(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジの大きい物理量センサー、物理量センサーの制御方法、および、それらを用いた電子機器を提供する。【解決手段】基板１０と、基板１０の第１の面１０ａに対してα°傾いた第１の斜面２ａを有する第１載置部材２、および、第２の斜面３ａを有する第２載置部材３と、主たる物理量が印加される方向に検出軸ベクトルｎ0を向けて第１の面１０ａ面に載置されたセンサーデバイスＤ0と、検出軸ベクトルとは異なる方向に検出軸ベクトルｎ1をおよび検出軸ベクトルｎ2が向くように配置された第１載置部材２および第２載置部材３のそれぞれに載置されたセンサーデバイスＤ1および、センサーデバイスＤ2を含み、各検出軸ベクトルｎ0，ｎ1，ｎ2の方向に、ｎ1≠⊥ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関係が成り立つことを特徴とする。【選択図】図１
2012251925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一主面に対して傾いた第１の斜面を有する第１載置部材、および、前記第１
の斜面とは異なる方向に向いた第２の斜面を有する第２載置部材と、
所定方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデバイスと、を備え、
前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する方向に検出軸ベクトルｎ0を向けて前
記一主面に載置されたセンサーデバイスＤ0と、
前記検出軸ベクトルｎ0と交差する方向に検出軸ベクトルｎ1が向くように、前記第１載
置部材の前記第１の斜面に載置されたセンサーデバイスＤ1と、
前記検出軸ベクトルｎ0および前記検出軸ベクトルｎ1に交差する方向に検出軸ベクトル
ｎ2が向くように前記第２載置部材の前記第２の斜面に載置されたセンサーデバイスＤ2と
、を含み、
各検出軸ベクトルｎ0，ｎ1，ｎ2は、ｎ1≠⊥ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関
係が成り立つことを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量センサーにおいて、
前記検出軸ベクトルｎ0、前記検出軸ベクトルｎ1、および前記検出軸ベクトルｎ2がそ
れぞれ成す角度をα、前記第１の斜面と前記第２の斜面とが前記基板上で成す角度をβと
したときに、下記の式、
４５＜α≦９０、
９０＜β＜１８０、
且つ、Ｓｉｎ2α−ｃｏｓ2α・ｓｉｎ（β−α）＝０）
の条件を満たすことを特徴とする物理量センサー。
【請求項３】
請求項２に記載の物理量センサーにおいて、
α＝５４．７４°、β＝１２０°であることを特徴とする物理量センサー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記第１載置部材と前記第２載置部材は三角錐形状の一部材に一体形成されたことを特
徴とする物理量センサー。
【請求項５】
単結晶基板と、
前記単結晶基板の一主面の一部をエッチングして形成され、前記一主面に対して所定の
角度に傾いた第１の斜面および第２の斜面を少なくとも含む掘り込み部と、
所定の方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデバイスと、を備え、
前記センサーデバイスは、前記一主面と直交する方向に検出軸ベクトルｎ0を向けて前
記一主面に載置されたセンサーデバイスＤ0と、
前記検出軸ベクトルｎ0と交差する方向に検出軸ベクトルｎ1が向くように、前記第１の
斜面に載置されたセンサーデバイスＤ1と、
前記検出軸ベクトルｎ0と交差する方向に検出軸ベクトルｎ2が向くように第２の斜面に
載置されたセンサーデバイスＤ2と、を含み、
各検出軸ベクトルｎ0，ｎ1，ｎ2の方向は、
ｎ1≠⊥ｎ0、
ｎ2≠⊥ｎ0、
および、ｎ1⊥ｎ2の関係が成り立つことを特徴とする物理量センサー。
【請求項６】
請求項５に記載の物理量センサーにおいて、
前記単結晶基板はシリコンであり、
前記一主面は前記シリコンのＳｉ｛１１１｝面であり、
前記第１の斜面および前記第２の斜面は前記シリコンのＳｉ｛１００｝面であることを
特徴とする物理量センサー。
【請求項７】
基板と、
前記基板の一主面に対して傾いた第１の斜面を有する第１載置部材、および、前記第１
の斜面とは異なる角度に傾いた第２の斜面を有する第２載置部材と、
所定の方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデバイスと、を備え、
前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する方向に検出軸ベクトルｎ0を向けて前記
一主面に載置されたセンサーデバイスＤ0と、
前記検出軸ベクトルｎ0と交差する方向に検出軸ベクトルｎ1が向くように前記第１載置
部材の前記第１の斜面に載置されたセンサーデバイスＤ1と、
前記検出軸ベクトルｎ0および前記検出軸ベクトルｎ1に交差する方向に検出軸ベクトル
ｎ2が向くように第２載置部材の前記第２の斜面に載置されたおよびセンサーデバイスＤ2
を含み、
各検出軸ベクトルｎ0，ｎ1，ｎ2は、ｎ1≠⊥ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関
係が成り立つ物理量センサーの制御方法であって、
前記センサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2より前記検出軸ベクトルｎ0，ｎ1，ｎ2の物理量を
各々測定する物理量測定ステップと、
前記物理量測定ステップにおける前記センサーによる測定値に基づいて前記物理量セン
サーに印加された物理量を検知するステップと、を含み、
前記物理量測定ステップの後で、前記検出軸ベクトルｎ0の物理量測定値が前記センサ
ーデバイスＤ0のダイナミックレンジの最大値を越えているか否かを判断するステップを
有し、前記物理量測定値が前記センサーデバイスＤ0のダイナミックレンジを越えていな
い場合には、検出軸ベクトルｎ0の物理量測定値をそのまま前記物理量センサーに印加さ
れた物理量として検知し、前記物理量測定値が前記センサーデバイスＤ0のダイナミック
レンジを越えていた場合には、ｎ0＝ｎ1・ｓｉｎαとして前記物理量センサーに印加され
た物理量を検知することを特徴とする物理量センサーの制御方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の物理量センサー、または、請求項７に記載の制御
方法を有する物理量センサーを備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、物理量センサーの制御方法、及び、それらを用いた電子機
器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度や角速度などの物理量をセンシングする物理量センサーにおいては、セン
サー素子と、そのセンサー素子の駆動回路や検出回路などを有する回路素子とを備えたセ
ンサーデバイスを用いた構成が知られている。
例えば、特許文献１には、センサー素子としての振動ジャイロ素子（ジャイロ振動片）
と回路素子としての半導体装置（ＩＣチップ）とを備えたセンサーデバイスがパッケージ
に収納された物理量センサー（圧電センサー）が開示されている。
【０００３】
また、電子機器の小型化および高機能化を実現する物理量センサーとして、センサーデ
バイスを複数備え、多軸の物理量をセンシングすることが可能な物理量センサーが、例え
ば特許文献２に開示されている。
特許文献２に記載の物理量センサー（センサーユニット）は、方形状の基板の複数の面
、例えば３面のそれぞれにセンサーデバイスが載置されている。これにより、３つのセン
サーデバイスそれぞれの検出軸が直交し、各センサーデバイスの検出軸ベクトルを直交座
標系に一致させることができるので、物理量の方向、例えば姿勢角の演算などにおいてセ
ンサー出力の取り扱いが容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９２０７９号公報
【特許文献２】米国特許第７０４０９２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子機器の高機能化の要求に応えるために、電子デバイスに搭載する物理量センサーの
高機能化のニーズが高まっており、よりダイナミックレンジが大きい物理量センサーが求
められている。しかしながら、特許文献１に記載の物理量センサーでは、各センサーデバ
イスが有するダイナミックレンジが物理量センサーのダイナミックレンジとなっていた。
発明者は、少なくとも３つのセンサーデバイスを備えた物理量センサーにおいて、主た
る物理量が印加される方向に検出軸ベクトルを向けて載置するセンサーデバイスＤ0に対
して、他の少なくとも２つのセンサーデバイスの検出軸ベクトルを前記センサーデバイス
Ｄ0の検出軸ベクトルと直交させないように配置することにより、検出回路を複雑化させ
ることなく、センサーデバイスＤ0のダイナミックレンジを超えた物理量を比較的容易に
検出できることを見出した。
【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］本適用例の物理量センサーは、基板と、前記基板の一主面に対して傾いた
第１の斜面を有する第１載置部材、および、前記第１の斜面とは異なる方向に向いた第２
の斜面を有する第２載置部材と、所定方向に検出軸を有する少なくとも三つのセンサーデ
バイスと、を備え、前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する方向に検出軸ベクト
ルｎ0を向けて前記一主面に載置されたセンサーデバイスＤ0と、前記検出軸ベクトルｎ0
と交差する方向に検出軸ベクトルｎ1が向くように、前記第１載置部材の前記第１の斜面
に載置されたセンサーデバイスＤ1と、前記検出軸ベクトルｎ0および前記検出軸ベクトル
ｎ1に交差する方向に検出軸ベクトルｎ2が向くように前記第２載置部材の前記第２の斜面
に載置されたセンサーデバイスＤ2と、を含み、各検出軸ベクトルｎ0，ｎ1，ｎ2は、ｎ1
≠⊥ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関係が成り立つことを特徴とする。
【０００８】
上記構成の物理量センサーによれば、センサーデバイスＤ1およびセンサーデバイスＤ2
の検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2が、主たる物理量が印加されるセンサーデ
バイスＤ0の検出軸ベクトルｎ0と直交しないように配置されているので、検出軸ベクトル
ｎ0に方向に印加された物理量に対してもセンサーデバイスおよびセンサーデバイスＤ2が
物理量を検出し得る。さらに、検出軸ベクトルｎ0方向に印加された物理量がセンサーデ
バイスＤ0のダイナミックレンジを越えた場合でも、センサーデバイスＤ1およびセンサー
デバイスＤ2の検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2が飽和することなくセンサー
デバイスＤ0のダイナミックレンジを越えた分の物理量を検出することができる。しかも
、検出軸ベクトルｎ1と検出軸ベクトルｎ2とを直交させていることにより、検出軸ベクト
ルｎ1や検出軸ベクトルｎ2に対して印加される物理量に対してｎ１成分やｎ２成分が発生
して検出データの補正が必要となり演算が複雑になる不具合を回避することができる。
したがって、検出回路などを複雑化させることなく、搭載されたセンサーデバイスのダ
イナミックレンジを超えた物理量をも高感度にて検出することができる物理量センサーを
提供することができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記検出軸ベクトルｎ0、
前記検出軸ベクトルｎ1、および前記検出軸ベクトルｎ2がそれぞれ成す角度をα、前記第
１の斜面と前記第２の斜面とが前記基板上で成す角度をβとしたときに、下記の式、４５
＜α≦９０、９０＜β＜１８０、且つ、Ｓｉｎ2α−ｃｏｓ2α・ｓｉｎ（β−α）＝０）
の条件を満たすことを特徴とする。
【００１０】
この条件を満たすことにより、検出軸ベクトルｎ1と検出軸ベクトルｎ2とは直交するの
で、検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2のそれぞれに対して印加される物理量に
よって、不要な検出成分を発生させてデータ演算が複雑化する不具合を回避することがで
きる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、α＝５４．７４°、β＝１
２０°であることを特徴とする。
【００１２】
この条件を満たすことにより、検出軸ベクトルｎ1と検出軸ベクトルｎ2とが直交するの
で、不要な検出成分を発生させてデータ演算を複雑化させることなくダイナミックレンジ
が大きい物理量センサーを提供することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記第１載置部材と前記第
２載置部材は三角錐形状の一部材に一体形成されたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、主たる物理量が印加される検出軸ベクトルｎ0を有するセンサーデ
バイスＤ0と、物理量センサーのダイナミックレンジを広げる効果を奏する検出軸ベクト
ルｎ1および検出軸ベクトルｎ2を有するセンサーデバイスＤ1およびサンサーＤ2とを、一
部材で、位置精度よく上記適用例の検出軸ベクトルの位置関係を満たすように配置できる
ので、小型でダイナミックレンジの上限値の高い物理量センサーを提供することができる
。
【００１５】
［適用例５］本適用例の物理量センサーは、単結晶基板と、前記単結晶基板の一主面の
一部をエッチングして形成され、前記一主面に対して所定の角度に傾いた第１の斜面およ
び第２の斜面を少なくとも含む掘り込み部と、所定の方向に検出軸を有する少なくとも三
つのセンサーデバイスと、を備え、前記センサーデバイスは、前記一主面と直交する方向
に検出軸ベクトルｎ0を向けて前記一主面に載置されたセンサーデバイスＤ0と、前記検出
軸ベクトルｎ0と交差する方向に検出軸ベクトルｎ1が向くように、前記第１の斜面に載置
されたセンサーデバイスＤ1と、前記検出軸ベクトルｎ0と交差する方向に検出軸ベクトル
ｎ2が向くように第２の斜面に載置されたセンサーデバイスＤ2と、を含み、各検出軸ベク
トルｎ0，ｎ1，ｎ2の方向は、ｎ1≠⊥ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関係が成り
立つことを特徴とする。
【００１６】
単結晶基板はエッチング異方性を有し、結晶面によるエッチング速度の違いを利用する
ことで平滑で正確な角度の斜面を形成できることが知られており、この特性を利用して、
単結晶基板の一主面の一部をエッチングして、所望の傾斜角の第１の斜面および第２の斜
面を少なくとも含む掘り込み部を形成することができる。
上記構成によれば、掘り込み部の第１の斜面および第２の斜面にセンサーデバイスＤ1
およびセンサーデバイスＤ2を載置することにより、主たる物理量が印加されるセンサー
デバイスＤ0の検出軸ベクトルｎ0と、センサーデバイスＤ1およびセンサーデバイスＤ2の
検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2と直交しないように配置することができる。
これにより、検出軸ベクトルｎ0に対して印加された物理量がセンサーデバイスＤ0のダイ
ナミックレンジを越えた場合でも、検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2が飽和す
ることなく物理量を検出することができる。しかも、検出軸ベクトルｎ1と検出軸ベクト
ルｎ2を直交させていることにより、検出軸ベクトルｎ1や検出軸ベクトルｎ2に対して印
加される物理量に対してｎ１成分やｎ２成分が発生して検出データの補正が必要となり演
算が複雑になる不具合を回避することができる。
また、基板の掘り込み部にセンサーデバイスを載置するので、物理量センサーの薄型化
に有利となる。
したがって、小型（薄型）で、搭載されたセンサーのダイナミックレンジを超えた物理
量をも高感度にて検出することができる物理量センサーを提供することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記単結晶基板はシリコン
であり、前記一主面は前記シリコンのＳｉ｛１１１｝面であり、前記第１の斜面および前
記第２の斜面は前記シリコンのＳｉ｛１００｝面であることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の単結晶基板としてのシリコン基板は、Ｓｉ｛１１１｝ウェハー（主面がＳｉ
｛１１１｝面であるシリコンウェハー）のＳｉ{１１１}面からエッチングすることにより
形成することができる。このようにして形成された掘り込み部のエッチング面は、Ｓｉ{
１１１}面に対して正確な角度の傾斜面であるＳｉ｛１００｝面を形成する。
これにより、Ｓｉ｛１１１｝面を上記一主面としてセンサーデバイスＤ0を載置すると
ともに、掘り込み部のＳｉ｛１００｝面を第１の斜面および第２の斜面として各々の斜面
にセンサーデバイスＤ1およびセンサーデバイスＤ2を載置することによって、主たる物理
量が印加される検出軸ベクトルｎ0を有するセンサーデバイスＤ0と、物理量センサーのダ
イナミックレンジを広げる効果を奏する検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2を有
するセンサーデバイスＤ1およびサンサーＤ2とを、位置精度よく上記適用例の検出軸ベク
トルの位置関係を満たすように配置することができるので、小型でダイナミックレンジの
高い物理量センサーを提供することができる。
【００１９】
［適用例７］本適用例にかかる物理量センサーの制御方法は、基板と、前記基板の一主
面に対して傾いた第１の斜面を有する第１載置部材、および、前記第１の斜面とは異なる
角度に傾いた第２の斜面を有する第２載置部材と、所定の方向に検出軸を有する少なくと
も三つのセンサーデバイスと、を備え、前記センサーデバイスは、前記一主面に直交する
方向に検出軸ベクトルｎ0を向けて前記一主面に載置されたセンサーデバイスＤ0と、前記
検出軸ベクトルｎ0と交差する方向に検出軸ベクトルｎ1が向くように前記第１載置部材の
前記第１の斜面に載置されたセンサーデバイスＤ1と、前記検出軸ベクトルｎ0および前記
検出軸ベクトルｎ1に交差する方向に検出軸ベクトルｎ2が向くように第２載置部材の前記
第２の斜面に載置されたおよびセンサーデバイスＤ2を含み、各検出軸ベクトルｎ0，ｎ1
，ｎ2は、ｎ1≠⊥ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関係が成り立つ物理量センサー
の制御方法であって、前記センサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2より前記検出軸ベクトルｎ0，
ｎ1，ｎ2の物理量を各々測定する物理量測定ステップと、前記物理量測定ステップにおけ
る前記センサーによる測定値に基づいて前記物理量センサーに印加された物理量を検知す
るステップと、を含み、前記物理量測定ステップの後で、前記検出軸ベクトルｎ0の物理
量測定値が前記センサーデバイスＤ0のダイナミックレンジの最大値を越えているか否か
を判断するステップを有し、前記物理量測定値が前記センサーデバイスＤ0のダイナミッ
クレンジを越えていない場合には、検出軸ベクトルｎ0の物理量測定値をそのまま前記物
理量センサーに印加された物理量として検知し、前記物理量測定値が前記センサーデバイ
スＤ0のダイナミックレンジを越えていた場合には、ｎ0＝ｎ1・ｓｉｎαとして前記物理
量センサーに印加された物理量を検知することを特徴とする。
【００２０】
上記制御方法を有する物理量センサーによれば、検出回路を複雑化させることなく、小
型でダイナミックレンジの高い物理量センサーを提供することができる。
【００２１】
［適用例８］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれか一項に記載の物理量
センサー、または、上記適用例に記載の制御方法を有する物理量センサーを備えているこ
とを特徴とする。
【００２２】
上記構成の電子機器は、上記適用例の物理量センサー、または、上記適用例の制御方法
を有する物理量センサー、即ち、検出回路の複雑化を回避しながら実質的なダイナミック
レンジの増大が図られた物理量センサーを備えているので、高機能で安定した特性を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】物理量センサーに搭載されるセンサーデバイスの一実施形態を示す模式図であり、（ａ）は、上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、正断面図。
【図２】物理量センサーの一実施形態の概略構成を模式的に示す斜視図。
【図３】物理量センサーの制御方法を示すフローチャート。
【図４】物理量センサーの変形例１の概略構成を模式的に示す斜視図。
【図５】物理量センサーの変形例２の１つのバリエーションを模式的に示す斜視図。
【図６】物理量センサーの変形例２の別のバリエーションを模式的に示す斜視図。
【図７】上記実施形態及び変形例の物理量センサーを搭載した電子機器の例を示す模式図であり、（ａ）は、デジタルビデオカメラの斜視図、（ｂ）は、携帯電話機の斜視図、（ｃ）は、情報携帯端末（ＰＤＡ）の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
【００２５】
〔センサーデバイス〕
まず、物理量センサーに搭載されるセンサーデバイスの一実施形態について説明する。
図１は、センサーデバイスの概略構成を示す模式図であり、（ａ）は、センサー素子と
しての振動ジャイロ素子側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）の正断面図で
ある。なお、図１（ａ）では、センサーデバイス内部の構造を説明する便宜上リッド（蓋
体）の図示を省略してある。
【００２６】
図１に示すように、センサーデバイスＤ0は、センサー素子としての振動ジャイロ素子
２０と、振動ジャイロ素子２０の駆動回路及び検出回路を少なくとも有する半導体回路素
子としてのＩＣチップ４０と、振動ジャイロ素子２０及びＩＣチップ４０とを収容するパ
ッケージ６０とを備えている。
【００２７】
パッケージ６０は、平板状の第１層基板６１と、開口部の大きさが異なる矩形環状の第
２層基板６２、第３層基板６３、及び第４層基板６４とがこの順に積層されている。第２
層基板６２から第４層基板６４まで上方にいくにしたがって開口部の大きさが大きくなっ
ていることから、パッケージ６０の内部には段差を有する凹部が形成されている。なお、
パッケージ６０を構成する第１層基板６１〜第４層基板６４には、セラミックグリーンシ
ートを成形したものが広く利用され、例えば焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用
いられている。
【００２８】
パッケージ６０の凹部の凹底面となる第１層基板６１の上面にはＩＣチップ４０が図示
しないダイアタッチ材により接着・固定されている。
ＩＣチップ４０には、能動面４０ａ側にトランジスターやメモリー素子などの半導体素
子を含んで構成される集積回路（図示せず）が形成されている。この集積回路には、振動
ジャイロ素子２０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャ
イロ素子２０に生じる検出振動を検出する検出回路とが備えられている。また、ＩＣチッ
プ４０の能動面４０ａ側には、集積回路から引き出され集積回路と外部との電気的な接続
を図る複数の電極パッド４５が設けられている。
ＩＣチップ４０の各電極パッド４５は、パッケージ６０の凹部の第２層基板６２により
形成された段部に設けられた対応するＩＣ接続端子６５とボンディングワイヤー９５を介
して電気的に接続されている。なお、ＩＣチップ４０とパッケージ６０との電気的な接続
は、本実施形態のワイヤーボンディングを用いた方法に限らず、例えば、電極パッド４５
に半田などのバンプを設けてＩＣ接続端子に直接接合するフェースダウン接合などの他の
接合方法を用いることができる。
【００２９】
パッケージ６０の凹部の第３層基板６３により形成された段部には振動ジャイロ素子２
０が接合されるマウント電極６６が設けられている。
振動ジャイロ素子２０は、基部２１に設けられた外部接続端子１５，１６を、パッケー
ジ６０の対応するマウント電極６６に位置合わせした状態で導電性接着材などの接合部材
９７を介してマウント電極６６に接合されている。これにより、振動ジャイロ素子２０は
、パッケージ６０の凹部において、ＩＣチップ４０の上方に隙間を介して片持ち支持され
る。
なお、パッケージ６０に設けられるＩＣ接続端子６５やマウント電極６６などの電極、
端子、及びそれらを接続する配線は、例えば、タングステン（Ｗ）などのメタライズ層に
、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜が用
いられる。
【００３０】
センサーデバイスＤ0は、ＩＣチップ４０及び振動ジャイロ素子２０がパッケージ６０
の内部に上記のように配置され収納された状態で、リッド７０がシームリングや低融点ガ
ラスなどの接合部材６９を介してパッケージ６０の上面に接合される。リッド７０には、
コバールなどの金属、ガラス、セラミックなどが用いられている。
これにより、パッケージ６０の内部は、気密に封止される。なお、パッケージ６０の内
部は、振動ジャイロ素子２０の振動が阻害されないように、真空状態（真空度が高い状態
）、または、不活性ガス雰囲気に保持されていることが好ましい。
【００３１】
次に、センサーデバイスＤ0における振動ジャイロ素子２０の動作の概要について説明
する。
図２に示すセンサーデバイスＤ0において、振動腕２２の励振用電極１２に励振信号を
印加して振動腕２２の延伸方向（Ｙ方向）と垂直な面内方向（Ｘ方向）に励振振動させて
いるときに、振動腕２２の延伸方向（Ｙ方向）を軸とした軸周りの回転運動が加わると、
その回転運動が、励振振動方向と直交する面外方向（Ｚ方向）のコリオリの力を発生させ
、他方の振動腕２３に基部２１を介して面外方向（Ｚ方向）の振動を発生させる。この検
出部となる他方の振動腕２３の面外振動を検出用電極１３により電気検出済みの信号に変
換して検知することにより、振動ジャイロ素子２０に加わった回転角速度を検出する。
【００３２】
〔ジャイロセンサー〕
次に、上記のセンサーデバイスを搭載した物理量センサーについて、図面を参照しなが
ら説明する。
図２は、物理量センサーの概略構成を模式的に示す斜視図である。
図１において、物理量センサー１は、基板１０と、基板１０上に載置された三つのセン
サーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2とを有している。
【００３３】
基板１０の一主面としての第１の面１０ａには、物理量センサー１において主たる物理
量（回転角速度）が印加される方向に検出軸ベクトルｎ0を向けたセンサーデバイスＤ0が
固定されている。
また、第１の面１０ａのセンサーデバイスが固定された領域とは異なる領域には、第１
の面１０ａに対して所定の角度αに傾いた第１の斜面２ａを有する第１載置部材２、およ
び、第１の斜面２ａとは異なる方向に向いた第２の斜面３ａを有する第２載置部材３が配
設されている。
第１載置部材２の第１の斜面２ａには、センサーデバイスＤ1が載置・固定されている
。また、第２載置部材３の第２の斜面３ａには、センサーデバイスＤ2が載置・固定され
ている。
【００３４】
これらセンサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2は、以下に述べる位置関係で配置されている。
まず、センサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2は、各々の検出軸ベクトルｎ0，ｎ1，ｎ2が互い
に異なる方向に向けられるように配置されている。また、センサーデバイスＤ1の検出軸
ベクトルｎ1、および、センサーデバイスＤ2の検出軸ベクトルｎ2は、センサーデバイス
Ｄ0の検出軸ベクトルｎ0とは直交しない（ｎ1≠⊥ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0）ように配置されてい
る。
【００３５】
また、センサーデバイスＤ1の検出軸ベクトルｎ1と、センサーデバイスＤ2の検出軸ベ
クトルｎ2とは直交する（ｎ1⊥ｎ2）ように配置されている。
詳述すると、センサーデバイスＤ0の検出軸ベクトルｎ0とセンサーデバイスＤ1の検出
軸ベクトルｎ1、および、検出軸ベクトルｎ0とセンサーデバイスＤ2の検出軸ベクトルｎ2
とがそれぞれ成す角度をα、第１載置部材２の第１の斜面２ａと第２載置部材３の第２の
斜面３ａとが成す角度をβとしたときに、４５＜α≦９０、９０＜β＜１８０、且つ、Ｓ
ｉｎ2α−ｃｏｓ2α・ｓｉｎ（β−α）＝０の条件を満たすことが望ましい。
さらに具体的には、α＝５７．７４°、β＝１２０°であることが好ましい。
これらの条件を満たすことにより、センサーデバイスＤ1の検出軸ベクトルｎ1とセンサ
ーデバイスＤ2の検出軸ベクトルｎ2とは直交する。
【００３６】
上記構成のジャイロセンサーによれば、センサーデバイスＤ1およびセンサーデバイス
Ｄ2の検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2が、主たる回転角速度（物理量）が印
加されるセンサーデバイスＤ0の検出軸ベクトルｎ0と直交しないように配置されているの
で、検出軸ベクトルｎ0に対して印加された回転角速度がセンサーデバイスＤ0のダイナミ
ックレンジを越えた場合でも、センサーデバイスＤ1およびセンサーデバイスＤ2の検出軸
ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2が飽和することなくセンサーデバイスＤ0のダイナ
ミックレンジを越えた分の回転角速度を検出することができる。
【００３７】
しかも、センサーデバイスＤ1の検出軸ベクトルｎ1とセンサーデバイスＤ2の検出軸ベ
クトルｎ2とを直交させていることにより、検出軸ベクトルｎ1や検出軸ベクトルｎ2に対
して印加される物理量に対してｎ１成分やｎ２成分が発生して検出データの補正が必要と
なり演算が複雑になってしまう不具合を回避することができる。
したがって、検出回路などを複雑化させることなく、搭載されたセンサーデバイスのダ
イナミックレンジを超えた回転角速度をも高感度にて検出することができる物理量センサ
ー１を提供することができる。
また、物理量センサー１は、センサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2の検出軸ベクトルｎ0，ｎ
1，ｎ2の軸回りに対する回転角速度を、１つの物理量センサー１で検出することができる
。
このことから、物理量センサー１は、撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星信号を用いた移動体ナビゲーションシス
テムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御などに好適に用いられる。
【００３８】
なお、本実施形態では、３つのセンサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2を用いた物理量センサ
ーとしての物理量センサー１について説明したが、センサーデバイスの数は３つ以上であ
ればよく、例えば４つ以上のセンサーデバイスを備えることにより、４軸以上の方向の角
速度の検出がとなる。
【００３９】
次に、本実施形態のジャイロセンサーの制御方法について説明する。
図３は、ジャイロセンサーの制御方法を示すフローチャートである。
図３において、まず、物理量センサー１の各センサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2に備わる
振動ジャイロ素子２０（図１および図２を参照）に励振信号を印加して励振振動させ、主
たる回転角速度が加わる方向に検出軸ベクトルｎ0を向けて設置されたセンサーデバイス
Ｄ0に印加される検出軸ベクトルｎ0を軸とした軸周りの回転運動の角回転速度（物理量）
を、電気検出済みの信号に変換して測定する（ステップＳ１）。
【００４０】
次に、センサーデバイスＤ0の検出軸ベクトルｎ0の回転角速度（物理量）測定値ｎ0´
が、センサーデバイスＤ0のダイナミックレンジの最大値を越えているか否かを判断する
（ステップＳ２）。
そして、測定値ｎ0´がセンサーデバイスＤ0のダイナミックレンジの最大値を越えてい
た場合（ステップＳ２でＹＥＳ）には、次の式（１）により測定値ｎ0´を補正して回転
角速度（物理量）ｎ0を算出して得る（ステップＳ３）
ｎ0＝ｎ1・ｓｉｎα・・・（１）
また、ステップＳ２の物理量測定で得られた回転角速度の測定値ｎ0´がセンサーデバ
イスＤ0のダイナミックレンジを越えていない場合には、検出軸ベクトルｎ0の物理量測定
値ｎ0´をそのまま物理量センサー１に印加された角回転速度ｎ0として検出値を得る（ス
テップＳ４）。
【００４１】
上記制御方法を有する物理量センサー１によれば、検出回路を複雑化させることなく、
小型でダイナミックレンジの高い物理量センサー１を提供することができる。
【００４２】
上記実施形態で説明した物理量センサーは、以下の変形例として実施することも可能で
ある。
【００４３】
以下、物理量センサーの変形例について図面を参照して説明する。
（変形例１）
図４は、物理量センサーの変形例１の概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、上
記実施形態との共通部分については同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異な
る構成を中心に説明する。
【００４４】
図４に示す本変形例の物理量センサー１０１は、上記実施形態の物理量センサー１にお
ける第１載置部材２と第２載置部材３（図１を参照）とが、三角錐形状の一部材からなる
ものである。
すなわち、物理量センサー１０１は、基板１１０と、基板１１０の一主面としての第１
の面１１０ａに設けられた三角錐状の載置部材１１２と、三つのセンサーデバイスＤ0，
Ｄ1，Ｄ2とを有している。
【００４５】
基板１１０の第１の面１１０ａ上において、載置部材１１２は、第１の面１０ａに対し
て所定の角度に傾いた第１の斜面１０２ａ、および、第１の斜面２ａとは異なる方向に向
いた第２の斜面１０３ａ、および、第１の斜面１０２ａおよび第２の斜面１０３ａとは異
なる方向を向いた第３の斜面１０４ａを有している。
基板１１０の第１の面１０ａには、物理量センサー１において主たる物理量（回転角速
度）が印加される方向に検出軸ベクトル（ｎ0）を向けたセンサーデバイスＤ0が固定され
ている。
また、載置部材１１２の第１の斜面１０２ａにはセンサーデバイスＤ1が載置・固定さ
れ、第２の斜面１０３ａにはセンサーデバイスＤ2が載置・固定されている。
これらセンサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2は、上記実施形態と同様に、各々の検出軸ベク
トルｎ0，ｎ1，ｎ2が互いに異なる方向に向けられるように配置されるとともに、ｎ1≠⊥
ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関係を満たすように配置されている。
また、上記実施形態と同様に、４５＜α≦９０、９０＜β＜１８０、且つ、Ｓｉｎ2α
−ｃｏｓ2α・ｓｉｎ（β−α）＝０の条件を満たすことが望ましく、さらに、α＝５４
．７４°、β＝１２０°であることが好ましい。
【００４６】
載置部材１１２は、６面体の一角を頂部として切り出すことにより容易に得ることがで
きる。本変形例の物理量センサー１０１によれば、主たる物理量（回転角速度）が印加さ
れる検出軸ベクトルｎ0を有するセンサーデバイスＤ0と、物理量センサーのダイナミック
レンジを広げる効果を奏する検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2を有するセンサ
ーデバイスＤ1およびサンサーＤ2とを、一部材で、位置精度よく上記実施形態で述べた位
置関係を満たすように配置することができるので、小型でダイナミックレンジの上限値の
高い物理量センサー１０１を提供することができる。
【００４７】
（変形例２）
図５および図６は、基板に斜面を有する掘り込み部を設けた物理量センサーの変形例２
の２つのバリエーションを模式的に示す斜視図である。なお、上記実施形態及び変形例１
との共通部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図５に示す変形例２の一つのバリエーションである物理量センサー２０１は、単結晶基
板としてのシリコン基板２１０と、シリコン基板２１０の第１の面２１０ａの一部をエッ
チングして形成された掘り込み部２１２と、三つのセンサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2とを
有している。
【００４９】
掘り込み部２１２は、シリコン基板１０１２をウェットエッチングすることにより形成
されたものであり、シリコン基板２１０の第１の面２１０ａに対して所定の角度に傾いた
第１の斜面２０２ａ、第１の斜面２０２ａとは異なる方向に向いた第２の斜面２０３ａ、
同じく第３の斜面２０４ａ、および、第１の面２１０ａと並行する底面２０５ａを有する
凹部である。なお、本変形例で説明する掘り込み部２１２は少なくとも第１の斜面２０２
ａおよび第２の斜面２０３ａを有していればよく、四つ以上の斜面を有していてもよいし
、また、底面２０５ａがない構成としてもよい。
【００５０】
シリコン基板２１０の第１の面２１０ａには、物理量センサー１において主たる物理量
（回転角速度）が印加される方向に検出軸ベクトル（ｎ0）を向けたセンサーデバイスＤ0
が固定されている。
また、掘り込み部２１２の第１の斜面２０２ａにはセンサーデバイスＤ1が載置・固定
され、第２の斜面２０３ａにはセンサーデバイスＤ2が載置・固定されている。
これらセンサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2は、上記実施形態と同様に、各々の検出軸ベク
トルｎ0，ｎ1，ｎ2が互いに異なる方向に向けられるように配置されるとともに、ｎ1≠⊥
ｎ0、ｎ2≠⊥ｎ0、および、ｎ1⊥ｎ2の関係を満たすように配置されている。
また、上記実施形態と同様に、４５＜α≦９０、９０＜β＜１８０、且つ、Ｓｉｎ2α
−ｃｏｓ2α・ｓｉｎ（β−α）＝０の条件を満たすことが望ましく、さらに、α＝５４
．７４°、β＝１２０°であることが好ましい。
【００５１】
シリコンのような単結晶基板はエッチング異方性を有し、結晶面によるエッチング速度
の違いを利用することで平滑で正確な角度の斜面を形成できることが知られており、この
特性を利用して、第１の面２１０ａに対して所望の傾斜角の第１の斜面２０２ａおよび第
２の斜面２０３ａを含む掘り込み部２１２を精度よく形成することができる。
また、シリコン基板２１０の掘り込み部２１２にセンサーデバイスＤ1およびセンサー
デバイスＤ2を載置するので、物理量センサー２０１の薄型化に有利である。
したがって、小型（薄型）で、搭載されたセンサーのダイナミックレンジを超えた物理
量をも高感度にて検出することができる物理量センサーを提供することができる。
なお、図中破線で示すように、センサーデバイスＤ0を掘り込み部２１２の底面２０５
ａに載置してもよい。このようにすれば全てのセンサーデバイスＤ0，Ｄ1，Ｄ2が掘り込
み部２１２に載置されるのでさらなる薄型化を図ることができる。
【００５２】
図６に示す変形例２の別のバリエーションである物理量センサー２０１´は、図５の物
理量センサー２０１におけるシリコン基板２１０に設けた掘り込み部２１２の第３の斜面
２０４ａに別の機能素子２５０を搭載した構成を示している。
別の機能素子２５０として、例えば、磁気センサーや、温度センサーなどの他のセンシ
ング機能を有するセンサー素子を搭載することにより、多機能な複合センサーを構成する
ことができる。また、別の機能素子２５０としてＩＣチップを搭載すれば、センサーデバ
イスＤ0，Ｄ1，Ｄ2の様々な制御を行うことにより高機能で安定した物理量のセンシング
が可能になる。
【００５３】
また、本変形例のシリコン基板２１０において、第１の面２１０ａとしてＳｉ｛１１１
｝面を用いて、そのＳｉ｛１１１｝面からエッチングすることにより、より正確な傾きに
制御された第１の斜面２０２ａおよび第２の斜面２０３ａを得ることができる。
このようにして形成された掘り込み部２１２のエッチング面は、Ｓｉ｛１１１｝面に対
して正確な角度の傾斜面であるＳｉ｛１００｝面を形成する。これにより、Ｓｉ｛１１１
｝面を第１の面２１０ａとしてセンサーデバイスＤ0を載置するとともに、掘り込み部２
１２のＳｉ｛１００｝面を第１の斜面２０２ａおよび第２の斜面２０３ａとして各々の斜
面にセンサーデバイスＤ1およびセンサーデバイスＤ2を載置することによって、主たる物
理量が印加される検出軸ベクトルｎ0を有するセンサーデバイスＤ0と、物理量センサーの
ダイナミックレンジを広げる効果を奏する検出軸ベクトルｎ1および検出軸ベクトルｎ2を
有するセンサーデバイスＤ1およびサンサーＤ2とを、より位置精度よく上記実施形態で説
明した検出軸ベクトルの位置関係を満たすように配置することができるので、小型でダイ
ナミックレンジの高い物理量センサー２０１，２０１´を提供することができる。
【００５４】
〔電子機器〕
上記実施形態及び変形例に記載の物理量センサーを搭載した電子機器は、上記したよう
に、小型でダイナミックレンジの上限値が高い物理量センサーを、コストの上昇を抑えな
がら高性能化及び小型化を図ることが可能である。
例えば、図７（ａ）は、デジタルビデオカメラへの適用例を示す。デジタルビデオカメ
ラ２４０は、受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、及び表示ユニット１００
１を備えている。このようなデジタルビデオカメラ２４０に、上記実施形態および変形例
の物理量センサー１，１０１，２０１，２０１´を搭載することにより、所謂手ぶれ補正
機能を搭載することができる。
また、図７（ｂ）は、電子機器としての携帯電話機、図７（ｃ）は、情報携帯端末（Ｐ
ＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）への適用例をそれぞ
れ示すものである。
まず、図７（ｂ）に示す携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１及びスクロ
ールボタン３００２、並びに表示ユニットと１００２を備える。スクロールボタン３００
２を操作することによって、表示ユニット１００２に表示される画面がスクロールされる
。
また、図７（ｃ）に示すＰＤＡ４０００は、複数の操作ボタン４００１及び電源スイッ
チ４００２、並びに表示ユニット１００３を備える。電源スイッチ４００２を操作すると
、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット１００３に表示される。
このような携帯電話機３０００やＰＤＡ４０００に、上記実施形態の振動ジャイロ素子
２０を備えた物理量センサー搭載することにより、様々な機能を付与することができる。
例えば、図７（ｂ）の携帯電話機３０００に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、
携帯電話機３０００に搭載された振動ジャイロ素子２０や物理量センサーにより手振れ補
正を行うことができる。また、図７（ｂ）の携帯電話機３０００や、図７（ｃ）のＰＤＡ
４０００にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）として広く
知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上記実施形態の振動ジャイロ素子２０を
備えた物理量センサーを搭載することにより、ＧＰＳにおいて、携帯電話機３０００やＰ
ＤＡ４０００の位置や姿勢を認識させることができる。
【００５５】
なお、図７に示す電子機器に限らず、本発明の振動ジャイロ素子２０及びそれを備えた
物理量センサーを適用可能な電子機器として、モバイルコンピューター、カーナビゲーシ
ョン装置、電子手帳、電卓、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ゲーム機な
どが挙げられる。
【００５６】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発
明は上記した実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００５７】
例えば、上記実施形態及び変形例では、物理量センサー１，１０１，２０１，２０１´
について説明したが、これに限定するものではなく、例えば、加速度をセンシングする加
速度センサーや、磁気をセンシングする磁気センサーなどに利用することもできる。
【符号の説明】
【００５８】
Ｄ0，Ｄ1，Ｄ2…センサーデバイス、ｎ0，ｎ1，ｎ2…検出軸ベクトル、１，１０１，２
０１，２０１´…物理量センサー、２…第１載置部材、２ａ，１０２ａ，２０２ａ…第１
の斜面、３…第２載置部材、３ａ，１０３ａ，２０３ａ…第２の斜面、１０，１１０、１
０ａ，１１０ａ，２１０ａ…第１の面、２０…振動ジャイロ素子、４０…ＩＣチップ、６
０…パッケージ、７０…リッド、１０４ａ…第３の斜面、１１２…載置部材、２０４ａ…
第３の斜面、２０５ａ…底面、２１０…単結晶基板としてのシリコン基板、２１２…掘り
込み部、２４０…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、２４１…受像部、２４２…操
作部、２４３…音声入力部、１００１…及び表示ユニット、１００２…表示ユニット、１
００３…表示ユニット、３０００…電子機器としての携帯電話機、３００１…複数の操作
ボタン、３００２…スクロールボタン、４０００…電子機器としてのＰＤＡ、４００１…
複数の操作ボタン、４００２…電源スイッチ。
【図１】
2012251925.tif 000003
【図２】
2012251925.tif 000004
【図３】
2012251925.tif 000005
【図４】
2012251925.tif 000006
【図５】
2012251925.tif 000007
【図６】
2012251925.tif 000008
【図７】
2012251925.tif 000009