物理量検出素子、物理量検出装置および電子機器
【課題】複数の振動腕を音響結合させて、１つの発振回路でそれぞれの振動腕の振動を励起でき、物理量検出の感度向上が図れる物理量検出素子を提供する。
【解決手段】ジャイロ素子（物理量検出素子）１は、基部２と、基部２からＸ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出した第１連結部３１および第２連結部３２と、駆動信号電極７を有する駆動振動腕４と、検出信号電極８を有する検出振動腕５と、を備え、駆動振動腕４は、第１連結部３１の付け根６ａまたは第２連結部３２の付け根６ｂからＹ軸に沿った方向またはＸ軸に対して斜め方向へ延出した、第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８を有し、検出振動腕５は、基部２からＹ軸に沿った方向またはＸ軸に対して斜め方向へ延出した、第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８を有している、ことを特徴とする。
【解決手段】ジャイロ素子（物理量検出素子）１は、基部２と、基部２からＸ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出した第１連結部３１および第２連結部３２と、駆動信号電極７を有する駆動振動腕４と、検出信号電極８を有する検出振動腕５と、を備え、駆動振動腕４は、第１連結部３１の付け根６ａまたは第２連結部３２の付け根６ｂからＹ軸に沿った方向またはＸ軸に対して斜め方向へ延出した、第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８を有し、検出振動腕５は、基部２からＹ軸に沿った方向またはＸ軸に対して斜め方向へ延出した、第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８を有している、ことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度等の物理量を検出することが可能な物理量検出素子と、この物理量検出素子を備えている物理量検出装置および電子機器と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物理量検出素子として、例えば特許文献１には、基部と、基部からＸ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した支持部と、支持部の各先端において、Ｙ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した駆動アームと、基部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したＹ軸用検出振動アームと、同じく、基部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したＺ軸用検出振動アームと、を備えた振動子が開示されている。この振動子によれば、Ｚ軸まわりの回転角速度に起因するＹ軸用検出振動アームの寄生振動を抑制し、回転角速度の測定値の誤差を減少させることが可能である。
【０００３】
また、例えば特許文献２に開示されているような慣性センサー素子（物理量検出素子）もある。この慣性センサー素子は、複数本の脚部を有する振動部を有し、振動部が、基部から第１の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出していると共に、さらに、基部から第１の方向と直交する第２の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出している、簡易な構成である。第１の方向に沿う振動部は、一方に励振電極が設けられ、他方には、検出電極が設けられていて、第１の方向まわりの回転角速度（物理量）を検出することが可能である。同様に、第２の方向に沿う振動部は、第２の方向まわりの回転角速度を検出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０８０５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２６７０９４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、特許文献１および特許文献２において、これら振動子および慣性センサー素子は、駆動アームおよび励振電極を有する振動部が基部から別々に伸びている構成のため、各々の振動モードの音響結合が弱く、１つの駆動回路で双方の振動を励起することが難しい、という課題を有していた。この対策として、２つの駆動回路で励起する構成が考えられるが、この構成では、回路構成部の面積が大きくなってしまい、振動子または慣性センサー素子を備えた装置の小型化が困難であった。
【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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る物理量検出素子は、基部と、前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限、と定義した場合、前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５駆動振動腕と、前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６駆動振動腕と、前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７駆動振動腕と、前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８駆動振動腕と、前記基部の第１象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第１検出振動腕と、前記基部の第４象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第２検出振動腕と、前記基部の第２象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第３検出振動腕と、前記基部の第３象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第４検出振動腕と、前記基部の第１象限側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５検出振動腕と、前記基部の第４象限側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６検出振動腕と、前記基部の第２象限側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７検出振動腕と、前記基部の第３象限側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする。
【０００８】
本適用例の物理量検出素子によれば、第１駆動振動腕における第１連結部側での応力は、第５駆動振動腕の励振に寄与し、第２駆動振動腕における第１連結部側での応力は、第６駆動振動腕の励振に寄与して、それぞれの付け根である第１連結部側での音響結合性が高められる。そのため、第１駆動振動腕および第２駆動振動腕並びに第５駆動振動腕および第６駆動振動腕から第１連結部へ振動が伝わる、いわゆる振動漏れを抑制することが可能である。同様に、第３駆動振動腕、第４駆動振動腕、第７駆動振動腕、第８駆動振動腕におけるそれぞれの第２連結部側においても、振動漏れを抑制することが可能である。これにより、物理量検出素子は、振動漏れの抑制により、物理量検出素子としてのインピーダンスが下がり、Ｑ値を高くすることが可能である。また、物理量検出素子は、駆動振動腕（第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕）それぞれの固有共振周波数を合わせて音響結合を高める、というような調整が不要であり、加えて、付け根における音響結合性が高いことにより、１つの発振回路で２つの駆動モードを励起することが可能となる。さらに、駆動振動腕と検出振動腕（第１検出振動腕乃至第８検出振動腕）とを個別に設定することにより、駆動振動腕には駆動用の電極のみを配線すればよく、検出振動腕には検出用の電極のみを配線すればよいため、電極のスペースを大きくとることができ、物理量検出の感度を向上させることが可能である。また、駆動振動腕と検出振動腕とが基部からそれぞれ個別に延出していることにより、駆動振動腕の駆動信号が検出振動腕の検出信号に静電的にのってしまう、いわゆる静電漏れを抑制することが可能である。このような物理量検出素子は、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕でＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕でＸ軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、単体で２軸まわりの物理量を検出することが可能である。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕は、前記基部の前記Ｙ軸寄りの側から延出している、ことが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕は、Ｙ軸に沿って延出し、その延出の起点が基部におけるＹ軸により近い位置、即ちＹ軸寄りの側であり、基部からＸ軸に対して斜め方向に延出している第５検出振動腕乃至第８検出振動腕のいずれかから離反するように位置している。これにより、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕は、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕へ対する振動の影響を抑制可能な配置となっている。そのため、物理量検出素子は、いわゆる他軸感度を下げることができ、物理量を確実に検出することが可能である。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、前記基部の前記Ｘ軸寄りの側から延出している、ことが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕は、Ｘ軸に対して斜めに延出し、その延出の起点が基部のＸ軸により近い位置、即ちＸ軸寄りの側であり、基部からＹ軸に沿って延出している第１検出振動腕乃至第４検出振動腕のいずれかから離反するように位置している。これにより、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕は、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕へ対する振動の影響を抑制可能な配置となっている。そのため、物理量検出素子は、いわゆる他軸感度をより下げることができ、物理量を確実に検出することが可能である。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、検出信号電極を備えている、ことが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、駆動振動腕（第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕）は、駆動信号電極を備えて駆動振動をするための構成であり、検出振動腕（第１検出振動腕乃至第８検出振動腕）は、検出信号電極を備えていて、物理量検出素子におけるＸ軸およびＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出するための構成となっている。即ち、駆動振動腕と検出振動腕とは、駆動または検出をするための専用の腕であり、それぞれ不要なノイズ等を含まない振動をすることが可能である。これにより、物理量検出素子は、物理量をより確実に検出することが可能である。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記基部の中央から前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第９検出振動腕および第１０検出振動腕を備えている、ことが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、物理量検出素子は、第９検出振動腕および第１０検出振動腕をさらに備えていて、これら第９検出振動腕と第１０検出振動腕とは、基部の中央からＹ軸に沿った状態で、互いに反対方向へそれぞれ延出している。これにより、物理量検出素子は、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出することに加え、Ｚ軸まわりの物理量を検出することが可能となり、単体で同時に３軸の物理量を検出することが可能である。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５駆動振動腕および前記第６駆動振動腕は、前記第１連結部の延長線上を避けた位置から延出し、前記第７駆動振動腕および前記第８駆動振動腕は、前記第２連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、基部から延出している第１連結部をそのまま延長した延長線上には形成されていない。つまり、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、第１駆動振動腕または第２駆動振動腕から分岐して延出し、この分岐点が該延長線上を避けた位置となっている。これにより、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、第１駆動振動腕または第２駆動振動腕との音響結合性を第１連結部から離れた位置で高めることが可能である。また、第７駆動振動腕および第８駆動振動腕も、同様に、第３駆動振動腕または第４駆動振動腕における該延長線上を避けた位置から延出していて、第３駆動振動腕または第４駆動振動腕との音響結合性を第２連結部から離れた位置で高めることが可能である。従って、物理量検出素子は、第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕から基部方向への振動漏れを、より一層確実に抑制すると共に振動の振幅を増大することが可能である。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第６駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第２駆動振動腕と同位相で振動し、前記第７駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第８駆動振動腕は、前記第３駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第４駆動振動腕と同位相で振動する、ことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、物理量検出素子は、第１駆動振動腕および第５駆動振動腕と、第２駆動振動腕および第６駆動振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆位相で振動し、第１駆動振動腕とは逆位相で振動する第３駆動振動腕および第７駆動振動腕と、第４駆動振動腕および第８駆動振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆位相で振動する。これにより、物理量検出素子は、バランスの良好な駆動振動を励振することができ、不要な振動ノイズ等が発生し難い構成となっている。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に記載の物理量検出素子は、六方晶の結晶構造を有する圧電性材を用いている、ことが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、六方晶の圧電性材は、例えば、水晶のように、機械軸、電気軸および光軸を有し、印加された駆動信号により正確に振動し、且つ、加えられた力に応じて屈曲して検出信号を発生する。物理量検出素子の形成に、このような圧電性材を用いれば、角速度等の物理量の検出を精度良く行なうことが可能である。また、物理量検出素子における好ましい一例として、第１駆動振動腕と第６駆動振動腕、第２駆動振動腕と第５駆動振動腕、第３駆動振動腕と第８駆動振動腕、および第４駆動振動腕と第７駆動振動腕、のそれぞれが１２０度の角度をなす構成が考えられる。この場合、六方晶の圧電性材は内角がそれぞれ１２０度である３本の電気軸（Ｘ軸）を有していることにより、該一例である物理量検出素子のような腕構成であっても、容易に形成することが可能である。さらに、該一例である構成例を含む物理量検出素子は、付け根における結合性が高いため、駆動振動腕の振動が励起されると、対応する駆動振動腕の励振に、より寄与しやすくなる。このような音響結合性の高い構成である物理量検出素子は、例えば、２方向の振動モードを得るのに１つの駆動回路でシステムを構成することが可能であり、小型化・低コスト化の面で、より有利である。
【００２３】
［適用例９］本適用例の物理量検出装置は、前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、少なくとも前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕からの物理量検出信号を検出する検出回路と、を備える、ことを特徴とする。
【００２４】
この物理量検出装置によれば、振動漏れを抑制することが可能な物理量検出素子を有し、さらに、駆動回路および検出回路によって物理量検出素子を制御することにより、角速度等をはじめとした物理量の検出精度を、大きく向上させることが可能である。この場合、本適用例のような構成の物理量検出装置であれば、複数の腕を有していても、一つの駆動回路で振動を励起することが可能であり、装置の小型化も図れる。
【００２５】
［適用例１０］上記適用例に記載の物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第１検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、第１検出振動腕および第２検出振動腕による検出信号と、第３検出振動腕および第４検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとる、いわゆる差動検出方式を用いることにより、この場合、Ｙ軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。
【００２７】
［適用例１１］上記適用例に記載の物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第５検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第７検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第６検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第８検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、第５検出振動腕および第７検出振動腕による検出信号と、第６検出振動腕および第８検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとる、いわゆる差動検出方式を用いることにより、この場合、Ｘ軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。
【００２９】
［適用例１２］本適用例に記載の電子機器は、上記適用例に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする。
【００３０】
この電子機器によれば、駆動振動腕と検出振動腕とを個別に設定すると共に振動漏れを抑制して物理量の検出精度を向上することが可能な、物理量検出素子を備えていることにより、高精度なセンサー機能を発揮することができ、電子機器としての性能向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。
【図２】実施形態２におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。
【図３】実施形態３におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。
【図４】（ａ）ジャイロ素子におけるＹ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、（ｂ）ジャイロ素子におけるＸ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、（ｃ）ジャイロ素子におけるＺ軸まわりの角速度の検出を示す平面図。
【図５】（ａ）ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図、（ｂ）ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図。
【図６】（ａ）ジャイロ素子を備えたデジタルビデオカメラを示す斜視図、（ｂ）ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の物理量検出素子について、添付図面を参照して説明する。ここでは、好適な一例として、振動特性の良好な圧電性材である水晶を素材とする、ジャイロ素子（物理量検出素子）について述べる。
【００３３】
最初に、ジャイロ素子の素材である水晶について説明する。物理量検出素子としてのジャイロ素子は、六角柱をなす水晶柱から切り出され、この水晶柱は、柱の長手方向に光軸であるｚ軸と、ｚ軸に垂直な電気軸であるｘ軸および機械軸であるｙ軸とを有していて、いわゆる六方晶の性質を有している。ここでx軸は、ｚ軸に垂直な六角形面であるｘ−ｙ面において、それぞれ内角が１２０度の等角度で３本あって、これらのｘ軸で形成される各面内では、エッチング方向によるエッチング速さ等が同じである、という性質を有している。このような水晶柱において、ジャイロ素子は、ｘ−ｙ平面を、ｘ軸とｙ軸との交点（座標原点）からみてｘ軸まわりに角度５度傾けた平面に沿う、水晶ｚ板から切り出されたものである。即ち、水晶柱から切り出されたジャイロ素子の座標軸は、ｘ（請求項におけるＸ軸），ｙ’（請求項におけるＹ軸），ｚ’（請求項におけるＺ軸）となる。
【００３４】
一般に、物理量検出素子では、測定感度を良好にするために、駆動の振動モードの固有共振周波数と検出の振動モードの固有共振周波数との間に、一定の振動周波数差を保つことが要求されている。しかし、圧電性材の水晶は異方性を持っており、結晶面が変化すると、振動周波数の温度変化等の度合いが異なってしまう。これに対し、ジャイロ素子は、水晶の最も温度特性等の良い結晶面のみ、例えば水晶ｚ板、を利用して、各振動腕の全体を所定面内で振動するようにしている。これによって、極めて安定性の高い振動をするジャイロ素子を提供することができる。以下では、まず、ジャイロ素子の形状に係る実施形態について説明する。
（実施形態１）
【００３５】
図１は、実施形態１におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。図１に示すように、ジャイロ素子（物理量検出素子）１は、基部２の重心（この場合基部２の中央位置）を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ座標において、Ｘ−Ｙ平面に沿って腕等が延出する形態をなしている。なお、このＸ，Ｙ，Ｚ座標は、原点を通るＸ軸と、原点を通りＸ軸と直交するＹ軸と、原点を通りＸ軸およびＹ軸と直交するＺ軸と、を有する座標軸である。また、この座標軸において、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限、と定義する。そして、ここでいうＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸は、請求項におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に該当する。
【００３６】
ジャイロ素子１は、座標軸の原点を中心とする四角形状の基部２と、基部２の両側に設けれている連結部３の一方であり、基部２からプラスＸ軸方向へ延出している第１連結部３１と、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出し駆動振動腕４の１つである第１駆動振動腕４１と、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第２駆動振動腕４２と、を有し、さらに、基部２から、第１連結部３１と反対方向であるマイナスＸ軸方向へ、延出している第２連結部３２と、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している第３駆動振動腕４３と、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第４駆動振動腕４４と、を有している。
【００３７】
また、ジャイロ素子１は、駆動振動腕４として、第１駆動振動腕４１乃至第４駆動振動腕４４に加え、第１連結部３１と第１駆動振動腕４１との交点部である付け根６ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第１象限の方向へ斜めに延出している第５駆動振動腕４５と、第１連結部３１と第２駆動振動腕４２との交点部でもある付け根６ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第４象限の方向へ斜めに延出している第６駆動振動腕４６と、第２連結部３２と第３駆動振動腕４３との交点部である付け根６ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第２象限の方向へ斜めに延出している第７駆動振動腕４７と、第２連結部３２と第４駆動振動腕４４との交点部でもある付け根６ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第３象限の方向へ斜めに延出している第８駆動振動腕４８と、を有している。
【００３８】
そして、ジャイロ素子１は、四角形状をなす基部２の第１象限側の角部から、プラスＹ軸方向へ延出し検出振動腕５の１つである第１検出振動腕５１と、基部２の第４象限側の角部から、マイナスＹ軸方向へ延出している第２検出振動腕５２と、基部２の第２象限側の角部から、プラスＹ軸方向へ延出している第３検出振動腕５３と、基部２の第３象限側の角部から、マイナスＹ軸方向へ延出している第４検出振動腕５４と、を有している。さらに、ジャイロ素子１は、検出振動腕５として、第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４に加え、基部２の第１象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第１象限の方向へ斜めに延出している第５検出振動腕５５と、基部２の第４象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第４象限の方向へ斜めに延出している第６検出振動腕５６と、基部２の第２象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第２象限の方向へ斜めに延出している第７検出振動腕５７と、基部２の第３象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第３象限の方向へ斜めに延出している第８検出振動腕５８と、を有している。これらすべての各腕は、それぞれの断面が矩形状をなしている。
【００３９】
ここで、駆動振動腕４（第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８）は、各腕の駆動振動を励起するための駆動信号電極７をそれぞれ有し、検出振動腕５（第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８）は、ジャイロ素子１に加えられた角速度等の物理量を検出するための検出信号電極８をそれぞれ有している。
【００４０】
このような構成のジャイロ素子１において、駆動信号電極７に電圧が印加されると、駆動振動腕４は、屈曲して振動する。具体的には、互いに同位相で振動する第１駆動振動腕４１および第５駆動振動腕４５は、互いに同位相で振動する第２駆動振動腕４２および第６駆動振動腕４６とは異なる位相、即ち逆位相、で振動する構成になっていて、第１駆動振動腕４１がプラスＸ側に屈曲し、第５駆動振動腕４５がＸ軸側へ屈曲すると、第２駆動振動腕４２もプラスＸ側に屈曲し、第６駆動振動腕４６もＸ軸側へ屈曲する。また、第１駆動振動腕４１がマイナスＸ側に屈曲し、第５駆動振動腕４５がＸ軸から離反する側へ屈曲すると、第２駆動振動腕４２もマイナスＸ側に屈曲し、第６駆動振動腕４６もＸ軸側から離反する側へ屈曲する。同様に、互いに同位相で振動する第３駆動振動腕４３および第７駆動振動腕４７は、互いに同位相で振動する第４駆動振動腕４４および第８駆動振動腕４８と逆位相で振動する構成になっている。
【００４１】
また、検出振動腕５の検出信号電極８は、ジャイロ素子１にＸ軸またはＹ軸まわりに角速度等が加えられた際に、第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８の各腕が屈曲して振動することによって生じた電圧を、電気信号として取り出すための電極である。この場合、第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４の検出信号電極８により、Ｙ軸まわりの角速度等を検出することができ、第５検出振動腕５５乃至第８検出振動腕５８により、Ｘ軸まわりの角速度等を検出することができる。つまり、検出信号電極８は、ジャイロ素子１に加えられた角速度等を検出し、電気信号として出力する作用を担っている。なお、これら角速度等の物理量検出の動作原理については、図４を参照して、詳細に後述する。
【００４２】
以上説明したような、実施形態１に示す構成を有する、ジャイロ素子１（物理量検出素子）の主要な効果を述べる。
（１）ジャイロ素子１では、駆動振動腕４（第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８）と検出振動腕５（第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８）とが、基部２からそれぞれ個別に延出している構成である。これにより、駆動振動腕４における駆動信号が静電的に検出振動腕５における検出信号にのってしまう現象である、静電漏れを抑制することができる。さらに、駆動信号電極７と検出信号電極８とを、駆動振動腕４と検出振動腕５とにそれぞれ個別に設定することにより、駆動振動腕４には駆動信号電極７のみを配線すればよく、検出振動腕５には検出信号電極８のみを配線すればよいため、各電極のスペースを大きくとることができ、物理量検出の感度を向上させることができる。
（２）また、ジャイロ素子１において、第１駆動振動腕４１による付け根６ａでの応力が、第５駆動振動腕４５の励振に寄与し、第２駆動振動腕４２による付け根６ａでの応力が、第６駆動振動腕４６の励振に寄与して、それぞれの音響結合性が高められる。また、付け根６ｂにおいても、同様に、音響結合性が高められる。そのため、ジャイロ素子１は、振動エネルギーが基部２の方向へ漏れることを抑制してインピーダンスを下げることができ、Ｑ値の高い素子となっている。このような音響結合性の高い構成であるジャイロ素子１は、２方向の振動モードを得るのに１つの駆動回路でシステムを構成でき、小型化・低コスト化等の面で、有利な構成となっている。これは、第１駆動振動腕４１と第６駆動振動腕４６とが１２０度の角度をなし、第２駆動振動腕４２と第５駆動振動腕４５とが１２０度の角度をなしており、既述した水晶の結晶構造の観点からも結合性が高い、と言える。また、この場合、内角がそれぞれ１２０度である３本のＸ軸を有する六方晶の圧電性単結晶材、例えば、水晶ｚ板を用いることにより、ジャイロ素子１のような腕構成の素子を、容易に形成することができる。
（３）さらに、ジャイロ素子１は、連結部３が基部２から互いに反対方向へ突出していること、と、第１駆動振動腕４１および第５駆動振動腕４５と、第２駆動振動腕４２および第６駆動振動腕４６と、が互いに逆位相で振動し、同様に、第３駆動振動腕４３および第７駆動振動腕４７と、第４駆動振動腕４４および第８駆動振動腕４８と、が互いに逆位相で振動すること、とにより、バランスの良好な駆動振動を励振することができる。このようなジャイロ素子１は、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。
（実施形態２）
【００４３】
次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図２は、実施形態２におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態２におけるジャイロ素子１Ａは、検出振動腕５Ａのすべて（第１検出振動腕５１ａ乃至第８検出振動腕５８ａ）の延出位置が、実施形態１におけるジャイロ素子１とは異なっている。さらに、ジャイロ素子１Ａでは、駆動振動腕４Ａの第５駆動振動腕４５ａ、第６駆動振動腕４６ａ、第７駆動振動腕４７ａおよび第８駆動振動腕４８ａの延出位置も、実施形態１におけるジャイロ素子１とは異なった構成になっている。一方、ジャイロ素子１Ａの機能は、ジャイロ素子１とほぼ同様であって、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。
【００４４】
図２に示すように、ジャイロ素子１Ａは、実施形態１におけるジャイロ素子１と同様な形態の、基部２、第１連結部３１ａ、第２連結部３２ａ、第１駆動振動腕４１ａ、第２駆動振動腕４２ａ、第３駆動振動腕４３ａ、第４駆動振動腕４４ａを有している。
【００４５】
まず、ジャイロ素子１Ａの検出振動腕５Ａにおいては、第１検出振動腕５１ａが、四角形状をなす基部２の第１象限側の角部９ａからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、プラスＹ軸方向へ延出している。同様に、第２検出振動腕５２ａが、基部２の第４象限側の角部９ｂからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、マイナスＹ軸方向へ延出し、第３検出振動腕５３ａが、基部２の第２象限側の角部９ｃからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、プラスＹ軸方向へ延出し、第４検出振動腕５４ａが、基部２の第３象限側の角部９ｄからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、マイナスＹ軸方向へ延出している。つまり、第１検出振動腕５１ａ乃至前記第４検出振動腕５４ａは、基部２のＹ軸寄りの側からそれぞれ延出している、といえる。
【００４６】
また、検出振動腕５Ａにおいては、第５検出振動腕５５ａが、基部２の第１象限側の角部９ａからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第１象限の方向へ斜めに延出している。同様に、第６検出振動腕５６ａが、基部２の第４象限側の角部９ｂからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第４象限の方向へ斜めに延出し、第７検出振動腕５７ａが、基部２の第２象限側の角部９ｃからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第２象限の方向へ斜めに延出し、第８検出振動腕５８ａが、基部２の第３象限側の角部９ｄからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第３象限の方向へ斜めに延出している。つまり、第５検出振動腕５５ａ乃至第８検出振動腕５８ａは、基部２のＸ軸寄りの側から延出している、といえる。これらすべての各腕は、それぞれの断面が矩形状をなしている。
【００４７】
このような検出振動腕５Ａを有する、実施形態２におけるジャイロ素子１Ａは、第１検出振動腕５１ａが、基部２の角部９ａよりＹ軸側に位置していることにより、第５検出振動腕５５ａから離反しており、第１検出振動腕５１ａは、第５検出振動腕５５ａに対する振動の影響を抑制することができると共に、第５検出振動腕５５ａからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。また、第２検出振動腕５２ａは、基部２の角部９ｂよりＹ軸側に位置していることにより、第６検出振動腕５６ａから離反しており、第６検出振動腕５６ａへの振動の影響を抑制することができると共に、第６検出振動腕５６ａからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。これは、第３検出振動腕５３ａと第７検出振動腕５７ａとにおいても同様な関係であり、第４検出振動腕５４ａと第８検出振動腕５８ａとにおいても同様な関係である。
【００４８】
さらに、ジャイロ素子１Ａでは、第５検出振動腕５５ａが、基部２の角部９ａよりＸ軸側に位置していることにより、第１検出振動腕５１ａから一層離反していることになり、第５検出振動腕５５ａは、第１検出振動腕５１ａへの振動の影響を抑制することができると共に、第１検出振動腕５１ａからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。これは、第６検出振動腕５６ａと第２検出振動腕５２ａとにおいても同様な関係であり、第７検出振動腕５７ａと第３検出振動腕５３ａとの関係、および第８検出振動腕５８ａと第４検出振動腕５４ａとの関係においても同様である。つまり、ジャイロ素子１Ａは、検出振動腕５Ａによる互いの振動の影響を抑制して、いわゆる他軸感度を下げることができ、角速度等をより確実に検出することが可能である。
【００４９】
そして、ジャイロ素子１Ａでは、第５駆動振動腕４５ａが、第１駆動振動腕４１ａから斜めに延出し、延出位置は、付け根６ａより距離ｓだけプラスＹ軸方向へ離れた位置である。また、第５駆動振動腕４５ａの延出方向は、実施形態１における第５駆動振動腕４５と同じで、Ｘ軸に対して３０度の角度をなし、第１象限の方向である。同様に、第６駆動振動腕４６ａは、付け根６ａより距離ｓだけマイナスＹ軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第６駆動振動腕４６と同じ第４象限の方向であり、第７駆動振動腕４７ａは、付け根６ｂより距離ｓだけプラスＹ軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第７駆動振動腕４７と同じ第２象限の方向であり、第８駆動振動腕４８ａは、付け根６ｂより距離ｓだけマイナスＹ軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第８駆動振動腕４８と同じ第３象限の方向である。
【００５０】
このような構成の第５駆動振動腕４５ａ、第６駆動振動腕４６ａ、第７駆動振動腕４７ａ、第８駆動振動腕４８ａにおいて、第５駆動振動腕４５ａおよび第６駆動振動腕４６ａは、基部２から延出した第１連結部３１ａをプラスＸ軸方向へそのまま延長した場合の延長線上には形成されておらず、つまり、付け根６ａの位置から延出していない。これにより、第５駆動振動腕４５ａおよび第６駆動振動腕４６ａは、第１駆動振動腕４１ａまたは第２駆動振動腕４２ａとの結合性を第１連結部３１ａから離間した状態で高めることができる。同様に、第７駆動振動腕４７ａおよび第８駆動振動腕４８ａも、第３駆動振動腕４３ａまたは第４駆動振動腕４４ａとの結合性を第２連結部３２ａから離間した状態で高めることができる。これにより、ジャイロ素子１Ａは、第１駆動振動腕４１ａ乃至第８駆動振動腕４８ａから、第１連結部３１ａまたは第２連結部３２ａを介して、基部２の方向へ振動が漏れる振動漏れを、ほぼ抑制することが可能である。
（実施形態３）
【００５１】
次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図３は、実施形態３におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態３におけるジャイロ素子１Ｂは、実施形態２におけるジャイロ素子１Ａに、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１が追加された形態である。従って、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１以外は、ジャイロ素子１Ａと同符号を付与し、説明を省略する。
【００５２】
図３に示すように、ジャイロ素子１Ｂは、実施形態２におけるジャイロ素子１Ａの構成に加え、第１検出振動腕５１ａと第３検出振動腕５３ａとの間の基部２から、Ｙ軸と重なる配置状態でプラスＹ軸方向へ延出している第９検出振動腕６０と、第２検出振動腕５２ａと第４検出振動腕５４ａとの間の基部２から、Ｙ軸と重なる配置状態でマイナスＹ軸方向へ延出している第１０検出振動腕６１と、を有している。即ち、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１は、Ｙ軸と重なるように配置され、基部２から互いに反対方向へそれぞれ延出している、ことになる。これら第９検出振動腕６０と第１０検出振動腕６１とは、検出信号電極８を有し、ジャイロ素子１Ｂに加えられたＺ軸まわりの角速度等を検出することができる。
【００５３】
第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１の検出信号電極８は、ジャイロ素子１ＢにＺ軸まわりに角速度等が加えられた際に、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１の各腕が屈曲することによって生じた電圧を、電気信号として取り出すための電極である。これにより、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１は、ジャイロ素子１Ｂに加えられた角速度等を検出し、電気信号として出力する作用を担っている。このジャイロ素子１Ｂによる、Ｚ軸まわりの角速度等の検出については、図４を参照して後述する。
【００５４】
以上のような、実施形態３に示す構成を有する、ジャイロ素子１Ｂの主要な効果としては、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出することに加え、Ｚ軸まわりの角速度等も検出することができ、単体で同時に３軸の角速度等の検出ができる、ことが挙げられる。なお、実施形態１におけるジャイロ素子１に、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１を追加した構成であっても、ジャイロ素子１Ｂとほぼ同様な効果を得られる。
【００５５】
（ジャイロ素子の動作原理）
次に、実施形態１乃至実施形態３におけるジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂの動作原理について説明する。ここでの動作原理の説明は、ジャイロ素子１Ｂの場合を代表例にして述べる。図４（ａ）は、ジャイロ素子におけるＹ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、図４（ｂ）は、ジャイロ素子におけるＸ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、図４（ｃ）は、ジャイロ素子におけるＺ軸まわりの角速度の検出を示す平面図である。
【００５６】
まず、図４（ａ）を参照して、Ｙ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１Ｂが駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子１ＢをＹ軸まわりに回転させると、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａには、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。同様に、第３駆動振動腕４３ａおよび第４駆動振動腕４４ａには、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａと反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。そして、第１検出振動腕５１ａは、第１駆動振動腕４１ａの検出振動に呼応して、第１駆動振動腕４１ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をし、第２検出振動腕５２ａは、第２駆動振動腕４２ａの検出振動に呼応して、第２駆動振動腕４２ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をする。また、第３検出振動腕５３ａは、第３駆動振動腕４３ａの検出振動に呼応して、第１検出振動腕５１ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をし、第４検出振動腕５４ａは、第４駆動振動腕４４ａの検出振動に呼応して、第２検出振動腕５２ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をする。
【００５７】
このように、第１検出振動腕５１ａおよび第２検出振動腕５２ａと、第３検出振動腕５３ａおよび第４検出振動腕５４ａとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子１Ｂでは、第１検出振動腕５１ａおよび第２検出振動腕５２ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第３検出振動腕５３ａおよび第４検出振動腕５４ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させる、いわゆる差動検出方式によってコリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１Ｂに加えられたＹ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。
【００５８】
次に、図４（ｂ）を参照して、Ｘ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１Ｂが駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子１ＢをＸ軸のまわりに回転させると、第５駆動振動腕４５ａおよび第７駆動振動腕４７ａには、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。同様に、第６駆動振動腕４６ａおよび第８駆動振動腕４８ａには、第５駆動振動腕４５ａおよび第７駆動振動腕４７ａと反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。そして、第５検出振動腕５５ａは、第５駆動振動腕４５ａの検出振動に呼応して、第５駆動振動腕４５ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をし、第７検出振動腕５７ａは、第７駆動振動腕４７ａの検出振動に呼応して、第７駆動振動腕４７ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をする。また、第６検出振動腕５６ａは、第６駆動振動腕４６ａの検出振動に呼応して、第５検出振動腕５５ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をし、第８検出振動腕５８ａは、第８駆動振動腕４８ａの検出振動に呼応して、第７検出振動腕５７ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をする。
【００５９】
このように、ジャイロ素子１Ｂにおいて、第５検出振動腕５５ａおよび第７検出振動腕５７ａと、第６検出振動腕５６ａおよび第８検出振動腕５８ａとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子１Ｂでは、第５検出振動腕５５ａおよび第７検出振動腕５７ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第６検出振動腕５６ａおよび第８検出振動腕５８ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１Ｂに加えられたＸ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。なお、ジャイロ素子１，１ＡにおけるＹ軸およびＸ軸まわりの角速度の検出についても、同様な動作原理である。
【００６０】
次に、図４（ｃ）を参照して、Ｚ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１Ｂの第１駆動振動腕４１ａと、第３駆動振動腕４３ａとは、互いに逆位相で振動し、第２駆動振動腕４２ａと、第４駆動振動腕４４ａとは、互いに逆位相で振動している。この状態で、ジャイロ素子１ＢをＺ軸のまわりに回転させると、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａには、Ｙ軸方向のコリオリ力が働き、Ｙ軸方向の検出振動が発生する。同様に、第３駆動振動腕４３ａおよび第４駆動振動腕４４ａには、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａと反対方向のＹ軸方向にコリオリ力が働き、Ｙ軸方向の検出振動が発生する。ここで、第９検出振動腕６０と第１０検出振動腕６１とは、第１駆動振動腕４１ａ、第２駆動振動腕４２ａ、第３駆動振動腕４３ａおよび第４駆動振動腕４４ａの検出振動に呼応して、互いに異なる方向のＸ軸方向に検出振動する。ジャイロ素子１Ｂでは、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１のそれぞれの検出振動に基づく検出信号を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１Bに加えられたＺ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。このような動作原理により、ジャイロ素子１Ｂは、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出することに加え、Ｚ軸まわりの物理量を検出することができ、単体で同時に３軸の物理量を検出することが可能である。なお、この場合、第１駆動振動腕４１ａと第５駆動振動腕４５ａとが同位相で振動していることにより、それぞれの腕部におけるＹ軸方向のコリオリ力が同方向となり、検出振動の確実な励起が行なえる。第２駆動振動腕４２ａおよび第６駆動振動腕４６ａ、第３駆動振動腕４３ａおよび第７駆動振動腕４７ａ、第４駆動振動腕４４ａおよび第８駆動振動腕４８ａ、においても同様である。
【００６１】
以上では、ジャイロ素子１Ｂを例にして動作原理を説明したが、ジャイロ素子１，１Ａも含めたジャイロ素子は、ジャイロ装置や電子機器等に搭載されて、優れたジャイロ機能を発揮する。
【００６２】
（ジャイロ装置）
次に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂのいずれかを用いて、角速度を検出するジャイロ装置（物理量検出装置）の構成について説明する。図５（ａ）は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図である。また、図５（ｂ）は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図であり、図５（ａ）におけるＥ−Ｅ断面を示している。この場合、図５では、ジャイロ素子１を備えた場合のジャイロ装置１００を示していて、図５（ａ）では、説明のために蓋体７２を省略して示してある。
【００６３】
図５に示すように、ジャイロ装置１００は、ジャイロ素子１と、ジャイロ素子１をリード８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ）を介して支持する支持基板７８と、支持基板７８を固定する固定基板である収容体７１を有するセラミックパッケージ７０と、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ９０と、収容体７１内を気密に封止するための蓋体７２とを備えている。セラミックパッケージ７０に収容されているＩＣチップ９０は、セラミックパッケージ７０のボンディングパッド７７に金線などの金属ワイヤ９１によって接続されている。このＩＣチップ９０には、駆動信号を供給してジャイロ素子１を励振させる駆動回路９０ａと、角速度等の物理量を検出する検出回路９０ｂと、が含まれている。この場合、ジャイロ素子１を備えたジャイロ装置１００であれば、一つの駆動回路９０ａで複数の駆動振動腕４を励起することが可能であり、装置の小型化が図れる。
【００６４】
また、セラミックパッケージ７０における収容体７１には棚部７４が形成され、その面に接続端子７５が形成されている。棚部７４には、支持基板７８が接着固定されていて、この接着固定には導電性接着剤７９が用いられている。そして、セラミックパッケージ７０の外周部には外部接続端子７６が形成され、外部接続端子７６と接続端子７５およびボンディングパッド７７の一部とが導通する構成となっている。また、支持基板７８にはリード８０が設けられ、各リード８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄの先端は、ジャイロ素子１の基部２に形成された、検出電極パッド８１の対応するパッドにそれぞれ接合され、リード８０ｅ，８０ｆの先端は、ジャイロ素子１の基部２に形成された駆動電極パッド８２の対応するパッドにそれぞれ接合されている。これらリード８０により、ジャイロ素子１は他部品と接触しないように空中に支持されている。なお、検出電極パッド８１は、検出振動の検出のためのものであり、駆動電極パッド８２は、駆動振動を励振させるためのものである。このような構成のセラミックパッケージ７０は、収容体７１にシームリング７３が固着され、シームリング７３に蓋体７２をシーム溶接することで、セラミックパッケージ７０内が減圧された状態で封止されている。なお、セラミックパッケージ７０内は、減圧状態ではなく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入された状態でも良い。
【００６５】
ここで、支持基板７８は、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）実装用の基板を用いていて、ポリイミドフィルム等の基材に銅箔等の金属箔により形成された導体パターンを有している。支持基板７８の中央部は、開口となっていて、この開口には導体パターンであるリード８０が延出している。リード８０の検出電極パッド８１または駆動電極パッド８２と反対側の先端は、セラミックパッケージ７０の接続端子７５と接続されている。このジャイロ装置１００は、例えば、以下に説明する電子機器等に搭載されて、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出する、優れたジャイロ機能を発揮する。なお、ジャイロ装置としては、ジャイロ素子１を備えた構成の他、ジャイロ素子１Ａを備えたものも、ジャイロ素子１とほぼ同様に優れたジャイロ機能を発揮し、ジャイロ素子１Ｂを備えたものは、Ｘ軸、Ｙ軸、Z軸まわりの角速度等を検出する、優れたジャイロ機能を発揮する。
【００６６】
（電子機器）
次に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂのいずれかを用いた構成の電子機器について説明する。図６（ａ）は、ジャイロ素子を備えたデジタルビデオカメラを示す斜視図、図６（ｂ）は、ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図である。これらの電子機器は、一例として、ジャイロ素子１Ｂを搭載している。まず、図６（ａ）に示すように、ビデオカメラ３００は、受像部３０１と、操作部３０２と、音声入力部３０３と、表示ユニット３０４と、を備えている。このビデオカメラ３００は、ジャイロ素子１Ｂと、ジャイロ素子１Ｂを制御する駆動回路９０ａおよび検出回路９０ｂを有するＩＣチップ９０と、を備えており、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な動画映像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子１Ｂは、ジャイロ装置１００の一部として組み込まれた形態であることが好ましい。同様に、ビデオカメラ３００がジャイロ素子１，１Ａを備えている場合も、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。
【００６７】
また、図６（ｂ）に示すように、携帯電話機４００は、複数の操作ボタン４０１と、表示ユニット４０２と、カメラ機構４０３と、シャッターボタン４０４と、を備えている。この携帯電話機４００は、ジャイロ素子１Ｂと、ジャイロ素子１Ｂを制御する駆動回路９０ａおよび検出回路９０ｂを有するＩＣチップ９０と、を備えており、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、カメラ機構４０３が手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な画像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子１Ｂは、ジャイロ装置１００の一部として組み込まれた形態であることが好ましい。同様に、携帯電話機４００がジャイロ素子１，１Ａを備えている場合も、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。
【００６８】
なお、電子機器としてはビデオカメラ３００や携帯電話機４００に限定されず、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ゲームコントローラー、ヘッドマウンテンディスプレイ、ポインティングデバイス、掃除ロボット等が挙げられる。
【００６９】
また、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂは、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【００７０】
（変形例１）ジャイロ素子１において、第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８および第５検出振動腕５５乃至第８検出振動腕５８は、Ｘ軸に対して３０度の角度をなして延出しているが、３０度の角度に限定されることなく、他の角度であっても良い。特に、Ｘ軸に対する角度が４５度であれば、各振動腕におけるＸ軸方向とＹ軸方向との駆動成分が同じであるため、Ｘ軸まわりおよびＹ軸まわりの検出信号の振幅をほぼ同じにでき、角速度等の物理量の検出が容易になる。この構成は、ジャイロ素子１Ａ，１Ｂにおいても可能である。
【００７１】
（変形例２）ジャイロ素子１Ａ，１Ｂにおいて、検出振動腕５Ａは、いずれも基部２の角部９から離反している構成であるが、検出振動腕５Ａが角部９から延出している構成であっても良い。
【００７２】
（変形例３）ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂは、圧電性材である水晶から形成されているが、水晶に限定されることなく、水晶以外のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）等を用いても良い。更に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂは、圧電性材に限定されるものではなく、シリコンやゲルマニウムなどの非圧電性材料であっても良く、この場合、駆動信号電極には圧電性材を組み合わせて振動可能な構成にしておく。これにより、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂにおいて、要求特性や用途等に応じて、適切な材料を選ぶことができ選択肢が拡大する。
【符号の説明】
【００７３】
１…物理量検出素子としてのジャイロ素子、２…基部、３…連結部、４…駆動振動腕、５…検出振動腕、７…駆動信号電極、８…検出信号電極、９０…ＩＣチップ、９０ａ…駆動回路、９０ｂ…検出回路、１００…物理量検出装置としてのジャイロ装置、３００…電子機器としてのビデオカメラ、４００…電子機器としての携帯電話。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度等の物理量を検出することが可能な物理量検出素子と、この物理量検出素子を備えている物理量検出装置および電子機器と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物理量検出素子として、例えば特許文献１には、基部と、基部からＸ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した支持部と、支持部の各先端において、Ｙ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出した駆動アームと、基部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したＹ軸用検出振動アームと、同じく、基部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出したＺ軸用検出振動アームと、を備えた振動子が開示されている。この振動子によれば、Ｚ軸まわりの回転角速度に起因するＹ軸用検出振動アームの寄生振動を抑制し、回転角速度の測定値の誤差を減少させることが可能である。
【０００３】
また、例えば特許文献２に開示されているような慣性センサー素子（物理量検出素子）もある。この慣性センサー素子は、複数本の脚部を有する振動部を有し、振動部が、基部から第１の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出していると共に、さらに、基部から第１の方向と直交する第２の方向に沿って互いに反対方向にそれぞれ延出している、簡易な構成である。第１の方向に沿う振動部は、一方に励振電極が設けられ、他方には、検出電極が設けられていて、第１の方向まわりの回転角速度（物理量）を検出することが可能である。同様に、第２の方向に沿う振動部は、第２の方向まわりの回転角速度を検出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０８０５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２６７０９４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、特許文献１および特許文献２において、これら振動子および慣性センサー素子は、駆動アームおよび励振電極を有する振動部が基部から別々に伸びている構成のため、各々の振動モードの音響結合が弱く、１つの駆動回路で双方の振動を励起することが難しい、という課題を有していた。この対策として、２つの駆動回路で励起する構成が考えられるが、この構成では、回路構成部の面積が大きくなってしまい、振動子または慣性センサー素子を備えた装置の小型化が困難であった。
【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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る物理量検出素子は、基部と、前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限、と定義した場合、前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５駆動振動腕と、前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６駆動振動腕と、前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７駆動振動腕と、前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８駆動振動腕と、前記基部の第１象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第１検出振動腕と、前記基部の第４象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第２検出振動腕と、前記基部の第２象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第３検出振動腕と、前記基部の第３象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第４検出振動腕と、前記基部の第１象限側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５検出振動腕と、前記基部の第４象限側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６検出振動腕と、前記基部の第２象限側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７検出振動腕と、前記基部の第３象限側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする。
【０００８】
本適用例の物理量検出素子によれば、第１駆動振動腕における第１連結部側での応力は、第５駆動振動腕の励振に寄与し、第２駆動振動腕における第１連結部側での応力は、第６駆動振動腕の励振に寄与して、それぞれの付け根である第１連結部側での音響結合性が高められる。そのため、第１駆動振動腕および第２駆動振動腕並びに第５駆動振動腕および第６駆動振動腕から第１連結部へ振動が伝わる、いわゆる振動漏れを抑制することが可能である。同様に、第３駆動振動腕、第４駆動振動腕、第７駆動振動腕、第８駆動振動腕におけるそれぞれの第２連結部側においても、振動漏れを抑制することが可能である。これにより、物理量検出素子は、振動漏れの抑制により、物理量検出素子としてのインピーダンスが下がり、Ｑ値を高くすることが可能である。また、物理量検出素子は、駆動振動腕（第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕）それぞれの固有共振周波数を合わせて音響結合を高める、というような調整が不要であり、加えて、付け根における音響結合性が高いことにより、１つの発振回路で２つの駆動モードを励起することが可能となる。さらに、駆動振動腕と検出振動腕（第１検出振動腕乃至第８検出振動腕）とを個別に設定することにより、駆動振動腕には駆動用の電極のみを配線すればよく、検出振動腕には検出用の電極のみを配線すればよいため、電極のスペースを大きくとることができ、物理量検出の感度を向上させることが可能である。また、駆動振動腕と検出振動腕とが基部からそれぞれ個別に延出していることにより、駆動振動腕の駆動信号が検出振動腕の検出信号に静電的にのってしまう、いわゆる静電漏れを抑制することが可能である。このような物理量検出素子は、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕でＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕でＸ軸まわりの角速度等の物理量を検出でき、単体で２軸まわりの物理量を検出することが可能である。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕は、前記基部の前記Ｙ軸寄りの側から延出している、ことが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕は、Ｙ軸に沿って延出し、その延出の起点が基部におけるＹ軸により近い位置、即ちＹ軸寄りの側であり、基部からＸ軸に対して斜め方向に延出している第５検出振動腕乃至第８検出振動腕のいずれかから離反するように位置している。これにより、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕は、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕へ対する振動の影響を抑制可能な配置となっている。そのため、物理量検出素子は、いわゆる他軸感度を下げることができ、物理量を確実に検出することが可能である。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、前記基部の前記Ｘ軸寄りの側から延出している、ことが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕は、Ｘ軸に対して斜めに延出し、その延出の起点が基部のＸ軸により近い位置、即ちＸ軸寄りの側であり、基部からＹ軸に沿って延出している第１検出振動腕乃至第４検出振動腕のいずれかから離反するように位置している。これにより、第５検出振動腕乃至第８検出振動腕は、第１検出振動腕乃至第４検出振動腕へ対する振動の影響を抑制可能な配置となっている。そのため、物理量検出素子は、いわゆる他軸感度をより下げることができ、物理量を確実に検出することが可能である。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、検出信号電極を備えている、ことが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、駆動振動腕（第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕）は、駆動信号電極を備えて駆動振動をするための構成であり、検出振動腕（第１検出振動腕乃至第８検出振動腕）は、検出信号電極を備えていて、物理量検出素子におけるＸ軸およびＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出するための構成となっている。即ち、駆動振動腕と検出振動腕とは、駆動または検出をするための専用の腕であり、それぞれ不要なノイズ等を含まない振動をすることが可能である。これにより、物理量検出素子は、物理量をより確実に検出することが可能である。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記基部の中央から前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第９検出振動腕および第１０検出振動腕を備えている、ことが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、物理量検出素子は、第９検出振動腕および第１０検出振動腕をさらに備えていて、これら第９検出振動腕と第１０検出振動腕とは、基部の中央からＹ軸に沿った状態で、互いに反対方向へそれぞれ延出している。これにより、物理量検出素子は、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出することに加え、Ｚ軸まわりの物理量を検出することが可能となり、単体で同時に３軸の物理量を検出することが可能である。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５駆動振動腕および前記第６駆動振動腕は、前記第１連結部の延長線上を避けた位置から延出し、前記第７駆動振動腕および前記第８駆動振動腕は、前記第２連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、基部から延出している第１連結部をそのまま延長した延長線上には形成されていない。つまり、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、第１駆動振動腕または第２駆動振動腕から分岐して延出し、この分岐点が該延長線上を避けた位置となっている。これにより、第５駆動振動腕および第６駆動振動腕は、第１駆動振動腕または第２駆動振動腕との音響結合性を第１連結部から離れた位置で高めることが可能である。また、第７駆動振動腕および第８駆動振動腕も、同様に、第３駆動振動腕または第４駆動振動腕における該延長線上を避けた位置から延出していて、第３駆動振動腕または第４駆動振動腕との音響結合性を第２連結部から離れた位置で高めることが可能である。従って、物理量検出素子は、第１駆動振動腕乃至第８駆動振動腕から基部方向への振動漏れを、より一層確実に抑制すると共に振動の振幅を増大することが可能である。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の物理量検出素子において、前記第５駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第６駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第２駆動振動腕と同位相で振動し、前記第７駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第８駆動振動腕は、前記第３駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第４駆動振動腕と同位相で振動する、ことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、物理量検出素子は、第１駆動振動腕および第５駆動振動腕と、第２駆動振動腕および第６駆動振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆位相で振動し、第１駆動振動腕とは逆位相で振動する第３駆動振動腕および第７駆動振動腕と、第４駆動振動腕および第８駆動振動腕と、がＸ軸に対して互いに逆位相で振動する。これにより、物理量検出素子は、バランスの良好な駆動振動を励振することができ、不要な振動ノイズ等が発生し難い構成となっている。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に記載の物理量検出素子は、六方晶の結晶構造を有する圧電性材を用いている、ことが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、六方晶の圧電性材は、例えば、水晶のように、機械軸、電気軸および光軸を有し、印加された駆動信号により正確に振動し、且つ、加えられた力に応じて屈曲して検出信号を発生する。物理量検出素子の形成に、このような圧電性材を用いれば、角速度等の物理量の検出を精度良く行なうことが可能である。また、物理量検出素子における好ましい一例として、第１駆動振動腕と第６駆動振動腕、第２駆動振動腕と第５駆動振動腕、第３駆動振動腕と第８駆動振動腕、および第４駆動振動腕と第７駆動振動腕、のそれぞれが１２０度の角度をなす構成が考えられる。この場合、六方晶の圧電性材は内角がそれぞれ１２０度である３本の電気軸（Ｘ軸）を有していることにより、該一例である物理量検出素子のような腕構成であっても、容易に形成することが可能である。さらに、該一例である構成例を含む物理量検出素子は、付け根における結合性が高いため、駆動振動腕の振動が励起されると、対応する駆動振動腕の励振に、より寄与しやすくなる。このような音響結合性の高い構成である物理量検出素子は、例えば、２方向の振動モードを得るのに１つの駆動回路でシステムを構成することが可能であり、小型化・低コスト化の面で、より有利である。
【００２３】
［適用例９］本適用例の物理量検出装置は、前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、少なくとも前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕からの物理量検出信号を検出する検出回路と、を備える、ことを特徴とする。
【００２４】
この物理量検出装置によれば、振動漏れを抑制することが可能な物理量検出素子を有し、さらに、駆動回路および検出回路によって物理量検出素子を制御することにより、角速度等をはじめとした物理量の検出精度を、大きく向上させることが可能である。この場合、本適用例のような構成の物理量検出装置であれば、複数の腕を有していても、一つの駆動回路で振動を励起することが可能であり、装置の小型化も図れる。
【００２５】
［適用例１０］上記適用例に記載の物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第１検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、第１検出振動腕および第２検出振動腕による検出信号と、第３検出振動腕および第４検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとる、いわゆる差動検出方式を用いることにより、この場合、Ｙ軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。
【００２７】
［適用例１１］上記適用例に記載の物理量検出装置において、前記検出回路は、前記第５検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第７検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第６検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第８検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、第５検出振動腕および第７検出振動腕による検出信号と、第６検出振動腕および第８検出振動腕による検出信号と、のそれぞれの和の差動をとる、いわゆる差動検出方式を用いることにより、この場合、Ｘ軸まわりの角速度等の物理量を検出することが可能である。
【００２９】
［適用例１２］本適用例に記載の電子機器は、上記適用例に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする。
【００３０】
この電子機器によれば、駆動振動腕と検出振動腕とを個別に設定すると共に振動漏れを抑制して物理量の検出精度を向上することが可能な、物理量検出素子を備えていることにより、高精度なセンサー機能を発揮することができ、電子機器としての性能向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。
【図２】実施形態２におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。
【図３】実施形態３におけるジャイロ素子の構成を示す平面図。
【図４】（ａ）ジャイロ素子におけるＹ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、（ｂ）ジャイロ素子におけるＸ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、（ｃ）ジャイロ素子におけるＺ軸まわりの角速度の検出を示す平面図。
【図５】（ａ）ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図、（ｂ）ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図。
【図６】（ａ）ジャイロ素子を備えたデジタルビデオカメラを示す斜視図、（ｂ）ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の物理量検出素子について、添付図面を参照して説明する。ここでは、好適な一例として、振動特性の良好な圧電性材である水晶を素材とする、ジャイロ素子（物理量検出素子）について述べる。
【００３３】
最初に、ジャイロ素子の素材である水晶について説明する。物理量検出素子としてのジャイロ素子は、六角柱をなす水晶柱から切り出され、この水晶柱は、柱の長手方向に光軸であるｚ軸と、ｚ軸に垂直な電気軸であるｘ軸および機械軸であるｙ軸とを有していて、いわゆる六方晶の性質を有している。ここでx軸は、ｚ軸に垂直な六角形面であるｘ−ｙ面において、それぞれ内角が１２０度の等角度で３本あって、これらのｘ軸で形成される各面内では、エッチング方向によるエッチング速さ等が同じである、という性質を有している。このような水晶柱において、ジャイロ素子は、ｘ−ｙ平面を、ｘ軸とｙ軸との交点（座標原点）からみてｘ軸まわりに角度５度傾けた平面に沿う、水晶ｚ板から切り出されたものである。即ち、水晶柱から切り出されたジャイロ素子の座標軸は、ｘ（請求項におけるＸ軸），ｙ’（請求項におけるＹ軸），ｚ’（請求項におけるＺ軸）となる。
【００３４】
一般に、物理量検出素子では、測定感度を良好にするために、駆動の振動モードの固有共振周波数と検出の振動モードの固有共振周波数との間に、一定の振動周波数差を保つことが要求されている。しかし、圧電性材の水晶は異方性を持っており、結晶面が変化すると、振動周波数の温度変化等の度合いが異なってしまう。これに対し、ジャイロ素子は、水晶の最も温度特性等の良い結晶面のみ、例えば水晶ｚ板、を利用して、各振動腕の全体を所定面内で振動するようにしている。これによって、極めて安定性の高い振動をするジャイロ素子を提供することができる。以下では、まず、ジャイロ素子の形状に係る実施形態について説明する。
（実施形態１）
【００３５】
図１は、実施形態１におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。図１に示すように、ジャイロ素子（物理量検出素子）１は、基部２の重心（この場合基部２の中央位置）を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ座標において、Ｘ−Ｙ平面に沿って腕等が延出する形態をなしている。なお、このＸ，Ｙ，Ｚ座標は、原点を通るＸ軸と、原点を通りＸ軸と直交するＹ軸と、原点を通りＸ軸およびＹ軸と直交するＺ軸と、を有する座標軸である。また、この座標軸において、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限、と定義する。そして、ここでいうＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸は、請求項におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に該当する。
【００３６】
ジャイロ素子１は、座標軸の原点を中心とする四角形状の基部２と、基部２の両側に設けれている連結部３の一方であり、基部２からプラスＸ軸方向へ延出している第１連結部３１と、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出し駆動振動腕４の１つである第１駆動振動腕４１と、第１連結部３１の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第２駆動振動腕４２と、を有し、さらに、基部２から、第１連結部３１と反対方向であるマイナスＸ軸方向へ、延出している第２連結部３２と、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてプラスＹ軸方向へ延出している第３駆動振動腕４３と、第２連結部３２の先端から、Ｘ軸に対して直角をなしてマイナスＹ軸方向へ延出している第４駆動振動腕４４と、を有している。
【００３７】
また、ジャイロ素子１は、駆動振動腕４として、第１駆動振動腕４１乃至第４駆動振動腕４４に加え、第１連結部３１と第１駆動振動腕４１との交点部である付け根６ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第１象限の方向へ斜めに延出している第５駆動振動腕４５と、第１連結部３１と第２駆動振動腕４２との交点部でもある付け根６ａから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第４象限の方向へ斜めに延出している第６駆動振動腕４６と、第２連結部３２と第３駆動振動腕４３との交点部である付け根６ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第２象限の方向へ斜めに延出している第７駆動振動腕４７と、第２連結部３２と第４駆動振動腕４４との交点部でもある付け根６ｂから、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第３象限の方向へ斜めに延出している第８駆動振動腕４８と、を有している。
【００３８】
そして、ジャイロ素子１は、四角形状をなす基部２の第１象限側の角部から、プラスＹ軸方向へ延出し検出振動腕５の１つである第１検出振動腕５１と、基部２の第４象限側の角部から、マイナスＹ軸方向へ延出している第２検出振動腕５２と、基部２の第２象限側の角部から、プラスＹ軸方向へ延出している第３検出振動腕５３と、基部２の第３象限側の角部から、マイナスＹ軸方向へ延出している第４検出振動腕５４と、を有している。さらに、ジャイロ素子１は、検出振動腕５として、第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４に加え、基部２の第１象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第１象限の方向へ斜めに延出している第５検出振動腕５５と、基部２の第４象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第４象限の方向へ斜めに延出している第６検出振動腕５６と、基部２の第２象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第２象限の方向へ斜めに延出している第７検出振動腕５７と、基部２の第３象限側の角部から、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第３象限の方向へ斜めに延出している第８検出振動腕５８と、を有している。これらすべての各腕は、それぞれの断面が矩形状をなしている。
【００３９】
ここで、駆動振動腕４（第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８）は、各腕の駆動振動を励起するための駆動信号電極７をそれぞれ有し、検出振動腕５（第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８）は、ジャイロ素子１に加えられた角速度等の物理量を検出するための検出信号電極８をそれぞれ有している。
【００４０】
このような構成のジャイロ素子１において、駆動信号電極７に電圧が印加されると、駆動振動腕４は、屈曲して振動する。具体的には、互いに同位相で振動する第１駆動振動腕４１および第５駆動振動腕４５は、互いに同位相で振動する第２駆動振動腕４２および第６駆動振動腕４６とは異なる位相、即ち逆位相、で振動する構成になっていて、第１駆動振動腕４１がプラスＸ側に屈曲し、第５駆動振動腕４５がＸ軸側へ屈曲すると、第２駆動振動腕４２もプラスＸ側に屈曲し、第６駆動振動腕４６もＸ軸側へ屈曲する。また、第１駆動振動腕４１がマイナスＸ側に屈曲し、第５駆動振動腕４５がＸ軸から離反する側へ屈曲すると、第２駆動振動腕４２もマイナスＸ側に屈曲し、第６駆動振動腕４６もＸ軸側から離反する側へ屈曲する。同様に、互いに同位相で振動する第３駆動振動腕４３および第７駆動振動腕４７は、互いに同位相で振動する第４駆動振動腕４４および第８駆動振動腕４８と逆位相で振動する構成になっている。
【００４１】
また、検出振動腕５の検出信号電極８は、ジャイロ素子１にＸ軸またはＹ軸まわりに角速度等が加えられた際に、第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８の各腕が屈曲して振動することによって生じた電圧を、電気信号として取り出すための電極である。この場合、第１検出振動腕５１乃至第４検出振動腕５４の検出信号電極８により、Ｙ軸まわりの角速度等を検出することができ、第５検出振動腕５５乃至第８検出振動腕５８により、Ｘ軸まわりの角速度等を検出することができる。つまり、検出信号電極８は、ジャイロ素子１に加えられた角速度等を検出し、電気信号として出力する作用を担っている。なお、これら角速度等の物理量検出の動作原理については、図４を参照して、詳細に後述する。
【００４２】
以上説明したような、実施形態１に示す構成を有する、ジャイロ素子１（物理量検出素子）の主要な効果を述べる。
（１）ジャイロ素子１では、駆動振動腕４（第１駆動振動腕４１乃至第８駆動振動腕４８）と検出振動腕５（第１検出振動腕５１乃至第８検出振動腕５８）とが、基部２からそれぞれ個別に延出している構成である。これにより、駆動振動腕４における駆動信号が静電的に検出振動腕５における検出信号にのってしまう現象である、静電漏れを抑制することができる。さらに、駆動信号電極７と検出信号電極８とを、駆動振動腕４と検出振動腕５とにそれぞれ個別に設定することにより、駆動振動腕４には駆動信号電極７のみを配線すればよく、検出振動腕５には検出信号電極８のみを配線すればよいため、各電極のスペースを大きくとることができ、物理量検出の感度を向上させることができる。
（２）また、ジャイロ素子１において、第１駆動振動腕４１による付け根６ａでの応力が、第５駆動振動腕４５の励振に寄与し、第２駆動振動腕４２による付け根６ａでの応力が、第６駆動振動腕４６の励振に寄与して、それぞれの音響結合性が高められる。また、付け根６ｂにおいても、同様に、音響結合性が高められる。そのため、ジャイロ素子１は、振動エネルギーが基部２の方向へ漏れることを抑制してインピーダンスを下げることができ、Ｑ値の高い素子となっている。このような音響結合性の高い構成であるジャイロ素子１は、２方向の振動モードを得るのに１つの駆動回路でシステムを構成でき、小型化・低コスト化等の面で、有利な構成となっている。これは、第１駆動振動腕４１と第６駆動振動腕４６とが１２０度の角度をなし、第２駆動振動腕４２と第５駆動振動腕４５とが１２０度の角度をなしており、既述した水晶の結晶構造の観点からも結合性が高い、と言える。また、この場合、内角がそれぞれ１２０度である３本のＸ軸を有する六方晶の圧電性単結晶材、例えば、水晶ｚ板を用いることにより、ジャイロ素子１のような腕構成の素子を、容易に形成することができる。
（３）さらに、ジャイロ素子１は、連結部３が基部２から互いに反対方向へ突出していること、と、第１駆動振動腕４１および第５駆動振動腕４５と、第２駆動振動腕４２および第６駆動振動腕４６と、が互いに逆位相で振動し、同様に、第３駆動振動腕４３および第７駆動振動腕４７と、第４駆動振動腕４４および第８駆動振動腕４８と、が互いに逆位相で振動すること、とにより、バランスの良好な駆動振動を励振することができる。このようなジャイロ素子１は、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。
（実施形態２）
【００４３】
次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図２は、実施形態２におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態２におけるジャイロ素子１Ａは、検出振動腕５Ａのすべて（第１検出振動腕５１ａ乃至第８検出振動腕５８ａ）の延出位置が、実施形態１におけるジャイロ素子１とは異なっている。さらに、ジャイロ素子１Ａでは、駆動振動腕４Ａの第５駆動振動腕４５ａ、第６駆動振動腕４６ａ、第７駆動振動腕４７ａおよび第８駆動振動腕４８ａの延出位置も、実施形態１におけるジャイロ素子１とは異なった構成になっている。一方、ジャイロ素子１Ａの機能は、ジャイロ素子１とほぼ同様であって、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出するのに好適な素子である。
【００４４】
図２に示すように、ジャイロ素子１Ａは、実施形態１におけるジャイロ素子１と同様な形態の、基部２、第１連結部３１ａ、第２連結部３２ａ、第１駆動振動腕４１ａ、第２駆動振動腕４２ａ、第３駆動振動腕４３ａ、第４駆動振動腕４４ａを有している。
【００４５】
まず、ジャイロ素子１Ａの検出振動腕５Ａにおいては、第１検出振動腕５１ａが、四角形状をなす基部２の第１象限側の角部９ａからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、プラスＹ軸方向へ延出している。同様に、第２検出振動腕５２ａが、基部２の第４象限側の角部９ｂからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、マイナスＹ軸方向へ延出し、第３検出振動腕５３ａが、基部２の第２象限側の角部９ｃからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、プラスＹ軸方向へ延出し、第４検出振動腕５４ａが、基部２の第３象限側の角部９ｄからＹ軸側へ寄った位置を起点にして、マイナスＹ軸方向へ延出している。つまり、第１検出振動腕５１ａ乃至前記第４検出振動腕５４ａは、基部２のＹ軸寄りの側からそれぞれ延出している、といえる。
【００４６】
また、検出振動腕５Ａにおいては、第５検出振動腕５５ａが、基部２の第１象限側の角部９ａからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第１象限の方向へ斜めに延出している。同様に、第６検出振動腕５６ａが、基部２の第４象限側の角部９ｂからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第４象限の方向へ斜めに延出し、第７検出振動腕５７ａが、基部２の第２象限側の角部９ｃからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第２象限の方向へ斜めに延出し、第８検出振動腕５８ａが、基部２の第３象限側の角部９ｄからＸ軸側へ寄った位置を起点にして、Ｘ軸に対して３０度の角度で、第３象限の方向へ斜めに延出している。つまり、第５検出振動腕５５ａ乃至第８検出振動腕５８ａは、基部２のＸ軸寄りの側から延出している、といえる。これらすべての各腕は、それぞれの断面が矩形状をなしている。
【００４７】
このような検出振動腕５Ａを有する、実施形態２におけるジャイロ素子１Ａは、第１検出振動腕５１ａが、基部２の角部９ａよりＹ軸側に位置していることにより、第５検出振動腕５５ａから離反しており、第１検出振動腕５１ａは、第５検出振動腕５５ａに対する振動の影響を抑制することができると共に、第５検出振動腕５５ａからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。また、第２検出振動腕５２ａは、基部２の角部９ｂよりＹ軸側に位置していることにより、第６検出振動腕５６ａから離反しており、第６検出振動腕５６ａへの振動の影響を抑制することができると共に、第６検出振動腕５６ａからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。これは、第３検出振動腕５３ａと第７検出振動腕５７ａとにおいても同様な関係であり、第４検出振動腕５４ａと第８検出振動腕５８ａとにおいても同様な関係である。
【００４８】
さらに、ジャイロ素子１Ａでは、第５検出振動腕５５ａが、基部２の角部９ａよりＸ軸側に位置していることにより、第１検出振動腕５１ａから一層離反していることになり、第５検出振動腕５５ａは、第１検出振動腕５１ａへの振動の影響を抑制することができると共に、第１検出振動腕５１ａからの振動の影響を避けることが可能な配置となっている。これは、第６検出振動腕５６ａと第２検出振動腕５２ａとにおいても同様な関係であり、第７検出振動腕５７ａと第３検出振動腕５３ａとの関係、および第８検出振動腕５８ａと第４検出振動腕５４ａとの関係においても同様である。つまり、ジャイロ素子１Ａは、検出振動腕５Ａによる互いの振動の影響を抑制して、いわゆる他軸感度を下げることができ、角速度等をより確実に検出することが可能である。
【００４９】
そして、ジャイロ素子１Ａでは、第５駆動振動腕４５ａが、第１駆動振動腕４１ａから斜めに延出し、延出位置は、付け根６ａより距離ｓだけプラスＹ軸方向へ離れた位置である。また、第５駆動振動腕４５ａの延出方向は、実施形態１における第５駆動振動腕４５と同じで、Ｘ軸に対して３０度の角度をなし、第１象限の方向である。同様に、第６駆動振動腕４６ａは、付け根６ａより距離ｓだけマイナスＹ軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第６駆動振動腕４６と同じ第４象限の方向であり、第７駆動振動腕４７ａは、付け根６ｂより距離ｓだけプラスＹ軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第７駆動振動腕４７と同じ第２象限の方向であり、第８駆動振動腕４８ａは、付け根６ｂより距離ｓだけマイナスＹ軸方向へ離れた位置から斜めに延出し、その延出方向は、実施形態１における第８駆動振動腕４８と同じ第３象限の方向である。
【００５０】
このような構成の第５駆動振動腕４５ａ、第６駆動振動腕４６ａ、第７駆動振動腕４７ａ、第８駆動振動腕４８ａにおいて、第５駆動振動腕４５ａおよび第６駆動振動腕４６ａは、基部２から延出した第１連結部３１ａをプラスＸ軸方向へそのまま延長した場合の延長線上には形成されておらず、つまり、付け根６ａの位置から延出していない。これにより、第５駆動振動腕４５ａおよび第６駆動振動腕４６ａは、第１駆動振動腕４１ａまたは第２駆動振動腕４２ａとの結合性を第１連結部３１ａから離間した状態で高めることができる。同様に、第７駆動振動腕４７ａおよび第８駆動振動腕４８ａも、第３駆動振動腕４３ａまたは第４駆動振動腕４４ａとの結合性を第２連結部３２ａから離間した状態で高めることができる。これにより、ジャイロ素子１Ａは、第１駆動振動腕４１ａ乃至第８駆動振動腕４８ａから、第１連結部３１ａまたは第２連結部３２ａを介して、基部２の方向へ振動が漏れる振動漏れを、ほぼ抑制することが可能である。
（実施形態３）
【００５１】
次に、ジャイロ素子の他の形態について説明する。図３は、実施形態３におけるジャイロ素子の構成を示す平面図である。実施形態３におけるジャイロ素子１Ｂは、実施形態２におけるジャイロ素子１Ａに、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１が追加された形態である。従って、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１以外は、ジャイロ素子１Ａと同符号を付与し、説明を省略する。
【００５２】
図３に示すように、ジャイロ素子１Ｂは、実施形態２におけるジャイロ素子１Ａの構成に加え、第１検出振動腕５１ａと第３検出振動腕５３ａとの間の基部２から、Ｙ軸と重なる配置状態でプラスＹ軸方向へ延出している第９検出振動腕６０と、第２検出振動腕５２ａと第４検出振動腕５４ａとの間の基部２から、Ｙ軸と重なる配置状態でマイナスＹ軸方向へ延出している第１０検出振動腕６１と、を有している。即ち、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１は、Ｙ軸と重なるように配置され、基部２から互いに反対方向へそれぞれ延出している、ことになる。これら第９検出振動腕６０と第１０検出振動腕６１とは、検出信号電極８を有し、ジャイロ素子１Ｂに加えられたＺ軸まわりの角速度等を検出することができる。
【００５３】
第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１の検出信号電極８は、ジャイロ素子１ＢにＺ軸まわりに角速度等が加えられた際に、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１の各腕が屈曲することによって生じた電圧を、電気信号として取り出すための電極である。これにより、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１は、ジャイロ素子１Ｂに加えられた角速度等を検出し、電気信号として出力する作用を担っている。このジャイロ素子１Ｂによる、Ｚ軸まわりの角速度等の検出については、図４を参照して後述する。
【００５４】
以上のような、実施形態３に示す構成を有する、ジャイロ素子１Ｂの主要な効果としては、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出することに加え、Ｚ軸まわりの角速度等も検出することができ、単体で同時に３軸の角速度等の検出ができる、ことが挙げられる。なお、実施形態１におけるジャイロ素子１に、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１を追加した構成であっても、ジャイロ素子１Ｂとほぼ同様な効果を得られる。
【００５５】
（ジャイロ素子の動作原理）
次に、実施形態１乃至実施形態３におけるジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂの動作原理について説明する。ここでの動作原理の説明は、ジャイロ素子１Ｂの場合を代表例にして述べる。図４（ａ）は、ジャイロ素子におけるＹ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、図４（ｂ）は、ジャイロ素子におけるＸ軸まわりの角速度の検出を示す平面図、図４（ｃ）は、ジャイロ素子におけるＺ軸まわりの角速度の検出を示す平面図である。
【００５６】
まず、図４（ａ）を参照して、Ｙ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１Ｂが駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子１ＢをＹ軸まわりに回転させると、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａには、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。同様に、第３駆動振動腕４３ａおよび第４駆動振動腕４４ａには、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａと反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。そして、第１検出振動腕５１ａは、第１駆動振動腕４１ａの検出振動に呼応して、第１駆動振動腕４１ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をし、第２検出振動腕５２ａは、第２駆動振動腕４２ａの検出振動に呼応して、第２駆動振動腕４２ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をする。また、第３検出振動腕５３ａは、第３駆動振動腕４３ａの検出振動に呼応して、第１検出振動腕５１ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をし、第４検出振動腕５４ａは、第４駆動振動腕４４ａの検出振動に呼応して、第２検出振動腕５２ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をする。
【００５７】
このように、第１検出振動腕５１ａおよび第２検出振動腕５２ａと、第３検出振動腕５３ａおよび第４検出振動腕５４ａとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子１Ｂでは、第１検出振動腕５１ａおよび第２検出振動腕５２ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第３検出振動腕５３ａおよび第４検出振動腕５４ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させる、いわゆる差動検出方式によってコリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１Ｂに加えられたＹ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。
【００５８】
次に、図４（ｂ）を参照して、Ｘ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１Ｂが駆動振動をしている状態で、ジャイロ素子１ＢをＸ軸のまわりに回転させると、第５駆動振動腕４５ａおよび第７駆動振動腕４７ａには、Ｚ軸方向のコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。同様に、第６駆動振動腕４６ａおよび第８駆動振動腕４８ａには、第５駆動振動腕４５ａおよび第７駆動振動腕４７ａと反対方向のＺ軸方向にコリオリ力が働き、Ｚ軸方向の検出振動が発生する。そして、第５検出振動腕５５ａは、第５駆動振動腕４５ａの検出振動に呼応して、第５駆動振動腕４５ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をし、第７検出振動腕５７ａは、第７駆動振動腕４７ａの検出振動に呼応して、第７駆動振動腕４７ａと同じようにＺ軸方向に検出振動をする。また、第６検出振動腕５６ａは、第６駆動振動腕４６ａの検出振動に呼応して、第５検出振動腕５５ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をし、第８検出振動腕５８ａは、第８駆動振動腕４８ａの検出振動に呼応して、第７検出振動腕５７ａと反対方向のＺ軸方向に検出振動をする。
【００５９】
このように、ジャイロ素子１Ｂにおいて、第５検出振動腕５５ａおよび第７検出振動腕５７ａと、第６検出振動腕５６ａおよび第８検出振動腕５８ａとは、互いに異なる位相で検出振動をすることになる。ジャイロ素子１Ｂでは、第５検出振動腕５５ａおよび第７検出振動腕５７ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、さらに、第６検出振動腕５６ａおよび第８検出振動腕５８ａのそれぞれの検出振動に基づく検出信号の和を算出し、それらの和を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１Ｂに加えられたＸ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。なお、ジャイロ素子１，１ＡにおけるＹ軸およびＸ軸まわりの角速度の検出についても、同様な動作原理である。
【００６０】
次に、図４（ｃ）を参照して、Ｚ軸まわりの角速度の検出について説明する。ジャイロ素子１Ｂの第１駆動振動腕４１ａと、第３駆動振動腕４３ａとは、互いに逆位相で振動し、第２駆動振動腕４２ａと、第４駆動振動腕４４ａとは、互いに逆位相で振動している。この状態で、ジャイロ素子１ＢをＺ軸のまわりに回転させると、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａには、Ｙ軸方向のコリオリ力が働き、Ｙ軸方向の検出振動が発生する。同様に、第３駆動振動腕４３ａおよび第４駆動振動腕４４ａには、第１駆動振動腕４１ａおよび第２駆動振動腕４２ａと反対方向のＹ軸方向にコリオリ力が働き、Ｙ軸方向の検出振動が発生する。ここで、第９検出振動腕６０と第１０検出振動腕６１とは、第１駆動振動腕４１ａ、第２駆動振動腕４２ａ、第３駆動振動腕４３ａおよび第４駆動振動腕４４ａの検出振動に呼応して、互いに異なる方向のＸ軸方向に検出振動する。ジャイロ素子１Ｂでは、第９検出振動腕６０および第１０検出振動腕６１のそれぞれの検出振動に基づく検出信号を差動させることにより、コリオリ力の大きさを知得できる。つまり、ジャイロ素子１Bに加えられたＺ軸まわりの角速度（物理量）の大きさを認識することができる。このような動作原理により、ジャイロ素子１Ｂは、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等の物理量を検出することに加え、Ｚ軸まわりの物理量を検出することができ、単体で同時に３軸の物理量を検出することが可能である。なお、この場合、第１駆動振動腕４１ａと第５駆動振動腕４５ａとが同位相で振動していることにより、それぞれの腕部におけるＹ軸方向のコリオリ力が同方向となり、検出振動の確実な励起が行なえる。第２駆動振動腕４２ａおよび第６駆動振動腕４６ａ、第３駆動振動腕４３ａおよび第７駆動振動腕４７ａ、第４駆動振動腕４４ａおよび第８駆動振動腕４８ａ、においても同様である。
【００６１】
以上では、ジャイロ素子１Ｂを例にして動作原理を説明したが、ジャイロ素子１，１Ａも含めたジャイロ素子は、ジャイロ装置や電子機器等に搭載されて、優れたジャイロ機能を発揮する。
【００６２】
（ジャイロ装置）
次に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂのいずれかを用いて、角速度を検出するジャイロ装置（物理量検出装置）の構成について説明する。図５（ａ）は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す平面図である。また、図５（ｂ）は、ジャイロ素子を備えたジャイロ装置を示す断面図であり、図５（ａ）におけるＥ−Ｅ断面を示している。この場合、図５では、ジャイロ素子１を備えた場合のジャイロ装置１００を示していて、図５（ａ）では、説明のために蓋体７２を省略して示してある。
【００６３】
図５に示すように、ジャイロ装置１００は、ジャイロ素子１と、ジャイロ素子１をリード８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ）を介して支持する支持基板７８と、支持基板７８を固定する固定基板である収容体７１を有するセラミックパッケージ７０と、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ９０と、収容体７１内を気密に封止するための蓋体７２とを備えている。セラミックパッケージ７０に収容されているＩＣチップ９０は、セラミックパッケージ７０のボンディングパッド７７に金線などの金属ワイヤ９１によって接続されている。このＩＣチップ９０には、駆動信号を供給してジャイロ素子１を励振させる駆動回路９０ａと、角速度等の物理量を検出する検出回路９０ｂと、が含まれている。この場合、ジャイロ素子１を備えたジャイロ装置１００であれば、一つの駆動回路９０ａで複数の駆動振動腕４を励起することが可能であり、装置の小型化が図れる。
【００６４】
また、セラミックパッケージ７０における収容体７１には棚部７４が形成され、その面に接続端子７５が形成されている。棚部７４には、支持基板７８が接着固定されていて、この接着固定には導電性接着剤７９が用いられている。そして、セラミックパッケージ７０の外周部には外部接続端子７６が形成され、外部接続端子７６と接続端子７５およびボンディングパッド７７の一部とが導通する構成となっている。また、支持基板７８にはリード８０が設けられ、各リード８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄの先端は、ジャイロ素子１の基部２に形成された、検出電極パッド８１の対応するパッドにそれぞれ接合され、リード８０ｅ，８０ｆの先端は、ジャイロ素子１の基部２に形成された駆動電極パッド８２の対応するパッドにそれぞれ接合されている。これらリード８０により、ジャイロ素子１は他部品と接触しないように空中に支持されている。なお、検出電極パッド８１は、検出振動の検出のためのものであり、駆動電極パッド８２は、駆動振動を励振させるためのものである。このような構成のセラミックパッケージ７０は、収容体７１にシームリング７３が固着され、シームリング７３に蓋体７２をシーム溶接することで、セラミックパッケージ７０内が減圧された状態で封止されている。なお、セラミックパッケージ７０内は、減圧状態ではなく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入された状態でも良い。
【００６５】
ここで、支持基板７８は、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）実装用の基板を用いていて、ポリイミドフィルム等の基材に銅箔等の金属箔により形成された導体パターンを有している。支持基板７８の中央部は、開口となっていて、この開口には導体パターンであるリード８０が延出している。リード８０の検出電極パッド８１または駆動電極パッド８２と反対側の先端は、セラミックパッケージ７０の接続端子７５と接続されている。このジャイロ装置１００は、例えば、以下に説明する電子機器等に搭載されて、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度等を検出する、優れたジャイロ機能を発揮する。なお、ジャイロ装置としては、ジャイロ素子１を備えた構成の他、ジャイロ素子１Ａを備えたものも、ジャイロ素子１とほぼ同様に優れたジャイロ機能を発揮し、ジャイロ素子１Ｂを備えたものは、Ｘ軸、Ｙ軸、Z軸まわりの角速度等を検出する、優れたジャイロ機能を発揮する。
【００６６】
（電子機器）
次に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂのいずれかを用いた構成の電子機器について説明する。図６（ａ）は、ジャイロ素子を備えたデジタルビデオカメラを示す斜視図、図６（ｂ）は、ジャイロ素子を備えた携帯電話を示す斜視図である。これらの電子機器は、一例として、ジャイロ素子１Ｂを搭載している。まず、図６（ａ）に示すように、ビデオカメラ３００は、受像部３０１と、操作部３０２と、音声入力部３０３と、表示ユニット３０４と、を備えている。このビデオカメラ３００は、ジャイロ素子１Ｂと、ジャイロ素子１Ｂを制御する駆動回路９０ａおよび検出回路９０ｂを有するＩＣチップ９０と、を備えており、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な動画映像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子１Ｂは、ジャイロ装置１００の一部として組み込まれた形態であることが好ましい。同様に、ビデオカメラ３００がジャイロ素子１，１Ａを備えている場合も、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。
【００６７】
また、図６（ｂ）に示すように、携帯電話機４００は、複数の操作ボタン４０１と、表示ユニット４０２と、カメラ機構４０３と、シャッターボタン４０４と、を備えている。この携帯電話機４００は、ジャイロ素子１Ｂと、ジャイロ素子１Ｂを制御する駆動回路９０ａおよび検出回路９０ｂを有するＩＣチップ９０と、を備えており、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸まわりの角速度を検出して、カメラ機構４０３が手ぶれ補正機能を発揮することができ、鮮明な画像を記録することができる。この場合、ジャイロ素子１Ｂは、ジャイロ装置１００の一部として組み込まれた形態であることが好ましい。同様に、携帯電話機４００がジャイロ素子１，１Ａを備えている場合も、Ｘ軸およびＹ軸まわりの角速度を検出して、手ぶれ補正機能を発揮することができる。
【００６８】
なお、電子機器としてはビデオカメラ３００や携帯電話機４００に限定されず、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ゲームコントローラー、ヘッドマウンテンディスプレイ、ポインティングデバイス、掃除ロボット等が挙げられる。
【００６９】
また、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂは、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【００７０】
（変形例１）ジャイロ素子１において、第５駆動振動腕４５乃至第８駆動振動腕４８および第５検出振動腕５５乃至第８検出振動腕５８は、Ｘ軸に対して３０度の角度をなして延出しているが、３０度の角度に限定されることなく、他の角度であっても良い。特に、Ｘ軸に対する角度が４５度であれば、各振動腕におけるＸ軸方向とＹ軸方向との駆動成分が同じであるため、Ｘ軸まわりおよびＹ軸まわりの検出信号の振幅をほぼ同じにでき、角速度等の物理量の検出が容易になる。この構成は、ジャイロ素子１Ａ，１Ｂにおいても可能である。
【００７１】
（変形例２）ジャイロ素子１Ａ，１Ｂにおいて、検出振動腕５Ａは、いずれも基部２の角部９から離反している構成であるが、検出振動腕５Ａが角部９から延出している構成であっても良い。
【００７２】
（変形例３）ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂは、圧電性材である水晶から形成されているが、水晶に限定されることなく、水晶以外のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）等を用いても良い。更に、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂは、圧電性材に限定されるものではなく、シリコンやゲルマニウムなどの非圧電性材料であっても良く、この場合、駆動信号電極には圧電性材を組み合わせて振動可能な構成にしておく。これにより、ジャイロ素子１，１Ａ，１Ｂにおいて、要求特性や用途等に応じて、適切な材料を選ぶことができ選択肢が拡大する。
【符号の説明】
【００７３】
１…物理量検出素子としてのジャイロ素子、２…基部、３…連結部、４…駆動振動腕、５…検出振動腕、７…駆動信号電極、８…検出信号電極、９０…ＩＣチップ、９０ａ…駆動回路、９０ｂ…検出回路、１００…物理量検出装置としてのジャイロ装置、３００…電子機器としてのビデオカメラ、４００…電子機器としての携帯電話。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限、と定義した場合、
前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、
前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、
前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、
前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５駆動振動腕と、
前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６駆動振動腕と、
前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７駆動振動腕と、
前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８駆動振動腕と、
前記基部の第１象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第１検出振動腕と、
前記基部の第４象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第２検出振動腕と、
前記基部の第２象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第３検出振動腕と、
前記基部の第３象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第４検出振動腕と、
前記基部の第１象限側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５検出振動腕と、
前記基部の第４象限側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６検出振動腕と、
前記基部の第２象限側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７検出振動腕と、
前記基部の第３象限側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量検出素子において、
前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕は、前記基部の前記Ｙ軸寄りの側から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の物理量検出素子において、
前記第５検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、前記基部の前記Ｘ軸寄りの側から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、
前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、検出信号電極を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記基部の中央から前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第９検出振動腕および第１０検出振動腕を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第５駆動振動腕および前記第６駆動振動腕は、前記第１連結部の延長線上を避けた位置から延出し、
前記第７駆動振動腕および前記第８駆動振動腕は、前記第２連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第５駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第６駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第２駆動振動腕と同位相で振動し、前記第７駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第８駆動振動腕は、前記第３駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第４駆動振動腕と同位相で振動する、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
六方晶の結晶構造を有する圧電性材を用いている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の物理量検出素子と、
前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、
少なくとも前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕からの物理量検出信号を検出する検出回路と、を備える、ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の物理量検出装置において、
前記検出回路は、前記第１検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の物理量検出装置において、
前記検出回路は、前記第５検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第７検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第６検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第８検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれか一項に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基部と、
前記基部の重心位置である原点を通るＸ軸と、前記原点を通り、前記Ｘ軸と直交するＹ軸と、を有する座標軸を定義し、Ｘ座標とＹ座標とがともに正の値をとる領域を第１象限、Ｘ座標が負でＹ座標が正の値をとる領域を第２象限、Ｘ座標とＹ座標とがともに負の値をとる領域を第３象限、Ｘ座標が正でＹ座標が負の値をとる領域を第４象限、と定義した場合、
前記基部と連結し、前記Ｘ軸に沿って、前記基部の両側に設けられている第１連結部および第２連結部と、
前記第１連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第１駆動振動腕および第２駆動振動腕と、
前記第２連結部から、前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第３駆動振動腕および第４駆動振動腕と、
前記第１駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５駆動振動腕と、
前記第２駆動振動腕の前記第１連結部側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６駆動振動腕と、
前記第３駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７駆動振動腕と、
前記第４駆動振動腕の前記第２連結部側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８駆動振動腕と、
前記基部の第１象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第１検出振動腕と、
前記基部の第４象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第２検出振動腕と、
前記基部の第２象限側から、プラスＹ軸方向へ延出している第３検出振動腕と、
前記基部の第３象限側から、マイナスＹ軸方向へ延出している第４検出振動腕と、
前記基部の第１象限側から、前記第１象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第５検出振動腕と、
前記基部の第４象限側から、前記第４象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第６検出振動腕と、
前記基部の第２象限側から、前記第２象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第７検出振動腕と、
前記基部の第３象限側から、前記第３象限方向かつ前記Ｘ軸に対して斜めに延出している第８検出振動腕と、を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量検出素子において、
前記第１検出振動腕乃至前記第４検出振動腕は、前記基部の前記Ｙ軸寄りの側から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の物理量検出素子において、
前記第５検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、前記基部の前記Ｘ軸寄りの側から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕は、駆動信号電極を備え、
前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕は、検出信号電極を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記基部の中央から前記Ｙ軸に沿って互いに反対方向へそれぞれ延出している第９検出振動腕および第１０検出振動腕を備えている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第５駆動振動腕および前記第６駆動振動腕は、前記第１連結部の延長線上を避けた位置から延出し、
前記第７駆動振動腕および前記第８駆動振動腕は、前記第２連結部の延長線上を避けた位置から延出している、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
前記第５駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕と同位相で振動し、前記第６駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第２駆動振動腕と同位相で振動し、前記第７駆動振動腕は、前記第１駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第３駆動振動腕と同位相で振動し、前記第８駆動振動腕は、前記第３駆動振動腕とは逆位相で振動する前記第４駆動振動腕と同位相で振動する、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の物理量検出素子において、
六方晶の結晶構造を有する圧電性材を用いている、ことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の物理量検出素子と、
前記第１駆動振動腕乃至前記第８駆動振動腕へ駆動信号を供給する駆動回路と、
少なくとも前記第１検出振動腕乃至前記第８検出振動腕からの物理量検出信号を検出する検出回路と、を備える、ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の物理量検出装置において、
前記検出回路は、前記第１検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第２検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第３検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第４検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の物理量検出装置において、
前記検出回路は、前記第５検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第７検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、前記第６検出振動腕に生じる前記検出信号と前記第８検出振動腕に生じる前記検出信号との和と、を差動させて前記物理量検出信号を検出する、ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれか一項に記載の物理量検出素子を備えている、ことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８８２７５（Ｐ２０１３−８８２７５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８６５３（Ｐ２０１１−２２８６５３）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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