CN106017448B

CN106017448B - 角速度检测元件、角速度检测装置、电子设备以及移动体

Info

Publication number: CN106017448B
Application number: CN201610158342.5A
Authority: CN
Inventors: 中川啓史
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: CN106017448A; US20160282117A1; JP2016176891A; JP6477100B2

Abstract

本发明提供一种能够减少无用振动且减少检测精度的下降的角速度检测元件、角速度检测装置、电子设备以及移动体。陀螺仪元件(1)具有：基部(21)；一对驱动臂(23、24)，其与基部(21)连接；检测部(22)，其对在以驱动振动模式而使驱动臂(23、24)弯曲振动的状态下所施加的角速度进行检测，驱动臂(23、24)在基部(21)的面内方向上以同相进行振动，且在基部(21)的厚度方向上以反相进行振动。

Description

角速度检测元件、角速度检测装置、电子设备以及移动体

技术领域

本发明涉及一种角速度检测元件、角速度检测装置、电子设备以及移动体。

背景技术

一直以来，作为用于检测角速度的陀螺仪元件而已知有专利文献1这样的陀螺仪元件。专利文献1所记载的陀螺仪元件具有：基部；一对驱动臂，其从基部向Y轴的一侧延伸；一对检测臂，其从基部向Y轴的另一侧延伸。在该陀螺仪元件中，当在以X轴反相模式使一对驱动臂进行驱动的状态下施加有围绕Y轴的角速度时，在一对检测臂上检测振动模式将被激励，根据通过该振动而产生的信号(电荷)，而能够对围绕Y轴的角速度进行检测。

在此，一般情况下，陀螺仪元件的外形形状是通过使用光刻技法和蚀刻技法来对水晶基板进行图案形成从而获得的。具体而言，在水晶基板的上表面以及下表面上形成与外形形状相对应的掩膜，并通过经由该掩膜而对水晶基板进行蚀刻，从而能够获得陀螺仪元件的外形形状。然而，在这种方法中，存在上下掩膜产生偏差，从而驱动臂的截面形状与设计形状产生偏差的问题。顺便说明一下，该问题在形成掩膜的装置的精度上是难以避免的。

在产生了掩膜偏差的陀螺仪元件中，在驱动振动模式下X轴反相模式中会耦合有Z轴同相模式的振动，由于该Z轴同相模式的振动而使检测臂在Z轴方向上进行无用地振动，并由于该无用的振动而产生噪声。

如此，在专利文献1的陀螺仪元件中，存在难以对检测臂的无用振动进行抑制，从而检测精度下降的问题。

专利文献1：日本特开2013-205329号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够减少无用振动且减少检测精度的下降的角速度检测元件、角速度检测装置、电子设备以及移动体。

本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的发明，并能够作为以下的方式或应用例来实现。

应用例1

本应用例的角速度检测元件的特征在于，具有：

基部；

与所述基部连接的至少两个驱动臂；

检测部，其对在以驱动振动模式而使所述两个驱动臂弯曲振动的状态下所施加的角速度进行检测；

所述两个驱动臂在所述驱动振动模式下，在所述基部的面内方向上以同相进行弯曲振动，且在所述基部的厚度方向上以反相进行弯曲振动。

由此，成为了能够对面外振动(无用振动)进行抑制，并能够减少检测精度的下降的角速度检测元件。

应用例2

在本应用例的角速度检测元件中，优选为，所述两个驱动臂以随着趋向于顶端侧而分离的方式倾斜。

由此，能够减少驱动臂彼此的接触。

应用例3

在本应用例的角速度检测元件中，优选为，具有第一振动系统以及第二振动系统，所述第一振动系统以及所述第二振动系统具有所述检测部以及所述两个驱动臂，

在所述驱动振动模式下，所述第一振动系统的所述两个驱动臂与所述第二振动系统的所述两个驱动臂在所述面内方向上以反相进行弯曲振动。

由此，能够消除面内方向的振动，并能够减少振动泄漏。

应用例4

在本应用例的角速度检测元件中，优选为，

所述第一振动系统的所述第二振动系统侧的所述驱动臂与所述第二振动系统的所述第一振动系统侧的所述驱动臂，在所述驱动振动模式下，在所述基部的厚度方向上以反相进行弯曲振动。

由此，能够减少驱动臂彼此的接触。

应用例5

在本应用例的角速度检测元件中，优选为，所述检测部被配置于所述基部与所述两个驱动臂之间。

由此，能够有效地向检测部传递施加于驱动臂上的科里奥利力。

应用例6

在本应用例的角速度检测元件中，优选为，所述检测部相对于所述基部而被配置于所述驱动臂的相反侧。

由此，驱动臂的振动变得不易向检测部传递，从而进一步提高了角速度的检测精度。

应用例7

本应用例的角速度检测装置的特征在于，具备：

上述应用例的角速度检测元件；

封装件，其对所述角速度检测元件进行收纳。

由此，能够获得可靠性较高的角速度检测装置。

应用例8

本应用例的电子设备的特征在于，具备上述应用例的角速度检测元件。

由此，能够获得可靠性较高的电子设备。

应用例9

本应用例的移动体的特征在于，具备上述应用例的角速度检测元件。

由此，能够获得可靠性较高的移动体。

附图说明

图1为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第一实施方式的俯视图。

图2(a)为图1中的A-A线剖视图，图2(b)为图1中的B-B线剖视图。

图3为表示图1所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。

图4为对图1所示的陀螺仪元件的制造时的掩膜偏差进行说明的剖视图。

图5(a)为表示驱动振动模式的示意图，图5(b)为表示检测振动模式的示意图。

图6为表示驱动臂的横截面形状的改变例的剖视图。

图7为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第二实施方式的俯视图。

图8为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第三实施方式的俯视图。

图9(a)为图8中的C-C线剖视图，图9(b)为D-D线剖视图。

图10为表示图8所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。

图11(a)为表示驱动振动模式的示意图，图11(b)为表示检测振动模式的示意图。

图12为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第四实施方式的剖视图。

图13为表示图12所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。

图14为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第五实施方式的俯视图。

图15(a)为图14中的E-E线剖视图，图15(b)为图14中的F-F线剖视图。

图16(a)为表示驱动振动模式的示意图，图16(b)表示检测振动模式的示意图。

图17为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第六实施方式的俯视图。

图18(a)为图17中的G-G线剖视图，图18(b)为图17中的H-H线剖视图。

图19为表示图17所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。

图20(a)为表示驱动振动模式的示意图，图20(b)为表示检测振动模式的示意图。

图21为表示本发明的角速度检测装置的优选的实施方式的图，图21(a)为俯视图，图21(b)为(a)中的I-I线剖视图。

图22为表示陀螺仪传感器的优选的实施方式的剖视图。

图23为表示应用了本发明的电子设备的移动型(或笔记本式)的个人计算机的结构的立体图。

图24为表示应用了本发明的电子设备的便携式电话机(也包括智能手机、PHS：Personal Handy-phone System，个人手机系统等)的结构的立体图。

图25为表示应用了本发明的电子设备的数码照相机的结构的立体图。

图26为表示应用了本发明的移动体的汽车的结构的立体图。

具体实施方式

以下，根据附图所示的实施方式来对本发明的角速度检测元件、角速度检测装置、电子设备以及移动体进行详细说明。

1.角速度检测元件

第一实施方式

图1为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第一实施方式的俯视图。在图2中，(a)为图1中的A-A线剖视图，(b)为图1中的B-B线剖视图。图3为表示图1所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。图4为对图1所示的陀螺仪元件的制造时的掩膜偏差进行说明的剖视图。在图5中，(a)为表示驱动振动模式的示意图，(b)为表示检测振动模式的示意图。图6为表示驱动臂的横截面形状的改变例的剖视图。另外，在下文中，如图1所示，将互相正交的三个轴设为X轴、Y轴、Z轴。此外，为了便于说明，将+Z轴侧称为“上侧”，将－Z轴侧称为“下侧”。此外，在图3、图4以及图5中，为了便于说明，而分别省略了电极和质量调节膜的图示。

图1所示的陀螺仪元件(角速度检测元件)1为，能够对围绕Y轴的角速度ωy进行检测的陀螺仪元件。这种陀螺仪元件1具有：压电基板2、形成在压电基板2的表面上的各种电极31、32、33、34、各种端子51、52、53、54、质量调节膜41。

以下，虽然是对陀螺仪元件1的结构进行详细说明，但是在下文中，也将未施加有角速度ωy的状态下的振动模式称为“驱动振动模式”，将通过正在以驱动振动模式进行驱动时所施加的角速度ωy而被激励的新的振动模式称为“检测振动模式”。

作为压电基板2的结构材料，并未被特别限定，例如能够使用水晶、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)、锆钛酸铅(PZT)、四硼酸锂(Li₂B₄O₇)、硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄)等各种压电体材料。但是，即使在这些材料之中，作为压电基板2的结构材料也优选使用水晶。通过使用水晶，从而能够获得与其他材料相比而具有优异的频率温度特性的陀螺仪元件1。另外，在下文中，对由水晶构成压电基板2的情况进行说明。此外，作为压电基板2的厚度，并未被特别限定，例如能够设为50μm～250μm左右。

如图1所示，压电基板2为，在由作为水晶的结晶轴的X轴(电轴)以及Y轴(机械轴)所规定的XY平面上具有展宽且在Z轴(光轴)方向上具有厚度的板状。即，压电基板2由Z切割水晶板构成。另外，虽然在本实施方式中，Z轴与压电基板2的厚度方向一致，但并不限定于此，从减小常温附近的频率温度变化的观点出发，也可以使Z轴相对于压电基板2的厚度方向而稍稍(例如，小于±15°左右)倾斜。

这样的压电基板2具有：基部21、与基部21的+Y轴侧连接的检测部22、从检测部22的+Y轴侧的端部向+Y轴侧延伸的一对驱动臂23、24。

基部21对检测部22以及驱动臂23、24进行支承。此外，基部21为，在XY平面上具有展宽且在Z轴方向上具有厚度的平板状。而且，在基部21处，陀螺仪元件1被固定在对象物(例如，后述的封装件8的基座81)上。此外，在基部21的下表面上，在X轴方向上并排设置有驱动信号端子51、驱动接地端子52、检测信号端子53以及检测接地端子54。

检测部22为，在XY平面上具有展宽且在Z轴方向上具有厚度的平板状。此外，检测部22的宽度(X轴方向的长度)与基部21的宽度(X轴方向的长度)相比而较窄。另外，检测部22的宽度并未被特别限定，既可以与基部21的宽度相等，也可以宽于基部21。此外，虽然在本实施方式中，分别对检测部22和基部21进行了说明，但如果采用其他表达方式，则也可以说“将基部21和检测部22归纳为基部21，而基部21的顶端部成为检测部22”。

如图2(a)所示，在这种检测部22的上表面以及下表面上，分别在X轴方向上并排配置有检测信号电极33以及检测接地电极34。在上表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的－X轴侧，在下表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的+X轴侧。此外，检测信号电极33经由未图示的配线而与检测信号端子53连接，检测接地电极34经由未图示的配线而与检测接地端子54连接。另外，检测信号电极33以及检测接地电极34只要被设置在检测部22的上表面以及下表面中的至少一方上即可。

此外，一对驱动臂23、24在X轴方向上并排设置，并互相从检测部22起向+Y轴侧延伸。此外，如图2(b)所示，这些驱动臂23、24的横截面形状为大致平行四边形。此外，作为驱动臂23、24的横截面形状的平行四边形向互为相反的一侧倾斜，并相对于作为YZ平面的面F1而对称。

此外，在驱动臂23、24的顶端部上分别设置有质量调节膜41。根据需要，通过将质量调节膜41的一部分去除而使驱动臂23、24的质量发生变化，从而能够对驱动臂23、24的频率进行调节。质量调节膜41由金属膜构成，例如能够与驱动信号电极31或驱动接地电极32一体形成(但是，在图1中，为了便于说明而单独图示)。

此外，在驱动臂23、24上，设置有驱动信号电极31以及驱动接地电极32。驱动信号电极31被配置在驱动臂23、24的两个主面(上表面以及下表面)上，驱动接地电极32被配置在驱动臂23、24的两个侧面上。此外，驱动信号电极31经由未图示的配线而与驱动信号端子51连接，驱动接地电极32经由未图示的配线而与驱动接地端子52连接。因此，通过经由驱动信号端子51以及驱动接地端子52而向驱动信号电极31以及驱动接地电极32之间施加预定频率的交流电压，从而能够使驱动臂23、24以X轴同相模式进行弯曲振动。

在此，如上文所述，由于驱动臂23、24的横截面形状为平行四边形，因此驱动臂23、24的X轴方向的振动平衡被破坏，尽管驱动臂23、24在驱动振动模式下包含Z轴方向的振动成分，但其仍在X轴方向上进行振动。此外，由于作为驱动臂23、24的横截面形状的平行四边形的倾斜是相反的，因此驱动臂23、24中所包含的Z轴方向的振动成分成为互为相反的方向。

即，在驱动振动模式下，如图3所示，驱动臂23、24以X轴同相模式且Z轴反相模式进行振动(在基部21的面内方向上以同相进行振动，在基部21的厚度方向上以反相进行振动)。以此方式，在驱动振动模式下，通过使驱动臂23、24在Z轴方向上以反相进行振动，从而能够消除Z轴方向的振动(抵消或缓和)，并能够减少驱动振动模式时的检测部22的向Z轴方向的振动(优选为防止)。因此，成为减少了噪声且具有较高的检测精度的陀螺仪元件1。

此外，根据陀螺仪元件1，如图4(a)所示，即使在制造时于X轴方向上掩膜M1、M2产生了偏差，如图4(b)所示，也仅仅是驱动臂23、24的横截面形状的平行四边形的倾斜稍稍产生偏差，在驱动振动模式下驱动臂23、24以Z轴反相模式进行振动的关系仍被维持。因此，根据陀螺仪元件1，即使掩膜产生了偏差，也能够发挥上述的效果。

在此，优选为，例如将驱动臂23、24的下表面和上表面的X轴方向的偏差宽度w设为通常动作时所考虑到的最大掩膜偏差量的10倍以上，以便即使产生了掩膜偏差，也使驱动臂23、24的横截面形状成为反向倾斜的平行四边形。即，如果为掩膜偏差最大产生0.1μm的机械，则将偏差宽度w设计为1μm以上即可。由此，无论有无掩膜偏差，均能够在驱动振动模式下使驱动臂23、24以Z轴反相模式进行振动。

另外，如图4(b)所示，当由于掩膜偏差而使驱动臂23、24的横截面形状的平行四边形的倾斜互相产生偏差时，如图4(c)所示，在驱动臂23、24之间，会存在Z轴方向的振幅产生偏差的情况。在这种情况下，在驱动振动模式下，Z轴方向的振动成分未被充分地消除，从而有可能降低上述的效果。因此，优选为，使驱动臂23、24的Z轴方向的振幅大致相等。

作为使振幅一致的方法，例如有对驱动臂23、24中的至少一方的质量进行调节的方法。以下，如图4(c)所示，以驱动臂24的Z轴方向的振幅大于驱动臂23的Z轴方向的振幅的情况为代表来进行说明。作为第一方法而有如下方法，即，通过激光照射等将被设置在驱动臂24的顶端部上的质量调节膜41的一部分去除而使驱动臂24的质量减少，从而减小驱动臂24的Z轴方向的振幅。作为第二方法而有如下方法，即，通过在被设置于驱动臂23的顶端部上的质量调节膜41上配置重锤而使驱动臂23的质量增加，从而增大驱动臂23的Z轴方向的振幅。根据这种方法，能够比较简单地使驱动臂23、24的Z轴方向的振幅一致。

以上，对陀螺仪元件1的结构进行了详细说明。

接下来，对陀螺仪元件1的驱动进行说明。首先，如图5(a)所示，通过驱动振动模式使驱动臂23、24进行振动。在该状态下，如上所述，由于驱动臂23、24的Z轴方向的振动被消除了，因此检测部22在Z轴方向上几乎不会进行振动。因此，在检测信号电极33以及检测接地电极34之间几乎不会产生电荷，从检测信号电极33以及检测接地电极34之间被提取的检测信号SS大致为0(零)。

在以这种驱动振动模式进行振动的状态下，当向陀螺仪元件1施加有围绕Y轴的角速度ωy时，科里奥利力将发挥作用，从而如图5(b)所示，检测振动模式被重新激励，且驱动臂23、24以Z轴同相模式进行振动。当这样的检测振动模式被激励时，与之相伴地检测部22将在Z轴方向上进行振动，并且通过该振动而在检测信号电极33以及检测接地电极34之间产生电荷。而且，在检测信号电极33以及检测接地电极34之间产生的电荷作为检测信号SS而被提取，从而基于该检测信号的大小而求出角速度ωy。

根据这样的陀螺仪元件1，由于能够将驱动振动模式时的驱动臂23、24的Z轴方向的振动消除，因此能够对驱动振动模式时的检测部22的无用振动进行抑制。因此，成为减少了噪声且具有较高的检测精度的陀螺仪元件1。此外，如上文所述，即使产生了制造时的掩膜偏差，也将由于在驱动振动模式下也能够使驱动臂23、24以Z轴反相模式进行振动，而因此能够更可靠地发挥上述的效果。

尤其是，在本实施方式中，由于检测部22位于基部21与驱动臂23、24之间，因此能够更有效地将驱动臂23、24的Z轴方向的振动向检测部22进行传递。因此，进一步提高了角速度的检测精度。

以上，对第一实施方式的陀螺仪元件1进行了说明。另外，虽然在本实施方式中，为了在驱动振动模式下使驱动臂23、24以X轴同相且Z轴反相的方式进行振动，而将驱动臂23、24的横截面形状设为了平行四边形，但作为驱动臂23、24的横截面形状，只要能够进行上述的这种振动，则并不限定于此，例如也可以为图6(a)至图6(c)所示的这种横截面形状。

此外，虽然在本实施方式的陀螺仪元件1中，并未在驱动臂23、24的顶端部上设置锤头(宽幅的锤部)，但也可以在驱动臂23、24的顶端部上设置锤头。由此，如果驱动臂23、24的顶端的质量效果增大且驱动振动模式的频率相同，则与未设置锤头的情况相比，将能够缩短驱动臂23、24的全长。此外，如果驱动臂23、24的全长相同，则能够使驱动频率降低。

第二实施方式

以下，关于第二实施方式，将以其与上述的实施方式的不同点为中心来进行说明，关于相同的事项则省略其说明。

第二实施方式除了一对驱动臂的延伸方向不同以外，其余均与上述的第一实施方式相同。另外，在图7中，对与上述的实施方式相同的结构标注相同符号。

如图7所示，在本实施方式的陀螺仪元件1中，在从Z轴方向进行观察的俯视观察时，驱动臂23、24以互相的间距(X轴方向的间距)趋向于顶端侧而逐渐增加的方式，在相对于Y轴而倾斜的方向上延伸。另外，由于压电基板2由水晶(六方晶)构成，因此优选为，分别将驱动臂23、24相对于Y轴的倾斜角θ1设为30°左右。由此，能够使驱动臂23、24的延伸方向与水晶的极化方向大致一致，从而成为具有优异的振动特性的陀螺仪元件1。此外，也能够减少振动时的驱动臂23、24彼此的接触，也能够减少陀螺仪元件1的损坏。

即使根据这样的第二实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。

第三实施方式

图8为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第三实施方式的俯视图。在图9中，(a)为图8中的C-C线剖视图，(b)为D-D线剖视图。图10为表示图8所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。在图11中，(a)为表示驱动振动模式的示意图，(b)为表示检测振动模式的示意图。

以下，关于第三实施方式，以其与上述的实施方式的不同点为中心来进行说明，关于相同的事项则省略其说明。

第三实施方式除了设置有两组由检测部以及驱动臂构成的振动系统以外，其余均与上述的第一实施方式相同。

如图8所示，本实施方式的陀螺仪元件1的压电基板2具有：基部21；一对检测部22A、22B，其与基部21的+Y轴侧连接，并以在彼此之间形成空隙(间隙)的方式而在X轴方向上分离配置；一对驱动臂23A、24A，其从检测部22A起向+Y轴侧延伸；一对驱动臂23B、24B，其从检测部22B起向+Y轴侧延伸。在这种结构中，通过检测部22A和驱动臂23A、24A构成了第一振动系统20A，通过检测部22B和驱动臂23B、24B构成了第二振动系统20B。

此外，如图9(a)所示，在检测部22A的上表面以及下表面上，分别在X轴方向上并排配置有检测信号电极33以及检测接地电极34。在检测部22A的上表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的－X轴侧，在下表面上，检测接地电极34位于检测信号电极+X轴侧。同样地，在检测部22B的上表面以及下表面上，分别在X轴方向上也并排配置有检测信号电极33以及检测接地电极34。在检测部22B的上表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的+X轴侧，在下表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的－X轴侧。这些检测信号电极33经由未图示的配线而与检测信号端子53连接，检测接地电极34经由未图示的配线而与检测接地端子54连接。

此外，如图9(b)所示，驱动臂23A、24A、23B、24B的横截面形状分别为大致平行四边形。此外，作为驱动臂23A、23B的横截面形状的平行四边形的倾斜相同，作为驱动臂24A、24B的横截面形状的平行四边形的倾斜相同且与驱动臂23A、23B的倾斜相反。

此外，在驱动臂23A、24A、23B、24B上，设置有驱动信号电极31以及驱动接地电极32。驱动信号电极31被配置在驱动臂23A、24A的两个主面以及驱动臂23B、24B的两个侧面上，驱动接地电极32被配置在驱动臂23A、24A的两个侧面以及驱动臂23B、24B的两个主面上。这些驱动信号电极31经由未图示的配线而与驱动信号端子51连接，驱动接地电极32经由未图示的配线而与驱动接地端子52连接。

这种结构的陀螺仪元件1以图10所示的驱动振动模式进行振动。具体而言，驱动臂23A、24A以X轴同相模式进行振动，驱动臂23B、24B以X轴同相模式且以与驱动臂23A、24A为X轴反相模式进行振动。此外，与这种X轴方向的振动进行耦合，从而使驱动臂23A、24B以Z轴同相模式进行振动，使驱动臂24A、23B以Z轴同相模式且以与驱动臂23A、24B为Z轴反相模式进行振动。

如图11(a)所示，在通过驱动振动模式而使陀螺仪元件1进行驱动的状态下，由于驱动臂23A、24A与驱动臂23B、24B之间的X轴方向的振动被消除了，因此减少了振动泄漏。此外，在通过驱动振动模式而使陀螺仪元件1进行驱动的状态下，驱动臂23A、24A的Z轴方向的振动被消除了，从而检测部22A在Z轴方向上几乎不进行振动。同样地，由于驱动臂23B、24B的Z轴方向的振动被消除了，因此检测部22B在Z轴方向上也几乎不进行振动。因此，从检测信号端子53以及检测接地端子54之间被提取的检测信号SS大致为0(零)。

在驱动振动模式的状态下，当向陀螺仪元件1施加有围绕Y轴的角速度ωy时，科里奥利力将发挥作用，从而如图11(b)所示的检测振动模式被重新激励。具体而言，驱动臂23A、24A以Z轴同相模式进行振动，驱动臂23B、24B以Z轴同相模式且以与驱动臂23A、24A为Z轴反相模式进行振动。此外，伴随着这种驱动臂23A、24A、23B、24B的振动，检测部22A、22B以Z轴反相模式进行振动。因此，从检测部22A、22B中产生同相位的电荷，将这些电荷相加而成的检测信号SS从检测信号端子53与检测接地端子54之间被提取。并且，基于该检测信号SS而求出角速度ωy。

以此方式，在本实施方式中，由于能够通过来自检测部22A、22B的电荷而使检测信号SS与第一实施方式相比大致被倍增，因此成为了检测精度更高的陀螺仪元件1。此外，根据本实施方式，由于在驱动振动模式时以及检测振动模式时，能够将驱动臂23A、24A、23B、24B以及检测部22A、22B的X轴方向以及Z轴方向的振动消除，因此能够减少陀螺仪元件1的振动泄漏，进而提高检测精度。

即使根据这样的第三实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。

第四实施方式

图12为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第四实施方式的剖视图。图13为表示图12所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。

以下，关于第四实施方式，以其与上述的实施方式的不同点为中心来进行说明，关于相同的事项则省略其说明。

第四实施方式除了驱动臂的截面形状不同以外，其余均与上述的第三实施方式相同。另外，在图12以及图13中，对与上述的实施方式相同的结构标注相同符号。

如图12所示，在本实施方式的陀螺仪元件1中，驱动臂23B、24B的横截面形状相对于第三实施方式而进行了上下翻转。当采用这种结构时，陀螺仪元件1将以图13所示的驱动振动模式进行振动。具体而言，驱动臂23A、24A以X轴同相模式进行振动，驱动臂23B、24B以X轴同相模式且以与驱动臂23A、24A为X轴反相模式进行振动。此外，与这种向X轴方向的振动进行耦合，从而使驱动臂23A、23B以Z轴同相模式进行振动，驱动臂24A、24B以Z轴同相模式且以与驱动臂23A、23B为Z轴反相模式进行振动。根据这样的振动，在驱动臂23A(第一振动系统20A的第二振动系统20B侧的驱动臂)与驱动臂24B(第二振动系统20B的第一振动系统20A侧的驱动臂)彼此接近时，能够使它们向Z轴方向的相反侧错开。因此，驱动臂23A、24A不易接触，从而能够减少陀螺仪元件1的损坏。此外，由于能够相应地使检测部22A、22B接近，因此能够实现陀螺仪元件1的小型化。

即使根据这样的第四实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。

第五实施方式

图14为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第五实施方式的俯视图。在图15中，(a)为图14中的E-E线剖视图，(b)为图14中的F-F线剖视图。在图16中，(a)为表示驱动振动模式的示意图，(b)为表示检测振动模式的示意图。

以下，关于第五实施方式，以其与上述的实施方式的不同点为中心来进行说明，关于相同的事项则省略其说明。

第五实施方式除了检测部的位置不同以外，其余均与所述的第三实施方式相同。另外，在图14至图16中，分别对与上述的实施方式相同的结构标注相同符号。

如图14所示，在本实施方式的陀螺仪元件1中，驱动臂23A、24A、23B、24B从基部21起朝向+Y轴侧延伸，臂状的检测部22A、22B从基部21起朝向－Y轴侧延伸。即，检测部22A、22B相对于基部21而位于驱动臂23A、24A、23B、24B的相反侧。由此，驱动臂23A、24A、23B、24B的振动变得不易向检测部22A、22B传递，从而提高了角速度ωy的检测精度。

此外，检测部22A位于驱动臂23A、24A之间，检测部22B位于驱动臂23B、24B之间。此外，检测部22A、22B成为在Y轴方向上延伸的长条的臂状。

如图15(a)所示，在检测部22A的上表面以及下表面上，分别在X轴方向上并排配置有检测信号电极33以及检测接地电极34。在检测部22A的上表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的－X轴侧，在下表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的+X轴侧。

同样地，在检测部22B的上表面以及下表面上，分别在X轴方向上并排配置有检测信号电极33以及检测接地电极34。在检测部22B的上表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的+X轴侧，在下表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的－X轴侧。这些检测信号电极33分别经由未图示的配线而与检测信号端子53连接，检测接地电极34分别经由未图示的配线而与检测接地端子54连接。

此外，如图15(b)所示，在驱动臂23A、24A、23B、24B上，设置有驱动信号电极31以及驱动接地电极32。驱动信号电极31被配置在驱动臂23A、24A的两个主面以及驱动臂23B、24B的两个侧面上，驱动接地电极32被配置在驱动臂23A、24A的两个侧面以及驱动臂23B、24B的两个主面上。这些驱动信号电极31分别经由未图示的配线而与驱动信号端子51连接，驱动接地电极32分别经由未图示的配线而与驱动接地端子52连接。

这样的陀螺仪元件1以图16(a)所示的驱动振动模式进行振动。具体而言，驱动臂23A、24A以X轴同相模式进行振动，驱动臂23B、24B以X轴同相模式且以与驱动臂23A、24A为X轴反相模式进行振动。此外，与这种X轴方向的振动进行耦合，从而使驱动臂23A、24B以Z轴同相模式进行振动，使驱动臂24A、23B以Z轴同相模式且以与驱动臂23A、24B为Z轴反相模式进行振动。

在以驱动振动模式而使陀螺仪元件1进行振动的状态下，由于驱动臂23A、24A、23B、24B的Z轴方向的振动被消除了，因此检测部22A、22B均在Z轴方向上几乎不进行振动。因此，从检测信号端子53以及检测接地端子54之间被提取的检测信号SS大致为0(零)。

在驱动振动模式的状态下，当向陀螺仪元件1施加有围绕Y轴的角速度ωy时，科里奥利力将发挥作用，从而如图16(b)所示的检测振动模式被重新激励。具体而言，驱动臂23A、24A以Z轴同相模式进行振动，驱动臂23B、24B以Z轴同相模式且以与驱动臂23A、24A为Z轴反相模式进行振动。此外，伴随着这种驱动臂23A、24A、23B、24B的振动，检测部22A、22B以Z轴反相模式进行振动。因此，从检测部22A、22B中产生同相位的电荷，将这些电荷相加而成的检测信号SS从检测信号端子53与检测接地端子54之间被提取。并且，基于该检测信号SS而求出角速度ωy。

即使根据这样的第五实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。

第六实施方式

图17为表示本发明的陀螺仪元件(角速度检测元件)的第六实施方式的俯视图。在图18中，(a)为图17中的G-G线剖视图，(b)为图17中的H-H线剖视图。图19为表示图17所示的陀螺仪元件的驱动振动模式的图。在图20中，(a)为表示驱动振动模式的示意图，(b)为表示检测振动模式的示意图。

以下，关于第六实施方式，以其与上述的实施方式的不同点为中心来进行说明，关于相同的事项则省略其说明。

第六实施方式除了检测部以及驱动臂的位置不同以外，其余均与上述的第三实施方式相同。另外，在图17至图20中，分别对与上述的实施方式相同的结构标注相同符号。

如图17所示，在本实施方式的陀螺仪元件1中，驱动臂23A、24A从基部21的－X轴侧的端部起朝向Y轴方向两侧延伸，驱动臂23B、24B从基部21的+X轴侧的端部起朝向Y轴方向两侧延伸。在这些驱动臂中，驱动臂23A、23B向+Y轴侧延伸，驱动臂24A、24B向－Y轴侧延伸。此外，驱动臂23A、24A和驱动臂23B、24B被设置为相对于YZ平面而对称，驱动臂23A、23B和驱动臂24A、24B被设置为相对于基部21而对称。

此外，检测部22A具有从基部21起朝向Y轴方向两侧延伸的一对检测臂221A、222A，检测部22B具有从基部21起朝向Y轴方向两侧延伸的一对检测臂221B、222B。在这些检测臂中，检测臂221A、221B向+Y轴侧延伸且位于驱动臂23A、23B之间。此外，检测臂222A、222B向－Y轴侧延伸且位于驱动臂24A、24B之间。此外，检测部22A、22B被设置为相对于YZ平面而对称。

如图18所示，在检测臂221A、222A的上表面以及下表面上，分别在X轴方向上并排配置有检测信号电极33以及检测接地电极34。在检测臂221A、222A的上表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的－X轴侧，在下表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的+X轴侧。

同样地，在检测臂221B、222B的上表面以及下表面上，分别在X轴方向上并排配置有检测信号电极33以及检测接地电极34。在检测臂221B、222B的上表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的+X轴侧，在下表面上，检测接地电极34位于检测信号电极33的－X轴侧。

这些检测信号电极33分别经由未图示的配线而与检测信号端子53连接，检测接地电极34分别经由未图示的配线而与检测接地端子54连接。

此外，如图18所示，在驱动臂23A、24A、23B、24B上，设置有驱动信号电极31以及驱动接地电极32。驱动信号电极31被配置在驱动臂23A、24A的两个主面以及驱动臂23B、24B的两个侧面上，驱动接地电极32被配置在驱动臂23A、24A的两个侧面以及驱动臂23B、24B的两个主面上。这些驱动信号电极31分别经由未图示的配线而与驱动信号端子51连接，驱动接地电极32分别经由未图示的配线而与驱动接地端子52连接。

这样的陀螺仪元件1以图19以及图20(a)所示的驱动振动模式进行振动。具体而言，驱动臂23A、24A以X轴同相模式进行振动，驱动臂23B、24B以X轴同相模式且以与驱动臂23A、24A为X轴反相模式进行振动。此外，与这种X轴方向的振动进行耦合，从而使驱动臂23A、24B以Z轴同相模式进行振动，使驱动臂24A、23B以Z轴同相模式且以与驱动臂23A、24B为Z轴反相模式进行振动。在以驱动振动模式而使陀螺仪元件1进行振动的状态下，由于驱动臂23A、24A、23B、24B的Z轴方向的振动被消除了，因此检测臂221A、222A、221B、222B各自在Z轴方向上几乎不进行振动。因此，从检测信号端子53以及检测接地端子54之间被提取的检测信号SS大致为0(零)。

在驱动振动模式的状态下，当向陀螺仪元件1施加有围绕Y轴的角速度ωy时，科里奥利力将发挥作用，从而如图20(b)所示的检测振动模式被重新激励。具体而言，驱动臂23A、24A以Z轴同相模式进行振动，驱动臂23B、24B以Z轴同相模式且以与驱动臂23A、24A为Z轴反相模式进行振动。此外，伴随着这种驱动臂23A、24A、23B、24B的振动，检测臂221A、222A以Z轴同相模式进行振动，检测臂221B、222B以Z轴同相模式且以与检测臂221A、222A为Z轴反相模式进行振动。因此，从检测臂221A、222A、221B、222B中产生同相位的电荷，将这些电荷相加而成的检测信号SS从检测信号端子53与检测接地端子54之间被提取。并且，基于该检测信号SS而求出角速度ωy。

以此方式，在本实施方式中，由于能够通过来自检测臂221A、222A、221B、222B的电荷而使检测信号SS与第一实施方式相比大致被增加四倍，因此成为了检测精度更高的陀螺仪元件1。此外，根据本实施方式，由于在驱动振动模式时以及检测振动模式时，能够将驱动臂23A、24A、23B、24B以及检测臂221A、222A、221B、222B的X轴方向以及Z轴方向的振动消除，因此能够减少陀螺仪元件1的振动泄漏，进而提高检测精度。

即使根据这样的第六实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。

2.角速度检测装置

接下来，对使用了陀螺仪元件1的角速度检测装置进行说明。

图21为表示本发明的角速度检测装置的优选的实施方式的图，(a)为俯视图，(b)为(a)中的I-I线剖视图。

如图21所示，角速度检测装置10具有陀螺仪元件1和封装件8，所述封装件8对陀螺仪元件1进行收纳。

封装件8具有箱状的基座81和板状的盖82，所述基座81具有凹部811，所述盖82以封堵凹部811的开口的方式而被接合在基座81上。而且，在通过利用盖82封堵凹部811而形成的收纳空间内，收纳有陀螺仪元件1。收纳空间既可以为减压(真空)状态，也可以封入氮、氦、氩等惰性气体。

虽然作为基座81的结构材料，并未被特别限定，但能够使用氧化铝等各种陶瓷或各种玻璃材料。此外，虽然作为盖82的结构材料，并未被特别限定，但采用线膨胀系数与基座81的结构材料近似的部件较好。例如，在将基座81的结构材料设为前述的陶瓷的情况下，其优选采用科瓦铁镍钴合金等合金。另外，基座81与盖82的接合方法并未被特别限定，例如，能够通过粘合材料或焊料进行接合。

此外，在凹部811的底面上，形成有连接端子831、832、833、834。这些连接端子831～834分别通过被形成在基座81上的未图示的贯穿电极(通孔)等，而被引出到基座81的下表面(封装件8的外周面)上。

陀螺仪元件1的基部21通过导电性粘合材料861、862、863、864而被固定在凹部811的底面上。此外，驱动信号端子51与连接端子831经由导电性粘合材料861而被电连接，驱动接地端子52与连接端子832经由导电性粘合材料862而被电连接，检测信号端子53与连接端子833经由导电性粘合材料863而被电连接，检测接地端子54与连接端子834经由导电性粘合材料864而被电连接。作为导电性粘合材料861～864，只要具有导电性以及粘合性则不被特别限定，例如能够使用使银粒子等导电性填充剂分散在硅酮类、环氧类、丙烯酸类、聚酰亚胺类、双马来酰亚胺类等的粘合材料中而得到的粘合材料。

3.陀螺仪传感器

接下来，对具备陀螺仪元件1的陀螺仪传感器进行说明。

图22为表示陀螺仪传感器的优选的实施方式的剖视图。

如图22所示，陀螺仪传感器100具有角速度检测装置10和IC芯片9。IC芯片9通过焊料等而被固定在凹部811的底面上。IC芯片9通过导电性导线而与各个连接端子831～834电连接(但是，在图22中，仅图示了连接端子831)。这样的IC芯片9具有用于使陀螺仪元件1进行驱动振动的驱动电路、对在被施加了角速度时陀螺仪元件1中所产生的检测振动进行检测的检测电路等。另外，虽然在本实施方式中，IC芯片9被设置在封装件8的内部，但IC芯片9也可以被设置在封装件8的外部。

4.电子设备

接下来，基于图23至图25来对具备陀螺仪元件1的电子设备进行详细说明。

图23为应用了本发明的电子设备的移动型(或笔记本式)的个人计算机的结构的立体图。

在该图中，个人计算机1100通过具备键盘1102的主体部1104和具备显示部1108的显示单元1106而构成，显示单元1106通过铰链结构部而以能够相对于主体部1104进行转动的方式被支承。在这样的个人计算机1100中，内置有作为角速度检测单元(陀螺仪传感器)而发挥功能的陀螺仪元件1。

图24为表示应用了本发明的电子设备的便携式电话机(也包括智能手机、PHS等)的结构的立体图。

在该图中，便携式电话机1200具备多个操作按钮1202、听筒1204以及话筒1206，并且在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部1208。在这样的便携式电话机1200中，内置有作为角速度检测单元(陀螺仪传感器)而发挥功能的陀螺仪元件1。

图25为表示应用了本发明的电子设备的数码照相机的结构的立体图。另外，在该图中，还简单地图示了与外部设备之间的连接。

数码照相机1300通过CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合装置)等摄像元件而对被摄物体的光学图像进行光电转换，从而生成摄像信号(图像信号)。在数码照相机1300的壳体(主体)1302的背面上设置有显示部1310，并且成为根据CCD的摄像信号而进行显示的结构，显示部1310作为将被摄物体显示为电子图像的取景器而发挥功能。

此外，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)设置有包括光学透镜(摄像光学系统)和CCD等在内的受光单元1304。

当摄影者对被显示在显示部1310上的被摄物体图像进行确认，并按下快门按钮1306时，该时间点上的CCD的摄像信号被传送并存储到存储器1308中。

此外，在该数码照相机1300中，在壳体1302的侧面上设置有影像信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图所示，根据需要而在影像信号输出端子1312上连接影像监视器1430，在数据通信用的输入输出端子1314上连接个人计算机1440。而且，成为如下的结构，即，通过预定的操作，从而使被存储于存储器1308中的摄像信号向影像监视器1430或个人计算机1440输出。

在这样的数码照相机1300中，内置有作为角速度检测单元(陀螺仪传感器)而发挥功能的陀螺仪元件1。

由于上述的电子设备具备陀螺仪元件1，因此能够发挥较高的可靠性。

另外，本发明的电子设备除了能够应用于图23的个人计算机(移动型个人计算机)、图24的便携式电话机、图25的数码照相机中之外，还能够应用于以下的设备中，例如，智能手机、平板电脑终端、喷墨式喷出装置(例如喷墨式打印机)、膝上型个人计算机、电视机、照相机、摄像机、车辆导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附带有通信功能的产品)、电子词典、台式电子计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(Point of Sale：销售点)终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如，车辆、航空器、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器等。

5.移动体

接下来，基于图26来对具备图1所示的陀螺仪元件1的移动体进行详细说明。

图26为表示应用了本发明的移动体的汽车的结构的立体图。

在汽车1500中内置有作为角速度检测单元(陀螺仪传感器)而发挥功能的陀螺仪元件1，并且能够通过陀螺仪元件1而对车身1501的姿态进行检测。陀螺仪元件1的检测信号被供给至车身姿态控制装置1502，车身姿态控制装置1502根据该信号而对车身1501的姿态进行检测，并且能够根据检测结果而对悬架的软硬进行控制，或者对各个车轮1503的制动器进行控制。除此以外，也能够在双足行走机器人或无线电控制直升飞机中利用这样的姿态控制。如上文所述，在各种移动体的姿态控制的实现时，安装有陀螺仪元件1。

以上，虽然根据图示的实施方式而对本发明的角速度检测元件、角速度检测装置、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明并不被限定于此，各部的结构能够置换为具有相同功能的任意的结构。此外，在本发明中也可以附加其他任意的结构物。此外，本发明也可以将上述的各个实施方式中的任意两个以上的结构(特征)组合。

此外，虽然在上述的角速度检测元件中使用了压电基板，但并未被限定为压电基板，例如也可以使用硅基板等半导体基板。在这种情况下，能够在硅基板上形成压电元件等，并通过压电元件的伸缩而使驱动臂进行振动。

符号说明

1…陀螺仪元件；

2…压电基板；

20A…第一振动系统；

20B…第二振动系统；

21…基部；

22、22A、22B…检测部；

221A、221B、222A、222B…检测臂；

23、23A、23B、24、24A、24B…驱动臂；

31…驱动信号电极；

32…驱动接地电极；

33…检测信号电极；

34…检测接地电极；

41…质量调节膜；

51…驱动信号端子；

52…驱动接地端子；

53…检测信号端子；

54…检测接地端子；

8…封装件；

81…基座；

811…凹部；

82…盖；

831、832、833、834…连接端子；

861、862、863、864…导电性粘合材料；

9…IC芯片；

10…角速度检测装置；

100…陀螺仪传感器；

1100…个人计算机；

1102…键盘；

1104…主体部；

1106…显示单元；

1108…显示部；

1200…便携式电话机；

1202…操作按钮；

1204…听筒；

1206…话筒；

1208…显示部；

1300…数码照相机；

1302…壳体；

1304…受光单元；

1306…快门按钮；

1308…存储器；

1310…显示部；

1312…影像信号输出端子；

1314…输入输出端子

1430…影像监视器；

1440…个人计算机；

1500…汽车；

1501…车身；

1502…车身姿态控制装置；

1503…车轮；

M1、M2…掩膜；

w…偏差宽度；

θ1…倾斜角；

ωy…角速度。

Claims

1.一种角速度检测元件，其特征在于，当将互相正交的三个轴设为X轴、Y轴、Z轴时，包括：

基部，其包括与沿着所述Z轴的Z轴方向正交、且处于互为表背关系的第一面以及第二面，并且包括处于沿着所述Y轴的Y轴方向的正侧的第一端部以及处于所述Y轴方向的负侧的第二端部；

至少两个驱动臂，其被配置于所述Y轴方向的正侧，且长边方向沿着所述Y轴方向，并且与所述基部的所述第一端部连接；

检测部，其沿着所述Y轴方向而与所述基部连接，并对角速度进行检测；

所述驱动臂包括：

驱动信号电极，其与所述Z轴方向正交，并被设置在处于互为表背关系的两个主面上；

驱动接地电极，其与沿着所述X轴的X轴方向正交，并被设置在处于互为表背关系的两个侧面上，

所述两个驱动臂通过向所述驱动信号电极以及所述驱动接地电极之间施加交流电压，从而在于所述X轴方向上以同相进行振动、且于所述Z轴方向上以反相进行振动的弯曲振动模式下，进行振动。

2.如权利要求1所述的角速度检测元件，其中，

所述两个驱动臂以随着趋向于顶端侧而分离的方式倾斜。

3.如权利要求1或2所述的角速度检测元件，其中，

具有第一振动系统以及第二振动系统，所述第一振动系统以及所述第二振动系统具有所述检测部以及所述两个驱动臂，

在所述驱动振动模式下，所述第一振动系统的所述两个驱动臂与所述第二振动系统的所述两个驱动臂在所述X轴方向上以反相进行弯曲振动。

4.如权利要求3所述的角速度检测元件，其中，

所述第一振动系统的所述第二振动系统侧的所述驱动臂与所述第二振动系统的所述第一振动系统侧的所述驱动臂，在所述驱动振动模式下，在所述基部的Z轴方向上以反相进行弯曲振动。

5.如权利要求1或2所述的角速度检测元件，其中，

所述检测部被配置于所述基部与所述两个驱动臂之间。

6.如权利要求1或2所述的角速度检测元件，其中，

所述检测部被配置于所述基部的所述第二端部侧。

7.一种角速度检测装置，其特征在于，具备：

权利要求1至6中的任意一项所述的角速度检测元件；

封装件，其对所述角速度检测元件进行收纳。

8.一种电子设备，其特征在于，

具备权利要求1至6中的任意一项所述的角速度检测元件。

9.一种移动体，其特征在于，

具备权利要求1至6中的任意一项所述的角速度检测元件。