JP5807381B2 - 物理量センサー、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、物理量センサー、およびこれを用いた電子機器に関する。

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、センサー面内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）。
特許文献１に記載のセンサーは、センサー面に平行なフレームと、横方向に配置された２つの質量部と、フレーム内側にあり２つの質量部に接続された連結部と、駆動するためのアクチュエーターと、検出のための変換器と、を備え、連結部は質量部が垂直方向へ動くように制限する構成となっている。

米国特許第６８９２５７５号明細書

しかしながら、特許文献１に記載されている構成では、質量部の振幅変位量を確保することが難しい。質量部の振幅変位量が少ないと、角速度センサーの検出感度が低下してしまう。また、必要な振幅変位量を得るために高い駆動能力の駆動部が必要となり、センサーの大型化を招いてしまう。

本発明の目的は、質量部の振幅変位量を確保し、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびこれを用いた電子機器を提供することにある。

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

［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、基板と、前記基板の上方であって、第１軸の方向に並んで配置された２つの質量部と、前記２つの質量部のそれぞれに設けられ、前記第１軸と平面視で垂直な第２軸の方向に設けられた第１捻りバネと、前記第１捻りバネを軸として、前記２つの質量部を互いに反対方向に回動振動させる駆動部と、前記第１捻りバネを介して前記２つの質量部のそれぞれに接続され、前記質量部から受ける力を伝達する力伝達部と、前記力伝達部のそれぞれに設けられ、前記力に応じた変位量を電気信号として検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、２つの質量部を第１捻りバネを回転軸として回動振動させるため、少ない駆動電力により充分な振幅変位量を確保することができる。２つの質量部が、回転軸まわりに互いに第３軸（Ｚ軸）方向に逆位相で回動振動する際に、第１軸（Ｘ軸）まわりに角速度が入力されると、２つの質量部が受けるコリオリ力により力伝達部が第２軸（Ｙ軸）方向に変位し、力伝達部に設けた検出部を用いて第１軸回りの角速度を検出することができる。角速度センサーの場合、振幅変位を得られれば振幅速度をも速く設定できるため、微小なコリオリ力の検出が可能となる（高感度化）。従って、高い検出感度の高性能な物理量センサーを提供できる。
また、本適用例に係る物理量センサーは、基板と、前記基板の一方の側であって、第１軸の方向に並んで配置された第１質量部と第２質量部と、前記第１質量部および前記第２質量部のそれぞれに設けられ、前記第１軸と平面視で垂直な第２軸を回転軸とする第１捻りバネと、前記第１質量部と前記第２質量部との間に設けられ、前記第２軸を回転軸とする第２捻りバネに接続され、前記第１質量部側と前記第２質量部側で反対方向に振動可能な駆動部と、
前記駆動部と前記第１質量部とを接続している第１接続部と、前記駆動部と前記第２質量部とを接続している第２接続部と、前記第１捻りバネを介して前記第１質量部および前記第２質量部の少なくとも一方に接続され、前記質量部から受ける力を伝達する力伝達部と、前記力伝達部に設けられ、前記力に応じた変位量を電気信号として検出する検出部と、を有し、前記第１接続部は、前記第１質量部に設けられている第１捻りバネに対して、前記第２捻りバネとは反対側に設けられ、前記第２接続部は、前記第２質量部に設けられている第１捻りバネに対して、前記第２捻りバネとは反対側に設けられている、ことを特徴とする。

［適用例２］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記駆動部は、前記第２軸の方向に設けられた前記第２捻りバネを介して前記基板に固定され、前記第２捻りバネを軸として回動振動することが好ましい。

本適用例によれば、駆動部は、第２捻りバネを軸とした回転軸を備え、例えば、前記回転軸まわりに回動振動を許容しその他の運動を制限する少なくとも１本以上のアームを介して前記基板に固定されるので、当該回転軸まわりにのみ運動することができる。この回動振動を、接続部を介して隣接する２つの質量部へ伝達することで、少ない駆動エネルギーを効率的に２つの質量部の振動エネルギーに変換することができる。従って、少ない消費電力で高効率な物理量センサーを提供することができる。

［適用例３］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記駆動部は、前記駆動部に設けた電極と前記基板に設けた電極との間の静電力により回動振動することが好ましい。

本適用例によれば、例えば、駆動部に設けた電極にプラスの電圧を印加し、駆動部の電極に対向する基板の電極にマイナスの電圧を印加することにより静電力が働き、駆動部がシーソーのように揺れ動き、それにより質量部のそれぞれを互いに反対方向に回動振動させることができる。

［適用例４］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記２つの質量部のそれぞれは、接続部を介して前記駆動部に接続されていることが好ましい。

本適用例によれば、２つの質量部を互いに隣接させ駆動部と接続器により機械的に接続させることで、駆動部からの駆動力を効率良く伝達させることができる。さらに２つの質量部、駆動部、接続器を小面積範囲内に設置することができ、物理量センサーを小型にすることができる。

［適用例５］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記力伝達部のそれぞれは、前記質量部の周囲の少なくとも一部に設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、力伝達部を駆動部および２つの質量部の周囲の少なくとも一部に設けることにより、力伝達部の外部に検出部を接続すれば省スペース化を図ることができる。このような形態にすることで、力伝達部内側の質量部の面積を大きく取ることができ、即ち、質量部の質量を大きくすることができる。角速度により発生するコリオリ力は質量に比例するので、質量を大きくすることで高感度化が図られる。また、力伝達部は一体化されている必要は無く、複数の質量体と機械ばねで構成されていても良い。力伝達部を複数の質量体と機械ばねに分割することにより、コリオリ検出に必要な力の伝達を効率よく行い、それ以外の不要な力や振動の伝達を抑制することができる。

［適用例６］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１捻りバネは、前記質量部の前記第２軸上の対向する側面の各々に設けられたことが好ましい。

本適用例によれば、質量部内に設けられた第１捻りバネを、対向する側面の各々に設け、質量部と力伝達部とを接続する複数の捻りばねによって形成したことで、質量部を効率よく回動振動させることができる。特に、２つの捻りばねで回転軸を形成した場合、回動振動のＱ値を高くすることができ、質量部にエネルギーロスの少ない振動を与えることができる。振動のＱ値が高いほど、少ない駆動エネルギーで質量部の大きな変位量が得られるので、物理量センサーの高感度化に繋がる。従って、高性能な物理量センサーを得ることができる。

［適用例７］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１捻りバネは、前記第２捻りバネと平行に設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、質量部内に設けられた回転軸を駆動部の回転軸と平行にすることにより、駆動部による振動エネルギーを効率良く質量部の振動エネルギーに変換することができる。これにより、駆動部の低消費電力化が行える。

［適用例８］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記２つの質量部は、前記第２捻りバネに対して互いに対称な位置に配置されていることが好ましい。

本適用例によれば、質量部が第２捻りバネに対して対称な位置に配置されることにより、一方の質量部と他方の質量部との回動振動の変位量を等しくすることができ、物理量検出の精度を向上することができる。
また、本適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１質量部および前記第２質量部は、前記第２捻りバネに対して互いに対称な位置に配置されているが好ましい。
［適用例９］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記検出部は、前記力伝達部に設けられている可動電極部と、前記基板上に設けられ且つ前記可動電極部に対向する位置に設けられている固定電極部と、を含むことが好ましい。

本適用例によれば、第１軸（Ｘ軸）回りに角速度が入力され、コリオリ力により力伝達部が第２軸（Ｙ軸）の方向に変位すると、力伝達部に設けた可動電極部と、基板に設けられ可動電極部と対向する位置に設けられた固定電極部との間の距離が変位することにより静電容量が変化し、それにより第１軸回りの角速度を検出することができる。

［適用例１０］本適用例に係る電子機器は、適用例１ないし９のいずれか一例に記載の物理量センサーを搭載したことを特徴とする。

本適用例によれば、高感度で且つ小型化を実現した電子機器を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る模式概略平面図である。 本発明の第１実施形態に係る模式平面図である。 本発明の第１実施形態の動作を説明する模式斜視図（ａ）と模式側面略図（ｂ）である。 本発明の第２実施形態に係る模式平面図である。 本発明の第２実施形態の動作を説明する模式斜視図（ａ）と模式側面略図（ｂ）である。 本発明の検出部の第１変形例に係る模式平面図である。 本発明の検出部の第２変形例に係る模式平面図である。 本発明の第３実施形態に係る模式平面図である。 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ー）の斜視図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器（携帯電話機）の斜視図である。 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）の斜視図である。

以下、本発明の物理量センサーおよびこれを用いた電子機器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。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

図１は、本発明の物理量センサーの第１実施形態に係る模式概略平面図、図２は本発明の物理量センサーの第１実施形態に係る詳細な模式平面図である。図３は、図２に示した物理量センサーの動作を説明する模式斜視図（ａ）と模式側面図（ｂ）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。以下では、本発明の物理量センサーに関し、Ｘ軸（第１軸）まわりの角速度を検知する角速度センサーに適用させ、詳しく述べる。なお、ばね類は、便宜的に線で表している。

（実施形態１）
図１に示すように、物理量センサー１は、基板２に平行なセンサー面３上に形成されており、Ｘ軸方向に対向配置された一対の質量部（２つの質量部）４と、それぞれの質量部４内に設けられ、Ｙ軸に平行な第１捻りばね８で形成された回転軸Ｊ１，Ｊ２と、対向する２つの質量部４を第１の周波数を用いて互いに逆相で回転軸Ｊ１，Ｊ２まわりに回動させる駆動部５と、回転軸８を介して質量部４に発生した力を伝達する力伝達部６と、力伝達部６に接続されており、受けた力に応じた変位量を電気信号として検出する検出部７と、を有している。さらに駆動部５は、第２捻りばね９からなる回転軸Ｊ３を有し、その回転軸Ｊ３まわりに回転運動をする際に、接続部１０を介してその回転運動を質量部４へ伝達できるような構成をとっている。

このような物理量センサー１によれば、質量部４は回転軸Ｊ１，Ｊ２まわりに回動振動するので、センサー面３に対して垂直に変位させるよりも振幅変位を得やすい。角速度センサーの場合、振幅変位と同時に振幅速度も速くなるため、それに応じたコリオリ力の検出が容易となる（高感度化）。さらに、回転軸Ｊ１，Ｊ２と接続部１０との位置関係を自由に設定できる点を活かし、梃子の原理を用いて少ない駆動力で最大かつ最適な振幅変位量を設定することができる。少ない駆動力で駆動できれば、物理量センサー１のサイズを小さくすることができる。したがって、高い検出感度を有する小型の物理量センサー１を提供することができる。

（振動系構造体）
以下、物理量センサー１について図２を用いて更に具体的に説明する。基板２に平行なセンサー面３が設けられ、物理量センサー１が形成されている。物理量センサー１は、センサー面３に平行でＸ軸方向に対向配置された第１質量部２１０と、第２質量部３１０を有している。２つの質量部２１０，３１０は隣接して設置されており、それぞれの質量部２１０，３１０には捻りばね２１９，２２０から成る回転軸Ｊ１と、捻りばね３１９，３２０から成る回転軸Ｊ２が形成されている。即ち、２つの質量部２１０，３１０はそれぞれ回転軸Ｊ１，Ｊ２について回動することが可能な構造となっている。

また、第１質量部２１０と第２質量部３１０との中間領域には、駆動部５が設置されている。この駆動部５は、基板２に固定された基板固定部（アンカー）３０，３１にそれぞれ機械的に接続された捻りばね４０，４１により懸架されている。更にこの駆動部５は、基板２上に設けられた電極２６０，３６０に所定の周波数にて電圧を交互に加えることにより、捻りばね４０，４１から形成される回転軸Ｊ３を中心にシーソー運動を行うよう設計されている。なお、図示しないが、基板２上の電極２６０，３６０に対向する位置には駆動用の下部電極が形成されている。そして、第１質量部２１０へは第１接続部２２１、第２質量部３１０へは第２接続部３２１、を介して運動を伝達することができる。即ち、この駆動部５を用いて、第１質量部２１０と第２質量部３１０とを、所定の周波数を用いて逆位相で運動させることができるようになっている。

（検出系構造体）
一方、第１質量部２１０に隣接して設けられた第１力伝達部２１１と第２力伝達部２１２は、それぞれ板ばね２５３，２５４、板ばね２５１，２５２、により、基板固定部（アンカー）２４２，３１、基板固定部（アンカー）２４１，３０、へ固定されている。この時、板ばね２５１〜２５４は全てＸ軸方向へは硬く、Ｙ軸方向へは柔らかく設計されている。更に、第１力伝達部２１１と第２力伝達部２１２は、捻りばね２１９，２２０により第１質量部２１０に機械的に接続されている。捻りばね２１９，２２０は、回転軸Ｊ１まわりには柔らかくＹ軸方向には硬く設計されており、捻りばね２１９，２２０がＹ軸方向に力Ｆ１を受けると、その力Ｆ１をそのまま第１力伝達部２１１と第２力伝達部２１２へ伝達する構造となっている。

そして、力Ｆ１は、Ｘ軸方向へは柔らかく、Ｙ軸方向へは硬く設計された板ばね２２２，２２３により、第１力伝達部２１１と第２力伝達部２１２から、第３力伝達部２１３へと伝達される。第３力伝達部２１３には、力Ｆ１に応じた変位量を電気信号として検出する第１検出部２１８が接続されている。より詳細には、第１検出部２１８は、第３力伝達部２１３に繋がれＹ軸方向に可動な第１検出櫛歯の第１電極２１５と、基板２に固定され互いに異なる電位に接続された第１検出櫛歯の第２電極２１６、および第３電極２１７、とにより構成された櫛歯ユニット２１４を複数個有している。

力Ｆ１に応じた変位量は、第１電極２１５と他の２つの電極（第２電極２１６、第３電極２１７）間の静電容量を変化させるので、この容量変化の差分を用いて変位量を検出することができる。但し、第１検出部２１８は、第３力伝達部２１３および第１電極２１５がＸ軸方向へ変位したとしても、容量変化の差分は生じないので、検出信号は発生しない。つまりＹ軸方向のみの変位量を検出することができる。なお、第１力伝達部２１１、第２力伝達部２１２、および第３力伝達部２１３は、見かけ上、第１質量部２１０を囲むフレームを形成しているとも言える。

また、第２質量部３１０に隣接して設けられた第４力伝達部３１１と第５力伝達部３１２は、それぞれ板ばね３５３，３５４、板ばね３５１，３５２、により、基板固定部（アンカー）３４４，３１、基板固定部（アンカー）３４３，３０、へ固定されている。この時、板ばね３５３，３５４，３５１，３５２、は全てＸ軸方向へは硬く、Ｙ軸方向へは柔らかく設計されている。更に、第４力伝達部３１１と第５力伝達部３１２は、捻りばね３１９，３２０により第２質量部３１０に機械的に接続されている。捻りばね３１９，３２０は、回転軸Ｊ２まわりには柔らかくＹ軸方向には硬く設計されており、捻りばね３１９，３２０がＹ軸方向に力Ｆ２を受けると、その力Ｆ２をそのまま第４力伝達部３１１と第５力伝達部３１２へ伝達する構造となっている。

そして、力Ｆ２は、Ｘ軸方向へは柔らかく、Ｙ軸方向へは硬く設計された板ばね３２２，３２３により、第４力伝達部３１１と第５力伝達部３１２から、第６力伝達部３１３へと伝達される。第６力伝達部３１３には、力Ｆ２に応じた変位量を電気信号として検出する第２検出部３１８が接続されている。より詳細には、第２検出部３１８は、第６力伝達部３１３に繋がれＹ軸方向に可動な第２検出櫛歯の第１電極３１５と、基板２に固定され互いに異なる電位に接続された第２検出櫛歯の第２電極３１６、および第３電極３１７、とにより構成された櫛歯ユニット３１４を複数個有している。

力Ｆ２に応じた変位量は、第１電極３１５と他の２つの電極（第２電極３１６、第３電極３１７）間の静電容量を変化させるので、この容量変化の差分を用いて変位量を検出することができる。但し、第２検出部３１８についても、第６力伝達部３１３および第１電極３１５がＸ軸方向へ変位したとしても、容量変化の差分は生じないので、検出信号は発生しない。つまり第１検出部２１８と同様にＹ軸方向のみの変位量を検出することができる。なお、第４力伝達部３１１、第５力伝達部３１２、および第６力伝達部３１３は、見かけ上、第２質量部３１０を囲むフレームを形成しているとも言える。

このような構成によれば、物理量センサー１は、Ｘ軸まわりの角速度に応じて発生するコリオリ力を、力Ｆ１およびＦ２へ変換し、第１検出部２１８と第２検出部３１８における静電容量変化として検出することができる。以下に、図３を用いてその動作原理を詳細に説明する。

（動作原理）
図３は、物理量センサー１の動作原理を説明する模式図であり、（ａ）は模式斜視図、（ｂ）は模式側面略図である。物理量センサー１内に設けられた駆動部５が、図示しない基板２上に形成された駆動用下部電極に駆動電圧を加えることにより、回転軸Ｊ３まわりに回動振動している。つまり、駆動部５はセンサー面上で回転軸Ｊ３を支点にシーソー運動を行っている。駆動部５と第１質量部２１０および第２質量部３１０とは、第１接続部２２１および第２接続部３２１を介して物理的に接続されているため、駆動部５の運動が第１質量部２１０と第２質量部３１０へ伝達される。

駆動部５の運動がこれら２つの質量部２１０，３１０へ伝達されると、それぞれの質量部２１０，３１０は各々の回転軸Ｊ１，Ｊ２と一致する捻りばね（図示せず）で力伝達部６に接続されているため、それぞれの回転軸Ｊ１，Ｊ２を中心に回動振動を行う。このとき、第１質量部２１０と第２質量部３１０は、各接続部２２１，３２１と回転軸Ｊ１，Ｊ２の位置関係から、梃子の原理を利用して回動振動の振幅変位量をより大きく取ることができる（図３（ｂ）参照）。

このような回動振動を行っている第１質量部２１０と第２質量部３１０に、Ｘ軸まわりの角速度が入力されると、その回動方向（Ｖ１、Ｖ２）に応じてコリオリ力（図２中の力Ｆ１およびＦ２）が生じる。発生したコリオリ力Ｆ１，Ｆ２は、図示しない捻りばねによって力伝達部６へと伝達される。この伝達された力に応じた変位量を検出部７により検出する。このようにして、物理量センサー１が形成された面内の軸、例えばＸ軸やＹ軸に対する角速度を計測することができる。

（実施形態２）
図４は、本発明の第２実施形態に係る模式平面図である。なお、実施形態１と重複する部材には、実施形態１と同じ図番を付している。基板２に平行なセンサー面３が設けられ、物理量センサー１１が形成されている。物理量センサー１１は、センサー面３に平行でＸ軸方向に対向配置された第１質量部４１０と、第２質量部５１０を有している。２つの質量部４１０，５１０は隣接して設置されており、それぞれの質量部４１０，５１０には捻りばね４１９，４２０から成る回転軸Ｊ１と、捻りばね５１９，５２０から成る回転軸Ｊ２が形成されている。即ち、２つの質量部４１０，５１０は、それぞれ回転軸Ｊ１，Ｊ２について回動することが可能な構造となっている。

また、第１質量部４１０と第２質量部５１０との中間領域には、駆動部５１が設置されている。この駆動部５１は、基板２に固定された基板固定部（アンカー）３０，３１にそれぞれ機械的に接続された捻りばね４０，４１により懸架されている。更にこの駆動部５１は、基板２上に設けられた電極２６０，３６０に所定の周波数にて電圧を交互に加えることにより、捻りばね４０，４１から形成される回転軸Ｊ３を中心にシーソー運動を行うよう設計されている。なお、図示しないが、基板２上の電極２６０，３６０に対向する位置には駆動用の下部電極が形成されている。そして、第１質量部４１０へは第１接続部４２１、第２質量部５１０へは第２接続部５２１、を介して運動を伝達することができる。即ち、この駆動部５１を用いて、第１質量部４１０と第２質量部５１０とを、所定の周波数を用いて逆位相で運動させることができるようになっている。

この駆動部５１は、第１実施形態の駆動部５と比して小型に形成されている。その代わりに、第１質量部４１０との第１接続部４２１、第２質量部５１０との第２接続部５２１を、捻りばね４１９，４２０から成る回転軸Ｊ１と捻りばね５１９，５２０から成る回転軸Ｊ２より内側に、即ち駆動部５１に近接して、設けられている。

物理量センサー１１の第１力伝達部２１１と第２力伝達部２１２には、力に応じた変位量を電気信号として検出する第１検出部４１８が接続されている。より詳細には、第１検出部４１８は、第１力伝達部２１１と第２力伝達部２１２に繋がれＹ軸方向に可動な可動電極部としての第１検出櫛歯の第１電極４１５と、基板２に固定され互いに異なる電位に接続された固定電極部としての第１検出櫛歯の第２電極４１６、および第３電極４１７、とにより構成された櫛歯ユニット４１４を複数個有している。
力Ｆ１に応じた変位量は、第１電極４１５と他の２つの電極（第２電極４１６、第３電極４１７）間の静電容量を変化させるので、この容量変化の差分を用いて変位量を検出することができる。なお、第３力伝達部２１３は、第１力伝達部２１１、第２力伝達部２１２に接続され、見かけ上、三者で第１質量部４１０を囲むフレームを形成しているとも言える。

物理量センサー１１の第４力伝達部３１１と第５力伝達部３１２には、力Ｆ２に応じた変位量を電気信号として検出する第２検出部５１８が接続されている。より詳細には、第２検出部５１８は、第４力伝達部３１１と第５力伝達部３１２に繋がれＹ軸方向に可動な第２検出櫛歯の第１電極５１５と、基板２に固定され互いに異なる電位に接続された第２検出櫛歯の第２電極５１６、および第３電極５１７、とにより構成された櫛歯ユニット５１４を複数個有している。
力Ｆ２に応じた変位量は、第１電極５１５と他の２つの電極（第２電極５１６、第３電極５１７）間の静電容量を変化させるので、この容量変化の差分を用いて変位量を検出することができる。なお、第６力伝達部３１３は、第４力伝達部３１１、第５力伝達部３１２に接続され、見かけ上、三者で第２質量部５１０を囲むフレームを形成しているとも言える。

（動作原理）
図５は、物理量センサー１１の動作原理を説明する模式図であり、（ａ）は模式斜視図、（ｂ）は模式側面略図である。物理量センサー１１内に設けられた駆動部５１が、図示しない基板２上に形成された駆動用下部電極に駆動電圧を加えることにより、回転軸Ｊ３まわりに回動振動している。つまり、駆動部５１はセンサー面上で回転軸Ｊ３を支点にシーソー運動を行っている。駆動部５１と第１質量部４１０および第２質量部５１０とは、第１接続部４２１および第２接続部５２１を介して物理的に接続されているため、駆動部５１の運動が第１質量部４１０と第２質量部５１０へ伝達される。

駆動部５１の運動がこれら２つの質量部４１０，５１０へ伝達されると、それぞれの質量部４１０，５１０は各々の回転軸Ｊ１，Ｊ２と一致する捻りばね（図示せず）で力伝達部６に接続されているため、それぞれの回転軸Ｊ１，Ｊ２を中心に回動振動を行う。このとき、第１質量部４１０と第２質量部５１０は、接続部４２１，５２１と回転軸Ｊ１，Ｊ２の位置関係から、梃子の原理を利用して回動振動の振幅変位量をより大きく取ることができる（図５（ｂ）参照）。

このような回動振動を行っている第１質量部４１０と第２質量部５１０に、Ｘ軸まわりの角速度が入力されると、その回動方向（Ｖ１，Ｖ２）に応じてコリオリ力Ｆ１，Ｆ２が生じる。発生したコリオリ力Ｆ１，Ｆ２は、図示しない捻りばねによって力伝達部６へと伝達される。この伝達された力に応じた変位量を検出部７により検出する。このようにして、物理量センサー１１面内の軸、例えばＸ軸やＹ軸に対する角速度を計測することができる。

図４および図５に示した第２実施形態では、駆動部５１は第１実施形態の駆動部５と比して小型に形成されているが、回転軸Ｊ１，Ｊ２の位置関係から、梃子の原理を利用して各質量部４１０，５１０の振幅変位量を自在に設定することができる。更に、物理量センサー１１の力伝達部６に対し、Ｙ軸方向に検出部７を延在させたので、Ｘ軸方向の占有幅を少なくすることができる。

（変形例１）
図６は、実施形態１の物理量センサーにおける検出部の変形例を示す模式平面図である。物理量センサー１において力伝達部６は、より詳細には第１力伝達部２１１、第２力伝達部２１２、第３力伝達部２１３により構成されている。検出部７は、３つの力伝達部のうち第３力伝達部２１３に接続された第１検出部６１８から成っている。更に、第１検出部６１８は、第３力伝達部２１３に繋がれＹ軸方向に可動な第１検出容量の第１電極６１５と、基板２に固定され互いに異なる電位に接続された第１検出容量の第２電極６１６、および第３電極６１７、とにより構成された静電容量ユニット６１４（第１の検出容量部）を複数個有している。
力に応じた変位量は、第１電極６１５と他の２つの電極（第２電極６１６、第３電極６１７）間の静電容量を変化させるので、この容量変化の差分を用いて変位量を検出することができる。但し、第１検出部６１８は、第３力伝達部２１３および第１電極６１５がＸ軸方向へ変位したとしても、容量変化の差分は生じないので、検出信号は発生しない。つまりＹ軸方向のみの変位量を検出することができる。

検出部７をこのような構成としたことで、信号検出に必要な静電容量の面積を大きくすることができる。即ち、コリオリ力による容量変化の差分を大きく取ることができ、物理量センサー１の感度を高めることができる。なお、上記では実施形態１の検出部７の変形例について説明したが、実施形態２の検出部においても同様に適用できる。

（変形例２）
図７は、実施形態１の物理量センサーにおける検出部の変形例を示す模式平面図である。物理量センサー１において力伝達部６は、「コ」の字型をした一体型の力伝達部６１１により構成されている。力伝達部６１１が力を受けたときに応力が集中する部位に、圧電体による第１の検出部７１１が形成されている。圧電体を用いた応力検出では、圧縮応力による容量変化と引張応力による容量変化を比較することで検出することができる。
本変形例では、第１圧電体７１２と第２圧電体７１３を設け、その差分を検出することでコリオリ力から伝達される力量を検知する構成とした。この場合でも、力伝達部６１１が単純にＸ軸方向へ変位したとしても、その差分は生じないので検出信号は発生しない。つまりＹ軸方向のみの変位量を検出することができる。

検出部７をこのような構成としたことで、信号検出に必要な面積を小さくすることができる。即ち、物理量センサー１の小型化が可能となる。なお、上記では実施形態１の検出部７の変形例について説明したが、実施形態２の検出部においても同様に適用できる。

（変形例３）
図８は、本発明の変形例を示す模式平面図である。物理量センサー１４は、基板２に平行なセンサー面３内に、Ｘ軸に関するＸ軸物理量センサー１２、Ｙ軸に関するＹ軸物理量センサー１３、を有している。Ｘ軸物理量センサー１２は、第２実施形態の物理量センサー１１の構成を具備しており、Ｘ軸方向の必要面積が小さい形態で配置されている。このＸ軸物理量センサー１２は、Ｘ軸まわりの角速度を高感度に検出することができる。一方、Ｙ軸物理量センサー１３は、第１実施形態の物理量センサー１の構成を具備しており、９０度回転させて配置されているため、Ｘ軸方向の必要面積が小さい形態で配置されている。このＹ軸物理量センサー１３は、Ｙ軸まわりの角速度を高感度に検出することができる。

以上のように、物理量センサー１４は、第１実施形態の物理量センサー１と第２実施形態の物理量センサー１１をうまく組み合わせることで、Ｘ軸まわりとＹ軸まわりの各物理量センサーを最小の面積で構成することができる。従って、物理量センサー１４は、小型で高感度な多軸物理量センサーを提供できる。

図９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９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）として機能する本発明の物理量センサー１が内蔵されている。

図１０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１０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）として機能する本発明の物理量センサー１が内蔵されている。

図１１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１１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。
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１００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１００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。

撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
また、このデ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、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなデ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）として機能する本発明の物理量センサー１が内蔵されている。

なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、図９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１０の携帯電話機、図１１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、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

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。

１…物理量センサー、２…基板、３…センサー面、４…質量部、５…駆動部、６…力伝達部、７…検出部、８，９…捻りばね、１０…接続部、１１…物理量センサー（第２実施形態）、１２…Ｘ軸物理量センサー、１３…Ｙ軸物理量センサー、１４…Ｘ軸およびＹ軸の物理量センサー、３０，３１…基板固定部（アンカー）、４０，４１…捻りばね、５１…駆動部、２１０…第１質量部、２１１…第１力伝達部、２１２…第２力伝達部、２１３…第３力伝達部、２１４…第１検出部の櫛歯ユニット、２１５…第１検出櫛歯の第１電極、２１６…第１検出櫛歯の第２電極、２１７…第１検出櫛歯の第３電極、２１８…第１検出部、２１９，２２０…捻りばね、２２１…第１接続部（接続部）、２２２，２２３…板ばね、２４１，２４２…基板固定部（アンカー）、２５１〜２５４…板ばね、２６０…電極、３１０…第２質量部、３１１…第４力伝達部、３１２…第５力伝達部、３１３…第６力伝達部、３１４…第２検出櫛歯、３１５…第２検出櫛歯の第１の電極、３１６…第２検出櫛歯の第２の電極、３１７…第２検出櫛歯の第３の電極、３１８…第２検出部、３１９，３２０…捻りばね、３２１…第２接続部（接続部）、３２２，３２３…板ばね、３４１，３４２…基板固定部（アンカー）、３５１〜３５４…板ばね、３６０…電極、４１０…第１質量部、４１４…第１の検出櫛歯部、４１５…第１検出櫛歯の第１の電極、４１６…第１検出櫛歯の第２の電極、４１７…第１検出櫛歯の第３の電極、４１８…第１検出部、４１９，４２０…捻りばね、４２１…第１接続部（接続部）、５１０…第１質量部、５１４…第１の検出櫛歯部、５１５…第１検出櫛歯の第１の電極、５１６…第１検出櫛歯の第２の電極、５１７…第１検出櫛歯の第３の電極、５１８…第１検出部、５１９，４２０…捻りばね、５２１…第１接続部（接続部）、６１４…第１の検出容量部、６１５…第１検出容量の第１の電極、６１６…第１検出容量の第２の電極、６１７…第１検出容量の第３の電極、６１８…第１検出部、７１１…第１の検出部、７１２…第１圧電体、７１３…第２圧電体、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…メモリー、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…第１質量部内の回転軸、Ｊ２…第２質量部内の回転軸、Ｊ３…駆動部の回転軸、Ｖ１…第１質量部の回動方向、Ｖ２…第２質量部の回動方向、Ｆ１，Ｆ２…コリオリ力。

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板の一方の側であって、第１軸の方向に並んで配置された第１質量部と第２質量部と、
   前記第１質量部および前記第２質量部のそれぞれに設けられ、前記第１軸と平面視で垂直な第２軸を回転軸とする第１捻りバネと、
   前記第１質量部と前記第２質量部との間に設けられ、前記第２軸を回転軸とする第２捻りバネに接続され、前記第１質量部側と前記第２質量部側で反対方向に振動可能な駆動部と、
   前記駆動部と前記第１質量部とを接続している第１接続部と、
   前記駆動部と前記第２質量部とを接続している第２接続部と、
   前記第１捻りバネを介して前記第１質量部および前記第２質量部の少なくとも一方に接続され、前記質量部から受ける力を伝達する力伝達部と、
   前記力伝達部に設けられ、前記力に応じた変位量を電気信号として検出する検出部と、を有し、
   前記第１接続部は、前記第１質量部に設けられている第１捻りバネに対して、前記第２捻りバネとは反対側に設けられ、
   前記第２接続部は、前記第２質量部に設けられている第１捻りバネに対して、前記第２捻りバネとは反対側に設けられている、
   ことを特徴とする物理量センサー。
2. 前記駆動部は、前記第２軸の方向に設けられた前記第２捻りバネを介して前記基板に固定され、前記第２捻りバネを軸として回動振動することを特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
3. 前記駆動部は、前記駆動部に設けた電極と前記基板に設けた電極との間の静電力により回動振動することを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサー。
4. 前記力伝達部のそれぞれは、前記質量部の周囲の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の物理量センサー。
5. 前記第１捻りバネは、前記質量部の前記第２軸上の対向する側面の各々に設けられたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の物理量センサー。
6. 前記第１捻りバネは、前記第２捻りバネと平行に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の物理量センサー。
7. 前記第１質量部および前記第２質量部は、前記第２捻りバネに対して互いに対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の物理量センサー。
8. 前記検出部は、前記力伝達部に設けられている可動電極部と、前記基板上に設けられ且つ前記可動電極部に対向する位置に設けられている固定電極部と、を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の物理量センサー。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の物理量センサーを搭載したことを特徴とする電子機器。

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