JP2023052430A - Physical quantity sensor and electronic apparatus - Google Patents

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JP2023052430A
JP2023052430A JP2023004904A JP2023004904A JP2023052430A JP 2023052430 A JP2023052430 A JP 2023052430A JP 2023004904 A JP2023004904 A JP 2023004904A JP 2023004904 A JP2023004904 A JP 2023004904A JP 2023052430 A JP2023052430 A JP 2023052430A
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portions
physical quantity
quantity sensor
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照夫 瀧澤
Teruo Takizawa
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Seiko Epson Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small size physical quantity sensor having a high Q value and a high detection sensitivity, and to provide an electronic apparatus using the same.
SOLUTION: A physical quantity sensor 1 includes: a ring part 31 capable of circular-ring oscillation; four support parts 61-64; four beams 71-72 which connect the support parts 61-64 to the parts as a hub of the circular-ring oscillation of the ring part 31; a pair of first mass parts 51 and 52 each of which has a movable part, and which are disposed being opposed to each other in an X1-axis direction via the ring part 31; a pair of second mass parts 53 and 54 each of which has a movable part, and which are disposed being opposed to each other in a Y-axis direction via the ring part 31; oscillation means 4 that causes at least one of the pair of first mass parts 51 and 52 and the pair of second mass parts 53 and 54 to oscillate at a first frequency in a phase opposite to each other. The ring part 31 performs circular-ring oscillations relative to the X-axis direction and the Y-axis direction according to the first frequency.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

本発明は、物理量センサーおよびそれを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor and an electronic device using the same.

近年、デジタルカメラ等の撮像機器の手ぶれ補正や、GPS信号を用いた車両等の移動体ナビゲーションシステムなどの姿勢制御として、角速度を検出する角速度センサーが多く用いられている。また、角速度センサーとして、1つのセンサーで互いに直交する3軸のそれぞれの軸まわりの角速度を検出できるようなものも知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, angular velocity sensors that detect angular velocities have been widely used for camera shake correction in imaging devices such as digital cameras, and attitude control in mobile navigation systems such as vehicles using GPS signals. Further, as an angular velocity sensor, there is known one that can detect angular velocity around each of three mutually orthogonal axes with one sensor (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載のセンサーは、円環状の駆動質量と、その中心に配置されたアンカーと、駆動質量とアンカーとを連結する弾性アンカー要素と、アンカーが固定された基板2とを有しており、駆動質量を回転振動させた状態で、各軸まわりの角速度を検知するように構成されている。
しかしながら、このような構成では、駆動質量の振動が、弾性アンカー要素およびアンカーを介して基板2に伝達し振動漏れが生じる。このような振動漏れが生じると、センサーの振動のQ値が低下する(すなわち、エネルギー損失を招く)。振動のQ値が低下すると、所望の振動振幅が得られなくなり、センサーの検出感度が悪化する。また、必要な振幅を得るために高い駆動能力の駆動装置が必要となり、センサーの大型化を招いてしまう。
The sensor described in Patent Document 1 has an annular drive mass, an anchor arranged at the center thereof, an elastic anchor element connecting the drive mass and the anchor, and a substrate 2 to which the anchor is fixed. It is configured to detect the angular velocity about each axis while the driving mass is rotationally oscillated.
However, in such a configuration, vibrations of the driving mass are transmitted to the substrate 2 via the elastic anchoring elements and anchors, resulting in vibration leakage. Such vibration leakage reduces the Q factor of the sensor vibration (ie, leads to energy loss). When the Q value of vibration decreases, the desired vibration amplitude cannot be obtained, and the detection sensitivity of the sensor deteriorates. In addition, a driving device with a high driving capability is required to obtain the required amplitude, which leads to an increase in size of the sensor.

特開2007-271611号公報JP 2007-271611 A

本発明の目的は、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびそれを用いた電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small physical quantity sensor having a high Q value and high detection sensitivity, and an electronic device using the same.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する4つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リング部に対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する前記可動部および前記第2質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも1つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第1の周波数に応じて、前記第1軸と平行な方向および前記第2軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
Such objects are achieved by the present invention described below.
In the physical quantity sensor of the present invention, when the two axes orthogonal to each other are the first axis and the second axis,
a ring portion capable of circular vibration;
four support portions that support the ring portion;
four beams connecting each of the support portions and a node of the annular vibration of the ring portion;
a pair of first mass portions having a movable portion and arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring portion;
a pair of second mass portions having a movable portion and arranged opposite to each other in a direction parallel to the second axis via the ring portion;
A pair of first springs connecting each of the first mass portions and the ring portion so that each of the first mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the first axis. Department and
A pair of second springs connecting each of the second mass portions and the ring portion so that each of the second mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the second axis. Department and
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions at a first frequency in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have opposite phases. means and
at least one transducer that converts the amount of displacement of the movable portion of each of the first mass portions and the movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
The ring portion is characterized by circularly vibrating in a direction parallel to the first axis and in a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
This makes it possible to provide a compact physical quantity sensor with a high Q value and high detection sensitivity.

本発明の物理量センサーは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる4つの固定点とを連結する4つの梁と、
前記第2軸と平行な軸まわりに変位可能な第1可動部および前記第2軸と平行な方向に変位可能な第2可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
前記第1軸と平行な軸まわりに変位可能な第3可動部および前記第1軸と平行な方向に変位可能な第4可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リングに対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する第1可動部および前記第2質量部の各々が有する第3可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第1質量部の各々が有する第2可動部および前記第2質量部の各々が有する第4可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第1の周波数に応じて、前記第1軸と平行な方向および前記第2軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, when the two axes orthogonal to each other are the first axis and the second axis,
a ring portion capable of circular vibration;
four support portions that support the ring portion;
four beams connecting each of the support portions and four fixing points that become nodes of the annular vibration of the ring portion;
It has a first movable portion that can be displaced around an axis parallel to the second axis and a second movable portion that can be displaced in a direction parallel to the second axis, and is parallel to the first axis via the ring portion. a pair of first mass portions arranged to face each other in a direction;
It has a third movable portion that can be displaced around an axis parallel to the first axis and a fourth movable portion that can be displaced in a direction parallel to the first axis, and is parallel to the second axis via the ring portion. a pair of second mass portions arranged facing each other in a direction;
A pair of first spring portions connecting each of the first mass portions and the ring so that each of the first mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the first axis. and,
a pair of second spring portions connecting each of the second mass portions and the ring so that each of the second mass portions can vibrate relative to the ring in a direction parallel to the second axis; ,
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions at a first frequency in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have opposite phases. means and
a transducer that converts a displacement amount of a first movable portion of each of the first mass portions and a third movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
a transducer that converts a displacement amount of a second movable portion of each of the first mass portions and a fourth movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
The ring portion is characterized by circularly vibrating in a direction parallel to the first axis and in a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
This makes it possible to provide a compact physical quantity sensor with a high Q value and high detection sensitivity.

本発明の物理量センサーでは、前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることが好ましい。
これにより、装置構成が簡単なものとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることが好ましい。
これにより、リング部をより効率的に円環振動させることができる。
The physical quantity sensor of the present invention has a substrate that supports the ring portion,
The substrate is preferably composed of a semiconductor substrate, an insulating substrate, or a composite substrate in which a semiconductor layer and an insulating layer are laminated.
This simplifies the device configuration.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the ring portion has an outer diameter and an inner diameter, has a gap inside the inner diameter, and is elastically deformable.
As a result, the ring portion can be circularly vibrated more efficiently.

本発明の物理量センサーでは、前記第1バネ部は、それぞれ、前記第2軸と平行な方向への変形および前記第1軸と前記第2軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第2バネ部は、それぞれ、前記第1軸と平行な方向への変形および前記第1軸と前記第2軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることが好ましい。
これにより、第1質量部を第1軸と平行な方向に安定して振動させることができ、第2質量部を第2軸と平行な方向へ安定して振動させることができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, each of the first spring portions is capable of deformation in a direction parallel to the second axis and deformation in a direction parallel to an axis orthogonal to the first axis and the second axis. is regulated and
It is preferable that deformation of the second spring portion in a direction parallel to the first axis and deformation in a direction parallel to an axis perpendicular to the first axis and the second axis are restricted. .
Accordingly, the first mass section can be stably vibrated in the direction parallel to the first axis, and the second mass section can be stably vibrated in the direction parallel to the second axis.

本発明の物理量センサーでは、前記4つの支持部は、前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第1軸および前記第2軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。また、リング部を安定して支持することができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, the four support portions are positioned inside the pair of first mass portions and the pair of second mass portions and outside the ring portion, and intersect the center of the ring portion. It is preferable that they are provided at mirror-symmetrical positions with respect to the first axis and the second axis.
As a result, the size of the device can be reduced. Also, the ring portion can be stably supported.

本発明の物理量センサーでは、前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることが好ましい。
これにより、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることが好ましい。
これにより、効率的に、第1質量部および第2質量部を振動させることができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that each of the beams is restricted in radial displacement from the center of the ring.
Thereby, vibration leakage can be prevented or suppressed more effectively.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the vibrating means be either electrostatically driven or piezoelectrically driven.
Thereby, the first mass section and the second mass section can be vibrated efficiently.

本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることが好ましい。
これにより、検知能力の優れた物理量センサーとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第1軸まわりの角速度、前記第2軸まわりの角速度および前記第1軸と前記第2軸の両軸に直交する第3軸まわりの角速度を検知することが好ましい。
これにより、角速度センサーとして用いることができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, the transducer preferably has any one of electrostatic, piezoelectric, and piezoresistive sensing capabilities.
This makes the physical quantity sensor excellent in detection ability.
In the physical quantity sensor of the present invention, the transducer detects angular velocity about the first axis, angular velocity about the second axis, and angular velocity about a third axis orthogonal to both the first axis and the second axis. Detection is preferred.
Thereby, it can be used as an angular velocity sensor.

本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、それぞれ他の前記トランスデューサーと組になることにより、所定方向の直線加速度を電気的にキャンセルすることが好ましい。
これにより、角速度の検知精度が向上する。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーも各々は、固有の共振周波数を有することが好ましい。
これにより、共振モードで駆動することができるため、角速度の検知精度がより向上する。
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that each of the transducers is paired with another transducer to electrically cancel linear acceleration in a predetermined direction.
This improves the detection accuracy of the angular velocity.
In the physical quantity sensor of the present invention, each of the transducers also preferably has a unique resonance frequency.
As a result, since it is possible to drive in the resonance mode, the detection accuracy of the angular velocity is further improved.

本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記円環振動は、前記第1軸と平行な方向に収縮すると共に前記第2軸と平行な方向に伸張する状態と、前記第1軸と平行な方向に伸張すると共に前記第2軸と平行な方向に収縮する状態とを繰り返す振動であることが好ましい。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記第1軸および前記第2軸の両軸から45度傾斜した部位に前記第1バネ部の各々および前記第2バネ部の各々が接続されたことが好ましい。
これにより、リング部の円環振動が外部に漏れるのを効果的に防止または抑制することができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, the annular vibration of the ring portion is contracted in a direction parallel to the first axis and expanded in a direction parallel to the second axis; It is preferable that the vibration repeats a state of extending in a direction and contracting in a direction parallel to the second axis.
In the physical quantity sensor of the present invention, each of the first spring portions and each of the second spring portions are connected to portions of the ring portion which are inclined by 45 degrees from both the first axis and the second axis. is preferred.
As a result, it is possible to effectively prevent or suppress leakage of the annular vibration of the ring portion to the outside.

本発明の物理量センサーは、前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の集合体の投影外形がほぼ円形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーは、前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の集合体の投影外形がほぼ矩形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
The physical quantity sensor of the present invention is characterized in that the projection outline of the assembly of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts is substantially circular.
As a result, the size of the device can be reduced.
The physical quantity sensor of the present invention is characterized in that the projection outline of the assembly of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts is substantially rectangular.
As a result, the size of the device can be reduced.

本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、前記第1質量部の各々および前記第2質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第1質量部の各々および前記第2質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
In the physical quantity sensor according to the aspect of the invention, it is preferable that the vibrating means is connected to the inside of each of the first mass portions and the inside of each of the second mass portions.
As a result, the size of the device can be reduced.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the transducer is connected inside each of the first mass parts and each of the second mass parts.
As a result, the size of the device can be reduced.

本発明の物理量センサーは、互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
伸縮可能な連結部と、
前記連結部の該連結部の中心と交わる前記第1軸および前記第2軸の両軸から所定角度傾斜した位置に設けられ、前記連結部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記連結部とを連結する4つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リング部に対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する前記可動部および前記第2質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも1つのトランスデューサーと、を有し、
前記連結部が、前記第1の周波数に応じて伸縮運動するときに、前記梁と前記連結部との接続部が節となることを特徴とする。
これにより、Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを用いたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
In the physical quantity sensor of the present invention, when the two axes orthogonal to each other are the first axis and the second axis,
a stretchable connection; and
four support portions that are provided at positions inclined by a predetermined angle from both the first axis and the second axis that intersect the center of the connecting portion of the connecting portion and support the connecting portion;
four beams connecting each of the support portions and the connecting portion;
a pair of first mass portions having a movable portion and arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring portion;
a pair of second mass portions having a movable portion and arranged opposite to each other in a direction parallel to the second axis via the ring portion;
A pair of first springs connecting each of the first mass portions and the ring portion so that each of the first mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the first axis. Department and
A pair of second springs connecting each of the second mass portions and the ring portion so that each of the second mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the second axis. Department and
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions at a first frequency in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have opposite phases. means and
at least one transducer that converts the amount of displacement of the movable portion of each of the first mass portions and the movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
A connecting portion between the beam and the connecting portion becomes a node when the connecting portion expands and contracts according to the first frequency.
This makes it possible to provide a compact physical quantity sensor with a high Q value and high detection sensitivity.
An electronic device of the present invention is characterized by using the physical quantity sensor of the present invention.
Accordingly, a highly reliable electronic device can be provided.

本発明の物理量センサーの第1実施形態を示す概略図平面図である。1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a physical quantity sensor of the present invention; FIG. 図1に示す物理量センサーの詳細な平面図である。FIG. 2 is a detailed plan view of the physical quantity sensor shown in FIG. 1; 図2に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図である。FIG. 3 is a plan view for explaining vibration of a ring portion of the physical quantity sensor shown in FIG. 2; 図2に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図である。FIG. 3 is a plan view for explaining the configuration of detection means included in the physical quantity sensor shown in FIG. 2; 物理量センサーの駆動を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining driving of a physical quantity sensor; 物理量センサーの駆動を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining driving of a physical quantity sensor; 物理量センサーの駆動を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining driving of a physical quantity sensor; 本発明の物理量センサーの第2実施形態を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the physical quantity sensor of the present invention; 本発明の物理量センサーの第3実施形態を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a third embodiment of the physical quantity sensor of the present invention; 本発明の物理量センサーの第4実施形態を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a physical quantity sensor according to a fourth embodiment of the present invention; 本発明の物理量センサーの第5実施形態を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a physical quantity sensor according to a fifth embodiment of the present invention; 本発明の物理量センサーの第6実施形態を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a sixth embodiment of the physical quantity sensor of the present invention; 本発明の物理量センサーの第7実施形態を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a seventh embodiment of the physical quantity sensor of the present invention; 本発明の物理量センサーの第8実施形態を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing an eighth embodiment of the physical quantity sensor of the present invention; 本発明の物理量センサーを備える電子機器(ノート型パーソナルコンピュータ)である。It is an electronic device (laptop personal computer) equipped with the physical quantity sensor of the present invention. 本発明の物理量センサーを備える電子機器(携帯電話機)である。It is an electronic device (mobile phone) equipped with the physical quantity sensor of the present invention. 本発明の物理量センサーを備える電子機器(ディジタルスチルカメラ)である。It is an electronic device (digital still camera) equipped with the physical quantity sensor of the present invention.

以下、本発明の物理量センサーを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の物理量センサーの第1実施形態を示す概略図平面図、図2は、図1に示す物理量センサーの詳細な平面図、図3は、図2に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図、図4は、図2に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図、図5、図6および図7は、それぞれ、物理量センサーの駆動を説明するための図である。なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸およびZ軸を図示している。また、以下では、X軸(第1軸)に平行な方向を「X軸方向」、Y軸(第2軸)に平行な方向をY軸方向、Z軸(第3軸)に平行な方向を「Z軸方向」と言う。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The physical quantity sensor of the present invention will now be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First embodiment>
1 is a schematic plan view showing a first embodiment of the physical quantity sensor of the present invention, FIG. 2 is a detailed plan view of the physical quantity sensor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a ring included in the physical quantity sensor shown in FIG. FIG. 4 is a plan view for explaining the configuration of the detection means possessed by the physical quantity sensor shown in FIG. 2; FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining driving; In addition, in each figure, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are illustrated as three mutually orthogonal axes for convenience of explanation. In the following description, the direction parallel to the X axis (first axis) will be referred to as the "X axis direction", the direction parallel to the Y axis (second axis) will be referred to as the Y axis direction, and the direction parallel to the Z axis (third axis) is called "Z-axis direction".

1.物理量センサー
本実施形態の物理量センサー1は、X軸まわりの角速度、Y軸まわりの角速度およびZ軸まわりの角速度を検出することのできる角速度センサーである。このような角速度センサーによれば、1つのセンサーで3つの軸まわりの角速度をそれぞれ独立して検出することができるため、優れた利便性を発揮することができる。
1. Physical Quantity Sensor The physical quantity sensor 1 of the present embodiment is an angular velocity sensor capable of detecting angular velocities around the X-axis, angular velocities around the Y-axis, and angular velocities around the Z-axis. According to such an angular velocity sensor, one sensor can independently detect the angular velocities around the three axes, so that excellent convenience can be exhibited.

図1に示すように、物理量センサー1は、円環振動可能なリング部31と、リング部31を支持する4つの基板固定部(支持部)61、62、63、64と、基板固定部61、62、63、64とリング部31の円環振動の節となる部位とを連結する4つの梁71、72、73、74と、可動部を有しリング部31を介してX軸方向に対向配置された一対の第1振動部(第1質量部)51、52と、可動部を有しリング部31を介してY軸方向に対向配置された一対の第2振動部(第2質量部)53、54と、第1振動部51、52がリング部31に対してX軸方向に振動可能となるように第1振動部51、52とリング部31とを連結する一対の第1内側バネ部(第1バネ部)81、82と、第2振動部53、54がリング部31に対してY軸と平行な方向に振動可能となるように、第2振動部53、54とリング部31とを連結する一対の第2内側バネ部(第2バネ部)83、84とを有している。さらに、第1振動部51、52をX軸方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段4と、第1振動部51、52が内包する可動部および第2振動部53、54が内包する可動部の変位量を電気信号に変換するトランスデューサー(検知手段9)とを有している。
リング部31は、前記第1の周波数に応じて、X軸方向およびY軸方向に対して円環振動する。このような物理量センサー1によれば、リング部31の振動が基板へ漏れないため、装置の小型化を図りつつ、振動のQ値を高めることができる。したがって、検知精度に優れた小型の物理量センサーを提供することができる。
As shown in FIG. 1, the physical quantity sensor 1 includes a ring portion 31 capable of circular vibration, four substrate fixing portions (support portions) 61, 62, 63, and 64 that support the ring portion 31, and a substrate fixing portion 61. , 62, 63, and 64, and four beams 71, 72, 73, and 74 connecting the nodes of the annular vibration of the ring portion 31; A pair of first vibrating portions (first mass portions) 51 and 52 arranged to face each other, and a pair of second vibrating portions (second mass portions) having a movable portion and arranged to face each other in the Y-axis direction with the ring portion 31 interposed therebetween. 53 and 54, and a pair of first vibrating portions 51 and 52 and the ring portion 31 that connect the first vibrating portions 51 and 52 and the ring portion 31 so that the first vibrating portions 51 and 52 can vibrate with respect to the ring portion 31 in the X-axis direction. The inner spring portions (first spring portions) 81 and 82 and the second vibrating portions 53 and 54 are arranged so that they can vibrate with respect to the ring portion 31 in the direction parallel to the Y-axis. It has a pair of second inner spring portions (second spring portions) 83 and 84 that connect with the ring portion 31 . Furthermore, a vibrating means 4 for vibrating the first vibrating parts 51 and 52 in the X-axis direction at a first frequency in opposite phases, and a movable part and a second vibrating part included in the first vibrating parts 51 and 52 It has a transducer (detection means 9) that converts the amount of displacement of the movable part contained in 53 and 54 into an electric signal.
The ring portion 31 circularly vibrates in the X-axis direction and the Y-axis direction according to the first frequency. According to the physical quantity sensor 1 as described above, since the vibration of the ring portion 31 does not leak to the substrate, it is possible to increase the Q value of the vibration while miniaturizing the device. Therefore, it is possible to provide a small physical quantity sensor with excellent detection accuracy.

以下、物理量センサー1について詳細に説明する。
図2に示すように、物理量センサー1は、XY面内に設けられた振動系構造体3と、振動系構造体3を支持する基板2と、振動系構造体3を振動させる振動手段4と、物理量センサー1に加わる角速度を検出する検出手段9とを有している。
-振動系構造体-
図2に示すように、振動系構造体3は、リング部(連結部)31と、リング部31を介してX軸方向に対向配置された一対の第1振動部(第1質量部)51、52と、第1振動部51、52とリング部31とを連結する第1内側バネ部(第1バネ部)81、82と、リング部31を介してY軸方向に対向配置された一対の第2振動部(第2質量部)53、54と、第2振動部53、54とリング部31とを連結する第2内側バネ部(第2バネ部)83、84と、リング部31の周囲に設けられた内側固定部(支持部)61、62、63、64と、リング部31と内側固定部61、62、63、64とを連結する梁71、72、73、74と、振動部51、52、53、54の外側に設けられた外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682と、振動部51、52、53、54と外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682とを連結する外側バネ部851、852、861、862、871、872、881、882とで構成されている。
The physical quantity sensor 1 will be described in detail below.
As shown in FIG. 2, the physical quantity sensor 1 includes a vibration system structure 3 provided in the XY plane, a substrate 2 supporting the vibration system structure 3, and vibration means 4 for vibrating the vibration system structure 3. , and detecting means 9 for detecting the angular velocity applied to the physical quantity sensor 1 .
-Vibration system structure-
As shown in FIG. 2 , the vibration system structure 3 includes a ring portion (connection portion) 31 and a pair of first vibration portions (first mass portions) 51 arranged to face each other in the X-axis direction via the ring portion 31 . , 52 , first inner spring portions (first spring portions) 81 and 82 connecting the first vibrating portions 51 and 52 and the ring portion 31 , and a pair of spring portions arranged opposite to each other in the Y-axis direction via the ring portion 31 . second vibration portions (second mass portions) 53 and 54, second inner spring portions (second spring portions) 83 and 84 connecting the second vibration portions 53 and 54 and the ring portion 31, and the ring portion 31 inner fixed portions (support portions) 61, 62, 63, and 64 provided around the ring portion 31 and the inner fixed portions 61, 62, 63, and 64, beams 71, 72, 73, and 74; outside fixed parts 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 provided outside the vibrating parts 51, 52, 53, 54; 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 are connected to each other.

本実施形態の振動系構造体3は、シリコンを主材料として構成されていて、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貼り合せた後に、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。 The vibration system structure 3 of the present embodiment is mainly composed of silicon, and a thin film formation technique (e.g., deposition technique such as epitaxial growth technique or chemical vapor deposition technique) or various techniques are applied to a silicon substrate (silicon wafer). By using processing technology (for example, etching technology such as dry etching, wet etching, etc.) to process it into a desired outer shape, the aforementioned parts are integrally formed. Alternatively, after bonding a silicon substrate and a glass substrate together, only the silicon substrate can be processed into a desired outer shape to form the above-described portions.

少なくとも、振動系構造体3の主材料をシリコンとすることにより、優れた振動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、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1の小型化を図ることができる。また、振動系構造体3の主材料をシリコンとすることにより、後述するように、振動系構造体3に電極を形成しなくても、物理量センサー1を駆動することができるため、装置の構造をより簡単なものとすることができる。シリコン以外の材料、例えば絶縁体等の材料であっても、その外周を金属膜で被覆することにより、本発明の振動系構造体を形成することは可能である。 At least, by using silicon as the main material of the vibration system structure 3, excellent vibration characteristics can be realized and excellent durability can be exhibited. In addition, it becomes possible to apply the fine processing technology used for manufacturing silicon semiconductor devices, and the size of the physical quantity sensor 1 can be reduced. Further, by using silicon as the main material of the vibrating structure 3, the physical quantity sensor 1 can be driven without forming electrodes on the vibrating structure 3, as will be described later. can be made simpler. It is possible to form the vibration system structure of the present invention by coating the periphery of a material other than silicon, such as an insulator, with a metal film.

なお、基板2の主材料は、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。
本実施形態の振動系構造体3は、Z軸方向を法線とする平面視にて、振動部51、52、53、54の集合体の投影外形がほぼ円形となっている。これにより、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
In addition, the main material of the substrate 2 is not limited to silicon, and may be, for example, crystal or various types of glass.
In the vibrating system structure 3 of the present embodiment, the aggregate of the vibrating portions 51, 52, 53, and 54 has a substantially circular projected outline in plan view with the Z-axis direction as the normal. As a result, the size of the physical quantity sensor 1 can be reduced.

(リング部)
リング部31は、外径と内径が同心的な円形で構成された円環状をなしており、内径より内側には構造体を持たない構造となっている。なお、以下では、リング部31の中心を「中心O」と言う。
また、リング部31は、その軸がZ軸と平行となるように配置されている。このリング部31は、弾性変形可能であり、図3に示すように、振動手段4による第1の振動部51、52の振動によって、X軸方向に収縮すると共にY軸方向に伸張する第1の状態と、X軸方向に伸張すると共にY軸方向に収縮する第2の状態とに変形する。なお、以下では、第1の状態と第2の状態とを繰り返す振動を「円環振動」とも言う。
(Ring part)
The ring portion 31 has an annular shape in which the outer diameter and the inner diameter are concentric circles, and has no structure inside the inner diameter. In addition, below, the center of the ring part 31 is called "the center O."
Also, the ring portion 31 is arranged so that its axis is parallel to the Z-axis. This ring portion 31 is elastically deformable, and as shown in FIG. and a second state in which it expands in the X-axis direction and contracts in the Y-axis direction. In addition, below, the vibration which repeats a 1st state and a 2nd state is also called "annular vibration."

(第1振動部)
第1振動部51は、板状をなしている。また、第1振動部51は、第1振動部51の縁部を構成するフレーム部511と、軸部513、514を介してフレーム部511に連結するZ軸方向変位部(第1可動部、可動部)512と、櫛歯状の駆動電極515と、バネ部517を介してフレームに連結するY軸方向変位部(第2可動部、可動部)516とで構成されている。
(First vibration part)
The first vibrating portion 51 has a plate shape. The first vibrating portion 51 includes a frame portion 511 forming the edge portion of the first vibrating portion 51 and a Z-axis direction displacement portion (first movable portion, a movable portion) 512 , a comb-shaped drive electrode 515 , and a Y-axis direction displacement portion (second movable portion, movable portion) 516 connected to the frame via a spring portion 517 .

同様に、第1振動部52も板状をなしている。また、第1振動部52も、第1振動部52の縁部を構成するフレーム部521と、軸部523、524を介してフレーム部521に連結するZ軸方向変位部(第1可動部、可動部)522と、櫛歯状の駆動電極525と、バネ部527を介してフレームに連結するY軸方向変位部(第2可動部、可動部)526とで構成されている。 Similarly, the first vibrating portion 52 also has a plate shape. The first vibrating portion 52 also includes a frame portion 521 forming the edge portion of the first vibrating portion 52 and a Z-axis direction displacement portion (first movable portion, a movable portion) 522 , a comb-shaped drive electrode 525 , and a Y-axis direction displacement portion (second movable portion, movable portion) 526 connected to the frame via a spring portion 527 .

以下、第1振動部51、52について詳細に説明するが、第1振動部51、52は、互いに同様の構成であるため、以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52については、その説明を省略する。
フレーム部511の外形は、Z軸を法線とする平面視にて、ほぼ90度の扇型をなしている。このフレーム部511には、一対の第1開口511aと、一対の第2開口511bと、第3開口511cとが形成されている。
The first vibrating portions 51 and 52 will be described in detail below. Since the first vibrating portions 51 and 52 have the same configuration, the first vibrating portion 51 will be representatively described below, and the first vibrating portions 51 and 52 will be described below. Description of the vibrating portion 52 is omitted.
The outer shape of the frame portion 511 forms a substantially 90-degree fan shape in plan view with the Z-axis as the normal. The frame portion 511 is formed with a pair of first openings 511a, a pair of second openings 511b, and a third opening 511c.

各第1の開口511aには、櫛歯状の駆動電極515が複数配置されている。各駆動電極515は、Y軸方向に延在して、かつ、互いにX軸方向に離間して設けられている。この駆動電極515は、振動手段4の一部を構成するものである。
各第2開口511bの内側には、Y軸方向変位部516が設けられている。Y軸方向変位部516は、枠部516aと、枠部516aの内側に設けられた複数の検出電極516bとで構成されている。検出電極516bは、X軸方向に延在し、かつ互いにY軸方向に離間して設けられている。
A plurality of comb-shaped drive electrodes 515 are arranged in each first opening 511a. Each drive electrode 515 extends in the Y-axis direction and is spaced apart from each other in the X-axis direction. This drive electrode 515 constitutes a part of the vibrating means 4 .
A Y-axis direction displacement portion 516 is provided inside each of the second openings 511b. The Y-axis direction displacement portion 516 is composed of a frame portion 516a and a plurality of detection electrodes 516b provided inside the frame portion 516a. The detection electrodes 516b extend in the X-axis direction and are spaced apart from each other in the Y-axis direction.

各Y軸方向変位部516は、4つのバネ部517によって、フレーム部511に接続されている。各バネ部517は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在する形状をなしている。各バネ部517をこのような形状とすることにより、バネ部517をY軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部517のY軸方向以外の方向(すなわち、X軸方向およびZ軸方向)への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、各Y軸方向変位部516をスムーズにY軸方向に変位させることができる。 Each Y-axis displacement portion 516 is connected to the frame portion 511 by four spring portions 517 . Each spring portion 517 has a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. By forming each spring portion 517 into such a shape, the spring portion 517 can be smoothly expanded and contracted in the Y-axis direction, and the spring portion 517 can be extended in directions other than the Y-axis direction (that is, the X-axis direction and the Z-axis direction). direction) can be effectively prevented or suppressed. Therefore, each Y-axis direction displacement portion 516 can be smoothly displaced in the Y-axis direction.

第3開口511cの内側には、Z軸方向変位部512が設けられている。Z軸方向変位部512は、軸部513、514によってフレーム部511に連結されている。軸部513、514は、Y軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Z軸方向変位部512は、物理量センサー1にZ軸方向の応力が加わると、軸部513、514をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部513、514まわりに回転する。
以上、第1振動部51について説明した。第1振動部52は、前述したように、第1振動部51と同様の構成であり、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。但し、本発明の要件は基板2への振動漏れを最小とする構成であり、構成要素が中心OやY軸に対して完全に対称である必要はない。
A Z-axis displacement portion 512 is provided inside the third opening 511c. The Z-axis displacement portion 512 is connected to the frame portion 511 by shaft portions 513 and 514 . The shaft portions 513 and 514 extend in the Y-axis direction and are provided coaxially. Therefore, when a stress in the Z-axis direction is applied to the physical quantity sensor 1, the Z-axis direction displacement part 512 rotates around the shaft parts 513 and 514 while torsionally deforming the shaft parts 513 and 514 around the axes.
The first vibrating portion 51 has been described above. As described above, the first vibrating portion 52 has the same configuration as the first vibrating portion 51, and is symmetrical with respect to the Y-axis that intersects the center O of the ring portion 31 in plan view with the Z-axis as the normal line. is provided However, a requirement of the present invention is a configuration that minimizes vibration leakage to the substrate 2, and the constituent elements do not need to be completely symmetrical with respect to the center O and the Y axis.

(第2振動部)
第2振動部53は、板状をなしている。また、第2振動部53は、第2振動部53の縁部を構成するフレーム部531と、軸部533、534を介してフレーム部531に連結するZ軸方向変位部(第3可動部、可動部)532と、バネ部537を介してフレームに連結するX軸方向変位部(第4可動部、可動部)536とで構成されている。
同様に、第2振動部54も板状をなしている。また、第2振動部54も、第2振動部54の縁部を構成するフレーム部541と、軸部543、544を介してフレーム部541に連結するZ軸方向変位部(第3可動部、可動部)542と、バネ部547を介してフレームに連結するX軸方向変位部(第4可動部、可動部)546とで構成されている。
(Second vibration part)
The second vibrating portion 53 has a plate shape. The second vibrating portion 53 includes a frame portion 531 forming the edge portion of the second vibrating portion 53 and a Z-axis direction displacement portion (third movable portion, A movable portion) 532 and an X-axis direction displacement portion (fourth movable portion, movable portion) 536 connected to the frame via a spring portion 537 .
Similarly, the second vibrating portion 54 also has a plate shape. The second vibrating portion 54 also includes a frame portion 541 forming the edge portion of the second vibrating portion 54 and a Z-axis direction displacement portion (third movable portion, movable portion) 542 and an X-axis direction displacement portion (fourth movable portion, movable portion) 546 connected to the frame via a spring portion 547 .

以下、第2振動部53、54について詳細に説明するが、第2振動部53、54は、互いに同様の構成であるため、以下では、第2振動部53について代表して説明し、第2振動部54については、その説明を省略する。
フレーム部531の外形は、Z軸を法線とする平面視にて、ほぼ90度の扇型をなしている。また、フレーム部531の外形は、第1振動部51、52のフレーム部511、521と同じである。このフレーム部531には、一対の第2開口531bと、第3開口531cとが形成されている。
Hereinafter, the second vibrating portions 53 and 54 will be described in detail. Since the second vibrating portions 53 and 54 have the same configuration, the second vibrating portion 53 will be representatively described below, and the second vibrating portions 53 and 54 will be Description of the vibrating portion 54 is omitted.
The outer shape of the frame portion 531 forms a fan shape of approximately 90 degrees in plan view with the Z axis as the normal. Also, the outer shape of the frame portion 531 is the same as that of the frame portions 511 and 521 of the first vibrating portions 51 and 52 . The frame portion 531 is formed with a pair of second openings 531b and a third opening 531c.

各第2の開口511bの内側には、X軸方向変位部536が設けられている。X軸方向変位部536は、枠部536aと、枠部536aの内側に設けられた複数の検出電極536bとで構成されている。検出電極536bは、Y軸方向に延在して、かつ互いにX軸方向に離間して設けられている。
このようなX軸方向変位部536は、4つのバネ部537によって、フレーム部531に接続されている。各バネ部537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。各バネ部537をこのような形状とすることにより、バネ部537をX軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部537のX軸方向以外の方向(すなわち、Y軸方向およびZ軸方向)への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、X軸方向変位部536をスムーズにX軸方向に変位させることができる。
An X-axis direction displacement portion 536 is provided inside each second opening 511b. The X-axis direction displacement portion 536 is composed of a frame portion 536a and a plurality of detection electrodes 536b provided inside the frame portion 536a. The detection electrodes 536b extend in the Y-axis direction and are spaced apart from each other in the X-axis direction.
Such an X-axis direction displacement portion 536 is connected to the frame portion 531 by four spring portions 537 . Each spring portion 537 has a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. By forming each spring portion 537 in such a shape, the spring portion 537 can be smoothly expanded and contracted in the X-axis direction, and the spring portion 537 can be extended in directions other than the X-axis direction (that is, the Y-axis direction and the Z-axis direction). direction) can be effectively prevented or suppressed. Therefore, the X-axis direction displacement portion 536 can be smoothly displaced in the X-axis direction.

第3開口531cの内側には、Z軸方向変位部532が設けられている。Z軸方向変位部532は、軸部533、534によってフレーム部531に連結されている。軸部533、534は、X軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Z軸方向変位部532は、物理量センサー1にZ軸方向の応力が加わると、軸部533、534をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部533、534まわりに回転する。
以上、第2振動部53について説明した。第2振動部54は、前述したように、第2振動部53と同様の構成であり、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わるX軸に対して対称的に設けられている。但し、第2振動部53、54についても前述同様、中心OやX軸に対して完全に対称である必要はない。
A Z-axis displacement portion 532 is provided inside the third opening 531c. The Z-axis displacement portion 532 is connected to the frame portion 531 by shaft portions 533 and 534 . The shaft portions 533 and 534 extend in the X-axis direction and are provided coaxially. Therefore, when a stress in the Z-axis direction is applied to the physical quantity sensor 1, the Z-axis direction displacement part 532 rotates around the shaft parts 533 and 534 while torsionally deforming the shaft parts 533 and 534 around the axes.
The second vibrating portion 53 has been described above. As described above, the second vibrating portion 54 has the same configuration as the second vibrating portion 53, and is symmetrical with respect to the X-axis that intersects the center O of the ring portion 31 in plan view with the Z-axis as the normal line. is provided However, the second vibrating portions 53 and 54 do not need to be completely symmetrical with respect to the center O and the X axis, as described above.

(第1内側バネ部)
第1内側バネ部81は、第1振動部51とリング部31とを連結している。また、第1内側バネ部82は、第1振動部52とリング部31とを連結している。このような第1内側バネ部81、82は、互いに同様の構成であるため、以下では、第1内側バネ部81について代表して説明し、第1内側バネ部82については、その説明を省略する。
(First inner spring portion)
The first inner spring portion 81 connects the first vibrating portion 51 and the ring portion 31 . Also, the first inner spring portion 82 connects the first vibrating portion 52 and the ring portion 31 . Since the first inner spring portions 81 and 82 have the same configuration, the first inner spring portion 81 will be described below as a representative, and the description of the first inner spring portion 82 will be omitted. do.

第1内側バネ部81は、一対のバネ部811、812で構成されており、各バネ部811、812は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部811、812は、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心O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811、812をこのような形状とすることにより、第1内側バネ部81を、Y軸方向およびZ軸方向への変形を抑制(規制)しつつX軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第1内側バネ部81をX軸方向に伸縮させつつ、第1振動部51をX軸方向にスムーズに振動させることができる。 The first inner spring portion 81 is composed of a pair of spring portions 811 and 812. Each spring portion 811 and 812 has a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. Moreover, the spring portions 811 and 812 are provided symmetrically with respect to the X-axis that intersects the center O of the ring portion 31 in plan view with the Z-axis as the normal. By forming each of the spring portions 811 and 812 in such a shape, the first inner spring portion 81 can smoothly expand and contract in the X-axis direction while suppressing (restricting) deformation in the Y-axis and Z-axis directions. can be done. Therefore, as will be described later, it is possible to smoothly vibrate the first vibrating portion 51 in the X-axis direction while expanding and contracting the first inner spring portion 81 in the X-axis direction.

(第2内側バネ部)
第2内側バネ部83は、第2振動部53とリング部31とを連結している。また、第2内側バネ部84は、第2振動部54とリング部31とを連結している。このような第2内側バネ部83、84は、互いに同様の構成であるため、以下では、第2内側バネ部83について代表して説明し、第1内側バネ部84については、その説明を省略する。
(Second inner spring portion)
The second inner spring portion 83 connects the second vibrating portion 53 and the ring portion 31 . Also, the second inner spring portion 84 connects the second vibrating portion 54 and the ring portion 31 . Since the second inner spring portions 83 and 84 have the same configuration, the second inner spring portion 83 will be described below as a representative, and the description of the first inner spring portion 84 will be omitted. do.

第2内側バネ部83は、一対のバネ部831、832で構成されており、各バネ部831、832は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部831、832は、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。第2内側バネ部83をこのような構成とすることにより、第2内側バネ部83を、X軸方向およびZ軸方向への変形を抑制(規制)しつつY軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第2内側バネ部83をY軸方向に伸縮させつつ、第2振動部53をY軸方向にスムーズに振動させることができる。 The second inner spring portion 83 is composed of a pair of spring portions 831 and 832. Each spring portion 831 and 832 has a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. Moreover, the spring portions 831 and 832 are provided symmetrically with respect to the Y-axis that intersects the center O of the ring portion 31 in plan view with the Z-axis as the normal. By configuring the second inner spring portion 83 as described above, the second inner spring portion 83 can be smoothly expanded and contracted in the Y-axis direction while suppressing (restricting) deformation in the X-axis direction and the Z-axis direction. can be done. Therefore, as will be described later, it is possible to smoothly vibrate the second vibrating portion 53 in the Y-axis direction while expanding and contracting the second inner spring portion 83 in the Y-axis direction.

(内側固定部)
内側固定部61、62、63、64は、リング部31を支持する機能を有している。このような内側固定部61、62、63、64は、それぞれ、4つの振動部51、52、53、54の内側に設けられている。内側固定部61、62、63、64をこのように配置することにより、スペースを有効活用することができ、物理量センサー1の小型化を図ることができる。また、梁71、72、73、74の長さを短くすることができるため、リング部31をより安定して支持することができる。更に、内側固定部61、62、63、64をこのように配置することにより、第1振動部51、52、第2振動部53、54のストッパーとしての役割を担わせることができる。
(inner fixed part)
The inner fixing parts 61 , 62 , 63 , 64 have the function of supporting the ring part 31 . Such inner fixed portions 61, 62, 63, 64 are provided inside the four vibrating portions 51, 52, 53, 54, respectively. By arranging the inner fixing portions 61, 62, 63, and 64 in this way, the space can be effectively utilized, and the size of the physical quantity sensor 1 can be reduced. Moreover, since the lengths of the beams 71, 72, 73, and 74 can be shortened, the ring portion 31 can be supported more stably. Furthermore, by arranging the inner fixing parts 61, 62, 63, 64 in this way, they can serve as stoppers for the first vibrating parts 51, 52 and the second vibrating parts 53, 54. FIG.

内側固定部61、62、63、64は、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の外周まわりに90度間隔で設けられている。具体的には、Z軸を法線とする平面視にて、リング部31の中心Oと交わり、X軸およびY軸のそれぞれの軸に対して45度傾いた一対の軸をJ1、J2としたとき、内側固定部61、63が軸J1上に位置し、かつリング部31を介して対向配置されている。また、内側固定部62、64が軸J2上に位置し、かつリング部31を介して対向配置されている。
言い換えれば、4つの内側固定部61、62、63、64は、X軸およびY軸の両軸に対して鏡面対象の位置に設けられている。これにより、リング部31を安定して支持することができる。
The inner fixing portions 61, 62, 63, and 64 are provided around the outer circumference of the ring portion 31 at intervals of 90 degrees in plan view with the Z axis as the normal. Specifically, J1 and J2 are a pair of axes that intersect the center O of the ring portion 31 and are inclined by 45 degrees with respect to each of the X axis and the Y axis in plan view with the Z axis as the normal. When this is done, the inner fixed portions 61 and 63 are positioned on the axis J1 and arranged to face each other with the ring portion 31 interposed therebetween. In addition, the inner fixing portions 62 and 64 are positioned on the axis J2 and arranged to face each other with the ring portion 31 interposed therebetween.
In other words, the four inner fixed portions 61, 62, 63, 64 are provided at mirror-symmetrical positions with respect to both the X-axis and the Y-axis. Thereby, the ring portion 31 can be stably supported.

(梁)
梁71、72、73、74は、リング部31と内側固定部61、62、63、64とを連結している。梁71は、軸J1に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部61とを連結している。同様に、梁72は、軸J2に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部62とを連結している。また、梁73は、軸J1に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部63とを連結している。また、梁74は、軸J2上に沿って直線状に延在し、リング部31と内側固定部64とを連結している。
(Beam)
Beams 71 , 72 , 73 , 74 connect ring portion 31 and inner fixing portions 61 , 62 , 63 , 64 . The beam 71 extends linearly along the axis J1 and connects the ring portion 31 and the inner fixing portion 61 . Similarly, the beam 72 extends linearly along the axis J2 and connects the ring portion 31 and the inner fixing portion 62 . The beam 73 extends linearly along the axis J1 and connects the ring portion 31 and the inner fixing portion 63 . The beam 74 extends linearly along the axis J2 and connects the ring portion 31 and the inner fixed portion 64 .

このような梁71、72、73、74は、それぞれ、リング部31の側面のX軸およびY軸のそれぞれの軸に対して45度傾斜した各部位(固定点、第1グループの固定点)に接続されている。この各固定点は、図3に示すように、リング部31の円環振動の節となる部位(すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位)である。このような各固定点に梁71、72、73、74を接続することにより、梁71、72、73、74によって、リング部31の円環振動が阻害されず、かつ円環振動に起因する振動が梁71、72、73、74および固定部61、62、63、64を介して振動系構造体3の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体3の振動のQ値が高くなり、物理量センサー1の検知精度が向上する。また、振動系構造体3を効率的に振動させることができるため、振動手段4の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
また、梁71、72、73、74は、リング部31の中心Oに対する動径方向(延在方向)に動く(変形する)ことを制限されている。これにより、内側固定部61、62、63、64によってリング部31をより安定して支持することができると共に、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
Such beams 71 , 72 , 73 , 74 are respectively inclined by 45 degrees with respect to the respective X-axis and Y-axis of the side surface of the ring portion 31 (fixing points, fixing points of the first group). It is connected to the. As shown in FIG. 3, each fixed point is a node of the annular vibration of the ring portion 31 (that is, a portion where substantially no displacement or deformation occurs). By connecting the beams 71 , 72 , 73 , 74 to the respective fixed points, the beams 71 , 72 , 73 , 74 do not hinder the circular vibration of the ring portion 31 , and the vibration caused by the circular vibration is prevented. Leakage of vibration to the outside of the vibration system structure 3 via the beams 71, 72, 73, 74 and the fixed portions 61, 62, 63, 64 is prevented or suppressed. As a result, the vibration Q value of the vibration system structure 3 is increased, and the detection accuracy of the physical quantity sensor 1 is improved. In addition, since the vibration system structure 3 can be vibrated efficiently, the output of the vibrating means 4 can be reduced, and as a result, the size of the physical quantity sensor 1 can be reduced.
Moreover, the beams 71 , 72 , 73 , and 74 are restricted from moving (deforming) in the radial direction (extending direction) with respect to the center O of the ring portion 31 . As a result, the ring portion 31 can be more stably supported by the inner fixing portions 61, 62, 63, and 64, and vibration leakage can be more effectively prevented or suppressed.

(外側固定部)
外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682は、それぞれ、4つの振動部51、52、53、54の外側に設けられている。また、外側固定部651、652は、第1振動部51に対応して設けられており、互いにY軸方向に離間している。同様に、外側固定部661、662は、第1振動部52に対応して設けられており、互いにY軸方向に離間している。また、外側固定部671、672は、第2振動部53に対応して設けられており、互いにX軸方向に離間している。また、外側固定部681、682は、第2振動部54に対応して設けられており、互いにX軸方向に離間して設けられている。
(outside fixed part)
The outer fixed parts 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 are provided outside the four vibrating parts 51, 52, 53, 54, respectively. In addition, the outer fixed portions 651 and 652 are provided corresponding to the first vibrating portion 51 and are separated from each other in the Y-axis direction. Similarly, the outer fixed portions 661 and 662 are provided corresponding to the first vibrating portion 52 and separated from each other in the Y-axis direction. In addition, the outer fixing portions 671 and 672 are provided corresponding to the second vibrating portion 53 and are separated from each other in the X-axis direction. In addition, the outer fixed portions 681 and 682 are provided corresponding to the second vibrating portion 54 and are provided apart from each other in the X-axis direction.

(外側バネ部)
外側バネ部851、852、861、862、871、872、881、882は、外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682と振動部51、52、53、54とを連結している。具体的には、外側バネ部851、852は、第1の振動部51と外側固定部651、652とを連結し、外側バネ部861、862は、第1の振動部52と外側固定部661、656とを連結し、外側バネ部871、872は、第2の振動部53と外側固定部671、672とを連結し、外側バネ部881、882は、第2の振動部54と外側固定部681、682とを連結している。
(outer spring part)
The outer spring portions 851, 852, 861, 862, 871, 872, 881, 882 connect the outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 and the vibrating portions 51, 52, 53, 54. are connected. Specifically, the outer spring portions 851 and 852 connect the first vibrating portion 51 and the outer fixing portions 651 and 652 , and the outer spring portions 861 and 862 connect the first vibrating portion 52 and the outer fixing portion 661 . , 656, the outer spring portions 871 and 872 connect the second vibrating portion 53 and the outer fixed portions 671 and 672, and the outer spring portions 881 and 882 connect the second vibrating portion 54 and the outer fixed portions. The parts 681 and 682 are connected.

外側バネ部851、852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、外側バネ部851、852は、リング部31の中心Oと交わるX軸に対して対称的に設けられている。
同様に、外側バネ部861、862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、外側バネ部861、862は、リング部31の中心Oと交わるX軸に対して対称的に設けられている。
外側バネ部871、872は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部871、872は、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。
The outer spring portions 851 and 852 are shaped to extend in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. Also, the outer spring portions 851 and 852 are provided symmetrically with respect to the X-axis that intersects the center O of the ring portion 31 .
Similarly, the outer spring portions 861 and 862 are shaped to extend in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. Also, the outer spring portions 861 and 862 are provided symmetrically with respect to the X-axis that intersects the center O of the ring portion 31 .
The outer spring portions 871 and 872 are shaped to extend in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. Also, the outer spring portions 871 and 872 are provided symmetrically with respect to the Y-axis that intersects the center O of the ring portion 31 .

同様に、外側バネ部881、882は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部881、882は、リング部31の中心Oと交わるY軸に対して対称的に設けられている。但し、外側バネ部851と852、861と862、871と872、881と882は、中心OやX軸、或いはY軸に対して完全に対称であることが本発明の必須条件ではない。
以上のような振動系構造体3は、固有の共振周波数を有している。これにより、後述するように、振動系構造体3を共振モードで駆動することができ、角速度の検出精度を向上させることができる。
Similarly, the outer spring portions 881 and 882 are shaped to extend in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. Also, the outer spring portions 881 and 882 are provided symmetrically with respect to the Y-axis intersecting the center O of the ring portion 31 . However, it is not an essential condition of the present invention that the outer spring portions 851 and 852, 861 and 862, 871 and 872, 881 and 882 are completely symmetrical with respect to the center O, the X axis, or the Y axis.
The vibration system structure 3 as described above has a unique resonance frequency. Thereby, as will be described later, the vibration system structure 3 can be driven in the resonance mode, and the angular velocity detection accuracy can be improved.

-基板-
基板2は、振動系構造体3を支持するものである。図2に示すように、基板2は、板状をなしており、XY面内に設けられている。そして、基板2の上面に、振動系構造体3の内側固定部61、62、63、64および外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682を接合することにより、振動系構造体3が基板2に固定・支持される。
-substrate-
The substrate 2 supports the vibration system structure 3 . As shown in FIG. 2, the substrate 2 has a plate shape and is provided within the XY plane. By bonding the inner fixing portions 61, 62, 63, 64 and the outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 of the vibration system structure 3 to the upper surface of the substrate 2, the vibration A system structure 3 is fixed and supported on the substrate 2 .

基板2と内側固定部61、62、63、64および外側固定部651、652、661、662、671、672、681、682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してもよしい、振動系構造体3および基板2の構成材料によっては、接着剤等の支持部材を用いて接合してもよい。
また、基板2の上面(振動系構造体3と対向する側の面)には、必要に応じて凹部が形成されている。この凹部は、基板2と振動系構造体3の実際に振動する部分(例えば、第1振動部51、52および第2振動部53、54)との接触を防止する機能を有している。
このような基板2は、例えば、シリコンなどの半導体基板、ガラス、石英などの絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板を各種加工技術を用いて所望の外形形状に加工することにより形成されている。これにより、物理量センサー1の構成が簡単なものとなる。
The bonding method of the substrate 2 and the inner fixing parts 61, 62, 63, 64 and the outer fixing parts 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 is not particularly limited, and various methods such as direct bonding and anodic bonding are possible. Depending on the constituent materials of the vibration system structure 3 and the substrate 2, they may be joined using a joining method.
In addition, recesses are formed on the upper surface of the substrate 2 (the surface facing the vibration system structure 3) as necessary. This concave portion has a function of preventing contact between the substrate 2 and the portion of the vibration system structure 3 that actually vibrates (for example, the first vibrating portions 51 and 52 and the second vibrating portions 53 and 54).
Such a substrate 2 is formed by processing, for example, a semiconductor substrate such as silicon, an insulating substrate such as glass or quartz, or a composite substrate in which a semiconductor layer and an insulating layer are laminated into a desired outer shape using various processing techniques. It is formed by This simplifies the configuration of the physical quantity sensor 1 .

-振動手段-
振動手段4は、第1振動部51、52を互いに逆位相でX軸方向に所定の周波数(第1の周波数)で振動させる機能を有している。すなわち、振動手段4は、第1振動部51、52を互いにリング部31に接近する方向(内側)に変位させる状態と、第1振動部51、52を互いにリング部31から離間する方向(外側)に変位させる状態とを繰り返すように第1振動部51、52を振動させる。
-Vibration Means-
The vibrating means 4 has a function of vibrating the first vibrating portions 51 and 52 in opposite phases to each other in the X-axis direction at a predetermined frequency (first frequency). That is, the vibrating means 4 displaces the first vibrating portions 51 and 52 in a direction (inward) toward the ring portion 31 and in a direction (outward) in which the first vibrating portions 51 and 52 move away from the ring portion 31 (outward). ), the first vibrating portions 51 and 52 are vibrated so as to repeat the state of displacing to ).

このような振動手段4は、第1振動部51が有する駆動電極515に対応して設けられた複数の固定電極41を有している。各固定電極41は、駆動電極515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411、412を有している。同様に、振動手段4は、第1振動部52が有する各駆動電極525に対応して設けられた複数の固定電極42を有している。各固定電極42は、駆動電極525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421、422を有している。 Such vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 41 provided corresponding to the driving electrodes 515 of the first vibrating portion 51 . Each fixed electrode 41 has a pair of comb-shaped electrode pieces 411 and 412 arranged opposite to each other in the X-axis direction with a drive electrode 515 interposed therebetween. Similarly, the vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 42 provided corresponding to the drive electrodes 525 of the first vibrating portion 52 . Each fixed electrode 42 has a pair of comb-shaped electrode pieces 421 and 422 arranged opposite to each other in the X-axis direction with a drive electrode 525 interposed therebetween.

そして、振動手段4は、図示しない電源によって、各電極片411、421と、各電極片412、422に位相が180度ずれた交番電圧を印加することにより、各駆動電極515、525と各電極片411、421との間と、各駆動電極515、525と各電極片412、422との間にそれぞれ静電力を発生させ、第1内側バネ部81、82および外側バネ部851、852、861、862をX軸方向に伸縮させつつ、第1振動部51、52が互いに逆位相でかつ所定の周波数でX軸方向に振動する。 The vibrating means 4 applies alternating voltages 180 degrees out of phase to the electrode strips 411 and 421 and to the electrode strips 412 and 422 from a power source (not shown). Electrostatic forces are generated between the strips 411 and 421 and between the drive electrodes 515 and 525 and the electrode strips 412 and 422, respectively, to generate the first inner spring portions 81 and 82 and the outer spring portions 851, 852 and 861. , 862 in the X-axis direction, the first vibrating portions 51 and 52 vibrate in the X-axis direction at a predetermined frequency and in opposite phases.

交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、振動系構造体3の共振周波数とほぼ等しいのが好ましい。これにより、振動系構造体3を共振モードで駆動することができるため、角速度の検出精度を向上させることができる。
第1振動部51、52が互いに逆位相に振動すると、その振動が第1内側バネ部81、82を伝達してリング部31に伝達される。すると、リング部31は、第1振動部51、52が内側に向けて変位するときに、X軸方向に収縮すると共にY軸方向に伸張するように変形し、第1振動部51、52が外側に向けて変位するときに、X軸方向に伸張すると共にY軸方向に収縮するように変形する。すなわち、リング部31は、第1振動部51、52の振動と同期して円環振動する。
Although the frequency of the alternating voltage is not particularly limited, it is preferably substantially equal to the resonance frequency of the vibrating structure 3 . As a result, since the vibration system structure 3 can be driven in the resonance mode, it is possible to improve the detection accuracy of the angular velocity.
When the first vibrating portions 51 and 52 vibrate in opposite phases, the vibration is transmitted to the ring portion 31 through the first inner spring portions 81 and 82 . Then, when the first vibrating portions 51 and 52 are displaced inward, the ring portion 31 contracts in the X-axis direction and expands in the Y-axis direction. When it is displaced outward, it deforms so as to expand in the X-axis direction and contract in the Y-axis direction. That is, the ring portion 31 is circularly vibrated in synchronization with the vibration of the first vibrating portions 51 and 52 .

さらに、円環振動によってリング部31がX軸方向に収縮すると共にY軸方向に伸張するように変形すると、その変形によって、第2振動部53、54が共に外側に変位し、逆に、X軸方向に伸張すると共にY軸方向に収縮するように変形すると、第2振動部53、54が共に内側に変位する。すなわち、リング部31の円環振動に同期して、第2振動部53、54が互いに逆位相でY軸方向に振動する。 Furthermore, when the ring portion 31 is deformed so as to contract in the X-axis direction and expand in the Y-axis direction due to the circular vibration, the deformation causes both the second vibrating portions 53 and 54 to be displaced outward. Both the second vibrating parts 53 and 54 are displaced inward when deformed so as to expand in the axial direction and contract in the Y-axis direction. That is, in synchronization with the circular vibration of the ring portion 31, the second vibrating portions 53 and 54 vibrate in the Y-axis direction in opposite phases.

すなわち、物理量センサー1では、リング部31の円環振動を利用して、第1振動部515、52を内側へ向けて変位させつつ第2振動部53、54を外側に向けて変位させる状態と、第1振動部51、52を外側に向けて変位させつつ第2振動部53、54を内側へ変位させる状態とが繰り返されるように、振動部51、52、53、54を振動させることができる。 That is, in the physical quantity sensor 1, the circular vibration of the ring portion 31 is used to displace the first vibrating portions 515 and 52 inward while displacing the second vibrating portions 53 and 54 outward. , and displacing the first vibrating portions 51 and 52 outward while displacing the second vibrating portions 53 and 54 inward are repeated. can.

リング部31の梁71、72、73、74が接続された固定点は、リング部31の円環振動の節となる部位(すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位)である。そのため、梁71、72、73、74によってリング部31の円環振動が阻害さることがなく、かつ円環振動に起因する振動が梁71、72、73、74および固定部61、62、63、64を介して振動系構造体3の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体3の振動のQ値が高くなり、物理量センサー1の検知精度が向上する。また、振動系構造体3を効率的に振動させることができるため、振動手段4の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
また、本実施形態のような静電駆動によれば、よりスムーズかつ確実に、上記のような振動を起こすことができる。また、本実施形態では、振動手段4を各振動部51、52、53、54の内側に接続しているため、スペースを有効活用でき、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
The fixed points to which the beams 71, 72, 73, and 74 of the ring portion 31 are connected are the nodes of the ring vibration of the ring portion 31 (that is, the portions where substantially no displacement or deformation occurs). Therefore, the beams 71, 72, 73, and 74 do not interfere with the circular vibration of the ring portion 31, and the vibration caused by the circular vibration does not , 64 to the outside of the vibration system structure 3 is prevented or suppressed. As a result, the vibration Q value of the vibration system structure 3 is increased, and the detection accuracy of the physical quantity sensor 1 is improved. In addition, since the vibration system structure 3 can be vibrated efficiently, the output of the vibrating means 4 can be reduced, and as a result, the size of the physical quantity sensor 1 can be reduced.
Further, according to the electrostatic drive as in the present embodiment, the above vibration can be generated more smoothly and reliably. Further, in this embodiment, since the vibrating means 4 is connected to the inner side of each vibrating portion 51, 52, 53, 54, the space can be effectively utilized and the size of the physical quantity sensor 1 can be reduced.

-検出手段9-
検出手段9は、図4に示すように、変位トランスデューサー91、92、93、94と、回転トランスデューサー95、96、97、98とを有している。なお、図4では、説明の便宜上、物理量センサー1の構成要素の一部の図示を省略している。
変位トランスデューサー91は、第1振動部51に設けられたY軸方向変位部516と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極911とを有している。固定電極911は、Y軸方向変位部516が有する検出電極516bに対応して複数設けられている。各固定電極911は、検出電極516bを介して対向配置された一対の電極片911a、911bを有しており、これら各電極片911a、911bは、X軸方向に延在して設けられている。
-Detection means 9-
The detection means 9 comprises displacement transducers 91, 92, 93, 94 and rotation transducers 95, 96, 97, 98, as shown in FIG. In addition, in FIG. 4, illustration of some of the components of the physical quantity sensor 1 is omitted for convenience of explanation.
The displacement transducer 91 has a Y-axis direction displacement portion 516 provided in the first vibrating portion 51 and a fixed electrode 911 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 911 are provided corresponding to the detection electrodes 516 b of the Y-axis displacement portion 516 . Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b arranged opposite to each other via a detection electrode 516b, and these electrode pieces 911a and 911b are provided extending in the X-axis direction. .

変位トランスデューサー92は、第1振動部52に設けられたY軸方向変位部526と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極921とを有している。固定電極921は、Y軸方向変位部526が有する検出電極526bに対応して複数設けられている。各固定電極921は、検出電極526bを介して対向配置された一対の電極片921a、921bを有しており、これら各電極片921a、921bは、X軸方向に延在して設けられている。 The displacement transducer 92 has a Y-axis direction displacement portion 526 provided in the first vibrating portion 52 and a fixed electrode 921 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 921 are provided corresponding to the detection electrodes 526 b of the Y-axis displacement portion 526 . Each fixed electrode 921 has a pair of electrode pieces 921a and 921b arranged opposite to each other via a detection electrode 526b, and these electrode pieces 921a and 921b are provided extending in the X-axis direction. .

変位トランスデューサー93は、第2振動部53に設けられたX軸方向変位部536と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極931とを有している。固定電極931は、X軸方向変位部536が有する検出電極536bに対応して複数設けられている。各固定電極931は、検出電極536bを介して対向配置された一対の電極片931a、931bを有しており、これら各電極片931a、931bは、Y軸方向に延在して設けられている。 The displacement transducer 93 has an X-axis direction displacement portion 536 provided in the second vibrating portion 53 and a fixed electrode 931 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 931 are provided corresponding to the detection electrodes 536 b of the X-axis direction displacement portion 536 . Each fixed electrode 931 has a pair of electrode strips 931a and 931b arranged opposite to each other with a detection electrode 536b interposed therebetween, and these electrode strips 931a and 931b are provided extending in the Y-axis direction. .

変位トランスデューサー94は、第2振動部54に設けられたX軸方向変位部546と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極941とを有している。固定電極941は、X軸方向変位部546が有する検出電極546bに対応して複数設けられている。各固定電極941は、検出電極546bを介して対向配置された一対の電極片941a、941bを有しており、これら各電極片941a、941bは、Y軸方向に延在して設けられている。
本実施形態では、これら変位トランスデューサー91、92、93、94を、振動部51、52、53、54の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
The displacement transducer 94 has an X-axis direction displacement portion 546 provided in the second vibrating portion 54 and a fixed electrode 941 fixed to the substrate 2 via an anchor. A plurality of fixed electrodes 941 are provided corresponding to the detection electrodes 546 b of the X-axis direction displacement portion 546 . Each fixed electrode 941 has a pair of electrode strips 941a and 941b arranged to face each other via a detection electrode 546b, and these electrode strips 941a and 941b are provided extending in the Y-axis direction. .
In this embodiment, since these displacement transducers 91, 92, 93, and 94 are connected inside the vibrating parts 51, 52, 53, and 54, the space of the device can be effectively used, and the physical quantity sensor 1 can be made smaller. can be achieved.

回転トランスデューサー95は、第1振動部51に軸513、514を介して設けられたZ軸方向変位部512と、基板2に固定されZ軸方向変位部512とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極951と、を有している。
回転トランスデューサー96は、第1振動部52に軸523、524を介して設けられたZ軸方向変位部522と、基板2に固定されZ軸方向変位部522とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極961と、を有している。
The rotation transducer 95 is fixed to the substrate 2 and faces the Z-axis direction displacement portion 512 provided on the first vibrating portion 51 via the shafts 513 and 514 while being separated from the Z-axis direction displacement portion 512 in the Z-axis direction. and a fixed electrode 951 disposed thereon.
The rotation transducer 96 is fixed to the substrate 2 and faces the Z-axis direction displacement portion 522 provided on the first vibrating portion 52 via the shafts 523 and 524 while being spaced apart in the Z-axis direction. and a fixed electrode 961 disposed thereon.

回転トランスデューサー97は、第2振動部53に軸533、534を介して設けられたZ軸方向変位部532と、基板2に固定されZ軸方向変位部532とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極971と、を有している。
回転トランスデューサー98は、第2振動部54に軸543、544を介して設けられたZ軸方向変位部542と、基板2に固定されZ軸方向変位部542とZ軸方向に離間して対向配置された固定電極981と、を有している。
本実施形態では、これら回転トランスデューサー95、96、97、98を、振動部51、52、53、54の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー1の小型化を図ることができる。
The rotation transducer 97 is fixed to the substrate 2 and faces the Z-axis direction displacement portion 532 provided on the second vibrating portion 53 via the shafts 533 and 534 while being spaced apart in the Z-axis direction. and a fixed electrode 971 disposed thereon.
The rotation transducer 98 is fixed to the substrate 2 and faces the Z-axis direction displacement portion 542 provided on the second vibrating portion 54 via the shafts 543 and 544 while being spaced apart in the Z-axis direction. and a fixed electrode 981 disposed thereon.
In this embodiment, since these rotary transducers 95, 96, 97, and 98 are connected inside the vibrating units 51, 52, 53, and 54, the space of the device can be effectively utilized, and the physical quantity sensor 1 can be miniaturized. can be achieved.

以下、このような検出手段9による角速度の検出方法について、図5、図6および図7に基づいて簡単に説明する。なお、図5、図6および図7では、説明の便宜上、物理量センサー1の構成の一部の図示を省略している。
-Z軸まわりの角速度の検出-
図5に示すように、振動手段4によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54をY軸方向に振動させた状態で物理量センサー1にZ軸まわりの角速度ωが加わると、X軸方向に振動する第1振動部51、52にY軸方向のコリオリ力が作用し、Y軸方向に振動する第2振動部53、54にX軸方向のコリオリ力が作用する。
A method of detecting the angular velocity by the detecting means 9 will be briefly described below with reference to FIGS. 5, 6 and 7. FIG. 5, 6 and 7 omit illustration of a part of the configuration of the physical quantity sensor 1 for convenience of explanation.
-Detection of angular velocity around Z-axis-
As shown in FIG. 5, the vibrating means 4 vibrates the first vibrating portions 51 and 52 in the X-axis direction, while vibrating the second vibrating portions 53 and 54 in the Y-axis direction. When an angular velocity ω about the axis is applied, a Coriolis force in the Y-axis direction acts on the first vibrating portions 51 and 52 vibrating in the X-axis direction, and the second vibrating portions 53 and 54 vibrating in the Y-axis direction act on the X-axis direction. of Coriolis force acts.

このようなコリオリ力が作用すると、第1振動部51では、Y軸方向変位部516がフレーム部511に対してY軸方向に変位し、これにより、検出電極516bと電極片911aの間の静電容量と、検出電極516bと電極片911bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第1振動部52でも、Y軸方向変位部526がフレーム部521に対してY軸方向に変位し、これにより、検出電極526bと電極片921aの間の静電容量と、検出電極516bと電極片921bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。 When such a Coriolis force acts, in the first vibrating portion 51, the Y-axis direction displacement portion 516 is displaced in the Y-axis direction with respect to the frame portion 511, thereby causing static electricity between the detection electrode 516b and the electrode piece 911a. The capacitance and the capacitance between the detection electrode 516b and the electrode strip 911b change, resulting in a difference in these capacitances. Similarly, in the first vibrating portion 52, the Y-axis direction displacement portion 526 is displaced in the Y-axis direction with respect to the frame portion 521, thereby causing the electrostatic capacitance between the detection electrode 526b and the electrode piece 921a and the detection electrode The capacitance between 516b and the electrode piece 921b changes and a difference is produced between these capacitances.

また、第2振動部53では、X軸方向変位部536がフレーム部531に対してX軸方向に変位し、これにより、検出電極536bと電極片931aの間の静電容量と、検出電極536bと電極片931bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第2振動部54でも、X軸方向変位部546がフレーム部541に対してX軸方向に変位し、これにより、検出電極546bと電極片941aの間の静電容量と、検出電極546bと電極片941bの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。
そして、検出手段9は、各振動部51、52、53、54で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー1に加わるZ軸まわりの角速度を検出することができる。
In addition, in the second vibrating portion 53, the X-axis direction displacement portion 536 is displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, whereby the capacitance between the detection electrode 536b and the electrode piece 931a and the capacitance between the detection electrode 536b , and the capacitance between the electrode piece 931b changes, and a difference occurs between these capacitances. Similarly, in the second vibrating portion 54, the X-axis direction displacement portion 546 is displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 541, thereby causing the electrostatic capacitance between the detection electrode 546b and the electrode piece 941a and the detection electrode The capacitance between 546b and the electrode piece 941b changes and a difference is produced between these capacitances.
The detecting means 9 detects such changes in capacitance occurring in the vibrating portions 51, 52, 53, and 54, and detects the angular velocity about the Z-axis applied to the physical quantity sensor 1 from the detection results. can be done.

-X軸まわりの角速度の検出-
図6に示した斜視図のように、振動手段4によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54をY軸方向に振動させた状態で物理量センサー1にX軸まわりの角速度が加わると、Y軸方向に振動する第2振動部53、54にZ軸方向のコリオリ力が作用する。
-Detection of angular velocity around X-axis-
As in the perspective view shown in FIG. When an angular velocity around the X-axis is applied to the sensor 1, a Coriolis force in the Z-axis direction acts on the second vibrating parts 53 and 54 vibrating in the Y-axis direction.

このようなコリオリ力が作用すると、第2振動部53では、Z軸方向変位部532が軸部533、534まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部532と固定電極971の間の静電容量が変化する。同様に、第2振動部54では、Z軸方向変位部542が軸部543、544まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部542と固定電極981の間の静電容量が変化する。
そして、検出手段9は、第2振動部53、54で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー1に加わるX軸まわりの角速度を検出することができる。
When such a Coriolis force acts, the Z-axis direction displacement portion 532 rotates around the shaft portions 533 and 534 in the second vibrating portion 53 . The capacitance changes. Similarly, in the second vibrating portion 54 , the Z-axis direction displacement portion 542 rotates around the shaft portions 543 and 544 , thereby changing the capacitance between the Z-axis direction displacement portion 542 and the fixed electrode 981 .
The detecting means 9 can detect such a change in capacitance occurring in the second vibrating portions 53 and 54 and detect the angular velocity about the X-axis applied to the physical quantity sensor 1 from the detection result.

-Y軸まわりの角速度の検出-
図7に示すように、振動手段4によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54をY軸方向に振動させた状態で物理量センサー1にY軸まわりの角速度が加わると、X軸方向に振動する第1振動部51、52にZ軸方向のコリオリ力が作用する。
-Detection of angular velocity around Y-axis-
As shown in FIG. 7, the vibrating means 4 vibrates the first vibrating portions 51 and 52 in the X-axis direction, while vibrating the second vibrating portions 53 and 54 in the Y-axis direction. When an angular velocity around the axis is applied, a Coriolis force in the Z-axis direction acts on the first vibrating parts 51 and 52 vibrating in the X-axis direction.

このようなコリオリ力が作用すると、第1振動部51では、Z軸方向変位部512が軸部513、514まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部512と固定電極951の間の静電容量が変化する。同様に、第1振動部52では、Z軸方向変位部522が軸部523、524まわりに回転し、これにより、Z軸方向変位部522と固定電極961の間の静電容量が変化する。 When such a Coriolis force acts, the Z-axis direction displacement portion 512 rotates around the shaft portions 513 and 514 in the first vibrating portion 51 . The capacitance changes. Similarly, in the first vibrating portion 52 , the Z-axis direction displacement portion 522 rotates around the shaft portions 523 and 524 , thereby changing the capacitance between the Z-axis direction displacement portion 522 and the fixed electrode 961 .

そして、検出手段9は、第1振動部51、52で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー1に加わるX軸まわりの角速度を検出することができる。
以上のように、物理量センサー1によれば、X軸、Y軸、Z軸の全ての軸まわりの角速度を検出することができる。そのため、小型で、利便性に優れた物理量センサー1となる。また、本実施形態では、静電型の検出手段9を用いているため、装置の小型化を図りつつ、検出精度の向上を図ることができる。
The detecting means 9 can detect such a change in capacitance occurring in the first vibrating portions 51 and 52 and detect the angular velocity about the X-axis applied to the physical quantity sensor 1 from the detection result.
As described above, the physical quantity sensor 1 can detect angular velocities around all of the X, Y, and Z axes. Therefore, the physical quantity sensor 1 is compact and highly convenient. Further, in this embodiment, since the electrostatic detection means 9 is used, it is possible to improve the detection accuracy while reducing the size of the device.

なお、物理量センサー1では、変位トランスデューサー91、92が一組となって、物理量センサー1に加わるY軸方向の加速度(直線加速度)をキャンセルする機能を有している。また、変位トランスデューサー93、94が一組となって、物理量センサー1に加わるX軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。また、回転トランスデューサー95、96、97、98が組となって、物理量センサー1に加わるZ軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。 In the physical quantity sensor 1 , the displacement transducers 91 and 92 are paired and have a function of canceling acceleration in the Y-axis direction (linear acceleration) applied to the physical quantity sensor 1 . A set of displacement transducers 93 and 94 has a function of canceling the acceleration applied to the physical quantity sensor 1 in the X-axis direction. A set of rotation transducers 95 , 96 , 97 , and 98 has a function of canceling the acceleration applied to the physical quantity sensor 1 in the Z-axis direction.

具体的には、例えば、物理量センサー1にY軸方向に加速度が加わると、第1振動部51のY軸方向変位部516と第1振動部52のY軸方向変位部526とが共にY軸方向同じ側に変位する。このようなY軸方向変位部516、526の変位は、Z軸まわりの角速度が加わった場合の変位(すなわち、Y軸方向変位部516、526のY軸方向互いに反対側への変位)と異なっている。そのため、物理量センサー1によれば、検出電極516bと各電極片911a、911bの間の静電容量および検出電極526bと各電極片921a、921bの間の静電容量の変化から、物理量センサー1に加わる加速度を検出することができ、この角速度を検出した場合は、検出した加速度を補正処理等によって電気的にキャンセルすることができる。その結果、物理量センサー1の角速度の検出精度がより向上する。X軸方向の加速度およびZ軸方向の加速度についても同様にしてキャンセルすることができる。 Specifically, for example, when acceleration is applied to the physical quantity sensor 1 in the Y-axis direction, both the Y-axis direction displacement portion 516 of the first vibrating portion 51 and the Y-axis direction displacement portion 526 of the first vibrating portion 52 move along the Y-axis. Displace in the same direction. Such displacement of the Y-axis direction displacement portions 516 and 526 is different from displacement when an angular velocity around the Z-axis is applied (that is, displacement of the Y-axis direction displacement portions 516 and 526 to opposite sides in the Y-axis direction). ing. Therefore, according to the physical quantity sensor 1, the change in the capacitance between the detection electrode 516b and the electrode pieces 911a and 911b and the change in the capacitance between the detection electrode 526b and the electrode pieces 921a and 921b causes the physical quantity sensor 1 to The applied acceleration can be detected, and when this angular velocity is detected, the detected acceleration can be electrically canceled by correction processing or the like. As a result, the detection accuracy of the angular velocity of the physical quantity sensor 1 is further improved. Acceleration in the X-axis direction and acceleration in the Z-axis direction can also be canceled in the same manner.

<第2実施形態>
図8は、本発明の物理量センサーの第2実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図8にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
<Second embodiment>
FIG. 8 is a plan view showing a second embodiment of the physical quantity sensor of the invention.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and descriptions of the same items will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of this embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the vibrating means is different. In addition, in FIG. 8, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above.

本実施形態の物理量センサー1では、第2振動部53、54にも振動手段4が接続されている。すなわち、第2振動部53に、X軸方向に延在する複数の駆動電極535が設けられており、第2振動部54にもX軸方向に延在する複数の駆動電極545が設けられている。
また、振動手段4は、第2振動部53が有する駆動電極535に対応して設けられた複数の固定電極43を有している。各固定電極43は、駆動電極535を介してY軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片431、432を有している。同様に、振動手段4は、第2振動部54が有する各駆動電極545に対応して設けられた複数の固定電極44を有している。各固定電極44は、駆動電極545を介してY軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片441、442を有している。
In the physical quantity sensor 1 of this embodiment, the vibrating means 4 is also connected to the second vibrating portions 53 and 54 . That is, the second vibrating portion 53 is provided with a plurality of drive electrodes 535 extending in the X-axis direction, and the second vibrating portion 54 is also provided with a plurality of drive electrodes 545 extending in the X-axis direction. there is
The vibrating means 4 also has a plurality of fixed electrodes 43 provided corresponding to the driving electrodes 535 of the second vibrating portion 53 . Each fixed electrode 43 has a pair of comb-shaped electrode pieces 431 and 432 arranged opposite to each other in the Y-axis direction with a drive electrode 535 interposed therebetween. Similarly, the vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 44 provided corresponding to the drive electrodes 545 of the second vibrating portion 54 . Each fixed electrode 44 has a pair of comb-shaped electrode pieces 441 and 442 arranged opposite to each other in the Y-axis direction with a drive electrode 545 interposed therebetween.

そして、振動手段4は、図示しない電源によって、電極片411、421、432、442と、電極片412、422、431、441とに180度位相のずれた交番電圧を印加することにより、第1振動部51、52を互いに逆位相でX軸方向に振動させつつ、第2振動部53、54を互いに逆位相でかつ第1振動部51、52とは反対側へY軸方向に振動させる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
The vibrating means 4 applies alternating voltages 180 degrees out of phase to the electrode strips 411, 421, 432, and 442 and the electrode strips 412, 422, 431, and 441 from a power supply (not shown) to generate the first While vibrating the vibrating portions 51 and 52 in opposite phases in the X-axis direction, the second vibrating portions 53 and 54 vibrate in opposite phases in the Y-axis direction to the opposite side of the first vibrating portions 51 and 52 .
Such a second embodiment can also exhibit the same effect as the first embodiment described above.

<第3実施形態>
図9は、本発明の物理量センサーの第3実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、振動系構造体の投影形状が異なる以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図9にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a plan view showing a third embodiment of the physical quantity sensor of the invention.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and descriptions of the same items will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of this embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the projected shape of the vibration system structure is different. In addition, in FIG. 9, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above.

本実施形態の物理量センサー1では、Z軸を法線とする平面視にて、振動部51、52、53、54の外形がそれぞれ台形をなしている。そして、Z軸方向を法線とする平面視にて、振動部51、52、53、54の集合体の投影外形がほぼ矩形となっている。これにより、物理量センサー1の小型化を図ることができる。また、例えば、物理量センサー1をチップ内に搭載する場合には、チップの形状と対応するため、チップへの搭載が簡単となる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
In the physical quantity sensor 1 of the present embodiment, each of the vibrating portions 51, 52, 53, and 54 has a trapezoidal outer shape in plan view with the Z axis as the normal. In a plan view with the Z-axis direction as a normal line, the projection outline of the assembly of the vibrating portions 51, 52, 53, and 54 is substantially rectangular. As a result, the size of the physical quantity sensor 1 can be reduced. Further, for example, when the physical quantity sensor 1 is mounted in a chip, mounting on the chip becomes easy because it corresponds to the shape of the chip.
Such a third embodiment can also exhibit the same effect as the first embodiment described above.

<第4実施形態>
図10は、本発明の物理量センサーの第4実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図10にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
<Fourth Embodiment>
FIG. 10 is a plan view showing a fourth embodiment of the physical quantity sensor of the invention.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and descriptions of the same items will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of this embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the vibrating means is different. In addition, in FIG. 10, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above.

本実施形態の振動手段4は、圧電駆動によって、第1振動部51、52をX軸方向に振動させるように構成されている。以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52については、その説明を省略する。
第1振動部51には、第1開口511aの内側に設けられ、基板2に固定された固定部518aと、第1開口511aの内側に設けられ、固定部518aとフレーム部511とを連結する複数の連結部518bとを有している。各連結部518bは、Y軸方向に延在して設けられていると共に、互いにX軸方向に離間して配置されている。
振動手段4は、各連結部518bに設けられた一対の圧電体素子45、46とを有している。圧電体素子45、46は、Y軸方向に延在して設けられており、かつX軸方向に離間して設けられている。
The vibrating means 4 of this embodiment is configured to vibrate the first vibrating portions 51 and 52 in the X-axis direction by piezoelectric driving. Below, the first vibrating portion 51 will be described as a representative, and the description of the first vibrating portion 52 will be omitted.
In the first vibrating portion 51, a fixed portion 518a is provided inside the first opening 511a and is fixed to the substrate 2, and the fixed portion 518a is provided inside the first opening 511a and connects the frame portion 511 and the fixed portion 518a. It has a plurality of connecting portions 518b. Each connecting portion 518b extends in the Y-axis direction and is spaced apart from each other in the X-axis direction.
The vibrating means 4 has a pair of piezoelectric elements 45 and 46 provided on each connecting portion 518b. The piezoelectric elements 45 and 46 extend in the Y-axis direction and are spaced apart in the X-axis direction.

圧電体素子45、46は、Z軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されており、一対の電極間に電圧を印加することにより、Y軸方向に伸張または収縮する。そのため、各圧電体素子45を伸張させると共に、各圧電体素子46を収縮させると、各連結部518bが湾曲変形し、フレーム部511と接続している側の端部がリング部31側に変位し、その結果、第1振動部51が内側に変位する。反対に、各圧電体素子45を収縮させると共に、各圧電体素子46を伸張させると、各連結部518bが湾曲変形し、フレーム部511と接続している側の端部がリング部31と反対側に変位し、その結果、第1振動部51が外側に変位する。 The piezoelectric elements 45 and 46 are composed of a pair of electrodes facing each other in the Z-axis direction and a piezoelectric layer interposed between the pair of electrodes, and a voltage is applied between the pair of electrodes. By doing so, it expands or contracts in the Y-axis direction. Therefore, when each piezoelectric element 45 is expanded and each piezoelectric element 46 is contracted, each connecting portion 518b is bent and deformed, and the end portion of the side connected to the frame portion 511 is displaced toward the ring portion 31 side. As a result, the first vibrating portion 51 is displaced inward. Conversely, when each piezoelectric element 45 is contracted and each piezoelectric element 46 is expanded, each connecting portion 518 b is bent and deformed, and the end portion of the side connected to the frame portion 511 is opposite to the ring portion 31 . side, and as a result, the first vibrating portion 51 is displaced outward.

構成の振動手段4では、各圧電体素子45を伸張させると共に、各圧電体素子46を収縮させる状態と、各圧電体素子45を収縮させると共に、各圧電体素子46を伸張させる状態とが交互に繰り返されるように各圧電体素子45、46に電圧を印加することにより、第1振動部51、52を互いに逆位相でX軸方向に振動させる。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
In the vibrating means 4 configured, a state in which each piezoelectric element 45 is expanded and each piezoelectric element 46 is contracted and a state in which each piezoelectric element 45 is contracted and each piezoelectric element 46 is expanded are alternately performed. , the first vibrating portions 51 and 52 are vibrated in opposite phases to each other in the X-axis direction.
Such a fourth embodiment can also exhibit the same effect as the first embodiment described above.

<第5実施形態>
図11は、本発明の物理量センサーの第5実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図11にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第1振動部51、52の構成は互いに同様であり、第2振動部53、54の構成は互いに同様であるため、以下では、第1振動部51と第2振動部53とについて代表して説明し、第1振動部52と第2振動部54については、その説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a plan view showing a fifth embodiment of the physical quantity sensor of the invention.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and descriptions of the same items will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of this embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In addition, in FIG. 11, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above. Also, since the configurations of the first vibrating portions 51 and 52 are similar to each other, and the configurations of the second vibrating portions 53 and 54 are similar to each other, the first vibrating portion 51 and the second vibrating portion 53 will be described below as a representative. , and description of the first vibrating portion 52 and the second vibrating portion 54 is omitted.

第1振動部51は、第2開口511bの内側に設けられ、フレーム部511に対してY軸方向に変位可能な板状のY軸方向変位部519aと、Y軸方向変位部519aとフレーム部511とを連結する複数のバネ部519bとを有している。各バネ部519bは、X軸方向に延在して設けられている。
第2振動部53は、第2開口531bの内側に設けられ、フレーム部531に対してX軸方向に変位可能な板状のX軸方向変位部539aと、X軸方向変位部539aとフレーム部531とを連結する複数のバネ部539bとを有している。各バネ部539aは、Y軸方向に延在して設けられている。
The first vibrating portion 51 is provided inside the second opening 511b, and includes a plate-like Y-axis direction displacement portion 519a that can be displaced in the Y-axis direction with respect to the frame portion 511, a Y-axis direction displacement portion 519a, and the frame portion. 511 and a plurality of spring portions 519b. Each spring portion 519b is provided extending in the X-axis direction.
The second vibrating portion 53 is provided inside the second opening 531b, and includes a plate-shaped X-axis direction displacement portion 539a that can be displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, an X-axis direction displacement portion 539a, and a frame portion. 531 and a plurality of spring portions 539b. Each spring portion 539a is provided to extend in the Y-axis direction.

検出手段9は、第1振動部51の各バネ部519bに設けられた一対の圧電体素子991、992を有している。圧電体素子991、992は、X軸方向に延在して、かつ互いにY軸方向に離間して設けられている。また、検出手段9は、第2振動部53の各バネ部539bに設けられた一対の圧電体素子993、994を有している。圧電体素子993、994は、Y軸方向に延在して、かつ互いにX軸方向に離間して設けられている。 The detection means 9 has a pair of piezoelectric elements 991 and 992 provided on each spring portion 519 b of the first vibrating portion 51 . The piezoelectric elements 991 and 992 extend in the X-axis direction and are spaced apart from each other in the Y-axis direction. The detection means 9 also has a pair of piezoelectric elements 993 and 994 provided on each spring portion 539 b of the second vibrating portion 53 . The piezoelectric elements 993 and 994 extend in the Y-axis direction and are spaced apart from each other in the X-axis direction.

各圧電体素子991、992、993、994は、それぞれ、Z軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されている。
このような圧電体素子991、992、993、994は、変形によって電荷を発生する性質を有しており、変形量が大きいほど大きな電荷が発生する。
そのため、物理量センサー1にZ軸まわりの角速度が加わり、第1振動部51のY軸方向変位部がバネ部519bをY軸方向に湾曲変形させつつY軸方向に変位すると、圧電体素子991、992がバネ部519bの変形量に応じた大きさの電荷を発生し、第2振動部53のX軸方向変位部が連結部539bをX軸方向に湾曲変形させつつX軸方向に変位すると、圧電体素子993、994が連結部539bの変形量に応じた大きさの電荷を発生することとなる。
検出手段9は、このような圧電体素子991、992、993、994から発生する電荷の大きさを検出することにより、Z軸まわりの角速度を検出する。
Each of the piezoelectric elements 991, 992, 993, and 994 is composed of a pair of electrodes opposed to each other in the Z-axis direction and a piezoelectric layer interposed between the pair of electrodes.
Such piezoelectric elements 991, 992, 993, and 994 have the property of generating electric charge by deformation, and the greater the amount of deformation, the more electric charge is generated.
Therefore, when an angular velocity around the Z-axis is applied to the physical quantity sensor 1, and the Y-axis direction displacement portion of the first vibrating portion 51 bends and deforms the spring portion 519b in the Y-axis direction while displacing it in the Y-axis direction, the piezoelectric element 991, When the 992 generates an electric charge having a magnitude corresponding to the amount of deformation of the spring portion 519b, and the X-axis direction displacement portion of the second vibrating portion 53 bends and deforms the connecting portion 539b in the X-axis direction while displacing it in the X-axis direction, The piezoelectric elements 993 and 994 generate electric charges having a magnitude corresponding to the amount of deformation of the connecting portion 539b.
The detection means 9 detects the angular velocity about the Z-axis by detecting the magnitude of charges generated from the piezoelectric elements 991, 992, 993, and 994. FIG.

<第6実施形態>
図12は、本発明の物理量センサーの第6実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図12にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第1振動部51、52の構成は互いに同様であり、第2振動部53、54の構成は互いに同様であるため、以下では、第1振動部51と第2振動部53とについて代表して説明し、第1振動部52と第2振動部54については、その説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
FIG. 12 is a plan view showing a sixth embodiment of the physical quantity sensor of the invention.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and descriptions of the same items will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of this embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In addition, in FIG. 12, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above. Also, since the configurations of the first vibrating portions 51 and 52 are similar to each other, and the configurations of the second vibrating portions 53 and 54 are similar to each other, the first vibrating portion 51 and the second vibrating portion 53 will be described below as a representative. , and description of the first vibrating portion 52 and the second vibrating portion 54 is omitted.

第1振動部51は、第2開口511bの内側に設けられ、フレーム部511に対してY軸方向に変位可能な板状のY軸方向変位部519aと、Y軸方向変位部519aとフレーム部511とを連結する複数のバネ部519bとを有している。各バネ部519bは、X軸方向に延在して設けられている。
第2振動部53は、第2開口531bの内側に設けられ、フレーム部531に対してX軸方向に変位可能な板状のX軸方向変位部539aと、X軸方向変位部539aとフレーム部531とを連結する複数のバネ部539bとを有している。各バネ部539aは、Y軸方向に延在して設けられている。
The first vibrating portion 51 is provided inside the second opening 511b, and includes a plate-like Y-axis direction displacement portion 519a that can be displaced in the Y-axis direction with respect to the frame portion 511, a Y-axis direction displacement portion 519a, and the frame portion. 511 and a plurality of spring portions 519b. Each spring portion 519b is provided extending in the X-axis direction.
The second vibrating portion 53 is provided inside the second opening 531b, and includes a plate-shaped X-axis direction displacement portion 539a that can be displaced in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, an X-axis direction displacement portion 539a, and a frame portion. 531 and a plurality of spring portions 539b. Each spring portion 539a is provided to extend in the Y-axis direction.

本実施形態の検出手段9は、第1振動部51の各バネ部519bに設けられたピエゾ抵抗部995と、第2振動部53の各バネ部539bに設けられたピエゾ抵抗部996とを有している。ピエゾ抵抗部995、996は、例えば、n型のシリコン基板を用いて振動系構造体3を形成した場合には、ボロンなどの不純物を高濃度に拡散させ、その拡散部分にp型シリコン層を形成することで形成することができる。 The detection means 9 of this embodiment has a piezoresistive portion 995 provided on each spring portion 519b of the first vibrating portion 51 and a piezoresistive portion 996 provided on each spring portion 539b of the second vibrating portion 53. are doing. For the piezoresistive portions 995 and 996, for example, when the vibrating structure 3 is formed using an n-type silicon substrate, an impurity such as boron is diffused at a high concentration, and a p-type silicon layer is formed in the diffusion portion. It can be formed by forming.

ピエゾ抵抗部995、996は、変形によって抵抗値が変化する性質を有しており、変形量が大きいほど抵抗値の変化量が大きくなる。そのため、物理量センサー1にZ軸まわりの角速度が加わり、第1振動部51のY軸方向変位部がバネ部519bをY軸方向に湾曲変形させつつY軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部995がバネ部519bの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化し、第2振動部53のX軸方向変位部が連結部539bをX軸方向に湾曲変形させつつX軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部996が連結部539bの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化する。
検出手段9は、このようなピエゾ抵抗部995、996の抵抗値変化を検出することにより、Z軸まわりの角速度を検出する。
The piezoresistive portions 995 and 996 have the property that their resistance values change due to deformation, and the greater the amount of deformation, the greater the amount of change in resistance value. Therefore, when an angular velocity around the Z-axis is applied to the physical quantity sensor 1 and the Y-axis direction displacement portion of the first vibrating portion 51 bends and deforms the spring portion 519b in the Y-axis direction while displacing it in the Y-axis direction, the piezoresistive portion 995 The resistance value changes according to the amount of deformation of the spring portion 519b, and when the X-axis direction displacement portion of the second vibrating portion 53 bends and deforms the connecting portion 539b in the X-axis direction while displacing it in the X-axis direction, the piezo The resistance value of the resistance portion 996 changes according to the amount of deformation of the connecting portion 539b.
The detecting means 9 detects the angular velocity about the Z-axis by detecting such changes in the resistance values of the piezoresistive portions 995 and 996 .

<第7実施形態>
図13は、本発明の物理量センサーの第7実施形態を示す平面図である。なお、図13では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Seventh embodiment>
FIG. 13 is a plan view showing a seventh embodiment of the physical quantity sensor of the invention. In addition, in FIG. 13, illustration of a part of the configuration of the physical quantity sensor is omitted for convenience of explanation.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and descriptions of the same items will be omitted.

本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図13にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、4つの振動部の構成は、Z軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52と第2振動部53、54については、その説明を省略する。 The physical quantity sensor 1 of this embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In addition, in FIG. 13, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above. In addition, since the configurations of the four vibrating sections are the same as each other except for their arrangement around the Z axis, the first vibrating section 51 will be representatively described below, and the first vibrating section 52 and the second vibrating section will be described. The description of the parts 53 and 54 is omitted.

第1振動部51では、Y軸方向変位部516がフレーム部511の外側に設けられており、複数のバネ部517によってフレーム部511に連結されている。このようなY軸方向変位部516は、板状の基部516cと、基部516cからX軸方向に突出した複数の検出電極516dとで構成されている。
本実施形態の検出手段9の変位トランスデューサー91は、第1振動部51に設けられたY軸方向変位部516と、アンカーを介して基板2に固定された固定電極911とを有している。固定電極911は、Y軸方向変位部516が有する検出電極516dに対応して複数設けられている。各固定電極911は、検出電極516dを介して対向配置された一対の電極片911a、911bを有しており、これら各電極片911a、911bは、X軸方向に延在して設けられている。
In the first vibrating portion 51 , a Y-axis direction displacement portion 516 is provided outside the frame portion 511 and connected to the frame portion 511 by a plurality of spring portions 517 . Such a Y-axis direction displacement portion 516 is composed of a plate-shaped base portion 516c and a plurality of detection electrodes 516d projecting from the base portion 516c in the X-axis direction.
The displacement transducer 91 of the detection means 9 of this embodiment has a Y-axis direction displacement portion 516 provided in the first vibrating portion 51 and a fixed electrode 911 fixed to the substrate 2 via an anchor. . A plurality of fixed electrodes 911 are provided corresponding to the detection electrodes 516 d of the Y-axis direction displacement portion 516 . Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b arranged opposite to each other via the detection electrode 516d, and these electrode pieces 911a and 911b are provided extending in the X-axis direction. .

<第8実施形態>
図14は、本発明の物理量センサーの第8実施形態を示す平面図である。なお、図13では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Eighth embodiment>
FIG. 14 is a plan view showing an eighth embodiment of the physical quantity sensor of the invention. In addition, in FIG. 13, illustration of a part of the configuration of the physical quantity sensor is omitted for convenience of explanation.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and descriptions of the same items will be omitted.

本実施形態の物理量センサー1は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図14にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、4つの振動部の構成は、Z軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第1振動部51について代表して説明し、第1振動部52と第2振動部53、54については、その説明を省略する。 The physical quantity sensor 1 of this embodiment is the same as the physical quantity sensor of the first embodiment described above, except that the configuration of the detection means is different. In addition, in FIG. 14, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above. In addition, since the configurations of the four vibrating sections are the same as each other except for their arrangement around the Z axis, the first vibrating section 51 will be representatively described below, and the first vibrating section 52 and the second vibrating section will be described. The description of the parts 53 and 54 is omitted.

第1振動部51では、フレーム部511の外側に設けられたZ軸まわり変位部516Aが、一対の連結バネ517Aによってフレーム部511に連結されている。また、一対の連結バネ517Aは、それぞれ、リング部31の中心Oに対する動径方向に沿って延在している。また、Z軸まわり変位部516Aは、板状の基部516Aaと、基部516Aaからリング部31の中心Oに対する動径方向に突出した複数の固定電極516Abとを有している。 In the first vibrating portion 51, a Z-axis displacement portion 516A provided outside the frame portion 511 is connected to the frame portion 511 by a pair of connection springs 517A. Also, the pair of connecting springs 517A extends along the radial direction with respect to the center O of the ring portion 31, respectively. The Z-axis displacement portion 516A has a plate-like base portion 516Aa and a plurality of fixed electrodes 516Ab projecting radially from the base portion 516Aa with respect to the center O of the ring portion 31 .

このような第1振動部51では、Z軸まわりの角速度が加わった場合に生じるY軸方向のコリオリ力によって、Z軸まわり変位部516Aが、一対の連結バネ517Aを湾曲変形させつつ、Z軸まわりに回動する。このような構成によれば、Y軸方向のコリオリ力をZ軸まわりの応力に変化することができるため、Z軸まわり変位部516Aの変位量を大きくすることができる。 In such a first vibrating portion 51, the Coriolis force in the Y-axis direction generated when an angular velocity about the Z-axis is applied causes the Z-axis displacement portion 516A to bend and deform the pair of connecting springs 517A while moving the Z-axis. rotate around. According to such a configuration, since the Coriolis force in the Y-axis direction can be changed into stress around the Z-axis, the amount of displacement of the Z-axis displacement portion 516A can be increased.

本実施形態の検出手段9の回転トランスデューサー91は、第1振動部51に設けられたZ軸まわり変位部516Aと、アンカーを介して基板2に固定された固定電極911とを有している。固定電極911は、Z軸まわり変位部516Aが有する固定電極516Abに対応して複数設けられている。各固定電極911は、固定電極516Abを介して対向配置された一対の電極片911a、911bを有している。
以上説明したような各実施形態の振動片は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
The rotation transducer 91 of the detecting means 9 of this embodiment has a Z-axis displacement portion 516A provided in the first vibrating portion 51 and a fixed electrode 911 fixed to the substrate 2 via an anchor. . A plurality of fixed electrodes 911 are provided corresponding to the fixed electrodes 516Ab of the Z-axis displacement portion 516A. Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b arranged to face each other via a fixed electrode 516Ab.
The resonator element of each embodiment as described above can be applied to various electronic devices, and the obtained electronic devices have high reliability.

ここで、本発明の振動片を備える電子機器について、図15~図17に基づき、詳細に説明する。
図15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モバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター1100には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
Here, an electronic device provided with the resonator element of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 15 to 17. FIG.
FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device equipped with the physical quantity sensor of the present invention is applied.
In this figure, a personal computer 1100 is composed of a main body 1104 having a keyboard 1102 and a display unit 1106 having a display 100. The display unit 1106 rotates with respect to the main body 1104 via a hinge structure. movably supported.
Such a personal computer 1100 incorporates a physical quantity sensor 1 that functions as angular velocity detection means (gyro sensor).

図16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(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。
このような携帯電話機1200には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of a mobile phone (including PHS) to which electronic equipment having the physical quantity sensor of the present invention is applied.
In this figure, a mobile phone 1200 has a plurality of operation buttons 1202 , an earpiece 1204 and a mouthpiece 1206 , and a display unit 100 is arranged between the operation buttons 1202 and the earpiece 1204 .
Such a mobile phone 1200 incorporates a physical quantity sensor 1 that functions as angular velocity detection means (gyro sensor).

図17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ディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ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. 17 is a perspective view showing the configuration of a digital still camera to which an electronic device equipped with the physical quantity sensor of the invention is applied. In addition, this figure also briefly shows connections with external devices.
Here, while a normal camera exposes a silver salt photographic film to an optical image of an object, the digital still camera 1300 photoelectrically converts an optical image of an object using an imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device). An imaging signal (image signal) is generated.

ディジタルスチルカメラ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。
A display unit is provided on the back surface 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. Function.
A light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system) and a CCD is provided on the front side (rear side in the figure) of the case 1302 .

撮影者が表示部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1308に転送・格納される。
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。
そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、デ-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1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ1300には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する物理量センサー1が内蔵されている。
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit and presses the shutter button 1306 , the CCD imaging signal at that time is transferred and stored in the memory 1308 .
In this digital still camera 1300, a side surface of the case 1302 is provided with a video signal output terminal 1312 and an input/output terminal 1314 for data communication.
As shown in the figure, 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 as required. Furthermore, 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 a physical quantity sensor 1 that functions as angular velocity detection means (gyro sensor).

なお、本発明の振動片を備える電子機器は、図15のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図16の携帯電話機、図17のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター等に適用することができる。 In addition to the personal computer (mobile type personal computer) shown in FIG. 15, the mobile phone shown in FIG. 16, and the digital still camera shown in FIG. Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation systems, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephones, security TV monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical equipment (e.g., electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), fish finders, various measuring devices, instruments (e.g. vehicle, aircraft, ship instruments), flight simulators and the like.

以上、本発明の物理量センサーを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
As described above, the physical quantity sensor of the present invention has been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to this, and the configuration of each part can be replaced with any configuration having similar functions. can be done.
Also, other optional components may be added to the present invention. Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.

1‥‥物理量センサー 2‥‥基板 3‥‥振動系構造体 31‥‥リング部 4‥‥振動手段 41‥‥固定電極 411、412‥‥電極片 42‥‥固定電極 421、422‥‥電極片 43、44‥‥固定電極 431、432‥‥電極片 441、442‥‥電極片 45、46‥‥圧電体素子 51‥‥第1振動部 511‥‥フレーム部 511a‥‥第1開口 511b‥‥第2開口 511c‥‥第3開口 512‥‥Z軸方向変位部 513、514‥‥軸部 515‥‥駆動電極 516‥‥Y軸方向変位部 516A‥‥変位部 516Aa‥‥基部 516Ab‥‥固定電極 516a‥‥枠部 516b‥‥検出電極 516c‥‥基部 516d‥‥検出電極 517‥‥バネ部 517A‥‥一対の連結バネ 518a‥‥固定部 518b‥‥連結部 519a‥‥Y軸方向変位部 519b‥‥バネ部 52‥‥第1振動部 521‥‥フレーム部 522‥‥Z軸方向変位部 523、524‥‥軸部 525‥‥駆動電極 526‥‥Y軸方向変位部 526b‥‥検出電極 527‥‥バネ部 53‥‥第2振動部 531‥‥フレーム部 531a‥‥第1開口 531b‥‥第2開口 531c‥‥第3開口 532‥‥Z軸方向変位部 533、534‥‥軸部 535‥‥駆動電極 536‥‥X軸方向変位部 536a‥‥枠部 536b‥‥検出電極 537‥‥バネ部 539a‥‥バネ部 539b‥‥連結部 519a‥‥X軸方向変位部 519b‥‥バネ部 54‥‥第2振動部 541‥‥フレーム部 542‥‥Z軸方向変位部 543、544‥‥軸部 545‥‥駆動電極 546‥‥検出電極 546b‥‥Y軸方向延在部 547‥‥バネ部 61、62、63、64‥‥内側固定部 651、652、661、662、671、672、681、682‥‥外側固定部 71、72、73、74‥‥梁 81‥‥第1内側バネ部 811、812‥‥バネ部 82‥‥第1内側バネ部 83‥‥第2内側バネ部 831、832‥‥バネ部 84‥‥第2内側バネ部 851、852、861、862、871、872、881、882‥‥外側バネ部 9‥‥検出手段 91‥‥変位トランスデューサー 911、912‥‥固定電極 911a、911b‥‥電極片 92‥‥変位トランスデューサー 921、922‥‥固定電極 921a、921b‥‥電極片 93‥‥変位トランスデューサー 931、932‥‥固定電極 931a、931b‥‥電極片 94‥‥変位トランスデューサー 941、942‥‥固定電極 941a、941b‥‥電極片 95‥‥回転トランスデューサー 951‥‥固定電極 96‥‥回転トランスデューサー 961‥‥固定電極 97‥‥回転トランスデューサー 971‥‥固定電極 98‥‥回転トランスデューサー 981‥‥固定電極 991、992‥‥圧電体素子 993、994‥‥圧電体素子 995、996‥‥ピエゾ抵抗部 100‥‥表示部 1100‥‥パーソナルコンピューター 1102‥‥キーボード 1104‥‥本体部 1106‥‥表示ユニット 1200‥‥携帯電話機 1202‥‥操作ボタン 1204‥‥受話口 1206‥‥送話口 1300‥‥ディジタルスチルカメラ 1302‥‥ケース 1304‥‥受光ユニット 1306‥‥シャッターボタン 1308‥‥メモリ 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 J1、J2‥‥軸 1... Physical quantity sensor 2... Substrate 3... Vibration system structure 31... Ring part 4... Vibration means 41... Fixed electrodes 411, 412... Electrode piece 42... Fixed electrode 421, 422... Electrode piece 43, 44... Fixed electrodes 431, 432... Electrode strips 441, 442... Electrode strips 45, 46... Piezoelectric element 51... First vibration part 511... Frame part 511a... First opening 511b... Second opening 511c... Third opening 512... Z-axis direction displacement part 513, 514... Shaft part 515... Drive electrode 516... Y-axis direction displacement part 516A... Displacement part 516Aa... Base part 516Ab... Fixed Electrode 516a Frame portion 516b Detection electrode 516c Base portion 516d Detection electrode 517 Spring portion 517A Pair of connection springs 518a Fixed portion 518b Connection portion 519a Y-axis direction displacement portion 519b... Spring part 52... First vibration part 521... Frame part 522... Z-axis direction displacement part 523, 524... Shaft part 525... Drive electrode 526... Y-axis direction displacement part 526b... Detection electrode 527... Spring part 53... Second vibration part 531... Frame part 531a... First opening 531b... Second opening 531c... Third opening 532... Z-axis direction displacement part 533, 534... Shaft part 535... Drive electrode 536... X-axis direction displacement part 536a... Frame part 536b... Detection electrode 537... Spring part 539a... Spring part 539b... Connection part 519a... X-axis direction displacement part 519b... Spring Part 54... Second vibration part 541... Frame part 542... Z-axis direction displacement part 543, 544... Shaft part 545... Drive electrode 546... Detection electrode 546b... Y-axis direction extension part 547... Spring parts 61, 62, 63, 64... Inner fixed parts 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682... Outer fixed parts 71, 72, 73, 74... Beams 81... First inner side Spring portions 811, 812 . 872, 881, 882... Outer spring portion 9... Detecting means 91... Displacement transducer 911, 912... Fixed electrode 911a, 911b... Electrode piece 92... Displacement transducer 921, 922... Fixed electrode 921a, 921b...Electrode strip 93...Displacement transducer 931, 932...Fixed electrode 931a, 931b...Electrode strip 94...Displacement transducer 941, 942...Fixed electrode 941a, 941b...Electrode strip 95...Rotating transformer Deducer 951: Fixed electrode 96: Rotating transducer 961: Fixed electrode 97: Rotating transducer 971: Fixed electrode 98: Rotating transducer 981: Fixed electrode 991, 992: Piezoelectric element 993, 994 Piezoelectric elements 995, 996 Piezoresistor 100 Display 1100 Personal computer 1102 Keyboard 1104 Main unit 1106 Display unit 1200 Mobile phone 1202 Operation buttons 1204 Earpiece 1206 Mouthpiece 1300 Digital still camera 1302 Case 1304 Light receiving unit 1306 Shutter button 1308 Memory 1312 Video signal output terminal 1314 Input/output terminal 1430 TV monitor 1440... Personal computer J1, J2... Axis

Claims (20)

互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する4つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リング部に対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する前記可動部および前記第2質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも1つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第1の周波数に応じて、前記第1軸と平行な方向および前記第2軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
When the two axes orthogonal to each other are the first axis and the second axis,
a ring portion capable of circular vibration;
four support portions that support the ring portion;
four beams connecting each of the support portions and a node of the annular vibration of the ring portion;
a pair of first mass portions having a movable portion and arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring portion;
a pair of second mass portions having a movable portion and arranged opposite to each other in a direction parallel to the second axis via the ring portion;
A pair of first springs connecting each of the first mass portions and the ring portion so that each of the first mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the first axis. Department and
A pair of second springs connecting each of the second mass portions and the ring portion so that each of the second mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the second axis. Department and
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions at a first frequency in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have opposite phases. means and
at least one transducer that converts the amount of displacement of the movable portion of each of the first mass portions and the movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
The physical quantity sensor, wherein the ring portion circularly vibrates in a direction parallel to the first axis and in a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる4つの固定点とを連結する4つの梁と、
前記第2軸と平行な軸まわりに変位可能な第1可動部および前記第2軸と平行な方向に変位可能な第2可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
前記第1軸と平行な軸まわりに変位可能な第3可動部および前記第1軸と平行な方向に変位可能な第4可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リングに対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する第1可動部および前記第2質量部の各々が有する第3可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第1質量部の各々が有する第2可動部および前記第2質量部の各々が有する第4可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第1の周波数に応じて、前記第1軸と平行な方向および前記第2軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
When the two axes orthogonal to each other are the first axis and the second axis,
a ring portion capable of circular vibration;
four support portions that support the ring portion;
four beams connecting each of the support portions and four fixing points that become nodes of the annular vibration of the ring portion;
It has a first movable portion that can be displaced around an axis parallel to the second axis and a second movable portion that can be displaced in a direction parallel to the second axis, and is parallel to the first axis via the ring portion. a pair of first mass portions arranged to face each other in a direction;
It has a third movable portion that can be displaced around an axis parallel to the first axis and a fourth movable portion that can be displaced in a direction parallel to the first axis, and is parallel to the second axis via the ring portion. a pair of second mass portions arranged facing each other in a direction;
A pair of first spring portions connecting each of the first mass portions and the ring so that each of the first mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the first axis. and,
a pair of second spring portions connecting each of the second mass portions and the ring so that each of the second mass portions can vibrate relative to the ring in a direction parallel to the second axis; ,
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions at a first frequency in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have opposite phases. means and
a transducer that converts a displacement amount of a first movable portion of each of the first mass portions and a third movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
a transducer that converts a displacement amount of a second movable portion of each of the first mass portions and a fourth movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
The physical quantity sensor, wherein the ring portion circularly vibrates in a direction parallel to the first axis and in a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の物理量センサー。
Having a substrate that supports the ring portion,
3. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the substrate is composed of a semiconductor substrate, an insulating substrate, or a composite substrate in which a semiconductor layer and an insulating layer are laminated.
前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の物理量センサー。 4. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the ring portion has an outer diameter and an inner diameter, a gap is formed inside the inner diameter, and the ring portion is elastically deformable. . 前記第1バネ部は、それぞれ、前記第2軸と平行な方向への変形および前記第1軸と前記第2軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第2バネ部は、それぞれ、前記第1軸と平行な方向への変形および前記第1軸と前記第2軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の物理量センサー。
deformation of the first spring portion in a direction parallel to the second axis and deformation in a direction parallel to an axis orthogonal to the first axis and the second axis are restricted;
Deformation of the second spring portion in a direction parallel to the first axis and deformation in a direction parallel to an axis orthogonal to the first axis and the second axis are restricted. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 4.
前記4つの支持部は、前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第1軸および前記第2軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の物理量センサー。 The four support portions are positioned inside the pair of first mass portions and the pair of second mass portions and outside the ring portion, and are positioned on the first axis and the second axis that intersect the center of the ring portion. 6. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the physical quantity sensor is provided at a position of mirror symmetry with respect to two axes. 前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の物理量センサー。 7. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein each of said beams is restricted in radial displacement from the center of said ring. 前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の物理量センサー。 8. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the vibrating means is electrostatically driven or piezoelectrically driven. 前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の物理量センサー。 9. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the transducer has any one of electrostatic, piezoelectric, and piezoresistive sensing capabilities. 前記トランスデューサーは、前記第1軸まわりの角速度、前記第2軸まわりの角速度および前記第1軸と前記第2軸の両軸に直交する第3軸まわりの角速度を検知することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の物理量センサー。 The transducer detects an angular velocity about the first axis, an angular velocity about the second axis, and an angular velocity about a third axis orthogonal to both the first axis and the second axis. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 9. 前記トランスデューサーは、それぞれ他の前記トランスデューサーと組になることにより、所定方向の直線加速度を電気的にキャンセルすることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の物理量センサー。 11. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 10, wherein said transducer electrically cancels linear acceleration in a predetermined direction by pairing with each other said transducer. 前記トランスデューサーも各々は、固有の共振周波数を有することを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の物理量センサー。 12. A physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein each of said transducers also has a unique resonance frequency. 前記リング部の前記円環振動は、前記第1軸と平行な方向に収縮すると共に前記第2軸と平行な方向に伸張する状態と、前記第1軸と平行な方向に伸張すると共に前記第2軸と平行な方向に収縮する状態とを繰り返す振動であることを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の物理量センサー。 The annular vibration of the ring portion is contracted in a direction parallel to the first axis and expanded in a direction parallel to the second axis; 13. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 12, wherein the vibration repeats contraction in a direction parallel to the two axes. 前記リング部の前記第1軸および前記第2軸の両軸から45度傾斜した部位に前記第1バネ部の各々および前記第2バネ部の各々が接続されたことを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに記載の物理量センサー。 2. Each of said first spring portions and each of said second spring portions is connected to a portion of said ring portion which is inclined by 45 degrees from both said first axis and said second axis. 14. The physical quantity sensor according to any one of 13 to 13. 前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の集合体の投影外形がほぼ円形であることを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の物理量センサー。 15. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 14, wherein the projection outline of the assembly of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions is substantially circular. 前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部の集合体の投影外形がほぼ矩形であることを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の物理量センサー。 15. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 14, wherein the projection outline of the assembly of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions is substantially rectangular. 前記振動手段は、前記第1質量部の各々および前記第2質量部の各々の内側に接続されている請求項1ないし16のいずれかに記載の物理量センサー。 17. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 16, wherein said vibrating means is connected inside each of said first mass portions and each of said second mass portions. 前記トランスデューサーは、前記第1質量部の各々および前記第2質量部の各々の内側に接続されている請求項1ないし17のいずれかに記載の物理量センサー。 18. The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 17, wherein the transducer is connected inside each of the first mass and each of the second mass. 互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸としたとき、
伸縮可能な連結部と、
前記連結部の該連結部の中心と交わる前記第1軸および前記第2軸の両軸から所定角度傾斜した位置に設けられ、前記連結部を支持する4つの支持部と、
前記支持部の各々と前記連結部とを連結する4つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第1軸と平行な方向に対向配置された一対の第1質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第2軸と平行な方向に対向配置された一対の第2質量部と、
前記第1質量部の各々が前記リング部に対して前記第1軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第1質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第1バネ部と、
前記第2質量部の各々が前記リング部に対して前記第2軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第2質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部および前記一対の第2質量部のうちの少なくとも一方を前記第1軸および前記第2軸を含む平面方向に第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第1質量部の各々が有する前記可動部および前記第2質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも1つのトランスデューサーと、を有し、
前記連結部が、前記第1の周波数に応じて伸縮運動するときに、前記梁と前記連結部との接続部が節となることを特徴とする物理量センサー。
When the two axes orthogonal to each other are the first axis and the second axis,
a stretchable connection; and
four support portions that are provided at positions inclined by a predetermined angle from both the first axis and the second axis that intersect the center of the connecting portion of the connecting portion and support the connecting portion;
four beams connecting each of the support portions and the connecting portion;
a pair of first mass portions having a movable portion and arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring portion;
a pair of second mass portions having a movable portion and arranged opposite to each other in a direction parallel to the second axis via the ring portion;
A pair of first springs connecting each of the first mass portions and the ring portion so that each of the first mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the first axis. Department and
A pair of second springs connecting each of the second mass portions and the ring portion so that each of the second mass portions can vibrate with respect to the ring portion in a direction parallel to the second axis. Department and
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass portions and the pair of second mass portions at a first frequency in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have opposite phases. means and
at least one transducer that converts the amount of displacement of the movable portion of each of the first mass portions and the movable portion of each of the second mass portions into an electrical signal;
A physical quantity sensor, wherein a connecting portion between the beam and the connecting portion becomes a node when the connecting portion expands and contracts according to the first frequency.
請求項1ないし19のいずれか一項に記載の物理量センサーを用いたことを特徴とする電子機器。 An electronic device using the physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 19.
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