JP2018084480A - Physical quantity sensor, electronic apparatus, and mobile body - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical quantity sensor including an angular velocity/acceleration sensor with stable characteristics, an electronic apparatus, and a mobile body, without increasing the circuit size.SOLUTION: The physical quantity sensor includes: a vibration element having a first detection electrode and a second detection electrode; a first amplifier for amplifying a signal from the first detection electrode; a second amplifier for amplifying a signal from the second detection electrode; a converter for converting a first signal from the first amplifier into a first digital signal and converting a second signal from the second amplifier into a second digital signal; and a signal processing unit for calculating an angular velocity and an acceleration on the basis of the first and second digital signals.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、物理量センサー、電子機器及び移動体に関する。   The present invention relates to a physical quantity sensor, an electronic device, and a moving object.

水晶振動子(圧電振動子)やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子などの振動子を用いて、角速度や加速度などの物理量を検出する物理量検出装置が知られている。   2. Description of the Related Art A physical quantity detection device that detects a physical quantity such as angular velocity and acceleration using a vibrator such as a crystal vibrator (piezoelectric vibrator) or a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) vibrator is known.

例えば、回転系の回転角速度を検出するための角速度検出装置として、水晶振動子などの圧電素子を用いた振動型ジャイロセンサーが各種電子機器に組み込まれており、カーナビゲーションや撮像時の手振れ検出などに利用されている。   For example, as an angular velocity detection device for detecting the rotational angular velocity of a rotating system, a vibration gyro sensor using a piezoelectric element such as a quartz crystal vibrator is incorporated in various electronic devices, such as car navigation and camera shake detection during imaging. Has been used.

このような振動型ジャイロセンサーを含む角速度センサーを用い、加速度も検出する技術として、例えば特許文献1、特許文献2及び特許文献3に記載のものが提案されている。   For example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 have been proposed as techniques for detecting acceleration using an angular velocity sensor including such a vibration-type gyro sensor.

特開平10−318755号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-318755 特開2012−112695号公報JP 2012-112695 A 特開2012−042261号公報JP 2012-042261 A

しかしながら、特許文献1に記載の物理量センサーにおいては、センサー素子に角速度検出用電極と加速度検出量電極を個別に設け、各検出手段からの信号を個別に処理している為、回路規模の増加につながる。   However, in the physical quantity sensor described in Patent Document 1, an angular velocity detection electrode and an acceleration detection amount electrode are individually provided in the sensor element, and signals from each detection means are individually processed, which increases the circuit scale. Connected.

また、特許文献2に記載の物理量センサーにおいては、一つのセンサー素子から出力される角速度成分と加速度成分とを分離しており回路規模の増大は少ないものの、増幅器の帰還容量をスイッチで切り替え角速度と加速度の検出を切り替えている為、雑音などの影響を受けやすく、安定した特性が得難い。   In the physical quantity sensor described in Patent Document 2, the angular velocity component and the acceleration component output from one sensor element are separated, and the increase in circuit scale is small. Since the detection of acceleration is switched, it is easily affected by noise and it is difficult to obtain stable characteristics.

また、特許文献3に記載の物理量センサーにおいては、角速度検出用センサー素子と加速度検出用センサー素子を個別に設ける必要があり回路規模の増加につながる。   Further, in the physical quantity sensor described in Patent Document 3, it is necessary to separately provide the angular velocity detection sensor element and the acceleration detection sensor element, leading to an increase in circuit scale.

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量センサー、電子機器及び移動体を提供することができる。   The present invention has been made in view of the above problems, and according to some aspects of the present invention, a physical quantity sensor capable of detecting angular velocity and acceleration with stable characteristics while suppressing an increase in circuit scale. An electronic device and a moving object can be provided.

本発明は前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、以下の態様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 aspects or application examples.

[適用例1]
本適用例に係る物理量センサーは、第1検出電極と第2検出電極とを含む振動素子と、前記第1検出電極からの信号を増幅する第1増幅器と、前記第2検出電極からの信号を増幅する第2増幅器と、前記第1増幅器からの第1信号を第1デジタル信号に変換し、前記第2増幅器からの第2信号を第2デジタル信号に変換する変換部と、前記第1デジタル信号と前記第2デジタル信号に基づいて角速度と加速度とを算出する信号処理部と、を含む。
[Application Example 1]
The physical quantity sensor according to this application example includes a vibration element including a first detection electrode and a second detection electrode, a first amplifier that amplifies a signal from the first detection electrode, and a signal from the second detection electrode. A second amplifier to amplify, a converter for converting a first signal from the first amplifier into a first digital signal, and a second signal from the second amplifier to a second digital signal; and the first digital A signal processing unit that calculates an angular velocity and an acceleration based on the signal and the second digital signal.

本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度と加速度との2つの物理量を一つの振動素子を用いて検出することができる。   According to the physical quantity sensor according to this application example, it is possible to detect two physical quantities, angular velocity and acceleration, using one vibration element.

本適用例に係る物理量センサーによれば、振動素子は、角速度と加速度との検出信号を共通の一対の電極から出力する。その為、角速度および加速度の検出信号を増幅する増幅器も角速度および加速度で共通に用いることができ、回路規模の増加を抑えることが可能となる。   According to the physical quantity sensor according to this application example, the vibration element outputs detection signals of angular velocity and acceleration from a common pair of electrodes. Therefore, an amplifier that amplifies the angular velocity and acceleration detection signals can also be used in common with the angular velocity and acceleration, and an increase in circuit scale can be suppressed.

さらに、本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度および加速度がデジタル信号に基づき算出される為、ノイズ等の影響を受け難く、安定した特性を有する物理量センサーが実現可能となる。   Furthermore, according to the physical quantity sensor according to this application example, since the angular velocity and the acceleration are calculated based on the digital signal, it is possible to realize a physical quantity sensor that is not easily affected by noise or the like and has stable characteristics.

[適用例2]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記変換部は、前記第1信号の前記第1デジタル信号への変換と、前記第2信号の前記第2デジタル信号への変換とを、時分割に行ってもよい。
[Application Example 2]
In the physical quantity sensor according to the application example, the conversion unit performs time-division conversion of the first signal into the first digital signal and the conversion of the second signal into the second digital signal. Also good.

本適用例に係る物理量センサーによれば、変換部は、振動素子により検出された第1信号および第2信号を時分割にデジタル信号に変換することで、第1デジタル信号および第2デジタル信号の算出処理を、疑似的に並列して行うことが可能となる。即ち、同一の変換部で複数の検出信号をデジタル信号に変換することが可能であり、回路規模の増加を抑制することが可能となる。   According to the physical quantity sensor according to this application example, the conversion unit converts the first signal and the second signal detected by the vibration element into digital signals in a time-sharing manner, so that the first digital signal and the second digital signal are converted. The calculation process can be performed in a pseudo parallel manner. That is, a plurality of detection signals can be converted into digital signals by the same conversion unit, and an increase in circuit scale can be suppressed.

[適用例3]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記信号処理部は、前記第1デジタル信号と、前記振動素子を駆動する駆動信号に基づく基準信号とを乗算し、前記第2デジタル信号と、前記基準信号とを乗算する乗算処理と、前記乗算処理により得られた信号に対するローパスフィルター処理と、前記ローパスフィルター処理により得られた信号の和演算および差演算の一方により角速度を算出する第1演算処理と、前記第1デジタル信号と前記第2デジタル信号との和演算および差演算の他方により加速度を算出する第2演算処理と、を行ってもよい。
[Application Example 3]
In the physical quantity sensor according to the application example, the signal processing unit multiplies the first digital signal by a reference signal based on a drive signal that drives the vibration element, and the second digital signal, the reference signal, Multiplication processing for multiplying, a low-pass filter processing for the signal obtained by the multiplication processing, a first calculation processing for calculating an angular velocity by one of a sum operation and a difference operation of the signal obtained by the low-pass filter processing, You may perform the 2nd calculation process which calculates an acceleration by the other of the sum calculation and difference calculation of a 1st digital signal and a said 2nd digital signal.

本適用例に係る物理量センサーによれば、信号処理部において、駆動信号の周波数成分を含む角速度成分は、入力されたデジタル信号と基準信号とを乗算処理し、乗算処理した信号のローパスフィルター処理実行した後に算出され、駆動信号の周波数成分を含まない加速度成分は、入力されたデジタル信号から直接算出を行う。   According to the physical quantity sensor according to this application example, in the signal processing unit, the angular velocity component including the frequency component of the driving signal is multiplied by the input digital signal and the reference signal, and the low-pass filter processing of the multiplied signal is executed. Then, the acceleration component that is calculated and does not include the frequency component of the drive signal is directly calculated from the input digital signal.

即ち、本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度および加速度は、同一の振動素子から出力される信号に基づき算出することが可能となる。   That is, according to the physical quantity sensor according to this application example, the angular velocity and the acceleration can be calculated based on signals output from the same vibration element.

[適用例4]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第1信号および前記第2信号は、互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含み、前記第1演算処理は、前記差演算であり、前記第2演算処理は、前記和演算であってもよい。
[Application Example 4]
In the physical quantity sensor according to the application example described above, the first signal and the second signal include at least one of an angular velocity component that is a component having a phase opposite to each other and an acceleration component that is a component having the same phase to each other. The difference calculation, and the second calculation process may be the sum calculation.

本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度と加速度の2つの物理量を同時に検出可能であることに加え、角速度を差演算により算出することから、角速度成分に重畳される同相ノイズが低減され、角速度の検出精度を向上させることが可能となる。   According to the physical quantity sensor according to this application example, in addition to being able to detect the two physical quantities of angular velocity and acceleration simultaneously, the angular velocity is calculated by the difference calculation, so that the common-mode noise superimposed on the angular velocity component is reduced, It becomes possible to improve the detection accuracy of the angular velocity.

[適用例5]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第1信号および前記第2信号は、互いに逆相の信号となる加速度成分および互いに同相の信号となる角速度成分の少なくとも一方を含み、前記第1演算処理は、前記和演算であり、前記第2演算処理は、前記差演算であってもよい。
[Application Example 5]
In the physical quantity sensor according to the application example described above, the first signal and the second signal include at least one of an acceleration component that is a signal having a phase opposite to each other and an angular velocity component that is a signal having the same phase to each other. , The sum operation, and the second operation process may be the difference operation.

本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度と加速度の2つの物理量を同時に検出可能であることに加え、加速度を差演算により算出することから、加速度成分に重畳される同相ノイズが低減され、加速度の検出精度を向上させることが可能となる。   According to the physical quantity sensor according to this application example, in addition to being able to detect the two physical quantities of angular velocity and acceleration at the same time, since the acceleration is calculated by the difference calculation, the common-mode noise superimposed on the acceleration component is reduced, It becomes possible to improve the detection accuracy of acceleration.

[適用例6]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記信号処理部は、前記和演算の演算レートと、前記差演算の演算レートとを設定する演算設定部を含んでもよい。
[Application Example 6]
In the physical quantity sensor according to the application example, the signal processing unit may include a calculation setting unit that sets a calculation rate of the sum calculation and a calculation rate of the difference calculation.

本適用例に係る物理量センサーによれば、信号処理部は、角速度および加速度を算出する為の、和演算および差演算の演算レート変更することが可能となる。   According to the physical quantity sensor according to this application example, the signal processing unit can change the calculation rate of the sum calculation and the difference calculation for calculating the angular velocity and the acceleration.

これにより、本適用例に係る物理量センサーによれば、用途に応じ最適な演算レートを設定することが可能となり、汎用性の高い物理量センサーを実現できる可能性がある。   Thereby, according to the physical quantity sensor according to this application example, it is possible to set an optimal calculation rate according to the application, and there is a possibility that a physical versatile sensor with high versatility can be realized.

[適用例7]
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記振動素子は、基部と、前記基部に接続され、前記第1検出電極が形成された第1検出腕と、前記基部に接続され、前記第2検出電極が形成された第2検出腕と、駆動振動する駆動腕と、を含み、前記駆動腕は、前記振動素子の主面に沿った方向に前記駆動振動し、第1検出軸まわりの角速度が印加された場合、前記第1検出腕および前記第2検出腕が、互いに逆方向に振動するように振動し、第2検出軸方向の加速度が印加された場合、前記第1検出腕および前記第2検出腕が、互いに同方向に振動するように振動してもよい。
[Application Example 7]
In the physical quantity sensor according to the application example, the vibration element includes a base, a first detection arm that is connected to the base, the first detection electrode is formed, and is connected to the base, and the second detection electrode is A driving arm that vibrates and vibrates, the driving arm vibrates in the direction along the main surface of the vibration element, and an angular velocity around the first detection axis is applied. When the first detection arm and the second detection arm vibrate so as to vibrate in opposite directions, and acceleration in the second detection axis direction is applied, the first detection arm and the second detection arm The arms may vibrate so that they vibrate in the same direction.

本適用例に係る物理量センサーによれば、振動素子は、第1検出軸まわりに角速度が印加されたとき、第1検出腕と第2検出腕とが互いに逆方向に振動し、第2検出軸方向に加速度が加わったとき、第1検出腕と第2検出腕とが互いに同方向に振動する為、角速度と加速度との2つの物理量を一つの振動素子で検出することができ、回路規模の増加を抑制することが可能となる。   According to the physical quantity sensor according to this application example, when the angular velocity is applied around the first detection axis, the first detection arm and the second detection arm vibrate in the opposite directions to each other in the vibration element. When acceleration is applied in the direction, the first detection arm and the second detection arm vibrate in the same direction, so that two physical quantities of angular velocity and acceleration can be detected by one vibration element, and the circuit scale The increase can be suppressed.

[適用例8]
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの物理量センサーを含む。
[Application Example 8]
An electronic apparatus according to this application example includes any one of the physical quantity sensors described above.

本適用例に係る電子機器は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量センサーを含むため、より低コストでより信頼性の高い電子機器を実現することができる。   Since the electronic device according to this application example includes a physical quantity sensor that can detect angular velocity and acceleration with stable characteristics while suppressing an increase in circuit scale, a more reliable electronic device can be realized at lower cost. it can.

[適用例9]
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの物理量センサーを含む。
[Application Example 9]
The moving body according to this application example includes any one of the physical quantity sensors described above.

本適用例に係る移動体は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量センサーを含むため、より低コストでより信頼性の高い移動体を実現することができる。   Since the mobile body according to this application example includes a physical quantity sensor that can detect angular velocity and acceleration with stable characteristics while suppressing an increase in circuit scale, it is possible to realize a mobile body with higher reliability at a lower cost. it can.

第1実施形態に係る物理量センサーの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the physical quantity sensor concerning a 1st embodiment. ダブルT型の振動素子を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows a double T type vibration element typically. ダブルT型の振動素子を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows a double T type vibration element typically. ダブルT型の振動素子の出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal of a double T type vibration element. ダブルT型の振動素子を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows a double T type vibration element typically. ダブルT型の振動素子の出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal of a double T type vibration element. H型の振動素子を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically an H-type vibration element. H型の振動素子を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically an H type vibration element. H型の振動素子を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically an H type vibration element. H型の振動素子の出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal of an H-type vibration element. H型の振動素子を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically an H type vibration element. H型の振動素子の出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal of an H-type vibration element. 第2実施形態における物理量センサーの斜視図である。It is a perspective view of the physical quantity sensor in 2nd Embodiment. 第2実施形態における複数の振動素子と検出できる物理量との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the some physical element in 2nd Embodiment, and the physical quantity which can be detected. 第2実施形態に係る物理量センサー検出回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a physical quantity sensor detection circuit according to a second embodiment. 第2実施形態に係る物理量センサー検出回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a physical quantity sensor detection circuit according to a second embodiment. 第3実施形態におけるH型の振動素子を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the H type vibration element in 3rd Embodiment. 第3実施形態に振動素子の断面図である。It is sectional drawing of a vibration element in 3rd Embodiment. 第3実施形態に振動素子の断面図である。It is sectional drawing of a vibration element in 3rd Embodiment. 第3実施形態に振動素子の断面図である。It is sectional drawing of a vibration element in 3rd Embodiment. 第3実施形態における複数の振動素子と検出できる物理量との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the some vibration element in 3rd Embodiment, and the physical quantity which can be detected. 第4実施形態における物理量センサーの斜視図である。It is a perspective view of the physical quantity sensor in a 4th embodiment. 第4実施形態における複数の振動素子と検出できる物理量との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the some vibration element in 4th Embodiment, and the physical quantity which can be detected. 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the electronic device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the electronic device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the electronic device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る移動体を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the mobile body which concerns on this embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

以下では、物理量として角速度および加速度を検出する物理量センサーを例に挙げて説明するが、角速度および加速度以外の物理量を検出する物理量センサーも本発明に含まれる。   Hereinafter, a physical quantity sensor that detects angular velocity and acceleration as a physical quantity will be described as an example, but a physical quantity sensor that detects a physical quantity other than angular velocity and acceleration is also included in the present invention.

1.物理量センサー
1.1 第1実施形態
図1は、第1実施形態に係る物理量センサーの機能ブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る物理量センサー1は、IC(Integrated Circuit)2と振動素子100を含んで構成され、さらに、物理量センサー1の出力データを用いて各種の計算処理や制御処理を行うMCU(Micro Control Unit)50を含んで構成されてもよい。
1. Physical Quantity Sensor 1.1 First Embodiment FIG. 1 is a functional block diagram of a physical quantity sensor according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the physical quantity sensor 1 according to the present embodiment includes an IC (Integrated Circuit) 2 and a vibration element 100, and further performs various calculation processes and controls using output data of the physical quantity sensor 1. An MCU (Micro Control Unit) 50 that performs processing may be included.

振動素子100は、駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるために、振動素子100は気密性が確保されたパッケージに封止されている。   The vibration element 100 includes a vibration piece in which a drive electrode and a detection electrode are arranged. In general, the vibration element 100 is airtight so as to reduce the impedance of the vibration piece as much as possible and increase the oscillation efficiency. Sealed in a package.

なお、振動素子100の振動片は、例えば水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料であっても良く、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いても良い。   Note that the resonator element of the vibration element 100 may be a piezoelectric material such as quartz, lithium tantalate, or lithium niobate, or may be a piezoelectric material such as piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate.

本実施形態における振動素子100は、図2、図3A、図4Aに示すような、T型の2つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルT型の振動素子100‐1である。   The vibration element 100 according to this embodiment is a so-called double T-type vibration element 100-1 having two T-type drive vibration arms as shown in FIGS. 2, 3A, and 4A.

図2、図3A、図4Aは、本実施形態の振動素子100‐1を模式的に示す平面図(主面180を見た図)である。なお、図2、図3A、図4Aに示す図では、互いに直交する3つの軸とし、x軸、y軸、z軸を図示している。   2, 3A, and 4A are plan views (views of the main surface 180) schematically showing the resonator element 100-1 of the present embodiment. 2, 3A, and 4A, three axes orthogonal to each other are illustrated, and the x axis, the y axis, and the z axis are illustrated.

振動素子100‐1は、基部130と、連結腕131,132と、駆動振動腕(「駆動腕」の一例)113,114,115,116と、駆動入力電極111と、駆動出力電極112と、検出振動腕(「第1検出腕」の一例)123と、検出振動腕(「第2検出腕」の一例)124と、第1検出電極121と、第2検出電極122と、共通電極125と、を含む。   The vibration element 100-1 includes a base 130, connecting arms 131 and 132, drive vibration arms (an example of “drive arm”) 113, 114, 115, and 116, a drive input electrode 111, a drive output electrode 112, Detection vibration arm (an example of “first detection arm”) 123, detection vibration arm (an example of “second detection arm”) 124, first detection electrode 121, second detection electrode 122, and common electrode 125 ,including.

基部130は、その平面形状が、例えば矩形(略矩形)に形成されている。   The base 130 has a planar shape, for example, a rectangle (substantially rectangular).

連結腕131および連結腕132は、基部130から、x軸に沿って互いに反対方向に延出している。図2に示すように、連結腕131は、基部130から−x軸方向に延出し、連結腕132は、基部130から+x軸方向に延出する。   The connecting arm 131 and the connecting arm 132 extend from the base 130 in opposite directions along the x axis. As shown in FIG. 2, the connecting arm 131 extends from the base portion 130 in the −x-axis direction, and the connecting arm 132 extends from the base portion 130 in the + x-axis direction.

駆動振動腕113および駆動振動腕114は、連結腕131からy軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。図2に示すように、駆動振動腕113は、連結腕131から+y軸方向に延出し、駆動振動腕114は、連結腕131から−y軸方向に延出する。駆動振動腕113および駆動振動腕114は、連結腕131を介して、基部130に接続される。   The drive vibrating arm 113 and the drive vibrating arm 114 extend in the opposite directions along the y-axis direction from the connecting arm 131. As shown in FIG. 2, the drive vibration arm 113 extends from the connection arm 131 in the + y axis direction, and the drive vibration arm 114 extends from the connection arm 131 in the −y axis direction. The drive vibrating arm 113 and the drive vibrating arm 114 are connected to the base portion 130 via the connecting arm 131.

駆動振動腕115および駆動振動腕116は、連結腕132からY軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。図2に示すように、駆動振動腕115は、連結腕132から+y軸方向に延出し、駆動振動腕116は、連結腕132から−y軸方向に延出する。駆動振動腕115および駆動振動腕116は、連結腕132を介して、基部130に接続される。   The drive vibrating arm 115 and the drive vibrating arm 116 extend from the connecting arm 132 in opposite directions along the Y-axis direction. As shown in FIG. 2, the driving vibrating arm 115 extends from the connecting arm 132 in the + y-axis direction, and the driving vibrating arm 116 extends from the connecting arm 132 in the −y-axis direction. The drive vibrating arm 115 and the drive vibrating arm 116 are connected to the base portion 130 via the connecting arm 132.

駆動振動腕113および駆動振動腕114の振動素子100‐1の主面180において駆動入力電極111がそれぞれ形成されており、駆動振動腕113および駆動振動腕114の側面において駆動出力電極112がそれぞれ形成されている。   The drive input electrode 111 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-1 of the drive vibration arm 113 and the drive vibration arm 114, and the drive output electrode 112 is formed on the side surface of the drive vibration arm 113 and the drive vibration arm 114, respectively. Has been.

駆動振動腕115および駆動振動腕116の振動素子100‐1の主面180において駆動出力電極112がそれぞれ形成されており、駆動振動腕115および駆動振動腕116の側面において駆動入力電極111がそれぞれ形成されている。   The drive output electrode 112 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-1 of the drive vibration arm 115 and the drive vibration arm 116, and the drive input electrode 111 is formed on the side surface of the drive vibration arm 115 and the drive vibration arm 116, respectively. Has been.

検出振動腕123および検出振動腕124は、基部130からy軸に沿って互いに反対方向に延出している。図2に示すように、検出振動腕123は、基部130から+y軸方向に延出し、検出振動腕124は、基部130から−y軸方向に延出する。   The detection vibrating arm 123 and the detection vibrating arm 124 extend from the base 130 in opposite directions along the y axis. As shown in FIG. 2, the detection vibrating arm 123 extends from the base portion 130 in the + y-axis direction, and the detection vibrating arm 124 extends from the base portion 130 in the −y-axis direction.

検出振動腕123の振動素子100‐1の主面180において第1検出電極121が形成されており、検出振動腕123の駆動振動腕113側の側面において共通電極125が形成されている。また、検出振動腕124の振動素子100‐1の主面180において第2検出電極122が形成されており、検出振動腕124の駆動振動腕114側の側面において共通電極125が形成されている。なお、共通電極125は接地される。   A first detection electrode 121 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-1 of the detection vibration arm 123, and a common electrode 125 is formed on the side surface of the detection vibration arm 123 on the drive vibration arm 113 side. The second detection electrode 122 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-1 of the detection vibration arm 124, and the common electrode 125 is formed on the side surface of the detection vibration arm 124 on the drive vibration arm 114 side. The common electrode 125 is grounded.

駆動入力電極111と駆動出力電極112との間に駆動信号DRVとしての交流電圧が与えられると、振動素子100‐1の駆動振動腕113,114,115,116は、逆圧電効果により矢印Aのように振動素子100‐1の主面180に沿った方向に駆動振動する。   When an alternating voltage as a drive signal DRV is applied between the drive input electrode 111 and the drive output electrode 112, the drive vibrating arms 113, 114, 115, and 116 of the vibration element 100-1 are indicated by the arrow A due to the inverse piezoelectric effect. Thus, the drive vibration is generated in the direction along the main surface 180 of the vibration element 100-1.

具体的には、駆動入力電極111、駆動出力電極112との間に駆動信号DRVとしての交流電圧が与えられると、駆動振動腕113の先端と駆動振動腕115の先端が互いに接近と離間を繰り返し屈曲運動(励振振動)し、駆動振動腕114の先端と駆動振動腕116の先端が互いに接近と離間を繰り返し屈曲運動する。なお、駆動振動腕113の先端と駆動振動腕115の先端が互いに接近しているとき、駆動振動腕114の先端と駆動振動腕116の先端は互いに接近し、駆動振動腕113の先端と駆動振動腕115の先端が互いに離間しているとき、駆動振動腕114の先端と駆動振動腕116の先端は互いに離間するように動作する。   Specifically, when an AC voltage as a drive signal DRV is applied between the drive input electrode 111 and the drive output electrode 112, the tip of the drive vibration arm 113 and the tip of the drive vibration arm 115 repeatedly approach and separate from each other. A bending motion (excitation vibration) is performed, and the distal end of the driving vibration arm 114 and the distal end of the driving vibration arm 116 repeatedly bend and move toward and away from each other. When the tip of the drive vibration arm 113 and the tip of the drive vibration arm 115 are close to each other, the tip of the drive vibration arm 114 and the tip of the drive vibration arm 116 are close to each other, and the tip of the drive vibration arm 113 and the drive vibration When the tips of the arms 115 are separated from each other, the tips of the drive vibrating arms 114 and the tips of the drive vibrating arms 116 operate so as to be separated from each other.

この状態で、振動素子100‐1にz軸方向を第1検出軸160とした角速度150が加わると、図3Aに示すように、駆動振動腕113,114,115,116には、矢印Aの屈曲振動の方向(x軸方向)と角速度150の第1検出軸160(z軸方向)の双方に垂直な方向(y軸方向)にコリオリの力を得る。その結果、図3Aに示すように、連結腕131,132は矢印Bで示すようにy軸方向に対し振動し、連結腕131,132の振動に伴い検出振動腕123,124は、矢印Cに示すようにx軸方向に対し屈曲振動する。   In this state, when an angular velocity 150 with the z-axis direction as the first detection axis 160 is applied to the vibration element 100-1, the drive vibration arms 113, 114, 115, and 116 are indicated by the arrow A as shown in FIG. 3A. Coriolis force is obtained in a direction (y-axis direction) perpendicular to both the direction of bending vibration (x-axis direction) and the first detection axis 160 (z-axis direction) with an angular velocity of 150. As a result, as shown in FIG. 3A, the connecting arms 131 and 132 vibrate in the y-axis direction as indicated by an arrow B, and the detected vibrating arms 123 and 124 are moved to an arrow C as the connecting arms 131 and 132 vibrate. As shown, it bends and vibrates in the x-axis direction.

そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第1検出電極121および第2検出電極122に発生する。ここで、コリオリの力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリの力の大きさ(言い換えれば、角速度150の大きさ)に応じて変化する。   Then, AC charges based on these bending vibrations are generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 by the piezoelectric effect. Here, the AC charge generated based on the Coriolis force changes according to the magnitude of the Coriolis force (in other words, the magnitude of the angular velocity 150).

このとき、連結腕131,132は、互いに逆相となるように振動し、同様に、検出振動腕123,124も互いに逆相になるように屈曲振動する。即ち、検出振動腕123の駆動振動腕113側の側面に設けられた共通電極125と第1検出電極121との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕124の駆動振動腕114側の側面に設けられた共通電極125と第2検出電極122との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料は圧縮し、検出振動腕123の駆動振動腕113側の側面に設けられた共通電極125と第1検出電極121との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕124の駆動振動腕114側の側面に設けられた共通電極125と第2検出電極122との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料は伸長する。この結果、圧電効果によって第1検出電極121と第2検出電極122に発生する交流電荷は図3Bに示すように逆相となる。   At this time, the connecting arms 131 and 132 vibrate so as to be in opposite phases to each other, and similarly, the detection vibrating arms 123 and 124 bend and vibrate so as to be in opposite phases. That is, when the piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 provided on the side surface of the detection vibration arm 123 on the drive vibration arm 113 side and the first detection electrode 121 expands, the detection vibration arm 124. The piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 and the second detection electrode 122 provided on the side surface of the drive vibration arm 114 is compressed, and the drive vibration arm 113 side of the detection vibration arm 123 is compressed. When the piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 and the first detection electrode 121 provided on the side surface is compressed, the detection vibration arm 124 is provided on the side surface on the drive vibration arm 114 side. The piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 and the second detection electrode 122 expands. As a result, the AC charges generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 due to the piezoelectric effect are in reverse phase as shown in FIG. 3B.

また、振動素子100‐1に、x軸と略平行な第2検出軸170方向に加速度151が加わると、図4Aに示すように、検出振動腕123,124は、加速度151により生じた力で、矢印Dに示すようにx軸方向に対し屈曲振動(強制振動)を行う。   When the acceleration 151 is applied to the vibration element 100-1 in the direction of the second detection axis 170 substantially parallel to the x axis, the detection vibrating arms 123 and 124 are caused by the force generated by the acceleration 151, as shown in FIG. 4A. As shown by the arrow D, bending vibration (forced vibration) is performed in the x-axis direction.

そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第1検出電極121および第2検出電極122に発生する。ここで、加速度151に基づいて発生する交流電荷は、加速度151により振動素子100‐1に与えられた力に応じて変化する。なお、振動素子100‐1に加速度151が加わる要因として、例えば、物理量センサー1が搭載された筐体に衝撃が加わったときなどが挙げられる。   Then, AC charges based on these bending vibrations are generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 by the piezoelectric effect. Here, the AC charge generated based on the acceleration 151 changes in accordance with the force applied to the vibration element 100-1 by the acceleration 151. In addition, as a factor that the acceleration 151 is applied to the vibration element 100-1, for example, when an impact is applied to the casing on which the physical quantity sensor 1 is mounted.

この時、検出振動腕123,124は互いに同相の屈曲振動を行う。即ち、検出振動腕123の駆動振動腕113側の側面に設けられた共通電極125と第1検出電極121との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕124の駆動振動腕114側の側面に設けられた共通電極125と第2検出電極122との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料は伸長され、検出振動腕123の駆動振動腕113側の側面に設けられた共通電極125と第1検出電極121との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕124の駆動振動腕114側の側面に設けられた共通電極125と第2検出電極122との間に存在する振動素子100‐1の圧電材料は圧縮する。この結果、圧電効果によって第1検出電極121と第2検出電極122に発生する交流電荷は図4Bに示すように同相となる。   At this time, the detection vibrating arms 123 and 124 perform in-phase bending vibrations. That is, when the piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 provided on the side surface of the detection vibration arm 123 on the drive vibration arm 113 side and the first detection electrode 121 expands, the detection vibration arm 124. The piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 and the second detection electrode 122 provided on the side surface of the drive vibration arm 114 is expanded, and the drive vibration arm 113 side of the detection vibration arm 123 is expanded. When the piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 and the first detection electrode 121 provided on the side surface is compressed, the detection vibration arm 124 is provided on the side surface on the drive vibration arm 114 side. The piezoelectric material of the vibration element 100-1 existing between the common electrode 125 and the second detection electrode 122 is compressed. As a result, the AC charges generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 due to the piezoelectric effect are in phase as shown in FIG. 4B.

本実施形態における振動素子100は図5Aに示すような、平面形状がH型の振動素子100‐2であっても良い。   The vibration element 100 according to the present embodiment may be a vibration element 100-2 having a planar shape of H as shown in FIG. 5A.

図5Aは、本実施形態の振動素子100‐2を模式的に示す平面図(主面180を見た図)であり、図5B、図6A、図7Aは、本実施形態のH型の振動素子100‐2の模式的に示す側面図(側面190を見た図)である。なお、図5A、図5B、図6A、図7Aに示す図では、互いに直交する3つの軸とし、x軸、y軸、z軸を図示している。   FIG. 5A is a plan view schematically showing the vibration element 100-2 of the present embodiment (views of the main surface 180), and FIGS. 5B, 6A, and 7A are H-shaped vibrations of the present embodiment. 3 is a side view schematically showing the element 100-2 (a view of a side surface 190). FIG. 5A, FIG. 5B, FIG. 6A, and FIG. 7A show three axes that are orthogonal to each other, and the x axis, the y axis, and the z axis are illustrated.

図5Aに示すように、振動素子100‐2は、基部130と、駆動振動腕(「駆動腕」の一例)113,115と、駆動入力電極111と、駆動出力電極112と、検出振動腕(「第1検出腕」の一例)123と、検出振動腕(「第2検出腕」の一例)124と、第1検出電極121と、第2検出電極122と、を含む。   As shown in FIG. 5A, the vibration element 100-2 includes a base 130, a drive vibration arm (an example of a “drive arm”) 113 and 115, a drive input electrode 111, a drive output electrode 112, and a detection vibration arm ( An example of “first detection arm” 123, a detection vibration arm (example of “second detection arm”) 124, a first detection electrode 121, and a second detection electrode 122 are included.

基部130は、その平面形状が、例えば矩形(略矩形)に形成されている。   The base 130 has a planar shape, for example, a rectangle (substantially rectangular).

駆動振動腕113は、基部130からy軸方向に沿って−y軸方向に延出している。   The drive vibrating arm 113 extends in the −y axis direction from the base portion 130 along the y axis direction.

駆動振動腕114は、基部130からy軸方向に沿って駆動振動腕113と平行に−y軸方向に延出している。   The drive vibration arm 114 extends in the −y axis direction from the base portion 130 along the y axis direction in parallel with the drive vibration arm 113.

検出振動腕123は、基部130からy軸方向に沿って互いに駆動振動腕113と反対方向に+y軸方向に延出している。   The detection vibrating arms 123 extend in the + y-axis direction from the base portion 130 in the direction opposite to the driving vibrating arms 113 along the y-axis direction.

検出振動腕124は、基部130からy軸方向に沿って駆動振動腕115と反対方向に、且つ検出振動で124と平行に+y軸方向に延出している。   The detection vibration arm 124 extends in the + y-axis direction from the base 130 in the direction opposite to the drive vibration arm 115 along the y-axis direction and in parallel with 124 by the detection vibration.

駆動振動腕113の振動素子100‐2の主面180において駆動入力電極111が形成されており、駆動振動腕113の振動素子100‐2の側面190には駆動出力電極112が形成されている。   The drive input electrode 111 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the drive vibration arm 113, and the drive output electrode 112 is formed on the side surface 190 of the vibration element 100-2 of the drive vibration arm 113.

駆動振動腕115の振動素子100‐2の主面180において駆動出力電極112が形成されており、駆動振動腕115の振動素子100‐2の側面190には駆動入力電極111がそれぞれ形成されている。   The drive output electrode 112 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the drive vibration arm 115, and the drive input electrode 111 is formed on the side surface 190 of the vibration element 100-2 of the drive vibration arm 115. .

検出振動腕123の振動素子100‐2の主面180において第1検出電極121が形成されており、検出振動腕123の振動素子100‐2の側面190には共通電極125が形成されている。   A first detection electrode 121 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 123, and a common electrode 125 is formed on the side surface 190 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 123.

検出振動腕124の振動素子100‐2の主面180において第2検出電極122が形成されており、検出振動腕123の振動素子100‐2の側面190には、共通電極125が形成されている。なお、共通電極125は接地される。   The second detection electrode 122 is formed on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 124, and the common electrode 125 is formed on the side surface 190 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 123. . The common electrode 125 is grounded.

駆動入力電極111、駆動出力電極112との間に駆動信号DRVとしての交流電圧が与えられると、振動素子100‐2の駆動振動腕113,115は、逆圧電効果により矢印Eのように、振動素子100‐2の主面180に沿った方向に駆動振動する。   When an AC voltage as a drive signal DRV is applied between the drive input electrode 111 and the drive output electrode 112, the drive vibration arms 113 and 115 of the vibration element 100-2 vibrate as indicated by an arrow E due to the inverse piezoelectric effect. Drive and vibrate in a direction along the main surface 180 of the element 100-2.

具体的には、駆動入力電極111、駆動出力電極112との間に駆動信号DRVとしての交流電圧が与えられると、駆動振動腕113と駆動振動腕115の先端が互いに接近と離間を繰り返し屈曲運動(励振振動)する。このとき、図5Bに示すように振動素子100‐2には、z軸方向の変化は生じない。   Specifically, when an AC voltage as a drive signal DRV is applied between the drive input electrode 111 and the drive output electrode 112, the distal ends of the drive vibration arm 113 and the drive vibration arm 115 repeatedly move toward and away from each other and bend. (Excitation vibration). At this time, as shown in FIG. 5B, the vibration element 100-2 does not change in the z-axis direction.

この状態で、振動素子100‐2にy軸方向を第1検出軸160とした角速度150が加わると、図6Aに示すように、駆動振動腕113,115には、図5Aに示す矢印Eの屈曲振動の方向(x軸方向)と、図6Aに示す角速度150の第1検出軸160(y軸方向)の双方に垂直な方向(z軸方向)にコリオリの力を得る。その結果、図6Aに示すように、駆動振動腕113,115、検出振動腕123,124は、矢印Fに示すようにz軸方向に対し屈曲振動する。   In this state, when an angular velocity 150 with the y-axis direction as the first detection axis 160 is applied to the vibration element 100-2, as shown in FIG. 6A, the drive vibration arms 113 and 115 are connected to the arrow E shown in FIG. Coriolis force is obtained in a direction (z-axis direction) perpendicular to both the direction of bending vibration (x-axis direction) and the first detection axis 160 (y-axis direction) of the angular velocity 150 shown in FIG. 6A. As a result, as shown in FIG. 6A, the drive vibration arms 113 and 115 and the detection vibration arms 123 and 124 bend and vibrate in the z-axis direction as indicated by an arrow F.

そして、ダブルT型の振動素子100‐1と同様に、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第1検出電極121および第2検出電極122に発生する。ここで、コリオリの力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリの力の大きさ(言い換えれば、角速度150の大きさ)に応じて変化する。   Then, like the double T-type vibrating element 100-1, AC charges based on these bending vibrations are generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 by the piezoelectric effect. Here, the AC charge generated based on the Coriolis force changes according to the magnitude of the Coriolis force (in other words, the magnitude of the angular velocity 150).

このとき、検出振動腕123,124は互いに逆相となるように屈曲振動する。即ち、検出振動腕123の振動素子100‐2の主面180に設けられた第1検出電極121と検出振動腕123の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕124の振動素子100‐2の主面180に設けられた第2検出電極122と検出振動腕124の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料は圧縮し、検出振動腕123の振動素子100‐2の主面180に設けられた第1検出電極121と検出振動腕123の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕124の振動素子100‐2の主面180に設けられた第2検出電極122と検出振動腕124の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料は伸長する。この結果、圧電効果によって第1検出電極121と第2検出電極122に発生する交流電荷は図6Bに示すように逆相となる。   At this time, the detection vibrating arms 123 and 124 bend and vibrate so as to be in opposite phases to each other. That is, the vibration element 100-existing between the first detection electrode 121 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 123 and the common electrode 125 provided on the side surface 190 of the detection vibration arm 123. Between the second detection electrode 122 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibrating arm 124 and the common electrode 125 provided on the side surface 190 of the detection vibrating arm 124 when the second piezoelectric material is expanded. The piezoelectric material of the vibration element 100-2 existing in FIG. 5 is compressed and provided on the first detection electrode 121 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 123 and the side surface 190 of the detection vibration arm 123. When the piezoelectric material of the vibration element 100-2 existing between the common electrode 125 is compressed, the second detection electrode 122 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 124 is detected. The piezoelectric material of the vibrating element 100-2 which exists between the common electrode 125 provided on the side surface 190 of the vibrating arm 124 extends. As a result, the AC charges generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 due to the piezoelectric effect are in reverse phase as shown in FIG. 6B.

また、振動素子100‐2に、z軸と略平行な第2検出軸170方向に加速度151が加わると、図7Aに示すように、検出振動腕123,124は、加速度151により生じた力で、矢印Gに示すようにz軸方向に対し屈曲振動(強制振動)する。   Further, when the acceleration 151 is applied to the vibration element 100-2 in the direction of the second detection axis 170 substantially parallel to the z-axis, the detection vibrating arms 123 and 124 are caused by the force generated by the acceleration 151 as shown in FIG. As shown by an arrow G, bending vibration (forced vibration) occurs in the z-axis direction.

そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第1検出電極121および第2検出電極122に発生する。ここで、加速度151に基づいて発生する交流電荷は、加速度151により振動素子100‐2に与えられた力に応じて変化する。なお、振動素子100‐2に加速度151が加わる要因として、例えば、物理量センサー1が搭載された筐体に衝撃が加わったときなどが挙げられる。   Then, AC charges based on these bending vibrations are generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 by the piezoelectric effect. Here, the AC charge generated based on the acceleration 151 changes in accordance with the force applied to the vibration element 100-2 by the acceleration 151. In addition, as a factor that the acceleration 151 is applied to the vibration element 100-2, for example, when an impact is applied to the casing in which the physical quantity sensor 1 is mounted.

このとき、検出振動腕123,124は互いに同相の屈曲振動を行う。即ち、検出振動腕123の振動素子100‐2の主面180に設けられた第1検出電極121と検出振動腕123の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕124の振動素子100‐2の主面180に設けられた第2検出電極122と検出振動腕124の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料は伸長し、検出振動腕123の振動素子100‐2の主面180に設けられた第1検出電極121と検出振動腕123の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕124の振動素子100‐2の主面180に設けられた第2検出電極122と検出振動腕124の側面190に設けられた共通電極125との間に存在する振動素子100‐2の圧電材料は圧縮する。この結果、圧電効果によって第1検出電極121と第2検出電極122に発生する交流電荷は図7Bに示すように同相となる。   At this time, the detection vibrating arms 123 and 124 perform bending vibrations in the same phase. That is, the vibration element 100-existing between the first detection electrode 121 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 123 and the common electrode 125 provided on the side surface 190 of the detection vibration arm 123. Between the second detection electrode 122 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibrating arm 124 and the common electrode 125 provided on the side surface 190 of the detection vibrating arm 124 when the second piezoelectric material is expanded. The piezoelectric material of the vibration element 100-2 existing in FIG. 3 expands and is provided on the first detection electrode 121 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 123 and the side surface 190 of the detection vibration arm 123. When the piezoelectric material of the vibration element 100-2 existing between the common electrode 125 is compressed, the second detection electrode 122 provided on the main surface 180 of the vibration element 100-2 of the detection vibration arm 124 is detected. The piezoelectric material of the vibrating element 100-2 which exists between the common electrode 125 provided on the side surface 190 of the vibrating arm 124 compresses. As a result, the AC charges generated in the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 due to the piezoelectric effect are in phase as shown in FIG. 7B.

なお、本実施の形態において、ダブルT型の振動素子100‐1と、H型の振動素子100‐2とにおいて、特に区別する必要がないときは、振動素子100として説明を行う。   In this embodiment, the double T-type vibration element 100-1 and the H-type vibration element 100-2 will be described as the vibration element 100 when it is not necessary to distinguish between them.

図1に戻り、本実施形態におけるIC2は、振動素子100を駆動振動させるための駆動回路10と、角速度または加速度(物理量の一例)が加わったときに振動素子100の検出振動を検出するための検出回路20と、を含み構成されている。   Returning to FIG. 1, the IC 2 in the present embodiment detects a detected vibration of the vibration element 100 when a driving circuit 10 for driving and vibrating the vibration element 100 and an angular velocity or acceleration (an example of a physical quantity) are applied. And a detection circuit 20.

駆動回路10は、振幅調整回路11と、I/V変換回路(電流電圧変換回路)12と、AC増幅回路13と、を有している。駆動回路10は振動素子100の駆動入力電極111に駆動振動腕113,114,115,116(図2参照、H型の振動素子100‐2においては、駆動振動腕113、115)を駆動させる駆動信号DRVを出力し、かつ振動素子100の駆動出力電極112から出力される信号が入力される回路である。   The drive circuit 10 includes an amplitude adjustment circuit 11, an I / V conversion circuit (current / voltage conversion circuit) 12, and an AC amplification circuit 13. The drive circuit 10 drives the drive input electrode 111 of the vibration element 100 to drive the drive vibration arms 113, 114, 115, and 116 (see FIG. 2; in the H-type vibration element 100-2, the drive vibration arms 113 and 115). In this circuit, a signal DRV is output and a signal output from the drive output electrode 112 of the vibration element 100 is input.

振動素子100の駆動振動腕113,114,115,116が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が、駆動出力電極112から出力され、I/V変換回路12に入力される。I/V変換回路12は、入力された交流電流を駆動振動腕113,114,115,116の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換し出力する。   When the drive vibration arms 113, 114, 115, 116 of the vibration element 100 vibrate, an alternating current based on the piezoelectric effect is output from the drive output electrode 112 and input to the I / V conversion circuit 12. The I / V conversion circuit 12 converts the input AC current into an AC voltage signal having the same frequency as the vibration frequency of the drive vibrating arms 113, 114, 115, 116 and outputs the AC voltage signal.

I/V変換回路12から出力された交流電圧信号は、AC増幅回路13に入力される。AC増幅回路13は入力された交流電圧信号を増幅し出力する。   The AC voltage signal output from the I / V conversion circuit 12 is input to the AC amplifier circuit 13. The AC amplifier circuit 13 amplifies and outputs the input AC voltage signal.

AC増幅回路13から出力された交流電圧信号は、振幅調整回路11に入力される。振幅調整回路11は、入力された交流電圧信号の振幅を一定に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を、振動素子100の駆動入力電極111に出力する。この駆動入力電極111に入力される交流電圧信号(駆動信号DRV)により、駆動振動腕113,114,115,116が駆動振動する。   The AC voltage signal output from the AC amplifier circuit 13 is input to the amplitude adjustment circuit 11. The amplitude adjustment circuit 11 controls the gain so as to keep the amplitude of the input AC voltage signal constant, and outputs the AC voltage signal after gain control to the drive input electrode 111 of the vibration element 100. The drive vibrating arms 113, 114, 115, 116 are driven to vibrate by the AC voltage signal (drive signal DRV) input to the drive input electrode 111.

検出回路20は、チャージアンプ(「第1増幅器」の一例)21,チャージアンプ(「第2増幅器」の一例)22と、変換部23と、信号処理部24と、インターフェース回路25と、A/D変換回路26と、を含む。   The detection circuit 20 includes a charge amplifier (an example of “first amplifier”) 21, a charge amplifier (an example of “second amplifier”) 22, a conversion unit 23, a signal processing unit 24, an interface circuit 25, an A / A D conversion circuit 26.

チャージアンプ21は、振動素子100の第1検出電極121と電気的に接続され、第1検出電極121から出力される交流電荷に基づく電流信号を、交流電圧である第1信号Sig1に変換する。チャージアンプ22は、振動素子100の第2検出電極122と電気的に接続され、第2検出電極122から出力される交流電荷に基づく電流信号を、交流電圧である第2信号Sig2に変換する。   The charge amplifier 21 is electrically connected to the first detection electrode 121 of the vibration element 100, and converts a current signal based on the AC charge output from the first detection electrode 121 into a first signal Sig1 that is an AC voltage. The charge amplifier 22 is electrically connected to the second detection electrode 122 of the vibration element 100, and converts a current signal based on the AC charge output from the second detection electrode 122 into a second signal Sig2 that is an AC voltage.

具体的には、チャージアンプ21およびチャージアンプ22は各々が、例えば演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成される。演算増幅器の反転入力端子(−端子)には、第1検出電極121または第2検出電極122から出力された交流電荷に基づく交流電流が入力され、非反転増幅端子(+端子)には、基準電圧が入力される。この演算増幅器を介することで、チャージアンプ21は、第1検出電極121から入力される信号である交流電荷を増幅して第1信号Sig1に変換し、チャージアンプ22は、第2検出電極122から入力される信号である交流電荷を増幅して第2信号Sig2に変換する。   Specifically, each of the charge amplifier 21 and the charge amplifier 22 includes, for example, an operational amplifier, a feedback resistor, and a feedback capacitor. An AC current based on the AC charge output from the first detection electrode 121 or the second detection electrode 122 is input to the inverting input terminal (− terminal) of the operational amplifier, and a reference is supplied to the non-inverting amplification terminal (+ terminal). A voltage is input. By passing through this operational amplifier, the charge amplifier 21 amplifies the AC charge, which is a signal input from the first detection electrode 121, and converts it into the first signal Sig1, and the charge amplifier 22 receives from the second detection electrode 122. The AC charge that is an input signal is amplified and converted into a second signal Sig2.

変換部23は、スイッチ35,36と、A/D変換回路31と、レジスター32,33と、を含む。   The conversion unit 23 includes switches 35 and 36, an A / D conversion circuit 31, and registers 32 and 33.

変換部23は、時分割にチャージアンプ21からの第1信号Sig1を第1デジタル信号Dig1に変換し、チャージアンプ22からの第2信号Sig2を第2デジタル信号Dig2に変換する。   The conversion unit 23 converts the first signal Sig1 from the charge amplifier 21 into the first digital signal Dig1 in a time division manner, and converts the second signal Sig2 from the charge amplifier 22 into the second digital signal Dig2.

具体的には、変換部23に入力された第1信号Sig1および第2信号Sig2は、スイッチ35,36により順次A/D変換回路31に入力される。スイッチ35,36は、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ctrにより順次導通される。即ち、ある時刻tにおいてスイッチ35が導通し、スイッチ36が非導通となり、第1信号Sig1がA/D変換回路31に入力され、時刻t+1においてスイッチ35が非導通となり、スイッチ36が導通することで、A/D変換回路31には、第2信号Sig2が入力される。   Specifically, the first signal Sig1 and the second signal Sig2 input to the conversion unit 23 are sequentially input to the A / D conversion circuit 31 by the switches 35 and 36. The switches 35 and 36 are sequentially turned on by a switch control signal Ctr output from a control unit (not shown). That is, the switch 35 is turned on and the switch 36 is turned off at a certain time t, and the first signal Sig1 is input to the A / D conversion circuit 31, and the switch 35 is turned off and the switch 36 is turned on at time t + 1. Thus, the second signal Sig2 is input to the A / D conversion circuit 31.

A/D変換回路31は、時分割に入力された第1信号Sig1および第2信号Sig2をデジタル信号に変換する。このとき、A/D変換回路31により変換されたデジタル信号はスイッチ制御信号Ctrに連動し順次レジスター32またはレジスター33に保持される。この結果、時分割にA/D変換された第1信号Sig1および第2信号Sig2は、デジタル信号に変換され、スイッチ制御信号Ctrに連動し順次レジスター32またはレジスター33に保持される。例えば、ある時刻tにおいて、第1信号Sig1がA/D変換されたデジタル信号がレジスター32に保持され、時刻t+1において、第2信号Sig2がA/D変換されたデジタル信号がレジスター33に保持される。即ち、レジスター32に保持されているデジタル信号が第1デジタル信号Dig1であり、レジスター33に保持されているデジタル信号が第2デジタル信号Dig2となる。   The A / D conversion circuit 31 converts the first signal Sig1 and the second signal Sig2 input in time division into digital signals. At this time, the digital signal converted by the A / D conversion circuit 31 is sequentially held in the register 32 or the register 33 in conjunction with the switch control signal Ctr. As a result, the first signal Sig1 and the second signal Sig2 A / D converted in a time division manner are converted into digital signals and sequentially held in the register 32 or the register 33 in conjunction with the switch control signal Ctr. For example, the digital signal obtained by A / D converting the first signal Sig1 is held in the register 32 at a certain time t, and the digital signal obtained by A / D converting the second signal Sig2 is held in the register 33 at the time t + 1. The That is, the digital signal held in the register 32 is the first digital signal Dig1, and the digital signal held in the register 33 is the second digital signal Dig2.

このように変換部23は、第1信号Sig1と第2信号Sig2を時分割にA/D変換することにより、第1デジタル信号Dig1の算出処理および第2デジタル信号Dig2の算出処理とを、疑似的に並列して行う。   Thus, the conversion unit 23 performs A / D conversion of the first signal Sig1 and the second signal Sig2 in a time-sharing manner, thereby performing a calculation process for the first digital signal Dig1 and a calculation process for the second digital signal Dig2. In parallel.

A/D変換回路26は、振動素子100を駆動する駆動信号DRVに基づく信号をAD変換し、基準信号SDETを出力する。具体的には、A/D変換回路26は、駆動回路10のAC増幅回路13から出力された電圧信号が入力され、デジタル信号である基準信号SDETに変換し信号処理部24に出力する。   The A / D conversion circuit 26 AD-converts a signal based on the drive signal DRV that drives the vibration element 100 and outputs a reference signal SDET. Specifically, the A / D conversion circuit 26 receives the voltage signal output from the AC amplifier circuit 13 of the drive circuit 10, converts the voltage signal into a reference signal SDET that is a digital signal, and outputs the reference signal SDET to the signal processing unit 24.

信号処理部24は、乗算処理部41と、ローパスフィルター処理部42(LPF:Low Pass Filter)と、第1演算処理部43と、第2演算処理部44と、を含み構成される。   The signal processing unit 24 includes a multiplication processing unit 41, a low-pass filter processing unit 42 (LPF: Low Pass Filter), a first arithmetic processing unit 43, and a second arithmetic processing unit 44.

信号処理部24は、第1デジタル信号Dig1と第2デジタル信号Dig2とに基づいて角速度と加速度とを算出する。   The signal processing unit 24 calculates an angular velocity and an acceleration based on the first digital signal Dig1 and the second digital signal Dig2.

具体的には、本実施形態において信号処理部24は、第1デジタル信号Dig1と、振動素子100を駆動する駆動信号DRVに基づく基準信号SDETとを乗算し、第2デジタル信号Dig2と、基準信号SDETとを乗算する乗算処理と、乗算処理により得られた信号に対するローパスフィルター処理と、ローパスフィルター処理により得られた信号を、和演算および差演算の一方により角速度を算出する第1演算処理を行う。また、本実施形態において信号処理部24は、第1デジタル信号Dig1と第2デジタル信号Dig2との和演算および差演算の他方により加速度を算出する第2演算処理を行う。   Specifically, in the present embodiment, the signal processing unit 24 multiplies the first digital signal Dig1 by the reference signal SDET based on the drive signal DRV that drives the vibration element 100, and the second digital signal Dig2 and the reference signal A multiplication process for multiplying the SDET, a low-pass filter process for the signal obtained by the multiplication process, and a first computation process for calculating the angular velocity of the signal obtained by the low-pass filter process by one of a sum operation and a difference operation. . In the present embodiment, the signal processing unit 24 performs a second calculation process for calculating acceleration by the other of the sum calculation and the difference calculation of the first digital signal Dig1 and the second digital signal Dig2.

また前述のとおり、本実施形態において、振動素子100の第1検出電極121から出力される交流電荷と第2検出電極122から出力される交流電荷は互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含む。よって、第1検出電極121の出力信号に基づく第1信号Sig1と、第2検出電極122の出力信号に基づく第2信号Sig2も互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含む。ここで、第1信号Sig1と第2信号Sig2とが、互いに逆相の角速度成分を含むとき、角速度成分は、第1信号Sig1と第2信号Sig2との差を算出することで、抽出することができる。また、第1信号Sig1と第2信号Sig2とが、互いに同相の加速度成分を含むとき、加速度成分は、第1信号Sig1と第2信号Sig2との和を算出することで、抽出することができる。即ち、本実施形態において角速度を算出する第1演算処理は、差演算であり、加速度を算出する第2演算処理は、和演算となる。   Further, as described above, in the present embodiment, the AC charge output from the first detection electrode 121 and the AC charge output from the second detection electrode 122 of the vibration element 100 have an angular velocity component that is a component opposite to each other and an in-phase component. Including at least one of the acceleration components. Therefore, the first signal Sig1 based on the output signal of the first detection electrode 121 and the second signal Sig2 based on the output signal of the second detection electrode 122 are also an angular velocity component which is a component in opposite phase and an acceleration which is a component in phase with each other. Including at least one of the components. Here, when the first signal Sig1 and the second signal Sig2 include angular velocity components having opposite phases, the angular velocity component is extracted by calculating a difference between the first signal Sig1 and the second signal Sig2. Can do. Further, when the first signal Sig1 and the second signal Sig2 include in-phase acceleration components, the acceleration component can be extracted by calculating the sum of the first signal Sig1 and the second signal Sig2. . That is, in the present embodiment, the first calculation process for calculating the angular velocity is a difference calculation, and the second calculation process for calculating the acceleration is a sum calculation.

具体的には、変換部23から出力された、第1デジタル信号Dig1と第2デジタル信号Dig2は、各々を乗算処理する乗算処理部41に入力される。第1デジタル信号Dig1と第2デジタル信号Dig2は、各々が乗算処理部41において基準信号SDETと乗算される。さらに乗算された各々のデジタル信号は、ローパスフィルター処理を行うローパスフィルター処理部42に入力され高周波成分が除去される(正確には、高周波成分が所定のレベル以下に減衰される)。即ち、乗算処理部41とローパスフィルター処理部42は、同期検波回路としての機能を有する。その後、第1演算処理部43は、ローパスフィルター処理部42から出力された信号の差を算出(差演算)することで、角速度信号VD1を生成する。さらに、第2演算処理部44は、第1デジタル信号Dig1と第2デジタル信号Dig2との和を算出(和演算)することにより、加速度信号VD2を生成する。   Specifically, the first digital signal Dig1 and the second digital signal Dig2 output from the conversion unit 23 are input to a multiplication processing unit 41 that performs multiplication processing on each of them. The first digital signal Dig1 and the second digital signal Dig2 are each multiplied by the reference signal SDET in the multiplication processing unit 41. Further, each multiplied digital signal is input to a low-pass filter processing unit 42 that performs a low-pass filter process, and a high-frequency component is removed (more precisely, the high-frequency component is attenuated to a predetermined level or less). That is, the multiplication processing unit 41 and the low-pass filter processing unit 42 have a function as a synchronous detection circuit. Thereafter, the first arithmetic processing unit 43 calculates the difference between the signals output from the low-pass filter processing unit 42 (difference calculation), thereby generating the angular velocity signal VD1. Further, the second arithmetic processing unit 44 generates the acceleration signal VD2 by calculating (summing) the sum of the first digital signal Dig1 and the second digital signal Dig2.

このように、本実施形態では、信号処理部24は角速度および加速度の算出をデジタル処理で演算することで、ノイズ等の影響を受け難く、角速度および加速度の算出が可能となる。   As described above, in the present embodiment, the signal processing unit 24 calculates the angular velocity and acceleration by digital processing, so that it is difficult to be affected by noise and the like, and the angular velocity and acceleration can be calculated.

インターフェース回路25は、信号処理部24から出力された角速度信号VD1および加速度信号VD2を、例えばSPI(Serial Peripheral Interface)バスによりMCU50に出力する。また、インターフェース回路25は、MCU50が発信する各種のコマンドを受信し、コマンドに応じたデータをMCU50に発信する処理を行う。さらに、インターフェース回路25は、MCU50からの要求に応じ、不図示の記憶部(不揮発性メモリやレジスターなど)に記憶されているデータを読出しMCU50に出力する処理や、MCU50から出力されたデータを記憶部に書き込む処理を行う。なお、インターフェース回路25は、SPIバス以外の各種バス、例えばIC(Inter-Integrated Circuit)バス等に対応するインターフェース回路25であってもよい。 The interface circuit 25 outputs the angular velocity signal VD1 and the acceleration signal VD2 output from the signal processing unit 24 to the MCU 50 through, for example, an SPI (Serial Peripheral Interface) bus. The interface circuit 25 receives various commands transmitted by the MCU 50 and performs processing for transmitting data corresponding to the commands to the MCU 50. Further, in response to a request from the MCU 50, the interface circuit 25 reads out data stored in a storage unit (not shown) (nonvolatile memory, register, etc.) and outputs the data to the MCU 50, or stores data output from the MCU 50. The process of writing to the copy is performed. The interface circuit 25 may be an interface circuit 25 corresponding to various buses other than the SPI bus, such as an I 2 C (Inter-Integrated Circuit) bus.

第1実施形態に係る物理量センサー1によれば、振動素子100は、第1検出軸160まわりに角速度150が印加されたとき、検出振動腕123と検出振動腕124とが互いに逆方向に振動し、第2検出軸170方向に加速度151が加わったとき、検出振動腕123と検出振動腕124とが互いに同方向に振動する。これにより、第1実施形態に係る物理量センサー1は、角速度と加速度との2つの物理量を一つの振動素子100を用いて検出することができる。   According to the physical quantity sensor 1 according to the first embodiment, when the angular velocity 150 is applied around the first detection axis 160, the vibration element 100 causes the detection vibration arm 123 and the detection vibration arm 124 to vibrate in opposite directions. When the acceleration 151 is applied in the direction of the second detection axis 170, the detection vibration arm 123 and the detection vibration arm 124 vibrate in the same direction. Thereby, the physical quantity sensor 1 according to the first embodiment can detect two physical quantities, angular velocity and acceleration, by using one vibration element 100.

さらに、振動素子100は、角速度と加速度との検出信号を共通の一対の電極である第1検出電極121および第2検出電極122から出力する。その為、角速度および加速度の検出信号を増幅するチャージアンプ21,22も角速度成分および加速度成分での双方で共通に用いることができる。さらに、チャージアンプ21,22から出力された第1信号Sig1,第2信号Sig2を時分割に変換部23に入力することで、一つの変換部23でデジタル信号に変換することが可能となる。これにより、第1実施形態に係る物理量センサー1は、回路規模の増加を抑えることが可能となる。   Further, the vibration element 100 outputs detection signals of angular velocity and acceleration from the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 which are a common pair of electrodes. Therefore, the charge amplifiers 21 and 22 for amplifying the angular velocity and acceleration detection signals can be used in common for both the angular velocity component and the acceleration component. Further, the first signal Sig1 and the second signal Sig2 output from the charge amplifiers 21 and 22 are input to the conversion unit 23 in a time division manner, so that the single conversion unit 23 can convert the digital signal. Thereby, the physical quantity sensor 1 according to the first embodiment can suppress an increase in circuit scale.

また、第1実施形態に係る物理量センサー1によれば、信号処理部24は、角速度および加速度の演算を第1デジタル信号Dig1および第2デジタル信号Dig2に基づき行う。この為、ノイズ等の影響を受け難く、安定した特性を有する物理量センサー1が実現可能となる。   Further, according to the physical quantity sensor 1 according to the first embodiment, the signal processing unit 24 performs calculation of angular velocity and acceleration based on the first digital signal Dig1 and the second digital signal Dig2. For this reason, the physical quantity sensor 1 which is hardly affected by noise or the like and has stable characteristics can be realized.

1.2 第2実施形態
第1実施形態における物理量センサー1では、1軸の角速度および1軸の加速度を算出しているが、第2実施形態の物理量センサー1は、振動素子100を3個用いることで、3軸の角速度および2軸の加速度を算出する。なお、第2実施形態の物理量センサー1について、第1実施形態と同様の構成要素には、同じ符号を付し、第1実施形態と異なる点について説明し、第1実施形態と重複する説明を省略する。
1.2 Second Embodiment In the physical quantity sensor 1 in the first embodiment, the uniaxial angular velocity and the uniaxial acceleration are calculated, but the physical quantity sensor 1 in the second embodiment uses three vibration elements 100. Thus, the triaxial angular velocity and the biaxial acceleration are calculated. In addition, about the physical quantity sensor 1 of 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment, a different point from 1st Embodiment is demonstrated, and the description which overlaps with 1st Embodiment is given. Omitted.

図8は、第2実施形態における物理量センサー1の斜視図である。なお、図8に示す図では、互いに直交する3つの軸とし、X軸、Y軸、Z軸を図示している。   FIG. 8 is a perspective view of the physical quantity sensor 1 in the second embodiment. In the figure shown in FIG. 8, the X axis, the Y axis, and the Z axis are shown as three axes orthogonal to each other.

第2実施形態における物理量センサー1は、1面が開口された箱状のベース300と、ベース300の開口面を塞ぐ板状の不図示のリッドと、第1振動素子100aと、第2振動素子100bと、第3振動素子100cと、不図示のIC2と、を含み構成される。そして、物理量センサー1は、箱状のベース300とリッドとで気密性が確保されたパッケージの中に、第1振動素子100aと、第2振動素子100bと、第3振動素子100cと、不図示のIC2と、を配置する。   The physical quantity sensor 1 according to the second embodiment includes a box-shaped base 300 having one surface opened, a plate-shaped lid (not shown) that closes the opening surface of the base 300, a first vibration element 100a, and a second vibration element. 100b, the 3rd vibration element 100c, and IC2 not shown are comprised. The physical quantity sensor 1 includes a first vibration element 100a, a second vibration element 100b, a third vibration element 100c, and a package (not shown) that are hermetically sealed with a box-shaped base 300 and a lid. IC2 is arranged.

第2実施形態における複数の振動素子100の各々の構造および動作は、第1実施形態(図2〜図7B)と同様であるため、その図示および説明を省略する。   Since the structure and operation of each of the plurality of vibration elements 100 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment (FIGS. 2 to 7B), illustration and description thereof are omitted.

図示を省略するが、第2の実施形態における物理量センサー1は、第1実施形態(図1)と同様に駆動回路10、変換部23、信号処理部24、インターフェース回路25、A/D変換回路26を含む。さらに、物理量センサー1は、3組のチャージアンプ21a、22a、21b、22b、21c、22cを含む。   Although not shown, the physical quantity sensor 1 according to the second embodiment includes a drive circuit 10, a conversion unit 23, a signal processing unit 24, an interface circuit 25, and an A / D conversion circuit, as in the first embodiment (FIG. 1). 26. Further, the physical quantity sensor 1 includes three sets of charge amplifiers 21a, 22a, 21b, 22b, 21c, and 22c.

第1振動素子100aは、図5A〜図7Bに示されるH型の振動素子100‐2である。第1振動素子100aは、図6Aに示す第1検出軸160および図7Aに示す第2検出軸170が、それぞれ図8のX軸およびZ軸に沿うように配置される。即ち、第1振動素子100aは、図8においてX軸に沿った第1検出軸160まわりの角速度と、Z軸に沿った第2検出軸170方向の加速度を検出することができる。   The first vibration element 100a is an H-type vibration element 100-2 shown in FIGS. 5A to 7B. In the first vibrating element 100a, the first detection shaft 160 shown in FIG. 6A and the second detection shaft 170 shown in FIG. 7A are arranged along the X axis and the Z axis in FIG. 8, respectively. That is, the first vibration element 100a can detect the angular velocity around the first detection axis 160 along the X axis and the acceleration in the direction of the second detection axis 170 along the Z axis in FIG.

第2振動素子100bは、図5A〜図7Bに示されるH型の振動素子100‐2である。第2振動素子100bは、図6Aに示す第1検出軸160および図7Aに示す第2検出軸170が、それぞれ図8のY軸およびZ軸に沿うように配置さる。即ち、第2振動素子100bは、図8においてY軸に沿った第1検出軸160まわりの角速度と、Z軸に沿った第2検出軸170方向の加速度を検出することができる。   The second vibration element 100b is an H-type vibration element 100-2 shown in FIGS. 5A to 7B. In the second vibration element 100b, the first detection shaft 160 shown in FIG. 6A and the second detection shaft 170 shown in FIG. 7A are arranged along the Y axis and the Z axis in FIG. 8, respectively. That is, the second vibration element 100b can detect the angular velocity around the first detection axis 160 along the Y axis and the acceleration in the direction of the second detection axis 170 along the Z axis in FIG.

第3振動素子100cは、図2〜図4Bに示されるダブルT型の振動素子100‐1である。第3振動素子100cは、図3Aに示す第1検出軸160および図4Aに示す第2検出軸170が、それぞれ図8のZ軸およびX軸に沿うように配置される。即ち、第3振動素子100cは、図8においてZ軸に沿った第1検出軸160まわりの角速度と、X軸に沿った第2検出軸170方向の加速度を検出することができる。   The third vibrating element 100c is a double T-shaped vibrating element 100-1 shown in FIGS. In the third vibrating element 100c, the first detection shaft 160 shown in FIG. 3A and the second detection shaft 170 shown in FIG. 4A are arranged along the Z axis and the X axis in FIG. 8, respectively. That is, the third vibration element 100c can detect the angular velocity around the first detection axis 160 along the Z axis and the acceleration in the direction of the second detection axis 170 along the X axis in FIG.

図9は、第2実施形態の物理量センサー1において、複数の振動素子100と検出できる物理量との関係を示した図である。図9に示すように、第2実施形態における物理量センサー1は、X軸角速度を、第1振動素子100aの第1検出電極121a(図10参照)と第2検出電極122a(図10参照)との逆相の信号により検出し、Y軸角速度を、第2振動素子100bの第1検出電極121b(図10参照)と第2検出電極122b(図10参照)との逆相の信号により検出し、Z軸角速度を、第3振動素子100cの第1検出電極121c(図10参照)と第2検出電極122c(図10参照)との逆相の信号により検出することができる。さらに、第2実施形態における物理量センサー1は、X軸加速度を、第3振動素子100cの第1検出電極121c(図10参照)と第2検出電極122c(図10参照)との同相の信号により検出し、Z軸加速度を、第1振動素子100aの第1検出電極121a(図10参照)と第2検出電極122a(図10参照)との同相の信号および第2振動素子100bの第1検出電極121b(図10参照)と第2検出電極122b(図10参照)との同相の信号により検出することができる。なお、第2実施形態における物理量センサー1は、Z軸加速度を、第1振動素子100aと第2振動素子100bとで検出される。その為、Z軸加速度は、第1振動素子100aおよび第2振動素子100bの、いずれかの検出結果を用いてもよいし、双方の検出結果の平均によりZ軸加速度を算出しても良い。   FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a plurality of vibration elements 100 and physical quantities that can be detected in the physical quantity sensor 1 of the second embodiment. As shown in FIG. 9, the physical quantity sensor 1 in the second embodiment determines the X-axis angular velocity based on the first detection electrode 121 a (see FIG. 10) and the second detection electrode 122 a (see FIG. 10) of the first vibration element 100 a. , And the Y-axis angular velocity is detected by a reverse-phase signal between the first detection electrode 121b (see FIG. 10) and the second detection electrode 122b (see FIG. 10) of the second vibration element 100b. The Z-axis angular velocity can be detected by signals in reverse phase from the first detection electrode 121c (see FIG. 10) and the second detection electrode 122c (see FIG. 10) of the third vibration element 100c. Furthermore, the physical quantity sensor 1 according to the second embodiment uses the in-phase signal of the X-axis acceleration from the first detection electrode 121c (see FIG. 10) and the second detection electrode 122c (see FIG. 10) of the third vibration element 100c. The Z-axis acceleration is detected and the in-phase signal of the first detection electrode 121a (see FIG. 10) and the second detection electrode 122a (see FIG. 10) of the first vibration element 100a and the first detection of the second vibration element 100b. Detection can be performed by a signal in phase between the electrode 121b (see FIG. 10) and the second detection electrode 122b (see FIG. 10). In the physical quantity sensor 1 in the second embodiment, the Z-axis acceleration is detected by the first vibration element 100a and the second vibration element 100b. Therefore, for the Z-axis acceleration, either detection result of the first vibration element 100a or the second vibration element 100b may be used, or the Z-axis acceleration may be calculated by averaging both detection results.

これより、第2実施形態における物理量センサー1は、X軸、Y軸、Z軸の角速度(3軸の角速度)と、X軸、Z軸の加速度(2軸の加速度)を検出可能な5軸センサーである。   Thus, the physical quantity sensor 1 according to the second embodiment is capable of detecting X-axis, Y-axis, and Z-axis angular velocities (3-axis angular velocities) and X-axis and Z-axis accelerations (2-axis acceleration). It is a sensor.

図10は、第2実施形態における、検出回路20に含まれるチャージアンプ21a,21b,21c,22a,22b,22c、変換部23を示すブロック図である。   FIG. 10 is a block diagram showing the charge amplifiers 21a, 21b, 21c, 22a, 22b, 22c and the conversion unit 23 included in the detection circuit 20 in the second embodiment.

チャージアンプ21aは、第1振動素子100aの第1検出電極121aから出力された交流電荷を、電流/電圧変換および増幅し、第1信号Sig1aを出力する。また、チャージアンプ22aは、第1振動素子100aの第2検出電極122aから出力された交流電荷を、電流/電圧変換および増幅し、第2信号Sig2aを出力する。   The charge amplifier 21a performs current / voltage conversion and amplification on the AC charge output from the first detection electrode 121a of the first vibration element 100a, and outputs a first signal Sig1a. In addition, the charge amplifier 22a performs current / voltage conversion and amplification on the AC charge output from the second detection electrode 122a of the first vibration element 100a, and outputs a second signal Sig2a.

チャージアンプ21bは、第2振動素子100bの第1検出電極121bから出力された交流電荷を、電流/電圧変換および増幅し、第1信号Sig1bを出力する。また、チャージアンプ22bは、第2振動素子100bの第2検出電極122bから出力された交流電荷を、電流/電圧変換および増幅し、第2信号Sig2bを出力する。   The charge amplifier 21b performs current / voltage conversion and amplification on the AC charge output from the first detection electrode 121b of the second vibration element 100b, and outputs a first signal Sig1b. In addition, the charge amplifier 22b performs current / voltage conversion and amplification on the AC charge output from the second detection electrode 122b of the second vibration element 100b, and outputs a second signal Sig2b.

チャージアンプ21cは、第3振動素子100cの第1検出電極121cから出力された交流電荷を、電流/電圧変換および増幅し、第1信号Sig1cを出力する。また、チャージアンプ22cは、第3振動素子100cの第2検出電極122cから出力された交流電荷を、電流/電圧変換および増幅し、第2信号Sig2cを出力する。   The charge amplifier 21c performs current / voltage conversion and amplification on the AC charge output from the first detection electrode 121c of the third vibration element 100c, and outputs a first signal Sig1c. In addition, the charge amplifier 22c performs current / voltage conversion and amplification on the AC charge output from the second detection electrode 122c of the third vibrating element 100c, and outputs a second signal Sig2c.

なお、チャージアンプ21a,21b,21cは、第1実施形態のチャージアンプ21と同様の構成であり、詳細の説明は省略する。同様に、チャージアンプ22a,22b,22cは、第1実施形態のチャージアンプ22と同様の構成であり、詳細の説明は省略する。   The charge amplifiers 21a, 21b, and 21c have the same configuration as the charge amplifier 21 of the first embodiment, and a detailed description thereof is omitted. Similarly, the charge amplifiers 22a, 22b, and 22c have the same configuration as the charge amplifier 22 of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

変換部23は、第1信号Sig1a,Sig1b,Sig1cおよび第2信号Sig2a,Sig2b,Sig2cが入力され、時分割にA/D変換を行い、デジタル信号に変換する。具体的には、変換部23に入力された第1信号Sig1a,Sig1b,Sig1cおよび第2信号Sig2a,Sig2b,Sig2cは、各々の信号に対し設けられたスイッチ35a,35b,35cおよびスイッチ36a,36b,36cにより順次A/D変換回路31に入力される。なお、スイッチ35a,35b,35cおよびスイッチ36a,36b,36cは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ctrにより順次導通される。   The converter 23 receives the first signals Sig1a, Sig1b, Sig1c and the second signals Sig2a, Sig2b, Sig2c, performs A / D conversion in a time division manner, and converts the signals into digital signals. Specifically, the first signal Sig1a, Sig1b, Sig1c and the second signal Sig2a, Sig2b, Sig2c input to the conversion unit 23 are switches 35a, 35b, 35c and switches 36a, 36b provided for the respective signals. , 36c are sequentially input to the A / D conversion circuit 31. The switches 35a, 35b, and 35c and the switches 36a, 36b, and 36c are sequentially turned on by a switch control signal Ctr output from a control unit (not shown).

即ち、変換部23に設けられたスイッチ35a,35b,35cおよびスイッチ36a,36b,36cは、ある時刻tにおいてスイッチ35aが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、A/D変換回路31に第1信号Sig1aが入力され、時刻t+1においてスイッチ36aが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、A/D変換回路31に第2信号Sig2aが入力され、時刻t+2においてスイッチ35bが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、A/D変換回路31に第1信号Sig1bが入力され、時刻t+3においてスイッチ36bが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、A/D変換回路31に第2信号Sig2bが入力され、時刻t+4においてスイッチ35cが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、A/D変換回路31に第1信号Sig1cが入力され、時刻t+5においてスイッチ36cが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、A/D変換回路31に第2信号Sig2cが入力され、時刻t+6においてスイッチ35aが再び導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、A/D変換回路31に第1信号Sig1aが入力される。以後、これを繰り返すことで、A/D変換回路31には、第1信号Sig1a,Sig1b,Sig1cおよび第2信号Sig2a,Sig2b,Sig2cが時分割に入力される。   In other words, the switches 35a, 35b, and 35c and the switches 36a, 36b, and 36c provided in the conversion unit 23 are turned on at a certain time t and all other switches are turned off, and the A / D conversion circuit 31 is turned off. The first signal Sig1a is input, the switch 36a is turned on at time t + 1, all other switches are turned off, the second signal Sig2a is input to the A / D conversion circuit 31, and the switch 35b is turned on at time t + 2. All the other switches become non-conductive, the first signal Sig1b is input to the A / D conversion circuit 31, the switch 36b becomes conductive at time t + 3, and all the other switches become non-conductive, and the A / D conversion The second signal Sig2b is input to the circuit 31, the switch 35c is turned on at time t + 4, and all the other switches are not turned on. The first signal Sig1c is input to the A / D conversion circuit 31, the switch 36c is turned on at time t + 5, all other switches are turned off, and the second signal Sig2c is input to the A / D conversion circuit 31. At time t + 6, the switch 35 a is turned on again, all the other switches are turned off, and the first signal Sig 1 a is input to the A / D conversion circuit 31. Thereafter, by repeating this, the first signal Sig1a, Sig1b, Sig1c and the second signal Sig2a, Sig2b, Sig2c are input to the A / D conversion circuit 31 in a time division manner.

A/D変換回路31は、時分割に入力された第1信号Sig1a,Sig1b,Sig1cおよび第2信号Sig2a,Sig2b,Sig2cをデジタル信号に変換する。このとき、A/D変換回路31により変換されたデジタル信号はスイッチ制御信号Ctrに連動し、順次レジスター32a,32b,32cまたはレジスター33a,33b,33cに保持される。この結果、時分割にA/D変換された第1信号Sig1a,Sig1b,Sig1cおよび第2信号Sig2a,Sig2b,Sig2cは、デジタル信号に変換され、スイッチ制御信号Ctrに連動し順次レジスター32a,32b,32cまたはレジスター33a,33b,33cに保持される。   The A / D conversion circuit 31 converts the first signals Sig1a, Sig1b, Sig1c and the second signals Sig2a, Sig2b, Sig2c inputted in time division into digital signals. At this time, the digital signal converted by the A / D conversion circuit 31 is interlocked with the switch control signal Ctr and sequentially held in the registers 32a, 32b, 32c or the registers 33a, 33b, 33c. As a result, the first signals Sig1a, Sig1b, Sig1c and the second signals Sig2a, Sig2b, Sig2c A / D-converted in a time division manner are converted into digital signals, and sequentially registered in accordance with the switch control signal Ctr, the registers 32a, 32b, 32c or the registers 33a, 33b, 33c.

例えば、ある時刻tにおいて、第1信号Sig1aがA/D変換されたデジタル信号はレジスター32aに保持され、時刻t+1において、第2信号Sig2aがA/D変換されたデジタル信号はレジスター33aに保持され、時刻t+2において、第1信号Sig1bがA/D変換されたデジタル信号はレジスター32bに保持され、時刻t+3において、第2信号Sig2bがA/D変換されたデジタル信号はレジスター33bに保持され、時刻t+4において、第1信号Sig1cがA/D変換されたデジタル信号はレジスター32bに保持され、時刻t+5において、第2信号Sig2cがA/D変換されたデジタル信号はレジスター33bに保持され、時刻t+6において、第1信号Sig1aがA/D変換されたデジタル信号は再びレジスター32aに保持さる。即ち、レジスター32aに保持されている信号が第1デジタル信号Dig1aであり、レジスター33aに保持されている信号が第2デジタル信号Dig2aであり、レジスター32bに保持されている信号が第1デジタル信号Dig1bであり、レジスター33bに保持されている信号が第2デジタル信号Dig2bであり、レジスター32cに保持されている信号が第1デジタル信号Dig1cであり、レジスター33cに保持されている信号が第2デジタル信号Dig2cとなる。   For example, at a certain time t, the digital signal obtained by A / D converting the first signal Sig1a is held in the register 32a, and at the time t + 1, the digital signal obtained by A / D converting the second signal Sig2a is held in the register 33a. At time t + 2, the digital signal obtained by A / D conversion of the first signal Sig1b is held in the register 32b. At time t + 3, the digital signal obtained by A / D conversion of the second signal Sig2b is held in the register 33b. At t + 4, the digital signal obtained by A / D converting the first signal Sig1c is held in the register 32b. At time t + 5, the digital signal obtained by A / D converting the second signal Sig2c is held in the register 33b, and at time t + 6. The digital signal obtained by A / D converting the first signal Sig1a is Holding monkey to fine-register 32a. That is, the signal held in the register 32a is the first digital signal Dig1a, the signal held in the register 33a is the second digital signal Dig2a, and the signal held in the register 32b is the first digital signal Dig1b. The signal held in the register 33b is the second digital signal Dig2b, the signal held in the register 32c is the first digital signal Dig1c, and the signal held in the register 33c is the second digital signal. Dig2c.

各々のレジスターに保持されたデジタル信号は、第1実施形態と同様に、信号処理部24に入力され、第1デジタル信号Dig1aと第2デジタル信号Dig2aとに基づいて、X軸角速度およびZ軸加速度を算出し、第1デジタル信号Dig1bと第2デジタル信号Dig2bとに基づいて、Y軸角速度およびZ軸加速度を算出し、第1デジタル信号Dig1cと第2デジタル信号Dig2cとに基づいて、Z軸角速度およびX軸加速度を算出する。そして、信号処理部24は、算出したX軸、Y軸、Z軸の角速度を、角速度信号VD1として順次出力する。また、信号処理部24は、例えば算出した2つのZ軸加速度の平均をZ軸加速度とし、算出したX軸、Z軸の加速度を、VD2として順次出力する。   Similarly to the first embodiment, the digital signals held in the respective registers are input to the signal processing unit 24, and based on the first digital signal Dig1a and the second digital signal Dig2a, the X-axis angular velocity and the Z-axis acceleration. Y-axis angular velocity and Z-axis acceleration are calculated based on the first digital signal Dig1b and the second digital signal Dig2b, and Z-axis angular velocity is calculated based on the first digital signal Dig1c and the second digital signal Dig2c. And X-axis acceleration is calculated. Then, the signal processing unit 24 sequentially outputs the calculated angular velocities of the X axis, the Y axis, and the Z axis as the angular velocity signal VD1. Further, the signal processing unit 24 sequentially outputs, for example, the average of two calculated Z-axis accelerations as the Z-axis acceleration and the calculated X-axis and Z-axis accelerations as VD2.

なお、信号処理部24、インターフェース回路25の詳細については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。   Note that details of the signal processing unit 24 and the interface circuit 25 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施形態によれば、変換部23は、第1信号Sig1a,Sig1b,Sig1cと第2信号Sig2a,Sig2b,Sig2cとを時分割にA/D変換することにより、第1デジタル信号Dig1a,Dig1b,Dig1cの算出処理および第2デジタル信号Dig2a,Dig2b,Dig2cの算出処理とを、疑似的に並列して行う。そして、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に信号処理部24が角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難く、角速度および加速度の算出が可能となる。   According to the present embodiment, the conversion unit 23 performs A / D conversion of the first signals Sig1a, Sig1b, Sig1c and the second signals Sig2a, Sig2b, Sig2c in a time-sharing manner, whereby the first digital signals Dig1a, Dig1b, The calculation process of Dig1c and the calculation process of the second digital signals Dig2a, Dig2b, Dig2c are performed in a pseudo parallel manner. Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the signal processing unit 24 performs the calculation of the angular velocity and the acceleration by digital processing, so that the calculation of the angular velocity and the acceleration is less likely to be affected by noise and the like. It becomes.

図11は、第2実施形態における、検出回路20に含まれるチャージアンプ21、チャージアンプ22、変換部23の変形例を示すブロック図である。本変形例は第2実施形態と変換部23の構成が異なる。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a modification of the charge amplifier 21, the charge amplifier 22, and the conversion unit 23 included in the detection circuit 20 in the second embodiment. This modification differs in the structure of 2nd Embodiment and the conversion part 23. FIG.

具体的には、第1信号Sig1aおよび第2信号Sig2aは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ctraで制御されるスイッチ35aおよびスイッチ36aにより時分割にA/D変換回路31aに入力され、デジタル信号に変換される。A/D変換回路31aにより変換されたデジタル信号は、スイッチ制御信号Ctraに同期し、レジスター32a,33aに時分割に保持され、その後、第1デジタル信号Dig1aおよび第2デジタル信号Dig2aに変換され、信号処理部24に入力される。   Specifically, the first signal Sig1a and the second signal Sig2a are input to the A / D conversion circuit 31a in a time division manner by the switch 35a and the switch 36a controlled by a switch control signal Ctra output from a control unit (not shown). And converted into a digital signal. The digital signal converted by the A / D conversion circuit 31a is synchronized with the switch control signal Ctra, held in the registers 32a and 33a in a time division manner, and then converted into the first digital signal Dig1a and the second digital signal Dig2a. The signal is input to the signal processing unit 24.

同様に、第1信号Sig1bおよび第2信号Sig2bは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ctrbで制御されるスイッチ35bおよびスイッチ36bにより時分割にA/D変換回路31bに入力され、デジタル信号に変換される。A/D変換回路31bにより変換されたデジタル信号は、スイッチ制御信号Ctrbに同期し、レジスター32b,33bに時分割に保持され、その後、第1デジタル信号Dig1bおよび第2デジタル信号Dig2bに変換され、信号処理部24に入力される。   Similarly, the first signal Sig1b and the second signal Sig2b are input to the A / D conversion circuit 31b in a time division manner by the switch 35b and the switch 36b controlled by a switch control signal Ctrb output from a control unit (not shown). Converted to a digital signal. The digital signal converted by the A / D conversion circuit 31b is synchronized with the switch control signal Ctrb and held in the registers 32b and 33b in a time-sharing manner, and then converted into the first digital signal Dig1b and the second digital signal Dig2b. The signal is input to the signal processing unit 24.

同様に、第1信号Sig1cおよび第2信号Sig2cは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ctrcで制御されるスイッチ35cおよびスイッチ36cにより時分割にA/D変換回路31cに入力され、デジタル信号に変換される。A/D変換回路31cにより変換されたデジタル信号は、スイッチ制御信号Ctrcに同期し、レジスター32c,33cに時分割に保持され、その後、第1デジタル信号Dig1cおよび第2デジタル信号Dig2cに変換され、信号処理部24に入力される。   Similarly, the first signal Sig1c and the second signal Sig2c are input to the A / D conversion circuit 31c in a time division manner by the switch 35c and the switch 36c controlled by a switch control signal Ctrc output from a control unit (not shown). Converted to a digital signal. The digital signal converted by the A / D conversion circuit 31c is synchronized with the switch control signal Ctrc and held in the registers 32c and 33c in a time-division manner, and then converted into the first digital signal Dig1c and the second digital signal Dig2c, The signal is input to the signal processing unit 24.

本変形例によれば、複数設けられた振動素子100に対し、A/D変換回路31を個別に設けることで、A/D変換のサンプリングレートを下げることが可能となる。具体的には、A/D変換のサンプリングレートは、物理量センサー1が検出可能な信号帯域(以下、「センサー帯域」という)の上限周波数の10倍以上であることが望ましく、例えば、センサー帯域の上限周波数が100Hzの場合、検出軸1軸あたり1kHz以上が望ましい。さらに、物理量センサー1の用途において迅速な検出動作が求められる場合においては、物理量センサー1のセンサー帯域の上限周波数の50倍以上であることが望ましく、例えば、センサー帯域の上限周波数が100Hzの場合、検出軸1軸あたり5kHz以上が望ましい。   According to this modification, the A / D conversion sampling rate can be lowered by providing the A / D conversion circuits 31 individually for the plurality of vibration elements 100 provided. Specifically, the sampling rate of the A / D conversion is desirably 10 times or more the upper limit frequency of the signal band (hereinafter referred to as “sensor band”) that can be detected by the physical quantity sensor 1. When the upper limit frequency is 100 Hz, 1 kHz or more per detection axis is desirable. Furthermore, when a quick detection operation is required in the application of the physical quantity sensor 1, it is desirable that the upper limit frequency of the sensor band of the physical quantity sensor 1 is 50 times or more. For example, when the upper limit frequency of the sensor band is 100 Hz, 5 kHz or more is desirable per detection axis.

また、角速度を検出する上では、振動素子100を駆動振動させる為の駆動信号DRVの駆動周波数の10倍以上であることが望ましく、例えば、駆動周波数が50kHzの場合、A/D変換のサンプリングレートは検出軸1軸あたり500kHz以上が望ましい。さらに、物理量センサー1の用途において迅速な検出動作が求められる場合においては、振動素子100を駆動振動させるための駆動信号DRVの駆動周波数の50倍以上が望ましく、例えば、センサー帯域の上限周波数が50kHzの場合、検出軸1軸あたり2.5MHz以上が望ましい。   Further, in detecting the angular velocity, it is desirable that the driving frequency of the driving signal DRV for driving and vibrating the vibration element 100 is 10 times or more. For example, when the driving frequency is 50 kHz, the sampling rate of A / D conversion Is preferably 500 kHz or more per detection axis. Furthermore, when a quick detection operation is required in the use of the physical quantity sensor 1, it is desirable that the drive frequency of the drive signal DRV for driving and vibrating the vibration element 100 is 50 times or more. For example, the upper limit frequency of the sensor band is 50 kHz. In this case, 2.5 MHz or more per detection axis is desirable.

例えば、角速度と加速度との2軸を検出する物理量センサー1において、求められるA/D変換のサンプリングレートはセンサー帯域の上限周波数または駆動信号DRVの駆動周波数の大きいほうの2倍以上であることが望ましい。具体的には、センサー帯域の上限周波数が100Hz、駆動信号DRVの駆動周波数が50kHz、角速度と加速度を検出する物理量センサー1の場合、50kHz×10倍×2軸=1MHz以上のサンプリングレートが望ましい。さらに、第2実施形態のように振動素子100が3個設けられた物理量センサー1の場合においては、その3倍である3MHz以上のサンプリングレートが望ましい。   For example, in the physical quantity sensor 1 that detects two axes of angular velocity and acceleration, the required A / D conversion sampling rate may be at least twice the upper limit frequency of the sensor band or the higher drive frequency of the drive signal DRV. desirable. Specifically, in the case of the physical quantity sensor 1 that detects an upper limit frequency of the sensor band of 100 Hz, a drive frequency of the drive signal DRV of 50 kHz, and detects angular velocity and acceleration, a sampling rate of 50 kHz × 10 times × two axes = 1 MHz or higher is desirable. Furthermore, in the case of the physical quantity sensor 1 provided with three vibration elements 100 as in the second embodiment, a sampling rate of 3 MHz or higher, which is three times that, is desirable.

即ち、本変形例においては、振動素子100が3個設けられた物理量センサー1において、個々にA/D変換回路31a,31b,31cを設けることにより、一つのA/D変換回路あたりの検出軸数を減らすことができ、サンプリングレートを抑えることが可能となる。これより、物理量センサー1の省電力化が可能となる。   That is, in this modification, in the physical quantity sensor 1 provided with three vibration elements 100, the A / D conversion circuits 31a, 31b, and 31c are individually provided, so that the detection axis per one A / D conversion circuit is provided. The number can be reduced, and the sampling rate can be suppressed. Thereby, power saving of the physical quantity sensor 1 can be achieved.

第2実施形態によれば、物理量センサー1に3つの振動素子100を搭載することで、5軸(3軸の角速度および2軸の加速度)の検出が可能な物理量センサー1を実現することができる。さらに、各々の振動素子100からの検出信号を時分割にデジタル信号に変換し、角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難い5軸物理量センサーが実現可能となる。   According to the second embodiment, by mounting the three vibration elements 100 on the physical quantity sensor 1, the physical quantity sensor 1 capable of detecting five axes (three-axis angular velocity and two-axis acceleration) can be realized. . Furthermore, by converting the detection signal from each vibration element 100 into a digital signal in a time-sharing manner and calculating the angular velocity and acceleration by digital processing, it is possible to realize a 5-axis physical quantity sensor that is not easily affected by noise or the like. Become.

1.3 第3実施形態
第2実施形態の物理量センサー1では、振動素子100を3個用いることで、3軸の角速度および2軸の加速度を算出しているが、第3実施形態の物理量センサー1は、H型の振動素子100‐2の断面形状を変更することで、3軸の角速度および3軸の加速度を算出する。なお、第3実施形態の物理量センサー1において、第1実施形態および第2実施形態と同様の構成要素には、同じ符号を付し、第1実施形態および第2実施形態と異なる点について説明し、第1実施形態または第2実施形態と重複する説明を省略する。
1.3 Third Embodiment In the physical quantity sensor 1 of the second embodiment, the three-axis angular velocity and the two-axis acceleration are calculated by using three vibrating elements 100. However, the physical quantity sensor of the third embodiment 1 calculates the triaxial angular velocity and the triaxial acceleration by changing the cross-sectional shape of the H-type vibration element 100-2. In the physical quantity sensor 1 of the third embodiment, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and differences from the first embodiment and the second embodiment will be described. The description which overlaps with 1st Embodiment or 2nd Embodiment is abbreviate | omitted.

図示を省略するが、第3実施形態における物理量センサー1は、第2実施形態(図8)と同様に、1面が開口された箱状のベース300と、ベース300の開口面を塞ぐ板状の不図示のリッドと、第1振動素子100aと、第2振動素子100bと、第3振動素子100cと、不図示のIC2と、を含み構成される。そして、物理量センサー1は、箱状のベース300とリッドとで気密性が確保されたパッケージの中に、第1振動素子100aと、第2振動素子100bと、第3振動素子100cと、不図示のIC2と、を配置する。なお、第3実施形態における第1振動素子100aと、第2振動素子100bと、第3振動素子100cとは、第2実施形態と同様に配置される。   Although not shown, the physical quantity sensor 1 according to the third embodiment is similar to the second embodiment (FIG. 8) in that a box-like base 300 having one surface opened and a plate-like shape that closes the opening surface of the base 300. The lid includes a first vibration element 100a, a second vibration element 100b, a third vibration element 100c, and an IC2 (not illustrated). The physical quantity sensor 1 includes a first vibration element 100a, a second vibration element 100b, a third vibration element 100c, and a package (not shown) that are hermetically sealed with a box-shaped base 300 and a lid. IC2 is arranged. Note that the first vibration element 100a, the second vibration element 100b, and the third vibration element 100c in the third embodiment are arranged in the same manner as in the second embodiment.

第3実施形態における物理量センサー1の機能ブロックについては、第1実施形態(図1)および第2実施形態(図9、図10)と同様であるため、その図示および説明を省略する。   Since the functional blocks of the physical quantity sensor 1 in the third embodiment are the same as those in the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIGS. 9 and 10), their illustration and description are omitted.

第3実施形態における第3振動素子100cは、第2実施形態と同様のダブルT型の振動素子100‐1であり、構造および動作は、第1実施形態(図2〜図4B)と同様であるためその図示および説明を省略する。   The third vibration element 100c in the third embodiment is a double T-type vibration element 100-1 similar to that in the second embodiment, and the structure and operation are the same as those in the first embodiment (FIGS. 2 to 4B). Therefore, illustration and description thereof are omitted.

第3実施形態における第1振動素子100aおよび第2振動素子100bは、H型の振動素子100‐2である。駆動信号DRVに基づく駆動振動(図5A、図5B)は第1実施形態と同様であり、また、角速度の検出(図6A、図6B)についても第1実施形態と同様であり、その図示、および説明を省略する。第3実施形態において第1振動素子100aおよび第2振動素子100bは、検出振動腕123,124の断面形状が異なる。さらに加速度の検出方法についても第1実施形態および第2実施形態と異なる。以下にその詳細を説明する。   The first vibration element 100a and the second vibration element 100b in the third embodiment are H-type vibration elements 100-2. The drive vibration (FIGS. 5A and 5B) based on the drive signal DRV is the same as in the first embodiment, and the angular velocity detection (FIGS. 6A and 6B) is also the same as in the first embodiment. The description is omitted. In the third embodiment, the first vibrating element 100a and the second vibrating element 100b have different cross-sectional shapes of the detection vibrating arms 123 and 124. Furthermore, the acceleration detection method is also different from the first embodiment and the second embodiment. Details will be described below.

図12は、第3実施形態における第1振動素子100aおよび第2振動素子100bのH型の振動素子100‐2の形状を模式的に示す平面図である。また、図13A、図13B、図13Cは、第3実施形態におけるH型の振動素子100‐2の検出振動腕123において図12のA−A‘断面(xz断面)を示す断面図である。なお、図12、図13A、図13B、図13Cは、図5A、図5B、図6A、図7Aと同様の軸で、互いに直交する3つの軸、x軸、y軸、z軸を図示している。即ち、図13A、図13B、図13Cに示す検出振動腕123のxz断面形状は、図5A、図5B、図6A、図7Aにおけるxz断面図に対応する。なお、第1振動素子100aおよび第2振動素子100bは共にH型の振動素子100‐2であり、共通の符号を用いて構造および動作を説明する。   FIG. 12 is a plan view schematically showing the shape of the H-type vibration element 100-2 of the first vibration element 100a and the second vibration element 100b in the third embodiment. 13A, 13B, and 13C are cross-sectional views showing the A-A ′ cross section (xz cross section) of FIG. 12 in the detection vibration arm 123 of the H-type vibration element 100-2 in the third embodiment. FIGS. 12, 13A, 13B, and 13C are the same axes as FIGS. 5A, 5B, 6A, and 7A, and illustrate three axes that are orthogonal to each other, the x axis, the y axis, and the z axis. ing. That is, the xz cross-sectional shape of the detection vibrating arm 123 shown in FIGS. 13A, 13B, and 13C corresponds to the xz cross-sectional views in FIGS. 5A, 5B, 6A, and 7A. The first vibration element 100a and the second vibration element 100b are both H-type vibration elements 100-2, and the structure and operation will be described using common reference numerals.

さらに、第3実施形態において、検出振動腕123と検出振動腕124は、形成されている検出電極が第1検出電極121か第2検出電極122かの違いであり、同様の構成である。その為、第3実施形態においては検出振動腕123について代表的に説明する。   Furthermore, in the third embodiment, the detection vibrating arm 123 and the detection vibrating arm 124 are the same in configuration, except that the detection electrode formed is the first detection electrode 121 or the second detection electrode 122. Therefore, in the third embodiment, the detection vibrating arm 123 will be described representatively.

第3実施形態における振動素子100‐2の検出振動腕123のxz断面(図12A−A‘断面)は、図13Aに示すように、振動素子100‐2の主面180側および主面180の反対側の面において、それぞれ有底状の溝210、211が形成されている。即ち、検出振動腕123のxz断面形状は略H字型の形状となる。   As shown in FIG. 13A, the xz cross section (FIG. 12A-A ′ cross section) of the detection vibrating arm 123 of the vibration element 100-2 in the third embodiment is the main surface 180 side and the main surface 180 of the vibration element 100-2. On the opposite surface, bottomed grooves 210 and 211 are formed, respectively. That is, the xz cross-sectional shape of the detection vibrating arm 123 is substantially H-shaped.

溝210の内面は、z軸に対し傾斜した傾斜面210A、210B,210C、面210Dで構成されている。   The inner surface of the groove 210 includes inclined surfaces 210A, 210B, 210C and a surface 210D that are inclined with respect to the z-axis.

傾斜面210Aは溝210の内面のうち、最も−x側に位置する。また、傾斜面210Aとyz平面とのなす角θ1は、20〜25°程度である。   The inclined surface 210 </ b> A is located on the most −x side of the inner surface of the groove 210. Further, the angle θ1 formed by the inclined surface 210A and the yz plane is about 20 to 25 °.

傾斜面210Bは、傾斜面210Aの+x側に位置する。また、傾斜面210Bとyz平面とのなす角θ2は、55〜65°程度である。   The inclined surface 210B is located on the + x side of the inclined surface 210A. Further, the angle θ2 formed by the inclined surface 210B and the yz plane is about 55 to 65 °.

傾斜面210Cは、傾斜面210Bの+x側に位置する。また、傾斜面210Cとyz平面とのなす角θ3は、65〜75°程度である。   The inclined surface 210C is located on the + x side of the inclined surface 210B. Further, the angle θ3 formed by the inclined surface 210C and the yz plane is about 65 to 75 °.

面210Dは、溝210の内面のうち、最も+x側に位置している。また、面210Dは、z軸を法線とする平面で構成されている。   The surface 210D is located on the most + x side of the inner surface of the groove 210. In addition, the surface 210D is configured by a plane having the z axis as a normal line.

溝211の内面は、z軸に対し傾斜した傾斜面211A、211B,211C、面211Dで構成されている。   The inner surface of the groove 211 includes inclined surfaces 211A, 211B, 211C, and a surface 211D that are inclined with respect to the z-axis.

傾斜面211Aは溝211の内面のうち、最も−x側に位置する。また、傾斜面211Aとyz平面とのなす角θ4は、20〜25°程度である。   The inclined surface 211A is located closest to the −x side of the inner surface of the groove 211. Further, the angle θ4 formed by the inclined surface 211A and the yz plane is about 20 to 25 °.

傾斜面211Bは、傾斜面211Aの+x側に位置する。また、傾斜面211Bとyz平面とのなす角θ5は、55〜65°程度である。   The inclined surface 211B is located on the + x side of the inclined surface 211A. The angle θ5 formed by the inclined surface 211B and the yz plane is about 55 to 65 °.

傾斜面211Cは、傾斜面211Bの+x側に位置する。また、傾斜面211Cとyz平面とのなす角θ6は、65〜75°程度である。   The inclined surface 211C is located on the + x side of the inclined surface 211B. Further, an angle θ6 formed by the inclined surface 211C and the yz plane is about 65 to 75 °.

面211Dは、溝211の内面のうち、最も+x側に位置している。また、面211Dは、z軸を法線とする平面で構成されている。   The surface 211D is located closest to the + x side of the inner surface of the groove 211. In addition, the surface 211D is configured by a plane having the z axis as a normal line.

第1検出電極121は、傾斜面211A,211B、および面210Dに設けられている。また、共通電極125は、検出振動腕123の−x側側面、面212、傾斜面210A、210Bに連続して設けられ、さらに検出振動腕123の+x側側面、面213、面211Dに連続して設けられている。   The first detection electrode 121 is provided on the inclined surfaces 211A and 211B and the surface 210D. The common electrode 125 is continuously provided on the −x side surface, the surface 212, and the inclined surfaces 210A and 210B of the detection vibrating arm 123, and is further continuous with the + x side surface, the surface 213, and the surface 211D of the detection vibrating arm 123. Is provided.

第3実施形態において、図13Bに示すように、x軸に略垂直な第2検出軸170に沿った方向の加速度151が加わった時、検出振動腕123には、矢印a,b,c,dに示す電界がそれぞれ生じる。しかし、矢印a,dに示す電界は、共通電極125間に生じる電界であり、第1検出電極121では検出されない。よって、第1検出電極121には、矢印b,dに示す電界に基づく交流電荷が出力される。   In the third embodiment, as shown in FIG. 13B, when the acceleration 151 in the direction along the second detection axis 170 substantially perpendicular to the x axis is applied, the detection vibrating arm 123 has arrows a, b, c, Electric fields indicated by d are respectively generated. However, the electric fields indicated by arrows a and d are electric fields generated between the common electrodes 125 and are not detected by the first detection electrode 121. Therefore, AC charges based on the electric fields indicated by the arrows b and d are output to the first detection electrode 121.

なお、第3実施形態において検出振動腕124に形成された第2検出電極122および共通電極125は、図13Aに示す検出振動腕123に形成された第1検出電極121および共通電極125と同様の配置であり、第2検出軸170に沿った方向の加速度151が加わった時、検出振動腕123および検出振動腕124は同様の動作を行う。即ち、第2検出軸170に沿った方向の加速度151が加わった時、第1検出電極121と第2検出電極122とから出力される交流電荷は、同相となる。   In the third embodiment, the second detection electrode 122 and the common electrode 125 formed on the detection vibrating arm 124 are the same as the first detection electrode 121 and the common electrode 125 formed on the detection vibrating arm 123 shown in FIG. 13A. When the acceleration 151 in the direction along the second detection axis 170 is applied, the detection vibration arm 123 and the detection vibration arm 124 perform the same operation. That is, when the acceleration 151 in the direction along the second detection axis 170 is applied, the AC charges output from the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 are in phase.

第3実施形態において、図13Cに示すように、x軸に略水平な第3検出軸175に沿った方向の加速度151が加わった時、検出振動腕123には、矢印e,f,g,hに示す電界がそれぞれ生じる。しかし、矢印e,fに示す電界は、共通電極125間に生じる電界であり、第1検出電極121では検出されない。よって、第1検出電極121には、矢印f,gに示す電界に基づく交流電荷が出力される。   In the third embodiment, as shown in FIG. 13C, when the acceleration 151 in the direction along the third detection axis 175 substantially horizontal to the x axis is applied, the detection vibrating arm 123 has arrows e, f, g, Electric fields indicated by h are generated respectively. However, the electric fields indicated by arrows e and f are electric fields generated between the common electrodes 125 and are not detected by the first detection electrode 121. Therefore, AC charges based on the electric fields indicated by the arrows f and g are output to the first detection electrode 121.

なお、第3実施形態において検出振動腕124に形成された第2検出電極122および共通電極125は、図13Aに示す検出振動腕123に形成された第1検出電極121および共通電極125と同様の配置であり、第3検出軸175に沿った方向の加速度151が加わった時、検出振動腕123および検出振動腕124は同様の動作を行う。即ち、第3検出軸175に沿った方向の加速度151が加わった時、第1検出電極121と第2検出電極122とから出力される交流電荷は、同相となる。   In the third embodiment, the second detection electrode 122 and the common electrode 125 formed on the detection vibrating arm 124 are the same as the first detection electrode 121 and the common electrode 125 formed on the detection vibrating arm 123 shown in FIG. 13A. When the acceleration 151 in the direction along the third detection axis 175 is applied, the detection vibrating arm 123 and the detection vibrating arm 124 perform the same operation. That is, when the acceleration 151 in the direction along the third detection axis 175 is applied, the AC charges output from the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 are in phase.

これより、第3実施形態の振動素子100‐2は、第1検出軸160(y軸)まわりに発生した角速度に加え、第2検出軸170(z軸)方向の加速度、さらに第3検出軸175(x軸)方向の加速度の検出が行える。   As a result, the vibration element 100-2 of the third embodiment has an acceleration in the direction of the second detection axis 170 (z axis) in addition to the angular velocity generated around the first detection axis 160 (y axis), and further the third detection axis. The acceleration in the direction 175 (x axis) can be detected.

図14は、第3実施形態の振動素子100‐2を第1振動素子100aおよび第2振動素子100bとして用いたときの、物理量センサー1において、複数の振動素子100と検出できる物理量との関係を示した図である。   FIG. 14 shows the relationship between a plurality of vibration elements 100 and physical quantities that can be detected in the physical quantity sensor 1 when the vibration element 100-2 of the third embodiment is used as the first vibration element 100a and the second vibration element 100b. FIG.

図14に示すように、第3実施形態における物理量センサー1は、X軸角速度を、第1振動素子100aの第1検出電極121aと第2検出電極122aとの逆相の信号により検出し、Y軸角速度を、第2振動素子100bの第1検出電極121bと第2検出電極122bとの逆相の信号により検出し、Z軸角速度を、第3振動素子100cの第1検出電極121cと第2検出電極122cとの逆相の信号により検出することができる。さらに、第3実施形態における物理量センサー1は、X軸加速度を、第2振動素子100bの第1検出電極121bと第2検出電極122bとの同相の信号および第3振動素子100cの第1検出電極121cと第2検出電極122cとの同相の信号により検出し、Y軸加速度を、第1振動素子100aの第1検出電極121aと第2検出電極122aとの同相の信号により検出し、Z軸加速度を、第1振動素子100aの第1検出電極121aと第2検出電極122aとの同相の信号および第2振動素子100bの第1検出電極121bと第2検出電極122bとの同相の信号により検出することができる。   As illustrated in FIG. 14, the physical quantity sensor 1 according to the third embodiment detects the X-axis angular velocity based on signals of opposite phases from the first detection electrode 121a and the second detection electrode 122a of the first vibration element 100a. The axial angular velocity is detected based on signals in reverse phase between the first detection electrode 121b and the second detection electrode 122b of the second vibration element 100b, and the Z-axis angular velocity is detected with the first detection electrode 121c and the second detection signal of the third vibration element 100c. It can be detected by a signal in reverse phase with the detection electrode 122c. Furthermore, the physical quantity sensor 1 according to the third embodiment uses the same phase signal of the first detection electrode 121b and the second detection electrode 122b of the second vibration element 100b as the X-axis acceleration and the first detection electrode of the third vibration element 100c. The Y-axis acceleration is detected by the in-phase signal between the first detection electrode 121a and the second detection electrode 122a of the first vibration element 100a, and is detected by the in-phase signal between the 121c and the second detection electrode 122c. Is detected by the in-phase signal of the first detection electrode 121a and the second detection electrode 122a of the first vibration element 100a and the in-phase signal of the first detection electrode 121b and the second detection electrode 122b of the second vibration element 100b. be able to.

第3実施形態における物理量センサー1において、例えば第1振動素子100aは、Y軸加速度に加え、Z軸加速度も検出する。即ち、第3実施形態における物理量センサー1では、例えば第1振動素子100aの検出信号のみでは、検出した物理量が、Y軸加速度なのか、Z軸加速度なのか判断できない。その為、本実施形態においては、複数の振動素子100が検出した加速度を、以下の算出式において演算することにより、3軸の加速度を算出する。   In the physical quantity sensor 1 according to the third embodiment, for example, the first vibration element 100a detects the Z-axis acceleration in addition to the Y-axis acceleration. That is, in the physical quantity sensor 1 according to the third embodiment, for example, it is impossible to determine whether the detected physical quantity is the Y-axis acceleration or the Z-axis acceleration only from the detection signal of the first vibration element 100a. For this reason, in the present embodiment, the triaxial acceleration is calculated by calculating the acceleration detected by the plurality of vibration elements 100 using the following calculation formula.

具体的には、第1振動素子100aで検出される加速度をVacc1、第2振動素子100bで検出される加速度をVacc2、第3振動素子100cで検出される加速度をVacc3とすると、各軸の加速度は、以下で算出される。   Specifically, assuming that the acceleration detected by the first vibration element 100a is Vacc1, the acceleration detected by the second vibration element 100b is Vacc2, and the acceleration detected by the third vibration element 100c is Vacc3, the acceleration of each axis. Is calculated as follows.

Figure 2018084480
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第3実施形態によれば、物理量センサー1の第1振動素子100aおよび第2振動素子100bに、2軸の加速度を検出することが可能な振動素子100と用いることで、6軸(3軸の角速度および3軸の加速度)の検出が可能な物理量センサー1を実現することができる。さらに、各々の振動素子100からの検出信号を時分割にデジタル信号に変換し、角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難い6軸物理量センサーが実現可能となる。   According to the third embodiment, when the vibration element 100 capable of detecting biaxial acceleration is used for the first vibration element 100a and the second vibration element 100b of the physical quantity sensor 1, six axes (three axes) The physical quantity sensor 1 capable of detecting the angular velocity and the triaxial acceleration) can be realized. Furthermore, by converting detection signals from each vibration element 100 into digital signals in a time-sharing manner and calculating angular velocity and acceleration by digital processing, it is possible to realize a 6-axis physical quantity sensor that is not easily affected by noise or the like. Become.

1.4 第4実施形態
第4実施形態においては、第2実施形態の物理量センサー1において、第1振動素子100aの配置を変更することで、Y軸加速度の検出を可能とした3軸の角速度および3軸の加速度を算出する。
1.4 Fourth Embodiment In the fourth embodiment, in the physical quantity sensor 1 of the second embodiment, the triaxial angular velocity that enables detection of the Y axis acceleration by changing the arrangement of the first vibration element 100a. And 3-axis acceleration is calculated.

なお、第4実施形態の物理量センサー1において、第1実施形態、第2実施形態および第3実施形態と同様の構成要素には、同じ符号を付し、第1実施形態、第2実施形態および第3実施形態と異なる点について説明し、第1実施形態、第2実施形態または第3実施形態と重複する説明を省略する。 In the physical quantity sensor 1 of the fourth embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, and the first embodiment, the second embodiment, and Differences from the third embodiment will be described, and descriptions overlapping with the first embodiment, the second embodiment, or the third embodiment will be omitted.

図15は、第4実施形態における物理量センサー1の斜視図である。なお、図15に示す図では、互いに直交する3つの軸とし、X軸、Y軸、Z軸を図示している。   FIG. 15 is a perspective view of the physical quantity sensor 1 in the fourth embodiment. In the figure shown in FIG. 15, the X axis, the Y axis, and the Z axis are shown as three axes orthogonal to each other.

第4実施形態における物理量センサー1は、1面が開口された箱状のベース300と、ベース300の開口面を塞ぐ板状の不図示のリッドと、第1振動素子100aと、第2振動素子100bと、第3振動素子100cと、不図示のIC2と、を含み構成される。そして、物理量センサー1は、箱状のベース300とリッドとで気密性が確保されたパッケージの中に、第1振動素子100aと、第2振動素子100bと、第3振動素子100cと、不図示のIC2と、を配置する。   The physical quantity sensor 1 according to the fourth embodiment includes a box-shaped base 300 having one surface opened, a plate-shaped lid (not shown) that closes the opening surface of the base 300, a first vibration element 100a, and a second vibration element. 100b, the 3rd vibration element 100c, and IC2 not shown are comprised. The physical quantity sensor 1 includes a first vibration element 100a, a second vibration element 100b, a third vibration element 100c, and a package (not shown) that are hermetically sealed with a box-shaped base 300 and a lid. IC2 is arranged.

第1振動素子100aは、図5A〜図7Bに示されるH型の振動素子100‐2である。第1振動素子100aは、図6Aに示す第1検出軸160および図7Aに示す第2検出軸170が、それぞれ図15のX軸およびY軸に沿うように配置される。即ち、第1振動素子100aは、箱状のベース300の内側面において、H型の振動素子100‐2の主面180が図15に示すXZ平面に対し略水平になるように設けられる。これにより、第1振動素子100aは、図15においてX軸に沿った第1検出軸160まわりの角速度と、Y軸に沿った第2検出軸170方向の加速度を検出することができる。   The first vibration element 100a is an H-type vibration element 100-2 shown in FIGS. 5A to 7B. In the first vibrating element 100a, the first detection shaft 160 shown in FIG. 6A and the second detection shaft 170 shown in FIG. 7A are arranged along the X axis and the Y axis in FIG. That is, the first vibration element 100a is provided on the inner surface of the box-shaped base 300 so that the main surface 180 of the H-shaped vibration element 100-2 is substantially horizontal with respect to the XZ plane shown in FIG. Thereby, the first vibration element 100a can detect the angular velocity around the first detection axis 160 along the X axis and the acceleration in the direction of the second detection axis 170 along the Y axis in FIG.

第2振動素子100bは、図5A〜図7Bに示されるH型の振動素子100‐2である。第2振動素子100bは、図6Aに示す第1検出軸160および図7Aに示す第2検出軸170が、それぞれ図15のY軸およびZ軸に沿うように配置される。即ち、第2振動素子100bは、図15においてY軸に沿った第1検出軸160まわりの角速度と、Z軸に沿った第2検出軸170方向の加速度を検出することができる。   The second vibration element 100b is an H-type vibration element 100-2 shown in FIGS. 5A to 7B. In the second vibration element 100b, the first detection shaft 160 shown in FIG. 6A and the second detection shaft 170 shown in FIG. 7A are arranged along the Y axis and the Z axis in FIG. 15, respectively. That is, the second vibration element 100b can detect the angular velocity around the first detection axis 160 along the Y axis and the acceleration in the direction of the second detection axis 170 along the Z axis in FIG.

第3振動素子100cは、図2〜図4Bに示されるダブルT型の振動素子100‐1である。第3振動素子100cは、図3Aに示す第1検出軸160および図4Aに示す第2検出軸170が、それぞれ図15のZ軸およびX軸に沿うように配置される。即ち、第3振動素子100cは、図15においてZ軸に沿った第1検出軸160まわりの角速度と、X軸に沿った第2検出軸170方向の加速度を取得することができる。   The third vibrating element 100c is a double T-shaped vibrating element 100-1 shown in FIGS. In the third vibrating element 100c, the first detection shaft 160 shown in FIG. 3A and the second detection shaft 170 shown in FIG. 4A are arranged along the Z axis and the X axis in FIG. That is, the third vibration element 100c can acquire the angular velocity around the first detection axis 160 along the Z axis and the acceleration in the direction of the second detection axis 170 along the X axis in FIG.

第4実施形態における複数の振動素子100の各々の構造および動作は、第1実施形態(図2〜図7B)と同様であるため、その図示および説明を省略する。   Since the structure and operation of each of the plurality of vibration elements 100 in the fourth embodiment are the same as those in the first embodiment (FIGS. 2 to 7B), illustration and description thereof are omitted.

第4実施形態における物理量センサー1は、第1実施形態(図1)と同様に駆動回路10、変換部23、信号処理部24、インターフェース回路25、A/D変換回路26を含む。さらに、物理量センサー1は、第2の実施形態(図9、図10)と同様に3組のチャージアンプ21a、22a、21b、22b、21c、22cを含む。   The physical quantity sensor 1 in the fourth embodiment includes a drive circuit 10, a conversion unit 23, a signal processing unit 24, an interface circuit 25, and an A / D conversion circuit 26 as in the first embodiment (FIG. 1). Further, the physical quantity sensor 1 includes three sets of charge amplifiers 21a, 22a, 21b, 22b, 21c, and 22c as in the second embodiment (FIGS. 9 and 10).

図16は、第4実施形態における物理量センサー1の複数の振動素子100と検出できる物理量との関係を示した図である。   FIG. 16 is a diagram illustrating a relationship between a plurality of vibration elements 100 of the physical quantity sensor 1 and detectable physical quantities in the fourth embodiment.

図15に示すように、第4実施形態における物理量センサー1は、X軸角速度を、第1振動素子100aの第1検出電極121aと第2検出電極122aとの逆相の信号により検出し、Y軸角速度を、第2振動素子100bの第1検出電極121bと第2検出電極122bとの逆相の信号により検出し、Z軸角速度を、第3振動素子100cの第1検出電極121cと第2検出電極122cとの逆相の信号により検出することができる。さらに、第4実施形態における物理量センサー1は、X軸加速度を、第3振動素子100cの第1検出電極121cと第2検出電極122cとの同相の信号により検出し、Y軸加速度を、第1振動素子100aの第1検出電極121aと第2検出電極122aとの同相の信号により検出し、Z軸加速度を、第2振動素子100bの第1検出電極121bと第2検出電極122bとの同相の信号により検出することができる。 As shown in FIG. 15, the physical quantity sensor 1 in the fourth embodiment detects the X-axis angular velocity based on the reverse phase signals of the first detection electrode 121a and the second detection electrode 122a of the first vibration element 100a, and Y The axial angular velocity is detected based on signals in reverse phase between the first detection electrode 121b and the second detection electrode 122b of the second vibration element 100b, and the Z-axis angular velocity is detected with the first detection electrode 121c and the second detection signal of the third vibration element 100c. It can be detected by a signal having a phase opposite to that of the detection electrode 122c. Furthermore, the physical quantity sensor 1 according to the fourth embodiment detects the X-axis acceleration based on the in-phase signals of the first detection electrode 121c and the second detection electrode 122c of the third vibration element 100c, and the Y-axis acceleration is determined based on the first axis. The Z-axis acceleration is detected by the in-phase signal between the first detection electrode 121a and the second detection electrode 122a of the vibration element 100a, and the Z-axis acceleration is detected in the same phase between the first detection electrode 121b and the second detection electrode 122b of the second vibration element 100b. It can be detected by a signal.

第4実施形態によれば、物理量センサー1に3つの振動素子100を立体的に搭載することで、物理量センサー1は、X軸、Y軸、Z軸の角速度(3軸の角速度)とX軸、Y軸、Z軸の加速度(3軸の加速度)を検出可能な6軸センサーである。   According to the fourth embodiment, by three-dimensionally mounting the three vibration elements 100 on the physical quantity sensor 1, the physical quantity sensor 1 has the X-axis, Y-axis, and Z-axis angular velocities (three-axis angular velocities) and the X-axis. , 6-axis sensor capable of detecting Y-axis and Z-axis acceleration (3-axis acceleration).

第4実施形態によれば、物理量センサー1に3つの振動素子100を立体的に搭載することで、6軸(3軸の角速度および3軸の加速度)の検出が可能な物理量センサー1を実現することができる。さらに、各々の振動素子100からの検出信号を時分割にデジタル信号に変換し、角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難い6軸物理量センサーが実現可能となる。   According to the fourth embodiment, the physical quantity sensor 1 capable of detecting six axes (three-axis angular velocity and three-axis acceleration) is realized by three-dimensionally mounting the three vibration elements 100 on the physical quantity sensor 1. be able to. Furthermore, by converting detection signals from each vibration element 100 into digital signals in a time-sharing manner and calculating angular velocity and acceleration by digital processing, it is possible to realize a 6-axis physical quantity sensor that is not easily affected by noise or the like. Become.

2.電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係る物理量センサーを含む。以下では、本発明に係る物理量センサーとして、物理量検出装置400を含む電子機器について、説明する。
2. Next, an electronic device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The electronic device according to the present embodiment includes the physical quantity sensor according to the present invention. Hereinafter, an electronic apparatus including the physical quantity detection device 400 will be described as a physical quantity sensor according to the present invention.

図17は、本実施形態に係る電子機器として、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1100を模式的に示す斜視図である。   FIG. 17 is a perspective view schematically showing a mobile (or notebook) personal computer 1100 as the electronic apparatus according to the present embodiment.

図17に示すように、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を有する表示ユニット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。   As shown in FIG. 17, the personal computer 1100 includes a main body portion 1104 having a keyboard 1102 and a display unit 1106 having a display portion 1108. The display unit 1106 has a hinge structure portion with respect to the main body portion 1104. It is supported so that rotation is possible.

このようなパーソナルコンピューター1100には、物理量検出装置400が内蔵されている。   Such a personal computer 1100 incorporates a physical quantity detection device 400.

図18は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機(PHSも含む)1200を模式的に示す斜視図である。   FIG. 18 is a perspective view schematically showing a mobile phone (including PHS) 1200 as the electronic apparatus according to the present embodiment.

図18に示すように、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。   As shown in FIG. 18, the mobile phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204, and a mouthpiece 1206, and a display unit 1208 is disposed between the operation buttons 1202 and the earpiece 1204. .

このような携帯電話機1200には、物理量検出装置400が内蔵されている。   Such a cellular phone 1200 incorporates a physical quantity detection device 400.

図19は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルスチルカメラ1300を模式的に示す斜視図である。なお、図19には、外部機器との接続についても簡易的に示している。   FIG. 19 is a perspective view schematically showing a digital still camera 1300 as an electronic apparatus according to the present embodiment. Note that FIG. 19 simply shows connection with an external device.

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。   Here, an ordinary camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a digital still camera 1300 photoelectrically converts a light image of a subject with an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). An imaging signal (image signal) is generated.

デ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。   A display unit 1310 is provided on the back of a case (body) 1302 in the digital still camera 1300, and is configured to display based on an imaging signal from the CCD. The display unit 1310 displays an object as an electronic image. Functions as a viewfinder.

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 light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided on the front side (the back side in the drawing) of the case 1302.

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 display unit 1310 and presses the shutter button 1306, the CCD image pickup signal at that time is transferred and stored in the memory 1308.

また、このデ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、ビデオ信号出力端子1312には、テレビモニター1430が、デー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 digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. A television monitor 1430 is connected to the video signal output terminal 1312 and a personal computer 1440 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication, if necessary. Further, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1430 or the personal computer 1440 by a predetermined operation.

このようなデジタルスチルカメラ1300には、物理量検出装置400が内蔵されている。   Such a digital still camera 1300 incorporates a physical quantity detection device 400.

なお、物理量検出装置400を備えた電子機器は、図17に示す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18に示す携帯電話機、図19に示すデ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、各種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、ヘッドマウントディスプレイ、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、ロケット、船舶の計器類)、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどに適用することができる。   Note that the electronic apparatus provided with the physical quantity detection device 400 includes, for example, an ink jet type discharge in addition to the personal computer (mobile personal computer) shown in FIG. 17, the mobile phone shown in FIG. 18, and the digital still camera shown in FIG. Devices (for example, inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, various navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game machines, head-mounted displays , Word processor, workstation, video phone, security 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 school Machine Various measuring instruments, gauges (e.g., vehicles, aircraft, rockets, instruments and a ship), attitude control such as a robot or a human body, can be applied to a flight simulator.

本実施形態に係る電子機器は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量検出装置400を含む。従って、より低コストでより信頼性の高い電子機器を実現することができる。   The electronic apparatus according to the present embodiment includes a physical quantity detection device 400 that can detect angular velocity and acceleration with stable characteristics while suppressing an increase in circuit scale. Therefore, a more reliable electronic device can be realized at a lower cost.

3.移動体
次に、本実施形態に係る移動体について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る移動体は、本発明に係る物理量センサーを含む。以下では、本発明に係る物理量センサーとして、物理量検出装置400を含む移動体について、説明する。
3. Next, the moving body according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The moving body according to the present embodiment includes the physical quantity sensor according to the present invention. Hereinafter, a moving body including the physical quantity detection device 400 will be described as a physical quantity sensor according to the present invention.

図20は、本実施形態に係る移動体として、自動車1500を模式的に示す斜視図である。   FIG. 20 is a perspective view schematically showing an automobile 1500 as a moving body according to the present embodiment.

自動車1500には、物理量検出装置400が内蔵されている。具体的には、図20に示すように、自動車1500の車体1502には、自動車1500の角速度を検知する振動素子100を内蔵してエンジンの出力を制御する電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)1504が搭載されている。また、物理量検出装置400は、他にも、車体姿勢制御ユニット、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)、に広く適用することができる。   The automobile 1500 has a physical quantity detection device 400 built therein. Specifically, as shown in FIG. 20, an electronic control unit (ECU) that controls an engine output by incorporating a vibration element 100 that detects an angular velocity of the automobile 1500 in a vehicle body 1502 of the automobile 1500. 1504 is mounted. In addition, the physical quantity detection device 400 can be widely applied to a vehicle body attitude control unit, an anti-lock brake system (ABS), an air bag, and a tire pressure monitoring system (TPMS). it can.

本実施形態に係る電子機器は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量検出装置400を含む。従って、より低コストでより信頼性の高い電子機器を実現することができる。   The electronic apparatus according to the present embodiment includes a physical quantity detection device 400 that can detect angular velocity and acceleration with stable characteristics while suppressing an increase in circuit scale. Therefore, a more reliable electronic device can be realized at a lower cost.

本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。   The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

4.変形例
4.1 変形例1
本変形例1において、第1実施形態から第4実施形態と重複する構成要素の説明は省略し、異なる点について説明を行う。
4). Modification Example 4.1 Modification Example 1
In the first modification, the description of the same components as those in the first to fourth embodiments is omitted, and different points will be described.

本変形例1において、物理量センサー1は、互いに逆相の信号となる加速度成分および互いに同相の信号となる角速度成分の少なくとも一方を含み、第1演算処理は、和演算であり、第2演算処理は、差演算であっても良い。   In the first modification, the physical quantity sensor 1 includes at least one of an acceleration component that is an opposite phase signal and an angular velocity component that is an in-phase signal, the first calculation process is a sum calculation, and the second calculation process May be a difference operation.

具体的には、第1実施形態における振動素子100において、第1検出電極121および第2検出電極122から出力される交流電荷は、第1検出電極121と、第2検出電極122と、共通電極125との配置により極性を変更することができる。   Specifically, in the vibration element 100 according to the first embodiment, the AC charges output from the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 are the first detection electrode 121, the second detection electrode 122, and the common electrode. The polarity can be changed by the arrangement with 125.

ダブルT型の振動素子100‐1において、例えば、検出振動腕124の側面190の駆動振動腕114側に設けられた共通電極125を、検出振動腕124の側面190の駆動振動腕116側に変更したとき、ダブルT型の振動素子100‐1の第1検出電極121と第2検出電極122は、加速度を検出したときに互いに逆相の交流電荷を出力し、角速度を検出したときに互いに同相の信号となる交流電荷を出力する。   In the double T-type vibrating element 100-1, for example, the common electrode 125 provided on the driving vibration arm 114 side of the side surface 190 of the detection vibrating arm 124 is changed to the driving vibration arm 116 side of the side surface 190 of the detection vibrating arm 124. When the acceleration is detected, the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 of the double T-type vibrating element 100-1 output AC charges having opposite phases to each other when detecting acceleration, and are in phase with each other when detecting the angular velocity. The AC charge that is the signal is output.

H型の振動素子100‐2においては、例えば、検出振動腕124の主面180側に設けられた第2検出電極122を、検出振動腕124の主面180と反対側に変更したとき、H型の振動素子100‐2の第1検出電極121と第2検出電極122は、加速度を検出したときに互いに逆相の交流電荷を出力し、角速度を検出したときに互いに同相の信号となる交流電荷を出力する。   In the H-type vibrating element 100-2, for example, when the second detection electrode 122 provided on the main surface 180 side of the detection vibrating arm 124 is changed to the side opposite to the main surface 180 of the detection vibrating arm 124, H The first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 of the vibration element 100-2 of the type output AC charges having opposite phases when acceleration is detected, and AC signals that are in phase with each other when angular velocity is detected. Outputs charge.

本変形例によれば、振動素子100に設ける電極の配置を変更することで、振動素子100が角速度を検出したとき、第1検出電極121および第2検出電極122から出力される交流電荷を同相とすることができ、また、振動素子100が加速度を検出したとき、第1検出電極121および第2検出電極122から出力される交流電荷を逆相とすることができる。   According to this modification, by changing the arrangement of the electrodes provided in the vibration element 100, when the vibration element 100 detects the angular velocity, the AC charges output from the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 are in phase. In addition, when the vibration element 100 detects acceleration, the AC charges output from the first detection electrode 121 and the second detection electrode 122 can be in reverse phase.

一般に差分で算出することにより同期ノイズが除去(正確には低減)され、検出精度を向上させることができる。本変形例1によれば、角速度を和演算で算出し加速度を差演算で算出することから、加速度の検出精度を高めることが可能となる。   In general, by calculating the difference, the synchronization noise is removed (precisely reduced), and the detection accuracy can be improved. According to the first modification, since the angular velocity is calculated by the sum operation and the acceleration is calculated by the difference operation, it is possible to improve the accuracy of detecting the acceleration.

4.2 変形例2
本変形例2においては、第1実施形態から第4実施形態と重複する構成要素の説明は省略し、異なる点について説明を行う。
4.2 Modification 2
In the second modification, the description of the same components as those in the first to fourth embodiments is omitted, and different points will be described.

本変形例2は、和演算の演算レートと、差演算の演算レートとを設定する演算設定部を含んでも良い。即ち、物理量センサー1は、第1演算処理部43および第2演算処理部44で演算される角速度および加速度の演算レートを任意に設定・変更する為の、演算設定部を含んでも良い。   The second modification may include a calculation setting unit that sets a calculation rate for sum calculation and a calculation rate for difference calculation. That is, the physical quantity sensor 1 may include a calculation setting unit for arbitrarily setting / changing the angular velocity and acceleration calculation rates calculated by the first calculation processing unit 43 and the second calculation processing unit 44.

具体的には、例えば信号処理部24は、演算設定部を含み構成され、演算設定部は、第1演算処理部43および第2演算処理部44の和演算および差演算の演算レートを設定・変更する。さらに、演算設定部は演算頻度(演算レート)を設定する為のデータを記憶する記憶部を含んでも良い。   Specifically, for example, the signal processing unit 24 includes an operation setting unit, and the operation setting unit sets the calculation rate of the sum operation and the difference operation of the first operation processing unit 43 and the second operation processing unit 44. change. Furthermore, the calculation setting unit may include a storage unit that stores data for setting a calculation frequency (calculation rate).

具体的には、演算設定部は、記憶部に記憶された演算レートのデータに基づき第1演算処理部43および第2演算処理部44の演算頻度を決定する。例えば、角速度は精度よく検出し、加速度を補助的に検出するような物理量センサー1において、第1演算処理部43の演算レートを高め、第2演算処理部44の演算レートを低く設定することができる。   Specifically, the calculation setting unit determines the calculation frequency of the first calculation processing unit 43 and the second calculation processing unit 44 based on the calculation rate data stored in the storage unit. For example, in the physical quantity sensor 1 that detects angular velocity with high accuracy and detects acceleration auxiliary, the calculation rate of the first calculation processing unit 43 may be increased and the calculation rate of the second calculation processing unit 44 may be set low. it can.

なお、記憶部は、例えば不揮発性メモリーでもよく、具体的にはマスクROM(read Only Memory)、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)などでもよい。また、記憶部に記憶される演算レートのデータは、例えばMCU50などから変更可能な構成であっても良い。   The storage unit may be, for example, a non-volatile memory, specifically, a mask ROM (read only memory), a PROM (programmable ROM), an EPROM (Erasable PROM), or the like. The calculation rate data stored in the storage unit may be configured to be changeable from the MCU 50, for example.

本変形例2によれば、演算設定部は、第1演算処理部43および第2演算処理部44で実行される和演算および差演算の演算頻度(演算レート)を任意に設定・変更することができる。これにより、例えば、物理量センサー1が使用される機器において、角速度の検出頻度が高く、加速度の検出頻度が低い場合において、角速度を演算する第1演算処理部43の演算レートを高くし、加速度を演算する第2演算処理部44の演算レートを低くすることができる。   According to the second modification, the calculation setting unit arbitrarily sets / changes the calculation frequency (calculation rate) of the sum calculation and the difference calculation executed by the first calculation processing unit 43 and the second calculation processing unit 44. Can do. Thereby, for example, in a device in which the physical quantity sensor 1 is used, when the angular velocity detection frequency is high and the acceleration detection frequency is low, the calculation rate of the first calculation processing unit 43 that calculates the angular velocity is increased, and the acceleration is increased. The calculation rate of the second calculation processing unit 44 for calculating can be lowered.

即ち、物理量センサー1は、用途に応じ角速度および加速度の演算を任意に最適な演算レートで実行することが可能となると共に、不要な演算を減らし消費電力の削減にもつながる。さらに、本変形例2によれば、角速度と加速度の検出周波数帯域が大きく異なる場合においても、最適な演算処理が可能となる。   That is, the physical quantity sensor 1 can arbitrarily calculate the angular velocity and acceleration according to the application, and can reduce unnecessary calculations and power consumption. Furthermore, according to the second modification, even when the angular velocity and acceleration detection frequency bands are greatly different, optimal calculation processing can be performed.

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。   The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1…物理量センサー、2…IC、10…駆動回路、11…振幅調整回路、12…I/V変換回路、13…AC増幅回路、20…検出回路、21…チャージアンプ、22…チャージアンプ、23…変換部、24…信号処理部、25…インターフェース回路、26…A/D変換回路、31…A/D変換回路、32,33…レジスター、35,36…スイッチ、41…乗算処理部、42…ローパスフィルター処理部、43…第1演算処理部、44…第2演算処理部、50…MCU、100…振動素子、111…駆動入力電極、112…駆動出力電極、113,114,115,116…駆動振動腕、121…第1検出電極、122…第2検出電極、123,124…検出振動腕、125…共通電極、130…基部、131,132…連結腕、150…角速度、151…加速度、160…第1検出軸、170…第2検出軸、175…第3検出軸、180…主面、190…側面、210,211…溝、210A,210B,210C,211A,211B,211C…傾斜面、210D,211D…面、212,213…面、300…ベース、400…物理量検出装置、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、1502…車体、1504…電子制御ユニット、DRV…駆動信号、Sig1…第1信号、Sig2…第2信号、Dig1…第1デジタル信号、Dig2…第2デジタル信号、VD1…角速度信号、VD2…加速度信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Physical quantity sensor, 2 ... IC, 10 ... Drive circuit, 11 ... Amplitude adjustment circuit, 12 ... I / V conversion circuit, 13 ... AC amplifier circuit, 20 ... Detection circuit, 21 ... Charge amplifier, 22 ... Charge amplifier, 23 ... Conversion unit, 24 ... Signal processing unit, 25 ... Interface circuit, 26 ... A / D conversion circuit, 31 ... A / D conversion circuit, 32, 33 ... Register, 35, 36 ... Switch, 41 ... Multiplication processing unit, 42 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Low-pass filter processing part, 43 ... 1st arithmetic processing part, 44 ... 2nd arithmetic processing part, 50 ... MCU, 100 ... Vibration element, 111 ... Drive input electrode, 112 ... Drive output electrode, 113, 114, 115, 116 ... driving vibration arm, 121 ... first detection electrode, 122 ... second detection electrode, 123, 124 ... detection vibration arm, 125 ... common electrode, 130 ... base, 131, 132 ... connection arm, 150 Angular velocity, 151 ... acceleration, 160 ... first detection axis, 170 ... second detection axis, 175 ... third detection axis, 180 ... main surface, 190 ... side surface, 210, 211 ... groove, 210A, 210B, 210C, 211A, 211B, 211C ... inclined surface, 210D, 211D ... surface, 212, 213 ... surface, 300 ... base, 400 ... physical quantity detection device, 1100 ... personal computer, 1102 ... keyboard, 1104 ... main body, 1106 ... display unit, 1108 ... Display unit 1200 ... Mobile phone 1202 ... Operation button 1204 ... Earpiece 1206 ... Mouthpiece 1208 ... Display unit 1300 ... Digital still camera 1302 ... Case 1304 ... Light receiving unit 1306 ... Shutter button 1308 ... Memory, 1310 ... Display section, 1312 ... Video signal output Child, 1314 ... Input / output terminal, 1430 ... TV monitor, 1440 ... Personal computer, 1500 ... Automobile, 1502 ... Car body, 1504 ... Electronic control unit, DRV ... Drive signal, Sig1 ... First signal, Sig2 ... Second signal, Dig1 ... first digital signal, Dig2 ... second digital signal, VD1 ... angular velocity signal, VD2 ... acceleration signal

Claims (9)

第1検出電極と第2検出電極とを含む振動素子と、
前記第1検出電極からの信号を増幅する第1増幅器と、
前記第2検出電極からの信号を増幅する第2増幅器と、
前記第1増幅器からの第1信号を第1デジタル信号に変換し、前記第2増幅器からの第2信号を第2デジタル信号に変換する変換部と、
前記第1デジタル信号と前記第2デジタル信号に基づいて角速度と加速度とを算出する信号処理部と、
を含む、物理量センサー。
A vibration element including a first detection electrode and a second detection electrode;
A first amplifier for amplifying a signal from the first detection electrode;
A second amplifier for amplifying a signal from the second detection electrode;
A converter for converting a first signal from the first amplifier into a first digital signal and converting a second signal from the second amplifier into a second digital signal;
A signal processing unit that calculates angular velocity and acceleration based on the first digital signal and the second digital signal;
Including physical quantity sensor.
前記変換部は、
前記第1信号の前記第1デジタル信号への変換と、前記第2信号の前記第2デジタル信号への変換とを、時分割に行う、請求項1に記載の物理量センサー。
The converter is
The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the conversion of the first signal into the first digital signal and the conversion of the second signal into the second digital signal are performed in a time division manner.
前記信号処理部は、
前記第1デジタル信号と、前記振動素子を駆動する駆動信号に基づく基準信号とを乗算し、前記第2デジタル信号と、前記基準信号とを乗算する乗算処理と、
前記乗算処理により得られた信号に対するローパスフィルター処理と、
前記ローパスフィルター処理により得られた信号の和演算および差演算の一方により角速度を算出する第1演算処理と、
前記第1デジタル信号と前記第2デジタル信号との和演算および差演算の他方により加速度を算出する第2演算処理と、
を行う、請求項1または請求項2に記載の物理量センサー。
The signal processing unit
Multiplying the first digital signal by a reference signal based on a drive signal for driving the vibration element, and multiplying the second digital signal by the reference signal;
Low-pass filter processing for the signal obtained by the multiplication process;
A first calculation process for calculating an angular velocity by one of a sum calculation and a difference calculation of signals obtained by the low-pass filter process;
A second calculation process for calculating acceleration by the other of a sum calculation and a difference calculation of the first digital signal and the second digital signal;
The physical quantity sensor according to claim 1 or 2, wherein:
前記第1信号および前記第2信号は、
互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含み、
前記第1演算処理は、前記差演算であり、
前記第2演算処理は、前記和演算である、
請求項3に記載の物理量センサー。
The first signal and the second signal are:
Including at least one of an angular velocity component that is a component in opposite phase and an acceleration component that is a component in phase with each other,
The first calculation process is the difference calculation;
The second calculation process is the sum calculation.
The physical quantity sensor according to claim 3.
前記第1信号および前記第2信号は、
互いに逆相の信号となる加速度成分および互いに同相の信号となる角速度成分の少なくとも一方を含み、
前記第1演算処理は、前記和演算であり、
前記第2演算処理は、前記差演算である、
請求項3に記載の物理量センサー。
The first signal and the second signal are:
Including at least one of an acceleration component that is a signal out of phase with each other and an angular velocity component that is a signal in phase with each other,
The first calculation process is the sum calculation,
The second calculation process is the difference calculation.
The physical quantity sensor according to claim 3.
前記信号処理部は、
前記和演算の演算レートと、前記差演算の演算レートとを設定する演算設定部を含む、請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の物理量センサー。
The signal processing unit
6. The physical quantity sensor according to claim 3, further comprising an operation setting unit that sets an operation rate for the sum operation and an operation rate for the difference operation. 7.
前記振動素子は、
基部と、
前記基部に接続され、前記第1検出電極が形成された第1検出腕と、
前記基部に接続され、前記第2検出電極が形成された第2検出腕と、
駆動振動する駆動腕と、
を含み、
前記駆動腕は、前記振動素子の主面に沿った方向に前記駆動振動し、
第1検出軸まわりの角速度が印加された場合、前記第1検出腕および前記第2検出腕が、互いに逆方向に振動するように振動し、
第2検出軸方向の加速度が印加された場合、前記第1検出腕および前記第2検出腕が、互いに同方向に振動するように振動する、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の物理量センサー。
The vibrating element is
The base,
A first detection arm connected to the base and formed with the first detection electrode;
A second detection arm connected to the base and formed with the second detection electrode;
A driving arm that vibrates,
Including
The drive arm vibrates in the direction along the main surface of the vibration element,
When an angular velocity around the first detection axis is applied, the first detection arm and the second detection arm vibrate so as to vibrate in opposite directions,
7. The device according to claim 1, wherein when acceleration in a second detection axis direction is applied, the first detection arm and the second detection arm vibrate so as to vibrate in the same direction. The physical quantity sensor described.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の物理量センサーを備えている、
電子機器。
The physical quantity sensor according to claim 1 is provided.
Electronics.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の物理量センサーを備えている、
移動体。
The physical quantity sensor according to claim 1 is provided.
Moving body.
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