(57)【要約】【課題】漏れ出力を低減し、高い検出感度を有する振動素子、この振動素子を備えている電子デバイス、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】振動素子としての振動ジャイロ素子１は、基部１０と、基部１０から延出している駆動用振動腕１２と、基部１０から延出し、駆動用振動腕１２の漏れ振動の出力信号に対して逆位相の出力信号を出力する調整用振動腕１４と、を備え、駆動用振動腕１２の振動節部Ｐ１と調整用振動腕１４の振動節部Ｐ２とを結ぶ仮想直線ＬＬを設けたとき、基部１０の平面視にて、仮想直線ＬＬは、基部１０と重なってい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】
基部と
前記基部から延出している第１振動腕と、
前記基部から延出し、前記第１振動腕の漏れ振動の出力信号に対して逆位相の出力信号を出力する第２振動腕と、を備え、
前記第１振動腕の振動節部と前記第２振動腕の振動節部とを結ぶ仮想直線を設けたとき、前記基部の平面視にて、前記仮想直線は、前記基部と重なっていることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記第１振動腕の前記基部からの延出方向と反対方向に、前記基部から延出している第３振動腕を備えていることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記第２振動腕は、前記第３振動腕の延出方向に沿って延出し、
前記第１振動腕は、駆動用振動腕であり、
前記基部の主面に沿うような軸を設けたとき、前記軸回りの角速度によるコリオリ力に応じて前記第３振動腕が振動することを特徴とする請求項２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記第２振動腕は、前記第３振動腕の延出方向に沿って延出し、
前記第３振動腕は、駆動用振動腕であり、
前記基部の主面に沿うような軸を設けたとき、前記軸回りの角速度によるコリオリ力に応じて前記第１振動腕が振動することを特徴とする請求項２に記載の振動素子。
【請求項５】
前記第１振動腕が接続されている前記基部の第１の辺と、前記第３振動腕が接続されている前記基部の第３の辺と、の距離をＬ１とし、
前記第１の辺と、前記第２振動腕が接続されている前記基部の第２の辺と、の距離をＬ２としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動素子と、
前記振動素子と電気的に接続されている回路素子と、
前記振動素子と前記回路素子とを収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子、この振動素子を備えている電子デバイス、電子機器および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、角速度センサーとしての振動ジャイロセンサー（以下、振動ジャイロと呼ぶ）は、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話の振動制御補正（いわゆる手振れ補正）等に用いられている。これら電子機器の小型化や高性能化に伴い、振動ジャイロに対しても小型化や高性能化が要求されている。
【０００３】
振動ジャイロに用いられる振動素子としての振動ジャイロ素子は、基部と、基部の一方の端部から並行させて延出している一対の駆動用振動腕と、基部の駆動用振動腕とは反対側の他方の端部から並行させて延出している一対の検出用振動腕と、を含み構成されており、その材料には高いＱ値を有し、高い検出感度が得られ易い水晶が広く用いられている。振動ジャイロ素子の基部や各腕部は、水晶をフォトリソグラフィー技術によりエッチング加工することにより一体に形成することができる。もともと、振動腕の断面形状は矩形状となるように設計されるが、水晶のエッチング異方性や加工プロセスのばらつきなどにより、矩形状とならずに、平行四辺形や菱形、あるいは、もっと複雑な不定形を呈する。このとき、振動腕の断面形状が、もともと設計されていた矩形状から大きくずれると、振動腕の振動方向が設計値からずれて、所謂漏れ出力という望まない振動漏れが発生し、振動ジャイロ素子の検出感度を劣化させる要因になる。このような漏れ出力を抑制する方法として、特許文献１では、調整用振動腕を基部に設け、調整用振動腕と駆動用振動腕との面内振動同士を結合させ調整電流を作り出し、漏れ出力となる機械振動漏れ電流と相殺することで、漏れ出力を抑制し、検出感度を向上していることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０４４９４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、特許文献１の振動ジャイロ素子は、漏れ出力をより抑制しようとすると、調整電流を大きくするために、調整用振動腕と駆動用振動腕との面内振動の周波数間隔をより狭める必要がある。そのため、調整用振動腕と駆動用振動腕との周波数間隔を狭めて調整電流を大きくすると、駆動用振動腕の面内振動と検出用振動腕の面外振動との周波数間隔が近づき過ぎてしまい角速度に対する検出感度が劣化してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る振動素子は、基部と前記基部から延出している第１振動腕と、前記基部から延出し、前記第１振動腕の漏れ振動の出力信号に対して逆位相の出力信号を出力する第２振動腕と、を備え、前記第１振動腕の振動節部と前記第２振動腕の振動節部とを結ぶ仮想直線を設けたとき、前記基部の平面視にて、前記仮想直線は、前記基部と重なっていることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第１振動腕の面内振動の振動節部と、第２振動腕の面内振動の振動節部と、が近接して配置されているので、第１振動腕と第２振動腕との面内振動の結合が強くなり、調整電流が増加するため、第１振動腕と第２振動腕との面内振動の周波数間隔を広くすることができる。そのため、第１振動腕の面内振動を駆動用、面外振動を検出用とし、第２振動腕の面内振動を調整用とすると、駆動用の面内振動と検出用の面外振動との周波数間隔を検出感度が最大となる最適値に維持したままで、調整電流を大きくすることができるので、漏れ出力を抑制し角速度に対する高い検出感度を有する振動素子を得ることができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に係る振動素子において、前記第１振動腕の前記基部からの延出方向と反対方向に、前記基部から延出している第３振動腕を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、第３振動腕を備えていることで、第１振動腕の面内振動を駆動用とした場合、第３振動腕の面外振動を検出用として、逆に、第１振動腕の面外振動を検出用とした場合、第３振動腕の面内振動を駆動用として用いることができるので、駆動用と検出用との振動腕を分離することができ、電極形成が容易となり、且つ互いのノイズ成分の影響を低減できるので、高い検出特性（検出精度）を有する振動素子を得ることができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に係る振動素子において、前記第２振動腕は、前記第３振動腕の延出方向に沿って延出し、前記第１振動腕は、駆動用振動腕であり、前記基部の主面に沿うような軸を設けたとき、前記軸回りの角速度によるコリオリ力に応じて前記第３振動腕が振動することを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、第１振動腕を駆動用振動腕とし、面内振動をしている状態で、基部の主面に沿った軸回りの角速度が加わると、第１振動腕は、角速度によるコリオリ力に応じて基部の主面と交わる方向に変位する面外振動をする。この第１振動腕の面外振動が基部を介して第３振動腕に伝搬されることで、第３振動腕も面外振動をする。その結果、第３振動腕は検出用として、その面外振動に伴い発生する電荷を検出することで、角速度を検知することができる。
また、駆動用の第１振動腕と調整用の第２振動腕とが近接して配置されているので、駆動用と調整用との面内振動の結合が強くなり、調整電流を大きくすることができるので、漏れ出力を抑制し角速度に対する高い検出感度を有する振動素子を得ることができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に係る振動素子において、前記第２振動腕は、前記第３振動腕の延出方向に沿って延出し、前記第３振動腕は、駆動用振動腕であり、前記基部の主面に沿うような軸を設けたとき、前記軸回りの角速度によるコリオリ力に応じて前記第１振動腕が振動することを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、第３振動腕を駆動用振動腕とし、面内振動をしている状態で、基部の主面に沿った軸回りの角速度が加わると、第３振動腕は、角速度によるコリオリ力に応じて基部の主面と交わる方向に変位する面外振動をする。この第３振動腕の面外振動が基部を介して第１振動腕に伝搬されることで、第１振動腕も面外振動をする。その結果、第１振動腕は検出用として、その面外振動に伴い発生する電荷を検出することで、角速度を検知することができる。
また、駆動用の第３振動腕と調整用の第２振動腕とをより近接して配置されているので、駆動用と調整用との面内振動の結合がより強くなり、調整電流をより大きくすることができるので、漏れ出力をより抑制し角速度に対する高い検出感度を有する振動素子を得ることができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に係る振動素子において、前記第１振動腕が接続されている前記基部の第１の辺と、前記第３振動腕が接続されている前記基部の第３の辺と、の距離をＬ１とし、前記第１の辺と、前記第２振動腕が接続されている前記基部の第２の辺と、の距離をＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２であることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、駆動用の第１振動腕が接続されている基部の第１の辺と調整用の第２振動腕が接続されている基部の第２の辺との距離Ｌ２が、第１の辺と検出用の第３振動腕が接続されている基部の第３の辺との距離Ｌ１よりも短い。そのため、駆動用の第１振動腕と調整用の第２振動腕とを近接して配置することができ、駆動用振動腕と調整用振動腕との面内振動の結合を強くし、調整電流を大きくすることができるので、漏れ出力を抑制し角速度に対する高い検出感度を有する振動素子を得ることができる。
【００１７】
［適用例６］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例のいずれかに記載の振動素子と、前記振動素子と電気的に接続されている回路素子と、前記振動素子と前記回路素子とを収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動素子を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する電子デバイスを提供することができる。
【００１９】
［適用例７］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動素子を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動素子を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれかに記載の振動素子を備えていることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、本構成の移動体は、上記適用例のいずれかに記載の振動素子を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動ジャイロ素子の概略構成を示す模式平面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る振動ジャイロ素子の漏れ出力調整方法を説明する模式平面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る振動ジャイロ素子の駆動振動状態を示す模式平面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る振動ジャイロ素子にＹ軸回りの角速度ωが加わったときの検出振動状態を示す模式平面図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る振動ジャイロ素子の概略構成を示す模式平面図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る振動ジャイロ素子の概略構成を示す模式平面図。
【図７】本発明に係る振動ジャイロ素子を備えている電子デバイスの概略構成を示す模式平面図。
【図８】図７中のＡ−Ａ線での模式断面図。
【図９】本発明に係る振動ジャイロ素子を備えている電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す模式斜視図。
【図１０】本発明に係る振動ジャイロ素子を備えている電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す模式斜視図。
【図１１】本発明に係る振動ジャイロ素子を備えている電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。
【図１２】本発明に係る振動ジャイロ素子を備えている移動体としての自動車の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。
【００２５】
［振動素子］
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る振動素子の一例として、Ｙ軸回りの角速度ωを検出する振動ジャイロ素子を挙げ、その概略構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動ジャイロ素子の概略構成を示す模式平面図である。なお、便宜上、以降の各図では、電極パターンおよび配線パターン等の図示を省略してある。また、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、Ｚ軸方向の面であるＸＹ面を主面Ｆ１として説明する。
【００２６】
図１に示すように、振動素子としての振動ジャイロ素子１は、基材（主要部分を構成する材料）を加工することにより一体に形成された基部１０と、基部１０から延出している第１振動腕としての一対の駆動用振動腕１２と、基部１０から延出している第２振動腕としての一対の調整用振動腕１４と、基部１０から延出している第３振動腕としての一対の検出用振動腕１６と、を含み構成されている。
【００２７】
本実施形態の振動ジャイロ素子１は、基材として圧電体材料である水晶を用いた例を説明する。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸および光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。本実施形態では、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有した所謂水晶Ｚ板を基材として用いた例を説明する。なお、ここでいう所定の厚みは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
また、振動ジャイロ素子１を成す平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から７度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。
【００２８】
振動ジャイロ素子１は、平面視において、中心部分に位置する凸形状の基部１０と、基部１０の第１の辺２０に接続し、Ｙ軸に沿って並行して延出している一対の駆動用振動腕１２と、基部１０の第２の辺２２に接続し、Ｙ軸に沿って並行して延出している一対の調整用振動腕１４と、基部１０の第３の辺２４に接続し、駆動用振動腕１２の延出方向と反対方向（図中＋Ｙ軸方向）に沿って並行して延出している一対の検出用振動腕１６と、を有している。
【００２９】
振動ジャイロ素子１は、調整用振動腕１４を検出用振動腕１６の延出方向（＋Ｙ軸方向）に沿って延出し、基部１０の主面Ｆ１に沿うＹ軸方向のＹ軸回りの角速度ωによるコリオリ力に応じて検出用振動腕１６が振動する構成となっている。よって、本実施形態の振動ジャイロ素子１は、Ｙ軸回りの角速度ωを検出することができる。
【００３０】
駆動用振動腕１２の振動節部Ｐ１（振動変位が最少となる位置）と、駆動用振動腕１２の面内振動における漏れ振動の出力信号に対し、逆位相の出力信号を出力する調整用振動腕１４の振動節部Ｐ２と、を結ぶ仮想直性ＬＬが、基部１０の主面Ｆ１の平面視で、基部１０と重なっている。駆動用振動腕１２の振動節部Ｐ１と調整用振動腕１４の振動節部Ｐ２とを近接させることで、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の結合を強くすることができ、駆動用振動腕１２の漏れ振動に伴う漏れ出力を低減するための調整電流を増加させることができる。そのため、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の周波数間隔を広くすることができる。
【００３１】
凸形状の基部１０において、駆動用振動腕１２が接続されている基部１０の第１の辺２０と調整用振動腕１４が接続されている基部１０の第２の辺２２との距離Ｌ２が、第１の辺２０と検出用振動腕１６が接続されている基部の第３の辺２４との距離Ｌ１よりも短い。このような構成とすることで、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４とをより近接させることができ、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の結合を強くすることができる。
【００３２】
このように、基部１０のＹ軸方向の両端部から、一対の駆動用振動腕１２と、一対の検出用振動腕１６とが、それぞれ同軸方向に延出された形状から、振動ジャイロ素子１は、Ｈ型振動素子（Ｈ型振動ジャイロ素子）と呼ばれることがある。Ｈ型の振動ジャイロ素子１は、駆動用振動腕１２と検出用振動腕１６とが、基部１０の同一軸方向の両端部からそれぞれ延出されているので、駆動系と検出系が分離されることから、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合が低減され、検出感度が安定するという特徴を有する。なお、本実施形態ではＨ型振動素子を例に駆動用振動腕１２および検出用振動腕１６を各々２本ずつ設けているが、振動腕の本数は１本であっても３本以上であっても良い。また、１本の振動腕に駆動電極と検出電極を形成しても良い。
【００３３】
調整用振動腕１４は、駆動用振動腕１２および検出用振動腕１６よりも全長が小さく形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕１４の振動が、駆動用振動腕１２および検出用振動腕１６による振動ジャイロ素子１の主要な振動を阻害することがないので、振動ジャイロ素子１の振動特性が安定するとともに、振動ジャイロ素子１の小型化にも有利となる。
【００３４】
このような振動ジャイロ素子１の外形形状は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成することができる。なお、振動ジャイロ素子１は、１枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
【００３５】
振動ジャイロ素子１の駆動用振動腕１２、調整用振動腕１４、および検出用振動腕１６（以下、各腕部１２，１４，１６ともいう）は、略角柱状に形成されている。なお、その先端には、錘部が設けられていてもよい。
詳述すると、錘部は、各腕部１２，１４，１６の腕幅（Ｚ軸方向から見て各腕部１２，１４，１６の延在方向と直交するＸ軸方向の長さ）より幅広く、ハンマー状に形成されている。なお、錘部のＺ軸方向の大きさ（厚さ）は、各腕部１２，１４，１６と同じに形成されている。これにより、各腕部１２，１４，１６の屈曲振動の周波数を低下させ、各腕部１２，１４，１６の延出方向の長さを短くできるので振動ジャイロ素子１の小型化が図れる。
【００３６】
また、各腕部１２，１４，１６は、主面Ｆ１の上面と下面の少なくとも一方又は両方に、各腕部１２，１４，１６の延在方向であるＹ軸方向に沿って延びる溝部が設けられていてもよい。
詳述すると、溝部は、各腕部１２，１４，１６の断面形状がＨ字状になるように形成されている。なお、溝部は、各腕部１２，１４，１６の根元から、錘部の付け根まで設けられていることが好ましい。これにより、各腕部１２，１４，１６の屈曲振動によって発生する熱の拡散（熱伝導）による熱弾性損失を低減することができるので、振動ジャイロ素子１のＱ値を高めることができ、高い検出感度を有する振動ジャイロ素子１を得ることができる。
【００３７】
（振動ジャイロ素子の漏れ出力調整）
ここで、振動ジャイロ素子１の漏れ出力調整方法について説明する。
図２は、振動ジャイロ素子の漏れ出力調整方法を説明する模式平面図である。
【００３８】
図２に示すように、振動ジャイロ素子１は、外部からの駆動信号（交番電圧）が駆動用振動腕１２の駆動電極（図示せず）に入力されることにより、駆動用振動腕１２が、逆圧電効果によって主面Ｆ１に沿って黒矢印方向および白矢印方向へ交互に所定の周波数で屈曲振動（面内屈曲振動）する。また、調整用振動腕１４の駆動電極（図示せず）に、駆動用振動腕１２への駆動信号（交番電圧）と逆相となる駆動信号（交番電圧）を入力すると、調整用振動腕１４が、逆圧電効果によって主面Ｆ１に沿って黒矢印方向および白矢印方向へ交互に所定の周波数で駆動用振動腕１２と逆位相で振動する屈曲振動（面内屈曲振動）をする。
【００３９】
ここで、各腕部１２，１４，１６の断面形状は、加工ばらつきにより仕上がり形状が変わる。例えば、断面矩形状の振動腕を設計した場合でも、基材である水晶のエッチング異方性によって、断面形状が平行四辺形状となったり、台形状となったり、あるいは菱形状となったりする。そのため、一対の振動腕において、漏れ出力という振動漏れが発生し、振動ジャイロ素子１の検出感度を劣化させる要因になっている。
【００４０】
そこで、調整用振動腕１４に設けられている膜体（図示せず）の一部を除去、または付加し、調整用振動腕１４の基板を削るなどをして、調整用振動腕１４の質量を減少または増加させることにより、共振周波数を変化させて、駆動用振動腕１２の共振周波数ｆ１と調整用振動腕１４の共振周波数ｆ２との関係を適切な関係に調整する。具体的には、調整用振動腕１４の膜体を、例えば、レーザーを照射することによりトリミングするか、または、蒸着やスパッタリングにより膜体と同種または異種の膜体を付加して質量を減少あるいは増加させることにより、共振周波数を変化させて、ｆ１とｆ２の位相調整を行う。
【００４１】
位相調整後に、漏れ出力の抑制調整を行う。具体的には、調整用振動腕１４に設けられた調整用電極（図示せず）の一部を例えばレーザー照射することによって除去するか、または、蒸着やスパッタリングなどにより電極用金属を付加して、調整電流（電荷）量を減少、または増加させることにより、漏れ出力の影響を最小に抑制する。
【００４２】
なお、本実施形態では、図１に示すように、駆動用振動腕１２の振動節部Ｐ１と調整用振動腕１４の振動節部Ｐ２とが近接している。また、駆動用振動腕１２が接続されている基部１０の第１の辺２０と調整用振動腕１４が接続されている基部１０の第２の辺２２との距離Ｌ２が、第１の辺２０と検出用振動腕１６が接続されている基部の第３の辺２４との距離Ｌ１よりも短い。そのため、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４とをより近接させることができ、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の結合を強くすることができる。そのため、駆動用振動腕１２の漏れ振動に伴う漏れ出力を低減するための調整電流を増加させることができ、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の周波数間隔を広くすることができる。従って、駆動用振動腕１２の面内振動と検出用振動腕１６の面外振動との周波数間隔を検出感度が最大となる最適値に維持したままで、調整電流を大きくすることができるので、漏れ出力を抑制し、角速度ωに対する高い検出感度を有する振動ジャイロ素子１を得ることができる。
【００４３】
（振動ジャイロ素子の角速度ωに対する動作）
次に、振動ジャイロ素子１のＹ軸回りの角速度ωに対する動作について説明する。
図３および図４は、振動ジャイロ素子の角速度ωに対する動作について説明する模式平面図である。図３は、振動ジャイロ素子の駆動振動状態を示す模式平面図である。図４は、振動ジャイロ素子のＹ軸回りの角速度ωを検出する検出振動状態を示す模式平面図である。なお、図４において、○で囲んだ黒点の記号は、＋Ｚ軸方向への変位を示し、○で囲んだ×の記号は、−Ｚ軸方向への変位を示している。
【００４４】
振動ジャイロ素子１は、漏れ出力調整と同様に、図３に示すように、外部からの駆動信号（交番電圧）が駆動用振動腕１２の駆動電極（図示せず）に入力されることにより、駆動用振動腕１２が、逆圧電効果によって主面Ｆ１に沿って黒矢印方向および白矢印方向へ交互に所定の周波数で屈曲振動（面内屈曲振動）する。
【００４５】
図３に示すような駆動振動状態で、Ｙ軸回りの角速度ωが印加されると、図４に示すように、駆動用振動腕１２にコリオリ力が働き、一対の駆動用振動腕１２は、主面Ｆ１と交差する方向（Ｚ軸方向）に、互いに逆方向へ屈曲振動する（逆相で屈曲振動する）。詳述すると、一対の駆動用振動腕１２のそれぞれは、−Ｚ軸方向と、＋Ｚ軸方向とに交互に屈曲振動する。
【００４６】
これに連動して、検出用振動腕１６が主面Ｆ１と交差する方向（Ｚ軸方向）へ屈曲振動する。詳述すると、一対の検出用振動腕１６のうち、一方の検出用振動腕１６が−Ｚ軸方向へ振動したときに、他方の検出用振動腕１６は＋Ｚ軸方向へ振動し、一方の検出用振動腕１６が＋Ｚ軸方向へ振動したときに、他方の検出用振動腕１６は−Ｚ軸方向へ振動する。
【００４７】
換言すれば、一方の駆動用振動腕１２が−Ｚ軸方向へ振動したとき、一方の検出用振動腕１６は＋Ｚ軸方向へ振動する。他方の駆動用振動腕１２が＋Ｚ軸方向へ振動したとき、他方の検出用振動腕１６は−Ｚ軸方向へ振動する。逆に、一方の駆動用振動腕１２が＋Ｚ軸方向へ振動したとき、一方の検出用振動腕１６は−Ｚ軸方向へ振動する。他方の駆動用振動腕１２が−Ｚ軸方向へ振動したとき、他方の検出用振動腕１６は＋Ｚ軸方向へ振動する。
【００４８】
振動ジャイロ素子１は、一対の検出用振動腕１６が互いに逆相で屈曲振動することから、検出用振動腕１６の振動による圧電効果に伴って、検出用振動腕１６に設けられている検出電極（図示せず）に生じる電荷を検出することにより、Ｙ軸回りの角速度ωを導出することができる。
【００４９】
上述したように、第１実施形態の振動ジャイロ素子１は、基部１０と基部１０から延出している第１振動腕としての駆動用振動腕１２と、基部１０から延出し、駆動用振動腕１２の漏れ振動の出力信号に対して逆位相の出力信号を出力する第２振動腕としての調整用振動腕１４と、を備え、駆動用振動腕１２の振動節部Ｐ１と調整用振動腕１４の振動節部Ｐ２とを結ぶ仮想直線ＬＬを設けたとき、基部１０の平面視にて、仮想直線ＬＬは、基部１０と重なっている。
【００５０】
この結果、駆動用振動腕１２の面内振動の振動節部Ｐ１と、調整用振動腕１４の面内振動の振動節部Ｐ２と、が近接して配置されているので、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の結合が強くなり、調整電流が増加するため、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の周波数間隔を広くすることができる。そのため、駆動用振動腕１２の面内振動と検出用振動腕１６の面外振動との周波数間隔を検出感度が最大となる最適値に維持したままで、調整電流を大きくすることができるので、漏れ出力を抑制し角速度ωに対する高い検出感度を有する振動ジャイロ素子１を得ることができる。
【００５１】
また、駆動用振動腕１２の基部１０からの延出方向と反対方向に、基部１０から延出している検出用振動腕１６を備えている。
【００５２】
この結果、検出用振動腕１６を備えていることで、駆動用振動腕１２のＹ軸回りの角速度ωによるコリオリ力に応じて主面Ｆ１と交わる方向に変位する面外振動が、基部１０を介して検出用振動腕１６に伝搬し、その面外振動に伴い発生する電荷を検出用振動腕１６で検出することができ、Ｙ軸回りの角速度ωを検知することができる。
【００５３】
また、調整用振動腕１４は、検出用振動腕１６の延出方向に沿って延出し、駆動用振動腕１２は、駆動用であり、基部１０の主面Ｆ１に沿うようなＹ軸方向のＹ軸回りの角速度ωによるコリオリ力に応じて検出用振動腕１６が振動する。
【００５４】
この結果、駆動用振動腕１２が面内振動をしている状態で、Ｙ軸回りの角速度ωが加わると、駆動用振動腕１２は、角速度ωによるコリオリ力に応じて基部１０の主面Ｆ１と交わる方向に変位する面外振動をする。この駆動用振動腕１２の面外振動が基部１０を介して検出用振動腕１６に伝搬されることで、検出用振動腕１６も面外振動をする。そのため、検出用振動腕１６の面外振動に伴い発生する電荷を検出することで、Ｙ軸回りの角速度ωを検知することができる。
【００５５】
また、駆動用振動腕１２が接続されている基部１０の第１の辺２０と、検出用振動腕１６が接続されている基部１０の第３の辺２４と、の距離をＬ１とし、第１の辺２０と、調整用振動腕１４が接続されている基部１０の第２の辺２２と、の距離をＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２である。
【００５６】
この結果、Ｌ２がＬ１よりも短いことで、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４とを近接して配置することができるので、駆動用振動腕１２と調整用振動腕１４との面内振動の結合を強くし、調整電流を大きくすることができるので、漏れ出力を抑制し角速度ωに対する高い検出感度を有する振動ジャイロ素子１を得ることができる。
【００５７】
以上、本実施形態の振動ジャイロ素子１では、第１振動腕を駆動用振動腕１２に、第２振動腕を調整用振動腕１４に、第３振動腕を検出用振動腕１６にする構成であるが、第３振動腕である検出用振動腕１６を駆動用とし、第１振動腕である駆動用振動腕１２を検出用として、基部１０の主面Ｆ１に沿うＹ軸方向のＹ軸回りの角速度ωによるコリオリ力に応じて振動する第１振動腕である駆動用振動腕１２により検出する方法でも構わない。
【００５８】
このような構成とすることで、駆動用の第３振動腕である検出用振動腕１６と調整用の第２振動腕である調整用振動腕１４とをより近接して配置することができるので、駆動用と調整用との面内振動の結合がより強くなり、調整電流をより大きくすることができるので、漏れ出力をより抑制し角速度ωに対する高い検出感度を有する振動ジャイロ素子１を得ることができる。
【００５９】
上記実施形態では、振動素子としての振動ジャイロ素子１の形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。
また、圧電体材料以外の材料を用いて振動片を形成することができる。例えば、ポリシリコン（多結晶シリコン）、アモルファスシリコン（非晶質シリコン）などのシリコン半導体材料などを用いて振動素子を形成することもできる。
また、振動素子としての振動ジャイロ素子１の振動（駆動）方式は圧電駆動に限らない。圧電基板を用いた圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動ジャイロ素子１においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る振動ジャイロ素子１ａについて、図５を参照して説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る振動ジャイロ素子の概略構成を示す模式平面図である。
【００６１】
第２実施形態に係る振動ジャイロ素子１ａは、第１実施形態で説明した振動ジャイロ素子１とは、基部１０と調整用振動腕１４ａとが支持部１８により接続されている点が異なる。
その他の構成等は、第１実施形態で上述した振動ジャイロ素子１と略同じであるため、同様の構成には同じ符号および符番を付して説明を一部省略して振動ジャイロ素子１ａについて説明する。
【００６２】
本実施形態の振動ジャイロ素子１ａにおいて、調整用振動腕１４ａは、基部１０の駆動用振動腕１２および検出用振動腕１６と直交する方向（Ｘ軸方向）の両端部からＸ軸に沿ってそれぞれ延出している一対の支持部１８の先端部から、検出用振動腕１６と並行させて設けられている。即ち、調整用振動腕１４ａは、支持部１８の先端部から、Ｙ軸に沿って（＋Ｙ軸方向に）延出している。
駆動用振動腕１２の振動節部Ｐ１ａと、調整用振動腕１４ａの振動節部Ｐ２ａと、を結ぶ仮想直性ＬＬａが、基部１０の主面Ｆ１の平面視で、基部１０と重なっている。
【００６３】
この様な構成とすることで、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、調整用振動腕１４ａの延出する方向の長さを長くすることができるため、周波数をより低くすることができ、駆動用振動腕１２の共振周波数ｆ１と調整用振動腕１４ａの共振周波数ｆ２との周波数間隔を高い検出感度が得られる最適な周波数間隔とすることができる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る振動ジャイロ素子１ｂについて、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る振動ジャイロ素子の概略構成を示す模式平面図である。
【００６５】
第３実施形態に係る振動ジャイロ素子１ｂは、第１実施形態で説明した振動ジャイロ素子１とは、第３振動腕１６ｂが駆動用と検出用とを兼ねている点が異なる。
その他の構成等は、第１実施形態で上述した振動ジャイロ素子１と略同じであるため、同様の構成には同じ符号および符番を付して説明を一部省略して振動ジャイロ素子１ｂについて説明する。
【００６６】
本実施形態の振動ジャイロ素子１ｂは、基部１０の第３の辺２４に接続し、＋Ｙ軸方向に延出している第３振動腕１６ｂに駆動電極（図示せず）と検出電極（図示せず）を備えて、駆動用と検出用としている。
駆動用および検出用である第３振動腕１６ｂの振動節部Ｐ１ｂと、調整用振動腕１４の振動節部Ｐ２ｂと、を結ぶ仮想直性ＬＬｂが、基部１０の主面Ｆ１の平面視で、基部１０と重なっている。
この様な構成とすることで、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、基部１０と、一対の第３振動腕１６ｂと、一対の調整用振動腕１４と、で構成されるため、振動ジャイロ素子１ｂのＹ軸方向の長さが大幅に短い小型化が図れる。
【００６７】
［電子デバイス］
次に、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子１（１ａ，１ｂ）を備えている電子デバイス２について説明する。
図７は、本発明の実施形態に係る振動ジャイロ素子を備えている電子デバイスの概略構造を示す模式平面図である。図８は、図７中のＡ−Ａ線での模式断面図である。なお、図７において、振動ジャイロ素子１の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材１７０を取り外した状態を図示している。また、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、＋Ｚ軸方向の面を上面、−Ｚ軸方向の面を下面として説明する。
【００６８】
電子デバイス２は、図７および図８に示すように、振動ジャイロ素子１と、振動ジャイロ素子１を駆動し、検出信号を処理するための回路素子２００と、振動ジャイロ素子１や回路素子２００等を収容するための凹陥部が形成されているパッケージ本体１００と、ガラス、セラミック、金属等からなる蓋部材１７０と、を含み構成されている。なお、振動ジャイロ素子１を収容するキャビティー１９０内はほぼ真空の減圧雰囲気に気密封止されている。
【００６９】
パッケージ本体１００は、図８に示すように、第１の基板１１０、第２の基板１２０、第３の基板１３０、外部端子１４０、および封止部材１６０を積層して形成されている。外部端子１４０は、第１の基板１１０の下面に複数個形成されている。また、第１の基板１１０の上面には、貫通電極（図示せず）や配線パターン（図示せず）を介して外部端子１４０と電気的に導通する内部端子１５０が複数個形成されている。第２の基板１２０および第３の基板１３０は、中央部が除去された環状体であり、振動ジャイロ素子１と回路素子２００とを収容するキャビティー１９０を構成している。第３の基板１３０の上部周縁には、低融点ガラス等の封止部材１６０が形成されている。
【００７０】
パッケージ本体１００のキャビティー１９０内には、振動ジャイロ素子１を駆動し、角速度ωによって生じた検出信号を出力する回路素子２００が接合部材２３０を介して載置されており、回路素子２００の上面に形成されている接続端子２２０と第１の基板１１０の内部端子１５０とがボンディングワイヤー２４０により電気的に接続されている。
【００７１】
パッケージ本体１００のキャビティー１９０内に収容される振動ジャイロ素子１は、基部１０に形成されている接続端子２１０と回路素子２００上に形成されている接続端子３０とが位置合わせされ、金属バンプ等の接合部材１８０を介して回路素子２００上に接合されている。従って、振動ジャイロ素子１の駆動用振動腕１２、調整用振動腕１４、および検出用振動腕１６を回路素子２００と接触することなく、振動させることができるため、高いＱ値を有する振動ジャイロ素子１を備えている電子デバイス２を提供することができるという効果がある。
【００７２】
以上、説明したパッケージ本体１００の、第１の基板１１０、第２の基板１２０、および第３の基板１３０は、絶縁性を有する材料で構成されている。このような材料としては、特に限定されず、例えば、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックスを用いることができる。また、パッケージ本体１００に設けられている各電極、端子、あるいはそれらを電気的に接続する配線パターンや層内配線パターンなどは、一般的に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料を絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより設けられる。
【００７３】
蓋部材１７０は、好ましくは、光を通過する材料、例えば、ホウケイ酸ガラス等により形成されており、封止部材１６０により接合されることで、パッケージ本体１００のキャビティー１９０内を気密封止している。これにより、パッケージ本体１００の蓋封止後において、外部からレーザー光を蓋部材１７０を透過させて振動ジャイロ素子１の駆動用振動腕１２、調整用振動腕１４、および検出用振動腕１６の先端部又は錘部に設けられている金属被膜（図示せず）に照射し、金属被膜を一部蒸散させることにより、質量削減方式による周波数の調整をすることができるようになっている。なお、このようなパッケージ本体１００に搭載後に周波数の調整をしない場合には、蓋部材１７０をコバール合金等の金属材料で形成することができる。
【００７４】
［電子機器］
次に、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子１（１ａ，１ｂ）を備えている電子機器について、図９〜図１１を用いて詳細に説明する。
【００７５】
図９は、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子を備えている電子機器の一例としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの概略構成を示す斜視図である。
図９において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、パーソナルコンピューター１１００を回転させたときの角度検出としての機能を備えた振動ジャイロ素子１が内蔵されている。
【００７６】
図１０は、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子を備えている電子機器の一例としての携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）の概略構成を示す斜視図である。
図１０において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４、および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、携帯電話機１２００を回転させたときの角度検出としての機能を備えた振動ジャイロ素子１が内蔵されている。
【００７７】
図１１は、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子を備えている電子機器の一例としてのデジタルカメラ１３００の概略構成を示す斜視図である。なお、図１１には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、従来のフィルムカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【００７８】
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【００７９】
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送、格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、デジタルカメラ１３００を回転させたときの角度検出としての機能を備えた振動ジャイロ素子１が内蔵されている。
【００８０】
なお、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子１は、図９のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１０の携帯電話機１２００、図１１のデジタルカメラ１３００の他にも、例えば、スマートフォンなどの移動体端末、通信機器、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等の電子機器に適用することができる。
【００８１】
［移動体］
次に、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子１（１ａ，１ｂ）を備えている移動体について図１２を用いて説明する。
図１２は、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子を備えている移動体の一例としての自動車１５００を概略的に示す斜視図である。
【００８２】
自動車１５００には本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子１が搭載されている。
図１２に示すように、移動体としての自動車１５００には、振動ジャイロ素子１を内蔵することでタイヤ１５０３などを制御する電子制御ユニット１５０２が車体１５０１に搭載されている。また、振動ジャイロ素子１は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ブレーキシステム、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に広く適用できる。
【００８３】
以上、本発明の一実施形態に係る振動ジャイロ素子１（１ａ，１ｂ）、電子デバイス２、電子機器，および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていても良い。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００８４】
１，１ａ，１ｂ…振動素子としての振動ジャイロ素子、２…電子デバイス、１０…基部、１２…第１振動腕としての駆動用振動腕、１４…第２振動腕としての調整用振動腕、１６…第３振動腕としての検出用振動腕、１８…支持部、２０…第１の辺、２２…第２の辺、２４…第３の辺、３０…接続端子、１００…パッケージ本体、１１０…第１の基板、１２０…第２の基板、１３０…第３の基板、１４０…外部端子、１６０…封止部材、１７０…蓋部材、１８０…接合部材、１９０…キャビティー、２００…回路素子、２１０…接続端子、２２０…接続端子、２３０…接合部材、２４０…ボンディングワイヤー、１１００…電子機器としてのパーソナルコンピューター、１２００…電子機器としての携帯電話機、１３００…電子機器としてのデジタルカメラ、１５００…移動体としての自動車、Ｆ１…主面、Ｌ１，Ｌ２…距離、ＬＬ…仮想直線、Ｐ１，Ｐ２…振動節部、ω…角速度。
【図１】
2016015563.tif 000003
【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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