(57)【要約】【課題】本発明は、角速度センサにおいて、角速度検出素子からの振動漏れを低減し、角速度出力の安定した角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明の角速度センサは、角速度検出素子を備えた角速度センサであって、前記角速度検出素子は、基部と、前記基部から延出する一対のアームと、前記一対のアームに接続する枠部と、を有し、前記角速度検出素子は圧電効果により駆動振動し、前記角速度検出素子の駆動振動時の最大変位箇所の９０％以上の変位箇所には圧電体を配置しないことを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度検出素子を備えた角速度センサであって、
前記角速度検出素子は、
基部と、
前記基部から延出する一対のアームと、
前記一対のアームに接続する枠部と、
前記角速度検出素子を駆動振動させる駆動電極と、
前記駆動振動時に角速度に起因して生じるコリオリ力を検出する検出電極と、
前記角速度検出素子の上に設けた圧電体と、を備え、
前記駆動電極、及び前記検出電極は、前記圧電体の上に設けた電極であり、
前記角速度検出素子上で、前記駆動振動時に最も変位の大きくなる部分の変位を最大変位と定義したとき、
前記角速度検出素子上で、前記駆動振動時の変位が、前記最大変位の９０％以上となる部分に前記圧電体を設けない角速度センサ。
【請求項２】
前記枠部は、前記基部を取り囲むように配されるとともに、一対の錘部を有する請求項１の角速度センサ。
【請求項３】
前記一対の錘部はそれぞれ、前記基部の中心を通り、前記一対のアームを通る軸に対して対称である請求項２の角速度センサ。
【請求項４】
前記軸方向において、前記一対の錘部の幅より、前記枠部上の前記圧電体を設けない部分の幅が小さい請求項３の角速度センサ。
【請求項５】
前記一対の錘部は、前記駆動振動時に前記基部を挟んで互いに逆方向に振動する請求項４の角速度センサ。
【請求項６】
前記一対のアームは、前記基部から互いに逆方向に延出する請求項１の角速度センサ。
【請求項７】
前記角速度検出素子を収容するパッケージを更に有する請求項１の角速度センサ。
【請求項８】
請求項１に記載の角速度センサを有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に用いられる角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、角速度センサとして、コリオリの力を利用する振動型角速度センサが知られている。例えば、
錘を駆動振動させた状態で、角速度が加わると、錘に対して、コリオリの力が加わる。その結果、コリオリの力の向きに対応する検出振動が発生し、この検出振動を電気信号として検出することによって角速度を検出することができる。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行文献情報としては、例えば、特許文献１が知られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３７６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の構成では、錘が完全に水平振動せず、振動漏れを起こすことがわかっている。
【０００６】
このような振動漏れが生じると、角速度出力が不安定になるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、角速度検出素子からの振動漏れを低減し、角速度出力の安定した角速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の角速度センサは、角速度検出素子を備えた角速度センサであって、前記角速度検出素子は、基部と、前記基部から延出する一対のアームと、前記一対のアームに接続する枠部と、を有し、前記角速度検出素子は圧電効果により駆動振動し、前記角速度検出素子の駆動振動時の最大変位箇所の９０％以上の変位箇所には圧電体を配置しないことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により、角速度検出素子は駆動振動時の最大変位箇所の９０％以上の変位箇所には圧電体を配置しないため、角速度検出素の厚み方向の振動（不要振動）を低減することができる。したがって、角速度検出素子から外部への漏れ振動を低減することができ、外乱の影響で角速度検出素子の共振振動が変動しにくいために、角速度出力の安定した角速度センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１における角速度検出素子の上面図
【図２】図１中のＡ−Ａ′部の断面図
【図３】角速度検出素子の駆動振動の説明図
【図４】同角速度検出素子の側面図
【図５】同角速度検出素子の側面図を用いた駆動振動を説明する図
【図６】実施の形態２の電子機器の図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態の角速度センサについて図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本実施の形態における角速度センサが備える角速度検出素子の上面図である。
【００１３】
図１において、本実施の形態の角速度センサは、角速度検出素子１０１を備えた角速度センサであって、前記角速度検出素子１０１は、基部１０２と、前記基部から延出する第１のアーム１０３ａ及び第２のアーム１０３ｂと、前記それぞれのアームに接続する枠部１０４と、を備える。ここで、前記角速度検出素子１０１は圧電効果により駆動振動し、前記駆動振動時に最も変位の大きくなる部分の変位を最大変位と定義したとき、前記角速度検出素子１０１上で、前記駆動振動時の変位が、前記最大変位の９０％以上となる部分は前記圧電体を設けない構成である。
【００１４】
以下、各構成要素について説明する。
【００１５】
基部１０２は、角速度検出素子１０１を支持するための固定部材である。角速度検出素子１０１を格納するパッケージ（図示せず）に接着剤等を用いて固定される。第１のアーム１０３ａ及び第２のアーム１０３ｂは、図１中のＹ軸方向に沿って、基部１０２から互いに反対の方向に延出している。
【００１６】
枠部１０４は、基部１０２を取り囲むように配され、第１のアーム１０３ａ及び第２のアーム１０３ｂの一端と接続している。一対の錘部（第１の錘部１０５ａ、及び第２の錘部１０５ｂ）は、それぞれが枠部１０４と接続しており、基部１０２を挟んで互いにＸ軸上の対称の位置に配置される。
【００１７】
ここで、好適には、角速度検出素子１０１に不要な方向の共振を引き起こさないために、基部１０２は枠部１０４の略中心に配置されることが望ましい。また、第１の錘部１０５ａ、及び第２の錘部１０５ｂは基部１０２の中心を通る図中のＹ軸に対して対称形状であることが望ましい。
【００１８】
図１の網掛けを付した箇所と無地の箇所とについて説明する。まず、角速度検出素子１０１の上で駆動振動時に最も変位の大きくなる部分の変位を最大変位と定義する。このとき、図１中の網掛け部は、角速度検出素子１０１の上で、駆動振動時の変位が最大変位の９０％以下となる部分（以下、「最大変位の９０％以下の部分」と記載）である。同様に、図１中の無地の部分は、駆動振動時の変位が最大変位の９０％以上となる部分（以下、「最大変位の９０％以上の部分」と記載）を示している。
【００１９】
図２を用いて、図１中のＡ−Ａ′部の断面構造を示す。最大変位の９０％以上の部分では、基板１１０上に圧電体１０８は配置されていない、すなわち、角速度検出素子１０１の上で、駆動振動時の変位が、最大変位の９０％以上となる部分に圧電体１０８を設けない、のに対して、最大変位の９０％以下の部分では、基板１１０の上に圧電体１０８が配置されている。後述するが、必ずしも最大変位箇所の９０％以下の変位箇所すべてに圧電体１０８が配置されている必要はない。この圧電体１０８に駆動もしくは検出の機能を持たせるためには、圧電体１０８を挟むように上部電極１０７及び下部電極１０９を設ける必要がある。
【００２０】
ここで、基板１１０の材料にシリコンウェハを用いることにより、微細加工技術を用いて非常に小型に角速度検出素子１０１を形成することができるとともに、大量生産によるコストダウンが可能になる。また、下部電極１０９には白金、圧電体１０８にはチタン酸ジルコン酸鉛、上部電極１０７には金を材料に用いることで、圧電特性の安定した電極部１０６を形成することができる。
【００２１】
角速度検出素子１０１の駆動振動について図３を用いて説明する。図３（ａ）は２つの錘同士が開いている状態を示し、図３（ｂ）は２つの錘同士が閉じている状態を示している。
【００２２】
駆動振動は第１の錘部１０５ａと第２の錘部１０５ｂが図中のＸ軸に沿って、互いに逆方向に振動し、２つの錘同士が開いたり、閉じたりする動きである。この例においては、第１の錘部１０５ａまたは第２の錘部１０５ｂの先端部分Ｐが駆動振動時の最も変位の大きい部分になる。以下、先端部分Ｐの変位を「最大変位」と記載する。角速度検出素子１０１の駆動振動においては、２つの錘部及び枠部１０４の一部が最大変位の９０％以上の部分となり、残りの領域が最大変位の９０％以下の部分になる。このため、角速度検出素子１０１の断面構造は図４のようになり、最大変位の９０％以上の部分であつ各錘部には圧電体は配置されていない。
【００２３】
駆動振動の様子を図５に示す。図５（ａ）は２つの錘同士が開いている状態を示し、図５（ｂ）は２つの錘同士が閉じている状態を示している。
【００２４】
最大変位の９０％以上の部分において、圧電体１０８と基板１１０の積層構造という密度勾配を持たないために、駆動振動時に錘部は従来構成よりもＸ軸方向に水平に振動しやすくなる。そのため、Ｚ軸方向への振動（不要振動）は抑制され、角速度検出素子１０１から外部に漏れる漏れ振動も抑制することができる。特に、圧電体を配置しない領域は最大変位の９０％以上の部分に限るのが望ましい。これは、最大変位の９０％以下の部分まで圧電体１０８を除去してしまうと、角速度検出素子１０１の駆動や検出に必要な電極部が極端に小さくなり、駆動や検出の効率が悪くなるためである。
【００２５】
また、第１の錘部１０５ａと第２の錘部１０５ｂのＹ軸方向の幅（図１中のＷ１）より、圧電体１０８を設けない部分のＹ軸方向の幅（図１中のＷ２）が小さい。すなわち、一対の錘部の、軸（基部１０２の中心を通り、一対のアームを通る軸）方向の幅より、枠部１０４の上の圧電体１０８を設けない部分のＹ軸方向の幅が小さい。
【００２６】
次に、角速度検出素子１０１の動作を説明する。
【００２７】
角速度検出素子１０１は基部１０２を介して、図示しない角速度センサパッケージに固定されている。
【００２８】
角速度検出素子１０１は、図示しない外部の駆動用回路から駆動電圧信号を与えられ、圧電効果によって図３のＸ軸方向に沿って第１の錘部１０５ａ、及び第２の錘部１０５ｂが基部１０２を挟んで互いに逆方向に駆動振動する。このとき、角速度検出素子１０１に対して、図中のＺ軸周りの角速度（ΩＺ）が加わると、第１の錘部１０５ａ、及び第２の錘部１０５ｂに対して、図中のＹ軸方向に互いに逆方向にコリオリの力（Ｆｃ）が加わる。その結果、コリオリの力の向きに対応する検出振動が角速度検出素子１０１に発生し、第１のアーム１０３ａ及び第２のアーム１０３ｂに歪みが加わる。この歪みを圧電効果によって電気信号として検出し、角速度検出素子１０１に接続された図示しない検出回路によって角速度信号として出力することができる。すなわち、駆動振動時に角速度に起因して生じるコリオリ力を検出する検出する。
【００２９】
以上の効果により、本実施の形態の角速度検出素子を備えた角速度センサは、駆動振動時の漏れ振動を低減することができ、外乱の影響による駆動共振振動の変動を抑制することができる。そのため、角速度出力の安定した角速度センサを提供することが可能となる。
【００３０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１の角速度センサを搭載した電子機器について、図６を用いて説明する。
【００３１】
図６の電子機器１７０（例えば、デジタルカメラ）は、角速度検出素子１０１を備える角速度センサと、表示部１７１と、ＣＰＵ等の処理部１７２と、メモリ１７３と、操作部１７４と、を有している。
【００３２】
角速度検出素子１０１を備える角速度センサは、図１等に示される通り、角速度検出素子１０１、角速度検出素子１０１を駆動振動させる駆動回路３、および、角速度検出素子１０１からの信号を処理して角速度信号を出力する検出回路４を含む。角速度検出素子１０１は、漏れ振動を低減できるという優れた特性をもつ。  従って、角速度検出素子１０１を備える角速度センサを内蔵する電子機器１７０は、電子機器１７０が、例えばビデオカメラやデジタルスチルカメラである場合、高精度の手振れ補正等の処理が可能となり、電子機器１７０の性能が向上する。なお、電子機器１７０は、デジタルカメラの他、カーナビゲーションシステムや車両、航空機やロボットであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に関する角速度センサは、静止時の角速度出力や角速度感度の安定した角速度センサを提供することが可能となることから、カメラの手ブレ補正用途から車両制御用途まで適用できるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  角速度検出素子
１０２  基部
１０３ａ  第１のアーム
１０３ｂ  第２のアーム
１０４  枠部
１０５ａ  第１の錘部
１０５ｂ  第２の錘部
１０７  上部電極
１０８  圧電体
１０９  下部電極
１１０  基板
１７０  電子機器
１７１  表示部
１７２  処理部
１７３  メモリ
１７４  操作部
【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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