(57)【要約】【課題】検出の精度を高めることができる物理量検出センサーを提供する。【解決手段】自励発振回路２６は、振動腕２１ａ、２１ｂに固定される駆動電極２２ａ、２２ｂを通じて、振動腕２１ａ、２１ｂの自励発振を引き起こす駆動信号を供給する。物理量の作用に応じて振動腕２１ａ、２１ｂに対して相対的に変位する相対変位片上には検出電極２５ａ、２５ｂが配置される。検出電極２５ａ、２５ｂは、駆動電極２２ａとの間で静電結合を生じる距離で駆動電極２２ａから離れる。検出回路２７は、駆動信号に基づき、検出電極２５ａ、２５ｂからの静電容量信号を駆動信号検出する。【選択図】図３
2013057535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電極を有する振動片と、
物理量の作用に応じて前記振動片に対して相対的に変位する相対変位片と、
前記駆動電極との間で静電結合を生じる距離で前記駆動電極から離れて前記相対変位片上に配置されている検出電極と、
前記駆動電極を通じて前記振動片の自励発振を引き起こす駆動信号を供給する自励発振回路と、
前記駆動信号、および、前記駆動電極と前記検出電極との間の静電容量に応じて前記検出電極に生じる静電容量信号に基づき、前記物理量を反映する物理量信号を検出する検出回路と
を備えることを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量検出センサーにおいて、前記駆動電極は前記振動片の１壁面に配置され、前記検出電極は、前記相対変位片上で、前記振動片の前記壁面に向き合う壁面に配置されることを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項３】
請求項１または２に記載の物理量検出センサーにおいて、前記検出回路は、前記駆動信号と前記静電容量信号との同期検波から前記物理量信号を検出する同期検波回路を備えることを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の物理量検出センサーにおいて、前記駆動信号の周波数ωに基づき、前記駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωの検波用信号を生成する２倍周波数生成回路をさらに備え、
前記検出回路は、前記２倍周波数生成回路から供給される前記検波用信号、および、前記駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωで周期的に変化する前記静電容量信号に基づき前記物理量信号を検出することを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項５】
請求項４に記載の物理量検出センサーにおいて、前記検出回路は、前記検波用信号と前記静電容量信号との同期検波から前記物理量信号を検出する同期検波回路を備えることを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の物理量検出センサーにおいて、前記振動片の回転時にコリオリ力の作用で変形する検出振動片と、前記検出振動片に固定されて前記検出振動片の変形に応じて電気信号を出力する第２の検出電極とをさらに備えることを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項７】
請求項６に記載の物理量検出センサーにおいて、前記検出電極と前記第２の検出電極とが相互に接続されていることを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の物理量検出センサーにおいて、前記振動片の本体の材料には水晶が用いられていることを特徴とする物理量検出センサー。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の物理量検出センサーを含む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】
本発明は物理量検出センサーおよび電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されるように、物理量（加速度）を検出する物理量検出センサーは一般に知られる。この物理量検出センサーは静電容量の変化を利用して加速度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２６２０５６号公報
【特許文献２】特開平８−３５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような物理量検出センサーでは静電容量の変化は非常に小さい。静電容量の変化はできるだけ高い精度で検出されることが望まれる。また、物理量検出センサーはできるだけ小型化されることが望まれる。
【０００５】
本発明の少なくとも１つの態様によれば、検出の精度を高めることができる物理量検出センサーを提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の一態様は、駆動電極を有する振動片と、物理量の作用に応じて前記振動片に対して相対的に変位する相対変位片と、前記駆動電極との間で静電結合を生じる距離で前記駆動電極から離れて前記相対変位片上に配置されている検出電極と、前記駆動電極を通じて前記振動片の自励発振を引き起こす駆動信号を供給する自励発振回路と、前記駆動信号、および、前記駆動電極と前記検出電極との間の静電容量に応じて前記検出電極に生じる静電容量信号に基づき、前記物理量を反映する物理量信号を検出する検出回路とを備えることを特徴とする物理量検出センサーに関する。
【０００７】
自励発振の駆動信号は駆動電極と検出電極との間で静電容量の周期的変化を生み出す。したがって、検出電極の静電容量信号の周波数は駆動信号の周波数を反映する。このとき、物理量の作用に応じて振動片に対して相対的に相対変位片が変位すると、変位量に応じて静電容量は増減する。この増減は物理量の変化に相当する。こうして物理量の変化は静電容量信号の周期的変化に重畳される。その結果、駆動信号および静電容量信号に基づき物理量は高い精度で検出されることができる。
【０００８】
（２）前記駆動電極は前記振動片の１壁面に配置されることができ、前記検出電極は、前記相対変位片上で、前記振動片の前記壁面に向き合う壁面に配置されることができる。こうして向き合う壁面上に駆動電極および検出電極が配置されると、駆動電極および検出電極はできる限り近接配置されることができる。その結果、駆動電極および検出電極の間で静電結合は強められることができる。
【０００９】
（３）前記検出回路は、前記駆動信号と前記静電容量信号との同期検波から前記物理量信号を検出する同期検波回路を備えることができる。前述のように、物理量検出センサーでは物理量の変化は静電容量の周期的変化に重畳される。したがって、同期検波によれば、重畳された信号成分は高い精度で抽出されることができる。
【００１０】
（４）物理量検出センサーは、前記駆動信号の周波数ωに基づき、前記駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωの検波用信号を生成する２倍周波数生成回路をさらに備えることができ、前記検出回路は、前記２倍周波数生成回路から供給される前記検波用信号、および、前記駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωで周期的に変化する前記静電容量信号に基づき前記物理量信号を検出することができる。
【００１１】
振動片が周波数ωの駆動信号に基づき自励発振すると、振動片の振動は駆動電極と検出電極との間で静電容量に駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωで周期的変化を生み出すことができる。したがって、検出電極の静電容量信号の周波数は２倍の周波数２ωの周期的変化を反映する。このとき、物理量の作用に応じて振動片に対して相対的に相対変位片が変位すると、変位量に応じて静電容量は増減する。この増減は物理量の変化に相当する。こうして物理量の変化は静電容量信号に重畳される。その結果、駆動信号および静電容量信号に基づき物理量は高い精度で検出されることができる。
【００１２】
（５）前記検出回路は、前記検波用信号と前記静電容量信号との同期検波から前記物理量信号を検出する同期検波回路を備えることができる。前述のように、物理量検出センサーでは物理量の変化は静電容量の周期的変化に重畳される。したがって、同期検波によれば、重畳された信号成分は高い精度で抽出されることができる。
【００１３】
（６）物理量検出センサーは、前記振動片の回転時にコリオリ力の作用で変形する検出振動片と、前記検出振動片に固定されて前記検出振動片の変形に応じて電気信号を出力する第２の検出電極とをさらに備えることができる。こうして物理量検出センサーは前述の物理量に加えて角速度を検出することができる。
【００１４】
（７）物理量検出センサーでは、前記検出電極と前記第２の検出電極とが相互に接続されることができる。こうして検出電極と第２の検出電極とで外部接続用のパッドが共有されることができ、その結果、信号の取り出しにあたって配線は簡略化されることができる。
【００１５】
（８）前記振動片の本体の材料には水晶が用いられることができる。こうした水晶の採用によれば、振動片の発振は安定する。その結果、高い精度で物理量は測定されることができる。
【００１６】
（９）以上のような物理量検出センサーは電子機器に組み込まれることができる。電子機器には例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ、ナビゲーション装置、車両の車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、携帯電話、ラジオコントロールヘリコプター、掃除ロボットが例示されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物理量検出センサー（加速度センサー）の構成を概略的に示す垂直断面図である。
【図２】第１実施形態に係る物理量検出センサーの振動子の構造を概略的に示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る物理量検出センサーの回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る物理量検出センサーの振動子の構造を概略的に示す平面図である。
【図５】第２実施形態に係る物理量検出センサーの回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る物理量検出センサーの振動子の構造を概略的に示す透視斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る物理量検出センサーの回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図８】駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωと静電容量との関係を示す模式図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る物理量検出センサーの振動子の構造を概略的に示す平面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る物理量検出センサーの回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る物理量検出センサーの振動子の構造を概略的に示す平面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る物理量検出センサーの回路構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１９】
（１）第１実施形態に係る加速度センサーの構成
図１は本発明の第１実施形態に係る物理量検出センサーすなわち加速度センサー（物理量検出センサー）１１の構成を概略的に示す。加速度センサー１１は例えば箱形の容器１２を備える。容器１２は容器本体１３および蓋材１４を備える。容器本体１３の開口は蓋材１４で気密に塞がれる。容器１２の内部空間は例えば真空に封止されることができる。容器１２は剛体として機能する。少なくとも蓋材１４は導体から形成されることができる。蓋材１４が接地されれば、蓋材１４は電磁波に対してシールド効果を発揮することができる。
【００２０】
容器１２には振動子１６およびＩＣ（集積回路）チップ１７が収容される。振動子１６およびＩＣチップ１７は容器１２の内部空間内に配置される。振動子１６は容器本体１３に固定される。固定にあたって例えば接着剤が用いられることができる。ＩＣチップ１７は例えば容器本体１３の底板に接着されればよい。
【００２１】
図２に示されるように、振動子１６は固定片１９および２本の振動腕（振動片）２１ａ、２１ｂを備える。振動子１６は固定片１９で容器本体１３に固定される。振動腕２１ａ、２１ｂは共通１個の固定片１９から相互に平行に延びる。個々の振動腕２１ａ、２１ｂは第１駆動電極（駆動電極）２２ａおよび第２駆動電極（駆動電極）２２ｂを有する。第１駆動電極２１ａおよび第２駆動電極２１ｂは個々の振動腕２１ａ、２１ｂごとに振動腕２１ａ、２１ｂの本体の外表面に形成される。第１駆動電極２２ａおよび第２駆動電極２２ｂは例えばクロムおよびクロムに積層される金といった導電材から形成される。第１駆動電極２２ａおよび第２駆動電極２２ｂはそれぞれ個別にＩＣチップ１７に電気的に接続される。こういった接続にあたって振動子１６の外表面には導電材の配線パターン（図示されず）が形成されることができる。
【００２２】
振動子１６は可動片（相対変位片）２３を備える。可動片２３は１対の梁２４で固定片１９に接続される。可動片２３は錘として機能する。したがって、可動片２３に加速度（物理量）が作用すると、可動片２３は梁２４の変形を通じて固定片１９に対して相対的に変位することができる。その結果、可動片２３は、加速度の作用に応じて振動腕２１ａ、２１ｂに対して相対的に変位することができる。ここでは、振動子１６に直交三軸座標系ｘｙｚが設定される。振動腕２１ａ、２１ｂはｙ軸に平行に延びる。可動片２３はｙ軸方向に変位することができる。可動片２３の変位はｘ軸方向およびｚ軸方向に規制されることが望まれる。固定片１９、振動腕２１ａ、２１ｂの本体および可動片２３の材料には水晶が用いられることができる。固定片１９、振動片２１ａ、２１ｂおよび可動片２３は一体に形成されることができる。
【００２３】
可動片２３の外表面には検出電極２５が固定される。検出電極２５は例えばクロムおよびクロムに積層される金といった導電材から形成される。検出電極２５は第１駆動電極２２ａとの間で静電結合を生じる距離で第１駆動電極２２ａから離れて可動片２３上に配置される。すなわち、検出電極２５と第１駆動電極２２ａとは誘電体（真空を含む）で相互に離隔される。検出電極２５はＩＣチップ１７に電気的に接続される。こういった接続にあたって固定片１９の外表面や可動片２３の外表面には導電材の配線パターン（図示されず）が形成されることができる。第１および第２駆動電極２２ａ、２２ｂにＩＣチップ１７から駆動信号が供給されると、第１駆動電極２２ａと検出電極２５との間に静電結合が生成される。静電結合の静電容量は駆動信号の周期的変化を反映する。同時に、静電結合の静電容量は可動片２３のｙ軸方向変位を反映する。静電容量の変化はＩＣチップ１７に伝達される。ＩＣチップ１７の出力は例えば導体のピン端子（図示されず）から容器１２の外側に引き出される。
【００２４】
ＩＣチップ１７には、図３に示されるように、自励発振回路２６および検出回路２７が構築される。自励発振回路２６は第１駆動電極２２ａおよび第２駆動電極２２ｂから振動腕２１ａ、２１ｂに交流電圧を印加する。振動子１６では、第１駆動電極２２ａに周波数ωの駆動信号が供給されると、１８０°の位相遅れで第２駆動電極２２ｂから周波数ωの信号が出力される。自励発振回路２６は振動腕２１ａ、２１ｂの固有周波数ωで振動腕２１ａ、２１ｂの自励発振を引き起こす。
【００２５】
自励発振回路２６は電流アンプ２８、自動振幅制御回路（ＡＧＣ）２９および反転アンプ３１を含む。電流アンプ２８は配線で第２駆動電極２２ｂに電気的に接続される。電流アンプ２８は所定の増幅率で第２駆動電極２２ｂの出力信号を増幅する。電流アンプ２８には自動振幅制御回路２９が接続される。自動振幅制御回路２９には基準電圧回路３２から基準電圧が供給される。自動振幅制御回路２９は基準電圧に応じて出力信号の電圧振幅を一定に調整する。自動振幅制御回路２９には反転アンプ３１が接続される。反転アンプ３１は自動振幅制御回路２９の出力信号を反転する。反転アンプ３１は配線で第１駆動電極２２ａに電気的に接続される。反転アンプ３１の出力信号は第１駆動電極２２ａに供給される。自動振幅制御回路２９は駆動電極２２ａ、２２ｂに与えられる電圧信号の温度変化を防ぐ。
【００２６】
検出回路２７はチャージアンプ３４、同期検波回路３７およびローパスフィルター３８を含む。チャージアンプ３４は配線で検出電極２５に接続される。検出電極２５には第１駆動電極２２ａとの静電結合に応じた電流が第１駆動電極２２ａの信号から２７０°の位相遅れで現れる。チャージアンプ３４は検出電極２５の検出信号すなわち静電容量信号を増幅する。
【００２７】
チャージアンプ３４には同期検波回路３７が接続される。同期検波回路３７は自励発振回路２６の電流アンプ２８の出力に基づきチャージアンプ３４の出力を同期検波する。同期検波回路３７には電流アンプ２８の出力から３６０°の位相遅れで周波数ωの信号が供給される。この同期検波に応じて物理量すなわち加速度に相当する信号成分がチャージアンプ３４の出力すなわち静電容量信号から抽出される。同期検波回路３７にはローパスフィルター３８が接続される。ローパスフィルター３８は、加速度の変化よりも短い周期で変化する信号成分すなわちノイズを除去する。こうして加速度の大きさに応じてローパスフィルター３８から信号（物理量信号）が出力される。
【００２８】
（２）加速度センサーのキャリブレーション
加速度センサー１１では、加速度が作用しなければ、可動片２３は変位せず出力は「０（ゼロ）」を示す。ｙ軸方向に加速度が作用すると、加速度の大きさに応じて可動片２３は変位する。変位量に応じて静電容量は変化する。その結果、ローパスフィルター３８から出力される信号の電圧値は変化する。こうして想定される計測域内で加速度と電圧値との相関関係が導き出される。その結果、検出される電圧値に基づき加速度は特定されることができる。
【００２９】
（３）加速度センサーの動作
次に加速度センサー１１の動作を説明する。第１駆動電極２２ａおよび第２駆動電極２２ｂには周波数ωで交流電圧が印加される。振動腕２１ａ、２１ｂは固有周波数ωで自励発振する。駆動信号の周期的変化に応じて第１駆動電極２２ａと検出電極２５との間で静電容量は周波数ωで周期的に変化する。すなわち、検出電極２５の静電容量信号の周波数は第１駆動電極２２ａの駆動信号の周波数を反映する。
【００３０】
同期検波回路３７はチャージアンプ３４の出力を同期検波する。その結果、駆動信号に相当する周波数成分は打ち消される。ｙ軸方向に加速度が作用していなければ、可動片２３は振動腕２１ａ、２１ｂに対してｙ軸方向に相対的に変位しない。可動片２３の変位に基づく静電容量の変化は発生しない。その結果、検出回路２７の出力は加速度＝「０（ゼロ）」を特定する。
【００３１】
ｙ軸方向に加速度が作用すると、可動片２３は加速度の作用に応じてｙ軸方向に変位する。加速度の大きさに応じて変位量は決定される。可動片のｙ軸方向変位は第１駆動電極２２ａと検出電極２５との距離を変化させる。こうした距離の変化は静電容量の変化を生み出す。この静電容量の変化は、駆動信号の周期的変化を反映する周波数信号に重畳される。したがって、同期検波の働きで可動片２３の変位に基づく静電容量の変化分は抽出される。同期検波は高い精度でチャージアンプ３４の出力と振動子１６の駆動信号との差分を抽出することから、可動片２３の変位に基づく静電容量の変化分は高い精度で特定されることができる。加速度は高い精度で検出されることができる。
【００３２】
加速度センサー１１によれば、駆動信号すなわち交流電圧の周期的変化は、第１駆動電極２２ａと検出電極２５との間で静電容量の周期的変化を生み出す。したがって、検出電極２５の検出信号の周波数は振動子１６の駆動信号の周波数ωを反映する。前述のように加速度は静電容量の周期的変化に重畳されることから、検出電極２５から検出される静電容量の変化と、第１駆動電極２２ａおよび第２駆動電極２２ｂに供給される駆動信号に基づき物理量すなわち加速度は高い精度で検出されることができる。特に、同期検波によれば、重畳された信号成分は高い精度で抽出されることができる。
【００３３】
（４）第２実施形態に係る加速度センサーの構成
図４は第２実施形態に係る物理量検出センサーすなわち加速度センサー（物理量検出センサー）１１の振動子１６ａを概略的に示す。この振動子１６ａには第１、第２および第３駆動電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃが固定される。第１、第２および第３駆動電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃは例えばクロムおよびクロムに積層される金といった導電材から形成される。第１駆動電極４２ａおよび第２駆動電極４２ｂは一方の振動腕２１ａに駆動電圧を印加する。第３駆動電極４２ｃおよび第２駆動電極４２ｂは他方の振動腕２１ｂに駆動電圧を印加する。
【００３４】
この第２実施形態では、前述の検出電極２５に代えて可動片２３の外表面に第１検出電極２５ａおよび第２検出電極２５ｂが固定される。第１および第２検出電極２５ａ、２５ｂは例えばクロムおよびクロムに積層される金といった導電材から形成される。第１検出電極２５ａは第１駆動電極４２ａとの間で静電結合を生じる距離で第１駆動電極４２ａから離れて配置される。第２検出電極２５ｂは第３駆動電極４２ｃとの間で静電結合を生じる距離で第３駆動電極４２ｃから離れて配置される。第１検出電極２５ａおよび第２検出電極２５ｂはそれぞれ個別にＩＣチップ１７に電気的に接続される。こういった接続にあたって固定片１９の外表面や可動片２３の外表面には導電材の配線パターン（図示されず）が形成されることができる。ここでは、第１検出電極２５ａおよび第２検出電極２５ｂは、ｘｙ平面内で対応の第１駆動電極４２ａおよび第３駆動電極４２ｃの中心線ＣＬ１、ＣＬ２からｘ軸方向に相互に反対向きにずらされて配置される。ずれ量は同等に設定されればよい。
【００３５】
図５は第２実施形態に係る加速度センサー１１の自励発振回路２６ａを概略的に示す。自励発振回路２６ａでは第３駆動電極４２ｃに自動振幅制御回路２９が接続される。第３駆動電極４２ｃには自動振幅制御回路２９の出力が供給される。自動振幅制御回路２９および第３駆動電極４２ｃの間にはアンプ４３が接続されることができる。アンプ４３は自動振幅制御回路２９の出力を増幅する。こうして第１駆動電極４２ａおよび第３駆動電極４２ｃには１８０°の位相差で駆動電圧が供給される。その結果、第１検出電極２５ａおよび第２検出電極２５ｂには１８０°の位相差で静電容量の変化が現れる。差動アンプ３６は検出信号の振幅を２倍に増幅することができる。その他の構造は第１実施形態に係る加速度センサー１１のそれと同一であることができる。
【００３６】
検出回路２７ａは、第１チャージアンプ３４、第２チャージアンプ３５、差動アンプ３６、同期検波回路３７およびローパスフィルター３８を含む。第１チャージアンプ３４は配線で第１検出電極２５ａに接続される。第１検出電極２５ａには第１駆動電極４２ａとの静電結合に応じた電流が第１駆動電極４２ａの信号から２７０°の位相遅れで現れる。第１チャージアンプ３４は第１検出電極２５ａの検出信号を増幅する。第２チャージアンプ３５は配線で第２検出電極２５ｂに接続される。第２検出電極２５ｂには第３駆動電極４２ｃとの静電結合に応じた電流が第３駆動電極４２ｃの信号から２７０°の位相遅れで現れる。第２チャージアンプ３５は第２検出電極２５ｂの検出信号を増幅する。第１チャージアンプ３４および第２チャージアンプ３５には差動アンプ３６が接続される。差動アンプ３６は第１チャージアンプ３４の出力と第２チャージアンプ３５の出力とを差動増幅する。第１チャージアンプ３４および第２チャージアンプ３５は２７０°の位相遅れを生成する。差動アンプ３６に前述と同様に同期検波回路３７が接続される。その他の構造は第１実施形態に係る加速度センサー１１のそれと同一であることができる。第１実施形態の構成や構造と均等な機能を発揮する構成や構造には同一の参照符号が付され詳細な説明は割愛される。
【００３７】
ｙ軸方向に加速度が作用すると、可動片２３は加速度の作用に応じてｙ軸方向に変位する。同時に、ｘ軸方向に加速度が作用すると、可動片２３は加速度の作用に応じてｘ軸方向にも変位する。このとき、第１検出電極２５ａおよび第１駆動電極４２ａの静電結合に応じた静電容量と、第２検出電極２５ｂおよび第３駆動電極４２ｃの静電結合に応じた静電容量とはｘ軸方向の変位に対して相互に正反対の変化を示す。したがって、差動アンプ３４の出力ではｘ軸方向の変位に基づく静電容量の変化は相互に打ち消される。その結果、ｘ軸方向の加速度の影響は取り除かれることができる。ｙ軸方向の加速度が精度よく検出されることができる。
【００３８】
（５）第３実施形態に係る加速度センサーの構成
図６は第３実施形態に係る物理量検出センサーすなわち加速度センサー（物理量検出センサー）１１の振動子１６ｂを概略的に示す。この振動子１６ｂでは、固定片１９から可動片２３に向かってｙ軸に平行に振動腕２１ａ、２１ｂが延びる。その結果、振動腕２１ａ、２１ｂの先端で１壁面４５ａ、４５ｂは可動片２３の１壁面４６に向き合わせられる。ここでは、振動腕２１ａ、２１ｂの壁面４５ａ、４５ｂと可動片２３の壁面４６とは相互に平行に広がることができる。振動腕２１ａ、２１ｂの壁面４５ａ、４５ｂには第１駆動電極４２ａおよび第３駆動電極４２ｃが形成される。可動片２３の壁面４６には、第１駆動電極４２ａに向き合う位置で第１検出電極２５ａが配置され、第３駆動電極４２ｃに向き合う位置で第２検出電極２５ｂが配置される。第１駆動電極４２ａおよび第３駆動電極４２ｃに駆動電圧が供給されると、第１駆動電極４２ａと第１検出電極２５ａとの間で静電結合が確立され、第３駆動電極４２ｃと第２検出電極２５ｂとの間で静電結合が確立される。向き合う壁面４５ａ、４５ｂ、４６同士に第１および第３駆動電極４２ａ、４２ｃと第１および第２検出電極２５ａ、２５ｂとが近接配置されることから、静電結合は強められることができる。その他の構造は第１および第２実施形態に係る加速度センサー１１のそれと同一であることができる。
【００３９】
（６）第４実施形態に係る加速度センサーの構成
図７は第４実施形態に係る物理量検出センサーすなわち加速度センサー（物理量検出センサー）１１の回路構成を概略的に示す。この加速度センサー１１は前述の自励発振回路２６ａおよび検出回路２７ａに加えて２倍周波数生成回路４８をさらに備える。２倍周波数生成回路４８は第１矩形化回路４９および第２矩形化回路５１を備える。第１矩形化回路４９および第２矩形化回路５１は正弦波を矩形波に変換する。第１矩形化回路４９には自励発振回路２６ａの電流アンプ２８から直接に信号が供給される。第２矩形化回路５１には９０°移相器５２を経由して電流アンプ２８の出力が供給される。第１矩形化回路４９および第２矩形化回路５１には共通に排他的論理和（ＸＯＲ）回路５３が接続される。ＸＯＲ回路５３は第１矩形化回路４９の出力および第２矩形化回路５１の出力から排他的論理和を演算する。その結果、駆動電圧の周波数ωの２倍の周波数２ωの検波用信号がＸＯＲ回路５３から出力される。ＸＯＲ回路５３の出力は検出回路２７の同期検波回路３７に供給される。こうして同期検波回路３７は駆動電圧の周波数ωの２倍の周波数２ωで同期検波を実施する。その他の構成は第１〜第３実施形態に係る加速度センサー１１のそれと同一であることができる。
【００４０】
ここで、図８を参照しつつ、駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωと静電容量との関係を簡単に説明する。いま、周波数ωの駆動信号が振動腕２１ａ、２１ｂに印加される場合を考える。駆動信号は正弦波で表現される。電圧が「０（ゼロ）」のとき、振動腕２１ａ、２１ｂは真っ直ぐに延びる。このとき、駆動電極４２ａ、４２ｃは対応の検出電極２５ａ、２５ｂに最も接近する。駆動信号が極大値に達すると、振動腕２１ａ、２１ｂは例えばｘ軸方向に正方向に湾曲する。その結果、駆動電極４２ａ、４２ｃは対応の検出電極２５ａ、２５ｂから最も遠ざかる。反対に、駆動信号が極小値に達すると、振動腕２１ａ、２１ｂは例えばｘ軸方向に負方向に湾曲する。このときも、駆動電極４２ａ、４２ｃは対応の検出電極２５ａ、２５ｂから最も遠ざかる。駆動信号が１周期で変化する間に、接近および離隔は２回繰り返される。静電容量は駆動電極４２ａ、４２ｃと対応の検出電極２５ａ、２５ｂとの距離に依存することから、振動腕２１ａ、２１ｂの振動に応じて静電容量は周波数２ωで周期的に変化する。こうして検出電極２５ａ、２５ｂの検出信号の周波数は２倍の周波数２ωの周期的変化を反映する。加速度の作用に応じて振動腕２１ａ、２１ｂに対して相対的に可動片２３が変位すると、変位量に応じて静電容量は増減する。この増減は加速度に相当する。こうして加速度は静電容量の周期的変化に重畳される。その結果、静電容量の変化および駆動信号に基づき加速度は高い精度で検出されることができる。
【００４１】
（７）第５実施形態に係る加速度センサーの構成
図９は第５実施形態に係る物理量検出センサーすなわち加速度センサー（物理量検出センサー）の振動子６１を概略的に示す。振動子６１は例えば水晶といった圧電材料から形成される。振動子６１は中心体６２を備える。中心体６２は４本の梁６３で固定部材（相対変位片）６４に連結される。固定部材６４は例えば容器本体１３に固定される。梁６３の変形に応じてｘｙ平面内で中心体６２の変位および回転は許容される。梁６３はｘｙ平面に直交するｚ軸方向に中心体６２の動きを規制する。
【００４２】
中心体６２にはｚ軸に平行に回転軸６５が設定される。中心体６２には１対の検出振動腕（検出振動片）６６が接続される。検出振動腕６６はｘｙ平面に沿ってｙ軸方向に中心体６２から相互に離れる方向に延びる。個々の検出振動腕６６の表面には角速度検出電極６７が固定される。角速度検出電極６７は例えばクロムおよびクロムに積層される金といった導電材から形成される。角速度検出電極６７ごとに固定部材６４上には外部接続用パッド６８が固定される。外部接続用パッド６８は例えばクロムおよびクロムに積層される金といった導電材から形成される。外部接続用パッド６８は個別に対応の角速度検出電極６７に接続される。こういった接続にあたって中心体６２や梁６３、固定部材６４の表面には導電材の配線パターン６９が形成される。個々の外部接続用パッド６８は個別にＩＣチップ１７に接続される。例えばワイヤボンディングといった配線で外部接続用パッド６８から信号は引き出されることができる。
【００４３】
中心体６２には１対の連結腕７１を介して２対の駆動振動腕７２（振動片）が接続される。連結腕７１はｘｙ平面に沿ってｘ軸方向に中心体６２から相互に離れる方向に延びる。駆動振動腕７２はｘｙ平面に沿って検出振動腕６６に平行に延びる。個々の対では駆動振動腕７２は連結腕７１の先端から相互に離れる方向に延びる。
【００４４】
個々の駆動振動腕７２には駆動電極７３が固定される。駆動電極７３はＩＣチップ１７に接続される。こういった接続にあたって、駆動振動腕７２や連結腕７１、中心体６２、梁６３、固定部材６４には導電材の配線パターン（図示されず）が形成される。例えばワイヤボンディングといった配線で配線パターンから信号経路は引き出される。
【００４５】
固定部材６４の外表面には加速度検出電極（検出電極）７５が固定される。加速度検出電極７５は例えば銅といった導電材から形成される。加速度検出電極７５は対応の駆動電極７３との間で静電結合を生じる距離で対応の駆動電極７３から離れて固定部材６４上に配置される。加速度検出電極７５ごとに固定部材６４上には外部接続用パッド７６が固定される。外部接続用パッド７６は例えば銅といった導電材から形成される。外部接続用パッド７６は個別に加速度検出電極７５に接続される。こういった接続にあたって固定部材６４の表面には導電材の配線パターン７７が形成される。個々の外部接続用パッド７６は個別にＩＣチップ１７に接続される。例えばワイヤボンディングといった配線で外部接続用パッド７６から信号は引き出されることができる。
【００４６】
ＩＣチップ１７には、図１０に示されるように、自励発振回路２６、２倍周波数生成回路４８、第１検出回路２７ａおよび第２検出回路２７ｂが構築される。自励発振回路２６および２倍周波数生成回路４８は例えば第４実施形態に係る加速度センサー１１の自励発振回路２６および２倍周波数生成回路４８と同様に構成されることができる。自励発振回路２６は１対の駆動電極７３ごとに駆動電圧を印加する。第１検出回路２７ａは、第１実施形態に係る加速度センサー１１の検出回路２７と同様に、第１チャージアンプ３４ａ、第２チャージアンプ３５ａ、差動アンプ３６ａ、同期検波回路３７ａおよびローパスフィルター３８ａを含むことができる。第２検出回路２７ｂは、第４実施形態に係る加速度センサー１１の検出回路２７と同様に、第１チャージアンプ３４ｂ、第２チャージアンプ３５ｂ、差動アンプ３６ｂ、同期検波回路３７ｂおよびローパスフィルター３８ｂを含むことができる。第１検出回路２７ａの同期検波回路３７ａには２倍周波数生成回路４８の第１矩形化回路４９から周波数ωの検波用信号が供給される。第２検出回路２７ｂの同期検波回路３７ｂには２倍周波数生成回路４８のＸＯＲ回路５３から周波数２ωの検波用信号が供給される。
【００４７】
角速度の検出にあたって個々の駆動振動腕７２には駆動電極７３から駆動信号が供給される。駆動振動腕７２で自励振動が引き起こされる。駆動振動腕７２はｘｙ平面内でＸ軸方向に揺動する。駆動振動腕７３は回転軸６５を含むｙｚ平面で面対称に振動することから、中心体６２および検出振動腕６６はほとんど振動しない。このとき、検出振動腕６６はほとんど変形しない。したがって、角速度検出電極６７から信号は検出されない。自励振動は維持される。
【００４８】
回転軸６５にｚ軸回りで角速度が加わると、駆動振動腕７２にコリオリ力が加わる。このコリオリ力の作用で駆動振動腕７２の振動はＸ軸方向の揺動からＹ軸方向の揺動へ移行する。このコリオリ力に基づく振動は回転軸６５回りに中心体６２の振動を励起する。この振動に応じて検出振動腕６６は歪む。この歪みの圧電効果に基づき角速度検出電極６７から信号が検出される。この信号は第１検出回路２７ａに供給される。同期検波回路３７ａは周波数ωの矩形波と角速度検出電極６７からの信号とから角速度の信号成分を抽出する。こうして角速度は検出される。第５実施形態に係る加速度センサーは角速度センサーすなわちジャイロセンサーとしても機能する。２つの検出振動腕７２からの信号が差動増幅されることができることから、加速度の成分は打ち消され、角速度だけが抽出されることができる。
【００４９】
ｙ軸方向に加速度が加わると、個々の駆動振動腕７２は軸方向に変位する。したがって、駆動電極７３と加速度検出電極７５との距離は変化する。静電容量は変化する。駆動振動腕７２はｘｙ平面内でＸ軸方向に揺動することから、静電容量は駆動信号の周波数ωの２倍の周波数２ωで周期的に変化する。この静電容量の変化は加速度検出電極７５から検出される。この加速度検出電極７５の検出信号は第２検出回路２７ｂに供給される。同期検波回路３７ｂは周波数２ωの矩形波と加速度検出電極７５からの検出信号とから加速度の信号成分を抽出する。こうして加速度は検出される。
【００５０】
（８）第６実施形態に係る加速度センサーの構成
図１１は第６実施形態に係る物理量検出センサーすなわち加速度センサー（物理量検出センサー）の振動子６１ａを概略的に示す。この第６実施形態では、加速度検出電極（検出電極）７５は外部接続用パッド６８に接続される。こういった接続にあたって固定部材６４の表面には導電材の配線パターン７８が形成される。その他の構成は第５実施形態に係る振動子６１と同一であることができる。図１２に示されるように、検出回路８１は加速度検出電極６８に接続される。差動増幅回路３６の出力は同期検波回路３７ａおよび同期検波回路３７ｂに分配される。同期検波回路３７ａは周波数ωの矩形波と信号とから角速度の信号成分を抽出する。こうして角速度は検出される。同期検波回路３７ｂは周波数２ωの矩形波と信号とから加速度の信号成分を抽出する。こうして加速度は検出される。この第６実施形態では外部接続用パッド６８が角速度検出電極６７および加速度検出電極７５で共有されることから、振動子６１ａおよびＩＣチップ１７の間で配線は簡素化されることができる。
【００５１】
（９）電子機器
以上のような加速度センサー１１は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、ナビゲーション装置、車両の車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、携帯電話、ラジオコントロールヘリコプター、掃除ロボットなどに組み込まれて利用されることができる。ただし、加速度センサー１１の用途はこれら電子機器に限定されるものではない。
【００５２】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、加速度センサーやジャイロセンサー等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１１  物理量検出センサー（加速度センサー）、２１ａ，２１ｂ  振動片（振動腕）、２３  相対変位片（可動片）、２２ａ  駆動電極（第１駆動電極）、２２ｂ  駆動電極（第２駆動電極）、２５ａ  検出電極（第１検出電極）、２５ｂ  検出電極（第２検出電極）、２６，２６ａ  自励発振回路、２７  検出回路、２７ａ  検出回路（第１検出回路）、２７ｂ  検出回路（第２検出回路）、４２ａ  駆動電極（第１駆動電極）、４２ｃ  駆動電極（第３駆動電極）、４５ａ，４５ｂ  振動片の壁面（振動腕の壁面）、４６  相対変位片の壁面（可動片の壁面）、４８  ２倍周波数生成回路、６４  相対変位片（固定部材）、６６  検出振動片（検出振動腕）、６７  角速度検出電極、６８  外部接続用パッド、７２  振動片（駆動振動腕）、７３  駆動電極、７５  検出電極（加速度検出電極）、８１  検出回路。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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