JP2013007622A - Gyro sensor and electronic apparatus - Google Patents

Gyro sensor and electronic apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2013007622A
JP2013007622A JP2011139690A JP2011139690A JP2013007622A JP 2013007622 A JP2013007622 A JP 2013007622A JP 2011139690 A JP2011139690 A JP 2011139690A JP 2011139690 A JP2011139690 A JP 2011139690A JP 2013007622 A JP2013007622 A JP 2013007622A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drive
axis
gyro sensor
detection
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011139690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kanemoto
啓 金本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2011139690A priority Critical patent/JP2013007622A/en
Publication of JP2013007622A publication Critical patent/JP2013007622A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gyro sensor that achieves a reduction in size.SOLUTION: A gyro sensor 10 of the present invention includes: a substrate 50; a driving section 24 that is disposed above the substrate 50 through an anchor portion 12 and rotates and vibrates; detecting sections 20 connected to the driving section 24; driving electrode portions 56 disposed on the substrate 50; and driving electrode portions 54 disposed opposite to the detecting sections 20 as viewed in a plan view on the substrate 50. In the gyro sensor 10, the driving section 24 is provided with a plurality of gap portions, and at least parts of the driving electrode portions 56 are provided so as to be overlapped with the gap portions as viewed in the plan view.

Description

本発明は、ジャイロセンサー及びそれを用いた電子機器に関する。   The present invention relates to a gyro sensor and an electronic device using the gyro sensor.

近年、カーナビゲーションシステムや、ビデオカメラの手ぶれ補正などの姿勢制御に、角速度を検出するジャイロセンサーが多く用いられている。このようなジャイロセンサーには、互いに直交するX軸,Y軸,Z軸回りの角速度を検出可能な検出素子を各軸に備えたセンサーがある。   In recent years, gyro sensors that detect angular velocities are often used for attitude control such as car navigation systems and camera shake correction for video cameras. Such a gyro sensor includes a sensor provided on each axis with a detection element capable of detecting angular velocities around the X, Y, and Z axes orthogonal to each other.

特許文献1に開示のセンサー構造は、駆動質量と駆動装置を備え、駆動装置が駆動質量から外部へ向かって放射状に取り付けられている。駆動装置は、櫛歯状の固定電極及び可動電極を備え、互いに所定の間隔を開けて駆動質量から放射状に形成されている。   The sensor structure disclosed in Patent Document 1 includes a drive mass and a drive device, and the drive device is attached radially from the drive mass toward the outside. The drive device includes a comb-like fixed electrode and a movable electrode, and is formed radially from the drive mass at a predetermined interval.

特開2007−271611号公報JP 2007-271611 A

しかしながら従来の駆動質量と同一平面上に駆動装置を設けた構成では、駆動装置の占有スペースが大きくなり、デバイス全体の小型化の要請に伴うセンサー素子の更なる小型化が図れないという問題があった。また駆動装置の占有スペースを確保するため検出部の設置面積を小さくすると、検出感度が低下してしまうという問題があった。
上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、小型化を図ったジャイロセンサーを提供することを目的としている。
However, the configuration in which the driving device is provided on the same plane as the conventional driving mass increases the occupied space of the driving device, and there is a problem that the sensor element cannot be further downsized due to the demand for downsizing of the entire device. It was. Further, if the installation area of the detection unit is reduced in order to secure the space occupied by the driving device, there is a problem that the detection sensitivity is lowered.
In order to solve the above-described problems of the conventional technology, an object of the present invention is to provide a gyro sensor that is miniaturized.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]基板と、アンカー部を介して前記基板の上方に配置され、回動振動する駆動部と、前記駆動部に接続された検出部と、前記基板に配置されている駆動電極部と、前記検出部に平面視で対向して前記基板に配置されている検出電極部と、を有し、前記駆動部には、空隙部が複数設けられ、前記駆動電極部の少なくとも一部は、平面視で前記空隙部に重なって設けられていることを特徴とするジャイロセンサー。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
Application Example 1 A Substrate, a Drive Unit which is Disposed Above the Substrate via an Anchor Part, Rotates and Vibrates, a Detection Unit Connected to the Drive Unit, and a Drive Electrode Unit Arranged on the Substrate And a detection electrode unit disposed on the substrate so as to face the detection unit in plan view, and the drive unit includes a plurality of gaps, and at least a part of the drive electrode unit is The gyro sensor is provided so as to overlap the gap in a plan view.

上記構成によれば、センサー上の駆動部の占有スペースを減らすことができるので、センサー全体の小型化を図ることができる。また検出部のスペースを広くすることによって検出部の高感度化を図ることができる。   According to the above configuration, since the space occupied by the drive unit on the sensor can be reduced, the entire sensor can be reduced in size. Further, by increasing the space of the detection unit, it is possible to increase the sensitivity of the detection unit.

[適用例2]前記駆動電極部は、1つの前記空隙部に対し1対配置されていることを特徴とする適用例1に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、駆動部の駆動力を大きくすることができる。
Application Example 2 The gyro sensor according to Application Example 1, wherein the drive electrode portion is arranged in a pair with respect to one gap portion.
According to the above configuration, the driving force of the driving unit can be increased.

[適用例3]前記駆動部は、外形が略円形であることを特徴とする適用例1または2に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、駆動部を効率良く円周運動させることができる。
Application Example 3 The gyro sensor according to Application Example 1 or 2, wherein the driving unit has a substantially circular outer shape.
According to the said structure, a drive part can be circumferentially moved efficiently.

[適用例4]前記アンカー部は、前記駆動部の中心に配置されていることを特徴とする適用例1ないし3のいずれか一例に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、駆動部をバランス良く円周運動させることができる。
Application Example 4 The gyro sensor according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the anchor portion is disposed at the center of the drive unit.
According to the said structure, a drive part can be circumferentially moved with sufficient balance.

[適用例5]前記空隙部は、前記アンカー部を中心として点対称の位置に配置されていることを特徴とする適用例4に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば駆動部を効率良く円周運動させることができる。
Application Example 5 The gyro sensor according to Application Example 4, wherein the gap portion is disposed at a point-symmetrical position with the anchor portion as a center.
According to the said structure, a drive part can be circumferentially moved efficiently.

[適用例6]前記駆動部の内部には、前記検出部が配置されていることを特徴とする適用例1ないし5のいずれか一例に記載のジャイロセンサー。
上記構成によれば、ジャイロセンサーの小型化に寄与する。
Application Example 6 The gyro sensor according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the detection unit is disposed inside the driving unit.
According to the said structure, it contributes to size reduction of a gyro sensor.

[適用例7]平面視で互いに交差する2つの軸を第1軸及び第2軸としたとき、前記検出部は、前記第1軸の方向に配置されている一対の第1検出部と、前記第2軸の方向に配置されている一対の第2検出部とを有することを特徴とする適用例1ないし5のいずれか一例に記載のジャイロセンサー。   Application Example 7 When two axes intersecting each other in plan view are defined as a first axis and a second axis, the detection unit includes a pair of first detection units arranged in the direction of the first axis; The gyro sensor according to any one of Application Examples 1 to 5, further comprising a pair of second detection units arranged in the direction of the second axis.

上記構成によれば、互いに直交する2軸の回りに発生する角速度を検出することができ、1素子で2軸検出を実現できる。また基板上の駆動部の占有スペースを減らして小型化を図れる。   According to the above configuration, angular velocities generated around two axes orthogonal to each other can be detected, and two-axis detection can be realized with one element. In addition, the space occupied by the drive unit on the substrate can be reduced to reduce the size.

[適用例8]適用例1ないし7のいずれか一例に記載のジャイロセンサーを備えたことを特徴とする電子機器。
上記構成によれば、駆動部の占有スペースを小さくして小型化を図ったジャイロセンサーを備えた電子機器が得られる。またデバイス全体の小型化を図ることができる。
Application Example 8 An electronic device comprising the gyro sensor according to any one of Application Examples 1 to 7.
According to the above configuration, an electronic apparatus including a gyro sensor that is reduced in size by reducing the space occupied by the drive unit can be obtained. Further, the entire device can be reduced in size.

本発明のジャイロセンサーの構成概略を示す平面図である。It is a top view which shows the structure outline of the gyro sensor of this invention. 図1のb−b断面図である。It is bb sectional drawing of FIG. 図1のa−a断面の拡大図である。It is an enlarged view of the aa cross section of FIG. (1)は図3の平面図であり、(2)は矢印aへ回動振動したときの平面図であり、(3)は矢印bへ回動振動したときの平面図である。(1) is a plan view of FIG. 3, (2) is a plan view when rotating and oscillating to an arrow a, and (3) is a plan view when rotating and oscillating to an arrow b. X軸回りに作用する角速度を検出する斜視図である。It is a perspective view which detects the angular velocity which acts around the X-axis. Y軸回りに作用する角速度を検出する斜視図である。It is a perspective view which detects the angular velocity which acts around the Y-axis. Z軸回りの変位を検出する検出部の説明図である。It is explanatory drawing of the detection part which detects the displacement around a Z-axis. Z軸回りに作用する角速度を検出する説明図である。It is explanatory drawing which detects the angular velocity which acts around a Z-axis. 空隙部の変形例の説明図である。It is explanatory drawing of the modification of a space | gap part. 本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用した携帯電話機の説明図である。It is explanatory drawing of the mobile telephone to which the electronic device provided with the gyro sensor of this invention is applied.

本発明のジャイロセンサー、電子機器の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図1は本発明のジャイロセンサーの構成概略を示す平面図である。なお図1は基板を省略している。図2は図1のb−b断面図である。なお各図では説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また本実施形態ではX軸(第1軸)に平行な方向をX軸方向、Y軸(第2軸)に平行な方向をY軸方向、Z軸(第3軸)に平行な方向をZ軸方向という。   Embodiments of a gyro sensor and an electronic apparatus of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a gyro sensor of the present invention. In FIG. 1, the substrate is omitted. 2 is a cross-sectional view taken along line bb of FIG. In each figure, for convenience of explanation, an X axis, a Y axis, and a Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other. In this embodiment, the direction parallel to the X axis (first axis) is the X axis direction, the direction parallel to the Y axis (second axis) is the Y axis direction, and the direction parallel to the Z axis (third axis) is Z. It is called the axial direction.

ジャイロセンサー10は、アンカー部12と、バネ部14と、連結部16と、検出部20と、駆動フレーム22からなる駆動部24と、駆動部24の下部に配置された基板50とから構成されている。   The gyro sensor 10 includes an anchor portion 12, a spring portion 14, a coupling portion 16, a detection portion 20, a drive portion 24 including a drive frame 22, and a substrate 50 disposed below the drive portion 24. ing.

駆動部24は、シリコンを主材料として構成されていて、シリコン基板(シリコンウエハ)上に薄膜形成技術(例えば、エピタキシャル成長技術、化学気相成長技術等の堆積技術)や各種加工技術(例えばドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング技術)を用いて所望の外形形状に加工することにより、前述した各部が一体的に形成されている。或いは、シリコン基板とガラス基板を張り合わせた後に、シリコン基板のみを所望の外形形状に加工することで、前述の各部を形成することもできる。図1に示す駆動部24は平面視において円形状に形成されており、このような形状にすることにより、省スペース化と共に回動振動するセンサー全体の小型化を図れる。駆動部24の主材料をシリコンとすることにより、優れた振動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。またシリコン半導体デバイス作製に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、ジャイロセンサー10の小型化を図ることができる。   The drive unit 24 is composed of silicon as a main material, and is formed on a silicon substrate (silicon wafer) with a thin film formation technique (for example, a deposition technique such as an epitaxial growth technique or a chemical vapor deposition technique) or various processing techniques (for example, dry etching). The above-described parts are integrally formed by processing into a desired outer shape using an etching technique such as wet etching. Alternatively, after the silicon substrate and the glass substrate are bonded together, only the silicon substrate is processed into a desired outer shape, whereby the above-described portions can be formed. The drive unit 24 shown in FIG. 1 is formed in a circular shape in plan view, and by using such a shape, it is possible to save space and reduce the size of the entire sensor that vibrates and rotates. By using silicon as the main material of the drive unit 24, excellent vibration characteristics can be realized and excellent durability can be exhibited. Further, it becomes possible to apply a fine processing technique used for manufacturing a silicon semiconductor device, and the gyro sensor 10 can be downsized.

アンカー部12は、駆動部24の回動中心に配置されている。アンカー部12は、基板50の支持部52上に固定される。これによりアンカー部12は駆動フレーム22の回動振動で回動することがない。   The anchor part 12 is arranged at the center of rotation of the drive part 24. The anchor part 12 is fixed on the support part 52 of the substrate 50. As a result, the anchor portion 12 is not rotated by the rotation vibration of the drive frame 22.

バネ部14は、可撓性を備え、アンカー部12と連結部16を接続させている。バネ部14は、アンカー部12を中心として、互いに直交するX軸及びY軸に沿って延びている。図1に示すバネ部14は、アンカー部12を中心として略十字の方向に延びて連結部16と伸縮可能に接続させている。   The spring portion 14 has flexibility and connects the anchor portion 12 and the coupling portion 16. The spring portion 14 extends along the X axis and the Y axis perpendicular to each other with the anchor portion 12 as a center. The spring portion 14 shown in FIG. 1 extends in a substantially cross direction around the anchor portion 12 and is connected to the connecting portion 16 so as to be extendable and contractable.

連結部16は、所定の剛性を備え、アンカー部12と駆動フレーム22を接続させている。図1に示す連結部16は、X軸及びY軸の2軸の角度を二分した対角線方向に延びて、アンカー部12と駆動フレーム22を接続させている。   The connecting portion 16 has a predetermined rigidity, and connects the anchor portion 12 and the drive frame 22. The connecting portion 16 shown in FIG. 1 extends in a diagonal direction that bisects the angles of the two axes of the X axis and the Y axis, and connects the anchor portion 12 and the drive frame 22.

検出部20は、可動部28と軸部30から構成されている。可動部28は略扇型をなしており、軸部30を介して連結部16と接続している。このような構成の検出部20は、X軸回りの変位を検出する第1検出部20aと、Y軸回りの変位を検出する第2検出部20bから構成されている。第1検出部20aは、一対の可動部28a,28bを設けている。各可動部28a,28bは軸部30a,30bがY軸と平行となるように連結部16に取り付けている。軸部30a,30bは、各可動部28a,28bの重心からずれた位置に形成されている。軸部30a,30bは変位が加わったときにその軸回りにねじり変形させ可動部28a,28bをZ軸方向に回転させる。   The detection unit 20 includes a movable unit 28 and a shaft unit 30. The movable portion 28 has a substantially fan shape and is connected to the connecting portion 16 via the shaft portion 30. The detection unit 20 having such a configuration includes a first detection unit 20a that detects a displacement around the X axis and a second detection unit 20b that detects a displacement around the Y axis. The 1st detection part 20a is provided with a pair of movable parts 28a and 28b. The movable portions 28a and 28b are attached to the connecting portion 16 so that the shaft portions 30a and 30b are parallel to the Y axis. The shaft portions 30a and 30b are formed at positions shifted from the center of gravity of the movable portions 28a and 28b. When the shaft portions 30a and 30b are displaced, the shaft portions 30a and 30b are torsionally deformed around the shafts to rotate the movable portions 28a and 28b in the Z-axis direction.

第2検出部20bは、一対の可動部28c,28dを設けている。各可動部28c,28dは軸部30c,30dがX軸と平行となるように連結部16に取り付けている。軸部30c,30dは、各可動部28c,28dの重心からずれた位置に形成されている。軸部30c,30dは変位が加わったときにその軸回りにねじり変形させ可動部28c,28dをZ軸方向に回転させる。   The second detector 20b is provided with a pair of movable parts 28c and 28d. The movable portions 28c and 28d are attached to the connecting portion 16 so that the shaft portions 30c and 30d are parallel to the X axis. The shaft portions 30c and 30d are formed at positions shifted from the center of gravity of the movable portions 28c and 28d. When the shaft portions 30c and 30d are displaced, the shaft portions 30c and 30d are torsionally deformed around the shaft to rotate the movable portions 28c and 28d in the Z axis direction.

駆動フレーム22は、円形のリングであり、内側にアンカー部12と、バネ部14と、連結部16と、検出部20が配置されている。駆動フレーム22と連結部16は所定の剛性を有し、アンカー部12を中心としてバネ部14が伸縮して矢印A方向に回動振動することができる。また駆動フレーム22は、円周に沿ってフレームの表裏を貫通する空隙部としての開口26が形成されている。開口26はアンカーを中心として点対称となる位置に複数形成している。   The drive frame 22 is a circular ring, and the anchor part 12, the spring part 14, the connecting part 16, and the detection part 20 are arranged inside. The drive frame 22 and the connecting portion 16 have a predetermined rigidity, and the spring portion 14 can expand and contract around the anchor portion 12 to rotate and vibrate in the arrow A direction. Further, the drive frame 22 is formed with an opening 26 as a gap passing through the front and back of the frame along the circumference. A plurality of openings 26 are formed at positions that are point-symmetric about the anchor.

基板50は、支持部52と、検出電極部54と、駆動電極部56を備えている。基板50は材質に一例として、ガラス基板を用いることができ、表面を所定の厚みで切削することにより支持部52を形成することができる。支持部52は、アンカー部12と接着させている。   The substrate 50 includes a support part 52, a detection electrode part 54, and a drive electrode part 56. As an example of the material of the substrate 50, a glass substrate can be used, and the support portion 52 can be formed by cutting the surface with a predetermined thickness. The support part 52 is bonded to the anchor part 12.

検出電極部54a,54b,54c,54dは、可動部28a,28b,28c,28dと対向する基板50上に設けられている。検出電極部54と可動部28は、支持部52に相当する長さの隙間が形成されている。この隙間は支持部52の長さにより容易に調整することができ、隙間が小さいほど、角速度の検出感度を高精度化することができる。この他、隙間は検出電極部54の金属膜の膜厚を変えることにより調整することができる。   The detection electrode parts 54a, 54b, 54c, 54d are provided on the substrate 50 facing the movable parts 28a, 28b, 28c, 28d. The detection electrode part 54 and the movable part 28 are formed with a gap corresponding to the length of the support part 52. This gap can be easily adjusted according to the length of the support portion 52. The smaller the gap, the higher the accuracy of detecting the angular velocity. In addition, the gap can be adjusted by changing the thickness of the metal film of the detection electrode portion 54.

このような検出電極部54a,54b,54c,54dは、可動部28a,28b,28c,28dと接近又は離間することにより静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出してX軸方向のコリオリ力又はY軸方向のコリオリ力を求めることにより、X軸回り又はY軸回りに加わる角速度を検出することができる。
駆動電極部56は開口26と対向する基板50上に設けている。
Such detection electrode portions 54a, 54b, 54c, and 54d have their capacitances changed by approaching or separating from the movable portions 28a, 28b, 28c, and 28d. By detecting this change in capacitance and obtaining the Coriolis force in the X axis direction or the Coriolis force in the Y axis direction, the angular velocity applied around the X axis or around the Y axis can be detected.
The drive electrode portion 56 is provided on the substrate 50 facing the opening 26.

図3は図1のa−a断面の拡大図である。図4の(1)は図3の平面図であり、(2)は矢印aへ回動振動したときの平面図であり、(3)は矢印bへ回動振動したときの平面図である。   FIG. 3 is an enlarged view of the aa cross section of FIG. 4A is a plan view when FIG. 3 is rotated, and FIG. 4B is a plan view when rotating and oscillating in an arrow a, and FIG. 4C is a plan view when rotating and oscillating in an arrow b. .

図示のように駆動電極部56a,56bは、1つの開口に対して一対設けている。一対の駆動電極部56a,56bは、互いに所定の間隔を開けて基板50上に取り付け、図示しない電源に接続させている。そして駆動電極部56a同士又は、駆動電極部56b同士に正負の電圧を交互に印加することにより、各駆動電極部56a,56bから静電力を発生させている。駆動電極部56と駆動フレーム22の間は隙間が小さく静電力が大きくなる。一方、駆動電極部56と開口26の間は隙間が大きく静電力が小さくなる。これにより駆動フレーム22は、アンカー部12を基点として、バネ部14が伸縮して図1の矢印Aに示すように回動振動する。   As shown in the figure, a pair of drive electrode portions 56a and 56b are provided for one opening. The pair of drive electrode portions 56a and 56b are mounted on the substrate 50 at a predetermined interval and connected to a power source (not shown). An electrostatic force is generated from each of the drive electrode portions 56a and 56b by alternately applying positive and negative voltages to the drive electrode portions 56a or to the drive electrode portions 56b. The gap between the drive electrode portion 56 and the drive frame 22 is small and the electrostatic force is large. On the other hand, the gap between the drive electrode portion 56 and the opening 26 is large and the electrostatic force is small. As a result, the drive frame 22 rotates and vibrates as shown by an arrow A in FIG.

回動振動時において、図4(2)に示すように矢印a方向に駆動フレーム22が最大限回動した場合、開口26と駆動電極部56は、Z軸を法線とする基板50の平面視で、重なるように配置させている。また図4(3)に示すように矢印b方向に駆動フレーム22が最大限回動した場合、開口26と駆動電極部56は、Z軸を法線とする基板50の平面視で、重なるように配置させている。このように、駆動フレーム22の回動振動の振幅よりも、駆動電極部56の幅が大きくなるように設定している。回動振動時において、開口と駆動電極部56とが平面視で必ず重複するように配置することにより、駆動フレームの回動振動を所定の周波数を維持しながらスムーズに振動させることができる。また駆動電極部56と駆動フレーム22は、検出電極部54と同様に支持部52に相当する長さの隙間が形成されている。この隙間は支持部52の長さにより容易に調整することができ、隙間が小さいほど、静電力が大きくなって、駆動力も大きくすることができる。この他、隙間は駆動電極部56の金属膜の膜厚を変えることにより調整することができる。なお、駆動時に駆動フレーム22が静電力により基板50側(Z軸方向)に引き寄せられる場合が考えられるが、図1のように開口26をアンカー中心として点対称に配置することにより、駆動フレーム22のZ軸方向の力が釣り合うので、駆動フレーム22が傾くことを防止できる。また他の方法として、アンカー部12を駆動フレーム22の外側に複数配置して固定すれば、駆動フレーム22の傾くことを防止できる。   When the drive frame 22 rotates to the maximum in the direction of the arrow a as shown in FIG. 4B during the rotation vibration, the opening 26 and the drive electrode portion 56 are the plane of the substrate 50 with the Z axis as the normal line. They are arranged so as to overlap each other visually. As shown in FIG. 4C, when the drive frame 22 rotates to the maximum in the direction of the arrow b, the opening 26 and the drive electrode portion 56 overlap each other in plan view of the substrate 50 with the Z axis as a normal line. It is arranged in. Thus, the width of the drive electrode portion 56 is set to be larger than the amplitude of the rotational vibration of the drive frame 22. By arranging the opening and the drive electrode portion 56 so as to overlap each other in plan view during the rotation vibration, the rotation vibration of the drive frame can be smoothly vibrated while maintaining a predetermined frequency. Similarly to the detection electrode portion 54, the drive electrode portion 56 and the drive frame 22 have a gap corresponding to the length of the support portion 52. This gap can be easily adjusted by the length of the support portion 52. The smaller the gap, the larger the electrostatic force and the greater the driving force. In addition, the gap can be adjusted by changing the film thickness of the metal film of the drive electrode portion 56. Although it is conceivable that the drive frame 22 is attracted to the substrate 50 side (Z-axis direction) by electrostatic force during driving, the drive frame 22 is arranged point-symmetrically with the opening 26 as the anchor center as shown in FIG. Since the forces in the Z-axis direction are balanced, the drive frame 22 can be prevented from tilting. As another method, if a plurality of anchor portions 12 are arranged and fixed outside the drive frame 22, the drive frame 22 can be prevented from being inclined.

なお駆動電極部56は、1つの開口26に対して一対設ける他にも、1つの開口26に対して1つ設けるようにしてもよい。但しこの場合も、回動振動時において、開口26と駆動電極部56が平面視して重なるように配置させている。また駆動部24は、静電駆動方式、圧電駆動方式、又は磁場のローレンツ力を利用した電磁駆動方式等を適用することができる。また、検出部20は、外径を小さくした駆動フレームの外側に設けるように構成しても良い。アンカー部12は、バネ部と共に駆動フレームの外側に複数配置して、駆動フレームを回動振動自在に固定するように構成しても良い。   In addition to providing a pair of driving electrode portions 56 for one opening 26, one driving electrode portion 56 may be provided for one opening 26. In this case, however, the opening 26 and the drive electrode portion 56 are arranged so as to overlap each other when seen in a plan view during the rotation vibration. The drive unit 24 can employ an electrostatic drive method, a piezoelectric drive method, an electromagnetic drive method using a Lorentz force of a magnetic field, or the like. Further, the detection unit 20 may be configured to be provided outside the drive frame having a reduced outer diameter. A plurality of anchor portions 12 may be arranged on the outside of the drive frame together with the spring portion so as to fix the drive frame so as to freely rotate and vibrate.

上記構成による本発明のジャイロセンサー10の作用について以下説明する。
一般にコリオリ力は数式1のように表すことができる。
The operation of the gyro sensor 10 of the present invention having the above configuration will be described below.
In general, the Coriolis force can be expressed as Equation 1.

図5はX軸回りに作用する角速度を検出する斜視図である。駆動フレーム22は矢印A方向に回動振動している。第1検出部20aはY軸方向へ振動させた状態で、また第2検出部20bはX軸方向へ振動させた状態で、X軸回りの角速度(Ωx)が加わると、Y軸方向に振動する第1検出部20aにZ軸方向のコリオリ力が作用する。このようなコリオリ力が加わると、第1検出部20aは、可動部28a,28bが軸部30a,30b回りに回転し、可動部28a,28bと検出電極部54a,54bの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出してZ軸方向のコリオリ力を求めることにより、X軸回りに加わる角速度(Ωx)を検出することができる。   FIG. 5 is a perspective view for detecting the angular velocity acting around the X axis. The drive frame 22 rotates and vibrates in the direction of arrow A. The first detector 20a vibrates in the Y-axis direction, and the second detector 20b vibrates in the X-axis direction. When an angular velocity (Ωx) around the X-axis is applied, the first detector 20a vibrates in the Y-axis direction. The Coriolis force in the Z-axis direction acts on the first detector 20a. When such Coriolis force is applied, in the first detection unit 20a, the movable units 28a and 28b rotate around the shaft units 30a and 30b, and the capacitance between the movable units 28a and 28b and the detection electrode units 54a and 54b. Changes. By detecting this change in capacitance and obtaining the Coriolis force in the Z-axis direction, the angular velocity (Ωx) applied around the X-axis can be detected.

図6はY軸回りに作用する角速度を検出する斜視図である。駆動フレーム22は矢印A方向に回動振動している。第1検出部20aはY軸方向へ振動させた状態で、また第2検出部20bはX軸方向へ振動させた状態で、Y軸回りの角速度(Ωy)が加わると、X軸方向に振動する第2検出部20bにZ軸方向のコリオリ力が作用する。このようなコリオリ力が加わると、第2検出部20bは、可動部28c,28dが軸部30c,30d回りに回転し、可動部28c,28dと検出電極部54c,54dの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出してZ軸方向のコリオリ力を求めることにより、Y軸回りに加わる角速度(Ωy)を検出することができる。   FIG. 6 is a perspective view for detecting an angular velocity acting around the Y axis. The drive frame 22 rotates and vibrates in the direction of arrow A. When the first detector 20a is vibrated in the Y-axis direction and the second detector 20b is vibrated in the X-axis direction, when an angular velocity (Ωy) about the Y-axis is applied, the first detector 20a vibrates in the X-axis direction. The Coriolis force in the Z-axis direction acts on the second detection unit 20b. When such Coriolis force is applied, in the second detection unit 20b, the movable units 28c and 28d rotate around the shaft units 30c and 30d, and the capacitance between the movable units 28c and 28d and the detection electrode units 54c and 54d. Changes. By detecting this change in capacitance and obtaining the Coriolis force in the Z-axis direction, the angular velocity (Ωy) applied about the Y-axis can be detected.

このようなジャイロセンサー10によれば、開口26の下に駆動電極部56を設けた構成によって、センサー上の占有スペースを減らすことができるので、センサー全体の小型化を図ることができる。検出部のスペースを広くすることによって検出部の高感度化を図ることができる。また開口26と駆動電極部56の隙間を小さくすることができ、駆動力を大きくすることができる。   According to the gyro sensor 10 as described above, since the occupied space on the sensor can be reduced by the configuration in which the drive electrode portion 56 is provided under the opening 26, the entire sensor can be reduced in size. Sensitivity of the detection unit can be increased by widening the space of the detection unit. Further, the gap between the opening 26 and the drive electrode portion 56 can be reduced, and the drive force can be increased.

図7はZ軸回りに加わる角速度を検出可能な第3検出部の構成概略を示す平面図である。
Z軸回りに加わる角速度を検出可能な第3検出部20cは、図7に示すように枠部70と、バネ部72と、検出部77から構成されている。
FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of a third detection unit capable of detecting an angular velocity applied around the Z axis.
As shown in FIG. 7, the third detection unit 20 c that can detect the angular velocity applied around the Z axis includes a frame part 70, a spring part 72, and a detection part 77.

枠部70は、Z軸を法線とする平面視にて略矩形の枠体であり、連結部16が延びる方向(以下対角線方向という。)の駆動フレーム22にバネ部72を介して設けている。このような駆動フレーム22の外側のスペースを用いることにより、センサー全体の小型化を図ることができる。   The frame portion 70 is a substantially rectangular frame body in a plan view with the Z axis as a normal line, and is provided on the drive frame 22 in a direction in which the connecting portion 16 extends (hereinafter referred to as a diagonal direction) via a spring portion 72. Yes. By using the space outside the drive frame 22 as described above, the entire sensor can be reduced in size.

バネ部72は、第1バネ部74及び第2バネ部76から構成されている。第1バネ部74は、対角線方向の直交方向に往復しながら対角線方向に延在する形状をなしている。また、第2バネ部76の構成は、対角線に対して、第1バネ部74と対称的に設けられている。このような構成の第1バネ部74及び第2バネ部76は、検出方向であるアンカー部12を中心とする放射方向にスムーズに枠部70を伸縮させることができる。   The spring portion 72 includes a first spring portion 74 and a second spring portion 76. The first spring portion 74 has a shape extending in the diagonal direction while reciprocating in a direction orthogonal to the diagonal direction. The configuration of the second spring portion 76 is provided symmetrically with the first spring portion 74 with respect to the diagonal line. The first spring portion 74 and the second spring portion 76 having such a configuration can smoothly expand and contract the frame portion 70 in the radial direction centering on the anchor portion 12 that is the detection direction.

検出部77は、可動電極78と固定電極79から構成されている。可動電極78は回動振動する矢印A方向に沿って両端を枠部70に接続させている。この他、隣接する電極同士が所定の間隔を開けるように複数設けてもよい。固定電極79は、可動電極78と枠部70の隙間で回動振動する矢印A方向に沿って設け、端部を基板(不図示)に固定させている。このような可動電極78と固定電極79は、交互に配置された櫛歯状に形成されている。上記構成による検出部77は、電源(不図示)によって、電極に電圧を印加することにより、各可動電極78と各固定電極79との間に静電力が発生する。枠部70がアンカー部12を中心とする放射方向に変位すると、可動電極78が固定電極79に接近又は離間することにより静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出して放射方向の変位量を求めることができる。   The detection unit 77 includes a movable electrode 78 and a fixed electrode 79. The movable electrode 78 has both ends connected to the frame portion 70 along the direction of the arrow A that rotates and vibrates. In addition, a plurality of adjacent electrodes may be provided so as to have a predetermined interval. The fixed electrode 79 is provided along the direction of the arrow A that rotates and vibrates in the gap between the movable electrode 78 and the frame portion 70, and the end portion is fixed to a substrate (not shown). The movable electrode 78 and the fixed electrode 79 are formed in a comb shape that is alternately arranged. The detection unit 77 configured as described above generates an electrostatic force between each movable electrode 78 and each fixed electrode 79 by applying a voltage to the electrodes by a power source (not shown). When the frame portion 70 is displaced in the radial direction around the anchor portion 12, the movable electrode 78 approaches or moves away from the fixed electrode 79, and the capacitance changes. A change in the radial direction can be obtained by detecting this change in capacitance.

図8はZ軸回りに加わる角速度を検出する斜視図である。駆動フレーム22は矢印A方向に回動振動している。第3検出部20cは、駆動フレーム22の接線方向に振動させた状態で、Z軸方向の軸回りに角速度(Ωz)が加わると、コリオリ力はアンカー部12を中心とする放射方向、換言すれば、駆動フレーム22の接線方向と直交する方向に作用する(矢印F)。接線方向にコリオリ力が作用すると、検出部77は、可動電極78が固定電極79に接近又は離間することにより静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出して放射方向のコリオリ力を求めることにより、Z軸回りに加わる角速度(Ωz)を検出することができる。なお、駆動フレーム22は、角速度の検出時において、常に矢印A方向に回動振動している。この回動振動によって検出部77の可動電極が放射方向に変位して第3検出部の検出値として検出されてしまう虞がある。回動振動は所定の周波数で振動させているため、一定の値として検出される。そこで第3検出部20cでは、この一定の検出値の差分をとるなどの信号処理によってZ軸回りに加わる角速度(Ωz)を検出すればよい。   FIG. 8 is a perspective view for detecting the angular velocity applied around the Z axis. The drive frame 22 rotates and vibrates in the direction of arrow A. When the angular velocity (Ωz) is applied around the axis in the Z-axis direction while the third detection unit 20c vibrates in the tangential direction of the drive frame 22, the Coriolis force is radiated around the anchor unit 12, in other words, For example, it acts in a direction perpendicular to the tangential direction of the drive frame 22 (arrow F). When the Coriolis force acts in the tangential direction, the capacitance of the detection unit 77 changes as the movable electrode 78 approaches or separates from the fixed electrode 79. By detecting this change in capacitance and obtaining the Coriolis force in the radial direction, the angular velocity (Ωz) applied around the Z axis can be detected. Note that the drive frame 22 always vibrates in the direction of arrow A when the angular velocity is detected. Due to this rotational vibration, the movable electrode of the detection unit 77 may be displaced in the radial direction and detected as a detection value of the third detection unit. Since the rotational vibration is vibrated at a predetermined frequency, it is detected as a constant value. Therefore, the third detection unit 20c may detect the angular velocity (Ωz) applied around the Z axis by signal processing such as taking a difference between the constant detection values.

また枠部70、可動電極78、固定電極79を駆動フレーム22の外周に沿って、円弧状に形成することにより、更なる省スペース化を図り、センサー全体の小型化を図ることができる。   Further, by forming the frame portion 70, the movable electrode 78, and the fixed electrode 79 in an arc shape along the outer periphery of the drive frame 22, further space saving can be achieved and the entire sensor can be reduced in size.

図9は空隙部の変形例の説明図である。変形例の空隙部は、図1〜図4に示す開口26に替えて薄肉部80を備えている。なお、本願発明において、空隙部とは開口26、薄肉部80の両方を含むものとする。また駆動電極部56a,56bの構成は同様である。薄肉部80は、開口と同様に駆動電極部56a,56bと対向する駆動フレーム22aの裏面に設けている。また薄肉部80と駆動電極部56a,56bは、回動振動時において、Z軸を法線とする基板50の平面視で、必ず重複するように配置させている。薄肉部80はシリコン基板を切削することにより形成できる。薄肉部80の切削量をbとし、駆動電極部56a,56bと駆動フレーム22aの隙間をaとした場合、a<bの関係となるように薄肉部80を設定している。このような構成によれば、駆動電極部56a,56bと駆動フレーム22aの間は静電力が大きくなり、駆動電極部56a,56bと薄肉部80の間は静電力が小さくなる。これにより駆動フレーム22aは、アンカー部12を基点として、バネ部14が伸縮して回動振動することができる。なお第1検出部ないし第3検出部20a,20b,20cの測定については同様に検出することができる。   FIG. 9 is an explanatory diagram of a modified example of the gap. The gap portion of the modification includes a thin portion 80 instead of the opening 26 shown in FIGS. In the present invention, the void portion includes both the opening 26 and the thin portion 80. The configuration of the drive electrode portions 56a and 56b is the same. The thin portion 80 is provided on the back surface of the drive frame 22a facing the drive electrode portions 56a and 56b in the same manner as the opening. Further, the thin portion 80 and the drive electrode portions 56a and 56b are arranged so as to be always overlapped in a plan view of the substrate 50 having the Z axis as a normal line during the rotation vibration. The thin portion 80 can be formed by cutting a silicon substrate. When the cutting amount of the thin portion 80 is b and the gap between the drive electrode portions 56a and 56b and the drive frame 22a is a, the thin portion 80 is set so that a <b. According to such a configuration, the electrostatic force increases between the drive electrode portions 56a and 56b and the drive frame 22a, and the electrostatic force decreases between the drive electrode portions 56a and 56b and the thin portion 80. As a result, the drive frame 22a can rotate and vibrate as the spring portion 14 expands and contracts with the anchor portion 12 as a base point. In addition, about the measurement of 1st detection part thru | or 3rd detection part 20a, 20b, 20c, it can detect similarly.

図10は本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用した携帯電話機の説明図である。図示のように携帯電話機500は、複数の操作ボタン502、受話口504、および送信口506を備え、操作ボタン502と受話口504との間には、表示部508が配置されている。このような携帯電話機500には角速度検出手段として機能するジャイロセンサー10が内蔵されている。   FIG. 10 is an explanatory diagram of a mobile phone to which an electronic device including the gyro sensor of the present invention is applied. As illustrated, the mobile phone 500 includes a plurality of operation buttons 502, an earpiece 504, and a transmission port 506, and a display unit 508 is disposed between the operation buttons 502 and the earpiece 504. Such a cellular phone 500 has a built-in gyro sensor 10 that functions as an angular velocity detection means.

10………ジャイロセンサー、12………アンカー部、14………バネ部、16………連結部、20………検出部、20a………第1検出部、20b………第2検出部、20c………第3検出部、22………駆動フレーム、24………駆動部、26………開口、28,28a,28b,28c,28d………可動部、30,30a,30b,30c,30d………軸部、50………基板、52………支持部、54,54a,54b,54c,54d………検出電極部、56,56a,56b………駆動電極部、70………枠部、72………バネ部、74………第1バネ部、76………第2バネ部、77………検出部、78………可動電極、79………固定電極、80………薄肉部、500………携帯電話機、502………操作ボタン、504………受話口、506………送信口、508………表示部。 10 ......... Gyro sensor, 12 ......... Anchor portion, 14 ......... Spring portion, 16 ......... Connecting portion, 20 ......... Detection portion, 20a ......... First detection portion, 20b ......... Second Detection unit, 20c ......... Third detection unit, 22 ......... Driving frame, 24 ......... Driving unit, 26 ......... Opening, 28, 28a, 28b, 28c, 28d ......... Moving unit, 30, 30a , 30b, 30c, 30d ......... Shaft, 50 ......... Substrate, 52 ......... Support, 54, 54a, 54b, 54c, 54d ... Detection electrode, 56, 56a, 56b ......... Drive Electrode part 70 ... Frame part 72 72 Spring part 74 First spring part 76 Second spring part 77 Detection part 78 Movable electrode 79 ......... Fixed electrode, 80 ......... Thin part, 500 ......... Cellular phone, 502 ......... Operation buttons, 504 ...... earpiece, 506 ......... transmission ports, 508 ......... display unit.

Claims (8)

基板と、
アンカー部を介して前記基板の上方に配置され、回動振動する駆動部と、
前記駆動部に接続された検出部と、
前記基板に配置されている駆動電極部と、
前記検出部に平面視で対向して前記基板に配置されている検出電極部と、を有し、
前記駆動部には、空隙部が複数設けられ、
前記駆動電極部の少なくとも一部は、平面視で前記空隙部に重なって設けられていることを特徴とするジャイロセンサー。
A substrate,
A drive unit that is disposed above the substrate via an anchor unit and vibrates in rotation;
A detection unit connected to the drive unit;
A drive electrode portion disposed on the substrate;
A detection electrode unit disposed on the substrate so as to face the detection unit in plan view,
The drive unit is provided with a plurality of gaps,
At least a part of the drive electrode portion is provided so as to overlap the gap portion in plan view.
前記駆動電極部は、1つの前記空隙部に対し1対配置されていることを特徴とする請求項1に記載のジャイロセンサー。   2. The gyro sensor according to claim 1, wherein a pair of the drive electrode portions are arranged with respect to one of the gap portions. 前記駆動部は、外形が略円形であることを特徴とする請求項1または2に記載のジャイロセンサー。   The gyro sensor according to claim 1, wherein the driving unit has a substantially circular outer shape. 前記アンカー部は、前記駆動部の中心に配置されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のジャイロセンサー。   The gyro sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the anchor portion is disposed at a center of the driving portion. 前記空隙部は、前記アンカー部を中心として点対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項4に記載のジャイロセンサー。   The gyro sensor according to claim 4, wherein the gap is disposed at a point-symmetrical position with respect to the anchor portion. 前記駆動部の内部には、前記検出部が配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のジャイロセンサー。   The gyro sensor according to claim 1, wherein the detection unit is disposed inside the drive unit. 平面視で互いに交差する2つの軸を第1軸及び第2軸としたとき、
前記検出部は、前記第1軸の方向に配置されている一対の第1検出部と、前記第2軸の方向に配置されている一対の第2検出部とを有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のジャイロセンサー。
When two axes intersecting each other in plan view are defined as a first axis and a second axis,
The said detection part has a pair of 1st detection part arrange | positioned in the direction of the said 1st axis | shaft, and a pair of 2nd detection part arrange | positioned in the direction of the said 2nd axis | shaft. Item 6. The gyro sensor according to any one of Items 1 to 5.
請求項1ないし7のいずれか一項に記載のジャイロセンサーを備えたことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the gyro sensor according to claim 1.
JP2011139690A 2011-06-23 2011-06-23 Gyro sensor and electronic apparatus Withdrawn JP2013007622A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011139690A JP2013007622A (en) 2011-06-23 2011-06-23 Gyro sensor and electronic apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011139690A JP2013007622A (en) 2011-06-23 2011-06-23 Gyro sensor and electronic apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013007622A true JP2013007622A (en) 2013-01-10

Family

ID=47675094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011139690A Withdrawn JP2013007622A (en) 2011-06-23 2011-06-23 Gyro sensor and electronic apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013007622A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017122727A (en) * 2016-01-07 2017-07-13 アナログ デバイスィズ インコーポレイテッドAnalog Devices, Inc. Three-axis angular accelerometer
US10732198B2 (en) 2017-08-09 2020-08-04 Analog Devices, Inc. Integrated linear and angular MEMS accelerometers
US11656077B2 (en) 2019-01-31 2023-05-23 Analog Devices, Inc. Pseudo-extensional mode MEMS ring gyroscope

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017122727A (en) * 2016-01-07 2017-07-13 アナログ デバイスィズ インコーポレイテッドAnalog Devices, Inc. Three-axis angular accelerometer
CN106950398A (en) * 2016-01-07 2017-07-14 美国亚德诺半导体公司 Three shaft angle accelerometers
US11313876B2 (en) 2016-01-07 2022-04-26 Analog Devices, Inc. 3-axis angular accelerometer
US10732198B2 (en) 2017-08-09 2020-08-04 Analog Devices, Inc. Integrated linear and angular MEMS accelerometers
US11656077B2 (en) 2019-01-31 2023-05-23 Analog Devices, Inc. Pseudo-extensional mode MEMS ring gyroscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5822177B2 (en) Gyro sensor, electronic equipment
US8408060B2 (en) Piezoelectric transducers and inertial sensors using piezoelectric transducers
JP5159062B2 (en) Angular velocity sensor
US9851373B2 (en) Vibrator and vibrating gyroscope
JP6514790B2 (en) Gyroscope
JP6300395B2 (en) Angular velocity sensor with quadrature error compensation
US20160123735A1 (en) Ring Gyroscope Structural Features
KR101365096B1 (en) Physical quantity sensor and electronic apparatus
EP3100003B1 (en) Improved ring gyroscope structure and gyroscope
US8479574B2 (en) Micro scale mechanical rate sensors
US9383205B2 (en) Vibrator and vibrating gyroscope
JP2013007622A (en) Gyro sensor and electronic apparatus
JP5790915B2 (en) Physical quantity sensor and electronic equipment
JP6146592B2 (en) Physical quantity sensor, electronic equipment
JP2012242240A (en) Gyro sensor, electronic apparatus
JP5652112B2 (en) Physical quantity sensor and electronic equipment
JP5810685B2 (en) Vibrator and vibratory gyro
US10082394B2 (en) Method and apparatus for electrostatic mode-alignment on planar MEMS gyroscopes
JP2023052430A (en) Physical quantity sensor and electronic apparatus
KR101459797B1 (en) Rotation type of gyroscope
JP2016029383A (en) Physical quantity sensor and electronic apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140902