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JP2013088275A - Physical quantity detection element, physical quantity detection device and electronic apparatus - Google Patents

Physical quantity detection element, physical quantity detection device and electronic apparatus Download PDF

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JP2013088275A
JP2013088275A JP2011228653A JP2011228653A JP2013088275A JP 2013088275 A JP2013088275 A JP 2013088275A JP 2011228653 A JP2011228653 A JP 2011228653A JP 2011228653 A JP2011228653 A JP 2011228653A JP 2013088275 A JP2013088275 A JP 2013088275A
Authority
JP
Japan
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detection
vibrating arm
axis
arm
drive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011228653A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Ichikawa
史生 市川
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】複数の振動腕を音響結合させて、1つの発振回路でそれぞれの振動腕の振動を励起でき、物理量検出の感度向上が図れる物理量検出素子を提供する。
【解決手段】ジャイロ素子(物理量検出素子)1は、基部2と、基部2からX軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出した第1連結部31および第2連結部32と、駆動信号電極7を有する駆動振動腕4と、検出信号電極8を有する検出振動腕5と、を備え、駆動振動腕4は、第1連結部31の付け根6aまたは第2連結部32の付け根6bからY軸に沿った方向またはX軸に対して斜め方向へ延出した、第1駆動振動腕41乃至第8駆動振動腕48を有し、検出振動腕5は、基部2からY軸に沿った方向またはX軸に対して斜め方向へ延出した、第1検出振動腕51乃至第8検出振動腕58を有している、ことを特徴とする。
【選択図】図1
A physical quantity detection element capable of acoustically coupling a plurality of vibrating arms to excite vibrations of the respective vibrating arms with a single oscillation circuit and improving the sensitivity of physical quantity detection.
A gyro element (physical quantity detection element) 1 includes a base 2, a first connecting part 31 and a second connecting part 32 extending from the base 2 in opposite directions along the X axis, and a drive signal electrode. 7 and a detection vibration arm 5 having a detection signal electrode 8, and the drive vibration arm 4 has a Y axis extending from the root 6 a of the first connecting portion 31 or the root 6 b of the second connecting portion 32. Or the first drive vibrating arm 41 to the eighth drive vibrating arm 48 extending obliquely with respect to the X-axis or the X-axis, and the detection vibrating arm 5 has a direction along the Y-axis from the base 2 or It has the 1st detection vibrating arm 51 thru | or the 8th detection vibrating arm 58 extended in the diagonal direction with respect to the X-axis.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、角速度等の物理量を検出することが可能な物理量検出素子と、この物理量検出素子を備えている物理量検出装置および電子機器と、に関する。   The present invention relates to a physical quantity detection element capable of detecting a physical quantity such as angular velocity, and a physical quantity detection device and an electronic apparatus including the physical quantity detection element.

従来、物理量検出素子として、例えば特許文献1には、基部と、基部からX軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した支持部と、支持部の各先端において、Y軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した駆動アームと、基部からY軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したY軸用検出振動アームと、同じく、基部からY軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したZ軸用検出振動アームと、を備えた振動子が開示されている。この振動子によれば、Z軸まわりの回転角速度に起因するY軸用検出振動アームの寄生振動を抑制し、回転角速度の測定値の誤差を減少させることが可能である。   Conventionally, as a physical quantity detection element, for example, in Patent Document 1, a base part, a support part extending in the opposite direction along the X-axis direction from the base part, and a tip of the support part along the Y-axis direction are disclosed. A drive arm extending in the opposite direction to each other, a detection vibration arm for Y axis extending in the opposite direction along the Y-axis direction from the base portion, and in the opposite direction along the Y-axis direction from the base portion. A vibrator including a Z-axis detection vibration arm that extends is disclosed. According to this vibrator, it is possible to suppress the parasitic vibration of the Y-axis detection vibration arm caused by the rotation angular velocity around the Z axis and reduce the error in the measurement value of the rotation angular velocity.

また、例えば特許文献2に開示されているような慣性センサー素子(物理量検出素子)もある。この慣性センサー素子は、複数本の脚部を有する振動部を有し、振動部が、基部から第1の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出していると共に、さらに、基部から第1の方向と直交する第2の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出している、簡易な構成である。第1の方向に沿う振動部は、一方に励振電極が設けられ、他方には、検出電極が設けられていて、第1の方向まわりの回転角速度(物理量)を検出することが可能である。同様に、第2の方向に沿う振動部は、第2の方向まわりの回転角速度を検出することが可能である。   In addition, there is an inertial sensor element (physical quantity detection element) as disclosed in Patent Document 2, for example. The inertial sensor element includes a vibrating portion having a plurality of legs, the vibrating portions extending from the base in opposite directions along the first direction, and further from the base to the first This is a simple configuration extending in opposite directions to each other along a second direction orthogonal to the direction. The vibrating portion along the first direction is provided with an excitation electrode on one side and a detection electrode on the other side, and can detect a rotational angular velocity (physical quantity) around the first direction. Similarly, the vibration part along the second direction can detect the rotational angular velocity around the second direction.

特開2007−108053号公報JP 2007-108053 A 特開2006−267094号公報JP 2006-267094 A

しかし、特許文献1および特許文献2において、これら振動子および慣性センサー素子は、駆動アームおよび励振電極を有する振動部が基部から別々に伸びている構成のため、各々の振動モードの音響結合が弱く、1つの駆動回路で双方の振動を励起することが難しい、という課題を有していた。この対策として、2つの駆動回路で励起する構成が考えられるが、この構成では、回路構成部の面積が大きくなってしまい、振動子または慣性センサー素子を備えた装置の小型化が困難であった。   However, in Patent Document 1 and Patent Document 2, these vibrators and inertial sensor elements have a configuration in which a vibration part having a drive arm and an excitation electrode extends separately from the base part, so that the acoustic coupling of each vibration mode is weak. There is a problem that it is difficult to excite both vibrations with one drive circuit. As a countermeasure against this, a configuration in which excitation is performed by two drive circuits is conceivable. However, in this configuration, the area of the circuit configuration portion becomes large, and it is difficult to reduce the size of the device including the vibrator or the inertial sensor element. .

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、以下の適用例または形態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 application examples or forms.

[適用例1]本適用例に係る物理量検出素子は、基部と、前記基部の重心位置である原点を通るX軸と、前記原点を通り、前記X軸と直交するY軸と、を有する座標軸を定義し、X座標とY座標とがともに正の値をとる領域を第1象限、X座標が負でY座標が正の値をとる領域を第2象限、X座標とY座標とがともに負の値をとる領域を第3象限、X座標が正でY座標が負の値をとる領域を第4象限、と定義した場合、前記基部と連結し、前記X軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第1連結部および第2連結部と、前記第1連結部から、前記Y軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第1駆動振動腕および第2駆動振動腕と、前記第2連結部から、前記Y軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第3駆動振動腕および第4駆動振動腕と、前記第1駆動振動腕の前記第1連結部側から、前記第1象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第5駆動振動腕と、前記第2駆動振動腕の前記第1連結部側から、前記第4象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第6駆動振動腕と、前記第3駆動振動腕の前記第2連結部側から、前記第2象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第7駆動振動腕と、前記第4駆動振動腕の前記第2連結部側から、前記第3象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第8駆動振動腕と、前記基部の第1象限側から、プラスY軸方向へ延出している第1検出振動腕と、前記基部の第4象限側から、マイナスY軸方向へ延出している第2検出振動腕と、前記基部の第2象限側から、プラスY軸方向へ延出している第3検出振動腕と、前記基部の第3象限側から、マイナスY軸方向へ延出している第4検出振動腕と、前記基部の第1象限側から、前記第1象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第5検出振動腕と、前記基部の第4象限側から、前記第4象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第6検出振動腕と、前記基部の第2象限側から、前記第2象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第7検出振動腕と、前記基部の第3象限側から、前記第3象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第8検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする。   Application Example 1 A physical quantity detection element according to this application example has a coordinate axis having a base, an X axis passing through the origin that is the center of gravity of the base, and a Y axis passing through the origin and orthogonal to the X axis. The first quadrant is a region where both the X and Y coordinates take a positive value, the second quadrant is a region where the X coordinate is negative and the Y coordinate takes a positive value, and both the X and Y coordinates are When defining a region having a negative value as the third quadrant and a region having a positive X coordinate and a negative Y coordinate as the fourth quadrant, the region is connected to the base, and the base along the X axis First and second connection portions provided on both sides of the first drive vibration arm and first drive vibration arms and second drive vibrations extending from the first connection portion in opposite directions along the Y-axis. Third drive vibration extending from the arm and the second connecting portion in opposite directions along the Y-axis. And a fourth drive vibrating arm, a fifth drive vibrating arm extending obliquely with respect to the first quadrant direction and the X axis from the first connecting portion side of the first drive vibrating arm, A sixth drive vibrating arm extending obliquely with respect to the X axis in the fourth quadrant direction from the first connecting portion side of the two drive vibrating arm, and the second connecting portion of the third drive vibrating arm From the side, in the second quadrant direction and obliquely extending with respect to the X-axis, from the second connecting portion side of the fourth drive vibration arm, in the third quadrant direction and the An eighth drive vibrating arm extending obliquely with respect to the X axis, a first detection vibrating arm extending in the plus Y axis direction from the first quadrant side of the base, and a fourth quadrant side of the base From the second detection vibrating arm extending in the negative Y-axis direction and the second quadrant side of the base, the positive Y-axis direction From the third quadrant side of the base, the fourth detection vibration arm extending in the negative Y-axis direction, and the first quadrant from the first quadrant side of the base. A fifth detection vibrating arm extending obliquely with respect to the direction and the X axis, and a sixth detection arm extending obliquely with respect to the fourth quadrant direction and with respect to the X axis from the fourth quadrant side of the base. From the second vibrating quadrant side of the base, the seventh detecting vibrating arm extending obliquely with respect to the second quadrant direction and the X axis, and the third quadrant side of the base And an eighth detection vibrating arm extending obliquely with respect to the X axis in a three-quadrant direction.

本適用例の物理量検出素子によれば、第1駆動振動腕における第1連結部側での応力は、第5駆動振動腕の励振に寄与し、第2駆動振動腕における第1連結部側での応力は、第6駆動振動腕の励振に寄与して、それぞれの付け根である第1連結部側での音響結合性が高められる。そのため、第1駆動振動腕および第2駆動振動腕並びに第5駆動振動腕および第6駆動振動腕から第1連結部へ振動が伝わる、いわゆる振動漏れを抑制することが可能である。同様に、第3駆動振動腕、第4駆動振動腕、第7駆動振動腕、第8駆動振動腕におけるそれぞれの第2連結部側においても、振動漏れを抑制することが可能である。これにより、物理量検出素子は、振動漏れの抑制により、物理量検出素子としてのインピーダンスが下がり、Q値を高くすることが可能である。また、物理量検出素子は、駆動振動腕(第1駆動振動腕乃至第8駆動振動腕)それぞれの固有共振周波数を合わせて音響結合を高める、というような調整が不要であり、加えて、付け根における音響結合性が高いことにより、1つの発振回路で2つの駆動モードを励起することが可能となる。さらに、駆動振動腕と検出振動腕(第1検出振動腕乃至第8検出振動腕)とを個別に設定することにより、駆動振動腕には駆動用の電極のみを配線すればよく、検出振動腕には検出用の電極のみを配線すればよいため、電極のスペースを大きくとることができ、物理量検出の感度を向上させることが可能である。また、駆動振動腕と検出振動腕とが基部からそれぞれ個別に延出していることにより、駆動振動腕の駆動信号が検出振動腕の検出信号に静電的にのってしまう、いわゆる静電漏れを抑制することが可能である。このような物理量検出素子は、第1検出振動腕乃至第4検出振動腕でY軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、第5検出振動腕乃至第8検出振動腕でX軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、単体で2軸まわりの物理量を検出することが可能である。   According to the physical quantity detection element of this application example, the stress on the first connecting portion side in the first driving vibrating arm contributes to the excitation of the fifth driving vibrating arm, and on the first connecting portion side in the second driving vibrating arm. This stress contributes to the excitation of the sixth drive vibrating arm, and the acoustic coupling on the first connecting portion side that is the root of each is enhanced. Therefore, it is possible to suppress so-called vibration leakage, in which vibration is transmitted from the first drive vibration arm, the second drive vibration arm, the fifth drive vibration arm, and the sixth drive vibration arm to the first connecting portion. Similarly, vibration leakage can also be suppressed on the second connecting portion side of the third drive vibration arm, the fourth drive vibration arm, the seventh drive vibration arm, and the eighth drive vibration arm. Thereby, the physical quantity detection element can reduce the impedance as the physical quantity detection element and increase the Q value by suppressing vibration leakage. In addition, the physical quantity detection element does not need to be adjusted to increase the acoustic coupling by combining the natural resonance frequencies of the drive vibration arms (the first drive vibration arm to the eighth drive vibration arm). Since the acoustic coupling property is high, it becomes possible to excite two drive modes with one oscillation circuit. Furthermore, by setting the drive vibration arm and the detection vibration arm (first detection vibration arm to eighth detection vibration arm) individually, it is sufficient to wire only the drive electrode to the drive vibration arm, and the detection vibration arm. Since only a detection electrode needs to be wired, a large electrode space can be obtained, and the sensitivity of physical quantity detection can be improved. Also, the drive vibration arm and the detection vibration arm individually extend from the base, so that the drive signal of the drive vibration arm is electrostatically superimposed on the detection signal of the detection vibration arm. Can be suppressed. Such a physical quantity detection element can detect a physical quantity such as an angular velocity around the Y axis by the first detection vibrating arm to the fourth detection vibrating arm, and an angular velocity around the X axis by the fifth detection vibrating arm to the eighth detection vibrating arm. It is possible to detect a physical quantity around two axes by itself.

[適用例2]上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第1検出振動腕乃至前記第4検出振動腕は、前記基部の前記Y軸寄りの側から延出している、ことが好ましい。   Application Example 2 In the physical quantity detection element according to the application example described above, it is preferable that the first detection vibration arm to the fourth detection vibration arm extend from the Y axis side of the base portion.

この構成によれば、第1検出振動腕乃至第4検出振動腕は、Y軸に沿って延出し、その延出の起点が基部におけるY軸により近い位置、即ちY軸寄りの側であり、基部からX軸に対して斜め方向に延出している第5検出振動腕乃至第8検出振動腕のいずれかから離反するように位置している。これにより、第1検出振動腕乃至第4検出振動腕は、第5検出振動腕乃至第8検出振動腕へ対する振動の影響を抑制可能な配置となっている。そのため、物理量検出素子は、いわゆる他軸感度を下げることができ、物理量を確実に検出することが可能である。   According to this configuration, the first detection vibrating arm to the fourth detection vibrating arm extend along the Y axis, and the starting point of the extension is closer to the Y axis at the base, that is, the side closer to the Y axis. It is located so as to be separated from any of the fifth detection vibration arm to the eighth detection vibration arm extending in an oblique direction with respect to the X axis from the base. Accordingly, the first detection vibrating arm to the fourth detection vibrating arm are arranged so as to suppress the influence of vibration on the fifth detection vibrating arm to the eighth detection vibrating arm. Therefore, the physical quantity detection element can reduce the so-called other-axis sensitivity and can detect the physical quantity reliably.

[適用例3]上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第5検出振動腕乃至前記第8検出振動腕は、前記基部の前記X軸寄りの側から延出している、ことが好ましい。   Application Example 3 In the physical quantity detection element according to the application example described above, it is preferable that the fifth detection vibration arm to the eighth detection vibration arm extend from the X-axis side of the base portion.

この構成によれば、第5検出振動腕乃至第8検出振動腕は、X軸に対して斜めに延出し、その延出の起点が基部のX軸により近い位置、即ちX軸寄りの側であり、基部からY軸に沿って延出している第1検出振動腕乃至第4検出振動腕のいずれかから離反するように位置している。これにより、第5検出振動腕乃至第8検出振動腕は、第1検出振動腕乃至第4検出振動腕へ対する振動の影響を抑制可能な配置となっている。そのため、物理量検出素子は、いわゆる他軸感度をより下げることができ、物理量を確実に検出することが可能である。   According to this configuration, the fifth detection vibration arm to the eighth detection vibration arm extend obliquely with respect to the X axis, and the starting point of the extension is closer to the X axis of the base, that is, closer to the X axis. Yes, and located away from any of the first detection vibrating arm to the fourth detection vibrating arm extending along the Y axis from the base. Thereby, the fifth detection vibrating arm to the eighth detection vibrating arm are arranged so as to suppress the influence of vibration on the first detection vibrating arm to the fourth detection vibrating arm. Therefore, the physical quantity detection element can further reduce the so-called other-axis sensitivity and can reliably detect the physical quantity.

[適用例4]上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第1駆動振動腕乃至前記第8駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、前記第1検出振動腕乃至前記第8検出振動腕は、検出信号電極を備えている、ことが好ましい。   Application Example 4 In the physical quantity detection element according to the application example described above, the first drive vibration arm to the eighth drive vibration arm include drive signal electrodes, and the first detection vibration arm to the eighth detection vibration arm. Is preferably provided with a detection signal electrode.

この構成によれば、駆動振動腕(第1駆動振動腕乃至第8駆動振動腕)は、駆動信号電極を備えて駆動振動をするための構成であり、検出振動腕(第1検出振動腕乃至第8検出振動腕)は、検出信号電極を備えていて、物理量検出素子におけるX軸およびY軸まわりの角速度等の物理量を検出するための構成となっている。即ち、駆動振動腕と検出振動腕とは、駆動または検出をするための専用の腕であり、それぞれ不要なノイズ等を含まない振動をすることが可能である。これにより、物理量検出素子は、物理量をより確実に検出することが可能である。   According to this configuration, the drive vibration arm (first drive vibration arm to eighth drive vibration arm) is configured to perform drive vibration by including the drive signal electrode, and the detection vibration arm (first detection vibration arm to The eighth detection vibrating arm) includes a detection signal electrode and is configured to detect a physical quantity such as an angular velocity around the X axis and the Y axis in the physical quantity detection element. That is, the drive vibration arm and the detection vibration arm are dedicated arms for driving or detection, and can vibrate without unnecessary noises. Thereby, the physical quantity detection element can detect the physical quantity more reliably.

[適用例5]上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記基部の中央から前記Y軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第9検出振動腕および第10検出振動腕を備えている、ことが好ましい。   Application Example 5 The physical quantity detection element according to the application example described above includes a ninth detection vibration arm and a tenth detection vibration arm respectively extending in the opposite directions along the Y axis from the center of the base. It is preferable.

この構成によれば、物理量検出素子は、第9検出振動腕および第10検出振動腕をさらに備えていて、これら第9検出振動腕と第10検出振動腕とは、基部の中央からY軸に沿った状態で、互いに反対方向へそれぞれ延出している。これにより、物理量検出素子は、X軸およびY軸まわりの角速度等の物理量を検出することに加え、Z軸まわりの物理量を検出することが可能となり、単体で同時に3軸の物理量を検出することが可能である。   According to this configuration, the physical quantity detection element further includes the ninth detection vibration arm and the tenth detection vibration arm, and the ninth detection vibration arm and the tenth detection vibration arm are arranged on the Y axis from the center of the base. In the state along, they extend in opposite directions. As a result, the physical quantity detection element can detect physical quantities around the Z-axis in addition to detecting physical quantities such as angular velocities around the X-axis and Y-axis. Is possible.

[適用例6]上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第5駆動振動腕および前記第6駆動振動腕は、前記第1連結部の延長線上を避けた位置から延出し、前記第7駆動振動腕および前記第8駆動振動腕は、前記第2連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことが好ましい。   Application Example 6 In the physical quantity detection element according to the application example described above, the fifth drive vibration arm and the sixth drive vibration arm extend from a position avoiding the extension line of the first connection portion, and It is preferable that the drive vibration arm and the eighth drive vibration arm extend from a position avoiding the extension line of the second connecting portion.

この構成によれば、第5駆動振動腕および第6駆動振動腕は、基部から延出している第1連結部をそのまま延長した延長線上には形成されていない。つまり、第5駆動振動腕および第6駆動振動腕は、第1駆動振動腕または第2駆動振動腕から分岐して延出し、この分岐点が該延長線上を避けた位置となっている。これにより、第5駆動振動腕および第6駆動振動腕は、第1駆動振動腕または第2駆動振動腕との音響結合性を第1連結部から離れた位置で高めることが可能である。また、第7駆動振動腕および第8駆動振動腕も、同様に、第3駆動振動腕または第4駆動振動腕における該延長線上を避けた位置から延出していて、第3駆動振動腕または第4駆動振動腕との音響結合性を第2連結部から離れた位置で高めることが可能である。従って、物理量検出素子は、第1駆動振動腕乃至第8駆動振動腕から基部方向への振動漏れを、より一層確実に抑制すると共に振動の振幅を増大することが可能である。   According to this configuration, the fifth drive vibrating arm and the sixth drive vibrating arm are not formed on an extension line obtained by extending the first connecting portion extending from the base as it is. That is, the fifth drive vibrating arm and the sixth drive vibrating arm branch out from the first drive vibrating arm or the second drive vibrating arm, and this branch point is a position that avoids the extension line. As a result, the fifth drive vibrating arm and the sixth drive vibrating arm can improve the acoustic connectivity with the first drive vibrating arm or the second drive vibrating arm at a position away from the first connecting portion. Similarly, the seventh drive vibrating arm and the eighth drive vibrating arm extend from a position avoiding the extension line in the third drive vibrating arm or the fourth drive vibrating arm. It is possible to enhance the acoustic connectivity with the four-drive vibrating arm at a position away from the second connecting portion. Therefore, the physical quantity detection element can more reliably suppress vibration leakage from the first drive vibration arm to the eighth drive vibration arm in the base direction and increase the amplitude of vibration.

[適用例7]上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第5駆動振動腕は、前記第1駆動振動腕と同位相で振動し、前記第6駆動振動腕は、前記第1駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第2駆動振動腕と同位相で振動し、前記第7駆動振動腕は、前記第1駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第3駆動振動腕と同位相で振動し、前記第8駆動振動腕は、前記第3駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第4駆動振動腕と同位相で振動する、ことが好ましい。   Application Example 7 In the physical quantity detection element according to the application example described above, the fifth drive vibration arm vibrates in the same phase as the first drive vibration arm, and the sixth drive vibration arm includes the first drive vibration arm. The seventh drive vibration arm vibrates in the same phase as the second drive vibration arm that vibrates in the opposite phase to the arm, and the seventh drive vibration arm vibrates in the opposite phase to the first drive vibration arm. Preferably, the eighth drive vibrating arm vibrates in phase, and the eighth drive vibrating arm vibrates in the same phase as the fourth drive vibrating arm that vibrates in the opposite phase to the third drive vibrating arm.

この構成によれば、物理量検出素子は、第1駆動振動腕および第5駆動振動腕と、第2駆動振動腕および第6駆動振動腕と、がX軸に対して互いに逆位相で振動し、第1駆動振動腕とは逆位相で振動する第3駆動振動腕および第7駆動振動腕と、第4駆動振動腕および第8駆動振動腕と、がX軸に対して互いに逆位相で振動する。これにより、物理量検出素子は、バランスの良好な駆動振動を励振することができ、不要な振動ノイズ等が発生し難い構成となっている。   According to this configuration, in the physical quantity detection element, the first drive vibration arm and the fifth drive vibration arm, and the second drive vibration arm and the sixth drive vibration arm vibrate in mutually opposite phases with respect to the X axis, The third drive vibration arm and the seventh drive vibration arm that vibrate in the opposite phase to the first drive vibration arm, and the fourth drive vibration arm and the eighth drive vibration arm vibrate in opposite phases with respect to the X axis. . As a result, the physical quantity detection element can excite a well-balanced drive vibration, and is less likely to generate unnecessary vibration noise.

[適用例8]上記適用例に記載の物理量検出素子は、六方晶の結晶構造を有する圧電性材を用いている、ことが好ましい。   Application Example 8 The physical quantity detection element described in the application example described above preferably uses a piezoelectric material having a hexagonal crystal structure.

この構成によれば、六方晶の圧電性材は、例えば、水晶のように、機械軸、電気軸および光軸を有し、印加された駆動信号により正確に振動し、且つ、加えられた力に応じて屈曲して検出信号を発生する。物理量検出素子の形成に、このような圧電性材を用いれば、角速度等の物理量の検出を精度良く行なうことが可能である。また、物理量検出素子における好ましい一例として、第1駆動振動腕と第6駆動振動腕、第2駆動振動腕と第5駆動振動腕、第3駆動振動腕と第8駆動振動腕、および第4駆動振動腕と第7駆動振動腕、のそれぞれが120度の角度をなす構成が考えられる。この場合、六方晶の圧電性材は内角がそれぞれ120度である3本の電気軸(X軸)を有していることにより、該一例である物理量検出素子のような腕構成であっても、容易に形成することが可能である。さらに、該一例である構成例を含む物理量検出素子は、付け根における結合性が高いため、駆動振動腕の振動が励起されると、対応する駆動振動腕の励振に、より寄与しやすくなる。このような音響結合性の高い構成である物理量検出素子は、例えば、2方向の振動モードを得るのに1つの駆動回路でシステムを構成することが可能であり、小型化・低コスト化の面で、より有利である。   According to this configuration, the hexagonal piezoelectric material has a mechanical axis, an electrical axis, and an optical axis, such as quartz, and vibrates accurately by an applied drive signal and applied force. In response to this, the detection signal is generated. If such a piezoelectric material is used for forming the physical quantity detection element, it is possible to accurately detect a physical quantity such as an angular velocity. As a preferred example of the physical quantity detection element, the first drive vibrating arm and the sixth drive vibrating arm, the second drive vibrating arm and the fifth drive vibrating arm, the third drive vibrating arm and the eighth drive vibrating arm, and the fourth drive. A configuration in which each of the vibrating arm and the seventh driving vibrating arm forms an angle of 120 degrees is conceivable. In this case, the hexagonal piezoelectric material has three electrical axes (X-axis) each having an inner angle of 120 degrees, so that even an arm configuration such as the physical quantity detection element as an example is used. It can be easily formed. Furthermore, since the physical quantity detection element including the configuration example as the example has high connectivity at the root, when the vibration of the drive vibration arm is excited, the physical quantity detection element is more likely to contribute to the excitation of the corresponding drive vibration arm. Such a physical quantity detecting element having a high acoustic coupling property can form a system with a single drive circuit to obtain, for example, a bi-directional vibration mode. And more advantageous.

[適用例9]本適用例の物理量検出装置は、前記第1駆動振動腕乃至前記第8駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、少なくとも前記第1検出振動腕乃至前記第8検出振動腕からの物理量検出信号を検出する検出回路と、を備える、ことを特徴とする。   Application Example 9 The physical quantity detection device according to this application example includes a drive circuit that supplies a drive signal to the first drive vibration arm to the eighth drive vibration arm, and at least the first detection vibration arm to the eighth detection vibration. And a detection circuit for detecting a physical quantity detection signal from the arm.

この物理量検出装置によれば、振動漏れを抑制することが可能な物理量検出素子を有し、さらに、駆動回路および検出回路によって物理量検出素子を制御することにより、角速度等をはじめとした物理量の検出精度を、大きく向上させることが可能である。この場合、本適用例のような構成の物理量検出装置であれば、複数の腕を有していても、一つの駆動回路で振動を励起することが可能であり、装置の小型化も図れる。   According to this physical quantity detection device, it has a physical quantity detection element capable of suppressing vibration leakage, and further, the physical quantity detection element is controlled by the drive circuit and the detection circuit, thereby detecting physical quantities such as angular velocity. The accuracy can be greatly improved. In this case, if the physical quantity detection device is configured as in this application example, vibration can be excited with a single drive circuit even if it has a plurality of arms, and the size of the device can be reduced.

[適用例10]上記適用例に記載の物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第1検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第2検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第3検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第4検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことが好ましい。   Application Example 10 In the physical quantity detection device according to the application example, the detection circuit includes a sum of the detection signal generated in the first detection vibrating arm and the detection signal generated in the second detection vibrating arm, and It is preferable that the physical quantity detection signal is detected by differentiating a sum of the detection signal generated in the third detection vibrating arm and the detection signal generated in the fourth detection vibrating arm.

この構成によれば、第1検出振動腕および第2検出振動腕による検出信号と、第3検出振動腕および第4検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとる、いわゆる差動検出方式を用いることにより、この場合、Y軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。   According to this configuration, a so-called difference is obtained in which the sum of the detection signal from the first detection vibration arm and the second detection vibration arm and the detection signal from the third detection vibration arm and the fourth detection vibration arm is differential. In this case, it is possible to detect a physical quantity such as an angular velocity around the Y axis by using the motion detection method.

[適用例11]上記適用例に記載の物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第5検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第7検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第6検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第8検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことが好ましい。   Application Example 11 In the physical quantity detection device according to the application example, the detection circuit includes a sum of the detection signal generated in the fifth detection vibrating arm and the detection signal generated in the seventh detection vibrating arm, It is preferable that the physical quantity detection signal is detected by differentiating a sum of the detection signal generated in the sixth detection vibrating arm and the detection signal generated in the eighth detection vibrating arm.

この構成によれば、第5検出振動腕および第7検出振動腕による検出信号と、第6検出振動腕および第8検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとる、いわゆる差動検出方式を用いることにより、この場合、X軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。   According to this configuration, a so-called difference is obtained in which the sum of the detection signals from the fifth detection vibration arm and the seventh detection vibration arm and the detection signals from the sixth detection vibration arm and the eighth detection vibration arm are obtained. By using the motion detection method, in this case, it is possible to detect a physical quantity such as an angular velocity around the X axis.

[適用例12]本適用例に記載の電子機器は、上記適用例に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする。   Application Example 12 An electronic apparatus described in this application example includes the physical quantity detection element described in the application example.

この電子機器によれば、駆動振動腕と検出振動腕とを個別に設定すると共に振動漏れを抑制して物理量の検出精度を向上することが可能な、物理量検出素子を備えていることにより、高精度なセンサー機能を発揮することができ、電子機器としての性能向上を図ることが可能である。   According to this electronic apparatus, since the drive vibration arm and the detection vibration arm are individually set and the physical quantity detection element capable of improving the physical quantity detection accuracy by suppressing vibration leakage, An accurate sensor function can be exhibited, and the performance as an electronic device can be improved.

実施形態1におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration of a gyro element according to the first embodiment. 実施形態2におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view illustrating a configuration of a gyro element according to a second embodiment. 実施形態3におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view illustrating a configuration of a gyro element according to a third embodiment. (a)ジャイロ素子におけるY軸まわりの角速度の検出を示す平面図、(b)ジャイロ素子におけるX軸まわりの角速度の検出を示す平面図、(c)ジャイロ素子におけるZ軸まわりの角速度の検出を示す平面図。(A) Plan view showing detection of angular velocity around Y axis in gyro element, (b) Plan view showing detection of angular velocity around X axis in gyro element, (c) Detection of angular velocity around Z axis in gyro element. FIG. (a)ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図、(b)ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図。(A) The top view which shows the gyro apparatus provided with the gyro element, (b) Sectional drawing which shows the gyro apparatus provided with the gyro element. (a)ジャイロ素子を備えたデジタルビデオカメラを示す斜視図、(b)ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図。(A) A perspective view showing a digital video camera provided with a gyro element, (b) A perspective view showing a cellular phone provided with a gyro element.

以下、本発明の物理量検出素子について、添付図面を参照して説明する。ここでは、好適な一例として、振動特性の良好な圧電性材である水晶を素材とする、ジャイロ素子(物理量検出素子)について述べる。   Hereinafter, a physical quantity detection element of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, as a preferred example, a gyro element (physical quantity detection element) made of quartz, which is a piezoelectric material having good vibration characteristics, will be described.

最初に、ジャイロ素子の素材である水晶について説明する。物理量検出素子としてのジャイロ素子は、六角柱をなす水晶柱から切り出され、この水晶柱は、柱の長手方向に光軸であるz軸と、z軸に垂直な電気軸であるx軸および機械軸であるy軸とを有していて、いわゆる六方晶の性質を有している。ここでx軸は、z軸に垂直な六角形面であるx−y面において、それぞれ内角が120度の等角度で3本あって、これらのx軸で形成される各面内では、エッチング方向によるエッチング速さ等が同じである、という性質を有している。このような水晶柱において、ジャイロ素子は、x−y平面を、x軸とy軸との交点(座標原点)からみてx軸まわりに角度5度傾けた平面に沿う、水晶z板から切り出されたものである。即ち、水晶柱から切り出されたジャイロ素子の座標軸は、x(請求項におけるX軸),y’(請求項におけるY軸),z’(請求項におけるZ軸)となる。   First, the quartz that is the material of the gyro element will be described. A gyro element as a physical quantity detection element is cut out from a crystal column that forms a hexagonal column. The crystal column includes a z-axis that is an optical axis in the longitudinal direction of the column, an x-axis that is an electric axis perpendicular to the z-axis, and a mechanical axis. It has a y-axis which is an axis, and has a so-called hexagonal nature. Here, there are three x-axes on the xy plane, which is a hexagonal plane perpendicular to the z-axis, and each has an interior angle of 120 degrees, and etching is performed in each plane formed by these x-axes. The etching speed and the like depending on directions are the same. In such a quartz crystal column, the gyro element is cut out from a quartz crystal z plate along a plane inclined at an angle of 5 degrees around the x-axis when the xy plane is seen from the intersection (coordinate origin) of the x-axis and the y-axis. It is a thing. That is, the coordinate axes of the gyro element cut out from the crystal column are x (X axis in claims), y '(Y axis in claims), and z' (Z axis in claims).

一般に、物理量検出素子では、測定感度を良好にするために、駆動の振動モードの固有共振周波数と検出の振動モードの固有共振周波数との間に、一定の振動周波数差を保つことが要求されている。しかし、圧電性材の水晶は異方性を持っており、結晶面が変化すると、振動周波数の温度変化等の度合いが異なってしまう。これに対し、ジャイロ素子は、水晶の最も温度特性等の良い結晶面のみ、例えば水晶z板、を利用して、各振動腕の全体を所定面内で振動するようにしている。これによって、極めて安定性の高い振動をするジャイロ素子を提供することができる。以下では、まず、ジャイロ素子の形状に係る実施形態について説明する。
(実施形態1)
In general, a physical quantity detection element is required to maintain a certain vibration frequency difference between the natural resonance frequency of the driving vibration mode and the natural resonance frequency of the detection vibration mode in order to improve measurement sensitivity. Yes. However, the quartz crystal of the piezoelectric material has anisotropy, and when the crystal plane changes, the degree of temperature change of the vibration frequency differs. On the other hand, the gyro element uses only a crystal plane having the best temperature characteristics or the like of quartz, for example, a quartz z-plate, to vibrate the entirety of each vibrating arm within a predetermined plane. Thus, it is possible to provide a gyro element that vibrates with extremely high stability. In the following, first, an embodiment according to the shape of the gyro element will be described.
(Embodiment 1)

図1は、実施形態1におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。図1に示すように、ジャイロ素子(物理量検出素子)1は、基部2の重心(この場合基部2の中央位置)を原点とするX,Y,Z座標において、X−Y平面に沿って腕等が延出する形態をなしている。なお、このX,Y,Z座標は、原点を通るX軸と、原点を通りX軸と直交するY軸と、原点を通りX軸およびY軸と直交するZ軸と、を有する座標軸である。また、この座標軸において、X座標とY座標とがともに正の値をとる領域を第1象限、X座標が負でY座標が正の値をとる領域を第2象限、X座標とY座標とがともに負の値をとる領域を第3象限、X座標が正でY座標が負の値をとる領域を第4象限、と定義する。そして、ここでいうX軸,Y軸,Z軸は、請求項におけるX軸,Y軸,Z軸に該当する。   FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the gyro element in the first embodiment. As shown in FIG. 1, the gyro element (physical quantity detection element) 1 has arms along the XY plane in the X, Y, and Z coordinates with the center of gravity of the base 2 (in this case, the center position of the base 2) as the origin. Etc. are extended. The X, Y, and Z coordinates are coordinate axes having an X axis passing through the origin, a Y axis passing through the origin and orthogonal to the X axis, and a Z axis passing through the origin and orthogonal to the X axis and the Y axis. . In this coordinate axis, an area where both the X coordinate and the Y coordinate take a positive value is the first quadrant, an area where the X coordinate is negative and the Y coordinate takes a positive value, the second quadrant, the X coordinate and the Y coordinate Are defined as the third quadrant, and the region where the X coordinate is positive and the Y coordinate is negative is defined as the fourth quadrant. The X axis, Y axis, and Z axis here correspond to the X axis, Y axis, and Z axis in the claims.

ジャイロ素子1は、座標軸の原点を中心とする四角形状の基部2と、基部2の両側に設けれている連結部3の一方であり、基部2からプラスX軸方向へ延出している第1連結部31と、第1連結部31の先端から、X軸に対して直角をなしてプラスY軸方向へ延出し駆動振動腕4の1つである第1駆動振動腕41と、第1連結部31の先端から、X軸に対して直角をなしてマイナスY軸方向へ延出している第2駆動振動腕42と、を有し、さらに、基部2から、第1連結部31と反対方向であるマイナスX軸方向へ、延出している第2連結部32と、第2連結部32の先端から、X軸に対して直角をなしてプラスY軸方向へ延出している第3駆動振動腕43と、第2連結部32の先端から、X軸に対して直角をなしてマイナスY軸方向へ延出している第4駆動振動腕44と、を有している。   The gyro element 1 is one of a quadrangular base 2 centered on the origin of the coordinate axis and a connecting portion 3 provided on both sides of the base 2, and a first extending from the base 2 in the plus X-axis direction. A first drive vibration arm 41 that is one of the drive vibration arms 4 that extends from the distal end of the connection portion 31 and the first connection portion 31 in a positive Y-axis direction at a right angle to the X axis, and a first connection A second drive vibrating arm 42 extending from the tip of the portion 31 in the minus Y-axis direction at a right angle to the X-axis, and from the base 2 in the direction opposite to the first connecting portion 31 The second connecting portion 32 extending in the minus X-axis direction, and the third driving vibration extending in the plus Y-axis direction at right angles to the X-axis from the tip of the second connecting portion 32 Extends in the minus Y-axis direction perpendicular to the X-axis from the arm 43 and the tip of the second connecting portion 32 It has a fourth driving vibration arms 44, a.

また、ジャイロ素子1は、駆動振動腕4として、第1駆動振動腕41乃至第4駆動振動腕44に加え、第1連結部31と第1駆動振動腕41との交点部である付け根6aから、X軸に対して30度の角度で、第1象限の方向へ斜めに延出している第5駆動振動腕45と、第1連結部31と第2駆動振動腕42との交点部でもある付け根6aから、X軸に対して30度の角度で、第4象限の方向へ斜めに延出している第6駆動振動腕46と、第2連結部32と第3駆動振動腕43との交点部である付け根6bから、X軸に対して30度の角度で、第2象限の方向へ斜めに延出している第7駆動振動腕47と、第2連結部32と第4駆動振動腕44との交点部でもある付け根6bから、X軸に対して30度の角度で、第3象限の方向へ斜めに延出している第8駆動振動腕48と、を有している。   Further, the gyro element 1 includes, as the drive vibration arm 4, from the base 6 a that is the intersection of the first connection portion 31 and the first drive vibration arm 41 in addition to the first drive vibration arm 41 to the fourth drive vibration arm 44. , The intersection of the fifth drive vibrating arm 45 extending obliquely in the direction of the first quadrant at an angle of 30 degrees with respect to the X axis, the first connecting portion 31 and the second drive vibrating arm 42 The intersection of the sixth drive vibrating arm 46, the second connecting portion 32, and the third drive vibrating arm 43 extending obliquely in the direction of the fourth quadrant from the base 6a at an angle of 30 degrees with respect to the X axis. A seventh drive vibrating arm 47 extending obliquely in the direction of the second quadrant at an angle of 30 degrees with respect to the X axis from the base 6b, which is a portion, and the second connecting portion 32 and the fourth drive vibrating arm 44 Extends diagonally from the base 6b, which is also the intersection with the X axis, in the direction of the third quadrant at an angle of 30 degrees to the X axis Has a eighth driving vibration arm 48 is, the.

そして、ジャイロ素子1は、四角形状をなす基部2の第1象限側の角部から、プラスY軸方向へ延出し検出振動腕5の1つである第1検出振動腕51と、基部2の第4象限側の角部から、マイナスY軸方向へ延出している第2検出振動腕52と、基部2の第2象限側の角部から、プラスY軸方向へ延出している第3検出振動腕53と、基部2の第3象限側の角部から、マイナスY軸方向へ延出している第4検出振動腕54と、を有している。さらに、ジャイロ素子1は、検出振動腕5として、第1検出振動腕51乃至第4検出振動腕54に加え、基部2の第1象限側の角部から、X軸に対して30度の角度で、第1象限の方向へ斜めに延出している第5検出振動腕55と、基部2の第4象限側の角部から、X軸に対して30度の角度で、第4象限の方向へ斜めに延出している第6検出振動腕56と、基部2の第2象限側の角部から、X軸に対して30度の角度で、第2象限の方向へ斜めに延出している第7検出振動腕57と、基部2の第3象限側の角部から、X軸に対して30度の角度で、第3象限の方向へ斜めに延出している第8検出振動腕58と、を有している。これらすべての各腕は、それぞれの断面が矩形状をなしている。   The gyro element 1 includes a first detection vibrating arm 51 which is one of the detection vibrating arms 5 extending from the corner on the first quadrant side of the base 2 having a quadrangular shape, and the base 2. A second detection vibrating arm 52 extending in the minus Y-axis direction from the corner on the fourth quadrant side and a third detection extending in the plus Y-axis direction from the corner on the second quadrant side of the base 2 The vibration arm 53 and the fourth detection vibration arm 54 extending in the minus Y-axis direction from the corner of the base 2 on the third quadrant side are provided. Further, the gyro element 1 has, as the detection vibration arm 5, an angle of 30 degrees with respect to the X axis from the corner of the first quadrant side of the base 2 in addition to the first detection vibration arm 51 to the fourth detection vibration arm 54. Thus, the direction of the fourth quadrant is at an angle of 30 degrees with respect to the X axis from the fifth detection vibrating arm 55 extending obliquely in the direction of the first quadrant and the corner of the base 2 on the fourth quadrant side. Is extended obliquely in the direction of the second quadrant at an angle of 30 degrees with respect to the X-axis from the sixth detection vibrating arm 56 and the second quadrant side corner of the base 2 A seventh detection vibrating arm 57 and an eighth detection vibrating arm 58 extending obliquely in the direction of the third quadrant from the corner of the base 2 on the third quadrant side at an angle of 30 degrees with respect to the X axis; ,have. All these arms have a rectangular cross section.

ここで、駆動振動腕4(第1駆動振動腕41乃至第8駆動振動腕48)は、各腕の駆動振動を励起するための駆動信号電極7をそれぞれ有し、検出振動腕5(第1検出振動腕51乃至第8検出振動腕58)は、ジャイロ素子1に加えられた角速度等の物理量を検出するための検出信号電極8をそれぞれ有している。   Here, the drive vibration arm 4 (first drive vibration arm 41 to eighth drive vibration arm 48) has the drive signal electrode 7 for exciting the drive vibration of each arm, and the detection vibration arm 5 (first drive vibration arm 48). The detection vibration arm 51 to the eighth detection vibration arm 58) have detection signal electrodes 8 for detecting a physical quantity such as an angular velocity applied to the gyro element 1, respectively.

このような構成のジャイロ素子1において、駆動信号電極7に電圧が印加されると、駆動振動腕4は、屈曲して振動する。具体的には、互いに同位相で振動する第1駆動振動腕41および第5駆動振動腕45は、互いに同位相で振動する第2駆動振動腕42および第6駆動振動腕46とは異なる位相、即ち逆位相、で振動する構成になっていて、第1駆動振動腕41がプラスX側に屈曲し、第5駆動振動腕45がX軸側へ屈曲すると、第2駆動振動腕42もプラスX側に屈曲し、第6駆動振動腕46もX軸側へ屈曲する。また、第1駆動振動腕41がマイナスX側に屈曲し、第5駆動振動腕45がX軸から離反する側へ屈曲すると、第2駆動振動腕42もマイナスX側に屈曲し、第6駆動振動腕46もX軸側から離反する側へ屈曲する。同様に、互いに同位相で振動する第3駆動振動腕43および第7駆動振動腕47は、互いに同位相で振動する第4駆動振動腕44および第8駆動振動腕48と逆位相で振動する構成になっている。   In the gyro element 1 having such a configuration, when a voltage is applied to the drive signal electrode 7, the drive vibrating arm 4 bends and vibrates. Specifically, the first driving vibrating arm 41 and the fifth driving vibrating arm 45 that vibrate in the same phase are different from the second driving vibrating arm 42 and the sixth driving vibrating arm 46 that vibrate in the same phase, That is, the first drive vibrating arm 41 is bent to the plus X side and the fifth drive vibrating arm 45 is bent to the X axis side, and the second drive vibrating arm 42 is also added to the plus X. The sixth drive vibrating arm 46 is also bent to the X axis side. When the first drive vibrating arm 41 is bent to the minus X side and the fifth drive vibrating arm 45 is bent to the side away from the X axis, the second drive vibrating arm 42 is also bent to the minus X side, and the sixth drive The vibrating arm 46 also bends away from the X axis side. Similarly, the third drive vibration arm 43 and the seventh drive vibration arm 47 that vibrate in the same phase vibrate in the opposite phase to the fourth drive vibration arm 44 and the eighth drive vibration arm 48 that vibrate in the same phase. It has become.

また、検出振動腕5の検出信号電極8は、ジャイロ素子1にX軸またはY軸まわりに角速度等が加えられた際に、第1検出振動腕51乃至第8検出振動腕58の各腕が屈曲して振動することによって生じた電圧を、電気信号として取り出すための電極である。この場合、第1検出振動腕51乃至第4検出振動腕54の検出信号電極8により、Y軸まわりの角速度等を検出することができ、第5検出振動腕55乃至第8検出振動腕58により、X軸まわりの角速度等を検出することができる。つまり、検出信号電極8は、ジャイロ素子1に加えられた角速度等を検出し、電気信号として出力する作用を担っている。なお、これら角速度等の物理量検出の動作原理については、図4を参照して、詳細に後述する。   Further, the detection signal electrode 8 of the detection vibration arm 5 has the first detection vibration arm 51 through the eighth detection vibration arm 58 when the angular velocity or the like is applied to the gyro element 1 around the X axis or the Y axis. This is an electrode for taking out a voltage generated by bending and vibrating as an electric signal. In this case, the angular velocity around the Y axis can be detected by the detection signal electrodes 8 of the first detection vibrating arm 51 to the fourth detection vibrating arm 54, and the fifth detection vibrating arm 55 to the eighth detection vibrating arm 58 can be detected. The angular velocity around the X axis can be detected. That is, the detection signal electrode 8 functions to detect an angular velocity applied to the gyro element 1 and output it as an electrical signal. The operation principle of detecting the physical quantity such as angular velocity will be described later in detail with reference to FIG.

以上説明したような、実施形態1に示す構成を有する、ジャイロ素子1(物理量検出素子)の主要な効果を述べる。
(1)ジャイロ素子1では、駆動振動腕4(第1駆動振動腕41乃至第8駆動振動腕48)と検出振動腕5(第1検出振動腕51乃至第8検出振動腕58)とが、基部2からそれぞれ個別に延出している構成である。これにより、駆動振動腕4における駆動信号が静電的に検出振動腕5における検出信号にのってしまう現象である、静電漏れを抑制することができる。さらに、駆動信号電極7と検出信号電極8とを、駆動振動腕4と検出振動腕5とにそれぞれ個別に設定することにより、駆動振動腕4には駆動信号電極7のみを配線すればよく、検出振動腕5には検出信号電極8のみを配線すればよいため、各電極のスペースを大きくとることができ、物理量検出の感度を向上させることができる。
(2)また、ジャイロ素子1において、第1駆動振動腕41による付け根6aでの応力が、第5駆動振動腕45の励振に寄与し、第2駆動振動腕42による付け根6aでの応力が、第6駆動振動腕46の励振に寄与して、それぞれの音響結合性が高められる。また、付け根6bにおいても、同様に、音響結合性が高められる。そのため、ジャイロ素子1は、振動エネルギーが基部2の方向へ漏れることを抑制してインピーダンスを下げることができ、Q値の高い素子となっている。このような音響結合性の高い構成であるジャイロ素子1は、2方向の振動モードを得るのに1つの駆動回路でシステムを構成でき、小型化・低コスト化等の面で、有利な構成となっている。これは、第1駆動振動腕41と第6駆動振動腕46とが120度の角度をなし、第2駆動振動腕42と第5駆動振動腕45とが120度の角度をなしており、既述した水晶の結晶構造の観点からも結合性が高い、と言える。また、この場合、内角がそれぞれ120度である3本のX軸を有する六方晶の圧電性単結晶材、例えば、水晶z板を用いることにより、ジャイロ素子1のような腕構成の素子を、容易に形成することができる。
(3)さらに、ジャイロ素子1は、連結部3が基部2から互いに反対方向へ突出していること、と、第1駆動振動腕41および第5駆動振動腕45と、第2駆動振動腕42および第6駆動振動腕46と、が互いに逆位相で振動し、同様に、第3駆動振動腕43および第7駆動振動腕47と、第4駆動振動腕44および第8駆動振動腕48と、が互いに逆位相で振動すること、とにより、バランスの良好な駆動振動を励振することができる。このようなジャイロ素子1は、X軸およびY軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。
(実施形態2)
The main effects of the gyro element 1 (physical quantity detection element) having the configuration described in the first embodiment as described above will be described.
(1) In the gyro element 1, the drive vibration arm 4 (first drive vibration arm 41 to eighth drive vibration arm 48) and the detection vibration arm 5 (first detection vibration arm 51 to eighth detection vibration arm 58) are In this configuration, the base 2 is individually extended. Thereby, it is possible to suppress electrostatic leakage, which is a phenomenon in which the drive signal in the drive vibration arm 4 is electrostatically carried on the detection signal in the detection vibration arm 5. Further, by setting the drive signal electrode 7 and the detection signal electrode 8 individually for the drive vibration arm 4 and the detection vibration arm 5, it is only necessary to wire only the drive signal electrode 7 to the drive vibration arm 4, Since only the detection signal electrode 8 needs to be wired to the detection vibrating arm 5, a space for each electrode can be increased, and the sensitivity of physical quantity detection can be improved.
(2) In the gyro element 1, the stress at the root 6a by the first drive vibrating arm 41 contributes to the excitation of the fifth drive vibrating arm 45, and the stress at the root 6a by the second drive vibrating arm 42 is Each acoustic coupling property is improved by contributing to the excitation of the sixth drive vibrating arm 46. Similarly, the acoustic coupling property is enhanced at the base 6b. Therefore, the gyro element 1 can suppress the leakage of vibration energy in the direction of the base 2 and lower the impedance, and is a high Q value element. Such a gyro element 1 having a high acoustic coupling property can be configured with a single drive circuit to obtain vibration modes in two directions, and is advantageous in terms of downsizing and cost reduction. It has become. This is because the first drive vibration arm 41 and the sixth drive vibration arm 46 form an angle of 120 degrees, and the second drive vibration arm 42 and the fifth drive vibration arm 45 form an angle of 120 degrees. It can be said that the bondability is high from the viewpoint of the crystal structure of the quartz crystal described above. Further, in this case, by using a hexagonal piezoelectric single crystal material having three X axes each having an inner angle of 120 degrees, for example, a quartz crystal z plate, an element having an arm configuration such as the gyro element 1 is obtained. It can be formed easily.
(3) Further, the gyro element 1 includes that the connecting portion 3 protrudes from the base portion 2 in opposite directions, the first drive vibrating arm 41, the fifth drive vibrating arm 45, the second drive vibrating arm 42, and The sixth drive vibrating arm 46 vibrates in opposite phases with each other, and similarly, the third drive vibrating arm 43 and the seventh drive vibrating arm 47, and the fourth drive vibrating arm 44 and the eighth drive vibrating arm 48 include By oscillating in mutually opposite phases, it is possible to excite a well-balanced driving vibration. Such a gyro element 1 is an element suitable for detecting angular velocities around the X axis and the Y axis.
(Embodiment 2)

次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図2は、実施形態2におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態2におけるジャイロ素子1Aは、検出振動腕5Aのすべて(第1検出振動腕51a乃至第8検出振動腕58a)の延出位置が、実施形態1におけるジャイロ素子1とは異なっている。さらに、ジャイロ素子1Aでは、駆動振動腕4Aの第5駆動振動腕45a、第6駆動振動腕46a、第7駆動振動腕47aおよび第8駆動振動腕48aの延出位置も、実施形態1におけるジャイロ素子1とは異なった構成になっている。一方、ジャイロ素子1Aの機能は、ジャイロ素子1とほぼ同様であって、X軸およびY軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。   Next, another form of the gyro element will be described. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the gyro element according to the second embodiment. The gyro element 1A according to the second embodiment differs from the gyro element 1 according to the first embodiment in the extension positions of all the detection vibration arms 5A (the first detection vibration arm 51a to the eighth detection vibration arm 58a). Further, in the gyro element 1A, the extended positions of the fifth drive vibrating arm 45a, the sixth drive vibrating arm 46a, the seventh drive vibrating arm 47a, and the eighth drive vibrating arm 48a of the drive vibrating arm 4A are also the same as those in the first embodiment. The structure is different from that of the element 1. On the other hand, the function of the gyro element 1A is substantially the same as that of the gyro element 1, and is a suitable element for detecting angular velocities around the X axis and the Y axis.

図2に示すように、ジャイロ素子1Aは、実施形態1におけるジャイロ素子1と同様な形態の、基部2、第1連結部31a、第2連結部32a、第1駆動振動腕41a、第2駆動振動腕42a、第3駆動振動腕43a、第4駆動振動腕44aを有している。   As shown in FIG. 2, the gyro element 1A includes a base 2, a first connecting part 31a, a second connecting part 32a, a first drive vibrating arm 41a, and a second drive that have the same form as the gyro element 1 in the first embodiment. It has a vibrating arm 42a, a third driving vibrating arm 43a, and a fourth driving vibrating arm 44a.

まず、ジャイロ素子1Aの検出振動腕5Aにおいては、第1検出振動腕51aが、四角形状をなす基部2の第1象限側の角部9aからY軸側へ寄った位置を起点にして、プラスY軸方向へ延出している。同様に、第2検出振動腕52aが、基部2の第4象限側の角部9bからY軸側へ寄った位置を起点にして、マイナスY軸方向へ延出し、第3検出振動腕53aが、基部2の第2象限側の角部9cからY軸側へ寄った位置を起点にして、プラスY軸方向へ延出し、第4検出振動腕54aが、基部2の第3象限側の角部9dからY軸側へ寄った位置を起点にして、マイナスY軸方向へ延出している。つまり、第1検出振動腕51a乃至前記第4検出振動腕54aは、基部2のY軸寄りの側からそれぞれ延出している、といえる。   First, in the detection vibrating arm 5A of the gyro element 1A, the first detection vibrating arm 51a starts from a position near the Y-axis side from the corner portion 9a on the first quadrant side of the base 2 having a quadrangular shape. It extends in the Y-axis direction. Similarly, the second detection vibrating arm 52a extends in the negative Y-axis direction starting from the corner 9b on the fourth quadrant side of the base 2 toward the Y-axis side, and the third detection vibrating arm 53a The base 2 extends from the corner 9c on the second quadrant side toward the Y-axis side starting from the position on the Y-axis side, and the fourth detection vibrating arm 54a is positioned on the third quadrant-side corner of the base 2 Starting from the position closer to the Y axis side from the portion 9d, it extends in the minus Y axis direction. That is, it can be said that the first detection vibrating arm 51a to the fourth detection vibrating arm 54a extend from the side of the base 2 near the Y axis.

また、検出振動腕5Aにおいては、第5検出振動腕55aが、基部2の第1象限側の角部9aからX軸側へ寄った位置を起点にして、X軸に対して30度の角度で、第1象限の方向へ斜めに延出している。同様に、第6検出振動腕56aが、基部2の第4象限側の角部9bからX軸側へ寄った位置を起点にして、X軸に対して30度の角度で、第4象限の方向へ斜めに延出し、第7検出振動腕57aが、基部2の第2象限側の角部9cからX軸側へ寄った位置を起点にして、X軸に対して30度の角度で、第2象限の方向へ斜めに延出し、第8検出振動腕58aが、基部2の第3象限側の角部9dからX軸側へ寄った位置を起点にして、X軸に対して30度の角度で、第3象限の方向へ斜めに延出している。つまり、第5検出振動腕55a乃至第8検出振動腕58aは、基部2のX軸寄りの側から延出している、といえる。これらすべての各腕は、それぞれの断面が矩形状をなしている。   Further, in the detection vibrating arm 5A, the fifth detection vibrating arm 55a is at an angle of 30 degrees with respect to the X axis, starting from the position near the X axis side from the corner portion 9a on the first quadrant side of the base 2 Thus, it extends obliquely in the direction of the first quadrant. Similarly, the sixth detection vibrating arm 56a starts at a position near the X-axis side from the corner portion 9b on the fourth quadrant side of the base portion 2 at an angle of 30 degrees with respect to the X-axis. The seventh detection vibrating arm 57a extends at an angle of 30 degrees with respect to the X axis, starting from the position where the seventh detection vibrating arm 57a is closer to the X axis side from the corner portion 9c on the second quadrant side of the base portion 2. The eighth detection vibrating arm 58a extends obliquely in the direction of the second quadrant, and is 30 degrees with respect to the X axis, starting from the position where the corner 9d on the third quadrant side of the base portion 2 approaches the X axis side. At an angle extending in the direction of the third quadrant. That is, it can be said that the fifth detection vibrating arm 55a to the eighth detection vibrating arm 58a extend from the side of the base portion 2 near the X axis. All these arms have a rectangular cross section.

このような検出振動腕5Aを有する、実施形態2におけるジャイロ素子1Aは、第1検出振動腕51aが、基部2の角部9aよりY軸側に位置していることにより、第5検出振動腕55aから離反しており、第1検出振動腕51aは、第5検出振動腕55aに対する振動の影響を抑制することができると共に、第5検出振動腕55aからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。また、第2検出振動腕52aは、基部2の角部9bよりY軸側に位置していることにより、第6検出振動腕56aから離反しており、第6検出振動腕56aへの振動の影響を抑制することができると共に、第6検出振動腕56aからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。これは、第3検出振動腕53aと第7検出振動腕57aとにおいても同様な関係であり、第4検出振動腕54aと第8検出振動腕58aとにおいても同様な関係である。   The gyro element 1A according to the second embodiment having such a detection vibration arm 5A has a fifth detection vibration arm because the first detection vibration arm 51a is located on the Y axis side from the corner portion 9a of the base portion 2. The first detection vibrating arm 51a is separated from the first detection vibrating arm 55a, and can suppress the influence of vibration on the fifth detection vibrating arm 55a and can avoid the influence of vibration from the fifth detection vibrating arm 55a. It is an arrangement. Further, since the second detection vibrating arm 52a is located on the Y-axis side from the corner portion 9b of the base portion 2, the second detection vibrating arm 52a is separated from the sixth detection vibrating arm 56a, and vibration of the sixth detection vibrating arm 56a is detected. The arrangement can suppress the influence and avoid the influence of vibration from the sixth detection vibrating arm 56a. This is the same relationship between the third detection vibration arm 53a and the seventh detection vibration arm 57a, and the same relationship between the fourth detection vibration arm 54a and the eighth detection vibration arm 58a.

さらに、ジャイロ素子1Aでは、第5検出振動腕55aが、基部2の角部9aよりX軸側に位置していることにより、第1検出振動腕51aから一層離反していることになり、第5検出振動腕55aは、第1検出振動腕51aへの振動の影響を抑制することができると共に、第1検出振動腕51aからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。これは、第6検出振動腕56aと第2検出振動腕52aとにおいても同様な関係であり、第7検出振動腕57aと第3検出振動腕53aとの関係、および第8検出振動腕58aと第4検出振動腕54aとの関係においても同様である。つまり、ジャイロ素子1Aは、検出振動腕5Aによる互いの振動の影響を抑制して、いわゆる他軸感度を下げることができ、角速度等をより確実に検出することが可能である。   Furthermore, in the gyro element 1A, since the fifth detection vibrating arm 55a is located on the X-axis side from the corner portion 9a of the base 2, the fifth detection vibrating arm 55a is further separated from the first detection vibrating arm 51a. The fifth detection vibrating arm 55a is arranged to be able to suppress the influence of vibration on the first detection vibrating arm 51a and to avoid the influence of vibration from the first detection vibrating arm 51a. This is the same relationship between the sixth detection vibrating arm 56a and the second detection vibrating arm 52a, the relationship between the seventh detection vibrating arm 57a and the third detection vibrating arm 53a, and the eighth detection vibrating arm 58a. The same applies to the relationship with the fourth detection vibrating arm 54a. That is, the gyro element 1A can suppress the influence of mutual vibration by the detection vibrating arm 5A, can reduce the so-called other-axis sensitivity, and can more reliably detect the angular velocity and the like.

そして、ジャイロ素子1Aでは、第5駆動振動腕45aが、第1駆動振動腕41aから斜めに延出し、延出位置は、付け根6aより距離sだけプラスY軸方向へ離れた位置である。また、第5駆動振動腕45aの延出方向は、実施形態1における第5駆動振動腕45と同じで、X軸に対して30度の角度をなし、第1象限の方向である。同様に、第6駆動振動腕46aは、付け根6aより距離sだけマイナスY軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態1における第6駆動振動腕46と同じ第4象限の方向であり、第7駆動振動腕47aは、付け根6bより距離sだけプラスY軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態1における第7駆動振動腕47と同じ第2象限の方向であり、第8駆動振動腕48aは、付け根6bより距離sだけマイナスY軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態1における第8駆動振動腕48と同じ第3象限の方向である。   In the gyro element 1A, the fifth drive vibrating arm 45a extends obliquely from the first drive vibrating arm 41a, and the extended position is a position away from the root 6a by the distance s in the plus Y-axis direction. The extending direction of the fifth drive vibrating arm 45a is the same as that of the fifth drive vibrating arm 45 in the first embodiment, forms an angle of 30 degrees with respect to the X axis, and is the direction of the first quadrant. Similarly, the sixth drive vibrating arm 46a extends obliquely from a position away from the base 6a by a distance s in the negative Y-axis direction, and the extending direction is the same as that of the sixth drive vibrating arm 46 in the first embodiment. The seventh drive vibrating arm 47a extends in a four-quadrant direction obliquely from a position away from the base 6b by a distance s in the plus Y-axis direction, and the extending direction is the seventh drive vibrating arm in the first embodiment. 47, the eighth drive vibrating arm 48a extends obliquely from a position away from the base 6b by a distance s in the negative Y-axis direction, and the extending direction is the same as in the first embodiment. The direction of the third quadrant is the same as that of the 8-drive vibrating arm 48.

このような構成の第5駆動振動腕45a、第6駆動振動腕46a、第7駆動振動腕47a、第8駆動振動腕48aにおいて、第5駆動振動腕45aおよび第6駆動振動腕46aは、基部2から延出した第1連結部31aをプラスX軸方向へそのまま延長した場合の延長線上には形成されておらず、つまり、付け根6aの位置から延出していない。これにより、第5駆動振動腕45aおよび第6駆動振動腕46aは、第1駆動振動腕41aまたは第2駆動振動腕42aとの結合性を第1連結部31aから離間した状態で高めることができる。同様に、第7駆動振動腕47aおよび第8駆動振動腕48aも、第3駆動振動腕43aまたは第4駆動振動腕44aとの結合性を第2連結部32aから離間した状態で高めることができる。これにより、ジャイロ素子1Aは、第1駆動振動腕41a乃至第8駆動振動腕48aから、第1連結部31aまたは第2連結部32aを介して、基部2の方向へ振動が漏れる振動漏れを、ほぼ抑制することが可能である。
(実施形態3)
In the fifth drive vibration arm 45a, the sixth drive vibration arm 46a, the seventh drive vibration arm 47a, and the eighth drive vibration arm 48a configured as described above, the fifth drive vibration arm 45a and the sixth drive vibration arm 46a have a base portion. The first connecting portion 31a extending from 2 is not formed on the extension line when extending in the plus X-axis direction as it is, that is, it does not extend from the position of the root 6a. Accordingly, the fifth drive vibrating arm 45a and the sixth drive vibrating arm 46a can enhance the connectivity with the first drive vibrating arm 41a or the second drive vibrating arm 42a while being separated from the first connecting portion 31a. . Similarly, the seventh drive vibration arm 47a and the eighth drive vibration arm 48a can also enhance the connectivity with the third drive vibration arm 43a or the fourth drive vibration arm 44a while being separated from the second connecting portion 32a. . Thereby, the gyro element 1A causes vibration leakage in which vibration leaks from the first drive vibration arm 41a to the eighth drive vibration arm 48a toward the base 2 via the first connection portion 31a or the second connection portion 32a. Almost can be suppressed.
(Embodiment 3)

次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図3は、実施形態3におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態3におけるジャイロ素子1Bは、実施形態2におけるジャイロ素子1Aに、第9検出振動腕60および第10検出振動腕61が追加された形態である。従って、第9検出振動腕60および第10検出振動腕61以外は、ジャイロ素子1Aと同符号を付与し、説明を省略する。   Next, another form of the gyro element will be described. FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the gyro element according to the third embodiment. The gyro element 1B according to the third embodiment is a form in which a ninth detection vibrating arm 60 and a tenth detection vibrating arm 61 are added to the gyro element 1A according to the second embodiment. Accordingly, components other than the ninth detection vibrating arm 60 and the tenth detection vibrating arm 61 are given the same reference numerals as the gyro element 1A, and the description thereof is omitted.

図3に示すように、ジャイロ素子1Bは、実施形態2におけるジャイロ素子1Aの構成に加え、第1検出振動腕51aと第3検出振動腕53aとの間の基部2から、Y軸と重なる配置状態でプラスY軸方向へ延出している第9検出振動腕60と、第2検出振動腕52aと第4検出振動腕54aとの間の基部2から、Y軸と重なる配置状態でマイナスY軸方向へ延出している第10検出振動腕61と、を有している。即ち、第9検出振動腕60および第10検出振動腕61は、Y軸と重なるように配置され、基部2から互いに反対方向へそれぞれ延出している、ことになる。これら第9検出振動腕60と第10検出振動腕61とは、検出信号電極8を有し、ジャイロ素子1Bに加えられたZ軸まわりの角速度等を検出することができる。   As shown in FIG. 3, in addition to the configuration of the gyro element 1A in the second embodiment, the gyro element 1B overlaps the Y axis from the base 2 between the first detection vibrating arm 51a and the third detection vibrating arm 53a. From the base 2 between the ninth detection vibrating arm 60 and the second detection vibrating arm 52a and the fourth detection vibrating arm 54a extending in the plus Y-axis direction in the state, the minus Y-axis in the arrangement state overlapping the Y-axis And a tenth detection vibrating arm 61 extending in the direction. That is, the ninth detection vibrating arm 60 and the tenth detection vibrating arm 61 are disposed so as to overlap the Y axis, and extend from the base 2 in opposite directions. The ninth detection vibrating arm 60 and the tenth detection vibrating arm 61 have the detection signal electrode 8, and can detect an angular velocity around the Z axis applied to the gyro element 1B.

第9検出振動腕60および第10検出振動腕61の検出信号電極8は、ジャイロ素子1BにZ軸まわりに角速度等が加えられた際に、第9検出振動腕60および第10検出振動腕61の各腕が屈曲することによって生じた電圧を、電気信号として取り出すための電極である。これにより、第9検出振動腕60および第10検出振動腕61は、ジャイロ素子1Bに加えられた角速度等を検出し、電気信号として出力する作用を担っている。このジャイロ素子1Bによる、Z軸まわりの角速度等の検出については、図4を参照して後述する。   The detection signal electrodes 8 of the ninth detection vibration arm 60 and the tenth detection vibration arm 61 are connected to the ninth detection vibration arm 60 and the tenth detection vibration arm 61 when an angular velocity or the like around the Z axis is applied to the gyro element 1B. This is an electrode for taking out the voltage generated by the bending of each arm as an electrical signal. Thus, the ninth detection vibrating arm 60 and the tenth detection vibrating arm 61 have a function of detecting an angular velocity or the like applied to the gyro element 1B and outputting it as an electrical signal. The detection of the angular velocity around the Z axis by the gyro element 1B will be described later with reference to FIG.

以上のような、実施形態3に示す構成を有する、ジャイロ素子1Bの主要な効果としては、X軸およびY軸まわりの角速度等を検出することに加え、Z軸まわりの角速度等も検出することができ、単体で同時に3軸の角速度等の検出ができる、ことが挙げられる。なお、実施形態1におけるジャイロ素子1に、第9検出振動腕60および第10検出振動腕61を追加した構成であっても、ジャイロ素子1Bとほぼ同様な効果を得られる。   As described above, the main effect of the gyro element 1B having the configuration shown in the third embodiment is to detect angular velocities around the Z axis in addition to detecting angular velocities around the X and Y axes. It is possible to detect the angular velocity of three axes at the same time as a single unit. Even if the ninth detection vibrating arm 60 and the tenth detection vibrating arm 61 are added to the gyro element 1 in the first embodiment, substantially the same effect as the gyro element 1B can be obtained.

(ジャイロ素子の動作原理)
次に、実施形態1乃至実施形態3におけるジャイロ素子1,1A,1Bの動作原理について説明する。ここでの動作原理の説明は、ジャイロ素子1Bの場合を代表例にして述べる。図4(a)は、ジャイロ素子におけるY軸まわりの角速度の検出を示す平面図、図4(b)は、ジャイロ素子におけるX軸まわりの角速度の検出を示す平面図、図4(c)は、ジャイロ素子におけるZ軸まわりの角速度の検出を示す平面図である。
(Gyro element operating principle)
Next, the operation principle of the gyro elements 1, 1A, 1B in the first to third embodiments will be described. The operation principle here will be described by taking the case of the gyro element 1B as a representative example. 4A is a plan view showing detection of angular velocity around the Y axis in the gyro element, FIG. 4B is a plan view showing detection of angular velocity around the X axis in the gyro element, and FIG. FIG. 3 is a plan view showing detection of angular velocity around the Z axis in the gyro element.

まず、図4(a)を参照して、Y軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子1Bが駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子1BをY軸まわりに回転させると、第1駆動振動腕41aおよび第2駆動振動腕42aには、Z軸方向のコリオリ力が働き、Z軸方向の検出振動が発生する。同様に、第3駆動振動腕43aおよび第4駆動振動腕44aには、第1駆動振動腕41aおよび第2駆動振動腕42aと反対方向のZ軸方向にコリオリ力が働き、Z軸方向の検出振動が発生する。そして、第1検出振動腕51aは、第1駆動振動腕41aの検出振動に呼応して、第1駆動振動腕41aと同じようにZ軸方向に検出振動をし、第2検出振動腕52aは、第2駆動振動腕42aの検出振動に呼応して、第2駆動振動腕42aと同じようにZ軸方向に検出振動をする。また、第3検出振動腕53aは、第3駆動振動腕43aの検出振動に呼応して、第1検出振動腕51aと反対方向のZ軸方向に検出振動をし、第4検出振動腕54aは、第4駆動振動腕44aの検出振動に呼応して、第2検出振動腕52aと反対方向のZ軸方向に検出振動をする。   First, detection of angular velocity about the Y axis will be described with reference to FIG. When the gyro element 1B is rotated around the Y axis while the gyro element 1B is in driving vibration, Coriolis force in the Z-axis direction acts on the first driving vibration arm 41a and the second driving vibration arm 42a. Detection vibration in the Z-axis direction occurs. Similarly, Coriolis force acts on the third driving vibration arm 43a and the fourth driving vibration arm 44a in the Z-axis direction opposite to the first driving vibration arm 41a and the second driving vibration arm 42a, and detection in the Z-axis direction. Vibration occurs. The first detection vibrating arm 51a performs detection vibration in the Z-axis direction in the same manner as the first driving vibration arm 41a in response to the detection vibration of the first driving vibration arm 41a, and the second detection vibration arm 52a In response to the detected vibration of the second drive vibration arm 42a, the detection vibration is performed in the Z-axis direction in the same manner as the second drive vibration arm 42a. The third detection vibration arm 53a performs detection vibration in the Z-axis direction opposite to the first detection vibration arm 51a in response to the detection vibration of the third drive vibration arm 43a, and the fourth detection vibration arm 54a In response to the detection vibration of the fourth drive vibration arm 44a, the detection vibration is performed in the Z-axis direction opposite to the second detection vibration arm 52a.

このように、第1検出振動腕51aおよび第2検出振動腕52aと、第3検出振動腕53aおよび第4検出振動腕54aとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子1Bでは、第1検出振動腕51aおよび第2検出振動腕52aのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第3検出振動腕53aおよび第4検出振動腕54aのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させる、いわゆる差動検出方式によってコリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子1Bに加えられたY軸まわりの角速度(物理量)の大きさを認識することができる。   As described above, the first detection vibrating arm 51a and the second detection vibrating arm 52a, and the third detection vibrating arm 53a and the fourth detection vibrating arm 54a perform detection vibrations at phases different from each other. The gyro element 1B calculates the sum of the detection signals based on the detection vibrations of the first detection vibration arm 51a and the second detection vibration arm 52a, and further each of the third detection vibration arm 53a and the fourth detection vibration arm 54a. The magnitude of the Coriolis force can be obtained by a so-called differential detection method in which the sum of the detection signals based on the detected vibrations is calculated and the sum of these signals is differentiated. That is, the magnitude of the angular velocity (physical quantity) about the Y axis applied to the gyro element 1B can be recognized.

次に、図4(b)を参照して、X軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子1Bが駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子1BをX軸のまわりに回転させると、第5駆動振動腕45aおよび第7駆動振動腕47aには、Z軸方向のコリオリ力が働き、Z軸方向の検出振動が発生する。同様に、第6駆動振動腕46aおよび第8駆動振動腕48aには、第5駆動振動腕45aおよび第7駆動振動腕47aと反対方向のZ軸方向にコリオリ力が働き、Z軸方向の検出振動が発生する。そして、第5検出振動腕55aは、第5駆動振動腕45aの検出振動に呼応して、第5駆動振動腕45aと同じようにZ軸方向に検出振動をし、第7検出振動腕57aは、第7駆動振動腕47aの検出振動に呼応して、第7駆動振動腕47aと同じようにZ軸方向に検出振動をする。また、第6検出振動腕56aは、第6駆動振動腕46aの検出振動に呼応して、第5検出振動腕55aと反対方向のZ軸方向に検出振動をし、第8検出振動腕58aは、第8駆動振動腕48aの検出振動に呼応して、第7検出振動腕57aと反対方向のZ軸方向に検出振動をする。   Next, detection of angular velocity around the X axis will be described with reference to FIG. When the gyro element 1B is rotated around the X axis while the gyro element 1B is in driving vibration, the Coriolis force in the Z-axis direction acts on the fifth driving vibration arm 45a and the seventh driving vibration arm 47a. Detected vibration in the Z-axis direction occurs. Similarly, Coriolis force acts on the sixth driving vibration arm 46a and the eighth driving vibration arm 48a in the Z-axis direction opposite to the fifth driving vibration arm 45a and the seventh driving vibration arm 47a, and detection in the Z-axis direction. Vibration occurs. Then, the fifth detection vibrating arm 55a performs detection vibration in the Z-axis direction in the same manner as the fifth driving vibration arm 45a in response to the detection vibration of the fifth driving vibration arm 45a, and the seventh detection vibration arm 57a In response to the detected vibration of the seventh drive vibration arm 47a, the detection vibration is performed in the Z-axis direction in the same manner as the seventh drive vibration arm 47a. The sixth detection vibration arm 56a performs detection vibration in the Z-axis direction opposite to the fifth detection vibration arm 55a in response to the detection vibration of the sixth drive vibration arm 46a, and the eighth detection vibration arm 58a In response to the detection vibration of the eighth drive vibration arm 48a, the detection vibration is performed in the Z-axis direction opposite to the seventh detection vibration arm 57a.

このように、ジャイロ素子1Bにおいて、第5検出振動腕55aおよび第7検出振動腕57aと、第6検出振動腕56aおよび第8検出振動腕58aとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子1Bでは、第5検出振動腕55aおよび第7検出振動腕57aのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第6検出振動腕56aおよび第8検出振動腕58aのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子1Bに加えられたX軸まわりの角速度(物理量)の大きさを認識することができる。なお、ジャイロ素子1,1AにおけるY軸およびX軸まわりの角速度の検出についても、同様な動作原理である。   As described above, in the gyro element 1B, the fifth detection vibration arm 55a and the seventh detection vibration arm 57a, and the sixth detection vibration arm 56a and the eighth detection vibration arm 58a perform detection vibration at phases different from each other. Become. The gyro element 1B calculates the sum of the detection signals based on the detection vibrations of the fifth detection vibration arm 55a and the seventh detection vibration arm 57a, and further each of the sixth detection vibration arm 56a and the eighth detection vibration arm 58a. The magnitude of the Coriolis force can be obtained by calculating the sum of the detection signals based on the detected vibrations and making the sum differential. That is, the magnitude of the angular velocity (physical quantity) around the X axis applied to the gyro element 1B can be recognized. Note that the same principle of operation is applied to detection of angular velocities around the Y axis and the X axis in the gyro elements 1 and 1A.

次に、図4(c)を参照して、Z軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子1Bの第1駆動振動腕41aと、第3駆動振動腕43aとは、互いに逆位相で振動し、第2駆動振動腕42aと、第4駆動振動腕44aとは、互いに逆位相で振動している。この状態で、ジャイロ素子1BをZ軸のまわりに回転させると、第1駆動振動腕41aおよび第2駆動振動腕42aには、Y軸方向のコリオリ力が働き、Y軸方向の検出振動が発生する。同様に、第3駆動振動腕43aおよび第4駆動振動腕44aには、第1駆動振動腕41aおよび第2駆動振動腕42aと反対方向のY軸方向にコリオリ力が働き、Y軸方向の検出振動が発生する。ここで、第9検出振動腕60と第10検出振動腕61とは、第1駆動振動腕41a、第2駆動振動腕42a、第3駆動振動腕43aおよび第4駆動振動腕44aの検出振動に呼応して、互いに異なる方向のX軸方向に検出振動する。ジャイロ素子1Bでは、第9検出振動腕60および第10検出振動腕61のそれぞれの検出振動に基づく検出信号を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子1Bに加えられたZ軸まわりの角速度(物理量)の大きさを認識することができる。このような動作原理により、ジャイロ素子1Bは、X軸およびY軸まわりの角速度等の物理量を検出することに加え、Z軸まわりの物理量を検出することができ、単体で同時に3軸の物理量を検出することが可能である。なお、この場合、第1駆動振動腕41aと第5駆動振動腕45aとが同位相で振動していることにより、それぞれの腕部におけるY軸方向のコリオリ力が同方向となり、検出振動の確実な励起が行なえる。第2駆動振動腕42aおよび第6駆動振動腕46a、第3駆動振動腕43aおよび第7駆動振動腕47a、第4駆動振動腕44aおよび第8駆動振動腕48a、においても同様である。   Next, detection of angular velocity about the Z axis will be described with reference to FIG. The first drive vibrating arm 41a and the third drive vibrating arm 43a of the gyro element 1B vibrate in mutually opposite phases, and the second drive vibrating arm 42a and the fourth drive vibrating arm 44a vibrate in opposite phases. doing. In this state, when the gyro element 1B is rotated around the Z-axis, the Coriolis force in the Y-axis direction acts on the first drive vibrating arm 41a and the second drive vibrating arm 42a, and the detected vibration in the Y-axis direction is generated. To do. Similarly, Coriolis force acts on the third drive vibrating arm 43a and the fourth drive vibrating arm 44a in the Y-axis direction opposite to the first drive vibrating arm 41a and the second drive vibrating arm 42a, and detection in the Y-axis direction. Vibration occurs. Here, the ninth detection vibrating arm 60 and the tenth detection vibrating arm 61 are detected vibrations of the first driving vibrating arm 41a, the second driving vibrating arm 42a, the third driving vibrating arm 43a, and the fourth driving vibrating arm 44a. In response, detection vibrations occur in different X-axis directions. In the gyro element 1B, the magnitude of the Coriolis force can be obtained by differentiating the detection signals based on the detection vibrations of the ninth detection vibration arm 60 and the tenth detection vibration arm 61, respectively. That is, the magnitude of the angular velocity (physical quantity) around the Z axis applied to the gyro element 1B can be recognized. With such an operating principle, the gyro element 1B can detect physical quantities around the Z-axis in addition to detecting physical quantities such as angular velocities around the X-axis and Y-axis. It is possible to detect. In this case, since the first driving vibration arm 41a and the fifth driving vibration arm 45a vibrate in the same phase, the Coriolis force in the Y-axis direction in each arm portion becomes the same direction, and the detection vibration is surely ensured. Can be excited. The same applies to the second drive vibration arm 42a and the sixth drive vibration arm 46a, the third drive vibration arm 43a and the seventh drive vibration arm 47a, the fourth drive vibration arm 44a and the eighth drive vibration arm 48a.

以上では、ジャイロ素子1Bを例にして動作原理を説明したが、ジャイロ素子1,1Aも含めたジャイロ素子は、ジャイロ装置や電子機器等に搭載されて、優れたジャイロ機能を発揮する。   The operation principle has been described above by taking the gyro element 1B as an example. However, the gyro elements including the gyro elements 1 and 1A are mounted on a gyro apparatus, an electronic device, or the like and exhibit an excellent gyro function.

(ジャイロ装置)
次に、ジャイロ素子1,1A,1Bのいずれかを用いて、角速度を検出するジャイロ装置(物理量検出装置)の構成について説明する。図5(a)は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図である。また、図5(b)は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図であり、図5(a)におけるE−E断面を示している。この場合、図5では、ジャイロ素子1を備えた場合のジャイロ装置100を示していて、図5(a)では、説明のために蓋体72を省略して示してある。
(Gyro device)
Next, the configuration of a gyro apparatus (physical quantity detection apparatus) that detects angular velocity using any one of the gyro elements 1, 1A, and 1B will be described. Fig.5 (a) is a top view which shows the gyro apparatus provided with the gyro element. FIG. 5B is a cross-sectional view showing a gyro device provided with a gyro element, and shows an EE cross section in FIG. In this case, FIG. 5 shows the gyro device 100 provided with the gyro element 1, and FIG. 5A shows the lid 72 omitted for the sake of explanation.

図5に示すように、ジャイロ装置100は、ジャイロ素子1と、ジャイロ素子1をリード80(80a,80b,80c,80d,80e,80f)を介して支持する支持基板78と、支持基板78を固定する固定基板である収容体71を有するセラミックパッケージ70と、IC(Integrated Circuit)チップ90と、収容体71内を気密に封止するための蓋体72とを備えている。セラミックパッケージ70に収容されているICチップ90は、セラミックパッケージ70のボンディングパッド77に金線などの金属ワイヤ91によって接続されている。このICチップ90には、駆動信号を供給してジャイロ素子1を励振させる駆動回路90aと、角速度等の物理量を検出する検出回路90bと、が含まれている。この場合、ジャイロ素子1を備えたジャイロ装置100であれば、一つの駆動回路90aで複数の駆動振動腕4を励起することが可能であり、装置の小型化が図れる。   As shown in FIG. 5, the gyro device 100 includes a gyro element 1, a support substrate 78 that supports the gyro element 1 via leads 80 (80a, 80b, 80c, 80d, 80e, 80f), and a support substrate 78. A ceramic package 70 having a housing 71 that is a fixed substrate to be fixed, an IC (Integrated Circuit) chip 90, and a lid 72 for hermetically sealing the inside of the housing 71 are provided. The IC chip 90 accommodated in the ceramic package 70 is connected to a bonding pad 77 of the ceramic package 70 by a metal wire 91 such as a gold wire. The IC chip 90 includes a drive circuit 90a that supplies a drive signal to excite the gyro element 1, and a detection circuit 90b that detects a physical quantity such as angular velocity. In this case, the gyro device 100 including the gyro element 1 can excite a plurality of drive vibrating arms 4 with a single drive circuit 90a, and the size of the device can be reduced.

また、セラミックパッケージ70における収容体71には棚部74が形成され、その面に接続端子75が形成されている。棚部74には、支持基板78が接着固定されていて、この接着固定には導電性接着剤79が用いられている。そして、セラミックパッケージ70の外周部には外部接続端子76が形成され、外部接続端子76と接続端子75およびボンディングパッド77の一部とが導通する構成となっている。また、支持基板78にはリード80が設けられ、各リード80a,80b,80c,80dの先端は、ジャイロ素子1の基部2に形成された、検出電極パッド81の対応するパッドにそれぞれ接合され、リード80e,80fの先端は、ジャイロ素子1の基部2に形成された駆動電極パッド82の対応するパッドにそれぞれ接合されている。これらリード80により、ジャイロ素子1は他部品と接触しないように空中に支持されている。なお、検出電極パッド81は、検出振動の検出のためのものであり、駆動電極パッド82は、駆動振動を励振させるためのものである。このような構成のセラミックパッケージ70は、収容体71にシームリング73が固着され、シームリング73に蓋体72をシーム溶接することで、セラミックパッケージ70内が減圧された状態で封止されている。なお、セラミックパッケージ70内は、減圧状態ではなく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入された状態でも良い。   Further, a shelf 74 is formed on the container 71 in the ceramic package 70, and a connection terminal 75 is formed on the surface thereof. A support substrate 78 is bonded and fixed to the shelf 74, and a conductive adhesive 79 is used for the bonding and fixing. An external connection terminal 76 is formed on the outer peripheral portion of the ceramic package 70, and the external connection terminal 76 is electrically connected to the connection terminal 75 and a part of the bonding pad 77. The support substrate 78 is provided with leads 80, and the tips of the leads 80a, 80b, 80c, 80d are respectively joined to corresponding pads of the detection electrode pads 81 formed on the base 2 of the gyro element 1, The tips of the leads 80e and 80f are joined to corresponding pads of the drive electrode pad 82 formed on the base 2 of the gyro element 1, respectively. By these leads 80, the gyro element 1 is supported in the air so as not to contact other parts. The detection electrode pad 81 is for detecting detection vibration, and the drive electrode pad 82 is for exciting drive vibration. In the ceramic package 70 having such a configuration, the seam ring 73 is fixed to the container 71, and the lid 72 is seam welded to the seam ring 73, whereby the ceramic package 70 is sealed in a decompressed state. . The ceramic package 70 may be in a state in which an inert gas such as nitrogen, helium, or argon is sealed instead of being in a reduced pressure state.

ここで、支持基板78は、TAB(Tape Automated Bonding)実装用の基板を用いていて、ポリイミドフィルム等の基材に銅箔等の金属箔により形成された導体パターンを有している。支持基板78の中央部は、開口となっていて、この開口には導体パターンであるリード80が延出している。リード80の検出電極パッド81または駆動電極パッド82と反対側の先端は、セラミックパッケージ70の接続端子75と接続されている。このジャイロ装置100は、例えば、以下に説明する電子機器等に搭載されて、X軸およびY軸まわりの角速度等を検出する、優れたジャイロ機能を発揮する。なお、ジャイロ装置としては、ジャイロ素子1を備えた構成の他、ジャイロ素子1Aを備えたものも、ジャイロ素子1とほぼ同様に優れたジャイロ機能を発揮し、ジャイロ素子1Bを備えたものは、X軸、Y軸、Z軸まわりの角速度等を検出する、優れたジャイロ機能を発揮する。   Here, the support substrate 78 uses a TAB (Tape Automated Bonding) mounting substrate, and has a conductor pattern formed of a metal foil such as a copper foil on a base material such as a polyimide film. The central portion of the support substrate 78 is an opening, and a lead 80 as a conductor pattern extends from the opening. The tip of the lead 80 opposite to the detection electrode pad 81 or the drive electrode pad 82 is connected to the connection terminal 75 of the ceramic package 70. The gyro apparatus 100 is mounted on, for example, an electronic device described below, and exhibits an excellent gyro function that detects angular velocities around the X axis and the Y axis. As the gyro device, in addition to the configuration provided with the gyro element 1, the one provided with the gyro element 1 </ b> A exhibits an excellent gyro function almost the same as the gyro element 1, and the one provided with the gyro element 1 </ b> B It exhibits an excellent gyro function that detects angular velocities around the X, Y, and Z axes.

(電子機器)
次に、ジャイロ素子1,1A,1Bのいずれかを用いた構成の電子機器について説明する。図6(a)は、ジャイロ素子を備えたデジタルビデオカメラを示す斜視図、図6(b)は、ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図である。これらの電子機器は、一例として、ジャイロ素子1Bを搭載している。まず、図6(a)に示すように、ビデオカメラ300は、受像部301と、操作部302と、音声入力部303と、表示ユニット304と、を備えている。このビデオカメラ300は、ジャイロ素子1Bと、ジャイロ素子1Bを制御する駆動回路90aおよび検出回路90bを有するICチップ90と、を備えており、X軸、Y軸およびZ軸の3軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な動画映像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子1Bは、ジャイロ装置100の一部として組み込まれた形態であることが好ましい。同様に、ビデオカメラ300がジャイロ素子1,1Aを備えている場合も、X軸およびY軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。
(Electronics)
Next, an electronic apparatus having a configuration using any of the gyro elements 1, 1A, 1B will be described. FIG. 6A is a perspective view showing a digital video camera provided with a gyro element, and FIG. 6B is a perspective view showing a mobile phone provided with a gyro element. As an example, these electronic devices are equipped with a gyro element 1B. First, as illustrated in FIG. 6A, the video camera 300 includes an image receiving unit 301, an operation unit 302, an audio input unit 303, and a display unit 304. This video camera 300 includes a gyro element 1B and an IC chip 90 having a drive circuit 90a and a detection circuit 90b for controlling the gyro element 1B, and angular velocities about three axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis. Can be detected to exhibit a camera shake correction function, and a clear moving image can be recorded. In this case, the gyro element 1 </ b> B is preferably in a form incorporated as part of the gyro device 100. Similarly, when the video camera 300 includes the gyro elements 1 and 1A, the camera shake correction function can be exhibited by detecting angular velocities around the X axis and the Y axis.

また、図6(b)に示すように、携帯電話機400は、複数の操作ボタン401と、表示ユニット402と、カメラ機構403と、シャッターボタン404と、を備えている。この携帯電話機400は、ジャイロ素子1Bと、ジャイロ素子1Bを制御する駆動回路90aおよび検出回路90bを有するICチップ90と、を備えており、X軸、Y軸およびZ軸の3軸まわりの角速度を検出して、カメラ機構403が手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な画像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子1Bは、ジャイロ装置100の一部として組み込まれた形態であることが好ましい。同様に、携帯電話機400がジャイロ素子1,1Aを備えている場合も、X軸およびY軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。   As shown in FIG. 6B, the mobile phone 400 includes a plurality of operation buttons 401, a display unit 402, a camera mechanism 403, and a shutter button 404. This cellular phone 400 includes a gyro element 1B and an IC chip 90 having a drive circuit 90a and a detection circuit 90b for controlling the gyro element 1B, and angular velocities about three axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis. , The camera mechanism 403 can exhibit a camera shake correction function, and a clear image can be recorded. In this case, the gyro element 1 </ b> B is preferably in a form incorporated as part of the gyro device 100. Similarly, when the mobile phone 400 includes the gyro elements 1 and 1A, the camera shake correction function can be exhibited by detecting the angular velocities around the X axis and the Y axis.

なお、電子機器としてはビデオカメラ300や携帯電話機400に限定されず、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ゲームコントローラー、ヘッドマウンテンディスプレイ、ポインティングデバイス、掃除ロボット等が挙げられる。   Note that the electronic device is not limited to the video camera 300 and the mobile phone 400, and examples include a navigation device, a vehicle body posture detection device, a game controller, a head mountain display, a pointing device, and a cleaning robot.

また、ジャイロ素子1,1A,1Bは、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。   Further, the gyro elements 1, 1A, 1B are not limited to the above-described embodiment, and the same effects as those of the embodiment can be obtained even in the following modifications.

(変形例1)ジャイロ素子1において、第5駆動振動腕45乃至第8駆動振動腕48および第5検出振動腕55乃至第8検出振動腕58は、X軸に対して30度の角度をなして延出しているが、30度の角度に限定されることなく、他の角度であっても良い。特に、X軸に対する角度が45度であれば、各振動腕におけるX軸方向とY軸方向との駆動成分が同じであるため、X軸まわりおよびY軸まわりの検出信号の振幅をほぼ同じにでき、角速度等の物理量の検出が容易になる。この構成は、ジャイロ素子1A,1Bにおいても可能である。   (Modification 1) In the gyro element 1, the fifth drive vibration arm 45 to the eighth drive vibration arm 48 and the fifth detection vibration arm 55 to the eighth detection vibration arm 58 form an angle of 30 degrees with respect to the X axis. However, the angle is not limited to 30 degrees and may be other angles. In particular, if the angle with respect to the X axis is 45 degrees, the drive components in the X axis direction and the Y axis direction in each vibrating arm are the same, so the amplitudes of the detection signals around the X axis and around the Y axis are substantially the same. This makes it easy to detect physical quantities such as angular velocities. This configuration is also possible in the gyro elements 1A and 1B.

(変形例2)ジャイロ素子1A,1Bにおいて、検出振動腕5Aは、いずれも基部2の角部9から離反している構成であるが、検出振動腕5Aが角部9から延出している構成であっても良い。   (Modification 2) In the gyro elements 1A and 1B, the detection vibration arm 5A is configured to be separated from the corner portion 9 of the base 2, but the detection vibration arm 5A extends from the corner portion 9. It may be.

(変形例3)ジャイロ素子1,1A,1Bは、圧電性材である水晶から形成されているが、水晶に限定されることなく、水晶以外のニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン鉛(PZT)等を用いても良い。更に、ジャイロ素子1,1A,1Bは、圧電性材に限定されるものではなく、シリコンやゲルマニウムなどの非圧電性材料であっても良く、この場合、駆動信号電極には圧電性材を組み合わせて振動可能な構成にしておく。これにより、ジャイロ素子1,1A,1Bにおいて、要求特性や用途等に応じて、適切な材料を選ぶことができ選択肢が拡大する。 (Modification 3) The gyro elements 1, 1A and 1B are made of quartz which is a piezoelectric material, but are not limited to quartz, but lithium niobate (LiNbO 3 ) other than quartz and lead zirconate titanate. (PZT) or the like may be used. Furthermore, the gyro elements 1, 1A, 1B are not limited to piezoelectric materials, and may be non-piezoelectric materials such as silicon and germanium. In this case, a piezoelectric material is combined with the drive signal electrode. To be able to vibrate. Thereby, in gyro element 1, 1A, 1B, according to a required characteristic, a use, etc., an appropriate material can be chosen and a choice expands.

1…物理量検出素子としてのジャイロ素子、2…基部、3…連結部、4…駆動振動腕、5…検出振動腕、7…駆動信号電極、8…検出信号電極、90…ICチップ、90a…駆動回路、90b…検出回路、100…物理量検出装置としてのジャイロ装置、300…電子機器としてのビデオカメラ、400…電子機器としての携帯電話。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gyro element as a physical quantity detection element, 2 ... Base part, 3 ... Connection part, 4 ... Drive vibration arm, 5 ... Detection vibration arm, 7 ... Drive signal electrode, 8 ... Detection signal electrode, 90 ... IC chip, 90a ... Drive circuit, 90b ... detection circuit, 100 ... gyro device as physical quantity detection device, 300 ... video camera as electronic device, 400 ... mobile phone as electronic device.

Claims (12)

基部と、
前記基部の重心位置である原点を通るX軸と、前記原点を通り、前記X軸と直交するY軸と、を有する座標軸を定義し、X座標とY座標とがともに正の値をとる領域を第1象限、X座標が負でY座標が正の値をとる領域を第2象限、X座標とY座標とがともに負の値をとる領域を第3象限、X座標が正でY座標が負の値をとる領域を第4象限、と定義した場合、
前記基部と連結し、前記X軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第1連結部および第2連結部と、
前記第1連結部から、前記Y軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第1駆動振動腕および第2駆動振動腕と、
前記第2連結部から、前記Y軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第3駆動振動腕および第4駆動振動腕と、
前記第1駆動振動腕の前記第1連結部側から、前記第1象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第5駆動振動腕と、
前記第2駆動振動腕の前記第1連結部側から、前記第4象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第6駆動振動腕と、
前記第3駆動振動腕の前記第2連結部側から、前記第2象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第7駆動振動腕と、
前記第4駆動振動腕の前記第2連結部側から、前記第3象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第8駆動振動腕と、
前記基部の第1象限側から、プラスY軸方向へ延出している第1検出振動腕と、
前記基部の第4象限側から、マイナスY軸方向へ延出している第2検出振動腕と、
前記基部の第2象限側から、プラスY軸方向へ延出している第3検出振動腕と、
前記基部の第3象限側から、マイナスY軸方向へ延出している第4検出振動腕と、
前記基部の第1象限側から、前記第1象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第5検出振動腕と、
前記基部の第4象限側から、前記第4象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第6検出振動腕と、
前記基部の第2象限側から、前記第2象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第7検出振動腕と、
前記基部の第3象限側から、前記第3象限方向かつ前記X軸に対して斜めに延出している第8検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
The base,
A region in which a coordinate axis having an X axis passing through the origin, which is the center of gravity of the base, and a Y axis passing through the origin and orthogonal to the X axis is defined, and both the X coordinate and the Y coordinate take a positive value Is the first quadrant, the area where the X coordinate is negative and the Y coordinate is positive, the second quadrant, the area where both the X coordinate and the Y coordinate are negative values is the third quadrant, the X coordinate is positive and the Y coordinate If we define the region where is negative as the fourth quadrant,
A first connecting part and a second connecting part, which are connected to the base part and are provided on both sides of the base part along the X axis;
A first drive vibrating arm and a second drive vibrating arm respectively extending in opposite directions along the Y axis from the first connecting portion;
A third drive vibrating arm and a fourth drive vibrating arm respectively extending in opposite directions along the Y axis from the second connecting portion;
A fifth drive vibrating arm extending from the first connecting portion side of the first drive vibrating arm in the first quadrant direction and obliquely with respect to the X axis;
A sixth drive vibrating arm extending from the first connecting portion side of the second drive vibrating arm in the fourth quadrant direction and obliquely with respect to the X axis;
A seventh drive vibrating arm extending from the second connecting portion side of the third drive vibrating arm in the second quadrant direction and obliquely with respect to the X axis;
An eighth drive vibrating arm extending from the second connecting portion side of the fourth drive vibrating arm in the third quadrant direction and obliquely with respect to the X axis;
A first detection vibrating arm extending in the plus Y-axis direction from the first quadrant side of the base;
A second detection vibrating arm extending in the minus Y-axis direction from the fourth quadrant side of the base;
A third detection vibrating arm extending in the plus Y-axis direction from the second quadrant side of the base;
A fourth detection vibrating arm extending in the negative Y-axis direction from the third quadrant side of the base;
A fifth detection vibrating arm extending from the first quadrant side of the base in the first quadrant direction and obliquely with respect to the X axis;
A sixth detection vibrating arm extending from the fourth quadrant side of the base in the fourth quadrant direction and obliquely with respect to the X axis;
A seventh detection vibrating arm extending from the second quadrant side of the base portion in the second quadrant direction and obliquely with respect to the X axis;
A physical quantity detection element comprising: an eighth detection vibration arm extending from the third quadrant side of the base in the third quadrant direction and obliquely with respect to the X axis.
請求項1に記載の物理量検出素子において、
前記第1検出振動腕乃至前記第4検出振動腕は、前記基部の前記Y軸寄りの側から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
The physical quantity detection element according to claim 1,
The physical quantity detection element, wherein the first detection vibration arm to the fourth detection vibration arm extend from a side closer to the Y axis of the base.
請求項1または2に記載の物理量検出素子において、
前記第5検出振動腕乃至前記第8検出振動腕は、前記基部の前記X軸寄りの側から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
The physical quantity detection element according to claim 1 or 2,
The fifth detection vibrating arm to the eighth detection vibrating arm extend from the base portion closer to the X-axis.
請求項1から3のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第1駆動振動腕乃至前記第8駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、
前記第1検出振動腕乃至前記第8検出振動腕は、検出信号電極を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
In the physical quantity detection element according to any one of claims 1 to 3,
The first drive vibrating arm to the eighth drive vibrating arm include drive signal electrodes,
The first detection vibrating arm to the eighth detection vibrating arm each include a detection signal electrode.
請求項1から4のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記基部の中央から前記Y軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第9検出振動腕および第10検出振動腕を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
In the physical quantity detection element according to any one of claims 1 to 4,
A physical quantity detection element comprising a ninth detection vibration arm and a tenth detection vibration arm respectively extending in the opposite directions along the Y axis from the center of the base.
請求項1から5のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第5駆動振動腕および前記第6駆動振動腕は、前記第1連結部の延長線上を避けた位置から延出し、
前記第7駆動振動腕および前記第8駆動振動腕は、前記第2連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
In the physical quantity detection element according to any one of claims 1 to 5,
The fifth drive vibrating arm and the sixth drive vibrating arm extend from a position avoiding the extension line of the first connecting portion,
The physical quantity detection element, wherein the seventh drive vibration arm and the eighth drive vibration arm extend from a position avoiding an extension line of the second connecting portion.
請求項1から6のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第5駆動振動腕は、前記第1駆動振動腕と同位相で振動し、前記第6駆動振動腕は、前記第1駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第2駆動振動腕と同位相で振動し、前記第7駆動振動腕は、前記第1駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第3駆動振動腕と同位相で振動し、前記第8駆動振動腕は、前記第3駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第4駆動振動腕と同位相で振動する、ことを特徴とする物理量検出素子。
In the physical quantity detection element according to any one of claims 1 to 6,
The fifth driving vibrating arm vibrates in the same phase as the first driving vibrating arm, and the sixth driving vibrating arm is the same as the second driving vibrating arm that vibrates in the opposite phase to the first driving vibrating arm. The seventh driving vibrating arm vibrates in the same phase as the third driving vibrating arm that vibrates in the opposite phase to the first driving vibrating arm, and the eighth driving vibrating arm A physical quantity detecting element that vibrates in the same phase as the fourth driving vibrating arm that vibrates in an opposite phase to the driving vibrating arm.
請求項1から7のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
六方晶の結晶構造を有する圧電性材を用いている、ことを特徴とする物理量検出素子。
In the physical quantity detection element according to any one of claims 1 to 7,
A physical quantity detecting element using a piezoelectric material having a hexagonal crystal structure.
請求項1から8のいずれか一項に記載の物理量検出素子と、
前記第1駆動振動腕乃至前記第8駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、
少なくとも前記第1検出振動腕乃至前記第8検出振動腕からの物理量検出信号を検出する検出回路と、を備える、ことを特徴とする物理量検出装置。
The physical quantity detection element according to any one of claims 1 to 8,
A driving circuit for supplying a driving signal to the first driving vibrating arm to the eighth driving vibrating arm;
A physical quantity detection device comprising: a detection circuit that detects at least a physical quantity detection signal from the first detection vibration arm to the eighth detection vibration arm.
請求項9に記載の物理量検出装置において、
前記検出回路は、前記第1検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第2検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第3検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第4検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
The physical quantity detection device according to claim 9,
The detection circuit includes a sum of the detection signal generated in the first detection vibrating arm and the detection signal generated in the second detection vibrating arm, the detection signal generated in the third detection vibrating arm, and the fourth detection vibration. A physical quantity detection device, wherein the physical quantity detection signal is detected by making a difference with a sum of the detection signal generated in an arm.
請求項9に記載の物理量検出装置において、
前記検出回路は、前記第5検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第7検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第6検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第8検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
The physical quantity detection device according to claim 9,
The detection circuit includes a sum of the detection signal generated in the fifth detection vibrating arm and the detection signal generated in the seventh detection vibrating arm, the detection signal generated in the sixth detection vibrating arm, and the eighth detection vibration. A physical quantity detection device, wherein the physical quantity detection signal is detected by making a difference with a sum of the detection signal generated in an arm.
請求項1から8のいずれか一項に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the physical quantity detection element according to claim 1.
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