JP2018013408A - ジャイロセンサ及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
上記フレームは、主面を有する。
上記駆動部は、上記フレームを上記主面に平行な面内で振動させる。
上記第1の検出部は、上記フレームの上記主面における変形量に基づいて、上記主面に直交する第1の軸まわりの角速度を検出する。
上記複数の振り子部は、上記フレームの振動に同期して振動する。
上記第2の検出部は、上記第1の軸と直交する第2の軸まわりの第2の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第1及び第2の軸にそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度を検出する。
上記第3の検出部は、上記第3の軸まわりの第3の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第2の軸まわりの角速度を検出する。
上記駆動部は、上記第1及び第2の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、上記一方の組が離間したときに上記他方の組が近接する振動モードで、上記フレームを上記主面に平行な面内において振動させる。
上記複数の振り子部は、上記複数の接続部に支持される一端部をそれぞれ有する。
上記第2の検出部は、上記第2の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含み、上記第3の検出部は、上記第1の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含む。
上記一対の第1の振り子部は、上記主面に平行な面内で上記第2及び第3の軸方向と交差する第4の軸方向に相互に対向する。上記一対の第2の振り子部は、上記主面に平行な面内で上記第2、第3及び第4の軸方向と交差する第5の軸方向に相互に対向する。
同様に、上記第3の検出部を構成する一対の圧電素子は、上記第1の梁の幅方向の中心に配置され、上記第1の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する。
上記コントローラは、上記第2の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて上記第3の軸まわりの角速度を検出し、上記第3の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて上記第2の軸まわりの角速度を検出する。
上記ジャイロセンサは、環状のフレームと、駆動部と、第1の検出部と、複数の振り子部と、第2の検出部と、第3の検出部とを有する。
上記フレームは、主面を有する。
上記駆動部は、上記フレームを上記主面に平行な面内で振動させる。
上記第1の検出部は、上記フレームの上記主面における変形量に基づいて、上記主面に直交する第1の軸まわりの角速度を検出する。
上記複数の振り子部は、上記フレームの振動に同期して振動する。
上記第2の検出部は、上記第1の軸と直交する第2の軸まわりの第2の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第1及び第2の軸にそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度を検出する。
上記第3の検出部は、上記第3の軸まわりの第3の角速度が生じた場合に上記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、上記第2の軸まわりの角速度を検出する。
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2は、振動子本体101の構成を模式的に示す平面図である。振動子本体101は、環状のフレーム10(支持部)と、複数の振り子部21a,21b,21c,21dとを有する。
フレーム10は、X軸(第2の軸)方向に横方向、Y軸(第3の軸)方向に縦方向、Z軸(第1の軸)方向に厚み方向を有する。フレーム10は、Z軸に垂直な主面10s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。
振動子本体101は、片持ち梁構造の複数(本例では4つ)の振り子部21a,21b,21c,21dを有する。
図1に示すように、枠体102は、振動子本体101の周囲に配置された環状のベース部81と、振動子本体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。
ベース部81は、振動子本体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(図7参照)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。
連結部82は、ベース部81に対して振動子本体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、振動子本体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、振動子本体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。
ジャイロセンサ100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。
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X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Y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の検出部)
ジャイロセンサ100は、図2に示すように、圧電検出部51z1〜51z4(第1の検出部)をさらに有する。圧電検出部51z1〜51z4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。圧電検出部51z1〜51z4は、4つの接続部13a〜13dの主面10s上にそれぞれ設けられる。
一方、Y軸まわりの角速度を検出する検出部として、ジャイロセンサ100は、図2に示すように、圧電検出部52y1,52y2(第2の検出部)を有する。圧電検出部52y1,52y2は、第2の梁12a,12bにそれぞれ設けられ、これら第2の梁12a,12bのZ軸方向における変形量に基づいて、Y軸まわりの角速度を検出する。
さらに図2に示すように、ジャイロセンサ100は、X軸まわりの角速度を検出する検出部として、圧電検出部53x1,53x2(第3の検出部)を有する。圧電検出部53x1,53x2は、第1の梁11a,11bにそれぞれ設けられ、これら第1の梁11a,11bのZ軸方向における変形量に基づいて、X軸まわりの角速度を検出する。
本実施形態のジャイロセンサ100は、図2に示すように参照電極61を有する。参照電極61は、圧電検出部52y1,52y2に隣接するように、梁12a及び梁12bの組の内縁側に配置されている。参照電極61は、圧電検出部51z1〜51z4,52y1,52y2,53x1,53x2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。
続いて、コントローラ200の詳細について説明する。図7は、コントローラ200の構成を示すブロック図である。
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。
本実施形態のジャイロセンサ100において、振動子本体101は、連結部82a〜82dを介してベース部81に支持されており、圧電駆動部31,32は、フレーム10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。
(1)主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第1の軸まわりの角速度を検出する第1の検出部と、
前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有し、前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第1及び第2の軸にそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度を検出する第2の検出部と、
前記第3の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第2の軸まわりの角速度を検出する第3の検出部と
を具備するジャイロセンサ。
(2)上記(1)に記載のジャイロセンサであって、
前記フレームは、前記第2の軸方向に延在し前記第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複数の接続部とを有し、
前記駆動部は、前記第1及び第2の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、前記一方の組が離間したときに前記他方の組が近接する振動モードで、前記フレームを前記主面に平行な面内において振動させ、
前記複数の振り子部は、前記複数の接続部に支持される一端部をそれぞれ有し、
前記第2の検出部は、前記第2の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含み、
前記第3の検出部は、前記第1の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含む
ジャイロセンサ。
(3)上記(2)に記載のジャイロセンサであって、
前記複数の振り子部は、
前記主面に平行な面内で前記第2及び第3の軸方向と交差する第4の軸方向に相互に対向する一対の第1の振り子部と、
前記主面に平行な面内で前記第2、第3及び第4の軸方向と交差する第5の軸方向に相互に対向する一対の第2の振り子部と、を含む
ジャイロセンサ。
(4)上記(2)又は(3)に記載のジャイロセンサであって、
前記第2の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第2の梁の幅方向の中心に配置され、前記第2の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。
(5)上記(2)〜(4)のいずれか1つに記載のジャイロセンサであって、
前記第3の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第1の梁の幅方向の中心に配置され、前記第1の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。
(6)上記(2)〜(5)のいずれか1つに記載のジャイロセンサであって、
前記第2の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第3の軸まわりの角速度を検出し、前記第3の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第2の軸まわりの角速度を検出するコントローラをさらに具備する
ジャイロセンサ。
(7)主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第1の軸まわりの角速度を検出する第1の検出部と、
前記フレームに支持される一端部をそれぞれ有し、前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第1及び第2の軸にそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度を検出する第2の検出部と、
前記第3の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第2の軸まわりの角速度を検出する第3の検出部と
を有するジャイロセンサ
を具備する電子機器。
11a,11b,12a,12b…梁
21a〜21d…アーム部
31,32…圧電駆動部
51z1〜51z4,52y1,52y2,53x1,53x2…圧電検出部
100…ジャイロセンサ
101…振動子本体
211…アーム部本体
Claims (7)
- 主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第1の軸まわりの角速度を検出する第1の検出部と、
前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第1及び第2の軸にそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度を検出する第2の検出部と、
前記第3の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第2の軸まわりの角速度を検出する第3の検出部と
を具備するジャイロセンサ。 - 請求項1に記載のジャイロセンサであって、
前記フレームは、前記第2の軸方向に延在し前記第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複数の接続部とを有し、
前記駆動部は、前記第1及び第2の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、前記一方の組が離間したときに前記他方の組が近接する振動モードで、前記フレームを前記主面に平行な面内において振動させ、
前記複数の振り子部は、前記複数の接続部に支持される一端部をそれぞれ有し、
前記第2の検出部は、前記第2の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含み、
前記第3の検出部は、前記第1の梁の長さ方向の中央部にそれぞれ配置された一対の圧電素子を含む
ジャイロセンサ。 - 請求項2に記載のジャイロセンサであって、
前記複数の振り子部は、
前記主面に平行な面内で前記第2及び第3の軸方向と交差する第4の軸方向に相互に対向する一対の第1の振り子部と、
前記主面に平行な面内で前記第2、第3及び第4の軸方向と交差する第5の軸方向に相互に対向する一対の第2の振り子部と、を含む
ジャイロセンサ。 - 請求項2に記載のジャイロセンサであって、
前記第2の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第2の梁の幅方向の中心に配置され、前記第2の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。 - 請求項2に記載のジャイロセンサであって、
前記第3の検出部を構成する一対の圧電素子は、前記第1の梁の幅方向の中心に配置され、前記第1の梁に沿って直線的に延びる短冊形状を有する
ジャイロセンサ。 - 請求項2に記載のジャイロセンサであって、
前記第2の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第3の軸まわりの角速度を検出し、前記第3の検出部を構成する一対の圧電素子の出力の差分に基づいて前記第2の軸まわりの角速度を検出するコントローラをさらに具備する
ジャイロセンサ。 - 主面を有する環状のフレームと、
前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記フレームの前記主面における変形量に基づいて、前記主面に直交する第1の軸まわりの角速度を検出する第1の検出部と、
前記フレームの振動に同期して振動する複数の振り子部と、
前記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第1及び第2の軸にそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度を検出する第2の検出部と、
前記第3の軸まわりの角速度が生じた場合に前記主面上の振動モードの節となる位置に配置され、前記第2の軸まわりの角速度を検出する第3の検出部と
を有するジャイロセンサ
を具備する電子機器。
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