46、P47、P48、P49に対してずらして配置することができる。具体的には、電極パッドP41、P42、P43、P44、P45、P46、P47、P48、P49が載置面48の辺48cに沿って配置されているのに対して、電極パッドP31、P32、P33、P34、P35、P36、P37は、載置面48の辺48dに沿って配置されている。これにより、ボンディングワイヤーBW1、BW2を配置するスペースをそれぞれ確保し易くなる。
また、半導体素子5が有する複数の端子59のうちボンディングワイヤーBW2’を介して加速度センサー3と接続されている端子59bは、Z軸方向からの平面視で、電極パッドP31、P32、P33、P34、P35、P36、P37と並ぶように、載置面58の辺58d(載置面48の辺48d)に沿って配置されている。そのため、電極パッドP31、P32、P33、P34、P35、P36、P37の近くに端子59bが配置され、ボンディングワイヤーBW2’の引き回しが容易となる。また、ボンディングワイヤーBW2’が短くなり、ボンディングワイヤーBW2’のループ高さを抑えることもできる。
以上、物理量センサー1について説明した。このような物理量センサー1は、前述したように、載置面48(第1載置面)を有する第1物理量センサーとしての角速度センサー4と、載置面48上に配置され、載置面48の側とは反対側に載置面58(第2載置面)を有し、感温素子53を有する半導体素子5と、載置面58上に配置されている第2物理量センサーとしての加速度センサー3と、を含んでいる。このように、半導体素子5を角速度センサー4と加速度センサー3との間に配置することで、半導体素子5が有する感温素子53を角速度センサー4および加速度センサー3の両方になるべく近づけて配置することができる。そのため、角速度センサー4および加速度センサー3の温度を精度よく検出することができ、その分、補正回路516x、516y、516z、526x、526y、526zでの温度補正を精度よく行うことができる。したがって、優れた温度特性を有する物理量センサー1となる。
また、前述したように、物理量センサー1では、半導体素子5は、感温素子53からの出力に基づいて角速度センサー4および加速度センサー3からの出力を補正する補正回路516x、516y、516z、526x、526y、526zを含んでいる。前述したように、感温素子53が角速度センサー4および加速度センサー3の近くに配置されているため、補正回路516x、516y、516z、526x、526y、526zによって、より精度のよい温度補正を行うことができる。
また、前述したように、物理量センサー1では、Z軸方向からの平面視(角速度センサー4、半導体素子5および加速度センサー3が積層されている方向からの平面視)で、感温素子53は、角速度センサー4および加速度センサー3と重なるように配置されている。これにより、角速度センサー4および加速度センサー3のより近くに感温素子53を配置することができ、これらの温度をより精度よく検出することができる。したがって、補正回路516x、516y、516z、526x、526y、526zによって、より精度のよい温度補正を行うことができる。
また、前述したように、物理量センサー1では、感温素子53は、ダイオード(シリコンダイオード)である。これにより、感温素子53の構成が簡単なものとなる。
また、前述したように、物理量センサー1では、載置面58は、Z軸方向からの平面視で、加速度センサー3から露出する露出部581を有し、露出部581には、角速度センサー4と電気的に接続されている複数の端子59a(第1端子)と、加速度センサー3と電気的に接続されている複数の端子59b(第2端子)と、が配置されている。これにより、各端子59a、59bが加速度センサー3によって隠れてしまうことが防止され、例えば、ワイヤーボンディング技術を用いて、端子59aと角速度センサー4との電気的な接続および端子59bと加速度センサー3との電気的な接続を容易に行うことができる。
また、前述したように、物理量センサー1では、半導体素子5の載置面58の側には、辺58c(第1外縁)に沿って複数の端子59a(第1端子)が配置され、辺58cと異なる辺58d(第2外縁)に沿って複数の端子59b(第2端子)が配置されている。このように端子59a、59bを異なる領域に配置することで、例えば、端子59aと角速度センサー4とを接続するボンディングワイヤーBW1および端子59bと加速度センサー3とを接続するボンディングワイヤーBW2をそれぞれ配置し易くなる。
また、前述したように、物理量センサー1は、角速度センサー4、半導体素子5および加速度センサー3を収納しているパッケージ2を含んでいる。これにより、パッケージ2によって、角速度センサー4、半導体素子5および加速度センサー3を衝撃、ゴミ、湿気(水分)等から保護することができる。そのため、優れた信頼性を有する物理量センサー1となる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図16は、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
次に、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図16は、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態にかかる物理量センサーでは、加速度センサー3と角速度センサー4の配置が逆転していること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。
なお、以下の説明では、第2実施形態の物理量センサーに関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図16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。
図16に示すように、本実施形態の物理量センサー1では、加速度センサー3が凹部211の底面に接合され、加速度センサー3の上面に半導体素子5が接合され、半導体素子5の上面に角速度センサー4が接合されている。すなわち、加速度センサー3と角速度センサー4との配置が前述した第1実施形態と逆転している。本実施形態では、加速度センサー3が角速度センサー4よりも大きい(平面視で角速度センサー4が加速度センサー3を内包している)ため、このような配置とすることで、加速度センサー3、半導体素子5および角速度センサー4をバランスよく積層することができる。
なお、本実施形態では、加速度センサー3が本発明の第1物理量センサーに相当し、加速度センサー3の上面(蓋体33の上面)が本発明の第1載置面に相当し、角速度センサー4が本発明の第2物理量センサーに相当する。また、加速度センサー3と角速度センサー4との平面視における形状の大小関係は、図示の構成に限定されない。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図17は、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
次に、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図17は、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態にかかる物理量センサー1では、主に、加速度センサー3および角速度センサー4の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサー1と同様である。
なお、以下の説明では、第3実施形態の物理量センサー1に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図17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。
図17に示すように、角速度センサー4は、パッケージ41の下面(基板42の下面)にべたで配置された膜状の電極49を有している。そして、この電極49は、GNDに接続されている。これにより、電極49は、角速度センサー4が検出する信号の漏れや、外部から角速度センサー4に与えるノイズを遮断あるいは低減するシールド効果を発揮する。したがって、物理量センサー1は、角速度センサー4からの出力に基づいて、角速度ωx、ωy、ωzを精度よく検出することができる。
同様に、加速度センサー3は、パッケージ31の下面(基板32の下面)にべたで配置された膜状の電極39を有している。そして、この電極39は、GNDに接続されている。これにより、電極39は、加速度センサー3が検出する信号の漏れや、外部から加速度センサー3に与えるノイズを遮断あるいは低減するシールド効果を発揮する。したがって、物理量センサー1は、加速度センサー3からの出力に基づいて、加速度Ax、Ay、Azを精度よく検出することができる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、電極39、49は、GND以外の固定電位となっていてもよい。これによっても、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図18は、本発明の第4実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
次に、本発明の第4実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図18は、本発明の第4実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態にかかる物理量センサー1では、主に、半導体素子が有する感温素子の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサー1と同様である。
なお、以下の説明では、第4実施形態の物理量センサー1に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図18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。
図18に示すように、半導体素子5では、感温素子53が、角速度センサー4の温度を検知する第1感温素子531と、加速度センサー3の温度を検知する第2感温素子532と、を有している。
第1感温素子531は、半導体素子5の下面に配置されている。また、第1感温素子531は、Z軸方向からの平面視で、角速度センサー4と重なって配置されている。これにより、第1感温素子531を角速度センサー4の近くに配置することができ、第1感温素子531によって、より精度よく角速度センサー4の温度を検知することができる。
第2感温素子532は、半導体素子5の上面(すなわち載置面58)に配置されている。また、第2感温素子532は、Z軸方向からの平面視で、加速度センサー3と重なって配置されている。これにより、第2感温素子532を加速度センサー3の近くに配置することができ、第2感温素子532によって、より精度よく角速度センサー4の温度を検知することができる。
このように、本実施形態では、感温素子53は、角速度センサー4(第1物理量センサー)の温度を検知する第1感温素子531と、第1温度素子531よりも加速度センサー3(第2物理量センサー)側に配置され、加速度センサー3の温度を検知する第2感温素子532と、を有している。そのため、角速度センサー4および加速度センサー3の温度をそれぞれ独立して精度よく検知することができる。したがって、より優れた温度補償を行うことのできる物理量センサー1となる。
なお、第1感温素子531および第2感温素子532としては、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、サーミスタ(特に薄膜サーミスタ)を用いている。すなわち、感温素子53は、サーミスタである。これにより、半導体素子5の下面に第1感温素子531を、上面に第2感温素子532を、それぞれ、簡単に配置することができる。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図19は、本発明の第5実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
次に、本発明の第5実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図19は、本発明の第5実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態にかかる物理量センサー1では、主に、半導体素子が有する感温素子の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサー1と同様である。
なお、以下の説明では、第5実施形態の物理量センサー1に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図19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。
図19に示すように、半導体素子5では、感温素子53がサーミスタで構成されており、第1薄膜サーミスタ533と、第2薄膜サーミスタ534と、を有している。
第1薄膜サーミスタ533は、半導体素子5の上面(すなわち載置面58)に配置されている。また、第1薄膜サーミスタ533は、Z軸方向からの平面視で、加速度センサー3と重なって配置されている。これにより、第1薄膜サーミスタ533を加速度センサー3の近くに配置することができ、第1薄膜サーミスタ533によって、精度よく角速度センサー4の温度を検知することができる。
第2薄膜サーミスタ534は、半導体素子5の下面に配置されている。また、第2薄膜サーミスタ534は、Z軸方向からの平面視で、角速度センサー4と重なって配置されている。これにより、第2薄膜サーミスタ534を角速度センサー4の近くに配置することができ、第2薄膜サーミスタ534によって、精度よく角速度センサー4の温度を検知することができる。
このように、本実施形態では、感温素子53は、サーミスタであり、このサーミスタは、半導体素子5の上面(載置面58)に設けられている第1薄膜サーミスタ533と、半導体素子5の下面(載置面58の側とは反対側の面)に設けられている第2薄膜サーミスタ534と、を有している。そのため、角速度センサー4および加速度センサー3の温度をそれぞれ独立して精度よく検知することができる。したがって、より優れた温度補償を行うことのできる物理量センサー1となる。
このような第5実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図20は、本発明の第6実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
次に、本発明の第6実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
図20は、本発明の第6実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態にかかる物理量センサー1では、主に、加速度センサー3、角速度センサー4および半導体素子5がモールドされていること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサー1と同様である。
なお、以下の説明では、第6実施形態の物理量センサー1に関し、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図20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。
図20に示すように、本実施形態の物理量センサー1では、角速度センサー4、半導体素子5および加速度センサー3は、モールド材7でモールド(封止)されている。言い換えると、物理量センサー1は、角速度センサー4、半導体素子5および加速度センサー3を封止するモールド材7を有している。これにより、角速度センサー4、半導体素子5および加速度センサー3を埃や湿気(水分)から保護することができる。また、物理量センサー1は、モールド材7の内外に延びる複数のリード8を有し、リード8は、ボンディングワイヤーBW3を介して半導体素子5と電気的に接続されている。
このような第6実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第7実施形態>
次に、本発明の第7実施形態に係る移動体測位装置について説明する。
図21は、本発明の第7実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図22は、図21に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
次に、本発明の第7実施形態に係る移動体測位装置について説明する。
図21は、本発明の第7実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図22は、図21に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
図21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、本実施形態では四輪自動車として説明する。移動体測位装置3000は、慣性計測装置3100(IMU)と、演算処理部3200と、GPS受信部3300と、受信アンテナ3400と、位置情報取得部3500と、位置合成部3600と、処理部3700と、通信部3800と、表示部3900と、を有している。なお、慣性計測装置3100としては、例えば、前述した各実施形態の物理量センサー1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22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、物理量センサー1を適用した慣性計測装置3100と、測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信するGPS受信部3300(受信部)と、受信した衛星信号に基づいて、GPS受信部3300の位置情報を取得する位置情報取得部3500(取得部)と、慣性計測装置3100から出力された慣性航法測位データ(慣性データ)に基づいて、移動体の姿勢を演算する演算処理部3200(演算部)と、算出された姿勢に基づいて位置情報を補正することにより、移動体の位置を算出する位置合成部3600(算出部)と、を含んでいる。これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い移動体測位装置3000が得られる。
<第8実施形態>
次に、本発明の第8実施形態に係る電子機器について説明する。
図23は、本発明の第8実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
次に、本発明の第8実施形態に係る電子機器について説明する。
図23は、本発明の第8実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図23に示すモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューター1100は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1108を備えた表示ユニット1106と、により構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター1100には、物理量センサー1と、物理量センサー1と、物理量センサー1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1110(制御部)と、が内蔵されている。なお、物理量センサー1としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。
このようなパーソナルコンピューター1100(電子機器)は、物理量センサー1と、物理量センサー1と、物理量センサー1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1110(制御部)と、を有している。そのため、前述した物理量センサー1の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
<第9実施形態>
次に、本発明の第9実施形態に係る電子機器について説明する。
図24は、本発明の第9実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
次に、本発明の第9実施形態に係る電子機器について説明する。
図24は、本発明の第9実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図24に示す携帯電話機1200(PHSも含む)は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、携帯電話機1200は、アンテナ(図示せず)、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1208が配置されている。
このような携帯電話機1200には、物理量センサー1と、物理量センサー1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。なお、物理量センサー1としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。
このような携帯電話機1200(電子機器)は、物理量センサー1と、物理量センサー1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。そのため、前述した物理量センサー1の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
<第10実施形態>
次に、本発明の第10実施形態に係る電子機器について説明する。
図25は、本発明の第10実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
次に、本発明の第10実施形態に係る電子機器について説明する。
図25は、本発明の第10実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図25に示すデジタルスチールカメラ1300は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、ケース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。
このようなデジタルスチールカメラ1300には、物理量センサー1と、物理量センサー1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。なお、物理量センサー1としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。
このようなデジタルスチールカメラ1300(電子機器)は、物理量センサー1と、物理量センサー1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、前述した物理量センサー1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、本発明の電子機器は、前述した実施形態のパーソナルコンピューターおよび携帯電話機、本実施形態の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)、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、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11実施形態>
次に、本発明の第11実施形態に係る携帯型電子機器について説明する。
図26は、本発明の第11実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。図27は、図26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。
次に、本発明の第11実施形態に係る携帯型電子機器について説明する。
図26は、本発明の第11実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。図27は、図26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26に示す腕時計型の活動計1400(アクティブトラッカー)は、本発明の携帯型電子機器を適用したリスト機器である。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。上述した本発明に係る物理量センサー1は、加速度を測定するセンサーや角速度を計測するセンサーとして活動計1400に組込まれている。
活動計1400は、物理量センサー1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1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27に示すように、物理量センサー1としての加速度センサー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、移動量や物理量センサー1に含まれる加速度センサー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。
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。
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、物理量センサー1と、物理量センサー1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1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。そのため、前述した物理量センサー1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、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。
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又は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、本発明の第12実施形態に係る移動体について説明する。
図28は、本発明の第12実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
次に、本発明の第12実施形態に係る移動体について説明する。
図28は、本発明の第12実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図28に示す自動車1500は、本発明の移動体を適用した自動車である。この図において、自動車1500には、物理量センサー1が内蔵されており、物理量センサー1によって車体1501の姿勢を検出することができる。物理量センサー1の検出信号は、車体姿勢制御装置1502(姿勢制御部)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。ここで、物理量センサー1としては、例えば、前述した各実施形態と同様のものを用いることができる。
このような自動車1500(移動体)は、物理量センサー1と、物理量センサー1から出力された検出信号に基づいて制御を行う車体姿勢制御装置1502(制御部)と、を有している。そのため、前述した物理量センサー1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、物理量センサー1は、他にも、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、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、移動体としては、自動車1500に限定されず、例えば、飛行機、ロケット、人工衛星、船舶、AGV(無人搬送車)、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。
以上、本発明の物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、物理量センサーとして、第1物理量センサーおよび第2物理量センサーの一方が加速度を検出し、他方が角速度を検出する構成について説明したが、第1物理量センサーおよび第2物理量センサーが検出する物理量としては、特に限定されない。例えば、第1物理量センサーおよび第2物理量センサーが、共に加速度を検出してもよいし、共に角速度を検出してもよいし、共に加速度および角速度を検出してもよい。また、加速度、角速度以外の物理量(例えば、圧力)を検出してもよい。
また、前述した実施形態では、第1物理量センサーと第2物理量センサーとが異なる物理量(加速度と角速度)を検出するものであるが、この組み合わせに限定されず、例えば、同じ物理量を検出するものであってもよい。例えば、第1物理量センサーと第2物理量センサーとが共に加速度を検出するものであってもよい。この場合、第1物理量センサーと第2物理量センサーとの検出軸が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、前述した実施形態では、感温素子として、ダイオードやサーミスタを用いる構成について説明したが、これに限定されず、例えば、熱電対、サーモパイル等を用いてもよい。
1…物理量センサー、2…パッケージ、21…ベース、211…凹部、211a…第1凹部、211b…第2凹部、22…蓋体、23…内部端子、24…外部端子、29…シームリング、3…加速度センサー、31…パッケージ、32…基板、321、322、323…凹部、33…蓋体、34…センサー素子、341…固定電極、3411…第1固定電極指、3412…第2固定電極指、342…可動電極、3421…固定部、3422…可動部、3423…接続ばね、3424…可動電極指、35…センサー素子、351…固定電極、3511…第1固定電極指、3512…第2固定電極指、352…可動電極、3521…固定部、3522…可動部、3523…接続ばね、3524…可動電極指、36…センサー素子、361…可動部、361’…第1可動電極、361”…第2可動電極、362…固定部、363…梁、368…第1固定電極、369…第2固定電極、39…電極、4…角速度センサー、41…パッケージ、42…基板、421、422、423…凹部、43…蓋体、44…センサー素子、441…固定電極、4411A、4411B、4412A、4412B…固定駆動電極、4413A、4413B…固定モニター電極、442…可動電極、4421A、4421B…可動駆動電極、4422A、4422B…固定部、4423A、4423B…駆動ばね、4424A、4424B…可動検出電極、4425…固定部、4426A、4426B…検出ばね、4427A、4427B…梁、4428A、4428B…可動モニター電極、448、449…固定検出電極、45…センサー素子、451…固定電極、4511A、4511B、4512A、4512B…固定駆動電極、4513A、4513B…固定モニター電極、452…可動電極、4521A、4521B…可動駆動電極、4522A、4522B…固定部、4523A、4523B…駆動ばね、4524A、4524B…可動検出電極、4525…固定部、4526A、4526B…検出ばね、4527A、4527B…梁、4528A、4528B…可動モニター電極、458、459…固定検出電極、46…センサー素子、461…固定電極、4611A、4611B、4612A、4612B…固定駆動電極、4613A、4613B、4614A、4614B…固定検出電極、4615A、4615B…固定モニター電極、462…可動電極、4621A、4621B…可動駆動電極、4622A、4622B…固定部、4623A、4623B…駆動ばね、4624A、4624B…可動検出電極、4625…固定部、4626A、4626B…検出ばね、4627A、4627B…梁、4628A、4628B…可動モニター電極、48…載置面、481…露出部、48c、48d…辺、49…電極、5…半導体素子、51…第1回路、511…駆動回路、512…加速度検出回路、512x、512y、512z…検出回路、513x、513y、513z、514x、514y、514z…電荷電圧変換アンプ、515x、515y、515z…減算処理回路、516x、516y、516z…補正回路、517x、517y、517z…演算回路、52…第2回路、521…駆動回路、522…角速度検出回路、522x、522y、522z…検出回路、523x、523y、523z、524x、524y、524z…電荷電圧変換アンプ、525x、525y、525z…減算処理回路、526x、526y、526z…補正回路、527x、527y、527z…演算回路、53…感温素子、531…第1感温素子、532…第2感温素子、533…第1薄膜サーミスタ、534…第2薄膜サーミスタ、54…インターフェース、58…載置面、58c…辺、58d…辺、581…露出部、59、59a、59b…端子、7…モールド材、8…リード、91、92、93…接合部材、1100…パーソナルコンピューター、1102…キーボード、1104…本体部、1106…表示ユニット、1108…表示部、1110…制御回路、1200…携帯電話機、1202…操作ボタン、1204…受話口、1206…送話口、1208…表示部、1210…制御回路、1300…デジタルスチールカメラ、1302…ケース、1304…受光ユニット、1306…シャッターボタン、1308…メモリー、1310…表示部、1320…制御回路、1400…活動計、1401…バンド、1402…表示部、1403…ケース、1404…透光性カバー、1405…ベゼル、1406、1407…操作ボタン、1408…加速度センサー、1409…角速度センサー、1410…処理部、1411…GPSセンサー、1412…地磁気センサー、1413…脈拍センサー、1414…温度センサー、1415…通信部、1416…記憶部、1417…操作部、1418…圧力センサー、1419…計時部、1420…音出力部、1421…バッテリー、1500…自動車、1501…車体、1502…車体姿勢制御装置、1503…車輪、3000…移動体測位装置、3100…慣性計測装置、3110…加速度センサー、3120…角速度センサー、3200…演算処理部、3300…GPS受信部、3400…受信アンテナ、3500…位置情報取得部、3600…位置合成部、3700…処理部、3800…通信部、3900…表示部、Ax、Ay、Az…加速度、BW1、BW1’、BW1”、BW2、BW2’、BW2”、BW3…ボンディングワイヤー、J…回動軸、P31、P32、P33、P34、P35、P36、P37、P41、P42、P43、P44、P45、P46、P47、P48、P49…電極パッド、Q3、Q4…センサー素子領域、S2…収納空間、S3、S4…内部空間、θ…傾き、ωx、ωy、ωz…角速度
Claims (15)
- 第1載置面を有する第1物理量センサーと、
前記第1載置面上に配置され、前記第1載置面の側とは反対側に第2載置面を有し、感温素子を有する半導体素子と、
前記第2載置面上に配置されている第2物理量センサーと、を含むことを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1において、
前記半導体素子は、前記感温素子からの出力に基づいて前記第1物理量センサーおよび前記第2物理量センサーからの出力を補正する補正回路を含む物理量センサー。 - 請求項1または2において、
前記第1物理量センサー、前記半導体素子および前記第2物理量センサーが積層されている方向からの平面視で、
前記感温素子は、前記第1物理量センサーおよび前記第2物理量センサーと重なるように配置されている物理量センサー。 - 請求項1ないし3のいずれか一項において、
前記感温素子は、サーミスタである物理量センサー。 - 請求項1ないし3のいずれか一項において、
前記感温素子は、ダイオードである物理量センサー。 - 請求項1ないし5のいずれか一項において、
前記感温素子は、
前記第1物理量センサーの温度を検知する第1感温素子と、
前記第1感温素子よりも前記第2物理量センサー側に配置され、前記第2物理量センサーの温度を検知する第2感温素子と、を有する物理量センサー。 - 請求項4において、
前記サーミスタは、
前記半導体素子の前記第2載置面に設けられている第1薄膜サーミスタと、
前記半導体素子の前記第2載置面の側とは反対側の面に設けられた第2薄膜サーミスタと、を有している物理量センサー。 - 請求項1ないし7のいずれか一項において、
前記第2載置面は、平面視で、前記第2物理量センサーから露出する露出部を有し、
前記露出部には、
前記第1物理量センサーと電気的に接続されている第1端子と、
前記第2物理量センサーと電気的に接続されている第2端子と、が配置されている物理量センサー。 - 請求項8において、
前記半導体素子の前記第2載置面の側には、
第1外縁に沿って複数の前記第1端子が配置され、
前記第1外縁と異なる第2外縁に沿って複数の前記第2端子が配置されている物理量センサー。 - 請求項1ないし9のいずれか一項において、
前記第1物理量センサー、前記半導体素子および前記第2物理量センサーを収納しているパッケージを含む物理量センサー。 - 請求項1ないし9のいずれか一項において、
前記第1物理量センサー、前記半導体素子および前記第2物理量センサーは、モールド材でモールドされている物理量センサー。 - 請求項1ないし11のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
測位用衛星から位置情報が重畳された衛星信号を受信する受信部と、
受信した前記衛星信号に基づいて、前記受信部の位置情報を取得する取得部と、
前記慣性計測装置から出力された慣性データに基づいて、移動体の姿勢を演算する演算部と、
算出された前記姿勢に基づいて前記位置情報を補正することにより、前記移動体の位置を算出する算出部と、を含むことを特徴とする移動体測位装置。 - 請求項1ないし11のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含むことを特徴とする携帯型電子機器。 - 請求項1ないし11のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含むことを特徴とする電子機器。 - 請求項1ないし11のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含むことを特徴とする移動体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017175826A JP2019052883A (ja) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | 物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 |
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JP2017175826A JP2019052883A (ja) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | 物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 |
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JP2019052883A true JP2019052883A (ja) | 2019-04-04 |
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ID=66013716
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JP2017175826A Pending JP2019052883A (ja) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | 物理量センサー、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11874291B2 (en) | 2021-05-06 | 2024-01-16 | Robert Bosch Gmbh | Method for temperature compensation of a microelectromechanical sensor, and microelectromechanical sensor |
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2017
- 2017-09-13 JP JP2017175826A patent/JP2019052883A/ja active Pending
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