专利名称：角速度传感器及电子机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于例如摄像机的手抖检测或虚拟现实
(virtual reality)装置中的动作冲企测、汽车导4元系统中的方向4企测 等的角速度传感器，尤其涉及一种具备三个振子臂的三音叉型的角 速度传感器。
背景技术：
以往，作为民用的角速度传感器， 一种所谓的振动型陀螺仪传 感器被广泛使用，其将振子通过规定的共振频率进行振动，并通过 ^使用压电元件等对由于角速度的影响而产生的哥氏力(Coriolis force)进行检测，从而检测角速度。振动型陀螺仪传感器具有简单 的机构，短的起动时间、可低廉制造的优点，其被安装在例如，摄 像机、虚拟现实装置、汽车导航系统等的电子机器中，并在分别进 行手抖检测、动作检测、方向检测等时将其作为传感器被使用。
振动型陀螺仪传感器伴随着被安装的电子机器的小型化、高性 能化，也一皮要求小型化、高性能化。存在以下要求例如，由于电 子机器的多功能化，和用于其他用途的各种传感器配合并被安装在 同一集合基板上，并实现小型化。一^:为以下这种技术(例如，参 照专利文献l):在进行该小型化的基础上，使用硅(Si)等的单结 晶基板和在半导体制造领域所使用的薄膜形成工艺以及光刻技术 来形成构造体，并^f吏用^皮称为MEMS的加工才支术。 在下面的专利文献l中公开了一种悬臂梁型角速度传感器，其 在构成振子的单一臂部的一个表面上通过压电膜分别形成有激励 用的驱动电极和角速度检测用的检测电极。该角速度传感器沿与压 电膜的形成面相垂直方向激励臂部，并将与压电膜的形成面相平行 的方向的振动成分作为角速度的检测方向。
而且，在下面的专利文献2中/>开了一种音叉型的角速度传感 器，其在构成振子的两个臂部的各自 一个表面上通过压电膜分别形 成有激励用的驱动电极和角速度检测用的检测电极。该角速度传感 器沿与压电膜的形成面水平的方向激励臂部，并将向与压电膜的形 成面相垂直的方向的振动作为角速度的检测方向。此外，在下面的 专利文献3中公开了 一种包括三个构成振子的剖面为三角形状臂部 的三音叉型的角速度传感器，将这些臂部的排列方向作为激励方 向，并将与此相垂直的方向的振动作为角速度冲企测方向。
专利文献1:日本特开2005-241382号公报
专利文献2:日本特开2006-17569号/>报
专利文献3:日本特开2001-124561号公才艮
但是，在上述专利文献l中所记述的悬臂梁构造的角速度传感 器中存在以下问题当臂部的激励时，在该臂部的^^艮部位上发生转 距，并通过将由于该原因而引起的振动传递到支撑臂部的基部，从 而使角速度检测特性劣化。
而且，在上述专利文献2、 3所记述的音叉型的角速度传感器 中，由于作为基本模式的各臂部的激励状态是以沿压电膜的形成面 的方向进行激起振动的状态，所以基于压电膜的激起振动的刚心位 于从振子的重心偏离的位置。因此，当由于干扰信号的重叠产生驱 动频率偏移时，共振状态的振子的振动面易于偏离。其结果是，即
使在不产生角速度的状态下，由于检测输出产生变动，从而有噪声 会显著增加的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种可抑制向支撑臂部的 基板的振动泄漏，并对噪声抵抗强的角速度传感器及安装其的电子 机器。
并且，本发明进一 步提供了 一种可以避免由于冲击等的加速度 成分而引起产生噪声的角速度传感器及电子机器。
为了解决上述问题，本发明的角速度传感器包括基部；三个 臂部，从上述基部一体地沿大致同一方向延伸；压电膜，形成在上 述各臂部的一个表面上；驱动电极，用于激励，形成在上述三个臂 部中的至少位于外侧的两个臂部的上述压电膜上；以及4企测电才及， 用于角速度检测，形成在上述三个臂部中的至少位于中央的臂部的 上述压电月莫上，其中，上述三个臂部中位于外侧的两个臂部以同相 进行激励，位于中央的臂部以和位于上述外侧的两个臂部反相进行 激励，同时，上述驱动电才及对上述臂部沿和上述压电膜的形成面相 垂直的第 一方向进行激励，上述4企测电才及对沿与上述臂部的上述压 电膜的形成面相平行的第二方向的振动进行检测。
所述三个臂部构成音叉型的振子。在这三个臂部中、位于外侧 的两个臂部中，通过当对驱动电极施加驱动频率的交流信号时所产 生的压电膜的反压电效应，激起成为基本模式的振动。而且，在这 三个臂部中、位于中央的臂部上所形成的冲企测电才及通过压电膜的压 电效应，对与产生角速度时所发生的振动面相垂直的方向的振动成 分进行检测，并将其作为角速度信号进行输出。
因此，在本发明中，位于外侧的两个臂部以同相的方式同时进 行激励，位于中央的臂部以与所述两个臂部反相的方式进行激励。 通过该构成，在各臂部间产生基于振动的转距。在位于外侧的一侧 的臂部和中央的臂部之间所产生的转距、和在位于外侧的另一侧的 臂部和中央的臂部之间所产生的转距互为相反的方向。其结果可以
大幅度降4氐向基部传递的4展动。
此时，通过将位于中央的臂部的形成宽度形成为大于位于外侧 的两个臂部的形成宽度，从而通过由中央的臂部的振动所产生的转 距来完全抵消由外侧臂部的振动所产生的转距。此外，通过在位于 中央的臂部上设置振动《垂部也可以获得相同的效果。
而且，在本发明中，由于将臂部沿与压电膜的形成面相垂直的 第一方向进行激励，并将与臂部的压电膜的形成面相平行的第二方 向的振动作为角速度信号的检测方向，所以使基于压电膜的激起振 动的刚心和臂部的重心相 一致，并实现臂部的激励方向比4企测方向 稳定的振动模式，且振动模式相对于基于干扰的驱动频率的变动，
难以乂人激励方向向4企测方向迁移。由此，可以构成抗干4尤强的角速 度传感器，并可稳定地获得高精度的输出特性。
此时，三个臂部的上述第一方向上的共"t展频率分别"i更定为一 致，同时，三个臂部的上述第二方向上的共振频率中，仅将位于中 央的臂部的共振频率i殳定为上述第 一方向上的共振频率附近，从而 可以提高基于在位于该中央的臂部上形成的检测电极的角速度信 号的检测精度。
本发明其他方面涉及的角速度传感器包括第一臂部，具有第 一驱动电才及，并通过压电驱动沿第一方向进4于激励；第二臂部，具 有第二驱动电极，设置成沿上述第一臂部的长度方向延伸，且通过 压电驱动以与上述第一臂部同相位沿上述第一方向进4亍激励；第三
臂部，具有对作用在与上述第一方向及上述长度方向正交的第二方 向上的哥氏力进行检测的检测电极，上述第三臂部被设置为在上述 第一臂部及上述第二臂部之间沿上述长度方向延伸，并通过上述第 一臂部及上述第二臂部的激励的反作用以和上述第一臂部及上述 第二臂部的振动的反相位进行激励；以及基部，用于支撑上述第一 臂部、上述第二臂部及上述第三臂部。
当对第 一及第二驱动电极施加作为驱动信号的交流信号时，第 一及第二臂部为一体，且以规定的基本模式的振动数进行激励。第 三臂部通过第 一及第二的臂部振动时的反作用来进行振动。当第三 臂部振动时，若向角速度传感器施加外力，则通过检测电极检测哥 氏力，乂人而对角速度进行才全测。
在本发明中，基于第一臂部及第三臂部所产生的转距、和基于 第二臂部及第三臂部所产生的转距互成反方向。因此，可以大幅度
地降低从第一 ~第三臂部向基部传递的振动(振动泄漏)。
在本发明中，上述基部包括支撑部，用于支撑上述第一臂部、 上述第二臂部及上述第三臂部；固定部，包括用于对上述第一驱动 电极、上述第二驱动电4及及上述一企测电才及进行外部连4^的外部连掮: 端子，上述固定部在上述第二方向上以第一宽度形成；以及连4妄部， 与上述支撑部和上述固定部连接，并在上述第二方向上以比上述第 一宽度小的上述第二宽度形成。
在本发明中，由于连接部的宽度小于固定部的宽度，所以连接 部成为緩冲材料，且第一、第二及第三的臂部(下面，存在被称为 各臂部的情况)的振动难以向固定部进4亍传递。在这种情况下，典 型的为各臂部及基部的厚度实质相同。但是，在本发明中，即使各 臂部及基部的厚度不相同，将连接部的体积i殳计得小于固定部的体
积即可。即，固定部及緩沖部的宽度，未必以上述第一及第二宽度 的方式进行指定。
即，具有三个臂部的音叉型的振子、即本发明涉及的角速度传 感器包括多个振动系统。在该多个振动系统中，作为振动泄漏的对 策而引起注意的振动系统是两个。该第 一振动系统是基于各臂部及 支撑部的振动系统。该第二振动系统是基于各臂部、支撑部及连接 部的振动系统。因此，第二振动系统的共振频率(第二共振频率) 小于第一振动系统的共振频率(第一共振频率)。其结果可以抑制 振动泄漏。而且，即使将与第一共振频率相比接近第二共振频率的 干扰振动施加在角速度传感器上，基于该干扰的振动容易被第二振 动系统所吸收，从而可以稳定地获得高精度的输出特性。
在本发明中，在由上述第一臂部、上述第二臂部、上述第三臂 部及上述支撑部构成的振动系统中，当上述第 一臂部及上述第二臂 部的上述第一方向的第一振动系统的共振频率为fv,在由上述第一 臂部、上述第二臂部、上述第三臂部、上述支撑部及上述连接部构
成的振动系统中，当上述第一方向的第二振动系统的共振频率为fO 时为(f0/fv) ^1/V^。当fD/fv低于0.25时，需要例》口， 或者将第二宽度较小地设计，或者将连接部的上述长度方向(各臂 部的长度方向)的长度较长地设计。即，在这种情况下，连接部为 细小形状，且通过基于各臂部的振动的加振力、和施加给角速度传 感器的来自外部的沖击力，恐怕连4妾部会断裂。另一方面，当fO/fv 高于1/V^时，不能充分发挥防止纟展动泄漏的功能。
在本发明中，上述第一臂部及上述第二臂部以第一共振频率进 行激励，上述第三臂部包括比上述第一共振频率低lkHz 2kHz的 第二共振频率的l展动系统。当第二共振频率接近共振频率时，即当 第一及第二共振频率的差低于lkHz时，基于该第二共振频率的第 三臂部的振动将成为噪声。其结果是，基于检测电极的检测精度劣化。当第一及第二共振频率的差高于2kHz时，第三臂部的形状或 者大小等将不在规定的适当范围内。其结果是，在第三臂部的第一 及第二方向上的共振频率的平卩軒劣化，从而招致角速度传感器的温
度特性的劣化。
本发明其他方面涉及的角速度传感器包括第一臂部，具有第 一驱动电极，并通过压电驱动沿第一方向进行激励；第二臂部，具 有第二驱动电极，设置成沿上述第一臂部的长度方向延伸，且通过 压电驱动以和上述第 一臂部的同相位沿上述第 一方向进4亍激励；第 三臂部，具有第三驱动电极、以及对作用在与上述第一方向及上述 长度方向相正交的第二方向上的哥氏力进行检测的检测电极，上述 第三臂部被设置为在上述第一臂部及上述第二臂部之间沿上述长 度方向延伸，并通过压电驱动以和上述第一^f部及上述第二臂部的 振动的反相位的方式进行激励；以及基部，用于支撑上述第一臂部、 上述第二臂部及上述第三臂部。
根据该构成，可以大幅度降低从第一 ~第三臂部向基部传递的 振动(4展动泄漏)。
在该角速度传感器中，上述第三臂部包括第一检测电极；以 及第二检测电极，相对于上述第三臂部的上述第一方向的轴心，被
配置在与上述第一检测电极相对称的位置上，其中，上述第一检测 电极和上述第二检测电极作为上述检测电极，上述第一臂部包括用 于对作用在该第一臂部的哥氏力进行检测的第三检测电极，上述第 二臂部包括用于对作用在该第二臂部的哥氏力进行检测的第四才全 测电极，上述角速度传感器还包括控制部，其分别计算来自上述 第 一检测电极的输出信号和来自上述第三检测电极的输出信号的 第一和信号、以及来自上述第二检测电极的输出信号和来自上述第 四才全测电才及的输出信号的第二和信号，并将上述第一和信号和上述 第二和信号的差信号作为角速度信号进行检测。
由此，通过将第一和信号和第二和信号之间的差信号(或称"差 分信号")作为角速度信号进行检测，从而当向该角速度传感器施 加沖击等的加速度时，由于该角速度信号相抵消，所以可以避免由 于加速度成分而引起产生噪声。
本发明涉及的电子机器包括主体；以及配置在所述主体内的角 速度传感器，其中，上述角速度传感器包括第一臂部，具有第一 驱动电4及，并通过压电驱动沿第一方向进行激励；第二臂部，具有 第二驱动电极，设置成沿上述第一臂部的长度方向延伸，且通过压 电驱动以与上述第 一臂部同相位沿上述第 一方向进4亍激励；第三臂 部，具有对作用在与上述第一方向及上述长度方向正交的第二方向 上的哥氏力进行检测的检测电极，上述第三臂部被设置为在上述第 一臂部及上述第二臂部之间沿上述长度方向延伸，并通过上述第一 臂部及上述第二臂部的激励的反作用、以和上述第一臂部及上述第 二臂部的振动的反相位进行激励；以及基部，用于支撑上述第一臂 部、上述第二臂部及上述第三臂部。
本发明其他方面涉及的电子机器包括主体；以及配置在所述 主体内的角速度传感器，其中，上述角速度传感器包括第一臂部， 具有第一驱动电;fe,并通过压电驱动沿第一方向进^f于激励；第二臂 部，具有第二驱动电极，设置成沿上述第一臂部的长度方向延伸， 且通过压电驱动以和上述第一^f部同相4立的方式沿上述第一方向 进行激励；第三臂部，具有第三驱动电极、以及对作用在与上述第 一方向及上述长度方向相正交的第二方向上的哥氏力进4于一企测的 才全测电极，上述第三臂部,皮设置为在上述第一臂部及上述第二臂部 之间沿上述长度方向延伸，并通过压电驱动以和上述第一臂部及上 述第二臂部的振动的反相位的方式进行激励；以及基部，用于支撑 上述第一臂部、上述第二臂部及上述第三臂部。
如上所述，^f艮据本发明，可以构成一种角速度传感器，其可以 抑制向基部传递各臂部的振动，并可实现稳定的加速度4企测动作， 同时，较强地抵抗干扰。
图l是本发明的第一实施例的角速度传感器的概略的构成图2是图1中的[2]-[2]线方向的主要部分的剖面图3是用于说明图1的角度速传感器的作用的臂部的主要部分 的正—见图4是在图1的角速度传感器中，外侧臂部的频率比和振动方 向的偏差之间关系的示意图5是本发明的第二实施例的角速度传感器的概略的构成图6是本发明的第三实施例的角速度传感器的概略的构成图7是本发明的第四实施例的角速度传感器的概略的构成图8是图7的角速度传感器中的凸起位置和振动泄漏量之间关 系的示意图9是本发明的第五实施例的角速度传感器的概略的构成图10是本发明的第六实施例的角速度传感器的概略的构成图11是在第一实施例的角速度传感器中，向臂部(振子)的 根部位传递的振动泄漏量、和向安装基板的振动泄漏量之间关系的 示意图12是在第一、第五及第六的各实施例的角速度传感器中， 将臂部的根部位的振动泄漏量进行比较的示意图13是本发明的第七实施例的角速度传感器的概略的构成图14是在图13的角速度传感器中，包括臂部的振动系统的共 4展频率和向固定部传递的才展动量之间关系的示意图15是图13的角速度传感器的频率特性的一例的示意图16是本发明的第八实施例的角速度传感器的概略的构成图17是用于说明图16的角速度传感器的作用的臂部的主要部 分的正一见图18是用于说明作用于图16的角度速传感器的加速度方向的 说明图19是作为与图16的角速度传感器相对比较例而加以说明的 其他角速度传感器的概略的构成图20是对图18的角速度传感器和图19的角速度传感器施加 角速度时的输出特性比较的示意图21是如图13所示的角速度传感器10G的典型的大小的示意
图22是表示当各臂部的长度为1900pm时的、L和频率比 (fD/fV )之间关系、以及向L和固定部传递的振动量之间的关系的 图表；
图23是本发明的第九实施例的角速度传感器的概略的构成图24是将数码照相机作为安装有上述角速度传感器的电子机 器的例子进行表示的概略的立体图25是表示该数码照相机的构成的框图26是示出如图21或者图23所示的角速度传感器的现实的 典型例的平面图27是本发明的第十实施例的角速度传感器的概略的构成图28是表示当对本发明的第十实施例中的角速度传感器、和 将a-b作为角速度信号进行检测的角速度传感器分别施加加速度时 的、输出结果的图表；
图29是本发明的第十一实施例的角速度传感器的概略的构成
图30是本发明的第十二实施例的角速度传感器的概略的构成 图；以及
图31是本发明的第十三实施例的角速度传感器的概略的构成图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的各实施例进行说明。此外，本发明 并不4义限于下面的各实施例，基于本发明的冲支术思想可以有各种变形。
(第一实施例)
图1是表示本发明的第 一实施例的角速度传感器IOA的概略的 构成的底面图。本实施例的角速度传感器IOA包括基部11;以及 乂人该基部11大致向同一方向(y轴方向) 一体延伸且剖面为四角形 状的三个臂部12A(第一臂部)、12B(第三臂部)、12C(第二臂部)。 y轴方向为这三个臂部12A、 12B、 12C的长度方向。这些基部11 及臂部12A ~ 12C由石圭片等的不具有压电特性的单晶基4反切成^L定 形状，并在一个表面上通过形成有后述的压电功能层和各种引线部 来构成角速度传感器IOA。此外，该角速度传感器IOA的大致大小 为z轴方向的宽度为约lmm、 y轴方向的全长为约3mm、 z轴方 向的厚度为约0.3mm。
臂部12A~ 12C构成角速度传感器10A的振子。虽然在本实施 例中，将各臂部12A 12C例如分别以相同的臂长、形成宽度、形 成厚度来形成，但是当然并不仅限于此。在后面的说明中，在这三 个臂部12A ~ 12C中，位于外侧的两个臂部12A及臂部12B分别称 为外侧^,部12A、 12B，将^f立于中央的^"部12C称为中央臂部12C。
图2是图1中的[2]-[2]线方向的剖面图，图2示出了各臂部 12A~ 12C的剖面形一犬。在外侧臂部12A、 12B的一个表面上分别 形成有压电功能层15A、 15B。压电功能层15A、 15B包括形成 在外侧臂部12A、 12B上的基层电极膜17a和17b、形成在该基层 电才及月莫17a、 17b上的压电月莫16a和16b、形成在该压电月莫16a、 16b 上的驱动电极13a (第一驱动电极)和13b (第二驱动电极)。
另一方面，在中央臂部12C的一个表面上形成有压电功能层 15C。压电功能层15C包括形成在中央臂部12C上的基层电极膜 17c;形成在该基层电才及膜17c上的压电力莫16c;形成在该压电膜16c 上的参考电极13c及才企测电才及14a (第一4企测电极)、14b (第二检 测电极)。检测电极14a、 14b分别形成在相对于配置在中央臂部12C 的轴心上的参考电极13c对称的位置上。
在此，基层电极膜17a ~ 17c由在Si基板上通过溅射法形成的 Ti (钛)和Pt (白金)的积层膜构成，在压电功能层15A ~ 15C中， 作为共通的电极膜形成在臂部12A~ 12C间。压电膜16a ~ 16c是通 过在氧气环境中，将例如，PZT (锆钛酸铅)的靶材进行RF溅射 而开j成6勺。马区动电才及13a和13b、参考电才及13c、才企观'J电才及14a、 14b 是通过使用光刻4支术将形成在压电膜16a~ 16c上的Pt膜制作图案 为各电极形状而形成的。电极图案形成后，通过将压电膜16a 16c 以配合上述电才及形状的方式也制作图案。
角速度传感器10A由IC电路元件等的控制部31A驱动控制。 各臂部12A~ 12C的基层电极膜17a ~ 17c分别连接于控制部31A 的Vref端子。Vref端子构成为作为基准电极的接地(ground )端子。 外侧臂部12A、 12B上的驱动电极13a、 13b分别连接于控制部31A 的GO端子，且输入由自激振荡电^各32所生成的驱动信号。而且， 用于检测中央臂部12C的振动特性的参考电极13c连接于Gl端子， 才企测电才及14a、 14b分别连4妄于Ga、 Gb端子。Ga、 Gb、 Gl端子连 接于运算电路33,运算电路33将参考电极13c的输出作为驱动用 信号反馈给自激振荡电路32,并将检测电极14a、 14b的差信号作 为角速度信号输出给检波电路36。由检测电路36进行信号处理后 的检测信号在被提供给平滑电路37后，被作为角速度信号进行处 理。
此外，虽然未详述，但是角速度传感器IOA相对于控制部31A 进行的连接是通过未图示的安装基板而进行的。在本实施例中，相 对于将构成控制部31A的IC元件进行安装的安装基板，角速度传 感器IOA被进行倒装片安装。用于倒装片安装的多个凸起(bump) 形成于角速度传感器10A的基部11。在基部11的安装面上形成有 在各臂部12A-12C的压电功能层15A-15C和上述多个凸起之间 进行电连接的引线部(未图示)。图3A、图3B示出了当角度速传感器IOA进行动作时的各臂部 12A-12C的振动形态。向外侧臂部12A、 12B上的各个驱动电极 13a、 13b输入共通的驱动信号。由此，如图3A、图3B所示，通 过压电膜16a、 16b的反压电效应，外侧臂部12A、 12B相对于压 电功能层15A、 15B(压电月莫16a、 16b)的膜面沿垂直方向以同相 进行激励。
中央臂部12C接受外部臂部12A、 12B的振动的反作用，并沿 同样的z轴方向以相对于外侧臂部12A、12B反相的方式进行振动。 此时，参考电4及13c及4企测电才及14a、 14b通过压电膜16c的压电 效应，对臂部12C的振动特性进行电^r测，将通过参考电极13c所 检测的参考信号反馈给控制部31A内的自激振荡电路32，将通过 检测电极14a、 14b所检测的检测信号的差信号作为角速度信号进 行处理。当未施加角速度时，检测电极14a、 14b的差信号原理上 来i兌为0。
另一方面，在这种状态下，若绕y轴方向的周围作用角速度， 则在各臂部12A、 12B上产生哥氏力，并生成将各臂部12A-12C 沿与压电功能层15A~ 15C的形成面相平行的方向(x轴方向)进 4亍振动的成分。该振动成分利用中央臂部12C上的压电膜16c的压 电效应由才全测电4及14a、 14b来4企测，并基于该差信号来才企测角速 度的大小禾口方向。
在本实施例中，各臂部12A-12C的动作频率、即基本模式时 的z轴方向共振频率(下面，称为"纵共振频率"。)fv纟皮分别i殳定 为同一频率。而且，角速度的4企测频率、即各^f部12A~ 12C的x 轴方向的共振频率(下面，称为"横共振频率"。)fh仅对于中央臂 部12C的4黄共纟展频率fh纟皮:没定为纟从共4展频率fv的附近。外侧^f部 12A、 12B的横共振频率fh被设定为从纵共振频率fv偏离数百~数 千Hz的不同频率。
如上所述，在本实施例的角速度传感器IOA中，当在基本模式 中振动时，外侧臂部12A、 12B以同相进行激励，中央臂部12C以 与外侧臂部12A、 12B反相地进行激励。而且，即使当角速度检测 时，中央臂部12C的振动方向也与外侧臂部12A、 12B的振动方向 相反。因此，根据本实施例，在各臂部12A-12C之间产生基于振 动的4争矩。在一侧的外侧^,部12A和中央,,部12C之间产生的寿争 矩、和另一侧的外侧^f部12B和中央^f部12C之间产生的4争矩相互 成反方向。其结果可以大幅度降^/f专递到基部11的净展动。由此， 可以抑制向支撑臂部12A~ 12C的基部11的振动泄漏，并可防止角 速度4企测特性的劣化。
而且，在本实施例的角速度传感器IOA中，由于将基于驱动电 才及13a、 13b的各臂部12A-12C的激励方向以相对于压电功能层 15A~ 15C的形成面成垂直方向(z轴方向)进4亍i殳定，所以与该才全 测方向(x轴方向)不同，可以通过本来稳定的振动才莫式来进行振 动。即，通过压电膜16a、 16b的振动激振的刚心和臂部12A、 12B 的重心相一致，与相^t于压电功能层15A、 15B的形成面平4于的第 二方向(x轴方向)相比，沿相对于压电功能层15A、 15B的形成 面垂直的第一方向(z轴方向)，^"部12A、 12B的激厉力更为容易。 因此，即4吏相对于干4尤重叠的驱动频率的变动，可以承卩制向所述第 二方向的振动迁移，并可维持稳定的基本才莫式。由此，可以构成抗 干扰强的角速度传感器，并可稳定地获得高精度的输出特性。
并且，在本实施例中，由于仅将关于中央臂部12C的横共振频 率fhi殳定为纵共4展频率fv的附近，并将关于外侧臂部12A、 12B 的才黄共振频率fh i殳定为远离纵共振频率fv，所以可以实现4是高角 速度的检测精度的同时，可以实现在外侧臂部12A、 12B的基本动 作模式时的振动方向的稳定化。
此夕卜，越将外侧臂部12A、 12B的横共振频率fh远离该纵共振 频率fv进行设计越可控制振动方向的偏差。图4示出了当将I fV-fh I的值设定为Af时，Af/fv的大小和激励时的臂部的振动方向 的偏差(3 a )之间的关系。如图4可知Af越大，即，越以从fV 远离的方式i殳定fh，越可以实现臂部的振动方向的稳定化。尤其， 在本实施例中，当Af/fv为0.1时，可以爿夺才展动方向的偏差4中制到 大致为0。
(第二实施例)
图5示出了本发明的第二实施例的角速度传感器10B的构成。 此外，在图5中对与上述第一实施例相对应的部分标注了相同的符 号，并省略对其的详细说明。
本实施例的角速度传感器10B在中央臂部12c的压电功能层 15B的构成中未形成参考电极这点上与上述第一实施例不同。在本 实施例中，通过加法器和差动》文大器来构成控制部41B内的运算电 路33,并通过上述加法器对一对检测电极14a、 14b的和信号进行 运算并反々贵给自激:振动电^各32 ，并将一对才企测电才及14a、 14b的差 信号输出给检波电路36，且作为角速度信号进行处理。
在上述这样构成的本实施例的角速度传感器10B中可以获得 与上述第一实施例相同的作用效果。
(第三实施例)
图6示出了本发明的第三实施例的角速度传感器10C的构成。 此外，在图6中对与上述第一实施例相对应的部分标注了相同的符 号，并省略对其的详细i兌明。
本实施例的角速度传感器IOC在以下这点上与上述第一实施 例不同在形成于中央臂部12C上的一对;险测电才及14a、 14b的基 础上还增加了在外侧臂部12A、 12B上分别形成的一个^^企测电^1 14c、 14d。此外，中央臂部12C与上述第二实施例构成相同。
4企测电才及14c作为形成在一侧(在图6中为左侧)的外侧>霄部 12A上的压电功能层15A，而形成在靠近驱动电才及13a的中央臂部 12C —侧。而且，才企测电极14d作为形成在另 一侧(在图6中为右 侧)的外侧臂部12B上的压电功能层15B,而形成在靠近驱动电^L 13b的中央臂部12C—侧。冲企测电极14a、 14b、 14c、 14d分别连 接于控制部31C的Ga端子、Gb端子、Gc端子、Gd端子。
如上所述，由于不^f又在中央^,部12C上还在外侧^"部12A、12B 上设置有检测电极，所以可以提高角速度信号的检测精度。在这种 情况下，控制部31C内的运算电i 各33构成为将由(Gd+Gc)-(Gb+Ga )得到的和信号作为驱动用信号输出给自激振荡电路32， 另一方面，将由(Gd+Gb) - (Ga+Gc)得到的差信号作为角速度信 号输出给冲佥波电^各36。在此，Ga、 Gb、 Gc、 Gd分别表示检测电极 14a、 14b、 14c、 14d的斗企测孑言号。
(第四实施例)
图7A示出了本发明的第四实施例的角速度传感器10D的相克略 构成。此外，在图7A中对与上述第一实施例相对应的部分标注了 相同的f寻号，并省略，于其的详细i^明。
本实施例的角速度传感器10D包括用于对未图示的安装基板 进4亍^f到装片安装的多个凸起20a、 20b、 20c、 20d。这些凸起20a 20d被设置在基部ll的背面侧，且虽然未图示，但是其通过在该基 部11的背面侧上一皮图案形成的引线部，与臂部12A-12C上的对应
的压电功能层15A-15C进行电连接。即，凸起20a 20d构成对 各臂部12A 12C进行信号的输入输出用的外部连接端子。此外， 虽然在如图7A所示的例子中，将凸起数设定为4个，但是凸起的 形成数并不仅限于此。
尤其，在本实施例的角速度传感器10D上，各凸起20a 20d 在基板11的背面侧上，三个臂部12A~ 12C间振动最小的位置上形 成。如上所述，通过失见定各凸起20a 20d的形成位置，可以抑制 动作时向安装基4反的l展动泄漏。
图7B示出了基部11的宽度方向的各位置、和来自臂部12A~ 12C的振动泄漏量之间关系。如图7B所示，与各臂部12A-12C 的轴心的延长线上相对应的位置的振动泄漏量最大。因此，在本实 施例中，不在这三个臂部12A ~ 12C的轴心的延长线上形成各凸起 20a 20d,即，形成在乂人延长线上偏离的位置上。如图7所示，优 选在l展动泄漏量最小的位置、即臂部间的位置上配置凸起20a~ 20d 。凸起的形成位置和向安装基板传递振动泄漏量之间的关系如 图8所示。并可知才艮据凸起位置振动泄漏量会有大的变化。
(第五实施例)
图9A示出了本发明的第五实施例的角速度传感器10E的相无略 构成。此外，在图9A中对与上述第一实施例相对应的部分标注了 相同的符号，并省略对其的详细i兑明。
本实施例的角速度传感器10E在将振动锤部设置在中央臂部 12C的这点上与上述第一实施例不同。虽然在本实施例中，振动锤 部21与中央臂部12C的前端部一体形成，^f旦是冲展动4垂部21的形成 位置并不l又限于此。通过将才展动4垂部21 i殳置在中央臂部12C上， /人而如图9B所示，中央臂部12C的4展动力可以大于外侧^"部12A、
12B的4展动力。因此，通过最优化4展动《垂部21的i殳计，从而可以 通过一个中央^f部12C来消除两个外侧^,部12A、 12B所产生的才展 动。由此，可以通过力的平衡来消除向臂部12A~ 12C的根部位传 递的振动，并可大幅度降^氐向基部11及安装基4反的振动泄漏。
此外，在本实施例的角速度传感器IOE中，因为设置振动锤部 21所以中央臂部12C的共振频率变j氐，因此，为了4吏三个臂部 12A~ 12C的共纟展频率一致而^f吏中央臂部12C的臂长短于外侧臂部 12A、 12B的臂长。而且，在本实施例中，由于可以增大外侧臂部 12A、 12B的形成宽度，所以也可以增大驱动电才及13a、 13b的形成 宽度，并可通过增大臂部的振动振幅而实现提高角速度检测特性。
(第六实施例)
图IOA示出了本发明的第六实施例的角速度传感器10F的概略 构成图。此夕卜，在图10A中对与上述第一实施例相对应的部分标注 了相同的符号，并省略对其的详细说明。
本实施例的角速度传感器IOF在中央臂部12C的形成宽度W2 (第二宽度)大于外侧臂部12A、 12B的形成宽度W1 (第一宽度) 这点上与上述第一实施例不同。通过这才羊的构成，如图IOB所示， 可以4吏中央,^部12C的4展动力大于外侧力,部12A、 12B的振动力。 由此，通过最优化中央臂部12C的形成宽度(例如使W2=2W1 )， 乂人而可以通过一个中央^"部12C来消除两个外侧〃霄部12A、 12B所 产生的纟展动。由此，可以通过力的平4軒来消除向^f部12A-12C的 根部位传递的振动，并可大幅度降低向基部11及安装基板的振动 泄漏。
此外，虽然在本实施例中，将中央臂部12C的臂长与外侧臂部 12A、 12B的臂长相等， <旦是当然并不<又限于此，例如，也可以将
中央臂部12C的臂长设定得长于外侧臂部12A、 12B的臂长，从而
实现共振频率的谐调。
图11示出了在上述第一实施例中所说明的角速度传感器中， 向臂部(振子)的根部位传递的振动泄漏量和向安装基板的振动泄 漏量之间关系的一例。4口图可知有以下这种倾向向^f部的才艮部^f立 传递的4展动泄漏量越大，则向安装基4反的纟展动泄漏量越大。图12 示出了将向上述第一、第五及第六的各实施例的构成中的臂部的根 部位传递的振动泄漏量进行比较的结果。如图可知在第一实施例 中的、50nmpp的振动泄漏量在第五实施例中降j氐为15nmpp,在第 六实施例中直至降低为10nmpp。此外，单位中"pp"表示"峰峰 值(peak to peak )"，表示振动振幅的最大值和最小值之间的大小。
(第七实施例)
图13示出了本发明的第七实施例的角速度传感器10G的相无略 构成图。此外，在图13中对与上述第一实施例相对应的部分标注 了相同的符号，并省略对其的详细i兌明。
本实施例的角速度传感器10G在支撑三个臂部12A ~ 12C的基 部11的构成这点上与上述第一实施例不同。即，在本实施例中， 基部11构成为包4舌支撑部22，支撑三个^,部12A-12C;固定部 24,形成有安装在安装基板上的多个凸起(外部连接端子)20;以 及緩沖部(连接部)23,形成在支撑部22和固定部24之间。
緩沖部23以小于与基部11的形成宽度相对应的支撑部22及 固定部24的形成宽度的宽度而构成。即，緩沖部23的第二方向(x 轴方向)的宽度(第二宽度)d2以小于支撑部22及固定部24的宽 度(第一宽度)dl的宽度而形成。由此，可以緩和从构成臂部12A~ 12C的才艮部位的支撑部22,向构成凸起22的形成区;t或的固定部24
的才展动的传递。由此，可以降〗氐向安装基才反的振动泄漏量并可实现 角速度检测特性的提高。
在本实施例中，典型为各臂部12A ~ 12C及基部11的厚度(z 轴方向的厚度)实质相同。但是，在本实施例中，即使各臂部12A~ 12C及基部11的厚度不同，以将緩冲部23的体积小于固定部24 的体积的方式进行设计即可。即，固定部24的宽度及緩沖部23的 宽度并不必须限定为dl、 d2也是可以的。
具体而言，对緩冲部23的形成宽度、形成长度、形成厚度等 进行设定，以便包括三个臂部12A 12C、支撑部22及该緩冲部 23的振动系统的共振频率f0在臂部12A-12C的纵共振频率(激 励频率)fV的以下。图14示出了频率比(ft)/fv)和向固定部 24传递的振动量之间关系。如图可知频率比越小(fO与^相比 越低)，向固定部24传递的振动量越降^f氐。而且，图15示出了本 实施例的角速度传感器IOG的频率特性的一例。在图15所示的例 子中，示出了 fv<fh的例子。
对如图13所示的角速度传感器10G的《)和^作进一步详细 的说明。具有三个臂部的3音叉型的振子、即本实施例涉及的角速 度传感器具有多个振动系统。在该多个振动系统中，作为振动泄漏 的对策而引起注意的振动系统为2个。即，第一振动系统是基于各 臂部12A-12C及支撑部22的振动系统，其振动频率(第一共振 频率)为上述fv。第二振动系统是基于各臂部12A-12C、支撑部 22及緩冲部23的振动系统，其共振频率(第二共振频率)是上述 fD。如图15所示，该f0是各臂部向相同方向才展动的4展动系统的共 振频率。
如上所述，通过设置緩沖部23,可以抑制从各臂部12A~ 12C 向固定部24的振动泄漏。而且，即使基于比fV更接近于fO的干扰
的振动^皮施加在角速度传感器上，也可以通过第二振动系统容易地 吸收基于该干扰的振动，并可稳定地获得高精度的输出特性。
在图21中示出了如图13所示的角速度传感器10G的典型的大 小。将支撑部22及緩沖部23的y轴方向的长度定为L (|im )。在 这种情况下，固定部24的大小并没有限定，适当i殳定即可。
图22是当各臂部12A~ 12C的长度为1900|am时的、L和频率 比(fO/fv )之间的关系、以及L和向固定部24 4专递的振动量之间 关系的图表。在此，支撑部22的长度L1、和緩冲部23的长度L2 的比实质被固定为5: 2，但是并不必限定于此。
从图22的图表可知L越长，频率比(fD/fV)越低。而且，L 越长，固定部24的振动量也越低。当固定部24的振动量大约超过 30nmp-p时，由控制部31A (参照图1 )将该振动作为噪声进行冲全 测，从而角速度的检测将劣化。因此，固定部24的振动量优选在 约30nmp-p以下。
与固定部24的才展动量为30nmp-p的点相只十应的、频率比(fl)/fV ) 为0.75左右。因此，优选频率比(fO/fV)小于0.75。典型为0.25 S (fD/fV) ^1/V^即可。当f0/fV低于0.25时，需要例如，或者将 宽度d2较小地设计，或者将L2较长地设计。在这种情况下，緩冲 部23为细小形状，且通过基于各臂部12A - 12C的振动的加振力、 和附加给角速度传感器的来自外部的冲击力，恐怕连接部会断裂。 另一方面，当f0/fv高于时，如上所述，固定部24的振动量 超过30nmp-p,从而不能充分发挥防止振动泄漏的功能。
(第y^实施例)
图16是本发明的第八实施例的角速度传感器IOH的概略构成 图。此外，在图16中对与上述第一实施例相对应的部分标注了相 同的符号，并省略对其的详细"^兌明。
本实施例的角速度传感器IOH在以下这点上与上述第一实施 例不同中央臂部12C上的一对冲企测电才及14a、 14b通过基部11 乂人 中央^,部12C向一侧的外侧^^部12A及另一侧的外侧^f部12B if争 越;也分别连续;也形成为大致U字状。
如图16所示，在中央臂部12C上所形成的一对检测电极14a、 14b中， 一侧(图中左侧)的4全测电极14a通过形成在基部11的臂 部才艮部位上的中继电才及19a (第一中继电才及)而连4妄于^f立于该侧的 外侧臂部12A上的检测电极14c (第三检测电极)。另一侧(图中 右侧)的检测电极14b通过形成在基部11的臂部根部位上的中继 电极19b (第二中继电极)而连接于位于该另一侧的外侧臂部12B 上的4企测电4及14d (第四4企测电才及)。；险测电才及14c邻4妄于驱动电核_ 13a,从外侧臂部12A的轴心位于靠近中央臂部12C侧，检测电极 14d邻4妄于驱动电才及13b， /人外侧臂部12B的轴心位于靠近中央臂 部12C侧。
中继电才及19a、 19b在基部11的臂部才艮部位上，分别形成在压 电膜18a、 18b上，其中，该压电月莫18a形成在中央^f部12C和外 侧-(部12A之间、18b形成在中央^f部12C和外侧^f部12B之间。 压电膜18a、 18b是与形成构成各臂部12A-12C上的压电功能层 15A-15C的压电月莫16a-16c的工序同时且通过同 一材泮+而形成 的。此外，压电膜18a、 18b的形成是任意的，即使省略也没有关 系。
中继电极19a、 19b分别连接于控制部31H的Ga端子及Gb端 子。而且，在运算电路33中，获得这些中继电极19a、 19b的检测
信号的差并将其作为角速度信号。下面，参照图17A、图17B对角 速度传感器IOH的作用进4亍iJt明。
图17A是激励动作中的臂部12A-12C的主要部分的正^L图， 其示出了在4壬意瞬间，外侧臂部12A、 12B向图中下方向振动，中 央臂部12C向图中上方向振动的样子。当不施加角速度时，由于臂 部的振动为反相，所以中央臂部12C上的冲全测电极14a、 14b和外 侧臂部12A、 12B上的冲全测电才及14c、 14d生成相互不同的符号信号。 ^f旦是，由于才企测电才及14a和14c、才企测电4及14b和14d相互电连才妾， 所以生成的信号相互4氐消。因此，这些差信号(Ga-Gb)为0,无 法生成角速度信号。
另一方面，在图17A的状态下，当向臂部12A~ 12C的轴心周 围施加角速度时，例如如图17B所示，在臂部12A~ 12C上引发水 平方向的4展动。在这种'清况下，外侧两个^^部12A、 12B以同相振 动，中央臂部12C以相对这些外侧臂部12A、 12B的反相进4亍振动。 在如图17B的状态下，中央臂部12C上的才企测电4及14a、 14b对应 输入角速度的大小而生成相互反相的信号，该差信号被作为角速度 信号进行处理。此外，此时，外侧臂部12A的检测电极14c生成和 检测电极14a同相的信号，外侧臂部12B的检测电极14d生成和才企 测电才及14b同相的信号。
然后，如图18所示，考虑对角速度传感器IOH沿臂部12A~ 12C的排列方向(x轴方向)施加加速度的情况。在这种情况下， 如图17C所示，当向图中左方向施加加速度时，通过对各臂部12A 12C同时沿左方向作用惯性力，4全测电才及14a和4全测电才及14b生成 相互逆相(不同符号)的信号。因此，例如如图19所示，当仅在 中央臂部12C上设置检测电极时，这些检测电极14a、 14b的差信 号搭载于传感器的输出中，并作为角速度信号被进行处理。即，无 论生成角速度与否，都会产生生成角速度信号这样的不良情况。
对此相对，在本实施例的角速度传感器IOH中，由于在外侧臂 部12A、 12B上分别形成有与才会测电才及14a、 14b进4亍电连4妄的冲全 测电才及14c、 14d,所以如图17C所示，在各臂部上的才企测电才及14c、 14d分别生成与作用于外侧臂部12A、 12B的加速度相当的信号， 同时，由于这些信号与由^r测电极14a、 14b所生成的信号是相同 大小且反相，所以各信号相互抵消，结果，检测信号Ga、 Gb为O。 由此， 一企测信号的差信号也为0， 乂人而可以防止由加速度所生成的 信号搭载于传感器的输出中。此外，当为向图中右方向施加加速度 时也可以获得同样的效果。
另一方面，考虑对角速度传感器IOH沿臂部12A-12C的激励 方向(z轴方向)施加加速度的情况。例如如图17D所示，当向图 中上方向施加加速度时，通过对各臂部12A~ 12C同时向上方向作 用惯性力，各才全测电极14a 14d中的任一个生成同相且大小相同 的信号。但是，由于检测信号的差信号为0,所以不会对传感器的 输出造成影响。这与如图19所示的角速度传感器的构成相同。此 外，向图中下方向施加加速度的情况也相同。
如上所述，根据本实施例的角速度传感器10H,可以排除基于 加速度的影响，并可稳定地进行高精度的角速度检测。图20是对 图18及图19所示的各个角速度传感器如各图所示地沿x轴方向施 加加速度时的传感器输出的变化的一例。此外，横轴的加速度的单 位为g= (9.8m/s2)。从图20的结果可知图18所示的本实施例的 角速度传感器IOH的基于加速度的影响更小，从而可以获得稳定的 输出特性。
(第九实施例)图23是本发明的第九实施例的角速度传感器IOH的大小的示 意图。本实施例涉及的角速度传感器IOJ与图14、图21所示的角 速度传感器一样是包括緩冲部23这种类型的角速度传感器。
角速度传感器IOJ的、外侧臂部12A、 12B沿激励方向具有共 振频率fv (第一共振频率)。中央臂部12C具有即不是激励方向的 振动系统也不是在宽度方向上的振动系统的第三振动系统(共振频 率fc (第二共振频率))。
fv和fc的差被设定在lkHz 2kHz。为了实现该值，典型为 中央臂部12C的宽度为103|Lim，外侧臂部12A、 12B的宽度为 100nm。在这种情况下，各臂部12A-12C的厚度实际相同。或者， 也可以为中央臂部12C的厚度为103pm,外侧臂部12A、 12B的 厚度为100,。
或者，也可以为中央臂部12C的宽度(或者厚度)形成得小 于外侧臂部12A、 12B的宽度(或者厚度)。
fv和fc的差、即I fv-fc I低于lkHz时，将基于上述共振频率 fc的第三臂部的振动将变为噪声。其结果是，角速度的检测精度劣 化。当I fv-fc I高于2kHz时，中央臂部12C的形状或者大小等将 不在规定的适当范围内。其结果是，在中央臂部12C的激励方向及 宽度方向的共4展频率(fv、 fh)的平4軒劣化，从而招致角速度传感 器的温度特性的劣化。
图24是将数码照相机作为安装有上述各实施例涉及的角速度 传感器10A-10J的电子机器的例子进行表示的概略的立体图。图 25是表示该数码照相机的构成的框图。
凄丈码照相才几260包括安装有角速度传感器10A ~ 10J的才几器主 体261。机器主体26 1是例如，金属制、树脂制等的框架(frame )
或者框体。实际上，角速度传感器10A~ lOJ构成为通过例如数mm 角的大小进行封装(Packaging )。在被封装的陀螺仪(gyro )装置 上，为了检测至少绕2轴的旋转角速度，至少安装有两个角速度传 感器10A~ 10J。
如图25所示，数码照相机260包括角速度传感器10A~ 10J、 控制部510、具有透镜等的光学系统520、 CCD 530、对光学系统 520进4亍手4牛才交正的手4牛才交正才几构540。
由角速度传感器10A ~ 10J冲全测2轴的哥氏力。控制部510基 于该;险测的哥氏力4吏用手抖4交正才几构540在光学系统520上进4亍手 4斗的4交正。
作为安装有角速度传感器10A-10J的电子机器，并不仅限于 上述数码照相机。例如，作为电子机器列举有膝上(laptop)型计 算才几、PDA ( Personal Digital Assistance )、电子词典、音频A见频才几 器、投影仪、便携式电话机、游戏机、汽车导航(car navigation) 才几器，才几器人、其他电气化产品等。
图26是表示如图21所示的角速度传感器10G、或者如图23 所示的角速度传感器10J的现实的典型例的平面图。在该角速度传 感器中，外部连接端子20位于比外侧臂部12A、 12B靠外的外侧。 驱动电才及13a和13b、才全测电才及14a和14b、参考电才及13c通过引 线29分别连4妻于外部连4矣端子20。
(第十实施例)
图27是概略地表示本发明的第十实施例涉及的角速度传感器 的图。此外，在图27中对与上述第八实施例(图16)所示的角速 度传感器10H相同的部分标注了相同的符号，并省略对其的详细说 明。
如图27所示，本实施例涉及的角速度传感器IOK与上述第八 实施例所示的角速度传感器IOH —样与中央臂部12C上的才全测电 极14a、同图左侧的外侧臂部12A上的检测电极14c连接。而且， 中央臂部12C上的^r测电4及14b连4妄于同图右侧的外侧臂部12B 上的检测电极14d。但是，本实施例涉及的角速度传感器IOK在以 下这点上与上述第八实施例中的角速度传感器IOH不同在中央臂 部12C上，代替参考电极13C，形成有驱动电极13d (第三驱动电 极)。
上述4企测电才及14a和才企测电才及14c、以及冲企测电才及14b和才企测 电极14d与上述图16所示的角速度传感器IOH—样，即可以分别 通过中继电极进行连接，也可以不通过中继电极而通过引线等进行 连才妄。各才全测电才及14a ~ 14d的宽度W3及长度L3相同，且乂人各臂 部的长度方向上的中心直至各才企测电才及14a 14d位置的各距离da 也相同。
在此，当将中央臂部12C上的左右检测电极14a及14b、和外
定为a、 b、 c及d时，控制部31K(未图示)与上述第八实施例一 样，将和信号a+c (第一和信号)与和信号b+d (第二和信号)之 间的差、即(a+c) - (b+d)的差信号作为角速度信号进行检测。此 夕卜，在这种情况下，虽然与驱动电极13a及13b—样，将通过控制 部31K的自激振动电路32生成的驱动信号输入给驱动电极13d, 但是控制部31K也可以将例如该和信号a+c与和信号b+d的和信号 (a+c) + (b+d)作为参考信号反馈给该自激振动电路32。
图28是表示当对本实施例的角速度传感器10K、和将a-b作为 角速度信号进行检测的角速度传感器分别施加沖击(加速度)时的、 输出结果的图表；图28(a)表示未施加哥氏力时的结果，图28 ( b ) 表示施加哥氏力时的结果。
^口图28所示可^口当施力口冲击等的力口速度，且才企测a和b之 间的差信号时，虽然产生衰减的噪声，^f旦是在本实施例中，通过检 测(a+c) - (b+d)的差信号，如在上述第八实施例中所说明的一样 的理由，可以抑制基于加速度的噪声的发生。
而且，如图28 (b)所示，即使施加哥氏力时，由于可以回避 基于冲击而产生的噪声，并增加来自外侧臂部12A及12B的检测值 的输出，所以与哥氏力相对应的输出增加，角速度检测效率也得到 改善。
此外，在本实施例涉及的角速度传感器IOK中，将中央臂部 12C上的驱动电极13d的宽度Wl、和外侧臂部12A及12B上的各 驱动电极13a及13b的各宽度W2形成为相等，并且，驱动电极13d 的长度L1为各驱动电极13a及13b的各长度L2的2倍。在此，当 将中央^"部12C上的驱动电才及13d的实质驱动面积定为Sl,并4夸 外侧^,部12A上的马区动电才及13a禾口外侧^f部12B上的马区动电才及13b 的实质马区动面积分别定为S2、 S3时，SI: S2(=S3) =2: 1。
由此，外侧臂部12A及12B的各驱动量是中央臂部12C的驱
动量的一半的振幅。因此，由于可以消除基于各臂部的驱动而产生 的动作力矩，所以可以通过力的平衡来抵消向臂部12A-12C的根
部位传递的振动，并可大幅度地降低向基板22及安装基板的振动 泄漏。
而且，在本实施例的角速度传感器IOK中，并不仅限于4全测电 才及14a和才企测电才及14c、 4企测电才及14b和才全测电才及14d分别4妄线， 也可以构成为与上述第三实施例所示的角速度传感器IOC(图6) 一样，控制部31K分别输入上述a、 b、 c及d。在这种情况下，控 制部31K基于输入的a、 b、 c及d的各信号，通过将上述(a+c)-(b+d)的差信号作为角速度信号进行检测，从而可以同样避免基
于加速度的噪声的发生。在这种情况下，优选对上述自激振动电路
32不反々贵a+c和b+d的和信号而^又反々贵a+c 乂人而产生驱动信号。当 反々贵上述a、 b、 c及d的和4言号时，上述a禾口c、 b和d分另'J为反冲目 位的信号，并当由于产生哥氏力而4吏相位变化时，因为a+c、 b+d 的各信号的增减变化率增大，所以各臂部的振动量容易变化，从而
施加哥氏力时的各臂部的动作变得不稳定。而且，当各臂部的动作 不稳定时，各臂部的振动量变化的结果、恐怕对角速度的检测会产 生误差，其结果导致与哥氏力相对的角速度检测的信号线性降低， 这是因为信号检测的动态范围变小。因此，通过仅反馈a + b,当发 生哥氏力时，所反馈的信号由于哥氏力的影响而变动的程度减轻， 乂人而可以实现稳定的驱动状态。
(第十一实施例)
图29是概略地表示本发明的第十一实施例涉及的角速度传感 器的图。此外，在图29中对与上述第十实施例(图28)所示的角 速度传感器IOK相同的构成或功能的部分标注了相同的符号，并省 略乂于其的详细i兌明。
如图29所示，在本实施例涉及的角速度传感器IOL中，与上 述笫十实施例的角速度传感器IOK相比较，设置外侧臂部12A及 12B的各检测电极14c及14d的位置不同。即，在上述第十实施 例中，虽然各冲企测电才及14 c及14 d分别i殳置在外侧臂部12A及12B 的、靠近中央臂部12C侧，但是在本实施例涉及的角速度传感器 IOL中，各才企测电才及14 c及14 d 一皮i殳置在外侧臂部12A及12B的、 与中央^f部12C侧相反的一侧。通过该构成，与上述第三、第/\及 第十实施例一样，可以避免基于加速度的噪声的发生。
(第十二实施例)
图30是概略地表示本发明的第十二实施例涉及的角速度传感 器的图。此外，在图30中对与上述第十及第十一实施例(图27及 29)所示的角速度传感器10K及10L相同构成或者功能的部分标 注了相同的符号，并省略对其的详细i兌明。
本实施例涉及的角速度传感器10M在以下这点上与上述第十 及第十一实施例的角速度传感器IOK及10L不同在两个外侧臂 部12A及12B中、 一侧的^#部(例如，外侧^#部12A )上i殳置有两 个>^企测电极14c及14d,在另一侧臂部(例如，外侧臂部12B)上 不i殳置才全测电极。根据该构成，与上述第三、第八及第十一实施例 一样，可以避免基于加速度的噪声的发生。
此外，在上述第——第九实施例中，示出了4又对外侧臂部12A 及12B设置驱动电极13的例子，并且，在第十~第十二的实施例 中，示出了对全部中央臂部12C、外侧臂部12A及12B设置驱动电 极13的例子。但是，在上述任一个实施例中例如，也可仅对中央 臂部12C设置驱动电极13。在这种情况下，外侧臂部12A及12B 通过中央臂部12C的激励的反作用，以相对中央臂部12C的振动 的反才目4立进4亍4展动。
(第十三实施例)
图31是概略地表示本发明的第十三实施例涉及的角速度传感 器的图。此外，在图31中对与上述第十 第十二实施例(图27、 图29及图30)所示的各角速度传感器IOK、 10L及10M相同构成 或者功能的部分标注了相同的符号，并省略对其的详细说明。
本实施例涉及的角速度传感器ION在臂部数不是三个而是五 个(臂部12A 12E)这点上与上述第十 第十二实施例(图27、 图29及图30)所示的各角速度传感器IOK、 IOL及IOM不同。即，
在上述第十~第十二实施例中的各外侧臂部12A及12B的外侧还进 一步i殳置有臂部12D及12E。臂部的凄t量当然并不4又限于五个。才艮 才居该构成，与上述第三、第7\及第十~第十二实施例一4羊，可以避 免基于加速度的噪声的发生。
此外，通过上面第十~第十三的各实施例所示的各角速度传感 器IOK ~ ION也可以被安装在如上述图24及图25所示的数码照相 机260等的各种电子机器上。
附图才示i己
IOA、 IOB、 IOC、 IOD、 IOE、 IOF、 IOG、躍、101、 IOJ、 IOK、 IOL、 IOM、 ION角速度传感器
11基部
12A、 12B外侧臂部 12C中央臂部 13a、 13b、 13d马区动电才及 13c参考电^L
14a、 14b、 14c、 14d 4全测电才及 15A、 15B、 15C压电功能层 16a、 16b、 16c压电膜 17a、 17b、 17c基层电4及膜
20a、 20b、 20c、 20d凸起(外部连4妄端子) 21 ^展动《垂部 22支撑部 23緩沖部 24固定部
31A、 31B、 31C、 31H控制部 32自^^展荡电^各 33运算电錄^ 260 lt码照相枳j 261主体
权利要求
1.一种角速度传感器，包括基部；三个臂部，从所述基部一体地沿大致同一方向延伸；压电膜，形成在所述各臂部的一个表面上；驱动电极，用于激励，形成在所述三个臂部中的至少位于外侧的两个臂部的所述压电膜上；以及检测电极，用于角速度检测，形成在所述三个臂部中的至少位于中央的臂部的所述压电膜上，其中，所述三个臂部中位于外侧的两个臂部以同相进行激励，位于中央的臂部以和位于所述外侧的两个臂部反相进行激励，同时，所述驱动电极对所述臂部沿和所述压电膜的形成面垂直的第一方向进行激励，所述检测电极对沿与所述臂部的所述压电膜的形成面平行的第二方向的振动进行检测。
2. 根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述三个臂部中、位于中央的臂部上设置有振动锤部。
3. 根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述三个臂部中、位于中央的臂部的形成宽度形成为 大于位于外侧的两个臂部的形成宽度。
4. 根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述三个臂部的所述第 一 方向上的共振频率分别设定为 一至丈，同时，所述三个臂部的所述第二方向上的共振频率中，^M夸位于中央的臂部的共振频率设定为所述第一方向上的共4展频率 附近。
5. 根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述三个臂部中、位于中央的臂部的所述压电膜上形 成有用于冲全测该臂部的4展动特性的参考电才及。
6. 根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，所述4企测电才及在所述三个臂部中、位于中央的臂部的所 述压电膜上相对于该臂部的轴心，成一对i也形成在对称的位置 上，一侧的才全测电才及经由所述基部乂人该臂部3,越位于所述一 侧的外侧的^,部并连续;也形成，同时，另一侧的4企测电才及经由所述基部乂人该爿霄部^争越4立于所述 另一侧的外侧的臂部，连续地形成。
7. 根据权利要求1所述的角速度传感器，其特征在于，在所述基部上设置有用于对所述各臂部进行信号输入输 出的多个外部连接端子，所述各外部连4姿端子位于所述基部的一个表面上，且形 成在所述三个臂部之间振动最小的位置上。
8. 根据权利要求7所述的角速度传感器，其特征在于，所述各外部连接端子形成在从所述各臂部的轴心的延长 线偏离的位置上。
9. 根据权利要求7所述的角速度传感器，其特征在于，在所述基部上，在所述各臂部的才艮部位和所述外部连4妾 端子的形成区域之间，设置有具有比所述基部的形成宽度小的 宽度的緩沖部。
10. —种角速度传感器，包括第一臂部，具有第一驱动电才及，并通过压电驱动沿第一 方向进行激励；第二臂部，具有第二驱动电极，设置成沿所述第一臂部 的长度方向延伸，且通过压电驱动以与所述第 一臂部的同相位 沿所述第 一方向进行激励；第三臂部，具有对作用在与所述第一方向及所述长度方 向正交的第二方向上的哥氏力进行检测的检测电极，所述第三 臂部被设置为在所述第一臂部及所述第二臂部之间沿所述长 度方向延伸，并通过所述第一臂部及所述第二臂部的激励的反 作用以和所述第 一臂部及所述第二臂部的4展动的反相位进刊-激励；以及基部，用于支撑所述第一臂部、所述第二臂部及所述第 三臂部。
11. 根据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述第三臂部包括振动锤部。
12. 根据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述第 一臂部及所述第二臂部沿所述第二方向以第一宽 度形成，所述第三臂部沿所述第二方向以大于所述第 一宽度的第 二宽度形成。
13. 根据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述第一臂部、所述第二臂部及所述第三臂部在所述第 一方向上具有一致的共4展频率，所述第三臂部在所述第二方向上具有与所述第一方向的 共振频率不同的共"^展频率。
14. 4艮据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述第三臂部包括用于对该第三臂部的振动特性进行检 测的参考电才及。
15. 4艮据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述第三臂部包括 第一4企测电4及；以及第二4全测电极，相对于所述第三臂部的所述第 一方向的 轴心，被配置在与所述第一检测电极相对称的位置上，其中，所述第一4企测电极和所述第二4企测电才及作为所述 冲全测电才及，所述第 一臂部包括用于对作用在该第 一臂部的哥氏力进 行才企测的第三检测电极，所述第二臂部包括用于对作用在该第二臂部的哥氏力进 4亍4企测的第四4企测电才及，所述基部包括第一中继电极，用于连接所述第一检测电极和所述第三 ;险测电4及；以及第二中继电极，用于连接所述第二检测电极和所述第四 才企测电才及。
16. 根据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述角速度传感器还包括多个外部连接端子，其分别 被配置在从所述第一臂部、第二臂部及第三臂部传递的振动为 最小的所述基部上的位置上，并用于分别对所述第一驱动电 极、所述第二驱动电极及所述检测电极进行外部连接。
17. 根据权利要求16所述的角速度传感器，其特征在于，所述多个外部连4妄端子一皮配置在乂人所述第一臂部、所述 第二臂部及所述第三臂部的、从所述第 一方向上的轴心的各个 延长线上偏离的位置上。
18. 根据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述基部包括支撑部，用于支撑所述第一臂部、所述第二臂部及所述 第三臂部；固定部，包括用于对所述第一驱动电极、所述第二驱动 电极及所述检测电极进行外部连接的外部连接端子，所述固定 部在所述第二方向上以第一宽度形成；以及连4妄部，连4妄所述支撑部和所述固定部，并在所述第二 方向上以比所述第一宽度小的所述第二宽度形成。
19. 根据权利要求18所述的角速度传感器，其特征在于，在由所述第一臂部、所述第二臂部、所述第三臂部及所 述支撑部构成的振动系统中，当所述第一臂部及所述第二臂部 的所述第一方向的第一振动系统的共振频率为fv,在由所述 第一臂部、所述第二臂部、所述第三臂部、所述支撑部及所述 连接部构成的振动系统中，当所述第 一方向的第二振动系统的 共才展频率为fO时为0.25S (f0/fv) ^1/V^。
20. 根据权利要求IO所述的角速度传感器，其特征在于，所述第 一臂部及所述第二臂部以第 一共振频率进4亍激励，所述第三^^部包纟舌比所述第一共振频率^f氐lkHz 2kHz 的第二共^展频率的^展动系统。
21. —种角速度传感器，包括第一臂部，具有第一驱动电4及，并通过压电驱动沿第一 方向进4于;敫厉力；第二臂部，具有第二驱动电极，设置成沿所述第一臂部 的长度方向延伸，且通过压电驱动以和所述第 一臂部的同相位 沿所述第 一方向进4于激励；第三臂部，具有第三驱动电极、以及对作用在与所述第 一方向及所述长度方向相正交的第二方向上的哥氏力进行才企 测的检测电极，所述第三臂部被设置为在所述第一臂部及所述 第二>^部之间沿所述长度方向延伸，并通过压电驱动以和所述 第 一臂部及所述第二臂部的4展动的反相位进4于激励；以及基部，用于支撑所述第一臂部、所述第二臂部及所述第 三臂部。
22. 根据权利要求21所述的角速度传感器，其特征在于，所述第三臂部包括 第一4企测电纟及；以及第二检测电极，相对于所述第三臂部的所述第 一方向的 轴心，被配置在与所述第 一检测电极相对称的位置上，其中，所述第 一检测电极和所述第二检测电极作为所述 才全测电才及，所述第一臂部包括用于对作用在该第一臂部的哥氏力进 4亍冲佥测的第三4全测电才及，所述第二臂部包括用于对作用在该第二臂部的哥氏力进 4亍才企测的第四4金测电才及，所述角速度传感器还包括控制部，其分别计算来自所 述第 一 检测电极的输出信号和来自所述第三检测电极的输出 信号的第一和信号、以及来自所述第二检测电极的输出信号和 来自所述第四检测电极的输出信号的第二和信号，并将所述第 一和信号和所述第二和信号的差信号作为角速度信号进行检测。
23. —种电子才几器，包括主体；以及角速度传感器，配置在所述主体内，其中，所述角速度传感器包括第一臂部，具有第一驱 动电才及，并通过压电驱动沿第一方向进4于激励；第二臂部，具 有第二驱动电极，设置成沿所述第一臂部的长度方向延伸，且 通过压电驱动以与所述第一臂部的同相位沿所述第一方向进 行激励；第三臂部，具有对作用在与所述第一方向及所述长度 方向正交的第二方向上的哥氏力进行检测的检测电极，所述第三臂部被设置为在所述第一臂部及所述第二臂部之间沿所述 长度方向延伸，并通过所述第 一臂部及所述第二臂部的激励的 反作用、以和所述第 一臂部及所述第二臂部的振动的反相位进行激励；以及基部，用于支撑所述第一臂部、所述第二臂部及 所述第三臂部。
24. —种电子才几器，包括 主体；以及角速度传感器，配置在所述主体内，其中，所述角速度传感器包括第一臂部，具有第一驱 动电才及，并通过压电驱动沿第一方向进行激励；第二臂部，具 有第二驱动电极，i殳置成沿所述第一臂部的长度方向延伸，且 通过压电驱动以和所述第 一臂部同相位沿所述第 一方向进行 激励；第三臂部，具有第三驱动电^ l、以及对作用在与所述第 一方向及所述长度方向相正交的第二方向上的哥氏力进4亍冲佥 测的4企测电极，所述第三臂部纟皮设置为在所述第一臂部及所述 第二臂部之间沿所述长度方向延伸，并通过压电驱动以和所述 第一臂部及所述第二臂部的振动的反相位进行激励；以及基 部，用于支撑所述第一臂部、所述第二臂部及所述第三臂部。
全文摘要
本发明提供了一种可抑制向支撑臂部的基部的振动泄漏，并可较强抵抗噪声的三音叉型的角速度传感器及电子机器。在本发明的角速度传感器中，在三个臂部(12A～12C)中，两个外侧臂部(12A、12B)以同相进行激励，中央臂部(12C)通过外侧臂部振动的反作用以和外侧臂部反相进行激励。而且，将各臂部沿与压电功能层(15A～15C)的形成面垂直的方向进行激励，并基于与臂部的上述压电功能层的形成面相平行的方向的振动来检测角速度。由此，在臂部间所产生的转距相互抵消，并可降低向基部传递的振动。而且，通过沿与压电功能层的形成面垂直方向对臂部进行激励，可以维持稳定的激励状态，并可构成对干扰有较强抵制的角速度传感器。
文档编号G01C19/5607GK101173957SQ200710164369
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月30日 优先权日2006年10月30日
发明者本多顺一, 稻熊辉往, 高桥和夫 申请人:索尼株式会社