JP6245459B2 - ジャイロセンサーおよび電子機器 - Google Patents
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Description
System)技術を用いて角速度を検出するジャイロセンサー(静電容量型MEMSジャイロセンサー素子)が開発されている。例えば特許文献1には、2つの振動体(可動構造体)がバネによって連結され、該振動体が振動(音叉振動ともいう)する駆動系を備えたジャイロセンサーが開示されている。
本適用例に係るジャイロセンサーは、
第1固定部および第2固定部を有する基体と、
前記基体の上方に間隙を介して設けられている振動体と、
前記第1固定部から前記振動体まで第1軸に沿う方向に延出しているバネ部と、
前記振動体を励振する駆動部と、
前記振動体に設けられている検出部と、
を含み、
前記振動体は、平面視において、
前記第1軸に沿う方向において並設され、互いに逆相で振動している第1および第2振動体と、
前記第1軸に沿う方向において、前記第1および第2振動体を連結している連結バネ部と、
前記連結バネ部から、前記第1軸と交差する第2軸に沿う方向に延出し、前記第2固定部に固定されている弾性体と、
を有している。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記振動体は、前記第1および第2振動体を連結している、他の前記連結バネ部および他の前記弾性体をさらに有していてもよい。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記弾性体は、前記第1軸に沿う方向に変形する板状部材であってもよい。
かつ、駆動系の振動モードに対する同相モードの影響を抑制することができるジャイロセンサーを提供することができる。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記弾性体は、前記連結バネ部から前記第2軸に沿う方向に延出している第1延出部と、前記第1延出部から折り返し、前記連結バネ部側へさらに延出している第2延出部と、をさらに有していてもよい。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記弾性体は、前記連結バネ部から前記第2軸に沿う方向に延出している第1延出部と、前記第1延出部から前記第1軸に沿う方向に往復しながら前記第2軸に沿う方向に延出している第3延出部と、をさらに有していてもよい。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記連結バネ部の、前記弾性体が延出している延出位置から前記第1振動体までのバネ定数を第1バネ定数とし、前記延出位置から前記第2振動体までのバネ定数を第2バネ定数とした場合、
前記弾性体は、前記第1バネ定数と前記第2バネ定数とが等しくなるように配置されていてもよい。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記弾性体の、前記第1軸に沿う方向におけるバネ定数は、前記連結バネ部の、前記第1軸に沿う方向におけるバネ定数よりも小さくてもよい。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記基体には第3固定部が設けられ、
前記連結バネ部は、前記第1弾性体が延出している第1側面と、前記第1側面とは反対側の第2側面と、を備え、
前記第2側面から延出し、前記第3固定部に固定されている第2弾性体を更に備えてい
てもよい。
本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記連結バネ部の、前記第1弾性体が延出している延出位置において、前記第2弾性体が延出していてもよい。
本適用例に係る電子機器は、
本適用例に係るジャイロセンサーを含む。
また、本適用例に係るジャイロセンサーは、
基体と、
振動体と、
前記基体に設けられている第1固定部および第2固定部と、
前記第1固定部から前記振動体まで第1軸に沿う方向に延出しているバネ部と、
前記振動体を励振する駆動部と、
前記振動体に設けられている検出部と、
を含み、
前記振動体は、平面視において、
前記第1軸に沿う方向において並設され、互いに逆相で駆動振動する第1および第2振動体と、
前記第1軸に沿う方向において、前記第1および第2振動体を連結している連結バネ部と、
前記連結バネ部から、前記第1軸と交差する第2軸に沿う方向に延出し、前記第2固定部に固定されている弾性体と、
前記第1軸に沿う方向において、前記第1および第2振動体を連結している他の前記連結バネ部と、
他の前記連結バネ部から、前記第2軸に沿う方向に延出し、前記第2固定部に固定されている他の前記弾性体と、
を有し、
前記弾性体および他の前記弾性体は、前記第1振動体と前記第2振動体に挟まれた領域のみに配置されている。
また、本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記弾性体および他の前記弾性体は、共通の前記第2固定部に固定されていてもよい。
また、本適用例に係るジャイロセンサーにおいて、
前記第2固定部は、2つ設けられ、
前記弾性体は、一方の前記第2固定部に固定され、
他の前記弾性体は、他方の前記第2固定部に固定されていてもよい。
。
1−1.第1実施形態に係るジャイロセンサーの構成
まず、第1実施形態に係るジャイロセンサーについて、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るジャイロセンサー100を模式的に示す平面図である。図2は、第1実施形態に係るジャイロセンサー100を模式的に示す図1のII−II線断面図である。図3は、第1実施形態に係るジャイロセンサー100を模式的に示す図1のIII−III線断面図である。なお、図1〜図3では、互いに直交する3つの軸として、X軸(第1軸)、Y軸(第2軸)、Z軸(第3軸)を図示している。
性が付与されたシリコンである。振動体20は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。
有している。具体的には、バネ部30の一端は、第1固定部15(基体10の第1面11)に接合(固定)されている。また、バネ部30の他端は、振動部20(第1振動体21または第2振動体22)に接合(固定)されている。図示の例では、バネ部30は、振動体20をX軸方向において挟むように、2つ設けられている。
次に、第1実施形態に係るジャイロセンサー100の第1変形例について、図面を参照しながら説明する。図4は、第1変形例に係るジャイロセンサー101を模式的に示す平面図である。なお、図4では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また、図4では、便宜上、基体10および蓋体80の図示を省略している。以下、ジャイロセンサー101において、上述したジャイロセンサー100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第1実施形態に係るジャイロセンサー100の第2変形例について、図面を参照しながら説明する。図5は、第2変形例に係るジャイロセンサー102を模式的に示す平面図である。なお、図5では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また、図5では、便宜上、基体10および蓋体80の図示を省略している。以下、ジャイロセンサー102において、上述したジャイロセンサー100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第1実施形態に係るジャイロセンサー100の第3変形例について、図面を参照しながら説明する。図6(A)は、第3変形例に係るジャイロセンサー103の要部を模式的に示す平面図である。以下、ジャイロセンサー103において、上述したジャイロセンサー100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第1実施形態に係るジャイロセンサー100の第4変形例について、図面を参照しながら説明する。図6(B)は、第4変形例に係るジャイロセンサー104の要部を模式的に示す平面図である。以下、ジャイロセンサー104において、上述したジャイロセンサー100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
ルールの中で、弾性体228の長さLをより長く設けることができるため、駆動系の振動モードにおいて、逆相モードから同相モードの駆動周波数を引き離すことができる。したがって、ジャイロセンサー104によれば、同相モードの影響をより抑制することができる。
次に、第1実施形態に係るジャイロセンサー100の第5変形例について、図面を参照しながら説明する。図6(C)は、第5変形例に係るジャイロセンサー105の要部を模式的に示す平面図である。以下、ジャイロセンサー105において、上述したジャイロセンサー100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、第2実施形態に係るジャイロセンサー200について、図面を参照しながら説明する。図7は、第2実施形態に係るジャイロセンサー200の要部を模式的に示す平面図である。以下、ジャイロセンサー200において、上述したジャイロセンサー100〜105の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
限りにおいて、その一部が、上記の弾性体128、228、328と同様の特徴を備えていてもよい。
次に、第2実施形態に係るジャイロセンサー200の第6変形例について、図面を参照しながら説明する。図8は、第6変形例に係るジャイロセンサー201の要部を模式的に示す平面図である。以下、ジャイロセンサー201において、上述したジャイロセンサー100〜105、200の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
次に、ジャイロセンサー100〜105の動作について、図面を参照しながら説明する。図9〜図12はジャイロセンサー100〜105の動作を模式的に説明するための図である。ここで、図9〜図12ではジャイロセンサー101の形態でもって本発明に係るジャイロセンサーの動作を例示する。なお、図9〜図12では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また、便宜上、図9〜図12では、ジャイロセンサー101の各構成を、簡略化して図示している。
動電極部41と駆動用固定電極部42との間に第1交番電圧を印加し、第2振動体22の駆動用可動電極部41と駆動用固定電極部42との間に第1交番電圧と位相が180度ずれた第2交番電圧を印加する。これにより、第1振動体21および第2振動体22を、互いに逆相(逆位相)でかつ所定の周波数で、X軸に沿って振動させることができる。すなわち、X軸に沿って互いに連結された第1振動体21および第2振動体22は、X軸に沿って、互いに逆相で振動する。すなわち、第1振動体21および第2振動体22は、X軸に沿って、互いに反対方向に変位する。
次に、実施例に係るシミュレーション結果ついて説明する。シミュレーションは、有限要素法により振動周波数を算出した。本実施例に係るシミュレーションのベースモデルは、第1変形例に係るジャイロセンサー101の形態とした。以下の実施例では、該ベースモデルに対し、ジャイロセンサー104、105に係る弾性体を適用した場合の振動体の振動周波数をシミュレーションした。構成部材の物性条件としては、ヤング率130.18GPa、断面積50μm2とした。
まず、本実施例に係るシミュレーション結果の説明を行う前に、比較例に係るシミュレーション結果を説明する。
第2比較例に係るシミュレーションモデルは、第1比較例と同様のモデルにおいて、第1振動体21に接続されているバネ部30と、第2振動体22に接続されているバネ部30と、の間に0.17μmの寸法誤差がある形態であった。該形態での振動周波数fは、27.254kHzであった。
第1実施例に係るシミュレーション条件としては、図4に示す形態のジャイロセンサー101であって、各バネ部30が3ターン(3回の折り返し)、連結バネ部26が6ターン(6回の折り返し)であるとしてシミュレーションを行った。該形態での振動周波数fは、4.7kHzであった。
する同相モードの影響を抑制することが確認された。
第2実施例に係るシミュレーション条件としては、図4に示す形態のジャイロセンサー101であって、各バネ部30が6ターン、連結バネ部26が6ターンであるとしてシミュレーションを行った。該形態での振動周波数fは、4kHzであった。
第3実施例に係るシミュレーション条件としては、図4に示す形態のジャイロセンサー101にジャイロセンサー105の弾性体328を適用した形態であって、各バネ部30が3ターン、連結バネ部26が6ターン、弾性体328が5ターンであるとしてシミュレーションを行った。該形態での振動周波数fは、4.7kHzであった。
第4実施例に係るシミュレーション条件としては、図4に示す形態のジャイロセンサー101にジャイロセンサー105の弾性体328を適用した形態であって、各バネ部30が6ターン、連結バネ部26が6ターン、弾性体328が5ターンであるとしてシミュレーションを行った。該形態での振動周波数fは、4.0kHzであった。
第5実施例に係るシミュレーション条件としては、図4に示す形態のジャイロセンサー101にジャイロセンサー104の弾性体228を適用した形態であって、各バネ部30が6ターン、連結バネ部26が6ターン、弾性体228が1.5ターンであるとしてシミュレーションを行った。該形態での振動周波数fは、4.0kHzであった。
第6実施例に係るシミュレーション条件としては、第5実施例のシミュレーション条件において、弾性体228のY軸方向における長さを2倍とした。該形態での振動周波数fは、4.0kHzであった。
第3比較例に係るシミュレーションモデルは、図4に示す形態のジャイロセンサー101であって、各バネ部30が2ターン(2回の折り返し)、連結バネ部26が4ターン(4回の折り返し)の形態であった。また、弾性体は、ジャイロセンサー105に係る弾性体328の形態であって、5ターン(5回の折り返し)の形態であった。
第7実施例に係るシミュレーション条件としては、第3比較例のシミュレーション条件において、第2実施形態に係るジャイロセンサー200、201において適用された第2弾性体60をさらに適用した。第2弾生体60の具体的な形態としては、図1に示される板状の第1弾性体と同様の形態を有した弾性体を適用した。
次に、本実施形態に係るジャイロセンサーの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図22および図23は、本実施形態に係るジャイロセンサー100の製造工程を模式的に示す断面図であって、図2に対応している。
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係るジャイロセンサーを含む。以下では、本発明に係るジャイロセンサーとして、ジャイロセンサー101を含む電子機器について、説明する。
デ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。
ことができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
Claims (4)
- 基体と、
振動体と、
前記基体に設けられている第1固定部および第2固定部と、
前記第1固定部から前記振動体まで第1軸に沿う方向に延出しているバネ部と、
前記振動体を励振する駆動部と、
前記振動体に設けられている検出部と、
を含み、
前記振動体は、平面視において、
前記第1軸に沿う方向において並設され、互いに逆相で駆動振動する第1および第2振動体と、
前記第1軸に沿う方向において、前記第1および第2振動体を連結している連結バネ部と、
前記連結バネ部から、前記第1軸と交差する第2軸に沿う方向に延出し、前記第2固定部に固定されている弾性体と、
前記第1軸に沿う方向において、前記第1および第2振動体を連結している他の前記連結バネ部と、
他の前記連結バネ部から、前記第2軸に沿う方向に延出し、前記第2固定部に固定されている他の前記弾性体と、
を有し、
前記弾性体および他の前記弾性体は、前記第1振動体と前記第2振動体に挟まれた領域のみに配置され、
前記弾性体は、
前記連結バネ部に接続されている一端と、
前記第2固定部に固定されている他端と、
を有し、
前記弾性体は、前記一端から前記他端に向かう方向に沿って、幅が徐々に大きくなる形状を有する、ジャイロセンサー。 - 請求項1において、
前記弾性体および他の前記弾性体は、共通の前記第2固定部に固定されている、ジャイロセンサー。 - 請求項1において、
前記第2固定部は、2つ設けられ、
前記弾性体は、一方の前記第2固定部に固定され、
他の前記弾性体は、他方の前記第2固定部に固定されている、ジャイロセンサー。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のジャイロセンサーを含む、電子機器。
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