JP6641874B2 - 物理量検出装置、電子機器および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、物理量検出装置、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、物理量検出装置（ジャイロセンサー）として、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１に記載の物理量検出装置は、パッケージと、振動ジャイロ素子と、振動ジャイロ素子をパッケージに固定する中継基板と、ＩＣチップと、を有する。また、中継基板は、複数の中継リードを有しており、これら中継リードを介して振動ジャイロ素子とＩＣチップとが電気的に接続されている。

特開２０１２−１１２７４８号公報

しかしながら、このような構成では、振動ジャイロ素子の駆動振動を伝搬する中継リードと、振動ジャイロ素子から得られる検出信号を伝搬する中継リードとの位置が近いと、これら中継リード間の容量結合により、検出信号に混入する駆動信号に起因するノイズが大きくなり、角速度の検出感度が低下するという問題がある。

本発明の目的は、優れた物理量検出感度を発揮することのできる物理量検出装置、電子機器および移動体を提供することにある。

本発明は、上記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。

本適用例にかかる物理量検出装置は、振動素子と、
前記振動素子に接続されている複数のリードと、を含み、
前記振動素子は、
基部と、
前記基部から一方側へ延出している駆動部と、
前記基部から他方側へ延出している検出部と、
前記駆動部に配置され、前記駆動部を駆動する駆動信号が印加される駆動信号電極と、
前記検出部に配置され、物理量に応じた検出信号を出力する検出信号電極と、を含み、
前記複数のリードは、
前記駆動信号電極に電気的に接続された駆動信号リードと、
前記検出信号電極に電気的に接続された検出信号リードと、を含み、
前記駆動信号リードおよび前記検出信号リードは、前記基部に対して互いに反対側に位置していることを特徴とする。

これにより、駆動信号リードと検出信号リードとの離間距離を大きくすることができるため、検出信号に混入する駆動信号に起因するノイズを低減することができ、検出感度の高い物理量検出装置が得られる。

上述の適用例において、前記駆動部は、前記基部から第１軸方向の一方側へ延出し、
前記検出部は、前記基部の前記第１軸方向の他方側へ延出し、
前記第１軸方向において、前記駆動信号リードは、前記検出信号リードよりも前記一方側に位置していることが好ましい。

これにより、駆動信号リードと検出信号電極との間の容量結合および駆動信号電極と検出信号リードとの間の容量結合を低減することができる。

上述の適用例において、前記検出信号電極は、第１検出信号を出力する第１検出信号電極と、前記第１検出信号と逆相の第２検出信号を出力する第２検出信号電極と、を含み、
前記検出信号リードは、前記第１検出信号電極と電気的に接続されている第１検出信号リードと、前記第２検出信号電極と電気的に接続されている第２検出信号リードと、を含んでいることが好ましい。
これにより、物理量の検出感度をより高めることができる。

上述の適用例において、前記振動素子は、前記基部に配置され、前記駆動信号電極と電気的に接続されている駆動信号端子と、前記基部に配置され、前記第１検出信号電極と電気的に接続されている第１検出信号端子と、前記基部に配置され、前記第２検出信号電極と電気的に接続されている第２検出信号端子と、を含み、
前記駆動信号リードは、前記駆動信号端子に接続され、前記基部の前記一方側に位置し、
前記第１検出信号リードは、前記第１検出信号端子に接続され、前記基部の前記他方側に位置し、
前記第２検出信号リードは、前記第２検出信号端子に接続され、前記基部の前記他方側に位置していることが好ましい。
これにより、駆動信号の印加や、検出信号の出力が容易となる。

上述の適用例において、前記振動素子の平面視にて、前記基部の重心を通り前記第１軸方向に沿う直線を仮想中心線としたとき、
前記駆動信号リードは、前記仮想中心線に沿い、前記仮想中心線と重なるように配置されていることが好ましい。

これにより、対称性が向上し、振動素子に対してリードをバランスよく配置することができる。

上述の適用例において、前記振動素子の平面視で、前記基部の前記仮想中心線に対して一方側に前記第１検出信号リードが接続されており、他方側に前記第２検出信号リードが接続されていることが好ましい。

これにより、複数のリードによって振動素子を両側から支持することができるため、振動素子の姿勢が安定する。

上述の適用例において、前記第１検出信号リードおよび前記第２検出信号リードは、前記仮想中心線に対して対称的に配置されていることが好ましい。

これにより、対称性が向上し、第１検出信号に混入するノイズと第２検出信号に混入するノイズとをほぼ等しくすることができる。そのため、第１検出信号と第２検出信号とを作動増幅処理することで、ノイズを効果的にキャンセルすることができる。

上述の適用例において、前記振動素子は、前記駆動部に配置され、前記駆動信号に対する基準電位となる基準電位電極と、前記基部に配置され、前記基準電位電極と電気的に接続されている定電位端子と、を含み、
前記複数のリードは、前記定電位端子と接続された基準電位リードを含み、
前記基準電位リードは、前記振動素子の平面視で、前記第１検出信号リードと前記第２検出信号リードとの間に位置していることが好ましい。

これにより、振動素子に対してリードをバランスよく配置することができる。なお、基準電位リードは、実質的に、検出信号に混入するノイズの発生源にならないため、このような配置としても、検出信号に混入するノイズの低減を図ることができる。

上述の適用例において、前記基準電位リードは、前記振動素子の平面視で、前記仮想中心線に沿い、前記仮想中心線と重なるように配置されていることが好ましい。
これにより、リードの対称性が向上する。

上述の適用例において、前記駆動信号リードおよび前記検出信号リードは、前記基部から互いに離間する方向に延在していることが好ましい。

これにより、検出信号に混入する駆動信号に起因するノイズをより効果的に低減することができる。

上述の適用例において、前記複数のリードは、補強用の補強リードを含んでいることが好ましい。
これにより、振動素子の姿勢がより安定する。

上述の適用例において、前記物理量は、角速度であることが好ましい。
これにより、利便性の高い物理量検出装置となる。

上述の適用例において、前記駆動信号を生成する駆動回路と、
前記検出信号に基づいて前記物理量を検出する検出回路と、を含んでいることが好ましい。
これにより、物理量を検出することができる。

本適用例にかかる電子機器は、上述の物理量検出装置を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

本適用例にかかる移動体は、上述の物理量検出装置を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の第１実施形態に係る物理量検出装置の平面図（上面図）である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 ＩＣおよびその周囲を示す平面図である。 ジャイロ素子を示す平面図（上面図）である。 ジャイロ素子を示す平面図（透過図）である。 ジャイロ素子の駆動を説明する模式図である。 ジャイロ素子の駆動を説明する模式図である。 支持基板およびその周囲を示す平面図である。 ジャイロ素子と支持基板の接続状態を示す下面図である。 ＩＣのブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る物理量検出装置の平面図（上面図）である。 ジャイロ素子と支持基板の接続状態を示す下面図である。 本発明の第３実施形態に係る物理量検出装置が有するジャイロ素子の平面図（上面図）である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の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。 本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量検出装置、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る物理量検出装置について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量検出装置の平面図（上面図）である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、ＩＣおよびその周囲を示す平面図である。図４は、ジャイロ素子を示す平面図（上面図）である。図５は、ジャイロ素子を示す平面図（透過図）である。図６および図７は、ジャイロ素子の駆動を説明する模式図である。図８は、支持基板およびその周囲を示す平面図である。図９は、ジャイロ素子と支持基板の接続状態を示す下面図である。図１０は、ＩＣのブロック図である。なお、以下の説明では、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸方向に沿う方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、以下では、Ｚ軸方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

図１および図２に示す物理量検出装置１は、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出することのできるジャイロセンサーであって、物理量としての角速度が印加されるジャイロ素子（振動素子）３と、支持基板４と、ＩＣ（回路基板）５と、これらを収容するパッケージ２と、を有する。このように物理量検出装置１で検出することのできる物理量を角速度とすることで、利便性の高い物理量検出装置１となる。ただし、物理量検出装置１で検出することのできる物理量としては、角速度に限定されず、例えば、加速度、圧力等であってもよい。

（パッケージ）
パッケージ２は、図１および図２に示すように、上面に開口する凹部２１１を有するキャビティ状のベース２１と、凹部２１１の開口を塞いでベース２１に接合された板状のリッド２２と、を有する。このようなパッケージ２は、凹部２１１の開口がリッド２２で塞がれることにより形成された内部空間Ｓを有し、この内部空間Ｓにジャイロ素子３、支持基板４およびＩＣ５を収容している。なお、内部空間Ｓは、気密封止され、減圧状態（１０Ｐａ以下程度。好ましくは真空）となっている。これにより、ジャイロ素子３を効率的に駆動することができる。

ベース２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックス、ガラス材料、金属材料等を用いることができる。また、リッド２２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース２１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース２１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。また、ベース２１とリッド２２の接合方法は、特に限定されず、例えば、メタライズ層を介して接合してもよいし、接着材を介して接合してもよい。

また、ベース２１には、内部空間Ｓに臨む複数の内部端子２３１および複数の内部端子２３２が設けられている。図３に示すように、各内部端子２３１は、ＩＣ５とボンディングワイヤーＢＹを介して電気的に接続されている。また、複数の内部端子２３１には、ベース２１内に形成された図示しない内部配線を介して内部端子２３２と電気的に接続されているものと、前記内部配線を介してベース２１の底面に配置された外部端子２３３と電気的に接続されているものがある。なお、内部端子２３１、２３２や外部端子２３３の数としては、特に限定されず、必要に応じて適宜設定すればよい。

（ジャイロ素子）
ジャイロ素子３は、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出することができる。ジャイロ素子３は、図４および図５に示すように、水晶で構成された振動片３０と、振動片３０に配置された電極および端子とを有する。ただし、振動片３０の構成材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの水晶以外の圧電材料が挙げられる。

振動片３０は、水晶基板の結晶軸であるｙ軸（機械軸）およびｘ軸（電気軸）で規定されるｘｙ平面に広がりを有し、ｚ軸（光軸）方向に厚みを有する板状をなしている。このような振動片３０は、基部３１と、１対の駆動腕（駆動部）３２１、３２２と、１対の検出腕（検出部）３３１、３３２と、１対の調整腕３４１、３４２と、を有する。

駆動腕３２１、３２２は、それぞれ、基部３１の−Ｘ軸側（第１軸方向の一方側）の端部に接続されており、当該端部から−Ｘ軸側に、Ｘ軸に沿って延出している。このような駆動腕３２１、３２２は、ジャイロ素子３を振動駆動させるための振動腕である。

また、検出腕３３１、３３２は、それぞれ、基部３１の＋Ｘ軸側（第１軸方向の他方側）の端部に接続されており、当該端部から＋Ｘ軸側に、Ｘ軸に沿って延出している。このような検出腕３３１、３３２は、角速度が加わることで発生するコリオリ力によって振動し、コリオリ力に基づいた信号を取得するための振動腕である。

また、調整腕３４１、３４２は、それぞれ、基部３１の＋Ｘ軸側の端部に接続されており、当該端部から＋Ｘ軸側に、Ｘ軸に沿って延出している。また、調整腕３４１、３４２は、間に検出腕３３１、３３２が位置するように、検出腕３３１、３３２の外側に配置されている。このような調整腕３４１、３４２は、検出腕３３１、３３２の望まれない漏れ出力（ノイズ）を抑制するための振動腕である。

また、電極は、駆動信号電極３５１と、駆動接地電極（基準電位電極）３５２と、第１検出信号電極３５３と、第２検出信号電極３５４と、第１検出接地電極３５５と、第２検出接地電極３５６と、第１調整電極３５７ａ、３５７ｂと、第２調整電極３５８ａ、３５８ｂと、を有する。また、端子は、駆動信号端子３６１と、駆動接地端子（定電位端子）３６２と、第１検出信号端子３６３と、第２検出信号端子３６４と、第１検出接地端子３６５と、第２検出接地端子３６６と、を有する。

駆動信号電極３５１は、駆動腕３２１の上下面と駆動腕３２２の両側面とに配置されており、駆動接地電極３５２は、駆動腕３２１の両側面と駆動腕３２２の上下面とに配置されている。また、駆動信号電極３５１は、図示しない配線を介して駆動信号端子３６１と電気的に接続され、駆動接地電極３５２は、図示しない配線を介して駆動接地端子３６２と電気的に接続されている。このような駆動信号電極３５１は、駆動腕３２１、３２２の駆動振動を励起させるための電極であり、駆動接地電極３５２は、駆動信号電極３５１に対してグランド（定電位）となる電極である。

第１検出信号電極３５３は、検出腕３３１の上面の−Ｙ軸側および下面の＋Ｙ軸側に配置されており、第１検出接地電極３５５は、検出腕３３１の上面の＋Ｙ軸側および下面の−Ｙ軸側に配置されている。第１検出信号電極３５３は、図示しない配線を介して第１検出信号端子３６３と電気的に接続され、第１検出接地電極３５５は、図示しない配線を介して第１検出接地端子３６５と電気的に接続されている。このような第１検出信号電極３５３は、検出腕３３１の検出振動が励起されたときに、この検出振動によって発生する電荷を検出するための電極であり、第１検出接地電極３５５は、第１検出信号電極３５３に対してグランド（定電位）となる電極である。

第２検出信号電極３５４は、検出腕３３２の上面の−Ｙ軸側および下面の＋Ｙ軸側に配置されており、第２検出接地電極３５６は、検出腕３３２の上面の＋Ｙ軸側および下面の−Ｙ軸側に配置されている。第２検出信号電極３５４は、図示しない配線を介して第２検出信号端子３６４と電気的に接続され、第２検出接地電極３５６は、図示しない配線を介して第２検出接地端子３６６と電気的に接続されている。このような第２検出信号電極３５４は、検出腕３３２の検出振動が励起されたときに、この検出振動によって発生する電荷を検出するための電極であり、第２検出接地電極３５６は、第２検出信号電極３５４に対してグランド（定電位）となる電極である。

第１調整電極３５７ａは、調整腕３４１の上下面に配置されており、第２調整電極３５８ａは、調整腕３４１の両側面に配置されている。第１調整電極３５７ａは、第１検出信号電極３５３と共に第１検出信号端子３６３と電気的に接続されており、第２調整電極３５８ａは、第１検出接地電極３５５と共に第１検出接地端子３６５と電気的に接続されている。このような第１、第２調整電極３５７ａ、３５８ａの質量を増減させたり、面積を増減させたりして電荷量を調整することで、検出腕３３１の望まない漏れ出力を抑制できる。

第１調整電極３５７ｂは、調整腕３４２の上下面に配置されており、第２調整電極３５８ｂは、調整腕３４２の両側面に配置されている。第１調整電極３５７ｂは、第２検出信号電極３５４と共に第２検出信号端子３６４と電気的に接続されており、第２調整電極３５８ｂは、第２検出接地電極３５６と共に第２検出接地端子３６６と電気的に接続されている。このような第１、第２調整電極３５７ｂ、３５８ｂの質量を増減させたり、面積を増減させたりして電荷量を調整することで、検出腕３３２の望まない漏れ出力を抑制できる。

次に、端子３６１〜３６６の配置について説明する。なお、以下では、図５に示すように、平面視で、基部３１の重心Ｏを通りＸ軸に沿った線分をＸ軸中心線（仮想中心線）Ｌ１とし、中心Ｏを通りＹ軸に沿った線分をＹ軸中心線Ｌ２とする。

６つの端子３６１〜３６６は、全て基部３１の下面に設けられている。また、駆動接地端子３６２、第１検出信号端子３６３および第２検出信号端子３６４は、Ｙ軸中心線Ｌ２の＋Ｘ軸側（検出腕３３１、３３２側）に配置され、かつ、＋Ｙ軸側から、第１検出信号端子３６３、駆動接地端子３６２、第２検出信号端子３６４の順にＹ軸方向に沿って並設されている。一方、駆動信号端子３６１、第１検出接地端子３６５および第２検出接地端子３６６は、Ｙ軸中心線Ｌ２よりも−Ｘ軸側（駆動腕３２１、３２２側）に配置され、かつ、＋Ｙ軸側から、第１検出接地端子３６５、駆動信号端子３６１、第２検出接地端子３６６の順にＹ軸方向に沿って並設されている。また、駆動信号端子３６１および駆動接地端子３６２は、Ｘ軸中心線Ｌ１上に位置しており、第１検出信号端子３６３および第１検出接地端子３６５と第２検出信号端子３６４および第２検出接地端子３６６とは、Ｘ軸中心線Ｌ１に対して線対称に配置されている。このような端子配置とすることで、後述するリード４２１〜４２６の配置を容易に実現することができると共に、リード４２１〜４２６によりジャイロ素子３を安定して支持することができる。

このようなジャイロ素子３は、次のようにして角速度ωｘを検出する。駆動信号電極３５１および駆動接地電極３５２間に駆動信号（駆動電圧）を印加すると、図６に示すように、駆動腕３２１、３２２がＹ軸方向に逆相で屈曲振動する。この状態では、駆動腕３２１、３２２の振動が互いにキャンセルされるため、検出腕３３１、３３２は実質的に振動しない。この状態でＸ軸まわりの角速度ωｘが加わると、図７に示すように、駆動腕３２１、３２２にコリオリの力が作用してＺ軸方向の屈曲振動が励振され、この屈曲振動に呼応するように、検出腕３３１、３３２がＺ軸方向に屈曲振動する。このような屈曲振動によって検出腕３３１に発生した電荷を第１検出信号電極３５３から第１検出信号Ｓ１として取り出し、検出腕３３２に発生した電荷を第２検出信号電極３５４から第２検出信号Ｓ２として取り出し、これら第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２に基づいてＩＣ５が角速度ωｘを検出する。なお、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２は、互いに逆相の信号であるため、差動検出方式を用いることで、より精度よく角速度ωｘを検出することができる。

（支持基板）
支持基板４は、従来から知られるＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装用の基板である。このような支持基板４は、図８に示すように、枠状の基部４１と、基部４１に設けられた複数（本実施形態では６本）のリード４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６とを有する。基部４１は、ベース２１に固定されており、リード４２１〜４２６の先端部にはジャイロ素子３が固定されている。そのため、支持基板４を介してジャイロ素子３がベース２１に固定（支持）された状態となる。

基部４１は、開口４１１を有する枠状をなしている。このような、基部４１は、例えば、ポリイミド等の可撓性を有する樹脂で構成されている。

リード４２１〜４２６は、図示しない接着材によって基部４１の下面に固定されている。これらリード４２１〜４２６は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されている。

リード４２１、４２２、４２３は、開口４１１の中央よりも＋Ｘ軸側の部分に配置されており、その先端部が開口４１１内まで延びている。一方、リード４２４、４２５、４２６は、開口４１１の中央よりも−Ｘ軸側の部分に配置されており、その先端部が開口４１１内まで延びている。リード４２１、４２２、４２３とリード４２４、４２５、４２６とは対称に配置されており、リード４２１、４２２、４２３の先端部とリード４２４、４２５、４２６の先端部とが開口４１１の中央で対向している。

また、平面視で、リード４２２は、Ｘ軸に沿って直線的に延在している。このリード４２２の両側に位置するリード４２１、４２３は、リード４２２に対して対称に配置されており、途中で屈曲したクランク状となっている。同様に、リード４２５は、Ｘ軸に沿って直線的に延在している。このリード４２５の両側に位置するリード４２４、４２６は、リード４２５に対して対称に配置されており、途中で屈曲したクランク状となっている。

また、リード４２１〜４２６は、それぞれ、途中で傾斜しており、先端部が開口４１１を潜って基部４１よりも上方に位置している（図２参照）。これにより、基部４１に邪魔されることなく、支持基板４の上方で、リード４２１〜４２６の先端部にジャイロ素子３を固定することができる。

図９に示すように、リード４２１〜４２６の先端部の配置は、ジャイロ素子３の基部３１に設けられた６つの端子３６１〜３６６に対応しており、リード４２１と第１検出信号端子３６３、リード４２２と駆動接地端子３６２、リード４２３と第２検出信号端子３６４、リード４２４と第１検出接地端子３６５、リード４２５と駆動信号端子３６１、リード４２６と第２検出接地端子３６６が、それぞれ、導電性の固定部材６１を介して接続されている。これにより、ジャイロ素子３がリード４２１〜４２６に固定されると共に、ジャイロ素子３とリード４２１〜４２６とが電気的に接続される。そのため、以下では、リード４２１を「第１検出信号リード４２１」ともいい、リード４２２を「駆動接地リード（基準電位リード）４２２」とも言い、リード４２３を「第２検出信号リード４２３」とも言い、リード４２４を「第１検出接地リード４２４」とも言い、リード４２５を「駆動信号リード４２５」とも言い、リード４２６を「第２検出接地リード４２６」とも言う。

また、リード４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６の基端部は、導電性の固定部材６２を介して内部端子２３２に固定されている。これにより、支持基板４がベース２１に固定されると共に、リード４２１〜４２６と内部端子２３２とが電気的に接続される。なお、固定部材６１、６２としては、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着材に、銀粒子等の導電性フィラーを分散させてなる導電性接着剤、金バンプ、銀バンプ等の金属バンプ、金ろう、銀ろう等の金属ろう材、半田等を用いることができる。

このような支持基板４では、Ｘ軸方向において、駆動信号リード４２５は、第１検出信号リード４２１および第２検出信号リード４２３よりも−Ｘ軸側に位置している。具体的には、基部３１の重心Ｏよりも−Ｘ軸側に駆動信号リード４２５が位置し、重心Ｏよりも＋Ｘ軸側に第１、第２検出信号リード４２１、４２３が位置している。このように、駆動信号リード４２５および第１、第２検出信号リード４２１、４２３を基部３１から互いに離間する方向（反対方向）に延在させることで、駆動信号リード４２５と第１、第２検出信号リード４２１、４２３とをなるべく遠ざけて配置することができ、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２に混入する駆動信号に起因したノイズを低減することができる。その結果、検出感度の高い物理量検出装置１となる。

特に、駆動信号リード４２５は、駆動腕３２１、３２２と同じ側（基部３１の−Ｘ軸側）に延在しており、第１、第２検出信号リード４２１、４２３は、検出腕３３１、３３２と同じ側（基部３１の＋Ｘ軸側）に延在している。そのため、駆動信号リード４２５から第１、第２検出信号電極３５３、３５４をなるべく遠ざけて配置することができ、駆動信号電極３５１から第１、第２検出信号リード４２１、４２３をなるべく遠ざけて配置することができる。これにより、駆動信号リード４２５と第１、第２検出信号電極３５３、３５４との静電結合および駆動信号電極と第１、第２検出信号リード４２１、４２３との静電結合を低減することができ、上述した効果がより顕著となる。

また、駆動信号リード４２５は、Ｘ軸中心線Ｌ１に沿い、Ｘ軸中心線Ｌ１と重なるように配置されている。また、第１検出信号リード４２１および第２検出信号リード４２３は、Ｘ軸中心線Ｌ１に対して対称的に配置されている。これにより、第１検出信号リード４２１と駆動信号リード４２５の相対的位置関係と、第２検出信号リード４２３と駆動信号リード４２５の相対的位置関係と、がほぼ等しくなるため（Ｘ軸中心線Ｌ１に対して対称となるため）、第１検出信号リード４２１と駆動信号リード４２５との間の結合容量と、第２検出信号リード４２３と駆動信号リード４２５との間の結合容量と、がほぼ等しくなる。そのため、第１検出信号Ｓ１に混入するノイズと第２検出信号Ｓ２に混入するノイズのバランスを取ることができ（両ノイズをほぼ等しくすることができ）、ＩＣ５によって両信号のノイズをより効果的にキャンセルすることができる。

また、外部からＸ軸方向の衝撃が加わった場合でも、第１検出信号Ｓ１に混入する駆動信号に起因したノイズの大きさと、第２検出信号Ｓ２に混入する駆動信号に起因したノイズの大きさと、をほぼ（従来よりも）等しく保つことができる。そのため、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２に含まれるノイズ同士をより効果的にキャンセルすることができる。よって、角速度ωｘの検出誤差を低減することができる。

また、平面視で、駆動接地リード４２２は、第１検出信号リード４２１と第２検出信号リード４２３との間に位置している。この駆動接地リード４２２は、実質的に、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２に混入するノイズの発生源にはならないため、このような配置としても、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２に混入するノイズの増加を実質的に招かない。また、駆動接地リード４２２を配置し易くなる。特に、本実施形態では、駆動接地リード４２２は、平面視で、Ｘ軸中心線Ｌ１に沿い、Ｘ軸中心線Ｌ１と重なるように配置されている。そのため、Ｙ軸方向に並ぶ３つのリード４２１、４２２、４２３がジャイロ素子３に対してバランスよく配置された状態となり、ジャイロ素子３を安定して支持することができる。

また、平面視で、第１検出接地リード４２４と第２検出接地リード４２６は、駆動信号リード４２５の両側に位置しており、Ｘ軸中心線Ｌ１に対して対称的に配置されている。これら第１、第２検出接地リード４２４、４２６が駆動信号リード４２５の近傍に配置されても、駆動信号に起因する第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２へのノイズの混入にはほとんど影響がない。そのため、このような配置とすることで、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２に混入するノイズを低減することができると共に、リード４２１〜４２６をバランスよく配置することができ、ジャイロ素子３を安定して支持することができる。

（ＩＣ）
ＩＣ５は、ベース２１の凹部２１１の底面に、金属ペースト、接着材等の固定部材を介して固定されている。また、ＩＣ５は、支持基板４を介してジャイロ素子３と電気的に接続されている。このようなＩＣ５は、図１０に示すように、駆動信号を印加してジャイロ素子３を駆動させる駆動回路５１と、ジャイロ素子３からの第１、第２検出信号に基づいて角速度ωｘの検出処理を行う検出回路５２と、を有する。

駆動回路５１は、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）５１１と、ＡＣ増幅回路５１２と、振幅調整回路５１３と、を有する。駆動回路５１は、ジャイロ素子３に形成された駆動信号電極３５１に駆動信号を供給する回路である。以下、駆動回路５１について、詳細に説明する。

ジャイロ素子３が振動すると、圧電効果に基づく交流電流がジャイロ素子３に形成された駆動接地電極３５２から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路５１１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路５１１は、入力された交流電流をジャイロ素子３の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。

Ｉ／Ｖ変換回路５１１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路５１２に入力される。ＡＣ増幅回路５１２は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。ＡＣ増幅回路５１２から出力された交流電圧信号は、振幅調整回路５１３に入力される。振幅調整回路５１３は、入力された交流電圧信号の振幅を一定値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ジャイロ素子３の駆動信号電極３５１に出力する。この駆動信号電極３５１に入力される交流電圧信号（駆動信号）によりジャイロ素子３が駆動振動する。

検出回路５２は、チャージアンプ回路５２１、５２２と、差動増幅回路５２３と、ＡＣ増幅回路５２４と、同期検波回路５２５と、平滑回路５２６と、可変増幅回路５２７と、フィルター回路５２８と、を有する。検出回路５２は、ジャイロ素子３の検出腕３３１に配置された第１検出信号電極３５３に生じる第１検出信号Ｓ１と、検出腕３３２に配置された第２検出信号電極３５４に生じる第２検出信号Ｓ２と、を差動増幅させて差動増幅信号を生成し、この差動増幅信号に基づいて所定の物理量を検出する回路である。以下、検出回路５２について、詳細に説明する。

チャージアンプ回路５２１には、検出腕３３１に配置された第１検出信号電極３５３により検出された第１検出信号Ｓ１が入力され、チャージアンプ回路５２２には、検出腕３３２に配置された第２検出信号電極３５４により検出された第２検出信号Ｓ２が入力される。なお、これら第１、第２検出信号は、互いに逆相の信号である。そして、チャージアンプ回路５２１、５２２は、入力された第１、第２検出信号（交流電流）を、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする交流電圧信号に変換する。

差動増幅回路５２３は、チャージアンプ回路５２１の出力信号と、チャージアンプ回路５２２の出力信号と、を差動増幅して差動増幅信号を生成する。差動増幅回路５２３の出力信号（差動増幅信号）は、さらにＡＣ増幅回路５２４で増幅される。

同期検波回路５２５は、駆動回路５１のＡＣ増幅回路５１２が出力する交流電圧信号を基に、ＡＣ増幅回路５２４の出力信号を同期検波することにより角速度成分を抽出する。同期検波回路５２５で抽出された角速度成分の信号は、平滑回路５２６で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路５２７に入力される。可変増幅回路５２７は、平滑回路５２６の出力信号（直流電圧信号）を、設定された増幅率（または減衰率）で増幅（または減衰）して角速度感度を変化させる。可変増幅回路５２７で増幅（または減衰）された信号は、フィルター回路５２８に入力される。

フィルター回路５２８は、可変増幅回路５２７の出力信号から高周波のノイズ成分を除去し（正確には所定レベル以下に減衰させ）、角速度の方向および大きさに応じた極性および電圧レベルの検出信号を生成する。そして、この検出信号は外部端子２３３から外部へ出力される。

＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の第２実施形態に係る物理量検出装置の平面図（上面図）である。図１２は、ジャイロ素子と支持基板の接続状態を示す下面図である。

以下、第２実施形態の物理量検出装置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。

第２実施形態の物理量検出装置は、主に、ジャイロ素子の端子の数と、支持基板のリードの数と、が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量検出装置と同様である。なお、図１１および図１２では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

本実施形態では、図１２に示すように、ジャイロ素子３の基部３１の下面に設けられている端子に、さらにダミー端子３６７、３６８が含まれている。なお、ダミー端子３６７、３７８は、振動片３０に配置された電極のいずれにも接続されておらず、主に、リードとの接続のために用いられる端子である。

また、図１１および図１２に示すように、支持基板４が有するリードに、さらにダミー端子３６７、３６８と接続されたダミー端子リード４２７、４２８が含まれている。ダミー端子リード４２７、４２８は、ジャイロ素子３をより安定して支持するための補強用の補強リードとして用いられる。そのため、ＩＣ５との電気的な接続の有無は問わないが、例えば、グランドに接続されていることが好ましい。

平面視で、ダミー端子リード４２７、４２８は、Ｘ軸中心線Ｌ１に対して互いに反対側に位置しており、これらダミー端子リード４２７、４２８でジャイロ素子３をＹ軸方向から両持ち支持している。そのため、リード４２１〜４２８によって、ジャイロ素子３を四方から安定して支持することができる。特に、ダミー端子リード４２７、４２８によって、ジャイロ素子３のＸ軸まわりの回転をより効果的に低減することができる。また、本実施形態では、平面視で、ダミー端子リード４２７、４２８がＹ軸中心線Ｌ２に沿い、Ｙ軸中心線Ｌ２と重なるように配置されているため、ダミー端子リード４２７、４２８がバランスよく配置され、上述の効果がより顕著となる。

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。

＜第３実施形態＞
図１３は、本発明の第３実施形態に係る物理量検出装置が有するジャイロ素子の平面図（上面図）である。

以下、第３実施形態の物理量検出装置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。

第３実施形態の物理量検出装置は、主に、ジャイロ素子とリードとの向きが異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量検出装置と同様である。なお、図１３では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

本実施形態では、図１３に示すように、平面視で、ジャイロ素子３の向きが前述した第１実施形態から略９０°回転している。すなわち、ジャイロ素子３は、駆動腕３２１、３２２が基部３１から−Ｙ軸方向に向けて延出し、検出腕３３１、３３２および調整腕３４１、３４２が基部３１から＋Ｙ軸方向に向けて延出している。そのため、このようなジャイロ素子３によれば、Ｙ軸まわりの角速度を検出することができる。ただし、基部３１に配置されている端子３６１〜３６６の配置（支持基板４との相対的な位置関係）は、前述した第１実施形態と変化していない。

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。

［電子機器］
次に、本発明の物理量検出装置を備える電子機器について説明する。

図１４は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。

この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、物理量検出装置１が内蔵されている。

図１５は、本発明の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、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、物理量検出装置１が内蔵されている。

図１６は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。

デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。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。そして、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を押すと、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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、手振れ補正に用いられる物理量検出装置１が内蔵されている。

このような電子機器は、物理量検出装置１を備えているので、優れた信頼性を有している。

なお、本発明の電子機器は、図１４のパーソナルコンピューター、図１５の携帯電話機、図１６のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、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、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

［移動体］
次に、本発明の物理量検出装置を備える移動体について説明する。

図１７は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
図１７に示すように、自動車１５００には物理量検出装置１が内蔵されており、例えば、物理量検出装置１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量検出装置１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプター（ドローンを含む）で利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量検出装置１が組み込まれる。

以上、本発明の物理量検出装置、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…物理量検出装置、２…パッケージ、２１…ベース、２１１…凹部、２２…リッド、２３１、２３２…内部端子、２３３…外部端子、３…ジャイロ素子、３０…振動片、３１…基部、３２１、３２２…駆動腕、３３１、３３２…検出腕、３４１、３４２…調整腕、３５１…駆動信号電極、３５２…駆動接地電極、３５３…第１検出信号電極、３５４…第２検出信号電極、３５５…第１検出接地電極、３５６…第２検出接地電極、３５７ａ、３５７ｂ…第１調整電極、３５８ａ、３５８ｂ…第２調整電極、３６１…駆動信号端子、３６２…駆動接地端子、３６３…第１検出信号端子、３６４…第２検出信号端子、３６５…第１検出接地端子、３６６…第２検出接地端子、３６７、３６８…ダミー端子、４…支持基板、４１…基部、４１１…開口、４２１…第１検出信号リード、４２２…駆動接地リード、４２３…第２検出信号リード、４２４…第１検出接地リード、４２５…駆動信号リード、４２６…第２検出接地リード、４２７、４２８…ダミー端子リード、５…ＩＣ、５１…駆動回路、５１１…Ｉ／Ｖ変換回路、５１２…ＡＣ増幅回路、５１３…振幅調整回路、５２…検出回路、５２１…チャージアンプ回路、５２２…チャージアンプ回路、５２３…差動増幅回路、５２４…ＡＣ増幅回路、５２５…同期検波回路、５２６…平滑回路、５２７…可変増幅回路、５２８…フィルター回路、６１、６２…固定部材、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、ＢＹ…ボンディングワイヤー、Ｌ１…Ｘ軸中心線、Ｌ２…Ｙ軸中心線、Ｏ…重心、Ｓ…内部空間、ωｘ…角速度

Claims (14)

1. 振動素子と、
   前記振動素子に接続されている複数のリードと、を含み、
   前記振動素子は、
   基部と、
   前記基部から一方側へ延出している駆動部と、
   前記基部から他方側へ延出している検出部と、
   前記駆動部に配置され、前記駆動部を駆動する駆動信号が印加される駆動信号電極と、
   前記検出部に配置され、物理量に応じた検出信号を出力する検出信号電極と、を含み、
   前記複数のリードは、
   前記駆動信号電極に電気的に接続された駆動信号リードと、
   前記検出信号電極に電気的に接続された検出信号リードと、
   補強用の１対の補強リードと、を含み、
   前記駆動信号リードおよび前記検出信号リードは、前記基部に対して互いに反対側に位置し、
   前記１対の補強リードは、前記基部に対して互いに反対側に位置し、前記振動素子を両持ち支持していることを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記駆動部は、前記基部から第１軸方向の一方側へ延出し、
   前記検出部は、前記基部から前記第１軸方向の他方側へ延出し、
   前記第１軸方向において、前記駆動信号リードは、前記検出信号リードよりも前記一方側に位置している請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 前記検出信号電極は、第１検出信号を出力する第１検出信号電極と、前記第１検出信号と逆相の第２検出信号を出力する第２検出信号電極と、を含み、
   前記検出信号リードは、前記第１検出信号電極と電気的に接続されている第１検出信号リードと、前記第２検出信号電極と電気的に接続されている第２検出信号リードと、を含んでいる請求項２に記載の物理量検出装置。
4. 前記振動素子は、前記基部に配置され、前記駆動信号電極と電気的に接続されている駆動信号端子と、前記基部に配置され、前記第１検出信号電極と電気的に接続されている第１検出信号端子と、前記基部に配置され、前記第２検出信号電極と電気的に接続されている第２検出信号端子と、を含み、
   前記駆動信号リードは、前記駆動信号端子に接続され、前記基部の前記一方側に位置し、
   前記第１検出信号リードは、前記第１検出信号端子に接続され、前記基部の前記他方側に位置し、
   前記第２検出信号リードは、前記第２検出信号端子に接続され、前記基部の前記他方側に位置している請求項３に記載の物理量検出装置。
5. 前記振動素子の平面視にて、前記基部の重心を通り前記第１軸方向に沿う直線を仮想中心線としたとき、
   前記駆動信号リードは、前記仮想中心線に沿い、前記仮想中心線と重なるように配置されている請求項４に記載の物理量検出装置。
6. 前記振動素子の平面視で、前記基部の前記仮想中心線に対して一方側に前記第１検出信号リードが接続されており、他方側に前記第２検出信号リードが接続されている請求項５に記載の物理量検出装置。
7. 前記第１検出信号リードおよび前記第２検出信号リードは、前記仮想中心線に対して対称的に配置されている請求項５または６に記載の物理量検出装置。
8. 前記振動素子は、前記駆動部に配置され、前記駆動信号に対する基準電位となる基準電位電極と、前記基部に配置され、前記基準電位電極と電気的に接続されている定電位端子と、を含み、
   前記複数のリードは、前記定電位端子と接続された基準電位リードを含み、
   前記基準電位リードは、前記振動素子の平面視で、前記第１検出信号リードと前記第２検出信号リードとの間に位置している請求項７に記載の物理量検出装置。
9. 前記基準電位リードは、前記振動素子の平面視で、前記仮想中心線に沿い、前記仮想中心線と重なるように配置されている請求項８に記載の物理量検出装置。
10. 前記駆動信号リードおよび前記検出信号リードは、前記基部から互いに離間する方向に延在している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
11. 前記物理量は、角速度である請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
12. 前記駆動信号を生成する駆動回路と、
    前記検出信号に基づいて前記物理量を検出する検出回路と、を含んでいる請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の物理量検出装置を有することを特徴とする電子機器。
14. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の物理量検出装置を有することを特徴とする移動体。
    

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