JP2015169492A - Electronic device, signal detection method of electronic device, electronic apparatus and moving body - Google Patents

Electronic device, signal detection method of electronic device, electronic apparatus and moving body Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gyro sensor as an electronic device that causes reduction in detection error due to an oscillation leakage phenomena and the like, and causes increase in detection accuracy.SOLUTION: A gyro sensor 100 as an electronic device comprises: a base substrate 10 that serves as a first base substrate; a support unit 12 that is connected to the base substrate 10, is oscillatable along a plane surface including a first axis and second axis and has a first electrode; a detection unit 50 that is supported by the support unit 12, is oscillatable along a third axis and has a second electrode; a monitor electrode 56 that is disposed so as to face the first electrode, serving as a third electronode; and a detection fixing electrode 55 that is disposed so as to face the second electrode, serving as a fourth electrode.

Description

本発明は、電子デバイス、電子デバイスの信号検出方法、電子機器、および移動体に関する。   The present invention relates to an electronic device, a signal detection method for the electronic device, an electronic apparatus, and a moving object.

近年、振動デバイスとして、例えばシリコンMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた機能素子が開発されている。そして、この機能素子の一例としてのジャイロ素子を用いて角速度を検出するジャイロセンサー(静電容量型MEMSジャイロセンサー素子)が開示されている。このようなジャイロセンサーの一例としては、互いに直交する三つの軸(X軸、Y軸、Z軸)の内のX−Y面に設けられ、X軸方向に駆動振動(変位)する振動系構造体と、それを支持する基板と、振動系構造体の駆動手段と、Y軸まわりの角速度を検出する検出手段と、を備えている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, functional elements using, for example, silicon MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology have been developed as vibration devices. And the gyro sensor (capacitance type MEMS gyro sensor element) which detects angular velocity using the gyro element as an example of this functional element is indicated. As an example of such a gyro sensor, a vibration system structure that is provided on the XY plane of three axes (X axis, Y axis, Z axis) orthogonal to each other and that vibrates (displaces) in the X axis direction. A body, a substrate that supports the body, a drive unit for the vibration system structure, and a detection unit that detects an angular velocity around the Y axis (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載のジャイロセンサーでは、フレーム状(枠状)の支持部を含む駆動部を有し、支持部の外側に、バネ部が備えられ、支持部の内側に、支持部に回転軸を介して接続されている検出部が備えられた静電容量型MEMSジャイロセンサー素子(以下、「ジャイロセンサー素子」と呼ぶ。)が用いられている。このジャイロセンサー素子では、X軸方向に振動している駆動部が、Y軸まわりの角速度を受けてZ軸方向に振動し、そのZ軸方向の振動による容量変化を検出部が検出することによって角速度を検出することができる。   The gyro sensor described in Patent Document 1 includes a drive unit including a frame-shaped (frame-shaped) support unit, a spring unit is provided on the outside of the support unit, and a rotating shaft is provided on the support unit on the inside of the support unit. An electrostatic capacitance type MEMS gyro sensor element (hereinafter referred to as “gyro sensor element”) provided with a detection unit connected via the terminal is used. In this gyro sensor element, a drive unit vibrating in the X-axis direction receives an angular velocity around the Y-axis and vibrates in the Z-axis direction, and the detection unit detects a change in capacitance due to the vibration in the Z-axis direction. Angular velocity can be detected.

特開2012−173055号公報JP 2012-173055 A

上述のようなジャイロ素子では、ジャイロ素子を構成するシリコン構造体の形状が、例えば形状加工において加工誤差を生じるなどして、本来は正方形あるいは長方形になるべき断面形状が例えば平行四辺形等に形成されてしまうことがある。このようにシリコン構造体の断面形状が平行四辺形になることにより、X軸方向に振動する駆動部における駆動振動が、断面の斜辺に直交する方向に振動する成分(斜め振動)を生じる。この駆動部における斜め振動は、Z軸方向の振動成分を有しているため、駆動部の駆動振動が検出部に伝わる現象、所謂振動モレ現象により斜め振動が検出部に伝わり、検出部が角速度を検出する振動方向であるZ軸方向に振動してしまう、所謂クアドラチャー(Quadrature)現象を生じさせてしまう。この現象により、クアドラチャー成分を持った信号が発生し、角速度が生じていないにもかかわらず検出部が角速度を検出してしまったり、検出した角速度に誤差を生じてしまったりすることがあった。即ち、角速度の検出精度が低下してしまう虞を有していた。   In the gyro element as described above, the shape of the silicon structure constituting the gyro element, for example, causes a processing error in the shape processing, so that the cross-sectional shape that should originally be a square or a rectangle is formed in a parallelogram, for example. It may be done. Thus, when the cross-sectional shape of the silicon structure is a parallelogram, the drive vibration in the drive unit that vibrates in the X-axis direction generates a component (oblique vibration) that vibrates in the direction perpendicular to the oblique side of the cross section. This oblique vibration in the drive part has a vibration component in the Z-axis direction, so that the drive part drive vibration is transmitted to the detection part, the so-called vibration mole phenomenon, the oblique vibration is transmitted to the detection part, and the detection part is angular velocity. This causes a so-called quadrature phenomenon that vibrates in the Z-axis direction, which is the vibration direction for detecting the vibration. Due to this phenomenon, a signal with a quadrature component is generated, and the detection unit may detect the angular velocity even if no angular velocity is generated, or an error may occur in the detected angular velocity. . That is, the angular velocity detection accuracy may be reduced.

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。   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 forms or application examples.

[適用例1]本適用例に係る電子デバイスは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、第1基体と、前記第1基体に接続され、前記第1軸および前記第2軸を含む平面に沿って振動可能であり、第1電極を有する支持部と、前記支持部に支持され、前記第3軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、を備えていることを特徴とする。   Application Example 1 In an electronic device according to this application example, two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and an axis parallel to a normal line of the surface including the first axis and the second axis Is a third axis, a first base, a support connected to the first base, capable of vibrating along a plane including the first axis and the second axis, and having a first electrode; A detection unit supported by the support unit and capable of vibrating along the third axis, having a second electrode, a third electrode arranged to face the first electrode, and the second And a fourth electrode disposed so as to face the electrode.

本適用例によれば、検出部の第2電極およびそれに対向する第4電極の少なくとも一方から出力される、第3軸に沿った振動本来の検出信号と斜め振動成分(以下「クアドラチャー成分」ともいう)とを含む信号と、支持部に設けられた第1電極およびそれに対向する第3電極の少なくとも一方から出力されるクアドラチャー成分を含む信号とを得ることができる。そしてこの二つの信号を演算処理することによって、クアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができる。これにより、検出精度を高めた電子デバイスを得ることが可能となる。   According to this application example, an original detection signal and an oblique vibration component (hereinafter referred to as a “quadrature component”) output from at least one of the second electrode of the detection unit and the fourth electrode facing the second electrode. And a signal including a quadrature component output from at least one of the first electrode provided on the support portion and the third electrode opposed thereto. An original detection signal from which the quadrature component has been removed can be obtained by performing arithmetic processing on these two signals. Thereby, an electronic device with improved detection accuracy can be obtained.

[適用例2]上記適用例に記載の電子デバイスにおいて、前記第3電極および前記第4電極の少なくとも一方は、前記第1基体に設けられていることが好ましい。   Application Example 2 In the electronic device according to the application example described above, it is preferable that at least one of the third electrode and the fourth electrode is provided on the first base.

本適用例によれば、第3電極および第4電極の少なくとも一方が、支持部を接続する第1基体に設けられていることにより、第3軸方向から見た平面視における第3電極および第4電極の配置領域を小さくすることが可能となり、電子デバイスの小型化を実現することができる。   According to this application example, at least one of the third electrode and the fourth electrode is provided on the first base body that connects the support portion, whereby the third electrode and the second electrode in a plan view as viewed from the third axial direction. The arrangement area of the four electrodes can be reduced, and the electronic device can be reduced in size.

[適用例3]上記適用例に記載の電子デバイスにおいて、前記第1基体に接続されている第2基体を備え、前記第3電極および前記第4電極の少なくとも一方は、前記第2基体に設けられていることが好ましい。   Application Example 3 In the electronic device according to the application example described above, the electronic device includes a second substrate connected to the first substrate, and at least one of the third electrode and the fourth electrode is provided on the second substrate. It is preferable that

本適用例によれば、第3電極および第4電極の少なくとも一方が、第1基体に接続された第2基体に設けられていることにより、第3軸方向から見た平面視における第3電極および第4電極の配置領域を小さくすることが可能となり、電子デバイスの小型化を実現することができる。   According to this application example, at least one of the third electrode and the fourth electrode is provided on the second base connected to the first base, so that the third electrode in a plan view as viewed from the third axial direction. And it becomes possible to make the arrangement | positioning area | region of a 4th electrode small, and size reduction of an electronic device is realizable.

[適用例4]上記適用例に記載の電子デバイスにおいて、前記第3軸方向から見た平面視で、前記支持部は、前記検出部を略囲む枠状に設けられていることが好ましい。   Application Example 4 In the electronic device according to the application example described above, it is preferable that the support portion is provided in a frame shape that substantially surrounds the detection portion in a plan view as viewed from the third axis direction.

本適用例によれば、検出部を略囲む枠状に支持部を設けることにより、そこに設けられる第3電極の面積を大きくすることができ、第3電極および対向する第1電極から得ることができる信号をより多くすることができる。これにより、演算処理に用いるデータ量が多くなり、補正精度を高めることが可能となる。   According to this application example, by providing the support portion in a frame shape that substantially surrounds the detection portion, the area of the third electrode provided therein can be increased, and the third electrode and the first electrode facing each other can be obtained. More signals can be generated. As a result, the amount of data used for the arithmetic processing increases, and the correction accuracy can be increased.

[適用例5]上記適用例に記載の電子デバイスにおいて、前記支持部を振動させる駆動共振周波数は、前記検出部の共振周波数よりも大きいことが好ましい。   Application Example 5 In the electronic device according to the application example described above, it is preferable that a drive resonance frequency for vibrating the support unit is higher than a resonance frequency of the detection unit.

本適用例によれば、検出部の共振周波数を駆動共振周波数より大きくする(離調周波数をマイナスにする)ことにより、支持部と検出部との振動方向が逆向きになる。この結果、第1電極および第3電極の少なくとも一方から流れ出す電流と、第2電極および第4電極の少なくとも一方から流れ出す電流とは、正負が逆になる。そして、二つの電流の絶対値が等しくなるように、共振倍率(Resonance Magnification)を考慮しながらそれぞれの電極の面積や間隔(ギャップ)を調整し、第1電極および第3電極による容量変化と、第2電極および第4電極による容量変化と、を調整する。このようにすることにより、第3電極と第4電極を同一電極として、演算処理を行うことなくクアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができる。   According to this application example, by making the resonance frequency of the detection unit higher than the drive resonance frequency (decreasing the detuning frequency), the vibration directions of the support unit and the detection unit are reversed. As a result, the current flowing out from at least one of the first electrode and the third electrode is reversed in polarity from the current flowing out from at least one of the second electrode and the fourth electrode. Then, the area and interval (gap) of each electrode are adjusted in consideration of the resonance magnification so that the absolute values of the two currents are equal, and the capacitance change by the first electrode and the third electrode, The capacitance change by the second electrode and the fourth electrode is adjusted. By doing so, it is possible to obtain an original detection signal from which the quadrature component is removed without performing the arithmetic processing by using the third electrode and the fourth electrode as the same electrode.

[適用例6]上記適用例に記載の電子デバイスにおいて、前記第1電極および前記第3電極の少なくとも一方から出力される第1信号と、前記第2電極および前記第4電極の少なくとも一方から出力される第2信号と、を有し、前記第1信号および前記第2信号を元に演算処理を行い、演算結果に基づいて第3信号を出力する演算処理部を備えていることが好ましい。   Application Example 6 In the electronic device according to the application example described above, the first signal output from at least one of the first electrode and the third electrode, and the output from at least one of the second electrode and the fourth electrode. It is preferable to include an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing based on the first signal and the second signal and outputs a third signal based on the arithmetic result.

本適用例によれば、検出部の第2電極およびそれに対向する第4電極の少なくとも一方から出力される、本来の検出信号とクアドラチャー成分とを含む第1信号と、支持部に設けられた第2電極およびそれに対向する第4電極の少なくとも一方から出力されるクアドラチャー成分を含む第2信号を得ることができる。そして、演算処理部によって第1信号から第2信号を引き算する処理を行った第3信号を出力する。この第3信号は、クアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができ、検出精度を高めた電子デバイスを得ることが可能となる。   According to this application example, the first signal including the original detection signal and the quadrature component output from at least one of the second electrode of the detection unit and the fourth electrode facing the second electrode, and the support unit is provided. A second signal including a quadrature component output from at least one of the second electrode and the fourth electrode facing the second electrode can be obtained. And the 3rd signal which performed the process which subtracts the 2nd signal from the 1st signal by the arithmetic processing part is output. With this third signal, an original detection signal from which the quadrature component has been removed can be obtained, and an electronic device with improved detection accuracy can be obtained.

[適用例7]上記適用例に記載の電子デバイスにおいて、前記演算処理部は、前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方の振幅を調整する調整部を含んでいることが好ましい。   Application Example 7 In the electronic device according to the application example, it is preferable that the arithmetic processing unit includes an adjustment unit that adjusts an amplitude of at least one of the first signal and the second signal.

本適用例によれば、演算処理部に含まれる調整部において、異なる振幅を有する第1信号および第2信号の少なくとも一方の振幅を調整(増幅)し、双方の信号の振幅を合わせる。そして、振幅の合った第1信号と第2信号とを足し合わせ処理することで、クアドラチャー成分が除去された本来の検出信号を得ることができる。   According to this application example, the adjustment unit included in the arithmetic processing unit adjusts (amplifies) the amplitude of at least one of the first signal and the second signal having different amplitudes, and matches the amplitudes of both signals. An original detection signal from which the quadrature component has been removed can be obtained by adding the first signal and the second signal having the same amplitude.

[適用例8]本適用例に係る電子デバイスは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、第1基体と、前記第1基体に接続され、前記第1軸に沿うように振動可能であり、第1電極を有する支持部と、前記支持部に支持され、前記第2軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、を備えていることを特徴とする。   Application Example 8 In an electronic device according to this application example, two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and an axis parallel to a normal line of a plane including the first axis and the second axis Is the third axis, is connected to the first base, and can be vibrated along the first axis, and is supported by the support having the first electrode, A detector that can vibrate along the second axis, has a second electrode, a third electrode that is arranged to face the first electrode, and a face that faces the second electrode. And a fourth electrode.

本適用例によれば、検出部の第2電極およびそれに対向する第4電極の少なくとも一方から出力される、第2軸に沿った振動本来の検出信号とクアドラチャー成分とを含む信号と、支持部に設けられた第1電極およびそれに対向する第3電極の少なくとも一方から出力されるクアドラチャー成分を含む信号とを得ることができる。そしてこの二つの信号を演算処理することによって、クアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができる。これにより、検出精度を高めた電子デバイスを得ることが可能となる。   According to this application example, the signal including the original detection signal of the vibration along the second axis and the quadrature component output from at least one of the second electrode of the detection unit and the fourth electrode opposed thereto, and the support It is possible to obtain a signal including a quadrature component output from at least one of the first electrode provided in the section and the third electrode facing the first electrode. An original detection signal from which the quadrature component has been removed can be obtained by performing arithmetic processing on these two signals. Thereby, an electronic device with improved detection accuracy can be obtained.

[適用例9]本適用例に係る電子デバイスの信号検出方法は、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、前記第1軸および前記第2軸を含む平面に沿うように振動可能であり、第1電極を有する支持部と、前記支持部に支持され、前記第3軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、を備えている電子デバイスの信号検出方法であって、前記第1電極および前記第3電極の少なくとも一方から出力される、前記支持部の前記第3軸方向の振動成分である第1信号を取得する第1ステップと、前記第2電極および前記第4電極の少なくとも一方から出力される第2信号を取得する第2ステップと、前記第2信号から、前記第1信号に応じた信号を除去する演算処理を行い、検出信号を出力する第3ステップと、を備えていることを特徴とする。   [Application Example 9] In the signal detection method for an electronic device according to this application example, two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and a normal of a plane including the first axis and the second axis When the third axis is an axis parallel to the first axis, the first axis and the second axis can be vibrated along a plane, and a support section having a first electrode is supported by the support section, A detector that can vibrate along the third axis, has a second electrode, a third electrode that is arranged to face the first electrode, and a face that faces the second electrode. And a fourth electrode, wherein the vibration component in the third axial direction of the support portion is output from at least one of the first electrode and the third electrode. A first step of obtaining a first signal that is, the second electrode and the first signal A second step of acquiring a second signal output from at least one of the electrodes; a third step of performing a calculation process for removing a signal corresponding to the first signal from the second signal and outputting a detection signal; It is characterized by providing.

本適用例によれば、第1ステップにおいて、支持部に設けられた第1電極およびそれに対向する第3電極の少なくとも一方から出力されるクアドラチャー成分を含む第1信号を取得する。また、第2ステップにおいて、検出部の第2電極およびそれに対向する第4電極の少なくとも一方から出力される、本来の検出信号とクアドラチャー成分(斜め振動成分)とを含む第2信号を取得する。そして、第3ステップにおいて、第2信号から、第1信号に応じた信号(支持部の第3軸方向の振動成分である信号)を除去する演算処理を行い、検出信号として出力する。これによって、クアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができる。これにより、検出精度を高めた電子デバイスを得ることが可能となる。   According to this application example, in the first step, a first signal including a quadrature component output from at least one of the first electrode provided on the support portion and the third electrode facing the first electrode is acquired. In the second step, a second signal including an original detection signal and a quadrature component (diagonal vibration component) output from at least one of the second electrode of the detection unit and the fourth electrode facing the second electrode is acquired. . Then, in the third step, a calculation process for removing a signal corresponding to the first signal (a signal that is a vibration component in the third axis direction of the support portion) from the second signal is performed and output as a detection signal. As a result, the original detection signal from which the quadrature component has been removed can be obtained. Thereby, an electronic device with improved detection accuracy can be obtained.

[適用例10]本適用例に係る電子デバイスの信号検出方法は、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、前記第1軸に沿うように振動可能であり、第1電極を有する支持部と、前記支持部に支持され、前記第2軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、を備えている電子デバイスの信号検出方法であって、前記第1電極および前記第3電極の少なくとも一方から出力される、前記支持部の前記第3軸方向の振動成分である第1信号を取得する第1ステップと、前記第2電極および前記第4電極の少なくとも一方から出力される第2信号を取得する第2ステップと、前記第2信号から、前記第1信号に応じた信号を除去する演算処理を行い、検出信号を出力する第3ステップと、を備えていることを特徴とする。   [Application Example 10] In the signal detection method for an electronic device according to this application example, two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and a normal of a plane including the first axis and the second axis When the third axis is an axis parallel to the first axis, vibration is possible along the first axis, the support part having the first electrode, and the vibration supported along the second axis, supported by the support part. A detection unit having a second electrode, a third electrode disposed to face the first electrode, and a fourth electrode disposed to face the second electrode. A signal detection method for an electronic device comprising: a first signal that is output from at least one of the first electrode and the third electrode and that is a vibration component in the third axial direction of the support portion. The first step and at least one of the second electrode and the fourth electrode. A second step of acquiring a second signal to be output; and a third step of performing a calculation process for removing a signal corresponding to the first signal from the second signal and outputting a detection signal. It is characterized by that.

本適用例によれば、第1ステップにおいて、支持部に設けられた第1電極およびそれに対向する第3電極の少なくとも一方から出力されるクアドラチャー成分を含む第1信号を取得する。また、第2ステップにおいて、検出部の第2電極およびそれに対向する第4電極の少なくとも一方から出力される、本来の検出信号とクアドラチャー成分(斜め振動成分)とを含む第2信号を取得する。そして、第3ステップにおいて、第2信号から、第1信号に応じた信号(支持部の第3軸方向の振動成分である信号)を除去する演算処理を行い、検出信号として出力する。これによって、クアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができる。これにより、検出精度を高めた電子デバイスを得ることが可能となる。   According to this application example, in the first step, a first signal including a quadrature component output from at least one of the first electrode provided on the support portion and the third electrode facing the first electrode is acquired. In the second step, a second signal including an original detection signal and a quadrature component (diagonal vibration component) output from at least one of the second electrode of the detection unit and the fourth electrode facing the second electrode is acquired. . Then, in the third step, a calculation process for removing a signal corresponding to the first signal (a signal that is a vibration component in the third axis direction of the support portion) from the second signal is performed and output as a detection signal. As a result, the original detection signal from which the quadrature component has been removed can be obtained. Thereby, an electronic device with improved detection accuracy can be obtained.

[適用例11]本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする。   Application Example 11 An electronic apparatus according to this application example includes the electronic device according to any one of the application examples described above.

本適用例によれば、クアドラチャー成分(斜め振動成分)を除去した本来の検出信号を得ることにより検出精度を高めた電子デバイスを用いているため、より安定した特性の電子機器を提供することができる。   According to this application example, an electronic device with higher detection accuracy is obtained by obtaining an original detection signal from which a quadrature component (oblique vibration component) has been removed. Can do.

[適用例12]本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする。   Application Example 12 A moving object according to this application example includes the electronic device according to any one of the application examples described above.

本適用例によれば、クアドラチャー成分(斜め振動成分)を除去した本来の検出信号を得ることにより検出精度を高めた電子デバイスを用いているため、より安定した特性の移動体を提供することができる。   According to this application example, since an electronic device with improved detection accuracy is obtained by obtaining an original detection signal from which a quadrature component (diagonal vibration component) has been removed, a moving body with more stable characteristics can be provided. Can do.

第1実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す平面図。The top view which shows typically the gyro sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the gyro sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する図であり、(a)は平面図、(b)は断面図。It is a figure explaining operation | movement of the gyro sensor which concerns on 1st Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. 第1実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する図であり、(a)は平面図、(b)は断面図。It is a figure explaining operation | movement of the gyro sensor which concerns on 1st Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. 第1実施形態に係るジャイロセンサーの信号検出方法を示し、(a)は信号検出方法を模式的に説明する断面図、(b)は信号検出方法の概略フローチャート。The signal detection method of the gyro sensor which concerns on 1st Embodiment is shown, (a) is sectional drawing which illustrates a signal detection method typically, (b) is a schematic flowchart of a signal detection method. 信号処理方法の変形例を説明する波形図。The wave form diagram explaining the modification of a signal processing method. 第2実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す平面図。The top view which shows typically the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the gyro sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す平面図。The top view which shows typically the gyro sensor which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the gyro sensor which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する概略の平面図。FIG. 9 is a schematic plan view for explaining the operation of a gyro sensor according to a third embodiment. 第3実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する概略の平面図。FIG. 9 is a schematic plan view for explaining the operation of a gyro sensor according to a third embodiment. 第4実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the gyro sensor which concerns on 4th Embodiment. 電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the structure of the mobile personal computer as an example of an electronic device. 電子機器の一例としての携帯電話機の構成を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the structure of the mobile telephone as an example of an electronic device. 電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the structure of the digital still camera as an example of an electronic device. 移動体の一例としての自動車の構成を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the structure of the motor vehicle as an example of a mobile body.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1.ジャイロセンサー
1−1.第1実施形態に係るジャイロセンサーの構成
まず、本発明に係る電子デバイスとしてのジャイロセンサーの第1実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るジャイロセンサー100を模式的に示す平面図である。図2は、第1実施形態に係るジャイロセンサー100を模式的に示す図であり、図2(a)は図1のA−A線断面図、図2(b)は図1のB−B断面図である。なお、図1および図2では、互いに直交する3つの軸として、X軸(第1軸)およびY軸(第2軸)と、X軸(第1軸)およびY軸(第2軸)を含む面の法線に平行なZ軸(第3軸)と、を図示している。
1. Gyro sensor 1-1. Configuration of Gyro Sensor According to First Embodiment First, a first embodiment of a gyro sensor as an electronic device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing the gyro sensor 100 according to the first embodiment. 2A and 2B are diagrams schematically showing the gyro sensor 100 according to the first embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. It is sectional drawing. In FIG. 1 and FIG. 2, the X axis (first axis) and the Y axis (second axis), the X axis (first axis), and the Y axis (second axis) are used as three axes orthogonal to each other. A Z axis (third axis) parallel to the normal of the plane to be included is shown.

ジャイロセンサー100は、図1および図2に示すように、第1基体としての基体10と、機能素子としてのジャイロ素子5とを含んでいる。機能素子としてのジャイロ素子5は、振動体20と、弾性支持体30と、駆動部40と、を含んでいる。
ジャイロ素子5は、第1基体としての基体10および第2基体としての蓋体80によって囲まれるキャビティー82に収容されている。また、ジャイロ素子5は、基体10に設けられた凹部14と間隙を介して振動体20が設けられている。振動体20は、基体10の第1面11に(基体10上に)設けられた固定部17に弾性支持体30を介して支持されている。
ジャイロセンサー100では、ジャイロ素子5を構成する振動体20の検出部50が、Y軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサー素子(静電容量型MEMSジャイロセンサー素子)である。
なお、便宜上、図1では、基体10および蓋体80を透視して図示している。また、基体10の振動体20が設けられる基面である第1面11(図2参照)の法線方向から見ること、即ち基体10に支持されている振動体20を上方から見ることを、以下、「平面視」という。
As shown in FIGS. 1 and 2, the gyro sensor 100 includes a base body 10 as a first base body and a gyro element 5 as a functional element. The gyro element 5 as a functional element includes a vibrating body 20, an elastic support body 30, and a drive unit 40.
The gyro element 5 is accommodated in a cavity 82 surrounded by a base body 10 as a first base body and a lid body 80 as a second base body. The gyro element 5 is provided with a vibrating body 20 through a recess 14 provided in the base 10 and a gap. The vibrating body 20 is supported by the fixing portion 17 provided on the first surface 11 of the base body 10 (on the base body 10) via the elastic support body 30.
In the gyro sensor 100, the detection unit 50 of the vibrating body 20 constituting the gyro element 5 is a gyro sensor element (capacitance MEMS gyro sensor element) that detects an angular velocity around the Y axis.
For convenience, FIG. 1 shows the base body 10 and the lid body 80 in a perspective view. Further, viewing from the normal direction of the first surface 11 (see FIG. 2), which is a base surface on which the vibrating body 20 of the base body 10 is provided, that is, viewing the vibrating body 20 supported by the base body 10 from above. Hereinafter, it is referred to as “plan view”.

基体10の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基体10は、図2に示すように、第1面11と、第1面11と反対側の第2面11bと、を有している。第1面11には、凹部14が設けられている。凹部14の上方には、間隙を介して、振動体20(検出部50、および支持部12)、弾性支持体30、および駆動部40(駆動用可動電極部41、および駆動用固定電極部42)が設けられている。凹部14によって、振動体20、弾性支持体30、および駆動部40の一部(駆動用可動電極部41)は、基体10に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。
本実施形態の凹部14の平面形状(Z軸方向から見たときの形状)は、長方形であるが、特に限定されない。凹部14は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。
The material of the base 10 is, for example, glass or silicon. As shown in FIG. 2, the base 10 has a first surface 11 and a second surface 11 b opposite to the first surface 11. A recess 14 is provided in the first surface 11. Above the recess 14, the vibrating body 20 (the detection unit 50 and the support unit 12), the elastic support 30, and the drive unit 40 (the movable electrode unit for driving 41, and the fixed electrode unit for driving 42) via a gap. ) Is provided. By the recess 14, the vibrating body 20, the elastic support body 30, and a part of the driving unit 40 (the driving movable electrode unit 41) can be moved in a desired direction without being obstructed by the base body 10.
The planar shape (shape when viewed from the Z-axis direction) of the recess 14 of the present embodiment is a rectangle, but is not particularly limited. The recess 14 is formed by, for example, a photolithography technique and an etching technique.

基体10は、図2に示すように振動体20の形態に応じて、第1面11に適宜設けられる固定部17を有している。固定部17は、振動体20を支持する弾性支持体30の一端15が固定(接合)され、弾性支持体30を介して振動体20を支持する部分である。
図1および図2に示すように、弾性支持体30の一端15(固定部17)は、X軸方向において振動体20を挟むように配置されていてもよい。また、弾性支持体30の一端15は、Y軸方向において振動体20を挟むように配置されていてもよい。即ち、弾性支持体30の一端15は、2か所、あるいは4か所設けられていてもよい。
As shown in FIG. 2, the base 10 has a fixing portion 17 that is appropriately provided on the first surface 11 according to the form of the vibrating body 20. The fixing portion 17 is a portion that supports (i.e., joins) one end 15 of the elastic support 30 that supports the vibrating body 20 and supports the vibrating body 20 via the elastic support 30.
As shown in FIGS. 1 and 2, one end 15 (fixed portion 17) of the elastic support body 30 may be disposed so as to sandwich the vibrating body 20 in the X-axis direction. Further, the one end 15 of the elastic support 30 may be arranged so as to sandwich the vibrating body 20 in the Y-axis direction. That is, two or four ends 15 of the elastic support 30 may be provided.

固定部17の第1面11(基体10)と、後述される弾性支持体30、駆動用固定電極部42等と、の固定(接合)方法は、特に限定されないが、例えば、基体10の材質がガラスであり、振動体20等の材質がシリコンである場合は、陽極接合を適用することができる。   A method of fixing (joining) the first surface 11 (base 10) of the fixing portion 17 to the elastic support 30 and the driving fixed electrode portion 42, which will be described later, is not particularly limited. Is glass, and the material of the vibrator 20 or the like is silicon, anodic bonding can be applied.

振動体20は、基体10の第1面11に(基体10上に)弾性支持体30を介して支持されている。振動体20は、検出部50、および検出部50と接続された支持部12を有している。振動体20の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。振動体20は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。   The vibrating body 20 is supported on the first surface 11 of the base body 10 (on the base body 10) via an elastic support body 30. The vibrating body 20 includes a detection unit 50 and a support unit 12 connected to the detection unit 50. The material of the vibrating body 20 is, for example, silicon imparted with conductivity by doping impurities such as phosphorus and boron. The vibrating body 20 is formed, for example, by processing a silicon substrate (not shown) by a photolithography technique and an etching technique.

振動体20は、弾性支持体30の一端15によって弾性支持体30を介して固定部17に支持されており、基体10と離間して配置されている。より具体的には、基体10に形成された凹部14の上方に間隙を介して、振動体20が設けられている。振動体20は、例えば、フレーム状の形状(枠状)の支持部12を有している。振動体20は、図示しない中心線(X軸に沿った直線、あるいはY軸に沿った直線)に対して、対称となる形状であってもよい。   The vibrating body 20 is supported by the fixing portion 17 via the elastic support 30 by the one end 15 of the elastic support 30 and is disposed apart from the base body 10. More specifically, the vibrating body 20 is provided above the recess 14 formed in the base body 10 via a gap. The vibrating body 20 includes, for example, a frame-shaped (frame-shaped) support portion 12. The vibrating body 20 may have a shape that is symmetrical with respect to a center line (not shown) (a straight line along the X axis or a straight line along the Y axis).

支持部12は、後述する検出部50を囲むように、フレーム状(枠状)の形状で設けられている。支持部12には、後述する弾性支持体30が接続されている。支持部12は、前述のように、シリコンに、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与され、第1電極としての機能も有している。   The support portion 12 is provided in a frame shape (frame shape) so as to surround a detection portion 50 described later. An elastic support body 30 to be described later is connected to the support portion 12. As described above, the support portion 12 is given conductivity by doping silicon with an impurity such as phosphorus or boron, and also has a function as a first electrode.

支持部12と間隙を有して対向し、平面視で支持部12の配置された領域に略重なるように、第3電極としてのモニター電極56が設けられている。具体的には、モニター電極56は、支持部12と同様に略フレーム状の形状(枠状)をなしている。第3電極としてのモニター電極56は、基体10の第1面11に設けられた凹部14の底面13に設けられている。   A monitor electrode 56 as a third electrode is provided so as to face the support portion 12 with a gap and substantially overlap a region where the support portion 12 is arranged in a plan view. Specifically, the monitor electrode 56 has a substantially frame shape (frame shape), like the support portion 12. The monitor electrode 56 as the third electrode is provided on the bottom surface 13 of the recess 14 provided on the first surface 11 of the substrate 10.

支持部12とモニター電極56とは、支持部12とモニター電極56との間の容量変化によって、支持部12に生じたZ軸方向の振動(支持部12のZ軸方向の変位)を検出することができる。具体的には、支持部12(第1電極)にDC電圧を印加した状態で支持部12がZ軸方向に振動すると、支持部12とモニター電極56との間の距離が変化し、支持部12とモニター電極56との間の静電容量が変化する。その容量変化をモニター電極56(第3電極)の電流変化として検出することによって支持部12のZ軸方向の振動を求めることができる。   The support unit 12 and the monitor electrode 56 detect vibration in the Z-axis direction (displacement of the support unit 12 in the Z-axis direction) generated in the support unit 12 due to a change in capacitance between the support unit 12 and the monitor electrode 56. be able to. Specifically, when the support unit 12 vibrates in the Z-axis direction with a DC voltage applied to the support unit 12 (first electrode), the distance between the support unit 12 and the monitor electrode 56 changes, and the support unit The electrostatic capacitance between 12 and the monitor electrode 56 changes. By detecting the change in the capacitance as a change in the current of the monitor electrode 56 (third electrode), the vibration of the support portion 12 in the Z-axis direction can be obtained.

Z軸方向から見た平面視で、支持部12が検出部50を略囲む枠状に設けられていることにより、支持部12と対向して枠状に設けられているモニター電極56の面積を大きくすることができ、モニター電極56から得ることができる信号をより多くすることができる。これにより、演算処理に用いるデータ量が多くなり、補正精度を高めることが可能となる。   When the support portion 12 is provided in a frame shape substantially surrounding the detection portion 50 in a plan view as viewed from the Z-axis direction, the area of the monitor electrode 56 provided in the frame shape facing the support portion 12 is reduced. It is possible to increase the number of signals that can be obtained from the monitor electrode 56. As a result, the amount of data used for the arithmetic processing increases, and the correction accuracy can be increased.

弾性支持体30は、X軸方向に振動体20を変位し得るように構成されている。より具体的には、弾性支持体30は、弾性支持体30の一端15から振動体20までX軸に沿う方向に延出し、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延出する形状を有している。弾性支持体30の一端15は、固定部17(基体10の第1面11)に接合(固定)されている。また、弾性支持体30の他端は、振動体20の支持部12に接続されている。本実施形態では、弾性支持体30は、振動体20をX軸方向において挟むように、4つ設けられている。   The elastic support 30 is configured to be able to displace the vibrating body 20 in the X-axis direction. More specifically, the elastic support body 30 has a shape extending from the one end 15 of the elastic support body 30 to the vibrating body 20 in the direction along the X axis and extending in the X axis direction while reciprocating in the Y axis direction. doing. One end 15 of the elastic support 30 is joined (fixed) to the fixing portion 17 (the first surface 11 of the base body 10). The other end of the elastic support body 30 is connected to the support portion 12 of the vibrating body 20. In the present embodiment, four elastic supports 30 are provided so as to sandwich the vibrating body 20 in the X-axis direction.

弾性支持体30の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。弾性支持体30は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって振動体20と共に一体的に加工することにより形成される。   The material of the elastic support 30 is, for example, silicon imparted with conductivity by being doped with impurities such as phosphorus and boron. The elastic support 30 is formed, for example, by integrally processing a silicon substrate (not shown) together with the vibrating body 20 by a photolithography technique and an etching technique.

検出部50は、平面視で、振動体20の支持部12の内側(振動体20の中心側)に設けられている。換言すれば、検出部50は、支持部12に対して、後述する駆動部40の配置側と反対側に設けられている。
検出部50は、可動電極としての第1フラップ板51および第2フラップ板53と、第1フラップ板51と接続された第1梁部52と、第2フラップ板53と接続された第2梁部54と、第4電極としての検出用固定電極55と、を有している。第1フラップ板51および第2フラップ板53は、前述のように、シリコンに、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与され、第2電極としての機能も有している。
The detection unit 50 is provided inside the support unit 12 of the vibrating body 20 (on the center side of the vibrating body 20) in plan view. In other words, the detection unit 50 is provided on the opposite side of the support unit 12 from the arrangement side of the drive unit 40 described later.
The detection unit 50 includes a first flap plate 51 and a second flap plate 53 as movable electrodes, a first beam portion 52 connected to the first flap plate 51, and a second beam connected to the second flap plate 53. And a fixed electrode for detection 55 as a fourth electrode. As described above, the first flap plate 51 and the second flap plate 53 are provided with conductivity by doping impurities such as phosphorus and boron into silicon, and also have a function as a second electrode. ing.

第1フラップ板51は、第1梁部52のX軸方向の中央部分に位置する接続部で第1梁部52と接続されている。第1梁部52は、支持部12の内のX軸に沿った一方の延在部分に沿って設けられ、支持部12の内の、Y軸に沿って延在し、互いに対向する二つの延在部分に両端が接続されている。第1フラップ板51の第1梁部52と接続されている端と反対側の端は、自由端となっている。第1フラップ板51は、第1梁部52を回転軸としてZ軸方向に搖動することができる。   The first flap plate 51 is connected to the first beam portion 52 at a connection portion located at the center portion of the first beam portion 52 in the X-axis direction. The first beam portion 52 is provided along one extending portion of the support portion 12 along the X axis, and extends along the Y axis of the support portion 12 and is opposed to each other. Both ends are connected to the extended portion. The end opposite to the end connected to the first beam portion 52 of the first flap plate 51 is a free end. The first flap plate 51 can swing in the Z-axis direction with the first beam portion 52 as a rotation axis.

また、第2フラップ板53は、第2梁部54のX軸方向の中央部分に位置する接続部で第2梁部54と接続されている。第2梁部54は、第1梁部52側(+Y軸方向)に位置する一方の支持部12の延在部分と、検出部50を挟んだ反対側(−Y軸方向)に位置する他方の支持部12の延在部分に沿って設けられている。
第2梁部54は、支持部12のY軸方向に沿って対向する二つの延在部分の内側に、両端が接続されている。第2フラップ板53の第2梁部54と接続されている端と反対側の端は、自由端となっている。第2フラップ板53は、第2梁部54を回転軸としてZ軸方向に搖動することができる。第1フラップ板51および第2フラップ板53のそれぞれの自由端は、Y軸方向の内側を向くように配置され、間隙を有して対向するように設けられている。
The second flap plate 53 is connected to the second beam portion 54 at a connection portion located at the center portion of the second beam portion 54 in the X-axis direction. The second beam portion 54 includes an extension portion of one support portion 12 located on the first beam portion 52 side (+ Y axis direction) and the other side located on the opposite side (−Y axis direction) across the detection portion 50. It is provided along the extending part of the support part 12.
Both ends of the second beam portion 54 are connected to the inside of the two extending portions facing each other along the Y-axis direction of the support portion 12. The end opposite to the end connected to the second beam portion 54 of the second flap plate 53 is a free end. The second flap plate 53 can swing in the Z-axis direction with the second beam portion 54 as a rotation axis. The free ends of the first flap plate 51 and the second flap plate 53 are arranged so as to face the inner side in the Y-axis direction, and are provided so as to face each other with a gap.

第4電極としての検出用固定電極55は、第1フラップ板51および第2フラップ板53と間隙を有して対向し、平面視で第1フラップ板51および第2フラップ板53の配置された領域に略重なるように設けられている。検出用固定電極55は、基体10の第1面11に設けられた凹部14の底面13に設けられている。   The detection fixed electrode 55 as the fourth electrode is opposed to the first flap plate 51 and the second flap plate 53 with a gap, and the first flap plate 51 and the second flap plate 53 are arranged in a plan view. It is provided so as to substantially overlap the region. The detection fixed electrode 55 is provided on the bottom surface 13 of the recess 14 provided on the first surface 11 of the substrate 10.

基体10の凹部14の底面13に設けられているモニター電極56、および検出用固定電極55は、例えばITO(酸化インジウムスズ)、ZnO(酸化亜鉛)などの透明電極材料をスパッタリング法などによって成膜し、フォトリソグラフィー法、エッチング法などでパターニングされることによって形成される。なお、モニター電極56、および検出用固定電極55は、透明電極材料に限らず、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)等の金属材料を用いることができる。また、基体10がシリコンのような半導体材料においては、検出用固定電極55、またはモニター電極56との間に、絶縁層を有していることが好ましい。絶縁層としては、例えばSiO2(酸化ケイ素)、AlN(窒化アルミ)、SiN(窒化ケイ素)などを用いることができる。 The monitor electrode 56 and the detection fixed electrode 55 provided on the bottom surface 13 of the recess 14 of the substrate 10 are formed by forming a transparent electrode material such as ITO (indium tin oxide) or ZnO (zinc oxide) by sputtering or the like. Then, it is formed by patterning by a photolithography method, an etching method or the like. The monitor electrode 56 and the detection fixed electrode 55 are not limited to transparent electrode materials, but are gold (Au), gold alloy, platinum (Pt), aluminum (Al), aluminum alloy, silver (Ag), silver alloy, Chromium (Cr), chromium alloy, copper (Cu), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), iron (Fe), titanium (Ti), cobalt (Co), zinc (Zn), zirconium ( A metal material such as Zr) can be used. In addition, when the substrate 10 is a semiconductor material such as silicon, it is preferable that an insulating layer is provided between the detection fixed electrode 55 or the monitor electrode 56. As the insulating layer, for example, SiO 2 (silicon oxide), AlN (aluminum nitride), SiN (silicon nitride), or the like can be used.

検出部50は、ジャイロ素子5がY軸を中心とする角速度を受けた場合に、振動体20(第1フラップ板51および第2フラップ板53)に生じるZ軸方向の振動を容量変化によって検出し、角速度を算出することができる。具体的には、第1フラップ板51および第2フラップ板53(第2電極)にDC電圧を印加した状態で、第1フラップ板51および第2フラップ板53がZ軸方向に振動(搖動)すると、第1フラップ板51および第2フラップ板53と検出用固定電極55との間の距離が変化し、第1フラップ板51および第2フラップ板53と検出用固定電極55との間の静電容量が変化する。その容量変化を検出用固定電極55(第4電極)の電流変化として検出することによって角速度を求めることができる。なお、この動作については、後段で詳述する。   The detection unit 50 detects the vibration in the Z-axis direction generated in the vibrating body 20 (the first flap plate 51 and the second flap plate 53) by the capacitance change when the gyro element 5 receives an angular velocity centered on the Y axis. The angular velocity can be calculated. Specifically, the first flap plate 51 and the second flap plate 53 vibrate in the Z-axis direction (swing) in a state where a DC voltage is applied to the first flap plate 51 and the second flap plate 53 (second electrode). Then, the distance between the first flap plate 51 and the second flap plate 53 and the detection fixed electrode 55 is changed, and the static between the first flap plate 51 and the second flap plate 53 and the detection fixed electrode 55 is changed. The capacitance changes. The angular velocity can be obtained by detecting the capacitance change as a current change of the detection fixed electrode 55 (fourth electrode). This operation will be described in detail later.

駆動部40は、振動体20を励振することができる機構を有する。なお、駆動部40の構成および数は、振動体20を励振することができる限り、特に限定されない。例えば、駆動部40は、振動体20に直接設けられていてもよい。駆動部40は、図1に示すように、振動体20(支持部12)のY軸方向の外側に接続された駆動用可動電極部41と、基体10に駆動用可動電極部41と所定の距離を介して対向配置された駆動用固定電極部42から構成されている。なお、図示はされないが、駆動部40は、振動体20に直接接続せずに静電力等によって振動体20を励振する機構を有し、振動体20の外側に配置されていてもよい。   The drive unit 40 has a mechanism that can excite the vibrating body 20. Note that the configuration and number of the drive units 40 are not particularly limited as long as the vibrator 20 can be excited. For example, the drive unit 40 may be provided directly on the vibrating body 20. As shown in FIG. 1, the driving unit 40 includes a driving movable electrode unit 41 connected to the outer side of the vibrating body 20 (supporting unit 12) in the Y-axis direction, a driving movable electrode unit 41 and a predetermined amount on the base 10. The fixed electrode portion 42 for driving is arranged to face each other with a distance. Although not shown, the drive unit 40 may have a mechanism for exciting the vibrating body 20 by an electrostatic force or the like without being directly connected to the vibrating body 20 and may be disposed outside the vibrating body 20.

駆動用可動電極部41は、振動体20に接続されて複数設けられていてもよい。図示の例では、駆動用可動電極部41は、振動体20から+Y軸方向(または−Y軸方向)に延出している幹部と、該幹部から+X軸方向および−X軸方向に延出している複数の枝部と、を有する櫛歯状電極に設けられている。   A plurality of drive movable electrode portions 41 may be connected to the vibrating body 20 and provided. In the illustrated example, the driving movable electrode portion 41 extends from the vibrating body 20 in the + Y axis direction (or −Y axis direction), and extends from the trunk portion in the + X axis direction and the −X axis direction. And a plurality of branches that are provided on a comb-like electrode.

駆動用固定電極部42は、駆動用可動電極部41の外側に配置されている。駆動用固定電極部42は、基体10の第1面11に接合(固定)されている。図示の例では、駆動用固定電極部42は複数設けられ、駆動用可動電極部41を介して対向配置されている。駆動用可動電極部41が櫛歯状の形状を有する場合、駆動用固定電極部42の形状は、駆動用可動電極部41に対応した櫛歯状電極であってもよい。   The driving fixed electrode portion 42 is disposed outside the driving movable electrode portion 41. The driving fixed electrode portion 42 is bonded (fixed) to the first surface 11 of the base 10. In the example shown in the figure, a plurality of driving fixed electrode portions 42 are provided, and are arranged to face each other via the driving movable electrode portion 41. When the drive movable electrode portion 41 has a comb-like shape, the shape of the drive fixed electrode portion 42 may be a comb-like electrode corresponding to the drive movable electrode portion 41.

駆動用可動電極部41および駆動用固定電極部42は、図示しない電源に電気的に接続されている。駆動用可動電極部41および駆動用固定電極部42に電圧が印加されると、駆動用可動電極部41と駆動用固定電極部42との間に静電力(静電気力)を発生させることができる。これにより、弾性支持体30をX軸に沿って伸縮させることができ、振動体20をX軸に沿って振動させることができる。   The driving movable electrode portion 41 and the driving fixed electrode portion 42 are electrically connected to a power source (not shown). When a voltage is applied to the drive movable electrode portion 41 and the drive fixed electrode portion 42, an electrostatic force (electrostatic force) can be generated between the drive movable electrode portion 41 and the drive fixed electrode portion 42. . Thereby, the elastic support body 30 can be expanded and contracted along the X axis, and the vibrating body 20 can be vibrated along the X axis.

駆動部40の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。駆動部40は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって振動体20と共に一体的に加工することにより形成される。   The material of the drive unit 40 is, for example, silicon imparted with conductivity by being doped with impurities such as phosphorus and boron. The drive unit 40 is formed by, for example, integrally processing a silicon substrate (not shown) together with the vibrator 20 by a photolithography technique and an etching technique.

第2基体としての蓋体80は、第1基体としての基体10上に設けられている。基体10および蓋体80は、図2(a)、図2(b)に示すように、パッケージを構成することができる。基体10および蓋体80は、キャビティー82を形成することができ、キャビティー82に振動体20などを含むジャイロ素子5を収容することができる。キャビティー82は、例えば、不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気、または真空雰囲気で密閉されていてもよい。   The lid body 80 as the second base is provided on the base 10 as the first base. The base 10 and the lid 80 can constitute a package as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). The base body 10 and the lid body 80 can form a cavity 82, and can accommodate the gyro element 5 including the vibrating body 20 and the like in the cavity 82. The cavity 82 may be sealed in, for example, an inert gas (for example, nitrogen gas) atmosphere or a vacuum atmosphere.

蓋体80の材質は、例えば、シリコン、ガラスである。蓋体80と基体10との接合方法は、特に限定されないが、例えば、基体10の材質がガラスであり、蓋体80の材質がシリコンである場合は、基体10と蓋体80とは、陽極接合されることができる。また、基体10と蓋体80との間の接合部分は、接着部材等によって埋められていてもよい。   The material of the lid 80 is, for example, silicon or glass. The method for joining the lid 80 and the base 10 is not particularly limited. For example, when the base 10 is made of glass and the lid 80 is made of silicon, the base 10 and the lid 80 are made of an anode. Can be joined. Further, the joint portion between the base body 10 and the lid 80 may be filled with an adhesive member or the like.

1−2.第1実施形態に係るジャイロセンサーの動作
次に、ジャイロセンサー100の動作について、図面を参照しながら説明する。図3および図4はジャイロセンサー100の動作を模式的に説明するための図であり、図3(a)および図4(a)は概略を示す平面図であり、図3(b)および図4(b)は、概略を示す図3(a)および図4(a)のC−C断面図である。なお、図3および図4では、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、便宜上、図3および図4では、ジャイロセンサー100の各構成を、簡略化して図示している。
1-2. Operation of Gyro Sensor According to First Embodiment Next, the operation of the gyro sensor 100 will be described with reference to the drawings. 3 and 4 are diagrams for schematically explaining the operation of the gyro sensor 100. FIGS. 3 (a) and 4 (a) are schematic plan views, and FIG. 3 (b) and FIG. 4 (b) is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIGS. 3 (a) and 4 (a). 3 and 4, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other. For convenience, FIGS. 3 and 4 simply show the components of the gyro sensor 100.

ジャイロセンサー100の振動モードでは、支持部12に接続された駆動部40における駆動用固定電極部42と駆動用可動電極部41との間に生じる静電力により、振動体20がX軸に沿って往復運動することができる。より具体的には、駆動用固定電極部42と駆動用可動電極部41との間に交番電圧を印加する。これにより、第1フラップ板51および第2フラップ板53などを含む振動体20を、所定の周波数で、X軸に沿って振動させることができる。   In the vibration mode of the gyro sensor 100, the vibrating body 20 is moved along the X axis by the electrostatic force generated between the driving fixed electrode portion 42 and the driving movable electrode portion 41 in the driving portion 40 connected to the support portion 12. Can reciprocate. More specifically, an alternating voltage is applied between the driving fixed electrode portion 42 and the driving movable electrode portion 41. Thereby, the vibrating body 20 including the first flap plate 51 and the second flap plate 53 can be vibrated along the X axis at a predetermined frequency.

図3(a)、図3(b)に示す例では、振動体20は、所定の周波数で、α1方向(+X軸方向)およびα2方向(−X軸方向)に交互に変位している。
図4(a)、図4(b)に示すように、振動体20がX軸に沿って振動を行っている状態で、ジャイロセンサー100にY軸まわりの角速度ωが加わると、Z軸方向にコリオリの力が働き、振動体20に連結された検出部50を構成する第1フラップ板51および第2フラップ板53は、それぞれ第1梁部52および第2梁部54を回転軸としてZ軸方向(図示β1,β2方向)に搖動(変位)する。
In the example shown in FIGS. 3A and 3B, the vibrating body 20 is alternately displaced in the α1 direction (+ X axis direction) and the α2 direction (−X axis direction) at a predetermined frequency.
As shown in FIGS. 4A and 4B, when an angular velocity ω around the Y axis is applied to the gyro sensor 100 in a state where the vibrating body 20 is vibrating along the X axis, the Z axis direction The first flap plate 51 and the second flap plate 53 constituting the detection unit 50 connected to the vibrating body 20 are made to have a first beam portion 52 and a second beam portion 54 as rotation axes, respectively. It swings (displaces) in the axial direction (the β1 and β2 directions in the figure).

第1フラップ板51および第2フラップ板53がZ軸に沿って変位することにより、第1フラップ板51および第2フラップ板53と検出用固定電極55との間の距離が変化する。そのため、第1フラップ板51および第2フラップ板53と検出用固定電極55との間の静電容量が変化する。ジャイロセンサー100では、第1フラップ板51および第2フラップ板53にDC電圧を印加し、第1フラップ板51および第2フラップ板53と検出用固定電極55との間の容量変化を検出用固定電極55の電流変化として検出することによって、Y軸まわりの角速度ωを求めることができる。   When the first flap plate 51 and the second flap plate 53 are displaced along the Z axis, the distance between the first flap plate 51 and the second flap plate 53 and the detection fixed electrode 55 changes. Therefore, the electrostatic capacitance between the first flap plate 51 and the second flap plate 53 and the detection fixed electrode 55 changes. In the gyro sensor 100, a DC voltage is applied to the first flap plate 51 and the second flap plate 53, and a change in capacitance between the first flap plate 51 and the second flap plate 53 and the detection fixed electrode 55 is fixed for detection. By detecting the change in the current of the electrode 55, the angular velocity ω around the Y axis can be obtained.

1−3.第1実施形態に係るジャイロセンサーの信号検出方法
次に、第1実施形態に係るジャイロセンサー100における信号検出方法について、図5を用いて説明する。図5は、第1実施形態に係るジャイロセンサーの信号検出方法を示し、図5(a)は信号検出方法を模式的に説明する断面図であり、図5(b)は信号検出方法の概略フローを示すフローチャートである。
1-3. Signal Detection Method of Gyro Sensor According to First Embodiment Next, a signal detection method in the gyro sensor 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a signal detection method of the gyro sensor according to the first embodiment, FIG. 5 (a) is a cross-sectional view schematically explaining the signal detection method, and FIG. 5 (b) is an outline of the signal detection method. It is a flowchart which shows a flow.

前述したように、振動体20は、図示しない駆動部40(図1参照)により、X軸方向に沿って往復する振動(矢印211)を行っている状態である。この状態の振動体20(ジャイロセンサー100)に、Y軸回りの角速度が加わった場合の信号検出方法について説明する。本発明の第1実施形態に係るジャイロセンサーの信号検出方法は、角速度の検出誤差を生じるZ軸方向の寄生振動などによる寄生信号を除去し、検出精度を高めた信号検出方法である。   As described above, the vibrating body 20 is in a state in which vibration (arrow 211) reciprocating along the X-axis direction is performed by the drive unit 40 (see FIG. 1) (not shown). A signal detection method when an angular velocity around the Y axis is applied to the vibrating body 20 (gyro sensor 100) in this state will be described. The signal detection method of the gyro sensor according to the first embodiment of the present invention is a signal detection method in which a parasitic signal due to a parasitic vibration in the Z-axis direction causing an angular velocity detection error is removed and detection accuracy is improved.

第1実施形態に係るジャイロセンサーの信号検出方法の説明の前に、ジャイロセンサー100(ジャイロ素子5)におけるZ軸方向の寄生振動について説明する。振動体20などを含むジャイロ素子5(図1参照)を構成するシリコン構造体の形状は、例えばドライエッチング加工において加工誤差を生じるなどして、本来は正方形あるいは長方形になるべき断面形状が平行四辺形等に形成されてしまうことがある。このようにシリコン構造体の断面形状が平行四辺形になることにより、X軸方向に振動する駆動部40(図1参照)における駆動振動が、断面の斜辺に直交する方向に振動する成分(斜め振動)を生じる。この斜め振動は、Z軸方向の振動成分を有しており、駆動部40の駆動振動が第1フラップ板51および第2フラップ板53などの検出部50(図1参照)にZ軸方向の振動成分として伝わる、所謂振動モレ現象を生じてしまう。そして、この振動モレ現象による斜め振動が検出部50に伝わり、検出部50が角速度を検出する振動方向であるZ軸方向に振動してしまう、所謂クアドラチャー(Quadrature)現象を生じさせてしまう。このクアドラチャー現象により、クアドラチャー成分(Z軸方向の振動成分)を持った信号が発生し、角速度が生じていないにもかかわらず検出部50が角速度を検出してしまったり、検出した角速度に誤差を生じてしまったりする。   Prior to the description of the signal detection method of the gyro sensor according to the first embodiment, the parasitic vibration in the Z-axis direction in the gyro sensor 100 (gyro element 5) will be described. As for the shape of the silicon structure constituting the gyro element 5 (see FIG. 1) including the vibrating body 20 and the like, a cross-sectional shape that should originally be a square or a rectangle is parallel four sides due to, for example, a processing error in dry etching processing. It may be formed into a shape or the like. As described above, since the cross-sectional shape of the silicon structure is a parallelogram, the drive vibration in the drive unit 40 (see FIG. 1) that vibrates in the X-axis direction is a component that vibrates in the direction orthogonal to the oblique side of the cross section (oblique angle). Vibration). This oblique vibration has a vibration component in the Z-axis direction, and the drive vibration of the drive unit 40 is applied to the detection unit 50 (see FIG. 1) such as the first flap plate 51 and the second flap plate 53 in the Z-axis direction. This causes a so-called vibration leakage phenomenon that is transmitted as a vibration component. And the diagonal vibration by this vibration mole phenomenon will be transmitted to the detection part 50, and the detection part 50 will vibrate to the Z-axis direction which is a vibration direction which detects an angular velocity, and what is called a quadrature (Quadrature) phenomenon will be produced. Due to this quadrature phenomenon, a signal having a quadrature component (vibration component in the Z-axis direction) is generated, and the detection unit 50 detects the angular velocity even when the angular velocity is not generated. It may cause an error.

以下、本発明に係るジャイロセンサー100の信号検出方法について説明する。ジャイロセンサー100は、取得された第1信号および第2信号を演算処理する演算処理部205、調整部としての増幅素子206などを備えている。
先ず、第1ステップにおいて、支持部12(第1電極)と、支持部12と対向するモニター電極56(第3電極)との間の容量変化を検出し、支持部12のZ軸方向の振動(矢印214)成分信号としての第1信号204を取得する(ステップS101)。具体的には、振動体20を構成する支持部12(第1電極)にDC電圧を印加した状態で支持部12がZ軸方向に振動する(矢印214)と、支持部12とモニター電極56との間の距離が変化し、支持部12とモニター電極56との間の静電容量が変化する。その容量変化をモニター電極56(第3電極)の電流変化として配線201から検出し、第1信号204を取得する。この支持部12のZ軸方向の振動(矢印214)は、本来発生しない斜め振動成分などの寄生振動成分(クアドラチャー成分ともいう)であり、後述する第2ステップにおいて取得する第2信号202のノイズ成分(寄生振動成分)となる振動成分である。
Hereinafter, a signal detection method of the gyro sensor 100 according to the present invention will be described. The gyro sensor 100 includes an arithmetic processing unit 205 that performs arithmetic processing on the acquired first signal and second signal, an amplifying element 206 as an adjusting unit, and the like.
First, in the first step, a change in capacitance between the support part 12 (first electrode) and the monitor electrode 56 (third electrode) facing the support part 12 is detected, and the vibration of the support part 12 in the Z-axis direction is detected. (Arrow 214) The first signal 204 as a component signal is acquired (step S101). Specifically, when the support unit 12 vibrates in the Z-axis direction with a DC voltage applied to the support unit 12 (first electrode) constituting the vibrating body 20 (arrow 214), the support unit 12 and the monitor electrode 56 are used. The capacitance between the support portion 12 and the monitor electrode 56 changes. The change in capacitance is detected from the wiring 201 as a change in current of the monitor electrode 56 (third electrode), and the first signal 204 is acquired. The vibration (arrow 214) in the Z-axis direction of the support portion 12 is a parasitic vibration component (also referred to as a quadrature component) such as an oblique vibration component that does not originally occur, and the second signal 202 acquired in the second step described later. This is a vibration component that becomes a noise component (parasitic vibration component).

第1ステップにおいて取得された第1信号204は、調整部としての増幅素子206を介して増幅された増幅信号(第1信号)207として、演算処理部205に送信されてもよい。このように第1信号を増幅することにより、異なる振幅を有する第1信号204および第2信号202の振幅を合わせる。そして、後述する第3ステップにおいて、振幅の合った第1信号である増幅信号207と第2信号202とを足し合わせ処理(演算処理)することで、クアドラチャー成分が除去された本来の検出信号210(第3信号)を、容易に得ることができる。   The first signal 204 acquired in the first step may be transmitted to the arithmetic processing unit 205 as an amplified signal (first signal) 207 amplified through an amplifying element 206 as an adjustment unit. By amplifying the first signal in this way, the amplitudes of the first signal 204 and the second signal 202 having different amplitudes are matched. Then, in a third step to be described later, the original detection signal from which the quadrature component has been removed by adding (amplifying) the amplified signal 207 and the second signal 202 which are the first signals having the same amplitude. 210 (third signal) can be easily obtained.

次に、第2ステップにおいて、第1フラップ板51(第2電極)および第2フラップ板53(第2電極)と、第1フラップ板51および第2フラップ板53と対向する検出用固定電極55(第4電極)との間の容量変化を検出し、第1フラップ板51および第2フラップ板53のZ軸方向の振動(矢印212)成分信号としての第2信号202を取得する(ステップS102)。なお、このときの第1フラップ板51(第2電極)および第2フラップ板53(第2電極)は、Y軸まわりの角速度ωを受けてZ軸方向に振動している状態である。具体的には、第2電極としての第1フラップ板51および第2フラップ板53にDC電圧を印加した状態で第1フラップ板51(第2電極)および第2フラップ板53がZ軸方向に振動する(矢印212)と、第1フラップ板51(第2電極)および第2フラップ板53と検出用固定電極55との間の距離が変化する。その結果、第1フラップ板51(第2電極)および第2フラップ板53(第2電極)と検出用固定電極55との間の静電容量が変化し、その容量変化を検出用固定電極55(第4電極)の電流変化として配線203から検出し、第2信号202を取得する。この第2信号202には、Y軸まわりの角速度ωによるZ軸方向のコリオリの力を受けて第1フラップ板51および第2フラップ板53に生じる本来の振動成分と、本来発生しない斜め振動成分などの寄生振動成分(クアドラチャー成分ともいう)とが含まれている。   Next, in the second step, the first flap plate 51 (second electrode) and the second flap plate 53 (second electrode), and the detection fixed electrode 55 facing the first flap plate 51 and the second flap plate 53. A change in capacitance with the (fourth electrode) is detected, and a second signal 202 is acquired as a vibration (arrow 212) component signal in the Z-axis direction of the first flap plate 51 and the second flap plate 53 (step S102). ). At this time, the first flap plate 51 (second electrode) and the second flap plate 53 (second electrode) are in a state of receiving an angular velocity ω around the Y axis and oscillating in the Z axis direction. Specifically, the first flap plate 51 (second electrode) and the second flap plate 53 are arranged in the Z-axis direction in a state where a DC voltage is applied to the first flap plate 51 and the second flap plate 53 as the second electrode. When it vibrates (arrow 212), the distance between the first flap plate 51 (second electrode) and the second flap plate 53 and the detection fixed electrode 55 changes. As a result, the capacitance between the first flap plate 51 (second electrode) and the second flap plate 53 (second electrode) and the detection fixed electrode 55 changes, and the change in capacitance is detected by the detection fixed electrode 55. The second signal 202 is acquired by detecting the current change of the (fourth electrode) from the wiring 203. The second signal 202 receives an original vibration component generated in the first flap plate 51 and the second flap plate 53 due to the Coriolis force in the Z-axis direction due to the angular velocity ω around the Y-axis, and an oblique vibration component that is not originally generated. And other parasitic vibration components (also referred to as quadrature components).

次に、第3ステップにおいて、取得された第1信号204の増幅信号207(第1信号)および第2信号202を、演算処理部205が演算処理し、寄生振動成分(クアドラチャー成分)を除去した検出信号210を出力する(ステップS103)。具体的には、第2信号202の電流値から、寄生振動成分(クアドラチャー成分)に応じた支持部12のZ軸方向の振動成分である第1信号204の増幅信号207(第1信号)の電流値を除去するように、例えば第1信号204の増幅信号207(第1信号)と第2信号202とを足し合わせ処理することで、クアドラチャー成分が除去される。そして、クアドラチャー成分が除去された本来の検出信号210を出力することができ、この検出信号210によって、検出精度を高めたジャイロ素子5を得ることができる。   Next, in a third step, the arithmetic processing unit 205 performs arithmetic processing on the acquired amplified signal 207 (first signal) and second signal 202 of the first signal 204 to remove parasitic vibration components (quadrature components). The detected signal 210 is output (step S103). Specifically, from the current value of the second signal 202, the amplified signal 207 (first signal) of the first signal 204, which is a vibration component in the Z-axis direction of the support portion 12 according to the parasitic vibration component (quadrature component). For example, the quadrature component is removed by adding the amplified signal 207 (first signal) of the first signal 204 and the second signal 202 so as to remove the current value. Then, the original detection signal 210 from which the quadrature component has been removed can be output, and the gyro element 5 with improved detection accuracy can be obtained by the detection signal 210.

なお、検出部50を構成する第1フラップ板51および第2フラップ板53は、それぞれ第1梁部52および第2梁部54を介して支持部12に接続されている。支持部12、第1フラップ板51および第2フラップ板53は、それぞれの共振周波数でZ軸方向に振動することができる。そして、支持部12と、第1フラップ板51および第2フラップ板53とは、支持部12の振動振幅と第1フラップ板51および第2フラップ板53の振動振幅との振幅比(共振倍率:Resonance Magnification)によって、共振現象を生じることがある。この共振現象により、寄生振動成分(クアドラチャー成分)によって支持部12に生じたZ軸方向の振動が、第1フラップ板51および第2フラップ板53と共振し、第1フラップ板51および第2フラップ板53の寄生振動成分の振動振幅が大きくなってしまう。これにより、第1フラップ板51および第2フラップ板53によって検出されるべき本来の角速度における振動成分の検出精度が低下してしまうことになる。   In addition, the 1st flap board 51 and the 2nd flap board 53 which comprise the detection part 50 are connected to the support part 12 via the 1st beam part 52 and the 2nd beam part 54, respectively. The support portion 12, the first flap plate 51, and the second flap plate 53 can vibrate in the Z-axis direction at their respective resonance frequencies. And the support part 12, the 1st flap board 51, and the 2nd flap board 53 are the amplitude ratio (resonance magnification :) of the vibration amplitude of the support part 12, and the vibration amplitude of the 1st flap board 51 and the 2nd flap board 53. The resonance phenomenon may cause a resonance phenomenon. Due to this resonance phenomenon, the vibration in the Z-axis direction generated in the support portion 12 by the parasitic vibration component (quadrature component) resonates with the first flap plate 51 and the second flap plate 53, and the first flap plate 51 and the second flap plate 53. The vibration amplitude of the parasitic vibration component of the flap plate 53 is increased. Thereby, the detection accuracy of the vibration component at the original angular velocity to be detected by the first flap plate 51 and the second flap plate 53 is lowered.

しかしながら、支持部12の振動振幅、および第1フラップ板51および第2フラップ板53の振動振幅は、上記共振倍率に係る関係を有している。また、上記共振倍率は、支持部12の共振周波数fdと検出部50の共振周波数fsとの差である離調周波数で決まる。したがって、駆動周波数を管理することができるジャイロ素子5においては、支持部12の寄生振動成分(クアドラチャー成分)による信号を、支持部12と第1フラップ板51および第2フラップ板53との面積比や共振倍率を考慮して増幅することにより、検出部50における寄生振動成分(クアドラチャー成分)をキャンセルすることが可能となる。   However, the vibration amplitude of the support portion 12 and the vibration amplitudes of the first flap plate 51 and the second flap plate 53 have a relationship related to the resonance magnification. The resonance magnification is determined by the detuning frequency which is the difference between the resonance frequency fd of the support portion 12 and the resonance frequency fs of the detection portion 50. Therefore, in the gyro element 5 capable of managing the driving frequency, the area of the support portion 12 and the first flap plate 51 and the second flap plate 53 is a signal due to the parasitic vibration component (quadture component) of the support portion 12. By amplifying in consideration of the ratio and the resonance magnification, the parasitic vibration component (quadrature component) in the detection unit 50 can be canceled.

また、支持部12を振動させる共振周波数fdは、検出部50の共振周波数fsよりも大きくすることができる。このように、支持部12を振動させる共振周波数fdと、検出部50の共振周波数fsとの関係(離調周波数をマイナスにする)とすることにより、支持部12と検出部50との振動方向が逆向きになる。この結果、図6(a)で示す、モニター電極56から流れ出す電流I(2)および検出用固定電極55から流れ出す電流I(1)が、図6(b)に示すように、モニター電極56から流れ出す電流I(3)および検出用固定電極55から流れ出す電流I(1)の正負が逆になる。そして、二つの電流の絶対値が等しくなるように、共振倍率(Resonance Magnification)を考慮しながらそれぞれの電極の面積や間隔(ギャップ)を調整し、支持部12およびモニター電極56による容量変化と第1フラップ板51および第2フラップ板53および検出用固定電極55による容量変化とを調整する。このようにすることにより、モニター電極56と検出用固定電極55を同一電極として、演算処理を行うことなくクアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができる。   Further, the resonance frequency fd for vibrating the support unit 12 can be made larger than the resonance frequency fs of the detection unit 50. As described above, the relationship between the resonance frequency fd that vibrates the support unit 12 and the resonance frequency fs of the detection unit 50 (the detuning frequency is set to minus) makes the vibration direction of the support unit 12 and the detection unit 50 vibrate. Is reversed. As a result, the current I (2) flowing out from the monitor electrode 56 and the current I (1) flowing out from the detection fixed electrode 55 shown in FIG. 6A are generated from the monitor electrode 56 as shown in FIG. 6B. The positive and negative of the current I (3) flowing out and the current I (1) flowing out from the detection fixed electrode 55 are reversed. Then, the area and interval (gap) of each electrode are adjusted in consideration of the resonance magnification so that the absolute values of the two currents are equal to each other, and the capacitance change by the support unit 12 and the monitor electrode 56 and the first change. The capacitance change by the 1st flap board 51, the 2nd flap board 53, and the detection fixed electrode 55 is adjusted. By doing so, it is possible to obtain an original detection signal from which the quadrature component is removed without performing arithmetic processing, with the monitor electrode 56 and the detection fixed electrode 55 as the same electrode.

上述のような第1実施形態に係るジャイロセンサー100によれば、検出部50を構成する第1フラップ板51および第2フラップ板53(第2電極)に対向する検出用固定電極55(第4電極)から出力される、Z軸に沿った振動本来の検出信号と斜め振動成分(以下「クアドラチャー成分」ともいう)とを含む信号(第2信号202)と、支持部12(第1電極)に対向するモニター電極56から出力される、クアドラチャー成分を含む信号(第1信号204)と、を得ることができる。そしてこの二つの信号を演算処理することによって、クアドラチャー成分を除去した本来の検出信号210を得ることができる。これにより、検出精度を高めたジャイロセンサー100(ジャイロ素子5)を得ることが可能となる。   According to the gyro sensor 100 according to the first embodiment as described above, the detection fixed electrode 55 (the fourth electrode) facing the first flap plate 51 and the second flap plate 53 (the second electrode) constituting the detection unit 50. A signal (second signal 202) including an original detection signal of vibration along the Z axis and an oblique vibration component (hereinafter also referred to as “quadrature component”) output from the electrode), and the support portion 12 (first electrode). ) And a signal including the quadrature component (the first signal 204) output from the monitor electrode 56 facing to (). The original detection signal 210 from which the quadrature component has been removed can be obtained by performing arithmetic processing on these two signals. This makes it possible to obtain the gyro sensor 100 (gyro element 5) with improved detection accuracy.

1−4.第2実施形態に係るジャイロセンサーの構成
本発明に係る機能素子としてのジャイロ素子を用いた電子デバイスとしてのジャイロセンサーの第2実施形態について図面を参照しながら説明する。図7は、第2実施形態に係るジャイロセンサー102を模式的に示す平面図である。図8は、第2実施形態に係るジャイロセンサー102を模式的に示す図7のD−D断面図である。なお、図7および図8では、互いに直交する3つの軸として、X軸(第1方向)、Y軸(第2方向)、Z軸(第3方向)を図示している。本第2実施形態に係るジャイロセンサー102は、前述の第1実施形態に係るジャイロセンサー100のジャイロ素子5がX軸方向に二つ並設された構成である。したがって、以下では、前述の第1実施形態と同様な構成については同符号を付してその説明を省略する。
1-4. Configuration of Gyro Sensor According to Second Embodiment A second embodiment of a gyro sensor as an electronic device using a gyro element as a functional element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a plan view schematically showing the gyro sensor 102 according to the second embodiment. FIG. 8 is a DD cross-sectional view of FIG. 7 schematically showing the gyro sensor 102 according to the second embodiment. 7 and 8, the X axis (first direction), the Y axis (second direction), and the Z axis (third direction) are illustrated as three axes orthogonal to each other. The gyro sensor 102 according to the second embodiment has a configuration in which two gyro elements 5 of the gyro sensor 100 according to the first embodiment are arranged in parallel in the X-axis direction. Therefore, in the following, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図7および図8に示すように、第2実施形態のジャイロセンサー102は、第1基体としての基体10と、機能素子としてのジャイロ素子5bとを含んでいる。機能素子としてのジャイロ素子5bは、振動体20bと、弾性支持体30と、駆動部40と、を含んでいる。なお、振動体20bは、X軸方向に沿って並んで配置されている第1振動体21および第2振動体22を備えている。なお、第1振動体21および第2振動体22のそれぞれは、前述した第1実施形態の振動体20と同様な構成を有している。   As shown in FIGS. 7 and 8, the gyro sensor 102 of the second embodiment includes a base 10 as a first base and a gyro element 5b as a functional element. The gyro element 5b as a functional element includes a vibrating body 20b, an elastic support body 30, and a driving unit 40. The vibrating body 20b includes a first vibrating body 21 and a second vibrating body 22 that are arranged side by side along the X-axis direction. Note that each of the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 has the same configuration as the vibrating body 20 of the first embodiment described above.

ジャイロ素子5bは、第1基体としての基体10および第2基体としての蓋体80によって囲まれるキャビティー82に収容されている。ジャイロ素子5bは、基体10の上方に間隙(凹部14)を介して設けられている。ジャイロ素子5bは、基体10の第1面11に(基体10上に)設けられた固定部17に弾性支持体30を介して支持されている。ジャイロセンサー102では、ジャイロ素子5bを構成する検出部150が、Y軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサー素子(静電容量型MEMSジャイロセンサー素子)である。なお、便宜上、図7では、基体10および蓋体80を透視して図示している。また、振動体20bが設けられる基体10の基面である第1面11(図8参照)の法線方向から見ること、即ち基体10に支持されている振動体20bを上方から見ることを、以下、「平面視」という。   The gyro element 5b is accommodated in a cavity 82 surrounded by a base body 10 as a first base body and a lid body 80 as a second base body. The gyro element 5b is provided above the base 10 via a gap (concave portion 14). The gyro element 5 b is supported via an elastic support 30 on a fixing portion 17 provided on the first surface 11 of the base 10 (on the base 10). In the gyro sensor 102, the detection unit 150 constituting the gyro element 5b is a gyro sensor element (capacitance MEMS gyro sensor element) that detects an angular velocity around the Y axis. For convenience, FIG. 7 shows the base body 10 and the lid 80 in a perspective view. Further, viewing from the normal direction of the first surface 11 (see FIG. 8), which is the base surface of the base body 10 on which the vibration body 20b is provided, that is, viewing the vibration body 20b supported by the base body 10 from above. Hereinafter, it is referred to as “plan view”.

基体10の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基体10は、図8に示すように、第1面11と、第1面11と反対側の第2面11bと、を有している。第1面11には、凹部14が設けられている。凹部14の上方には、間隙を介して、振動体20b(第1振動体21、第2振動体22、および振動体連結部26)、弾性支持体30、および駆動部40が設けられている。凹部14によって、振動体20bは、基体10に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。凹部14の平面形状(Z軸方向から見たときの形状)は、特に限定されないが、本形態では、長方形である。凹部14は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。   The material of the base 10 is, for example, glass or silicon. As shown in FIG. 8, the base 10 has a first surface 11 and a second surface 11 b opposite to the first surface 11. A recess 14 is provided in the first surface 11. Above the recess 14, the vibrating body 20 b (the first vibrating body 21, the second vibrating body 22, and the vibrating body connecting portion 26), the elastic support body 30, and the driving unit 40 are provided via a gap. . By the recess 14, the vibrating body 20 b can be moved in a desired direction without being obstructed by the base 10. The planar shape (the shape when viewed from the Z-axis direction) of the recess 14 is not particularly limited, but is a rectangle in this embodiment. The recess 14 is formed by, for example, a photolithography technique and an etching technique.

基体10は、図8に示すように振動体20bの形態に応じて、第1面11に適宜設けられる固定部17を有している。固定部17は、振動体20bを支持する弾性支持体30の一端が固定(接合)され、弾性支持体30を介して振動体20bを支持する部分である。図7および図8に示すように、弾性支持体30の一端(固定部17)は、X軸方向において第1振動体21および第2振動体22のそれぞれを挟むように配置されていてもよい。また、図7に示すように、弾性支持体30の一端(固定部17)は、Y軸方向において第1振動体21および第2振動体22のそれぞれを挟むように配置されてもよい。即ち、弾性支持体30の一端(固定部17)は、2か所、あるいは4か所設けられてもよい。   As shown in FIG. 8, the base 10 has a fixing portion 17 that is appropriately provided on the first surface 11 according to the form of the vibrating body 20 b. The fixing portion 17 is a portion that supports (i.e., joins) one end of the elastic support 30 that supports the vibrating body 20 b and supports the vibrating body 20 b via the elastic support 30. As shown in FIGS. 7 and 8, one end (fixed portion 17) of the elastic support body 30 may be disposed so as to sandwich the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 in the X-axis direction. . Further, as shown in FIG. 7, one end (fixed portion 17) of the elastic support body 30 may be disposed so as to sandwich the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 in the Y-axis direction. That is, one end (fixing portion 17) of the elastic support 30 may be provided at two or four locations.

振動体20bを構成している第1振動体21および第2振動体22は、X軸に沿う方向(第1軸方向)において並設され、振動体連結部26によって連結されている。また、第1振動体21および第2振動体22は、弾性支持体30を介して、固定部17によって支持されており、基体10と離間して配置されている。より具体的には、基体10の上方に間隙(凹部14)を介して、第1振動体21および第2振動体22が設けられている。第1振動体21および第2振動体22は、例えば、フレーム状の形状(升形状)の支持部12(第1電極)が備えられている。第1振動体21および第2振動体22は、図7に示すように、両者の境界線である振動体連結部26の中央部を結ぶ線(Y軸に沿った直線)に対して、対称となる形状であってもよい。振動体20bの材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。振動体20bは、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。なお、第1振動体21および第2振動体22については、前述の第1実施形態にて説明した振動体20と同様な構成であるので詳細な説明は省略する。   The first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 constituting the vibrating body 20 b are juxtaposed in the direction along the X axis (first axial direction) and are connected by the vibrating body connecting portion 26. Further, the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are supported by the fixing portion 17 via the elastic support body 30 and are arranged apart from the base body 10. More specifically, the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are provided above the base body 10 via a gap (concave portion 14). The first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 include, for example, a frame-like (hook-shaped) support portion 12 (first electrode). As shown in FIG. 7, the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are symmetric with respect to a line (straight line along the Y axis) connecting the center of the vibrating body connecting portion 26 that is a boundary line between them. The shape which becomes may be sufficient. The material of the vibrating body 20b is, for example, silicon provided with conductivity by doping impurities such as phosphorus and boron. The vibrating body 20b is formed, for example, by processing a silicon substrate (not shown) by a photolithography technique and an etching technique. Since the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 have the same configuration as the vibrating body 20 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

第1振動体21および第2振動体22には、支持部12(第1電極)と間隙を有して対向し、平面視で支持部12の配置された領域に略重なるように、第3電極としてのモニター電極156が設けられている。具体的には、モニター電極156は、支持部12と同様に略フレーム状の形状(枠状)をなしている。第3電極としてのモニター電極156は、基体10の第1面11に設けられた凹部14の底面13に接合(固定)されている。なお、支持部12とモニター電極156の構成、および支持部12とモニター電極156との関係(作用)については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。   The first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are opposed to the support portion 12 (first electrode) with a gap, and the third vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are substantially overlapped with a region where the support portion 12 is disposed in a plan view. A monitor electrode 156 as an electrode is provided. Specifically, the monitor electrode 156 has a substantially frame shape (frame shape), like the support portion 12. The monitor electrode 156 as the third electrode is bonded (fixed) to the bottom surface 13 of the recess 14 provided on the first surface 11 of the base 10. Note that the configuration of the support unit 12 and the monitor electrode 156 and the relationship (action) between the support unit 12 and the monitor electrode 156 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

振動体連結部26は、第1振動体21および第2振動体22をZ軸方向において変位し得るように構成されている。より具体的には、振動体連結部26は、第1振動体21および第2振動体22の間において、X軸に沿う方向に支持部12から延出され、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延出する形状を有している。振動体連結部26は、X軸方向の中央部から延出された弾性体28の端部が第2固定部16によって基体10に接続されている。これにより、第1振動体21および第2振動体22は、Z軸方向において互いに逆相で振動することができる。なお、弾性体28の構成は、X軸に沿う方向に所定のバネ定数によって弾性変形することができる限り限定されない。   The vibrating body connecting portion 26 is configured to be able to displace the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 in the Z-axis direction. More specifically, the vibrating body connecting portion 26 extends between the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 from the support portion 12 in the direction along the X axis and reciprocates in the Y axis direction. It has a shape that extends in the axial direction. In the vibration body connecting portion 26, an end portion of the elastic body 28 extending from the center portion in the X-axis direction is connected to the base body 10 by the second fixing portion 16. Thereby, the 1st vibrating body 21 and the 2nd vibrating body 22 can vibrate in a mutually opposite phase in the Z-axis direction. The configuration of the elastic body 28 is not limited as long as it can be elastically deformed by a predetermined spring constant in the direction along the X axis.

弾性支持体30は、X軸方向に振動体20bを変位し得るように構成されている。具体的には、弾性支持体30は、固定部17と接続される一端から振動体20b(第1振動体21または第2振動体22)までX軸に沿う方向に延出し、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延出する形状を有している。弾性支持体30の一端は、固定部17(基体10の第1面11)に接合(固定)されている。また、弾性支持体30の他端は、振動体20b(第1振動体21または第2振動体22)の支持部12に接続されている。図示の例では、弾性支持体30は、振動体20bをX軸方向において挟むように、4つ設けられている。   The elastic support 30 is configured to be able to displace the vibrating body 20b in the X-axis direction. Specifically, the elastic support body 30 extends in the direction along the X axis from one end connected to the fixed portion 17 to the vibrating body 20b (the first vibrating body 21 or the second vibrating body 22), and extends in the Y axis direction. It has a shape that extends in the X-axis direction while reciprocating. One end of the elastic support 30 is joined (fixed) to the fixing portion 17 (the first surface 11 of the base body 10). The other end of the elastic support 30 is connected to the support portion 12 of the vibrating body 20b (the first vibrating body 21 or the second vibrating body 22). In the illustrated example, four elastic supports 30 are provided so as to sandwich the vibrating body 20b in the X-axis direction.

弾性支持体30の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。弾性支持体30は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって振動体20bと共に一体的に加工することにより形成される。   The material of the elastic support 30 is, for example, silicon imparted with conductivity by being doped with impurities such as phosphorus and boron. The elastic support 30 is formed, for example, by integrally processing a silicon substrate (not shown) together with the vibrating body 20b by a photolithography technique and an etching technique.

駆動部40は、振動体20bを励振することができる機構を有する。なお、駆動部40の構成および数は、第1振動体21または第2振動体22を励振することができる限り、特に限定されない。例えば、駆動部40は、振動体20bに直接設けられていてもよい。駆動部40は、図7に示すように、振動体20b(支持部12)のY軸方向の外側に接続された駆動用可動電極部41と、駆動用可動電極部41と所定の距離を介して対向配置された駆動用固定電極部42から構成されている。なお、図示はされないが、駆動部40は、振動体20bに直接接続せずに静電力等によって振動体20bを励振する機構を有し、振動体20bの外側に配置されていてもよい。なお、駆動部40を構成する駆動用可動電極部41および駆動用固定電極部42については、前述の第1実施形態と同様であるので、その構成および効果についての詳細な説明を省略する。   The drive unit 40 has a mechanism that can excite the vibrating body 20b. Note that the configuration and number of the drive units 40 are not particularly limited as long as the first vibrating body 21 or the second vibrating body 22 can be excited. For example, the drive unit 40 may be provided directly on the vibrating body 20b. As shown in FIG. 7, the drive unit 40 includes a drive movable electrode unit 41 connected to the outside of the vibrating body 20 b (support unit 12) in the Y-axis direction, and a predetermined distance from the drive movable electrode unit 41. The fixed electrode part 42 for a drive arrange | positioned oppositely. Although not shown, the drive unit 40 may have a mechanism for exciting the vibrating body 20b by electrostatic force or the like without being directly connected to the vibrating body 20b, and may be disposed outside the vibrating body 20b. The driving movable electrode portion 41 and the driving fixed electrode portion 42 that constitute the driving portion 40 are the same as those in the first embodiment described above, and thus detailed description of the configuration and effects thereof is omitted.

検出部150は、第1振動体21および第2振動体22を構成する支持部12の内側に設けられている。換言すれば、検出部150は、支持部12に対して、駆動部40の配置側と反対側に設けられている。検出部150は、可動電極としての第1フラップ板151および第2フラップ板153と、第1フラップ板151と接続された第1梁部152と、第2フラップ板153と接続された第2梁部154と、第4電極としての検出用固定電極155と、を有している。第1フラップ板151および第2フラップ板153は、前述のように、シリコンに、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与され、第2電極としての機能も有している。なお、第1フラップ板151、第2フラップ板153、第1梁部152、第2梁部154、および検出用固定電極155については、前述の第1実施形態における第1フラップ板51、第2フラップ板53、第1梁部52、第2梁部54、および検出用固定電極55と同様な構成であるので詳細な説明は省略する。   The detection unit 150 is provided inside the support unit 12 that constitutes the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22. In other words, the detection unit 150 is provided on the opposite side of the support unit 12 from the arrangement side of the drive unit 40. The detection unit 150 includes a first flap plate 151 and a second flap plate 153 as movable electrodes, a first beam portion 152 connected to the first flap plate 151, and a second beam connected to the second flap plate 153. Part 154 and a fixed electrode for detection 155 as a fourth electrode. As described above, the first flap plate 151 and the second flap plate 153 are made conductive by doping impurities such as phosphorus and boron into silicon, and also have a function as a second electrode. ing. For the first flap plate 151, the second flap plate 153, the first beam portion 152, the second beam portion 154, and the detection fixed electrode 155, the first flap plate 51, the second flap plate 51 in the first embodiment described above, and the like. Since the configuration is the same as the flap plate 53, the first beam portion 52, the second beam portion 54, and the detection fixed electrode 55, a detailed description thereof will be omitted.

検出部150は、前述の第1実施形態と同様に、ジャイロ素子5bが加速度を受けた場合に、振動体20b(第1フラップ板151および第2フラップ板153)に生じるZ軸方向の振動を容量変化によって検出し、角速度を算出することができる。   As in the first embodiment described above, the detection unit 150 detects vibration in the Z-axis direction that occurs in the vibrating body 20b (the first flap plate 151 and the second flap plate 153) when the gyro element 5b receives acceleration. The angular velocity can be calculated by detecting the change in capacitance.

第2基体としての蓋体80は、基体10上に設けられている。基体10および蓋体80は、図8に示すように、パッケージを構成することができる。基体10および蓋体80は、キャビティー82を形成することができ、キャビティー82に振動体20bなどを含むジャイロ素子5bを収容することができる。キャビティー82は、例えば、不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気、または真空雰囲気で密閉されていてもよい。   The lid 80 as the second base is provided on the base 10. The base body 10 and the lid body 80 can constitute a package as shown in FIG. The base body 10 and the lid body 80 can form a cavity 82, and can accommodate the gyro element 5 b including the vibrating body 20 b and the like in the cavity 82. The cavity 82 may be sealed in, for example, an inert gas (for example, nitrogen gas) atmosphere or a vacuum atmosphere.

蓋体80の材質は、例えば、シリコン、ガラスである。蓋体80と基体10との接合方法は、特に限定されないが、例えば、基体10の材質がガラスであり、蓋体80の材質がシリコンである場合は、基体10と蓋体80とは、陽極接合されることができる。また、基体10と蓋体80との間の接合部分は、接着部材等によって埋められていてもよい。   The material of the lid 80 is, for example, silicon or glass. The method for joining the lid 80 and the base 10 is not particularly limited. For example, when the base 10 is made of glass and the lid 80 is made of silicon, the base 10 and the lid 80 are made of an anode. Can be joined. Further, the joint portion between the base body 10 and the lid 80 may be filled with an adhesive member or the like.

1−5.第2実施形態に係るジャイロセンサーの動作
次に、ジャイロセンサー102の動作について、簡単に説明する。ジャイロセンサー102の振動モードでは、第1振動体21と第2振動体22は、駆動部40により励振され、X軸に沿って互いに逆相(逆位相)で駆動振動することができる。より具体的には、第1振動体21に設けられた駆動用可動電極部41と駆動用固定電極部42との間に第1交番電圧を印加し、第2振動体22の駆動用可動電極部41と駆動用固定電極部42との間に第1交番電圧と位相が180度ずれた第2交番電圧を印加する。これにより、第1振動体21および第2振動体22を、互いに逆相(逆位相)で且つ所定の周波数で、X軸に沿って振動させることができる。即ち、X軸に沿って互いに連結された第1振動体21および第2振動体22は、X軸に沿って、互いに逆相で振動する。即ち、第1振動体21および第2振動体22は、X軸に沿って、互いに反対方向に変位する。
1-5. Operation of Gyro Sensor According to Second Embodiment Next, the operation of the gyro sensor 102 will be briefly described. In the vibration mode of the gyro sensor 102, the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are excited by the drive unit 40 and can be driven to vibrate in opposite phases (reverse phases) along the X axis. More specifically, a first alternating voltage is applied between the driving movable electrode portion 41 and the driving fixed electrode portion 42 provided on the first vibrating body 21 to drive the driving movable electrode of the second vibrating body 22. A second alternating voltage that is 180 degrees out of phase with the first alternating voltage is applied between the portion 41 and the driving fixed electrode portion. Thereby, the 1st vibrating body 21 and the 2nd vibrating body 22 can be vibrated along a X-axis with a mutually opposite phase (reverse phase) and a predetermined frequency. That is, the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 connected to each other along the X axis vibrate in mutually opposite phases along the X axis. That is, the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are displaced in opposite directions along the X axis.

第1振動体21、第2振動体22がX軸に沿って振動を行っている状態で、ジャイロセンサー102にY軸まわりの角速度ωが加わると、コリオリの力が働き、第1フラップ板151および第2フラップ板153は、それぞれ第1梁部152および第2梁部154を回転軸としてZ軸に沿う方向に変位(振動)する。即ち、第1振動体21に連結された第1フラップ板151および第2フラップ板153と、第2振動体22に連結された第1フラップ板151および第2フラップ板153とは、Z軸に沿って、互いに反対方向に変位する。   When an angular velocity ω about the Y axis is applied to the gyro sensor 102 in a state where the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 are vibrating along the X axis, Coriolis force is applied, and the first flap plate 151 The second flap plate 153 displaces (vibrates) in the direction along the Z axis with the first beam portion 152 and the second beam portion 154 as rotation axes, respectively. That is, the first flap plate 151 and the second flap plate 153 connected to the first vibrating body 21 and the first flap plate 151 and the second flap plate 153 connected to the second vibrating body 22 are arranged on the Z axis. Are displaced in opposite directions.

第1フラップ板151および第2フラップ板153は、Z軸に沿って変位することにより、第1フラップ板151および第2フラップ板153と検出用固定電極155との間の距離が変化する。そのため、第1フラップ板151および第2フラップ板153と検出用固定電極55との間の静電容量が変化する。ジャイロセンサー102では、第1フラップ板151および第2フラップ板153と検出用固定電極155とに電圧を印加することにより、第1フラップ板151および第2フラップ板153と検出用固定電極155との間の静電容量の変化量を検出し、Y軸まわりの角速度ωを求めることができる。   The first flap plate 151 and the second flap plate 153 are displaced along the Z axis, whereby the distance between the first flap plate 151 and the second flap plate 153 and the detection fixed electrode 155 changes. Therefore, the electrostatic capacitance between the first flap plate 151 and the second flap plate 153 and the detection fixed electrode 55 changes. In the gyro sensor 102, a voltage is applied to the first flap plate 151 and the second flap plate 153 and the detection fixed electrode 155, whereby the first flap plate 151, the second flap plate 153 and the detection fixed electrode 155 are connected. The amount of change in the capacitance between them can be detected, and the angular velocity ω around the Y axis can be obtained.

第2実施形態に係るジャイロセンサー102によれば、前述の第1実施形態のジャイロセンサー100の効果に加え次のような効果を有する。第2実施形態に係るジャイロセンサー102は、第1振動体21および第2振動体22の二つの振動体が振動体連結部26を介して並んで設けられている。このように配設されたそれぞれの振動体(第1振動体21および第2振動体22)を、互いに逆方向に駆動振動させ、それぞれの振動体ごとに計測された計測値に基いて角速度を算出することで、直線的に加わる加速度などをキャンセルすることが可能となる。したがって、ジャイロセンサー102は、加速度などの影響を受けることなくY軸まわりの角速度ωをより正確に検出することが可能となる。   The gyro sensor 102 according to the second embodiment has the following effects in addition to the effects of the gyro sensor 100 of the first embodiment described above. In the gyro sensor 102 according to the second embodiment, two vibrating bodies, a first vibrating body 21 and a second vibrating body 22, are provided side by side through a vibrating body connecting portion 26. The respective vibrators (the first vibrator 21 and the second vibrator 22) arranged in this way are driven to vibrate in opposite directions, and the angular velocity is determined based on the measured value measured for each vibrator. By calculating, it is possible to cancel acceleration applied linearly. Therefore, the gyro sensor 102 can more accurately detect the angular velocity ω around the Y axis without being affected by acceleration or the like.

1−6.第3実施形態に係るジャイロセンサーの構成
本発明に係る機能素子としてのジャイロ素子を用いた電子デバイスとしてのジャイロセンサーの第3実施形態について図面を参照しながら説明する。図9は、第3実施形態に係るジャイロセンサー104を模式的に示す平面図である。図10は、第2実施形態に係るジャイロセンサー104を模式的に示す図9のE−E断面図である。なお、図9および図10では、互いに直交する3つの軸として、X軸(第1軸方向)、Y軸(第2軸方向)、Z軸(第3軸方向)を図示している。なお、以下では、前述の第1実施形態と同様な構成については同符号を付してその説明を省略する。
1-6. Configuration of Gyro Sensor According to Third Embodiment A third embodiment of a gyro sensor as an electronic device using a gyro element as a functional element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a plan view schematically showing the gyro sensor 104 according to the third embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 9 schematically showing the gyro sensor 104 according to the second embodiment. 9 and 10, the X axis (first axis direction), the Y axis (second axis direction), and the Z axis (third axis direction) are illustrated as three axes orthogonal to each other. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

ジャイロセンサー104は、図9および図10に示すように、第1基体としての基体10と、ジャイロ素子5cとを含んでいる。ジャイロ素子5cは、振動体20cと、弾性支持体30と、駆動部40と、検出部250と、モニター部260と、を含んでいる。ジャイロセンサー104では、ジャイロ素子5cを構成する検出部250が、Z軸回りの角速度を検出するジャイロセンサー素子(静電容量型MEMSジャイロセンサー素子)である。なお、便宜上、図9では、基体10および蓋体80を透視して図示している。また、基体10の振動体20cが設けられる基面である第1面11(図10参照)の法線方向から見ること、即ち基体10に支持されている振動体20cを上方から見ることを、以下、「平面視」という。   As shown in FIGS. 9 and 10, the gyro sensor 104 includes a base 10 as a first base and a gyro element 5c. The gyro element 5c includes a vibrating body 20c, an elastic support body 30, a driving unit 40, a detection unit 250, and a monitor unit 260. In the gyro sensor 104, the detection unit 250 constituting the gyro element 5c is a gyro sensor element (capacitive MEMS gyro sensor element) that detects an angular velocity around the Z axis. For convenience, FIG. 9 shows the base body 10 and the lid body 80 in a transparent manner. Further, viewing from the normal direction of the first surface 11 (see FIG. 10), which is a base surface on which the vibrating body 20c of the base body 10 is provided, that is, viewing the vibrating body 20c supported by the base body 10 from above. Hereinafter, it is referred to as “plan view”.

第1基体としての基体10の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基体10は、図10に示すように、第1面11と、第1面11と反対側の第2面11bと、を有している。第1面11には、凹部14が設けられている。凹部14の上方には、間隙を介して、振動体20c(第1振動体21、第2振動体22、および振動体連結部26)、弾性支持体30が設けられている。凹部14によって、振動体20cは、基体10に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。凹部14の平面形状(Z軸方向から見たときの形状)は、特に限定されないが、本形態では、長方形である。凹部14は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。   The material of the base 10 as the first base is, for example, glass or silicon. As shown in FIG. 10, the base 10 has a first surface 11 and a second surface 11 b opposite to the first surface 11. A recess 14 is provided in the first surface 11. Above the recess 14, the vibrating body 20 c (the first vibrating body 21, the second vibrating body 22, and the vibrating body connecting portion 26) and the elastic support body 30 are provided via a gap. By the recess 14, the vibrating body 20 c can be moved in a desired direction without being obstructed by the base 10. The planar shape (the shape when viewed from the Z-axis direction) of the recess 14 is not particularly limited, but is a rectangle in this embodiment. The recess 14 is formed by, for example, a photolithography technique and an etching technique.

基体10は、図10に示すように振動体20cの形態に応じて、第1面11に適宜設けられる固定部17を有している。固定部17は、振動体20cを支持する弾性支持体30の一端が固定(接合)され、弾性支持体30を介して振動体20cを支持する部分である。図9および図10に示すように、固定部17は、X軸方向において振動体20cを挟むように配置されていてもよい。   As shown in FIG. 10, the base 10 has a fixing portion 17 that is appropriately provided on the first surface 11 according to the form of the vibrating body 20 c. The fixing portion 17 is a portion that supports (becomes) one end of the elastic support 30 that supports the vibrating body 20 c and supports the vibrating body 20 c via the elastic support 30. As illustrated in FIGS. 9 and 10, the fixing portion 17 may be disposed so as to sandwich the vibrating body 20 c in the X-axis direction.

固定部17の第1面11(基体10)と、後述される弾性支持体30、駆動用固定電極部42、第1検出用固定電極部254、第2検出用固定電極部255、モニター電極256等と、の固定(接合)方法は、特に限定されないが、例えば、基体10の材質がガラスであり、振動体20c等の材質がシリコンである場合は、陽極接合を適用することができる。   The first surface 11 (base 10) of the fixing portion 17, the elastic support 30, the driving fixed electrode portion 42, the first detecting fixed electrode portion 254, the second detecting fixed electrode portion 255, and the monitor electrode 256, which will be described later. For example, when the material of the base 10 is glass and the material of the vibrating body 20c is silicon, anodic bonding can be applied.

ジャイロ素子5cは、図10に示すように、第1基体としての基体10および第2基体としての蓋体80によって囲まれるキャビティー82に収容されている。また、ジャイロ素子5cは、基体10に設けられた凹部14と間隙を介して振動体20cが設けられている。振動体20cは、基体10の第1面11に(基体10上に)弾性支持体30を介して支持される。   As shown in FIG. 10, the gyro element 5c is accommodated in a cavity 82 surrounded by a base body 10 as a first base body and a lid body 80 as a second base body. Further, the gyro element 5c is provided with a vibrating body 20c via a recess 14 provided in the base 10 and a gap. The vibrating body 20 c is supported on the first surface 11 of the base body 10 (on the base body 10) via the elastic support body 30.

振動体20cの材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。振動体20cは、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。   The material of the vibrating body 20c is, for example, silicon provided with conductivity by doping impurities such as phosphorus and boron. The vibrating body 20c is formed, for example, by processing a silicon substrate (not shown) by a photolithography technique and an etching technique.

振動体20cは、弾性支持体30を介して固定部17に支持されており、基体10と離間して配置されている。振動体20cは、例えば、フレーム状の形状(枠状)を有することができ、振動体20cには、支持部12が備えられている。   The vibrating body 20 c is supported by the fixing portion 17 via the elastic support body 30 and is disposed apart from the base body 10. The vibrating body 20c can have, for example, a frame shape (frame shape), and the vibrating body 20c includes the support portion 12.

モニター部260は、第1電極257およびモニター電極256によって構成されている。第1電極257は、振動体20cを構成するフレーム状の支持部12のX軸方向の2つの枠部から、X軸方向に沿って延出し、Y軸方向に並び設けられている。また、モニター電極256は、基体10の第1面11に設けられた凹部14の底面13に設けられている。モニター電極256は、第1電極257と間隙を有して対向し、並行するように設けられている。   The monitor unit 260 includes a first electrode 257 and a monitor electrode 256. The first electrode 257 extends from the two frame parts in the X-axis direction of the frame-shaped support part 12 constituting the vibrating body 20c along the X-axis direction, and is arranged side by side in the Y-axis direction. The monitor electrode 256 is provided on the bottom surface 13 of the recess 14 provided on the first surface 11 of the base 10. The monitor electrode 256 is opposed to the first electrode 257 with a gap and is provided in parallel.

第1電極257とモニター電極256とは、第1電極257とモニター電極256との間の容量変化によって、支持部12に生じたY軸方向の振動(支持部12のY軸方向の変位)を検出することができる。具体的には、支持部12(第1電極)にDC電圧を印加した状態で支持部12がY軸方向に振動すると、支持部12から延出されている第1電極257とモニター電極256との間の距離が変化し、第1電極257とモニター電極256との間の静電容量が変化する。その容量変化をモニター電極256(第3電極)の電流変化として検出することによって支持部12のY軸方向の振動を求めることができる。   The first electrode 257 and the monitor electrode 256 generate vibration in the Y-axis direction (displacement of the support portion 12 in the Y-axis direction) generated in the support portion 12 due to a change in capacitance between the first electrode 257 and the monitor electrode 256. Can be detected. Specifically, when the support unit 12 vibrates in the Y-axis direction with a DC voltage applied to the support unit 12 (first electrode), the first electrode 257 and the monitor electrode 256 extending from the support unit 12 The distance between the first electrode 257 and the monitor electrode 256 changes. By detecting the change in the capacitance as a change in the current of the monitor electrode 256 (third electrode), the vibration of the support portion 12 in the Y-axis direction can be obtained.

弾性支持体30は、X軸方向に振動体20cを変位し得るように構成されている。より具体的には、弾性支持体30は、固定部17に接続される一端から振動体20cまでX軸に沿う方向に延出し、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延出する形状を有している。弾性支持体30の一端は、固定部17(基体10の第1面11)に接合(固定)されている。また、弾性支持体30の他端は、振動体20cに接続されている。図示の例では、弾性支持体30は、振動体20cをX軸方向において挟むように、4つ設けられている。   The elastic support 30 is configured to be able to displace the vibrating body 20c in the X-axis direction. More specifically, the elastic support body 30 has a shape extending in the direction along the X axis from one end connected to the fixed portion 17 to the vibrating body 20c, and extending in the X axis direction while reciprocating in the Y axis direction. Have. One end of the elastic support 30 is joined (fixed) to the fixing portion 17 (the first surface 11 of the base body 10). Further, the other end of the elastic support 30 is connected to the vibrating body 20c. In the illustrated example, four elastic supports 30 are provided so as to sandwich the vibrating body 20c in the X-axis direction.

弾性支持体30の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。弾性支持体30は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって振動体20cと共に一体的に加工することにより形成される。   The material of the elastic support 30 is, for example, silicon imparted with conductivity by being doped with impurities such as phosphorus and boron. The elastic support 30 is formed, for example, by integrally processing a silicon substrate (not shown) together with the vibrating body 20c by photolithography technique and etching technique.

検出部250は、振動体20cに連結されている。検出部250は、振動体20cの支持部12の内側に設けられている。検出部250は、検出基部65と、検出用支持部251と、検出用バネ部252と、第2電極としての検出用可動電極部253と、第4電極としての第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255と、を有している。   The detection unit 250 is connected to the vibrating body 20c. The detection unit 250 is provided inside the support unit 12 of the vibrating body 20c. The detection unit 250 includes a detection base 65, a detection support unit 251, a detection spring unit 252, a detection movable electrode unit 253 as a second electrode, and a first detection fixed electrode unit 254 as a fourth electrode. And a second detection fixed electrode portion 255.

検出用バネ部252は、支持部12の内側に配置されている。検出用バネ部252は、検出基部65と振動体20c(支持部12)とを接続している。より具体的には、検出用バネ部252の一端は、検出基部65に接続されている。検出用バネ部252の他端は、振動体20cに(支持部12)接続されている。検出用バネ部252は、Y軸方向に検出用支持部251を変位し得るように構成されている。より具体的には、検出用バネ部252は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延出する形状を有している。検出用可動電極部253は、支持部12の内側に、検出基部65に接続されて配置されている。図示の例では、検出用可動電極部253は、検出基部65からX軸に沿って延出されている。   The detection spring portion 252 is disposed inside the support portion 12. The detection spring portion 252 connects the detection base portion 65 and the vibrating body 20c (support portion 12). More specifically, one end of the detection spring portion 252 is connected to the detection base portion 65. The other end of the detection spring portion 252 is connected to the vibrating body 20c (support portion 12). The detection spring portion 252 is configured to be able to displace the detection support portion 251 in the Y-axis direction. More specifically, the detection spring portion 252 has a shape that extends in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. The detection movable electrode portion 253 is disposed inside the support portion 12 and connected to the detection base portion 65. In the illustrated example, the detection movable electrode portion 253 extends from the detection base portion 65 along the X axis.

第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255は、基体10の第1面11に設けられた凹部14の底面13に設けられている。図示の例では、第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255は、複数設けられており、検出用可動電極部253を介して、対向配置されている。換言すれば、第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255は、検出用可動電極部253と平面視で重ならないように配置されている。   The first detection fixed electrode portion 254 and the second detection fixed electrode portion 255 are provided on the bottom surface 13 of the recess 14 provided on the first surface 11 of the base 10. In the illustrated example, a plurality of first detection fixed electrode portions 254 and second detection fixed electrode portions 255 are provided, and are arranged to face each other via the detection movable electrode portion 253. In other words, the first detection fixed electrode portion 254 and the second detection fixed electrode portion 255 are arranged so as not to overlap the detection movable electrode portion 253 in plan view.

第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255を除く検出部250の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255を除く検出部250は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって振動体20cと共に一体的に加工することにより形成される。   The material of the detection unit 250 excluding the first detection fixed electrode unit 254 and the second detection fixed electrode unit 255 is, for example, silicon imparted with conductivity by doping impurities such as phosphorus and boron. The detection unit 250 excluding the first detection fixed electrode unit 254 and the second detection fixed electrode unit 255, for example, integrally processes a silicon substrate (not shown) together with the vibrating body 20c by photolithography technology and etching technology. It is formed by doing.

駆動部40は、平面視で、振動体20c支持部12に対して、検出部250と反対側に設けられている。これにより、第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255と駆動部40とが、重ならないように配置することができる。駆動部40は、振動体20cを励振することができる機構を有する。なお、駆動部40の構成および数は、振動体20cを励振することができる限り、特に限定されない。例えば、駆動部40は、振動体20cに直接設けられていてもよい。図9に示すように、振動体20cの外側に接続された駆動用可動電極部41と、駆動用可動電極部41と所定の距離を介して対向配置された駆動用固定電極部42から構成されていてもよい。また、図示はされないが、駆動部40は、振動体20cに直接接続せずに静電力等によって振動体20cを励振する機構を有し、振動体20cの外側に配置されていてもよい。なお、駆動部40を構成する駆動用可動電極部41および駆動用固定電極部42については、前述の第1実施形態と同様であるので、その構成および効果についての詳細な説明を省略する。   The drive unit 40 is provided on the opposite side of the detection unit 250 with respect to the vibrating body 20c support unit 12 in plan view. Accordingly, the first detection fixed electrode portion 254, the second detection fixed electrode portion 255, and the drive unit 40 can be arranged so as not to overlap each other. The drive unit 40 has a mechanism that can excite the vibrating body 20c. The configuration and number of the drive units 40 are not particularly limited as long as the vibrating body 20c can be excited. For example, the drive unit 40 may be provided directly on the vibrating body 20c. As shown in FIG. 9, the driving movable electrode portion 41 is connected to the outside of the vibrating body 20c, and the driving fixed electrode portion 42 is disposed to face the driving movable electrode portion 41 with a predetermined distance. It may be. Although not shown, the drive unit 40 may have a mechanism for exciting the vibrating body 20c by electrostatic force or the like without being directly connected to the vibrating body 20c, and may be disposed outside the vibrating body 20c. The driving movable electrode portion 41 and the driving fixed electrode portion 42 that constitute the driving portion 40 are the same as those in the first embodiment described above, and thus detailed description of the configuration and effects thereof is omitted.

第2基体としての蓋体80は、基体10上に設けられている。基体10および蓋体80は、図10に示すように、パッケージを構成することができる。基体10および蓋体80は、キャビティー82を形成することができ、キャビティー82に振動体20cを収容することができる。例えば、基体10と蓋体80との間の接合部分は、接着部材等によって埋められていてもよい。この場合、キャビティー82は、例えば、不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気、または真空雰囲気で密閉されていてもよい。   The lid 80 as the second base is provided on the base 10. The base body 10 and the lid body 80 can constitute a package as shown in FIG. The base body 10 and the lid body 80 can form a cavity 82, and the vibrating body 20 c can be accommodated in the cavity 82. For example, the joint portion between the base body 10 and the lid 80 may be filled with an adhesive member or the like. In this case, the cavity 82 may be sealed in, for example, an inert gas (for example, nitrogen gas) atmosphere or a vacuum atmosphere.

蓋体80の材質は、例えば、シリコン、ガラスである。蓋体80と基体10との接合方法は、特に限定されないが、例えば、基体10の材質がガラスであり、蓋体80の材質がシリコンである場合は、基体10と蓋体80とは、陽極接合されることができる。   The material of the lid 80 is, for example, silicon or glass. The method for joining the lid 80 and the base 10 is not particularly limited. For example, when the base 10 is made of glass and the lid 80 is made of silicon, the base 10 and the lid 80 are made of an anode. Can be joined.

1−7.第3実施形態に係るジャイロセンサーの動作
次に、第3実施形態に係るジャイロセンサー104の動作について、図面を参照しながら説明する。図11(a)、図11(b)および図12(a)、図12(b)は、ジャイロセンサー104の動作を模式的に説明するための図である。なお、図11および図12では、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、便宜上、図11および図12では、ジャイロセンサー104の各構成を、簡略化して図示している。
1-7. Operation of Gyro Sensor According to Third Embodiment Next, the operation of the gyro sensor 104 according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 11A, FIG. 11B, FIG. 12A, and FIG. 12B are diagrams for schematically explaining the operation of the gyro sensor 104. FIG. 11 and 12, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other. For convenience, in FIG. 11 and FIG. 12, each configuration of the gyro sensor 104 is illustrated in a simplified manner.

前述のように、ジャイロセンサー104の振動モードでは、振動体20cは、駆動部40により励振され、駆動振動することができる。より具体的には、振動体20cに設けられた駆動用可動電極部41と駆動用固定電極部42との間に第1交番電圧を印加する。これにより、振動体20cを、所定の周波数で、X軸に沿って振動させることができる。   As described above, in the vibration mode of the gyro sensor 104, the vibrating body 20c is excited by the driving unit 40 and can be driven to vibrate. More specifically, a first alternating voltage is applied between the driving movable electrode portion 41 and the driving fixed electrode portion 42 provided on the vibrating body 20c. Thereby, the vibrating body 20c can be vibrated along the X axis at a predetermined frequency.

図11(a)に示す例では、振動体20cは、α1方向(−X軸方向)に変位している。図11(b)に示す例では、振動体20cは、α2方向に変位している。同様に、検出部250の振動体20cに連結されている部分は、振動体20cの振動に伴い、X軸に沿って変位する。   In the example shown in FIG. 11A, the vibrating body 20c is displaced in the α1 direction (−X axis direction). In the example shown in FIG. 11B, the vibrating body 20c is displaced in the α2 direction. Similarly, the part connected to the vibrating body 20c of the detection unit 250 is displaced along the X axis with the vibration of the vibrating body 20c.

図12(a)および図12(b)に示すように、振動体20cがX軸に沿って振動を行っている状態で、ジャイロセンサー104にZ軸回りの角速度ωが加わると、コリオリの力が働き、検出部250は、Y軸に沿って変位する。すなわち、振動体20cに連結された検出部250は、Y軸に沿って変位する。図12(a)に示す例では、検出部250は、β1方向に変位している。図12(b)に示す例では、検出部250は、β2方向に変位している。   As shown in FIGS. 12A and 12B, when an angular velocity ω around the Z axis is applied to the gyro sensor 104 in a state where the vibrating body 20c vibrates along the X axis, the Coriolis force is applied. The detector 250 is displaced along the Y axis. That is, the detection unit 250 coupled to the vibrating body 20c is displaced along the Y axis. In the example shown in FIG. 12A, the detection unit 250 is displaced in the β1 direction. In the example shown in FIG. 12B, the detection unit 250 is displaced in the β2 direction.

検出部250がY軸に沿って変位することにより、検出用可動電極部253と第1検出用固定電極部254との間の距離Lは、変化する。それにより、検出用可動電極部253と第1検出用固定電極部254との間の静電容量が変化する。ジャイロセンサー104では、検出用可動電極部253および第1検出用固定電極部254に電圧を印加し、検出用可動電極部253と第1検出用固定電極部254との間の静電容量の変化量を電流値の変化量として検出することによって、Z軸回りの角速度ωを求めることができる。   When the detection unit 250 is displaced along the Y axis, the distance L between the detection movable electrode unit 253 and the first detection fixed electrode unit 254 changes. As a result, the capacitance between the detection movable electrode portion 253 and the first detection fixed electrode portion 254 changes. In the gyro sensor 104, a voltage is applied to the detection movable electrode portion 253 and the first detection fixed electrode portion 254, and a change in capacitance between the detection movable electrode portion 253 and the first detection fixed electrode portion 254 is performed. By detecting the amount as a change amount of the current value, the angular velocity ω around the Z axis can be obtained.

第3実施形態に係るジャイロセンサー104においても、前述の第1実施形態のジャイロセンサー100と同様な信号検出方法を適用することが可能である。なお、この信号検出方法については、説明を省略する。   Also in the gyro sensor 104 according to the third embodiment, it is possible to apply a signal detection method similar to that of the gyro sensor 100 according to the first embodiment described above. A description of this signal detection method is omitted.

第3実施形態に係るジャイロセンサー104によれば、Z軸まわりの角速度ωを検出することができる。加えて、前述の第1実施形態のジャイロセンサー100と同様な効果を有する。具体的な一例として、ジャイロセンサー104は、検出部250を構成する第2電極としての検出用可動電極部253に対向する第4電極としての第1検出用固定電極部254および第2検出用固定電極部255から出力される、Y軸に沿った振動本来の検出信号とX軸に沿った斜め振動成分(以下「クアドラチャー成分」ともいう)とを含む信号(第2信号)を得ることとができる。加えて、ジャイロセンサー104は、第1電極257に対向する第3電極としてのモニター電極256から出力される、クアドラチャー成分を含む信号(第1信号)を得ることができる。そしてこの二つの信号を演算処理することによって、クアドラチャー成分を除去した本来の検出信号を得ることができる。これにより、検出精度を高めたジャイロセンサー104(ジャイロ素子5c)を得ることが可能となる。   According to the gyro sensor 104 according to the third embodiment, the angular velocity ω around the Z axis can be detected. In addition, it has the same effect as the gyro sensor 100 of the first embodiment described above. As a specific example, the gyro sensor 104 includes a first detection fixed electrode portion 254 and a second detection fixed electrode as fourth electrodes facing the detection movable electrode portion 253 as the second electrode constituting the detection portion 250. Obtaining a signal (second signal) that is output from the electrode unit 255 and includes an original detection signal of vibration along the Y axis and an oblique vibration component (hereinafter also referred to as “quadrature component”) along the X axis. Can do. In addition, the gyro sensor 104 can obtain a signal including a quadrature component (first signal) output from the monitor electrode 256 as the third electrode facing the first electrode 257. An original detection signal from which the quadrature component has been removed can be obtained by performing arithmetic processing on these two signals. As a result, it is possible to obtain the gyro sensor 104 (gyro element 5c) with improved detection accuracy.

2.ジャイロセンサーの製造方法
次に、本実施形態に係るジャイロセンサー100,102,104の製造方法について簡単に説明する。なお、本説明では、第1実施形態に係るジャイロセンサー100を例として図1および図2を参照しながら説明する。また、本説明では、図1および図2と同様な符号を付して説明する。
2. Next, a method for manufacturing the gyro sensors 100, 102, and 104 according to the present embodiment will be briefly described. In this description, the gyro sensor 100 according to the first embodiment will be described as an example with reference to FIG. 1 and FIG. In this description, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are given.

先ず、基板(基体10)の第1面11に、凹部14を形成する。このとき、凹部14の周囲に溝部(図示せず)を形成することができる。凹部14、溝部は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成される。これにより、第1面11に凹部14が設けられている基体10を用意することができる。   First, the recess 14 is formed in the first surface 11 of the substrate (base 10). At this time, a groove (not shown) can be formed around the recess 14. The recess 14 and the groove are formed by, for example, a photolithography technique and an etching technique. Thereby, it is possible to prepare the base body 10 in which the concave portion 14 is provided on the first surface 11.

次に、図示はされないが、凹部14内を含む基体10上に駆動部40や検出部50を構成するための配線(検出用固定電極55、モニター電極56を含む)を形成することができる。配線は、例えば、スパッタ法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによって成膜された後、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によってパターニングされることによって形成される。   Next, although not shown, wiring (including the detection fixed electrode 55 and the monitor electrode 56) for forming the drive unit 40 and the detection unit 50 can be formed on the base 10 including the inside of the recess 14. The wiring is formed by, for example, forming a film by a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or the like and then patterning the film by a photolithography technique and an etching technique.

次に、基体10上に振動体20、弾性支持体30、駆動部40等を形成する。より具体的には、シリコン基板(図示せず)を基体10の第1面11に載置(接合)し、該シリコン基板を薄膜化させた後にパターニングすることにより形成される。パターニングは、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。シリコン基板と基体10の接合は、例えば、陽極接合によって行われる。本工程において、第1面11上に駆動用固定電極部42、駆動部40、検出部50を形成することができる。   Next, the vibrating body 20, the elastic support body 30, the drive unit 40, and the like are formed on the base body 10. More specifically, it is formed by placing (bonding) a silicon substrate (not shown) on the first surface 11 of the base 10, thinning the silicon substrate, and then patterning. The patterning is performed by a photolithography technique and an etching technique. The bonding between the silicon substrate and the substrate 10 is performed by, for example, anodic bonding. In this step, the driving fixed electrode portion 42, the driving portion 40, and the detection portion 50 can be formed on the first surface 11.

図2に示すように、基体10および蓋体80を接合して、基体10および蓋体80によって囲まれるキャビティー82に振動体20を収容する。基体10と蓋体80との接合は、例えば、陽極接合によって行われる。
以上の工程により、ジャイロセンサー100を製造することができる。
As shown in FIG. 2, the base body 10 and the lid body 80 are joined, and the vibrating body 20 is accommodated in a cavity 82 surrounded by the base body 10 and the lid body 80. The base 10 and the lid 80 are joined by, for example, anodic joining.
Through the above steps, the gyro sensor 100 can be manufactured.

3.第4実施形態に係るジャイロセンサーの構成
本発明に係る機能素子としてのジャイロ素子を用いた電子デバイスとしてのジャイロセンサーの第4実施形態について図面を参照しながら説明する。図13は、第4実施形態に係るジャイロセンサー106を模式的に示す断面図である。なお、図13の切断位置は、前述の図2(a)と同様である。また、図13では、互いに直交する3つの軸として、X軸(第1軸方向)、Y軸(第2軸方向)、Z軸(第3軸方向)を図示している。本第4実施形態に係るジャイロセンサー106は、前述の第1実施形態に係るジャイロセンサー100の構成と、第3電極としてのモニター電極および第4電極としての検出用固定電極の配置が異なる構成である。したがって、以下では、前述の第1実施形態と異なる構成を中心に説明し、同様な構成については同符号を付してその説明を省略する。
3. Configuration of Gyro Sensor According to Fourth Embodiment A fourth embodiment of a gyro sensor as an electronic device using a gyro element as a functional element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the gyro sensor 106 according to the fourth embodiment. The cutting position in FIG. 13 is the same as that in FIG. In FIG. 13, the X axis (first axis direction), the Y axis (second axis direction), and the Z axis (third axis direction) are illustrated as three axes orthogonal to each other. The gyro sensor 106 according to the fourth embodiment has a configuration in which the configuration of the gyro sensor 100 according to the first embodiment is different from the arrangement of the monitor electrode as the third electrode and the detection fixed electrode as the fourth electrode. is there. Therefore, the following description will be focused on the configuration different from that of the first embodiment described above, and the same configuration will be denoted by the same reference numeral and the description thereof will be omitted.

図13に示す第4実施形態のジャイロセンサー106は、第1基体としての基体10と、機能素子としてのジャイロ素子5とを含んでいる。ジャイロ素子5は、振動体20(図示1参照)と、弾性支持体30と、駆動部40(図1参照)と、を含んでいる。基体10およびジャイロ素子5の構成は、第1実施形態と同様であるので、以下においては詳細な説明を省略する。   A gyro sensor 106 according to the fourth embodiment shown in FIG. 13 includes a base 10 as a first base and a gyro element 5 as a functional element. The gyro element 5 includes a vibrating body 20 (see FIG. 1), an elastic support body 30, and a drive unit 40 (see FIG. 1). Since the structures of the base 10 and the gyro element 5 are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted below.

ジャイロ素子5は、第1基体としての基体10および第2基体としての蓋体80によって囲まれるキャビティー82に収容されている。ジャイロ素子5は、基体10の上方に間隙(凹部14)を介して設けられている。ジャイロ素子5は、基体10の第1面11に(基体10上に)設けられた固定部17に弾性支持体30を介して支持されている。ジャイロセンサー106では、ジャイロ素子5を構成する検出部50が、Y軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサー素子(静電容量型MEMSジャイロセンサー素子)である。   The gyro element 5 is accommodated in a cavity 82 surrounded by a base body 10 as a first base body and a lid body 80 as a second base body. The gyro element 5 is provided above the base 10 via a gap (concave part 14). The gyro element 5 is supported via a resilient support 30 on a fixing portion 17 provided on the first surface 11 of the base 10 (on the base 10). In the gyro sensor 106, the detection unit 50 constituting the gyro element 5 is a gyro sensor element (capacitive MEMS gyro sensor element) that detects an angular velocity around the Y axis.

基体10は、第1面11と、第1面11と反対側の第2面11bと、を有している。第1面11には、凹部14が設けられている。凹部14の上方には、間隙を介して、振動体(図示せず)、弾性支持体30、などのジャイロ素子5が設けられている。凹部14によって、ジャイロ素子5は、基体10に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。なお、振動体20が設けられる基体10の基面である第1面11の法線方向から見ること、即ち基体10に支持されている振動体20を上方から見ることを、以下、「平面視」という。   The base 10 has a first surface 11 and a second surface 11 b opposite to the first surface 11. A recess 14 is provided in the first surface 11. Above the recess 14, a gyro element 5 such as a vibrating body (not shown) and an elastic support body 30 is provided via a gap. The recess 14 allows the gyro element 5 to move in a desired direction without being obstructed by the base 10. Hereinafter, viewing from the normal direction of the first surface 11 that is the base surface of the base body 10 on which the vibration body 20 is provided, that is, viewing the vibration body 20 supported by the base body 10 from above is referred to as “plan view”. "

振動体20(図1参照)は、弾性支持体30に一端15を介して、固定部17に支持されており、基体10と離間して配置されている。振動体20は、第1実施形態と同様に、例えばフレーム状の形状(枠状)の支持部12(第1電極)が備えられている。振動体20の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。振動体20は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。なお、振動体20については、前述の第1実施形態と同様な構成であるので詳細な説明は省略する。   The vibrating body 20 (see FIG. 1) is supported by the fixing portion 17 via the one end 15 of the elastic support body 30 and is disposed apart from the base body 10. As in the first embodiment, the vibrating body 20 is provided with, for example, a frame-shaped (frame-shaped) support portion 12 (first electrode). The material of the vibrating body 20 is, for example, silicon imparted with conductivity by doping impurities such as phosphorus and boron. The vibrating body 20 is formed, for example, by processing a silicon substrate (not shown) by a photolithography technique and an etching technique. Since the vibrating body 20 has the same configuration as that of the first embodiment described above, a detailed description thereof will be omitted.

第2基体としての蓋体80には、支持部12(第1電極)と間隙を有して対向し、平面視で支持部12の配置された領域に略重なるように、第3電極としてのモニター電極56aが設けられている。具体的には、モニター電極56aは、支持部12と同様に略フレーム状の形状(枠状)をなしている。第3電極としてのモニター電極56aは、蓋体80の内面に設けられている。なお、支持部12とモニター電極56aの構成、および支持部12とモニター電極56aとの関係(作用)については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。   The lid 80 as the second base is opposed to the support portion 12 (first electrode) with a gap, and as a third electrode so as to substantially overlap the region where the support portion 12 is arranged in plan view. A monitor electrode 56a is provided. Specifically, the monitor electrode 56 a has a substantially frame shape (frame shape), like the support portion 12. The monitor electrode 56 a as the third electrode is provided on the inner surface of the lid body 80. Note that the configuration of the support portion 12 and the monitor electrode 56a and the relationship (action) between the support portion 12 and the monitor electrode 56a are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

検出部50(図1参照)を構成する可動電極としての第1フラップ板51および第2フラップ板53は、支持部12の内側に設けられている。そして、第1フラップ板51および第2フラップ板53に対向するように、第4電極としての検出用固定電極55aが設けられている。第4電極としての検出用固定電極55aは、第1フラップ板51および第2フラップ板53に対向し、第1フラップ板51および第2フラップ板53と平面視で少なくとも一部が重なるように、蓋体80の内面に設けられている。このような検出部50は、前述の第1実施形態と同様に、ジャイロ素子5が加速度を受けた場合に、振動体20(第1フラップ板51および第2フラップ板53)に生じるZ軸方向の振動を容量変化によって検出し、角速度を算出することができる。   The first flap plate 51 and the second flap plate 53 as movable electrodes constituting the detection unit 50 (see FIG. 1) are provided inside the support unit 12. And the fixed electrode 55a for a detection as a 4th electrode is provided so that the 1st flap board 51 and the 2nd flap board 53 may be opposed. The detection fixed electrode 55a as the fourth electrode is opposed to the first flap plate 51 and the second flap plate 53, and at least partially overlaps with the first flap plate 51 and the second flap plate 53 in plan view. It is provided on the inner surface of the lid 80. Similar to the first embodiment described above, the detection unit 50 has a Z-axis direction generated in the vibrating body 20 (the first flap plate 51 and the second flap plate 53) when the gyro element 5 receives acceleration. The angular velocity can be calculated by detecting the vibration of the motor by the change in capacitance.

第2基体としての蓋体80は、基体10上に設けられている。基体10および蓋体80は、パッケージを構成することができる。基体10および蓋体80は、キャビティー82を形成することができ、キャビティー82にジャイロ素子5を収容することができる。キャビティー82は、例えば、不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気、または真空雰囲気で密閉されていてもよい。また、第2基体としての蓋体80は、基体10と対向する面である内面に、前述にように第3電極としてのモニター電極56aおよび第4電極としての検出用固定電極55aを形成することができる。モニター電極56aおよび検出用固定電極55aは、例えばスパッタリング法などで形成された導電層をフォトリソグラフィー法などによってパターニングすることによって形成することができる。   The lid 80 as the second base is provided on the base 10. The base 10 and the lid 80 can constitute a package. The base body 10 and the lid body 80 can form a cavity 82, and the gyro element 5 can be accommodated in the cavity 82. The cavity 82 may be sealed in, for example, an inert gas (for example, nitrogen gas) atmosphere or a vacuum atmosphere. Further, the lid 80 as the second substrate is formed with the monitor electrode 56a as the third electrode and the detection fixed electrode 55a as the fourth electrode on the inner surface which is the surface facing the substrate 10 as described above. Can do. The monitor electrode 56a and the detection fixed electrode 55a can be formed, for example, by patterning a conductive layer formed by a sputtering method or the like by a photolithography method or the like.

蓋体80の材質は、例えば、シリコン、ガラスである。蓋体80と基体10との接合方法は、特に限定されないが、例えば、基体10の材質がガラスであり、蓋体80の材質がシリコンである場合は、基体10と蓋体80とは、陽極接合されることができる。また、基体10と蓋体80との間の接合部分は、接着部材等によって埋められていてもよい。   The material of the lid 80 is, for example, silicon or glass. The method for joining the lid 80 and the base 10 is not particularly limited. For example, when the base 10 is made of glass and the lid 80 is made of silicon, the base 10 and the lid 80 are made of an anode. Can be joined. Further, the joint portion between the base body 10 and the lid 80 may be filled with an adhesive member or the like.

なお、ジャイロセンサー106の動作については、前述の第1実施形態のジャイロセンサー100と同様である。したがって、ここでの説明は省略するが、このような第4実施形態のジャイロセンサー106においても、前述の第1実施形態のジャイロセンサー100と同様な効果を有している。   The operation of the gyro sensor 106 is the same as that of the gyro sensor 100 of the first embodiment described above. Therefore, although explanation here is omitted, the gyro sensor 106 of the fourth embodiment has the same effect as the gyro sensor 100 of the first embodiment.

なお、上述の第1実施形態〜第4実施形態では、振動体20の構成として、振動体20が一つの構成、および第1振動体21および第2振動体22の二つが設けられている構成を例に説明したが、振動体20の構成としては、3つ以上の第1〜第n振動体が用いられている構成であってもよい。   In the first to fourth embodiments described above, as the configuration of the vibrating body 20, the vibrating body 20 has one configuration, and the first vibrating body 21 and the second vibrating body 22 have two configurations. As an example, the configuration of the vibrating body 20 may be a configuration in which three or more first to nth vibrating bodies are used.

また、上述では、機能素子の一例として角速度を検出するジャイロセンサー100,102,104,106に用いられるジャイロ素子5,5b,5cについて説明したが、機能素子はこれに限らない。機能素子の形態としては、減圧状態や不活性ガス雰囲気で密閉されたキャビティー82内で動作するものであれば、特に限定されず、例えば、加速度センサーに用いられる加速度検出素子、圧力計に用いられる圧力検出素子、振動子、マイクロアクチュエーターなどの各種の機能素子を挙げることができる。   In the above description, the gyro elements 5, 5b, and 5c used in the gyro sensors 100, 102, 104, and 106 that detect the angular velocity are described as an example of the functional element. However, the functional element is not limited to this. The form of the functional element is not particularly limited as long as it operates in a cavity 82 sealed in a reduced pressure state or an inert gas atmosphere. For example, the functional element is used for an acceleration detection element or a pressure gauge used in an acceleration sensor. Various functional elements such as a pressure detecting element, a vibrator, a microactuator and the like can be used.

4.電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係るジャイロセンサー100,102,104,106のいずれかを含む。以下では、本発明に係るジャイロセンサー100を含む電子機器を例として説明する。
4). Next, an electronic device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The electronic device according to the present embodiment includes any of the gyro sensors 100, 102, 104, and 106 according to the present invention. Hereinafter, an electronic apparatus including the gyro sensor 100 according to the present invention will be described as an example.

図14は、本実施形態に係る電子機器として、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1100を模式的に示す斜視図である。図14に示すように、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1108を有する表示ユニット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、ジャイロセンサー100が内蔵されている。   FIG. 14 is a perspective view schematically showing a mobile (or notebook) personal computer 1100 as the electronic apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, a personal computer 1100 includes a main body portion 1104 having a keyboard 1102 and a display unit 1106 having a display portion 1108. The display unit 1106 has a hinge structure portion with respect to the main body portion 1104. It is supported so that rotation is possible. Such a personal computer 1100 has a built-in gyro sensor 100.

図15は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機(PHSも含む)1200を模式的に示す斜視図である。図15に示すように、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1208が配置されている。このような携帯電話機1200には、ジャイロセンサー100が内蔵されている。   FIG. 15 is a perspective view schematically showing a mobile phone (including PHS) 1200 as the electronic apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 15, the cellular phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204, and a mouthpiece 1206, and a display unit 1208 is disposed between the operation buttons 1202 and the earpiece 1204. . Such a cellular phone 1200 incorporates the gyro sensor 100.

図16は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルスチールカメラ1300を模式的に示す斜視図である。なお、図16には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、従来のカメラは、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。   FIG. 16 is a perspective view schematically showing a digital still camera 1300 as an electronic apparatus according to the present embodiment. In addition, in FIG. 16, the connection with an external apparatus is also shown simply. Here, a conventional camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a digital still camera 1300 photoelectrically converts a light image of a subject with an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). An imaging signal (image signal) is generated.

デ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1310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1310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1310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。   A display unit 1310 is provided on the back of a case (body) 1302 in the digital still camera 1300, and is configured to perform display based on an imaging signal from the CCD. The display unit 1310 displays a subject as an electronic image. Functions as a viewfinder. A light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided on the front side (the back side in the drawing) of the case 1302. When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 1310 and presses the shutter button 1306, the CCD image pickup signal at that time is transferred and stored in the memory 1308.

また、このデ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、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。このようなデジタルスチールカメラ1300には、ジャイロセンサー100が内蔵されている。   In the digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. A television monitor 1430 is connected to the video signal output terminal 1312 and a personal computer 1440 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication, if necessary. Further, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1430 or the personal computer 1440 by a predetermined operation. Such a digital still camera 1300 incorporates the gyro sensor 100.

以上のような電子機器としてのパーソナルコンピューター1100、携帯電話機1200、デジタルスチールカメラ1300は、2つの振動体が逆相で振動する駆動系において、相互間の振動エネルギー交換を阻害せず、且つ容量結合による特性の劣化を防止することができるジャイロセンサー100を有することができる。   The personal computer 1100, the mobile phone 1200, and the digital still camera 1300 as electronic devices as described above do not impede the exchange of vibration energy between the two vibrating bodies in the driving system in which the two vibrating bodies vibrate in opposite phases and are capacitively coupled. It is possible to have the gyro sensor 100 that can prevent deterioration of characteristics due to the above.

なお、上記ジャイロセンサー100を備えた電子機器は、図14に示すパーソナルコンピューター1100(モバイル型パーソナルコンピューター)、図15に示す携帯電話機1200、図16に示すデジタルスチールカメラ1300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、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオテープレコーダー、各種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、ロケット、船舶の計器類)、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどを挙げることができる。   In addition to the personal computer 1100 (mobile personal computer) shown in FIG. 14, the mobile phone 1200 shown in FIG. 15, and the digital still camera 1300 shown in FIG. Inkjet ejection device (for example, inkjet printer), laptop personal computer, TV, video camera, head mounted display, video tape recorder, various navigation devices, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, Electronic game machines, word processors, workstations, videophones, TV monitors for crime prevention, electronic binoculars, POS terminals, medical devices (eg electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasound examinations) Device, an electronic endoscope), a fish finder, various measurement devices, gauges (e.g., vehicles, aircraft, rockets, instruments and a ship), attitude control such as a robot or a human body, and the like flight simulators.

5.移動体
図17は、本実施形態に係る移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車506には本発明に係る機能素子(ジャイロ素子5)を用いたジャイロセンサー100が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車506には、機能素子(ジャイロ素子5)を用いたジャイロセンサー100を内蔵してタイヤ509などを制御する電子制御ユニット508が車体507に搭載されている。また、ジャイロセンサー100は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
5. FIG. 17 is a perspective view schematically showing an automobile as an example of a mobile object according to the present embodiment. The automobile 506 is equipped with a gyro sensor 100 using the functional element (gyro element 5) according to the present invention. For example, as shown in the figure, an automobile 506 as a moving body includes an electronic control unit 508 that incorporates a gyro sensor 100 using a functional element (gyro element 5) and controls a tire 509 and the like on a vehicle body 507. Has been. The gyro sensor 100 includes keyless entry, immobilizer, car navigation system, car air conditioner, anti-lock brake system (ABS), airbag, tire pressure monitoring system (TPMS), engine The present invention can be widely applied to electronic control units (ECUs) such as controls, battery monitors for hybrid vehicles and electric vehicles, and vehicle body attitude control systems.

上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。   The above-described embodiments are examples, and the present invention is not limited to these. For example, the embodiments can be appropriately combined.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

5,5b,5c…ジャイロ素子、10…第1基体としての基体、11…第1面、11b…第2面、12…第1電極としての支持部、13…底面、14…凹部、15…弾性支持体の一端、16…第2固定部、17…固定部、20…振動体、21…第1振動体、22…第2振動体、26…振動体連結部、28…弾性体、30…弾性支持体、40…駆動部、41…駆動用可動電極部、42…駆動用固定電極部、50…検出部、51…第2電極としての第1フラップ、52…第1梁部、53…第2電極としての第2フラップ、54…第2梁部、55…第4電極としての検出用固定電極、56…第3電極としてのモニター電極、80…第2基体としての蓋体、82…キャビティー、100,102,104,106…電子デバイスとしてのジャイロセンサー、506…移動体としての自動車、1100…電子機器としての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、1108…表示部、1200…電子機器としての携帯電話機、1202…操作ボタン、1204…受話口、1206…送話口、1208…表示部、1300…電子機器としてのデジタルスチールカメラ、1302…ケース、1304…受光ユニット、1306…シャッターボタン、1308…メモリー、1310…表示部、1312…ビデオ信号出力端子、1314…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。   5, 5b, 5c ... Gyro element, 10 ... Base as first base, 11 ... First surface, 11b ... Second surface, 12 ... Supporting portion as first electrode, 13 ... Bottom, 14 ... Recess, 15 ... One end of the elastic support, 16 ... second fixing part, 17 ... fixing part, 20 ... vibrating body, 21 ... first vibrating body, 22 ... second vibrating body, 26 ... vibrating body connecting part, 28 ... elastic body, 30 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Elastic support, 40 ... Drive part, 41 ... Movable electrode part for drive, 42 ... Fixed electrode part for drive, 50 ... Detection part, 51 ... 1st flap as 2nd electrode, 52 ... 1st beam part, 53 2nd flap as 2nd electrode, 54 ... 2nd beam part, 55 ... Fixed electrode for detection as 4th electrode, 56 ... Monitor electrode as 3rd electrode, 80 ... Lid body as 2nd base, 82 ... Cavity, 100, 102, 104, 106 ... Gyrocene as an electronic device -506 ... Automobile as a moving body, 1100 ... Personal computer as an electronic device, 1102 ... Keyboard, 1104 ... Main unit, 1106 ... Display unit, 1108 ... Display unit, 1200 ... Mobile phone as electronic device, 1202 ... Operation Button 1204 ... Earpiece, 1206 ... Mouthpiece, 1208 ... Display unit, 1300 ... Digital still camera as an electronic device, 1302 ... Case, 1304 ... Light receiving unit, 1306 ... Shutter button, 1308 ... Memory, 1310 ... Display unit , 1312 ... Video signal output terminal, 1314 ... Input / output terminal, 1430 ... TV monitor, 1440 ... Personal computer.

Claims (12)

互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、
第1基体と、
前記第1基体に接続され、前記第1軸および前記第2軸を含む平面に沿って振動可能であり、第1電極を有する支持部と、
前記支持部に支持され、前記第3軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、
前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、
前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、
を備えていることを特徴とする電子デバイス。
When two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and an axis parallel to the normal of the surface including the first axis and the second axis is defined as a third axis,
A first substrate;
A support portion connected to the first base body, capable of vibrating along a plane including the first axis and the second axis, and having a first electrode;
A detection unit supported by the support unit, capable of vibrating along the third axis, and having a second electrode;
A third electrode disposed to face the first electrode;
A fourth electrode disposed to face the second electrode;
An electronic device comprising:
前記第3電極および前記第4電極の少なくとも一方は、前記第1基体に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 1, wherein at least one of the third electrode and the fourth electrode is provided on the first base. 前記第1基体に接続されている第2基体を備え、
前記第3電極および前記第4電極の少なくとも一方は、前記第2基体に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
A second substrate connected to the first substrate;
The electronic device according to claim 1, wherein at least one of the third electrode and the fourth electrode is provided on the second base.
前記第3軸方向から見た平面視で、前記支持部は、前記検出部を略囲む枠状に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の電子デバイス。   The said support part is provided in the frame shape which substantially surrounds the said detection part by planar view seen from the said 3rd axis direction, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Electronic devices. 前記支持部を振動させる駆動共振周波数は、前記検出部の共振周波数よりも大きいことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の電子デバイス。   5. The electronic device according to claim 1, wherein a drive resonance frequency for vibrating the support portion is greater than a resonance frequency of the detection portion. 前記第1電極および前記第3電極の少なくとも一方から出力される第1信号と、
前記第2電極および前記第4電極の少なくとも一方から出力される第2信号と、を有し、
前記第1信号および前記第2信号を元に演算処理を行い、演算結果に基づいて第3信号を出力する演算処理部を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の電子デバイス。
A first signal output from at least one of the first electrode and the third electrode;
A second signal output from at least one of the second electrode and the fourth electrode,
6. The method according to claim 1, further comprising: an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing based on the first signal and the second signal and outputs a third signal based on the arithmetic result. The electronic device according to one item.
前記演算処理部は、前記第1信号および前記第2信号の少なくとも一方の振幅を調整する調整部を含んでいることを特徴とする請求項6に記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 6, wherein the arithmetic processing unit includes an adjustment unit that adjusts an amplitude of at least one of the first signal and the second signal. 互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、
第1基体と、
前記第1基体に接続され、前記第1軸に沿うように振動可能であり、第1電極を有する支持部と、
前記支持部に支持され、前記第2軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、
前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、
前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、
を備えていることを特徴とする電子デバイス。
When two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and an axis parallel to the normal of the surface including the first axis and the second axis is defined as a third axis,
A first substrate;
A support portion connected to the first base body, capable of vibrating along the first axis, and having a first electrode;
A detection unit supported by the support unit, capable of vibrating along the second axis, and having a second electrode;
A third electrode disposed to face the first electrode;
A fourth electrode disposed to face the second electrode;
An electronic device comprising:
互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、
前記第1軸および前記第2軸を含む平面に沿うように振動可能であり、第1電極を有する支持部と、
前記支持部に支持され、前記第3軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、
前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、
前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、を備えている電子デバイスの信号検出方法であって、
前記第1電極および前記第3電極の少なくとも一方から出力される、前記支持部の前記第3軸方向の振動成分である第1信号を取得する第1ステップと、
前記第2電極および前記第4電極の少なくとも一方から出力される第2信号を取得する第2ステップと、
前記第2信号から、前記第1信号に応じた信号を除去する演算処理を行い、検出信号を出力する第3ステップと、
を備えていることを特徴とする電子デバイスの信号検出方法。
When two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and an axis parallel to the normal of the surface including the first axis and the second axis is defined as a third axis,
A support portion having a first electrode capable of vibrating along a plane including the first axis and the second axis;
A detection unit supported by the support unit, capable of vibrating along the third axis, and having a second electrode;
A third electrode disposed to face the first electrode;
A signal detection method for an electronic device comprising: a fourth electrode arranged to face the second electrode;
A first step of obtaining a first signal which is a vibration component in the third axial direction of the support portion, which is output from at least one of the first electrode and the third electrode;
A second step of obtaining a second signal output from at least one of the second electrode and the fourth electrode;
A third step of performing a calculation process for removing a signal corresponding to the first signal from the second signal and outputting a detection signal;
A signal detection method for an electronic device, comprising:
互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸と前記第2軸とを含む面の法線に平行な軸を第3軸としたとき、
前記第1軸に沿うように振動可能であり、第1電極を有する支持部と、
前記支持部に支持され、前記第2軸に沿うように振動可能であり、第2電極を有する検出部と、
前記第1電極と対向するように配置されている第3電極と、
前記第2電極と対向するように配置されている第4電極と、を備えている電子デバイスの信号検出方法であって、
前記第1電極および前記第3電極の少なくとも一方から出力される、前記支持部の前記第3軸方向の振動成分である第1信号を取得する第1ステップと、
前記第2電極および前記第4電極の少なくとも一方から出力される第2信号を取得する第2ステップと、
前記第2信号から、前記第1信号に応じた信号を除去する演算処理を行い、検出信号を出力する第3ステップと、
を備えていることを特徴とする電子デバイスの信号検出方法。
When two axes orthogonal to each other are defined as a first axis and a second axis, and an axis parallel to the normal of the surface including the first axis and the second axis is defined as a third axis,
A support portion capable of vibrating along the first axis and having a first electrode;
A detection unit supported by the support unit, capable of vibrating along the second axis, and having a second electrode;
A third electrode disposed to face the first electrode;
A signal detection method for an electronic device comprising: a fourth electrode arranged to face the second electrode;
A first step of obtaining a first signal which is a vibration component in the third axial direction of the support portion, which is output from at least one of the first electrode and the third electrode;
A second step of obtaining a second signal output from at least one of the second electrode and the fourth electrode;
A third step of performing a calculation process for removing a signal corresponding to the first signal from the second signal and outputting a detection signal;
A signal detection method for an electronic device, comprising:
請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the electronic device according to any one of claims 1 to 8. 請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体。   A moving body comprising the electronic device according to any one of claims 1 to 8.
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