JP2016090254A - 振動素子、電子デバイス、電子機器、および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動振動部および検出振動部の共振周波数を調整する離調調整を行うことによる検出感度のばらつきを抑制し、検出精度を高める。【解決手段】駆動振動部に生じたコリオリ力に共振して振動する検出振動部における検出のための振動モードとして、検出１モードおよび検出２モードを有し、検出１モードの共振周波数（振動周波数）ｆ１、および検出２モードの共振周波数（振動周波数）ｆ２より、駆動振動部の共振周波数（振動周波数）ｆ３が高い、または検出１モードの共振周波数（振動周波数）ｆ１、および検出２モードの共振周波数（振動周波数）ｆ２より、駆動振動部の共振周波数（振動周波数）ｆ４が低い。【選択図】図３

Description

本発明は、振動素子、電子デバイス、電子機器、および移動体に関する。

モバイルコンピューターやＩＣカードなどの小型の情報機器や、携帯電話などの移動体通信機器、および車体制御や自車位置検出、あるいはデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの振動制御補正機能（所謂手ぶれ補正）などに、振動素子の一例としてのジャイロ素子を用いたジャイロセンサーが広く利用されている。例えば、ジャイロセンサーは、ジャイロ素子（ジャイロ振動片）により、物体の揺れや回転などの振動によってジャイロ振動片の一部に発生する電気信号を角速度として検出し、回転角を算出することによって物体の変位を求める。

近年、電子機器の小型化に伴って、振動素子の一例としてのジャイロ素子を用いるジャイロセンサーも小型化が要求されている。そして、ジャイロセンサーが小型化されるにしたがって、ジャイロ素子の小型化も必然となる。ジャイロ素子では、その小型化によって駆動振動部の質量も小さくなり，Ｆ＝２ｍｖΩ（ｍ：質量、ｖ：振動速度、Ω：角速度）で表されるコリオリ力が小さくなってしまったり、駆動振動部の剛性が高まり、コリオリ力による変位を大きくできなかったりしてしまう。これらにより、検出振動部における検出感度が低下し、検出精度の低下を生じる虞があった。

これに対し、例えば特許文献１には、検出振動部における検出感度スペクトルが、駆動振動部と検出振動部とが逆位相で振動する第１検出用振動モードにおける第１共振周波数をピーク周波数とする第１ピーク、および駆動振動部と検出振動部とが同位相で振動する第２検出用振動モードにおける第２共振周波数をピーク周波数とする第２ピークを有する振動素子が開示されている。そして、この振動素子の検出感度スペクトルにおいて、第１共振周波数、および第２共振周波数の間に駆動振動部の駆動モードの第３共振周波数を配置することで検出感度を向上させている。

特開２０１２−９８０９１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の振動素子では、第１共振周波数、および第２共振周波数の間に駆動振動部の駆動モードの第３共振周波数を配置しているが、第１共振周波数、および第２共振周波数の間は、漏れ出力などの望まない振動漏れを抑制するために駆動振動部および検出振動部の共振周波数を調整する離調調整において、検出感度の変化が大きな領域であった。したがって、漏れ出力などの望まない振動漏れを抑制するために、駆動振動部および検出振動部の共振周波数を調整する離調調整におけるトリミングなどを行うことにより、検出感度が大きく変化してしまい、検出感度がばらついてしまう虞を有していた。

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］本適用例に係る振動素子は、駆動振動部と、前記駆動振動部に生じたコリオリ力に共振して振動する検出振動部と、を備え、前記検出振動部における検出のための振動モードとして、検出１モードおよび検出２モードを有し、前記検出１モードの振動周波数、および前記検出２モードの振動周波数より、前記駆動振動部の振動周波数が高い、または前記検出１モードの振動周波数、および前記検出２モードの振動周波数より、前記駆動振動部の振動周波数が低いことを特徴とする。

本適用例によれば、各振動周波数（共振周波数）と検出感度（素子感度）との相関を示すスペクトルの傾斜が緩やかな領域に駆動振動部の振動周波数があるため、離調調整におけるトリミングなどを行っても、検出感度の低下やばらつきの生じることを抑制することができる。また、離調調整におけるトリミング量は、製造時の形状ばらつきによっても変化するが、感度変化の小さな領域において離調調整（トリミング）を行うことにより、製造時の形状ばらつきに離調調整が依存することによる検出感度の低下やばらつきも防止できる。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子において、前記駆動振動部の振動周波数と前記検出振動部の振動周波数との離調度の絶対値は、０．５％〜８％の範囲内にあることが好ましい。

本適用例によれば、離調調整における離調度と検出感度（素子感度）との相関を示すスペクトルの変化が少ない領域に、駆動振動モード（駆動振動の共振周波数）があるため、離調調整におけるトリミングなどによって生じる検出感度の低下やばらつきを抑制することができる。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、基部を備え、前記駆動振動部および前記検出振動部は、前記基部から延出されており、前記駆動振動部および前記検出振動部の少なくとも一方の、前記基部の一端とは反対側の他端側に幅広部が設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、幅広部が設けられた駆動振動腕、および検出振動腕の長さの増大を抑えながら所定の駆動振動や検出振動を得るとともに、離調調整における調整範囲が広くとれるので、より小型で高感度な特性を有する振動素子を得ることが可能となる。

［適用例４］上記適用例に記載の振動素子において、前記幅広部は、質量調整部であることが好ましい。

本適用例によれば、幅広部を、例えばトリミングすることにより質量調整を行うことにより、離調調整を効率よく行うことができる。

［適用例５］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子と、少なくとも、前記振動素子を駆動振動する回路部と、前記振動素子および前記回路部の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えている。

本適用例によれば、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有する振動素子を備えた電子デバイスを得ることができる。加えて、上記構成のようなパッケージタイプの電子デバイスは、小型化・薄型化に有利であるとともに耐衝撃性を高くすることができる。

［適用例６］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、検出特性の安定した振動素子を備えているため、性能の安定した電子機器を提供することが可能となる。

［適用例７］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、検出特性の安定した振動素子を備えているため、性能の安定した移動体を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る振動素子の一例としてのＨ型ジャイロ素子の概略を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図。 第１実施形態に係るＨ型ジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、（ａ）は図１（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＤ−Ｄ断面図。 検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関を示すグラフ。 検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関を例示し、（ａ）はケース１、（ｂ）はケース２を示すグラフ。 離調度と素子感度との相関を例示し、（ａ）は検出２モードを基準としたときの離調度と素子感度との相関を示し、（ｂ）は離調度と素子感度バラツキの相関を示すグラフ。 本発明の第２実施形態に係る振動素子の一例としての静電駆動型ジャイロ素子の概略を示す平面図。 第２実施形態に係る静電駆動型ジャイロ素子の概略を示し、（ａ）は図６のＥ−Ｅ断面図、（ｂ）は図６のＦ−Ｆ断面図。 本発明に係る電子デバイスの一例としてのジャイロセンサーの概略構成を示す正断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、振動素子を備える電子機器の一例を示す斜視図。 振動素子を備える移動体としての自動車を示す斜視図。

（第１実施形態）
＜ジャイロ素子−１＞
まず、本発明の第１実施形態に係る振動素子としてのジャイロ素子について、図１および図２を参照して説明する。図１は、ジャイロ素子の一実施形態を示し、図１（ａ）は模式的に示す斜視図、図１（ｂ）は模式的に示す平面図である。図２は、ジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。

図１（ａ）に示すように、第１実施形態に係るジャイロ素子３００は、基材（主要部分を構成する材料）を加工することにより一体に形成された基部１と、駆動振動部としての駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動部としての検出振動腕３ａ，３ｂと、調整用振動腕４ａ，４ｂとを有している。更に、基部１から延出する第１連結部５ａ、および第１連結部５ａに連結する第１支持部５ｂと、基部１から第１連結部５ａと反対方向に延出する第２連結部６ａ、および第２連結部６ａに連結する第２支持部６ｂと、が設けられている。さらに、第１支持部５ｂおよび第２支持部６ｂは、駆動振動腕２ａ，２ｂの側で一体的に繋って、固定枠部７を構成している。そして、ジャイロ素子３００は、固定枠部７の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。

本実施形態のジャイロ素子３００では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。本実施形態では、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚さｔを有した所謂水晶Ｚ板を基材として用いた例を説明する。なお、ここでいう所定の厚さｔは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。また、ジャイロ素子３００を形成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。

ジャイロ素子３００は、中心部分に位置する略矩形状の基部１と、基部１のＹ軸方向の端部１ａ，１ｂのうち一方の端部（図中−Ｙ軸方向の端部）１ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延伸された一対の駆動振動腕２ａ，２ｂ（駆動振動部）と、基部１の他方の端部（図中＋Ｙ軸方向の端部）１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の検出振動腕３ａ，３ｂ（検出振動部）と、を有している。このように、基部１の両端部１ａ，１ｂから、一対の駆動振動腕２ａ，２ｂと、一対の検出振動腕３ａ，３ｂとが、それぞれ同軸方向に延伸されている。このような形状から、本実施形態に係るジャイロ素子３００は、Ｈ型ジャイロ素子と呼ばれることがある。Ｈ型のジャイロ素子３００は、駆動振動腕２ａ，２ｂと検出振動腕３ａ，３ｂとが、基部１の同一軸方向の両端部１ａ，１ｂからそれぞれ延伸されているので、駆動系と検出系が分離される。ジャイロ素子３００は、このように駆動系と検出系が分離されることにより、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合が低減され、検出感度が安定するという特徴を有する。なお、本実施形態ではＨ型振動片を例に駆動振動腕および検出振動腕を各々２本ずつ設けているが、振動腕の本数は１本であっても３本以上であっても良い。また、１本の振動腕に後述する駆動電極と検出電極を形成しても良い。

Ｈ型のジャイロ素子３００は、駆動振動部としての一対の駆動振動腕２ａ，２ｂを所定の共振周波数で面内方向（＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向）に振動させた状態で、Ｙ軸回りに角速度ωが加わると、駆動振動腕２ａ，２ｂにコリオリ力が発生し、駆動振動腕２ａ，２ｂが面内方向と交差する面外方向（＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向）に、互いに逆方向に屈曲振動する。そして、検出振動部としての検出振動腕３ａ，３ｂは、駆動振動腕２ａ，２ｂの面外方向の屈曲振動に共振して、同じく面外方向に屈曲振動する。この時、圧電効果により検出振動腕３ａ，３ｂに設けられている検出電極に電荷が発生する。ジャイロ素子３００は、この電荷を検出することによりジャイロ素子３００に加わる角速度ωを検出することができる。

基部１から延伸された振動腕としての一対の駆動振動腕２ａ，２ｂは、図２に示すように、表面２ｃ，２ｇと、表面２ｃ，２ｇと反対側に設けられた裏面２ｄ，２ｈと、表面２ｃ，２ｇと裏面２ｄ，２ｈとを接続する側面２ｅ，２ｆ，２ｋ，２ｊと、を備えている。また、駆動振動腕２ａ，２ｂの基部１側の一端とは反対側に位置する他端側の先端部には、駆動振動腕２ａ，２ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部としての錘部５２ａ，５２ｂが設けられている（図１参照）。このように、駆動振動腕２ａ，２ｂに、錘部５２ａ，５２ｂが設けられていることにより、駆動振動腕２ａ，２ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の駆動振動を得ることができるため、ジャイロ素子を小型化することが可能となる。なお、駆動振動腕２ａ，２ｂには、駆動振動腕２ａ，２ｂを駆動させるための電極が設けられているが、電極の構成については後述する。

基部１から延伸された一対の振動腕としての検出振動腕３ａ，３ｂには、表面３ｃ，３ｇと、表面３ｃ，３ｇと反対側に設けられた裏面３ｄ，３ｆと、表面３ｃ，３ｇと裏面３ｄ，３ｆとを接続する側面３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋと、を備えている。さらに、検出振動腕３ａ，３ｂには、基部１側の一端とは反対側の他端側に位置する先端部に検出振動腕３ａ，３ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部としての錘部５３ａ，５３ｂが設けられている（図１参照）。このように、検出振動腕３ａ，３ｂにおいても、錘部５３ａ，５３ｂが設けられていることにより、検出振動腕３ａ，３ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の検出振動を得ることができるため、ジャイロ素子を小型化することが可能となる。また、一対の検出振動腕３ａ，３ｂには、凹部５８ａ，５８ｂが設けられている。本実施形態における凹部５８ａ，５８ｂは、図２に示すように表面３ｃ，３ｇおよび裏面３ｄ，３ｆの両面側から掘り込まれている構成であるが、表面３ｃ，３ｇあるいは裏面３ｄ，３ｆの一方の面から掘り込まれた構成でもよい。

さらに、ジャイロ素子３００には、図１に示すように、水晶の結晶Ｘ軸（電気軸）と交差する方向に検出振動腕３ａ，３ｂと並行させてかつ検出振動腕３ａ，３ｂを内側に挟むように、基部１から延伸された一対の調整用振動腕４ａ，４ｂが設けられている。即ち、調整用振動腕４ａ，４ｂは、Ｙ軸に沿って＋Ｙ軸方向に延伸され、検出振動腕３ａ，３ｂと所定の間隔を空けて内側に挟むように位置し、かつ並行するように設けられている。なお、調整用振動腕４ａ，４ｂは、チューニングアームと呼ばれることもある。このような調整用振動腕４ａ，４ｂが設けられていることにより、漏れ出力を調整することが可能となる。換言すれば、駆動振動が漏れる（伝播する）、所謂振動漏れによって生じる電荷を、調整用振動腕４ａ，４ｂの電荷を調整することによってキャンセルすることができるため、振動漏れの出力を抑制することが可能となり、ジャイロ素子３００の振動特性を安定させることが可能となる。

また、調整用振動腕４ａ，４ｂは、駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂよりも全長が短く形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕４ａ，４ｂの振動が、駆動振動腕２ａ，２ｂと検出振動腕３ａ，３ｂによるジャイロ素子３００の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子３００の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子３００の小型化にも有利となる。

さらに、調整用振動腕４ａ，４ｂの基部１側の一端とは反対側に位置する他端側の先端部には、調整用振動腕４ａ，４ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部としての錘部５４ａ，５４ｂが設けられている。このように、調整用振動腕４ａ，４ｂの先端部に錘部５４ａ，５４ｂを設けることにより、調整用振動腕４ａ，４ｂの長さを短縮することができる。

基部１の中央は、ジャイロ素子３００の重心とすることができる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子３００の外形は、重心を通るＹ軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子３００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子３００の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。このようなジャイロ素子３００の外形形状は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）により形成することができる。なお、ジャイロ素子３００は、１枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。

次に、ジャイロ素子３００の電極配置の一実施形態について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、検出振動腕３ａ，３ｂの図１（ｂ）に示すＣ−Ｃ部における断面を示し、図２（ｂ）は、駆動振動腕２ａ，２ｂの図１（ｂ）に示すＤ−Ｄ部における断面を示している。

まず、検出振動腕３ａ，３ｂに形成され、検出振動腕３ａ，３ｂが振動することによって基材である水晶に発生する歪みを検出する検出電極について説明する。図２（ａ）に示すように、検出振動腕３ａ，３ｂには、前述したように、凹部５８ａ，５８ｂが設けられている。本実施形態における凹部５８ａ，５８ｂは、表面３ｃ，３ｇおよび裏面３ｄ，３ｆの両面側に設けられている。

検出振動腕３ａには、側面３ｈに、検出振動腕３ａの厚み方向（Ｚ軸方向）の略中央に有って検出振動腕３ａの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って設けられた電極分割部３ｍによって分割された、表面３ｃ側の第１検出電極２１ａと裏面３ｄ側の第２検出電極２２ｂとが設けられている。さらに、第１検出電極２１ａと対向する凹部５８ａの内側面には、第２検出電極２２ａが設けられ、第２検出電極２２ｂと対向する凹部５８ａの内側面には、第１検出電極２１ｂが設けられている。また、側面３ｈとは反対側の側面３ｉに、検出振動腕３ａの厚み方向の略中央に有って検出振動腕３ａの延伸方向に沿って設けられた電極分割部３ｎによって分割された、表面３ｃ側の第２検出電極２２ａと裏面３ｄ側の第１検出電極２１ｂとが設けられている。さらに、第２検出電極２２ａと対向する凹部５８ａの内側面には、第１検出電極２１ａが設けられ、第１検出電極２１ｂと対向する凹部５８ａの内側面には、第２検出電極２２ｂが設けられている。

そして、第１検出電極２１ａと第１検出電極２１ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ａの先端部などを経由して電気的に接続されている。第２検出電極２２ａと第２検出電極２２ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ａの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、検出振動腕３ａの先端近傍まで延設されている。また、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。また、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、調整用振動腕４ａ（図１参照）に形成された図示しない調整用電極にも電気的に接続されている。

同様に、検出振動腕３ｂには、側面３ｊに、検出振動腕３ｂの厚み方向（Ｚ軸方向）の略中央に有って検出振動腕３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って設けられた電極分割部３ｒによって分割された、表面３ｇ側の第２検出電極３１ａと裏面３ｆ側の第１検出電極３２ｂとが設けられている。さらに、第２検出電極３１ａと対向する凹部５８ａの内側面には、第１検出電極３２ａが設けられ、第１検出電極３２ｂと対向する凹部５８ａの内側面には、第２検出電極３１ｂが設けられている。また、側面３ｊとは反対側の側面３ｋに、検出振動腕３ｂの厚み方向の略中央に有って検出振動腕３ｂの延伸方向に沿って設けられた電極分割部３ｓによって分割された、表面３ｇ側の第１検出電極３２ａと裏面３ｆ側の第２検出電極３１ｂとが設けられている。さらに、第１検出電極３２ａと対向する凹部５８ｂの内側面には、第２検出電極３１ａが設けられ、第２検出電極３１ｂと対向する凹部５８ｂの内側面には、第１検出電極３２ｂが設けられている。

そして、第２検出電極３１ａと第２検出電極３１ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ｂの先端部などを経由して電気的に接続されている。第１検出電極３２ａと第１検出電極３２ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ｂの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、検出振動腕３ｂの先端近傍まで延設されている。また、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。また、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、調整用振動腕４ｂ（図１参照）に形成された図示しない調整用電極にも電気的に接続されている。

検出振動腕３ａにおいては、第１検出電極２１ａと第１検出電極２１ｂとは同電位となるように接続され、第２検出電極２２ａと第２検出電極２２ｂとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕３ａの振動によって生じる歪みが、第１検出電極２１ａ，２１ｂと第２検出電極２２ａ，２２ｂの電極間の電位差を検出することにより検出される。同様に、検出振動腕３ｂにおいては、第１検出電極３２ａと第１検出電極３２ｂとは同電位となるように接続され、第２検出電極３１ａと第２検出電極３１ｂとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕３ｂの振動によって生じる歪みが、第１検出電極３２ａ，３２ｂと第２検出電極３１ａ，３１ｂの電極間の電位差を検出することにより検出される。

次に、駆動振動腕２ａ，２ｂに設けられた、駆動振動腕２ａ，２ｂを駆動させるための駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃについて説明する。図２（ｂ）に示すように、駆動振動腕２ａの表面（一方の主面）２ｃには駆動電極１１ａが、および裏面（他方の主面）２ｄには駆動電極１１ｂが、錘部５２ａ（図１参照）までの間に形成されている。また、駆動振動腕２ａの一方の側面２ｅ、および他方の側面２ｆには駆動電極１２ｃが、駆動振動腕２ａの錘部５２ａ（図１参照）までの間に形成されている。同様に、駆動振動腕２ｂの表面（一方の主面）２ｇには駆動電極１２ａが、および裏面（他方の主面）２ｈには駆動電極１２ｂが、錘部５２ｂ（図１参照）までの間に形成されている。また、駆動振動腕２ｂの一方の側面２ｊ、および他方の側面２ｋには駆動電極１１ｃが、駆動振動腕２ｂの錘部５２ｂ（図１参照）までの間に形成されている。

駆動振動腕２ａ，２ｂに形成された駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、駆動振動腕２ａ，２ｂを介して対向配置される駆動電極間において同電位となるように配置される。また、図示しないが、駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、接続される第１固定部に形成された接続パッド、および駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃが接続される第２固定部に形成された接続パッドを通して駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃと駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの間に電位差を交互に与えることにより駆動振動腕２ａ，２ｂは、いわゆる音叉振動が励振される。

次に、調整用振動腕４ａ，４ｂに設けられた電極について説明する。図示しないが、調整用振動腕４ａには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また調整用振動腕４ａの両側面のそれぞれには、同電位である他の調整用電極が形成されている。同様に、調整用振動腕４ｂには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また調整用振動腕４ｂの両側面には、同電位である他の調整用電極が形成されている。

なお、上述した駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、第１検出電極２１ａ，２１ｂ，３２ａ，３２ｂ、および第２検出電極２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ、および調整用電極の構成は、特に限定されず、導電性を有し、薄膜形成が可能であればよい。具体的な構成としては、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電材料により形成することができる。

次に、ジャイロ素子３００における振動モードについて、図３、図４、および図５を用いて説明する、図３は、ジャイロ素子における振動モードとしての検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度（ジャイロ素子感度）との相関のスペクトルを示すグラフである。図４は、検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関のスペクトルを例示し、図４（ａ）はケース１を例示し、図４（ｂ）はケース２を例示するグラフである。図５は、離調調整における離調度と素子感度（ジャイロ素子感度）との相関のスペクトルを例示し、図５（ａ）は検出２モードを基準としたときの離調度と素子感度との相関を示し、図５（ｂ）は離調度と素子感度バラツキとの相関を示すグラフである。

上述したジャイロ素子３００では、図３に示すように、駆動振動腕２ａ，２ｂを所定の共振周波数（振動周波数）で駆動（振動）する駆動振動モード（Ｘ軸方向の振動）と、駆動振動腕２ａ，２ｂの振動方向と直交し、検出振動腕３ａ，３ｂにて角速度（コリオリ力）を検出する検出振動モード（Ｚ軸方向）との振動モードを有している。さらに、検出振動モードには、一対の検出振動腕３ａ，３ｂが互いに逆位相で振動する少なくとも二つの検出振動モードが存在している。

図３に示す検出振動モードは、第１共振周波数（振動周波数）ｆ１をピーク感度とする検出１モード、および第２共振周波数（振動周波数）ｆ２をピーク感度とする検出２モードの二つの検出振動モードが存在する例を示している。そして、従来例では、検出１モードと検出２モードとの間に共振周波数（振動周波数）ｆ０の駆動振動モードが存在したが、本実施形態では、検出１モードおよび検出２モードよりも高い共振周波数である第３共振周波数（振動周波数）ｆ３に駆動振動モードが存在する。なお、駆動振動モードの共振数周波数は、検出１モードおよび検出２モードよりも低い共振周波数である第４共振周波数（振動周波数）ｆ４に駆動振動モードを存在させてもよい。

ジャイロ素子３００では、角速度（コリオリ力）の検出振動モードの共振周波数に近い周波数で駆動振動腕２ａ，２ｂを振動させると、駆動振動（駆動振動モード）に対して駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂの双方が振れやすくなり、検出振動腕３ａ，３ｂにおいて、より大きな検出信号を得ることができる。すなわち、ジャイロ素子３００の検出感度を向上させることができる。

そして、検出振動モードの共振周波数と駆動振動腕２ａ，２ｂの共振周波数とを近づけるため、駆動振動腕２ａ，２ｂに設けられた幅広部としての錘部５２ａ，５２ｂを、例えばレーザー光などによってトリミングすることによって質量調整をおこなう。なお、この質量調整によって共振周波数の調整を行う処理を離調調整という。このように、幅広部としての錘部５２ａ，５２ｂは、質量調整部の機能を備えており、錘部５２ａ，５２ｂを質量調整部として用いることにより、離調調整における調整範囲が広くとれるので、より小型で高感度な特性を有する振動素子を得ることが可能となる。また、幅広部としての錘部５２ａ，５２ｂを、トリミングすることにより質量調整を行うことができ、離調調整を効率よく行うことができる。

離調調整では、二つの検出振動モードの共振周波数の内の、いずれかの検出振動モードの共振周波数を一定にして、駆動振動モードの共振周波数を近づけるように調整する。換言すれば、二つの検出振動モードの共振周波数の内の、いずれかの検出振動モードの共振周波数と駆動振動モードの共振周波数とを近づけるように離調調整を行う。

ここで図４を参照して、検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関について説明する。まず、図４（ａ）に示すケース１は、例えば駆動振動腕２ａ，２ｂの厚みが厚くなる、および腕幅が細くなる、の少なくとも一つを生じ、駆動モードの共振周波数が検出振動モードの共振周波数より低くなった場合である。図４（ａ）に示すグラフは、この状態において、検出２モードの共振周波数ｆ２に対して（共振周波数ｆ２を一定として）離調調整を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関を示している。

同図において、曲線Ｃｕ１は、離調調整の行われる前の検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示し、曲線Ｃｕ２は、本ケースの離調調整（離調度）を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示している。なお、曲線Ｃｕ３は、さらに大きな離調調整（離調度）を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示している。

同図に示すように、離調調整を行うことにより、検出１モードの共振周波数ｆ１が、大きく変化し（同図では描画範囲外）、それに伴って、検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関が、曲線Ｃｕ１から曲線Ｃｕ２（曲線Ｃｕ３）のように移動する。具体的に曲線Ｃｕ２（曲線Ｃｕ３）は、検出２モードの共振周波数ｆ２と検出１モードの共振周波数ｆ１との間が広がり、それに伴って素子感度が低くなる帯域が広がった状態になり、共振周波数ｆ２よりも共振周波数が大きくなる領域では、大きな変化は生じない。このため、従来例である検出１モードの共振周波数ｆ１と検出２モードの共振周波数ｆ２との間に共振周波数（振動周波数）ｆ０の駆動振動モードが存在するパターンにおいては、駆動振動モードの共振周波数ｆ０を共振周波数ｆ０１に変化させると、素子感度が大きく低下してしまうとともに、素子感度のばらつきも大きくなってしまう。これに対し、本実施形態のように、検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも高い共振周波数である第３共振周波数（振動周波数）ｆ３に駆動振動モードが存在するパターンでは、駆動振動モードの共振周波数ｆ３を共振周波数ｆ３１に変化させる離調調整を行っても、素子感度に若干の変化は生じるが、殆んど低下しない状態となる。また、素子感度のばらつきも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。

次に、図４（ｂ）に示すケース２について説明する。ケース２は、例えば駆動振動腕２ａ，２ｂの厚みが薄くなる、および腕幅が太くなる、の少なくとも一つを生じ、駆動モードの共振周波数が検出振動モードの共振周波数より高くなった場合である。図４（ｂ）に示すグラフは、この状態において、検出２モードの共振周波数ｆ２に対して（共振周波数ｆ２を一定として）離調調整を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関を示している。同図において、曲線Ｃｕ１は、離調調整の行われる前の検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示し、曲線Ｃｕ２は、本ケースの離調調整（離調度）を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示している。なお、曲線Ｃｕ３は、さらに大きな離調調整（離調度）を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示している。なお、それぞれの曲線Ｃｕ１，Ｃｕ２，Ｃｕ３は、図４（ａ）の説明と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図４（ｂ）に示すケース２においても、ケース１と同様に離調調整を行うと、従来のパターンでは、素子感度が大きく低下してしまうとともに、素子感度のばらつきも大きくなる。それに対し、本実施形態のパターンでは、素子感度は殆んど低下しない。また、実施形態のパターンでは、素子感度のばらつきも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。

次に、図５を参照して、離調調整における離調度と素子感度との相関について説明する。図５（ａ）は、検出２モードの共振周波数ｆ２を一定としたときの離調度を、横軸にとったときの検出１モード、検出２モード、および駆動モードにおける素子感度との相関を示している。また、図５（ｂ）は、検出２モードの共振周波数ｆ２を一定としたときの離調度を、横軸にとったときの検出１モード、検出２モード、および駆動モードにおける素子感度バラツキとの相関を示している。

図５（ａ）に示すように、離調度と検出１モード、検出２モード、および駆動モードにおける素子感度との相関は、前述した検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関と同様な挙動を示す。同図において、曲線Ｃｕ１は、離調調整の行われる前の検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示し、曲線Ｃｕ２は、本ケースの離調調整（離調度）を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示している。なお、曲線Ｃｕ３は、さらに大きな離調調整（離調度）を行った場合の、検出１モード、検出２モード、および駆動モードを示している。

同図に示すように、離調調整を行うことにより、検出１モードの離調度が、大きく変化し（同図では描画範囲外）、それに伴って、検出１モード、検出２モード、および駆動モードに係る離調度と素子感度との相関が、曲線Ｃｕ１から曲線Ｃｕ２（曲線Ｃｕ３）のように移動する。具体的に曲線Ｃｕ２（曲線Ｃｕ３）は、離調度が負（マイナス（−））の領域における検出２モードと検出１モードとの間隔が広がり、それに伴って素子感度が低くなる領域が広がった状態になる。それに対し、離調度が正（プラス（＋））の領域では、素子感度に関して若干の変化はみられるものの大きな変化は生じない。このため、従来例である検出１モードと検出２モードとの間に駆動振動モードが存在するパターンにおいては、離調調整によって素子感度が大きく低下してしまうとともに、素子感度のばらつきも大きくなってしまう。これに対し、本実施形態のように、検出１モードおよび検出２モードよりも離調度の大きな位置に駆動モードが存在するパターンでは、離調調整を行っても、素子感度は殆んど低下せず、素子感度のばらつきも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。

また、離調度と、検出１モード、検出２モード、および駆動モードにおける素子感度バラツキとの間には、図５（ｂ）に示す曲線Ｃｕ５および曲線Ｃｕ６のような相関が見られる。曲線Ｃｕ５は、基準となる検出２モード（離調度０％）より、離調度がプラス（＋）側となっている場合の相関を示しており、離調度がプラス（＋）側に移行するにつれて２次的に素子感度バラツキが大きくなることがわかる。また、曲線Ｃｕ６は、基準となる検出２モード（離調度０％）より、離調度がマイナス（−）側となっている場合の相関を示しており、離調度がプラス（＋）側に移行するにつれて２次的に素子感度バラツキが大きくなることがわかる。すなわち、離調調整の離調度の絶対値が、０．５％〜８％の範囲内にあれば、素子感度バラツキは、小さく抑えることができる。

なお、基準となる検出２モード（離調度０％）より、離調度がマイナス（−）側となっている場合とは、検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも高い共振周波数である第３共振周波数（振動周波数）ｆ３に駆動振動モードが存在するパターンである。また、基準となる検出２モード（離調度０％）より、離調度がプラス（＋）側となっている場合とは、検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも低い共振周波数である第４共振周波数（振動周波数）ｆ４（図３参照）に駆動振動モードが存在するパターンである。

図５（ｂ）に示されているように、駆動振動腕２ａ，２ｂの共振周波数ｆ３（図４参照）と検出振動腕３ａ，３ｂの共振周波数ｆ２（図４参照）とを近づける離調調整の離調度の絶対値を、０．５％〜８％の範囲内とすることにより、離調調整でのトリミング加工などによる検出感度の低下やばらつきを抑制することができる。これは、離調調整における曲線Ｃｕ１と曲線Ｃｕ２（Ｃｕ３）の（検出感度スペクトル）の変化が少ない領域に、駆動振動モードがあるため、離調度が変化することによる素子感度バラツキも小さくなることによる。

上述のように、ジャイロ素子３００は、検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも高い共振周波数である第３共振周波数（振動周波数）ｆ３に駆動振動モードが存在するパターンであるため、駆動振動モードの共振周波数ｆ３を共振周波数ｆ３１に変化させる離調調整を行っても、素子感度に若干の変化は生じるが、殆んど低下しない状態となる。また、素子感度バラツキも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。また、同様に、検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも低い共振周波数である第４共振周波数（振動周波数）ｆ４に駆動振動モードが存在するパターンにおいても、離調調整によって素子感度に若干の変化は生じるが、殆んど低下しない状態となる。また、素子感度バラツキも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。

なお、上記第１実施形態に係るジャイロ素子３００の説明では、基部１の一方端に、一対の検出振動腕３ａ，３ｂと、検出振動腕３ａ，３ｂを挟む一対の調整用振動腕４ａ，４ｂと、が設けられ、他方端に一対の駆動振動腕２ａ，２ｂが設けられている例を用いたが、この構成に限らない。例えば、駆動振動腕と調整用振動腕とが、基部の同じ端から同方向に延出されている形態でもよい。

（第２実施形態）
＜ジャイロ素子−２＞
次に、図６を参照して、ジャイロ素子６００について説明する。図６は、第２実施形態に係る振動素子の一例としてのジャイロ素子６００を模式的に示す平面図である。図７は、第２実施形態に係るジャイロ素子６００を模式的に示す図であり、図７（ａ）は図６のＥ−Ｅ線での断面図、図７（ｂ）は図６のＦ−Ｆ線での断面図である。

図６および図７に示すように、ジャイロ素子６００は、基体６１０、振動体６２０、弾性支持体６３０、駆動部６４０、を含んでいる。ジャイロ素子６００は、基体６１０に設けられた凹部６１４と間隙を介して振動体６２０が設けられている。振動体６２０は、基体６１０の第１面６１１に（基体６１０上に）設けられた固定部６１７に弾性支持体６３０を介して支持されている。なお、振動体６２０、弾性支持体６３０、および駆動部６４０の一部（駆動用可動電極部６４１）を含む部位が、駆動振動部に相当する。

ジャイロ素子６００は、振動体６２０の検出部６６０においてＹ軸まわりの角速度を検出するジャイロ素子（静電容量型ＭＥＭＳジャイロ素子）である。なお、便宜上、図６では、基体６１０を透視して図示している。また、基体６１０の振動体６２０が設けられる基面である第１面６１１（図７参照）の法線方向から見ること、即ち基体６１０に支持されている振動体６２０を上方から見ることを、以下、「平面視」という。

基体６１０は、図７に示すように、第１面６１１と、第１面６１１と反対側の第２面６１１ｂと、を有している。第１面６１１には、凹部６１４が設けられている。凹部６１４の上方には、間隙を介して、振動体６２０（検出部６５０、および支持部６１２）、弾性支持体６３０、および駆動部６４０（駆動用可動電極部６４１、および駆動用固定電極部６４２）が設けられている。凹部６１４によって、振動体６２０、弾性支持体６３０、および駆動部６４０の一部（駆動用可動電極部６４１）は、基体６１０に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。基体６１０の材質としては、例えば、ガラス、シリコンを用いることができる。本実施形態の凹部６１４の平面形状（Ｚ軸方向から見たときの形状）は、長方形であるが、特に限定されない。凹部６１４は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。

基体６１０は、図７に示すように振動体６２０の形態に応じて、第１面６１１に適宜設けられる固定部６１７を有している。固定部６１７は、振動体６２０を支持する弾性支持体６３０の一端６１５が固定（接合）され、弾性支持体６３０を介して振動体６２０を支持する部分である。図６および図７に示すように、弾性支持体６３０の一端６１５（固定部６１７）は、Ｘ軸方向において振動体６２０を挟むように配置されていてもよい。また、弾性支持体６３０の一端６１５は、Ｙ軸方向において振動体６２０を挟むように配置されていてもよい。即ち、弾性支持体６３０の一端６１５は、２か所、あるいは４か所設けられていてもよい。

固定部６１７の第１面６１１（基体６１０）と、弾性支持体６３０、駆動用固定電極部６４２などと、の固定（接合）方法は、特に限定されないが、例えば、基体６１０の材質がガラスであり、振動体６２０等の材質がシリコンである場合は、陽極接合を適用することができる。

振動体６２０は、基体６１０の第１面６１１に（基体６１０上に）弾性支持体６３０を介して支持されている。振動体６２０は、検出部６５０、および検出部６５０と接続された支持部６１２を有している。振動体６２０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。振動体６２０は、例えば、シリコン基板（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によって加工することにより形成される。

振動体６２０は、弾性支持体６３０の一端６１５によって弾性支持体６３０を介して固定部６１７に支持されており、基体６１０と離間して配置されている。より具体的には、基体６１０に形成された凹部６１４の上方に間隙を介して、振動体６２０が設けられている。振動体６２０は、後述する検出部６５０を囲むフレーム状の形状（枠状）の支持部６１２を有している。振動体６２０は、図示しない中心線（Ｘ軸に沿った直線、あるいはＹ軸に沿った直線）に対して、対称となる形状であってもよい。

弾性支持体６３０は、Ｘ軸方向に振動体６２０を変位し得るように構成されている。より具体的には、弾性支持体６３０は、弾性支持体６３０の一端６１５から振動体６２０までＸ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状を有している。弾性支持体６３０の一端６１５は、固定部６１７（基体６１０の第１面６１１）に接合（固定）されている。また、弾性支持体６３０の他端は、振動体６２０の支持部６１２に接続されている。本実施形態では、弾性支持体６３０は、振動体６２０をＸ軸方向において挟むように、４つ設けられている。

弾性支持体６３０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。弾性支持体６３０は、例えば、シリコン基板（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によって振動体６２０と共に一体的に加工することにより形成される。

検出部６５０は、平面視で、振動体６２０の支持部６１２の内側（振動体６２０の中心側）に設けられている。換言すれば、検出部６５０は、支持部６１２に対して、後述する駆動部６４０の配置側と反対側に設けられている。検出部６５０は、可動電極としての第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と、第１フラップ板６５１と接続された第１梁部６５２と、第２フラップ板６５３と接続された第２梁部６５４と、検出用固定電極６５５と、を有している。第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３は、前述のように、シリコンに、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されている。ここで、第１フラップ板６５１および第１フラップ板６５１と接続された第１梁部６５２と、第２フラップ板６５３および第２フラップ板６５３と接続された第２梁部６５４とを含む部位が、検出振動部に相当する。

第１フラップ板６５１は、第１梁部６５２のＸ軸方向の中央部分に位置する接続部で第１梁部６５２と接続されている。第１梁部６５２は、支持部６１２の内のＸ軸に沿った一方の延在部分に沿って設けられ、支持部６１２の内の、Ｙ軸に沿って延在し、互いに対向する二つの延在部分に両端が接続されている。第１フラップ板６５１の第１梁部６５２と接続されている端と反対側の端は、自由端となっている。第１フラップ板６５１は、第１梁部６５２を回転軸としてＺ軸方向に搖動することができる。

また、第２フラップ板６５３は、第２梁部６５４のＸ軸方向の中央部分に位置する接続部で第２梁部６５４と接続されている。第２梁部６５４は、第１梁部６５２側（＋Ｙ軸方向）に位置する一方の支持部６１２の延在部分と、検出部６５０を挟んだ反対側（−Ｙ軸方向）に位置する他方の支持部６１２の延在部分に沿って設けられている。

第２梁部６５４は、支持部６１２のＹ軸方向に沿って対向する二つの延在部分の内側に、両端が接続されている。第２フラップ板６５３の第２梁部６５４と接続されている端と反対側の端は、自由端となっている。第２フラップ板６５３は、第２梁部６５４を回転軸としてＺ軸方向に搖動することができる。第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３のそれぞれの自由端は、Ｙ軸方向の内側を向くように配置され、間隙を有して対向するように設けられている。

検出用固定電極６５５は、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と間隙を有して対向し、平面視で第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３の配置された領域に略重なるように設けられている。検出用固定電極６５５は、基体６１０の第１面６１１に設けられた凹部６１４の底面６１３に設けられている。

基体６１０の凹部６１４の底面６１３に設けられている検出用固定電極６５５は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明電極材料をスパッタリング法などによって成膜し、フォトリソグラフィー法、エッチング法などでパターニングされることによって形成される。なお、検出用固定電極６５５は、透明電極材料に限らず、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料を用いることができる。また、基体６１０がシリコンのような半導体材料においては、駆動用固定電極部６４２との間に、絶縁層を有していることが好ましい。絶縁層としては、例えばＳｉＯ₂（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）などを用いることができる。

駆動部６４０は、振動体６２０を励振することができる機構を有する。なお、駆動部６４０の構成および数は、振動体６２０を励振することができる限り、特に限定されない。例えば、駆動部６４０は、振動体６２０に直接設けられていてもよい。駆動部６４０は、図６に示すように、振動体６２０（支持部６１２）のＹ軸方向の外側に接続された駆動用可動電極部６４１と、基体６１０に駆動用可動電極部６４１と所定の距離を介して対向配置された駆動用固定電極部６４２から構成されている。なお、駆動部６４０は、振動体６２０に直接接続せずに静電力等によって振動体６２０を励振する機構を有し、振動体６２０の外側に配置されていてもよい。

駆動用可動電極部６４１は、振動体６２０に接続されて複数設けられていてもよい。図示の例では、駆動用可動電極部６４１は、振動体６２０から＋Ｙ軸方向（または−Ｙ軸方向）に延出している幹部と、該幹部から＋Ｘ軸方向および−Ｘ軸方向に延出している複数の枝部と、を有する櫛歯状電極に設けられている。

駆動用固定電極部６４２は、駆動用可動電極部６４１の外側に配置されている。駆動用固定電極部６４２は、基体６１０の第１面６１１に接合（固定）されている。図示の例では、駆動用固定電極部６４２は複数設けられ、駆動用可動電極部６４１を介して対向配置されている。駆動用可動電極部６４１が櫛歯状の形状を有する場合、駆動用固定電極部６４２の形状は、駆動用可動電極部６４１に対応した櫛歯状電極であってもよい。

駆動部６４０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。駆動部６４０は、例えば、シリコン基板（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によって振動体６２０と共に一体的に加工することにより形成される。

このような構成のジャイロ素子６００は、次のようにしてＹ軸まわりの角速度ωを検出する。ジャイロ素子６００の駆動振動は、角速度ωが加わらない状態において、支持部６１２に接続された駆動部６４０における駆動用固定電極部６４２と駆動用可動電極部６４１との間に生じる静電力により、振動体６２０がＸ軸に沿って往復振動（運動）を行う。より具体的には、駆動用固定電極部６４２と駆動用可動電極部６４１との間に交番電圧を印加する。これにより、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３などを含む振動体６２０を、所定の周波数で、Ｘ軸に沿って振動させることができる。

ジャイロ素子６００が駆動振動している状態で、Ｙ軸回りの角速度ωを受けるとＺ軸方向のコリオリ力が生じ、振動体６２０（第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３）はＺ軸方向に振動する。このＺ軸方向の振動により生じる容量変化を検出することで、角速度を算出することができる。具体的には、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３にＤＣ電圧を印加した状態で、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３がＺ軸方向に振動（搖動）すると、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と検出用固定電極６５５との間の距離が変化し、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と検出用固定電極６５５との間の静電容量が変化する。その容量変化を検出用固定電極６５５の電流変化として検出することによって角速度ωを求めることができる。

次に、ジャイロ素子６００における振動モードについて説明する。なお、以下の説明では、振動体６２０、弾性支持体６３０、および駆動部６４０の一部（駆動用可動電極部６４１）を含む部位を駆動振動部とし、第１フラップ板６５１および第１フラップ板６５１と接続された第１梁部６５２と、第２フラップ板６５３および第２フラップ板６５３と接続された第２梁部６５４とを含む部位を検出振動部として説明する。

ジャイロ素子６００においても、前述した第１実施形態のジャイロ素子３００と同様に、図３に示すような、駆動振動部を所定の共振周波数（振動周波数）で駆動（振動）する駆動振動モード（Ｘ軸方向の振動）と、駆動振動部の振動方向と直交し、検出振動部にて角速度（コリオリ力）を検出する検出振動モード（Ｚ軸方向）との振動モードを有している。さらに、検出振動モードには、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３が互いに逆位相で振動する少なくとも二つの検出振動モードが存在している。なお、この検出モードについては、前述した第１実施形態における説明と同様であるので、詳細な説明は省略するが、本実施形態においても、検出振動モードは、第１共振周波数（振動周波数）ｆ１をピーク感度とする検出１モード、および第２共振周波数（振動周波数）ｆ２をピーク感度とする検出２モードの二つの検出振動モードが存在する。そして、検出１モードおよび検出２モードよりも高い共振周波数である第３共振周波数（振動周波数）ｆ３に駆動振動モードが存在する。なお、駆動振動モードの共振数周波数は、検出１モードおよび検出２モードよりも低い共振周波数である第４共振周波数（振動周波数）ｆ４に駆動振動モードを存在させてもよい。

ジャイロ素子６００では、角速度（コリオリ力）の検出振動モードの共振周波数に近い周波数で駆動振動部を振動させると、駆動振動（駆動振動モード）に対して駆動振動部および検出振動部の双方が振れやすくなり、検出振動部において、より大きな検出信号を得ることができる。すなわち、ジャイロ素子６００の検出感度を向上させることができる。

そして、検出振動モードの共振周波数と駆動振動部の共振周波数とを近づけるため、駆動振動部の質量調整、すなわち離調調整を行う。離調調整では、前述の第１実施形態と同様に、二つの検出振動モードの共振周波数の内の、いずれかの検出振動モードの共振周波数を一定にして、駆動振動モードの共振周波数を近づけるように調整する。換言すれば、二つの検出振動モードの共振周波数の内の、いずれかの検出振動モードの共振周波数と駆動振動モードの共振周波数とを近づけるように離調調整を行う。

なお、離調調整における検出１モード、検出２モード、および駆動モードの共振周波数と素子感度との相関については、図４および図５を用いた前述の第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略するが、本実施形態のジャイロ素子６００においても前述の第１実施形態のジャイロ素子３００と同様の効果を有している。詳細には、ジャイロ素子６００においても、図４および図５に示す検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも高い共振周波数である第３共振周波数（振動周波数）ｆ３に駆動振動モードが存在するパターンであるため、駆動振動モードの共振周波数ｆ３を共振周波数ｆ３１に変化させる離調調整を行っても、素子感度に若干の変化は生じるが、殆んど低下しない状態となる。また、素子感度のばらつきも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。

また、離調度と、検出１モード、検出２モード、および駆動モードにおける素子感度バラツキとの相関においても、前述の第１実施形態と同様であるため説明を省略するが、離調調整の離調度の絶対値が、０．５％〜８％の範囲内にあれば、素子感度バラツキを小さく抑えることができる。

上述のように、ジャイロ素子６００によれば、検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも高い共振周波数である第３共振周波数（振動周波数）ｆ３に駆動振動モードが存在するため、駆動振動モードの共振周波数ｆ３を共振周波数ｆ３１に変化させる離調調整を行っても、素子感度に若干の変化は生じるが、殆んど低下しない状態となる。また、素子感度バラツキも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。また、同様に、検出１モードの共振周波数ｆ１および検出２モードの共振周波数ｆ２よりも低い共振周波数である第４共振周波数（振動周波数）ｆ４に駆動振動モードが存在するパターンにおいても、離調調整によって素子感度に若干の変化は生じるが、殆んど低下しない状態となる。また、素子感度バラツキも小さく抑えることができることから、安定した素子感度を維持することができる。

（電子デバイスとしてのジャイロセンサー）
次に、第１実施形態に係るジャイロ素子３００を備えた電子デバイスとしてのジャイロセンサーについて、図８を参照して説明する。図８は、電子デバイスの一例としてのジャイロセンサーの概略を示す正断面図である。

図８に示すように、ジャイロセンサー５００は、パッケージ５１０の凹部に、ジャイロ素子３００と、回路部としての半導体装置５２０と、を収容し、パッケージ５１０の開口部を蓋体５３０により密閉し、内部を気密に保持されている。パッケージ５１０は、平板上の第１基板５１１と、第１基板５１１上に、枠状の第２基板５１２、第３基板５１３、第４基板５１４、を順に積層、固着して形成され、半導体装置５２０とジャイロ素子３００とが収容される凹部が形成される。基板５１１，５１２，５１３，５１４は、例えばセラミックスなどにより形成される。

第１基板５１１は、凹部側の半導体装置５２０が搭載される電子部品搭載面５１１ａには、半導体装置５２０が載置され固定されるダイパッド５１５が設けられている。半導体装置５２０はダイパッド５１５上に、例えば、ろう材（ダイアタッチ材）５４０によって接着され、固定されている。

回路部としての半導体装置５２０は、ジャイロ素子３００を駆動振動させるための励振手段としての駆動回路と、角速度が加わったときにジャイロ素子３００に生じる検出振動を検出する検出手段としての検出回路と、を有する。具体的には、半導体装置５２０が有する駆動回路は、ジャイロ素子３００の一対の駆動振動腕２ａ，２ｂ（図１参照）にそれぞれ形成された駆動電極１１ａ，１１ｂ，１２ｃおよび駆動電極１１ｃ，１２ａ，１２ｂ（図２参照）に駆動信号を供給する。また、半導体装置５２０が有する検出回路は、ジャイロ素子３００の一対の検出振動腕３ａ，３ｂにそれぞれ形成された検出電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂおよび検出電極３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ（図２参照）に生じる検出信号を増幅させて増幅信号を生成し、該増幅信号に基づいてジャイロセンサー５００に加わった回転角速度を検出する。

第２基板５１２は、ダイパッド５１５上に搭載される半導体装置５２０が収容可能な大きさの開口を有する枠状の形状に形成されている。第３基板５１３は、第２基板５１２の開口より広い開口を有する枠状の形状に形成され、第２基板５１２上に積層され、固着される。そして第２基板５１２に第３基板５１３が積層されて第３基板５１３の開口の内側に現れる第２基板面５１２ａには、半導体装置５２０の図示しない電極パッドと電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷが接続される複数のＩＣ接続端子５１２ｂが形成されている。そして、半導体装置５２０の図示しない電極パッドとパッケージ５１０に設けられたＩＣ接続端子５１２ｂとが、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。すなわち、半導体装置５２０に設けられた複数の電極パッドと、パッケージ５１０の対応するＩＣ接続端子５１２ｂとが、ボンディングワイヤーＢＷにより接続されている。また、ＩＣ接続端子５１２ｂのいずれかは、パッケージ５１０の図示しない内部配線により、第１基板５１１の外部底面５１１ｂに設けられた複数の外部接続端子５１１ｃに電気的に接続されている。

第３基板５１３上には、第３基板５１３の開口より広い開口を有する第４基板５１４が積層され、固着されている。そして、第３基板５１３に第４基板５１４が積層されて第４基板５１４の開口の内側に現れる第３基板面５１３ａには、ジャイロ素子３００に形成された接続パッド（図示せず）と接続される複数のジャイロ素子接続端子５１３ｂが形成されている。ジャイロ素子接続端子５１３ｂは、パッケージ５１０の図示しない内部配線によってＩＣ接続端子５１２ｂのいずれかと電気的に接続されている。ジャイロ素子３００は、第３基板面５１３ａにジャイロ素子３００の第１支持部５ｂ、第２支持部６ｂ（図１参照）を、接続パッドとジャイロ素子接続端子５１３ｂとに位置を合わせて載置され、導電性接着剤５５０によって接着固定される。

更に、第４基板５１４の開口の上面に蓋体５３０が配置され、パッケージ５１０の開口を封止し、パッケージ５１０の内部が気密封止され、ジャイロセンサー５００が得られる。蓋体５３０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、あるいはガラスなどを用いて形成することができる。例えば、金属により蓋体５３０を形成した場合には、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング５６０を介してシーム溶接することによりパッケージ５１０と接合される。パッケージ５１０および蓋体５３０によって形成される凹部空間は、ジャイロ素子３００が動作するための空間となるため、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することが好ましい。

電子デバイスとしてのジャイロセンサー５００によれば、素子感度のばらつきも小さく抑え、安定した素子感度を維持することができるジャイロ素子３００を備えているため、安定したセンシング特性を発揮することができる。また、上記構成のようなパッケージタイプのジャイロセンサー５００は、小型化・薄型化に有利であるとともに耐衝撃性を高くすることができる。

なお、本発明に係る振動素子を適用可能な電子デバイスとしては、ジャイロセンサー５００の他にも、例えば、センシングデバイスやタイミングデバイスなどを挙げることができる。

（電子機器）
次に、図９を参照して、前述の実施形態に係る振動素子を備えた電子機器について説明する。なお、以下の説明では、振動素子の一例としてジャイロ素子３００を用いた例について説明する。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、ジャイロ素子３００を備える電子機器の一例を示す斜視図である。

図９（ａ）は、電子機器としてのデジタルビデオカメラ１０００にジャイロ素子３００を適用した例を示す。デジタルビデオカメラ１０００は、受像部１１００、操作部１２００、音声入力部１３００、及び表示ユニット１４００を備えている。このようなデジタルビデオカメラ１０００に、上述の実施形態のジャイロ素子３００を搭載する手ぶれ補正機能を具備させることができる。

図９（ｂ）は、電子機器としての携帯電話機２０００にジャイロ素子３００を適用した例を示す。図９（ｂ）に示す携帯電話機２０００は、複数の操作ボタン２１００及びスクロールボタン２２００、並びに表示ユニット２３００を備える。スクロールボタン２２００を操作することによって、表示ユニット２３００に表示される画面がスクロールされる。

図９（ｃ）は、電子機器としての情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）３０００にジャイロ素子３００を適用した例を示す。図８（ｃ）に示すＰＤＡ３０００は、複数の操作ボタン３１００及び電源スイッチ３２００、並びに表示ユニット３３００を備える。電源スイッチ３２００を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット３３００に表示される。

このような携帯電話機２０００やＰＤＡ３０００に、上述の実施形態のジャイロ素子３００を搭載することにより、様々な機能を付与することができる。例えば、図９（ｂ）の携帯電話機２０００に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、上記のデジタルビデオカメラ１０００と同様に、手振れ補正を行うことができる。また、図９（ｂ）の携帯電話機２０００や、図９（ｃ）のＰＤＡ３０００に、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）として広く知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上述の実施形態のジャイロ素子３００を搭載することにより、ＧＰＳによって、携帯電話機２０００やＰＤＡ３０００の位置や姿勢を認識させることができる。

なお、本発明の実施形態に係るジャイロ素子３００を一例とする振動素子は、図９（ａ）のデジタルビデオカメラ１０００、図９（ｂ）の携帯電話機、および図９（ｃ）の情報携帯端末の他にも、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、ページャー、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）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。

（移動体）
次に、前述の実施形態に係る振動素子を備えた移動体について説明する。なお、以下の説明では、振動素子の一例としてジャイロ素子３００を用いた例について説明する。図１０は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１５００には、ジャイロ素子３００が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１５００には、ジャイロ素子３００を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット１５１０が車体に搭載されている。また、ジャイロ素子３００は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に広く適用できる。

以上、実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態および変形例では、振動素子あるいは振動素子としてのジャイロ素子の形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。また、圧電体材料以外の材料を用いて振動素子を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いて振動素子を形成することもできる。また、振動素子の振動（駆動）方式は圧電駆動に限らない。圧電基板を用いた圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動素子においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。

１…基部、１ａ，１ｂ…基部の一端としての端部、２ａ，２ｂ…駆動振動部としての駆動振動腕、２ｃ，２ｇ…表面、２ｄ，２ｈ…裏面、２ｅ，２ｆ，２ｋ，２ｊ…側面、３ａ，３ｂ…検出振動部としての検出振動腕、３ｃ，３ｇ…表面、３ｄ，３ｆ…裏面、３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ…側面、３ｍ，３ｎ，３ｒ，３ｓ…電極分割部、４ａ，４ｂ…調整用振動腕、５ａ…第１連結部、５ｂ…第１支持部、６ａ…第２連結部、６ｂ…第２支持部、７…固定枠部、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…駆動電極、２１ａ，２１ｂ，３２ａ，３２ｂ…第１検出電極、２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ…第２検出電極、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ…錘部、５８ａ，５８ｂ…凹部、３００，６００…振動素子としてのジャイロ素子、５００…電子デバイスとしてのジャイロセンサー、１０００…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、１５００…移動体としての自動車、２０００…電子機器としての携帯電話機、３０００…電子機器としての情報携帯端末（ＰＤＡ）、ｆ０…従来例の共振周波数、ｆ０１…従来例の共振周波数、ｆ１…検出１モードの共振周波数、ｆ２…検出２モードの共振周波数、ｆ３…第３共振周波数、ｆ３１…共振周波数、ｆ４…第４共振周波数。

Claims (7)

1. 駆動振動部と、
   前記駆動振動部に生じたコリオリ力に共振して振動する検出振動部と、を備え、
   前記検出振動部における検出のための振動モードとして、検出１モードおよび検出２モードを有し、
   前記検出１モードの振動周波数、および前記検出２モードの振動周波数より、前記駆動振動部の振動周波数が高い、または前記検出１モードの振動周波数、および前記検出２モードの振動周波数より、前記駆動振動部の振動周波数が低いことを特徴とする振動素子。
2. 請求項１に記載の振動素子において、
   前記駆動振動部の振動周波数と前記検出振動部の振動周波数との離調度の絶対値は、０．５％〜８％の範囲内にあることを特徴とする振動素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の振動素子において、
   基部を備え、
   前記駆動振動部および前記検出振動部は、前記基部から延出されており、
   前記駆動振動部および前記検出振動部の少なくとも一方の、前記基部と接続する一端とは反対側の他端側に幅広部が設けられていることを特徴とする振動素子。
4. 請求項３に記載の振動素子において、
   前記幅広部は、質量調整部であることを特徴とする振動素子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動素子と、
   少なくとも、前記振動素子を駆動振動する回路部と、
   前記振動素子および前記回路部の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えていることを特徴とする電子デバイス。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
7. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。

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