物理量センサーおよび電子機器
【課題】Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびそれを用いた電子機器を提供すること。
【解決手段】物理量センサー１は、円環振動可能なリング部３１と、４つの支持部６１〜６４と、支持部６１〜６４とリング部３１の円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁７１〜７２と、可動部を有しリング部３１を介してＸ１軸向に対向配置された一対の第１質量部５１、５２と、可動部を有しリング部３１を介してＹ軸方向に対向配置された一対の第２質量部５３、５４と、一対の第１質量部５１、５２および一対の第２質量部５３、５４のうちの少なくとも一方を第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段４とを有し、リング部３１は、前記第１の周波数に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して円環振動する。
【解決手段】物理量センサー１は、円環振動可能なリング部３１と、４つの支持部６１〜６４と、支持部６１〜６４とリング部３１の円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁７１〜７２と、可動部を有しリング部３１を介してＸ１軸向に対向配置された一対の第１質量部５１、５２と、可動部を有しリング部３１を介してＹ軸方向に対向配置された一対の第２質量部５３、５４と、一対の第１質量部５１、５２および一対の第２質量部５３、５４のうちの少なくとも一方を第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段４とを有し、リング部３１は、前記第１の周波数に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して円環振動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサーおよびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ信号を用いた車両等の移動体ナビゲーションシステムなどの姿勢制御として、角速度を検出する角速度センサーが多く用いられている。また、角速度センサーとして、１つのセンサーで互いに直交する３軸のそれぞれの軸まわりの角速度を検出できるようなものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のセンサーは、円環状の駆動質量と、その中心に配置されたアンカーと、駆動質量とアンカーとを連結する弾性アンカー要素と、アンカーが固定された基板２とを有しており、駆動質量を回転振動させた状態で、各軸まわりの角速度を検知するように構成されている。
しかしながら、このような構成では、駆動質量の振動が、弾性アンカー要素およびアンカーを介して基板２に伝達し振動漏れが生じる。このような振動漏れが生じると、センサーの振動のＱ値が低下する（すなわち、エネルギー損失を招く）。振動のＱ値が低下すると、所望の振動振幅が得られなくなり、センサーの検出感度が悪化する。また、必要な振幅を得るために高い駆動能力の駆動装置が必要となり、センサーの大型化を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびそれを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
【０００７】
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる４つの固定点とを連結する４つの梁と、
前記第２軸と平行な軸まわりに変位可能な第１可動部および前記第２軸と平行な方向に変位可能な第２可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
前記第１軸と平行な軸まわりに変位可能な第３可動部および前記第１軸と平行な方向に変位可能な第４可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リングに対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する第１可動部および前記第２質量部の各々が有する第３可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第１質量部の各々が有する第２可動部および前記第２質量部の各々が有する第４可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
【０００８】
本発明の物理量センサーでは、前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることが好ましい。
これにより、装置構成が簡単なものとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることが好ましい。
これにより、リング部をより効率的に円環振動させることができる。
【０００９】
本発明の物理量センサーでは、前記第１バネ部は、それぞれ、前記第２軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第２バネ部は、それぞれ、前記第１軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることが好ましい。
これにより、第１質量部を第１軸と平行な方向に安定して振動させることができ、第２質量部を第２軸と平行な方向へ安定して振動させることができる。
【００１０】
本発明の物理量センサーでは、前記４つの支持部は、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。また、リング部を安定して支持することができる。
【００１１】
本発明の物理量センサーでは、前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることが好ましい。
これにより、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることが好ましい。
これにより、効率的に、第１質量部および第２質量部を振動させることができる。
【００１２】
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることが好ましい。
これにより、検知能力の優れた物理量センサーとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第１軸まわりの角速度、前記第２軸まわりの角速度および前記第１軸と前記第２軸の両軸に直交する第３軸まわりの角速度を検知することが好ましい。
これにより、角速度センサーとして用いることができる。
【００１３】
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、それぞれ他の前記トランスデューサーと組になることにより、所定方向の直線加速度を電気的にキャンセルすることが好ましい。
これにより、角速度の検知精度が向上する。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーも各々は、固有の共振周波数を有することが好ましい。
これにより、共振モードで駆動することができるため、角速度の検知精度がより向上する。
【００１４】
本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記円環振動は、前記第１軸と平行な方向に収縮すると共に前記第２軸と平行な方向に伸張する状態と、前記第１軸と平行な方向に伸張すると共に前記第２軸と平行な方向に収縮する状態とを繰り返す振動であることが好ましい。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記第１軸および前記第２軸の両軸から４５度傾斜した部位に前記第１バネ部の各々および前記第２バネ部の各々が接続されたことが好ましい。
これにより、リング部の円環振動が外部に漏れるのを効果的に防止または抑制することができる。
【００１５】
本発明の物理量センサーは、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ円形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーは、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ矩形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
伸縮可能な連結部と、
前記連結部の該連結部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸の両軸から所定角度傾斜した位置に設けられ、前記連結部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記連結部とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記連結部が、前記第１の周波数に応じて伸縮運動するときに、前記梁と前記連結部との接続部が節となることを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを用いたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す概略図平面図である。
【図２】図１に示す物理量センサーの詳細な平面図である。
【図３】図２に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図である。
【図４】図２に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図である。
【図５】物理量センサーの駆動を説明するための図である。
【図６】物理量センサーの駆動を説明するための図である。
【図７】物理量センサーの駆動を説明するための図である。
【図８】本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の物理量センサーの第５実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の物理量センサーの第６実施形態を示す平面図である。
【図１３】本発明の物理量センサーの第７実施形態を示す平面図である。
【図１４】本発明の物理量センサーの第８実施形態を示す平面図である。
【図１５】本発明の物理量センサーを備える電子機器（ノート型パーソナルコンピュータ）である。
【図１６】本発明の物理量センサーを備える電子機器（携帯電話機）である。
【図１７】本発明の物理量センサーを備える電子機器（ディジタルスチルカメラ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の物理量センサーを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す概略図平面図、図２は、図１に示す物理量センサーの詳細な平面図、図３は、図２に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図、図４は、図２に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図、図５、図６および図７は、それぞれ、物理量センサーの駆動を説明するための図である。なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、以下では、Ｘ軸（第１軸）に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸（第２軸）に平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸（第３軸）に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。
【００２０】
１．物理量センサー
本実施形態の物理量センサー１は、Ｘ軸まわりの角速度、Ｙ軸まわりの角速度およびＺ軸まわりの角速度を検出することのできる角速度センサーである。このような角速度センサーによれば、１つのセンサーで３つの軸まわりの角速度をそれぞれ独立して検出することができるため、優れた利便性を発揮することができる。
【００２１】
図１に示すように、物理量センサー１は、円環振動可能なリング部３１と、リング部３１を支持する４つの基板固定部（支持部）６１、６２、６３、６４と、基板固定部６１、６２、６３、６４とリング部３１の円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁７１、７２、７３、７４と、可動部を有しリング部３１を介してＸ軸方向に対向配置された一対の第１振動部（第１質量部）５１、５２と、可動部を有しリング部３１を介してＹ軸方向に対向配置された一対の第２振動部（第２質量部）５３、５４と、第１振動部５１、５２がリング部３１に対してＸ軸方向に振動可能となるように第１振動部５１、５２とリング部３１とを連結する一対の第１内側バネ部（第１バネ部）８１、８２と、第２振動部５３、５４がリング部３１に対してＹ軸と平行な方向に振動可能となるように、第２振動部５３、５４とリング部３１とを連結する一対の第２内側バネ部（第２バネ部）８３、８４とを有している。さらに、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段４と、第１振動部５１、５２が内包する可動部および第２振動部５３、５４が内包する可動部の変位量を電気信号に変換するトランスデューサー（検知手段９）とを有している。
リング部３１は、前記第１の周波数に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して円環振動する。このような物理量センサー１によれば、リング部３１の振動が基板へ漏れないため、装置の小型化を図りつつ、振動のＱ値を高めることができる。したがって、検知精度に優れた小型の物理量センサーを提供することができる。
【００２２】
以下、物理量センサー１について詳細に説明する。
図２に示すように、物理量センサー１は、ＸＹ面内に設けられた振動系構造体３と、振動系構造体３を支持する基板２と、振動系構造体３を振動させる振動手段４と、物理量センサー１に加わる角速度を検出する検出手段９とを有している。
−振動系構造体−
図２に示すように、振動系構造体３は、リング部（連結部）３１と、リング部３１を介してＸ軸方向に対向配置された一対の第１振動部（第１質量部）５１、５２と、第１振動部５１、５２とリング部３１とを連結する第１内側バネ部（第１バネ部）８１、８２と、リング部３１を介してＹ軸方向に対向配置された一対の第２振動部（第２質量部）５３、５４と、第２振動部５３、５４とリング部３１とを連結する第２内側バネ部（第２バネ部）８３、８４と、リング部３１の周囲に設けられた内側固定部（支持部）６１、６２、６３、６４と、リング部３１と内側固定部６１、６２、６３、６４とを連結する梁７１、７２、７３、７４と、振動部５１、５２、５３、５４の外側に設けられた外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２と、振動部５１、５２、５３、５４と外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２とを連結する外側バネ部８５１、８５２、８６１、８６２、８７１、８７２、８８１、８８２とで構成されている。
【００２３】
本実施形態の振動系構造体３は、シリコンを主材料として構成されていて、シリコン基板（シリコンウエハ）上に薄膜形成技術（例えば、エピタキシャル成長技術、化学気相成長技術等の堆積技術）や各種加工技術（例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング技術）を用いて所望の外形形状に加工することにより、前述した各部が一体的に形成されている。或いは、シリコン基板とガラス基板を貼り合せた後に、シリコン基板のみを所望の外形形状に加工することで、前述の各部を形成することもできる。
【００２４】
少なくとも、振動系構造体３の主材料をシリコンとすることにより、優れた振動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、シリコン半導体デバイス作製に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、振動系構造体３の主材料をシリコンとすることにより、後述するように、振動系構造体３に電極を形成しなくても、物理量センサー１を駆動することができるため、装置の構造をより簡単なものとすることができる。シリコン以外の材料、例えば絶縁体等の材料であっても、その外周を金属膜で被覆することにより、本発明の振動系構造体を形成することは可能である。
【００２５】
なお、基板２の主材料は、シリコンに限定されず、例えば、水晶や、各種ガラスであってもよい。
本実施形態の振動系構造体３は、Ｚ軸方向を法線とする平面視にて、振動部５１、５２、５３、５４の集合体の投影外形がほぼ円形となっている。これにより、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００２６】
（リング部）
リング部３１は、外径と内径が同心的な円形で構成された円環状をなしており、内径より内側には構造体を持たない構造となっている。なお、以下では、リング部３１の中心を「中心Ｏ」と言う。
また、リング部３１は、その軸がＺ軸と平行となるように配置されている。このリング部３１は、弾性変形可能であり、図３に示すように、振動手段４による第１の振動部５１、５２の振動によって、Ｘ軸方向に収縮すると共にＹ軸方向に伸張する第１の状態と、Ｘ軸方向に伸張すると共にＹ軸方向に収縮する第２の状態とに変形する。なお、以下では、第１の状態と第２の状態とを繰り返す振動を「円環振動」とも言う。
【００２７】
（第１振動部）
第１振動部５１は、板状をなしている。また、第１振動部５１は、第１振動部５１の縁部を構成するフレーム部５１１と、軸部５１３、５１４を介してフレーム部５１１に連結するＺ軸方向変位部（第１可動部、可動部）５１２と、櫛歯状の駆動電極５１５と、バネ部５１７を介してフレームに連結するＹ軸方向変位部（第２可動部、可動部）５１６とで構成されている。
【００２８】
同様に、第１振動部５２も板状をなしている。また、第１振動部５２も、第１振動部５２の縁部を構成するフレーム部５２１と、軸部５２３、５２４を介してフレーム部５２１に連結するＺ軸方向変位部（第１可動部、可動部）５２２と、櫛歯状の駆動電極５２５と、バネ部５２７を介してフレームに連結するＹ軸方向変位部（第２可動部、可動部）５２６とで構成されている。
【００２９】
以下、第１振動部５１、５２について詳細に説明するが、第１振動部５１、５２は、互いに同様の構成であるため、以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２については、その説明を省略する。
フレーム部５１１の外形は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、ほぼ９０度の扇型をなしている。このフレーム部５１１には、一対の第１開口５１１ａと、一対の第２開口５１１ｂと、第３開口５１１ｃとが形成されている。
【００３０】
各第１の開口５１１ａには、櫛歯状の駆動電極５１５が複数配置されている。各駆動電極５１５は、Ｙ軸方向に延在して、かつ、互いにＸ軸方向に離間して設けられている。この駆動電極５１５は、振動手段４の一部を構成するものである。
各第２開口５１１ｂの内側には、Ｙ軸方向変位部５１６が設けられている。Ｙ軸方向変位部５１６は、枠部５１６ａと、枠部５１６ａの内側に設けられた複数の検出電極５１６ｂとで構成されている。検出電極５１６ｂは、Ｘ軸方向に延在し、かつ互いにＹ軸方向に離間して設けられている。
【００３１】
各Ｙ軸方向変位部５１６は、４つのバネ部５１７によって、フレーム部５１１に接続されている。各バネ部５１７は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。各バネ部５１７をこのような形状とすることにより、バネ部５１７をＹ軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部５１７のＹ軸方向以外の方向（すなわち、Ｘ軸方向およびＺ軸方向）への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、各Ｙ軸方向変位部５１６をスムーズにＹ軸方向に変位させることができる。
【００３２】
第３開口５１１ｃの内側には、Ｚ軸方向変位部５１２が設けられている。Ｚ軸方向変位部５１２は、軸部５１３、５１４によってフレーム部５１１に連結されている。軸部５１３、５１４は、Ｙ軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Ｚ軸方向変位部５１２は、物理量センサー１にＺ軸方向の応力が加わると、軸部５１３、５１４をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部５１３、５１４まわりに回転する。
以上、第１振動部５１について説明した。第１振動部５２は、前述したように、第１振動部５１と同様の構成であり、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。但し、本発明の要件は基板２への振動漏れを最小とする構成であり、構成要素が中心ＯやＹ軸に対して完全に対称である必要はない。
【００３３】
（第２振動部）
第２振動部５３は、板状をなしている。また、第２振動部５３は、第２振動部５３の縁部を構成するフレーム部５３１と、軸部５３３、５３４を介してフレーム部５３１に連結するＺ軸方向変位部（第３可動部、可動部）５３２と、バネ部５３７を介してフレームに連結するＸ軸方向変位部（第４可動部、可動部）５３６とで構成されている。
同様に、第２振動部５４も板状をなしている。また、第２振動部５４も、第２振動部５４の縁部を構成するフレーム部５４１と、軸部５４３、５４４を介してフレーム部５４１に連結するＺ軸方向変位部（第３可動部、可動部）５４２と、バネ部５４７を介してフレームに連結するＸ軸方向変位部（第４可動部、可動部）５４６とで構成されている。
【００３４】
以下、第２振動部５３、５４について詳細に説明するが、第２振動部５３、５４は、互いに同様の構成であるため、以下では、第２振動部５３について代表して説明し、第２振動部５４については、その説明を省略する。
フレーム部５３１の外形は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、ほぼ９０度の扇型をなしている。また、フレーム部５３１の外形は、第１振動部５１、５２のフレーム部５１１、５２１と同じである。このフレーム部５３１には、一対の第２開口５３１ｂと、第３開口５３１ｃとが形成されている。
【００３５】
各第２の開口５１１ｂの内側には、Ｘ軸方向変位部５３６が設けられている。Ｘ軸方向変位部５３６は、枠部５３６ａと、枠部５３６ａの内側に設けられた複数の検出電極５３６ｂとで構成されている。検出電極５３６ｂは、Ｙ軸方向に延在して、かつ互いにＸ軸方向に離間して設けられている。
このようなＸ軸方向変位部５３６は、４つのバネ部５３７によって、フレーム部５３１に接続されている。各バネ部５３７は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。各バネ部５３７をこのような形状とすることにより、バネ部５３７をＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部５３７のＸ軸方向以外の方向（すなわち、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、Ｘ軸方向変位部５３６をスムーズにＸ軸方向に変位させることができる。
【００３６】
第３開口５３１ｃの内側には、Ｚ軸方向変位部５３２が設けられている。Ｚ軸方向変位部５３２は、軸部５３３、５３４によってフレーム部５３１に連結されている。軸部５３３、５３４は、Ｘ軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Ｚ軸方向変位部５３２は、物理量センサー１にＺ軸方向の応力が加わると、軸部５３３、５３４をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部５３３、５３４まわりに回転する。
以上、第２振動部５３について説明した。第２振動部５４は、前述したように、第２振動部５３と同様の構成であり、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。但し、第２振動部５３、５４についても前述同様、中心ＯやＸ軸に対して完全に対称である必要はない。
【００３７】
（第１内側バネ部）
第１内側バネ部８１は、第１振動部５１とリング部３１とを連結している。また、第１内側バネ部８２は、第１振動部５２とリング部３１とを連結している。このような第１内側バネ部８１、８２は、互いに同様の構成であるため、以下では、第１内側バネ部８１について代表して説明し、第１内側バネ部８２については、その説明を省略する。
【００３８】
第１内側バネ部８１は、一対のバネ部８１１、８１２で構成されており、各バネ部８１１、８１２は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部８１１、８１２は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。各バネ部８１１、８１２をこのような形状とすることにより、第１内側バネ部８１を、Ｙ軸方向およびＺ軸方向への変形を抑制（規制）しつつＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第１内側バネ部８１をＸ軸方向に伸縮させつつ、第１振動部５１をＸ軸方向にスムーズに振動させることができる。
【００３９】
（第２内側バネ部）
第２内側バネ部８３は、第２振動部５３とリング部３１とを連結している。また、第２内側バネ部８４は、第２振動部５４とリング部３１とを連結している。このような第２内側バネ部８３、８４は、互いに同様の構成であるため、以下では、第２内側バネ部８３について代表して説明し、第１内側バネ部８４については、その説明を省略する。
【００４０】
第２内側バネ部８３は、一対のバネ部８３１、８３２で構成されており、各バネ部８３１、８３２は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部８３１、８３２は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。第２内側バネ部８３をこのような構成とすることにより、第２内側バネ部８３を、Ｘ軸方向およびＺ軸方向への変形を抑制（規制）しつつＹ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第２内側バネ部８３をＹ軸方向に伸縮させつつ、第２振動部５３をＹ軸方向にスムーズに振動させることができる。
【００４１】
（内側固定部）
内側固定部６１、６２、６３、６４は、リング部３１を支持する機能を有している。このような内側固定部６１、６２、６３、６４は、それぞれ、４つの振動部５１、５２、５３、５４の内側に設けられている。内側固定部６１、６２、６３、６４をこのように配置することにより、スペースを有効活用することができ、物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、梁７１、７２、７３、７４の長さを短くすることができるため、リング部３１をより安定して支持することができる。更に、内側固定部６１、６２、６３、６４をこのように配置することにより、第１振動部５１、５２、第２振動部５３、５４のストッパーとしての役割を担わせることができる。
【００４２】
内側固定部６１、６２、６３、６４は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の外周まわりに９０度間隔で設けられている。具体的には、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わり、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの軸に対して４５度傾いた一対の軸をＪ１、Ｊ２としたとき、内側固定部６１、６３が軸Ｊ１上に位置し、かつリング部３１を介して対向配置されている。また、内側固定部６２、６４が軸Ｊ２上に位置し、かつリング部３１を介して対向配置されている。
言い換えれば、４つの内側固定部６１、６２、６３、６４は、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して鏡面対象の位置に設けられている。これにより、リング部３１を安定して支持することができる。
【００４３】
（梁）
梁７１、７２、７３、７４は、リング部３１と内側固定部６１、６２、６３、６４とを連結している。梁７１は、軸Ｊ１に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６１とを連結している。同様に、梁７２は、軸Ｊ２に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６２とを連結している。また、梁７３は、軸Ｊ１に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６３とを連結している。また、梁７４は、軸Ｊ２上に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６４とを連結している。
【００４４】
このような梁７１、７２、７３、７４は、それぞれ、リング部３１の側面のＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸に対して４５度傾斜した各部位（固定点、第１グループの固定点）に接続されている。この各固定点は、図３に示すように、リング部３１の円環振動の節となる部位（すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位）である。このような各固定点に梁７１、７２、７３、７４を接続することにより、梁７１、７２、７３、７４によって、リング部３１の円環振動が阻害されず、かつ円環振動に起因する振動が梁７１、７２、７３、７４および固定部６１、６２、６３、６４を介して振動系構造体３の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体３の振動のＱ値が高くなり、物理量センサー１の検知精度が向上する。また、振動系構造体３を効率的に振動させることができるため、振動手段４の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
また、梁７１、７２、７３、７４は、リング部３１の中心Ｏに対する動径方向（延在方向）に動く（変形する）ことを制限されている。これにより、内側固定部６１、６２、６３、６４によってリング部３１をより安定して支持することができると共に、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
【００４５】
（外側固定部）
外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２は、それぞれ、４つの振動部５１、５２、５３、５４の外側に設けられている。また、外側固定部６５１、６５２は、第１振動部５１に対応して設けられており、互いにＹ軸方向に離間している。同様に、外側固定部６６１、６６２は、第１振動部５２に対応して設けられており、互いにＹ軸方向に離間している。また、外側固定部６７１、６７２は、第２振動部５３に対応して設けられており、互いにＸ軸方向に離間している。また、外側固定部６８１、６８２は、第２振動部５４に対応して設けられており、互いにＸ軸方向に離間して設けられている。
【００４６】
（外側バネ部）
外側バネ部８５１、８５２、８６１、８６２、８７１、８７２、８８１、８８２は、外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２と振動部５１、５２、５３、５４とを連結している。具体的には、外側バネ部８５１、８５２は、第１の振動部５１と外側固定部６５１、６５２とを連結し、外側バネ部８６１、８６２は、第１の振動部５２と外側固定部６６１、６５６とを連結し、外側バネ部８７１、８７２は、第２の振動部５３と外側固定部６７１、６７２とを連結し、外側バネ部８８１、８８２は、第２の振動部５４と外側固定部６８１、６８２とを連結している。
【００４７】
外側バネ部８５１、８５２は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８５１、８５２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。
同様に、外側バネ部８６１、８６２は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８６１、８６２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。
外側バネ部８７１、８７２は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８７１、８７２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。
【００４８】
同様に、外側バネ部８８１、８８２は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８８１、８８２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。但し、外側バネ部８５１と８５２、８６１と８６２、８７１と８７２、８８１と８８２は、中心ＯやＸ軸、或いはＹ軸に対して完全に対称であることが本発明の必須条件ではない。
以上のような振動系構造体３は、固有の共振周波数を有している。これにより、後述するように、振動系構造体３を共振モードで駆動することができ、角速度の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
−基板−
基板２は、振動系構造体３を支持するものである。図２に示すように、基板２は、板状をなしており、ＸＹ面内に設けられている。そして、基板２の上面に、振動系構造体３の内側固定部６１、６２、６３、６４および外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２を接合することにより、振動系構造体３が基板２に固定・支持される。
【００５０】
基板２と内側固定部６１、６２、６３、６４および外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２の接合方法は、特に限定されず、直接接合や陽極接合等の各種接合方法を用いて接合してもよしい、振動系構造体３および基板２の構成材料によっては、接着剤等の支持部材を用いて接合してもよい。
また、基板２の上面（振動系構造体３と対向する側の面）には、必要に応じて凹部が形成されている。この凹部は、基板２と振動系構造体３の実際に振動する部分（例えば、第１振動部５１、５２および第２振動部５３、５４）との接触を防止する機能を有している。
このような基板２は、例えば、シリコンなどの半導体基板、ガラス、石英などの絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板を各種加工技術を用いて所望の外形形状に加工することにより形成されている。これにより、物理量センサー１の構成が簡単なものとなる。
【００５１】
−振動手段−
振動手段４は、第１振動部５１、５２を互いに逆位相でＸ軸方向に所定の周波数（第１の周波数）で振動させる機能を有している。すなわち、振動手段４は、第１振動部５１、５２を互いにリング部３１に接近する方向（内側）に変位させる状態と、第１振動部５１、５２を互いにリング部３１から離間する方向（外側）に変位させる状態とを繰り返すように第１振動部５１、５２を振動させる。
【００５２】
このような振動手段４は、第１振動部５１が有する駆動電極５１５に対応して設けられた複数の固定電極４１を有している。各固定電極４１は、駆動電極５１５を介してＸ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４１１、４１２を有している。同様に、振動手段４は、第１振動部５２が有する各駆動電極５２５に対応して設けられた複数の固定電極４２を有している。各固定電極４２は、駆動電極５２５を介してＸ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４２１、４２２を有している。
【００５３】
そして、振動手段４は、図示しない電源によって、各電極片４１１、４２１と、各電極片４１２、４２２に位相が１８０度ずれた交番電圧を印加することにより、各駆動電極５１５、５２５と各電極片４１１、４２１との間と、各駆動電極５１５、５２５と各電極片４１２、４２２との間にそれぞれ静電力を発生させ、第１内側バネ部８１、８２および外側バネ部８５１、８５２、８６１、８６２をＸ軸方向に伸縮させつつ、第１振動部５１、５２が互いに逆位相でかつ所定の周波数でＸ軸方向に振動する。
【００５４】
交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、振動系構造体３の共振周波数とほぼ等しいのが好ましい。これにより、振動系構造体３を共振モードで駆動することができるため、角速度の検出精度を向上させることができる。
第１振動部５１、５２が互いに逆位相に振動すると、その振動が第１内側バネ部８１、８２を伝達してリング部３１に伝達される。すると、リング部３１は、第１振動部５１、５２が内側に向けて変位するときに、Ｘ軸方向に収縮すると共にＹ軸方向に伸張するように変形し、第１振動部５１、５２が外側に向けて変位するときに、Ｘ軸方向に伸張すると共にＹ軸方向に収縮するように変形する。すなわち、リング部３１は、第１振動部５１、５２の振動と同期して円環振動する。
【００５５】
さらに、円環振動によってリング部３１がＸ軸方向に収縮すると共にＹ軸方向に伸張するように変形すると、その変形によって、第２振動部５３、５４が共に外側に変位し、逆に、Ｘ軸方向に伸張すると共にＹ軸方向に収縮するように変形すると、第２振動部５３、５４が共に内側に変位する。すなわち、リング部３１の円環振動に同期して、第２振動部５３、５４が互いに逆位相でＹ軸方向に振動する。
【００５６】
すなわち、物理量センサー１では、リング部３１の円環振動を利用して、第１振動部５１５、５２を内側へ向けて変位させつつ第２振動部５３、５４を外側に向けて変位させる状態と、第１振動部５１、５２を外側に向けて変位させつつ第２振動部５３、５４を内側へ変位させる状態とが繰り返されるように、振動部５１、５２、５３、５４を振動させることができる。
【００５７】
リング部３１の梁７１、７２、７３、７４が接続された固定点は、リング部３１の円環振動の節となる部位（すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位）である。そのため、梁７１、７２、７３、７４によってリング部３１の円環振動が阻害さることがなく、かつ円環振動に起因する振動が梁７１、７２、７３、７４および固定部６１、６２、６３、６４を介して振動系構造体３の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体３の振動のＱ値が高くなり、物理量センサー１の検知精度が向上する。また、振動系構造体３を効率的に振動させることができるため、振動手段４の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
また、本実施形態のような静電駆動によれば、よりスムーズかつ確実に、上記のような振動を起こすことができる。また、本実施形態では、振動手段４を各振動部５１、５２、５３、５４の内側に接続しているため、スペースを有効活用でき、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００５８】
−検出手段９−
検出手段９は、図４に示すように、変位トランスデューサー９１、９２、９３、９４と、回転トランスデューサー９５、９６、９７、９８とを有している。なお、図４では、説明の便宜上、物理量センサー１の構成要素の一部の図示を省略している。
変位トランスデューサー９１は、第１振動部５１に設けられたＹ軸方向変位部５１６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９１１とを有している。固定電極９１１は、Ｙ軸方向変位部５１６が有する検出電極５１６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９１１は、検出電極５１６ｂを介して対向配置された一対の電極片９１１ａ、９１１ｂを有しており、これら各電極片９１１ａ、９１１ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
【００５９】
変位トランスデューサー９２は、第１振動部５２に設けられたＹ軸方向変位部５２６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９２１とを有している。固定電極９２１は、Ｙ軸方向変位部５２６が有する検出電極５２６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９２１は、検出電極５２６ｂを介して対向配置された一対の電極片９２１ａ、９２１ｂを有しており、これら各電極片９２１ａ、９２１ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
【００６０】
変位トランスデューサー９３は、第２振動部５３に設けられたＸ軸方向変位部５３６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９３１とを有している。固定電極９３１は、Ｘ軸方向変位部５３６が有する検出電極５３６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９３１は、検出電極５３６ｂを介して対向配置された一対の電極片９３１ａ、９３１ｂを有しており、これら各電極片９３１ａ、９３１ｂは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
【００６１】
変位トランスデューサー９４は、第２振動部５４に設けられたＸ軸方向変位部５４６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９４１とを有している。固定電極９４１は、Ｘ軸方向変位部５４６が有する検出電極５４６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９４１は、検出電極５４６ｂを介して対向配置された一対の電極片９４１ａ、９４１ｂを有しており、これら各電極片９４１ａ、９４１ｂは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
本実施形態では、これら変位トランスデューサー９１、９２、９３、９４を、振動部５１、５２、５３、５４の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００６２】
回転トランスデューサー９５は、第１振動部５１に軸５１３、５１４を介して設けられたＺ軸方向変位部５１２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５１２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９５１と、を有している。
回転トランスデューサー９６は、第１振動部５２に軸５２３、５２４を介して設けられたＺ軸方向変位部５２２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５２２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９６１と、を有している。
【００６３】
回転トランスデューサー９７は、第２振動部５３に軸５３３、５３４を介して設けられたＺ軸方向変位部５３２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５３２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９７１と、を有している。
回転トランスデューサー９８は、第２振動部５４に軸５４３、５４４を介して設けられたＺ軸方向変位部５４２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５４２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９８１と、を有している。
本実施形態では、これら回転トランスデューサー９５、９６、９７、９８を、振動部５１、５２、５３、５４の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００６４】
以下、このような検出手段９による角速度の検出方法について、図５、図６および図７に基づいて簡単に説明する。なお、図５、図６および図７では、説明の便宜上、物理量センサー１の構成の一部の図示を省略している。
−Ｚ軸まわりの角速度の検出−
図５に示すように、振動手段４によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４をＹ軸方向に振動させた状態で物理量センサー１にＺ軸まわりの角速度ωが加わると、Ｘ軸方向に振動する第１振動部５１、５２にＹ軸方向のコリオリ力が作用し、Ｙ軸方向に振動する第２振動部５３、５４にＸ軸方向のコリオリ力が作用する。
【００６５】
このようなコリオリ力が作用すると、第１振動部５１では、Ｙ軸方向変位部５１６がフレーム部５１１に対してＹ軸方向に変位し、これにより、検出電極５１６ｂと電極片９１１ａの間の静電容量と、検出電極５１６ｂと電極片９１１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第１振動部５２でも、Ｙ軸方向変位部５２６がフレーム部５２１に対してＹ軸方向に変位し、これにより、検出電極５２６ｂと電極片９２１ａの間の静電容量と、検出電極５１６ｂと電極片９２１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。
【００６６】
また、第２振動部５３では、Ｘ軸方向変位部５３６がフレーム部５３１に対してＸ軸方向に変位し、これにより、検出電極５３６ｂと電極片９３１ａの間の静電容量と、検出電極５３６ｂと電極片９３１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第２振動部５４でも、Ｘ軸方向変位部５４６がフレーム部５４１に対してＸ軸方向に変位し、これにより、検出電極５４６ｂと電極片９４１ａの間の静電容量と、検出電極５４６ｂと電極片９４１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。
そして、検出手段９は、各振動部５１、５２、５３、５４で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー１に加わるＺ軸まわりの角速度を検出することができる。
【００６７】
−Ｘ軸まわりの角速度の検出−
図６に示した斜視図のように、振動手段４によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４をＹ軸方向に振動させた状態で物理量センサー１にＸ軸まわりの角速度が加わると、Ｙ軸方向に振動する第２振動部５３、５４にＺ軸方向のコリオリ力が作用する。
【００６８】
このようなコリオリ力が作用すると、第２振動部５３では、Ｚ軸方向変位部５３２が軸部５３３、５３４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５３２と固定電極９７１の間の静電容量が変化する。同様に、第２振動部５４では、Ｚ軸方向変位部５４２が軸部５４３、５４４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５４２と固定電極９８１の間の静電容量が変化する。
そして、検出手段９は、第２振動部５３、５４で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー１に加わるＸ軸まわりの角速度を検出することができる。
【００６９】
−Ｙ軸まわりの角速度の検出−
図７に示すように、振動手段４によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４をＹ軸方向に振動させた状態で物理量センサー１にＹ軸まわりの角速度が加わると、Ｘ軸方向に振動する第１振動部５１、５２にＺ軸方向のコリオリ力が作用する。
【００７０】
このようなコリオリ力が作用すると、第１振動部５１では、Ｚ軸方向変位部５１２が軸部５１３、５１４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５１２と固定電極９５１の間の静電容量が変化する。同様に、第１振動部５２では、Ｚ軸方向変位部５２２が軸部５２３、５２４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５２２と固定電極９６１の間の静電容量が変化する。
【００７１】
そして、検出手段９は、第１振動部５１、５２で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー１に加わるＸ軸まわりの角速度を検出することができる。
以上のように、物理量センサー１によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の全ての軸まわりの角速度を検出することができる。そのため、小型で、利便性に優れた物理量センサー１となる。また、本実施形態では、静電型の検出手段９を用いているため、装置の小型化を図りつつ、検出精度の向上を図ることができる。
【００７２】
なお、物理量センサー１では、変位トランスデューサー９１、９２が一組となって、物理量センサー１に加わるＹ軸方向の加速度（直線加速度）をキャンセルする機能を有している。また、変位トランスデューサー９３、９４が一組となって、物理量センサー１に加わるＸ軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。また、回転トランスデューサー９５、９６、９７、９８が組となって、物理量センサー１に加わるＺ軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。
【００７３】
具体的には、例えば、物理量センサー１にＹ軸方向に加速度が加わると、第１振動部５１のＹ軸方向変位部５１６と第１振動部５２のＹ軸方向変位部５２６とが共にＹ軸方向同じ側に変位する。このようなＹ軸方向変位部５１６、５２６の変位は、Ｚ軸まわりの角速度が加わった場合の変位（すなわち、Ｙ軸方向変位部５１６、５２６のＹ軸方向互いに反対側への変位）と異なっている。そのため、物理量センサー１によれば、検出電極５１６ｂと各電極片９１１ａ、９１１ｂの間の静電容量および検出電極５２６ｂと各電極片９２１ａ、９２１ｂの間の静電容量の変化から、物理量センサー１に加わる加速度を検出することができ、この角速度を検出した場合は、検出した加速度を補正処理等によって電気的にキャンセルすることができる。その結果、物理量センサー１の角速度の検出精度がより向上する。Ｘ軸方向の加速度およびＺ軸方向の加速度についても同様にしてキャンセルすることができる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図８にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００７５】
本実施形態の物理量センサー１では、第２振動部５３、５４にも振動手段４が接続されている。すなわち、第２振動部５３に、Ｘ軸方向に延在する複数の駆動電極５３５が設けられており、第２振動部５４にもＸ軸方向に延在する複数の駆動電極５４５が設けられている。
また、振動手段４は、第２振動部５３が有する駆動電極５３５に対応して設けられた複数の固定電極４３を有している。各固定電極４３は、駆動電極５３５を介してＹ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４３１、４３２を有している。同様に、振動手段４は、第２振動部５４が有する各駆動電極５４５に対応して設けられた複数の固定電極４４を有している。各固定電極４４は、駆動電極５４５を介してＹ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４４１、４４２を有している。
【００７６】
そして、振動手段４は、図示しない電源によって、電極片４１１、４２１、４３２、４４２と、電極片４１２、４２２、４３１、４４１とに１８０度位相のずれた交番電圧を印加することにより、第１振動部５１、５２を互いに逆位相でＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４を互いに逆位相でかつ第１振動部５１、５２とは反対側へＹ軸方向に振動させる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７７】
＜第３実施形態＞
図９は、本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、振動系構造体の投影形状が異なる以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図９にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００７８】
本実施形態の物理量センサー１では、Ｚ軸を法線とする平面視にて、振動部５１、５２、５３、５４の外形がそれぞれ台形をなしている。そして、Ｚ軸方向を法線とする平面視にて、振動部５１、５２、５３、５４の集合体の投影外形がほぼ矩形となっている。これにより、物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、例えば、物理量センサー１をチップ内に搭載する場合には、チップの形状と対応するため、チップへの搭載が簡単となる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７９】
＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１０にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００８０】
本実施形態の振動手段４は、圧電駆動によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させるように構成されている。以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２については、その説明を省略する。
第１振動部５１には、第１開口５１１ａの内側に設けられ、基板２に固定された固定部５１８ａと、第１開口５１１ａの内側に設けられ、固定部５１８ａとフレーム部５１１とを連結する複数の連結部５１８ｂとを有している。各連結部５１８ｂは、Ｙ軸方向に延在して設けられていると共に、互いにＸ軸方向に離間して配置されている。
振動手段４は、各連結部５１８ｂに設けられた一対の圧電体素子４５、４６とを有している。圧電体素子４５、４６は、Ｙ軸方向に延在して設けられており、かつＸ軸方向に離間して設けられている。
【００８１】
圧電体素子４５、４６は、Ｚ軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されており、一対の電極間に電圧を印加することにより、Ｙ軸方向に伸張または収縮する。そのため、各圧電体素子４５を伸張させると共に、各圧電体素子４６を収縮させると、各連結部５１８ｂが湾曲変形し、フレーム部５１１と接続している側の端部がリング部３１側に変位し、その結果、第１振動部５１が内側に変位する。反対に、各圧電体素子４５を収縮させると共に、各圧電体素子４６を伸張させると、各連結部５１８ｂが湾曲変形し、フレーム部５１１と接続している側の端部がリング部３１と反対側に変位し、その結果、第１振動部５１が外側に変位する。
【００８２】
構成の振動手段４では、各圧電体素子４５を伸張させると共に、各圧電体素子４６を収縮させる状態と、各圧電体素子４５を収縮させると共に、各圧電体素子４６を伸張させる状態とが交互に繰り返されるように各圧電体素子４５、４６に電圧を印加することにより、第１振動部５１、５２を互いに逆位相でＸ軸方向に振動させる。
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８３】
＜第５実施形態＞
図１１は、本発明の物理量センサーの第５実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１１にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第１振動部５１、５２の構成は互いに同様であり、第２振動部５３、５４の構成は互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１と第２振動部５３とについて代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５４については、その説明を省略する。
【００８４】
第１振動部５１は、第２開口５１１ｂの内側に設けられ、フレーム部５１１に対してＹ軸方向に変位可能な板状のＹ軸方向変位部５１９ａと、Ｙ軸方向変位部５１９ａとフレーム部５１１とを連結する複数のバネ部５１９ｂとを有している。各バネ部５１９ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
第２振動部５３は、第２開口５３１ｂの内側に設けられ、フレーム部５３１に対してＸ軸方向に変位可能な板状のＸ軸方向変位部５３９ａと、Ｘ軸方向変位部５３９ａとフレーム部５３１とを連結する複数のバネ部５３９ｂとを有している。各バネ部５３９ａは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
【００８５】
検出手段９は、第１振動部５１の各バネ部５１９ｂに設けられた一対の圧電体素子９９１、９９２を有している。圧電体素子９９１、９９２は、Ｘ軸方向に延在して、かつ互いにＹ軸方向に離間して設けられている。また、検出手段９は、第２振動部５３の各バネ部５３９ｂに設けられた一対の圧電体素子９９３、９９４を有している。圧電体素子９９３、９９４は、Ｙ軸方向に延在して、かつ互いにＸ軸方向に離間して設けられている。
【００８６】
各圧電体素子９９１、９９２、９９３、９９４は、それぞれ、Ｚ軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されている。このような圧電体素子９９１、９９２、９９３、９９４は、変形によって電荷を発生する性質を有しており、変形量が大きいほど大きな電荷が発生する。
そのため、物理量センサー１にＺ軸まわりの角速度が加わり、第１振動部５１のＹ軸方向変位部がバネ部５１９ｂをＹ軸方向に湾曲変形させつつＹ軸方向に変位すると、圧電体素子９９１、９９２がバネ部５１９ｂの変形量に応じた大きさの電荷を発生し、第２振動部５３のＸ軸方向変位部が連結部５３９ｂをＸ軸方向に湾曲変形させつつＸ軸方向に変位すると、圧電体素子９９３、９９４が連結部５３９ｂの変形量に応じた大きさの電荷を発生することとなる。
検出手段９は、このような圧電体素子９９１、９９２、９９３、９９４から発生する電荷の大きさを検出することにより、Ｚ軸まわりの角速度を検出する。
【００８７】
＜第６実施形態＞
図１２は、本発明の物理量センサーの第６実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１２にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第１振動部５１、５２の構成は互いに同様であり、第２振動部５３、５４の構成は互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１と第２振動部５３とについて代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５４については、その説明を省略する。
【００８８】
第１振動部５１は、第２開口５１１ｂの内側に設けられ、フレーム部５１１に対してＹ軸方向に変位可能な板状のＹ軸方向変位部５１９ａと、Ｙ軸方向変位部５１９ａとフレーム部５１１とを連結する複数のバネ部５１９ｂとを有している。各バネ部５１９ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
第２振動部５３は、第２開口５３１ｂの内側に設けられ、フレーム部５３１に対してＸ軸方向に変位可能な板状のＸ軸方向変位部５３９ａと、Ｘ軸方向変位部５３９ａとフレーム部５３１とを連結する複数のバネ部５３９ｂとを有している。各バネ部５３９ａは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
【００８９】
本実施形態の検出手段９は、第１振動部５１の各バネ部５１９ｂに設けられたピエゾ抵抗部９９５と、第２振動部５３の各バネ部５３９ｂに設けられたピエゾ抵抗部９９６とを有している。ピエゾ抵抗部９９５、９９６は、例えば、ｎ型のシリコン基板を用いて振動系構造体３を形成した場合には、ボロンなどの不純物を高濃度に拡散させ、その拡散部分にｐ型シリコン層を形成することで形成することができる。
【００９０】
ピエゾ抵抗部９９５、９９６は、変形によって抵抗値が変化する性質を有しており、変形量が大きいほど抵抗値の変化量が大きくなる。そのため、物理量センサー１にＺ軸まわりの角速度が加わり、第１振動部５１のＹ軸方向変位部がバネ部５１９ｂをＹ軸方向に湾曲変形させつつＹ軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部９９５がバネ部５１９ｂの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化し、第２振動部５３のＸ軸方向変位部が連結部５３９ｂをＸ軸方向に湾曲変形させつつＸ軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部９９６が連結部５３９ｂの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化する。
検出手段９は、このようなピエゾ抵抗部９９５、９９６の抵抗値変化を検出することにより、Ｚ軸まわりの角速度を検出する。
【００９１】
＜第７実施形態＞
図１３は、本発明の物理量センサーの第７実施形態を示す平面図である。なお、図１３では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９２】
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１３にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、４つの振動部の構成は、Ｚ軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５３、５４については、その説明を省略する。
【００９３】
第１振動部５１では、Ｙ軸方向変位部５１６がフレーム部５１１の外側に設けられており、複数のバネ部５１７によってフレーム部５１１に連結されている。このようなＹ軸方向変位部５１６は、板状の基部５１６ｃと、基部５１６ｃからＸ軸方向に突出した複数の検出電極５１６ｄとで構成されている。
本実施形態の検出手段９の変位トランスデューサー９１は、第１振動部５１に設けられたＹ軸方向変位部５１６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９１１とを有している。固定電極９１１は、Ｙ軸方向変位部５１６が有する検出電極５１６ｄに対応して複数設けられている。各固定電極９１１は、検出電極５１６ｄを介して対向配置された一対の電極片９１１ａ、９１１ｂを有しており、これら各電極片９１１ａ、９１１ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
【００９４】
＜第８実施形態＞
図１４は、本発明の物理量センサーの第８実施形態を示す平面図である。なお、図１３では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９５】
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１４にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、４つの振動部の構成は、Ｚ軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５３、５４については、その説明を省略する。
【００９６】
第１振動部５１では、フレーム部５１１の外側に設けられたＺ軸まわり変位部５１６Ａが、一対の連結バネ５１７Ａによってフレーム部５１１に連結されている。また、一対の連結バネ５１７Ａは、それぞれ、リング部３１の中心Ｏに対する動径方向に沿って延在している。また、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａは、板状の基部５１６Ａａと、基部５１６Ａａからリング部３１の中心Ｏに対する動径方向に突出した複数の固定電極５１６Ａｂとを有している。
【００９７】
このような第１振動部５１では、Ｚ軸まわりの角速度が加わった場合に生じるＹ軸方向のコリオリ力によって、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａが、一対の連結バネ５１７Ａを湾曲変形させつつ、Ｚ軸まわりに回動する。このような構成によれば、Ｙ軸方向のコリオリ力をＺ軸まわりの応力に変化することができるため、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａの変位量を大きくすることができる。
【００９８】
本実施形態の検出手段９の回転トランスデューサー９１は、第１振動部５１に設けられたＺ軸まわり変位部５１６Ａと、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９１１とを有している。固定電極９１１は、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａが有する固定電極５１６Ａｂに対応して複数設けられている。各固定電極９１１は、固定電極５１６Ａｂを介して対向配置された一対の電極片９１１ａ、９１１ｂを有している。
以上説明したような各実施形態の振動片は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
【００９９】
ここで、本発明の振動片を備える電子機器について、図１５〜図１７に基づき、詳細に説明する。
図１５は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
【０１００】
図１６は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
【０１０１】
図１７は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【０１０２】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【０１０３】
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリ１３０８に転送・格納される。
また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
【０１０４】
なお、本発明の振動片を備える電子機器は、図１５のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１６の携帯電話機、図１７のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
【０１０５】
以上、本発明の物理量センサーを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１‥‥物理量センサー ２‥‥基板 ３‥‥振動系構造体 ３１‥‥リング部 ４‥‥振動手段 ４１‥‥固定電極 ４１１、４１２‥‥電極片 ４２‥‥固定電極 ４２１、４２２‥‥電極片 ４３、４４‥‥固定電極 ４３１、４３２‥‥電極片 ４４１、４４２‥‥電極片 ４５、４６‥‥圧電体素子 ５１‥‥第１振動部 ５１１‥‥フレーム部 ５１１ａ‥‥第１開口 ５１１ｂ‥‥第２開口 ５１１ｃ‥‥第３開口 ５１２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５１３、５１４‥‥軸部 ５１５‥‥駆動電極 ５１６‥‥Ｙ軸方向変位部 ５１６Ａ‥‥変位部 ５１６Ａａ‥‥基部 ５１６Ａｂ‥‥固定電極 ５１６ａ‥‥枠部 ５１６ｂ‥‥検出電極 ５１６ｃ‥‥基部 ５１６ｄ‥‥検出電極 ５１７‥‥バネ部 ５１７Ａ‥‥一対の連結バネ ５１８ａ‥‥固定部 ５１８ｂ‥‥連結部 ５１９ａ‥‥Ｙ軸方向変位部 ５１９ｂ‥‥バネ部 ５２‥‥第１振動部 ５２１‥‥フレーム部 ５２２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５２３、５２４‥‥軸部 ５２５‥‥駆動電極 ５２６‥‥Ｙ軸方向変位部 ５２６ｂ‥‥検出電極 ５２７‥‥バネ部 ５３‥‥第２振動部 ５３１‥‥フレーム部 ５３１ａ‥‥第１開口 ５３１ｂ‥‥第２開口 ５３１ｃ‥‥第３開口 ５３２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５３３、５３４‥‥軸部 ５３５‥‥駆動電極 ５３６‥‥Ｘ軸方向変位部 ５３６ａ‥‥枠部 ５３６ｂ‥‥検出電極 ５３７‥‥バネ部 ５３９ａ‥‥バネ部 ５３９ｂ‥‥連結部 ５１９ａ‥‥Ｘ軸方向変位部 ５１９ｂ‥‥バネ部 ５４‥‥第２振動部 ５４１‥‥フレーム部 ５４２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５４３、５４４‥‥軸部 ５４５‥‥駆動電極 ５４６‥‥検出電極 ５４６ｂ‥‥Ｙ軸方向延在部 ５４７‥‥バネ部 ６１、６２、６３、６４‥‥内側固定部 ６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２‥‥外側固定部 ７１、７２、７３、７４‥‥梁 ８１‥‥第１内側バネ部 ８１１、８１２‥‥バネ部 ８２‥‥第１内側バネ部 ８３‥‥第２内側バネ部 ８３１、８３２‥‥バネ部 ８４‥‥第２内側バネ部 ８５１、８５２、８６１、８６２、８７１、８７２、８８１、８８２‥‥外側バネ部 ９‥‥検出手段 ９１‥‥変位トランスデューサー ９１１、９１２‥‥固定電極 ９１１ａ、９１１ｂ‥‥電極片 ９２‥‥変位トランスデューサー ９２１、９２２‥‥固定電極 ９２１ａ、９２１ｂ‥‥電極片 ９３‥‥変位トランスデューサー ９３１、９３２‥‥固定電極 ９３１ａ、９３１ｂ‥‥電極片 ９４‥‥変位トランスデューサー ９４１、９４２‥‥固定電極 ９４１ａ、９４１ｂ‥‥電極片 ９５‥‥回転トランスデューサー ９５１‥‥固定電極 ９６‥‥回転トランスデューサー ９６１‥‥固定電極 ９７‥‥回転トランスデューサー ９７１‥‥固定電極 ９８‥‥回転トランスデューサー ９８１‥‥固定電極 ９９１、９９２‥‥圧電体素子 ９９３、９９４‥‥圧電体素子 ９９５、９９６‥‥ピエゾ抵抗部 １００‥‥表示部 １１００‥‥パーソナルコンピューター １１０２‥‥キーボード １１０４‥‥本体部 １１０６‥‥表示ユニット １２００‥‥携帯電話機 １２０２‥‥操作ボタン １２０４‥‥受話口 １２０６‥‥送話口 １３００‥‥ディジタルスチルカメラ １３０２‥‥ケース １３０４‥‥受光ユニット １３０６‥‥シャッターボタン １３０８‥‥メモリ １３１２‥‥ビデオ信号出力端子 １３１４‥‥入出力端子 １４３０‥‥テレビモニター １４４０‥‥パーソナルコンピューター Ｊ１、Ｊ２‥‥軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサーおよびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ信号を用いた車両等の移動体ナビゲーションシステムなどの姿勢制御として、角速度を検出する角速度センサーが多く用いられている。また、角速度センサーとして、１つのセンサーで互いに直交する３軸のそれぞれの軸まわりの角速度を検出できるようなものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のセンサーは、円環状の駆動質量と、その中心に配置されたアンカーと、駆動質量とアンカーとを連結する弾性アンカー要素と、アンカーが固定された基板２とを有しており、駆動質量を回転振動させた状態で、各軸まわりの角速度を検知するように構成されている。
しかしながら、このような構成では、駆動質量の振動が、弾性アンカー要素およびアンカーを介して基板２に伝達し振動漏れが生じる。このような振動漏れが生じると、センサーの振動のＱ値が低下する（すなわち、エネルギー損失を招く）。振動のＱ値が低下すると、所望の振動振幅が得られなくなり、センサーの検出感度が悪化する。また、必要な振幅を得るために高い駆動能力の駆動装置が必要となり、センサーの大型化を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびそれを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
【０００７】
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる４つの固定点とを連結する４つの梁と、
前記第２軸と平行な軸まわりに変位可能な第１可動部および前記第２軸と平行な方向に変位可能な第２可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
前記第１軸と平行な軸まわりに変位可能な第３可動部および前記第１軸と平行な方向に変位可能な第４可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リングに対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する第１可動部および前記第２質量部の各々が有する第３可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第１質量部の各々が有する第２可動部および前記第２質量部の各々が有する第４可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
【０００８】
本発明の物理量センサーでは、前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることが好ましい。
これにより、装置構成が簡単なものとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることが好ましい。
これにより、リング部をより効率的に円環振動させることができる。
【０００９】
本発明の物理量センサーでは、前記第１バネ部は、それぞれ、前記第２軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第２バネ部は、それぞれ、前記第１軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることが好ましい。
これにより、第１質量部を第１軸と平行な方向に安定して振動させることができ、第２質量部を第２軸と平行な方向へ安定して振動させることができる。
【００１０】
本発明の物理量センサーでは、前記４つの支持部は、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。また、リング部を安定して支持することができる。
【００１１】
本発明の物理量センサーでは、前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることが好ましい。
これにより、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることが好ましい。
これにより、効率的に、第１質量部および第２質量部を振動させることができる。
【００１２】
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることが好ましい。
これにより、検知能力の優れた物理量センサーとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第１軸まわりの角速度、前記第２軸まわりの角速度および前記第１軸と前記第２軸の両軸に直交する第３軸まわりの角速度を検知することが好ましい。
これにより、角速度センサーとして用いることができる。
【００１３】
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、それぞれ他の前記トランスデューサーと組になることにより、所定方向の直線加速度を電気的にキャンセルすることが好ましい。
これにより、角速度の検知精度が向上する。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーも各々は、固有の共振周波数を有することが好ましい。
これにより、共振モードで駆動することができるため、角速度の検知精度がより向上する。
【００１４】
本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記円環振動は、前記第１軸と平行な方向に収縮すると共に前記第２軸と平行な方向に伸張する状態と、前記第１軸と平行な方向に伸張すると共に前記第２軸と平行な方向に収縮する状態とを繰り返す振動であることが好ましい。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部の前記第１軸および前記第２軸の両軸から４５度傾斜した部位に前記第１バネ部の各々および前記第２バネ部の各々が接続されたことが好ましい。
これにより、リング部の円環振動が外部に漏れるのを効果的に防止または抑制することができる。
【００１５】
本発明の物理量センサーは、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ円形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーは、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ矩形であることを特徴とする。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明の物理量センサーでは、前記振動手段は、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記トランスデューサーは、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されていることが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
伸縮可能な連結部と、
前記連結部の該連結部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸の両軸から所定角度傾斜した位置に設けられ、前記連結部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記連結部とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記連結部が、前記第１の周波数に応じて伸縮運動するときに、前記梁と前記連結部との接続部が節となることを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを用いたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す概略図平面図である。
【図２】図１に示す物理量センサーの詳細な平面図である。
【図３】図２に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図である。
【図４】図２に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図である。
【図５】物理量センサーの駆動を説明するための図である。
【図６】物理量センサーの駆動を説明するための図である。
【図７】物理量センサーの駆動を説明するための図である。
【図８】本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の物理量センサーの第５実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の物理量センサーの第６実施形態を示す平面図である。
【図１３】本発明の物理量センサーの第７実施形態を示す平面図である。
【図１４】本発明の物理量センサーの第８実施形態を示す平面図である。
【図１５】本発明の物理量センサーを備える電子機器（ノート型パーソナルコンピュータ）である。
【図１６】本発明の物理量センサーを備える電子機器（携帯電話機）である。
【図１７】本発明の物理量センサーを備える電子機器（ディジタルスチルカメラ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の物理量センサーを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す概略図平面図、図２は、図１に示す物理量センサーの詳細な平面図、図３は、図２に示す物理量センサーが有するリング部の振動を説明するための平面図、図４は、図２に示す物理量センサーが有する検出手段の構成を説明するための平面図、図５、図６および図７は、それぞれ、物理量センサーの駆動を説明するための図である。なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、以下では、Ｘ軸（第１軸）に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸（第２軸）に平行な方向をＹ軸方向、Ｚ軸（第３軸）に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。
【００２０】
１．物理量センサー
本実施形態の物理量センサー１は、Ｘ軸まわりの角速度、Ｙ軸まわりの角速度およびＺ軸まわりの角速度を検出することのできる角速度センサーである。このような角速度センサーによれば、１つのセンサーで３つの軸まわりの角速度をそれぞれ独立して検出することができるため、優れた利便性を発揮することができる。
【００２１】
図１に示すように、物理量センサー１は、円環振動可能なリング部３１と、リング部３１を支持する４つの基板固定部（支持部）６１、６２、６３、６４と、基板固定部６１、６２、６３、６４とリング部３１の円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁７１、７２、７３、７４と、可動部を有しリング部３１を介してＸ軸方向に対向配置された一対の第１振動部（第１質量部）５１、５２と、可動部を有しリング部３１を介してＹ軸方向に対向配置された一対の第２振動部（第２質量部）５３、５４と、第１振動部５１、５２がリング部３１に対してＸ軸方向に振動可能となるように第１振動部５１、５２とリング部３１とを連結する一対の第１内側バネ部（第１バネ部）８１、８２と、第２振動部５３、５４がリング部３１に対してＹ軸と平行な方向に振動可能となるように、第２振動部５３、５４とリング部３１とを連結する一対の第２内側バネ部（第２バネ部）８３、８４とを有している。さらに、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段４と、第１振動部５１、５２が内包する可動部および第２振動部５３、５４が内包する可動部の変位量を電気信号に変換するトランスデューサー（検知手段９）とを有している。
リング部３１は、前記第１の周波数に応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して円環振動する。このような物理量センサー１によれば、リング部３１の振動が基板へ漏れないため、装置の小型化を図りつつ、振動のＱ値を高めることができる。したがって、検知精度に優れた小型の物理量センサーを提供することができる。
【００２２】
以下、物理量センサー１について詳細に説明する。
図２に示すように、物理量センサー１は、ＸＹ面内に設けられた振動系構造体３と、振動系構造体３を支持する基板２と、振動系構造体３を振動させる振動手段４と、物理量センサー１に加わる角速度を検出する検出手段９とを有している。
−振動系構造体−
図２に示すように、振動系構造体３は、リング部（連結部）３１と、リング部３１を介してＸ軸方向に対向配置された一対の第１振動部（第１質量部）５１、５２と、第１振動部５１、５２とリング部３１とを連結する第１内側バネ部（第１バネ部）８１、８２と、リング部３１を介してＹ軸方向に対向配置された一対の第２振動部（第２質量部）５３、５４と、第２振動部５３、５４とリング部３１とを連結する第２内側バネ部（第２バネ部）８３、８４と、リング部３１の周囲に設けられた内側固定部（支持部）６１、６２、６３、６４と、リング部３１と内側固定部６１、６２、６３、６４とを連結する梁７１、７２、７３、７４と、振動部５１、５２、５３、５４の外側に設けられた外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２と、振動部５１、５２、５３、５４と外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２とを連結する外側バネ部８５１、８５２、８６１、８６２、８７１、８７２、８８１、８８２とで構成されている。
【００２３】
本実施形態の振動系構造体３は、シリコンを主材料として構成されていて、シリコン基板（シリコンウエハ）上に薄膜形成技術（例えば、エピタキシャル成長技術、化学気相成長技術等の堆積技術）や各種加工技術（例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング技術）を用いて所望の外形形状に加工することにより、前述した各部が一体的に形成されている。或いは、シリコン基板とガラス基板を貼り合せた後に、シリコン基板のみを所望の外形形状に加工することで、前述の各部を形成することもできる。
【００２４】
少なくとも、振動系構造体３の主材料をシリコンとすることにより、優れた振動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、シリコン半導体デバイス作製に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、振動系構造体３の主材料をシリコンとすることにより、後述するように、振動系構造体３に電極を形成しなくても、物理量センサー１を駆動することができるため、装置の構造をより簡単なものとすることができる。シリコン以外の材料、例えば絶縁体等の材料であっても、その外周を金属膜で被覆することにより、本発明の振動系構造体を形成することは可能である。
【００２５】
なお、基板２の主材料は、シリコンに限定されず、例えば、水晶や、各種ガラスであってもよい。
本実施形態の振動系構造体３は、Ｚ軸方向を法線とする平面視にて、振動部５１、５２、５３、５４の集合体の投影外形がほぼ円形となっている。これにより、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００２６】
（リング部）
リング部３１は、外径と内径が同心的な円形で構成された円環状をなしており、内径より内側には構造体を持たない構造となっている。なお、以下では、リング部３１の中心を「中心Ｏ」と言う。
また、リング部３１は、その軸がＺ軸と平行となるように配置されている。このリング部３１は、弾性変形可能であり、図３に示すように、振動手段４による第１の振動部５１、５２の振動によって、Ｘ軸方向に収縮すると共にＹ軸方向に伸張する第１の状態と、Ｘ軸方向に伸張すると共にＹ軸方向に収縮する第２の状態とに変形する。なお、以下では、第１の状態と第２の状態とを繰り返す振動を「円環振動」とも言う。
【００２７】
（第１振動部）
第１振動部５１は、板状をなしている。また、第１振動部５１は、第１振動部５１の縁部を構成するフレーム部５１１と、軸部５１３、５１４を介してフレーム部５１１に連結するＺ軸方向変位部（第１可動部、可動部）５１２と、櫛歯状の駆動電極５１５と、バネ部５１７を介してフレームに連結するＹ軸方向変位部（第２可動部、可動部）５１６とで構成されている。
【００２８】
同様に、第１振動部５２も板状をなしている。また、第１振動部５２も、第１振動部５２の縁部を構成するフレーム部５２１と、軸部５２３、５２４を介してフレーム部５２１に連結するＺ軸方向変位部（第１可動部、可動部）５２２と、櫛歯状の駆動電極５２５と、バネ部５２７を介してフレームに連結するＹ軸方向変位部（第２可動部、可動部）５２６とで構成されている。
【００２９】
以下、第１振動部５１、５２について詳細に説明するが、第１振動部５１、５２は、互いに同様の構成であるため、以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２については、その説明を省略する。
フレーム部５１１の外形は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、ほぼ９０度の扇型をなしている。このフレーム部５１１には、一対の第１開口５１１ａと、一対の第２開口５１１ｂと、第３開口５１１ｃとが形成されている。
【００３０】
各第１の開口５１１ａには、櫛歯状の駆動電極５１５が複数配置されている。各駆動電極５１５は、Ｙ軸方向に延在して、かつ、互いにＸ軸方向に離間して設けられている。この駆動電極５１５は、振動手段４の一部を構成するものである。
各第２開口５１１ｂの内側には、Ｙ軸方向変位部５１６が設けられている。Ｙ軸方向変位部５１６は、枠部５１６ａと、枠部５１６ａの内側に設けられた複数の検出電極５１６ｂとで構成されている。検出電極５１６ｂは、Ｘ軸方向に延在し、かつ互いにＹ軸方向に離間して設けられている。
【００３１】
各Ｙ軸方向変位部５１６は、４つのバネ部５１７によって、フレーム部５１１に接続されている。各バネ部５１７は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。各バネ部５１７をこのような形状とすることにより、バネ部５１７をＹ軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部５１７のＹ軸方向以外の方向（すなわち、Ｘ軸方向およびＺ軸方向）への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、各Ｙ軸方向変位部５１６をスムーズにＹ軸方向に変位させることができる。
【００３２】
第３開口５１１ｃの内側には、Ｚ軸方向変位部５１２が設けられている。Ｚ軸方向変位部５１２は、軸部５１３、５１４によってフレーム部５１１に連結されている。軸部５１３、５１４は、Ｙ軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Ｚ軸方向変位部５１２は、物理量センサー１にＺ軸方向の応力が加わると、軸部５１３、５１４をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部５１３、５１４まわりに回転する。
以上、第１振動部５１について説明した。第１振動部５２は、前述したように、第１振動部５１と同様の構成であり、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。但し、本発明の要件は基板２への振動漏れを最小とする構成であり、構成要素が中心ＯやＹ軸に対して完全に対称である必要はない。
【００３３】
（第２振動部）
第２振動部５３は、板状をなしている。また、第２振動部５３は、第２振動部５３の縁部を構成するフレーム部５３１と、軸部５３３、５３４を介してフレーム部５３１に連結するＺ軸方向変位部（第３可動部、可動部）５３２と、バネ部５３７を介してフレームに連結するＸ軸方向変位部（第４可動部、可動部）５３６とで構成されている。
同様に、第２振動部５４も板状をなしている。また、第２振動部５４も、第２振動部５４の縁部を構成するフレーム部５４１と、軸部５４３、５４４を介してフレーム部５４１に連結するＺ軸方向変位部（第３可動部、可動部）５４２と、バネ部５４７を介してフレームに連結するＸ軸方向変位部（第４可動部、可動部）５４６とで構成されている。
【００３４】
以下、第２振動部５３、５４について詳細に説明するが、第２振動部５３、５４は、互いに同様の構成であるため、以下では、第２振動部５３について代表して説明し、第２振動部５４については、その説明を省略する。
フレーム部５３１の外形は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、ほぼ９０度の扇型をなしている。また、フレーム部５３１の外形は、第１振動部５１、５２のフレーム部５１１、５２１と同じである。このフレーム部５３１には、一対の第２開口５３１ｂと、第３開口５３１ｃとが形成されている。
【００３５】
各第２の開口５１１ｂの内側には、Ｘ軸方向変位部５３６が設けられている。Ｘ軸方向変位部５３６は、枠部５３６ａと、枠部５３６ａの内側に設けられた複数の検出電極５３６ｂとで構成されている。検出電極５３６ｂは、Ｙ軸方向に延在して、かつ互いにＸ軸方向に離間して設けられている。
このようなＸ軸方向変位部５３６は、４つのバネ部５３７によって、フレーム部５３１に接続されている。各バネ部５３７は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。各バネ部５３７をこのような形状とすることにより、バネ部５３７をＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができるとともに、バネ部５３７のＸ軸方向以外の方向（すなわち、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）への変形を効果的に防止または抑制することができる。そのため、Ｘ軸方向変位部５３６をスムーズにＸ軸方向に変位させることができる。
【００３６】
第３開口５３１ｃの内側には、Ｚ軸方向変位部５３２が設けられている。Ｚ軸方向変位部５３２は、軸部５３３、５３４によってフレーム部５３１に連結されている。軸部５３３、５３４は、Ｘ軸方向に延在し、かつ同軸的に設けられている。そのため、Ｚ軸方向変位部５３２は、物理量センサー１にＺ軸方向の応力が加わると、軸部５３３、５３４をその軸まわりに捩じり変形させつつ、軸部５３３、５３４まわりに回転する。
以上、第２振動部５３について説明した。第２振動部５４は、前述したように、第２振動部５３と同様の構成であり、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。但し、第２振動部５３、５４についても前述同様、中心ＯやＸ軸に対して完全に対称である必要はない。
【００３７】
（第１内側バネ部）
第１内側バネ部８１は、第１振動部５１とリング部３１とを連結している。また、第１内側バネ部８２は、第１振動部５２とリング部３１とを連結している。このような第１内側バネ部８１、８２は、互いに同様の構成であるため、以下では、第１内側バネ部８１について代表して説明し、第１内側バネ部８２については、その説明を省略する。
【００３８】
第１内側バネ部８１は、一対のバネ部８１１、８１２で構成されており、各バネ部８１１、８１２は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部８１１、８１２は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。各バネ部８１１、８１２をこのような形状とすることにより、第１内側バネ部８１を、Ｙ軸方向およびＺ軸方向への変形を抑制（規制）しつつＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第１内側バネ部８１をＸ軸方向に伸縮させつつ、第１振動部５１をＸ軸方向にスムーズに振動させることができる。
【００３９】
（第２内側バネ部）
第２内側バネ部８３は、第２振動部５３とリング部３１とを連結している。また、第２内側バネ部８４は、第２振動部５４とリング部３１とを連結している。このような第２内側バネ部８３、８４は、互いに同様の構成であるため、以下では、第２内側バネ部８３について代表して説明し、第１内側バネ部８４については、その説明を省略する。
【００４０】
第２内側バネ部８３は、一対のバネ部８３１、８３２で構成されており、各バネ部８３１、８３２は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在した形状をなしている。また、バネ部８３１、８３２は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。第２内側バネ部８３をこのような構成とすることにより、第２内側バネ部８３を、Ｘ軸方向およびＺ軸方向への変形を抑制（規制）しつつＹ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そのため、後述するように、第２内側バネ部８３をＹ軸方向に伸縮させつつ、第２振動部５３をＹ軸方向にスムーズに振動させることができる。
【００４１】
（内側固定部）
内側固定部６１、６２、６３、６４は、リング部３１を支持する機能を有している。このような内側固定部６１、６２、６３、６４は、それぞれ、４つの振動部５１、５２、５３、５４の内側に設けられている。内側固定部６１、６２、６３、６４をこのように配置することにより、スペースを有効活用することができ、物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、梁７１、７２、７３、７４の長さを短くすることができるため、リング部３１をより安定して支持することができる。更に、内側固定部６１、６２、６３、６４をこのように配置することにより、第１振動部５１、５２、第２振動部５３、５４のストッパーとしての役割を担わせることができる。
【００４２】
内側固定部６１、６２、６３、６４は、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の外周まわりに９０度間隔で設けられている。具体的には、Ｚ軸を法線とする平面視にて、リング部３１の中心Ｏと交わり、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの軸に対して４５度傾いた一対の軸をＪ１、Ｊ２としたとき、内側固定部６１、６３が軸Ｊ１上に位置し、かつリング部３１を介して対向配置されている。また、内側固定部６２、６４が軸Ｊ２上に位置し、かつリング部３１を介して対向配置されている。
言い換えれば、４つの内側固定部６１、６２、６３、６４は、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して鏡面対象の位置に設けられている。これにより、リング部３１を安定して支持することができる。
【００４３】
（梁）
梁７１、７２、７３、７４は、リング部３１と内側固定部６１、６２、６３、６４とを連結している。梁７１は、軸Ｊ１に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６１とを連結している。同様に、梁７２は、軸Ｊ２に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６２とを連結している。また、梁７３は、軸Ｊ１に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６３とを連結している。また、梁７４は、軸Ｊ２上に沿って直線状に延在し、リング部３１と内側固定部６４とを連結している。
【００４４】
このような梁７１、７２、７３、７４は、それぞれ、リング部３１の側面のＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸に対して４５度傾斜した各部位（固定点、第１グループの固定点）に接続されている。この各固定点は、図３に示すように、リング部３１の円環振動の節となる部位（すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位）である。このような各固定点に梁７１、７２、７３、７４を接続することにより、梁７１、７２、７３、７４によって、リング部３１の円環振動が阻害されず、かつ円環振動に起因する振動が梁７１、７２、７３、７４および固定部６１、６２、６３、６４を介して振動系構造体３の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体３の振動のＱ値が高くなり、物理量センサー１の検知精度が向上する。また、振動系構造体３を効率的に振動させることができるため、振動手段４の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
また、梁７１、７２、７３、７４は、リング部３１の中心Ｏに対する動径方向（延在方向）に動く（変形する）ことを制限されている。これにより、内側固定部６１、６２、６３、６４によってリング部３１をより安定して支持することができると共に、振動漏れをより効果的に防止または抑制することができる。
【００４５】
（外側固定部）
外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２は、それぞれ、４つの振動部５１、５２、５３、５４の外側に設けられている。また、外側固定部６５１、６５２は、第１振動部５１に対応して設けられており、互いにＹ軸方向に離間している。同様に、外側固定部６６１、６６２は、第１振動部５２に対応して設けられており、互いにＹ軸方向に離間している。また、外側固定部６７１、６７２は、第２振動部５３に対応して設けられており、互いにＸ軸方向に離間している。また、外側固定部６８１、６８２は、第２振動部５４に対応して設けられており、互いにＸ軸方向に離間して設けられている。
【００４６】
（外側バネ部）
外側バネ部８５１、８５２、８６１、８６２、８７１、８７２、８８１、８８２は、外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２と振動部５１、５２、５３、５４とを連結している。具体的には、外側バネ部８５１、８５２は、第１の振動部５１と外側固定部６５１、６５２とを連結し、外側バネ部８６１、８６２は、第１の振動部５２と外側固定部６６１、６５６とを連結し、外側バネ部８７１、８７２は、第２の振動部５３と外側固定部６７１、６７２とを連結し、外側バネ部８８１、８８２は、第２の振動部５４と外側固定部６８１、６８２とを連結している。
【００４７】
外側バネ部８５１、８５２は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８５１、８５２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。
同様に、外側バネ部８６１、８６２は、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８６１、８６２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＸ軸に対して対称的に設けられている。
外側バネ部８７１、８７２は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８７１、８７２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。
【００４８】
同様に、外側バネ部８８１、８８２は、Ｘ軸方向に往復しながらＹ軸方向に延在する形状をなしている。また、外側バネ部８８１、８８２は、リング部３１の中心Ｏと交わるＹ軸に対して対称的に設けられている。但し、外側バネ部８５１と８５２、８６１と８６２、８７１と８７２、８８１と８８２は、中心ＯやＸ軸、或いはＹ軸に対して完全に対称であることが本発明の必須条件ではない。
以上のような振動系構造体３は、固有の共振周波数を有している。これにより、後述するように、振動系構造体３を共振モードで駆動することができ、角速度の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
−基板−
基板２は、振動系構造体３を支持するものである。図２に示すように、基板２は、板状をなしており、ＸＹ面内に設けられている。そして、基板２の上面に、振動系構造体３の内側固定部６１、６２、６３、６４および外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２を接合することにより、振動系構造体３が基板２に固定・支持される。
【００５０】
基板２と内側固定部６１、６２、６３、６４および外側固定部６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２の接合方法は、特に限定されず、直接接合や陽極接合等の各種接合方法を用いて接合してもよしい、振動系構造体３および基板２の構成材料によっては、接着剤等の支持部材を用いて接合してもよい。
また、基板２の上面（振動系構造体３と対向する側の面）には、必要に応じて凹部が形成されている。この凹部は、基板２と振動系構造体３の実際に振動する部分（例えば、第１振動部５１、５２および第２振動部５３、５４）との接触を防止する機能を有している。
このような基板２は、例えば、シリコンなどの半導体基板、ガラス、石英などの絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板を各種加工技術を用いて所望の外形形状に加工することにより形成されている。これにより、物理量センサー１の構成が簡単なものとなる。
【００５１】
−振動手段−
振動手段４は、第１振動部５１、５２を互いに逆位相でＸ軸方向に所定の周波数（第１の周波数）で振動させる機能を有している。すなわち、振動手段４は、第１振動部５１、５２を互いにリング部３１に接近する方向（内側）に変位させる状態と、第１振動部５１、５２を互いにリング部３１から離間する方向（外側）に変位させる状態とを繰り返すように第１振動部５１、５２を振動させる。
【００５２】
このような振動手段４は、第１振動部５１が有する駆動電極５１５に対応して設けられた複数の固定電極４１を有している。各固定電極４１は、駆動電極５１５を介してＸ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４１１、４１２を有している。同様に、振動手段４は、第１振動部５２が有する各駆動電極５２５に対応して設けられた複数の固定電極４２を有している。各固定電極４２は、駆動電極５２５を介してＸ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４２１、４２２を有している。
【００５３】
そして、振動手段４は、図示しない電源によって、各電極片４１１、４２１と、各電極片４１２、４２２に位相が１８０度ずれた交番電圧を印加することにより、各駆動電極５１５、５２５と各電極片４１１、４２１との間と、各駆動電極５１５、５２５と各電極片４１２、４２２との間にそれぞれ静電力を発生させ、第１内側バネ部８１、８２および外側バネ部８５１、８５２、８６１、８６２をＸ軸方向に伸縮させつつ、第１振動部５１、５２が互いに逆位相でかつ所定の周波数でＸ軸方向に振動する。
【００５４】
交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、振動系構造体３の共振周波数とほぼ等しいのが好ましい。これにより、振動系構造体３を共振モードで駆動することができるため、角速度の検出精度を向上させることができる。
第１振動部５１、５２が互いに逆位相に振動すると、その振動が第１内側バネ部８１、８２を伝達してリング部３１に伝達される。すると、リング部３１は、第１振動部５１、５２が内側に向けて変位するときに、Ｘ軸方向に収縮すると共にＹ軸方向に伸張するように変形し、第１振動部５１、５２が外側に向けて変位するときに、Ｘ軸方向に伸張すると共にＹ軸方向に収縮するように変形する。すなわち、リング部３１は、第１振動部５１、５２の振動と同期して円環振動する。
【００５５】
さらに、円環振動によってリング部３１がＸ軸方向に収縮すると共にＹ軸方向に伸張するように変形すると、その変形によって、第２振動部５３、５４が共に外側に変位し、逆に、Ｘ軸方向に伸張すると共にＹ軸方向に収縮するように変形すると、第２振動部５３、５４が共に内側に変位する。すなわち、リング部３１の円環振動に同期して、第２振動部５３、５４が互いに逆位相でＹ軸方向に振動する。
【００５６】
すなわち、物理量センサー１では、リング部３１の円環振動を利用して、第１振動部５１５、５２を内側へ向けて変位させつつ第２振動部５３、５４を外側に向けて変位させる状態と、第１振動部５１、５２を外側に向けて変位させつつ第２振動部５３、５４を内側へ変位させる状態とが繰り返されるように、振動部５１、５２、５３、５４を振動させることができる。
【００５７】
リング部３１の梁７１、７２、７３、７４が接続された固定点は、リング部３１の円環振動の節となる部位（すなわち、実質的に変位・変形が起きない部位）である。そのため、梁７１、７２、７３、７４によってリング部３１の円環振動が阻害さることがなく、かつ円環振動に起因する振動が梁７１、７２、７３、７４および固定部６１、６２、６３、６４を介して振動系構造体３の外部に漏れることが防止または抑制される。その結果、振動系構造体３の振動のＱ値が高くなり、物理量センサー１の検知精度が向上する。また、振動系構造体３を効率的に振動させることができるため、振動手段４の出力を小さくすることができ、その結果、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
また、本実施形態のような静電駆動によれば、よりスムーズかつ確実に、上記のような振動を起こすことができる。また、本実施形態では、振動手段４を各振動部５１、５２、５３、５４の内側に接続しているため、スペースを有効活用でき、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００５８】
−検出手段９−
検出手段９は、図４に示すように、変位トランスデューサー９１、９２、９３、９４と、回転トランスデューサー９５、９６、９７、９８とを有している。なお、図４では、説明の便宜上、物理量センサー１の構成要素の一部の図示を省略している。
変位トランスデューサー９１は、第１振動部５１に設けられたＹ軸方向変位部５１６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９１１とを有している。固定電極９１１は、Ｙ軸方向変位部５１６が有する検出電極５１６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９１１は、検出電極５１６ｂを介して対向配置された一対の電極片９１１ａ、９１１ｂを有しており、これら各電極片９１１ａ、９１１ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
【００５９】
変位トランスデューサー９２は、第１振動部５２に設けられたＹ軸方向変位部５２６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９２１とを有している。固定電極９２１は、Ｙ軸方向変位部５２６が有する検出電極５２６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９２１は、検出電極５２６ｂを介して対向配置された一対の電極片９２１ａ、９２１ｂを有しており、これら各電極片９２１ａ、９２１ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
【００６０】
変位トランスデューサー９３は、第２振動部５３に設けられたＸ軸方向変位部５３６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９３１とを有している。固定電極９３１は、Ｘ軸方向変位部５３６が有する検出電極５３６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９３１は、検出電極５３６ｂを介して対向配置された一対の電極片９３１ａ、９３１ｂを有しており、これら各電極片９３１ａ、９３１ｂは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
【００６１】
変位トランスデューサー９４は、第２振動部５４に設けられたＸ軸方向変位部５４６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９４１とを有している。固定電極９４１は、Ｘ軸方向変位部５４６が有する検出電極５４６ｂに対応して複数設けられている。各固定電極９４１は、検出電極５４６ｂを介して対向配置された一対の電極片９４１ａ、９４１ｂを有しており、これら各電極片９４１ａ、９４１ｂは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
本実施形態では、これら変位トランスデューサー９１、９２、９３、９４を、振動部５１、５２、５３、５４の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００６２】
回転トランスデューサー９５は、第１振動部５１に軸５１３、５１４を介して設けられたＺ軸方向変位部５１２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５１２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９５１と、を有している。
回転トランスデューサー９６は、第１振動部５２に軸５２３、５２４を介して設けられたＺ軸方向変位部５２２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５２２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９６１と、を有している。
【００６３】
回転トランスデューサー９７は、第２振動部５３に軸５３３、５３４を介して設けられたＺ軸方向変位部５３２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５３２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９７１と、を有している。
回転トランスデューサー９８は、第２振動部５４に軸５４３、５４４を介して設けられたＺ軸方向変位部５４２と、基板２に固定されＺ軸方向変位部５４２とＺ軸方向に離間して対向配置された固定電極９８１と、を有している。
本実施形態では、これら回転トランスデューサー９５、９６、９７、９８を、振動部５１、５２、５３、５４の内側に接続しているため、装置のスペースを有効活用でき、物理量センサー１の小型化を図ることができる。
【００６４】
以下、このような検出手段９による角速度の検出方法について、図５、図６および図７に基づいて簡単に説明する。なお、図５、図６および図７では、説明の便宜上、物理量センサー１の構成の一部の図示を省略している。
−Ｚ軸まわりの角速度の検出−
図５に示すように、振動手段４によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４をＹ軸方向に振動させた状態で物理量センサー１にＺ軸まわりの角速度ωが加わると、Ｘ軸方向に振動する第１振動部５１、５２にＹ軸方向のコリオリ力が作用し、Ｙ軸方向に振動する第２振動部５３、５４にＸ軸方向のコリオリ力が作用する。
【００６５】
このようなコリオリ力が作用すると、第１振動部５１では、Ｙ軸方向変位部５１６がフレーム部５１１に対してＹ軸方向に変位し、これにより、検出電極５１６ｂと電極片９１１ａの間の静電容量と、検出電極５１６ｂと電極片９１１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第１振動部５２でも、Ｙ軸方向変位部５２６がフレーム部５２１に対してＹ軸方向に変位し、これにより、検出電極５２６ｂと電極片９２１ａの間の静電容量と、検出電極５１６ｂと電極片９２１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。
【００６６】
また、第２振動部５３では、Ｘ軸方向変位部５３６がフレーム部５３１に対してＸ軸方向に変位し、これにより、検出電極５３６ｂと電極片９３１ａの間の静電容量と、検出電極５３６ｂと電極片９３１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。同様に、第２振動部５４でも、Ｘ軸方向変位部５４６がフレーム部５４１に対してＸ軸方向に変位し、これにより、検出電極５４６ｂと電極片９４１ａの間の静電容量と、検出電極５４６ｂと電極片９４１ｂの間の静電容量とが変化し、これらの静電容量に差が生じる。
そして、検出手段９は、各振動部５１、５２、５３、５４で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー１に加わるＺ軸まわりの角速度を検出することができる。
【００６７】
−Ｘ軸まわりの角速度の検出−
図６に示した斜視図のように、振動手段４によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４をＹ軸方向に振動させた状態で物理量センサー１にＸ軸まわりの角速度が加わると、Ｙ軸方向に振動する第２振動部５３、５４にＺ軸方向のコリオリ力が作用する。
【００６８】
このようなコリオリ力が作用すると、第２振動部５３では、Ｚ軸方向変位部５３２が軸部５３３、５３４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５３２と固定電極９７１の間の静電容量が変化する。同様に、第２振動部５４では、Ｚ軸方向変位部５４２が軸部５４３、５４４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５４２と固定電極９８１の間の静電容量が変化する。
そして、検出手段９は、第２振動部５３、５４で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー１に加わるＸ軸まわりの角速度を検出することができる。
【００６９】
−Ｙ軸まわりの角速度の検出−
図７に示すように、振動手段４によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４をＹ軸方向に振動させた状態で物理量センサー１にＹ軸まわりの角速度が加わると、Ｘ軸方向に振動する第１振動部５１、５２にＺ軸方向のコリオリ力が作用する。
【００７０】
このようなコリオリ力が作用すると、第１振動部５１では、Ｚ軸方向変位部５１２が軸部５１３、５１４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５１２と固定電極９５１の間の静電容量が変化する。同様に、第１振動部５２では、Ｚ軸方向変位部５２２が軸部５２３、５２４まわりに回転し、これにより、Ｚ軸方向変位部５２２と固定電極９６１の間の静電容量が変化する。
【００７１】
そして、検出手段９は、第１振動部５１、５２で起きるこのような静電用容量の変化を検出し、その検出結果から物理量センサー１に加わるＸ軸まわりの角速度を検出することができる。
以上のように、物理量センサー１によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の全ての軸まわりの角速度を検出することができる。そのため、小型で、利便性に優れた物理量センサー１となる。また、本実施形態では、静電型の検出手段９を用いているため、装置の小型化を図りつつ、検出精度の向上を図ることができる。
【００７２】
なお、物理量センサー１では、変位トランスデューサー９１、９２が一組となって、物理量センサー１に加わるＹ軸方向の加速度（直線加速度）をキャンセルする機能を有している。また、変位トランスデューサー９３、９４が一組となって、物理量センサー１に加わるＸ軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。また、回転トランスデューサー９５、９６、９７、９８が組となって、物理量センサー１に加わるＺ軸方向の加速度をキャンセルする機能を有している。
【００７３】
具体的には、例えば、物理量センサー１にＹ軸方向に加速度が加わると、第１振動部５１のＹ軸方向変位部５１６と第１振動部５２のＹ軸方向変位部５２６とが共にＹ軸方向同じ側に変位する。このようなＹ軸方向変位部５１６、５２６の変位は、Ｚ軸まわりの角速度が加わった場合の変位（すなわち、Ｙ軸方向変位部５１６、５２６のＹ軸方向互いに反対側への変位）と異なっている。そのため、物理量センサー１によれば、検出電極５１６ｂと各電極片９１１ａ、９１１ｂの間の静電容量および検出電極５２６ｂと各電極片９２１ａ、９２１ｂの間の静電容量の変化から、物理量センサー１に加わる加速度を検出することができ、この角速度を検出した場合は、検出した加速度を補正処理等によって電気的にキャンセルすることができる。その結果、物理量センサー１の角速度の検出精度がより向上する。Ｘ軸方向の加速度およびＺ軸方向の加速度についても同様にしてキャンセルすることができる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図８にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００７５】
本実施形態の物理量センサー１では、第２振動部５３、５４にも振動手段４が接続されている。すなわち、第２振動部５３に、Ｘ軸方向に延在する複数の駆動電極５３５が設けられており、第２振動部５４にもＸ軸方向に延在する複数の駆動電極５４５が設けられている。
また、振動手段４は、第２振動部５３が有する駆動電極５３５に対応して設けられた複数の固定電極４３を有している。各固定電極４３は、駆動電極５３５を介してＹ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４３１、４３２を有している。同様に、振動手段４は、第２振動部５４が有する各駆動電極５４５に対応して設けられた複数の固定電極４４を有している。各固定電極４４は、駆動電極５４５を介してＹ軸方向に対向配置された櫛歯状の一対の電極片４４１、４４２を有している。
【００７６】
そして、振動手段４は、図示しない電源によって、電極片４１１、４２１、４３２、４４２と、電極片４１２、４２２、４３１、４４１とに１８０度位相のずれた交番電圧を印加することにより、第１振動部５１、５２を互いに逆位相でＸ軸方向に振動させつつ、第２振動部５３、５４を互いに逆位相でかつ第１振動部５１、５２とは反対側へＹ軸方向に振動させる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７７】
＜第３実施形態＞
図９は、本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、振動系構造体の投影形状が異なる以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図９にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００７８】
本実施形態の物理量センサー１では、Ｚ軸を法線とする平面視にて、振動部５１、５２、５３、５４の外形がそれぞれ台形をなしている。そして、Ｚ軸方向を法線とする平面視にて、振動部５１、５２、５３、５４の集合体の投影外形がほぼ矩形となっている。これにより、物理量センサー１の小型化を図ることができる。また、例えば、物理量センサー１をチップ内に搭載する場合には、チップの形状と対応するため、チップへの搭載が簡単となる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７９】
＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、振動手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１０にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００８０】
本実施形態の振動手段４は、圧電駆動によって、第１振動部５１、５２をＸ軸方向に振動させるように構成されている。以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２については、その説明を省略する。
第１振動部５１には、第１開口５１１ａの内側に設けられ、基板２に固定された固定部５１８ａと、第１開口５１１ａの内側に設けられ、固定部５１８ａとフレーム部５１１とを連結する複数の連結部５１８ｂとを有している。各連結部５１８ｂは、Ｙ軸方向に延在して設けられていると共に、互いにＸ軸方向に離間して配置されている。
振動手段４は、各連結部５１８ｂに設けられた一対の圧電体素子４５、４６とを有している。圧電体素子４５、４６は、Ｙ軸方向に延在して設けられており、かつＸ軸方向に離間して設けられている。
【００８１】
圧電体素子４５、４６は、Ｚ軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されており、一対の電極間に電圧を印加することにより、Ｙ軸方向に伸張または収縮する。そのため、各圧電体素子４５を伸張させると共に、各圧電体素子４６を収縮させると、各連結部５１８ｂが湾曲変形し、フレーム部５１１と接続している側の端部がリング部３１側に変位し、その結果、第１振動部５１が内側に変位する。反対に、各圧電体素子４５を収縮させると共に、各圧電体素子４６を伸張させると、各連結部５１８ｂが湾曲変形し、フレーム部５１１と接続している側の端部がリング部３１と反対側に変位し、その結果、第１振動部５１が外側に変位する。
【００８２】
構成の振動手段４では、各圧電体素子４５を伸張させると共に、各圧電体素子４６を収縮させる状態と、各圧電体素子４５を収縮させると共に、各圧電体素子４６を伸張させる状態とが交互に繰り返されるように各圧電体素子４５、４６に電圧を印加することにより、第１振動部５１、５２を互いに逆位相でＸ軸方向に振動させる。
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８３】
＜第５実施形態＞
図１１は、本発明の物理量センサーの第５実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１１にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第１振動部５１、５２の構成は互いに同様であり、第２振動部５３、５４の構成は互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１と第２振動部５３とについて代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５４については、その説明を省略する。
【００８４】
第１振動部５１は、第２開口５１１ｂの内側に設けられ、フレーム部５１１に対してＹ軸方向に変位可能な板状のＹ軸方向変位部５１９ａと、Ｙ軸方向変位部５１９ａとフレーム部５１１とを連結する複数のバネ部５１９ｂとを有している。各バネ部５１９ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
第２振動部５３は、第２開口５３１ｂの内側に設けられ、フレーム部５３１に対してＸ軸方向に変位可能な板状のＸ軸方向変位部５３９ａと、Ｘ軸方向変位部５３９ａとフレーム部５３１とを連結する複数のバネ部５３９ｂとを有している。各バネ部５３９ａは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
【００８５】
検出手段９は、第１振動部５１の各バネ部５１９ｂに設けられた一対の圧電体素子９９１、９９２を有している。圧電体素子９９１、９９２は、Ｘ軸方向に延在して、かつ互いにＹ軸方向に離間して設けられている。また、検出手段９は、第２振動部５３の各バネ部５３９ｂに設けられた一対の圧電体素子９９３、９９４を有している。圧電体素子９９３、９９４は、Ｙ軸方向に延在して、かつ互いにＸ軸方向に離間して設けられている。
【００８６】
各圧電体素子９９１、９９２、９９３、９９４は、それぞれ、Ｚ軸方向に対向配置された一対の電極と、一対の電極間に介在する圧電性を有する圧電体層とで構成されている。このような圧電体素子９９１、９９２、９９３、９９４は、変形によって電荷を発生する性質を有しており、変形量が大きいほど大きな電荷が発生する。
そのため、物理量センサー１にＺ軸まわりの角速度が加わり、第１振動部５１のＹ軸方向変位部がバネ部５１９ｂをＹ軸方向に湾曲変形させつつＹ軸方向に変位すると、圧電体素子９９１、９９２がバネ部５１９ｂの変形量に応じた大きさの電荷を発生し、第２振動部５３のＸ軸方向変位部が連結部５３９ｂをＸ軸方向に湾曲変形させつつＸ軸方向に変位すると、圧電体素子９９３、９９４が連結部５３９ｂの変形量に応じた大きさの電荷を発生することとなる。
検出手段９は、このような圧電体素子９９１、９９２、９９３、９９４から発生する電荷の大きさを検出することにより、Ｚ軸まわりの角速度を検出する。
【００８７】
＜第６実施形態＞
図１２は、本発明の物理量センサーの第６実施形態を示す平面図である。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１２にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、第１振動部５１、５２の構成は互いに同様であり、第２振動部５３、５４の構成は互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１と第２振動部５３とについて代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５４については、その説明を省略する。
【００８８】
第１振動部５１は、第２開口５１１ｂの内側に設けられ、フレーム部５１１に対してＹ軸方向に変位可能な板状のＹ軸方向変位部５１９ａと、Ｙ軸方向変位部５１９ａとフレーム部５１１とを連結する複数のバネ部５１９ｂとを有している。各バネ部５１９ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
第２振動部５３は、第２開口５３１ｂの内側に設けられ、フレーム部５３１に対してＸ軸方向に変位可能な板状のＸ軸方向変位部５３９ａと、Ｘ軸方向変位部５３９ａとフレーム部５３１とを連結する複数のバネ部５３９ｂとを有している。各バネ部５３９ａは、Ｙ軸方向に延在して設けられている。
【００８９】
本実施形態の検出手段９は、第１振動部５１の各バネ部５１９ｂに設けられたピエゾ抵抗部９９５と、第２振動部５３の各バネ部５３９ｂに設けられたピエゾ抵抗部９９６とを有している。ピエゾ抵抗部９９５、９９６は、例えば、ｎ型のシリコン基板を用いて振動系構造体３を形成した場合には、ボロンなどの不純物を高濃度に拡散させ、その拡散部分にｐ型シリコン層を形成することで形成することができる。
【００９０】
ピエゾ抵抗部９９５、９９６は、変形によって抵抗値が変化する性質を有しており、変形量が大きいほど抵抗値の変化量が大きくなる。そのため、物理量センサー１にＺ軸まわりの角速度が加わり、第１振動部５１のＹ軸方向変位部がバネ部５１９ｂをＹ軸方向に湾曲変形させつつＹ軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部９９５がバネ部５１９ｂの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化し、第２振動部５３のＸ軸方向変位部が連結部５３９ｂをＸ軸方向に湾曲変形させつつＸ軸方向に変位すると、ピエゾ抵抗部９９６が連結部５３９ｂの変形量に応じた大きさの抵抗値に変化する。
検出手段９は、このようなピエゾ抵抗部９９５、９９６の抵抗値変化を検出することにより、Ｚ軸まわりの角速度を検出する。
【００９１】
＜第７実施形態＞
図１３は、本発明の物理量センサーの第７実施形態を示す平面図である。なお、図１３では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９２】
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１３にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、４つの振動部の構成は、Ｚ軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５３、５４については、その説明を省略する。
【００９３】
第１振動部５１では、Ｙ軸方向変位部５１６がフレーム部５１１の外側に設けられており、複数のバネ部５１７によってフレーム部５１１に連結されている。このようなＹ軸方向変位部５１６は、板状の基部５１６ｃと、基部５１６ｃからＸ軸方向に突出した複数の検出電極５１６ｄとで構成されている。
本実施形態の検出手段９の変位トランスデューサー９１は、第１振動部５１に設けられたＹ軸方向変位部５１６と、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９１１とを有している。固定電極９１１は、Ｙ軸方向変位部５１６が有する検出電極５１６ｄに対応して複数設けられている。各固定電極９１１は、検出電極５１６ｄを介して対向配置された一対の電極片９１１ａ、９１１ｂを有しており、これら各電極片９１１ａ、９１１ｂは、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
【００９４】
＜第８実施形態＞
図１４は、本発明の物理量センサーの第８実施形態を示す平面図である。なお、図１３では、説明の便宜上、物理量センサーの一部の構成の図示を省略している。
本実施形態の物理量センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９５】
本実施形態の物理量センサー１は、検出手段の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。なお、図１４にて、前述した第１実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、４つの振動部の構成は、Ｚ軸まわりの配置が異なる以外は、互いに同様であるため、以下では、第１振動部５１について代表して説明し、第１振動部５２と第２振動部５３、５４については、その説明を省略する。
【００９６】
第１振動部５１では、フレーム部５１１の外側に設けられたＺ軸まわり変位部５１６Ａが、一対の連結バネ５１７Ａによってフレーム部５１１に連結されている。また、一対の連結バネ５１７Ａは、それぞれ、リング部３１の中心Ｏに対する動径方向に沿って延在している。また、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａは、板状の基部５１６Ａａと、基部５１６Ａａからリング部３１の中心Ｏに対する動径方向に突出した複数の固定電極５１６Ａｂとを有している。
【００９７】
このような第１振動部５１では、Ｚ軸まわりの角速度が加わった場合に生じるＹ軸方向のコリオリ力によって、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａが、一対の連結バネ５１７Ａを湾曲変形させつつ、Ｚ軸まわりに回動する。このような構成によれば、Ｙ軸方向のコリオリ力をＺ軸まわりの応力に変化することができるため、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａの変位量を大きくすることができる。
【００９８】
本実施形態の検出手段９の回転トランスデューサー９１は、第１振動部５１に設けられたＺ軸まわり変位部５１６Ａと、アンカーを介して基板２に固定された固定電極９１１とを有している。固定電極９１１は、Ｚ軸まわり変位部５１６Ａが有する固定電極５１６Ａｂに対応して複数設けられている。各固定電極９１１は、固定電極５１６Ａｂを介して対向配置された一対の電極片９１１ａ、９１１ｂを有している。
以上説明したような各実施形態の振動片は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
【００９９】
ここで、本発明の振動片を備える電子機器について、図１５〜図１７に基づき、詳細に説明する。
図１５は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
【０１００】
図１６は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
【０１０１】
図１７は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【０１０２】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【０１０３】
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリ１３０８に転送・格納される。
また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
【０１０４】
なお、本発明の振動片を備える電子機器は、図１５のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１６の携帯電話機、図１７のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
【０１０５】
以上、本発明の物理量センサーを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１‥‥物理量センサー ２‥‥基板 ３‥‥振動系構造体 ３１‥‥リング部 ４‥‥振動手段 ４１‥‥固定電極 ４１１、４１２‥‥電極片 ４２‥‥固定電極 ４２１、４２２‥‥電極片 ４３、４４‥‥固定電極 ４３１、４３２‥‥電極片 ４４１、４４２‥‥電極片 ４５、４６‥‥圧電体素子 ５１‥‥第１振動部 ５１１‥‥フレーム部 ５１１ａ‥‥第１開口 ５１１ｂ‥‥第２開口 ５１１ｃ‥‥第３開口 ５１２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５１３、５１４‥‥軸部 ５１５‥‥駆動電極 ５１６‥‥Ｙ軸方向変位部 ５１６Ａ‥‥変位部 ５１６Ａａ‥‥基部 ５１６Ａｂ‥‥固定電極 ５１６ａ‥‥枠部 ５１６ｂ‥‥検出電極 ５１６ｃ‥‥基部 ５１６ｄ‥‥検出電極 ５１７‥‥バネ部 ５１７Ａ‥‥一対の連結バネ ５１８ａ‥‥固定部 ５１８ｂ‥‥連結部 ５１９ａ‥‥Ｙ軸方向変位部 ５１９ｂ‥‥バネ部 ５２‥‥第１振動部 ５２１‥‥フレーム部 ５２２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５２３、５２４‥‥軸部 ５２５‥‥駆動電極 ５２６‥‥Ｙ軸方向変位部 ５２６ｂ‥‥検出電極 ５２７‥‥バネ部 ５３‥‥第２振動部 ５３１‥‥フレーム部 ５３１ａ‥‥第１開口 ５３１ｂ‥‥第２開口 ５３１ｃ‥‥第３開口 ５３２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５３３、５３４‥‥軸部 ５３５‥‥駆動電極 ５３６‥‥Ｘ軸方向変位部 ５３６ａ‥‥枠部 ５３６ｂ‥‥検出電極 ５３７‥‥バネ部 ５３９ａ‥‥バネ部 ５３９ｂ‥‥連結部 ５１９ａ‥‥Ｘ軸方向変位部 ５１９ｂ‥‥バネ部 ５４‥‥第２振動部 ５４１‥‥フレーム部 ５４２‥‥Ｚ軸方向変位部 ５４３、５４４‥‥軸部 ５４５‥‥駆動電極 ５４６‥‥検出電極 ５４６ｂ‥‥Ｙ軸方向延在部 ５４７‥‥バネ部 ６１、６２、６３、６４‥‥内側固定部 ６５１、６５２、６６１、６６２、６７１、６７２、６８１、６８２‥‥外側固定部 ７１、７２、７３、７４‥‥梁 ８１‥‥第１内側バネ部 ８１１、８１２‥‥バネ部 ８２‥‥第１内側バネ部 ８３‥‥第２内側バネ部 ８３１、８３２‥‥バネ部 ８４‥‥第２内側バネ部 ８５１、８５２、８６１、８６２、８７１、８７２、８８１、８８２‥‥外側バネ部 ９‥‥検出手段 ９１‥‥変位トランスデューサー ９１１、９１２‥‥固定電極 ９１１ａ、９１１ｂ‥‥電極片 ９２‥‥変位トランスデューサー ９２１、９２２‥‥固定電極 ９２１ａ、９２１ｂ‥‥電極片 ９３‥‥変位トランスデューサー ９３１、９３２‥‥固定電極 ９３１ａ、９３１ｂ‥‥電極片 ９４‥‥変位トランスデューサー ９４１、９４２‥‥固定電極 ９４１ａ、９４１ｂ‥‥電極片 ９５‥‥回転トランスデューサー ９５１‥‥固定電極 ９６‥‥回転トランスデューサー ９６１‥‥固定電極 ９７‥‥回転トランスデューサー ９７１‥‥固定電極 ９８‥‥回転トランスデューサー ９８１‥‥固定電極 ９９１、９９２‥‥圧電体素子 ９９３、９９４‥‥圧電体素子 ９９５、９９６‥‥ピエゾ抵抗部 １００‥‥表示部 １１００‥‥パーソナルコンピューター １１０２‥‥キーボード １１０４‥‥本体部 １１０６‥‥表示ユニット １２００‥‥携帯電話機 １２０２‥‥操作ボタン １２０４‥‥受話口 １２０６‥‥送話口 １３００‥‥ディジタルスチルカメラ １３０２‥‥ケース １３０４‥‥受光ユニット １３０６‥‥シャッターボタン １３０８‥‥メモリ １３１２‥‥ビデオ信号出力端子 １３１４‥‥入出力端子 １４３０‥‥テレビモニター １４４０‥‥パーソナルコンピューター Ｊ１、Ｊ２‥‥軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる４つの固定点とを連結する４つの梁と、
前記第２軸と平行な軸まわりに変位可能な第１可動部および前記第２軸と平行な方向に変位可能な第２可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
前記第１軸と平行な軸まわりに変位可能な第３可動部および前記第１軸と平行な方向に変位可能な第４可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リングに対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する第１可動部および前記第２質量部の各々が有する第３可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第１質量部の各々が有する第２可動部および前記第２質量部の各々が有する第４可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
【請求項３】
前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記第１バネ部は、それぞれ、前記第２軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第２バネ部は、それぞれ、前記第１軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記４つの支持部は、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項８】
前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項９】
前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１０】
前記トランスデューサーは、前記第１軸まわりの角速度、前記第２軸まわりの角速度および前記第１軸と前記第２軸の両軸に直交する第３軸まわりの角速度を検知することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１１】
前記トランスデューサーは、それぞれ他の前記トランスデューサーと組になることにより、所定方向の直線加速度を電気的にキャンセルすることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１２】
前記トランスデューサーも各々は、固有の共振周波数を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１３】
前記リング部の前記円環振動は、前記第１軸と平行な方向に収縮すると共に前記第２軸と平行な方向に伸張する状態と、前記第１軸と平行な方向に伸張すると共に前記第２軸と平行な方向に収縮する状態とを繰り返す振動であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１４】
前記リング部の前記第１軸および前記第２軸の両軸から４５度傾斜した部位に前記第１バネ部の各々および前記第２バネ部の各々が接続されたことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１５】
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ円形であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１６】
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ矩形であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１７】
前記振動手段は、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されている請求項１ないし１６のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１８】
前記トランスデューサーは、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されている請求項１ないし１７のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１９】
互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
伸縮可能な連結部と、
前記連結部の該連結部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸の両軸から所定角度傾斜した位置に設けられ、前記連結部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記連結部とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記連結部が、前記第１の周波数に応じて伸縮運動するときに、前記梁と前記連結部との接続部が節となることを特徴とする物理量センサー。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の物理量センサーを用いたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる４つの固定点とを連結する４つの梁と、
前記第２軸と平行な軸まわりに変位可能な第１可動部および前記第２軸と平行な方向に変位可能な第２可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
前記第１軸と平行な軸まわりに変位可能な第３可動部および前記第１軸と平行な方向に変位可能な第４可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リングに対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する第１可動部および前記第２質量部の各々が有する第３可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第１質量部の各々が有する第２可動部および前記第２質量部の各々が有する第４可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
【請求項３】
前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記第１バネ部は、それぞれ、前記第２軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第２バネ部は、それぞれ、前記第１軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記４つの支持部は、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項８】
前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項９】
前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１０】
前記トランスデューサーは、前記第１軸まわりの角速度、前記第２軸まわりの角速度および前記第１軸と前記第２軸の両軸に直交する第３軸まわりの角速度を検知することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１１】
前記トランスデューサーは、それぞれ他の前記トランスデューサーと組になることにより、所定方向の直線加速度を電気的にキャンセルすることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１２】
前記トランスデューサーも各々は、固有の共振周波数を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１３】
前記リング部の前記円環振動は、前記第１軸と平行な方向に収縮すると共に前記第２軸と平行な方向に伸張する状態と、前記第１軸と平行な方向に伸張すると共に前記第２軸と平行な方向に収縮する状態とを繰り返す振動であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１４】
前記リング部の前記第１軸および前記第２軸の両軸から４５度傾斜した部位に前記第１バネ部の各々および前記第２バネ部の各々が接続されたことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１５】
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ円形であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１６】
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の集合体の投影外形がほぼ矩形であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１７】
前記振動手段は、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されている請求項１ないし１６のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１８】
前記トランスデューサーは、前記第１質量部の各々および前記第２質量部の各々の内側に接続されている請求項１ないし１７のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１９】
互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
伸縮可能な連結部と、
前記連結部の該連結部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸の両軸から所定角度傾斜した位置に設けられ、前記連結部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記連結部とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記連結部が、前記第１の周波数に応じて伸縮運動するときに、前記梁と前記連結部との接続部が節となることを特徴とする物理量センサー。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の物理量センサーを用いたことを特徴とする電子機器。
【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】
【公開番号】特開２０１２−８８１１９（Ｐ２０１２−８８１１９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３８２６（Ｐ２０１０−２３３８２６）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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