JP2013036869A - 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】Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸まわりの回転検出ができ、１つの発振回路で振動を励起することが可能な物理量検出素子を提供する。
【解決手段】物理量検出素子１は、基部２と、基部２からＸ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出した第１連結部３ａおよび第２連結部３ｂと、第１連結部３ａまたは第２連結部３ｂからＹ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出した一対の第１駆動振動腕４ａおよび第２駆動振動腕４ｂ、並びに一対の第３駆動振動腕４ｃおよび第４駆動振動腕４ｄと、第１連結部３ａから斜めに延出した第１駆動検出振動腕５ａおよび第２駆動検出振動腕５ｂと、第２連結部３ｂから斜めに延出した第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄと、基部２からＹ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出した第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂと、を備えている、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動片を利用して物理量を検出することが可能な素子に関する。

従来、物理量検出素子として、例えば特許文献１には、基部と、基部からＸ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した支持部と、支持部の各先端において、Ｙ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した駆動アーム（駆動振動腕）と、基部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したＹ軸用検出振動アームと、同じく、基部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したＺ軸用検出振動アームと、を備えた振動片（当該文献における振動子）が開示されている。この振動片によれば、Ｚ軸まわりの回転角速度に起因するＹ軸用検出振動アームの寄生振動を抑制し、回転角速度の測定値の誤差を減少させることが可能である。

また、例えば特許文献２に開示されているような振動片（当該文献における慣性センサー素子）もある。この振動片は、複数本の脚部を有する振動部を有し、振動部は、基部から第１の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出し、さらに、基部から第１の方向と直交する第２の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出している、簡易な構成である。第１の方向に沿う振動部は、一方に励振電極が設けられ、他方には、検出電極が設けられていて、第１の方向まわりの回転角速度（物理量）を検出することが可能である。同様に、第２の方向に沿う振動部は、第２の方向まわりの回転角速度を検出することが可能である。

特開２００７−１０８０５３号公報 特開２００６−２６７０９４号公報

しかし、特許文献１において、振動片は、Ｙ軸に沿って延出した駆動アームまたは脚部がＸ軸方向に振動する構成であるため、Ｚ軸の回転検出もしくはＹ軸の回転検出しかできず、Ｘ軸の回転検出ができなかった。特許文献２において同様である。また、これら振動片は、駆動アームまたは励振電極を有する振動部が基部から別々に伸びている構成のため、各々の振動モードの結合が弱く、１つの発振回路で双方の振動を励起するためには、それぞれの固有振動数を極めて近づけるような微調整が必要である。この対策として、２つの発振回路で励起する振動片が考えられるが、この構成では、回路構成部の面積が大きくなって小型化が困難となり、コストも増大する、という課題があった。

本発明は、上記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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る物理量検出素子は、基部と、前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限と、定義したとき、前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第１駆動検出振動腕と、前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第２駆動検出振動腕と、前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第３駆動検出振動腕と、前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第４駆動検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする。

この物理量検出素子によれば、駆動検出振動をする第１駆動検出振動腕および第２駆動検出振動腕は、第１連結部から斜め反対方向へそれぞれ延出した構成であり、この延出方向は、基部と反対側、即ち物理量検出素子の外部側へ向かっている。このような構成の物理量検出素子では、第１駆動振動腕の第１連結部側での応力が第１駆動検出振動腕の励振に寄与し、第２駆動振動腕の第１連結部側での応力が第２駆動検出振動腕の励振に寄与して、結合性が高められる。そのため、第１駆動振動腕および第２駆動振動腕並びに第１駆動検出振動腕および第２駆動検出振動腕から第１連結部へ振動が伝わる、いわゆる振動漏れを抑制することが可能である。同様に、第３駆動振動腕、第４駆動振動腕、第３駆動検出振動腕、第４駆動検出振動腕の第２連結部側においても、振動漏れを抑制することが可能である。これにより、物理量検出素子は、振動漏れの抑制により、物理量検出素子としてのインピーダンスが下がり、Ｑ値を高くすることが可能である。また、物理量検出素子は、駆動振動腕および駆動検出振動腕のそれぞれの固有共振周波数を合わせるというような調整が不要であり、さらに、付け根における結合性が高いことにより、１つの発振回路で２つの駆動モードを励起することが可能である。そして、物理量検出素子は、この場合、第１駆動検出振動腕、第２駆動検出振動腕、第３駆動検出振動腕および第４駆動検出振動腕でＸ軸またはＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、単体で２軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。

［適用例２］上記適用例に係る物理量検出素子は、基部と、前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限と、定義したとき、前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第１駆動検出振動腕と、前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第２駆動検出振動腕と、前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第３駆動検出振動腕と、前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第４駆動検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする

この物理量検出素子によれば、駆動検出振動をする第１駆動検出振動腕および第２駆動検出振動腕は、第１連結部から斜め反対方向へそれぞれ延出した構成であり、この延出方向は、基部の側、即ち物理量検出素子の内部側へ向かっている。このような構成の物理量検出素子では、第１駆動振動腕の第１連結部側での応力が第１駆動検出振動腕の励振に寄与し、第２駆動振動腕の第１連結部側での応力が第２駆動検出振動腕の励振に寄与して、結合性が高められる。そのため、第１駆動振動腕および第２駆動振動腕並びに第１駆動検出振動腕および第２駆動検出振動腕から第１連結部へ振動が伝わる、いわゆる振動漏れを抑制することが可能である。同様に、第３駆動振動腕、第４駆動振動腕、第３駆動検出振動腕、第４駆動検出振動腕の第２連結部側においても、振動漏れを抑制することが可能である。これにより、物理量検出素子は、振動漏れの抑制により、物理量検出素子としてのインピーダンスが下がり、Ｑ値を高くすることが可能である。また、物理量検出素子は、駆動振動腕および駆動検出振動腕のそれぞれの固有共振周波数を合わせるというような調整が不要であり、さらに、付け根における結合性が高いことにより、１つの発振回路で２つの駆動モードを励起することが可能である。そして、物理量検出素子は、この場合、第１駆動検出振動腕、第２駆動検出振動腕、第３駆動検出振動腕および第４駆動検出振動腕でＸ軸またはＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、単体で２軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。さらに、物理量検出素子は、斜め方向へ延出している第１駆動検出振動腕乃至第４駆動検出振動腕が、基部の側、即ち物理量検出素子の内部側へ向けて延びている構成である。そのため、物理量検出素子は、第１駆動検出振動腕乃至第４駆動検出振動腕が物理量検出素子の外部側へ向けて延びている場合に比べて、より小型化を図ることが可能である。

［適用例３］上記適用例に係る物理量検出素子において、前記基部から前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１検出振動腕および第２検出振動腕と、を備えている、ことが好ましい。

この構成によれば、物理量検出素子は、第１検出振動腕および第２検出振動腕をさらに備えていて、これら第１検出振動腕と第２検出振動腕とがＹ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出していることにより、Ｚ軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。これにより、物理量検出素子は、単体で同時に３軸の物理量を検出することが可能である。

［適用例４］上記適用例に係る物理量検出素子において、前記第１駆動振動腕乃至前記第４駆動振動腕は、振動を励起するための駆動信号電極を有し、前記第１駆動検出振動腕乃至前記第４駆動検出振動腕は、振動を励起するための駆動信号電極と、物理量を検出するための検出信号電極と、を有している、ことが好ましい。

この構成によれば、第１駆動検出振動腕、第２駆動検出振動腕、第３駆動検出振動腕および第４駆動検出振動腕は、駆動信号電極と検出信号電極とを有している構成であり、自らも、駆動信号電極により駆動振動すると共に、第１駆動振動腕および第２駆動振動腕、または、第３駆動振動腕および第４駆動振動腕からも励振が付与され、不要なノイズ等を含まない駆動振動をする。そのため、第１駆動検出振動腕乃至第４駆動検出振動腕は、この場合、Ｘ軸またはＹ軸まわりの角速度等の物理量をより確実に検出することが可能である。

［適用例５］上記適用例に係る物理量検出素子において、前記第１駆動検出振動腕および前記第２駆動検出振動腕は、前記第１連結部の延長線上を避けた位置から延出し、前記第３駆動検出振動腕および前記第４駆動検出振動腕は、前記第２連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことが好ましい。

この構成によれば、第１駆動検出振動腕および第２駆動検出振動腕は、基部から延出した第１連結部をそのまま延長した延長線上には形成されておらず、第１駆動振動腕または第２駆動振動腕における該延長線上を避けた位置から延出している。これにより、第１駆動検出振動腕および第２駆動検出振動腕は、第１駆動振動腕または第２駆動振動腕との結合性を第１連結部から離れた位置で高めることが可能である。また、第３駆動検出振動腕および第４駆動検出振動腕も、同様に、第３駆動振動腕または第４駆動振動腕における該延長線上を避けた位置から延出していて、第３駆動振動腕または第４駆動振動腕との結合性を第２連結部から離れた位置で高めることが可能である。従って、物理量検出素子は、第１駆動振動腕乃至第４駆動振動腕から基部方向への振動漏れを、より一層確実に抑制することが可能である。

［適用例６］上記適用例に係る物理量検出素子において、前記第１駆動検出振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第２駆動検出振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第２駆動振動腕と同位相で振動し、前記第３駆動検出振動腕は、前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第４駆動検出振動腕は、前記第３駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第４駆動振動腕と同位相で振動する、ことが好ましい。

この構成によれば、さらに、物理量検出素子は、第１駆動振動腕および第１駆動検出振動腕と、第２駆動振動腕および第２駆動検出振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆相で振動し、第３駆動振動腕および第３駆動検出振動腕と、第４駆動振動腕および第４駆動検出振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆相で振動する。これにより、物理量検出素子は、バランスの良好な駆動振動を励振することができ、不要な振動ノイズ等が発生し難い構成となっている。

［適用例７］上記適用例に係る物理量検出素子において、前記第１駆動検出振動腕乃至前記第４駆動検出振動腕は、溝部を有している、ことが好ましい。

この構成によれば、第１駆動検出振動腕乃至第４駆動検出振動腕は、溝部を有することによって腕部の表面積を拡大でき、広く電界が分布して振幅の大きい振動を得ることが可能である。また、第１駆動検出振動腕乃至第４駆動検出振動腕を小型化して外形寸法を小さくしても、溝部を形成することにより、振動腕部の表面積を維持または拡大でき、振幅の大きい振動を得ることが可能である。

［適用例８］上記適用例に係る物理量検出素子は、六方晶の結晶構造を有する圧電性材で形成されている、ことが好ましい。

この構成によれば、六方晶の圧電性材は、例えば、水晶のように、機械軸、電気軸および光軸を有し、印加された駆動信号により正確に振動し、また、加えられた力に応じて屈曲して検出信号を発生する。物理量検出素子の形成に、このような圧電性材を用いれば、角速度等の物理量の検出を精度良く行なうことが可能である。また、物理量検出素子における好ましい一例として、第１駆動振動腕と第２駆動検出振動腕、第２駆動振動腕と第１駆動検出振動腕、第３駆動振動腕と第４駆動検出振動腕、および第４駆動振動腕と第３駆動検出振動腕、のそれぞれが１２０度の角度をなす構成が考えられる。この場合、六方晶の圧電性材は内角がそれぞれ１２０度である３本の電気軸（Ｘ軸）を有していることにより、一例である物理量検出素子のような腕構成であっても、容易に形成することが可能である。さらに、一例である構成例を含む物理量検出素子は、付け根における結合性が高いため、各駆動振動腕の振動が励起されると、各駆動振動腕の振動が、対応する駆動検出振動腕の励振に、より寄与しやすくなる。このような結合性の高い構成である物理量検出素子は、例えば、２方向の振動モードを得るのに１つの駆動回路でシステムを構成することが可能であり、小型化・低コスト化の面で、より有利である。

［適用例９］本適用例に係る物理量検出装置は、少なくとも前記第１駆動振動腕乃至前記第４駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、少なくとも前記第１駆動検出振動腕乃至第４駆動検出振動腕の検出信号から物理量を検出する検出回路と、を備える、ことを特徴とする。

この物理量検出装置によれば、振動漏れの抑制可能な物理量検出素子を有し、さらに、駆動回路および検出回路によって物理量検出素子を制御することにより、角速度等をはじめとした物理量の検出精度を、大きく向上させることが可能である。この場合、本適用例のような構成の物理量検出装置であれば、複数の腕を有していても、一つの駆動回路で振動を励起することが可能である。なお、この駆動回路は、背景技術の発振回路に該当する。

［適用例１０］上記適用例に係る物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第１駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第３駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第２駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量を検出する、ことが好ましい。

この構成によれば、第１駆動検出振動腕および第３駆動検出振動腕による検出信号と、第２駆動検出振動腕および第４駆動検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとることにより、この場合、Ｘ軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。

［適用例１１］上記適用例に係る物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第１駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量を検出する、ことが好ましい。

この構成によれば、第１駆動検出振動腕および第２駆動検出振動腕による検出信号と、第３駆動検出振動腕および第４駆動検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとることにより、この場合、Ｙ軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。

［適用例１２］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする。

この電子機器によれば、振動漏れを抑制して物理量の検出精度を向上することが可能な、物理量検出素子を備えていることにより、高精度なセンサー機能を備えることができ、電子機器性能の向上を図ることが可能である。

実施形態１におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。 実施形態２におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。 実施形態３におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。 （ａ）（ｂ）ジャイロ素子の電極構成を示す断面図。 （ａ）実施形態４におけるジャイロ素子の駆動検出振動腕に設けられた溝部を示す断面図。（ｂ）駆動検出振動腕に設けられた溝部の他の形態を示す断面図。 （ｃ）（ｄ）駆動検出振動腕に設けられた溝部の他の形態を示す断面図。 （ａ）ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図、（ｂ）ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図。 （ａ）ジャイロ素子におけるＸ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、（ｂ）ジャイロ素子におけるＹ軸まわりの角速度の検出を示す平面図。 光軸に対し平行に配置されたジャイロ素子を備えたスチールカメラを示す斜視図。 （ａ）ジャイロ素子を備えたビデオカメラを示す斜視図、（ｂ）ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図。

以下、本発明の物理量検出素子における、好適な一例について、添付図面を参照して説明する。ここでは、振動特性の良好な圧電性材を素材とする、ジャイロ素子（物理量検出素子）について述べる。

最初に、ジャイロ素子に最適な圧電性単結晶材である水晶について説明する。物理量検出素子としてのジャイロ素子は、六角柱をなす水晶柱から切り出され、この水晶柱は、柱の長手方向に光軸であるｚ軸と、ｚ軸に垂直な電気軸であるｘ軸および機械軸であるｙ軸とを有していて、いわゆる六方晶の性質を有している。ここでx軸は、ｚ軸に垂直な六角形面であるｘ−ｙ面において、それぞれ内角が１２０度の等角度で３本あって、これらのｘ軸で形成される各面内では、エッチング方向によるエッチング速さ等が同じである、という性質を有している。このような水晶柱において、ジャイロ素子は、ｘ−ｙ平面を、ｘ軸とｙ軸との交点（座標原点）からみてｘ軸まわりに角度５度傾けた平面に沿う、水晶ｚ板から切り出されたものである。即ち、水晶柱から切り出されたジャイロ素子の座標軸は、ｘ（請求項におけるＸ軸），ｙ’（請求項におけるＹ軸），ｚ’（請求項におけるＺ軸）となる。

一般に、物理量検出素子では、測定感度を良好にするために、駆動の振動モードの固有共振周波数と検出の振動モードの固有共振周波数との間に、一定の振動周波数差を保つことが要求されている。しかし、圧電性材の水晶は異方性を持っており、結晶面が変化すると、振動周波数の温度変化等の度合いが異なってしまう。これに対し、ジャイロ素子１は、水晶の最も温度特性等の良い結晶面のみ、例えば水晶ｚ板、を利用して、各振動腕の全体を所定面内で振動するようにしている。これによって、極めて安定性の高い振動をするジャイロ素子を提供することができる。以下では、ジャイロ素子の形状に係る各実施形態について、最初に説明する。
（実施形態１）

図１は、実施形態１におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。図１に示すように、ジャイロ素子（物理量検出素子）１は、基部２の重心（この場合基部２の中央位置）を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ座標において、Ｘ−Ｙ平面に沿って腕等が延出する形態をなしている。なお、このＸ，Ｙ，Ｚ座標は、原点を通るＸ軸と、原点を通りＸ軸と直交するＹ軸と、原点を通りＸ軸およびＹ軸と直交するＺ軸と、を有する座標軸である。また、この座標軸において、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限、と定義する。そして、ここでいうＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸は、請求項におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に該当する。また、請求項におけるプラスＸ軸、プラスＹ軸、プラスＺ軸は、Ｘ（＋）、Ｙ（＋）、Ｚ（＋）で表し、マイナスＸ軸、マイナスＹ軸、マイナスＺ軸は、Ｘ（−）、Ｙ（−）、Ｚ（−）で表す。

ジャイロ素子１は、座標軸の原点を中心とする四角形状の基部２と、基部２からＸ（＋）軸方向へ延出した第１連結部３ａと、第１連結部３ａの先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてＹ（＋）方向へ延出した第１駆動振動腕４ａと、第１連結部３ａの先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてＹ（−）方向へ延出した第２駆動振動腕４ｂと、第１連結部３ａと第１駆動振動腕４ａとの交点部である付け根１０ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第１象限の方向へ斜めに延出した第１駆動検出振動腕５ａと、第１連結部３ａと第２駆動振動腕４ｂとの交点部である付け根１０ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第４象限の方向へ斜めに延出した第２駆動検出振動腕５ｂと、を有している。
なお、基部２のＹ軸に沿う幅と、第１連結部３ａのＹ軸に沿う幅とが等しくても良い。

また、ジャイロ素子１は、基部２からＸ（−）軸方向へ突出した第２連結部３ｂと、第２連結部３ｂの先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてＹ（＋）方向へ延出した第３駆動振動腕４ｃと、第２連結部３ｂの先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてＹ（−）方向へ延出した第４駆動振動腕４ｄと、第２連結部３ｂと第３駆動振動腕４ｃとの交点部である付け根１０ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第２象限の方向へ斜めに延出した第３駆動検出振動腕５ｃと、第２連結部３ｂと第４駆動振動腕４ｄとの交点部である付け根１０ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第３象限の方向へ斜めに延出した第４駆動検出振動腕５ｄと、を有している。
なお、基部２のＹ軸に沿う幅と、第２連結部３ｂのＹ軸に沿う幅とが等しくても良い。

そして、ジャイロ素子１は、基部２からＹ（＋）軸方向へ延出した第１検出振動腕６ａと、基部２からＹ（−）軸方向へ延出した第２検出振動腕６ｂと、を有している。これらすべての各腕は、それぞれの断面が矩形状をなしている。

さらに、第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃおよび第４駆動振動腕４ｄは、各腕の駆動振動を励起するための駆動信号電極７をそれぞれ有し、第１駆動検出振動腕５ａ、第２駆動検出振動腕５ｂ、第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄは、各腕の駆動振動を励起すると共にジャイロ素子１に加えられた角速度等の物理量を検出するための駆動検出信号電極８をそれぞれ有している。また、第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂは、ジャイロ素子１に加えられた角速度等の物理量を検出するための検出信号電極９を有している。

このような構成のジャイロ素子１において、駆動信号電極７に電圧が印加されると、第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃおよび第４駆動振動腕４ｄは、屈曲して振動し、駆動検出信号電極８は、図４（ｂ）を参照して後述する駆動信号電極と検出信号電極とを有し、駆動検出信号電極８に電圧が印加されると、第１駆動検出振動腕５ａ、第２駆動検出振動腕５ｂ、第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄは、屈曲して振動する。そして、駆動検出信号電極８は、ジャイロ素子１に加えられたＸ軸またはＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出する。一方、第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂの検出信号電極９は、ジャイロ素子１に加えられたＺ軸まわりの角速度等の物理量を検出する。なお、第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃ、第４駆動振動腕４ｄ、第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂを有し、斜めに延出した第１駆動検出振動腕５ａ、第２駆動検出振動腕５ｂ、第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄを有していないジャイロ素子において、検出信号電極９によって、Ｚ軸まわりの角速度等を検出することはすでに知られていることである。

また、第１駆動振動腕４ａと同位相で振動する第１駆動検出振動腕５ａは、第２駆動振動腕４ｂと同位相で振動する第２駆動検出振動腕５ｂと逆位相で振動する構成になっていて、第１駆動検出振動腕５ａがＸ軸側へ屈曲すると、第２駆動検出振動腕５ｂもＸ軸側へ屈曲し、第１駆動検出振動腕５ａがＸ軸から離反する側へ屈曲すると、第２駆動検出振動腕５ｂもＸ軸側から離反する側へ屈曲する。同様に、第３駆動振動腕４ｃと同位相で振動する第３駆動検出振動腕５ｃは、第４駆動振動腕４ｄと同位相で振動する第４駆動検出振動腕５ｄと逆位相で振動する構成になっている。なお、ジャイロ素子１による物理量検出の動作原理については、図８を参照して後述する。

以上説明した実施形態１におけるジャイロ素子１（物理量検出素子）の主要な効果を述べる。ジャイロ素子１は、Ｘ軸に直交する第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃ、第４駆動振動腕４ｄ、第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂに加え、斜めに延出する第１駆動検出振動腕５ａ、第２駆動検出振動腕５ｂ、第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄを有することにより、例えば、第１駆動振動腕４ａに起因する、付け根１０ａでの応力が、第１駆動検出振動腕５ａの励振に寄与し、第２駆動振動腕４ｂに起因する、付け根１０ａでの応力が、第２駆動検出振動腕５ｂの励振に寄与して、それぞれの結合性が高められる。また、付け根１０ｂにおいても、同様に結合性が高められる。そのため、ジャイロ素子１は、振動エネルギーが基部２の方向へ漏れることを抑制してインピーダンスを下げることができ、よりＱ値の高い振動片となっている。

さらに、ジャイロ素子１は、付け根１０ａ，１０ｂにおける結合性が高いため、例えば、駆動回路により第１駆動振動腕４ａおよび第２駆動振動腕４ｂの振動を励起すると、付け根１０ａ，１０ｂにおける第１駆動振動腕４ａおよび第２駆動振動腕４ｂの応力が、第１駆動検出振動腕５ａおよび第２駆動検出振動腕５ｂの励振に寄与しやすくなる。これは、第１駆動振動腕４ａと第２駆動検出振動腕５ｂとが１２０度の角度をなし、第２駆動振動腕４ｂと第１駆動検出振動腕５ａとが１２０度の角度をなしており、既述した水晶の結晶構造の観点からも結合性が高い、と言える。また、この場合、内角がそれぞれ１２０度である３本のＸ軸を有する六方晶の圧電性単結晶材、例えば、水晶ｚ板を用いることにより、ジャイロ素子１のような腕構成の素子を、容易に形成することができる。そして、結合性の高い構成であるジャイロ素子１は、２方向の振動モードを得るのに１つの駆動回路でシステムを構成でき、小型化・低コスト化の面で、有利な構成を有している。
（実施形態２）

次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図２は、実施形態２におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態２におけるジャイロ素子２０は、第１駆動検出振動腕１１ａ、第２駆動検出振動腕１１ｂ、第３駆動検出振動腕１１ｃおよび第４駆動検出振動腕１１ｄの延出位置が、実施形態１におけるジャイロ素子１とは異なっている。一方、ジャイロ素子２０の機能は、ジャイロ素子１とほぼ同様であり、従って、異なっている部分以外は、同符号を付与し、説明を省略する。

図２に示すように、ジャイロ素子２０は、実施形態１におけるジャイロ素子１と同様な基部２、第１連結部３ａ、第２連結部３ｂ、第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃ、第４駆動振動腕４ｄ、第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂを有している。

そして、ジャイロ素子２０では、第１駆動検出振動腕１１ａが、第１駆動振動腕４ａから斜めに延出し、延出位置は、付け根１０ａより距離ｓだけＹ（＋）軸方向へ離れた位置である。また、第１駆動検出振動腕１１ａの延出方向は、実施形態１における第１駆動検出振動腕５ａと同じで、Ｘ軸に対して３０度の角度をなし、第１象限の方向である。同様に、第２駆動検出振動腕１１ｂは、付け根１０ａより距離ｓだけＹ（−）軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第２駆動検出振動腕５ｂと同じ第４象限の方向であり、第３駆動検出振動腕１１ｃは、付け根１０ｂより距離ｓだけＹ（＋）軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第３駆動検出振動腕５ｃと同じ第２象限の方向であり、第４駆動検出振動腕１１ｄは、付け根１０ｂより距離ｓだけＹ（−）軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第４駆動検出振動腕５ｄと同じ第３象限の方向である。

このような構成のジャイロ素子２０において、第１駆動検出振動腕１１ａおよび第２駆動検出振動腕１１ｂは、基部２から延出した第１連結部３ａをＸ（＋）方向へそのまま延長した場合の延長線上には形成されていない。つまり、付け根１０ａの位置から延出しておらず、第１駆動検出振動腕１１ａおよび第２駆動検出振動腕１１ｂは、第１駆動振動腕４ａまたは第２駆動振動腕４ｂとの結合性を第１連結部３ａから離間した状態で高めることができる。同様に、第３駆動検出振動腕１１ｃおよび第４駆動検出振動腕１１ｄも、第３駆動振動腕４ｃまたは第４駆動振動腕４ｄとの結合性を第２連結部３ｂから離間した状態で高めることができる。これにより、ジャイロ素子２０は、第１駆動振動腕４ａ乃至第４駆動振動腕４ｄおよび第１駆動検出振動腕１１ａ乃至第４駆動検出振動腕１１ｄから第１連結部３ａまたは第２連結部３ｂを介して基部２の方向への振動漏れを、ほぼ完璧に抑制することが可能である。
（実施形態３）

次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図３は、実施形態３におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態３におけるジャイロ素子３０は、第１駆動検出振動腕１２ａ、第２駆動検出振動腕１２ｂ、第３駆動検出振動腕１２ｃ、第４駆動検出振動腕１２ｄの延出方向が、実施形態１におけるジャイロ素子１とは異なっている。一方、ジャイロ素子３０の機能は、ジャイロ素子１とほぼ同様であり、従って、異なっている部分以外は、同符号を付与し、説明を省略する。

図３に示すように、ジャイロ素子３０は、実施形態１におけるジャイロ素子１と同様な基部２、第１連結部３ａ、第２連結部３ｂ、第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃ、第４駆動振動腕４ｄ、第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂを有している。

そして、ジャイロ素子３０では、第１駆動検出振動腕１２ａが、第１連結部３ａと第１駆動振動腕４ａとの交点部である付け根１０ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度をなして、第２象限の方向、即ち実施形態１における第１駆動検出振動腕５ａとは異なる方向、へ斜めに延出している。また、第２駆動検出振動腕１２ｂは、付け根１０ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度をなして、第３象限の方向、即ち実施形態１における第２駆動検出振動腕５ｂとは異なる方向、へ斜めに延出し、第３駆動検出振動腕１２ｃは、第２連結部３ｂと第３駆動振動腕４ｃとの交点部である付け根１０ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度をなして、第１象限の方向、即ち実施形態１における第３駆動検出振動腕５ｃとは異なる方向、へ斜めに延出し、第４駆動検出振動腕１２ｄは、付け根１０ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度をなして、第４象限の方向、即ち実施形態１における第４駆動検出振動腕５ｄとは異なる方向、へ斜めに延出している。

このような構成のジャイロ素子３０において、第１駆動検出振動腕１２ａ乃至第４駆動検出振動腕１２ｄは、基部２の方向、即ち第１検出振動腕６ａまたは第２検出振動腕６ｂの側である内部側方向、へ向けて斜めに延出している。この方向へ第１駆動検出振動腕１２ａ乃至第４駆動検出振動腕１２ｄが延出する構成であれば、実施形態１および２のように、外部側へ伸ばす場合に比べて、ジャイロ素子３０を小型化することができる。

以上、各種の振動腕構成を有するジャイロ素子１，２０，３０について説明した。次に、これらジャイロ素子１，２０，３０が有する信号電極について、説明する。信号電極は、振動腕を振動させるため、または物理量を検出するため、に振動腕に設けられている。図４（ａ）および図４（ｂ）は、ジャイロ素子の電極構成を示す断面図である。

図４（ａ）は、駆動振動腕４（第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃ、第４駆動振動腕４ｄ）に設けられた駆動信号電極７を示していて、駆動振動腕４をＸ軸と平行に切断した断面図である。駆動振動腕４の断面は、四角形（矩形状）をなしていて、それぞれの面に駆動信号電極７を有している。これら駆動信号電極７は、電気的に導通性を有する必要があり、この場合、Ｃｒ膜とＡｕ膜との２層からなる金属膜であって、スパッタリング等の蒸着およびエッチング等により形成されている。

駆動信号電極７は、Ｘ−Ｙ平面と平行な２つの向かい合う電極が同電位で、他方の向かい合う２つの電極が同電位である２組の駆動信号電極７で構成され、一方の組の駆動信号電極７から他方の組の駆動信号電極７へ交番電流が印加される。交番電流の印加により電界が生じ、駆動振動腕４は、図１に示すように、Ｘ−Ｙ平面内で振動することが可能なようになっている。

なお、図示をしていないが、第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂには、駆動振動腕４の駆動信号電極７と同構成に形成された、検出信号電極９（図１）が設けられている。これら検出信号電極９は、既述したように、ジャイロ素子１に加えられたＺ軸まわりの角速度等の物理量を検出する機能を果たす。

そして、図４（ｂ）は、駆動検出振動腕５（第１駆動検出振動腕５ａ、第２駆動検出振動腕５ｂ、第３駆動検出振動腕５ｃ、第４駆動検出振動腕５ｄ）に設けられた駆動検出信号電極８を示していて、駆動検出振動腕５の延出方向に対して直角に切断した断面図である。駆動検出振動腕５の断面は、四角形（矩形状）をなしていて、それぞれの面に駆動検出信号電極８を有している。ここで、駆動検出信号電極８は、駆動信号電極８ａと検出信号電極８ｂとからなっている。そして、駆動検出振動腕５におけるＸ−Ｙ平面と平行な２つの面（平行面）には、両角部に駆動信号電極８ａがそれぞれ設けられ、これら２つの駆動信号電極８ａに挟まれた中央部に検出信号電極８ｂが対になって設けられている。また、他の２つの面（他面）には、駆動信号電極８ａが別途設けられている。

駆動検出振動腕５は、他面の駆動信号電極８ａから平行面の駆動信号電極８ａへ交番電流が印加されることにより、図１に示すように、Ｘ−Ｙ平面内で振動することが可能なようになっている。駆動検出振動腕５は、駆動信号電極８ａを有することにより、例えば、第１駆動検出振動腕５ａが、付け根１０ａにおいて、第１駆動振動腕４ａの応力によって励振することだけなく、駆動信号電極８ａによっても振動するため、より振動振幅を大きくすることができる。そして、検出信号電極８ｂは、既述したように、ジャイロ素子１に加えられたＸ軸またはＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出する機能を果たす。なお、ジャイロ素子２０，３０においても、第１駆動検出振動腕１１ａ乃至第４駆動検出振動腕１１ｄおよび第１駆動検出振動腕１２ａ乃至第４駆動検出振動腕１２ｄは、駆動検出振動腕５と同様な駆動検出信号電極８を有していている。
（実施形態４）

次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図５（ａ）は、実施形態４におけるジャイロ素子の駆動検出振動腕に設けられた溝部を示す断面図である。ここでのジャイロ素子４０は、駆動検出振動腕１３の断面形状のみが、ジャイロ素子１の駆動検出振動腕５と異なっている。なお、駆動検出振動腕１３に設けられている信号電極は、駆動検出信号電極８（駆動信号電極８ａ、検出信号電極８ｂ）として同番を付与してあり、角部は、駆動検出振動腕１３の断面における外周４カ所の角位置の部分を指している。

図５（ａ）に示すように、駆動検出振動腕１３は、断面が四角形（矩形状）をなしていて、Ｘ−Ｙ平面（図１）と平行な２つの面（平行面）と他の２つの面（他面）とを有し、平行面の一方に、溝部１５を有している。この溝部１５は、駆動検出振動腕１３の延出方向に沿って、設けられている平行面の中央位置に設けられている。駆動検出振動腕１３は、両他面の全面から溝部１５が設けられている平行面の角部近傍までそれぞれ形成された領域と、溝部１５から平行面の両角部近傍まで形成された領域と、からなる駆動信号電極８ａを有している。また、駆動検出振動腕１３の溝部１５が設けられていない平行面は、その中央に対になって設けられている検出信号電極８ｂを有している。

このような駆動検出振動腕１３は、溝部１５を有することにより、駆動信号電極８ａの領域が広がって電界強度を高めることができる。これにより、駆動検出振動腕１３は、駆動検出振動腕５，１１，１２に比べ、より振動振幅を大きくすることができ、検出信号電極８ｂによる物理量検出の精度を向上させる効果を奏することができる。

そして、駆動検出振動腕１３に設けられる溝部１５は、図５（ａ）に示す形態の他に、以下のような形態も考えられる。図５（ｂ）は、駆動検出振動腕に設けられた溝部の他の形態を示す断面図であり、図６（ｃ）および（ｄ）は、駆動検出振動腕に設けられた溝部の他の形態を示す断面図である。なお、図５（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）では、図５（ａ）と同じように、溝部１５、駆動検出信号電極８（駆動信号電極８ａ、検出信号電極８ｂ）を用いて表している。

図５（ｂ）に示すような駆動検出振動腕１３は、Ｘ−Ｙ平面（図１）と平行な２つの面（平行面）の両面に、それぞれ溝部１５を有している。これら溝部１５は、駆動検出振動腕１３の延出方向に沿って、設けられている平行面の中央位置にそれぞれ設けられている。この場合、駆動信号電極８ａは、一方の溝部１５全域から両角部近傍の平行面まで形成された領域と、該両角部近傍における平行面から他面の一部にかけてそれぞれ形成された領域と、からなっている。また、検出信号電極８ｂは、もう一方の溝部１５の断面半分から平行面の一部までの領域および該断面半分と対向する他面から角部近傍の平行面までの領域が対になって形成され、溝部１５のもう一方の断面半分から平行面の一部までの領域および該もう一方の断面半分と対向する他面から角部近傍の平行面までの領域が対になって形成されている。

また、図６（ｃ）に示すような駆動検出振動腕１３は、Ｘ−Ｙ平面（図１）と平行な２つの面（平行面）の両面に、それぞれ２つの溝部１５を有している。この場合、駆動信号電極８ａは、一方の他面の全面から両角部近傍の平行面までの領域と、一方の他面と対向する２つの溝部１５のそれぞれの断面半分の領域と、の３領域で形成された部分と、同様に、もう一方の他面ともう一方の他面に対向する２つの溝部１５のそれぞれの断面半分の領域と、の３領域で形成された部分と、で構成されている。そして、検出信号電極８ｂは、一方の平行面側の２つの溝部１５において、駆動信号電極８ａが形成されておらず且つ対向する断面の部分に一対となって形成され、同様に、もう一方の平行面側の２つの溝部１５にも一対となって形成され、都合２つの対になっている構成である。

また、図６（ｄ）に示すような駆動検出振動腕１３は、Ｘ−Ｙ平面（図１）と平行な２つの面（平行面）の両面に、それぞれ３つの溝部１５を有している。この場合、駆動信号電極８ａは、一方の他面の全面から両角部近傍の平行面までの領域と、一方の他面と対向する２つの溝部１５のそれぞれの断面半分の領域と、の３領域で形成された部分と、同様に、もう一方の他面ともう一方の他面に対向する２つの溝部１５のそれぞれの断面半分の領域と、の３領域で形成された部分と、で構成されている。そして、検出信号電極８ｂは、図６（ｃ）における場合と同様に形成され、都合４つの対になっている。

これら駆動検出振動腕１３は、溝部１５の増加にともなって、駆動検出振動腕１３の表面積をより広げて電界強度を高めることができ、検出信号電極８ｂによる物理量検出の精度向上が図れる。

次に、ジャイロ素子１，２０，３０，４０のいずれかを用いて、角速度を検出するジャイロ装置（物理量検出装置）の構成について説明する。図７（ａ）は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図である。また、図７（ｂ）は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図であり、図７（ａ）におけるＥ−Ｅ断面を示している。この場合、図７では、ジャイロ素子１を備えた場合のジャイロ装置１００を示していて、図７（ａ）では、説明のために蓋体５２を省略して示している。

図７に示すように、ジャイロ装置１００は、ジャイロ素子１と、ジャイロ素子１をリード６０（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ）を介して支持する支持基板５８と、支持基板５８を固定する固定基板である収容体５１を有するセラミックパッケージ５０と、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ７０と、収容体５１内を気密に封止するための蓋体５２とを備えている。セラミックパッケージ５０に収容されているＩＣチップ７０は、セラミックパッケージ５０のボンディングパッド５７に金線などの金属ワイヤ７１によって接続されている。このＩＣチップ７０には、駆動信号を供給してジャイロ素子１を励振させる駆動回路７０ａと、角速度等の物理量を検出する検出回路７０ｂと、が含まれている。

また、セラミックパッケージ５０における収容体５１には棚部５４が形成され、その面に接続端子５５が形成されている。棚部５４には、支持基板５８が接着固定されていて、この接着固定には導電性接着剤５９が用いられている。そして、セラミックパッケージ５０の外周部には外部接続端子５６が形成され、外部接続端子５６と接続端子５５およびボンディングパッド５７の一部とが導通する構成となっている。また、支持基板５８にはリード６０（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｆ）が設けられ、リード６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄの先端は、ジャイロ素子１の基部２に形成された、検出電極パッド６１の対応するパッドにそれぞれ接合され、リード６０ｅ，６０ｆの先端は、ジャイロ素子１の基部２に形成された駆動電極パッド６２の、対応するパッドにそれぞれ接合されている。これらリード６０により、ジャイロ素子１は他部品と接触しないように空中に支持されている。なお、検出電極パッド６１は、検出振動の検出のためのものであり、駆動電極パッド６２は、駆動振動を励振させるためのものである。このような構成のセラミックパッケージ５０は、収容体５１にシームリング５３が固着され、シームリング５３に蓋体５２をシーム溶接することで、セラミックパッケージ５０内が減圧された状態で封止されている。なお、セラミックパッケージ５０内は、減圧状態ではなく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入された状態でも良い。

ここで、支持基板５８は、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）実装用の基板を用いていて、ポリイミドフィルム等の基材に銅箔等の金属箔により形成された導体パターンを有している。支持基板５８の中央部は、開口となっていて、この開口には導体パターンであるリード６０が延出している。リード６０の検出電極パッド６１または駆動電極パッド６２と反対側の先端は、セラミックパッケージ５０の接続端子５５と接続されている。このジャイロ装置１００は、例えば、以下に説明する電子機器等に搭載されて、優れたジャイロ機能を発揮する。なお、ジャイロ装置としては、ジャイロ素子１を備えた構成の他、ジャイロ素子２０，３０，４０のいずれかを備えたものも、ほぼ同様に優れたジャイロ機能を発揮する。

次に、実施形態１〜４におけるジャイロ素子１，２０，３０，４０の動作原理について説明する。ここでの動作原理の説明は、ジャイロ素子１の場合を代表例にして行ない、既知のＺ軸に係る角速度（物理量）の検出を省き、Ｘ軸、Ｙ軸に係る角速度（物理量）の検出について説明する、。図８（ａ）は、ジャイロ素子におけるＸ軸まわりの角速度の検出を示す平面図であり、図８（ｂ）は、ジャイロ素子におけるＹ軸まわりの角速度の検出を示す平面図である。

まず、図８（ａ）を参照して、Ｘ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１の第１駆動振動腕４ａおよび第１駆動検出振動腕５ａは、第２駆動振動腕４ｂおよび第２駆動検出振動腕５ｂと、既述したように、互いに逆相で振動をしている。同様に、第３駆動振動腕４ｃおよび第３駆動検出振動腕５ｃは、第４駆動振動腕４ｄおよび第４駆動検出振動腕５ｄと、互いに逆相で振動をしている。この状態で、ジャイロ素子１をＸ軸のまわりに回転させると、第１駆動検出振動腕５ａおよび第３駆動検出振動腕５ｃには、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向に検出振動をする。また、第２駆動検出振動腕５ｂおよび第４駆動検出振動腕５ｄには、第１駆動検出振動腕５ａおよび第３駆動検出振動腕５ｃと反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向に検出振動をする。即ち、第１駆動検出振動腕５ａおよび第３駆動検出振動腕５ｃと、第２駆動検出振動腕５ｂおよび第４駆動検出振動腕５ｄとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子１では、第１駆動検出振動腕５ａおよび第３駆動検出振動腕５ｃのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第２駆動検出振動腕５ｂおよび第４駆動検出振動腕５ｄのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１に加えられたＸ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。

次に、図８（ｂ）を参照して、Ｙ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１が振動をしている状態で、ジャイロ素子１をＹ軸のまわりに回転させると、第１駆動検出振動腕５ａおよび第２駆動検出振動腕５ｂには、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生し、第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄには、第１駆動検出振動腕５ａおよび第２駆動検出振動腕５ｂと反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。即ち、第１駆動検出振動腕５ａおよび第２駆動検出振動腕５ｂと、第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子１では、第１駆動検出振動腕５ａおよび第２駆動検出振動腕５ｂのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第３駆動検出振動腕５ｃおよび第４駆動検出振動腕５ｄのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１に加えられたＹ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。以上では、ジャイロ素子１を例にして動作原理を説明したが、ジャイロ素子２０，３０，４０においても、同様な動作原理で角速度の検出が可能である。このようなジャイロ素子１，２０，３０，４０は、ジャイロ装置に搭載されて、優れたジャイロ機能を発揮する。

次に、ジャイロ素子１，２０，３０，４０のいずれかを用いた構成の電子機器について説明する。図９は、光軸に対し平行に配置されたジャイロ素子を備えたスチールカメラを示す斜視図である。スチールカメラ２００は、この場合、カメラ本体２０１に対して交換レンズ２０２を装着して使用されるものであり、交換レンズ２０２には、その内部に不図示の撮影光学系が含まれている。ここでは、この撮影光学系のレンズ光軸２０４をＸ軸として、Ｙ軸方向が水平方向である座標軸を設けて説明する。スチールカメラ２００の交換レンズ２０２は、基板２０３を有していて、この基板２０３は、回路配線が多層に構成された硬質基板であり、基板面は、略長方形となっている。なお、図９では、説明の便宜上、基板２０３等が外観上において見える形態で示しているが、実際の基板２０３は、交換レンズ２０２の内部に収納されている。基板２０３は、交換レンズ２０２がカメラ本体２０１に装着された状態で、カメラ本体２０１を、この場合水平面であるＸ−Ｙ面上に配置した姿勢のときに、基板２０３の基板面がレンズ光軸２０４でもあるＸ軸に沿い、且つ、Ｙ軸に平行となるように実装されている。

一般に、スチールカメラの場合、レンズの光軸と垂直な軸回りに手振れが生じたときには、画像に大きく影響するが、光軸の回りの手振れは、光軸と垂直な軸回りの手振れに比べて、画像への影響が少ない。そこで、従来では、Ｙ軸およびＺ軸の２軸まわりの角速度を検出可能なジャイロ素子を用いて、手振れの補正を行っていた。そのため、Ｘ軸まわりの角速度も検出するには、もう１つのジャイロ素子を追加した構成が必要であった。

これに対して、スチールカメラ２００は、３軸まわりの角速度を検出できるジャイロ素子１を、基板２０３と平行に配置した状態で備え、さらに、ジャイロ素子１を制御する駆動回路７０ａおよび検出回路７０ｂを有するＩＣチップ７０を備えている。このジャイロ素子１は、基板２０３の実装された座標配置と同じ配置になっていて、これにより、スチールカメラ２００は、１つのジャイロ素子１だけで３軸の角速度を検出して、手振れをほぼ完璧に補正できると共に、ジャイロ素子１が基板２０３と平行であるため、設置スペースを最小限にすることができる。また、第１−第４駆動振動腕４ａ−４ｄの振動方向が、交換レンズ２０２のレンズ光軸２０４と平行なため、スチールカメラ２００にＹ軸方向またはＺ軸方向の加速度が加わっても、第１−第４駆動振動腕４ａ−４ｄの振動が該加速度の影響を受けにくく、振動が安定する。なお、基板２０３へ設けたジャイロ素子１は、ジャイロ素子２０，３０，４０であっても、ジャイロ素子１と同様な効果が得られる。

また、図１０（ａ）は、ジャイロ素子を備えたビデオカメラを示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図である。まず、図１０（ａ）に示すように、ビデオカメラ３００は、受像部３０１と、操作部３０２と、音声入力部３０３と、表示ユニット３０４と、を備えている。このビデオカメラ３００は、ジャイロ素子１と、ジャイロ素子１を制御する駆動回路７０ａおよび検出回路７０ｂを有するＩＣチップ７０と、を備えており、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な動画映像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子１は、ジャイロ装置１００の形態であることが好ましい。同様に、ビデオカメラ３００がジャイロ素子２０，３０，４０を備えている場合も、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。

また、図１０（ｂ）に示すように、携帯電話機４００は、複数の操作ボタン４０１と、表示ユニット４０２と、カメラ機構４０３と、シャッターボタン４０４と、を備えている。この携帯電話機４００は、ジャイロ素子１と、ジャイロ素子１を制御する駆動回路７０ａおよび検出回路７０ｂを有するＩＣチップ７０と、を備えており、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、カメラ機構４０３が手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な画像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子１は、ジャイロ装置１００の形態であることが好ましい。同様に、携帯電話機４００がジャイロ素子２０，３０，４０を備えている場合も、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。

なお、電子機器としてはスチールカメラ２００、ビデオカメラ３００や携帯電話機４００に限定されず、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ゲームコントローラー、ヘッドマウンテンディスプレイ、ポインティングデバイス、掃除ロボット等が挙げられる。

また、ジャイロ素子１，２０，３０，４０は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。

（変形例１）ジャイロ素子１において、駆動検出振動腕５（第１駆動検出振動腕５ａ、第２駆動検出振動腕５ｂ、第３駆動検出振動腕５ｃ、第４駆動検出振動腕５ｄ）は、駆動信号電極８ａおよび検出信号電極８ｂを有しているが、この構成に限定されることなく、検出信号電極９のみを有する第１検出振動腕６ａおよび第２検出振動腕６ｂと同じように、検出信号電極８ｂのみを有する構成であっても良い。なお、ジャイロ素子２０，３０，４０においても同様な構成が可能である。

（変形例２）ジャイロ素子１において、駆動検出振動腕５は、Ｘ軸に対して３０度の角度をなして延出しているが、３０度の角度に限定されることなく、他の角度であっても良い。特に、Ｘ軸に対する角度が４５度であれば、駆動検出振動腕５におけるＸ軸方向とＹ軸方向との駆動成分が同じであるため、Ｘ軸まわりおよびＹ軸まわりの検出信号の振幅をほぼ同じにでき、角速度等の物理量の検出が容易になる。この構成は、ジャイロ素子２０，３０，４０においても可能である。

（変形例３）ジャイロ素子３０において、第１駆動検出振動腕１２ａ乃至第４駆動検出振動腕１２ｄは、ジャイロ素子２０の第１駆動検出振動腕１１ａ乃至第４駆動検出振動腕１１ｄのように、付け根１０ａ，１０ｂから距離ｓだけ離れた位置から延出する構成であっても良い。

（変形例４）ジャイロ素子４０において、駆動検出振動腕１３にのみ溝部１５が形成されているが、他の第１駆動振動腕４ａ、第２駆動振動腕４ｂ、第３駆動振動腕４ｃ、第４駆動振動腕４ｄにも溝部１５を形成しても良い。なお、ジャイロ素子１，２０，３０においても同様な構成が可能である。

（変形例５）ジャイロ素子１，２０，３０，４０は、圧電性材である水晶から形成されているが、水晶に限定されることなく、水晶以外のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）等を用いても良い。更に、ジャイロ素子１，２０，３０，４０は、圧電性材に限定されるものではなく、シリコンやゲルマニウムなどの非圧電性材料であっても良く、この場合、励振電極には圧電性材を組み合わせて振動可能な構成にしておく。これにより、ジャイロ素子１，２０，３０，４０において、要求特性や用途等に応じて、適切な材料を選ぶことができ選択肢が拡大する。

１…物理量検出素子としてのジャイロ素子、２…基部、３ａ…第１連結部、３ｂ…第１連結部、４…駆動振動腕、４ａ…第１駆動振動腕、４ｂ…第２駆動振動腕、４ｃ…第３駆動振動腕、４ｄ…第４駆動振動腕、５…駆動検出振動腕、５ａ…第１駆動検出振動腕、５ｂ…第２駆動検出振動腕、５ｃ…第３駆動検出振動腕、５ｄ…第４駆動検出振動腕、６ａ…第１検出振動腕、６ｂ…第２検出振動腕、７…駆動信号電極、８…駆動検出信号電極、８ａ…駆動信号電極、８ｂ…検出信号電極、９…検出信号電極、１０ａ…付け根、１０ｂ…付け根、１１…駆動検出振動腕、１２…駆動検出振動腕、１３…駆動検出振動腕、１５…溝部、２０…物理量検出素子としてのジャイロ素子、３０…物理量検出素子としてのジャイロ素子、４０…物理量検出素子としてのジャイロ素子、７０…ＩＣチップ、７０ａ…駆動回路、７０ｂ…検出回路、１００…物理量検出装置としてのジャイロ装置、２００…電子機器としてのスチールカメラ、３００…電子機器としてのビデオカメラ、４００…電子機器としての携帯電話。

Claims (12)

1. 基部と、
   前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、
   Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限と、定義したとき、
   前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、
   前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、
   前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、
   前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第１駆動検出振動腕と、
   前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第２駆動検出振動腕と、
   前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第３駆動検出振動腕と、
   前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第４駆動検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
2. 基部と、
   前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、
   Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限と、定義したとき、
   前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、
   前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、
   前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、
   前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第１駆動検出振動腕と、
   前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第２駆動検出振動腕と、
   前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第３駆動検出振動腕と、
   前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第４駆動検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
3. 請求項１または２に記載の物理量検出素子において、
   前記基部から前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１検出振動腕および第２検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
   前記第１駆動振動腕乃至前記第４駆動振動腕は、振動を励起するための駆動信号電極を有し、
   前記第１駆動検出振動腕乃至前記第４駆動検出振動腕は、振動を励起するための駆動信号電極と、物理量を検出するための検出信号電極と、を有している、ことを特徴とする物理量検出素子。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
   前記第１駆動検出振動腕および前記第２駆動検出振動腕は、前記第１連結部の延長線上を避けた位置から延出し、
   前記第３駆動検出振動腕および前記第４駆動検出振動腕は、前記第２連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
   前記第１駆動検出振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第２駆動検出振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第２駆動振動腕と同位相で振動し、前記第３駆動検出振動腕は、前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第４駆動検出振動腕は、前記第３駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第４駆動振動腕と同位相で振動する、ことを特徴とする物理量検出素子。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
   前記第１駆動検出振動腕乃至前記第４駆動検出振動腕は、溝部を有している、ことを特徴とする物理量検出素子。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
   六方晶の結晶構造を有する圧電性材で形成されている、ことを特徴とする物理量検出素子。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の物理量検出素子と、
   少なくとも前記第１駆動振動腕乃至前記第４駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、
   少なくとも前記第１駆動検出振動腕乃至第４駆動検出振動腕の検出信号から物理量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装置。
10. 請求項９に記載の物理量検出装置において、
    前記検出回路は、前記第１駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第３駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第２駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
11. 請求項９に記載の物理量検出装置において、
    前記検出回路は、前記第１駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３駆動検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４駆動検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
12. 請求項１から８のいずれか一項に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする電子機器。

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