(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面を有する環状のフレームと、前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する複数の振り子部と、圧電膜と前記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる複数の圧電駆動部と、第１の検出用電極をそれぞれ有し前記フレームの前記第１の主面における変形量に基づいて前記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する複数の第１の圧電検出部と、第２の検出用電極をそれぞれ有し前記複数の振り子部の前記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて前記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する複数の第２の圧電検出部と、を有する振動子部と、
複数の端子部を有し、前記振動子部の周囲に配置された環状のベース部と、
前記振動子部と前記ベース部との間に配置され、前記ベース部に対して前記振動子部を振動可能に支持する複数の連結部と、
前記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の駆動用配線と、前記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の検出用配線とを有し、前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、前記複数の端子部と、前記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する配線層と
を具備し、
前記フレームは、
前記第１の軸に直交する第２の軸方向に延在し、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第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４つの接続部と、を有し、
前記複数の振り子部は、前記４つの接続部から前記フレームの中心に向かって突出する４つの振り子部を含み、
前記複数の連結部は、前記４つの接続部から前記ベース部に向かって延びる４つの連結部を含み、
前記複数の第１の圧電検出部は、前記４つの接続部の前記第１の主面上にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含み、
前記複数の第２の圧電検出部は、前記４つの振り子部にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含み、
前記４つの連結部は、前記振動子部に接続される第１の端部と、前記ベース部に接続される第２の端部と、前記配線層を支持し前記第１の主面に平行な第２の主面とをそれぞれ有し、
前記複数の駆動用配線は、前記４つの連結部のそれぞれにおいて前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の一側方に偏って配置され、
前記複数の検出用配線は、前記４つの連結部のそれぞれにおいて前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の他の側方に偏って配置される
センサ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ素子であって、
前記複数の駆動用配線及び検出用配線は、前記第２の主面上において前記複数の連結部各々の中心線を対称軸として相互に線対称かつ等間隔に配置される
センサ素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセンサ素子であって、
前記複数の検出用配線は、
前記第１の検出用電極に接続される第１の検出用配線と、
前記第２の検出用電極に接続される第２の検出用配線と、を含み、
前記第１及び第２の検出用電極のうち電極容量の大きい検出用電極に接続される検出用配線が、前記複数の駆動用配線に隣接して配置される
センサ素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記複数の駆動用配線は、
前記第１の駆動用電極に接続され、第１の駆動信号が入力される第１の駆動用配線と、
前記第２の駆動用電極に接続され、前記第１の駆動信号とは逆位相の第２の駆動信号が入力される第２の駆動用配線と、を含み、
前記複数の連結部において、前記第２の駆動用配線は、前記複数の検出用配線と前記第１の駆動用配線との間に配置される
センサ素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記複数の駆動用配線及び検出用配線は、前記第１及び第２の駆動用電極ならびに前記第１及び第２の検出用電極よりも弾性率の低い材料でそれぞれ構成される
センサ素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記配線層は、前記複数の駆動用配線及び検出用配線を被覆する有機膜をさらに有する
センサ素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記複数の連結部は、前記振動子部と前記ベース部との間において延出方向が反転する転回部を有する
センサ素子。
【請求項８】
第１の主面を有する環状のフレームと、前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する複数の振り子部と、圧電膜と前記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる複数の圧電駆動部と、第１の検出用電極をそれぞれ有し前記フレームの前記第１の主面における変形量に基づいて前記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する複数の第１の圧電検出部と、第２の検出用電極をそれぞれ有し前記複数の振り子部の前記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて前記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する複数の第２の圧電検出部と、を有する振動子部と、
複数の端子部を有し、前記振動子部の周囲に配置された環状のベース部と、
前記振動子部と前記ベース部との間に配置され、前記ベース部に対して前記振動子部を振動可能に支持する複数の連結部と、
前記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の駆動用配線と、前記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の検出用配線とを有し、前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、前記複数の端子部と、前記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する配線層と、
前記ベース部を支持し、前記複数の端子部と電気的に接続される回路素子と
を具備し、
前記フレームは、
前記第１の軸に直交する第２の軸方向に延在し、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第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４つの接続部と、を有し、
前記複数の振り子部は、前記４つの接続部から前記フレームの中心に向かって突出する４つの振り子部を含み、
前記複数の連結部は、前記４つの接続部から前記ベース部に向かって延びる４つの連結部を含み、
前記複数の第１の圧電検出部は、前記４つの接続部の前記第１の主面上にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含み、
前記複数の第２の圧電検出部は、前記４つの振り子部にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含み、
前記４つの連結部は、前記振動子部に接続される第１の端部と、前記ベース部に接続される第２の端部と、前記配線層を支持し前記第１の主面に平行な第２の主面とをそれぞれ有し、
前記複数の駆動用配線は、前記４つの連結部のそれぞれにおいて前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の一側方に偏って配置され、
前記複数の検出用配線は、前記４つの連結部のそれぞれにおいて前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の他の側方に偏って配置される
ジャイロセンサ。
【請求項９】
第１の主面を有する環状のフレームと、前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する複数の振り子部と、圧電膜と前記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる複数の圧電駆動部と、第１の検出用電極をそれぞれ有し前記フレームの前記第１の主面における変形量に基づいて前記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する複数の第１の圧電検出部と、第２の検出用電極をそれぞれ有し前記複数の振り子部の前記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて前記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する複数の第２の圧電検出部と、を有する振動子部と、
複数の端子部を有し、前記振動子部の周囲に配置された環状のベース部と、
前記振動子部と前記ベース部との間に配置され、前記ベース部に対して前記振動子部を振動可能に支持する複数の連結部と、
前記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の駆動用配線と、前記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の検出用配線とを有し、前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、前記複数の端子部と、前記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する配線層と、
前記ベース部を支持し、前記複数の端子部と電気的に接続される回路素子と
を具備するジャイロセンサを搭載した電子機器であって、
前記フレームは、
前記第１の軸に直交する第２の軸方向に延在し、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第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４つの接続部と、を有し、
前記複数の振り子部は、前記４つの接続部から前記フレームの中心に向かって突出する４つの振り子部を含み、
前記複数の連結部は、前記４つの接続部から前記ベース部に向かって延びる４つの連結部を含み、
前記複数の第１の圧電検出部は、前記４つの接続部の前記第１の主面上にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含み、
前記複数の第２の圧電検出部は、前記４つの振り子部にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含み、
前記４つの連結部は、前記振動子部に接続される第１の端部と、前記ベース部に接続される第２の端部と、前記配線層を支持し前記第１の主面に平行な第２の主面とをそれぞれ有し、
前記複数の駆動用配線は、前記４つの連結部のそれぞれにおいて前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の一側方に偏って配置され、
前記複数の検出用配線は、前記４つの連結部のそれぞれにおいて前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の他の側方に偏って配置される
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、相互に直交する３軸まわりの角速度を検出することが可能なセンサ素子、ジャイロセンサ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
民生用の角速度センサとして、振動型のジャイロセンサが広く用いられている。振動型ジャイロセンサは、振動子を所定の周波数で振動させておき、振動子に生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する。上記ジャイロセンサは、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステム、ウェアラブル機器などの電子機器に搭載され、手振れ検知、動作検知、方向検知、姿勢検知などのセンサとして活用されている。【０００３】
例えば特許文献１には、環状のフレームと、当該フレームに一端が接続された複数の振り子部とを有し、所定周波数で振動する上記フレーム及び複数の振動子の変形量に基づいて、相互に直交する３軸まわりの角速度を検出可能な角速度センサが記載されている。【０００４】
振動型のジャイロセンサにおいては、典型的には、逆圧電効果を利用して振動子を振動させるための駆動用電極と、圧電効果を利用して振動子の変形を検出するための検出用電極がそれぞれ振動子の表面に設けられている。これら駆動用電極及び検出用電極に接続される配線は、振動子の表面にそれぞれ形成される。【０００５】
例えば特許文献２には、固定部と駆動振動体との間を接続する捩れ延出部の表面に、複数の配線パターンが形成された角速度センサ素子が記載されている。特許文献２に記載の配線レイアウトにおいては、一対の駆動用配線パターンの間に複数の検出用配線パターンが配置されている。このため、駆動用配線パターンから検出用配線パターンへのノイズ侵入が起こり易く、角速度の検出精度の招くおそれがある。この問題は、素子サイズが小型になるほど、顕著に発生し得る。【０００６】
ノイズ対策として例えば特許文献３には、２つの駆動用電極と検出用電極との間に発生する寄生容量の比に対して、２つの駆動信号の振幅の比が逆数となるように設定された角速度センサが記載されている。これにより第１及び第２の駆動用電極と検出用電極との間の容量結合によって発生するノイズ成分が相殺され、角速度センス信号の検出精度が向上するとしている。しかしながら、特許文献３に記載の角速度センサは、角速度の検出軸が単一であるものを前提としており、特許文献１，２に記載の角速度センサのように検出信号が複数ある場合には対応することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４８５８６６２号公報
【特許文献２】特開２０１２−９３１５３号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１０／１０３７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、電子機器の小型化、薄型化に伴い、電子機器に搭載される各種部品やセンサの更なる小型化、多機能化が求められている。ジャイロセンサに関しては、小型であることは勿論のこと、１つのセンサで多軸方向の角速度を高精度に検出することができることが要求される。【０００９】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、多軸方向の角速度を高精度に検出することができるセンサ素子、ジャイロセンサ及び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】
【００１０】
本技術の一形態に係るセンサ素子は、振動子部と、環状のベース部と、複数の連結部と、配線層とを具備する。
上記振動子部は、環状のフレームと、複数の振り子部と、複数の圧電駆動部と、複数の第１の圧電検出部と、複数の第２の圧電検出部とを有する。上記環状のフレームは、第１の主面を有する。上記複数の振り子部は、上記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する。上記複数の圧電駆動部は、圧電膜と上記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し、上記フレームを上記第１の主面に平行な面内で振動させる。上記複数の第１の圧電検出部は、第１の検出用電極をそれぞれ有し、上記フレームの上記第１の主面における変形量に基づいて上記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する。上記複数の第２の圧電検出部は、第２の検出用電極をそれぞれ有し、上記複数の振り子部の上記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて上記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する。
上記環状のベース部は、複数の端子部を有し、上記振動子部の周囲に配置される。
上記複数の連結部は、上記振動子部と上記ベース部との間に配置され、上記ベース部に対して上記振動子部を振動可能に支持する。
上記配線層は、複数の駆動用配線と、複数の検出用配線とを有する。上記複数の駆動用配線は、上記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され、相互に隣接して並走する。上記複数の検出用配線は、上記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され、相互に隣接して並走する。上記配線層は、上記複数の連結部にそれぞれ設けられ、上記複数の端子部と、上記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する。【００１１】
上記センサ素子において、振動子部は、複数の連結部を介してベース部に支持されており、複数の圧電駆動部は、フレーム及び複数の振り子部を第１の主面に平行な面内で相互に同期して振動させる。
この状態で、フレームに第１の軸まわりへの角速度が作用すると、上記フレーム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、当該フレームが第１の主面に平行な面内で変形する。複数の第１の圧電検出部は、当該フレームの変形量に基づいて第１の軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
一方、第１の軸と直交する軸まわりへの角速度が作用すると、複数の振り子部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、当該振り子部が第１の主面に垂直な方向に変形する。複数の第２の圧電検出部は、当該振り子部の変形量に基づいて当該軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
このように上記センサ素子は、相互に直交する３軸まわりの角速度を検出することが可能に構成される。【００１２】
複数の連結部には、振動子の各圧電駆動部及び各圧電検出部とベース部の各端子部との間を電気的に接続する配線層が設けられている。上記センサ素子において、配線層を構成する複数の駆動用配線は相互に隣接して配置されているため、同じ連結部上に配置された複数の検出用配線とのクロストークを低減でき、これにより各軸まわりの角速度を高精度に検出することが可能となる。【００１３】
上記複数の連結部は、典型的には、上記振動子部に接続される第１の端部と、上記ベース部に接続される第２の端部と、上記配線層を支持し上記第１の主面に平行な第２の主面とを有する。そして、上記複数の駆動用配線は、上記第１の端部から上記第２の端部へ向かって上記第２の主面の一側方に偏って配置され、上記複数の検出用配線は、上記第１の端部から上記第２の端部へ向かって上記第２の主面の他の側方に偏って配置される。
上記構成によれば、複数の駆動用配線及び検出用配線を連結部の同一平面上に形成することができるとともに、同一平面上に配置された駆動用配線及び検出用配線の相互間における信号のクロストークを低減することができる。これにより、素子の小型化を可能としつつ、角速度検出精度の劣化を抑制することが可能となる。【００１４】
上記複数の駆動用配線及び検出用配線は、上記第２の主面上において上記複数の連結部各々の中心線を対称軸として相互に線対称かつ等間隔に配置されてもよい。
これにより、振動子部の機械的な対称性が保たれるため、ねじれを生じさせることなく振動子部を所定の振動モードで安定に振動させることが可能となる。【００１５】
上記複数の検出用配線は、典型的には、上記第１の検出用電極に接続される第１の検出用配線と、上記第２の検出用電極に接続される第２の検出用配線とを含む。この場合、上記第１及び第２の検出用電極のうち電極容量の大きい検出用電極に接続される検出用配線が、上記複数の駆動用配線に隣接して配置されてもよい。
第１及び第２の検出用配線のうちインピーダンスが低くノイズの影響を受けにくい検出用配線を駆動用配線の隣に配置することで、クロストークの影響を小さくすることが可能となる。【００１６】
上記複数の駆動用配線は、典型的には、第１の駆動用配線と、第２の駆動用配線とを含む。上記第１の駆動用配線は、上記第１の駆動用電極に接続され、第１の駆動信号が入力される。上記第２の駆動用配線は、上記第２の駆動用電極に接続され、上記第１の駆動信号とは逆位相の第２の駆動信号が入力される。この場合、上記複数の連結部において、上記第２の駆動用配線は、上記複数の検出用配線と上記第１の駆動用配線との間に配置されてもよい。
各連結部において、検出用配線に近接する駆動用配線の極性を同一とすることで、演算処理において角速度信号に重畳するノイズ成分をキャンセルすることが可能となる。【００１７】
上記複数の駆動用配線及び検出用配線は、上記第１及び第２の駆動用電極ならびに上記第１及び第２の検出用電極よりも弾性率の低い材料でそれぞれ構成されてもよい。
上記配線層は、上記複数の駆動用配線及び検出用配線を被覆する有機膜をさらに有してもよい。【００１８】
振動子の構成は特に限定されず、圧電駆動部、圧電検出部及び連結部などは、フレームの形状に応じて適宜設定される。【００１９】
例えば、上記フレームは、第１の梁の組と、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４つの接続部とを有する。上記第１の梁の組は、上記第１の軸に直交する第２の軸方向に延在し、上記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸方向に相互に対向する。上記第２の梁の組は、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。
上記複数の振り子部は、上記４つの接続部から上記フレームの中心に向かって突出する４つの振り子部を含む。
前記複数の連結部は、上記４つの接続部から上記ベース部に向かって延びる４つの連結部を含む。【００２０】
上記構成において、上記複数の圧電駆動部は、一対の第１の圧電駆動部と、一対の第２の圧電駆動部とを含んでもよい。上記一対の第１の圧電駆動部は、上記第１の梁の上記第１の主面上にそれぞれ設けられ、上記第１の駆動用電極を上部電極として有する。上記一対の第２の圧電駆動部は、上記第２の梁の上記第１の主面上にそれぞれ設けられ、上記第２の駆動用電極を上部電極として有する。【００２１】
一方、上記複数の第１の圧電検出部は、上記４つの接続部の上記第１の主面上にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含み、上記複数の第２の圧電検出部は、上記４つの振り子部にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含む。【００２２】
本技術の一形態に係るジャイロセンサは、振動子部と、環状のベース部と、複数の連結部と、配線層と、回路素子とを具備する。
上記振動子部は、環状のフレームと、複数の振り子部と、複数の圧電駆動部と、複数の第１の圧電検出部と、複数の第２の圧電検出部とを有する。上記環状のフレームは、第１の主面を有する。上記複数の振り子部は、上記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する。上記複数の圧電駆動部は、圧電膜と上記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し、上記フレームを上記第１の主面に平行な面内で振動させる。上記複数の第１の圧電検出部は、第１の検出用電極をそれぞれ有し、上記フレームの上記第１の主面における変形量に基づいて上記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する。上記複数の第２の圧電検出部は、第２の検出用電極をそれぞれ有し、上記複数の振り子部の上記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて上記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する。
上記環状のベース部は、複数の端子部を有し、上記振動子部の周囲に配置される。
上記複数の連結部は、上記振動子部と上記ベース部との間に配置され、上記ベース部に対して上記振動子部を振動可能に支持する。
上記配線層は、複数の駆動用配線と、複数の検出用配線とを有する。上記複数の駆動用配線は、上記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され、相互に隣接して並走する。上記複数の検出用配線は、上記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され、相互に隣接して並走する。上記配線層は、上記複数の連結部にそれぞれ設けられ、上記複数の端子部と、上記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する。
上記回路素子は、上記ベース部を支持し、上記複数の端子部と電気的に接続される。【００２３】
本技術の一形態に係る電子機器は、振動子部と、環状のベース部と、複数の連結部と、配線層と、回路素子とを具備するジャイロセンサを搭載する。
上記振動子部は、環状のフレームと、複数の振り子部と、複数の圧電駆動部と、複数の第１の圧電検出部と、複数の第２の圧電検出部とを有する。上記環状のフレームは、第１の主面を有する。上記複数の振り子部は、上記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する。上記複数の圧電駆動部は、圧電膜と上記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し、上記フレームを上記第１の主面に平行な面内で振動させる。上記複数の第１の圧電検出部は、第１の検出用電極をそれぞれ有し、上記フレームの上記第１の主面における変形量に基づいて上記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する。上記複数の第２の圧電検出部は、第２の検出用電極をそれぞれ有し、上記複数の振り子部の上記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて上記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する。
上記環状のベース部は、複数の端子部を有し、上記振動子部の周囲に配置される。
上記複数の連結部は、上記振動子部と上記ベース部との間に配置され、上記ベース部に対して上記振動子部を振動可能に支持する。
上記配線層は、複数の駆動用配線と、複数の検出用配線とを有する。上記複数の駆動用配線は、上記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され、相互に隣接して並走する。上記複数の検出用配線は、上記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され、相互に隣接して並走する。上記配線層は、上記複数の連結部にそれぞれ設けられ、上記複数の端子部と、上記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する。
上記回路素子は、上記ベース部を支持し、上記複数の端子部と電気的に接続される。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本技術によれば、多軸方向の角速度を高精度に検出することができる。
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】
【００２５】
【図１】本技術の一実施形態に係るジャイロセンサの構成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センサ素子の一構成例を示す概略斜視図である。
【図３】上記センサ素子における振動子部の構成を示す概略平面図である。
【図４】上記振動子部における要部の概略断面図である。
【図５】上記振動子部の振動モードを説明する図である。
【図６】上記振動子部の一動作例を説明する概略平面図である。
【図７】上記振動子部の他の動作例を説明する概略斜視図である。
【図８】上記センサ素子及びこれに接続されるコントローラ（回路素子）との関係を示すブロック図である。
【図９】上記センサ素子の他の構成例を示す概略平面図である。
【図１０】上記センサ素子における配線レイアウトを説明する概略平面図である。
【図１１】上記センサ素子における配線層の形態を示す、要部の概略平面図である。
【図１２】上記センサ素子における配線層の形態を示す、他の要部の概略平面図である。
【図１３】上記センサ素子における配線層の形態を示す、さらに他の要部の概略平面図である。
【図１４】上記センサ素子における配線層の形態を示す、さらに他の要部の概略平面図である。
【図１５】図１１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】駆動信号の振幅の温度依存性を示す一実験結果である。
【図１７】駆動信号が８％変化したときのクロストーク量と出力変化量との関係を示す一実験結果である。
【図１８】上記配線層における駆動用配線と検出用配線との相対位置とクロストーク量との関係を示す一実験結果である。
【図１９】上記センサ素子におけるフレームの構成の変形例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
図１は本技術の一実施形態に係るジャイロセンサ１を示す斜視図である。図において、Ｘ、Ｙ及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸方向はジャイロセンサ１の縦方向、Ｙ軸方向はその横方向、Ｚ軸方向はその厚み方向にそれぞれ相当する（以下の各図においても同様とする）。
【００２８】
［ジャイロセンサ］
本実施形態のジャイロセンサ１は、センサ素子１００と、コントローラ２００とを備える。ジャイロセンサ１は、全体的に略直方体形状に形成された単一のパッケージ部品として構成され、センサ素子１００がコントローラ２００の上に実装されたＣＯＣ（Chip On Chip）構造を有する。ジャイロセンサ１は、例えば、縦及び横がそれぞれ約２ｍｍ、厚みが約０．７ｍｍの寸法で構成される。
【００２９】
センサ素子１００は、角速度に関する信号を出力することが可能なジャイロセンサ素子として構成される。センサ素子１００は、後述するように、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を所定形状に微細加工することで形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）構造を有する。
【００３０】
コントローラ２００は、典型的には、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ等の回路素子で構成される。コントローラ２００は、センサ素子１００を駆動するとともに、センサ素子１００の出力から角速度信号を演算する機能を有する。コントローラ２００の上面２０１には、センサ素子１００と電気的に接続される複数の内部接続端子が設けられており、コントローラ２００の下面２０２には、図示しない制御基板（配線基板）に電気的に接続される外部接続端子が設けられている。
【００３１】
ジャイロセンサ１は、センサ素子１００を被覆する被覆部３００をさらに備える。被覆部３００は、コントローラ２００の上面２０１に取り付けられ、外部からセンサ素子１００を遮蔽することが可能に構成される。被覆部３００は、金属等の導電性材料で構成されてもよいし、合成樹脂材料等の電気絶縁性材料で構成されてもよい。被覆部３００は、ジャイロセンサ１内部への異物の侵入を防止するカバーとして機能する。また、被覆部３００は、導電性材料で構成される場合には、例えばコントローラ２００のグランド端子に電気的に接続されることで、センサ素子１００の電磁シールドとして機能する。
【００３２】
ジャイロセンサ１は、コントローラ２００の下面２０２に設けられた外部接続端子を介して図示しない電子機器の制御基板に搭載される。電子機器としては、例えば、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ゲーム機、更には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。
【００３３】
［センサ素子の基本構成］
続いて、センサ素子１００の詳細について説明する。図２は、センサ素子１００の一構成例を示す概略斜視図であり、コントローラ２００に対向する素子の裏面側を示している。
【００３４】
センサ素子１００は、振動子部１０１と、枠体１０２とを有する。振動子部１０１は、複数の振動部として、第１の梁の組と第２の梁の組と接続部とを含むフレーム１０と、複数の振り子部２１ａ〜２１ｄとを有する。枠体１０２は、ベース部８１と連結部８２とを有する。
【００３５】
センサ素子１００は、単結晶シリコン（Ｓｉ）を含む材料で構成される。例えば、センサ素子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。振動子部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、支持層Ｗ２及び接合層Ｗ３は、活性層１１１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。
【００３６】
（１．振動子部）
図３は、振動子部１０１の構成を模式的に示す平面図である。
【００３７】
（１−１．フレーム）
振動子部１０１は、四辺を有する環状のフレーム１０を備える。フレーム１０は、ａ軸方向に横方向、ｂ軸方向に縦方向、ｃ軸方向に厚み方向を有する。一方、図３において、ａ軸に平行な軸方向にＹ軸が設定され、ｂ軸に平行な軸方向にＸ軸が設定される。Ｚ軸方向は、ｃ軸方向に平行な軸方向である。
【００３８】
フレーム１０は、コントローラ２００に対向する主面１０ｓ（第１の主面）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。
【００３９】
第１の梁１１ａ，１１ｂの組は、図３においてａ軸方向に相互に平行に延在し、ａ軸方向と直交するｂ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、ｂ軸方向に相互に延在し、ａ軸方向に相互に対向する他の一組の対辺で構成される。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、フレーム１０の外観は、中空の正方形状を有している。各梁の長手方向に垂直な断面は、略矩形に形成される。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
（１−２．振り子部）
振動子部１０１は、複数の振り子部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有する。
【００４３】
振り子部２１ａ，２１ｃ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。
【００４４】
振り子部２１ｂ，２１ｄ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。
【００４５】
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。
【００４６】
（１−３．圧電駆動部）
振動子部１０１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。
【００４７】
複数の圧電駆動部は、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。
【００４８】
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３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。
【００４９】
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。一例として、第２の梁１２ａに配置された第２の圧電駆動部３２の断面構造を図４に示す。各圧電駆動部はそれぞれ、下部電極層３０３と、圧電膜３０４と、上部電極層３０５との積層構造を有する。上部電極層３０５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３０３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３０６が形成されている。
【００５０】
圧電膜３０４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３０４は、下部電極層３０３と上部電極層３０５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３０５と下部電極層３０３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３０３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３０４を伸縮させることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
（１−４．振動子部の駆動原理）
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ａ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ｂ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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
図５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５において「駆動信号１」は、第１の圧電駆動部３１の上部電極３０５（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３０６（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。
【００５６】
図５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。
【００５７】
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。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平面内における振り子部分の支持点すなわち接続部１３ａ〜１３ｄからの左右の搖動方向において、相互に逆位相で振動（搖動）する。
【００５８】
図５に示すように、第１の梁１１ａ，１１ｂの組が相互に近接する方向へ振動するときは、振り子部２１ａと振り子部２１ｄとは相互に離間する方向へ振動し（状態（ｂ））、第１の梁１１ａ，１１ｂの組が相互に離間する方向へ振動するときは、振り子部２１ａと振り子部２１ｄとは相互に近接する方向へ振動する（状態（ｄ））。振り子部２１ｂと振り子部２１ｃもまた、第２の梁１２ａ，１２ｂの組の振動方向によって、相互に離間する方向と近接する方向とに交互に振動する。以上のように、振り子部２１ａ，２１ｃと振り子部２１ｂ，２１ｄとは、フレーム１０の基本振動に同期して相互に逆位相で振動する。
【００５９】
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５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が作用することで、フレーム１０は図６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に作用した角速度の大きさ及び方向を検出することが可能となる。
【００６０】
図６は、Ｚ軸まわりに角速度が作用したときのある瞬間におけるフレーム１０の変形の様子を概略的に示す平面図である。なお説明を分かり易くするため、フレーム１０の形状及び変形の様子はやや誇張して示している。
【００６１】
基本振動をするフレーム１０にＺ軸を中心とする時計まわり方向の角速度が作用すると、フレーム１０の各点（梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ、振り子部２１ａ〜２１ｄ）には、Ｚ軸と直交するＸＹ平面内において、上記各点のその瞬間における移動方向（振動方向）と時計まわり方向へ９０度をなす方向に当該角速度の大きさに比例したコリオリ力が発生する。すなわち、コリオリ力の向きは、図６に示すように当該コリオリ力が作用する点の上記瞬間における振動の方向によって決まる。これにより、フレーム１０は、正方形状から概略平行四辺形状となるように、ＸＹ平面内において、ひしゃげられる（歪む）。
【００６２】
なお、図６は、Ｚ軸を中心として時計まわりに所定の角速度が作用したときの様子を示している。角速度の向きが反対（反時計まわり）の場合は、各点に作用するコリオリ力の向きも反対となる。
【００６３】
（１−５．第１の圧電検出部）
振動子部１０１は、図３に示すように、複数の第１の圧電検出部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ、５１ｄをさらに有する。第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ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。第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄは、４つの接続部１３ａ〜１３ｄの主面１０ｓ上にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含む。
【００６４】
第１の圧電検出部５１ａ，５１ｃは、対角関係にある一方の組の接続部１３ａ，１３ｃの周辺にそれぞれ形成されている。このうち一方の圧電検出部５１ａ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５１ｃ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。
【００６５】
同様に、第１の圧電検出部５１ｂ，５１ｄは、対角関係にある他方の組の接続部１３ｂ，１３ｄの周辺にそれぞれ形成されている。このうち一方の圧電検出部５１ｂ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５１ｄ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。
【００６６】
第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ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、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ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。第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ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，ｚ２，ｚ３，ｚ４をそれぞれ出力する第１の検出用電極（Ｓ１）を構成する。
【００６７】
図３に示す振動子部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５及び図６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５１ａの出力と接続部１３ｃ上の圧電検出部５１ｃ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５１ｂの出力と接続部１３ｄ上の圧電検出部５１ｄの出力とは原理的に同一である。そこで、２つの圧電検出部５１ａ，５１ｃの出力の和と２つの圧電検出部５１ｂ，５１ｄ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。
【００６８】
（１−６．第２の圧電検出部）
一方、Ｘ軸まわりの角速度及びＹ軸まわりの角速度を検出する検出部として、振動子部１０１は、複数の第２の圧電検出部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを有する。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、複数の振り子部２１ａ〜２１ｄのＺ軸方向における変形量に基づいて、Ｚ軸と直交する２軸方向（例えばＸ軸方向及びＹ軸方向）の角速度を検出する。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、４つの振り子部２１ａ〜２１ｄにそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含む。
【００６９】
第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、各振り子部２１ａ〜２１ｄの表面であって、これらの軸心上に直線的に形成されている。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ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、各振り子部２１ａ〜２１ｄの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄ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ｘｙ１，ｘｙ２，ｘｙ３，ｘｙ４をそれぞれ出力する第２の検出用電極（Ｓ２）を構成する。
【００７０】
本実施形態では、ａ軸に平行な軸方向に一方の角速度検出軸（Ｙ軸）が設定され、ｂ軸に平行な軸方向に他方の角速度検出軸（Ｘ軸）が設定される。このような構成において、振り子部２１ａ〜２１ｄに設けられた第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄ各々は、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検出するための検出部として機能する。
【００７１】
第１及び第２の駆動用電極Ｄ１，Ｄ２には、相互に逆位相の交流電圧がそれぞれ印加される。これにより、フレーム１０の各梁１１ａ、１１ｂ、１２ａ，１２ｂ及び振り子部２１ａ〜２１ｄは、図５に示した振動モード（基本振動）で振動する。図７上は、フレーム１０にＸ軸まわりの角速度が作用したときの振り子部２１ａ〜２１ｄの振動形態を説明する概略斜視図である。一方、図７下は、フレーム１０にＹ軸まわりの角速度が作用したときの振り子部２１ａ〜２１ｄの振動形態を説明する概略斜視図である。
【００７２】
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、図７上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Ｆ１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，２１ｂの組は、コリオリ力Ｆ１によりＺ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ａ，７１ｂによって各々検出される。また、Ｘ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Ｆ１によりＺ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ｃ，７１ｄによって各々検出される。
【００７３】
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すると、図７下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，２１ｄの組は、コリオリ力Ｆ２によりＺ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ａ，７１ｄによって各々検出される。また、Ｙ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Ｆ２によりＺ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ｂ，７１ｃによって各々検出される。
【００７４】
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７１ａ〜７１ｄによって各々検出される。センサ素子の制御回路は、これら圧電検出部７１ａ〜７１ｄ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。
【００７５】
（１−７．参照電極）
本実施形態のセンサ素子１００は、参照電極６１を有する。参照電極６１は、梁１２ａ及び梁１２ｂ上に第２の圧電駆動部３２と隣接して配置されている。参照電極６１は、第１及び第２の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ、７１ａ〜７１ｄ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。
【００７６】
なお、参照電極６１の形成に代えて、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄの各出力の和信号を生成し、これを上記参照信号として用いることも可能である。
【００７７】
（２．コントローラ）
ここで、コントローラ２００の詳細について説明する。図８は、コントローラ２００の構成を示すブロック図である。
【００７８】
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）とを有する。自励発振回路２０１は、振動子部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、振動子部１０１から出力される検出信号（ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４，ｘｙ１，ｘｙ２，ｘｙ３，ｘｙ４）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。
【００７９】
コントローラ２００は、Ｇo1端子、Ｇo2端子、ＧFB端子、Ｇxy1端子、Ｇxy2端子、Ｇxy3端子、Ｇxy4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。
【００８０】
本実施形態において、Ｇo1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。Ｇo2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。
【００８１】
Ｇo1端子は、自励発振回路２０１の出力端に接続される。Ｇo2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８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。
【００８２】
Ｇxy1端子、Ｇxy2端子、Ｇxy3端子及びＧxy4端子は、第２の圧電検出部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ及び７１ｄ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。Ｇz1端子、Ｇz2端子、Ｇz3端子及びＧz4端子は、第１の圧電検出部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び５１ｄ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、第１及び第２の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ、７１ａ〜７１ｄの下部電極層にそれぞれ電気的に接続される。
【００８３】
ＧFB端子、Ｇxy1端子、Ｇxy2端子、Ｇxy3端子、Ｇxy4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。
【００８４】
第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄの出力をそれぞれｚ１〜ｚ４、第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄの出力をそれぞれｘｙ１〜ｘｙ４とする。このとき、上記第１の差分回路は、（ｘｙ１＋ｘｙ２）−（ｘｙ３＋ｘｙ４）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、（ｘｙ１＋ｘｙ４）−（ｘｙ２＋ｘｙ３）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。
【００８５】
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。
【００８６】
（３．枠体）
続いて、センサ素子１００の枠体１０２について説明する。
【００８７】
図２に示すように、枠体１０２は、振動子部１０１の周囲に配置された環状のベース部８１と、振動子部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。
【００８８】
（３−１．ベース部）
ベース部８１は、振動子部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。
【００８９】
各端子部８１０は、図示しないバンプを介してコントローラ２００上の複数のランドに電気的かつ機械的に接続される。すなわち、本実施形態のセンサ素子１００は、回路素子１に対してフリップチップ方式で実装される。なお、バンプを介さずに、単純に半田溶融等で各電極パッドと回路素子とを電気的機械的に接続するように実装されてもよい。
【００９０】
また、センサ素子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。この場合、センサ素子１００は、コントローラ２００に対して裏返しとなるように、すなわち、複数の端子部８１０が上向きとなるように接着等で機械的に接続される。その後、各端子部８１０は、ボンディングワイヤによってコントローラ２００と電気的に接続される。
【００９１】
（３−２．連結部）
連結部８２は、ベース部８１に対して振動子部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、振動子部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、振動子部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。
【００９２】
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（第２の主面）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、振動子部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。
【００９３】
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。
【００９４】
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２に示すように、振動子部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、振動子部１０１の振動を阻害することなく、振動子部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１０１に伝達させないという効果も得られる。
【００９５】
連結部８２ａ〜８２ｄは、フレーム１０の形状に応じて最適化することができる。例えば図９にフレーム１１０の他の実施形態を示す。
【００９６】
図９に示すフレーム１１０において、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と第２の梁１２ａ，１２ｂの組は、各接続部１３ａ〜１３ｄを頂点とする正方形Ｓの内方側に突出する突出部ｐをそれぞれ有し、全体として弓形に形成されている。各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、突出部ｐと、突出部ｐの両端を接続部１３ａ〜１３ｄに固定する傾斜部ｖとを有する。傾斜部ｖは、突出部ｐの両端にそれぞれ形成され、突出部ｐが正方形Ｓの内方側に位置するように突出部ｐを支持する。
【００９７】
第１の梁１１ａ，１１ｂの突出部ｐはそれぞれａ軸方向に平行に形成され、ｂ軸方向に相互に対向している。第２の梁１２ａ，１２ｂの突出部ｐはそれぞれｂ軸方向に平行に形成され、ａ軸方向に相互に対向している。フレーム１１０及び振り子部２１ａ〜２１ｄの表面（主面）には、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２、第１及び第２の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ，７１ａ〜７１ｄ、参照電極６１が設けられている。
【００９８】
以上のように構成されるフレーム１１０においては、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが弓形に形成されているため、フレームの占有面積が小さくなってもフレームを形成する各梁の長さは短くならないため、振動モードの共振周波数は大きく変化しない。したがって例えばｃ軸（Ｚ軸）まわりに角速度が作用した際、図６に示したようなａｂ平面内における歪曲変形は阻害されないため、ｃ軸（Ｚ軸）まわりの角速度検出感度を維持することができる。
【００９９】
一方、図９に示す実施形態においては、フレーム１１０をベース部８１へ連結する連結部８２ａ〜８２ｄを有する。連結部８２ａ〜８２ｄは、振動子部（フレーム１１０）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とを有する（図９において連結部８２ａについてのみ符示する）。
【０１００】
連結部８２ａ〜８２ｄは、第１の反転部ｗａ１，ｗｂ１，ｗｃ１，ｗｄ１及び第２の反転部ｗａ２，ｗｂ２，ｗｃ２，ｗｄ２をそれぞれ有する。第１の反転部ｗａ１〜ｗｄ１は、接続部１３ａ〜１３ｄに一端が連結され、ａ軸方向に略１８０°折り返された転回部８２３を有する。一方、第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２は、第１の反転部ｗａ１〜ｗｄ１の他端部に一端が接続され、ｂ軸方向に略１８０°折り返された転回部８２４を有する。第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２の他端は、ベース部８１に接続される。
【０１０１】
この際、第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２は、図９に示すように、フレーム１１０の外形を形成する正方形Ｓの内方側に転回部８２２が入り込むように、第２の梁１２ａ，１２ｂの突出部ｐの外周側に向かって部分的に折り曲げられている。このように、連結部８２ａ〜８２ｄの少なくとも一部をフレーム１１０の外形に合わせて設計することで、ベース部８１の大型化を招くことなく連結部８２ａ〜８２ｄの延在長を大きくすることができる。
【０１０２】
（３−３．配線層）
枠体１０２は、ベース部８１上の複数の端子部８１０と、フレーム１０（１１０）上の駆動用電極（Ｄ１，Ｄ２）及び検出用電極（Ｓ１，Ｓ２，６１）との間をそれぞれ電気的に接続する配線層をさらに有する。図１０は、センサ素子１００の配線レイアウトを説明する概略平面図である。
【０１０３】
図１０に示すように、連結部８２ａ〜８２ｄの主面８２ｓには、配線層Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄがそれぞれ設けられている。配線層Ｌａ〜Ｌｄは、複数の駆動用配線と、複数の検出用配線とをそれぞれ有する。
【０１０４】
複数の駆動用配線は、第１の駆動用配線ＬD1と、第２の駆動用配線ＬD2とを含む。第１の駆動用配線ＬD1の一端は、第１の駆動用電極Ｄ１、すなわち、第１の圧電駆動部３１の上部電極層３０５及び第２の圧電駆動部３２の下部電極層３０３にそれぞれ接続される。第２の駆動用配線ＬD2の一端は、第２の駆動用電極Ｄ２、すなわち、第１の圧電駆動部３１の下部電極層３０３及び第２の圧電駆動部３２の上部電極層３０５にそれぞれ接続される。
【０１０５】
一方、複数の検出用配線は、第１の検出用配線ＬS1と、第２の検出用配線ＬS2とを含む。第１の検出用配線ＬS1の一端は、第１の検出用電極Ｓ１、すなわち、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄの上部電極層にそれぞれ接続される。第２の検出用配線ＬS2の一端は、第２の検出用電極Ｓ２、すなわち、第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄの上部電極層にそれぞれ接続される。
【０１０６】
複数の端子部８１０は、図１０に示すように、第１の駆動用パッドＰD1、第２の駆動用パッドＰD2、第１の検出用パッドＰS1及び第２の検出用パッドＰS2を含み、これら各パッドは、連結部８２ａ〜８２ｄに対応するようにそれぞれ複数個（本例では４つ）ずつ配置されている。第１及び第２の駆動用パッドＰD1，ＰD2は、第１及び第２の駆動用配線ＬD1，ＬD2の他端にそれぞれ接続され、第１及び第２の検出用パッドＰS1，ＰS2は、第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2の他端にそれぞれ接続される。
【０１０７】
図１１〜図１４は、連結部８２ａ〜８２ｄにおける配線層Ｌａ〜Ｌｄの詳細を示す要部平面図である。図１５は、図１１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【０１０８】
図１１〜図１５に示すように、配線層Ｌａを構成する各種配線は、第１及び第２の駆動用配線ＬD1，ＬD2と、第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2と、基準電位接続用配線ＬT1又は参照電極接続用配線ＬT2とを含む。
【０１０９】
第１の駆動用配線ＬD1は、ベース部８１に設けられた第１の駆動用パッドＰD1と、フレーム１１０に設けられた端子部Ｅ1との間を個々に接続する。第１の駆動用パッドＰD1は、コントローラ２００のＧo1端子に電気的に接続され、端子部Ｅ1は、第１の駆動用電極Ｄ１に電気的に接続される。すなわち端子部Ｅ1は、連結部８２ａ，８２ｃにおいては第２の圧電駆動部３２の下部電極層にそれぞれ接続され、連結部８２ｂ，８２ｄにおいては第１の圧電駆動部３１の上部電極層にそれぞれ接続される。これにより、第１の駆動電極Ｄ１へ第１の駆動信号（Ｇ＋）が入力可能に構成される。
【０１１０】
第２の駆動用配線ＬD2は、ベース部８１に設けられた第２の駆動用パッドＰD2と、フレーム１１０に設けられた端子部Ｅ2との間を個々に接続する。第２の駆動用パッドＰD2は、コントローラ２００のＧo2端子に電気的に接続され、端子部Ｅ2は、第２の駆動用電極Ｄ２に電気的に接続される。すなわち端子部Ｅ2は、連結部８２ａ，８ｃにおいては第２の圧電駆動部３２の上部電極層にそれぞれ接続され、連結部８２ｂ，８２ｄにおいては第１の圧電駆動部３１の下部電極層にそれぞれ接続される。これにより、第２の駆動電極Ｄ２へ第２の駆動信号（Ｇ−）が入力可能に構成される。
【０１１１】
第１の検出用配線ＬS1は、ベース部８１に設けられた第１の検出用パッドＰS1と、フレーム１１０に設けられた端子部Ｅ4との間を個々に接続する。第１の検出用パッドＰS1は、コントローラ２００のＧz1〜Ｇz4端子にそれぞれ電気的に接続され、端子部Ｅ4は、第１の検出用電極Ｓ１（第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄの上部電極層）にそれぞれ電気的に接続される。これにより、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄにおいて検出されたＺ軸まわりの角速度に関する検出信号（ｚ１〜ｚ４）がコントローラ２００へ出力可能に構成される。
【０１１２】
第２の検出用配線ＬS2は、ベース部８１に設けられた第２の検出用パッドＰS2と、フレーム１１０に設けられた端子部Ｅ3との間を個々に接続する。第２の検出用パッドＰS2は、コントローラ２００のＧxy1〜Ｇxy4端子にそれぞれ電気的に接続され、端子部Ｅ3は、第２の検出用電極Ｓ２（第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄの上部電極層）にそれぞれ電気的に接続される。端子部Ｅ3は、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄを跨るジャンパ機能を有し、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄとは非接触で第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄにそれぞれ接続される。これにより、第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄにおいて検出されたＸ軸及びＹ軸まわりの角速度に関する検出信号（ｘｙ１〜ｘｙ４）がコントローラ２００へ出力可能に構成される。
【０１１３】
基準電位接続用配線ＬT1は、連結部８２ａ，８２ｃの主面８２ｓにそれぞれ設けられ、ベース部８１に設けられた基準電位接続用パッドＰT1と、フレーム１１０に設けられた端子部Ｅ51との間を接続する。基準電位接続用パッドＰT1は、ベース部８１に設けられた複数の端子部８１０の一部を構成し、コントローラ２００のＶref端子に電気的に接続される。端子部Ｅ51は、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄの下部電極層、第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄの下部電極層及び参照電極６１の下部電極層にそれぞれ電気的に接続される。これにより、上記各下部電極層へ基準電位を入力可能に構成される。
【０１１４】
参照電極接続用配線ＬT2は、連結部８２ｂ，８２ｄの主面８２ｓにそれぞれ設けられ、ベース部８１に設けられた参照電極接続用パッドＰT2と、フレーム１１０に設けられた端子部Ｅ52との間を接続する。参照電極接続用パッドＰT2は、ベース部８１に設けられた複数の端子部８１０の一部を構成し、コントローラ２００のＧFB端子に電気的に接続される。端子部Ｅ52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。これにより、参照電極６１において検出された参照信号（ＦＢ）がコントローラ２００へ出力可能に構成される。
【０１１５】
配線層Ｌａ〜Ｌｄを構成する各種配線は、連結部８２ａ〜８２ｄの主面８２ｓに絶縁膜３０７を介して形成されているとともに、絶縁膜３０７の上に積層された保護膜３０８によって被覆されている（図１５参照）。絶縁膜３０７は、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ、参照電極６１等を被覆し、各配線は、絶縁膜３０７に形成されたビアホールを介して各電極層に電気的に接続される。絶縁膜３０７の種類は特に限定されず、例えば、アルミナ膜、シリコン酸化膜あるいはこれらの積層膜であってもよい。
【０１１６】
配線層Ｌａ〜Ｌｄは、図１０〜図１５に示すように、複数の駆動用配線（ＬD1，ＬD2）が連結部８２ａ〜８２ｄの主面８２ｓ上に相互に隣接して並走し、複数の検出用配線（ＬS1，ＬS2）が連結部８２ａ〜８２ｄの主面８２ｓ上に相互に隣接して並走するように構成されている。これにより、各配線を相互に交差させることなく引き回すことができる。また、同じ連結部８２ａ〜８２ｄ上に配置された複数の駆動用配線と複数の検出用配線との間のクロストークを低減でき、各軸まわりの角速度を高精度に検出することが可能となる。
【０１１７】
本実施形態において、複数の駆動用配線（ＬD1，ＬD2）は、図１１〜図１４に示すように、連結部８２ａ〜８２ｄの第１の端部８２１から第２の端部８２２へ向かって主面８２ｓの一側方（本例では右方側）にそれぞれ偏って配置される。一方、複数の検出用配線（ＬS1，ＬS2）は、第１の端部８２１から第２の端部８２２へ向かって主面８２ｓの他の側方（本例では左方側）にそれぞれ偏って配置される。
【０１１８】
第１の駆動用配線ＬD1は、第２の駆動用配線ＬD2よりも外側に配置され、第２の駆動用配線ＬD2は、第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2と第１の駆動用配線ＬD1との間に配置される。第１の駆動用配線ＬD1及び第２の駆動用配線ＬD2の相互間の位置関係は上述の例に限られず、第２の駆動用配線ＬD2が第１の駆動用配線ＬD1よりも外側に配置されてもよい。
なお、各配線層Ｌａ〜Ｌｂにおいて検出用配線ＬS1，ＬS2に近接する駆動用配線の種類を統一することで、検出用配線に漏れ込む駆動信号の極性が同一となり、これにより、駆動用配線と検出用配線との間のクロストークが生じたとしても、後述するように各軸まわりの角速度の演算過程においてノイズ成分が効率よくキャンセルされる。
【０１１９】
第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2に関しては、第１及び第２の検出用電極Ｓ１，Ｓ２のうち電極容量の大きい検出用電極に接続される検出用配線が、複数の駆動用配線（ＬD1，ＬD2）に隣接して配置されるのが好ましい。電極容量が大きい方の検出用電極に接続される検出用配線は、他の検出用配線と比較してインピーダンスが低くノイズの影響を受けにくいため、駆動用配線とのクロストークを小さくすることができる。本実施形態では、第２の検出用配線ＬS2が第１の検出用配線ＬS1と第２の駆動用配線ＬD2との間に配置される。
【０１２０】
第１及び第２の駆動用配線ＬD1，ＬD2の位置関係、ならびに第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2の位置関係は、各連結部８２ａ〜８２ｄにおいてそれぞれ共通とされる。これにより、駆動用配線と検出用配線との間のクロストークが生じたとしても、後述するように各軸まわりの角速度の演算過程においてノイズ成分が効率よくキャンセルされる。
【０１２１】
一方、基準電位接続用配線ＬT1及び参照電極接続用配線ＬT2はそれぞれ、第１の検出用配線ＬS1に隣接して配置される。基準電位接続用配線ＬT1及び参照電極接続用配線ＬT2を駆動用配線ＬD1，ＬD2から最も離れた位置に配置することで、これら各配線への駆動信号の混入を抑制でき、これにより安定した発振特性を確保することができる。
【０１２２】
配線層Ｌａ〜Ｌｄを構成する各種配線（駆動用配線ＬD1，ＬD2、検出用配線ＬS1，ＬS2、基準電位接続用配線ＬT1及び参照電極接続用配線ＬT2）は、典型的には、それぞれ同一の線幅（例えば５μｍ）で構成される。そして、これら各種配線は、主面８２ｓ上において、複数の連結部８２ａ〜８２ｄ各々の中心線ＣＬを対称軸として相互に線対称かつ等間隔（例えば３μｍ）に配置される。これにより、振動子部１０１の機械的な対称性が保たれるため、複数の連結部８２ａ〜８２ｄによって振動子部１０１をＸＹ平面内において均等に支持することができるとともに、Ｚ軸方向に力が加わったとしても振動子部１０１のねじれを抑えることができる。
【０１２３】
本実施形態では、配線層Ｌａ〜Ｌｄを構成する配線数が奇数（本例では５本）であるため、図１５に示すように中央に位置する配線（本例では第２の検出用配線ＬS2）の中心が連結部８２ａ〜８２ｄの中心軸ＣＬ上に整列されることになる。一方、上記配線数が偶数である場合には、中央側の２本の配線の間に上記中心軸ＣＬが位置するように各配線が形成されることになる。
【０１２４】
また、配線層Ｌａ〜Ｌｄを構成する各種配線（駆動用配線ＬD1，ＬD2、検出用配線ＬS1，ＬS2、基準電位接続用配線ＬT1及び参照電極接続用配線ＬT2）の構成材料は、駆動用電極Ｄ１，Ｄ２、検出用電極Ｓ１，Ｓ２，参照電極等の各電極層を構成する材料と同一の材料で構成されてもよいし、他の材料で構成されてもよい。本実施形態では、上記各種配線は、上記電極層を構成する材料（例えば、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）等）よりも弾性率の低い材料（例えば、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）等）でそれぞれ構成される。上記各種配線は、Ａｕ／Ｔｉ（チタン）などの積層膜で構成されてもよい。
【０１２５】
これにより、各連結部８２ａ〜８２ｄが弾性変形しやすくなるため、振動子部１０１の振動を阻害することなく、あるいは振動子部１０１の振動をベース部８１へ漏れ出すことなく、振動子部１０１を支持することが可能となる。また、配線パターンのずれなどに起因する対称性のずれの影響を小さくすることができる。さらに、上記各種配線層の断線、劣化等が抑制されるため、センサ素子１００の長期にわたる信頼性を確保することが可能となる。
【０１２６】
なお、複数の端子部８１０を構成する各種パッド（駆動用パッドＰD1，ＰD2、検出用パッドＰS1，ＰS2等）の構成材料は特に限定されず、上記各電極層や配線の構成材料と同一の材料で構成されてもよいし、これらと異なる材料で構成されてもよい。
【０１２７】
さらに、配線層Ｌａ〜Ｌｄを構成する各種配線（駆動用配線ＬD1，ＬD2、検出用配線ＬS1，ＬS2、基準電位接続用配線ＬT1及び参照電極接続用配線ＬT2）を被覆する保護膜３０８もまた、弾性率の比較的低い材料で構成されるのが好ましい。本実施形態では、保護膜３０８は、有機膜で構成される。保護膜３０８を構成する有機材料は特に限定されず、典型的にはポリイミドである。保護膜３０８は、有機膜で構成される場合に限られず、例えば、アルミナ膜、シリコン酸化膜あるいはこれらの積層膜等の無機膜で構成されてもよい。
【０１２８】
［センサ素子の典型的な動作］
本実施形態のセンサ素子１００において、振動子部１０１は、複数の連結部８２ａ〜８２ｄを介してベース部８１に支持されており、複数の圧電駆動部３１，３２は、フレーム１０（１１０）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。
この状態で、フレーム１０（１１０）にＺ軸まわりへの角速度が作用すると、例えば図６に示すように、フレーム１０（１１０）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。複数の第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ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。
一方、Ｘ軸およびＹ軸まわりへの角速度が作用すると、例えば図７に示すように、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。複数の第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、当該振り子部の変形量に基づいてＸ軸又はＹ軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
【０１２９】
ところで近年、電子機器の小型化、薄型化に伴い、電子機器に搭載される各種部品やセンサの更なる小型化、多機能化が求められている。ジャイロセンサに関しては、小型であることは勿論のこと、１つのセンサで多軸方向の角速度を高精度に検出することができることが要求される。
【０１３０】
そこで本実施形態のセンサ素子１００においては、複数の連結部８２ａ〜８２ｄに設けられた配線層Ｌａ〜Ｌｄの一部を構成する複数の駆動用配線ＬD1，ＬD2が相互に隣接して配置されている。このため、同じ連結部上に配置された複数の検出用配線ＬS1，ＬS2とのクロストークを低減でき、各軸まわりの角速度を高精度に検出することが可能となる。また、各配線を相互に交差させることなく引き回すことが可能となる。
【０１３１】
特に本実施形態において、複数の駆動用配線ＬD1，ＬD2は、第１の端部８２１から第２の端部８２２へ向かって主面８２ｓ上の一側方に偏って配置され、複数の検出用配線ＬS1，ＬS2は、第１の端部８２１から第２の端部８２２へ向かって主面８２ｓ上の他の側方に偏って配置される。これにより、複数の駆動用配線ＬD1，ＬD2及び検出用配線ＬS1，ＬS2を連結部の同一平面上に形成することができるとともに、同一平面上に配置された駆動用配線ＬD1，ＬD2及び検出用配線ＬS1，ＬS2の相互間における信号のクロストークを低減することができる。したがって本実施形態のセンサ素子１００によれば、素子の小型化を可能としつつ、角速度検出精度の劣化を抑制することが可能となる。
【０１３２】
また本実施形態のセンサ素子１００において、複数の駆動用配線ＬD1，ＬD2及び検出用配線ＬS1，ＬS2は、連結部８２ａ〜８２ｄの主面８２ｓ上において当該複数の連結部各々の中心線ＣＬを対称軸として相互に線対称かつ等間隔に配置されている。これにより、振動子部１０１の機械的な対称性が保たれるため、ねじれを生じさせることなく振動子部１０１を所定の振動モードで安定に振動させることが可能となる。
【０１３３】
さらに本実施形態においては、駆動用配線ＬD1，ＬD2及び検出用配線ＬS1，ＬS2各々の相対的な位置関係が各連結部８２ａ〜８２ｄにおいて同一に構成されている。この場合、駆動用配線ＬD1，ＬD2から検出用配線ＬS1，ＬS2に漏れ込む駆動信号の大きさ及び極性は各連結部８２ａ〜８２ｂにおいて同程度となり、しかも、重畳したノイズ成分はコントローラ２００の演算回路２０３（図８参照）における検出信号の差動演算により除去される。したがって、駆動用配線ＬD1，ＬD2と検出用配線ＬS1，ＬS2との間のクロストークが生じたとしても、各軸まわりの角速度の演算過程においてノイズ成分を効率よくキャンセルすることが可能となる。
【０１３４】
比較として、配線層Ｌａ，Ｌｃに関しては第２の検出用配線ＬS2を駆動用配線（ＬD1，ＬD2）の隣に配置し、配線層Ｌｂ，Ｌｄに関しては第１の検出用配線ＬS1を駆動用配線（ＬD1，ＬD2）の隣に配置した場合、Ｚ軸まわりの角速度検出信号に重畳する駆動用配線からのクロストーク量を測定したところ、その値は約−６６．８ｄＢであった。
【０１３５】
上述のように、駆動信号が検出信号に漏れ込むと出力オフセットが発生し、駆動信号レベルの変動がジャイロ出力の変動となる。駆動信号の振幅は温度によって変化し、それがジャイロ出力の変動となる。
図１６に駆動信号の振幅の温度依存性の一例を示す。図１６に示すように、駆動信号の振幅は、５０℃の温度差で約５％変化する。使用温度範囲を例えば−１０℃〜７５℃とすると、駆動信号の振幅は約８％変化する。
図１７は、駆動信号が８％変化したときのクロストーク量と出力変化量との関係を示す一実験結果である。駆動信号振幅が３Ｖpp、クロストーク量が−６６．８ｄＢの場合、駆動信号振幅が８％変化すると、コントローラ２００の平滑回路２０５ｚ（図８参照）から出力される直流電圧信号（ωｚ）の変動量は約２．１ｄｐｓ（degree per second）に相当する。この値は、センサモジュール全体としての目標スペックに無視できない影響を与える。
【０１３６】
これに対して本実施形態においては、各配線層Ｌａ〜Ｌｄにおける配線群の相対的な位置関係が同一であるため、上記クロストーク量をほぼ完全にキャンセルすることが可能となる。これにより、角速度の検出精度が向上し、信頼性の高いジャイロセンサを提供することができる。
【０１３７】
さらに本実施形態においては、第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2のうち、第２の検出電極Ｓ２に接続される第２の検出用配線ＬS2が第２の駆動用配線ＬD2に隣接して配置されているため、駆動用配線ＬD1，ＬD2とのクロストークの影響の更なる低減を図ることができる。
【０１３８】
すなわち本実施形態では、第２の検出電極Ｓ２の電極面積は、第１の検出電極Ｓ１の電極面積よりも広く形成されているため、第２の検出電極Ｓ２は、第１の検出電極Ｓ１よりも大きな電極容量を有する。典型的には、電極容量が大きいほど、これに接続される配線のインピーダンスが低くなり、ノイズの影響を受けにくくなる。
【０１３９】
例えば図１８は、駆動用配線から検出用配線へのクロストーク量を示す一実験結果である。実験では、第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2の位置を相互に入れ替えて、各々を駆動用配線（ＬD2）の１つ隣に配置した場合と、その２つ隣に配置した場合とをそれぞれ評価した。電極容量は、第１の検出電極Ｓ１については１５ｐＦ、第２の検出電極Ｓ２については３０ｐＦとした。その結果、図示するように、電極容量が相対的に小さい第１の駆動用配線ＬS1の方が駆動信号の漏れ込み量が多いことがわかる。また、駆動用配線に近い配線の方が駆動信号の漏れ込量が大きいことも確認された。このことから、Ｚ軸まわりの角速度検出用配線ＬS1を駆動用配線からなるべく遠ざけることで、クロストークの影響を小さく抑えることが可能となる。
【０１４０】
以上のように本実施形態においては、第１及び第２の検出用配線ＬS1，ＬS2のうちインピーダンスが低くノイズの影響を受けにくい第２の検出用配線ＬS2が駆動用配線ＬD1，ＬD2の隣に配置されているため、クロストークの影響を小さくすることが可能となる。
【０１４１】
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。
【０１４２】
例えば以上の実施形態では、振動子部１０１として、図３に示したような形態を有するフレーム１０を説明したが、これに限られず、フレームが例えば図１９に示すような形態で構成されてもよい。図１９に示すセンサ素子において、フレーム９０は、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの内周部に形成された重錘部９１を有する。重錘部９１の形状、大きさ、重さ、数等を適宜設定することにより、フレーム９０の基本振動における梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの振幅や共振周波数、離調度等を容易に調整することが可能となる。
なお図９に示したフレーム１１０にも、上述と同様の重錘部が設けられてもよい。
【０１４３】
また、以上の実施形態では、センサ素子１００は、ＩＣチップ等の回路素子で構成されたコントローラ２００に実装されたが、制御基板（配線基板）等の他の回路素子に直接、実装されてもよい。
【０１４４】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）第１の主面を有する環状のフレームと、前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する複数の振り子部と、圧電膜と前記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる複数の圧電駆動部と、第１の検出用電極をそれぞれ有し前記フレームの前記第１の主面における変形量に基づいて前記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する複数の第１の圧電検出部と、第２の検出用電極をそれぞれ有し前記複数の振り子部の前記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて前記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する複数の第２の圧電検出部と、を有する振動子部と、
複数の端子部を有し、前記振動子部の周囲に配置された環状のベース部と、
前記振動子部と前記ベース部との間に配置され、前記ベース部に対して前記振動子部を振動可能に支持する複数の連結部と、
前記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の駆動用配線と、前記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の検出用配線とを有し、前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、前記複数の端子部と、前記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する配線層と
を具備するセンサ素子。
（２）上記（１）に記載のセンサ素子であって、
前記複数の連結部は、前記振動子部に接続される第１の端部と、前記ベース部に接続される第２の端部と、前記配線層を支持し前記第１の主面に平行な第２の主面とを有し、
前記複数の駆動用配線は、前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の一側方に偏って配置され、
前記複数の検出用配線は、前記第１の端部から前記第２の端部へ向かって前記第２の主面の他の側方に偏って配置される
センサ素子。
（３）上記（２）に記載のセンサ素子であって、
前記複数の駆動用配線及び検出用配線は、前記第２の主面上において前記複数の連結部各々の中心線を対称軸として相互に線対称かつ等間隔に配置される
センサ素子。
（４）上記（２）又は（３）に記載のセンサ素子であって、
前記複数の検出用配線は、
前記第１の検出用電極に接続される第１の検出用配線と、
前記第２の検出用電極に接続される第２の検出用配線と、を含み、
前記第１及び第２の検出用電極のうち電極容量の大きい検出用電極に接続される検出用配線が、前記複数の駆動用配線に隣接して配置される
センサ素子。
（５）上記（２）〜（４）のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記複数の駆動用配線は、
前記第１の駆動用電極に接続され、第１の駆動信号が入力される第１の駆動用配線と、
前記第２の駆動用電極に接続され、前記第１の駆動信号とは逆位相の第２の駆動信号が入力される第２の駆動用配線と、を含み、
前記複数の連結部において、前記第２の駆動用配線は、前記複数の検出用配線と前記第１の駆動用配線との間に配置される
センサ素子。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記複数の駆動用配線及び検出用配線は、前記第１及び第２の駆動用電極ならびに前記第１及び第２の検出用電極よりも弾性率の低い材料でそれぞれ構成される
センサ素子。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記配線層は、前記複数の駆動用配線及び検出用配線を被覆する有機膜をさらに有する
センサ素子。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記フレームは、
前記第１の軸に直交する第２の軸方向に延在し、前記第１及び第２の軸にそれぞれ直交する第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４つの接続部と、を有し、
前記複数の振り子部は、前記４つの接続部から前記フレームの中心に向かって突出する４つの振り子部を含み、
前記複数の連結部は、前記４つの接続部から前記ベース部に向かって延びる４つの連結部を含む
センサ素子。
（９）上記（８）に記載のセンサ素子であって、
前記複数の圧電駆動部は、
前記第１の梁の前記第１の主面上にそれぞれ設けられ、前記第１の駆動用電極を上部電極として有する一対の第１の圧電駆動部と、
前記第２の梁の前記第１の主面上にそれぞれ設けられ、前記第２の駆動用電極を上部電極として有する一対の第２の圧電駆動部と、を含む
センサ素子。
（１０）上記（８）又は（９）に記載のセンサ素子であって、
前記複数の第１の圧電検出部は、前記４つの接続部の前記第１の主面上にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含む
センサ素子。
（１１）上記（８）から（１０）のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記複数の第２の圧電検出部は、前記４つの振り子部にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含む
センサ素子。
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれか１つに記載のセンサ素子であって、
前記複数の連結部は、前記振動子部と前記ベース部との間において延出方向が反転する転回部を有する
センサ素子。
（１３）  第１の主面を有する環状のフレームと、前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する複数の振り子部と、圧電膜と前記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる複数の圧電駆動部と、第１の検出用電極をそれぞれ有し前記フレームの前記第１の主面における変形量に基づいて前記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する複数の第１の圧電検出部と、第２の検出用電極をそれぞれ有し前記複数の振り子部の前記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて前記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する複数の第２の圧電検出部と、を有する振動子部と、
複数の端子部を有し、前記振動子部の周囲に配置された環状のベース部と、
前記振動子部と前記ベース部との間に配置され、前記ベース部に対して前記振動子部を振動可能に支持する複数の連結部と、
前記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の駆動用配線と、前記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の検出用配線とを有し、前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、前記複数の端子部と、前記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する配線層と、
前記ベース部を支持し、前記複数の端子部と電気的に接続される回路素子と
を具備するジャイロセンサ。
（１４）  第１の主面を有する環状のフレームと、前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有する複数の振り子部と、圧電膜と前記圧電膜を挟んで対向する第１及び第２の駆動用電極とをそれぞれ有し前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる複数の圧電駆動部と、第１の検出用電極をそれぞれ有し前記フレームの前記第１の主面における変形量に基づいて前記第１の主面に垂直な第１の軸まわりの角速度を検出する複数の第１の圧電検出部と、第２の検出用電極をそれぞれ有し前記複数の振り子部の前記第１の主面に垂直な方向における変形量に基づいて前記第１の軸と直交する２軸方向の角速度を検出する複数の第２の圧電検出部と、を有する振動子部と、
複数の端子部を有し、前記振動子部の周囲に配置された環状のベース部と、
前記振動子部と前記ベース部との間に配置され、前記ベース部に対して前記振動子部を振動可能に支持する複数の連結部と、
前記第１及び第２の駆動用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の駆動用配線と、前記第１及び第２の検出用電極にそれぞれ接続され相互に隣接して並走する複数の検出用配線とを有し、前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、前記複数の端子部と、前記複数の圧電駆動部、第１の圧電検出部及び第２の圧電検出部との間をそれぞれ電気的に接続する配線層と、
前記ベース部を支持し、前記複数の端子部と電気的に接続される回路素子と
を具備するジャイロセンサを搭載した電子機器。
【符号の説明】
【０１４５】
１…ジャイロセンサ
１０，１１０…フレーム
１０ｓ…（第１の）主面
１１ａ，１１ｂ…第１の梁
１２ａ，１２ｂ…第２の梁
１３ａ〜１３ｄ…接続部
２１ａ〜２１ｄ…振り子部
３１…第１の圧電駆動部
３２…第２の圧電駆動部
５１ａ〜５１ｄ…第１の圧電検出部
７１ａ〜７１ｄ…第２の圧電検出部
８１…ベース部
８２，８２ａ〜８２ｄ…連結部
８２ｓ…（第２の）主面
１００…センサ素子
１０１…振動子部
２００…コントローラ
８１０…端子部
Ｄ１，Ｄ２…第１及び第２の駆動用電極
Ｓ１，Ｓ２…第１及び第２の検出用電極
Ｌａ〜Ｌｄ…配線層
ＬD1，ＬD2…第１及び第２の駆動用配線
ＬS1，ＬS2…第１及び第２の検出用配線
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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