JP6481293B2 - 物理量センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、物理量センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体に関する。

近年、シリコンＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた物理量センサー素子として、例えば、角速度を検出する静電容量型のジャイロセンサー素子（角速度センサー）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、特許文献１に係る角速度センサーは、フレームに２つの質量が間接的に連結されている。この２つの質量は、Ｚ方向に沿って必ず反対方向に移動するように、リンク装置により連結されている。Ｙ軸を中心にするセンサーの角速度は、２つの質量をＺ方向に反対位相で振動させ、それによりフレームに加わる角振動の振幅を測定することにより感知することができる。

しかし、特許文献１に係る角速度センサーでは、２つの質量の互いに近位となる端部同士がリンクで連結されているため、面外方向に駆動振動させたとき、質量が面内方向に対して傾斜してしまい、その結果、振動漏れが生じるという問題があった。

特表２００７−５０９３４６号公報

本発明の目的は、優れた検出精度を有する物理量センサー素子を提供すること、また、かかる物理量センサー素子を備える物理量センサー、電子機器および移動体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］
本発明の物理量センサー素子は、基準面に沿った板状をなし、前記基準面の法線に沿った方向に振動する第１質量部および第２質量部と、
第１支持部と、
前記第１質量部と前記第１支持部とを接続している第１梁部と、
第２支持部と、
前記第２質量部と前記第２支持部とを接続している第２梁部と、
一端部が前記第１質量部の内側の部分に接続され、他端部が前記第２質量部の内側の部分に接続されている連結部と、
を備え、
前記第１質量部は、前記連結部の前記一端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第１質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第１変形容易部を有し、
前記第２質量部は、前記連結部の前記他端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第２質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第２変形容易部を有することを特徴とする。

このような物理量センサー素子によれば、連結部が第１質量部と第２質量部とを接続しているため、第１質量部と第２質量部とを基準面の法線に沿った方向に逆相で振動させたとき、第１質量部および第２質量部を安定的に振動させることができる。特に、その振動の際、第１変形容易部および第２変形容易部が第１質量部および第２質量部の基準面に対する姿勢の変化を低減するように変形するため、例えば、第１質量部および第２質量部の基準面に対する傾きが小さく抑えられ、振動漏れを低減することができる。以上のようなことから、本発明の物理量センサー素子は、優れた検出精度を有する。

［適用例２］
本発明の物理量センサー素子では、前記第１変形容易部および前記第２変形容易部は、それぞれ、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１質量部と前記第２質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延びていることが好ましい。

これにより、第１変形容易部および第２変形容易部をそれぞれ捩れ変形させることで、第１質量部および第２質量部の基準面に対する姿勢の変化を低減することができる。このように、比較的簡単な構成で、基準面に対する第１質量部および第２質量部の姿勢の変化を低減することができる。

［適用例３］
本発明の物理量センサー素子では、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１変形容易部および前記第２変形容易部のそれぞれの幅は、前記連結部の幅よりも狭いことが好ましい。

これにより、第１変形容易部および第２変形容易部をそれぞれ捩れ変形させやすくし、第１質量部および第２質量部の基準面に対する姿勢の変化を効率的に低減することができる。また、連結部の不本意な変形を低減し、第１質量部および第２質量部の振動の安定化を図ることができる。

［適用例４］
本発明の物理量センサー素子では、前記第１質量部は、前記第１変形容易部が配置されている第１隙間部を有し、
前記第２質量部は、前記第２変形容易部が配置されている第２隙間部を有することが好ましい。

これにより、１つの基板を加工することにより、第１変形容易部および第２変形容易部を第１質量部および第２質量部とともに一括して形成することができる。

［適用例５］
本発明の物理量センサー素子では、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１質量部と前記第２質量部との間に配置されていて、前記第１質量部と前記第２質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延びている支持梁部を備え、
前記連結部の途中が前記支持梁部に支持されていることが好ましい。

これにより、支持梁部の捩れ変形を伴って、支持梁部を中心として、連結部を安定的に回動させることができる。その結果、第１質量部および第２質量部の振動の安定化を図ることができる。

［適用例６］
本発明の物理量センサー素子では、前記基準面に沿って配置されている基板と、
前記基板に固定されている第１固定部および第２固定部と、
前記第１固定部と前記第１支持部とを接続している第３梁部と、
前記第２固定部と前記第２支持部とを接続している第４梁部と、
前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第１質量部に重なる位置に設けられている第１電極と、
前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第２質量部に重なる位置に設けられている第２電極と、
を備えることが好ましい。

これにより、第１電極および第２電極を用いて、第１質量部および第２質量部を基準面の法線に沿った方向に駆動振動させたり、第１質量部および第２質量部の基準面の法線に沿った方向の振動を検出したりすることができる。

［適用例７］
本発明の物理量センサー素子では、前記基板に固定されていて、前記第１支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第１検出電極と、
前記基板に固定されていて、前記第２支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第２検出電極と、
を備えることが好ましい。

これにより、第１質量部および第２質量部を基準面の法線に沿った方向に駆動振動させたとき、第１質量部および第２質量部に生じたコリオリ力の作用による第１支持部および第２支持部の振動を第１検出電極および第２検出電極を用いて検出することができる。そのため、角速度センサーを実現することができる。

［適用例８］
本発明の物理量センサー素子では、前記第１変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１質量部の重心を含む位置に配置され、
前記第２変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第２質量部の重心を含む位置に配置されていることが好ましい。

これにより、基準面に対する第１質量部および第２質量部の姿勢の変化を効果的に低減することができる。

［適用例９］
本発明の物理量センサーは、本発明の物理量センサー素子と、
前記物理量センサー素子を収納しているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
これにより、優れた検出精度を有する物理量センサーを提供することができる。

［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする。

これにより、優れた検出精度を有する物理量センサー素子を備える電子機器を提供することができる。

［適用例１１］
本発明の移動体は、本発明の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする。

これにより、優れた検出精度を有する物理量センサー素子を備える移動体を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１中のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す物理量センサーの動作を説明するための模式的な図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の電子機器の一例である携帯電話機の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の電子機器の一例であるディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体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。

１．物理量センサー
まず、本発明の物理量センサー（本発明の物理量センサー素子を備える物理量センサー）の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。また、図４は、図１に示す物理量センサーの動作を説明するための模式的な図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は断面図である。

なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸であるＸ軸（第３軸）、Ｙ軸（第２軸）およびＺ軸（第１軸）を矢印で図示しており、その矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」としている。また、以下では、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、以下では、説明の便宜上、図２および図３中の上側（＋Ｚ軸方向側）を「上」、下側（−Ｚ軸方向側）を「下」という。

図１に示す物理量センサー１０は、Ｙ軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサーである。この物理量センサー１０は、図２および図３に示すように、ジャイロ素子である物理量センサー素子１と、物理量センサー素子１を収納しているパッケージ１１と、を有している。

（パッケージ）
パッケージ１１は、物理量センサー素子１を支持しているベース基板１２（基板）と、ベース基板１２に接合されている蓋部材１３と、を有し、ベース基板１２と蓋部材１３との間に、物理量センサー素子１を収納している空間が形成されている。なお、ベース基板１２は、物理量センサー素子１の一部を構成しているともいえる。

ベース基板１２および蓋部材１３は、それぞれ、板状をなし、Ｘ軸およびＹ軸を含む平面であるＸＹ平面（基準面）に沿って配置されている。また、ベース基板１２の上面（すなわち、物理量センサー素子１が設けられている側の面）には、物理量センサー素子１の振動部分（後述する振動構造体２ａ、２ｂの固定部２２を除く部分）がベース基板１２に接触するのを防止する機能を有する凹部１２１が設けられている。これにより、物理量センサー素子１の駆動を許容しつつ、ベース基板１２が物理量センサー素子１を支持することができる。また、蓋部材１３の下面（すなわち、ベース基板１２に接合される側の面）には、物理量センサー素子１を非接触で覆うように形成されている凹部１３１が設けられている。これにより、物理量センサー素子１の駆動を許容しつつ、ベース基板１２と蓋部材１３の間に、物理量センサー素子１を収納する空間を形成することができる。

なお、図示では、ベース基板１２および蓋部材１３は、それぞれ、１部材で構成されているが、２以上の部材を接合して構成されていてもよい。例えば、枠状の部材と板状の部材とを貼り合わせることにより、ベース基板１２または蓋部材１３が構成されていてもよい。

このようなベース基板１２と蓋部材１３との接合方法としては、ベース基板１２および蓋部材１３の構成材料によっても異なり、特に限定されず、例えば、接着剤、ロウ材等の接合材を用いた接合法、直接接合、陽極接合等の固体接合法等を用いることができる。

また、ベース基板１２の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、高抵抗なシリコン材料、ガラス材料を用いるのが好ましく、特に、アルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス材料（例えば、パイレックスガラス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）を用いるのが好ましい。これにより、振動構造体２ａ、２ｂがシリコンを主材料として構成されている場合、ベース基板１２と振動構造体２ａ、２ｂとを陽極接合することができる。

また、蓋部材１３の構成材料としては、特に限定されず、例えば、前述したベース基板１２と同様の材料を用いることができる。

このようなベース基板１２および蓋部材１３は、それぞれ、例えば、フォトリソグラフィー法およびエッチング法等を用いて形成することができる。

（物理量センサー素子）
物理量センサー素子１は、２つの振動構造体２ａ、２ｂと、これら２つの振動構造体２ａ、２ｂ間を連結する連結構造体２ｃと、振動構造体２ａ、２ｂを駆動振動させる２つの駆動用固定電極部３と、振動構造体２ａ、２ｂの検出振動を検出する４つの検出用固定電極部４と、振動構造体２ａ、２ｂの駆動状態を検出する２つの駆動モニター用電極５と、を有している。以下、物理量センサー素子１の各部について順次説明する。

−振動構造体−
振動構造体２ａ、２ｂは、Ｘ軸方向に並んで配置されている。振動構造体２ａ、２ｂは、図１にて左右対称に配置されている以外は、互いに同様に構成されており、それぞれ、検出部２１と、パッケージ１１のベース基板１２に固定された４つの固定部２２と、検出部２１と４つの固定部２２とを接続している４つの梁部２３と、駆動部２４と、検出部２１と駆動部２４とを接続している４つの梁部２５と、を有している。ここで、振動構造体２ａの梁部２５が「第１梁部」、梁部２３が「第３梁部」、固定部２２が「第１固定部」、駆動部２４が「第１質量部」、検出部２１が「第１支持部」を構成している。また、振動構造体２ｂの梁部２５が「第２梁部」、梁部２３が「第４梁部」、固定部２２が「第２固定部」、駆動部２４が「第２質量部」、検出部２１が「第２支持部」を構成している。

この振動構造体２ａ、２ｂは、連結構造体２ｃと一体で形成されている。また、振動構造体２ａ、２ｂの構成材料としては、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープされることにより導電性が付与されたシリコンを用いることができる。また、振動構造体２ａ、２ｂは、１つの基板（例えばシリコン基板）を加工（例えばエッチング加工）することにより、連結構造体２ｃとともに一括して形成される。

［検出部（第１、２支持部）］
振動構造体２ａ、２ｂのそれぞれの検出部２１は、フレーム部２１１と、フレーム部２１１に設けられている検出用可動電極部２１２と、を有している。

フレーム部２１１は、Ｚ軸方向（基準面の法線に沿った方向）から見た平面視（以下、単に「平面視」という）において、周方向での一部が欠損した枠状をなしている。具体的には、フレーム部２１１は、互いに平行となるようにＸ軸方向に沿って延びている１対の第１部分と、Ｙ軸方向に延びていて１対の第１部分の一端部同士を接続している第２部分と、１対の第１部分の他端部のそれぞれから互いに突き合うようにＹ軸方向に延びていている１対の第３部分と、で構成されている。

検出用可動電極部２１２は、前述したフレーム部２１１の各第１部分からＹ軸方向に沿って延出している複数の電極指で構成されている。なお、この電極指の数は、図示のものに限定されず、任意である。

［第１、２固定部］
振動構造体２ａ、２ｂのそれぞれの４つの固定部２２は、前述したパッケージ１１のベース基板１２の凹部１２１の外側にてベース基板１２の上面に接合・固定されている。かかる接合方法としては、ベース基板１２および固定部２２の構成材料によっても異なり、特に限定されないが、例えば、直接接合、陽極接合等の固体接合法等を用いることができる。

４つの固定部２２は、平面視において、それぞれ、検出部２１の外側で互いに離間して配置されている。本実施形態では、４つの固定部２２は、平面視において、検出部２１のフレーム部２１１の各角部（第１部分と第２部分および第３部分との各接続部）に対応した位置に配置されている。

［第３、４梁部］
振動構造体２ａ、２ｂのそれぞれの４つの梁部２３は、平面視において、検出部２１のフレーム部２１１の各角部に対応しており、それぞれ、対応する検出部２１と固定部２２とを連結している。

各梁部２３は、平面視において、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に沿って延びている蛇行形状をなしている。これにより、小型化を図りつつ、各梁部２３の長さを長くすることができる。また、各梁部２３の長さを長くすることにより、各梁部２３の曲げ変形を伴う検出部２１のＸ軸方向の変位を容易なものとすることができる。

ここで、各梁部２３は、Ｙ軸方向に沿って延びる部分と、Ｘ軸方向に沿って延びる部分と、を有しているが、Ｙ軸方向に沿って延びる部分の長さがＸ軸方向に沿って延びる部分の長さよりも長い。これにより、各梁部２３のＹ軸方向の曲げ変形を低減し、その結果、各梁部２３の曲げ変形を伴う検出部２１のＹ軸方向の変位を低減することができる。

なお、各梁部２３は、前述したように蛇行形状をなしていなくてもよく、例えば、平面視においてＹ軸方向に沿って延びている形状であってもよい。

また、各梁部２３の幅（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、各梁部２３の厚さ（Ｚ軸方向に沿った長さ）よりも小さい。言い換えると、各梁部２３の厚さは、各梁部２３の幅よりも大きい。これにより、各梁部２３は、Ｘ軸方向に曲げ変形しやすく、かつ、Ｚ軸方向に曲げ変形し難いものとなる。すなわち、各梁部２３のＺ軸方向でのバネ定数が、各梁部２３のＸ軸方向でのバネ定数よりも大きい。そのため、各梁部２３の曲げ変形を伴う検出部２１のＸ軸方向の変位を容易としつつ、検出部２１のＺ軸方向の変位を低減することができる。なお、梁部２３全体のＺ軸方向でのバネ定数は、梁部２３全体のＸ軸方向でのバネ定数よりも大きい。

［駆動部（第１、２質量部）］
振動構造体２ａ、２ｂのそれぞれの駆動部２４は、前述した検出部２１のフレーム部２１１の内側に配置されている。駆動部２４は、前述したパッケージ１１のベース基板１２の上面を基準面として、当該基準面に沿った板状をなしている。本実施形態では、駆動部２４は、平面視において、フレーム部２１１の形状に沿った略四角形をなす外形を有している。

また、駆動部２４には、Ｙ軸方向に沿って延びている梁部２９が設けられている。各梁部２９の両端は、対応する駆動部２４に固定されている。ここで、駆動部２４は、梁部２９が配置されている隙間部２４１を有している。ここで、一方の駆動部２４の隙間部２４１が「第１隙間部」を構成し、他方の駆動部２４の隙間部２４１が「第２隙間部」を構成している。

［第１、２梁部］
振動構造体２ａ、２ｂのそれぞれの４つの梁部２５は、フレーム部２１１の各角部および駆動部２４の各角部に対応しており、それぞれ、対応する検出部２１と駆動部２４とを連結している。

各梁部２５は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延びている蛇行形状をなしている。これにより、小型化を図りつつ、各梁部２５の長さを長くすることができる。また、各梁部２５の長さを長くすることにより、各梁部２５の曲げ変形を伴う駆動部２４のＺ軸方向の変位を容易なものとすることができる。

ここで、各梁部２５は、Ｘ軸方向に沿って延びる部分（第１部分）と、Ｙ軸方向に沿って延びる部分（第２部分）と、を有しているが、Ｘ軸方向に沿って延びる部分の長さがＹ軸方向に沿って延びる部分の長さよりも長い。これにより、各梁部２５のＸ軸方向の曲げ変形を低減し、その結果、各梁部２５の曲げ変形を伴う駆動部２４のＸ軸方向の変位を低減することができる。そのため、駆動部２４に生じるＸ軸方向のコリオリ力を検出部２１に梁部２５を介して効率的に伝達することができる。また、このような各梁部２５では、駆動部２４がＺ軸方向の変位する際、各梁部２５のＸ軸方向に沿って延びている部分が捩れ変形および曲げ変形しつつ、各梁部２５のＹ軸方向に沿って延びている部分がＺ軸方向に傾斜する。このとき、各梁部２５のＹ軸方向に延びている部分は、ほとんど変形しないが、前述したように傾斜することにより、かかる部分に長さに応じて駆動部２４のＺ軸方向の変位を拡大する変位拡大機構として機能する。

また、各梁部２５のＹ軸方向に沿って延びている部分の長さを短くすることにより、各梁部２５のＸ軸方向に沿って延びている部分同士の間の隙間、各梁部２５のＸ軸方向に沿って延びている部分と検出部２１との間の隙間、および、各梁部２５のＸ軸方向に沿って延びている部分と駆動部２４との間の隙間をそれぞれ小さくすることができる。これにより、各梁部２５のＹ軸方向での曲げ変形を規制または制限し、その結果、駆動部２４のＹ軸方向の変位を低減することができる。

また、各梁部２５の長さは、前述した各梁部２３の長さよりも長い。これにより、各梁部２５は、各梁部２３に比べて、Ｚ軸方向に曲げ変形しやすくなっている。すなわち、各梁部２５のＺ軸方向でのバネ定数が、各梁部２３のＺ軸方向でのバネ定数よりも小さい。また、同様の目的から、各梁部２５の厚さは、各梁部２３の厚さよりも薄くなっている。なお、梁部２５の数と梁部２３の数が等しいことから、梁部２５全体のＺ軸方向でのバネ定数は、梁部２３全体のＺ軸方向でのバネ定数よりも小さい。

−連結構造体−
連結構造体２ｃは、２つの振動構造体２ａ、２ｂ間に配置されている。この連結構造体２ｃは、２つの固定部２６と、２つの固定部２６間を接続している支持梁部２７と、支持梁部２７に支持されているとともに振動構造体２ａ、２ｂの梁部２９同士を連結している連結部２８と、を有している。

２つの固定部２６は、Ｙ軸方向に並んで配置されている。そして、この２つの固定部２６間を接続している支持梁部２７は、Ｙ軸方向に沿って延在している。また、連結部２８は、Ｘ軸方向に沿って延在しており、一端部が一方の梁部２９の途中に接続され、他端部が他方の梁部２９の途中に接続されている。また、平面視で、連結部２８と支持梁部２７とが交差しており、連結部２８の途中部分が支持梁部２７の途中部分に接続している。

−駆動用固定電極−
２つの駆動用固定電極部３は、それぞれ、前述したパッケージ１１のベース基板１２に形成された凹部１２１の底面に固定されている。この各駆動用固定電極部３は、対応する駆動部２４に対して間隔を隔てて対向して配置されている。ここで、各駆動用固定電極部３は、平面視において、対応する駆動部２４に重なる位置に配置されている。本実施形態では、各駆動用固定電極部３は、平面視において、対応する駆動部２４の外周に沿った略環状をなしている。

このような駆動用固定電極部３は、配線３１を介して、ベース基板１２の上面の凹部１２１の外側に設けられた端子３２に電気的に接続されている。

駆動用固定電極部３、配線３１および端子３２の構成材料としては、それぞれ、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の透明電極材料、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料を用いることができる。

また、駆動用固定電極部３、配線３１および端子３２は、前述したような材料をスパッタリング法、蒸着法等の気相成膜法を用いて成膜した膜を、フォトリソグラフィー法およびエッチング法等を用いてパターニングすることによって一括して形成される。なお、ベース基板１２がシリコンのような半導体材料で構成されている場合には、駆動用固定電極部３、配線３１および端子３２とベース基板１２との間に、絶縁層を設けることが好ましい。かかる絶縁層の構成材料としては、例えば、ＳｉＯ_２（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）等を用いることができる。

−検出用固定電極−
４つの検出用固定電極部４は、それぞれ、前述したパッケージ１１のベース基板１２の凹部１２１の外側にてベース基板１２の上面に接合・固定されている。この４つの検出用固定電極部４は、振動構造体２ａの検出振動を検出する２つの検出用固定電極部４（第１検出電極）と、振動構造体２ｂの検出振動を検出する２つの検出用固定電極部４（第２検出電極）と、で構成されている。振動構造体２ａの検出振動を検出する２つの検出用固定電極部４は、振動構造体２ａを挟むようにして、Ｙ軸方向に並んで配置されている。同様に、振動構造体２ｂの検出振動を検出する２つの検出用固定電極部４は、振動構造体２ｂを挟むようにして、Ｙ軸方向に並んで配置されている。

このような４つの検出用固定電極部４は、１つの基板（例えばシリコン基板）を加工（例えばエッチング加工）することにより、２つの振動構造体２ａ、２ｂおよび連結構造体２ｃとともに、一括して形成される。

各検出用固定電極部４は、Ｘ軸方向に沿って交互に並んで配置されている複数の電極指４１および複数の電極指４２と、複数の電極指４２の振動構造体２ａ、２ｂとは反対側の端部同士を接続している接続部４３と、で構成されている。

各電極指４１、４２は、Ｙ軸方向に沿って延びている。そして、各電極指４１は、前述した検出用可動電極部２１２の電極指の一方の側面に対向しており、一方、各電極指４２は、検出用可動電極部２１２の電極指の他方の側面に対向している。このように各電極指４１、４２が配置されていることにより、検出部２１がＸ軸方向に変位したとき、電極指４１と検出用可動電極部２１２の電極指との間の静電容量、および、電極指４２と検出用可動電極部２１２の電極指との間の静電容量は、一方の静電容量が増加し、他方の静電容量が減少する。

接続部４３は、複数の電極指４２間の導通を確保する機能を有する。これにより、各電極指４２と後述する配線４４との電気的接続の信頼性を高めることができる。

このような検出用固定電極部４は、配線４４を介して、ベース基板１２の上面の凹部１２１の外側に設けられた端子４５に電気的に接続されている。配線４４および端子４５の構成材料および形成方法としては、前述した駆動用固定電極部３、配線３１および端子３２と同様のものを用いることができる。

−駆動モニター用電極−
２つの駆動モニター用電極５は、それぞれ、前述したパッケージ１１のベース基板１２に形成された凹部１２１の底面に接合・固定されている。この各駆動モニター用電極５は、対応する駆動部２４に対して間隔を隔てて対向して配置されている。ここで、各駆動モニター用電極５は、平面視において、対応する駆動部２４に重なる位置に配置されている。本実施形態では、各駆動モニター用電極５は、平面視において、前述した環状をなす駆動用固定電極部３の内側に配置されていて、対応する駆動部２４の中央部に重なっている。

このような駆動モニター用電極５は、配線５１を介して、ベース基板１２の上面の凹部１２１の外側に設けられた端子５２に電気的に接続されている。

駆動モニター用電極５、配線５１および端子５２の構成材料および形成方法としては、前述した駆動用固定電極部３、配線３１および端子３２と同様のものを用いることができる。

以上のようにして構成された物理量センサー１０は、以下のようにして動作する。
互いに対向している駆動用固定電極部３と駆動部２４との間に周期的に変化する電圧（例えば交番電圧）を駆動電圧として印加する。すると、駆動用固定電極部３と駆動部２４との間に周期的に強度が変化する静電引力が生じ、これにより、梁部２５の弾性変形を伴って、駆動部２４がＺ軸方向に振動する。

このとき、振動構造体２ａの駆動用固定電極部３と駆動部２４との間に印加する電圧と、振動構造体２ｂの駆動用固定電極部３と駆動部２４との間に印加する電圧との位相を互いに１８０°ずらす。これにより、振動構造体２ａの駆動部２４と振動構造体２ｂの駆動部２４とが逆相で振動する。すなわち、図４（ｂ）に示すように、一方の駆動部２４が＋Ｚ軸方向となる方向α１に変位するとともに、他方の駆動部２４が−Ｚ軸方向となる方向α２に変位する状態と、当該一方の駆動部２４が方向α２に変位するとともに、当該他方の駆動部２４が方向α１に変位する状態と、を交互に繰り返す。これにより、振動漏れを低減することができる。なお、図４（ｂ）では、図中左側の駆動部２４が方向α１に変位し、右側の駆動部２４が方向α２に変位している場合を図示している。

また、このとき、Ｙ軸方向に沿った軸線ａまわりに支持梁部２７が捩れ変形しながら、連結部２８が傾斜する。これにより、連結部２８の両端に接続された２つの駆動部２４の振幅が等しくなるように各駆動部２４を振動させることができる。その際、一方の駆動部２４の梁部２９がＹ軸方向に沿った軸線ａ１まわりに捩れ変形するとともに、他方の駆動部２４の梁部２９がＹ軸方向に沿った軸線ａ２まわりに捩れ変形する。ここで、連結部２８の一端部が一方の駆動部２４（第１質量部）の内側の部分に接続され、連結部２８の他端部が他方の駆動部２４（第２質量部）の内側の部分に接続されている。したがって、前述したような梁部２９の捩れ変形と相まって、各駆動部２４がＸＹ平面に対して平行な状態を維持することができる。

このように、平面視で一方の駆動部２４に重なる位置に設けられている駆動用固定電極部３と、平面視で他方の駆動部２４に重なる位置に設けられている駆動用固定電極部３とを用いて、各駆動部２４を基準面の法線に沿った方向に駆動振動させることができる。

また、このとき、駆動モニター用電極５と駆動部２４との間の静電容量を検出し、その検出結果に基づき、必要に応じて、駆動電圧を制御する。これにより、駆動部２４の振動が所望の振動となるように制御することができる。なお、各駆動用固定電極部３を用いて、各駆動部２４の基準面の法線に沿った方向の振動を検出することも可能である。

このように駆動部２４を振動させた状態で、Ｙ軸まわりの角速度が物理量センサー１０に加わると、駆動部２４にＸ軸方向のコリオリ力が生じ、そのコリオリ力の作用により、検出部２１がＸ軸方向に振動する。すなわち、図４（ａ）に示すように、一方の検出部２１が＋Ｘ軸方向となる方向β１に変位するとともに、他方の検出部２１が−Ｘ軸方向となる方向β２に変位する状態と、当該一方の検出部２１が方向β２に変位するとともに、当該他方の検出部２１が方向β１に変位する状態と、を交互に繰り返す。これにより、検出用固定電極部４の電極指４１、４２と検出用可動電極部２１２の電極指との間の静電容量が変化する。したがって、かかる静電容量に基づいて、物理量センサー１０に加わった角速度を検出することができる。

このとき、電極指４１と検出用可動電極部２１２の電極指との間の隙間ｇ１、および、電極指４２と検出用可動電極部２１２の電極指との間の隙間ｇ２のうちの一方の隙間が大きくなり、他方の隙間が小さくなる。したがって、電極指４１と検出用可動電極部２１２の電極指との間の静電容量、および、電極指４２と検出用可動電極部２１２の電極指との間の静電容量は、一方の静電容量が増加するとき、他方の静電容量が減少する。したがって、これらの静電容量を差動増幅することにより、高出力な検出信号を得ることができる。その結果、高精度に角速度を検出することができる。

このように、２つの駆動部２４を基準面の法線に沿った方向に駆動振動させたとき、２つの駆動部２４に生じたコリオリ力の作用による２つの検出部２１の振動を４つの検出用固定電極部４を用いて検出することができる。そのため、物理量センサー１０により角速度センサーを実現することができる。

以上のような物理量センサー１０では、連結部２８が一方の駆動部２４（第１質量部）と他方の駆動部２４（第２質量部）とを接続しているため、これら２つの駆動部２４をＺ軸方向に逆相で振動させたとき、２つの駆動部２４を安定的に振動させることができる。

特に、連結部２８の一端部が一方の駆動部２４（第１質量部）の内側の部分に接続され、連結部２８の他端部が他方の駆動部２４（第２質量部）の内側の部分に接続されている。そして、一方の駆動部２４の梁部２９は、基準面となるＸＹ平面に対する当該一方の駆動部２４の姿勢の変化を低減するように変形可能な「第１変形容易部」として機能する。同様に、他方の駆動部２４の梁部２９は、基準面となるＸＹ平面に対する当該他方の駆動部２４の姿勢の変化を低減するように変形可能な「第２変形容易部」として機能する。

したがって、２つの駆動部２４をＺ軸方向に逆相で振動させたとき、各梁部２９が２つの駆動部２４のＸＹ平面に対する姿勢の変化を低減するように変形するため、例えば第１質量部と第２質量部とは基準面に対して傾きが小さく制御され、振動漏れを低減することができる。以上のようなことから、物理量センサー素子１および物理量センサー１０は、優れた検出精度を有する。

ここで、各梁部２９は、平面視で、２つの駆動部２４が並ぶ方向（Ｘ軸方向）に対して交差する方向（Ｙ軸方向）に沿って延びている。これにより、各梁部２９を捩れ変形させることで、２つの駆動部２４のＸＹ平面に対する姿勢の変化を低減することができる。このように、比較的簡単な構成で、ＸＹ平面に対する２つの駆動部２４の姿勢の変化を低減することができる。

また、各梁部２９は、平面視で、対応する駆動部２４の重心を含む位置に配置されている。これにより、ＸＹ平面に対する２つの駆動部２４の姿勢の変化を効果的に低減することができる。

また、平面視で、各梁部２９の幅が連結部２８の幅よりも狭い。これにより、第１変形容易部および第２変形容易部をそれぞれ捩れ変形させやすくし、２つの駆動部２４の基準面に対する姿勢の変化を効率的に低減することができる。また、連結部２８の不本意な変形を低減し、２つの駆動部２４の振動の安定化を図ることができる。

また、各駆動部２４は、前述したように、梁部２９が配置されている隙間部２４１を有している。これにより、１つの基板を加工することにより、２つの梁部２９を２つの駆動部２４とともに一括して形成することができる。各隙間部２４１は、梁部２９の捩れ変形を許容するとともに、連結部２８が駆動部２４に接触するのを防止するように形成されている。

また、平面視で、連結部２８の途中が支持梁部２７に支持されているため、支持梁部２７の捩れ変形を伴って、支持梁部２７を中心として、連結部２８を安定的に回動させることができる。その結果、２つの駆動部２４の振動の安定化を図ることができる。

２．電子機器
次いで、物理量センサー素子１を用いた電子機器について、図５〜図７に基づき、詳細に説明する。

図５は、本発明の電子機器の一例であるモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図である。

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１１０８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、ジャイロセンサーとして機能する物理量センサー素子１が内蔵されている。

図６は、本発明の電子機器の一例である携帯電話機の構成を模式的に示す斜視図である。

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１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、ジャイロセンサーとして機能する物理量センサー素子１が内蔵されている。

図７は、本発明の電子機器の一例である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。

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１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。

また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）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、ジャイロセンサーとして機能する物理量センサー素子１が内蔵されている。

なお、本発明の物理量センサー素子を備える電子機器は、図５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６の携帯電話機、図７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）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

３．移動体
次いで、物理量センサー素子１を用いた移動体について、図８に基づき、詳細に説明する。

図８は、本発明の移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。
自動車１５００には、ジャイロセンサーとして機能する物理量センサー素子１が内蔵されており、物理量センサー素子１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー素子１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量センサー素子１が組み込まれる。

以上、本発明の物理量センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体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。

１‥‥物理量センサー素子
２ａ‥‥振動構造体
２ｂ‥‥振動構造体
２ｃ‥‥連結構造体
３‥‥駆動用固定電極部
４‥‥検出用固定電極部
５‥‥駆動モニター用電極
１０‥‥物理量センサー
１１‥‥パッケージ
１２‥‥ベース基板
１３‥‥蓋部材
２１‥‥検出部
２２‥‥固定部
２３‥‥梁部
２４‥‥駆動部
２５‥‥梁部
２６‥‥固定部
２７‥‥支持梁部
２８‥‥連結部
２９‥‥梁部
３１‥‥配線
３２‥‥端子
４１‥‥電極指
４２‥‥電極指
４３‥‥接続部
４４‥‥配線
４５‥‥端子
５１‥‥配線
５２‥‥端子
１２１‥‥凹部
１３１‥‥凹部
２１１‥‥フレーム部
２１２‥‥検出用可動電極部
２４１‥‥隙間部
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
１１０８‥‥表示部
１２００‥‥携帯電話機
１２０２‥‥操作ボタン
１２０４‥‥受話口
１２０６‥‥送話口
１２０８‥‥表示部
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
１３１０‥‥表示部
１３１２‥‥ビデオ信号出力端子
１３１４‥‥入出力端子
１４３０‥‥テレビモニター
１４４０‥‥パーソナルコンピューター
１５００‥‥自動車
１５０１‥‥車体
１５０２‥‥車体姿勢制御装置
１５０３‥‥車輪
ａ‥‥軸線
ａ１‥‥軸線
ａ２‥‥軸線
ｇ１‥‥隙間
ｇ２‥‥隙間
α１‥‥方向
α２‥‥方向
β１‥‥方向
β２‥‥方向

Claims (10)

1. 基準面に沿った板状をなし、前記基準面の法線に沿った方向に駆動振動する第１質量部および第２質量部と、
   第１支持部と、
   前記第１質量部と前記第１支持部とを接続している第１梁部と、
   第２支持部と、
   前記第２質量部と前記第２支持部とを接続している第２梁部と、
   一端部が前記第１質量部の内側の部分に接続され、他端部が前記第２質量部の内側の部分に接続されている連結部と、
   を備え、
   前記第１質量部は、前記連結部の前記一端部が接続されている第１変形容易部を有し、
   前記第２質量部は、前記連結部の前記他端部が接続されている第２変形容易部を有し、
   前記第１変形容易部および前記第２変形容易部は、それぞれ、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１質量部と前記第２質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延び、
   前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１変形容易部および前記第２変形容易部のそれぞれの幅は、前記連結部の幅よりも狭いことを特徴とする物理量センサー素子。
2. 基準面に沿った板状をなし、前記基準面の法線に沿った方向に駆動振動する第１質量部および第２質量部と、
   第１支持部と、
   前記第１質量部と前記第１支持部とを接続している第１梁部と、
   第２支持部と、
   前記第２質量部と前記第２支持部とを接続している第２梁部と、
   一端部が前記第１質量部の内側の部分に接続され、他端部が前記第２質量部の内側の部分に接続されている連結部と、
   を備え、
   前記第１質量部は、前記連結部の前記一端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第１質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第１変形容易部を有し、
   前記第２質量部は、前記連結部の前記他端部が接続されていて、前記基準面に対する前記第２質量部の姿勢の変化を低減するように変形可能な第２変形容易部を有することを特徴とする物理量センサー素子。
3. 前記第１質量部は、前記第１変形容易部が配置されている第１隙間部を有し、
   前記第２質量部は、前記第２変形容易部が配置されている第２隙間部を有する請求項１または２に記載の物理量センサー素子。
4. 前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１質量部と前記第２質量部との間に配置されていて、前記第１質量部と前記第２質量部とが並ぶ方向に対して交差する方向に沿って延びている支持梁部を備え、
   前記連結部の途中が前記支持梁部に支持されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサー素子。
5. 前記基準面に沿って配置されている基板と、
   前記基板に固定されている第１固定部および第２固定部と、
   前記第１固定部と前記第１支持部とを接続している第３梁部と、
   前記第２固定部と前記第２支持部とを接続している第４梁部と、
   前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第１質量部に重なる位置に設けられている第１電極と、
   前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で前記第２質量部に重なる位置に設けられている第２電極と、
   を備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサー素子。
6. 前記基板に固定されていて、前記第１支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第１検出電極と、
   前記基板に固定されていて、前記第２支持部の前記基準面に沿った方向の振動を検出する第２検出電極と、
   を備える請求項５に記載の物理量センサー素子。
7. 前記第１変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第１質量部の重心を含む位置に配置され、
   前記第２変形容易部は、前記基準面の法線に沿った方向から見た平面視で、前記第２質量部の重心を含む位置に配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサー素子。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー素子と、
   前記物理量センサー素子を収納しているパッケージと、を備えていることを特徴とする物理量センサー。
9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする電子機器。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー素子を備えていることを特徴とする移動体。

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