JP5621936B2 - 変位量モニタ電極の構造 - Google Patents

Description

本発明は、変位量モニタ電極の構造に係り、特に、基板に対して固定される固定電極と、基板に対して平行な所定軸方向に変位し得る可動電極と、が互いの電極指同士が噛み合うように対向配置され、固定電極と可動電極との間の静電容量の変化量に基づいて目標振幅で駆動させるべき検出マスの変位量をモニタする変位量モニタ電極の構造に関する。

従来、角速度センサなどを構成し、検出マスを一定の目標振幅で駆動振動させるべくその変位量をモニタする変位量モニタ電極の構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。変位量モニタ電極は、櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極とを備えている。固定電極は、基部及び該基部から基板に対して平行な所定軸方向に延びる電極指からなり、基板に対して固定されている。また、可動電極は、基部及び該基部から基板に対して平行な所定軸方向に延びる電極指からなり、基板に対して所定軸方向に変位し得る。かかる変位量モニタ電極において、可動電極が基板に対して所定軸方向に変位すると、固定電極と可動電極との間の静電容量が変化する。この際、静電容量の変化量は、可動電極の変位量に応じたものとなる。そして、この静電容量の変化量に基づいて検出マスの変位量（振幅）がモニタされ、その検出マスが目標振幅で駆動するように制御される。

特開２００８−１７０４５５号公報

ところで、固定電極と可動電極との間の静電容量の変化量は、一般的に検出マスの振幅に応じて直線的に変化するが、その検出マスの振幅だけでなく、固定電極と可動電極とのギャップや対向面積によっても変化する。具体的には、応力変化や寸法バラツキなどに起因してそのギャップ又は対向面積が変化すると、その変化に応じた分だけ可動電極の変位量に対する静電容量の変化量の感度（傾き）が変化する。この場合において、静電容量の変化量が、検出マスが目標振幅で駆動される過程で常に可動電極の変位量に対して一定の傾きで直線的に変化する領域に設定されている構造では、モニタ電極の組み立て時に加わる応力や温度変化，寸法バラツキなどに起因して固定電極と可動電極とのギャップや対向面積が所望のものに一致していないと、静電容量の変化量が目標容量変化量に達したときに可動電極の変位量が目標変位量に合致しない事態が生じる。具体的には、上記したギャップや対向面積のバラツキによって検出マスの振幅量が目標振幅を基準にして例えば±２０％の範囲で変化すると、可動電極の変位量に対する静電容量の変化量の感度も同じ±２０％だけ変化することとなる。従って、上記した構造では、検出マスの振幅を一定の目標振幅に保つことが困難となる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、固定電極と可動電極との相対的な関係が変化しても、検出マスの振幅を一定の目標振幅に保つことが可能な変位量モニタ電極の構造を提供することを目的とする。

上記の目的は、それぞれ基部及び該基部から基板に対して平行な所定軸方向に延びる電極指からなる櫛歯状の、前記基板に対して固定される固定電極と、前記所定軸方向に変位し得る可動電極と、が互いの前記電極指同士が噛み合うように対向配置され、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化量に基づいて目標振幅で駆動させるべき検出マスの変位量をモニタする変位量モニタ電極の構造であって、前記可動電極の前記所定軸方向への変位量に対する前記静電容量の変化量の変化感度は、該可動電極の該所定軸方向への変位が前記目標振幅に対応する目標変位量に達した後は該目標変位量に達する前に比べて大きくなる特性を有する変位量モニタ電極の構造により達成される。

本発明によれば、固定電極と可動電極との相対的な関係が変化しても、検出マスの振幅を一定の目標振幅に保つことができる。

本発明の第１実施例である変位量モニタ電極の構造を採用するセンサの構成図である。 本発明の第１実施例である変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第１実施例である変位量モニタ電極の断面図である。 応力変化により変形した場合の変位量モニタ電極の断面図である。 変位量モニタ電極の寸法バラツキなどに応じて変化する、可動電極の駆動変位量ｘと固定電極と可動電極との間の静電容量変化量ΔＣとの関係を表した図である。 本発明の第１実施例である変位量モニタ電極における、可動電極の駆動変位量ｘと固定電極と可動電極との間の静電容量変化量ΔＣとの関係を表した図である。 本発明の第１実施例である変位量モニタ電極における動作工程を表した図である。 本発明の第１実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 図８Ａに示す変位量モニタ電極のIII−III断面図である。 本発明の第１実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 図９Ａに示す変位量モニタ電極のIV−IV断面図である。 本発明の第２実施例である変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第２実施例である変位量モニタ電極における動作工程を表した図である。 本発明の第２実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第２実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第２実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第２実施例及びその変形例の変位量モニタ電極による効果を説明するための図である。 本発明の第３実施例である変位量モニタ電極の斜視図である。 本発明の第３実施例である変位量モニタ電極における動作工程を表した図である。 本発明の第３実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の斜視図である。 図１８Ａに示す変位量モニタ電極の上面図である。 図１８Ａに示す変位量モニタ電極の側面図である。 本発明の第３実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の斜視図である。 図１９Ａに示す変位量モニタ電極の上面図である。 図１９Ａに示す変位量モニタ電極の側面図である。 本発明の第３実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の斜視図である。 図２０Ａに示す変位量モニタ電極の上面図である。 図２０Ａに示す変位量モニタ電極の側面図である。 本発明の第３実施例及びその変形例の変位量モニタ電極による効果を説明するための図である。 本発明の第４実施例である変位量モニタ電極の上面図である。 図２２Ａに示す変位量モニタ電極のV−V断面図である。 本発明の第４実施例である変位量モニタ電極における動作工程を表した図である。 本発明の第４実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第４実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第４実施例に対する変形例の変位量モニタ電極の上面図である。 本発明の第４実施例に対する変形例の変位量モニタ電極による効果を説明するための図である。

以下、図面を用いて、本発明に係る変位量モニタ電極の構造の具体的な実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施例である変位量モニタ電極１０の構造を採用するセンサ１２の構成図を示す。本実施例のセンサ１２は、例えば車両などに搭載されるＸ−Ｙ平面に垂直なＺ軸回りに生じる角速度を検出するための角速度センサである。センサ１２は、シリコンなどの半導体基板１４上に形成されており、半導体基板１４の表面に微細加工によるエッチングを施すことにより形成される。

センサ１２は、互いに等しい質量を有する一対の構造体１６，１８と、半導体基板１４上で構造体１６，１８をＸ軸方向に励振駆動するための駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２と、半導体基板１４上で構造体１６，１８に生じるＹ軸方向の振動（振幅）を検出するための検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２と、半導体基板１４上で構造体１６，１８のＸ軸方向への駆動変位量をモニタするための変位量モニタ電極２８−１，２８−２，３０−１，３０−２と、を有している。構造体１６，１８は、絶縁層を形成する半導体基板１４の表面から所定距離だけ浮いた状態でその半導体基板１４上で互いに対称位置に配置されている。以下、変位量モニタ電極２８−１，２８−２，３０−１，３０−２を纏める場合は、変位量モニタ電極１０とする。

駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２及び検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２はそれぞれ、半導体基板１４に対して固定される固定電極と、半導体基板１４に対してＸ軸方向又はＹ軸方向に可動する可動電極と、からなる。これらの固定電極は、パッドを介して信号処理回路に接続されている。また、これらの可動電極は、構造体１６，１８の一部を構成している。

駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２はそれぞれ、固定電極への駆動電圧の印加によって固定電極と可動電極との間に静電引力を作用させることにより構造体１６，１８を半導体基板１４に対してＸ軸方向に駆動させるための電極である。また、検出電極部２４−１，２４−２，２６−１，２６−２はそれぞれ、構造体１６，１８のＹ軸方向の変位に伴う固定電極と可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより構造体１６，１８の半導体基板１４に対するＹ軸方向の振動を検出するための電極である。

具体的には、駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２はそれぞれ、信号処理回路からパッドを介して固定電極に構造体１６，１８の共振周波数にほぼ等しい周波数の駆動電圧が印加されることで固定電極と可動電極との間に静電引力を作用させて、その構造体１６，１８をその構造体１６，１８の共振周波数にほぼ等しい周波数でＸ軸方向に一定振幅で励振駆動する駆動力を発生させる。尚、駆動電極２０−１と駆動電極２０−２とは互いに同相で駆動力を発生させかつ駆動電極２２−１と駆動電極２２−２とは互いに同相で駆動力を発生させる一方、駆動電極２０−１，２０−２と駆動電極２２−１，２２−２とは互いに逆相で駆動力を発生させる。

また、検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２ではそれぞれ、構造体１６，１８に半導体基板１４に対してＹ軸方向に加わる振動変位に応じて、固定電極と可動電極との間で静電容量変化が生じる。尚、検出電極２４−１，２４−２での静電容量変化と検出電極２６−１，２６−２での静電容量変化とは、互いに逆相である。検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２の静電容量変化は、構造体１６，１８のＹ軸方向への振動変位量がゼロである場合は略ゼロであって、構造体１６，１８のＹ軸方向への振動変位量が大きいほど大きくなる。検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２の固定電極はそれぞれ、固定電極と可動電極との間の静電容量変化を検出変位信号として信号処理回路へ出力する。この信号処理回路は、各検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２からの検出変位信号を処理することにより、構造体１６，１８のＹ軸方向への振動変位量を検出し、そして、その振動変位量に基づいてＺ軸回りに生じる角速度を検出する。

次に、本実施例のセンサ１２の動作について説明する。

Ｘ軸及びＹ軸の双方に直交するＺ軸回りの角速度の検出が行われる場合、センサ１２において、駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２が励振駆動される。具体的には、構造体１６，１８の共振周波数にほぼ等しい周波数を有する駆動電圧が駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２の固定電極に印加される。かかる駆動電圧が印加されると、駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２それぞれにおいて固定電極と可動電極との間に構造体１６，１８をＸ軸方向に励振駆動する駆動力が発生することで、構造体１６，１８が互いに逆相で共振周波数にほぼ等しい周波数でＸ軸方向に一定振幅で励振駆動される。

構造体１６，１８が上記の如くＸ軸方向に励振駆動されている状態でＺ軸回りの角速度が発生していない場合は、構造体１６，１８にコリオリ力が作用しない。この場合は、検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２がＹ軸方向に振動変位せず、検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２の固定電極と可動電極との間に静電容量変化が生じないので、検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２から出力される検出変位信号は、構造体１６，１８のＹ軸方向の振幅が略ゼロであることを表す信号となる。

一方、構造体１６，１８が上記の如くＸ軸方向に励振駆動されている状態でＺ軸回りの角速度が発生した場合は、構造体１６，１８にコリオリ力が作用する。この場合は、かかるコリオリ力の作用により検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２がＹ軸方向に振動変位して、検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２の固定電極と可動電極との間に静電容量変化が生じる。かかる静電容量変化が生じると、検出電極２４−１，２４−２，２６−１，２６−２から出力される検出変位信号は、構造体１６，１８のＹ軸方向の振幅が発生している角速度の大きさを表す信号となる。構造体１６，１８は、コリオリ力が作用した際にＹ軸方向に関し互いに逆相で振動変位する。従って、センサ１２によれば、対象にＺ軸周りに生じている角速度を検出することができる。

図２は、本実施例の変位量モニタ電極１０の上面図を示す。また、図３は、本実施例の変位量モニタ電極１０の断面図を示す。

変位量モニタ電極２８−１，２８−２，３０−１，３０−２としての変位量モニタ電極１０はそれぞれ、半導体基板１４に対して固定される固定電極３２と、半導体基板１４に対してＸ軸方向に可動する可動電極３４と、からなる。固定電極３２は、パッドを介して信号処理回路に接続されている。また、可動電極３４は、構造体１６，１８の一部を構成している。変位量モニタ電極１０は、構造体１６，１８のＸ軸方向の変位に伴う固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量の変化を検出することにより、構造体１６，１８の半導体基板１４に対するＸ軸方向の駆動変位量（振幅）をモニタするための電極である。

固定電極３２は、櫛歯状に形成されており、比較的幅広に延設された基部４０、及び、その基部４０から半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に棒状に延びる電極指４２を有している。基部４０は、断面四角状に形成されており、半導体基板１４に対して平行なＹ軸方向に延びている。また、電極指４２は、一つの基部４０に対して互いに平行にＹ軸方向に並んで複数本設けられている。電極指４２は、Ｘ軸方向の長さが比較的長い長尺電極指４２−１、Ｘ軸方向の長さが比較的短い短尺電極指４２−２、及び、Ｘ軸方向の長さが比較的長くかつ先端がＹ軸方向に翼状に広がる形状を有するＴ型電極指４２−３である。

電極指４２の長尺電極指４２−１及び短尺電極指４２−２はそれぞれ、断面四角状に形成されており、基部４０との接続部から先端まで同じ断面積（Ｙ軸方向において同じ幅かつＺ軸方向において同じ厚さ）を有している。また、Ｔ型電極指４２−３は、断面四角状に形成されており、基部４０との接続部から先端近傍まで同じ断面積（Ｙ軸方向において同じ幅かつＺ軸方向において同じ厚さ）を有している。Ｔ型電極指４２−３は、Ｙ軸方向に延びる先端部４４を有している。Ｔ型電極指４２−３の先端部４４のＹ軸方向両端にはそれぞれ、その先端部４４から基部４０側へ向けて半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に延びる突部４６，４８が設けられている。すなわち、先端部４４は、上方から見てコノ字状に形成されている。突部４６，４８は、先端部４４との接続部から先端まで同じ断面積（Ｙ軸方向において同じ幅かつＺ軸方向において同じ厚さ）を有し、かつ、上記の短尺電極指４２−２と同じ断面積を有している。

電極指４２は、一つの長尺電極指４２−１と二つの短尺電極指４２−２と一つのＴ型電極指４２−３とを一セットとしたパターンに形成されている。具体的には、図２に示す如く、Ｙ軸方向において順に長尺電極指４２−１、短尺電極指４２−２、Ｔ型電極指４２−３、及び短尺電極指４２−２が構成されると共に、その構成がＹ軸方向において繰り返されるように形成されている。電極指４２は、一つのＴ型電極指４２−３を挟んでＹ軸方向両側に短尺電極指４２−２及び長尺電極指４２−１が一つずつその順で配置されるように左右対称の構成を有している。

電極指４２において、長尺電極指４２−１と短尺電極指４２−２との間には、Ｙ軸方向に所定のギャップ長が形成されている。また、短尺電極指４２−２とＴ型電極指４２−３との間には、Ｙ軸方向に所定のギャップ長が形成されている。尚、長尺電極指４２−１と短尺電極指４２−２との間のギャップ長と、短尺電極指４２−２とＴ型電極指４２−３との間には、Ｙ軸方向に所定のギャップ長と、は互いに異なるものであってもよい。また、Ｔ型電極指４２−３の先端部４４の突部４６，４８のＹ軸方向位置は、短尺電極指４２−２のＹ軸方向位置と同じである。すなわち、突起４６，４８は、短尺電極指４２−２とＸ軸方向に所定距離隔てて配置されている。突起４６，４８と短尺電極指４２−２との間には、Ｘ軸方向に所定のギャップ長が形成されている。突起４６，４８と短尺電極指４２−２とは、所定のギャップ長の穴が開いた切欠を有する電極指を構成している。

一方、可動電極３４は、櫛歯状に形成されており、比較的幅広に延設された基部５０、及び、その基部５０から半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に棒状に延びる電極指５２を有している。基部５０は、断面四角状に形成されており、半導体基板１４に対して平行なＹ軸方向に延びている。また、電極指５２は、断面四角状に形成されており、基部５０との接続部から先端まで同じ断面積（Ｙ軸方向において同じ幅かつＺ軸方向において同じ厚さ）を有している。電極指５２は、一つの基部５０に対して互いに平行にＹ軸方向に並んで複数本設けられている。

固定電極３２及び可動電極３４は、基部４０，５０同士がＸ軸方向において対向し、かつ、電極指４２，５２同士がＹ軸方向において対向して噛み合うように配置されている。具体的には、可動電極３４の各電極指５２は、固定電極３２の電極指４２のうち長尺電極指４２−１と短尺電極指４２−２との間のＹ軸方向における中央位置に進入するように配置されている。互いにＹ軸方向に隣接する可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の長尺電極指４２−１との間、互いにＹ軸方向に隣接し得る可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の短尺電極指４２−２との間、及び、互いにＹ軸方向に隣接する可動電極３４の電極指５２と固定電極３２のＴ型電極指４２−３の先端部４４の突部４６，４８との間には、Ｙ軸方向において所定のギャップ長ｄ０が形成されている。

可動電極３４の各電極指５２は、構造体１６，１８の振動中心（すなわち、可動電極３４の変位中心）でその先端がＸ軸方向において固定電極３２の突起４６，４８の先端と短尺電極指４２−２の先端との間のギャップの中間に位置するように構成されている。また、突起４６，４８の先端と短尺電極指４２−２の先端との間のＸ軸方向におけるギャップは、構造体１６，１８の目標振幅（すなわち、その目標振幅に対応する可動電極３４の先端の振動中心からの目標変位量）Ａ０の２倍の値と同一になるように又はその値よりも僅かに小さくなるように設定されている。

尚、Ｙ軸方向において互いに隣接する固定電極３２の電極指４２と可動電極３４の電極指５２とが厚さ方向すなわちＺ軸方向において重なる部位における厚さ（すなわち電極指４２の側壁と電極指５２の側壁とがＺ軸方向において対向する部位における高さ）Ｔｍは、電極指４２のＺ軸方向の厚さ又は電極指５２のＺ軸方向の厚さと異なるものとしてもよく、両厚さと一致するものとしてもよい。

上記した構造を有する変位量モニタ電極１０においては、構造体１６，１８がＸ軸方向に励振駆動されると、その励振駆動に伴って可動電極３４がＸ軸方向に変位する。この場合、可動電極３４の変位に応じて、固定電極３２と可動電極３４との間で静電容量変化が生じる。尚、変位量モニタ電極２８−１，２８−２での静電容量変化と変位量モニタ電極３０−１，３０−２の静電容量変化とは、互いに逆相である。変位量モニタ電極１０の静電容量変化は、構造体１６，１８のＸ軸方向への駆動変位量が大きいほど大きくなる。

変位量モニタ電極１０の固定電極はそれぞれ、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化を駆動変位量モニタ信号として信号処理回路へ出力する。この信号処理回路は、各変位量モニタ電極１０からの駆動変位量モニタ信号を処理することにより、構造体１６，１８のＸ軸方向への駆動変位量をモニタする。そして、その駆動変位量に基づいて構造体１６，１８がＸ軸方向に一定振幅で励振駆動されるように駆動電極２０−１，２０−２，２２−１，２２−２への印加駆動電圧を制御する。

ところで、センサ１２においてＺ軸回りの角速度を精度良く検出するためには、検出マスとしての構造体１６，１８をＸ軸方向に励振駆動する振幅を常に一定に保つことが必要である。そして、構造体１６，１８のＸ軸方向への駆動振幅を一定に保つためには、変位量モニタ電極１０の固定電極３２と可動電極３４との間の容量変化量を一定に維持することが一般的であり、その容量変化量が一定に維持されるように駆動電極２０−１，２０−２への印加駆動電圧を制御すること、具体的には、上記の容量変化量が目標の容量変化量に達した時点で構造体１６，１８の駆動変位量が目標変位量（目標振幅）に達したとして駆動制御を行うことが適切である。

図４は、応力変化により変形した場合の変位量モニタ電極１０の断面図を示す。また、図５は、変位量モニタ電極１０の応力変化や寸法バラツキなどに応じて変化する、構造体１６，１８すなわち可動電極３４の駆動変位量ｘと固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣとの関係（傾き）を表した図を示す。

尚、可動電極３４がＸ軸方向に可動していない場合に可動電極３４の電極指５２の先端が位置する駆動変位量ｘを“０”とし、その電極指５２の先端が固定電極３２の基部４０に近づく側をｘ＞０とし、その電極指５２の先端が固定電極３２の基部４０から遠ざかる側をｘ＜０とする。また、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣは、駆動変位量ｘ＝０のときの静電容量を基準とした値であって、固定電極３２と可動電極３４との対向面積が増加する側の静電容量変化量ΔＣをΔＣ＞０とし、その対向面積が減少する側の静電容量変化量ΔＣをΔＣ＜０とする。

ここで、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣは、構造体１６，１８の駆動変位量ｘだけでなく、固定電極３２と可動電極３４とのギャップや対向面積によっても変化する。すなわち、上記した駆動変位量ｘと静電容量変化量ΔＣとの関係は、上記のギャップや対向面積に応じて変化する。固定電極３２と可動電極３４とが対向する面積が可動電極３４の変位に従って比例的に変化する場合は、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、可動電極３４の駆動変位量ｘに対して直線的に変化する。この場合においては、変位量モニタ電極１０の応力変化や寸法バラツキなどに起因して固定電極３２と可動電極３４とのギャップや対向面積が所望のものから大きく乖離すると、図５に示す如く、静電容量変化量ΔＣが目標容量変化量Ｃ０，−Ｃ０に達したときに可動電極３４の駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０，−Ａ０から大きく乖離する事態が生じるため、構造体１６，１８の振幅を一定の目標振幅に保つことが困難となってしまう。

図６は、本実施例の変位量モニタ電極１０における、構造体１６，１８すなわち可動電極３４の駆動変位量ｘと固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣとの関係を表した図を示す。また、図７は、本実施例の変位量モニタ電極１０における動作工程を表した図を示す。

本実施例の変位量モニタ電極１０において、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣは、次式（１）に従って算出される。但し、真空の誘電率をε０とし、固定電極３２と可動電極３４との間の空間の比誘電率をεｒとし、変位量モニタ電極１０の電極対向数をＮｍとし、固定電極３２と可動電極３４との間のＹ軸方向におけるギャップ長をｄｍとする。

ΔＣ＝ε０・εｒ・２・Ｔｍ・Ｎｍ・ｘ／ｄｍ ・・・（１）
本実施例において、上記の如く、可動電極３４の電極指５２は、固定電極３２の電極指４２のうち長尺電極指４２−１と短尺電極指４２−２との間のＹ軸方向における中央位置に進入し、かつ、構造体１６，１８の振動中心でその先端がＸ軸方向において固定電極３２の突起４６，４８の先端と短尺電極指４２−２の先端との間のギャップの中間に位置するように構成されている。また、可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の電極指４２の長尺電極指４２−１との間には、Ｙ軸方向において所定のギャップ長ｄ０が形成されている。更に、上記した固定電極３２の突起４６，４８の先端と短尺電極指４２−２の先端との間のギャップは、構造体１６，１８の目標振幅Ａ０の２倍の値と同一になるように又はその値よりも僅かに小さくなるように設定されている。

かかる構造において、可動電極３４が駆動変位量ｘがゼロである位置（ｘ＝０）から駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）まで駆動変位する過程（第１の過程）では、その可動電極３４とＹ軸方向においてギャップ長ｄ０だけ隔てた固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指４２が長尺電極指４２−１のみである。この場合は、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加する。このため、上記の第１の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが一定の傾きで増加する。

また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）から更にｘ＞Ａ０側へ駆動変位する過程（第２の過程）では、その可動電極３４とＹ軸方向においてギャップ長ｄ０だけ隔てた固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指４２が長尺電極指４２−１及び短尺電極指４２−２となる。この場合は、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加すると共に、その面積の増加傾きが、上記した第１の過程での増加傾きよりも大きくなる。このため、上記の第２の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第１の過程での傾きに比べて大きな傾きで増加する。

また、可動電極３４がｘ＞Ａ０の位置からｘ＝Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第３の過程）では、その可動電極３４とＹ軸方向においてギャップ長ｄ０だけ隔てた固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指４２が長尺電極指４２−１及び短尺電極指４２−２である。この場合は、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に減少する。このため、上記の第３の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第２の過程での傾きと同じ傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＝Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第４の過程）、及び、可動電極３４がｘ＝０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第５の過程）では、その可動電極３４とＹ軸方向においてギャップ長ｄ０だけ隔てた固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指４２が長尺電極指４２−１のみとなる。この場合は、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に減少すると共に、その面積の減少傾きが、上記の第３の過程での減少傾きよりも小さくなる。このため、上記の第４及び第５の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第３の過程での傾きに比べて小さな傾きで減少する。

また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０である位置（ｘ＝−Ａ０）から更にｘ＜−Ａ０側へ駆動変位する過程（第６の過程）では、その可動電極３４とＹ軸方向においてギャップ長ｄ０だけ隔てた固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指４２が長尺電極指４２−１及びＴ型電極指４２−３の突起４６，４８となる。この場合は、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に減少すると共に、その面積の減少傾きが、上記した第４及び第５の過程での減少傾きよりも大きくなる。このため、上記の第６の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第４及び第５の過程での傾きに比べて大きな傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＜−Ａ０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第７の過程）では、その可動電極３４とＹ軸方向においてギャップ長ｄ０だけ隔てた固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指４２が長尺電極指４２−１及び短尺電極指４２−２である。この場合は、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加する。このため、上記の第７の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第６の過程での傾きと同じ傾きで増加する。

更に、可動電極３４がｘ＝−Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第８の過程）では、その可動電極３４とＹ軸方向においてギャップ長ｄ０だけ隔てた固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指４２が長尺電極指４２−１のみとなる。この場合は、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加すると共に、その面積の増加傾きが、上記の第７の過程での増加傾きよりも小さくなる。このため、上記の第８の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第７の過程での傾きに比べて小さな傾きで増加する。

このように、変位量モニタ電極１０の構造は、可動電極３４の駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０とＡ０との間であるときは、可動電極３４のＸ軸方向への駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が比較的小さく、一方、可動電極３４の駆動変位量ｘがｘ＜−Ａ０又はｘ＞Ａ０を満たすときは、その変化感度が比較的大きくなる特性を有している。

すなわち、変位量モニタ電極１０の構造は、上記した静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて大きくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて大きくなる特性を有している。具体的には、固定電極３２及び可動電極３４（特に、固定電極３２）は、電極指４２，５２同士がギャップ長ｄ０で対向する面の総面積の変化感度が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて大きくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて大きくなるように形成されている。すなわち、固定電極３２及び可動電極３４（特に、固定電極３２）は、電極指４２，５２同士がギャップ長ｄ０で対向する箇所の個数が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて増え、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて増えるように形成されている。

このため、変位量モニタ電極１０の構造においては、可動電極３４が目標変位量Ａ０，−Ａ０まで駆動変位した後の可動電極３４の駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４が目標変位量−Ａ０とＡ０との間に位置するときのものに比べて高くなる。かかる構造によれば、静電容量変化量ΔＣの変化感度が一定である構造と比べて、固定電極３２と可動電極３４とのギャップや対向面積の変化によって可動電極３４の駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの傾きが変動する場合に生ずる、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが目標容量変化量Ｃ０に達するときの可動電極３４の駆動変位量ｘのバラツキが低減される。

従って、本実施例の変位量モニタ電極１０の構造によれば、固定電極３２と可動電極３４とのギャップや対向面積などの相対的な関係が変化しても、静電容量変化量ΔＣが目標容量変化量Ｃ０に達したときに可動電極３４の駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０から大きく乖離するのを抑制することができるので、構造体１６，１８の振幅を一定の目標振幅にできるだけ保つことが可能となっている。この点、組み立て応力や温度変化などの外乱要因や寸法バラツキなどの製造要因に対するロバスト性を向上させることができ、歩留まり率の改善や良品率の向上を図ることができる。

また、本実施例の変位量モニタ電極１０においては、可動電極３４が目標変位量Ａ０，−Ａ０に駆動変位した後の可動電極３４の駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度を高めるうえで、固定電極３２及び可動電極３４の電極指４２の先端と基部５０との隙間及び基部４０と電極指５２の先端との隙間を狭めることは不要であり、それらの隙間に余裕を持たせることが可能である。このため、構造体１６，１８がＸ軸方向において駆動する過程で、固定電極３２及び可動電極３４同士が衝突するのを回避させることができ、変位量モニタ電極１０の破損を抑制することができる。

尚、上記の第１実施例においては、構造体１６，１８が請求の範囲に記載した「検出マス」に、Ｘ軸方向が請求の範囲に記載した「所定軸方向」に、それぞれ相当している。

ところで、上記の第１実施例においては、固定電極３２が、基部４０から半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に延びる電極指４２を有し、その電極指４２が、長尺電極指４２−１と短尺電極指４２−２とＴ型電極指４２−３との３種類の電極指からなるが、本発明はこれに限定されるものではなく、図８Ａ及び図９Ａに示す如く、固定電極３２が、基部４０から半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に延びる電極指８０，９０を有し、その電極指８０，９０が、Ｘ軸方向の長さが比較的長い長尺電極指８２，９２とＸ軸方向の長さが比較的短い短尺電極指８４，９４との２種類の電極指からなるものとしてもよい。

かかる変形例の構造において、固定電極３２の長尺電極指８２，９２及び短尺電極指８４，９４はそれぞれ、断面四角状に形成されており、基部４０との接続部から先端まで同じ断面積（Ｙ軸方向において同じ幅かつＺ軸方向において同じ厚さ）を有している。電極指８０，９０は、一つの長尺電極指８２，９２と一つの短尺電極指８４，９４とを一セットとしたパターンに形成されている。具体的には、Ｙ軸方向において順に長尺電極指８２，９２及び短尺電極指８４，９４が構成されると共に、その構成がＹ軸方向において繰り返されるように形成されている。電極指８０，９０において、長尺電極指８２，９２と短尺電極指８４，９４との間には、Ｙ軸方向に所定のギャップ長が形成されている。

また、固定電極３２は、電極指８０，９０の一部として基部４０に接続しない離間部８６，９６を有している。離間部８６，９６は、半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に延び、断面四角状に形成されており、Ｘ軸方向の両端間で同じ断面積（Ｙ軸方向において同じ幅かつＺ軸方向において同じ厚さ）を有している。離間部８６，９６のＹ軸方向位置は、短尺電極指８４，９４のＹ軸方向位置と同じである。すなわち、離間部８６，９６は、短尺電極指８４，９４とＸ軸方向に所定距離隔てて配置されている。離間部８６，９６と短尺電極指８４，９４との間には、Ｘ軸方向に所定のギャップ長が形成されている。離間部８６，９６と短尺電極指８４，９４とは、所定のギャップ長の穴が開いた切欠を有する電極指を構成している。

尚、離間部８６は、図８Ｂに示す如く固定電極３２全体が半導体基板１４に電気的に接続されることで、固定電極３２の他の部位（例えば長尺電極指８２や短尺電極指８４など）と同電位に維持されることとしてもよいし、また、離間部９６は、図９Ｂに示す如くその離間部９６が上部電極９８を介して長尺電極指９２に電気的に接続されることで、固定電極３２の他の部位（例えば長尺電極指９２や短尺電極指９４など）と同電位に維持されることとしてもよい。

固定電極３２及び可動電極３４は、基部４０，５０同士がＸ軸方向において対向し、かつ、電極指８０，９０と電極指５２とがＹ軸方向において対向して噛み合うように配置されている。具体的には、可動電極３４の各電極指５２は、固定電極３２の電極指８０，９０の長尺電極指８２，９２と短尺電極指８４，９４との間のＹ軸方向における中央位置に進入するように配置されている。互いにＹ軸方向に隣接する可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の長尺電極指８２，９２との間、互いにＹ軸方向に隣接し得る可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の短尺電極指８４，９４との間、及び、互いにＹ軸方向に隣接する可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の離間部８６，９６との間には、Ｙ軸方向において所定のギャップ長ｄ０が形成されている。

可動電極３４の各電極指５２は、構造体１６，１８の振動中心（すなわち、可動電極３４の変位中心）でその先端がＸ軸方向において固定電極３２の離間部８６，９６の一端と短尺電極指８４，９４の先端との間のギャップの中間に位置するように構成されている。また、離間部８６，９６の一端と短尺電極指８４，９４の先端との間のＸ軸方向におけるギャップは、構造体１６，１８の目標振幅（すなわち、その目標振幅に対応する可動電極３４の先端の振動中心からの目標変位量）Ａ０の２倍の値と同一になるように又はその値よりも僅かに小さくなるように設定されている。

尚、Ｙ軸方向において互いに隣接する固定電極３２の電極指８０，９０と可動電極３４の電極指５２とが厚さ方向すなわちＺ軸方向において重なる部位における厚さ（すなわち電極指８０，９０の側壁と電極指５２の側壁とがＺ軸方向において対向する部位における高さ）Ｔｍは、電極指８０，９０のＺ軸方向の厚さ又は電極指５２のＺ軸方向の厚さと異なるものとしてもよく、両厚さと一致するものとしてもよい。

かかる変位量モニタ電極１０の変形例の構造も、可動電極３４の駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０とＡ０との間であるときは、可動電極３４のＸ軸方向への駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が比較的小さく、一方、可動電極３４の駆動変位量ｘがｘ＜−Ａ０又はｘ＞Ａ０を満たすときは、その変化感度が比較的大きくなる特性を有している。すなわち、上記した静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０，−Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０，−Ａ０に達する前に比べて大きくなる特性を有している。具体的には、固定電極３２及び可動電極３４は、電極指８０，９０と電極指５２とがギャップ長ｄ０で対向する面の総面積の変化感度が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０，−Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０，−Ａ０に達する前に比べて大きくなるように形成されており、すなわち、固定電極３２は、電極指８０，９０と電極指５２とがギャップ長ｄ０で対向する箇所の個数が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０，−Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０，−Ａ０に達する前に比べて増えるように形成されている。従って、この変形例の構造においても、上記した第１実施例の構造と同様の効果を得ることができる。

また、この変形例の構造においては、固定電極３２の電極指８０，９０と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するギャップ長をすべての部位で等間隔とすることができるので、各部のギャップ長が不均一となる構造に比べて、構成のコンパクト化を図ることができ、半導体基板１４上において変位量モニタ電極１０が占有する面積が増大するのを防止することができる。

図１０は、本発明の第２実施例である変位量モニタ電極１００の上面図を示す。尚、図１０において、上記図２に示す構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。また、図１１は、本実施例の変位量モニタ電極１００における動作工程を表した図を示す。

本実施例の変位量モニタ電極１００は、固定電極３２と可動電極３４とからなる。固定電極３２は、櫛歯状に形成されており、基部４０から半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に延びる電極指１０２を有している。電極指１０２は、一つの基部４０に対して互いに平行にＹ軸方向に等間隔で並んで複数本設けられている。各電極指１０２は、同じ形状を有している。各電極指１０２はそれぞれ、断面四角状に形成されており、基部４０との接続部から先端にかけて断面積が変化するように構成されている。

具体的には、各電極指１０２はそれぞれ、基部４０との接続部近傍及び先端近傍の部位のＹ軸方向における幅がその中間部位のＹ軸方向における幅に比べて大きいことで、基部４０との接続部近傍及び先端近傍の部位の断面積がその中間部位の断面積に比べて大きくなるように構成されている。以下、電極指１０２のうち、断面積が比較的大きい基部４０との接続部近傍の部位を根元部１０２−１と、断面積が比較的大きい先端近傍の部位を先端部１０２−２と、また、断面積が比較的小さい中間部位を中間部１０２−３と、それぞれ称す。

固定電極３２及び可動電極３４は、基部４０，５０同士がＸ軸方向において対向し、かつ、電極指１０２と電極指５２とがＹ軸方向において対向して噛み合うように配置されている。具体的には、可動電極３４の各電極指５２は、固定電極３２の互いにＹ軸方向において隣接する２つの電極指１０２の中央位置に進入するように配置されている。互いにＹ軸方向に隣接する可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の電極指１０２とは、部位に応じてＹ軸方向において異なるギャップ長ｄｍが形成されるように、具体的には、電極指５２と根元部１０２−１との間のギャップ長及び電極指５２と先端部１０２−２との間のギャップ長が比較的小さくかつ電極指５２と中間部１０２−３との間のギャップ長が比較的大きくなるように構成されている。

可動電極３４の各電極指５２は、構造体１６，１８の振動中心（すなわち、可動電極３４の変位中心）でその先端がＸ軸方向において固定電極３２の電極指１０２の中間部１０２−３のＸ軸方向における中間に位置するように構成されている。また、中間部１０２−３のＸ軸方向における長さ、すなわち、根元部１０２−１と先端部１０２−２とのＸ軸方向における距離は、構造体１６，１８の目標振幅（すなわち、その目標振幅に対応する可動電極３４の先端の振動中心からの目標変位量）Ａ０の２倍の値と同一になるように又はその値よりも僅かに小さくなるように設定されている。

尚、Ｙ軸方向において互いに隣接する固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とが厚さ方向すなわちＺ軸方向において重なる部位における厚さ（すなわち電極指１０２の側壁と電極指５２の側壁とがＺ軸方向において対向する部位における高さ）Ｔｍは、電極指１０２のＺ軸方向の厚さ又は電極指５２のＺ軸方向の厚さと異なるものとしてもよく、両厚さと一致するものとしてもよい。

かかる変位量モニタ電極１００の構造において、可動電極３４が駆動変位量ｘがゼロである位置（ｘ＝０）から駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）まで駆動変位する過程（第１の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指１０２が中間部１０２−３である。この場合は、その固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向におけるギャップ長ｄｍが比較的大きい一定値である。このため、上記の第１の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが一定の傾きで増加する。

また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）から更にｘ＞Ａ０側へ駆動変位する過程（第２の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指１０２が根元部１０２−１となる。この場合は、その固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向におけるギャップ長ｄｍが比較的小さい一定値となる。このため、上記の第２の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第１の過程での傾きに比べて大きな傾きで増加する。

また、可動電極３４がｘ＞Ａ０の位置からｘ＝Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第３の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指１０２が根元部１０２−１である。この場合は、その固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向におけるギャップ長ｄｍが比較的小さい一定値である。このため、上記の第３の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第２の過程での傾きと同じ傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＝Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第４の過程）、及び、可動電極３４がｘ＝０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第５の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指１０２が中間部１０２−３となる。この場合は、その固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向におけるギャップ長ｄｍが比較的大きい一定値となる。このため、上記の第４及び第５の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第３の過程での傾きに比べて小さな傾きで減少する。

また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０である位置（ｘ＝−Ａ０）から更にｘ＜−Ａ０側へ駆動変位する過程（第６の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指１０２が先端部１０２−２となる。この場合は、その固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向におけるギャップ長ｄｍが比較的小さい一定値となる。このため、上記の第６の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第４及び第５の過程での傾きに比べて大きな傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＜−Ａ０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第７の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指１０２が先端部１０２−２である。この場合は、その固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向におけるギャップ長ｄｍが比較的小さい一定値である。このため、上記の第７の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第６の過程での傾きと同じ傾きで増加する。

更に、可動電極３４がｘ＝−Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第８の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指１０２が中間部１０２−３となる。この場合は、その固定電極３２の電極指１０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向におけるギャップ長ｄｍが比較的大きい一定値となる。このため、上記の第８の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第７の過程での傾きに比べて小さな傾きで増加する。

このように、変位量モニタ電極１００の構造も、可動電極３４の駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０とＡ０との間であるときは、可動電極３４のＸ軸方向への駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が比較的小さく、一方、可動電極３４の駆動変位量ｘがｘ＜−Ａ０又はｘ＞Ａ０を満たすときは、その変化感度が比較的大きくなる特性を有している。

すなわち、変位量モニタ電極１００の構造は、上記した静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて大きくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて大きくなる特性を有している。具体的には、固定電極３２及び可動電極３４（特に、固定電極３２）は、電極指１０２，５２同士が対向するギャップ長ｄｍ（特に、電極指５２の先端が電極指１０２に対向するギャップ長）が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて小さくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて小さくなるように形成されている。

このため、変位量モニタ電極１００の構造においても、可動電極３４が目標変位量Ａ０，−Ａ０まで駆動変位した後の可動電極３４の駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４が目標変位量−Ａ０とＡ０との間に位置するときのものに比べて高くなる。従って、本実施例の変位量モニタ電極１００の構造においても、上記した第１実施例の変位量モニタ電極１０の構造と同様の効果を得ることができる。

また、変位量モニタ電極１００の構造においては、固定電極３２の電極指１０２の各部と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において隣接するギャップ長、及び、固定電極３２のＹ軸方向において互いに隣接する電極指１０２同士の各部がＹ軸方向において隣接するギャップ長をそれぞれ等間隔とすることができるので、不均一なギャップ長を有する構造に比べて、構成の簡素化及びコンパクト化を図ることができる。

ところで、上記の第２実施例においては、固定電極３２及び可動電極３４の電極指１０２，５２同士が対向するギャップ長ｄｍ（特に、電極指５２の先端が電極指１０２に対向するギャップ長）を、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて小さくするうえで、可動電極３４の電極指５２が基部５０との接続部から先端まで同じ断面積を有するものとし、固定電極３２の電極指１０２が基部４０との接続部から先端にかけて変化する断面積を有するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定電極３２の電極指及び可動電極３４の電極指がそれぞれ、基部との接続部から先端にかけて変化する断面積を有するものとしてもよい。

例えば、図１２に示す如く、固定電極３２の電極指１２０が、基部４０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部１２０−１と、先端近傍の断面積が比較的大きい先端部１２０−２と、断面積が比較的小さい中間部１２０−３と、からなるものとし、かつ、可動電極３４の電極指１２２が、基部５０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部１２２−１と、先端近傍の断面積が比較的大きい先端部１２２−２と、断面積が比較的小さい中間部１２２−３と、からなるものとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０，−Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０，−Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第２実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、図１３に示す如く、固定電極３２の電極指１３０が、基部４０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部１３０−１と、断面積が比較的小さい基礎部１３０−２と、からなるものとし、かつ、可動電極３４の電極指１３２が、基部５０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部１３２−１と、先端近傍の断面積が比較的大きい先端部１３２−２と、断面積が比較的小さい中間部１３２−３と、からなるものとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第２実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、図１４に示す如く、固定電極３２の電極指１４０が、基部４０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部１４０−１と、断面積が比較的小さい基礎部１４０−２と、からなるものとし、かつ、可動電極３４の電極指１４２が、断面積が比較的小さい基礎部１４２−１と、基部５０との接続部近傍の断面積が比較的大きい先端部１４２−２と、からなるものとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第２実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、上記した図１２〜図１４に示す変形例の構造においては、図１５（尚、この図１５には、図１３に示す変形例の構造を示している。）に示す如く、変位量モニタ電極１００全体の構成として、固定電極３２の電極指と可動電極３４の電極指とがＹ軸方向において対向する部位ごとのギャップ長、及び、固定電極３２のＹ軸方向において互いに隣接する電極指同士の部位ごとのギャップ長をそれぞれ等間隔とすること（すなわち、図１５に示す如く、ａ＝ａ´＝ａ´´＝ａ´´´、ｂ＝ｂ´＝ｂ´´＝ｂ´´´、ｃ＝ｃ´、かつ、ｄ＝ｄ´を成立させること）ができるので、不均一なギャップ長を有する構造に比べて、構成の簡素化及びコンパクト化を図ることができる。

図１６は、本発明の第３実施例である変位量モニタ電極２００の上面図を示す。尚、図１０において、上記図２に示す構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。また、図１７は、本実施例の変位量モニタ電極２００における動作工程を表した図を示す。

本実施例の変位量モニタ電極２００は、固定電極３２と可動電極３４とからなる。固定電極３２は、櫛歯状に形成されており、基部４０から半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に延びる電極指２０２を有している。電極指２０２は、一つの基部４０に対して互いに平行にＹ軸方向に等間隔で並んで複数本設けられている。各電極指２０２は、同じ形状を有している。各電極指２０２はそれぞれ、断面四角状に形成されており、基部４０との接続部から先端にかけて断面積が変化するように構成されている。

具体的には、各電極指２０２はそれぞれ、基部４０との接続部近傍及び先端近傍の部位のＺ軸方向における厚さがその中間部位のＺ軸方向における厚さに比べて大きいことで、基部４０との接続部近傍及び先端近傍の部位の断面積がその中間部位の断面積に比べて大きくなるように構成されている。以下、電極指２０２のうち、断面積が比較的大きい基部４０との接続部近傍の部位を根元部２０２−１と、断面積が比較的大きい先端近傍の部位を先端部２０２−２と、また、断面積が比較的小さい中間部位を中間部２０２−３と、それぞれ称す。

固定電極３２及び可動電極３４は、基部４０，５０同士がＸ軸方向において対向し、かつ、電極指２０２と電極指５２とがＹ軸方向において対向して噛み合うように配置されている。具体的には、可動電極３４の各電極指５２は、固定電極３２の互いにＹ軸方向において隣接する２つの電極指２０２の中央位置に進入するように配置されている。互いにＹ軸方向に隣接する可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の電極指２０２との間には、Ｙ軸方向において所定のギャップ長ｄ０が形成されている。

可動電極３４の各電極指５２は、構造体１６，１８の振動中心（すなわち、可動電極３４の変位中心）でその先端がＸ軸方向において固定電極３２の電極指２０２の中間部２０２−３のＸ軸方向における中間に位置するように構成されている。また、中間部２０２−３のＸ軸方向における長さ、すなわち、根元部２０２−１と先端部２０２−２とのＸ軸方向における距離は、構造体１６，１８の目標振幅（すなわち、その目標振幅に対応する可動電極３４の先端の振動中心からの目標変位量）Ａ０の２倍の値と同一になるように又はその値よりも僅かに小さくなるように設定されている。

また、Ｙ軸方向において互いに隣接する固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とは、厚さ方向すなわちＺ軸方向において重なる部位における厚さ（すなわち電極指２０２の側壁と電極指５２の側壁とがＺ軸方向において対向する部位における高さ）Ｔｍが部位に応じて異なるように、具体的には、電極指５２と根元部２０２−１との間の厚さ及び電極指５２と先端部２０２−２との間の厚さが比較的大きくかつ電極指５２と中間部２０２−３との間の厚さが比較的小さくなるように構成されている。

かかる変位量モニタ電極２００の構造において、可動電極３４が駆動変位量ｘがゼロである位置（ｘ＝０）から駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）まで駆動変位する過程（第１の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指２０２が中間部２０２−３である。この場合は、その固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍが比較的小さい一定値であり、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加する。このため、上記の第１の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが一定の傾きで増加する。

また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）から更にｘ＞Ａ０側へ駆動変位する過程（第２の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指２０２が根元部２０２−１となる。この場合は、その固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍが比較的大きい一定値となり、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加すると共に、その面積の増加傾きが、上記した第１の過程での増加傾きよりも大きくなる。このため、上記の第２の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第１の過程での傾きに比べて大きな傾きで増加する。

また、可動電極３４がｘ＞Ａ０の位置からｘ＝Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第３の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指２０２が根元部２０２−１である。この場合は、その固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍが比較的大きい一定値であり、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に減少する。このため、上記の第３の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第２の過程での傾きと同じ傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＝Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第４の過程）、及び、可動電極３４がｘ＝０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第５の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指２０２が中間部２０２−３となる。この場合は、その固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍが比較的小さい一定値となり、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に減少すると共に、その面積の減少傾きが、上記の第３の過程での減少傾きよりも小さくなる。このため、上記の第４及び第５の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第３の過程での傾きに比べて小さな傾きで減少する。

また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０である位置（ｘ＝−Ａ０）から更にｘ＜−Ａ０側へ駆動変位する過程（第６の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指２０２が先端部２０２−２となる。この場合は、その固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍが比較的大きい一定値となり、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に減少すると共に、その面積の減少傾きが、上記した第４及び第５の過程での減少傾きよりも大きくなる。このため、上記の第６の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第４及び第５の過程での傾きに比べて大きな傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＜−Ａ０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第７の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指２０２が先端部２０２−２である。この場合は、その固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍが比較的大きい一定値であり、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加する。このため、上記の第７の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第６の過程での傾きと同じ傾きで増加する。

更に、可動電極３４がｘ＝−Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第８の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指２０２が中間部２０２−３となる。この場合は、その固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍが比較的小さい一定値となり、固定電極３２と可動電極３４とがギャップ長ｄ０だけ隔てて対向する面積がその可動電極３４の変位に従って比例的に増加すると共に、その面積の増加傾きが、上記の第７の過程での増加傾きよりも小さくなる。このため、上記の第８の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の第７の過程での傾きに比べて小さな傾きで増加する。

このように、変位量モニタ電極２００の構造も、可動電極３４の駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０とＡ０との間であるときは、可動電極３４のＸ軸方向への駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が比較的小さく、一方、可動電極３４の駆動変位量ｘがｘ＜−Ａ０又はｘ＞Ａ０を満たすときは、その変化感度が比較的大きくなる特性を有している。

すなわち、変位量モニタ電極２００の構造は、上記した静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて大きくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて大きくなる特性を有している。具体的には、固定電極３２及び可動電極３４（特に、固定電極３２）は、電極指２０２，５２同士がＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍ（特に、電極指５２の先端が電極指２０２に対向するＺ軸方向の高さ）が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて大きくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて大きくなるように形成されている。

このため、変位量モニタ電極２００の構造においても、可動電極３４が目標変位量Ａ０，−Ａ０まで駆動変位した後の可動電極３４の駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４が目標変位量−Ａ０とＡ０との間に位置するときのものに比べて高くなる。従って、本実施例の変位量モニタ電極２００の構造においても、上記した第１実施例及び第２実施例の変位量モニタ電極１０，１００の構造と同様の効果を得ることができる。

また、変位量モニタ電極２００の構造においては、上記した第１実施例及び第２実施例の変位量モニタ電極１０，１００の構造と異なり、固定電極３２の電極指２０２及び可動電極３４の電極指５２がそれぞれ、先端から基部４０，５０との接続部にかけてＹ軸方向の幅が変化しない構成を有する。このため、固定電極３２の電極指２０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するギャップ長、固定電極３２のＹ軸方向において互いに隣接する電極指２０２同士がＹ軸方向において隣接するギャップ長、及び可動電極３４のＹ軸方向において互いに隣接する電極指５２同士がＹ軸方向において隣接するギャップ長をそれぞれ最短でかつ等間隔とすることができるので、不均一なギャップ長を有する構造に比べて、構成の簡素化及びコンパクト化を図ることができ、半導体基板１４上において変位量モニタ電極２００が占有する面積が増大するのを防止することができる。

ところで、上記の第３実施例においては、固定電極３２及び可動電極３４の電極指２０２，５２同士がＹ軸方向において対向するＺ軸方向の高さＴｍ（特に、電極指５２の先端が電極指２０２に対向するＺ軸方向の高さ）を、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて小さくするうえで、可動電極３４の電極指５２が基部５０との接続部から先端まで同じ断面積を有するものとし、固定電極３２の電極指２０２が基部４０との接続部から先端にかけて変化する断面積を有するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定電極３２の電極指及び可動電極３４の電極指がそれぞれ、基部との接続部から先端にかけて変化する断面積を有するものとしてもよい。

例えば、図１８Ａ、図１８Ｂ、及び図１８Ｃに示す如く、固定電極３２の電極指２２０が、基部４０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部２２０−１と、先端近傍の断面積が比較的大きい先端部２２０−２と、断面積が比較的小さい中間部２２０−３と、からなるものとし、かつ、可動電極３４の電極指２２２が、基部５０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部２２２−１と、先端近傍の断面積が比較的大きい先端部２２２−２と、断面積が比較的小さい中間部２２２−３と、からなるものとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０，−Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０，−Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第３実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、図１９Ａ、図１９Ｂ、及び図１９Ｃに示す如く、固定電極３２の電極指２３０が、基部４０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部２３０−１と、断面積が比較的小さい基礎部２３０−２と、からなるものとし、かつ、可動電極３４の電極指２３２が、基部５０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部２３２−１と、先端近傍の断面積が比較的大きい先端部２３２−２と、断面積が比較的小さい中間部２３２−３と、からなるものとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第３実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、図２０Ａ、図２０Ｂ、及び図２０Ｃに示す如く、固定電極３２の電極指２４０が、基部４０との接続部近傍の断面積が比較的大きい根元部２４０−１と、断面積が比較的小さい基礎部２４０−２と、からなるものとし、かつ、可動電極３４の電極指２４２が、断面積が比較的小さい基礎部２４２−１と、基部５０との接続部近傍の断面積が比較的大きい先端部２４２−２と、からなるものとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第３実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、上記した図１８〜図２０に示す変形例の構造においても、変位量モニタ電極２００全体の構成として、固定電極３２の電極指と可動電極３４の電極指とがＹ軸方向において対向するギャップ長、固定電極３２のＹ軸方向において互いに隣接する電極指同士がＹ軸方向において隣接するギャップ長、及び可動電極３４のＹ軸方向において互いに隣接する電極指同士がＹ軸方向において隣接するギャップ長をそれぞれ最短でかつ等間隔とすること（例えば、図２１に示す如く、ｅ＝ｅ´＝ｅ´´＝ｅ´´´を成立させること）ができるので、不均一なギャップ長を有する構造に比べて、構成の簡素化及びコンパクト化を図ることができ、半導体基板１４上において変位量モニタ電極２００が占有する面積が増大するのを防止することができる。

図２２Ａは、本発明の第４実施例である変位量モニタ電極３００の上面図を示す。図２２Ｂは、図２２Ａに示す変位量モニタ電極３００のV−V断面図を示す。尚、図２２Ａ及び図２２Ｂにおいて、上記図２に示す構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。また、図２３は、本実施例の変位量モニタ電極３００における動作工程を表した図を示す。

本実施例の変位量モニタ電極３００は、固定電極３２と可動電極３４とからなる。固定電極３２は、櫛歯状に形成されており、基部４０から半導体基板１４に対して平行なＸ軸方向に延びる電極指３０２を有している。電極指３０２は、一つの基部４０に対して互いに平行にＹ軸方向に等間隔で並んで複数本設けられている。各電極指３０２は、互いに同じ形状を有している。電極指３０２は、断面四角状に形成されており、基部４０との接続部から先端まで同じ断面積（Ｙ軸方向において同じ幅かつＺ軸方向において同じ厚さ）を有している。また、電極指３０２と可動電極３４の電極指５２とが厚さ方向すなわちＺ軸方向において重なる部位における厚さ（すなわち電極指３０２の側壁と電極指５２の側壁とがＺ軸方向において対向する部位における高さ）Ｔｍは一定である。

固定電極３２の電極指３０２において、基部４０との接続部近傍及び先端近傍の部位の表面には、誘電材料３０４，３０６が配設されている。誘電材料３０４，３０６は、電極指３０２が可動電極３４の電極指５２とＹ軸方向において対向する側面の両側それぞれに設けられている。誘電材料３０４，３０６は、電極指３０２本体の材料とは異なる、絶縁性の高い材料又は低ヤング率若しくは粘性を有する材料により構成されている。誘電材料３０４，３０６は、空気の比誘電率“１”よりも大きい比誘電率を有しており、電極指３０２の表面上においてＹ軸方向に所定厚さｄ１を有している。

尚、誘電材料３０４，３０６は、例えばシリコンを熱酸化することで容易に堆積可能なＳｉＯ２膜（酸化絶縁膜）やレジスト材料などの有機材料などを利用して製造されるものとしてもよい。また、以下、電極指３０２のうち、誘電材料３０４が設けられた基部４０との接続部近傍の部位を根元部３０２−１と、誘電材料３０６が設けられた先端近傍の部位を先端部３０２−２と、また、根元部３０２−１と先端部３０２−２との中間部位を中間部３０２−３と、それぞれ称す。

固定電極３２及び可動電極３４は、基部４０，５０同士がＸ軸方向において対向し、かつ、電極指３０２と電極指５２とがＹ軸方向において対向して噛み合うように配置されている。具体的には、可動電極３４の各電極指５２は、固定電極３２の互いにＹ軸方向において隣接する２つの電極指３０２の中央位置に進入するように配置されている。互いにＹ軸方向に隣接する可動電極３４の電極指５２と固定電極３２の電極指３０２との間には、電極指３０２の中間部３０２−３でＹ軸方向に所定のギャップ長ｄ０が、また、根元部３０２−１及び先端部３０２−２でＹ軸方向に所定のギャップ長（ｄ０−ｄ１）が、それぞれ形成されている。

可動電極３４の各電極指５２は、構造体１６，１８の振動中心（すなわち、可動電極３４の変位中心）でその先端がＸ軸方向において固定電極３２の電極指３０２の中間部３０２−３のＸ軸方向における中間に位置するように構成されている。また、中間部３０２−３のＸ軸方向における長さ、すなわち、根元部３０２−１と先端部３０２−２とのＸ軸方向における距離（誘電材料３０４の一端と誘電材料３０６の一端とのＸ軸方向における離間距離）は、構造体１６，１８の目標振幅（すなわち、その目標振幅に対応する可動電極３４の先端の振動中心からの目標変位量）Ａ０の２倍の値と同一になるように又はその値よりも僅かに小さくなるように設定されている。

尚、Ｙ軸方向において互いに隣接する固定電極３２の電極指３０２と可動電極３４の電極指５２とが厚さ方向すなわちＺ軸方向において重なる部位における厚さ（すなわち電極指３０２の側壁と電極指５２の側壁とがＺ軸方向において対向する部位における高さ）Ｔｍは、電極指１０２のＺ軸方向の厚さ又は電極指５２のＺ軸方向の厚さと異なるものとしてもよく、両厚さと一致するものとしてもよい。

かかる変位量モニタ電極３００の構造において、可動電極３４が駆動変位量ｘがゼロである位置（ｘ＝０）から駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）まで駆動変位する過程（第１の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指３０２が中間部３０２−３である。このため、上記の第１の過程では、その固定電極３２の電極指３０２と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向における間の誘電率がその間の空間の誘電率に基づく一定値（＝ε１）であるので、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣ１が次式（２）に示す如く上記の駆動変位量ｘに従って一定の傾きで増加する。尚、固定電極３２と可動電極３４とが対向する対向面積の変化量をΔＳとする。

ΔＣ１＝ε１・ΔＳ／ｄ０ ・・・（２）
また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量Ａ０である位置（ｘ＝Ａ０）から更にｘ＞Ａ０側へ駆動変位する過程（第２の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指３０２が根元部３０２−１となる。このため、上記の第２の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣ２が、次式（３）に示す如く、誘電材料３０４の静電容量変化量と、その誘電材料３０４と可動電極３４の電極指５２とのＹ軸方向における間の空間の静電容量変化量と、に基づくものとなり、上記の駆動変位量ｘに従って上記の第１の過程での傾きに比べて大きな傾きで増加する。尚、固定電極３２の電極指３０２と可動電極３４の電極指５２との間の空間の誘電率をε１とし、誘電材料３０４の誘電率をε２（＞ε１）とし、固定電極３２と可動電極３４と対向面積の変化量をΔＳとする。

ΔＣ２＝ε１・ε２・ΔＳ／（ε２・（ｄ０−ｄ１）＋ε１・ｄ１） ・・・（３）
また、可動電極３４がｘ＞Ａ０の位置からｘ＝Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第３の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指３０２が根元部３０２−１である。このため、上記の第３の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の駆動変位量ｘに従って上記の第２の過程での傾きと同じ傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＝Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第４の過程）、及び、可動電極３４がｘ＝０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第５の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指３０２が中間部３０２−３となる。このため、上記の第４及び第５の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の駆動変位量ｘに従って上記の第３の過程での傾きに比べて小さな傾きで減少する。

また、可動電極３４が駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０である位置（ｘ＝−Ａ０）から更にｘ＜−Ａ０側へ駆動変位する過程（第６の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の減少に寄与する電極指３０２が先端部３０２−２となる。このため、上記の第６の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、誘電材料３０６の静電容量変化量と、その誘電材料３０６と可動電極３４の電極指５２との間の空間の静電容量変化量と、に基づくものとなり、上記の駆動変位量ｘに従って上記の第４及び第５の過程での傾きに比べて大きな傾きで減少する。

また、可動電極３４がｘ＜−Ａ０の位置からｘ＝−Ａ０の位置まで駆動変位する過程（第７の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指３０２が先端部３０２−２である。このため、上記の第７の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の駆動変位量ｘに従って上記の第６の過程での傾きと同じ傾きで増加する。

更に、可動電極３４がｘ＝−Ａ０の位置からｘ＝０の位置まで駆動変位する過程（第８の過程）では、可動電極３４と対向する固定電極３２のうち固定電極３２と可動電極３４との対向面積の増加に寄与する電極指３０２が中間部３０２−３となる。このため、上記の第８の過程では、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣが、上記の駆動変位量ｘに従って上記の第７の過程での傾きに比べて小さな傾きで増加する。

このように、変位量モニタ電極３００の構造も、可動電極３４の駆動変位量ｘが目標変位量−Ａ０とＡ０との間であるときは、可動電極３４のＸ軸方向への駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が比較的小さく、一方、可動電極３４の駆動変位量ｘがｘ＜−Ａ０又はｘ＞Ａ０を満たすときは、その変化感度が比較的大きくなる特性を有している。

すなわち、変位量モニタ電極３００の構造は、上記した静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて大きくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて大きくなる特性を有している。具体的には、固定電極３２及び可動電極３４（特に、固定電極３２）は、上記した静電容量変化量ΔＣの変化感度が上記した特性を有するように、先端近傍や基部との接続部近傍に誘電材料３０４，３０６が配設された電極指を有している。

このため、変位量モニタ電極３００の構造においても、可動電極３４が目標変位量Ａ０，−Ａ０まで駆動変位した後の可動電極３４の駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４が目標変位量−Ａ０とＡ０との間に位置するときのものに比べて高くなる。従って、本実施例の変位量モニタ電極３００の構造においても、上記した第１実施例〜第３実施例の変位量モニタ電極１０，１００，２００の構造と同様の効果を得ることができる。

また、変位量モニタ電極３００において、誘電材料３０４，３０６がそれぞれ絶縁性の高い材料により構成されている場合は、構造体１６，１８がＸ軸方向に振動する過程で、製造バラツキや制御バラツキ，外部からの過大応力印加などに起因して可動電極３４が固定電極３２に衝突しても、その誘電材料３０４，３０６の存在により両電極３２，３４が導通することは回避されるので、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量の変化を精度よく検出することができ、構造体１６，１８を半導体基板１４に対してＸ軸方向へ励振駆動させるうえでの誤動作を防止することができる。

更に、変位量モニタ電極３００において、誘電材料３０４，３０６がそれぞれ低ヤング率若しくは粘性を有する材料により構成されている場合は、製造バラツキや制御バラツキ，外部からの過大応力印加などに起因して可動電極３４が固定電極３２に衝突しても、誘電材料３０４，３０６の存在により両電極３２，３４に加わる衝撃は吸収されるので、固定電極３２及び可動電極３４の破損を防止することができる。

ところで、上記の第４実施例においては、固定電極３２の電極指３０２にのみ誘電材料３０４，３０６を配設することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に可動電極３４の電極指にも誘電材料を配設することとしてもよい。

例えば、図２４に示す如く、固定電極３２及び可動電極３４の電極指３２０，３２２の双方それぞれにおいて、基部４０，５０との接続部近傍及び先端近傍の部位に、誘電材料３２４，３２６，３２８，３３０を配設することとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０，−Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０，−Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第４実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、図２５に示す如く、固定電極３２の電極指３４０において、基部４０との接続部近傍の部位にのみ誘電材料３４２を配設し、かつ、可動電極３４の電極指３４４において、基部５０との接続部近傍及び先端近傍の部位に誘電材料３４６，３４８を配設することとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０，−Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０，−Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第４実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、図２６に示す如く、固定電極３２の電極指３６０において、基部４０との接続部近傍の部位にのみ誘電材料３６２を配設し、かつ、可動電極３４の電極指３６４において、先端近傍の部位にのみ誘電材料３６６を配設することとしてもよい。かかる変形例の構造においては、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後における固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４の駆動変位がその目標変位量Ａ０に達する前の変化感度に比べて更に大きくなるので、効果を上記の第４実施例のものに比べて更に顕著なものとすることができる。

また、上記した図２４〜図２６に示す変形例の構造においても、図２７に示す如く、固定電極３２及び可動電極３４に配設した誘電材料の存在により、両電極３２，３４が導通することが回避されると共に、両電極３２，３４が衝突したときの衝撃が吸収されるので、上記の第４実施例と同様の効果を得ることができる。

また、上記の第４実施例においては、固定電極３２の表面に所定厚さｄ１の誘電材料３０４，３０６を配設することにより、固定電極３２の電極指３０２と可動電極３４の電極指５２との間の誘電率を変化させて、固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度を可動電極３４の駆動変位量に応じて変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、固定電極３２の電極指３０２及び可動電極３４の電極指５２がそれぞれ、先端から基部４０，５０との接続部にかけてＹ軸方向の幅が変化しない構成を有するものとし、固定電極３２の電極指３０２の表面と可動電極３４の電極指５２の表面との間に満たす誘電材料を先端から基部４０，５０との接続部にかけて異ならせることで、その間の誘電率を変化させて、上記の変化感度を実現させることとしてもよい。例えば、固定電極３２の電極指３０２の表面と可動電極３４の電極指５２の表面との間に満たす誘電材料を、固定電極３２の電極指３０２の根元部３０２−１及び先端部３０２−２に対応する部位では誘電率の比較的高いものとし、一方、その電極指３０２の中間部３０２−３に対応する部位では誘電率の比較的低いものとする。

かかる変形例においては、電極指３０２，５２同士がＹ軸方向において対向する間の誘電率が、可動電極３４の駆動変位が目標変位量Ａ０に達した後はその目標変位量Ａ０に達する前に比べて大きくなり、かつ、可動電極３４の駆動変位が目標変位量−Ａ０に達した後はその目標変位量−Ａ０に達する前に比べて大きくなる。このため、かかる変形例においても、可動電極３４が目標変位量Ａ０，−Ａ０まで駆動変位した後の可動電極３４の駆動変位量ｘに対する固定電極３２と可動電極３４との間の静電容量変化量ΔＣの変化感度が、可動電極３４が目標変位量−Ａ０とＡ０との間に位置するときのものに比べて高くなるので、上記の第４実施例と同様の効果を得ることができる。

また、かかる変形例の構造においては、上記した第１実施例、第２実施例、及び第４実施例の変位量モニタ電極１０，１００，３００の構造と異なり、固定電極３２の電極指３０２及び可動電極３４の電極指５２がそれぞれ、先端から基部４０，５０との接続部にかけてＹ軸方向の幅が変化しない構成を有することとなる。このため、固定電極３２の電極指３０２と可動電極３４の電極指５２とがＹ軸方向において対向するギャップ長、固定電極３２のＹ軸方向において互いに隣接する電極指３０２同士がＹ軸方向において隣接するギャップ長、及び可動電極３４のＹ軸方向において互いに隣接する電極指５２同士がＹ軸方向において隣接するギャップ長をそれぞれ最短でかつ等間隔とすることができるので、不均一なギャップ長を有する構造に比べて、構成の簡素化及びコンパクト化を図ることができ、半導体基板１４上において変位量モニタ電極３００が占有する面積が増大するのを防止することができる。

更に、上記の第１〜第４実施例においては、変位量モニタ電極１０，１００，２００，３００を、角速度を検出するための角速度センサ１２に搭載するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、構造体の駆動変位量をモニタするものであれば他のセンサに搭載することとしてもよい。

１０，２８−１，２８−２，３０−１，３０−２，１００，２００，３００ 変位量モニタ電極
１４ 半導体基板
１６，１８ 構造体
３２ 固定電極
３４ 可動電極
４０，５０ 基部
４２，５２，８０，９０，１０２，１２０，１２２，１３０，１３２，１４０，１４２，２０２，２２０，２２２，２３０，２３２，２４０，２４２，３０２，３２０，３２２，３４０，３４４，３６０，３６４ 電極指
３０４，３０６，３２４〜３３０，３４２，３４６，３４８，３６２，３６６ 誘電材料

Claims (7)

1. それぞれ基部及び該基部から基板に対して平行な所定軸方向に延びる電極指からなる櫛歯状の、前記基板に対して固定される固定電極と、前記所定軸方向に変位し得る可動電極と、が互いの前記電極指同士が噛み合うように対向配置され、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化量に基づいて目標振幅で駆動させるべき検出マスの変位量をモニタする変位量モニタ電極の構造であって、
   前記可動電極の前記所定軸方向への変位量に対する前記静電容量の変化量の変化感度は、該可動電極の該所定軸方向への変位が前記目標振幅に対応する目標変位量に達した後は該目標変位量に達する前に比べて大きくなる特性を有することを特徴とする変位量モニタ電極の構造。
2. 前記可動電極の中立位置から前記所定軸方向の一方への変位量に対する前記静電容量の変化量の変化感度、及び、前記可動電極の中立位置から前記所定軸方向の他方への変位量に対する前記静電容量の変化量の変化感度はそれぞれ、前記特性を有することを特徴とする請求項１記載の変位量モニタ電極の構造。
3. 前記固定電極及び前記可動電極の少なくとも一方は、前記固定電極及び前記可動電極の前記電極指同士が所定距離で対向する面の総面積の変化感度が、該可動電極の前記所定軸方向への変位が前記目標変位量に達した後は該目標変位量に達する前に比べて大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の変位量モニタ電極の構造。
4. 前記固定電極及び前記可動電極は、前記固定電極及び前記可動電極の前記電極指同士が所定距離で対向する箇所の個数が、該可動電極の前記所定軸方向への変位が前記目標変位量に達した後は該目標変位量に達する前に比べて増えるように形成されていることを特徴とする請求項３記載の変位量モニタ電極の構造。
5. 前記固定電極及び前記可動電極の少なくとも一方は、前記固定電極及び前記可動電極の前記電極指同士が所定距離で対向する面の前記基板に対して垂直な方向の長さが、該可動電極の前記所定軸方向への変位が前記目標変位量に達した後は該目標変位量に達する前に比べて大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項３記載の変位量モニタ電極の構造。
6. 前記固定電極及び前記可動電極の少なくとも一方は、前記固定電極及び前記可動電極の前記電極指同士が対向するギャップ長が、該可動電極の前記所定軸方向への変位が前記目標変位量に達した後は該目標変位量に達する前に比べて小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の変位量モニタ電極の構造。
7. 前記固定電極及び前記可動電極の少なくとも一方は、前記固定電極及び前記可動電極の前記電極指同士が所定距離で対向する間の誘電率が、該可動電極の前記所定軸方向への変位が前記目標変位量に達した後は該目標変位量に達する前に比べて大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の変位量モニタ電極の構造。

Images