JP2013092492A - 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】複数の振動腕を音響結合させて、１つの発振回路でそれぞれの振動腕の振動を励起でき、物理量検出の感度向上が図れる物理量検出素子を提供する。
【解決手段】ジャイロ素子（物理量検出素子）１は、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連結部３１と、連結部３１の付け根６からＹ軸に沿った方向またはＸ軸に対して斜め方向へ延出し駆動信号電極７を有して駆動振動をする第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８と、基部２からＸ軸に対して斜め方向へ延出し検出信号電極８を有する第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４と、を有し、第１駆動振動腕乃至第４駆動振動腕におけるＺ軸方向の第１面外振動の周波数と、第５駆動振動腕乃至第８駆動振動腕におけるＺ軸方向の第２面外振動の周波数と、の差が、駆動振動の周波数と第２面外振動の周波数との差である第２離調周波数よりも大きい、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、角速度（物理量）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および特許文献２において、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音響結合が弱い等の課題があった。そのため、２つの発振回路によって、それぞれの振動モードを励起させなくてはならず、回路構成部の面積が大きくなってしまい、振動片の小型化が困難であった。また、物理量の検出感度をより向上させることが難しかった。

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、前記原点を通り、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸と直交するＺ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、と定義した場合、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、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸で形成される平面に沿って駆動振動をする第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、前記駆動振動をする第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、前記駆動振動をする第５駆動振動腕と、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、前記駆動振動をする第６駆動振動腕と、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、前記駆動振動をする第７駆動振動腕と、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、前記駆動振動をする第８駆動振動腕と、前記基部の前記第１象限側から、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検出振動腕と、前記基部の前記第４象限側から、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検出振動腕と、前記基部の前記第２象限側から、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検出振動腕と、前記基部の前記第３象限側から、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検出振動腕と、を備え、前記第１駆動振動腕乃至前記第４駆動振動腕におけるＺ軸方向の第１面外振動の周波数と、前記第５駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕におけるＺ軸方向の第２面外振動の周波数と、の差が、前記駆動振動の周波数と前記第２面外振動の周波数との差である第２離調周波数よりも大きい、ことを特徴とする。

本適用例の物理量検出素子によれば、第１駆動振動腕と第５駆動振動腕とは互いの励振に寄与しあうことで音響結合性が高められていて、同様に、第２駆動振動腕と第６駆動振動腕、第３駆動振動腕と第７駆動振動腕、第４駆動振動腕と第８駆動振動腕、のそれぞれにおいても音響結合性が高められている。そのため、これら駆動振動腕から連結部へ振動が伝わる振動漏れを抑制して、物理量検出素子としてのインピーダンスを下げＱ値を高くすることが可能な構成となっている。このような物理量検出素子がＸ軸またはＹ軸まわりに回転した場合、駆動振動をしている駆動振動腕にはＺ軸方向のコリオリ力が生じ、駆動振動腕は、このコリオリ力に応じて、いわゆる面外振動をする。この場合、Ｘ軸およびＹ軸で形成されるＸ−Ｙ平面に沿う振動である駆動振動は、面内振動である。そして、駆動振動腕の面外振動が第１検出振動腕乃至第４検出振動腕に伝わり、これら検出振動腕が検出振動することにより、Ｘ軸または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。このような構成の物理量検出素子は、駆動振動腕の音響結合性が上述したように高いため、駆動振動腕それぞれの固有共振周波数を合わせて音響結合を高めるというような調整が不要であり、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。また、物理量検出素子では、Ｙ軸まわりの物理量を検出するための第１面外振動と、Ｘ軸まわりの物理量を検出するための第２面外振動と、の周波数の差が、第２離調周波数より大きくなるように設定されている。なお、ここでは、駆動振動の周波数と第１面外振動の周波数との差を第１離調周波数とし、駆動振動の周波数と第２面外振動の周波数との差を第２離調周波数とする。これにより、第１駆動振動腕乃至第４駆動振動腕の第１面外振動と、第５駆動振動腕乃至第８駆動振動腕の第２面外振動と、の周波数に差異を設けることができ、この差異により、第１駆動振動腕、第２駆動振動腕、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕の面外振動が結合してしまい、検出振動腕へＸ軸まわりの物理量を検出する検出振動が伝わらない事態を回避することが可能となる。第３駆動振動腕、第４駆動振動腕、第７駆動振動腕および第８駆動振動腕においても、同様に、結合の回避が可能である。即ち、物理量検出素子は、物理量の検出感度、特にＸ軸まわりの物理量の検出感度を大きくすることが可能である。この物理量検出素子は、Ｘ軸および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］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第１面外振動の周波数と前記第２面外振動の周波数との差は、前記第２離調周波数の２倍以上１０倍以下である、ことが好ましい。

この構成によれば、第１面外振動と第２面外振動との周波数の差を、第２離調周波数の２倍以上１０倍以下に設定することにより、物理量検出素子は、Ｘ軸まわりの検出感度を大きくして、物理量の検出感度を高めることが可能である。ここで、物理量の検出感度は、駆動振動と面外振動との周波数の差が大きいほど低下する傾向にある。そのため、第１面外振動と第２面外振動との周波数の差を、第２離調周波数より大きくし、その値を第２離調周波数の２倍以上１０倍以下に設定する。このような周波数設定にすることで、第１面外振動も第２面外振動も、その周波数を駆動周波数から離れ過ぎない程度の最適値近傍に設定することになる。これにより、物理量検出素子における該検出感度の低下を確実に抑制することができ、物理量検出素子の高性能化が図れる。

［適用例３］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記駆動振動の周波数は、前記第１面外振動の周波数と前記第２面外振動の周波数との間の値である、ことが好ましい。

この構成によれば、例えば、第２面外振動の周波数が、駆動振動の周波数に対して高い値である場合、第１面外振動は、第２面外振動の周波数に対して低い周波数の設定となっていて、その周波数と第２面外振動の周波数との差は第２離調周波数（駆動振動および第２面外振動の両周波数の差）より大きい値である。つまり、第１面外振動および第２面外振動のそれぞれの周波数は、駆動振動腕の周波数より高い値側と低い値側とになるように設定されている。このような周波数の配置にすることにより、物理量検出素子は、Ｙ軸まわりの物理量を検出するための第１面外振動およびＸ軸まわりの物理量を検出するための第２面外振動のそれぞれの周波数を、駆動振動における周波数のより近傍に設定でき、第１離周波数が不必要に大きな値となってしまうことを防ぐことができるため、検出感度の低下を確実に抑制することが可能である。

［適用例４］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕は、前記駆動振動の方向に沿う腕幅がＺ軸方向の厚さよりも大きい構成であり、それぞれの先端に幅広の錘部を有している、ことが好ましい。

この構成によれば、第５駆動振動腕乃至第８駆動振動腕は、それぞれの腕の先端に腕幅より幅広の錘部を有している。この構成では、錘部を有する駆動振動腕は、その駆動振動の周波数が錘部の無い場合に比べて下がる傾向である。ここで、駆動振動には、腕幅の大小による影響が大きく寄与することが知見されている。そのため、駆動振動腕の腕幅を厚さより大きくすることにより、駆動周波数を上げることができ、第５駆動振動腕乃至第８駆動振動腕における駆動振動の周波数を保つことが可能である。一方、当該駆動振動腕において、腕幅の影響が少ない第２面外振動の周波数は、下がった状態となっている。そのため、物理量検出素子は、駆動振動の周波数と第２面外振動の周波数との差である第２離調周波数を所定値となるように調整して設定することができ、同時に、第２面外振動の周波数を、第２面外振動の周波数と第１面外振動の周波数との差が第２離調周波数の値より大きくなるように、調整することが容易に行なえる。これにより、物理量検出素子は、物理量の検出感度を高められると共に、当該駆動振動腕の小型化が可能であるため、物理量検出素子の小型化にも貢献することが可能である。

［適用例５］上記適用例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、前記駆動振動の方向に沿う腕幅がＺ軸方向の厚さよりも大きい構成であり、それぞれの先端に幅広の錘部を備えている、ことが好ましい。

この構成によれば、第１駆動振動腕乃至第４駆動振動腕は、それぞれの腕の先端に腕幅より幅広の錘部を有している。この構成では、錘部を有する駆動振動腕は、その駆動振動の周波数が錘部の無い場合に比べて下がる傾向である。ここで、駆動振動には、腕幅の大小による影響が大きく寄与するため、駆動振動腕の腕幅を厚さより大きくすることにより、駆動周波数を上げることができ、第１駆動振動腕乃至第４駆動振動腕における駆動振動の周波数を保つことが可能である。一方、当該駆動振動腕において、腕幅の影響が少ない第１面外振動の周波数は、下がった状態となっている。そのため、物理量検出素子は、第１面外振動の周波数を、第１面外振動の周波数と第２面外振動の周波数との差が第２離調周波数の値より大きくなるように、調整することが可能である。これにより、物理量検出素子は、物理量の検出感度を高められる設定とすることが容易に行なえる。

［適用例６］上記適用例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８駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕は、検出信号電極を備えている、ことが好ましい。

この構成によれば、駆動振動腕（第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕）と検出振動腕（第１検出振動腕乃至第４検出振動腕）とを個別に設定している。つまり、駆動振動腕には駆動用の電極のみを配線すればよく、検出振動腕には検出用の電極のみを配線すればよい構成である。これにより、駆動振動腕および検出振動腕は、電極のスペースを大きくとることができ、物理量の検出感度を向上させることが可能である。また、駆動振動腕と検出振動腕とが基部からそれぞれ個別に延出していることにより、駆動振動腕の駆動信号が検出振動腕の検出信号に静電的にのってしまう、いわゆる静電漏れを抑制することが可能である。

［適用例７］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５駆動振動腕および前記第６駆動振動腕は、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７駆動振動腕および前記第８駆動振動腕は、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５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、基部から延出している第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駆動振動腕から分岐して延出し、この分岐点が該延長線上を避けた位置となっている。これにより、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、第１駆動振動腕または第２駆動振動腕との音響結合性を第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７駆動振動腕および第８駆動振動腕も、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駆動振動腕との音響結合性を第２連結部から離れた位置で高めることが可能である。これにより、物理量検出素子は、第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕から基部方向への振動漏れを、より確実に抑制すると共に、振動の振幅を増大することが可能である。

［適用例８］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第６駆動振動腕は、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７駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第８駆動振動腕は、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、物理量検出素子は、第１駆動振動腕および第５駆動振動腕と、第２駆動振動腕および第６駆動振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆位相で振動し、第１駆動振動腕とは逆位相で振動する第３駆動振動腕および第７駆動振動腕と、第４駆動振動腕および第８駆動振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆位相で振動する。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９］上記適用例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を用いている、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、且つ、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６駆動振動腕、第２駆動振動腕と第５駆動振動腕、第３駆動振動腕と第８駆動振動腕、および第４駆動振動腕と第７駆動振動腕、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、該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、該一例である構成例を含む物理量検出素子は、付け根における音響結合性が高いため、駆動振動腕の振動が励起されると、対応する駆動振動腕の励振に、より寄与しやすくなる。このような音響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１０］本適用例の物理量検出装置は、上記適用例の物理量検出素子と、前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕からの物理量検出信号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、第１面外振動と第２面外振動との周波数に差を設ける等により物理量の検出感度を高めることが可能な、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、１つの駆動回路で振動を励起することが可能であり、装置の小型化も図れる。

［適用例１１］上記適用例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検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４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検出信号を検出する、ことが好ましい。

この構成によれば、第１検出振動腕および第２検出振動腕による検出信号と、第３検出振動腕および第４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、いわゆる差動検出方式を用いることにより、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］上記適用例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検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４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検出信号を検出する、ことが好ましい。

この構成によれば、第１検出振動腕および第３検出振動腕による検出信号と、第２検出振動腕および第４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、いわゆる差動検出方式を用いることにより、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１３］本適用例の電子機器は、上記適用例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、第１面外振動と第２面外振動との周波数に差を設ける等により物理量の検出感度を高めることが可能な、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発揮することができ、電子機器としての性能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）駆動振動腕における振動数の関係を示す線図、（ｂ）駆動振動腕の振動方向を示す斜視図。 （ａ）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、（ｂ）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。 （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）ジャイロ素子を備えたデジタル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について、添付図面を参照して説明する。ここでは、好適な一例として、振動特性の良好な圧電性材である水晶を素材として形成された、ジャイロ素子（物理量検出素子）について述べる。

最初に、ジャイロ素子の素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。以下では、まず、ジャイロ素子の形状に係る実施形態について説明する。
（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。

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の両側に設けられている連結部３の一方であり、基部２からプラスＸ軸方向へ延出している第１連結部３１と、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している、駆動振動腕４の１つである第１駆動振動腕４１と、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第２駆動振動腕４２と、を有している。さらに、ジャイロ素子１は、基部２から、第１連結部３１と反対方向であるマイナスＸ軸方向へ、延出している第２連結部３２と、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している第３駆動振動腕４３と、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第４駆動振動腕４４と、を有している。

また、ジャイロ素子１は、駆動振動腕４として、第１駆動振動腕４１乃至第４駆動振動腕４４に加え、第１連結部３１と第１駆動振動腕４１との交点部である付け根６ａ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ている第５駆動振動腕４５と、第１連結部３１と第２駆動振動腕４２との交点部でもある付け根６ａ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ている第６駆動振動腕４６と、第２連結部３２と第３駆動振動腕４３との交点部である付け根６ｂ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ている第７駆動振動腕４７と、第２連結部３２と第４駆動振動腕４４との交点部でもある付け根６ｂ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ている第８駆動振動腕４８と、を有している。

そして、ジャイロ素子１は、四角形状をなす基部２の第１象限側の角部から、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ている、検出振動腕５の１つである第１検出振動腕５１と、基部２の第４象限側の角部から、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ている第２検出振動腕５２と、基部２の第２象限側の角部から、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ている第３検出振動腕５３と、基部２の第３象限側の角部から、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ている第４検出振動腕５４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。

ここで、駆動振動腕４（第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８）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、検出振動腕５（第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４）は、ジャイロ素子１に加えられた回転等による角速度等（物理量）を検出するための検出信号電極８をそれぞれ有している。

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、駆動振動腕４は、屈曲して駆動振動をする。この駆動振動は、Ｘ軸およびＹ軸で形成されるＸ−Ｙ平面に沿って振動する、いわゆる面内振動である。そして、第１駆動振動腕４１および第５駆動振動腕４５は、互いに同位相で振動し、第２駆動振動腕４２および第６駆動振動腕４６は、互いに同位相で振動するが、第１駆動振動腕４１および第５駆動振動腕４５とは異なる位相、即ち逆位相、で振動する構成になっている。つまり、第１駆動振動腕４１がプラスＸ軸側へ屈曲し、第５駆動振動腕４５がＸ軸側へ屈曲すると、第２駆動振動腕４２がプラスＸ軸側へ屈曲し、第６駆動振動腕４６がＸ軸側へ屈曲する。また、第１駆動振動腕４１がマイナスＸ軸側へ屈曲し、第５駆動振動腕４５がＸ軸から離反する側へ屈曲すると、第２駆動振動腕４２がマイナスＸ軸側へ屈曲し、第６駆動振動腕４６がＸ軸側から離反する側へ屈曲する。同様に、互いに同位相で振動する第３駆動振動腕４３および第７駆動振動腕４７は、互いに同位相で振動する第４駆動振動腕４４および第８駆動振動腕４８とは逆位相で振動する構成になっている。

また、ジャイロ素子１にＸ軸またはＹ軸まわりに回転等が加えられると、駆動振動をしている駆動振動腕４にはＺ軸方向のコリオリ力が生じ、駆動振動腕４は、このコリオリ力に応じて、Ｚ軸方向へ振動する。駆動振動腕４におけるＺ軸方向の振動は、いわゆる面外振動と呼ばれる検出振動であって、第１駆動振動腕４１乃至第４駆動振動腕４４に生じる面外振動が第１面外振動であり、第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８に生じる面外振動が第２面外振動である。そして、駆動振動腕４における第１面外振動または第２面外振動が第１検出振動腕乃至第４検出振動腕に伝わり、これら検出振動腕５がそれぞれ検出振動をする。この時、検出振動腕５の検出信号電極８は、第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４の各腕が検出振動することによって生じた電圧を、電気信号として取り出すための電極として機能し、取り出した電気信号を検出信号として出力する。これにより、ジャイロ素子１は、Ｘ軸まわり、およびＹ軸まわりの角速度等の物理量の検出が可能となる。

ここで、ジャイロ素子１が角速度等の物理量を検出する動作原理について、図４を参照して詳細に説明する。図４（ａ）は、駆動振動腕における振動数の関係を示す線図であり、図４（ｂ）は、駆動振動腕の振動方向を示す斜視図である。図４（ｂ）は、第１象限における、第１駆動振動腕４１の駆動振動および第５駆動振動腕４５の駆動振動と、第１駆動振動腕４１の第１面外振動および第５駆動振動腕４５の第２面外振動と、を示している。なお、第１駆動振動腕４１は、他の象限における第２駆動振動腕４２乃至第４駆動振動腕４４（図１）に相当し、第５駆動振動腕４５は、他の象限における第６駆動振動腕４６乃至第８駆動振動腕４８（図１）に相当する。なお、以下で言う周波数は、振動腕の有する固有周波数を指す。

ジャイロ素子１では、駆動振動の周波数と検出振動の周波数とを同じ周波数にした場合、最も高感度に物理量を検出できるが、駆動振動と検出振動との周波数に相違が生じた場合、検出感度のバラツキが大きくなってしまう、という課題があった。その対策としては、予め駆動振動と検出振動との周波数に差をつけることで、周波数の差にバラツキが生じても、検出感度のバラツキを抑制することが知見されている。但し、駆動振動と検出振動とが音響結合していなければならないので、両振動が音響結合する範囲内で周波数の差を設ける必要があり、例えば、駆動振動の周波数と検出振動の周波数とが１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの場合には、第１離調周波数および第２離調周波数を０．５ｋＨｚ〜３ｋＨｚにすることが望ましい。この場合、第１離調周波数は、駆動振動の周波数と、コリオリ力による検出振動でありＹ軸まわりの物理量を検出するための第１面外振動の周波数と、の差であり、第２離調周波数は、駆動振動の周波数と、コリオリ力による検出振動でありＸ軸まわりの物理量を検出するための第２面外振動の周波数と、の差である。

さらに、ジャイロ素子１のような腕構成では、Ｘ軸に対して直角に延出する第１駆動振動腕４１乃至第４駆動振動腕４４と、Ｘ軸に対して斜めに延出する第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８とは、音響結合しやすいように、それぞれの面内振動、即ち駆動振動の差を２ｋＨｚ以下にすることが好ましい。加えて、それぞれの面外振動の周波数の差、即ち第１面外振動の周波数と第２面外振動の周波数の差は、３ｋＨｚ以上にすることが好ましい。両面外振動の差を３ｋＨｚ以上にしなければ、Ｘ軸まわりの物理量の検出において、例えば、第１駆動振動腕４１、第２駆動振動腕４２、第５駆動振動腕４５、第６駆動振動腕４６の４本のアームだけで、コリオリ力に起因する検出振動が結合して完結してしまい、第１検出振動腕５１および第２検出振動腕５２へ検出振動が伝わり難くなり、検出感度が著しく低下することになる。従って、第１駆動振動腕４１乃至第４駆動振動腕４４と、第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８と、の面内振動の周波数の差を２ｋＨｚ以内に保ちつつ、面外振動の周波数の差を３ｋＨｚ以上にする構成とすることにより、ジャイロ素子１は、Ｘ軸まわりの物理量の検出感度を大きくすることができ、Ｙ軸まわりを含め、単体で２軸まわりの物理量を感度良く検出することができる。

また、ジャイロ素子１において、物理量の検出感度は、駆動振動と検出振動との周波数の差が大きいほど低下する傾向にある。そのため、この検出感度を向上させるためには、第１駆動振動腕４１乃至第４駆動振動腕４４の第１面外振動の周波数と、第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８の第２面外振動周波数と、の差を第２離調周波数よりも大きく、望ましくは２倍以上１０倍以下、さらに望ましくは３倍以上５倍以下にすることが好ましい、という知見も得られている。

ジャイロ素子１では、図４（ａ）に縦線で示す周波数軸に記されているように、面内振動である駆動振動の周波数を２５ｋＨｚとし、Ｙ軸まわりの角速度等の物理量を検出するための第１面外振動の周波数を２３ｋＨｚとし、Ｘ軸まわりの角速度等の物理量を検出するための第２面外振動の周波数を２６ｋＨｚとしている。即ち、駆動振動の周波数と第２面外振動の周波数との差である第２離調周波数は、１ｋＨｚであり、第１面外振動の周波数と第２面外振動の周波数との差が、離調周波数より大きく、この場合３倍になっている。また、駆動振動の周波数は、第１面外振動の周波数と第２面外振動の周波数との間の値に設定されている。このように、駆動振動、第１面外振動および第２面外振動の周波数を、上記の値に設定することで、Ｘ軸まわりの角速度等の物理量を検出するための第２面外振動の周波数も、Ｙ軸まわりの角速度等の物理量を検出するための第１面外振動の周波数も、駆動振動の周波数近くの好ましい値に設定されており、ジャイロ素子１は、検出感度の低下を抑制して、高い検出精度を有することができる。なお、上記の周波数の値は、最適なものの一例として挙げてある。

そして、実施形態１におけるジャイロ素子１の主な効果を述べる。図１に示すジャイロ素子１は、駆動振動腕４における音響結合性が高いため、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、Ｑ値の高い素子となっている。このように、音響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・低コスト化等の面で有利な構成である。

また、ジャイロ素子１は、駆動振動腕４と検出振動腕５とが、基部２からそれぞれ個別に延出している構成であり、駆動振動腕４における駆動信号が静電的に検出振動腕５における検出信号にのってしまう静電漏れ等を抑制することができる。

さらに、ジャイロ素子１は、駆動振動腕４と検出振動腕５とを個別に設定している。これにより、駆動振動腕４には駆動信号電極７のみを配線し、検出振動腕５には検出信号電極８のみを配線して、各電極のスペースを大きくとることができ、物理量検出の感度を向上させることができる。
（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１Ａは、駆動振動腕４Ａ（第１駆動振動腕４１ａ乃至第８駆動振動腕４８ａ）の構成が、実施形態１におけるジャイロ素子１の駆動振動腕４とは異なっている。一方、ジャイロ素子１Ａの機能は、ジャイロ素子１とほぼ同様であって、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。

ジャイロ素子１Ａは、図２に示すように、実施形態１におけるジャイロ素子１と同様な形態の、基部２、第１連結部３１、第２連結部３２、第１検出振動腕５１、第２検出振動腕５２、第３検出振動腕５３、第４検出振動腕５４を有している。

そして、ジャイロ素子１Ａの駆動振動腕４Ａは、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している第１駆動振動腕４１ａと、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第２駆動振動腕４２ａと、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している第３駆動振動腕４３ａと、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第４駆動振動腕４４ａと、を有している。これら第１駆動振動腕４１ａ乃至第４駆動振動腕４４ａにおいて、それぞれの腕は、断面が矩形状をなしていて、Ｘ軸およびＹ軸で形成されるＸ−Ｙ平面に沿って振動する駆動振動の方向に沿う腕幅がｍであり、Ｚ軸方向の厚さがｔである。図示していないが、ジャイロ素子１Ａでは、検出振動腕５も、同一の断面形状を有している。

さらに、ジャイロ素子１Ａは、駆動振動腕４Ａとして、第１駆動振動腕４１ａ乃至第４駆動振動腕４４ａに加え、第１連結部３１と第１駆動振動腕４１ａとの交点部である付け根６ａ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ている第５駆動振動腕４５ａと、第１連結部３１と第２駆動振動腕４２との交点部でもある付け根６ａ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ている第６駆動振動腕４６ａと、第２連結部３２と第３駆動振動腕４３との交点部である付け根６ｂ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ている第７駆動振動腕４７ａと、第２連結部３２と第４駆動振動腕４４との交点部でもある付け根６ｂ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ている第８駆動振動腕４８ａと、を有している。

これら第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａは、それぞれの腕の断面が矩形状をなしていて、その腕幅は、第１駆動振動腕４１ａの腕幅ｍより大きい値ｎであり、厚さは、第１駆動振動腕４１ａと同じｔである。さらに、第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａは、それぞれの先端に、腕幅ｎより幅広の錘部４９ａを有し、付け根６ａまたは付け根６ｂから延出する長さは、錘部４９ａを含めても、ジャイロ素子１の第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８より短くなっている。

このような錘部４９ａを有する第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａは、その駆動振動の周波数が錘部４９ａのない場合に比べて下がる。また、駆動振動のような面内振動は、腕幅が振動数に対して大きく寄与するため、第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａは、腕幅ｎを厚さｔより大きくすること，即ち第１駆動振動腕４１ａの腕幅ｍより大きくすることにより、駆動周波数を上げることができる。その結果、第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａは、駆動振動の周波数を、第１駆動振動腕４１ａ乃至第４駆動振動腕４４ａに対してほぼ同等、この場合２ｋＨｚ以下の差、に保つことができる。一方、第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａにおける第２面外振動は、腕幅の影響が少ないため、その周波数が下がった状態となっている。これにより、ジャイロ素子１Ａは、第２面外振動の周波数を、第１面外振動の周波数に対して、例えば３ｋＨｚだけ低い値に、容易に、調整することができる。つまり、ジャイロ素子１Ａにおいて、図４に示す面内振動である駆動振動と、第１面外振動および第２面外振動と、を所定の振動数に容易に設定することができる。これにより、ジャイロ素子１Ａは、駆動振動である面内振動と、検出振動である面外振動と、の周波数を所定値に設定して、角速度等の物理量の検出感度を高めることができる。加えて、第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａは、錘部４９ａおよび腕長さの調整により小型化を図ることも可能で、ジャイロ素子１Ａの小型化にも貢献することができる。
（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１Ｂは、駆動振動腕４Ｂ（第１駆動振動腕４１ｂ乃至第８駆動振動腕４８ｂ）の構成が、実施形態１におけるジャイロ素子１の駆動振動腕４とは異なっている。一方、ジャイロ素子１Ｂの機能は、ジャイロ素子１とほぼ同様であって、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。

ジャイロ素子１Ｂは、図３に示すように、実施形態１におけるジャイロ素子１と同様な形態の、基部２、第１連結部３１、第２連結部３２、第１検出振動腕５１、第２検出振動腕５２、第３検出振動腕５３、第４検出振動腕５４を有している。

そして、ジャイロ素子１Ｂの駆動振動腕４Ｂは、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している第１駆動振動腕４１ｂと、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第２駆動振動腕４２ｂと、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している第３駆動振動腕４３ｂと、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第４駆動振動腕４４ｂと、を有している。

これら第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂは、それぞれの腕の断面が矩形状をなしていて、その腕幅は、実施形態２における第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａと同じｎであり、厚さは、ｔである。さらに、第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂは、それぞれの先端に、腕幅ｎより幅広の錘部４９ｂを有し、付け根６ａまたは付け根６ｂから延出する長さは、錘部４９ｂを含めても、錘部４９ｂを有していない第５駆動振動腕４５ｂより短くなっている。

さらに、ジャイロ素子１Ｂは、駆動振動腕４Ｂとして、第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂに加え、第５駆動振動腕４５ｂが、第１駆動振動腕４１ｂから斜めに延出し、その延出位置は、付け根６ａより距離ｓだけプラスＹ軸方向へ離れた位置である。また、第５駆動振動腕４５ｂの延出方向は、実施形態１における第５駆動振動腕４５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６駆動振動腕４６ｂは、付け根６ａより距離ｓだけマイナス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６駆動振動腕４６と同じように第４象限の方向であり、第７駆動振動腕４７ｂは、付け根６ｂより距離ｓだけプラス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７駆動振動腕４７と同じように第２象限の方向であり、第８駆動振動腕４８ｂは、付け根６ｂより距離ｓだけマイナス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８駆動振動腕４８と同じように第３象限の方向である。これら第５駆動振動腕４５ｂ乃至第８駆動振動腕４８ｂにおいて、それぞれの腕は、断面が矩形状をなしていて、実施形態２における第１駆動振動腕４１ａと同じ腕幅ｍおよび厚さｔである。図示していないが、ジャイロ素子１Ｂでは、検出振動腕５も、同一の断面形状を有している。

このような錘部４９ａを有する第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂは、その駆動振動の周波数が錘部４９ｂのない場合に比べて下がる。駆動振動のような面内振動は、腕幅が振動数に対して大きく寄与するため、第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂは、腕幅を、ジャイロ素子１Ａの第１駆動振動腕４１ａの腕幅ｍより大きいｎにすることにより、駆動周波数を上げることができる。その結果、第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂは、駆動振動の周波数を、第５駆動振動腕４５ｂ乃至第８駆動振動腕４８ｂに対してほぼ同等に、この場合２ｋＨｚ以下の差に、保つことができる。一方、第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂにおける第１面外振動は、腕幅の影響が少ないため、その周波数が下がった状態となっている。これにより、ジャイロ素子１Ｂは、第１面外振動の周波数を、第２面外振動の周波数に対して、例えば３ｋＨｚだけ低い値に、容易に、調整することができる。つまり、ジャイロ素子１Ｂにおいて、図４に示す面内振動である駆動振動と、第１面外振動および第２面外振動と、を所定の振動数に容易に設定することができる。これにより、ジャイロ素子１Ｂは、駆動振動と面外振動との周波数の差を所定値に設定して、角速度等の物理量の検出感度を高めることができる。

また、ジャイロ素子１Ｂは、第５駆動振動腕４５ｂおよび第６駆動振動腕４６ｂが、基部２から延出した第１連結部３１をプラスＸ軸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おらず、つまり、付け根６ａの位置から延出していない。これにより、第５駆動振動腕４５ｂおよび第６駆動振動腕４６ｂは、第１駆動振動腕４１ｂまたは第２駆動振動腕４２ｂとの結合性を第１連結部３１から離間した状態で高めることができる。同様に、第７駆動振動腕４７ｂおよび第８駆動振動腕４８ｂも、第３駆動振動腕４３ｂまたは第４駆動振動腕４４ｂとの結合性を第２連結部３２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１Ｂは、第１駆動振動腕４１ｂ乃至第８駆動振動腕４８ｂから、第１連結部３１または第２連結部３２を介して、基部２の方向へ振動が漏れる振動漏れを、ほぼ抑制することができ、角速度等の物理量の検出感度を高めることができる。

（ジャイロ素子の動作原理）
次に、実施形態１乃至実施形態３におけるジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂ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述べる。図５（ａ）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、図５（ｂ）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る。

まず、図５（ａ）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が駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子１をＹ軸まわりに回転させると、第１駆動振動腕４１および第２駆動振動腕４２には、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動、即ち第１面外振動が発生する。同様に、第３駆動振動腕４３および第４駆動振動腕４４には、第１駆動振動腕４１および第２駆動振動腕４２と反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の第１面外振動が発生する。そして、第１検出振動腕５１は、第１駆動振動腕４１の第１面外振動に呼応して、第１駆動振動腕４１と同じようにＺ軸方向に検出振動をし、第２検出振動腕５２は、第２駆動振動腕４２の第１面外振動に呼応して、第２駆動振動腕４２と同じようにＺ軸方向に検出振動をする。また、第３検出振動腕５３は、第３駆動振動腕４３の第１面外振動に呼応して、第１検出振動腕５１と反対方向のＺ軸方向に検出振動をし、第４検出振動腕５４は、第４駆動振動腕４４の第１面外振動に呼応して、第２検出振動腕５２と反対方向のＺ軸方向に検出振動をする。

このように、第１検出振動腕５１および第２検出振動腕５２と、第３検出振動腕５３および第４検出振動腕５４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検出振動腕５１および第２検出振動腕５２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検出振動腕５３および第４検出振動腕５４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、いわゆる差動検出方式によって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。

次に、図５（ｂ）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が駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子１をＸ軸のまわりに回転させると、第５駆動振動腕４５および第７駆動振動腕４７には、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動、即ち第２面外振動が発生する。同様に、第６駆動振動腕４６および第８駆動振動腕４８には、第５駆動振動腕４５および第７駆動振動腕４７と反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の第２面外振動検出振動が発生する。そして、第１検出振動腕５１は、第５駆動振動腕４５の第２面外振動に呼応して、第５駆動振動腕４５と同じようにＺ軸方向に検出振動をし、第３検出振動腕５３は、第７駆動振動腕４７の第２面外振動に呼応して、第７駆動振動腕４７と同じようにＺ軸方向に検出振動をする。また、第２検出振動腕５２は、第６駆動振動腕４６の第２面外振動に呼応して、第１検出振動腕５１と反対方向のＺ軸方向に検出振動をし、第４検出振動腕５４は、第８駆動振動腕４８の第２面外振動に呼応して、第３検出振動腕５３と反対方向のＺ軸方向に検出振動をする。

このように、ジャイロ素子１において、第１検出振動腕５１および第３検出振動腕５３と、第２検出振動腕５２および第４検出振動腕５４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検出振動腕５１および第３検出振動腕５３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検出振動腕５２および第４検出振動腕５４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。なお、ジャイロ素子１Ａ，１ＢにおけるＹ軸およびＸ軸まわりの角速度の検出についても、同様な動作原理である。

（ジャイロ装置）
次に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂ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６（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６（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６（ａ）におけるＥ−Ｅ断面を示している。この場合、図６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６（ａ）では、説明のために蓋体７２を省略して示してある。

図６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８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ）を介して支持する支持基板７８と、支持基板７８を固定する固定基板である収容体７１を有するセラミックパッケージ７０と、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ９０と、収容体７１内を気密に封止するための蓋体７２とを備えている。セラミックパッケージ７０に収容されているＩＣチップ９０は、セラミックパッケージ７０のボンディングパッド７７に金線などの金属ワイヤー９１によって接続されている。このＩＣチップ９０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９０ａと、角速度等の物理量を検出する検出回路９０ｂと、が含まれている。この場合、ジャイロ素子１を備えたジャイロ装置１００であれば、一つの駆動回路９０ａで複数の駆動振動腕４を励起することが可能であり、装置の小型化が図れる。

また、セラミックパッケージ７０における収容体７１には棚部７４が形成され、その面に接続端子７５が形成されている。棚部７４には、支持基板７８が接着固定されていて、この接着固定には導電性接着剤７９が用いられている。そして、セラミックパッケージ７０の外周部には外部接続端子７６が形成され、外部接続端子７６と接続端子７５およびボンディングパッド７７の一部とが導通する構成となっている。また、支持基板７８にはリード８０が設けられ、各リード８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ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８１の対応するパッドにそれぞれ接合され、リード８０ｅ，８０ｆ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８２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８０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８１は、検出振動を検出するためのものであり、駆動電極パッド８２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７０は、収容体７１にシームリング７３が固着され、シームリング７３に蓋体７２をシーム溶接することで、セラミックパッケージ７０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７０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。

そして、支持基板７８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８０が延出している。リード８０において、検出電極パッド８１または駆動電極パッド８２と反対側の先端は、セラミックパッケージ７０の接続端子７５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、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出する、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１Ａまたはジャイロ素子１Ｂを備えたものも、優れたジャイロ機能を発揮する。

（電子機器）
次に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂ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７（ａ）は、ジャイロ素子を備えたデジタルビデオカメラを示す斜視図、図７（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。これらの電子機器は、一例として、ジャイロ素子１を搭載している。まず、図７（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９０ａおよび検出回路９０ｂを有するＩＣチップ９０と、を備えており、Ｘ軸およびＹ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の一部として組み込まれた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１Ａまたはジャイロ素子１Ｂを備えている場合も、Ｘ軸およびＹ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７（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９０ａおよび検出回路９０ｂを有するＩＣチップ９０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の一部として組み込まれた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１Ａまたはジャイロ素子１Ｂを備えている場合も、Ｘ軸およびＹ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、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。

以上説明したジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂは、各実施形態における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、第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８および第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４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。この構成は、ジャイロ素子１Ａ，１Ｂにおいても可能である。

（変形例２）ジャイロ素子１Ａにおいて、第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａは、付け根６ａまたは付け根６ｂから延出しているが、付け根６ａ，６ｂから離反した位置から延出する構成であっても良い。また、ジャイロ素子１Ｂにおいて、第５駆動振動腕４５ｂ乃至第８駆動振動腕４８ｂは、付け根６ａまたは付け根６ｂから距離ｓだけ離反した位置から延出しているが、付け根６ａ，６ｂの位置から延出する構成であっても良い。

（変形例３）ジャイロ素子１Ａの第５駆動振動腕４５ａ乃至第８駆動振動腕４８ａ、およびジャイロ素子１Ｂの第１駆動振動腕４１ｂ乃至第４駆動振動腕４４ｂは、錘部４９ａまたは錘部４９ｂを有しているが、錘部４９ａ，４９ｂを設ける代わりに、腕の長さを短くするか、あるいは長くしても良い。腕を短くした場合は、駆動振動の周波数が上がるため、腕幅を小さくし、腕を長くした場合は、駆動振動の周波数が下がるため、腕幅を大きくして、同じ周波数を保つ構成とする。

（変形例４）ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂ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１，１Ａ，１Ｂ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、駆動信号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１，１Ａ，１Ｂ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、３…連結部、４…駆動振動腕、５…検出振動腕、７…駆動信号電極、８…検出信号電極、４９…錘部、９０…ＩＣチップ、９０ａ…駆動回路、９０ｂ…検出回路、１００…物理量検出装置としてのジャイロ装置、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 (13)

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、前記原点を通り、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸と直交するＺ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、と定義した場合、
   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、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸で形成される平面に沿って駆動振動をする第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、前記駆動振動をする第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、前記駆動振動をする第５駆動振動腕と、
   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、前記駆動振動をする第６駆動振動腕と、
   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、前記駆動振動をする第７駆動振動腕と、
   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、前記駆動振動をする第８駆動振動腕と、
   前記基部の前記第１象限側から、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検出振動腕と、
   前記基部の前記第４象限側から、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検出振動腕と、
   前記基部の前記第２象限側から、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検出振動腕と、
   前記基部の前記第３象限側から、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検出振動腕と、を備え、
   前記第１駆動振動腕乃至前記第４駆動振動腕におけるＺ軸方向の第１面外振動の周波数と、前記第５駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕におけるＺ軸方向の第２面外振動の周波数と、の差が、前記駆動振動の周波数と前記第２面外振動の周波数との差である第２離調周波数よりも大きい、ことを特徴とする物理量検出素子。
2. 請求項１に記載の物理量検出素子において、
   前記第１面外振動の周波数と前記第２面外振動の周波数との差は、前記第２離調周波数の２倍以上１０倍以下である、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、
   前記駆動振動の周波数は、前記第１面外振動の周波数と前記第２面外振動の周波数との間の値である、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５駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕は、前記駆動振動の方向に沿う腕幅がＺ軸方向の厚さよりも大きい構成であり、それぞれの先端に幅広の錘部を有している、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、前記駆動振動の方向に沿う腕幅がＺ軸方向の厚さよりも大きい構成であり、それぞれの先端に幅広の錘部を備えている、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駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、
   前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕は、検出信号電極を備えている、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５駆動振動腕および前記第６駆動振動腕は、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７駆動振動腕および前記第８駆動振動腕は、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。
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、
   前記第５駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第６駆動振動腕は、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７駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第８駆動振動腕は、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。
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において、
   六方晶の結晶構造を有する圧電性材を用いている、ことを特徴とする物理量検出素子。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の物理量検出素子と、
    前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、
    前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕からの物理量検出信号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。
11. 請求項１０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検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４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検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
12. 請求項１０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検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４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検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
13. 請求項１から９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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