(57)【要約】【課題】検出手段に特殊なＱＶアンプを用いる必要がなく、出力のドリフトによる検出精度の劣化を防止することが可能な角速度センサを提供する。【解決手段】上記課題を解決するための角速度センサは、基板６２にＩＤＴ６４と反射器６６を形成した弾性表面波素子片６０と、前記基板６２における一方の端部に、振動腕２２ａ，２２ｂの延長線が前記弾性表面波素子片６０により励起される弾性表面波の伝搬方向と交差する位置関係となるように固定された音叉型振動片２０と、前記音叉型振動片２０からの出力信号の周期に同期して変化する前記弾性表面波素子片６０からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張りまたは圧縮の力を受けて発振周波数が変化する第１の振動片と、
前記第１の振動片における一方の端部に、振動部の延長線が前記第１の振動片における振動部の延長線と交差する配置関係となるようにして固定され、角速度が印加されることにより前記第１の振動片に引張りまたは圧縮の力を付与する振動モードを励振する第２の振動片と、
前記第２の振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記第１の振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
基板に励振電極を形成した弾性表面波素子片と、
前記基板における一方の端部に、振動腕の延長線が前記弾性表面波素子片により励起される弾性表面波の伝搬方向と交差する位置関係となるように固定された音叉型圧電振動片と、
前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記弾性表面波素子片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項３】
前記弾性表面波素子片の他方の端部に錘を載せたことを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記音叉型圧電振動片は、前記弾性表面波素子片の一方の端部に対し、振動腕の延長線が前記弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に位置するように固定したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記検出手段は、前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期させて前記弾性表面波素子片からの出力信号のカウントを振り分ける２つの周波数カウンタを備え、前記２つの周波数カウンタそれぞれのカウントの差分に基づいて角速度を検出する構成としたことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサに係り、特に検出素子として圧電素子を用いる角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より知られている圧電素子を用いた角速度センサとしては、図５に示すような音叉型圧電振動片（以下、単に音叉型振動片という）を用いたものが一般的である。このような形態の角速度センサ１では、音叉型に形成された振動腕２，３を矢印Ｃの方向へ振動させ、この状態の時に音叉型振動片に中心軸４周りの力（角速度）が付与されると、振動腕２，３の振動方向の慣性力と中心軸周りの角速度の積に比例する力（コリオリ力）が発生し、振動腕２，３は矢印Ｄで示す方向に互いに逆相の振動（ウォーク振動）をはじめる。このウォーク振動を解析可能な電気信号に変換して出力することで、角速度センサ１の中心軸４周りの角速度を検出することができるようになるのである。
【０００３】
このような角速度センサ１の構成例は次のようなものである。すなわち、音叉型振動片を構成する一方の振動腕２を駆動腕とし、他方の振動腕３を検出腕とする。そして両振動腕２，３の表裏面、及び内外側面に電極２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄが形成されている。駆動腕に形成した電極２ａ〜２ｄのうち、表裏面に形成した電極２ａ，２ｃには交流の駆動電圧を印加する構成とし、内外側面に形成した電極２ｂ，２ｄはグランドに接続する。また、検出腕に形成した電極３ａ〜３ｄのうち、外側面に形成された電極３ｄは、前記コリオリ力発生時に出力される電荷を検出する電極として検出部（不図示）に接続する。そして、内側面に形成された電極３ｂはグランドに接続し、表裏面に形成された電極３ａ，３ｃはグランドあるいは振動腕の振動制御情報として利用するために他の端子部に接続する。
【０００４】
このような構成の角速度センサとしては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているようなものを挙げることができる。
【特許文献１】特開２００３−１２１１５５号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成の角速度センサによれば、角速度の検出ができ、振動片の小型化を図ることも容易であると考えられる。しかし、上記特許文献１、特許文献２に開示されている角速度センサはいずれも、音叉型振動片に形成された振動腕のうちの一方を駆動腕、他方を検出腕としているため、励振効率が悪い。また、コリオリ力によって出力される電荷は非常に小さな値であるため、検出部に使用される電荷電圧変換アンプ（ＱＶアンプ）には特殊なものが必要となる。また、検出回路には特殊なアナログ回路を必要とするため、ＩＣの開発、製造に要するコスト的な負担が大きい。さらに、振動片の小型化を図る上では、駆動用の入力信号が検出用信号に表れる電気的なノイズにより、角速度が零なのにも関わらず検出信号が出力されるといった、出力のドリフトが生ずることがあり、この安定化が困難とされている。
【０００６】
そこで本発明では、検出部に特殊なＱＶアンプを用いる必要がなく、出力のドリフトによる検出精度の劣化を防止することが可能な角速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る角速度センサは、引張りまたは圧縮の力を受け
て発振周波数が変化する第１の振動片と、前記第１の振動片における一方の端部に、振動部の延長線が前記第１の振動片における振動部の延長線と交差する配置関係となるようにして固定され、角速度が印加されることにより前記第１の振動片に引張りまたは圧縮の力を付与する振動モードを励振する第２の振動片と、前記第２の振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記第１の振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
このような構成の角速度センサによれば、角速度の検出は、第２の振動片に角速度が印加されることによって生じた振動モードに従って変化する第１の振動片の周波数に基づいてなされるため、出力信号の検出は通常の圧電素子の場合と変わらない。このため、検出手段に特殊なＱＶアンプを用いる必要性が無い。また、角速度の検出を、第２の振動片からの出力信号の周期に同期して変化する第１の振動片からの出力信号の周波数変化に基づいて行うようにしているため、第１の振動片からの出力信号の周波数が温度変化等によって定常的に変化した場合には角速度の検出は成されない。すなわち、外乱等によって生じる出力のドリフトといった現象を生じ難くすることができる。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明に係る角速度センサは、基板に励振電極を形成した弾性表面波素子片と、前記基板における一方の端部に、振動腕の延長線が前記弾性表面波素子片により励起される弾性表面波の伝搬方向と交差する位置関係となるように固定された音叉型圧電振動片と、前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期して変化する前記弾性表面波素子片からの出力信号の周波数変化に基づいて角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とするものであっても良い。
【００１０】
このような構成の角速度センサによれば、音叉型圧電振動片がコリオリ力を受けることによって生じた振動モード（ウォーキングモード）の反作用により、ＳＡＷ素子片の一方の端部には所定の周期で引張り、あるいは圧縮の力が付与されることとなる。そして、角速度の検出は、前記音叉型振動片からの出力信号の周期に同期して変化するＳＡＷ素子片からの出力信号の周波数変化に基づいて成される。このため、信号の検出は通常の圧電振動片からの出力信号と変わらないものとなるため、検出手段に特殊なＱＶアンプを用いる必要性が無い。また、角速度の検出を、音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期して変化するＳＡＷ素子片からの出力信号の周波数変化に基づいて行うようにしているため、ＳＡＷ素子片からの出力信号の周波数が温度変化等によって定常的に変化した場合には角速度の検出は成されない。すなわち、外乱等によって生じる出力のドリフトといった現象を生じ難くすることができる。
【００１１】
また、上記のような構成の角速度センサでは、前記弾性表面波素子片の他方の端部に錘を載せるようにすると良い。このような構成とすることにより、音叉型圧電振動片から伝達される応力を弾性表面波素子片の表面に集中させることができ、音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に伴うＳＡＷ素子片からの出力信号の周波数変化を大きなものとすることができる。
【００１２】
また、上記のような構成の角速度センサでは、前記音叉型圧電振動片は、前記弾性表面波素子片の一方の端部に対し、振動腕の延長線が前記弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に位置するように固定したことを特徴とすると良い。このような構成とすることにより、コリオリ力によって音叉型圧電振動片の基部に付与された捻れ方向の力を、ＳＡＷ素子片に効率良く伝達することができる。
【００１３】
また、上記のような構成の角速度センサにおいて、前記検出手段は、前記音叉型圧電振動片からの出力信号の周期に同期させて前記弾性表面波素子片からの出力信号のカウントを振り分ける２つの周波数カウンタを備え、前記２つの周波数カウンタそれぞれのカウン
トの差分に基づいて角速度を検出する構成とすると良い。検出手段の構成をこのようなものとすることにより、温度変化等の影響を受けることなく、静止時においては前記差分は零となる。よって、広い温度帯域において高い精度での角速度検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の角速度センサに係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態であり、本発明の技術的範囲は以下の形態のみに限定されるものでは無い。
【００１５】
まず、図１を参照して本実施形態に係る角速度センサの構成について説明する。なお、図１において、図１（Ａ）は角速度センサの平面概略図、図１（Ｂ）は角速度センサの正面概略図であり、図１（Ｃ）、及び図１（Ｄ）はそれぞれ角速度センサに角速度が付与された際の応力の発生状態を示す図である。図１に示す角速度センサ１０は、弾性表面波素子片（ＳＡＷ素子片：第１の振動片）６０、音叉型圧電振動片（音叉型振動片：第２の振動片）２０、ＩＣ（検出手段及び発振手段）３０、及び基板４０を基本構成とする。
【００１６】
前記ＳＡＷ素子片６０は、基板６２と、この基板６２の一主面に形成されたＩＤＴ６４、反射器６６、及び入出力パッド６７とより構成される。前記基板６２は弾性表面波（ＳＡＷ）を励起可能な基板であり、例えば水晶によって構成されている場合には、所望のカットアングルによって切り出されたものである。前記ＩＤＴ６４は、前記ＳＡＷの伝搬方向に直交するようにして配置された複数の電極指と、この電極指の一方の端部を電気的に接続するバスバーによって構成される櫛歯状電極によって構成される。本実施形態におけるＩＤＴ６４は、一対の櫛歯状電極の電極指が、互いに噛合うようにして配置して構成されている。前記反射器６６は、前記電極指に平行となるように配置された複数の導体ストリップと、この導体ストリップを相互に接続するバスバーとより成る。そして前記ＩＤＴ６４は、ＳＡＷ素子片６０に対する信号の入力、あるいはＩＤＴ６４によって励起された振動に基づく出力信号を外部へ出力するための入出力パッド６７が接続されている。このような構成のＳＡＷ素子片６０は、ＩＤＴに所定の電圧信号が入力されることにより、基板６２の表面にＳＡＷを励起させる。そして、このようなＳＡＷ素子片６０は、ＳＡＷを励起する基板６２の表面、すなわちＩＤＴ６４、反射器６６といった励振電極形成部、特にＩＤＴ６４形成部に、引張り、あるいは圧縮の力を受けることにより、励起するＳＡＷの共振周波数（周波数）を変化させるという特性を持つ。具体的には、引張りの力を受けた場合に周波数が高くなり、圧縮の力を受けた場合に周波数が低くなるというものである。
【００１７】
前記音叉型圧電振動片２０は、一般的な音叉型の圧電振動片である。具体的には、２つの振動腕２２（２２ａ，２２ｂ）を延設する基部２４に、上述したＳＡＷ素子片６０と同様に入出力パッド２６が設けられており、前記２つの振動腕２２の双方には励振電極２８が形成されているというものである。そして、このような構成の音叉型振動片２０の入出力パッド２６に所定の交流電圧が印加されると、２つの振動腕２２が離接を繰り返すように振動する。そして、音叉型振動片２０にこのような振動が付与されている時（定常モード時）に、音叉型振動片２０に対して角速度を付与すると、２つの振動腕２２は、定常モード時の振動方向と垂直な方向に互いに逆相の振動をするいわゆるウォーキングモードという振動モードが励振される。
【００１８】
本実施形態に係る角速度センサ１０では、上記のようなＳＡＷ素子片６０を基板４０に固定し、ＳＡＷ素子片６０を構成する基板６２における一方の端部上面に前記音叉型振動片２０を配置するという構成を採っている。具体的には次のようなものである。
【００１９】
まず、基板４０に対して接着剤４９を介してＳＡＷ素子片６０を固定する。前記接着剤
としては、固着性を有するエポキシ系のものを採用すると良い。そして、前記音叉型振動片２０は、前記ＳＡＷ素子片６０を構成する基板６２における長手方向の一方の端部に固定する。音叉型振動片２０の固定には、ＳＡＷ素子片６０の固定と同様に、固着性を有する接着剤を用いることが望ましい。音叉型振動片２０は、ＳＡＷ素子片６０によって励起されるＳＡＷの伝搬方向６５に対して、自己の振動腕２２の延長線が直交する位置関係となるように配置することが望ましい。なお、音叉型振動片２０の振動腕の延長線とは、振動腕２２の延伸する方向に平行な線２７である。
【００２０】
また、音叉型振動片２０の基部２４は、ＳＡＷ素子片６０における一方の端部上面であって、ＩＤＴを構成する電極指の交差指幅に入る位置となるように配置することが望ましい。このような構成とすることにより、後述する引張り、あるいは圧縮の力（応力）が、ＳＡＷ素子片６０のＩＤＴ６４に伝達され易くなるからである。また、前記ＳＡＷ素子片６０を構成する基板６２の他方の端部上面には、錘としての質量体６８を載置すると良い。このような構成とすることにより、詳細を後述する音叉型振動片２０によって奏される応力を、ＳＡＷ素子片６０を構成する基板６２の表面に集中させることが可能となるからである。
【００２１】
ＳＡＷ素子片６０と音叉型振動片２０との配置関係を上記のようなものとすることにより、音叉型振動片２０に前記ウォーキングモードが生じた際には、前記音叉型振動片２０の基部２４の動きをＳＡＷ素子片６０に伝達することができる。すなわち、図１（Ｃ）のようにＳＡＷ素子片６０におけるＩＤＴ６４側に位置する音叉型振動片２０の振動腕２２ａが図中上側へ、反対側の振動腕２２ｂが図中下側へ屈曲した場合、音叉型振動片２０の基部２４には振動腕２２と反対方向に捻れようとする応力が付与される。したがってＳＡＷ素子片６０における一方の端部には矢印Ａで示した方向の応力が付与されることとなる。ＳＡＷ素子片６０の一方の端部に対して矢印Ａで示される捻れの応力が付与されると、この応力はＳＡＷ素子片６０を構成する基板６２の表面に対して引張り方向の応力として作用することとなる。
【００２２】
一方、図１（Ｄ）に示すように、振動腕２２ａが図中下側へ、反対側の振動腕２２ｂが図中上側へ屈曲した場合、ＳＡＷ素子片６０における一方の端部には矢印Ｂで示される方向の応力が付与されることとなる。ＳＡＷ素子片６０の一方の端部に対して矢印Ｂで示される捻れの応力が付与されると、この応力はＳＡＷ素子片６０を構成する基板６２の表面に対して圧縮方向の応力として作用することとなる。
【００２３】
ＳＡＷ素子片６０は上述したように、ＩＤＴ６４を含む励振電極に引張りの応力が付与された場合には周波数が上昇し、圧縮の応力が付与された場合には周波数が低下するという特性を有する。このため、本実施形態に係る角速度センサ１０では、音叉型振動片２０における出力信号の周期に同期して変化するＳＡＷ素子片６０における周波数に基づいて角速度が付与されたか否かを検出することが可能となる。
【００２４】
角速度の検出は前記ＩＣ３０を介して成される。ＩＣ３０の能動面に配置された電極パッド３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂと、音叉型振動片２０の入出力パッド２６、ＳＡＷ素子片６０の入出力パッド６７、及び基板４０に設けられた電極パッド４２とは、図１（Ａ）に示すように、各々金属ワイヤ４８を介して電気的に接続されている。
【００２５】
前記ＩＣ３０の概略構成は次のようなものとなる。主な構成要素としては図２に示すように、アンド回路７２（７２ａ，７２ｂ）、周波数カウンタ７６（７６ａ，７６ｂ）、減算器７８、ラッチシフトレジスタ８０、タイミングジェネレータ８２、及び音叉型振動片２０並びにＳＡＷ素子片６０を発振させる発振回路２０ａ、６０ａといったものを挙げる
ことができる。
【００２６】
前記アンド回路７２ａ，７２ｂにはそれぞれ、音叉型振動片２０の出力信号（音叉型振動片２０が接続された発振回路２０ａからの出力信号）と、ＳＡＷ素子片６０の出力信号（ＳＡＷ素子片６０が接続された発振回路（オシレータ）６０ａからの出力信号）とが入力される構成とされているが、いずれか一方のアンド回路（例えばアンド回路７２ｂ）に対する音叉型振動片２０の出力信号は、ノット回路７４を介して入力される。そして、２つのアンド回路７２ａ，７２ｂの出力側にはそれぞれ周波数カウンタ７６ａ，７６ｂが設けられている。このような構成とすることによりＳＡＷ素子片６０の出力信号は、音叉型振動片２０の出力信号の周期に同期させて、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに振り分けられることとなる。
【００２７】
ここで、音叉型振動片２０が接続された発振回路２０ａからの出力信号を図３（Ａ）で示した場合、ＳＡＷ素子片６０が接続された発振回路６０ａからの出力信号は図３（Ｂ）〜（Ｄ）で示す形態を採り得る。すなわち、図３（Ｂ）は、静止時におけるＳＡＷ素子片６０の出力信号を示す。また、図３（Ｃ）は、音叉型振動片２０に時計周り方向（ＣＷ）の角速度が付与された場合（図１（Ｄ）で示す応力が生じた場合）におけるＳＡＷ素子片６０の出力信号を示す。さらに、図３（Ｄ）は、音叉型振動片２０に反時計周り方向（ＣＣＷ）の角速度が付与された場合（図１（Ｃ）で示す応力が生じた場合）におけるＳＡＷ素子片６０の出力信号を示す。
【００２８】
図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、ＳＡＷ素子片６０における出力信号の周波数の変化は、図３（Ａ）に示す音叉型振動片２０における出力信号の周期に同期して成される。このため、上記のように音叉型振動片２０の出力信号の周期に同期させてＳＡＷ素子片６０の出力信号を振り分け、それぞれ別個の周波数カウンタ７６ａ，７６ｂにてカウントするようにした場合、各周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされる信号数は次のようになる。
【００２９】
まず、音叉型振動片２０に角速度が付与されていない場合には、音叉型振動片２０における出力信号の周期に伴う周波数変化が無いため、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされるＳＡＷ素子片６０の出力信号数は同一となる。一方、音叉型振動片２０にＣＷの角速度が加えられた場合には、図２に示す回路では周波数カウンタ７６ｂのカウント数が、周波数カウンタ７６ａのカウント数よりも多くなる。そして、音叉型振動片２０にＣＣＷの角速度が加えられた場合には、周波数カウンタ７６ａのカウント数が周波数カウンタ７６ｂのカウント数よりも多くなる。ここで、ＳＡＷ素子片６０からの出力信号はＵＨＦ帯とすることができるため、その周波数は音叉型振動片２０からの出力信号の周波数に対して十分に高い。このため、音叉型振動片２０からの出力信号１周期分でカウントされる信号数は十分に多くなる。このため、短時間で高精度な角速度検出が可能となる。
【００３０】
前記２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂの出力側には、減算器７８が接続されており、減算器７８の出力側にはラッチシフトレジスタ８０が接続されている。そして、前記２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされた信号は減算器７８を介して２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂの差分デジタル値としてラッチシフトレジスタ８０へと出力されている。
【００３１】
上記構成の回路には、周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに対するゲート開閉指令信号、及びラッチシフトレジスタ８０に対するラッチ信号等を出力するタイミングジェネレータ８２が設けられる。そして、タイミングジェネレータ８２には、外部からの計測命令信号と、音叉振動片２０からの出力信号が入力される構成とされている。
【００３２】
このような構成の回路では、タイミングジェネレータ８２に対して外部からの計測命令信号が入力されると、タイミングジェネレータ８２は２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに対してゲートを開く旨の信号を出力すると共に、音叉型振動片２０の出力信号のカウントを開始する。アンド回路７２ａ，７２ｂに入力されたＳＡＷ素子片６０からの出力信号は上述したように、音叉型振動片２０からの出力信号の周期に同期させて振り分けられ、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂにて別々にカウントされる。周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされた信号は減算器７８を介して差分デジタル値としてラッチシフトレジスタ８０に入力されるが、前記タイミングジェネレータ８２によってカウントされる音叉型振動片２０からの出力信号のカウント数が規定の値に達した場合には、タイミングジェネレータ８２から周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに対してゲートを閉じる旨の信号が出力されると共に、ラッチシフトレジスタ８０に対してラッチ信号が出力される。ラッチ信号が入力されたラッチシフトレジスタ８０では減算器７８からの出力信号に基づいて得られたデジタル値をラッチする。その後周波数カウンタ７６ａ，７６ｂにはタイミングジェネレータ８２からのリセット信号が入力され、カウントがリセットされる。また、ラッチシフトレジスタ８０には、外部からクロック信号が入力されて、ラッチされたデジタル値がシリアル信号として出力される。そして、角速度センサ１０に付与された角速度は、前記出力されたシリアル信号と計測時間等に基づいて導き出される。
【００３３】
なお、上記のような構成の角速度センサ１０では、音叉型振動片２０のウォーキングモード発生からＳＡＷ素子片６０からの出力信号の周波数が変化するまでの間に時間的なずれが生じる場合がある。このような場合、音叉型振動片２０からの出力信号の周期と、ＳＡＷ素子片６０からの出力信号の周波数変化の周期との間に位相差が生ずることとなる。このため、音叉型振動片２０の出力信号側、またはＳＡＷ素子片６０の出力信号側、あるいはその両方に位相調整器７０を設けることが望ましい（図２では音叉型振動片２０の出力信号側のみ）。このような構成とすることにより、両者の出力信号間の位相を調整し、音叉型振動片２０の出力信号の周期とＳＡＷ素子片６０の出力信号の周波数変化との同期をとることが可能となる。また、ＳＡＷ素子片６０から出力される信号は、ＵＨＦ帯となるため、そのままでは周波数カウンタによる計測が困難となることが考えられる。このような場合には、ＳＡＷ素子片６０の出力信号側に、プリスケーラ８４を設けて、ＳＡＷ素子片６０からの出力信号の周波数を下げる方向に調整すると良い。
【００３４】
上記のように、本実施形態におけるＩＣ３０による信号処理は、周波数カウンタ７６ａ，７６ｂ、減算器７８、ラッチシフトレジスタ８０といったいずれも論理回路により構成可能な処理手段によって行うことが可能である。したがって、上記のような信号処理回路をデジタル化することにより、ＩＣ３０の開発、及び製造コストを下げることが可能となる。
【００３５】
次に、上記構成の角速度センサ１０による角速度検出までの動作について説明する。上記構成の角速度センサ１０では、音叉型振動片２０、ＳＡＷ素子片６０の双方を発振させる。この状態において音叉型振動片２０に対して角速度が付与されると、音叉型振動片２０の振動モードには定常モードに加えウォーキングモードが付加される。振動モードにウォーキングモードが付加された場合、音叉型振動片２０の基部２４には振動腕２２の歪みと反対方向のモーメントが発生する。このため、音叉型振動片２０を一方の端部に固定しているＳＡＷ素子片６０のＩＤＴ６４には、ウォーキングモードの振動に倣ったタイミングで、引張りあるいは圧縮のモーメントが作用することとなる。そして、ＳＡＷ素子片６０の出力信号の周波数（発振周波数）は、引張り、あるいは圧縮のモーメントが作用することにより変化する。
【００３６】
音叉型振動片２０の出力信号とＳＡＷ素子片６０の出力信号は、互いにＩＣ３０に入力
される。ＩＣ３０に入力されたＳＡＷ素子片６０の出力信号は、音叉型振動片２０の出力信号の周波数に同期させられて、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂへと振り分けられる。そして、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂ間の差分デジタル値に基づいて角速度の有無及び程度を示すシリアル信号が出力される。
【００３７】
上記のような構成の角速度センサ１０によれば、音叉型振動片２０の電極構造は、一般的な振動子に使用される音叉型振動片と同様な電極構造とすることができるため、励振の効率が良く、製造も容易である。
【００３８】
また、前記ＩＣ３０内部の回路構造は、全てデジタル回路により構成することができるため、ＩＣ３０の開発、製造コストを大幅に削減することが可能となる。また、ＩＣ３０からの出力信号はマイコンとの相性の良いデジタル信号として取り出すことができるため、データ処理が容易となる。
【００３９】
さらに、角速度センサ１０が静止した状態においては、ＳＡＷ素子片６０に何らの応力も掛からないため、ＩＣ３０内部の２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂに入力される信号のカウント値は同一となる。そして、２つの周波数カウンタ７６ａ，７６ｂによってカウントされた信号の差分デジタル値を出力する減算器７８からの出力は零となる。この減算器７８からの出力は、ＳＡＷ素子片６０自体の発振を基準とした信号に基づいて導かれる信号であるため、温度変化によってＳＡＷ素子片６０の発振周波数に定常的な変化が生じた場合であっても、これを受けて出力が変化するということは無い。
【００４０】
また、上記実施形態では、ＳＡＷ素子片６０は能動面を上側にして基板４０に直接配置され、音叉型振動片２０はＳＡＷ素子片６０の一方の端部に固定する構成とした。しかし、ＳＡＷ素子片６０の能動面は、必ずしも上側に向けて配置する必要性は無い。具体的には図４に示すように、基板に段差部４４を設け、この段差部４４に対してＳＡＷ素子片６０の他方の端部を固定するのである。この際、ＳＡＷ素子片６０の能動面が、基板４０と対向するように配置する。また、段差部に対するＳＡＷ素子片６０の固定は、固着性を有する接着剤によれば良い。ＳＡＷ素子片６０をこのような形態で基板４０に固定した場合、音叉型振動片２０の配置形態は次のようなものとすれば良い。すなわち、ＳＡＷ素子片６０を構成する基板６２における一方の端部であって、ＳＡＷ素子片６０の能動面側に配置するのである。このような構成とした場合であっても、音叉型振動片２０にコリオリ力が生じた際に発生する応力を、ＩＤＴ６４を含む励振電極を有する基板６２の表面に伝達することができる。
【００４１】
また、上記実施形態において、出力信号に生ずるバルク波等を抑えることを目的として、ＳＡＷ素子片６０に構成したＩＤＴ６４、及び反射器６６の表面に、ＳｉＯ２等によって構成した保護膜を設けるようにしても良い。
【００４２】
また、ＳＡＷ素子片６０及び音叉型圧電振動片２０の圧電材料として水晶を用いれば、優れた周波数温度特性を得られ、より高精度な角速度検出を行うことができる。
【００４３】
また、上記実施形態では、第１の振動片としてＳＡＷ素子片を挙げて説明しているが、第１の振動片としては、振動部に引張り、あるいは圧縮の力を受けることにより出力信号の周波数を変化させる振動片であれば他のものを採用しても良い。例えばＡＴカット水晶振動片等である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る角速度センサの概略構成を示す図である。
【図２】角速度を検出するためのＩＣの回路構成の例を示す図である。
【図３】音叉型振動片の出力信号とＳＡＷ素子片の出力信号を示す図である。
【図４】本発明に係る角速度センサの変形例の１つを示す図である。
【図５】従来の角速度センサの例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０………角速度センサ、２０………音叉型振動片（音叉型圧電振動片）、２２（２２ａ，２２ｂ）………振動腕、２４………基部、２６………入出力パッド、２８………励振電極、３０………ＩＣ、４０………基板、６０………ＳＡＷ素子片（弾性表面波素子片）、６２………基板、６４………ＩＤＴ、６６………反射器、６７………入出力パッド、６８………質量体。
【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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