JP5652117B2 - 物理量センサーおよび電子機器 - Google Patents
物理量センサーおよび電子機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5652117B2 JP5652117B2 JP2010236803A JP2010236803A JP5652117B2 JP 5652117 B2 JP5652117 B2 JP 5652117B2 JP 2010236803 A JP2010236803 A JP 2010236803A JP 2010236803 A JP2010236803 A JP 2010236803A JP 5652117 B2 JP5652117 B2 JP 5652117B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- physical quantity
- quantity sensor
- axis direction
- mass parts
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 128
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 81
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 75
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 29
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 21
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 11
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 102000003743 Relaxin Human genes 0.000 claims description 4
- 108090000103 Relaxin Proteins 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- -1 silver halide Chemical class 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
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。
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、前記第1軸および前記第2軸の両軸に直交する軸を第3軸としたとき、
前記第3軸まわりに並んで配置され、かつ前記第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質量部とを備える4つの質量部と、
前記第1軸および前記第2軸を含む平面において、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して所定の角度を為す方向にある4つの固定部と、
前記固定部の各々から前記第3軸まわりに隣り合う2つの前記質量部へ延びた2つのバネ機構と、
前記一対の第1質量部を前記第1軸と平行な方向に所定の周波数で互いに逆位相で振動させつつ、前記一対の第2質量部を前記第2軸と平行な方向に前記所定の周波数で互いに逆位相で振動させる駆動手段と、
各前記質量部に設けられ、各前記質量部が備える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、
各前記固定部に接続された前記2つのバネ機構は、前記所定の周波数に応じて前記平面内で音叉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。
前記第3軸まわりに並んで配置され、かつ前記第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質量部とを備える4つの質量部と、
前記第1軸および前記第2軸を含む平面において、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して所定の角度を為す方向にある4つの固定部と、
前記固定部の各々から前記第3軸まわりに隣り合う2つの前記質量部へ延在し、運動方向を変換する運動方向変換手段と、
前記一対の第1質量部を前記第1軸と平行な方向に所定の周波数で互いに逆位相で振動させつつ、前記一対の第2質量部を前記第2軸と平行な方向に前記所定の周波数で互いに逆位相で振動させる駆動手段と、
各前記質量部は、前記平面内にあり且つ前記第1軸または前記第2軸に平行な回転軸を有し前記回転軸を中心に回転することが可能な第1可動部と、前記平面内にあり且つ前記第1軸または前記第2軸の方向に変位することが可能な第2可動部と、トランスデューサーと、を有し、
前記トランスデューサーは、前記第1可動部の変位量を電気信号に変換する回転トランスデューサーと、前記第2可動部の変位量を電気信号に変換する変位トランスデューサーと、を有し、
前記運動方向変換手段は、前記所定の周波数に応じて前記平面内で音叉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。
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4つの固定部の各々は、前記第1軸および前記第2軸を含む平面において、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して45度の角度を為す方向に位置することが好ましい。
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。
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。また、4つの質量部をより安定して支持することができる。
本発明の物理量センサーでは、各固定部から延びた前記2つのバネ機構は、前記固定部の固定点を中心とした偏角方向への変形が許容され、動径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、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。
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。
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。
これにより、角速度センサーとして用いることができる。
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、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。
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。
本発明の物理量センサーでは、各前記固定部から延びた前記2つのバネ機構は、前記第1軸または前記第2軸の伸縮運動を、前記固定部を中心とした音叉振動へと変換し、他の方向へは変位が制限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。
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。
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。
前記第3軸まわりに並んで配置され、かつ前記第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質量部とを備える4つの質量部と、
前記第1軸および前記第2軸を含む平面から見て、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して所定の角度を為す方向にある4つの固定部と、
前記固定部の各々から前記第3軸まわりに隣り合う2つの前記質量部へ延びた2つの運動方向変換手段と、
前記一対の第1質量部を前記第1軸と平行な方向に所定の周波数で互いに逆位相で振動させつつ、前記一対の第2質量部を前記第2軸と平行な方向に前記所定の周波数で互いに逆位相で振動させる駆動手段と、
各前記質量部に設けられ、各前記質量部が備える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、
前記各運動方向変換手段の前記固定部側の端部が前記第1軸および前記第2軸を含む平面内で音叉振動するのに同期して、4つの質量部がこれらの集合体の中心に対して伸縮運動をする、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。
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。
<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の部分拡大平面図、図4は、図2に示す物理量センサーが有する梁の振動を説明するための平面図、図5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6、図7および図8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。
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。
そして、この物理量センサー1では、バネ機構711、712は、第1周波数に応じてXY平面内で音叉振動するように構成されている(バネ機構721、722、バネ機構731、732およびバネ機構741、742についても同様である)。
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および図3に示すように、振動系構造体3は、連結部31と、連結部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51、52と、第1振動部51、52と連結部31とを連結する第1内側バネ部(第1バネ部)81、82と、連結部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53、54と、第2振動部53、54と連結部31とを連結する第2内側バネ部(第2バネ部)83、84と、連結部31の周囲に設けられた基板固定部61、62、63、64と、連結部31と基板固定部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。
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。
図2および図3に示すように、連結部31は、ほぼ90度の扇型をなす4つの部位、すなわち第1の部位311、第2の部位312、第3の部位313および第4の部位314が中心Oと交わるZ軸まわりに互いに離間してかつ等間隔に配置することにより構成されている。
第1振動部51は、板状をなしている。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。
同様に、第1振動部52も板状をなし、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。
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。
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。
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、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。
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。このフレーム部531には、一対の第1開口531aと、一対の第2開口531bと、第3開口531cとが形成されている。
各第2開口531b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、かつ互いにX軸方向に離間して設けられている。
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、連結部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の形状についても前述同様、X軸に対して完全に対称である必要はない。
第1内側バネ部81は、第1振動部51と第1の部位311と、を連結する。また、第1内側バネ部82は、第1振動部52連結部31と、第2の部位312とを連結する。以下、第1内側バネ部81、82について詳細に説明するが、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。
第2内側バネ部83は、第2振動部53と第3の部位313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と第4の部位314とを連結している。以下、第2内側バネ部83、84について詳細に説明するが、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2内側バネ部84については、その説明を省略する。
基板固定部61、62、63、64は、連結部31を支持する機能を有する。このような基板固定部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。基板固定部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、連結部31をより安定して支持することができる。更に、基板固定部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。
また、4つの基板固定部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、連結部31を安定して支持することができる。
梁71、72、73、74は、基板固定部61、62、63、64に対して連結部31を構成する各部位311、312、313、314が変位可能なように、連結部31と基板固定部61、62、63、64とを連結する。
梁71は、基板固定部61と第1の部位311とを連結する第1梁(バネ機構)711と、基板固定部61と第3の部位313とを連結する第2梁(バネ機構)712とで構成されている。第1梁711および第2梁712は、それぞれ、軸J2と平行な方向に往復しながら軸J1方向に延在する形状をなしている。また、第1梁711および第2梁712は、Z軸を法線とする平面視にて、軸J2に対して対称的に配置されている。また、第1梁711および第2梁712は、それぞれ、基板固定部61を中心とした偏角方向への変形が許容され、動径方向への変形が規制されている。
各梁71〜74をこのような構成とすることにより、連結部31を安定して支持することができると共に、後述するような連結部31の振動を効率的に吸収、緩和することができる。
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。
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振動部52と外側固定部661、662とを連結し、外側バネ部871、872は、第2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振動部54と外側固定部681、682とを連結している。
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、連結部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、連結部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。
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。
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の基板固定部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。
基板2と基板固定部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。
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。
振動手段4は、振動部51、52、53、54が連結部31側(内側)に向けて変位する状態と、振動部51、52、53、54が連結部31と反対側(外側)に向けて変位する状態とを繰り返すように、振動部51、52、53、54を所定周波数(第1の周波数)で振動させる機能を有している。
振動部51、52、53、54が前述のような振動をすると、その振動と同期して連結部31の各部位311、312、313、314も互いに外側へ変位と内側への変位を繰り返すように振動する。すると、各梁71、72、73、74が図4に示すような変形を繰り返す。
このような梁71、72、73、74の音叉振動により、各部位311、312、313、314の振動が吸収または緩和され、基板固定部61、62、63、64を介する振動漏れを防止または抑制することができる。
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。
検出手段9は、図5に示すように、変位トランスデューサー(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(トランスデューサー)95、96、97、98とを有している。なお、図5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。
回転トランスデューサー95は、第1振動部51に軸部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97は、第2振動部53に軸部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。
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。
−Z軸まわりの角速度の検出−
図6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。
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。
図7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。
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。
図8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。
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。
図9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。なお、図9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。
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。
図10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。なお、図10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。
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。
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。
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を互いに逆相でX軸方向に振動させる。
図11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。なお、図11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。
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539bは、Y軸方向に延在して設けられている。
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。
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。
図12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。なお、図12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。
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539bは、Y軸方向に延在して設けられている。
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。
図13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。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。
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。
図14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14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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
なお、本発明の物理量センサー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。
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。
Claims (19)
- 互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸および前記第2軸の両軸に直交する軸を第3軸としたとき、
前記第3軸まわりに並んで配置され、かつ前記第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質量部とを備える4つの質量部と、
前記第1軸および前記第2軸を含む平面において、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して所定の角度を為す方向にある4つの固定部と、
前記固定部の各々から前記第3軸まわりに隣り合う2つの前記質量部へ延びた2つのバネ機構と、
前記一対の第1質量部を前記第1軸と平行な方向に所定の周波数で互いに逆位相で振動させつつ、前記一対の第2質量部を前記第2軸と平行な方向に前記所定の周波数で互いに逆位相で振動させる駆動手段と、
各前記質量部に設けられ、各前記質量部が備える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、
各前記固定部に接続された前記2つのバネ機構は、前記所定の周波数に応じて前記平面内で音叉振動することを特徴とする物理量センサー。 - 互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸および前記第2軸の両軸に直交する軸を第3軸としたとき、
前記第3軸まわりに並んで配置され、かつ前記第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質量部とを備える4つの質量部と、
前記第1軸および前記第2軸を含む平面において、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して所定の角度を為す方向にある4つの固定部と、
前記固定部の各々から前記第3軸まわりに隣り合う2つの前記質量部へ延在し、運動方向を変換する運動方向変換手段と、
前記一対の第1質量部を前記第1軸と平行な方向に所定の周波数で互いに逆位相で振動させつつ、前記一対の第2質量部を前記第2軸と平行な方向に前記所定の周波数で互いに逆位相で振動させる駆動手段と、
各前記質量部は、前記平面内にあり且つ前記第1軸または前記第2軸に平行な回転軸を有し前記回転軸を中心に回転することが可能な第1可動部と、前記平面内にあり且つ前記第1軸または前記第2軸の方向に変位することが可能な第2可動部と、トランスデューサーと、を有し、
前記トランスデューサーは、前記第1可動部の変位量を電気信号に変換する回転トランスデューサーと、前記第2可動部の変位量を電気信号に変換する変位トランスデューサーと、を有し、
前記運動方向変換手段は、前記所定の周波数に応じて前記平面内で音叉振動することを特徴とする物理量センサー。 - 各前記固定部が固定された基板を有し、
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。 - 前記4つの固定部の各々は、前記第1軸および前記第2軸を含む平面において、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して45度の角度を為す方向に位置す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。
- 前記4つの固定部は、前記4つの質量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4のいずれかに記載の物理量センサー。
- 各固定部から延びた前記2つのバネ機構は、前記固定部の固定点を中心とした偏角方向への変形が許容され、動径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に記載の物理量センサー。
- 前記駆動手段は、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6のいずれかに記載の物理量センサー。
- 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7のいずれかに記載の物理量センサー。
- 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8のいずれかに記載の物理量センサー。
- 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9のいずれかに記載の物理量センサー。
- 前記トランスデューサーの各々は、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10のいずれかに記載の物理量センサー。
- 各前記固定部から延びた前記2つのバネ機構は、前記第1軸または前記第2軸の伸縮運動を、前記固定部を中心とした音叉振動へと変換し、他の方向へは変位が制限されていることを特徴とする請求項1に記載の物理量センサー。
- 各前記固定部から延びた前記運動方向変換手段は、前記質量部側の端部が互いに前記第1軸および前記第2軸を含む平面内にて音叉運動することを特徴とする請求項2に記載の物理量センサー。
- 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13のいずれかに記載の物理量センサー。
- 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13のいずれかに記載の物理量センサー。
- 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15のいずれかに記載の物理量センサー。
- 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16のいずれかに記載の物理量センサー。
- 互いに直交する2つの軸を第1軸および第2軸とし、前記第1軸および前記第2軸の両軸に直交する軸を第3軸としたとき、
前記第3軸まわりに並んで配置され、かつ前記第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質量部とを備える4つの質量部と、
前記第1軸および前記第2軸を含む平面から見て、前記4つの質量部の集合体の中心からの動径方向が前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して所定の角度を為す方向にある4つの固定部と、
前記固定部の各々から前記第3軸まわりに隣り合う2つの前記質量部へ延びた2つの運動方向変換手段と、
前記一対の第1質量部を前記第1軸と平行な方向に所定の周波数で互いに逆位相で振動させつつ、前記一対の第2質量部を前記第2軸と平行な方向に前記所定の周波数で互いに逆位相で振動させる駆動手段と、
各前記質量部に設けられ、各前記質量部が備える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、
前記各運動方向変換手段の前記固定部側の端部が前記第1軸および前記第2軸を含む平面内で音叉振動するのに同期して、4つの質量部がこれらの集合体の中心に対して伸縮運動をする、ことを特徴とする物理量センサー。 - 請求項1ないし18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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010236803A JP5652117B2 (ja) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | 物理量センサーおよび電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010236803A JP5652117B2 (ja) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | 物理量センサーおよび電子機器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012088245A JP2012088245A (ja) | 2012-05-10 |
JP5652117B2 true JP5652117B2 (ja) | 2015-01-14 |
Family
ID=46260013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010236803A Active JP5652117B2 (ja) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | 物理量センサーおよび電子機器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5652117B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103575263B (zh) * | 2012-07-19 | 2017-03-29 | 水木智芯科技(北京)有限公司 | 四质量块全解耦电容式单轴微机械陀螺仪 |
CN107782297B (zh) * | 2016-08-27 | 2023-08-18 | 深迪半导体(绍兴)有限公司 | 一种三轴mems陀螺仪 |
CN112683256B (zh) * | 2020-11-30 | 2023-05-30 | 瑞声科技(南京)有限公司 | Mems陀螺仪 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11325905A (ja) * | 1998-05-08 | 1999-11-26 | Fuji Electric Co Ltd | 振動ジャイロ |
JP3796991B2 (ja) * | 1998-12-10 | 2006-07-12 | 株式会社デンソー | 角速度センサ |
JP3627618B2 (ja) * | 2000-04-19 | 2005-03-09 | 株式会社デンソー | 角速度センサ |
KR100476562B1 (ko) * | 2002-12-24 | 2005-03-17 | 삼성전기주식회사 | 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프 |
EP1832841B1 (en) * | 2006-03-10 | 2015-12-30 | STMicroelectronics Srl | Microelectromechanical integrated sensor structure with rotary driving motion |
DE102008002748A1 (de) * | 2008-06-27 | 2009-12-31 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop |
JP5407259B2 (ja) * | 2008-10-07 | 2014-02-05 | パナソニック株式会社 | 角速度センサ素子 |
IT1391972B1 (it) * | 2008-11-26 | 2012-02-02 | St Microelectronics Rousset | Giroscopio microelettromeccanico con movimento di azionamento rotatorio e migliorate caratteristiche elettriche |
DE102009001244A1 (de) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Rotationsbewegungen um eine x-, y- oder z-Achse |
DE102009001922A1 (de) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | Sensordynamics Ag | Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Rotationsbewegungen um drei senkrecht aufeinanderstehende Raumachsen x, y und z |
-
2010
- 2010-10-21 JP JP2010236803A patent/JP5652117B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012088245A (ja) | 2012-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5822177B2 (ja) | ジャイロセンサー、電子機器 | |
JP6195051B2 (ja) | ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体 | |
JP6061064B2 (ja) | ジャイロセンサー、および電子機器 | |
US9389078B2 (en) | Gyro sensor and electronic apparatus | |
JP5821995B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP5652117B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP2016057073A (ja) | 物理量センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体 | |
JP5652112B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP6245459B2 (ja) | ジャイロセンサーおよび電子機器 | |
JP6070920B2 (ja) | ジャイロセンサーおよび電子機器 | |
JP6394739B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP6481293B2 (ja) | 物理量センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体 | |
JP2013234904A (ja) | ジャイロセンサーおよびその製造方法、並びに電子機器 | |
JP6579244B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP7215606B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP6741133B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP6149910B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP7014267B2 (ja) | 物理量センサーおよび電子機器 | |
JP2012083112A (ja) | 物理量センサー素子、物理量センサーおよび電子機器 | |
JP6319610B2 (ja) | ジャイロセンサーおよびその製造方法、並びに電子機器 | |
JP5807381B2 (ja) | 物理量センサー、および電子機器 | |
JP2015099115A (ja) | 角速度センサー、電子機器及び移動体 | |
JP2012078284A (ja) | 物理量センサー素子、物理量センサーおよび電子機器 | |
JP2014157081A (ja) | ジャイロセンサー、電子機器、及び移動体 | |
JP2013234913A (ja) | ジャイロセンサー、電子機器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130917 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140312 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140318 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140516 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20141021 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141103 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5652117 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |