単位共振子、単位共振子の調整方法、共振器、発振回路、発振器、送受信回路
【課題】加工後に周波数を調整できる単位共振子、単位共振子の調整方法、共振器、発振器、送受信回路を提供する。
【解決手段】基板と、固有の共振周波数で共振する振動部３と、振動部３において共振時に節領域となる位置を、振動部３の一方の側及び他方の側から支える支持部４ａ，４ｂと、支持部４ａ，４ｂを基板に固定する固定部５と、振動部３と支持部４ａ，４ｂとの接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有する構成とする。
【解決手段】基板と、固有の共振周波数で共振する振動部３と、振動部３において共振時に節領域となる位置を、振動部３の一方の側及び他方の側から支える支持部４ａ，４ｂと、支持部４ａ，４ｂを基板に固定する固定部５と、振動部３と支持部４ａ，４ｂとの接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的な共振を利用した単位共振子、単位共振子の調整方法、そして、この単位共振子を用いた共振器、発振回路、発振器、及び発振回路を備えた送受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の軽少短薄化を実現するために、電子機器内部の電子素子を小型化、軽量化するための技術開発が続けられている。例えば電子機器の機器内部の回路をＩＣチップ化することが、一般的かつ効果的な手法として用いられている。そして、薄型ＴＶや携帯電話の内部回路で見られるように、多くのＩＣを利用して回路規模を縮小化することが実現されている。
【０００３】
しかし、電子機器の中にはＩＣ化が実現されていない回路があり、それらは電子機器の小型化にとっての足枷となっている。例えば、ＩＦ帯フィルターや高精度発振器といった電気−機械エネルギー変換を利用するＲＦ部品は、物理サイズや材料選択範囲が要因となって、その機能をＳｉ基板上に形成したＩＣにすることはできていない。これまでに加工技術や実装技術の発展による小型化が進んでいるものの、市場のニーズに応えるほどではなく、高度に集積化されたＬＳＩやＩＣの外付け部品として、基板上で大きな場所を占めている。
【０００４】
これに対して、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が、部品サイズを一気に小型化薄化できるブレークスルー技術として注目されている。このＭＥＭＳ技術を用いたＭＥＭＳ発振器やＭＥＭＳフィルターの特徴は、既存の半導体プロセスを基本とした製造ラインで量産可能であることや、ＭＥＭＳ製品は通常のＳｉチップと同じ形態にできることである。よってＭＥＭＳ製品は、現行のフィルターや発振器に比較して圧倒的な小型薄化が可能となり、電子機器の小型化に貢献することが期待されている。
【０００５】
以下の非特許文献１によって、ＭＥＭＳフィルターや発振器の基本構成要素であるＭＥＭＳ共振器の従来技術を説明する。
図３０は非特許文献１に記載された、共振器の概略平面構成を示している。図３０Ａに示す共振器は、共振する振動部（いわゆるビーム）１０３と、振動部１０３を支え、かつ共振時の節の位置を決める支持部１０４と、支持部１０４を図示しない基板に固定する固定部１０５と、電気信号と振動部１０３の共振間のエネルギーを受け渡す場所となる入力電極１０８、出力電極１０９とから構成される。振動部１０３には、所要のＤＣバイアス電圧Ｖｐが印加される。振動部１０３は入力側（紙面下側）の入力電極１０８に印加された入力信号Ｖｉの中の共振周波数にのみ感応し、図３０Ｂに示すように振動部１０３と入力電極１０８間の静電気力によって共振運動する。同時に出力側（紙面上）の出力電極１０９には共振周波数の信号のみが透過していくので、当該共振器は電気信号から機械共振、機械共振から電気信号の順でエネルギーを変換しつつ、共振周波数のみを透過する電気素子である。ここで共振周波数は振動部１０３の長さ、幅、厚み、支持部１０４の間隔、そして、振動部１０３の材料であるＳｉの物性から定まる。このような共振器では、電気的には、図３０Ｃに示すような、抵抗Ｒｘ、コンデンサＣｘ、コイルＬｘが直列接続された直列共振回路が等価回路となる。
【０００６】
【非特許文献１】T.C.Nguyen at el.”Higher-Mode Free-Free Beam Micromechanical Resonator,” IEEE International Frequency Control Symposium, pp. 810-818,2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような非特許文献１に示された共振器は、ＭＥＭＳフィルターも発振器も桁違いに小型化できる他、現状品と同等以上の特性を提供できる技術である。しかし、小型であることと、高い周波数精度を有することを両立させるための技術が確立されていない。
【０００８】
例えばｐｐｍレベルの範囲で発振周波数を提供している水晶発振器では、水晶振動子に電極を形成した後、実際に共振周波数を計測しつつ振動子表面の電極膜を薄く削ることで周波数を調整し、高い周波数精度を達成する。ＭＥＭＳ共振器にも同様の工程を用いたいが、外形がｍｍ単位の水晶では可能でも、外形が数μｍのＭＥＭＳ共振子素子を加工するような技術は確立されていない。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑み、加工後に周波数を調整できる単位共振子、単位共振子の調整方法、共振器、発振回路、発振器、送受信回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の単位共振子は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部と、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の単位共振子では、振動部は、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支持部に支持されることにより、振動方向と交差する方向に支持部からの圧力が振動部に印加されている。そして、圧力制御機構により、この振動部に振動方向と交差する方向から接続部に印加される圧力が制御される。これにより共振周波数が調整される。
【００１２】
また、本発明の単位共振子の調整方法は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を支える、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支持部と、支持部を基板に固定する固定部とから構成される単位共振子の、支持部と振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、振動部の有効質量を変化させ、共振周波数を調整することを特徴とする。
【００１３】
本発明の単位共振子の調整方法では、支持部と振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、振動部において、振動に寄与する振動部の体積が変化し、振動部の有効質量が変化する。これにより、共振周波数が調整される。
【００１４】
また、本発明の共振器は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部と、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有する複数個の単位共振子から構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の共振器では、共振器を構成する単位共振子において、振動部は、振動方向と交差する方向から支持部により支持される。そして、圧力制御機構により、この振動部の振動方向と交差する方向から接続部に印加される圧力が制御される。これにより、共振器の共振周波数が調整される。
【００１６】
また、本発明の発振回路は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御することにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器を用いて構成されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の発振回路では、発振回路に組み込まれる共振器において、共振周波数の調整が精度良くなされる。
【００１８】
また、本発明の送受信回路では、周波数変換のための発振回路を有する送受信回路において、発振回路は、基板と固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、支持部を基板に固定する固定部とからなり、振動部と支持部との接続部に印加される圧力が制御されることにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器から構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の送受信回路では、送受信回路の発振回路に組み込まれた共振器が、圧力制御機構により、共振周波数を調整される構成を有しているので、送受信回路に組み込まれた状態においても、共振器の共振周波数が調整される。これにより、周波数精度が向上した送受信回路が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、単位共振子及び共振器の共振周波数を高精度に調整することができ、さらに、発振器、発信回路、及び送受信回路に組み込んだ後に、共振周波数の調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図２９を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
まず、図１〜図４を用いて、本発明の原理を説明する。図１Ａに後述する実施の形態が適用される共振器の概略構成図を示し、図１Ｂには、図１Ａの共振器を構成する単位共振子を示す。また、図２に、図１ＢにおけるＡ−Ａ線上に沿った断面構成を示す。後述する実施の形態で対象とする共振器は、マイクロスケール、ナノスケールの微小共振器である。図１に示す共振器１は、ＭＥＭＳ技術により形成される共振器である。
【００２３】
まず、共振器１を構成する単位共振子２は、図２に示すように、基板６と、固有の共振周波数で共振する振動部３と、前記振動部３において共振時に節領域となる位置を、振動部３の両側から、およそ対称的に支える支持部４ａ，４ｂと、振動部３と空間７を介して交差するように基板６上に固定された入力電極８及び出力電極９とから構成される。基板６は、少なくとも下部電極９が形成される表面が絶縁性を有した基板で形成される。例えば半導体基板上に絶縁膜が形成された基板、絶縁性のガラス基板などが用いられる。
【００２４】
この複数の単位共振子２が閉じた形状に配列され、かつ互いに隣接する単位共振子２の振動部３が連続して一体に形成されることにより、図１に示す共振器１が構成される。
そして、並列内の全ての単位共振子２は閉じた系の中心に対して点対称になるように、例えば円形をなす環状に配置される。この場合、閉じた形状の連続一体化された振動部３は、図１Ａに示すように、円形をなす環状に形成される。
【００２５】
各単位共振子２により環状に形成された共振器１においては、各単位共振子２の入力電極８は、円形の振動部３の内側に形成した同心円状の配線（いわゆる入力電極と共に入力信号線となる）１０に接続される。各単位共振子２の出力電極８は、円形の振動部３の外側に形成した同心円状の配線（いわゆる出力電極と共に入力信号線となる）１１に接続される。このとき、入力電極８の配線１０を外側に形成してもよいし、出力電極９の配線１１を内側に形成してもよい。
そして、入力側の同心円状の配線１０から内側に延長するように、電極パッドいわゆる入力端子ｔ１が導出され、出力側の同心円状の配線１１から外側に延長するように、電極パッド、いわゆる出力端子ｔ２が導出される。
【００２６】
このような、共振器１において、入力端子ｔ１から入力された交流信号により、直流バイアス電圧Ｖが印加された振動部３が、静電気力により外力を受ける。そして、振動部３は固有の共振周波数で振動する。振動部３において、振動部３を介して対向する支持部４ａ，４ｂ間に位置する振動部３は、振動部３の共振時に節領域となる。また、この単位共振子２は２次モードのたわみ振動を利用したものである。複数の単位共振子２は、振動部３における振動の腹、節が交互に並ぶように、円形に配列される。
【００２７】
図１に示す共振器１では、複数の単位共振子２が環状に配置されて構成されるので、並列化された共振器１全体と、単位共振子２との位置関係は、全ての単位共振子２において等しくなり、単位共振子２の構造的なばらつきが発生しがたい。また、各単位共振子２の振動部３にかかる応力も全て等しくなる。従って、個々の単位共振子２の特性のばらつきが抑えられ、並列化に伴うＱ値の低下を抑えることができる。そして、共振器１において、個々の単位共振子２と同等のＱ値を得ることができる。
【００２８】
ところで、図１に示す共振器１において、共振器１の加工後において、共振周波数を調整したいという要望がある。本発明者らの鋭意検討の結果、図３に示すように、支持部４ａ，４ｂと振動部５とのそれぞれの接続部１２に圧力を印加するという方法が見いだされた。
【００２９】
図３に、単位共振子２の振動部３が支持部４ａ，４ｂにより支持された部分を拡大して示す。振動部３の両側から支持部４ａ，４ｂに支持されている振動部３の領域は、節領域となる。振動の節は、図３に示す振動部３と支持部４ａ，４ｂが接続するそれぞれの接続部１２近傍に広がり、共振時に殆ど振動しない（共振運動に寄与しない）領域である。この振動部１２の領域の体積は支持部４ａ，４ｂの特性の影響を大きく受け、例えば支持部４ａ，４ｂを硬く、かつ、振動部３との接触面積を広く設計すると節領域を大きく取ることができる。
【００３０】
本願発明者らは、接続部１２を経由して振動部３に印加する支持部４ａ，４ｂからの圧力の増減で、共振周波数が増減する物理現象に着目した。
以下の説明において、支持部４ａ，４ｂが振動部３を押す力を正の圧力、振動部３が支持部４ａ，４ｂに引っ張られる力を負の圧力と定義する。この定義により、接続部が正の圧力を受ける時には共振周波数は上昇し、逆に負の圧力（=引張り）を受けるときには共振周波数は下降する。加圧によって支持部４ａ，４ｂに両側から支持された振動部３の節領域の体積が変化し、それに起因して、共振運動に寄与する振動部３の有効質量ｍが増減することが、この周波数変動の原理である。
【００３１】
共振周波数ｆｒは、図２に示した共振器１の単位共振子２の励振する共振モードの有効質量ｍとバネ定数ｋにより、以下の数１で示される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここで、αは、単位共振子の構造と励振した共振のモードによって決まる定数である。
数１によれば、振動部３のバネ定数ｋは、接続部１２に印加される圧力に比例して増大する。理想的な有効質量は、振動部３の密度ρ、長さ、幅、そして厚みから計算されるが、実際の共振運動には振動の節と呼ばれる領域が発生するために、計算値よりも小さい値に定まる。
【００３４】
上述した、接続部１２に印加される圧力と振動部３の有効質量ｍの関係と、数１に示される関係から、接続部３に印加される圧力と、共振周波数ｆｒの関係は、図４に示すようになる。すなわち、接続部１２に印加される圧力に比例して共振周波数ｆｒが大きくなる。また、接続部に印加される正の圧力と、有効質量ｍは反比例の関係にあるので、接続部に印加される正の圧力が大きくなると、振動に寄与する振動部３の有効質量ｍは減少する関係にある。
【００３５】
以下に示す実施の形態においては、この原理をもとに、支持部４ａ，４ｂと振動部３に接続部１２に圧力を印加するための具体的構成を示す。
【００３６】
［第１の実施形態］
図５に、本発明の第１の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図５Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図５Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００３７】
図５Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂに対向する基板６面上に電極１３が配置されている。そして、この電極１３は、電圧制御回路１４に接続されている。この電極１３と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂは、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１３とは異なる任意の電位に制御される。
【００３８】
図５Ａは、電極１３に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極１３に所望の電圧を供給し、電極１３と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂと、電極１３との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂがそれぞれ電極１３側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図５Ｂに示すように基板６側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図５Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００３９】
このように、電極１３と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂを変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００４０】
図６に、本実施形態例の単位共振子において、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力に対する共振周波数の関係を示す。図６において、図５Ａの初期状態をＡで示すと、図５Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される正の圧力が減少するので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向において、正の圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極１３に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図７に、本発明の第２の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図７Ａ，ＢＣも、図５と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図７Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、図２，５に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００４２】
図７Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂに対向する基板面上に、それぞれ複数の電極、本実施形態例では４つの電極１５が、固定部５から振動部３方向に順に配置されている。そして、この両側４つずつの電極１５は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極１５と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂは、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１５とは独立に電位を制御する回路を有している。図７においても、支持部４ａ，４ｂの電位を制御する回路の図示は省略する。
【００４３】
図７Ａは、全ての電極１５に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、図７Ｂに示すように、電圧制御回路１４により、一部の電極１５に所望の電圧を供給し、その電圧が供給された電極１５と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。図７Ｂに示す図においては、それぞれの固定部５側から２つの電極１５に電圧が供給されている例とする。そうすると、支持部４ａ，４ｂと、電圧が供給された電極１５との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂが電極１５側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図７Ｂに示すように基板６側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図７Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００４４】
次に、両側４つずつの電極１５の全てに電圧を印加し、全ての電極１５と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。そうすると、図７Ｃに示すように、両側４つずつの電極１５と、それぞれの支持部４ａ，４ｂとの間に、図７Ｂに示した例よりも大きな静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂが電極１５側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図７Ｃに示すように基板６側に引き寄せられる。そして、図７Ｃに示す例においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部に、矢印ｐ１で示す方向に、図７Ｂに示す例よりも大きな圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから、図７Ｂに示す例よりも絶対値の大きい負の圧力を受け、振動部３の有効質量がさらに増加する。
【００４５】
図８に、本実施形態例の単位共振子において、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力に対する共振周波数の関係を示す。図８において、図７Ａの初期状態をＡで示すと、図７Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、振動部３の有効質量が増加し、図８のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。さらに、図７Ｃにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図７Ｂに示す状態よりも減少するので、振動部３の有効質量がさらに増加し、図８のＣに示すように、共振周波数ｆｒもさらに減少する。
【００４６】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の励振する共振モードの有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から、供給される電極１５の個数を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数ｆｒを調整することができる。
【００４７】
本実施形態例においては、例として、両側に４つずつの電極１５を配置する構成としたが、電極１５の数は４つに限られるものではなく、必要に応じて、電極１５の数を複数個に増やすことができる。また、図７Ｂに示すように、複数の電極のうち一部分の電極に電圧を印加する場合は、振動部３と支持部４ａ，４ｂとの接続部に同一の圧力が印加されるようにするため、振動部３に対して対称な位置の電極に、同じ電圧を印加すればよい。
【００４８】
本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。選択する電極の数を増やすことで静電引力を強くすることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００４９】
［第３の実施形態例］
図９に、本発明の第３の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図９Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図９Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００５０】
図９Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂの上部であって、基板６側とは反対側の対向する位置に、支持部４ａ，４ｂと空間を介して電極１７が配置されている。そして、この電極１７は、電圧制御回路１４に接続されている。電極１７は、例えば、単位共振子を気密に封止するために設けられる上部基板となる封止膜１６に固定されて、形成される。この電極１７と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂは、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１７とは独立に電位を制御する回路を有している。図９においては、支持部４ａ，４ｂの電位を制御する回路の図示は省略する。
【００５１】
図９Ａは、電極１７に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子の状態を示している。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極１７に所望の電圧を供給し、電極１７と支持部４間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂと、電極１７との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂが電極１７側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図９Ｂに示すように基板６側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図９Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。そして、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００５２】
このように、電極１７と同支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂを変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００５３】
本実施形態例においても、図６において、図９Ａの初期状態をＡで示すと、図９Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、接続部に印加される圧力が減少し、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
【００５４】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。また、本実施形態例においても、電圧制御回路１４から電極１７に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００５５】
本実施形態例においては、電極１７は、封止膜１６に形成される例としたが、これに限られるものでは無く、支持部４ａ，４ｂに対向する位置であって、基板６とは反対側の位置に形成される別の上部基板に構成することもできる。封止膜１６は、振動部３を気密に保持するために必ず設けられるものであるから、本実施形態例のように、封止膜１６に電極１７を形成する場合は、工程数を増やすことなく電極を設けることができる。
【００５６】
また、本実施形態例によれば、電極１７を基板６とは反対側に構成することにより、電極１７が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られる。
【００５７】
［第４の実施形態］
図１０に、本発明の第４の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１０Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１０Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００５８】
図１０Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、両側の固定部５に対向する基板６面上の外側に偏った位置にそれぞれ電極１８が配置されている。そして、この電極１８は、電圧制御回路１４に接続されている。この電極１８と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部５は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１８とは異なる任意の電位に制御される。図１０においては、固定部５の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００５９】
図１０Ａは、電極１８に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極１８に所望の電圧を供給し、電極１８と固定部５間に電位差を加える。そうすると、固定部５と、電極１８との間に静電引力が発生し、固定部５が、矢印ｐ２で示されるように電極１３側に引き寄せられて変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１０Ｂに示すように支持部４ａ，４ｂに引張られる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１０Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００６０】
このように、電極１８とそれぞれの固定部５との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部５を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００６１】
本実施形態例においても、図６に示すように、図１０Ａの初期状態をＡで示すと、図１０Ｂにおける状態は、接続部に負の圧力がかかるように、支持部４ａ，４ｂが振動部３を引っ張るので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極１３に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００６２】
また、固定部５に対向する基板６上に電極１８を形成することにより、電極１８が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。これは、バイアス線と信号線との間のカップリングが減ることで、バイアス信号に乗っているノイズの影響が減ることによるものである。ノイズのカップリングの大きさは、線間距離の２乗ないしは３乗に比例して強くなるものである。したがてって、本実施形態例のように、固定部５の下に電極１８を配置することは、低ノイズ化に有利となる。
【００６３】
［第５の実施形態］
図１１に、本発明の第５の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１１Ａ，Ｂも、図５と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１１Ａ，Ｂにおいて、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００６４】
図１１Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、それぞれの固定部５に対向する基板６面上の外側に偏った位置に、電極１９がそれぞれ３つずつ配置されている。そして、この両側３つずつの電極１９は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極１９と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部５は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１９とは独立に電位を制御する回路を有している。図１１においても、固定部５の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００６５】
図１１Ａは、全ての電極１５に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、図１１Ｂに示すように、電圧制御回路１４により、電極１５に所望の電圧を供給し、電極１５と固定部５間に電位差を加える。図１１Ｂに示す図においては、３つの電極１９全てに電圧が供給されている例とする。そうすると、それぞれの固定部５と、電圧が供給された電極１５との間に静電引力が発生し、固定部５が矢印ｐ２で示す電極１９側に変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１１Ｂに示すように支持部４ａ，４ｂに引っ張られる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１１Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００６６】
このように、電極１９とそれぞれの固定部５との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部５を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００６７】
本実施形態例においても、図６に示すように、図１１Ａの初期状態をＡで示すと、図１１Ｂにおける状態は、接続部に負の圧力がかかるように、支持部４ａ，４ｂが振動部３を引っ張るので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極１３に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。本実施形態例においては、図１１Ｂのように、３つの電極１９全てに電圧を印加した例を示したが、選択する電極の数を変えることで静電引力を変えることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００６９】
本実施形態例においては、例として、両側に３つずつの電極１９を配置する構成としたが、電極の数は３つに限られるものではなく、必要に応じて、電極１５の数を複数個に増やすことができる。また、固定部５に対向する基板６上に電極１９を形成することにより、電極１９が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。
【００７０】
［第６の実施形態］
図１２に、本発明の第６の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１２Ａ，Ｂ，Ｃも、図５と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１２Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００７１】
図１２Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、それぞれの固定部５に対向する基板６面上に、電極２０がそれぞれ複数、本例では４つずつ配置されている。そして、この両側４つずつ形成された電極２０は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極２０と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部５は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２０とは独立に電位を制御する回路を有している。図１２においても、固定部５の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００７２】
図１２Ｂは、全ての電極２０に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、図１２Ａに示すように、電圧制御回路１４により、４つの電極２０のうち、振動部３側に偏った位置にある２つの電極２０に所望の電圧を供給し、電極２０と固定部５間に電位差を加える。そうすると、それぞれの固定部５と、電圧が供給された電極２０との間に静電引力が発生し、固定部５が電圧が供給された電極２０側、すなわち、振動部３側に引き寄せられて変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１２Ａに示すように支持部４ａ，４ｂから正の圧力を受ける。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１２Ａの矢印ｐ３で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから正の圧力を受け、振動部３の有効質量が減少する。
【００７３】
次に、図１２Ｃに示すように、電圧制御回路１４により、４つの電極２０のうち、振動部３から離れた外側に偏った位置にある２つの電極２０に所望の電圧を供給し、電極２０と固定部５間に電位差を加える。そうすると、それぞれの固定部５と、電圧が供給された電極２０との間に静電引力が発生し、固定部５は電圧が供給された電極２０側に引き寄せられて変形する。このとき、電圧が印加された電極２０は、外側であるから、固定部５は、振動部３に対して反対側に引き寄せられるように変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１２Ｃに示すように支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受ける。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１２Ｃの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００７４】
このように、電極２０とそれぞれの固定部５との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部５を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００７５】
本実施形態例の単位共振子においても、図８において、図１２Ｂの初期状態をＢで示すと、図１２Ａにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図１２Ｂの状態よりも増加するので、振動部３の有効質量が減少し、図８のＡで示すように、共振周波数ｆｒは増加する。さらに、図１２Ｃにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図１２Ｂに示す状態よりも増加するので、振動部３の有効質量がさらに増加し、図８のＣに示すように、共振周波数ｆｒが減少する。
【００７６】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から、供給される電極２０の選択位置を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数ｆｒを調整することができる。
【００７７】
本実施形態例においては、例として、両側に４つずつの電極２０を配置する構成としたが、４つに限られるものではなく、必要に応じて、電極２０の数を複数個に増やすことができる。
さらに、本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。また、選択する電極の数や位置を変えることで静電引力を変えることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００７８】
また、固定部５に対向する基板６上に電極１８を形成することにより、電極２０が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。
【００７９】
［第７の実施形態］
図１３に、本発明の第７の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１３Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１３Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８０】
図１３Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３に対向する基板６面上に電極２１が配置されている。そして、この電極２１は、電圧制御回路１４に接続されている。この電極２１と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂ、振動部３は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２１とは独立に電位を制御する回路を有している。図１３においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００８１】
図１３Ａは、電極２１に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極２１に所望の電圧を供給し、電極２１と、支持部４ａ，４ｂ、及び振動部３との間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と、電極１３との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極２１側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１３Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００８２】
このように、電極２１と支持部４ａ，４ｂ、及び振動部３との間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂ、及び振動部３を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００８３】
本実施形態例においても、図６に示すように、図１３Ａの初期状態をＡで示すと、図１３Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極２１に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００８４】
［第８の実施形態］
図１４に、本発明の第８の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１４Ａ，Ｂ，Ｃも、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１４Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８５】
図１４Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３に対向する基板６面上に複数、例えば７つの電極２２が、等間隔に配置されている。そして、この７つの電極２２は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極２２と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２２とは独立に電位を制御する回路を有している。図１２においても、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００８６】
図１４Ａは、全ての電極２２に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、図１４Ｂに示すように、電圧制御回路１４により、一部の電極２２に所望の電圧を供給し、その電圧が供給された電極２２と支持部４ａ，４ｂ，及び振動部３との間に電位差を加える。図１４Ｂに示す図においては、それぞれの固定部５側、すなわち外側から３つの電極２２に電圧が供給されている例とする。そうすると、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と、電圧が供給された電極２２との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極２２側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１４Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００８７】
次に、７つの電極１１の全てに電圧を印加し、全ての電極１１と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。そうすると、図１４Ｃに示すように、７つの電極２２と、それぞれの支持部４ａ，４ｂ及び振動部３との間に、図１４Ｂに示した例よりも大きな静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極１５側に引き寄せられる。そして、図１４Ｃに示す例においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部に、矢印ｐ１で示す方向に、図１４Ｂに示す例よりも大きな圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから、図１４Ｂに示す例よりも絶対値の大きい負の圧力を受け、振動部３の有効質量がさらに増加する。
【００８８】
本実施形態例においては、図８に示すように、図１４Ａの初期状態をＡで示すと、図１４Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、振動部３の有効質量が増加し、図８のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。さらに、図１４Ｃにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図１４Ｂに示す状態よりも減少するので、振動部３の有効質量がさらに増加し、図８のＣに示すように、共振周波数ｆｒもさらに減少する。
【００８９】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から、供給される電極２２の個数を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数ｆｒを調整することができる。
【００９０】
本実施形態例においては、例として、両７つの電極１５を配置する構成としたが、７つに限られるものではなく、必要に応じて、電極２２の数を複数個に増やすことができる。また、図１４Ｂに示すように、複数の電極のうち一部分の電極に電圧を印加する場合は、振動部３と支持部４ａ，４ｂとの接続部に同一の圧力が印加されるように、振動部に対して対称な位置の電極に、同じ電圧を印加する。
【００９１】
本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。選択する電極の数を増やすことで静電引力を強くすることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００９２】
［第９の実施形態］
図１５に、本発明の第９の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１５Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１５Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００９３】
図１５Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の上部であって、基板６側とは反対側の対向する位置に、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と空間を介して電極２４が配置されている。そして、この電極２４は、電圧制御回路１４に接続されている。電極２４は、例えば、単位共振子を気密に封止するために設けられる封止膜２３に固定されて形成される。この電極２４と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２４とは独立に電位を制御する回路を有している。図１５においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００９４】
図１５Ａは、電極２４に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子の状態を示している。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極２４に所望の電圧を供給し、電極２４と支持部４ａ，４ｂと振動部３との間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と、電極２４との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極２４側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１５Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。そして、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００９５】
このように、電極２４と支持部４ａ，４ｂ及び振動部３との間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂ及び振動部３を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００９６】
本実施形態例においても、図６において、図１５Ａの初期状態をＡで示すと、図１５Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、接続部に印加される圧力が減少し、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
【００９７】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。また、本実施形態例においても、電圧制御回路１４から電極２４に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００９８】
本実施形態例においては、電極２４は、封止膜２３に形成される例としたが、これに限られるものでは無く、支持部４ａ，４ｂに対向する位置であって、基板６とは反対側の位置に形成される別の上部基板に構成することもできる。封止膜２３は、振動部３を気密に保持するために必ず設けられるものであるから、本実施形態例のように、封止膜２３に電極２４を形成する場合は、工程数を増やすことなく電極を設けることができる。
【００９９】
また、本実施形態例によれば、電極２４を基板６とは反対側に構成することにより、電極２４が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られる。
【０１００】
上述した第７の実施形態〜第９の実施形態においては、電極は支持部４ａ，４ｂ及び振動部に対向する位置に形成されたものであった。振動部３の幅が長い場合は、振動部３に対向する位置にのみ電極を構成する例としても、第７の実施形態〜第９の実施形態に記載した効果と同様の効果が得られる。また、上述した第１の実施形態〜第９の実施形態に係る静電駆動型の共振器では、共振部３と支持部４ａ，４ｂと、固定部５の少なくとも表面部とが、連続して同一部材、例えば不純物ドープのポリシリコンで一体形成することができる。
【０１０１】
上述した第１の実施形態〜第９の実施形態の単位共振子からなる共振器は発振回路に用いることができる。以下に、実際に上述の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を発振回路に用いる場合について説明する。
【０１０２】
図１６に、第１の実施形態〜第９の実施形態の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を発振回路に用いた場合の発振器のブロック図を示す。
図１６に示す発振器２５は、例えば共振器２８、帰還回路２９から構成される発振回路３０と、周波数調整に必要な電圧を制御して供給する電圧制御回路２６と、電圧制御回路２６から供給された電圧を共振器２８の個体差に応じた周波数調整電圧として取り出して共振器２８に供給するトリミング回路２７とから構成される。
【０１０３】
電圧制御回路２６は、図示しない電源から供給される電圧を、周波数調整に必要な電圧にまで昇圧または降圧して共振器２８に供給するものであり、電源の安定化の役割も担っている。
トリミング回路２７は、共振器２８の接続部に印加される圧力の圧力制御範囲を調整する回路であり、例えば、ポリシリコン抵抗のアレイ回路で構成される。そして、トリミング回路２７においては、電圧制御回路２６から提供される電位から共振器２８の接続部に印加される圧力を制御するために必要な、実際の圧力制御電圧を取り出す。アレイ回路の抵抗値は製造初期にポリシリコンを選択することで、製造初期の周波数精度の調整回路として機能する。
共振器２８には、第１の実施形態〜第９の実施形態で示された単位共振子から構成される共振器が用いられる。共振器２８では、トリミング回路２７により取り出された実際の圧力制御電圧によりにより精度良く調整され、所望の共振周波数が得られる。
そして、共振器２８より精度良く調整された共振周波数による信号が帰還回路２９を介して発振回路３０から発振される。
このように、トリミング回路２７を制御電圧回路２６と共振器２８との間に介入させて、発振器２５を構成すれば、周波数偏差の小さい発振器を提供することができる。
【０１０４】
また、図１７に、第１の実施形態〜第９の実施形態の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を、発振回路に用いた場合の発振器の回路ブロック図を示す。この例において発振器３２は、例えば共振器２８と帰還回路２９とにより構成される発信回路３０と、共振器２８に接続される電圧制御回路２６と、電圧制御回路に接続される温度センサ３３及びメモリ３１とから構成される。図１７において、図１６に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１０５】
温度センサ３３は、電圧制御回路２６に温度情報を供給するものである。また、メモリ３１は、温度センサ３３による温度情報と共振周波数特性により決定される必要な制御電圧の値を電圧制御回路２６に読み出すものである。
すなわち、電圧制御回路２６は、図示しない電源より供給される電圧から共振器２８の接続部に印加される圧力を制御するための圧力制御電圧を取り出すと共に、温度センサ３３からの値に基づき、メモリ３１内の該当情報を読み込んで、共振器２８に供給する圧力制御電圧を変化させる機能を有している。これにより、共振器２８には、周波数の温度特性が補償された圧力制御電圧が供給され、接続部に印加される圧力が制御される。そして、温度補償されることにより精度良く調整された共振周波数による信号が、帰還回路２９を介して発信回路３０から発振される。
【０１０６】
図１８に示す回路ブロック図は、図１６と図１７に示した例を組み合わせた発振器の回路ブロック図である。すなわち、この例における発振器３４は、共振器２８、帰還回路２９とから構成される発振回路３０と、メモリ３１、温度センサ３３が接続される電圧制御回路２６と、電圧制御回路２６と共振器２８との間に接続されるトリミング回路２７とから構成される。
図１８において、図１６及び図１７に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１０７】
図１８に示す例によれば、温度センサ３３とトリミング回路２７の機能を併せ持つことにより、共振器２８に、高い周波数初期精度と、温度変化の補償機能を同時に提供することができる。これにより制御された共振器２８から精度良く調整された共振周波数が、帰還回路２９を介して発振回路３０より発振される。このように、温度センサ３３とトリミング回路２７の機能を併せることより、ＴＣＸＯクラスの周波数精度を有する発振器３４を実現することが可能である。
【０１０８】
ところで、共振器などの素子においては、素子の温度上昇に伴い振動部が熱膨張するという問題がある。図１９Ａに、図１の環状の共振器において、入力電極及び出力電極を省略した平面模式図に示し、図１９Ｂには要部の拡大図を示す。図１９Ａ，Ｂにおいて、図１に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
環状の共振器において、素子が熱膨張を起こすと、図１９Ｂの破線ａで示すように、振動部３が膨張し、これにより、振動部３は図１９Ａの矢印Ｐ４に示す方向に伸びて外側に広がる力が発生する。そうすると、単位共振子のバネ定数が下がって、共振周波数が下がる減少が観測される。このとき、単位共振子において、支持部４ａ，４ｂが、振動部３と同材料で形成されている場合、支持部４ａ，４ｂも図１９Ｂの破線ｂで示すような範囲に伸びるので、支持部４ａ，４ｂからは、外側に広がった環状を縮める方向に力が働く。しかしながら、このような支持部４ａ，４ｂの膨張では、共振周波数の低下をキャンセルさせるほどの圧力は印加されない。
【０１０９】
以下に説明する実施の形態では、振動部と支持部を、熱膨張係数の異なる材料で形成することにより、共振周波数を調整する例を示す。
【０１１０】
［第１０の実施形態］
図２０Ａに、本発明の第１０の実施形態に係る単位共振器の要部における概略平面を示す。図２０Ａは、図１に示す共振器１を構成する単位共振子２の構成を一部変えたものであり、図１に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１１１】
本実施形態例においては、振動部３は、振動部３の材料よりも熱膨張率の大きい材料で形成された支持部４０により両側から支持されている。本実施形態例においては、例えば、振動部３と、振動部３に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部４０とにより圧力制御機構が構成される。
【０１１２】
図２０Ｂに、図２０Ａで示した構成を有する共振器の概略平面構成を示す。素子が、熱膨張することにより、振動部３が矢印Ｐ４方向に広がろうとする。しかしながら、本実施形態例では、支持部４０が、振動部３を構成する材料よりも熱膨張率の高い材料で形成されているため、支持部４０が熱膨張し、支持部４０と振動部３との接続部に対して、矢印Ｐ５で示す正の圧力が印加される。そうすると、振動部３の熱膨張により下げられたバネ定数が、支持部４０の熱膨張によって接続部に印加された正の圧力により補償される。
このように、支持部４０を振動部３より大きな熱膨張係数を有する材料で形成することにより、共振周波数の低下を比較的小さくすることができる。
具体的には、振動部３をポリシリコンで形成した場合は、ポリシリコンの１０倍の熱膨張率を有すアルミニウム（Ａｌ）で支持部４０を形成することで、接続部への印加圧力を高めて、共振周波数を上げる方向に、支持部４０の熱膨張を作用させ、共振周波数の減少を抑制することができる。このように、本実施形態例では、振動部３の熱膨張時に対応した振動部３及び支持部４０の熱膨張率の差異により、接続部への印加圧力が発生される。
【０１１３】
本実施形態例では、振動部３を支持する内側の支持部４０と、外側の支持部４０を同様の構成とした。本実施形態例は、これに限られるものではなく、内側の支持部４０と、外側の支持部４０の大きさを変えたり、材料を熱膨張係数の異なるものとしたりする等の設計をして支持部４０の総合的な熱膨張係数を理想的に構成することができる。
【０１１４】
次に、振動部の熱膨張時に対応した振動部及び支持部の熱膨張率の差異により、接続部への印加圧力が発生される単位共振子の、他の実施形態例について説明する。
【０１１５】
［第１１の実施形態］
図２１に、本発明の第１１の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面を示す。図２１は、図２０と同様に、図１に示す共振器１を構成する単位共振子２の構成を一部変えたものである。図２１において、図２０に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１１６】
本実施形態例の単位共振子は、支持部４１の材料を振動部３の材料よりも熱膨張係数の大きい材料で構成し、かつ、支持部４１を、支持部４１と振動部３の接続面の幅Ｗ１より、垂線方向の幅Ｗ２が長い直方体としている。このとき、支持部４１と、振動部３の接続面の幅Ｗ１は図２０に示す例と同じである。本実施形態例においては、振動部３と、振動部３に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部４１とにより圧力制御機構が構成される。
【０１１７】
接続面が大きくなることで、共振のＱ値は小さくなる傾向があるため、接続面積を小さくすることが共振設計上好ましい。しかし、温度補正のために、接続部に十分な力を印加するためには、面積が広いほうが望ましい。
本実施形態例では、接続面の幅Ｗ１を変えずに、接続面に対して垂線方向の幅Ｗ２を大きくすることにより、支持部４１と、振動部３の接触面積を一定に保ったまま、直方体の長手方向に十分な長さをとった支持部とした。このような構成とすることで、Ｑ値を保ちつつ、支持部４１の膨張量を十分に確保し、制御圧力を大きくとることができる。
【０１１８】
［第１２の実施形態］
図２２に、本発明の第１２の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面を示す。図２２は、図２０と同様に、図１に示す共振器１を構成する単位共振子２の構成を一部変えたものである。図２２において、図２０に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１１９】
本実施形態例の単位共振子は、支持部４２の材料が振動部３の材料よりも熱膨張係数の大きい材料で構成され、かつ、支持部４２の固定部５側が二股に構成されている。図２２Ａは、二股部分を湾曲させて支持部４２を構成した例であり、図２２Ｂは、二股部分を直線的して支持部４３を構成した例である。本実施形態例においては、振動部３と、振動部３に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部４２，４３とにより圧力制御機構が構成される。
【０１２０】
図２２Ａを例にみると、熱膨張時、固定部５から二股に伸びる支持部４２の膨張が、股部分で支持部４２と振動部３との接続部方向へ促される。したがって、支持部４２としての膨張長さを拡大することができ、結果としてより大きな圧力を、接続部分に印加することができる。
また、支持部４２が二股に構成されていることにより、バネが振動部３に対して平行に連結されていることになる。このため、支持部４２の長さを延長しても、バネ定数を保持することができる。このように、バネ定数を高く保つことができるので、製造中や共振振動時に想定される静電破壊への耐性が得られる。
図２２Ｂにおいても同様である。
【０１２１】
本実施形態例の構成では、第１０、第１１の実施形態と同様の効果が得られるほか、第１１の実施形態による単位共振子よりも大きな圧力を得られる効果と、共振器の破壊耐性を向上させることができるという効果が得られる。
【０１２２】
［第１３の実施形態］
図２３Ａ，Ｂに本発明の第１３の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面及び断面構成を示す。図２３Ａは、図２０と同様に、図１に示す共振器１を構成する谷共振器２の構成を一部変えたものである。図２３Ａにおいて、図２０に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１２３】
本実施形態例の単位共振子においては、支持部４３が、熱膨張係数の異なる材料の積層構造とされる。図２３Ａに示す支持部４４のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成を図２３Ｂに示す。
【０１２４】
本実施形態例では、図２３Ｂに示すように、支持部４３の下層部分４４ｂに対して、支持部４４の上層部分４４ａの材料を、熱膨張係数の大きな材料とする。例えば、下層部分４４ｂをポリシリコンで形成し、上層部分４４ａをアルミニウム（Ａｌ）で構成する。
このような積層構造とすることにより、支持部４４内部で熱膨張率が変わるので、支持部４４の膨張時には、図５Ｂで示したように支持部４４が変形する。すなわち、上層部分４４ａの膨張量が下層部分４４ｂよりも大きいために、支持部４４が基板側に曲がるようになる。
【０１２５】
図２４及び図２５に、膨張係数の異なる材料の積層構造で形成された支持部の変形例を示す。図２４及び図２５は、図２３Ｂと同様に、支持部の断面図である。
図２４に示す構成は、例えばポリシリコンで形成された支持部本体４５ｂの側面と上面に、ポリシリコンよりも膨張係数の大きな例えばアルミニウム（Ａｌ）により被覆膜４５ａを形成した例である。
また、図２５に示す構成は、例えば、ＳｉＯ２からなる下層膜４６ｃ上に、例えばポリシリンで形成される支持部本体４６ｂを構成し、その支持部本体４６ｂの側面及び上面を、ポリシリコンよりも膨張係数の大きな例えばアルミニウム（Ａｌ）により、被覆膜４６ａを形成した例である。
図２４及び図２５に示した例においても、図２２と同様の効果が得られる。
【０１２６】
以上の第１の実施形態〜第１３の実施形態においては、図１に示す環状の共振器１を構成する単位共振子２の構成を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、上述の第１の実施形態から第１３の実施形態に示した単位共振子では、入出力電極を基板上の下部電極により形成して２次モードで振動する構成とした。単位共振子としては、入出力電極の構成変更により、２次モード以外の駆動モード、たとえば１次モード、３次モードなどで振動するように構成することができる。振動部を入力電極とし、下部電極を出力電極とすれば、１次モードで振動させることができる。
【０１２７】
図２６Ａ，Ｂに、本発明を応用できる他の共振器の概略平面構成を示す。図２６Ａ，Ｂにおいて、図１に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１２８】
図１に示した共振器１は、単位共振子２を環状に構成されていたが、図２６Ａに示す例では、閉じた系とされていない。図２６Ａに示す共振器５０においても、振動部３が支持部４ａ，４ｂにより両側から対称的に支持されており、支持部４ａ，４ｂで支持された部分の振動部３が節部となる。この共振器５０においても、第１の実施形態〜第１３の実施形態を適用することにより、支持部４ａ，４ｂと振動部３との接続部に圧力を印加することができるので、共振周波数を調整することができる。
【０１２９】
図２６Ｂに示す共振器５１では、振動の節に対して、振動部３の一方の側、他方の側に交互に支持部４ａ，４ｂを構成した例である。このように、対称的な位置から振動部３が支持部により支持されていなくても、支持部４ａ，４ｂと振動部３との接続部に、振動方向とは交差する方向に圧力を印加することができる。したがって、図２６Ｂに示すような共振器５１においても、第１の実施形態〜第１３の実施形態を適用することにより、支持部４ａ，４ｂと振動部３との接続部に圧力を印加することができるので、共振周波数を調整することができる。
【０１３０】
また、第１０〜第１３の実施形態に示した例は、図２７，図２８に示す共振器に応用できる。図２７は、図２０に示す共振器において、環状の振動部３が外側の支持部４０のみで支持された共振器である。また、図２８は、図２０に示す共振器において、環状の振動部３が内側の支持部４０のみで支持された共振器である。図２７，図２８において、図２０に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１３１】
図２７、図２８に示すように、振動部３の片側のみで支持された共振器においても、支持部４０と振動部３とを、熱膨張係数の異なる材料で形成することにより、支持部４０と振動部３との接続部に圧力が印加され、共振周波数の低下を小さくすることができる。そして、図２７，図２８に示す共振器においても、その支持部４０の構成に第１０の実施形態〜第１３の実施形態に示した支持部の構成例を適用することができる。
【０１３２】
図２７及び図２８のように、支持部４０を振動部３の片側のみに構成することにより、両側から支持する構造に比べ、構造が単純化するので、製造管理項目が削減され、造りやすくなる。また、構造の単純化により、例えば、振動部３を支持する内側及び外側に支持部４０の応力のバランス設計項目等の設計項目が減り、設計が容易になる。
【０１３３】
次に、上述した第１の実施形態〜第１３の実施形態に係る単位共振子を用いて構成された共振器が組み込まれた発振器有する送受信回路の構成例を、図２９を参照して説明する。
【０１３４】
まず、送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信信号とＱチャンネルの送信信号とを、それぞれベースバンドブロック２３０から乗算器２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給する。各乗算器２０１Ｉ及び２０１Ｑでは、発振器２２１の発振出力を、移相器２０２で所定位相シフトさせた２つの信号を乗算させ、その乗算信号を１系統に混合する。混合された信号は、可変増幅器２０３及びバンドパスフィルタ２０４を介して、乗算器２０５に供給し、発振器２２２の出力を乗算し、送信周波数に周波数変換する。乗算器２０５の出力は、バンドパスフィルタ２０６と可変増幅器２０７とパワーアンプ２０８を介して、デュプレクサ２０９に接続されたアンテナ２１０に供給し、アンテナ２１０から無線送信させる。バンドパスフィルタ２０４及び２０６では、送信信号以外の周波数成分を除去する。デュプレクサ２０９は、送信周波数の信号を送信系からアンテナ側に供給し、受信周波数の信号をアンテナ側から受信系に供給する分波手段である。
【０１３５】
受信系としては、アンテナ２１０で受信した信号を、デュプレクサ２０９を介してローノイズアンプ２１１に供給し、ローノイズアンプ２１１の増幅出力を、乗算器２１３に供給する。乗算器２１３では、発振器２２２の出力を乗算し、受信周波数の信号を中間周波信号に変換する。変換された中間周波数信号は、ハンドパスフィルタ２１４を介して、２つの乗算器２１５Ｉ及び２１５Ｑに供給する。各乗算器２１５Ｉ及び２１５Ｑでは、発振器２２１の発振出力を、移相器２１６で所定位相シフトさせた２つの信号を乗算させ、Ｉチャンネルの受信信号とＱチャンネルの受信信号とを得る。得られたＩチャンネルの受信信号とＱチャンネルの受信信号は、ベースバンドブロック２３０に供給する。バンドパスフィルタ２１２及び２１４では、信号以外の周波数成分を除去する。
【０１３６】
発振器２２１及び２２２は、制御部２２３により発振周波数が制御される構成としてあり、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を構成してある。制御部２２３内には、ＰＬＬ回路として必要なフィルタや比較器などが配置してある。
【０１３７】
このような図２９に示す送受信回路において、発振器２２１及び２２２に、本例の構成の単位共振子よりなる共振器を用いることが可能である。
【０１３８】
この送受信回路では、圧力制御機構を有する共振器が用いられているので、共振周波数の調整が可能であるため、送受信回路の信頼性を向上させることができる。
この送受信回路の具体的な例としては、例えば携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビーナ、ラジオチューナ等の電磁波を利用して通信する送受信回路が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】Ａ，Ｂ本発明の実施の形態が適用される共振器の概略構成図及びその共振器を構成する単位共振子の概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図３】本発明の原理を説明するために用いる、単位共振子の要部を示す図である。
【図４】接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。
【図５】Ａ，Ｂ本発明の第１の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図６】接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。
【図７】Ａ，Ｂ，Ｃ本発明の第２の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図８】接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。
【図９】Ａ，Ｂ本発明の第３の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１０】Ａ，Ｂ本発明の第４の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１１】Ａ，Ｂ本発明の第５の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１２】Ａ，Ｂ，Ｃ本発明の第６の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１３】Ａ，Ｂ本発明の第７の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１４】Ａ，Ｂ，Ｃ本発明の第８の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１５】Ａ，Ｂ本発明の第９の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１６】第１〜第９の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。
【図１７】第１〜第９の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。
【図１８】第１〜第９の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。
【図１９】Ａ，Ｂ熱膨張により共振周波数が減少する原理を説明するための図である。
【図２０】Ａ，Ｂ本発明の第１０の実施形態における単位共振子の概略構成図である。
【図２１】本発明の第１１の実施形態における単位共振子の概略構成図である。
【図２２】Ａ，Ｂ本発明の第１２の実施形態における単位共振子の概略構成図である。
【図２３】Ａ，Ｂ本発明の第１３の実施形態における単位共振子の概略構成図及び、支持部の概略断面構成図である。
【図２４】第１３の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図２５】第１３の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図２６】Ａ，Ｂ第１〜第１３の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。
【図２７】第１０〜第１３の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。
【図２８】第１０〜第１３の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。
【図２９】本発明の単位共振子を用いて構成された共振器が組み込まれた発振器を用いた送受信回路の概略構成図である。
【図３０】Ａ，Ｂ，Ｃ従来例における共振器の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１・・共振器、２・・単位共振子、３・・振動部、４ａ，４ｂ・・支持部、５・・固定部、６・・基板、７・・空間、８・・入力電極、９・・出力電極、１０，１１・・配線、１２・・接続部、１３，１５，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２４・・電極、１４・・電圧制御回路、１６，２３・・封止膜、２６・・電圧制御回路、２７・・トリミング回路、２８・・共振器、３０・・発振回路、３１・・メモリ、３３・・温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的な共振を利用した単位共振子、単位共振子の調整方法、そして、この単位共振子を用いた共振器、発振回路、発振器、及び発振回路を備えた送受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の軽少短薄化を実現するために、電子機器内部の電子素子を小型化、軽量化するための技術開発が続けられている。例えば電子機器の機器内部の回路をＩＣチップ化することが、一般的かつ効果的な手法として用いられている。そして、薄型ＴＶや携帯電話の内部回路で見られるように、多くのＩＣを利用して回路規模を縮小化することが実現されている。
【０００３】
しかし、電子機器の中にはＩＣ化が実現されていない回路があり、それらは電子機器の小型化にとっての足枷となっている。例えば、ＩＦ帯フィルターや高精度発振器といった電気−機械エネルギー変換を利用するＲＦ部品は、物理サイズや材料選択範囲が要因となって、その機能をＳｉ基板上に形成したＩＣにすることはできていない。これまでに加工技術や実装技術の発展による小型化が進んでいるものの、市場のニーズに応えるほどではなく、高度に集積化されたＬＳＩやＩＣの外付け部品として、基板上で大きな場所を占めている。
【０００４】
これに対して、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が、部品サイズを一気に小型化薄化できるブレークスルー技術として注目されている。このＭＥＭＳ技術を用いたＭＥＭＳ発振器やＭＥＭＳフィルターの特徴は、既存の半導体プロセスを基本とした製造ラインで量産可能であることや、ＭＥＭＳ製品は通常のＳｉチップと同じ形態にできることである。よってＭＥＭＳ製品は、現行のフィルターや発振器に比較して圧倒的な小型薄化が可能となり、電子機器の小型化に貢献することが期待されている。
【０００５】
以下の非特許文献１によって、ＭＥＭＳフィルターや発振器の基本構成要素であるＭＥＭＳ共振器の従来技術を説明する。
図３０は非特許文献１に記載された、共振器の概略平面構成を示している。図３０Ａに示す共振器は、共振する振動部（いわゆるビーム）１０３と、振動部１０３を支え、かつ共振時の節の位置を決める支持部１０４と、支持部１０４を図示しない基板に固定する固定部１０５と、電気信号と振動部１０３の共振間のエネルギーを受け渡す場所となる入力電極１０８、出力電極１０９とから構成される。振動部１０３には、所要のＤＣバイアス電圧Ｖｐが印加される。振動部１０３は入力側（紙面下側）の入力電極１０８に印加された入力信号Ｖｉの中の共振周波数にのみ感応し、図３０Ｂに示すように振動部１０３と入力電極１０８間の静電気力によって共振運動する。同時に出力側（紙面上）の出力電極１０９には共振周波数の信号のみが透過していくので、当該共振器は電気信号から機械共振、機械共振から電気信号の順でエネルギーを変換しつつ、共振周波数のみを透過する電気素子である。ここで共振周波数は振動部１０３の長さ、幅、厚み、支持部１０４の間隔、そして、振動部１０３の材料であるＳｉの物性から定まる。このような共振器では、電気的には、図３０Ｃに示すような、抵抗Ｒｘ、コンデンサＣｘ、コイルＬｘが直列接続された直列共振回路が等価回路となる。
【０００６】
【非特許文献１】T.C.Nguyen at el.”Higher-Mode Free-Free Beam Micromechanical Resonator,” IEEE International Frequency Control Symposium, pp. 810-818,2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような非特許文献１に示された共振器は、ＭＥＭＳフィルターも発振器も桁違いに小型化できる他、現状品と同等以上の特性を提供できる技術である。しかし、小型であることと、高い周波数精度を有することを両立させるための技術が確立されていない。
【０００８】
例えばｐｐｍレベルの範囲で発振周波数を提供している水晶発振器では、水晶振動子に電極を形成した後、実際に共振周波数を計測しつつ振動子表面の電極膜を薄く削ることで周波数を調整し、高い周波数精度を達成する。ＭＥＭＳ共振器にも同様の工程を用いたいが、外形がｍｍ単位の水晶では可能でも、外形が数μｍのＭＥＭＳ共振子素子を加工するような技術は確立されていない。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑み、加工後に周波数を調整できる単位共振子、単位共振子の調整方法、共振器、発振回路、発振器、送受信回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の単位共振子は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部と、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の単位共振子では、振動部は、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支持部に支持されることにより、振動方向と交差する方向に支持部からの圧力が振動部に印加されている。そして、圧力制御機構により、この振動部に振動方向と交差する方向から接続部に印加される圧力が制御される。これにより共振周波数が調整される。
【００１２】
また、本発明の単位共振子の調整方法は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を支える、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支持部と、支持部を基板に固定する固定部とから構成される単位共振子の、支持部と振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、振動部の有効質量を変化させ、共振周波数を調整することを特徴とする。
【００１３】
本発明の単位共振子の調整方法では、支持部と振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、振動部において、振動に寄与する振動部の体積が変化し、振動部の有効質量が変化する。これにより、共振周波数が調整される。
【００１４】
また、本発明の共振器は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部と、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有する複数個の単位共振子から構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の共振器では、共振器を構成する単位共振子において、振動部は、振動方向と交差する方向から支持部により支持される。そして、圧力制御機構により、この振動部の振動方向と交差する方向から接続部に印加される圧力が制御される。これにより、共振器の共振周波数が調整される。
【００１６】
また、本発明の発振回路は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御することにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器を用いて構成されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の発振回路では、発振回路に組み込まれる共振器において、共振周波数の調整が精度良くなされる。
【００１８】
また、本発明の送受信回路では、周波数変換のための発振回路を有する送受信回路において、発振回路は、基板と固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、支持部を基板に固定する固定部とからなり、振動部と支持部との接続部に印加される圧力が制御されることにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器から構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の送受信回路では、送受信回路の発振回路に組み込まれた共振器が、圧力制御機構により、共振周波数を調整される構成を有しているので、送受信回路に組み込まれた状態においても、共振器の共振周波数が調整される。これにより、周波数精度が向上した送受信回路が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、単位共振子及び共振器の共振周波数を高精度に調整することができ、さらに、発振器、発信回路、及び送受信回路に組み込んだ後に、共振周波数の調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図２９を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
まず、図１〜図４を用いて、本発明の原理を説明する。図１Ａに後述する実施の形態が適用される共振器の概略構成図を示し、図１Ｂには、図１Ａの共振器を構成する単位共振子を示す。また、図２に、図１ＢにおけるＡ−Ａ線上に沿った断面構成を示す。後述する実施の形態で対象とする共振器は、マイクロスケール、ナノスケールの微小共振器である。図１に示す共振器１は、ＭＥＭＳ技術により形成される共振器である。
【００２３】
まず、共振器１を構成する単位共振子２は、図２に示すように、基板６と、固有の共振周波数で共振する振動部３と、前記振動部３において共振時に節領域となる位置を、振動部３の両側から、およそ対称的に支える支持部４ａ，４ｂと、振動部３と空間７を介して交差するように基板６上に固定された入力電極８及び出力電極９とから構成される。基板６は、少なくとも下部電極９が形成される表面が絶縁性を有した基板で形成される。例えば半導体基板上に絶縁膜が形成された基板、絶縁性のガラス基板などが用いられる。
【００２４】
この複数の単位共振子２が閉じた形状に配列され、かつ互いに隣接する単位共振子２の振動部３が連続して一体に形成されることにより、図１に示す共振器１が構成される。
そして、並列内の全ての単位共振子２は閉じた系の中心に対して点対称になるように、例えば円形をなす環状に配置される。この場合、閉じた形状の連続一体化された振動部３は、図１Ａに示すように、円形をなす環状に形成される。
【００２５】
各単位共振子２により環状に形成された共振器１においては、各単位共振子２の入力電極８は、円形の振動部３の内側に形成した同心円状の配線（いわゆる入力電極と共に入力信号線となる）１０に接続される。各単位共振子２の出力電極８は、円形の振動部３の外側に形成した同心円状の配線（いわゆる出力電極と共に入力信号線となる）１１に接続される。このとき、入力電極８の配線１０を外側に形成してもよいし、出力電極９の配線１１を内側に形成してもよい。
そして、入力側の同心円状の配線１０から内側に延長するように、電極パッドいわゆる入力端子ｔ１が導出され、出力側の同心円状の配線１１から外側に延長するように、電極パッド、いわゆる出力端子ｔ２が導出される。
【００２６】
このような、共振器１において、入力端子ｔ１から入力された交流信号により、直流バイアス電圧Ｖが印加された振動部３が、静電気力により外力を受ける。そして、振動部３は固有の共振周波数で振動する。振動部３において、振動部３を介して対向する支持部４ａ，４ｂ間に位置する振動部３は、振動部３の共振時に節領域となる。また、この単位共振子２は２次モードのたわみ振動を利用したものである。複数の単位共振子２は、振動部３における振動の腹、節が交互に並ぶように、円形に配列される。
【００２７】
図１に示す共振器１では、複数の単位共振子２が環状に配置されて構成されるので、並列化された共振器１全体と、単位共振子２との位置関係は、全ての単位共振子２において等しくなり、単位共振子２の構造的なばらつきが発生しがたい。また、各単位共振子２の振動部３にかかる応力も全て等しくなる。従って、個々の単位共振子２の特性のばらつきが抑えられ、並列化に伴うＱ値の低下を抑えることができる。そして、共振器１において、個々の単位共振子２と同等のＱ値を得ることができる。
【００２８】
ところで、図１に示す共振器１において、共振器１の加工後において、共振周波数を調整したいという要望がある。本発明者らの鋭意検討の結果、図３に示すように、支持部４ａ，４ｂと振動部５とのそれぞれの接続部１２に圧力を印加するという方法が見いだされた。
【００２９】
図３に、単位共振子２の振動部３が支持部４ａ，４ｂにより支持された部分を拡大して示す。振動部３の両側から支持部４ａ，４ｂに支持されている振動部３の領域は、節領域となる。振動の節は、図３に示す振動部３と支持部４ａ，４ｂが接続するそれぞれの接続部１２近傍に広がり、共振時に殆ど振動しない（共振運動に寄与しない）領域である。この振動部１２の領域の体積は支持部４ａ，４ｂの特性の影響を大きく受け、例えば支持部４ａ，４ｂを硬く、かつ、振動部３との接触面積を広く設計すると節領域を大きく取ることができる。
【００３０】
本願発明者らは、接続部１２を経由して振動部３に印加する支持部４ａ，４ｂからの圧力の増減で、共振周波数が増減する物理現象に着目した。
以下の説明において、支持部４ａ，４ｂが振動部３を押す力を正の圧力、振動部３が支持部４ａ，４ｂに引っ張られる力を負の圧力と定義する。この定義により、接続部が正の圧力を受ける時には共振周波数は上昇し、逆に負の圧力（=引張り）を受けるときには共振周波数は下降する。加圧によって支持部４ａ，４ｂに両側から支持された振動部３の節領域の体積が変化し、それに起因して、共振運動に寄与する振動部３の有効質量ｍが増減することが、この周波数変動の原理である。
【００３１】
共振周波数ｆｒは、図２に示した共振器１の単位共振子２の励振する共振モードの有効質量ｍとバネ定数ｋにより、以下の数１で示される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここで、αは、単位共振子の構造と励振した共振のモードによって決まる定数である。
数１によれば、振動部３のバネ定数ｋは、接続部１２に印加される圧力に比例して増大する。理想的な有効質量は、振動部３の密度ρ、長さ、幅、そして厚みから計算されるが、実際の共振運動には振動の節と呼ばれる領域が発生するために、計算値よりも小さい値に定まる。
【００３４】
上述した、接続部１２に印加される圧力と振動部３の有効質量ｍの関係と、数１に示される関係から、接続部３に印加される圧力と、共振周波数ｆｒの関係は、図４に示すようになる。すなわち、接続部１２に印加される圧力に比例して共振周波数ｆｒが大きくなる。また、接続部に印加される正の圧力と、有効質量ｍは反比例の関係にあるので、接続部に印加される正の圧力が大きくなると、振動に寄与する振動部３の有効質量ｍは減少する関係にある。
【００３５】
以下に示す実施の形態においては、この原理をもとに、支持部４ａ，４ｂと振動部３に接続部１２に圧力を印加するための具体的構成を示す。
【００３６】
［第１の実施形態］
図５に、本発明の第１の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図５Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図５Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００３７】
図５Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂに対向する基板６面上に電極１３が配置されている。そして、この電極１３は、電圧制御回路１４に接続されている。この電極１３と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂは、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１３とは異なる任意の電位に制御される。
【００３８】
図５Ａは、電極１３に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極１３に所望の電圧を供給し、電極１３と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂと、電極１３との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂがそれぞれ電極１３側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図５Ｂに示すように基板６側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図５Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００３９】
このように、電極１３と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂを変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００４０】
図６に、本実施形態例の単位共振子において、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力に対する共振周波数の関係を示す。図６において、図５Ａの初期状態をＡで示すと、図５Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される正の圧力が減少するので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向において、正の圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極１３に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図７に、本発明の第２の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図７Ａ，ＢＣも、図５と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図７Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、図２，５に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００４２】
図７Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂに対向する基板面上に、それぞれ複数の電極、本実施形態例では４つの電極１５が、固定部５から振動部３方向に順に配置されている。そして、この両側４つずつの電極１５は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極１５と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂは、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１５とは独立に電位を制御する回路を有している。図７においても、支持部４ａ，４ｂの電位を制御する回路の図示は省略する。
【００４３】
図７Ａは、全ての電極１５に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、図７Ｂに示すように、電圧制御回路１４により、一部の電極１５に所望の電圧を供給し、その電圧が供給された電極１５と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。図７Ｂに示す図においては、それぞれの固定部５側から２つの電極１５に電圧が供給されている例とする。そうすると、支持部４ａ，４ｂと、電圧が供給された電極１５との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂが電極１５側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図７Ｂに示すように基板６側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図７Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００４４】
次に、両側４つずつの電極１５の全てに電圧を印加し、全ての電極１５と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。そうすると、図７Ｃに示すように、両側４つずつの電極１５と、それぞれの支持部４ａ，４ｂとの間に、図７Ｂに示した例よりも大きな静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂが電極１５側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図７Ｃに示すように基板６側に引き寄せられる。そして、図７Ｃに示す例においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部に、矢印ｐ１で示す方向に、図７Ｂに示す例よりも大きな圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから、図７Ｂに示す例よりも絶対値の大きい負の圧力を受け、振動部３の有効質量がさらに増加する。
【００４５】
図８に、本実施形態例の単位共振子において、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力に対する共振周波数の関係を示す。図８において、図７Ａの初期状態をＡで示すと、図７Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、振動部３の有効質量が増加し、図８のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。さらに、図７Ｃにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図７Ｂに示す状態よりも減少するので、振動部３の有効質量がさらに増加し、図８のＣに示すように、共振周波数ｆｒもさらに減少する。
【００４６】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の励振する共振モードの有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から、供給される電極１５の個数を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数ｆｒを調整することができる。
【００４７】
本実施形態例においては、例として、両側に４つずつの電極１５を配置する構成としたが、電極１５の数は４つに限られるものではなく、必要に応じて、電極１５の数を複数個に増やすことができる。また、図７Ｂに示すように、複数の電極のうち一部分の電極に電圧を印加する場合は、振動部３と支持部４ａ，４ｂとの接続部に同一の圧力が印加されるようにするため、振動部３に対して対称な位置の電極に、同じ電圧を印加すればよい。
【００４８】
本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。選択する電極の数を増やすことで静電引力を強くすることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００４９】
［第３の実施形態例］
図９に、本発明の第３の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図９Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図９Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００５０】
図９Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂの上部であって、基板６側とは反対側の対向する位置に、支持部４ａ，４ｂと空間を介して電極１７が配置されている。そして、この電極１７は、電圧制御回路１４に接続されている。電極１７は、例えば、単位共振子を気密に封止するために設けられる上部基板となる封止膜１６に固定されて、形成される。この電極１７と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂは、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１７とは独立に電位を制御する回路を有している。図９においては、支持部４ａ，４ｂの電位を制御する回路の図示は省略する。
【００５１】
図９Ａは、電極１７に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子の状態を示している。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極１７に所望の電圧を供給し、電極１７と支持部４間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂと、電極１７との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂが電極１７側に引き寄せられる。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３も、図９Ｂに示すように基板６側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図９Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。そして、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００５２】
このように、電極１７と同支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂを変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００５３】
本実施形態例においても、図６において、図９Ａの初期状態をＡで示すと、図９Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、接続部に印加される圧力が減少し、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
【００５４】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。また、本実施形態例においても、電圧制御回路１４から電極１７に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００５５】
本実施形態例においては、電極１７は、封止膜１６に形成される例としたが、これに限られるものでは無く、支持部４ａ，４ｂに対向する位置であって、基板６とは反対側の位置に形成される別の上部基板に構成することもできる。封止膜１６は、振動部３を気密に保持するために必ず設けられるものであるから、本実施形態例のように、封止膜１６に電極１７を形成する場合は、工程数を増やすことなく電極を設けることができる。
【００５６】
また、本実施形態例によれば、電極１７を基板６とは反対側に構成することにより、電極１７が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られる。
【００５７】
［第４の実施形態］
図１０に、本発明の第４の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１０Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１０Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００５８】
図１０Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、両側の固定部５に対向する基板６面上の外側に偏った位置にそれぞれ電極１８が配置されている。そして、この電極１８は、電圧制御回路１４に接続されている。この電極１８と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部５は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１８とは異なる任意の電位に制御される。図１０においては、固定部５の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００５９】
図１０Ａは、電極１８に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極１８に所望の電圧を供給し、電極１８と固定部５間に電位差を加える。そうすると、固定部５と、電極１８との間に静電引力が発生し、固定部５が、矢印ｐ２で示されるように電極１３側に引き寄せられて変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１０Ｂに示すように支持部４ａ，４ｂに引張られる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１０Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００６０】
このように、電極１８とそれぞれの固定部５との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部５を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００６１】
本実施形態例においても、図６に示すように、図１０Ａの初期状態をＡで示すと、図１０Ｂにおける状態は、接続部に負の圧力がかかるように、支持部４ａ，４ｂが振動部３を引っ張るので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極１３に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００６２】
また、固定部５に対向する基板６上に電極１８を形成することにより、電極１８が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。これは、バイアス線と信号線との間のカップリングが減ることで、バイアス信号に乗っているノイズの影響が減ることによるものである。ノイズのカップリングの大きさは、線間距離の２乗ないしは３乗に比例して強くなるものである。したがてって、本実施形態例のように、固定部５の下に電極１８を配置することは、低ノイズ化に有利となる。
【００６３】
［第５の実施形態］
図１１に、本発明の第５の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１１Ａ，Ｂも、図５と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１１Ａ，Ｂにおいて、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００６４】
図１１Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、それぞれの固定部５に対向する基板６面上の外側に偏った位置に、電極１９がそれぞれ３つずつ配置されている。そして、この両側３つずつの電極１９は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極１９と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部５は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極１９とは独立に電位を制御する回路を有している。図１１においても、固定部５の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００６５】
図１１Ａは、全ての電極１５に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、図１１Ｂに示すように、電圧制御回路１４により、電極１５に所望の電圧を供給し、電極１５と固定部５間に電位差を加える。図１１Ｂに示す図においては、３つの電極１９全てに電圧が供給されている例とする。そうすると、それぞれの固定部５と、電圧が供給された電極１５との間に静電引力が発生し、固定部５が矢印ｐ２で示す電極１９側に変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１１Ｂに示すように支持部４ａ，４ｂに引っ張られる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１１Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００６６】
このように、電極１９とそれぞれの固定部５との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部５を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００６７】
本実施形態例においても、図６に示すように、図１１Ａの初期状態をＡで示すと、図１１Ｂにおける状態は、接続部に負の圧力がかかるように、支持部４ａ，４ｂが振動部３を引っ張るので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極１３に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。本実施形態例においては、図１１Ｂのように、３つの電極１９全てに電圧を印加した例を示したが、選択する電極の数を変えることで静電引力を変えることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００６９】
本実施形態例においては、例として、両側に３つずつの電極１９を配置する構成としたが、電極の数は３つに限られるものではなく、必要に応じて、電極１５の数を複数個に増やすことができる。また、固定部５に対向する基板６上に電極１９を形成することにより、電極１９が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。
【００７０】
［第６の実施形態］
図１２に、本発明の第６の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１２Ａ，Ｂ，Ｃも、図５と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１２Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００７１】
図１２Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、それぞれの固定部５に対向する基板６面上に、電極２０がそれぞれ複数、本例では４つずつ配置されている。そして、この両側４つずつ形成された電極２０は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極２０と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部５は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２０とは独立に電位を制御する回路を有している。図１２においても、固定部５の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００７２】
図１２Ｂは、全ての電極２０に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、図１２Ａに示すように、電圧制御回路１４により、４つの電極２０のうち、振動部３側に偏った位置にある２つの電極２０に所望の電圧を供給し、電極２０と固定部５間に電位差を加える。そうすると、それぞれの固定部５と、電圧が供給された電極２０との間に静電引力が発生し、固定部５が電圧が供給された電極２０側、すなわち、振動部３側に引き寄せられて変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１２Ａに示すように支持部４ａ，４ｂから正の圧力を受ける。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１２Ａの矢印ｐ３で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから正の圧力を受け、振動部３の有効質量が減少する。
【００７３】
次に、図１２Ｃに示すように、電圧制御回路１４により、４つの電極２０のうち、振動部３から離れた外側に偏った位置にある２つの電極２０に所望の電圧を供給し、電極２０と固定部５間に電位差を加える。そうすると、それぞれの固定部５と、電圧が供給された電極２０との間に静電引力が発生し、固定部５は電圧が供給された電極２０側に引き寄せられて変形する。このとき、電圧が印加された電極２０は、外側であるから、固定部５は、振動部３に対して反対側に引き寄せられるように変形する。これに起因して、支持部４ａ，４ｂに支持された振動部３は、図１２Ｃに示すように支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受ける。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１２Ｃの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００７４】
このように、電極２０とそれぞれの固定部５との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部５を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００７５】
本実施形態例の単位共振子においても、図８において、図１２Ｂの初期状態をＢで示すと、図１２Ａにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図１２Ｂの状態よりも増加するので、振動部３の有効質量が減少し、図８のＡで示すように、共振周波数ｆｒは増加する。さらに、図１２Ｃにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図１２Ｂに示す状態よりも増加するので、振動部３の有効質量がさらに増加し、図８のＣに示すように、共振周波数ｆｒが減少する。
【００７６】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から、供給される電極２０の選択位置を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数ｆｒを調整することができる。
【００７７】
本実施形態例においては、例として、両側に４つずつの電極２０を配置する構成としたが、４つに限られるものではなく、必要に応じて、電極２０の数を複数個に増やすことができる。
さらに、本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。また、選択する電極の数や位置を変えることで静電引力を変えることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００７８】
また、固定部５に対向する基板６上に電極１８を形成することにより、電極２０が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。
【００７９】
［第７の実施形態］
図１３に、本発明の第７の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１３Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１３Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８０】
図１３Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３に対向する基板６面上に電極２１が配置されている。そして、この電極２１は、電圧制御回路１４に接続されている。この電極２１と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂ、振動部３は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２１とは独立に電位を制御する回路を有している。図１３においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００８１】
図１３Ａは、電極２１に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極２１に所望の電圧を供給し、電極２１と、支持部４ａ，４ｂ、及び振動部３との間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と、電極１３との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極２１側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１３Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００８２】
このように、電極２１と支持部４ａ，４ｂ、及び振動部３との間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂ、及び振動部３を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００８３】
本実施形態例においても、図６に示すように、図１３Ａの初期状態をＡで示すと、図１３Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から電極２１に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００８４】
［第８の実施形態］
図１４に、本発明の第８の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１４Ａ，Ｂ，Ｃも、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１４Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８５】
図１４Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３に対向する基板６面上に複数、例えば７つの電極２２が、等間隔に配置されている。そして、この７つの電極２２は、電圧制御回路１４に接続されている。この複数の電極２２と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２２とは独立に電位を制御する回路を有している。図１２においても、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００８６】
図１４Ａは、全ての電極２２に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、図１４Ｂに示すように、電圧制御回路１４により、一部の電極２２に所望の電圧を供給し、その電圧が供給された電極２２と支持部４ａ，４ｂ，及び振動部３との間に電位差を加える。図１４Ｂに示す図においては、それぞれの固定部５側、すなわち外側から３つの電極２２に電圧が供給されている例とする。そうすると、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と、電圧が供給された電極２２との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極２２側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１４Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００８７】
次に、７つの電極１１の全てに電圧を印加し、全ての電極１１と支持部４ａ，４ｂ間に電位差を加える。そうすると、図１４Ｃに示すように、７つの電極２２と、それぞれの支持部４ａ，４ｂ及び振動部３との間に、図１４Ｂに示した例よりも大きな静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極１５側に引き寄せられる。そして、図１４Ｃに示す例においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部に、矢印ｐ１で示す方向に、図１４Ｂに示す例よりも大きな圧力が印加される。すなわち、振動部３には、両側の支持部４ａ，４ｂから、図１４Ｂに示す例よりも絶対値の大きい負の圧力を受け、振動部３の有効質量がさらに増加する。
【００８８】
本実施形態例においては、図８に示すように、図１４Ａの初期状態をＡで示すと、図１４Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、振動部３の有効質量が増加し、図８のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。さらに、図１４Ｃにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が、図１４Ｂに示す状態よりも減少するので、振動部３の有効質量がさらに増加し、図８のＣに示すように、共振周波数ｆｒもさらに減少する。
【００８９】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路１４から、供給される電極２２の個数を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数ｆｒを調整することができる。
【００９０】
本実施形態例においては、例として、両７つの電極１５を配置する構成としたが、７つに限られるものではなく、必要に応じて、電極２２の数を複数個に増やすことができる。また、図１４Ｂに示すように、複数の電極のうち一部分の電極に電圧を印加する場合は、振動部３と支持部４ａ，４ｂとの接続部に同一の圧力が印加されるように、振動部に対して対称な位置の電極に、同じ電圧を印加する。
【００９１】
本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。選択する電極の数を増やすことで静電引力を強くすることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
【００９２】
［第９の実施形態］
図１５に、本発明の第９の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図１５Ａ，Ｂは、図２と同様に、図１の共振器１におけるＡ−Ａ線上に沿った断面図であり、図２で示す単位共振子２の一部を変形したものである。図１５Ａ，Ｂにおいて、図１，２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００９３】
図１５Ａに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の上部であって、基板６側とは反対側の対向する位置に、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と空間を介して電極２４が配置されている。そして、この電極２４は、電圧制御回路１４に接続されている。電極２４は、例えば、単位共振子を気密に封止するために設けられる封止膜２３に固定されて形成される。この電極２４と電圧制御回路１４により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３は、リン（Ｐ）をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極２４とは独立に電位を制御する回路を有している。図１５においては、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３の電位を制御する回路の図示は省略する。
【００９４】
図１５Ａは、電極２４に電圧制御回路１４から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子の状態を示している。この初期状態から、電圧制御回路１４により、電極２４に所望の電圧を供給し、電極２４と支持部４ａ，４ｂと振動部３との間に電位差を加える。そうすると、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３と、電極２４との間に静電引力が発生し、支持部４ａ，４ｂ及び振動部３が電極２４側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部３と支持部４ａ，４ｂのそれぞれの接続部には、図１５Ｂの矢印ｐ１で示す方向に圧力が印加される。そして、振動部３は、両側の支持部４ａ，４ｂから負の圧力を受け、振動部３の有効質量が増加する。
【００９５】
このように、電極２４と支持部４ａ，４ｂ及び振動部３との間に電位差を加えることで、静電引力により支持部４ａ，４ｂ及び振動部３を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。
【００９６】
本実施形態例においても、図６において、図１５Ａの初期状態をＡで示すと、図１５Ｂにおける状態は、支持部４ａ，４ｂから振動部３へ印加される圧力が減少するので、接続部に印加される圧力が減少し、図６のＢで示すように、共振周波数ｆｒは初期状態よりも減少する。
【００９７】
このように、振動部３の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部４ａ，４ｂ間の節領域である振動部４の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。また、本実施形態例においても、電圧制御回路１４から電極２４に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
【００９８】
本実施形態例においては、電極２４は、封止膜２３に形成される例としたが、これに限られるものでは無く、支持部４ａ，４ｂに対向する位置であって、基板６とは反対側の位置に形成される別の上部基板に構成することもできる。封止膜２３は、振動部３を気密に保持するために必ず設けられるものであるから、本実施形態例のように、封止膜２３に電極２４を形成する場合は、工程数を増やすことなく電極を設けることができる。
【００９９】
また、本実施形態例によれば、電極２４を基板６とは反対側に構成することにより、電極２４が、図１に示す入力電極８、出力電極９から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られる。
【０１００】
上述した第７の実施形態〜第９の実施形態においては、電極は支持部４ａ，４ｂ及び振動部に対向する位置に形成されたものであった。振動部３の幅が長い場合は、振動部３に対向する位置にのみ電極を構成する例としても、第７の実施形態〜第９の実施形態に記載した効果と同様の効果が得られる。また、上述した第１の実施形態〜第９の実施形態に係る静電駆動型の共振器では、共振部３と支持部４ａ，４ｂと、固定部５の少なくとも表面部とが、連続して同一部材、例えば不純物ドープのポリシリコンで一体形成することができる。
【０１０１】
上述した第１の実施形態〜第９の実施形態の単位共振子からなる共振器は発振回路に用いることができる。以下に、実際に上述の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を発振回路に用いる場合について説明する。
【０１０２】
図１６に、第１の実施形態〜第９の実施形態の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を発振回路に用いた場合の発振器のブロック図を示す。
図１６に示す発振器２５は、例えば共振器２８、帰還回路２９から構成される発振回路３０と、周波数調整に必要な電圧を制御して供給する電圧制御回路２６と、電圧制御回路２６から供給された電圧を共振器２８の個体差に応じた周波数調整電圧として取り出して共振器２８に供給するトリミング回路２７とから構成される。
【０１０３】
電圧制御回路２６は、図示しない電源から供給される電圧を、周波数調整に必要な電圧にまで昇圧または降圧して共振器２８に供給するものであり、電源の安定化の役割も担っている。
トリミング回路２７は、共振器２８の接続部に印加される圧力の圧力制御範囲を調整する回路であり、例えば、ポリシリコン抵抗のアレイ回路で構成される。そして、トリミング回路２７においては、電圧制御回路２６から提供される電位から共振器２８の接続部に印加される圧力を制御するために必要な、実際の圧力制御電圧を取り出す。アレイ回路の抵抗値は製造初期にポリシリコンを選択することで、製造初期の周波数精度の調整回路として機能する。
共振器２８には、第１の実施形態〜第９の実施形態で示された単位共振子から構成される共振器が用いられる。共振器２８では、トリミング回路２７により取り出された実際の圧力制御電圧によりにより精度良く調整され、所望の共振周波数が得られる。
そして、共振器２８より精度良く調整された共振周波数による信号が帰還回路２９を介して発振回路３０から発振される。
このように、トリミング回路２７を制御電圧回路２６と共振器２８との間に介入させて、発振器２５を構成すれば、周波数偏差の小さい発振器を提供することができる。
【０１０４】
また、図１７に、第１の実施形態〜第９の実施形態の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を、発振回路に用いた場合の発振器の回路ブロック図を示す。この例において発振器３２は、例えば共振器２８と帰還回路２９とにより構成される発信回路３０と、共振器２８に接続される電圧制御回路２６と、電圧制御回路に接続される温度センサ３３及びメモリ３１とから構成される。図１７において、図１６に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１０５】
温度センサ３３は、電圧制御回路２６に温度情報を供給するものである。また、メモリ３１は、温度センサ３３による温度情報と共振周波数特性により決定される必要な制御電圧の値を電圧制御回路２６に読み出すものである。
すなわち、電圧制御回路２６は、図示しない電源より供給される電圧から共振器２８の接続部に印加される圧力を制御するための圧力制御電圧を取り出すと共に、温度センサ３３からの値に基づき、メモリ３１内の該当情報を読み込んで、共振器２８に供給する圧力制御電圧を変化させる機能を有している。これにより、共振器２８には、周波数の温度特性が補償された圧力制御電圧が供給され、接続部に印加される圧力が制御される。そして、温度補償されることにより精度良く調整された共振周波数による信号が、帰還回路２９を介して発信回路３０から発振される。
【０１０６】
図１８に示す回路ブロック図は、図１６と図１７に示した例を組み合わせた発振器の回路ブロック図である。すなわち、この例における発振器３４は、共振器２８、帰還回路２９とから構成される発振回路３０と、メモリ３１、温度センサ３３が接続される電圧制御回路２６と、電圧制御回路２６と共振器２８との間に接続されるトリミング回路２７とから構成される。
図１８において、図１６及び図１７に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１０７】
図１８に示す例によれば、温度センサ３３とトリミング回路２７の機能を併せ持つことにより、共振器２８に、高い周波数初期精度と、温度変化の補償機能を同時に提供することができる。これにより制御された共振器２８から精度良く調整された共振周波数が、帰還回路２９を介して発振回路３０より発振される。このように、温度センサ３３とトリミング回路２７の機能を併せることより、ＴＣＸＯクラスの周波数精度を有する発振器３４を実現することが可能である。
【０１０８】
ところで、共振器などの素子においては、素子の温度上昇に伴い振動部が熱膨張するという問題がある。図１９Ａに、図１の環状の共振器において、入力電極及び出力電極を省略した平面模式図に示し、図１９Ｂには要部の拡大図を示す。図１９Ａ，Ｂにおいて、図１に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
環状の共振器において、素子が熱膨張を起こすと、図１９Ｂの破線ａで示すように、振動部３が膨張し、これにより、振動部３は図１９Ａの矢印Ｐ４に示す方向に伸びて外側に広がる力が発生する。そうすると、単位共振子のバネ定数が下がって、共振周波数が下がる減少が観測される。このとき、単位共振子において、支持部４ａ，４ｂが、振動部３と同材料で形成されている場合、支持部４ａ，４ｂも図１９Ｂの破線ｂで示すような範囲に伸びるので、支持部４ａ，４ｂからは、外側に広がった環状を縮める方向に力が働く。しかしながら、このような支持部４ａ，４ｂの膨張では、共振周波数の低下をキャンセルさせるほどの圧力は印加されない。
【０１０９】
以下に説明する実施の形態では、振動部と支持部を、熱膨張係数の異なる材料で形成することにより、共振周波数を調整する例を示す。
【０１１０】
［第１０の実施形態］
図２０Ａに、本発明の第１０の実施形態に係る単位共振器の要部における概略平面を示す。図２０Ａは、図１に示す共振器１を構成する単位共振子２の構成を一部変えたものであり、図１に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１１１】
本実施形態例においては、振動部３は、振動部３の材料よりも熱膨張率の大きい材料で形成された支持部４０により両側から支持されている。本実施形態例においては、例えば、振動部３と、振動部３に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部４０とにより圧力制御機構が構成される。
【０１１２】
図２０Ｂに、図２０Ａで示した構成を有する共振器の概略平面構成を示す。素子が、熱膨張することにより、振動部３が矢印Ｐ４方向に広がろうとする。しかしながら、本実施形態例では、支持部４０が、振動部３を構成する材料よりも熱膨張率の高い材料で形成されているため、支持部４０が熱膨張し、支持部４０と振動部３との接続部に対して、矢印Ｐ５で示す正の圧力が印加される。そうすると、振動部３の熱膨張により下げられたバネ定数が、支持部４０の熱膨張によって接続部に印加された正の圧力により補償される。
このように、支持部４０を振動部３より大きな熱膨張係数を有する材料で形成することにより、共振周波数の低下を比較的小さくすることができる。
具体的には、振動部３をポリシリコンで形成した場合は、ポリシリコンの１０倍の熱膨張率を有すアルミニウム（Ａｌ）で支持部４０を形成することで、接続部への印加圧力を高めて、共振周波数を上げる方向に、支持部４０の熱膨張を作用させ、共振周波数の減少を抑制することができる。このように、本実施形態例では、振動部３の熱膨張時に対応した振動部３及び支持部４０の熱膨張率の差異により、接続部への印加圧力が発生される。
【０１１３】
本実施形態例では、振動部３を支持する内側の支持部４０と、外側の支持部４０を同様の構成とした。本実施形態例は、これに限られるものではなく、内側の支持部４０と、外側の支持部４０の大きさを変えたり、材料を熱膨張係数の異なるものとしたりする等の設計をして支持部４０の総合的な熱膨張係数を理想的に構成することができる。
【０１１４】
次に、振動部の熱膨張時に対応した振動部及び支持部の熱膨張率の差異により、接続部への印加圧力が発生される単位共振子の、他の実施形態例について説明する。
【０１１５】
［第１１の実施形態］
図２１に、本発明の第１１の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面を示す。図２１は、図２０と同様に、図１に示す共振器１を構成する単位共振子２の構成を一部変えたものである。図２１において、図２０に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１１６】
本実施形態例の単位共振子は、支持部４１の材料を振動部３の材料よりも熱膨張係数の大きい材料で構成し、かつ、支持部４１を、支持部４１と振動部３の接続面の幅Ｗ１より、垂線方向の幅Ｗ２が長い直方体としている。このとき、支持部４１と、振動部３の接続面の幅Ｗ１は図２０に示す例と同じである。本実施形態例においては、振動部３と、振動部３に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部４１とにより圧力制御機構が構成される。
【０１１７】
接続面が大きくなることで、共振のＱ値は小さくなる傾向があるため、接続面積を小さくすることが共振設計上好ましい。しかし、温度補正のために、接続部に十分な力を印加するためには、面積が広いほうが望ましい。
本実施形態例では、接続面の幅Ｗ１を変えずに、接続面に対して垂線方向の幅Ｗ２を大きくすることにより、支持部４１と、振動部３の接触面積を一定に保ったまま、直方体の長手方向に十分な長さをとった支持部とした。このような構成とすることで、Ｑ値を保ちつつ、支持部４１の膨張量を十分に確保し、制御圧力を大きくとることができる。
【０１１８】
［第１２の実施形態］
図２２に、本発明の第１２の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面を示す。図２２は、図２０と同様に、図１に示す共振器１を構成する単位共振子２の構成を一部変えたものである。図２２において、図２０に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１１９】
本実施形態例の単位共振子は、支持部４２の材料が振動部３の材料よりも熱膨張係数の大きい材料で構成され、かつ、支持部４２の固定部５側が二股に構成されている。図２２Ａは、二股部分を湾曲させて支持部４２を構成した例であり、図２２Ｂは、二股部分を直線的して支持部４３を構成した例である。本実施形態例においては、振動部３と、振動部３に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部４２，４３とにより圧力制御機構が構成される。
【０１２０】
図２２Ａを例にみると、熱膨張時、固定部５から二股に伸びる支持部４２の膨張が、股部分で支持部４２と振動部３との接続部方向へ促される。したがって、支持部４２としての膨張長さを拡大することができ、結果としてより大きな圧力を、接続部分に印加することができる。
また、支持部４２が二股に構成されていることにより、バネが振動部３に対して平行に連結されていることになる。このため、支持部４２の長さを延長しても、バネ定数を保持することができる。このように、バネ定数を高く保つことができるので、製造中や共振振動時に想定される静電破壊への耐性が得られる。
図２２Ｂにおいても同様である。
【０１２１】
本実施形態例の構成では、第１０、第１１の実施形態と同様の効果が得られるほか、第１１の実施形態による単位共振子よりも大きな圧力を得られる効果と、共振器の破壊耐性を向上させることができるという効果が得られる。
【０１２２】
［第１３の実施形態］
図２３Ａ，Ｂに本発明の第１３の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面及び断面構成を示す。図２３Ａは、図２０と同様に、図１に示す共振器１を構成する谷共振器２の構成を一部変えたものである。図２３Ａにおいて、図２０に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【０１２３】
本実施形態例の単位共振子においては、支持部４３が、熱膨張係数の異なる材料の積層構造とされる。図２３Ａに示す支持部４４のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成を図２３Ｂに示す。
【０１２４】
本実施形態例では、図２３Ｂに示すように、支持部４３の下層部分４４ｂに対して、支持部４４の上層部分４４ａの材料を、熱膨張係数の大きな材料とする。例えば、下層部分４４ｂをポリシリコンで形成し、上層部分４４ａをアルミニウム（Ａｌ）で構成する。
このような積層構造とすることにより、支持部４４内部で熱膨張率が変わるので、支持部４４の膨張時には、図５Ｂで示したように支持部４４が変形する。すなわち、上層部分４４ａの膨張量が下層部分４４ｂよりも大きいために、支持部４４が基板側に曲がるようになる。
【０１２５】
図２４及び図２５に、膨張係数の異なる材料の積層構造で形成された支持部の変形例を示す。図２４及び図２５は、図２３Ｂと同様に、支持部の断面図である。
図２４に示す構成は、例えばポリシリコンで形成された支持部本体４５ｂの側面と上面に、ポリシリコンよりも膨張係数の大きな例えばアルミニウム（Ａｌ）により被覆膜４５ａを形成した例である。
また、図２５に示す構成は、例えば、ＳｉＯ２からなる下層膜４６ｃ上に、例えばポリシリンで形成される支持部本体４６ｂを構成し、その支持部本体４６ｂの側面及び上面を、ポリシリコンよりも膨張係数の大きな例えばアルミニウム（Ａｌ）により、被覆膜４６ａを形成した例である。
図２４及び図２５に示した例においても、図２２と同様の効果が得られる。
【０１２６】
以上の第１の実施形態〜第１３の実施形態においては、図１に示す環状の共振器１を構成する単位共振子２の構成を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、上述の第１の実施形態から第１３の実施形態に示した単位共振子では、入出力電極を基板上の下部電極により形成して２次モードで振動する構成とした。単位共振子としては、入出力電極の構成変更により、２次モード以外の駆動モード、たとえば１次モード、３次モードなどで振動するように構成することができる。振動部を入力電極とし、下部電極を出力電極とすれば、１次モードで振動させることができる。
【０１２７】
図２６Ａ，Ｂに、本発明を応用できる他の共振器の概略平面構成を示す。図２６Ａ，Ｂにおいて、図１に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１２８】
図１に示した共振器１は、単位共振子２を環状に構成されていたが、図２６Ａに示す例では、閉じた系とされていない。図２６Ａに示す共振器５０においても、振動部３が支持部４ａ，４ｂにより両側から対称的に支持されており、支持部４ａ，４ｂで支持された部分の振動部３が節部となる。この共振器５０においても、第１の実施形態〜第１３の実施形態を適用することにより、支持部４ａ，４ｂと振動部３との接続部に圧力を印加することができるので、共振周波数を調整することができる。
【０１２９】
図２６Ｂに示す共振器５１では、振動の節に対して、振動部３の一方の側、他方の側に交互に支持部４ａ，４ｂを構成した例である。このように、対称的な位置から振動部３が支持部により支持されていなくても、支持部４ａ，４ｂと振動部３との接続部に、振動方向とは交差する方向に圧力を印加することができる。したがって、図２６Ｂに示すような共振器５１においても、第１の実施形態〜第１３の実施形態を適用することにより、支持部４ａ，４ｂと振動部３との接続部に圧力を印加することができるので、共振周波数を調整することができる。
【０１３０】
また、第１０〜第１３の実施形態に示した例は、図２７，図２８に示す共振器に応用できる。図２７は、図２０に示す共振器において、環状の振動部３が外側の支持部４０のみで支持された共振器である。また、図２８は、図２０に示す共振器において、環状の振動部３が内側の支持部４０のみで支持された共振器である。図２７，図２８において、図２０に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１３１】
図２７、図２８に示すように、振動部３の片側のみで支持された共振器においても、支持部４０と振動部３とを、熱膨張係数の異なる材料で形成することにより、支持部４０と振動部３との接続部に圧力が印加され、共振周波数の低下を小さくすることができる。そして、図２７，図２８に示す共振器においても、その支持部４０の構成に第１０の実施形態〜第１３の実施形態に示した支持部の構成例を適用することができる。
【０１３２】
図２７及び図２８のように、支持部４０を振動部３の片側のみに構成することにより、両側から支持する構造に比べ、構造が単純化するので、製造管理項目が削減され、造りやすくなる。また、構造の単純化により、例えば、振動部３を支持する内側及び外側に支持部４０の応力のバランス設計項目等の設計項目が減り、設計が容易になる。
【０１３３】
次に、上述した第１の実施形態〜第１３の実施形態に係る単位共振子を用いて構成された共振器が組み込まれた発振器有する送受信回路の構成例を、図２９を参照して説明する。
【０１３４】
まず、送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信信号とＱチャンネルの送信信号とを、それぞれベースバンドブロック２３０から乗算器２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給する。各乗算器２０１Ｉ及び２０１Ｑでは、発振器２２１の発振出力を、移相器２０２で所定位相シフトさせた２つの信号を乗算させ、その乗算信号を１系統に混合する。混合された信号は、可変増幅器２０３及びバンドパスフィルタ２０４を介して、乗算器２０５に供給し、発振器２２２の出力を乗算し、送信周波数に周波数変換する。乗算器２０５の出力は、バンドパスフィルタ２０６と可変増幅器２０７とパワーアンプ２０８を介して、デュプレクサ２０９に接続されたアンテナ２１０に供給し、アンテナ２１０から無線送信させる。バンドパスフィルタ２０４及び２０６では、送信信号以外の周波数成分を除去する。デュプレクサ２０９は、送信周波数の信号を送信系からアンテナ側に供給し、受信周波数の信号をアンテナ側から受信系に供給する分波手段である。
【０１３５】
受信系としては、アンテナ２１０で受信した信号を、デュプレクサ２０９を介してローノイズアンプ２１１に供給し、ローノイズアンプ２１１の増幅出力を、乗算器２１３に供給する。乗算器２１３では、発振器２２２の出力を乗算し、受信周波数の信号を中間周波信号に変換する。変換された中間周波数信号は、ハンドパスフィルタ２１４を介して、２つの乗算器２１５Ｉ及び２１５Ｑに供給する。各乗算器２１５Ｉ及び２１５Ｑでは、発振器２２１の発振出力を、移相器２１６で所定位相シフトさせた２つの信号を乗算させ、Ｉチャンネルの受信信号とＱチャンネルの受信信号とを得る。得られたＩチャンネルの受信信号とＱチャンネルの受信信号は、ベースバンドブロック２３０に供給する。バンドパスフィルタ２１２及び２１４では、信号以外の周波数成分を除去する。
【０１３６】
発振器２２１及び２２２は、制御部２２３により発振周波数が制御される構成としてあり、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を構成してある。制御部２２３内には、ＰＬＬ回路として必要なフィルタや比較器などが配置してある。
【０１３７】
このような図２９に示す送受信回路において、発振器２２１及び２２２に、本例の構成の単位共振子よりなる共振器を用いることが可能である。
【０１３８】
この送受信回路では、圧力制御機構を有する共振器が用いられているので、共振周波数の調整が可能であるため、送受信回路の信頼性を向上させることができる。
この送受信回路の具体的な例としては、例えば携帯電話機、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビーナ、ラジオチューナ等の電磁波を利用して通信する送受信回路が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】Ａ，Ｂ本発明の実施の形態が適用される共振器の概略構成図及びその共振器を構成する単位共振子の概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図３】本発明の原理を説明するために用いる、単位共振子の要部を示す図である。
【図４】接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。
【図５】Ａ，Ｂ本発明の第１の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図６】接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。
【図７】Ａ，Ｂ，Ｃ本発明の第２の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図８】接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。
【図９】Ａ，Ｂ本発明の第３の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１０】Ａ，Ｂ本発明の第４の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１１】Ａ，Ｂ本発明の第５の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１２】Ａ，Ｂ，Ｃ本発明の第６の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１３】Ａ，Ｂ本発明の第７の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１４】Ａ，Ｂ，Ｃ本発明の第８の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１５】Ａ，Ｂ本発明の第９の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。
【図１６】第１〜第９の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。
【図１７】第１〜第９の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。
【図１８】第１〜第９の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。
【図１９】Ａ，Ｂ熱膨張により共振周波数が減少する原理を説明するための図である。
【図２０】Ａ，Ｂ本発明の第１０の実施形態における単位共振子の概略構成図である。
【図２１】本発明の第１１の実施形態における単位共振子の概略構成図である。
【図２２】Ａ，Ｂ本発明の第１２の実施形態における単位共振子の概略構成図である。
【図２３】Ａ，Ｂ本発明の第１３の実施形態における単位共振子の概略構成図及び、支持部の概略断面構成図である。
【図２４】第１３の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図２５】第１３の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図２６】Ａ，Ｂ第１〜第１３の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。
【図２７】第１０〜第１３の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。
【図２８】第１０〜第１３の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。
【図２９】本発明の単位共振子を用いて構成された共振器が組み込まれた発振器を用いた送受信回路の概略構成図である。
【図３０】Ａ，Ｂ，Ｃ従来例における共振器の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１・・共振器、２・・単位共振子、３・・振動部、４ａ，４ｂ・・支持部、５・・固定部、６・・基板、７・・空間、８・・入力電極、９・・出力電極、１０，１１・・配線、１２・・接続部、１３，１５，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２４・・電極、１４・・電圧制御回路、１６，２３・・封止膜、２６・・電圧制御回路、２７・・トリミング回路、２８・・共振器、３０・・発振回路、３１・・メモリ、３３・・温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
固有の共振周波数で共振する振動部と、
前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、
前記支持部を前記基板に固定する固定部と、
前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構と
を有する単位共振子。
【請求項２】
前記圧力制御機構は、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と前記固定部間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項３】
前記圧力制御機構は、前記支持部、及び／又は前記共振部における共振時の節領域に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記支持部、及び／又は前記節領域との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と、前記支持部、及び／又は前記節領域との間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項４】
前記圧力制御機構は、前記支持部、及び／又は前記共振部における共振時の節領域に対向する、前記基板とは反対側の位置に形成された電極と、前記電極と前記支持部、及び／又は前記節領域との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と、前記支持部、及び／又は前記節領域との間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項５】
前記電極は、前記振動部と前記支持部の上部であって前記基板とは反対側の位置に、前記振動部と前記支持部と空間を介して形成された上部基板に形成される請求項４記載の単位共振子。
【請求項６】
前記圧力制御機構は、前記振動部と、一部又は全部が前記振動部に用いられる材料とは熱膨張率の異なる材料により形成された前記支持部とから構成され、
前記振動部の熱膨張時に対応した前記振動部及び支持部の熱膨張率の差異により、前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項７】
前記振動部はポリシリコンで形成され、
前記支持部の一部又は全部はアルミニウムで形成される請求項６記載の単位共振子。
【請求項８】
前記支持部は、長方形である請求項６記載の単位共振子。
【請求項９】
前記支持部は、二股形状である請求項６記載の単位共振子。
【請求項１０】
前記支持部は、熱膨張率の異なる材料の積層構造である請求項６記載の単位共振子。
【請求項１１】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とから構成される単位共振子の、前記支持部と前記振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、前記振動部の振動の有効質量を変化させ、共振周波数を調整する
単位共振子の調整方法。
【請求項１２】
基板と、
固有の共振周波数で共振する振動部と、
前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、
前記支持部を前記基板に固定する固定部と、
前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子
から構成される共振器。
【請求項１３】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御することにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器
を用いて構成される発振回路。
【請求項１４】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路からの電圧の制御範囲を調整するためのトリミング回路と
から構成される発振器。
【請求項１５】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路に温度情報を供給する温度センサと、
前記温度情報と共振周波数特性により決定される制御電圧の値を前記電圧制御回路に読み出す為のメモリと
から構成される発振器。
【請求項１６】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路からの電圧の制御範囲を調整するためのトリミング回路と
前記電圧制御回路に温度情報を供給する温度センサと、
前記温度情報と共振周波数特性により決定される制御電圧の値を前記電圧制御回路に読み出す為のメモリ
とから構成される発振器。
【請求項１７】
基板と固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力が制御されることにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器を用いて構成される発振回路
を有する送受信回路。
【請求項１】
基板と、
固有の共振周波数で共振する振動部と、
前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、
前記支持部を前記基板に固定する固定部と、
前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構と
を有する単位共振子。
【請求項２】
前記圧力制御機構は、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と前記固定部間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項３】
前記圧力制御機構は、前記支持部、及び／又は前記共振部における共振時の節領域に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記支持部、及び／又は前記節領域との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と、前記支持部、及び／又は前記節領域との間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項４】
前記圧力制御機構は、前記支持部、及び／又は前記共振部における共振時の節領域に対向する、前記基板とは反対側の位置に形成された電極と、前記電極と前記支持部、及び／又は前記節領域との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と、前記支持部、及び／又は前記節領域との間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項５】
前記電極は、前記振動部と前記支持部の上部であって前記基板とは反対側の位置に、前記振動部と前記支持部と空間を介して形成された上部基板に形成される請求項４記載の単位共振子。
【請求項６】
前記圧力制御機構は、前記振動部と、一部又は全部が前記振動部に用いられる材料とは熱膨張率の異なる材料により形成された前記支持部とから構成され、
前記振動部の熱膨張時に対応した前記振動部及び支持部の熱膨張率の差異により、前記圧力が印加される請求項１記載の単位共振子。
【請求項７】
前記振動部はポリシリコンで形成され、
前記支持部の一部又は全部はアルミニウムで形成される請求項６記載の単位共振子。
【請求項８】
前記支持部は、長方形である請求項６記載の単位共振子。
【請求項９】
前記支持部は、二股形状である請求項６記載の単位共振子。
【請求項１０】
前記支持部は、熱膨張率の異なる材料の積層構造である請求項６記載の単位共振子。
【請求項１１】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とから構成される単位共振子の、前記支持部と前記振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、前記振動部の振動の有効質量を変化させ、共振周波数を調整する
単位共振子の調整方法。
【請求項１２】
基板と、
固有の共振周波数で共振する振動部と、
前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、
前記支持部を前記基板に固定する固定部と、
前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子
から構成される共振器。
【請求項１３】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御することにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器
を用いて構成される発振回路。
【請求項１４】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路からの電圧の制御範囲を調整するためのトリミング回路と
から構成される発振器。
【請求項１５】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路に温度情報を供給する温度センサと、
前記温度情報と共振周波数特性により決定される制御電圧の値を前記電圧制御回路に読み出す為のメモリと
から構成される発振器。
【請求項１６】
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路からの電圧の制御範囲を調整するためのトリミング回路と
前記電圧制御回路に温度情報を供給する温度センサと、
前記温度情報と共振周波数特性により決定される制御電圧の値を前記電圧制御回路に読み出す為のメモリ
とから構成される発振器。
【請求項１７】
基板と固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び／又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力が制御されることにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器を用いて構成される発振回路
を有する送受信回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００９−２３１９６８（Ｐ２００９−２３１９６８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７２３０８（Ｐ２００８−７２３０８）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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