JP5966460B2 - Gyro sensor and electronics - Google Patents
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Description
本発明は、ジャイロセンサーおよび電子機器に関する。 The present invention relates to a gyro sensor and an electronic device.
従来から、角速度を検出するための振動片として、特許文献1のジャイロ素子が知られている。
特許文献1のジャイロ素子は、基部と、基部から両側へY軸方向に延出する第1、第2検出振動腕と、基部から両側へX軸方向に延出する第1、第2連結腕と、第1連結腕の先端部から両側へY軸方向に延出する第1、第2駆動振動腕と、第2連結腕の先端部から両側へY軸方向に延出する第3、第4駆動振動腕とを有している。また、第1〜第4駆動振動腕には駆動電極が形成されており、第1、第2検出振動腕には、検出電極が形成されている。
Conventionally, the gyro element of patent document 1 is known as a vibration piece for detecting angular velocity.
The gyro element of Patent Document 1 includes a base, first and second detection vibrating arms extending from the base to both sides in the Y-axis direction, and first and second connecting arms extending from the base to both sides in the X-axis direction. And first and second drive vibrating arms extending in the Y-axis direction from the tip of the first connecting arm to both sides, and third and third extending from the tip of the second connecting arm to the both sides in the Y-axis direction. 4 drive vibration arms. Further, drive electrodes are formed on the first to fourth drive vibrating arms, and detection electrodes are formed on the first and second detection vibrating arms.
このようなジャイロ素子は、次のようにして角速度を検出する。まず、第1〜第4駆動振動腕を、第1、第2駆動振動腕と第3、第4駆動振動腕とがYZ平面に対して面対称となるように振動させる。この状態でZ軸まわりに角速度が加わると、ジャイロ素子にコリオリ力が作用し、第1、第2検出振動腕にX軸方向の検出振動が励起される。そして、この振動により生じた第1、第2検出振動腕の歪みを検出電極が検出することにより、Z軸まわりの角速度を求めることができる。 Such a gyro element detects an angular velocity as follows. First, the first to fourth drive vibrating arms are vibrated so that the first and second drive vibrating arms and the third and fourth drive vibrating arms are plane-symmetric with respect to the YZ plane. When an angular velocity is applied around the Z axis in this state, a Coriolis force acts on the gyro element, and detection vibration in the X axis direction is excited on the first and second detection vibrating arms. Then, the detection electrode detects the distortion of the first and second detection vibrating arms caused by this vibration, whereby the angular velocity around the Z axis can be obtained.
しかしながら、特許文献1のジャイロ素子では、Z軸まわりの角速度の検出しか行うことができない。すなわち、X軸まわりの角速度やY軸まわりの角速度を検出することができない。そのため、例えば、X軸およびY軸の回りに発生する角速度を検出したい場合には、ジャイロ素子を縦置きして配置する必要がありセンサーデバイスの厚みが大きくなってしまう。また複数軸について角速度を検出したい場合には、複数のジャイロ素子を配置する必要がある。そのため、装置が大型化するという問題がある。 However, the gyro element of Patent Document 1 can only detect the angular velocity around the Z axis. That is, the angular velocity around the X axis and the angular velocity around the Y axis cannot be detected. Therefore, for example, when it is desired to detect the angular velocities generated around the X-axis and the Y-axis, it is necessary to arrange the gyro elements in a vertical position, which increases the thickness of the sensor device. If it is desired to detect angular velocities for a plurality of axes, it is necessary to arrange a plurality of gyro elements. Therefore, there is a problem that the apparatus becomes large.
本発明の目的は、互いに交差する2軸の各軸まわりの角速度を検出することのできるジャイロセンサーを提供すること、また、このジャイロセンサーを備える信頼性に優れた電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gyro sensor that can detect angular velocities around two axes intersecting each other, and to provide a highly reliable electronic device including the gyro sensor. .
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本発明のジャイロセンサーは、互いに交差する3つの軸を第1軸、第2軸および第3軸としたとき、
基部と、
前記基部から前記第1軸に沿って互いに反対に延びる第1連結腕および第2連結腕と、
前記第1連結腕から前記第2軸に沿って延びる第1駆動振動腕と、
前記第2連結腕から前記第2軸に沿って延びる第2駆動振動腕と、
前記基部から前記第2軸に沿って互いに反対に延びる第1検出振動腕および第2検出振動腕と、を備え、
前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕のそれぞれは、前記第1軸および前記第3軸の方向の振動成分を含み、
前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕が振動している状態において、前記第2軸まわりの角速度が加わることにより励振される前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の振動パターンと、前記第3軸まわりの角速度が加わることにより励振される前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の振動パターンと、が互いに異なり、
前記第2軸まわりの角速度が加わったとき、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、前記第1軸に関して同じ方向に振動し、
前記第3軸まわりの角速度が加わったとき、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、前記第1軸に関して反対方向に振動し、
前記第1検出振動腕からの出力信号と前記第2検出振動腕からの出力信号とを加算することで前記第2軸まわりの角速度および前記第3軸まわりの角速度の一方を検出し、前記第1検出振動腕からの出力信号と前記第2検出振動腕からの出力信号とを減算することで前記第2軸まわりの角速度および前記第3軸まわりの角速度の他方を検出することを特徴とする。
これにより、互いに交差する2軸の各軸まわりの角速度を検出することのできるジャイロセンサーを提供することができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1]
The gyro sensor of the present invention has three axes intersecting each other as a first axis, a second axis, and a third axis.
The base,
A first connecting arm and a second connecting arm extending oppositely from each other along the first axis from the base;
A first drive vibrating arm extending from the first connecting arm along the second axis;
A second drive vibrating arm extending from the second connecting arm along the second axis;
A first detection vibrating arm and a second detection vibrating arm extending opposite to each other along the second axis from the base,
Wherein each of the first drive vibrating arm and the second driving vibration arms, seen including a vibration component of the first axis and the direction of the third axis,
In the state where the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm are vibrating, the vibrations of the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm excited by the application of an angular velocity around the second axis. The pattern and the vibration pattern of the first detection vibration arm and the second detection vibration arm excited by applying an angular velocity around the third axis are different from each other,
When an angular velocity about the second axis is applied, the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm vibrate in the same direction with respect to the first axis;
When an angular velocity around the third axis is applied, the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm vibrate in opposite directions with respect to the first axis;
One of the angular velocity around the second axis and the angular velocity around the third axis is detected by adding the output signal from the first detection vibrating arm and the output signal from the second detection vibrating arm, and the first The other of the angular velocity around the second axis and the angular velocity around the third axis is detected by subtracting the output signal from the first detection vibrating arm and the output signal from the second detection vibrating arm. .
Accordingly, it is possible to provide a gyro sensor that can detect angular velocities around the two axes that intersect each other.
[適用例2]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕は、駆動振動時の前記第3軸の振動成分が同じ方向であることが好ましい。
これにより、バランスよく、第1、第2駆動振動腕を振動させることができる。
[適用例3]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕は、駆動振動時の前記第1軸の振動成分が反対方向であることが好ましい。
これにより、バランスよく、第1、第2駆動振動腕を振動させることができる。
[Application Example 2]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm have the same vibration component of the third axis during drive vibration.
Thereby, the first and second drive vibrating arms can be vibrated with good balance.
[Application Example 3]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that the first drive vibration arm and the second drive vibration arm have opposite vibration components of the first axis during drive vibration.
Thereby, the first and second drive vibrating arms can be vibrated with good balance.
[適用例4]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕の各々は、前記第1軸方向の中心線および前記第3軸方向の中心線に対し前記第2軸方向の断面形状が非対称である部分を含むことが好ましい。
これにより、より確実に、第1、第2駆動振動腕が前記第1軸および前記第3軸の方向の振動成分を含む腕となる。
[Application Example 4]
In the gyro sensor of the present invention, each of the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm has a cross section in the second axial direction with respect to a center line in the first axial direction and a center line in the third axial direction. It is preferable to include a portion having an asymmetric shape.
Accordingly, the first and second drive vibrating arms are more reliably arms that include vibration components in the directions of the first axis and the third axis.
[適用例5]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕の各々は、
互いに表裏関係にある第1面および第2面と、
前記第1面に設けられた第1溝と、
前記第2面に設けられた第2溝と、を備え、
前記第1面の法線方向からの平面視において、前記第1溝および前記第2溝が前記第1軸の方向に配列されていることが好ましい。
これにより、第1、第2駆動振動腕の形状を簡単なものとすることができる。
[Application Example 5]
In the gyro sensor of the present invention, each of the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm is:
A first surface and a second surface that are in reverse relation to each other;
A first groove provided in the first surface;
A second groove provided on the second surface,
It is preferable that the first groove and the second groove are arranged in the direction of the first axis in a plan view from the normal direction of the first surface.
Thereby, the shape of the first and second drive vibrating arms can be simplified.
[適用例6]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕の各々は、
互いに表裏関係にある第1面および第2面と、
前記第1面および前記第2面を接続する第1側面および第2側面と、を含み、
前記第1側面および前記第2側面の少なくとも一方は、段差部を備えていることが好ましい。
これにより、第1、第2駆動振動腕の形状を簡単なものとすることができる。
[Application Example 6]
In the gyro sensor of the present invention, each of the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm is:
A first surface and a second surface that are in reverse relation to each other;
A first side surface and a second side surface connecting the first surface and the second surface;
It is preferable that at least one of the first side surface and the second side surface includes a stepped portion.
Thereby, the shape of the first and second drive vibrating arms can be simplified.
[適用例7]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1駆動振動腕が延出する方向とは反対の方向に延出する第3駆動振動腕と、
前記第2駆動振動腕が延出する方向とは反対の方向に延出する第4駆動振動腕と、を含むことが好ましい。
これにより、駆動振動腕の数が増え、角速度の検出精度が向上する。また、第1〜第4駆動振動腕をバランスよく振動させることができる。
[Application Example 7]
In the gyro sensor of the present invention, a third drive vibrating arm extending in a direction opposite to a direction in which the first drive vibrating arm extends,
It is preferable to include a fourth drive vibrating arm that extends in a direction opposite to the direction in which the second drive vibrating arm extends.
As a result, the number of drive vibrating arms is increased, and the angular velocity detection accuracy is improved. In addition, the first to fourth drive vibrating arms can be vibrated with good balance.
[適用例8]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、圧電体材料で構成され、
前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の断面形状は略矩形であり、各々の面に電極が設けられていることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の出力信号を取り出すことができる。
[Application Example 8 ]
In the gyro sensor of the present invention, the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm are made of a piezoelectric material,
It is preferable that the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm have substantially rectangular cross-sectional shapes, and electrodes are provided on each surface.
Thereby, the output signals of the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm can be extracted with a simple configuration.
[適用例9]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、
圧電体材料で構成され、
前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、互いに表裏関係にある一対の主面と前記主面同士を接続する一対の側面とを備え、前記一対の主面の少なくとも一方には溝が設けられ、前記溝の内壁および該内壁と反対側の前記側面には電極が設けられていることが好ましい。
これにより、角速度の検出感度が向上する。
[Application Example 9 ]
In the gyro sensor of the present invention, the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm are:
Composed of piezoelectric material,
The first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm include a pair of main surfaces that are in a front-back relationship with each other and a pair of side surfaces that connect the main surfaces, and at least one of the pair of main surfaces has a groove. It is preferable that an electrode is provided on the inner wall of the groove and on the side surface opposite to the inner wall.
Thereby, the detection sensitivity of angular velocity improves.
[適用例10]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、主面に第1電極と第2電極の間に圧電膜を配置した圧電素子が設けられていることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の出力信号を取り出すことができる。
[Application Example 10 ]
In the gyro sensor of the present invention, the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm are preferably provided with a piezoelectric element having a piezoelectric film disposed between the first electrode and the second electrode on a main surface. .
Thereby, the output signals of the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm can be extracted with a simple configuration.
[適用例11]
本発明のジャイロセンサーでは、前記第1連結腕および前記第2連結腕の少なくとも一方には、歪み検出手段が設けられていることが好ましい。
これにより、第1軸まわりの角速度を検出することができる。
[適用例12]
本発明の電子機器は、本発明のジャイロセンサーを備えたことを特徴とする。
これにより、信頼性に優れる電子機器が得られる。
[Application Example 11 ]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that strain detection means is provided on at least one of the first connecting arm and the second connecting arm.
Thereby, the angular velocity around the first axis can be detected.
[Application Example 12 ]
An electronic apparatus according to the present invention includes the gyro sensor according to the present invention.
Thereby, an electronic device having excellent reliability can be obtained.
以下、本発明のジャイロセンサーおよび電子機器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明のジャイロセンサーの第1実施形態について説明する。
図1は、本発明のジャイロセンサーの第1実施形態を示す平面図、図2は、図1中のA−A線断面図およびB−B線断面図、図3は、図1中のC−C線断面図、図4および図5は、図3に示す駆動振動腕の変形例を示す断面図、図6は、図1に示すジャイロセンサーの駆動を説明する平面図、図7は、Z軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図、図8は、Y軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図である。
Hereinafter, a gyro sensor and an electronic device according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the gyro sensor of the present invention will be described.
1 is a plan view showing a first embodiment of the gyro sensor of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA and BB in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line C-B in FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the drive vibrating arm shown in FIG. 3, FIG. 6 is a plan view for explaining the driving of the gyro sensor shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 8 is a plan view showing the vibration of the gyro sensor when an angular velocity around the Z axis is applied. FIG. 8 is a plan view showing the vibration of the gyro sensor when an angular velocity around the Y axis is applied.
なお、以下では、図1に示すように、互いに直交する3軸を、X軸(第1軸)、Y軸(第2軸)およびZ軸(第3軸)とする。また、X軸に平行な方向を「X軸方向」とも言い、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」とも言い、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」とも言う。また、X軸およびY軸で規定される平面を「XY平面」とも言い、Y軸およびZ軸で規定される平面を「YZ平面」とも言い、Z軸およびX軸で規定される平面を「XZ平面」とも言う。 In the following, as shown in FIG. 1, the three axes orthogonal to each other are referred to as an X axis (first axis), a Y axis (second axis), and a Z axis (third axis). A direction parallel to the X axis is also referred to as an “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is also referred to as a “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is also referred to as a “Z axis direction”. A plane defined by the X axis and the Y axis is also referred to as an “XY plane”, a plane defined by the Y axis and the Z axis is also referred to as a “YZ plane”, and a plane defined by the Z axis and the X axis is represented by “ It is also called “XZ plane”.
図1に示すジャイロセンサー2は、Z軸まわりの角速度ωzと、Y軸まわりの角速度ωyとを検出することのできるジャイロセンサーである。ジャイロセンサー2は、振動片3と、振動片3に形成された複数の電極とで構成されている。
振動片3は、圧電体材料で構成されている。圧電体材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。特に、振動片3を構成する圧電体材料としては、水晶が好ましい。水晶で振動片3を構成すると、振動片3の振動特性(特に周波数温度特性)を優れたものとすることができる。また、エッチングにより高い寸法精度で振動片3を形成することができる。
このような振動片3は、XY平面に拡がりを有し、Z軸方向に厚みを有し、基部41と、第1、第2検出振動腕42、43と、第1、第2連結腕44、45と、第1、第2、第3、第4駆動振動腕46、47、48、49とを有している。
A
The vibrating
Such a
基部41は、振動片3の中央部に位置している。また、第1検出振動腕42および第2検出振動腕43は、基部41からY軸方向に互いに反対に延出している。また、第1連結腕44および第2連結腕45は、基部41からX軸方向に互いに反対に延出している。また、第1駆動振動腕46および第3駆動振動腕48は、第1連結腕44の先端部からY軸方向に互いに反対に延出している。また、第2、第4駆動振動腕47、49は、第2連結腕45の先端部からY軸方向に互いに反対に延出している。
The
なお、図示の構成では、第1連結腕44および第2連結腕45の幅は、基部41の幅よりも狭くなっているが、基部41と同じ幅で形成して一体にしてもよい。また、第1、第3駆動振動腕46、48は、第1連結腕44の延在方向の途中から延出してもよく、同様に、第2、第4駆動振動腕47、49は、第2連結腕45の延在方向の途中から延出してもよい。
In the configuration shown in the figure, the widths of the first connecting
第1、第2検出振動腕42、43は、重心(中心)Gと交わるXZ平面に関して対称に設けられている。また、これら第1、第2検出振動腕42、43は、略矩形の横断面形状をなしている。
また、図2に示すように、第1検出振動腕42の上面および下面に第1検出信号電極(電極)710aが形成されており、第2検出振動腕43の上面および下面に第2検出信号電極(電極)710bが形成されている。
また、第1検出振動腕42の両側面に第1検出接地電極(電極)720aが形成されており、第2検出振動腕43の両側面に第2検出接地電極(電極)720bが形成されている。このような第1、第2検出接地電極720a、720bは、第1、第2検出信号電極710a、710bに対してグランドとなる電位を有する。
The first and second
Further, as shown in FIG. 2, first detection signal electrodes (electrodes) 710 a are formed on the upper and lower surfaces of the first
Further, first detection ground electrodes (electrodes) 720 a are formed on both side surfaces of the first
なお、図示の構成では、第1検出振動腕42および第2検出振動腕43の断面形状が矩形であるが、第1、第2検出振動腕42、43の上面および下面の少なくとも一方の面に溝を設けても良い。その場合、溝の内壁に沿うように第1検出信号電極710a(第2検出信号電極710b)を形成するのが望ましい。このような形態とすることにより、第1検出信号電極710a(第2検出信号電極710b)と側面に形成された第1検出接地電極720a(第2検出接地電極720b)との間隔が狭くなり電界効率が良くなって少ない歪量で大きな電荷量を電極間で発生させることができ、高感度化に寄与する。
In the configuration shown in the figure, the first
このような配置で第1、第2検出信号電極710a、710bおよび第1、第2検出接地電極720a、720bを形成することにより、第1検出振動腕42に生じた検出振動は、第1検出信号電極710aと第1検出接地電極720aとの間の電荷として現れ、その電荷を信号(出力信号)として取り出すことができ、第2検出振動腕43に生じた検出振動は、第2検出信号電極710bと第2検出接地電極720bとの間の電荷として現れ、その電荷を信号として取り出すことができる。
第1駆動振動腕46は、先端側に位置する先端部46aと、それよりも基端側に位置する基端部(非対称部)46bとを有している。先端部46aは、略矩形の横断面形状を有している。
By forming the first and second
The first
図3に示すように、基端部46bは、第1駆動振動腕46のX軸方向の中心線L’およびZ軸方向の中心線L”の両線に関して非対称な横断面形状(Y軸方向の断面形状)を有している。基端部46bをこのような非対称な形状とすることにより、後述するように、第1駆動振動腕46をX軸方向およびZ軸方向の両方向成分を有する方向、言い換えればX軸およびZ軸の両軸に対して傾斜した方向に屈曲振動(以下、説明の便宜上、単に「斜め振動」とも言う。)させることができる。
As shown in FIG. 3, the
具体的には、第1駆動振動腕46の基端部46bは、Z軸方向に対向し、XY平面にて構成される上面(第1面)461および下面(第2面)462と、上面461および下面462を接続する一対の側面463、464とを有している。また、基端部46bは、上面461と側面(第1側面)463の間設けられた第1段差部465と、下面462と側面(第2側面)464との間に設けられた第2段差部466とを有している。
第1段差部465は、中心線L’に対して第1検出振動腕42側に形成されている。このような第1段差部465は、YZ平面で構成され、上面461に接続された第1段差面465aと、XY平面で構成され、第1段差面465aと側面463とに接続された第2段差面465bとを有している。
Specifically, the
The
一方、第2段差部466は、中心線L’に対して第1検出振動腕42と反対側(他方側)に形成されている。このような第2段差部466は、YZ平面で構成され、下面462に接続された第3段差面466aと、XY平面で構成され、第3段差面466aと側面464とに接続された第4段差面466bとを有している。
このような形状とすることにより、第1駆動振動腕46を、斜め振動成分を有する駆動腕とすることができる。
On the other hand, the
By adopting such a shape, the first
ここで、上記の基端部46bの形状を言い換えると、次のように表すことができる。すなわち、図3に示すように、基端部46bは、X軸方向(+)側に向けて延在する第1辺L1と、第1辺L1の先端からZ軸方向(−)側へ延出する第2辺L2と、第2辺L2の先端からX軸方向(+)側へ延出する第3辺L3と、第3辺L3の先端からZ軸方向(−)側へ延出する第4辺L4と、第4辺L4の先端からX軸方向(−)側へ延出する第5辺L5と、第5辺L5の先端からZ軸方向(+)側へ延出する第6辺L6と、第6辺L6の先端からX軸方向(−)側へ延出する第7辺L7と、第7辺L7の先端からZ軸方向(+)側へ延出し、先端が第1辺L1の基端と接続する第8辺L8とで輪郭が構成される横断面形状を有している。
このような第1段差部465と第2段差部466は、第1駆動振動腕46の中心軸Oに関して回転対称に形成されている。これにより、第1駆動振動腕46の中心線L’の一方側と他方側との質量をほぼ等しくすることができ、第1駆動振動腕46が質量的にバランスのとれた形状となる。
Here, in other words, the shape of the
The
ここで、本実施形態の第1駆動振動腕46では、第1段差部465の第2段差面465bは、第2段差部466の第4段差面466bに対して、Z軸方向において等しい位置に設けられている。
また、第1段差部465の第1段差面465aは、第2段差部466の第3段差面466aに対して、X軸方向の第1検出振動腕42側に離間して設けられている。
Here, in the first
The
このような構成とすることにより、第1段差部465と第2段差部466とに挟まれた領域S1の機械的強度を十分に確保することができる。そのため、第1駆動振動腕46を安定的に斜め振動させることができる。また、強度を確保することにより第1駆動振動腕46の捩じれを効果的に防止することができ、不要な振動の発生を効果的に防止することができる。
With such a configuration, the mechanical strength of the region S1 sandwiched between the
このような第1駆動振動腕46には、一対の駆動信号電極730と一対の駆動接地電極740とが形成されている。具体的には、一対の駆動信号電極730の一方は、上面461に形成されており、他方は、下面462に形成されている。また、一対の駆動接地電極740の一方は、第1段差面465a、第2段差面465bおよび側面463に跨って形成されており、他方は、側面464、第4段差面466bおよび第3段差面466aに跨って形成されている。駆動接地電極740は、駆動信号電極730に対してグランドとなる電位を有する。
A pair of
このような配置で駆動信号電極730および駆動接地電極740を形成すると、駆動信号電極730と駆動接地電極740との間に駆動信号を印加することによって、第1駆動振動腕46に形成された駆動信号電極730と駆動接地電極740との間に電界を生じさせ、第1駆動振動腕46を振動させることができる。なお、このことは、以下に説明する第2、第3、第4駆動振動腕47、48、49についても同様である。
When the
以上、第1駆動振動腕46の形状について説明したが、例えば、図4に示すような形状であってもよい。すなわち、基端部46bは、上面461と、下面462と、上面461および下面462を連結する一対の側面463、464と、上面461に形成された第1溝467と、下面462に形成された第2溝468とを有している。また、第1、第2溝467、468は、X軸方向にずれて形成されており、互いにX軸方向に重なり合う部分を有する。すなわち、基端部46bは、略「S」字状の横断面形状を有している。このような形状とすることにより、簡単な構成で、第1駆動振動腕46を、斜め振動成分を有する振動腕とすることができる。
The shape of the first
この他、図5に示すような形状とすることもできる。なお、図5に示す形状は、いずれも、第1段差部465および第2段差部466の形状(幅と厚さのアスペクト非)が本実施形態と異なる以外は、同様の構成である。また、図5では、説明の便宜上、第1駆動振動腕46の幅の0%、50%、100%の箇所と、第1駆動振動腕46の厚さの0%、50%、100%の箇所とに補助線を表示してある。また、図5では、説明の便宜上、各種電極の図示を省略している。
In addition, the shape shown in FIG. The shapes shown in FIGS. 5A and 5B have the same configuration except that the shapes of the
図5(a)に示す第1駆動振動腕46では、第1段差部465の第2段差面465bは、第2段差部466の第4段差面466bに対して、Z軸方向の上面461側に離間して設けられている。また、第1段差部465の第1段差面465aは、第2段差部466の第3段差面466aに対して、X軸方向の第1検出振動腕42側に離間して設けられている。
In the first
図5(b)に示す第1駆動振動腕46では、第1段差部465の第2段差面465bは、第2段差部466の第4段差面466bに対して、Z軸方向の下面462側に離間して設けられている。また、第1段差部465の第1段差面465aは、第2段差部466の第3段差面466aに対して、X軸方向の第1検出振動腕42側に離間して設けられている。
図5(c)に示す第1駆動振動腕46では、第1段差部465の第2段差面465bは、第2段差部466の第4段差面466bに対して、Z軸方向の上面461側に離間して設けられている。また、第1段差部465の第1段差面465aは、第2段差部466の第3段差面466aに対して、X軸方向において等しい位置に設けられている。
In the first
In the first
図5(d)に示す第1駆動振動腕46では、第1段差部465の第2段差面465bは、第2段差部466の第4段差面466bに対して、Z軸方向の上面461側に離間して設けられている。また、第1段差部465の第1段差面465aは、第2段差部466の第3段差面466aに対して、X軸方向の第1検出振動腕42と反対側に離間して設けられている。
以上、図5(a)〜(d)に示すような構成によっても、簡単な構成にて、第1駆動振動腕46を斜め振動させることができる。
In the first
As described above, the first
第3駆動振動腕48は、重心Gと交わるXZ平面に関して第1駆動振動腕46と対称的に形成されている以外は、第1駆動振動腕46と同様の構成である。したがって、第3駆動振動腕48の構成については、その説明を省略する。
図2(b)に示すように、第3駆動振動腕48には、一対の駆動信号電極730と一対の駆動接地電極740とが形成されている。一対の駆動信号電極730の一方は、上面481に形成されており、他方は、下面482に形成されている。また、一対の駆動接地電極740の一方は、第1段差面485a、第2段差面485bおよび側面483に跨って形成されており、他方は、側面484、第4段差面486bおよび第3段差面486aに跨って形成されている。
第2駆動振動腕47は、重心Gと交わるYZ平面に関して第1駆動振動腕46と対照的に形成されている以外は、第1駆動振動腕46と同様の構成である。したがって、第2駆動振動腕47の構成については、その説明を省略する。
The third
As shown in FIG. 2B, the third
The second
図2(a)に示すように、第2駆動振動腕47には、一対の駆動信号電極730と一対の駆動接地電極740とが形成されている。一対の駆動信号電極730の一方は、第1段差面475a、第2段差面475bおよび側面473に跨って形成されており、他方は、側面474、第4段差面476bおよび第3段差面476aに跨って形成されている。また、一対の駆動接地電極740の一方は、上面471に形成されており、他方は、下面472に形成されている。
第4駆動振動腕49は、重心Gと交わるYZ平面に関して第3駆動振動腕48と対照的に形成されている以外は、第3駆動振動腕48と同様の構成である。したがって、第4駆動振動腕49の構成については、その説明を省略する。
As shown in FIG. 2A, the second
The fourth
図2(a)に示すように、第4駆動振動腕49には、一対の駆動信号電極730と一対の駆動接地電極740とが形成されている。一対の駆動信号電極730の一方は、第1段差面495a、第2段差面495bおよび側面493に跨って形成されており、他方は、側面494、第4段差面496bおよび第3段差面496aに跨って形成されている。また、一対の駆動接地電極740の一方は、上面491に形成されており、他方は、下面492に形成されている。
As shown in FIG. 2A, the fourth
以上、第1〜第4駆動振動腕46〜49について説明したが、これら第1〜第4駆動振動腕46〜49は、Z軸方向の振動成分が同じ方向である。また、第1、第3駆動振動腕46、48と第2、第4駆動振動腕47、49とは、X軸方向の振動成分が、反対方向である。第1〜第4駆動振動腕46〜49をこのような振動成分を有するものとすることにより、これら4つの振動腕46〜49をバランスよく振動させることができ、振動漏れを抑制することができる。
なお、以上説明した各電極は、それぞれ、例えば、振動片3の表面に形成され、クロムで構成される下地層に、金メッキを施したものを用いることができる。これにより、電極と振動片3との密着性が向上し、ジャイロセンサー2の信頼性が向上する。
The first to fourth
In addition, each electrode demonstrated above can each use what formed the gold plating in the base layer which is formed in the surface of the
以上、ジャイロセンサー2の構成について説明した。ジャイロセンサー2は、次のようにしてY軸まわりの角速度ωyおよびZ軸まわりの角速度ωzを検出する。以下、図6ないし図8に基づいて説明するが、説明の便宜上、図6では、各電極の図示を省略している。また、図6(a)は、図1中のA−A線断面図に相当する断面図であり、図6(b)は、図1中のB−B線断面図に相当する断面図である。
The configuration of the
角速度が加わらない状態において、駆動信号電極730および駆動接地電極740間に交番電圧を印加すると、図6に示すように、第1〜第4駆動振動腕46〜49は、それぞれ、非対称部を有しているため斜め振動する。また、この振動は、第1、第3駆動振動腕46、48と第2、第4駆動振動腕47、49とが重心Gと交わるYZ平面に関して面対称の振動となる。
When an alternating voltage is applied between the
この際、前述したように、第1、第3駆動振動腕46、48と、第2、第4駆動振動腕47、49とが重心Gを通るYZ平面に関して面対称の振動を行っているため、第1〜第4駆動振動腕46〜49のX軸方向への振動が相殺される。そのため、第1、第2検出振動腕42、43は、X軸方向に殆ど振動しない。一方、第1〜第4駆動振動腕46〜49は、互いにZ軸方向の同じ側へ向けて振動するため、第1〜第4駆動振動腕46〜49のZ軸方向への振動は相殺されない。そのため、第1、第2検出振動腕42、43は、図6に示すように、第1〜第4駆動振動腕46〜49とのバランスを取るように、Z軸方向にかつ第1〜第4駆動振動腕46〜49と逆向きに屈曲振動する。なお、第1〜第4駆動振動腕46〜49の振動方向については図6に記されている振動方向に限らず、例えば図6に記されている振動方向と逆であっても良い。所望の周波数や駆動手段により振動方向は適宜選択される。
At this time, as described above, the first and third
この状態で、ジャイロセンサー2にZ軸まわりの角速度ωzが加わると、図7に示すように、コリオリ力Aが作用し、このコリオリ力Aを駆動力して矢印Bで示す振動(Z軸回り角速度検出振動モード)が励振される。このとき、第1、第2検出振動腕42、43に生じる変形は、X軸に関して逆方向である。また、この検出振動モードは、駆動周波数の±10%以内の周波数であることが好ましい。なお、この第1、第2検出振動腕42、43の振動方向に関しては、第1、第2検出振動腕42、43がZ軸回りに関して同じ回転方向に振動していると言い換えることができる。これは、第1〜第4駆動振動腕46〜49がコリオリ力Aの作用によって図7のように振動し、なおかつ第1、第2検出振動腕42、43は、基部41を挟んで上側と下側にそれぞれ延出しているため、第1検出振動腕42は、第1、第2駆動振動腕46、47に対応した変形をし、第2検出振動腕43は、第3、第4駆動振動腕48、49に対応した変形をするためである。
In this state, when an angular velocity ωz around the Z-axis is applied to the
一方、ジャイロセンサー2にY軸まわりの角速度ωyが加わると、図8に示すように、コリオリ力Aが作用し、このコリオリ力Aを駆動力として、矢印Bで示す振動(Y軸回り角速度検出振動モード)が励振される。この時、第1、第2検出振動腕42、43に生じる変形は、X軸に関して同方向である。また、この検出振動モードは、駆動周波数の±10%以内の周波数であることが好ましい。なお、この第1、第2検出振動腕42、43の振動方向に関しては、第1、第2検出振動腕42、43がX軸に関して同方向に振動していると言い換えることができる。これは、コリオリ力Aの作用によって第1〜第4駆動振動腕46〜49が図8のように振動し、さらに第1、第2検出振動腕42、43にX軸に関して同方向かつ第1〜第4駆動振動腕46〜49と逆方向のコリオリ力が働くためX軸方向に関しては同方向に振動するためである。
On the other hand, when an angular velocity ωy around the Y axis is applied to the
ジャイロセンサー2では、前述のZ軸まわりの角速度ωzが加わったときと、Y軸まわりの角速度ωyが加わったときの検出振動腕42、43の振動方向の異なりを利用して、角速度ωzおよび角速度ωyをそれぞれ独立して検出することができる。
具体的に説明すると、角速度ωzが加わったときに、第1検出信号電極710aと第1検出接地電極720aとから取り出される信号(電圧)V1は、角速度ωzに起因した信号(電圧)+Vzであり、第2検出信号電極710bと第2検出接地電極720bとから取り出される信号(電圧)V2は、角速度ωzに起因した信号(電圧)−Vzである。すなわち、V1=+Vz、V2=−Vzである。
In the
More specifically, when the angular velocity ωz is added, the signal (voltage) V1 extracted from the first
一方、角速度ωyが加わったときに、第1検出信号電極710aと第1検出接地電極720aとから取り出される信号V1は、角速度ωyに起因した信号+Vyであり、第2検出信号電極710bと第2検出接地電極720bとから取り出される信号V2は、角速度ωYに起因した信号+Vyである。すなわち、V1=+Vy、V2=+Vyである。なお、信号V1、V2の間で符号が同じなのは、前述したように、歪み検出手段がZ軸回りの角速度に対し異符号の信号を生じるように構成されているためである。
On the other hand, when the angular velocity ωy is added, the signal V1 extracted from the first
そのため、ジャイロセンサー2に、Y軸方向およびZ軸方向の両方向成分を有する軸(すなわち、Y軸およびZ軸の両軸に対して傾斜した軸)まわりの角速度ωyzが加わると、第1検出信号電極710aと第1検出接地電極720aとから取り出される信号V1は、(+Vy)+(+Vz)であり、第2検出信号電極710bと第2検出接地電極720bとから取り出される信号V2は、(+Vy)+(−Vz)である。すなわち、V1=Vy+Vz、V2=Vy−Vzである。
Therefore, when an angular velocity ωyz about an axis having both direction components in the Y-axis direction and the Z-axis direction (that is, an axis inclined with respect to both the Y-axis and Z-axis) is applied to the
このようにして得られた信号V1、V2を加または減することにより、角速度ωyzのY軸まわりの角速度ωyと、Z軸まわりの角速度ωzとを分離することができ、角速度ωyおよび角速度ωzをそれぞれ独立して検出することができる。具体的には、V1+V2=2Vyとなり、角速度ωzに起因する信号Vzを排除することができる。これにより、Y軸まわりの角速度ωyが求まる。反対に、V1−V2=2Vzとなり、角速度ωyに起因する信号Vyを排除することができる。これにより、Z軸まわりの角速度ωzが求まる。ジャイロセンサー2によれば、簡単に、Y軸まわりの角速度ωyおよびZ軸まわりの角速度ωzをそれぞれ独立して検出することができる。このような計算は、ジャイロセンサー2に接続された図示しないICチップ等により行うことができる。
なお、上述した信号「Vz」、「Vy」の符号は、配線の構成によっては符号が逆となる。すなわち、上記「+Vz」が「−Vz」、「−Vz」が「+Vz」となるとともに、「+Vy」が「−Vy」、「−Vy」が「+Vy」となる場合もある。
By adding or subtracting the signals V1 and V2 obtained in this way, the angular velocity ωy around the Y axis of the angular velocity ωyz and the angular velocity ωz around the Z axis can be separated, and the angular velocity ωy and the angular velocity ωz can be separated. Each can be detected independently. Specifically, V1 + V2 = 2Vy, and the signal Vz caused by the angular velocity ωz can be eliminated. Thereby, the angular velocity ωy about the Y axis is obtained. On the other hand, V1−V2 = 2Vz, and the signal Vy resulting from the angular velocity ωy can be eliminated. As a result, the angular velocity ωz about the Z axis is obtained. According to the
Note that the signs of the signals “Vz” and “Vy” described above are reversed depending on the configuration of the wiring. That is, “+ Vz” is “−Vz”, “−Vz” is “+ Vz”, “+ Vy” is “−Vy”, and “−Vy” is “+ Vy”.
<第2実施形態>
次に、本発明のジャイロセンサーの第2実施形態について説明する。
図9は、本発明の第2実施形態にかかるジャイロセンサーの平面図、図10は、図9中のD−D線断面およびE−E線断面である。
以下、第2実施形態のジャイロセンサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態にかかるジャイロセンサーは、第1、第2検出振動腕からの出力信号の取り出しかたが異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the gyro sensor of the present invention will be described.
FIG. 9 is a plan view of a gyro sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross section taken along line DD and line EE in FIG.
Hereinafter, the gyro sensor of the second embodiment will be described focusing on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The gyro sensor according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment described above, except that the output signals from the first and second detection vibrating arms are different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above.
図9および図10に示すように、本実施形態のジャイロセンサー2では、第1検出振動腕42の上面(主面)に、圧電素子11、12がX軸方向に並んで形成されている。圧電素子11は、第1電極111、圧電膜112、第2電極113がこの順で積層されて構成されている。また、圧電素子12は、第1電極121、圧電膜122、第2電極123がこの順で積層されて構成されている。また、圧電膜112、122は、一体的に形成されている。なお、圧電膜112、122は、一体的に形成しなくてもよい。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
同様に、第2検出振動腕43の上面(主面)に、圧電素子13、14がX軸方向に並んで形成されている。圧電素子13は、第1電極131、圧電膜132、第2電極133がこの順で積層されて構成されている。また、圧電素子14は、第1電極141、圧電膜142、第2電極143がこの順で積層されて構成されている。また、圧電膜132、142は、一体的に形成されている。なお、圧電体層132、142は、一体的に形成しなくてもよい。
Similarly,
このような構成では、角速度ωyおよび角速度ωzの少なくとも一方が加わることにより励振される検出モードで第1検出振動腕42が振動すると、圧電素子11、12が伸長または収縮し、これにより、第1検出振動腕42の歪みを第1電極111と第2電極113との間、および、第1電極121と第2電極123との間から信号(出力信号)として取り出すことができる。同様に、第2検出振動腕43の歪みを第1電極131と第2電極133との間、および、第1電極141と第2電極143との間から信号(出力信号)として取り出すことができる。
In such a configuration, when the first
このようにして圧電素子11〜14にから取り出された信号を、前述の第1実施形態と同様にして処理することにより、角速度ωyおよび角速度ωzをそれぞれ独立して検出することができる。
なお、圧電素子11〜14を用いることにより、簡単な構成で、より確実に第1、第2検出振動腕42、43の歪みを信号として取り出すことができる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
By processing the signals extracted from the
By using the
Also according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<第3実施形態>
次に、本発明のジャイロセンサーの第3実施形態について説明する。
図11は、本発明の第3実施形態にかかるジャイロセンサーの平面図、図12は、図11中のF−F線断面およびG−G線断面である。
以下、第3実施形態のジャイロセンサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第3実施形態にかかるジャイロセンサーは、第1、第2連結腕に検出手段を設けたこと以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the gyro sensor of the present invention will be described.
FIG. 11 is a plan view of a gyro sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross section taken along line FF and line GG in FIG.
Hereinafter, the gyro sensor of the third embodiment will be described focusing on the differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The gyro sensor according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment described above except that the first and second connecting arms are provided with detection means. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to 1st Embodiment mentioned above.
本実施形態のジャイロセンサー2は、X軸まわりの各速度ωxを検出するための検出手段を有している。
図11および図12に示すように、第1連結腕44の上面には、圧電素子15、16がY軸方向に並んで形成されている。圧電素子15は、第1電極151、圧電膜152、第2電極153がこの順で積層されて構成されている。また、圧電素子16は、第1電極161、圧電膜162、第2電極163がこの順で積層されて構成されている。また、圧電膜152、162は、一体的に形成されている。なお、圧電膜152、162は、一体的に形成しなくてもよい。
The
As shown in FIGS. 11 and 12,
これと同様に、第2連結腕45の上面には、圧電素子17、18がY軸方向に並んで形成されている。圧電素子17は、第1電極171、圧電膜172、第2電極173がこの順で積層されて構成されている。また、圧電素子18は、第1電極181、圧電膜182、第2電極183がこの順で積層されて構成されている。また、圧電膜172、182は、一体的に形成されている。なお、圧電体層172、182は、一体的に形成しなくてもよい。
Similarly,
このような構成では、前述した第1実施形態と同様に第1〜第4駆動振動腕46〜49を振動させている状態でX軸まわりの角速度ωxが加わると、コリオリ力が作用し、このコリオリ力を駆動力して、第1、第2連結腕44、45に図11中に矢印で示すY軸方向(面内方向)の振動が新たに励起される。この振動による第1連結腕44の歪みを第1電極151と第2電極153との間、および、第1電極161と第2電極163との間から信号(出力信号)として取り出すとともに、第2連結腕45の歪みを第1電極171と第2電極173との間、および、第1電極181と第2電極183との間から信号(出力信号)として取り出すことにより、角速度ωxを検出することができる。
このようなジャイロセンサー2によれば、X軸、Y軸およびZ軸の各軸まわりの角速度をそれぞれ独立して検出することができる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
In such a configuration, when the angular velocity ωx around the X axis is applied in a state where the first to fourth
According to such a
Also according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
このようにして圧電素子11〜14にから取り出された信号を、前述の第1実施形態と同様にして処理することにより、角速度ωyおよび角速度ωzをそれぞれ独立して検出することができる。
なお、圧電素子11〜14を用いることにより、簡単な構成で、より確実に第1、第2検出振動腕42、43の歪みを信号として取り出すことができる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
By processing the signals extracted from the
By using the
Also according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
次に、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器について、図13〜図15に基づき、詳細に説明する。
図13は、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100にはジャイロセンサー2が内蔵されている。
Next, an electronic device including the gyro sensor of the present invention will be described in detail based on FIGS.
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device including the gyro sensor of the present invention is applied. In this figure, a
図14は、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。このような携帯電話機1200にはジャイロセンサー2が内蔵されている。
FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including PHS) to which an electronic device including the gyro sensor of the present invention is applied. In this figure, a
図15は、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
FIG. 15 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera to which an electronic device including the gyro sensor of the present invention is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown.
Here, an ordinary camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリ1308に転送・格納される。
A display unit is provided on the back of a case (body) 1302 in the
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、デ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1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ1300には、ジャイロセンサー2が内蔵されている。
In the
Such a
なお、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器は、図13のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図14の携帯電話機、図15のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター等に適用することができる。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) shown in FIG. 13, the mobile phone shown in FIG. 14, and the digital still camera shown in FIG. Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments Type (for example, vehicle Aircraft, gauges of a ship), can be applied to a flight simulator or the like.
以上、本発明のジャイロセンサーおよび電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、各振動腕(第1、第2検出振動腕および第1、第2、第3、第4駆動振動腕)の先端部には、必要に応じて、基端部よりも横断面積が大きい質量部(ハンマーヘッド)を設けてもよい。これにより、振動素子をより小型なものとしたり、振動腕の屈曲振動の周波数をより低めたりすることができる。
As described above, the gyro sensor and the electronic device according to the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit is an arbitrary configuration having the same function. Can be substituted.
Moreover, the cross-sectional area is larger than the base end portion at the distal end portion of each vibrating arm (the first and second detection vibrating arms and the first, second, third, and fourth driving vibrating arms) as necessary. You may provide a mass part (hammer head). Thereby, a vibration element can be made smaller and the frequency of flexural vibration of the vibrating arm can be further reduced.
また、前述した実施形態では、なお、振動片を圧電性を有する材料で構成したものについて説明したが、これに限定されず、振動片を、例えばシリコン基板で構成してもよい。この場合には、各駆動振動腕を、例えば圧電膜を用いて振動させることができる。
また、前述した実施形態では、第1〜第4駆動振動腕を有するものについて説明したが、駆動振動腕の数は、特に限定されず、例えば、第3駆動振動腕と第4駆動振動腕を省略してもよいし、第2駆動振動腕と第4駆動振動腕を省略してもよい(この場合は、残りの第3駆動振動腕が「第2駆動振動腕」として機能する)。
In the above-described embodiment, the vibration piece is made of a material having piezoelectricity. However, the present invention is not limited to this, and the vibration piece may be made of a silicon substrate, for example. In this case, each drive vibrating arm can be vibrated using, for example, a piezoelectric film.
In the above-described embodiment, the first to fourth drive vibrating arms have been described. However, the number of the drive vibrating arms is not particularly limited. For example, the third drive vibrating arm and the fourth drive vibrating arm are provided. The second drive vibration arm and the fourth drive vibration arm may be omitted (in this case, the remaining third drive vibration arm functions as a “second drive vibration arm”).
また、前述した実施形態では、X軸、Y軸およびZ軸が互いに直交する場合について説明したが、X軸、Y軸およびZ軸は、互いに交差していればよく、必ずしも直交していなくてもよい。
また、第1、第2、第3、第4駆動振動腕46、47、48、49の形状としては、中心線L’、L”の両線に対して非対称な横断面形状を有していれば、前述したものに限定されず、例えば、次のような形状であってもよい。なお、以下では、第1駆動振動腕46について代表して説明する。
In the above-described embodiment, the case where the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other has been described. However, the X axis, the Y axis, and the Z axis need only intersect with each other, and are not necessarily orthogonal. Also good.
The first, second, third, and fourth
図16(a)に示す第1駆動振動腕46の基端部46bには、上面461と側面463との間に設けられた第1段差部465と、下面462と側面464との間に設けられた第2段差部466とが形成されている。
図16(b)に示す第1駆動振動腕46の基端部46bには、上面461と側面464との間に位置する段差部469が形成されている。
A first stepped
A
11、12、13、14、15、16、17、18……圧電素子 111、121、131、141、151、161、171、181……第1電極 112、122、132、142、152、162、172、182……圧電膜 113、123、133、143、153、163、173、183……第2電極 2……ジャイロセンサー 3……振動片 41……基部 42……第1検出振動腕 43……第2検出振動腕 44……第1連結腕 45……第2連結腕 46……第1駆動振動腕 461……上面 462……下面 463、464……側面 465……第1段差部 465a……第1段差面 465b……第2段差面 466……第2段差部 466a……第3段差面 466b……第4段差面 46a…先端部 46b…基端部 467……第1溝 468……第2溝 469……段差部 47……第2駆動振動腕 471……上面 472……下面 473、474……側面 475a……第1段差面 475b……第2段差面 476a……第3段差面 476b……第4段差面 47b……基端部 48……第3駆動振動腕 481……上面 482……下面 483、484……側面 485a……第1段差面 485b……第2段差面 486a……第3段差面 486b……第4段差面 48b……基端部 49…第4駆動振動腕 491……上面 492……下面 493、494……側面 495a……第1段差面 495b……第2段差面 496a……第3段差面 496b……第4段差面 49b……基端部 710a……第1検出信号電極 710b……第2検出信号電極 720a……第1検出接地電極 720b……第2検出接地電極 730……駆動信号電極 740……駆動接地電極 100‥‥表示部 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 1200‥‥携帯電話機 1202‥‥操作ボタン 1204‥‥受話口 1206‥‥送話口 1300‥‥ディジタルスチルカメラ 1302‥‥ケース 1304‥‥受光ユニット 1306‥‥シャッターボタン 1308‥‥メモリ 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 L1……第1辺 L2……第2辺 L3……第3辺 L4……第4辺 L5……第5辺 L6……第6辺 L7……第7辺 L8……第8辺 S1……領域 L’、L”……中心線 O……中心軸
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 ...
Claims (12)
基部と、
前記基部から前記第1軸に沿って互いに反対に延びる第1連結腕および第2連結腕と、
前記第1連結腕から前記第2軸に沿って延びる第1駆動振動腕と、
前記第2連結腕から前記第2軸に沿って延びる第2駆動振動腕と、
前記基部から前記第2軸に沿って互いに反対に延びる第1検出振動腕および第2検出振動腕と、を備え、
前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕のそれぞれは、前記第1軸および前記第3軸の方向の振動成分を含み、
前記第1駆動振動腕および前記第2駆動振動腕が振動している状態において、前記第2軸まわりの角速度が加わることにより励振される前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の振動パターンと、前記第3軸まわりの角速度が加わることにより励振される前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の振動パターンと、が互いに異なり、
前記第2軸まわりの角速度が加わったとき、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、前記第1軸に関して同じ方向に振動し、
前記第3軸まわりの角速度が加わったとき、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、前記第1軸に関して反対方向に振動し、
前記第1検出振動腕からの出力信号と前記第2検出振動腕からの出力信号とを加算することで前記第2軸まわりの角速度および前記第3軸まわりの角速度の一方を検出し、前記第1検出振動腕からの出力信号と前記第2検出振動腕からの出力信号とを減算することで前記第2軸まわりの角速度および前記第3軸まわりの角速度の他方を検出することを特徴とするジャイロセンサー。 When three axes intersecting each other are defined as a first axis, a second axis, and a third axis,
The base,
A first connecting arm and a second connecting arm extending oppositely from each other along the first axis from the base;
A first drive vibrating arm extending from the first connecting arm along the second axis;
A second drive vibrating arm extending from the second connecting arm along the second axis;
A first detection vibrating arm and a second detection vibrating arm extending opposite to each other along the second axis from the base,
Wherein each of the first drive vibrating arm and the second driving vibration arms, seen including a vibration component of the first axis and the direction of the third axis,
In the state where the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm are vibrating, the vibrations of the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm excited by the application of an angular velocity around the second axis. The pattern and the vibration pattern of the first detection vibration arm and the second detection vibration arm excited by applying an angular velocity around the third axis are different from each other,
When an angular velocity about the second axis is applied, the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm vibrate in the same direction with respect to the first axis;
When an angular velocity around the third axis is applied, the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm vibrate in opposite directions with respect to the first axis;
One of the angular velocity around the second axis and the angular velocity around the third axis is detected by adding the output signal from the first detection vibrating arm and the output signal from the second detection vibrating arm, and the first The other of the angular velocity around the second axis and the angular velocity around the third axis is detected by subtracting the output signal from the first detection vibrating arm and the output signal from the second detection vibrating arm. Gyro sensor.
互いに表裏関係にある第1面および第2面と、
前記第1面に設けられた第1溝と、
前記第2面に設けられた第2溝と、を備え、
前記第1面の法線方向からの平面視において、前記第1溝および前記第2溝が前記第1軸の方向に配列されている請求項4に記載のジャイロセンサー。 Each of the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm is:
A first surface and a second surface that are in reverse relation to each other;
A first groove provided in the first surface;
A second groove provided on the second surface,
The gyro sensor according to claim 4, wherein the first groove and the second groove are arranged in the direction of the first axis in a plan view from the normal direction of the first surface.
互いに表裏関係にある第1面および第2面と、
前記第1面および前記第2面を接続する第1側面および第2側面と、を含み、
前記第1側面および前記第2側面の少なくとも一方は、段差部を備えている請求項4に記載のジャイロセンサー。 Each of the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm is:
A first surface and a second surface that are in reverse relation to each other;
A first side surface and a second side surface connecting the first surface and the second surface;
The gyro sensor according to claim 4, wherein at least one of the first side surface and the second side surface includes a stepped portion.
前記第2駆動振動腕が延出する方向とは反対の方向に延出する第4駆動振動腕と、を含む請求項1ないし6のいずれか一項に記載のジャイロセンサー。 A third drive vibration arm extending in a direction opposite to a direction in which the first drive vibration arm extends;
The gyro sensor according to claim 1, further comprising a fourth drive vibrating arm extending in a direction opposite to a direction in which the second drive vibrating arm extends.
前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の断面形状は略矩形であり、各々の面に電極が設けられている請求項1ないし7のいずれか一項に記載のジャイロセンサー。 The first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm are made of a piezoelectric material,
The gyro sensor according to any one of claims 1 to 7 , wherein cross-sectional shapes of the first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm are substantially rectangular, and electrodes are provided on each surface.
圧電体材料で構成され、
前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕は、互いに表裏関係にある一対の主面と前記主面同士を接続する一対の側面とを備え、前記一対の主面の少なくとも一方には溝が設けられ、前記溝の内壁および該内壁と反対側の前記側面には電極が設けられている請求項1ないし7のいずれか一項に記載のジャイロセンサー。 The first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm are:
Composed of piezoelectric material,
The first detection vibrating arm and the second detection vibrating arm include a pair of main surfaces that are in a front-back relationship with each other and a pair of side surfaces that connect the main surfaces, and at least one of the pair of main surfaces has a groove. is provided, the gyro sensor according to any one of from above to the side electrode opposite to the grooves of the inner wall and the inner wall claims 1 provided 7.
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