JP5187836B2 - Sensor sensitivity adjusting means and sensor manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、振動ジャイロ、加速度センサ、圧力センサなど圧電素子の共振振動を用いたセンサの感度を調整するセンサ感度調整手段及びセンサの製造方法に関する。   The present invention relates to a sensor sensitivity adjusting means for adjusting the sensitivity of a sensor using resonance vibration of a piezoelectric element such as a vibration gyro, an acceleration sensor, and a pressure sensor, and a method for manufacturing the sensor.

圧電振動子を使用し、その振動モードや共振周波数の変化など検出することにより角速度や加速度、圧力などを検出するセンサは様々な用途に利用されている。例えば、圧電振動ジャイロは、速度を持つ物体に角速度が与えられると、その物体自身に速度方向と直角な方向にコリオリ力が発生するという力学現象を利用した角速度センサである。具体的には、電気的な信号を印加することで発生させた駆動振動モードの振動と直交する方向の振動、つまり検出振動モードの大きさを電気的に検出可能とした系において、予め、駆動振動モードを励振した状態で、駆動振動モードの振動面と検出振動モードの振動面との交線と平行な軸を中心とした角速度を与えると、前述のコリオリ力の作用により、検出振動モードが発生し、出力電圧として検出される。検出された出力電圧は、駆動振動モードの大きさ及び角速度に比例するため、駆動振動モードの大きさを一定にした状態では、出力電圧の大きさから角速度の大きさを求めることができる。   A sensor that uses a piezoelectric vibrator and detects angular velocity, acceleration, pressure, and the like by detecting a vibration mode, a change in resonance frequency, and the like is used in various applications. For example, a piezoelectric vibration gyro is an angular velocity sensor using a dynamic phenomenon in which when an angular velocity is applied to an object having velocity, a Coriolis force is generated in the object itself in a direction perpendicular to the velocity direction. Specifically, in a system in which the vibration in the direction orthogonal to the vibration of the drive vibration mode generated by applying an electrical signal, that is, the magnitude of the detected vibration mode can be electrically detected, the drive is performed in advance. In the state where the vibration mode is excited, if the angular velocity about the axis parallel to the intersection line between the vibration surface of the drive vibration mode and the vibration surface of the detection vibration mode is given, the detection vibration mode is set by the action of the Coriolis force described above. Generated and detected as an output voltage. Since the detected output voltage is proportional to the magnitude and angular velocity of the driving vibration mode, the magnitude of the angular velocity can be obtained from the magnitude of the output voltage in a state where the magnitude of the driving vibration mode is constant.

圧電振動子として、2本のアーム部を有する音叉型圧電振動子を例として圧電振動ジャイロの基本的な動作原理について説明する。図3は、音叉型圧電振動子の形状と振動モードを示す図であり、図3(a)は音叉型圧電振動子の斜視図、図3(b)のは面内振動を示す図、図3(c)は面外振動を示す図である。図3において、50は音叉型の圧電振動子、51は基部、52a、52bはアーム部である。図3における矢印はアームの変位方向、即ち振動の方向を示し、面内振動は2つのアーム部の軸を含む平面に平行な方向な振動であり、面外振動は面内振動に直交する方向の振動である。   As a piezoelectric vibrator, a basic operation principle of a piezoelectric vibration gyro will be described by taking a tuning fork type piezoelectric vibrator having two arms as an example. FIG. 3 is a diagram showing the shape and vibration mode of a tuning fork type piezoelectric vibrator, FIG. 3 (a) is a perspective view of the tuning fork type piezoelectric vibrator, and FIG. 3 (b) is a diagram showing in-plane vibration. 3 (c) is a diagram showing out-of-plane vibration. In FIG. 3, 50 is a tuning fork type piezoelectric vibrator, 51 is a base portion, and 52a and 52b are arm portions. The arrows in FIG. 3 indicate the displacement direction of the arm, that is, the direction of vibration. In-plane vibration is vibration in a direction parallel to the plane including the axes of the two arm portions, and out-of-plane vibration is perpendicular to the in-plane vibration. Vibration.

この音叉型圧電振動子は圧電材料で構成され、表面に面内振動及び面外振動の振動モードに結合した電極を配置し、励振及び検出を可能とする。さらに具体的には、面内振動モードの共振周波数に近い周波数の駆動信号を電極に印加し、音叉振動モードを励振した状態で、振動子の長さ方向の軸に角速度を印加すると、振動子には、角速度に比例したコリオリ力が働き、面外振動モードを生じる。この面外振動モードによって生じる電気信号を検出電極から取り出せば、角速度に比例した電気信号が得られ、圧電振動ジャイロとして機能させることができる。   This tuning fork type piezoelectric vibrator is made of a piezoelectric material, and an electrode coupled to vibration modes of in-plane vibration and out-of-plane vibration is arranged on the surface, thereby enabling excitation and detection. More specifically, when a driving signal having a frequency close to the resonance frequency of the in-plane vibration mode is applied to the electrode and the tuning fork vibration mode is excited, and an angular velocity is applied to the longitudinal axis of the vibrator, the vibrator , A Coriolis force proportional to the angular velocity works to generate an out-of-plane vibration mode. If an electric signal generated by this out-of-plane vibration mode is taken out from the detection electrode, an electric signal proportional to the angular velocity can be obtained, and it can function as a piezoelectric vibration gyro.

図4は、上記の音叉型圧電振動子の従来の電極構造の一例を示す斜視図である。駆動信号が印加される駆動電極は振動部分であるアーム部101a及び101bにそれぞれ設置された主駆動部11a及び11bと駆動電圧が印加される駆動出力パッド11e及び11fと駆動出力パッドの駆動電圧をそれぞれ主駆動部に導く駆動引出し部11c及び11dとからなり、検出電極は主駆動部11a及び11bにそれぞれ対向してアーム部101a、101bにそれぞれ設置された主検出部12a及び12bと検出信号を取り出す検出出力パッド12e及び12fと主検出部の信号をそれぞれ検出出力パッドまで導く検出引出し部12c及び12dとからなり、検出電極及び駆動電極に対して基準電位を与える基準電極は主駆動部11a及び11bにそれぞれ対向してアーム部101a、101bにそれぞれ設置された主基準部13a及び13bと基準電位が印加される基準出力パッド13dと基準出力パッド13dの基準電位を主基準部13a、13bに導く基準引出し部13cとからなっている。   FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional electrode structure of the tuning fork type piezoelectric vibrator. The drive electrodes to which the drive signal is applied are the main drive parts 11a and 11b installed on the arm parts 101a and 101b, which are vibration parts, the drive output pads 11e and 11f to which the drive voltage is applied, and the drive voltage of the drive output pad. The drive electrodes 11c and 11d lead to the main drive unit, respectively. The detection electrodes face the main drive units 11a and 11b, respectively, and detect detection signals with the main detection units 12a and 12b installed on the arm units 101a and 101b, respectively. The detection output pads 12e and 12f to be taken out and detection lead-out portions 12c and 12d for guiding the signal of the main detection unit to the detection output pad, respectively, are provided. Main reference installed on the arm portions 101a and 101b respectively facing the 11b The reference potential of the reference output pad 13d and the reference output pad 13d of 13a and 13b and the reference potential is applied consists mainly reference portion 13a, and the reference lead portion 13c leading to 13b.

上記の圧電振動ジャイロなどの圧電振動子を使用したセンサは、他の機械的振動機構を使用したセンサに比べて安価で小型に構成できるので、携帯用小型機器や小型装置の検出用センサとして、広く利用されている。しかし、近年、これら携帯用機器の小型化、機能の高集積化が益々進められるに伴い、さらなる小型化、低コスト化の要求が高まっている。   Sensors using piezoelectric vibrators such as the above-described piezoelectric vibration gyro can be configured at a lower cost and smaller than sensors using other mechanical vibration mechanisms, so as sensors for detecting portable small devices and small devices, Widely used. However, in recent years, with the further miniaturization of these portable devices and the high integration of functions, there is an increasing demand for further miniaturization and cost reduction.

センサの小型化を図る上で、解決すべき課題の一つとして、小型化に伴って生じる、圧電振動子の加工精度や組み立て精度のばらつきの相対的な増加に対処するため、効率の高い補正手段を考える必要性が挙げられる。これらのばらつきは、圧電振動子の駆動振動モードや検出振動モードなどの共振周波数のばらつきに影響を与え、センサの検出感度のばらつきに大きな影響を与える。   One of the issues to be solved in miniaturization of sensors is high-efficiency correction to cope with the relative increase in variations in processing accuracy and assembly accuracy of piezoelectric vibrators that occur with miniaturization. There is a need to consider means. These variations affect variations in resonance frequency such as the drive vibration mode and detection vibration mode of the piezoelectric vibrator, and greatly affect variations in detection sensitivity of the sensor.

従来、このような検出感度のばらつきの調整方法としては、振動子側で調整する方法とセンサ回路側で調整する方法があり、圧電振動子を組み立てた後、機械的加工などで調整して振動子側で一定の範囲のばらつきに収束させ、最終的には回路側で高精度の調整を施すという方法で行われてきた。   Conventionally, there are two methods for adjusting the variation in detection sensitivity: a method of adjusting on the vibrator side and a method of adjusting on the sensor circuit side. After the piezoelectric vibrator is assembled, the vibration is adjusted by mechanical processing or the like. It has been performed by a method of converging to a certain range of variation on the child side and finally adjusting with high accuracy on the circuit side.

図5は、上述の図4の圧電振動子を使用した圧電振動ジャイロの回路構成の一例を示す回路図である。図5において、音叉型の圧電振動子100の駆動電極の駆動出力パッド11eおよび11fは自励発振回路103に接続され、圧電振動子100の共振周波数で励振される。基準電極の基準出力パッド13dは基準電位に接続される。検出電極の検出出力パッド12eまたは12fに発生する電荷は演算増幅器の入出力端子間に帰還負荷として帰還容量106を接続したチャージアンプ102によって増幅され電圧に変換される。さらに同期検波回路104および低域濾波(LPF)回路105によって整流増幅され、DC電圧として出力される。センサ感度は、圧電振動子100の駆動振幅、圧電振動子100の検出感度、チャージアンプ102の増幅率、同期検波回路104の増幅率およびLPF回路105の増幅率から決定される。   FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of a piezoelectric vibration gyro using the piezoelectric vibrator of FIG. 4 described above. In FIG. 5, drive output pads 11 e and 11 f of drive electrodes of the tuning fork type piezoelectric vibrator 100 are connected to the self-excited oscillation circuit 103 and excited at the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 100. The reference output pad 13d of the reference electrode is connected to the reference potential. The charge generated in the detection output pad 12e or 12f of the detection electrode is amplified and converted into a voltage by a charge amplifier 102 having a feedback capacitor 106 connected as a feedback load between the input and output terminals of the operational amplifier. Further, the signal is rectified and amplified by the synchronous detection circuit 104 and the low-pass filtering (LPF) circuit 105 and output as a DC voltage. The sensor sensitivity is determined from the drive amplitude of the piezoelectric vibrator 100, the detection sensitivity of the piezoelectric vibrator 100, the amplification factor of the charge amplifier 102, the amplification factor of the synchronous detection circuit 104, and the amplification factor of the LPF circuit 105.

特許文献1に回路側でのセンサ感度の調整方法として、同期検波回路の出力側に可変抵抗を用いた可変増幅器を設け、その可変抵抗の調整により感度調整を行なう方法が示されている。   Patent Document 1 discloses a method for adjusting sensor sensitivity on the circuit side, in which a variable amplifier using a variable resistor is provided on the output side of the synchronous detection circuit, and sensitivity adjustment is performed by adjusting the variable resistor.

一方、振動子側での調整方法としては、駆動電極の主駆動部11aや11bの一部、または検出電極の主検出部12aや12bの一部などをレーザーによりトリミングし、感度を下げる方法が特許文献2に示されている。   On the other hand, as an adjustment method on the vibrator side, a method of trimming a part of the main drive parts 11a and 11b of the drive electrode or a part of the main detection parts 12a and 12b of the detection electrode with a laser to lower the sensitivity is used. It is shown in Patent Document 2.

特開2007−93233号公報JP 2007-93233 A 特開2006−105659号公報JP 2006-105659 A

特許文献1の感度調整方法では通常IC化されているセンサ回路の外部に可変抵抗器が必要なため、小型化が困難である。また、この可変抵抗器をIC内部に取り込んで設計することもできるが、この場合はICが複雑になり、低コスト化の障害となる。   In the sensitivity adjustment method of Patent Document 1, a variable resistor is required outside the sensor circuit that is normally made into an IC, so that it is difficult to reduce the size. In addition, the variable resistor can be designed by taking it into the IC, but in this case, the IC becomes complicated and becomes an obstacle to cost reduction.

さらに、回路側での調整方法としては、自励発振回路103の駆動電圧を変えて圧電振動子の駆動振幅を調整する方法と、LPF回路105の増幅率を調整する方法が一般的であるが、これらはいずれもトリミング抵抗によって抵抗値を調整するか、アナログスイッチICによって電圧や抵抗値を調整する方法であり、小型化および低価格化の妨げとなっている。   Furthermore, as an adjustment method on the circuit side, a method of adjusting the drive amplitude of the piezoelectric vibrator by changing the drive voltage of the self-excited oscillation circuit 103 and a method of adjusting the amplification factor of the LPF circuit 105 are general. These are methods for adjusting the resistance value with a trimming resistor or adjusting the voltage and the resistance value with an analog switch IC, which hinders downsizing and cost reduction.

一方、特許文献2などに示される振動子側での調整方法はチャージアンプ102の帰還容量106が、圧電振動子100の検出電極と駆動電極との間の結合容量や検出電極と基準電極の間との結合容量に対して大きい場合には有効であるが、小さい場合には問題が生じる。駆動電極の主駆動部や検出電極の主検出部を切断すると互いの結合容量が減少し、その結果チャージアンプ102の増幅率が上がってしまうからである。すなわち、チャージアンプの増幅率は入力容量と帰還容量の比で決まるため、センサ回路の増幅率が上がり、圧電振動子100の電極面積削減による検出感度の低下を相殺してしまうからである。   On the other hand, in the adjustment method on the vibrator side shown in Patent Document 2 or the like, the feedback capacitor 106 of the charge amplifier 102 has a coupling capacitance between the detection electrode and the drive electrode of the piezoelectric vibrator 100 or between the detection electrode and the reference electrode. This is effective when the coupling capacity is large, but a problem arises when the coupling capacity is small. This is because when the main drive part of the drive electrode and the main detection part of the detection electrode are disconnected, the mutual coupling capacitance decreases, and as a result, the amplification factor of the charge amplifier 102 increases. That is, since the amplification factor of the charge amplifier is determined by the ratio of the input capacitance and the feedback capacitance, the amplification factor of the sensor circuit increases, and the decrease in detection sensitivity due to the reduction in the electrode area of the piezoelectric vibrator 100 is offset.

そこで、本発明の課題は、小型化、低価格化が可能であり、チャージアンプの帰還容量が駆動電極と検出電極との間の結合容量や検出電極と基準電極との間の結合容量に対して小さい場合にもセンサ感度の調整が可能なセンサ感度調整手段及びセンサの製造方法を提供することにある。   Therefore, the problem of the present invention is that it is possible to reduce the size and the price, and the feedback capacitance of the charge amplifier is smaller than the coupling capacitance between the drive electrode and the detection electrode and the coupling capacitance between the detection electrode and the reference electrode. It is an object to provide a sensor sensitivity adjusting means and a sensor manufacturing method capable of adjusting the sensor sensitivity even when the sensor sensitivity is small.

上記課題を達成するために、本発明のセンサ感度調整手段は、圧電性材料からなり、共振周波数で振動させるための駆動電極と信号を検出する検出電極と一定の電位に保たれる基準電極とを持つ圧電振動子と、該圧電振動子の前記検出電極より検出される微小信号出力を増幅するチャージアンプ回路とを備えるセンサにおいて、前記駆動電極は前記圧電振動子の振動部分に設置された主駆動部と駆動電圧が印加される駆動出力パッドと該駆動出力パッドおよび前記主駆動部に接続された駆動引出し部とからなり、前記検出電極は前記主駆動部に対向して前記振動部分に設置された主検出部と検出信号を取り出す検出出力パッドと該検出出力パッドおよび前記主検出部に接続された検出引出し部とからなり、前記基準電極は前記主駆動部に対向して前記振動部分に設置された主基準部と基準電位が印加される基準出力パッドと該基準出力パッドおよび前記主基準部に接続された基準引出し部とからなり、前記検出引出し部の一部と前記基準引出し部の一部との間、または前記検出引出し部の一部と前記駆動引出し部の一部との間、または前記基準引出し部の一部と前記駆動引出し部の一部との間、のうち少なくともいずれか一つの間において、互いに対向し静電容量を有する対向電極対が形成され、該対向電極対の少なくとも一部を削除して前記静電容量を変えることによって前記チャージアンプ回路の増幅率を変え、当該センサの感度を調整すること及びこの調整を行ってセンサを製造することを特徴とする。 To achieve the above object, the sensor sensitivity adjusting means of the present invention comprises a piezoelectric material, a drive electrode for vibrating at a resonance frequency, a detection electrode for detecting a signal, a reference electrode maintained at a constant potential, And a charge amplifier circuit that amplifies a minute signal output detected by the detection electrode of the piezoelectric vibrator, and the drive electrode is disposed in a vibration portion of the piezoelectric vibrator. The drive unit includes a drive output pad to which a drive voltage is applied, and a drive lead-out unit connected to the drive output pad and the main drive unit, and the detection electrode is disposed in the vibration portion so as to face the main drive unit. And a detection output pad for extracting a detection signal, a detection output pad connected to the main detection unit, and a detection lead-out unit connected to the main detection unit. The reference electrode faces the main drive unit. A reference output pad to which a reference potential is applied, a reference output pad connected to the reference output pad and the main reference part, and a part of the detection extraction part. Between a part of the reference drawer part, between a part of the detection drawer part and a part of the drive drawer part, or between a part of the reference drawer part and a part of the drive drawer part. , A counter electrode pair facing each other and having capacitance is formed, and the charge amplifier circuit is changed by deleting at least part of the counter electrode pair and changing the capacitance The sensitivity of the sensor is adjusted and the sensor is manufactured by performing this adjustment.

前記対向電極対の一部を削除する手段としてレーザー照射によるトリミングを用いてもよい。   Trimming by laser irradiation may be used as means for removing a part of the counter electrode pair.

本発明では、上記のように主駆動部、主検出部、主基準部などの圧電振動子の振動部分に直接形成された電極部分ではなく、それらの電極部分や出力パッドに接続された引き出し部分の電極間に結合容量を有する対向電極対を設け、その対向電極対の一部を例えばレーザトリミングなどの方法により削除することにより、圧電振動子の駆動振幅や検出感度などに影響を与えることなくやチャージアンプ回路の増幅率を変化させることができ、センサ感度を調整することができる。   In the present invention, not the electrode part directly formed on the vibration part of the piezoelectric vibrator such as the main drive part, the main detection part, and the main reference part as described above, but the lead part connected to the electrode part or the output pad. By providing a counter electrode pair having a coupling capacity between the electrodes, and removing a part of the counter electrode pair by a method such as laser trimming, the drive amplitude and detection sensitivity of the piezoelectric vibrator are not affected. In addition, the gain of the charge amplifier circuit can be changed, and the sensor sensitivity can be adjusted.

これにより、小型化、低価格化が可能であり、チャージアンプの帰還容量が駆動電極と検出電極との間の結合容量や検出電極と基準電極との間の結合容量に対して小さい場合にもセンサ感度の調整が可能なセンサ感度調整手段及びセンサの製造方法が得られる。   As a result, it is possible to reduce the size and price, and even when the feedback capacitance of the charge amplifier is smaller than the coupling capacitance between the drive electrode and the detection electrode or the coupling capacitance between the detection electrode and the reference electrode. A sensor sensitivity adjusting means and a sensor manufacturing method capable of adjusting the sensor sensitivity are obtained.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明によるセンサ感度調整手段の第一の実施の形態を説明するための図であり、本実施の形態に使用する音叉型の圧電振動子110の電極構造を示す斜視図である。本実施の形態においても、図4に示した従来の音叉型の圧電振動子と同様に、駆動信号が印加される駆動電極は振動部分であるアーム部101a及び101bにそれぞれ設置された主駆動部11a及び11bと駆動電圧が印加される駆動出力パッド11e及び11fと駆動出力パッドの駆動電圧をそれぞれ主駆動部に導く駆動引出し部11c及び11dとからなり、検出電極は主駆動部11a及び11bにそれぞれ対向してアーム部101a、101bにそれぞれ設置された主検出部12a及び12bと検出信号を取り出す検出出力パッド12e及び12fと主検出部の信号をそれぞれ検出出力パッドまで導く検出引出し部12c及び12dとからなり、検出電極及び駆動電極に対して基準電位を与える基準電極は主駆動部11a及び11bにそれぞれ対向してアーム部101a、101bにそれぞれ設置された主基準部13a及び13bと基準電位が印加される基準出力パッド13dと該基準出力パッドの基準電位を前記主基準部に導く基準引出し部13cとからなっている。なお、各電極の出力パッド、引出し部は圧電振動子の振動しない基部に配置されている。   FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of a sensor sensitivity adjusting means according to the present invention, and is a perspective view showing an electrode structure of a tuning fork type piezoelectric vibrator 110 used in the present embodiment. . Also in the present embodiment, as in the conventional tuning-fork type piezoelectric vibrator shown in FIG. 4, the drive electrodes to which the drive signal is applied are the main drive parts installed on the arm parts 101a and 101b, which are the vibration parts, respectively. 11a and 11b, drive output pads 11e and 11f to which a drive voltage is applied, and drive lead-out portions 11c and 11d that guide the drive voltage of the drive output pad to the main drive unit, respectively, and detection electrodes are connected to the main drive units 11a and 11b. Main detection units 12a and 12b installed on the respective arm units 101a and 101b facing each other, detection output pads 12e and 12f for extracting detection signals, and detection extraction units 12c and 12d for guiding the signals of the main detection units to the detection output pads, respectively. The reference electrodes for applying a reference potential to the detection electrodes and the drive electrodes are the main drive units 11a and 11b. Main reference portions 13a and 13b installed on the arm portions 101a and 101b, respectively, a reference output pad 13d to which a reference potential is applied, and a reference lead portion 13c for guiding the reference potential of the reference output pad to the main reference portion. It is made up of. Note that the output pad and the lead-out portion of each electrode are disposed on the base portion where the piezoelectric vibrator does not vibrate.

但し、図1においては、検出引出し部12cの一部と駆動引出し部11cの一部との間、及び検出引出し部12dの一部と駆動引出し部11dの一部との間でそれぞれ互いに対向し静電容量を有する対向電極対14aおよび14bが形成されている。ここで、対向電極対14aおよび14bはそれぞれ静電容量を大きくするため複数の電極指によりインターデジタル電極を構成している。   However, in FIG. 1, a part of the detection drawer 12 c and a part of the drive drawer 11 c and a part of the detection drawer 12 d and a part of the drive drawer 11 d are opposed to each other. Counter electrode pairs 14a and 14b having capacitance are formed. Here, each of the counter electrode pairs 14a and 14b constitutes an interdigital electrode by a plurality of electrode fingers in order to increase the capacitance.

図5のセンサ回路においては検出出力パッド12eまたは12fの一方に接続されるチャージアンプ102のみが示されているが、実際のセンサ回路においては、特許文献1及び特許文献2に示されているのと同様な回路により、検出出力パッド12eおよび12fにそれぞれチャージアンプが接続され、その両者の出力が差動アンプを通して同期検波回路104に入力されるのが望ましい。そこで、本実施の形態の圧電振動子では対向電極対14aと14bを対称に配置している。   In the sensor circuit of FIG. 5, only the charge amplifier 102 connected to one of the detection output pads 12e or 12f is shown, but in the actual sensor circuit, it is shown in Patent Document 1 and Patent Document 2. It is desirable that a charge amplifier is connected to each of the detection output pads 12e and 12f by a circuit similar to the above, and both outputs are input to the synchronous detection circuit 104 through a differential amplifier. Therefore, in the piezoelectric vibrator of the present embodiment, the counter electrode pairs 14a and 14b are arranged symmetrically.

この対向電極対14aおよび14bの電極指の一部を例えばレーザトリミングにより切断すると、駆動電極と検出電極との間の結合静電容量が減少し、チャージアンプ102の増幅率が上がり、センサ全体の感度が大きくなる。また、対向電極対14aおよび14bは圧電振動子110の振動しない部分に配置されているため、圧電振動子の振動振幅や検出感度に影響を与えることはない。   When a part of the electrode fingers of the counter electrode pairs 14a and 14b is cut by, for example, laser trimming, the coupling capacitance between the drive electrode and the detection electrode is reduced, the amplification factor of the charge amplifier 102 is increased, and the entire sensor is Sensitivity increases. Further, since the counter electrode pairs 14a and 14b are arranged in a portion where the piezoelectric vibrator 110 does not vibrate, the vibration amplitude and detection sensitivity of the piezoelectric vibrator are not affected.

図2は、本発明によるセンサ感度調整手段の第二の実施の形態を説明するための図であり、本実施の形態に使用する音叉型の圧電振動子120の電極構造を示す斜視図である。本実施の形態においても、図1に示した音叉型の圧電振動子と同様に、振動部分であるアーム部101a及び101bにそれぞれ設置された主駆動部11a及び11b、主検出部12a及び12b、主基準部13a及び13b、と圧電振動子の基部に設置された駆動出力パッド11e及び11f、駆動引出し部11c及び11d、検出出力パッド12e及び12f、検出引出し部12c及び12d、基準出力パッド13d、基準引出し部13cの電極部分を有している。   FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment of the sensor sensitivity adjusting means according to the present invention, and is a perspective view showing an electrode structure of a tuning-fork type piezoelectric vibrator 120 used in the present embodiment. . Also in the present embodiment, similarly to the tuning-fork type piezoelectric vibrator shown in FIG. 1, main drive units 11a and 11b, main detection units 12a and 12b respectively installed on the arm units 101a and 101b, which are vibration units, Main reference portions 13a and 13b, drive output pads 11e and 11f installed at the base of the piezoelectric vibrator, drive drawer portions 11c and 11d, detection output pads 12e and 12f, detection lead portions 12c and 12d, reference output pad 13d, It has the electrode part of the reference | standard drawer | drawing-out part 13c.

但し、本実施の形態においては、検出引出し部12c、検出引出し部12dは主検出部と検出出力パッドを単に接続する部分だけでなく、基準引出し部と対向する側にも設置されており、その部分において検出引出し部の一部と基準引出し部13cの一部との間でそれぞれ互いに対向し静電容量を有する対向電極対15aおよび15bが形成されている。ここでも、対向電極対15aおよび15bはそれぞれ静電容量を大きくするため複数の電極指によりインターデジタル電極を構成している。   However, in the present embodiment, the detection drawer 12c and the detection drawer 12d are not only connected to the main detection unit and the detection output pad, but are also installed on the side facing the reference drawer. In the portion, counter electrode pairs 15a and 15b having capacitances are formed to face each other between a part of the detection lead part and a part of the reference lead part 13c. Again, the counter electrode pairs 15a and 15b each constitute an interdigital electrode with a plurality of electrode fingers in order to increase the capacitance.

本実施の形態においても、対向電極対15aおよび15bの電極指の一部をレーザトリミングにより切断すると、基準電極と検出電極との間の結合静電容量が減少し、チャージアンプ102の増幅率が上がり、センサ全体の感度が大きくなる。また、対向電極対15aおよび15bは圧電振動子120の振動しない基部に配置されているため、圧電振動子の振動振幅や検出感度に影響を与えることはない。   Also in the present embodiment, when a part of the electrode fingers of the counter electrode pair 15a and 15b is cut by laser trimming, the coupling capacitance between the reference electrode and the detection electrode is reduced, and the amplification factor of the charge amplifier 102 is increased. The sensitivity of the entire sensor increases. Further, since the counter electrode pairs 15a and 15b are arranged at the base portion where the piezoelectric vibrator 120 does not vibrate, the vibration amplitude and detection sensitivity of the piezoelectric vibrator are not affected.

以上のように、本発明により圧電振動子の振動振幅や検出感度に影響を与えることはなく、センサ感度の調整が可能なセンサ感度調整手段及びセンサの製造方法が得られ、また、本発明の感度調整手段はセンサ回路において調整する方法に比べて小型化、低価格化が可能である。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a sensor sensitivity adjusting means and a sensor manufacturing method capable of adjusting the sensor sensitivity without affecting the vibration amplitude and the detection sensitivity of the piezoelectric vibrator. The sensitivity adjustment means can be reduced in size and price compared with the method of adjusting in the sensor circuit.

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではないことは言うまでも無く、例えば、基準引出し部の一部と駆動引出し部の一部との間において対向電極対を設けてもよい。また、本発明は、圧電振動ジャイロだけでなく、圧電共振振動による圧電振動子を利用した加速度センサや圧力センサなどにおいても、振動部分以外に設けた電極部分に対向電極対を設けてその静電容量を調整することにより感度調整が可能である。圧電振動子の形態や電極構造なども用途に合わせて設計変更可能である。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, a counter electrode pair is provided between a part of the reference lead part and a part of the drive lead part. Also good. Further, the present invention is not limited to a piezoelectric vibration gyro, but also in an acceleration sensor or a pressure sensor using a piezoelectric vibrator by piezoelectric resonance vibration, a counter electrode pair is provided on an electrode portion provided other than the vibration portion, and the electrostatic Sensitivity can be adjusted by adjusting the capacity. The design of the piezoelectric vibrator form and electrode structure can be changed according to the application.

本発明によるセンサ感度調整手段の第一の実施の形態を説明するための図、本実施の形態に使用する音叉型の圧電振動子の電極構造を示す斜視図。The figure for demonstrating 1st embodiment of the sensor sensitivity adjustment means by this invention, and the perspective view which shows the electrode structure of the tuning fork type piezoelectric vibrator used for this embodiment. 本発明の第二の実施の形態を説明するための図、本実施の形態に使用する音叉型の圧電振動子の電極構造を示す斜視図。The figure for demonstrating 2nd embodiment of this invention, and the perspective view which shows the electrode structure of the tuning fork type piezoelectric vibrator used for this embodiment. 音叉型圧電振動子の形状と振動モードを示す図、図3(a)は音叉型圧電振動子の斜視図、図3(b)は面内振動を示す図、図3(c)は面外振動を示す図。FIG. 3A is a perspective view of the tuning fork type piezoelectric vibrator, FIG. 3B is a diagram showing in-plane vibration, and FIG. 3C is an out of plane view. The figure which shows a vibration. 音叉型圧電振動子の従来の電極構造の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the conventional electrode structure of a tuning fork type piezoelectric vibrator. 圧電振動子を使用した圧電振動ジャイロの回路構成の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the circuit structure of the piezoelectric vibration gyro using a piezoelectric vibrator.

符号の説明Explanation of symbols

11a、11b 主駆動部
11c、11d 駆動引出し部
11e、11f 駆動出力パッド
12a、12b 主検出部
12c、12d 検出引出し部
12e、12f 検出出力パッド
13a、13b 主基準部
13c 基準引出し部
13d 基準出力パッド
14a、14b、15a、15b 対向電極対
50、100、110、120 圧電振動子
52a、52b、101a、101b アーム部
102 チャージアンプ
103 自励発振回路
104 同期検波回路
105 LPF回路
106 帰還容量
11a, 11b Main driver 11c, 11d Drive drawer 11e, 11f Drive output pads 12a, 12b Main detector 12c, 12d Detection drawer 12e, 12f Detection output pads 13a, 13b Main reference 13c Reference drawer 13d Reference output pad 14a, 14b, 15a, 15b Counter electrode pair 50, 100, 110, 120 Piezoelectric vibrators 52a, 52b, 101a, 101b Arm unit 102 Charge amplifier 103 Self-excited oscillation circuit 104 Synchronous detection circuit 105 LPF circuit 106 Feedback capacitance

Claims (4)

圧電性材料からなり、共振周波数で振動させるための駆動電極と信号を検出する検出電極と一定の電位に保たれる基準電極とを持つ圧電振動子と、該圧電振動子の前記検出電極より検出される微小信号出力を増幅するチャージアンプ回路とを備えるセンサにおいて、前記駆動電極は前記圧電振動子の振動部分に設置された主駆動部と駆動電圧が印加される駆動出力パッドと該駆動出力パッドおよび前記主駆動部に接続された駆動引出し部とからなり、前記検出電極は前記主駆動部に対向して前記振動部分に設置された主検出部と検出信号を取り出す検出出力パッドと該検出出力パッドおよび前記主検出部に接続された検出引出し部とからなり、前記基準電極は前記主駆動部に対向して前記振動部分に設置された主基準部と基準電位が印加される基準出力パッドと該基準出力パッドおよび前記主基準部に接続された基準引出し部とからなり、前記検出引出し部の一部と前記基準引出し部の一部との間、または前記検出引出し部の一部と前記駆動引出し部の一部との間、または前記基準引出し部の一部と前記駆動引出し部の一部との間、のうち少なくともいずれか一つの間において、互いに対向し静電容量を有する対向電極対が形成され、該対向電極対の少なくとも一部を削除して前記静電容量を変えることによって前記チャージアンプ回路の増幅率を変え、当該センサの感度を調整することを特徴とするセンサ感度調整手段。 A piezoelectric vibrator made of a piezoelectric material, having a drive electrode for vibrating at a resonance frequency, a detection electrode for detecting a signal, and a reference electrode maintained at a constant potential, and detection from the detection electrode of the piezoelectric vibrator And a charge amplifier circuit for amplifying a small signal output, wherein the drive electrode is a main drive unit installed in a vibrating portion of the piezoelectric vibrator, a drive output pad to which a drive voltage is applied, and the drive output pad And a driving lead part connected to the main driving part, the detection electrode being opposed to the main driving part, a main detection part installed in the vibration part, a detection output pad for extracting a detection signal, and the detection output The reference electrode comprises a pad and a detection lead part connected to the main detection part, and the reference potential is applied to the reference electrode and the main reference part installed in the vibration part facing the main drive part. A reference output pad, and a reference drawer connected to the reference output pad and the main reference unit, between a part of the detection drawer and a part of the reference drawer, or one of the detection drawers Between each other and at least one of the reference drawer part and part of the drive drawer part. A counter electrode pair is formed, and at least a part of the counter electrode pair is deleted to change the capacitance, thereby changing an amplification factor of the charge amplifier circuit and adjusting sensitivity of the sensor. Sensor sensitivity adjustment means. 前記対向電極対の一部を削除する手段としてレーザー照射によるトリミングを用いたことを特徴とする請求項1に記載のセンサ感度調整手段。   The sensor sensitivity adjusting means according to claim 1, wherein trimming by laser irradiation is used as means for deleting a part of the counter electrode pair. 圧電性材料からなり、共振周波数で振動させるための駆動電極と信号を検出する検出電極と一定の電位に保たれる基準電極とを持つ圧電振動子と、該圧電振動子の前記検出電極より検出される微小信号出力を増幅するチャージアンプ回路とを備えるセンサの製造方法において、前記駆動電極は前記圧電振動子の振動部分に設置された主駆動部と駆動電圧が印加される駆動出力パッドと該駆動出力パッドおよび前記主駆動部に接続された駆動引出し部とからなり、前記検出電極は前記主駆動部に対向して前記振動部分に設置された主検出部と検出信号を取り出す検出出力パッドと該検出出力パッドおよび前記主検出部に接続された検出引出し部とからなり、前記基準電極は前記主駆動部に対向して前記振動部分に設置された主基準部と基準電位が印加される基準出力パッドと該基準出力パッドおよび前記主基準部に接続された基準引出し部とからなり、前記検出引出し部の一部と前記基準引出し部の一部との間、または前記検出引出し部の一部と前記駆動引出し部の一部との間、または前記基準引出し部の一部と前記駆動引出し部の一部との間、のうち少なくともいずれか一つの間において、互いに対向し静電容量を有する対向電極対が形成され、該対向電極対の少なくとも一部を削除して前記静電容量を変えることによって前記チャージアンプ回路の増幅率を変え、当該センサの感度を調整することを特徴とするセンサの製造方法。 A piezoelectric vibrator made of a piezoelectric material, having a drive electrode for vibrating at a resonance frequency, a detection electrode for detecting a signal, and a reference electrode maintained at a constant potential, and detection from the detection electrode of the piezoelectric vibrator And a charge amplifier circuit for amplifying a small signal output, wherein the drive electrode has a main drive unit installed in a vibrating portion of the piezoelectric vibrator, a drive output pad to which a drive voltage is applied, and the drive electrode A drive output pad and a drive drawer connected to the main drive unit, the detection electrode facing the main drive unit, a main detection unit installed in the vibration part, and a detection output pad for extracting a detection signal; The detection output pad and a detection lead portion connected to the main detection portion, the reference electrode facing the main drive portion and the main reference portion installed in the vibration portion and a reference potential A reference output pad to be applied and a reference lead portion connected to the reference output pad and the main reference portion, between a part of the detection lead portion and a part of the reference lead portion, or the detection lead Between at least one of a part and a part of the drive drawer, or between a part of the reference drawer and a part of the drive drawer. A counter electrode pair having a capacitance is formed, and at least a part of the counter electrode pair is deleted to change the capacitance, thereby changing the amplification factor of the charge amplifier circuit and adjusting the sensitivity of the sensor. A method for manufacturing a sensor. 前記対向電極対の一部を削除する手段としてレーザー照射によるトリミングを用いたことを特徴とする請求項3に記載のセンサの製造方法。   4. The sensor manufacturing method according to claim 3, wherein trimming by laser irradiation is used as means for deleting a part of the counter electrode pair.
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