CN102889888B - 振动陀螺元件、陀螺传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种振动陀螺元件、陀螺传感器及电子设备，其提高了振动陀螺元件的检测灵敏度。振动陀螺元件(1)具备从支承部(2)延伸的一对驱动用振动臂(3a、3b)和其相反侧的一对检测用振动臂(4a、4b)，并具有：驱动模式，驱动用振动臂在面内方向反向地弯曲振动；第一检测模式，驱动用振动臂在面外方向以相互反向且与哥氏力的作用方向反相的方式弯曲振动，检测用振动臂在面外方向以相互反向且与驱动用振动臂反相的方式弯曲振动；第二检测模式，驱动用振动臂在面外方向以相互反向且与哥氏力的作用方向同相的方式弯曲振动，检测用振动臂在面外方向以相互反向且与驱动用振动臂同相的方式弯曲振动，各个检测用振动臂在第一检测模式和第二检测模式中以同相弯曲振动。

Description

振动陀螺元件、陀螺传感器及电子设备

技术领域

本发明涉及一种使用了弯曲振动片的振动陀螺元件、使用了该振动陀螺元件的陀螺传感器以及电子设备。

背景技术

一直以来，在时钟、家电产品、各种信息通信设备、和办公自动化设备等的电子设备中，作为电子电路的时钟源，广泛使用压电振子、搭载了压电振动片和IC芯片的振荡器、实时时钟模块等的压电装置。此外，在数码照相机、摄像机、导航装置、车身姿势检测装置、指示装置、游戏控制器、移动电话、头置式显示器等的各种电子设备中，为了对角速度、角加速度、加速度、力等的物理量进行检测，而广泛使用利用了弯曲振动片的压电振动陀螺仪等的传感器。

例如，已知一种将驱动用的压电陶瓷粘合在截面为正方形的振动臂（音片）的一个侧面上，且将提取用的压电陶瓷粘合在邻接的另一个侧面上的横向振动音片陀螺仪（例如，参照专利文献1）。当该音片通过向驱动用的压电陶瓷施加信号从而在X方向上进行弯曲振动，并通过绕Z轴的旋转而利用哥氏力在Y方向上进行弯曲振动时，能够通过在提取用的压电陶瓷上产生的输出，而对绕Z轴的旋转的角速度进行检测。

此外，已知一种由双侧音叉型振动片构成的角速度传感器，所述双侧音叉型振动片是通过基座而将被驱动对和检测对这两对叉状部件连结在一起而形成的（例如，参照专利文献2）。已知如下内容，即，在由这种双侧音叉型（H形）振动片构成的振动陀螺仪中，通过将振子的臂长及宽度、压电元件的长度及宽度设定为固定的关系，从而能够抑制成为寄生偏移输出的原因的第二阶模式，由此实现稳定性较高的检测（例如，参照专利文献3）。该振动陀螺仪通过设置在恒弹性合金的振子的表面上的压电元件，从而实施振子的驱动及检测。

作为相同的双侧音叉型，已知一种具有从基体向＋Y方向突出的两根第一振动片、向－Y方向突出的两根第二振动片、和从基体中央突出的单一的支承棒的角速度检测装置（例如，参照专利文献4）。当第一振动片在驱动模式下于面内的X方向上以反相进行振动，且在该状态下绕Y方向进行旋转时，在检测模式下第二振动片将于面外的Z方向上以反相进行振动。

已知如下内容，即，在具有与专利文献4相同的结构的角速度传感器中，通过以在一个振动片上于与哥氏力相同的方向上产生振动泄漏，而在另一个振动片上于与哥氏力相反的方向上产生振动泄漏的方式，来决定驱动振动频率和检测振动频率，从而使由于振动泄漏而产生的电信号相抵消，由此使角速度的检测精度变得良好（例如，参照专利文献5）。在该角速度传感器中，通过适当地规定H型振子的各个部分的尺寸，从而在左右上下的振动片为左右反相且上下反相的第一振动模式、左右及上下同相的第三振动模式、以及左右反相且上下同相的第二振动模式中，各个振动模式的固有振动数f1、f3、f2被设定为，按照该顺序增高。

此外，已知如下内容，即，振动陀螺元件会产生不同于驱动模式及检测模式且具有固定的振动方式的、被称为寄生模式的无用的振动模式（例如，参照专利文献6）。驱动模式的振动通过使寄生模式的振动频率充分远离其振动频率，从而较为稳定。

提出一种通过利用这种寄生模式的固有共振频率，从而能够降低温度漂移的振动型回转仪（例如，参照专利文献7）。根据专利文献7，通过使驱动模式的振动的固有共振频率fd与检测模式的振动的固有共振频率fp之间的差Δf，接近驱动模式的固有共振频率fd与寄生模式的固有共振频率fs之间的差Δfs的1.7倍，从而－40℃～＋80℃的温度范围内的温度漂移显著降低。

此外，提出一种通过减小驱动振动模式的振动的共振频率fd与寄生模式的振动的共振频率fs之间的差（fs－fd）的绝对值︱fs－fd︱即寄生失谐，从而降低了温度漂移的振动型回转仪的振子（例如，参照专利文献8）。根据专利文献8，通过使检测振动部及/或驱动振动部的质量或尺寸发生变化，来改变寄生模式及/或驱动振动的共振频率，从而能够控制寄生失谐。

在振动陀螺元件中，为了提高检测灵敏度，而需要进一步增大作用于检测用振动臂的激振力，从而进一步增大其振幅。但是，上述的现有的振动陀螺仪均只有一个检测时的振动模式，从而使向检测用振动臂的激振力增加以提高检测灵敏度是不容易的。尤其是，因为当振动陀螺元件小型化时，相对应地驱动用及检测用振动臂也被小型化，所以通过激振力的增加而实现的检测灵敏度的提高变得更加困难。

专利文献1：日本特开昭61-191916号公报

专利文献2：日本特开昭64-31015号公报

专利文献3：日本特开昭62-106314号公报

专利文献4：日本特开平10-54723号公报

专利文献5：日本特开平9-329444号公报

专利文献6：日本特开2003-21518号公报

专利文献7：日本特开2001-82962号公报

专利文献8：日本特开2004-333416号公报

发明内容

因此，本发明是鉴于上述的现有的问题点而被完成的，其目的在于，在具备从支承部起并排延伸的多个驱动用振动臂、和向该驱动用振动臂的相反侧并排延伸的多个检测用振动臂的振动陀螺元件中，使向检测用振动臂的激振力增加从而实现检测灵敏度的提高。

为了达成上述目的，本发明的振动陀螺元件的特征在于，具备：支承部；多个驱动用振动臂，其从该支承部起并排延伸；多个检测用振动臂，其从支承部起向驱动用振动臂的相反侧并排延伸，且数量与驱动用振动臂相同，并且，所述振动陀螺元件具有：驱动模式，相邻的多个驱动用振动臂在沿着其表背主面的面内方向上相互反向地进行弯曲振动；第一检测模式，通过由于振动臂的绕延伸方向的旋转而作用的哥氏力，从而多个驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与哥氏力作用方向反相的方式进行弯曲振动，并且多个检测用振动臂在面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与驱动用振动臂反相的方式进行弯曲振动；第二检测模式，多个驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与哥氏力的作用方向同相的方式进行弯曲振动，并且多个检测用振动臂在面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与驱动用振动臂同相的方式进行弯曲振动，各个检测用振动臂在第一检测模式和第二检测模式中以同相进行弯曲振动。

通过以这种方式构成，从而振动陀螺元件的各个振动臂以将第一及第二检测模式重叠在一起的振动模式进行弯曲振动，从而与各个检测用振动臂仅以第一或第二检测模式中的某一个模式进行振动的情况相比，增大了激振力，从而振幅增大。因此，因为无论从哪个检测用振动臂的检测电极中，均可输出更高的电压，所以能够通过更高的检测灵敏度来求出振动陀螺元件的旋转及角速度等。

此外，本发明的振动陀螺元件的特征在于，具备：支承部；多个驱动用振动臂，其从该支承部起并排延伸；多个检测用振动臂，其从支承部向驱动用振动臂的相反侧并排延伸，且数量与驱动用振动臂相同，并且，所述振动陀螺元件具有：驱动模式，相邻的多个驱动用振动臂在沿着其表背主面的面内方向上，相互反向地以预定的驱动共振频率fd进行弯曲振动；第一检测模式，通过由于振动臂的绕延伸方向的旋转而作用的哥氏力，从而多个驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与哥氏力的作用方向反相的方式进行弯曲振动，并且多个检测用振动臂在面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与驱动用振动臂反相的方式，以预定的第一检测共振频率fp1进行弯曲振动；第二检测模式，多个驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述哥氏力的作用方向同相的方式进行弯曲振动，并且多个检测用振动臂在面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与驱动用振动臂同相的方式，以预定的第二检测共振频率fp2进行弯曲振动，共振频率fd、fp1、fp2满足如下关系，即，fp1＜fd＜fp2，并且，0.7×(fd－fp1)≤fp2－fd≤1.3×(fd－fp1)。

通过以这种方式对共振频率fd、fp1、fp2进行设定，从而各个检测用振动臂在第一检测模式和第二检测模式中以同相进行弯曲振动，并且通过第一及第二检测模式的振动，而使作用于各个检测用振动臂的激振力增大，从而能够提高检测灵敏度。

在某一实施例中，通过将相对于驱动用振动臂的长度Ld的、支承部的宽度Wb设定在Wb/Ld≥2的范围内，从而能够将振动陀螺元件的检测灵敏度放大至1.15倍以上。

在其他的实施例中，通过将相对于驱动用振动臂的长度Ld的、支承部的宽度Wb设定在Wb/Lb≥2.5的范围内，从而能够将振动陀螺元件的检测灵敏度放大至1.25倍以上。

进一步根据其他的实施例，通过将相对于驱动用振动臂的长度Ld的、支承部的宽度Wb设定在Wb/Lb≥3.3的范围内，从而能够将振动陀螺元件的检测灵敏度放大至1.35倍以上。

此外，在某一实施例中，通过以百万分率表示的方式而将第一检测共振频率fp1与驱动共振频率fd之间的差即检测失谐频率Δfd、和第二检测共振频率fp2与驱动共振频率fd之间的差即寄生失谐频率Δfs设定为︱Δfd－Δfs︱≤40000，从而能够将振动陀螺元件的检测灵敏度放大至1.15倍以上。

在其他的实施例中，通过以百万分率表示的方式而将检测失谐频率Δfd和寄生失谐频率Δfs设定为︱Δfd－Δfs︱≤13000，从而能够将振动陀螺元件的检测灵敏度放大至1.25倍以上。

进一步根据其他的实施例，通过以百万分率表示的方式而将检测失谐频率Δfd和寄生失谐频率Δfs设定为︱Δfd－Δfs︱≤1000，从而能够将振动陀螺元件的检测灵敏度放大至1.35倍以上。

根据本发明的其他的侧面，通过具备上述的本发明的振动陀螺元件，从而能够提供检测灵敏度较高的陀螺传感器。

进一步根据本发明的其他的侧面，通过具备上述的本发明的振动陀螺元件，从而能够提供具备了检测灵敏度较高的陀螺传感器等传感器装置的、高性能且高精度的电子设备。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施例的振动陀螺元件及其驱动模式中的振动模式的俯视图。

图2中的(A)、(B)图为分别表示图1的振动陀螺元件的第一、第二检测模式中的振动模式的说明图。

图3为表示第一实施例的失谐频率差Δf与检测灵敏度放大率的关系的曲线图。

图4为第一实施例的改变例的振动陀螺元件的俯视图。

图5为表示图4的改变例中的支承部的宽度和驱动用振动臂的长度之间的尺寸比、与检测灵敏度放大率的关系的曲线图。

图6中的(A)图为表示本发明的第二实施例的振动陀螺元件及其驱动模式中的振动模式的俯视图，(B)、(C)图为分别表示其第一、第二检测模式中的振动模式的说明图。

图7中的(A)图为表示在图1的振动陀螺元件的制造过程中，形成在水晶晶片上的金属掩膜的俯视图，(B)图为沿其VII-VII线的放大剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。另外，在附图中，对相同或类似的结构要素标记相同或类似的参照符号。

图1概要性地图示了被使用于例如角速度传感器中的本发明的第一实施例的振动陀螺元件1。振动陀螺元件1由双侧音叉型弯曲振动片构成，并且具有中央处的大致矩形的支承部2、从该支承部起向一侧以并排的方式平行地延伸的一对驱动用振动臂3a、3b、和向该一对驱动用振动臂3a、3b的相反侧以并排的方式平行地延伸的一对检测用振动臂4a、4b。各个所述振动臂分别在顶端设置有锤部5a、5b、6a、6b，从而即使缩短各个所述振动臂的长度，也能够抑制高阶振动模式的产生，进而使振动频率稳定。在各个驱动用振动臂3a、3b与支承部2及锤部5a、5b之间的结合部上，于左右两侧分别形成有宽度朝向振动臂侧而变窄的锥形部7a、7b、8a、8b。同样地，在各个检测用振动臂4a、4b与支承部2及锤部6a、6b之间的结合部上，于左右两侧分别形成有宽度朝向振动臂侧而变窄的锥形部9a、9b、10a、10b。

在驱动用振动臂3a、3b上，为了在驱动模式中使该驱动用振动臂在沿着其表背主面的、例如平行于该主面的XY面内进行弯曲振动，而形成有驱动电极（未图示）。在检测用振动臂4a、4b上，为了在检测模式中对在该检测用振动臂于与其表背主面相交的、例如垂直于该主面的Z轴方向上进行弯曲振动时产生的电位差进行检测，而形成有检测电极（未图示）。在驱动模式中，当向所述驱动电极施加预定的交流电压时，驱动用振动臂3a、3b将如图1中箭头标记所示这样，在XY面内向相互反向地、即向接近或背离的方向进行弯曲振动。

当振动陀螺元件1在该状态下绕长度方向的Y轴进行旋转时，通过根据该角速度而产生的哥氏力的作用，所述驱动用振动臂将在垂直于所述主面的面外方向即Z轴方向上，相互反向地、即以反相进行弯曲振动。与其共振，从而在检测模式中，检测用振动臂4a、4b以相同的方式在Z轴方向上相互反向地进行弯曲振动。

本实施例的振动陀螺元件1具有两个检测模式。在第一检测模式中，如图2(A)所示，驱动用振动臂3a、3b在所述面外方向上即Z轴方向上，相对于哥氏力的作用方向11a、11b而以反相且相互反向地进行弯曲振动。由此，检测用振动臂4a、4b在Z轴方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与驱动用振动臂3a、3b反相的方式进行弯曲振动。这是一般在振动陀螺元件中通常被利用于角速度等的检测的振动模式。

在第二检测模式中，如图2(B)所示，驱动用振动臂3a、3b在Z轴方向上，相对于哥氏力的作用方向11a、11b而以同相且相互反向地进行弯曲振动。由此，检测用振动臂4a、4b在Z轴方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向的方式，且与驱动用振动臂3a、3b以同相进行弯曲振动。这是一般在角速度等的检测中作为不需要的寄生振动而被排除的振动模式。

其结果为，振动陀螺元件1的所述各个振动臂以将第一及第二检测模式重叠在一起的振动模式进行弯曲振动。各个驱动用振动臂3a、3b分别在第一检测模式和第二检测模式中以反相进行弯曲振动。与此相对，因为各个检测用振动臂4a、4b分别在第一检测模式和第二检测模式中以同相进行弯曲振动，所以与仅以第一或第二检测模式中的某一个模式进行振动的情况相比，增大了激振力，从而振幅增大。因此，无论是哪个检测用振动臂4a、4b，均能够从所述检测电极中获得更高的电压的电信号，从而能够以更高的检测灵敏度而求出振动陀螺元件1的所述旋转及角速度等。

在此，将驱动用振动臂3a、3b在驱动模式中于所述面内方向上进行弯曲振动的驱动共振频率设为fd，将检测用振动臂4a、4b在第一检测模式中进行弯曲振动的第一检测共振频率设为fp1，并将检测用振动臂4a、4b在第二检测模式中进行弯曲振动的第二检测共振频率设为fp2。根据本实施例，所述驱动共振频率、第一检测共振频率及第二检测共振频率被设定为，满足fp1＜fd＜fp2。由此，能够使上述的第一检测模式和第二检测模式同时产生。

将驱动共振频率fd设定为fd＝50kHz，并使第一及第二检测共振频率fp1、fp2在驱动共振频率fd的前后发生变化，而对振动陀螺元件1的检测灵敏度G进行了测定。在将振动陀螺元件1的绕Y轴的旋转角速度设为ω(dps)，且将检测用振动臂4a、4b的所述检测电极之间所产生的电压差设为Vs(mV)时，检测灵敏度G通过G＝Vs/ω(mV/dps)而表示。在下面的表1中表示该测定结果。

表1

在表1中，实施例1～3表示本实施例的振动陀螺元件1的检测灵敏度G。与此相对，比较例1～3为将第一及第二检测共振频率fp1、fp2相对于驱动共振频率fd而设定在正侧或负侧中的一侧时的检测灵敏度G。如该表所示，通过将所述驱动共振频率、第一检测检测共振频率及第二检测共振频率设定为fp1＜fd＜fp2，且使fp1及fp2分别从正负两侧接近fd，从而使检测灵敏度变得更高。

尤其是，在将第一检测共振频率fp1与驱动共振频率fd之间的差即检测失谐频率Δfd＝︱fd－fp1︱、以及第二检测共振频率fp2与驱动共振频率fd之间的差即寄生失谐频率Δfs＝︱fd－fp2︱分别设定为1kHz时，检测灵敏度G成为最大。基于这些测定结果，根据本实施例，通过进一步满足0.7×(fd－fp1)≤fp2－fd≤1.3×(fd－fp1)的关系，从而能够获得较高的检测灵敏度。

而且，对检测失谐频率Δfd与寄生失谐频率Δfs之间的失谐频率差Δf＝︱Δfd－Δfs︱、和检测灵敏度的放大率之间的关系进行了模拟。图3图示了该模拟结果。在该图中，横轴以ppm（百万分率）表示的方式而在Δf＝861～227865(ppm)的范围内对失谐频率差Δf进行表示。纵轴为相对于仅使用了第一检测模式的通常情况下的检测灵敏度的、本实施例的检测灵敏度的放大率。

如该图所示，失谐频率差Δf越小，则检测灵敏度的放大率越高，即，检测灵敏度显著地增高。在该图中，当驱动共振频率fd＝50.581kHz、第一检测共振频率fp1＝49.076kHz、第二检测共振频率fp2＝52.042kHz时，失谐频率差为Δf＝861ppm，检测灵敏度的放大率成为最大。

根据该模拟结果，在失谐频率差Δf＝︱Δfd－Δfs︱≤40000(ppm)时，能够获得1.15以上的检测灵敏度放大率。此外，获知如下内容，即，在失谐频率差Δf≤13000时，与通常情况相比能够获得1.25倍以上的检测灵敏度，进一步在失谐频率差Δf≤1000时，与通常情况相比能够获得1.35倍以上的检测灵敏度。

第二检测模式即寄生模式下的第二检测共振频率fp2能够通过改变振动陀螺元件1的检测侧的尺寸，例如检测用振动臂4a、4b的宽度、或者延伸出该振动臂的支承部2的宽度，而发生变化。当减小所述检测用振动臂的宽度时，第二检测共振频率fp2将上升。当增大支承部2的宽度时，第二检测共振频率fp2将减少。

图4图示了将第一实施例的支承部2的宽度扩大了的改变例的振动陀螺元件11。在振动陀螺元件11中，对与驱动用振动臂3a、3b的长度Ld和支承部12的宽度Wb之间的尺寸比相关的、检测灵敏度放大率的变化进行了模拟。如图4所示，所述驱动用振动臂的长度Ld被设为，从该振动臂的全长中减去了锤部5a、5b及锥形部7a、7b、8a、8b的长度而得到的、直接决定其共振频率的部分的长度。

图5图示了该模拟结果。在该图中，横轴在将驱动用振动臂长度Ld及支承部12的长度设定为固定且使该支承部宽度Wb发生变化的条件下，在Wb/Ld＝0.93～3.39的范围内对尺寸比进行表示。纵轴同样为，相对于仅使用了第一检测模式的通常情况下的检测灵敏度的、本实施例的检测灵敏度的放大率。如该图所示，尺寸比Wb/Ld越大、即支承部宽度Wb越大，则检测灵敏度的放大率就越大致地以直线状上升，从而检测灵敏度显著地增高。

根据该模拟结果，在尺寸比Wb/Ld≥2.0时获得了1.15以上的检测灵敏度放大率。此外，获知如下内容，即，在尺寸比Wb/Ld≥2.5时，与通常情况相比能够获得1.25倍以上的检测灵敏度，进一步在尺寸比Wb/Ld≥3.3时，与通常情况相比能够获得1.35倍以上的检测灵敏度。

本发明也能够同样应用于具有两根以上的多个驱动用振动臂及检测用振动臂的振动陀螺元件中。

图6概要性地图示了作为本发明的第二实施例的、由三脚型弯曲振动片构成的振动陀螺元件21。振动陀螺元件21具有：矩形的支承部22、从该支承部起以并排的方式平行地延伸的三根驱动用振动臂23a～23c、向该驱动用振动臂23a～23c的相反侧以并排的方式平行地延伸的三根检测用振动臂24a～24c。在本实施例中，也能够在各个所述振动臂上设置与第一实施例中的锤部5a～6a、5b～6b以及锥形部7a～10a、7b～10b相同的锤部及锥形部。

在驱动用振动臂23a～23c上，为了在驱动模式中使该驱动用振动臂在沿着其表背主面的、例如平行于该主面的XY面内进行弯曲振动，而形成有驱动电极（未图示）。在检测用振动臂24a～24c上，为了在检测模式中对在该检测用振动臂于与其表背主面相交的、例如垂直于该主面的Z轴方向上进行弯曲振动时产生的电位差进行检测，而形成有检测电极（未图示）。在驱动模式中，当向所述驱动电极施加预定的交流电压时，驱动用振动臂23a～23b将如图6(A)中箭头标记所示这样，在XY面内以相邻的振动臂彼此相互反向的方式、即向接近或背离的方向进行弯曲振动。

当振动陀螺元件21在该状态下绕长度方向的Y轴进行旋转时，通过根据其角速度而产生的哥氏力的作用，所述驱动用振动臂将在垂直于所述主面的面外方向即Z轴方向上相互反向地、即以反相进行弯曲振动。与其共振，从而在检测模式中，检测用振动臂24a～24c以相同方式在Z轴方向上相互反向地进行弯曲振动。

本实施例的振动陀螺元件21也同样地具有两个检测模式。在第一检测模式中，如图6(B)所示，驱动用振动臂23a～23c在Z轴方向上，以相对于哥氏力的作用方向而言，左右两侧的振动臂23a、23c为同相，而中央的振动臂23b为反相的方式进行弯曲振动。由此，检测用振动臂24a～24c在Z轴方向上，分别与在图中上下方向上相对应的驱动用振动臂23a～23c以反相进行弯曲振动。这是一般在振动陀螺元件中通常被利用于角速度等的检测的振动模式。

在第二检测模式中，如图6(C)所示，驱动用振动臂23a～23c在Z轴方向上，以相对于哥氏力的作用方向而言，左右两侧的振动臂23a、23c为反相，而中央的振动臂23b为同相的方式进行弯曲振动。由此，检测用振动臂24a～24c在Z轴方向上，分别与在图中上下方向上相对应的驱动用振动臂23a～23c以同相进行弯曲振动。这是一般在角速度等的检测中作为不需要的寄生振动而被排除的振动模式。

其结果为，振动陀螺元件21的各个所述振动臂以将第一及第二检测模式重叠在一起的振动模式进行弯曲振动。各个驱动用振动臂23a～23c分别在第一检测模式和第二检测模式中以反相进行弯曲振动。与此相对，因为各个检测用振动臂24a～24c分别在第一检测模式和第二检测模式中以同相进行弯曲振动，所以与仅以第一或第二检测模式中的某一个模式进行振动的情况相比，振幅增大。因此，由于无论为哪个的所述检测用振动臂，均能够从所述检测电极中获得更高的电压的电信号，所以能够以更高的检测灵敏度而求出振动陀螺元件21的所述旋转及角速度等。

上述各个实施例中的振动陀螺元件能够使用以下的加工方法而从例如水晶晶片中高精度地制造出。首先，在水晶晶片的表背整个面上形成例如在Cr上层压了Au而成的双层结构的金属膜，并且在其上涂布光刻胶且对该光刻胶进行曝光、显影，从而形成为与振动陀螺元件1的外形相对应的抗蚀剂图案。对从所述抗蚀剂图案露出的所述金属膜进行湿蚀刻，从而在所述水晶晶片的表背两面上形成金属图案。

图7(A)、(B)图示了以此方式形成在水晶晶片31的表背两面上的金属图案32。在该图中，假想线33a、33b表示从振动陀螺元件1的驱动用振动臂3a、3b中除去了锤部5a～6a、5b～6b以及锥形部7a～10a、7b～10b后的左右侧边。金属图案32以对应于驱动用振动臂3a、3b的左右侧边33a、33b的部分与所预期的位置相比向外侧稍微扩宽的方式而形成。

接下来，如图7(B)所示，从水晶晶片31的表面或背面中任一侧照射激光34，从而仅对对应于驱动用振动臂3a、3b的左右侧边33a、33b的所述部分进行消融加工。由于激光透过透明且较薄的水晶晶片31，因此能够同时且在表背两侧不会实质性地产生错位的条件下，对该晶片表背两面的金属图案32、32准确地进行加工。

尤其是，优选为如图7(A)所示，使左右的驱动用振动臂3a、3b的间隔Dd与激光34的点径RL相一致。由此，仅通过使激光34沿着所述驱动用振动臂的相邻的侧边33a、33b而在单方向上扫描一次，便能够同时对表背两面的金属图案32、32的与所述两侧边相对应的部分进行加工。

接下来，将以这种方式加工而成的金属图案作为掩膜而对所述水晶晶片进行湿蚀刻，从而形成具有振动陀螺元件1的外形形状的元件片。使电极膜粘附在所获得的所述元件片的表面上，并使用光刻技术来进行图案形成，从而形成所述驱动电极、检测电极以及从这些电极引出的配线等。

根据本实施例，由于对于表背两面的金属图案32、32的与所述驱动用振动臂的左右侧边33a、33b相对应的所述部分而与，能够通过采用这种方式而使表背两侧的对准更准确地一致，因此能够将驱动用振动臂3a、3b加工成更加接近于所需的矩形形状的截面形状。此外，由于利用激光而仅对表背两面的金属图案32、32的指定的部分进行加工，因此作为工序整体，与利用激光对所述金属图案整体进行加工的情况相比，能够大幅度地缩短加工时间且降低加工成本。

本发明并不限定于上述实施例，能够在其技术范围内加以各种各样的变形或变更来实施。例如，本发明的振动陀螺元件除水晶以外，还能够通过钽酸锂、铌酸锂等压电单晶、锆钛酸铅等压电陶瓷等的压电材料、或硅半导体材料而形成。此外，本发明的振动陀螺元件并不限定于如上文所述这种利用了压电元件的压电驱动式的元件，能够采用利用了静电引力的静电驱动式、利用了电磁力（洛伦兹力）的磁性驱动式、通过由交流电压的施加而产生的库伦力来进行驱动的方式等、各种驱动方式的元件。

而且，本发明通过将所述振动陀螺元件安装在适当的封装件等中，从而能够应用于陀螺传感器。而且，通过搭载该陀螺传感器，从而能够广泛地应用于数码照相机、摄像机、导航装置、车身姿态检测装置、指示装置、游戏控制器、移动电话、头置式显示器等的电子设备中。

符号说明

1、11、21…振动陀螺元件；

2、12、22…支承部；

3a、3b、23a～23c…驱动用振动臂；

4a、4b、24a～24c…检测用振动臂；

5a、5b、6a、6b…锤部；

7a～10a、7b～10b…锥形部；

31…水晶晶片；

32…金属图案；

33a、33b…假想线、侧边；

34…激光。

Claims (10)

1.一种振动陀螺元件，其特征在于，

具备：

支承部；

多个驱动用振动臂，其从所述支承部起并排延伸；

多个检测用振动臂，其从所述支承部起向所述驱动用振动臂的相反侧并排延伸,且数量与所述驱动用振动臂相同，

并且，所述振动陀螺元件具有：

驱动模式，相邻的多个所述驱动用振动臂在沿着其表背主面的面内方向上相互反向地进行弯曲振动；

第一检测模式，通过由于所述振动臂的绕延伸方向的旋转而作用的哥氏力，从而多个所述驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述哥氏力的作用方向反相的方式进行弯曲振动，并且多个所述检测用振动臂在所述面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述驱动用振动臂反相的方式进行弯曲振动；

第二检测模式，多个所述驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述哥氏力的作用方向同相的方式进行弯曲振动，并且多个所述检测用振动臂在所述面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述驱动用振动臂同相的方式进行弯曲振动，

各个所述检测用振动臂在所述第一检测模式和所述第二检测模式中以同相进行弯曲振动，

各个振动臂在重叠了所述第一以及所述第二检测模式的振动模式中进行弯曲振动。

2.一种振动陀螺元件，其特征在于，

具备：

支承部；

多个驱动用振动臂，其从所述支承部起并排延伸；

多个检测用振动臂，其从所述支承部起向所述驱动用振动臂的相反侧并排延伸，且数量与所述驱动用振动臂相同，

并且，所述振动陀螺元件具有：

驱动模式，相邻的多个所述驱动用振动臂在沿着其表背主面的面内方向上，相互反向地以预定的驱动共振频率fd进行弯曲振动；

第一检测模式，通过由于所述振动臂的绕延伸方向的旋转而作用的哥氏力，从而多个所述驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述哥氏力的作用方向反相的方式进行弯曲振动，并且多个所述检测用振动臂在所述面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述驱动用振动臂反相的方式，以预定的第一检测共振频率fp1进行弯曲振动；

第二检测模式，多个所述驱动用振动臂在与其表背主面相交的面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述哥氏力的作用方向同相的方式进行弯曲振动，并且多个所述检测用振动臂在所述面外方向上，以相邻的振动臂彼此相互反向，且与所述驱动用振动臂同相的方式，以预定的第二检测共振频率fp2进行弯曲振动，

所述共振频率fd、fp1、fp2满足如下关系，即，

fp1＜fd＜fp2，并且，

0.7×(fd－fp1)≤fp2－fd≤1.3×(fd－fp1)，

各个振动臂在重叠了所述第一以及所述第二检测模式的振动模式中进行弯曲振动。

3.如权利要求2所述的振动陀螺元件，其特征在于，

将相对于所述驱动用振动臂的长度Ld的、所述支承部的宽度Wb设定在Wb/Ld≥2的范围内。

4.如权利要求3所述的振动陀螺元件，其特征在于，

将相对于所述驱动用振动臂的长度Ld的、所述支承部的宽度Wb设定在Wb/Ld≥2.5的范围内。

5.如权利要求4所述的振动陀螺元件，其特征在于，

将相对于所述驱动用振动臂的长度Ld的、所述支承部的宽度Wb设定在Wb/Ld≥3.3的范围内。

6.如权利要求2所述的振动陀螺元件，其特征在于，

以百万分率表示的方式而将检测失谐频率Δfd和寄生失谐频率Δfs设定为︱Δfd－Δfs︱≤40000，所述检测失谐频率Δfd为所述第一检测共振频率fp1与所述驱动共振频率fd之间的差，所述寄生失谐频率Δfs为所述第二检测共振频率fp2与所述驱动共振频率fd之间的差。

7.如权利要求6所述的振动陀螺元件，其特征在于，

以百万分率表示的方式而将所述检测失谐频率Δfd和所述寄生失谐频率Δfs设定为︱Δfd－Δfs︱≤13000。

8.如权利要求7所述的振动陀螺元件，其特征在于，

以百万分率表示的方式而将所述检测失谐频率Δfd和所述寄生失谐频率Δfs设定为︱Δfd－Δfs︱≤1000。

9.一种陀螺传感器，其特征在于，

具备权利要求1至8中任一项所述的振动陀螺元件。

10.一种电子设备，其特征在于，

具备权利要求1至8中任一项所述的振动陀螺元件。