JPH0829178A

JPH0829178A - 半導体振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH0829178A
Application number: JP6162250A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Hanamura; 昭宏花村; Teruyoshi Mihara; 輝儀三原; Toru Kita; 徹喜多
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】加工組立が容易で、小型、安価で、検出精
度、感度、及び、安定性が高く、大量生産向けに好適な
半導体振動ジャイロを提供する。【構成】台盤５上に半導体基板をエッチングし、一端
は開放端、他端は支持体１と一体に連接する固定端を形
成した振動体２の表面に薄膜形成した圧電体３に電圧を
印加し振動体２を励振させ、電極７により振幅を検出
し、電極４ａ、４ｂによりコリオリ力を検出すると共
に、交流電源８、振幅変調回路９、振幅検出回路１０に
よりＡＧＣ回路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動体を振動させ、入
力された角速度に応じてこの振動体にコリオリ力を発生
させ、このコリオリ力による振動体の変位に基づいて入
力される角速度を検出する振動ジャイロに関するもの
で、特に、少なくとも振動体を含む励振回路部に半導体
を使用した半導体振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動ジャイロの代表的なものは、
概ね機械的構造を有するものが多く、例えば、図１５は
基部５０に支持されＵ字状に形成した音叉式を示すもの
であって、固定部５５、５６を中間にして、互いに直角
をなす振動片５１、５３と振動片５２、５４を対向して
配置したものである。振動片５１、５２を互いに逆向き
にＸ方向に速度Ｖの振動を与えた状態でＺ軸回りに角速
度Ωが生ずると、振動片５３、５４に角速度に比例する
コリオリ力ＦがＹ方向に作用する。このコリオリ力Ｆに
よる振動片５１、５２の変位に基づいて角速度Ωの検出
を行なうものである。このときのコリオリ力Ｆは（数
１）式で表わされる。Ｆ＝２ｍＶΩ …（数１）Ｆ：コリオリ力Ｖ：振動子の振動する速度ｍ：振動子の質量 Ω：振動子の角速度図１６は、音片式で圧電素子を駆動用、検出用にそれぞ
れ剛体の金属角柱面に接着したものである。振動子を駆
動する方式としては水晶振動子を除くと圧電素子による
ものが一般的である。また、コリオリ力による変位を検
出する素子としても圧電素子が一般的に使用されてお
り、駆動用、検出用とも圧電素子は、接着剤を用いて振
動子に固定されている。振動ジャイロは、振動子の共振
周波数で振動子を駆動し、検出素子側の共振周波数を振
動子の振動周波数と一致させた場合が感度と効率が最も
高くなる。このため励振側の共振周波数と検出側の共振
周波数が一致する構造の振動子が好ましいとされてい
る。

【０００３】半導体振動ジャイロには、図１７に示す特
開昭６２−９３６６８号に開示された公知例、図１８に
示す特開平４−２４２１１４号に開示された公知例があ
る。

【０００４】半導体振動ジャイロは、半導体技術の利用
により、寸法精度が高く、加工組立が容易で、小型、安
価な振動ジャイロを大量に提供できるという利点があ
る。図１７の公知例は、半導体と他の基板によるハイブ
リット構造の振動ジャイロである。これは振動片３３の
励振方向と検出方向の曲げ剛性を等しくし、また振動片
３３上に振動面と平行に平板３７を設けたことを特徴と
している。駆動電極３２に電圧が印加されると平板３７
と振動片３３が互いに逆向きにＸ方向に振動し、Ｚ軸回
りの角速度により、振動片３３、平板３７にコリオリ力
がＹ方向に作用する。励振方法として静電駆動式や、磁
界式等が可能であるとしている。また、図１８の公知例
は、シリコン基板表面にシリコン等による多層電極型振
動子４２を形成し、駆動電極４３ａ、４４ａ及び４３
ｂ、４４ｂによる静電駆動式により振動子４２を励振
し、検出電極４５、４６により静電容量を検出すること
によりコリオリ力を検出することを特徴としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１５、図１６の従来
技術は、振動子の加工精度、振動子の固定方法、圧電素
子の寸法精度、圧電素子の接着状態、固定位置のずれ、
信号線の配置などの要因によって振動子の共振周波数に
ばらつきが生ずる。このため、高精度、高感度の振動ジ
ャイロを得るためには、非常に高い加工精度、組立精度
が要求され、工程が複雑で、上記したように共振周波数
を一致させるための加工調整など、いわゆる、トリミン
グを行なう必要があることなどにより、大量生産が困難
であり、製造原価が高くなるという問題点があった。ま
た、圧電素子の接着状態、振動子の固定、信号線の配置
などによって、ドリフトが発生しやすくなるなどによ
り、信頼性の面でも問題が生じていた。図１７の従来技
術は、基板を２次元的に加工して平板に接着するため、
組立時に誤差が生じる可能性があり、また小型化にも限
界があるという問題点がある。また、処理回路が外付の
構造になっているため小型化が可能であるが、浮遊容量
の影響を受けやすいという問題がある。図１８の従来技
術は、小型化により励振振幅が大きくとれず、特に静電
駆動式では十分な振幅が得られないから高感度化が難し
く、また多層電極構造を必要とするため、その製造工程
はかなり複雑であり、歩留りが悪いという問題点もあっ
た。

【０００６】上記のように、半導体振動ジャイロは小型
化が可能であるが、（数１）式により明らかなように、
小型化により振動子の質量が小さくなると、コリオリ力
が小さくなり感度の低下をもたらす。このため、振動子
の励振速度を速くする必要があり、それには励振周波数
を高くするか、励振の振幅を大きくすればよい。このと
き小型化により、振動子の共振周波数を高くすることが
可能であるが、静電駆動式は、十分な励振力を得るため
に振動子と電極間のギャップを小さくする、いわゆる、
「狭ギャップ化」が必要になるから十分大きな励振振幅
を得ることができず、このため励振周波数と振幅の積で
ある励振速度を十分大きくすることができず、コリオリ
力に限界が生じ高感度化が難しい。また基板に対して平
行方向に所要量の静電駆動用容量が得にくく、多層電極
構造が必要になるため、その製造工程はかなり複雑にな
り、歩留りも低下するという問題点がある。上記のよう
に機械式振動子においては、非常に高い加工精度が要求
され、かつ信号線の配線や振動子の固定に特殊な実装技
術が必要なため工程が複雑になる。しかし、それにもか
かわらず、性能のバラツキの発生を排除できないため、
トリミングが必要で大量生産に支障があり、原価低減が
困難であるという問題点がある。駆動、検出用圧電素子
共に振動子との間に接着剤が介在しているため、接着剤
の応力緩和が起こり、励振、検出効率の悪化、遅延等に
より感度が低下するという問題点がある。また、接着剤
の残留応力や、温度特性により、ドリフトが発生しやす
いという信頼性の面での問題点がある。また、上記従来
技術の振動ジャイロは、何れも外乱があったときや振動
片が変位したときに励振を一定に保持することができな
いため、コリオリ力が一定せず感度が不安定となるとい
う共通的な問題点があった。本発明は上記のような従来
技術の問題点を解決するためになされたもので、加工組
立が容易で、小型、安価で、検出精度、感度、及び、安
定性の高く、大量生産向けに好適な振動ジャイロを提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体振動ジ
ャイロは、台盤上に支持された半導体基板をエッチング
して支持体と振動体が形成され、この振動体の一端は開
放端であり、他端は支持体と一体に連接する固定端を形
成しており、振動体の表面にはこの振動体の長手方向に
長方形の圧電体が薄膜形成技術により形成されている。
圧電体に電圧を印加することにより振動体を励振させた
とき、励振の振幅を検出する手段と、励振方向と直角方
向に、この振動体の変位を検出するコリオリ力検出手段
とを配設し、振動体、支持体、励振振幅検出手段、コリ
オリ力検出手段を同一の半導体基板上に構成すると共
に、振動体の励振振幅を検出し、この励振振幅を一定と
するサーボ回路を構成したものである。

【０００８】

【発明の実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明
する。〈第１実施例〉図１はこの発明の第１実施例を示す斜視
図である。１はシリコン基板で、シリコン基板１をエッ
チングすることにより振動子２が形成されている。この
振動子２の一端は開放端であり、他端はシリコン基板１
に連接する固定端を形成している。振動子２の表面には
固定端から振動子２の長手方向に、長方形の形状をした
圧電体材が薄膜形成技術により形成されている。この圧
電体材は例えばセラミック圧電材としてＰＺＴ，ＰＴ，
ＰＬＺＴ，ＢａＴｉＯ₃系等があり、本実施例において
は薄膜ＰＺＴ３を用いているが他の圧電材についても同
様にである。この薄膜ＰＺＴ３は薄膜形成技術として例
えばスパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等を用いること
により実現することができる。薄膜ＰＺＴ３は膜の厚さ
方向に電界を印加できるようにＰＺＴ薄膜３の上下面に
電極が形成されている。４ａ、４ｂはコリオリ力検出用
電極であり、電極４ａ、電極４ｂと振動子２はギャップ
ｇを挟んで対向して配置され容量電極を形成している。
シリコン基板１の下方にはガラスの台盤５が陽極接合等
により接合されている。振動子２の下方と台盤５の間に
空隙が形成されている。この空隙は例えば台盤５をエッ
チングすることにより凹部６を形成したものである。凹
部６の振動子２と対向する部分に、金属蒸着等により形
成された励振振幅検出電極７が配置されている。８は交
流電源であり振幅変調回路９を経由して薄膜ＰＺＴ３と
接続されている。１０は励振振幅検出電極７と振動子２
間の静電容量を検出する容量検出回路であり、振幅変調
回路９に接続されている。交流電源８、振幅変調回路
９、振幅検出回路１０により、振動子２の励振電源系は
フィードバック回路（ＡＧＣ：Auto Gain Control，以
下ＡＧＣ回路またはサーボ回路と記す）を構成してい
る。１１は差動容量増幅回路であり、振動子２及びコリ
オリ力検出用電極４ａ、４ｂに接続されている。さらに
差動容量増幅回路１１は図示しない出力端子に接続され
ている。２７は、信号増幅を含む演算処理機能を有する
周辺処理回路でシリコン基板１上に形成されている。

【０００９】次に、半導体プロセス技術を使用した薄膜
ＰＺＴ３を形成する手順の一例を図１４を用いて説明す
る。図１４（ａ）〜図１４（ｇ）までは工程順序を示
し、図１４（ｈ）はＰＺＴ電極構造の他の例を示してい
る。図１４（ａ）はシリコン基板に処理回路部（例とし
てＭＯＳトランジスタを示す）とＰＺＴ下部電極用の拡
散層を形成し、処理回路部表面には保護膜としてＰＳＧ
膜を形成した状態である。図１４（ｂ）は例えばスパッ
タリングにより表面に薄膜ＰＺＴを形成し、この薄膜Ｐ
ＺＴ上にレジストを塗布し、パターニングした状態のも
のである。図１４（ｃ）はＣＦ４を用いたＲＩＥによ
り、ＰＺＴをエッチングした状態、図１４（ｄ）は処理
回路部にコンタクトホールを形成し、一層Ａｌを蒸着
し、パターニング、エッチングにより処理回路部のコン
タク及び薄膜ＰＺＴの上部電極を形成した状態、図１４
（ｅ）は保護膜としてＰＳＧ膜を形成した状態、図１４
（ｆ）はコンタクトホールを形成し、二層Ａｌを蒸着
し、パターニング、エッチングにより配線をし、さらに
保護膜として、表面にＳｉ₃Ｎ₄を形成した状態、図１４
（ｇ）はトレンチエッチングにより梁部を形成し、梁上
のＳｉ₃Ｎ₄を除去し、ＰＺＴ電極構造が完成した状態を
示す。

【００１０】また図１４（ｃ）の薄膜ＰＺＴ３のエッチ
ングに替えて、リフトオフを用いることができる。リフ
トオフの場合、微細パターン化に適しており、また薄膜
ＰＺＴ３上部電極用のＡｌを同時に形成することができ
るという利点がある。図１４（ｈ）は電極構造の他の例
として、下部電極を拡散層の変わりにＰｔを用いたもの
を示している。ＰｔをＳｉＯ₂上にスパッタリングした
後、この上に圧電材をスパッタリングすると、Ｐｔの配
向に沿って圧電材の結晶が配向するため、結晶方向の揃
った薄膜を形成することができる。このように結晶方向
が揃うことにより圧電定数の大きな圧電薄膜が得られ
る。これにより、さらに励振振幅を大きくすることが可
能である。

【００１１】〈第１実施例の作用〉ガラスの台盤５の振
動子２下部は、エッチングにより凹部６を形成している
ので、振動子２は基板１の垂直方向に振動することがで
きる。振動子２の表面には固定端近傍から振動子２の長
手方向に長方形の圧電体として薄膜ＰＺＴ３が形成され
ており、薄膜ＰＺＴ３には振幅変調回路９からの交流励
振電圧が供給されている。薄膜ＰＺＴ３は圧電定数のｄ
₃₁を用いるものとし、膜の厚さ方向に電界を印加する
と、薄膜の長手方向に電界に比例した力が発生し薄膜Ｐ
ＺＴ３は伸縮作用する。振動子２と薄膜ＰＺＴ３はユニ
モルフ構造であり、薄膜ＰＺＴ３が伸縮する結果、振動
子２は交流励振電圧に比例した振幅振動をする。この作
用は従来の半導体技術のように狭ギャップ間の静電力に
起因するものではないので、励振振幅を大きくとること
ができる。振動子２の下方には空隙を介して励振振幅検
出電極７が対向して配置されており、容量検出回路１０
により振動子２と励振振幅検出電極７との間の静電容量
を検出することにより、振動子２の振動変位を求めるこ
とができる。振動子２が振動しているところに、角速度
Ωが入力されたとき、角速度の回転軸及び振動の方向に
対して直角方向にコリオリ力Ｆが発生する。基板１に対
して平行方向に変位可能な振動子２は、コリオリ力Ｆの
大きさに対応して変位する。振動子２を挟んでコリオリ
力検出用電極４ａ、４ｂは、直列の容量電極を構成され
ており、振動子２が変位すると、各電極間の容量が変化
する。振動子２及びコリオリ力検出電極４ａ、４ｂは差
動容量増幅回路１１に接続されており、容量の差を検
出、増幅し出力することができる。この結果コリオリ力
の大きさの変化を容量の変化として検出することができ
る。さらに励振振幅検出電極７からの信号により、振幅
変調回路９の交流励振電圧を変化させるようにしたＡＧ
Ｃ回路を構成することにより、振動子２の振動振幅を一
定に保持することができる。すなわちＡＧＣ回路の構成
により、振動の速度を一定に保ちながら安定した励振を
することができる。本実施例の他、以下の各実施例にお
いて、ＡＧＣ回路は基板１の周辺処理回路２７に形成さ
れているが、外付けすることも可能であることはいうま
でもない。

【００１２】〈第１実施例の効果〉以上説明したよう
に、本実施例によれば、振動式ジャイロを同一半導体基
板上に構成し、一般的な半導体製造工程技術を用いるこ
とにより、小型、安価で信頼性の高い半導体振動ジャイ
ロを大量に作製することができる。さらに、寸法精度が
高く、ばらつき発生の原因となる組立工程がないため、
半導体振動ジャイロの優位性である検出精度と安定性が
高いという特徴に加えて以下のような効果がある。（ａ）振動子の励振を薄膜ＰＺＴにより行なっているた
め、狭ギャップを用いる静電駆動式に比べ励振振幅を大
きくすることができる。このため励振速度を大きくする
ことができ、高感度な半導体振動ジャイロが実現可能で
ある。（ｂ）従来のＰＺＴ形成技術と異なり、半導体製造技術
を用いているため、結晶性、厚さ等の特性の均一な薄膜
ＰＺＴの形成が可能となり、また、形状、寸法精度、位
置精度が高いため、共振バラツキが少なく、検出精度が
高く、個別の調整が不要な振動ジャイロを高歩留まり、
低原価で大量提供することができる。圧電素子が振動子
に直接形成されているため接着剤のための応力緩和によ
る励振、検出効率の低下、遅延などがないため感度を向
上することができる。また、接着剤による残留応力や、
温度特性によるドリフトなども排除でき信頼性の向上を
図ることができる。半導体製造技術により、ミクロンオ
ーダのＰＺＴ薄膜の形成ができるため、低電圧による高
電界の発生が可能である。このため励振電源系回路は低
電圧回路の簡単なものでよく原価低減が可能である。ま
た、低電圧回路とすることにより、半導体基板上に構成
することが容易である。（ｃ）ＡＧＣ回路を用いて一定の励振をすることによ
り、外乱に強く安定性に優れた半導体振動ジャイロが実
現可能である。励振検出及びコリオリ力検出共に容量検
出式であり、励振手段の薄膜ＰＺＴと異なるため、励振
側の影響を受け難くノイズに対する感度特性の比すなわ
ちＳＮ比、及び、温度特性が優れており温度補償が簡単
である。

【００１３】〈第１実施例の応用〉本実施例によれば、
高感度の半導体振動ジャイロを低原価で供給することが
できるため、自律航行のナビゲーションシステムを安価
に提供できる。これにより自動車、船舶、航空機等の衛
星航行システムの補助機器としての自律航行システムを
低原価で構成することができる。また、自動車に適用し
た場合、自律航行システムのみならず、走行中のカ−ブ
の検出や車体の傾きを検出することができるため、シャ
シー制御への応用が可能である。さらに大きさ、重量に
ついては、小型化、軽量化が容易であるため、グライダ
や軽量飛行機への利用、スキューバダイビングにおける
航路、軌跡、位置を確認するための装置を構築すること
ができる。また、腕時計などへの組み込みが可能である
から、歩行用ナビゲーションシステムなどへの用途開発
も期待することができる。

【００１４】〈第２実施例〉図２はこの発明の第２実施
例を示す斜視図である。振動子２の固定端の表面近傍に
は、励振振幅検出用として単数または複数個の歪ゲー
ジ、例えば、ピエゾ抵抗１２が形成されている。１３は
励振振幅検出用のピエゾ抵抗１２の値を演算処理する回
路であり、振幅変調回路９に接続されている。これらに
より振動子２の励振電源系はＡＧＣ回路を構成してい
る。

【００１５】〈第２実施例の作用〉振動子２は、振幅変
調回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。従
来技術のように狭ギャップ間の静電力を使用しないので
励振振幅を大きくとることができる。また振動子２の固
定端表面近傍には、励振振幅検出用ピエゾ抵抗１２が形
成されており、これにより振動子２の固定端における応
力変化を検出することができる。すなわち振動子２が基
板１に対して垂直方向に変位すると、振動子２の固定端
に応力が発生するため、ピエゾ抵抗１２は振動子２の変
位を検出することができる。演算処理回路１３は、励振
振幅検出用ピエゾ抵抗１２の出力を増幅し、またピエゾ
抵抗１２が複数の場合は各ピエゾ抵抗値を合計または平
均し、振動子２の振動変位を求めることができる。振動
子２が振動しているところに、角速度Ωが入力したとす
る。このとき角速度の回転軸と振動の方向に対して直角
方向にコリオリ力Ｆが発生する。振動子２は基板１と平
行方向に変位が可能であり、コリオリ力Ｆの大きさに応
じて振動子２が変位する。コリオリ力検出用電極４ａ、
４ｂは、振動子２を挟んで直列の容量電極を構成してお
り、振動子２が変位すると各電極間の容量が変化する。
振動子２及びコリオリ力検出電極４ａ、４ｂは差動容量
増幅回路１１に接続されており、容量の差を検出、増幅
し出力することができる。この結果コリオリ力の大きさ
を容量の変化として検出することができる。さらに励振
振幅検出用ピエゾ抵抗１２からの信号により、振幅変調
回路９の交流励振電圧を変化させるようにしたＡＧＣ回
路の構成により、振動子２の振動振幅を一定にすること
ができ、振動の速度を一定に保ちながら励振することが
できる。

【００１６】〈第２実施例の効果〉上記の通り、本実施
例によれば、第１実施例に加えて次のような効果があ
る。すなわち、振動子２の励振振幅検出に容量式を用い
ないため振動子２の下部に設ける空隙を第１実施例より
大きくすることができる。このため励振振動による変位
を大きくとることができ、第１の実施例より高感度化が
可能である。また狭ギャップ管理を必要としないため加
工が容易である。

【００１７】〈第３実施例〉図３はこの発明の第３実施
例を示す斜視図である。振動子２の固定端表面近傍に
は、励振振幅検出用として単数または複数の圧電体材
料、例えば、薄膜ＰＺＴ１４が形成されている。１５は
励振振幅検出用薄膜ＰＺＴ１４の電圧を演算処理する回
路であり、振幅変調回路９に接続されている。これらに
より振動子２の励振電源系はＡＧＣ回路を構成してい
る。

【００１８】〈第３実施例の作用〉振動子２は振幅変調
回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。これ
は従来のように、狭ギャップ間の静電力を使用しないの
で励振振幅を大きくとることができる。また振動子２の
固定端表面近傍には、圧電体例えば薄膜ＰＺＴ１４が形
成されており、振動子２の固定端表面の伸縮により薄膜
ＰＺＴ１４には電圧が発生する。すなわち、振動子２が
基板１に対して垂直方向に変位すると、振動子２の固定
端に圧縮または引張応力が生じるため、薄膜ＰＺＴ１４
には電圧が発生し、これにより、振動子２の変位を検出
することができる。複数の薄膜ＰＺＴ１４によって発生
した電圧は、演算処理回路１５により平均化され、振動
子２の振動変位を求めることができる。振動子２が振動
しているところに、角速度Ωが入力したとする。このと
き角速度の回転軸と振動の方向に対して直角方向にコリ
オリ力Ｆが発生する。振動子２は基板１と平行方向に変
位が可能であり、コリオリ力Ｆの大きさに応じて振動子
２が変位する。振動子２を中間にして、コリオリ力検出
用電極４ａ、４ｂは直列の容量電極を構成しており、振
動子２が変位すると各電極間の容量が変化する。振動子
２及びコリオリ力検出電極４ａ、４ｂは差動容量増幅回
路１１に接続されており、容量の差を検出、増幅し出力
することができる。この結果コリオリ力の大きさを容量
の変化として検出することができる。さらに励振振幅検
出用薄膜ＰＺＴ１４からの信号により、振幅変調回路９
の交流励振電圧を変化させるようにしたＡＧＣ回路を構
成することにより、振動子２の振動振幅を一定にするこ
とができ、振動の速度を一定に保ちながら励振すること
ができる。

【００１９】〈第３実施例の効果〉第２実施例と同じよ
うに振動子２の変位検出に容量式を用いないため振動子
２の下部の空隙を大きくすることができる。このため励
振振動による変位を大きくとることができ高感度化が可
能である。また狭ギャップ管理を必要としないため加工
が容易である。さらに本実施例では次のような効果があ
る。すなわち、ＰＺＴは起電圧が大きく、増幅回路など
を簡単にすることができるため検出回路の構成が簡単で
ある。励振手段と励振振幅検出手段とは同一材料のＰＺ
Ｔで構成しており、温度特性が等しく温度補償が容易で
ある。また同一プロセスにより励振手段と励振振幅検出
手段とを形成できるため、工程を簡略化することがで
き、これにより、半導体振動ジャイロの原価低減に効果
的である。

【００２０】〈第４実施例〉図４はこの発明の第４実施
例を示す斜視図である。シリコン基板１はエッチングに
より振動子２が形成されており、振動子２の片側は固定
端でありシリコン基板１に接続された支持部となってい
る。支持部にはスリット３０を施してあり、振動子２の
固定端表面近傍には、薄膜形成技術により圧電体材料、
例えば薄膜ＰＺＴ３が形成されている。また１６ａ、１
６ｂはコリオリ力検出用の歪ゲージ、例えばピエゾ抵抗
であり、振動子２の固定端近傍の表面外側に複数形成さ
れている。１７は差動増幅回路であり、コリオリ力検出
用ピエゾ抵抗１６ａ、１６ｂによりブリッジ回路が構成
されている。さらに差動増幅回路１７は出力端子に接続
されている。シリコン基板１の下方にはガラス台盤５が
陽極接合等により接合されている。振動子２の下方には
空隙が形成されており、振動子２と対向するガラス台座
部分には励振振幅検出電極７が形成されている。

【００２１】〈第４実施例の作用〉振動子２は交流励振
電圧に比例した振幅振動をする。これは従来のように狭
ギャップ間の静電力を使わないので励振振幅を大きくと
れる。また、容量検出回路１０は振動子２と励振振幅検
出電極７との静電容量を検出することができるため振動
子２の振動変位を求めることができる。振動子２が振動
しているところに、角速度Ωが入力したとする。このと
き角速度の回転軸と振動の方向とに直角方向にコリオリ
力Ｆが発生する。振動子２は基板１と平行方向に変位が
可能であり、コリオリ力の大きさに応じて振動子２が変
位する。振動子２が変位すると振動子２の固定端表面の
応力が変化し、コリオリ力検出ピエゾ抵抗１６ａ、１６
ｂの抵抗値が変化する。このとき支持部にスリット３０
を施しピエゾ抵抗をその外側に配置することにより、Ｆ
方向のたわみが大きく取れ、それぞれのピエゾ抵抗には
逆符号の応力が効果的に加わる。また励振により発生す
る応力は同符号であるため、差動増幅回路１７のピエゾ
ブリッジ回路により、抵抗値の差を電圧に変換して検
出、増幅し出力することにより、コリオリ力による変位
のみを検出することができる。この結果コリオリ力の大
きさをピエゾ抵抗値の変化を用いて検出することができ
る。さらに励振振幅検出電極７からの信号により、振幅
変調回路９の交流励振電圧を変化させるＡＧＣ回路を構
成することにより、振動子２の振動振幅を一定にするこ
とができる。すなわちＡＧＣ回路の構成により、振動の
速度を一定に保ちながら安定した励振をすることができ
る。

【００２２】〈第４実施例の効果〉本実施例は第１実施
例に加え以下の効果がある。コリオリ力Ｆの検出手段と
して容量検出を用いないため、コリオリ力Ｆによる変位
を大きくとることができ、大角速度の検出が可能となり
入力角速度の広範囲検出が可能である。また対向電極が
不要なためレイアウトの自由度が高く、加工も容易であ
る。振動子２は形状を変え、振動子２の質量を大きくし
感度を増大させることが可能である。

【００２３】〈第５実施例〉図５はこの発明の第５実施
例を示す斜視図である。振動子２の固定端の表面近傍に
は、励振振幅検出用として単数または複数個のピエゾ抵
抗１２が形成されている。１６ａ、１６ｂはコリオリ力
検出用ピエゾ抵抗であり、振動子２の固定端表面近傍外
側に複数個形成されてる。１３は励振振幅検出用ピエゾ
抵抗１２の値を演算処理する回路であり、振幅変調回路
９に接続されている。これらにより、振動子２の励振電
源系はＡＧＣ回路を構成している。１７は差動増幅回路
でありコリオリ力検出用ピエゾ抵抗１６ａ、１６ｂによ
りブリッジ回路が構成されている。さらに差動増幅回路
１７は出力端子に接続されている。

【００２４】〈第５実施例の作用〉振動子２は振幅変調
回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。これ
は従来のように狭ギャップ間の静電力を使用しないので
励振振幅を大きくとることができる。振動子２の固定端
表面近傍には、励振振幅検出用ピエゾ抵抗１２が形成さ
れており、振動子２の固定部の応力変化を検出すること
ができる。すなわち振動子２が基板１に対して垂直方向
に変位すると、振動子２の固定端に応力を生じピエゾ抵
抗値が変化する。このとき演算処理回路１３により励振
振幅検出用ピエゾ抵抗１２の出力を増幅し、各励振振幅
検出用ピエゾ抵抗の値を合計または平均し、振動子２の
振動変位を求めることができる。振動子２が振動してい
るところに角速度Ωが入力すると、コリオリ力Ｆが発生
し、その大きさに応じて振動子２が変位する。振動子２
が変位すると振動子２の固定端表面の応力が変化し、コ
リオリ力検出ピエゾ抵抗１６ａ、１６ｂの抵抗値が変化
する。このとき支持部にスリット３０を設け、ピエゾ抵
抗をその外側に配置することにより、矢印Ｆ方向のたわ
み量を大きくとることができ、それぞれのピエゾ抵抗に
は逆符号の応力が効果的に付加される。また励振により
発生する応力は同符号であるため、差動増幅回路１７の
ピエゾブリッジ回路により、抵抗値の差を電圧に変換し
て検出、増幅し出力することにより、コリオリ力Ｆによ
る変位のみを検出することができる。この結果コリオリ
力Ｆの大きさをピエゾ抵抗値の変化としてて検出するこ
とができる。さらにコリオリ力検出用ピエゾ抵抗１６
ａ、１６ｂからの信号により、振幅変調回路９の交流励
振電圧を変化させるようにＡＧＣ回路を構成することに
より、振動子２の振動振幅を一定にすることができ、振
動の速度を一定に保ちながら励振することができる。

【００２５】〈第５実施例の効果〉本実施例は第４実施
例に加え以下の効果がある。振動子２の励振振幅検出に
容量式を用いないため、振動子２の下部の空隙を第４の
実施例より大きくすることができる。このため励振振動
による変位を大きくとることができ、第４の実施例より
高感度化が可能である。また、狭ギャップ管理が必要な
いため加工が容易である。変位検出手段とコリオリ力検
出手段とが同一材料を用いたピエゾ抵抗を使用している
ため工程が簡略され、また、温度係数が同じであるため
温度補償が容易である。

【００２６】〈第６実施例〉図６はこの発明の第６実施
例の斜視図である。振動子２の固定端表面近傍には励振
振幅検出用として、圧電体、例えば薄膜ＰＺＴ１４が単
数または複数形成されている。１６ａ、１６ｂはコリオ
リ力検出用ピエゾ抵抗であり、振動子２の固定端表面近
傍の外側に複数個形成されている。１５は励振振幅検出
用薄膜ＰＺＴ１４の電圧を演算処理する回路であり、振
幅変調回路９に接続されている。これにらより振動子２
の励振電源系はＡＧＣ回路を構成している。１７は差動
増幅回路であり、コリオリ力検出用ピエゾ抵抗１６ａ、
１６ｂによりブリッジ回路が構成されている。さらに差
動増幅回路１７は出力端子に接続されている。

【００２７】〈第６実施例の作用〉振動子２は振幅変調
回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。これ
は従来のように狭ギャップ間の静電力を使用しないので
励振振幅を大きくとることができる。振動子２の固定端
表面近傍には、薄膜ＰＺＴ１４が形成されており、振動
子２の固定部表面の伸縮により電圧を発生する。すなわ
ち、振動子２が基板１と垂直方向に変位すると、振動子
２の固定端に圧縮または引張応力を生じるため、薄膜Ｐ
ＺＴ１４ａ、１４ｂに電圧が発生し、振動子２の変位を
検出することができる。このとき演算処理回路１５によ
りそれぞれの電圧の平均値を算出することにより、振動
子２の振動変位を求めることができる。振動子２が振動
しているところに角速度Ωが入力すると、コリオリ力Ｆ
が発生し、その大きさに応じて振動子２が変位する。振
動子２が変位すると振動子２の固定端表面の応力が変化
し、コリオリ力検出ピエゾ抵抗１６ａ、１６ｂの抵抗値
が変化する。このとき支持部にスリット３０を施しピエ
ゾ抵抗をその外側に配置することにより、矢印Ｆ方向の
たわみ量を大きくとることができ、それぞれのピエゾ抵
抗には逆符号の応力が効果的に加わる。また、励振によ
り発生する応力は同符号であるため、差動増幅回路１７
のピエゾブリッジ回路により抵抗値の差を電圧に変換
し、検出、増幅して出力することにより、コリオリ力Ｆ
による変位のみを検出することができる。この結果コリ
オリ力Ｆの大きさをピエゾ抵抗値の変化として検出する
ことができる。さらに、励振振幅検出用薄膜ＰＺＴ１４
からの信号により、振幅変調回路９の交流励振電圧を変
化させるＡＧＣ回路を構成することにより、振動子２の
振動振幅を一定にすることができ、振動の速度を一定に
保ちながら励振することができる。

【００２８】〈第６実施例の効果〉本実施例は第５実施
例と同様に、振動子２の励振振幅検出に容量式を用いな
いため、振動子の下部のギャップを大きくすることがで
きる。このため励振振動による変位を大きくとることが
でき、第４の実施例より高感度化が可能である。また、
狭ギャップ管理が必要ないため加工が容易である。本実
施例は第５実施例に加えて次のようなの効果がある。す
なわち、励振振幅検出手段であるＰＺＴは起電圧が大き
く、増幅回路などを簡易化することができるため、検出
回路構成が簡単になる。また、励振手段と変位検出手段
とが同一機構であるため、温度特性が等しく温度補償が
容易であり、同一プロセスにより励振手段と変位検出手
段とを形成できるため工程が簡略になる。

【００２９】〈第７実施例〉図７はこの発明の第７実施
例を示す斜視図である。シリコン基板１をエッチングす
ることにより振動子２が形成されている。この振動子２
の一端は固定端でありシリコン基板１に接続された支持
部となっている。１８ａ、１８ｂはコリオリ力検出用圧
電体、例えば薄膜ＰＺＴであり、振動子２の固定端近傍
の表面外側に複数形成されている。シリコン基板１の下
方にはガラス台盤５が陽極接合等により接合され、ガラ
ス台盤５の振動子２と対向する部分には励振振幅検出電
極７が形成されている。１０は容量検出回路であり、励
振振幅検出電極７と振幅変調回路９の間に接続されてい
る。これにより、振動子２の励振電源系はＡＧＣ回路を
構成している。１９は差動増幅回路であって、コリオリ
力検出用ＰＺＴ１８ａ、１８ｂに接続されている。差動
増幅回路１９は出力端子に接続されている。

【００３０】〈第７実施例の作用〉振動子２は交流励振
電圧に比例した振幅振動をする。これは従来のように狭
ギャップ間の静電力を使用しないので励振振幅を大きく
とることができる。振動子２の下方には、空隙を隔てて
励振振幅検出電極７が対向しており、容量検出回路１０
により振動子２と励振振幅検出電極７との静電容量を検
出し、振動子２の振動変位を求めることができる。振動
子２が振動しているところに、角速度Ωが入力したとす
る。このとき角速度の回転軸と振動の方向とに直角方向
にコリオリ力Ｆが発生する。振動子２は基板１に対する
平行方向に変位が可能であり、コリオリ力Ｆの大きさに
応じて振動子２が変位する。振動子２が変位すると振動
子２の固定端表面に圧縮または引張応力を生じるため、
コリオリ力検出ＰＺＴ１８ａ、１８ｂの起電力が変化す
る。このとき支持部にスリット３０を施し、ＰＺＴを固
定端表面に配置することによりそれぞれのＰＺＴには逆
符号の電圧が発生する。また励振により発生する電圧は
同符号であるため、差動増幅回路１１により電圧差を検
出、増幅し出力することにより、コリオリ力Ｆによる変
位のみを検出することができる。この結果コリオリ力Ｆ
の大きさをＰＺＴ出力電圧の変化として検出することが
できる。さらに励振振幅検出電極７からの信号により、
振幅変調回路９の交流励振電圧を変化させるようにＡＧ
Ｃ回路を構成することにより振動子２の振動振幅を一定
にすることができる。すなわち、ＡＧＣ回路の構成によ
り、振動の速度を一定に保ちながら安定した励振をする
ことができる。

【００３１】〈第７実施例の効果〉本実施例は第４実施
例と同様に、コリオリ力検出手段として容量検出を用い
ないため、コリオリ力による変位を大きくとることがで
き、大角速度の検出が可能となり入力角速度の広範囲検
出が可能である。また対向電極が不要なためレイアウト
の自由度が高く加工も容易である。本実施例は第４実施
例に加え以下の効果がある。コリオリ力検出手段である
ＰＺＴは起電圧が大きく、増幅回路などを簡単にできる
ため検出回路構成が簡単になる。励振手段とコリオリ力
検出手段とが同一材料のＰＺＴであるため、温度特性が
等しく温度補償が容易である。また同一プロセスにより
励振手段とコリオリ力検出手段とを形成できるため、工
程が簡略である。

【００３２】〈第８実施例〉図８はこの発明の第７実施
例を示す斜視図である。１２は励振振幅検出用ピエゾ抵
抗であって、振動子２の固定端表面の外側近傍に単数ま
たは複数個形成されている。１８ａ、１８ｂはコリオリ
力検出用圧電体、例えば薄膜ＰＺＴであり振動子２の固
定端近傍の表面外側に複数個形成されている。１３はピ
エゾ抵抗１２の値を演算する回路であり、振幅変調回路
９に接続されている。これらにより、振動子２の励振電
源系は、フィードバック回路（ＡＧＣ回路）を構成して
いる。１９は差動増幅回路であり、コリオリ力検出用Ｐ
ＺＴ１８ａ、１８ｂに接続されている。

【００３３】〈第８実施例の作用〉振動子２は振幅変調
回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。これ
は従来のように狭ギャップ間の静電力を使わないので励
振振幅を大きくとることができる。振動子２の固定端表
面外側近傍にはピエゾ抵抗１２が形成されており、振動
子２の固定部の応力変化を検出することができる。すな
わち振動子２が基板１と垂直方向に変位すると振動子２
の固定部に応力を生じるため、ピエゾ抵抗値が変化す
る。このとき演算処理回路１３により励振振幅検出用ピ
エゾ抵抗１２の出力を増幅し、各励振振幅検出用ピエゾ
抵抗の値を合計または平均し、振動子２の振動変位を求
めることができる。振動子２が振動しているところに、
角速度Ωが入力したとする。このとき角速度の回転軸と
振動の方向に対して直角方向にコリオリ力Ｆが発生す
る。振動子２は基板１と平行方向に変位が可能であり、
コリオリ力の大きさに応じて振動子２が変位する。振動
子２が変位すると振動子２の固定端表面に圧縮または引
張応力を生じるため、コリオリ力検出ＰＺＴ１８ａ、１
８ｂの起電力が変化する。このとき支持部にスリット３
０を設け、ＰＺＴ１８ａ、１８ｂを固定端表面に配置す
ることにより、ＰＺＴ１８ａ、１８ｂには逆符号の電圧
が発生する。また励振により発生する電圧は同符号であ
るため、差動増幅回路１１により電圧差を検出、増幅し
出力することにより、コリオリ力Ｆによる変位のみを検
出することができる。この結果コリオリ力Ｆの大きさを
ＰＺＴ１８ａ、１８ｂの出力電圧の変化として検出する
ことができる。さらに励振振幅検出用ピエゾ抵抗１２か
らの信号により、振幅変調回路９の交流励振電圧を変化
させるようにＡＧＣ回路を構成することにより、振動子
２の振動振幅を一定にすることができ、振動の速度を一
定に保ちながら励振することができる。

【００３４】〈第８実施例の効果〉本実施例は第７実施
例に加え以下の効果がある。振動子の励振振幅検出に容
量式を用いないため振動子の下部の空隙を第７の実施例
より大きくすることができる。これにより励振振動によ
る変位を大きくとることができるから、第７実施例より
高感度化が可能である。また、狭ギャップ管理が必要な
いため加工が容易である。

【００３５】〈第９実施例〉図９はこの発明の第９実施
例を示す斜視図である。１４は励振振幅検出用薄膜ＰＺ
Ｔであり、振動子２の固定端の表面近傍に単数または複
数形成されている。１８ａ、１８ｂはコリオリ力検出用
圧電体、例えば薄膜ＰＺＴであり、振動子２の固定端近
傍の表面外側に複数形成されている。１５は励振振幅検
出用薄膜ＰＺＴ１４の電圧を演算処理する回路であり、
振幅変調回路９に接続されている。振動子２の励振電源
系はＡＧＣ回路を構成している。１９は差動増幅回路で
あり、コリオリ力検出用ＰＺＴ１８ａ、１８ｂに接続さ
れている。さらに差動増幅回路は出力端子に接続されて
いる。

【００３６】〈第９実施例の作用〉振動子２は振幅変調
回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。これ
は従来のように狭ギャップ間の静電力を使わないので励
振振幅を大きくとることができる。振動子２の固定端表
面近傍には、励振振幅検出用薄膜ＰＺＴ１４が形成され
ており、振動子２の固定部表面の伸縮により電圧を発生
する。すなわち振動子２が基板１に対して垂直方向に変
位すると、振動子２の固定端に圧縮または引張応力が生
じるため、励振振幅検出用薄膜ＰＺＴ１４に電圧が発生
し、これにより振動子２の変位を検出することができ
る。薄膜ＰＺＴ１４は単数でもよいが、複数の薄膜ＰＺ
Ｔ１４から検出される電圧値は演算処理回路１５により
平均化され、振動子２の振動変位を求めることができ
る。

【００３７】振動子２が振動しているところに、角速度
Ωが入力したとする。このとき角速度の回転軸と振動の
方向に対して直角方向にコリオリ力Ｆが発生する。振動
子２は基板１と平行方向に変位が可能であり、コリオリ
力の大きさに応じて振動子２が変位する。振動子２が変
位すると振動子２の固定端表面に圧縮または引張応力を
生じるため、コリオリ力検出用ＰＺＴ１８ａ、１８ｂの
起電力が変化する。このとき支持部にスリット３０を設
け、ＰＺＴ１８ａ、１８ｂを固定端表面に配置すること
により、ＰＺＴ１８ａ、１８ｂには逆符号の電圧が発生
する。また励振により発生する電圧は同符号であるた
め、差動増幅回路１１により電圧差を検出し、増幅し出
力することにより、コリオリ力Ｆによる変位のみを検出
することができる。この結果コリオリ力の大きさをＰＺ
Ｔ出力電圧の変化として検出することができる。さら
に、励振振幅検出用薄膜ＰＺＴ１４からの信号により、
振幅変調回路９の交流励振電圧を変化させるようにＡＧ
Ｃ回路を構成することにより、振動子２の振動振幅を一
定にすることができる。すなわち、ＡＧＣ回路構成によ
り、振動の速度を一定に保ちながら励振することができ
る。

【００３８】〈第９実施例の効果〉本実施例は第８実施
例と同様に振動子の励振振幅検出に容量式を用いないた
め振動子の下部のギャップを第７の実施例より大きくす
ることができる。このため励振振動による変位を大きく
とることができ、第７の実施例より高感度化が可能であ
る。また、狭ギャップ管理が必要ないため加工が容易で
ある。本実施例は第８の実施例に加え以下の効果があ
る。励振手段と変位検出及びコリオリ力検出手段とが圧
電体ＰＺＴを用いて構成されているため、温度特性が等
しく温度補償が容易である。また同一プロセスにより励
振手段及びコリオリ力検出手段とを形成することができ
るため工程が簡略化される。

【００３９】〈第１０実施例〉図１０はこの発明の第１
０実施例を示す斜視図である。シリコン基板１をエッチ
ングすることにより振動子２が形成されている。振動子
２の一端は開放端であり、他端はシリコン基板１に連接
する固定端を形成している。振動子２の固定端近傍の左
右側面に溝を設け、この溝にＰＺＴ２０ａ、２０ｂを埋
め込んだ構造となってる。振動子２の両側にギャップｇ
を挾んで、励振振幅検出用電極２１ａ、２１ｂが対向し
て配設されており、励振振幅検出用電極２１ａ、２１ｂ
と振動子２は容量電極を形成している。シリコン基板１
の下方にはガラスの台盤５が陽極接合等により接合され
ている。ガラス台盤５の振動子２の下面と対向する部分
はエッチングにより凹部６が形成されている。凹部６上
の振動子２と対向する部分には金属蒸着等によりコリオ
リ力検出用電極２２が形成されている。１１は差動容量
検出回路であり、励振振幅検出電極２１ａ、２１ｂと振
幅変調回路９の間に接続されている。これらにより、振
動子２の励振電源系はＡＧＣ回路を構成している。１０
は容量検出回路であり、振動子２及びコリオリ力検出用
電極２２に接続されている。さらに容量検出回路１０は
出力端子に接続されている。

【００４０】〈第１０実施例の作用〉振動子２は励振振
幅検出用電極２１ａ、２１ｂとの間にギャップｇが形成
されているため、振動子２は基板１と平行方向に振動す
ることが出来る。振動子２は固定端側面に溝を加工し、
ＰＺＴ２０ａ、２０ｂを埋め込んだ構造となっておりＰ
ＺＴ２０ａ、２０ｂに振幅変調回路９からの交流励振電
圧が供給されている。このため振動子２は基板１と平行
方向に交流励振電圧に比例して振幅振動をし、これは従
来のように狭ギャップ間の静電力を使用しないので励振
振幅を大きくとることができる。振動子２はギャップを
挟んで励振振幅検出電極２１ａ、２１ｂが対向してお
り、容量検出回路１１により振動子２と励振振幅検出電
極２１ａ、２１ｂとの静電容量を検出することにより、
振動子２の振動変位を求めることができる。振動子２が
振動しているところに、角速度Ωが入力したとする。こ
のとき角速度の回転軸と振動の方向に対して直角方向に
コリオリ力Ｆが発生する。振動子２の下面とガラスの台
盤５の間はエッチングにより凹部６が形成されているた
め、振動子２は基板１と垂直方向に変位が可能であり、
コリオリ力Ｆの大きさに応じて振動子２が変位する。コ
リオリ力検出電極２２と振動子２は容量電極を構成して
おり、振動子２が変位すると電極間の容量が変化する。
振動子２及びコリオリ力検出電極２２は容量検出回路１
０に接続されており、容量を検出、増幅し出力すること
ができる。この結果コリオリ力Ｆの大きさを容量の変化
によって検出することができる。さらに励振振幅検出電
極２１ａ、２１ｂからの信号により、振幅変調回路９の
交流励振電圧を変化させるようにＡＧＣ回路を構成する
ことにより、振動子２の振動振幅を一定にすることがで
きる。すなはち、ＡＧＣ回路により振動の速度を一定に
保ちながら励振することができる。

【００４１】〈第１０実施例の効果〉本実施例は第１実
施例に加え以下の効果がある。従来技術では、半導体基
板と平行方向に振動体を励振する手段は、静電力を用い
るものが殆どであり、狭いギャップの間で振動させるた
め、大きな振幅がとれない。本実施例によれば、静電力
を用いることなく半導体基板と平行方向に振動体を励振
することができるから大きな振幅での励振が可能であ
る。

【００４２】〈第１１実施例〉図１１はこの発明の第１
１実施例を示す斜視図である。２１ａ、２１ｂは励振振
幅検出用電極であり、２１ａ、２１ｂと振動子２はギャ
ップを挟んで対向しており容量電極を形成している。２
３はコリオリ力検出用ピエゾ抵抗であり、振動子２の固
定端表面近傍に形成されてる。２４は増幅回路であり、
コリオリ力検出用ピエゾ抵抗２３に接続されている。１
１は差動容量検出回路であり、励振振幅検出電極２１
ａ、２１ｂと振幅変調回路９の間に接続されている。こ
れらにより振動子２の励振電源系はＡＧＣ回路を構成し
ている。

【００４３】〈第１１実施例の作用〉振動子２は振幅変
調回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。こ
れは従来のように狭ギャップ間の静電力を使わないので
励振振幅を大きくとれる。振動子２はギャップｇを挟ん
で励振振幅検出電極２１ａ、２１ｂが対向しており、容
量検出回路１１により振動子２と励振振幅検出電極２１
ａ、２１ｂとの静電容量を検出することにより、振動子
２の振動変位を求めることができる。振動子２が振動し
ているところに、角速度Ωが入力したとする。このとき
角速度の回転軸と振動の方向に対して直角方向にコリオ
リ力Ｆが発生する。振動子２の下面とガラスの台盤５の
間はエッチングにより凹部６が形成されているため、振
動子２は基板１と垂直方向に変位が可能であり、コリオ
リ力Ｆの大きさに応じて振動子２が変位する。振動子２
が変位すると振動子２の固定端表面の応力が変化し、コ
リオリ力検出ピエゾ抵抗２３の抵抗値が変化する。この
抵抗値を電圧に変換して検出し、増幅回路２４で増幅し
出力することにより、コリオリ力Ｆによる変位を検出す
ることができる。この結果コリオリ力Ｆの大きさをピエ
ゾ抵抗値の変化として検出することができる。さらに励
振振幅検出電極２１ａ、２１ｂからの信号により、振幅
変調回路９の交流励振電圧を変化させるようにＡＧＣ回
路を構成することにより、振動子２の振動振幅を一定に
することができる。すなはち、ＡＧＣ回路により振動の
速度を一定に保ちながら励振することができる。

【００４４】〈第１１実施例の効果〉本実施例は第１０
実施例と同様に静電力を用いずに半導体基板と平行方向
に振動体を励振することができ、さらに大きな振幅での
励振が可能である。本実施例は第１０実施例に加え以下
の効果がある。コリオリ力検出に容量式を用いないため
振動子２の下部の空隙を大きくとることができ。このた
めコリオリ力Ｆによる変位を大きくし、大きな角速度の
検出が可能となり入力角速度を広範囲に検出することが
可能である。

【００４５】〈第１２実施例〉図１２はこの発明の第１
２実施例を示す斜視図である。２１ａ、２１ｂは励振振
幅検出用電極であり、２１ａ、２１ｂと振動子２はギャ
ップを挟んで対向しており容量電極を形成している。２
５はコリオリ力検出用ＰＺＴであり、振動子２の固定端
表面近傍に形成されてる。２６は増幅回路であり、コリ
オリ力検出用ＰＺＴ２５に接続されている。１１は差動
容量検出回路であり、励振振幅検出電極２１ａ、２１ｂ
と振幅変調回路９の間に接続されている。これらによ
り、振動子２の励振電源系はＡＧＣ回路を構成してい
る。

【００４６】〈第１２実施例の作用〉振動子２は振幅変
調回路９の交流励振電圧に比例した振幅振動をする。こ
れは従来のように、狭ギャップ間の静電力を使用しない
ので励振振幅を大きくとることができる。振動子２はギ
ャップを挟んで励振振幅検出電極２１ａ、２１ｂが対向
しており、容量検出回路１１により振動子２と励振振幅
検出電極２１ａ、２１ｂとの静電容量を検出することに
より、振動子２の振動変位を求めることができる。振動
子２が振動しているところに、角速度Ωが入力したとす
る。このとき角速度の回転軸と振動の方向に対して直角
方向にコリオリ力Ｆが発生する。振動子２の下面とガラ
スの台盤５の間はエッチングにより凹部６が形成されて
いるため、振動子２は基板１と垂直方向に変位が可能で
あり、コリオリ力Ｆの大きさに応じて振動子２が変位す
る。振動子２が変位すると振動子２の固定端の両側面に
圧縮または引張応力を生じるため、コリオリ力検出ＰＺ
Ｔ２５の起電力が変化する。この電圧を増幅回路２６に
より検出、増幅し出力することにより、コリオリ力Ｆに
よる変位を検出することができる。この結果コリオリ力
Ｆの大きさをＰＺＴ出力電圧の変化として検出すること
ができる。さらに、励振振幅検出電極２１ａ、２１ｂか
らの信号により、振幅変調回路９の交流励振電圧を変化
させるようＡＧＣ回路を構成することにより、振動子２
の振動振幅を一定にすることができる。すなはち、ＡＧ
Ｃ回路により、振動の速度を一定に保ちながら励振する
ことができる。

【００４７】〈第１２実施例の効果〉本実施例は第１１
の実施例と同様にコリオリ力検出に容量式を用いないた
め振動子２の下部の空隙を広くすることができる。この
ためコリオリ力Ｆによる変位を大きくとることができ、
大角速度の検出が可能となり入力角速度の広範囲検出が
可能である。本実施例は第１１の実施例に加え以下の効
果がある。励振及びコリオリ力検出は、同一材料のＰＺ
Ｔを用いて構成されているため、温度特性が等しく温度
補償が容易である。ＰＺＴは起電圧が大きく、増幅回路
などを簡単にでき検出回路の構成が簡易化される。

【００４８】〈第１３実施例〉図１３はこの発明の第１
３実施例を示す斜視図である。シリコン基板１はエッチ
ングにより２個の振動子２ａ、２ｂが所定角度をなして
形成されている。この振動子２ａ、２ｂの一端はともに
開放端であり、他端はシリコン基板１に連接する固定端
を形成している。振動子２ａ、２ｂの固定端表面近傍に
は、それぞれ、薄膜形成技術により薄膜ＰＺＴ３ａ、３
ｂが形成されている。４ａ、４ｂ、４ｃはコリオリ力検
出用電極であり、コリオリ力検出用電極４ａ、４ｂと振
動子２ａ及びコリオリ力検出用電極４ｂ、４ｃと振動子
２ｂは、それぞれ、ギャップｇを挟んで対向して配置さ
れ容量電極を形成している。シリコン基板１の下面には
ガラス台盤５が陽極接合等により接合されている。振動
子２ａ、２ｂの下方に、それぞれ、空隙が形成されてお
り、この空隙の振動子２ａ、２ｂと対向する部分には、
それぞれ、励振振幅検出電極７ａ、７ｂが形成されてい
る。８は交流電源であり、振幅変調回路９ａ、９ｂを経
由して薄膜ＰＺＴ３ａ、３ｂに接続されている。１０
ａ、１０ｂは、励振振幅検出電極７ａ、７ｂと振動子２
ａ、２ｂ間の静電容量を検出する容量検出回路であり、
振幅変調回路９ａ、９ｂに接続されている。これによ
り、振動子２ａ、２ｂの励振電源系はＡＧＣ回路を構成
している。１１ａ、１１ｂは差動容量増幅回路であり、
振動子２ａ、２ｂ及びコリオリ力検出用電極４ａ、４
ｂ、４ｃに接続されている。さらに差動容量増幅回路１
１ａ、１１ｂは出力端子に接続されている。

【００４９】〈第１３実施例の作用〉第１実施例と同様
に振動子２ａ、２ｂは、それぞれ振幅変調回路９ａ、９
ｂの交流励振電圧に比例した振幅振動をする。振動子２
ａと励振振幅検出電極７ａ、及び、振動子２ｂと励振振
幅検出電極７ｂとの静電容量を容量検出回路１１ａ、及
び、容量検出回路１１ｂにより検出することにより、振
動子２ａ、２ｂは、それぞれの振動変位を求めることが
できる。

【００５０】振動子２ａ、２ｂが振動しているところ
に、角速度Ωが入力したとする。このとき角速度の回転
軸とそれぞれの振動方向に対して直角方向にコリオリ力
Ｆが発生する。この結果、コリオリ力Ｆに比例して振動
子２ａ、２ｂが変位し、コリオリ力検出用電極４ａ、４
ｂと振動子２ａ、及び、コリオリ力検出用電極４ｂ、４
ｃと振動子２ｂ間の容量がそれぞれ変化する。この容量
変化を差動容量増幅回路１１ａ、１１ｂで検出、増幅し
出力することにより、コリオリ力の大きさを容量の変化
によって検出することができる。さらに励振振幅検出電
極７ａ、７ｂからの信号により、振幅変調回路９ａ、９
ｂの交流励振電圧を変化させるＡＧＣ回路を構成するこ
とにより、振動子２ａ、２ｂの振動振幅を一定に保持す
ることができる。すなわちＡＧＣ回路構成により、振動
の速度を一定に保ちながら安定した励振をすることがで
きる。

【００５１】〈第１３実施例の効果〉本実施例は第１実
施例に加え以下の効果がある。振動駆動手段と、励振検
出手段と、コリオリ力検出手段を２組備え、回転検出軸
が所定の角度をなして１つの半導体基板上に構成されて
いるため、１基の半導体振動ジャイロにより、２次元の
方向のコリオリ力の検出を行なうことができるから、例
えば、移動体の姿勢制御などに十分に適応することが可
能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明の実施により、下記の点で優れた
半導体振動ジャイロを提供することができた。（１）薄膜圧電体を振動駆動源として半導体基板上に形
成することにより、振動駆動振幅を大きくすることがで
き、狭ギャップを用いる静電駆動式と比較して励振振幅
を大きくし、これにより高速度の励振が可能となり高感
度の振動ジャイロの実現が可能となった。（２）半導体薄膜形成により、形状、寸法、位置などの
精度が高い圧電体を形成するため、バラツキが少なく、
高歩留り、低原価をじつげんすることができ、特に、従
来技術における接着剤使用による残留応力の影響、温度
特性によるドリフトなどを排除することにより、高信頼
度を維持することが可能となった。（３）ＡＧＣ回路を用いた制御により、一定の励振を確
保することができ、外乱に強く性能安定性を高めること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す斜視図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す斜視図である。

【図５】本発明の第５実施例を示す斜視図である。

【図６】本発明の第６実施例を示す斜視図である。

【図７】本発明の第７実施例を示す斜視図である。

【図８】本発明の第８実施例を示す斜視図である。

【図９】本発明の第９実施例を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第１０実施例を示す斜視図である。

【図１１】本発明の第１１実施例を示す斜視図である。

【図１２】本発明の第１２実施例を示す斜視図である。

【図１３】本発明の第１３の実施例を示す斜視図であ
る。

【図１４】本発明のプロセスを示す図である。

【図１５】従来の機械的振動ジャイロを示す斜視図であ
る。

【図１６】従来の機械的振動ジャイロを示す斜視図であ
る。

【図１７】従来のハイブリッド構造の振動ジャイロの斜
視図である。

【図１８】従来の半導体振動ジャイロを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…基板２
…振動子３，３ａ，３ｂ…励振用薄膜ＰＺＴ４ａ，４ｂ，４ｃ…コリオリ力検出容量電極５…ガラスの台盤
６…凹部７，７ａ，７ｂ…変位検出用電極８
…交流電源９，９ａ，９ｂ…振幅変調回路１０，１０ａ，１０ｂ
…容量検出回路１１，１１ａ，１１ｂ…差動容量増幅回路１２
…変位検出ピエゾ抵抗１３，１５…演算処理回路１４
…変位検出薄膜ＰＺＴ１６ａ，１６ｂ…コリオリ力検出ピエゾ抵抗１７，１９…差動増幅回路１８ａ，１８ｂ…コリオリ力検出用ＰＺＴ２０ａ，２０ｂ…励振用ＰＺＴ２１ａ，２１ｂ
…変位検出用電極２２…コリオリ力検出容量電極２３…コリオリ力検出ピエゾ抵抗２４，２６
…増幅回路２５…コリオリ力検出ＰＺＴ２７
…周辺処理回路３０…スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】台盤上に固定され支持体と振動体からなる
半導体基板と、前記振動体の一端は開放端、他端は前記支持体と一体に
連接する固定端を形成しており、前記振動体の固定端近傍に配設され印加電圧により前記
振動体を励振する圧電体と、前記圧電体による前記振動体の励振振幅を検出する手段
と、前記振動体の励振方向と直角の方向に対してこの振動体
が変位するのを検出するコリオリ力検出手段とを有し、前記支持体、前記振動体、前記励振振幅を検出する手
段、前記コリオリ力検出手段が、前記台盤上に形成され
ていることを特徴とする半導体振動ジャイロ。
【請求項２】前記圧電体は、前記振動体表面上に形成さ
れた半導体薄膜成形物であることを特徴とする請求項１
記載の半導体振動ジャイロ。
【請求項３】前記励振振幅を検出する手段は、励振振幅
を一定に制御するサーボ回路を有することを特徴とする
請求項１記載の半導体振動ジャイロ。
【請求項４】前記励振振幅を検出し励振振幅を一定に制
御する手段は、信号増幅を含む演算処理機能を有する周
辺処理回路として前記半導体基板上に形成されているこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体振動ジャイロ。
【請求項５】前記励振振幅を検出する手段、及び、コリ
オリ力検出手段は、前記振動体と対向してそれぞれ設け
た固定電極との間の容量検出をおこなうことを特徴とす
る請求項１記載の半導体振動ジャイロ。
【請求項６】前記励振振幅を検出する手段は、前記振動
体表面上に形成した歪検出素子を用い、前記コリオリ力検出手段は、前記振動体の励振方向と直
角方向に設けた固定電極と前記振動体との間の容量を検
出する、ことを特徴とする請求項１記載の半導体振動ジャイロ。
【請求項７】前記励振振幅を検出する手段は、前記振動
体表面上に形成した圧電体を用い、前記コリオリ力検出手段は、前記振動体の励振方向と直
角方向に設けた固定電極と前記振動体との間の容量を検
出する、ことを特徴とする請求項１記載の半導体振動ジャイロ。
【請求項８】前記励振振幅を検出する手段は、前記振動
体と固定電極間の容量を検出し、前記コリオリ力検出手段は、前記振動体表面上に形成し
た歪検出素子を用いることを特徴とする請求項１記載の
半導体振動ジャイロ。
【請求項９】前記励振振幅を検出する手段、及び、前記
コリオリ力検出手段は、振動体表面上に形成した歪検出
素子を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体振
動ジャイロ。
【請求項１０】前記励振振幅を検出する手段は、前記振
動体表面上に形成した圧電体を用い、前記コリオリ力検出手段は、前記振動体表面上に形成し
た歪検出素子を用いることを特徴とする請求項１記載の
半導体振動ジャイロ。
【請求項１１】前記励振振幅を検出する手段は、前記振
動体と固定電極間の電気的容量を検出し、前記コリオリ力検出手段は、前記振動体表面上に形成し
た圧電体を用いることを特徴とする請求項１記載の半導
体振動ジャイロ。
【請求項１２】前記励振振幅を検出する手段は、前記振
動体表面上に形成した歪検出素子を用い、前記コリオリ力検出手段は、前記振動体表面上に形成し
た圧電体を用いることを特徴とする請求項１記載の半導
体振動ジャイロ。
【請求項１３】前記励振振幅を検出する手段、及び、前
記コリオリ力検出手段は、前記振動体表面上に形成した
圧電体を用いることを特徴とする請求項１記載の半導体
振動ジャイロ。
【請求項１４】前記励振振幅を検出する手段、及び、前
記コリオリ力検出手段は、前記台盤上に複数組形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の半導体振動ジャ
イロ。