(57)【要約】【課題】物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供すること。【解決手段】振動素子１は、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸とし、前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に直交する軸を第３軸としたとき、支持部１３０と、支持部１３０に梁部１１５，１２５を介して前記第１軸を中心に回転可能に接続され、前記第２軸の方向に沿うように延出している第１変位部１１０および第２変位部１２０と、を含む質量体を、備え、第１変位部１１０および第２変位部１２０は、一方と他方とに設けられ、互いに対向している自由端１１２，１２２が連結部１４０で接続されている。【選択図】図１
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【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、前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に直交する軸を第３軸としたとき、
支持部と、
前記支持部に梁部を介して前記第１軸を中心に回転可能に接続され、前記第２軸の方向に沿うように延出している第１変位部および第２変位部と、
を含む質量体を、備え、
前記第１変位部および前記第２変位部は、一方と他方とに設けられ、互いに対向している自由端が連結部で接続されていること、を特徴とする振動素子。
【請求項２】
第１と第２の前記質量体を備え、
前記第１質量体と前記第２質量体とは、前記第１軸の方向に変位可能な弾性体で接続されていること、を特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記連結部は、前記第２軸の方向に可撓性を有すること、を特徴とする請求項１または２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記連結部は、前記第１変位部および前記第２変位部の少なくとも一方に、複数の接続点を備えていること、を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記第１変位部および前記第２変位部の前記自由端には、前記第２軸の方向に向かって凹部が設けられ、
前記連結部は、前記凹部に接続されていること、を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項６】
前記梁部が接続されている前記支持部、前記第１変位部および前記第２変位部の少なくとも一か所に、前記第１変位部および前記第２変位部の少なくとも一方の固有振動周波数を可変する可変部が設けられていること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項７】
前記梁部は、前記第１軸の方向に回転軸を有し、
前記連結部の前記第３軸の方向の剛性は、前記第２軸の方向の剛性より高く、且つ前記梁部の回転方向の剛性より高いこと、を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の振動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から７のいずれか一項に記載の振動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、振動素子、電子機器、および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動素子を用いた角速度センサーおよび加速度センサーは、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）などに用いられている。移動体や電子機器の高性能化に伴い、これらのセンサーにも感度の向上が求められている。例えば、特許文献１の図４にも記載されているように、基本素子に二枚の振動装置が可動に懸架され、懸架片回りに傾倒する回転速度センサーが知られていた。この回転速度センサーは、振動装置に回転速度が加わると、振動装置が懸架片回りに傾倒することにより生じる容量変化を、振動装置と電極とにより構成された読み取り装置で検出し、回転速度を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５１４９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の回転速度センサーは、シリコンなどを主成分とする材料を用いてフォトリソグラフィー法や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誤差などにより、二枚の変位部（振動装置）に形状の差異が生じると、夫々の変位部の固有振動周波数が異なってしまう。この状態で、振動素子に角速度または加速度が加わると、二枚の変位部の変位量が異なり、夫々の変位部と固定電極との間で生じる静電容量が異なるため、角速度または加速度の検出精度が低下してしまう恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る振動素子は、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸とし、前記第１軸と前記第２軸とを含む平面に直交する軸を第３軸としたとき、支持部と、  前記支持部に梁部を介して前記第１軸を中心に回転可能に接続され、前記第２軸の方向に沿うように延出している第１変位部および第２変位部と、を含む質量体を、備え、前記第１変位部および前記第２変位部は、一方と他方とに設けられ、互いに対向している自由端が連結部で接続されていること、を特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、振動素子は、例えば、角速度や加速度などの物理量が質量体に加わり、質量体に設けられている第１変位部および第２変位部の自由端が梁部を中心に第３軸の方向に変位することで生じる静電容量を検出することで物理量を求める。第１変位部および第２変位部は、互いに対向する一辺が自由端となるように設けられ、夫々の自由端は、連結部で接続されているため、第１変位部の固有振動周波数と第２変位部の固有振動周波数とに差異があっても、第１変位部と第２変位部とを略同一の振動周波数で第３軸の方向に変位させることができる。これにより、第１変位部で生じる静電容量と第２変位部で生じる静電容量とが略同じになるため、振動素子に加わる物理量の検出精度が向上する。したがって、物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の振動素子は、第１と第２の前記質量体を備え、前記第１質量体と前記第２質量体とは、前記第１軸の方向に変位可能な弾性体で接続されていること、が好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、振動素子は、一対の質量体を備えているため、夫々の質量体で生じた静電容量を検出することにより、角速度を求めることができる。さらに、一対の質量体は、第１軸の方向に変位可能な弾性体を備えており、一対の質量体を互いに逆方向に振動させることにより、角速度による外力を受けやすくさせることができる。したがって、角速度の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、前記連結部は、前記第２軸の方向に可撓性を有すること、が好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、振動素子は、第１変位部と第２変位部とが第２軸の方向に可撓性を有する連結部で接続されているため、第１変位部および第２変位部の自由端は、梁部を中心に第３軸の方向に変位することが可能となり、第１変位部と第２変位部とを略同一の振動周波数で変位させることができる。これにより、第１変位部で生じる静電容量と第２変位部で生じる静電容量とが略同じになるため、振動素子に加わる物理量の検出精度が向上する。したがって、物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の振動素子において、前記連結部は、前記第１変位部および前記第２変位部の少なくとも一方に、複数の接続点を備えていること、が好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、振動素子は、第１変位部と第２変位部との自由端が複数の接続点を備えている連結部で接続されている。これにより、連結部の第１軸方向の剛性が向上し、第１変位部および２変位部の自由端が第１軸方向に撓むことを低減できるので、振動素子に加わる物理量の検出精度が向上する。したがって、物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の振動素子において、前記第１変位部および前記第２変位部の前記自由端には、前記第２軸の方向に向かって凹部が設けられ、前記連結部は、前記凹部に接続されていること、が好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、振動素子は、第１変位部の自由端と、第２変位部の自由端と、の間に連結器を接続するスペースを確保するため、夫々の自由端から第２軸方向に向かって凹部が設けられている。凹部を設けることにより、第１変位部の自由端と、第２変位部の自由端と、の間隙を狭くすることができる。換言すると、第１変位部および第２変位部の総面積を広くできるため、第１変位部および第２変位部の自由端が梁部を中心に第３軸の方向に変位することで生じる静電容量の変化量を大きくさせることができる。したがって、物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に記載の振動素子において、前記梁部が接続されている前記支持部、前記第１変位部および前記第２変位部の少なくとも一か所に、前記第１変位部および前記第２変位部の少なくとも一方の固有振動周波数を可変する可変部が設けられていること、が好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、振動素子は第１変位部の固有振動周波数と、第２変位部の固有振動周波数と、が略同一になるように周波数を可変することができる。さらに、第１変位部の自由端と、第２変位部の自由端と、が連結部で接続されているため、第１変位部と、第２変位部と、を略同一の振動周波数で第３軸の方向に変位させることができる。これにより、第１変位部で生じる静電容量と、第２変位部で生じる静電容量と、が略同じになるため、振動素子に加わる物理量の検出精度が向上する。したがって、物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に記載の振動素子において、前記梁部は、前記第１軸の方向に回転軸を有し、前記連結部の前記第３軸の方向の剛性は、前記第２軸の方向の剛性より高く、且つ前記梁部の回転方向の剛性より高いこと、が好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、連結部の第３軸方向の剛性が、第２軸方向の剛性より高いため、第１変位部の自由端と第２変位部の自由端とが、梁部を中心に互いに逆方向に変位しようとする振動が抑制され、同一方向に変位させることができる。
また、連結部の第３軸方向の剛性が、梁部の回転方向の剛性（ばね定数）より高いため、第１変位部および第２変位部の固有振動周波数は梁部の回転方向の剛性が支配的となり、梁部のばね定数を可変することで、第１変位部の固有振動数と、第２変位部の固有振動数と、を略同一の周波数にすることができる。これにより、第１変位部と、第２変位部と、が略同一の振動周波数で変位し、第１変位部で生じる静電容量と、第２変位部で生じる静電容量と、が略同じになるため、振動素子に加わる物理量の検出精度が向上する。したがって、物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００２０】
［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振動素子を備えていることを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、物理量の検出精度の高い振動素子を備えた電子機器を提供することができる。
【００２２】
［適用例９］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、物理量の検出精度の高い振動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】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線での断面図。
【図３】実施形態２に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線での断面図。
【図５】変形例に係る振動素子の概略構成を示す模式平面図。
【図６】振動素子を備える電子機器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の構成を示す斜視図。
【図７】振動素子を備える電子機器としての携帯電話機を示す斜視図。
【図８】振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラを示す斜視図。
【図９】振動素子を備える移動体としての自動車を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
【００２６】
＜振動素子＞
（実施形態１）
本実施形態の振動素子は、例えば、慣性センサーとして用いることができる。具体的には、加速度を求めるためのセンサー（静電容量型加速度センサー）素子、または角速度を求めるためのセンサー（静電容量型角速度センサー）素子などとして用いることができる。本実施形態では、一例として角速度を求める振動素子について説明する。
【００２７】
図１は、実施形態１に係る振動素子１の概略構成を示す模式平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線での断面図である。ここで、図１、図２および後述する図３から図５では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸（第１軸）、Ｙ軸（第２軸）およびＺ軸（第３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、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
まず、実施形態１に係る振動素子１の概略構成について、図１と図２とを用いて説明する。
【００２８】
図１および図２に示すように、振動素子１は、基板１０、固定部２０、第１質量体１００、駆動部４０、弾性体３０などで構成されている。
＋Ｚ軸方向からの平面視にて、第１質量体１００のＸ軸方向の両側面には、±Ｘ軸方向に変位可能な二対の弾性体３０がそれぞれの側面に一対ずつ接続され、第１質量体１００の±Ｙ軸方向の両側面には、二対の駆動部４０（駆動用可動電極４１）がそれぞれの側面に一対ずつ接続されている。第１質量体１００は、弾性体３０を介して基板１０の＋Ｚ軸側の面に立設されている固定部２０に固定されている。
【００２９】
第１質量体１００、駆動部４０、弾性体３０は、シリコン（Ｓｉ）を主材料として構成されている。シリコン基板を各種加工技術（例えばドライ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る。或いは、シリコン基板とガラス基板を張り合わせた後に、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。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、振動素子１の小型化を図ることができる。
【００３０】
また、基板１０は、シリコンを主材料として構成されている。なお、基板１０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。
基板１０は板状であって、＋Ｚ軸側の面に固定部２０を接合させている。これにより第１質量体１００、駆動部４０（駆動用可動電極４１）、弾性体３０は、基板１０の＋Ｚ軸側に間隙を設けて固定・支持されている。なお、基板１０と弾性体３０との接合方法は、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することができる。固定部２０は、基板１０の＋Ｚ軸側の面に限定されず、基板１０以外の部材（例えば、パッケージなど）に設けても良い。
【００３１】
基板１０には、＋Ｚ軸側の面に第１固定電極１５０と、第２固定電極１６０と、が設けられている。
第１固定電極１５０は、基板１０を＋Ｚ軸方向から平面視したときに、後述する第１変位部１１０と重なる領域に、設けられている。
第２固定電極１６０は、基板１０を＋Ｚ軸方向から平面視したときに、後述する第２変位部１２０と重なる領域に、設けられている。
第１固定電極１５０および第２固定電極１６０には、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、または、これらの金属を主成分とする合金などが用いられている。第１固定電極１５０および第２固定電極１６０は、シリコンなどの基板１０に上述の電極材料が成膜され、その後、外形が形成される。電極材料の成膜には、例えば、スパッタ法などが用いられ、パターニング（外形形状形成）には、例えば、フォトリソグラフィー法およびエッチング法などが用いられる。
【００３２】
弾性体３０は、第１質量体１００と固定部２０とを連結している。夫々の弾性体３０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。更に、弾性体３０はＸ軸方向の幅に対してＺ軸方向の幅が厚くなっている。弾性体３０をこのような形状とすることにより、弾性体３０はＹ軸方向及びＺ軸方向への変形が抑制され、Ｘ軸方向にスムーズに伸縮する。なお、弾性体３０の形状は、所定のバネ定数を有して、Ｘ軸方向に弾性変形することが可能であれば、他の形状を用いてもよい。また、弾性体３０は、第１質量体１００の両側面に一対ずつ接続されているものとして説明したが、これに限定されるものではない。弾性体３０は、第１質量体１００を支持しＸ軸方向に振動可能であれば、他の構成を用いてもよい。
【００３３】
駆動部４０は、第１質量体１００をＸ軸方向（第１軸方向）に励振させる機構を有している。駆動部４０は、第１質量体１００のＹ軸方向の側面に接続されている駆動用可動電極４１と、駆動用可動電極４１と所定の距離を介して対向配置されている駆動用固定電極４２から構成されている。なお、駆動部４０は、第１質量体１００に直接接続せずに静電気力等によって第１質量体１００を励振する機構を有し、第１質量体１００の外側に配置されていてもよい。
【００３４】
駆動用可動電極４１は、第１質量体１００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る。
駆動用固定電極４２は、駆動用可動電極４１の外側に配置されている。駆動用固定電極４２は、基板１０の＋Ｚ軸側の面に接合（固定）されている。駆動用固定電極４２は、駆動用可動電極４１の櫛歯状電極に対応した櫛歯状電極を有し、駆動用固定電極４２と駆動用可動電極４１とは互いに対向配置されている。
【００３５】
駆動部４０は、図示しない電源に電気的に接続されている。駆動部４０の駆動用可動電極４１および駆動用固定電極４２に電圧が印加されると、駆動用可動電極４１と駆動用固定電極４２との間に静電力を発生させることができる。駆動部４０に交流電圧が印加されると、静電力により弾性体３０はＸ軸方向に沿って伸縮し、第１質量体１００はＸ軸方向に沿って振動を繰り返す。第１質量体１００を振動させることにより、振動素子１は、角速度などによる慣性力を受けやすくなる。
なお、駆動部４０の構成および数は、第１質量体１００を励振させることができる限り、特に限定されない。
【００３６】
次に、第１質量体１００の構成について説明する。
支持部１３０、梁部１１５，１２５、第１変位部１１０、第２変位部１２０、連結部１４０などで構成されている。第１質量体１００は、外周に支持部１３０が形成され、平面視において、第１変位部１１０および第２変位部１２０は、支持部１３０に囲まれて設けられている。
第１変位部１１０は、支持部１３０に梁部１１５を介してＸ軸（第１軸）を中心に回転可能に接続され、第２変位部１２０は、支持部１３０に梁部１２５を介してＸ軸を中心に回転可能に接続されている。第１変位部１１０および第２変位部１２０は、ＸＹ平面上に、第１質量体１００のＹ軸方向を二等分しＸ軸に平行な中心線ＣＬに対して線対称形状で設けられている。
梁部１１５は、第１変位部１１０のＸ軸方向の両側面の＋Ｙ軸側に設けられ、梁部１２５は、第２変位部１２０のＸ軸方向の両側面の−Ｙ軸側に設けられているので、第１変位部１１０および第２変位部１２０の互いに対向している一辺は自由端１１２，１２２となる。これにより、振動素子１にＺ軸方向の外力が加わった時、第１変位部１１０の自由端１１２および第２変位部１２０の自由端１２２が梁部１１５，１２５を中心にＺ軸方向に変位可能となる。
【００３７】
第１変位部１１０と第１固定電極１５０との間には、静電容量（可変静電容量）Ｃ１が構成され、第２変位部１２０と第２固定電極１６０との間には、静電容量（可変静電容量）Ｃ２が構成されている。
第１変位部１１０がＸ軸を中心に梁部１１５を支点に回転して、自由端１１２がＺ軸方向に変位することで、第１変位部１１０と第１固定電極１５０との平均距離が変化する。同様に、第２変位部１２０がＸ軸を中心に梁部１２５を支点に回転して、自由端１２２がＺ方向に変位することで、第２変位部１２０と第２固定電極１６０との平均距離が変化する。振動素子１は、第１変位部１１０および第２変位部１２０の変位に応じて、静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化するので、この静電容量Ｃ１，Ｃ２を検出することにより振動素子１に加わる加速度（または角速度）を求めることができる。
【００３８】
ここで、一例として振動素子１に加わる角速度の検出について説明する。第１質量体１００がＸ軸方向に沿って振動している状態で＋Ｙ軸回りに角速度ωが加わると、第１変位部１１０の自由端１１２、および第２変位部１２０の自由端１２２が梁部１１５，１２５を中心に＋Ｚ軸方向或いは−Ｚ軸方向に変位し、その後、Ｚ軸方向に沿って振動する。
【００３９】
第１変位部１１０の自由端１１２、および第２変位部１２０の自由端１２２が梁部１１５，１２５を中心に−Ｚ軸方向に変位すると、第１変位部１１０と第１固定電極１５０との平均距離、および第２変位部１２０と第２固定電極１６０との平均距離が近づき、静電容量Ｃ１，Ｃ２が増加する。
振動素子１は、静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２をＣ１＋Ｃ２で検出することで、振動素子１のＹ軸回りに加わる角加速度ωを求めることができる。
【００４０】
次に、第１変位部１１０と第２変位部１２０とを接続する連結部１４０について説明する。
第１変位部１１０の自由端１１２と、第２変位部１２０の自由端１２２とは、Ｙ軸方向（第２軸方向）に可撓性を有する連結部１４０によって接続されている。本実施形態では、第１変位部１１０の自由端１１２および第２変位部１２０の自由端１２２の中央部に、連結部１４０を接続するスペースを確保するため、Ｙ軸方向に向かって凹部１１３，１２３が設けられている。第１変位部１１０と第２変位部１２０とは、夫々の自由端１１２，１２２に設けられた凹部１１３，１２３の中央が、連結部１４０を介して接続されている。
【００４１】
連結部１４０は、接続点１４０ａ，１４０ｂを備え、第１変位部１１０と第２変位部１２０とを複数の点で接続している。接続点１４０ａは−Ｘ軸方向に一度往復しＹ軸方向に延在する形状をなし、接続点１４０ｂは＋Ｘ軸方向に一度往復しＹ軸方向に延在する形状をなしている。接続点１４０ａ，１４０ｂをこのような形状にすることにより、接続点１４０ａ，１４０ｂはＸ軸方向の変形が抑制され、Ｙ軸方向の可撓性を有することができる。
【００４２】
振動素子１は、第１変位部１１０と第２変位部１２０とが連結部１４０で接続されているため、第１変位部１１０の自由端１１２と第２変位部１２０の自由端１２２とは、略同一の振動周波数で梁部１１５，１２５を中心にＺ軸方向に変位させることができる。
また、第１変位部１１０の自由端１１２と、第２変位部１２０の自由端１２２とに、凹部１１３，１２３を設けることにより、第１変位部１１０および第２変位部１２０の総面積が広くなる。これにより、第１変位部１１０と第１固定電極１５０との間、および第２変位部１２０と第２固定電極１６０との間、で生じる静電容量Ｃ１，Ｃ２の変化を大きくさせることができる。
連結部１４０は複数の接続点１４０ａ，１４０ｂを備えているため、連結部１４０のＸ軸方向の剛性が向上し、第１変位部１１０および第２変位部１２０の自由端１１２，１２２がＸ軸方向（第１軸方向）に撓むことを抑制できる。
【００４３】
なお、本実施形態の支持部１３０は、第１変位部１１０および第２変位部１２０の外周を囲む形状を示したが、この形状に限定されるものではない。第１変位部１１０および第２変位部１２０を支持することが可能であれば、他の形状を用いてもよい。
【００４４】
以上述べたように、本実施形態に係る振動素子１よれば、以下の効果を得ることができる。
振動素子１は、第１質量体１００に角速度（または加速度）が加わり、第１変位部１１０および第２変位部１２０が梁部１１５，１２５を中心にＺ軸方向に変位するときに生じる静電容量を検出することで角速度（または加速度）を求めることができる。
第１変位部１１０および第２変位部１２０は、互いに対向する自由端１１２，１２２が連結部１４０で接続されているため、第１変位部１１０の固有振動周波数と第２変位部１２０の固有振動周波数とに差異があっても第１変位部１１０と第２変位部１２０とを略同一の振動周波数で変位させることができる。これにより、第１変位部１１０と第１固定電極１５０との間の静電容量Ｃ１と、第２変位部１２０と第２固定電極１６０との間の静電容量Ｃ２と、が略同じになるため、振動素子１に加わる物理量の検出精度が向上する。したがって、角速度（または加速度）の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００４５】
（実施形態２）
本実施形態の振動素子は、例えば、慣性センサーとして用いることができる。一例として二つの質量体で角速度を求める振動素子について説明する。
図３は、実施形態２に係る振動素子３００の概略構成を示す模式平面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂ線での断面図である。
まず、実施形態２に係る振動素子３００の概略構成について、図３および図４を用いて説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図３に示すように、振動素子３００は、実施形態１で説明した質量体（第１質量体１００）がＸ軸方向に沿って二つ並んで設けられ、接続されている。なお、二つの質量体は同一の構成であるが、説明の便宜上、二つの質量体を第１質量体１００、第２質量体２００と称し、第２質量体２００を構成する二つの変位部を第３変位部２１０、第４変位部２２０と称して説明する。
【００４７】
振動素子３００は、基板３１０、固定部２０、第１質量体１００、第２質量体２００、駆動部４０，２４０、弾性体３０などで構成されている。
＋Ｚ軸方向からの平面視にて、第２質量体２００のＸ軸方向の両側面には、±Ｘ軸方向に変位可能な二対の弾性体３０がそれぞれの側面に一対ずつ接続され、第２質量体２００の±Ｙ軸方向の両側面には、二対の駆動部２４０（駆動用可動電極２４１）がそれぞれの側面に一対ずつ接続されている。第１質量体１００と第２質量体２００とは、夫々に接続されている弾性体３０を介して、Ｘ軸方向に沿って並んで設けられ、接続されている。第１質量体１００および第２質量体２００は、弾性体３０を介して基板１０の＋Ｚ軸側の面に立設されている固定部２０に固定されている。
第１質量体１００、第２質量体２００、駆動部４０，２４０、弾性体３０は、各部が一体的に形成されている。材料および加工方法は実施形態１と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
基板３１０には、＋Ｚ軸側の面に、第１固定電極１５０（図示せず）と、第２固定電極１６０（図示せず）と、第３固定電極２５０と、第４固定電極２６０と、が設けられている。
第３固定電極２５０は、基板３１０を＋Ｚ軸方向からの平面視したとき、後述する第３変位部２１０と重なる領域に、設けられている。
第４固定電極２６０は、基板３１０を＋Ｚ軸方向からの平面視したとき、後述する第４変位部２２０と重なる領域に、設けられている。
第３固定電極２５０および第４固定電極２６０の材料および形成方法は、実施形態１で説明した第１固定電極１５０および第２固定電極１６０と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
駆動部２４０は、第２質量体２００をＸ軸方向（第１軸方向）に励振させる機構を有している。駆動部２４０は、駆動用可動電極２４１と、駆動用固定電極２４２とで構成され、その形状は、実施形態１で説明した駆動部４０と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
駆動部２４０は、図示しない電源に電気的に接続されている。駆動部２４０の駆動用可動電極２４１および駆動用固定電極２４２に、交流電圧を印加することで、駆動用可動電極２４１と駆動用固定電極２４２との間に静電力を発生させることができる。
第１質量体１００に接続されている駆動部４０と第２質量体２００に接続されている駆動部２４０とに、位相の１８０度異なる交流電圧が印加されると、第１質量体１００と第２質量体２００とは、Ｘ軸方向に沿って互いに逆方向への振動を繰り返す。
【００５１】
第２質量体２００は、支持部１３０、梁部１１５，１２５、第３変位部２１０、第４変位部２２０、連結部１４０で構成されている。第３変位部は梁部１１５を支点に自由端２１２がＺ軸方向に変位し、第４変位部２２０は梁部１２５を支点に自由端２２２がＺ軸方向に変位する。第２質量体２００の構成は、実施形態１で説明した第１質量体１００と同様であり、その詳細な説明を省略する。
なお、第１質量体１００と第２質量体２００とは、互いに独立して設けられているため、第１変位部１１０および第２変位部１２０のＺ軸方向への変位と、第３変位部２１０および第４変位部２２０のＺ軸方向への変位とは、互いに干渉されないので、Ｙ軸回りに加わる角速度の検出精度を向上させることができる。
【００５２】
第３変位部２１０と第３固定電極２５０との間には、静電容量（可変静電容量）Ｃ３が構成され、第４変位部２２０と第４固定電極２６０との間には、静電容量（可変静電容量）Ｃ４が構成されている。
静電容量Ｃ３，Ｃ４の可変メカニズムは、実施形態１で説明した静電容量Ｃ１，Ｃ２と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
次に、振動素子３００に加わる角速度を求めるための静電容量の検出について説明する。
第１質量体１００、第２質量体２００がＸ軸方向に沿って互いに逆方向に振動している状態で＋Ｙ軸方向に向かって時計回りに回る角速度ωが加わると、第１質量体１００には−Ｚ軸方向の、第２質量体には＋Ｚ軸方向の力が発生する。
これにより、第１質量体１００を構成する第１変位部１１０の自由端１１２および第２変位部１２０の自由端１２２が梁部１１５，１２５を中心に−Ｚ軸方向に変位する。
第２質量体２００を構成する第３変位部２１０の自由端２１２および第４変位部２２０の自由端２２２が梁部１１５，１２５を中心に＋Ｚ軸方向に変位する。
その後、第１変位部１１０および第２変位部１２０と、第３変位部２１０および第４変位部２２０とは、Ｚ軸方向に沿って互いに逆方向に振動する。
【００５４】
第１変位部１１０および第２変位部１２０の自由端１１２，１２２が−Ｚ軸方向に変位すると、第１変位部１１０と第１固定電極１５０との平均距離、および第２変位部１２０と第２固定電極１６０との平均距離が近づき、静電容量Ｃ１，Ｃ２が増加する。
第３変位部２１０および第４変位部２２０の自由端２１２，２２２が＋Ｚ軸方向に変位すると、第３変位部２１０と第３固定電極２５０との平均距離、および第４変位部２２０と第４固定電極２６０との平均距離が離れ、静電容量Ｃ３，Ｃ４が減少する。
したがって、振動素子３００は、静電容量Ｃ１からＣ４を（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）で検出することで、振動素子３００のＹ軸回りに加わる角速度ωを求めることができる。
【００５５】
以上述べたように、本実施形態に係る振動素子３００によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
振動素子３００は、第１質量体１００と第２質量体２００とを備えている。第１質量体１００と第２質量体２００とは、基板３１０の＋Ｚ軸側の面において、Ｘ軸方向に変位可能な弾性体３０によって、Ｘ軸方向に沿って二つ並んで設けられ、接続されている。振動素子３００のＹ軸回りに角速度ωが加わると、第１質量体１００の第１変位部１１０および第２変位部１２０の自由端１１２，１２２が梁部１１５，１２５を中心に−Ｚ軸方向に変位することで静電容量Ｃ１，Ｃ２が増加する。第２質量体２００の第３変位部２１０および第４変位部２２０の自由端２１２，２２２が梁部１１５，１２５を中心に＋Ｚ軸方向に変位することで静電容量Ｃ３，Ｃ４が減少する。この静電容量Ｃ１からＣ４を（Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｃ３＋Ｃ４）で検出することで、振動素子３００のＹ軸回りに加わる角速度ωを求めることができる。また、第１変位部１１０の自由端１１２と第２変位部１２０の自由端１２２と、および第３変位部２１０の自由端２１２と第４変位部２２０の自由端２２２とは、夫々の連結部１４０で接続されているため、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２とが略同じに、静電容量Ｃ３と静電容量Ｃ４とが略同じになり、振動素子３００に加わる角速度ωの検出精度が向上する。したがって、角速度の検出精度を向上させた振動素子３００を提供することができる。
【００５６】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００５７】
図５は、変形例に係る振動素子５００の概略構成を示す模式平面図である。
まず、変形例に係る振動素子５００の概略構成について、図５を用いて説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
変形例に係る振動素子５００は、第１変位部１１０と支持部１３０に、第１変位部１１０および第２変位部１２０の固有振動周波数を可変する可変部１１４，１３５が設けられ、支持部１３０と第１変位部１１０とを接続する梁部には、梁部１１５と長さが異なる梁部１１５ａが設けられ、支持部１３０と第２変位部１２０とを接続する梁部には、梁部１２５と長さが異なる梁部１２５ａが設けられているところが、実施形態１と異なる。
【００５８】
可変部１１４，１３５について説明する。
図５に示すように、第１変位部１１０には、梁部１１５ａの長さを可変する可変部１１４が設けられている。具体的には、可変部１１４は、梁部１１５ａのＸ軸方向の長さが実質的に長くなるように、第１変位部１１０の＋Ｘ軸方向の側面に切欠きなどの加工を施した部位である。第１変位部１１０に加工を施すことにより、梁部１１５aの回転方向の剛性（ばね定数）が低下するため、第１変位部１１０の固有振動周波数を変化させることができる。
【００５９】
支持部１３０には、梁部１２５ａの長さを可変する可変部１３５が設けられている。具体的には、可変部１３５は、梁部１２５ａのＸ軸方向の長さが実質的に長くなるように、支持部１３０の−Ｘ軸方向の内側面に加工を施す部位である。可変部１３５に加工を施すことにより、梁部１２５ａの回転方向の剛性（ばね定数）が低下するため、第２変位部１２０の固有振動周波数を変化させることができる。
【００６０】
したがって、第１変位部１１０、第２変位部１２０および支持部１３０の少なくとも一か所に、可変部１１４または可変部１３５を設けることにより、第１変位部１１０の固有振動周波数と第２変位部１２０の固有振動数とを近づけることができる。
なお、上述した可変部１１４，１３５の位置、形状、数は一例であり、これに限定されるものではない。
【００６１】
次に、連結部１４０について説明する。
連結部１４０は、第１変位部１１０の自由端１１２と第２変位部１２０の自由端１２２を接続している。連結部１４０のＺ軸方向の剛性は、梁部１１５，１２５の回転方向の剛性（ばね定数）より高められているため、第１変位部１１０および第２変位部１２０の固有振動周波数は梁部の回転方向の剛性が支配的になっている。第１変位部１１０には、梁部１１５ａの回転方向の剛性を低下させる可変部１１４が、支持部１３０には、梁部１２５ａの回転方向の剛性を低下させる可変部１３５が備えられているため、第１変位部１１０および第２変位部１２０の固有振動周波数を容易に可変することができる。
【００６２】
さらに、連結部１４０のＺ軸方向の剛性（ｋｚ）は、Ｙ軸方向の剛性（ｋｙ）より高められているため（ｋｙ＜ｋｚ）、第１変位部１１０の自由端１１２と第２変位部１２０の自由端１２２とが、互いに逆方向に変位しようとする振動が抑制され、同一方向に同一振動周波数で変位させることができる。これにより、第１変位部１１０と第１固定電極１５０とで生じる静電容量Ｃ１と、第２変位部１２０と第２固定電極１６０とで生じる静電容量Ｃ２と、を略同じにさせることができる（図２参照）。
【００６３】
以上述べたように、本変形例に係る振動素子５００によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
振動素子５００には、第１変位部１１０および第２変位部１２０の少なくとも一方の固有振動周波数を可変するための可変部１１４，１３５が設けられている。さらに、第１変位部１１０の自由端１１２と第２変位部１２０の自由端１２２とが連結部１４０で接続されている。この連結部１４０のＹ軸方向の剛性（ｋｙ）は、梁部１１５，１２５の回転方向の剛性（ｋθ）より高いため（ｋθ＜ｋｙ）、第１変位部１１０および第２変位部１２０の固有振動数は梁部１１５，１２５の回転方向の剛性が支配的となり、可変部１１４，１３５の可変により夫々の固有振動数を容易に近づけることができる。尚且つ、連結部１４０のＺ軸方向の剛性はＹ軸方向の剛性より高いため（ｋｙ＜ｋｚ）、第１変位部１１０の自由端１１２と、第２変位部１２０の自由端１２２と、を同一方向に変位させることができる（ｋｙ＜ｋθ＜ｋｚ）。これにより、第１変位部１１０および第２変位部１２０を略同一振動周波数で略同一方向に変位させ、この変位で生じる静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２とを略同じにさせることができるので、振動素子５００に加わる物理量の検出精度を向上させることができる。したがって、物理量の検出精度を向上させた振動素子を提供することができる。
【００６４】
＜電子機器＞
次に、本発明の実施形態に係る振動素子を備えた電子機器について図６から図８を用いて説明する。なお、本説明では、振動素子１を用いた例を示している。
【００６５】
図６は、本発明の一実施形態に係る振動素子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、加速度または角速度を求める機能を備えた振動素子１が内蔵されている。
【００６６】
図７は、本発明の一実施形態に係る振動素子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、加速度または角速度を求める機能を備えた振動素子１が内蔵されている。
【００６７】
図８は、本発明の一実施形態に係る振動素子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。
【００６８】
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、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振動素子１が内蔵されている。
【００６９】
なお、本発明の一実施形態に係る振動素子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。
【００７０】
＜移動体＞
次に、本発明の実施形態に係る振動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、振動素子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振動素子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。
【００７１】
自動車１５００には上記実施形態に係る振動素子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、振動素子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、振動素子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】
【００７２】
１，３００，５００…振動素子、１０…基板、２０…固定部、３０…弾性体、４０，２４０…駆動部、４１，２４１…駆動用可動電極、４２，２４２…駆動用固定電極、１００…第１質量体、１１０…第１変位部、１１２，１２２，２１２，２２２…自由端、１１３，１２３…凹部、１１４，１３５…可変部、１１５，１１５ａ，１２５，１２５ａ…梁部、１２０…第２変位部、１３０…支持部、１４０…連結部、１４０ａ，１４０ｂ…接続点、１５０…第１固定電極、１６０…第２固定電極、２００…第２質量体、２１０…第３変位部、２２０…第４変位部、２５０…第３固定電極、２６０…第４固定電極、３１０…基板、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、１４４０…パーソナルコンピューター、１５００…自動車。
【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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