JP2013125006A - 角速度センサー、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた検出精度を発揮することのできる角速度センサー、この角速度センサーを備える信頼性に優れた電子機器を提供すること。
【解決手段】角速度センサー１は、Ｘ軸方向に振動可能な駆動部３１と、駆動部３１と共にＸ軸方向に振動可能で、かつ、駆動部３１に対してＹ軸方向に振動可能な検出部３４と、検出部３４に設けられたＸ軸方向延在部３４２と、Ｘ軸方向延在部３４２とＺ軸方向に離間して配置された検出用電極５１１とを有している。
【選択図】図１
【解決手段】角速度センサー１は、Ｘ軸方向に振動可能な駆動部３１と、駆動部３１と共にＸ軸方向に振動可能で、かつ、駆動部３１に対してＹ軸方向に振動可能な検出部３４と、検出部３４に設けられたＸ軸方向延在部３４２と、Ｘ軸方向延在部３４２とＺ軸方向に離間して配置された検出用電極５１１とを有している。
【選択図】図１
Description
本発明は、角速度センサーおよび電子機器に関する。
近年、デジタルカメラ等の撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ信号を用いた車両等の移動体ナビゲーションシステムなどの姿勢制御として、角速度を検出する角速度センサーが多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の角速度センサーは、Ｘ軸方向に振動する駆動部と、駆動部に梁を介して連結されＸ軸方向と直交するＹ軸方向に振動する検出部とを有している。また、特許文献１の角速度センサーは、櫛歯電極を有しており、この櫛歯電極と駆動部との間に発生する静電力によって駆動部をＸ軸方向に振動させる。
また、特許文献１の角速度センサーでは、検出部にＸ軸方向に延在するＸ軸方向延在部が複数形成されており、さらに、この部分が一対の固定電極の間に非接触で設けられている。櫛歯電極に電圧を印加して駆動部をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸まわりの角速度が加わると、Ｙ軸方向にコリオリの力が作用して検出部がＹ軸方向に振動する。検出部がＹ軸方向に振動すると、各固定電極間とＸ軸方向延在部とのギャップ（離間距離）が変化して、各固定電極とＸ軸方向延在部の間の静電容量が変化する。特許文献１の角速度センサーは、このような静電容量の変化に基づいてＺ軸まわりの角速度を検知するように構成されている。
特許文献１の角速度センサーは、Ｘ軸方向に振動する駆動部と、駆動部に梁を介して連結されＸ軸方向と直交するＹ軸方向に振動する検出部とを有している。また、特許文献１の角速度センサーは、櫛歯電極を有しており、この櫛歯電極と駆動部との間に発生する静電力によって駆動部をＸ軸方向に振動させる。
また、特許文献１の角速度センサーでは、検出部にＸ軸方向に延在するＸ軸方向延在部が複数形成されており、さらに、この部分が一対の固定電極の間に非接触で設けられている。櫛歯電極に電圧を印加して駆動部をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸まわりの角速度が加わると、Ｙ軸方向にコリオリの力が作用して検出部がＹ軸方向に振動する。検出部がＹ軸方向に振動すると、各固定電極間とＸ軸方向延在部とのギャップ（離間距離）が変化して、各固定電極とＸ軸方向延在部の間の静電容量が変化する。特許文献１の角速度センサーは、このような静電容量の変化に基づいてＺ軸まわりの角速度を検知するように構成されている。
しかしながら、特許文献１の角速度センサーでは、静電容量の変化を検出するために、一対の固定電極の間にＸ軸方向延在部を位置させているが、固定電極とＸ軸方向延在部との間に発生する静電力（吸引力）によるＸ軸方向延在部との吸着（ｐｕｌｌ−ｉｎ）を防止するために、各固定電極とＸ軸方向延在部の離間距離を比較的大きく確保しなければならず、あるいは固定電極とＸ軸方向延在部との対数を少なくしなければならず、検出精度が低下する。
また、固定電極とＸ軸方向延在部との間に発生する静電力（静電バネ）によって、検知部のＹ軸方向への振動を可能とするように駆動部と検知部とを連結する梁の実効的なバネ定数が機械的なバネ定数からずれてしまう。言い換えれば、梁の機械的なバネ定数に前記静電力を加味したものが梁の実効的なバネ定数となる。これにより、予め設定されている検知部の変位量と角速度の大きさとの関係がずれてしまい、この点からも角速度の検出精度が低下する。
特に、検出部が変位したときに発生する梁の引張力は、検出部の変位量に対して線形の関係を有しているのに対して、固定電極とＸ軸方向延在部との間に形成される静電バネの引張力は、検出部の変位量に対して非線形の関係を有している。そのため、これら引張力を合成したもの、すなわち梁の実効的なバネ定数が検出部の変位量に対して非線形の関係を有することとなる。これにより、「検出部の変位量」と「角速度の大きさ」の関係を直線的な比例式で示すことができなくなり、角速度の検出精度が低下するか、または、装置構成（回路構成）が複雑化する。
以上のように、特許文献１の角速度センサーでは、検知精度が低下するという問題がある。本発明の目的は、優れた検出精度を発揮することのできる角速度センサーおよび電子機器を提供することにある。
また、固定電極とＸ軸方向延在部との間に発生する静電力（静電バネ）によって、検知部のＹ軸方向への振動を可能とするように駆動部と検知部とを連結する梁の実効的なバネ定数が機械的なバネ定数からずれてしまう。言い換えれば、梁の機械的なバネ定数に前記静電力を加味したものが梁の実効的なバネ定数となる。これにより、予め設定されている検知部の変位量と角速度の大きさとの関係がずれてしまい、この点からも角速度の検出精度が低下する。
特に、検出部が変位したときに発生する梁の引張力は、検出部の変位量に対して線形の関係を有しているのに対して、固定電極とＸ軸方向延在部との間に形成される静電バネの引張力は、検出部の変位量に対して非線形の関係を有している。そのため、これら引張力を合成したもの、すなわち梁の実効的なバネ定数が検出部の変位量に対して非線形の関係を有することとなる。これにより、「検出部の変位量」と「角速度の大きさ」の関係を直線的な比例式で示すことができなくなり、角速度の検出精度が低下するか、または、装置構成（回路構成）が複雑化する。
以上のように、特許文献１の角速度センサーでは、検知精度が低下するという問題がある。本発明の目的は、優れた検出精度を発揮することのできる角速度センサーおよび電子機器を提供することにある。
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る角速度センサーは、主面に固定電極が設けられた基板と前記主面に一端が接続され、第１軸方向に振動可能な駆動用バネ部と、前記駆動用バネ部の他端に接続された駆動部と、前記駆動部に一端が接続され、且つ、前記第１軸方向に直交する第２軸方向に振動可能な検出用バネ部と、前記検出用バネ部の他端に接続され、検出用導電部を備えた検出部と、を備え、前記固定電極は、平面視にて前記検出用導電部と少なくとも一部が重なっていることを特徴とする。
本適用例によれば、第２軸方向に変位する検出用導電部と、第１軸方向および第２軸方向のなす面と直交する方向に離間して基板上に配置された平面視にて少なくとも一部が重なる固定電極と、の間の静電容量変化を検出するため、検出部の第２軸方向変位に対する静電力の影響を受けず、優れた検出精度を発揮することのできる角速度センサーを提供することができる。
［適用例２］上記適用例に記載の角速度センサーでは、前記駆動部を前記第１軸方向に振動させた状態で、前記主面の法線の軸回りに角速度が加わったときに、コリオリ力を受けて前記検出部が前記駆動部に対して前記第２軸方向に振動し、該振動によって生じる前記検出用導電部と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記角速度を検出することが好ましい。
本適用例によれば、高精度に角速度を検出することができる。
［適用例３］上記適用例に記載の角速度センサーでは、前記検出用導電部は、前記第１軸方向に延在していることが好ましい。
本適用例によれば、検出部が第２軸方向に振動したときの静電容量の変化をより大きくすることができるため、検出精度が向上する。
［適用例４］上記適用例に記載の角速度センサーでは、前記固定電極は、平面視における前記検出部の振幅領域の外側に前記第２軸方向の端部を有していることが好ましい。
本適用例によれば、検出部が第２軸方向に振動したときの静電容量の変化をより正確に検出することができる。
［適用例５］本適用例に係る角速度センサーは、主面に固定電極が設けられた基板と、前記主面に一端が接続され、第１軸方向に振動可能な検出用バネ部と、前記検出用バネ部の他端に接続され、検出用導電部を備えた検出部と、前記検出部に一端が接続され、且つ、前記第１軸方向に直交する第２軸方向に振動可能な駆動用バネ部と、前記駆動用バネ部の他端に接続された駆動部と、を備え、前記固定電極は、平面視にて前記検出用導電部と一部が重なっていることを特徴とする。
本適用例によれば、第１軸方向に変位する検知用導電部と第３軸方向に離間して基板上に配置された電極との間の静電容量変化を検出するため、検出部の第１軸方向変位に対する静電力の影響を受けず、優れた検出精度を発揮することのできる角速度センサーを提供することができる。
［適用例６］本適用例に掛る電子機器は、上記適用例に記載の角速度センサーを備えることを特徴とする。
本適用例によれば、信頼性に優れた携帯電話、パーソナルコンピューター、デジタルカメラ等の電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
（実施形態１）
図１は、本発明の角速度センサーの第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１中Ａ−Ａ線断面図である。図３は検出手段の作用を説明するための断面図である。図４は図１に示す角速度センサーを備えた角速度測定装置を示す断面図である。
図１は、本発明の角速度センサーの第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１中Ａ−Ａ線断面図である。図３は検出手段の作用を説明するための断面図である。図４は図１に示す角速度センサーを備えた角速度測定装置を示す断面図である。
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軸およびＺ軸を図示している。また、以下では、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」と言う。また、以下の説明では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
１．角速度センサー
まず、角速度センサー１について説明する。
本実施形態の角速度センサー１は、Ｚ軸まわりの角速度を検出する角速度センサーである。
図１に示すように、角速度センサー１は、Ｘ−Ｙ面内に設けられた振動系構造体３と、振動系構造体３を支持する基板２と、振動系構造体３を振動させる駆動手段４と、Ｚ軸まわりの角速度を検出する検出手段５とを有している。
−振動系構造体−
このような振動系構造体３は、枠状の駆動部３１と、駆動部３１を支持する支持部３２１、３２２、３２３、３２４と、駆動部３１と各支持部３２１、３２２、３２３、３２４とを連結する駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４と、駆動部３１の内側に設けられた検出部３４と、検出部３４と駆動部３１とを連結する検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４とで構成されている。
まず、角速度センサー１について説明する。
本実施形態の角速度センサー１は、Ｚ軸まわりの角速度を検出する角速度センサーである。
図１に示すように、角速度センサー１は、Ｘ−Ｙ面内に設けられた振動系構造体３と、振動系構造体３を支持する基板２と、振動系構造体３を振動させる駆動手段４と、Ｚ軸まわりの角速度を検出する検出手段５とを有している。
−振動系構造体−
このような振動系構造体３は、枠状の駆動部３１と、駆動部３１を支持する支持部３２１、３２２、３２３、３２４と、駆動部３１と各支持部３２１、３２２、３２３、３２４とを連結する駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４と、駆動部３１の内側に設けられた検出部３４と、検出部３４と駆動部３１とを連結する検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４とで構成されている。
本実施形態の振動系構造体３は、シリコンを主材料として構成されていて、１枚のシリコン基板（シリコンウエハー）を各種加工技術（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、駆動部３１、支持部３２１、３２２、３２３、３２４、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４、検出部３４および検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４が一体的に形成されている。
振動系構造体３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、微細な加工が可能となり、角速度センサー１の小型化を図ることができる。また、振動系構造体３の主材料をシリコンとすることにより、後述するように、振動系構造体３に電極を形成しなくても、角速度センサー１を駆動することができるため、振動系構造体３の構造をより簡単なものとすることができる。
駆動部３１は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、枠状をなしている。具体的には、駆動部３１は、Ｘ軸方向に延在する一対のＸ軸方向延在部３１３、３１４と、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向延在部３１３、３１４を連結する一対のＹ軸方向延在部３１１、３１２とで構成されている。
なお、駆動部３１の形状は、これに限定されず、例えば、円形の枠状をなしていてもよいし、枠の一部が欠損した形状をなしていてもよい。
支持部３２１、３２２、３２３、３２４は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、駆動部３１の周囲に沿って互いに離間して配置されている。本実施形態では、支持部３２１、３２２、３２３、３２４は、それぞれ、駆動部３１の角部に対応して配置されている。このような支持部３２１、３２２、３２３、３２４は、それぞれ、基板２に接合されており、これにより、振動系構造体３が基板２に支持される。
なお、駆動部３１の形状は、これに限定されず、例えば、円形の枠状をなしていてもよいし、枠の一部が欠損した形状をなしていてもよい。
支持部３２１、３２２、３２３、３２４は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、駆動部３１の周囲に沿って互いに離間して配置されている。本実施形態では、支持部３２１、３２２、３２３、３２４は、それぞれ、駆動部３１の角部に対応して配置されている。このような支持部３２１、３２２、３２３、３２４は、それぞれ、基板２に接合されており、これにより、振動系構造体３が基板２に支持される。
駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４は、支持部３２１、３２２、３２３、３２４に対して駆動部３１をＸ軸方向に振動可能とするように駆動部３１と支持部３２１、３２２、３２３、３２４とを連結する。
図１に示すように、駆動バネ部３３１は、駆動部３１の左上の角部と支持部３２１とを連結し、駆動バネ部３３２は、駆動部３１の左下の角部と支持部３２２とを連結し、駆動バネ部３３３は、駆動部３１の右下の角部と支持部３２３とを連結し、駆動バネ部３３４は、駆動部３１の右上の角部と支持部３２４とを連結する。
このように駆動部３１の四隅に駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４を連結することにより、駆動部３１を支持部３２１、３２２、３２３、３２４に対して安定した状態で支持することができる。
図１に示すように、駆動バネ部３３１は、駆動部３１の左上の角部と支持部３２１とを連結し、駆動バネ部３３２は、駆動部３１の左下の角部と支持部３２２とを連結し、駆動バネ部３３３は、駆動部３１の右下の角部と支持部３２３とを連結し、駆動バネ部３３４は、駆動部３１の右上の角部と支持部３２４とを連結する。
このように駆動部３１の四隅に駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４を連結することにより、駆動部３１を支持部３２１、３２２、３２３、３２４に対して安定した状態で支持することができる。
これら駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４は、それぞれ、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延びる蛇行状をなしている。駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４をこのような形状とすることにより、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４のそれぞれがＸ軸方向に変形（伸縮）し易く、Ｙ軸方向に変形し難いものとなる。このような駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４によれば、駆動部３１をＸ軸方向に正確に振動させることができる。
特に、本実施形態のように、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４のＸ軸方向の長さＷを短くしつつ、Ｙ軸方向の長さＬを長くすること、すなわち、Ｗ＜Ｌとすることにより、上記効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を比較的厚くすることにより、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４のＺ軸方向への変形を防止または抑制し、これにより、駆動部３１のＺ軸方向の変位を防止または抑制することができる。駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４の厚さは、振動系構造体３の大きさ（質量）等によって適宜設定することができる。
特に、本実施形態のように、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４のＸ軸方向の長さＷを短くしつつ、Ｙ軸方向の長さＬを長くすること、すなわち、Ｗ＜Ｌとすることにより、上記効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を比較的厚くすることにより、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４のＺ軸方向への変形を防止または抑制し、これにより、駆動部３１のＺ軸方向の変位を防止または抑制することができる。駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４の厚さは、振動系構造体３の大きさ（質量）等によって適宜設定することができる。
検出部３４は、駆動部３１の内側に駆動部３１と非接触で設けられている。このような検出部３４は、枠状の基部３４１と、基部３４１の内側に設けられた複数のＸ軸方向延在部（検出用導電部）３４２とで構成されている。複数のＸ軸方向延在部３４２は、間隔を隔ててＹ軸方向に並んで設けられている。
検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４は、駆動部３１に対して検出部３４をＹ軸方向に振動可能とするように検出部３４と駆動部３１とを連結する。
検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４は、駆動部３１に対して検出部３４をＹ軸方向に振動可能とするように検出部３４と駆動部３１とを連結する。
図１に示すように、検出バネ部３５１は、検出部３４の左上の角部と駆動部３１とを連結し、検出バネ部３５２は、検出部３４の左下の角部と駆動部３１とを連結し、検出バネ部３５３は、検出部３４の右下の角部と駆動部３１とを連結し、検出バネ部３５４は、検出部３４の右上の角部と駆動部３１とを連結する。このように、検出部３４の四隅に検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４を連結することにより、検出部３４を駆動部３１に対して安定した状態で支持することができる。
これら検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４は、それぞれ、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延びる蛇行状をなしている。検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４をこのような形状とすることにより、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４のそれぞれがＹ軸方向に変形（伸縮）し易く、Ｘ軸方向に変形し難いものとなる。このような検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４によれば、検出部３４をＹ軸方向に正確に振動させることができる。
特に、本実施形態のように、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４のＹ軸方向の長さＷ’を短くしつつ、Ｘ軸方向の長さＬ’を長くすること、すなわち、Ｗ’＜Ｌ’とすることにより、上記効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を比較的厚くすることにより、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４のＺ軸方向への変形を防止または抑制し、これにより、検出部３４のＺ軸方向の変位を防止または抑制することができる。検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４の厚さは、振動系構造体３の大きさ（特に検出部３４の質量）等によって適宜設定することができる。
さらに、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を比較的厚くすることにより、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４のＺ軸方向への変形を防止または抑制し、これにより、検出部３４のＺ軸方向の変位を防止または抑制することができる。検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４の厚さは、振動系構造体３の大きさ（特に検出部３４の質量）等によって適宜設定することができる。
−基板−
基板２は、振動系構造体３を支持するものである。図２に示すように、基板２は、板状をなしており、Ｘ−Ｙ面内に設けられている。そして、基板２の上面に、振動系構造体３の支持部３２１、３２２、３２３、３２４を接合することにより、振動系構造体３が基板２に固定・支持される。基板２と支持部３２１、３２２、３２３、３２４の接合方法は、特に限定されず、接着剤等の支持部材を用いて接合してもよいし、振動系構造体３および基板２の構成材料によっては、直接接合や陽極接合等の各種接合方法を用いて接合してもよい。
基板２は、振動系構造体３を支持するものである。図２に示すように、基板２は、板状をなしており、Ｘ−Ｙ面内に設けられている。そして、基板２の上面に、振動系構造体３の支持部３２１、３２２、３２３、３２４を接合することにより、振動系構造体３が基板２に固定・支持される。基板２と支持部３２１、３２２、３２３、３２４の接合方法は、特に限定されず、接着剤等の支持部材を用いて接合してもよいし、振動系構造体３および基板２の構成材料によっては、直接接合や陽極接合等の各種接合方法を用いて接合してもよい。
このような基板２の上面（振動系構造体３と対向する側の面）には、凹部２１が形成されている。この凹部２１は、基板２と振動系構造体３の実際に振動する部位（駆動部３１、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４、検出部３４および検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４）との接触を防止する機能を有している。
このような構成の基板２は、例えば、各種ガラスを主材料として構成されていて、１枚のガラス板を各種加工技術を用いて所望の外形形状に加工することにより形成されている。なお、基板２は、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス材料、ポリイミド等の各種樹脂材料などの絶縁性材料を主材料として構成されていてもよいし、シリコンを主材料として構成されていてもよい。シリコンを主材料として構成する場合には、必要な絶縁処理を行うことが好ましい。
−駆動手段−
図１に示すように、駆動手段４は、駆動部３１を検出部３４と共にＸ軸方向に振動させる機能を有している。このような駆動手段４は、一対の駆動用固定電極４１１、４１２を備える駆動用電極４１を複数（本実施形態では６つ）有している。
一対の駆動用固定電極４１１、４１２は基板２に固定されている。また駆動用固定電極４１１、４１２は駆動部３１の振動方向で互いに向かい合う方向に伸びる複数の櫛歯状電極４１３、４１４を持っている。また、一対の駆動用固定電極４１１、４１２の櫛歯状電極４１３、４１４に間隙をおいて互いに噛み合う形状の櫛歯状電極４１５を持つ駆動用可動電極４１６が駆動部３１から伸びている。
図１に示すように、駆動手段４は、駆動部３１を検出部３４と共にＸ軸方向に振動させる機能を有している。このような駆動手段４は、一対の駆動用固定電極４１１、４１２を備える駆動用電極４１を複数（本実施形態では６つ）有している。
一対の駆動用固定電極４１１、４１２は基板２に固定されている。また駆動用固定電極４１１、４１２は駆動部３１の振動方向で互いに向かい合う方向に伸びる複数の櫛歯状電極４１３、４１４を持っている。また、一対の駆動用固定電極４１１、４１２の櫛歯状電極４１３、４１４に間隙をおいて互いに噛み合う形状の櫛歯状電極４１５を持つ駆動用可動電極４１６が駆動部３１から伸びている。
このような駆動手段４は、例えば、下記のようにして駆動部３１をＸ軸方向に振動させる。
例えば、図示しない電圧印加手段によって、振動系構造体３（駆動用可動電極４１６の櫛歯状電極４１５）に電圧Ｖ１を印加し、駆動用電極４１１（櫛歯状電極４１３）に正弦波状の第１交番電圧Ｖ２を印加し、駆動用電極４１２（櫛歯状電極４１４）に正弦波状の第２交番電圧Ｖ３を印加する。なお、第２交番電圧Ｖ３は、第１交番電圧Ｖ２の位相を１８０°ずらしたものである。
このような電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が角速度センサー１に印加されると駆動用固定電極４１１、４１２と駆動用可動電極４１６との間に静電引力が働き、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４が弾性変形しつつ、駆動部３１が検出部３４と共にＸ軸方向に正弦波で振動する。
例えば、図示しない電圧印加手段によって、振動系構造体３（駆動用可動電極４１６の櫛歯状電極４１５）に電圧Ｖ１を印加し、駆動用電極４１１（櫛歯状電極４１３）に正弦波状の第１交番電圧Ｖ２を印加し、駆動用電極４１２（櫛歯状電極４１４）に正弦波状の第２交番電圧Ｖ３を印加する。なお、第２交番電圧Ｖ３は、第１交番電圧Ｖ２の位相を１８０°ずらしたものである。
このような電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が角速度センサー１に印加されると駆動用固定電極４１１、４１２と駆動用可動電極４１６との間に静電引力が働き、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４が弾性変形しつつ、駆動部３１が検出部３４と共にＸ軸方向に正弦波で振動する。
なお、前述したように、駆動部３１の内側に位置する検出部３４は、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４によって駆動部３１に対するＸ軸方向の変位が規制されているため、駆動部３１がＸ軸方向に振動しているとき、駆動部３１と検出部３４の位置関係は実質的に一定に保たれている。
このような駆動方法によれば、駆動用固定電極４１１、４１２と駆動用可動電極４１６との間に発生する静電力によって形成され得る静電バネのバネ定数を０とすることができるため、駆動バネ部３３１、３３２、３３３、３３４の実効的なバネ定数を機械的なバネ定数と等しくすることができる。すなわち、角速度センサー１によれば、駆動用可動電極４１６と駆動用固定電極４１１、４１２との間に発生する静電力の駆動バネ部への影響を受けずに駆動部３１を振動させることができる。そのため、角速度の検出精度の低下を防止することができる。
−検出手段−
検出手段５は、角速度センサー１に加わるＺ軸まわりの角速度を検出する機能を有している。図１に示すように、このような検出手段５は、固定電極５１１を複数有している。固定電極５１１は、検出部３４が有するＸ軸方向延在部３４２に対応して、すなわち、Ｘ軸方向延在部３４２と同数設けられている。
以下、複数の固定電極５１１について説明するが、これらは互いに同様の構成であるため、以下では、１つの固定電極５１１について代表して説明し、その他の固定電極５１１については、その説明を省略する。
検出手段５は、角速度センサー１に加わるＺ軸まわりの角速度を検出する機能を有している。図１に示すように、このような検出手段５は、固定電極５１１を複数有している。固定電極５１１は、検出部３４が有するＸ軸方向延在部３４２に対応して、すなわち、Ｘ軸方向延在部３４２と同数設けられている。
以下、複数の固定電極５１１について説明するが、これらは互いに同様の構成であるため、以下では、１つの固定電極５１１について代表して説明し、その他の固定電極５１１については、その説明を省略する。
固定電極５１１は、Ｘ軸方向延在部３４２の下方に位置し、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間には空隙が形成されている。すなわち、固定電極５１１は、Ｘ軸方向延在部３４２とＺ軸方向に離間して配置されている。
また、固定電極５１１は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、その一部がＸ軸方向延在部３４２と重なるように設けられている。
固定電極５１１をこのように配置することにより、検出部３４がＹ軸方向に振動していない状態でＸ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間に静電容量を形成することができるとともに、検出部３４がＹ軸方向に振動した際には、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間の静電容量を振動していない状態から変化させることができる。
また、固定電極５１１は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、その一部がＸ軸方向延在部３４２と重なるように設けられている。
固定電極５１１をこのように配置することにより、検出部３４がＹ軸方向に振動していない状態でＸ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間に静電容量を形成することができるとともに、検出部３４がＹ軸方向に振動した際には、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間の静電容量を振動していない状態から変化させることができる。
固定電極５１１の幅（Ｙ軸方向の長さ）は、特に限定されないが、検出部３４のＹ軸方向の振幅領域（非駆動状態と、Ｙ軸方向での振動方向が切り替わる時刻の状態との移動距離）よりも大きいことが好ましい。図３を用いてさらに詳細に説明すると、固定電極５１１は、図示上面から見た（図１の平面視）状態でＸ軸方向延在部３４２（検出部）の振幅領域の外側に、Ｙ軸方向の端部５１１ａ，５１１ｂを有していることが好ましい。
このような構成にすることにより、検出部３４がＹ軸方向に振動する際、常に、固定電極５１１の少なくとも一部とＸ軸方向延在部３４２とが重なった状態を維持できるため、静電容量の変化をより広い範囲で検出することができる。
このような構成にすることにより、検出部３４がＹ軸方向に振動する際、常に、固定電極５１１の少なくとも一部とＸ軸方向延在部３４２とが重なった状態を維持できるため、静電容量の変化をより広い範囲で検出することができる。
図１に示すように、固定電極５１１は、Ｘ軸方向に延在する帯状をなしている。
固定電極５１１の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料や、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の電極材料により形成することができる。
このような検出手段５は、例えば、下記のようにして角速度センサー１にＺ軸まわりに加わる角速度を検出する。
固定電極５１１の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料や、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の電極材料により形成することができる。
このような検出手段５は、例えば、下記のようにして角速度センサー１にＺ軸まわりに加わる角速度を検出する。
まず、前述したように、駆動手段４によって、駆動部３１を検出部３４と共にＸ軸方向に振動させる。この状態で、Ｚ軸まわりの角速度が加わると、Ｘ軸およびＺ軸に直交するＹ軸方向にコリオリ力が発生し、これにより、Ｙ軸方向の新たな振動が励起され、検出部３４が検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４をＹ軸方向に弾性変形させつつ、駆動部３１に対してＹ軸方向に振動する。
これにより、Ｘ軸方向延在部３４２がＹ軸方向に振動し、固定電極５１１に対してＹ軸方向に変位する。ここで、角速度センサー１にＺ軸まわりの角速度が加わっておらず、検出部３４が駆動部３１に対してＹ軸方向に振動していないときは、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１の間の静電容量は変化しない。
これに対して、Ｘ軸方向延在部３４２が固定電極５１１側に変位すると、Ｘ軸方向延在部３４２と各固定電極５１１とが重なり合う部分の面積が変化することによって、図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１の間の静電容量が（Ｃ＋ΔＣ）に増加する。
反対に、Ｘ軸方向延在部３４２が固定電極５１１側と反対側に変位すると、図３（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１の間の静電容量が（Ｃ−ΔＣ）に減少する。
そして、図示しない検出回路によって、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１の間の静電容量変化によってＺ軸まわりの角速度を検出する。
そして、図示しない検出回路によって、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１の間の静電容量変化によってＺ軸まわりの角速度を検出する。
本実施形態では、前述したように、Ｘ軸方向延在部３４２および固定電極５１１共にＸ軸方向に延在して設けられているため、これらがＺ軸方向に重なり合う面積をより大きくすることができる。その結果、より大きな静電容量の変化を検出することができるため、より高精度に角速度を検出することができる。
ここで、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間の静電容量は、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１とのギャップｇ’を小さくするほど大きくなる。そこで、角速度センサー１では、前述したように、検出バネ部３５１、３５２、３５３、３５４の厚さを比較的厚くし、検出部３４のＺ軸方向の変位を規制（防止）することにより、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との接触を防止しつつ、ギャップｇ’をより小さくすることができるように構成している。
このギャップｇ’としては、特に限定されないが、０．１μｍ以上０．５μｍ以下程度であるのが好ましい。このような範囲によれば、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との接触を防止しつつ、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間の静電容量を充分に大きくすることができ検出性能が向上する。
このギャップｇ’としては、特に限定されないが、０．１μｍ以上０．５μｍ以下程度であるのが好ましい。このような範囲によれば、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との接触を防止しつつ、Ｘ軸方向延在部３４２と固定電極５１１との間の静電容量を充分に大きくすることができ検出性能が向上する。
以上のような構成の角速度センサー１では、固定電極５１１も振動系構造体３に対してＺ軸方向にずれた位置でかつ振動系構造体３と重なるようにして設けることができる。そのため、角速度センサー１によれば、装置の小型化を図ることができる。また、前述したように、静電バネの影響を受けずに振動系構造体３を振動させることができるため、優れた検出精度を発揮することができる。
２．角速度測定装置
角速度測定装置として使用する際には、例えば、図４に示すように、パッケージ６に角速度センサー１を収容して気密封止される。なお、本図では角速度センサー１を２個収納しているが、１個、または３個以上収納される場合もある。
パッケージ６は、各角速度センサー１の基板２を兼ねるベース基板６１と、枠状の枠部材６２と、板状の蓋部材６３とを有している。ベース基板６１と枠部材６２、枠部材６２と蓋部材６３は、接着剤あるいはろう材等により接合されている。
ベース基板６１は、前述した基板２と同様の構成材料で構成されている。また、枠部材６２および蓋部材６３は、例えば、ベース基板６１と同様の構成材料、Ａｌ、Ｃｕのような各種金属材料、各種ガラス材料等で構成されている。
角速度測定装置として使用する際には、例えば、図４に示すように、パッケージ６に角速度センサー１を収容して気密封止される。なお、本図では角速度センサー１を２個収納しているが、１個、または３個以上収納される場合もある。
パッケージ６は、各角速度センサー１の基板２を兼ねるベース基板６１と、枠状の枠部材６２と、板状の蓋部材６３とを有している。ベース基板６１と枠部材６２、枠部材６２と蓋部材６３は、接着剤あるいはろう材等により接合されている。
ベース基板６１は、前述した基板２と同様の構成材料で構成されている。また、枠部材６２および蓋部材６３は、例えば、ベース基板６１と同様の構成材料、Ａｌ、Ｃｕのような各種金属材料、各種ガラス材料等で構成されている。
角速度測定装置１０では、２つの角速度センサー１がＸ軸方向に並んで設けられている。このような角速度測定装置１０では、一方の角速度センサー１が有する駆動部３１（図４では図示せず）と、他方の角速度センサー１が有する駆動部３１とが互いにＸ軸方向に逆相で振動するように駆動する。すなわち、２つの駆動部３１が互いにＸ軸方向に互いに接近する方向に変位する状態と、Ｘ軸方向に互いに離間する方向に変位する状態とを交互に繰り返すように駆動する。このような駆動によれば、２つの駆動部３１により生じる漏れ振動を互いに相殺することができる。その結果、振動漏れを防止することができ、優れた振動特性を有する角速度測定装置１０となる。
以上述べたように、本実施形態に係る角速度測定装置１０によれば、優れた検出精度を持った角速度センサーを提供することができる。
（実施形態２）
図５は、本発明の角速度センサーの第２実施形態を示す平面図である。図６は、図５に示す角速度センサーを備えた角速度測定装置を示す断面図である。
なお、以下の説明では、説明の便宜上、平面視側を「上」、平面視での裏側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
本実施形態の角速度センサーおよび角速度測定装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の角速度センサー１Ａは、駆動部と検出部の位置関係が逆であること以外は、前述した第１実施形態の角速度センサーと同様である。
図５は、本発明の角速度センサーの第２実施形態を示す平面図である。図６は、図５に示す角速度センサーを備えた角速度測定装置を示す断面図である。
なお、以下の説明では、説明の便宜上、平面視側を「上」、平面視での裏側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
本実施形態の角速度センサーおよび角速度測定装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の角速度センサー１Ａは、駆動部と検出部の位置関係が逆であること以外は、前述した第１実施形態の角速度センサーと同様である。
１．角速度センサー
−振動系構造体−
図５に示すように、振動系構造体３Ａは、枠状の検出部３４Ａと、検出部３４Ａを支持する支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａと、検出部３４Ａと各支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａとを連結する検出バネ部３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａと、検出部３４Ａの内側に設けられた駆動部３１Ａと、駆動部３１Ａと検出部３４Ａとを連結する駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａとで構成されている。
−振動系構造体−
図５に示すように、振動系構造体３Ａは、枠状の検出部３４Ａと、検出部３４Ａを支持する支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａと、検出部３４Ａと各支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａとを連結する検出バネ部３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａと、検出部３４Ａの内側に設けられた駆動部３１Ａと、駆動部３１Ａと検出部３４Ａとを連結する駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａとで構成されている。
検出部３４Ａは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、枠状をなしている。具体的には、検出部３４Ａは、Ｙ軸方向に延在する一対のＹ軸方向延在部３４３Ａ、３４４Ａと、Ｘ軸方向に延在し、Ｙ軸方向延在部３４３Ａ、３４４Ａの端部同士を連結する一対のＸ軸方向延在部３４１Ａ、３４２Ａと、Ｙ軸方向延在部３４３Ａ、３４４ＡからＸ軸方向に複数本伸びる検出用導電部３４５Ａで構成されている。
支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、検出部３４Ａの周囲に沿って互いに離間して配置されている。本実施形態では、支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａは、それぞれ、検出部３４Ａの角部に対応して配置されている。
検出バネ部３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａは、支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａに対して検出部３４ＡをＹ軸方向に振動可能とするように、検出部３４Ａと支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａとを連結している。
支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、検出部３４Ａの周囲に沿って互いに離間して配置されている。本実施形態では、支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａは、それぞれ、検出部３４Ａの角部に対応して配置されている。
検出バネ部３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａは、支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａに対して検出部３４ＡをＹ軸方向に振動可能とするように、検出部３４Ａと支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａとを連結している。
図５に示すように、本実施形態では、検出バネ部３５１Ａは、検出部３４Ａの左上の角部と支持部３２１Ａとを連結し、検出バネ部３５２Ａは、検出部３４Ａの左下の角部と支持部３２２Ａとを連結し、検出バネ部３５３Ａは、検出部３４Ａの右下の角部と支持部３２３Ａとを連結し、検出バネ部３５４Ａは、検出部３４Ａの右上の角部と支持部３２４Ａとを連結する。このように検出部３４Ａの四隅に検出バネ部３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａを連結することにより、検出部３４Ａを支持部３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａに対して安定した状態で支持することができる。
これら検出バネ部３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａは、それぞれ、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延びる蛇行状をなしている。
これら検出バネ部３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａは、それぞれ、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延びる蛇行状をなしている。
駆動部３１Ａは、検出部３４Ａの内側に検出部３４Ａと非接触で設けられている。このように、検出部３４Ａの内側に駆動部３１Ａを配置することにより、言い換えれば、駆動部３１Ａの周囲を囲むように検出部３４Ａを設けることにより、駆動部３１Ａと検出部３４Ａの配置が最適化され（スペースを有効的に活用することができ）、角速度センサー１Ａの小型化を図ることができる。
このような駆動部３１Ａは、枠状の基部３１１Ａと、基部３１１Ａの内側に設けられた櫛歯状の複数の駆動用電極４１５Ａとで構成されている。
このような駆動部３１Ａは、枠状の基部３１１Ａと、基部３１１Ａの内側に設けられた櫛歯状の複数の駆動用電極４１５Ａとで構成されている。
駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａは、検出部３４Ａに対して駆動部３１ＡをＸ軸方向に振動可能とするように、駆動部３１Ａと検出部３４Ａとを連結する。
図５に示すように、本実施形態では、駆動バネ部３３１Ａは、駆動部３１Ａの左上の角部と検出部３４Ａとを連結し、駆動バネ部３３２Ａは、駆動部３１Ａの左下の角部と検出部３４Ａとを連結し、駆動バネ部３３３Ａは、駆動部３１Ａの右下の角部と検出部３４Ａとを連結し、駆動バネ部３３４Ａは、駆動部３１Ａの右上の角部と検出部３４Ａとを連結する。このように駆動部３１Ａの四隅に駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａを連結することにより、検出部３４Ａに対して駆動部３１Ａを安定した状態で支持することができる。
これら駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａは、それぞれ、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延びる蛇行状をなしている。
図５に示すように、本実施形態では、駆動バネ部３３１Ａは、駆動部３１Ａの左上の角部と検出部３４Ａとを連結し、駆動バネ部３３２Ａは、駆動部３１Ａの左下の角部と検出部３４Ａとを連結し、駆動バネ部３３３Ａは、駆動部３１Ａの右下の角部と検出部３４Ａとを連結し、駆動バネ部３３４Ａは、駆動部３１Ａの右上の角部と検出部３４Ａとを連結する。このように駆動部３１Ａの四隅に駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａを連結することにより、検出部３４Ａに対して駆動部３１Ａを安定した状態で支持することができる。
これら駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａは、それぞれ、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延びる蛇行状をなしている。
−駆動手段−
駆動手段４Ａは、一対の駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａを備える駆動用電極４１Ａを複数有している。
以下、複数の駆動用電極４１Ａについて説明するが、これらは互いに同様の構成であるため、以下では、１つの駆動用電極４１Ａについて代表して説明し、その他の駆動用電極４１Ａについては、その説明を省略する。
一対の駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａは基板２Ａに固定されている。また駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａは、駆動部３１Ａの振動方向で互いに向かい合う方向に伸びる複数の櫛歯状電極を有している。また、一対の駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａの櫛歯状電極に間隙をおいて互いに噛み合う形状の櫛歯状電極を有する駆動用可動電極４１５Ａが駆動部３１Ａから伸びている。
このような駆動手段４Ａにより、前述した第１実施形態と同様にして、駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４ＡをＸ軸方向に弾性変形させつつ、駆動部３１Ａが検出部３４Ａに対してＸ軸方向に振動する。
駆動手段４Ａは、一対の駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａを備える駆動用電極４１Ａを複数有している。
以下、複数の駆動用電極４１Ａについて説明するが、これらは互いに同様の構成であるため、以下では、１つの駆動用電極４１Ａについて代表して説明し、その他の駆動用電極４１Ａについては、その説明を省略する。
一対の駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａは基板２Ａに固定されている。また駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａは、駆動部３１Ａの振動方向で互いに向かい合う方向に伸びる複数の櫛歯状電極を有している。また、一対の駆動用固定電極４１１Ａ、４１２Ａの櫛歯状電極に間隙をおいて互いに噛み合う形状の櫛歯状電極を有する駆動用可動電極４１５Ａが駆動部３１Ａから伸びている。
このような駆動手段４Ａにより、前述した第１実施形態と同様にして、駆動バネ部３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４ＡをＸ軸方向に弾性変形させつつ、駆動部３１Ａが検出部３４Ａに対してＸ軸方向に振動する。
−検出手段−
検出手段５Ａは、検出用電極としての固定電極５１１Ａを複数有している。
以下、複数の固定電極５１１Ａについて説明するが、これらは互いに同様の構成であるため、以下では、Ｘ軸方向延在部３４１Ａに対応して設けられている固定電極５１１Ａについて代表して説明する。
固定電極５１１Ａは、基板２Ａの上面に互いにＹ軸方向に離間して形成されている。また、固定電極５１１Ａは、検出用導電部３４５ＡとＺ軸方向に離間して配置されている。
また、固定電極５１１Ａは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、その一部が検出用導電部３４５Ａと重なるように設けられている。具体的には、Ｚ軸を法線とする平面視にて、固定電極５１１Ａの図５中下側の部位が検出用導電部３４５Ａと重なっており、上側の部位が検出用導電部３４５Ａから露出している。
このような検出手段５Ａでは、前述した第１実施形態と同様にして、角速度センサー１Ａに加わるＺ軸まわりの角速度を検出する。
検出手段５Ａは、検出用電極としての固定電極５１１Ａを複数有している。
以下、複数の固定電極５１１Ａについて説明するが、これらは互いに同様の構成であるため、以下では、Ｘ軸方向延在部３４１Ａに対応して設けられている固定電極５１１Ａについて代表して説明する。
固定電極５１１Ａは、基板２Ａの上面に互いにＹ軸方向に離間して形成されている。また、固定電極５１１Ａは、検出用導電部３４５ＡとＺ軸方向に離間して配置されている。
また、固定電極５１１Ａは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、その一部が検出用導電部３４５Ａと重なるように設けられている。具体的には、Ｚ軸を法線とする平面視にて、固定電極５１１Ａの図５中下側の部位が検出用導電部３４５Ａと重なっており、上側の部位が検出用導電部３４５Ａから露出している。
このような検出手段５Ａでは、前述した第１実施形態と同様にして、角速度センサー１Ａに加わるＺ軸まわりの角速度を検出する。
２．角速度測定装置
次に、角速度測定装置１０Ａについて説明する。
図６に示すように、角速度測定装置１０Ａは、パッケージ６と、パッケージ６に収容された２つの角速度センサー１Ａとを有している。
角速度測定装置１０Ａでは、２つの角速度センサー１ＡがＹ軸方向に並んで設けられている。このような角速度測定装置１０Ａでは、Ｚ軸まわりの角速度が加わったときに、一方の角速度センサー１Ａが有する検出部３４Ａ（図４参照）と、他方の角速度センサー１Ａが有する検出部３４Ａとが互いにＹ軸方向に逆相で振動する。これによれば、２つの検出部３４Ａの振動がキャンセルされ、角速度測定装置１０Ａ外への振動漏れを効果的に抑制することができる。そのため、優れた検出特性を有する角速度測定装置１０Ａとなる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
次に、角速度測定装置１０Ａについて説明する。
図６に示すように、角速度測定装置１０Ａは、パッケージ６と、パッケージ６に収容された２つの角速度センサー１Ａとを有している。
角速度測定装置１０Ａでは、２つの角速度センサー１ＡがＹ軸方向に並んで設けられている。このような角速度測定装置１０Ａでは、Ｚ軸まわりの角速度が加わったときに、一方の角速度センサー１Ａが有する検出部３４Ａ（図４参照）と、他方の角速度センサー１Ａが有する検出部３４Ａとが互いにＹ軸方向に逆相で振動する。これによれば、２つの検出部３４Ａの振動がキャンセルされ、角速度測定装置１０Ａ外への振動漏れを効果的に抑制することができる。そのため、優れた検出特性を有する角速度測定装置１０Ａとなる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
以上述べたように、本実施形態に係る角速度測定装置１０Ａによれば、固定電極５１１Ａが外側に配置されていることにより固定電極容量に対する寄生容量を低減することが可能であり、優れた検出精度を持った角速度センサーを提供することができる。
（製造方法）
図７は、本発明の角速度センサーの製造方法を示す断面図である。
まず、図７（ａ）に示すように、第一の基板２ａの表面に凹部を形成する。第一の基板の材料は絶縁体であり例えばガラスである。凹部２１はフォトリソエッチング工程により形成され、エッチングはフッ酸を含む溶液によるウェットエッチングあるいはプラズマによるドライエッチにより行われる。凹部の深さは後の工程で形成する固定電極と可動構造体との基板垂直方向ギャップが所望の値になるように決めることができ、例えば０．３μｍ〜１．０μｍである。
図７は、本発明の角速度センサーの製造方法を示す断面図である。
まず、図７（ａ）に示すように、第一の基板２ａの表面に凹部を形成する。第一の基板の材料は絶縁体であり例えばガラスである。凹部２１はフォトリソエッチング工程により形成され、エッチングはフッ酸を含む溶液によるウェットエッチングあるいはプラズマによるドライエッチにより行われる。凹部の深さは後の工程で形成する固定電極と可動構造体との基板垂直方向ギャップが所望の値になるように決めることができ、例えば０．３μｍ〜１．０μｍである。
次に図７（ｂ）に示すように、第一の基板２ａの凹部底面２１ａに導電体５ａを成膜、パターニングする。導電体５ａを形成する導電体材料としては特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料や、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の電極材料により形成することができる。
次に図７（ｃ）に示すように、第二の基板３ａを第一の基板２ａに貼り合せる。第二の基板３ａはシリコン基板であり、第二の基板３ａとの貼り合わせは例えば陽極接合によって行われる。
次に図７（ｄ）に示すように、第二の基板３ａをフォトリソエッチングにより貫通孔６ａを形成し角速度センサーを構成する振動系構造体３の形状を形成する。エッチングはドライエッチングかウェットエッチングにより行われる。
次に図７（ｅ）に示すように、図７（ｄ）で形成された第二の基板３ａの貫通孔６ａを通して第一の基板２ａの凹部底面の導電体５ａをエッチングし固定電極５１１（検出用電極）を形成する。エッチングはドライエッチングによって行う。このとき基板３ａに対して垂直にエッチングを行うと基板３ａに対して垂直方向からの平面視で、導電体５ａがエッチングされる部分と第二の基板３ａの貫通孔６ａとが一致してしまう。この場合第二の基板３ａに形成された検出手段５の移動方向によらず、検出手段５と固定電極５１１（検出用電極）間の静電容量は減少する方向にしか変化しないため印加された角速度の向きが定められないという問題が起こる。これを回避するために、例えば図７（ｅ）に示すように、基板３ａに対して傾斜した方向（図示Ｐで示す）にドライエッチングを行う。これにより検出手段５と固定電極５１１（検出用電極）が基板垂直方向からの平面視で一部が重なった状態となり、検出手段５の移動方向によって検出手段５と固定電極５１１（検出用電極）間の静電容量は増減し、印加された角速度の向きを定めることが可能である。
ここで、前述した角速度センサーを備える電子機器について、図８〜図１０に基づき、詳細に説明する。なお。以下の説明では、角速度センサー１を備える角速度測定装置１０を用いることで説明するが、角速度センサー１Ａを備える角速度測定装置１０Ａを用いてもよい。
図８は、角速度センサー１を備える角速度測定装置１０を適用した電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段（角速度センサー）として機能する角速度測定装置１０が内蔵されている。
図８は、角速度センサー１を備える角速度測定装置１０を適用した電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段（角速度センサー）として機能する角速度測定装置１０が内蔵されている。
図９は、前述した角速度センサー１を備える角速度測定装置１０を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（角速度センサー）として機能する角速度測定装置１０が内蔵されている。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（角速度センサー）として機能する角速度測定装置１０が内蔵されている。
図１０は、本発明の角速度センサー１を備える角速度測定装置１０を適用した電子機器としてのディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
ディジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
ディジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
また、このディジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチールカメラ１３００には、角速度検知手段（角速度センサー）として機能する角速度測定装置１０が内蔵されている。
また、このディジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチールカメラ１３００には、角速度検知手段（角速度センサー）として機能する角速度測定装置１０が内蔵されている。
なお、本発明にかかる角速度測定装置１０、１０Ａを備える電子機器は、図８のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図９の携帯電話機、図１０のディジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
以上、本発明の角速度センサー、および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、振動系構造体がシリコンを主材料として構成されたものについて説明したが、振動系構造体の主材料は、シリコンに限定されず、例えば、各種ガラスであってもよい。振動系構造体をガラスを主材料として構成する場合、各Ｙ軸方向延在部の駆動用電極側の面に、導電性材料（例えば金属材料）で構成された薄膜状の駆動用導電部を形成し、各Ｘ軸方向延在部の検出用電極側の面に、導電性材料（例えば金属材料）で構成された薄膜状の検出用導電部を形成する必要がある。
また、前述した実施形態では、振動系構造体がシリコンを主材料として構成されたものについて説明したが、振動系構造体の主材料は、シリコンに限定されず、例えば、各種ガラスであってもよい。振動系構造体をガラスを主材料として構成する場合、各Ｙ軸方向延在部の駆動用電極側の面に、導電性材料（例えば金属材料）で構成された薄膜状の駆動用導電部を形成し、各Ｘ軸方向延在部の検出用電極側の面に、導電性材料（例えば金属材料）で構成された薄膜状の検出用導電部を形成する必要がある。
１、１Ａ…角速度センサー、２、２Ａ…基板、２ａ…第一の基板、３、３Ａ…振動系構造体、３ａ…第二の基板、４、４Ａ…駆動手段、５、５Ａ…検出手段、５ａ…導電体、６…パッケージ、６ａ…貫通孔、１０、１０Ａ…角速度測定装置、２１…凹部、２１ａ…凹部底面、３１、３１Ａ…駆動部、３４、３４Ａ…検出部、４１、４１Ａ…駆動用電極、６１…ベース基板、６２…枠部材、６３…蓋部材、１００…表示部、３１１、３１２…Ｙ軸方向延在部、３１１Ａ…基部、３１３、３１４…Ｘ軸方向延在部、３１５…櫛歯状電極、３２１、３２２、３２３、３２４…支持部、３２１Ａ、３２２Ａ、３２３Ａ、３２４Ａ…支持部、３３１、３３２、３３３、３３４…駆動バネ部、３３１Ａ、３３２Ａ、３３３Ａ、３３４Ａ…駆動バネ部、３４１…基部、３４１Ａ…Ｘ軸方向延在部、３４２…Ｘ軸方向延在部（検出用導電部）、３４３Ａ…Ｙ軸方向延在部、３４５Ａ…検出用導電部、３５１、３５２、３５３、３５４…検出バネ部、３５１Ａ、３５２Ａ、３５３Ａ、３５４Ａ…検出バネ部、４１１、４１２…駆動用固定電極、４１１Ａ…駆動用固定電極、４１３、４１４…櫛歯状電極、４１５Ａ…駆動用電極、４１６…駆動用可動電極、５１１…固定電極、５１１Ａ…固定電極、５１１ａ、５１１ｂ…Ｙ軸方向の端部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…ディジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…含む受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…データ通信用の入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター。
Claims (6)
- 主面に固定電極が設けられた基板と、
前記主面に一端が接続され、第１軸方向に振動可能な駆動用バネ部と、
前記駆動用バネ部の他端に接続された駆動部と、
前記駆動部に一端が接続され、且つ、前記第１軸方向に直交する第２軸方向に振動可能な検出用バネ部と、
前記検出用バネ部の他端に接続され、検出用導電部を備えた検出部と、を備え、
前記固定電極は、平面視にて前記検出用導電部と少なくとも一部が重なっていることを特徴とする角速度センサー。 - 前記駆動部を前記第１軸方向に振動させた状態で、前記主面の法線の軸回りに角速度が加わったときに、コリオリ力を受けて前記検出部が前記駆動部に対して前記第２軸方向に振動し、該振動によって生じる前記検出用導電部と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて、前記角速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサー。
- 前記検出用導電部は、前記第１軸方向に延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサー。
- 前記固定電極は、平面視における前記検出部の振幅領域の外側に前記第２軸方向の端部を有していることを特徴とする請求項１ないし３に記載の角速度センサー。
- 主面に固定電極が設けられた基板と、
前記主面に一端が接続され、第１軸方向に振動可能な検出用バネ部と、
前記検出用バネ部の他端に接続され、検出用導電部を備えた検出部と、
前記検出部に一端が接続され、且つ、前記第１軸方向に直交する第２軸方向に振動可能な駆動用バネ部と、
前記駆動用バネ部の他端に接続された駆動部と、を備え、
前記固定電極は、平面視にて前記検出用導電部と一部が重なっていることを特徴とする角速度センサー。 - 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の角速度センサーを備えることを特徴とする電子機器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015141065A (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-03 | セイコーエプソン株式会社 | 機能素子、電子デバイス、電子機器、および移動体 |
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-
2011
- 2011-12-16 JP JP2011275356A patent/JP2013125006A/ja not_active Withdrawn
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