JP7014267B2 - 物理量センサーおよび電子機器 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
-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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 互いに直交する3つの軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
基板と、
前記基板に支持され、前記基板と前記Z軸に沿ったZ軸方向に離間している構造体と、
を含み、
前記構造体は、
対をなす第1振動部及び第2振動部と、
対をなす第3振動部及び第4振動部と、
前記第1振動部及び前記第2振動部を前記X軸に沿ったX軸方向であって互い逆位相で振動させ、前記第3振動部及び前記第4振動部を前記Y軸に沿ったY軸方向であって互いに逆位相で振動させる振動手段と、
前記第1振動部に設けられている第1検出電極と、
前記第1検出電極に対して前記Y軸方向に離間し、前記基板に設けられている第1固定電極と、
前記第2振動部に設けられている第2検出電極と、
前記第2検出電極に対して前記Y軸方向に離間し、前記基板に設けられている第2固定電極と、
前記第1振動部に設けられ、前記Z軸に沿ったZ軸方向に変位する第1可動部と、
前記第1可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第3固定電極と、
前記第2振動部に設けられ、前記Z軸方向に変位する第2可動部と、
前記第2可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第4固定電極と、
前記第3振動部に設けられ、前記Z軸方向に変位する第3可動部と、
前記第3可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第5固定電極と、
前記第4振動部に設けられ、前記Z軸方向に変位する第4可動部と、
前記第4可動部と前記Z軸方向に離間し、前記基板に設けられている第6固定電極と、
前記第1振動部と前記第2振動部との間に配置され、かつ前記第3振動部と第4振動部との間に配置されている連結部と、
前記連結部を梁を介して支持し、前記基板に取り付けられている4つの支持部と、
を含み、
前記構造体の投影外形は、ほぼ矩形であることを特徴とする物理用センサー。 - 請求項1において、
前記連結部は円弧状の梁を含むことを特徴とする物理用センサー。 - 請求項1または2において、
前記構造体は、
第1方向に延在している第1辺と、
前記第1方向に直交する第2方向に延在している第2辺と、
前記第1辺と対向し、前記第1方向に延在している第3辺と、
前記第2辺と対向し、前記第2方向に延在している第4辺と、
を含むことを特徴とする物理用センサー。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記第1振動部及び前記第2振動部の各々を前記基板に固定している複数の第1固定部と、
前記第3振動部及び前記第4振動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、
を含むことを特徴とする物理用センサー。 - 請求項1乃至4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。
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