JP6337443B2

JP6337443B2 - 振動片、角速度センサー、電子機器及び移動体

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Publication number: JP6337443B2
Application number: JP2013226032A
Authority: JP
Inventors: 敦司松尾
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2018-06-06
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Description

本発明は、振動片、角速度センサー、電子機器及び移動体等に関する。

角速度センサー（ジャイロセンサー）に利用される振動片が一般に知られている（特許文献１，２）。例えば特許文献１の図１において、Ｙ方向に延びる振動片にＹ軸廻りの角速度運動が加わると、Ｘ−Ｙ面内にてＸ方向に面内振動されていた駆動部は、コリオリ力の働きでＺ軸方向（振動片の厚さ方向）の面外振動に変化する。このＺ方向の力成分は検出部の運動を引き起こす。こうした力成分に応じて、検出部には圧電効果に基づきＸ方向の電界が生ずる。その電界に基づく出力信号が検出部から出力され、角速度が検出される。

ジャイロセンサーに用いられる振動片として、検出部の側面に開口してＸ方向を深さ方向とする溝（干渉防止部）を検出部に設ける技術が提案されている（特許文献３）。この溝は、溝の内側面や溝裾に電極が設けられることはなく、検出部の外側面に設けられた複数の電極部間の電気的結合干渉を防止するために配置され、それにより漏れ電圧の発生を抑えている。

ジャイロセンサーに用いられる他の振動片として、検出部の側面に段差部を形成して、検出部の両側面に形成される一対の電極間のＸ方向距離を狭めて、電界効率を高める技術が提案されている（特許文献４）。

特開２０１２−０９８０９１号公報（図１）特開２０１２−１１２７４８号公報特開２００１−２２１６３８号公報（図４）特開２０１１−１４１２６６号公報（図３）

ジャイロセンサーの小型化に伴い、検出部に配置される電極面積が狭くなると、力成分に応じたＸ方向の電界が小さくなって検出感度が低下する。特許文献３，４とは異なり、検出部の主面に開口する溝を設けて電極面積を拡大することが考えられる。しかし、例えばジャイロセンサーのように振動片の検出部がその厚さ方向に沿って振動する場合には、電極の形成位置を考慮しないとかえって電荷ロスが生ずることが判明した。

本発明の幾つかの態様は、振動片が小型化されても電極面積を増大でき、電界効率を向上させて検出感度を高めることができる振動片、角速度センサー、電子機器及び移動体を提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様は、
圧電体の第１主面及び前記第１主面に対して前記圧電体の裏面にある第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続している外側面とを含み、前記第１主面と交差する方向に沿って振動する検出部を備え、
前記検出部は、
前記第１主面に設けられている開口からの深さ方向にて、前記第１主面と前記第２主面との間の中立面を超える位置に溝裾を有する溝部と、
前記溝部内に臨む内側面に設けられている内側面電極と、
前記外側面に設けられている外側面電極と、
前記溝部内に臨んで前記中立面よりも前記溝裾側にて互いに間隔をおいて設けられている一対の溝裾電極と、
を備える振動片に関する。

本発明の一態様によれば、第１主面と交差する厚さ方向（例えばＺ方向）に沿って振動する検出部には、中立面を境界とする厚さ方向の２つの領域の一方には圧縮力が他方には引張力が作用する。ここで、中立面とは圧縮も引張も生じない面をいう。検出部に形成された一対の電極には、圧縮力または引張力に応じた電界が作用する。その際、圧縮力に基づく電界の方向と、引張力に基づく電界の方向とは、互いに逆向きとなる。

本明細書では、溝部の開口部から最深位置を溝裾と称する。溝裾は、溝底のように平らな底面を有する場合と有しない場合との双方を含む。エッチング特にウェットエッチングの場合には、平らな底面が必ずしも形成されずにＶ字溝が形成されることがあるからである。検出部の長手方向（例えばＹ方向）と直交する検出部の横断面（例えばＸ−Ｚ面）にて、一対の側面電極（内側面電極−外側面電極）に生ずる第１電界の方向を第１方向（例えば＋Ｘ方向）とすると、一対の溝裾電極に生ずる第２電界の方向は、第１方向とは逆向きの第２方向（例えば−Ｘ方向）となる。

そうすると、内側面電極が第１電界の例えば下流に位置するとき、一対の溝裾電極のうち内側面電極に近い側の溝裾電極が第２電界の下流に位置することになる。同様に、内側面電極が第１電界の上流に位置するとき、一対の溝裾電極のうち内側面電極に近い側の溝裾電極が第２電界の上流に位置することになる。よって、一対の溝裾電極のうち内側面電極に近い側の溝裾電極を、内側電極と導通させても、導通された２つの電極は共に電界方向の上流同士または下流同士となるので、電界に基づく電荷のロスは生じない。こうして、溝部の内側面及び溝裾に形成される電極により電極面積を増大させることができ、しかも電荷のロスも生じないことから、検出感度を高めることができる。

（２）本発明の一態様では、
前記外側面は、第１外側面と第２外側面と、を含み、
前記内側面は、前記溝部の幅方向で一方に設けられている第１内側面及び他方に設けられている第２内側面と、を有し、
前記第１外側面と前記第１内側面との間には、前記圧電体を有し、
前記第２外側面と前記第２内側面との間には、前記圧電体を有し、
前記第１内側面に設けられている第１内側面電極と、前記第１外側面に設けられている第１外側面電極と、
前記第２内側面に設けられている第２内側面電極と、前記第２外側面に設けられている第２外側面電極と、を備え、
前記一対の溝裾電極は、前記第１内側面電極と導通している第１溝裾電極と、前記第２内側面電極と導通している第２溝裾電極と、
を備えることができる。

こうすると、検出部の長手方向（例えばＹ方向）と直交する検出部の横断面（例えばＸ−Ｚ面）にて、第１の一対の側面電極（第１内側面電極−第１外側面電極）と第２の一対の側面電極（第２内側面電極−第２外側面電極）に生ずる第１電界の方向は共に第１方向（例えば＋Ｘ方向）で同一となる。一方、一対の溝裾電極に生ずる第２電界方向は、第１方向とは逆向きの第２方向（例えば−Ｘ方向）となる。

そうすると、第１，第２電界の例えば下流に位置する第１内側面電極と第１溝裾電極とが互いに導通されており、第１，第２電界の例えば上流に位置する第２内側面電極と第２溝裾電極とが互いに導通されていることになる。従って、電界に基づく電荷のロスは生じない。こうして、溝部の内側面及び溝裾側に形成される電極により電極面積を増大させることができ、しかも電荷のロスも生じないことから、検出感度を高めることができる。

（３）本発明の一態様では、前記第１外側面電極及び前記第２外側面電極の少なくとも一方は、前記第１主面から前記中立面に至る範囲内に形成することができる。

こうすると、第１の一対の側面電極及び第２の一対の側面電極の少なくとも一方では、中立面を境にした２領域に亘って対向電極が形成されない。従って、第１の一対の側面電極（第１内側面電極−第１外側面電極）及び第２の一対の側面電極（第２内側面電極−第２外側面電極）の少なくとも一方に生ずる電界方向が一方向となり、電荷のロスも生じないことから、検出感度を高めることができる。

（４）本発明の他の態様では、前記第１外側面電極と前記第２内側面電極とを導通させ、前記第２外側面電極と前記第１内側面電極とを導通させることができる。

こうすると、互いに導通する第１外側面電極と第２内側面電極とが例えば電界方向の上流に位置するとき、互いに導通する第２外側面電極と第１内側面電極とが電界方向の下流に位置することになる。よって、電界に基づく電荷のロスは生じることなく信号を取り出すことができる。

（５）本発明の他の態様では、前記検出部は、前記第２主面にて間隔を隔てて形成される第１主面電極及び第２主面電極を備え、前記第１主面電極は前記第１溝裾電極と導通され、前記第２主面電極は前記第２溝裾電極と導通させることができる。

一対の主面電極と一対の溝裾電極とは、中立面よりも一方側に位置するので、検出時に生ずる電界の方向が一致する。従って、第１主面電極と第１溝裾電極とを導通させ、第２主面電極と第２溝裾電極と導通させても、電荷のロスは生じない。

（６）本発明の他の態様では、前記検出部は、前記第１外側面で前記中立面から前記第２主面に至る範囲内にて設けられ、前記第１主面電極と導通している第３外側面電極と、記第２外側面で前記中立面から前記第２主面に至る範囲内にて設けられ、前記第２主面電極と導通している第４外側面電極と、を含むことができる。

第３の一対の側面電極（第３外側面電極−第４外側面電極）と、一対の主面電極（第１主面電極−第２主面電極）と一対の溝裾電極とは、中立面よりも一方側に位置するので、検出時に生ずる電界の方向が一致する。従って、上述のような導通関係であっても、電荷のロスは生じない。

（７）本発明の他の態様では、前記第１外側面電極及び前記第２外側面電極の各々は、接地電極とすることができる。

こうすると、第１外側面電極及び第２外側面電極により、第１内側面電極、第２内側面電極及び一対の溝裾電極をシールドすることができ、外部ノイズの悪影響を低減できる。

（８）本発明のさらに他の態様は、
上述の（１）〜（７）のいずれかに記載の振動片と、
前記振動片の前記第１主面と交差する方向に沿った振動に基づいて角速度を検出する検出回路と、
を有することを角速度センサーに関する。

この角速度センサーは、角速度の検出感度を電荷のロスを伴うことなく高めることができる。

（９）本発明のさらに他の態様は、上述の（８）に記載の角速度センサーを有する電子機器に関する。

（１０）本発明のさらに他の態様は、上述の（８）に記載の角速度センサーを有する移動体に関する。

本発明に係る電子機器及び移動体は、検出感度を維持または高めながらも、より小型化することができる。

電極が形成される前の状態での振動片を模式的に示す平面図である。振動片の駆動部の面内振動を示す動作説明図である。振動片に角速度が作用した時の面外振動を示す動作説明図である。図１のＩＶ−ＩＶ断面に形成される電極を示す図である。図５（Ａ）（Ｂ）は、ウォークモード振動する検出部にて交互に生ずる電界方向を示す図である。電荷ロスが生ずる比較例を示す図である。振動片と検出回路を含むジャイロセンサーの概略ブロック図である。検出回路で生成される交流電圧信号を示す図である。一対の主面電極を有する振動片の変形例を示す図である。第３の一対の側面電極を有する振動片の変形例を示す図である。外側面電極を接地した振動片の変形例を示す図である。ジャイロセンサーを含む電子機器の一例を示す図である。ジャイロセンサーを含む電子機器の他の一例を示す図である。ジャイロセンサーを含む移動体の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．振動片の概要
図１は、電極が形成される前の状態での振動片１０を模式的に示している。ここで、本実施形態の振動片１０は、Ｘ軸（第２軸）と、Ｘ軸に平面上に直交するＹ軸からなるＸ−Ｙ平面に延在され、互いに対向する第１主面１１と第２主面１２とを有する。なお、第１主面１１及び第２主面１２に垂直な軸をＺ軸とする。振動片１０を形成する圧電体が水晶の場合、Ｘ軸は電気軸、Ｙ軸は機械軸、Ｚ軸は光学軸である。振動片１０は、基部２０から＋Ｙ方向に延びる駆動部３０と、基部２０から−Ｙ方向に延びる検出部４０とを有する。なお、振動片１０には、例えば特許文献２に示すように、漏れ出力の抑制を調整する調整部（調整用振動腕及び電極）等の付属の構造を設けても良い。

駆動部３０は、第１振動腕３１と第２振動腕３２とを含む。基部２０と第１振動腕３１と第２振動腕３２とで音叉形振動片を構成する。検出部４０は、第３振動腕４１と第４振動腕４２とを含む。基部２０と第３振動腕４１と第４振動腕４２とで、同様に音叉形振動片を構成する。この二つの音叉形振動片が基部２０で結合されており、このような構成の振動片１０はＨ型振動片と呼称される。

この振動片１０はジャイロセンサー（角速度センサー）として用いることができる。図２に示すように、角速度の検出にあたって駆動部３０（第１，第２振動腕３１，３２）で振動が励起駆動される。この駆動時の振動は、Ｘ−Ｙ平面内にてＸ方向に沿った面内振動であり、第１，第２振動腕３１，３２は相互に離れ相互に近づく振動を繰り返す。

図３に示すように振動片１０にＹ軸廻りの角速度ωが加わると、コリオリ力の働きで駆動部３０（第１，第２振動腕３１，３２）の振動方向が変化する。第１，第２振動腕３１，３２が基部２０の重心回りで揺動する、いわゆるウォークモード励振が引き起こされる。

駆動部３０（第１，第２振動腕３１，３２）のウォークモード励振は基部２０から検出部４０（第３，第４振動腕４１，４２）に伝播する。その結果、検出部４０（第３，第４振動腕４１，４２）にも基部２０の重心回りで揺動するウォークモード励振が引き起こされる。そして、検出部４０（第３，第４振動腕４１，４２）では圧電効果に基づき電界が生じ、電荷が生み出される。

２．振動片への電極の配置
２．１．駆動部
本実施形態では、駆動部３０（第１，第２振動腕３１，３２）での電極の配置については、図２の面内振動が励起されるものであれば特に制約はない。駆動部３０（第１，第２振動腕３１，３２）は、例えば特許文献４の図２のようにＸ−Ｚ断面での四面にそれぞれ電極を設けることができる。あるいは特許文献４の図１２に示すように、主面に開口する溝部の内側面と溝裾とに設けた単一電極と、側面に形成される側面電極とで一対の電極を形成しても良い。

２．２．検出部
本実施形態では、検出部４０（第３，第４振動腕４１，４２）での電極配置に特徴がある。先ず、図１に示すように、検出部４０（第３，第４振動腕４１，４２）は、第１主面１１に開口し、Ｙ軸方向を長手方向とし、Ｘ軸方向を幅方向とし、Ｚ方向を深さ方向とする溝部５０が設けられている。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面を示している。図４に示すＸ−Ｚ断面にて、溝部５０は、第１主面１１からの深さ方向（Ｚ方向）にて、第１主面１１と第２主面１２との間の中立面１４を超える位置に溝裾５１を有する。溝部５０は、溝部５０内の空間を介して溝幅方向Ｘにて対向する内側面５２（第１内側面５２ａ、第２内側面５２ｂ）を有する。なお、溝部５０は、振動片１０の外形の形状出しと同様にして、例えばドライエッチング、特に異方性エッチングにより形成することができる。

検出部４０（第３，第４振動腕４１，４２）は、図３に示すウォークモード振動により圧電効果に基づきＸ方向の電界が形成され、その電界による電荷を検出する。そのために、Ｘ方向にて対向する一対の電極が設けられる。その一つは、溝部５０内に臨む内側面５２に形成される内側面電極６１と、内側面５２と対向する外側面１３に形成される外側面電極６２とを含む一対の側面電極６０である。他の一つは、溝部５０に臨んで中立面１４よりも溝裾５１側にて溝幅方向Ｘで間隔をおいて設けられた一対の溝裾電極７０である。なお、溝部５０を例えばエッチングにより形成する際の異方性が良好でないと、図３に示すような平坦な溝裾５１が形成されず、溝裾５１に一対の溝裾電極７０を形成できないことがある。その場合でも、一対の溝裾電極７０は、中立面１４よりも溝裾５１側にて傾斜する内側面にて溝幅方向Ｘで間隔をおいて形成されればよい。

一対の側面電極６０は、第１の一対の側面電極６０ａと、第２の一対の側面電極６０ｂとを含むことができる。ここで、第１内側面５２ａと圧電体を介して対向する外側面１３を第１外側面１３ａと称する。第２内側面５２ｂと圧電体を介して対向する外側面１３を第２外側面１３ｂと称する。内側面電極６１は、第１内側面５２ａに形成される第１内側面電極６１ａと、第２内側面５２ｂに形成される第２内側面電極６１ｂとを含むことができる。外側面電極６２は、第１外側面１３ａに形成される第１外側面電極６２ａと、第２外側面１３ｂに形成される第２外側面電極６２ｂとを含むことができる。第１の一対の側面電極６０ａは、第１内側面電極６１ａと第１外側面電極６２ａとから構成される。第２の一対の側面電極６０ｂは、第２内側面電極６１ｂと第２外側面電極６２ｂとから構成される。

一対の溝裾電極７０は、溝部５０の溝裾５１にて溝幅方向Ｘにて間隔をおいて設けられる第１溝裾電極７１と第２溝裾電極７２とを有する。第１内側面電極６１ａに近い位置にある第１溝裾電極７１は、第１内側面電極６１ａに導通される。つまり、第１溝裾電極７１は、溝部５０の溝裾隅部にて第１内側面電極６１ａと導通されている。同様に、第２内側面電極６１ｂに近い位置にある第２溝裾電極７２は、第２側面電極６１ｂに導通される。つまり、第２溝裾電極７２は、溝部５０の溝裾隅部にて第２内側面電極６１ｂと導通されている。第１，第２内側面電極６１ａ，６１ｂ及び第１，第２溝裾電極７１，７２は、溝部５０の内部の全面に導電膜をスパッタ等で形成した後に、不要部分をエッチング除去して形成することができる。

振動片１０には、図４に示すように検出部４０の出力端子Ｓ１，Ｓ２が設けられる。出力端子Ｓ１は、第１外側面電極６２ａ、第２内側面電極６１ｂ及び第２溝裾電極７２に導通している。出力端子Ｓ２は、第２外側面電極６２ｂ、第１内側面電極６１ａ及び第１溝裾電極７１に導通している。

３．検出動作
図５（Ａ）（Ｂ）は、図３に示すように検出部４０がウォークモード振動した時に一対の電極に生ずる電荷の極性を示している。図５（Ａ）は検出部４０が例えば図３の＋Ｚ方向に変位した時を示し、図５（Ｂ）は検出部４０が例えば図３の−Ｚ方向に変位した時を示している。

Ｚ方向に沿って振動する第３振動腕４１（検出部４０）には、図５（Ａ）（Ｂ）に示す中立面１４を境界とする厚さ方向Ｚの２つの領域１５，１６の一方には圧縮力が他方には引張力が作用する。ここで、中立面１４とは圧縮も引張も生じない面をいう。矩形断面であれば、検出部４０を厚さ方向Ｚで二分する位置に中立面１４が位置する。ただし、検出部４０は矩形断面に限らず、Ｚ軸に対して線対称であれば良い。第３振動腕４１（検出部４０）に形成された一対の電極６０，７０には、圧縮力または引張力に応じた電界が作用する。その際、圧縮力に基づく電界の方向と、引張力に基づく電界の方向とは、互いに逆向きとなる。

厚さ方向Ｚと直交する第３振動腕４１（検出部４０）の横断面（Ｘ−Ｚ面）にて、図５（Ａ）（Ｂ）に示す一対の側面電極６０に生ずる第１電界ＥＦ１の方向を第１方向とすると、一対の溝裾電極７０に生ずる第２電界ＥＦ２の方向は、第１方向とは逆向きの第２方向となる。

図５（Ａ）に示すように、第１内側面電極６１ａが第１電界ＥＦ１の下流に位置するとき、一対の溝裾電極７０のうち第１内側面電極６１ａに近い側の溝裾電極７１が第２電界ＥＦ２の下流に位置することになる。同様に、図５（Ａ）において、第２内側面電極６１ｂが第１電界ＥＦ１の上流に位置するとき、一対の溝裾電極７０のうち第２内側面電極６１ｂに近い側の溝裾電極７２が第２電界ＥＦ２の上流に位置することになる。よって、導通された２つの電極（６１ａと７１または６１ｂと７２）は共に電界方向の上流同士または下流同士となる。つまり、出力端子Ｓ１では、第１外側面電極６２ａ、第２内側面電極６１ｂ及び第２溝裾電極７２から負（図５（Ａ）参照）または正（図５（Ｂ）参照）で極性が同じ電荷が出力される。同様に、出力端子Ｓ２からは、第２外側面電極６２ｂ、第１内側面電極６１ａ及び第１溝裾電極７１から正（図５（Ａ）参照）または負（図５（Ｂ）参照）で極性が同じ電荷が出力される。そのため、電界に基づく電荷のロスは生じない。こうして、溝部５０の内側面５２及び溝裾５１に形成される電極６１，７１，７２により電極面積を増大させることができ、しかも電荷のロスも生じないことから、検出感度を高めることができる。

検出部４０の第４振動腕４２も、図４と同様な断面構造を有する。ただし、図３に示すように第３，第４振動腕４１，４２の振動位相は１８０度異なるので、第４振動腕４２の電極の出力端子Ｓ１，Ｓ２への接続は図４とは逆となる。つまり、第４振動腕４２では、出力端子Ｓ２は第１外側面電極６２ａ、第２内側面電極６１ｂ及び第２溝裾電極７２に導通している。出力端子Ｓ１は、第２外側面電極６２ｂ、第１内側面電極６１ａ及び第１溝裾電極７１に導通している。このことは、後述する変形例（図９〜図１１）にも適用される。

上述した本実施形態の作用・効果は、図６に示す比較例と対比するとより明らかである。図６に示す溝部５０は、その溝裾５１は、厚さ方向Ｚにて中立面１４よりも上側に位置する領域１５に形成される点で、図４及び図５（Ａ）（Ｂ）に示す実施形態と異なる。この場合、領域１５に配置された一対の側面電極６０（第１，第２の一対の側面電極６０ａ，６０ｂ）と一対の溝裾電極７０に生ずるのは第１電界ＥＦ１のみである。

図６では、第１内側面電極６１ａが第１電界ＥＦ１の下流に位置するとき、一対の溝裾電極７０のうち第１内側面電極６１ａに近い側の溝裾電極７１が第１電界ＥＦ１の上流に位置することになる。従って、第１内側面電極６１ａには正の表面電荷が生ずる一方で、第１内側面電極６１ａと導通する第１溝裾電極７１には負の表面電荷が生ずる。同様に、第２内側面電極６１ｂが第１電界ＥＦ１の上流に位置するとき、一対の溝裾電極７０のうち第２内側面電極６１ｂに近い側の溝裾電極７２が第２電界ＥＦ２の下流に位置することになる。よって、導通された２つの電極（６１ａと７１または６１ｂと７２）は電界方向の上流と下流とで異なる。つまり、出力端子Ｓ１では、第１内側面電極６１ａに生じた正の表面電荷が第１溝裾電極７１にて生じた負の表面電荷によりロスされる。同様に、出力端子Ｓ２では、第２内側面電極６１ｂに生じた負の表面電荷が第２溝裾電極７２にて生じた正の表面電荷によりロスされる。

なお、本実施形態では、第１外側面電極６２ａ及び第２外側面電極６２ｂの少なくとも一方では、図４及び図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、厚さ方向Ｚにて第１主面１１から中立面１４に至る範囲内に形成することが好ましい。

こうすると、第１の一対の側面電極６０ａ及び第２の一対の側面電極６０ｂの少なくとも一方では、中立面１４を境にした２領域１５，１６に亘って対向電極が形成されない。従って、第１の一対の側面電極６０ａ及び第２の一対の側面電極６０ｂの少なくとも一方に生ずる電界方向が一方向となり、電荷のロスも生じないことから、検出感度を高めることができる。ただし、第１外側面電極６２ａ及び第２外側面電極６２ｂを、図４の２つの領域１５，１６に亘って配置しても良い。

４．ジャイロセンサー（角速度センサー）
図７は、ジャイロセンサー１０００の概略ブロック図である。ジャイロセンサー１０００は、振動片１０と、駆動回路１１００と、検出回路１２００とを含む。振動片１０の例えば基部２０には、駆動端子Ｔ１，Ｔ２と、出力端子Ｓ１，Ｓ２が設けられる。駆動端子Ｔ１，Ｔ２は駆動回路１１００に接続され、出力端子Ｓ１，Ｓ２は検出回路１２００に接続される。駆動回路１１００は、駆動端子Ｔ１，Ｔ２に駆動信号を供給して、図２に示すように駆動部３０を圧電効果により面内振動させる。

検出回路１２００は、２つのＱ／Ｖ変換回路（ＱＶアンプともいう）１２１０，１２２０を有する。２つのＱＶアンプ１２１０，１２２０には、振動片１０の出力端子Ｓ１，Ｓ２を介して、振動片１０の電極の各々に発生する交流電荷がそれぞれ入力され、交流電圧信号ＶＳＰ，ＶＳＭに変換する。出力端子Ｓ１，Ｓ２からの交流電荷は互いに１８０°位相が異なっており、振幅が等しい。従って、ＱＶアンプ１２１０，１２２０を同じ回路かつ同じレイアウトとすることで、図８に示すように、ＱＶアンプ１２１０，１２２０は、互いに１８０°位相が異なり、振幅が等しい交流電圧信号ＶＳＰ，ＶＳＭを出力する。交流電圧信号ＶＳＰ，ＶＳＭの振幅は、振動片１０に加わるコリオリ力の大きさ（角速度の大きさ）に応じて変化する。しかも、本実施形態では上述した通り電荷ロスを少なくできるので、交流電圧信号ＶＳＰ，ＶＳＭの振幅を大きくできる。

検出回路１２００では、ＱＶアンプ１２１０，１２２０の出力信号を、差動増幅回路１２３０にて差動増幅する。それにより、交流電圧信号ＶＳＰ，ＶＳＭの各振幅の２倍の振幅信号が生成される。その後、駆動回路１１００からの参照信号に基づいて、同期検波回路１２４０にて同期検波を行う。それにより、角速度成分のみが検出され、角速度の大きさに応じた電圧レベルの信号（角速度信号）を生成する。この角速度信号は、外部出力端子を介して外部に出力され、例えば、マイクロコンピューターにおいてＡ／Ｄ変換され、角速度データとして種々の処理に用いられる。なお、検出回路１０００にＡ／Ｄ変換器を内蔵し、角速度を表すデジタルデータを、例えば、シリアルインターフェースを介して外部に出力するようにしてもよい。

５．振動片の変形例
図９〜図１１は、振動片１０に形成される電極配置の変形例を示している。図９に示す検出部４０（第３振動腕４１）は、第２主面１２にて間隔を隔てて形成される第１主面電極８１及び第２主面電極８２を含む一対の主面電極８０をさらに有する。第１主面電極８１は第１溝裾電極７１と導通する出力端子Ｓ２に接続され、第２主面電極８２は第２溝裾電極７２と導通する出力端子Ｓ１と接続される。

一対の主面電極８０と一対の溝裾電極７０と共に、中立面１４よりも一方側の領域１６に位置するので、検出時に生ずる第２電界ＥＦ２の方向が一致する。従って、第１主面電極８１と第１溝裾電極７１とを導通させ、第２主面電極８２と第２溝裾電極７２と導通させても、電荷のロスは生じない。また、一対の主面電極８０の増設により電極面積が増えるので、電荷を増加することができる。

図１０に示す検出部４０（第３振動腕４１）は、図９に示す一対の主面電極８０に加えて、厚さ方向Ｚにて中立面１４から第２主面１２に至る範囲内で圧電体を介して対向する第３の一対の側面電極６０ｃをさらに有する。第３の一対の側面電極６０ｃは、第１外側面１３ａに形成されて第１主面電極８１と導通する第３外側面電極６２ｃと、第２外側面１３ｂに形成されて第２主面電極８２と導通する第４外側面電極６２ｄと、を有する。

図１０において、第３の一対の側面電極６０ｃと、一対の主面電極８０と、一対の溝裾電極７０とは、中立面１４よりも一方側の領域１６に位置するので、検出時に生ずる第２電界ＥＦ２の方向が一致する。従って、上述のような導通関係であっても、電荷のロスは生じない。

図１１に示す検出部４０（第３振動腕４１）では、第１外側面電極６２ａ及び第２外側面電極６２ｂの各々は、接地電極とされている。図１１では、外側面電極６２が第１外側面１３ａと第２外側面１３ｂと第２主面１２に形成され、その外側面電極６２を接地電極としている。

図１１に示すように、外側面電極６２を接地電極としても、第１，第２の一対の側面電極６０ａ，６０ｂと一対の溝裾電極７０に生ずる電界の方向は図４と同じであるので、電荷のロスは生じない。しかも、接地された外側面電極６２（第１外側面電極６２ａ及び第２外側面電極６２ｂを含む）により、第１内側面電極６１ａ、第２内側面電極６１ｂ及び一対の溝裾電極７０をシールドすることができ、外部ノイズの悪影響を低減できる。

６．電子機器及び移動体
図１２は電子機器の一具体例としてのスマートフォン１０１を概略的に示す。スマートフォン１０１には振動片１０を有するジャイロセンサー１０００が組み込まれる。ジャイロセンサー１０００はスマートフォン１０１の姿勢を検出することができる。いわゆるモーションセンシングが実施される。ジャイロセンサー１０００の検出信号は例えばマイクロコンピューターチップ（ＭＰＵ）１０２に供給することができる。ＭＰＵ１０２はモーションセンシングに応じて様々な処理を実行することができる。その他、モーションセンシングは、携帯電話機、携帯型ゲーム機、ゲームコントローラー、カーナビゲーションシステム、ポインティングデバイス、ヘッドマウンティングディスプレイ、タブレットパソコン等の各種電子機器で利用されることができる。

図１３電子機器の他の具体例としてのデジタルスチルカメラ（以下「カメラ」という）１０３を概略的に示す。カメラ１０３には振動片１０を有するジャイロセンサー１０００が組み込まれる。ジャイロセンサー１０００はカメラ１０３の姿勢を検出することができる。ジャイロセンサー１０００の検出信号は手ぶれ補正装置１０４に供給することができる。手ぶれ補正装置１０４はジャイロセンサー１０００の検出信号に応じて例えばレンズセット１０５内の特定のレンズを移動させることができる。こうして手ぶれを補正することができる。その他、手ぶれ補正はデジタルビデオカメラで利用されることができる。

図１４は移動体の一具体例としての自動車１０６を概略的に示す。自動車１０６には振動片１０を有するジャイロセンサー１０００が組み込まれる。ジャイロセンサー１０００は車体１０７の姿勢を検出することができる。ジャイロセンサー１０００の検出信号は車体姿勢制御装置１０８に供給することができる。車体姿勢制御装置１０８は例えば車体１０７の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御し、個々の車輪１０９のブレーキを制御することができる。その他、姿勢制御は二足歩行ロボットや航空機、ヘリコプター等の各種移動体で利用することができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、上記実施形態および変形例では、振動片としての形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。また、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、ジャイロセンサー１０００や振動片１０、スマートフォン１０１、カメラ１０３、自動車１０６等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１０振動片、１１第１主面、１２第２主面、１３外側面、１３ａ第１外側面、１３ｂ第２外側面、２０基部、３０駆動部、３１第１振動腕、３２第２振動腕、４０検出部、４１第３振動腕、４２第４振動腕、５０溝部、５１溝裾、５２内側面、５２ａ第１内側面、５２ｂ第２内側面、６０一対の側面電極、６０ａ第１の一対の側面電極、６０ｂ第２の一対の側面電極、６０ｃ第３の一対の側面電極、６１内側面電極、６１ａ第１内側面電極、６１ｂ第２内側面電極、６２外側面電極、６２ａ第１外側面電極、６２ｂ第２外側面電極、６２ｃ第３外側面電極、６２ｄ第４外側面電極、７０一対の溝裾電極、７１第１溝裾電極、７２第２溝裾電極、８０一対の主面電極、８１第１の主面電極、８２第２の主面電極、１０１，１０３電子機器、１０６移動体、１２００検出回路

Claims

圧電体の第１主面及び前記第１主面に対して前記圧電体の裏面にある第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続している外側面とを含み、前記第１主面と交差する方向に沿って振動する検出部を備え、
前記検出部は、
前記第１主面に設けられている開口からの深さ方向にて、前記第１主面と前記第２主面との間の中立面を超える位置に溝裾を有する溝部と、
前記溝部内に臨む内側面に設けられている内側面電極と、
前記外側面に設けられている外側面電極と、
前記溝部内に臨んで前記中立面よりも前記溝裾側にて互いに間隔をおいて設けられている一対の溝裾電極と、
を備えていることを特徴とする振動片。
請求項１に記載の振動片において、
前記外側面は、第１外側面と第２外側面と、を含み、
前記内側面は、前記溝部の幅方向で一方に設けられている第１内側面及び他方に設けられている第２内側面と、を有し、
前記第１外側面と前記第１内側面との間には、前記圧電体を有し、
前記第２外側面と前記第２内側面との間には、前記圧電体を有し、
前記第１内側面に設けられている第１内側面電極と、前記第１外側面に設けられている第１外側面電極と、
前記第２内側面に設けられている第２内側面電極と、前記第２外側面に設けられている第２外側面電極と、を備え、
前記一対の溝裾電極は、前記第１内側面電極と導通している第１溝裾電極と、前記第２内側面電極と導通している第２溝裾電極と、
を備えていることを特徴とする振動片。
請求項２に記載の振動片において、
前記第１外側面電極及び前記第２外側面電極の少なくとも一方は、前記第１主面から前記中立面に至る範囲内に設けられていることを特徴とする振動片。
請求項２または３に記載の振動片において、
前記第１外側面電極と前記第２内側面電極とが導通され、前記第２外側面電極と前記第１内側面電極とが導通されていることを特徴とする振動片。
請求項２〜４のいずれか１項に記載の振動片において、
前記検出部は、前記第２主面にて間隔を隔てて形成される第１主面電極及び第２主面電極を備え、
前記第１主面電極は前記第１溝裾電極と導通され、前記第２主面電極は前記第２溝裾電極と導通されていることを特徴とする振動片。
請求項５に記載の振動片において、
前記第１外側面で前記中立面から前記第２主面に至る範囲内にて設けられ、前記第１主面電極と導通している第３外側面電極と、
前記第２外側面で前記中立面から前記第２主面に至る範囲内にて設けられ、前記第２主面電極と導通している第４外側面電極と、
を含むことを特徴とする振動片。
請求項２に記載の振動片において、
前記第１外側面電極及び前記第２外側面電極の各々は、接地電極であることを特徴とする振動片。
請求項１〜７のいずれか１項記載の振動片と、
前記振動片の前記第１主面と交差する方向に沿った振動に基づいて角速度を検出する検出回路と、
を備えていることを特徴とする角速度センサー。
請求項８に記載の角速度センサーを備えていることを特徴とする電子機器。
請求項８に記載の角速度センサーを備えていることを特徴とする移動体。