JP2016040550A - 物理量センサー、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動によって検出電極が振動することなく、直線加速度の影響及び検出軸以外の他軸の角速度の影響を受けることがない、物理量センサーを提供する。【解決手段】基板と、基板上の空間平面に配置され、回転軸２２，３２を有した第１変位部及び第２変位部２１，３１と、基板の第１変位部及び第２変位部２１，３１の各々に対向する位置に設けられた固定電極部と、第１変位部及び第２変位部の各々の回転軸を支持する支持部４０と、バネ部６０を介して支持部４０を支持する固定部５０と、支持部４０を振動方向に振動させる駆動部７０と、を備え、第１変位部及び第２変位部は、回転軸を軸として空間平面に対して垂直方向に変位可能であり、回転軸の各々は、第１変位部又は第２変位部の重心からずれて設けられ、第１変位部２１の回転軸２２と第２変位部３１の回転軸３２とは、重心からのずれの方向が互いに反対である。【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサー、及びそれを用いた電子機器に関する。

近年、カーナビゲーションシステムや、ビデオカメラの手振れ補正などの姿勢制御に、角速度を検出する角速度センサーが多く用いられている。このような角速度センサーには、素子が形成された面内の軸まわりの角速度を検出する方式のものがある。

特許文献１に開示の角速度センサーは、ＸＹ平面に円環状の駆動質量と、その中心に配置されたアンカーと、アンカーが固定された基板と、前記駆動質量のＸ軸方向に対向配置された一対の第１質量部と、前記駆動質量のＹ軸方向に対向配置された一対の第２質量部と、前記基板上で前記第１の質量部及び第２の質量部と対向して配置された検出電極と、から構成されている。

このような構成により、駆動質量を、ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向のアンカー軸まわりに交互に繰り返す回動駆動させて、Ｘ軸まわり又はＹ軸まわりの角速度が加わったときに、コリオリ力が作用して、シーソー状の第１の質量部又は第２の質量部が回転することによる角速度を検出するものである。

米国特許出願公開第２００９／０１００９３０号明細書

しかしながら、特許文献１に開示の角速度センサーによれば、回動駆動によって遠心力が発生し、特に回転方向が変わる際に、シーソー状の検出電極が振動してしまうという問題がある。検出電極が振動すると出力が発生するため、角速度が加わっていない場合にも出力が生じてしまうという問題があった。

そこで本発明は、駆動によって検出電極が振動することがなく、例えばセンサーを角速度センサーとして用いたときに、出力値としての角速度以外の物理量である直線加速度の影響及び検出軸以外の他軸の角速度の影響の少なくとも一方を受けることがない物理量センサー、電子機器を提供することを目的としている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］基板と、前記基板上の空間平面に配置され、回転軸を有した第１変位部及び第２変位部と、前記基板の前記第１変位部及び第２変位部の各々に対向する位置に設けられた固定電極部と、前記第１変位部及び第２変位部の各々の前記回転軸を支持する支持部と、バネ部を介して前記支持部を支持する固定部と、前記支持部を振動方向に振動させる駆動部と、を備え、前記第１変位部及び第２変位部は、前記回転軸を軸として前記空間平面に対して垂直方向に変位可能であり、前記回転軸の各々は、前記第１変位部又は第２変位部の重心からずれて設けられ、前記第１変位部の前記回転軸と前記第２変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であることを特徴とする物理量センサー。
上記構成によれば、例えば、物理量センサーを角速度センサーとして用いた場合に、検出軸まわりの角速度のみを検出して、ノイズとなる検出軸以外の他軸の角速度が検出されない。従って物理量検出を高精度に行うことができる。

［適用例２］前記回転軸の各々は、前記支持部の前記振動方向に平行に配置されたことを特徴とする適用例１に記載の物理量センサー。
上記構成によれば、例えば、物理量センサーを角速度センサーとして用いた場合に、検出軸回りに角速度が発生したときに各変位部を基板上の空間平面に対し垂直方向に変位し易くなり、物理量検出を高精度に行うことができる。

［適用例３］前記第１及び第２変位部は、互いに対称となるように配置されたことを特徴とする適用例１又は適用例２に記載の物理量センサー。
上記構成によれば、各変位部の静電容量の絶対値が同じになり、差動検出により変位を検出することができる。

［適用例４］基板と、前記基板上の空間平面に配置された第１振動体及び第２振動体と、を有し、前記第１振動体は、回転軸を有した第１変位部及び第２変位部と、前記第１変位部及び前記第２変位部の前記回転軸の各々を支持する第１支持部と、を備え、前記第２振動体は、回転軸を有した第３変位部及び第４変位部と、前記第３変位部及び前記第４変位部の前記回転軸の各々を支持する第２支持部と、を備え、前記基板の前記第１〜第４変位部の各々に対向する位置に設けられた固定電極部と、バネ部を介して前記第１支持部及び第２支持部の各々を支持する固定部と、前記第１支持部及び第２支持部の各々を振動させる駆動部と、を備え、前記第１振動体及び前記第２振動体は、互いに反対方向に振動し、前記第１〜第４変位部は、前記回転軸を軸として前記空間平面に対し垂直方向に変位可能であり、前記回転軸の各々は、前記第１〜第４変位部の各々の重心からずれて設けられ、前記第１変位部の前記回転軸と前記第２変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であり、且つ、前記第３変位部の前記回転軸と前記第４変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であることを特徴とする物理量センサー。
上記構成によれば、例えば、物理量センサーを角速度センサーとして用いた場合に、検出軸まわりの角速度のみを検出して、ノイズとなる検出軸以外の他軸の角速度及び直線加速度が検出されない。従って適用例１と比較して物理量検出を高精度に行うことができる。

［適用例５］前記第１振動体及び第２振動体は、連結バネで互いに接続されていることを特徴とする適用例４に記載の物理量センサー。
上記構成によれば、第１振動体と第２振動体の振動効率を高めることができる。

［適用例６］前記第１変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ１とし、前記第２変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ２とし、前記第３変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ３とし、前記第４変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ４としたときに、前記物理量センサーの出力値を（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）とすることを特徴とする適用例４又は適用例５に記載の物理量センサー。
上記構成によれば、差動容量出力を検出して、角速度を高精度に検出することができる。

［適用例７］前記振動方向に対し平面視で直交する方向の軸回りに発生する角速度を検出することを特徴とする適用例１ないし適用例６のいずれか１例に記載の物理量センサー。
上記構成によれば、検出軸まわりの角速度のみを検出して、検出軸以外の他軸の角速度が検出されない。従って角速度を高精度で検出できる物理量センサーが得られる。

［適用例８］適用例１ないし適用例７のいずれか１例に記載の物理量センサーを備えたことを特徴とする電子機器。
上記構成によれば、物理量を高精度で検出することができる物理量センサーを備えた電子機器が得られる。

本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す構成概略図である。 図１におけるＡ−Ａ断面拡大図である。 本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す構成概略図である。 物理量センサーの作用の説明図である。 本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す構成概略図である。 本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す構成概略図である。 本発明の物理量センサーの第５実施形態を示す構成概略図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機の説明図である。

本発明の物理量センサー、電子機器の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
図１は本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す構成概略図である。図２は図１におけるＡ−Ａ断面拡大図である。なお各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。また以下では、Ｘ軸（第１軸）に平行な方向をＸ軸方向、Ｙ軸（第２軸）に平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸（第３軸）に平行な方向をＺ軸方向という。

本発明の物理量センサー１０は、振動系構造体１２上に、第１及び第２変位部２０，３０と、回転軸２２，３２と、支持部４０と、固定部５０と、支持部４０と固定部５０を接続するバネ部６０と、駆動部７０と、を主な基本構成として形成されている。なお本実施形態の物理量センサー１０は、Ｘ軸、Ｙ軸又はＺ軸のいずれか１軸まわりの角速度を検出可能なセンサーであり、以下、一例として、Ｘ軸方向に沿って振動可能とし、Ｙ軸まわりに作用する回転を検出可能な角速度センサーの構成について説明する。

振動系構造体１２は、シリコンを主材料として構成されていて、シリコン基板（シリコンウエハ）上に薄膜形成技術（例えば、エピタキシャル成長技術、化学気相成長技術等の堆積技術）や各種加工技術（例えばドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング技術）を用いて所望の外形形状に加工することにより、前述した各部が一体的に形成されている。或いは、シリコン基板とガラス基板を張り合わせた後に、シリコン基板のみを所望の外形形状に加工することで、前述の各部を形成することもできる。振動系構造体１２の主材料をシリコンとすることにより、優れた振動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。またシリコン半導体デバイス作製に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、物理量センサー１０の小型化を図ることができる。

第１及び第２変位部２０，３０は、Ｚ軸を法線とするＸＹ平面視において、矩形の板状に形成され、ＸＹ平面の空間平面をＺ軸方向に変位する変位板２１，３１を備えている。変位板２１，３１は、回転軸２２，３２で支持部４０に連結されている。回転軸２２，３２は、図２に示すように各変位板２１，３１の重心からずれた位置に形成している。回転軸２２，３２は共に、振動方向であるＸ軸方向に延在して設けられている。回転軸２２，３２は、外力が加わったときにその軸まわりにねじり変形させ変位板２１，３１をＺ方向に回転させる。

このような構成により、第１及び第２変位部２０，３０は、回転軸２２，３２に対し重力（Ｚ軸方向の外力）による回転方向が互いに逆方向に回転するように取り付けている。換言すると、回転軸２２の変位板２１の重心からのずれの方向と、回転軸３２の変位板３１の重心からのずれの方向とは、互いに反対方向であるとも言える。

支持部４０は、第１及び第２変位部２０，３０を支持するフレームである。第１実施形態の支持部４０は、第１及び第２変位部２０，３０の外周を囲む開口４２を備え、変位板２１，３１の揺動側（自由端側）が互いに内側を向くように回転軸２２，３２を介して支持している。なお、支持部４０の形状はフレーム形状に限定されずに、他の形状でも適用可能である。

固定部５０は、支持部４０の外側に複数設けられている。本実施形態ではＺ軸を法線とする平面視にて、矩形状に配置した固定部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄで囲まれる領域の中に支持部４０を設けている。

バネ部６０は、支持部４０と固定部５０とを連結している。第１実施形態のバネ部６０は、第１及び第２バネ部６２，６４から構成されている。第１バネ部６２は、一対のバネ部６２ａ，６２ｂから構成されており、各バネ部６２ａ，６２ｂはＹ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。またバネ部６２ａ，６２ｂは、Ｚ軸を法線とする平面視にて、支持部４０の中心と交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。各バネ部６２ａ，６２ｂをこのような形状とすることにより、第１バネ部６２をＹ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、振動方向であるＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。また、第２バネ部６４の構成は、支持部４０の中心と交わるＸ軸に対して、第１バネ部６２と対称的に設けられ、一対のバネ部６４ａ，６４ｂから構成されている。各バネ部６４ａ，６４ｂをこのような形状とすることにより、第２バネ部６４をＹ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、振動方向であるＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。

駆動部７０は、支持部４０をＸ軸方向に所定の周波数で振動させる機能を備えている。すなわち駆動部７０は、支持部４０を＋Ｘ軸方向に変位させる状態と、−Ｘ軸方向に変位させる状態とを繰り返すように振動させている。駆動部７０ａ，７０ｂは、図示しない駆動電極と固定電極から構成され、第１及び第２変位部２０，３０のそれぞれに形成しているが、支持部４０をＸ方向に振動させることができる構成であれば、いずれか一方の変位部だけでも良い。固定電極は駆動電極を介してＸ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片を有している。このような構成の駆動部７０は、図示しない電源によって、電極片に電圧を印加することにより、各駆動電極と各電極片との間に静電力を発生させ、バネ部６０を伸縮させつつ、支持部４０を所定の周波数でＸ軸方向に振動させている。なお駆動部７０は、静電駆動方式、圧電駆動方式、又は磁場のローレンツ力を利用した電磁駆動方式等を適用することができる。

図２に示す基板７４は、振動系構造体１２を支持するものである。基板７４は、シリコンを主材料として構成されているが、シリコンに限定されず、例えば、水晶や、各種ガラスであってもよい。基板７４は板状であって、上面に固定部５０を接合させている。これにより振動系構造体１２を基板７４上に固定・支持させることができる。なお基板７４と振動系構造体１２の隙間は、外力によって変位する第１及び第２変位部２０，３０が接触することがない距離に設定している。基板７４と振動系構造体１２の接合方法は、特に限定されず、直接接合や、陽極接合等の各種接合方法を用いて接合することができる。なお、固定部５０は、基板７４上に限定されず、基板７４以外の部材（例えば、パッケージなど）に設けても良い。また基板７４の上面であって、第１及び第２変位部２０，３０と対向する箇所には、下部電極（固定電極部）７６を設けている。第１及び第２変位部２０，３０と、基板７４に固定された第１及び第２変位部２０，３０とＺ軸方向に離間して対向配置された下部電極７６により、トランスデューサーが形成される。

図３は本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す構成概略図である。図示のように第２実施形態の物理量センサー１００は、振動系構造体１２０上に２つの振動体と、各振動体に設けられた４つの変位部を備えている。具体的に物理量センサー１００は、センサーの振動方向に沿って第１及び第２変位部２０，３０を有する第１振動体１４と、第３及び第４変位部８０，９０を有する第２振動体１６から構成されている。なお、振動系構造体１２０は、シリコンを主材料として構成されていて、シリコン基板（シリコンウエハ）上に薄膜形成技術や各種加工技術を用いて所望の外形形状に加工することにより、各部が一体的に形成されている。第１及び第２変位部２０，３０の構成は、第１実施形態の構成と同様であり、その詳細な説明を省略する。また第３及び第４変位部８０，９０の基本構成は、第１及び第２変位部２０，３０と同様である。但し、第１及び第２の変位部２０，３０と第３及び第４変位部８０，９０の間には、第３バネ部（連結バネ）６６を形成している。第３バネ部６６は、一対のバネ部６６ａ，６６ｂから構成されており、各バネ部６６ａ，６６ｂはＹ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。またバネ部６６ａ，６６ｂは、Ｚ軸を法線とするＸＹ平面視にて、第１支持部４４と第２支持部４６の中心と交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。各バネ部６６ａ，６６ｂをこのような形状とすることにより、第１バネ部６２をＹ軸方向及びＺ軸方向への変形を抑制しつつ、Ｘ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。

また第２実施形態の物理量センサー１００の駆動部７２は、第１実施形態の駆動部７０と基本構成は同じである。しかし、第１及び第２変位部２０，３０の駆動部７２ａ，７２ｂと、第３及び第４変位部８０，９０の駆動部７２ｃ，７２ｄに対して、位相が１８０度ずれた交番電圧を印加することにより、各駆動電極と各電極片との間にそれぞれ静電力を発生させ、第１〜第３バネ部６２，６４，６６をＸ軸方向に伸縮させつつ、第１及び第２変位部２０，３０と、第３及び第４変位部８０，９０が互いに逆位相でかつ所定の周波数でＸ軸方向に振動させている。なお、駆動部７２ａ，７２ｂは、どちらか一方のみ形成されていれば良い。駆動部７２ｃ，７２ｄについても同様である。

なお、第２実施形態の物理量センサー１００は、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０のそれぞれに対向する下部電極７６との間に発生する静電容量をそれぞれＣ１〜Ｃ４とした場合、その出力を、（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）となるように設定している。

次に上記構成による本発明の物理量センサー１０，１００の作用について以下説明する。図４は物理量センサーの作用の説明図である。なお、図４では変位板に加わる力の状態によりＡ〜Ｇに場合分けして表記している。

まず、物理量センサーに対する入力がゼロの場合（状態Ａ）、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の回転軸２２，３２，８２，９２の延びる方向と、振動方向が同じため、変位板の自重による傾き以外に第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０は変動しない。従ってトランスデューサーの容量変化は起こらないため出力はゼロとなる。

次に物理量センサーに対するＸ軸まわりの角速度が入力された場合（状態Ｂ）、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の回転軸２２，３２，８２，９２の軸方向は、振動方向と同じ方向に形成されているため、コリオリ力は発生しない。従って、トランスデューサーの容量変化は起こらないため出力はゼロとなる。

次に物理量センサーに対するＹ軸まわりの角速度が入力された場合（状態Ｃ）について説明する。ここで第１振動体１４の第１及び第２変位部２０，３０が−Ｘ軸方向へ振動し、第２の振動体１６の第３及び第４変位部８０，９０が＋Ｘ軸方向へ振動し、Ｙ軸まわりに角速度が入力されたと仮定する。一般にコリオリ力Ｆｃｏｒｉは、

であらわすことができる。ここでｍ：質量、ｖ：速度、Ω：角速度をそれぞれ示している。

第１及び第２変位部２０，３０では、−Ｘ軸方向へ振動させつつ、Ｙ軸まわりの角速度Ωｙが加わると、−Ｚ軸方向のコリオリ力が作用して、変位板２１，３１が−Ｚ軸方向に回転し、これにより、変位板２１，３１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。また第３及び第４変位部８０，９０では、＋Ｘ軸方向へ振動させつつ、Ｙ軸まわりの角速度Ωｙが加わると、＋Ｚ軸方向のコリオリ力が作用して、変位板２１，３１が＋Ｚ軸方向に回転し、これにより変位板８１，９１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ３，Ｃ４が変化する。このように第１及び第２変位部２０，３０と第３及び第４変位部８０，９０では、コリオリ力の向きが逆方向となり、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の静電容量Ｃ１〜Ｃ４の出力は、（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）により、Ｙ軸まわりの角速度に応じた容量変化を検出することができる。

次に物理量センサーに対するＺ軸まわりの角速度が入力された場合（状態Ｄ）について説明する。ここで第１振動体１４の第１及び第２変位部２０，３０が−Ｘ軸方向へ振動し、第２振動体１６の第３及び第４変位部８０，９０が＋Ｘ軸方向へ振動し、Ｚ軸まわりに角速度が入力されたと仮定する。

第１及び第２変位部２０，３０では、−Ｘ軸方向へ振動させつつ、Ｚ軸まわりの角速度Ωｚが加わると、＋Ｙ軸方向のコリオリ力が作用する。このとき第１及び第２変位部２０，３０の回転軸２２，３２は、各変位板２１，３１の重心からずれた位置に形成し、重心からのずれの方向が互いに反対に形成している。このため、変位板２１は−Ｚ軸方向へ押下げられ、変位板３１は＋ｚ軸方向へ押し上げられる。これにより、変位板２１，３１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。

第３及び第４変位部８０，９０では、＋Ｘ軸方向へ振動させつつ、Ｚ軸まわりの角速度Ωｚが加わると、−Ｙ軸方向のコリオリ力が作用する。このとき第３及び第４変位部８０，９０の回転軸８２，９２は、各変位板８１，９１の重心からずれた位置に形成し、重心からのずれの方向が互いに反対に形成している。このため、変位板８１は＋Ｚ軸方向へ押し上げられ、変位板９１は−Ｚ軸方向へ押し下げられる。これにより変位板８１，９１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ３，Ｃ４が変化する。

この結果、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の静電容量Ｃ１〜Ｃ４の出力は、Ｃ１−Ｃ４＝０及びＣ２−Ｃ３＝０で、（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）＝（Ｃ1−Ｃ４）−（Ｃ２−Ｃ３）＝０となり、Ｚ軸方向に作用するコリオリ力は検出されない。

次に物理量センサーに対するＸ軸方向の加速度が入力された場合（状態Ｅ）、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の回転軸２２，３２，８２，９２の軸方向は、Ｘ軸方向の加速度と同じ方向に形成されているため、変位部は変位しない。従って、トランスデューサーの容量変化は起こらないため出力はゼロとなる。

次に物理量センサーに対する＋Ｙ軸方向の加速度が入力された場合（状態Ｆ）、第１及び第２変位部２０，３０では、−Ｘ軸方向へ振動させつつ、＋Ｙ軸方向の加速度が加わる。第１及び第２変位部２０，３０の回転軸２２，３２は、各変位板２１，３１の重心からずれた位置に形成し、重心からのずれの方向が互いに反対に形成している。このため、変位板２１は＋Ｚ軸方向へ押し上げられ、変位板３１は−Ｚ軸方向へ押し下げられる。これにより、変位板２１，３１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。

また第３及び第４変位部８０，９０では、＋Ｘ軸方向へ振動させつつ、＋Ｙ軸方向の加速度が加わる。第３及び第４変位部８０，９０の回転軸８２，９２は、各変位板８１，９１の重心からずれた位置に形成し、重心からのずれの方向が互いに反対に形成している。このため、変位板８１は＋Ｚ軸方向へ押し上げられ、変位板９１は−Ｚ軸方向へ押し下げられる。これにより変位板８１，９１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ３，Ｃ４が変化する。

この結果、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の静電容量Ｃ１〜Ｃ４の出力はＣ１−Ｃ３＝０、Ｃ２−Ｃ４＝０となり、Ｙ軸方向に作用する加速度は検出されない。なお物理量センサーに−Ｙ軸方向の加速度が入力された場合でも、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の静電容量Ｃ１〜Ｃ４の出力は、Ｃ１−Ｃ３＝０及びＣ２−Ｃ４＝０で、（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）＝（Ｃ１−Ｃ３）＋（Ｃ２−Ｃ４）＝０となり、Ｙ軸方向に作用する加速度は検出されない。

最後に、物理量センサーに対する＋Ｚ軸方向の加速度が入力された場合（状態Ｇ）、第１及び第２変位部２０，３０では、−Ｘ軸方向へ振動させつつ、＋Ｚ軸方向の加速度が加わることにより、変位板２１と変位板３１が−Ｚ軸方向に回転し、これにより変位板２１，３１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。また第３及び第４変位部８０，９０では、＋Ｘ軸方向へ振動させつつ、＋Ｚ軸方向の加速度が加わることにより、変位板８１と変位板９１が−Ｚ軸方向に回転し、これにより変位板８１，９１と下部電極７６の間の静電容量Ｃ３，Ｃ４が変化する。この結果、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の静電容量Ｃ１〜Ｃ４は全て同じ値で、出力はＣ１＋Ｃ２＝Ｃ３＋Ｃ４となり、＋Ｚ軸方向に作用する加速度は検出されない。なお物理量センサーに−Ｚ軸方向の加速度が入力された場合でも、第１〜第４変位部２０，３０，８０，９０の静電容量Ｃ１〜Ｃ４は全て同じ値で、出力はＣ１＋Ｃ２＝Ｃ３＋Ｃ４となり、Ｚ軸方向に作用する加速度は検出されない。

なお、回転軸と同じ軸方向を除く角速度及び加速度は、第２実施形態に係る物理量センサー１００で適用することができるが、Ｚ軸方向の加速度を除く場合であれば、第１実施形態に係る物理量センサーであっても適用することができる。

このような物理量センサーによれば、検出軸まわりの角速度のみを検出して、ノイズとなる検出軸以外の他軸の角速度が検出されない。従って物理量検出を高精度に行うことができる。

図５は本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す構成概略図である。図示のように第３実施形態の物理量センサー１００ａは、第１及び第２変位部２０ａ，３０ａの回転軸２２ａ，３２ａが互いに近接する側であって、変位板２１ａ，３１ａの揺動側（自由端側）が、外側を向くように第１支持部４４に固定している。また第３及び第４変位部８０ａ，９０ａの回転軸８２ａ，９２ａが互いに近接する側であって、変位板８１ａ，９１ａの揺動側（自由端側）が、外側を向くように第２支持部４６に固定している。このとき第１〜第４変位部２０ａ，３０ａ，８０ａ，９０ａの回転軸２２ａ，３２ａ，８２ａ，９２ａの各々は、前記第１〜第４変位部２０ａ，３０ａ，８０ａ，９０ａの各々の重心からずれて設けられている。また第１変位部２０ａの回転軸２２ａと第２変位部３０ａの回転軸３２ａとは、重心からのずれの方向が互いに反対となり、且つ、第３変位部８０ａの回転軸８２ａと第４変位部９０ａの回転軸９２ａとは、重心からのずれの方向が互いに反対となるように配置させている。その他の構成は第２実施形態の物理量センサー１００の構成と同一であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

このような構成の第３実施形態の物理量センサー１００ａによっても、物理量センサーを角速度センサーとして用いた場合に、検出軸まわりの角速度のみを検出して、ノイズとなる検出軸以外の他軸の角速度が検出されない。従って物理量検出を高精度に行うことができる。また第１及び第２変位部２０ａ，３０ａの回転軸２２ａ，３２ａが第１支持部４４の内側に、第３及び第４変位部８０ａ，９０ａの回転軸８２ａ，９２ａが第２支持部４６の内側にそれぞれ取り付けられた構成となり、変位板同士が接触して破損することのない形態とすることができる。

図６は本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す構成概略図である。図示のように第４実施形態の物理量センサー１００ｂは、第１〜第４変位部２０ｂ，３０ｂ，８０ｂ，９０ｂを、Ｚ軸を法線とするＸＹ平面視にて、Ｘ軸方向に並べて配置している。このとき、第１〜第４変位部２０ｂ，３０ｂ，８０ｂ，９０ｂの回転軸２２ｂ，３２ｂ，８２ｂ，９２ｂの各々は、前記第１〜第４変位部２０ｂ，３０ｂ，８０ｂ，９０ｂの各々の重心からずれて設けられている。また第１変位部２０ｂの回転軸２２ｂと第２変位部３０ｂの回転軸３２ｂとは、重心からのずれの方向が互いに反対となり、且つ、第３変位部８０ｂの回転軸８２ｂと第４変位部９０ｂの回転軸９２ｂとは、重心からのずれの方向が互いに反対となるように配置させている。その他の構成は第２実施形態の物理量センサー１００の構成と同一であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

このような構成の第４実施形態の物理量センサー１００ｂによっても、物理量センサーを角速度センサーとして用いた場合に、検出軸まわりの角速度のみを検出して、ノイズとなる検出軸以外の他軸の角速度が検出されない。従って物理量検出を高精度に行うことができる。

図７は本発明の物理量センサーの第５実施形態を示す構成概略図である。図示のように第５実施形態の物理量センサー１００ｃは、Ｚ軸を法線とするＸＹ平面視にて、第１及び第２支持部４４ａ，４６ａを略Ｈ型形状に形成し、±Ｙ軸方向の２つの凹部に第１〜第４変位部２０ｃ，３０ｃ，８０ｃ，９０ｃを取り付けている。また駆動部７０ａ，７０ｂは、第１及び第２支持部４４ａ，４６ａにそれぞれ取り付けた構成としている。このとき、第１〜第４変位部２０ｃ，３０ｃ，８０ｃ，９０ｃの回転軸２２ｃ，３２ｃ，８２ｃ，９２ｃの各々は、前記第１〜第４変位部２０ｃ，３０ｃ，８０ｃ，９０ｃの各々の重心からずれて設けられている。また第１変位部２０ｃの回転軸２２ｃと第２変位部３０ｃの回転軸３２ｃとは、重心からのずれの方向が互いに反対となり、且つ、第３変位部８０ｃの回転軸８２ｃと第４変位部９０ｃの回転軸９２ｃとは、重心からのずれの方向が互いに反対となるように配置させている。その他の構成は第２実施形態の物理量センサー１００の構成と同一であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

このような構成の第５実施形態の物理量センサー１００ｃによっても、物理量センサーを角速度センサーとして用いた場合に、検出軸まわりの角速度のみを検出して、ノイズとなる検出軸以外の他軸の角速度が検出されない。従って物理量検出を高精度に行うことができる。また第１〜第４変位部２０ｃ，３０ｃ，８０ｃ，９０ｃが第１及び第２支持部４４ａ，４６ａの外側に取り付けられた構成となり、変位板を支持部の枠内に配置した構成の物理量センサーよりも、配線の寄生容量を小さくすることができる。

図８は本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機の説明図である。図示のように携帯電話機５００は、複数の操作ボタン５０２、受話口５０４、および送信口５０６を備え、操作ボタン５０２と受話器５０４との間には、表示部５０８が配置されている。このような携帯電話機５００には角速度検出手段（ジャイロセンサー）として機能する物理量センサー１０，１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃが内蔵されている。

１０，１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ………物理量センサー、１２，１２０………振動系構造体、１４………第１振動体、１６………第２振動体、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ………第１変位部、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ………変位板、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ………回転軸、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ………第２変位部、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ………変位板、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ………回転軸、４０………支持部、４２………開口、４４，４４ａ………第１支持部、４６，４６ａ………第２支持部、５０………固定部、６０………バネ部、６２………第１バネ部、６４………第２バネ部、６６………第３バネ部（連結バネ）、７０………駆動部、７２………駆動部、７４………基板、７６………下部電極、８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ………第３変位部、９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ………第４変位部、５００………携帯電話機、５０２………操作ボタン、５０４………受話口、５０６………送信口、５０８………表示部。

［適用例８］適用例１ないし適用例７のいずれか１例に記載の物理量センサーを備えたことを特徴とする電子機器。
上記構成によれば、物理量を高精度で検出することができる物理量センサーを備えた電子機器が得られる。
また、本適用例に係る物理量センサーは、第１軸と、前記第１軸と直交している第２軸と、前記第１軸及び前記第２軸と直交している第３軸と、を仮想な軸としたとき、基板と、前記基板の前記第１軸および前記第２軸に沿うような一面と対向するように配置され、回転軸を有している第１変位部及び第２変位部と、前記第１変位部及び前記第２変位部の各々に対向するように前記一面に設けられている固定電極部と、前記第１変位部及び第２変位部の各々の前記回転軸を支持している支持部と、バネ部を介して前記支持部を支持している固定部と、
前記支持部を前記第１軸方向に振動させる駆動部と、を備え、前記第１変位部及び前記第２変位部は、前記回転軸を軸として前記第３軸方向に変位可能であり、前記第１変位部は、前記支持部の前記第２軸方向における一方の側に設けられ、前記第２変位部は、前記支持部の前記第２軸方向における他方の側に設けられ、前記回転軸の各々は、前記第１変位部又は前記第２変位部の重心からずれて設けられ、前記第１変位部の前記回転軸と前記第２変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であり、前記支持部の平面視にて、前記駆動部は、前記第１変位部と前記第２変位部との間に配置されていることを特徴とする。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記回転軸の各々は、前記支持部の前記第１軸方向に沿うように配置されていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記第１変位部及び第２変位部は、前記駆動部に対して互いに対称となるように配置されていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記第１および前記第２変位板の自由端側は、各々の前記回転軸に対して前記駆動部よりも離れていてもよい。
本適用例に係る物理量センサーは、第１軸と、前記第１軸と直交している第２軸と、前記第１軸及び前記第２軸と直交している第３軸と、を仮想な軸としたとき、基板と、前記基板の前記第１軸および前記第２軸に沿うような一面と対向するように配置されている第１振動体及び第２振動体と、を有し、前記第１振動体は、回転軸を有している第１変位部及び第２変位部と、前記第１変位部及び前記第２変位部の前記回転軸の各々を支持している第１支持部と、を備え、前記第２振動体は、回転軸を有している第３変位部及び第４変位部と、前記第３変位部及び前記第４変位部の前記回転軸の各々を支持している第２支持部と、を備え、前記基板の前記第１〜第４変位部の各々に対向するように前記一面に設けられている固定電極部と、バネ部を介して前記第１支持部及び第２支持部の各々を支持している固定部と、前記第１支持部及び前記第２支持部の前記第１軸方向に振動させる駆動部と、を備え、前記第１振動体及び前記第２振動体は、連結バネにより前記第１支持部と前記第２支持部とが連結され、互いに反対方向に振動可能であり、前記第１〜第４変位部は、前記回転軸を軸として前記第３軸方向に変位可能であり、前記回転軸の各々は、前記第１〜第４変位部の各々の重心からずれて設けられ、前記第１変位部の前記回転軸と前記第２変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であり、且つ、前記第３変位部の前記回転軸と前記第４変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であり、前記第１支持部および前記第２支持部の平面視にて、前記駆動部は、前記第１変位部と前記第２変位部との間および前記第３変位部と前記第４変位部との間の少なくとも一方の間に配置されていることを特徴とする。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記駆動部は、前記第１変位部と前記第２変位部との間に配置されている第１駆動部と、前記第３変位部と前記第４変位部との間に配置されている第２駆動部とを備えていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記回転軸の各々は、前記支持部の前記第１軸方向に沿うように配置されていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記第１変位部及び第２変位部は、前記第１駆動部に対して互いに対称となるように、かつ、前記第３変位部及び第４変位部は、前記第２駆動部に対して互いに対称となるように配置されていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記第１〜第４変位板の自由端側は、各々の前記回転軸に対して前記駆動部よりも離れていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記第１変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ１とし、前記第２変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ２とし、前記第３変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ３とし、前記第４変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ４としたときに、前記物理量センサーの出力値を（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）としていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーは、前記第２軸方向の軸回りに発生する角速度を検出してもよい。

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上の空間平面に配置され、回転軸を有した第１変位部及び第２変位部と、
   前記基板の前記第１変位部及び第２変位部の各々に対向する位置に設けられた固定電極部と、
   前記第１変位部及び第２変位部の各々の前記回転軸を支持する支持部と、
   バネ部を介して前記支持部を支持する固定部と、
   前記支持部を振動方向に振動させる駆動部と、を備え、
   前記第１変位部及び第２変位部は、前記回転軸を軸として前記空間平面に対して垂直方向に変位可能であり、
   前記回転軸の各々は、前記第１変位部又は第２変位部の重心からずれて設けられ、
   前記第１変位部の前記回転軸と前記第２変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であることを特徴とする物理量センサー。
2. 前記回転軸の各々は、前記支持部の前記振動方向に平行に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
3. 前記第１及び第２変位部は、互いに対称となるように配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の物理量センサー。
4. 基板と、
   前記基板上の空間平面に配置された第１振動体及び第２振動体と、を有し、
   前記第１振動体は、回転軸を有した第１変位部及び第２変位部と、前記第１変位部及び前記第２変位部の前記回転軸の各々を支持する第１支持部と、を備え、
   前記第２振動体は、回転軸を有した第３変位部及び第４変位部と、前記第３変位部及び前記第４変位部の前記回転軸の各々を支持する第２支持部と、を備え、
   前記基板の前記第１〜第４変位部の各々に対向する位置に設けられた固定電極部と、
   バネ部を介して前記第１支持部及び第２支持部の各々を支持する固定部と、
   前記第１支持部及び第２支持部の各々を振動させる駆動部と、を備え、
   前記第１振動体及び前記第２振動体は、互いに反対方向に振動し、
   前記第１〜第４変位部は、前記回転軸を軸として前記空間平面に対し垂直方向に変位可能であり、
   前記回転軸の各々は、前記第１〜第４変位部の各々の重心からずれて設けられ、
   前記第１変位部の前記回転軸と前記第２変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であり、
   且つ、前記第３変位部の前記回転軸と前記第４変位部の前記回転軸とは、前記重心からのずれの方向が互いに反対であることを特徴とする物理量センサー。
5. 前記第１振動体及び第２振動体は、連結バネで互いに接続されていることを特徴とする請求項４に記載の物理量センサー。
6. 前記第１変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ１とし、
   前記第２変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ２とし、
   前記第３変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ３とし、
   前記第４変位部とこれに対向する前記固定電極部との間の静電容量をＣ４としたときに、
   前記物理量センサーの出力値を（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の物理量センサー。
7. 前記振動方向に対し平面視で直交する方向の軸回りに発生する角速度を検出することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサー。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えたことを特徴とする電子機器。

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