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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024057708
(43)【公開日】2024-04-25
(54)【発明の名称】センサーユニット
(51)【国際特許分類】
G01P 15/08 20060101AFI20240418BHJP
【ＦＩ】
G01P15/08 102B
G01P15/08 102Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022164541
(22)【出願日】2022-10-13
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】神 幹基
(57)【要約】
【課題】ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニットを提供すること。
【解決手段】センサーユニットは、複数の慣性センサーモジュールと、前記慣性センサーモジュールのそれぞれを実装する複数の実装部と、複数の前記慣性センサーモジュールに電源を供給する供給部を有する基板と、を有し、前記供給部は、前記複数の実装部の中央に配置される。
【選択図】図９
【解決手段】センサーユニットは、複数の慣性センサーモジュールと、前記慣性センサーモジュールのそれぞれを実装する複数の実装部と、複数の前記慣性センサーモジュールに電源を供給する供給部を有する基板と、を有し、前記供給部は、前記複数の実装部の中央に配置される。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の慣性センサーモジュールと、
前記慣性センサーモジュールのそれぞれを実装する複数の実装部と、
複数の前記慣性センサーモジュールに電源を供給する供給部を有する基板と、を有し、
前記供給部は、前記複数の実装部の中央に配置される、
センサーユニット。
前記慣性センサーモジュールのそれぞれを実装する複数の実装部と、
複数の前記慣性センサーモジュールに電源を供給する供給部を有する基板と、を有し、
前記供給部は、前記複数の実装部の中央に配置される、
センサーユニット。
【請求項2】
前記供給部の中央に対して、複数の前記慣性センサーモジュールは、点対称に配置される、
請求項１に記載のセンサーユニット。
請求項１に記載のセンサーユニット。
【請求項3】
複数の前記慣性センサーモジュールそれぞれにおける電源供給部は、前記供給部に近接して配置される、
請求項１に記載のセンサーユニット。
請求項１に記載のセンサーユニット。
【請求項4】
複数の前記慣性センサーモジュールは、それぞれが加速度センサーデバイスを備え、
複数の前記加速度センサーデバイスは、前記供給部の中央から等距離に配置される、
請求項１に記載のセンサーユニット。
複数の前記加速度センサーデバイスは、前記供給部の中央から等距離に配置される、
請求項１に記載のセンサーユニット。
【請求項5】
複数の前記慣性センサーモジュールは、それぞれがＸ軸角速度センサー、Ｙ軸角速度センサー、Ｚ軸加速度センサーを備え、
各軸の前記角速度センサーは、前記供給部の中央から等距離に配置される、
請求項４に記載のセンサーユニット。
各軸の前記角速度センサーは、前記供給部の中央から等距離に配置される、
請求項４に記載のセンサーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の慣性センサーモジュールを備えたセンサーユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
加速度センサーや角速度センサーなどの複数の慣性センサーを有する慣性センサーモジュールを備えたセンサーユニットが知られている。センサーユニットは、様々な電子機器や機械に組み込まれ、または自動車などの移動体に搭載され、角速度や加速度などの慣性量のモニタリングに用いられる。また、橋梁や、高架軌道などの建造物のモニタリングシステムにも適用される。
【0003】
例えば、特許文献１には、センサーユニットを構成する複数の慣性センサーモジュールそれぞれに対し、３軸のミスアライメントを補正し、補正した後、複数の慣性センサーモジュールの軸合わせを行うことが記載されている。詳しくは、組み立て時のずれ等による複数の検出軸に対する角度誤差であるミスアライメントを補正するための補正係数を生成し、当該補正係数を用いてミスアライメントを補正し、検出精度の悪化を抑制していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１９６１９１号公報
【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、特許文献１の技術には、改良の余地があった。複数の慣性センサーモジュールを備えたセンサーユニットでは、慣性センサーモジュール間での駆動ノイズなどによる干渉が検出精度に影響を及ぼす虞があった。例えば、複数の慣性センサーモジュールには、それぞれ電源を供給する必要があるが、電源供給配線に長短がある場合、電源インピーダンスバランスが崩れて、検出精度に影響を及ぼす虞があった。
つまり、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニットが求められていた。
つまり、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニットが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願に係る一態様のセンサーユニットは、複数の慣性センサーモジュールと、前記慣性センサーモジュールのそれぞれを実装する複数の実装部と、複数の前記慣性センサーモジュールに電源を供給する供給部を有する基板と、を有し、前記供給部は、前記複数の実装部の中央に配置される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態１に係るセンサーユニットの斜視図。
【図2】センサーユニットの透過平面図。
【図3】センサーモジュールの分解斜視図。
【図4】センサー基板の第１面、第２面の平面図。
【図5】センサーモジュールの斜視図。
【図6】慣性センサーチップの概略構成を示す平面図。
【図7】ａ軸方向の加速度センサーの平面図。
【図8】ｃ軸方向の加速度センサーの平面図。
【図9】基板の平面図。
【図10】制御ＩＣの機能ブロック図。
【図11】実施形態２に係る基板の斜視図。
【図12】基板の第１面、第２面の平面図。
【図13】実施形態３に係る基板の平面図。
【図14】変形例における基板の第１面、第２面の平面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
【0009】
図１に示す本実施形態のセンサーユニット１００は、例えば、自動車、農業機械、建設機械、ロボットおよびドローンなどの移動体に取付けられ、これらの被装着体の姿勢や挙動を検出する慣性計測装置である。なお、被装着体は自動車などの運動体に限らず、例えば、橋梁、高架や、軌道などの建造物であっても良い。建造物に取付ける場合は、建造物の健全度をチェックする構造ヘルスモニタリングシステムとして用いられる。
【0010】
図１に示すように、センサーユニット１００は、平面的に略長方形状をなしている。以下、長方形の長辺方向をＹ（＋）方向とし、短辺方向をＸ（＋）方向とする。そして、センサーユニット１００の厚さ方向をＺ（＋）として座標軸で示して説明する。
センサーユニット１００は、３軸の角速度を検出する角速度センサーおよび３軸の加速度を検出する加速度センサーを備えた複合センサーユニットである。これにより、利便性の高いセンサーユニット１００としている。
センサーユニット１００は、３軸の角速度を検出する角速度センサーおよび３軸の加速度を検出する加速度センサーを備えた複合センサーユニットである。これにより、利便性の高いセンサーユニット１００としている。
【0011】
センサーユニット１００の筐体９は、収納部９１ｂを有するベース９１と、収納部９１ｂを覆うリッドである蓋体９２とを備える。収納部９１ｂを蓋体９２で塞ぐことにより、収容空間Ｓ１が形成される。ベース９１の一方の短辺には、外部コネクター９３が設けられている。外部コネクター９３は、筐体９の内部機器と外部との間の電気的な接続を行うレセプタクルである。また、センサーユニット１００の駆動電力は、外部コネクター９３を介して外部から供給される。
ベース９１及び蓋体９２は、アルミニウム（Ａｌ）により構成され得る。その他、ベース９１及び蓋体９２のそれぞれの材料として、例えば、Ａｌ合金、亜鉛（Ｚｎ）、ステンレス等の金属材料、各種セラミックス、各種樹脂材料、及びこれらの複合材料が採用可能である。筐体９は、収容空間Ｓ１に収容される内部機器を塵、湿気、紫外線、衝撃等から保護する。
ベース９１及び蓋体９２は、アルミニウム（Ａｌ）により構成され得る。その他、ベース９１及び蓋体９２のそれぞれの材料として、例えば、Ａｌ合金、亜鉛（Ｚｎ）、ステンレス等の金属材料、各種セラミックス、各種樹脂材料、及びこれらの複合材料が採用可能である。筐体９は、収容空間Ｓ１に収容される内部機器を塵、湿気、紫外線、衝撃等から保護する。
【0012】
図２に示すように、ベース９１の収納部９１ｂには、ＩＦ基板６、基板１０などが収納されている。収納部９１ｂは、平面的に略長方形をなしている。なお、図２は、蓋体９２を透過した平面図である。
ＩＦ基板６は、収納部９１ｂにおける一方の短辺側の壁と平行に収納されている。換言すれば、ＩＦ基板６は、収納部９１ｂに垂直にセットされる。ＩＦ基板６には、外部コネクター９３が実装されており、外部と基板１０との間の通信インターフェイス機能を担う。ＩＦ基板６には、外部コネクター９３に加えて、コネクター７１や、複数の電子部品が実装されている。ＩＦ基板６は、好適例では、ガラスエポキシ基板を用いる。なお、これに限定するものではなく、リジット基板であれば良く、例えば、コンポジット基板であっても良い。
ＩＦ基板６は、収納部９１ｂにおける一方の短辺側の壁と平行に収納されている。換言すれば、ＩＦ基板６は、収納部９１ｂに垂直にセットされる。ＩＦ基板６には、外部コネクター９３が実装されており、外部と基板１０との間の通信インターフェイス機能を担う。ＩＦ基板６には、外部コネクター９３に加えて、コネクター７１や、複数の電子部品が実装されている。ＩＦ基板６は、好適例では、ガラスエポキシ基板を用いる。なお、これに限定するものではなく、リジット基板であれば良く、例えば、コンポジット基板であっても良い。
【0013】
基板１０は、ＩＦ基板６の隣に、収納部９１ｂに平行に収納される。基板１０は、好適例では、ガラスエポキシ基板を用いる。なお、これに限定するものではなく、リジット基板であれば良く、例えば、コンポジット基板であっても良い。基板１０は、平面的に略長方形をなしており、その長辺が、収納部９１ｂの長辺に沿って収納される。
基板１０には、センサーモジュール２ａ、センサーモジュール２ｂ、センサーモジュール２ｃ、センサーモジュール２ｄ、コネクター７２、制御ＩＣ８５などが実装されている。センサーモジュール２ａ、センサーモジュール２ｂ、センサーモジュール２ｃ、及び、センサーモジュール２ｄは、同じ構成の慣性計測モジュールである。以下において、４つのセンサーモジュールに共通の内容については、これらを括ってセンサーモジュール２ともいう。
基板１０には、センサーモジュール２ａ、センサーモジュール２ｂ、センサーモジュール２ｃ、センサーモジュール２ｄ、コネクター７２、制御ＩＣ８５などが実装されている。センサーモジュール２ａ、センサーモジュール２ｂ、センサーモジュール２ｃ、及び、センサーモジュール２ｄは、同じ構成の慣性計測モジュールである。以下において、４つのセンサーモジュールに共通の内容については、これらを括ってセンサーモジュール２ともいう。
【0014】
４つのセンサーモジュール２は、基板１０の第１面１０ａにマトリックス状に配置されている。センサーモジュール２は、平面的に略正方形をなしている。
基板１０におけるＸプラス側の長辺に沿って、外部コネクター９３側から、センサーモジュール２ａ、センサーモジュール２ｄが並んで配置されている。そして、基板１０におけるＸマイナス側の長辺に沿って、外部コネクター９３側から、センサーモジュール２ｂ、センサーモジュール２ｃが並んで配置されている。
４つのセンサーモジュール２は、基板１０の略中心の中心点６５を中心にして配置されている。中心点６５は、４つのセンサーモジュール２の配置の中心点であり、仮想加速度原点でもある。
基板１０におけるＸプラス側の長辺に沿って、外部コネクター９３側から、センサーモジュール２ａ、センサーモジュール２ｄが並んで配置されている。そして、基板１０におけるＸマイナス側の長辺に沿って、外部コネクター９３側から、センサーモジュール２ｂ、センサーモジュール２ｃが並んで配置されている。
４つのセンサーモジュール２は、基板１０の略中心の中心点６５を中心にして配置されている。中心点６５は、４つのセンサーモジュール２の配置の中心点であり、仮想加速度原点でもある。
【0015】
基板１０の第１面１０ａには、コネクター７２も実装されている。コネクター７２は、ＩＦ基板６のコネクター７１と対となるコネクターであり、基板１０のＹマイナス側の短辺に沿って配置されている。そして、コネクター７１とコネクター７２との間は、フラットケーブル７３により接続される。フラットケーブル７３は、複数本の電気配線を帯状に束ねたものであり、ＩＦ基板６と基板１０との間を電気的に接続する。外部コネクター９３を介して外部から供給される駆動電力は、フラットケーブル７３及びコネクター７２を経由して基板１０に供給され、４つのセンサーモジュール２に供給される。
【0016】
基板１０の第２面１０ｂには、制御ＩＣ８５が実装されている。なお、第２面１０ｂには、他にも複数の電子部品が実装されているが、図示を省略している。
制御ＩＣ８５は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部等を内蔵し、センサーユニット１００の各部を統括制御する。また、制御ＩＣ８５は、各センサーモジュール２から出力される複数の検出データを合成して、センサーユニット１００としての検出データを生成する。なお、制御ＩＣ８５の詳細は、後述する。
制御ＩＣ８５は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部等を内蔵し、センサーユニット１００の各部を統括制御する。また、制御ＩＣ８５は、各センサーモジュール２から出力される複数の検出データを合成して、センサーユニット１００としての検出データを生成する。なお、制御ＩＣ８５の詳細は、後述する。
【0017】
＊＊＊センサーモジュールの構成＊＊＊
図３は、センサーモジュールの分解斜視図である。
図３に示すように、センサーモジュール２は、アウターケース１、接合部材１１、センサー基板１５、インナーケース２０などから構成される。
図３は、センサーモジュールの分解斜視図である。
図３に示すように、センサーモジュール２は、アウターケース１、接合部材１１、センサー基板１５、インナーケース２０などから構成される。
【0018】
アウターケース１は、外形が略直方体をなした箱状の筐体である。好適例では、材質としてアルミニウムを採用している。なお、アルミニウムに限定するものではなく、他の金属や、セラミックを用いても良い。アウターケース１の外側の対角部分には、２つの切欠き穴８が形成されている。切欠き穴８に不図示のネジを挿入することで、センサーモジュール２を被装着体に固定することができる。なお、切欠き穴８に限定するものではなく、例えば、丸穴（貫通孔）を形成してネジ止めする構成としても良い。
【0019】
アウターケース１には、センサー基板１５がセットされた状態のインナーケース２０を収納するための収納部５が設けられている。
収納部５は、底部３ａを底面とした第１凹部３と、第１凹部３を囲う受け部４ａを有する第２凹部４とから構成される。第１凹部３には、センサー基板１５が収納される。受け部４ａは、底部３ａから階段状に立ち上がったリング状のインナーケース２０の受け部であり、第２凹部４には、接合部材１１を介してインナーケース２０が収納される。
接合部材１１は、アウターケース１とインナーケース２０との間に配置される樹脂製の緩衝部材である。接合部材１１は、受け部４ａと同様なリング状の部材であり、受け部４ａの上にセットされる。
収納部５は、底部３ａを底面とした第１凹部３と、第１凹部３を囲う受け部４ａを有する第２凹部４とから構成される。第１凹部３には、センサー基板１５が収納される。受け部４ａは、底部３ａから階段状に立ち上がったリング状のインナーケース２０の受け部であり、第２凹部４には、接合部材１１を介してインナーケース２０が収納される。
接合部材１１は、アウターケース１とインナーケース２０との間に配置される樹脂製の緩衝部材である。接合部材１１は、受け部４ａと同様なリング状の部材であり、受け部４ａの上にセットされる。
【0020】
インナーケース２０は、センサー基板１５を支持する部材であり、アウターケース１の第２凹部４に収納され得る形状に構成されている。インナーケース２０は、アウターケース１と同じ材質で構成され、好適例ではアルミニウム製としている。インナーケース２０には、センサー基板１５のモジュールコネクター２５を外部に露出させるための開口部２１と、センサー基板１５に実装された電子部品を収納するための第３凹部２３とが設けられている。
そして、アウターケース１の収納部５に、センサー基板１５を含むインナーケース２０が収納され一体化された状態で、アウターケース１とインナーケース２０とが、２本の固定ネジ７により固定される。２本の固定ネジ７は、センサーモジュール２の固定用の２ヶ所の切欠き穴８とは、異なる対角位置に設けられている。
そして、アウターケース１の収納部５に、センサー基板１５を含むインナーケース２０が収納され一体化された状態で、アウターケース１とインナーケース２０とが、２本の固定ネジ７により固定される。２本の固定ネジ７は、センサーモジュール２の固定用の２ヶ所の切欠き穴８とは、異なる対角位置に設けられている。
【0021】
【0022】
センサー基板１５は、好適例では、多層のガラスエポキシ基板を用いている。センサー基板１５の外形は、平面視において角部を面取りした変形の正方形状をなしている。
また、センサー基板１５においてモジュールコネクター２５が実装される面を第１面１５ａ、第１面１５ａとは反対側の面を第２面１５ｂという。また、センサー基板１５では、側面にも電子部品を実装可能に設けられている。
なお、センサーユニット１００の検出軸と、センサーモジュール２の検出軸とを区別するために、それぞれが直交するａ軸、ｂ軸、ｃ軸の座標軸を用いて説明する。
また、センサー基板１５においてモジュールコネクター２５が実装される面を第１面１５ａ、第１面１５ａとは反対側の面を第２面１５ｂという。また、センサー基板１５では、側面にも電子部品を実装可能に設けられている。
なお、センサーユニット１００の検出軸と、センサーモジュール２の検出軸とを区別するために、それぞれが直交するａ軸、ｂ軸、ｃ軸の座標軸を用いて説明する。
【0023】
センサー基板１５を正方形状と見做した際に、センサー基板１５の中心Ｏの周りに定義される４つの象限を第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４とする。
まず、センサー基板１５の第１面１５ａにおける第１象限Ｑ１には、角速度センサー２６ｂが配置されている。詳しくは、角速度センサー２６ｂは、センサー基板１５におけるｂ（＋）方向の一辺の側面に実装されている。角速度センサー２６ｂは、ｂ軸回りの角速度ωｂを検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いる。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、角速度を検出可能なセンサーで有れば良い。例えば、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。
まず、センサー基板１５の第１面１５ａにおける第１象限Ｑ１には、角速度センサー２６ｂが配置されている。詳しくは、角速度センサー２６ｂは、センサー基板１５におけるｂ（＋）方向の一辺の側面に実装されている。角速度センサー２６ｂは、ｂ軸回りの角速度ωｂを検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いる。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、角速度を検出可能なセンサーで有れば良い。例えば、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。
【0024】
第１面１５ａの第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３には、センサー基板１５の一辺に沿って、モジュールコネクター２５が延在配置されている。モジュールコネクター２５は、プラグ型のコネクターであり、ｂ（＋）方向に沿って等ピッチで配置された２列の接続端子を備えている。なお、接続端子の周囲を囲う壁を備えたシュラウド型のコネクターを用いても良い。
第１面１５ａの第４象限Ｑ４には、角速度センサー２６ａが配置されている。詳しくは、角速度センサー２６ａは、センサー基板１５におけるａ（＋）方向の一辺の側面に実装されている。角速度センサー２６ａは、角速度センサー２６ｂと同じ構成の角速度センサーであり、ａ軸回りの角速度ωａを検出する。
第１面１５ａの第４象限Ｑ４には、角速度センサー２６ａが配置されている。詳しくは、角速度センサー２６ａは、センサー基板１５におけるａ（＋）方向の一辺の側面に実装されている。角速度センサー２６ａは、角速度センサー２６ｂと同じ構成の角速度センサーであり、ａ軸回りの角速度ωａを検出する。
【0025】
第１面１５ａの第４象限Ｑ４には、モジュール制御ＩＣ２８が実装されている。モジュール制御ＩＣ２８は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部等を内蔵し、センサーモジュール２の各部を統括制御する。記憶部には、加速度、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、センサー基板１５の第１面１５ａには、他にも複数の電子部品が実装されているが、図示を省略している。
【0026】
センサー基板１５の第２面１５ｂにおける第１象限Ｑ１には、慣性センサーチップ２７が実装されている。なお、慣性センサーチップ２７の詳細は、後述する。
第２面１５ｂの第４象限Ｑ４には、角速度センサー２６ｃが実装されている。角速度センサー２６ｃは、角速度センサー２６ｂと同じ構成の角速度センサーであり、ｃ軸回りの角速度ωｃを検出する。なお、第２面１５ｂには、他にも複数の電子部品が実装されているが、図示を省略している。
第２面１５ｂの第４象限Ｑ４には、角速度センサー２６ｃが実装されている。角速度センサー２６ｃは、角速度センサー２６ｂと同じ構成の角速度センサーであり、ｃ軸回りの角速度ωｃを検出する。なお、第２面１５ｂには、他にも複数の電子部品が実装されているが、図示を省略している。
【0027】
図５は、センサーモジュールの斜視図である。
図５は、センサー基板１５を組み込んだ状態のセンサーモジュール２をインナーケース２０側から観察した斜視図である。
センサーモジュール２を、センサーユニット１００の基板１０に配置する際には、インナーケース２０側を基板１０に向けて載置する。この際、モジュールコネクター２５と、基板１０側の対となる基板コネクター３５（図９）とが勘合するように、センサーモジュール２をセットする。
図５は、センサー基板１５を組み込んだ状態のセンサーモジュール２をインナーケース２０側から観察した斜視図である。
センサーモジュール２を、センサーユニット１００の基板１０に配置する際には、インナーケース２０側を基板１０に向けて載置する。この際、モジュールコネクター２５と、基板１０側の対となる基板コネクター３５（図９）とが勘合するように、センサーモジュール２をセットする。
【0028】
＊＊＊慣性センサーチップの概要＊＊＊
図６は、慣性センサーチップの概略構成を示す平面図である。
図６に示す本実施形態の慣性センサーチップ２７は、３軸の加速度センサーを備えた加速度センサーデバイスである。好適例では、慣性センサーチップ２７は、ａ軸方向の加速度を検出する加速度センサー５１ａと、ｂ軸方向の加速度を検出する加速度センサー５１ｂと、ｃ軸方向の加速度を検出する加速度センサー５２とを１チップのＩＣ（Integrated Circuit）パッケージに搭載したデバイスを用いる。
図６は、慣性センサーチップの概略構成を示す平面図である。
図６に示す本実施形態の慣性センサーチップ２７は、３軸の加速度センサーを備えた加速度センサーデバイスである。好適例では、慣性センサーチップ２７は、ａ軸方向の加速度を検出する加速度センサー５１ａと、ｂ軸方向の加速度を検出する加速度センサー５１ｂと、ｃ軸方向の加速度を検出する加速度センサー５２とを１チップのＩＣ（Integrated Circuit）パッケージに搭載したデバイスを用いる。
【0029】
３つの加速度センサー５１ａ，５１ｂ、加速度センサー５２は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造された加速度センサー素子であり、基材４０と蓋体４１との間に形成された収容空間Ｓ２内に揺動可能に配置されている。これらの加速度センサーは、可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて、加速度を検出する。
基材４０は、シリコン基板である。基材４０は、アルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスを主材料として形成された基板であっても良い。シリコン半導体プロセスに準拠した工程により、基材４０上にポリシリコンなどの材料によりセンサー構造体が形成される。本実施形態におけるセンサー構造体は、加速度センサー５１ａ，５１ｂ、及び、加速度センサー５２である。なお、基材４０には、基材４０を掘下げたキャビティ４０ａが設けられており、各センサーは、キャビティ４０ａに設けられた凸部である固定部により支持される。
基材４０は、シリコン基板である。基材４０は、アルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスを主材料として形成された基板であっても良い。シリコン半導体プロセスに準拠した工程により、基材４０上にポリシリコンなどの材料によりセンサー構造体が形成される。本実施形態におけるセンサー構造体は、加速度センサー５１ａ，５１ｂ、及び、加速度センサー５２である。なお、基材４０には、基材４０を掘下げたキャビティ４０ａが設けられており、各センサーは、キャビティ４０ａに設けられた凸部である固定部により支持される。
【0030】
蓋体４１には、額縁状の側壁からなる周縁部から掘下げられた凹部が設けられており、基材４０と接合することにより、収容空間Ｓ２が形成される。蓋体４１は、基材４０と同様にシリコン基板で形成される。これにより、蓋体４１と基材４０とを陽極接合によって強固に接合することができる。両者の接合にはガラスフリット等が使用され、センサー構造体は最終的に外気に対して気密封止された構造となる。収容空間Ｓ２は、好適例では、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度が－４０℃～１２５℃程度で、ほぼ大気圧に設定されている。収容空間Ｓ２を大気圧とすることにより、粘性抵抗が増してダンピング効果が発揮され、加速度センサー５１ａ，５１ｂ、加速度センサー５２の振動を速やかに収束させることができる。そのため、加速度センサーの検出精度が向上する。
【0031】
図６に示すように、加速度センサー５２は、収容空間Ｓ２の右側の領域において、ａプラス方向に延在して配置されている。加速度センサー５１ａ，５１ｂは、収容空間Ｓ２の左側の領域において、ａプラス方向に並んで配置されている。
【0032】
図７は、ａ軸方向の加速度センサーの平面図である。
図７に示すように、加速度センサー５１ａは、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４２に固定される固定部５０と、固定部５０に対してａ軸方向に変位可能な可動体５７と、固定部５０と可動体５７とを連結するバネ５３、５４と、可動体５７が備える第１可動電極５５および第２可動電極５６と、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４３に固定され、第１可動電極５５と対向する第１固定電極５８と、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４４に固定され、第２可動電極５６と対向する第２固定電極５９とを有する。
図７に示すように、加速度センサー５１ａは、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４２に固定される固定部５０と、固定部５０に対してａ軸方向に変位可能な可動体５７と、固定部５０と可動体５７とを連結するバネ５３、５４と、可動体５７が備える第１可動電極５５および第２可動電極５６と、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４３に固定され、第１可動電極５５と対向する第１固定電極５８と、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４４に固定され、第２可動電極５６と対向する第２固定電極５９とを有する。
【0033】
また、第１、第２可動電極５５、５６が固定部５０において配線Ｅ５１と電気的に接続され、第１固定電極５８が配線Ｅ５２と電気的に接続され、第２固定電極５９が配線Ｅ５３と電気的に接続されている。そして、第１、第２可動電極５５、５６に駆動電圧が印加される。一方、第１、第２固定電極５８、５９は、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）が印加され、不図示の電極パッドを介してチャージアンプに接続される。
これにより、第１可動電極５５および第１固定電極５８の間に静電容量Ｃａ１が形成され、第２可動電極５６および第２固定電極５９の間に静電容量Ｃａ２が形成される。
これにより、第１可動電極５５および第１固定電極５８の間に静電容量Ｃａ１が形成され、第２可動電極５６および第２固定電極５９の間に静電容量Ｃａ２が形成される。
【0034】
静電容量Ｃａ１、Ｃａ２が形成されている状態で、加速度センサー５１ａに矢印で示すように加速度Ａａが加わると、可動体５７がａ軸方向に変位し、それに伴って静電容量Ｃａ１、Ｃａ２が互いに逆相で変化する。
また、静電容量Ｃａ１、Ｃａ２の変化に基づいて、第１可動電極５５と第１固定電極５８との間、第２可動電極５６と第２固定電極５９との間に誘起される電荷量も変化する。第１可動電極５５と第１固定電極５８との間、第２可動電極５６と第２固定電極５９との間に誘起される電荷量の違いが発生するとチャージアンプの電圧値として出力される。これにより、チャージアンプから出力される電圧値に基づいて加速度センサー５１ａが受けた加速度Ａａを求めることができる。
なお、加速度センサー５１ｂも、加速度センサー５１ａと同じ構成であり、配置方向がマイナス９０°回転している。詳しくは、固定部５０の延在方向が、ｂ軸方向となっている。これにより、ｂ軸方向の加速度を検出することができる。
また、静電容量Ｃａ１、Ｃａ２の変化に基づいて、第１可動電極５５と第１固定電極５８との間、第２可動電極５６と第２固定電極５９との間に誘起される電荷量も変化する。第１可動電極５５と第１固定電極５８との間、第２可動電極５６と第２固定電極５９との間に誘起される電荷量の違いが発生するとチャージアンプの電圧値として出力される。これにより、チャージアンプから出力される電圧値に基づいて加速度センサー５１ａが受けた加速度Ａａを求めることができる。
なお、加速度センサー５１ｂも、加速度センサー５１ａと同じ構成であり、配置方向がマイナス９０°回転している。詳しくは、固定部５０の延在方向が、ｂ軸方向となっている。これにより、ｂ軸方向の加速度を検出することができる。
【0035】
図８は、ｃ軸方向の加速度センサーの平面図である。
図８に示すように、加速度センサー５２は、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４５に固定されている固定部７０と、固定部７０と梁７８を介して接続され、固定部７０に対してｂ軸に沿う揺動軸Ｊまわりに揺動可能な可動体７７とを有する。また、可動体７７は、揺動軸Ｊの一方側に位置する第１可動部６６と、他方側に位置する第２可動部６７とを有する。第１可動部６６と第２可動部６７とは、揺動軸Ｊまわりの回転モーメントが互いに異なっている。
また、キャビティ４０ａの底面には、第１可動部６６と対向する第１固定電極７４と、第２可動部６７と対向する第２固定電極７５とが配置されている。
図８に示すように、加速度センサー５２は、キャビティ４０ａの底面から突出するマウント４５に固定されている固定部７０と、固定部７０と梁７８を介して接続され、固定部７０に対してｂ軸に沿う揺動軸Ｊまわりに揺動可能な可動体７７とを有する。また、可動体７７は、揺動軸Ｊの一方側に位置する第１可動部６６と、他方側に位置する第２可動部６７とを有する。第１可動部６６と第２可動部６７とは、揺動軸Ｊまわりの回転モーメントが互いに異なっている。
また、キャビティ４０ａの底面には、第１可動部６６と対向する第１固定電極７４と、第２可動部６７と対向する第２固定電極７５とが配置されている。
【0036】
そして、可動体７７が固定部７０において配線Ｅ７１と電気的に接続され、第１固定電極７４が配線Ｅ７２と電気的に接続され、第２固定電極７５が配線Ｅ７３と電気的に接続されている。
可動体７７には、不図示の電極パッドを介して駆動電圧が印加される。一方、第１、第２固定電極７４、７５は、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）が印加され、不図示の電極パッドを介してチャージアンプに接続される。これにより、第１可動部６６および第１固定電極７４の間に静電容量Ｃｃ１が形成され、第２可動部６７および第２固定電極７５の間に静電容量Ｃｃ２が形成される。
可動体７７には、不図示の電極パッドを介して駆動電圧が印加される。一方、第１、第２固定電極７４、７５は、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）が印加され、不図示の電極パッドを介してチャージアンプに接続される。これにより、第１可動部６６および第１固定電極７４の間に静電容量Ｃｃ１が形成され、第２可動部６７および第２固定電極７５の間に静電容量Ｃｃ２が形成される。
【0037】
静電容量Ｃｃ１、Ｃｃ２が形成されている状態で、加速度センサー５２に加速度Ａｃが加わると、可動体７７が揺動軸Ｊまわりに変位し、それに伴って静電容量Ｃｃ１、Ｃｃ２が互いに逆相で変化する。
静電容量Ｃｃ１、Ｃｃ２の変化に伴い、第１可動部６６と第１固定電極７４との間、第２可動部６７と第２固定電極７５との間に誘起される電荷量も変化する。
第１可動部６６と第１固定電極７４との間、第２可動部６７と第２固定電極７５との間に誘起される電荷量の違いが発生するとチャージアンプの電圧値として出力される。そして、チャージアンプから出力される電圧値に基づき、加速度センサー５２が受けた加速度Ａｃを求めることができる。
静電容量Ｃｃ１、Ｃｃ２の変化に伴い、第１可動部６６と第１固定電極７４との間、第２可動部６７と第２固定電極７５との間に誘起される電荷量も変化する。
第１可動部６６と第１固定電極７４との間、第２可動部６７と第２固定電極７５との間に誘起される電荷量の違いが発生するとチャージアンプの電圧値として出力される。そして、チャージアンプから出力される電圧値に基づき、加速度センサー５２が受けた加速度Ａｃを求めることができる。
【0038】
なお、上記では、慣性センサーチップ２７は、３軸の加速度センサーを備えるものとして説明したが、これに限定するものではなく、３軸の加速度センサーに加えて、３軸の角速度センサーを備えていても良い。この場合、３軸の角速度センサーは、ＭＥＭＳ技術を用いて構成することが好ましい。
また、慣性センサーチップ２７を６軸モーションセンサーとして構成する際は、少なくとも加速度３軸、角速度３軸の検出ができれば良く、例えば、センサー素子が３素子であっても良い。この場合、例えば、２つの加速度センサー素子と、１つの角速度センサー素子とによる３つのセンサー素子構成とする。この３素子は、検出軸の共通化などの複合化設計により、加速度３軸、角速度３軸の検出が可能なセンサー素子となっている。
また、慣性センサーチップ２７を６軸モーションセンサーとして構成する際は、少なくとも加速度３軸、角速度３軸の検出ができれば良く、例えば、センサー素子が３素子であっても良い。この場合、例えば、２つの加速度センサー素子と、１つの角速度センサー素子とによる３つのセンサー素子構成とする。この３素子は、検出軸の共通化などの複合化設計により、加速度３軸、角速度３軸の検出が可能なセンサー素子となっている。
【0039】
＊＊＊基板の配線態様＊＊＊
図９は、基板の平面図である。なお、図９では、アウターケース１を破線で示している。
前述したように、４つのセンサーモジュール２は、基板１０の第１面１０ａにマトリックス状に配置されている。
以降、基板１０の中心点６５の周りに定義される４つの象限を第１象限Ｑ１１、第２象限Ｑ１２、第３象限Ｑ１３及び第４象限Ｑ１４として説明する。なお、各象限は、センサーモジュール２を実装する実装部に相当する。
図９は、基板の平面図である。なお、図９では、アウターケース１を破線で示している。
前述したように、４つのセンサーモジュール２は、基板１０の第１面１０ａにマトリックス状に配置されている。
以降、基板１０の中心点６５の周りに定義される４つの象限を第１象限Ｑ１１、第２象限Ｑ１２、第３象限Ｑ１３及び第４象限Ｑ１４として説明する。なお、各象限は、センサーモジュール２を実装する実装部に相当する。
【0040】
中心点６５を基準として、Ｘプラス方向でＹプラス方向の第１象限Ｑ１１には、センサーモジュール２ａが配置される。
中心点６５を基準として、Ｘマイナス方向でＹプラス方向の第２象限Ｑ１２には、センサーモジュール２ｂが配置される。
中心点６５を基準として、Ｘマイナス方向でＹマイナス方向の第３象限Ｑ１３には、センサーモジュール２ｃが配置される。
中心点６５を基準として、Ｘプラス方向でＹマイナス方向の第４象限Ｑ１４には、センサーモジュール２ｄが配置される。換言すれば、複数の実装部としての第１象限Ｑ１１～第４象限Ｑ１４には、それぞれセンサーモジュール２ａ～２ｄが実装される。
中心点６５を基準として、Ｘマイナス方向でＹプラス方向の第２象限Ｑ１２には、センサーモジュール２ｂが配置される。
中心点６５を基準として、Ｘマイナス方向でＹマイナス方向の第３象限Ｑ１３には、センサーモジュール２ｃが配置される。
中心点６５を基準として、Ｘプラス方向でＹマイナス方向の第４象限Ｑ１４には、センサーモジュール２ｄが配置される。換言すれば、複数の実装部としての第１象限Ｑ１１～第４象限Ｑ１４には、それぞれセンサーモジュール２ａ～２ｄが実装される。
【0041】
また、中心点６５を基準として、センサーモジュール２ａを反時計回りに９０°回転した状態が、センサーモジュール２ｂの配置位置となる。同様に、中心点６５を基準として、センサーモジュール２ａを反時計回りに１８０°回転した状態が、センサーモジュール２ｃの配置位置となり、反時計回りに２７０°回転した状態が、センサーモジュール２ｄの配置位置となる。つまり、センサーモジュール２ｃは、中心点６５を対称中心として、センサーモジュール２ａと点対称となっている。センサーモジュール２ｄは、中心点６５を対称中心として、センサーモジュール２ｂと点対称となっている。
【0042】
４つのセンサーモジュール２には、中心点６５の周囲に設けられた供給部８１からそれぞれ電源が供給されている。供給部８１は、中心点６５を中心とした略正方形のエリアである。供給部８１は、基板１０に形成された複数本の配線パターンから構成されるが、図９では、電源ラインの配線経路を示している。電源ラインは、ＶＤＤ、ＧＮＤを含む電源電位を供給する配線パターンである。
供給部８１には、基板１０のコネクター７２から経路８０に沿って設けられた電源ラインを通って、外部からの電源が供給される。なお、実際は、センサー基板１５のモジュールコネクター２５に接続される他の配線も、経路８０に沿って設けられているが、図示を省略している。後述の経路８２ａ～８２ｄにおいても同様である。なお、経路８０、供給部８１において、ＧＮＤラインは幅広のベタパターンで形成されていても良く、ビアホールで裏面にも導通を取りベタパターンで裏打ちされていても良い。そして、ＶＤＤラインを含む電源供給ラインも他の配線よりも幅広なパターンとすることが好ましい。これらにより、電源ラインのインピーダンスを低くすることができる。
供給部８１には、基板１０のコネクター７２から経路８０に沿って設けられた電源ラインを通って、外部からの電源が供給される。なお、実際は、センサー基板１５のモジュールコネクター２５に接続される他の配線も、経路８０に沿って設けられているが、図示を省略している。後述の経路８２ａ～８２ｄにおいても同様である。なお、経路８０、供給部８１において、ＧＮＤラインは幅広のベタパターンで形成されていても良く、ビアホールで裏面にも導通を取りベタパターンで裏打ちされていても良い。そして、ＶＤＤラインを含む電源供給ラインも他の配線よりも幅広なパターンとすることが好ましい。これらにより、電源ラインのインピーダンスを低くすることができる。
【0043】
センサーモジュール２ａには、供給部８１から経路８２ａを通って電源が供給される。経路８２ａは、供給部８１からＹプラス方向に延在した後、Ｘプラス方向に折れ曲がり、基板コネクター３５ａに接続する。基板コネクター３５ａは、センサー基板１５のモジュールコネクター２５と対となるソケット型のコネクターであり、基板１０の第１面１０ａに表面実装されている。なお、経路８２ａにおいても、経路８０と同様に、ＧＮＤラインを幅広のベタパターンで形成しても良く、他の電源供給ラインも幅広パターンとしても良い。経路８２ｂ～８２ｄにおいても同様である。
センサーモジュール２ａは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ａにモジュールコネクター２５を挿入して、第１象限Ｑ１１にセットされる。なお、図９では、構成を解り易くするために、モジュールコネクター２５を実線（透過図）で示しているが、実際は、回路基板１５の裏面（第１面１５ａ）側に実装されている。他のセンサーモジュールでも同様である。
センサーモジュール２ａは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ａにモジュールコネクター２５を挿入して、第１象限Ｑ１１にセットされる。なお、図９では、構成を解り易くするために、モジュールコネクター２５を実線（透過図）で示しているが、実際は、回路基板１５の裏面（第１面１５ａ）側に実装されている。他のセンサーモジュールでも同様である。
【0044】
基板コネクター３５ａにおいて、電源ラインは、供給部８１に近い電源供給部３６ａに集中して設けられている。電源供給部３６ａは、Ｙプラス方向に延在する基板コネクター３５のＹマイナス側の部分であり、基板コネクター３５の長さの１／３位の部分である。図９に示すように、電源供給部３６ａは、センサー基板１５の第３象限Ｑ３に位置している。つまり、電源供給部３６ａは、センサー基板１５において、供給部８１に一番近い象限に配置されている。
【0045】
センサーモジュール２ｂには、供給部８１から経路８２ｂを通って電源が供給される。経路８２ｂは、中心点６５を基準として、経路８２ａを反時計回りに９０°回転させた経路であり、供給部８１と基板コネクター３５ｂとを電気的に接続する。
基板コネクター３５ｂは、センサー基板１５のモジュールコネクター２５と対となるソケット型のコネクターであり、基板１０の第１面１０ａに表面実装されている。
センサーモジュール２ｂは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ｂにモジュールコネクター２５を挿入して、第２象限Ｑ１２にセットされる。
基板コネクター３５ｂにも、電源供給部３６ａと同様に、電源ラインを集中させた電源供給部３６ｂが設けられている。図９に示すように、電源供給部３６ｂは、センサー基板１５の第３象限Ｑ３に位置している。つまり、電源供給部３６ａは、センサー基板１５において、供給部８１に一番近い象限に配置されている。
基板コネクター３５ｂは、センサー基板１５のモジュールコネクター２５と対となるソケット型のコネクターであり、基板１０の第１面１０ａに表面実装されている。
センサーモジュール２ｂは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ｂにモジュールコネクター２５を挿入して、第２象限Ｑ１２にセットされる。
基板コネクター３５ｂにも、電源供給部３６ａと同様に、電源ラインを集中させた電源供給部３６ｂが設けられている。図９に示すように、電源供給部３６ｂは、センサー基板１５の第３象限Ｑ３に位置している。つまり、電源供給部３６ａは、センサー基板１５において、供給部８１に一番近い象限に配置されている。
【0046】
センサーモジュール２ｃには、供給部８１から経路８２ｃを通って電源が供給される。経路８２ｃは、中心点６５を基準として、経路８２ａを反時計回りに１８０°回転させた経路であり、供給部８１と基板コネクター３５ｃとを電気的に接続する。
基板コネクター３５ｃは、センサー基板１５のモジュールコネクター２５と対となるソケット型のコネクターであり、基板１０の第１面１０ａに表面実装されている。
センサーモジュール２ｃは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ｃにモジュールコネクター２５を挿入して、第３象限Ｑ１３にセットされる。
基板コネクター３５ｃにも、電源供給部３６ａと同様に、電源ラインを集中させた電源供給部３６ｃが設けられている。図９に示すように、電源供給部３６ｃは、センサー基板１５の第３象限Ｑ３に位置している。つまり、電源供給部３６ｃは、センサー基板１５において、供給部８１に一番近い象限に配置されている。
基板コネクター３５ｃは、センサー基板１５のモジュールコネクター２５と対となるソケット型のコネクターであり、基板１０の第１面１０ａに表面実装されている。
センサーモジュール２ｃは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ｃにモジュールコネクター２５を挿入して、第３象限Ｑ１３にセットされる。
基板コネクター３５ｃにも、電源供給部３６ａと同様に、電源ラインを集中させた電源供給部３６ｃが設けられている。図９に示すように、電源供給部３６ｃは、センサー基板１５の第３象限Ｑ３に位置している。つまり、電源供給部３６ｃは、センサー基板１５において、供給部８１に一番近い象限に配置されている。
【0047】
センサーモジュール２ｄには、供給部８１から経路８２ｄを通って電源が供給される。経路８２ｄは、中心点６５を基準として、経路８２ａを反時計回りに２７０°回転させた経路であり、供給部８１と基板コネクター３５ｄとを電気的に接続する。
基板コネクター３５ｄは、センサー基板１５のモジュールコネクター２５と対となるソケット型のコネクターであり、基板１０の第１面１０ａに表面実装されている。
センサーモジュール２ｄは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ｄにモジュールコネクター２５を挿入して、第４象限Ｑ１４にセットされる。
基板コネクター３５ｄにも、電源供給部３６ａと同様に、電源ラインを集中させた電源供給部３６ｄが設けられている。図９に示すように、電源供給部３６ｄは、センサー基板１５の第３象限Ｑ３に位置している。つまり、電源供給部３６ｄは、センサー基板１５において、供給部８１に一番近い象限に配置されている。
基板コネクター３５ｄは、センサー基板１５のモジュールコネクター２５と対となるソケット型のコネクターであり、基板１０の第１面１０ａに表面実装されている。
センサーモジュール２ｄは、インナーケース２０（図５）を基板１０側に向けた状態で、基板コネクター３５ｄにモジュールコネクター２５を挿入して、第４象限Ｑ１４にセットされる。
基板コネクター３５ｄにも、電源供給部３６ａと同様に、電源ラインを集中させた電源供給部３６ｄが設けられている。図９に示すように、電源供給部３６ｄは、センサー基板１５の第３象限Ｑ３に位置している。つまり、電源供給部３６ｄは、センサー基板１５において、供給部８１に一番近い象限に配置されている。
【0048】
このように、供給部８１から各センサーモジュール２への電源供給は、同じ長さで、最短となる経路８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄで供給される。これにより、各経路における電源インピーダンスは等インピーダンスとなりバランスが取れるため、干渉やノイズを低減することができる。
換言すれば、センサーユニット１００は、複数のセンサーモジュール２と、センサーモジュール２のそれぞれを実装する複数の実装部としての第１象限Ｑ１１、第２象限Ｑ１２、第３象限Ｑ１３、第４象限Ｑ１４と、複数のセンサーモジュール２に電源を供給する供給部８１を有する基板１０と、を有し、供給部８１は、複数の実装部の中央に配置される。また、供給部８１の中央としての中心点６５に対して、複数のセンサーモジュール２は、点対称に配置される。そして、複数のセンサーモジュール２それぞれにおける電源供給部３６ａ～３６ｄは、供給部８１に近接して配置される。
換言すれば、センサーユニット１００は、複数のセンサーモジュール２と、センサーモジュール２のそれぞれを実装する複数の実装部としての第１象限Ｑ１１、第２象限Ｑ１２、第３象限Ｑ１３、第４象限Ｑ１４と、複数のセンサーモジュール２に電源を供給する供給部８１を有する基板１０と、を有し、供給部８１は、複数の実装部の中央に配置される。また、供給部８１の中央としての中心点６５に対して、複数のセンサーモジュール２は、点対称に配置される。そして、複数のセンサーモジュール２それぞれにおける電源供給部３６ａ～３６ｄは、供給部８１に近接して配置される。
【0049】
上記のように、複数のセンサーモジュール２は、中心点６５を対称中心として、点対称に配置されている。
これにより、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７は、中心点６５から等距離に配置される。詳しくは、図９に示すように、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７は、中心点６５を中心とした半径ｒ１の仮想円４８の円周上に配置されている。換言すれば、複数の加速度センサーデバイスとしての慣性センサーチップ２７は、供給部８１の中央である中心点６５から等距離に配置される。
前述したように、中心点６５は、４つのセンサーモジュール２の配置の中心点であるとともに、仮想加速度原点でもある。上記のように、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７を仮想加速度原点である中心点６５を中心とした仮想円４８上に配置することにより、簡単に遠心力成分等の不要な信号影響を低減することができる。詳しくは、角速度センサーにより遠心力成分の有無を検出し、当該遠心力成分を加速度センサーの検出値から除去することができる。
これにより、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７は、中心点６５から等距離に配置される。詳しくは、図９に示すように、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７は、中心点６５を中心とした半径ｒ１の仮想円４８の円周上に配置されている。換言すれば、複数の加速度センサーデバイスとしての慣性センサーチップ２７は、供給部８１の中央である中心点６５から等距離に配置される。
前述したように、中心点６５は、４つのセンサーモジュール２の配置の中心点であるとともに、仮想加速度原点でもある。上記のように、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７を仮想加速度原点である中心点６５を中心とした仮想円４８上に配置することにより、簡単に遠心力成分等の不要な信号影響を低減することができる。詳しくは、角速度センサーにより遠心力成分の有無を検出し、当該遠心力成分を加速度センサーの検出値から除去することができる。
【0050】
また、図９に示すように、各センサーモジュール２の角速度センサー２６ａも、中心点６５を中心とした半径ｒ１の仮想円４８の円周上に配置されている。
また、各センサーモジュール２の角速度センサー２６ｂも、仮想円４８の同心円（図示せず）上に配置されている。角速度センサー２６ｃも、同様である。
換言すれば、複数のセンサーモジュール２は、それぞれがＸ軸角速度センサーとしての角速度センサー２６ａ、Ｙ軸角速度センサーとしての角速度センサー２６ｂ、Ｚ軸加速度センサーとしての角速度センサー２６ｃを備え、各軸の角速度センサー２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、供給部８１の中央である中心点６５から等距離に配置される。
また、各センサーモジュール２の角速度センサー２６ｂも、仮想円４８の同心円（図示せず）上に配置されている。角速度センサー２６ｃも、同様である。
換言すれば、複数のセンサーモジュール２は、それぞれがＸ軸角速度センサーとしての角速度センサー２６ａ、Ｙ軸角速度センサーとしての角速度センサー２６ｂ、Ｚ軸加速度センサーとしての角速度センサー２６ｃを備え、各軸の角速度センサー２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、供給部８１の中央である中心点６５から等距離に配置される。
【0051】
図１０は、制御ＩＣの機能ブロック図である。
基板１０の第２面１０ｂに実装されている制御ＩＣ８５（図２）は、各センサーモジュール２から出力される複数の検出データを合成して、センサーユニット１００の検出データとして生成する合成処理部８６として機能する。詳しくは、合成処理部８６は、センサーモジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから出力される４つの検出データの平均値を演算し、当該平均値をセンサーユニット１００の検出データとする。なお、検出データは、例えば、加速度データである。なお、慣性データであれば良く、例えば、角速度データであっても良い。また、合成処理部８６は、演算した加速度及び角速度を用いて、他の慣性データを演算しても良い。他の慣性データは、例えば、物体の姿勢や向き、振動、動き、振動、衝撃などの大きさである。
これによれば、向きが異なる検出軸を有する複数のセンサーモジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの検出データを平均化することにより、ノイズを小さくすることが可能となり、安定した出力を得ることができる。換言すれば、検出精度を高めることができる。
基板１０の第２面１０ｂに実装されている制御ＩＣ８５（図２）は、各センサーモジュール２から出力される複数の検出データを合成して、センサーユニット１００の検出データとして生成する合成処理部８６として機能する。詳しくは、合成処理部８６は、センサーモジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから出力される４つの検出データの平均値を演算し、当該平均値をセンサーユニット１００の検出データとする。なお、検出データは、例えば、加速度データである。なお、慣性データであれば良く、例えば、角速度データであっても良い。また、合成処理部８６は、演算した加速度及び角速度を用いて、他の慣性データを演算しても良い。他の慣性データは、例えば、物体の姿勢や向き、振動、動き、振動、衝撃などの大きさである。
これによれば、向きが異なる検出軸を有する複数のセンサーモジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの検出データを平均化することにより、ノイズを小さくすることが可能となり、安定した出力を得ることができる。換言すれば、検出精度を高めることができる。
【0052】
以上、述べた通り、本実施形態のセンサーユニット１００によれば、以下の効果を得ることができる。
センサーユニット１００は、複数のセンサーモジュール２と、センサーモジュール２のそれぞれを実装する複数の実装部としての第１象限Ｑ１１、第２象限Ｑ１２、第３象限Ｑ１３、第４象限Ｑ１４と、複数のセンサーモジュール２に電源を供給する供給部８１を有する基板１０と、を有し、供給部８１は、複数の実装部の中央に配置される。
センサーユニット１００は、複数のセンサーモジュール２と、センサーモジュール２のそれぞれを実装する複数の実装部としての第１象限Ｑ１１、第２象限Ｑ１２、第３象限Ｑ１３、第４象限Ｑ１４と、複数のセンサーモジュール２に電源を供給する供給部８１を有する基板１０と、を有し、供給部８１は、複数の実装部の中央に配置される。
【0053】
これによれば、供給部８１から各センサーモジュール２への電源供給は、同じ長さで、最短となる経路８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄで供給される。これにより、各経路における電源インピーダンスは等インピーダンスとなりバランスが取れるため、干渉やノイズを低減することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１００を提供することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１００を提供することができる。
【0054】
また、供給部８１の中央としての中心点６５に対して、複数のセンサーモジュール２は、点対称に配置される。
これによれば、各センサーモジュール２に電源を供給する経路８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを、最短かつ、同じ長さで形成することができる。さらに、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７、角速度センサー２６ａ，２６ｂ，２６ｃも、中心点６５を対称中心として点対称に配置することができる。
これによれば、各センサーモジュール２に電源を供給する経路８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを、最短かつ、同じ長さで形成することができる。さらに、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７、角速度センサー２６ａ，２６ｂ，２６ｃも、中心点６５を対称中心として点対称に配置することができる。
【0055】
また、複数のセンサーモジュール２それぞれにおける電源供給部３６ａ～３６ｄは、供給部８１に近接して配置される。
これによれば、経路８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを短くできるため、電源インピーダンスを小さくすることができる。
これによれば、経路８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを短くできるため、電源インピーダンスを小さくすることができる。
【0056】
また、複数のセンサーモジュール２は、それぞれが加速度センサーデバイスとしての慣性センサーチップ２７を備え、複数の慣性センサーチップ２７は、供給部８１の中央である中心点６５から等距離に配置される。
これによれば、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７を仮想加速度原点である中心点６５を中心とした仮想円４８上に配置することにより、簡単に遠心力成分等の不要な信号影響を低減することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１００を提供することができる。
これによれば、各センサーモジュール２の慣性センサーチップ２７を仮想加速度原点である中心点６５を中心とした仮想円４８上に配置することにより、簡単に遠心力成分等の不要な信号影響を低減することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１００を提供することができる。
【0057】
また、複数のセンサーモジュール２は、それぞれがＸ軸角速度センサーとしての角速度センサー２６ａ、Ｙ軸角速度センサーとしての角速度センサー２６ｂ、Ｚ軸加速度センサーとしての角速度センサー２６ｃを備え、各軸の角速度センサー２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、供給部８１の中央である中心点６５から等距離に配置される。
これによれば、角速度センサーにより遠心力成分の有無を検出し、当該遠心力成分を加速度センサーの検出値から除去することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１００を提供することができる。
これによれば、角速度センサーにより遠心力成分の有無を検出し、当該遠心力成分を加速度センサーの検出値から除去することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１００を提供することができる。
【0058】
実施形態２
＊＊＊異なる配置態様－１＊＊＊
図１１は、実施形態２に係る基板の斜視図である。図１２は、基板の第１面、第２面の平面図であり、図９に対応している。図１２では、仮想線６２の左側に基板１０の第１面１０ａを示し、仮想線６２の右側に第２面１０ｂを示している。
上記実施形態では、基板１０の第１面１０ａに、４つのセンサーモジュール２を配置するものとして説明したが、この構成に限定するものではなく、第２面１０ｂにも４つのセンサーモジュール２を配置しても良い。以下、上記実施形態と同じ部位には、同じ付番を付し、重複する説明は省略する。
＊＊＊異なる配置態様－１＊＊＊
図１１は、実施形態２に係る基板の斜視図である。図１２は、基板の第１面、第２面の平面図であり、図９に対応している。図１２では、仮想線６２の左側に基板１０の第１面１０ａを示し、仮想線６２の右側に第２面１０ｂを示している。
上記実施形態では、基板１０の第１面１０ａに、４つのセンサーモジュール２を配置するものとして説明したが、この構成に限定するものではなく、第２面１０ｂにも４つのセンサーモジュール２を配置しても良い。以下、上記実施形態と同じ部位には、同じ付番を付し、重複する説明は省略する。
【0059】
図１１に示すように、本実施形態のセンサーユニット１１０では、基板１０の第１面１０ａに配置された４つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも４つのセンサーモジュール２を備えている。詳しくは、センサーモジュール２ａの背面にはセンサーモジュール２ｅが配置され、センサーモジュール２ｂの背面にはセンサーモジュール２ｆが配置されている。そして、センサーモジュール２ｃの背面にはセンサーモジュール２ｇが配置され、センサーモジュール２ｄの背面にはセンサーモジュール２ｈが配置されている。
【0060】
図１２に示すように、基板１０の第１面１０ａにおいて、４つのセンサーモジュール２の中心の中心点６５の周囲には、実施形態１と同様に、供給部８１ａが設けられている。なお、基板１０の第２面１０ｂにも供給部があるため、第１面１０ａ側を供給部８１ａ、第２面１０ｂ側を供給部８１ｂとしている。また、供給部８１ａから各センサーモジュール２に接続する４つの経路８２（図９）も、実施形態１と同様に設けられているが、図示を省略している。基板１０の第２面１０ｂも、第１面１０ａ側の構成と同じである。
【0061】
第２面１０ｂのセンサーモジュール２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈは、仮想線６２を対称線として、第１面１０ａのセンサーモジュール２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと線対称の配置となっている。
【0062】
以上、述べた通り、本実施形態のセンサーユニット１１０によれば、上記実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
センサーユニット１１０は、基板１０の第１面１０ａに配置された４つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも４つのセンサーモジュール２を備えている。
センサーユニット１１０は、基板１０の第１面１０ａに配置された４つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも４つのセンサーモジュール２を備えている。
【0063】
これによれば、第１面１０ａの４つのセンサーモジュール２、および、第２面１０ｂの４つのセンサーモジュール２における出力を平均化処理することにより、より検出精度を高めることができる。
従って、ノイズを低減し、より検出精度が良いセンサーユニット１１０を提供することができる。
従って、ノイズを低減し、より検出精度が良いセンサーユニット１１０を提供することができる。
【0064】
実施形態３
＊＊＊異なる配置態様－２＊＊＊
図１３は、実施形態３に係る基板の平面図であり、図９、図１２に対応している。
上記実施形態では、基板１０の第１面１０ａに、４つのセンサーモジュール２を配置するものとして説明したが、この構成に限定するものではなく、２つのセンサーモジュール２を配置することであっても良い。上記実施形態と同じ部位には、同じ付番を付し、重複する説明は省略する。
＊＊＊異なる配置態様－２＊＊＊
図１３は、実施形態３に係る基板の平面図であり、図９、図１２に対応している。
上記実施形態では、基板１０の第１面１０ａに、４つのセンサーモジュール２を配置するものとして説明したが、この構成に限定するものではなく、２つのセンサーモジュール２を配置することであっても良い。上記実施形態と同じ部位には、同じ付番を付し、重複する説明は省略する。
【0065】
図１３に示すように、本実施形態のセンサーユニット１２０では、基板１０の第１面１０ａには、２つのセンサーモジュール２が配置されている。詳しくは、センサーユニット１２０では、図９におけるセンサーモジュール２ｂ，２ｃが設けられず、センサーモジュール２ａ，２ｄのみの構成となっている。このため、基板１０のサイズは小さくなっている。
この構成であっても、供給部８１から同じ長さで、最短となる経路８２（図９）により、各センサーモジュール２に電源が供給される。
この構成であっても、供給部８１から同じ長さで、最短となる経路８２（図９）により、各センサーモジュール２に電源が供給される。
【0066】
図１４は、変形例の基板の第１面、第２面の平面図であり、図１２に対応している。
また、本実施形態の構成においても、第１面１０ａの２つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも２つのセンサーモジュール２を配置しても良い。
変形例のセンサーユニット１３０では、基板１０の第１面１０ａに配置された２つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも２つのセンサーモジュール２を備えている。詳しくは、センサーモジュール２ａの背面にはセンサーモジュール２ｅが配置され、センサーモジュール２ｄの背面にはセンサーモジュール２ｈが配置されている。
また、本実施形態の構成においても、第１面１０ａの２つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも２つのセンサーモジュール２を配置しても良い。
変形例のセンサーユニット１３０では、基板１０の第１面１０ａに配置された２つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも２つのセンサーモジュール２を備えている。詳しくは、センサーモジュール２ａの背面にはセンサーモジュール２ｅが配置され、センサーモジュール２ｄの背面にはセンサーモジュール２ｈが配置されている。
【0067】
第２面１０ｂのセンサーモジュール２ｅ，２ｈは、仮想線６２を対称線として、第１面１０ａのセンサーモジュール２ａ，２ｄと線対称の配置となっている。
【0068】
以上、述べた通り、本実施形態のセンサーユニット１２０、変形例のセンサーユニット１３０、によれば、上記実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
センサーユニット１２０は、基板１０の第１面１０ａにセンサーモジュール２ａ，２ｄを備えている。そして、センサーモジュール２ａ，２ｄには、供給部８１から同じ長さで、最短となる経路８２（図９）で供給される。
センサーユニット１２０は、基板１０の第１面１０ａにセンサーモジュール２ａ，２ｄを備えている。そして、センサーモジュール２ａ，２ｄには、供給部８１から同じ長さで、最短となる経路８２（図９）で供給される。
【0069】
これによれば、供給部８１から各センサーモジュール２への電源供給は、同じ長さで、最短となる経路８２で供給される。これにより、各経路における電源インピーダンスは等インピーダンスとなりバランスが取れるため、干渉やノイズを低減することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１２０を提供することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１２０を提供することができる。
【0070】
また、センサーユニット１３０は、基板１０の第１面１０ａに配置された２つのセンサーモジュール２に加えて、第２面１０ｂにも２つのセンサーモジュール２を備えている。
【0071】
これによれば、第１面１０ａの２つのセンサーモジュール２、および、第２面１０ｂの２つのセンサーモジュール２における出力を平均化処理することにより、検出精度を高めることができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１３０を提供することができる。
従って、ノイズを低減し、検出精度が良いセンサーユニット１３０を提供することができる。
【符号の説明】
【0072】
１…アウターケース、２…センサーモジュール、２ａ～２ｈ…センサーモジュール、３…第１凹部、３ａ…底部、４…第２凹部、４ａ…受け部、５…収納部、６…ＩＦ基板、７…固定ネジ、８…切欠き穴、９…筐体、１０…基板、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１１…接合部材、１５…センサー基板、１５ａ…第１面、１５ｂ…第２面、２０…インナーケース、２１…開口部、２３…第３凹部、２５…モジュールコネクター、２６ａ…角速度センサー、２６ｂ…角速度センサー、２６ｃ…角速度センサー、２７…慣性センサーチップ、２８…モジュール制御ＩＣ、３５ａ～３５ｄ…基板コネクター、３６ａ～３６ｄ…電源供給部、４０…基材、４０ａ…キャビティ、４１…蓋体、４２～４５…マウント、４８…仮想円、５０，５１…固定部、５１ａ…加速度センサー、５１ｂ…加速度センサー、５２…加速度センサー、５３，５４…バネ、５５…第１可動電極、５６…第２可動電極、５７…可動体、５８…第１固定電極、５９…第２固定電極、６１，６２…仮想線、６５…中心点、６６…第１可動部、６７…第２可動部、７０…固定部、７１，７２…コネクター、７３…フラットケーブル、７４…第１固定電極、７５…第２固定電極、７７…可動体、７８…梁、８０…経路、８１…供給部、８１ａ，８１ｂ…供給部、８２…経路、８２ａ～８２ｄ…経路、８５…制御ＩＣ、８６…合成処理部、９１…ベース、９１ｂ…収納部、９２…蓋体、９３…外部コネクター、１００～１３０…センサーユニット、Ｃｃ１…静電容量、Ｃａ１…静電容量、Ｃｃ２…静電容量、Ｃａ２…静電容量、Ｅ５１～Ｅ５３…配線、Ｅ７１～Ｅ７３…配線、Ｓ１，Ｓ２…収容空間、Ｑ１…第１象限、Ｑ２…第２象限、Ｑ３…第３象限、Ｑ４…第４象限、Ｑ１１…第１象限、Ｑ１２…第２象限、Ｑ１３…第３象限、Ｑ１４…第４象限。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】