(57)【要約】【課題】優れた物理量検出感度を発揮することのできる物理量検出振動片、物理量検出装置、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】物理量検出振動片１は、物理量が加わることで、Ｘ軸方向の振動成分およびＺ軸方向の振動成分を含む検出振動をし、圧電体を含む検出振動腕２３と、検出振動腕２３に配置されている第１検出電極３２１および第２検出電極３２２と、を有し、検出振動に含まれるＸ軸方向の振動成分によって第１、第２検出電極３２１、３２２間に発生する信号と、検出振動に含まれるＺ軸方向の振動成分によって第１、第２検出電極３２１、３２２間に発生する信号と、が同相であ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】
圧電体を含み、物理量が加わることで第１方向の振動成分および前記第１方向と交差する第２方向の振動成分を含む検出振動をする検出振動腕と、
前記検出振動腕に配置されている第１検出電極および第２検出電極と、を有し、
前記検出振動に含まれる前記第１方向の振動成分によって前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に発生する信号と、前記検出振動に含まれる前記第２方向の振動成分によって前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に発生する信号と、が同相であることを特徴とする物理量検出振動片。
【請求項２】
前記検出振動腕は、前記第１方向への振動および前記第２方向への振動の両方で圧縮または伸長する同相変形部を有し、
前記第１検出電極および前記第２検出電極は、前記同相変形部で発生する信号を検知するように配置されている請求項１に記載の物理量検出振動片。
【請求項３】
前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に、前記同相変形部が配置されている請求項２に記載の物理量検出振動片。
【請求項４】
前記検出振動腕は、表面の一部に開放する溝部を有し、
前記溝部の側面と前記表面の一部との間に前記同相変形部が位置している請求項２または３に記載の物理量検出振動片。
【請求項５】
前記検出振動腕は、断面視で、表裏関係にある第１主面および第２主面と、第１側面および第２側面と、を有し、
前記溝部は、前記第１主面に開放する第１溝部と、前記第２主面に開放する第２溝部と、を有し、
前記第１溝部と前記第１側面との間および前記第２溝部と前記第２側面との間にそれぞれ前記同相変形部が位置している請求項４に記載の物理量検出振動片。
【請求項６】
前記第１検出電極は、前記第１溝部の側面と、前記第２溝部の側面と、に配置され、
前記第２検出電極は、前記第１側面において前記第１溝部との間で前記同相変形部を挟んでいる位置と、前記第２側面において前記第２溝部との間で前記同相変形部を挟んでいる位置と、に配置されている請求項５に記載の物理量検出振動片。
【請求項７】
前記第１側面に配置された前記第２検出電極は、前記第２主面および前記第２溝部に跨って配置され、
前記第２側面に配置された前記第２検出電極は、前記第１主面および前記第１溝部に跨って配置されている請求項６に記載の物理量検出振動片。
【請求項８】
前記検出振動腕は、断面視で、表裏関係にある第１主面および第２主面と、第１側面および第２側面と、前記第１主面と前記第２側面との間に位置する第１段差部と、前記第２主面と前記第１側面との間に位置する第２段差部と、を有し、
前記第１段差部と前記第１側面との間および前記第２段差部と前記第２側面との間にそれぞれ前記同相変形部が位置している請求項２または３に記載の物理量検出振動片。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量検出振動片と、
前記物理量検出振動片と電気的に接続されている回路と、を有することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量検出振動片を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量検出振動片を有す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、物理量検出振動片、物理量検出装置、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物理量検出振動片（ジャイロセンサー素子）として、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１に記載の物理量検出振動片は、基部と、基部から延出する駆動振動腕および検出振動腕と、を有する所謂「音叉型」の物理量検出振動片である。このような物理量検出振動片では、駆動振動腕と検出振動腕とをＸ軸方向へ逆位相で振動させる「駆動振動モード」を励振させた状態でＹ軸まわりの角速度が加わると、コリオリの力が作用して駆動振動腕と検出振動腕とがＺ軸方向へ逆位相で振動する「検出振動モード」が励振される。そして、この検出振動モードを検出振動腕に配置された電極から電気信号として取り出すことで、Ｙ軸まわりの角速度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１４９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような特許文献１の物理量検出振動片では、製造バラつき（特に振動腕の断面形状の歪み）の問題から、駆動振動モードにおいて、駆動振動腕および検出振動腕が、Ｘ軸方向のみならず、Ｚ軸方向にも振動してしまう。すなわち、面内方向の振動と面外方向の振動とが結合した振動モードで駆動振動腕および検出振動腕が振動してしまう。そのため、物理量検出振動片本来の感度（角速度の検出特性）を発揮することができない。
【０００５】
本発明の目的は、優れた物理量検出感度を発揮することのできる物理量検出振動片、物理量検出装置、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
本適用例にかかる物理量検出振動片は、圧電体を含み、物理量が加わることで第１方向の振動成分および前記第１方向と交差する第２方向の振動成分を含む検出振動をする検出振動腕と、
前記検出振動腕に配置されている第１検出電極および第２検出電極と、を有し、
前記検出振動に含まれる前記第１方向の振動成分によって前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に発生する信号と、前記検出振動に含まれる前記第２方向の振動成分によって前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に発生する信号と、が同相であることを特徴とする。
これにより、優れた物理量検出感度を発揮することのできる物理量検出振動片が得られる。
【０００８】
上述の適用例において、前記検出振動腕は、前記第１方向への振動および前記第２方向への振動の両方で圧縮または伸長する同相変形部を有し、
前記第１検出電極および前記第２検出電極は、前記同相変形部で発生する信号を検知するように配置されていることが好ましい。
これにより、第１検出電極と第２検出電極との間に発生する信号の強度を高くすることができる。
【０００９】
上述の適用例において、前記第１検出電極と前記第２検出電極との間に、前記同相変形部が配置されていることが好ましい。
これにより、第１検出電極と第２検出電極との間に発生する信号の強度をより高くすることができる。
【００１０】
上述の適用例において、前記検出振動腕は、表面の一部に開放する溝部を有し、
前記溝部の側面と前記表面の一部との間に前記同相変形部が位置していることが好ましい。
これにより、比較的容易に、同相変形部を介して第１、第２検出電極を対向配置することができる。
【００１１】
上述の適用例において、前記検出振動腕は、断面視で、表裏関係にある第１主面および第２主面と、第１側面および第２側面と、を有し、
前記溝部は、前記第１主面に開放する第１溝部と、前記第２主面に開放する第２溝部と、を有し、
前記第１溝部と前記第１側面との間および前記第２溝部と前記第２側面との間にそれぞれ前記同相変形部が位置していることが好ましい。
これにより、比較的容易に、同相変形部を介して第１、第２検出電極を対向配置することができる。
【００１２】
上述の適用例において、前記第１検出電極は、前記第１溝部の側面と、前記第２溝部の側面と、に配置され、
前記第２検出電極は、前記第１側面において前記第１溝部との間で前記同相変形部を挟んでいる位置と、前記第２側面において前記第２溝部との間で前記同相変形部を挟んでいる位置と、に配置されていることが好ましい。
これにより、より確実に、同相変形部で発生する信号を第１、第２検出電極から取り出すことができる。
【００１３】
上述の適用例において、前記第１側面に配置された前記第２検出電極は、前記第２主面および前記第２溝部に跨って配置され、
前記第２側面に配置された前記第２検出電極は、前記第１主面および前記第１溝部に跨って配置されていることが好ましい。
これにより、第１、第２検出電極の形成が容易となる。
【００１４】
上述の適用例において、前記検出振動腕は、断面視で、表裏関係にある第１主面および第２主面と、第１側面および第２側面と、前記第１主面と前記第２側面との間に位置する第１段差部と、前記第２主面と前記第１側面との間に位置する第２段差部と、を有し、
前記第１段差部と前記第１側面との間および前記第２段差部と前記第２側面との間にそれぞれ前記同相変形部が位置していることが好ましい。
これにより、比較的容易に、同相変形部を介して第１、第２検出電極を対向配置することができる。
【００１５】
本適用例にかかる物理量検出装置は、上述の物理量検出振動片と、
前記物理量検出振動片と電気的に接続されている回路と、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い物理量検出装置が得られる。
【００１６】
本適用例にかかる電子機器は、上述の物理量検出振動片を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
【００１７】
本適用例にかかる移動体は、上述の物理量検出振動片を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物理量検出振動片を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】駆動振動モードを示す断面図である。
【図４】製造バラつきを説明する断面図である。
【図５】検出振動モードを示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る物理量検出振動片を示す平面図である。
【図１１】図１０中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】図１０中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１３】検出振動モードを示す平面図である。
【図１４】検出振動モードを示す平面図である。
【図１５】本発明の物理量検出装置を示すブロック図である。
【図１６】検出電極とチャージアンプとの接続状態を示す図である。
【図１７】本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
【図２０】本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の物理量検出振動片、物理量検出装置、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る物理量検出振動片について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量検出振動片を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、駆動振動モードを示す断面図である。図４は、製造バラつきを説明する断面図である。図５は、検出振動モードを示す断面図である。なお、以下の説明では、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸方向に沿う方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ軸方向」とも言う。
【００２２】
図１および図２に示す物理量検出振動片１は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することのできるジャイロセンサー素子である。この物理量検出振動片１は、水晶から形成された振動体２と、振動体２に配置された電極３と、を有する。ただし、振動体２の材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの水晶以外の圧電体を用いることもできる。
【００２３】
振動体２は、水晶の結晶軸であるｘ軸（電気軸）およびｙ軸（機械軸）で規定されるｘｙ平面に広がりを有し、ｚ軸（光軸）方向に厚みを有する所謂「Ｚカット」の水晶基板をエッチング（ドライエッチング、ウェットエッチング等）によりパターニングすることで形成されている。ただし、水晶のカット角については、目的を達成することができる限りこれに限定されない。
【００２４】
振動体２は、基部２１と、基部２１に接続された駆動振動腕２２および検出振動腕２３と、を有する。駆動振動腕２２および検出振動腕２３は、基部２１から＋Ｙ軸方向に延出し、互いにＸ軸方向に並んで配置されている。そのため、振動体２は、音叉型をなしている。
【００２５】
駆動振動腕２２は、図２に示すように、断面視で、表裏関係にある上面２２ａおよび下面２２ｂと、上面２２ａと下面２２ｂとを接続する２つの側面２２ｃ、２２ｄと、を有する。また、駆動振動腕２２は、上面２２ａに開放する有底の溝部２２１と、下面２２ｂに開放する有底の溝部２２２と、を有する。
【００２６】
同様に、検出振動腕２３は、断面視で、表裏関係にある上面（第１主面）２３ａおよび下面（第２主面）２３ｂと、上面２３ａと下面２３ｂとを接続する２つの側面（第１、第２側面）２２ｃ、２２ｄと、を有する。また、検出振動腕２３は、上面２３ａに開放する有底の溝部（第１溝部）２３１と、下面２３ｂに開放する有底の溝部（第２溝部）２３２と、を有する。このように、溝部２３１、２３２を設けることで、第１、第２検出電極３２１、３２２を後述する同相変形部２３３を介して対向配置することができる。なお、溝部２３１の＋Ｘ軸側の側面は、検出振動腕２３の中心軸Ｊに対して＋Ｘ軸側に位置しており、溝部２３２の−Ｘ軸側の側面は、中心軸Ｊに対して−Ｘ軸側に位置している。
【００２７】
電極３は、駆動振動腕２２を振動させる駆動電極３１と、検出振動腕２３からコリオリ力により発生する電気信号を取り出す検出電極３２と、を有する。また、駆動電極３１は、第１駆動電極３１１と、第２駆動電極３１２と、を有し、検出電極３２は、第１検出電極３２１と、第２検出電極３２２と、を有する。
【００２８】
第１駆動電極３１１は、駆動振動腕２２の溝部２２１、２２２内に設けられている。一方、第２駆動電極３１２は、駆動振動腕２２の側面２２ｃ、２２ｄに設けられている。第１駆動電極３１１と第２駆動電極３１２との間に駆動電圧を印加することで、駆動振動腕２２および検出振動腕２３がＸ軸方向に屈曲振動する。ここで、物理量検出振動片１では、振動体２の製造バラつき等の原因によって、駆動振動腕２２および検出振動腕２３の振動方向に、Ｘ軸方向（所望方向）以外にもＺ軸方向（所望方向以外の方向）が含まれている。そのため、駆動振動腕２２および検出振動腕２３は、図３に示すように、Ｘ軸方向（面内方向）に屈曲振動しつつ、Ｚ軸方向（面外方向）にも屈曲振動する。すなわち、駆動振動腕２２および検出振動腕２３は、Ｘ軸方向の振動成分と、Ｚ軸方向の振動成分とを持って振動する。なお、第１駆動電極３１１と第２駆動電極３１２との間に駆動電圧を印加することで励振されるこのような振動モードを以下「駆動振動モード」とも言う。
【００２９】
ここで、前述した製造バラつきについて一例を挙げて簡単に説明すると、図４に示すように、振動体２の外形（溝部２２１、２２２、２３１、２３２を除く）は、水晶基板２０の上面および下面にマスクＭ１、Ｍ２を成膜し、このマスクＭ１、Ｍ２を介して水晶基板２０をエッチングすることで得られるが、マスクＭ１、Ｍ２がＸ軸方向にずれてしまうと、駆動振動腕２２および検出振動腕２３の横断面形状が略平行四辺形となってしまい、これにより、駆動振動モードに、Ｚ軸方向の振動成分が含まれてしまう。
【００３０】
このような駆動振動モードで駆動しているときに、物理量検出振動片１にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、コリオリ力が作用して、検出振動腕２３に「検出振動モード」が新たに励振される。検出振動モードでは、駆動振動モードでのＸ軸方向の屈曲振動に対してコリオリ力が作用してＺ軸方向の屈曲振動が励振されると共に、駆動振動モードでのＺ軸方向の屈曲振動に対してコリオリ力が作用してＸ軸方向の屈曲振動が励振される。すなわち、検出振動モードでは、検出振動腕２３は、図５に示すように、Ｚ軸方向に屈曲振動しつつ、Ｘ軸方向にも屈曲振動する。
【００３１】
検出振動モードでは、図５に示すように、検出振動腕２３に、Ｘ軸方向の屈曲振動およびＺ軸方向の屈曲振動の両方で収縮（伸長）する同相変形部２３３と、Ｘ軸方向の屈曲振動およびＺ軸方向の屈曲振動の一方が収縮（伸長）し、他方が伸長（収縮）する逆相変形部２３４と、が発生する。同相変形部２３３は、検出振動腕２３の＋Ｘ側かつ＋Ｚ軸側の角部（溝部２３１と側面２３ｃとの間）と、−Ｘ軸側かつ−Ｚ軸側の角部（溝部２３２と側面２３ｄとの間）と、に位置しており、逆相変形部２３４は、検出振動腕２３の−Ｘ側かつ＋Ｚ軸側の角部と、＋Ｘ軸側かつ−Ｚ軸側の角部と、に位置している。
【００３２】
検出電極３２（第１、第２検出電極３２１、３２２）は、同相変形部２３３から検出信号を取り出すように配置され、逆相変形部２３４からは検出信号を取り出さないようになっている。このように配置するのは、同相変形部２３３では、検出振動腕２３のＸ軸方向の屈曲振動により発生する電界とＺ軸方向の屈曲振動により発生する電界とが同じ向きであるのに対して、逆相変形部２３４では、検出振動腕２３のＸ軸方向の屈曲振動により発生する電界とＺ軸方向の屈曲振動により発生する電界とが逆向きであるためである。
【００３３】
第１検出電極３２１は、溝部２３１の＋Ｘ軸側の側面と、溝部２３２の−Ｘ軸側の側面と、に設けられている。一方、第２検出電極３２２は、側面２３ｃにおいて溝部２３１との間で同相変形部２３３を挟んでいる（介している）位置と、側面２３ｄにおいて溝部２３２との間で同相変形部２３３を挟んでいる位置と、に設けられている。すなわち、第１、第２検出電極３２１、３２２は、同相変形部２３３を間に挟んで配置されており、これにより、同相変形部２３３から信号を効率的に取り出すことができる。なお、前述したように、同相変形部２３３では、検出振動腕２３のＸ軸方向の屈曲振動により発生する電界とＺ軸方向の屈曲振動により発生する電界とが同じ向きであるため、検出振動モードに含まれるＸ軸方向の屈曲振動によって第１、第２検出電極３２１、３２２間に発生する信号（電位差）と、Ｚ軸方向の屈曲振動によって第１、第２検出電極３２１、３２２間に発生する信号（電位差）と、が同相となる。
【００３４】
物理量検出振動片１に角速度ωｙが加わって検出振動モードが励振されると、第１、第２検出電極３２１、３２２間にコリオリ力（受けた角速度ωｙ）に応じた大きさの電界が発生し、この電界により生じた第１、第２検出電極３２１、３２２の間の電位差を検出信号Ｓとして取り出すことで、角速度ωｙを求めることができる。検出信号Ｓには、検出振動腕２３のＸ軸方向の屈曲振動により発生する電界に基づく第１検出信号Ｓ１と、検出振動腕２３のＺ軸方向の屈曲振動により発生する電界に基づく第２検出信号Ｓ２と、が含まれている。従来の構成では、検出信号Ｓに第２検出信号Ｓ２しか含まれていないので、本実施形態では、従来の構成に対して第１検出信号Ｓ１の分だけ検出信号Ｓの強度を高めることができる。そのため、高感度な物理量検出振動片１となる。
【００３５】
第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２の強度比としては、特に限定されないが、０．８：１〜１：０．８程度であることが好ましく、１：１程度であることがより好ましい。このような強度比とすることで、検出信号Ｓの強度をより高めることができ、上述した効果がより顕著となる。
【００３６】
なお、前述したように、検出振動腕２３は、駆動振動モードにおいてもＸ軸方向に屈曲振動しつつ、Ｚ軸方向に屈曲振動している。そのため、物理量検出振動片１では、角速度ωｙが加わっていないにも関わらず、誤った検出信号（不要信号Ｓｎ）が発生する。このような不要信号Ｓｎは、駆動振動モードに含まれるＺ軸方向（面外方向）の屈曲振動に起因する信号であり、従来の構成で発生する不要信号Ｓｎの強度とほぼ等しい。そのため、本実施形態と従来の構成とで、検出信号Ｓと不要信号Ｓｎとの比であるＳ／Ｎ（Ｓ／Ｓｎ）を比較すると、本実施形態の方が検出信号Ｓの強度が高い分、従来の構成よりもＳ／Ｎが高くなる。そのため、不要信号Ｓｎの影響が小さくなり、より角速度ωｙの検出精度の高い物理量検出振動片１となる。
【００３７】
なお、本実施形態では、側面２３ｃに配置された第２検出電極３２２が下面２３ｂを介して溝部２３２の＋Ｘ軸側の側面まで広がって（跨って）配置され、同様に、側面２３ｄに配置された第２検出電極３２２が上面２３ａを介して溝部２３１の−Ｘ軸側の側面まで広がって（跨って）配置されている。このような配置とすることで、検出電極３２を形成し易くなる。
【００３８】
簡単に説明すると、検出電極３２は、検出振動腕２３の全周に成膜された金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法でパターニングすることで形成することができるが、検出電極３２を本実施形態の配置とすることで、検出振動腕２３の側面２３ｃ、２２ｄや溝部２３１、２３２の側面上にある金属膜をパターニング（除去）しなくても検出電極３２を形成することができる。側面の金属膜をパターニングするには、フォトリソグラフィー技法において露光光を斜め（Ｚ軸に対して傾斜した方向）から照射しなければならず、上面２３ａや下面２３ｂの金属膜をパターニングするのに比べて手間がかかる。そのため、本実施形態のような配置によれば、検出電極３２を容易に形成することができる。
【００３９】
以上、第１実施形態について説明した。本実施形態では、上述したように、振動体２の製造バラつきによって、駆動振動モードにおいて、駆動振動腕２２および検出振動腕２３が、Ｘ軸方向に屈曲振動しつつ、Ｚ軸方向に屈曲振動するようになっている。ただし、駆動振動腕２２および検出振動腕２３がＸ軸方向に屈曲振動しつつ、Ｚ軸方向に屈曲振動するのは、製造バラつきの場合のみならず、もともと、駆動振動腕２２および検出振動腕２３をＸ軸方向に屈曲振動させつつ、Ｚ軸方向に屈曲振動させる設計となっている場合も含まれる。また、検出振動腕２３の形状や検出電極３２の配置は、上述した効果を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る物理量検出振動片について説明する。
【００４１】
図６は、本発明の第２実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【００４２】
本実施形態に係る物理量検出振動片では、主に、検出振動腕の形状および検出電極の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態に係る物理量検出振動片と同様である。
【００４３】
なお、以下の説明では、第２実施形態の物理量検出振動片に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、図６に示すように、第２検出電極３２２が側面２３ｃの上方側（同相変形部２３３を介して溝部２３１と対向する部分）と、側面２３ｄの下方側（同相変形部２３３を介して溝部２３２と対向する部分）と、に設けられている。すなわち、前述した第１実施形態のように、第２検出電極３２２が溝部２３１、２３２内まで広がっていない。このような配置とすることで、第２検出電極３２２の面積を小さくすることができるため、ノイズの混入を低減することができる。
【００４５】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る物理量検出振動片について説明する。
【００４７】
図７は、本発明の第３実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【００４８】
本実施形態に係る物理量検出振動片では、主に、検出振動腕の形状および検出電極の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態に係る物理量検出振動片と同様である。
【００４９】
なお、以下の説明では、第３実施形態の物理量検出振動片に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００５０】
本実施形態では、図７に示すように、検出振動腕２３が上面に開放する溝部２３１を有する。すなわち、本実施形態の検出振動腕２３は、前述した第１実施形態の構成から溝部２３２を省略した構成となっている。また、第１検出電極３２１は、溝部２３１の＋Ｘ軸側の側面に配置され、第２検出電極３２２は、側面２３ｃの上方側（同相変形部２３３を介して溝部２３１と対向する部分）に配置されている。
【００５１】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る物理量検出振動片について説明する。
【００５３】
図８は、本発明の第４実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【００５４】
本実施形態に係る物理量検出振動片では、主に、検出振動腕の形状および検出電極の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態に係る物理量検出振動片と同様である。
【００５５】
なお、以下の説明では、第４実施形態の物理量検出振動片に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００５６】
本実施形態では、図８に示すように、検出振動腕２３が、上面２３ａと側面２３ｄとの間に形成された段差部（第１段差部）２３８と、下面２３ｂと側面２３ｃとの間に形成された段差部（第２段差部）２３９と、を有する。そして、段差部２３８と側面２３ｃとの間および段差部２３９と側面２３ｄとの間に、それぞれ、同相変形部２３３が位置している。また、これら同相変形部２３３を介して第１、第２検出電極３２１、３２２が対向配置されている。このような構成によれば、簡単な構成で、同相変形部２３３を介して第１、第２検出電極３２１、３２２を対向配置することができる。
【００５７】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、２つある同相変形部２３３のそれぞれを介して第１、第２検出電極３２１、３２２が対向配置されているが、いずれか一方の同相変形部２３３を介して第１、第２検出電極３２１、３２２が対向配置されていればよい。
【００５９】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る物理量検出振動片について説明する。
【００６０】
図９は、本発明の第５実施形態に係る物理量検出振動片が有する検出振動腕の断面図である。
【００６１】
本実施形態に係る物理量検出振動片では、主に、検出振動腕の形状および検出電極の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態に係る物理量検出振動片と同様である。
【００６２】
なお、以下の説明では、第５実施形態の物理量検出振動片に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００６３】
本実施形態では、前述した第１実施形態の構成から溝部２３１、２３２が省略されており、図９に示すように、検出振動腕２３は、四角形の横断面形状を有する。そして、第１検出電極３２１は、上面２３ａの＋Ｘ軸側（同相変形部２３３の上方）と、下面２３ｂの−Ｘ軸側（同相変形部２３３の下方）に配置されており、第２検出電極３２２は、側面２３ｃの上方側（同相変形部２３３の側方）および側面２３ｄの下方側（同相変形部２３３の側方）に配置されている。
【００６４】
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６５】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る物理量検出振動片について説明する。
【００６６】
図１０は、本発明の第６実施形態に係る物理量検出振動片を示す平面図である。図１１は、図１０中のＢ−Ｂ線断面である。図１２は、図１０中のＣ−Ｃ線断面図である。図１３および図１４は、検出振動モードを示す平面図である。
【００６７】
本実施形態に係る物理量検出振動片では、主に、振動体の形状が異なること以外は、前述した第１実施形態にかかる物理量センサーと同様である。
【００６８】
なお、以下の説明では、第６実施形態の物理量検出振動片に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００６９】
振動体２は、図１０に示すように、基部２１と、基部２１に接続された一対の駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂおよび一対の検出振動腕２３Ａ、２３Ｂと、を有する。一対の駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂは、基部２１から−Ｙ軸方向に延出し、互いにＸ軸方向に並んで配置されている。一方、一対の検出振動腕２３Ａ、２３Ｂは、基部２１から＋Ｙ軸方向に延出し、互いにＸ軸方向に並んで配置されている。そのため、振動体２は、略「Ｈ」型をなしている。なお、例えば、駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂや検出振動腕２３Ａ、２３Ｂの先端部には錘部（ハンマーヘッド）が設けられていてもよい。
【００７０】
駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂは、上面２２Ａａ、２２Ｂａに開放する有底の溝部２２１Ａ、２２１Ｂと、下面２２Ａｂ、２２Ｂｂに開放する有底の溝部２２２Ａ、２２２Ｂと、を有する。同様に、検出振動腕２３Ａ、２３Ｂは、上面２３Ａａ、２３Ｂａに開放する有底の溝部２３１Ａ、２３１Ｂと、下面２３Ａｂ、２３Ｂｂに開放する有底の溝部２３２Ａ、２３２Ｂと、を有する。
【００７１】
第１駆動電極３１１は、図１１に示すように、駆動振動腕２２Ａの溝部２２１Ａ、２２２Ａ内と駆動振動腕２２Ｂの側面２２Ｂｃ、２２Ｂｄとに設けられている。また、第２駆動電極３１２は、駆動振動腕２２Ａの側面２２Ａｃ、２２Ａｄと駆動振動腕２２Ｂの溝部２２１Ｂ、２２２Ｂ内とに設けられている。このような駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂについても、前述した第１実施形態と同様に製造バラつきが発生しており、駆動振動モードでは、駆動振動腕２２Ａ、２２ＢがＸ軸方向に逆位相で屈曲振動しつつ、Ｚ軸方向に逆位相で屈曲振動する。
【００７２】
第１、第２検出電極３２１、３２２は、検出振動腕２３Ａ、２３Ｂの各同相変形部２３３Ａ、２３３Ｂを介して対向配置されている。第１検出電極３２１は、図１２に示すように、検出振動腕２３Ａの溝部２３１Ａの＋Ｘ軸側の側面および溝部２３２Ａの−Ｘ軸側の側面と、検出振動腕２３Ｂの側面２３Ｂｃ、２３Ｂｄと、に設けられている。一方、第２検出電極３２２は、検出振動腕２３Ａの側面２３Ａｃ、２３Ａｄと、検出振動腕２３Ｂの溝部２３１Ｂの＋Ｘ軸側の側面および溝部２３２Ｂの−Ｘ軸側の側面と、に設けられている。
【００７３】
第１、第２検出電極３２１、３２２をこのような配置とすることで、検出振動モードにおいて取り出される検出信号Ｓに、検出振動腕２３Ａ、２３ＢのＸ軸方向の屈曲振動により発生する電界に基づく第１検出信号Ｓ１と、検出振動腕２３Ａ、２３ＢのＺ軸方向の屈曲振動により発生する電界に基づく第２検出信号Ｓ２と、を含ませることができる。
【００７４】
角速度ωｙが加わって励振される検出振動モードは、図１３に示す第１検出振動モードと、図１４に示す第２検出振動モードと、を有する（なお、図１３および図１４では、駆動振動モードにおけるＸ軸方向の屈曲振動のみを考慮している）。駆動振動モードの共振周波数をｆｄとし、第１検出振動モードの共振周波数をｆｐ１とし、第２検出振動モードの共振周波数のｆｐ２としたとき、ｆｐ１＜ｆｄ＜ｆｐ２の関係を満足することが好ましい。これにより、第１検出振動モードと第２検出振動モードとが共に励振され、各モードでの検出信号を取り出すことができる。そのため、検出信号Ｓ２に、第１検出振動モードにより発生する電界に基づく第１検出信号Ｓ２１と、第２検出振動モードにより発生する電界に基づく第２検出信号Ｓ２２と、を含ませることができる。したがって、検出信号Ｓの強度をより高くすることができ、より高感度な物理量検出振動片１となる。また、Ｓ／Ｎ比もより高まるため、不要信号Ｓｎの影響がより小さく、より感度の高い物理量検出振動片１となる。
【００７５】
以上のような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７６】
［物理量検出装置］
次に、本発明の物理量検出振動片を備える物理量検出装置について説明する。
【００７７】
図１５は、本発明の物理量検出装置を示すブロック図である。図１６は、検出電極とチャージアンプとの接続状態を示す図である。
【００７８】
物理量検出装置１０は、図１５に示すように、物理量検出振動片１と、物理量検出振動片１を駆動振動させるための駆動回路５と、角速度ωｙが加わったときに物理量検出振動片１の検出振動を検出するための検出回路６と、を有する。なお、駆動回路５および検出回路６は、１チップのＩＣで実現されていてもよいし、それぞれ別個のＩＣチップで実現されていてもよい。また、本実施形態では、前述した第６実施形態の物理量検出振動片１を用いる。
【００７９】
駆動回路５は、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）５１と、ＡＣ増幅回路５２と、振幅調整回路５３と、を有する。駆動回路５は、物理量検出振動片１の第１駆動電極３１１に駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂを駆動させる信号を出力し、かつ物理量検出振動片１の第２駆動電極３１２から出力される信号が入力される回路である。以下、このような駆動回路５について、詳細に説明する。
【００８０】
物理量検出振動片１の駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂが振動すると、圧電効果に基づく交流電流が、第２駆動電極３１２から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路５１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路５１は、入力された交流電流を駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂの振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。Ｉ／Ｖ変換回路５１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路５２に入力される。ＡＣ増幅回路５２は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。
【００８１】
ＡＣ増幅回路５２から出力された交流電圧信号は、振幅調整回路５３に入力される。振幅調整回路５３は、入力された交流電圧信号の振幅を一定値に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を、物理量検出振動片１の第１駆動電極３１１に出力する。この第１駆動電極３１１に入力される交流電圧信号（駆動信号）により駆動振動腕２２Ａ、２２Ｂが駆動振動モードで振動する。
【００８２】
一方、検出回路６は、チャージアンプ６１と、チャージアンプ６２と、差動増幅回路６３と、ＡＣ増幅回路６４と、同期検波回路６５と、平滑回路６６と、可変増幅回路６７と、フィルター回路６８と、を有する。検出回路６は、物理量検出振動片１の第１、第２検出電極３２１、３２２からそれぞれ出力される信号に基づいて、角速度ωｙを検出する回路である。以下、検出回路６について、詳細に説明する。
【００８３】
チャージアンプ６１（第１の電流・電圧変換部）は、図１６に示すように、演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成されており、演算増幅器の反転入力端子（−端子）には、検出振動腕２３Ａの第１検出電極３２１から出力された検出信号Ｓａと、検出振動腕２３Ｂの第１検出電極３２１から出力された検出信号Ｓｂとが入力され、この演算増幅器の非反転入力端子（＋端子）は基準電位に固定される。これら２つの検出信号Ｓａ、Ｓｂは、電気的極性が同じ信号であり、チャージアンプ６１は、演算増幅器に入力された検出信号Ｓａ、Ｓｂを交流電圧信号に変換する。
【００８４】
チャージアンプ６２（第２の電流・電圧変換部）は、図１６に示すように、演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成されており、演算増幅器の反転入力端子（−端子）には、検出振動腕２３Ａの第２検出電極３２２から出力された検出信号Ｓｃと検出振動腕２３Ｂの第２検出電極３２２から出力された検出信号Ｓｄとが入力され、この演算増幅器の非反転入力端子（＋端子）は基準電位に固定される。これら２つの検出信号Ｓｃ、Ｓｄは、電気的極性が同じ信号であり、チャージアンプ６２は、演算増幅器に入力された検出信号Ｓｃ、Ｓｄを交流電圧信号に変換する。
なお、検出信号Ｓａ、Ｓｂと検出信号Ｓｃ、Ｓｄとは、電気的特性が逆である。
【００８５】
チャージアンプ６１の出力信号とチャージアンプ６２の出力信号は、差動増幅回路６３に入力される。差動増幅回路６３は、物理量検出振動片１の出力信号を差動増幅する差動増幅部として機能し、チャージアンプ６１の出力信号とチャージアンプ６２の出力信号との電位差を増幅（差動増幅）した信号を出力する。差動増幅回路６３の出力信号は、ＡＣ増幅回路６４に入力される。
【００８６】
ＡＣ増幅回路６４は、ＡＣ信号を増幅するＡＣ増幅部として機能し、差動増幅回路６３の出力信号を増幅した信号を出力する。ＡＣ増幅回路６４の出力信号は、同期検波回路６５に入力される。同期検波回路６５は、駆動回路５のＡＣ増幅回路５２が出力する交流電圧信号を基に、ＡＣ増幅回路６４の出力信号を同期検波することにより角速度成分を抽出する。
【００８７】
同期検波回路６５で抽出された角速度成分の信号は、平滑回路６６で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路６７に入力される。可変増幅回路６７は、平滑回路６６の出力信号（直流電圧信号）を設定された増幅率（または減衰率）で増幅（または減衰）して角速度感度を変化させる。可変増幅回路６７で増幅（または減衰）された信号は、フィルター回路６８に入力される。
【００８８】
フィルター回路６８は、可変増幅回路６７の出力信号からセンサー帯域外の高周波のノイズ成分を除去し（正確には所定レベル以下に減衰させ）、角速度の方向および大きさに応じた極性および電圧レベルの検出信号を出力する。そして、この検出信号は、外部出力端子（図示せず）から外部へ出力される。
【００８９】
［電子機器］
次に、本発明の物理量検出振動片を備える電子機器について説明する。
【００９０】
図１７は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【００９１】
この図において、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１１０８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、物理量検出振動片１が内蔵されている。
【００９２】
図１８は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【００９３】
この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、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１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、物理量検出振動片１が内蔵されている。
【００９４】
図１９は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
【００９５】
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には表示部１３１０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１３１０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などを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、手振れ補正に用いられる物理量検出振動片１が内蔵されている。
【００９６】
このような電子機器は、物理量検出振動片１を備えているので、優れた信頼性を有している。
【００９７】
なお、本発明の電子機器は、図１７のパーソナルコンピューター、図１８の携帯電話機、図１９のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、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、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、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）、フライトシュミレータ等に適用することができる。
【００９８】
［移動体］
次に、本発明の物理量検出振動片を備える移動体について説明する。
図２０は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
【００９９】
図２０に示すように、自動車１５００には物理量検出振動片１が内蔵されており、例えば、物理量検出振動片１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量検出振動片１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプター（ドローンを含む）で利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量検出振動片１が組み込まれる。
【０１００】
以上、本発明の物理量検出振動片、物理量検出装置、電子機器および移動体を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よい。
【符号の説明】
【０１０１】
１…物理量検出振動片、１０…物理量検出装置、２…振動体、２０…水晶基板、２１…基部、２２、２２Ａ、２２Ｂ…駆動振動腕、２２ａ、２２Ａａ、２２Ｂａ…上面、２２ｂ、２２Ａｂ、２２Ｂｂ…下面、２２ｃ、２２Ａｃ、２２Ｂｃ…側面、２２ｄ、２２Ａｄ、２２Ｂｄ…側面、２２１、２２１Ａ、２２１Ｂ…溝部、２２２、２２２Ａ、２２２Ｂ…溝部、２３、２３Ａ、２３Ｂ…検出振動腕、２３ａ、２３Ａａ、２３Ｂａ…上面、２３ｂ、２３Ａｂ、２３Ｂｂ…下面、２３ｃ、２３Ａｃ、２３Ｂｃ…側面、２３ｄ、２３Ａｄ、２３Ｂｄ…側面、２３１、２３１Ａ、２３１Ｂ…溝部、２３２、２３２Ａ、２３２Ｂ…溝部、２３３、２３３Ａ、２３３Ｂ…同相変形部、２３４…逆相変形部、２３８、２３９…段差部、３…電極、３１…駆動電極、３２…検出電極、５…駆動回路、５１…Ｉ／Ｖ変換回路、５２…ＡＣ増幅回路、５３…振幅調整回路、６…検出回路、６１、６２…チャージアンプ、６３…差動増幅回路、６４…ＡＣ増幅回路、６５…同期検波回路、６６…平滑回路、６７…可変増幅回路、６８…フィルター回路、３１１…第１駆動電極、３１２…第２駆動電極、３２１…第１検出電極、３２２…第２検出電極、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、Ｊ…中心軸、Ｍ１、Ｍ２…マスク、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ…検出信号、ωｙ…角速度
【図１】
2017078678.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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【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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【図２０】
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