JP2016176893A - Angular velocity detection element, angular velocity detection device, electronic apparatus and mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角速度検出素子、角速度検出デバイス、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to an angular velocity detection element, an angular velocity detection device, an electronic apparatus, and a moving body.
従来から、角速度を検出するためのジャイロ素子として、特許文献1のようなジャイロ素子が知られている。特許文献1に記載のジャイロ素子は、基部と、基部からY軸の一方側に延出している一対の振動腕と、基部からY軸の他方側に延出している一対の検出腕と、を有している。このジャイロ素子では、一対の振動腕をX軸逆相モードの駆動振動モードで駆動させた状態で、Y軸まわりの角速度が加わると、一対の検出腕にZ軸逆相モードの検出振動モードが励振され、この振動によって発生する信号に基づいてY軸まわりの角速度を検出することができる。しかしながら、特許文献1のジャイロ素子では、不要振動モード(特に、X軸双屈曲振動モード)が結合し易く、これにより、角速度の検出精度が低下するという問題がある。
Conventionally, as a gyro element for detecting an angular velocity, a gyro element as disclosed in
本発明の目的は、不要振動を低減し、検出精度の低下を低減することのできる角速度検出素子、角速度検出デバイス、電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an angular velocity detection element, an angular velocity detection device, an electronic apparatus, and a moving body that can reduce unnecessary vibrations and reduce a decrease in detection accuracy.
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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
本適用例の角速度検出素子は、支持部と、前記支持部に支持され、第1方向に離間して配置されている第1振動系および第2振動系と、を備える振動基板を有し、
前記第1振動系は、前記支持部に支持されている第1基部と、前記第1基部に接続されている2つの第1振動腕と、を有し、
前記第2振動系は、前記支持部に支持されている第2基部と、前記第2基部に接続されている2つの第2振動腕と、を有し、
前記第1基部と前記第2基部は、前記第1方向に離間して配置され、
駆動振動モードでは、前記2つの第1振動腕が前記第1方向に同相で屈曲振動すると共に、前記2つの第2振動腕が前記第1方向に同相でかつ前記2つの第1振動腕とは逆相で屈曲振動することを特徴とする。
これにより、検出振動モードの共振周波数から、不要振動モード(特に、第1方向への双屈曲振動モード)の共振周波数を離間させることができる。そのため、検出振動モードに不要振動が結合することが低減され、優れた検出精度を有する角速度検出素子となる。
[Application Example 1]
The angular velocity detection element of this application example includes a vibration substrate including a support portion, and a first vibration system and a second vibration system that are supported by the support portion and are spaced apart from each other in the first direction.
The first vibration system includes a first base supported by the support portion, and two first vibrating arms connected to the first base,
The second vibration system includes a second base portion supported by the support portion, and two second vibration arms connected to the second base portion,
The first base and the second base are spaced apart in the first direction,
In the drive vibration mode, the two first vibrating arms are flexibly vibrated in the same direction in the first direction, and the two second vibrating arms are in phase in the first direction and the two first vibrating arms are It is characterized by bending vibration in the opposite phase.
Accordingly, the resonance frequency of the unnecessary vibration mode (particularly, the bi-bending vibration mode in the first direction) can be separated from the resonance frequency of the detection vibration mode. Therefore, coupling of unnecessary vibration to the detection vibration mode is reduced, and the angular velocity detection element having excellent detection accuracy is obtained.
[適用例2]
本適用例の角速度検出素子では、前記駆動振動モードでは、
前記2つの第1振動腕が前記第1方向に同相で屈曲振動すると共に、前記支持部の厚さ方向に逆相で屈曲振動し、
前記2つの第2振動腕が前記第1方向に同相で屈曲振動すると共に、前記支持部の厚さ方向に逆相で屈曲振動することが好ましい。
これにより、Z軸方向の振動がキャンセルされ、振動漏れを低減することができる。
[Application Example 2]
In the angular velocity detection element of this application example, in the driving vibration mode,
The two first vibrating arms bend and vibrate in the same phase in the first direction, and bend and vibrate in the opposite phase in the thickness direction of the support portion,
It is preferable that the two second vibrating arms bend and vibrate in the same phase in the first direction, and bend and vibrate in the opposite phase in the thickness direction of the support portion.
As a result, vibration in the Z-axis direction is canceled, and vibration leakage can be reduced.
[適用例3]
本適用例の角速度検出素子では、駆動振動モードの共振周波数をf1とし、
前記駆動振動モードで駆動させているときに検出軸まわりの角速度が加わることで励振される検出振動モードの共振周波数をf2とし、
前記第1方向への双屈曲振動モードの共振周波数をf3としたとき、
f3<f1<f2の関係を満足することが好ましい。
これにより、検出振動モードの共振周波数から、双屈曲振動モードの共振周波数を離間させることができる。
[Application Example 3]
In the angular velocity detection element of this application example, the resonance frequency of the drive vibration mode is f1,
The resonance frequency of the detection vibration mode excited by the addition of the angular velocity around the detection axis when driven in the drive vibration mode is f2,
When the resonance frequency of the bi-bending vibration mode in the first direction is f3,
It is preferable to satisfy the relationship of f3 <f1 <f2.
Thereby, the resonance frequency of the bi-bending vibration mode can be separated from the resonance frequency of the detection vibration mode.
[適用例4]
本適用例の角速度検出素子では、(f3−f1)/f1>2%なる関係を満足することが好ましい。
これにより、検出振動モードの共振周波数から、双屈曲振動モードの共振周波数をより離間させることができる。
[Application Example 4]
In the angular velocity detection element of this application example, it is preferable that the relationship of (f3-f1) / f1> 2% is satisfied.
Thereby, the resonance frequency of the bi-bending vibration mode can be further separated from the resonance frequency of the detection vibration mode.
[適用例5]
本適用例の角速度検出素子では、(f3−f1)/f1>3%なる関係を満足することが好ましい。
これにより、検出振動モードの共振周波数から、双屈曲振動モードの共振周波数をさらに離間させることができる。
[Application Example 5]
In the angular velocity detection element of this application example, it is preferable that the relationship of (f3-f1) / f1> 3% is satisfied.
Thereby, the resonance frequency of the bi-bending vibration mode can be further separated from the resonance frequency of the detection vibration mode.
[適用例6]
本適用例の角速度検出素子では、前記振動基板は、非圧電体材料で構成され、
前記第1振動腕および前記第2振動腕には、それぞれ、前記駆動振動モードを励振させる駆動部と、検出軸まわりの角速度を検出する検出部と、が設けられていることが好ましい。
これにより、角速度検出素子の構成が簡単なものとなる。
[Application Example 6]
In the angular velocity detection element of this application example, the vibration substrate is made of a non-piezoelectric material,
Preferably, each of the first vibrating arm and the second vibrating arm is provided with a driving unit that excites the driving vibration mode and a detection unit that detects an angular velocity around a detection axis.
This simplifies the configuration of the angular velocity detection element.
[適用例7]
本適用例の角速度検出素子では、前記振動基板は、圧電体材料で構成され、
前記第1振動腕および前記第2振動腕には、それぞれ、前記駆動振動モードを励振させる駆動部が設けられ、
前記第1基部および前記第2基部には、それぞれ、検出軸まわりの角速度を検出する検出部が設けられていることが好ましい。
これにより、角速度検出素子の構成が簡単なものとなる。
[Application Example 7]
In the angular velocity detecting element of this application example, the vibration substrate is made of a piezoelectric material,
Each of the first vibrating arm and the second vibrating arm is provided with a drive unit that excites the drive vibration mode,
Each of the first base and the second base is preferably provided with a detection unit that detects an angular velocity around a detection axis.
This simplifies the configuration of the angular velocity detection element.
[適用例8]
本適用例の角速度検出デバイスは、上記適用例の角速度検出素子と、
前記角速度検出素子を収容するパッケージと、を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い角速度検出デバイスが得られる。
[Application Example 8]
The angular velocity detection device of the application example includes the angular velocity detection element of the application example,
And a package that accommodates the angular velocity detection element.
Thereby, a highly reliable angular velocity detection device is obtained.
[適用例9]
本適用例の電子機器は、上記適用例の角速度検出素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い角速度検出デバイスが得られる。
[Application Example 9]
An electronic apparatus according to this application example includes the angular velocity detection element according to the application example described above.
Thereby, a highly reliable angular velocity detection device is obtained.
[適用例10]
本適用例の移動体は、上記適用例の角速度検出素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
[Application Example 10]
The moving body of this application example includes the angular velocity detection element of the above application example.
Thereby, a mobile body with high reliability is obtained.
以下、本発明の角速度検出素子、角速度検出デバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an angular velocity detecting element, an angular velocity detecting device, an electronic apparatus, and a moving body of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
1.角速度検出素子
<第1実施形態>
図1は、本発明のジャイロ素子(角速度検出素子)の第1実施形態を示す平面図である。図2は、図1中のA−A線断面図である。図3は、図1に示すジャイロ素子の駆動振動モードを示す図である。図4は、(a)が駆動振動モードを示す模式図、(b)が検出振動モードを示す模式図である。図5は、(a)が駆動振動モード時の検出信号を示す図、(b)が検出振動モード時の検出信号を示す図である。図6は、不要振動モードであるX軸双屈曲振動モードを示す模式図である。図7は、L2/L1と(f3−f1)/f1の関係を示すグラフである。図8は、振動腕の横断面形状の変形例を示す断面図である。なお、以下では、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸とする。また、説明の便宜上、+Z軸側を「上側」とも言い、−Z軸側を「下側」とも言う。
1. Angular Velocity Detection Element <First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a gyro element (angular velocity detecting element) of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a driving vibration mode of the gyro element shown in FIG. 4A is a schematic diagram showing a driving vibration mode, and FIG. 4B is a schematic diagram showing a detection vibration mode. 5A is a diagram illustrating a detection signal in the driving vibration mode, and FIG. 5B is a diagram illustrating a detection signal in the detection vibration mode. FIG. 6 is a schematic diagram showing an X-axis bi-bending vibration mode which is an unnecessary vibration mode. FIG. 7 is a graph showing the relationship between L2 / L1 and (f3-f1) / f1. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the vibrating arm. Hereinafter, the three axes orthogonal to each other are referred to as an X axis, a Y axis, and a Z axis. For convenience of explanation, the + Z axis side is also referred to as “upper side”, and the −Z axis side is also referred to as “lower side”.
図1に示すジャイロ素子(角速度検出素子)1は、Y軸まわりの角速度ωyを検出することのできるジャイロ素子である。このようなジャイロ素子1は、振動基板2と、振動基板2に配置された駆動部としての駆動用圧電素子(圧電素子)31、32、33、34、35、36、37、38と、振動基板2に配置された検出部としての検出用圧電素子(圧電素子)61、62、63、64と、振動基板2に配置された各種端子51、52、53、54と、振動基板2に配置された質量調整膜41と、を有している。
A gyro element (angular velocity detection element) 1 shown in FIG. 1 is a gyro element that can detect an angular velocity ωy about the Y axis. Such a
以下、ジャイロ素子1の構成ついて詳しく説明するが、以下では、角速度ωyが加わっていない状態での振動モードを「駆動振動モード」とも言い、駆動振動モードで駆動しているときに加わった角速度ωyによって励振される新たな振動モードを「検出振動モード」とも言う。
Hereinafter, the configuration of the
振動基板2の構成材料としては、所望の振動特性を発揮することができるものであれば、特に限定されず、各種圧電体材料、各種非圧電体材料を用いることができる。振動基板2を構成する圧電体材料としては、例えば、水晶、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)等の各種圧材料を用いることができる。
The constituent material of the
一方、振動基板2を構成する非圧電体材料としては、例えば、シリコン、石英等が挙げられる。特に、振動基板2を構成する非圧電体材料としてはシリコンが好ましい。シリコンで振動基板2を構成すると、優れた振動特性を有する振動基板2を比較的安価に実現することができる。また、公知の微細加工技術を用いて、エッチングにより高い寸法精度で振動基板2を形成することができる。そのため、以下では、説明の便宜上、振動基板2をシリコンで構成した場合について説明する。
On the other hand, examples of the non-piezoelectric material constituting the
このような振動基板2は、X軸方向に離間して配置された第1振動系20Aおよび第2振動系20Bと、これらを支持する支持部29と、を有している。また、第1振動系20Aは、支持部29の+Y軸側の端部に接続された基部21と、基部21の+Y軸側の端部から+Y軸側へ延出する振動腕22、23と、を有している。一方、第2振動系20Bは、支持部29の+Y軸側の端部に接続された基部24と、基部24の+Y軸側の端部から+Y軸側へ延出する振動腕25、26と、を有している。なお、前述したように、第1振動系20Aと第2振動系20Bとを離間して配置していることから、基部21と基部24との間には空隙Sが形成されている。また、第1振動系20Aと第2振動系20Bは、振動のバランスが取れるように対称的に形成されている。
Such a
なお、このような振動基板2の形状を言い換えると、基部21、24および支持部29を合わせて基部210と言うこともできる。この場合、振動基板2は、基部210と、基部210の+Y軸側の端部から+Y軸側に延出する4本の振動腕22、23、25、26と、を有しており、基部210が、振動腕23、25の間から−Y軸側に向けて形成された切り欠き211を有している、とも言える。
In other words, in other words, the shape of the
支持部29は、第1振動系20Aおよび第2振動系20B(基部21、24)を支持する。また、支持部29は、XY平面に広がりを有し、Z軸方向厚さを有する平板状をなしている。そして、この支持部29においてジャイロ素子1が対象物(例えば、後述するパッケージ8のベース81)に固定される。また、支持部29の下面には駆動信号端子51、駆動接地端子52、検出信号端子53および検出接地端子54がX軸方向に並んで設けられている。
The
基部21は、振動腕22、23を支持する。また、基部21は、XY平面に広がりを有し、Z軸方向に厚さを有する平板状をなしている。同様に、基部24は、振動腕25、26を支持する。また、基部24は、XY平面に広がりを有し、Z軸方向厚さを有する平板状をなしている。これら基部21、24は、X軸方向に離間し、間に空隙Sが形成されている。
The
振動腕22、23は、X軸方向に並んで設けられ、互いに基部21から+Y軸側へ延出している。また、図2に示すように、振動腕22、23の横断面形状は、略平行四辺形となっている。また、振動腕22、23の横断面形状である平行四辺形は、互いに反対側へ傾いており、YZ平面に対して対称となっている。
The vibrating
同様に、振動腕25、26は、X軸方向に並んで設けられ、互いに基部24から+Y軸側へ延出している。また、図2に示すように、振動腕25、26の横断面形状は、略平行四辺形となっている。また、振動腕25、26の横断面形状である平行四辺形は、互いに反対側へ傾いており、YZ平面に対して対称となっている。また、振動腕25の横断面形状である平行四辺形は、振動腕23の横断面形状である平行四辺形と同じ向きに傾き、振動腕26の横断面形状である平行四辺形は、振動腕22の横断面形状である平行四辺形と同じ向きに傾いている。
Similarly, the vibrating
また、振動腕22、23、25、26の先端部にはそれぞれ質量調整膜41が設けられている。例えば、必要に応じて質量調整膜41の一部を除去したり、質量調整膜41上にさらに質量を設けたりして、質量を変化させることで、振動腕22、23、25、26の周波数やZ軸方向への振幅を調整することができる。このような質量調整膜41は、金属膜で構成されている。
In addition,
また、振動腕22の上面には1対の駆動用圧電素子31、32と、検出用圧電素子61と、が設けられている。駆動用圧電素子31、32は、振動腕22の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子61は、これら駆動用圧電素子31、32の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。また、駆動用圧電素子31、32および検出用圧電素子61は、それぞれ、Y軸方向に沿って延在し、かつ、基部21まで延長されている。このような駆動用圧電素子31、32をY軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕22をX軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子61は、振動腕22のZ軸方向の振動(面外振動)に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
A pair of driving
また、振動腕23の上面には1対の駆動用圧電素子33、34と、検出用圧電素子62と、が設けられている。駆動用圧電素子33、34は、振動腕23の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子62は、これら駆動用圧電素子33、34の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。また、駆動用圧電素子33、34および検出用圧電素子62は、それぞれ、Y軸方向に沿って延在し、かつ、基部21まで延長されている。このような駆動用圧電素子33、34をY軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕23をX軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子62は、振動腕23のZ軸方向の振動(面外振動)に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
A pair of driving
また、振動腕25の上面には1対の駆動用圧電素子35、36と、検出用圧電素子63と、が設けられている。駆動用圧電素子35、36は、振動腕25の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子63は、これら駆動用圧電素子35、36の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。また、駆動用圧電素子35、36および検出用圧電素子63は、それぞれ、Y軸方向に沿って延在し、かつ、基部24まで延長されている。このような駆動用圧電素子35、36をY軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕25をX軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子63は、振動腕25のZ軸方向の振動(面外振動)に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
In addition, a pair of driving
また、振動腕26の上面には1対の駆動用圧電素子37、38と、検出用圧電素子64と、が設けられている。駆動用圧電素子37、38は、振動腕26の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子64は、これら駆動用圧電素子37、38の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。また、駆動用圧電素子37、38および検出用圧電素子64は、それぞれ、Y軸方向に沿って延在し、かつ、基部24まで延長されている。このような駆動用圧電素子37、38をY軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕26をX軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子64は、振動腕26のZ軸方向の振動(面外振動)に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
A pair of driving
検出用圧電素子61、62、63、64は、互いに同様の構成である。検出用圧電素子61、62、63、64は、図2に示すように、検出信号電極611、621、631、641と、検出信号電極611、621、631、641と対向配置されている検出接地電極612、622、632、642と、検出信号電極611、621、631、641および検出接地電極612、622、632、642の間に配置されている圧電体層613、623、633、643と、を有している。
The detection
また、検出用圧電素子61、62は、それぞれ、検出信号電極611、621を振動腕22、23側に向けて配置されている。反対に、検出用圧電素子63、64は、それぞれ、検出接地電極632、642を振動腕25、26側に向けて配置されている。また、検出信号電極611〜641は、それぞれ、図示しない配線を介して検出信号端子53に接続されており、検出接地電極612〜642は、それぞれ、図示しない配線を介して検出接地端子54に接続されている。
The detection
このような構成の検出用圧電素子61、62、63、64によれば、振動腕22、23、25、26がZ軸方向へ振動すると、当該振動に伴って圧電体層613、623、633、643が伸張または収縮し、検出信号電極611、621、631、641および検出接地電極612、622、632、642間に電荷が発生し、この電荷を信号として取り出することができる。このように、検出部として検出用圧電素子61、62、63、64を用いることで、検出部の構成が簡単なものとなると共に、振動基板2が圧電性を有していない場合でも、振動腕22、23、25、26のZ軸方向の振動に応じた信号を取り出すことができる。
According to the detection
また、駆動用圧電素子31、32、33、34、35、36、37、38は、互いに同様の構成である。図2に示すように、駆動用圧電素子31、32、33、34、35、36、37、38は、駆動信号電極311、321、331、341、351、361、371、381と、駆動信号電極311、321、331、341、351、361、371、381と対向配置された駆動接地電極312、322、332、342、352、362、372、382と、駆動信号電極311、321、331、341、351、361、371、381および駆動接地電極312、322、332、342、352、362、372、382の間に配置された圧電体層313、323、333、343、353、363、373、383と、を有している。
The drive
また、図2に示すように、駆動用圧電素子31、33、36、38は、駆動信号電極311、331、361、381を振動腕22、23、25、26側に向けて配置されており、反対に、駆動用圧電素子32、34、35、37は、駆動接地電極322、342、352、372を振動腕22、23、25、26側に向けて配置されている。また、駆動信号電極311〜381は、図示しない配線を介して駆動信号端子51に接続されており、駆動接地電極312〜382は、図示しない配線を介して駆動接地端子52に接続されている。
Further, as shown in FIG. 2, the driving
そのため、駆動信号端子51および駆動接地端子52を介して各駆動用圧電素子31〜38に交番電圧を印加すると、振動腕22、23がX軸同相モードで振動し、振動腕25、26がX軸同相モードでかつ振動腕22、23とはX軸逆相モードで振動する。ここで、前述したように、振動腕22、23、25、26の横断面形状が平行四辺形であるため、これら振動腕22、23、25、26のX軸方向の振動バランスが崩れ、振動腕22、23、25、26は、X軸方向に振動しながらZ軸方向にも振動する。具体的には、振動腕22、25がZ軸同相モードで振動し、振動腕23、26がZ軸同相モードでかつ振動腕22、25とはZ軸逆相モードで振動する。
Therefore, when an alternating voltage is applied to the driving
以上より、ジャイロ素子1は、図3および図4(a)に示すような駆動振動モードで振動する。このように、駆動振動モードにおいて、振動腕22、23を対とする振動腕と振動腕25、26を対とする振動腕とがX軸逆相モードで振動することで、X軸方向の振動をキャンセル(相殺または緩和)することができる。また、振動腕22、23がZ軸逆相モードで振動することで、第1振動系20A内でZ軸方向の振動をキャンセルすることができ、同様に、振動腕25、26がZ軸逆相モードで振動することで、第2振動系20B内でZ軸方向の振動をキャンセルすることができる。そのため、ジャイロ素子1の振動漏れを効果的に低減でき、検出精度を高めることができる。
As described above, the
また、このような駆動振動モードでは、図5(a)に示すように、検出用圧電素子61、64から発生する電荷Q61、Q64と検出用圧電素子62、63から発生する電荷Q62、Q63とが逆相となるため、これらがキャンセルされ、検出信号端子53および検出接地端子54間から取り出される検出信号SSがほぼ0となる。
Further, in such a drive vibration mode, as shown in FIG. 5A, the charges Q 61 and Q 64 generated from the detection piezoelectric elements 61 and 64 and the charge Q 62 generated from the detection
そして、このような駆動振動モードの状態で、ジャイロ素子1にY軸まわりの角速度ωyが加わると、コリオリの力が働いて、図4(b)に示すような検出振動モードが新たに励振される。具体的には、振動腕22、23がZ軸同相モードで振動し、振動腕25、26がZ軸同相モードでかつ振動腕22、23とはZ軸逆相モードで振動する。このような検出振動モードが励振されると、図5(b)に示すように、検出用圧電素子61、62、63、64から互いに同相の電荷Q61、Q62、Q63、Q64が発生し、これら電荷Q61、Q62、Q63、Q64を足し合わせた検出信号SSが検出信号端子53および検出接地端子54間から取り出される。そして、取り出した検出信号SSの大きさに基づいて角速度ωyが求められる。
When the angular velocity ωy about the Y axis is applied to the
このような構成では、駆動振動モード時の検出信号SSをほぼ0とすることができるため、ノイズの発生が低減され、角速度ωyの検出精度を高めることができる。さらに、4つの検出用圧電素子61、62、63、64から発生した電荷Q61、Q62、Q63、Q64を足し合わせたものが検出信号SSとなるため、検出信号SSの強度を大きくすることができ、その分、角速度ωyの検出精度を高めることができる。また、駆動振動モード時および検出振動モード時において、振動腕22、23、25、26のX軸方向およびZ軸方向の振動をキャンセルすることができるため、ジャイロ素子1の振動漏れを低減することができ、角速度ωyの検出精度がさらに向上する。
In such a configuration, since the detection signal SS in the driving vibration mode can be made substantially zero, the generation of noise can be reduced and the detection accuracy of the angular velocity ωy can be increased. Furthermore, the sum of the charges Q 61 , Q 62 , Q 63 , Q 64 generated from the four detection piezoelectric elements 61 , 62 , 63 , 64 is the detection signal SS, so that the intensity of the detection signal SS is increased. Therefore, the detection accuracy of the angular velocity ωy can be increased accordingly. Further, since vibrations in the X-axis direction and Z-axis direction of the vibrating
また、振動腕22、23をZ軸逆相モードで振動させる構成とすることで、振動基板2を形成する際のマスクずれの影響を小さくすることができる。すなわち、振動基板2の外形形状は、振動基板2の母材となる基板の上面および下面にそれぞれ振動基板2の平面視形状に対応したマスクを形成し、これらマスクを介してウエットエッチングを行うことで得られるが、装置の精度上、一方のマスクが他方のマスクに対してX軸方向にずれて形成されることがよくある。
In addition, by adopting a configuration in which the vibrating
ここで、振動腕22、23をX軸方向にだけ振動させるジャイロ素子を形成しようとした場合、上記のようなマスクずれが発生すると、振動腕22、23の横断面形状がくずれ、Z軸方向にも振動するジャイロ素子となってしまう。そのため、マスクずれが生じると、振動特性が著しく低下してしまう。これに対して、初めから、振動腕22、23をZ軸方向にも振動させるジャイロ素子を形成しようとすれば、マスクずれが生じようが生じまいが、Z軸方向にも振動するジャイロ素子が得られる。このようなことから、本実施形態によれば、マスクずれの影響を小さくすることができる。なお、マスクずれが生じると、振動腕22、23のZ軸方向の振幅にずれが生じ、Z軸方向の振動を十分にキャンセルできなくなる場合がある。その場合には、例えば、振動腕22、23のうちの振幅の大きい方が有する質量調整部41の一部を除去することで振幅を小さくし、振動腕22、23の振幅を揃えればよい。
以上、ジャイロ素子1の構成について説明した。
Here, when it is going to form the gyro element which vibrates the vibrating
The configuration of the
ここで、ジャイロ素子1には、駆動振動モードおよび検出振動モードの他にも、様々な不要振動モードが存在しており、この不要振動モードの共振周波数が検出振動モードの共振周波数と近いと、不要振動モードが検出振動モードに結合してしまい、振動漏れやノイズの発生が生じ、角速度ωyの検出精度が低下するという問題がある。
Here, the
特に、ジャイロ素子1では、不要振動の中でも、図6に示すようなX軸双屈曲振動モードが問題となる。このX軸双屈曲振動モードは、X軸方向の面内振動であるが、振動腕22、23、25、26の横断面形状が平行四辺形であることから(すなわち、前述した駆動振動モードと同じ原理によって)、Z軸方向にも振動する。そして、このZ軸方向の振動が検出振動モードの振動と揃っているため、X軸双屈曲振動モードの共振周波数が検出振動モードの共振周波数に近いと、検出振動モードに結合してX軸双屈曲振動モードが励振され易くなる。
In particular, in the
そこで、ジャイロ素子1では、検出振動モードの共振周波数と、X軸双屈曲振動モードの共振周波数とを十分に離間させることで、検出振動モード時にX軸双屈曲振動モードが結合することを低減(好ましくは防止)している。具体的には、駆動振動モードの共振周波数をf1とし、検出振動モードの共振周波数をf2とし、X軸双屈曲振動モードの共振周波数とf3としたとき、f2<f1<f3なる関係を満足させることで、f2とf3とを十分に離間させて、検出振動モード時にX軸双屈曲振動モードが励振されることを低減している。
Therefore, in the
なお、共振周波数f1としては、特に限定されず、例えば、10kHz〜300kHz程度とすることができる。また、共振周波数f1、f3の関係としては、特に限定されないが、例えば、(f3−f1)/f1>2%なる関係を満足していることが好ましく、(f3−f1)/f1>3%なる関係を満足していることがより好ましい。このような関係を満足することで、f1(f2)からf3を十分に離間させることができるため、上述した効果がより顕著となる。ここで、(f3−f1)/f1>2%なる関係は、(f3−f1)/f1>0.02を意味する。同様に、(f3−f1)/f1>3%なる関係は、(f3−f1)/f1>0.03を意味する。 In addition, it does not specifically limit as resonance frequency f1, For example, it can be set as about 10 kHz-300 kHz. The relationship between the resonance frequencies f1 and f3 is not particularly limited. For example, it is preferable that the relationship (f3-f1) / f1> 2% is satisfied, and (f3-f1) / f1> 3% is satisfied. It is more preferable that the following relationship is satisfied. By satisfying such a relationship, f3 can be sufficiently separated from f1 (f2), and thus the above-described effect becomes more remarkable. Here, the relationship of (f3-f1) / f1> 2% means (f3-f1) / f1> 0.02. Similarly, the relationship (f3-f1) / f1> 3% means (f3-f1) / f1> 0.03.
また、検出振動モードの共振周波数f2としては、特に限定されないが、例えば、(f1−f2)/f1≧1%なる関係を満足していることが好ましい。これにより、f1からf3を十分に離間させることができる。ただし、f2がf1から離間し過ぎてしまうと(離調周波数が大きくなり過ぎると)、検出精度が低下するおそれがあるため、(f1−f2)/f1≦5%なる関係を満足することが好ましい。 Further, the resonance frequency f2 in the detection vibration mode is not particularly limited, but for example, it is preferable that the relationship of (f1−f2) / f1 ≧ 1% is satisfied. Thereby, f1 to f3 can be sufficiently separated. However, if f2 is too far away from f1 (if the detuning frequency becomes too large), the detection accuracy may be reduced, and therefore the relationship of (f1-f2) / f1 ≦ 5% may be satisfied. preferable.
検出振動モード時でのX軸双屈曲振動モードの励振を低減する手段として、ジャイロ素子1では、第1振動系20Aと第2振動系20Bとを離間して配置している(切り欠き211を形成している)。以下、第1振動系20Aと第2振動系20Bとを離間して配置した(切り欠き211を形成した)効果を説明する。
In the
前述したように、第1振動系20Aでは、駆動振動モード時に、振動腕22、23がX軸同相モードで振動するため、X軸方向の振動が基部21に伝わり、基部21を含めた第1振動系20Aが全体で大きな振動腕211AとしてX軸に振動することになる。そのため、駆動振動モードでの振動領域の長さ(Y軸方向の長さ)は、第1振動系20Aの長さと等しいL1となる(図1参照)。一方、X軸双屈曲振動モードでは、振動腕22、23がX軸逆相モードで振動するため、X軸方向の振動がキャンセルされて基部21が振動しない。そのため、駆動振動モードのように、第1振動系20Aを全体として大きな振動腕とみなすことができず、X軸双屈曲振動モードでの振動領域の長さ(Y軸方向の長さ)は、振動腕22、23の長さと等しいL2となる(図1参照)。なお、このことは、第2振動系20Bにおいても同様である。
As described above, in the
このように、駆動振動モードでの振動領域の長さL1と、X軸双屈曲振動モードでの振動領域の長さL2とを異ならせることで、駆動振動モードの共振周波数f1とX軸双屈曲振動モードの共振周波数f2とを離間させることができ、検出振動モード時でのX軸双屈曲振動モードの励振を低減することができる。 In this way, by making the length L1 of the vibration region in the drive vibration mode different from the length L2 of the vibration region in the X-axis bi-bending vibration mode, the resonance frequency f1 of the drive vibration mode and the X-axis bi-flexion are different. The resonance frequency f2 of the vibration mode can be separated, and the excitation of the X-axis bi-bending vibration mode in the detection vibration mode can be reduced.
なお、L1とL2の関係としては、L1>L2の関係を満足していれば、特に限定されないが、L2/L1>1.13なる関係を満足することが好ましく、L2/L1>1.18なる関係を満足することがより好ましい。図7に、L2/L1と(f3−f1)/f1の関係を示すグラフを図示しているが、この図から分かるように、L2/L1>1.13なる関係を満足すれば、(f3−f1)/f1>2%なる関係を満足することができ、L2/L1>1.18なる関係を満足すれば、(f3−f1)/f1>3%なる関係を満足することができる。 The relationship between L1 and L2 is not particularly limited as long as the relationship L1> L2 is satisfied. However, it is preferable to satisfy the relationship L2 / L1> 1.13, and L2 / L1> 1.18. It is more preferable to satisfy this relationship. FIG. 7 shows a graph showing the relationship between L2 / L1 and (f3-f1) / f1, but as can be seen from this graph, if the relationship L2 / L1> 1.13 is satisfied, (f3 The relationship of -f1) / f1> 2% can be satisfied, and the relationship of (f3-f1) / f1> 3% can be satisfied if the relationship of L2 / L1> 1.18 is satisfied.
以上、第1実施形態のジャイロ素子1について説明した。なお、本実施形態では、駆動振動モードにおいて、振動腕22、23をZ軸逆相モードで振動させるために、振動腕22、23の横断面形状を平行四辺形としているが、振動腕22、23の横断面形状としては、上記のような振動を行うことができれば、これに限定されず、例えば、図8(a)〜(c)に示すような横断面形状であってもよい。振動腕25、26についても同様である。
The
また、本実施形態のジャイロ素子1では、振動腕22、23、25、26の先端部にハンマーヘッド(幅広の錘部)を設けていないが、振動腕22、23、25、26の先端部にハンマーヘッドを設けてもよい。これにより、振動腕22、23、25、26の先端の質量効果が増大し、駆動振動モードの周波数が同じであれば、ハンマーヘッドを設けていない場合と比較して、振動腕22、23、25、26の全長を短くすることができる。また、振動腕22、23、25、26の全長が同じであれば、駆動周波数を低くすることができる。
Further, in the
また、本実施形態では、検出振動モードの共振周波数f2とX軸双屈曲振動モードの共振周波数f3とを十分に離間させるために、f2<f1<f3なる関係を満足しているが、反対に、f3<f1<f2なる関係を満足していてもよい。このような関係を満足することによっても、f2とf3とを十分に離間させることができ、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。 Further, in this embodiment, in order to sufficiently separate the resonance frequency f2 in the detection vibration mode and the resonance frequency f3 in the X-axis bi-bending vibration mode, the relationship f2 <f1 <f3 is satisfied. , F3 <f1 <f2 may be satisfied. Satisfying such a relationship also makes it possible to sufficiently separate f2 and f3, and the same effects as in the present embodiment can be exhibited.
<第2実施形態>
図9は、本発明のジャイロ素子(角速度検出素子)の第2実施形態を示す平面図である。図10は、(a)が図9中のB−B線断面図、(b)が図10中のC−C線断面図である。図11は、(a)が駆動振動モードを示す模式図、(b)が検出振動モードを示す模式図である。
Second Embodiment
FIG. 9 is a plan view showing a second embodiment of the gyro element (angular velocity detection element) of the present invention. 10A is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 9, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 10. 11A is a schematic diagram showing the drive vibration mode, and FIG. 11B is a schematic diagram showing the detection vibration mode.
以下、第2実施形態について、前述した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。 Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第2実施形態は、振動基板の材料と、駆動部および検出部の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、図9ないし図11では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。 The second embodiment is the same as the first embodiment described above except that the material of the vibration substrate and the configurations of the drive unit and the detection unit are different. 9 to 11, the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment.
本実施形態のジャイロ素子1では、振動基板2が圧電体材料で構成されている。振動基板2を構成する圧電体材料としては、例えば、水晶、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)等の各種圧材料を用いることができる。ただし、これらの中でも、振動基板2の構成材料としては、水晶を用いることが好ましい。水晶を用いることで、他の材料と比較して優れた周波数温度特性を有するジャイロ素子1が得られる。また、ウエットエッチングによって、高い寸法精度で振動基板2を形成することができる。そのため、以下では、説明の便宜上、振動基板2を水晶で構成した場合について説明する。
In the
図9に示すように、振動基板2は、水晶の結晶軸であるX軸(電気軸)およびY軸(機械軸)で規定されるXY平面に広がりを有し、Z軸(光軸)方向に厚みを有する板状をなしている。すなわち、振動基板2は、Zカット水晶板で構成されている。なお、本実施形態では、Z軸が振動基板2の厚さ方向と一致しているが、これに限定されず、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、Z軸を振動基板2の厚さ方向に対して若干(例えば、±15°未満程度)傾けてもよい。
As shown in FIG. 9, the
また、図10に示すように、基部21の上面および下面にはそれぞれ検出部としての検出信号電極73および検出接地電極74がX軸方向に並んで配置されている。上面では、検出接地電極74が検出信号電極73の−X軸側に位置し、下面では、検出接地電極74が検出信号電極73の+X軸側に位置している。同様に、基部24の上面および下面にもそれぞれ検出部としての検出信号電極73および検出接地電極74がX軸方向に並んで配置されている。上面では、検出接地電極74が検出信号電極73の+X軸側に位置し、下面では、検出接地電極74が検出信号電極73の−X軸側に位置している。
As shown in FIG. 10, a
これら検出信号電極73は、それぞれ、図示しない配線を介して検出信号端子53に接続され、検出接地電極74は、それぞれ、図示しない配線を介して検出接地端子54に接続されている。なお、検出信号電極73および検出接地電極74は、基部21、24の上面および下面の少なくとも一方に設けられていればよい。
These
また、振動腕22、23、25、26には駆動部としての駆動信号電極71および駆動接地電極72が設けられている。駆動信号電極71は、振動腕22、23の両主面(上面および下面)と振動腕25、26の両側面に配置され、駆動接地電極72は、振動腕22、23の両側面と振動腕25、26の両主面(上面および下面)に配置されている。また、駆動信号電極71は、それぞれ、図示しない配線を介して駆動信号端子51に接続され、駆動接地電極72は、それぞれ、図示しない配線を介して駆動接地端子52に接続されている。そのため、駆動信号端子51および駆動接地端子52を介して、駆動信号電極71および駆動接地電極72の間に所定周波数の交番電圧を印加することで、前述した第1実施形態の駆動振動モードと同様に振動させることができる。
The vibrating
ここで、図11(a)に示すように、駆動振動モードでは、振動腕22、23がZ軸逆相モードで振動するため、Z軸方向の振動がキャンセルされる。そのため、駆動振動モード時における基部21のZ軸方向への振動を低減することができる。同様に、駆動振動モードでは、振動腕25、26がZ軸逆相モードで振動するため、Z軸方向の振動がキャンセルされる。そのため、駆動振動モード時における基部24のZ軸方向への振動を低減することができる。したがって、駆動振動モード時のノイズが低減され、高い検出精度を有するジャイロ素子1となる。
Here, as shown in FIG. 11A, in the drive vibration mode, the vibrating
一方、図11(b)に示すように、検出振動モードでは、振動腕22、23がZ軸同相モードで振動するため、これに対応して基部21もZ軸方向に振動する。同様に、検出振動モードでは、振動腕25、26がZ軸同相モードで振動するため、これに対応して基部24もZ軸方向に振動する。また、振動腕22、23と振動腕25、26とがZ軸逆相モードで振動するため、基部21に配置された検出部と基部24に配置された検出部から同位相の電荷が発生し、これら電荷を足し合せてなる検出信号SSが検出信号端子53と検出接地端子54の間から取り出される。そして、この検出信号に基づいて角速度ωyが求められる。
On the other hand, as shown in FIG. 11B, in the detection vibration mode, the vibrating
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。 Also according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
2.角速度検出デバイス
次に、ジャイロ素子1を用いた角速度検出デバイスについて説明する。
2. Angular Velocity Detection Device Next, an angular velocity detection device using the
図12は、本発明の角速度検出デバイスの好適な実施形態を示す図であり、(a)が平面図、(b)が(a)中のD−D線断面図である。 12A and 12B are diagrams showing a preferred embodiment of the angular velocity detection device of the present invention, in which FIG. 12A is a plan view and FIG. 12B is a sectional view taken along line DD in FIG.
図12に示すように、角速度検出デバイス10は、ジャイロ素子1と、ジャイロ素子1を収容するパッケージ8と、を有している。
As shown in FIG. 12, the angular
パッケージ8は、凹部811を有する箱状のベース81と、凹部811の開口を塞いでベース81に接合された板状のリッド82とを有している。そして、凹部811がリッド82によって塞がれることにより形成された収容空間にジャイロ素子1が収納されている。収容空間は、減圧(真空)状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
The
ベース81の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスや、各種ガラス材料を用いることができる。また、リッド82の構成材料としては、特に限定されないが、ベース81の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース81の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。なお、ベース81とリッド82の接合方法は、特に限定されず、例えば、接着材やろう材を介して接合することができる。
The constituent material of the
また、凹部811の底面には、接続端子831、832、833、834が形成されている。これら接続端子831〜834は、それぞれ、ベース81に形成された図示しない貫通電極(ビア)等によって、ベース81の下面(パッケージ8の外周面)に引き出されている。
In addition,
ジャイロ素子1は、基部21が導電性接着材861、862、863、864によって凹部811の底面に固定されている。また、導電性接着材861を介して駆動信号端子51と接続端子831とが電気的に接続され、導電性接着材862を介して駆動接地端子52と接続端子832とが電気的に接続され、導電性接着材863を介して検出信号端子53と接続端子833とが電気的に接続され、導電性接着材864を介して検出接地端子54と接続端子834とが電気的に接続されている。導電性接着材861〜864としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着材に銀粒子等の導電性フィラーを分散させたものを用いることができる。
In the
3.ジャイロセンサー
次に、ジャイロ素子1を備えるジャイロセンサーについて説明する。
図13は、ジャイロセンサーの好適な実施形態を示す断面図である。
3. Next, a gyro sensor provided with the
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the gyro sensor.
図13に示すように、ジャイロセンサー100は、角速度検出デバイス10と、ICチップ9とを有している。ICチップ9は、凹部811の底面にろう材等によって固定されている。ICチップ9は、導電性ワイヤーによって各接続端子831〜834と電気的に接続されている(だだし、図13では、接続端子831のみを図示している)。このようなICチップ9は、ジャイロ素子1を駆動振動させるための駆動回路や、角速度が加わったときにジャイロ素子1に生じる検出振動を検出する検出回路等を有する。なお、本実施形態では、ICチップ9がパッケージ8の内部に設けられているが、ICチップ9は、パッケージ8の外部に設けられていてもよい。
As shown in FIG. 13, the
4.電子機器
次いで、ジャイロ素子1を備える電子機器について、図14〜図16に基づき、詳細に説明する。
4). Electronic Device Next, an electronic device including the
図14は、本発明の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。 FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which the electronic apparatus of the present invention is applied.
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)として機能するジャイロ素子1が内蔵されている。
In this figure, a
図15は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機(スマートフォン、PHS等も含む)の構成を示す斜視図である。 FIG. 15 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including a smartphone, a PHS, and the like) to which the electronic device of the present invention is applied.
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)として機能するジャイロ素子1が内蔵されている。
In this figure, a
図16は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチー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。 FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of a digital still camera to which the electronic apparatus of the present invention is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown.
デジタルスチールカメラ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。デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310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。
The
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。
A
撮影者が表示部1310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。
When the photographer confirms the subject image displayed on the
また、このデジタルスチールカメラ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。
In the
このようなデジタルスチールカメラ1300には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能するジャイロ素子1が内蔵されている。
Such a
以上のような電子機器は、ジャイロ素子1を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
Since the electronic device as described above includes the
なお、本発明の電子機器は、図13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14の携帯電話機、図15のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、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。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) in FIG. 13, the mobile phone in FIG. 14, and the digital still camera in FIG. For example, inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, TV phone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (eg, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, Instruments (for example, , Gages for vehicles, aircraft, and ships), can be applied to a flight simulator or the like.
4.移動体
次いで、図1に示すジャイロ素子1を備える移動体について、図17に基づき、詳細に説明する。
図17は、本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
4). Next, the moving body including the
FIG. 17 is a perspective view showing the configuration of an automobile to which the moving body of the present invention is applied.
自動車1500には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能するジャイロ素子1が内蔵されており、ジャイロ素子1によって車体1501の姿勢を検出することができる。ジャイロ素子1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、ジャイロ素子1が組み込まれる。
The
以上、本発明の角速度検出素子、角速度検出デバイス、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、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。 As described above, the angular velocity detection element, the angular velocity detection device, the electronic apparatus, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, and the configuration of each part has the same function Can be replaced with any structure having In addition, any other component may be added to the present invention. Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
1……ジャイロ素子
10……角速度検出デバイス
100……ジャイロセンサー
2……振動基板
20A……第1振動系
20B……第2振動系
21……基部
210……基部
211……切り欠き
211A……振動腕
22……振動腕
23……振動腕
24……基部
25……振動腕
26……振動腕
29……支持部
31、32、33、34、35、36、37、38……駆動用圧電素子
311、321、331、341、351、361、371、381……駆動信号電極
312、322、332、342、352、362、372、382……駆動接地電極
313、323、333、343、353、363、373、383……圧電体層
41……質量調整膜
51……駆動信号端子
52……駆動接地端子
53……検出信号端子
54……検出接地端子
61、62、63、64……検出用圧電素子
611、621、631、641……検出信号電極
612、622、632、642……検出接地電極
613、623、633、643……圧電体層
71……駆動信号電極
72……駆動接地電極
73……検出信号電極
74……検出接地電極
8……パッケージ
81……ベース
811……凹部
82……リッド
831、832、833、834……接続端子
861、862、863、864……導電性接着材
9……ICチップ
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……デジタルスチールカメラ
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
Q61、Q62、Q63、Q64……電荷
S……空隙
SS……検出信号
ωy……角速度
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1振動系は、前記支持部に支持されている第1基部と、前記第1基部に接続されている2つの第1振動腕と、を有し、
前記第2振動系は、前記支持部に支持されている第2基部と、前記第2基部に接続されている2つの第2振動腕と、を有し、
前記第1基部と前記第2基部は、前記第1方向に離間して配置され、
駆動振動モードでは、前記2つの第1振動腕が前記第1方向に同相で屈曲振動すると共に、前記2つの第2振動腕が前記第1方向に同相でかつ前記2つの第1振動腕とは逆相で屈曲振動することを特徴とする角速度検出素子。 A vibration substrate comprising: a support portion; and a first vibration system and a second vibration system supported by the support portion and spaced apart in the first direction,
The first vibration system includes a first base supported by the support portion, and two first vibrating arms connected to the first base,
The second vibration system includes a second base portion supported by the support portion, and two second vibration arms connected to the second base portion,
The first base and the second base are spaced apart in the first direction,
In the drive vibration mode, the two first vibrating arms are flexibly vibrated in the same direction in the first direction, and the two second vibrating arms are in phase in the first direction and the two first vibrating arms are An angular velocity detecting element characterized by bending vibration in a reverse phase.
前記2つの第1振動腕が前記第1方向に同相で屈曲振動すると共に、前記支持部の厚さ方向に逆相で屈曲振動し、
前記2つの第2振動腕が前記第1方向に同相で屈曲振動すると共に、前記支持部の厚さ方向に逆相で屈曲振動する請求項1に記載の角速度検出素子。 In the driving vibration mode,
The two first vibrating arms bend and vibrate in the same phase in the first direction, and bend and vibrate in the opposite phase in the thickness direction of the support portion,
2. The angular velocity detection element according to claim 1, wherein the two second vibrating arms flexurally vibrate in the same phase in the first direction and flexurally vibrate in the opposite phase in the thickness direction of the support portion.
前記駆動振動モードで駆動させているときに検出軸まわりの角速度が加わることで励振される検出振動モードの共振周波数をf2とし、
前記第1方向への双屈曲振動モードの共振周波数をf3としたとき、
f3<f1<f2の関係を満足する請求項1または2に記載の角速度検出素子。 The resonance frequency of the drive vibration mode is f1,
The resonance frequency of the detection vibration mode excited by the addition of the angular velocity around the detection axis when driven in the drive vibration mode is f2,
When the resonance frequency of the bi-bending vibration mode in the first direction is f3,
The angular velocity detecting element according to claim 1, wherein a relationship of f3 <f1 <f2 is satisfied.
前記第1振動腕および前記第2振動腕には、それぞれ、前記駆動振動モードを励振させる駆動部と、検出軸まわりの角速度を検出する検出部と、が設けられている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の角速度検出素子。 The vibration substrate is made of a non-piezoelectric material,
6. The first vibrating arm and the second vibrating arm are each provided with a drive unit for exciting the drive vibration mode and a detection unit for detecting an angular velocity around a detection axis. The angular velocity detection element of any one of Claims 1.
前記第1振動腕および前記第2振動腕には、それぞれ、前記駆動振動モードを励振させる駆動部が設けられ、
前記第1基部および前記第2基部には、それぞれ、検出軸まわりの角速度を検出する検出部が設けられている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の角速度検出素子。 The vibration substrate is made of a piezoelectric material,
Each of the first vibrating arm and the second vibrating arm is provided with a drive unit that excites the drive vibration mode,
The angular velocity detection element according to claim 1, wherein each of the first base and the second base is provided with a detection unit that detects an angular velocity around a detection axis.
前記角速度検出素子を収容するパッケージと、を備えることを特徴とする角速度検出デバイス。 The angular velocity detection element according to any one of claims 1 to 7,
An angular velocity detection device comprising: a package that accommodates the angular velocity detection element.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170179926A1 (en) * | 2014-09-19 | 2017-06-22 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Resonator and resonance device |
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WO2019021860A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-31 | 京セラ株式会社 | Sensor element and angular velocity sensor |
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