JP6741133B2 - Physical quantity sensor and electronic device - Google Patents

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JP6741133B2 JP2019155522A JP2019155522A JP6741133B2 JP 6741133 B2 JP6741133 B2 JP 6741133B2 JP 2019155522 A JP2019155522 A JP 2019155522A JP 2019155522 A JP2019155522 A JP 2019155522A JP 6741133 B2 JP6741133 B2 JP 6741133B2
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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)。 In recent years, an angular velocity sensor that detects an angular velocity has been widely used as a camera shake correction of an imaging device such as a digital camera and a posture control of a mobile navigation system such as a vehicle using a GPS signal. Further, as an angular velocity sensor, there is also known a sensor that can detect the angular velocity around each of three axes orthogonal to each other with one sensor (for example, refer to 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 driving mass, an anchor arranged in the center thereof, an elastic anchor element connecting the driving mass and the anchor, and a substrate 2 to which the anchor is fixed. The angular velocity about each axis is detected while the driving mass is rotationally oscillated.
However, in such a configuration, the vibration of the driving mass is transmitted to the substrate 2 via the elastic anchor element and the anchor, and the vibration leakage occurs. When such vibration leakage occurs, the Q value of the vibration of the sensor decreases (that is, energy loss occurs). When the Q value of the vibration decreases, the desired vibration amplitude cannot be obtained, and the detection sensitivity of the sensor deteriorates. Further, a driving device having a high driving ability 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 an object is achieved by the present invention described below.
In the physical quantity sensor of the present invention, when two axes orthogonal to each other are a first axis and a second axis,
A ring part that can vibrate in a circular ring,
Four support portions that support the ring portion,
Four beams that connect each of the support portions and a portion of the ring portion that serves as a node of the ring vibration,
A pair of first mass parts that have a movable part and are arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring part;
A pair of second mass parts that have a movable part and are arranged to face each other in the direction parallel to the second axis via the ring part;
A pair of first springs connecting each of the first mass parts and the ring part so that each of the first mass parts can vibrate with respect to the ring part in a direction parallel to the first axis. Department,
A pair of second springs that connect each of the second mass parts and the ring part so that each of the second mass parts can vibrate with respect to the ring part in a direction parallel to the second axis. Department,
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have mutually opposite phases at a first frequency. Means and
At least one transducer for converting a displacement amount of the movable part of each of the first mass parts and the movable part of each of the second mass parts into an electric signal,
The ring portion may vibrate in a ring shape in a direction parallel to the first axis and a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
This makes it possible to provide a small physical quantity sensor having 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。
The physical quantity sensor of the present invention has two axes orthogonal to each other as a first axis and a second axis,
A ring part that can vibrate in a ring,
Four support portions that support the ring portion,
Four beams connecting each of the support parts and four fixing points that are nodes of the ring vibration of the ring part;
It has a first movable part that is displaceable around an axis parallel to the second axis and a second movable part that is displaceable in a direction parallel to the second axis, and is parallel to the first axis via the ring part. A pair of first mass parts arranged to face each other in different directions,
It has a third movable part that is displaceable around an axis parallel to the first axis and a fourth movable part that is displaceable in a direction parallel to the first axis, and is parallel to the second axis via the ring part. A pair of second mass portions arranged to face each other in different directions,
A pair of first spring parts that connect each of the first mass parts and the ring so that each of the first mass parts can vibrate with respect to the ring part in a direction parallel to the first axis. When,
A pair of second spring parts connecting each of the second mass parts and the ring so that each of the second mass parts can vibrate with respect to the ring in a direction parallel to the second axis. ,
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have mutually opposite phases at a first frequency. Means and
A transducer for converting the amount of displacement of the first movable part of each of the first mass parts and the third movable part of each of the second mass parts into an electrical acquisition signal;
A transducer for converting the amount of displacement of the second movable part of each of the first mass parts and the fourth movable part of each of the second mass parts into an electric signal.
The ring portion may vibrate in a ring shape in a direction parallel to the first axis and a direction parallel to the second axis according to the first frequency.
This makes it possible to provide a small physical quantity sensor having 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, a gap is formed inside the inner diameter, and the ring portion is elastically deformable.
This makes it possible to vibrate the ring portion 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, the first spring portion is not deformed in a direction parallel to the second axis and deformed in a direction parallel to an axis orthogonal to the first axis and the second axis, respectively. Regulated,
It is preferable that each of the second spring portions is restricted from being deformed in a direction parallel to the first axis and in a direction parallel to an axis orthogonal to the first axis and the second axis. ..
Thereby, the first mass portion can be stably vibrated in the direction parallel to the first axis, and the second mass portion 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 parts are located inside the pair of first mass parts and the pair of second mass parts and outside the ring part, and intersect the center of the ring part. It is preferably provided at a position mirror-symmetrical to the first axis and the second axis.
This makes it possible to reduce the size of the device. Moreover, 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 displacement of each of the beams in the radial direction from the center of the ring is restricted.
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 is either electrostatically driven or piezoelectrically driven.
Thereby, the 1st mass part and the 2nd mass part 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, it is preferable that the transducer has an electrostatic type, a piezoelectric type, or a piezoresistive type detection capability.
As a result, the physical quantity sensor has excellent detection ability.
In the physical quantity sensor of the present invention, the transducer provides 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. It is preferable to detect.
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 the transducer 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, it is preferable that each of the transducers also has a unique resonance frequency.
As a result, the driving can be performed in the resonance mode, so that the angular velocity detection accuracy 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 ring vibration of the ring portion contracts in a direction parallel to the first axis and expands in a direction parallel to the second axis, and is parallel to the first axis. It is preferable that the vibration is a state in which the state of expanding in the direction and contracting in the direction parallel to the second axis is repeated.
In the physical quantity sensor of the present invention, each of the first spring portion and each of the second spring portions are connected to a portion of the ring portion that is inclined by 45 degrees from both the first axis and the second axis. Is preferred.
Thereby, it is possible to effectively prevent or suppress the circular vibration of the ring portion from leaking 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 a projected outer shape of an assembly of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts is substantially circular.
This makes it possible to reduce the size of the device.
The physical quantity sensor of the present invention is characterized in that a projected outer shape of an assembly of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts is substantially rectangular.
This makes it possible to reduce the size of the device.

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 of the present invention, it is preferable that the vibrating means is connected to the inside of each of the first mass part and each of the second mass parts.
This makes it possible to reduce the size of the device.
In the physical quantity sensor of the present invention, it is preferable that the transducer is connected inside each of the first mass part and each of the second mass parts.
This makes it possible to reduce the size of the device.

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。
The physical quantity sensor of the present invention has two axes orthogonal to each other as a first axis and a second axis,
With an expandable joint part,
Four support portions that are provided at positions inclined by a predetermined angle from both the first shaft and the second shaft that intersect the center of the connecting portion of the connecting portion, and that support the connecting portion;
Four beams connecting each of the supporting parts and the connecting part,
A pair of first mass parts that have a movable part and are arranged to face each other in a direction parallel to the first axis via the ring part;
A pair of second mass parts that have a movable part and are arranged to face each other in the direction parallel to the second axis via the ring part;
A pair of first springs connecting each of the first mass parts and the ring part so that each of the first mass parts can vibrate with respect to the ring part in a direction parallel to the first axis. Department,
A pair of second springs that connect each of the second mass parts and the ring part so that each of the second mass parts can vibrate with respect to the ring part in a direction parallel to the second axis. Department,
Vibration for vibrating at least one of the pair of first mass parts and the pair of second mass parts in a plane direction including the first axis and the second axis so as to have mutually opposite phases at a first frequency. Means and
At least one transducer for converting the displacement of the movable part of each of the first mass parts and the movable part of each of the second mass parts into an electric signal,
When the connecting portion expands and contracts according to the first frequency, the connecting portion between the beam and the connecting portion serves as a node.
This makes it possible to provide a small physical quantity sensor having a high Q value and high detection sensitivity.
The electronic device of the present invention is characterized by using the physical quantity sensor of the present invention.
This makes it possible to provide a highly reliable electronic device.

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。It is a schematic plan view showing a first embodiment of a physical quantity sensor of the present invention. 図1に示す物理量センサーの詳細な平面図である。It is a detailed top view of the physical quantity sensor shown in FIG. 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 included in 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。It is a figure for explaining drive 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。It is a figure for explaining drive 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。It is a figure for explaining drive 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。It is a top view which shows 2nd Embodiment of the physical quantity sensor of this 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。It is a top view which shows 3rd Embodiment of the physical quantity sensor of this 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。It is a top view which shows 4th Embodiment of the physical quantity sensor of this 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。It is a top view which shows 5th Embodiment of the physical quantity sensor of this 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。It is a top view which shows 6th Embodiment of the physical quantity sensor of this 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。It is a top view showing a 7th embodiment of a 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。It is a top view which shows 8th Embodiment of the physical quantity sensor of this 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 (notebook type personal computer) provided 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) provided 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。The electronic device (digital still camera) includes 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。
Hereinafter, a physical quantity sensor of the present invention will 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 a 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. 4 is a plan view for explaining the vibration of the part, FIG. 4 is a plan view for explaining the configuration of the detection means included in the physical quantity sensor shown in FIG. 2, and FIGS. 5, 6, and 7 are respectively for the physical quantity sensor. It is a figure for demonstrating drive. In addition, in each figure, for convenience of description, an X axis, a Y axis, and a Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other. In the following, the direction parallel to the X axis (first axis) is the “X axis direction”, the direction parallel to the Y axis (second axis) is the Y axis direction, and the direction parallel to the Z axis (third axis). Is referred to as “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 an angular velocity about the X axis, an angular velocity about the Y axis, and an angular velocity about the Z axis. According to such an angular velocity sensor, since one sensor can independently detect the angular velocities around the three axes, 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 part 31 capable of ring-shaped vibration, four substrate fixing parts (supporting parts) 61, 62, 63, 64 for supporting the ring part 31, and a substrate fixing part 61. , 62, 63, 64 and four beams 71, 72, 73, 74 connecting the portions of the ring portion 31 that serve as nodes of the ring vibration and the movable portion in the X-axis direction through the ring portion 31. A pair of first vibrating parts (first mass parts) 51 and 52 arranged opposite to each other, and a pair of second vibrating parts (second mass parts) having a movable part and opposed to each other in the Y-axis direction via the ring part 31. Part) 53, 54 and the first vibrating portions 51, 52 that couple the first vibrating portions 51, 52 with the ring portion 31 so that the first vibrating portions 51, 52 can vibrate in the X-axis direction with respect to the ring portion 31. The inner spring portions (first spring portions) 81, 82 and the second vibrating portions 53, 54 are arranged so that the second vibrating portions 53, 54 can vibrate in the direction parallel to the Y axis with respect to the ring portion 31. It has a pair of second inner side spring parts (second spring parts) 83 and 84 that connect to the ring part 31. Further, the vibrating means 4 that vibrates the first vibrating portions 51 and 52 in the X-axis direction at the first frequency so as to have mutually opposite phases, and the movable portion and the second vibrating portion included in the first vibrating portions 51 and 52. 53, 54 and a transducer (detection means 9) for converting the amount of displacement of the movable part contained therein 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 such a physical quantity sensor 1, 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 reducing the size of the device. Therefore, a small physical quantity sensor having excellent detection accuracy can be provided.

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。
Hereinafter, the physical quantity sensor 1 will be described in detail.
As shown in FIG. 2, the physical quantity sensor 1 includes a vibration system structure 3 provided in the XY plane, a substrate 2 that supports the vibration system structure 3, and a vibrating unit 4 that vibrates the vibration system structure 3. , And a detection 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 (coupling portion) 31 and a pair of first vibrating 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, 82 that connect the first vibrating portions 51, 52 and the ring portion 31, and a pair that are arranged to face each other in the Y-axis direction via the ring portion 31. Second vibrating parts (second mass parts) 53, 54, second inner spring parts (second spring parts) 83, 84 connecting the second vibrating parts 53, 54 and the ring part 31, and the ring part 31. Inner fixing portions (supporting portions) 61, 62, 63, 64 provided around the periphery of the, and beams 71, 72, 73, 74 connecting the ring portion 31 and the inner fixing portions 61, 62, 63, 64, Outer fixed parts 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 provided outside the vibrating parts 51, 52, 53, 54, and vibrating parts 51, 52, 53, 54 and outer fixed parts 651, The outer spring parts 851, 852, 861, 862, 871, 872, 881, 882 are connected to the outer spring parts 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682.

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 made of silicon as a main material, and has a thin film forming technology (for example, a deposition technology such as an epitaxial growth technology and a chemical vapor deposition technology) on a silicon substrate (silicon wafer) and various types. The above-mentioned respective parts are integrally formed by processing into a desired outer shape by using a processing technique (for example, an etching technique such as dry etching or wet etching). Alternatively, after the silicon substrate and the glass substrate are bonded together, only the silicon substrate is processed into a desired outer shape, whereby the above-mentioned respective portions can be formed.

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. Further, it becomes possible to apply a fine processing technique used for manufacturing a silicon semiconductor device, and the physical quantity sensor 1 can be miniaturized. Further, by using silicon as the main material of the vibration system structure 3, the physical quantity sensor 1 can be driven without forming electrodes on the vibration system structure 3 as will be described later. Can be made simpler. Even if a material other than silicon, for example, a material such as an insulator is used, it is possible to form the vibration system structure of the present invention by coating the outer periphery of the material 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。
The main material of the substrate 2 is not limited to silicon, and may be, for example, crystal or various glasses.
In the vibration system structure 3 of the present embodiment, the projected outer shape of the assembly of the vibrating portions 51, 52, 53, 54 is substantially circular in a plan view with the Z axis direction as the normal line. As a result, the physical quantity sensor 1 can be downsized.

(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 "center O."
The ring portion 31 is arranged so that its axis is parallel to the Z axis. The ring portion 31 is elastically deformable, and as shown in FIG. 3, the first vibrating portions 51 and 52 vibrate by the vibrating means 4 so that the ring portion 31 contracts in the X-axis direction and expands in the Y-axis direction. And a second state of expanding in the X-axis direction and contracting 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 vibrating section)
The first vibrating portion 51 has a plate shape. Further, the first vibrating portion 51 includes a frame portion 511 forming an edge portion of the first vibrating portion 51 and a Z-axis direction displacement portion (first movable portion, which is connected to the frame portion 511 via shaft portions 513 and 514). (Movable part) 512, a comb-teeth-shaped drive electrode 515, and a Y-axis direction displacement part (second movable part, movable part) 516 connected to the frame via a spring part 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. Further, the first vibrating portion 52 also includes a frame portion 521 that constitutes an edge portion of the first vibrating portion 52 and a Z-axis direction displacement portion (first movable portion, which is connected to the frame portion 521 via shaft portions 523 and 524). The movable portion 522, the comb-teeth-shaped drive electrode 525, and the Y-axis direction displacement portion (second movable portion, movable portion) 526 connected to the frame via the 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。
Hereinafter, the first vibrating portions 51 and 52 will be described in detail. However, since the first vibrating portions 51 and 52 have the same configuration, the first vibrating portion 51 will be described below as a representative and the first vibrating portion 51 will be described. The description of the vibrating section 52 is omitted.
The outer shape of the frame portion 511 has a fan shape of approximately 90 degrees in a plan view with the Z axis as a normal line. A pair of first openings 511a, a pair of second openings 511b, and a third opening 511c are formed in the frame portion 511.

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-teeth-shaped drive electrodes 515 are arranged in each of the first openings 511a. The drive electrodes 515 extend in the Y-axis direction and are spaced from each other in the X-axis direction. The drive electrode 515 constitutes a part of the vibrating means 4.
Inside each of the second openings 511b, a Y-axis direction displacement portion 516 is provided. The Y-axis direction displacement portion 516 includes 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 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 direction 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 making each spring part 517 have such a shape, the spring part 517 can be smoothly expanded and contracted in the Y-axis direction, and at the same time, the spring part 517 can be in a direction other than the Y-axis direction (ie, the X-axis direction and the Z-axis direction). The deformation in the 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 direction displacement portion 512 is provided inside the third opening 511c. The Z-axis direction 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 the physical quantity sensor 1 receives a stress in the Z-axis direction, the Z-axis direction displacement section 512 rotates around the shaft sections 513 and 514 while twisting and deforming the shaft sections 513 and 514 around the axis.
The first vibrating section 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 intersecting the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as a normal line. Is provided for the purpose. However, the requirement of the present invention is a configuration that minimizes vibration leakage to the substrate 2, and the components need not be completely symmetrical with respect to the center O or 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. Further, the second vibrating portion 53 includes a frame portion 531 forming an edge portion of the second vibrating portion 53, and a Z-axis direction displacement portion (third movable portion, which is connected to the frame portion 531 via the shaft portions 533 and 534). The movable part) 532 and the X-axis direction displacement part (fourth movable part, movable part) 536 connected to the frame via the spring part 537.
Similarly, the second vibrating portion 54 also has a plate shape. In addition, the second vibrating portion 54 also includes a frame portion 541 that constitutes an edge portion of the second vibrating portion 54 and a Z-axis direction displacement portion (third movable portion, which is connected to the frame portion 541 via the shaft portions 543 and 544). The movable part) 542 and the X-axis direction displacement part (fourth movable part, movable part) 546 connected to the frame via the spring part 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. However, since the second vibrating portions 53 and 54 have the same configuration, the second vibrating portion 53 will be described below as a representative and the second vibrating portion 53 will be described. The description of the vibrating section 54 is omitted.
The outer shape of the frame portion 531 has a fan shape of approximately 90 degrees in a plan view with the Z axis as a normal line. The outer shape of the frame portion 531 is the same as the frame portions 511 and 521 of the first vibrating portions 51 and 52. A pair of second openings 531b and a third opening 531c are formed in the frame portion 531.

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。
Inside each of the second openings 511b, an X-axis direction displacement portion 536 is provided. The X-axis direction displacement portion 536 includes 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 from each other in the X-axis direction.
The X-axis direction displacement portion 536 as described above 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 making each spring part 537 have such a shape, the spring part 537 can be smoothly expanded and contracted in the X-axis direction, and the spring part 537 can be moved in a direction other than the X-axis direction (that is, the Y-axis direction and the Z-axis direction). The deformation in the 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 direction displacement portion 532 is provided inside the third opening 531c. The Z-axis direction displacement portion 532 is connected to the frame portion 531 by the shaft portions 533 and 534. The shaft portions 533 and 534 extend in the X-axis direction and are provided coaxially. Therefore, when the physical quantity sensor 1 receives a stress in the Z-axis direction, the Z-axis direction displacement portion 532 rotates around the shaft portions 533 and 534 while twisting and deforming the shaft portions 533 and 534 around its axis.
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 intersecting the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as a normal line. Is provided for the purpose. However, the second vibrating portions 53 and 54 do not have to be completely symmetrical with respect to the center O and the X axis as in the 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 part)
The first inner spring portion 81 connects the first vibrating portion 51 and the ring portion 31. Further, 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 as each other, 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. To 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, 812, and each spring portion 811, 812 has a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. Further, the spring portions 811, 812 are provided symmetrically with respect to the X axis intersecting with the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as a normal line. By making each spring portion 811, 812 have such a shape, the first inner spring portion 81 can be smoothly expanded and contracted in the X-axis direction while suppressing (restricting) the deformation in the Y-axis direction and the Z-axis direction. You can Therefore, as 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 part)
The second inner spring portion 83 connects the second vibrating portion 53 and the ring portion 31. In addition, 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 as each other, the second inner spring portion 83 will be representatively described below, and the description of the first inner spring portion 84 will be omitted. To 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, and each spring portion 831 and 832 has a shape extending in the Y axis direction while reciprocating in the X axis direction. Further, the spring portions 831 and 832 are provided symmetrically with respect to the Y axis that intersects with the center O of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as a normal line. By configuring the second inner spring portion 83 with such a configuration, 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. You can Therefore, as described later, the second vibrating portion 53 can be smoothly vibrated in the Y-axis direction while the second inner spring portion 83 is expanded and contracted 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 portions 61, 62, 63, 64 have a function of supporting the ring portion 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, 64 in this way, the space can be effectively used, and the physical quantity sensor 1 can be downsized. Further, since the length of the beams 71, 72, 73, 74 can be shortened, the ring portion 31 can be supported more stably. Furthermore, by arranging the inner fixing portions 61, 62, 63, 64 in this way, the first vibrating portions 51, 52 and the second vibrating portions 53, 54 can serve as stoppers.

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, 64 are provided at intervals of 90 degrees around the outer circumference of the ring portion 31 in a plan view with the Z axis as a normal line. Specifically, in a plan view with the Z axis as a normal, a pair of axes intersecting the center O of the ring portion 31 and inclined by 45 degrees with respect to the X axis and the Y axis are designated as J1 and J2. At this time, the inner fixing portions 61 and 63 are located on the axis J1 and face each other with the ring portion 31 interposed therebetween. Further, the inner fixing portions 62 and 64 are located on the axis J2 and are arranged to face each other with the ring portion 31 interposed therebetween.
In other words, the four inner fixing portions 61, 62, 63, 64 are provided at positions that are mirror-symmetrical 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)
The beams 71, 72, 73, 74 connect the ring portion 31 and the 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 fixed portion 61. Similarly, the beam 72 extends linearly along the axis J2 and connects the ring portion 31 and the inner fixed portion 62. Further, the beam 73 extends linearly along the axis J1 and connects the ring portion 31 and the inner fixed portion 63. Further, 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, and 74 are each a portion inclined by 45 degrees with respect to the respective X-axis and Y-axis of the side surface of the ring portion 31 (fixed point, fixed point of the first group). It is connected to the. As shown in FIG. 3, each of these fixed points is a portion that serves as a node of the ring vibration of the ring portion 31 (that is, a portion where substantially no displacement/deformation occurs). By connecting the beams 71, 72, 73, 74 to such fixed points, the beams 71, 72, 73, 74 do not hinder the ring vibration of the ring portion 31 and cause the ring vibration. Vibration is prevented or suppressed from leaking to the outside of the vibration system structure 3 through the beams 71, 72, 73, 74 and the fixing portions 61, 62, 63, 64. As a result, the Q value of the vibration of the vibration system structure 3 is increased, and the detection accuracy of the physical quantity sensor 1 is improved. Further, since the vibration system structure 3 can be efficiently vibrated, the output of the vibrating means 4 can be reduced, and as a result, the physical quantity sensor 1 can be downsized.
Further, the beams 71, 72, 73, 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-shaped portion 31 can be supported more stably by the inner fixing portions 61, 62, 63, 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。
(Outer fixed part)
The outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 are provided outside the four vibrating portions 51, 52, 53, 54, respectively. The outer fixing 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 fixing portions 661 and 662 are provided corresponding to the first vibrating portion 52 and are separated from each other in the Y-axis direction. 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. The outer fixing 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 parts 851, 852, 861, 862, 871, 872, 881, 882 have outer fixing parts 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 and vibrating parts 51, 52, 53, 54. It is 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 fixing portions 671 and 672, and the outer spring portions 881 and 882 fix the second vibrating portion 54 and the outer fixing portion. 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 have a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. The outer spring portions 851 and 852 are provided symmetrically with respect to the X axis that intersects with the center O of the ring portion 31.
Similarly, the outer spring portions 861 and 862 have a shape extending in the X-axis direction while reciprocating in the Y-axis direction. The outer spring portions 861 and 862 are provided symmetrically with respect to the X axis intersecting the center O of the ring portion 31.
The outer spring parts 871 and 872 have a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. The outer spring portions 871 and 872 are provided symmetrically with respect to the Y axis that intersects with 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 have a shape extending in the Y-axis direction while reciprocating in the X-axis direction. The outer spring portions 881 and 882 are provided symmetrically with respect to the Y axis that intersects with the center O of the ring portion 31. However, it is not essential for 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 in the XY plane. Then, 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 are joined to the upper surface of the substrate 2 to cause vibration. The 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 portions 61, 62, 63, 64 and the outer fixing portions 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682 is not particularly limited, and various types such as direct bonding and anodic bonding are used. Depending on the constituent materials of the vibration system structure 3 and the substrate 2, which may be joined using a joining method, a joining member such as an adhesive may be used.
In addition, a concave portion is formed on the upper surface of the substrate 2 (the surface facing the vibration system structure 3), if necessary. The concave portion has a function of preventing contact between the substrate 2 and a 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).
As such a substrate 2, for example, a semiconductor substrate such as silicon, an insulating substrate such as glass or quartz, or a composite substrate formed by stacking a semiconductor layer and an insulating layer is processed into a desired outer shape by 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 unit 4 displaces the first vibrating portions 51 and 52 in a direction in which they approach each other (inner side) to the ring portion 31, and the vibrating means 4 separates the first vibrating portions 51 and 52 from each other in a direction (outer side). ) 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 drive electrodes 515 of the first vibrating portion 51. Each fixed electrode 41 has a pair of comb-teeth-shaped electrode pieces 411 and 412 arranged to face 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 respective drive electrodes 525 of the first vibrating portion 52. Each fixed electrode 42 has a pair of comb-teeth-shaped electrode pieces 421 and 422 arranged to face 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。 Then, the vibrating means 4 applies an alternating voltage with a phase difference of 180 degrees to each of the electrode pieces 411 and 421 and each of the electrode pieces 412 and 422 by a power source (not shown), so that each drive electrode 515, 525 and each electrode Electrostatic force is generated between the strips 411 and 421 and between the drive electrodes 515 and 525 and the electrode strips 412 and 422, respectively, and the first inner spring portions 81 and 82 and the outer spring portions 851, 852 and 861 are generated. , 862 are expanded and contracted in the X-axis direction, and the first vibrating sections 51, 52 vibrate in the X-axis direction at mutually opposite phases and at a predetermined frequency.

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。
The frequency of the alternating voltage is not particularly limited, but it is preferable that it is substantially equal to the resonance frequency of the vibration system structure 3. As a result, the vibration system structure 3 can be driven in the resonance mode, so that the angular velocity detection accuracy can be improved.
When the first vibrating portions 51 and 52 vibrate in opposite phases, the vibrations are 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 is deformed so as to contract in the X-axis direction and expand in the Y-axis direction, and the first vibrating portions 51 and 52 are 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 vibrates in a circular ring 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。 Further, when the ring portion 31 is deformed by the ring vibration so as to contract in the X-axis direction and expand in the Y-axis direction, the second displacement portions 53 and 54 are both displaced outward due to the deformation, and conversely, X When deformed so as to expand in the axial direction and contract in the Y-axis direction, both the second vibrating portions 53 and 54 are displaced inward. That is, in synchronization with the ring vibration of the ring portion 31, the second vibrating portions 53 and 54 vibrate in the Y-axis direction in mutually 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, by utilizing the ring vibration of the ring portion 31, the first vibrating portions 515 and 52 are displaced inward while the second vibrating portions 53 and 54 are displaced outward. It is possible to vibrate the vibrating portions 51, 52, 53, 54 so that the state in which the first vibrating portions 51, 52 are displaced outward and the second vibrating portions 53, 54 are displaced inward is repeated. it 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 point to which the beams 71, 72, 73, 74 of the ring portion 31 are connected is a portion that serves as a node of the ring vibration of the ring portion 31 (that is, a portion where substantially no displacement/deformation occurs). Therefore, the circular vibrations of the ring portion 31 are not hindered by the beams 71, 72, 73, 74, and the vibrations caused by the circular vibrations are generated by the beams 71, 72, 73, 74 and the fixed portions 61, 62, 63. , 64 to the outside of the vibration system structure 3 is prevented or suppressed. As a result, the Q value of the vibration of the vibration system structure 3 is increased, and the detection accuracy of the physical quantity sensor 1 is improved. Further, since the vibration system structure 3 can be efficiently vibrated, the output of the vibrating means 4 can be reduced, and as a result, the physical quantity sensor 1 can be downsized.
Further, according to the electrostatic drive as in the present embodiment, the above vibration can be generated more smoothly and reliably. Further, in the present embodiment, since the vibrating means 4 is connected to the inside of the vibrating portions 51, 52, 53, 54, space can be effectively used and the physical quantity sensor 1 can be miniaturized.

−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-
As shown in FIG. 4, the detection means 9 has displacement transducers 91, 92, 93, 94 and rotation transducers 95, 96, 97, 98. Note that in FIG. 4, for convenience of description, some of the constituent elements of the physical quantity sensor 1 are omitted.
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 516b included in the Y-axis direction displacement portion 516. Each fixed electrode 911 includes a pair of electrode pieces 911a and 911b that are arranged to face each other with the detection electrode 516b interposed therebetween, and these electrode pieces 911a and 911b are provided to extend 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 on 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 526b included in the Y-axis direction displacement portion 526. Each fixed electrode 921 has a pair of electrode pieces 921a and 921b that are arranged to face each other with the detection electrode 526b interposed therebetween, and these electrode pieces 921a and 921b are provided so as to extend 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 536b included in the X-axis direction displacement portion 536. Each fixed electrode 931 has a pair of electrode pieces 931a and 931b that are arranged to face each other with the detection electrode 536b interposed therebetween. These electrode pieces 931a and 931b are provided so as to extend 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 on 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 546b included in the X-axis direction displacement portion 546. Each fixed electrode 941 has a pair of electrode pieces 941a and 941b that are arranged to face each other with the detection electrode 546b interposed therebetween. These electrode pieces 941a and 941b are provided so as to extend in the Y-axis direction. ..
In the present embodiment, these displacement transducers 91, 92, 93, 94 are connected inside the vibrating parts 51, 52, 53, 54, so that the space of the device can be effectively utilized and the physical quantity sensor 1 can be miniaturized. Can be planned.

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 rotary transducer 95 is opposed to the Z-axis direction displacement portion 512 fixed to the substrate 2 by the Z-axis direction displacement portion 512 provided on the first vibrating portion 51 via the shafts 513 and 514 and separated in the Z-axis direction. The fixed electrode 951 is arranged.
The rotary transducer 96 is opposed to the Z-axis displacing section 522 provided on the first vibrating section 52 via the shafts 523 and 524, and the Z-axis displacing section 522 fixed to the substrate 2 while being separated in the Z-axis direction. The fixed electrode 961 is arranged.

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 rotary transducer 97 is opposed to the Z-axis direction displacement portion 532 provided on the second vibrating portion 53 via the shafts 533 and 534, and the Z-axis direction displacement portion 532 fixed to the substrate 2 while being separated in the Z-axis direction. The fixed electrode 971 is arranged.
The rotary transducer 98 is opposed to the Z-axis direction displacement section 542 provided on the second vibrating section 54 via the shafts 543 and 544, and the Z-axis direction displacement section 542 fixed to the substrate 2 while being separated in the Z-axis direction. The fixed electrode 981 is arranged.
In the present embodiment, since these rotary transducers 95, 96, 97, 98 are connected inside the vibrating parts 51, 52, 53, 54, the space of the device can be effectively utilized and the physical quantity sensor 1 can be miniaturized. Can be planned.

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。
Hereinafter, a method of detecting the angular velocity by the detecting means 9 will be briefly described with reference to FIGS. 5, 6 and 7. Note that in FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7, for convenience of explanation, a part of the configuration of the physical quantity sensor 1 is omitted.
-Detection of angular velocity around Z-axis-
As shown in FIG. 5, while vibrating the first vibrating portions 51 and 52 in the X-axis direction and the second vibrating portions 53 and 54 in the Y-axis direction by the vibrating means 4, the physical quantity sensor 1 is subjected to Z. When the angular velocity ω about the axis is applied, the Coriolis force in the Y-axis direction acts on the first vibrating portions 51 and 52 that vibrate in the X-axis direction, and the second vibrating portions 53 and 54 that vibrate in the Y-axis direction act in the X-axis direction. Coriolis force of.

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 is applied, 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, which causes 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 piece 911b change, and a difference occurs between these capacitances. Similarly, also 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, whereby the capacitance between the detection electrode 526b and the electrode piece 921a and the detection electrode. The electrostatic capacitance between 516b and the electrode piece 921b changes, and a difference occurs in these electrostatic 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 detection electrode 536b. And the electrostatic capacitance between the electrode piece 931b change, and a difference occurs in these electrostatic capacitances. Similarly, also 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, whereby the 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 occurs in these capacitances.
Then, the detecting means 9 detects such a change in the electrostatic capacitance that occurs in each of the vibrating portions 51, 52, 53, 54, and detects the angular velocity about the Z axis applied to the physical quantity sensor 1 from the detection result. You can

−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 shown in the perspective view of FIG. 6, 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 about the X axis is applied to the sensor 1, Coriolis force in the Z axis direction acts on the second vibrating portions 53 and 54 that vibrate 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, in the second vibrating portion 53, the Z-axis direction displacement portion 532 rotates around the shaft portions 533 and 534, which causes static electricity between the Z-axis direction displacement portion 532 and the fixed electrode 971. The capacitance changes. Similarly, in the second vibrating portion 54, the Z-axis direction displacing portion 542 rotates around the shaft portions 543 and 544, whereby the electrostatic capacitance between the Z-axis direction displacing portion 542 and the fixed electrode 981 changes.
Then, the detection unit 9 can detect such a change in the electrostatic capacitance that occurs in the second vibrating units 53 and 54, and can 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 the angular velocity about the axis is applied, the Coriolis force in the Z-axis direction acts on the first vibrating portions 51 and 52 that vibrate 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, in the first vibrating portion 51, the Z-axis direction displacement portion 512 rotates around the shaft portions 513 and 514, which causes static electricity between the Z-axis direction displacement portion 512 and the fixed electrode 951. 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, and thereby the electrostatic capacitance between the Z-axis direction displacement portion 522 and the fixed electrode 961 changes.

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。
Then, the detection unit 9 can detect such a change in the electrostatic capacitance that occurs in the first vibrating units 51 and 52, and can 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 the X-axis, Y-axis, and Z-axis. Therefore, the physical quantity sensor 1 is small and has excellent convenience. Further, in the present embodiment, since the electrostatic detection unit 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。 The physical quantity sensor 1 has a function of canceling the acceleration (linear acceleration) in the Y-axis direction applied to the physical quantity sensor 1 as a set of the displacement transducers 91 and 92. In addition, the displacement transducers 93 and 94, as a set, have a function of canceling acceleration in the X-axis direction applied to the physical quantity sensor 1. Further, the rotation transducers 95, 96, 97, 98 are combined to have a function of canceling acceleration in the Z-axis direction applied to the physical quantity sensor 1.

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, the Y-axis direction displacement section 516 of the first vibrating section 51 and the Y-axis direction displacement section 526 of the first vibrating section 52 are both moved in the Y-axis direction. Displace in the same direction. The displacement of the Y-axis direction displacement portions 516 and 526 is different from the displacement when an angular velocity around the Z-axis is applied (that is, the displacement of the Y-axis direction displacement portions 516 and 526 to the opposite sides in the Y-axis direction). ing. Therefore, according to the physical quantity sensor 1, from the change in the electrostatic capacitance between the detection electrode 516b and each electrode piece 911a, 911b and the change in the electrostatic capacitance between the detection electrode 526b and each electrode piece 921a, 921b, The applied acceleration can be detected, and when the angular velocity is detected, the detected acceleration can be electrically canceled by a correction process or the like. As a result, the detection accuracy of the angular velocity of the physical quantity sensor 1 is further improved. The acceleration in the X-axis direction and the acceleration in the Z-axis direction can be similarly canceled.

<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 the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present 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 FIG. 8, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals.

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 sections 53 and 54. That is, the second vibrating portion 53 is provided with the plurality of drive electrodes 535 extending in the X-axis direction, and the second vibrating portion 54 is also provided with the plurality of drive electrodes 545 extending in the X-axis direction. There is.
Further, the vibrating means 4 has a plurality of fixed electrodes 43 provided corresponding to the drive electrodes 535 included in the second vibrating portion 53. Each fixed electrode 43 has a pair of comb-teeth-shaped electrode pieces 431 and 432 arranged to face 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 respective drive electrodes 545 of the second vibrating section 54. Each fixed electrode 44 has a pair of comb-teeth-shaped electrode pieces 441 and 442 that are arranged to face 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。
Then, the vibrating means 4 applies an alternating voltage with a phase shift of 180 degrees to the electrode pieces 411, 421, 432, 442 and the electrode pieces 412, 422, 431, 441 by a power source (not shown), thereby While vibrating the vibrating parts 51 and 52 in the X-axis direction in opposite phases to each other, the second vibrating parts 53 and 54 are vibrated in opposite phases to each other in the Y-axis direction opposite to the first vibrating parts 51 and 52.
According to such a second embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be exhibited.

<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 present invention.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present 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 FIG. 9, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals.

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, the outer shapes of the vibrating portions 51, 52, 53, 54 are trapezoidal in plan view with the Z axis as the normal line. Then, in a plan view with the Z axis direction as a normal line, the projected outer shape of the assembly of the vibrating portions 51, 52, 53, 54 is substantially rectangular. As a result, the physical quantity sensor 1 can be downsized. In addition, for example, when the physical quantity sensor 1 is mounted in a chip, the physical quantity sensor 1 corresponds to the shape of the chip, so that mounting on the chip becomes easy.
According to such a third embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be exhibited.

<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 the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present 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 FIG. 10, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals.

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 the present embodiment is configured to vibrate the first vibrating portions 51 and 52 in the X-axis direction by piezoelectric driving. Hereinafter, the first vibrating section 51 will be described as a representative, and the description of the first vibrating section 52 will be omitted.
The first vibrating portion 51 is provided inside the first opening 511a and is fixed to the substrate 2, and is provided inside the first opening 511a. The fixing portion 518a is connected to the fixing portion 518a and the frame portion 511. It has a plurality of connecting portions 518b. Each of the connecting portions 518b is provided so as to extend in the Y-axis direction, and is also spaced 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 are provided so as to 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 arranged to face each other in the Z-axis direction and a piezoelectric layer having piezoelectricity 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 on 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. On the contrary, when each piezoelectric element 45 is contracted and each piezoelectric element 46 is expanded, each connecting portion 518b is curved and deformed, and the end portion on the side connected to the frame portion 511 is opposite to the ring portion 31. It is displaced to the side, and as a result, the first vibrating portion 51 is displaced to the outside.

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 having the configuration, the state in which each piezoelectric element 45 is expanded and the respective piezoelectric element 46 is contracted, and the state in which each piezoelectric element 45 is contracted and each piezoelectric element 46 is expanded alternate. By repeatedly applying a voltage to each of the piezoelectric elements 45 and 46, the first vibrating portions 51 and 52 are vibrated in the X-axis direction in opposite phases to each other.
According to such a fourth embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be exhibited.

<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 the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present 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 FIG. 11, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals. In addition, 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. Therefore, in the following, the first vibrating portion 51 and the second vibrating portion 53 are representative. The description of the first vibrating portion 52 and the second vibrating portion 54 will be 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 is a plate-shaped Y-axis direction displacing portion 519a, which is displaceable in the Y-axis direction with respect to the frame portion 511, a Y-axis direction displacing portion 519a, and a frame portion. 511 and a plurality of spring parts 519b which connect with 511. Each spring portion 519b is provided so as to extend in the X-axis direction.
The second vibrating portion 53 is provided inside the second opening 531b and is a plate-shaped X-axis direction displacing portion 539a, which is displaceable in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, an X-axis direction displacing portion 539a, and a frame portion. 531 and a plurality of spring parts 539b which connect with 531. Each spring portion 539a is provided so as 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 519b of the first vibrating portion 51. The piezoelectric elements 991 and 992 extend in the X-axis direction and are spaced from each other in the Y-axis direction. Further, the detection unit 9 has a pair of piezoelectric elements 993 and 994 provided on each spring portion 539b 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, 994 is composed of a pair of electrodes arranged to face each other in the Z-axis direction and a piezoelectric layer having piezoelectricity interposed between the pair of electrodes. Such piezoelectric elements 991, 992, 993, 994 have the property of generating electric charges by deformation, and the larger the amount of deformation, the larger the amount of electric charges 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 displaces in the Y axis direction while bending and deforming the spring portion 519b in the Y axis direction, the piezoelectric element 991, When 992 generates an electric charge having a magnitude corresponding to the deformation amount of the spring portion 519b, and the X-axis direction displacement portion of the second vibrating portion 53 displaces the coupling portion 539b in the X-axis direction while bending and deforming the coupling portion 539b, The piezoelectric elements 993 and 994 generate electric charges having a size corresponding to the amount of deformation of the connecting portion 539b.
The detection means 9 detects the angular velocity around the Z axis by detecting the magnitude of the charges generated from the piezoelectric elements 991, 992, 993, 994.

<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 the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The physical quantity sensor 1 of the present 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 FIG. 12, the same components as those in the above-described first embodiment are designated by the same reference numerals. In addition, 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. Therefore, in the following, the first vibrating portion 51 and the second vibrating portion 53 are representative. The description of the first vibrating portion 52 and the second vibrating portion 54 will be 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 is a plate-shaped Y-axis direction displacing portion 519a, which is displaceable in the Y-axis direction with respect to the frame portion 511, a Y-axis direction displacing portion 519a, and a frame portion. 511 and a plurality of spring parts 519b which connect with 511. Each spring portion 519b is provided so as to extend in the X-axis direction.
The second vibrating portion 53 is provided inside the second opening 531b and is a plate-shaped X-axis direction displacing portion 539a, which is displaceable in the X-axis direction with respect to the frame portion 531, an X-axis direction displacing portion 539a, and a frame portion. 531 and a plurality of spring parts 539b which connect with 531. Each spring portion 539a is provided so as 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 detecting means 9 of the present 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. doing. For example, when the vibration system structure 3 is formed by using an n-type silicon substrate, the piezoresistive portions 995 and 996 diffuse impurities such as boron to a high concentration and form a p-type silicon layer in the diffused 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 the resistance value changes due to deformation, and the larger the deformation amount, the larger the resistance value change amount. Therefore, when the 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 displaces in the Y axis direction while bending and deforming the spring portion 519b in the Y axis direction, the piezoresistive portion 995 is generated. When the resistance value of the spring portion 519b changes to a value corresponding to the amount of deformation and the X-axis direction displacement portion of the second vibrating portion 53 displaces the connecting portion 539b in the X-axis direction while bending and deforming the coupling portion 539b, the piezo actuator moves. The resistance portion 996 changes to a resistance value having a magnitude corresponding to the deformation amount of the connecting portion 539b.
The detection means 9 detects the angular velocity around the Z axis by detecting the resistance value change 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 present invention. Note that, in FIG. 13, for convenience of description, a part of the configuration of the physical quantity sensor is not shown.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters 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 the present 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 FIG. 13, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals. Further, since the configurations of the four vibrating portions are the same as each other except that the arrangement around the Z axis is different, the first vibrating portion 51 will be representatively described below, and the first vibrating portion 52 and the second vibrating portion 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, the Y-axis direction displacement portion 516 is provided outside the frame portion 511 and is connected to the frame portion 511 by a plurality of spring portions 517. Such a Y-axis direction displacement portion 516 includes a plate-shaped base portion 516c and a plurality of detection electrodes 516d protruding 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 on 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 516d included in the Y-axis direction displacement portion 516. Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b arranged to face each other with the detection electrode 516d interposed therebetween, and these electrode pieces 911a and 911b are provided so as to extend 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. Note that, in FIG. 13, for convenience of description, a part of the configuration of the physical quantity sensor is not shown.
The physical quantity sensor of this embodiment will be described with a focus on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters 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 the present 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 FIG. 14, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals. Further, since the configurations of the four vibrating portions are the same as each other except that the arrangement around the Z axis is different, the first vibrating portion 51 will be representatively described below, and the first vibrating portion 52 and the second vibrating portion 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, the Z-axis displacement portion 516A provided outside the frame portion 511 is connected to the frame portion 511 by a pair of connecting springs 517A. In addition, the pair of connecting springs 517A extend along the radial direction with respect to the center O of the ring portion 31, respectively. The Z-axis displacement portion 516A includes a plate-shaped base portion 516Aa and a plurality of fixed electrodes 516Ab protruding from the base portion 516Aa in the radial direction 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 the first vibrating portion 51 as described above, the Z-axis displacing portion 516A causes the pair of connecting springs 517A to be curved and deformed by the Coriolis force in the Y-axis direction generated when an angular velocity around the Z-axis is applied, while the Z-axis displacing portion 517A is curved. Rotate around. According to such a configuration, the Coriolis force in the Y-axis direction can be changed into the stress around the Z-axis, so that the displacement amount of the Z-axis around 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 rotary transducer 91 of the detection means 9 of the present embodiment has a Z-axis displacement section 516A provided in the first vibrating section 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 included in the Z-axis displacement portion 516A. Each fixed electrode 911 has a pair of electrode pieces 911a and 911b that are arranged to face each other with the fixed electrode 516Ab in between.
The vibrating reed of each embodiment as described above can be applied to various electronic devices, and the obtained electronic device has 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 including the resonator element according to the invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device including the physical quantity sensor of the present invention is applied.
In this figure, a personal computer 1100 is composed of a main body portion 1104 having a keyboard 1102 and a display unit 1106 having a display portion 100. The display unit 1106 is rotated relative to the main body portion 1104 via a hinge structure portion. It is movably supported.
Such a personal computer 1100 has a built-in physical quantity sensor 1 that functions as an angular velocity detecting 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 an electronic device including the physical quantity sensor of the present invention is applied.
In this figure, a mobile phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204, and a mouthpiece 1206, and the display unit 100 is arranged between the operation buttons 1202 and the earpiece 1204.
Such a mobile phone 1200 has a built-in physical quantity sensor 1 that functions as an angular velocity detecting 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 including the physical quantity sensor of the present invention is applied. It should be noted that this figure also simply shows the connection with an external device.
Here, while a normal camera exposes a silver halide photographic film with a light image of a subject, a digital still camera 1300 photoelectrically converts a light image of the subject with an image pickup device such as a CCD (Charge Coupled Device). An image pickup 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 the case (body) 1302 of the digital still camera 1300, and is configured to display based on an image pickup signal from the CCD. The display unit serves as a finder that displays an electronic image of a subject. Function.
A light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided on the front side (back 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 image pickup signal of the CCD at that time is transferred and stored in the memory 1308.
Further, in this digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input/output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. Then, as shown in the drawing, 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, if necessary. Further, the image pickup 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 has a built-in physical quantity sensor 1 that functions as an angular velocity detecting 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 personal computer) shown in FIG. 15, the mobile phone shown in FIG. 16, the digital still camera shown in FIG. Inkjet printer), laptop personal computer, TV, video camera, video tape recorder, car navigation device, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game machine, word processor, workstation, TV Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish finder, various measuring devices, measuring instruments It can be applied to a class (for example, instruments of vehicles, aircrafts, ships), a flight simulator, 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。
Although the physical quantity sensor of the present invention has been described above based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part may be replaced with an arbitrary configuration having the same function. You can
Moreover, other arbitrary 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 Vibrating means 41 Fixed electrode 411, 412 Electrode piece 42 Fixed electrode 421, 422 Electrode piece 43, 44 ... fixed electrode 431, 432 ... electrode piece 441, 442 ... electrode piece 45, 46 ... piezoelectric element 51 ... first vibrating section 511 ... frame section 511a ... first opening 511b ... 2nd opening 511c... 3rd 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 unit 52 First vibrating unit 521 Frame unit 522 Z-direction displacement unit 523, 524 Shaft unit 525 Drive electrode 526 Y-direction displacement unit 526b Detection electrode 527 Spring part 53 Second vibrating part 531 Frame part 531a First opening 531b Second opening 531c Third opening 532 Displacement part in the Z-axis direction 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 Detecting electrode 546b Y axis direction extending part 547 Spring part 61, 62, 63, 64... Inner fixing part 651, 652, 661, 662, 671, 672, 681, 682... Outer fixing part 71, 72, 73, 74... Beam 81. Spring portion 811, 812... Spring portion 82... First inner spring portion 83... Second inner spring portion 831, 832... Spring portion 84... Second inner spring portion 851, 852, 861, 862, 871, 872, 881, 882... Outer spring portion 9... Output means 91... Displacement transducer 911, 912... Fixed electrode 911a, 911b... Electrode piece 92... Displacement transducer 921, 922... Fixed electrode 921a, 921b... Electrode piece 93... Displacement transducer 931, 932 ... fixed electrodes 931a, 931b ... electrode pieces 94 ... displacement transducers 941, 942 ... fixed electrodes 941a, 941b ... electrode pieces 95 ... rotating transducer 951 ... fixed electrodes 96 ... rotating transducer 961 Fixed electrode 97 Rotation transducer 971 Fixed electrode 98 Rotation transducer 981 Fixed electrode 991, 992 Piezoelectric element 993, 994 Piezoelectric element 995, 996 Piezoresistive part 100 ... display unit 1100 ... personal computer 1102 ... keyboard 1104 ... main unit 1106 ... display unit 1200 ... mobile phone 1202 ... operation button 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 I/O terminal 1430 Television monitor 1440 Personal computer J1, J2 Axis

Claims (12)

互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
前記Z軸に直交し、互いに表裏の関係にある第1面及び第2面を含む基板と、
可動部を含み、前記X軸方向に並んでいる一対の第1質量部と、
可動部を含み、前記Y軸方向に並んでいる一対の第2質量部と、
前記一対の第1質量部の間、かつ、前記一対の第2質量部の間に配置されている連結部と、
前記一対の第1質量部の各々と、前記連結部と、を連結している一対の第1バネ部と、
前記一対の第2質量部の各々と、前記連結部と、を連結している一対の第2バネ部と、
前記一対の第1質量部の各々を前記基板の前記第1面に固定している複数の第1固定部と、
前記一対の第2質量部の各々を前記基板の前記第1面に固定している複数の第2固定部と、
前記連結部を支持し、前記基板の前記第1面に取り付けられている複数の支持部と、
前記X軸に沿って、前記一対の第1質量部を振動させる振動手段と、
前記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と、
を含み、
前記前記Z軸方向からの平面視で、前記一対の第1質量部と前記一対の第2質量部を含む集合体の外形は、矩形状であり、
前記第1質量部と前記第1固定部は、第3バネ部を介して連結され、
前記第2質量部と前記第2固定部は、第4バネ部を介して連結されていることを特徴とする物理量センサー。
When the three axes orthogonal to each other are the X axis, the Y axis, and the Z axis,
A substrate including a first surface and a second surface which are orthogonal to the Z axis and are in a front-back relationship with each other ;
A pair of first mass parts including a movable part and arranged side by side in the X-axis direction;
A pair of second mass parts including a movable part and arranged side by side in the Y-axis direction;
Between the pair of first mass parts, and between the pair of second mass parts, a connecting part,
A pair of first spring parts connecting each of the pair of first mass parts and the connecting part;
A pair of second spring parts connecting each of the pair of second mass parts and the connecting part;
A plurality of first fixing portions that fix each of the pair of first mass portions to the first surface of the substrate;
A plurality of second fixing parts that fix each of the pair of second mass parts to the first surface of the substrate;
A plurality of supporting portions supporting the connecting portion and attached to the first surface of the substrate;
A vibrating means for vibrating the pair of first mass parts along the X axis;
A transducer for converting the displacement of the movable part into an electric signal,
Including,
In a plan view from the Z-axis direction, the outer shape of the aggregate including the pair of first mass parts and the pair of second mass parts is a rectangular shape,
The first mass portion and the first fixing portion are connected via a third spring portion,
The physical quantity sensor, wherein the second mass portion and the second fixing portion are connected via a fourth spring portion .
請求項1において、
前記複数の第1固定部は、前記X軸に対して対称に設けられていることを特徴とする物理量センサー。
In claim 1,
The physical quantity sensor, wherein the plurality of first fixing portions are provided symmetrically with respect to the X axis .
請求項1または2において、
前記複数の第2固定部は、前記Y軸に対して対称に設けられていることを特徴とする物理量センサー。
In claim 1 or 2,
The physical quantity sensor, wherein the plurality of second fixing portions are provided symmetrically with respect to the Y axis .
請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記複数の支持部は、第1支持部と、第2支持部と、第3支持部と、第4支持部と、を含むことを特徴とする物理量センサー。
In any one of Claim 1 thru|or 3,
The physical quantity sensor, wherein the plurality of supporting parts include a first supporting part, a second supporting part, a third supporting part, and a fourth supporting part .
請求項4において、
前記第1支持部と前記第2支持部は、前記X軸に対して対称であり、
前記第3支持部と前記第4支持部は、前記X軸に対して対称であることを特徴とする物理量センサー。
In claim 4,
The first support part and the second support part are symmetrical with respect to the X-axis,
The physical quantity sensor, wherein the third support part and the fourth support part are symmetrical with respect to the X axis .
請求項4または5において、
前記第1支持部と前記第4支持部とは前記Y軸に対して対称であり、
前記第2支持部と前記第3支持部とは前記Y軸に対して対称であることを特徴とする物理量センサー。
In Claim 4 or 5,
The first support part and the fourth support part are symmetrical with respect to the Y-axis,
The physical quantity sensor, wherein the second support part and the third support part are symmetrical with respect to the Y-axis .
請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記一対の第1バネ部は、前記Y軸に沿った変形と、前記Z軸に沿った変形と、が規制されていることを特徴とする物理量センサー。
In any one of Claims 1 thru|or 6,
The physical quantity sensor, wherein the pair of first spring portions is restricted from being deformed along the Y axis and deformed along the Z axis .
請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記一対の第2バネ部は、前記X軸に沿った変形と、前記Z軸に沿った変形と、が規制されていることを特徴とする物理量センサー。
In any one of Claim 1 thru|or 7,
The physical quantity sensor, wherein the pair of second spring portions is restricted from being deformed along the X axis and deformed along the Z axis .
請求項1乃至8のいずれか一項において、
前記振動手段は、前記第1質量部に設けられていることを特徴とする物理量センサー。
In any one of Claim 1 thru|or 8,
The physical quantity sensor , wherein the vibrating means is provided in the first mass section .
請求項1乃至9のいずれか一項において、
前記一対の第1質量部は、互いに逆位相で振動することを特徴とする物理量センサー。
In any one of Claims 1 thru|or 9,
The physical quantity sensor, wherein the pair of first mass parts vibrate in opposite phases .
請求項1乃至10のいずれか一項において、
前記トランスデューサーは、前記X軸まわりの角速度、前記Y軸まわりの角速度、及び前記Z軸まわりの角速度を検出することを特徴とする物理量センサー。
In any one of Claim 1 thru|or 10,
The physical quantity sensor , wherein the transducer detects an angular velocity about the X axis, an angular velocity about the Y axis, and an angular velocity about the Z axis .
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えていることを特徴とする電子機器。 An electronic device comprising the physical quantity sensor according to claim 1 .
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