慣性センサ、その駆動方法およびその製造方法
【課題】複数の振動子を連成駆動させて１つの基準振動のみで３軸の角速度を検出するセンサを実現し、慣性センサの小型化を可能にする。
【解決手段】固定部３１と、前記固定部１３に弾性支持体３１〜３４を介して支持される第１振動子２１、第２振動子２２、第３振動子２３および第４振動子２４を有し、前記第１振動子２１および前記第３振動子２３はＸ軸上に該Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に配置され、前記第２振動子２２および前記第４振動子２４は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点Ｏと同位置のＹ軸の原点Ｏに対して対称な位置に配置され、前記第１振動子２１、前記第２振動子２２、前記第３振動子２３および前記第４振動子２４は隣り合う振動子間を弾性連結体４１〜４４により支持されている。
【解決手段】固定部３１と、前記固定部１３に弾性支持体３１〜３４を介して支持される第１振動子２１、第２振動子２２、第３振動子２３および第４振動子２４を有し、前記第１振動子２１および前記第３振動子２３はＸ軸上に該Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に配置され、前記第２振動子２２および前記第４振動子２４は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点Ｏと同位置のＹ軸の原点Ｏに対して対称な位置に配置され、前記第１振動子２１、前記第２振動子２２、前記第３振動子２３および前記第４振動子２４は隣り合う振動子間を弾性連結体４１〜４４により支持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサ、その駆動方法およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動きを制御するため回転角速度を検出する角速度センサは欠くことのできないセンサとなっており、家庭用の電子機器や自動車等に幅広く使用されている。
従来技術の第１例として、１軸の角速度を検出する角速度センサがある（例えば、特許文献１参照）。その駆動方式には、２つの振動子をばねで連結し駆動させる方式が用いられている。振動子は同一平面状に配置されており、振動子を逆位相で駆動させることにより角速度を検出する。逆位相で２つの振動子を駆動することにより、加速度などの同位相で影響を及ぼす要因を相殺することが可能となる。１軸の角速度を検出する角速度センサは広く実用化されている。
一方、２軸の角速度を検出するためには１軸の角速度センサを組み合わせる必要がある。
従来技術の第２例として、２軸を検出する角速度センサがある（例えば、特許文献２参照）。これは、１軸の角速度サンサを組み合わせる必要がないため、複数の角速度センサを実装する場合に生じる検出軸のずれは発生しない。
【０００３】
従来技術の第１例では、多軸の角速度を検出する場合、複数の１軸角速度センサを実装する必要があるため、複数の角速度センサの実装時に検出軸を合わせることが難しく、検出軸にずれが生じる可能性がある。
従来技術の第２例では、１つの構造体で２軸の角速度が検出できるため、複数の角速度センサを実装する場合に生じる検出軸のずれは生じない。しかし、プロセスのばらつきにより、振動子を支持するばねの幅や各振動子の質量が異なる場合に、各振動子の周波数にばらつきが生じて複数振動子を同一周波数で駆動させることが難しくなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１-２６４０６９号公報
【特許文献２】特開平０９-３２９４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、振動子を支持するばねの幅や各振動子の質量が異なる場合に、各振動子の周波数にばらつきが生じて複数振動子を同一周波数で駆動させることが難しくなる点である。
【０００６】
本発明は、複数の振動子を連成駆動させて１つの基準振動のみで３軸の角速度を検出するセンサを実現し、慣性センサの小型化を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の慣性センサは、固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣り合う振動子間を弾性連結体により支持されている。
【０００８】
本発明の慣性センサでは、弾性連結体によってＸ軸、Ｙ軸方向に力のベクトルを変換する。この弾性連結体により、弾性支持体の幅や各振動子の質量にばらつきがある場合でも、４つの振動子は連成駆動するため、同一周波数で駆動する。同時に、Ｘ軸上の２つの振動子およびＹ軸上の２つの振動子は逆位相で駆動する。すなわち、１つの基準振動で４つの振動子が振動する。
【０００９】
本発明の慣性センサの駆動方法は、固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣接する振動子間を弾性連結体により支持されていて、前記第１振動子ないし前記第４振動子に同一周波数の駆動信号を与えて前記第１振動子ないし前記第４振動子を連成駆動させ、かつ、前記第１振動子および前記第３振動子を前記Ｘ軸上に振動させ、前記第２振動子および前記第４振動子を前記Ｙ軸上に前記第１振動子および前記第３振動子とは逆位相で振動させる。
【００１０】
本発明の慣性センサの駆動方法では、弾性連結体によってＸ軸、Ｙ軸方向に力のベクトルを変換する。この弾性連結体により、弾性支持体の幅や各振動子の質量にばらつきがある場合でも、４つの振動子に同一周波数の駆動信号を与えているため、４つの振動子は連成駆動し、同一周波数で駆動する。同時に、Ｘ軸上の２つの振動子およびＹ軸上の２つの振動子は逆位相で駆動する。すなわち、１つの基準振動で４つの振動子が振動する。
【００１１】
本発明の慣性センサの製造方法は、基板本体部と絶縁層とシリコン層が順に積層された第１基板を用意し、後の工程で固定部が形成される領域を除く前記シリコン層の上部に凹部を形成する工程と、前記シリコン層の後の工程で駆動電極が形成される領域上に第１電極を形成する工程と、前記シリコン層で、枠体からなる固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＸ軸上に対向して形成される第１振動子および第３振動子と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＹ軸上に対向して形成される第２振動子および第４振動子と、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子の隣接する振動子間を支持する弾性連結体を形成する工程と、前記固定部と前記基板本体部との間および前記駆動電極と前記基板本体部との間の前記絶縁層を残して、それ以外の前記絶縁層を除去する工程と、第２基板を用意し、該第２基板の前記第１電極に対向する位置に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上にコンタクト部を形成する工程と、前記固定部と前記第２基板とを接合させて前記第１電極と前記コンタクト部とを接続させる工程とを有する。
【００１２】
本発明の慣性センサの製造方法では、本発明の慣性センサが製造される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の慣性センサは、１つの構造体に形成された４つの振動子の駆動により、１つの基準振動のみで３軸の角速度を検出するセンサを実現できるという利点がある。よって、慣性センサの小型化が実現できる。
【００１４】
本発明の慣性センサの駆動方法は、１つのセンサで３軸の角速度を検出するため、検出軸のずれが発生しないので、３軸の角速度の正確に検出できるという利点がある。
【００１５】
本発明の慣性センサの製造方法は、１つの構造体に形成された４つの振動子の駆動により、１つの基準振動のみで３軸の角速度を検出するセンサを製造できるという利点がある。よって、慣性センサの小型化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
１．第１の実施の形態（慣性センサの基本構成の一例）。
２．第２の実施の形態（慣性センサの駆動方法の一例）。
３．第３の実施の形態（慣性センサの構成の変形例）。
４．第４の実施の形態（慣性センサの製造方法の一例）。
５．第５の実施の形態（慣性センサの電子機器への適用例）。
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
［慣性センサの基本構成の一例］
本発明の第１実施の形態に係る慣性センサの基本構成の一例を、図１の基本構成のレイアウト図および図２の図１中のＡ−Ａ’線断面図および図３の図１中のＢ−Ｂ’線断面図によって説明する。
【００１８】
図１、図２および図３に示すように、基板本体部１１上には絶縁層１２を介して枠状に形成された固定部１３を有する。ここでは、固定部１３の中心をＸ軸とＹ軸の原点Ｏに合わせている。上記Ｘ軸は上記Ｙ軸と直交し、Ｘ軸の原点とＹ軸の原点は同位置になっている。上記基板本体部１１は、例えばシリコン基板で形成されている。また上記固定部１３は、例えばシリコン層で形成されている。このシリコン層は、例えば４００μｍ程度の厚みを有する。
上記固定部１３の内側には、Ｘ軸上で、Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に、上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３１（３１Ａ，３１Ｂ）によって第１振動子２１が支持されている。また上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３３（３３Ａ，３３Ｂ）によって第３振動子２３が支持されている。
さらに、上記固定部１３の内側には、Ｙ軸上に該Ｙ軸の原点Ｏ（上記Ｘ軸の原点Ｏと同位置）に対して対称な位置に、上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３２（３２Ａ，３２Ｂ）によって第２振動子２２が支持されている。また上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３４（３４Ａ，３４Ｂ）によって第４振動子２４が支持されている。
したがって、第１振動子２１、第２振動子２２、第３振動子２３、第４振動子２４は、弾性支持体３１〜弾性支持体３４によってのみ、固定部１１に支持されていて、基板本体部１１に対して浮動状態となっている。
また、上記弾性支持体３１Ａ，３１Ｂは、第１振動子２１の一面の両端に形成されている。上記弾性支持体３２Ａ，３２Ｂ、弾性支持体３３Ａ，３３Ｂ、弾性支持体３４Ａ，３４Ｂも、上記弾性支持体３１Ａ，３１Ｂと同様に形成されている。
なお、上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、弾性支持体３１Ａ，３１Ｂのようにそれぞれ二つの弾性支持体で形成したが、一つの弾性支持体もしくは３つ以上の弾性支持体で形成することもできる。
【００１９】
上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、例えば、板ばねで形成されている。板ばねの形状例については後述する。また上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、一例として、平面レイアウト上、Ｌ字形状に形成されたものを用いた。
【００２０】
また、上記基板本体部１１がガラス基板の場合には上記絶縁層１２をガラス基板の上部で形成してもよい。
【００２１】
さらに、上記第１振動子２１、上記第２振動子２２、上記第３振動子２３および上記第４振動子２４は隣接する振動子間を弾性連結体４１〜弾性連結体４４により支持されている。すなわち、上記第１振動子２１と上記第２振動子２２との間に弾性連結体４１が形成されていて、上記第２振動子２２と上記第３振動子２３との間に弾性連結体４２が形成されている。また上記第３振動子２３と上記第４振動子２４との間に弾性連結体４３が形成されていて、上記第４振動子２４と上記第１振動子２１との間に弾性連結体４４が形成されている。
上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、例えば、板ばねで形成されている。その形状例については後述する。
【００２２】
さらに、上記固定部１３と上記第１振動子２１の間には、上記固定部１３と上記第１振動子２１とから離間して駆動電極５１が形成されている。上記固定部１３と上記第２振動子２２の間には、上記固定部１３と上記第２振動子２２とから離間して駆動電極５２が形成されている。上記固定部１３と上記第３振動子２３の間には、上記固定部１３と上記第３振動子２３とから離間して駆動電極５３が形成されている。さらに上記固定部１３と上記第４振動子２４の間には、上記固定部１３と上記第４振動子２４とから離間して駆動電極５４が形成されている。
各振動子（第１振動子２１〜第４振動子２４）と各駆動電極（駆動電極５１〜駆動電極５４）との離間距離は、例えば１５μｍとした。
上記駆動電極５１〜駆動電極５４は、上記基板本体部１１上に絶縁層１２を介して形成されている。
また、上記駆動電極５１〜駆動電極５４上には、第１電極５５〜第１電極５８が形成されている。駆動電極５１、駆動電極５３上に形成された第１電極５５、第１電極５７は、図２に示されている。駆動電極５２、駆動電極５４上に形成された第１電極５６、第１電極５８は、図３に示されている。
【００２３】
上記固定部１３、上記第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜弾性支持体３４、弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、例えばシリコン層で一体に形成されている。
また上記駆動電極５１〜駆動電極５４も上記シリコン層で形成されていてもよい。
また、上記第１電極５５〜第１電極５８は、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。
【００２４】
また、上記固定部１３上には第２基板２００が形成されている。
上記第２基板２００には、上記各駆動電極５１〜５４に対向して接続されるコンタクト部２１１〜コンタクト部２１４を介して第２電極２２１〜第２電極２２４が形成されている。コンタクト部２１１、コンタクト部２１３、第２電極２２１、第２電極２２３は、図２に示されている。コンタクト部２１２、コンタクト部２１４、第２電極２２２、第２電極２２４は、図３に示されている。
さらに、上記第１振動子２１〜第４振動子２４のそれぞれの上方の上記第２基板２００には、検出電極２２５〜検出電極２２８が形成されている。検出電極２２５、検出電極２２７は、図２に示されている。検出電極２２６、検出電極２２８は、図３に示されている。
上記第２基板２００には、例えばガラス基板を用いる。
なお、第２基板２００にシリコン基板を用いた場合には、第２基板２００と上記第２電極２２１〜第２電極２２４との間、第２基板２００と上記検出電極２２５〜検出電極２２８との間に絶縁層（図示せず）を設ける。
また、上記検出電極２２５〜検出電極２２８は、上記基板本体部１１側の振動子側の面もしくはその反対側の面、もしくは第２基板２００の振動子とは反対側に面に形成することもできる。
上記第２電極２２１〜第２電極２２４、上記検出電極２２５〜検出電極２２８は、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。
上記コンタクト部２１１〜コンタクト部２１４は、例えば金で形成されている。
【００２５】
上記固定部１３と上記第２基板２００の接合は、第２基板２００の材質によって、金属接合、Ｓｉ−Ｓｉ接合、もしくはＳｉ−ＳｉＯ2接合で接合されている。
【００２６】
上記のように、慣性センサ１が構成されている。
【００２７】
上記慣性センサ１では、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４によってＸ軸、Ｙ軸方向に力のベクトルを変換する。この弾性連結体４１〜弾性連結体４４により、上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４の幅や上記第１振動子２１〜第４振動子２４の質量にばらつきがある場合でも、上記第１振動子２１〜第４振動子２４は連成駆動するため、同一周波数で駆動する。同時に、Ｘ軸上の２つの第１振動子２１、第３振動子２３およびＹ軸上の２つの第２振動子２２〜第４振動子２４は逆位相で駆動する。
すなわち、１つの構造体である上記慣性センサ１に形成された上記第１振動子２１〜第４振動子２４の駆動により、１つの基準振動のみの３軸の角速度センサを実現できるという利点がある。よって、慣性センサの小型化が実現できる。
また、上記構成の慣性センサ１は、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動が最も低い周波数で現われる振動モードを有する。
【００２８】
また上記慣性センサ１は、１つの慣性センサで複数軸の角速度が検出可能なため、１軸の角速度センサを複数組み合わせる構成と比較して慣性センサの占有面積は小さくて済む。
さらに複数の角速度センサを組み合わせる必要が無いため、複数の角速度センサを実装する構成で生じる検出軸のずれが発生しない。
また、１つの基準信号で４つの第１振動子２１〜第４振動子２４を駆動させるため、従来であれば複数軸分必要な駆動回路も１軸分で済み、回路面積を小さくすることが可能となる。
【００２９】
＜２．第２の実施の形態＞
［慣性センサの駆動方法の一例］
次に、本発明の第２実施の形態に係る慣性センサの駆動方法の一例を、図４および図５の振動子の駆動模式図によって説明する。
【００３０】
上記慣性センサ１は、図４および図５に示すように、第１振動子２１〜第４振動子２４が配置されている。
前記説明したように、Ｘ軸上に該Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に第１振動子２１と第３振動子２３とが配置されている。
また、Ｙ軸上に該Ｙ軸の原点Ｏに対して対称な位置に、第２振動子２２と、第４振動子２４とが配置されている。
上記４つの第１振動子２１〜第４振動子２４の駆動振動として、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動および回転振動がある。
【００３１】
まず、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動を説明する。
図４に示すように、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が原点Ｏから遠ざかる方向（白抜きの矢印方向）に振動するとき、Ｙ軸の第２振動子２２と第４振動子２４は原点Ｏに近づく方向（黒塗りの矢印方向）に振動する。
一方、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が原点Ｏに近づく方向（黒塗りの矢印方向）に振動するとき、Ｙ軸の第２振動子２２と第４振動子２４は原点Ｏから遠ざかる方向（白抜きの矢印方向）に振動する。
このようにＸ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３と、Ｙ軸の第２振動子２２と第４振動子２４は、逆位相で振動する。これは、各第１振動子２１〜第４振動子２４の共振モードを最適化することにより実現することが可能である。
このように、上記慣性センサ１は、並進の逆位相振動の振動モードを有する。
【００３２】
次に、Ｘ軸、Ｙ軸の回転振動を説明する。
図５に示すように、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４は、Ｘ軸、Ｙ軸の原点Ｏを中心とする回転方向（白抜きの矢印方向または黒塗りの矢印方向）に振動する。
例えば、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４は、Ｘ軸、Ｙ軸の原点Ｏを中心とする同一回転方向に振動する。
このように、上記慣性センサ１は、回転振動の振動モードを有する。
【００３３】
一般に慣性センサの駆動振動には、静電駆動、電磁駆動、圧電駆動等の駆動方式が考えられる。
【００３４】
上記図１〜図３によって説明した慣性センサ１では、一例として静電駆動を用いる。
上記駆動電極５１〜駆動電極５４とそれらに対向する第１振動子２１〜第４振動子２４との間に共振モードを励起する周波数の電圧を印加することで第１振動子２１〜第４振動子２４を振動できる。
上記駆動電極５１、駆動電極５３に同位相の駆動信号（例えば電圧）を印加し、上記駆動電極５２、駆動電極５４に逆位相の駆動信号を印加する。すると各振動子と各駆動電極間で静電気力が発生し、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４が同一周波数で駆動する。上記第１振動子２１〜第４振動子２４の隣り合う振動子の中心を通る面に対して直交する軸方向に力のベクトルを変換する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４により、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４は連成駆動する。
【００３５】
このため、前記図４に示したように、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が逆位相で原点Ｏに近づく方向へ駆動するときは、Ｙ軸上の第２振動子２２と第４振動子２４は逆位相で原点Ｏから遠ざかる方向へ駆動する。
また、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が原点Ｏから遠ざかる方向へ駆動するときは、Ｙ軸上の第２振動子２２と第４振動子２４は原点Ｏに近づく方向へ駆動する。
【００３６】
また、上記慣性センサ１では、駆動回路が１組で済むため、回路面積の縮小、駆動周波数の調整機構の削減といった利点がある。さらに、複数軸の駆動振動機構をもつ構造体において問題となる、１つの駆動振動が他軸へのノイズになるといった影響も排除できる。
【００３７】
次に、角速度の検出原理を以下に説明する。
【００３８】
一般に、ある方向に振動する重さｍの振動子に振動方向と鉛直な軸に角速度ωが印加されたとき、振動方向と角速度が印加された軸と直交する軸にコリオリ力Ｆが発生する。このコリオリ力Ｆは、Ｆ＝２ｍｖωで表される。式中、ｖは振動子の振動方向への速度である。
【００３９】
上記慣性センサ１について説明する。
角速度を検出するためには、上記検出電極２２５〜検出電極２２８により静電容量を検出する。
Ｘ軸上の振動子（第１振動子２１、第３振動子２３）が原点Ｏから遠ざかる方向に振動し、Ｙ軸上の振動子（第２振動子２２、第４振動子２４）が原点Ｏに近づく方向に振動するときを考察する。
Ｘ軸周りに角速度ωが印加されたときＹ軸上の２つの振動子（第２振動子２２、第４振動子２４）にはＺ軸方向にコリオリ力Ｆ＝２ｍｖωが発生する。Ｙ軸上の２つの振動子（第２振動子２２、第４振動子２４）はＸ軸周りの角速度ωに対して逆位相で振動しているため、Ｚ軸方向に発生するコリオリ力Ｆは逆向きとなる。２つの振動子と上記検出電極２２５〜検出電極２２８間の容量の差分をとることにより、Ｘ軸周りの角速度ωを検出することができる。
Ｙ軸周りの角速度についてもＸ軸上の２つの振動子（第１振動子２１、第３振動子２３）に発生するコリオリ力により、同様に検出することができる。
【００４０】
＜３．第３の実施の形態＞
［慣性センサの構成の変形例］
次に、本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を、図６〜図１３の模式平面レイアウト図によって説明する。
【００４１】
図６に示すように、前記図１によって説明したのと同様に、第１振動子２１と第３振動子２３の対向する面および記第２振動子２２と第４振動子２４の対向する面のそれぞれに弾性連結体４１〜４４が形成されている。
また、上記第１振動子２１と上記第３振動子２３の対向する面とは異なる面および上記第２振動子２２と上記第４振動子２４の対向する面とは異なる面のそれぞれに弾性支持体３１（３１Ａ，３１Ｂ）〜３４（４３Ａ，３４Ｂ）が形成されている。
上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、平面レイアウト上、前記図１ではＬ字形状に形成されていたが、図示したように折れ線形状に形成されていてもよい。すなわち、各弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、ばねの機能を有するものであれば、Ｌ字形状や折れ線形状等、種々のばね形状を採用することができる。
また、弾性支持体３１〜弾性支持体３４のばね定数は、例えば弾性支持体３１〜弾性支持体３４の厚みで調整される。
さらに上記構成では、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動が最も低い周波数で現われる振動モードを有する。
【００４２】
次に、弾性支持体と弾性連結体の別の構成例を図７によって説明する。
図７に示すように、Ｘ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第１振動子２１と第３振動子２３が配置され、Ｙ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第２振動子２２と第４振動子２４が配置されている。この第１振動子２１と第３振動子２３が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３１（３１Ａ）、弾性支持体３１（３１Ｂ）と、弾性支持体３３（３３Ａ）、弾性支持体３３（３３Ｂ）が形成されている。また、第２振動子２２と第４振動子２４が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３２（３２Ａ）、弾性支持体３２（３２Ｂ）と、弾性支持体３４（３４Ａ）、弾性支持体３４（３４Ｂ）が形成されている。
また、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面の中央部には、弾性連結体４４、弾性連結体４１が離間して形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面の中央部には、上記弾性連結体４１、弾性連結体４２が離間して形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面の中央部には、上記弾性連結体４２、弾性連結体４３が離間して形成されている。さらに、上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面の中央部には、上記弾性連結体４３、弾性連結体４４が離間して形成されている。
【００４３】
上記図７によって説明した慣性センサの構成では、回転振動に適用することが好ましく、また弾性連結体４１〜弾性連結体４４と弾性支持体３１〜弾性支持体３４が離間されて形成されているから、互いを干渉せず、振動することができる。
【００４４】
次に、弾性支持体と弾性連結体の別の構成例を図８によって説明する。
図８に示すように、Ｘ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第１振動子２１と第３振動子２３が配置され、Ｙ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第２振動子２２と第４振動子２４が配置されている。この第１振動子２１と第３振動子２３が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３１（３１Ａ）、弾性支持体３１（３１Ｂ）と、弾性支持体３３（３３Ａ）、弾性支持体３３（３３Ｂ）が形成されている。また、第２振動子２２と第４振動子２４が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３２（３２Ａ）、弾性支持体３２（３２Ｂ）と、弾性支持体３４（３４Ａ）、弾性支持体３４（３４Ｂ）が形成されている。
また、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面に隣接する一方の側面には、弾性連結体４１の一端が形成され、上記第１振動子２１の面に隣接する他方の側面には、弾性連結体４４の一端が形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面に隣接する一方の側面には、上記弾性連結体４１の他端が形成され、上記第２振動子２２の面に隣接する他方の側面には、弾性連結体４２の一端が形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面に隣接する一方の側面には、上記弾性連結体４２の他端が形成され、上記第３振動子２３の面に隣接する他方の側面には、弾性連結体４３の一端が形成されている。上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面に隣接する一方の側面には、上記弾性連結体４３の他端が形成され、上記第４振動子２４の面に隣接する他方の側面には、上記弾性連結体４４の他端が形成されている。
【００４５】
上記図８によって説明した慣性センサの構成では、回転振動に適用することが好ましく、また弾性連結体４１〜弾性連結体４４と弾性支持体３１〜弾性支持体３４が離間されて形成されているから、互いを干渉せず、振動することができる。そして、回転振動が最も低い周波数に現われる振動モードを有する。
【００４６】
次に、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４の形状例について説明する。
図９に示すように、平面レイアウト上、第１振動子２１〜第４振動子２４をそれぞれに連結する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は円弧状に形成されている。
図１０に示すように、平面レイアウト上、第１振動子２１〜第４振動子２４をそれぞれに連結する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４はＬ字形状に形成されている。
図１１に示すように、平面レイアウト上、第１振動子２１〜第４振動子２４をそれぞれに連結する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は鈍角で多角に折れ曲がった折れ線形状に形成されている。折れ曲がる角数は、図示したように２箇所であってもそれ以上であってもよい。
【００４７】
上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４の構成において、１つの振動子の駆動時に各振動子の振幅のばらつきが最も小さい構造は円弧状の弾性連結体であることを、本発明者はシミュレーションにより確認している。よって、円弧状の弾性連結体が力の伝達損失が少ない構造といえる。
【００４８】
上記図９〜図１１に示した上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４が形成される振動子面に対して直角に形成されている。
このように、弾性連結体４１〜弾性連結体４４が振動子粘着に対して直角に形成されていることから、各第１振動子２１〜第４振動子２４のそれぞれの振動を伝達する際の伝達損失が最低になる。
【００４９】
また、上記図９〜図１１に示した上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、振動子の一面には離間して形成されている。例えば、０．５μｍ程度もしくはそれ以上に離間して形成されている。
このように、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、振動子の一面には離間して形成されていることから、第１振動子２１〜第４振動子２４が振動した際に、弾性連結体４１〜弾性連結体４４同士が接触して損失を生じることがない。また弾性連結体４１〜弾性連結体４４同士が接触して形成されることによる弾性連結体４１〜弾性連結体４４の重心変動がないので、振動の重心が変動しない。
【００５０】
次に、弾性連結体の別の構成例を図１２によって説明する。
図１２に示すように、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面には、弾性連結体４４の一端と弾性連結体４１の一端が離間して形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面には、上記弾性連結体４１の他端と弾性連結体４２の一端が離間して形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面には、上記弾性連結体４２の他端と弾性連結体４３の一端が離間して形成されている。さらに、上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面には、上記弾性連結体４３の他端と上記弾性連結体４４の他端が離間して形成されている。
また、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面に隣接する一方の側面には、第２弾性連結体４５の一端が形成され、上記第１振動子２１の面に隣接する他方の側面には、第２弾性連結体４８の一端が形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面に隣接する一方の側面には、上記第２弾性連結体４５の他端が形成され、上記第２振動子２２の面に隣接する他方の側面には、第２弾性連結体４６の一端が形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面に隣接する一方の側面には、上記第２弾性連結体４６の他端が形成され、上記第３振動子２３の面に隣接する他方の側面には、第２弾性連結体４７の一端が形成されている。上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面に隣接する一方の側面には、上記第２弾性連結体４７の他端が形成され、上記第４振動子２４の面に隣接する他方の側面には、上記第２弾性連結体４８の他端が形成されている。
上記第１振動子２１〜第４振動子２４の配置は、前記図１等によって説明した振動子の配置と同様である。
そして、上記構成の慣性センサでは、回転振動が最も低い周波数に現われる振動モードを有する。
【００５１】
次に、弾性連結体の別の構成例を図１３によって説明する。
図１３に示すように、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面には、弾性連結体４４の一端と弾性連結体４１の一端が離間して形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面には、上記弾性連結体４１の他端と弾性連結体４２の一端が離間して形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面には、上記弾性連結体４２の他端と弾性連結体４３の一端が離間して形成されている。さらに、上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面には、上記弾性連結体４３の他端と上記弾性連結体４４の他端が離間して形成されている。
上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれの中間部には、弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれを支持する補助弾性体６１〜補助弾性体６４が形成されている。
このように、補助弾性体６１〜補助弾性体６４が形成されていることで、振動子が原点Ｏに近づいても、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４を介して補助弾性体６１〜補助弾性体６４により第１振動子２１〜第４振動子２４が支持される。
これによって、第１振動子２１〜第４振動子２４の自重垂れの影響を低減もしくは排除することが可能になる。弾性連結体４１〜弾性連結体４４を保持する箇所は隣の第１振動子２１〜第４振動子２４に伝達される力を減少させないために、弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれの中心部を保持することが好ましい。例えば、弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれの中点で補助弾性体６１〜補助弾性体６４が形成されるように、弾性連結体４１〜弾性連結体４４と補助弾性体６１〜補助弾性体６４が一体に構成されることが好ましい。
また、補助弾性体６１〜補助弾性体６４がＸ軸もしくはＹ軸に対して４５度傾けた方向に形成されることが好ましい。
上記第１振動子２１〜第４振動子２４の配置は、前記図１等によって説明した振動子の配置と同様である。
【００５２】
＜４．第４の実施の形態＞
［慣性センサの製造方法の一例］
本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を、図１４〜図１６、図１８、図１９の製造工程断面図および図１７の平面レイアウト図によって説明する。図１４〜図１９では、一例として、前記慣性センサ１の製造工程を示す。また図１４〜図１６、図１８、図１９は前記図１のＡ−Ａ’線にそって表記している。
【００５３】
図１４に示すように、振動子、弾性支持体、弾性連結体等を形成するための第１基板１００を用意する。この基板１００は、基板１３１（前記図１〜図３によって説明した基板本体部１１に相当）とシリコン層１３３との間に酸化シリコン層１３２（前記図１〜図３によって説明した絶縁層１２に相当）を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いる。
【００５４】
まず、上部のシリコン層１３３を所望の膜厚（例えば４００μｍ）となるよう基板全面にエッチングを施す。エッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウエットエッチでよく、または化学的、物理的ドライエッチでも良い。また、所望の膜厚が予めわかっているならば、そのようなＳＯＩ基板を用意しても良い。
【００５５】
次に、陽極接合のフレーム形成のため、シリコン層１３３のエッチングを行い、凹部１３５を形成する。エッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウエットエッチや化学的、物理的ドライエッチでも良い。このエッチングにおいて、振動子の膜厚および弾性支持体の膜厚が決定される。
【００５６】
次に、図１５に示すように、後にＸ軸上の駆動電極が形成される上記シリコン層１３３上に第１電極５５、第１電極５７を形成する。同時に後にＹ軸上の駆動電極が形成される上記シリコン層１３３上に第１電極５６（図示せず）、第１電極５８（図示せず）を形成する。
上記第１電極５５〜５８形成は、電子ビーム蒸着とリフトオフ法の併用にて行う。または、電極材料層を形成した後、この電極材料層をウェットエッチングやドライエッチングによってパターニングしても良い。
また上記電極材料として、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。
【００５７】
次に、図１６および図１７の平面レイアウト図に示すように、エッチング技術として、例えば反応性イオンエッチングを用いてシリコン層１３３を加工して、第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜３４、弾性連結体４１〜４４、駆動電極５１〜５４、陽極接合のためのフレームを兼ねる固定部１３を形成する。
このように、第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜３４および弾性連結体４１〜４４が共に厚み方向にエッチングすることで形成されるため、第１振動子２１〜第４振動子２４の重心と弾性支持体３１〜３４の重心が一致するので、不要な機械的振動が発生しない構造となる。
【００５８】
すなわち、上記固定部１３の内側には、Ｘ軸上に該Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に、弾性支持体３１を介して第１振動子２１と、弾性支持体３３を介して第３振動子２３とが支持されるように形成される。
また、上記固定部１３の内側には、Ｙ軸上に該Ｙ軸の原点Ｏ（上記Ｘ軸の原点Ｏと同位置）に対して対称な位置に、弾性支持体３２を介して第２振動子２２と、弾性支持体３４を介して第４振動子２４とが支持されるように形成される。
上記弾性支持体３１〜３４は、例えば、平面レイアウト上、Ｌ字形状に形成される。
【００５９】
さらに、上記第１振動子２１、上記第２振動子２２、上記第３振動子２３および上記第４振動子２４は隣接する振動子間を弾性連結体４１〜４４により支持される。すなわち、上記第１振動子２１と上記第２振動子２２との間に弾性連結体４１が形成され、上記第２振動子２２と上記第３振動子２３との間に弾性連結体４２が形成される。また上記第３振動子２３と上記第４振動子２４との間に弾性連結体４３が形成され、上記第４振動子２４と上記第１振動子２１との間に弾性連結体４４が形成される。
【００６０】
さらに、上記固定部１３と上記第１振動子２１の間には、上記固定部１３と上記第１振動子２１とから離間して第１駆動電極５１が形成される。上記固定部１３と上記第２振動子２２の間には、上記固定部１３と上記第２振動子２２とから離間して第２駆動電極５２が形成される。上記固定部１３と上記第３振動子２３の間には、上記固定部１３と上記第３振動子２３とから離間して第３駆動電極５３が形成される。さらに上記固定部１３と上記第４振動子２４の間には、上記固定部１３と上記第４振動子２４とから離間して第４駆動電極５４が形成される。
上記各振動子（第１振動子２１〜第４振動子２４）と上記各駆動電極（駆動電極５１〜駆動電極５４）との離間距離は、例えば１５μｍとする。
【００６１】
次に不必要な部分、例えば第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜３４、弾性連結体４１〜４４の下部の酸化シリコン層１３２をエッチングにより除去する。その際、固定部１３下部の酸化シリコン層１３２および駆動電極５１〜５４下部の酸化シリコン層１３２は一部残しておく。
したがって、第１振動子２１、第２振動子２２、第３振動子２３、第４振動子２４は、弾性支持体３１〜３４によってのみ、固定部１３に支持されていて、基板本体部１１に対して浮動状態となる。
【００６２】
次に第２基板側の作製方法を以下に説明する。
【００６３】
図１８（１）に示すように、第２基板２００には例えばガラス基板を用いる。
【００６４】
そして、図１８（２）に示すように、上記第２基板２００に電極形成膜２３１を形成する。
上記電極形成膜２３１は、例えば、電子ビーム蒸着により形成する。
上記電極形成膜２３１は、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。また成膜方法はスパッタ法やＣＶＤ法を用いても良い。
【００６５】
次に、上記電極形成膜２３１上の前記第１電極５５〜第１電極５８（前記図１６参照）が対向する位置にコンタクト部２１１〜コンタクト部２１４を形成する。このコンタクト部２１１〜コンタクト部２１４は、例えば無電解めっき法により金の支柱で形成する。
この金の支柱は、その後の工程で、第２基板２００を固定部１３（前記図１６参照）に接合した後の上記第１電極５５〜第１電極５８とコンタクトをとるために形成する。本実施例においては、金の支柱は、上記第１電極５５〜第１電極５８の一つに対して複数本形成してもよい。これにより、第２基板２００と固定部１３とを接合した時に支柱がばね状に屈曲し、適度なテンションをもって第１電極５５〜第１電極５８と次の工程で形成する第２電極を接続することができる。スプリングコンタクトや、金バンプを用いる接続方法もあるが、本方法の場合、ガラス基板に過度な応力をかけることも無く、また、作製方法もきわめて簡単である。本実施例においては無電解めっき法を用いたが電解めっき法でも形成できる。
【００６６】
次に、図１８（３）に示すように、上記第２基板２００の上記第１電極５５〜第１電極５８（前記図１６参照）が対向する位置に、上記電極形成膜２３１で第２電極２２１〜第２電極２２４（一部図示せず、図１８では、第２電極２２１、第２電極２２３を図示した。）を形成する。同時に、上記第２基板２００の上記第１振動子２１〜第４振動子２４（前記図１７参照）が対向する位置に、上記電極形成膜２３１で検出電極２２５〜検出電極２２８（一部図示せず、図１８では、検出電極２２５、検出電極２２７を図示した。）を形成する。
【００６７】
次に第１基板１００と第２基板２００との組立方法を説明する。
【００６８】
図１９に示すように、第２基板２００と固定部１３を接合させる。接合には、例えば陽極接合法を用いる。このとき、上記第１電極５５〜第１電極５８（一部図示せず、図１９では、第１電極５１、第１電極５３を図示した。）と上記コンタクト部２１１〜コンタクト部２１４（一部図示せず、図１９では、コンタクト部２１１、コンタクト部２１３を図示した。）が接合される。なお、上記接合は、第２基板２００の材質によって、メタル接合、Ｓｉ−Ｓｉ接合、Ｓｉ−ＳｉＯ2接合等の接合方法が適用できる。
【００６９】
次に、図示はしないが、第１基板１００および第２基板２００を、例えばダイシングにより切断し、個別チップを形成する。このようにして、角速度検出の慣性センサ１が作製される。その後、上記慣性センサ１はパッケージ（図示せず）に実装される。
【００７０】
上記慣性センサの製造方法によれば、１つの構造体に形成された４つの振動子（第１振動子２１〜第４振動子２４）の駆動により、１つの基準振動のみの３軸の角速度センサを実現できるという利点がある。よって、慣性センサ１の小型化が実現できる。
【００７１】
＜５．第５の実施の形態＞
［慣性センサの電子機器への適用例］
次に、本発明の慣性センサの第５実施の形態に係る慣性センサの電子機器への適用例を、図２０〜２５図によって説明する。
【００７２】
以上説明した本発明に係る慣性センサ１は、角速度を検出することができ、また角速度から加速度を求めることができるので、様々な電気・電子機器に適用することが可能である。
【００７３】
例えば、上記慣性センサ１は、携帯型ハードディスク駆動装置（以下、ハードディスク駆動装置を略してＨＤＤと記す）に適用される。また、ＨＤＤを搭載するノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器に適用される。さらに、携帯電話等の携帯端末装置に適用される。
【００７４】
上記慣性センサ１の適用を用途別にみると、上記慣性センサ１は姿勢制御、動作検知に用いられる。例えば、ビデオカメラ、スチルカメラ、カメラの交換レンズ等の携帯型撮影機器、携帯電話等の携帯端末装置、ユーザ・インターフェース、ゲーム機、ゲームコントローラー、等に適用される。
上記慣性センサ１は、振動制御に用いられる。例えば、全自動洗濯機、自動車、振動制御装置、等に適用される。
上記慣性センサ１は、動作検知に用いられるものである。例えば、歩数計、防犯・防災装置、盗難防止装置、等に適用される。
上記慣性センサ１は、衝撃（衝突）検知に用いられる。例えば、車両用エアバッグ装置、車両・船舶・航空機等の事故記録装置、ＨＤＤ、等に適用される。また携帯型ＨＤＤ、ノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器に適用される。また携帯電話等の携帯端末装置に適用される。
【００７５】
このように、本発明の慣性センサ１は、あらゆる分野の電気・電子機器に適用することが可能である。以下、電気・電子機器の一実施の形態を以下に説明する。ここで説明するのは一例であって、上記した電気・電子機器に適用できる。
【００７６】
ビデオカメラ装置に適用した一例を、図２０の概略構成斜視図によって説明する。
【００７７】
図２０に示すように、本適用例に係るビデオカメラ装置５１０は、本体５１１と、その前方に被写体撮影用のレンズ５１２を備える。また本体５１１の前方（レンズ側）側面に撮影時のスタート／ストップスイッチ５１３、表示部５１４を備え、本体５１１の後方にファインダー５１５を備える。また本体５１１の内部に、撮影した画像を記録する記録装置（図示せず）、固体撮像装置等の撮像素子５１６等を有する。
上記撮像素子５１６が搭載される基板５１７には、角速度センサが搭載されていて、その角速度センサとして本発明に係る慣性センサ１を用いる。
【００７８】
次に、ＨＤＤ装置に適用した一例を、図２１の概略構成斜視図によって説明する。
図２１では、ＨＤＤ装置の一例を示し、（１）図に概略構成斜視図を示し、（２）図に内部平面図を示した。
【００７９】
図２１に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置５３０は、ベース部材５３１とベース部材５３１の内部に設置された装置を覆うカバー５３２を有する。
上記ベース部材５３１の内部に設置されているベース基板５３３に、モータ５３５、このモータ５３５に駆動される磁気ディスク５３４が設置されている。また支軸５３６に回動自在に設けたアクチュエータアーム５３７、アクチュエータアーム５３７の先端部にヘッドサスペンション５３８を介して形成された磁気ヘッド５３９等が設けられている。上記磁気ヘッド５３９はアクチュエータアーム５３７の回動によって磁気ディスク５３４上に移動可能となっている。
そして、上記ベース基板５３３上に慣性センサ１が設置されている。なお、慣性センサ１は、ベース部材５３１、カバー５３２等に設置することも可能である。
【００８０】
次に、ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータに適用した一例を、図２２によって説明する。図２２では、ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの一例を示し、（１）図に表示部を開いた状態の概略構成斜視図を示し、（２）図に表示部を閉じた状態の概略構成斜視図を示した。
【００８１】
図２２に示すように、本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータ５５０は、本体５５１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード５５２、画像を表示する表示部５５３、ＨＤＤ装置５５４等を有する。
上記ＨＤＤ装置５５４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５３０を用いる。また、慣性センサ１はノート型パーソナルコンピュータ５５０の基板（図示せず）や本体５５１や表示部５５３を構成する筐体の内側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８２】
次に、ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を、図２３によって説明する。図２３では、ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を平面図に示した。
【００８３】
図２３に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したゲーム機５７０は、本体５７１に、画面等を操作する第１操作ボタン群５７２、第２操作ボタン群５７３、画像を表示する表示部５７４、ＨＤＤ装置５７５等を有する。
上記ＨＤＤ装置５７４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５３０を用いる。また、慣性センサ１はゲーム機５７０の基板（図示せず）や本体５７１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８４】
次に、ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を、図２４によって説明する。図２４では、ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を示し、概略構成斜視図で示した。
【００８５】
図２４に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置５９０は、本体５９１と、その前方に被写体撮影用のレンズ５１２を備える。また本体５１１の前方（レンズ側）側面に撮影時のスタート／ストップスイッチ５１３、表示部５１４を備え、本体５１１の後方にファインダー５１５を備える。本体５１１の後方にファインダー５１５を備える。また本体５１１の内部に、撮影した画像を記録するＨＤＤ装置５９６を有する。
上記ＨＤＤ装置５９６は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５３０を用いる。また、慣性センサ１はビデオカメラ装置５９０の基板（図示せず）や本体５９１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８６】
次に、カメラ付き携帯端末装置の一例を、図２５によって説明する。図２５は、カメラ付き携帯端末装置、例えばカメラ付き携帯電話機の一例を示し、（１）は開いた状態での正面図、（２）はその側面図、（３）は閉じた除隊での正面図、（４）は左側面図、（５）は右側面図、（６）は上面図、（７）は下面図である。
【００８７】
図２５に示すように、本適用例に係る携帯端末装置、例えば携帯電話機６１０は、上側筐体６１１、下側筐体６１２、連結部（ここではヒンジ部）６１３を有する。上側筐体６１１にはディスプレイ６１４、サブディスプレイ６１５、ピクチャーライト６１６、カメラ６１７、角速度センサ６１８等を有する。
上記加速度センサ６１８として本発明に係る慣性センサ１を用いる。また、慣性センサ１は、携帯電話機６１０の上側筐体６１１の内部側の他の位置、下側筐体６１２の内部側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８８】
上記各電気・電子機器によれば、本発明の慣性センサ１を備えたことから、省スペースに慣性センサ１を設置できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る慣性センサの基本構成の一例を示した基本構成のレイアウト図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る慣性センサの駆動方法の一例を示した振動子の駆動模式図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る慣性センサの駆動方法の一例を示した振動子の駆動模式図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図８】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図９】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１０】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１１】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１２】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１３】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１４】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１５】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１６】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１７】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した平面レイアウト図である。
【図１８】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１９】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図２０】ビデオカメラ装置に適用した一例を示した概略構成斜視図である。
【図２１】ＨＤＤ装置に適用した一例を示した概略構成斜視図である。
【図２２】ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータに適用した一例を示した概略構成斜視図である。
【図２３】ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を示した平面図である。
【図２４】ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を示した概略構成斜視図である。
【図２５】カメラ付き携帯端末装置の一例を示した図面である。
【符号の説明】
【００９０】
１…慣性センサ、１３…固定部、２１〜２４…第１振動子〜第４振動子、３１〜３４…弾性支持体、４１〜４４…弾性連結体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサ、その駆動方法およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動きを制御するため回転角速度を検出する角速度センサは欠くことのできないセンサとなっており、家庭用の電子機器や自動車等に幅広く使用されている。
従来技術の第１例として、１軸の角速度を検出する角速度センサがある（例えば、特許文献１参照）。その駆動方式には、２つの振動子をばねで連結し駆動させる方式が用いられている。振動子は同一平面状に配置されており、振動子を逆位相で駆動させることにより角速度を検出する。逆位相で２つの振動子を駆動することにより、加速度などの同位相で影響を及ぼす要因を相殺することが可能となる。１軸の角速度を検出する角速度センサは広く実用化されている。
一方、２軸の角速度を検出するためには１軸の角速度センサを組み合わせる必要がある。
従来技術の第２例として、２軸を検出する角速度センサがある（例えば、特許文献２参照）。これは、１軸の角速度サンサを組み合わせる必要がないため、複数の角速度センサを実装する場合に生じる検出軸のずれは発生しない。
【０００３】
従来技術の第１例では、多軸の角速度を検出する場合、複数の１軸角速度センサを実装する必要があるため、複数の角速度センサの実装時に検出軸を合わせることが難しく、検出軸にずれが生じる可能性がある。
従来技術の第２例では、１つの構造体で２軸の角速度が検出できるため、複数の角速度センサを実装する場合に生じる検出軸のずれは生じない。しかし、プロセスのばらつきにより、振動子を支持するばねの幅や各振動子の質量が異なる場合に、各振動子の周波数にばらつきが生じて複数振動子を同一周波数で駆動させることが難しくなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１-２６４０６９号公報
【特許文献２】特開平０９-３２９４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、振動子を支持するばねの幅や各振動子の質量が異なる場合に、各振動子の周波数にばらつきが生じて複数振動子を同一周波数で駆動させることが難しくなる点である。
【０００６】
本発明は、複数の振動子を連成駆動させて１つの基準振動のみで３軸の角速度を検出するセンサを実現し、慣性センサの小型化を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の慣性センサは、固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣り合う振動子間を弾性連結体により支持されている。
【０００８】
本発明の慣性センサでは、弾性連結体によってＸ軸、Ｙ軸方向に力のベクトルを変換する。この弾性連結体により、弾性支持体の幅や各振動子の質量にばらつきがある場合でも、４つの振動子は連成駆動するため、同一周波数で駆動する。同時に、Ｘ軸上の２つの振動子およびＹ軸上の２つの振動子は逆位相で駆動する。すなわち、１つの基準振動で４つの振動子が振動する。
【０００９】
本発明の慣性センサの駆動方法は、固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣接する振動子間を弾性連結体により支持されていて、前記第１振動子ないし前記第４振動子に同一周波数の駆動信号を与えて前記第１振動子ないし前記第４振動子を連成駆動させ、かつ、前記第１振動子および前記第３振動子を前記Ｘ軸上に振動させ、前記第２振動子および前記第４振動子を前記Ｙ軸上に前記第１振動子および前記第３振動子とは逆位相で振動させる。
【００１０】
本発明の慣性センサの駆動方法では、弾性連結体によってＸ軸、Ｙ軸方向に力のベクトルを変換する。この弾性連結体により、弾性支持体の幅や各振動子の質量にばらつきがある場合でも、４つの振動子に同一周波数の駆動信号を与えているため、４つの振動子は連成駆動し、同一周波数で駆動する。同時に、Ｘ軸上の２つの振動子およびＹ軸上の２つの振動子は逆位相で駆動する。すなわち、１つの基準振動で４つの振動子が振動する。
【００１１】
本発明の慣性センサの製造方法は、基板本体部と絶縁層とシリコン層が順に積層された第１基板を用意し、後の工程で固定部が形成される領域を除く前記シリコン層の上部に凹部を形成する工程と、前記シリコン層の後の工程で駆動電極が形成される領域上に第１電極を形成する工程と、前記シリコン層で、枠体からなる固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＸ軸上に対向して形成される第１振動子および第３振動子と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＹ軸上に対向して形成される第２振動子および第４振動子と、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子の隣接する振動子間を支持する弾性連結体を形成する工程と、前記固定部と前記基板本体部との間および前記駆動電極と前記基板本体部との間の前記絶縁層を残して、それ以外の前記絶縁層を除去する工程と、第２基板を用意し、該第２基板の前記第１電極に対向する位置に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上にコンタクト部を形成する工程と、前記固定部と前記第２基板とを接合させて前記第１電極と前記コンタクト部とを接続させる工程とを有する。
【００１２】
本発明の慣性センサの製造方法では、本発明の慣性センサが製造される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の慣性センサは、１つの構造体に形成された４つの振動子の駆動により、１つの基準振動のみで３軸の角速度を検出するセンサを実現できるという利点がある。よって、慣性センサの小型化が実現できる。
【００１４】
本発明の慣性センサの駆動方法は、１つのセンサで３軸の角速度を検出するため、検出軸のずれが発生しないので、３軸の角速度の正確に検出できるという利点がある。
【００１５】
本発明の慣性センサの製造方法は、１つの構造体に形成された４つの振動子の駆動により、１つの基準振動のみで３軸の角速度を検出するセンサを製造できるという利点がある。よって、慣性センサの小型化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
１．第１の実施の形態（慣性センサの基本構成の一例）。
２．第２の実施の形態（慣性センサの駆動方法の一例）。
３．第３の実施の形態（慣性センサの構成の変形例）。
４．第４の実施の形態（慣性センサの製造方法の一例）。
５．第５の実施の形態（慣性センサの電子機器への適用例）。
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
［慣性センサの基本構成の一例］
本発明の第１実施の形態に係る慣性センサの基本構成の一例を、図１の基本構成のレイアウト図および図２の図１中のＡ−Ａ’線断面図および図３の図１中のＢ−Ｂ’線断面図によって説明する。
【００１８】
図１、図２および図３に示すように、基板本体部１１上には絶縁層１２を介して枠状に形成された固定部１３を有する。ここでは、固定部１３の中心をＸ軸とＹ軸の原点Ｏに合わせている。上記Ｘ軸は上記Ｙ軸と直交し、Ｘ軸の原点とＹ軸の原点は同位置になっている。上記基板本体部１１は、例えばシリコン基板で形成されている。また上記固定部１３は、例えばシリコン層で形成されている。このシリコン層は、例えば４００μｍ程度の厚みを有する。
上記固定部１３の内側には、Ｘ軸上で、Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に、上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３１（３１Ａ，３１Ｂ）によって第１振動子２１が支持されている。また上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３３（３３Ａ，３３Ｂ）によって第３振動子２３が支持されている。
さらに、上記固定部１３の内側には、Ｙ軸上に該Ｙ軸の原点Ｏ（上記Ｘ軸の原点Ｏと同位置）に対して対称な位置に、上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３２（３２Ａ，３２Ｂ）によって第２振動子２２が支持されている。また上記固定部１３に一端が支持される弾性支持体３４（３４Ａ，３４Ｂ）によって第４振動子２４が支持されている。
したがって、第１振動子２１、第２振動子２２、第３振動子２３、第４振動子２４は、弾性支持体３１〜弾性支持体３４によってのみ、固定部１１に支持されていて、基板本体部１１に対して浮動状態となっている。
また、上記弾性支持体３１Ａ，３１Ｂは、第１振動子２１の一面の両端に形成されている。上記弾性支持体３２Ａ，３２Ｂ、弾性支持体３３Ａ，３３Ｂ、弾性支持体３４Ａ，３４Ｂも、上記弾性支持体３１Ａ，３１Ｂと同様に形成されている。
なお、上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、弾性支持体３１Ａ，３１Ｂのようにそれぞれ二つの弾性支持体で形成したが、一つの弾性支持体もしくは３つ以上の弾性支持体で形成することもできる。
【００１９】
上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、例えば、板ばねで形成されている。板ばねの形状例については後述する。また上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、一例として、平面レイアウト上、Ｌ字形状に形成されたものを用いた。
【００２０】
また、上記基板本体部１１がガラス基板の場合には上記絶縁層１２をガラス基板の上部で形成してもよい。
【００２１】
さらに、上記第１振動子２１、上記第２振動子２２、上記第３振動子２３および上記第４振動子２４は隣接する振動子間を弾性連結体４１〜弾性連結体４４により支持されている。すなわち、上記第１振動子２１と上記第２振動子２２との間に弾性連結体４１が形成されていて、上記第２振動子２２と上記第３振動子２３との間に弾性連結体４２が形成されている。また上記第３振動子２３と上記第４振動子２４との間に弾性連結体４３が形成されていて、上記第４振動子２４と上記第１振動子２１との間に弾性連結体４４が形成されている。
上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、例えば、板ばねで形成されている。その形状例については後述する。
【００２２】
さらに、上記固定部１３と上記第１振動子２１の間には、上記固定部１３と上記第１振動子２１とから離間して駆動電極５１が形成されている。上記固定部１３と上記第２振動子２２の間には、上記固定部１３と上記第２振動子２２とから離間して駆動電極５２が形成されている。上記固定部１３と上記第３振動子２３の間には、上記固定部１３と上記第３振動子２３とから離間して駆動電極５３が形成されている。さらに上記固定部１３と上記第４振動子２４の間には、上記固定部１３と上記第４振動子２４とから離間して駆動電極５４が形成されている。
各振動子（第１振動子２１〜第４振動子２４）と各駆動電極（駆動電極５１〜駆動電極５４）との離間距離は、例えば１５μｍとした。
上記駆動電極５１〜駆動電極５４は、上記基板本体部１１上に絶縁層１２を介して形成されている。
また、上記駆動電極５１〜駆動電極５４上には、第１電極５５〜第１電極５８が形成されている。駆動電極５１、駆動電極５３上に形成された第１電極５５、第１電極５７は、図２に示されている。駆動電極５２、駆動電極５４上に形成された第１電極５６、第１電極５８は、図３に示されている。
【００２３】
上記固定部１３、上記第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜弾性支持体３４、弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、例えばシリコン層で一体に形成されている。
また上記駆動電極５１〜駆動電極５４も上記シリコン層で形成されていてもよい。
また、上記第１電極５５〜第１電極５８は、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。
【００２４】
また、上記固定部１３上には第２基板２００が形成されている。
上記第２基板２００には、上記各駆動電極５１〜５４に対向して接続されるコンタクト部２１１〜コンタクト部２１４を介して第２電極２２１〜第２電極２２４が形成されている。コンタクト部２１１、コンタクト部２１３、第２電極２２１、第２電極２２３は、図２に示されている。コンタクト部２１２、コンタクト部２１４、第２電極２２２、第２電極２２４は、図３に示されている。
さらに、上記第１振動子２１〜第４振動子２４のそれぞれの上方の上記第２基板２００には、検出電極２２５〜検出電極２２８が形成されている。検出電極２２５、検出電極２２７は、図２に示されている。検出電極２２６、検出電極２２８は、図３に示されている。
上記第２基板２００には、例えばガラス基板を用いる。
なお、第２基板２００にシリコン基板を用いた場合には、第２基板２００と上記第２電極２２１〜第２電極２２４との間、第２基板２００と上記検出電極２２５〜検出電極２２８との間に絶縁層（図示せず）を設ける。
また、上記検出電極２２５〜検出電極２２８は、上記基板本体部１１側の振動子側の面もしくはその反対側の面、もしくは第２基板２００の振動子とは反対側に面に形成することもできる。
上記第２電極２２１〜第２電極２２４、上記検出電極２２５〜検出電極２２８は、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。
上記コンタクト部２１１〜コンタクト部２１４は、例えば金で形成されている。
【００２５】
上記固定部１３と上記第２基板２００の接合は、第２基板２００の材質によって、金属接合、Ｓｉ−Ｓｉ接合、もしくはＳｉ−ＳｉＯ2接合で接合されている。
【００２６】
上記のように、慣性センサ１が構成されている。
【００２７】
上記慣性センサ１では、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４によってＸ軸、Ｙ軸方向に力のベクトルを変換する。この弾性連結体４１〜弾性連結体４４により、上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４の幅や上記第１振動子２１〜第４振動子２４の質量にばらつきがある場合でも、上記第１振動子２１〜第４振動子２４は連成駆動するため、同一周波数で駆動する。同時に、Ｘ軸上の２つの第１振動子２１、第３振動子２３およびＹ軸上の２つの第２振動子２２〜第４振動子２４は逆位相で駆動する。
すなわち、１つの構造体である上記慣性センサ１に形成された上記第１振動子２１〜第４振動子２４の駆動により、１つの基準振動のみの３軸の角速度センサを実現できるという利点がある。よって、慣性センサの小型化が実現できる。
また、上記構成の慣性センサ１は、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動が最も低い周波数で現われる振動モードを有する。
【００２８】
また上記慣性センサ１は、１つの慣性センサで複数軸の角速度が検出可能なため、１軸の角速度センサを複数組み合わせる構成と比較して慣性センサの占有面積は小さくて済む。
さらに複数の角速度センサを組み合わせる必要が無いため、複数の角速度センサを実装する構成で生じる検出軸のずれが発生しない。
また、１つの基準信号で４つの第１振動子２１〜第４振動子２４を駆動させるため、従来であれば複数軸分必要な駆動回路も１軸分で済み、回路面積を小さくすることが可能となる。
【００２９】
＜２．第２の実施の形態＞
［慣性センサの駆動方法の一例］
次に、本発明の第２実施の形態に係る慣性センサの駆動方法の一例を、図４および図５の振動子の駆動模式図によって説明する。
【００３０】
上記慣性センサ１は、図４および図５に示すように、第１振動子２１〜第４振動子２４が配置されている。
前記説明したように、Ｘ軸上に該Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に第１振動子２１と第３振動子２３とが配置されている。
また、Ｙ軸上に該Ｙ軸の原点Ｏに対して対称な位置に、第２振動子２２と、第４振動子２４とが配置されている。
上記４つの第１振動子２１〜第４振動子２４の駆動振動として、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動および回転振動がある。
【００３１】
まず、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動を説明する。
図４に示すように、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が原点Ｏから遠ざかる方向（白抜きの矢印方向）に振動するとき、Ｙ軸の第２振動子２２と第４振動子２４は原点Ｏに近づく方向（黒塗りの矢印方向）に振動する。
一方、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が原点Ｏに近づく方向（黒塗りの矢印方向）に振動するとき、Ｙ軸の第２振動子２２と第４振動子２４は原点Ｏから遠ざかる方向（白抜きの矢印方向）に振動する。
このようにＸ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３と、Ｙ軸の第２振動子２２と第４振動子２４は、逆位相で振動する。これは、各第１振動子２１〜第４振動子２４の共振モードを最適化することにより実現することが可能である。
このように、上記慣性センサ１は、並進の逆位相振動の振動モードを有する。
【００３２】
次に、Ｘ軸、Ｙ軸の回転振動を説明する。
図５に示すように、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４は、Ｘ軸、Ｙ軸の原点Ｏを中心とする回転方向（白抜きの矢印方向または黒塗りの矢印方向）に振動する。
例えば、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４は、Ｘ軸、Ｙ軸の原点Ｏを中心とする同一回転方向に振動する。
このように、上記慣性センサ１は、回転振動の振動モードを有する。
【００３３】
一般に慣性センサの駆動振動には、静電駆動、電磁駆動、圧電駆動等の駆動方式が考えられる。
【００３４】
上記図１〜図３によって説明した慣性センサ１では、一例として静電駆動を用いる。
上記駆動電極５１〜駆動電極５４とそれらに対向する第１振動子２１〜第４振動子２４との間に共振モードを励起する周波数の電圧を印加することで第１振動子２１〜第４振動子２４を振動できる。
上記駆動電極５１、駆動電極５３に同位相の駆動信号（例えば電圧）を印加し、上記駆動電極５２、駆動電極５４に逆位相の駆動信号を印加する。すると各振動子と各駆動電極間で静電気力が発生し、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４が同一周波数で駆動する。上記第１振動子２１〜第４振動子２４の隣り合う振動子の中心を通る面に対して直交する軸方向に力のベクトルを変換する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４により、４つの第１振動子２１〜第４振動子２４は連成駆動する。
【００３５】
このため、前記図４に示したように、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が逆位相で原点Ｏに近づく方向へ駆動するときは、Ｙ軸上の第２振動子２２と第４振動子２４は逆位相で原点Ｏから遠ざかる方向へ駆動する。
また、Ｘ軸上の第１振動子２１と第３振動子２３が原点Ｏから遠ざかる方向へ駆動するときは、Ｙ軸上の第２振動子２２と第４振動子２４は原点Ｏに近づく方向へ駆動する。
【００３６】
また、上記慣性センサ１では、駆動回路が１組で済むため、回路面積の縮小、駆動周波数の調整機構の削減といった利点がある。さらに、複数軸の駆動振動機構をもつ構造体において問題となる、１つの駆動振動が他軸へのノイズになるといった影響も排除できる。
【００３７】
次に、角速度の検出原理を以下に説明する。
【００３８】
一般に、ある方向に振動する重さｍの振動子に振動方向と鉛直な軸に角速度ωが印加されたとき、振動方向と角速度が印加された軸と直交する軸にコリオリ力Ｆが発生する。このコリオリ力Ｆは、Ｆ＝２ｍｖωで表される。式中、ｖは振動子の振動方向への速度である。
【００３９】
上記慣性センサ１について説明する。
角速度を検出するためには、上記検出電極２２５〜検出電極２２８により静電容量を検出する。
Ｘ軸上の振動子（第１振動子２１、第３振動子２３）が原点Ｏから遠ざかる方向に振動し、Ｙ軸上の振動子（第２振動子２２、第４振動子２４）が原点Ｏに近づく方向に振動するときを考察する。
Ｘ軸周りに角速度ωが印加されたときＹ軸上の２つの振動子（第２振動子２２、第４振動子２４）にはＺ軸方向にコリオリ力Ｆ＝２ｍｖωが発生する。Ｙ軸上の２つの振動子（第２振動子２２、第４振動子２４）はＸ軸周りの角速度ωに対して逆位相で振動しているため、Ｚ軸方向に発生するコリオリ力Ｆは逆向きとなる。２つの振動子と上記検出電極２２５〜検出電極２２８間の容量の差分をとることにより、Ｘ軸周りの角速度ωを検出することができる。
Ｙ軸周りの角速度についてもＸ軸上の２つの振動子（第１振動子２１、第３振動子２３）に発生するコリオリ力により、同様に検出することができる。
【００４０】
＜３．第３の実施の形態＞
［慣性センサの構成の変形例］
次に、本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を、図６〜図１３の模式平面レイアウト図によって説明する。
【００４１】
図６に示すように、前記図１によって説明したのと同様に、第１振動子２１と第３振動子２３の対向する面および記第２振動子２２と第４振動子２４の対向する面のそれぞれに弾性連結体４１〜４４が形成されている。
また、上記第１振動子２１と上記第３振動子２３の対向する面とは異なる面および上記第２振動子２２と上記第４振動子２４の対向する面とは異なる面のそれぞれに弾性支持体３１（３１Ａ，３１Ｂ）〜３４（４３Ａ，３４Ｂ）が形成されている。
上記弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、平面レイアウト上、前記図１ではＬ字形状に形成されていたが、図示したように折れ線形状に形成されていてもよい。すなわち、各弾性支持体３１〜弾性支持体３４は、ばねの機能を有するものであれば、Ｌ字形状や折れ線形状等、種々のばね形状を採用することができる。
また、弾性支持体３１〜弾性支持体３４のばね定数は、例えば弾性支持体３１〜弾性支持体３４の厚みで調整される。
さらに上記構成では、Ｘ軸、Ｙ軸の逆位相振動が最も低い周波数で現われる振動モードを有する。
【００４２】
次に、弾性支持体と弾性連結体の別の構成例を図７によって説明する。
図７に示すように、Ｘ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第１振動子２１と第３振動子２３が配置され、Ｙ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第２振動子２２と第４振動子２４が配置されている。この第１振動子２１と第３振動子２３が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３１（３１Ａ）、弾性支持体３１（３１Ｂ）と、弾性支持体３３（３３Ａ）、弾性支持体３３（３３Ｂ）が形成されている。また、第２振動子２２と第４振動子２４が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３２（３２Ａ）、弾性支持体３２（３２Ｂ）と、弾性支持体３４（３４Ａ）、弾性支持体３４（３４Ｂ）が形成されている。
また、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面の中央部には、弾性連結体４４、弾性連結体４１が離間して形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面の中央部には、上記弾性連結体４１、弾性連結体４２が離間して形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面の中央部には、上記弾性連結体４２、弾性連結体４３が離間して形成されている。さらに、上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面の中央部には、上記弾性連結体４３、弾性連結体４４が離間して形成されている。
【００４３】
上記図７によって説明した慣性センサの構成では、回転振動に適用することが好ましく、また弾性連結体４１〜弾性連結体４４と弾性支持体３１〜弾性支持体３４が離間されて形成されているから、互いを干渉せず、振動することができる。
【００４４】
次に、弾性支持体と弾性連結体の別の構成例を図８によって説明する。
図８に示すように、Ｘ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第１振動子２１と第３振動子２３が配置され、Ｙ軸上の原点Ｏを挟んで対向する位置に第２振動子２２と第４振動子２４が配置されている。この第１振動子２１と第３振動子２３が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３１（３１Ａ）、弾性支持体３１（３１Ｂ）と、弾性支持体３３（３３Ａ）、弾性支持体３３（３３Ｂ）が形成されている。また、第２振動子２２と第４振動子２４が対向するそれぞれの面の両端には、弾性支持体３２（３２Ａ）、弾性支持体３２（３２Ｂ）と、弾性支持体３４（３４Ａ）、弾性支持体３４（３４Ｂ）が形成されている。
また、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面に隣接する一方の側面には、弾性連結体４１の一端が形成され、上記第１振動子２１の面に隣接する他方の側面には、弾性連結体４４の一端が形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面に隣接する一方の側面には、上記弾性連結体４１の他端が形成され、上記第２振動子２２の面に隣接する他方の側面には、弾性連結体４２の一端が形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面に隣接する一方の側面には、上記弾性連結体４２の他端が形成され、上記第３振動子２３の面に隣接する他方の側面には、弾性連結体４３の一端が形成されている。上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面に隣接する一方の側面には、上記弾性連結体４３の他端が形成され、上記第４振動子２４の面に隣接する他方の側面には、上記弾性連結体４４の他端が形成されている。
【００４５】
上記図８によって説明した慣性センサの構成では、回転振動に適用することが好ましく、また弾性連結体４１〜弾性連結体４４と弾性支持体３１〜弾性支持体３４が離間されて形成されているから、互いを干渉せず、振動することができる。そして、回転振動が最も低い周波数に現われる振動モードを有する。
【００４６】
次に、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４の形状例について説明する。
図９に示すように、平面レイアウト上、第１振動子２１〜第４振動子２４をそれぞれに連結する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は円弧状に形成されている。
図１０に示すように、平面レイアウト上、第１振動子２１〜第４振動子２４をそれぞれに連結する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４はＬ字形状に形成されている。
図１１に示すように、平面レイアウト上、第１振動子２１〜第４振動子２４をそれぞれに連結する上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は鈍角で多角に折れ曲がった折れ線形状に形成されている。折れ曲がる角数は、図示したように２箇所であってもそれ以上であってもよい。
【００４７】
上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４の構成において、１つの振動子の駆動時に各振動子の振幅のばらつきが最も小さい構造は円弧状の弾性連結体であることを、本発明者はシミュレーションにより確認している。よって、円弧状の弾性連結体が力の伝達損失が少ない構造といえる。
【００４８】
上記図９〜図１１に示した上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４が形成される振動子面に対して直角に形成されている。
このように、弾性連結体４１〜弾性連結体４４が振動子粘着に対して直角に形成されていることから、各第１振動子２１〜第４振動子２４のそれぞれの振動を伝達する際の伝達損失が最低になる。
【００４９】
また、上記図９〜図１１に示した上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、振動子の一面には離間して形成されている。例えば、０．５μｍ程度もしくはそれ以上に離間して形成されている。
このように、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４は、振動子の一面には離間して形成されていることから、第１振動子２１〜第４振動子２４が振動した際に、弾性連結体４１〜弾性連結体４４同士が接触して損失を生じることがない。また弾性連結体４１〜弾性連結体４４同士が接触して形成されることによる弾性連結体４１〜弾性連結体４４の重心変動がないので、振動の重心が変動しない。
【００５０】
次に、弾性連結体の別の構成例を図１２によって説明する。
図１２に示すように、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面には、弾性連結体４４の一端と弾性連結体４１の一端が離間して形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面には、上記弾性連結体４１の他端と弾性連結体４２の一端が離間して形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面には、上記弾性連結体４２の他端と弾性連結体４３の一端が離間して形成されている。さらに、上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面には、上記弾性連結体４３の他端と上記弾性連結体４４の他端が離間して形成されている。
また、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面に隣接する一方の側面には、第２弾性連結体４５の一端が形成され、上記第１振動子２１の面に隣接する他方の側面には、第２弾性連結体４８の一端が形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面に隣接する一方の側面には、上記第２弾性連結体４５の他端が形成され、上記第２振動子２２の面に隣接する他方の側面には、第２弾性連結体４６の一端が形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面に隣接する一方の側面には、上記第２弾性連結体４６の他端が形成され、上記第３振動子２３の面に隣接する他方の側面には、第２弾性連結体４７の一端が形成されている。上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面に隣接する一方の側面には、上記第２弾性連結体４７の他端が形成され、上記第４振動子２４の面に隣接する他方の側面には、上記第２弾性連結体４８の他端が形成されている。
上記第１振動子２１〜第４振動子２４の配置は、前記図１等によって説明した振動子の配置と同様である。
そして、上記構成の慣性センサでは、回転振動が最も低い周波数に現われる振動モードを有する。
【００５１】
次に、弾性連結体の別の構成例を図１３によって説明する。
図１３に示すように、上記第３振動子２３と対向する上記第１振動子２１の面には、弾性連結体４４の一端と弾性連結体４１の一端が離間して形成されている。上記第４振動子２４と対向する上記第２振動子２２の面には、上記弾性連結体４１の他端と弾性連結体４２の一端が離間して形成されている。上記第１振動子２１と対向する上記第３振動子２３の面には、上記弾性連結体４２の他端と弾性連結体４３の一端が離間して形成されている。さらに、上記第２振動子２２と対向する上記第４振動子２４の面には、上記弾性連結体４３の他端と上記弾性連結体４４の他端が離間して形成されている。
上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれの中間部には、弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれを支持する補助弾性体６１〜補助弾性体６４が形成されている。
このように、補助弾性体６１〜補助弾性体６４が形成されていることで、振動子が原点Ｏに近づいても、上記弾性連結体４１〜弾性連結体４４を介して補助弾性体６１〜補助弾性体６４により第１振動子２１〜第４振動子２４が支持される。
これによって、第１振動子２１〜第４振動子２４の自重垂れの影響を低減もしくは排除することが可能になる。弾性連結体４１〜弾性連結体４４を保持する箇所は隣の第１振動子２１〜第４振動子２４に伝達される力を減少させないために、弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれの中心部を保持することが好ましい。例えば、弾性連結体４１〜弾性連結体４４のそれぞれの中点で補助弾性体６１〜補助弾性体６４が形成されるように、弾性連結体４１〜弾性連結体４４と補助弾性体６１〜補助弾性体６４が一体に構成されることが好ましい。
また、補助弾性体６１〜補助弾性体６４がＸ軸もしくはＹ軸に対して４５度傾けた方向に形成されることが好ましい。
上記第１振動子２１〜第４振動子２４の配置は、前記図１等によって説明した振動子の配置と同様である。
【００５２】
＜４．第４の実施の形態＞
［慣性センサの製造方法の一例］
本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を、図１４〜図１６、図１８、図１９の製造工程断面図および図１７の平面レイアウト図によって説明する。図１４〜図１９では、一例として、前記慣性センサ１の製造工程を示す。また図１４〜図１６、図１８、図１９は前記図１のＡ−Ａ’線にそって表記している。
【００５３】
図１４に示すように、振動子、弾性支持体、弾性連結体等を形成するための第１基板１００を用意する。この基板１００は、基板１３１（前記図１〜図３によって説明した基板本体部１１に相当）とシリコン層１３３との間に酸化シリコン層１３２（前記図１〜図３によって説明した絶縁層１２に相当）を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いる。
【００５４】
まず、上部のシリコン層１３３を所望の膜厚（例えば４００μｍ）となるよう基板全面にエッチングを施す。エッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウエットエッチでよく、または化学的、物理的ドライエッチでも良い。また、所望の膜厚が予めわかっているならば、そのようなＳＯＩ基板を用意しても良い。
【００５５】
次に、陽極接合のフレーム形成のため、シリコン層１３３のエッチングを行い、凹部１３５を形成する。エッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いたウエットエッチや化学的、物理的ドライエッチでも良い。このエッチングにおいて、振動子の膜厚および弾性支持体の膜厚が決定される。
【００５６】
次に、図１５に示すように、後にＸ軸上の駆動電極が形成される上記シリコン層１３３上に第１電極５５、第１電極５７を形成する。同時に後にＹ軸上の駆動電極が形成される上記シリコン層１３３上に第１電極５６（図示せず）、第１電極５８（図示せず）を形成する。
上記第１電極５５〜５８形成は、電子ビーム蒸着とリフトオフ法の併用にて行う。または、電極材料層を形成した後、この電極材料層をウェットエッチングやドライエッチングによってパターニングしても良い。
また上記電極材料として、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。
【００５７】
次に、図１６および図１７の平面レイアウト図に示すように、エッチング技術として、例えば反応性イオンエッチングを用いてシリコン層１３３を加工して、第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜３４、弾性連結体４１〜４４、駆動電極５１〜５４、陽極接合のためのフレームを兼ねる固定部１３を形成する。
このように、第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜３４および弾性連結体４１〜４４が共に厚み方向にエッチングすることで形成されるため、第１振動子２１〜第４振動子２４の重心と弾性支持体３１〜３４の重心が一致するので、不要な機械的振動が発生しない構造となる。
【００５８】
すなわち、上記固定部１３の内側には、Ｘ軸上に該Ｘ軸の原点Ｏに対して対称な位置に、弾性支持体３１を介して第１振動子２１と、弾性支持体３３を介して第３振動子２３とが支持されるように形成される。
また、上記固定部１３の内側には、Ｙ軸上に該Ｙ軸の原点Ｏ（上記Ｘ軸の原点Ｏと同位置）に対して対称な位置に、弾性支持体３２を介して第２振動子２２と、弾性支持体３４を介して第４振動子２４とが支持されるように形成される。
上記弾性支持体３１〜３４は、例えば、平面レイアウト上、Ｌ字形状に形成される。
【００５９】
さらに、上記第１振動子２１、上記第２振動子２２、上記第３振動子２３および上記第４振動子２４は隣接する振動子間を弾性連結体４１〜４４により支持される。すなわち、上記第１振動子２１と上記第２振動子２２との間に弾性連結体４１が形成され、上記第２振動子２２と上記第３振動子２３との間に弾性連結体４２が形成される。また上記第３振動子２３と上記第４振動子２４との間に弾性連結体４３が形成され、上記第４振動子２４と上記第１振動子２１との間に弾性連結体４４が形成される。
【００６０】
さらに、上記固定部１３と上記第１振動子２１の間には、上記固定部１３と上記第１振動子２１とから離間して第１駆動電極５１が形成される。上記固定部１３と上記第２振動子２２の間には、上記固定部１３と上記第２振動子２２とから離間して第２駆動電極５２が形成される。上記固定部１３と上記第３振動子２３の間には、上記固定部１３と上記第３振動子２３とから離間して第３駆動電極５３が形成される。さらに上記固定部１３と上記第４振動子２４の間には、上記固定部１３と上記第４振動子２４とから離間して第４駆動電極５４が形成される。
上記各振動子（第１振動子２１〜第４振動子２４）と上記各駆動電極（駆動電極５１〜駆動電極５４）との離間距離は、例えば１５μｍとする。
【００６１】
次に不必要な部分、例えば第１振動子２１〜第４振動子２４、弾性支持体３１〜３４、弾性連結体４１〜４４の下部の酸化シリコン層１３２をエッチングにより除去する。その際、固定部１３下部の酸化シリコン層１３２および駆動電極５１〜５４下部の酸化シリコン層１３２は一部残しておく。
したがって、第１振動子２１、第２振動子２２、第３振動子２３、第４振動子２４は、弾性支持体３１〜３４によってのみ、固定部１３に支持されていて、基板本体部１１に対して浮動状態となる。
【００６２】
次に第２基板側の作製方法を以下に説明する。
【００６３】
図１８（１）に示すように、第２基板２００には例えばガラス基板を用いる。
【００６４】
そして、図１８（２）に示すように、上記第２基板２００に電極形成膜２３１を形成する。
上記電極形成膜２３１は、例えば、電子ビーム蒸着により形成する。
上記電極形成膜２３１は、例えば金、白金、クロムの３層金属材料、または金、白金、チタンの３層金属材料を用いる。もしくは、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの２層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。また成膜方法はスパッタ法やＣＶＤ法を用いても良い。
【００６５】
次に、上記電極形成膜２３１上の前記第１電極５５〜第１電極５８（前記図１６参照）が対向する位置にコンタクト部２１１〜コンタクト部２１４を形成する。このコンタクト部２１１〜コンタクト部２１４は、例えば無電解めっき法により金の支柱で形成する。
この金の支柱は、その後の工程で、第２基板２００を固定部１３（前記図１６参照）に接合した後の上記第１電極５５〜第１電極５８とコンタクトをとるために形成する。本実施例においては、金の支柱は、上記第１電極５５〜第１電極５８の一つに対して複数本形成してもよい。これにより、第２基板２００と固定部１３とを接合した時に支柱がばね状に屈曲し、適度なテンションをもって第１電極５５〜第１電極５８と次の工程で形成する第２電極を接続することができる。スプリングコンタクトや、金バンプを用いる接続方法もあるが、本方法の場合、ガラス基板に過度な応力をかけることも無く、また、作製方法もきわめて簡単である。本実施例においては無電解めっき法を用いたが電解めっき法でも形成できる。
【００６６】
次に、図１８（３）に示すように、上記第２基板２００の上記第１電極５５〜第１電極５８（前記図１６参照）が対向する位置に、上記電極形成膜２３１で第２電極２２１〜第２電極２２４（一部図示せず、図１８では、第２電極２２１、第２電極２２３を図示した。）を形成する。同時に、上記第２基板２００の上記第１振動子２１〜第４振動子２４（前記図１７参照）が対向する位置に、上記電極形成膜２３１で検出電極２２５〜検出電極２２８（一部図示せず、図１８では、検出電極２２５、検出電極２２７を図示した。）を形成する。
【００６７】
次に第１基板１００と第２基板２００との組立方法を説明する。
【００６８】
図１９に示すように、第２基板２００と固定部１３を接合させる。接合には、例えば陽極接合法を用いる。このとき、上記第１電極５５〜第１電極５８（一部図示せず、図１９では、第１電極５１、第１電極５３を図示した。）と上記コンタクト部２１１〜コンタクト部２１４（一部図示せず、図１９では、コンタクト部２１１、コンタクト部２１３を図示した。）が接合される。なお、上記接合は、第２基板２００の材質によって、メタル接合、Ｓｉ−Ｓｉ接合、Ｓｉ−ＳｉＯ2接合等の接合方法が適用できる。
【００６９】
次に、図示はしないが、第１基板１００および第２基板２００を、例えばダイシングにより切断し、個別チップを形成する。このようにして、角速度検出の慣性センサ１が作製される。その後、上記慣性センサ１はパッケージ（図示せず）に実装される。
【００７０】
上記慣性センサの製造方法によれば、１つの構造体に形成された４つの振動子（第１振動子２１〜第４振動子２４）の駆動により、１つの基準振動のみの３軸の角速度センサを実現できるという利点がある。よって、慣性センサ１の小型化が実現できる。
【００７１】
＜５．第５の実施の形態＞
［慣性センサの電子機器への適用例］
次に、本発明の慣性センサの第５実施の形態に係る慣性センサの電子機器への適用例を、図２０〜２５図によって説明する。
【００７２】
以上説明した本発明に係る慣性センサ１は、角速度を検出することができ、また角速度から加速度を求めることができるので、様々な電気・電子機器に適用することが可能である。
【００７３】
例えば、上記慣性センサ１は、携帯型ハードディスク駆動装置（以下、ハードディスク駆動装置を略してＨＤＤと記す）に適用される。また、ＨＤＤを搭載するノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器に適用される。さらに、携帯電話等の携帯端末装置に適用される。
【００７４】
上記慣性センサ１の適用を用途別にみると、上記慣性センサ１は姿勢制御、動作検知に用いられる。例えば、ビデオカメラ、スチルカメラ、カメラの交換レンズ等の携帯型撮影機器、携帯電話等の携帯端末装置、ユーザ・インターフェース、ゲーム機、ゲームコントローラー、等に適用される。
上記慣性センサ１は、振動制御に用いられる。例えば、全自動洗濯機、自動車、振動制御装置、等に適用される。
上記慣性センサ１は、動作検知に用いられるものである。例えば、歩数計、防犯・防災装置、盗難防止装置、等に適用される。
上記慣性センサ１は、衝撃（衝突）検知に用いられる。例えば、車両用エアバッグ装置、車両・船舶・航空機等の事故記録装置、ＨＤＤ、等に適用される。また携帯型ＨＤＤ、ノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器に適用される。また携帯電話等の携帯端末装置に適用される。
【００７５】
このように、本発明の慣性センサ１は、あらゆる分野の電気・電子機器に適用することが可能である。以下、電気・電子機器の一実施の形態を以下に説明する。ここで説明するのは一例であって、上記した電気・電子機器に適用できる。
【００７６】
ビデオカメラ装置に適用した一例を、図２０の概略構成斜視図によって説明する。
【００７７】
図２０に示すように、本適用例に係るビデオカメラ装置５１０は、本体５１１と、その前方に被写体撮影用のレンズ５１２を備える。また本体５１１の前方（レンズ側）側面に撮影時のスタート／ストップスイッチ５１３、表示部５１４を備え、本体５１１の後方にファインダー５１５を備える。また本体５１１の内部に、撮影した画像を記録する記録装置（図示せず）、固体撮像装置等の撮像素子５１６等を有する。
上記撮像素子５１６が搭載される基板５１７には、角速度センサが搭載されていて、その角速度センサとして本発明に係る慣性センサ１を用いる。
【００７８】
次に、ＨＤＤ装置に適用した一例を、図２１の概略構成斜視図によって説明する。
図２１では、ＨＤＤ装置の一例を示し、（１）図に概略構成斜視図を示し、（２）図に内部平面図を示した。
【００７９】
図２１に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置５３０は、ベース部材５３１とベース部材５３１の内部に設置された装置を覆うカバー５３２を有する。
上記ベース部材５３１の内部に設置されているベース基板５３３に、モータ５３５、このモータ５３５に駆動される磁気ディスク５３４が設置されている。また支軸５３６に回動自在に設けたアクチュエータアーム５３７、アクチュエータアーム５３７の先端部にヘッドサスペンション５３８を介して形成された磁気ヘッド５３９等が設けられている。上記磁気ヘッド５３９はアクチュエータアーム５３７の回動によって磁気ディスク５３４上に移動可能となっている。
そして、上記ベース基板５３３上に慣性センサ１が設置されている。なお、慣性センサ１は、ベース部材５３１、カバー５３２等に設置することも可能である。
【００８０】
次に、ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータに適用した一例を、図２２によって説明する。図２２では、ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの一例を示し、（１）図に表示部を開いた状態の概略構成斜視図を示し、（２）図に表示部を閉じた状態の概略構成斜視図を示した。
【００８１】
図２２に示すように、本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータ５５０は、本体５５１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード５５２、画像を表示する表示部５５３、ＨＤＤ装置５５４等を有する。
上記ＨＤＤ装置５５４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５３０を用いる。また、慣性センサ１はノート型パーソナルコンピュータ５５０の基板（図示せず）や本体５５１や表示部５５３を構成する筐体の内側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８２】
次に、ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を、図２３によって説明する。図２３では、ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を平面図に示した。
【００８３】
図２３に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したゲーム機５７０は、本体５７１に、画面等を操作する第１操作ボタン群５７２、第２操作ボタン群５７３、画像を表示する表示部５７４、ＨＤＤ装置５７５等を有する。
上記ＨＤＤ装置５７４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５３０を用いる。また、慣性センサ１はゲーム機５７０の基板（図示せず）や本体５７１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８４】
次に、ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を、図２４によって説明する。図２４では、ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を示し、概略構成斜視図で示した。
【００８５】
図２４に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置５９０は、本体５９１と、その前方に被写体撮影用のレンズ５１２を備える。また本体５１１の前方（レンズ側）側面に撮影時のスタート／ストップスイッチ５１３、表示部５１４を備え、本体５１１の後方にファインダー５１５を備える。本体５１１の後方にファインダー５１５を備える。また本体５１１の内部に、撮影した画像を記録するＨＤＤ装置５９６を有する。
上記ＨＤＤ装置５９６は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置５３０を用いる。また、慣性センサ１はビデオカメラ装置５９０の基板（図示せず）や本体５９１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８６】
次に、カメラ付き携帯端末装置の一例を、図２５によって説明する。図２５は、カメラ付き携帯端末装置、例えばカメラ付き携帯電話機の一例を示し、（１）は開いた状態での正面図、（２）はその側面図、（３）は閉じた除隊での正面図、（４）は左側面図、（５）は右側面図、（６）は上面図、（７）は下面図である。
【００８７】
図２５に示すように、本適用例に係る携帯端末装置、例えば携帯電話機６１０は、上側筐体６１１、下側筐体６１２、連結部（ここではヒンジ部）６１３を有する。上側筐体６１１にはディスプレイ６１４、サブディスプレイ６１５、ピクチャーライト６１６、カメラ６１７、角速度センサ６１８等を有する。
上記加速度センサ６１８として本発明に係る慣性センサ１を用いる。また、慣性センサ１は、携帯電話機６１０の上側筐体６１１の内部側の他の位置、下側筐体６１２の内部側の空いている領域に取付けてもよい。
【００８８】
上記各電気・電子機器によれば、本発明の慣性センサ１を備えたことから、省スペースに慣性センサ１を設置できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る慣性センサの基本構成の一例を示した基本構成のレイアウト図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る慣性センサの駆動方法の一例を示した振動子の駆動模式図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る慣性センサの駆動方法の一例を示した振動子の駆動模式図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図８】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図９】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１０】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１１】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１２】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１３】本発明の第３実施の形態に係る慣性センサの構成の変形例を示した模式平面レイアウト図である。
【図１４】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１５】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１６】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１７】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した平面レイアウト図である。
【図１８】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１９】本発明の第４実施の形態に係る慣性センサの製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図２０】ビデオカメラ装置に適用した一例を示した概略構成斜視図である。
【図２１】ＨＤＤ装置に適用した一例を示した概略構成斜視図である。
【図２２】ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータに適用した一例を示した概略構成斜視図である。
【図２３】ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を示した平面図である。
【図２４】ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を示した概略構成斜視図である。
【図２５】カメラ付き携帯端末装置の一例を示した図面である。
【符号の説明】
【００９０】
１…慣性センサ、１３…固定部、２１〜２４…第１振動子〜第４振動子、３１〜３４…弾性支持体、４１〜４４…弾性連結体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、
前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣り合う振動子間を弾性連結体により支持されている
慣性センサ。
【請求項２】
前記第１振動子および前記第３振動子が前記Ｘ軸上を前記Ｘ軸の原点から遠ざかる方向に振動するとき、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｙ軸上を前記Ｙ軸の原点に近づく方向に振動し、
前記第１振動子および前記第３振動子が前記Ｘ軸上を前記Ｘ軸の原点に近づく方向に振動するとき、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｙ軸上を前記Ｙ軸の原点から遠ざかる方向に振動する振動モードを有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項３】
前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は、前記Ｘ軸の原点に対して回転する方向に振動する振動モードを有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項４】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面のそれぞれに前記弾性連結体が形成され、
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面とは異なる面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面とは異なる面のそれぞれに前記弾性支持体が形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項５】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面のそれぞれに前記弾性連結体と前記弾性支持体が離間されて形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項６】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面のそれぞれに前記弾性支持体が形成されていて、
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面に隣接する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面に隣接する面のそれぞれに前記弾性連結体が形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項７】
前記弾性連結体は、前記第１振動子と前記第３振動子とが対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子が対向する面のそれぞれに対して直角に形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項８】
前記第１振動子ないし前記第４振動子のそれぞれの振動子の一面には二つの前記弾性連結体が形成され、それぞれの前記弾性連結体は離間して形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項９】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面とは異なる面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面とは異なる面のそれぞれに前記弾性連結体とは別の第２弾性連結体が形成されている
請求項４または請求項５記載の慣性センサ。
【請求項１０】
前記第１振動子と前記第３振動子とが対向する面とは反対側の面および前記第２振動子と前記第４振動子が対向する面とは反対側の面のそれぞれに、当該面と離間して駆動電極を有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項１１】
前記第１振動子ないし前記第４振動子上方のそれぞれに離間して検出電極を有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項１２】
前記弾性連結体の中間部を支持する補助弾性体を有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項１３】
固定部と、
前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、
前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣接する振動子間を弾性連結体により支持されていて、
前記第１振動子ないし前記第４振動子に同一周波数の駆動信号を与えて前記第１振動子ないし前記第４振動子を連成駆動させ、
かつ、前記第１振動子および前記第３振動子を前記Ｘ軸上に振動させ、
前記第２振動子および前記第４振動子を前記Ｙ軸上に前記第１振動子および前記第３振動子とは逆位相で振動させる
慣性センサの駆動方法。
【請求項１４】
基板本体部と絶縁層とシリコン層が順に積層された第１基板を用意し、後の工程で固定部が形成される領域を除く前記シリコン層の上部に凹部を形成する工程と、
前記シリコン層の後の工程で駆動電極が形成される領域上に第１電極を形成する工程と、
前記シリコン層で、枠体からなる固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＸ軸上に対向して形成される第１振動子および第３振動子と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＹ軸上に対向して形成される第２振動子および第４振動子と、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子の隣接する振動子間を支持する弾性連結体を形成する工程と、
前記固定部と前記基板本体部との間および前記駆動電極と前記基板本体部との間の前記絶縁層を残して、それ以外の前記絶縁層を除去する工程と、
第２基板を用意し、該第２基板の前記第１電極に対向する位置に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上にコンタクト部を形成する工程と、
前記固定部と前記第２基板とを接合させて前記第１電極と前記コンタクト部とを接続させる工程とを有する
慣性センサの製造方法。
【請求項１】
固定部と、
前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、
前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣り合う振動子間を弾性連結体により支持されている
慣性センサ。
【請求項２】
前記第１振動子および前記第３振動子が前記Ｘ軸上を前記Ｘ軸の原点から遠ざかる方向に振動するとき、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｙ軸上を前記Ｙ軸の原点に近づく方向に振動し、
前記第１振動子および前記第３振動子が前記Ｘ軸上を前記Ｘ軸の原点に近づく方向に振動するとき、前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｙ軸上を前記Ｙ軸の原点から遠ざかる方向に振動する振動モードを有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項３】
前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は、前記Ｘ軸の原点に対して回転する方向に振動する振動モードを有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項４】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面のそれぞれに前記弾性連結体が形成され、
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面とは異なる面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面とは異なる面のそれぞれに前記弾性支持体が形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項５】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面のそれぞれに前記弾性連結体と前記弾性支持体が離間されて形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項６】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面のそれぞれに前記弾性支持体が形成されていて、
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面に隣接する面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面に隣接する面のそれぞれに前記弾性連結体が形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項７】
前記弾性連結体は、前記第１振動子と前記第３振動子とが対向する面および前記第２振動子と前記第４振動子が対向する面のそれぞれに対して直角に形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項８】
前記第１振動子ないし前記第４振動子のそれぞれの振動子の一面には二つの前記弾性連結体が形成され、それぞれの前記弾性連結体は離間して形成されている
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項９】
前記第１振動子と前記第３振動子の対向する面とは異なる面および前記第２振動子と前記第４振動子の対向する面とは異なる面のそれぞれに前記弾性連結体とは別の第２弾性連結体が形成されている
請求項４または請求項５記載の慣性センサ。
【請求項１０】
前記第１振動子と前記第３振動子とが対向する面とは反対側の面および前記第２振動子と前記第４振動子が対向する面とは反対側の面のそれぞれに、当該面と離間して駆動電極を有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項１１】
前記第１振動子ないし前記第４振動子上方のそれぞれに離間して検出電極を有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項１２】
前記弾性連結体の中間部を支持する補助弾性体を有する
請求項１記載の慣性センサ。
【請求項１３】
固定部と、
前記固定部に弾性支持体を介して支持される第１振動子、第２振動子、第３振動子および第４振動子を有し、
前記第１振動子および前記第３振動子はＸ軸上に該Ｘ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第２振動子および前記第４振動子は前記Ｘ軸に直交するＹ軸上に前記Ｘ軸の原点と同位置のＹ軸の原点に対して対称な位置に配置され、
前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子は隣接する振動子間を弾性連結体により支持されていて、
前記第１振動子ないし前記第４振動子に同一周波数の駆動信号を与えて前記第１振動子ないし前記第４振動子を連成駆動させ、
かつ、前記第１振動子および前記第３振動子を前記Ｘ軸上に振動させ、
前記第２振動子および前記第４振動子を前記Ｙ軸上に前記第１振動子および前記第３振動子とは逆位相で振動させる
慣性センサの駆動方法。
【請求項１４】
基板本体部と絶縁層とシリコン層が順に積層された第１基板を用意し、後の工程で固定部が形成される領域を除く前記シリコン層の上部に凹部を形成する工程と、
前記シリコン層の後の工程で駆動電極が形成される領域上に第１電極を形成する工程と、
前記シリコン層で、枠体からなる固定部と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＸ軸上に対向して形成される第１振動子および第３振動子と、前記固定部に弾性支持体を介して支持されていてＹ軸上に対向して形成される第２振動子および第４振動子と、前記第１振動子、前記第２振動子、前記第３振動子および前記第４振動子の隣接する振動子間を支持する弾性連結体を形成する工程と、
前記固定部と前記基板本体部との間および前記駆動電極と前記基板本体部との間の前記絶縁層を残して、それ以外の前記絶縁層を除去する工程と、
第２基板を用意し、該第２基板の前記第１電極に対向する位置に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上にコンタクト部を形成する工程と、
前記固定部と前記第２基板とを接合させて前記第１電極と前記コンタクト部とを接続させる工程とを有する
慣性センサの製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１０−７８３９７（Ｐ２０１０−７８３９７Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４５５１５（Ｐ２００８−２４５５１５）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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