JP2008224627A - 角速度センサ、角速度センサの製造方法及び電子機器 - Google Patents

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Junichi Honda
順一 本多
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Sony Corp
ソニー株式会社
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Abstract

【課題】
正確に角速度を検出することができる角速度センサ、角速度センサの製造方法及び電子機器を提供する。
【解決手段】
第1のアーム2と第2のアーム3と第3のアーム4とが同一平面(XY平面)に配置されており、この平面に対して垂直方向(Z方向)に振動させるためにレーザー加工された陥没部30を第1のアーム2が備えている。このため、第1のアーム2をこの平面に対して垂直方向に振動させることができる。例えば、角速度センサ1に回転力が働いたときに、コリオリ力により第1のアーム2がこのXY平面に対して平行な方向(X方向)に振動するようにでき、圧電薄膜12の歪を正確に検出し、角速度を正確に検出することができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知や、バーチャルリアリティ装置における動作検知や、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる角速度センサに関し、詳しくは、音叉型の振動アームを有する小型の角速度センサ、角速度センサの製造方法及び電子機器に関する。
従来より、民生用の角速度センサとしては、片持ちや両持ちの振動音片型振動子や、音叉型振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサ(以下、角速度センサと呼ぶ。)が、広く使用されている。
角速度センサは、単純な機構、短い起動時間、安価で製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。
角速度センサは、搭載される電子機器の小型化、高性能化に伴い、小型化、高性能化が要求されている。例えば、電子機器の多機能化のため、他の用途で用いる各種センサと組み合わせて、角速度センサを一基板上に搭載させ、小型化を図るといった要請がある。
従来は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材を機械加工により薄片状に加工し、バネ等で保持し、電気信号を加えて振動させる構成のジャイロセンサが一般的であり、小型化が困難であった。
そこで、例えば基板にSiを用い、PZTをスパッタやゾルゲル等で基板上に薄膜を形成し、更に基板の所定部分に対するエッチングを行い、断面が方形状の四角柱の振動子を一枚の基板から同時に多数個形成する技術が開発されてきている。(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−241382号公報(図38)
しかしながら、角速度センサが片持ち振動子を1個備える場合、振動に伴い重心が移動し振動漏れが大きくなる。このため、片持ち振動子を並べた音叉型の振動子が開発されてきている。この場合にも、片持ち振動子が並ぶ方向に対して垂直な縦方向の共振周波数の信号を圧電薄膜に印加し、縦方向に共振させ、角速度が印加された場合に、発生するコリオリ力により圧電薄膜に発生する歪みを検出できる構成にする必要がある。そのため、片持ち振動子の縦方向の共振周波数と、横方向の共振周波数とを例えば100Hz程異ならせる必要がある。
例えば、外部からの影響で、縦方向の共振周波数と、横方向の共振周波数とが等しくなる場合には、片持ち振動子を励起する縦方向の共振が、容易に横方向の振動を励起してしまう。この結果、振動が不安定となり、ジャイロセンサの感度が低下し正確な角速度を検出することができない、という問題あった。
また、コリオリ力を検出する機能を備えた片持ち振動子を縦方向に振動させることができない場合には、コリオリ力により圧電薄膜に発生する歪を正確に検出することができず正確な角速度を検出することができない、という問題があった。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、正確に角速度を検出することができる角速度センサ、角速度センサの製造方法及び電子機器を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る角速度センサは、第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、前記第1のアーム領域、前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、前記第1のアーム領域は、凹部を有することを特徴とする。
ここで、「凹部」とは、当該第1のアーム領域を前記平面に対して垂直方向に振動させるためのものであり、例えばレーザー加工、掘削加工などの機械的加工により形成されている。
本発明では、第1のアーム領域と第2のアーム領域とが同一平面に配置されており、凹部を第1のアーム領域が有する。このため、例えばこの平面に対して垂直方向に第1のアーム領域を振動させるために凹部を形成することで、第1のアーム領域をこの平面に対して垂直方向に振動させることができる。従って、例えば、角速度センサに回転力が働いたときに、コリオリ力により第1のアーム領域がこの平面に対して平行な方向(横方向)に振動するようにでき、圧電薄膜の歪を正確に検出し、角速度を正確に検出することができる。
本発明の一の形態によれば、前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、それぞれの前記第2のアーム領域に前記第2の駆動用上層電極、前記第2の駆動用下層電極及びこれらに挟まれる圧電薄膜による第2の駆動領域が形成されていることを特徴とする。これにより、アームが3本の場合に、例えば第1のアームに加工を行うことで、3本のアームの縦共振周波数と横共振周波数とを容易に調整することができる。
本発明の一の形態によれば、前記凹部は、レーザー加工による陥没部である。これにより、例えばレーザーによりスポット状に第1のアーム領域に陥没部を形成することで、容易に第1のアーム領域が縦方向に振動するようにすることができる。
本発明の一の形態によれば、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられた前記第2のアーム領域のうち少なくとも一方は、前記第1のアーム領域を前記垂直方向に振動させるために、レーザー加工された陥没部を有することを特徴とする。これにより、例えば2つの第2のアーム領域のうち少なくとも一方をレーザー加工することで、第1のアーム領域、第2のアーム領域が縦方向に振動するように調整することができる。角速度センサは、アーム領域を3本備えるので、1本又は2本の場合に比べて、例えば3本のアーム領域に適宜加工(例えばレーザー加工)を施すことで、3本のアーム領域の振動方向を縦方向に高精度に調整することができる。
本発明の一の形態によれば、前記基板は、前記第1のアーム領域を支持する基部を有し、前記凹部は、前記第1のアーム領域の長手方向で前記基部側に形成されていることを特徴とする。これにより、第1のアーム領域の質量を第1のアーム領域の長手方向で相対的に基部側を小さくし先端側を相対的に大きくすることができる。従って、縦共振周波数と横共振周波数とを所定値間隔に調整するときに、凹部を第1のアーム領域の基部側に形成することで、効果的に縦共振周波数を小さくすることができる。
本発明の一の形態によれば、前記凹部は、前記第1のアーム領域の長手方向に直交する方向にずれて形成されている。これにより、第1のアーム領域の質量の偏りを低減することができ、例えば第1のアーム領域が平面に垂直な方向に対して傾いた方向に振動しているときに、第1のアーム領域を垂直な方向に振動させることができる。
本発明の一の形態によれば、前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を前記垂直方向に振動させるために、レーザー加工された陥没部を有し、前記陥没部は、前記第1のアーム領域の長手方向に直交する方向で前記凹部がずれた向きとは反対向きにずれて形成されていることを特徴とする。これにより、第2のアーム領域の質量の偏りを低減することができ、第2のアーム領域が平面に垂直な方向に対して傾いて振動しているときに、第2のアーム領域を垂直な方向に振動させることができる。
本発明の他の観点に係る角速度センサは、第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、前記第1のアーム領域及び前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、前記第1のアーム領域は、凹部を有することを特徴とする。
ここで、「凹部」は、前記平面に垂直な方向である縦方向の共振周波数を前記縦方向に直交する横方向の共振周波数に対して所定値異なるようにするためのものであり、例えばレーザー加工、掘削加工などの機械的加工により形成されている。
本発明では、第1のアーム領域と2つの第2のアーム領域とが同一平面に配置されており、凹部を第1のアーム領域が有する。このため、例えば縦方向の共振周波数を横方向の共振周波数に対して所定値異なるようにするために第1のアーム領域に凹部を形成することで、縦方向の共振周波数を低下させて横方向の共振周波数に対して所定値異なるように調整することができる。この結果、3本のアーム領域を縦方向に共振させるときに、3本のアーム領域が横方向に共振することを防止することができる。従って、角速度センサに回転力が働いたときに発生するコリオリ力を圧電膜の歪により正確に検出し、角速度を正確に検出することができる。
本発明の他の観点に係る角速度センサは、第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、前記第1のアーム領域及び前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、2つの前記第2のアーム領域は、前記第1のアームを前記平面に対して垂直方向に振動させるために、レーザー加工された陥没部を有することを特徴とする。
本発明では、2つの第2のアーム領域が陥没部を有している。このため、第1のアーム領域を挟んで離間して設けられた2つの第2のアーム領域を用いて、正確に第1のアーム領域をこの平面に対して垂直方向に振動させるように調整することができる。この場合には、2つの第2のアーム領域が離間して配置されることになり、レーザー加工を行う位置を適宜変更して第1のアーム領域を平面に垂直な方向に振動するように調整し易い。また、第1のアーム領域にレーザー加工等の加工を施す必要がないので、第1のアーム領域の強度が低下することもない。第1のアーム領域は、2つの第2のアーム領域に比べて振幅が2倍と大きいので、強度を向上させることにより、より安定的に角速度を検出することができる。
本発明に係る角速度センサの製造方法は、第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように第2のアーム領域が設けられた基板を形成する工程と、前記基板上の前記第1のアーム領域に第1の駆動用下層電極及び前記第2のアーム領域に第2の駆動用下層電極をそれぞれ形成する工程と、前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に圧電薄膜を形成する工程と、前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように第1の駆動用上層電極、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように第2の駆動用上層電極及び前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように一対の検出電極を前記圧電薄膜上に形成する工程とを具備し、前記第1のアーム領域と前記第2のアーム領域とが配置される平面に垂直な方向に前記第1のアーム領域を振動させるために、前記第1、第2のアーム領域のうち少なくとも一つのアーム領域に凹部を形成することを特徴とする。
本発明では、第1のアーム領域と第2のアーム領域とが配置される平面に垂直な方向に第1のアーム領域を振動させるために、第1、第2のアーム領域のうち少なくとも一つのアーム領域に凹部を形成するので、第1のアーム領域の振動方向を調整し易く、正確に第1のアーム領域をこの平面に対して垂直方向に振動させることができる。従って、角速度センサに回転力が働いたときに発生するコリオリ力を検出電極により正確に検出し角速度を正確に検出することができる。
本発明の他の観点に係る角速度センサの製造方法は、第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように第2のアーム領域が設けられた基板を形成する工程と、前記基板上の前記第1のアーム領域に第1の駆動用下層電極及び前記第2のアーム領域に第2の駆動用下層電極をそれぞれ形成する工程と、前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に圧電薄膜を形成する工程と、前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように第1の駆動用上層電極、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように第2の駆動用上層電極及び前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように一対の検出電極を前記圧電薄膜上に形成する工程とを具備し、前記第1のアーム領域と前記第2のアーム領域とが配置される平面に垂直な方向の縦共振周波数と、前記平面に平行な方向の横共振周波数とを求め、前記求めた縦共振周波数と前記求めた横共振周波数との差が所定値となるように前記第1のアーム領域に凹部を形成することを特徴とする。
本発明では、第1のアーム領域と第2のアーム領域とが配置される平面に垂直な方向の縦共振周波数と、平面に平行な方向の横共振周波数とを求め、求めた縦共振周波数と横共振周波数との差が所定値となるように第1のアーム領域に凹部を形成するので、例えば横共振周波数との差が所定値になるまで縦共振周波数を小さくことができる。この結果、第1及び第2のアーム領域を縦方向に共振させるときに、第1及び第2のアーム領域が横方向に共振してしまうことを防止することができる。従って、角速度センサに回転力が働いたときに発生するコリオリ力を検出部により正確に検出し、角速度を正確に検出することができる。
本発明の一の形態によれば、前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、それぞれの前記第2のアーム領域に前記第2の駆動用上層電極、前記第2の駆動用下層電極及びこれらに挟まれる圧電薄膜による第2の駆動領域が形成されていることを特徴とする。これにより、3本のアームの縦共振周波数と横共振周波数とを、例えば第1のアームに加工を行うことで、1本や2本の場合に比べて、より容易かつ正確に調整することができる。
本発明の一の形態によれば、前記凹部を形成する工程は、レーザー加工工程を有し、前記平面に平行な方向の横共振による前記圧電薄膜の歪による検出結果に基いて、前記横共振を防止するように行う。これにより、平面に垂直な方向に第1のアーム領域を振動させた上で、横共振の発生を防止することができる。従って、より正確な角速度を検出することができる。
本発明の一の形態によれば、前記凹部を形成する工程は、レーザー加工工程を有し、前記第1のアーム領域の光学的な観察結果に基いて、前記第1のアーム領域が前記平面に垂直な方向に振動するように行う。これにより、例えば第1のアーム領域、第2のアーム領域に他の検出機構を備えることなく光学的な観察装置を用いることで、第1のアーム領域が平面に対して垂直な方向に振動するように調整することができる。
本発明の一の形態によれば、前記第1のアーム領域の一面において、前記第1のアーム領域の長手方向に亘る前記一面の中心軸から前記第2のアーム領域側にずれた位置に前記レーザー加工を施すことを特徴とする。これにより、第1のアーム領域の断面形状が所定の形状(方形状)でない場合に、例えば質量の偏りのために平面に対して垂直方向な方向から傾いて第1のアーム領域が振動し易い。しかし、レーザー加工により第1のアーム領域の一面の中心軸から第2のアーム領域側にずれた位置の質量を減少させ、質量の偏りによる振動のずれの発生を防止し、垂直方向に第1のアーム領域が振動するようにできる。
本発明の一の形態によれば、前記第2のアーム領域の一面において、前記第2のアーム領域の長手方向に亘る当該一面の中心軸から前記第1のアーム領域側にずれた位置に前記レーザー加工を施す。これにより、第1のアーム領域を平面に対して垂直方向に振動させるのに加えて、レーザー加工により第2のアーム領域の一面の中心軸から第1のアーム領域側にずれた位置の質量を減少させ、質量の偏りによる振動のずれの発生を防止し、第1のアーム領域及び第2のアーム領域の振動方向を平面に対して垂直な方向にすることができる。
本発明の一の形態によれば、前記第1のアーム領域の一面において、前記第1のアーム領域の長手方向で前記第1のアーム領域の固定端側から自由端側にずれた位置に前記レーザー加工を施す。これにより、例えば縦方向の共振周波数が調整されているときに、既に調整済みの縦方向の共振周波数に影響を及ぼさないように、第1のアーム領域が平面に対して垂直な方向に振動するようにすることができる。
本発明に係る電子機器は、第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、前記第1のアーム領域、前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、前記第1のアーム領域は、凹部を有する角速度センサと、前記角速度センサを搭載する機器本体とを具備することを特徴とする。
ここで、「凹部」とは、当該第1のアーム領域を前記平面に対して垂直方向に振動させるためのものであり、例えばレーザー加工、掘削加工などの機械的加工により形成されている。
本発明では、第1のアーム領域と第2のアーム領域とが同一平面に配置されており、この平面に対して垂直方向に振動させるための凹部を第1のアーム領域が有する。このため、第1のアーム領域をこの平面に対して垂直方向に振動させることができる。例えば、角速度センサに回転力が働いたときに、コリオリ力により第1のアーム領域がこの平面に対して平行な方向(横方向)に振動するようにでき、圧電膜の歪を正確に検出し、角速度を正確に検出することができる。
以上のように、本発明によれば、正確な角速度を検出することができる角速度センサを提供することができる。
以下、本発明の第1の実施の形態を図面に基づき説明する。
(第1の実施の形態)
図1は第1の実施の形態の角速度センサの平面図、図2は図1の角速度センサの振動子の正面図である。
図1に示すように、角速度センサ1は、第1のアーム2、第1のアーム2を挟むように第1のアーム2の両側に配置された第2のアーム3、第3のアーム4、基部5が設けられた非圧電材料からなる基板6、緩衝部6A及び固定部7を備えている。
第1のアーム2、第2のアーム3及び第3のアーム4は、互いに等間隔で平行にXY平面内に配置されている。
固定部7には、複数の金属バンプ8が配置されている。金属バンプ8は、基板6上に配置された接続配線9を介して、それぞれ後述する第1の駆動用下層電極11、圧電薄膜12、第1の駆動用上層電極13等に接続されている。
図2に示すように、第1のアーム2は、直方体状であり、その一面側に第1の駆動用下層電極11、圧電薄膜12、第1の駆動用上層電極13がこの順に形成されている。第1の駆動用上層電極13の両側には、第1の駆動用上層電極13を両側から挟むように、第1の駆動用上層電極13に平行に2本の検出電極14a、14bが配置されている。第1のアーム2は、例えばシリコンや樹脂等により形成されている。第1の駆動用下層電極11は、第1のアーム2上に配置されており、圧電薄膜12を駆動するときに基準電極となる。圧電薄膜12は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電セラミックス、LaTaOなどの圧電単結晶等からなる薄膜である。検出電極14a、14bは、第1のアーム2にコリオリ力が加わったときに第1のアーム2をY方向に振動させる成分を検出するために用いられている。第1のアーム2は、圧電薄膜12の逆圧電効果により図2のXY平面に垂直な縦方向(Z方向)に振動可能である。第1のアーム2は、圧電薄膜12の圧電効果により検出される信号によりコリオリ力の検出が可能である。
図2に示すように、第2のアーム3は、直方体状であり、その一面側に第2の駆動用下層電極15、圧電薄膜16、第2の駆動用上層電極17がこの順に形成されている。第2のアーム3は、例えばシリコンや樹脂等により形成されている。第2の駆動用下層電極15は、第2のアーム3上に配置されており、圧電薄膜16を駆動するときに基準電極となる。圧電薄膜16は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電セラミックス、LaTaOなどの圧電単結晶等からなる薄膜である。第2のアーム3は、圧電薄膜16の逆圧電効果により図2のXY平面に垂直な縦方向(Z方向)に振動可能である。
図2に示すように、第3のアーム4は、直方体状であり、その一面側に第3の駆動用下層電極19、圧電薄膜20、第3の駆動用上層電極21がこの順に形成されている。第3のアーム4は、例えばシリコンや樹脂等により形成されている。第3の駆動用下層電極19は、第3のアーム4上に配置されており、圧電薄膜20を駆動するときに基準電極となる。圧電薄膜20は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電セラミックス、LaTaOなどの圧電単結晶等からなる薄膜である。第3のアーム4は、圧電薄膜20の逆圧電効果により図2のXY平面に垂直な縦方向(Z方向)に振動可能である。
図1、図2に示すように、第1、第2及び第3のアーム2、3及び4は断面方形状であり、ほぼ同様の幅、厚さ、長さである。
図2に示すように、第1のアーム2が縦方向(Z方向)プラス向き(図2の上向き)に所定の振幅で振動しているときに、第2のアーム3と第3のアーム4とが縦方向(Z方向)マイナス向きにこの所定の振幅の半分の振幅で振動するように設定されている。
図2に示すように、共振するときに、第2のアーム3、第3のアーム4に働く力の点Oに関するモーメントと、第1のアーム2に働く力の点Oに関するモーメントとが釣り合っている(打ち消し合っている)。なお、点Oは、共振前の第1のアーム2の中心点の位置である。
図3は図1の角速度センサ1の底面図、図4は図1の角速度センサ1の側面図である。
図3、図4に示すように、第1のアーム2の一面2aには、レーザー加工により形成されたレーザー(機械的)加工部である陥没部23が形成されている。陥没部23は、第1のアーム2の長手方向(Y方向)で基部5側に複数個形成されている。また、陥没部23は、第1のアーム2の幅方向(X方向)の中央に形成されている。
(角速度センサ1の製造方法)
次に、本実施形態の角速度センサ1の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図5は図1の角速度センサ1の製造工程を説明するための図である。
まず、シリコンウエハなどの単結晶の基板を準備する(S1)。
続いて、基板上の所定の位置に第1の駆動用下層電極11、第2の駆動用下層電極15、第3の駆動用下層電極19を形成する(S2)。
次いで、第1の駆動用下層電極11、第2の駆動用下層電極15、第3の駆動用下層電極19上に、それぞれ圧電薄膜12、16、20を形成する(S3)。
次に、圧電薄膜12、16、20上に、第1の駆動用上層電極13、第2の駆動用上層電極17、第3の駆動用上層電極21、検出電極14a、14bを形成する(S4)。
次いで、例えば縦共振周波数f1が36.1kHz(縦共振周波数f1の設計目標が36kHzの場合)、横共振周波数f2を35.9kHzとなるように第1、第2及び第3のアーム2、3、4及び基部5を備えた基板6を切り出す(S5)。なお、切り出した後に、第1の駆動用下層電極11等を製造してもよい。
次いで、角速度センサ1の離調度を調整する(S6〜S7)。
離調度の調整は、図3、図4に示すように、レーザーを第1のアーム2の一面2aに照射して行う。離調度とは、第1のアーム2の厚さ方向である縦方向(Z方向)に共振する場合の縦共振周波数と、第1のアーム2の幅方向である横方向(Y方向)に共振する場合の横共振周波数との差である。
縦共振周波数f1と、横共振周波数f2とが所定値になっているか否かは、例えば図示を省略したスペクトラムアナライザーを用いることで判断する。
例えば、縦共振周波数f1と横共振周波数f2とを含む周波数範囲で交流信号発生器から駆動信号を発生させ、第1、第2及び第3のアーム2、3及び4に駆動電圧を印加しながら、検出電極14a、14bによる検出信号を検出する。この検出信号をスペクトラムアナライザーで観察する。
図6はスペクトラムアナライザーによる縦共振周波数と横共振周波数との測定結果を示すグラフである。図6は、検出電極14a、14bにより検出した検出信号の出力を縦軸に、周波数を横軸にしたグラフである。
図6に示すように、縦共振周波数f1と、横共振周波数f2とに対応して出力のピークが現れる。これにより、縦共振周波数f1と、横共振周波数f2とが所定値になっているか否かを判断することができる。
例えば縦共振周波数f1を36kHz、横共振周波数f2を35.9kHzに調整する場合について説明する。
まず、第1のアーム2の一面2aにおいて、例えば第1のアーム2の長手方向(Y方向)で基部5側にレーザー加工を施し、陥没部23を形成する(S6)。このとき、例えば第1のアーム2の幅方向(X方向)で中央部に陥没部23を形成するようにする。これにより、縦共振周波数f1を36.1kHzから低下させ、目標の36kHzに近づける。
続いて、縦共振周波数f1が36kHzになったか否かを判断し(S7)、否定判断のときには、ステップ6に戻り、レーザー加工を行う。このとき、徐々に直線的にレーザー照射位置をY方向にずらして陥没部23を形成する。これにより、縦共振周波数が36kHzになり離調度が所定値(例えば100Hz)になるまで調整する。
縦共振周波数f1が36kHzになったときには、縦共振周波数f1の調整工程を終了する。
次に、角速度センサ1の動作について説明する。
第1、第2及び第3のアーム2、3及び4の第1、第2及び第3の駆動用上層電極13、17及び21に縦共振を発生させる駆動信号を入力すると、第1、第2及び第3のアーム2、3及び4が、XY平面に対して垂直な方向(Z方向)に振動する。これにより、例えば第1のアーム2と、第2、第3のアーム3、4とが逆相の振動位相を持ち、第2、第3のアーム3、4が同相の振動位相を持ち、第1のアーム2の振幅が第2、第3のアーム3、4の振幅の2倍となって振動し、不要な振動が縮退し安定な振動となる。
このとき、第1のアーム2の軸方向(Y方向)の周りに図2に示すように角速度ωが加えられると、第1のアーム2にコリオリの力が作用し、圧電薄膜12の形成面と平行な方向(X方向)に振動する成分(歪)が生成される。
この振動成分(歪)を検出電極14a、14bにより検出し角速度信号として不図示の制御部に送信する。これにより、角速度が検出される。
このように本実施形態によれば、第1のアーム2と第2のアーム3と第3のアーム4とが同一平面(XY平面)に配置されており、縦共振周波数f1を横共振周波数f2に対して所定値異なるようにするためにレーザー加工された陥没部23を第1のアーム2が備えている。このため、例えば第1のアーム2に陥没部23を形成することで、縦共振周波数f1を低下させて横共振周波数f2に対して所定値異なるように調整することができる。この結果、3本のアームを縦方向に共振させるときに、3本のアームが横方向に共振することを防止することができる。従って、角速度センサ1に回転力が働いたときに発生するコリオリ力を圧電薄膜12の歪により正確に検出し、角速度ωを正確に検出することができる。
本実施形態では、第1のアーム2に陥没部23を形成する例を示した。しかし、例えば、第2のアーム3及び第3のアーム4のうち少なくとも一方に、縦共振周波数f1を横共振周波数f2に対して所定値異ならせるために、レーザー加工された陥没部を形成するようにしてもよい。これにより、例えば第2のアーム3又は第3のアーム4をレーザー加工することで、3本のアームを縦方向に共振させるときに、3本のアームが横方向に共振することを防止することができる。このとき、3本のアーム2、3及び4を用いてレーザー加工を適宜行うことで、より正確な調整を行うことができる。また、1本のアームにレーザー加工が集中することを防止し、3本のアームにレーザー加工を分散させることができる。このため、特定のアームが破損しやすくなることを防止することができる。そして、角速度センサ1に回転力が働いたときに発生するコリオリ力を圧電薄膜12の歪により正確に検出し、角速度ωを正確に検出することができる。
第1のアーム2は、陥没部23が第1のアーム2の長手方向(Y方向)で基部5側に形成されている。これにより、第1のアーム2の質量を第1のアーム2の長手方向で相対的に基部5側を小さくし先端側を相対的に大きくすることができる。従って、縦共振周波数f1と横共振周波数f2とを所定値間隔に調整するときに、効果的に縦共振周波数f1を小さくすることができる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態の角速度センサについて図面を参照して説明する。なお、本実施形態以降では、第1の実施形態と同様の構成部材には同じ符号を付しその説明を省略し、異なる箇所を中心に説明する。
図7は第2の実施の形態の角速度センサの底面図である。
本実施形態の角速度センサ1´は、上記第1の実施形態の角速度センサ1に比べて、第1のアーム2が後述する陥没部30を備え、第2のアーム3が後述する陥没部31を備え、第3のアーム4が後述する陥没部32を備えている。
第1のアーム2の陥没部30は、中心軸Y1からこの中心軸Y1に直交する方向(X方向)で第3のアーム4側にずれた位置にレーザー加工により形成されている。中心軸Y1は、第1のアーム2の幅方向(X方向)の中心を通るアームの長手方向に平行な軸である。陥没部30は、例えば、第1のアーム2の長手方向(Y方向)で基部5側とは異なり中央部に形成されている。なお、陥没部30は、第1のアーム2の長手方向で先端(自由端)側に形成するようにしてもよい。
第2のアーム3の陥没部31は、第1のアーム2の長手方向に直交する方向(X方向)で中心軸Y1から陥没部30がずれた向きとは反対向きに、中心軸Y2からずれてレーザー加工により形成されている。中心軸Y2は、第2のアーム3の幅方向(X方向)の中心を通るアームの長手方向に平行な軸である。つまり、陥没部31は、中心軸Y2の第1のアーム2側とは反対側にずれて形成されている。陥没部31は、例えば、第2のアーム3の長手方向(Y方向)で基部5側とは異なり中央部等に形成されている。なお、陥没部31は、第1のアーム2の長手方向で先端(自由端)側に形成するようにしてもよい。
第3のアーム4の陥没部32は、第1のアーム2の長手方向に直交する方向(X方向)で中心軸Y1から陥没部30がずれた向きとは反対向きに、中心軸Y3からずれてレーザー加工により形成されている。中心軸Y3は、第3のアーム4の幅方向(X方向)の中心を通るアームの長手方向に平行な軸である。つまり、陥没部32は、中心軸Y3の第1のアーム2側にずれて形成されている。陥没部32は、例えば、第3のアーム4の長手方向(Y方向)で基部5側とは異なり中央部等に形成されている。なお、陥没部32は、第3のアーム4の長手方向で先端(自由端)側に形成するようにしてもよい。
陥没部30、31及び32の形状、数、位置、陥没部間隔等はこれに限定されず、適宜変更可能である。
次に、本実施形態の角速度センサ1´の製造工程について図面を参照しながら説明する。
図8は図7の角速度センサ1´の振動方向調整工程を説明するための図である。
本実施形態では、第1の実施形態のように縦共振周波数f1と横共振周波数f2とを所定値に調整する代わりに、第1のアーム2の振動方向、第2、第3のアーム3、4の振動方向を調整する。なお、本実施形態では、第1実施形態のS1〜S5まではほぼ同様であるのでステップ5に続く図8に示す振動方向調整工程(S11〜S14)について説明する。
まず、上述したように、第1のアーム2、第2のアーム3及び第3のアーム4を備えた角速度センサ1´を製造する(振動方向未調整)。
続いて、例えば第1、第2及び第3のアーム2、3及び4を共振させて、第1のアーム2の振動方向が、XY平面に対して垂直な方向(Z方向)に縦振動しているか否かを判断する(S11)。
第1のアーム2が垂直方向(Z方向)に振動していない(例えば図2に示すように、第1のアーム2が垂直方向(Z方向)に対して角度θ傾いた方向に振動している)場合には、中心軸Y1からこの中心軸Y1に直交する方向(X方向)で第3のアーム4側にずれた位置にレーザー加工を施す(S12)。これにより、図7に示すように陥没部30を形成する。この結果、第1のアーム2の振動方向を垂直方向(Z方向)に近づけることができる。
例えばステップ12によるレーザー加工により、第1のアーム2が垂直方向(Z方向)に振動するように調整された場合には、更に、第2のアーム3、第3のアーム4が垂直方向(Z方向)に振動するか否かを判断する(S13)。これは、第1のアーム2が垂直方向に振動していても、第2、第3のアーム3、4が垂直方向に振動していない場合があるからである。
第2のアーム3、第2のアーム3が垂直方向(Z方向)に振動していない(例えば図2に示すように、第1のアーム2、第2のアーム3が垂直方向(Z方向)に対して角度θ傾いた方向に振動している)場合には、第2のアーム3の一面3a上で中心軸Y2から第1のアーム2側にずれた位置にレーザー加工を施すと共に、第3のアーム4の一面4a上で中心軸Y3から第1のアーム2側にずれた位置にレーザー加工を施す(S14)。つまり、中心軸Y1に対して陥没部30がずれた向きとは反対向きに、中心軸Y2、Y3からずれた位置に陥没部31、32を形成する。この結果、第2のアーム3の振動方向、及び第3のアーム4の振動方向を垂直方向(Z方向)に近づけることができる。
例えばステップ14によるレーザー加工により、第2のアーム3及び第3のアーム4が垂直方向(Z方向)に振動するように調整された場合には、振動方向調整工程を終了する。
このように本実施形態によれば、第1のアーム2と第2のアーム3と第3のアーム4とが同一平面(XY平面)に配置されており、この平面に対して垂直方向(Z方向)に振動させるために中心軸Y1からX方向にずれた位置にレーザー加工された陥没部30を第1のアーム2が備えている。このため、第1のアーム2をこのXY平面に対して垂直方向に振動させることができる。例えば、角速度センサ1に回転力が働いたときに、コリオリ力により第1のアーム2がこのXY平面に対して平行な方向(X方向)に振動するようにでき、圧電薄膜12の歪を正確に検出し、角速度を正確に検出することができる。
また、陥没部30は、第1のアーム2の長手方向(Y方向)に直交する方向(X方向)に中心軸Y1からずれて形成されている。これにより、例えば製造誤差等により生じた第1のアーム2の質量の偏りを低減することができ、例えば第1のアーム2がXY平面に垂直な方向(Z方向)に対して角度θ傾いた方向に振動しているときに(図2参照)、第1のアーム2を垂直な方向(Z方向)に振動させることができる。
更に、陥没部30は、第1のアーム2の長手方向(Y方向)で基部5側とは異なり中央部等に形成されている。つまり、陥没部30は、第1の実施の形態の陥没部23に比べて、第1のアーム2の固定端側(基部5側)から第1のアーム2の先端(自由端)側にずれた位置に形成されている。
これにより、例えば縦共振周波数f1が調整されているときに、既に調整済みの縦共振周波数f1に影響を及ぼさないように、第1のアーム2がXY平面に対して垂直な方向に振動するようにすることができる。
また、第2のアーム3は、第1のアーム2を垂直方向に振動させるために、レーザー加工された陥没部31を備え、陥没部31は、第1のアーム2の長手方向に直交する方向(X方向)で中心軸Y1から陥没部30がずれた向きとは反対向きに中心軸Y2からずれて形成されている。これにより、第2のアーム3の質量の偏りを低減することができ、第2のアーム3がXY平面に垂直な方向に対して角度θ傾いて振動しているときに、第2のアーム3を垂直な方向に振動させることができる。なお、第3のアーム4については、第2のアーム3と同様の位置に陥没部32が形成されている。
以上のように、角速度センサ1´は、第1、第2及び第3のアーム2、3及び4を備えているので、1本又は2本の場合に比べて、3本のアームに適宜レーザー加工を施すことで、第1、第2及び第3のアーム2、3及び4の振動方向を縦方向に高精度に調整することができる。
また、1本のアームにレーザー加工が集中することを防止し、3本のアームにレーザー加工を分散させることができる。このため、特定のアームが破損しやすくなることを防止することができる。
なお、上記第1の実施形態では、縦共振周波数f1と横共振周波数f2との調整を行い、第2の実施形態では、振動方向調整を行う例を示した。しかし、上記二つの調整を連続的に行うようにしてもよい。
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態の角速度センサについて図面を参照して説明する。
図9は第3の実施の形態の角速度センサの底面図である。
本実施形態の角速度センサ100は、第1の実施形態の角速度センサ1に比べて、図9に示すように、第1のアーム2に陥没部23が形成されておらず、第2のアーム3、第3のアーム4にそれぞれ陥没部35、36が形成されている点が異なる。
第2のアーム3の陥没部35は、第2のアーム3の長手方向(Y方向)で基部5側に複数個レーザー加工により形成されている。また、陥没部35は、第2のアーム3の幅方向(X方向)の中央に形成されている。
第3のアーム4の陥没部36は、第3のアーム4の長手方向(Y方向)で基部5側に複数個レーザー加工により形成されている。また、陥没部36は、第3のアーム4の幅方向(X方向)の中央に形成されている。
次に、本実施形態の縦共振周波数f1と横共振周波数f2との調整工程について説明する。なお、本実施形態では、第1の実施形態に比べて、図5に示すステップ6のみが異なっている。つまり、陥没部を形成するためにレーザーを照射する位置のみが異なっている。
例えば、第1の実施形態で第1のアーム2に陥没部23を形成する代わりに(S6)、図9に示すように、第2のアーム3の一面3aにおいて、例えば第2のアーム3の長手方向(Y方向)で基部5側にレーザー加工を施し、陥没部35を形成する。このとき、例えば第2のアーム3の幅方向(X方向)で中央部に陥没部35を形成するようにする。同様に、第3のアーム4に対して、陥没部36を形成する。これにより、縦共振周波数f1を低下させ、目標の縦共振周波数36kHzに近づける。
続いて、縦共振周波数f1が36kHzになったか否かを判断し(S7)、36kHzになっていない(否定判断)ときには、ステップ6に戻り、レーザー加工を行う。このとき、徐々に直線的にレーザー照射位置をY方向にずらして陥没部35、36を形成する。これにより、縦共振周波数が36kHzになり離調度が所定値(例えば100Hz)になるまで調整する。
縦共振周波数f1が36kHzになったときには、縦共振周波数f1の調整工程を終了する。
本実施形態では、第2のアーム3が陥没部35を備え、第3のアーム4が陥没部36を備えている。このため、第1のアーム2を挟んで離間して設けられた第2のアーム3及び第3のアーム4を用いて、正確に第1のアーム2をこのXY平面に対して垂直方向(Z方向)に振動させるように調整することができる。この場合には、第2のアーム3と、第3のアーム4とが第1のアーム2を介して離間して配置されることになり、レーザー加工を行う位置を適宜変更して第1のアーム2をXY平面に垂直な方向(Z方向)に振動するように調整し易い。
また、第1のアーム2にレーザー加工等を施す必要がないので、第1のアーム2の強度が低下することもない。第1のアーム2は、第2のアーム3、第3のアーム4に比べて振幅が2倍と大きいので、このように強度を向上させることにより、より安定的に角速度を検出することができる。
(第4の実施の形態)
次に、第4の実施の形態の角速度センサについて図面を参照して説明する。
図10は第4の実施の形態の角速度センサの底面図である。
本実施形態の角速度センサ200は、図7の角速度センサ1´に比べて、第1のアーム2が陥没部を備えておらず、第2のアーム3が後述する陥没部38を備え、第3のアーム4が後述する陥没部39を備えている点が異なる。
第2のアーム3の陥没部38は、中心軸Y2から第1のアーム2側にずれた位置に形成されている。陥没部38は、例えば、第2のアーム3の長手方向(Y方向)で基部5側とは異なり中央部等にレーザー加工により形成されている。なお、陥没部38は、第2のアーム3の長手方向で先端(自由端)側に形成するようにしてもよい。
第3のアーム4の陥没部39は、中心軸Y3から第1のアーム2側とは反対側にずれた位置に形成されている。陥没部39は、例えば、第3のアーム4の長手方向(Y方向)で基部5側とは異なり中央部等にレーザー加工により形成されている。なお、陥没部39は、第3のアーム4の長手方向で先端(自由端)側に形成するようにしてもよい。
本実施形態によれば、第1のアーム2を垂直方向(Z方向)に共振させるために、第2のアーム3の一面3aにおいて、中心軸Y2から第1のアーム2側にずれた位置にレーザー加工が施され、陥没部38が形成されている(陥没部39についても同様)。例えば、第1のアーム2の断面形状が所定の形状(方形状)でない場合に、質量の偏りのためにXY平面に対して垂直な方向(Z方向)から角度θ傾いて第1のアーム2等が振動し易い(図2参照)。しかし、レーザー加工により第2のアーム3の一面3aの中心軸Y2から第1のアーム2側にずれた位置の質量を減少させ(陥没部39についても同様)、質量の偏りによる振動のずれの発生を防止し、共振により垂直方向に第1のアーム2が振動するようにできる。
また、第2のアーム3と、第3のアーム4とに陥没部38、39をそれぞれ形成することで、1本で調整する場合に比べて、垂直方向(Z方向)に共振するように調整し易い。
更に、第1のアーム2にレーザー加工等を施す必要がないので、第1のアーム2の強度が低下することもない。第1のアーム2は、第2のアーム3、第3のアーム4に比べて振幅が2倍と大きいので、強度を向上させることにより、より安定的に角速度を検出することができる。
(第5の実施の形態)
次に、第5の実施の形態の角速度センサについて図面を参照して説明する。
図11は第5の実施の形態の角速度センサの平面図である。
本実施形態の角速度センサ300は、第1のアーム2に形成される一対の検出電極14a、14bに加えて、第2のアーム3、第3のアーム4にそれぞれ1本ずつ検出電極41、42を備える点で、上述の第1の実施形態と異なっている。
検出電極41は、例えば第2のアーム3の一面3a上で、第2の駆動用上層電極17の第1のアーム2側とは反対側に形成されている。
検出電極42は、例えば第3のアーム4の一面4a上で、第3の駆動用上層電極21の第1のアーム2側とは反対側に形成されている。検出電極14a、14b、41、42は、配線9、43、44を介してそれぞれ検出信号Sa、Sb、Sc、Sdを送信できるように、制御部45の図示しない端子に接続されている。
(縦共振周波数及び横共振周波数の調整)
本実施形態では、例えば、第1のアーム2、第2のアーム3及び第3のアーム4の共振周波数が所望の共振周波数からずれている場合に、一本毎に共振点を個別に調整しながら、3本のアームの共振点を調整する。
例えば、第2のアーム3の縦共振周波数f1を調整する場合について説明する。
第2のアーム3の縦共振周波数f1が所定値(36kHz)からずれている場合には、例えば、第1のアーム2、第3のアーム4を固定し共振が発生しないようにしておく。
続いて、第2のアーム3に、交流信号発信器を用いて、所定の周波数で振動させる。このとき、検出電極41からの検出信号Scをスペクトラムアナライザーで観察し、縦共振周波数f1が所定値に近づくように、第2のアーム3の一面3aで、基部5に近い位置にレーザー加工を施し、陥没部を形成する。
他の第1、第3のアーム2、4についても同様に個別に縦共振周波数を所定値(36kHz)に調整することができる。
(振動方向調整)
また、例えば、第1のアーム2、第2のアーム3及び第3のアーム4の振動方向が垂直方向(Z方向)からずれている場合に、一本毎に共振点を個別に振動方向を調整しながら、3本のアームの振動方向を調整する。
例えば、第2のアーム3の振動方向を調整する場合について説明する。
第2のアーム3の振動方向が垂直方向(Z方向)からずれている場合には、例えば、第1のアーム2、第3のアーム4を固定し共振が発生しないようにしておく。
続いて、第2のアーム3に、交流信号発信器を用いて、所定の周波数で振動させる。このとき、検出電極41からの検出信号Scをスペクトラムアナライザーで観察し、横共振周波数f2のピークが低下するように、第2のアーム3の一面3aで、基部5に近い位置ではなく先端側にずれた位置で第2のアーム3の幅方向で中心軸Y2からずれた位置(図10の陥没部38参照)にレーザー加工を施し、陥没部を形成する。これにより、例えば質量の偏りを低減し第2のアーム3の振動方向を垂直方向に調整することができる。
このように、第1、第2及び第3のアーム2、3及び4の共振周波数の調整及び振動方向の調整をそれぞれ個別に行うことができる。それぞれのアームが垂直方向(Z方向)に振動するように調整することで、3本のアームの共振周波数及び振動方向を正確に調整することができる。
また、第2のアーム3及び第3のアーム4にも検出電極41、42を設けることにより、角速度信号の検出精度を高めることが可能となる。この場合、制御部45内の図示しない演算回路は、(Sd+Sc)−(Sb+Sa)なる和信号を駆動用信号として出力する一方、(Sd+Sb)−(Sa+Sc)なる差分信号を角速度信号として出力するように構成されている。ここで、Sa,Sb,Sc,Sdはそれぞれ、検出電極14a,14b,41,42の検出信号を表す。
なお、上記各実施形態において、例えば、第1のアーム2の振動方向を垂直方向(Z方向)に調整するために、レーザー干渉型変位計を用いるようにしてもよい。
レーザー干渉型変位計による第1のアーム2の横方向の振動量が最小になるように、第1のアーム2の一面2aで、中心軸Y1より幅方向にずれた位置にレーザー加工を施し、陥没部を形成する。
これにより、例えば第2のアーム3、第3のアーム4に検出電極、バンプ及び配線等の他の検出機構を備える必要がない。従って、角速度センサの小型化を図りつつ第1のアーム2がXY平面に対して垂直な方向(Z方向)に振動するように調整することができる。
なお、上記実施形態では、第1のアーム2の振動方向の調整や、縦共振周波数f1と横共振周波数f2との調整のために、例えばレーザー加工により陥没部23を形成する例を示した。しかし、加工方法は、レーザー加工に限定されない。例えば第1のアーム2に切削加工を施して陥没部を形成するようにしてもよい。
(第6の実施形態)
次に、上記実施形態の角速度センサ1を備えたセンサモジュールを具備する電子機器について説明する。
図12は第6の実施の形態の電子機器の斜視図、図13は図12の電子機器のブロック図である。
この電子機器は、例えばデジタルカメラ400である。図12に示すように、デジタルカメラ400は、角速度センサ1を備えたセンサモジュール500と、センサモジュール500を搭載する機器本体501とを備えている。機器本体501は、例えば、金属製、樹脂製などのフレームまたは筐体である。
図13に示すように、デジタルカメラ400は、センサモジュール500と、制御部510と、レンズなどを備える光学系520と、CCD530、光学系520に対して手振れ補正を実行する手振れ補正機構540とを有する。
センサモジュール500によって、X方向及びY方向のコリオリ力が検出される。制御部510は、この検出されたコリオリ力に基づき手振れ補正機構540を使って光学系520で手振れの補正を行う。
図14は図13のセンサモジュール500の分解斜視図である。
図14に示すように、このセンサモジュール500は、基板201と、上蓋301とを有する。
基板201は、小型化による微細パターンへの対応と、熱膨張に対する形状安定性の観点から、例えばアルミナ(Al)などのセラミック材料が用いられる。なお、基板201の下面には図示しないランドが設けられている。これにより、角速度センサ1からの電気信号を取り出したりしている。
基板201には、第1の実施形態の角速度センサ1と、駆動検出用ベアチップIC214と、チップCR部品215等が実装されている。角速度センサ1は、基板201のX方向に沿った辺に沿うように配置されている。このX軸の角速度センサ1の近傍に駆動検出用ベアチップIC214が配置されている。角速度センサ1は、基板201のY方向に沿った辺に沿うように配置されている。駆動検出用ベアチップIC214は、基板201のほぼ中央に配置されている。
センサモジュール500では、XYの2軸に対する角速度センサを同一パッケージ内に実装している。この実施形態では、X軸検出用の角速度センサ1は、例えば36kHz付近、Y軸検出用の角速度センサ1は、例えば39kHz付近の共振周波数でそれぞれ振動するように構成されている。これにより、デジタルカメラ400がX軸、Y軸の周りに回転するときの角速度を正確に検出することができる。
例えば、上記各実施の形態に係る角速度センサを搭載する電子機器としては、デジタルカメラの他に、例えば、ラップトップ型のコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistance)、電子辞書、オーディオ/ビジュアル機器、プロジェクタ、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、その他の電化製品等が挙げられる。
第1の実施の形態の角速度センサの平面図である。 図1の角速度センサのアームの正面図である。 図1の角速度センサの底面図である。 図1の角速度センサの側面図である。 図1の角速度センサの製造工程を説明するための図である。 スペクトラムアナライザーによる縦横共振周波数の測定結果のグラフである。 第2の実施の形態の角速度センサの底面図である。 図7の角速度センサの振動方向調整工程を説明するための図である。 第3の実施の形態の角速度センサの底面図である。 第4の実施の形態の角速度センサの底面図である。 第5の実施の形態の角速度センサの平面図である。 第6の実施の形態の電子機器の斜視図である。 図12の電子機器のブロック図である。 図12のセンサモジュールの分解斜視図である。
符号の説明
1、1´、100、200、300 角速度センサ
2 第1のアーム
3 第2のアーム
4 第3のアーム
5 基部
6 基板
11 第1の駆動用下層電極
12、16、20 圧電薄膜
13 第1の駆動用上層電極
14a、14b 検出電極
15 第2の駆動用下層電極
17 第2の駆動用上層電極
19 第3の駆動用下層電極
21 第3の駆動用上層電極
23、30、31、32、35、36、38、39 陥没部
400 デジタルカメラ
501 機器本体
500 センサモジュール
Y1、Y2、Y3 中心軸

Claims (18)

  1. 第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、
    前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、
    前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、
    前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、
    前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、
    前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、
    前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、
    前記第1のアーム領域、前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、前記第1のアーム領域は、凹部を有する
    ことを特徴とする角速度センサ。
  2. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、
    それぞれの前記第2のアーム領域に前記第2の駆動用上層電極、前記第2の駆動用下層電極及びこれらに挟まれる圧電薄膜による第2の駆動領域が形成されている
    ことを特徴とする角速度センサ。
  3. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記凹部は、レーザー加工による陥没部であることを特徴とする角速度センサ。
  4. 請求項2に記載の角速度センサであって、
    前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられた前記第2のアーム領域のうち少なくとも一方は、前記第1のアーム領域を前記垂直方向に振動させるために、レーザー加工された陥没部を有することを特徴とする角速度センサ。
  5. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記基板は、前記第1のアーム領域を支持する基部を有し、
    前記凹部は、前記第1のアーム領域の長手方向で前記基部側に形成されていることを特徴とする角速度センサ。
  6. 請求項1に記載の角速度センサであって、
    前記凹部は、前記第1のアーム領域の長手方向に直交する方向にずれて形成されていることを特徴とする角速度センサ。
  7. 請求項6に記載の角速度センサであって、
    前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を前記垂直方向に振動させるために、レーザー加工された陥没部を有し、
    前記陥没部は、前記第1のアーム領域の長手方向に直交する方向で前記凹部がずれた向きとは反対向きにずれて形成されていることを特徴とする角速度センサ。
  8. 第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、
    前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、
    前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、
    前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、
    前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、
    前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、
    前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、
    前記第1のアーム領域及び前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、
    前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、
    前記第1のアーム領域は、凹部を有する
    ことを特徴とする角速度センサ。
  9. 第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、
    前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、
    前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、
    前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、
    前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、
    前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、
    前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、
    前記第1のアーム領域及び前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、
    前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、
    2つの前記第2のアーム領域は、前記第1のアームを前記平面に対して垂直方向に振動させるために、レーザー加工された陥没部を有する
    ことを特徴とする角速度センサ。
  10. 第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように第2のアーム領域が設けられた基板を形成する工程と、
    前記基板上の前記第1のアーム領域に第1の駆動用下層電極及び前記第2のアーム領域に第2の駆動用下層電極をそれぞれ形成する工程と、
    前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に圧電薄膜を形成する工程と、
    前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように第1の駆動用上層電極、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように第2の駆動用上層電極及び前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように一対の検出電極を前記圧電薄膜上に形成する工程とを具備し、
    前記第1のアーム領域と前記第2のアーム領域とが配置される平面に垂直な方向に前記第1のアーム領域を振動させるために、前記第1、第2のアーム領域のうち少なくとも一つのアーム領域に凹部を形成することを特徴とする角速度センサの製造方法。
  11. 第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように第2のアーム領域が設けられた基板を形成する工程と、
    前記基板上の前記第1のアーム領域に第1の駆動用下層電極及び前記第2のアーム領域に第2の駆動用下層電極をそれぞれ形成する工程と、
    前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に圧電薄膜を形成する工程と、
    前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように第1の駆動用上層電極、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように第2の駆動用上層電極及び前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように一対の検出電極を前記圧電薄膜上に形成する工程とを具備し、
    前記第1のアーム領域と前記第2のアーム領域とが配置される平面に垂直な方向の縦共振周波数と、前記平面に平行な方向の横共振周波数とを求め、
    前記求めた縦共振周波数と前記求めた横共振周波数との差が所定値となるように前記第1のアーム領域に凹部を形成することを特徴とする角速度センサの製造方法。
  12. 請求項10に記載の角速度センサであって、
    前記第2のアーム領域は、前記第1のアーム領域を挟むように2つ設けられ、
    それぞれの前記第2のアーム領域に前記第2の駆動用上層電極、前記第2の駆動用下層電極及びこれらに挟まれる圧電薄膜による第2の駆動領域が形成されている
    ことを特徴とする角速度センサの製造方法。
  13. 請求項10に記載の角速度センサの製造方法であって、
    前記凹部を形成する工程は、レーザー加工工程を有し、前記平面に平行な方向の横共振による前記圧電薄膜の歪による検出結果に基いて、前記横共振を防止するように行うことを特徴とする角速度センサの製造方法。
  14. 請求項10に記載の角速度センサの製造方法であって、
    前記凹部を形成する工程は、レーザー加工工程を有し、前記第1のアーム領域の光学的な観察結果に基いて、前記第1のアーム領域が前記平面に垂直な方向に振動するように行うことを特徴とする角速度センサの製造方法。
  15. 請求項10に記載の角速度センサの製造方法であって、
    前記第1のアーム領域の一面において、前記第1のアーム領域の長手方向に亘る前記一面の中心軸から前記第2のアーム領域側にずれた位置に前記レーザー加工を施すことを特徴とする角速度センサ。
  16. 請求項15に記載の角速度センサであって、
    前記第2のアーム領域の一面において、前記第2のアーム領域の長手方向に亘る当該一面の中心軸から前記第1のアーム領域側にずれた位置に前記レーザー加工を施すことを特徴とする角速度センサ。
  17. 請求項15に記載の角速度センサであって、
    前記第1のアーム領域の一面において、前記第1のアーム領域の長手方向で前記第1のアーム領域の固定端側から自由端側にずれた位置に前記レーザー加工を施すことを特徴とする角速度センサ。
  18. 第1のアーム領域及び前記第1のアーム領域に隣接するように設けられた第2のアーム領域が設けられた基板と、前記基板上の前記第1のアーム領域に形成された第1の駆動用下層電極と、前記基板上の前記第2のアーム領域に形成された第2の駆動用下層電極と、前記第1の及び第2の駆動用下層電極上に形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜を挟んで第1の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第1の駆動用上層電極と、前記圧電薄膜を挟んで第2の駆動用下層電極と対向するように前記圧電膜薄膜上に形成された第2の駆動用上層電極と、前記第1の駆動用上層電極を両側から挟むように前記圧電薄膜上に形成された一対の検出電極とを具備し、前記第1のアーム領域、前記第2の振動アーム領域が同一平面に設けられ、前記第1のアーム領域は、凹部を有する角速度センサと、
    前記角速度センサを搭載する機器本体と
    を具備することを特徴とする電子機器。
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