(57)【要約】【課題】高い検出感度を有する機能素子、この機能素子を備えた電子機器、および移動体を提供する。【解決手段】機能素子（１）は、基体１０と、基体１０と離間して設けられている第１振動体３１および第２振動体３２と、第１振動体３１と第２振動体３２とを結ぶ第１方向に沿って設けられ、第１振動体３１に接続されている第１支持梁部２３および第２振動体３２に接続されている第２支持梁部２４と、第１支持梁部２３と第２支持梁部２４との間にある連結部２０と、を備え、連結部２０は、第１方向と交差する第２方向に延出している第１梁部２１および第２梁部２２を有し、第１梁部２１と第１支持梁部２３とが接続され、第２梁部２２と第２支持梁部２４とが接続されており、断面視で、第１梁部２１と第２梁部２２とが、第１振動体３１および第２振動体３２の主面に沿う振動方向と交差する第３方向に同位相で変位することを特徴とする。【選択図】図１
2015230272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体と離間して設けられている第１振動体および第２振動体と、
前記第１振動体と前記第２振動体とを結ぶ第１方向に沿って設けられ、前記第１振動体に接続されている第１支持梁部および前記第２振動体に接続されている第２支持梁部と、
前記第１支持梁部と前記第２支持梁部との間にある連結部と、を備え、
前記連結部は、
前記第１方向と交差する第２方向に延出している第１梁部および第２梁部を有し、
前記第１梁部と前記第１支持梁部とが接続され、前記第２梁部と前記第２支持梁部とが接続されており、
断面視で、前記第１梁部と前記第２梁部とが、前記第１振動体および前記第２振動体の主面に沿う振動方向と交差する第３方向に同位相で変位することを特徴とする機能素子。
【請求項２】
前記第１支持梁部および前記第２支持梁部は、前記基体に設けられている固定部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
【請求項３】
前記第１支持梁部は、前記第２方向に延出している第１支持部および前記第１支持部の延出する方向と反対側の方向に延出している第２支持部の少なくとも一方を有し、
前記第２支持梁部は、前記第２方向に延出している第３支持部および前記第３支持部の延出する方向と反対側の方向に延出している第４支持部の少なくとも一方を有し、
前記第１支持部、前記第２支持部、前記第３支持部、および前記第４支持部の前記第１支持梁部および前記第２支持梁部と接続されている端部と反対側の端部が前記固定部に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の機能素子。
【請求項４】
前記連結部は、環状であり、前記第２方向を対称軸として線対称であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項５】
前記第１支持梁部と前記第１振動体、および前記第２支持梁部と前記第２振動体がそれぞれ連結ばね部により接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項６】
前記連結部および前記連結ばね部は、弾性体であり、
前記連結部は、前記連結ばね部のばね定数よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の機能素子。
【請求項７】
前記第１振動体および前記第２振動体は、振動を検出する検出部を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の機能素子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の機能素子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能素子、この機能素子を備えた電子機器、および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、機能素子としてのジャイロセンサー素子を用いたジャイロセンサーは、船舶、航空機、ロケットなどの姿勢を自律制御する技術に使用されている。最近では、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話の振動制御補正（いわゆる手振れ補正）などに用いられ、移動体や電子機器の高性能化に伴い、このジャイロセンサーにも感度の向上が求められている。
【０００３】
特許文献１では、２つの振動体を並設し、互いに逆相で駆動振動させ、平面視で、２つの振動体が並設されている方向と交差する方向の軸回りの角速度が加わった時に、振動体に設けられた検出部と、検出部と重なる位置に離間して配置されている固定電極との間で生じる静電容量の変化により、面内軸回りの角速度を検出するジャイロセンサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１７６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のジャイロセンサー素子は、シリコンなどを主成分とする材料をドライエッチング法などにより外形を形成している。この外形形成時の製造ばらつきにより、断面形状が非対称となり、振動体の主面および駆動振動における振動体の振動方向と交差する方向の振動成分、つまり、面外方向の不要な振動成分であるクワドラチャー成分が発生し、ジャイロセンサー素子のＱ値が低下し、検出感度が劣化するという虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る機能素子は、基体と前記基体と離間して設けられている第１振動体および第２振動体と、前記第１振動体と前記第２振動体とを結ぶ第１方向に沿って設けられ、前記第１振動体に接続されている第１支持梁部および前記第２振動体に接続されている第２支持梁部と、前記第１支持梁部と前記第２支持梁部との間にある連結部と、を備え、前記連結部は、前記第１方向と交差する第２方向に延出している第１梁部および第２梁部を有し、前記第１梁部と前記第１支持梁部とが接続され、前記第２梁部と前記第２支持梁部とが接続されており、断面視で、前記第１梁部と前記第２梁部とが、前記第１振動体および前記第２振動体の主面に沿う振動方向と交差する第３方向に同位相で変位することを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第１振動体と第２振動体との間に、第１振動体および第２振動体の振動に伴い第１振動体および第２振動体の主面に沿う振動方向と交差する第３方向に同位相で変位する第１梁部と第２梁部とを有する連結部を備えているため、外形形成時の製造ばらつきにより生じる断面形状の非対称に伴う第１振動体と第２振動体との主面および第１振動体と第２振動体との振動方向（第１方向）と交差する方向（第３方向）の振動成分、つまり、面外方向の不要な振動成分であるクワドラチャー成分の発生を連結部の第１梁部と第２梁部とがヒンジ状に変形することで抑制することができるので、Ｑ値の低下を低減し、高い検出感度を有する機能素子を得ることができるという効果がある。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の機能素子において、前記第１支持梁部および前記第２支持梁部は、前記基体に設けられている固定部に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、第１支持梁部および第２支持梁部が基体に設けられている固定部に接続されているため、固定部を支点とし、第１振動体および第２振動体のクワドラチャー成分によって第１支持梁部および第２支持梁部が回転するように捩じれることによって連結部がヒンジ状に変形するため、クワドラチャー成分を抑制することができる。そのため、第１振動体および第２振動体のＱ値の低下を低減することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の機能素子において、前記第１支持梁部は、前記第２方向に延出している第１支持部および前記第１支持部の延出する方向と反対側の方向に延出している第２支持部の少なくとも一方を有し、前記第２支持梁部は、前記第２方向に延出している第３支持部および前記第３支持部の延出する方向と反対側の方向に延出している第４支持部の少なくとも一方を有し、前記第１支持部、前記第２支持部、前記第３支持部、および前記第４支持部の前記第１支持梁部および前記第２支持梁部と接続されている端部と反対側の端部が前記固定部に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、第１支持梁部および第２支持梁部から延出している第１から第４支持部の先端部が固定されていることにより、連結部と第１支持梁部および第２支持梁部とを基体から離間することができる。そのため、第１振動体および第２振動体のクワドラチャー成分によって第１支持梁部および第２支持梁部がねじれ易くなり、連結部がヒンジ状に変形することで、クワドラチャー成分を抑制することができる。よって、第１振動体および第２振動体のＱ値の低下を低減することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の機能素子において、前記連結部は、環状であり、前記第２方向を対称軸として線対称であることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、連結部が環状で、第２方向を対称軸として線対称であることにより、第１振動体および第２振動体のクワドラチャー成分を抑制する連結部を安定してヒンジ状に変形させることができる。そのため、第１振動体および第２振動体のＱ値の低下をより低減することができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の機能素子において、前記第１支持梁部と前記第１振動体、および前記第２支持梁部と前記第２振動体がそれぞれ連結ばね部により接続されていることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、支持梁部と振動体との間が連結ばね部により接続されているため、２つの振動体を連結するための連結体の共振周波数を低くすることができる。そのため、共振周波数が高くなるに伴い駆動振動と一定周波数だけ離れた検出振動とが共振して振幅が増大する現象、即ちレゾナンスゲイン倍され大きくなるクワドラチャー成分を小さく抑えることができ、第１振動体および第２振動体のＱ値の低下をより低減することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の機能素子において、前記連結部および前記連結ばね部は、弾性体であり、前記連結部は、前記連結ばね部のばね定数よりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、連結部および連結ばね部が弾性体であるため、振動体の振動変位に応じて変形し、振動体のＱ値の低下を低減することができる。また、連結ばね部のばね定数が連結部のばね定数がよりも小さいため、ばね定数が大きくなるに伴いレゾナンスゲイン倍され大きくなるクワドラチャー成分を連結ばね部で減衰し、その後、連結部をヒンジ状に変形させることで、クワドラチャー成分をより低減することができ、振動体のＱ値の低下を低減することができる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の機能素子において、前記第１振動体および前記第２振動体は、振動を検出する検出部を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、第１振動体および第２振動体が振動を検出する検出部を備えているため、面内軸回りの角速度が加わった時に、第１振動体および第２振動体に設けられた検出部と、検出部と重なる位置に離間して配置されている検出電極との間で生じる静電容量の変化により、角速度による振動を検出することができる。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、検出感度の高い機能素子を備えた電子機器を提供することができる。
【００２３】
［適用例９］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、検出感度の高い機能素子を備えた移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る機能素子の概略構造を示す模式平面図。
【図２】図１中のＡ−Ａ線の模式断面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る機能素子の連結体における変位方向を説明する模式断面図であり、（ａ）は振動体が連結部側に接近する場合、（ｂ）は振動体が連結部側から離隔する場合。
【図４】本発明の第１実施形態に係る機能素子の第１変形例の連結体の概略構造を示す模式平面図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る機能素子の連結体の概略構造を示す模式平面図。
【図６】本発明の機能素子を備える電子機器を適用したモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。
【図７】本発明の機能素子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。
【図８】本発明の機能素子を備える電子機器を適用したデジタルカメラの構成を示す斜視図。
【図９】本発明の機能素子を備える移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。
【００２７】
＜第１実施形態＞
［機能素子の構成］
本発明の第１実施形態に係る機能素子の一例として、面内軸回りの角速度を検出するジャイロセンサー素子１を挙げ、図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る機能素子としてのジャイロセンサー素子１の概略構造を示す模式平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線の模式断面図である。なお、便宜上、図１では、駆動部４０や検出部（４３，４４）を覆う蓋体８０の図示を省略してある。また、以降の各図では、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軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、Ｚ軸方向の面を主面として、＋Ｚ軸側を上面、−Ｚ軸側を下面として説明する。
【００２８】
ジャイロセンサー素子１は、図１および図２に示すように、基体１０と、第１振動体３１および第２振動体３２と、第１振動体３１に接続されている第１支持梁部２３および第２振動体３２に接続されている第２支持梁部２４と連結部２０とを有する連結体１８と、ばね部３０と、駆動部４０と、第１検出部４３および第２検出部４４と、蓋体８０と、を含むように構成されている。ジャイロセンサー素子１では、面内軸であるＹ軸回りの角速度を検出するジャイロセンサー素子（静電容量型ＭＥＭＳジャイロセンサー素子）である。
【００２９】
基体１０は、図２に示すように、第１振動体３１および第２振動体３２が配置されている側である上面側に、凹部１２が設けられている。凹部１２の上方には、間隙を介して、連結体１８、第１振動体３１および第２振動体３２、ばね部３０が設けられている。凹部１２によって、第１振動体３１および第２振動体３２は、基体１０に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。凹部１２は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。なお、基体１０の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。
【００３０】
基体１０は、第１固定部１５および第２固定部１６を有する。図１および図２に示すように、第１固定部１５および第２固定部１６は、第１振動体３１および第２振動体３２の形態に応じて、基体１０の上面に適宜設けられる領域である。
【００３１】
第１固定部１５は、第１振動体３１および第２振動体３２を支持するばね部３０の一端が固定（接合）され、ばね部３０を介して第１振動体３１および第２振動体３２を支持する部分である。図１および図２に示すように、第１固定部１５は、Ｘ軸方向において第１振動体３１と第２振動体３２とを挟むように配置されていてもよい。
【００３２】
第２固定部１６は、第１振動体３１と第２振動体３２とを連結する連結体１８の第１支持梁部２３および第２支持梁部２４から延出する第１〜第４支持部２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂの一端が固定（接合）され、連結体１８を介して第１振動体３１および第２振動体３２を支持する部分である。
【００３３】
第１固定部１５と第２固定部１６とに固定（接合）することにより、一体化されている連結体１８、第１振動体３１および第２振動体３２、ばね部３０、および駆動用の可動電極部４１を基体１０から離間して設けることができる。
【００３４】
第１固定部１５や第２固定部１６の上面（基体１０）と、連結体１８、ばね部３０、および駆動用の固定電極部４２等と、の固定（接合）方法は、特に限定されないが、例えば、基体１０の材質がガラスであり、第１振動体３１および第２振動体３２等の材質がシリコンである場合は、陽極接合を適用することができる。
【００３５】
第１振動体３１と第２振動体３２とは、Ｘ軸に沿う方向である第１方向（Ｘ軸方向）に並設され、連結体１８によって連結されており、図２に示すように、基体１０および蓋体８０によって囲まれるキャビティー８２に収容されている。第１振動体３１および第２振動体３２は、基体１０の上方に間隙（凹部１２）を介して設けられている。第１振動体３１および第２振動体３２は、基体１０の上面に（基体１０上に）連結体１８とばね部３０とを介して支持されている。
【００３６】
第１振動体３１は、第１可動部３７と、第１可動部３７を取り囲む環状の支持部３４と、第１可動部３７と支持部３４とを接続するための支持梁部３６と、を含むように構成されている。また、第２振動体３２も第１振動体３１と同様に、第２可動部３８と、第２可動部３８を取り囲む環状の支持部３４と、第２可動部３８と支持部３４とを接続するための支持梁部３６と、を含むように構成されている。なお、支持部３４の形状は環状の形状であれば特に限定されない。支持部３４は、例えば、フレーム状の形状であっても構わない。
【００３７】
ここで、支持梁部３６は、Ｘ軸方向に沿って延出し、中央部が第１可動部３７および第２可動部３８と接続され、両端部が支持部３４に接続されている。そのため、第１可動部３７および第２可動部３８は、その主面と交差する方向である第３方向（Ｚ軸方向）に変位し得るように構成されている。
【００３８】
第１振動体３１および第２振動体３２の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。第１振動体３１および第２振動体３２は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。
【００３９】
連結体１８は、第１振動体３１と第２振動体３２とを結ぶ第１方向（Ｘ軸方向）に沿って設けられ、第１支持梁部２３および第２支持梁部２４と、第１支持梁部２３と第２支持梁部２４とを接続している連結部２０と、を備えている。連結部２０は、第１方向（Ｘ軸方向）と交差する第２方向（Ｙ軸方向）に延出している第１梁部２１および第２梁部２２と、第１梁部２１および第２梁部２２の両端をそれぞれ接続する第１連結梁部２７および第２連結梁部２８と、により構成され、中央部に貫通孔を有する環状である。また、第１梁部２１と第１支持梁部２３とが接続され、第２梁部２２と第２支持梁部２４とが接続されている。
【００４０】
第１支持梁部２３は、第２方向（Ｙ軸方向）の＋Ｙ軸方向に延出している第１支持部２５ａと第１支持部２５ａの延出する方向と反対側の−Ｙ軸方向に延出している第２支持部２５ｂとを有し、第２支持梁部２４は、＋Ｙ軸方向に延出している第３支持部２６ａと−Ｙ軸方向に延出している第４支持部２６ｂとを有している。
第１支持部２５ａ、第２支持部２５ｂ、第３支持部２６ａ、および第４支持部２６ｂは、第１支持梁部２３および第２支持梁部２４と接続されている端部と反対側の端部が第２固定部１６に接続され、且つ固定（接合）されている。
【００４１】
ここで、連結体１８は、第１振動体３１および第２振動体３２をＸ軸方向において変位し得るように構成されている。より具体的には、連結体１８の第１支持部２５ａと第２支持部２５ｂ、第１梁部２１、第２梁部２２、および第３支持部２６ａと第４支持部２６ｂがＸ軸方向の変位に対してばね状に作用する。これにより、第１振動体３１および第２振動体３２は、Ｘ軸方向において互いに逆相で振動することができる。
【００４２】
連結体１８の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。連結体１８は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって第１振動体３１および第２振動体３２と共に一体的に加工することにより形成される。
【００４３】
ばね部３０は、Ｘ軸方向に第１振動体３１および第２振動体３２を変位し得るように構成されている。具体的には、ばね部３０は、第１固定部１５から第１振動体３１および第２振動体３２までＸ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状を有している。ばね部３０の一端は、第１固定部１５（基体１０の上面）に接合（固定）されている。また、ばね部３０の他端は、第１振動体３１および第２振動体３２に接続されている。図示の例では、ばね部３０は、第１振動体３１および第２振動体３２をＸ軸方向において挟むように２つと、第１振動体３１および第２振動体３２をＹ軸方向において挟むように２つと、設けられている。
【００４４】
ばね部３０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。ばね部３０は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって第１振動体３１および第２振動体３２と共に一体的に加工することにより形成される。
【００４５】
駆動部４０は、第１振動体３１および第２振動体３２を励振することができる機構を有する。なお、駆動部４０の構成および数は、第１振動体３１および第２振動体３２を励振することができる限り、特に限定されない。
【００４６】
例えば、駆動部４０は、第１振動体３１および第２振動体３２に直接設けられていてもよい。図１に示すように、第１振動体３１および第２振動体３２の外側に接続された可動電極部４１と、可動電極部４１と所定の距離を介して対向配置された固定電極部４２から構成されていてもよい。また、図示はされないが、駆動部４０は、第１振動体３１および第２振動体３２に直接接続せずに静電気力等によって第１振動体３１および第２振動体３２を励振する機構を有し、第１振動体３１および第２振動体３２の外側に配置されていてもよい。
【００４７】
可動電極部４１は、第１振動体３１および第２振動体３２に接続されて複数設けられていてもよい。図示の例では、可動電極部４１は、第１振動体３１および第２振動体３２から＋Ｙ軸方向（または−Ｙ軸方向）に延出している幹部と、幹部から＋Ｘ軸方向および−Ｘ軸方向に延出している複数の枝部と、を有する櫛歯状電極であってもよい。
【００４８】
固定電極部４２は、可動電極部４１の外側に配置されている。固定電極部４２は、基体１０の上面に接合（固定）されている。図示の例では、固定電極部４２は、複数設けられ、可動電極部４１を介して、対向配置されている。可動電極部４１が櫛歯状の形状を有する場合、固定電極部４２の形状は、可動電極部４１に対応した櫛歯状電極であってもよい。
【００４９】
可動電極部４１および固定電極部４２は、図示しない電源に電気的に接続されている。可動電極部４１および固定電極部４２に電圧が印加されると、可動電極部４１と固定電極部４２との間に静電力を発生させることができる。これにより、ばね部３０をＸ軸に沿って伸縮させることができ、第１振動体３１および第２振動体３２をＸ軸に沿って振動させることができる。
【００５０】
可動電極部４１および固定電極部４２で構成されている駆動部４０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。駆動部４０は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって第１振動体３１および第２振動体３２と共に一体的に加工することにより形成される。
【００５１】
第１検出部４３は、第１振動体３１の第１可動部３７と、基体１０の凹部１２で第１可動部３７に対向して配置されている第１検出電極部４５と、を含むように構成されている。第２検出部４４も第１検出部４３と同様に、第２振動体３２の第２可動部３８と、基体１０の凹部１２で第２可動部３８に対向して配置されている第２検出電極部４６と、を含むように構成されている。つまり、本実施形態のジャイロセンサー素子１は、第１振動体３１および第２振動体３２に検出部である第１検出部４３および第２検出部４４を備えている。
【００５２】
可動電極部４１と固定電極部４２とに電圧を印加し、第１振動体３１および第２振動体３２をＸ軸に沿って逆相で振動させた状態において、振動方向である第１方向（Ｘ軸方向）と交差する第２方向（Ｙ軸方向）の軸回りの角速度が加わった時に、この角速度によって生じるコリオリ力により第１振動体３１および第２振動体３２の主面と交差する第３方向（Ｚ軸方向）に変位を有する振動が発生する。第１振動体３１と第２振動体３２とは、Ｘ軸に沿って逆相で振動しているため、コリオリ力により、Ｚ軸に沿って逆相で振動する。つまり、第１振動体３１が＋Ｚ軸方向に変位すると、第２振動体３２は−Ｚ軸方向に変位する。また、第１振動体３１が−Ｚ軸方向に変位すると、第２振動体３２は＋Ｚ軸方向に変位する。そのため、第１可動部３７と第１検出電極部４５との間の静電容量、および第２可動部３８と第２検出電極部４６との間の静電容量を測定することで、ジャイロセンサー素子１の面内軸に加わった角速度を検出することができる。
【００５３】
第１検出電極部４５および第２検出電極部４６の材質は、例えば、アルミニウム、金、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等である。第１検出電極部４５および第２検出電極部４６の材質は、ＩＴＯ等の透明電極材料であることが望ましい。第１検出電極部４５および第２検出電極部４６として、透明電極材料を用いることにより、基体１０が透明基板（ガラス基板）である場合、第１検出電極部４５および第２検出電極部４６上に存在する異物等を容易に視認することができるためである。
【００５４】
蓋体８０は、基体１０上に設けられている。基体１０および蓋体８０は、図２に示すように、パッケージを構成することができる。基体１０および蓋体８０は、キャビティー８２を形成することができ、キャビティー８２に第１振動体３１および第２振動体３２を収容することができる。例えば、図２に示す基体１０と蓋体８０との間は、接着部材等によって埋められていてもよく、この場合、キャビティー８２は、例えば、不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気、または真空雰囲気で密閉されていてもよい。
【００５５】
蓋体８０の材質は、例えば、シリコン、ガラスである。蓋体８０と基体１０との接合方法は、特に限定されないが、例えば、基体１０の材質がガラスであり、蓋体８０の材質がシリコンである場合は、基体１０と蓋体８０とは、陽極接合されることができる。
【００５６】
［機能素子の動作原理］
次に、本発明の第１実施形態に係るジャイロセンサー素子１の動作原理について説明する。
可動電極部４１と固定電極部４２とに電圧を印加することで、振動する第１振動体３１および第２振動体３２の変位方向ａは、一般的にはＸ軸に沿っている。つまり、Ｘ軸と平行に変位する。この状態で、ジャイロセンサー素子１の面内軸であるＹ軸回りに角速度が加わると、コリオリ力が発生し、第１振動体３１および第２振動体３２は、第１振動体３１および第２振動体３２の主面（ＸＹ面）と交差する第３方向（Ｚ軸方向）に変位する振動を生じる。そのため、第１可動部３７と第１検出電極部４５との間の静電容量、および第２可動部３８と第２検出電極部４６との間の静電容量を測定することで、ジャイロセンサー素子１の面内軸であるＹ軸回りに加わった角速度を検出することができる。
【００５７】
しかし、シリコン基板（図示せず）を、ドライエッチング装置等でエッチングし、第１振動体３１および第２振動体３２や連結部２０を含む連結体１８等の外形を加工すると、製造装置の設置位置に起因する製造ばらつきにより、図２に示すように、ＸＺ面の断面形状がＸ軸方向に対して非対称である台形形状となり、振動に伴う変位方向ａがＸ軸方向の変位成分だけでなくＺ軸方向の変位成分が発生する。つまり、面外方向の不要な振動成分であるクワドラチャー成分が発生してしまい、ジャイロセンサー素子１の第１振動体３１および第２振動体３２のＱ値が低下し、検出感度が劣化するという問題がある。
【００５８】
そこで、本実施形態では、第１振動体３１と第２振動体３２との間に、環状の連結部２０を有する連結体１８を設けることで、クワドラチャー成分を抑制し、第１振動体および第２振動体のＱ値の低下を低減している。
【００５９】
次に、連結部２０において、クワドラチャー成分を抑制する方法について、図３を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係るジャイロセンサー素子１の連結体１８における変位方向を説明する模式断面図であり、図３（ａ）は振動体同士が接近する場合、図３（ｂ）は振動体同士が離隔する場合である。
【００６０】
図３では、第１振動体３１のクワドラチャー成分が、第２振動体３２のクワドラチャー成分よりも大きい、つまり、第１振動体３１のＺ軸方向への変位が第２振動体３２よりも大きい場合について説明する。
振動体同士が接近する場合は、図３（ａ）に示すように、第１振動体３１が変位方向ａ１１に変位することで、＋Ｚ軸方向の変位成分により第２支持部２５ｂ（第１支持部２５ａ）が時計回りの捩じれ方向ｂ１１に捩じられ、その変位により連結部２０の第１梁部２１が変位方向Ｃ１である−Ｚ軸方向に変位する。更に、第１梁部２１の−Ｚ軸方向の変位に伴い、連結部２０の第２梁部２２がヒンジ状に変形し、同位相で−Ｚ軸方向に変位する。この第２梁部２２が変位方向Ｃ１である−Ｚ軸方向に変位することで、第４支持部２６ｂ（第３支持部２６ａ）が反時計回りの捩じれ方向ｂ１２に捩じられることで、第２振動体３２の変位方向ａ１２における−Ｚ軸方向の変位成分が減衰する。また、第２支持部２５ｂ（第１支持部２５ａ）の時計回りの捩じれ方向ｂ１１に捩じる力の反力により、第１振動体３１の変位方向ａ１１における＋Ｚ軸方向の変位成分も減衰する。
【００６１】
次に、振動体同士が離隔する場合は、図３（ｂ）に示すように、第１振動体３１が変位方向ａ２１に変位することで、−Ｚ軸方向の変位成分により第２支持部２５ｂ（第１支持部２５ａ）が反時計回りの捩じれ方向ｂ２１に捩じられ、その変位により連結部２０の第１梁部２１が変位方向Ｃ２である＋Ｚ軸方向に変位する。更に、第１梁部２１の＋Ｚ軸方向の変位に伴い、連結部２０の第２梁部２２がヒンジ状に変形し、同位相で＋Ｚ軸方向に変位する。この第２梁部２２が変位方向Ｃ２である＋Ｚ軸方向に変位することで、第４支持部２６ｂ（第３支持部２６ａ）が時計回りの捩じれ方向ｂ２２に捩じられることで、第２振動体３２の変位方向ａ２２における＋Ｚ軸方向の変位成分が減衰する。また、第２支持部２５ｂ（第１支持部２５ａ）の反時計回りの捩じれ方向ｂ２１に捩じる力の反力により、第１振動体３１の変位方向ａ２１における−Ｚ軸方向の変位成分も減衰する。
【００６２】
そのため、第１振動体３１および第２振動体３２の面外方向（Ｚ軸方向）の不要な変位成分であるクワドチャー成分を、連結部２０の第１梁部２１と第２梁部２２とがヒンジ状に変形することで抑制することができる。
【００６３】
本実施形態のジャイロセンサー素子１によれば、第１振動体３１と第２振動体３２との間に、第１振動体３１および第２振動体３２の振動に伴い第１振動体３１および第２振動体３２の主面に沿う第１方向（Ｘ軸方向）と交差する第３方向（Ｚ軸方向）に同位相で変位する第１梁部２１と第２梁部２２とを有する連結部２０を備えている。そのため、外形形成時の製造ばらつきにより生じる断面形状の非対称に伴う第１振動体３１と第２振動体３２との主面および第１振動体３１と第２振動体３２との振動方向（第１方向）と交差する方向（第３方向）の振動成分、つまり、面外方向の不要な振動成分であるクワドラチャー成分を連結部２０の第１梁部２１と第２梁部２２とがヒンジ状に変形することで抑制し、Ｑ値の低下を低減でき、高い検出感度を有するジャイロセンサー素子１を得ることができる。
【００６４】
また、第１支持梁部２３および第２支持梁部２４が、基体１０に設けられている第２固定部１６に接続されていても構わない。
第１支持梁部２３および第２支持梁部２４が第２固定部１６に接続されることで、第２固定部１６を支点とし、第１振動体３１および第２振動体３２のクワドラチャー成分によって第１支持梁部２３および第２支持梁部２４が回転するように捩じれ連結部２０の第１梁部２１と第２梁部２２とがヒンジ状に変形するため、クワドラチャー成分を抑制することができる。そのため、第１振動体３１および第２振動体３２のＱ値の低下を低減することができる。
【００６５】
［第１変形例］
次に、本発明の第１実施形態に係るジャイロセンサー素子１の第１変形例について、図４を参照しながら説明する。図４は、第１変形例に係るジャイロセンサー素子１ａの連結体１８ａの概略構造を示す模式平面図である。なお、図４では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。また、図４では、便宜上、基体１０および蓋体８０の図示を省略している。以下、第１変形例に係るジャイロセンサー素子１ａにおいて、上述したジャイロセンサー素子１の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
第１変形例に係るジャイロセンサー素子１ａは、第１振動体３１と第２振動体３２とを連結している連結体１８ａの連結部２０ａの形状が、上述した第１実施形態に係るジャイロセンサー素子１と異なっている。図４に示すように、ジャイロセンサー素子１ａの連結部２０ａの形状は、曲線部を有する第１梁部２１ａおよび第２梁部２２ａの両端部がそれぞれ接続されている環状であり、連結部２０ａの中心で第１振動体３１と第２振動体３２とが併設されているＸ軸に沿う方向である第１方向（Ｘ軸方向）と交差する第２方向（Ｙ軸方向）の軸を対称軸として線対称である。
【００６７】
このような構成とすることで、連結部２０ａが第２方向（Ｙ軸方向）の対称軸に対して線対称となるため、連結部２０ａを安定してヒンジ状に変形させることができ、第１振動体３１および第２振動体３２のクワドラチャー成分を抑制することができる。そのため、第１振動体３１および第２振動体３２のクワドラチャー成分によるＱ値の低下をより低減することができるので、検出感度の高いジャイロセンサー素子１ａを得ることができる。
【００６８】
第１変形例に係るジャイロセンサー素子１ａは、第１実施形態に係るジャイロセンサー素子１と同様の特徴を有することができる。
【００６９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るジャイロセンサー素子２について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るジャイロセンサー素子２の連結体１８ｂの概略構造を示す模式平面図である。以下、ジャイロセンサー素子２において、上述したジャイロセンサー素子１，１ａの構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
第２実施形態に係るジャイロセンサー素子２は、図５に示すように、第１振動体３１ｂと第２振動体３２ｂとを連結している連結体１８ｂの第１支持梁部２３ｂと第１振動体３１ｂとの間に連結ばね部２９が設けられており、第１支持梁部２３ｂと第１振動体３１ｂとが連結ばね部２９を介して接続されている。また、連結体１８ｂの第２支持梁部２４ｂと第２振動体３２ｂとの間に連結ばね部２９が設けられており、第２支持梁部２４ｂと第２振動体３２ｂとが連結ばね部２９を介して接続されている。よって、第１支持梁部２３ｂと第１振動体３１ｂとの間、および第２支持梁部２４ｂと第２振動体３２ｂとの間に連結ばね部２９が設けられている点が、上述した第１実施形態および第１変形例に係るジャイロセンサー素子１，１ａと異なっている。
【００７１】
連結ばね部２９は、Ｘ軸方向に第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂを変位し得るように構成されている。具体的には、連結ばね部２９は、連結体１８ｂから第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂまでＸ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状を有している。
【００７２】
第１支持梁部２３ｂと第１振動体３１ｂとの間、および第２支持梁部２４ｂと第２振動体３２ｂとの間が連結ばね部２９により接続されているため、第１振動体３１ｂと第２振動体３２ｂとを連結する連結体１８ｂの共振周波数を低くすることができる。そのため、共振周波数が高くなるに伴い駆動振動と一定周波数だけ離れた検出振動とが共振して振幅が増大する現象、即ちレゾナンスゲイン倍され大きくなるクワドラチャー成分を小さく抑えることができ、第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂのＱ値の低下をより低減することができる。
【００７３】
連結部２０ｂおよび連結ばね部２９は、弾性体であり、連結部２０ｂのばね定数は、連結ばね部２９のばね定数よりも大きくてもよい。
【００７４】
連結部２０ｂおよび連結ばね部２９が弾性体であることにより、第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂの振動変位に応じて変形し、第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂのＱ値の低下を低減することができる。また、連結ばね部２９のばね定数が連結部２０ｂのばね定数がよりも小さいため、ばね定数が大きくなるに伴いレゾナンスゲイン倍され大きくなるクワドラチャー成分を連結ばね部２９で減衰し、その後、連結部２０ｂをヒンジ状に変形させることで、クワドラチャー成分をより低減することができ、第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂのＱ値の低下を低減することができる。
【００７５】
連結体１８ｂおよび連結ばね部２９の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。連結体１８ｂおよび連結ばね部２９は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂと共に一体的に加工することにより形成される。
【００７６】
第２実施形態に係るジャイロセンサー素子２によれば、弾性変形することができる連結ばね部２９を設けることにより、連結体１８ｂの共振周波数を低くすることができるため、レゾナンスゲイン倍を抑え、クワドラチャー成分を小さくすることができる。
【００７７】
また、連結部２０ｂおよび連結ばね部２９が弾性体であるため、第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂの振動変位を拘束しないため、第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂのＱ値の低下を低減することができる。
【００７８】
更に、連結ばね部２９のばね定数が連結部２０ｂのばね定数がよりも小さいため、レゾナンスゲイン倍を抑え、クワドラチャー成分をより低減することができ、第１振動体３１ｂおよび第２振動体３２ｂのＱ値の低下を低減することができる。そのため、検出感度の高いジャイロセンサー素子２を得ることができる。
【００７９】
第２実施形態に係るジャイロセンサー素子２は、第１実施形態および第１変形例に係るジャイロセンサー素子１，１ａと同様の特徴を有することができる。
【００８０】
＜電子機器＞
次に、本発明の一実施形態に係る機能素子を備えた電子機器について図６〜図８を用いて説明する。なお、本説明では、機能素子としてのジャイロセンサー素子１を用いた例を示している。
【００８１】
図６は、本発明の一実施形態に係るジャイロセンサー素子１を備える電子機器の一例としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューター１１００の構成の概略を示す斜視図である。
図６に示すように、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１０００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、角速度を検出する機能を備えたジャイロセンサー素子１が内蔵されている。
【００８２】
図７は、本発明の一実施形態に係るジャイロセンサー素子１を備える電子機器の一例としての携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。
図７に示すように、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１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度を検出する機能を備えたジャイロセンサー素子１が内蔵されている。
【００８３】
図８は、本発明の一実施形態に係るジャイロセンサー素子１を備える電子機器の一例としてのデジタルカメラ１３００の構成の概略を示す斜視図である。なお、図８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、従来のフィルムカメラは、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、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００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１０００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等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【００８４】
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号の出力端子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、ビデオ信号の出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、夫々必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、角速度センサー等としてジャイロセンサー素子１が内蔵されている。
【００８５】
なお、本発明の一実施形態に係るジャイロセンサー素子１は、図６のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図７の携帯電話機１２００、図８のデジタルカメラ１３００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、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
【００８６】
＜移動体＞
次に、本発明の一実施形態に係る機能素子を備えた移動体について図９を用いて説明する。なお、本説明では、機能素子としてのジャイロセンサー素子１を用いた例を示している。
図９は、本発明の一実施形態に係るジャイロセンサー素子１を備える移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。
【００８７】
自動車１５００には上記実施形態に係るジャイロセンサー素子１が搭載されている。
図９に示すように、移動体としての自動車１５００には、ジャイロセンサー素子１を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット１５１０が車体に搭載されている。また、ジャイロセンサー素子１は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に広く適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１…機能素子としてのジャイロセンサー素子、１０…基体、１２…凹部、１５…第１固定部、１６…第２固定部、１８…連結体、２０…連結部、２１…第１梁部、２２…第２梁部、２３…第１支持梁部、２４…第２支持梁部、２５ａ…第１支持部、２５ｂ…第２支持部、２６ａ…第３支持部、２６ｂ…第４支持部、２７…第１連結梁部、２８…第２連結梁部、２９…連結ばね部、３０…ばね部、３１…第１振動体、３２…第２振動体、３４…支持部、３６…支持梁部、３７…第１可動部、３８…第２可動部、４０…駆動部、４１…可動電極、４２…固定電極、４３…第１検出部、４４…第２検出部、４５…第１検出電極部、４６…第２検出電極部、８０…蓋体、８２…キャビティー、１１００…パーソナルコンピューター、１２００…携帯電話機、１３００…デジタルカメラ、１５００…自動車、ａ，ａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２…変位方向、ｂ１１，ｂ１２，ｂ２１，ｂ２２…捩じれ方向、ｃ１，ｃ２…変位方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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