JP7167425B2 - Physical quantity sensors, inertial measurement devices, mobile positioning devices, portable electronic devices, electronic devices, and mobile objects - Google Patents
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Description
本発明は、物理量センサー、慣性計測装置、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。 The present invention relates to physical quantity sensors, inertial measurement devices, mobile positioning devices, portable electronic devices, electronic devices, and mobile objects.
近年、シリコンMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて製造された物理量センサーが開発されている。このような物理量センサーとして、例えば特許文献1には、櫛歯状をなして対向配置されている可動電極および固定電極を備えている素子を有し、これら二つの電極間の静電容量に基づいて物理量(角速度)を検出する静電容量型の加速度センサーが記載されている。そして、この構成では、検出感度を高めるため多数の可動電極および固定電極が設けられている。
In recent years, physical quantity sensors manufactured using silicon MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology have been developed. As such a physical quantity sensor, for example,
しかしながら、特許文献1に記載されている物理量センサーの構成では、小型化を図ろうとすると可動電極および固定電極の数を減らす必要があり、検出感度が低下するという問題があった。
However, in the configuration of the physical quantity sensor described in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least part of the above problems, and can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る物理量センサーは、基板と、前記基板に設けられ、物理量を検出する検出部と、を有し、前記検出部は、前記基板に固定されている固定検出電極と、前記基板に対して前記物理量の検出軸方向である第1方向に変位可能な可動検出電極と、前記基板に前記可動検出電極を固定する第1固定部と、前記第1固定部と前記可動検出電極とを連結する第1ばね部と、を有し、前記固定検出電極は、前記第1方向に交差する方向である第2方向に沿って設けられている複数の固定検出電極指を有し、前記可動検出電極は、前記第1方向に沿って設けられている第1幹部と、前記第1幹部から前記第2方向に沿って設けられ、前記固定検出電極指と前記第1方向に間隔を空けて配置される複数の可動検出電極指と、前記第1幹部に連結する第1連結部と、を有し、前記第1連結部は、前記第1幹部に連結する第1支持部と、前記第1ばね部に連結する第2支持部と、を有し、前記第1支持部と前記固定検出電極との前記第1方向の間隔は、前記第2支持部と前記固定検出電極との前記第1方向の間隔より小さいことを特徴とする。 [Application Example 1] A physical quantity sensor according to this application example includes a substrate and a detection section provided on the substrate for detecting a physical quantity, and the detection section includes a fixed detection electrode fixed to the substrate. a movable detection electrode that can be displaced in a first direction that is a detection axis direction of the physical quantity with respect to the substrate; a first fixing portion that fixes the movable detection electrode to the substrate; a first spring portion connecting with the movable detection electrode, wherein the fixed detection electrode includes a plurality of fixed detection electrode fingers provided along a second direction that intersects with the first direction. and the movable detection electrode has a first stem provided along the first direction, and a first stem provided along the second direction from the first stem, and the fixed detection electrode finger and the first direction. a plurality of movable sensing electrode fingers spaced apart from each other; and a second support portion connected to the first spring portion, and the distance between the first support portion and the fixed detection electrode in the first direction is equal to the distance between the second support portion and the fixed detection electrode. It is characterized by being smaller than the distance from the electrode in the first direction.
本適用例によれば、可動検出電極の第1幹部と第1ばね部とを連結する第1連結部を構成する第1支持部の固定検出電極との第1方向の間隔が、第2支持部と固定検出電極との第1方向の間隔より小さいので、第1支持部を固定検出電極指に対向する可動検出電極指と見なすことができる。そのため、可動検出電極と固定検出電極との間の静電容量を大きくすることができるので、検出感度を高くすることができる。従って、小型化を図っても、検出感度の低下を低減した物理量センサーを得ることができる。 According to this application example, the distance in the first direction between the fixed detection electrode of the first supporting portion that constitutes the first connecting portion that connects the first stem of the movable detecting electrode and the first spring portion is the second supporting portion. Since it is smaller than the distance in the first direction between the portion and the fixed detection electrode, the first support portion can be regarded as a movable detection electrode finger facing the fixed detection electrode finger. Therefore, it is possible to increase the capacitance between the movable detection electrode and the fixed detection electrode, thereby increasing the detection sensitivity. Therefore, it is possible to obtain a physical quantity sensor in which a decrease in detection sensitivity is reduced even when miniaturization is attempted.
[適用例2]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記第1支持部の前記第2方向の長さは、前記可動検出電極指の前記第2方向の長さと略等しいことが好ましい。 Application Example 2 In the physical quantity sensor according to the application example described above, it is preferable that the length of the first supporting portion in the second direction is substantially equal to the length of the movable detection electrode finger in the second direction.
本適用例によれば、第1支持部の第2方向の長さが、可動検出電極指の第2方向の長さと略等しいので、第1支持部の側面と固定検出電極指の側面との対向面積を、可動検出電極指の側面と固定検出電極指の側面との対向面積と略等しくすることができる。 According to this application example, the length of the first supporting portion in the second direction is substantially equal to the length of the movable detecting electrode finger in the second direction, so that the side surface of the first supporting portion and the side surface of the fixed detecting electrode finger are separated from each other. The facing area can be substantially equal to the facing area between the side surface of the movable detection electrode finger and the side surface of the fixed detection electrode finger.
[適用例3]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記第1支持部と前記固定検出電極との前記第1方向の間隔は、前記固定検出電極指と前記可動検出電極指との前記第1方向の間隔と略等しいことが好ましい。 [Application Example 3] In the physical quantity sensor according to the application example described above, the distance between the first supporting portion and the fixed detection electrode in the first direction is equal to the distance between the fixed detection electrode finger and the movable detection electrode finger. It is preferably substantially equal to the spacing in one direction.
本適用例によれば、上述した対向面積が等しく、第1支持部と固定検出電極との第1方向の間隔が、固定検出電極指と可動検出電極指との第1方向の間隔と略等しいので、第1支持部と固定検出電極との間の静電容量を、固定検出電極指と可動検出電極指との間の静電容量と略等しくすることができる。 According to this application example, the above-described facing areas are equal, and the spacing in the first direction between the first supporting portion and the fixed detection electrode is substantially equal to the spacing in the first direction between the fixed detection electrode finger and the movable detection electrode finger. Therefore, the capacitance between the first support portion and the fixed detection electrode can be made substantially equal to the capacitance between the fixed detection electrode finger and the movable detection electrode finger.
[適用例4]本適用例に係る物理量センサーは、基板と、前記基板に設けられ、物理量を検出する検出部と、を有し、前記検出部は、前記基板に固定されている固定検出電極と、前記基板に対して前記物理量の検出軸方向である第1方向に変位可能な可動検出電極と、前記基板に前記可動検出電極を固定する第1固定部と、前記第1固定部と前記可動検出電極とを連結する第1ばね部と、を有し、前記固定検出電極は、前記第1方向に交差する方向である第2方向に沿って設けられている複数の固定検出電極指を有し、前記可動検出電極は、前記第1方向に沿って設けられている第1幹部と、前記第1幹部から前記第2方向に沿って設けられ、前記固定検出電極指と前記第1方向に間隔を空けて配置される複数の可動検出電極指と、前記第1幹部に連結する第1連結部と、を有し、前記第1連結部の前記第2方向の長さは、前記可動検出電極指の前記第2方向の長さと略等しく、前記第1連結部と前記固定検出電極との前記第1方向の間隔は、前記固定検出電極指と前記可動検出電極指との前記第1方向の間隔と略等しいことを特徴とする。 Application Example 4 A physical quantity sensor according to this application example includes a substrate and a detection unit provided on the substrate for detecting a physical quantity, and the detection unit includes a fixed detection electrode fixed to the substrate. a movable detection electrode that can be displaced in a first direction that is a detection axis direction of the physical quantity with respect to the substrate; a first fixing portion that fixes the movable detection electrode to the substrate; a first spring portion connecting with the movable detection electrode, wherein the fixed detection electrode includes a plurality of fixed detection electrode fingers provided along a second direction that intersects with the first direction. and the movable detection electrode has a first stem provided along the first direction, and a first stem provided along the second direction from the first stem, and the fixed detection electrode finger and the first direction. and a first connecting portion connected to the first stem, wherein the length of the first connecting portion in the second direction is the movable The length of the detection electrode finger in the second direction is substantially equal to the length of the detection electrode finger in the second direction, and the distance in the first direction between the first connecting portion and the fixed detection electrode is the first distance between the fixed detection electrode finger and the movable detection electrode finger. It is characterized by being approximately equal to the interval in the direction.
本適用例によれば、第1連結部の第2方向の長さが、可動検出電極指の第2方向の長さと略等しく、第1連結部と固定検出電極との第1方向の間隔が、固定検出電極指と可動検出電極指との第1方向の間隔と略等しいので、第1連結部と固定検出電極との間の静電容量を、固定検出電極指と可動検出電極指との間の静電容量と略等しくすることができる。そのため、第1連結部を固定検出電極指に対向する可動検出電極指と見なすことができるので、可動検出電極と固定検出電極との間の静電容量を大きくすることができ、検出感度を高くすることができる。従って、小型化を図っても、検出感度の低下を低減した物理量センサーを得ることができる。 According to this application example, the length of the first connecting portion in the second direction is substantially equal to the length of the movable detection electrode finger in the second direction, and the distance between the first connecting portion and the fixed detection electrode in the first direction is , and the interval in the first direction between the fixed detection electrode finger and the movable detection electrode finger. can be approximately equal to the capacitance between Therefore, since the first connecting portion can be regarded as a movable detection electrode finger facing the fixed detection electrode finger, the capacitance between the movable detection electrode and the fixed detection electrode can be increased, and the detection sensitivity can be increased. can do. Therefore, it is possible to obtain a physical quantity sensor in which a decrease in detection sensitivity is reduced even when miniaturization is attempted.
[適用例5]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記基板に設けられ、前記検出部を駆動可能な駆動部、を有し、前記駆動部は、前記基板に固定されている固定駆動電極と、前記基板に対して前記第2方向に変位可能な可動駆動電極と、前記基板に前記可動駆動電極を固定する第2固定部と、前記第2固定部と前記可動駆動電極とを連結する第2ばね部と、を有し、前記固定駆動電極は、前記第2方向に沿って設けられている複数の固定駆動電極指を有し、前記可動駆動電極は、前記第1方向に沿って設けられている第2幹部と、前記第2幹部から前記第2方向に沿って設けられ、前記固定駆動電極指と前記第1方向に間隔を空けて配置される複数の可動駆動電極指と、前記第2幹部に連結する第2連結部と、を有し、前記第2連結部は、前記第2幹部に連結する第3支持部と、前記第2ばね部に連結する第4支持部と、を有し、前記第3支持部と前記固定駆動電極との前記第1方向の間隔は、前記第4支持部と前記固定駆動電極との前記第1方向の間隔より小さいことが好ましい。 [Application Example 5] In the physical quantity sensor according to the application example described above, a drive section provided on the substrate and capable of driving the detection section is provided, and the drive section is a fixed drive electrode fixed to the substrate. connecting a movable drive electrode displaceable in the second direction with respect to the substrate, a second fixing portion fixing the movable drive electrode to the substrate, and the second fixing portion and the movable drive electrode. and a second spring portion, wherein the fixed drive electrode has a plurality of fixed drive electrode fingers provided along the second direction, and the movable drive electrode extends along the first direction. a second stem provided, a plurality of movable drive electrode fingers provided along the second direction from the second stem and spaced apart from the fixed drive electrode fingers in the first direction; a second connecting portion connected to the second stem, wherein the second connecting portion includes a third support portion connected to the second stem; and a fourth support portion connected to the second spring portion. , and the distance between the third support portion and the fixed drive electrode in the first direction is preferably smaller than the distance between the fourth support portion and the fixed drive electrode in the first direction.
本適用例によれば、可動駆動電極の第2幹部と第2ばね部とを連結する第2連結部を構成する第3支持部の固定駆動電極との第1方向の間隔が、第4支持部と固定駆動電極との第1方向の間隔より小さいので、第3支持部を固定駆動電極指に対向する可動駆動電極指と見なすことができる。そのため、可動駆動電極と固定駆動電極との間の静電容量を大きくすることができるので、検出部の振動変位を大きくすることができ、検出感度を高くすることができる。従って、小型化を図っても、検出感度の低下をより低減した物理量センサーを得ることができる。 According to this application example, the distance in the first direction between the fixed drive electrode and the third support portion that constitutes the second connection portion that connects the second stem of the movable drive electrode and the second spring portion is equal to the fourth support portion. Since it is smaller than the distance in the first direction between the portion and the fixed drive electrode, the third support can be regarded as a movable drive electrode finger facing the fixed drive electrode finger. Therefore, the capacitance between the movable drive electrode and the fixed drive electrode can be increased, so that the vibration displacement of the detection section can be increased, and the detection sensitivity can be increased. Therefore, it is possible to obtain a physical quantity sensor in which deterioration in detection sensitivity is further reduced even when miniaturization is attempted.
[適用例6]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記第3支持部の前記第2方向の長さは、前記可動駆動電極指の前記第2方向の長さと略等しいことが好ましい。 Application Example 6 In the physical quantity sensor according to the application example described above, it is preferable that the length of the third supporting portion in the second direction is substantially equal to the length of the movable drive electrode finger in the second direction.
本適用例によれば、第3支持部の第2方向の長さが、可動駆動電極指の第2方向の長さと略等しいので、第3支持部の側面と固定駆動電極指の側面との対向面積を可動駆動電極指の側面と固定駆動電極指の側面との対向面積と略等しくすることができる。 According to this application example, the length of the third supporting portion in the second direction is substantially equal to the length of the movable drive electrode finger in the second direction, so that the side surface of the third supporting portion and the side surface of the fixed drive electrode finger The opposing area can be made substantially equal to the opposing area between the side surfaces of the movable drive electrode fingers and the side surfaces of the fixed drive electrode fingers.
[適用例7]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記第3支持部と前記固定駆動電極との前記第1方向の間隔は、前記固定駆動電極指と前記可動駆動電極指との前記第1方向の間隔と略等しいことが好ましい。 [Application Example 7] In the physical quantity sensor according to the application example described above, the distance between the third supporting portion and the fixed drive electrode in the first direction is equal to the distance between the fixed drive electrode finger and the movable drive electrode finger. It is preferably substantially equal to the spacing in one direction.
本適用例によれば、上述した対向面積が等しく、第3支持部と固定駆動電極との第1方向の間隔が、固定駆動電極指と可動駆動電極指との第1方向の間隔と略等しいので、第3支持部と固定駆動電極との間の静電容量を、固定駆動電極指と可動駆動電極指との間の静電容量と略等しくすることができる。 According to this application example, the above-described facing areas are equal, and the distance between the third supporting portion and the fixed drive electrode in the first direction is substantially equal to the distance between the fixed drive electrode finger and the movable drive electrode finger in the first direction. Therefore, the capacitance between the third supporting portion and the fixed drive electrode can be made substantially equal to the capacitance between the fixed drive electrode finger and the movable drive electrode finger.
[適用例8]本適用例に係る慣性計測装置は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーの駆動を制御する制御回路と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 8 An inertial measurement device according to this application example includes the physical quantity sensor according to the above application example, and a control circuit that controls driving of the physical quantity sensor.
本適用例によれば、上述したような物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い慣性計測装置を得ることができる。 According to this application example, it is possible to obtain the effects of the physical quantity sensor as described above, and to obtain an inertial measurement device with high reliability.
[適用例9]本適用例に係る移動体測位装置は、上記適用例に記載の慣性計測装置と、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、を備えていることを特徴とする。 [Application Example 9] A mobile positioning device according to this application example includes the inertial measurement device according to the above application example, a receiving unit for receiving a satellite signal superimposed with position information from a positioning satellite, and an acquisition unit that acquires the position information of the receiving unit based on the signal; a calculation unit that calculates the attitude of the moving object based on the inertia data output from the inertial measurement device; and based on the calculated attitude. and a calculating unit that calculates the position of the moving body by correcting the position information using the position information.
本適用例によれば、上述したような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を得ることができる。 According to this application example, the effect of the physical quantity sensor as described above can be enjoyed, and a highly reliable mobile object positioning device can be obtained.
[適用例10]本適用例に係る携帯型電子機器は、上記適用例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、を備えていることを特徴とする。 [Application Example 10] A portable electronic device according to this application example includes the physical quantity sensor according to the above application example, a case containing the physical quantity sensor, and output data from the physical quantity sensor contained in the case. , a display unit housed in the case, and a translucent cover closing the opening of the case.
本適用例によれば、上述したような物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い携帯型電子機器を得ることができる。 According to this application example, the effect of the physical quantity sensor as described above can be enjoyed, and a highly reliable portable electronic device can be obtained.
[適用例11]本適用例に係る電子機器は、上記適用例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、を備えていることを特徴とする。 [Application Example 11] An electronic device according to this application example includes the physical quantity sensor according to the above application example, and a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor. and
本適用例によれば、上述したような物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い電子機器を得ることができる。 According to this application example, the effect of the physical quantity sensor as described above can be enjoyed, and a highly reliable electronic device can be obtained.
[適用例12]本適用例に係る移動体は、上記適用例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姿勢の制御を行う姿勢制御部と、を備えていることを特徴とする。 [Application Example 12] A moving object according to this application example includes the physical quantity sensor according to the above application example, and an attitude control section that controls the attitude based on the detection signal output from the physical quantity sensor. It is characterized by
本適用例によれば、上述したような物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い移動体を得ることができる。 According to this application example, the effect of the physical quantity sensor as described above can be enjoyed, and a highly reliable moving body can be obtained.
以下、本発明に係る物理量センサー、慣性計測装置、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。なお、以下で説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。 A physical quantity sensor, an inertial measurement device, a mobile positioning device, a portable electronic device, an electronic device, and a mobile object according to the present invention will be described below in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments described below do not unduly limit the scope of the invention described in the claims. Moreover, not all the configurations described in the present embodiment are essential constituent elements of the present invention.
<物理量センサー>
[第1実施形態]
先ず、本発明の第1実施形態に係る物理量センサー1について、図1~図7を参照して説明する。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平面図である。図2は、図1中のA-A線断面図である。図3は、図1の物理量センサーが有する素子部を示す平面図である。図4は、図3中のB部拡大平面図である。図5および図6は、それぞれ、図3の素子部が有する逆相ばねの拡大平面図である。図7は、図3に示す素子部の振動モードを説明するための模式図である。なお、図1~図7、および以降で示す図8~図10には、互いに直交する三つの軸としてX軸、Y軸およびZ軸が図示され、基板2に接合された素子部4の各部位が配置される平面をX軸およびY軸とし、基板2と蓋体3とが接合されている方向をZ軸としている。また、X軸に平行な方向を「X軸方向」または「第2方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」または「第1方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」とも言う。また、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Z軸方向プラス側を「上または上側」とも言い、Z軸方向マイナス側を「下または下側」とも言う。
<Physical quantity sensor>
[First embodiment]
First, a
図1に示す物理量センサー1は、Z軸まわりの角速度ωzを検出することのできる角速度センサーである。物理量センサー1は、基板2と、蓋体3と、素子部4と、を有している。
A
図1に示すように、基板2は、Z軸方向からの平面視で、矩形の平面視形状を有する板状をなしている。また、基板2は、上側の面である上面に開放する凹部21を有している。凹部21は、素子部4と基板2との接触を防止(抑制)するための逃げ部として機能する。また、基板2は、凹部21の底面から突出する複数のマウント22(221,222,223,224,225)を有している。そして、これらマウント22の上面に素子部4が接合されている。これにより、基板2との接触が防止された状態で、基板2に素子部4を固定することができる。また、基板2は、上面に開放する溝部23,24,25,26,27,28を有している。
As shown in FIG. 1, the
基板2としては、例えば、ナトリウムイオン(Na+)、リチウムイオン(Li+)等の可動イオン(アルカリ金属イオン、以下Na+で代表する)を含むガラス材料(例えば、テンパックス(登録商標)ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス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。これにより、例えば、後述するように、基板2と素子部4とを陽極接合することができ、これらを強固に接合することができる。また、光透過性を有する基板2が得られるため、物理量センサー1の外側から、基板2を介して素子部4の状態を視認することができる。ただし、基板2の構成材料としては、特に限定されず、シリコン基板、セラミックス基板等を用いてもよい。
As the
図1に示すように、溝部23,24,25,26,27,28には、それぞれ、配線73,74,75,76,77,78が配置されている。配線73,74,75,76,77,78は、それぞれ、素子部4と電気的に接続されている。また、配線73,74,75,76,77,78の一端部は、それぞれ、蓋体3の外側に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドPとして機能する。
As shown in FIG. 1, wirings 73, 74, 75, 76, 77 and 78 are arranged in the
図1に示すように、蓋体3は、Z軸方向からの平面視で、矩形の平面視形状を有する板状をなしている。また、図2に示すように、蓋体3は、下面に開放する凹部31を有している。蓋体3は、凹部31内に素子部4を収納するようにして、基板2の上面に接合されている。そして、蓋体3および基板2によって、その内側に、素子部4を収納する収納空間Sが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、図2に示すように、蓋体3は、収納空間Sの内外を連通する連通孔32を有している。そのため、連通孔32を介して、収納空間Sを所望の雰囲気に置換することができる。また、連通孔32内には封止部材33が配置され、封止部材33によって連通孔32が気密封止されている。なお、収納空間Sは、減圧状態、特に真空状態であることが好ましい。これにより、粘性抵抗が減り、素子部4を効率的に振動させることができる。
Moreover, as shown in FIG. 2, the
このような蓋体3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、蓋体3としては、特に限定されず、例えば、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよい。また、基板2と蓋体3との接合方法としては、特に限定されず、基板2や蓋体3の材料によって適宜選択すればよいが、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合材による接合、基板2の上面および蓋体3の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等が挙げられる。本実施形態では、ガラスフリット39(低融点ガラス)を介して基板2と蓋体3とが接合されている。
A silicon substrate, for example, can be used as such a
素子部4は、収納空間Sに配置されており、マウント22の上面に接合されている。素子部4は、例えば、リン(P)、ボロン(B)等の不純物がドープされた導電性の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)によってパターニングすることで形成することができる。以下、素子部4について詳細に説明する。なお、以下では、Z軸方向からの平面視で、素子部4の中心Oと交わり、Y軸方向に延びる直線を「仮想直線α」とも言う。
The
図3に示すように、素子部4の形状は、仮想直線αに対して対称である。また、素子部4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,41Bは、検出部44A,44Bを駆動可能であり、駆動部41Aは、可動電極部として、櫛歯状の可動駆動電極411Aと、櫛歯状をなし可動駆動電極411Aと空隙を有して互い違いに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、可動電極部として、櫛歯状の可動駆動電極411Bと、櫛歯状をなし可動駆動電極411Bと空隙を有して互い違いに配置された固定駆動電極412Bと、を有している。
As shown in FIG. 3, the shape of the
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2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。
In addition, the fixed
また、素子部4は、駆動部41Aの周囲に配置された四つの固定部(第1固定部42A、第2固定部421A)と、駆動部41Bの周囲に配置された四つの固定部(第1固定部42B、第2固定部421B)と、を有している。そして、第1固定部42A,42Bおよび第2固定部421A,421Bは、マウント222の上面に接合され、基板2に固定されている。
Further, the
また、素子部4は、第1固定部42Aおよび第2固定部421Aと可動駆動電極411Aとを連結する四つの第2ばね部としての駆動ばね43Aと、第1固定部42Bおよび第2固定部421Bと可動駆動電極411Bとを連結する四つの第2ばね部としての駆動ばね43Bと、を有している。各駆動ばね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、各駆動ばね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。
Further, the
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する。この静電引力により、可動駆動電極411Aが駆動ばね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が駆動ばね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。
When a drive voltage is applied between the
なお、本実施形態の物理量センサー1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。
Note that the
また、素子部4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、可動電極部として、櫛歯状の可動検出電極441Aと、櫛歯状をなし可動検出電極441Aと空隙を有して互い違いに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一対配置されている。
The
同様に、検出部44Bは、可動電極部として、櫛歯状の可動検出電極441Bと、櫛歯状をなし可動検出電極441Bと空隙を有して互い違いに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一対配置されている。
Similarly, the
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1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4は、検出部44A,44Bの間に配置された二つの第1固定部451,452を有している。第1固定部451,452は、それぞれ、マウント224の上面に接合され、基板2に固定されている。第1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、本実施形態では、第1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。
The
また、素子部4は、可動検出電極441Aと第1固定部42A,451,452とを接続する四つの第1ばね部としての検出ばね46Aと、可動検出電極441Bと第1固定部42B,451,452とを接続する四つの第1ばね部としての検出ばね46Bと、を有している。各検出ばね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、各検出ばね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。
Further, the
従って、Z軸まわりの角速度ωzによって、可動検出電極441A,441Bが変位する検出軸方向である第1方向(Y軸方向)へ変位可能となり、Z軸まわりの角速度ωzを検出することができる。
Therefore, the
また、図4に示すように、検出部44Bは、櫛歯状に配置された複数の可動検出電極指51を備えた可動検出電極441Bと、櫛歯状に配置された複数の固定検出電極指53を備え可動検出電極441Bの可動検出電極指51と空隙を有して互い違いに配置された固定検出電極443Bと、を有している。
Further, as shown in FIG. 4, the
固定検出電極443Bは、第1方向(Y軸方向)に交差する方向である第2方向(X軸方向)に沿って延在して設けられている複数の固定検出電極指53を有している。また、可動検出電極441Bは、Y軸方向に沿って延在して設けられている第1幹部50と、第1幹部50からX軸方向に沿って延在して設けられ、固定検出電極指53とY軸方向に間隔を空けて配置される複数の可動検出電極指51と、第1幹部50に連結する第1連結部52と、を有している。
The fixed
さらに、第1連結部52は、第1幹部50に連結する第1支持部521と、検出ばね46Bに連結する第2支持部522と、を有しており、第1支持部521と固定検出電極443BとのY軸方向の間隔G1は、第2支持部522と固定検出電極443BとのY軸方向の間隔G2より小さい。つまり、第1支持部521は、第2支持部522よりも固定検出電極443B側に近接して配置されている。なお、第2支持部522が設けられていることにより、検出ばね46Bを長くすることができ、可動検出電極441Bをより変位し易くすることができる。
Furthermore, the first connecting
また、第1支持部521のX軸方向の長さL1は、可動検出電極指51のX軸方向の長さL2と略等しい。そのため、第1支持部521の側面と固定検出電極指53の側面との対向面積が可動検出電極指51の側面と固定検出電極指53の側面との対向面積と等しくすることができる。
Also, the length L1 of the
第1支持部521と固定検出電極443BとのY軸方向の間隔G1は、固定検出電極指53と可動検出電極指51とのY軸方向の間隔G3と略等しい。つまり、対向面積も略等しいため、第1支持部521と固定検出電極443Bと間の静電容量と、固定検出電極指53と可動検出電極指51との間の静電容量と、を等しくすることができる。
A space G1 in the Y-axis direction between the
従って、第1支持部521の長さL1と可動検出電極指51の長さL2とが等しく、第1支持部521と固定検出電極443Bとの間隔G1と固定検出電極指53と可動検出電極指51とのY軸方向の間隔G3とが略等しいので、第1支持部521と固定検出電極443Bとが一対の固定検出電極指53と可動検出電極指51とに相当する。よって、第1支持部521を可動検出電極指51と見なすことができ、検出部44BのY軸方向の寸法を変えずに可動検出電極指51を増やすことができる。つまり、可動検出電極441Bと固定検出電極443Bとの間の静電容量を大きくすることができ、検出感度を向上させることができる。また、同等の検出感度を有して小型化を図ることもできる。
Therefore, the length L1 of the
なお、本実施形態では、図3に示すように、検出部44BのY軸方向の両端において、-Y軸方向の端部で、且つ、-X軸方向の端部を一例として挙げ説明したが、検出部44Bの-Y軸方向の端部で、+X軸方向の端部、検出部44Bの+Y軸方向の端部で、X軸方向の両端、および検出部44AのY軸方向の両端で、X軸方向の両端においても同様の構成となっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, both ends in the Y-axis direction of the
図3に戻り、さらに、素子部4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とを接続する逆相ばね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とを接続する逆相ばね47Bと、を有している。可動検出電極441Aは、逆相ばね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、逆相ばね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。
Returning to FIG. 3, the
図5に示すように、逆相ばね47Aは、ばね本体471Aと、ばね本体471Aと可動駆動電極411Aとを連結する梁477Aと、ばね本体471Aと可動検出電極441Aとを連結する梁478Aと、を有している。また、ばね本体471Aは、Y軸方向に延在する形状をなし、X軸方向に弾性変形可能なアーム472Aと、Y軸方向に延在する形状をなし、X軸方向に弾性変形可能なアーム473Aと、を有している。アーム472A,473Aは、X軸方向に隙間を空けて配置され、アーム472Aの中央部に梁477Aが接続され、アーム473Aの中央部に梁478Aが接続されている。また、ばね本体471Aは、アーム472A,473Aの一端部同士を接続する接続部474Aと、アーム472A,473Aの他端部同士を接続する接続部475Aと、を有している。したがって、ばね本体471Aは、中央部が開口する枠状となっている。
As shown in FIG. 5, the reverse-
逆相ばね47Bは、逆相ばね47Aと同様の構成であり、図6に示すように、ばね本体471Bと、ばね本体471Bと可動駆動電極411Bとを連結する梁477Bと、ばね本体471Bと可動検出電極441Bとを連結する梁478Bと、を有している。
The reverse-
ここで、図7に示すように、駆動振動モードでは、可動駆動電極411Aの振動が逆相ばね47Aを介して可動検出電極441Aに伝わるため、可動検出電極441Aは、可動駆動電極411Aの振動に連動してX軸方向に振動する。同様に、可動駆動電極411Bの振動が逆相ばね47Bを介して可動検出電極441Bに伝わるため、可動検出電極441Bは、可動駆動電極411Bの振動に連動してX軸方向に振動する。また、前述したように、可動駆動電極411A,411BがX軸方向に逆相で振動するため、可動検出電極441A,441Bも、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、可動検出電極441A,441Bの振動がキャンセルされ、基板2への振動漏れを低減することができる。
Here, as shown in FIG. 7, in the drive vibration mode, the vibration of the
さらに、駆動振動モードでは、逆相ばね47Aの弾性変形を利用して、可動検出電極441Aは、可動駆動電極411Aと接近、離間を繰り返すようにX軸方向に逆相で振動する。同様に、逆相ばね47Bの弾性変形を利用して、可動検出電極441Bは、可動駆動電極411Bと接近、離間を繰り返すようにX軸方向に逆相で振動する。これにより、可動検出電極441Aと可動駆動電極411Aの振動の少なくとも一部がキャンセルされると共に、可動検出電極441Bと可動駆動電極411Bの振動の少なくとも一部がキャンセルされる。したがって、可動検出電極441Aと可動駆動電極411Aおよび可動検出電極441Bと可動駆動電極411Bがそれぞれ同相で振動する場合と比較して、基板2への振動漏れをより効果的に低減することができる。なお、駆動振動モードで可動検出電極441Aと可動駆動電極411Aとを逆相で振動させるためには、例えば、これらの間にある逆相ばね47Aのばね定数を調整すればよく、可動検出電極441Bと可動駆動電極411Bとを逆相で振動させるためには、例えば、これらの間にある逆相ばね47Bのばね定数を調整すればよい。
Furthermore, in the drive vibration mode, the elastic deformation of the
なお、可動検出電極441Aと可動駆動電極411Aおよび可動検出電極441Bと可動駆動電極411Bがそれぞれ逆相で振動する逆相モードの共振周波数f1と、可動検出電極441Aと可動駆動電極411Aおよび可動検出電極441Bと可動駆動電極411Bがそれぞれ同相で振動する同相モードの共振周波数f2と、の差が大きい程、逆相モードで振動させ易く、また、同相モードが結合し難くなる(すなわち、逆相モードが支配的となる)。具体的は、例えば、逆相モードの共振周波数f1が30kHz程度である場合、同相モードの共振周波数f2は、共振周波数から3kHz以上(すなわち、10%以上)離れていることが好ましい。これにより、同相モードが十分に結合し難くなり、より安定して、逆相モードで駆動させることができる。
The resonance frequency f1 of the opposite phase mode in which the
なお、「可動検出電極441A(441B)と可動駆動電極411A(411B)とを逆相で振動させる」とは、逆相モード以外の振動が結合していない場合はもちろん、逆相モードが支配的であれば、他の振動モード(例えば、前述した同相モード)が結合していてもよい。また、例えば、可動検出電極441Aと可動駆動電極411Aとの振動に位相差がない場合はもちろん、位相差がある場合も含まれる。位相差がない場合とは、例えば、可動駆動電極411AがX軸方向プラス側に変位し出す時刻と可動検出電極441AがX軸方向マイナス側に変位し出す時刻が一致していることを意味する。また、位相差がある場合とは、例えば、可動駆動電極411AがX軸方向プラス側に変位し出す時刻よりも後から可動検出電極441AがX軸方向マイナス側に変位し出すことを意味する。
It should be noted that "the
このような駆動振動モードで駆動させている最中に物理量センサー1に角速度ωzが加わると、可動検出電極441A,441Bは、コリオリの力によって、図7中の矢印Aに示すように、検出ばね46A,46BをY軸方向に弾性変形させつつY軸方向に逆相で振動する(この振動を「検出振動モード」とも言う)。検出振動モードでは、可動検出電極441A,441BがY軸方向に振動するため、可動検出電極441Aと固定検出電極442A,443Aとのギャップおよび可動検出電極441Bと固定検出電極442B,443Bとのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って静電容量Ca,Cbがそれぞれ変化する。そのため、静電容量Ca,Cbの変化に基づいて、角速度ωzを求めることができる。
When an angular velocity ωz is applied to the
検出振動モードでは、静電容量Caが大きくなると静電容量Cbが小さくなり、反対に、静電容量Caが小さくなると静電容量Cbが大きくなる。そのため、配線75に接続されたQVアンプから出力される検出信号(静電容量Caの大きさに応じた信号)と、配線76に接続されたQVアンプから出力される検出信号(静電容量Cbの大きさに応じた信号)とを差動演算(減算処理:Ca-Cb)することで、ノイズをキャンセルすることができ、より精度よく角速度ωzを検出することができる。 In the detection vibration mode, when the capacitance Ca increases, the capacitance Cb decreases, and conversely, when the capacitance Ca decreases, the capacitance Cb increases. Therefore, the detection signal output from the QV amplifier connected to the wiring 75 (the signal corresponding to the capacitance Ca) and the detection signal output from the QV amplifier connected to the wiring 76 (the capacitance Cb By performing a differential operation (subtraction processing: Ca−Cb) on the signal corresponding to the magnitude of the signal), noise can be canceled and the angular velocity ωz can be detected with higher accuracy.
ここで、駆動振動モードでは、逆相ばね47Aの伸縮によって可動検出電極441Aの振幅が可動駆動電極411Aの振幅よりも大きくなり、逆相ばね47Bの伸縮によって可動検出電極441Bの振幅が可動駆動電極411Bの振幅よりも大きくなる。そのため、駆動振動モードでの可動検出電極441A,441Bの振幅を増大させることができ、その分、より大きいコリオリの力が作用する。したがって、角速度ωzの検出感度が向上する。また、小さい駆動力で可動検出電極441A,441Bを大きく振動させることができるため、消費電力を低減することもできる。
Here, in the drive vibration mode, the amplitude of the
また、図3に示すように、素子部4は、その中央部(検出部44Aと検出部44Bとの間)に位置するフレーム48を有している。フレーム48は、アルファベットの「H」の輪郭に沿った形状、所謂H形状をなし、Y軸方向プラス側に位置する欠損部481(凹部)と、Y軸方向マイナス側に位置する欠損部482(凹部)と、を有している。そして、欠損部481の内外に亘って第1固定部451が配置されており、欠損部482の内外に亘って第1固定部452が配置されている。これにより、第1固定部451,452をY軸方向に長く形成することができ、その分、基板2との接合面積が増え、基板2と素子部4との接合強度が増す。
Further, as shown in FIG. 3, the
また、素子部4は、第1固定部451とフレーム48との間に位置し、これらを接続するフレームばね488と、第1固定部452とフレーム48との間に位置し、これらを接続するフレームばね489と、を有している。
In addition, the
また、素子部4は、フレーム48と可動検出電極441Aとの間に位置し、これらを接続する接続ばね40Aと、フレーム48と可動検出電極441Bとの間に位置し、これらを接続する接続ばね40Bと、を有している。接続ばね40Aは、検出ばね46Aと共に可動検出電極441Aを支持し、接続ばね40Bは、検出ばね46Bと共に可動検出電極441Bを支持している。そのため、可動検出電極441A,441Bを安定した姿勢で支持することができ、可動検出電極441A,441Bの不要振動(スプリアス)を低減することができる。
The
なお、駆動振動モードでは、接続ばね40A,40Bが弾性変形することで可動検出電極441A,441Bや可動駆動電極411A,411Bなどで構成される可動体4A,4Bの振動が許容され、検出振動モードでは、接続ばね40A,40Bおよびフレームばね488,489が弾性変形すると共に、フレーム48が中心Oまわりに回動することで、可動検出電極441A,441BのY軸方向への振動が許容される。
In the drive vibration mode, the elastic deformation of the connection springs 40A and 40B allows the vibration of the
また、素子部4は、駆動振動モードでの可動駆動電極411A,411Bの振動状態を検出するためのモニター部49A,49Bを有している。モニター部49Aは、可動検出電極441Aに配置され、櫛歯状に配置された複数の電極指を備えた可動モニター電極491Aと、櫛歯状に配置された複数の電極指を備え可動モニター電極491Aの電極指と間隙を有して互い違いに配置された固定モニター電極492A,493Aと、を有している。固定モニター電極492Aは、可動モニター電極491Aに対してX軸方向プラス側に位置し、固定モニター電極493Aは、可動モニター電極491Aに対してX軸方向マイナス側に位置している。
The
同様に、モニター部49Bは、可動検出電極441Bに配置され、櫛歯状に配置された複数の電極指を備えた可動モニター電極491Bと、櫛歯状に配置された複数の電極指を備え可動モニター電極491Bの電極指と間隙を有して互い違いに配置された固定モニター電極492B,493Bと、を有している。固定モニター電極492Bは、可動モニター電極491Bに対してX軸方向マイナス側に位置し、固定モニター電極493Bは、可動モニター電極491Bに対してX軸方向プラス側に位置している。
Similarly, the
これら固定モニター電極492A,493A,492B,493Bは、それぞれ、マウント225の上面に接合され、基板2に固定されている。また、可動モニター電極491A,491Bは、それぞれ、配線73と電気的に接続され、固定モニター電極492A,492Bは、それそれ、配線77と電気的に接続され、固定モニター電極493A,493Bは、それぞれ、配線78と電気的に接続されている。また、配線77,78は、それぞれ、QVアンプ(電荷電圧変換回路)に接続される。物理量センサー1の駆動時には、可動モニター電極491Aと固定モニター電極492Aとの間および可動モニター電極491Bと固定モニター電極492Bとの間に静電容量Ccが形成され、可動モニター電極491Aと固定モニター電極493Aとの間および可動モニター電極491Bと固定モニター電極493Bとの間に静電容量Cdが形成される。
These fixed
前述したように、駆動振動モードでは、可動検出電極441A,441BがX軸方向に振動するため、可動モニター電極491Aと固定モニター電極492A,493Aとのギャップおよび可動モニター電極491Bと固定モニター電極492B,493Bとのギャップがそれぞれ変化し、それに伴って静電容量Cc,Cdがそれぞれ変化する。そのため、静電容量Cc,Cdの変化に基づいて、可動体4A,4Bの振動状態(特にX軸方向への振幅)を検出することができる。
As described above, in the driving vibration mode, since the
駆動振動モードでは、静電容量Ccが大きくなると静電容量Cdが小さくなり、反対に、静電容量Ccが小さくなると静電容量Cdが大きくなる。そのため、配線77に接続されたQVアンプから得られる検出信号(静電容量Ccの大きさに応じた信号)と、配線78に接続されたQVアンプから得られる検出信号(静電容量Cdの大きさに応じた信号)とを差動演算(減算処理:Cc-Cd)することで、ノイズをキャンセルすることができ、より精度よく可動体4A,4Bの振動状態を検出することができる。
In the driving vibration mode, as the capacitance Cc increases, the capacitance Cd decreases, and conversely, as the capacitance Cc decreases, the capacitance Cd increases. Therefore, the detection signal obtained from the QV amplifier connected to the wiring 77 (the signal corresponding to the magnitude of the capacitance Cc) and the detection signal obtained from the QV amplifier connected to the wiring 78 (the magnitude of the capacitance Cd). By performing a differential operation (subtraction processing: Cc-Cd) between the two signals, the noise can be canceled, and the vibration state of the
なお、モニター部49A,49Bからの出力によって検出された可動体4A,4Bの振動状態(振幅)は、可動体4A,4Bに電圧V2を印加する駆動回路にフィードバックされる。駆動回路は、可動体4A,4Bの振幅が目標値となるように、電圧V2の周波数やDuty比を変更する。これにより、より確実に、可動体4A,4Bを所定の振幅で振動させることができ、角速度ωzの検出精度が向上する。
The vibration state (amplitude) of the
以上で述べたように、第1実施形態に係る物理量センサー1によれば、以下の特徴を有する。
可動検出電極441A,441Bの第1幹部50と検出ばね46A,46B,とを連結する第1連結部52を構成する第1支持部521の固定検出電極442A,442B,443A,443BとのY軸方向の間隔G1が、第2支持部522と固定検出電極442A,442B,443A,443BとのY軸方向の間隔G2より小さい。また、第1支持部521のX軸方向の長さL1と可動検出電極指51のX軸方向の長さL2とが等しく、第1支持部521と固定検出電極442A,442B,443A,443BとのY軸方向の間隔G1と固定検出電極指53と可動検出電極指51とのY軸方向の間隔G3とが略等しい。そのため、第1支持部521と固定検出電極442A,442B,443A,443Bとが一対の固定検出電極指53と可動検出電極指51とに相当する。よって、第1支持部521を可動検出電極指51と見なすことができ、検出部44A,44BのY軸方向の寸法を変えずに可動検出電極指51を増やすことができる。つまり、可動検出電極441A,441Bと固定検出電極442A,442B,443A,443Bとの間の静電容量を大きくすることができ、検出感度を向上させることができる。従って、小型化を図っても、検出感度の低下を低減する物理量センサー1を得ることができる。
As described above, the
The Y-axis between the fixed
[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1aについて、図8を参照して説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係る物理量センサーが有する検出部の一部を示す平面図である。なお、図8は、図3のB部に相当する。
[Second embodiment]
Next, a
本実施形態に係る物理量センサー1aでは、主に、検出部44A,44Bの第1連結部52aの構成が異なっていること以外は、前述した第1実施形態にかかる物理量センサー1と同様である。
The
なお、以下の説明では、第2実施形態の物理量センサー1aに関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図8では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
In the following description, regarding the
第2実施形態に係る物理量センサー1aの検出部44A,44Bにおいて、検出部44Bを一例として説明する。図8に示すように、検出部44Bは、第1幹部50と検出ばね46Bとを連結する第1連結部52aを有している。第1連結部52aのX軸方向の長さL3は、可動検出電極指51のX軸方向の長さL4と略等しく、第1連結部52aと固定検出電極443BとのY軸方向の間隔G4は、固定検出電極指53と可動検出電極指51とのY軸方向の間隔G5と略等しい。従って、第1連結部52aと固定検出電極443Bとの間の静電容量を、固定検出電極指53と可動検出電極指51との間の静電容量と略等しくすることができる。そのため、第1連結部52aを固定検出電極指53に対向する可動検出電極指51と見なすことができるので、可動検出電極441Bと固定検出電極443Bとの間の静電容量を大きくすることができ、検出感度を高くすることができる。従って、小型化を図っても、検出感度の低下を低減した物理量センサー1aを得ることができる。
Among the
なお、本実施形態では、第1実施形態と同様に、図3を参照すると、検出部44BのY軸方向の両端において、-Y軸方向の端部で、且つ、-X軸方向の端部を一例として挙げ説明したが、検出部44Bの-Y軸方向の端部で、+X軸方向の端部、検出部44Bの+Y軸方向の端部で、X軸方向の両端、および検出部44AのY軸方向の両端で、X軸方向の両端においても同様の構成となっている。
In this embodiment, as in the first embodiment, referring to FIG. 3, at both ends in the Y-axis direction of the
以上、第2実施形態の物理量センサー1aについて説明した。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。
The
[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1bについて、図9および図10を参照して説明する。図9は、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーが有する素子部を示す平面図である。図10は、図9中のC部拡大平面図である。
[Third Embodiment]
Next, a
本実施形態に係る物理量センサー1bでは、主に、駆動部41A,41Bの構成が異なっていること以外は、前述した第1実施形態にかかる物理量センサー1と同様である。
The
なお、以下の説明では、第3実施形態の物理量センサー1bに関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図9および図10では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
In the following description, regarding the
第3実施形態に係る物理量センサー1bの駆動部41A,41Bにおいて、駆動部41Bを一例として説明する。図9および図10に示すように、駆動部41Bは、櫛歯状に配置された複数の可動駆動電極指61を備えた可動駆動電極411Bと、櫛歯状に配置された複数の固定駆動電極指63を備え可動駆動電極411Bの可動駆動電極指61と空隙を有して互い違いに配置された固定駆動電極412Bと、を有している。
Among the driving
固定駆動電極412Bは、第1方向(Y軸方向)に交差する方向である第2方向(X軸方向)に沿って延在して設けられている複数の固定駆動電極指63を有している。また、可動検出電極441Bは、Y軸方向に沿って延在して設けられている第2幹部60と、第2幹部60からX軸方向に沿って延在して設けられ、固定駆動電極指63とY軸方向に間隔を空けて配置される複数の可動駆動電極指61と、第2幹部60に連結する第2連結部62と、を有している。
The fixed
さらに、第2連結部62は、第2幹部60に連結する第3支持部621と、駆動ばね43Bに連結する第4支持部622と、を有しており、第3支持部621と固定駆動電極412BとのY軸方向の間隔G6は、第4支持部622と固定駆動電極412BとのY軸方向の間隔G7より小さい。つまり、第3支持部621は、第4支持部622よりも固定駆動電極412B側に近接して配置されている。
Further, the second connecting
また、第3支持部621のX軸方向の長さL5は、可動駆動電極指61のX軸方向の長さL6と略等しい。そのため、第3支持部621の側面と固定駆動電極指63の側面との対向面積が可動駆動電極指61の側面と固定駆動電極指63の側面との対向面積と略等しくすることができる。
Also, the length L5 of the
第3支持部621と固定駆動電極412BとのY軸方向の間隔G6は、固定駆動電極指63と可動駆動電極指61とのY軸方向の間隔G8と略等しい。つまり、対向面積も略等しいため、第3支持部621と固定駆動電極412Bと間の静電容量と固定駆動電極指63と可動駆動電極指61との間の静電容量を略等しくすることができる。
The Y-axis distance G6 between the
従って、第3支持部621のX軸方向の長さL5と可動駆動電極指61のX軸方向の長さL6とが略等しく、第3支持部621と固定駆動電極412BとのY軸方向の間隔G6と固定駆動電極指63と可動駆動電極指61とのY軸方向の間隔G8とが略等しいので、第3支持部621と固定駆動電極412Bとが一対の固定駆動電極指63と可動駆動電極指61とに相当する。よって、第3支持部621を可動駆動電極指61と見なすことができ、駆動部41BのY軸方向の寸法を変えずに可動駆動電極指61を増やすことができる。つまり、可動駆動電極411Bと固定駆動電極412Bとの間の静電容量を大きくすることができる。
Therefore, the length L5 of the
駆動部41Bの静電容量が大きくなることで、可動駆動電極411Bおよび検出部44Bの可動体4BをX軸方向に大きく振動変位させることができ、これに伴い、Z軸まわりの角速度ωzが印加されると、検出部44Bを検出軸方向であるY軸方向に大きく変位させることができるので、検出感度を向上させることができる。従って、高い検出感度を有する物理量センサー1bを得ることができる。また、小型化を図っても、検出感度の低下をより低減した物理量センサー1bを得ることができる。
By increasing the electrostatic capacity of the
なお、本実施形態では、図9に示すように、駆動部41BのY軸方向の両端において、-Y軸方向の端部を一例として挙げ、説明したが、駆動部41Bの+Y軸方向の端部や駆動部41AのY軸方向の両端においても同様の構成となっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the ends in the -Y-axis direction at both ends of the driving
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し、更に、駆動部41A,41Bにおける可動駆動電極411A,411Bと固定駆動電極412A,412Bとの間の静電容量を大きくすることができ、検出部44A,44Bの振動変位を大きくすることができる。従って、小型化しても、検出感度の低下をより低減した物理量センサー1bを得ることができる。
According to such a third embodiment, the same effects as those of the above-described first embodiment are exhibited, and static electricity between the
<慣性計測装置>
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1を適用した慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)2000について、図11および図12を参照して説明する。図11は、慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図である。図12は、慣性計測装置の慣性センサー素子の配置例を示す斜視図である。
<Inertial measurement device>
Next, an inertial measurement unit (IMU: Inertial Measurement Unit) 2000 to which the
図11に示す慣性計測装置2000(IMU:Inertial Measurement Unit)は、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)を検出する装置である。慣性計測装置2000は、3軸の加速度センサーと、3軸の角速度センサーと、を備えた、所謂6軸モーションセンサーとして機能する。
An inertial measurement unit 2000 (IMU: Inertial Measurement Unit) shown in FIG. 11 is a device that detects the posture and behavior (inertial momentum) of a moving body (wearable device) such as an automobile or a robot. The
慣性計測装置2000は、平面形状が略正方形の直方体である。また、正方形の対角線方向に位置する2ヶ所の頂点近傍に、固定部としてのネジ穴2110が形成されている。この2ヶ所のネジ穴2110に2本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置2000を固定することができる。なお、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンや、デジタルカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。
The
慣性計測装置2000は、アウターケース2100と、接合部材2200と、センサーモジュール2300と、を有し、アウターケース2100の内部に、接合部材2200を介在させて、センサーモジュール2300を挿入した構成となっている。また、センサーモジュール2300は、インナーケース2310と、基板2320と、を有している。
The
アウターケース2100の外形は、慣性計測装置2000の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、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2110が形成されている。また、アウターケース2100は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール2300が収納されている。
The external shape of the
インナーケース2310は、基板2320を支持する部材であり、アウターケース2100の内部に収まる形状となっている。また、インナーケース2310には、基板2320との接触を防止するための凹部2311や後述するコネクター2330を露出させるための開口2312が形成されている。このようなインナーケース2310は、接合部材2200(例えば、接着剤を含浸させたパッキン)を介してアウターケース2100に接合されている。また、インナーケース2310の下面には、接着剤を介して基板2320が接合されている。
The
図12に示すように、基板2320の上面には、コネクター2330、Z軸まわりの角速度を検出する角速度センサー2340z、X軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサー2350などが実装されている。また、基板2320の側面には、X軸まわりの角速度を検出する角速度センサー2340xおよびY軸まわりの角速度を検出する角速度センサー2340yが実装されている。なお、角速度センサー2340z、2340x、2340yとしては、特に限定されず、例えば前述した物理量センサー1など、コリオリの力を利用した振動ジャイロセンサーを用いることができる。また、加速度センサー2350としては、特に限定されず、例えば、静電容量型の加速度センサーを用いることができる。
As shown in FIG. 12, a
また、基板2320の下面には、制御回路としての制御IC2360が実装されている。制御IC2360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、慣性計測装置2000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および付随するデータなどが記憶されている。なお、基板2320には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
A
以上、慣性計測装置2000について説明した。このような慣性計測装置2000は、物理量センサー1としての角速度センサー2340z、2340x、2340yおよび加速度センサー2350と、これら各センサー2340z、2340x、2340y、2350の駆動を制御する制御IC2360(制御回路)と、を含んでいる。これにより、上述した物理量センサー1の効果を享受でき、信頼性の高い慣性計測装置2000が得られる。
The
<移動体測位装置>
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1を適用した移動体測位装置3000について、図13および図14を参照して説明する。図13は、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14は、移動体測位装置の作用を模式的に示す図である。
<Mobile positioning device>
Next, a
図13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、前述した慣性計測装置2000を用いることができる。
A mobile
また、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。演算部としての演算処理部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。
The
また、受信部としての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、取得部としての位置情報取得部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。
A
算出部としての位置合成部3600は、演算処理部3200から出力された慣性データとしての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14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。
A
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。
The position data output from the
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、上述した物理量センサー1(慣性計測装置2000)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。
The
<携帯型電子機器>
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1を適用した携帯型電子機器について、図15および図16を参照して説明する。図15は、携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図である。図16は、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。
以下、携帯型電子機器の一例として、腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)を示して説明する。
<Portable electronic devices>
Next, a portable electronic device to which the
A wristwatch type activity meter (active tracker) will be described below as an example of a portable electronic device.
腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)であるリスト機器1000は、図15に示すように、バンド1032,1037等によってユーザーの手首等の部位(被検体)に装着され、デジタル表示の表示部150を備えるととも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、角速度を計測するセンサーとしてリスト機器1000に組込まれている。
As shown in FIG. 15, the
リスト機器1000は、少なくとも物理量センサー1が収容されているケース1030と、ケース1030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100(図16参照)と、ケース1030に収容されている表示部150と、ケース1030の開口部を塞いでいる透光性カバー1071と、を備えている。ケース1030の透光性カバー1071のケース1030の外側には、ベゼル1078が設けられている。ケース1030の側面には、複数の操作ボタン1080,1081が設けられている。以下、図16も併せて参照しながら、さらに詳細に説明する。
The
加速度センサー113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、物理量センサー1としての角速度センサー114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。
The acceleration sensor 113 detects acceleration in each of three axial directions that intersect (ideally orthogonal) and outputs a signal (acceleration signal) corresponding to the magnitude and direction of the detected three-axis acceleration. Further, the angular velocity sensor 114 as the
表示部150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110や地磁気センサー111を用いた位置情報、移動量や物理量センサー1に含まれる角速度センサー114を用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー115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116を用いた環境温度を表示することもできる。
The liquid crystal display (LCD) that constitutes the
通信部170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170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通信部170は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。
The
処理部100(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100は、記憶部140に格納されたプログラムと、操作部120(例えば操作ボタン1080,1081)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100による処理には、GPSセンサー110、地磁気センサー111、圧力センサー112、加速度センサー113、角速度センサー114、脈拍センサー115、温度センサー116、計時部130の各出力信号に対するデータ処理、表示部150に画像を表示させる表示処理、音出力部160に音を出力させる音出力処理、通信部170を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー180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。
The processing unit 100 (processor) is configured by, for example, an MPU (Micro Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and the like. The
このようなリスト機器1000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: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。
Such a
1. Distance: Measure the total distance from the start of measurement using the highly accurate GPS function.
2. Pace: Displays the current running pace from the pace distance measurement.
3. Average speed: Calculates and displays the average speed from the start of running to the present.
4. Altitude: The altitude is measured and displayed using the GPS function.
5. Stride: Measures and displays stride length even in tunnels where GPS radio waves do not reach.
6. Pitch: Measures and displays the number of steps per minute.
7. Heart rate: Heart rate is measured and displayed by the pulse sensor.
8. Gradient: Measure and display the gradient of the ground during training and trail running in mountainous areas.
9. Auto lap: Automatically measures laps when running a certain distance or time set in advance.
10. Calorie consumption during exercise: Displays the calorie consumption.
11. Steps: Displays the total number of steps since the start of exercise.
なお、リスト機器1000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。
The
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。 Also, in the above description, GPS (Global Positioning System) is used as the satellite positioning system, but other global navigation satellite systems (GNSS) may be used. For example, one or more satellite positioning systems such as EGNOS (European Geostationary satellite Navigation Overlay Service), QZSS (Quasi Zenith Satellite System), GLONASS (GLOBal NAvigation Satellite System), GALILEO, BeiDou (BeiDou Navigation Satellite System), etc. may be used. In addition, at least one of the satellite positioning systems may use a geostationary satellite type satellite navigation augmentation system (SBAS: Satellite Based Augmentation System) such as WAAS (Wide Area Augmentation System), EGNOS (European Geostationary satellite Navigation Overlay Service). .
このような携帯型電子機器は、物理量センサー1および処理部100を備えているので、優れた信頼性を有している。
Since such a portable electronic device includes the
<電子機器>
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1を適用した電子機器について、図17~図19を参照して説明する。
<Electronic equipment>
Next, an electronic device to which the
先ず、図17を参照して、電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューター1100について説明する。図17は、電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図である。
First, referring to FIG. 17, a mobile
この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1108を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、角速度センサーとして機能する物理量センサー1が内蔵されており、物理量センサー1の検出データに基づいて制御部1110が、例えば姿勢制御などの制御を行なうことができる。
In this figure, a
図18は、電子機器の一例であるスマートフォン(携帯型電話機)の構成を模式的に示す斜視図である。 FIG. 18 is a perspective view schematically showing the configuration of a smart phone (mobile phone), which is an example of electronic equipment.
この図において、スマートフォン1200は、上述した物理量センサー1が組込まれている。物理量センサー1によって検出された検出データ(角速度データ)は、スマートフォン1200の制御部1201に送信される。制御部1201は、CPU(Central Processing Unit)を含んで構成されており、受信した検出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。換言すれば、スマートフォン1200のモーションセンシングを行い、計測された姿勢や、挙動から、表示内容を変えたり、音や、振動などを発生させたりすることができる。特に、ゲームのアプリケーションを実行する場合には、現実に近い臨場感を味わうことができる。
In this figure, a
図19は、電子機器の一例であるディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。 FIG. 19 is a perspective view showing the configuration of a digital still camera, which is an example of electronic equipment. In addition, this figure also briefly shows connections with external devices.
ディジタルスチールカメラ1300のケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1310は、被写体を電子画像として表示するファインダーとしても機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
A
撮影者が表示部1310に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このディジタルスチールカメラ1300では、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルスチールカメラ1300には、角速度センサーとして機能する物理量センサー1が内蔵されており、物理量センサー1の検出データに基づいて制御部1316が、例えば手振れ補正などの制御を行なうことができる。
When the photographer confirms the subject image displayed on the
このような電子機器は、物理量センサー1および制御部1110,1201,1316を備えているので、優れた信頼性を有している。
Since such an electronic device includes the
なお、物理量センサー1を備える電子機器は、図17のパーソナルコンピューター1100、図18のスマートフォン(携帯型電話機)1200、図19のディジタルスチールカメラ1300の他にも、例えば、タブレット端末、時計、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター、地震計、歩数計、傾斜計、ハードディスクの振動を計測する振動計、ロボットやドローンなど飛行体の姿勢制御装置、自動車の自動運転用慣性航法に使用される制御機器等に適用することができる。
In addition to the
<移動体>
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー1を適用した移動体について、図20を参照して説明する。図20は、移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。
<Moving body>
Next, a moving object to which the
図20に示すように、移動体としての自動車1500には、物理量センサー1が内蔵されており、例えば、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、物理量センサー1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:Indium 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。
As shown in FIG. 20, an
また、移動体に適用される物理量センサー1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、ロケット、人工衛星、船舶、AGV(無人搬送車)、二および足歩行ロボットなどの制御において利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量センサー1およびそれぞれの制御部(不図示)が組み込まれる。
In addition to the above examples, the
このような移動体は、物理量センサー1、および制御部(例えば、姿勢制御部としての車体姿勢制御装置1502)を備えているので、優れた信頼性を有している。
Such a moving object has excellent reliability because it includes the
以上、物理量センサー1,1a,1b、慣性計測装置2000、移動体測位装置3000、携帯型電子機器(1000)、電子機器(1100,1200,1300)、および移動体(1500)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。
As described above, the
また、前述した実施形態では、X軸、Y軸およびZ軸が互いに直交しているが、互いに交差していれば、これに限定されず、例えば、X軸がYZ平面の法線方向に対して若干傾いていてもよいし、Y軸がXZ平面の法線方向に対して若干傾いていてもよいし、Z軸がXY平面の法線方向に対して若干傾いていてもよい。なお、若干とは、物理量センサー1,1a,1bがその効果を発揮することができる範囲を意味し、具体的な傾き角度(数値)は、構成等によって異なる。
In the above-described embodiment, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are orthogonal to each other, but they are not limited to this as long as they intersect each other. , the Y axis may be slightly inclined with respect to the normal direction of the XZ plane, and the Z axis may be slightly inclined with respect to the normal direction of the XY plane. Note that "slightly" means a range in which the
1,1a,1b…物理量センサー、2…基板、21…凹部、22,221,222,223,224,225…マウント、23,24,25,26,27,28…溝部、3…蓋体、31…凹部、32…連通孔、33…封止部材、39…ガラスフリット、4…素子部、4A,4B…可動体、41A,41B…駆動部、411A,411B…可動駆動電極、412A,412B…固定駆動電極、42A,42B…第1固定部、421A,421B…第2固定部、43A,43B…第2ばね部としての駆動ばね、44A,44B…検出部、441A,441B…可動検出電極、442A,442B,443A,443B…固定検出電極、451,452…第1固定部、46A,46B…第1ばね部としての検出ばね、47A,47B…逆相ばね、471A,471B,…ばね本体、472A,473A…アーム、474A,475A…接続部、477A,477B,478A,478B…梁、48…フレーム、481,482…欠損部、488,489…フレームばね、49A,49B…モニター部、491A,491B…可動モニター電極、492A,492B,493A,493B…固定モニター電極、50…第1幹部、51…可動検出電極指、52,52a…第1連結部、521…第1支持部、522…第2支持部、53…固定検出電極指、60…第2幹部、61…可動駆動電極指、62…第2連結部、621…第3支持部、622…第4支持部、63…固定駆動電極指、73,74,75,76,77,78…配線、1000…携帯型電子機器としてのリスト機器、1100…パーソナルコンピューター、1200…スマートフォン(携帯電話機)、1300…ディジタルスチールカメラ、1500…移動体としての自動車、2000…慣性計測装置、3000…移動体測位装置、G1,G2,G3,G4,G5,G6,G7,G8…間隔、L1,L2,L3,L4,L5,L6…長さ。
1, 1a, 1b... physical quantity sensor, 2... substrate, 21... concave portion, 22, 221, 222, 223, 224, 225... mount, 23, 24, 25, 26, 27, 28... groove portion, 3... lid body, DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記Z軸に直交し、互いに表裏の関係にある第1面及び第2面を含む基板と、
前記基板の前記第1面に支持されている素子部と、
を含み、
前記素子部は、静電容量の変化に基づいて角速度を検知し、複数の電極指を含む検出部を含み、
前記検出部は、
前記基板に固定されている固定検出電極と、
前記Y軸方向に変位可能な可動検出電極と、
前記基板に固定されている第1固定部と、
前記第1固定部と前記可動検出電極とを連結している第1ばね部と、
を含み、
前記固定検出電極は、
前記X軸に沿って設けられている複数の固定検出電極指を含み、
前記可動検出電極は、
前記Y軸に沿って設けられている第1幹部と、
前記第1幹部から前記X軸に沿って設けられ、前記固定検出電極指と前記Y軸方向に間隔を空けて配置されている複数の可動検出電極指と、
前記第1幹部に連結し、前記X軸に沿って設けられている第1連結部と、
を含み、
前記第1連結部の前記Y軸に沿った幅は、前記可動検出電極指の前記Y軸に沿った幅よりも大きく、
前記第1幹部は、前記第1連結部を介して前記第1ばね部と接続し、
前記第1連結部と隣り合う前記固定検出電極指と、前記第1連結部と、の前記Y軸方向の間隔は、
前記可動検出電極指と前記Y軸のプラス側で隣り合う前記固定検出電極指と、当該可動検出電極指と、の前記Y軸方向の間隔と略等しく、
前記素子部は、前記検出部を駆動可能な駆動部を含み、
前記駆動部は、
前記基板に固定されている固定駆動電極と、
前記X軸方向に変位可能な可動駆動電極と、
前記基板に固定されている第2固定部と、
前記第2固定部と前記可動駆動電極とを連結している第2ばね部と、
を含むことを特徴とする物理量センサー。 When the three mutually orthogonal axes are the X-axis, the Y-axis and the Z-axis,
a substrate including a first surface and a second surface that are perpendicular to the Z-axis and have a front-back relationship with each other;
an element portion supported on the first surface of the substrate;
including
The element unit includes a detection unit that detects angular velocity based on changes in capacitance and includes a plurality of electrode fingers,
The detection unit is
fixed sensing electrodes fixed to the substrate;
a movable detection electrode that can be displaced in the Y-axis direction;
a first fixing portion fixed to the substrate;
a first spring portion connecting the first fixed portion and the movable detection electrode;
including
The fixed detection electrodes are
including a plurality of fixed sensing electrode fingers along the X-axis;
The movable detection electrode is
a first trunk provided along the Y-axis;
a plurality of movable detection electrode fingers provided along the X-axis from the first trunk and spaced from the fixed detection electrode fingers in the Y-axis direction;
a first connecting portion connected to the first stem and provided along the X-axis ;
including
the width of the first connecting portion along the Y-axis is greater than the width of the movable detection electrode finger along the Y-axis;
the first stem is connected to the first spring portion via the first connecting portion;
The distance in the Y-axis direction between the fixed detection electrode fingers adjacent to the first connecting portion and the first connecting portion is
an interval in the Y-axis direction between the fixed detection electrode finger adjacent to the movable detection electrode finger on the plus side of the Y-axis and the movable detection electrode finger , and
The element unit includes a drive unit capable of driving the detection unit,
The drive unit
a fixed drive electrode fixed to the substrate;
a movable drive electrode displaceable in the X-axis direction;
a second fixing portion fixed to the substrate;
a second spring portion connecting the second fixed portion and the movable drive electrode;
A physical quantity sensor comprising :
前記第1連結部は、
前記第1幹部に連結している第1支持部と、
一端が第1支持部と連結し、他端が前記第1ばね部に連結している第2支持部と、
を含み、
前記第1支持部の前記X軸に沿った長さは、前記可動検出電極指の前記X軸に沿った長さと略等しいことを特徴とする物理量センサー。 In claim 1,
The first connecting part is
a first support connected to the first stem;
a second support portion having one end connected to the first support portion and the other end connected to the first spring portion;
including
A physical quantity sensor, wherein the length of the first support portion along the X-axis is substantially equal to the length of the movable detection electrode finger along the X-axis.
前記第1支持部の前記Y軸に沿った幅は、前記第2支持部の前記Y軸に沿った幅と異なっていることを特徴とする物理量センサー。 In claim 2,
A physical quantity sensor, wherein the width of the first supporting portion along the Y-axis is different from the width of the second supporting portion along the Y-axis.
前記Z軸に直交し、互いに表裏の関係にある第1面及び第2面を含む基板と、
前記基板の前記第1面に支持されている素子部と、
を含み、
前記素子部は、静電容量の変化に基づいて角速度を検知し、複数の電極指を含む検出部を含み、
前記検出部は、
前記基板に固定されている固定検出電極と、
前記Y軸方向に変位可能な可動検出電極と、
前記基板に固定されている第1固定部と、
前記第1固定部と前記可動検出電極とを連結している第1ばね部と、
を含み、
前記固定検出電極は、
前記X軸に沿って設けられている複数の固定検出電極指を含み、
前記可動検出電極は、
前記Y軸に沿って設けられている第1幹部と、
前記第1幹部から前記X軸に沿って設けられ、前記固定検出電極指と前記Y軸方向に間隔を空けて配置されている複数の可動検出電極指と、
前記第1幹部に連結し、前記X軸に沿って設けられている第1連結部と、
を含み、
前記第1連結部の前記Y軸に沿った幅は、前記可動検出電極指の前記Y軸に沿った幅よりも大きく、
前記第1幹部は、前記第1連結部を介して前記第1ばね部と接続し、
前記第1連結部の前記X軸に沿った長さは、前記可動検出電極指の前記X軸に沿った長さと略等しく、
前記第1連結部と隣り合う前記固定検出電極指と、前記第1連結部と、の前記Y軸方向の間隔は、前記可動検出電極指と前記Y軸のプラス側で隣り合う前記固定検出電極指と、当該可動検出電極指と、の前記Y軸方向の間隔と略等しく、
前記素子部は、前記検出部を駆動可能な駆動部を含み、
前記駆動部は、
前記基板に固定されている固定駆動電極と、
前記X軸方向に変位可能な可動駆動電極と、
前記基板に固定されている第2固定部と、
前記第2固定部と前記可動駆動電極とを連結している第2ばね部と、
を含むことを特徴とする物理量センサー。 When the three mutually orthogonal axes are the X-axis, the Y-axis and the Z-axis,
a substrate including a first surface and a second surface that are perpendicular to the Z-axis and have a front-back relationship with each other;
an element portion supported on the first surface of the substrate;
including
The element unit includes a detection unit that detects angular velocity based on changes in capacitance and includes a plurality of electrode fingers,
The detection unit is
fixed sensing electrodes fixed to the substrate;
a movable detection electrode that can be displaced in the Y-axis direction;
a first fixing portion fixed to the substrate;
a first spring portion connecting the first fixed portion and the movable detection electrode;
including
The fixed detection electrodes are
including a plurality of fixed sensing electrode fingers along the X-axis;
The movable detection electrode is
a first trunk provided along the Y-axis;
a plurality of movable detection electrode fingers provided along the X-axis from the first trunk and spaced from the fixed detection electrode fingers in the Y-axis direction;
a first connecting portion connected to the first stem and provided along the X-axis ;
including
the width of the first connecting portion along the Y-axis is greater than the width of the movable detection electrode finger along the Y-axis;
the first stem is connected to the first spring portion via the first connecting portion;
the length of the first connecting portion along the X-axis is substantially equal to the length of the movable detection electrode finger along the X-axis;
The distance in the Y-axis direction between the fixed detection electrode finger adjacent to the first connection portion and the first connection portion is such that the movable detection electrode finger and the fixed detection electrode adjacent to the positive side of the Y-axis are substantially equal to the distance in the Y-axis direction between the finger and the movable detection electrode finger,
The element unit includes a drive unit capable of driving the detection unit,
The drive unit
a fixed drive electrode fixed to the substrate;
a movable drive electrode displaceable in the X-axis direction;
a second fixing portion fixed to the substrate;
a second spring portion connecting the second fixed portion and the movable drive electrode;
A physical quantity sensor comprising :
前記固定駆動電極は、
前記X軸に沿って設けられている複数の固定駆動電極指を含み、
前記可動駆動電極は、
前記Y軸に沿って設けられている第2幹部と、
前記第2幹部から前記X軸に沿って設けられ、前記固定駆動電極指と前記Y軸方向に間隔を空けて配置されている複数の可動駆動電極指と、
前記第2幹部に連結している第2連結部と、
を含み、
前記第2連結部は、
前記第2幹部に連結している第3支持部と、
前記第2ばね部に連結している第4支持部と、
を含み、
前記第3支持部と隣り合う前記固定駆動電極指と、前記第3支持部と、の前記Y軸方向の間隔は、前記第4支持部と当該固定駆動電極指との前記Y軸方向の間隔より小さいことを特徴とする物理量センサー。 In any one of claims 1 to 4,
The fixed drive electrode is
including a plurality of fixed drive electrode fingers along the X-axis;
The movable drive electrode is
a second trunk provided along the Y-axis;
a plurality of movable drive electrode fingers provided along the X-axis from the second trunk and spaced apart from the fixed drive electrode fingers in the Y-axis direction;
a second connecting portion connected to the second stem;
including
The second connecting part is
a third support connected to the second stem;
a fourth support connected to the second spring;
including
The distance in the Y-axis direction between the fixed drive electrode finger adjacent to the third support part and the third support part is the distance in the Y-axis direction between the fourth support part and the fixed drive electrode finger. A physical quantity sensor characterized by being smaller.
前記第3支持部の前記X軸に沿った長さは、前記可動駆動電極指の前記X軸に沿った長さと略等しいことを特徴とする物理量センサー。 In claim 5,
A physical quantity sensor, wherein the length of the third supporting portion along the X-axis is substantially equal to the length of the movable drive electrode finger along the X-axis.
前記第3支持部と隣り合う前記固定駆動電極指と、前記第3支持部と、の前記Y軸方向の間隔は、前記可動駆動電極指と前記Y軸のプラス側で隣り合う前記固定駆動電極指と、当該可動駆動電極指と、の前記Y軸方向の間隔と略等しいことを特徴とする物理量センサー。 In claim 5 or 6,
The distance in the Y-axis direction between the fixed drive electrode finger adjacent to the third support portion and the third support portion is such that the fixed drive electrode finger adjacent to the movable drive electrode finger and the fixed drive electrode adjacent to the positive side of the Y-axis is A physical quantity sensor, wherein the distance between the finger and the movable drive electrode finger in the Y-axis direction is substantially equal.
前記物理量センサーの駆動を制御する制御回路と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7;
a control circuit for controlling driving of the physical quantity sensor;
An inertial measurement device comprising:
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。 an inertial measurement device according to claim 8;
a receiving unit that receives a satellite signal on which position information is superimposed from a positioning satellite;
an acquisition unit that acquires position information of the reception unit based on the received satellite signal;
a computing unit that computes the attitude of the moving body based on the inertia data output from the inertial measurement device;
a calculation unit that calculates the position of the moving body by correcting the position information based on the calculated posture;
A mobile positioning device comprising:
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。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7;
a case housing the physical quantity sensor;
a processing unit housed in the case and processing output data from the physical quantity sensor;
a display unit accommodated in the case;
a translucent cover closing the opening of the case;
A portable electronic device comprising:
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を含むことを特徴とする電子機器。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7;
a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor;
An electronic device comprising:
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて姿勢の制御を行う姿勢制御部と、
を含むことを特徴とする移動体。 A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7;
an attitude control unit that controls an attitude based on a detection signal output from the physical quantity sensor;
A mobile object comprising:
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