(57)【要約】【課題】振動モレ現象による斜め振動が検出部に伝わり、検出精度が低下してしまうことを防止可能な機能素子を提供する。【解決手段】機能素子としてのジャイロ素子５は、支持体１２と、支持体１２に接続され、第１軸方向の振動を検出する検出部５０と、支持体１２に接続され、第１軸に沿って延出されている第１部分４５１と、第１部分４５１に接続され、第１部分４５１の第１軸に沿った寸法よりも短く第２軸に沿って延出されている第２部分４５２と、を有する駆動連結部４５と、駆動連結部４５に接続され、駆動連結部４５を介して支持体１２と接続されている質量部４１と、を備え、質量部４１は、互いに直交する第１軸および第２軸を含む面の法線に平行な第３軸方向に第３に駆動振動する。【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軸とを含む面の法線に平行な軸を第３軸としたとき、
支持体と、
前記支持体に接続され、前記第１軸方向の振動を検出する検出部と、
前記支持体に接続され、前記第１軸に沿って延出されている第１部分と、前記第１部分に接続され、前記第１部分の前記第１軸に沿った寸法よりも短く前記第２軸に沿って延出されている第２部分と、を有する駆動連結部と、
前記駆動連結部に接続され、前記駆動連結部を介して前記支持体と接続されている質量部と、を備え、
前記質量部は、前記第３軸方向に駆動振動することを特徴とする機能素子。
【請求項２】
基体を備え、
前記検出部は、
前記支持体から前記第２軸方向に沿って延出している検出用可動電極と、
前記検出用可動電極と対向し、前記第２軸方向に沿って延出され、前記基体に支持されている検出用固定電極と、を備え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】
前記駆動連結部は、前記第１軸に沿って二つが並設されていることを特徴する請求項１または請求項２に記載の機能素子。
【請求項４】
前記駆動連結部は、第１駆動連結部および第２駆動連結部を含み、
前記第１駆動連結部は、前記質量部の一方側に接続され、
前記第２駆動連結部は、前記一方側と反対の前記質量部の他方側に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項５】
前記駆動連結部は、
前記第３軸方向のバネ定数＜前記第１軸方向のバネ定数、の関係に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項６】
前記駆動連結部は、
前記第２軸方向のバネ定数＜前記第１軸方向のバネ定数、の関係に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項７】
前記質量部を前記駆動振動させる駆動電極と、
前記質量部の振動をモニタリングする駆動モニター電極と、を備え、
前記駆動電極および前記モニター電極は、前記質量部と少なくとも一部が対向し、前記基体に支持されていることを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項８】
前記第１軸方向に沿って前記第１振動体と並設されている第２振動体と、
前記第１振動体と前記第２振動体との間に設けられ、前記第１振動体と前記第２振動体とが接続されている振動体連結部と、を備え、
前記第１振動体および前記第２振動体には、それぞれ前記駆動連結部を介して前記支持体が接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項９】
前記第２振動体は、
前記質量部を前記駆動振動させる駆動電極と、
前記質量部の振動をモニタリングする駆動モニター電極と、を備え、
前記駆動電極および前記駆動モニター電極は、前記質量部と少なくとも一部が対向し、前記基体に支持されていることを特徴とする請求項８に記載の機能素子。
【請求項１０】
前記支持体から延出され、前記第１軸方向に伸縮可能な検出連結部を備え、
前記検出連結部の前記第３軸方向のバネ定数は、前記駆動連結部の前記第３軸方向のバネ定数より大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の機能素子。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の機能素子と、
前記機能素子を収納しているパッケージと、を備えていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０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１３】
請求項１ないし請求項１０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、およびそれ用いた電子デバイス、電子機器、並びに移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、振動デバイスとして、例えばシリコンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いた機能素子が開発されている。そして、この機能素子の一例としてのジャイロ素子を用いて角速度を検出するジャイロセンサー（静電容量型ＭＥＭＳジャイロセンサー素子）が開示されている。このようなジャイロセンサーの一例としては、例えば特許文献１に開示されているジャイロセンサーのように、互いに直交する三つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の内のＸ−Ｙ面に設けられた振動系構造体と、それを支持する基板と、振動系構造体の駆動手段と、Ｙ軸まわりの角速度を検出する検出手段を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のジャイロセンサーでは、フレーム状の延在部を含む駆動部を有し、延在部の外側に、駆動用バネ部が備えられ、延在部の内側に、検出部と、検出部を延在部に接続する検出用バネ部とが備えられた静電容量型ＭＥＭＳジャイロセンサー素子（以下、「ジャイロセンサー素子」と呼ぶ。）が用いられている。このジャイロセンサー素子では、Ｘ軸方向に振動している駆動部が、Ｙ軸まわりの角速度を受けてＺ軸方向に振動し、そのＺ軸方向の振動による容量変化を検出部が検出することによって角速度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８３１１２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、上述のジャイロ素子では、ジャイロ素子を構成するシリコン構造体のドライエッチング加工において加工誤差を生じ、本来は正方形あるいは長方形になるべき断面形状が平行四辺形に形成されてしまう。このようにシリコン構造体の断面形状が平行四辺形になることにより、Ｘ軸方向に振動する駆動部における駆動振動が、断面の斜辺に直交する方向に振動する成分（斜め振動）を生じる。この駆動部における斜め振動は、Ｚ軸方向の振動成分を有しているため、駆動部の駆動振動が検出部に伝わる現象、所謂振動モレ現象により斜め振動が検出部に伝わり、検出部が角速度を検出する振動方向であるＺ軸方向に振動してしまう、所謂クアドラチャー（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）現象を生じさせてしまう。この現象により、角速度が生じていないにもかかわらず検出部が角速度を検出してしまったり、検出した角速度に誤差を生じてしまったりすることがあった。即ち、角速度の検出精度が低下しまう虞を有していた。
【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、以下の形態また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、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軸とを含む面の法線に平行な軸を第３軸としたとき、支持体と、前記支持体に接続され、前記第１軸方向の振動を検出する検出部と、前記支持体に接続され、前記第１軸に沿って延出されている第１部分と、前記第１部分に接続され、前記第１部分の前記第１軸に沿った寸法よりも短く前記第２軸に沿って延出されている第２部分と、を有する駆動連結部と、前記駆動連結部に接続され、前記駆動連結部を介して前記支持体と接続されている質量部と、を備え、前記質量部は、前記第３軸方向に駆動振動することを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第３軸方向に振動する第１振動体の振動成分が、平行四辺形の断面形状を有する駆動連結部に伝わることによって生じる振動成分は、第３軸方向を主成分として第２軸方向の振動成分を含むことになる。このように、本構成の機能素子では、検出部の検出振動は第１軸方向であるため、第３軸方向に振動する第１振動体の振動成分（第３軸方向および第２軸方向）が、駆動連結部を介して検出部に伝わっても、検出部の検出振動を生じさせることがなく、検出誤差を生じない。即ち、検出精度を高めた機能素子を実現することができる。
また、駆動連結部は、第１軸に沿って延出されている第１部分と、前記第１部分に接続され、前記第１部分の前記第１軸に沿った寸法よりも短く前記第２軸に沿って延出されている第２部分と、を有しているため、第２軸方向には撓み易いが、長辺となる第１軸方向には撓み難い。したがって、断面形状が平行四辺形となっても、第１軸方向の振動成分を生じ難く、さらに検出部における検出誤差を小さくすることが可能となる。
また、駆動連結部は、長辺である第１部分と短辺である第２部分を備えているため、駆動連結部のバネ定数をより小さくすることができ、質量部の駆動振動を効率的に行うことが可能となる。換言すれば、駆動振動を起こり易くすることが可能となる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして用いている。
また、本発明に係る記載では、「平面視」という文言を、「基体の振動体が設けられる基面の法線方向から見た平面視」を意味する文言として用いている。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の機能素子において、基体を備え、前記検出部は、前記支持体から前記第２軸方向に沿って延出している検出用可動電極と、前記検出用可動電極と対向し、前記第２軸方向に沿って延出され、前記基体に支持されている検出用固定検出電極と、を備えていることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、検出部は、支持体から第２軸方向に沿って延出された検出用可動電極、および第２軸方向に沿って基板に支持されている検出用固定電極を有しているため、第１振動体の第１軸方向への振動（変位）を効率よく検出することができ、検出精度を高めことが可能となる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載の機能素子において、前記駆動連結部は、前記第１軸に沿って二つが並設されていることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、第１軸に沿って並設された二つの駆動連結部によって質量部（第１振動体）が支持体に接続されているため、質量部の支持姿勢が安定し、駆動振動を安定化させることができる。これにより、角速度が加わった場合の、第１軸方向の振動も安定して起動させることができ、検出精度を向上させることが可能となる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に記載の機能素子において、前記駆動連結部は、第１駆動連結部および第２駆動連結部を含み、前記第１駆動連結部は、前記質量部の一方側に接続され、前記第２駆動連結部は、前記一方側と反対の前記質量部の他方側に接続されていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、質量部（第１振動体）を挟んだ両側で、質量部が支持体に接続されているため、質量部の支持姿勢をさらに安定させることが可能となる。これにより、駆動振動をさらに安定化させることができ、角速度が加わった場合の、第１軸方向の振動を安定して起動させることができ、検出精度を向上させることが可能となる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に記載の機能素子において、前記駆動連結部は、前記第３軸方向のバネ定数＜前記第１軸方向のバネ定数、の関係に構成されていることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、駆動連結部の第１軸方向への撓みを、第３軸方向への撓みより小さくすることにより、検出部へ伝わる第１軸方向の異常振動を減少させ、第１軸方向の検出精度を高めることによって角速度の検出精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例に記載の機能素子において、前記駆動連結部は、前記第２軸方向のバネ定数＜前記第１軸方向のバネ定数、の関係に構成されていることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、駆動連結部の第１軸方向への撓みを、第２軸方向への撓みより小さくすることにより、検出部へ伝わる第１軸方向の異常振動を減少させ、第１軸方向の検出精度を高めることによって角速度の検出精度を向上させることが可能となる。
【００２０】
［適用例７］上記適用例に記載の機能素子において、前記質量部を前記駆動振動させる駆動電極と、前記質量部の振動をモニタリングする駆動モニター電極と、を備え、前記駆動電極および前記モニター電極は、前記質量部と少なくとも一部が対向し、前記基体に支持されていることが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、質量部に対向した基体に駆動電極と駆動モニター電極とが設けられており、駆動電極によって振動させた質量部の振動状態を、駆動電極と駆動モニター電極との間の容量変化によってモニタリングし、その結果に基づいて質量部の駆動振動をコントロールすることができる。これにより、より安定した駆動振動を得ることができる。
【００２２】
［適用例８］上記適用例に記載の機能素子において、前記第１軸方向に沿って前記第１振動体と並設されている第２振動体と、前記第１振動体と前記第２振動体との間に設けられ、前記第１振動体と前記第２振動体とが接続されている振動体連結部と、を備え、前記第１振動体および前記第２振動体には、それぞれ前記駆動連結部を介して前記支持体が接続されていることが好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、第１振動体および第２振動体の二つの振動体が振動体連結部を介して並んで設けられている。このように配設されたそれぞれの振動体を、第３軸方向に互いに逆方向に駆動振動させることで、直線的に加わる加速度をキャンセルすることが可能となり、回転方向の角速度（第２軸まわりの角速度）をより正確に検出することが可能となる。
【００２４】
［適用例９］上記適用例に記載の機能素子において、前記第２振動体は、前記質量部を前記駆動振動させる駆動電極と、前記質量部の振動をモニタリングする駆動モニター電極と、を備え、前記駆動電極および前記駆動モニター電極は、前記質量部と少なくとも一部が対向し、前記基体に支持されていることが好ましい。
【００２５】
本適用例によれば、直線的に加わる加速度をキャンセルすることが可能で、且つ駆動モニター電極の容量変化によって質量部の振動状態をモニタリングし、その結果に基づいて質量部の駆動振動をコントロールすることができる。これにより、より安定した駆動振動を得ることができ、角速度をより安定して検出することができる。
【００２６】
［適用例１０］上記適用例に記載の機能素子において、前記支持体から延出され、前記第１軸方向に伸縮可能な検出連結部を備え、前記検出連結部の前記第３軸方向のバネ定数は、前記駆動連結部の前記第３軸方向のバネ定数より大きいことが好ましい。
【００２７】
本適用例によれば、検出連結部の第３軸方向のバネ定数が、駆動連結部の第３軸方向のバネ定数より大きいことにより、支持部が第３軸方向に振動することを抑制することが可能となる。
【００２８】
［適用例１１］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子と、前記機能素子を収納しているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
【００２９】
本適用例によれば、検出精度を高めた機能素子が、パッケージ内に収納されているため、機能素子の劣化を防止することができ、高い検出精度を維持することが可能な電子デバイスを提供することができる。
【００３０】
［適用例１２］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。
【００３１】
本適用例によれば、検出精度を高めた機能素子を用いていることによる的確な検出により、より安定した特性の電子機器を提供することができる。
【００３２】
［適用例１３］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。
【００３３】
本適用例によれば、検出精度を高めた機能素子を用いていることによる的確な検出により、より安定した特性の移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す平面図。
【図２】第１実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。
【図３】第１実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。
【図４】振動体連結部の振動方向を模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図６】第１実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図７】第２実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す平面図。
【図８】第２実施形態に係るジャイロセンサーを模式的に示す断面図。
【図９】第２実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図１０】第２実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図１１】第２実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図１２】第２実施形態に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図１３】変形例に係るジャイロセンサーの動作を説明する平面図。
【図１４】ジャイロセンサーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図。
【図１６】電子機器の一例としての携帯電話機の構成を模式的に示す斜視図。
【図１７】電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を模式的に示す斜視図。
【図１８】移動体の一例としての自動車の構成を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３６】
１．ジャイロセンサー
１−１．第１実施形態に係るジャイロセンサーの構成
まず、本発明に係る機能素子としてのジャイロ素子を用いた電子デバイスとしてのジャイロセンサーの第１実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るジャイロセンサー１００を模式的に示す平面図である。図２は、第１実施形態に係るジャイロセンサー１００を模式的に示す図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、第１実施形態に係るジャイロセンサー１００を模式的に示す図１のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１〜図３では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸（第１軸）、Ｙ軸（第２軸）、Ｚ軸（第３軸）を図示している。
【００３７】
ジャイロセンサー１００は、図１、図２、および図３に示すように、基体１０と、機能素子としてのジャイロ素子５とを含んでいる。機能素子としてのジャイロ素子５は、第１振動体としての振動体２０と、検出連結部３０と、検出部５０と、を含んでいる。ジャイロ素子５は、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。ジャイロ素子５は、基体１０の上方に間隙（凹部１４）を介して設けられている。ジャイロ素子５は、基体１０の第１面１１に（基体１０上に）設けられた固定部１５に検出連結部３０を介して支持されている。ジャイロセンサー１００では、ジャイロ素子５を構成する検出部５０が、Ｙ軸まわ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。なお、便宜上、図１では、基体１０および蓋体８０を透視して図示している。また、基体１０の振動体２０が設けられる基面である第１面１１（図２参照）の法線方向から見ること、即ち基体１０に支持されている振動体２０を上方から見ることを、以下、「平面視」という。
【００３８】
基体１０の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基体１０は、図２に示すように、第１面１１と、第１面１１と反対側の第２面１１ｂと、を有している。第１面１１には、凹部１４が設けられている。凹部１４の上方には、間隙を介して、振動体２０（質量部４１、駆動連結部４５、および支持体１２）、検出連結部３０、および検出部５０が設けられている。凹部１４によって、振動体２０、検出連結部３０、および検出部５０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１４の平面形状（Ｚ軸方向から見たときの形状）は、特に限定されないが、図１に示す例では、長方形である。凹部１４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。
【００３９】
基体１０は、図２に示すように振動体２０の形態に応じて、第１面１１に適宜設けられる固定部１５を有している。固定部１５は、振動体２０を支持する検出連結部３０の一端が固定（接合）され、該検出連結部３０を介して振動体２０を支持する部分である。図１および図２に示すように、固定部１５は、Ｘ軸方向において振動体２０を挟むように配置されていてもよい。また、図１に示すように、固定部１５は、Ｙ軸方向において振動体２０を挟むように配置されていてもよい。即ち、固定部１５は、２か所、あるいは４か所設けられていてもよい。
【００４０】
固定部１５の第１面１１（基体１０）と、後述される検出連結部３０、第１検出用固定電極５４、第２検出用固定電極５５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、振動体２０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。
【００４１】
第１振動体としての振動体２０は、基体１０の第１面１１に（基体１０上に）検出連結部３０を介して支持されている。振動体２０は、図１に示すように、質量部４１（駆動部４０）、駆動連結部４５、および支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）を有している。振動体２０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。振動体２０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。
【００４２】
振動体２０は、検出連結部３０を介して固定部１５によって支持されており、基体１０と離間して配置されている。より具体的には、基体１０の上方に間隙（凹部１４）を介して、振動体２０が設けられている。振動体２０は、例えば、フレーム状の形状（升形状）の支持体１２を有している。振動体２０は、図１に示すように、Ａ−Ａ線（Ｘ軸に沿った直線）、あるいはＣ−Ｃ線（Ｙ軸に沿った直線）に対して、対称となる形状であってもよい。
【００４３】
検出連結部３０は、Ｘ軸方向に振動体２０を変位し得るように構成されている。より具体的には、検出連結部３０は、固定部１５から振動体２０まで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。検出連結部３０の一端は、固定部１５（基体１０の第１面１１）に接合（固定）されている。また、検出連結部３０の他端は、振動体２０に接続されている。図示の例では、検出連結部３０は、振動体２０をＸ軸方向において挟むように、４つ設けられている。
【００４４】
また、検出連結部３０のＺ軸方向のバネ定数は、駆動連結部４５のＺ軸方向のバネ定数より大きくなるように設定されている。このように、検出連結部３０のＺ軸方向のバネ定数を、駆動連結部４５のＺ軸方向のバネ定数より大きくすることにより、支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）がＺ軸方向に振動することを抑制することが可能となる。
【００４５】
検出連結部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。検出連結部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振動体２０と共に一体的に加工することにより形成される。
【００４６】
駆動部４０は、平面視で、フレーム状の形状の支持体１２の内側に設けられている。駆動部４０は、振動体２０の質量部４１を励振することができる機構を有する。駆動部４０は、支持体１２に駆動連結部４５を介して接続されている質量部４１と、質量部４１に対向する位置の基体１０に枠状に設けられている駆動電極４２と、枠状の駆動電極４２の内側の基体に質量部４１に対向して設けられている駆動モニター電極４３と、を備えている。
【００４７】
駆動連結部４５は、Ｘ軸に沿って細幅状に設けられた第１部分である長辺４５１を備えている。また、駆動連結部４５は、Ｘ軸に沿った長辺４５１と、その長辺４５１がＸ軸に沿って並行する様に折り返された曲げ部（第２部分としての短辺４５２）とを備えていてもよい。なお、曲げ部の数は、幾つであってもよい。このような、長辺４５１を備えていることにより、駆動連結部４５は、細幅方向であるＹ軸方向には撓み易く、長辺方向であるＸ軸方向には撓み難い。したがって、駆動連結部４５においてＸ軸方向の振動成分を生じ難く、駆動部４０の振動の内のＸ軸方向の振動成分が支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）を伝わり検出部５０に伝わることを防止することができる。これにより、駆動部４０からの振動モレ現象による検出部５０における検出誤差を小さくすることが可能となる。
【００４８】
また、駆動連結部４５は、Ｚ軸方向のバネ定数＜Ｘ軸方向のバネ定数、且つＹ軸方向のバネ定数＜Ｘ軸方向のバネ定数、の関係に構成されることができる。駆動連結部４５のバネ定数を、このような構成とすることにより、駆動連結部４５のＸ軸方向への撓みを、他の方向（Ｚ軸方向、Ｙ軸方向）より小さくすることにより、検出部５０へ伝わるＸ軸方向の振動モレなどの異常振動を減少させ、角速度を検出するＸ軸方向の検出精度を高めることによって角速度の検出精度を向上させることが可能となる。
【００４９】
また、図４に示すような、振動体２０などを含むジャイロ素子５を形成するエッチング加工などによって構造体の平行四辺形化を生じても、上述のようにＸ軸に沿った長辺を備えていることにより、駆動連結部４５の撓み方向は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との成分を持つことになる。したがって、後述する検出部５０が角速度を検出する方向であるＸ軸方向の振動成分は生じないため、角速度の検出精度を高めることが可能となる。なお、図４は、駆動連結部４５を、図１に示すＢ−Ｂ線の位置および方向から切断した断面図である。
【００５０】
駆動連結部４５は、Ｘ軸方向において振動体２０を挟むように二つ（第１駆動連結部４５ａおよび第２駆動連結部４５ｂ）が並設されていてもよい。このように、Ｘ軸方向に沿って二つの駆動連結部４５（第１駆動連結部４５ａおよび第２駆動連結部４５ｂ）によって質量部４１が支持体１２（第１支持部１２ａ）に接続されていることにより、質量部４１のＸ軸方向の支持姿勢を安定させることができる。
【００５１】
また、駆動連結部４５は、Ｙ軸方向において質量部４１を挟むように配置されてもよい。具体的には、質量部４１の一方側に第１駆動連結部４５ａおよび第２駆動連結部４５ｂが接続され、一方側と反対側の質量部４１の他方側に第３駆動連結部４５ｃおよび第４駆動連結部４５ｄが接続されている。このように、質量部４１は、一方側で第１駆動連結部４５ａおよび第２駆動連結部４５ｂを介して第１支持部１２ａ（支持体１２）に接続され、他方側で第３駆動連結部４５ｃおよび第４駆動連結部４５ｄを介して第２支持部１２ｂ（支持体１２）に接続されている。このように質量部４１が支持体１２に接続されていることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向を含む平面方向における質量部４１の支持姿勢をさらに安定させることが可能となる。これにより、質量部４１の駆動振動をさらに安定化させることができる。
【００５２】
質量部４１は、可動電極の機能を有しており、図示しない電源に電気的に接続されている。質量部４１および後述する駆動電極４２に電圧が印加されると、質量部４１と駆動電極４２との間に静電力を発生させることができる。この静電力により、駆動連結部４５を支点として質量部４１をＺ軸に沿って振動させることができる。
【００５３】
質量部４１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。質量部４１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振動体２０と共に一体的に加工することにより形成される。
【００５４】
駆動電極４２は、質量部４１を駆動するための電極であり、質量部４１に少なくとも一部が対向するように配置され、基体１０に設けられた凹部１４の底面１１ａに接合されている。本形態の駆動電極４２は、質量部４１の外縁部分に沿った略矩形の枠状に設けられている。駆動電極４２は、接続配線４４を介して、平面視で支持体１２の外側に設けられている接続端子４８と電気的に接続され、さらに図示しない電源に電気的に接続されている。
【００５５】
駆動モニター電極４３は、質量部４１の振動状態をモニタリングし、その振動をコントロールするための電極である。駆動モニター電極４３は、質量部４１に少なくとも一部が対向するように配置され、基体１０に設けられた凹部１４の底面１１ａに接合されている。本形態の駆動モニター電極４３は、質量部４１の中央部に対向した略矩形状に設けられている。駆動モニター電極４３は、接続配線４６を介して、平面視で支持体１２の外側に設けられている接続端子４７と電気的に接続されている。駆動モニター電極４３は、質量部４１との間の容量変化を検出、モニタリングし、その結果に基づいて質量部４１の駆動振動をコントロールすることができる。これにより、より安定した質量部４１の駆動振動を得ることができる。
【００５６】
駆動電極４２および駆動モニター電極４３は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明電極材料をスパッタリング法などによって成膜し、フォトリソグラフィー法、エッチング法などでパターニングされることによって形成される。なお、駆動電極４２および駆動モニター電極４３は、透明電極材料に限らず、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料を用いることができる。また、基体１０がシリコンのような半導体材料においては、駆動電極４２、または駆動モニター電極４３との間に、絶縁層を有していることが好ましい。絶縁層としては、例えばＳｉＯ2（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）などを用いることができる。
【００５７】
検出部５０は、振動体２０の支持体１２の内の第１支持部１２ａ、および第２支持部１２ｂのそれぞれの外側に設けられている。換言すれば、検出部５０は、第１支持部１２ａ、および第２支持部１２ｂのそれぞれに対して、振動体２０の配置側と反対側に設けられている。検出部５０は、可動電極としての検出用可動電極５３と、検出用固定電極としての第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５と、を有している。
【００５８】
検出用可動電極５３は、第１支持部１２ａおよび第２支持部１２ｂのそれぞれから外側に向かってＹ軸方向に沿って細幅状（矩形棒状）に延在されている。検出用可動電極５３は、複数設けられており、Ｘ軸方向に間隙を有して並んで設けられている。なお、検出用可動電極５３の配置数は、幾つであってもよい。
【００５９】
検出用固定電極としての第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５は、検出用可動電極５３を間に配置したＸ軸方向の両側に、検出用可動電極５３に対向しながらＹ軸方向に延伸するように設けられている。第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５は、基体１０の第１面１１に接合（固定）されている。図示の例では、第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５は、検出用可動電極５３に対応して複数設けられており、検出用可動電極５３を介して、対向配置されている。換言すれば、第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５は、検出用可動電極５３と平面視で重ならないように配置されている。また、それぞれの第１検出用固定電極５４は、配線部５６を介して接続端子５８に電気的に接続されている。また、第２検出用固定電極５５は、検出連接部５７に接続され、図示しない外部端子に電気的に接続されている。
【００６０】
上述のように、検出部５０は、支持体１２からＹ軸方向に沿って延出された検出用可動電極５３、およびＹ軸方向に沿って基板に支持されている第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５を有しているため、角速度を受けた場合に生じる振動体２０のＸ軸方向への振動（変位）を効率よく検出することができ、角速度の検出精度を高めことが可能となる。
【００６１】
検出部５０は、質量部４１が角速度に応じたコリオリ力を受けた場合に、質量部４１に生じるＸ軸方向の振動を容量変化によって検出し、角速度に応じたコリオリ力を算出することができる。具体的には、質量部４１がＸ軸方向にコリオリ力を受けると駆動連結部４５を介して支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）および支持体１２から延設されている検出用可動電極５３もそれに連れてＸ軸方向に振動する。それにより、検出用可動電極５３と第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５との間に生じる容量変化を検出し、角速度として算出することができる。
【００６２】
検出部５０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。検出部５０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振動体２０と共に一体的に、あるいは別体に加工することにより形成される。
【００６３】
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および図３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に振動体２０などを含むジャイロ素子５を収容することができる。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。
【００６４】
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。また、基体１０と蓋体８０との間の接合部分は、接着部材等によって埋められていてもよい。
【００６５】
１−２．第１実施形態に係るジャイロセンサーの動作
次に、ジャイロセンサー１００の動作について、図面を参照しながら説明する。図５および図６はジャイロセンサー１００の動作を模式的に説明するための図であり、図５（ａ）および図６（ａ）は概略を示す平面図であり、図５（ｂ）および図６（ｂ）は、概略を示す正断面図である。なお、図５および図６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、便宜上、図５および図６では、ジャイロセンサー１００の各構成を、簡略化して図示している。
【００６６】
前述のように、ジャイロセンサー１００の振動モードでは、第１振動体としての振動体２０を構成する質量部４１と、駆動電極４２との間に生じる静電力により、質量部４１がＺ軸に沿って往復運動することができる。より具体的には、振動体２０に設けられた質量部４１と駆動電極４２との間に交番電圧を印加する。これにより、質量部４１を、所定の周波数で、Ｚ軸に沿って振動させることができる。
【００６７】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示す例では、質量部４１は、所定の周波数で、α１方向（＋Ｚ軸方向）およびα２方向（−Ｚ軸方向）に交互に変位している。このとき、質量部４１を支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）に接続している駆動連結部４５は、質量部４１の振動に伴い、支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）を支点としてＺ軸に沿って変位する。
【００６８】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、質量部４１がＺ軸に沿って振動を行っている状態で、ジャイロセンサー１００にＹ軸まわりの角速度ωが加わると、質量部４１にコリオリの力が働き、駆動連結部４５を介して支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）および支持体１２から延設されている検出用可動電極５３もそれに連れてＸ軸方向に変位する。図６（ａ）、図６（ｂ）に示す例では、検出用可動電極５３は、β１方向に変位している。
【００６９】
検出用可動電極５３がＸ軸に沿って変位することにより、検出用可動電極５３と第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５との間の距離Ｌが変化する。即ち、図５（ａ）における距離Ｌ１が、図６（ａ）における距離Ｌ２に変化する。そのため、検出用可動電極５３と第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５との間の静電容量が変化する。ジャイロセンサー１００では、検出用可動電極５３、第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５に電圧を印加することにより、検出用可動電極５３と第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５との間の静電容量の変化量を検出し、Ｙ軸まわりの角速度ωを求めることができる。
【００７０】
第１実施形態に係るジャイロセンサー１００によれば、Ｚ軸方向に振動する振動体２０（質量部４１）と、Ｙ軸まわりの角速度ωによって生じるＸ軸方向の変位を検出する検出部５０を含んでいる。Ｚ軸方向に振動する振動体２０（質量部４１）の振動成分が、平行四辺形の断面形状を有する駆動連結部４５に伝わることによって生じる振動成分は、Ｚ軸方向を主成分としてＹ軸方向の振動成分を含むことになる。ジャイロセンサー１００を構成するジャイロ素子５によれば、検出部５０の検出する変位方向は、Ｘ軸方向であるため、Ｚ軸方向に振動する振動体２０の振動成分（Ｚ軸方向およびＹ軸方向）が、駆動連結部４５を介して検出部５０に伝わっても、検出部５０の変位（検出振動）を生じさせることがなく、検出誤差を生じることがない。即ち、検出精度を高めたジャイロ素子５を実現することができる。
【００７１】
また、ジャイロ素子５における駆動連結部４５は、Ｘ軸方向に沿って設けられている長辺を有しているため、幅の狭くなるＹ軸方向には撓み易いが、長辺となるＸ軸方向には撓み難い。したがって、断面形状が平行四辺形となっても、Ｘ軸方向の振動成分を生じ難くい。換言すれば、駆動部４０の振動の内のＸ軸方向の振動成分が支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）を伝わり検出部５０に伝わることを防止することができる。これにより、駆動部４０からの振動モレ現象による検出部５０における検出誤差を小さくすることが可能となる。
【００７２】
１−３．第２実施形態に係るジャイロセンサーの構成
本発明に係る機能素子としてのジャイロ素子を用いた電子デバイスとしてのジャイロセンサーの第２実施形態について図面を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態に係るジャイロセンサー１０２を模式的に示す平面図である。図８は、第２実施形態に係るジャイロセンサー１０２を模式的に示す図７のＡ−Ａ断面図である。なお、図７および図８では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸（第１方向）、Ｙ軸（第２方向）、Ｚ軸（第３方向）を図示している。また、以下では、前述の第１実施形態と同様な構成については同符号を付してその説明を省略する。
【００７３】
図７および図８に示すように、第２実施形態のジャイロセンサー１０２は、基体１０と、機能素子としてのジャイロ素子５ｂとを含んでいる。機能素子としてのジャイロ素子５ｂは、振動体２０ｂと、検出連結部３０と、検出部５０と、を含んでいる。なお、振動体２０ｂは、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されている第１振動体２１および第２振動体２２を備えている。ジャイロ素子５ｂは、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。ジャイロ素子５ｂは、基体１０の上方に間隙（凹部１４）を介して設けられている。ジャイロ素子５ｂは、基体１０の第１面１１に（基体１０上に）設けられた固定部１５に検出連結部３０を介して支持されている。ジャイロセンサー１０２では、ジャイロ素子５ｂを構成する検出部５０が、Ｙ軸まわ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。なお、便宜上、図７では、基体１０および蓋体８０を透視して図示している。また、振動体２０ｂが設けられる基体１０の基面である第１面１１（図８参照）の法線方向から見ること、即ち基体１０に支持されている振動体２０ｂを上方から見ることを、以下、「平面視」という。
【００７４】
基体１０の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基体１０は、図８に示すように、第１面１１と、第１面１１と反対側の第２面１１ｂと、を有している。第１面１１には、凹部１４が設けられている。凹部１４の上方には、間隙を介して、振動体２０ｂ（第１振動体２１、第２振動体２２、および振動体連結部６０）、検出連結部３０、および検出部５０が設けられている。凹部１４によって、振動体２０ｂ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１４の平面形状（Ｚ軸方向から見たときの形状）は、特に限定されないが、図７に示す例では、長方形である。凹部１４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。
【００７５】
基体１０は、図８に示すように振動体２０ｂの形態に応じて、第１面１１に適宜設けられる固定部１５を有している。固定部１５は、振動体２０ｂを支持する検出連結部３０の一端が固定（接合）され、該検出連結部３０を介して振動体２０ｂを支持する部分である。図７に示すように、固定部１５は、Ｘ軸方向において第１振動体２１および第２振動体２２のそれぞれを挟むように配置されていてもよい。また、固定部１５は、Ｙ軸方向において第１振動体２１および第２振動体２２のそれぞれを挟むように配置されてもよい。即ち、固定部１５は、４か所、あるいは８か所設けられてもよい。
【００７６】
また、基体１０は、振動体２０ｂの形態に応じて、第１面１１に設けられる第２固定部６１を有している。第２固定部６１は、振動体２０ｂの振動体連結部６０を構成する弾性体６３の一端が固定（接合）され、該弾性体６３を介して振動体連結部６０を支持する部分である。第２固定部６１は、少なくとも弾性体６３を支持するように配置される。
【００７７】
固定部１５や第２固定部６１の第１面１１（基体１０）と、後述される検出連結部３０、第１検出用固定電極５４、第２検出用固定電極５５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、振動体２０ｂ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。
【００７８】
振動体２０ｂを構成している第１振動体２１および第２振動体２２は、Ｘ軸に沿う方向（第１軸方向）において並設され、振動体連結部６０によって連結されている。また、第１振動体２１および第２振動体２２は、検出連結部３０を介して、固定部１５によって支持されており、基体１０と離間して配置されている。より具体的には、基体１０の上方に間隙（凹部１４）を介して、第１振動体２１および第２振動体２２が設けられている。第１振動体２１および第２振動体２２は、例えば、フレーム状の形状（升形状）の支持体１２が備えられている。第１振動体２１および第２振動体２２は、図７に示すように、両者の境界線Ｃ−Ｃ線（Ｙ軸に沿った直線）に対して、対称となる形状であってもよい。振動体２０ｂ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。振動体２０ｂ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。
【００７９】
振動体連結部６０は、第１振動体２１および第２振動体２２における質量部４１をＺ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、振動体連結部６０は、第１振動体２１および第２振動体２２の間において、Ｘ軸に沿う方向に質量部４１から延出された連結梁部６２と、連結梁部６２の端部からＹ軸に沿う方向に延在され、Ｙ軸方向に往復する弾性体６３を有している。これにより、第１振動体２１および第２振動体２２は、Ｚ軸方向において互いに逆相で振動することができる。
【００８０】
弾性体６３は、連結梁部６２から、Ｙ軸に沿う方向に複数の梁状に延出し、第２固定部６１に固定（接合）されている。具体的には、図７に示すように、弾性体６３の内の中央の梁の一端が、第２固定部６１（基体１０の第１面１１）に接合（固定）されている。弾性体６３の構成は、Ｚ軸に沿う方向（振動体２０ｂが振動する方向）に所定のバネ定数によって弾性変形することができる限り限定されない。
【００８１】
検出連結部３０は、Ｘ軸方向に振動体２０ｂを変位し得るように構成されている。より具体的には、検出連結部３０は、固定部１５から振動体２０ｂ（第１振動体２１または第２振動体２２）まで、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。検出連結部３０の一端は、固定部１５（基体１０の第１面１１）に接合（固定）されている。また、検出連結部３０の他端は、振動体２０ｂ（第１振動体２１または第２振動体２２）の支持体１２に接続されている。図示の例では、検出連結部３０は、第１振動体２１および第２振動体２２のそれぞれをＸ軸方向において挟むように、８つ設けられている。
【００８２】
検出連結部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。検出連結部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振動体２０ｂと共に一体的に加工することにより形成される。
【００８３】
また、検出連結部３０のＺ軸方向のバネ定数は、駆動連結部４５のＺ軸方向のバネ定数より大きくなるように設定されている。このように、検出連結部３０のＺ軸方向のバネ定数を、駆動連結部４５のＺ軸方向のバネ定数より大きくすることにより、支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）がＺ軸方向に振動することを抑制することが可能となる。
【００８４】
駆動部４０は、平面視で、第１振動体２１および第２振動体２２のそれぞれの支持体１２の内側に設けられている。駆動部４０は、振動体２０ｂの質量部４１を励振することができる機構を有し、支持体１２に駆動連結部４５を介して接続されている質量部４１と、質量部４１に対向する位置の基体１０に枠状に設けられている駆動電極４２と、枠状の駆動電極４２の内側の基体に質量部４１に対向して設けられている駆動モニター電極４３と、を備えている。なお、駆動部４０を構成する駆動連結部４５、質量部４１、駆動電極４２と、駆動モニター電極４３については、前述の第１実施形態と同様であるので、その構成および効果についての詳細な説明を省略する。
【００８５】
検出部５０は、振動体２０ｂ（第１振動体２１および第２振動体２２）の外側に設けられている。換言すれば、検出部５０は、第１振動体２１および第２振動体２２に設けられている第１支持部１２ａ、および第２支持部１２ｂのそれぞれに対して、振動体２０ｂの配置側と反対側に設けられている。検出部５０は、第１支持部１２ａ、または第２支持部１２ｂに接続されている可動電極としての検出用可動電極５３と、検出用固定電極としての第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５と、を有している。なお、検出部５０を構成する検出用可動電極５３、第１検出用固定電極５４、および第２検出用固定電極５５については、前述の第１実施形態と同様であるので、その構成および効果についての詳細な説明を省略する。
【００８６】
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８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に振動体２０ｂなどを含むジャイロ素子５ｂを収容することができる。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。
【００８７】
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。また、基体１０と蓋体８０との間の接合部分は、接着部材等によって埋められていてもよい。
【００８８】
１−４．第２実施形態に係るジャイロセンサーの動作
次に、ジャイロセンサー１０２の動作について、図面を参照しながら説明する。図９（ａ）、（ｂ）、図１０（ａ）、（ｂ）、図１１（ａ）、（ｂ）、および図１２（ａ）、（ｂ）はジャイロセンサー１０２の動作を模式的に説明するための図である。なお、図９〜図１２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、便宜上、図９〜図１２では、ジャイロセンサー１０２の各構成を、簡略化して図示している。また、便宜上、図９および図１０では、検出部５０の内の、第１振動体２１側を第１検出部５０ａとし、第２振動体２２側を第２検出部５０ｂとしている。
【００８９】
前述のように、ジャイロセンサー１０２の振動モードでは、第１振動体２１と第２振動体２２は、駆動部４０により励振され、互いに逆相（逆位相）で駆動振動することができる。より具体的には、第１振動体２１に設けられた質量部４１と駆動電極４２との間に第１交番電圧を印加し、第２振動体２２の質量部４１と駆動電極４２との間に第１交番電圧と位相が１８０度ずれた第２交番電圧を印加する。これにより、第１振動体２１および第２振動体２２を、互いに逆相（逆位相）で且つ所定の周波数で、Ｚ軸に沿って振動させることができる。即ち、Ｘ軸に沿って互いに連結された第１振動体２１および第２振動体２２は、Ｚ軸に沿って、互いに逆相で振動する。即ち、第１振動体２１および第２振動体２２は、Ｚ軸に沿って、互いに反対方向に変位する。
【００９０】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示す例では、第１振動体２１は、α１方向（＋Ｚ軸方向）に変位し、第２振動体２２は、α１方向と反対方向のα２方向（−Ｚ軸方向）に変位している。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す例では、第１振動体２１は、α２方向に変位し、第２振動体２２は、α１方向に変位している。
【００９１】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、第１振動体２１、第２振動体２２における質量部４１がＺ軸に沿って振動を行っている状態で、ジャイロセンサー１０２にＹ軸まわりの角速度ωが加わると、質量部４１にコリオリの力が働き、駆動連結部４５を介して支持体１２（第１支持部１２ａ、第２支持部１２ｂ）および支持体１２から延設されている検出用可動電極５３もそれに連れてＸ軸方向に変位する。即ち、第１振動体２１に連結された検出用可動電極５３、および第２振動体２２に連結された検出用可動電極５３は、Ｘ軸に沿って、互いに反対方向に変位する。図１１に示す例では、第１検出部５０ａ側の検出用可動電極５３は、β１方向に変位し、第２検出部５０ｂ側の検出用可動電極５３は、β１方向と反対方向のβ２方向に変位している。図１２に示す例では、第１検出部５０ａ側の検出用可動電極５３は、β２方向に変位し、第２検出部５０ｂ側の検出用可動電極５３は、β１方向に変位している。
【００９２】
第１検出部５０ａ側の検出用可動電極５３および第２検出部５０ｂ側の検出用可動電極５３がＸ軸に沿って変位することにより、検出用可動電極５３と第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５との間の距離が変化する。そのため、検出用可動電極５３と第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５との間の静電容量が変化する。ジャイロセンサー１０２では、検出用可動電極５３、第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５に電圧を印加することにより、検出用可動電極５３と第１検出用固定電極５４および第２検出用固定電極５５との間の静電容量の変化量を検出し、Ｙ軸まわりの角速度ωを求めることができる。
【００９３】
第２実施形態に係るジャイロセンサー１０２によれば、前述の第１実施形態のジャイロセンサー１００の効果に加え次のような効果を有する。第２実施形態に係るジャイロセンサー１０２は、第１振動体２１および第２振動体２２の二つの振動体が振動体連結部６０を介して並んで設けられている。このように配設されたそれぞれの振動体（第１振動体２１および第２振動体２２）を、互いに逆方向に駆動振動させ、それぞれの振動体ごとに計測された計測値に基いて角速度を算出することで、直線的に加わる加速度をキャンセルすることが可能となる。したがって、ジャイロセンサー１０２は、加速度の影響を受けることなくＹ軸まわりの角速度ωをより正確に検出することが可能となる。
【００９４】
また、ジャイロセンサー１０２において、弾性体６３は、第１振動体２１および第２振動体２２の振動方向に弾性変形することができるため、第１振動体２１と第２振動体２２との相互間の振動エネルギー交換を阻害せずに、振動体連結部６０を支持することができる。
【００９５】
ジャイロセンサー１０２によれば、第２固定部６１に固定（アンカー）された弾性体６３を設けることで、駆動系の振動モードにおいて、逆相モードから同相モードの駆動周波数を引き離すことができる。これにより、ジャイロセンサー１０２において、同相モードの振動の発生を抑制することが可能となる。
【００９６】
１−５．変形例に係るジャイロセンサーの構成
本発明に係る機能素子を用いたジャイロセンサーの変形例について図面を参照しながら説明する。図１３は、変形例に係るジャイロセンサー１０４を模式的に示す平面図であり、図１と同じ方向から見て、同じ状態を示している図面である。本変形例に係るジャイロセンサー１０４は、前述した第１実施形態のジャイロセンサー１００とジャイロ素子を構成する検出部の配置位置が異なる構成である。したがって、ここでの説明では、検出部の配置を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００９７】
図１３に示すように、変形例のジャイロセンサー１０４は、基体１０と、機能素子としてのジャイロ素子５ｃとを含んでいる。機能素子としてのジャイロ素子５ｃは、振動体２０ｃと、検出連結部３０と、検出部５００と、を含んでいる。ジャイロ素子５ｃは、検出部５００が、Ｙ軸まわ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。
【００９８】
検出部５００は、振動体２０ｃを構成する枠状の支持体１２の内でＹ軸に沿った部分から外側、即ち振動体２０の配置側と支持体１２に対して反対側に配置されている。検出部５００は、可動電極としての検出用可動電極５５３と、検出用固定電極５５５と、を有している。
【００９９】
検出用可動電極５５３は、Ｙ軸に沿った支持体１２から外側（Ｘ軸方向）に向かって、Ｘ軸方向に沿って細幅状（矩形棒状）に延在されている。検出用可動電極５５３は、複数設けられており、Ｙ軸方向に間隙を有して並んで設けられている。なお、検出用可動電極５５３の配置数は、幾つであってもよい。
【０１００】
検出用固定電極５５５は、検出用可動電極５５３を間に配置したＹ軸方向の両側に、検出用可動電極５５３に対向しながらＸ軸方向に延伸するように設けられている。検出用固定電極５５５は、基体１０の第１面１１（図示せず）に接合（固定）されている。図示の例では、検出用固定電極５５５は、検出用可動電極５５３に対応して複数設けられており、検出用可動電極５５３を介して、対向配置されている。換言すれば、検出用固定電極５５５は、検出用可動電極５５３と平面視で重ならないように配置されている。そして、検出用固定電極５５５は、検出用可動電極５５３のＸ軸方向の外側に配置された検出連接部５５７によって連結され、図示しない外部端子に電気的に接続されている。
【０１０１】
上述のように、検出部５００は、支持体１２からＸ軸方向に沿って延出された検出用可動電極５５３、およびＸ軸方向に沿って基体１０に接合されている第１検出用固定電極５５４および第２検出用固定電極５５５を有しているため、角速度を受けた場合に生じる振動体２０のＸ軸方向への振動（変位）を効率よく検出することができる。
【０１０２】
検出部５００は、質量部４１が角速度に応じたコリオリ力を受けた場合に、質量部４１に生じるＸ軸方向の振動を容量変化によって検出し、角速度に応じたコリオリ力を算出することができる。具体的には、質量部４１がＸ軸方向にコリオリ力を受けると駆動連結部４５を介して支持体１２、および支持体１２から延設されている検出用可動電極５５３もそれに連れてＸ軸方向に振動する。それにより、検出用可動電極５５３と第１検出用固定電極５５４および第２検出用固定電極５５５との間に生じる対向面積の変化による容量変化を検出し、角速度として算出することができる。
【０１０３】
２．ジャイロセンサーの製造方法
次に、上述の実施形態に係るジャイロセンサーの製造方法について、図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照しながら簡単に説明する。なお、図１４（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係るジャイロセンサー１００の製造工程を模式的に示す断面図であって、図１４（ｂ）が図２に対応している図である。
【０１０４】
先ず、基板（基体１０）の第１面１１に、凹部１４を形成する。このとき、凹部１４の周囲に溝部（図示せず）を形成することができる。凹部１４、溝部は、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り形成される。これにより、第１面１１に凹部１４が設けられている基体１０を用意することができる。
【０１０５】
次に、図示はされないが、凹部１４内を含む基体１０上に駆動部４０や検出部５０を構成するための電極および配線を形成する。配線は、例えば、スパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって成膜された後、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パターニングされることによって形成される。
【０１０６】
次に、基体１０上に振動体２０、検出連結部３０、検出部５０（図１参照）等を形成する。より具体的には、シリコン基板（図示せず）を基体１０の第１面１１に載置（接合）し、該シリコン基板を薄膜化させた後にパターニングすることにより形成する。パターニングは、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行われる。シリコン基板と基体１０の接合は、例えば、陽極接合によって行われる。
【０１０７】
次に、基体１０および蓋体８０を接合して、基体１０および蓋体８０によって囲まれるキャビティー８２に振動体２０を収容する。基体１０と蓋体８０との接合は、例えば、陽極接合によって行われる。
以上の工程により、ジャイロセンサー１００を製造することができる。なお、上述と同様な工程によって、上述のジャイロセンサー１０２，１０４についても製造することができる。
【０１０８】
また、上述では、機能素子の一例として角速度を検出するジャイロセンサー１００，１０２，１０４に用いられるジャイロ素子５，５ｂ，５ｃについて説明したが、機能素子はこれに限らない。機能素子は、形態としては、減圧状態や不活性ガス雰囲気で密閉されたキャビティー８２内で動作するものであれば、特に限定されず、例えば、加速度センサーに用いられる加速度検出素子、圧力計に用いられる圧力検出素子、振動子、マイクロアクチュエーターなどの各種の機能素子を挙げることができる。
【０１０９】
３．電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係るジャイロセンサー１００，１０２，１０４のいずれかを含む。以下では、本発明に係るジャイロセンサー１００を含む電子機器を例として説明する。
【０１１０】
図１５は、本実施形態に係る電子機器として、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１１００を模式的に示す斜視図である。図１５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１１０８を有する表示ユニット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、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。
【０１１１】
図１６は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機（ＰＨＳも含む）１２００を模式的に示す斜視図である。図１６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１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。
【０１１２】
図１７は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルスチールカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１７には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、従来のカメラは、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、デジタルスチールカメラ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。
【０１１３】
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０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１３１０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。撮影者が表示部１３１０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。
【０１１４】
また、このデジタルスチールカメラ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、ビデオ信号出力端子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スチールカメラ１３００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。
【０１１５】
以上のような電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００、携帯電話機１２００、デジタルスチールカメラ１３００は、２つの振動体が逆相で振動する駆動系において、相互間の振動エネルギー交換を阻害せず、且つ容量結合による特性の劣化を防止することができるジャイロセンサー１００を有することができる。
【０１１６】
なお、上記ジャイロセンサー１００を備えた電子機器は、図１５に示す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１６に示す携帯電話機１２００、図１７に示すデジタルスチールカメラ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、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオテープレコーダー、各種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、ロケット、船舶の計器類）、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどを挙げることができる。
【０１１７】
４．移動体
図１８は、本実施形態に係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。自動車５０６には本発明に係る機能素子（ジャイロ素子５）を用いたジャイロセンサー１００が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車５０６には、機能素子（ジャイロ素子５）を用いたジャイロセンサー１００を内蔵してタイヤ５０９などを制御する電子制御ユニット５０８が車体５０７に搭載されている。また、ジャイロセンサー１００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。
【０１１８】
上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【０１１９】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１２０】
５，５ｂ，５ｃ…機能素子（ジャイロ素子）、１０…基体、１１…第１面、１１ａ…底面、１１ｂ…第２面、１２…支持体、１２ａ…第１支持部、１２ｂ…第２支持部、１４…凹部、１５…固定部、２０…振動体、２１…第１振動体、２２…第２振動体、３０…検出連結部、４０…駆動部、４１…質量部、４２…駆動電極、４４…接続配線、４５…駆動連結部、４５ａ…第１駆動連結部、４５ｂ…第２駆動連結部、４５ｃ…第３駆動連結部、４５ｄ…第４駆動連結部、４６…接続配線、４７…接続端子、４８…接続端子、５０…検出部、５３…検出用可動電極、５４…検出用固定電極としての第１検出電極、５５…検出用固定電極としての第２検出電極、５６…配線部、５７…検出連接部、５８…接続端子、６０…振動体連結部、６１…第２固定部、６２…連結梁部、６３…弾性体、８０…蓋体、８２…キャビティー、１００，１０２，１０４…電子デバイスとしてのジャイロセンサー、５０６…移動体としての自動車、１１００…電子機器としての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、１１０８…表示部、１２００…電子機器としての携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…電子機器としてのデジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、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。
【図１】
2015141065.tif 000003
【図２】
2015141065.tif 000004
【図３】
2015141065.tif 000005
【図４】
2015141065.tif 000006
【図５】
2015141065.tif 000007
【図６】
2015141065.tif 000008
【図７】
2015141065.tif 000009
【図８】
2015141065.tif 000010
【図９】
2015141065.tif 000011
【図１０】
2015141065.tif 000012
【図１１】
2015141065.tif 000013
【図１２】
2015141065.tif 000014
【図１３】
2015141065.tif 000015
【図１４】
2015141065.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2015141065.tif 000018
【図１７】
2015141065.tif 000019
【図１８】
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