JP2011174914A - 物理量検出素子、物理量検出装置、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｚ軸方向に厚みを備えたダブルＴ型圧電振動片を有し、Ｘ軸回りの角速度を検出することができる物理量検出素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る物理量検出素子１００では、一対の第１駆動振動腕の一方３０ａと他方３０ｂとは、第１位相でＺ軸方向に屈曲振動し、一対の第２駆動振動腕の一方４０ａと他方４０ｂとは、第１位相と逆位相の第２位相でＺ軸方向に屈曲振動し、Ｘ軸回りの回転の角速度により発生するコリオリ力によって、一対の第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂと一対の第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂとは、互いに逆位相でＹ軸方向に振動し、一対の第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂおよび一対の第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂのＹ軸方向への振動によって、一対の検出振動腕の一方２０ａと他方２０ｂとは、互いに逆位相でＸ軸方向に屈曲振動する。
【選択図】図５

Description

本発明は、物理量検出素子、物理量検出装置、および電子機器に関する。

従来から、回転系の回転角速度を検出するための角速度センサーとして、圧電振動片を容器に収納した振動型圧電ジャイロスコープが利用されてきた。振動型圧電ジャイロスコープは、カーナビゲーションや、スチルカメラの手振れの検出などに利用されている。

振動型圧電ジャイロスコープに使用される圧電振動片としては、例えば、Ｚ軸方向に厚みを有し、基部からＸ軸に沿って両側へ延出された１対の連結腕と、基部からＹ軸に沿って両側へ延出された１対の検出振動腕と、連結腕の各々からＹ軸に沿って両側へ延出された１対の駆動振動腕と、を備えたダブルＴ型圧電振動片を用いることができる（例えば、特許文献１参照）。このようなダブルＴ型圧電振動片は、駆動振動腕をＸＹ平面内に屈曲振動させることにより、Ｚ軸回りの角速度を検出することができる。

特開２００５−６２１６０号公報

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、Ｚ軸方向に厚みを備えたダブルＴ型圧電振動片を有し、Ｘ軸回りの角速度を検出することができる物理量検出素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記物理量検出素子を含む物理量検出装置を提供することにある。

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、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
基部と、
前記基部から、Ｘ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の連結腕と、
前記基部から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の検出振動腕と、
前記一対の連結腕の一方から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の第１駆動振動腕と、
前記一対の連結腕の他方から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の第２駆動振動腕と、
を含み、
前記一対の第１駆動振動腕の一方と他方とは、第１位相でＺ軸方向に屈曲振動し、
前記一対の第２駆動振動腕の一方と他方とは、前記第１位相と逆位相の第２位相でＺ軸方向に屈曲振動し、
Ｘ軸回りの回転の角速度により発生するコリオリ力によって、前記一対の第１駆動振動腕と前記一対の第２駆動振動腕とは、互いに逆位相でＹ軸方向に振動し、
前記一対の第１駆動振動腕および前記一対の第２駆動振動腕のＹ軸方向への振動によって、前記一対の検出振動腕の一方と他方とは、互いに逆位相でＸ軸方向に屈曲振動する、物理量検出素子。

このような物理量検出素子によれば、Ｚ軸方向に厚みを備えたダブルＴ型圧電振動片を有し、Ｘ軸回りの角速度を検出することができる。

［適用例２］
適用例１において、
前記第１駆動振動腕を屈曲振動させるための第１および第２駆動信号電極と、
前記第１駆動振動腕を屈曲振動させるための電極であって、前記第１および第２駆動信号電極のそれぞれと対をなす第１および第２駆動接地電極と、
前記第２駆動振動腕を屈曲振動させるための第３および第４駆動信号電極と、
前記第２駆動振動腕を屈曲振動させるための電極であって、前記第３および第４駆動信号電極のそれぞれと対をなす第３および第４駆動接地電極と、
をさらに含み、
前記基部、前記連結腕、前記検出振動腕、並びに、前記第１および第２駆動振動腕は、圧電振動片を構成し、
前記圧電振動片は、
Ｘ軸とＹ軸とで規定された平面に沿い、表裏関係にある第１主面および第２主面を有し、
前記第１駆動振動腕は、
前記第１主面と前記第２主面とを接続する第１側面と、
前記第１主面と前記第２主面とを接続し、前記第１側面と反対側の第２側面と、
を有し、
前記第２駆動振動腕は、
前記第１主面と前記第２主面とを接続し、前記第１側面と対向する第３側面と、
前記第１主面と前記第２主面とを接続し、前記第３側面と反対側の第４側面と、
を有し、
前記第１駆動信号電極は、前記第１側面の前記第１主面側に形成され、
前記第１駆動接地電極は、前記第２側面の前記第１主面側に形成され、
前記第２駆動信号電極は、前記第２側面の前記第２主面側に形成され、
前記第２駆動接地電極は、前記第１側面の前記第２主面側に形成され、
前記第３駆動信号電極は、前記第３側面の前記第１主面側に形成され、
前記第３駆動接地電極は、前記第４側面の前記第１主面側に形成され、
前記第４駆動信号電極は、前記第４側面の前記第２主面側に形成され、
前記第４駆動接地電極は、前記第３側面の前記第２主面側に形成され、
前記第１〜第４駆動信号電極は、互いに電気的に接続され、
前記第１〜第４駆動接地電極は、互いに電気的に接続されている、物理量検出素子。

このような物理量検出素子によれば、前記第１駆動振動腕および前記第２駆動振動腕をＺ軸方向に屈曲振動させることができる。

［適用例３］
適用例２において、
前記第１駆動信号電極と前記第１駆動接地電極とは、前記第１駆動振動腕を介して対向し、
前記第２駆動信号電極と前記第２駆動接地電極とは、前記第１駆動振動腕を介して対向し、
前記第３駆動信号電極と前記第３駆動接地電極とは、前記第２駆動振動腕を介して対向し、
前記第４駆動信号電極と前記第４駆動接地電極とは、前記第２駆動振動腕を介して対向している、物理量検出素子。

このような物理量検出素子によれば、効率よく、駆動信号電極と駆動接地電極との間に電圧を印加することができる。

［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか１例において、
前記検出振動腕から検出信号を得るための検出信号電極と、
前記検出信号電極と対をなす検出接地電極と、
をさらに含み、
前記検出信号電極は、前記検出振動腕の前記第１主面および前記第２主面に形成され、
前記検出接地電極は、前記第１主面と前記第２主面とを接続する２つの側面に形成されている、物理量検出素子。

このような物理量検出素子によれば、確実に、前記検出振動腕の屈曲振動による検出信号を検出することができる。

［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか１例に記載の物理量検出素子と、
前記物理量検出素子が収容されたパッケージと、
前記物理量検出素子を制御するためのＩＣチップと、
を含む、物理量検出装置。

このような物理量検出装置によれば、Ｘ軸回りの角速度を検出することができる。

［適用例６］
適用例１ないし４のいずれか１例に記載の物理量検出素子を含む、電子機器。

このような電子機器によれば、Ｘ軸回りの角速度を検出することができる。

本実施形態に係る物理量検出素子の第１主面側の構成を説明するための図。 本実施形態に係る物理量検出素子の第２主面側の構成を説明するための図。 本実施形態に係る物理量検出素子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る物理量検出素子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る物理量検出素子の圧電振動片の動作を説明するための図。 本実施形態に係る物理量検出素子の圧電振動片の動作を説明するための図。 本実施形態に係る物理量検出素子の圧電振動片の動作を説明するための図。 本実施形態に係る物理量検出素子の圧電振動片の動作を説明するための図。 本実施形態に係る物理量検出装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る物理量検出装置の構成を説明するための図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 物理量検出素子
まず、本実施形態に係る物理量検出素子１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、物理量検出素子１００を一方の主面である第１主面６２側から見た平面図であって、物理量検出素子１００の第１主面６２側の構成を説明するための図である。図２は、物理量検出素子１００を第１主面６２側から見た透視図であって、物理量検出素子１００の他方の主面である第２主面６４側の構成を説明するための図である。図３は、物理量検出素子１００を模式的に示す図１および図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、物理量検出素子１００を模式的に示す図１および図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

物理量検出素子１００は、図１〜図４に示すように、圧電振動片６０と、圧電振動片６０に形成された電極と、を含む。以下では、圧電振動片６０、圧電振動片６０に形成された電極、圧電振動片６０の動作の順に説明する。

１．１． 圧電振動片について
まず、圧電振動片６０について説明する。圧電振動片６０の材質としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックスなどの圧電材料を用いることができる。また、圧電振動片６０は、シリコン半導体の表面の一部に、電極に挟まれた酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の圧電薄膜を形成した構造であってもよい。

以下では、圧電振動片６０として、水晶基板により形成された、いわゆるダブルＴ型圧電振動片を用いた例について説明する。水晶基板により形成された圧電振動片６０は、温度変化に対する共振周波数の変動が小さいので、角速度の検出精度を高めることができる。

水晶基板を構成する水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸、および光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。圧電振動片６０は、例えば、Ｘ軸とＹ軸とで規定されたＸＹ平面の方向に切り出されたＺカットの水晶基板によって形成されている。すなわち、図１〜図４に示すように、圧電振動片６０は、Ｚ軸方向に厚みを有し、圧電振動片６０の平面形状は、水晶の結晶軸に合わせてＸＹ平面に展開されている。圧電振動片６０は、表裏関係にある第１主面６２および第２主面６４を有する。第１主面６２および第２主面６４は、ＸＹ平面に沿った面である。

圧電振動片６０は、図１〜図４に示すように、基部１０と、一対の連結腕２０ａ，２０ｂと、一対の第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂと、一対の第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂと、一対の検出振動腕５０ａ，５０ｂと、を含む。

基部１０は、圧電振動片６０の中心点Ｇを有する。中心点Ｇは、圧電振動片６０の重心位置ともいえる。圧電振動片６０は、例えば、中心点Ｇに関して点対称となる形状を有する。基部１０の形状は、特に限定されないが、例えば、ＹＺ平面およびＸＺ平面に平行な端面（側面）を有する略矩形の形状である。該ＹＺ平面に平行な端面から連結腕２０ａ，２０ｂが延出され、該ＸＺ平面に平行な端面から検出振動腕５０ａ，５０ｂが延出されることができる。

一対の連結腕２０ａ，２０ｂは、基部１０から、Ｘ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。図示の例では、一方の連結腕２０ａはプラスＸ軸方向（Ｘ軸の矢印の方向）に延出し、他方の連結腕２０ｂはマイナスＸ軸方向に延出している。

一対の第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂは、図１および図２に示すように、連結腕２０ａの先端部近傍から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。図示の例では、一方の第１駆動振動腕３０ａはプラスＹ軸方向（Ｙ軸の矢印の方向）に延出し、他方の第１駆動振動腕３０ｂはマイナスＹ軸方向に延出している。図３および図４に示した例では、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂの断面形状は、略矩形である。第１駆動振動腕３０ａは、第１主面６２と第２主面６４とを接続する第１側面３２ａおよび第２側面３４ａを有する。同様に、第１駆動振動腕３０ｂは、第１主面６２と第２主面６４とを接続する第１側面３２ｂおよび第２側面３４ｂを有する。第１側面３２ａ，３２ｂは、検出振動腕５０ａ，５０ｂ側の側面である。第２側面３４ａ，３４ｂは、それぞれ第１側面３２ａ，３２ｂと反対側の面である。

一対の第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂは、図１および図２に示すように、連結腕２０ｂの先端部近傍から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。図示の例では、一方の第２駆動振動腕４０ａはプラスＹ軸方向に延出し、他方の第２駆動振動腕４０ｂはマイナスＹ軸方向に延出している。図３および図４に示した例では、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂの断面形状は、略矩形である。第２駆動振動腕４０ａは、第１主面６２と第２主面６４とを接続する第３側面４２ａおよび第４側面４４ａを有する。同様に、第２駆動振動腕４０ｂは、第１主面６２と第２主面６４とを接続する第３側面４２ｂおよび第４側面４４ｂを有する。第３側面４２ａ，４２ｂは、検出振動腕５０ａ，５０ｂ側の側面であり、それぞれ第１側面３２ａ，３２ｂと対向する面である。第１側面３２ａと第３側面４２ａとは、検出振動腕５０ａを挟んで、向き合っているともいえる。同様に、第１側面３２ｂと第３側面４２ｂとは、検出振動腕５０ｂを挟んで、向き合っているともいえる。第４側面４４ａ，４４ｂは、それぞれ第３側面４２ａ，４２ｂと反対側の面である。

一対の検出振動腕５０ａ，５０ｂは、図１および図２に示すように、基部１０から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。図示の例では、一方の検出振動腕５０ａはプラスＹ軸方向に延出し、他方の検出振動腕５０ｂはマイナスＹ軸方向に延出している。図３および図４に示した例では、検出振動腕５０ａ，５０ｂの断面形状は、略矩形である。検出振動腕５０ａは、第１主面６２と第２主面６４とを接続する第５側面５２ａおよび第６側面５４ａを有する。同様に、検出振動腕５０ｂは、第１主面６２と第２主面６４とを接続する第５側面５２ｂおよび第６側面５４ｂを有する。第５側面５２ａ，５２ｂは、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂ側の側面である。第６側面５４ａ，５４ｂは、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂ側の側面であり、それぞれ第５側面５２ａ，５２ｂと反対側の面である。

圧電振動片６０は、図１および図２に示すように、さらに、錘部３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂ，５６ａ，５６ｂを含んでいてもよい。錘部３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂ，５６ａ，５６ｂは、それぞれ、振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂの先端部に形成されている。錘部３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂ，５６ａ，５６ｂの幅（Ｘ軸方向の大きさ）は、振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂの幅より大きい。駆動振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂの先端部に形成された錘部３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂによって、物理量検出素子１００は、コリオリ力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い（Ｙ軸方向の大きさが小さい）駆動振動腕で得ることができる。また、検出振動腕５０ａ，５０ｂの先端部に形成された錘部５６ａ，５６ｂによって、検出信号電極１３１，１５１に発生する電荷を大きくすることができ、角速度の検出感度を向上させることができる。

駆動振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂと、錘部３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂと、連結腕２０ａ，２０ｂとは、圧電振動子６０を駆動させる駆動振動系を構成することができる。検出振動腕５０ａ，５０ｂと、錘部５６ａ，５６ｂとは、角速度を検出する検出振動系を構成することができる。なお、図３および図４は概略図であることから断面形状を略矩形として図示したが、正確な矩形に限られない。すなわち、圧電振動片６０をウエットエッチング加工により形成した場合では、エッチングスピードの異方性により第１駆動振動腕３０ａ、３０ｂ、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂ、検出振動腕５０ａ、５０ｂの断面形状が正確な矩形にはならなく、第１駆動振動腕３０ａ、３０ｂ、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂ、検出振動腕５０ａ、５０ｂの側面のうち特定部分が凸面となる場合がある。また、第１主面６２、第２主面６４に凹凸を形成した形状でもよい。

１．２ 電極について
次に、圧電振動片６０に形成された電極について説明する。物理量検出素子１００は、図１〜図４に示すように、第１〜第４駆動信号電極１１１，１１２，１１３，１１４と、第１〜第４駆動接地電極１２１，１２２，１２３，１２４と、第１および第２検出信号電極１３１，１５１と、第１および第２検出接地電極１４１，１６１と、を含むことができる。

（１）第１および第２駆動信号電極１１１，１１２、並びに、第１および第２駆動接地電極１２１，１２２について
第１および第２駆動信号電極１１１，１１２と、第１および第２駆動接地電極１２１，１２２とは、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂを屈曲振動させるための電極である。第１駆動信号電極１１１は第１駆動接地電極１２１と対をなし、第２駆動信号電極１１２は第２駆動接地電極１２２と対をなしている。駆動信号電極１１１，１１２は、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂに駆動信号を与えるための電極であり、駆動接地電極１２１，１２２は、グランド電位を有する電極である。

第１駆動信号電極１１１は、図３および図４に示すように、第１側面３２ａ，３２ｂの第１主面６２側に形成されている。第１駆動接地電極１２１は、第２側面３４ａ，３４ｂの第１主面６２側に形成されている。

第１駆動信号電極１１１と第１駆動接地電極１２１とは、例えば、第１駆動振動腕３０ａまたは第１駆動振動腕３０ｂを介して対向している。これにより、効率よく、第１駆動信号電極１１１と第１駆動接地電極１２１との間に電圧を印加することができるという利点を有する。この利点は、以下に説明する、互いに対向する駆動信号電極および駆動接地電極についても同様である。

第２駆動信号電極１１２は、第２側面３４ａ，３４ｂの第２主面６４側に形成されている。第２駆動接地電極１２２は、第１側面３２ａ，３２ｂの第２主面６４側に形成されている。第２駆動信号電極１１２と第２駆動接地電極１２２とは、例えば、第１駆動振動腕３０ａまたは第１駆動振動腕３０ｂを介して対向している。

駆動信号電極１１１，１１２は、図１および図２に示すように、錘部３６ａ，３６ｂに形成された第１錘部電極１８１と接続されていてもよい。第１錘部電極１８１は、錘部３６ａ，３６ｂの全面に形成されていてもよい。

（２）第３および第４駆動信号電極１１３，１１４、並びに、第３および第４駆動接地電極１２３，１２４について
第３および第４駆動信号電極１１３，１１４と、第３および第４駆動接地電極１２３，１２４とは、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂを屈曲振動させるための電極である。第３駆動信号電極１１３は第３駆動接地電極１２３と対をなし、第４駆動信号電極１１４は第４駆動接地電極１２４と対をなしている。駆動信号電極１１３，１１４は、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂに駆動信号を与えるための電極であり、駆動接地電極１２３，１２４は、グランド電位を有する電極である。

第３駆動信号電極１１３は、図３および図４に示すように、第３側面４２ａ，４２ｂの第１主面６２側に形成されている。第３駆動接地電極１２３は、第４側面４４ａ，４４ｂの第１主面６２側に形成されている。第３駆動信号電極１１３と第３駆動接地電極１２３とは、例えば、第２駆動振動腕４０ａまたは第２駆動振動腕４０ｂを介して対向している。

第４駆動信号電極１１４は、第４側面４４ａ，４４ｂの第２主面６４側に形成されている。第４駆動接地電極１２４は、第３側面４２ａ，４２ｂの第２主面６４側に形成されている。第４駆動信号電極１１４と第４駆動接地電極１２４とは、例えば、第２駆動振動腕４０ａまたは第２駆動振動腕４０ｂを介して対向している。

駆動接地電極１２３，１２４は、図１および図２に示すように、錘部４６ａ，４６ｂに形成された第２錘部電極１８２と接続されていてもよい。第２錘部電極１８２は、錘部４６ａ，４６ｂの全面に形成されていてもよい。

（３）配線１７１，１７２について
物理量検出装置１００は、図１および図２に示すように、さらに、配線１７１および配線１７２を含むことができる。

駆動信号電極１１１〜１１４は、配線１７１を介して、互いに電気的に接続されている。配線１７１は、連結腕２０ａ，２０ｂおよび基部１０に形成されている。図示の例では、配線１７１は、連結腕２０ａの側面（第１主面６２と第２主面６４とを接続する面）、基部１０の側面、基部１０の第２主面６４、並びに、連結腕２０ｂの第１主面６２および第２主面６４に形成されている。

駆動接地電極１２１〜１２４は、配線１７２を介して、互いに電気的に接続されている。配線１７２は、連結腕２０ａ，２０ｂおよび基部１０に形成されている。図示の例では、配線１７２は、連結腕２０ａの第１主面６２および第２主面６４、基部１０の側面、基部１０の第１主面６２、並びに、連結腕２０ｂの側面に形成されている。

配線１７１および配線１７２は、例えば、駆動回路（詳細は後述する）と電気的に接続されている。これにより、駆動回路から、駆動信号電極１１１〜１１４と駆動接地電極１２１〜１２４との間に電圧を印加し、駆動信号を与えることができる。

（４）第１検出信号電極１３１および第１検出接地電極１４１について
第１検出信号電極１３１および第１検出接地電極１４１は、検出振動腕５０ａの検出信号を得るための電極である。すなわち、検出振動腕５０ａに生じた振動は、第１検出信号電極１３１に電荷として現れ、検出回路（詳細は後述する）において、検出信号として取り出すことができる。第１検出接地電極１４１は、グランド電位を有することができる。

第１検出信号電極１３１は、図３に示すように、検出振動腕５０ａの第１主面６２および第２主面６４に形成されている。第１主面６２に形成された第１検出信号電極１３１と、第２主面６４に形成された第１検出信号電極１３１とは、例えば、検出振動腕５０ａを介して対向している。

第１検出信号電極１３１は、図１および図２に示すように、基部１０の側面に形成された配線１７３と接続されていてもよい。

第１検出接地電極１４１は、図３に示すように、第５側面５２ａおよび第６側面５４ａに形成されている。図示のように、第１検出接地電極１４１の一部は、第１主面６２および第２主面６４にも形成されていてもよい。第５側面５２ａに形成された第１検出接地電極１４１と、第６側面５４ａに形成された第１検出接地電極１４１とは、例えば、検出振動腕５０ａを介して対向している。

第１検出接地電極１４１は、図１および図２に示すように、錘部５６ａに形成された第３錘部電極１８３と接続されていてもよい。第３錘部電極１８３は、錘部５６ａの全面に形成されていてもよい。また、第１検出接地電極１４１は、図２に示すように、基部１０の第２主面６４に形成された配線１７４と接続されていてもよい。

（５）第２検出信号電極１５１および第２検出接地電極１６１について
第２検出信号電極１５１および第２検出接地電極１６１は、検出振動腕５０ｂの検出信号を得るための電極である。すなわち、検出振動腕５０ｂに生じた振動は、第２検出信号電極１５１に電荷として現れ、検出回路において、検出信号として取り出すことができる。第２検出接地電極１６１は、グランド電位を有することができる。

第２検出信号電極１５１は、図４に示すように、検出振動腕５０ｂの第１主面６２および第２主面６４に形成されている。第１主面６２に形成された第２検出信号電極１５１と、第２主面６４に形成された第２検出信号電極１５１とは、例えば、検出振動腕５０ｂを介して対向している。

第２検出信号電極１５１は、図１および図２に示すように、基部１０の側面に形成された配線１７５と接続されていてもよい。

第２検出接地電極１６１は、図４に示すように、第５側面５２ｂおよび第６側面５４ｂに形成されている。図示のように、第２検出接地電極１６１の一部は、第１主面６２および第２主面６４にも形成されていてもよい。第５側面５２ｂに形成された第２検出接地電極１６１と、第６側面５４ｂに形成された第２検出接地電極１６１とは、例えば、検出振動腕５０ｂを介して対向している。

第２検出接地電極１６１は、図１および図２に示すように、錘部５６ｂに形成された第４錘部電極１８４と接続されていてもよい。第４錘部電極１８４は、錘部５６ｂの全面に形成されていてもよい。また、第２検出接地電極１６１は、図２に示すように、基部１０の第２主面６４に形成された配線１７６と接続されていてもよい。

上述の配線１７３，１７４，１７５，１７６は、例えば、検出回路と電気的に接続されている。これにより、検出回路は、検出信号電極１３１，１５１から検出信号を得ることができる。

なお、電極１１１〜１１４，１２１〜１２４，１３１，１４１，１５１，１６１，１８１〜１８４、および配線１７１〜１７６としては、例えば、圧電振動片６０側から、クロム、金の順序で積層したものなどを用いることができる。電極１１１〜１１４，１２１〜１２４，１３１，１４１，１５１，１６１，１８１〜１８４、および配線１７１〜１７６は、例えば、スパッタ法などに成膜された導電層（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術などによってパターニングすることにより形成される。例えば、側面に形成されている電極１１１〜１１４，１２１〜１２４などは、斜め露光などによるパターニングによって、形成される。

１．３． 圧電振動片の動作について
次に、圧電振動片６０の動作について説明する。図５〜図８は、圧電振動片６０の動作について説明するための図である。

まず、駆動振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂを屈曲振動させるために、駆動信号電極１１１〜１１４と、駆動接地電極１２１〜１２４と、の間に駆動信号として交流電圧を印加する。より具体的には、例えば図３および図４に示すように、第１駆動信号電極１１１と第１駆動接地電極１２１との間、第２駆動信号電極１１２と第２駆動接地電極１２２との間、第３駆動信号電極１１３と第３駆動接地電極１２３との間、第４駆動信号電極１１４と第４駆動接地電極１２４との間、に交流電圧を印加する。

例えば、駆動接地電極１２１〜１２４に対して、駆動信号電極１１１〜１１４に正の電圧が印加された場合、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂでは、第１主面６２側ではプラスＸ方向に向け電界が発生し、第２主面６４側ではマイナスＸ方向に向けて電界が発生する。同様に、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂでは、第１主面６２側ではマイナスＸ方向に向け電界が発生し、第２主面６４側ではプラスＸ方向に向けて電界が発生する。これにより、図５に示すように、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂは、連結腕２０ａを支持部としてマイナスＺ軸方向に屈曲し、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂは、連結腕２０ｂを支持部としてプラスＺ軸方向（紙面から向かっている方向）に屈曲する。

上述の例とは逆に、例えば、駆動接地電極１２１〜１２４に対して、駆動信号電極１１１〜１１４に負の電圧が印加された場合、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂでは、第１主面６２側ではマイナスＸ方向に向け電界が発生し、第２主面６４側ではプラスＸ方向に向けて電界が発生する。同様に、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂでは、第１主面６２側ではプラスＸ方向に向け電界が発生し、第２主面６４側ではマイナスＸ方向に向けて電界が発生する。これにより、図６に示すように、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂは、連結腕２０ａを支持部としてプラスＺ軸方向に屈曲し、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂは、連結腕２０ｂを支持部としてマイナスＺ軸方向に屈曲する。

このように、駆動信号電極１１１〜１１４に印加される交流電圧の極性の変化に伴い、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂは、第１位相でＺ軸方向に屈曲振動し、第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂは、第１位相とは逆位相の第２位相でＺ軸方向に屈曲振動する。

ここで、圧電振動片６０にＸ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂは、屈曲振動の方向であるＺ軸と回転軸であるＸ軸との両方に垂直な方向、すなわちＹ軸方向にコリオリ力を得る。その結果、図７および図８に示すように、連結腕２０ａと連結腕２０ｂとは、基部１０を支持部として、互いに逆位相でＹ軸方向に屈曲振動する。この連結腕２０ａ，２０ｂの屈曲振動に伴い、第１駆動振動腕３０ａ，３０ｂと第２駆動振動腕４０ａ，４０ｂとは、互いに逆位相でＹ軸方向に振動する。そして、連結腕２０ａ，２０ｂおよび駆動振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂの振動に連動して、第１検出振動腕５０ａと第２検出振動腕５０ｂとは、基部１０を支持部として、互いに逆位相でＸ軸方向に屈曲振動する。

このような検出振動腕５０ａ，５０ｂの屈曲振動により、検出信号電極１３１，１５１に電荷が発生する。該電荷は、コリオリ力の大きさ（すなわち、圧電振動片６０に加わる角速度の大きさ）に応じて変化する。したがって、該電荷を検出信号として得ることにより、Ｘ軸回りの回転の角速度を検出することができる。

なお、物理量検出素子１００は、Ｘ軸回りの回転の角速度のみならず、Ｘ軸回りの回転の角加速度も検出することができる。

２． 物理量検出装置
次に、本実施形態に係る物理量検出装置３００について、図面を参照しながら説明する。図９は、物理量検出装置３００を模式的に示す断面図である。図１０は、物理量検出装置３００の構成を説明するための図である。なお、図９および図１０では、物理量検出素子１００を簡略化して図示している。

物理量検出装置３００は、本発明に係る物理量検出素子（例えば物理量検出素子１００）と、パッケージベース３１２およびリッド３１４を有するパッケージ３１０と、支持基板３２０と、リード３３０と、ＩＣチップ３４０と、を含むことができる。

パッケージベース３１２は、開口を有することができ、該開口内に物理量検出素子１００を収容することができる。パッケージベース３１２の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなど挙げるができる。

リッド３１４は、パッケージベース３１２上に配置され、パッケージベース３１２の開口を封止している。リッド３１４の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、ガラスなどを挙げることができる。パッケージベース３１２およびリッド３１４によって形成されるキャビティー３０１は、物理量検出素子１００が動作するための空間となる。キャビティー３０１は、密閉されることができ、減圧空間や不活性ガス雰囲気に設置されることができる。

支持基板３２０は、パッケージ３１０内に収容されている。支持基板３２０の材質としは、例えば、ポリイミドなどの樹脂を挙げることができる。支持基板３２０は、リード３３０を介してパッケージ３１０内に固定されている。支持基板３２０は、支持基板３２０の上面から下面まで貫通している貫通孔３２２を有することができる。

リード３３０は、パッケージ３１０内に収容されている。リード３３０の材質としは、例えば、銅、金、ニッケル、または、これらの合金などを挙げることができる。図示の例では、リード３３０は、支持基板３２０の端部の下面側から、貫通孔３２２を介して、支持基板３２０の上面側まで、延びている。リード３３０の一方側の端部３３２の上面は、例えば、接着材によって支持基板３２０の下面と接着されている。一方側の端部３３２の下面は、例えば、ろう材３５０によってパッケージ３１０の内面に形成された接続配線３６０と接着されている。リード３３０の他方側の端部３３４の上面は、例えば熱圧着によって物理量検出素子１００と接着されている。図示はしないが、リード３３０は、物理量検出素子１００の配線１７１〜１７６のそれぞれに対応して複数設けられ、基部１０に形成された配線１７１〜１７６のそれぞれと電気的に接続されていてもよい。

物理量検出素子１００は、リード３３０によって、支持基板３２０の上方に支持されている。図示の例では、物理量検出素子１００は、第１主面６２がリッド３１４の下面と対向し、第２主面６４がパッケージベース３１２の内面（内側の底面）と対向するように、支持されている。

ＩＣチップ３４０は、パッケージベース３１２に、例えばろう材３５２によって固定されている。ＩＣチップ３４０は、物理量検出素子１００を制御するためのチップである。ＩＣチップ３４０は、例えばワイヤー３５４によって、パッケージベース３１２に形成された接続配線３６０と電気的に接続されている。これにより、物理量検出素子１００の配線１７１〜１７６の各々は、ＩＣチップ３４０と電気的に接続される。なお、図示はしないが、ＩＣチップ３４０は、パッケージ３１０の外部に設けられていてもよい。ＩＣチップ３４０には、角速度検出用ＩＣ４００が組み込まれている。

角速度検出用ＩＣ４００は、図１０に示すように、駆動回路４１０と、検出回路４２０と、基準電源回路４３０と、を含むことができる。

駆動回路４１０は、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）４１１と、ＡＣ増幅回路４１２と、振幅調整回路４１３と、を含むことができる。

物理量検出素子１００の圧電振動片に流れた駆動電流は、Ｉ／Ｖ変換回路４１１によって交流電圧信号に変換される。

Ｉ／Ｖ変換回路４１１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路４１２および振幅調整回路４１３に入力される。ＡＣ増幅回路４１２は、入力された交流電圧信号を増幅し、所定の電圧値でクリップさせて方形波電圧信号４４０を出力する。振幅調整回路４１３は、Ｉ／Ｖ変換回路４１１が出力する交流電圧信号のレベルに応じて、方形波電圧信号４４０の振幅を変化させ、駆動電流が一定に保持するようにＡＣ増幅回路４１２を制御する。

方形波電圧信号４４０は、外部出力端子４５０を介して物理量検出素子１００の駆動信号電極１１１〜１１４に供給される。このようにして、物理量検出素子１００は、図５および図６に示すような所定の駆動振動を継続して励振している。また、駆動電流を一定に保つことにより、物理量検出素子１００の駆動振動腕３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂは、一定の振動速度を得ることができる。そのため、コリオリ力を発生させる元となる振動速度は一定となり、感度をより安定にすることができる。

なお、駆動回路４１０は、本発明における駆動部として機能する。

検出回路４２０は、チャージアンプ回路４２１，４２２と、差動増幅回路４２３と、ＡＣ増幅回路４２４と、同期検波回路４２５と、平滑回路４２６と、可変増幅回路４２７と、フィルター回路４２８と、を含むことができる。

チャージアンプ回路４２１には、外部入力端子４５２を介して物理量検出素子１００の第１検出信号電極１３１からの検出信号である交流電荷が入力される。

同様に、チャージアンプ回路４２２には、外部入力端子４５３を介して物理量検出素子１００の第２検出信号電極１５１からの検出信号である交流電荷が入力される。

このチャージアンプ回路４２１，４２２は、それぞれ入力された交流電荷を基準電圧Ｖ_ｒｅｆを基準とした交流電圧信号に変換する。なお、基準電圧Ｖ_ｒｅｆは、基準電源回路４３０により、電源入力端子４５４から入力された外部電源に基づいて生成される。

差動増幅回路４２３は、チャージアンプ回路４２１の出力信号と、チャージアンプ回路４２２と、の出力信号を差動増幅する。差動増幅回路４２３は、同相成分を消去し、逆相成分を加算増幅するためのものである。

ＡＣ増幅回路４２４は、差動増幅回路４２３の出力信号を増幅し、被検波信号４４１として同期検波回路４２５に入力する。

同期検波回路４２５は、被検波信号４４１に対して検波信号４４２により同期検波を行う。

同期検波回路４２５の出力信号は、平滑回路４２６で直流電圧信号に平滑化された後、可変増幅回路４２７に入力される。

可変増幅回路４２７は、平滑回路４２６の出力信号（直流電圧信号）を、設定された増幅率（または減衰率）で増幅（または減衰）して検出感度を調整する。可変増幅回路４２７で増幅（または減衰）された信号は、フィルター回路４２８に入力される。

フィルター回路４２８は、可変増幅回路４２７の出力信号を使用に適した周波数帯域に制限する回路であり、角速度検出信号４４３を生成する。そして、角速度検出信号４４３は、外部出力端子４５５を介して外部に出力される。

このようにして、物理量検出装置３００は、角速度を検出することができる。そして、角速度検出信号４４３は、その電圧値がコリオリの力の大きさ（角速度の大きさ）に比例し、その極性が回転方向により決まるので、角速度検出信号４４３に基づいて物理量検出装置３００に加えられた角速度を計算することができる。

３． 電子機器
本発明に係る物理量検出素子や物理量検出装置は、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーション装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、携帯電話などの電子機器に好適に用いることができ、いずれの場合にも上記各実施形態で説明した効果を奏する電子機器を提供することができる。

上記のように、本発明の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よう。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ものとする。

１０ 基部、２０ａ，２０ｂ 連結腕、３０ａ，３０ｂ 第１駆動振動腕、
３２ａ，３２ｂ 第１側面、３４ａ，３４ｂ 第２側面、３６ａ，３６ｂ 錘部、
４０ａ，４０ｂ 第２駆動振動腕、４２ａ，４２ｂ 第３側面、
４４ａ，４４ｂ 第４側面、４６ａ，４６ｂ 錘部、５０ａ，５０ｂ 検出振動腕、
５２ａ，５２ｂ 第５側面、５４ａ，５４ｂ 第６側面、５６ａ，５６ｂ 錘部、
６０ 圧電振動片、６２ 第１主面、６４ 第２主面、１００ 物理量検出素子、
１１１ 第１駆動信号電極、１１２ 第２駆動信号電極、１１３ 第３駆動信号電極、
１１４ 第４駆動信号電極、１２１ 第１駆動接地電極、１２２ 第２駆動接地電極、
１２３ 第３駆動接地電極、１２４ 第４駆動接地電極、１３１ 第１検出信号電極、
１４１ 第１検出接地電極、１５１ 第２検出信号電極、１６１ 第２検出接地電極、
１７１〜１７６ 配線、１８１〜１８４ 錘部電極、３００ 物理量検出装置、
３０１ キャビティー、３１０ パッケージ、３１２ パッケージベース、
３１４ リッド、３２０ 支持基板、３２２ 貫通孔、３３０ リード、
３３２ 一方側の端部、３３４ 他方側の端部、３４０ ＩＣチップ、３５０ ろう材、
３５２ ろう材、３５４ ワイヤー、３６０ 接続配線、４００ 角速度検出用ＩＣ、
４１０ 駆動回路、４１１ Ｉ／Ｖ変換回路、４１２ ＡＣ増幅回路、
４１３ 振幅調整回路、４２０ 検出回路、４２１ チャージアンプ回路、
４２２ チャージアンプ回路、４２３ 差動増幅回路、４２４ ＡＣ増幅回路、
４２５ 同期検波回路、４２６ 平滑回路、４２７ 可変増幅回路、
４２８ フィルター回路、４３０ 基準電源回路、４４０ 方形波電圧信号、
４４１ 被検波信号、４４２ 検波信号、４４３ 角速度検出信号、
４５０ 外部出力端子、４５２ 外部入力端子、４５３ 外部入力端子、
４５４ 電源入力端子、４５５ 外部出力端子

Claims (6)

1. 基部と、
   前記基部から、Ｘ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の連結腕と、
   前記基部から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の検出振動腕と、
   前記一対の連結腕の一方から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の第１駆動振動腕と、
   前記一対の連結腕の他方から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出された一対の第２駆動振動腕と、
   を含み、
   前記一対の第１駆動振動腕の一方と他方とは、第１位相でＺ軸方向に屈曲振動し、
   前記一対の第２駆動振動腕の一方と他方とは、前記第１位相と逆位相の第２位相でＺ軸方向に屈曲振動し、
   Ｘ軸回りの回転の角速度により発生するコリオリ力によって、前記一対の第１駆動振動腕と前記一対の第２駆動振動腕とは、互いに逆位相でＹ軸方向に振動し、
   前記一対の第１駆動振動腕および前記一対の第２駆動振動腕のＹ軸方向への振動によって、前記一対の検出振動腕の一方と他方とは、互いに逆位相でＸ軸方向に屈曲振動する、物理量検出素子。
2. 請求項１において、
   前記第１駆動振動腕を屈曲振動させるための第１および第２駆動信号電極と、
   前記第１駆動振動腕を屈曲振動させるための電極であって、前記第１および第２駆動信号電極のそれぞれと対をなす第１および第２駆動接地電極と、
   前記第２駆動振動腕を屈曲振動させるための第３および第４駆動信号電極と、
   前記第２駆動振動腕を屈曲振動させるための電極であって、前記第３および第４駆動信号電極のそれぞれと対をなす第３および第４駆動接地電極と、
   をさらに含み、
   前記基部、前記連結腕、前記検出振動腕、並びに、前記第１および第２駆動振動腕は、圧電振動片を構成し、
   前記圧電振動片は、
   Ｘ軸とＹ軸とで規定された平面に沿い、表裏関係にある第１主面および第２主面を有し、
   前記第１駆動振動腕は、
   前記第１主面と前記第２主面とを接続する第１側面と、
   前記第１主面と前記第２主面とを接続し、前記第１側面と反対側の第２側面と、
   を有し、
   前記第２駆動振動腕は、
   前記第１主面と前記第２主面とを接続し、前記第１側面と対向する第３側面と、
   前記第１主面と前記第２主面とを接続し、前記第３側面と反対側の第４側面と、
   を有し、
   前記第１駆動信号電極は、前記第１側面の前記第１主面側に形成され、
   前記第１駆動接地電極は、前記第２側面の前記第１主面側に形成され、
   前記第２駆動信号電極は、前記第２側面の前記第２主面側に形成され、
   前記第２駆動接地電極は、前記第１側面の前記第２主面側に形成され、
   前記第３駆動信号電極は、前記第３側面の前記第１主面側に形成され、
   前記第３駆動接地電極は、前記第４側面の前記第１主面側に形成され、
   前記第４駆動信号電極は、前記第４側面の前記第２主面側に形成され、
   前記第４駆動接地電極は、前記第３側面の前記第２主面側に形成され、
   前記第１〜第４駆動信号電極は、互いに電気的に接続され、
   前記第１〜第４駆動接地電極は、互いに電気的に接続されている、物理量検出素子。
3. 請求項２において、
   前記第１駆動信号電極と前記第１駆動接地電極とは、前記第１駆動振動腕を介して対向し、
   前記第２駆動信号電極と前記第２駆動接地電極とは、前記第１駆動振動腕を介して対向し、
   前記第３駆動信号電極と前記第３駆動接地電極とは、前記第２駆動振動腕を介して対向し、
   前記第４駆動信号電極と前記第４駆動接地電極とは、前記第２駆動振動腕を介して対向している、物理量検出素子。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記検出振動腕から検出信号を得るための検出信号電極と、
   前記検出信号電極と対をなす検出接地電極と、
   をさらに含み、
   前記検出信号電極は、前記検出振動腕の前記第１主面および前記第２主面に形成され、
   前記検出接地電極は、前記第１主面と前記第２主面とを接続する２つの側面に形成されている、物理量検出素子。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量検出素子と、
   前記物理量検出素子が収容されたパッケージと、
   前記物理量検出素子を制御するためのＩＣチップと、
   を含む、物理量検出装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量検出素子を含む、電子機器。

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