JP2018080958A - ジャイロセンサ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】各検出軸について所望とする振動特性が得られるジャイロセンサを提供する。【解決手段】本技術の一形態に係るジャイロセンサは、環状のフレームと、駆動部と、第１の検出部と、複数の振り子部と、第２の検出部と、第１の振動調整部とを具備する。環状のフレームは、第１の主面と、第２の主面とを有する。駆動部は、第１の主面に設けられ、フレームを第１の主面に平行な面内で振動させる。第１の検出部は、第１の主面に設けられ、第１の主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する。複数の振り子部は、フレームに接続され、フレームの振動に同期して主面に平行な面内で振動する。第２の検出部は、複数の振り子部に設けられ、第１の軸と直交する軸まわりの角速度を検出する。第１の振動調整部は、第２の主面であってフレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む。【選択図】図９

Description

本技術は、３軸まわりの角速度を検出することが可能なジャイロセンサ及びこれを備えた電子機器に関する。

現在、モバイル機器を中心として、人間の動作を検知するためのモーションセンサが広く用いられている。そのうち、角速度を検出するジャイロセンサは近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進展によって小型化が進み、様々なタイプのデバイスが開発・商品化されている。

例えば特許文献１には、３軸まわりの角速度を検出することが可能な角速度センサが開示されている。当該角速度センサは、主面を有する矩形環状のフレームと、フレームの四隅部からフレームの中心部に向かって突出する複数の振り子部と、フレームを主面に平行な面内で基本振動させる駆動部とを有する。そして当該角速度センサは、フレームの変形量に基づいて主面に垂直な軸まわりの角速度を検出し、主面と直交する方向への複数の振り子部の変形量に基づいて、主面に平行な２軸まわりの角速度を検出するように構成されている。

一方、ＭＥＭＳプロセスで作製されるジャイロセンサにおいては、加工精度に起因する素子形状のバラツキあるいは非対称性等によって所望とする振動特性が得られない場合が多く、素子の作製後に振動部の振動調整を実施することが一般的である。例えば特許文献２には、振動子の所定部位にレーザ加工を施し、当該振動子を所望とする振動特性に調整する技術が開示されている。

特許第４８５８６６２号号公報 特開２０１２−１８１７４号公報

特許文献１に記載の多軸ジャイロセンサは、一つのセンサ素子に各検出軸に対応する複数の振動子を有する。このため、一の振動子の振動特性を調整すると他の振動子の振動特性が影響を受ける場合があり、各検出軸の振動子の振動特性を容易に調整することができないという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、各検出軸について所望とする振動特性が得られるジャイロセンサ及びこれを備えた電子機器を提供することにある。

本技術の一形態に係るジャイロセンサは、環状のフレームと、駆動部と、第１の検出部と、複数の振り子部と、第２の検出部と、第１の振動調整部とを具備する。
上記環状のフレームは、第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する。
上記駆動部は、上記第１の主面に設けられ、上記フレームを上記第１の主面に平行な面内で振動させる。
上記第１の検出部は、上記第１の主面に設けられ、上記フレームの上記第１の主面に平行な面内おける変形量に基づいて、上記第１の主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する。
上記複数の振り子部は、上記フレームに接続され、上記フレームの振動に同期して上記主面に平行な面内で振動する。
上記第２の検出部は、上記複数の振り子部に設けられ、上記複数の振り子部の上記第１の軸方向への変形量に基づいて、上記第１の軸と直交する軸まわりの角速度を検出する。
上記第１の振動調整部は、上記第２の主面であって上記フレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む。

上記ジャイロセンサにおいて、第１の振動調整部は、第１の軸まわりの角速度を検出するフレームの振動特性を調整するためのものである。第１の振動調整部をフレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けることで、フレームの振動特性だけでなく、フレームに同期して振動する複数の振り子部の振動特性をも協調して調整することが可能となる。これにより、各振り子部を個別に調整する場合と比較して、フレーム及び各振り子部の協調的な振動特性の調整が容易となり、各検出軸について所望とする振動特性を得ることができる。

上記フレームは、第１の梁の組と、第２の梁の組と、複数の接続部とを有してもよい。上記第１の梁の組は、上記第１の軸と直交する第２の軸方向に延在し、上記第１の軸及び上記第２の軸と直交する第３の軸方向に相互に対向する。上記第２の梁の組は、上記第３の軸方向に延在し、上記第２の軸方向に相互に対向する。上記複数の接続部は、上記第１の梁と上記第２の梁との間を接続し、上記複数の振り子部の一端を支持する。
この場合、上記第１の振動調整部は、上記第１の梁の組及び上記第２の梁の組の少なくとも一方の組にそれぞれ設けられる。

上記ジャイロセンサは、第２の振動調整部をさらに具備してもよい。上記第２の振動調整部は、上記複数の振り子部それぞれ設けられ、複数の凹部を含む。
これにより、フレームだけでなく、各振り子部の振動特性を調整することができる。

上記第２の振動調整部は、上記複数の振り子部各々についてそれぞれ対応する箇所に設けられてもよい。
また、上記第２の振動調整部は、上記複数の振り子部各々の幅方向の中心に関して対称な位置に設けられてもよい。
さらに、上記第２の振動調整部は、上記複数の振り子部各々の長さ方向の中心に関して対称な３本以上の仮想線上に設けられてもよい。
これにより、複数の振り子部の振動調整を個々に行うことができるとともに、各振り子部の振動特性を協調的に調整することができる。

上記ジャイロセンサは、環状のベース部と、複数の連結部と、第３の振動調整部とをさらに具備してもよい。上記環状のベース部は、上記フレームの周囲に配置される。上記複数の連結部は、上記フレームと上記ベース部との間に設けられ、上記ベース部に対して上記フレームを振動可能に支持する。上記第３の振動調整部は、上記複数の連結部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む。

上記複数の凹部は、円形の開口部を有し、相互に間隔において配列されてもよい。
上記間隔は、上記開口部の開口径以上の大きさであってもよい。

本技術の一形態に係る電子機器は、ジャイロセンサを具備する。
上記ジャイロセンサは、環状のフレームと、駆動部と、第１の検出部と、複数の振り子部と、第２の検出部と、第１の振動調整部とを有する。
上記環状のフレームは、第１の主面と、上記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する。
上記駆動部は、上記第１の主面に設けられ、上記フレームを上記第１の主面に平行な面内で振動させる。
上記第１の検出部は、上記第１の主面に設けられ、上記フレームの上記第１の主面に平行な面内おける変形量に基づいて、上記第１の主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する。
上記複数の振り子部は、上記フレームに接続され、上記フレームの振動に同期して上記主面に平行な面内で振動する。
上記第２の検出部は、上記複数の振り子部に設けられ、上記複数の振り子部の上記第１の軸方向への変形量に基づいて、上記第１の軸と直交する軸まわりの角速度を検出する。
上記第１の振動調整部は、上記第２の主面であって上記フレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む。

以上のように、本技術によれば、各検出軸について所望とする振動特性が得ることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係るジャイロセンサを示す斜視図である。 上記ジャイロセンサにおけるセンサ素子の一構成例を示す概略斜視図である。 上記センサ素子における振動子本体の構成を模式的に示す平面図である。 上記振動子本体におけるフレームの基本振動の時間変化を示す模式図である。 上記振動子本体にＺ軸まわりの角速度が作用したときの振動モードを示す模式図である。 上記振動子本体にＸ軸まわりの角速度が作用したときの振動モードを示す模式図である。 上記振動子本体にＹ軸まわりの角速度が作用したときの振動モードを示す模式図である。 上記振動子本体及びこれに接続されるコントローラとの関係を示すブロック図である。 上記振動子本体の裏面側を示す概略平面図である。 上記振動子本体に設けられる第１の振動調整部の構成を模式的に示す要部平面図である。 上記第１の振動調整部を構成する凹部の形成例を説明する図である。 図１１Ａにおける凹部の形成位置と不要振動の大きさとの関係の一例を示す図である。 上記第１の振動調整部を構成する凹部の形成例を説明する図である。 図１２Ａにおける凹部の形成位置と不要振動の大きさとの関係の一例を示す図である。 上記第１の振動調整部を構成する凹部の形成例を説明する図である。 図１３Ａにおける凹部の形成位置と不要振動の大きさとの関係の一例を示す図である。 上記第１の振動調整部を構成する凹部の形成例を説明する図である。 図１４Ａにおける凹部の形成位置と不要振動の大きさとの関係の一例を示す図である。 上記振動子本体に設けられる第２の振動調整部の構成の一例を模式的に示す要部平面図である。 上記振動子本体に設けられる第２の振動調整部の構成の一例を模式的に示す要部平面図である。 上記振動子本体に設けられる第２の振動調整部の構成の一例を模式的に示す要部平面図である。 上記振動子本体に設けられる第２の振動調整部の構成の一例を模式的に示す要部平面図である。 本技術の他の実施形態に係るジャイロセンサにおけるセンサ素子の一構成例を示す概略平面図である。 図１２に示す上記センサ素子の概略底面図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本技術の一実施形態に係るジャイロセンサ１を示す斜視図である。図において、Ｘ、Ｙ及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸方向はジャイロセンサ１の縦方向、Ｙ軸方向はその横方向、Ｚ軸方向はその厚み方向にそれぞれ相当する（以下の各図においても同様とする）。

［ジャイロセンサ］
本実施形態のジャイロセンサ１は、センサ素子１００と、コントローラ２００とを備える。ジャイロセンサ１は、全体的に略直方体形状に形成された単一のパッケージ部品として構成され、センサ素子１００がコントローラ２００の上に実装されたＣＯＣ（Chip On Chip）構造を有する。ジャイロセンサ１は、例えば、縦及び横がそれぞれ約２ｍｍ、厚みが約０．７ｍｍの寸法で構成される。

なお、上記の構成に限られず、ジャイロセンサ１は、センサ素子１００とコントローラ２００とを共通に支持する制御基板を別途備え、センサ素子１００とコントローラ２００とが当該制御基板を介して電気的に接続される構成であってもよい。
あるいは、センサ素子１００とコントローラ２００とを共通に支持するパッケージ基材を別途備え、センサ素子１００とコントローラ２００とが当該パッケージ基材を介して電気的に接続される構成であってもよい。

センサ素子１００は、角速度に関する信号を出力することが可能なジャイロセンサ素子として構成される。センサ素子１００は、後述するように、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を所定形状に微細加工することで形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）構造を有する。

コントローラ２００は、典型的には、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ等の回路素子で構成される。コントローラ２００は、センサ素子１００を駆動するとともに、センサ素子１００の出力から角速度信号を演算する機能を有する。コントローラ２００の上面２１０には、センサ素子１００と電気的に接続される複数の内部接続端子が設けられており、コントローラ２００の下面２２０には、図示しない制御基板（配線基板）に電気的に接続される外部接続端子が設けられている。

ジャイロセンサ１は、センサ素子１００を被覆する被覆部３００をさらに備える。被覆部３００は、コントローラ２００の上面２１０に取り付けられ、外部からセンサ素子１００を遮蔽することが可能に構成される。

被覆部３００は、金属等の導電性材料で構成されてもよいし、合成樹脂材料等の電気絶縁性材料で構成されてもよい。被覆部３００は、ジャイロセンサ１内部への異物の侵入を防止するカバーとして機能する。また、被覆部３００は、導電性材料で構成される場合には、例えばコントローラ２００のグランド端子に電気的に接続されることで、センサ素子１００の電磁シールドとして機能する。

ジャイロセンサ１は、コントローラ２００の下面２２０に設けられた外部接続端子を介して図示しない電子機器の制御基板に搭載される。電子機器としては、例えば、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ゲーム機、更にはヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル機器が挙げられる。

［センサ素子の基本構成］
続いて、センサ素子１００の詳細について説明する。図２は、センサ素子１００の一構成例を示す概略斜視図であり、コントローラ２００に対向する素子の裏面（第１の主面）側を示している。

センサ素子１００は、単結晶シリコン（Ｓｉ）を含む材料で構成される。例えば、センサ素子１００は、２枚のシリコン基板を貼り合わせたＳＯＩ基板に微細加工を施すことで形成され、活性層Ｗ１と、支持層Ｗ２と、接合層（ＢＯＸ（Buried-Oxide）層）Ｗ３とを有する。活性層Ｗ１及び支持層Ｗ２はシリコン基板で構成され、接合層Ｗ３はシリコン酸化膜で構成される。

センサ素子１００は、振動子本体１０１と、枠体１０２とを有する。振動子本体１０１及び枠体１０２は、活性層Ｗ１を所定形状に微細加工することで形成される。支持層Ｗ２及び接合層Ｗ３は、活性層Ｗ１の周囲に枠状に形成される。活性層Ｗ１、支持層Ｗ２及び接合層Ｗ３の厚みはそれぞれ、例えば、約４０μｍ、約３００μｍ及び約１μｍとされる。

［振動子本体］
図３は、振動子本体１０１の構成を模式的に示す平面図である。振動子本体１０１は、環状のフレーム１０と、複数の振り子部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄとを有する。

（フレーム）
フレーム１０は、Ｘ軸（第２の軸）方向に横方向、Ｙ軸（第３の軸）方向に縦方向、Ｚ軸（第１の軸）方向に厚み方向を有する。フレーム１０は、Ｚ軸に垂直な主面１０ｓ１（第１の主面）を有する。フレーム１０の各辺は、振動梁として機能し、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と、第２の梁１２ａ，１２ｂの組とを含む。

第１の梁１１ａ，１１ｂの組は、図３においてＸ軸方向に平行に延在しＹ軸方向に相互に対向する一組の対辺で構成される。第２の梁１２ａ，１２ｂの組は、Ｙ軸方向に延在しＸ軸方向に相互に対向する他の一組の対辺で構成される。各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、それぞれ同一の長さ、幅及び厚みを有しており、各梁の長手方向に垂直な断面は、略矩形に形成される。

フレーム１０の大きさは特に限定されず、例えば、フレーム１０の一辺の長さは１０００〜４０００μｍ、フレーム１０の厚みは１０〜２００μｍ、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの幅は５０〜２００μｍである。

フレーム１０の四隅に相当する部位には、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と第２の梁１２ａ，１２ｂの組との間を接続する複数（本例では４つ）の接続部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄがそれぞれ形成されている。第１の梁１１ａ，１１ｂの組及び第２の梁１２ａ，１２ｂの組の両端は、接続部１３ａ〜１３ｄによって支持される。すなわち、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、接続部１３ａ〜１３ｄによって両端が支持された振動梁として機能する。

（振り子部）
振動子本体１０１は、片持ち梁構造の複数（本例では４つ）の振り子部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有する。

振り子部２１ａ，２１ｃ（一対の第１の振り子部）は、相互に対角関係にある一組の接続部１３ａ，１３ｃにそれぞれ形成されており、その対角線方向（主面１０ｓ１に平行な面内でＸ軸及びＹ軸方向と交差する第４の軸方向）に沿ってフレーム１０の内側に延在している。振り子部２１ａ，２１ｃのそれぞれの一端は接続部１３ａ，１３ｃに支持され、フレーム１０の中心に向かって突出し、それぞれの他端は、フレーム１０の中央付近において相互に対向している。

振り子部２１ｂ，２１ｄ（一対の第２の振り子部）は、相互に対角関係にある他の一組の接続部１３ｂ，１３ｄにそれぞれ形成されており、その対角線方向（主面１０ｓ１に平行な面内でＸ軸、Ｙ軸及び上記第４の軸方向と交差する第５の軸方向）に沿ってフレーム１０の内側に延在している。振り子部２１ｂ，２１ｄのそれぞれの一端は、接続部１３ｂ，１３ｄに支持され、フレーム１０の中心に向かって突出し、それぞれの他端は、フレーム１０の中央付近において相互に対向している。

振り子部２１ａ〜２１ｄは、それぞれ典型的には同一の形状及び大きさを有しており、フレーム１０の外形加工の際に同時に形成される。振り子部２１ａ〜２１ｄの形状、大きさは特に限定されず、全てが同一の形状等で形成されていなくてもよい。

［枠体］
図２に示すように、枠体１０２は、振動子本体１０１の周囲に配置された環状のベース部８１と、振動子本体１０１とベース部８１との間に配置された複数の連結部８２とを有する。

（ベース部）
ベース部８１は、振動子本体１０１の外側を囲む四角形状の枠体で構成されている。ベース部８１は、フレーム１０の主面１０ｓ１と同一の平面上に形成された矩形環状の主面８１ｓを有し、その主面８１ｓ上には、コントローラ２００（図１参照）に対して電気的に接続される複数の端子部（電極パッド）８１０が設けられている。主面８１ｓの反対側の面（第２の主面）は、接合層Ｗ３を介して支持層Ｗ２に接合される。支持層Ｗ２は、ベース部８１と同様の枠体で構成され、ベース部８１を部分的に支持する。

コントローラ２００は、後述するように、センサ素子１００を駆動し、かつ、センサ素子１００の出力を処理して各軸まわりの角速度を検出する制御回路で構成される。各端子部８１０は、図示しないバンプを介してコントローラ２００に（あるいはコントローラ２００が搭載された制御基板上に）電気的かつ機械的に接続される。

（連結部）
連結部８２は、ベース部８１に対して振動子本体１０１を振動可能に支持する複数の連結部８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄを含む。各連結部８２ａ〜８２ｄは、フレーム１０の各接続部１３ａ〜１３ｄからベース部８１に向かって延びる。連結部８２ａ〜８２ｄは、振動子本体１０１に接続される第１の端部８２１と、ベース部８１に接続される第２の端部８２２とをそれぞれ有し、フレーム１０の振動を受けて、主としてＸＹ平面内において変形可能に構成される。すなわち連結部８２ａ〜８２ｄは、振動子本体１０１を振動可能に支持するサスペンションとして機能する。

連結部８２ａ〜８２ｄは、フレーム１０の主面１０ｓ１及びベース部８１の主面８１ｓと平行な主面８２ｓをそれぞれ有し、典型的には、主面８２ｓは、上記各主面１０ｓ１，８１ｓと同一の平面で構成される。すなわち本実施形態の連結部８２ａ〜８２ｄは、振動子本体１０１を構成するシリコン基板と同一のシリコン基板で構成されている。

連結部８２ａ〜８２ｄは、典型的には、Ｘ軸及びＹ軸に関して対称な形状に形成される。これにより、ＸＹ平面内におけるフレーム１０の変形方向が等方的となり、フレーム１０にねじれ等を生じさせることなく、各軸まわりの高精度な角速度検出が可能となる。

連結部８２ａ〜８２ｄの形状は、直線的なものであってもよいし、非直線的なものであってもよい。本実施形態において連結部８２ａ〜８２ｄは、図２に示すように、振動子本体１０１とベース部８１との間において延出方向が略１８０°反転する転回部８２０をそれぞれ有する。このように各連結部８２ａ〜８２ｄの延在長を大きくすることで、振動子本体１０１の振動を阻害することなく、振動子本体１０１を支持することが可能となる。さらに、外部からの振動（衝撃）を振動子本体１０１に伝達させないという効果も得られる。

［圧電駆動部］
センサ素子１００は、フレーム１０をその主面１０ｓ１に平行なＸＹ平面内で振動させる複数の圧電駆動部を有する。

複数の圧電駆動部は、図３に示すように、第１の梁１１ａ，１１ｂの組の主面１０ｓにそれぞれ設けられた一対の第１の圧電駆動部３１と、第２の梁１２ａ，１２ｂの組の主面１０ｓ１にそれぞれ設けられた一対の第２の圧電駆動部３２とを含む。第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、入力電圧に応じて機械的に変形し、その変形の駆動力で梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを振動させる。変形の方向は、入力電圧の極性で制御される。

第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの上面（主面１０ｓ１）であって、それらの軸線に平行にそれぞれ直線的に形成されている。図３においては、理解を容易にするため、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２をそれぞれ異なるハッチングで示す。第１の圧電駆動部３１は、第１の梁１１ａ，１１ｂの組の外縁側に配置され、第２の圧電駆動部３２は、第２の梁１２ａ，１２ｂの組の外縁側に配置されている。

第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、それぞれ同一の構成を有している。各圧電駆動部はそれぞれ、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層構造を有する。上部電極層は、第１の圧電駆動部３１にあっては第１の駆動用電極（Ｄ１）に相当し、第２の圧電駆動部３２にあっては第２の駆動用電極（Ｄ２）に相当する。一方、下部電極層は、第１の圧電駆動部３１にあっては第２の駆動用電極（Ｄ２）に相当し、第２の圧電駆動部３２にあっては第１の駆動用電極（Ｄ１）に相当する。各圧電駆動層が形成される梁の表面（主面１０ｓ１）には、シリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されている。

圧電膜は、典型的には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成される。圧電膜は、下部電極層と上部電極層との電位差に応じて伸縮するように分極配向されている。この際、上部電極層と下部電極層とに相互に逆位相の交流電圧が印加される。これにより、下部電極層を共通電極とする場合と比較して、約２倍の振幅で圧電膜を伸縮させることができる。

本実施形態では、第１の圧電駆動部３１各々の上部電極層（第１の駆動用電極Ｄ１）には第１の駆動信号（Ｇ＋）がそれぞれ入力され、これらの下部電極層（第２の駆動用電極Ｄ２）には、駆動信号（Ｇ＋）とは差動（逆位相）の第２の駆動信号（Ｇ−）がそれぞれ入力されるように構成される。一方、第２の圧電駆動部３２各々の上部電極層（第２の駆動用電極Ｄ２）には第２の駆動信号（Ｇ−）がそれぞれ入力され、これらの下部電極層（第１の駆動用電極Ｄ１）には第１の駆動信号（Ｇ＋）がそれぞれ入力されるように構成される。

（駆動原理）
第１の圧電駆動部３１及び第２の圧電駆動部３２には、一方が伸びたとき他方が縮むように相互に逆位相の電圧が印加される。これにより、第２の梁の組１２ａ，１２ｂは、両端が接続部１３ａ〜１３ｄに支持された状態でＸ軸方向に撓み変形を受け、ＸＹ平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。第１の梁１１ａ，１１ｂの組も同様に、両端が接続部１３ａ〜１３ｄに支持された状態でＹ軸方向に撓み変形を受け、ＸＹ平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。

したがって、第１の梁１１ａ，１１ｂの組が相互に近接する方向に振動する場合は、第２の梁１２ａ，１２ｂの組は相互に離間する方向に振動し、第１の梁１１ａ，１１ｂの組が相互に離間する方向に振動する場合は、第２の梁１２ａ，１２ｂの組は相互に近接する方向に振動する。このとき、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの中央部は、振動の腹を形成し、それらの両端部（接続部１３ａ〜１３ｄ）は、振動の節（ノード）を形成する。このような振動モードを以下、フレーム１０の基本振動と称する。

梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、それらの共振周波数で駆動される。各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの共振周波数は、それらの形状、長さ等によって定められる。典型的には、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの共振周波数は、１〜１００ｋＨｚの範囲で設定される。

図４は、フレーム１０の基本振動の時間変化を示す模式図である。図３において「駆動信号１」は、第１の圧電駆動部３１の上部電極（第１の駆動用電極Ｄ１）に印加される入力電圧の時間変化を示し、「駆動信号２」は、第２の圧電駆動部３２の上部電極（第２の駆動用電極Ｄ２）に印加される入力電圧の時間変化を示す。

図４に示すように、駆動信号１と駆動信号２とは相互に逆位相で変化する交流波形を有する。これによりフレーム１０は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ａ）、・・・の順に変化し、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と第２の梁１２ａ，１２ｂの組とのうち、一方の組が近接したときは他方の組が離間し、上記一方の組が離間したときは上記他方の組が近接する振動モードで、フレーム１０は振動する。

上述したフレーム１０の基本振動に伴って、振り子部２１ａ〜２１ｄもまた、フレーム１０の振動に同期して、接続部１３ａ〜１３ｄを中心としてＸＹ平面内でそれぞれ振動する（図３に示す矢印方向及び図４参照）。各振り子部２１ａ〜２１ｄの振動は、梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの振動により励起される。この場合、振り子部２１ａ，２１ｃと振り子部２１ｂ，２１ｄとは、ＸＹ平面内におけるアーム部分の支持点すなわち接続部１３ａ〜１３ｄからの左右の搖動方向において、相互に逆位相で振動（搖動）する。

以上のように、第１及び第２の駆動用電極Ｄ１，Ｄ２に対して相互に逆位相の交流電圧が印加されることで、フレーム１０の各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、図４に示した振動モードで振動する。このような基本振動を継続するフレーム１０にＺ軸まわりの角速度が作用すると、フレーム１０の各点に当該角速度に起因するコリオリ力Ｆ０が作用することで、フレーム１０は、例えば図５に模式的に示すようにＸＹ平面内において歪むように変形する。したがって、このＸＹ平面内におけるフレーム１０の変形量を検出することで、フレーム１０に作用したＺ軸まわりの角速度の大きさ及び方向を検出することが可能となる。

［第１の圧電検出部］
センサ素子１００は、図３に示すように、複数の第１の圧電検出部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ、５１ｄ（第１の検出部）をさらに有する。第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄは、フレーム１０の主面１０ｓ１における変形量に基づいて、主面１０ｓ１に垂直なＺ軸（第１の軸）まわりの角速度を検出する。第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄは、４つの接続部１３ａ〜１３ｄの主面１０ｓ１上にそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含む。

第１の圧電検出部５１ａ，５１ｃは、対角関係にある一方の組の接続部１３ａ，１３ｃの周辺にそれぞれ形成されている。このうち一方の圧電検出部５１ａは、接続部１３ａから梁１１ａ及び梁１２ａに沿って２方向に延びており、他方の圧電検出部５１ｃは、接続部１３ｃから梁１１ｂ及び梁１２ｂに沿って２方向に延びている。

同様に、第１の圧電検出部５１ｂ，５１ｄは、対角関係にある他方の組の接続部１３ｂ，１３ｄの周辺にそれぞれ形成されている。このうち一方の圧電検出部５１ｂは、接続部１３ｂから梁１１ｂ及び梁１２ａに沿って２方向に延びており、他方の圧電検出部５１ｄは、接続部１３ｄから梁１１ａ及び梁１２ｂに沿って２方向に延びている。

第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄは、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２と同様の構成を有する。すなわち、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄは、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄにおいて、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位（Ｖref）に接続され、各上部電極層は、検出信号（ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４）をそれぞれ出力する第１の検出用電極（Ｓ１）を構成する。

本実施形態において、フレーム１０に設けられた第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ各々は、Ｚ軸まわりの角速度情報を含む第１の検出信号を出力する複数の検出電極部（第１の検出電極）として機能する。

図３に示す振動子本体１０１においては、Ｚ軸まわりに角速度が作用した際、フレーム１０の内角の大きさが図４及び図５に示したように周期的に変動する。このとき、対角関係にある一方の接続部１３ａ，１３ｃの組と他方の接続部１３ｂ，１３ｄの組とでは内角の変動が相互に逆位相となる。したがって接続部１３ａ上の圧電検出部５１ａの出力と接続部１３ｃ上の圧電検出部５１ｃの出力とは原理的には同一であり、接続部１３ｂ上の圧電検出部５１ｂの出力と接続部１３ｄ上の圧電検出部５１ｄの出力とは原理的に同一である。そこで、２つの圧電検出部５１ａ，５１ｃの出力の和と２つの圧電検出部５１ｂ，５１ｄの出力の和との差分を算出することにより、フレーム１０に作用するＺ軸まわりの角速度の大きさ及び方向が検出可能となる。

［第２の圧電検出部］
一方、Ｘ軸まわりの角速度及びＹ軸まわりの角速度を検出する検出部として、センサ素子１００は、図３に示すように、複数の第２の圧電検出部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ（第２の検出部）を有する。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、複数の振り子部２１ａ〜２１ｄのＺ軸方向における変形量に基づいて、Ｚ軸と直交する２軸方向（例えばＸ軸方向及びＹ軸方向）の角速度を検出する。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、４つの振り子部２１ａ〜２１ｄにそれぞれ設けられた４つの圧電検出部を含む。

第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、各振り子部２１ａ〜２１ｄの表面（主面１０ｓ１と同一の主面）であって、これらの軸心上に配置されている。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄは、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄと同様の構成を有し、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、各振り子部２１ａ〜２１ｄの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄにおいて、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位（Ｖref）に接続され、各上部電極層は、検出信号（ｘｙ１，ｘｙ２，ｘｙ３，ｘｙ４）をそれぞれ出力する第２の検出用電極（Ｓ２）を構成する。

本実施形態において、振り子部２１ａ〜２１ｄに設けられた第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄ各々は、Ｘ軸まわりの角速度情報及びＹ軸まわりの角速度情報を含む第２の検出信号及び第３の検出信号を出力する複数の検出電極部（第２の検出電極、第３の検出電極）として機能する。

例えば、基本振動で振動するフレーム１０にＸ軸まわりの角速度が作用すると、図６に模式的に示すように各振り子部２１ａ〜２１ｄにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力Ｆ１がそれぞれ発生する。これにより、Ｘ軸方向に隣接する一方の振り子部２１ａ，２１ｄの組は、コリオリ力Ｆ１によりＺ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ａ，７１ｄによって各々検出される。また、Ｘ軸方向に隣接する他方の振り子部２１ｂ，２１ｃの組は、コリオリ力Ｆ１によりＺ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ｂ，７１ｃによって各々検出される。

同様に、基本振動で振動するフレーム１０にＹ軸まわりの角速度が作用すると、図７に模式的に示すように各振り子部２１ａ〜２１ｄにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力Ｆ２がそれぞれ発生する。これにより、Ｙ軸方向に隣接する一方の振り子部２１ａ，２１ｂの組は、コリオリ力Ｆ２によりＺ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ａ，７１ｂによって各々検出される。また、Ｙ軸方向に隣接する他方の振り子部２１ｃ，２１ｄの組は、コリオリ力Ｆ２によりＺ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ｃ，７１ｄによって各々検出される。

Ｘ軸及びＹ軸に各々斜めに交差する方向の軸まわりに角速度が生じた場合にも、上述と同様な原理で角速度が検出される。すなわち、各振り子部２１ａ〜２１ｄは、当該角速度のＸ方向成分及びＹ方向成分に応じたコリオリ力によって変形し、それらの変形量が圧電検出部７１ａ〜７１ｄによって各々検出される。コントローラ２００は、これら圧電検出部７１ａ〜７１ｄの出力に基づいて、Ｘ軸まわりの角速度及びＹ軸まわりの角速度をそれぞれ抽出する。これにより、ＸＹ平面に平行な任意の軸まわりの角速度を検出することが可能となる。

［参照電極］
センサ素子１００は、図３に示すように参照電極６１を有する。参照電極６１は、梁１２ａ及び梁１２ｂ上に第２の圧電駆動部３２と隣接して配置されている。参照電極６１は、第１及び第２の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ、７１ａ〜７１ｄと同様の構成を有しており、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、梁１２ａ，１２ｂの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。下部電極層は、グランド電位等の基準電位に接続され、上部電極層は参照信号（ＦＢ信号）を出力する検出用電極として機能する。参照信号は、振動子１００の振動状態を示す振動モニタ信号として用いられる。

なお、参照電極６１の形成に代えて、第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄの各出力の和信号を生成し、これを上記参照信号として用いることも可能である。

［コントローラ］
次に、コントローラ２００の詳細について説明する。図８は、コントローラ２００の構成を示すブロック図である。

コントローラ２００は、自励発振回路２０１と、検出回路（演算回路２０３、検波回路２０４、平滑回路２０５）とを有する。自励発振回路２０１は、振動子本体１０１（フレーム１０、振り子部２１ａ〜２１ｄ）をＸＹ平面内で振動させる駆動信号を生成する。検出回路は、振動子本体１０１から出力される検出信号（ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４，ｘｙ１，ｘｙ２，ｘｙ３，ｘｙ４）に基づいてＸ、Ｙ及びＺ軸まわりの角速度を生成し、出力する。

コントローラ２００は、Ｇ＋端子、Ｇ−端子、ＧFB端子、Ｇxy1端子、Ｇxy2端子、Ｇxy3端子、Ｇxy4端子、Ｇz1端子、Ｇz2端子、Ｇz3端子、Ｇz4端子及びＶref端子を有する。
なお、Ｇz1端子及びＧz3端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよく、Ｇz2端子及びＧz4端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよい。この場合、Ｇz1端子及びＧz3端子に接続される配線は途中で相互に一体化され、Ｇz2端子及びＧz4端子に接続される配線は途中で相互に一体化される。

本実施形態において、Ｇ＋端子は、第１の圧電駆動部３１の上部電極層と第２の圧電駆動部３２の下部電極層とにそれぞれ電気的に接続される。Ｇ−端子は、第１の圧電駆動部３１の下部電極層と第２の圧電駆動部３２の上部電極層（駆動用電極Ｄ２）とにそれぞれ電気的に接続される。ＧFB端子は、参照電極６１の上部電極層にそれぞれ電気的に接続される。

Ｇ＋端子は、自励発振回路２０１の出力端に接続される。Ｇ−端子は、反転アンプ２０２を介して自励発振回路２０１の出力端に接続される。自励発振回路２０１は、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２を駆動するための駆動信号（交流信号）を生成する。反転アンプ２０２は、自励発振回路２０１にて生成された駆動信号（第１の駆動信号Ｇ＋）と同一の大きさで位相が１８０°反転した駆動信号（第２の駆動信号Ｇ−）を生成する。これにより、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２は、相互に逆位相で伸縮される。なお、理解を容易にするため、図８において各圧電駆動部３１，３２の下部電極層とコントローラ２００との間の結線は省略されている。

Ｇxy1端子、Ｇxy2端子、Ｇxy3端子及びＧxy4端子は、第２の圧電検出部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ及び７１ｄの上部電極層（第２の検出用電極Ｓ２）にそれぞれ電気的に接続される。Ｇz1端子、Ｇz2端子、Ｇz3端子及びＧz4端子は、第１の圧電検出部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び５１ｄの上部電極層（第１の検出用電極Ｓ１）にそれぞれ電気的に接続される。Ｖref端子は、参照電極６１の下部電極層と、第１及び第２の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ、７１ａ〜７１ｄの下部電極層にそれぞれ電気的に接続される。

ＧFB端子、Ｇxy1端子、Ｇxy2端子、Ｇxy3端子、Ｇxy4端子、Ｇz1端子、Ｇz2端子、Ｇz3端子及びＧz4端子は、それぞれ演算回路２０３の入力端に接続される。演算回路２０３は、Ｘ軸まわりの角速度信号を生成するための第１の差分回路と、Ｙ軸まわりの角速度信号を生成するための第２の差分回路と、Ｚ軸まわりの角速度信号を生成するための第３の差分回路とを有する。

第１の圧電検出部５１ａ〜５１ｄの出力をそれぞれｚ１〜ｚ４、第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄの出力をそれぞれｘｙ１〜ｘｙ４とする。このとき、上記第１の差分回路は、（ｘｙ１＋ｘｙ２）−（ｘｙ３＋ｘｙ４）を演算し、その演算値を検波回路２０４ｘへ出力する。上記第２の差分回路は、（ｘｙ１＋ｘｙ４）−（ｘｙ２＋ｘｙ３）を演算し、その演算値を検波回路２０４ｙへ出力する。そして、上記第３の差分回路は、（ｚ１＋ｚ３）−（ｚ２＋ｚ４）を演算し、その演算値を検波回路２０４ｚへ出力する。

検波回路２０４ｘ，２０４ｙ，２０４ｚは、自励発振回路２０１からの駆動信号の出力あるいは参照信号（ＦＢ）に同期して、上記差分信号を全波整流し、直流化する。平滑回路２０５ｘ、２０５ｙ、２０５ｚは、検波回路２０４ｘ，２０４ｙ，２０４ｚの出力を平滑化する。平滑回路２０５ｘから出力される直流電圧信号ωｘは、Ｘ軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含み、平滑回路２０５ｙから出力される直流電圧信号ωｙは、Ｙ軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含む。同様に、平滑回路２０５ｚから出力される直流電圧信号ωｚは、Ｚ軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含む。すなわち、基準電位Ｖrefに対する上記直流電圧信号ωｘ、ωｙ、ωｚの大きさが角速度の大きさに関する情報に相当し、当該直流電圧信号の極性が角速度の方向に関する情報に相当する。

［振動調整部］
上述のようにセンサ素子１００は、圧電駆動部３１，３２により駆動されるフレーム１０の基本振動に同期して、各振り子部２１ａ〜２１ｄもＸＹ平面内で振動するように構成される（図４参照）。しかし、センサ素子１００各部の機械加工精度や圧電膜等の各種機能膜のパターニング精度により所望とする面内の対称性が得られない場合がある。この場合、振り子部２１ａ〜２１ｄにＸＹ平面に平行な面内における横共振振動（駆動モード）だけでなく、ＸＹ平面に交差する面外における縦共振振動（検出モード）が発生するおそれがある。その結果、角速度が生じていないにもかかわらず、振り子部２１ａ〜２１ｄの面外振動に伴う第２の圧電検出部７１ａ〜７１ｄの出力より有意の角速度信号が生成されてしまい、検出精度が低下する。

そこで本実施形態のセンサ素子１００は、駆動モードにおける各振り子部の面外振動（以下、不要振動ともいう）を抑えるための振動調整部ＶＡを有する。以下、振動調整部ＶＡの詳細について説明する。

図９は、振動子本体１０１の第２の主面１０ｓ２の概略平面図である。第２の主面１０ｓ２は、図３に示す圧電駆動部３１や圧電検出部５１ａ〜５１ｄ、７１ａ〜７１ｄが形成される第１の主面１０ｓ１とは反対側の主面である。振動調整部ＶＡは、振動子本体１０１の第２の主面１０ｓ２の所定領域に設けられる第１の振動調整部ＶＡ１と第２の振動調整部ＶＡ２とを有する。

（第１の振動調整部）
第１の振動調整部ＶＡ１は、フレーム１０を構成する第１の梁１１ａ，１１ｂおよび第２の梁１２ａ，１２ｂ（以下、梁１１ａ〜１２ｂともいう）に設けられる。本実施形態において第１の振動調整部ＶＡ１は、フレーム１０の第２の主面１０ｓ２であって、フレーム１０の内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられる。第１の振動調整部ＶＡ１は、すべての梁１１ａ〜１２ｂに設けられるが、これに限られず、少なくとも１つの梁に設けられていればよい。

図１０は、第１の振動調整部ＶＡ１の構成例を示す梁１１ａ〜１２ｂの要部平面図である。

図１０に示すように、第１の振動調整部ＶＡ１は複数の凹部９１を含む。複数の凹部９１は、梁１１ａ〜１２ｂの内周縁部及び外周縁部に沿う直線的な２つ基準線１１ｖ１，１１ｖ２上に間隔をあけて配列される。２つの基準線１１ｖ１，１１ｖ２は、梁１１ａ〜１２ｂの主面１０ｓ２上の中心線１１ｃに関して対称な位置にそれぞれ設定される仮想線である。中心線１１ｃは、梁１１ａ〜１２ｂの主面１０ｓ２の幅方向中心を通り、梁１１ａ〜１２ｂの長手方向に平行な仮想的な直線である。

梁１１ａ，１１ｂについて、第１の振動調整部ＶＡ１は、梁１１ａ，１１ｂのＹ軸方向に沿った振動特性を調整するためのものである。梁１１ａ，１１ｂの基準線１１ｖ１，１１ｖ２上の適宜の位置に適宜の個数の凹部９１が設けられ、梁１１ａ，１１ｂの剛性が低下し、振動時の梁１１ａ，１１ｂのばね定数が低下することにより、梁１１ａ，１１ｂは、Ｙ軸方向に沿って振動し易くなる。
梁１２ａ，１２ｂについても同様に、第１の振動調整部ＶＡ１によって、Ｘ軸方向に沿った振動特性が調整される。

以上のように、第１の振動調整部ＶＡ１は、各梁１１ａ〜１２ｂのＸＹ平面内における面内振動を安定化させ、フレーム１０を所定の基本振動で駆動させる。これにより、各振り子部２１ａ〜２１ｄの安定した面内振動が促進され、各振り子部２１ａ〜２１ｄの不要振動が抑制される。

基準線１１ｖ１，１１ｖ２上に設けられる凹部９１の数、部位等は、不要振動の種類に応じて異なり、典型的には、凹部９１は、梁１１ａ〜１２ｂの中央部から外側に対称に設けられる。例えば梁１２ａの外周縁部に沿った基準線１１ｖ２上に設けられる凹部９１の形成例を図１１Ａに示す。同図に示すように、凹部９１は加工位置１から加工位置８にわたって、梁中央部から外側に向かって対象に設けられる。凹部９１の加工位置に応じてフレーム１０のＹ軸方向への振動時における不要振動（Null Y）の大きさは異なり、例えば図１１Ｂに示すように加工位置に応じて当該不要振動の大きさが変化する（なお図１１Ｂ中、加工位置０は、凹部無しの状態を意味する。図１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂにおいて同様）。

一方、梁１２ａの内周縁部に沿った基準線１１ｖ１上への凹部９１の形成位置と不要振動の大きさとの関係の一例を図１２Ａ，Ｂに示す。同図に示すように、凹部９１の形成範囲が広くなるにつれて、Ｙ軸方向への振動時における不要振動（Null Y）の大きさの変化が、図１１Ｂの例と逆になる傾向にあることがわかる。この関係は、同じ基準線１１ｖ１（又は１１ｖ２）上への凹部形成においても、図中左側の梁１２ａと右側の梁１２ｂとで同様な傾向を示す。

なお梁１１ａ，１１ｂに形成される凹部９１もまた、上述と同様の作用を有する。梁１１ａの外周縁部に沿った基準線１１ｖ２上への凹部９１の形成位置と不要振動の大きさとの関係の一例を図１３Ａ，Ｂに、梁１１ａの内周縁部に沿った基準線１１ｖ１上への凹部９１の形成位置と不要振動の大きさとの関係の一例を図１４Ａ，Ｂに、それぞれ示す。

以上のように、不要振動に応じて梁１１ａ〜１２ｂの一部を加工することで、振動子全体のばね定数を調整し、振動モードを整えることができる。

第１の振動調整部ＶＡ１を構成する各凹部９１は、典型的には、主面１０ｓ２に対するレーザ光の照射（レーザ加工法）によって形成される。凹部９１の形状、大きさ、深さ等は特に限定されず、フレーム１０の大きさや厚さ等によって適宜設定される。典型的には、凹部の開口形状は円形であり、その大きさ（開口径）は梁１１ａ〜１２ｂの幅の１／５０〜１／３、深さは梁１１ａ〜１２ｂの厚みの１／１５０〜１／３の範囲とされる。

凹部９１の間隔（隣接する凹部９１の中心間距離）は特に限定されず、等ピッチであってもよいし、不等ピッチであってもよい。梁の局所的な応力集中を防ぐため、凹部９１どうしは重なり合わないのが好ましく、典型的には、凹部９１の間隔は、凹部９１の開口径以上とされる。

（第２の振動調整部）
第２の振動調整部ＶＡ２は、振り子部２１ａ〜２１ｄの振動特性を調整するためのものであり、振り子部２１ａ〜２１ｄの主面上に設けられ、典型的には、振り子部２１ａ〜２１ｄのアーム部上に設けられる。なお、振り子部２１ａ〜２１ｄの主面は、フレーム１０の主面１０ｓ２と同一平面で構成されるため、同様に主面１０ｓ２と称する。

図１５Ａ〜Ｄは、第２の振動調整部ＶＡ２の代表的な形態を示す要部の概略平面図である。

図１５Ａ〜Ｄに示すように、第２の振動調整部ＶＡ２は複数の凹部９２を含む。複数の凹部９２は、振り子部２１ａの主面１０ｓ２の中心線２０ｃ上に、又は、振り子部２１ａのアーム部の両側縁に沿う主面１０ｓ２の直線的な２つの基準線２０ｖ１，２０ｖ２上に間隔をあけて配列される。２つの基準線２０ｖ１，２０ｖ２は、中心線２０ｃに関して対称な位置にそれぞれ設定される仮想線である。中心線２０ｃは、振り子部２１ａのアーム部の主面１０ｓ２の幅方向の中心を通り、当該アーム部の長手方向に平行な仮想的な直線である。

第２の振動調整部ＶＡ２は、振り子部２１ａ〜２１ｄの面内振動及び面外振動を調整するためのものである。典型的には、第２の振動調整部ＶＡ２は、各振り子部２１ａ〜２１ｄの駆動モード（横共振周波数）、検出モード（縦共振周波数）、離調度などの調整に用いられる。

振り子部２１ａ〜２１ｄの面内振動を調整する場合には、図１５Ａに示すように、アーム部の中心線２０ｃに対称な２つの基準線２０ｖ１，２０ｖ２上にレーザ光を照射して適宜の数、大きさの凹部９２を形成する。これにより、振り子部２１ａ〜２１ｄのＸＹ平面内における振動時のばね定数や振動質量が変化するため、振り子部２１ａ〜２１ｄを所望とする駆動周波数（横共振周波数）で振動させることができる。

各基準線２０ｖ１，２０ｖ２上の凹部９２は、中心線２０ｃに関して対称な位置、大きさに設けられるのが好ましい。面内における対称性が維持されるため、面内振動特性の調整が容易となる。また、各基準線２０ｖ１，２０ｖ２上の凹部９２は、各振り子部２１ａ〜２１ｄの対応する位置にそれぞれ共通に設けられることが好ましい。これにより、すべての振り子部２１ａ〜２１ｄの面内振動がより協調的に調整されるため、不要振動の発生が抑えられる。

一方、振り子部２１ａ〜２１ｄの面外振動を調整する場合には、図１５Ｂに示すように、アーム部の中心線２０ｃ上にレーザ光を照射して適宜の数、大きさの凹部９２を形成する。これにより、振り子部２１ａ〜２１ｄのＸＹ平面に垂直な方向における振動時のばね定数が変化するため、振り子部２１ａ〜２１ｄを所望とする検出周波数（縦共振周波数）で振動させることができる。

図１５Ｃは、中心線２０ｃが２つの中心補助線２０ｃ１，２０ｃ２に分けて設定された例を示す模式図である。中心補助線２０ｃ１，２０ｃ２は、中心線２０ｃに関して対称であり、かつ、中心線２０ｃに近接して設定される仮想線である。これら中心補助線２０ｃ１，２０ｃ２に凹部９２がそれぞれ設けられることにより、振り子部２１ａ〜２１ｄの縦共振周波数をより細かく調整することができる。

図１５Ｄは、振り子部２１ａ〜２１ｄの中心線２０ｃ（又は中心補助線２０ｃ１，２０ｃ２）及び基準線２０ｖ１，２０ｖ２上に凹部９２が設けられた例を示す。この例によれば、振り子部２１ａ〜２１ｄの面内共振周波数と面外共振周波数とのより協調的な調整が可能となる。

第２の振動調整部ＶＡ２を構成する各凹部９２は、第１の振動調整部ＶＡ１を構成する凹部９１と同様に方法、形態で構成される。凹部９２の形状、大きさ、深さ等は特に限定されず、振り子部２１ａ〜２１の長さや厚さ等によって適宜設定される。凹部９２の開口形状、大きさ（開口径）、深さ、間隔等は、凹部９１と同様に設定することができる。

なお、以上の説明では、振り子部２１ａ〜２１ｄのアーム部上に第２の振動調整部ＶＡ２が設けられる例について説明したが、これに代えて又はこれに加えて、振り子部２１ａ〜２１ｄの先端の錘部にも当該振動調整部が設けられてもよい。また、凹部９２が形成される基準線、中心補助線の数も特に限られず、中心線２０ｃを含む３つ以上の仮想線であってもよい。

多軸まわりの角速度を検出することが可能な多軸ジャイロセンサにおいては、一つのセンサ素子に各検出軸に対応する複数の振動子が設けられているため、一の振動子の振動特性を調整すると他の振動子の振動特性に影響を及ぼし合い、各検出軸の振動子の振動特性を容易に調整することができないという問題があった。
しかしながら本実施形態のジャイロセンサ１（センサ素子１００）によれば、複数の振動子（フレーム１０、振り子部２１ａ〜２１ｄ）の振動特性を協調的に調整することができるため、各検出軸の振動子を所望とする振動特性に容易に調整することができる。

また本実施形態によれば、第１及び第２の振動調整部ＶＡ１，ＶＡ２がセンサ素子１００の第２の主面１０ｓ２に設けられるため、圧電駆動部３１，３２や圧電検出部５１ａ〜５１ｄ、７１ａ〜７１ｄ、参照電極６１等の位置に依存することなく、振動特性の調整を行うことができる。

＜第２の実施形態＞
続いて、本技術の第２の実施形態について説明する。

図１６は、本実施形態のジャイロセンサにおけるセンサ素子の構成を示す第１の主面１０ｓ１側の概略平面図である。図１７は、当該センサ素子の第２の主面１０ｓ２側の概略平面図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のセンサ素子１５０は、環状のフレーム１１０を有する。図１６に示すフレーム１１０において、第１の梁１１ａ，１１ｂの組と第２の梁１２ａ，１２ｂの組は、各接続部１３ａ〜１３ｄを頂点とする正方形Ｓの内方側に突出する突出部ｐをそれぞれ有し、全体として弓形に形成されている。

第１の梁１１ａ，１１ｂの突出部ｐはそれぞれＸ軸方向に平行に形成され、Ｙ軸方向に相互に対向している。第２の梁１２ａ，１２ｂの突出部ｐはそれぞれＹ軸方向に平行に形成され、Ｘ軸方向に相互に対向している。フレーム１１０及び振り子部２１ａ〜２１ｄの表面（第１の主面１０ｓ１）には、第１及び第２の圧電駆動部３１，３２、第１及び第２の圧電検出部５１ａ〜５１ｄ，７１ａ〜７１ｄ、参照電極６１が設けられている。

以上のように構成されるフレーム１１０においては、各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが弓形に形成されているため、フレームの占有面積が小さくなってもフレームを形成する各梁の長さは短くならず、振動モードの共振周波数は大きく変化しない。したがって例えばＺ軸まわりに角速度が作用した際、図５に示したようなＸＹ平面内における歪曲変形は阻害されないため、Ｚ軸まわりの角速度検出感度を維持することができる。

一方、フレーム１１０をベース部８１へ連結する複数の連結部８２ａ〜８２ｄは、フレーム１１０に接続される第１の端部８２１と、ベース部８１に接続される第２の端部８２２とを有する（図１６において連結部８２ａについてのみ符示する）。

連結部８２ａ〜８２ｄは、第１の反転部ｗａ１，ｗｂ１，ｗｃ１，ｗｄ１及び第２の反転部ｗａ２，ｗｂ２，ｗｃ２，ｗｄ２をそれぞれ有する。第１の反転部ｗａ１〜ｗｄ１は、接続部１３ａ〜１３ｄに一端が連結され、Ｘ軸方向に略１８０°折り返された転回部８２３を有する。一方、第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２は、第１の反転部ｗａ１〜ｗｄ１の他端部に一端が接続され、Ｙ軸方向に略１８０°折り返された転回部８２４を有する。第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２の他端は、ベース部８１に接続される。

この際、第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２は、図１６に示すように、フレーム１１０の外形を形成する正方形Ｓの内方側に転回部８２２が入り込むように、第２の梁１２ａ，１２ｂの突出部ｐの外周側に向かって部分的に折り曲げられている。このように、連結部８２ａ〜８２ｄの少なくとも一部をフレーム１１０の外形に合わせて設計することで、ベース部８１の大型化を招くことなく連結部８２ａ〜８２ｄの延在長を大きくすることができる。

以上のように構成されるセンサ素子１５０は、振動調整部ＶＡとして、第１の振動調整部ＶＡ１と、第２の振動調整部ＶＡ２と、第３の振動調整部ＶＡ３とを有する。

第１の振動調整部ＶＡ１は、フレーム１１０及び振り子部２１ａ〜２１ｄの不要振動を抑制するためのもので、第１の実施形態と同様に、フレーム１１０を構成する各梁１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの第２の主面１０ｓ２に設けられる（図１７参照）。
第２の振動調整部ＶＡ２は、振り子部２１ａ〜２１ｄの面内振動及び面外振動を調整するためのもので、第１の実施形態と同様に、各振り子部２１ａ〜２１ｄの第２の主面１０ｓ２に設けられる（図１７参照）。
そして、第３の振動調整部ＶＡ３は、フレーム１１０の不要振動及び横共振周波数あるいは離調度を調整するためのもので、複数の連結部８２ａ〜８２ｄの第２の主面１０ｓ２に設けられている。

本実施形態において第３の振動調整部ＶＡ３は、図１７に示すように、連結部８２ａ〜８２ｄのうち、第１の反転部ｗａ１〜ｗｄ１及び第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２（図１６参照。以下、反転部ｗａ１〜ｗｄ２ともいう）の長手方向の両側縁部にそれぞれ設けられる。第３の振動調整部ＶＡ３は、第１の実施形態と同様に複数の凹部を含み、これら複数の凹部により連結部８２ａ〜８２ｄの所定領域の機械的剛性（ばね定数）を変化させることで、振動特性を調整する。

上記複数の凹部は、反転部ｗａ１〜ｗｄ２の内周縁部及び外周縁部に沿う直線的な２つ基準線上に間隔をあけて配列される。２つの基準線は、反転部ｗａ１〜ｗｄ２の主面１０ｓ２上の中心線に関して対称な位置にそれぞれ設定される仮想線である。当該中心線１１ｃは、反転部ｗａ１〜ｗｄ２の主面１０ｓ２の幅方向中心を通り、反転部ｗａ１〜ｗｄ２の長手方向に平行な仮想的な直線である。

以上のように、第３の振動調整部ＶＡ３は、反転部ｗａ１〜ｗｄ２のＸＹ平面内における面内振動を調整し、これによりフレーム１１０の面外振動（不要振動）を抑制する。また、第３の振動調整部ＶＡ３は、反転部ｗａ１〜ｗｄ２のＸＹ平面内における面内振動を調整し、これによりフレーム１１０の横共振周波数あるいは離調度を調整することができる。

ここで、第３の振動調整部ＶＡ３は、複数の連結部８２ａ〜８２ｄ各々について互いに対称に形成されることが好ましい。例えば、各反転部ｗａ１〜ｗｄ２に設けられる凹部の位置、数、大きさ、間隔等は、対応する他の連結部の反転部と同一となるように形成される。これによりフレーム１１０を中心とするセンサ素子１５０の面内において対称な振動特性を得ることができるため、不要振動の発生を効果的に抑制することができる。

なお本実施形態において、第３の振動調整部ＶＡ３は、各連結部８２ａ〜８２ｄの第１及び第２の反転部ｗａ１〜ｗｄ２に設けられたが、これに代えて、第１の反転部ｗａ１〜ｗｄ１及び第２の反転部ｗａ２〜ｗｄ２のいずれか一方に設けられてもよい。あるいは、第３の振動調整部ＶＡ３は、反転部以外の他の領域に設けられてもよい。

以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、第１〜第３の振動調整部ＶＡ１〜ＶＡ３がそれぞれ円形の開口形状を有する複数の凹部９１，９２で構成されたが、各凹部の形状は円形に限られず、溝状あるいはストライプ状のものが少なくとも一部に含まれてもよい。

また、上記各凹部は主面１０ｓ２の面内にのみ形成される場合に限られず、主面１０ｓ２３に加えて、主面１０ｓ２を少なくとも一部に含む稜線上にも設けられてもよい。

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１） 第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する環状のフレームと、
前記第１の主面に設けられ、前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記第１の主面に設けられ、前記フレームの前記第１の主面に平行な面内おける変形量に基づいて、前記第１の主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
前記フレームに接続され、前記フレームの振動に同期して前記主面に平行な面内で振動する複数の振り子部と、
前記複数の振り子部に設けられ、前記複数の振り子部の前記第１の軸方向への変形量に基づいて、前記第１の軸と直交する軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
前記第２の主面であって前記フレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む第１の振動調整部と
を具備するジャイロセンサ。
（２）上記（１）に記載のジャイロセンサであって、
前記フレームは、前記第１の軸と直交する第２の軸方向に延在し、前記第１の軸及び前記第２の軸と直交する第３の軸方向に相互に対向する第１の梁の組と、前記第３の軸方向に延在し前記第２の軸方向に相互に対向する第２の梁の組と、前記第１の梁と前記第２の梁との間を接続し、前記複数の振り子部の一端を支持する複数の接続部とを有し、
前記第１の振動調整部は、前記第１の梁の組及び前記第２の梁の組の少なくとも一方の組にそれぞれ設けられる
ジャイロセンサ。
（３）上記（１）又は（２）に記載のジャイロセンサであって、
前記複数の振り子部それぞれ設けられ、複数の凹部を含む第２の振動調整部をさらに具備する
ジャイロセンサ。
（４）上記（３）に記載のジャイロセンサであって、
前記第２の振動調整部は、前記複数の振り子部各々についてそれぞれ対応する箇所に設けられる
ジャイロセンサ。
（５）上記（３）又は（４）に記載のジャイロセンサであって、
前記第２の振動調整部は、前記複数の振り子部各々の幅方向の中心に関して対称な位置に設けられる
ジャイロセンサ。
（６）上記（３）〜（６）のいずれか１つに記載のジャイロセンサであって、
前記第２の振動調整部は、前記複数の振り子部各々の長さ方向の中心に関して対称な３本以上の仮想線上に設けられる
ジャイロセンサ。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載のジャイロセンサであって、
前記フレームの周囲に配置された環状のベース部と、
前記フレームと前記ベース部との間に設けられ、前記ベース部に対して前記フレームを振動可能に支持する複数の連結部と、
前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む第３の振動調整部と
をさらに具備するジャイロセンサ。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載のジャイロセンサであって、
前記複数の凹部は、円形の開口部を有し、相互に間隔において配列される
ジャイロセンサ。
（９）上記（８）に記載のジャイロセンサであって、
前記間隔は、前記開口部の開口径以上の大きさである
ジャイロセンサ。
（１０） 第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する環状のフレームと、
前記第１の主面に設けられ、前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記第１の主面に設けられ、前記フレームの前記第１の主面に平行な面内おける変形量に基づいて、前記第１の主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
前記フレームに接続され、前記フレームの振動に同期して前記主面に平行な面内で振動する複数の振り子部と、
前記複数の振り子部に設けられ、前記複数の振り子部の前記第１の軸方向への変形量に基づいて、前記第１の軸と直交する軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
前記第２の主面であって前記フレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む第１の振動調整部と
を有するジャイロセンサ
を具備する電子機器。

１…ジャイロセンサ
１０，１１０…フレーム
１０ｓ１…第１の主面
１０ｓ２…第２の主面
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ…梁
１３ａ〜１３ｄ…接続部
２１ａ〜２１ｄ…振り子部
３１，３２…圧電駆動部
５１ａ〜５１ｄ…第１の圧電検出部
７１ａ〜７１ｄ…第２の圧電検出部
９１，９２…凹部
１００，１５０…センサ素子
１０１…振動子本体
２００…コントローラ
ＶＡ１…第１の振動調整部
ＶＡ２…第２の振動調整部
ＶＡ３…第３の振動調整部

Claims (10)

1. 第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する環状のフレームと、
   前記第１の主面に設けられ、前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
   前記第１の主面に設けられ、前記フレームの前記第１の主面に平行な面内おける変形量に基づいて、前記第１の主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
   前記フレームに接続され、前記フレームの振動に同期して前記第１の主面に平行な面内で振動する複数の振り子部と、
   前記複数の振り子部に設けられ、前記複数の振り子部の前記第１の軸方向への変形量に基づいて、前記第１の軸と直交する軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
   前記第２の主面であって前記フレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む第１の振動調整部と
   を具備するジャイロセンサ。
2. 請求項１に記載のジャイロセンサであって、
   前記フレームは、前記第１の軸と直交する第２の軸方向に延在し、前記第１の軸及び前記第２の軸と直交する第３の軸方向に相互に対向する第１の梁の組と、前記第３の軸方向に延在し前記第２の軸方向に相互に対向する第２の梁の組と、前記第１の梁と前記第２の梁との間を接続し、前記複数の振り子部の一端を支持する複数の接続部とを有し、
   前記第１の振動調整部は、前記第１の梁の組及び前記第２の梁の組の少なくとも一方の組にそれぞれ設けられる
   ジャイロセンサ。
3. 請求項１に記載のジャイロセンサであって、
   前記複数の振り子部それぞれ設けられ、複数の凹部を含む第２の振動調整部をさらに具備する
   ジャイロセンサ。
4. 請求項３に記載のジャイロセンサであって、
   前記第２の振動調整部は、前記複数の振り子部各々についてそれぞれ対応する箇所に設けられる
   ジャイロセンサ。
5. 請求項３に記載のジャイロセンサであって、
   前記第２の振動調整部は、前記複数の振り子部各々の幅方向の中心に関して対称な位置に設けられる
   ジャイロセンサ。
6. 請求項３に記載のジャイロセンサであって、
   前記第２の振動調整部は、前記複数の振り子部各々の長さ方向の中心に関して対称な３本以上の仮想線上に設けられる
   ジャイロセンサ。
7. 請求項１に記載のジャイロセンサであって、
   前記フレームの周囲に配置された環状のベース部と、
   前記フレームと前記ベース部との間に設けられ、前記ベース部に対して前記フレームを振動可能に支持する複数の連結部と、
   前記複数の連結部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む第３の振動調整部と
   をさらに具備するジャイロセンサ。
8. 請求項１に記載のジャイロセンサであって、
   前記複数の凹部は、円形の開口部を有し、相互に間隔において配列される
   ジャイロセンサ。
9. 請求項８に記載のジャイロセンサであって、
   前記間隔は、前記開口部の開口径以上の大きさである
   ジャイロセンサ。
10. 第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する環状のフレームと、
    前記第１の主面に設けられ、前記フレームを前記第１の主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
    前記第１の主面に設けられ、前記フレームの前記第１の主面に平行な面内おける変形量に基づいて、前記第１の主面に直交する第１の軸まわりの角速度を検出する第１の検出部と、
    前記フレームに接続され、前記フレームの振動に同期して前記主面に平行な面内で振動する複数の振り子部と、
    前記複数の振り子部に設けられ、前記複数の振り子部の前記第１の軸方向への変形量に基づいて、前記第１の軸と直交する軸まわりの角速度を検出する第２の検出部と、
    前記第２の主面であって前記フレームの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ設けられ、複数の凹部を含む第１の振動調整部と
    を有するジャイロセンサ
    を具備する電子機器。

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