CN104931033B - 振动元件、电子设备、以及移动体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种振动元件、电子设备、以及移动体，所述振动元件提高了物理量的检测精度。在将互相正交的两个轴设为第一轴以及第二轴、将与包括所述第一轴与所述第二轴的平面正交的轴设为第三轴时，振动元件(1)具备质量体，所述质量体包括支承部(130)；第一位移部(110)以及第二位移部(120)，其经由梁部(115、125)而以能够以所述第一轴为中心而旋转的方式被连接在支承部(130)上，并沿着所述第二轴的方向而延伸，第一位移部(110)以及第二位移部(120)被设置于所述质量体的一方与另一方上，并且互相对置的自由端(112、122)通过连结部(140)而被连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动元件、电子设备、以及移动体。
背景技术
一直以来，使用了振动元件的角速度传感器以及加速度传感器被用于对船舶、航空器、火箭等的姿态进行自律控制的技术中。最近，也被用于车辆中的车身控制、车辆导航系统的本车位置检测、数码照相机、摄像机以及移动电话机的振动控制补偿(所谓的抖动补偿)等。伴随着移动体与电子设备的高性能化，也要求提高这些传感器的灵敏度。例如，如专利文献1的图4所记载的那样，已知有两个振动装置以可动的方式被悬架于基本元件上且绕悬架片而倾倒的转速传感器。在该转速传感器中，当振动装置被施加有转速时，通过由振动装置与电极构成的读取装置而对振动装置绕悬架片倾倒而产生的电容变化进行检测，从而求出转速。
专利文献1中所记载的转速传感器使用以硅等为主要成分的材料通过光刻法或蚀刻法等而形成外形。当由于该外形形成时的制造误差等而使两个位移部(振动装置)生成了形状的差异时，各个位移部的固有振动频率将有所不同。在该状态下，当对振动元件施加有角速度或加速度时，由于两个位移部的位移量不同而使在各个位移部与固定电极之间产生的静电电容不同，因此有可能使角速度或加速度的检测精度降低。
专利文献
专利文献1：日本特开2008-514968号公报
发明内容
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的发明，并且能够作为以下的方式或应用例而实现。
应用例1
本应用例所涉及的振动元件，其特征在于，在将互相正交的两个轴设为第一轴以及第二轴、将与包括所述第一轴与所述第二轴的平面正交的轴设为第三轴时，所述振动元件具备如下质量体，所述质量体包括：支承部；第一位移部以及第二位移部，其经由梁部而以能够以所述第一轴为中心而旋转的方式被连接在所述支承部上，并沿着所述第二轴的方向而延伸，所述第一位移部以及所述第二位移部被设置于所述质量体的一方与另一方上，并且互相对置的自由端通过连结部而被连接。
根据本应用例，振动元件例如在角速度或加速度等的物理量施加于质量体上时，通过对由被设置于质量体上的第一位移部以及第二位移部的自由端以梁部为中心而在第三轴的方向上进行位移所生成的静电电容进行检测，从而求取物理量。由于第一位移部以及第二位移部以互相对置的一边成为自由端的方式被设置，并且各个自由端通过连结部而被连接，因此即使第一位移部的固有振动频率与第二位移部的固有振动频率存在差异，也能够使第一位移部与第二位移部以大致相同的振动频率在第三轴的方向上进行位移。由此，由于通过第一位移部所生成的静电电容与通过第二位移部所生成的静电电容大致相同，因此能够提高施加于振动元件上的物理量的检测精度。因此，能够提供使物理量的检测精度提高了的振动元件。
应用例2
在上述应用例所记载的振动元件中，优选为，具备第一质量体和第二质量体，所述第一质量体和所述第二质量体通过能够在所述第一轴的方向上进行位移的弹性体而被连接。
根据本应用例，由于振动元件具备一对质量体，因此能够通过对由各个质量体所生成的静电电容进行检测，从而求取角速度。而且，一对质量体具备能够在第一轴的方向上进行位移的弹性体，因此能够通过使一对质量体在互相相反的方向上进行振动，从而使其易于承受由角速度产生的外力。因此，能够提供使角速度的检测精度提高了的振动元件。
应用例3
在上述应用例所记载的振动元件中，优选为，所述连结部在所述第二轴的方向上具有可挠性。
根据本应用例，在振动元件中，由于第一位移部与第二位移部通过在第二轴的方向上具有可挠性的连结部而被连接，因此第一位移部以及第二位移部的自由端能够以梁部为中心而在第三轴的方向上进行位移，从而能够使第一位移部与第二位移部以大致相同的振动频率进行位移。由此，由于通过第一位移部所生成的静电电容与通过第二位移部所生成的静电电容大致相同，因此提高了施加于振动元件上的物理量的检测精度。因此，能够提供使物理量的检测精度提高了的振动元件。
应用例4
在上述应用例所记载的振动元件中，优选为，所述连结部在所述第一位移部以及所述第二位移部中的至少一方上具备多个连接点。
根据本应用例，在振动元件中，第一位移部与第二位移部的自由端通过具备多个连接点的连结部而被连接。由此，由于能够提高连结部的第一轴方向上的刚性，并降低第一位移部以及第二位移部的自由端在第一轴方向上的挠曲，因此提高了施加于振动元件上的物理量的检测精度。因此，能够提供使物理量的检测精度提高了的振动元件。
应用例5
在上述应用例所记载的振动元件中，优选为，在所述第一位移部以及所述第二位移部的所述自由端上，朝向所述第二轴的方向而设置有凹部，所述连结部被连接在所述凹部上。
根据本应用例，在振动元件中，为了确保在第一位移部的自由端与第二位移部的自由端之间对连结器进行连接的空间，而从各个自由端起朝向第二轴方向设置有凹部。通过设置凹部，从而能够使第一位移部的自由端与第二位移部的自由端的间隙较窄。换言之，由于能够扩大第一位移部以及第二位移部的总面积，因此能够使由第一位移部以及第二位移部的自由端以梁部为中心而在第三轴的方向上进行位移所生成的静电电容的变化量较大。因此，能够提供使物理量的检测精度提高了的振动元件。
应用例6
在上述应用例所记载的振动元件中，优选为，在所述梁部所连接的所述支承部、所述第一位移部以及所述第二位移部中的至少一处上，设置有使所述第一位移部以及所述第二位移部中的至少一方的固有振动频率可变的可变部。
根据本应用例，振动元件能够以第一位移部的固有振动频率与第二位移部的固有振动频率大致相同的方式使频率可变。而且，由于第一位移部的自由端与第二位移部的自由端通过连结部而被连接，因此能够使第一位移部与第二位移部以大致相同的振动频率在第三轴的方向上进行位移。由此，由于通过第一位移部所产生的静电电容与通过第二位移部所产生的静电电容大致相同，因此能够提高施加于振动元件上的物理量的检测精度。因此，能够提高使物理量的检测精度提高了的振动元件。
应用例7
在上述应用例所记载的振动元件中，优选为，所述梁部在所述第一轴的方向上具有旋转轴，所述连结部的所述第三轴的方向上的刚性高于所述第二轴的方向上的刚性、且高于所述梁部的旋转方向上的刚性。
根据本应用例，由于连结部的第三轴方向上的刚性高于第二轴方向上的刚性，因此能够抑制第一位移部的自由端与第二位移部的自由端欲以梁部为中心而在互相相反的方向上进行位移的振动，并能够使其在相同方向上进行位移。
此外，由于连结部的第三轴方向上的刚性高于梁部的旋转方向上的刚性(弹性系数)，因此第一位移部以及第二位移部的固有振动频率受梁部的旋转方向上的刚性所支配，通过使梁部的弹性系数可变，从而能够将第一位移部的固有振动频率与第二位移部的固有振动频率设为大致相同的频率。由此，由于第一位移部与第二位移部以相同的振动频率进行位移，并且通过第一位移部所生成的静电电容与通过第二位移部所生成的静电电容大致相同，因此提高了施加于振动元件上的物理量的检测精度。因此，能够提供使物理量的检测精度提高了的振动元件。
应用例8
本应用例所涉及的电子设备，其特征在于，具备上述应用例中所记载的振动元件。
根据本应用例，能够提供具备了物理量的检测精度较高的振动元件的电子设备。
应用例9
本应用例所涉及的移动体，其特征在于，具备上述应用例中所记载的振动元件。
根据本应用例，能够提供具备了物理量的检测精度较高的振动元件的移动体。
附图说明
图1为表示实施方式1所涉及的振动元件的概要结构的模式俯视图。
图2为图1中的A-A线处的剖视图。
图3为表示实施方式2所涉及的振动元件的概要结构的模式俯视图。
图4为图3中的B-B线处的剖视图。
图5为表示改变例所涉及的振动元件的概要结构的模式俯视图。
图6为表示作为具备振动元件的电子设备的便携型(或笔记本型)的个人计算机的结构的立体图。
图7为表示作为具备振动元件的电子设备的移动电话机的立体图。
图8为表示作为具备振动元件的电子设备的数码照相机的立体图。
图9为表示作为具备振动元件的移动体的汽车的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的各附图中，为了将各个层或各个部件设为可识别程度的大小，而使各个层或各个部件的尺寸与实际有所不同。
振动元件
实施方式1
本实施方式的振动元件例如能够作为惯性传感器来使用。具体而言，能够作为用于求取加速度的传感器(静电电容型加速度传感器)元件、或用于求取角速度的传感器(静电电容型角速度传感器)元件等来使用。在本实施方式中，作为一个示例而对求取角速度的振动元件进行说明。
图1为表示实施方式1所涉及的振动元件1的概要结构的模式主视图。图2为图1中的A-A线处的剖视图。在此，在图1、图2以及后文所述的图3至图5中，为了便于说明，作为互相正交的三个轴而图示了X轴(第一轴)、Y轴(第二轴)以及Z轴(第三轴)，并将所图示的箭头标记的顶端侧设为“+侧”、将基端侧设为“-侧”。此外，在下文中，将与X轴平行的方向称为“X轴方向”、将与Y轴平行的方向称为“Y轴方向”、将与Z轴平行的方向称为“Z轴方向”。
首先，使用图1与图2来对实施方式1所涉及的振动元件1的概要结构进行说明。
如图1以及图2所示那样，振动元件1由基板10、固定部20、第一质量体100、驱动部40、弹性体30等构成。
从+Z轴方向俯视观察时，在第一质量体100的X轴方向的两侧面的各个侧面上，各连接有能够在±X轴方向上进行位移的两对弹性体30中的一对，在第一质量体100的±Y轴方向的两侧面的各个侧面上，各连接有两对驱动部40(驱动用可动电极41)中的一对。第一质量体100经由弹性体30而被固定在直立设置于基板10的+Z轴侧的面上的固定部20上。
第一质量体100、驱动部40和弹性体30以硅(Si)为主要材料而被构成。通过使用各种加工技术(例如干蚀刻等的蚀刻技术)而将硅基板加工为所需的外形形状，从而使前文所述的各个部被一体形成。或者，在将硅基板与玻璃基板粘合在一起之后，通过仅将硅基板加工为所需的外形形状，从而也能够形成前文所述的各个部。通过将硅作为主要材料，从而能够实现优良的振动特性，并且能够发挥优良的耐久性。此外，能够应用在硅半导体装置制作中所使用的微细的加工技术，从而能够实现振动元件1的小型化。
此外，基板10将硅作为主要材料而被构成。另外，基板10并不限定于硅，例如也可以为水晶或各种玻璃。
基板10为板状，并且在+Z轴侧的面上接合有固定部20。由此，第一质量体100、驱动部40(驱动用可动电极41)、弹性体30以设置有间隙的方式而被固定支承在基板10的+Z轴侧。另外，基板10与弹性体30的接合方法并未被特别限定，能够使用直接接合或阳极接合等的各种接合方法来进行接合。固定部20并未被限定于设置在基板10的+Z轴侧的面上，也可以被设置于基板10以外的部件(例如，封装件等)上。
在基板10上，在+Z轴侧的面上设置有第一固定电极150、第二固定电极160。
在从+Z轴方向俯视观察基板10时，第一固定电极150被设置于与后文所述的第一位移部110重叠的区域中。
在从+Z轴方向俯视观察基板10时，第二固定电极160被设置于与后文所述的第二位移部120重叠的区域中。
在第一固定电极150以及第二固定电极160中，例如使用了铅(Pt)、铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、或者以这些金属为主要成分的合金。第一固定电极150以及第二固定电极160是在硅等的基板10上使上述的电极材料被成膜之后，被形成外形的。电极材料的成膜例如能够使用溅射法等，图案形成(外形形状形成)例如能够使用光刻法以及蚀刻法等。
弹性体30对第一质量体100与固定部20进行连结。各个弹性体30被形成为，在Y轴方向上往返的同时向X轴方向延伸的形状。而且，弹性体30的Z轴方向上的宽度相对于X轴方向上的宽度而较厚。通过将弹性体30设为这种形状，从而抑制了弹性体30向Y轴方向以及Z轴方向的变形，并使其在X轴方向上流畅地伸缩。另外，如果弹性体30的形状具有预定的弹性系数而能够在X轴方向上进行弹性形变，则也可以使用其他的形状。此外，虽然对在第一质量体100的两侧面上连接有各一对弹性体30的情况进行了说明，但并不限定于此。只要弹性体30能够对第一质量体100进行支承并在X轴方向上进行振动，则也可以使用其他的结构。
驱动部40具有在X轴方向(第一轴方向)上激励第一质量体100的结构。驱动部40由被连接于第一质量体100的Y轴方向的侧面上的驱动用可动电极41、和与驱动用可动电极41隔着预定的距离而对置配置的驱动用固定电极42构成。另外，也可以为，驱动部40具有不与第一质量体100直接连接而通过静电力等来激励第一质量体100的机构，并且被配置于第一质量体100的外侧。
驱动用可动电极41为，具有从第一质量体100起向+Y轴方向或-Y轴方向延伸的干部、和从干部起向+X轴方向以及-X轴方向延伸的多个枝部的梳齿状电极。
驱动用固定电极42被配置于驱动用可动电极41的外侧。驱动用固定电极42被接合(固定)于基板10的+Z轴侧的面上。驱动用固定电极42具有与驱动用可动电极41的梳齿状电极相对应的梳齿状电极，并且驱动用固定电极42与驱动用可动电极41互相对置配置。
驱动部40与未图示的电源电连接。当对驱动部40的驱动用可动电极41以及驱动用固定电极42施加电压时，能够在驱动用可动电极41与驱动用固定电极42之间产生静电力。当对驱动部40施加交流电压时，通过静电力而使弹性体30沿着X轴方向伸缩，从而使第一质量体100沿着X轴方向反复振动。通过使第一质量体100振动，从而使振动元件1容易承受由角速度等产生的惯性力。
另外，驱动部40的结构以及数量只要能够激励第一质量体100即可，并未被特别限定。
接下来，对第一质量体100的结构进行说明。
第一质量体100由支承部130、梁部115、125、第一位移部110、第二位移部120、连结部140等构成。在第一质量体100的外周上形成有支承部130，在俯视观察时，第一位移部110以及第二位移部120被设置为被支承部130包围。
第一位移部110以能够经由梁部115而以X轴(第一轴)为中心进行旋转的方式被连接于支承部130上，第二位移部120以能够经由梁部125而以X轴为中心进行旋转的方式被连接于支承部130上。第一位移部110以及第二位移部120以如下形状而被设置，即，在XY平面上，相对于将第一质量体100的Y轴方向二等分且与X轴平行的中心线CL而线对称的形状。
由于梁部115被设置于第一位移部110的X轴方向的两侧面的+Y轴侧，梁部125被设置于第二位移部120的X轴方向的两侧面的-Y轴侧，因此第一位移部110以及第二位移部120的互相对置的一边分别成为自由端112、122。由此，在对振动元件1施加了Z轴方向上的外力时，第一位移部110的自由端112以及第二位移部120的自由端122能够以梁部115、125为中心而向Z轴方向进行位移。
在第一位移部110与第一固定电极150之间构成了静电电容(可变静电电容)C1，在第二位移部120与第二固定电极160之间构成了静电电容(可变静电电容)C2。
通过使第一位移部110以X轴为中心并以梁部115为支点进行旋转而使自由端112在Z轴方向上进行位移，从而使第一位移部110与第一固定电极150的平均距离发生变化。
同样地，通过使第二位移部120以X轴为中心并以梁部125为支点进行旋转而使自由端122在Z方向上进行位移，从而使第二位移部120与第二固定电极160的平均距离发生变化。在振动元件1中，静电电容C1、C2根据第一位移部110以及第二位移部120的位移而发生变化，因此能够通过对该静电电容C1、C2进行检测而求取施加于振动元件1上的加速度(或角速度)。
在此，作为一个示例而对施加于振动元件1上的角速度的检测进行说明。当第一质量体100在沿着X轴方向进行振动的状态下被施加有围绕+Y轴的角速度ω时，第一位移部110的自由端112以及第二位移部120的自由端122以梁部115、125为中心而向+Z轴方向或-Z轴方向进行位移，之后，沿着Z轴方进行振动。
当第一位移部110的自由端112以及第二位移部120的自由端122以梁部115、125为中心而向-Z轴方向进行位移时，第一位移部110与第一固定电极150的平均距离以及第二位移部120与第二固定电极160的平均距离将变小，从而使静电电容C1、C2增加。
振动元件1通过以C1+C2的方式对静电电容C1以及静电电容C2进行检测，从而能够求取振动元件1的围绕Y轴而被施加的角加速度ω。
接下来，对连接第一位移部110与第二位移部120的连结部140进行说明。
第一位移部110的自由端112与第二位移部120的自由端122通过在Y轴方向(第二轴方向)上具有可挠性的连结部140而被连接。在本实施方式中，为了在第一位移部110的自由端112以及第二位移部120的自由端122的中央部处确保对连结部140进行连接的空间，而朝向Y轴方向设置有凹部113、123。分别被设置于第一位移部110与第二位移部120的自由端112、122上的凹部113、123的中央经由连结部140而被连接在一起。
连结部140具备连接点140a、140b，通过多个点而将第一位移部110与第二位移部120连接在一起。连接点140a被形成为在-X轴方向上往返一次并向Y轴方向延伸的形状，连接点140b被形成为在+X轴方向上往返一次并向Y轴方向延伸的形状。通过将连接点140a、140b设为这种形状，从而能够抑制连接点140a、140b的X轴方向上的变形，并使其具有Y轴方向上的可挠性。
在振动元件1中，由于第一位移部110与第二位移部120通过连结部140而被连接，因此能够使第一位移部110的自由端112与第二位移部120的自由端122以大致相同的振动频率并以梁部115、125为中心而在Z轴方向上进行位移。
此外，通过在第一位移部110的自由端112与第二位移部120的自由端122上设置凹部113、123，从而使第一位移部110以及第二位移部120的总面积变宽。由此，能够加大在第一位移部110与第一固定电极150之间、以及第二位移部120与第二固定电极160之间生成的静电电容C1、C2的变化。
由于连结部140具备多个连接点140a、140b，因此能够提高连结部140的X轴方向上的刚性，并抑制第一位移部110以及第二位移部120的自由端112、122向X轴方向(第一轴方向)挠曲的情况。
另外，虽然本实施方式的支承部130被表示为对第一位移部110以及第二位移部120的外周进行包围的形状，但并不限定于该形状。只要能够对第一位移部110以及第二位移部120进行支承即可，也可以使用其他的形状。
如上文所述，根据本实施方式所涉及的振动元件1能够取得以下效果。
振动元件1能够通过对在角速度(或加速度)施加于第一质量体100上而使第一位移部110以及第二位移部120以梁部115、125为中心而在Z轴方向上进行位移时所生成的静电电容进行检测，从而求取角速度(或加速度)。
由于第一位移部110以及第二位移部120的、互相对置的自由端112、122通过连结部140而被连接，因此即使第一位移部110的固有振动频率与第二位移部120的固有振动频率存在差异，也能够使第一位移部110与第二位移部120以大致相同的振动频率进行位移。由此，由于第一位移部110与第一固定电极150之间的静电电容C1、第二位移部120与第二固定电极160之间的静电电容C2变为大致相同，因此提高了向振动元件1施加的物理量的检测精度。因此，能够提供提高了角速度(或加速度)的检测精度的振动元件。
实施方式2
本实施方式的振动元件例如能够作为惯性传感器来使用。作为一个示例而对通过两个质量体来求取角速度的振动元件进行说明。
图3为表示实施方式2所涉及的振动元件300的概要结构的模式俯视图。图4为图3中的B-B线处的剖视图。
首先，使用图3以及图4来对实施方式2所涉及的振动元件300的概要结构进行说明。另外，对与实施方式1相同的结构部位标记相同的符号，并省略重复的说明。
如图3所示，在振动元件300中，沿着X轴方向而并排设置有两个在实施方式1中说明了的质量体(第一质量体100)并且被连接在一起。另外，虽然两个质量体为相同的结构，但为了便于说明，而将两个质量体称为第一质量体100、第二质量体200，并将构成第二质量体200的两个位移部称为第三位移部210、第四位移部220来进行说明。
振动元件300由基板310、固定部20、第一质量体100、第二质量体200、驱动部40、240、弹性体30等构成。
从+Z轴方向俯视观察时，在第二质量体200的X轴方向的两侧面的各个侧面上，各连接有能够在±X轴方向上进行位移的两对弹性体30中的一对，在第二质量体200的±Y轴方向的两侧面的各个侧面上，各连接有两对驱动部240(驱动用可动电极241)中的一对。第一质量体100与第二质量体200经由分别连接的弹性体30而沿着X轴方向并排设置且被连接在一起。第一质量体100以及第二质量体200经由弹性体30而被固定于固定部20上，所述固定部20被直立设置于基板310的+Z轴侧的面上。
第一质量体100、第二质量体200、驱动部40、240、弹性体30各部被一体形成。材料以及加工方法与实施方式1相同，因此省略其详细的说明。
在基板310上，在+Z轴侧的面上设置有第一固定电极150(未图示)、第二固定电极160(未图示)、第三固定电极250、第四固定电极260。
在从+Z轴方向俯视观察基板310时，第三固定电极250被设置于与后文所述的第三位移部210重叠的区域中。
在从+Z轴方向俯视观察基板310时，第四固定电极260被设置于与后文所述的第四位移部220重叠的区域中。
第三固定电极250以及第四固定电极260的材料及形成方法与在实施方式1中说明了的第一固定电极150以及第二固定电极160相同，因此省略其详细的说明。
驱动部240具有在X轴方向(第一轴方向)上激励第二质量体200的机构。驱动部240由驱动用可动电极241与驱动用固定电极242构成，其形状与在实施方式1中说明了的驱动部40相同，因此省略其详细的说明。
驱动部240与未图示的电源电连接。通过对驱动部240的驱动用可动电极241以及驱动用固定电极242施加交流电压，从而能够在驱动用可动电极241与驱动用固定电极242之间产生静电力。
当对被连接于第一质量体100上的驱动部40和被连接于第二质量体200上的驱动部240施加有相位相差180度的交流电压时，第一质量体100与第二质量体200沿着X轴方向而反复实施互相向相反方向的振动。
第二质量体200由支承部130、梁部115、125、第三位移部210、第四位移部220、连结部140构成。第三位移部210以梁部115为支点其自由端212向Z轴方向进行位移，第四位移部220以梁部125为支点其自由端222向Z轴方向进行位移。第二质量体200的结构与在实施方式1中说明了的第一质量体100相同，因此省略其详细的说明。
另外，由于第一质量体100与第二质量体200互相独立设置，因此第一位移部110及第二位移部120的向Z轴方向的位移和第三位移部210及第四位移部220的向Z轴方向的位移互不干涉，故此能够提高围绕Y轴所施加的角速度的检测精度。
在第三位移部210与第三固定电极250之间构成了静电电容(可变静电电容)C3，在第四位移部220与第四固定电极260之间构成了静电电容(可变静电电容)C4。
静电电容C3、C4的可变机构与在实施方式1中说明了的静电电容C1、C2相同，因此省略其详细的说明。
接下来，对用于求取向振动元件300施加的角速度的静电电容的检测进行说明。
当第一质量体100、第二质量体200在沿着X轴方向而互相向相反方向振动的状态下被施加有朝向+Y轴方向且绕顺时针旋转的角速度ω时，将在第一质量体100上产生-Z轴方向的力，在第二质量体上产生+Z轴方向的力。
由此，构成第一质量体100的第一位移部110的自由端112以及第二位移部120的自由端122以梁部115、125为中心而向-Z轴方向进行位移。
构成第二质量体200的第三位移部210的自由端212以及第四位移部220的自由端222以梁部115、125为中心而向+Z轴方向进行位移。
之后，第一位移部110及第二位移部120和第三位移部210及第四变位部220沿着Z轴方向而互相向相反方向进行振动。
当第一位移部110以及第二位移部120的自由端112、122向-Z轴方向进行位移时，第一位移部110与第一固定电极150的平均距离以及第二位移部120与第二固定电极160的平均距离将变小，从而使静电电容C1、C2增加。
当第三位移部210以及第四位移部220的自由端212、222向+Z轴方向进行位移时，第三位移部210与第三固定电极250的平均距离以及第四位移部220与第四固定电极260的平均距离将变大，从而使静电电容C3、C4减小。
因此，振动元件300通过以(C1+C2)-(C3+C4)的方式对静电电容C1至C4进行检测，从而能够求取围绕振动元件300的Y轴而施加的角速度ω。
如上文所述，根据本实施方式所涉及的振动元件300，除了能够获得实施方式1中的效果之外，还能够取得以下效果。
振动元件300具备第一质量体100与第二质量体200。在基板310的+Z轴一侧的面上，第一质量体100与第二质量体200通过能够在X轴方向上进行位移的弹性体30而沿着X轴方向并排设置，且被连接在一起。当施加有围绕振动元件300的Y轴的角速度ω时，通过使第一质量体100的第一位移部110以及第二位移部120的自由端112、122以梁部115、125为中心而向-Z轴方向进行位移，从而使静电电容C1、C2增加。通过使第二质量体200的第三位移部210以及第四位移部220的自由端212、222以梁部115、125为中心而向+Z轴方向进行位移，从而使静电电容C3、C4减小。通过以(C1+C2)-(C3+C4)方式对该静电电容C1至C4进行检测，从而能够求取围绕振动元件300的Y轴而施加的角速度ω。此外，由于第一位移部110的自由端112与第二位移部120的自由端122以及第三位移部210的自由端212与第四位移部220的自由端222分别通过连结部140而被连接在一起，因此静电电容C1与静电电容C2大致相同、且静电电容C3与静电电容C4大致相同，由此提高了向振动元件300施加的角速度ω的检测精度。因此，能够提供使角速度的检测精度提高了的振动元件300。
改变例
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在上述的实施方式中加入各种改变或改良。在下文中叙述改变例。
图5为表示改变例所涉及的振动元件500的概要结构的模式俯视图。
首先，使用图5来对改变例所涉及的振动元件500的概要结构进行说明。另外，对与实施方式1相同的结构部位标记相同的符号，并省略重复的说明。
改变例所涉及的振动元件500在如下方面与实施方式1有所不同，即，在第一位移部110与支承部130上设置有使第一位移部110以及第二位移部120的固有振动频率可变的可变部114、135，在连接支承部130与第一位移部110的梁部上设置有长度与梁部115不同的梁部115a，在连接支承部130与第二位移部120的梁部上设置有长度与梁部125不同的梁部125a。
对可变部114、135进行说明。
如图5所示那样，在第一位移部110上设置有使梁部115a的长度可变的可变部114。具体而言，可变部114为在第一位移部110的+X轴方向的侧面上实施了切口等的加工的部位，其使得梁部115a的X轴方向上的长度实质上变长。由于通过对第一位移部110实施加工而降低了梁部115a的旋转方向上的刚性(弹性系数)，因此能够使第一位移部110的固有振动频率发生变化。
在支承部130上设置有使梁部125a的长度可变的可变部135。具体而言，可变部135为在支承部130的-X轴方向的内侧面上实施了加工的部位，其使得梁部125a的X轴方向上的长度实际上变长。由于通过对支承部130实施加工而降低了梁部125a的旋转方向上的刚性(弹性系数)，因此能够使第二位移部120的固有振动频率发生变化。
因此，通过在第一位移部110、第二位移部120以及支承部130的至少一处上设置可变部114或可变部135，从而能够使第一位移部110的固有振动频率与第二位移部120的固有振动频率接近。
另外，上文所述的可变部114、135的位置、形状、数量为一个示例，本发明并不限定于此。
接下来，对连结部140进行说明。
连结部140对第一位移部110的自由端112与第二位移部120的自由端122进行连接。由于连结部140的Z轴方向上的刚性与梁部115、125的旋转方向上的刚性(弹性系数)相比而更高，因此第一位移部110以及第二位移部120的固有振动频率受梁部的旋转方向上的刚性支配。由于在第一位移部110上具备使梁部115a的旋转方向上的刚性降低的可变部114，在支承部130上具备使梁部125a的旋转方向上的刚性降低的可变部135，因此能够很容易地使第一位移部110以及第二位移部120的固有振动频率可变。
而且，由于连结部140的Z轴方向上的刚性(kz)与Y轴方向上的刚性(ky)相比而更高(ky＜kz)，因此能够抑制第一位移部110的自由端112与第二位移部120的自由端122欲在互相相反方向上进行位移的振动，并能够使其在相同的方向上以相同的振动频率进行位移。由此，能够使通过第一位移部110与第一固定电极150产生的静电电容C1、和通过第二位移部120与第二固定电极160产生的静电电容C2大致相同(参照图2)。
如上文所述，根据本改变例所涉及的振动元件500，除了实施方式1中的效果之外，还能够获得以下的效果。
在振动元件500中，设置有用于使第一位移部110以及第二位移部120中的至少一方的固有振动频率可变的可变部114、135。而且，第一变位部110的自由端112与第二位移部120的自由端122通过连结部140而被连接在一起。由于该连结部140的Y轴方向上的刚性(ky)与梁部115、125的旋转方向上的刚性(kθ)相比而更高(kθ＜ky)，因此第一位移部110以及第二位移部120的固有振动频率受梁部115、125的旋转方向上的刚性支配，从而能够通过可变部114、135的可变而易于使各自的固有振动频率接近。而且，由于连结部140的Z轴方向上的刚性与Y轴方向上的刚性相比而更高(ky＜kz)，因此能够使第一位移部110的自由端112与第二位移部120的自由端122在相同方向上进行位移(ky＜kθ＜kz)。由此，由于能够使第一位移部110以及第二位移部120以大致相同的振动频率在大致相同的方向上进行位移从而使通过该位移所生成的静电电容C1与静电电容C2大致相同，因此能够提高向振动元件500施加的物理量的检测精度。因此，能够提高使物理量的检测精度提高了的振动元件。
电子设备
接下来，使用图6至图8来对具备了本发明的实施方式所涉及的振动元件的电子设备进行说明。另外，在本说明中，示出了使用振动元件1的示例。
图6为表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的振动元件1的电子设备的一个示例的、便携型(或笔记本型)的个人计算机1100的结构的概要的立体图。如图6所示那样，个人计算机1100通过具备键盘1102的主体部1104与具备显示部1000的显示单元1106而被构成，并且显示单元1106以能够经由铰链结构部而相对于主体部1104进行转动的方式被支承。在这种个人计算机1100中内置有振动元件1，所述振动元件1具备求取加速度或角速度的功能。
图7为表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的振动元件1的电子设备的一个示例的、移动电话机1200(也包括PHS：个人移动电话系统)的结构的概要的立体图。如图7所示那样，移动电话机1200具备多个操作按钮1202、听筒1204以及话筒1206，并且在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部1000。在这种移动电话机1200中内置有振动元件1，所述振动元件1具备求取加速度或角速度的功能。
图8为表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的振动元件1的电子设备的一个示例的、数码照相机1300的结构的概要的立体图。另外，在图8中，还简单地图示了与外部设备之间的连接。在此，现有的胶片照相机通过被摄物体的光学图像而使银盐感光胶片感光，与此相对，数码照相机1300则通过CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合装置)等的摄像元件而对被摄物体的光学图像进行光电变换，从而生成摄像信号(图像信号)。
在数码照相机1300的壳体(机体)1302的背面上设置有显示部1000，并且成为根据由CCD发出的摄像信号而进行显示的结构，显示部1000作为将被拍摄物体显示为电子图像的取景器而发挥作用。此外，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)，设置有包括光学镜片(摄像光学系统)与CCD等在内的受光单元1304。
当摄影者对被显示在显示部1000上的被摄物体图像进行确认，并按下快门按钮1306时，该时间点的CCD摄像信号将被传送并存储于存储器1308中。此外，在该数码照相机1300中，在壳体1302的侧面上设置有影像信号输出端子1312和数据通信用输入输出端子1314。而且，如图所示，分别根据需要，而在影像信号输出端子1312上连接有影像监视器1430，在数据通信用的入出力端子1314上连接有个人计算机1440。而且，成为如下的构成，即，通过预定的操作，从而使存储于储存器1308中的摄像信号向影像监视器1430或个人计算机1440输出。在这种数码照相机1300中作为角速度传感器等而内置有振动元件1。
另外，本发明的一个实施方式所涉及的振动元件1除了能够应用于图6的个人计算机1100(便携型个人计算机)、图7的移动电话机1200、图8的数码照相机1300之外，还能够应用于如下的电子设备中，例如，喷墨式喷出装置(例如喷墨式打印机)、膝上型个人计算机、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附带通信功能的产品)、电子辞典、台式电子计算机、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如，车辆、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器等电子设备。
移动体
接下来，使用图9来对具备了本发明的实施方式所涉及的振动元件的移动体进行说明。另外，在本说明中，示出了使用振动元件1的示例。
图9为概要地表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的振动元件1的移动体的一个示例的汽车的立体图。
在汽车1500上搭载有上述实施方式所涉及的振动元件1。如图9所示，在作为移动体的汽车1500上搭载有内置了振动元件1并且对轮胎等进行控制的电子控制单元1510。此外，振动元件1也能够广泛应用于能无钥匙进入系统、发动机防盗锁止系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS：Tire PressureMonitoring System)、发动机控制器、混合动力汽车或电动汽车的电池监视器、车身姿态控制系统等的电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)中。
符号说明
1、300、500…振动元件；10…基板；20…固定部；30…弹性体；40、240…驱动部；41、241…驱动用可动电极；42、242…驱动用固定电极；100…第一质量体；110…第一位移部；112、122、212、222…自由端；113、123…凹部；114、135…可变部；115、115a、125、125a…梁部；120…第二位移部；130…支承部；140…连结部；140a、140b…连接点；150…第一固定电极；160…第二固定电极；200…第二质量体；210…第三变位部；220…第四位移部；250…第三固定电极；260…第四固定电极；310…基板；1100…个人计算机；1200…移动电话机；1300…数码照相机；1440…个人计算机；1500…汽车。
Claims (8)
1.一种振动元件，其特征在于，
在将互相正交的两个轴设为第一轴以及第二轴、将与包括所述第一轴与所述第二轴的平面正交的轴设为第三轴时，所述振动元件具备如下质量体，
所述质量体包括：
支承部；
第一位移部以及第二位移部，其经由梁部而以能够以所述第一轴为中心而旋转的方式被连接在所述支承部上，并在所述第二轴的方向上延伸，
所述第一位移部以及所述第二位移部被设置于所述质量体的一方与另一方上，并且互相对置的自由端通过连结部而被连接,
在所述梁部所连接的所述支承部、所述第一位移部以及所述第二位移部中的至少一处上，设置有使所述第一位移部以及所述第二位移部中的至少一方的固有振动频率可变的可变部。
2.如权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
具备第一质量体和第二质量体，
所述第一质量体和所述第二质量体通过能够在所述第一轴的方向上进行位移的弹性体而被连接。
3.如权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，
所述连结部在所述第二轴的方向上具有可挠性。
4.如权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，
所述连结部在所述第一位移部以及所述第二位移部中的至少一方上具备多个连接点。
5.如权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，
在所述第一位移部以及所述第二位移部的所述自由端上，朝向所述第二轴的方向而设置有凹部，
所述连结部被连接在所述凹部上。
6.如权利要求1或2所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部在所述第一轴的方向上具有旋转轴，
所述连结部的所述第三轴的方向上的刚性高于所述第二轴的方向上的刚性、且高于所述梁部的旋转方向上的刚性。
7.一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1至6中的任一项所述的振动元件。
8.一种移动体，其特征在于，
具备权利要求1至6中的任一项所述的振动元件。
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