JP6344033B2 - 角速度センサー、電子機器及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、角速度センサー、この角速度センサーを備えている電子機器及び移動体に関する。

従来、３つの検出軸回りの角速度に対応した角速度センサーとして、基板上に配置された複数の駆動マス（以下、質量部という）を互いに弾性結合要素（以下、結合部という）で結合し、少なくとも１つの質量部を駆動部で駆動運動（以下、駆動振動という）することにより、この駆動振動が結合部を介して他の質量部に伝達され、複数の質量部が駆動振動している状態で、印加される角速度を複数の質量部に設けられた検出部の検出振動で検出する構成のジャイロスコープ（以下、角速度センサーという）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

欧州特許出願公開第２３３９２９３号明細書

上記角速度センサーは、実施の形態において、２つの質量部（以下、第１質量対という）を駆動部で直接駆動振動することにより、この駆動振動が結合部を介して残りの２つの質量部（以下、第２質量対という）に所与の比率で伝達され、計４つの質量部が駆動振動する構成である。
しかしながら、上記角速度センサーは、上記所与の比率が、例えば、弾性を有する結合部に起因した駆動振動エネルギーの消耗などによって略１：１にならない虞がある。
これにより、上記角速度センサーは、第１質量対から結合部を介して駆動振動が伝達される第２質量対の駆動振動における振幅が、駆動部で直接駆動振動する第１質量対の振幅より小さくなる虞がある。
この結果、上記角速度センサーは、角速度印加時における第２質量対の検出部の検出振動の振幅が、第１質量対の検出部の振幅より小さくなることから、４つの質量部の検出部を用いて検出する３つの検出軸回りの角速度の、それぞれの検出軸回りにおける検出感度に差が出る虞がある。
これにより、上記角速度センサーは、検出特性が劣化する虞がある。

また、上記角速度センサーは、第１質量対から結合部を介して第２質量対へ駆動振動を伝達する構成であることから、４つの質量部を駆動振動する際に、本来の振動モードと異なる不要振動モードが発生しやすく、例えば、不要振動モードを制限する周波数制御が必要となることがある。

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

［適用例１］本適用例にかかる角速度センサーは、基板と、前記基板上に配置されている複数の質量部と、複数の前記質量部のうち、隣り合う前記質量部を互いに結合する結合部と、前記基板上に配置され、前記結合部に接続されている駆動部と、を備え、前記駆動部は、前記結合部を介して、隣り合う前記質量部をそれぞれ駆動することを特徴とする。

これによれば、角速度センサーは、隣り合う質量部を互いに結合する結合部と、結合部に接続されている駆動部と、を備え、駆動部が結合部を介して、隣り合う質量部をそれぞれ駆動する。
これにより、角速度センサーは、隣り合う質量部を互いに略均等に駆動することが可能となることから、駆動時における質量部の変位量（例えば、駆動振動の振幅）を互いに略等しくすることができる。
この結果、角速度センサーは、例えば、角速度検出時における質量部の変位量（例えば、検出振動の振幅）を互いに略等しくすることができることから、角速度の各検出軸間における検出感度の差を小さくできる。
これにより、角速度センサーは、角速度の検出特性を向上させることができる。

［適用例２］上記適用例にかかる角速度センサーにおいて、複数の前記質量部は、２つの前記質量部が第１軸に沿って互いに対向して配置されている第１質量対と、他の２つの前記質量部が平面視で前記第１軸と交差する第２軸に沿って互いに対向して配置されている第２質量対と、を含み、前記駆動部は、前記第１質量対が互いに近づく方向に変位したときに、前記第２質量対が互いに離れる方向に変位し、前記第１質量対が互いに離れる方向に変位したときに、前記第２質量対が互いに近づく方向に変位するように、前記各質量部を駆動することが好ましい。

これによれば、角速度センサーは、駆動部が、第１質量対が互いに近づく方向に変位したときに、第２質量対が互いに離れる方向に変位し、第１質量対が互いに離れる方向に変位したときに、第２質量対が互いに近づく方向に変位するように各質量部を駆動する。
この結果、角速度センサーは、駆動部によって駆動時の各質量部の変位の仕方（換言すれば、駆動振動における振動モード）が規定されることから、例えば、駆動時における不要振動モードの発生を抑制することができる。
これにより、角速度センサーは、例えば、不要振動モードを制限する周波数制御を省く、または簡略化することが可能となる。

［適用例３］上記適用例にかかる角速度センサーにおいて、前記第１質量対の少なくとも１つの前記質量部は、前記第２軸回りの角速度を検出する第１検出部を有し、前記第２質量対の少なくとも１つの前記質量部は、前記第１軸回りの角速度を検出する第２検出部を有し、前記第１質量対及び前記第２質量対の少なくとも一方の、少なくとも１つの前記質量部は、前記第１軸及び前記第２軸に沿った平面と交差する第３軸回りの角速度を検出する第３検出部を有することが好ましい。

これによれば、角速度センサーは、各検出部によって各検出軸（第１軸〜第３軸）間における検出感度の差を小さくしつつ、３つの検出軸回りの角速度を検出することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる角速度センサーにおいて、複数の前記質量部の少なくとも１つは、前記駆動時における前記質量部の変位をモニターするモニター部を備えていることが好ましい。

これによれば、角速度センサーは、質量部の少なくとも１つが駆動時における質量部の変位をモニター（検知）するモニター部を備えていることから、例えば、この変位を機械／電気変換し増幅して駆動部に印加することにより、各質量部の駆動時の変位量を所定のレベルに維持することが可能となる。
この結果、角速度センサーは、各質量部の駆動状態が安定することから、角速度の検出特性を向上させることができる。

［適用例５］上記適用例にかかる角速度センサーにおいて、前記結合部は、隣り合う前記質量部間に中心を有する円弧状に形成され、前記駆動部は、前記円弧の前記中心を含んで前記基板に固定されている固定部と、前記固定部と前記結合部とを接続する可動部と、を有し、前記可動部及び前記結合部が、前記固定部を中心にして回動可能であることが好ましい。

これによれば、角速度センサーは、結合部が円弧状に形成され、駆動部が基板に固定されている固定部と、固定部と結合部とを接続する可動部と、を有し、可動部及び結合部が、固定部を中心にして回動可能である。
この結果、角速度センサーは、駆動部が結合部を介して各質量部をスムーズに駆動することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる角速度センサーにおいて、前記駆動部は、前記基板上に設けられた固定電極と、前記可動部に設けられた可動電極と、を備え、前記固定電極及び前記可動電極は、互いに噛み合う櫛歯状の電極指を有し、前記電極指は、前記固定部を中心とする円弧状に形成されていることが好ましい。

これによれば、角速度センサーは、駆動部の固定電極及び可動電極が、互いに噛み合う櫛歯状の電極指を有し、この電極指が固定部を中心とする円弧状に形成されていることから、固定部を中心にして可動部及び結合部をスムーズに回動させることができる。

［適用例７］上記適用例にかかる角速度センサーにおいて、前記結合部は、前記質量部との接続部に応力緩和部を備えていることが好ましい。

これによれば、角速度センサーは、結合部が質量部との接続部に応力緩和部を備えていることから、駆動時における結合部の質量部との接続部に生じる応力集中を緩和することができる。

［適用例８］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の角速度センサーを備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の角速度センサーを備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する電子機器を提供できる。

［適用例９］本適用例にかかる移動体は、上記適用例のいずれかに記載の角速度センサーを備えていることを特徴とする。

これによれば、本構成の移動体は、上記適用例のいずれかに記載の角速度センサーを備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する移動体を提供できる。

第１実施形態の角速度センサーの概略構成を示す模式平面図。 図１の要部拡大模式平面図。 （ａ）は、図１の他の要部拡大模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での模式断面図。 （ａ）は、図１の別の要部拡大模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での模式断面図。 角速度センサーの駆動振動状態を示す模式平面図。 （ａ）、（ｂ）は、角速度センサーの駆動振動状態の力の加わり方を説明する模式図。 角速度センサーの駆動振動状態をモニターするモニター部の機能を説明するブロック図。 角速度センサーのＸ軸回りの角速度を検出する検出振動状態を示す模式平面図。 角速度センサーのＹ軸回りの角速度を検出する検出振動状態を示す模式平面図。 角速度センサーのＺ軸回りの角速度を検出する検出振動状態を示す模式平面図。 第１実施形態の変形例の角速度センサーの概略構成を示す模式平面図。 第２実施形態の角速度センサーの概略構成を示す模式平面図。 角速度センサーを備えている電子機器としてのモバイル型（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模式斜視図。 角速度センサーを備えている電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す模式斜視図。 角速度センサーを備えている電子機器としてのデジタルスチルカメラの構成を示す模式斜視図。 角速度センサーを備えている移動体の一例としての自動車を示す模式斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
最初に、第１実施形態の角速度センサーについて説明する。
図１は、第１実施形態の角速度センサーの概略構成を示す模式平面図である。図２〜図４は、図１の要部拡大模式図であり、図２は、要部拡大模式平面図、図３（ａ）は、他の要部拡大模式平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線での模式断面図である。また、図４（ａ）は、別の要部拡大模式平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線での模式断面図である。なお、図中のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交している座標軸であり、矢印の方向が＋（プラス）方向である。

図１に示すように、角速度センサー１は、略平板状の基板１０と、基板１０上に配置されている複数（ここでは４つ）の質量部である第１質量部２１、第２質量部２２、第３質量部２３、第４質量部２４と、複数の質量部のうち、隣り合う質量部である第１質量部２１と第３質量部２３、第３質量部２３と第２質量部２２、第２質量部２２と第４質量部２４、及び第４質量部２４と第１質量部２１を互いに結合する各結合部３１〜３４と、基板１０上に配置され、各結合部３１〜３４に接続されている各駆動部４１〜４４と、を備えている。

複数の質量部は、２つの質量部である第１質量部２１と第２質量部２２とが、第１軸としてのＸ軸に沿って互いに対向して配置されている第１質量対Ａと、他の２つの質量部である第３質量部２３と第４質量部２４とが、平面視でＸ軸と交差（ここでは直交）する第２軸としてのＹ軸に沿って互いに対向して配置されている第２質量対Ｂと、を含んでいる。
各質量部２１〜２４は、略矩形状に形成され、各結合部３１〜３４と接続されている端部とは反対側の端部が、ばね部５０を介して基板１０から突出している固定部５１に接続されている。

ばね部５０は、各質量部２１〜２４の上記端部に対になって設けられ、第１質量対Ａに対しては、Ｙ軸方向へ折り返しながらＸ軸方向に延在して固定部５１に接続され、第２質量対Ｂに対しては、Ｘ軸方向へ折り返しながらＹ軸方向に延在して固定部５１に接続されている。
これにより、第１質量対Ａは、ばね部５０の撓み（変形）によってＸ軸方向に変位可能になっており、第２質量対Ｂは、同様にＹ軸方向に変位可能になっている。なお、各質量部２１〜２４と基板１０との間には、変位時の干渉を避けるために所定の空隙が設けられている（例えば、基板１０に図示しない凹部が設けられている）。

各結合部３１〜３４は、隣り合う質量部間である第１質量部２１と第３質量部２３との間、第３質量部２３と第２質量部２２との間、第２質量部２２と第４質量部２４との間、及び第４質量部２４と第１質量部２１との間に、それぞれ中心Ｏ１〜Ｏ４を有する円弧状に形成されている。
各駆動部４１〜４４は、上記各円弧の中心Ｏ１〜Ｏ４をそれぞれ含んで基板１０に固定されている固定部４５と、固定部４５と各結合部３１〜３４とをそれぞれ接続する可動部４６と、を有している。
各駆動部４１〜４４は、可動部４６及び各結合部３１〜３４が、固定部４５を中心にして回動可能な構成となっている。

詳述すると、図２に示すように、各駆動部４１〜４４は、可動部４６を挟むように基板１０上に設けられた一対の固定電極４７と、可動部４６に設けられた可動電極４８と、を備えている。
固定電極４７及び可動電極４８は、互いに噛み合う櫛歯状の電極指４７ａ，４８ａを有し、電極指４７ａ，４８ａは、固定部４５を中心とする円弧状に形成されている。
これにより、固定電極４７及び可動電極４８は、固定部４５を中心とする扇状に広がっていることになる。
各駆動部４１〜４４は、例えば、図示しない駆動回路により固定電極４７と可動電極４８との間に電圧を印加し、両者間の静電気力（静電引力、静電斥力）を利用した静電駆動により、可動部４６及び各結合部３１〜３４を、固定部４５を中心にして時計回り（白矢印方向）及び反時計回り（黒矢印方向）に交互に回動させることができる。

図１に戻って、第１質量部２１と第２質量部２２とは、第１質量部２１と第２質量部２２との中間を通るＹ軸に沿った直線に対して対称形状であり、第３質量部２３と第４質量部２４とは、第３質量部２３と第４質量部２４との中間を通るＸ軸に沿った直線に対して対称形状であることが好ましい。

第１質量対Ａの少なくとも１つ（ここでは２つ）の質量部である第１質量部２１及び第２質量部２２は、Ｙ軸回りの角速度を検出する第１検出部６１ａ，６１ｂを有し、第２質量対Ｂの少なくとも１つ（ここでは２つ）の質量部である第３質量部２３及び第４質量部２４は、Ｘ軸回りの角速度を検出する第２検出部６２ａ，６２ｂを有している。
更に、第１質量対Ａ及び第２質量対Ｂの少なくとも一方（ここでは第１質量対Ａ）の、少なくとも１つ（ここでは２つ）の質量部である第１質量部２１及び第２質量部２２は、Ｘ軸及びＹ軸に沿った平面と交差（ここでは直交）する第３軸としてのＺ軸回りの角速度を検出する第３検出部６３ａ，６３ｂを有している。
加えて、各質量部２１〜２４の少なくとも１つ（ここでは第３質量部２３及び第４質量部２４の２つ）は、駆動時における第３質量部２３及び第４質量部２４の変位をモニターするモニター部６４ａ，６４ｂを備えている。

詳述すると、図３に示すように、第１質量対Ａの第１質量部２１及び第２質量部２２は、矩形枠状の枠部２１ａ，２２ａと（図３の括弧内は第２質量部２２における符号を表す）、枠部２１ａ，２２ａの内側に配置され、Ｙ軸回りの角速度を検出する矩形平板状の第１検出部６１ａ，６１ｂと、枠部２１ａ，２２ａの内側に第１検出部６１ａ，６１ｂとＸ軸方向に並んで配置され、Ｚ軸回りの角速度を検出する矩形格子状の第３検出部６３ａ，６３ｂと、を有する。

第１検出部６１ａ，６１ｂは、複数（ここでは４つ）のばね部５２を介して枠部２１ａ，２２ａに接続されている。
基板１０における第１検出部６１ａ，６１ｂと対向する面には、可動電極を兼ねる第１検出部６１ａ，６１ｂより一回り大きい固定電極１１が設けられている。
ばね部５２は、第１検出部６１ａ，６１ｂがＸ軸方向及びＹ軸方向にはあまり変位せず、Ｚ軸方向に容易に変位可能なように、例えば、２つが第１検出部６１ａ，６１ｂの＋Ｙ側の端部、及び−（マイナス）Ｙ側の端部に位置し、Ｙ軸方向に延びＸ軸方向に屈曲するクランク状に形成され、残りの２つが第１検出部６１ａ，６１ｂのＹ軸に沿って延びる端部に位置し、Ｘ軸方向に延びＹ軸方向に屈曲するクランク状に形成されている。
図３（ｂ）に示すように、第１検出部６１ａ，６１ｂは、可動電極を兼ねる第１検出部６１ａ，６１ｂのＺ軸方向の変位に伴う固定電極１１と第１検出部６１ａ，６１ｂとの間の、例えば、静電容量の変化を検出することにより、Ｙ軸回りの角速度を検出することができる。

第３検出部６３ａ，６３ｂは、複数（ここでは４つ）のばね部５３を介して枠部２１ａ，２２ａに接続されている。
基板１０上には、可動電極を兼ねる第３検出部６３ａ，６３ｂの梁状部分を挟むようにしてＸ軸に沿って延びる固定電極６３ｃ，６３ｄが設けられている。
ばね部５３は、第３検出部６３ａ，６３ｂがＸ軸方向にはあまり変位せず、Ｙ軸方向に容易に変位可能なように、例えば、Ｘ軸方向へ折り返しながらＹ軸方向に延在し、第３検出部６３ａ，６３ｂの＋Ｙ側の端部及び−Ｙ側の端部を枠部２１ａ，２２ａに接続している。
第３検出部６３ａ，６３ｂは、可動電極を兼ねる第３検出部６３ａ，６３ｂのＹ軸方向の変位に伴う固定電極６３ｃ，６３ｄと第３検出部６３ａ，６３ｂとの間の、例えば、静電容量の変化を検出することにより、Ｚ軸回りの角速度を検出することができる。

図４に示すように、第２質量対Ｂの第３質量部２３及び第４質量部２４は、矩形枠状の枠部２３ａ，２４ａと（図４の括弧内は第４質量部２４における符号を表す）、枠部２３ａ，２４ａの内側に配置され、Ｘ軸回りの角速度を検出する矩形平板状の第２検出部６２ａ，６２ｂと、枠部２３ａ，２４ａの内側に第２検出部６２ａ，６２ｂとＹ軸方向に並んで配置され、駆動時における第３質量部２３及び第４質量部２４の変位をモニター（検知）するモニター部６４ａ，６４ｂと、を有する。

第２検出部６２ａ，６２ｂは、複数（ここでは４つ）のばね部５４を介して枠部２３ａ，２４ａに接続されている。
基板１０における第２検出部６２ａ，６２ｂと対向する面には、可動電極を兼ねる第２検出部６２ａ，６２ｂより一回り大きい固定電極１２が設けられている。
ばね部５４は、第２検出部６２ａ，６２ｂがＸ軸方向及びＹ軸方向にはあまり変位せず、Ｚ軸方向に容易に変位可能なように、例えば、ばね部５２と同様のクランク状に構成され、第２検出部６２ａ，６２ｂのＸ軸に沿って延びる端部、−Ｘ側の端部、及び＋Ｘ側の端部を枠部２３ａ，２４ａに接続している。
図４（ｂ）に示すように、第２検出部６２ａ，６２ｂは、可動電極を兼ねる第２検出部６２ａ，６２ｂのＺ軸方向の変位に伴う固定電極１２と第２検出部６２ａ，６２ｂとの間の、例えば、静電容量の変化を検出することにより、Ｘ軸回りの角速度を検出することができる。

モニター部６４ａ，６４ｂは、Ｘ軸に沿って梁状に延び、枠部２３ａ，２４ａに接続され、可動電極を兼ねている。
基板１０上には、モニター部６４ａ，６４ｂの上記梁状部分を挟むようにしてＸ軸に沿って延びる固定電極６４ｃ，６４ｄが設けられている。
モニター部６４ａ，６４ｂと固定電極６４ｃ，６４ｄとは、所定の間隔でＹ軸に沿って延出している電極指が、互いに噛み合う櫛歯状に形成されている。
モニター部６４ａ，６４ｂは、上記梁状部分のＹ軸方向の変位を、固定電極６４ｃ，６４ｄとモニター部６４ａ，６４ｂとの間の、例えば、静電容量の変化に機械／電気変換（置換）することにより、モニターすることができる。

基板１０の構成材料としては、ガラス、高抵抗シリコンなどの絶縁材料を用いるのが好ましい。特に、基板１０に重ねられ、エッチングなどにより各質量部２１〜２４、各結合部３１〜３４、各駆動部４１〜４４、ばね部５０、及び固定部５１などに加工される素板が、シリコンなどの半導体材料を主材料として構成されている半導体素板の場合には、基板１０の構成材料として、アルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス（例えば、パイレックス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）を用いるのが好ましい。
これにより、角速度センサー１は、基板１０と半導体素板とを陽極接合することができる。また、角速度センサー１は、基板１０にアルカリ金属イオンを含むガラスを用いることにより、基板１０と半導体素板とを容易に絶縁分離することができる。

なお、基板１０は、必ずしも絶縁性を有さなくてもよく、例えば低抵抗シリコンからなる導電性基板であってもよい。この場合は、基板１０と半導体素板との間に絶縁膜を挟んで双方を絶縁分離することになる。
また、基板１０の構成材料は、半導体素板の構成材料との熱膨張係数差ができるだけ小さいことが好ましく、具体的には、基板１０の構成材料と半導体素板の構成材料との熱膨張係数差が３ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。これにより、角速度センサー１は、基板１０と半導体素板との間の残留応力を低減することができる。

ここで、角速度センサー１の動作について説明する。
図５は、角速度センサーの駆動振動状態を示す模式平面図であり、図６（ａ）、図６（ｂ）は、角速度センサーの駆動振動状態の力の加わり方を説明する模式図であり、図７は、角速度センサーの駆動振動状態をモニターするモニター部の機能を説明するブロック図である。
また、図８は、角速度センサーのＸ軸回りの角速度を検出する検出振動状態を示す模式平面図であり、図９は、角速度センサーのＹ軸回りの角速度を検出する検出振動状態を示す模式平面図であり、図１０は、角速度センサーのＺ軸回りの角速度を検出する検出振動状態を示す模式平面図である。

図５に示すように、角速度センサー１は、例えば、図示しない駆動回路から各駆動部４１〜４４に駆動信号が印加されると、各駆動部４１〜４４は、第１質量対Ａ（第１質量部２１と第２質量部２２）が互いに近づく方向に変位したときに、第２質量対Ｂ（第３質量部２３と第４質量部２４）が互いに離れる方向に変位し（黒矢印）、第１質量対Ａが互いに離れる方向に変位したときに、第２質量対Ｂが互いに近づく方向に変位するように（白矢印）、各結合部３１〜３４を黒矢印方向及び白矢印方向へ交互に回動させることにより各質量部２１〜２４を駆動する（駆動振動させる）。

ここで、各結合部３１〜３４から各質量部２１〜２４への力の加わり方を説明する。ここでは、代表して第１質量部２１を例に挙げて説明するが、他の各質量部２２〜２４でも同様である。
図６（ａ）に示すように、結合部３１，３４が白矢印方向に回動すると、第１質量部２１には、結合部３１，３４の端部の接線に沿って、斜め−Ｘ方向に力Ｆ１，Ｆ２が加わる。
この際、力Ｆ１のＹ軸に沿った分力である分力Ｆ１ｙと、力Ｆ２のＹ軸に沿った分力である分力Ｆ２ｙとは、力の大きさが同じで力の方向が逆であることから、相殺されることになる。
一方、力Ｆ１のＸ軸に沿った分力である分力Ｆ１ｘと、力Ｆ２のＸ軸に沿った分力である分力Ｆ２ｘとは、力の大きさが同じで力の方向も同じであることから、Ｘ軸に沿った合力となり第１質量部２１は、Ｘ軸に沿って白矢印方向へ変位することになる。

図６（ｂ）に示すように、結合部３１，３４が黒矢印方向に回動すると、第１質量部２１には、結合部３１，３４の端部の接線に沿って力Ｆ１，Ｆ２とは逆方向に、力Ｆ１’，Ｆ２’が加わる。
この際、力Ｆ１’のＹ軸に沿った分力である分力Ｆ１’ｙと、力Ｆ２’のＹ軸に沿った分力である分力Ｆ２’ｙとは、力の大きさが同じで力の方向が逆であることから、相殺されることになる。
一方、力Ｆ１’のＸ軸に沿った分力である分力Ｆ１’ｘと、力Ｆ２’のＸ軸に沿った分力である分力Ｆ２’ｘとは、力の大きさが同じで力の方向も同じであることから、Ｘ軸に沿った合力となり第１質量部２１は、Ｘ軸に沿って黒矢印方向へ変位することになる。
これらにより、各質量部２１〜２４は、図５に示すような、白矢印方向への変位と黒矢印方向への変位とを交互に繰り返す駆動振動をすることになる。

この際、図４に詳細を示すモニター部６４ａ，６４ｂが、第３質量部２３及び第４質量部２４のＹ軸方向の変位を、固定電極６４ｃ，６４ｄとモニター部６４ａ，６４ｂとの間の静電容量の変化としてモニターしている。
図７に示すように、角速度センサー１は、このモニター部６４ａ，６４ｂでモニターしている静電容量の変化を、例えば、オペアンプなどを用いた増幅回路７０で増幅し、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路７１などで所定のレベルに制御し、駆動回路７２に印加する（フィードバックする）。
角速度センサー１は、このループにより各駆動部４１〜４４の駆動力が増強され、各質量部２１〜２４の駆動時の変位量を所定のレベルに維持することが可能な構成となっている。

図８に示すように、上記駆動振動状態で、Ｘ軸回りに角速度ωが印加されると、第３質量部２３及び第４質量部２４の図４に詳細を示す第２検出部６２ａ，６２ｂが、＋Ｚ方向への変位（図４（ｂ）の白矢印方向への変位）と−Ｚ方向への変位（図４（ｂ）の黒矢印方向への変位）とを交互に繰り返す検出振動をする。なお、図８中の「○」内に「・」は、＋Ｚ方向への変位を表し、「○」内に「×」は、−Ｚ方向への変位を表している。
詳述すると、第２検出部６２ａが＋Ｚ方向へ変位すると、第２検出部６２ｂは−Ｚ方向へ変位し、第２検出部６２ａが−Ｚ方向へ変位すると、第２検出部６２ｂは＋Ｚ方向へ変位する検出振動となる。
角速度センサー１は、第２検出部６２ａ，６２ｂにおける上記変位に伴う静電容量の差動変化量を検出信号として取り出すことにより、Ｘ軸回りの角速度を導出することができる。

図９に示すように、上記駆動振動状態で、Ｙ軸回りに角速度ωが印加されると、第１質量部２１及び第２質量部２２の図３に詳細を示す第１検出部６１ａ，６１ｂが、＋Ｚ方向への変位（図３（ｂ）の白矢印方向への変位）と−Ｚ方向への変位（図３（ｂ）の黒矢印方向への変位）とを交互に繰り返す検出振動をする。なお、図９中の「○」内に「・」は、＋Ｚ方向への変位を表し、「○」内に「×」は、−Ｚ方向への変位を表している。
詳述すると、第１検出部６１ａが＋Ｚ方向へ変位すると、第１検出部６１ｂは−Ｚ方向へ変位し、第１検出部６１ａが−Ｚ方向へ変位すると、第１検出部６１ｂは＋Ｚ方向へ変位する検出振動となる。
角速度センサー１は、第１検出部６１ａ，６１ｂにおける上記変位に伴う静電容量の差動変化量を検出信号として取り出すことにより、Ｙ軸回りの角速度を導出することができる。

図１０に示すように、上記駆動振動状態で、Ｚ軸回りに角速度ωが印加されると、第１質量部２１及び第２質量部２２の図３に詳細を示す第３検出部６３ａ，６３ｂが、Ｙ軸に沿って＋Ｙ方向への変位と−Ｙ方向への変位とを交互に繰り返す検出振動をする。
詳述すると、第３検出部６３ａが＋Ｙ方向へ変位すると、第３検出部６３ｂは−Ｙ方向へ変位し（白矢印）、第３検出部６３ａが−Ｙ方向へ変位すると、第３検出部６３ｂは＋Ｙ方向へ変位する（黒矢印）検出振動となる。
角速度センサー１は、第３検出部６３ａ，６３ｂにおける上記変位に伴う静電容量の変化を検出信号として取り出すことにより、Ｚ軸回りの角速度を導出することができる。

上述したように、第１実施形態の角速度センサー１は、隣り合う質量部（第１質量部２１と第３質量部２３など）を互いに結合する結合部（３１など）と、各結合部３１〜３４に接続されている各駆動部４１〜４４と、を備え、各駆動部４１〜４４が各結合部３１〜３４を介して、隣り合う質量部（第１質量部２１と第３質量部２３など）をそれぞれ駆動する。

これにより、角速度センサー１は、隣り合う質量部（第１質量部２１と第３質量部２３など）を互いに略均等に駆動することが可能となることから、駆動時における各質量部２１〜２４の変位量（駆動振動時の振幅）を互いに略等しくすることができる。
この結果、角速度センサー１は、例えば、角速度検出時における各質量部２１〜２４の変位量（検出振動の振幅）を互いに略等しくすることができることから、角速度ωの各検出軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）間における検出感度の差を小さくできる。
これにより、角速度センサー１は、角速度ωの検出特性を向上させることができる。

また、角速度センサー１は、各駆動部４１〜４４が、第１質量対Ａが互いに近づく方向に変位したときに、第２質量対Ｂが互いに離れる方向に変位し、第１質量対Ａが互いに離れる方向に変位したときに、第２質量対Ｂが互いに近づく方向に変位するように各質量部２１〜２４を駆動振動させる（ここでは、この駆動振動形態（振動モード）を交互モード（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍｏｄｅ）と呼ぶ）。
この結果、角速度センサー１は、各駆動部４１〜４４によって各質量部２１〜２４の駆動振動における振動モードが交互モードに規定されることから、駆動時における交互モード以外の不要振動モードの発生を抑制することができる。
これにより、角速度センサー１は、不要振動モードを起因とする誤動作を抑制する、または不要振動モードを抑制する手段を簡略化することが可能となる。

また、角速度センサー１は、各質量部２１〜２４に設けられた第１検出部６１ａ，６１ｂ、第２検出部６２ａ，６２ｂ、第３検出部６３ａ，６３ｂによって、各検出軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）間における検出感度の差を小さくしつつ、これら３つの検出軸回りの角速度ωを検出することができる。

また、角速度センサー１は、各質量部２１〜２４の少なくとも１つ（ここでは、第３質量部２３及び第４質量部２４の２つ）が、駆動時における第３質量部２３及び第４質量部２４の変位をモニターするモニター部６４ａ，６４ｂを備えている。
このことから、角速度センサー１は、この変位を機械／電気変換（ここでは静電容量に変換）し、増幅回路７０で増幅してＡＧＣ回路７１などで所定のレベルにして、駆動回路７２を介して各駆動部４１〜４４に印加することにより、各質量部２１〜２４の駆動時の変位量を所定のレベルに維持することが可能となる。
この結果、角速度センサー１は、各質量部２１〜２４の駆動状態が安定することから、角速度ωの検出特性を向上させることができる。

また、角速度センサー１は、各結合部３１〜３４が円弧状に形成され、各駆動部４１〜４４が基板１０に固定されている固定部４５と、固定部４５と各結合部３１〜３４とを接続する可動部４６と、を有し、可動部４６及び各結合部３１〜３４が、固定部４５を中心にして回動可能である。
この結果、角速度センサー１は、各駆動部４１〜４４が各結合部３１〜３４を介して各質量部２１〜２４をスムーズに駆動することができる。

また、角速度センサー１は、各駆動部４１〜４４の固定電極４７及び可動電極４８が、互いに噛み合う櫛歯状の電極指４７ａ，４８ａを有し、この電極指４７ａ，４８ａが固定部４５を中心とする円弧状に形成されていることから、固定部４５を中心にして可動部４６及び各結合部３１〜３４をスムーズに回動させることができる。

（変形例）
次に、第１実施形態の変形例の角速度センサーについて説明する。
図１１は、第１実施形態の変形例の角速度センサーの概略構成を示す模式平面図である。なお、第１実施形態との共通部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１１に示すように、変形例の角速度センサー２は、第１実施形態と比較して、各結合部３１〜３４の構成が異なる。
角速度センサー２は、各結合部３１〜３４が各質量部２１〜２４との接続部に応力緩和部３１ａ〜３４ａを備えている。
各応力緩和部３１ａ〜３４ａは、各結合部３１〜３４の延在方向と交差する方向に蛇行、或いは折り返すミアンダー（ｍｅａｎｄｅｒ）形状に形成されている。

これにより、角速度センサー２は、駆動時における各結合部３１〜３４の各質量部２１〜２４との接続部に生じる応力が、各応力緩和部３１ａ〜３４ａに分散され、応力集中を緩和することができる。
この結果、角速度センサー２は、各結合部３１〜３４の耐久性が良好となることから、信頼性を向上させることができる。
なお、この構成は、以下の実施形態にも適用可能である。

（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態の角速度センサーの概略構成を示す模式平面図である。なお、第１実施形態との共通部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１２に示すように、第２実施形態の角速度センサー３は、第１実施形態と比較して、各駆動部４１〜４４の駆動方向などが異なる。
角速度センサー３は、第１質量対Ａを互いに結ぶ線と第２質量対Ｂを互いに結ぶ線との交差部に固定部４５が設けられ、固定部４５からミアンダー形状に形成された変位吸収部４６ａを介して可動部４６が各結合部３１〜３４に接続されている。
更に、可動部４６は、各結合部３１〜３４から各駆動部４１〜４４の固定電極４７及び可動電極４８領域まで延びている。可動部４６は、Ｘ軸またはＹ軸に対して略４５度の角度をなす直線状に延在している。
変位吸収部４６ａは、ミアンダー形状により可動部４６の後述する直線往復運動を妨げないようにしつつ、固定部４５に接続されることによって可動部４６を支持している。

各結合部３１〜３４は、各質量部２１〜２４の延在方向に沿って固定部４５側に延出し、途中から可動部４６と直交する方向に屈曲することにより隣り合う質量部（第１質量部２１と第３質量部２３など）を結合している。
なお、各結合部３１〜３４の形状は、上記の形状に限定されるものではなく、例えば、第１実施形態と同様の形状としてもよい。

各駆動部４１〜４４は、可動部４６が延在方向に沿って直線往復運動（白矢印方向及び黒矢印方向へ交互に変位）するように、固定電極４７及び可動電極４８が、例えば、図示のような、櫛歯が可動部４６の延在方向と直交する方向に並んで噛み合うような形状に設けられている。
これにより、角速度センサー３は、駆動振動状態において、第１質量対Ａ（第１質量部２１と第２質量部２２）が、互いに近づく方向に変位（白矢印）したときに、第２質量対Ｂ（第３質量部２３と第４質量部２４）も互いに近づく方向に変位（白矢印）し、第１質量対Ａが、互いに離れる方向に変位（黒矢印）したときに、第２質量対Ｂも互いに離れる方向に変位（黒矢印）するように、白矢印方向の変位と黒矢印方向の変位とを交互に繰り返す駆動振動をすることになる。
ここでは、この振動モードを拡張モード（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍｏｄｅ）と呼ぶ。

このように、角速度センサー３は、駆動振動における振動モードが第１実施形態の交互モードと異なる拡張モードであるが、検出振動については第１実施形態と同様であるので、角速度印加時の動作についての説明は省略する。
角速度センサー３は、上記構成であることから、各駆動部４１〜４４による各結合部３１〜３４を介しての各質量部２１〜２４の駆動レベル、及び角速度印加時の各検出部６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂの検出レベルについては、第１実施形態と同程度とすることが可能である。
また、角速度センサー３は、振動モードが拡張モードに規定されることから、駆動時における拡張モード以外の不要振動モードの発生を抑制することができる。
これらの結果、角速度センサー３は、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（電子機器）
次に、上述した角速度センサーを備えている電子機器について説明する。
図１３は、角速度センサーを備えている電子機器としてのモバイル型（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模式斜視図である。
図１３に示すように、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１１０１を有する表示ユニット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、角速度センサー１（または２，３のいずれか）が内蔵されている。

図１４は、角速度センサーを備えている電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す模式斜視図である。
図１４に示すように、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１２０１が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、角速度センサー１（または２，３のいずれか）が内蔵されている。

図１５は、角速度センサーを備えている電子機器としてのデジタルスチルカメラの構成を示す模式斜視図である。なお、この図１５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。
デ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（図中手前側）には、表示部１３１０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１３１０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（図中奥側）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。

撮影者が表示部１３１０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、メモリー１３０８に転送・格納される。
また、このデ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、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、デー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。更に、所定の操作により、メモリー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。
このようなデジタルスチルカメラ１３００には、角速度センサー１（または２，３のいずれか）が内蔵されている。

このような電子機器は、上述した角速度センサーを備えていることから、上記第１実施形態、変形例及び第２実施形態で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮できる。
なお、上述した角速度センサーを備えている電子機器としては、これら以外に、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、各種ナビゲーション装置、ページャー、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、フライトシミュレーターなどが挙げられる。

（移動体）
次に、上述した角速度センサーを備えている移動体について説明する。
図１６は、角速度センサーを備えている移動体の一例としての自動車を示す模式斜視図である。
自動車１５００は、角速度センサー１（または２，３のいずれか）を、例えば、搭載されているナビゲーション装置、姿勢制御装置などの姿勢検出センサーとして用いている。
これによれば、自動車１５００は、上述した角速度センサーを備えていることから、上記第１実施形態、変形例及び第２実施形態で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮できる。

上述した角速度センサーは、上記自動車１５００に限らず、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、人工衛星などを含む移動体の姿勢検出センサーなどとして好適に用いることができ、いずれの場合にも、上記第１実施形態、変形例及び第２実施形態で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮する移動体を提供することができる。

１，２，３…角速度センサー、１０…基板、１１，１２…固定電極、２１…第１質量部、２２…第２質量部、２３…第３質量部、２４…第４質量部、２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ…枠部、３１，３２，３３，３４…結合部、３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ…応力緩和部、４１，４２，４３，４４…駆動部、４５…固定部、４６…可動部、４６ａ…変位吸収部、４７…固定電極、４８…可動電極、４７ａ，４８ａ…電極指、５０，５２，５３，５４…ばね部、５１…固定部、６１ａ，６１ｂ…第１検出部、６２ａ，６２ｂ…第２検出部、６３ａ，６３ｂ…第３検出部、６３ｃ，６３ｄ…固定電極、６４ａ，６４ｂ…モニター部、６４ｃ，６４ｄ…固定電極、７０…増幅回路、７１…ＡＧＣ回路、７２…駆動回路、１１００…電子機器としてのパーソナルコンピューター、１１０１…表示部、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…電子機器としての携帯電話機、１２０１…表示部、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…電子機器としてのデ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…メモリー、１３１０…表示部、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、１５００…移動体としての自動車、Ａ…第１質量対、Ｂ…第２質量対、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ１’，Ｆ２’…各質量部に加わる力、Ｆ１ｘ，Ｆ２ｘ，Ｆ１’ｘ，Ｆ２’ｘ…Ｘ軸に沿った分力、Ｆ１ｙ，Ｆ２ｙ，Ｆ１’ｙ，Ｆ２’ｙ…Ｙ軸に沿った分力、Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４…円弧の中心。

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に配置されている複数の質量部と、
   複数の前記質量部のうち、隣り合う前記質量部を互いに結合する結合部と、
   前記基板上に配置され、前記結合部に接続されている駆動部と、を備え、
   前記駆動部は、前記結合部を介して、隣り合う前記質量部をそれぞれ駆動し、
   前記結合部は、隣り合う前記質量部間に中心を有する円弧状に形成され、
   前記駆動部は、前記円弧の前記中心を含んで前記基板に固定されている固定部と、
   前記固定部と前記結合部とを接続する可動部と、を有し、
   前記可動部及び前記結合部が、前記固定部を中心にして回動可能であることを特徴とする角速度センサー。
2. 請求項１に記載の角速度センサーにおいて、
   複数の前記質量部は、
   ２つの前記質量部が第１軸に沿って互いに対向して配置されている第１質量対と、
   他の２つの前記質量部が平面視で前記第１軸と交差する第２軸に沿って互いに対向して配置されている第２質量対と、を含み、
   前記駆動部は、前記第１質量対が互いに近づく方向に変位したときに、前記第２質量対が互いに離れる方向に変位し、
   前記第１質量対が互いに離れる方向に変位したときに、前記第２質量対が互いに近づく方向に変位するように、前記各質量部を駆動することを特徴とする角速度センサー。
3. 請求項２に記載の角速度センサーにおいて、
   前記第１質量対の少なくとも１つの前記質量部は、前記第２軸回りの角速度を検出する第１検出部を有し、
   前記第２質量対の少なくとも１つの前記質量部は、前記第１軸回りの角速度を検出する第２検出部を有し、
   前記第１質量対及び前記第２質量対の少なくとも一方の、少なくとも１つの前記質量部は、前記第１軸及び前記第２軸に沿った平面と交差する第３軸回りの角速度を検出する第３検出部を有することを特徴とする角速度センサー。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の角速度センサーにおいて、
   複数の前記質量部の少なくとも１つは、前記駆動時における前記質量部の変位をモニターするモニター部を備えていることを特徴とする角速度センサー。
5. 請求項１に記載の角速度センサーにおいて、
   前記駆動部は、前記基板上に設けられた固定電極と、前記可動部に設けられた可動電極と、を備え、
   前記固定電極及び前記可動電極は、互いに噛み合う櫛歯状の電極指を有し、
   前記電極指は、前記固定部を中心とする円弧状に形成されていることを特徴とする角速度センサー。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の角速度センサーにおいて、
   前記結合部は、前記質量部との接続部に応力緩和部を備えていることを特徴とする角速度センサー。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の角速度センサーを備えていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の角速度センサーを備えていることを特徴とする移動体。

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