(57)【要約】【課題】出力信号のドリフトを低減することのできる物理量センサー、この物理量センサーを備えた慣性計測装置、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提供する。【解決手段】物理量センサーは、基板と、第１質量部および前記第１質量部よりも質量が大きい第２質量部を含み、平面視で前記第１質量部と前記第２質量部との間に位置する揺動軸まわりに揺動可能な可動部と、前記基板に配置され、前記第１質量部と対向している第１固定電極と、前記基板に配置され、前記第２質量部と対向している第２固定電極と、前記基板に配置され、前記第２質量部と対向し、前記第２質量部との間に静電引力を生じさせる調整電極と、前記可動部の前記基板の側とは反対側に配置されている蓋体と、を含む。【選択図】図１
2019066294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
第１質量部および前記第１質量部よりも質量が大きい第２質量部を含み、平面視で前記第１質量部と前記第２質量部との間に位置する揺動軸まわりに揺動可能な可動部と、
前記基板に配置され、前記第１質量部と対向している第１固定電極と、
前記基板に配置され、前記第２質量部と対向している第２固定電極と、
前記基板に配置され、前記第２質量部と対向し、前記第２質量部との間に静電引力を生じさせる調整電極と、
前記可動部の前記基板の側とは反対側に配置されている蓋体と、
を含むことを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記基板と可動部とが重なる方向からの平面視で、
前記第２質量部は、
前記揺動軸に対して前記第１質量部と線対称の関係にある第１の部分と、
前記第１の部分の前記揺動軸の側とは反対側に位置する第２の部分と、
を含み、
前記第２固定電極部は、前記第１の部分と対向して配置され、
前記調整電極は、前記第２の部分と対向して配置され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２の部分と前記蓋体との間に生じる静電引力に起因した前記揺動軸まわりのトルクをＴ１、
前記第２の部分と前記調整電極との間に生じる静電引力に起因した前記揺動軸まわりのトルクをＴ２としたとき、
０＜Ｔ２＜２×Ｔ１
を満足する物理量センサー。
【請求項４】
請求項３において、
０．５Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．５×Ｔｃ
を満足する物理量センサー。
【請求項５】
請求項４において、
０．７Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．３×Ｔｃ
を満足する物理量センサー。
【請求項６】
請求項４において、
０．９Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．１×Ｔｃ
を満足する物理量センサー。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれか一項において、
Ｔ１＝Ｔ２
を満足する物理量センサー。
【請求項８】
請求項２ないし７のいずれか一項において、
前記第２の部分と前記蓋体との離間距離をｄ１、
前記第２の部分と前記調整電極との離間距離をｄ２としたとき、
１／３＜ｄ１／ｄ２＜３
を満足している物理量センサー。
【請求項９】
請求項８において、
１／２＜ｄ１／ｄ２＜２
を満足している物理量センサー。
【請求項１０】
請求項８または９において、
ｄ１＝ｄ２
を満足している物理量センサー。
【請求項１１】
請求項２ないし１０のいずれか一項において、
前記平面視で、
前記第２の部分の面積をＳ１、
前記第２の部分と前記調整電極とが重なる領域の面積をＳ２としたとき、
Ｓ１＝Ｓ２
を満足している物理量センサー。
【請求項１２】
請求項２ないし１１のいずれか一項において、
前記第２の部分と前記調整電極との離間距離をｄ２、
前記第１の部分と前記第２固定電極との離間距離および前記第１質量部と前記第１固定電極との離間距離をｄ３としたとき、
ｄ２＞ｄ３
を満足している物理量センサー。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか一項において、
前記調整電極は、グランドに接続されている物理量センサー。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一項において、
前記蓋体は、グランドに接続されている物理量センサー。
【請求項１５】
請求項１ないし１４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。
【請求項１６】
請求項１５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、を含むことを特徴とする移動体測位装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
を含むことを特徴とする携帯型電子機器。
【請求項１８】
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
制御回路と、
補正回路と、
を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１９】
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
姿勢制御部と、
を含むことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載の加速度センサーは、揺動軸まわりにシーソー揺動可能な可動電極部と、可動電極部を介して対向して配置されている基板と、を有している。また、可動電極部は、揺動軸の一方側に位置する第１可動電極部と、他方側に位置する第２可動電極部と、を有している。また、第１、第２可動電極部は、揺動軸まわりの回転モーメントが互いに異なっている。また、前記基板には、第１可動電極部と対向して配置されている第１固定電極と、第２可動電極部と対向して配置されている第２固定電極と、が設けられている。
【０００３】
このような構成の加速度センサーでは、加速度が加わると、その向きおよび大きさに基づいて可動電極部が揺動軸まわりにシーソー揺動する。すると、第１可動電極部と第１固定電極との間の静電容量および第２可動電極部と第２固定電極との間の静電容量がそれぞれ変化する。そのため、これら静電容量の変化に基づいて、加わった加速度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国公開特許２００５／０１０９１０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような構成では、前記基板の一方の側と可動電極部との間に生じる静電引力に起因して可動電極部に働く第１トルクと、前記基板の他方の側と可動電極部との間に生じる静電引力に起因して可動電極部に働く第２トルク（第１トルクとは逆向きのトルク）と、のバランスが取られていないと、第１、第２トルクの差に起因して可動電極部がシーソー揺動してしまい、出力信号にドリフト（ゼロ点バイアス出力の変動）が生じてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、出力信号のドリフトを低減することのできる物理量センサー、この物理量センサーを備えた慣性計測装置、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提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【０００８】
本発明の物理量センサーは、基板と、
第１質量部、及び前記第１質量部よりも質量が大きい第２質量部を含み、平面視で前記第１質量部と前記第２質量部との間に位置する揺動軸まわりに揺動可能な可動部と、
前記基板に配置され、前記第１質量部と対向している第１固定電極と、
前記基板に配置され、前記第２質量部と対向している第２固定電極と、
前記基板に配置され、前記第２質量部と対向し、前記第２質量部との間に静電引力を生じさせる調整電極と、
前記可動部の前記基板の側とは反対側に配置されている蓋体と、
を含むことを特徴とする。
これにより、出力信号のドリフトを低減することのできる物理量センサーが得られる。
【０００９】
本発明の物理量センサーでは、前記基板と可動部とが重なる方向からの平面視で、
前記第２質量部は、
前記揺動軸に対して前記第１質量部と線対称の関係にある第１の部分と、
前記第１の部分の前記揺動軸の側とは反対側に位置する第２の部分と、
を含み、
前記第２固定電極部は、前記第１の部分と対向して配置され、
前記調整電極は、前記第２の部分と対向して配置されていることが好ましい。
これにより、第１固定電極と第２固定電極とを揺動軸に対して対称的に配置することができるため、加速度の検出をより精度よく検出することができる。
【００１０】
本発明の物理量センサーでは、前記第２の部分と前記蓋体との間に生じる静電引力に起因した前記揺動軸まわりのトルクをＴ１、
前記第２の部分と前記調整電極との間に生じる静電引力に起因した前記揺動軸まわりのトルクをＴ２としたとき、
０＜Ｔ２＜２×Ｔ１
を満足することが好ましい。
これにより、従来のようにトルクＴ２が発生しない構成と比較して、可動部の自然状態での不本意な揺動を抑制することができる。
【００１１】
本発明の物理量センサーでは、
０．５Ｔ１＜Ｔ２＜１．５×Ｔ１
を満足することが好ましい。
これにより、可動部の自然状態での不本意な揺動を効果的に抑制することができる。
【００１２】
本発明の物理量センサーでは、
０．７Ｔ１＜Ｔ２＜１．３×Ｔ１
を満足することが好ましい。
これにより、可動部の自然状態での不本意な揺動をより効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明の物理量センサーでは、
０．９Ｔ１＜Ｔ２＜１．１×Ｔ１
を満足することが好ましい。
これにより、可動部の自然状態での不本意な揺動をさらに効果的に抑制することができる。
【００１４】
本発明の物理量センサーでは、
Ｔ１＝Ｔ２
を満足することが好ましい。
これにより、より効果的に、可動部の自然状態での不本意な揺動を抑制することができる。
【００１５】
本発明の物理量センサーでは、前記第２の部分と前記蓋体との離間距離をｄ１、
前記第２の部分と前記調整電極との離間距離をｄ２としたとき、
１／３＜ｄ１／ｄ２＜３
を満足していることが好ましい。
これにより、ｄ１、ｄ２の一方が小さくなり過ぎてしまうことが抑制され、可動部がシーソー揺動の際に基板または蓋体と接触してしまうことを抑制することができる。また、ｄ１、ｄ２の他方が大きくなり過ぎてしまうことが抑制され、物理量センサーの高さ方向への過度な大型化を抑制することができる。
【００１６】
本発明の物理量センサーでは、
１／２＜ｄ１／ｄ２＜２
を満足していることが好ましい。
これにより、効果的に、可動部がシーソー揺動の際に基板または蓋体と接触してしまうことを抑制することができる。また、物理量センサーの高さ方向への過度な大型化を効果的に抑制することができる。
【００１７】
本発明の物理量センサーでは、
ｄ１＝ｄ２
を満足していることが好ましい。
これにより、Ｔ１＝Ｔ２の関係を満足させ易くなる。
【００１８】
本発明の物理量センサーでは、前記平面視で、
前記第２の部分の面積をＳ１、
前記第２の部分と前記調整電極とが重なる領域の面積をＳ２としたとき、
Ｓ１＝Ｓ２
を満足していることが好ましい。
これにより、Ｔ１＝Ｔ２の関係を満足させ易くなる。
【００１９】
本発明の物理量センサーでは、前記第２の部分と前記調整電極との離間距離をｄ２、
前記第１の部分と前記第２固定電極との離間距離および前記第１質量部と前記第１固定電極との離間距離をｄ３としたとき、
ｄ２＞ｄ３
を満足していることが好ましい。
これにより、基板と可動部との接触を抑制しつつ、第１質量部と第１固定電極との間に形成される静電容量および第２質量部と第２固定電極との間に形成される静電容量をそれぞれ大きくすることができる。そのため、加速度をより精度よく検出することができると共に、加速度をより広い範囲で検出することができる。
【００２０】
本発明の物理量センサーでは、前記調整電極は、グランドに接続されていることが好ましい。
これにより、調整電極の電源を設ける必要がないため、装置構成が簡単なものとなる。
【００２１】
本発明の物理量センサーでは、前記蓋体は、グランドに接続されていることが好ましい。
これにより、蓋体によって外乱が遮断され、加速度をより精度よく検出することができる。
【００２２】
本発明の慣性計測装置は、本発明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、
を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い慣性計測装置が得られる。
【００２３】
本発明の移動体測位装置は、本発明の慣性計測装置と、
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、
を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の慣性計測装置の効果を享受でき、信頼性の高い移動体測位装置が得られる。
【００２４】
本発明の携帯型電子機器は、本発明の物理量センサーと、
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い慣性計測装置が得られる。
【００２５】
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーと、
制御回路と、
補正回路と、
を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い電子機器が得られる。
【００２６】
本発明の移動体は、本発明の物理量センサーと、
姿勢制御部と、
を含むことを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物理量センサーの平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す物理量センサーの電極を示す平面図である。
【図４】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１に示す物理量センサーが有する素子部の斜視図である。
【図６】駆動電圧を示すグラフである。
【図７】図１に示す物理量センサーの作動を説明する断面図である。
【図８】図１に示す物理量センサーの作動を説明する断面図である。
【図９】図１に示す物理量センサーが有する調整電極の機能を説明する断面図である。
【図１０】図１に示す物理量センサーが有する調整電極の機能を説明する断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る物理量センサーの断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る物理量センサーの平面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る慣性計測装置の分解斜視図である。
【図１４】図１３に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。
【図１６】図１５に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
【図１７】本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第８実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第９実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。
【図２１】図２０に示す携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２２】本発明の第１０実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の物理量センサー、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。
【００２９】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーの平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す物理量センサーの電極を示す平面図である。図４は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図５は、図１に示す物理量センサーが有する素子部の斜視図である。図６は、駆動電圧を示すグラフである。図７および図８は、それぞれ、図１に示す物理量センサーの作動を説明する断面図である。図９および図１０は、それぞれ、図１に示す物理量センサーが有する調整電極の機能を説明する断面図である。
【００３１】
なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側および図２中の上側を「上」、図１中の紙面奥側および図２中の下側を「下」とも言う。また、各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図示されている。
【００３２】
図１に示す物理量センサー１は、Ｚ軸方向（鉛直方向）の加速度Ａｚを測定することのできる加速度センサーである。このような物理量センサー１は、基板２と、基板２上に配置された素子部３と、素子部３を覆うように基板２に接合された蓋体４と、を有している。以下、これら各部について、順に詳細に説明する。
【００３３】
（基板）
図１に示すように、基板２は、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、上面側に開放する凹部２１を有している。また、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２１は、素子部３を内側に内包するように、素子部３よりも大きく形成されている。このような凹部２１は、素子部３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。
【００３４】
また、図２に示すように、基板２は、凹部２１の底面に設けられた突起状のマウント部２２を有している。そして、このマウント部２２に素子部３が接合されている。これにより、素子部３を、凹部２１の底面と離間させた状態で基板２に固定することができる。
【００３５】
また、図１に示すように、基板２は、上面側に開放する溝部２５、２６、２７、２８を有している。また、溝部２５、２６、２７、２８の一端部は、それぞれ、蓋体４の外側に位置し、他端部は、それぞれ、凹部２１に接続されている。
【００３６】
このような基板２としては、例えば、アルカリ金属イオン（Ｎａ＋等の可動イオン）を含むガラス材料（例えば、テンパックスガラス（登録商標）、パイレックスガラス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）で構成されたガラス基板を用いることができる。これにより、例えば、蓋体４の構成材料によっては、基板２と蓋体４とを陽極接合により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３の状態（例えば、素子部３が凹部２１の底面に貼り付いてしまう現象である「スティッキング」の有無）を視認することができる。
【００３７】
ただし、基板２としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板やセラミックス基板を用いてもよい。なお、基板２としてシリコン基板を用いる場合は、短絡を防止する観点から、高抵抗のシリコン基板を用いるか、表面に熱酸化等によってシリコン酸化膜（絶縁性酸化物）を形成したシリコン基板を用いることが好ましい。
【００３８】
また、図１および図２に示すように、凹部２１の底面には、電極８として、第１固定電極８１、第２固定電極８２および調整電極８３が互いに離間して配置されている。なお、これら第１固定電極８１、第２固定電極８２および調整電極８３については、後に詳しく説明する。
【００３９】
また、図３に示すように、溝部２５、２６、２７、２８には配線７５、７６、７７、７８が設けられている。配線７５は、凹部２１の底面を通ってマウント部２２まで引き回され、マウント部２２上で素子部３と電気的に接続されている（図４参照）。また、配線７６は、第１固定電極８１と電気的に接続されている。また、配線７７は、第２固定電極８２と電気的に接続されている。また、配線７８は、調整電極８３と電気的に接続されている。また、これら配線７５、７６、７７、７８の一端部は、それぞれ、蓋体４の外側に露出しており、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドＰとなっている。
【００４０】
電極８および各配線７５、７６、７７、７８の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）等の金属材料、これら金属材料を含む合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ等の酸化物系の透明導電性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば２層以上の積層体として）用いることができる。
【００４１】
（蓋体）
図１に示すように、蓋体４は、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４は、下面側に開放する凹部４１を有している。蓋体４は、凹部４１内に素子部３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４および基板２によって、素子部３を収納する内部空間Ｓが形成されている。なお、蓋体４の凹部４１と重なる部分（凹部４１によって薄くなっている部分）は、天井部４８となっており、素子部３と対向している。また、天井部４８の内面４８１は、素子部３と略平行である。このような蓋体４は、定電位となっており、本実施形態ではグランド（０Ｖ）に接続されている。これにより、外乱を遮断することができ、加速度Ａｚの検出精度が向上する。
【００４２】
また、図２に示すように、蓋体４は、内部空間Ｓの内外を連通する連通孔４２を有している。この連通孔４２を介して、内部空間Ｓを所望の雰囲気に置換することができる。また、連通孔４２内には封止部材４３が配置され、封止部材４３によって連通孔４２が気密封止されている。
【００４３】
封止部材４３としては、連通孔４２を封止できれば、特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）／錫（Ｓｎ）系合金、金（Ａｕ）／ゲルマニウム（Ｇｅ）系合金、金（Ａｕ）／アルミニウム（Ａｌ）系合金等の各種合金、低融点ガラス等のガラス材料等を用いることができる。
【００４４】
内部空間Ｓは、気密空間である。また、内部空間Ｓは、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されて、使用温度（−４０℃〜８０℃程度）で、ほぼ大気圧となっていることが好ましい。内部空間Ｓを大気圧とすることで、粘性抵抗が増してダンピング効果が発揮され、素子部３の揺動を速やかに収束させることができる。そのため、物理量センサー１の加速度Ａｚの検出精度が向上する。
【００４５】
このような蓋体４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４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４との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋体４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４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。
【００４６】
また、蓋体４の材料は、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよく、蓋体４の内側４８１が金属膜、等でコーティングされ、グランドに電気的に接続して蓋体４をＧＮＤ電位にすることにより、内部空間Ｓを静電遮蔽することが好ましい。
【００４７】
本実施形態では、図２に示すように、接合材の一例であるガラスフリット４９（低融点ガラス）を介して基板２と蓋体４とが接合されている。基板２と蓋体４とを重ね合わせた状態では、溝部２５、２６、２７、２８を介して内部空間Ｓの内外が連通してしまうが、ガラスフリット４９を用いることで、基板２と蓋体４とを接合すると共に、溝部２５、２６、２７、２８を封止することができる。そのため、より容易に、内部空間Ｓを気密封止することができる。なお、基板２と蓋体４とを陽極接合等（溝部２５、２６、２７、２８を封止できない接合方法）で接合した場合には、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ２膜によって溝部２５、２６、２７、２８を塞ぐことができる。
【００４８】
（素子部）
素子部３は、基板２の上方に設けられている。図１および図５に示すように、素子部３は、マウント部２２に接合されている固定部３１と、固定部３１に対して変位可能な可動部としての可動電極部３２と、固定部３１と可動電極部３２とを接続している一対の梁部３３（３３ａ、３３ｂ）と、を有している。そして、可動電極部３２が、梁部３３ａ、３３ｂを揺動軸Ｊとして、梁部３３ａ、３３ｂを捩り変形させつつ、固定部３１に対してシーソー揺動可能となっている。
【００４９】
このような素子部３は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物がドープされたシリコン基板をパターニングすることで形成することができる。また、素子部３は、例えば、陽極接合によって基板２（マウント部２２）に接合されている。ただし、素子部３の材料や、素子部３の基板２への接合方法は、特に限定されない。
【００５０】
可動電極部３２は、Ｘ軸方向に延びる長手形状をなし、揺動軸Ｊに対して一方側の部分が第１質量部としての第１可動電極部３２１となっており、揺動軸Ｊに対して他方側の部分が第２質量部としての第２可動電極部３２２となっている。また、第２可動電極部３２２は、第１可動電極部３２１よりもＸ軸方向に長く、加速度Ａｚが加わったときの回転モーメント（トルク）が第１可動電極部３２１よりも大きくなっている。この回転モーメントの差によって、加速度Ａｚが加わると可動電極部３２が揺動軸Ｊまわりにシーソー揺動する。
【００５１】
第２可動電極部３２２は、Ｚ軸方向からの平面視で、揺動軸Ｊに対して第１可動電極部３２１と線対称の関係にある位置に配置されている第１の部分としての対称部分３２２Ａと、揺動軸Ｊに対して第１可動電極部３２１と非対称に配置されている第２の部分としての非対称部分３２２Ｂと、を有している。つまり、第２の部分としての非対称部分３２２Ｂは、第１の部分としての対称部分３２２Ａの揺動軸Ｊの側とは反対側の位置に配置されている。
【００５２】
本実施形態では、第２可動電極部３２２の基端側（揺動軸Ｊに近い側）に第１の部分としての対称部分３２２Ａが位置し、先端側（揺動軸Ｊから遠い側）に第２の部分としての非対称部分３２２Ｂが位置している。すなわち、非対称部分３２２Ｂは、対称部分３２２Ａの先端からさらに揺動軸Ｊから遠ざかる方向に延長されて形成されている。このように、第２可動電極部３２２は、非対称部分３２２Ｂを有することで、加速度Ａｚが加わったときの回転モーメント（トルク）が第１可動電極部３２１よりも大きくなっている。
【００５３】
図２に示すように、以上のような素子部３と対向して、第１固定電極８１、第２固定電極８２および調整電極８３が設けられている。第１固定電極８１は、第１可動電極部３２１と対向して配置されている。第２固定電極８２は、第２可動電極部３２２の対称部分３２２Ａと対向して配置されている。調整電極８３は、第２可動電極部３２２の非対称部分３２２Ｂと対向して配置されている。なお、第１、第２固定電極８１、８２は、Ｚ軸方向からの平面視で、揺動軸Ｊに対して対称的に設けられている。
【００５４】
物理量センサー１の作動時には、例えば、可動電極部３２に図６中の電圧Ｖｄ１が印加され、第１固定電極８１および第２固定電極８２に、それぞれ、図６中の電圧Ｖｄ２が印加される。電圧Ｖｄ１は、基準電位ＶＤＤ／２を基準として、ＶＤＤとＧＮＤ（０Ｖ）との間で電位が周期的に変化する電圧である。そのため、電圧Ｖｄ１は、時間平均するとＶＤＤ／２となる電圧である。一方、電圧Ｖｄ２は、電位がＶＤＤ／２（すなわち、電圧Ｖｄ１の基準電位）である固定電圧である。これにより、第１固定電極８１と第１可動電極部３２１との間に静電容量Ｃ１が形成され、第２固定電極８２と第２可動電極部３２２（対称部分３２２Ａ）との間に静電容量Ｃ２が形成される。なお、ＶＤＤ／２としては、特に限定されないが、例えば、０．５Ｖ以上５Ｖ以下程度とすることができる。
【００５５】
図７に示すように、物理量センサー１にＺ軸方向のマイナス側への加速度−Ａｚが加わると、第１、第２可動電極部３２１、３２２の回転モーメントの異なりから、可動電極部３２が揺動軸Ｊを中心にして反時計回りにシーソー揺動する。また、図８に示すように、物理量センサー１にＺ軸方向のプラス側への加速度＋Ａｚが加わると、可動電極部３２が揺動軸Ｊを中心にして時計回りにシーソー揺動する。
【００５６】
このような可動電極部３２のシーソー揺動によって、第１可動電極部３２１と第１固定電極８１のギャップおよび第２可動電極部３２２と第２固定電極８２のギャップがそれぞれ逆相で変化し、これに応じて静電容量Ｃ１、Ｃ２が逆相で変化する。そのため、静電容量Ｃ１、Ｃ２の変化に基づいて加速度Ａｚを検出することができる。なお、第１固定電極８１から得られる第１検出信号（静電容量Ｃ１に基づく検出信号）と、第２固定電極８２から得られる第２検出信号（静電容量Ｃ２に基づく検出信号）と、を差動演算することで、ノイズをキャンセルすることができ、より精度よく加速度Ａｚを検出することができる。
【００５７】
次に、調整電極８３の機能について説明する。前述したように、可動電極部３２には図６中の電圧Ｖｄ１が印加され、蓋体４はグランドに接続されている。そのため、可動電極部３２と蓋体４とに電位差が生じ、これらの間に静電引力Ｆが作用する。図９に示すように、静電引力Ｆには、第１可動電極部３２１と蓋体４との間に発生する第１静電引力Ｆａと、第２可動電極部３２２の対称部分３２２Ａと蓋体４との間に発生する第２静電引力Ｆｂと、第２可動電極部３２２の非対称部分３２２Ｂと蓋体４との間に発生する第３静電引力Ｆｃと、が含まれている。
【００５８】
なお、前述したように、可動電極部３２には図６中の電圧Ｖｄ１が印加され、第１、第２固定電極８１、８２には図６中の電圧Ｖｄ２が印加される。電圧Ｖｄ１は、時間平均するとＶＤＤ／２となる電圧であり、電圧Ｖｄ２は、電位がＶＤＤ／２の固定電圧である。
【００５９】
前述したように、Ｚ軸方向からの平面視で、第１可動電極部３２１と、第２可動電極部３２２の対称部分３２２Ａと、が揺動軸Ｊに対して対称的に配置されている。また、第１可動電極部３２１と天井部４８との離間距離と、対称部分３２２Ａと天井部４８との離間距離と、がほぼ等しい。そのため、第１静電引力Ｆａに起因して可動電極部３２に働くトルクＴａと、第２静電引力Ｆｂに起因して可動電極部３２に働くトルクＴｂとがほぼ等しく、互いに相殺される。可動電極部３２には、さらに第３静電引力Ｆｃに起因したトルクＴｃ（アンバランスなトルク）が働くため、可動電極部３２は、加速度Ａｚが加わっていない自然状態にも関わらず、図９に示すように傾斜（揺動）した状態となる。これにより、出力のドリフト（ゼロ点バイアス出力の変動）が生じ、加速度Ａｚの検出特性が悪化する。
【００６０】
そこで、物理量センサー１では、調整電極８３を設け、調整電極８３と非対称部分３２２Ｂとの間に第４静電引力Ｆｄを発生させ、トルクＴｃの少なくとも一部をキャンセルするトルクＴｄ（トルクＴｃと反対向きのトルク）を発生させることで、図１０に示すように、可動電極部３２の不本意な傾斜（揺動）を抑制している。すなわち、調整電極８３は、自然状態での可動電極部３２の姿勢を制御するための電極として機能する。
【００６１】
トルクＴｃ、Ｔｄは、０＜Ｔｄ＜２×Ｔｃ（｜Ｔｄ−Ｔｃ｜＜Ｔｃ）の関係を満足している。これにより、トルクＴｄが発生しない構成と比較して、図９に示すような可動電極部３２の不本意な傾斜を低減することができる。トルクＴｃ、Ｔｄは、０＜Ｔｄ＜２×Ｔｃであればよいが、その中でも、０．５Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．５×Ｔｃであることが好ましく、０．７Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．３×Ｔｃであることがより好ましく、０．９Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．１×Ｔｃであることがさらに好ましく、Ｔｃ＝Ｔｄであることが特に好ましい。これにより、トルクＴｃ、Ｔｄのバランスが向上し、上述した効果がより顕著なものとなる。なお、トルクＴｃ、Ｔｄは、例えば、次のようにして算出することができる。
【００６２】
第３静電引力Ｆｃは、非対称部分３２２Ｂの面積（平面視での面積）をＳ１とし、非対称部分３２２Ｂと天井部４８との離間距離をｄ１とし、非対称部分３２２Ｂと天井部４８との電位差をＶ１としたとき、下記の式（１）となる。なお、式（１）中のεは、内部空間Ｓ内の気体の誘電率である。さらに、第３静電引力Ｆｃにより可動電極部３２に発生するトルクＴｃは、揺動軸Ｊから非対称部分３２２Ｂまでの距離をＬ１としたとき、下記の式（２）となる。なお、距離Ｌ１は、非対称部分３２２Ｂの中心までの距離（すなわち平均距離）とすることができる。
【００６３】
【数１】
2019066294.tif 000003
【００６４】
【数２】
2019066294.tif 000004
【００６５】
第４静電引力Ｆｄは、非対称部分３２２Ｂと調整電極８３とが対向している部分の面積をＳ２とし、非対称部分３２２Ｂと調整電極８３との離間距離をｄ２とし、非対称部分３２２Ｂと調整電極８３との電位差をＶ２としたとき、下記の式（３）となる。なお、式（３）中のεは、内部空間Ｓ内の気体の誘電率である。また、第４静電引力Ｆｄにより可動電極部３２に発生するトルクＴｄは、揺動軸Ｊから第４静電引力Ｆｄが加わる位置までの距離をＬ２としたとき、下記の式（４）となる。なお、距離Ｌ２は、前記対向している部分の中心までの距離（すなわち平均距離）とすることができる。
【００６６】
【数３】
2019066294.tif 000005
【００６７】
【数４】
2019066294.tif 000006
【００６８】
なお、誘電率εは、真空の誘電率ε０（＝８．８５４１８７８１７×１０−１２［Ｆ／ｍ］）と比誘電率εｒとの積で表される。１気圧における比誘電率εｒの具体例として幾つか例示すれば、空気では１．０００５３６、窒素では１．０００５７４、アルゴンでは１．０００５１７、水素では１．０００２７２、ヘリウムでは１．００００７０、二酸化炭素では１．００２９００である（参考：理科年表平成１７年）。
【００６９】
図１に示すように、本実施形態では、調整電極８３が非対称部分３２２Ｂの全域と対向しているため、Ｓ１＝Ｓ２およびＬ１＝Ｌ２の関係を満足している。このように、トルクＴｃ、Ｔｄに影響を与えるパラメータのうちの少なくとも１つを等しくすることで、Ｔｃ＝Ｔｄの関係を満足させ易くなる。
【００７０】
ｄ１とｄ２の関係としては、１／３＜ｄ１／ｄ２＜３であることが好ましく、１／２＜ｄ１／ｄ２＜２であることがより好ましい。これにより、ｄ１、ｄ２の一方が小さくなり過ぎてしまうことが抑制され、可動電極部３２がシーソー揺動の際に基板２または蓋体４と接触してしまうことを抑制することができる。また、ｄ１、ｄ２の他方が大きくなり過ぎてしまうことが抑制され、物理量センサー１の高さ方向（Ｚ軸方向）への過度な大型化を抑制することができる。
【００７１】
特に、本実施形態では、ｄ１＝ｄ２の関係を満足している。そのため、上述した効果がより顕著なものとなる。また、Ｓ１＝Ｓ２、Ｌ１＝Ｌ２およびｄ１＝ｄ２となるため、Ｖ１＝Ｖ２とするだけで、容易にＴｃ＝Ｔｄの関係を満足することができる。前述したように、可動電極部３２は、時間平均でＶＤＤ／２の電位であり、蓋体４は、グランド（０Ｖ）に接続されている。そのため、Ｖ１は、ＶＤＤ／２である。したがって、調整電極８３をグランドに接続するか、または、調整電極８３に電圧ＶＤＤを印加することで、Ｖ１＝Ｖ２となり、Ｔｃ＝Ｔｄの関係を満足することができる。なお、調整電極８３をグランドに接続することで、調整電極８３用の電源を設ける必要がないため、装置構成が簡単なものとなる。
【００７２】
物理量センサー１では、電圧ＶＤＤが変動してもトルクＴｃ、Ｔｄの関係は変化しないため、レシオメトリック特性を発揮することができる。レシオメトリック特性とは、ゼロ点バイアス出力が電圧ＶＤＤに比例する特性を言う。
【００７３】
なお、Ｓ１、Ｓ２の関係、Ｌ１、Ｌ２の関係、ｄ１、ｄ２の関係およびＶ１、Ｖ２の関係としては、上記の関係に限定されず、０＜Ｔｄ＜２Ｔｃの関係を満足する限り、如何なる関係であってもよい。
【００７４】
以上、物理量センサー１について説明した。このような物理量センサー１は、前述したように、基板２と、第１可動電極部３２１（第１質量部）および第１可動電部３２１よりも質量が大きい第２可動電極部３２２（第２質量部）を含み、平面視で第１可動電極部３２１と第２可動電極部３２２との間に位置する揺動軸Ｊまわりに揺動可能な可動電極部３２（可動部）と、基板２に配置され、第１可動電極部３２１と対向している第１固定電極８１と、基板２に配置され、第２可動電極部３２２と対向している第２固定電極８２と、基板２に配置され、第２可動電極部３２２と対向し、第２可動電極部３２２との間に静電引力を生じさせる調整電極８３と、可動電極部３２の基板２の側とは反対側に配置されている蓋体４と、を含んでいる。このように、第２可動電極部３２２と調整電極８３との間に静電引力を生じさせることで、可動電極部３２の自然状態での姿勢を制御（不本意な揺動を抑制）することができる。そのため、出力信号のドリフト（ゼロ点バイアス出力の変動）が低減され、加速度Ａｚの検出特性が向上する。
【００７５】
また、前述したように、物理量センサー１では、基板２と可動電極部３２とが重なる方向からの平面視で、第２可動電極部３２２は、揺動軸Ｊに対して第１可動電極部３２１と線対称の関係にある対称部分３２２Ａ（第１の部分）と、対称部分３２２Ａの揺動軸Ｊの側とは反対側に位置する非対称部分３２２Ｂ（第２の部分）と、を含んでいる。そして、第２固定電極部８２は、対称部分３２２Ａと対向して配置され、調整電極８３は、非対称部分３２２Ｂと対向して配置されている。これにより、第１固定電極８１と第２固定電極８２とを揺動軸Ｊに対して対称的に配置することができるため、加速度Ａｚの検出をより精度よく検出することができる。
【００７６】
また、前述したように、物理量センサー１では、非対称部分３２２Ｂと蓋体４との間に生じる第３静電引力Ｆｃに起因した揺動軸ＪまわりのトルクをＴｃ（Ｔ１）、非対称部分３２２Ｂと調整電極８３との間に生じる第４静電引力Ｆｄに起因した揺動軸ＪまわりのトルクをＴｄ（Ｔ２）としたとき、０＜Ｔｄ＜２×Ｔｃを満足している。これにより、従来のようにトルクＴｄが発生しない構成と比較して、可動電極部３２の自然状態での不本意な揺動を抑制することができる。なお、０．５Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．５×Ｔｃを満足することが好ましく、０．７Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．３×Ｔｃを満足することがより好ましく、０．９Ｔｃ＜Ｔｄ＜１．１×Ｔｃを満足することがさらに好ましく、Ｔｃ＝Ｔｄを満足することが特に好ましい。これにより、上述した効果がより顕著なものとなる。
【００７７】
また、前述したように、物理量センサー１では、非対称部分３２２Ｂと天井部４８との離間距離をｄ１、非対称部分３２２Ｂと調整電極８３との離間距離をｄ２としたとき、１／３＜ｄ１／ｄ２＜３を満足していることが好ましい。これにより、ｄ１、ｄ２の一方が小さくなり過ぎてしまうことが抑制され、可動電極部３２がシーソー揺動の際に基板２または蓋体４と接触してしまうことを抑制することができる。また、ｄ１、ｄ２の他方が大きくなり過ぎてしまうことが抑制され、物理量センサー１の高さ方向（Ｚ軸方向）への過度な大型化を抑制することができる。なお、１／２＜ｄ１／ｄ２＜２を満足していることが好ましい。これにより、上述した効果が顕著なものとなる。特に、本実施形態では、ｄ１＝ｄ２を満足している。これにより、上述した効果がより顕著なものとなると共に、Ｔｃ＝Ｔｄの関係を満足させ易くなる。
【００７８】
また、前述したように、物理量センサー１では、平面視で、非対称部分３２２Ｂの面積をＳ１、非対称部分３２２Ｂと調整電極８３とが重なる領域の面積をＳ２としたとき、Ｓ１＝Ｓ２を満足している。これにより、Ｔｃ＝Ｔｄの関係を満足させ易くなる。
【００７９】
また、前述したように、物理量センサー１では、調整電極８３は、グランドに接続されている。これにより、調整電極８３の電源を設ける必要がないため、装置構成が簡単なものとなる。
【００８０】
また、前述したように、物理量センサー１では、蓋体４は、グランドに接続されている。これにより、蓋体４によって外乱が遮断され、加速度Ａｚをより精度よく検出することができる。
【００８１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
【００８２】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーの断面図である。
【００８３】
本実施形態にかかる物理量センサーでは、主に、基板の形状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と同様である。
【００８４】
なお、以下の説明では、第２実施形態の物理量センサーに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１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。
【００８５】
図１１に示すように、基板２の凹部２１は、基板２の上面に開口する第１凹部２１Ａと、第１凹部２１Ａの底面に開口する第２凹部２１Ｂと、を有している。第２凹部２１Ｂは、Ｚ軸方向からの平面視で、非対称部分３２２Ｂ（第２可動電極部３２２の先端部）と重なるように配置されている。
【００８６】
そして、第１凹部２１Ａの底面に第１、第２固定電極８１、８２が配置され、第２凹部２１Ｂの底面に調整電極８３が配置されている。そのため、非対称部分３２２Ｂと調整電極８３との離間距離をｄ２、対称部分３２２Ａと第２固定電極８２との離間距離および第１可動電極部３２１と第１固定電極８１との離間距離をｄ３としたとき、ｄ２＞ｄ３を満足している。このような構成とすることで、基板２と可動電極部３２との接触を抑制しつつ、第１可動電極部３２１と第１固定電極８１との間に形成される静電容量および第２可動電極部３２２と第２固定電極８２との間に形成される静電容量をそれぞれ大きくすることができる。そのため、加速度Ａｚをより精度よく検出することができると共に、加速度Ａｚをより広い範囲で検出することができる。
【００８７】
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。
【００８８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る物理量センサーについて説明する。
【００８９】
図１２は、本発明の第３実施形態に係る物理量センサーの平面図である。
【００９０】
本実施形態にかかる物理量センサーでは、主に、素子部およびダミー電極の形状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と同様である。
【００９１】
図１２に示すように、本実施形態の物理量センサー１は、電極８として、第１固定電極８１、第２固定電極８２および調整電極８３に加えて、ダミー電極８４を有している。ダミー電極８４は、第２固定電極８２と調整電極８３との間に配置されており、非対称部分３２２Ｂと対向している。また、ダミー電極８４には電圧Ｖｄ１が印加され、ダミー電極８４と可動電極部３２とが同電位となっている。
【００９２】
このような構成では、Ｓ１≠Ｓ２、Ｌ１≠Ｌ２、ｄ１＝ｄ２およびＶ１＝Ｖ２となっているため、Ｓ１・Ｌ１＝Ｓ２・Ｌ２となるように、Ｓ１、Ｓ２、Ｌ１、Ｌ２を設計することで、Ｔｃ＝Ｔｄの関係を満足することができる。
【００９３】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００９４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る慣性計測装置について説明する。
【００９５】
図１３は、本発明の第４実施形態に係る慣性計測装置の分解斜視図である。図１４は、図１３に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
【００９６】
図１３に示すセンサーユニット２０００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）を検出する慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）である。センサーユニット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、いわゆる６軸モーションセンサーとして機能する。
【００９７】
センサーユニット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センサーユニット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。
【００９８】
センサーユニット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。
【００９９】
アウターケース２１００の外形は、前述したセンサーユニット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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図１４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、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、特に、Ｚ軸方向の加速度を検出するものとして、前述した第１から第３実施形態のいずれかの構成を用いることができる。
【０１０２】
また、基板２３２０の下面には、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、センサーユニット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、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。
【０１０３】
以上、センサーユニット２０００（慣性計測装置）について説明した。このようなセンサーユニット２０００は、物理量センサー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、本発明の物理量センサーの効果を享受でき、信頼性の高いセンサーユニット２０００が得られる。
【０１０４】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る移動体測位装置について説明する。
【０１０５】
図１５は、本発明の第５実施形態に係る移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図１６は、図１５に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
【０１０６】
図１５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、前述した第４実施形態のセンサーユニット２０００を用いることができる。
【０１０７】
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。
【０１０８】
また、ＧＰＳ受信部３３００は、受信アンテナ３４００を介してＧＰＳ衛星からの信号（ＧＰＳ搬送波。位置情報が重畳された衛星信号）を受信する。また、位置情報取得部３５００は、ＧＰＳ受信部３３００が受信した信号に基づいて、移動体測位装置３０００（移動体）の位置（緯度、経度、高度）、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを出力する。このＧＰＳ測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。
【０１０９】
位置合成部３６００は、演算処理部３２００から出力された慣性航法測位データおよび位置情報取得部３５００から出力されたＧＰＳ測位データに基づいて、移動体の位置、具体的には移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えば、ＧＰＳ測位データに含まれている移動体の位置が同じであっても、図１６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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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、本発明の慣性計測装置の効果を享受でき、信頼性の高い移動体測位装置３０００が得られる。
【０１１２】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る電子機器について説明する。
【０１１３】
図１７は、本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【０１１４】
図１７に示すモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューター１１００は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６と、により構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
【０１１５】
このようなパーソナルコンピューター１１００には、物理量センサー１と、物理量センサー１の駆動を制御する制御回路１１１０と、物理量センサー１により検出された物理量を、例えば環境温度に基づいて補正する補正回路１１２０と、が内蔵されている。なお、物理量センサー１としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。
【０１１６】
このようなパーソナルコンピューター１１００（電子機器）は、物理量センサー１と、制御回路１１１０と、補正回路１１２０と、を有している。そのため、前述した物理量センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
【０１１７】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る電子機器について説明する。
【０１１８】
図１８は、本発明の第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【０１１９】
図１８に示す携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。
【０１２０】
このような携帯電話機１２００には、物理量センサー１と、物理量センサー１の駆動を制御する制御回路１２１０と、物理量センサー１により検出された物理量を、例えば環境温度に基づいて補正する補正回路１２２０と、が内蔵されている。なお、物理量センサー１としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。
【０１２１】
このような携帯電話機１２００（電子機器）は、物理量センサー１と、制御回路１２１０と、補正回路１２２０と、を有している。そのため、前述した物理量センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
【０１２２】
＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係る電子機器について説明する。
【０１２３】
図１９は、本発明の第８実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【０１２４】
図１９に示すデジタルスチールカメラ１３００は、本発明の電子機器を適用したものである。この図において、ケース１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
【０１２５】
このようなデジタルスチールカメラ１３００には、物理量センサー１と、物理量センサー１の駆動を制御する制御回路１３２０と、物理量センサー１により検出された物理量を、例えば環境温度に基づいて補正する補正回路１３３０と、が内蔵されている。なお、物理量センサー１としては、特に限定されないが、例えば、前述した各実施形態のいずれのものも用いることができる。
【０１２６】
このようなデジタルスチールカメラ１３００（電子機器）は、物理量センサー１と、制御回路１３２０と、補正回路１３３０と、を有している。そのため、前述した物理量センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
【０１２７】
なお、本発明の電子機器は、前述した実施形態のパーソナルコンピューターおよび携帯電話機、本実施形態のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。
【０１２８】
＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係る携帯型電子機器について説明する。
【０１２９】
図２０は、本発明の第９実施形態に係る携帯型電子機器を示す平面図である。図２１は、図２０に示す携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。
【０１３０】
図２０に示す腕時計型の活動計１４００（アクティブトラッカー）は、本発明の携帯型電子機器を適用したリスト機器である。活動計１４００は、バンド１４０１によってユーザーの手首等の部位（被検体）に装着される。また、活動計１４００は、デジタル表示の表示部１４０２を備えると共に、無線通信が可能である。上述した本発明に係る物理量センサー１は、加速度を測定するセンサーや角速度を計測するセンサーとして活動計１４００に組込まれている。
【０１３１】
活動計１４００は、物理量センサー１が収容されているケース１４０３と、ケース１４０３に収容され、物理量センサー１からの出力データを処理する処理部１４１０と、ケース１４０３に収容されている表示部１４０２と、ケース１４０３の開口部を塞いでいる透光性カバー１４０４と、を備えている。また、透光性カバー１４０４の外側にはベゼル１４０５が設けられている。また、ケース１４０３の側面には複数の操作ボタン１４０６、１４０７が設けられている。
【０１３２】
図２１に示すように、物理量センサー１としての加速度センサー１４０８は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の加速度を検出し、検出した３軸加速度の大きさおよび向きに応じた信号（加速度信号）を出力する。また、角速度センサー１４０９は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の角速度を検出し、検出した３軸角速度の大きさおよび向きに応じた信号（角速度信号）を出力する。
【０１３３】
表示部１４０２を構成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、種々の検出モードに応じて、例えば、ＧＰＳセンサー１４１１や地磁気センサー１４１２を用いた位置情報、移動量や物理量センサー１に含まれる加速度センサー１４０８や角速度センサー１４０９などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー１４１３などを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。なお、温度センサー１４１４を用いた環境温度を表示することもできる。
【０１３４】
通信部１４１５は、ユーザー端末と図示しない情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部１４１５は、例えば、Bluetooth（登録商標）（BTLE：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Wireless Fidelity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）、ＡＮＴ＋（登録商標）等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。
【０１３５】
処理部１４１０（プロセッサー）は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。処理部１４１０は、記憶部１４１６に格納されたプログラムと、操作部１４１７（例えば操作ボタン１４０６、１４０７）から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部１４１０による処理には、ＧＰＳセンサー１４１１、地磁気センサー１４１２、圧力センサー１４１８、加速度センサー１４０８、角速度センサー１４０９、脈拍センサー１４１３、温度センサー１４１４、計時部１４１９の各出力信号に対するデータ処理、表示部１４０２に画像を表示させる表示処理、音出力部１４２０に音を出力させる音出力処理、通信部１４１５を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー１４２１からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。
【０１３６】
このような活動計１４００では、少なくとも以下のような機能を有することができる。
１．距離：高精度のＧＰＳ機能により計測開始からの合計距離を計測する。
２．ペース：ペース距離計測から、現在の走行ペースを表示する。
３．平均スピード：平均スピード走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。
４．標高：ＧＰＳ機能により、標高を計測し表示する。
５．ストライド：ＧＰＳ電波が届かないトンネル内などでも歩幅を計測し表示する。
６．ピッチ：１分あたりの歩数を計測し表示する。
７．心拍数：脈拍センサーにより心拍数を計測し表示する。
８．勾配：山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。
９．オートラップ：事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計
測を行う。
１０．運動消費カロリー：消費カロリーを表示する。
１１．歩数：運動開始からの歩数の合計を表示する。
【０１３７】
このような活動計１４００（携帯型電子機器）は、物理量センサー１と、物理量センサー１が収容されているケース１４０３と、ケース１４０３に収容され、物理量センサー１からの出力データを処理する処理部１４１０と、ケース１４０３に収容されている表示部１４０２と、ケース１４０３の開口部を塞いでいる透光性カバー１４０４と、を含んでいる。そのため、前述した物理量センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
【０１３８】
なお、活動計１４００は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、および衛星測位システム、例えばＧＰＳを搭載したＧＰＳウォッチ、等に広く適用できる。
【０１３９】
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。
【０１４０】
＜第１０実施形態＞
次に、本発明の第１０実施形態に係る移動体について説明する。
【０１４１】
図２２は、本発明の第１０実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
【０１４２】
図２２に示す自動車１５００は、本発明の移動体を適用した自動車である。この図において、自動車１５００には、加速度センサーおよび角速度センサーの少なくとも一方（好ましくは両方を検出できる複合センサー）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によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２（姿勢制御部）に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。ここで、物理量センサー１としては、例えば、前述した各実施形態と同様のものを用いることができる。
【０１４３】
このような自動車１５００（移動体）は、物理量センサー１と、車体姿勢制御装置１５０２（姿勢制御部）と、を有している。そのため、前述した物理量センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
【０１４４】
なお、物理量センサー１は、他にも、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
【０１４５】
また、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、ロケット、人工衛星、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。
【０１４６】
以上、本発明の物理量センサー、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図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【０１４７】
また、前述した実施形態では、物理量センサーとして加速度を検出するものについて説明したが、これに限定されず、例えば、角速度を検出するものであってもよい。また、加速度と角速度の両方を検出するものであってもよい。
【０１４８】
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】
【０１４９】
１…物理量センサー、２…基板、２１…凹部、２１Ａ…第１凹部、２１Ｂ…第２凹部、２２…マウント部、２５、２６、２７、２８…溝部、３…素子部、３１…固定部、３２…可動電極部、３２１…第１可動電極部、３２２…第２可動電極部、３２２Ａ…対称部分、３２２Ｂ…非対称部分、３３、３３ａ、３３ｂ…梁部、４…蓋体、４１…凹部、４２…連通孔、４３…封止部材、４８…天井部、４８１…内面、４９…ガラスフリット、７５、７６、７７、７８…配線、８…電極、８１…第１固定電極、８２…第２固定電極、８３…調整電極、８４…ダミー電極、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１１１０…制御回路、１１２０…補正回路、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１２１０…制御回路、１２２０…補正回路、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３２０…制御回路、１３３０…補正回路、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、２０００…センサーユニット、２１００…アウターケース、２１１０…ネジ穴、２２００…接合部材、２３００…センサーモジュール、２３１０…インナーケース、２３１１…凹部、２３２０…基板、２３３０…コネクター、２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚ…角速度センサー、２３５０…加速度センサー、２３６０…制御ＩＣ、３０００…移動体測位装置、３１００…慣性計測装置、３１１０…加速度センサー、３１２０…角速度センサー、３２００…演算処理部、３３００…ＧＰＳ受信部、３４００…受信アンテナ、３５００…位置情報取得部、３６００…位置合成部、３７００…処理部、３８００…通信部、３９００…表示部、Ａｚ…加速度、Ｃ１、Ｃ２…静電容量、Ｆ…静電引力、Ｆａ…第１静電引力、Ｆｂ…第２静電引力、Ｆｃ…第３静電引力、Ｆｄ…第４静電引力、Ｊ…揺動軸、Ｌ１、Ｌ２…距離、Ｐ…電極パッド、Ｓ…内部空間、Ｓ１、Ｓ２…面積、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ…トルク、Ｖｄ１、Ｖｄ２…電圧、θ…傾き
【図１】
2019066294.tif 000007
【図２】
2019066294.tif 000008
【図３】
2019066294.tif 000009
【図４】
2019066294.tif 000010
【図５】
2019066294.tif 000011
【図６】
2019066294.tif 000012
【図７】
2019066294.tif 000013
【図８】
2019066294.tif 000014
【図９】
2019066294.tif 000015
【図１０】
2019066294.tif 000016
【図１１】
2019066294.tif 000017
【図１２】
2019066294.tif 000018
【図１３】
2019066294.tif 000019
【図１４】
2019066294.tif 000020
【図１５】
2019066294.tif 000021
【図１６】
2019066294.tif 000022
【図１７】
2019066294.tif 000023
【図１８】
2019066294.tif 000024
【図１９】
2019066294.tif 000025
【図２０】
2019066294.tif 000026
【図２１】
2019066294.tif 000027
【図２２】
2019066294.tif 000028