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公開番号2024166209
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024151299,2023004904
出願日2024-09-03,2010-10-18
発明の名称物理量センサーおよび電子機器
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G01C 19/5747 20120101AFI20241121BHJP(測定;試験)
要約【課題】Q値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびそれを用いた電子機器を提供すること。
【解決手段】物理量センサー1は、円環振動可能なリング部31と、4つの支持部61～64と、支持部61～64とリング部31の円環振動の節となる部位とを連結する4つの梁71～72と、可動部を有しリング部31を介してX1軸向に対向配置された一対の第1質量部51、52と、可動部を有しリング部31を介してY軸方向に対向配置された一対の第2質量部53、54と、一対の第1質量部51、52および一対の第2質量部53、54のうちの少なくとも一方を第1の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段4とを有し、リング部31は、前記第1の周波数に応じて、X軸方向およびY軸方向に対して円環振動する。
【選択図】図2
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軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる４つの固定点とを連結する４つの梁と、
前記第２軸と平行な軸まわりに変位可能な第１可動部および前記第２軸と平行な方向に変位可能な第２可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
前記第１軸と平行な軸まわりに変位可能な第３可動部および前記第１軸と平行な方向に変位可能な第４可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リングに対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する第１可動部および前記第２質量部の各々が有する第３可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第１質量部の各々が有する第２可動部および前記第２質量部の各々が有する第４可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする物理量センサー。
【請求項３】
前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記第１バネ部は、それぞれ、前記第２軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第２バネ部は、それぞれ、前記第１軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記４つの支持部は、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記梁の各々は、前記リングの中心からの動径方向への変位が規制されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項８】
前記振動手段は、静電駆動、圧電駆動のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項９】
前記トランスデューサーは、静電型、圧電型、ピエゾ抵抗型のいずれかの検知能力を有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の物理量センサー。
【請求項１０】
前記トランスデューサーは、前記第１軸まわりの角速度、前記第２軸まわりの角速度および前記第１軸と前記第２軸の両軸に直交する第３軸まわりの角速度を検知することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の物理量センサー。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサーおよびそれを用いた電子機器に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ信号を用いた車両等の移動体ナビゲーションシステムなどの姿勢制御として、角速度を検出する角速度センサーが多く用いられている。また、角速度センサーとして、１つのセンサーで互いに直交する３軸のそれぞれの軸まわりの角速度を検出できるようなものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のセンサーは、円環状の駆動質量と、その中心に配置されたアンカーと、駆動質量とアンカーとを連結する弾性アンカー要素と、アンカーが固定された基板２とを有しており、駆動質量を回転振動させた状態で、各軸まわりの角速度を検知するように構成されている。
しかしながら、このような構成では、駆動質量の振動が、弾性アンカー要素およびアンカーを介して基板２に伝達し振動漏れが生じる。このような振動漏れが生じると、センサーの振動のＱ値が低下する（すなわち、エネルギー損失を招く）。振動のＱ値が低下すると、所望の振動振幅が得られなくなり、センサーの検出感度が悪化する。また、必要な振幅を得るために高い駆動能力の駆動装置が必要となり、センサーの大型化を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－２７１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーおよびそれを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる部位とを連結する４つの梁と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リング部に対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リング部とを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する前記可動部および前記第２質量部の各々が有する前記可動部の変位量を電気信号に変換する少なくとも１つのトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
【０００７】
本発明の物理量センサーは、互いに直交する２つの軸を第１軸および第２軸としたとき、
円環振動可能なリング部と、
前記リング部を支持する４つの支持部と、
前記支持部の各々と前記リング部の前記円環振動の節となる４つの固定点とを連結する４つの梁と、
前記第２軸と平行な軸まわりに変位可能な第１可動部および前記第２軸と平行な方向に変位可能な第２可動部を有し、前記リング部を介して前記第１軸と平行な方向に対向配置された一対の第１質量部と、
前記第１軸と平行な軸まわりに変位可能な第３可動部および前記第１軸と平行な方向に変位可能な第４可動部を有し、前記リング部を介して前記第２軸と平行な方向に対向配置された一対の第２質量部と、
前記第１質量部の各々が前記リング部に対して前記第１軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第１質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第１バネ部と、
前記第２質量部の各々が前記リングに対して前記第２軸と平行な方向に振動可能となるように、前記第２質量部の各々と前記リングとを連結する一対の第２バネ部と、
前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部のうちの少なくとも一方を前記第１軸および前記第２軸を含む平面方向に第１の周波数で互いに逆位相となるように振動させる振動手段と、
前記第１質量部の各々が有する第１可動部および前記第２質量部の各々が有する第３可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、
前記第１質量部の各々が有する第２可動部および前記第２質量部の各々が有する第４可動部の変位量を電気得信号に変換するトランスデューサーと、を有し、
前記リング部は、前記第１の周波数に応じて、前記第１軸と平行な方向および前記第２軸と平行な方向に対して円環振動することを特徴とする。
これにより、Ｑ値が高く、高い検出感度を有する小型の物理量センサーを提供することができる。
【０００８】
本発明の物理量センサーでは、前記リング部を支持する基板を有し、
前記基板は、半導体基板、絶縁基板、或いは半導体層と絶縁層が積層してなる複合基板で構成されていることが好ましい。
これにより、装置構成が簡単なものとなる。
本発明の物理量センサーでは、前記リング部は、外径と内径とを備え、内径より内側は空隙となっており、前記リング部は弾性変形可能であることが好ましい。
これにより、リング部をより効率的に円環振動させることができる。
【０００９】
本発明の物理量センサーでは、前記第１バネ部は、それぞれ、前記第２軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されており、
前記第２バネ部は、それぞれ、前記第１軸と平行な方向への変形および前記第１軸と前記第２軸とに直交する軸と平行な方向への変形が規制されていることが好ましい。
これにより、第１質量部を第１軸と平行な方向に安定して振動させることができ、第２質量部を第２軸と平行な方向へ安定して振動させることができる。
【００１０】
本発明の物理量センサーでは、前記４つの支持部は、前記一対の第１質量部および前記一対の第２質量部の内側かつ前記リング部の外側に位置しており、前記リング部の中心と交わる前記第１軸および前記第２軸に対して鏡面対称の位置に設けられたことが好ましい。
これにより、装置の小型化を図ることができる。また、リング部を安定して支持することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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