(57)【要約】【課題】検出特性に優れた物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器、移動体、および物理量センサーの製造方法を提供する。【解決手段】物理量センサー１は、検出電極としての固定検出電極１８６が設けられている基板１１０と、固定検出電極１８６と対向している可動体１０と、一方が基板１１０に設けられているアンカーとしてのポスト部１１４に接続され、他方が可動体１０に接続されている弾性梁としての検出バネ部１６０と、を含み、可動体１０の振動方向に沿って、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃに平行な第１仮想面Ｈ１は、可動体１０と接合している基板１１０の面に平行な第２仮想面Ｈ２と交差している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出電極が設けられている基板と、
前記検出電極と対向している可動体と、
一方が前記基板に設けられているアンカーに接続され、他方が前記可動体に接続されている弾性梁と、
を含み、
前記可動体の振動方向に沿って、
前記検出電極の前記可動体と対向している面に平行な第１仮想面は、前記可動体と接合している前記基板の面に平行な第２仮想面と交差している、
物理量センサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記振動方向と交差する前記弾性梁の側面を含む第３仮想面は、
前記第２仮想面の法線と交差している、
物理量センサー。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１仮想面は、前記第３仮想面と直交している、
物理量センサー。
【請求項４】
請求項２又は請求項３において、
前記第１仮想面と前記第２仮想面との交差角をθ１とし、
前記法線と前記第３仮想面との交差角をθ２としたとき、
前記θ１は、０．０１°以上３．０°以下であり、
前記θ２は、０．０１°以上３．０°以下である、
物理量センサー。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記基板にストッパーが設けられ、
前記ストッパーは、前記可動体の可動部と同電位である、
物理量センサー。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記物理量センサーは、角速度センサーである、
物理量センサー。
【請求項７】
請求項６に記載の物理量センサーと、
加速度センサーと、
を備えている、
複合センサー。
【請求項８】
請求項６に記載の物理量センサーと、
加速度センサーと、
前記物理量センサーおよび前記加速度センサーを制御する制御部と、
を備えている、
慣性計測ユニット。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５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、
を備えている、
携帯型電子機器。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項５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、
を備えている、
電子機器。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項５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姿勢の制御を行う姿勢制御部と、
を備えている、
移動体。
【請求項１２】
基板を加工する工程と、
前記基板に検出電極を形成する工程と、
可動体を形成する工程と、
前記基板に蓋体を接合する工程と、
を含む物理量センサーの製造方法であって、
前記基板を加工する工程は、
凸部を形成する工程と、
前記凸部をマスクで覆い、前記凸部の上の前記マスクの一部に開口部を形成する工程と、
前記開口部から露出している前記凸部をエッチングし、前記凸部の前記マスクとの間の領域を徐々にエッチングすることにより、前記凸部に傾斜面を形成する工程と、
を含む、
物理量センサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器、移動体、および物理量センサーの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、物理量センサーの一例として、シリコンＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いたジャイロセンサー素子を用いたジャイロセンサーが開発されている。物理量センサーのなかでも角速度を検出するジャイロセンサーは、例えば、ゲーム機のモーションセンシング機能などの用途で急速に広がりつつある。
【０００３】
このようなジャイロセンサーとして、例えば、特許文献１に、角速度センサーを構成するセンサー素子が開示されている。このセンサー素子は、支持基板と、支持基板に固定された固定部と、固定部に対して弾性梁（支持梁）を介して支持されている振動体と、振動体に設けられた櫛歯状の可動電極と、この可動電極と間隔を介して噛み合う固定櫛歯電極とを有する。このような構成の角速度センサーでは、固定櫛歯電極に電圧が印加されると、可動電極と固定櫛歯電極との間に発生する静電力により振動体がＸ軸方向に振動（駆動振動）する。このように振動している状態の振動体にＺ軸（またはＹ軸）回りの角速度が作用すると、コリオリ力により、振動体がＹ軸（またはＺ軸）方向に振動（検出振動）する。このコリオリ力による振動体のＹ軸（またはＺ軸）方向の振動振幅の大きさに対応する電気信号を検出することで、回転の角速度を検出することができる。
【０００４】
このようなセンサー素子は、シリコン基板で構成されているため、ドライエッチングにより製造することができ、例えば、特許文献２には、ＳＦ6（エッチング用ガス）と、Ｃ4Ｆ8（堆積用ガス）の二つの系統の反応性プラズマガスを交互に切り替えて、エッチングと側壁保護膜堆積の工程を繰り返す、Ｓｉの深溝エッチング技術（Deep Reactive ion Etching）、所謂、ボッシュ・プロセス（Bosch process）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７５０７９号公報
【特許文献２】特表平７−５０３８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のセンサー素子を、特許文献２に記載されているドライエッチングにより製造しようとした場合に、反応性プラズマガスに密度分布が存在するため、反応性プラズマガスがシリコン基板に対して垂直に入射出来ず、反応性プラズマガスの入射角度により加工壁が理想的な垂直からずれた角度で加工され、センサー素子の断面形状が理想的な直角形状からずれて加工されてしまう。そのため、物理量センサーの物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが生じ、検出精度が低下してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、検出電極が設けられている基板と、前記検出電極と対向している可動体と、一方が前記基板に設けられているアンカーに接続され、他方が前記可動体に接続されている弾性梁と、を含み、前記可動体の振動方向に沿って、前記検出電極の前記可動体と対向している面に平行な第１仮想面は、前記可動体と接合している前記基板の面に平行な第２仮想面と交差していることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、可動体の断面形状が理想的な直角形状からずれて加工された場合に、物理量センサーの動作時に不要な振動によって可動体の振動方向が可動体と接合している基板の面に平行な第２仮想面と交差する方向にずれてしまう。そのため、検出電極の可動体と対向している面に平行な第１仮想面が、可動体と接合している基板の面に平行な第２仮想面と交差することにより、検出電極の可動体と対向している面が、振動している可動体の振動方向と平行となる。従って、物理量センサーの物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記振動方向と交差する前記弾性梁の側面を含む第３仮想面は、前記第２仮想面の法線と交差していることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、振動方向と交差する弾性梁の側面を含む第３仮想面が、可動体と接合している基板の面に平行な第２仮想面の法線と交差しているので、検出電極の可動体と対向している面が振動している可動体の振動方向と平行となる。そのため、物理量センサーの物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記第１仮想面は、前記第３仮想面と直交していることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、第１仮想面が第３仮想面と直交することにより、検出電極の可動体と対向している面を振動している可動体の振動方向とより平行とすることができる。そのため、物理量センサーの物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきがより減少し、検出精度の低下をより低減することができる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記第１仮想面と前記第２仮想面との交差角をθ１とし、前記法線と前記第３仮想面との交差角をθ２としたとき、前記θ１は、０．０１°以上３．０°以下であり、前記θ２は、０．０１°以上３．０°以下であることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、第１仮想面と第２仮想面との交差角θ１と、第２仮想面の法線と第３仮想面との交差角θ２と、を０．０１°以上３．０°以下とすることで、検出電極の可動体と対向している面と、振動している可動体の振動方向と、を略平行とすることができる。そのため、物理量センサーの物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記基板にストッパーが設けられ、前記ストッパーは、前記可動体の可動部と同電位であることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、基板にストッパーが設けられているため、過度な物理量が印加された場合や振動方向と交差する方向からの衝撃が加わった場合に、可動体の変位量を制限し、可動体が破損するのを防止することができる。また、ストッパーは、可動体の可動部と同電位であるため、ストッパーと可動部との間に働く静電力を抑制し、可動部がストッパーに貼り付くことを防止することができる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記物理量センサーは、角速度センサーであることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、角速度検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが小さく、検出精度の高い角速度センサーを得ることができる。
【００２０】
［適用例７］本適用例に係る複合センサーは、上記適用例６に記載の物理量センサーと、加速度センサーと、を備えていることを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、角速度検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが小さく、検出精度の高い角速度センサーと、加速度センサーと、を備えた複合センサーを容易に構成することができ、安定した角速度データや加速度データを取得することができる。
【００２２】
［適用例８］本適用例に係る慣性計測ユニットは、上記適用例６に記載の物理量センサーと、加速度センサーと、前記物理量センサーおよび前記加速度センサーを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、角速度検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが小さく、検出精度の高い物理量センサー（角速度センサー）、および加速度センサーを、制御部によって制御することによって、高信頼の物理量データを出力可能な慣性計測ユニットを得ることができる。
【００２４】
［適用例９］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。
【００２５】
本適用例によれば、処理部が、上述の物理量センサーから出力された出力データに基づいて制御を行うことから、上述した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。
【００２６】
［適用例１０］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。
【００２７】
本適用例によれば、制御部が、上述の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ことから、上述した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。
【００２８】
［適用例１１］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。
【００２９】
本適用例によれば、姿勢制御部が、上述の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ことから、上述した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。
【００３０】
［適用例１２］本適用例に係る物理量センサーの製造方法は、基板を加工する工程と、前記基板に検出電極を形成する工程と、可動体を形成する工程と、前記基板に蓋体を接合する工程と、を含む物理量センサーの製造方法であって、前記基板を加工する工程は、凸部を形成する工程と、前記凸部をマスクで覆い、前記凸部の上の前記マスクの一部に開口部を形成する工程と、前記開口部から露出している前記凸部をエッチングし、前記凸部の前記マスクとの間の領域を徐々にエッチングすることにより、前記凸部に傾斜面を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００３１】
本適用例によれば、基板を加工する工程において、凸部を形成する工程と、凸部をマスクで覆い、凸部の上のマスクの一部に開口部を形成する工程と、開口部から露出している凸部をエッチングし、凸部のマスクとの間の領域を徐々にエッチングすることにより、凸部に傾斜面を形成する工程と、を含む。そのため、可動体の断面形状が理想的な直角形状からずれて加工され、物理量センサーの物理量検出時に不要な振動によって可動体の振動方向が可動体と接合している基板の面に平行な第２仮想面と交差する方向にずれてしまっても、検出電極が設けられている凸部が傾斜しているため、検出電極の可動体と対向している面が、振動している可動体の振動方向と平行となる。従って、物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる物理量センサーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線における断面図。
【図４】図３のＣ部拡大図。
【図５】物理量センサーの製造方法を工程順に示すフローチャート。
【図６】基板加工工程を工程順に示すフローチャート。
【図７Ａ】物理量センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図７Ｂ】物理量センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図７Ｃ】物理量センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図７Ｄ】物理量センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図７Ｅ】物理量センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図７Ｆ】物理量センサーの製造方法を説明するための断面図。
【図８】第２実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す断面図。
【図９】複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図。
【図１０】慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図。
【図１１】慣性計測ユニットの慣性センサー素子の配置例を示す斜視図。
【図１２】携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図。
【図１３】携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図。
【図１４】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。
【図１５】電子機器の一例であるスマートフォン（携帯電話機）の構成を模式的に示す斜視図。
【図１６】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。
【図１７】移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
【００３４】
＜第１実施形態＞
［物理量センサー］
先ず、本発明の第１実施形態に係る物理量センサー１として、角速度センサーを例示し、図１〜図４を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。図４は、図３のＣ部拡大図である。なお、図１〜図４では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００３５】
第１実施形態に係る物理量センサー１は、図１〜図４に示すように、物理量を検出する検出素子となる可動体１０と、基板１１０と、蓋体１２０と、を含み構成されている。なお、便宜上、図１では、基板１１０および蓋体１２０を省略している。また、図３および図４では、蓋体１２０を省略している。
【００３６】
可動体１０は、図１および図２に示すように、基板１１０上に設けられ、基板１１０と蓋体１２０とで構成される収容部に収容されている。
【００３７】
基板１１０の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基板１１０には、凹部１１２が設けられている。基板１１０は、凹部１１２の底面（凹部１１２を規定する基板１１０の面）１１２ａに設けられたアンカーとしてのポスト部１１４と凸部１１５を有している。ポスト部１１４は、可動体１０を支持するための部材であり、凸部１１５は、可動部１８２の可動検出電極１８４に対向する位置に配置され、検出電極としての固定検出電極１８６を形成するための部材である。
【００３８】
蓋体１２０は、基板１１０の上に（基板１１０の＋Ｚ軸方向側に）設けられている。蓋体１２０の材質は、例えば、シリコンである。基板１１０と蓋体１２０とは、陽極接合によって接合されていてもよい。図示の例では、蓋体１２０に凹部が形成されており、該凹部は、キャビティー１０２を構成している。
【００３９】
なお、基板１１０と蓋体１２０との接合方法は、特に限定されず、例えば、低融点ガラス（ガラスペースト）による接合でもよいし、半田による接合でもよい。または、基板１１０および蓋体１２０の各々の接合部分に金属薄膜（図示せず）を形成し、該金属薄膜同士を共晶接合させることにより、基板１１０と蓋体１２０とを接合させてもよい。
【００４０】
可動体１０は、例えば、陽極接合によって、基板１１０に接合されている。可動体１０は、基板１１０と蓋体１２０とによって形成されるキャビティー１０２に収容されている。キャビティー１０２は、減圧状態であることが望ましい。これにより、可動体１０の振動が空気粘性によって減衰することを抑制することができる。
【００４１】
可動体１０は、例えば、固定部１３０と、駆動バネ部１４０と、駆動部１５０と、弾性梁としての検出バネ部１６０と、連結バネ部１７０と、検出部１８０と、固定駆動モニター電極１９０，１９２と、を有している。
【００４２】
固定部１３０は、基板１１０に固定されている。固定部１３０は、例えば、陽極接合によって、基板１１０に設けられているポスト部１１４に接合されている。固定部１３０は、駆動バネ部１４０および検出バネ部１６０の少なくとも一方と接続されている。固定部１３０は、複数設けられている。図示の例では、固定部１３０の平面形状（Ｚ軸方向からみた形状）は、四角形である。
【００４３】
駆動バネ部１４０は、固定部１３０と駆動部１５０の可動駆動電極１５２とを連結している。駆動バネ部１４０は、基板１１０と離間して設けられている。図示の例では、駆動バネ部１４０は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延出している。駆動バネ部１４０は、駆動部１５０の振動方向（可動駆動電極１５２の振動方向）であるＹ軸方向に円滑に伸縮することができる。
【００４４】
駆動部１５０は、検出部１８０の可動部１８２をＹ軸方向に振動させる。駆動部１５０は、複数設けられている。図示の例では、駆動部１５０は、２個設けられている（第１駆動部１５０ａ、第２駆動部１５０ｂ）。例えば、第１駆動部１５０ａと第２駆動部１５０ｂとの間に、検出部１８０が設けられている。図示の例では、第１駆動部１５０ａは、第２駆動部１５０ｂよりも−Ｙ軸方向側に設けられている。駆動部１５０は、例えば、可動駆動電極１５２と、固定駆動電極１５４，１５６と、を有している。
【００４５】
可動駆動電極１５２は、基板１１０と離間して設けられている。可動駆動電極１５２は、例えば、Ｘ軸方向に延出している幹部と、該幹部からＹ軸方向に延出している複数の枝部と、を備えた歯状の形状を有している。図示の例では、可動駆動電極１５２は、４個の駆動バネ部１４０によって支持されている。具体的には、可動駆動電極１５２の四隅が駆動バネ部１４０で接続されている。
【００４６】
固定駆動電極１５４，１５６は、基板１１０に固定されている。固定駆動電極１５４，１５６は、例えば、陽極接合によって基板１１０のポスト部（図示せず）に接合されている。固定駆動電極１５４，１５６は、可動駆動電極１５２と対向して設けられている。すなわち、固定駆動電極１５４と可動駆動電極１５２とは、静電容量を形成し、固定駆動電極１５６と可動駆動電極１５２とは、静電容量を形成する。第１駆動部１５０ａでは、固定駆動電極１５４は、可動駆動電極１５２の＋Ｙ軸方向側に設けられ、固定駆動電極１５６は、可動駆動電極１５２の−Ｙ軸方向側に設けられている。第２駆動部１５０ｂでは、固定駆動電極１５４は、可動駆動電極１５２の−Ｙ軸方向側に設けられ、固定駆動電極１５６は、可動駆動電極１５２の＋Ｙ軸方向側に設けられている。固定駆動電極１５４，１５６は、例えば、可動駆動電極１５２に対応した歯状の形状を有している。
【００４７】
検出バネ部１６０は、固定部１３０と検出部１８０の可動部１８２とを連結している。検出バネ部１６０は、基板１１０と離間して設けられている。検出バネ部１６０は、可動部１８２のＺ軸方向の変位に応じて、Ｚ軸方向に変形可能に構成されている。
【００４８】
検出バネ部１６０は、複数設けられている。複数の検出バネ部１６０のうちの第１検出バネ部１６０ａは、第１固定部（複数の固定部１３０のうちの第１固定部）１３０ａに接続されている。第１検出バネ部１６０ａは、第１固定部１３０ａと可動部１８２とを連結している。複数の検出バネ部１６０のうちの第２検出バネ部１６０ｂは、第２固定部（複数の固定部１３０のうちの第２固定部）１３０ｂと可動部１８２とを連結している。複数の検出バネ部１６０のうちの第３検出バネ部１６０ｃは、第３固定部（複数の固定部１３０のうちの第３固定部）１３０ｃと可動部１８２とを連結している。
【００４９】
図示の例では、第１固定部１３０ａは、２個設けられ、一方の第１固定部１３０ａと第２固定部１３０ｂとは、一体的に設けられ、他方の第１固定部１３０ａと第３固定部１３０ｃとは、一体的に設けられている。第１検出バネ部１６０ａは、平面視において（Ｚ軸方向からみて）、第２検出バネ部１６０ｂと第３検出バネ部１６０ｃとの間に設けられている。なお、図示はしないが、固定部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃは、それぞれ独立して設けられていてもよい。また、固定部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃの数は、特に限定されない。
【００５０】
第１検出バネ部１６０ａは、Ｘ軸方向に往復しながら、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に延出する形状を有している。第１検出バネ部１６０ａは、Ｘ軸方向に延出する複数の延出部１６２を有している。複数の延出部１６２のうち、Ｙ軸方向からみて第１固定部１３０ａと重なる延出部１６２（第１固定部１３０ａと重なる部分を有する延出部１６２）であって、最も第１固定部１３０ａに近い延出部１６２（図示の例では延出部１６２ａ）は、他の延出部１６２（例えば延出部１６２ｂ）よりも太い（Ｙ軸方向の大きさが大きい）。延出部１６２ａは、第１固定部１３０ａの面と対向する面を有している。
【００５１】
連結バネ部１７０は、駆動部１５０の可動駆動電極１５２と、検出部１８０の可動部１８２と、を連結している。連結バネ部１７０は、基板１１０と離間して設けられている。連結バネ部１７０は、可動部１８２のＺ軸方向の変位に応じて、Ｚ軸方向に変形可能に構成されている。連結バネ部１７０は、駆動部１５０の可動駆動電極１５２のＹ軸方向の振動を、検出部１８０の可動部１８２に伝える。これにより、可動部１８２は、Ｙ軸方向に振動することができる。
【００５２】
検出部１８０は、角速度を検出する。検出部１８０は、例えば、可動部１８２と、固定検出電極１８６と、を有している。
【００５３】
可動部１８２は、駆動部１５０の振動によりＹ軸方向に振動し、角速度に応じてＺ軸方向に変位する。可動部１８２は、基板１１０と離間して設けられている。可動部１８２は、四隅が検出バネ部１６０によって支持されている部分である。すなわち、可動部１８２の四隅は、検出バネ部１６０が接続されている。可動部１８２は、本体部からＹ軸方向に延出している複数の枝部から成る歯状の形状の可動駆動モニター電極１８８，１８９を有している。また、可動部１８２は、可動検出電極１８４を有している。可動検出電極１８４は、平面視において、可動部１８２の固定検出電極１８６と重なっている部分である。図示の例では、可動検出電極１８４の平面形状は、長方形である。可動検出電極１８４は、駆動部１５０の振動によりＹ軸方向に振動し、角速度に応じてＺ軸方向に変位する。
【００５４】
固定検出電極１８６は、基板１１０の凸部１１５の上に、可動体１０の可動部１８２および可動検出電極１８４と対向して設けられている。すなわち、固定検出電極１８６と可動検出電極１８４とは、静電容量を形成する。
【００５５】
固定検出電極１８６は、可動体１０に対向する凸部１１５のＹ軸方向に沿って傾斜した面に設けられている。そのため、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃに平行な第１仮想面Ｈ１は、可動体１０と接合している基板１１０の面１１０ａに平行な第２仮想面Ｈ２と交差している。そして、第１仮想面Ｈ１と第２仮想面Ｈ２との交差角θ１は、０．０１°以上３．０°以下である。
【００５６】
これは、可動体１０をボッシュ・プロセス（Bosch process）加工により形成した場合に、反応性プラズマガスの密度分布に依存する加工ばらつきによって、可動体１０の断面（ＹＺ平面）形状が理想的な直角形状を有する長方形状をからずれて平行四辺形状に加工される。そのため、物理量センサー１の物理量検出時に、可動体１０に不要な振動が発生し、検出特性のばらつきが大きくなってしまう。
【００５７】
つまり、ボッシュ・プロセス加工により、振動方向と交差する検出バネ部１６０の側面１６０ｄを含む第３仮想面Ｈ３が、第２仮想面Ｈ２の法線Ｌ１と交差するように形成されてしまう。更に、可動体１０の弾性梁としての検出バネ部１６０の断面（ＹＺ平面）が、検出バネ部１６０の側面１６０ｄがＺ軸方向に沿った傾斜を有する平行四辺形状に加工されてしまう。
【００５８】
一般的に、ボッシュ・プロセス加工により生じる第２仮想面Ｈ２の法線Ｌ１と第３仮想面Ｈ３との交差角θ２は、０．０１°以上３．０°以下である。そのため、固定検出電極１８６をＹ軸方向に沿って傾斜した面に設け、固定検出電極１８６の第１仮想面Ｈ１を第２仮想面Ｈ２と交差させることができれば（交差角θ１は０．０１°以上３．０°以下）、可動体１０の振動方向と固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃとを略平行にすることができ、駆動時の固定検出電極１８６と可動検出電極１８４との間の静電容量値を略一定に保つことができる。従って、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００５９】
なお、第１仮想面Ｈ１と第３仮想面Ｈ３とは、直交していることが好ましい。つまり、交差角θ１と交差角θ２とが固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃが振動している可動体１０の振動方向とより平行となり、検出精度の低下をより低減することができる。なお、第１仮想面Ｈ１と第３仮想面Ｈ３との交差する角度は、９０°±０．０１°（８９．９９°以上、９０．０１°以下）を含んでいる。
【００６０】
検出部１８０は、複数設けられている。図示の例では、検出部１８０は、２個設けられている（第１検出部１８０ａ、第２検出部１８０ｂ）。第１検出部１８０ａは、例えば、第２検出部１８０ｂの−Ｙ軸方向側に設けられている。
【００６１】
第１検出部１８０ａの可動部１８２（第１可動部１８２ａ）は、第１駆動部１５０ａの駆動により振動する。第１検出部１８０ａの固定検出電極１８６（第１固定検出電極１８６ａ）は、第１検出部１８０ａの可動検出電極１８４（第１可動検出電極１８４ａ）と対向している。第２検出部１８０ｂの可動部１８２（第２可動部１８２ｂ）は、第２駆動部１５０ｂの駆動により振動する。第２検出部１８０ｂの固定検出電極１８６（第２固定検出電極１８６ｂ）は、第２検出部１８０ｂの可動検出電極１８４（第２可動検出電極１８４ｂ）と対向している。
【００６２】
第１可動部１８２ａと第２可動部１８２ｂとは、例えば、検出バネ部１６０によって連結されている。
【００６３】
第１可動部１８２ａと、第２可動部１８２ｂとは、逆相（逆位相）で振動する。すなわち、例えば、第１可動部１８２ａが＋Ｘ軸方向側に変位した場合、第２可動部１８２ｂは−Ｘ軸方向側に変位する。
【００６４】
第１可動部１８２ａおよび第２可動部１８２ｂは、同じ大きさであって、同じ形を有している。可動体１０は、平面視において、可動体１０の中心Ｃを通りＸ軸に平行な仮想直線αに関して、対称となる形状を有していてもよい。可動体１０は、平面視において、可動体１０の中心Ｃを通りＹ軸に平行な仮想直線βに関して、対称となる形状を有していてもよい。
【００６５】
第１可動部１８２ａは、２つの可動駆動モニター電極１８８ａと、２つの可動駆動モニター電極１８９ａと、を有しており、各可動駆動モニター電極１８８ａを構成する複数の枝部は本体部から−Ｙ軸方向に延出し、各可動駆動モニター電極１８９ａを構成する複数の枝部は本体部から＋Ｙ軸方向に延出している。同様に、第２可動部１８２ｂは、２つの可動駆動モニター電極１８８ｂと、２つの可動駆動モニター電極１８９ｂと、を有しており、各可動駆動モニター電極１８８ｂを構成する複数の枝部は本体部から＋Ｙ軸方向に延出し、各可動駆動モニター電極１８９ｂを構成する複数の枝部は本体部から−Ｙ軸方向に延出している。
【００６６】
固定駆動モニター電極１９０，１９２は、基板１１０に固定されている。固定駆動モニター電極１９０，１９２は、例えば、陽極接合によって基板１１０のポスト部（図示せず）に接合されている。固定駆動モニター電極１９０は、可動部１８２の可動駆動モニター電極１８８の各枝部と対向して設けられ、固定駆動モニター電極１９２は、可動部１８２の可動駆動モニター電極１８９の各枝部と対向して設けられている。すなわち、固定駆動モニター電極１９０と可動駆動モニター電極１８８とは、静電容量を形成し、固定駆動モニター電極１９２と可動駆動モニター電極１８９とは、静電容量を形成する。より詳細には、第１可動部１８２ａの２つの可動駆動モニター電極１８８ａの−Ｙ軸方向側に２つの固定駆動モニター電極１９０が設けられ、第２可動部１８２ｂの２つの可動駆動モニター電極１８８ｂの＋Ｙ軸方向側に２つの固定駆動モニター電極１９０が設けられている。また、第１可動部１８２ａの２つの可動駆動モニター電極１８９ａの＋Ｙ軸方向側に２つの固定駆動モニター電極１９２が設けられ、第２可動部１８２ｂの２つの可動駆動モニター電極１８９ｂの−Ｙ軸方向側に２つの固定駆動モニター電極１９２が設けられている。固定駆動モニター電極１９０，１９２は、例えば、可動駆動モニター電極１８８，１８９に対応した歯状の形状を有している。
【００６７】
可動体１０の固定部１３０、バネ部１４０，１６０，１７０、可動駆動電極１５２および可動部１８２は、一体的に設けられている。固定部１３０、バネ部１４０，１６０，１７０、駆動部１５０および可動部１８２の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。固定検出電極１８６の材質は、例えば、アルミニウム、金、白金、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である。固定検出電極１８６としてＩＴＯ等の透明電極材料を用いることにより、固定検出電極１８６上に存在する異物等を、基板１１０の下面側から、容易に視認することができる。
【００６８】
次に、可動体１０の動作について説明する。
可動駆動電極１５２と固定駆動電極１５４，１５６との間に、図示しない電源によって、電圧を印加すると、可動駆動電極１５２と固定駆動電極１５４，１５６との間に静電力を発生させることができる。これにより、駆動部１５０は、可動部１８２をＹ軸方向に振動させることができる。
【００６９】
図１に示されるように、第１駆動部１５０ａでは、固定駆動電極１５４は、可動駆動電極１５２の＋Ｙ軸方向側に設けられ、固定駆動電極１５６は、可動駆動電極１５２の−Ｙ軸方向側に設けられている。第２駆動部１５０ｂでは、固定駆動電極１５４は、可動駆動電極１５２の−Ｙ軸方向側に設けられ、固定駆動電極１５６は、可動駆動電極１５２の＋Ｙ軸方向側に設けられている。そのため、可動駆動電極１５２と固定駆動電極１５４との間に第１交番電圧を印加し、可動駆動電極１５２と固定駆動電極１５６との間に第１交番電圧と位相が１８０度ずれた第２交番電圧を印加することにより、第１可動部１８２ａと第２可動部１８２ｂとを互いに逆位相（逆相）でかつ所定の周波数で、Ｙ軸方向に振動させる（音叉型振動させる）ことができる。より具体的には、可動駆動電極１５２に一定のバイアス電圧が印加され、固定駆動電極１５４，１５６に互いに位相が１８０度ずれた所定の周波数の交流電圧がそれぞれ印加されることにより、第１可動部１８２ａと第２可動部１８２ｂとが、互いに逆相でかつ所定の周波数でＹ軸方向に振動する。
【００７０】
可動部１８２ａ，１８２ｂが上記の振動を行うと、可動部１８２ａ，１８２ｂがＹ軸方向に互いに反対方向に変位することにより、固定駆動モニター電極１９０と可動駆動モニター電極１８８ａとの間の距離は変化し、固定駆動モニター電極１９２と可動駆動モニター電極１８９ａとの間の距離は変化する。そのため、固定駆動モニター電極１９０と可動駆動モニター電極１８８ａとの間の静電容量は変化し、固定駆動モニター電極１９２と可動駆動モニター電極１８９ａとの間の静電容量は変化する。これらの静電容量の変化は逆向きであり、一方の静電容量が増加するときは他方の静電容量は減少する。
【００７１】
また、可動部１８２ａ，１８２ｂが上記の振動を行っている状態で、可動体１０にＸ軸まわりの角速度ωｘが加わると、コリオリ力が働き、第１可動部１８２ａと、第２可動部１８２ｂとは、Ｚ軸方向に互いに反対方向に変位する。可動部１８２ａ，１８２ｂは、コリオリ力を受けている間、この動作を繰り返す（検出振動する）。
【００７２】
可動部１８２ａ，１８２ｂがコリオリ力に応じてＺ軸方向に変位することにより、可動検出電極１８４ａ，１８４ｂと固定検出電極１８６ａ，１８６ｂとの間の距離は、変化する。そのため、可動検出電極１８４ａ，１８４ｂと固定検出電極１８６ａ，１８６ｂとの間の静電容量は、変化する。この可動検出電極１８４ａ，１８４ｂと固定検出電極１８６ａ，１８６ｂとの間の静電容量の変化量を検出することにより、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを求めることができる。
【００７３】
可動体１０では、第１可動部１８２ａと第２可動部１８２ｂとは、逆相で振動する。そのため、可動体１０では、例えば角速度以外の加速度等の物理量が印加されたとしても、差動検出により加速度成分を相殺することができ、角速度をより正確に検出することができる。
【００７４】
なお、上記では、静電力によって可動部１８２を振動させる形態（静電駆動方式）について説明したが、可動部１８２を駆動させる方法は、特に限定されず、圧電駆動方式や、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ができる。
【００７５】
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。
可動体１０の断面形状が理想的な直角形状からずれて加工された場合に、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動によって可動体１０の振動方向が可動体１０と接合している基板１１０の面１１０ａに平行な第２仮想面Ｈ２と交差する方向にずれてしまう。そのため、検出電極としての固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃに平行な第１仮想面Ｈ１が、可動体１０と接合している基板１１０の面１１０ａに平行な第２仮想面Ｈ２と交差することにより、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃが、振動している可動体１０の振動方向と平行となる。従って、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００７６】
また、振動方向と交差する弾性梁としての検出バネ部１６０の側面１６０ｄを含む第３仮想面Ｈ３が、可動体１０と接合している基板１１０の面１１０ａに平行な第２仮想面Ｈ２の法線Ｌ１と交差しているので、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃが振動している可動体１０の振動方向と平行となる。そのため、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００７７】
また、第１仮想面Ｈ１が第３仮想面Ｈ３と直交することにより、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃを振動している可動体１０の振動方向とより平行とすることができる。そのため、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきがより減少し、検出精度の低下をより低減することができる。
【００７８】
また、第１仮想面Ｈ１と第２仮想面Ｈ２との交差角θ１と、第２仮想面Ｈ２の法線Ｌ１と第３仮想面Ｈ３との交差角θ２と、を０．０１°以上３．０°以下とすることで、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃと、振動している可動体１０の振動方向と、を略平行とすることができる。そのため、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００７９】
［物理量センサーの製造方法］
以下に、本実施形態に係る物理量センサー１の製造方法の一例について、図５〜図７Ｆを参照して説明するが、本実施形態はこれらに限定されない。
図５は、図１に示す物理量センサーの製造方法を工程順に示すフローチャートである。図６は、基板加工工程を工程順に示すフローチャートである。図７Ａ〜図７Ｆは、物理量センサーの製造方法を説明するための断面図である。なお、図７Ａ〜図７Ｆは、図３のＣ部の位置に相当する。
【００８０】
図５に示すように、物理量センサー１の製造方法は、［１］基板１１０を加工する工程（ステップＳ１）と、［２］検出電極を形成する工程（ステップＳ２）と、［３］可動体１０を形成する工程（ステップＳ３）と、［４］基板１１０に蓋体１２０を接合する工程（ステップＳ４）とを有する。以下、各工程を順次説明する。
【００８１】
なお、以下では、基板１１０がアルカリ金属イオンを含むガラス材料で構成され、可動体１０がシリコン材料で構成され、蓋体１２０がシリコン材料で構成されている場合を例に説明する。
【００８２】
［１］基板１１０を加工する工程（ステップＳ１）
先ず、平板状の母材をフォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることにより、図７Ａに示すように、凹部１１２、アンカーとしてのポスト部１１４、および凸部１１５とを有する基板１１０を形成する。
この工程を、図６を参照して詳細に説明する。
【００８３】
図６に示すように、基板１１０を加工する工程（ステップＳ１）は、［１−１］基板１１０に凸部１１５を形成する工程（ステップＳ１１）と、［１−２］開口部１１８を形成する工程（ステップＳ１２）と、［１−３］傾斜面１１５ｂを形成する工程（ステップＳ１３）と、を有する。以下、各工程を順次説明する。
【００８４】
［１−１］基板１１０に凸部１１５を形成する工程（ステップＳ１１）
先ず、基板１１０にフォトリソグラフィーおよびエッチングを施し、凹部１１２、ポスト部１１４、および凸部１１５を形成する。その後、再度フォトリソグラフィーおよびエッチングを施し、図７Ａに示すように、凸部１１５を所望の高さに形成する。
【００８５】
［１−２］開口部１１８を形成する工程（ステップＳ１２）
次に、図７Ｂに示すように、凸部１１５の上面１１５ａ以外の領域に金属マスク１１６をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより形成する。その後、図７Ｃに示すように、凸部１１５の上面１１５ａの端部が露出する開口部１１８を有するレジスト等によるマスク１１７をフォトリソグラフィーにより形成する。この時、エッチングは弗酸（ＨＦ）によるウエットエッチングを用いた。基板１１０がガラス材料である場合に良好にエッチングすることができる。また、金属マスク１１６はクロム（Ｃｒ）薄膜を用いた。クロムはガラス材料との密着性が良好で、弗酸の浸入を遮ることができる。このようにしてレジストとの選択性を高め、次に述べるような形状を形成することができる。
【００８６】
［１−３］傾斜面１１５ｂを形成する工程（ステップＳ１３）
次に、エッチングを施し、開口部１１８から凸部１１５をエッチングする。エッチング開始時は、凸部１１５の開口部１１８領域がエッチングされるが、エッチングの進行に伴い、マスク１１７と凸部１１５との密着性が低いので、エッチング液がマスク１１７と凸部１１５との間に浸漬し、図７Ｄに示すように、凸部１１５の開口部１１８側から徐々に傾斜面１１５ｂが形成される。その後、所望の時間エッチングすることで、図７Ｅに示すように、凸部１１５の開口部１１８が形成されている側から反対側に亘る傾斜面１１５ｂが形成される。その後、マスク１１７および金属マスク１１６を除去することで、図７Ｆに示すように、凸部１１５に傾斜面１１５ｂを有する基板１１０が完成する。
【００８７】
［２］検出電極（固定検出電極１８６）を形成する工程（ステップＳ２）
次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングを施し、凸部１１５の傾斜面１１５ｂの上に検出電極としての固定検出電極１８６を形成する。なお、同時に、配線（図示せず）も形成する。
【００８８】
［３］可動体１０を形成する工程（ステップＳ３）
次に、固定部１３０と、駆動バネ部１４０と、駆動部１５０と、弾性梁としての検出バネ部１６０と、連結バネ部１７０と、可動部１８２と、固定駆動モニター電極１９０，１９２と、を有する可動体１０を形成する。
【００８９】
具体的には、まず、板状の素子基板を用意し、基板１１０の上に素子基板を例えば陽極接合法により接合する。次いで、素子基板を例えば研磨することにより薄肉化した後、その薄肉化した素子基板をフォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることで可動体１０を形成する。本実施形態では、素子基板のエッチングとして、反応性プラズマガスを用いたエッチングプロセスとデポジション（堆積）プロセスとを組み合わせたボッシュ・プロセス（Ｂｏｓｃｈ）法を好適に用いている。なお、素子基板の薄肉化は、適宜省略してもよい。
【００９０】
ここで、本実施形態では、前述したように反応性プラズマガスを用いたエッチングプロセスにより素子基板を加工している。反応性プラズマガスによる素子基板の加工は、素子基板を配置したチャンバー内にエッチングガスを導入し、反応性プラズマを発生させるが、反応性プラズマは素子基板に対して同心円状の密度分布を持つため、素子基板の位置によって入射角度が異なる。そのため、素子基板で垂直加工精度に分布が生じる。その結果、得られた可動体１０には、反応性プラズマガスによる加工誤差が生じる。
なお、本実施形態は、反応性プラズマガスによる加工誤差を例に挙げているが、他の方法によっても加工誤差等は生じ得る。
【００９１】
このように前述した工程を経て得られた可動体１０には、ある程度の加工誤差等が生じる。本実施形態では、前述した工程を経て得られた検出バネ部１６０の断面（ＹＺ平面）形状は、本来理想的には断面形状が長方形状をなすところ、図４に示すように、平行四辺形状をなす。そのため、可動体１０の振動方向は、基板１１０の面１１０ａと平行なＹ軸方向でなく、検出バネ部１６０の側面１６０ｄに直交する方向となる。従って、傾斜面１１５ｂを有する凸部１１５に固定検出電極１８６を形成することにより、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃが、振動している可動体１０の振動方向と平行とすることができ、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる。
【００９２】
［４］基板１１０に蓋体１２０を接合する工程（ステップＳ４）
次に、基板１１０の面１１０ａに、凹部を有する蓋体１２０を接合する。これにより、基板１１０の凹部１１２と蓋体１２０の凹部とにより可動体１０を収納するキャビティー１０２が形成され、よって、図２に示す物理量センサー１を得ることができる。
【００９３】
また、複数の物理量センサー１を製造する場合には、蓋体接合工程（ステップＳ４）の後に個片化する工程を設けてもよい。
【００９４】
以上説明した本発明の物理量センサー１の製造方法の一例では、前述したように、基板１１０を加工する工程（Ｓ１）において、凸部１１５を形成する工程（Ｓ１１）と、凸部１１５をマスク１１７で覆い、凸部１１５の上のマスク１１７の一部に開口部１１８を形成する工程（Ｓ１２）と、開口部１１８から露出している凸部１１５をエッチングし、凸部１１５のマスク１１７との間の領域を徐々にエッチングすることにより、凸部１１５に傾斜面１１５ｂを形成する工程（Ｓ１３）と、を含む。
【００９５】
そのため、可動体１０の断面形状が理想的な直角形状からずれて加工され、物理量センサー１の物理量検出時に不要な振動によって可動体１０の振動方向が可動体１０と接合している基板１１０の面１１０ａに平行な第２仮想面Ｈ２と交差する方向にずれてしまっても、固定検出電極１８６が設けられている凸部１１５が傾斜しているため、固定検出電極１８６の可動体１０と対向している面１８６ｃが、振動している可動体１０の振動方向と平行となる。従って、物理量検出時に不要な振動による検出特性ばらつきが減少し、検出精度の低下を低減することができる物理量センサー１を製造することができる。
【００９６】
＜第２実施形態＞
［物理量センサー］
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、第２実施形態に係る物理量センサーの概略構成を示す断面図である。
【００９７】
本実施形態に係る物理量センサー１ａでは、主に、基板１１０の構成が異なっていること以外は、前述した第１実施形態に係る物理量センサー１と同様である。
【００９８】
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。
【００９９】
第２実施形態に係る物理量センサー１ａは、図８に示すように、基板１１０の凸部１１５に設けられている固定検出電極１８６を挟み、可動体１０側に突出するストッパー１１９が設けられている。ストッパー１１９は、可動体１０の可動部１８２に対向して設けられており、過度な物理量が印加された場合や振動方向と交差する方向からの衝撃が加わった場合に、可動体１０と接することで、可動体１０の変位量を制限し、可動体１０が破損するのを防止することができる。
【０１００】
また、ストッパー１１９は、可動体１０の可動部１８２と同電位であるため、ストッパー１１９と可動部１８２との間に働く静電力を抑制し、可動部１８２がストッパー１１９に貼り付くことを防止することができる。
【０１０１】
以上、第２実施形態の物理量センサー１ａは、ストッパー１１９を備えることで、可動体１０が破損するのを防止しつつ、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。
【０１０２】
［複合センサー］
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー１を適用した複合センサー３００について、図９を参照して説明する。
図９は、複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図である。
【０１０３】
図９に示す複合センサー３００は、例えば、自動車、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、３軸の角速度センサーと、３軸の加速度センサーと、を備えた、いわゆる６軸モーションセンサーとして機能する。
【０１０４】
図９に示すように、複合センサー３００は、１軸の角速度を検出可能な３つの角速度センサー３２０ｘ，３２０ｙ，３２０ｚと、３軸の加速度を検出可能な加速度センサー３５０と、を備えている。角速度センサー３２０ｘ，３２０ｙ，３２０ｚとしては、特に限定されず、コリオリの力を利用した前述の物理量センサー１，１ａを用いることができる。角速度センサー３２０ｘ，３２０ｙ，３２０ｚは、それぞれ上述した実施形態のように、検出精度の低下を低減させたセンサーであり、安定した高精度の角速度検出が可能である。加速度センサー３５０は、３軸方向の加速度をそれぞれ測定するために、独立したセンサーを備えることもできる。
【０１０５】
このような複合センサー３００によれば、上述の実施形態に係る物理量センサー１，１ａを適用した角速度センサー３２０ｘ，３２０ｙ，３２０ｚと、３軸の加速度を検出可能な加速度センサー３５０とによって容易に複合センサー３００を構成することができ、例えば角速度データや加速度データを容易に取得することができる。
【０１０６】
［慣性計測ユニット］
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ユニット（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）２０００について、図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図１１は、慣性計測ユニットの慣性センサー素子の配置例を示す斜視図である。
【０１０７】
図１０に示す慣性計測ユニット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。慣性計測ユニット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。
【０１０８】
慣性計測ユニット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ユニット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。
【０１０９】
慣性計測ユニット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。
【０１１０】
アウターケース２１００の外形は、慣性計測ユニット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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
図１１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。
【０１１３】
また、基板２３２０の下面には、制御部としての制御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、慣性計測ユニット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。
【０１１４】
以上、慣性計測ユニット２０００について説明した。このような慣性計測ユニット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の効果を享受でき、信頼性の高い慣性計測ユニット２０００が得られる。
【０１１５】
［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１２および図１３を参照して説明する。図１２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１３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）であるリスト機器１０００を示して説明する。
【０１１６】
リスト機器１０００は、図１２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２５０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。
【０１１７】
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２００（図１３参照）と、ケース１０３０に収容されている表示部２５０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１３も併せて参照しながら、さらに詳細に説明する。
【０１１８】
加速度センサー２１３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２１４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。
【０１１９】
表示部２５０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２１０や地磁気センサー２１１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２１４を用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー２１５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２１６を用いた環境温度を表示することもできる。
【０１２０】
通信部２７０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２７０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２７０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。
【０１２１】
処理部２００（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２００は、記憶部２４０に格納されたプログラムと、操作部２２０（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２００による処理には、ＧＰＳセンサー２１０、地磁気センサー２１１、圧力センサー２１２、加速度センサー２１３、角速度センサー２１４、脈拍センサー２１５、温度センサー２１６、計時部２３０の各出力信号に対するデータ処理、表示部２５０に画像を表示させる表示処理、音出力部２６０に音を出力させる音出力処理、通信部２７０を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー２８０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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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２００を備えているので、優れた信頼性を有している。
【０１２６】
［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１４〜図１６を参照して説明する。
【０１２７】
先ず、図１４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１４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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
図１５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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
図１６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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
なお、物理量センサー１を備える電子機器は、図１４のパーソナルコンピューター１１００、図１５のスマートフォン（携帯型電話機）１２００、図１６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。
【０１３６】
［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１７を参照して説明する。図１７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。
【０１３７】
図１７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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
以上、物理量センサー１，１ａ、複合センサー３００、慣性計測ユニット２０００、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。
【０１４１】
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。
【符号の説明】
【０１４２】
１，１ａ…物理量センサー、１０…可動体、１０２…キャビティー、１１０…基板、１１０ａ…面、１１２…凹部、１１２ａ…底面、１１４…ポスト部、１１５…凸部、１１５ａ…上面、１１５ｂ…傾斜面、１１６…金属マスク、１１７…マスク、１１８…開口部、１１９…ストッパー、１２０…蓋体、１３０…固定部、１３０ａ…第１固定部、１３０ｂ…第２固定部、１３０ｃ…第３固定部、１４０…駆動バネ部、１５０…駆動部、１５２…可動駆動電極、１５４，１５６…固定駆動電極、１６０…検出バネ部、１６０ｄ…側面、１６２…延出部、１７０…連結バネ部、１８０…検出部、１８２…可動部、１８４…可動検出電極、１８６…固定検出電極、１８６ｃ…面、１８８，１８８ａ，１８８ｂ…可動駆動モニター電極、１８９…可動駆動モニター電極、１９０，１９２…固定駆動モニター電極、３００…複合センサー、１０００…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、１３００…ディジタルスチールカメラ、１５００…自動車、２０００…慣性計測ユニット、Ｈ１…第１仮想面、Ｈ２…第２仮想面、Ｈ３…第３仮想面、Ｌ１…法線、θ１，θ２…交差角。
【図１】
2019109141.tif 000003
【図２】
2019109141.tif 000004
【図３】
2019109141.tif 000005
【図４】
2019109141.tif 000006
【図５】
2019109141.tif 000007
【図６】
2019109141.tif 000008
【図７Ａ】
2019109141.tif 000009
【図７Ｂ】
2019109141.tif 000010
【図７Ｃ】
2019109141.tif 000011
【図７Ｄ】
2019109141.tif 000012
【図７Ｅ】
2019109141.tif 000013
【図７Ｆ】
2019109141.tif 000014
【図８】
2019109141.tif 000015
【図９】
2019109141.tif 000016
【図１０】
2019109141.tif 000017
【図１１】
2019109141.tif 000018
【図１２】
2019109141.tif 000019
【図１３】
2019109141.tif 000020
【図１４】
2019109141.tif 000021
【図１５】
2019109141.tif 000022
【図１６】
2019109141.tif 000023
【図１７】
2019109141.tif 000024