JP6903610B2

JP6903610B2 - 共振器およびそれを含む装置

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Inventors: 民雄池橋
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Description

本発明の実施形態は共振器およびそれを含む装置に関する。

ＭＥＭＳ技術を用いて形成されたデバイスの一つとして、ＭＥＭＳ共振器が知られている。ディスク状の振動子を用いたＭＥＭＳ共振器は高い対称性を有することから角度直接検出型ジャイロに向いている。中央に開口がある形状(ドーナッツ形状)の振動子は、単一のアンカー部および複数のばね部を用いて基板上に保持できる。

しかし、単一アンカーのドーナッツ形状の振動子を用いた場合、ジャイロ動作に使用するメインモードの振動の他に、スプリアスモードの振動（共振器の本来の共振とは異なる不要な振動）が発生しやすい。スプリアスモードが発生すると、メインモードの振動のＱ値は低下する。

D. Vatanparvar, et al, Proc. Inertial 2018, p.171-173

本発明の目的は、スプリアスモードとの結合によるメインモードのＱ値の低下を抑制できる共振器を提供することにある。

実施形態の共振器は、振動子と、前記振動子が第１のモードで振動しているときに、前記第１のモードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰させる減衰機構とを含む。
実施形態の装置は、上記共振器を含む。

図１は第１の実施形態に係る共振器を模試的に示す平面図である。図２は図１の２−２断面図である。図３は外面ねじれモードによる容量変化を示す図である。図４は第１モードの振動エネルギーのロスがスプリアスモードのＱ値にどのように影響されるかをグラフ化したものである。図５は面内並進モードのＱ値の低下を抑制する方法を説明するための図である。図６は第２の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図７は第３の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図８は第４の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図９は第５の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図１０は第６の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図１１は第７の実施形態に係る共振器を模試的に示す平面図である。図１２は第８の実施形態に係る装置を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図面は、模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は、必ずしも現実のものと同一であるとは限らない。図面において、同一符号は同一または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。また、簡略化のために、同一または相当部分があっても符号を付さない場合もある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る共振器１を模試的に示す平面図である。図２は、図１の２−２断面図である。
共振器１は、図２に示すように、基板１０およびアンカー部２０を含んでいる。基板１０は、半導体基板（不図示）とその上に設けられた絶縁膜（不図示）を含んでいる。半導体基板は例えばシリコン基板であり、絶縁膜は例えばシリコン酸化膜である。アンカー部２０は基板１０の上記絶縁膜上に設けられている。

共振器１は、さらに、基板１０の上方に配置され、ディスク状の形状を有する振動子３０と、振動子３０とアンカー部２０とを接続するばね部３１とを含んでいる。なお、図１の平面図においてはばね部３１はバネ状に描いているが、図２の断面図においてはばね部３１は簡単のために直線状に描いている。また、図２以外の断面図においてもばね部３１は簡単のために直線状に描いている。

振動子３０は面内に配置され、メインモードである面内並進モード（第１のモード）で振動するように構成されている。面内並進モードの共振周波数は、例えば、１０ｋＨｚのオーダーである。
振動子３０は開口２を有する。図１において、参照符号３は開口２を規定する振動子３０に設けられた内壁を示している。振動子３０の上方から見て、アンカー部２０は開口２内に配置されている。ばね部３１の一端は内壁３に接続されており、ばね部３１の他端はアンカー部２０に接続されている。

なお、本実施形態では振動子３０はディスク状の形状を有するが、他の形状（例えば四角形）でも構わない。また、
共振器１は、さらに、基板１０上に設けられた複数の下部電極２１〜２８と、下部電極２１，２２に接続された制御部４１と、下部電極２３，２４に接続された制御部４２と、下部電極２５，２６に接続された制御部４３と、下部電極２７，２８に接続された制御部４４とを含む。下部電極２１〜２８および制御部４１〜４４は、振動子３０が面内並進モードで振動しているときに、面内並進モードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰する機能を有する。

複数の下部電極２１〜２８は、図１に示すように、アンカー部２０を中心にして放射状に配置されている。下部電極（第１の電極）２１および下部電極（第２の電極）２２は、振動子３０の上方から見て、アンカー部２０を介して互いに対向するように配置されるとともに、振動子３０の下方に配置されている。その結果、下部電極２１、下部電極２２および振動子３は一対のキャパシタを構成する。同様に、下部電極２３、下部電極２４および振動子３０は一対のキャパシタを構成し、下部電極２５、下部電極２６および振動子３０は一対のキャパシタを構成し、そして、下部電極２７、下部電極２８および振動子３０は一対のキャパシタを構成している。本実施形態では下部電極の個数は８であるが、その個数は偶数であれば特に限定はない。

以下、下部電極２１と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２１、下部電極２２と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２２、下部電極２３と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２３、下部電極２４と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２４、下部電極２５と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２５、下部電極２６と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２６、下部電極２７と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２７、下部電極２８と振動子３０との間の容量を容量Ｃ２８という。

制御部４１は、容量Ｃ２１の値と容量Ｃ２２の値との差を一定の範囲内に収めるように制御するように構成されている。制御部４２は、容量Ｃ２３の値と容量Ｃ２４の値との差を上記一定の範囲内に収めるように制御するように構成されている。制御部４３は、容量Ｃ２５の値と容量Ｃ２６の値との差を上記一定の範囲内に収めるように制御するように構成されている。制御部４４は、容量Ｃ２７の値と容量Ｃ２８の値との差を上記一定の範囲内に収めるように制御するように構成されている。すなわち、制御部４１〜４４は容量Ｃ２１〜Ｃ２８の値の変化を抑制する。

振動子３０が面内並進モードで振動している場合において、スプリアスモードが発生しないときは、振動子３０の面内並進モードの振動エネルギーは低下せず、並進モードのＱ値（Quality factor）は低下しない。この場合、容量Ｃ２１〜Ｃ２８の値は同じである。本実施形態では、スプリアスモードは面外ねじりモードとする。

一方、振動子３０が面内並進モードで振動している場合において、面外ねじりモードが発生し、当該面外ねじりモードが面内並進モードに機械的に結合したときは、並進モードの振動のエネルギーの一部がスプリアスモードの振動に用いられ、並進モードのＱ値は低下する。この場合、容量Ｃ２１〜Ｃ２８の値に変化が生じる。図３は、図２の断面図に示される振動子３０に面外ねじりモードが生じ、容量Ｃ２１の値が容量Ｃ２２の値とは異なった例を模試的に示している。

本実施形態では、制御部４１〜４４により容量Ｃ２１〜Ｃ２８の値の変化は抑制され、面内並進モードに機械的に結合した面外ねじりモードの振動は選択的に抑制される。したがって、並進モードの振動のエネルギーの一部がスプリアスモードの振動に用いられることは抑制され、面外ねじりモードとの結合による並進モードのＱ値の低下は抑制される。

本実施形態の減衰機構の有効性をモデルを用いて説明する。メインモードで振動する振動子の変位をｘ、スプリアスモードで振動する振動子の変位をｙとすると、両者の結合は下記の運動方程式で表現できる。

ここで、ｂ_１およびｂ_２は減衰係数、ω_１およびω_２は角周波数、ω_ｑはメインモードとスプリアスモードとの間の機械結合を表す。
図４は、第１モードの共振周波数を２０ｋＨｚ、メインモードのＱ値を１００００、ω_ｑ／ω_１＝０．０１としたときに、メインモードの振動エネルギーのロスがスプリアスモードのＱ値にどのように影響されるかをグラフ化したものである。縦軸は振動子の振動エネルギーが５％減衰するまでの時間（減衰時間）を示している。減衰時間はメインモードのＱ値に比例する。

図４から分かるように、スプリアスモードのＱ値が十分低いと、Δｆ（メインモードの共振周波数とスプリアスモードの共振周波数との差に対応するパラメータ）の値によらずに、つまり、Δｆを大きくせずに、メインモードのロスを抑制できることが分かる。スプリアスモードのＱ値は少なくともＱ＜１の過減衰状態にある必要があり、Ｑ＜０．０１となっていることが望ましい。なお、メインモードの共振周波数をｆ１、スプリアスモードの共振周波数をｆｓとすると、Δｆはｆ１−ｆｓとなる。

上記の解析から分かるように、減衰機構でスプリアスモードのＱ値を低減すれば、メインモードのＱ値の低減（振動エネルギーの低減）を抑制できる。
ところで、メインモードのＱ値の低減を抑制する他の手段としては、Δｆを大きくすることが考えられる。しかしながら、全てのスプリアスモードとの間のΔｆを同時に大きくすることは困難である。さらに別の手段としては、機械結合（ω_ｑ）を無くすことが考えられる。しかしながら、機械結合は製造ばらつきに起因して不可避的に発生するため、完全に無くすことは困難である。

本実施形態では、振動子３０に対して下に配置された下部電極２１〜２８を用いたが、下部電極２１〜２８の代わりに振動子３０上に配置された複数の上部電極を用いても構わない。
犠牲膜を用いたプロセスを用いて共振器１を製造する場合、図５に示すように、振動子３０は貫通孔３５を有する。この場合、面内並進モードの振動（並進運動）中に、振動子３０と下部電極２１とのオーバーラップ面積が変化しないようにして、面内並進モードのＱ値の低下を抑制することが好ましい。そのためには、並進運動の変位振幅をΔｘ、貫通孔３５のエッジから下部電極２１のエッジまでの距離をΔＬとすると、Δｘ＜ΔＬとなるように共振器１を設計する。振動子３０と下部電極２２とのオーバーラップ面積も同様に変化しないようにする。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図６は、第１の実施形態の図２の断面図に対応する。
本実施形態では、アクティブタイプ（フィードバックタイプ）の減衰機構を用いた共振器１について説明する。スプリアスモードは面外ねじりモードである。

本実施形態の減衰機構は、基板１０上に設けられた下部電極２１、下部電極２１ａ、下部電極２２および下部電極２２ａを含む。下部電極２１ａは下部電極２１側に配置されている。下部電極２２ａは下部電極２２側に配置されている。下部電極２２ａは、基板１０の上方から見て、アンカー部２０を介して下部電極２１ａと対向する位置に配置されている。減衰機構は、さらに、容量差取得回路３６、微分回路３７およびフィードバック（ＦＢ）電圧発生回路３８を含む。

容量差取得回路３６は下部電極２１および下部電極２２に接続されている。容量差取得回路３６は容量Ｃ２１の値および容量Ｃ２２の値を測定し、その値の差（容量差）を取得する。当該容量差は、例えば、測定した容量Ｃ２１の値から測定した容量Ｃ２２の値を引くことにより取得される。上記容量差は必ずしも一定ではなく、面外ねじりモードが発生し、当該面外ねじりモードが面内並進モードに機械的に結合すると、上記容量差は時間の経過とともに変化する。容量差取得回路３６は、上記容量差に対応する信号（第１の出力信号）を出力する。

微分回路３７は第１の出力信号を微分（時間微分）する。微分回路３７は第１の出力信号の導関数に対応する信号（第２の出力信号）を出力する。スプリアスモードのＱ値は微分回路３７で調整できる。
ＦＢ電圧発生回路３８は、第２の出力信号に基づいて、下部電極２１ａと下部電極２２ａとの間に印加する制御電圧を発生する。当該制御電圧は、容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との差が一定の範囲内に収まるようにするためのフィードバック信号である。

したがって、面外ねじりモードが面内並進モードに機械的に結合し、容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との間に差が生じても当該差は一定の範囲内に収まり、面外ねじりモードの振動を減衰できるので、面外ねじりモードとの結合による並進モードのＱ値の低下を抑制できる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図７は、第１の実施形態の図２の断面図に対応する。
本実施形態では、パッシブタイプの減衰機構を用いた共振器１について説明する。スプリアスモードは面外ねじりモードである。

本実施形態の減衰機構は、基板１０上に設けられた下部電極２１および下部電極２２、ならびに、下部電極２１および下部電極２２に接続されたダンパー回路５０を含む。
ダンパー回路５０は、第１の抵抗素子５１、第２の抵抗素子５２および電源５３を含む。第１の抵抗素子５１の一端は下部電極２１に接続され、第１の抵抗素子５１の他端は電源５３に接続されている。第２の抵抗素子５２の一端は下部電極２２に接続され、第２の抵抗素子５２の他端は電源５３に接続されている。

容量Ｃ２１の値が変化すると、その差に応じた電荷が下部電極２１に発生し、当該電荷は第１の抵抗素子５１を流れて熱エネルギーに変換化される。その結果、容量Ｃ２１の値は変化前の元の値にほぼ戻る。一方、容量Ｃ２２の値が変化すると、その差に応じた電荷が下部電極２２に発生し、当該電荷は第２の抵抗素子５２を流れて熱エネルギーに変換化される。その結果、容量Ｃ２１の値は変化前の元の値にほぼ戻る。そのため、面外ねじりモードが面内並進モードに機械的に結合し、容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との間に差が生じても、容量Ｃ２１の値および容量Ｃ２２の値はそれぞれ変化前の元の値にほぼ戻る。これにより、面外ねじりモードの振動を減衰でき、面外ねじりモードとの結合による並進モードのＱ値の低下を抑制できる。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図８は、第１の実施形態の図２の断面図に対応する。
本実施形態では、パッシブタイプの減衰機構を用いた共振器１について説明する。スプリアスモードは面外ねじりモードである。

本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、各下部電極毎にダンパー回路を設けたことにある。図８には、下部電極２１に設けられたダンパー回路５０ａ、および、下部電極２２に設けられたダンパー回路５０ｂが示されている。ダンパー回路５０ａは第１の抵抗素子５１および電源５３を含む。第１の抵抗素子５１の一端は下部電極２１に接続され、第１の抵抗素子５１の他端は電源５３に接続さている。ダンパー回路５０ｂは第２の抵抗素子５２および電源５３を含む。第２の抵抗素子５２の一端は下部電極２２に接続され、第２の抵抗素子５２の他端は電源５３に接続さている。本実施形態でも第３の実施形態と同様の効果が得られる。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図９は、第１の実施形態の図２の断面図に対応する。
本実施形態では、下部電極の代わりに圧電膜を含む減衰機構を用いた共振器１について説明する。スプリアスモードは面外ねじりモードである。

本実施形態の減衰機構は、第１の圧電膜６１、第２の圧電膜６２、第３の圧電膜６３、第４の圧電膜６４、第１の制御部４１ａおよび第２の制御部４１ｂを含む。
第１の圧電膜６１は、振動子３０の下面に設けられている。第２の圧電膜６２は、振動子３０の上面に設けられているとともに、第１の圧電膜６１と対向する位置に配置されている。第３の圧電膜６３は、振動子３０の下面に設けられているとともに、アンカー部２０を介して第１の圧電膜６１と対向する位置に配置されている。第４の圧電膜６４は、振動子３０の上面上に設けられているとともに、第３の圧電膜６３と対向する位置に配置されている。

第１の制御部４１ａは第１の圧電膜６１および第２の圧電膜６２に接続されている。第２の制御部４１ｂは第３の圧電膜６３および第２の圧電膜６２に接続されている。
面外ねじりモードが発生し、当該面外ねじりモードが面内並進モードに機械的に結合すると、第１の圧電膜６１〜第４の圧電膜６４に歪みが生じ、第１の圧電膜６１〜第４の圧電膜６４に電荷が発生する。このような電荷の発生によって、第１の圧電膜６１と第２の圧電膜６２との間に電位差（第１の電位差）が生じ、第３の圧電膜６３と第４の圧電膜６４との間に電位差（第２の電位差）が生じる。

第１の制御部４１ａは、第１の電位差が一定の範囲内に収まるように、第１の圧電膜６１および第２の圧電膜６２に発生した電荷を制御する。第２の制御部４１ｂは、第２の電位差が一定の範囲内に収まるように、第３の圧電膜６３および第４の圧電膜６４に発生した電荷を制御する。

第１の制御部４１ａおよび第２の制御部４１ｂとしては、例えば、図８に示したダンパー回路４０を用いる。この場合、第１の圧電膜６１〜第４の圧電膜６４に発生した電荷はダンパー回路４０に逃げて熱エネルギーに変換され、第１の電位差および第２の電位差はほぼゼロになる。これにより、面外ねじりモードとの結合による並進モードのＱ値の低下は抑制される。

（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態に係る共振器を模試的に示す断面図である。図１０は、第１の実施形態の図２の断面図に対応する。
本実施形態では、スプリアスモードが面外並進モードの場合について説明する。図９において、参照符号７０は共振器１を封止するとともに、基板１０とともに共振器１が作動するための空洞７１を構成する蓋体を示している。

空洞７１の上壁７２には第１の上部電極８１および第２の上部電極８２が設けられている。第１の上部電極８１は、振動子３０を介して、下部電極２１と対向する位置に配置されている。第２の上部電極８２は、振動子３０を介して、下部電極２２と対向する位置に配置されている。下部電極２１、下部電極２２、第１の上部電極８１および第２の上部電極８２は制御部４１に接続されている。

面外並進モードの場合、振動子３０は破線で示すように上側に変位する。このような変位が振動子３０に生じると、下部電極２１と振動子３０との間の容量（第１の容量）は、上部電極８１と振動子３０との間の容量（第２の容量）とは異なる。同様に、下部電極２２と振動子３０との間の容量（第３の容量）は、上部電極８２と振動子３０との間の容量（第４の容量）とは異なる。

制御部４１は、第１の容量と第２の容量との差が一定範囲内に収まるように、第１の容量および第２の容量を制御し、そして、第３の容量と第４の容量との差が一定範囲内に収まるように、第３の容量および第４の容量を制御する。これにより、振動子３０が面内並進モードで振動している場合において、面外並進モードが発生し、当該面外並進モードが面内並進モードに機械的に結合したときでも、面外並進モードの振動を減衰できるので、面外並進モードとの結合による並進モードのＱ値の低下を抑制できる。

（第７の実施形態）
図１１は、第７の実施形態に係る共振器１を模試的に示す平面図である。
本実施形態では、スプリアスモードが面内回転モードの場合について説明する。図１１において、参照符号８５は、振動子３０から離間して配置されるとともに、振動子３０の外周の一部に沿って配置された外周電極を示している。図１１では、外周電極８５の個数は４であるが、その個数は４には限定されない。外周電極８５は接続電極８６により振動子３０に接続されている。

外周電極８５の外側には外周電極８５の一部分と対向する第１の電極９１が設けられている。さらには、外周電極８５の外側には外周電極８５の一部分と対向する第２の電極９２が設けられている。
面外並進モードがない場合、外周電極８５と第１の電極９１との間の容量（第１の容量）は、外周電極８５と第２の電極９２との間の容量（第２の容量）と同じである。一方、面外並進モードが発生した場合、振動子３０は破線で示すように一定の角度範囲で回転する。このような回転が振動子３０に生じると、第１の容量および第２の容量は変化する。

制御部４１は、第１の容量と第２の容量との差が一定範囲内に収まるように、第１の容量および第２の容量を制御する。これにより、振動子３０が面内並進モードで振動している場合において、面内回転モードが発生し、当該面内回転モードが面内並進モードに機械的に結合したときでも、面内回転モードの振動を減衰でき、面内回転モードとのけつごうによる並進モードのＱ値の低下を抑制できる。

（第８の実施形態）
図１２は、第８の実施形態に係る装置１０１を示すブロック図である。
装置１０１は、第１ないし第７の実施形態のいずれかの共振器１を含む。共振器１はクオーツを用いた共振器よりも精度が高いので、共振器１は種々の装置（電子機器、電気機器）に適用可能である。例えば、装置１０１は、ＩＣの基準クロックを発生するクロック回路、当該クロック回路を含む装置、または、ジャイロである。

上述した実施形態の上位概念、中位概念および下位概念の一部または全て、および、上述していないその他の実施形態は、例えば、以下の付記１−１５、および、付記１−１５の任意の組合せ（明らかに矛盾する組合せは除く）で表現できる。
［付記１］
振動子と、
前記振動子が第１のモードで振動しているときに、前記第１のモードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰させる減衰機構と
を具備する共振器。
［付記２］
前記減衰機構は、前記Ｑ値を１以下にする付記１に記載の共振器。
［付記３］
基板、前記基板上に設けられたアンカー部、および、ばね部をさらに具備し、
前記振動子は前記基板の上方に配置されるとともに、前記ばね部を介して前記アンカー部に接続される付記１または２に記載の共振器。
［付記４］
前記振動子は開口を有し、
前記振動子の上方から見て、前記アンカー部は前記開口内に配置され、
前記ばね部の一端は前記開口を規定する内壁に接続され、前記ばね部の他端は前記アンカー部に接続され、
前記減衰機構は、
前記基板上に設けられ第１の電極と、
前記基板上に設けられた第２の電極であって、前記アンカー部を介して前記第１の電極と対向する位置に配置された第２の電極と、
前記振動子と前記第１の電極との間の第１の容量と、前記振動子と前記第２の電極との間の第２の容量との差が一定の範囲内に収まるように、前記第１の容量および前記第２の容量を制御する制御部と
を具備する付記１ないし３のいずれかに記載の共振器。
［付記５］
前記減衰機構は、
前記基板上に設けられ、前記第１の電極側に配置された第３の電極と、
前記基板上に設けられ、前記第２の電極側に配置され、前記アンカー部を介して前記第３の電極と対向する位置に配置された第４の電極とをさらに具備し、
前記制御部は、
前記第１の容量と前記第２の容量との差を取得する取得回路と、
前記取得回路からの第１の出力信号を微分する微分回路と、
前記微分回路からの第２の出力信号に基づいて、前記第３の電極と前記第４の電極との間に印加する電圧を発生する電圧発生回路であって、前記電圧は前記第１の容量と前記第２の容量との前記差を前記一定の範囲内に収めるための制御電圧である電圧発生回路と
を具備する付記４に記載の共振器。
［付記６］
前記制御部は、前記第１の電極および前記第２の電極に接続されたダンパー回路を含む付記４に記載の共振器。
［付記７］
前記減衰機構は、前記第１の電極に接続された第１のダンパー回路と、前記第２の電極に接続された第２のダンパー回路とを含む付記４に記載の共振器。
［付記８］
前記減衰機構は、
前記振動子の下面に設けられた第１の圧電膜と、
前記振動子の上面に設けられ、前記第１の圧電膜と対向する第２の圧電膜と、
前記振動子の下面に設けられた第３の圧電膜であって、前記アンカー部を介して前記第１の圧電膜と対向する位置に配置された第３の圧電膜と、
前記振動子の上面に設けられ、前記第３の圧電膜と対向する第４の圧電膜と、
前記第１の圧電膜と前記第２の圧電膜との間の第１の電位差と、前記第３の圧電膜と前記第４の圧電膜との間の第２の電圧差が一定の範囲内になるように、前記第１の電位差および前記第２の電位差を制御する制御部と
を具備する付記１ないし３のいずれかに記載の共振器。
［付記９］
前記振動子は開口を有し、
前記振動子の上方から見て、前記アンカー部は前記開口内に配置され、
前記ばね部の一端は前記開口を規定する内壁に接続され、前記ばね部の他端は前記アンカー部に接続され、
前記減衰機構は、
前記基板上に設けられた第１の下部電極と、
前記基板上に設けられた第２の下部電極であって、前記アンカー部を介して前記第１の下部電極と対向する位置に配置された第２の下部電極と、
前記振動子の上方に配置され、前記第１の下部電極と対向する第１の上部電極と、
前記振動子の上方に配置され、前記第２の下部電極と対向する第２の上部電極と、
前記第１の下部電極と前記振動子との間の第１の容量と、前記第１の上部電極と前記振動子との間の第２の容量との差が一定の範囲内になり、かつ、
前記第２の下部電極と前記振動子との間の第３の容量と、前記第２の上部電極と前記振動子との間の第４の容量との差が一定の範囲内に収まるように、前記第１の容量、前記第２の容量、前記第３の容量および前記第３の容量を制御する制御部と
を具備する付記１ないし３のいずれかに記載の共振器。
［付記１０］
前記振動子は開口を有し、
前記振動子の上方から見て、前記アンカー部は前記開口内に配置され、
前記ばね部の一端は前記開口を規定する内壁に接続され、前記ばね部の他端は前記アンカー部に接続され、
前記減衰機構は、
前記振動子の上方から見て、前記振動子から離間して配置されるとともに、前記振動子の外周の一部に沿って配置され、前記振動子に電気的に接続された外周電極と、
前記外周電極の一部と対向する第１の電極と、
前記外周電極の一部と対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記外周電極との間の第１の容量と、前記第２の電極と前記外周電極との間の第２の容量との差が一定の範囲内に収まるように、前記第１の容量および前記第２の容量を制御する制御部と
を具備する付記１ないし３のいずれかに記載の共振器。
［付記１１］
前記外周電極と前記振動子とを接続する接続電極をさらに具備する付記１０に記載の共振器。
［付記１２］
前記振動子は、ディスク状の形状を有する付記１ないし１１のいずれかに記載の共振器。
［付記１３］
前記第１のモードは、面内並進モードである付記１ないし１２のいずれかに記載の共振器。
［付記１４］
前記スプリアスモードは、面外ねじりモード、面外並進モードまたは面内回転モードである付記１３に記載の共振器。
［付記１５］
付記１ないし１４のいずれかに記載の共振器を含む装置。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…共振器、１０…基板、２０…アンカー部、３０…振動子、３１…ばね部、３２…内壁、２１，２１ａ，２２，２２ａ，２３〜２８…下部電極、３１〜３４…制御部、３５…貫通孔、４１，４１ａ，４２，４２ａ，４３，４４…制御部、５０，５０ａ，５０ｂ…ダンパー回路、５１…第１の抵抗素子、５２…第２の抵抗素子、５３…電源、６１〜６４…圧電膜、７０…蓋体、７１…空洞、７２…上壁、８１，８２…上部電極、８５…外周電極、８６…接続電極、９１，９２…電極、１０１…装置。

Claims

第１の面を含む基板と、
前記第１の面に設けられたアンカー部と、
前記第１の面から第１の方向に離れて配置され、前記アンカー部に接続されたばね部と、
前記第１の面から前記第１の方向に離れて配置され、前記ばね部を介して前記アンカー部に接続された振動子と、
前記振動子が第１のモードで振動しているときに、前記第１のモードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰させる減衰機構と
を具備し、
前記振動子は開口および当該開口を規定する第２の面を含み、
前記振動子から前記第１の方向に離れた位置から前記アンカー部を見て、前記アンカー部は前記開口内に配置され、
前記ばね部の一端は前記第２の面に接続され、前記ばね部の他端は前記アンカー部に接続され、
前記減衰機構は、
前記第１の面に設けられた第１の電極と、
前記第１の面に設けられた第２の電極であって、前記アンカー部を介して前記第１の電極と対向する位置に配置された第２の電極と、
前記振動子と前記第１の電極との間の第１の容量と、前記振動子と前記第２の電極との間の第２の容量との差が一定の範囲内に収まるように、前記第１の容量および前記第２の容量を制御する制御部と
を具備する共振器。
第１の面を含む基板と、
前記第１の面に設けられたアンカー部と、
前記第１の面から第１の方向に離れて配置され、前記アンカー部に接続されたばね部と、
前記第１の面から前記第１の方向に離れて配置され、前記ばね部を介して前記アンカー部に接続された振動子と、
前記振動子が第１のモードで振動しているときに、前記第１のモードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰させる減衰機構と
を具備し、
前記振動子は開口および当該開口を規定する第２の面を含み、
前記振動子から前記第１の方向に離れた位置から前記アンカー部を見て、前記アンカー部は前記開口内に配置され、
前記ばね部の一端は前記第２の面に接続され、前記ばね部の他端は前記アンカー部に接続され、
前記減衰機構は、
前記第１の面に設けられた第１の電極と、
前記第１の面に設けられた第２の電極であって、前記アンカー部を介して前記第１の電極と対向する位置に配置された第２の電極と、
前記振動子と前記第１の電極との間の第１の容量、または、前記振動子と前記第２の電極との間の第２の容量が予め決められた範囲内に入るように、前記第１の容量または前記第２の容量を制御する制御部と
を具備する共振器。
前記減衰機構は、Ｑ値を１以下にする請求項１または２に記載の共振器。
前記減衰機構は、
前記第１の面に設けられ、前記第１の電極側に配置された第３の電極と、
前記第１の面に設けられ、前記第２の電極側に配置され、前記アンカー部を介して前記第３の電極と対向する位置に配置された第４の電極とをさらに具備し、
前記制御部は、
前記第１の容量と前記第２の容量との差を取得する取得回路と、
前記取得回路からの第１の出力信号を微分する微分回路と、
前記微分回路からの第２の出力信号に基づいて、前記第３の電極と前記第４の電極との間に印加する電圧を発生する電圧発生回路であって、前記電圧は前記第１の容量と前記第２の容量との前記差を前記一定の範囲内に収めるための制御電圧である電圧発生回路と
を具備する請求項１に記載の共振器。
前記制御部は、前記第１の電極および前記第２の電極に接続されたダンパー回路を含む請求項１ないし３のいずれかに記載の共振器。
前記減衰機構は、前記第１の電極に接続された第１のダンパー回路と、前記第２の電極に接続された第２のダンパー回路とを含む請求項１ないし３のいずれかに記載の共振器。
第１の面を含む基板と、
前記第１の面に設けられたアンカー部と、
前記第１の面から第１の方向に離れて配置され、前記アンカー部に接続されたばね部と、
前記第１の面から前記第１の方向に離れて配置され、前記ばね部を介して前記アンカー部に接続された振動子と、
前記振動子が第１のモードで振動しているときに、前記第１のモードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰させる減衰機構と
を具備し、
前記振動子は、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第２の面と反対側の第３の面とを含み、
前記減衰機構は、
前記第２の面に設けられた第１の圧電膜と、
前記第３の面に設けられ、前記第１の圧電膜と対向する第２の圧電膜と、
前記第２の面に設けられた第３の圧電膜であって、前記アンカー部を介して前記第１の圧電膜と対向する位置に配置された第３の圧電膜と、
前記第３の面に設けられ、前記第３の圧電膜と対向する第４の圧電膜と、
前記第１の圧電膜と前記第２の圧電膜との間の第１の電位差と、前記第３の圧電膜と前記第４の圧電膜との間の第２の電位差が一定の範囲内になるように、前記第１の電位差および前記第２の電位差を制御する制御部と
を具備する共振器。
第１の面を含む基板と、
前記第１の面に設けられたアンカー部と、
前記第１の面から第１の方向に離れて配置され、前記アンカー部に接続されたばね部と、
前記第１の面から前記第１の方向に離れて配置され、前記ばね部を介して前記アンカー部に接続された振動子と、
前記振動子が第１のモードで振動しているときに、前記第１のモードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰させる減衰機構と
を具備し、
前記振動子は開口をおよび当該開口を規定する第２の面を含み、
前記振動子から前記第１の方向に離れた位置から前記アンカー部を見て、前記アンカー部は前記開口内に配置され、
前記ばね部の一端は前記第２の面に接続され、前記ばね部の他端は前記アンカー部に接続され、
前記減衰機構は、
前記第１の面に設けられた第１の下部電極と、
前記第１の面に設けられた第２の下部電極であって、前記アンカー部を介して前記第１の下部電極と対向する位置に配置された第２の下部電極と、
前記振動子から前記第１の方向に離れて配置され、前記第１の下部電極と対向する第１の上部電極と、
前記振動子から前記第１の方向に離れて配置され、前記第２の下部電極と対向する第２の上部電極と、
前記第１の下部電極と前記振動子との間の第１の容量と、前記第１の上部電極と前記振動子との間の第２の容量との差が一定の範囲内になり、かつ、
前記第２の下部電極と前記振動子との間の第３の容量と、前記第２の上部電極と前記振動子との間の第４の容量との差が一定の範囲内に収まるように、前記第１の容量、前記第２の容量、前記第３の容量および前記第３の容量を制御する制御部と
を具備する共振器。
第１の面を含む基板と、
前記第１の面に設けられたアンカー部と、
前記第１の面から第１の方向に離れて配置され、前記アンカー部に接続されたばね部と、
前記第１の面から前記第１の方向に離れて配置され、前記ばね部を介して前記アンカー部に接続された振動子と、
前記振動子が第１のモードで振動しているときに、前記第１のモードに機械的に結合されたスプリアスモードの振動を選択的に減衰させる減衰機構と
を具備し、
前記振動子は開口および当該開口を規定する第２の面を含み、
前記振動子から前記第１の方向に離れた位置から前記アンカー部を見て、前記アンカー部は前記開口内に配置され、
前記ばね部の一端は前記第２の面に接続され、前記ばね部の他端は前記アンカー部に接続され、
前記減衰機構は、
前記振動子から前記第１の方向に離れた位置から前記振動子を見て、前記振動子から第２の方向に離れて配置されるとともに、前記振動子の外周の一部に沿って配置され、前記振動子に電気的に接続された外周電極と、
前記外周電極の一部と対向する第１の電極と、
前記外周電極の一部と対向する第２の電極と、
前記第１の電極と前記外周電極との間の第１の容量と、前記第２の電極と前記外周電極との間の第２の容量との差が一定の範囲内に収まるように、前記第１の容量および前記第２の容量を制御する制御部と
を具備する共振器。
前記外周電極と前記振動子とを接続する接続電極をさらに具備する請求項９に記載の共振器。
前記振動子は、ディスク状の形状を有する請求項１ないし１０のいずれかに記載の共振器。
前記第１のモードは、面内並進モードである請求項１ないし１１のいずれかに記載の共振器。
前記スプリアスモードは、面外ねじりモード、面外並進モードまたは面内回転モードである請求項１２に記載の共振器。