JP2008096139A - 角速度センサ及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱による動作周波数の変動に強い角速度センサ及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る角速度センサは、アーム部１２Ａ，１２Ｂの励振方向を、圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの膜面と垂直な方向（ｚ軸方向）とするとともに、角速度の検出方向を圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの膜面と平行な方向（ｘ軸方向）とすることで、アーム部１２Ａ，１２Ｂの動作方向が検出方向よりも安定した振動モードを実現し、外乱により振動モードを励振方向から検出方向へ遷移しにくくしている。これにより、外乱に強い角速度センサを構成でき、高精度な出力特性を安定して得ることができるようになる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知やバーチャルリアリティ装置における動作検知、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる角速度センサ及びその駆動方法に関する。

従来より、民生用の角速度センサとしては、振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサが広く用いられている。振動型ジャイロセンサは、単純な機構、短い起動時間、安価に製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。

さて、この種の角速度センサとしては、片持ち梁型と称される単一の振動子を有するもののほか、音叉型と称される複数本の振動子を有する角速度センサが知られている（例えば下記特許文献１参照）。音叉型の角速度センサは、図１２に模式的に示すように、基部１と、この基部１から一体的にほぼ同一方向（ｙ軸方向）へ延出された２本のアーム部２Ａ，２Ｂとを備えている。アーム部２Ａ，２Ｂはそれぞれ振動子として構成されており、一方のアーム部２Ａの一表面には励振用の駆動電極３ａ１，３ａ２と角速度検出用の検出電極４ａが形成され、他方のアーム部２Ｂの一表面には励振用の駆動電極３ｂ１，３ｂ２と角速度検出用の検出電極４ｂが形成されている。

駆動電極３ａ１と３ａ２及び駆動電極３ｂ１と３ｂ２は、各アーム部２Ａ，２Ｂ上において検出電極４ａ及び検出電極４ｂを挟むようにしてそれぞれ配置されている。そして、検出電極４ａ，４ｂはアーム部２Ａ，２Ｂの軸心上にそれぞれ形成されており、駆動電極３ａ１及び駆動電極３ａ２はそれぞれ検出電極４ａの外側及び内側に配置され、駆動電極３ｂ１及び３ｂ２はそれぞれ検出電極４ｂの外側及び内側に配置されている。これらの各駆動電極３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２及び検出電極４ａ，４ｂは、アーム部２Ａ，２Ｂ上に下地電極膜を介して設けられた圧電膜の上に形成されており、以下これらを総称して、それぞれ圧電機能層５Ａ，５Ｂともいう。

以上の構成の従来の音叉型角速度センサは、外周側に位置する一対の駆動電極３ａ１，３ｂ１と、内周側に位置する一対の駆動電極３ａ２，３ｂ２との間で、互いに逆相の駆動電圧を印加することで、アーム部２Ａ，２Ｂを圧電駆動する。その結果、図１３Ａ，Ｂに示すように、各アーム部２Ａ，２Ｂは、互いに離間する方向と互いに近接する方向へ周期的に励振される。すなわち、各アーム部２Ａ，２Ｂは圧電機能層５Ａ，５Ｂの膜面に対して平行な方向（ｘ軸方向）に励振される。

一方、この状態において、アーム部２Ａ，２Ｂの周りに角速度が作用すると、各アーム部２Ａ，２Ｂにコリオリ力が生じて各アーム部２Ａ，２Ｂをその圧電機能層５Ａ，５Ｂの膜面と垂直な方向（ｚ軸方向）に振動する成分が生成される。この振動成分は、検出電極４ａ，４ｂにより検出され、角速度信号として処理される。

また、近年における電子部品の小型化の要求から、角速度センサのＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）構造化が進められており、基部１及びアーム部２Ａ，２Ｂをシリコン基板等の単結晶基板で形成するとともに、圧電膜及び各種電極膜を半導体製造用のフォトリソグラフィ技術を用いて形成するようにしている。

特開２００６−１７５６９号公報

一般に、表面に圧電膜を備えた振動子をこの圧電膜の伸縮駆動により励振させる場合、図１４に示すように、振動子７は、圧電膜６の膜面に対して平行な方向（ｘ軸方向）よりも、圧電膜６の膜面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）の方が励振され易い。

これに対して、上述した従来の音叉型角速度センサにおいては、図１３に示したように、圧電機能層５Ａ，５Ｂの膜面に平行に各アーム部２Ａ，２Ｂが励振されるように構成されている。このことをアーム部２Ａ，２Ｂの振動特性で説明すると、アーム部２Ａ，２Ｂは、図１５に概念的に示すように、アーム部２Ａ，２Ｂの動作周波数ｆｖに比べて、コリオリ力（角速度）の検出周波数ｆｈの方がより振動され易い構成であるといえる。すなわち、ｘ軸方向よりも、ｚ軸方向の方が、アーム部２Ａ，２Ｂをより安定して振動させることができる。

一方、動作周波数ｆｖで駆動される角速度センサにおいて、周波数ｆａの外部信号の飛び込み（外乱）による影響について考える。この場合、角速度センサの動作周波数ｆｖに周波数ｆａの変動成分が重畳する結果、動作周波数ｆｖは周波数ｆａで変調を受けることになる。変調を受けた駆動信号は、ｆｖ＋ｆａとｆｖ−ｆａの周波数成分に分離される。角速度センサの振動子は、動作周波数ｆｖと検出周波数ｆｈとがほぼ一致するように設計されているが、動作性能の面から完全に一致させずに数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度離して設計することが多い。そして、図１５に示したように、角速度センサがｆｖ−ｆｈ＞０で設計され、ｆｖ−ｆａがｆｈに近い場合、振動子を構成するアーム部２Ａ，２Ｂは、振動子は共振して、周波数ｆｖ−ｆａの振動モードで振動することになる。

この場合、従来の角速度センサにおいては、上述したように、圧電機能膜５Ａ，５Ｂの膜面に対して平行な方向（ｘ軸方向）を励振方向とし、圧電機能膜５Ａ，５Ｂの膜面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）を検出方向としているため、膜面に平行な動作周波数ｆｖでの振動に比べて、膜面に垂直な検出周波数ｆｈでの振動の方が安定である。その結果、振動モードが周波数ｆｖ−ｆａに変化した場合、アーム部２Ａ，２Ｂは、ｘ軸方向での振動モードから、ｚ軸方向での振動モードに遷移し易くなる。これにより、センサ出力のノイズが増大し、更には、角速度が生じていないにもかかわらず偽の検出信号の生成を引き起こすことにもなる。なお、このような問題は、ｆｖ−ｆｈ＜０で、ｆｖ＋ｆａがｆｈに近い場合も同様に当てはまる。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、外乱による動作周波数の変動に強い角速度センサ及びその駆動方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の角速度センサは、基部と、上記基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された複数本のアーム部と、上記アーム部の一表面に形成された圧電膜と、上記圧電膜の上にそれぞれ形成された励振用の駆動電極及び角速度検出用の検出電極とを備えた角速度センサであって、上記駆動電極は、上記アーム部を上記一表面と垂直な方向に励振し、上記検出電極は、上記アーム部の上記一表面と平行な方向への振動を検出することを特徴とする。

また、本発明の角速度センサの駆動方法は、基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された複数本のアーム部の一表面に、圧電膜を介して励振用の駆動電極と角速度検出用の検出電極がそれぞれ形成された角速度センサの駆動方法であって、上記駆動電極へ駆動信号を入力することによって上記アーム部を上記一表面と垂直な方向に励振するとともに、上記アーム部の上記一表面と平行な方向への振動を角速度信号として上記検出電極で検出することを特徴とする。

本発明では、アーム部の励振方向を、圧電膜を介して駆動電極及び検出電極が形成されたアーム部の一表面と垂直な方向とするとともに、角速度の検出方向を上記一表面と平行な方向とすることで、アーム部の動作方向が検出方向よりも安定した振動モードを実現し、外乱により振動モードを励振方向から検出方向へ遷移しにくくしている。これにより、外乱に強い角速度センサを構成でき、高精度な出力特性を安定して得ることができるようになる。

アーム部における駆動電極及び検出電極が形成領域は、特に限定されないが、アーム部の延在方向とその配列方向に対してそれぞれ直交する方向に法線をもつ当該アーム部のそれぞれの一表面上とすることにより、これら駆動電極及び検出電極を備えた角速度センサを、フォトリソグラフィ技術を用いて容易に作製することができる。

駆動電極及び検出電極の形成形態も特に制限されず、例えば、検出電極が駆動電極を挟むようにして一対形成される構成とすることができる。あるいは、検出電極が一対の駆動電極で挟まれるように形成される構成とすることができる。

一方、本発明の角速度センサにおいては、作製上の加工バラツキなどを原因として、複数のアーム部間で振動形態が異なってしまい、所期の振動特性が得られなくなる場合がある。そこで、各アーム部上に駆動電極が検出電極を挟んで一対配置される構成例において、一対の駆動電極間で入力駆動電圧の大きさを異ならせる、又は、一対の駆動電極間で電極長を異ならせることによって、当該アーム部の振動方向を適宜に補正することができる。なお、振動方向の補正は、上記の例に限らず、例えばアーム部の外形加工によっても行うことができる。アーム部の外形加工には、レーザー照射による微細加工が好適である。

本発明によれば、圧電膜、駆動電極及び検出電極が形成されるアーム部の一表面に対して垂直な方向に当該アーム部を励振させ、上記一表面に対して平行な方向を角速度の検出方向としているので、外乱による動作周波数の変動に対して強く、高精度な出力特性を安定して得ることができる。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の各実施形態に限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による音叉型の角速度センサ１０の概略構成を示す底面図である。本実施形態の角速度センサ１０は、基部１１と、この基部１１から一体的にほぼ同一方向（ｙ軸方向）へ延出された２本のアーム部１２Ａ，１２Ｂとを備えている。これら基部１１及びアーム部１２Ａ，１２Ｂは、シリコンウエハなどの圧電特性を有さない単結晶基板から所定形状に切り出され、一表面に、後述する圧電機能層や各種リード配線部が形成されることによって、角速度センサ１０を構成している。

アーム部１２Ａ，１２Ｂは、角速度センサ１０の振動子を構成し、図示の例では２本形成されているが、３本以上でも構わない。一方のアーム部１２Ａの一表面には、励振用の駆動電極１３ａ１，１３ａ２と角速度検出用の検出電極１４ａがそれぞれ形成されている。他方のアーム部１２Ｂの一表面には、励振用の駆動電極１３ｂ１，１３ｂ２と角速度検出用の検出電極１４ｂがそれぞれ形成されている。

駆動電極１３ａ１と１３ａ２及び駆動電極１３ｂ１と１３ｂ２は、各アーム部１２Ａ，１２Ｂ上において検出電極１４ａ及び検出電極１４ｂを挟むようにしてそれぞれ配置されている。検出電極１４ａ，１４ｂは、断面四角形状のアーム部１２Ａ，１２Ｂの軸心上にそれぞれ形成されている。駆動電極１３ａ１と駆動電極１３ａ２はそれぞれ検出電極１４ａの外側及び内側に配置され、駆動電極１３ｂ１と駆動電極１３ｂ２はそれぞれ検出電極１４ｂの外側及び内側に配置されている。

図２は、図１における［２］−［２］線方向断面図である。駆動電極１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２及び検出電極１４ａ，１４ｂは、アーム部１２Ａ，１２Ｂ上に下地電極膜１７を介して設けられた圧電膜１６ａ，１６ｂの上に形成されている。なお、アーム部１２Ｂについても同様な断面構造を有している。以下、これら下地電極膜１７、圧電膜１６ａ，１６ｂ、駆動電極１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２及び検出電極１４ａ，１４ｂを総称して、圧電機能層１５Ａ，１５Ｂともいう。

本実施形態において、圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの形成領域は、アーム部１２Ａ，１２Ｂの延在方向（ｙ軸方向）とその配列方向（ｘ軸方向）に対してそれぞれ直交する方向（ｚ軸方向）に法線をもつ当該アーム部１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの一表面上とされている。なお、これ以外にも、これら圧電機能層１５Ａ，１５Ｂを、ｘ軸方向に法線をもつ各アーム部１２Ａ，１２Ｂの外面側に形成してもよい。

圧電機能層１５Ａ，１５Ｂを構成する駆動電極１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２、検出電極１４ａ，１４ｂ及び下地電極膜１７は、アーム部１２Ａ，１２Ｂの表面から基部１１の根元部位にかけて形成されており、この基部１１の根元部位において、基部１１の表面上に形成されたリード配線部２３ａ１，２３ａ２，２３ｂ１，２３ｂ２，２４ａ，２４ｂ及び２７にそれぞれ接続されている。これらのリード配線部には、角速度センサ１０を駆動する駆動回路の各種端子部に対してフリップチップ接合やワイヤボンディング接合などを介して電気的に接続される。なお、図１において参照符号１８は、層間の電気的絶縁を行うための絶縁膜である。

本実施形態の角速度センサ１０は、アーム部１２Ａ上の一対の駆動電極１３ａ１，１３ａ２には共通の駆動信号が入力される。また、アーム部１２Ｂ上の一対の駆動電極１３ｂ１，１３ｂ２にも共通の駆動信号が入力されるが、駆動電極１３ａ１，１３ａ２に入力される駆動信号とは逆相の信号が入力される。これにより、図３Ａ，Ｂに示すように、アーム部１２Ａ，１２Ｂは、圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの膜面の膜面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に互いに逆相で周期的に励振される。

一方、この状態において、アーム部１２Ａ，１２Ｂの軸方向（ｙ軸方向）の周りに角速度が作用すると、各アーム部１２Ａ，１２Ｂにコリオリ力が生じて各アーム部１２Ａ，１２Ｂを圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの膜面と平行な方向（ｘ軸方向）に振動する成分が生成される。この振動成分は、検出電極１４ａ，１４ｂにより検出され、角速度信号として処理される。

図４は、角速度センサ１０を駆動制御するための制御回路部３０の構成を示すブロック図である。制御回路部３０は、例えばＩＣチップ部品で構成される。アーム部１２Ａ上の駆動電極１３ａ１，１３ａ２及びアーム部１２Ｂ上の駆動電極１３ｂ１，１３ｂ２は、自励発振回路３１に接続されるＧ０ａ端子及びＧ０ｂ端子にそれぞれ接続されている。なお、図示の例ではＧ０ａ端子側に反転アンプ３２が接続されており、Ｇ０ｂ端子と逆相の駆動信号（電圧）をアーム部１２Ａ上の駆動電極１３ａ１，１３ａ２に入力する。

アーム部１２Ａ，１２Ｂ上の検出電極１４ａ，１４ｂは、制御回路部３０のＧａ端子及びＧｂ端子にそれぞれ接続されている。検出電極１４ａ，１４ｂで検出された角速度信号は、Ｇａ端子及びＧｂ端子を介して演算回路３３に入力される。演算回路３３は、検出電極１４ａ，１４ｂの出力信号を加算する加算器３４と、検出電極１４ａ，１４ｂの出力信号の差分をとる差動アンプ３５を有している。この演算回路３３で演算された検出信号の加算信号（Ｇａ＋Ｇｂ）は自励発振回路３１へ供給され、差分信号（Ｇａ−Ｇｂ）は検波回路３６へ供給されて信号処理された後、平滑回路３７を介して出力される。

Ｖｒｅｆ端子は、圧電機能層１５Ａ，１５ｂの下地電極膜１７（図２）に接続されている。Ｖｒｅｆ端子は、例えば、グランド電位とされている。

以上のように構成される本実施形態の角速度センサ１０においては、駆動電極１３ａ１，１３ａ２と駆動電極１３ｂ１，１３ｂ２との間で互いに逆相の駆動信号が入力されることで、図３Ａ，Ｂに示したように、各アーム部１２Ａ，１２Ｂがｚ軸方向に沿って互いに逆相で周期的に励振される。この状態において、アーム部１２Ａ，１２Ｂのまわりに角速度が入力されると、コリオリ力の作用により各アーム部１２Ａ，１２Ｂにｘ軸方向への振動成分が生成される。この振動成分を検出電極１４ａ，１４ｂにより検出することで、角速度信号が得られる。

本実施形態によれば、アーム部１２Ａ，１２Ｂの励振方向を圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの膜面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に設定しているので、その検出方向（ｘ軸方向）と異なり、本来的に安定した振動モードで振動させることができる。すなわち、図５に概念的に示すように、アーム部１２Ａ，１２Ｂの動作周波数ｆｖの方が、コリオリ力（角速度）の検出方向ｆｈに比べて、励起されやすい振動モードであるといえる。なお、図５の例では、ｆｖ−ｆｈ＞０の場合を示している。

この構成により、図５に示したように、動作周波数ｆｖで駆動される角速度センサにおいて、周波数ｆａの外部信号の飛び込み（外乱）で発生する擬似駆動信号（ｆｖ−ｆａ）によって、検出周波数ｆｈによるｘ軸方向への振動モードへの遷移を起こしにくくし、ｚ軸方向の振動モードを安定に維持することが可能となる。これにより、電気的な外乱による動作周波数の変動に対して強い角速度センサ１０を構成することができ、高精度な出力特性を安定して得ることが可能となる。

図６は、振動励起方向がｘ軸方向である従来の角速度センサと、振動励起方向がｚ軸方向である本発明の角速度センサの耐ノイズ特性を比較して示す一実験結果である。図において、横軸は動作周波数に重畳する周波数（ｆａ）であり、縦軸はノイズ量である。ある周波数帯域においてノイズ量の増大が認められるが、本発明の角速度センサによれば、従来の角速度センサに比べて、ノイズ量を著しく低減させることができる。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態を示している。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態の角速度センサ２０は、アーム部１２Ａ，１２Ｂ上に形成される駆動電極及び検出電極の構成が上述の第１の実施形態と異なっており、本実施形態では、各アーム部１２Ａ，１２Ｂ上において、駆動電極１３ａ，１３ｂがそれぞれ一本ずつ形成されているとともに、この駆動電極１３ａ，１３ｂを挟むようにそれぞれ一対の検出電極１４ａ１，１４ａ２及び検出電極１４ｂ１，１４ｂ２が配置されている。駆動電極１３ａ，１３ｂはアーム部１２Ａ，１２Ｂの軸心上に配置されており、検出電極１４ａ１，１４ａ２及び検出電極１４ｂ１，１４ｂ２は、それぞれ駆動電極１３ａ，１３ｂに関して対称な位置に配置されている。

この角速度センサ２０は、図７に示す制御回路部４０によって駆動制御される。制御回路部４０のＧ０ａ端子及びＧ０ｂ端子は、それぞれ、角速度センサ２０の駆動電極１３ａ及び１３ｂに接続されている。検出電極１４ａ１，１４ａ２，１４ｂ１及び１４ｂ２は、制御回路部４０のＧａ１端子、Ｇａ２端子、Ｇｂ１端子及びＧｂ２端子にそれぞれ接続されている。演算回路３３は、加算器３４において加算信号（（Ｇａ１＋Ｇａ２）−（Ｇｂ１＋Ｇｂ２））を生成して自励発振回路３１へ供給するとともに、差動アンプ３５において差分信号（（Ｇａ１−Ｇａ２）−（Ｇｂ２−Ｇｂ１））を生成して検波回路３６へ供給する。

本実施形態の角速度センサ２０においては、駆動電極１３ａと駆動電極１３ｂとの間で互いに逆相の駆動信号が入力されることにより、各アーム部１２Ａ，１２Ｂが、圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの膜面に対して垂直なｚ軸方向に沿って互いに逆相で周期的に励振される。この状態において、アーム部１２Ａ，１２Ｂのまわりに角速度が入力されると、コリオリ力の作用により各アーム部１２Ａ，１２Ｂにｘ軸方向への振動成分が生成される。この振動成分を検出電極１４ａ１，１４ａ２，１４ｂ１，１４ｂ２により検出することで、角速度信号が得られる。

本実施形態の角速度センサ２０においても、上述の第１の実施形態と同様に、外乱による動作周波数の変動に対して強い角速度センサを構成することができ、高精度な出力特性を安定して得ることが可能となる。

（第３の実施形態）
本発明に係る角速度センサは、基部及び各アーム部が同一シリコン基板で形成され、個片単位で切り出されて作製される。また、圧電膜や各種電極膜は薄膜製造技術が用いられ、パターニングはフォトリソグラフィ技術を用いて実施される。従って、本発明に係る角速度センサにおいては、作製上の加工バラツキなどを原因として、複数のアーム部間で振動形態が異なってしまい、所期の振動特性が得られなくなる場合がある。以下、アーム部の振動方向の補正方法について説明する

図８Ａは、図７を参照して説明した角速度センサ２０のアーム部１２（１２Ａ，１２Ｂ）の横断面図である。アーム部１２の一表面上に下地電極膜１７、圧電膜１６及び駆動電極１３Ｌ，１３Ｒと検出電極１４が順に形成されている。素子作製直後における補正前のアーム部１２の振動方向は、必ずしも、圧電機能層１５の膜面に垂直なＶ方向（ｚ軸方向）である場合に限らず、Ｖ方向に関して斜めに傾いた方向に振動する場合がある。この状態で、左右の駆動電極１３Ｌ，１３Ｒに対して共通の駆動電圧を印加すると、Ｖ方向の振動モードが得られなくなり、センサ出力のノイズ増大を招く。

そこで、本実施形態では、アーム部１２の振動方向の最適化を図るために、左右一対の駆動電極１３Ｌ，１３Ｒに対して異なる駆動電圧を印加するようにしている。この場合、アーム部１２は、駆動電極１３Ｌ，１３Ｒのうち電圧の大きな駆動電極側による振動変位量が増大する。従って、初期の振動方向に基づいて、駆動信号比（電圧比）を適宜設定することにより、アーム部１２の振動方向をＶ方向に補正することが可能となる。

図８Ｂは、作製直後の角速度センサについて、左右の駆動電極に対する駆動信号比を変化させたときのノイズ量の変化について調べた一実験結果である。図８Ｂの結果から、この例では駆動信号比が１．０１のときにノイズ量が最小になることがわかる。このように、駆動信号比を変更することで、アーム部の振動方向を容易に補正することができると同時に、ノイズの低減を図ることができる。

（第４の実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第４の実施形態を示している。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の角速度センサ４０は、アーム部１２Ａ，１２Ｂ上に形成された一対の駆動電極１３ａ１，１３ａ２（１３ｂ１，１３ｂ２）のうち、一方側に位置する駆動電極１３ａ２，１３ｂ２に対して切欠き４１ａ，４１ｂがそれぞれ形成されている。切欠き４１ａ，４１ｂは、アーム部１２Ａ，１２Ｂの延在方向に伸びる駆動電極１３ａ２，１３ｂ２の電極長を設定するためのもので、切欠き４１ａ，４１ｂの形成により、左方側の駆動電極１３Ｌ（１３ａ１，１３ｂ１）に対して右方側の駆動電極１３Ｒ（１３ａ２，１３ｂ２）の電極長を短くしている。

すなわち本実施形態では、図１０Ａに示したように、アーム部１２の振動方向をＶ方向に補正するために、左右一対の駆動電極１３Ｌ，１３Ｒの電極長を異ならせることで、圧電膜１６に印加する電界強度を左右の電極位置で変化させ、アーム部１２の振動方向を圧電機能層１５の膜面に対して垂直なＶ方向に補正するようにしている。なお、切欠き４１ａ，４１ｂの形成方法は特に制限されず、例えばレーザー光のスポット照射による電極の溶断を用いることが可能である。

図１０Ｂは、作製直後の角速度センサについて、左右の駆動電極に対する電極長の長さ比を変化させたときのノイズ量の変化について調べた一実験結果である。図１０Ｂの結果から、この例では左右の駆動電極の長さ比が約０．８５のときにノイズ量が最小になることがわかる。このように、左右の駆動電極の長さ比を変更することで、アーム部の振動方向を容易に補正することができると同時に、ノイズの低減を図ることができる。

（第５の実施形態）
図１１Ａ，Ｂは、本発明の第５の実施形態を示している。本実施形態では、アーム部１２の振動方向の補正を、アーム部１２に対する外形加工によって行うようにしている。

アーム部１２は、外形加工が施されることにより、振動質量が変化し、加工領域に応じて振動方向が変化する。そこで、アーム部１２の振動方向に基づいて、外形加工位置を適宜選択することで、圧電機能層１５の膜面に対して垂直なＶ方向へのアーム部１２の振動補正を実現することができる。なお、アーム部１２の外形加工方法としてはレーザー加工法が好適であり、微細形状のアーム部に対して適切な外形加工を行うことができる。また、この処理は、アーム部の振動特性の調整、例えば離調度の調整の際に同時に行うことができる。

図１１Ｂは、作製直後の角速度センサについて、アーム部の形状加工量［μｍ］を変化させたときのノイズ量の変化について調べた一実験結果である。図１１Ｂの結果から、この例では形状加工量が３μｍのときにノイズ量が最小になることがわかる。このように、アーム部の形状加工量を変更することで、アーム部の振動方向を容易に補正することができると同時に、ノイズの低減を図ることができる。

例えば、以上の各実施形態では、２本のアーム部を備えた角速度センサを例に挙げて説明したが、これに限られず、アーム部を３本以上備えた角速度センサについても本発明は適用可能である。

本発明の第１の実施形態による角速度センサの概略構成を示す底面図である。 図１における［２］−［２］線方向断面図である。 図１の角速度センサの各アーム部の励振方向及び角速度検出方向を説明するためのアーム部の正面図である。 図１の角速度センサを駆動する駆動制御部の構成を示すブロック図である。 図１の角速度センサの周波数特性を示す図である。 本発明に係る角速度センサと従来構造の角速度センサについての外乱ノイズによる影響を比較して示す図である。 本発明の第２の実施形態による角速度センサとその駆動制御部の構成を概略的に示す図である。 本発明の第３の実施形態を説明する図であり、Ａはアーム部の横断面図、Ｂはアーム部の振動方向の調整例を示す図である。 本発明の第４の実施形態による角速度センサの概略構成を示す底面図である。 本発明の第４の実施形態を説明する図であり、Ａはアーム部の横断面図、Ｂはアーム部の振動方向の調整例を示す図である。 本発明の第５の実施形態を説明する図であり、Ａはアーム部の横断面図、Ｂはアーム部の振動方向の調整例を示す図である。 従来の角速度センサの概略構成を示す底面斜視図である。 従来の角速度センサの各アーム部の励振方向及び角速度検出方向を説明するためのアーム部の正面図である。 アーム部の振動方向を説明する要部概略斜視図である。 従来の角速度センサの周波数特性を示す図である。

符号の説明

１０，２０，４０…角速度センサ、１１…基部、１２，１２Ａ，１２Ｂ…アーム部、１３ａ，１３ｂ、１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２，１３Ｌ，１３Ｒ…駆動電極、１４，１４ａ，１４ｂ、１４ａ１，１４ａ２，１４ｂ１，１４ｂ２…検出電極、１５，１５Ａ，１５Ｂ…圧電機能層、１６，１６ａ，１６ｂ…圧電膜、１７…下地電極膜

Claims (10)

1. 基部と、
   前記基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された複数本のアーム部と、
   前記アーム部の一表面に形成された圧電膜と、
   前記圧電膜の上にそれぞれ形成された励振用の駆動電極及び角速度検出用の検出電極とを備えた角速度センサであって、
   前記駆動電極は、前記アーム部を前記一表面と垂直な方向に励振し、
   前記検出電極は、前記アーム部の前記一表面と平行な方向への振動を検出する
   ことを特徴とする角速度センサ。
2. 前記駆動電極及び前記検出電極は、前記アーム部の延在方向とその配列方向に対してそれぞれ直交する方向に法線をもつ当該アーム部のそれぞれの一表面上に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 前記検出電極は、前記圧電膜の上に、前記駆動電極を挟むようにして一対形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
4. 前記検出電極は、前記圧電膜の上に、前記一対の駆動電極に挟まれるようにして形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
5. 前記一対の駆動電極は、相互に電極長が異なっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の角速度センサ。
6. 基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された複数本のアーム部の一表面に、圧電膜を介して励振用の駆動電極と角速度検出用の検出電極がそれぞれ形成された角速度センサの駆動方法であって、
   前記駆動電極へ駆動信号を入力することによって前記アーム部を前記一表面と垂直な方向に励振するとともに、
   前記アーム部の前記一表面と平行な方向への振動を角速度信号として前記検出電極で検出する
   ことを特徴とする角速度センサの駆動方法。
7. 前記駆動電極は、前記検出電極を挟んで一対配置されており、
   前記一対の駆動電極の各々に入力する駆動信号の大きさを当該一対の駆動電極間で異ならせることによって、前記各アーム部の振動方向を補正する
   ことを特徴とする請求項６に記載の角速度センサの駆動方法。
8. 前記駆動電極は、前記検出電極を挟んで一対配置されており、
   前記一対の駆動電極の電極長を相互に異ならせることによって、前記アーム部の振動方向を補正する
   ことを特徴とする請求項６に記載の角速度センサの駆動方法。
9. 前記アーム部に外形加工を施すことによって、前記アーム部の振動方向を補正する
   ことを特徴とする請求項６に記載の角速度センサの駆動方法。
10. 前記アーム部の外形加工にレーザー加工法を用いる
    ことを特徴とする請求項９に記載の角速度センサの駆動方法。
    
    
    
    

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