JP5838695B2 - センサー素子、センサー素子の製造方法、センサーデバイスおよび電子機器 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献に記載の角速度センサーは、2つのアームと、この2つのアームの一端同士を接続する接続部とで構成された音叉を有する。また、特許文献1に記載の角速度センサーでは、音叉が非圧電体材料で構成されており、各アームには、1対の電極間に圧電薄膜が介挿されてなる駆動部および検出部がそれぞれ設けられている。
しかし、特許文献1に記載の角速度センサーでは、検出部の1対の電極から出力される電荷量の調整を高精度に行うことが難しいという問題があった。
[適用例1]
本発明のセンサー素子は、基部と、
前記基部から延出され、駆動振動する駆動用振動腕と、
前記基部から延出され、前記駆動振動に伴って振動する第1の振動腕および第2の振動腕と、
前記第1の振動腕に設けられ、前記第1の振動腕の振動に伴って第1信号を出力する第1電極と、
前記第2の振動腕に設けられ、前記第2の振動腕の振動に伴って前記第1信号と逆相である第2信号を出力する第2電極と、
前記駆動用振動腕に加えられた物理量に応じて変化する第3信号を出力する検出用電極と、を備え、
前記第1信号、前記第2信号および前記第3信号が重畳されるように、前記第1電極および前記第2電極が前記検出用電極に電気的に接続され、
前記第1信号と前記第2信号とを重畳した信号は、前記第1振動腕に前記物理量が加わっていないときに前記検出用電極から出力される前記第3信号と逆相であることを特徴とする。
このように構成されたセンサー素子によれば、検出用電極に発生する電荷量に、第1電極に発生する電荷量と第2電極に発生する電荷量との差分を加算した値(第1信号、第2信号および第3信号を重畳した信号)をセンサー出力として出力することができる。
特に、第1電極および第2電極が互いに逆極性となる電荷を発生させるので、センサー素子に物理量が加えられていない状態でのセンサー出力が所望の基準値に対して大きい場合であっても小さい場合であっても、第1電極および第2電極のうちのいずれかの電極を選択して一部または全部を除去することにより、センサー素子に物理量が加えられていない状態でのセンサー出力を所望の基準値に調整することができる。
本発明のセンサー素子では、前記第1の振動腕は、第1面と、該第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とを連結する第1および第2側面と、を有し、
前記第2の振動腕は、第3面と、該第3面と反対側の第4面と、前記第3面と前記第4面とを連結する第3および第4側面と、を有し、
前記第1電極は、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられている第1主面電極と、前記第1および第2側面の少なくとも一方に設けられている第1側面電極と、を含み、
前記第2電極は、前記第3面および前記第4面の少なくとも一方に設けられている第2主面電極と、前記第3および第4側面の少なくとも一方に設けられている第2側面電極と、を含み、
前記第1の振動腕および前記第2の振動腕は互いに逆の方向に振動し、前記第1主面電極および前記第2側面電極同士が電気的に接続されており、前記第1側面電極および前記第2主面電極同士が電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、センサー素子に物理量が加えられていない状態でのセンサー出力が所望の基準値(例えばゼロ)となるように、センサー出力を調整(補正)することができる。
本発明のセンサー素子では、前記第1の振動腕は、第1面と、該第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とを連結する第1および第2側面と、を有し、
前記第2の振動腕は、第3面と、該第3面と反対側の第4面と、前記第3面と前記第4面とを連結する第3および第4側面と、を有し、
前記第1電極は、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられている第1主面電極と、前記第1および第2側面の少なくとも一方に設けられている第1側面電極と、を含み、
前記第2電極は、前記第3面および前記第4面の少なくとも一方に設けられている第2主面電極と、前記第3および第4側面の少なくとも一方に設けられている第2側面電極と、を含み、
前記第1の振動腕および前記第2の振動腕は互いに同じ方向に振動し、前記第1主面電極および前記第2主面電極同士が電気的に接続されており、前記第1側面電極および前記第2側面電極同士が電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、センサー素子に物理量が加えられていない状態でのセンサー出力が所望の基準値(例えばゼロ)となるように、センサー出力を調整(補正)することができる。
本発明のセンサー素子では、前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方は、前記第1の振動腕または前記第2の振動腕の延出方向に延びる共通部と、前記共通部から分岐した複数の分岐部と、を備えることが好ましい。
これにより、第1電極または第2電極の複数の分岐部のうちの少なくとも1つの分岐部の途中、または、共通部の途中を切断することにより、第1電極または第2電極に発生する電荷量を小さくし、センサー出力を調整することができる。
しかも、複数の分岐部が第1の振動腕または第2の振動腕の延出方向に沿って並んで設けられているので、切断される分岐部の位置および数に応じて、センサー出力を簡単かつ高精度に調整することができる。
本発明のセンサー素子では、前記複数の分岐部は、電極幅が前記共通部側よりも先端側の方が大きいことが好ましい。
これにより、調整前(共通部または分岐部の途中を切断する前)の第1電極および第2電極の電極面積をそれぞれ大きく確保し、共通部または分岐部の途中の切断によるセンサー出力の調整幅を大きくするとともに、分岐部の途中を比較的簡単に切断することができる。
本発明のセンサー素子では、前記複数の分岐部は、前記共通部の延出方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、分岐部の途中を簡単に切断することができる。
[適用例7]
本発明のセンサー素子では、前記分岐部は、前記共通部の両側にそれぞれ分岐していることが好ましい。
これにより、共通部から出力される電荷を小さくすることができる。そのため、センサー出力の調整を容易なものとすることができる。また、調整前(共通部または分岐部の途中を切断する前)の第1電極および第2電極の電極面積を大きく確保することができる。
本発明のセンサー素子では、前記第1の振動腕および前記第2の振動腕の少なくとも一方は、前記延出方向に沿って設けられている溝部を有し、
前記分岐部の少なくとも一部は、前記溝部の壁面に設けられていることが好ましい。
これにより、第1の振動腕および第2の振動腕が圧電体材料で構成されている場合、第1電極および第2電極に発生する電荷量を大きくすることができる。そのため、センサー出力の調整幅を大きくすることができる。
本発明のセンサー素子では、前記第1の振動腕および前記第2の振動腕は、前記基部および前記駆動用振動腕と一体に設けられ、且つ、互いに反対方向に延出していることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、駆動用振動腕の駆動振動に伴って第1の振動腕および第2の振動腕をそれぞれ効率的に振動させることができる。
本発明のセンサー素子では、前記第1の振動腕および前記第2の振動腕の先端部には、それぞれ、質量調整部が設けられていることが好ましい。
これにより、第1の振動腕および第2の振動腕の共振周波数をそれぞれ調整することができる。そのため、第1の振動腕および第2の振動腕の共振周波数をそれぞれ駆動用振動腕の駆動振動の周波数に近づけ、駆動用振動腕の駆動振動に伴う第1の振動腕および第2の振動腕の振動の振幅を大きくし、それに伴って、第1電極および第2電極に発生する電荷量を大きくすることができる。その結果、センサー出力の調整幅を大きくすることができる。
本発明のセンサー素子では、前記基部から延出され、前記駆動用振動腕に加えられた物理量に応じて振動する検出用振動腕をさらに有し、
前記検出用電極は、前記検出用振動腕に設けられていることが好ましい。
これにより、検出用電極の電極面積を大きくすることができる。そのため、センサー素子の検出感度を向上させることができる。
[適用例12]
本発明のセンサー素子では、前記物理量は角速度であることが好ましい。
本発明のセンサー素子の製造方法は、センサー素子の製造方法であって、
前記センサー素子は、
基部と、
前記基部から延出され、駆動振動する駆動用振動腕と、
前記基部から延出され、前記駆動用振動腕の駆動振動に伴って振動する第1の振動腕および第2の振動腕と、
前記第1の振動腕に設けられ、前記第1の振動腕の振動に伴って第1信号を出力する第1電極と、
前記第2の振動腕に設けられ、前記第2の振動腕の振動に伴って前記第1信号と逆相の第2信号を出力する第2電極と、
前記駆動用振動腕に加えられた物理量に応じて変化する第3信号を出力する検出用電極と、を備え、
前記第1信号、前記第2信号および前記第3信号が重畳されるように、前記第1電極および前記第2電極が前記検出用電極に電気的に接続され、
前記第1信号と前記第2信号とを重畳した信号は、前記第1振動腕に前記物理量が加わっていないときに前記検出用電極から出力される前記第3信号と逆相であり、
前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一部を除去することにより、前記第1電極または前記第2電極に発生する電荷量を調整する電荷調整工程を有することを特徴とする。
このようなセンサー素子の製造方法によれば、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
本発明のセンサー素子の製造方法では、前記電荷調整工程前に、前記駆動用振動腕を通電により振動させた状態で前記検出用電極に発生する電荷を測定する工程と、その測定結果に基づいて前記第1の振動腕および前記第2の振動腕のうちの少なくとも一方の共振周波数を調整する工程とを有することが好ましい。
これにより、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
本発明のセンサーデバイスでは、本発明のセンサー素子と、
前記駆動用振動腕を駆動させる第1回路と、
前記第1信号、前記第2信号および前記第3信号が重畳された信号を検出する第2回路と、
を有することを特徴とする。
これにより、安価で、優れた検出感度を有するセンサーデバイスを提供することができる。
[適用例16]
本発明の電子機器は、本発明のセンサー素子を有することを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るセンサーデバイス(電子デバイス)の概略構成を示す模式的断面図、図2は、図1に示すセンサーデバイスの平面図、図3は、図1に示すセンサーデバイスに備えられたセンサー素子を示す平面図、図4(a)は、図3に示すセンサー素子の駆動用振動腕を示す拡大平面図、図4(b)は、図4(a)に示す駆動用振動腕の断面図、図5(a)は、図3に示すセンサー素子の検出用振動腕を示す拡大平面図、図5(b)は、図5(a)に示す検出用振動腕の断面図、図6(a)は、図3に示すセンサー素子の第1の調整用振動腕を示す拡大平面図、図6(b)は、図6(a)に示す第1の調整用振動腕の断面図、図7(a)は、図3に示すセンサー素子の第2の調整用振動腕を示す拡大平面図、図7(b)は、図7(a)に示す第2の調整用振動腕の断面図、図8は、図3に示すセンサー素子における検出用電極および調整用電極の接続状態を示す図、図9は、図3に示すセンサー素子の動作を説明するための図、図10(a)は、図5に示す検出用電極の漏れ出力を示す図、図10(b)は、図6および図7に示す調整用電極の出力を示す図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図1〜7において、互いに直交する3つの軸として、x軸、y軸およびz軸を図示しており、x軸に平行な方向を「x軸方向」、y軸に平行な方向を「y軸方向」、z軸に平行な方向を「z軸方向」という。また、+z軸側を「上」、−z軸側を「下」ともいう。
図1および図2に示すセンサーデバイス1は、物理量として角速度を検出するジャイロセンサーである。
このようなセンサーデバイス1は、例えば、撮像機器の手ぶれ補正や、GPS(Global Positioning System)衛星信号を用いた移動体ナビケーションシステムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御等に用いることができる。
このセンサーデバイス1は、図1および図2に示すように、センサー素子2と、ICチップ3と、センサー素子2およびICチップ3を収納するパッケージ4とを有する。
以下、センサーデバイス1を構成する各部を順次説明する。
センサー素子2は、1つの軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサー素子である。
このセンサー素子2は、図3に示すように、基部21と、1対の駆動用振動腕221、222と、1対の検出用振動腕231、232と、1対の調整用振動腕241、242(第1の調整用振動腕、または第1の振動腕と称す)および1対の調整用振動腕243、244(第2の調整用振動腕、または第2の振動腕と称す)と、支持部25と、4つの連結部261、262、263、264と、駆動用電極群51、52と、検出用電極群53、54と、調整用電極群55、56、58、59とを有している。
駆動用振動腕221、222は、それぞれ、基部21からy軸方向(+y方向)に延出している。また、駆動用振動腕221、222は、それぞれ、水晶のY軸に沿って延在している。さらに、駆動用振動腕221、222の横断面は、それぞれ、x軸に平行な1対の辺とz軸に平行な1対の辺とで構成された矩形をなしている。
そして、駆動用振動腕221には、駆動用電極群51が設けられ、同様に、駆動用振動腕222には、駆動用電極群52が設けられている。
駆動用電極群51は、図4(a)、(b)に示すように、駆動用振動腕221の上面に設けられた駆動用電極511と、駆動用振動腕221の下面に設けられた駆動用電極512と、駆動用振動腕221の一方(図4中の左側)の側面に設けられた駆動用電極513と、駆動用振動腕221の他方(図4中の右側)の側面に設けられた駆動用電極514とで構成されている。
このような検出用振動腕231、232は、それぞれ、駆動用振動腕221、222に加えられた物理量に応じて振動するものである。
検出用電極群53は、図5(a)、(b)に示すように、検出用振動腕231の上面に設けられた検出用電極531、532と、検出用振動腕231の下面に設けられた検出用電極533、534とで構成されている。ここで、検出用電極531、533は、それぞれ、検出用振動腕231の幅方向での一方側(図5中の左側)に設けられ、また、検出用電極532、534は、それぞれ、検出用振動腕231の幅方向での他方側(図5中の右側)に設けられている。
本実施形態では、基部21のx軸方向での両端部には、x軸方向に沿って1対の腕部211、212が延出しており、調整用振動腕241および調整用振動腕243は、一方の腕部211の先端部から延出し、調整用振動腕242および調整用振動腕244は、他方の腕部212の先端部から延出している。これにより、調整用振動腕241〜244を駆動用振動腕221、222の駆動振動に伴って効率的に振動させることができる。
以下、調整用電極群55、58について代表的に説明する。なお、調整用電極群56、59については、調整用電極群55、58と同様であるため、その説明を省略する。
調整用電極551〜554および調整用電極581〜584が互いに逆極性となるように検出用電極531〜534に電気的に接続されている。
そして、調整用電極551、552の一部または全部を除去することにより、調整用電極551、552と調整用電極553、554に発生する電荷量を小さくすることができる。これにより、調整用電極551、552と調整用電極553、554に発生する電荷量と、調整用電極581、582と調整用電極583、584に発生する電荷量の間に差異が生じる。その差分の電荷量が、センサー出力を調整する信号(調整信号)となる。なお、ここで出力される調整信号の極性は、調整用電極581、582と調整用電極583、584のものとなる。
特に、調整用電極551〜554および調整用電極581〜584が互いに逆極性となるように検出用電極531〜534に電気的に接続されているので、センサー素子2に物理量が加えられていない状態でのセンサー出力が所望の基準値に対して大きい場合であっても小さい場合であっても、調整用電極551、552および調整用電極581、582のうちのいずれかの調整用電極を選択して一部または全部を除去することにより、センサー素子2に物理量が加えられていない状態でのセンサー出力を所望の基準値に調整することができる。
調整用電極551は、図6(a)に示すように、共通部60と、複数の分岐部61とを備える。
共通部60は、前述した検出用電極531、534に電気的に接続されている。
このような調整用電極551、552は、複数の分岐部61のうちの少なくとも1つの分岐部61の途中、または、共通部60の途中を切断することにより、調整用電極551、552および調整用電極553、554からの電荷量を少なくし、センサー出力を調整することができる。
しかも、複数の分岐部61が調整用振動腕241の延出方向に沿って並んで設けられているので、切断される分岐部61の位置および数に応じて、センサー出力を簡単かつ高精度に調整することができる。
本実施形態では、共通部60は、図6(a)に示すように、平面視したとき(z軸方向からみたとき)、調整用振動腕241の幅方向での片側に偏在している。また、共通部60は、幅狭に形成されている。これにより、共通部60の途中を比較的簡単に切断することができる。
また、複数の分岐部61は、互いに等しい寸法となるように形成されている。また、複数の分岐部61は、調整用振動腕241の延出方向、すなわちy軸方向に等ピッチで並んで設けられている。
このような検出用振動腕231、232の検出振動により検出用電極群53、54に生じた電荷を検出することにより、センサー素子2に加わった角速度ωを求めることができる。
すなわち、調整用電極551〜554からの電荷および調整用電極581〜584からの電荷を加算したものは、駆動用振動腕221、222に物理量が加わっていないときに検出用電極231、232から発生する電荷と逆極性である。
すなわち、センサー素子2の製造方法は、調整用電極551、552または調整用電極581、582の一部または全部を除去することにより、前記調整用電極551〜554または調整用電極581〜584に発生する電荷量を調整する電荷調整工程とを有する。
図11は、本発明のセンサー素子の特性調整方法の一例を示すフローチャート、図12は、本発明のセンサー素子の特徴調整方法の一例を説明するための図である。
前述したように漏れ出力Sが図10(a)に示すように生じるとともに調整用出力T1、T2が図10(b)に示すように生じる場合、調整用電極551、552および調整用電極581、582のうち、調整用電極551、552を選択して一部を除去することにより、センサー素子2の特性を調整する。
かかる場合、具体的には、調整用電極551の複数の分岐部61のうちの少なくとも1つの分岐部61の途中、または、共通部60の途中を切断することにより、センサー素子2の特性を調整する。このようなセンサー素子2の特性調整方法によれば、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。なお、調整用電極552についても調整用電極551と同様に一部が除去される。
より具体的に説明すると、図11に示すように、まず、漏れ出力(ゼロ点出力)を測定する(ステップS1)。
粗調整が必要であると判断した場合、粗調整を行う(ステップS3)。具体的には、例えば、図12(a)に示すように、調整用電極551の複数の分岐部61のうち、調整用振動腕241の基端側に位置する分岐部61を必要数切断する。
また、分岐部61の切断は、特に限定されないが、例えば、レーザーを用いて行うことができる。
かかる粗調整の後、再度、ステップS1に戻り、漏れ出力(ゼロ点出力)を測定する。そして、ゼロ点出力が第1の設定値未満となるまで、ゼロ点出力の測定と粗調整とが交互に繰り返されることとなる。
かかる微調整の後、再度、ステップS1に戻り、漏れ出力(ゼロ点出力)を測定する。そして、ゼロ点出力が第2の設定値未満となるまで、ゼロ点出力の測定と微調整とが交互に繰り返されることとなる。
一方、微調整が必要でないと判断した場合、センサー素子2の特性調整を終了する。
以上説明したようなセンサー素子2の特性調整方法によれば、前述したような粗調整および微調整を必要に応じて任意に選択して行うことができるので、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
図1および図2に示すICチップ3は、前述したセンサー素子2を駆動する機能と、センサー素子2からの出力(センサー出力)を検出する機能とを有する電子部品である。
このようなICチップ3は、図示しないが、センサー素子2を駆動する駆動回路と、センサー素子2からの出力を検出する検出回路とを備える。
また、ICチップ3には、複数の接続端子31が設けられている。
図1および図2に示すように、パッケージ4は、上方に開放する凹部を有するベース部材41(ベース)と、このベース部材41の凹部を覆うように設けられた蓋部材42(リッド)とを備える。これにより、ベース部材41と蓋部材42との間には、センサー素子2およびICチップ3が収納される内部空間が形成されている。
このようなベース部材41は、例えば、酸化アルニウム質焼結体、水晶、ガラス等で構成されている。
図1に示すように、ベース部材41の上面(蓋部材42に覆われる側の面)には、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等を含んで構成された接着剤のような接合部材81により、前述したセンサー素子2の支持部25が接合されている。これにより、センサー素子2がベース部材41に対して支持・固定されている。
さらに、図1および図2に示すように、ベース部材41の上面には、複数の内部端子71および複数の内部端子72が設けられている。
この複数の内部端子71は、図示しない配線を介して、複数の内部端子72に電気的に接続されている。
また、複数の内部端子72には、例えばボンディングワイヤーで構成された配線を介して、前述したICチップ3の複数の接続端子31が電気的に接続されている。
この複数の外部端子73は、図示しない内部配線を介して、前述した内部端子72に電気的に接続されている。これにより、ICチップ3と複数の外部端子73とが電気的に接続されている。
このようなベース部材41には、蓋部材42が気密的に接合されている。これにより、パッケージ4内が気密封止されている。
ベース部材41と蓋部材42との接合方法としては、特に限定されず、例えば、ろう材、硬化性樹脂等で構成された接着剤による接合方法、シーム溶接、レーザー溶接等の溶接方法等を用いることができる。
以上説明したような第1実施形態に係るセンサーデバイス1に備えられたセンサー素子2によれば、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
また、前述したようなセンサー素子2を備えるセンサーデバイス1によれば、安価で、優れた検出感度を有する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図13は、本発明の第2実施形態に係るセンサー素子の調整用振動腕を示す拡大平面図である。
本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の先端部の幅広部および質量調整用膜を省略するとともに第1の調整用電極および第2の調整用電極の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態に係るセンサー素子と同様である。
本実施形態のセンサー素子は、図13に示す調整用振動腕241A(第1の調整用振動腕)を有する。なお、かかるセンサー素子は、図示しないが、前述した第1実施形態と同様、基部、1対の駆動用振動腕および1対の検出用振動腕を有し、また、かかる基部からは、調整用振動腕241Aと対をなす第1の調整用振動腕、および、1対の第1の調整用振動腕と同様に構成された1対の第2の調整用振動腕も延出している。
この調整用電極群55Aは、調整用振動腕241Aの上面に設けられた調整用電極551Aと、調整用振動腕241Aの下面に設けられた調整用電極552Aと、調整用振動腕241Aの一方の側面に設けられた調整用電極553と、調整用振動腕241Aの他方の側面に設けられた調整用電極554とで構成されている。
そして、各分岐部61Aは、共通部60A側に幅狭に形成された幅狭部62Aと、共通部60Aとは反対側に幅広に形成された幅広部63Aとを有する。
同様に、調整用電極552Aは、共通部64と、複数の分岐部65とを備える。
そして、各分岐部65は、共通部64側に幅狭に形成された幅狭部66と、共通部64とは反対側に幅広に形成された幅広部67とを有する。
以上説明したような第2実施形態に係るセンサー素子によっても、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図14は、本発明の第3実施形態に係るセンサー素子の調整用振動腕を示す拡大平面図である。
本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の先端部の幅広部および質量調整用膜を省略するとともに第1の調整用電極および第2の調整用電極の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態に係るセンサー素子と同様である。
本実施形態のセンサー素子は、図14に示す調整用振動腕241B(第1の調整用振動腕)を有する。なお、かかるセンサー素子は、図示しないが、前述した第1実施形態と同様、基部、1対の駆動用振動腕および1対の検出用振動腕を有し、また、かかる基部からは、調整用振動腕241Bと対をなす第1の調整用振動腕、および、1対の第1の調整用振動腕と同様に構成された1対の第2の調整用振動腕も延出している。
この調整用電極群55Bは、調整用振動腕241Bの上面に設けられた調整用電極551Bと、調整用振動腕241Bの下面に設けられた調整用電極552Bと、調整用振動腕241Bの一方の側面に設けられた調整用電極553と、調整用振動腕241Bの他方の側面に設けられた調整用電極554とで構成されている。
調整用電極551Bは、共通部60Bと、複数の分岐部61Bとを備える。
そして、各分岐部61Bは、共通部60B側に幅狭に形成された幅狭部62Bと、共通部60Bとは反対側に幅広に形成された幅広部63Bとを有する。
幅広部63B1〜63B18は、調整用振動腕241Bの基端側から先端側に向けて、幅広部63B1、幅広部63B2、幅広部63B3、幅広部63B4、幅広部63B5、幅広部63B6・・・幅広部63B18の順に並んで設けられている。
以上説明したような第3実施形態に係るセンサー素子によっても、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図15は、本発明の第4実施形態に係るセンサー素子の調整用振動腕を示す拡大平面図である。
本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の先端部の幅広部および質量調整用膜を省略するとともに第1の調整用電極および第2の調整用電極の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態に係るセンサー素子と同様である。
この調整用電極群55Cは、調整用振動腕241Cの上面に設けられた調整用電極551Cと、調整用振動腕241Cの下面に設けられた調整用電極552Cと、調整用振動腕241Cの一方の側面に設けられた調整用電極553と、調整用振動腕241Cの他方の側面に設けられた調整用電極554とで構成されている。
調整用電極551Cは、共通部60Cと、複数の分岐部61Cとを備える。
そして、各分岐部61Cは、共通部60C側に幅狭に形成された幅狭部62Cと、共通部60Cとは反対側に幅広に形成された幅広部63Cとを有する。
幅広部63C1〜63C5は、互いに隣り合う2つの幅広部63Cのうち、調整用振動腕241Cの先端側の幅広部63Cのy軸方向での幅が基端側の幅広部63Cのy軸方向での幅よりも大きくなっている。これにより、各幅広部63C1〜63C5を有する分岐部61Cを切断することによる調整用出力の減少量(すなわち粗調整での調整量)を互いに等しく、または、かかる減少量の互いの差を少なくすることができる。その結果、粗調整を容易なものとすることができる。
以上説明したような第4実施形態に係るセンサー素子によっても、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
図16は、本発明の第5実施形態に係るセンサー素子の調整用振動腕を示す拡大平面図である。
本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の先端部の幅広部および質量調整用膜を省略するとともに第1の調整用電極および第2の調整用電極の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態に係るセンサー素子と同様である。
本実施形態のセンサー素子は、図16に示す調整用振動腕241D(第1の調整用振動腕)を有する。なお、かかるセンサー素子は、図示しないが、前述した第1実施形態と同様、基部、1対の駆動用振動腕および1対の検出用振動腕を有し、また、かかる基部からは、調整用振動腕241Dと対をなす第1の調整用振動腕、および、1対の第1の調整用振動腕と同様に構成された1対の第2の調整用振動腕も延出している。
この調整用電極群55Dは、調整用振動腕241Dの上面に設けられた調整用電極551Dと、調整用振動腕241Dの下面に設けられた調整用電極552Dと、調整用振動腕241Dの一方の側面に設けられた調整用電極553と、調整用振動腕241Dの他方の側面に設けられた調整用電極554とで構成されている。
調整用電極551Dは、共通部60Dと、複数の分岐部61Dとを備える。
共通部60Dは、平面視にて、調整用振動腕241Dの幅方向での中央部に設けられている。
このような分岐部61Dは、共通部60Dの幅方向での一方側および他方側にそれぞれ設けられている。これにより、共通部60Dが調整用電極551Dとして機能するのを防止または抑制することができる。そのため、センサー出力の調整を容易なものとすることができる。また、調整前(共通部または分岐部の途中を切断する前)の調整用電極551Dの電極面積を大きく確保することができる。
以上説明したような第5実施形態に係るセンサー素子によっても、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
次に、本発明の第6実施形態について説明する。
図17は、本発明の第6実施形態に係るセンサー素子の調整用振動腕を示す拡大平面図である。
本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の先端部の幅広部および質量調整用膜を省略するとともに第1の調整用電極および第2の調整用電極の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態に係るセンサー素子と同様である。また、本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の横断面形状が異なる以外は、前述した第5実施形態に係るセンサー素子と同様である。
本実施形態のセンサー素子は、図17に示す調整用振動腕241E(第1の調整用振動腕)を有する。なお、かかるセンサー素子は、図示しないが、前述した第1実施形態と同様、基部、1対の駆動用振動腕および1対の検出用振動腕を有し、また、かかる基部からは、調整用振動腕241Eと対をなす第1の調整用振動腕、および、1対の第1の調整用振動腕と同様に構成された1対の第2の調整用振動腕も延出している。
溝部2413、2414の横断面は、それぞれ、矩形をなし、調整用振動腕241Eの側面に平行な壁面を有する。
この調整用電極群55Eは、調整用振動腕241Eの上面に設けられた調整用電極551Eと、調整用振動腕241Eの下面に設けられた調整用電極552Eと、調整用振動腕241Eの一方の側面に設けられた調整用電極553と、調整用振動腕241Eの他方の側面に設けられた調整用電極554とで構成されている。
調整用電極551Eは、共通部60Eと、複数の分岐部61Eとを備える。
共通部60Eは、平面視にて、調整用振動腕241Eの幅方向での中央部に設けられている。
このような分岐部61Eは、共通部60Eの幅方向での一方側および他方側にそれぞれ設けられている。
特に、各分岐部61Eの一部は、溝部2413の壁面(調整用振動腕241Eの側面に平行な壁面)に設けられている。これにより、調整用電極551Eから出力される電荷を大きくし、調整用電極551E、552Eおよび調整用電極553E、554Eから出力される電荷量を大きくすることができる。そのため、センサー出力の調整幅を大きくすることができる。
以上説明したような第6実施形態に係るセンサー素子によっても、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
次に、本発明の第7実施形態について説明する。
図18は、本発明の第7実施形態に係るセンサー素子の調整用振動腕を示す拡大平面図である。
本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の先端部の幅広部および質量調整用膜を省略するとともに第1の調整用電極および第2の調整用電極の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態に係るセンサー素子と同様である。また、本実施形態に係るセンサー素子は、第1の調整用電極および第2の調整用電極の幅狭部の向きが異なる以外は、前述した第5実施形態に係るセンサー素子と同様である。
本実施形態のセンサー素子は、図18に示す調整用振動腕241F(第1の調整用振動腕)を有する。なお、かかるセンサー素子は、図示しないが、前述した第1実施形態と同様、基部、1対の駆動用振動腕および1対の検出用振動腕を有し、また、かかる基部からは、調整用振動腕241Fと対をなす第1の調整用振動腕、および、1対の第1の調整用振動腕と同様に構成された1対の第2の調整用振動腕も延出している。
この調整用電極群55Fは、調整用振動腕241Fの上面に設けられた調整用電極551Fと、調整用振動腕241Fの下面に設けられた調整用電極552Fと、調整用振動腕241Fの一方の側面に設けられた調整用電極553と、調整用振動腕241Fの他方の側面に設けられた調整用電極554とで構成されている。
調整用電極551Fは、共通部60Fと、複数の分岐部61Fとを備える。
共通部60Fは、平面視にて、調整用振動腕241Fの幅方向での中央部に設けられている。
特に、各幅狭部63Fは、調整用振動腕241Fの延出方向に対して傾斜する方向に延在している。これにより、レーザーで幅狭部62Fを切断する際に、レーザーをx軸方向およびy軸方向のいずれの方向に走査しても、幅狭部62Fを切断することができる。そのため、分岐部61Fの途中を簡単に切断することができる。
以上説明したような第7実施形態に係るセンサー素子によっても、簡単かつ確実に、優れた検出感度を発揮することができる。
以上説明したような各実施形態のセンサーデバイスは、各種の電子機器に組み込んで使用することができる。
このような電子機器によれば、信頼性を優れたものとすることができる。
ここで、本発明の電子デバイスを備える電子機器の一例について、図19〜図21に基づき、詳細に説明する。
図19は、本発明の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の構成を示す斜視図である。
このようなパーソナルコンピュータ1100には、ジャイロセンサーとして機能する前述したセンサーデバイス1が内蔵されている。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。
図21は、本発明の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。
また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニタ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1430や、パーソナルコンピュータ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、ジャイロセンサーとして機能する前述したセンサーデバイス1が内蔵されている。
また、本発明のセンサー素子、センサーデバイスおよび電子機器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕が互いに同方向に屈曲振動する場合を例に説明したが、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕が互いに反対方向に屈曲振動する場合にも本発明は適用可能である。この場合、1対の第1の調整用電極または1対の第2の調整用電極を前述した実施形態とは逆極性となるように1対の検出用電極に電気的に接続すればよい。
また、駆動用振動腕、検出用振動腕、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の数は、それぞれ、1つまたは3つ以上であってもよい。また、駆動用振動腕は、検出用振動腕を兼ねていてもよい。
また、検出用電極の数、位置、形状、大きさ等は、物理量が加えられることによる駆動用振動腕の振動を電気的に検出することができるものであれば、前述した実施形態に限定されるものではない。
また、第1の調整用電極および第2の調整用電極の数、位置、形状、大きさ等は、第1の調整用振動腕および第2の調整用振動腕の振動に伴って生じる電荷を出力することができるものであれば、前述した実施形態に限定されるものではない。
65‥‥分岐部 66‥‥幅狭部 67‥‥幅広部 71‥‥内部端子 72‥‥内部端子 73‥‥外部端子 81‥‥接合部材 82‥‥接合部材 90‥‥共通部 91‥‥分岐部 92‥‥幅挟部 93‥‥幅広部 100‥‥表示部 211‥‥腕部 212‥‥腕部 221‥‥駆動用振動腕 222‥‥駆動用振動腕 231‥‥検出用振動腕 232‥‥検出用振動腕 241‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 241A‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 241B‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 241C‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 241D‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 241E‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 241F‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 242‥‥調整用振動腕(第1の調整用振動腕) 243‥‥調整用振動腕(第2の調整用振動腕) 244‥‥調整用振動腕(第2の調整用振動腕) 261、262、263、264‥‥連結部 411‥‥板体 412‥‥枠体 511‥‥駆動用電極 512‥‥駆動用電極 513‥‥駆動用電極 514‥‥駆動用電極 531‥‥検出用電極 532‥‥検出用電極 533‥‥検出用電極 534‥‥検出用電極 551‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 551A‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 551B‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 551C‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 551D‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 551E‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 551F‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 552‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 552A‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 552B‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 552C‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 552D‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 552E‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 552F‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 553‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 554‥‥調整用電極(第1の調整用電極) 581‥‥調整用電極(第2の調整用電極) 582‥‥調整用電極(第2の調整用電極) 583‥‥調整用電極(第2の調整用電極) 584‥‥調整用電極(第2の調整用電極) 1100‥‥パーソナルコンピュータ 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 1440‥‥パーソナルコンピュータ 2411‥‥質量部 2431‥‥質量部 2412A‥‥質量調整用膜 2413‥‥溝部 2414‥‥溝部 A1‥‥矢印 A2‥‥矢印 B1‥‥矢印 B2‥‥矢印 C1‥‥矢印 C2‥‥矢印 D1‥‥矢印 D2‥‥矢印 S‥‥漏れ出力 S1‥‥ステップ S2‥‥ステップ S3‥‥ステップ S4‥‥ステップ S5‥‥ステップ T1‥‥調整用出力 T2‥‥調整用出力 ω‥‥角速度
Claims (16)
- 基部と、
前記基部から延出され、駆動振動する駆動用振動腕と、
前記基部から延出され、前記駆動振動に伴って振動する第1の振動腕および第2の振動腕と、
前記第1の振動腕に設けられ、前記第1の振動腕の振動に伴って第1信号を出力する第1電極と、
前記第2の振動腕に設けられ、前記第2の振動腕の振動に伴って前記第1信号と逆相である第2信号を出力する第2電極と、
前記駆動用振動腕に加えられた物理量に応じて変化する第3信号を出力する検出用電極と、を備え、
前記第1信号、前記第2信号および前記第3信号が重畳されるように、前記第1電極および前記第2電極が前記検出用電極に電気的に接続され、
前記第1信号と前記第2信号とを重畳した信号は、前記第1振動腕に前記物理量が加わっていないときに前記検出用電極から出力される前記第3信号と逆相であることを特徴とするセンサー素子。 - 前記第1の振動腕は、第1面と、該第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とを連結する第1および第2側面と、を有し、
前記第2の振動腕は、第3面と、該第3面と反対側の第4面と、前記第3面と前記第4面とを連結する第3および第4側面と、を有し、
前記第1電極は、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられている第1主面電極と、前記第1および第2側面の少なくとも一方に設けられている第1側面電極と、を含み、
前記第2電極は、前記第3面および前記第4面の少なくとも一方に設けられている第2主面電極と、前記第3および第4側面の少なくとも一方に設けられている第2側面電極と、を含み、
前記第1の振動腕および前記第2の振動腕は互いに逆の方向に振動し、前記第1主面電極および前記第2側面電極同士が電気的に接続されており、前記第1側面電極および前記第2主面電極同士が電気的に接続されている請求項1に記載のセンサー素子。 - 前記第1の振動腕は、第1面と、該第1面と反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とを連結する第1および第2側面と、を有し、
前記第2の振動腕は、第3面と、該第3面と反対側の第4面と、前記第3面と前記第4面とを連結する第3および第4側面と、を有し、
前記第1電極は、前記第1面および前記第2面の少なくとも一方に設けられている第1主面電極と、前記第1および第2側面の少なくとも一方に設けられている第1側面電極と、を含み、
前記第2電極は、前記第3面および前記第4面の少なくとも一方に設けられている第2主面電極と、前記第3および第4側面の少なくとも一方に設けられている第2側面電極と、を含み、
前記第1の振動腕および前記第2の振動腕は互いに同じ方向に振動し、前記第1主面電極および前記第2主面電極同士が電気的に接続されており、前記第1側面電極および前記第2側面電極同士が電気的に接続されている請求項1に記載のセンサー素子。 - 前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方は、前記第1の振動腕または前記第2の振動腕の延出方向に延びる共通部と、前記共通部から分岐した複数の分岐部と、を備える請求項2または3に記載のセンサー素子。
- 前記複数の分岐部は、電極幅が前記共通部側よりも先端側の方が大きい請求項4に記載のセンサー素子。
- 前記複数の分岐部は、前記共通部の延出方向に対して傾斜している請求項4または5に記載のセンサー素子。
- 前記分岐部は、前記共通部の両側にそれぞれ分岐している請求項4ないし6のいずれか一項に記載のセンサー素子。
- 前記第1の振動腕および前記第2の振動腕の少なくとも一方は、前記延出方向に沿って設けられている溝部を有し、
前記分岐部の少なくとも一部は、前記溝部の壁面に設けられている請求項4ないし7のいずれか一項に記載のセンサー素子。 - 前記第1の振動腕および前記第2の振動腕は、前記基部および前記駆動用振動腕と一体に設けられ、且つ、互いに反対方向に延出している請求項1ないし8のいずれか一項に記載のセンサー素子。
- 前記第1の振動腕および前記第2の振動腕の先端部には、それぞれ、質量調整部が設けられている請求項1ないし9のいずれか一項に記載のセンサー素子。
- 前記基部から延出され、前記駆動用振動腕に加えられた物理量に応じて振動する検出用振動腕をさらに有し、
前記検出用電極は、前記検出用振動腕に設けられている請求項1ないし10のいずれか一項に記載のセンサー素子。 - 前記物理量は角速度である請求項1ないし11のいずれか一項に記載のセンサー素子。
- センサー素子の製造方法であって、
前記センサー素子は、
基部と、
前記基部から延出され、駆動振動する駆動用振動腕と、
前記基部から延出され、前記駆動用振動腕の駆動振動に伴って振動する第1の振動腕および第2の振動腕と、
前記第1の振動腕に設けられ、前記第1の振動腕の振動に伴って第1信号を出力する第1電極と、
前記第2の振動腕に設けられ、前記第2の振動腕の振動に伴って前記第1信号と逆相の第2信号を出力する第2電極と、
前記駆動用振動腕に加えられた物理量に応じて変化する第3信号を出力する検出用電極と、を備え、
前記第1信号、前記第2信号および前記第3信号が重畳されるように、前記第1電極および前記第2電極が前記検出用電極に電気的に接続され、
前記第1信号と前記第2信号とを重畳した信号は、前記第1振動腕に前記物理量が加わっていないときに前記検出用電極から出力される前記第3信号と逆相であり、
前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一部を除去することにより、前記第1電極または前記第2電極に発生する電荷量を調整する電荷調整工程を有することを特徴とするセンサー素子の製造方法。 - 前記電荷調整工程前に、前記駆動用振動腕を通電により振動させた状態で前記検出用電極に発生する電荷を測定する工程と、その測定結果に基づいて前記第1の振動腕および前記第2の振動腕のうちの少なくとも一方の共振周波数を調整する工程とを有する請求項13に記載のセンサー素子の製造方法。
- 請求項1ないし12のいずれか一項に記載のセンサー素子と、
前記駆動用振動腕を駆動させる第1回路と、
前記第1信号、前記第2信号および前記第3信号が重畳された信号を検出する第2回路と、
を有することを特徴とするセンサーデバイス。 - 請求項1ないし12のいずれか一項に記載のセンサー素子を有することを特徴とする電子機器。
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