JP6078957B2 - Gyro sensor and electronics - Google Patents
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Description
本発明は、ジャイロセンサーおよび電子機器に関する。 The present invention relates to a gyro sensor and an electronic device.
従来から、角速度を検出するための振動片として、特許文献１のジャイロセンサーが知られている。
特許文献１のジャイロセンサーは、基部と、基部から両側へＹ軸方向に延出する第１、第２検出振動腕と、基部から両側へＸ軸方向に延出する第１、第２連結腕と、第１連結腕の先端部から両側へＹ軸方向に延出する第１、第２駆動振動腕と、第２連結腕の先端部から両側へＹ軸方向に延出する第３、第４駆動振動腕とを有している。また、第１〜第４駆動振動腕には駆動電極が形成されており、第１、第２検出振動腕には、検出電極が形成されている。
Conventionally, the gyro sensor of
The gyro sensor of
このようなジャイロセンサーは、次のようにして角速度を検出する。まず、第１〜第４駆動振動腕を、第１、第２駆動振動腕と第３、第４駆動振動腕とがＹＺ平面に対して面対称となるように振動させる。この状態でＺ軸まわりに角速度が加わると、ジャイロセンサーにコリオリ力が作用し、第１、第２検出振動腕にＸ軸方向の検出振動が励起される。そして、この振動により生じた第１、第２検出振動腕の歪みを検出電極が検出することにより、Ｚ軸まわりの角速度を求めることができる。 Such a gyro sensor detects angular velocity as follows. First, the first to fourth drive vibrating arms are vibrated so that the first and second drive vibrating arms and the third and fourth drive vibrating arms are plane-symmetric with respect to the YZ plane. When an angular velocity is applied around the Z axis in this state, a Coriolis force acts on the gyro sensor, and detection vibration in the X axis direction is excited on the first and second detection vibrating arms. Then, the detection electrode detects the distortion of the first and second detection vibrating arms caused by this vibration, whereby the angular velocity around the Z axis can be obtained.
しかしながら、特許文献１のジャイロセンサーでは、Ｚ軸まわりの角速度の検出しか行うことができない。すなわち、Ｘ軸まわりの角速度やＹ軸まわりの角速度を検出することができない。そのため、例えば、Ｘ軸およびＹ軸の回りに発生する角速度を検出したい場合には、ジャイロセンサーを縦置きして配置する必要がありセンサーデバイスの厚みが大きくなってしまう。また複数軸について角速度を検出したい場合には、複数のジャイロセンサーを配置する必要がある。そのため、装置が大型化するという問題がある。
However, the gyro sensor of
本発明の目的は、互いに交差する３軸のうちの少なくとも２つの軸まわりの角速度を検出することのできるジャイロセンサーを提供すること、また、このジャイロセンサーを備える信頼性に優れた電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gyro sensor capable of detecting angular velocities around at least two of three axes intersecting with each other, and to provide an electronic device with excellent reliability provided with the gyro sensor. There is to do.
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明のジャイロセンサーは、互いに直交する３つの軸を第１軸、第２軸および第３軸としたとき、
前記第１軸および前記第２軸を含む平面には、
基部と、
前記基部に接続され、駆動手段が設けられた駆動振動腕と、
前記基部から延在する複数の検出振動腕と、が設けられ、
前記駆動振動腕は、前記第１軸および前記第３軸の方向の振動成分を含み、
前記検出振動腕は、前記基部の一端および該一端とは反対側の他端の各々から延在され、
角速度が印加されたときに、前記複数の検出振動腕の各々が前記平面内で振動することによって、前記第１軸、前記第２軸、および前記第３軸のうち少なくとも前記第２軸の回りに発生する角速度および前記第３軸の回りに発生する角速度をそれぞれ検出し、
前記第１軸または前記第２軸を検出軸としたとき、
前記複数の検出振動腕の各々は、前記検出軸に前記平面上で直交する軸に関して同じ方向に振動し、
前記第３軸を検出軸としたとき、
前記複数の検出振動腕の各々は、第３軸回りの円周方向に振動することを特徴とする。
これにより、第１軸まわりの角速度が加わったときと、第２軸まわりの角速度が加わったときと、第３軸まわりの角速度が加わったときとで、複数の検出振動腕の振動パターンが異なるため、互いに交差する３軸のうちの少なくとも２つの軸まわりの角速度を検出することのできるジャイロセンサーを提供することができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1]
The gyro sensor of the present invention has three axes orthogonal to each other as a first axis, a second axis, and a third axis.
In the plane including the first axis and the second axis,
The base,
A drive vibrating arm connected to the base and provided with drive means;
A plurality of detection vibrating arms extending from the base, and
The drive vibration arm includes vibration components in the directions of the first axis and the third axis,
The detection vibrating arm extends from one end of the base and the other end opposite to the one end,
When an angular velocity is applied, each of the plurality of detection vibrating arms vibrates in the plane, so that at least about the second axis among the first axis, the second axis, and the third axis. Detecting an angular velocity generated in the first axis and an angular velocity generated around the third axis ,
When the first axis or the second axis is the detection axis,
Each of the plurality of detection vibrating arms vibrates in the same direction with respect to an axis orthogonal to the detection axis on the plane,
When the third axis is the detection axis,
Each of the plurality of detection vibrating arms vibrates in a circumferential direction around a third axis.
Thereby, when the angular velocity around the first axis is added, when the angular velocity around the second axis is added, and when the angular velocity around the third axis is added, the vibration patterns of the plurality of detection vibrating arms are different. Therefore, it is possible to provide a gyro sensor that can detect angular velocities around at least two of the three axes intersecting each other.
［適用例２］
本発明のジャイロセンサーでは、前記複数の検出振動腕の各々は、前記第１軸および前記第２軸の両方に対して対称に配置されていることが好ましい。
これにより、精度よく、角速度を検出することができる。
［適用例３］
本発明のジャイロセンサーでは、前記検出振動腕は、前記第１軸および前記第２軸の少なくとも一方の軸に沿って延出されていることが好ましい。
これにより、第１軸または第２軸まわりの角速度と、第３軸まわりの角速度を検出することができる。
[Application Example 2 ]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that each of the plurality of detection vibrating arms is arranged symmetrically with respect to both the first axis and the second axis.
Thereby, the angular velocity can be detected with high accuracy.
[Application Example 3 ]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that the detection vibration arm extends along at least one of the first axis and the second axis.
Thereby, the angular velocity around the first axis or the second axis and the angular velocity around the third axis can be detected.
［適用例４］
本発明のジャイロセンサーでは、前記検出振動腕は、前記第１軸および前記第２軸に交差する方向に沿って延出されていることが好ましい。
これにより、第１軸、第２軸および第３軸の各軸まわりの角速度を検出することができる。
[Application Example 4 ]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that the detection vibrating arm is extended along a direction intersecting the first axis and the second axis.
As a result, the angular velocities around the first, second, and third axes can be detected.
［適用例５］
本発明のジャイロセンサーでは、前記複数の検出振動腕の各々の出力を加算または減算することにより前記第１軸、前記第２軸、および前記第３軸のうち少なくとも前記第２軸の回りに発生する角速度および前記第３軸の回りに発生する角速度をそれぞれ検出することが好ましい。
このように、複数の検出振動腕の各々の出力を加算または減算することにより、少なくとも第２軸の回りに発生する角速度および前記第３軸の回りに発生する角速度をそれぞれ簡単かつ正確に検出することができる。
[Application Example 5]
In the gyro sensor according to the present invention, the output of each of the plurality of detection vibrating arms is added or subtracted to be generated around at least the second axis among the first axis, the second axis, and the third axis. It is preferable that the angular velocity generated and the angular velocity generated around the third axis are respectively detected.
As described above, by adding or subtracting the outputs of the plurality of detection vibrating arms , at least the angular velocity generated around the second axis and the angular velocity generated around the third axis can be detected easily and accurately. be able to.
［適用例６］
本発明のジャイロセンサーでは、前記検出軸の回りに角速度が印加された時に、各々の前記検出振動腕から得られる出力の大きさが互いに等しいことが好ましい。
これにより、精度よく、角速度を検出することができる。
［適用例７］
本発明のジャイロセンサーでは、前記検出軸の回りに角速度が印加されない状態において、前記検出振動腕が第３軸方向に振動していることが好ましい。
これにより、簡単な構成でかつ確実に、少なくとも２つの軸まわりの角速度を検出することができる。
[Application Example 6 ]
In the gyro sensor according to the present invention, it is preferable that the magnitudes of outputs obtained from the respective detection vibrating arms when the angular velocity is applied around the detection axis are equal to each other.
Thereby, the angular velocity can be detected with high accuracy.
[Application Example 7 ]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that the detection vibrating arm vibrates in the third axis direction in a state where an angular velocity is not applied around the detection axis.
Thereby, the angular velocity around at least two axes can be detected with a simple configuration and with certainty.
［適用例８］
本発明のジャイロセンサーでは、前記駆動振動腕に歪み検出手段が設けられていることが好ましい。
これにより、駆動振動腕が検出振動腕を兼ねることができる。
［適用例９］
本発明の電子機器は、本発明のジャイロセンサーを備えたことを特徴とする。
これにより、信頼性に優れる電子機器が得られる。
[Application Example 8]
In the gyro sensor of the present invention, it is preferable that a strain detecting means is provided on the drive vibrating arm.
As a result, the drive vibration arm can also serve as the detection vibration arm.
[Application Example 9]
An electronic apparatus according to the present invention includes the gyro sensor according to the present invention.
Thereby, an electronic device having excellent reliability can be obtained.
以下、本発明のジャイロセンサーおよび電子機器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のジャイロセンサーの第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のジャイロセンサーの第１実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図、図３は、図１中のＣ−Ｃ線断面図、図４および図５は、図３に示す駆動振動腕の変形例を示す断面図、図６は、図１に示すジャイロセンサーの駆動を説明する平面図、図７は、Ｚ軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図、図８は、Ｙ軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図である。
Hereinafter, a gyro sensor and an electronic device according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the gyro sensor of the present invention will be described.
1 is a plan view showing a first embodiment of the gyro sensor of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA and BB in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line C-B in FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the drive vibrating arm shown in FIG. 3, FIG. 6 is a plan view for explaining the driving of the gyro sensor shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 8 is a plan view showing the vibration of the gyro sensor when an angular velocity around the Z axis is applied. FIG. 8 is a plan view showing the vibration of the gyro sensor when an angular velocity around the Y axis is applied.
なお、以下では、図１に示すように、互いに直交する３軸を、Ｘ軸（第１軸）、Ｙ軸（第２軸）およびＺ軸（第３軸）とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、Ｘ軸およびＹ軸で規定される平面を「ＸＹ平面」とも言い、Ｙ軸およびＺ軸で規定される平面を「ＹＺ平面」とも言い、Ｚ軸およびＸ軸で規定される平面を「ＸＺ平面」とも言う。 In the following, as shown in FIG. 1, the three axes orthogonal to each other are referred to as an X axis (first axis), a Y axis (second axis), and a Z axis (third axis). A direction parallel to the X axis is also referred to as an “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is also referred to as a “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is also referred to as a “Z axis direction”. A plane defined by the X axis and the Y axis is also referred to as an “XY plane”, a plane defined by the Y axis and the Z axis is also referred to as a “YZ plane”, and a plane defined by the Z axis and the X axis is represented by “ It is also called “XZ plane”.
図１に示すジャイロセンサー２は、Ｚ軸まわりの角速度ωｚと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙとを検出することのできるジャイロセンサーである。ジャイロセンサー２は、振動片３と、振動片３に形成された複数の電極とで構成されている。
振動片３は、圧電体材料で構成されている。圧電体材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。特に、振動片３を構成する圧電体材料としては、水晶が好ましい。水晶で振動片３を構成すると、振動片３の振動特性（特に周波数温度特性）を優れたものとすることができる。また、エッチングにより高い寸法精度で振動片３を形成することができる。
このような振動片３は、ＸＹ平面に拡がりを有し、Ｚ軸方向に厚みを有し、基部４１と、第１、第２検出振動腕４２、４３と、第１、第２連結腕４４、４５と、第１、第２、第３、第４駆動振動腕４６、４７、４８、４９とを有している。
A
The vibrating piece 3 is made of a piezoelectric material. Examples of the piezoelectric material include crystal, lithium tantalate, lithium niobate, lithium borate, and barium titanate. In particular, the piezoelectric material constituting the resonator element 3 is preferably quartz. If the resonator element 3 is made of quartz, the vibration characteristics (particularly frequency temperature characteristics) of the resonator element 3 can be made excellent. Further, the resonator element 3 can be formed with high dimensional accuracy by etching.
Such a resonator element 3 has an extension in the XY plane, has a thickness in the Z-axis direction, a
基部４１は、振動片３の中央部に位置している。また、第１検出振動腕４２および第２検出振動腕４３は、基部４１からＹ軸方向に互いに反対に延出している。また、第１連結腕４４および第２連結腕４５は、基部４１からＸ軸方向に互いに反対に延出している。また、第１駆動振動腕４６および第３駆動振動腕４８は、第１連結腕４４の先端部からＹ軸方向に互いに反対に延出している。また、第２、第４駆動振動腕４７、４９は、第２連結腕４５の先端部からＹ軸方向に互いに反対に延出している。
The
なお、図示の構成では、第１連結腕４４および第２連結腕４５の幅は、基部４１の幅よりも狭くなっているが、基部４１と同じ幅で形成して一体にしてもよい。また、第１、第３駆動振動腕４６、４８は、第１連結腕４４の延在方向の途中から延出してもよく、同様に、第２、第４駆動振動腕４７、４９は、第２連結腕４５の延在方向の途中から延出してもよい。
In the configuration shown in the figure, the widths of the first connecting
また、第１、第２、第３、第４駆動振動腕４６、４７、４８、４９および第１、第２検出振動腕４２、４３の振動腕の先端部を根元部よりも幅広または厚肉（所謂ハンマーヘッド形状）にしても良い。このように振動腕の先端をハンマーヘッド形状にすることにより、駆動変位または検出変位を大きくすることができる。
第１、第２検出振動腕４２、４３は、重心（中心）Ｇと交わるＸＺ平面に関して対称に設けられている。また、これら第１、第２検出振動腕４２、４３は、略矩形の横断面形状をなしている。
また、図２に示すように、第１検出振動腕４２の上面および下面に第１検出信号電極（電極）７１０ａが形成されており、第２検出振動腕４３の上面および下面に第２検出信号電極（電極）７１０ｂが形成されている。
Further, the distal ends of the first, second, third, and fourth
The first and second
Further, as shown in FIG. 2, first detection signal electrodes (electrodes) 710 a are formed on the upper and lower surfaces of the first
また、第１検出振動腕４２の両側面に第１検出接地電極（電極）７２０ａが形成されており、第２検出振動腕４３の両側面に第２検出接地電極（電極）７２０ｂが形成されている。このような第１、第２検出接地電極７２０ａ、７２０ｂは、第１、第２検出信号電極７１０ａ、７１０ｂに対してグランドとなる電位を有する。
なお、図示の構成では、第１検出振動腕４２および第２検出振動腕４３の断面形状が矩形であるが、第１、第２検出振動腕４２、４３の上面および下面の少なくとも一方の面に溝を設けても良い。その場合、溝の内壁に沿うように第１検出信号電極７１０ａ（第２検出信号電極７１０ｂ）を形成するのが望ましい。このような形態とすることにより、第１検出信号電極７１０ａ（第２検出信号電極７１０ｂ）と側面に形成された第１検出接地電極７２０ａ（第２検出接地電極７２０ｂ）との間隔が狭くなり電界効率が良くなって少ない歪量で大きな電荷量を電極間で発生させることができ、高感度化に寄与する。
Further, first detection ground electrodes (electrodes) 720 a are formed on both side surfaces of the first
In the configuration shown in the figure, the first
このような配置で第１、第２検出信号電極７１０ａ、７１０ｂおよび第１、第２検出接地電極７２０ａ、７２０ｂを形成することにより、第１検出振動腕４２に生じた検出振動は、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとの間の電荷として現れ、その電荷を信号（出力信号）として取り出すことができ、第２検出振動腕４３に生じた検出振動は、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとの間の電荷として現れ、その電荷を信号として取り出すことができる。
By forming the first and second
第１駆動振動腕４６は、先端側に位置する先端部４６ａと、それよりも基端側に位置する基端部（非対称部）４６ｂとを有している。先端部４６ａは、略矩形の横断面形状を有している。
図３に示すように、基端部４６ｂは、第１駆動振動腕４６のＸ軸方向の中心線Ｌ’およびＺ軸方向の中心線Ｌ”の両線に関して非対称な横断面形状（Ｙ軸方向の断面形状）を有している。基端部４６ｂをこのような非対称な形状とすることにより、後述するように、第１駆動振動腕４６をＸ軸方向およびＺ軸方向の両方向成分を有する方向、言い換えればＸ軸およびＺ軸の両軸に対して傾斜した方向に屈曲振動（以下、説明の便宜上、単に「斜め振動」とも言う。）させることができる。
The first
As shown in FIG. 3, the
具体的には、第１駆動振動腕４６の基端部４６ｂは、Ｚ軸方向に対向し、ＸＹ平面にて構成される上面（第１面）４６１および下面（第２面）４６２と、上面４６１および下面４６２を接続する一対の側面４６３、４６４とを有している。また、基端部４６ｂは、上面４６１と側面（第１側面）４６３の間設けられた第１段差部４６５と、下面４６２と側面（第２側面）４６４との間に設けられた第２段差部４６６とを有している。
Specifically, the
第１段差部４６５は、中心線Ｌ’に対して第１検出振動腕４２側に形成されている。このような第１段差部４６５は、ＹＺ平面で構成され、上面４６１に接続された第１段差面４６５ａと、ＸＹ平面で構成され、第１段差面４６５ａと側面４６３とに接続された第２段差面４６５ｂとを有している。
一方、第２段差部４６６は、中心線Ｌ’に対して第１検出振動腕４２と反対側（他方側）に形成されている。このような第２段差部４６６は、ＹＺ平面で構成され、下面４６２に接続された第３段差面４６６ａと、ＸＹ平面で構成され、第３段差面４６６ａと側面４６４とに接続された第４段差面４６６ｂとを有している。
このような形状とすることにより、第１駆動振動腕４６を、斜め振動成分を有する駆動振動腕とすることができる。
The
On the other hand, the
By adopting such a shape, the first
ここで、上記の基端部４６ｂの形状を言い換えると、次のように表すことができる。すなわち、図３に示すように、基端部４６ｂは、Ｘ軸方向（＋）側に向けて延在する第１辺Ｌ１と、第１辺Ｌ１の先端からＺ軸方向（−）側へ延出する第２辺Ｌ２と、第２辺Ｌ２の先端からＸ軸方向（＋）側へ延出する第３辺Ｌ３と、第３辺Ｌ３の先端からＺ軸方向（−）側へ延出する第４辺Ｌ４と、第４辺Ｌ４の先端からＸ軸方向（−）側へ延出する第５辺Ｌ５と、第５辺Ｌ５の先端からＺ軸方向（＋）側へ延出する第６辺Ｌ６と、第６辺Ｌ６の先端からＸ軸方向（−）側へ延出する第７辺Ｌ７と、第７辺Ｌ７の先端からＺ軸方向（＋）側へ延出し、先端が第１辺Ｌ１の基端と接続する第８辺Ｌ８とで輪郭が構成される横断面形状を有している。
Here, in other words, the shape of the
このような第１段差部４６５と第２段差部４６６は、第１駆動振動腕４６の中心軸Ｏに関して回転対称に形成されている。これにより、第１駆動振動腕４６の中心線Ｌ’の一方側と他方側との質量をほぼ等しくすることができ、第１駆動振動腕４６が質量的にバランスのとれた形状となる。
ここで、本実施形態の第１駆動振動腕４６では、第１段差部４６５の第２段差面４６５ｂは、第２段差部４６６の第４段差面４６６ｂに対して、Ｚ軸方向において等しい位置に設けられている。
The
Here, in the first
また、第１段差部４６５の第１段差面４６５ａは、第２段差部４６６の第３段差面４６６ａに対して、Ｘ軸方向の第１検出振動腕４２側に離間して設けられている。
このような構成とすることにより、第１段差部４６５と第２段差部４６６とに挟まれた領域Ｓ１の機械的強度を十分に確保することができる。そのため、第１駆動振動腕４６を安定的に斜め振動させることができる。また、強度を確保することにより第１駆動振動腕４６の捩じれを効果的に防止することができ、不要な振動の発生を効果的に防止することができる。
The
With such a configuration, the mechanical strength of the region S1 sandwiched between the
このような第１駆動振動腕４６には、一対の駆動信号電極７３０と一対の駆動接地電極７４０とが形成されている。具体的には、一対の駆動信号電極７３０の一方は、上面４６１に形成されており、他方は、下面４６２に形成されている。また、一対の駆動接地電極７４０の一方は、第１段差面４６５ａ、第２段差面４６５ｂおよび側面４６３に跨って形成されており、他方は、側面４６４、第４段差面４６６ｂおよび第３段差面４６６ａに跨って形成されている。駆動接地電極７４０は、駆動信号電極７３０に対してグランドとなる電位を有する。
A pair of
このような配置で駆動信号電極７３０および駆動接地電極７４０を形成すると、駆動信号電極７３０と駆動接地電極７４０との間に駆動信号を印加することによって、第１駆動振動腕４６に形成された駆動信号電極７３０と駆動接地電極７４０との間に電界を生じさせ、第１駆動振動腕４６を振動させることができる。すなわち、駆動信号電極７３０と駆動接地電極７４０とは、第１駆動振動腕４６を駆動する駆動手段として機能する。なお、このことは、以下に説明する第２、第３、第４駆動振動腕４７、４８、４９についても同様である。
When the
以上、第１駆動振動腕４６の形状について説明したが、例えば、図４に示すような形状であってもよい。すなわち、基部４６ｂは、上面４６１と、下面４６２と、上面４６１および下面４６２を連結する一対の側面４６３、４６４と、上面４６１に形成された第１溝４６７と、下面４６２に形成された第２溝４６８とを有している。また、第１、第２溝４６７、４６８は、Ｘ軸方向にずれて形成されており、互いにＸ軸方向に重なり合う部分を有する。すなわち、基部４６ｂは、略「Ｓ」字状の横断面形状を有している。このような形状とすることにより、簡単な構成で、第１駆動振動腕４６を、斜め振動成分を有する振動腕とすることができる。
The shape of the first
この他、図５に示すような形状とすることもできる。なお、図５に示す形状は、いずれも、第１段差部４６５および第２段差部４６６の形状（幅と厚さのアスペクト非）が本実施形態と異なる以外は、同様の構成である。また、図５では、説明の便宜上、第１駆動振動腕４６の幅の０％、５０％、１００％の箇所と、第１駆動振動腕４６の厚さの０％、５０％、１００％の箇所とに補助線を表示してある。また、図５では、説明の便宜上、各種電極の図示を省略している。
In addition, the shape shown in FIG. The shapes shown in FIGS. 5A and 5B have the same configuration except that the shapes of the
図５（ａ）に示す第１駆動振動腕４６では、第１段差部４６５の第２段差面４６５ｂは、第２段差部４６６の第４段差面４６６ｂに対して、Ｚ軸方向の上面４６１側に離間して設けられている。また、第１段差部４６５の第１段差面４６５ａは、第２段差部４６６の第３段差面４６６ａに対して、Ｘ軸方向の第１検出振動腕４２側に離間して設けられている。
In the first
図５（ｂ）に示す第１駆動振動腕４６では、第１段差部４６５の第２段差面４６５ｂは、第２段差部４６６の第４段差面４６６ｂに対して、Ｚ軸方向の下面４６２側に離間して設けられている。また、第１段差部４６５の第１段差面４６５ａは、第２段差部４６６の第３段差面４６６ａに対して、Ｘ軸方向の第１検出振動腕４２側に離間して設けられている。
図５（ｃ）に示す第１駆動振動腕４６では、第１段差部４６５の第２段差面４６５ｂは、第２段差部４６６の第４段差面４６６ｂに対して、Ｚ軸方向の上面４６１側に離間して設けられている。また、第１段差部４６５の第１段差面４６５ａは、第２段差部４６６の第３段差面４６６ａに対して、Ｘ軸方向において等しい位置に設けられている。
In the first
In the first
図５（ｄ）に示す第１駆動振動腕４６では、第１段差部４６５の第２段差面４６５ｂは、第２段差部４６６の第４段差面４６６ｂに対して、Ｚ軸方向の上面４６１側に離間して設けられている。また、第１段差部４６５の第１段差面４６５ａは、第２段差部４６６の第３段差面４６６ａに対して、Ｘ軸方向の第１検出振動腕４２と反対側に離間して設けられている。
以上、図５（ａ）〜（ｄ）に示すような構成によっても、簡単な構成にて、第１駆動振動腕４６を斜め振動させることができる。
In the first
As described above, the first
第３駆動振動腕４８は、重心Ｇと交わるＸＺ平面に関して第１駆動振動腕４６と対称的に形成されている以外は、第１駆動振動腕４６と同様の構成である。したがって、第３駆動振動腕４８の構成については、その説明を省略する。
図２（ｂ）に示すように、第３駆動振動腕４８には、一対の駆動信号電極７３０と一対の駆動接地電極７４０とが形成されている。一対の駆動信号電極７３０の一方は、上面４８１に形成されており、他方は、下面４８２に形成されている。また、一対の駆動接地電極７４０の一方は、第１段差面４８５ａ、第２段差面４８５ｂおよび側面４８３に跨って形成されており、他方は、側面４８４、第４段差面４８６ｂおよび第３段差面４８６ａに跨って形成されている。
The third
As shown in FIG. 2B, the third
第２駆動振動腕４７は、重心Ｇと交わるＹＺ平面に関して第１駆動振動腕４６と対照的に形成されている以外は、第１駆動振動腕４６と同様の構成である。したがって、第２駆動振動腕４７の構成については、その説明を省略する。
図２（ａ）に示すように、第２駆動振動腕４７には、一対の駆動信号電極７３０と一対の駆動接地電極７４０とが形成されている。一対の駆動信号電極７３０の一方は、第１段差面４７５ａ、第２段差面４７５ｂおよび側面４７３に跨って形成されており、他方は、側面４７４、第４段差面４７６ｂおよび第３段差面４７６ａに跨って形成されている。また、一対の駆動接地電極７４０の一方は、上面４７１に形成されており、他方は、下面４７２に形成されている。
The second
As shown in FIG. 2A, the second
第４駆動振動腕４９は、重心Ｇと交わるＹＺ平面に関して第３駆動振動腕４８と対照的に形成されている以外は、第３駆動振動腕４８と同様の構成である。したがって、第４駆動振動腕４９の構成については、その説明を省略する。
図２（ａ）に示すように、第４駆動振動腕４９には、一対の駆動信号電極７３０と一対の駆動接地電極７４０とが形成されている。一対の駆動信号電極７３０の一方は、第１段差面４９５ａ、第２段差面４９５ｂおよび側面４９３に跨って形成されており、他方は、側面４９４、第４段差面４９６ｂおよび第３段差面４９６ａに跨って形成されている。また、一対の駆動接地電極７４０の一方は、上面４９１に形成されており、他方は、下面４９２に形成されている。
The fourth
As shown in FIG. 2A, the fourth
以上、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９について説明したが、これら第１〜第４駆動振動腕４６〜４９は、Ｚ軸方向の振動成分が同じ方向である。また、第１、第３駆動振動腕４６、４８と第２、第４駆動振動腕４７、４９とは、Ｘ軸方向の振動成分が、反対方向である。第１〜第４駆動振動腕４６〜４９をこのような振動成分を有するものとすることにより、これら４つの振動腕４６〜４９をバランスよく振動させることができ、振動漏れを抑制することができる。
The first to fourth
なお、以上説明した各電極は、それぞれ、例えば、振動片３の表面に形成され、クロムで構成される下地層に、金メッキを施したものを用いることができる。これにより、電極と振動片３との密着性が向上し、ジャイロセンサー２の信頼性が向上する。
以上、ジャイロセンサー２の構成について説明した。ジャイロセンサー２は、次のようにしてＹ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚを検出する。以下、図６ないし図８に基づいて説明するが、説明の便宜上、図６では、各電極の図示を省略している。また、図６（ａ）は、図１中のＡ−Ａ線断面図に相当する断面図であり、図６（ｂ）は、図１中のＢ−Ｂ線断面図に相当する断面図である。
In addition, each electrode demonstrated above can each use what formed the gold plating in the base layer which is formed in the surface of the vibration piece 3, and is comprised with chromium, for example. Thereby, the adhesiveness of an electrode and the vibration piece 3 improves, and the reliability of the
The configuration of the
角速度が加わらない状態において、駆動信号電極７３０および駆動接地電極７４０間に交番電圧を印加すると、図６に示すように、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９は、それぞれ、非対称部を有しているため斜め振動する。また、この振動は、第１、第３駆動振動腕４６、４８と第２、第４駆動振動腕４７、４９とが重心Ｇと交わるＹＺ平面に関して面対称の振動となる。
When an alternating voltage is applied between the
この際、前述したように、第１、第３駆動振動腕４６、４８と、第２、第４駆動振動腕４７、４９とが重心Ｇを通るＹＺ平面に関して面対称の振動を行っているため、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９のＸ軸方向への振動が相殺される。そのため、第１、第２検出振動腕４２、４３は、Ｘ軸方向に殆ど振動しない。一方、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９は、互いにＺ軸方向の同じ側へ向けて振動するため、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９のＺ軸方向への振動は相殺されない。そのため、第１、第２検出振動腕４２、４３は、図６に示すように、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９とのバランスを取るように、Ｚ軸方向にかつ第１〜第４駆動振動腕４６〜４９と逆向きに屈曲振動する。なお、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９の振動方向については図６に記されている振動方向に限らず、例えば図６に記されている振動方向と逆であっても良い。所望の周波数や駆動手段により振動方向は適宜選択される。
At this time, as described above, the first and third
この状態で、ジャイロセンサー２にＺ軸まわりの角速度ωｚが加わると、コリオリ力Ａが作用し、このコリオリ力Ａを駆動力して図７のような振動（Ｚ軸回り角速度検出振動モード）Ｂが励振される。このとき、第１、第２検出振動腕４２、４３に生じる変形は、Ｘ軸に関して逆方向である。また、この検出振動モードは、駆動周波数の±１０％以内の周波数であることが好ましい。なお、この第１、第２検出振動腕４２、４３の振動方向に関しては、第１、第２検出振動腕４２、４３がＺ軸回りに関して同じ回転方向に振動していると言い換えることができる。これは、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９がコリオリ力の作用によって図７のように振動し、なおかつ第１、第２検出振動腕４２、４３は、基部４１を挟んで上側と下側にそれぞれ延出しているため、第１検出振動腕４２は、第１、第２駆動振動腕４６、４７に対応した変形をし、第２検出振動腕４３は、第３、第４駆動振動腕４８、４９に対応した変形をするためである。
In this state, when an angular velocity ωz around the Z-axis is applied to the
一方、ジャイロセンサー２にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、コリオリ力Ａが作用し、このコリオリ力Ａを駆動力として、図８のような振動（Ｙ軸回り角速度検出振動モード）Ｂが励振される。この時、第１、第２検出振動腕４２、４３に生じる変形は、Ｘ軸に関して同方向である。また、この検出振動モードは、駆動周波数の±１０％以内の周波数であることが好ましい。なお、この第１、第２検出振動腕４２、４３の振動方向に関しては、第１、第２検出振動腕４２、４３がＸ軸に関して同方向に振動していると言い換えることができる。これは、コリオリ力の作用によって第１〜第４駆動振動腕４６〜４９が図８のように振動し、さらに第１、第２検出振動腕４２、４３にＸ軸に関して同方向かつ第１〜第４駆動振動腕４６〜４９と逆方向のコリオリ力が働くためＸ軸方向に関しては同方向に振動するためである。
On the other hand, when an angular velocity ωy about the Y axis is applied to the
ジャイロセンサー２では、第１、第２検出振動腕４２、４３の各々の出力を加算または減算することにより、角速度ωｚおよび角速度ωｙをそれぞれ独立して検出することができる。
具体的に説明すると、角速度ωｙが加わったときに、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとから取り出される信号（第１検出振動腕４２の出力）Ｖ１は、角速度ωｙに起因した信号＋Ｖｙであり、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとから取り出される信号（第２検出振動腕４３の出力）Ｖ２は、角速度ωｙに起因した信号＋Ｖｙである。すなわち、Ｖ１＝＋Ｖｙ、Ｖ２＝＋Ｖｙである。
In the
More specifically, when the angular velocity ωy is added, the signal (output of the first detection vibrating arm 42) V1 taken out from the first
一方、角速度ωｚが加わったときに、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとから取り出される信号（電圧）Ｖ１は、角速度ωｚに起因した信号（電圧）＋Ｖｚであり、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとから取り出される信号（電圧）Ｖ２は、角速度ωｚに起因した信号（電圧）−Ｖｚである。すなわち、Ｖ１＝＋Ｖｚ、Ｖ２＝−Ｖｚである。なお、信号Ｖ１、Ｖ２の間で符号が異なるのは、前述したように、Ｙ軸回りの角速度ωｙに対し同符号の信号を生じるように構成されているためである。
On the other hand, when the angular velocity ωz is added, the signal (voltage) V1 extracted from the first
そのため、ジャイロセンサー２に、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の両方向成分を有する軸（すなわち、Ｙ軸およびＺ軸の両軸に対して傾斜した軸）まわりの角速度ωｙｚが加わると、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとから取り出される信号Ｖ１は、（＋Ｖｙ）＋（＋Ｖｚ）であり、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとから取り出される信号Ｖ２は、（＋Ｖｙ）＋（−Ｖｚ）である。すなわち、Ｖ１＝Ｖｙ＋Ｖｚ、Ｖ２＝Ｖｙ−Ｖｚである。
Therefore, when an angular velocity ωyz about an axis having both direction components in the Y-axis direction and the Z-axis direction (that is, an axis inclined with respect to both the Y-axis and Z-axis) is applied to the
このようにして得られた信号Ｖ１、Ｖ２を加算または減算することにより、角速度ωｙｚのＹ軸まわりの角速度ωｙと、Ｚ軸まわりの角速度ωｚとを分離することができ、角速度ωｙおよび角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。具体的には、Ｖ１＋Ｖ２＝２Ｖｙとなり、角速度ωｚに起因する信号Ｖｚを排除することができる。これにより、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが求まる。反対に、Ｖ１−Ｖ２＝２Ｖｚとなり、角速度ωｙに起因する信号Ｖｙを排除することができる。これにより、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが求まる。ジャイロセンサー２によれば、簡単に、Ｙ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。なお、このような計算は、ジャイロセンサー２に接続された図示しないＩＣチップ等により行うことができる。
By adding or subtracting the signals V1 and V2 obtained in this way, the angular velocity ωy around the Y axis of the angular velocity ωyz and the angular velocity ωz around the Z axis can be separated, and the angular velocity ωy and the angular velocity ωz are obtained. Each can be detected independently. Specifically, V1 + V2 = 2Vy, and the signal Vz caused by the angular velocity ωz can be eliminated. Thereby, the angular velocity ωy about the Y axis is obtained. On the other hand, V1−V2 = 2Vz, and the signal Vy resulting from the angular velocity ωy can be eliminated. As a result, the angular velocity ωz about the Z axis is obtained. According to the
なお、上述した信号「Ｖｚ」、「Ｖｙ」の符号は、配線の構成によっては符号が逆となる。すなわち、上記「＋Ｖｚ」が「−Ｖｚ」、「−Ｖｚ」が「＋Ｖｚ」となるとともに、「＋Ｖｙ」が「−Ｖｙ」、「−Ｖｙ」が「＋Ｖｙ」となる場合もある。 Note that the signs of the signals “Vz” and “Vy” described above are reversed depending on the configuration of the wiring. That is, “+ Vz” is “−Vz”, “−Vz” is “+ Vz”, “+ Vy” is “−Vy”, and “−Vy” is “+ Vy”.
以上、第１実施形態のジャイロセンサーについて説明した。このようなジャイロセンサーでは、さらに、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出するための検出手段を設けてもよい。このような検出手段としては、特に限定されないが、例えば、第１、第２連結腕４４上に圧電素子を設け、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが加わった際に生じる第１、第２連結腕４４、４５の歪みを前記圧電素子によって検出し、その検出結果に基づいて角速度ωｘを検出することができる。
The gyro sensor according to the first embodiment has been described above. Such a gyro sensor may further include detection means for detecting an angular velocity ωx around the X axis. Such detection means is not particularly limited. For example, the first and
＜第２実施形態＞
次に、本発明のジャイロセンサーの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態にかかるジャイロセンサーの平面図（上面図）、図１０は、図９中のＤ−Ｄ線断面図およびＥ−Ｅ線断面図、図１１は、Ｚ軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図、図１２は、Ｙ軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図、図１３は、Ｘ軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図である。なお、図９〜図１３では、説明の便宜上、必要に応じて、各種電極の図示を省略している。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the gyro sensor of the present invention will be described.
9 is a plan view (top view) of a gyro sensor according to a second embodiment of the present invention, FIG. 10 is a sectional view taken along line DD and EE in FIG. 9, and FIG. FIG. 12 is a plan view showing the vibration of the gyro sensor when an angular velocity around the axis is applied, FIG. 12 is a plan view showing the vibration of the gyro sensor when an angular velocity around the Y axis is applied, and FIG. 13 is an angular velocity around the X axis. It is a top view which shows the vibration of a gyro sensor when is added. In FIGS. 9 to 13, for convenience of explanation, illustration of various electrodes is omitted as necessary.
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかるジャイロセンサーでは、ジャイロセンサーの検出振動系の構成が異なる以外は、第１実施形態とほぼ同様である。なお、図９〜図１３では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The gyro sensor according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the first embodiment except that the configuration of the detection vibration system of the gyro sensor is different. 9 to 13, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
図９に示すように、本実施形態のジャイロセンサー２Ａの検出振動系は、４つの検出振動腕、すなわち第１、第２、第３、第４検出振動腕４２１Ａ、４２２Ａ、４２３Ａ、４２４Ａを有している。このような第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａによれば、簡単な構成によって、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。
As shown in FIG. 9, the detection vibration system of the
第１検出振動腕４２１Ａおよび第２検出振動腕４２２Ａは、それぞれ、基部４１の一端（図９中の上側の端）からＹ軸方向の一方側に延出している。また、第１検出振動腕４２１Ａおよび第２検出振動腕４２２Ａは、それぞれ、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に傾斜する方向に延在しており、互いの離間距離が先端側に向けて漸増している（すなわち、互いにＸ軸方向の反対側に向けて延出している）。また、第１検出振動腕４２１Ａおよび第２検出振動腕４２２Ａは、振動片３の重心（中心）Ｇを通るＹＺ平面に関して対称的に形成されている。
The first
同様に、第３検出振動腕４２３Ａおよび第４検出振動腕４２４Ａは、それぞれ、基部４１の他端からＹ軸方向の他方側に延出している。また、第３検出振動腕４２３Ａおよび第４検出振動腕４２４Ａは、それぞれ、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に傾斜する方向に延在しており、互いの離間距離が先端側に向けて漸増している。（すなわち、互いにＸ軸方向の反対側に向けて延出している）。また、第３検出振動腕４２３Ａおよび第４検出振動腕４２４Ａは、重心Ｇを通るＹＺ平面に関して対称的に形成されている。
Similarly, the third
また、第１、第２検出振動腕４２１Ａ、４２２Ａと第３、第４検出振動腕４２３Ａ、４２４Ａは、重心Ｇを通るＸＺ平面に関して対称的に形成されている。また、これら第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａは、それぞれ、略矩形の横断面形状をなしている。
ここで、振動片３を水晶で構成した場合、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２２Ａの延在方向は、水晶の分極方向と垂直な方向に一致するのが好ましい。これにより、優れた検出精度を発揮することができる。
The first and second
Here, when the resonator element 3 is made of quartz, it is preferable that the extending directions of the first to fourth
また、図１０に示すように、第１検出振動腕４２１Ａの上面および下面には第１検出信号電極７１０ａが形成されている。同様に、第２検出振動腕４２２Ａの上面および下面には第２検出信号電極７１０ｂが形成されており、第３検出振動腕４２３Ａの上面および下面には第３検出信号電極７１０ｃが形成されており、第４検出振動腕４２４Ａの上面および下面には第４検出信号電極７１０ｄが形成されている。
Also, as shown in FIG. 10, first
また、第１検出振動腕４２１Ａの両側面には第１検出接地電極７２０ａが形成されている。同様に、第２検出振動腕４２２Ａの両側面には第２検出接地電極７２０ｂが形成されており、第３検出振動腕４２３Ａの両側面には第３検出接地電極７２０ｃが形成されており、第４検出振動腕４２４Ａの両側面には第４検出接地電極７２０ｄが形成されている。
このような構成のジャイロセンサー２Ａは、次のようにしてＹ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚを検出する。
In addition, first
The
角速度が加わらない状態において、駆動信号電極７３０および駆動接地電極７４０間に交番電圧を印加すると、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９は、それぞれ、前述した第１実施形態と同様に斜め振動する。一方、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａは、それぞれ、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９とのバランスを取るように、Ｚ軸方向にかつ第１〜第４駆動振動腕４６〜４９と逆向きに屈曲振動する。
When an alternating voltage is applied between the
この状態で、ジャイロセンサー２にＺ軸まわりの角速度ωｚが加わると、コリオリ力Ａが作用し、このコリオリ力Ａを駆動力して図１１のような振動（Ｚ軸回り角速度検出振動モード）Ｂが励振される。このとき、第１、第２検出振動腕４２１Ａ、４２２Ａに生じる変形と、第３、第４検出振動腕４２３Ａ、４２４Ａに生じる変形は、Ｘ軸に関して逆方向である。また、この検出振動モードは、駆動周波数の±１０％以内の周波数であることが好ましい。なお、この第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａの振動方向に関しては、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４ＡがＺ軸回りに関して同じ回転方向に振動していると言い換えることができる。これは、第１〜第４駆動振動腕４６〜４９がコリオリ力の作用によって図１１のように振動し、なおかつ、第１、第２検出振動腕４２１Ａ、４２２Ａと、第３、第４検出振動腕４２３Ａ、４２４Ａが基部４１を挟んで上側と下側（Ｙ軸方向の反対側）にそれぞれ延出しているため、第１、第２検出振動腕４２１Ａ、４２２Ａは、第１、第２駆動振動腕４６、４７に対応した変形をし、第３、第４検出振動腕４２３Ａ、４２４Ａは、第３、第４駆動振動腕４８、４９に対応した変形をするためである。
In this state, when an angular velocity ωz about the Z-axis is applied to the
また、ジャイロセンサー２にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、コリオリ力Ａが作用し、このコリオリ力Ａを駆動力として、図１２のような振動（Ｙ軸回り角速度検出振動モード）Ｂが励振される。この時、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａに生じる変形は、Ｘ軸に関して同方向である。また、この検出振動モードは、駆動周波数の±１０％以内の周波数であることが好ましい。なお、この第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａの振動方向に関しては、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４ＡがＸ軸に関して同方向に振動していると言い換えることができる。これは、コリオリ力の作用によって第１〜第４駆動振動腕４６〜４９が図１２のように振動し、さらに第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４ＡにＸ軸に関して同方向かつ第１〜第４駆動振動腕４６〜４９と逆方向のコリオリ力が働くためＸ軸方向に関しては同方向に振動するためである。
Further, when an angular velocity ωy about the Y axis is applied to the
また、ジャイロセンサー２にＸ軸まわりの角速度ωｘが加わると、コリオリ力Ａが作用し、このコリオリ力Ａを駆動力として、図１３のような振動（Ｘ軸回り角速度検出振動モード）Ｂが励振される。この時、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａに生じる変形は、Ｙ軸に関して同方向である。また、この検出振動モードは、駆動周波数の±１０％以内の周波数であることが好ましい。なお、この第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４Ａの振動方向に関しては、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４ＡがＹ軸に関して同方向に振動していると言い換えることができる。これは、コリオリ力の作用によって第１〜第４駆動振動腕４６〜４９が図１３のように振動し、さらに第１〜第４検出振動腕４２１Ａ〜４２４ＡにＹ軸に関して同方向かつ第１〜第４駆動振動腕４６〜４９と逆方向のコリオリ力が働くためＹ軸方向に関しては同方向に振動するためである。
Further, when an angular velocity ωx around the X axis is applied to the
ジャイロセンサー２では、第１〜第４検出振動腕４２１Ａ、４２４Ａの各々の出力を加算または減算することにより、角速度ωｘ、角速度ωｙおよび角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。
具体的に説明すると、角速度ωｙが加わったときに、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとから取り出される信号（第１検出振動腕４２１Ａの出力）Ｖ１は、角速度ωｙに起因した信号＋Ｖｙであり、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとから取り出される信号（第２検出振動腕４２２Ａの出力）Ｖ２は、角速度ωｙに起因した信号＋Ｖｙであり、第３検出信号電極７１０ｃと第３検出接地電極７２０ｃとから取り出される信号（第３検出振動腕４２３Ａの出力）Ｖ３は、角速度ωｙに起因した信号＋Ｖｙであり、第４検出信号電極７１０ｄと第４検出接地電極７２０ｄとから取り出される信号（第４検出振動腕４２４Ａの出力）Ｖ４は、角速度ωｙに起因した信号＋Ｖｙである。すなわち、Ｖ１＝＋Ｖｙ、Ｖ２＝＋Ｖｙ、Ｖ３＝＋Ｖｙ、Ｖ４＝＋Ｖｙである。
In the
More specifically, when the angular velocity ωy is added, the signal (output of the first
また、角速度ωｚが加わったときに、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとから取り出される信号Ｖ１は、角速度ωｚに起因した信号＋Ｖｚであり、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとから取り出される信号Ｖ２は、角速度ωｚに起因した信号＋Ｖｚであり、第３検出信号電極７１０ｃと第３検出接地電極７２０ｃとから取り出される信号Ｖ３は、角速度ωｚに起因した信号−Ｖｚであり、第４検出信号電極７１０ｄと第４検出接地電極７２０ｄとから取り出される信号Ｖ４は、角速度ωｚに起因した信号−Ｖｚである。すなわち、Ｖ１＝＋Ｖｚ、Ｖ２＝＋Ｖｚ、Ｖ３＝−Ｖｚ、Ｖ４＝−Ｖｚである。なお、Ｚ軸回りの角速度に対してＶ１〜Ｖ４の符号がこのようになるのは、前述したように、歪み検出手段がＹ軸回りの角速度ωｙに対し同符号の信号を生じるように構成されているためである。
Further, when the angular velocity ωz is added, the signal V1 extracted from the first
また、角速度ωｘが加わったときに、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとから取り出される信号Ｖ１は、角速度ωｘに起因した信号＋Ｖｘであり、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとから取り出される信号Ｖ２は、角速度ωｘに起因した信号−Ｖｘであり、第３検出信号電極７１０ｃと第３検出接地電極７２０ｃとから取り出される信号Ｖ３は、角速度ωｘに起因した信号−Ｖｘであり、第４検出信号電極７１０ｄと第４検出接地電極７２０ｄとから取り出される信号Ｖ４は、角速度ωｘに起因した信号＋Ｖｘである。すなわち、Ｖ１＝＋Ｖｘ、Ｖ２＝−Ｖｘ、Ｖ３＝−Ｖｘ、Ｖ４＝＋Ｖｘである。
Further, when the angular velocity ωx is added, the signal V1 extracted from the first
そのため、ジャイロセンサー２にＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸に対して傾斜した軸まわりの角速度ωｘｙｚが加わったときに、第１検出信号電極７１０ａと第１検出接地電極７２０ａとから取り出される信号Ｖ１は、（＋Ｖｘ）＋（＋Ｖｙ）＋（＋Ｖｚ）であり、第２検出信号電極７１０ｂと第２検出接地電極７２０ｂとから取り出される信号Ｖ２は、（−Ｖｘ）＋（＋Ｖｙ）＋（＋Ｖｚ）であり、第３検出信号電極７１０ｃと第３検出接地電極７２０ｃとから取り出される信号Ｖ３は、（−Ｖｘ）＋（＋Ｖｙ）＋（−Ｖｚ）であり、第４検出信号電極７１０ｄと第４検出接地電極７２０ｄとから取り出される信号Ｖ４は、（＋Ｖｘ）＋（＋Ｖｙ）＋（−Ｖｚ）である。すなわち、信号Ｖ１〜Ｖ４は、以下の式で表すことができる。
Ｖ１＝Ｖｘ＋Ｖｙ＋Ｖｚ・・・・（１）
Ｖ２＝−Ｖｘ＋Ｖｙ＋Ｖｚ・・・・（２）
Ｖ３＝−Ｖｘ＋Ｖｙ−Ｖｚ・・・・（３）
Ｖ４＝Ｖｘ＋Ｖｙ−Ｖｚ・・・・・（４）
Therefore, when an angular velocity ωxyz about the axis inclined with respect to each of the X axis, the Y axis, and the Z axis is applied to the
V1 = Vx + Vy + Vz (1)
V2 = −Vx + Vy + Vz (2)
V3 = −Vx + Vy−Vz (3)
V4 = Vx + Vy−Vz (4)
このようにして得られた信号Ｖ１〜Ｖ４（式（１）〜式（４））から選択した複数の式を互いに加減算する（加算または減算）ことにより、角速度ωｘｙｚのＸ軸まわりの角速度ωｘと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙと、Ｚ軸まわりの角速度ωｚとを分離することができ、これら角速度ωｘ、角速度ωｙおよび角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。 By adding or subtracting (adding or subtracting) a plurality of equations selected from the signals V1 to V4 (Equations (1) to (4)) obtained in this way, the angular velocity ωx around the X axis of the angular velocity ωxyz and The angular velocity ωy around the Y axis and the angular velocity ωz around the Z axis can be separated, and these angular velocity ωx, angular velocity ωy, and angular velocity ωz can be detected independently.
具体的には、例えば、Ｖ１−Ｖ２＝２Ｖｘとなり、角速度ωｙおよび角速度ωｚに起因する信号Ｖｙ、Ｖｚを排除することができる。これにより、Ｘ軸まわりの角速度ωｘが分離されるとともに、角速度ωｘが求まる。
同様に、Ｖ２＋Ｖ４＝２Ｖｙとなり、角速度ωｘおよび角速度ωｚに起因する信号Ｖｘ、Ｖｚを排除することができる。これにより、Ｙ軸まわりの角速度ωｙが分離されるとともに、角速度ωｙが求まる。
Specifically, for example, V1−V2 = 2Vx, and the signals Vy and Vz resulting from the angular velocity ωy and the angular velocity ωz can be excluded. Thereby, the angular velocity ωx around the X axis is separated and the angular velocity ωx is obtained.
Similarly, V2 + V4 = 2Vy, and the signals Vx and Vz resulting from the angular velocity ωx and the angular velocity ωz can be eliminated. Thereby, the angular velocity ωy around the Y axis is separated and the angular velocity ωy is obtained.
同様に、Ｖ１−Ｖ４＝２Ｖｚとなり、角速度ωｘおよび角速度ωｙに起因する信号Ｖｘ、Ｖｙを排除することができる。これにより、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが分離されるとともに、角速度ωｚが求まる。
このように、ジャイロセンサー２によれば、簡単に、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。このような計算は、ジャイロセンサー２に接続された図示しないＩＣチップ等により行うことができる。
Similarly, V1−V4 = 2Vz, and the signals Vx and Vy resulting from the angular velocity ωx and the angular velocity ωy can be eliminated. Thereby, the angular velocity ωz around the Z axis is separated and the angular velocity ωz is obtained.
As described above, according to the
また、上記では、ジャイロセンサー２にＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸に対して傾斜した軸まわりの角速度ωｘｙｚが加わった場合について説明したが、ジャイロセンサー２に加わる角速度の軸については、どのような傾きの軸であってもよい。すなわち、Ｘ軸まわりの角速度であってもよいし、Ｙ軸まわりの角速度であってもよいし、Ｚ軸まわりの角速度であってもよい。また、ＸＹ平面に含まれる軸まわりの角速度であってもよいし、ＹＺ平面に含まれる軸まわりの角速度であってもよいし、ＸＺ平面に含まれる軸まわりの角速度であってもよい。これらの場合には、「Ｖｘ」、「Ｖｙ」、「Ｖｚ」のうちの１つか２つの値が０となる（すなわち、検出されない）だけなので、上記と同様にして角速度を検出することができる。
以上のような第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。
In the above description, the case where the angular velocity ωxyz around the axis inclined with respect to each of the X axis, the Y axis, and the Z axis is added to the
According to the second embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
＜第３実施形態＞
次に、本発明のジャイロセンサーの第３実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第３実施形態にかかるジャイロセンサーの平面図、図１５は、図１４中のＦ−Ｆ線断面図、図１６は、Ｙ軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図、図１７は、Ｘ軸まわりの角速度が加わった際のジャイロセンサーの振動を示す平面図である。なお、図１４〜図１７では、説明の便宜上、必要に応じて各種電極の図示を省略している。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the gyro sensor of the present invention will be described.
14 is a plan view of a gyro sensor according to a third embodiment of the present invention, FIG. 15 is a sectional view taken along line FF in FIG. 14, and FIG. 16 is a gyro sensor when an angular velocity around the Y axis is applied. FIG. 17 is a plan view showing the vibration of the gyro sensor when an angular velocity around the X axis is applied. In FIGS. 14 to 17, for convenience of explanation, illustration of various electrodes is omitted as necessary.
以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第３実施形態にかかるジャイロセンサーは、検出振動系および駆動振動系の構成が異なる以外は、第２実施形態とほぼ同様である。なお、図１４〜図１７では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The gyro sensor according to the third embodiment of the present invention is substantially the same as the second embodiment except that the configurations of the detection vibration system and the drive vibration system are different. 14 to 17, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
図１４に示すように、本実施形態のジャイロセンサー２Ｂでは、検出振動系が駆動振動系を兼ねている。このようなジャイロセンサー２Ｂは、基部４１と、第１〜第４検出振動腕４２１Ｂ〜４２２Ｂとを有している。
第１検出振動腕４２１Ｂおよび第２検出振動腕４２２Ｂは、基部４１からＹ軸方向の反対側へＹ軸方向に延出している。このような第１、第２検出振動腕４２１Ｂ、４２２Ｂは、重心Ｇと交わるＹ軸上に沿って設けられており、重心Ｇを通るＸＹ平面に関して対称的に形成されている。
As shown in FIG. 14, in the gyro sensor 2B of the present embodiment, the detection vibration system also serves as the drive vibration system. Such a gyro sensor 2B includes a
The first
一方、第３検出振動腕４２３Ｂおよび第４検出振動腕４２４Ｂは、基部４１からＸ軸方向の反対側へＸ軸方向に延出している。このような第３、第４検出振動腕４２３Ｂ、４２４Ｂは、重心Ｇを通るＸ軸上に沿って設けられており、重心Ｇを通るＸＺ平面に関して対称的に形成されている。
第１検出振動腕４２１Ｂの上面であって、幅方向（Ｘ軸方向）の中央部には、駆動用圧電体素子５５１が設けられている。また、第１検出振動腕４２１Ｂの上面には、駆動用圧電体素子５５１を介してＸ軸方向に対向するように配置された、すなわち、第１検出振動腕４２１Ｂの幅方向の両端部に設けられた一対の検出用圧電体素子５６１、５７１が設けられている。これら３つの圧電体素子５５１、５６１、５７１は、Ｘ軸方向に延在している。なお、駆動用圧電体素子５５１は、第１検出振動腕４２１ＢをＺ軸方向に屈曲振動させるための圧電体素子であり、検出用圧電体素子５６１、５７１は、第１検出振動腕４２１Ｂの面内方向の歪みを検出するための圧電体素子である。
On the other hand, the third
A driving
図１５に示すように、駆動用圧電体素子５５１は、第１検出振動腕４２１Ｂの上面側から、第１電極層５５１ａ、圧電体層５５１ｂおよび第２電極層５５１ｃが積層した積層体にて構成されている。同様に、検出用圧電体素子５６１は、第１検出振動腕４２１Ｂの上面側から、第１電極層５６１ａ、圧電体層５６１ｂおよび第２電極層５６１ｃが積層した積層体にて構成されており、検出用圧電体素子５７１は、第１検出振動腕４２１Ｂの上面側から、第１電極層５７１ａ、圧電体層５７１ｂおよび第２電極層５７１ｃが積層した積層体にて構成されている。
As shown in FIG. 15, the driving
第１電極層５５１ａ、５６１ａ、５７１ａおよび第２電極層５５１ｃ、５６１ｃ、５７１ｃは、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電材料により形成することができる。
The
圧電体層５５１ｂ、５６１ｂ、５７１ｂの構成材料としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等が挙げられるが、ＡＩＮ、ＺｎＯを用いるのが好ましい。
Examples of the constituent material of the
駆動用圧電体素子５５１の第１、第２電極層５５１ａ、５５１ｃの間に駆動信号（電圧）を印加すると、圧電体層５５１ｂがＹ軸方向に伸縮する。この伸縮によって、第１検出振動腕４２１ＢがＺ軸方向に屈曲振動する。
一方、第１検出振動腕４２１ＢがＹ軸方向に湾曲変形すると、検出用圧電体素子５６１、５７１が伸長または収縮し、これにより、第１検出振動腕４２１Ｂの歪みを第１電極層５６１ａと第２電極層５６１ｃとの間、および、第１電極層５７１ａと第２電極層５７１ｃとの間から信号（出力信号）として取り出すことができる。
以上より、第１検出振動腕４２１Ｂは、ジャイロセンサー２Ｂを駆動するための駆動振動腕と、角速度を検出するための検出振動腕とを兼ねていると言える。
When a driving signal (voltage) is applied between the first and
On the other hand, when the first
From the above, it can be said that the first
同様に、第２検出振動腕４２２Ｂの上面であって、幅方向の中央部には、駆動用圧電体素子５５２が設けられている。また、第２検出振動腕４２２Ｂの上面には、駆動用圧電体素子５５２を介してＸ軸方向に対向するように配置された一対の検出用圧電体素子５６２、５７２が設けられている。駆動用圧電体素子５５２は、第２検出振動腕４２２ＢをＺ軸方向に屈曲振動させるための圧電体素子であり、検出用圧電体素子５６２、５７２は、第２検出振動腕４２２Ｂの面内方向の歪みを検出するための圧電体素子である。これら圧電素子５５２、５６２、５７２の機能および構成は、それぞれ、前述した圧電体素子５５１、５６１、５７１と同様であるため、その説明を省略する。
Similarly, a driving
また、第３検出振動腕４２３Ｂの上面であって、幅方向（Ｙ軸方向）の中央部には、駆動用圧電体素子５５３が設けられている。また、第３検出振動腕４２３Ｂの上面には、駆動用圧電体素子５５３を介してＹ軸方向に対向するように配置された一対の検出用圧電体素子５６３、５７３が設けられている。駆動用圧電体素子５５３は、第３検出振動腕４２３ＢをＺ軸方向に屈曲振動させるための圧電体素子であり、検出用圧電体素子５６３、５７３は、第３検出振動腕４２３Ｂの面内方向の歪みを検出するための圧電体素子である。これら圧電素子５５３、５６３、５７３の機能および構成は、それぞれ、前述した圧電体素子５５１、５６１、５７１と同様であるため、その説明を省略する。
A driving
同様に、第４検出振動腕４２４Ｂの上面であって、幅方向の中央部には、駆動用圧電体素子５５４が設けられている。また、第４検出振動腕４２４Ｂの上面には、駆動用圧電体素子５５４を介してＹ軸方向に対向するように配置された一対の検出用圧電体素子５６４、５７４が設けられている。駆動用圧電体素子５５４は、第４検出振動腕４２４ＢをＺ軸方向に屈曲振動させるための圧電体素子であり、検出用圧電体素子５６４、５７４は、第４検出振動腕４２４Ｂの面内方向の歪みを検出するための圧電体素子である。これら圧電素子５５４、５６４、５７４の機能および構成は、それぞれ、前述した圧電体素子５５１、５６１、５７１と同様であるため、その説明を省略する。
このような構成のジャイロセンサー２Ｂは、次のようにしてＸ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸まわりの角速度ωｙを検出する。
Similarly, a driving
The gyro sensor 2B having such a configuration detects the angular velocity ωx in the X-axis direction and the angular velocity ωy around the Y-axis as follows.
角速度が加わらない状態において、駆動用圧電体素子５５１、５５２、５５３、５５４に電圧を印加し、第１〜第４検出振動腕４２１Ｂ〜４２４ＢをそれぞれＺ軸方向に振動させる。この際、第１、第２検出振動腕４２１Ｂ、４２２Ｂを、Ｚ軸方向に関して互いに同じ側へ振動させ、第３、第４検出振動腕４２３Ｂ、４２４Ｂを、Ｚ軸方向に関して互いに同じ側であって、第１、第２検出振動腕４２１Ｂ、４２２Ｂと反対側へ振動させる。これにより、第１〜第４検出振動腕４２１Ｂ〜４２４Ｂの振動バランスが取れ、振動漏れが抑制される。
In a state where the angular velocity is not applied, a voltage is applied to the driving
この状態で、ジャイロセンサー２ＢにＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、ジャイロセンサー２Ｂにコリオリ力が作用し、このコリオリ力を駆動力として図１６のような振動（Ｙ軸まわり角速度検出振動モード）が励振される。角速度ωｙが加わった状態では、図１６に示すように、第１、第２検出振動腕４２１Ｂ、４２２Ｂは、互いにＸ軸方向の同じ側へ振動する。また、第３、第４検出振動腕４２３Ｂ、４２４Ｂは、Ｙ軸方向に延在しているため、角速度ωｙが加わることによる新たな振動は励起されない。
In this state, when an angular velocity ωy around the Y axis is applied to the gyro sensor 2B, a Coriolis force acts on the gyro sensor 2B, and this Coriolis force is used as a driving force to vibrate as shown in FIG. Is excited. In the state where the angular velocity ωy is applied, as shown in FIG. 16, the first and second
また、ジャイロセンサー２ＢにＸ軸まわりの角速度ωｘが加わると、ジャイロセンサー２Ｂにコリオリ力が作用し、このコリオリ力を駆動力として図１７のような振動（Ｘ軸まわり角速度検出振動モード）が励振される。角速度ωｘが加わった状態では、図１７に示すように、第３、第４検出振動腕４２３Ｂ、４２４Ｂは、互いにＹ軸方向の同じ方向へ振動する。また、第１、第２検出振動腕４２１Ｂ、４２４Ｂは、Ｘ軸方向に延在しているため、角速度ωｘが加わることによる新たな振動は励起されない。
Further, when an angular velocity ωx around the X axis is applied to the gyro sensor 2B, a Coriolis force acts on the gyro sensor 2B, and this Coriolis force is used as a driving force to excite vibration (X-axis angular velocity detection vibration mode) as shown in FIG. Is done. In the state in which the angular velocity ωx is applied, as shown in FIG. 17, the third and fourth
このように、角速度ωｘが加わったときと、角速度ωｙが加わったときとでは、第１〜第４検出振動腕４２１Ｂ〜４２４Ｂの振動方向の組み合わせが異なっている。そのため、ジャイロセンサー２Ｂでは、このような第１〜第４検出振動腕４２１Ｂ〜４２４Ｂの振動方向の異なりを利用して、角速度ωｘおよび角速度ωｙをそれぞれ独立して検出することができる。
Thus, the combination of the vibration directions of the first to fourth
角速度ωｙが加わったときに、第１検出振動腕４２１Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６１、５７１から取り出される信号Ｖ１は、＋Ｖｙであり、第２検出振動腕４２２Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６２、５７２から取り出される信号Ｖ２は、＋Ｖｙであり、第３検出振動腕４２３Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６３、５７３から取り出される信号Ｖ３は、０（ゼロ）であり、第４検出振動腕４２４Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６４、５７４から取り出される信号Ｖ４は、０（ゼロ）である。
When the angular velocity ωy is applied, the signal V1 extracted from the detection
角速度ωｘが加わったときに、第１検出振動腕４２１Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６１、５７１から取り出される信号Ｖ１は、０（ゼロ）であり、第２検出振動腕４２２Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６２、５７２から取り出される信号Ｖ２は、０（ゼロ）であり、第３検出振動腕４２３Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６３、５７３から取り出される信号Ｖ３は、＋Ｖｘであり、第４検出振動腕４２４Ｂに設けられた検出用圧電体素子５６４、５７４から取り出される信号Ｖ４は、＋Ｖｘである。
When the angular velocity ωx is applied, the signal V1 extracted from the detection
このように、ジャイロセンサー２Ｂによれば、簡単に、角速度ωｘ、角速度ωｙをそれぞれ独立して検出することができる。
以上のような第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。
次に、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器について、図１８〜図２０に基づき、詳細に説明する。
Thus, according to the gyro sensor 2B, the angular velocity ωx and the angular velocity ωy can be easily detected independently.
According to the third embodiment as described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
Next, an electronic device including the gyro sensor according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図１８は、本発明のジャイロセンサーを備える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。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１００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にはジャイロセンサー２が内蔵されている。
FIG. 18 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device including the gyro sensor of the present invention is applied. In this figure, a
図１９は、本発明のジャイロセンサーを備える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。この図において、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１００が配置されている。このような携帯電話機１２００にはジャイロセンサー２が内蔵されている。
FIG. 19 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including PHS) to which an electronic device including the gyro sensor of the present invention is applied. In this figure, a
図２０は、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、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、通常のカメラは、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、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）など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。
FIG. 20 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera to which an electronic device including the gyro sensor of the present invention is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown.
Here, an ordinary camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a
ディジタルスチルカメラ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、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。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。撮影者が表示部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１３０８に転送・格納される。
A display unit is provided on the back of a case (body) 1302 in the
また、このディジタルスチルカメラ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−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。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、ジャイロセンサー２が内蔵されている。
In the
Such a
なお、本発明のジャイロセンサーを備える電子機器は、図１８のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１９の携帯電話機、図２０のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、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、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。 In addition to the personal computer shown in FIG. 18 (mobile personal computer), the cellular phone shown in FIG. 19, and the digital still camera shown in FIG. Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments Type (for example, vehicle Aircraft, gauges of a ship), can be applied to a flight simulator or the like.
以上、本発明のジャイロセンサーおよび電子機器を、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、前述した実施形態では、なお、振動片を圧電性を有する材料で構成したものについて説明したが、これに限定されず、振動片を、例えばシリコン基板で構成してもよい。この場合には、各駆動振動腕を、例えば圧電膜（圧電体素子）を用いて振動させることができる。
As described above, the gyro sensor and the electronic device according to the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit is an arbitrary configuration having the same function. Can be substituted.
In the above-described embodiment, the vibration piece is made of a material having piezoelectricity. However, the present invention is not limited to this, and the vibration piece may be made of a silicon substrate, for example. In this case, each drive vibrating arm can be vibrated using, for example, a piezoelectric film (piezoelectric element).
また、前述した第１、第２実施形態では、第１〜第４駆動振動腕を有するものについて説明したが、駆動振動腕の数は、特に限定されず、例えば、第３駆動振動腕と第４駆動振動腕を省略してもよいし、第２駆動振動腕と第４駆動振動腕を省略してもよい（この場合は、残りの第３駆動振動腕が「第２駆動振動腕」として機能する）。
また、前述した実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が互いに直交する場合について説明したが、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに交差していればよく、必ずしも直交していなくてもよい。
In the first and second embodiments described above, the first to fourth drive vibrating arms have been described. However, the number of drive vibrating arms is not particularly limited. The four drive vibrating arms may be omitted, or the second drive vibrating arm and the fourth driving vibrating arm may be omitted (in this case, the remaining third driving vibrating arms are defined as “second driving vibrating arms”). Function).
In the above-described embodiment, the case where the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other has been described. However, the X axis, the Y axis, and the Z axis need only intersect with each other, and are not necessarily orthogonal. Also good.
２、２Ａ、２Ｂ……ジャイロセンサー ３……振動片 ４１……基部 ４２、４２１Ａ、４１２Ｂ……第１検出振動腕 ４３、４２２Ａ、４２２Ｂ……第２検出振動腕 ４２３、４２３Ａ、４２３Ｂ……第３検出振動腕 ４２４、４２４Ａ、４２４Ｂ……第４検出振動腕 ４４……第１連結腕 ４５……第２連結腕 ４６……第１駆動振動腕 ４６１……上面 ４６２……下面 ４６３、４６４……側面 ４６５……第１段差部 ４６５ａ……第１段差面 ４６５ｂ……第２段差面 ４６６……第２段差部 ４６６ａ……第３段差面 ４６６ｂ……第４段差面 ４６９……段差部 ４６ａ…先端部 ４６ｂ…基端部 ４７……第２駆動振動腕 ４７３、４７４……側面 ４７５ａ……第１段差面 ４７５ｂ……第２段差面 ４７６ａ……第３段差面 ４７６ｂ……第４段差面 ４７ｂ……基端部 ４８……第２駆動振動腕 ４８３、４８４……側面 ４８５ａ……第１段差面 ４８５ｂ……第２段差面 ４８６ａ……第３段差面 ４８６ｂ……第４段差面 ４８ｂ……基端部 ４９…第４駆動振動腕 ４９３、４９４……側面 ４９５ａ……第１段差面 ４９５ｂ……第２段差面 ４９６ａ……第３段差面 ４９６ｂ……第４段差面 ４９ｂ……基端部 ５５１、５５２、５５３、５５４……駆動用圧電体素子 ５５１ａ……第１電極層 ５５１ｂ……圧電体層 ５５１ｃ……第２電極層 ５６１、５６２、５６３、５６４、５７１、５７２、５７３、５７４……検出用圧電体素子 ５６１ａ、５７１ａ……第１電極層 ５６１ｂ、５７１ｂ……圧電体層 ５６１ｃ、５７１ｃ……第２電極層 ７１０ａ……第１検出信号電極 ７１０ｂ……第２検出信号電極 ７１０ｃ……第３検出信号電極 ７１０ｄ……第４検出信号電極 ７２０ａ……第１検出接地電極 ７２０ｂ……第２検出接地電極 ７２０ｃ……第３検出接地電極 ７２０ｄ……第４検出接地電極 ７３０……駆動信号電極 ７４０……駆動接地電極 １００‥‥表示部 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 １２００‥‥携帯電話機 １２０２‥‥操作ボタン １２０４‥‥受話口 １２０６‥‥送話口 １３００‥‥ディジタルスチルカメラ １３０２‥‥ケース １３０４‥‥受光ユニット １３０６‥‥シャッターボタン １３０８‥‥メモリ １３１２‥‥ビデオ信号出力端子 １３１４‥‥入出力端子 １４３０‥‥テレビモニター １４４０‥‥パーソナルコンピューター Ｌ１……第１辺 Ｌ２……第２辺 Ｌ３……第３辺 Ｌ４……第４辺 Ｌ５……第５辺 Ｌ６……第６辺 Ｌ７……第７辺 Ｌ８……第８辺 Ｓ１……領域 Ｌ’、Ｌ”……中心線 Ｏ……中心軸
2, 2A, 2B ... Gyro sensor 3 ... Vibrating
Claims (9)
前記第１軸および前記第２軸を含む平面には、
基部と、
前記基部に接続され、駆動手段が設けられた駆動振動腕と、
前記基部から延在する複数の検出振動腕と、が設けられ、
前記駆動振動腕は、前記第１軸および前記第３軸の方向の振動成分を含み、
前記検出振動腕は、前記基部の一端および該一端とは反対側の他端の各々から延在され、
角速度が印加されたときに、前記複数の検出振動腕の各々が前記平面内で振動することによって、前記第１軸、前記第２軸、および前記第３軸のうち少なくとも前記第２軸の回りに発生する角速度および前記第３軸の回りに発生する角速度をそれぞれ検出し、
前記第１軸または前記第２軸を検出軸としたとき、
前記複数の検出振動腕の各々は、前記検出軸に前記平面上で直交する軸に関して同じ方向に振動し、
前記第３軸を検出軸としたとき、
前記複数の検出振動腕の各々は、第３軸回りの円周方向に振動することを特徴とするジャイロセンサー。 When three axes orthogonal to each other are defined as a first axis, a second axis, and a third axis,
In the plane including the first axis and the second axis,
The base,
A drive vibrating arm connected to the base and provided with drive means;
A plurality of detection vibrating arms extending from the base, and
The drive vibration arm includes vibration components in the directions of the first axis and the third axis,
The detection vibrating arm extends from one end of the base and the other end opposite to the one end,
When an angular velocity is applied, each of the plurality of detection vibrating arms vibrates in the plane, so that at least about the second axis among the first axis, the second axis, and the third axis. Detecting an angular velocity generated in the first axis and an angular velocity generated around the third axis,
When the first axis or the second axis is the detection axis,
Each of the plurality of detection vibrating arms vibrates in the same direction with respect to an axis orthogonal to the detection axis on the plane,
When the third axis is the detection axis,
Each of the plurality of detection vibrating arms vibrates in a circumferential direction around a third axis.
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