[发明专利]振动陀螺元件、陀螺传感器及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用了弯曲振动片的振动陀螺元件、使用了该振动陀螺元件的陀螺传感器以及电子设备。

背景技术

一直以来，在时钟、家电产品、各种信息通信设备、和办公自动化设备等的电子设备中，作为电子电路的时钟源，广泛使用压电振子、搭载了压电振动片和IC芯片的振荡器、实时时钟模块等的压电装置。此外，在数码照相机、摄像机、导航装置、车身姿势检测装置、指示装置、游戏控制器、移动电话、头置式显示器等的各种电子设备中，为了对角速度、角加速度、加速度、力等的物理量进行检测，而广泛使用利用了弯曲振动片的压电振动陀螺仪等的传感器。

例如，已知一种将驱动用的压电陶瓷粘合在截面为正方形的振动臂（音片）的一个侧面上，且将提取用的压电陶瓷粘合在邻接的另一个侧面上的横向振动音片陀螺仪（例如，参照专利文献1）。当该音片通过向驱动用的压电陶瓷施加信号从而在X方向上进行弯曲振动，并通过绕Z轴的旋转而利用哥氏力在Y方向上进行弯曲振动时，能够通过在提取用的压电陶瓷上产生的输出，而对绕Z轴的旋转的角速度进行检测。

此外，已知一种由双侧音叉型振动片构成的角速度传感器，所述双侧音叉型振动片是通过基座而将被驱动对和检测对这两对叉状部件连结在一起而形成的（例如，参照专利文献2）。已知如下内容，即，在由这种双侧音叉型（H形）振动片构成的振动陀螺仪中，通过将振子的臂长及宽度、压电元件的长度及宽度设定为固定的关系，从而能够抑制成为寄生偏移输出的原因的第二阶模式，由此实现稳定性较高的检测（例如，参照专利文献3）。该振动陀螺仪通过设置在恒弹性合金的振子的表面上的压电元件，从而实施振子的驱动及检测。

作为相同的双侧音叉型，已知一种具有从基体向＋Y方向突出的两根第一振动片、向－Y方向突出的两根第二振动片、和从基体中央突出的单一的支承棒的角速度检测装置（例如，参照专利文献4）。当第一振动片在驱动模式下于面内的X方向上以反相进行振动，且在该状态下绕Y方向进行旋转时，在检测模式下第二振动片将于面外的Z方向上以反相进行振动。

已知如下内容，即，在具有与专利文献4相同的结构的角速度传感器中，通过以在一个振动片上于与哥氏力相同的方向上产生振动泄漏，而在另一个振动片上于与哥氏力相反的方向上产生振动泄漏的方式，来决定驱动振动频率和检测振动频率，从而使由于振动泄漏而产生的电信号相抵消，由此使角速度的检测精度变得良好（例如，参照专利文献5）。在该角速度传感器中，通过适当地规定H型振子的各个部分的尺寸，从而在左右上下的振动片为左右反相且上下反相的第一振动模式、左右及上下同相的第三振动模式、以及左右反相且上下同相的第二振动模式中，各个振动模式的固有振动数f1、f3、f2被设定为，按照该顺序增高。

此外，已知如下内容，即，振动陀螺元件会产生不同于驱动模式及检测模式且具有固定的振动方式的、被称为寄生模式的无用的振动模式（例如，参照专利文献6）。驱动模式的振动通过使寄生模式的振动频率充分远离其振动频率，从而较为稳定。

提出一种通过利用这种寄生模式的固有共振频率，从而能够降低温度漂移的振动型回转仪（例如，参照专利文献7）。根据专利文献7，通过使驱动模式的振动的固有共振频率fd与检测模式的振动的固有共振频率fp之间的差Δf，接近驱动模式的固有共振频率fd与寄生模式的固有共振频率fs之间的差Δfs的1.7倍，从而－40℃～＋80℃的温度范围内的温度漂移显著降低。

此外，提出一种通过减小驱动振动模式的振动的共振频率fd与寄生模式的振动的共振频率fs之间的差（fs－fd）的绝对值︱fs－fd︱即寄生失谐，从而降低了温度漂移的振动型回转仪的振子（例如，参照专利文献8）。根据专利文献8，通过使检测振动部及/或驱动振动部的质量或尺寸发生变化，来改变寄生模式及/或驱动振动的共振频率，从而能够控制寄生失谐。

在振动陀螺元件中，为了提高检测灵敏度，而需要进一步增大作用于检测用振动臂的激振力，从而进一步增大其振幅。但是，上述的现有的振动陀螺仪均只有一个检测时的振动模式，从而使向检测用振动臂的激振力增加以提高检测灵敏度是不容易的。尤其是，因为当振动陀螺元件小型化时，相对应地驱动用及检测用振动臂也被小型化，所以通过激振力的增加而实现的检测灵敏度的提高变得更加困难。

专利文献1：日本特开昭61-191916号公报

专利文献2：日本特开昭64-31015号公报

专利文献3：日本特开昭62-106314号公报

专利文献4：日本特开平10-54723号公报

专利文献5：日本特开平9-329444号公报