(57)【要約】【課題】他軸感度の発生を抑えて所望とする角速度検出特性を得る。【解決手段】本技術の一形態に係るジャイロセンサは、環状のフレームと、駆動部と、第１の検出部と、複数の振り子部と、第２の検出部と、第３の検出部とを具備する。上記第１の検出部は、上記フレームの主面における変形量に基づいて、上記主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する。上記第２の検出部は、上記第１の軸と直交する第２の軸まわりの第２の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸まわりの角速度を検出する。上記第３の検出部は、上記第３の軸まわりの第３の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第２の軸まわりの角速度を検出する。【選択図】図７
2018013408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第１の軸と直交する第２の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
前記第３の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第２の軸まわりの角速度を検出する第３の検出部と
を具備するジャイロセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のジャイロセンサであって、
前記フレームは、前記第２の軸方向に延在し前記第３の軸方向に相互に対向する第１の梁の組と、前記第３の軸方向に延在し前記第２の軸方向に相互に対向する第２の梁の組と、前記第１の梁と前記第２の梁との間を接続する複数の接続部とを有し、
前記駆動部は、前記第１及び第２の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、前記一方の組が離間したときに前記他方の組が近接する振動モードで、前記フレームを前記主面に平行な面内において振動させ、
前記複数の振り子部は、前記複数の接続部に支持される一端部をそれぞれ有し、
前記第２の検出部は、前記第２の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含み、
前記第３の検出部は、前記第１の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含む
ジャイロセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のジャイロセンサであって、
前記複数の振り子部は、
前記主面に平行な面内で前記第２及び第３の軸方向と交差する第４の軸方向に相互に対向する一対の第１の振り子部と、
前記主面に平行な面内で前記第２、第３及び第４の軸方向と交差する第５の軸方向に相互に対向する一対の第２の振り子部と、を含む
ジャイロセンサ。
【請求項４】
請求項２に記載のジャイロセンサであって、
前記第２の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第２の梁の幅方向の中心に配置され、前記第２の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。
【請求項５】
請求項２に記載のジャイロセンサであって、
前記第３の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第１の梁の幅方向の中心に配置され、前記第１の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。
【請求項６】
請求項２に記載のジャイロセンサであって、
前記第２の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第３の軸まわりの角速度を検出し、前記第３の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第２の軸まわりの角速度を検出するコントローラをさらに具備する
ジャイロセンサ。
【請求項７】
主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第１の軸と直交する第２の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
前記第３の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第２の軸まわりの角速度を検出する第３の検出部と
を有するジャイロセンサ
を具備する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、３軸まわりの角速度を検出することが可能なジャイロセンサ及びこれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、モバイル機器を中心として、人間の動作を検知するためのモーションセンサが広く用いられている。そのうち、角速度を検出するジャイロセンサは近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進展によって小型化が進み、様々なタイプのデバイスが開発・商品化されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、３軸まわりの角速度を検出することが可能な角速度センサが開示されている。当該角速度センサは、主面を有する矩形環状のフレームと、フレームの四隅部からフレームの中心部に向かって突出する複数の振り子部と、フレームを主面に平行な面内で基本振動させる駆動部とを有する。そして当該角速度センサは、フレームの変形量に基づいて主面に垂直な軸まわりの角速度を検出し、主面と直交する方向への複数の振り子部の変形量に基づいて、主面に平行な２軸まわりの角速度を検出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８５８６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１つのセンサで多軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサにおいては、小型化に伴い、形状や電極位置のバラツキが振動特性や角速度検出特性に与える影響は、相対的に大きくなる。このため振動モードの分離が困難となり、他軸感度が発生して、所望とする角速度検出特性を得ることが困難となる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、他軸感度の発生を抑えて所望とする角速度検出特性を得ることができるジャイロセンサ及びこれを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の一形態に係るジャイロセンサは、環状のフレームと、駆動部と、第１の検出部と、複数の振り子部と、第２の検出部と、第３の検出部とを具備する。
上記フレームは、主面を有する。
上記駆動部は、上記フレームを上記主面に平行な面内で振動させる。
上記第１の検出部は、上記フレームの上記主面における変形量に基づいて、上記主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する。
上記複数の振り子部は、上記フレームの振動に同期して振動する。
上記第２の検出部は、上記第１の軸と直交する第２の軸まわりの第２の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸まわりの角速度を検出する。
上記第３の検出部は、上記第３の軸まわりの第３の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第２の軸まわりの角速度を検出する。
【０００８】
上記ジャイロセンサによれば、第２の軸まわりに角速度が生じた場合は第２の検出部の検出信号が最小となり、かつ第３の検出部の検出信号が最大となる。一方、第３の軸まわりに角速度が生じた場合は第３の検出部の検出信号が最小となり、かつ第２の検出部の検出信号が最大となる。これにより他軸感度の発生が抑えられ、所望とする角速度検出特性を得ることが可能となる。
【０００９】
典型的に、上記フレームは、上記第２の軸方向に延在し上記第３の軸方向に相互に対向する第１の梁の組と、上記第３の軸方向に延在し上記第２の軸方向に相互に対向する第２の梁の組と、上記第１の梁と上記第２の梁との間を接続する複数の接続部とを有する。
上記駆動部は、上記第１及び第２の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、上記一方の組が離間したときに上記他方の組が近接する振動モードで、上記フレームを上記主面に平行な面内において振動させる。
上記複数の振り子部は、上記複数の接続部に支持される一端部をそれぞれ有する。
上記第２の検出部は、上記第２の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含み、上記第３の検出部は、上記第１の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含む。
【００１０】
この場合、上記複数の振り子部は、一対の第１の振り子部と、一対の第２の振り子部とを含んでもよい。
上記一対の第１の振り子部は、上記主面に平行な面内で上記第２及び第３の軸方向と交差する第４の軸方向に相互に対向する。上記一対の第２の振り子部は、上記主面に平行な面内で上記第２、第３及び第４の軸方向と交差する第５の軸方向に相互に対向する。
【００１１】
上記第２の検出部を構成する一対の圧電素子は、典型的には、上記第２の梁の幅方向の中心に配置され、上記第２の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する。
同様に、上記第３の検出部を構成する一対の圧電素子は、上記第１の梁の幅方向の中心に配置され、上記第１の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する。
【００１２】
上記ジャイロセンサは、コントローラをさらに具備してもよい。
上記コントローラは、上記第２の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて上記第３の軸まわりの角速度を検出し、上記第３の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて上記第２の軸まわりの角速度を検出する。
【００１３】
本技術の一形態に係る電子機器は、ジャイロセンサを具備する。
上記ジャイロセンサは、環状のフレームと、駆動部と、第１の検出部と、複数の振り子部と、第２の検出部と、第３の検出部とを有する。
上記フレームは、主面を有する。
上記駆動部は、上記フレームを上記主面に平行な面内で振動させる。
上記第１の検出部は、上記フレームの上記主面における変形量に基づいて、上記主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する。
上記複数の振り子部は、上記フレームの振動に同期して振動する。
上記第２の検出部は、上記第１の軸と直交する第２の軸まわりの第２の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸まわりの角速度を検出する。
上記第３の検出部は、上記第３の軸まわりの第３の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第２の軸まわりの角速度を検出する。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本技術によれば、他軸感度の発生を抑えて所望とする角速度検出特性を得ることができる
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術の一実施形態に係るジャイロセンサを示す概略斜視図である。
【図２】上記ジャイロセンサにおける振動子本体の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】上記振動子本体の基本振動の時間変化を示す模式図である。
【図４】上記振動子本体にＺ軸まわりの角速度が作用したときの振動モードを示す模式図である。
【図５】上記振動子本体にＹ軸まわりの角速度が作用したときの振動モードを示す模式図である。
【図６】上記振動子本体にＸ軸まわりの角速度が作用したときの振動モードを示す模式図である。
【図７】上記振動子本体及びこれに接続されるコントローラとの関係を示すブロック図である。
【図８】比較例に係るジャイロセンサの構成を模式的に示す平面図である。
【図９】上記ジャイロセンサにおいてＹ軸まわりの角速度が作用したときのフレーム主面の応力分布を示す概略平面図である。
【図１０】上記ジャイロセンサにおいてＸ軸まわりの角速度が作用したときのフレーム主面の応力分布を示す概略平面図である。
【図１１】上記ジャイロセンサにおいてＺ軸まわりの角速度が作用したときのフレーム主面の応力分布を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本技術の一実施形態に係るジャイロセンサを示す概略斜視図である。図においてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向をそれぞれ示している。
【００１８】
本実施形態では、３軸まわりの角速度を検出することが可能なジャイロセンサを例に挙げて説明する。本実施形態のジャイロセンサは、電子機器の制御基板に搭載され、当該電子機器に作用する角速度を検出する。電子機器としては、例えば、スマートホン、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ゲーム機等のほか、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル機器が挙げられる。
【００１９】
まず、本実施形態のジャイロセンサ１００の基本構成について説明する。
【００２０】
ジャイロセンサ１００は、単結晶シリコン（Ｓｉ）を含む材料で構成される。例えば、ジャイロセンサ１００は、２枚のシリコン基板を貼り合わせたＳＯＩ基板に微細加工を施すことで形成され、活性層Ｗ１と、支持層Ｗ２と、接合層（ＢＯＸ（Buried-Oxide）層）Ｗ３とを有する。活性層Ｗ１及び支持層Ｗ２はシリコン基板で構成され、接合層Ｗ３はシリコン酸化膜で構成される。
【００２１】
活性層Ｗ１は、振動子本体１０１と、枠体１０２とを有する。振動子本体１０１及び枠体１０２は、活性層Ｗ１を所定形状に微細加工することで形成される。支持層Ｗ２及び接合層Ｗ３は、活性層Ｗ１の周囲に枠状に形成される。活性層Ｗ１、支持層Ｗ２及び接合層Ｗ３の厚みはそれぞれ、例えば、約４０μｍ、約３００μｍ及び約１μｍとされる。
【００２２】
［振動子本体］
図２は、振動子本体１０１の構成を模式的に示す平面図である。振動子本体１０１は、環状のフレーム１０（支持部）と、複数の振り子部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄとを有する。
【００２３】
（フレーム）
フレーム１０は、Ｘ軸（第２の軸）方向に横方向、Ｙ軸（第３の軸）方向に縦方向、Ｚ軸（第１の軸）方向に厚み方向を有する。フレーム１０は、Ｚ軸に垂直な主面１０ｓを有する。フレーム１０の各辺は、振動梁として機能し、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と、第２の梁１２ａ，１２ｂの組とを含む。
【００２４】
第１の梁１１ａ，１１ｂの組は、図２においてＸ軸方向に平行に延在しＹ軸方向に相互に対向する一組の対辺で構成される。第２の梁１２ａ，１２ｂの組は、Ｙ軸方向に延在しＸ軸方向に相互に対向する他の一組の対辺で構成される。各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、それぞれ同一の長さ、幅及び厚みを有しており、各梁の長手方向に垂直な断面は、略矩形に形成される。
【００２５】
フレーム１０の大きさは特に限定されず、例えば、フレーム１０の一辺の長さは１０００〜４０００μｍ、フレーム１０の厚みは１０〜２００μｍ、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの幅は５０〜２００μｍである。
【００２６】
フレーム１０の四隅に相当する部位には、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と第２の梁１２ａ，１２ｂの組との間を接続する複数（本例では４つ）の接続部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄがそれぞれ形成されている。第１の梁１１ａ，１１ｂの組及び第２の梁１２ａ，１２ｂの組の両端は、接続部１３ａ〜１３ｄによって支持される。すなわち、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、接続部１３ａ〜１３ｄによって両端が支持された振動梁として機能する。
【００２７】
（振り子部）
振動子本体１０１は、片持ち梁構造の複数（本例では４つ）の振り子部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有する。
【００２８】
振り子部２１ａ，２１ｃ（一対の第１の振り子部）は、相互に対角関係にある一組の接続部１３ａ，１３ｃにそれぞれ形成されており、その対角線方向（主面１０ｓに平行な面内でＸ軸及びＹ軸方向と交差する第４の軸方向）に沿ってフレーム１０の内側に延在している。振り子部２１ａ，２１ｃのそれぞれの一端は接続部１３ａ，１３ｃに支持され、フレーム１０の中心に向かって突出し、それぞれの他端は、フレーム１０の中央付近において相互に対向している。
【００２９】
振り子部２１ｂ，２１ｄ（一対の第２の振り子部）は、相互に対角関係にある他の一組の接続部１３ｂ，１３ｄにそれぞれ形成されており、その対角線方向（主面１０ｓに平行な面内でＸ軸、Ｙ軸及び上記第４の軸方向と交差する第５の軸方向）に沿ってフレーム１０の内側に延在している。振り子部２１ｂ，２１ｄのそれぞれの一端は、接続部１３ｂ，１３ｄに支持され、フレーム１０の中心に向かって突出し、それぞれの他端は、フレーム１０の中央付近において相互に対向している。
【００３０】
振り子部２１ａ〜２１ｄは、それぞれ典型的には同一の形状及び大きさを有しており、フレーム１０の外形加工の際に同時に形成される。振り子部２１ａ〜２１ｄの形状、大きさは特に限定されず、全てが同一の形状等で形成されていなくてもよい。
【００３１】
［枠体］
図１に示すように、枠体１０２は、振動子本体１０１の周囲に配置された環状のベース部８１と、振動子本体１０１とベース部８１との間に配置された連結部８２とを有する。
【００３２】
（ベース部）
ベース部８１は、振動子本体１０１の外側を囲む四角形状の枠体で構成されている。ベース部８１は、フレーム１０の主面１０ｓと同一の平面上に形成された矩形環状の主面８１ｓを有し、その主面８１ｓ上には、コントローラ２００（図７参照）に対して電気的に接続される複数の端子部（電極パッド）８１０が設けられている。主面８１ｓの反対側の面は、接合層Ｗ３を介して支持層Ｗ２に接合される。支持層Ｗ２は、ベース部８１と同様の枠体で構成され、ベース部８１を部分的に支持する。
【００３３】
コントローラ２００は、後述するように、ジャイロセンサ１００を駆動し、かつ、ジャイロセンサ１００の出力を処理して各軸まわりの角速度を検出する制御回路で構成される。各端子部８１０は、図示しないバンプを介して上記コントローラが搭載された制御基板上に電気的かつ機械的に接続される。なお、ジャイロセンサ１００の実装にはワイヤボンディング方式が採用されてもよい。
【００３４】
（連結部）
連結部８２は、ベース部８１に対して振動子本体１０１を振動可能に支持する複数の連結部８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを含む。各連結部８２ａ〜８２ｄは、フレーム１０の各接続部１３ａ〜１３ｄからベース部８１に向かって延びる。連結部８２ａ〜８２ｄは、振動子本体１０１に接続される第１の端部８２１と、ベース部８１に接続される第２の端部８２２とをそれぞれ有し、フレーム１０の振動を受けて、主としてＸＹ平面内において変形可能に構成される。すなわち連結部８２ａ〜８２ｄは、振動子本体１０１を振動可能に支持するサスペンションとして機能する。
【００３５】
連結部８２ａ〜８２ｄは、フレーム１０の主面１０ｓ及びベース部８１の主面８１ｓと平行な主面８２ｓをそれぞれ有し、典型的には、主面８２ｓは、上記各主面１０ｓ，８１ｓと同一の平面で構成される。すなわち本実施形態の連結部８２ａ〜８２ｄは、振動子本体１０１を構成するシリコン基板と同一のシリコン基板で構成されている。
【００３６】
連結部８２ａ〜８２ｄは、典型的には、Ｘ軸及びＹ軸に関して対称な形状に形成される。これにより、ＸＹ平面内におけるフレーム１０の変形方向が等方的となり、フレーム１０にねじれ等を生じさせることなく、各軸まわりの高精度な角速度検出が可能となる。
【００３７】
連結部８２ａ〜８２ｄの形状は、直線的なものであってもよいし、非直線的なものであってもよい。本実施形態において連結部８２ａ〜８２ｄは、図１に示すように、振動子本体１０１とベース部８１との間において延出方向が略１８０°反転する転回部８２０をそれぞれ有する。このように各連結部８２ａ〜８２ｄの延在長を大きくすることで、振動子本体１０１の振動を阻害することなく、振動子本体１０１を支持することが可能となる。さらに、外部からの振動（衝撃）を振動子本体１０１に伝達させないという効果も得られる。
【００３８】
［圧電駆動部］
ジャイロセンサ１００は、フレーム１０をその主面１０ｓに平行なＸＹ平面内で振動させる複数の圧電駆動部を有する。
【００３９】
複数の圧電駆動部は、図２に示すように、第１の梁１１ａ，１１ｂの組の主面１０ｓにそれぞれ設けられた一対の第１の圧電駆動部３１と、第２の梁１２ａ，１２ｂの組の主面１０ｓにそれぞれ設けられた一対の第２の圧電駆動部３２とを含む。第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、入力電圧に応じて機械的に変形し、その変形の駆動力で梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを振動させる。変形の方向は、入力電圧の極性で制御される。
【００４０】
第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの上面（主面１０ｓ）であって、それらの軸線に平行にそれぞれ直線的に形成されている。図２においては、理解を容易にするため、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２をそれぞれ異なるハッチングで示す。第１の圧電駆動部３１は、第１の梁１１ａ，１１ｂの組の外縁側に配置され、第２の圧電駆動部３２は、第２の梁１２ａ，１２ｂの組の外縁側に配置されている。
【００４１】
第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、それぞれ同一の構成を有している。各圧電駆動部はそれぞれ、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層構造を有する。上部電極層は、第１の圧電駆動部３１にあっては第１の駆動用電極（Ｄ１）に相当し、第２の圧電駆動部３２にあっては第２の駆動用電極（Ｄ２）に相当する。一方、下部電極層は、第１の圧電駆動部３１にあっては第２の駆動用電極（Ｄ２）に相当し、第２の圧電駆動部３２にあっては第１の駆動用電極（Ｄ１）に相当する。各圧電駆動層が形成される梁の表面（主面１０ｓ）には、シリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されている。
【００４２】
圧電膜は、典型的には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成される。圧電膜は、下部電極層と上部電極層との電位差に応じて伸縮するように分極配向されている。この際、上部電極層と下部電極層とに相互に逆位相の交流電圧が印加される。これにより、下部電極層を共通電極とする場合と比較して、約２倍の振幅で圧電膜を伸縮させることができる。
【００４３】
本実施形態では、第１の圧電駆動部３１各々の上部電極層（第１の駆動用電極Ｄ１）には第１の駆動信号（Ｇ＋）がそれぞれ入力され、これらの下部電極層（第２の駆動用電極Ｄ２）には、駆動信号（Ｇ＋）とは差動（逆位相）の第２の駆動信号（Ｇ−）がそれぞれ入力されるように構成される。一方、第２の圧電駆動部３２各々の上部電極層（第２の駆動用電極Ｄ２）には第２の駆動信号（Ｇ−）がそれぞれ入力され、これらの下部電極層（第１の駆動用電極Ｄ１）には第１の駆動信号（Ｇ＋）がそれぞれ入力されるように構成される。
【００４４】
（駆動原理）
第１の圧電駆動部３１及び第２の圧電駆動部３２には、一方が伸びたとき他方が縮むように相互に逆位相の電圧が印加される。これにより、第２の梁の組１２ａ，１２ｂは、両端が接続部１３ａ〜１３ｄに支持された状態でＸ軸方向に撓み変形を受け、ＸＹ平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。第１の梁１１ａ，１１ｂの組も同様に、両端が接続部１３ａ〜１３ｄに支持された状態でＹ軸方向に撓み変形を受け、ＸＹ平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。
【００４５】
したがって、第１の梁１１ａ，１１ｂの組が相互に近接する方向に振動する場合は、第２の梁１２ａ，１２ｂの組は相互に離間する方向に振動し、第１の梁１１ａ，１１ｂの組が相互に離間する方向に振動する場合は、第２の梁１２ａ，１２ｂの組は相互に近接する方向に振動する。このとき、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの中央部は、振動の腹を形成し、それらの両端部（接続部１３ａ〜１３ｄ）は、振動の節（ノード）を形成する。このような振動モードを以下、フレーム１０の基本振動と称する。
【００４６】
梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、それらの共振周波数で駆動される。各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの共振周波数は、それらの形状、長さ等によって定められる。典型的には、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの共振周波数は、１〜１００ｋＨｚの範囲で設定される。
【００４７】
図３は、フレーム１０の基本振動の時間変化を示す模式図である。図３において「駆動信号１」は、第１の圧電駆動部３１の上部電極（第１の駆動用電極Ｄ１）に印加される入力電圧の時間変化を示し、「駆動信号２」は、第２の圧電駆動部３２の上部電極（第２の駆動用電極Ｄ２）に印加される入力電圧の時間変化を示す。
【００４８】
図３に示すように、駆動信号１と駆動信号２とは相互に逆位相で変化する交流波形を有する。これによりフレーム１０は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ａ）、・・・の順に変化し、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と第２の梁１２ａ，１２ｂの組とのうち、一方の組が近接したときは他方の組が離間し、上記一方の組が離間したときは上記他方の組が近接する振動モードで、フレーム１０は振動する。
【００４９】
上述したフレーム１０の基本振動に伴って、振り子部２１ａ〜２１ｄもまた、フレーム１０の振動に同期して、接続部１３ａ〜１３ｄを中心としてＸＹ平面内でそれぞれ振動する。（図２に示す矢印方向及び図３参照）各振り子部２１ａ〜２１ｄの振動は、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの振動により励起される。この場合、振り子部２１ａ，２１ｃと振り子部２１ｂ，２１ｄとは、ＸＹ平面内におけるアーム部分の支持点すなわち接続部１３ａ〜１３ｄからの左右の揺動方向において、相互に逆位相で振動（揺動）する。
【００５０】
以上のように、第１及び第２の駆動用電極Ｄ１，Ｄ２に対して相互に逆位相の交流電圧が印加されることで、フレーム１０の各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、図３に示した振動モードで振動する。このような基本振動を継続するフレーム１０にＺ軸まわりの角速度が作用すると、フレーム１０の各点に当該角速度に起因するコリオリ力Ｆ１が作用することで、フレーム１０は、例えば図４に模式的に示すようにＸＹ平面内において歪むように変形する。したがって、このＸＹ平面内におけるフレーム１０の変形量を検出することで、フレーム１０に作用したＺ軸まわりの角速度の大きさ及び方向を検出することが可能となる。
【００５１】
［圧電検出部］
（第１の検出部）
ジャイロセンサ１００は、図２に示すように、圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４（第１の検出部）をさらに有する。圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４は、フレーム１０の主面１０ｓにおける変形量に基づいて、主面１０ｓに垂直なＺ軸（第１の軸）まわりの角速度を検出する。圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４は、４つの接続部１３ａ〜１３ｄの主面１０ｓ上にそれぞれ設けられる。
【００５２】
圧電検出部５１ｚ１，５１ｚ３は、対角関係にある一方の組の接続部１３ａ，１３ｃの周辺にそれぞれ配置されている。このうち一方の圧電検出部５１ｚ１は、接続部１３ａから梁１１ａ及び梁１２ａに沿って２方向に延びており、他方の圧電検出部５１ｚ３は、接続部１３ｃから梁１１ｂ及び梁１２ｂに沿って２方向に延びている。
【００５３】
同様に、圧電検出部５１ｚ２，５１ｚ４は、対角関係にある他方の組の接続部１３ｂ，１３ｄの周辺にそれぞれ配置されている。このうち一方の圧電検出部５１ｚ２は、接続部１３ｂから梁１１ｂ及び梁１２ａに沿って２方向に延びており、他方の圧電検出部５１ｚ４は、接続部１３ｄから梁１１ａ及び梁１２ｂに沿って２方向に延びている。
【００５４】
圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４は、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２と同様の構成を有する。すなわち、圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４は、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４において、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位（Ｖref）に接続され、各上部電極層は、検出信号（ｚ１〜ｚ４）をそれぞれ出力する第１の検出用電極（Ｓ１）を構成する。
【００５５】
図２に示す振動子本体１０１においては、Ｚ軸まわりに角速度が作用した際、フレーム１０の内角の大きさが図３及び図４に示したように周期的に変動する。このとき、対角関係にある一方の接続部１３ａ，１３ｃの組と他方の接続部１３ｂ，１３ｄの組とでは内角の変動が相互に逆位相となる。したがって接続部１３ａ上の圧電検出部５１ｚ１の出力と接続部１３ｃ上の圧電検出部５１ｚ３の出力とは原理的には同一であり、接続部１３ｂ上の圧電検出部５１ｚ２の出力と接続部１３ｄ上の圧電検出部５１ｚ４の出力とは原理的に同一である。そこで、圧電検出部５１ｚ１，５１ｚ３の出力の和と圧電検出部５１ｚ２，５１ｚ４の出力の和との差分を算出することにより、フレーム１０に作用するＺ軸まわりの角速度の大きさ及び方向が検出可能となる。
【００５６】
（第２の検出部）
一方、Ｙ軸まわりの角速度を検出する検出部として、ジャイロセンサ１００は、図２に示すように、圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２（第２の検出部）を有する。圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、第２の梁１２ａ，１２ｂにそれぞれ設けられ、これら第２の梁１２ａ，１２ｂのＺ軸方向における変形量に基づいて、Ｙ軸まわりの角速度を検出する。
【００５７】
圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、第２の梁１２ａ，１２ｂに沿って直線的に延びる短冊形状を有する。圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、第２の梁１２ａ，１２ｂの長さ方向の中央部にそれぞれ配置される。より具体的に、圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、第２の梁１２ａ，１２ｂの表面（主面１０ｓと同一の主面）であって、これらの幅方向の中心（軸心）に配置されており、それらの中心は、梁１２ａ，１２ｂの表面上の長さ方向及び幅方向の中心と実質的に一致する。
【００５８】
圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４と同様の構成を有し、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、第２の梁１２ａ，１２ｂの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２において、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位（Ｖref）に接続され、各上部電極層は、検出信号（ｙ１，ｙ２）をそれぞれ出力する第２の検出用電極（Ｓ２）を構成する。
【００５９】
ここで、梁１２ａ，１２ｂ各々の長手方向の中央部は、フレーム１０にＹ軸まわりの角速度が生じた場合に振動モードの腹となる位置に相当し、フレーム１０にＸ軸まわりの角速度が生じた場合に振動モードの節となる位置に相当する。上述のように圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、これら第２の梁１２ａ，１２ｂの長さ方向の中央部にそれぞれ配置される。
【００６０】
例えば、基本振動で振動するフレーム１０にＹ軸まわりの角速度が作用すると、図５に模式的に示すように、各振り子部２１ａ〜２１ｄにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力Ｆ２がそれぞれ発生する。これにより、Ｙ軸方向に隣接する一方の振り子部２１ａ，２１ｂの組は、コリオリ力Ｆ２によりＺ軸の負の方向へ変形し、その反力で梁１２ａの中央部がＺ軸の正の方向へ変形する。また、Ｙ軸方向に隣接する他方の振り子部２１ｃ，２１ｄの組は、コリオリ力Ｆ２によりＺ軸の正の方向へ変形し、その反力で梁１２ｂの中央部がＺ軸の負の方向へ変形する。圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、これら梁１２ａ，１２ｂの変形量に相当する検出信号（ｙ１，ｙ２）をそれぞれ出力する。
【００６１】
一方、基本振動で振動するフレーム１０にＸ軸まわりの角速度が作用した場合、図６に模式的に示すように、梁１２ａ，１２ｂは、それらの両端部（接続部１３ａ〜１３ｄ）及び中央部を振動の節とする振動モードで振動する。したがって、このときの梁１２ａ、１２ｂの中央部の変形は最小となるため、圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２の検出信号の大きさは、Ｙ軸まわりに角速度が生じた場合と比較して十分に小さい。
【００６２】
（第３の検出部）
さらに図２に示すように、ジャイロセンサ１００は、Ｘ軸まわりの角速度を検出する検出部として、圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２（第３の検出部）を有する。圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、第１の梁１１ａ，１１ｂにそれぞれ設けられ、これら第１の梁１１ａ，１１ｂのＺ軸方向における変形量に基づいて、Ｘ軸まわりの角速度を検出する。
【００６３】
圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、第１の梁１１ａ，１１ｂに沿って直線的に延びる短冊形状を有する。圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、第１の梁１１ａ，１１ｂの長さ方向の中央部にそれぞれ配置される。より具体的に、圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、第１の梁１１ａ，１１ｂの表面（主面１０ｓと同一の主面）であって、これらの幅方向の中心（軸心）に配置されており、それらの中心は、梁１１ａ，１１ｂの表面上の長さ方向及び幅方向の中心と実質的に一致する。
【００６４】
圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４と同様の構成を有し、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、第１の梁１１ａ，１１ｂの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２において、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位（Ｖref）に接続され、各上部電極層は、検出信号（ｘ１，ｘ２）をそれぞれ出力する第３の検出用電極（Ｓ３）を構成する。
【００６５】
ここで、梁１１ａ，１１ｂ各々の長手方向の中央部は、フレーム１０にＸ軸まわりの角速度が生じた場合に振動モードの腹となる位置に相当し、フレーム１０にＹ軸まわりの角速度が生じた場合に振動モードの節となる位置に相当する。上述のように圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、これら第１の梁１１ａ，１１ｂの長さ方向の中央部にそれぞれ配置される。
【００６６】
図５に示すように、基本振動で振動するフレーム１０にＸ軸まわりの角速度が作用すると、各振り子部２１ａ〜２１ｄにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力Ｆ３がそれぞれ発生する。これにより、Ｘ軸方向に隣接する一方の振り子部２１ａ，２１ｄの組は、コリオリ力Ｆ３によりＺ軸の負の方向へ変形し、その反力で梁１１ａの中央部がＺ軸の正の方向へ変形する。また、Ｘ軸方向に隣接する他方の振り子部２１ｂ，２１ｃの組は、コリオリ力Ｆ３によりＺ軸の正の方向へ変形し、その反力で梁１１ｂの中央部がＺ軸の負の方向へ変形する。圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、これら梁１１ａ，１１ｂの変形量に相当する検出信号（ｘ１，ｘ２）をそれぞれ出力する。
【００６７】
一方、基本振動で振動するフレーム１０にＹ軸まわりの角速度が作用した場合、梁１１ａ，１１ｂの振動モードは、図５に示すように、それらの両端部（接続部１３ａ〜１３ｄ）及び中央部を振動の節とする振動モードで振動する。したがって、このときの梁１１ａ、１１ｂの中央部の変形は最小となるため、圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２の検出信号の大きさは、Ｘ軸まわりに角速度が生じた場合と比較して十分に小さい。
【００６８】
Ｘ軸及びＹ軸に各々斜めに交差する方向の軸まわりに角速度が生じた場合にも、上述と同様な原理で角速度が検出される。すなわち、各振り子部２１ａ〜２１ｄは、当該角速度のＸ方向成分及びＹ方向成分に応じたコリオリ力によって変形し、それらの変形量が圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２，５３ｘ１，５３ｘ２によって各々検出される。コントローラ２００は、これら圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２，５３ｘ１，５３ｘ２の出力に基づいて、Ｘ軸まわりの角速度及びＹ軸まわりの角速度をそれぞれ抽出する。これにより、ＸＹ平面に平行な任意の軸まわりの角速度を検出することが可能となる。
【００６９】
［参照電極］
本実施形態のジャイロセンサ１００は、図２に示すように参照電極６１を有する。参照電極６１は、圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２に隣接するように、梁１２ａ及び梁１２ｂの組の内縁側に配置されている。参照電極６１は、圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４，５２ｙ１，５２ｙ２，５３ｘ１，５３ｘ２と同様の構成を有しており、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、梁１２ａ，１２ｂの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。下部電極層は、グランド電位等の基準電位に接続され、上部電極層は参照信号（ＦＢ）を出力する検出用電極として機能する。
【００７０】
［コントローラ］
続いて、コントローラ２００の詳細について説明する。図７は、コントローラ２００の構成を示すブロック図である。
【００７１】
コントローラ２００は、自励発振回路２０１と、検出回路（演算回路２０３、検波回路２０４、平滑回路２０５等）とを有する。自励発振回路２０１は、振動子本体１０１（フレーム１０、振り子部２１ａ〜２１ｄ）をＸＹ平面内で振動させる駆動信号を生成する。検出回路は、振動子本体１０１から出力される検出信号（ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４，ｙ１，ｙ２，ｘ１，ｘ２）に基づいてＸ、Ｙ及びＺ軸まわりの角速度を生成し、出力する。
【００７２】
コントローラ２００は、Ｇ＋端子、Ｇ−端子、ＧFB端子、Ｇx1端子、Ｇx2端子、Ｇy1端子、Ｇy2端子、Ｇz1端子、Ｇz2端子、Ｇz3端子、Ｇz4端子及びＶref端子を有する。
なお、Ｇz1端子及びＧz3端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよく、Ｇz2端子及びＧz4端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよい。この場合、Ｇz1端子及びＧz3端子に接続される配線は途中で相互に一体化され、Ｇz2端子及びＧz4端子に接続される配線は途中で相互に一体化される。
【００７３】
本実施形態において、Ｇ＋端子は、第１の圧電駆動部３１の上部電極層と第２の圧電駆動部３２の下部電極層とにそれぞれ電気的に接続される。Ｇ−端子は、第１の圧電駆動部３１の下部電極層と第２の圧電駆動部３２の上部電極層（駆動用電極Ｄ２）とにそれぞれ電気的に接続される。ＧFB端子は、参照電極６１の上部電極層にそれぞれ電気的に接続される。
【００７４】
Ｇ＋端子は、自励発振回路２０１の出力端に接続される。Ｇ−端子は、反転アンプ２０２を介して自励発振回路２０１の出力端に接続される。自励発振回路２０１は、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２を駆動するための駆動信号（交流信号）を生成する。反転アンプ２０２は、自励発振回路２０１にて生成された駆動信号（第１の駆動信号Ｇ＋）と同一の大きさで位相が１８０°反転した駆動信号（第２の駆動信号Ｇ−）を生成する。これにより、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、相互に逆位相で伸縮される。なお、理解を容易にするため、図７において各圧電駆動部３１，３２の下部電極層とコントローラ２００との間の結線は省略されている。
【００７５】
Ｇy1端子及びＧy2端子は、圧電検出部５２ｙ１及び５２ｙ２の上部電極層（第２の検出用電極Ｓ２）にそれぞれ電気的に接続される。Ｇx1端子及びＧx2端子は、圧電検出部５３ｘ１及び５３ｘ２の上部電極層（第３の検出用電極Ｓ３）にそれぞれ電気的に接続される。Ｇz1端子、Ｇz2端子、Ｇz3端子及びＧz4端子は、圧電検出部５１ｚ１，５１ｚ２，５１ｚ３及び５１ｚ４の上部電極層（第１の検出用電極Ｓ１）にそれぞれ電気的に接続される。Ｖref端子は、参照電極６１の下部電極層と、圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４、５２ｙ１，５２ｙ２，５３ｘ１，５３ｘ２の下部電極層にそれぞれ電気的に接続される。
【００７６】
ＧFB端子、Ｇx1端子、Ｇx2端子、Ｇy1端子、Ｇy2端子、Ｇz1端子、Ｇz2端子、Ｇz3端子及びＧz4端子は、それぞれ演算回路２０３の入力端に接続される。演算回路２０３は、Ｘ軸まわりの角速度信号を生成するための第１の差分回路と、Ｙ軸まわりの角速度信号を生成するための第２の差分回路と、Ｚ軸まわりの角速度信号を生成するための第３の差分回路とを有する。
【００７７】
圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４の出力をそれぞれｚ１〜ｚ４、圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２の出力をそれぞれｙ１、ｙ２、圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２の出力をそれぞれｘ１，ｘ２とする。このとき、上記第１の差分回路は、（ｘ１−ｘ２）を演算し、その演算値を検波回路２０４ｘへ出力する。上記第２の差分回路は、（ｙ１−ｙ２）を演算し、その演算値を検波回路２０４ｙへ出力する。そして、上記第３の差分回路は、（（ｚ１＋ｚ３）−（ｚ２＋ｚ４））を演算し、その演算値を検波回路２０４ｚへ出力する。
【００７８】
検波回路２０４ｘ，２０４ｙ，２０４ｚは、自励発振回路２０１からの駆動信号の出力あるいは参照信号（ＦＢ）に同期して、上記差分信号を全波整流し、直流化する。平滑回路２０５ｘ、２０５ｙ、２０５ｚは、検波回路２０４ｘ，２０４ｙ，２０４ｚの出力を平滑化する。平滑回路２０５ｘから出力される直流電圧信号ωｘは、Ｘ軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含み、平滑回路２０５ｙから出力される直流電圧信号ωｙは、Ｙ軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含む。同様に、平滑回路２０５ｚから出力される直流電圧信号ωｚは、Ｚ軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含む。すなわち、基準電位Ｖrefに対する上記直流電圧信号ωｘ、ωｙ、ωｚの大きさが角速度の大きさに関する情報に相当し、当該直流電圧信号の極性が角速度の方向に関する情報に相当する。
【００７９】
［ジャイロセンサの動作］
本実施形態のジャイロセンサ１００において、振動子本体１０１は、連結部８２ａ〜８２ｄを介してベース部８１に支持されており、圧電駆動部３１，３２は、フレーム１０及び複数の振り子部２１ａ〜２１ｄを主面１０ｓに平行な面内で相互に同期して振動させる。
【００８０】
この状態で、フレーム１０にＺ軸まわりへの角速度が作用すると、フレーム１０に対しその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力が発生することで、当該フレームが主面１０ｓに平行な面内で変形する（図４参照）。圧電検出部５１ｚ１〜５１ｚ４は、当該フレームの変形量に基づいてＺ軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
【００８１】
一方、Ｙ軸まわりの角速度が作用すると、複数の振り子部２１ａ〜２１ｄに対しその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力が発生することで、当該振り子部が主面１０ｓに垂直な方向に変形する（図５参照）。圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、当該振り子部の変形量に基づいてＹ軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
【００８２】
さらに、Ｘ軸まわりの角速度が作用すると、複数の振り子部２１ａ〜２１ｄに対しその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力が発生することで、当該振り子部が主面１０ｓに垂直な方向に変形する（図６参照）。圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、当該振り子部の変形量に基づいてＸ軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
【００８３】
ところで、多軸一体検出はセンサの小型化を図る上で有効な手段ではあるが、センサの構造や電極の配置が複雑化するため、振動子が固有振動モード以外の複数のモードを有し易くなる。その結果、１つの軸まわりの角速度を検出する振動モードと他の軸まわりの角速度を検出する振動モードとの分離ができず、他軸感度が発生して、動作が安定しなくなる。安定動作をさせるためには、センサの寸法精度を向上させるか、もしくは回路でバンドパスフィルタを構成するなどの方法があるが、各モードの周波数が近い場合、その効果が十分に発揮できないという問題がある。
【００８４】
例えば図８に比較例に係るジャイロセンサ１１０の構成を示す。同図において、図２と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
図８に示すように比較例に係るジャイロセンサ１１０は、振り子部２１ａ〜２１ｄのアーム部表面に、Ｘ軸まわり及びＹ軸まわりの角速度を検出するための圧電検出部７０ａ〜７０ｄがそれぞれ配置される。基本振動で振動するフレーム１０にＸ軸まわり又はＹ軸まわりの角速度が作用すると、上述のように各振り子部２１ａ〜２１ｄにその瞬間での振動方向と直交する方向（Ｚ軸方向）のコリオリ力がそれぞれ発生する（図５、図６参照）。圧電検出部７０ａ〜７０ｄは、各振り子部２１ａ〜２１ｄのＺ軸方向への変形量を検出することが可能に構成される。
【００８６】
ここで、各圧電検出部７０ａ〜７０ｄの検出信号をそれぞれｘｙ１，ｘｙ２、ｘｙ３、ｘｙ４とすると、Ｘ軸まわりの角速度は、（ｘｙ１＋ｘｙ２）−（ｘｙ３＋ｘｙ４）の差分演算によりその大きさ及び方向が検出され、Ｙ軸まわりの角速度は、（ｘｙ１＋ｘｙ４）−（ｘｙ２＋ｘｙ３）の差分演算によりその大きさ及び方向が検出される。なお、Ｚ軸まわりに角速度が生じた場合、圧電検出部７０ａ〜７０ｄの出力は上記演算式で相殺されるため、理想的にはＸＹ平面に平行な軸まわりの角速度のみが検出される。
【００８７】
しかしながらセンサの小型化に伴い、振動子の形状や電極位置のバラツキが振動特性や角速度検出特性に与える影響は、相対的に大きくなる。例えば、振動子形状や振動方向にずれが生じた場合、圧電検出部７０ａ〜７０ｄにおいて発生する信号の対称性がくずれて振動モードの分離が困難となる。その結果、例えばＺ軸まわりの角速度が生じた場合、圧電検出部７０ａ〜７０ｄの出力が上記演算で相殺されず、有意の角速度信号が生成されてしまう場合がある。また、例えばＸ軸まわりの角速度が生じた場合にも同様に、Ｙ軸まわりの有意の角速度信号が生成されてしまう場合がある。このように比較例に係るジャイロセンサ１１０においては、他軸感度が発生して、所望とする角速度検出特性を得ることが困難となる。
【００８８】
これに対して本実施形態のジャイロセンサ１００において、Ｘ軸まわりの角速度検出用の圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２は、Ｙ軸まわりの角速度が生じた場合にフレーム１０の振動モードの節となる位置（第１の梁１１ａ，１１ｂの中央部）に配置される（図２、図５参照）。また、Ｙ軸まわりの角速度検出用の圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２は、Ｘ軸まわりの角速度が生じた場合にフレーム１０の振動モードの節となる位置（第２の梁１２ａ，１２ｂの中央部）に配置される。しかも、これら各振動モードの節となる位置は、Ｚ軸まわりの角速度が生じた場合においても当該振動モードの節となる位置に相当する（図４参照）。
【００８９】
図９〜図１１は、Ｙ軸まわり、Ｘ軸まわり及びＺ軸まわりの角速度がフレーム１０に作用したときの各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの主面の応力分布をそれぞれ示しており、濃度が高い領域と濃度が低い領域とは相互に逆向きの応力を表している。
【００９０】
本実施形態のジャイロセンサ１００によれば、Ｙ軸まわりに角速度が生じた場合は、図９に示すように圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２の検出信号は最小となり、かつ圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２の検出信号は最大となる。一方、Ｘ軸まわりに角速度が生じた場合は、図１０に示すように圧電検出部５２ｙ１、５２ｙ２の検出信号は最小となり、かつ圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２の検出信号は最大となる。さらに、Ｚ軸まわりに角速度が生じた場合は、図１１に示すように圧電検出部５３ｘ１，５３ｘ２，５２ｙ１，５２ｙ２の検出信号はいずれも最小となる。これにより他軸感度の発生が抑えられ、所望とする角速度検出特性を安定して得ることができる。
【００９１】
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９２】
例えば以上の実施形態では、振動子本体１０１を構成するフレーム１０が矩形環状に構成された例を説明したが、これに限られず、円環状に形成されてもよい。
【００９３】
また以上の実施形態では、各軸まわりの角速度を検出する検出部が圧電素子（圧電検出部）で構成されたが、これに限られず、例えばフレーム１０の変形を電気抵抗の変化として検出するピエゾ抵抗素子で構成されてもよい。
【００９４】
さらに以上の実施形態では、圧電検出部５２ｙ１，５２ｙ２，５３ｘ１，５３ｘ２がそれぞれフレーム１０の梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの中心部に形成された単一の圧電素子で構成されたが、これに限られず、各梁の中心部に関して２つ以上に分割して構成されてもよい。この場合、例えば、分割された圧電素子の和信号をそれぞれ用いることで、Ｙ軸まわり又はＸ軸まわりの角速度を検出することができる。
【００９５】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有し、前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第１の軸と直交する第２の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
前記第３の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第２の軸まわりの角速度を検出する第３の検出部と
を具備するジャイロセンサ。
（２）上記（１）に記載のジャイロセンサであって、
前記フレームは、前記第２の軸方向に延在し前記第３の軸方向に相互に対向する第１の梁の組と、前記第３の軸方向に延在し前記第２の軸方向に相互に対向する第２の梁の組と、前記第１の梁と前記第２の梁との間を接続する複数の接続部とを有し、
前記駆動部は、前記第１及び第２の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、前記一方の組が離間したときに前記他方の組が近接する振動モードで、前記フレームを前記主面に平行な面内において振動させ、
前記複数の振り子部は、前記複数の接続部に支持される一端部をそれぞれ有し、
前記第２の検出部は、前記第２の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含み、
前記第３の検出部は、前記第１の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含む
ジャイロセンサ。
（３）上記（２）に記載のジャイロセンサであって、
前記複数の振り子部は、
前記主面に平行な面内で前記第２及び第３の軸方向と交差する第４の軸方向に相互に対向する一対の第１の振り子部と、
前記主面に平行な面内で前記第２、第３及び第４の軸方向と交差する第５の軸方向に相互に対向する一対の第２の振り子部と、を含む
ジャイロセンサ。
（４）上記（２）又は（３）に記載のジャイロセンサであって、
前記第２の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第２の梁の幅方向の中心に配置され、前記第２の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。
（５）上記（２）〜（４）のいずれか１つに記載のジャイロセンサであって、
前記第３の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第１の梁の幅方向の中心に配置され、前記第１の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。
（６）上記（２）〜（５）のいずれか１つに記載のジャイロセンサであって、
前記第２の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第３の軸まわりの角速度を検出し、前記第３の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第２の軸まわりの角速度を検出するコントローラをさらに具備する
ジャイロセンサ。
（７）主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有し、前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第１の軸と直交する第２の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
前記第３の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第２の軸まわりの角速度を検出する第３の検出部と
を有するジャイロセンサ
を具備する電子機器。
【符号の説明】
【００９６】
１０…フレーム
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ…梁
２１ａ〜２１ｄ…アーム部
３１，３２…圧電駆動部
５１ｚ１〜５１ｚ４，５２ｙ１，５２ｙ２，５３ｘ１，５３ｘ２…圧電検出部
１００…ジャイロセンサ
１０１…振動子本体
２１１…アーム部本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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