JP2015087262A - 振動素子、振動子、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる振動素子、振動子、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明の振動素子は、互いに交差する第１軸、第２軸、第３軸を想定したとき、前記第３軸を法線とする振動素子であって、基部と、前記基部に支持され、前記第２軸方向に延在する少なくとも１本の駆動用振動腕と、前記基部に前記駆動用振動腕と異なる位置に支持され、前記第２軸方向に延在する少なくとも１本の検出用振動腕とを有し、前記駆動用振動腕が前記第１軸方向に往復駆動しつつ、前記振動素子に前記第２軸回りの回転が加わったとき、前記検出用振動腕の前記基部から前記第２軸方向に沿って距離ｙ１離間した位置での前記第３軸方向の変位量は、前記駆動用振動腕の前記基部から前記第２軸方向に沿って距離ｙ１離間した位置での前記第３軸方向の変位量よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、振動子、電子機器および移動体に関する。

従来から、例えば、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラやビデオカメラ等の振動制御補正（いわゆる手ぶれ補正）等に用いられ、角速度、加速度等の物理量を検出する角速度センサー（振動ジャイロセンサー）が知られている。
１対の駆動用振動腕と１対の検出用振動腕とを有する「Ｈ型」と呼ばれる振動素子を備える角速度センサーは、通電により、各駆動用振動腕が互いに接近・離間するように屈曲振動（駆動振動）する。この状態で、角速度センサーに所定の軸まわりの角速度が加わると、各駆動用振動腕は、コリオリ力により、互いに反対側に屈曲振動し、これに伴い、各検出用振動腕は、互いに反対側に屈曲振動（検出振動）する。この検出用振動腕の検出振動により、検出用振動腕に設けられた電極に電荷が生じ、その電荷を検出することにより、角速度センサーに加わった角速度を求めることができる。

このような角速度センサーでは、製造後、各製品間の各周波数のバラツキを防止するため、駆動用振動腕の駆動振動の共振周波数、検出用振動腕の検出振動の共振周波数、前記駆動振動の共振周波数と前記検出振動の共振周波数との差である離調周波数等の各周波数の調整が行われる（例えば、特許文献１参照）。例えば、離調周波数の調整は、駆動用振動腕や検出用振動腕に錘を設けたり、また、設けた錘の一部を除去し、これにより駆動用振動腕や検出用振動腕の質量を変更して行う。なお、駆動用振動腕の駆動振動の共振周波数と、検出用振動腕の検出振動の共振周波数とを離す理由は、それらが近似していると、駆動用振動腕の駆動振動の影響で、角速度センサーから出力される信号にノイズが混入してしまうためである。
しかしながら、従来の角速度センサーでは、単位質量当りの離調周波数の変化量が小さく、このため、離調周波数を目標値にするには、駆動用振動腕や検出用振動腕の質量を大きく変更する必要があり、これにより、駆動用振動腕や検出用振動腕のバランスが崩れたりし、各特性が悪化してしまうという問題がある。

特許第４１０７７６８号公報

本発明の目的は、単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる振動素子、振動子、電子機器および移動体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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の振動素子は、互いに交差する第１軸、第２軸、第３軸を想定したとき、前記第３軸を法線とする振動素子であって、
基部と、
前記基部に支持され、前記第２軸方向に延在する少なくとも１本の駆動用振動腕と、
前記基部に前記駆動用振動腕と異なる位置に支持され、前記第２軸方向に延在する少なくとも１本の検出用振動腕とを有し、
前記駆動用振動腕が前記第１軸方向に往復駆動しつつ、前記振動素子に前記第２軸回りの回転が加わったとき、前記検出用振動腕の前記基部から前記第２軸方向に沿って距離ｙ１離間した位置での前記第３軸方向の変位量は、前記駆動用振動腕の前記基部から前記第２軸方向に沿って距離ｙ１離間した位置での前記第３軸方向の変位量よりも大きいことを特徴とする。

これにより、駆動用振動腕の質量を変更したときと、検出用振動腕の質量を変更したときのそれぞれにおいて、単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる。これにより、離調周波数の調整の際、駆動用振動腕、検出用振動腕の質量、形状等の変化を小さくすることができ、これによって、振動素子の各特性が悪化してしまうことを防止することができる。

［適用例２］
本発明の振動素子では、前記検出用振動腕の前記変位量をｄｂ、前記駆動用振動腕の前記変位量をｄａとしたとき、前記変位量ｄｂと前記変位量ｄａの比ｄｂ／ｄａは、１．５以上、９以下であることが好ましい。
これにより、十分な感度を確保しつつ、駆動用振動腕、検出用振動腕の質量を変更したときのそれぞれにおいて、単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる。

［適用例３］
本発明の振動素子では、１対の前記駆動用振動腕と、前記１対の駆動用振動腕と同軸上に配置された１対の前記検出用振動腕とを有し、
前記１対の駆動用振動腕が前記第１軸方向に往復駆動しつつ、前記振動素子に前記第２軸回りの回転が加わると、１対の前記駆動用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、前記１対の検出用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、
前記１対の駆動用振動腕と前記１対の検出用振動腕とのうち、同軸上に配置された前記駆動用振動腕と前記検出用振動腕とは、互いに反対側に往復駆動することが好ましい。
これにより、より確実に検出を行うことができる。

［適用例４］
本発明の振動素子では、１対の前記駆動用振動腕と、前記１対の駆動用振動腕と同軸上に配置された１対の前記検出用振動腕とを有し、
前記１対の駆動用振動腕が前記第１軸方向に往復駆動しつつ、前記振動素子に前記第２軸回りの回転が加わると、１対の前記駆動用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、前記１対の検出用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、
前記１対の駆動用振動腕と前記１対の検出用振動腕とのうち、同軸上に配置された前記駆動用振動腕と前記検出用振動腕とは、互いに同じ側に往復駆動することが好ましい。
これにより、より確実に検出を行うことができる。

［適用例５］
本発明の振動素子では、前記検出用振動腕は、前記駆動用振動腕よりも長いことが好ましい。
これにより、駆動用振動腕、検出用振動腕の質量を変更したときのそれぞれにおいて、単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる。

［適用例６］
本発明の振動素子では、前記検出用振動腕は、前記駆動用振動腕よりも短いことが好ましい。
これにより、駆動用振動腕、検出用振動腕の質量を変更したときのそれぞれにおいて、単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる。

［適用例７］
本発明の振動子は、本発明の振動素子と、
前記振動素子を収納したパッケージと、を備えている。
これにより、前記本発明の振動素子と同様の効果が得られる。
［適用例８］
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えたことを特徴とする。
これにより、前記本発明の振動素子と同様の効果が得られる。
［適用例９］
本発明の移動体は、本発明の振動素子を備えたことを特徴とする。
これにより、前記本発明の振動素子と同様の効果が得られる。

本発明の振動子（振動素子）の第１実施形態を模式的に示す平面図である。 図１に示す振動子の横断面図である。 図１に示す振動子の駆動用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。 図１に示す振動子の検出用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。 図１に示す振動子の振動素子の主要部の斜視図である。 図１に示す振動子の振動素子の検出モードを説明するための図である。 図１に示す振動子の駆動用振動腕の変位量ｄａ、検出用振動腕の変位量ｄｂを説明するための図である。 振動素子の検出用振動腕の変位量ｄｂと駆動用振動腕の変位量ｄａの比ｄｂ／ｄａと、駆動用振動腕、検出用振動腕の質量が変化した場合の単位質量当りの離調周波数の変化量との関係を示すグラフである。 本発明の振動素子の第２実施形態の主要部を示す斜視図である。 本発明の振動素子を用いたモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の振動素子を用いた携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の振動素子を用いたディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の振動素子を用いた移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の振動素子、振動子、電子機器および移動体を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の本発明の振動子（振動素子）の第１実施形態を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す振動子の横断面図である。図３は、図１に示す振動子の駆動用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。図４は、図１に示す振動子の検出用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。図５は、図１に示す振動子の振動素子の主要部の斜視図である。図６は、図１に示す振動子の振動素子の検出モードを説明するための図である。図７は、図１に示す振動子の駆動用振動腕の変位量ｄａ、検出用振動腕の変位量ｄｂを説明するための図である。図８は、振動素子の検出用振動腕の変位量ｄｂと駆動用振動腕の変位量ｄａの比ｄｂ／ｄａと、駆動用振動腕、検出用振動腕の質量が変化した場合の単位質量当りの離調周波数の変化量との関係を示すグラフである。

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する（交差する）３つの軸として、ｘ軸（第１軸）、ｙ軸（第１軸）およびｚ軸（第１軸）を想定し、図１〜図５において、各軸を図示しており、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」という。また、各方向の正負は、図中の矢印に示すとおりである。

図１および図２に示す振動子（センサーデバイス）１は、角速度を検出するジャイロセンサーである。
このような振動子１は、例えば、撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星信号を用いた移動体ナビケーションシステムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御等に用いることができる。
この振動子１は、振動素子２と、振動素子２を収納したパッケージ４とを有する。

以下、振動子１を構成する各部を順次説明する。
振動素子２は、１つの軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサー素子である。
図１に示すように、振動素子２は、ｚ軸を法線としており、振動基板２０と、駆動用電極群５１、５２と、検出用電極群５３、５４とを有している。
振動基板２０は、基部２１と、１対の駆動用振動腕２２１、２２２と、１対の検出用振動腕２３１、２３２と、支持部２５と、４つの連結部２６１、２６２、２６３、２６４とを有する、いわゆる「Ｈ型」の振動基板である。本実施形態では、基部２１、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２、支持部２５および連結部２６１〜２６４は、圧電体材料で一体的に形成されている。なお、検出用振動腕２３１が第１の検出用振動腕、検出用振動腕２３２が第２の検出用振動腕である。

圧電体材料としては、特に限定されないが、水晶を用いるのが好ましい。これにより、振動素子２の特性を優れたものとすることができる。水晶は、互いに直交するＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光学軸）の３本の結晶軸を有する。基部２１、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２、支持部２５および連結部２６１〜２６４は、例えば、Ｚ軸が厚さ方向に存在するとともにＸ軸およびＹ軸に平行な板面を有する水晶で構成された基板をエッチング加工することにより形成することができる。かかる基板の厚さは、振動素子２の発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性等に応じて適宜設定される。なお、本実施形態では、基部２１、駆動用振動腕２２１、２２２、出用振動腕２３１、２３２、支持部２５および連結部２６１〜２６４が水晶で一体的に構成されている場合を例に説明する。また、本実施形態では、結晶軸のＸ軸が絶対座標軸のｘ軸と一致しており、結晶軸のＹ軸が絶対座標軸のｙ軸と一致しており、結晶軸のＺ軸が絶対座標軸のｚ軸と一致している。

基部２１は、平面視で基部２１を囲むように形成された支持部２５に、４つの連結部２６１〜２６４を介して支持されている。４つの連結部２６１〜２６４は、それぞれ、長尺形状をなし、一端が基部２１に連結され、他端が支持部２５に連結されている。なお、連結部２６１〜２６４は、それぞれ、長手方向の途中で複数回屈曲している。
また、基部２１は、ｚ軸方向からみたとき、ｙ軸方向に延びる１対の辺と、ｘ軸方向に延びる１対の辺とを有する矩形状をなしている。すなわち、基部２１は、平面視したとき、後述するような駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して平行な１対の辺と、駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して垂直な１対の辺とを有する矩形状をなしている。これにより、後述するように検出用振動腕２３１、２３２を駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動に伴って第２の方向（図５に示す矢印Ｅ１、Ｅ２の方向）により効率的に振動（面内振動）させることができる（図５参照）。

また、図１に示すように、本実施形態での基部２１は、四角形状をなし、そのｘ軸方向の長さは、ｙ軸方向の長さよりも長いのが好ましい。すなわち、平面視における駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して垂直な方向での基部２１の長さをＬ１とし、平面視における駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して平行な方向での基部２１の長さをＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２なる関係を満たすのが好ましい。このようなＬ１およびＬ２の関係を満たすことにより、検出用振動腕２３１、２３２を駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動に伴って第２の方向Ｅ１、Ｅ２により効率的に振動させることができる。

駆動用振動腕２２１、２２２は、それぞれ、基部２１からｙ軸方向（＋ｙ方向）に延出（延在）している。これにより、駆動用振動腕２２１、２２２は、互いに平行となるように設けられている。また、駆動用振動腕２２１、２２２は、互いにｘ軸方向に離間して配置されている。これにより、駆動用振動腕２２１、２２２は、それぞれ、独立して振動することができる。図３（ｂ）に示すように、駆動用振動腕２２１、２２２の横断面は、それぞれ、ｘ軸に平行な１対の辺とｚ軸に平行な１対の辺とで構成された矩形をなしている。

そして、駆動用振動腕２２１には、駆動用電極群５１が設けられ、同様に、駆動用振動腕２２２には、駆動用電極群５２が設けられている。以下、駆動用電極群５１について代表的に説明する。なお、駆動用電極群５２については、４つの駆動用電極で構成されており、後述する駆動用電極群５１と同様であるため、その説明を省略する。なお、駆動用電極群５１と駆動用電極群５２とは、所定の電極同士が図示しない配線を介して電気的に接続されている。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動用電極群５１は、駆動用振動腕２２１の上面に設けられた駆動用電極５１１と、駆動用振動腕２２１の下面に設けられた駆動用電極５１２と、駆動用振動腕２２１の左側面に設けられた駆動用電極５１３と、駆動用振動腕２２１の右側面に設けられた駆動用電極５１４とで構成されている。
駆動用電極５１１および駆動用電極５１２は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。また、駆動用電極５１３および駆動用電極５１４は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。このような駆動用電極５１１、５１２は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ａに電気的に接続されている。また、駆動用電極５１３、５１４は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｂに電気的に接続されている。なお、駆動用電極群５２の駆動用電極５２１、５２２は、前記駆動用電極５１３、５１４に電気的に接続されており、また、駆動用電極群５２の駆動用電極５２３、５２４は、前記駆動用電極５１１、５１２に電気的に接続されている。

検出用振動腕２３１、２３２は、それぞれ、基部２１からｙ軸方向（−ｙ方向）に延出（延在）している。これにより、検出用振動腕２３１、２３２は、互いに平行となるように設けられている。また、検出用振動腕２３１、２３２は、前述した駆動用振動腕２２１、２２２とは反対方向に延出している。また、検出用振動腕２３１、２３２は、互いにｘ軸方向に離間して配置されている。これにより、検出用振動腕２３１、２３２は、それぞれ、独立して振動することができる。図４（ｂ）に示すように、検出用振動腕２３１、２３２の横断面は、それぞれ、ｘ軸に平行な１対の辺とｚ軸に平行な１対の辺とで構成された矩形をなしている。なお、検出用振動腕２３１と駆動用検出腕２２１とは、同軸上に配置され、ｘ軸方向およびｚ軸方向の位置が一致し、同様に、検出用振動腕２３２と駆動用検出腕２２２とは、同軸上に配置され、ｘ軸方向およびｚ軸方向の位置が一致している。
このような検出用振動腕２３１、２３２は、それぞれ、後述するように駆動用振動腕２２１、２２２に加えられた物理量に応じて第１の方向（図５に示す矢印Ｃ１およびＤＡ、Ｃ２およびＤＢ）に振動するとともに、駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動に伴って第１の方向とは異なる第２の方向（図５に示す矢印Ｅ１、Ｅ２）に振動するものである。

そして、図１に示すように、検出用振動腕２３１には、検出用電極群５３が設けられ、同様に、検出用振動腕２３２には、検出用電極群５４が設けられている。このように駆動用振動腕２２１、２２２とは別体として設けられた検出用振動腕２３１、２３２に検出用電極群５３、５４を設けることにより、検出用電極群５３、５４の検出用電極の電極面積（電極として機能する部分の面積）を大きくすることができる。そのため、振動素子２の検出感度を向上させることができる。

以下、検出用電極群５３について代表的に説明する。なお、検出用電極群５４については、４つの検出用電極で構成されており、後述する検出用電極群５３と同様であるため、その説明を省略する。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、検出用電極群５３は、検出用振動腕２３１の上面に設けられた検出用電極（第１の検出用電極）５３１、５３２と、検出用振動腕２３１の下面に設けられた検出用電極（第１の検出用電極）５３３、５３４とで構成されている。ここで、検出用電極５３１、５３３は、それぞれ、検出用振動腕２３１の幅方向での一方側（図４中の左側）に設けられ、また、検出用電極５３２、５３４は、それぞれ、検出用振動腕２３１の幅方向での他方側（図４中の右側）に設けられている。

検出用電極５３１および検出用電極５３４は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。また、検出用電極５３２および検出用電極５３３は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。このような検出用電極５３１、５３４は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｃに電気的に接続されている。また、検出用電極５３２、５３３は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｅに電気的に接続されている。なお、検出用電極群５４は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｄ、５７ｆに電気的に接続されている。

このように構成された振動素子２では、使用の際は、端子５７ａと端子５７ｂとの間に駆動信号（駆動電圧）が印加されること、すなわち、駆動用電極群５１、５２に通電にすることにより、図５に示すように、駆動用振動腕２２１と駆動用振動腕２２２とが互いに接近・離間するように屈曲振動（駆動振動）（ｘ軸方向に往復駆動）する。すなわち、駆動用振動腕２２１が図５中の矢印Ａ１の方向に屈曲するとともに駆動用振動腕２２２が図５中の矢印Ａ２の方向に屈曲する状態と、駆動用振動腕２２１が図５中の矢印Ｂ１の方向に屈曲するとともに駆動用振動腕２２２が図５中の矢印Ｂ２の方向に屈曲する状態とを交互に繰り返す。この状態のときが駆動モードである。

このように駆動用振動腕２２１、２２２を駆動振動させた状態で、振動素子２にｙ軸まわりの角速度ωが加わると、駆動用振動腕２２１、２２２は、コリオリ力により、ｚ軸方向に互いに反対側に屈曲振動する（ｚ軸方向に往復駆動）。これに伴い、検出用振動腕２３１、２３２は、ｚ軸方向（第１の方向）に互いに反対側に屈曲振動（検出振動）（ｚ軸方向に往復駆動）する。すなわち、駆動用振動腕２２１が図５中の矢印Ｃ１の方向に屈曲するとともに駆動用振動腕２２２が図５中の矢印Ｃ２の方向に屈曲する状態と、検出用振動腕２３１が図５中の矢印Ｄ１または、Ｄ２の方向に屈曲するとともに検出用振動腕２３２が図５中の矢印Ｄ２または、Ｄ１の方向に屈曲する状態とを交互に繰り返す。この状態のときが検出モードである。

このような検出用振動腕２３１、２３２の検出振動により検出用電極群５３、５４に生じた電荷を検出することにより、振動素子２に加わった角速度ωを求めることができる。
ここで、前記検出モードとしては、図６（ａ）に示す第１の検出モードと、図６（ｂ）に示す第２の検出モードとがある。第１の検出モードと、第２の検出モードとでは、互いに、検出用振動腕２３１、２３２の検出振動の共振周波数が異なっている。

図６（ａ）に示す第１の検出モードでは、同軸上に配置された駆動用振動腕２２１と検出用振動腕２３１とは、ｚ軸方向に、互いに反対側に振動し、同様に、同軸上に配置された駆動用振動腕２２２と検出用振動腕２３２とは、ｚ軸方向に、互いに反対側に振動する。
また、図６（ｂ）に示す第２の検出モードでは、同軸上に配置された駆動用振動腕２２１と検出用振動腕２３１とは、ｚ軸方向に、互いに同じ側に振動し、同様に、同軸上に配置された駆動用振動腕２２２と検出用振動腕２３２とは、ｚ軸方向に、互いに同じ側に振動する。
なお、図６（ａ）、図６（ｂ）中の各記号「・」、「×」は、それぞれ、それに対応している駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２の振動における変位の方向を示しており、記号「・」は、変位の方向が図６の紙面の裏側から表側であることを示し、記号「×」は、変位の方向が図６の紙面の表側から裏側であることを示す。

図２に示すように、パッケージ４は、上方に開放する凹部を有するベース部材（ベース）４１と、このベース部材４１の凹部を覆うように設けられた蓋部材（リッド）４２とを備える。そして、ベース部材４１と蓋部材４２とにより、振動素子２が収納される内部空間が形成されている。
ベース部材４１は、平板状の板体（板部）４１１と、板体４１１の上面の外周部に接合された枠体（枠部）４１２とで構成されている。
このようなベース部材４１は、例えば、酸化アルニウム質焼結体、水晶、ガラス等で構成されている。

図２に示すように、ベース部材４１の板体４１１の上面（蓋部材４２に覆われる側の面）には、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等を含んで構成された接着剤のような接合部材８１により、前述した振動素子２の支持部２５が接合されている。これにより、振動素子２がベース部材４１に対して支持・固定されている。
さらに、図１および図２に示すように、ベース部材４１の上面には、複数の内部端子７１が設けられている。

複数の内部端子７１には、例えばボンディングワイヤーで構成された配線を介して、前述した振動素子２の端子５７ａ〜５７ｆが電気的に接続されている。
一方、ベース部材４１の板体４１１の下面（パッケージ４の底面）には、振動子１が組み込まれる機器（外部機器）に実装される際に用いられる複数の外部端子７３が設けられている。

この複数の外部端子７３は、図示しない内部配線を介して、板体４１１に電気的に接続されている。これにより、板体４１１と複数の外部端子７３とが電気的に接続される。
このような各内部端子７１および各外部端子７３は、それぞれ、例えば、タングステン（Ｗ）等のメタライズ層にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の被膜をメッキ等により積層した金属被膜からなる。

このようなベース部材４１には、蓋部材４２が気密的に接合されている。これにより、パッケージ４内が気密封止されている。
この蓋部材４２は、例えば、ベース部材４１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼等の金属で構成されている。
ベース部材４１と蓋部材４２との接合方法としては、特に限定されず、例えば、ろう材、硬化性樹脂等で構成された接着剤による接合方法、シーム溶接、レーザー溶接等の溶接方法等を用いることができる。また、かかる接合は、減圧下または不活性ガス雰囲気下で行うことにより、パッケージ４内を減圧状態または不活性ガス封入状態に保持することができる。

このような振動子１の振動素子２は、図７に示すように、駆動用電極５１１〜５１４、５２１〜５２４に通電し、駆動用振動腕２２１、２２２がｘ軸方向に振動（駆動振動）しつつ、振動素子２にｙ軸回りの回転が加わったとき、すなわち、駆動用振動腕２２１、２２２がｚ軸方向に振動し、検出用振動腕２３１、２３２がｚ軸方向に振動（検出振動）した状態で、検出用振動腕２３１、２３２の基部２１からｙ軸方向に沿って距離ｙ１離間した位置でのｚ軸方向の変位量ｄｂは、駆動用振動腕２２１、２２２の基部２１からｙ軸方向に沿って前記と同じ距離ｙ１離間した位置でのｚ軸方向の変位量ｄａよりも大きくなるように構成されている。前記距離ｙ１は、本実施形態では、駆動用振動腕２２１、２２２と検出用振動腕２３１、２３２とのうち、長手方向（ｙ軸方向）の長さが短い方の長さ、すなわち、駆動用振動腕２２１、２２２の長さＬａの８０％である。

これにより、駆動用振動腕２２１、２２２の質量を変更したときと、検出用振動腕２３１、２３２の質量を変更したときのそれぞれにおいて、単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる。離調周波数とは、駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動の共振周波数と検出用振動腕２３１、２３２の検出振動の共振周波数との差（差の絶対値）である。

図８は、検出用振動腕２３１、２３２の変位量ｄｂと駆動用振動腕２２１、２２２の変位量ｄａの比ｄｂ／ｄａと、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２の質量が変化した場合の単位質量当りの離調周波数の変化量との関係を示すグラフである。図８に示すように、ｄｂ／ｄａが、１よりも大きいと、検出用振動腕２３１、２３２の質量が変化した場合と、駆動用振動腕２２１、２２２の質量が変化した場合のいずれの場合も前記単位質量当りの離調周波数の変化量が大きくなることが判る。

また、検出用振動腕２３１、２３２の変位量ｄｂと駆動用振動腕２２１、２２２の変位量ｄａの比ｄｂ／ｄａは、１よりも大きければ特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、１．５以上、９以下であることが好ましい。ｄｂ／ｄａが前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、前記単位質量当りの離調周波数の変化量が不十分となる。また、ｄｂ／ｄａが前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、感度が不十分となる。なお、感度は、ｄｂ／ｄａが１の場合に最大感度となる。

また、感度が重要視される場合は、ｄｂ／ｄａは、１．５以上、２．５以下であることが好ましい。なお、例えば、ｄｂ／ｄａが２．５の場合でも、感度は、最大感度の約７０％を確保することができる。
また、感度があまり重要視されず、前記単位質量当りの離調周波数の変化量をより大きくしたい場合は、ｄｂ／ｄａは、２．５より大きく、９以下であることが好ましい。

また、図５に示すように、本実施形態では、検出用振動腕２３１、２３２の変位量ｄｂを駆動用振動腕２２１、２２２の変位量ｄａよりも大きくするための構成として、検出用振動腕２３１、２３２が、駆動用振動腕の２２１、２２２よりも長く形成されている。
厳密に言えば、検出用振動腕２３１、２３２のｚ軸方向の振動の共振周波数は、駆動用振動腕２２１、２２２のｚ軸方向の振動の共振周波数よりも小さい。また、第１の検出モードにおける離調周波数は、第２の検出モードにおける離調周波数よりも小さい。

以上説明したように、この振動素子２によれば、駆動用振動腕２２１、２２２の質量を変更したときと、検出用振動腕２３１、２３２の質量を変更したときのそれぞれにおいて、単位質量当りの離調周波数の変化量を大きくすることができる。これにより、離調周波数の調整の際、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２の質量、形状等の変化を小さくすることができ、これによって、振動素子２の各特性が悪化してしまうことを防止することができる。

＜第２実施形態＞
図９は、本発明の振動素子の第２実施形態の主要部を示す斜視図である。
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態は、駆動用振動腕、検出用振動腕の構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図９に示すように、第２実施形態の振動素子２では、検出用振動腕２３１、２３２は、駆動用振動腕の２２１、２２２よりも短く形成されている。
厳密に言えば、検出用振動腕２３１、２３２のｚ軸方向の振動の共振周波数は、駆動用振動腕２２１、２２２のｚ軸方向の振動の共振周波数よりも大きい。また、第１の検出モードにおける離調周波数は、第２の検出モードにおける離調周波数よりも大きい。
この振動素子２によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。

＜電子機器の実施形態＞
次いで、振動素子２を適用した電子機器について、図１０〜図１２に基づき、詳細に説明する。
図１０は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。

この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されている。

図１１は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されている。

図１２は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。

また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されている。

なお、振動素子を備える電子機器は、図１０のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１１の携帯電話機、図１２のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

＜移動体の実施形態＞
次いで、振動素子を適用した移動体について、図１３に基づき、詳細に説明する。
図１３は、本発明の振動素子を備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
自動車１５００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されており、振動素子２によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。振動素子２の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、振動子１（振動素子２）が組み込まれる。

以上、本発明の振動素子、振動子、電子機器および移動体を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、検出用振動腕の変位量ｄｂを駆動用振動腕の変位量ｄａよりも大きくするための構成例として、検出用振動腕を駆動用振動腕よりも長く形成する例と、検出用振動腕を駆動用振動腕よりも短く形成する例とを示したが、これに限定されるものではない。
また、前述した実施形態では、振動腕の本数は、４本であったが、これに限定されず、例えば、２本、３本または５本以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、いわゆる「Ｈ型」の振動素子を例に説明したが、これに限定されず、種々の振動素子（ジャイロ素子）に適用することが可能である。

１……振動子（センサーデバイス） ２……振動素子 ２０……振動基板 ２１……基部 ２２１……駆動用振動腕 ２２２……駆動用振動腕 ２３１……検出用振動腕 ２３２……検出用振動腕 ２５……支持部 ２６１……連結部 ２６２……連結部 ２６３……連結部 ２６４……連結部 ４……パッケージ ４１……ベース部材（ベース） ４１１……板体（板部） ４１２……枠体（枠部） ４２……蓋部材（リッド） ５１……駆動用電極群 ５１１……駆動用電極 ５１２……駆動用電極 ５１３……駆動用電極 ５１４……駆動用電極 ５２……駆動用電極群 ５３……検出用電極群 ５３１……検出用電極 ５３２……検出用電極 ５３３……検出用電極 ５３４……検出用電極 ５４……検出用電極群 ５７ａ……端子 ５７ｂ……端子 ５７ｃ……端子 ５７ｄ……端子 ５７ｅ……端子 ５７ｆ……端子 ７１……内部端子 ７３……外部端子 ８１……接合部材 １１００……パーソナルコンピューター １１０２……キーボード １１０４……本体部 １１０６……表示ユニット １１０８……表示部 １２００……携帯電話機 １２０２……操作ボタン １２０４……受話口 １２０６……送話口 １２０８……表示部 １３００……ディジタルスチルカメラ １３０２……ケース １３０４……受光ユニット １３０６……シャッターボタン １３０８……メモリー １３１０……表示部 １３１２……ビデオ信号出力端子 １３１４……入出力端子 １４３０……テレビモニター １４４０……パーソナルコンピューター １５００……自動車 １５０１……車体 １５０２……車体姿勢制御装置 １５０３……車輪 Ａ１……矢印 Ａ２……矢印 Ｂ１……矢印 Ｂ２……矢印 Ｃ１……矢印 Ｃ２……矢印 ＤＡ……矢印 ＤＢ……矢印 Ｌ１……長さ Ｌ２……長さ Ｌａ……長さ Ｌｂ……長さ ｙ１……長さ ｄａ……変位量 ｄｂ……変位量 ω……角速度

Claims (9)

1. 互いに交差する第１軸、第２軸、第３軸を想定したとき、前記第３軸を法線とする振動素子であって、
   基部と、
   前記基部に支持され、前記第２軸方向に延在する少なくとも１本の駆動用振動腕と、
   前記基部に前記駆動用振動腕と異なる位置に支持され、前記第２軸方向に延在する少なくとも１本の検出用振動腕とを有し、
   前記駆動用振動腕が前記第１軸方向に往復駆動しつつ、前記振動素子に前記第２軸回りの回転が加わったとき、前記検出用振動腕の前記基部から前記第２軸方向に沿って距離ｙ１離間した位置での前記第３軸方向の変位量は、前記駆動用振動腕の前記基部から前記第２軸方向に沿って距離ｙ１離間した位置での前記第３軸方向の変位量よりも大きいことを特徴とする振動素子。
2. 前記検出用振動腕の前記変位量をｄｂ、前記駆動用振動腕の前記変位量をｄａとしたとき、前記変位量ｄｂと前記変位量ｄａの比ｄｂ／ｄａは、１．５以上、９以下である請求項１に記載の振動素子。
3. １対の前記駆動用振動腕と、前記１対の駆動用振動腕と同軸上に配置された１対の前記検出用振動腕とを有し、
   前記１対の駆動用振動腕が前記第１軸方向に往復駆動しつつ、前記振動素子に前記第２軸回りの回転が加わると、１対の前記駆動用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、前記１対の検出用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、
   前記１対の駆動用振動腕と前記１対の検出用振動腕とのうち、同軸上に配置された前記駆動用振動腕と前記検出用振動腕とは、互いに反対側に往復駆動する請求項１または２に記載の振動素子。
4. １対の前記駆動用振動腕と、前記１対の駆動用振動腕と同軸上に配置された１対の前記検出用振動腕とを有し、
   前記１対の駆動用振動腕が前記第１軸方向に往復駆動しつつ、前記振動素子に前記第２軸回りの回転が加わると、１対の前記駆動用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、前記１対の検出用振動腕は、前記第３軸方向に互いに反対側に往復駆動し、
   前記１対の駆動用振動腕と前記１対の検出用振動腕とのうち、同軸上に配置された前記駆動用振動腕と前記検出用振動腕とは、互いに同じ側に往復駆動する請求項１または２に記載の振動素子。
5. 前記検出用振動腕は、前記駆動用振動腕よりも長い請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動素子。
6. 前記検出用振動腕は、前記駆動用振動腕よりも短い請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動素子。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子と、
   前記振動素子を収納したパッケージと、を備えていることを特徴とする振動子。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子を備えたことを特徴とする電子機器。
9. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子を備えたことを特徴とする移動体。

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