JP2010223622A

JP2010223622A - Angular velocity detection device

Info

Publication number: JP2010223622A
Application number: JP2009068679A
Authority: JP
Inventors: Masaki Takaoka; 将樹高岡; Takakazu Fujimori; 敬和藤森; Daisuke Kaminishi; 大祐紙西
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity detection device capable of reducing the influence of vibrational noise. SOLUTION: This angular velocity detection device includes a substrate 40 having a cavity 50, a pair of vibrating arms 11 and 12 that are arranged in parallel in the cavity 50 in a state where facing mutual ends are interconnected and vibrate on the opposite directions along the direction orthogonal to the major axis direction and along the driving vibration direction perpendicular to the thickness direction of the substrate 40, two detection arms 21 and 22 each of which one end is connected to a coupling section of each of the pair of vibrating arms 11 and 12 and other end is fixed to a periphery for surrounding the cavity 50 of the substrate 40, and a detection circuit 600 that detects strain of the shapes of the detection arms 21 and 22 generated by the vibration of the vibrating arms 11 and 12 along the major axis direction and detects the angular velocity applied to the vibrating arms 11 and 12. COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、角速度検出装置に係り、特にコリオリ力を利用して角速度を検出する角速度検出装置に関する。 The present invention relates to an angular velocity detection device, and more particularly to an angular velocity detection device that detects an angular velocity using Coriolis force.

角速度検出装置として、音片型、音叉型等の様々な形状の振動式角速度検出装置が提案され実用化されている。特に、音叉型の振動式角速度検出装置はＱ値が高く、安定した振動と高い感度が得られる。 As angular velocity detection devices, various types of vibration angular velocity detection devices such as a sound piece type and a tuning fork type have been proposed and put into practical use. In particular, a tuning fork-type vibration angular velocity detection device has a high Q value, and stable vibration and high sensitivity can be obtained.

例えば、アーム（振動子）を振動させるための駆動電圧が印加される駆動電極と、アームに加えられた角速度に応じた検出信号を出力する検出電極とが、同一のアーム上に形成された音叉型振動式角速度検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 For example, a tuning fork in which a drive electrode to which a drive voltage for vibrating an arm (vibrator) is applied and a detection electrode that outputs a detection signal corresponding to an angular velocity applied to the arm are formed on the same arm. A type vibration type angular velocity detection device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

上記のような角速度検出装置では、アームの振動方向が水平方向の場合に検出方向は垂直方向であり、アームに角速度が加わらない状態では、検出電極から検出信号は出力されない。そして、アームが水平方向に振動している状態でアームに角速度が加えられると、コリオリ力によりアームが垂直方向に振動し、この垂直方向の振動に基づき角速度が検出される。 In the angular velocity detection device as described above, the detection direction is the vertical direction when the vibration direction of the arm is the horizontal direction, and no detection signal is output from the detection electrode when no angular velocity is applied to the arm. When an angular velocity is applied to the arm while the arm is vibrating in the horizontal direction, the arm vibrates in the vertical direction due to the Coriolis force, and the angular velocity is detected based on the vibration in the vertical direction.

特開平１１−３５１８７４号公報JP-A-11-351874

しかしながら、実際にはプロセスばらつき等に起因して、僅かながら水平方向からずれた方向に角速度検出装置のアームが振動する。このため、垂直方向の成分が存在するので、アームに角速度が加えられていない状態でも検出電極からアームに角速度が加わっているように検出信号が出力される。このような、アームの振動方向が所定の方向からずれたために検出電極から出力される検出信号を、以下において「振動ノイズ」という。 However, actually, the arm of the angular velocity detection device vibrates slightly in a direction deviating from the horizontal direction due to process variations and the like. For this reason, since a component in the vertical direction exists, a detection signal is output from the detection electrode so that the angular velocity is applied to the arm even when the angular velocity is not applied to the arm. Such a detection signal output from the detection electrode because the vibration direction of the arm deviates from a predetermined direction is hereinafter referred to as “vibration noise”.

振動ノイズが発生した状態でアームに角速度を加えると、振動ノイズと角速度による信号が加算された検出信号が検出電極から出力される。このため、振動ノイズが大きいとＳ／Ｎ比が劣化し、感度が低下する。 When an angular velocity is applied to the arm in a state where vibration noise is generated, a detection signal obtained by adding the vibration noise and a signal based on the angular velocity is output from the detection electrode. For this reason, if the vibration noise is large, the S / N ratio is deteriorated and the sensitivity is lowered.

上記問題点を鑑み、本発明は、振動ノイズによる影響を低減できる角速度検出装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an angular velocity detection device that can reduce the influence of vibration noise.

本発明の一態様によれば、（イ）空洞を有する基板と、（ロ）対向する互いの端部を連結されて空洞内で並列に配置され、長軸方向に直交する方向であって基板の厚さ方向と垂直な駆動振動方向に沿って互いに逆方向に振動する一対の振動アームと、（ハ）一対の振動アームの連結部分にそれぞれの一方の端部が接続し、他方の端部が基板の空洞を囲む周辺部に固定された２本の検出アームと、（ニ）長軸方向に沿った振動アームの振動によって生じる検出アームの形状の歪みを検知して、振動アームに加わった角速度を検出する検出回路とを備える角速度検出装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, (a) a substrate having a cavity, and (b) opposing ends connected to each other in parallel within the cavity, the substrate being in a direction perpendicular to the major axis direction. A pair of vibration arms that vibrate in opposite directions along a drive vibration direction perpendicular to the thickness direction of the first and second ends, and (c) one end of each connected to a connecting portion of the pair of vibration arms, and the other end The two detection arms fixed to the periphery surrounding the cavity of the substrate and (d) the distortion of the shape of the detection arm caused by the vibration of the vibration arm along the long axis direction was detected and added to the vibration arm An angular velocity detection device is provided that includes a detection circuit that detects angular velocity.

本発明によれば、振動ノイズによる影響を低減できる角速度検出装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the angular velocity detection apparatus which can reduce the influence by vibration noise can be provided.

本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の構成を示す模式的な上面図である。It is a typical top view which shows the structure of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図１のII−II方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II direction of FIG. 図１のIII−III方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III direction of FIG. 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置が受けるコリオリ力を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the Coriolis force which the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention receives. 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の回路構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structural example of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の検出信号の波形例を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform example of the detection signal of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 1). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 2). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 3). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 4). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その５）。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 5). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の他の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。It is process sectional drawing for demonstrating the other manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 1). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の他の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。It is process sectional drawing for demonstrating the other manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 2). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の他の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。It is process sectional drawing for demonstrating the other manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 3). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の他の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。It is process sectional drawing for demonstrating the other manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 4). 本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置の他の製造方法を説明するための工程断面図である（その５）。It is process sectional drawing for demonstrating the other manufacturing method of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention (the 5). 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る角速度検出装置の構成を示す模式的な上面図である。It is a typical top view which shows the structure of the angular velocity detection apparatus which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る角速度検出装置の構成を示す模式的な上面図である。It is a typical top view which shows the structure of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図１９（ａ）は図１８のXIX−XIX方向に沿って切断した斜視図であり、図１９（ｂ）は図１８のXIX−XIX方向に沿った断面図である。19A is a perspective view cut along the XIX-XIX direction of FIG. 18, and FIG. 19B is a cross-sectional view taken along the XIX-XIX direction of FIG. 本発明の第２の実施の形態に係る角速度検出装置の回路構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structural example of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Also, the following first and second embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention are components of the components. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置１は、図１に示すように、空洞５０を有する基板４０と、対向する互いの端部を連結されて空洞５０内で並列に配置され、長軸方向に直交する方向であって基板４０の厚さ方向と垂直な駆動振動方向に沿って互いに逆方向に振動する一対の振動アーム１１、１２と、一対の振動アーム１１、１２の連結部分にそれぞれの一方の端部が接続し、他方の端部が基板４０の空洞５０を囲む周辺部に固定された２本の検出アーム２１、２２と、長軸方向に沿った振動アーム１１、１２の振動によって生じる検出アーム２１、２２の形状の歪みを検知して、振動アーム１１、１２に加わった角速度を検出する検出回路６００とを備える。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, the angular velocity detection device 1 according to the first exemplary embodiment of the present invention is arranged in parallel in a cavity 50 by connecting a substrate 40 having a cavity 50 and opposing ends thereof. A pair of vibration arms 11 and 12 that vibrate in directions opposite to each other along a drive vibration direction perpendicular to the thickness direction of the substrate 40 and perpendicular to the longitudinal direction, and a pair of vibration arms 11 and 12 are connected. Two detection arms 21 and 22 each having one end connected to the portion and the other end fixed to the peripheral portion surrounding the cavity 50 of the substrate 40, and the vibrating arm 11 along the long axis direction, And a detection circuit 600 that detects the distortion of the shape of the detection arms 21 and 22 caused by the vibration of 12 and detects the angular velocity applied to the vibration arms 11 and 12.

振動アーム１１、１２は、外部からの駆動信号入力により駆動振動方向に振動（以下において「駆動振動」という。）する。「駆動振動方向」は、図１において紙面に平行で、かつ振動アーム１１、１２の延伸する長軸方向に対して垂直な方向である。図１において、駆動振動方向をｘ軸方向、振動アーム１１、１２の長軸方向をｙ軸方向とする。つまり、駆動振動方向を含む駆動振動面はｘ−ｙ平面である。また、駆動振動面の法線方向をｚ軸方向とする。 The vibration arms 11 and 12 vibrate in the drive vibration direction (hereinafter referred to as “drive vibration”) in response to an external drive signal input. The “drive vibration direction” is a direction parallel to the paper surface in FIG. 1 and perpendicular to the major axis direction in which the vibration arms 11 and 12 extend. In FIG. 1, the driving vibration direction is the x-axis direction, and the major axis direction of the vibration arms 11 and 12 is the y-axis direction. That is, the drive vibration surface including the drive vibration direction is an xy plane. The normal direction of the driving vibration surface is the z-axis direction.

図１に示すように、振動アーム１１と振動アーム１２の一方の端部同士は連結部３１で連結され、他方の端部同士は連結部３２で連結されている。検出アーム２１の一方の端部は振動アーム１１と振動アーム１２との連結部３１に接続し、他方の端部は基板４０の空洞５０を囲む枠状の周辺部に接続する固定端である。また、検出アーム２２の一方の端部は振動アーム１１と振動アーム１２との連結部３２に接続し、他方の端部は基板４０の空洞５０を囲む枠状の周辺部に接続する固定端である。 As shown in FIG. 1, one end portions of the vibrating arm 11 and the vibrating arm 12 are connected by a connecting portion 31, and the other end portions are connected by a connecting portion 32. One end of the detection arm 21 is connected to a connecting portion 31 between the vibration arm 11 and the vibration arm 12, and the other end is a fixed end connected to a frame-shaped peripheral portion surrounding the cavity 50 of the substrate 40. Further, one end of the detection arm 22 is connected to the connecting portion 32 of the vibration arm 11 and the vibration arm 12, and the other end is a fixed end connected to a frame-shaped peripheral portion surrounding the cavity 50 of the substrate 40. is there.

図１に示したように、振動アーム１１の連結部３１と連結部３２に近い領域に、それぞれ駆動電極１１１と駆動電極１１２が配置されている。同様に、振動アーム１２の連結部３１と連結部３２に近い領域に、それぞれ駆動電極１２１と駆動電極１２２が配置されている。駆動電極１１１、１１２、１２１、１２２は、振動アーム１１、１２上で互いに対向して配置された第１印加電極１０１と第２印加電極１０２をそれぞれ有する。図１に示すように、振動アーム１１と振動アーム１２が対面する面側（以下において「内側」という）に第１印加電極１０１が配置され、内側と対向する面側（以下において「外側」という）に第２印加電極１０２が配置される。 As shown in FIG. 1, the drive electrode 111 and the drive electrode 112 are arranged in regions near the connection portion 31 and the connection portion 32 of the vibration arm 11, respectively. Similarly, the drive electrode 121 and the drive electrode 122 are disposed in regions near the connecting portion 31 and the connecting portion 32 of the vibration arm 12, respectively. The drive electrodes 111, 112, 121, and 122 have a first application electrode 101 and a second application electrode 102 that are disposed on the vibrating arms 11 and 12 so as to face each other. As shown in FIG. 1, the first application electrode 101 is disposed on the side of the vibrating arm 11 and the vibrating arm 12 facing each other (hereinafter referred to as “inside”), and the side facing the inside (hereinafter referred to as “outside”). ) Is provided with the second application electrode 102.

また、検出アーム２１上の固定端に近い領域に検出電極２１１が配置され、検出アーム２２上の固定端に近い領域に検出電極２２１が配置されている。検出電極２１１及び検出電極２２１は、互いに対向して配置された検知電極２０１、２０２をそれぞれ有する。図１に示したように、検出アーム２１上の検知電極２０１と検出アーム２２上の検知電極２０２は振動アーム１２に近い領域に配置され、検出アーム２１上の検知電極２０２と検出アーム２２上の検知電極２０１は振動アーム１１に近い領域に配置されている。 Further, the detection electrode 211 is arranged in a region near the fixed end on the detection arm 21, and the detection electrode 221 is arranged in a region near the fixed end on the detection arm 22. The detection electrode 211 and the detection electrode 221 respectively include detection electrodes 201 and 202 that are arranged to face each other. As shown in FIG. 1, the detection electrode 201 on the detection arm 21 and the detection electrode 202 on the detection arm 22 are arranged in a region near the vibration arm 12, and the detection electrode 202 on the detection arm 21 and the detection arm 22 are The detection electrode 201 is disposed in a region near the vibration arm 11.

更に、振動アーム１１と振動アーム１２の連結部３１付近に振動参照電極７１が配置され、振動アーム１１と振動アーム１２の連結部３２付近に振動参照電極７２が配置されている。 Furthermore, a vibration reference electrode 71 is disposed near the connection portion 31 between the vibration arm 11 and the vibration arm 12, and a vibration reference electrode 72 is disposed near the connection portion 32 between the vibration arm 11 and the vibration arm 12.

図２に、図１のII−II方向に沿った振動アーム１１、１２の断面構造を示す。図２に示すように、振動アーム１１、１２上の側面に近い領域に、第１印加電極１０１と第２印加電極１０２が対向して配置されている。第１印加電極１０１と第２印加電極１０２は、同一の層構造である。 FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the vibrating arms 11 and 12 along the II-II direction of FIG. As shown in FIG. 2, the first application electrode 101 and the second application electrode 102 are arranged to face each other in a region near the side surface on the vibration arms 11 and 12. The first application electrode 101 and the second application electrode 102 have the same layer structure.

図３に、図１のIII−III方向に沿った検出アーム２１の断面構造を示す。図３に示すように、検出アーム２１上の側面に近い領域に、同一の層構造を有する検知電極２０１、２０２が対向して配置されている。図示を省略するが、検出アーム２２の構造は検出アーム２１と同様であり、且つ、図１に示したように検知電極２０１と検知電極２０２のｘ軸方向の配置は検出アーム２２上と検出アーム２１上で逆である。 FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the detection arm 21 along the III-III direction of FIG. As shown in FIG. 3, detection electrodes 201 and 202 having the same layer structure are arranged opposite to each other in a region near the side surface on the detection arm 21. Although not shown, the structure of the detection arm 22 is the same as that of the detection arm 21, and as shown in FIG. 1, the arrangement of the detection electrode 201 and the detection electrode 202 in the x-axis direction is on the detection arm 22 and the detection arm. The reverse on 21.

図１〜図３に示すように、振動アーム１１、振動アーム１２、検出アーム２１、及び検出アーム２２は、基板４０に形成された空洞５０内に配置された双音叉型の振動子１０を構成する。後述するように、基板４０をエッチングして空洞５０を形成する際に基板４０の一部を残すことにより、振動アーム１１、１２、及び検出アーム２１、２２は形成される。 As shown in FIGS. 1 to 3, the vibrating arm 11, the vibrating arm 12, the detection arm 21, and the detection arm 22 constitute a double tuning fork type vibrator 10 disposed in a cavity 50 formed in the substrate 40. To do. As will be described later, the vibration arms 11 and 12 and the detection arms 21 and 22 are formed by leaving a part of the substrate 40 when the substrate 40 is etched to form the cavity 50.

基板４０には、シリコン基板等が採用可能である。例えば振動アーム１１、振動アーム１２、検出アーム２１、及び検出アーム２２の基板４０の幅ｗは１５０μｍ程度であり、膜厚ｄは１５０μｍ程度である。 A silicon substrate or the like can be used as the substrate 40. For example, the width w of the substrate 40 of the vibration arm 11, the vibration arm 12, the detection arm 21, and the detection arm 22 is about 150 μm, and the film thickness d is about 150 μm.

図２、３に示すように、第１印加電極１０１、第２印加電極１０２、及び検知電極２０１、２０２は、それぞれ下部電極３０１、圧電体膜３０２、上部電極３０３の積層体である。下部電極３０１には、膜厚２００ｎｍ程度の白金（Ｐｔ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜等が採用可能であり、上部電極３０３には、膜厚２００ｎｍ程度の酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）／イリジウム（Ｉｒ）の積層膜や金（Ａｕ）膜等が採用可能である。圧電体膜３０２には、膜厚１〜３μｍ程度のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜やランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）膜等が採用可能である。ＰＺＴ膜やＰＬＺＴ膜はゾルゲル法等により形成される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the first application electrode 101, the second application electrode 102, and the detection electrodes 201 and 202 are laminated bodies of a lower electrode 301, a piezoelectric film 302, and an upper electrode 303, respectively. The lower electrode 301 can be a platinum (Pt) / titanium (Ti) laminated film having a thickness of about 200 nm, and the upper electrode 303 can have an iridium oxide (IrO ₂ ) / iridium (thickness of about 200 nm). A laminated film of Ir), a gold (Au) film, or the like can be used. As the piezoelectric film 302, a lead zirconate titanate (PZT) film having a thickness of about 1 to 3 μm, a lanthanum-doped lead zirconate titanate (PLZT) film, or the like can be used. The PZT film and the PLZT film are formed by a sol-gel method or the like.

第１印加電極１０１、第２印加電極１０２、及び検知電極２０１、２０２は、基板４０上に形成された酸化シリコン膜４１上に配置され、周囲を保護膜４５で覆われている。酸化シリコン膜４１は、例えば基板４０の表面を熱酸化して形成される。保護膜４５は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）膜と酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜の積層膜である。 The first application electrode 101, the second application electrode 102, and the detection electrodes 201 and 202 are disposed on the silicon oxide film 41 formed on the substrate 40, and the periphery is covered with a protective film 45. The silicon oxide film 41 is formed, for example, by thermally oxidizing the surface of the substrate 40. The protective film 45 is, for example, a laminated film of an alumina (Al ₂ O ₃ ) film and a silicon oxide (SiO ₂ ) film.

駆動信号として駆動電圧Ｖｄが第１印加電極１０１と第２印加電極１０２間に印加されると、逆圧電効果により第１印加電極１０１と第２印加電極１０２の圧電体膜３０２の形状が変形する。例えば、圧電体膜３０２はプラス電圧が印加されるとｙ軸方向に縮み、マイナス電圧が印加されるとｙ軸方向に伸びる。このため、振動アーム１１、１２の側面近くに配置された第１印加電極１０１と第２印加電極１０２に極性の異なる電圧を印加することにより、振動アーム１１、１２の外側が伸びる場合に内側が縮み、振動アーム１１、１２の内側が伸びる場合に外側が縮む。つまり、振動アーム１１、１２はｘ軸方向に屈曲する。 When a drive voltage Vd is applied as a drive signal between the first application electrode 101 and the second application electrode 102, the shape of the piezoelectric film 302 of the first application electrode 101 and the second application electrode 102 is deformed by the inverse piezoelectric effect. . For example, the piezoelectric film 302 contracts in the y-axis direction when a positive voltage is applied, and expands in the y-axis direction when a negative voltage is applied. For this reason, when the outer sides of the vibrating arms 11 and 12 are extended by applying voltages having different polarities to the first applying electrode 101 and the second applying electrode 102 disposed near the side surfaces of the vibrating arms 11 and 12, When the inside of the vibrating arms 11 and 12 is contracted, the outside contracts. That is, the vibrating arms 11 and 12 are bent in the x-axis direction.

一方、検出アーム２１及び検出アーム２２に形状の変化が生じると、検知電極２０１、２０２の圧電体膜３０２の形状が変形し、圧電効果により検出電極２１１、２２１から電気信号が検出信号として出力される。検出信号は、圧電効果により検知電極２０１、２０２の圧電体膜３０２に生じる分極を検出して検出電極２１１、２２１が出力する電流信号若しくは電圧信号である。 On the other hand, when the shape of the detection arm 21 and the detection arm 22 changes, the shape of the piezoelectric film 302 of the detection electrodes 201 and 202 is deformed, and an electrical signal is output as a detection signal from the detection electrodes 211 and 221 due to the piezoelectric effect. The The detection signal is a current signal or a voltage signal output from the detection electrodes 211 and 221 by detecting polarization generated in the piezoelectric film 302 of the detection electrodes 201 and 202 due to the piezoelectric effect.

駆動電圧Ｖｄは、図１に示した検出回路６００の駆動回路６１０から駆動電極１１１、１１２、１２１、１２２に出力される。駆動回路６１０は、駆動振動周波数ｆｄの駆動電圧Ｖｄを出力する。駆動振動周波数ｆｄは、振動子１０の駆動振動方向の共振周波数に設定される。また、振動アーム１１、１２に角速度が加えられたことによって検知電極２０１、２０２に生じる分極に基づいて、検出電極２１１、２２１から検出回路６００の検知回路６２０にそれぞれ検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２が出力される。 The drive voltage Vd is output to the drive electrodes 111, 112, 121, and 122 from the drive circuit 610 of the detection circuit 600 shown in FIG. The drive circuit 610 outputs a drive voltage Vd having a drive vibration frequency fd. The drive vibration frequency fd is set to the resonance frequency of the vibrator 10 in the drive vibration direction. In addition, detection signals Sd1 and Sd2 are output from the detection electrodes 211 and 221 to the detection circuit 620 of the detection circuit 600 based on the polarization generated in the detection electrodes 201 and 202 when the angular velocity is applied to the vibrating arms 11 and 12, respectively. The

振動参照電極７１、７２は、図２、図３に示した駆動電極１１１、１１２、１２１、１２２、検出電極２１１、２２１と同様に、下部電極３０１、圧電体膜３０２及び上部電極３０３の積層構造を有する。そして、駆動振動に起因して生じる振動アーム１１、１２の形状変化に比例する参照電圧Ｖｒが、振動参照電極７１、７２に発生する。つまり、参照電圧Ｖｒの大きさは、駆動振動の大きさに比例する。参照電圧Ｖｒは、振動参照電極７１、７２から検出回路６００の振動量検出回路６４０に出力される。振動量検出回路６４０は、参照電圧Ｖｒに基づき、駆動振動の大きさを示す振動信号Ｓ_Fを駆動回路６１０に出力する。 The vibration reference electrodes 71 and 72 are stacked structures of a lower electrode 301, a piezoelectric film 302, and an upper electrode 303, similarly to the drive electrodes 111, 112, 121, and 122 and the detection electrodes 211 and 221 shown in FIGS. Have A reference voltage Vr proportional to the shape change of the vibration arms 11 and 12 caused by the drive vibration is generated at the vibration reference electrodes 71 and 72. That is, the magnitude of the reference voltage Vr is proportional to the magnitude of the drive vibration. The reference voltage Vr is output from the vibration reference electrodes 71 and 72 to the vibration amount detection circuit 640 of the detection circuit 600. Vibration amount detection circuit 640, based on the reference voltage Vr, and outputs a vibration signal S _F indicating the magnitude of the driving vibration to the drive circuit 610.

以下に、角速度検出装置１の動作を説明する。 Below, operation | movement of the angular velocity detection apparatus 1 is demonstrated.

駆動回路６１０により、第１印加電極１０１と第２印加電極１０２間に駆動振動周波数ｆｄの駆動電圧Ｖｄが印加されると、既に述べたように第１印加電極１０１及び第２印加電極１０２の圧電体膜３０２が変形し、振動アーム１１、１２は屈曲する。即ち、振動アーム１１、１２は、駆動振動周波数ｆｄで駆動振動方向に沿って駆動振動する。 When the drive voltage Vd having the drive vibration frequency fd is applied between the first application electrode 101 and the second application electrode 102 by the drive circuit 610, the piezoelectricity of the first application electrode 101 and the second application electrode 102 as described above. The body membrane 302 is deformed, and the vibrating arms 11 and 12 are bent. That is, the vibration arms 11 and 12 drive vibrate along the drive vibration direction at the drive vibration frequency fd.

駆動振動においては、振動アーム１１、１２のそれぞれの第１印加電極１０１に同一極性の電圧が印加され、かつ第１印加電極１０１に印加される電圧と逆の極性の電圧が第２印加電極１０２に印加される。このため、振動アーム１１と振動アーム１２のいずれか一方が＋ｘ方向に屈曲する場合には、他方が−ｘ方向に屈曲する。つまり、振動アーム１１と振動アーム１２は、互いの両端部が連結されて、且つ同一時刻におけるそれぞれの駆動振動方向が互いに逆向きである双音叉型の振動子１０の一部を構成する。この振動子１０は、駆動振動周波数ｆｄで駆動振動する。 In driving vibration, a voltage having the same polarity is applied to the first application electrode 101 of each of the vibration arms 11 and 12, and a voltage having a polarity opposite to the voltage applied to the first application electrode 101 is applied to the second application electrode 102. To be applied. For this reason, when one of the vibrating arm 11 and the vibrating arm 12 bends in the + x direction, the other bends in the −x direction. That is, the vibrating arm 11 and the vibrating arm 12 constitute a part of a double tuning fork type vibrator 10 in which both ends are connected to each other and the driving vibration directions at the same time are opposite to each other. The vibrator 10 is driven to vibrate at a driving vibration frequency fd.

振動アーム１１と振動アーム１２の駆動方向が逆方向であるため、振動アーム１１と振動アーム１２が駆動振動のみしている状態では、連結部３１、３２の各中心部、つまり連結部３１、３２と検出アーム２１、２２との接続点は振動しない不動点である。このため、振動アーム１１、１２が駆動振動のみしている状態では、検出アーム２１、２２に形状の歪みは発生せず、検出電極２１１、２２１は検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２を出力しない。 Since the driving directions of the vibrating arm 11 and the vibrating arm 12 are opposite to each other, in the state where the vibrating arm 11 and the vibrating arm 12 are only driven to vibrate, the central portions of the connecting portions 31, 32, that is, the connecting portions 31, 32 are used. And the detection arms 21 and 22 are fixed points that do not vibrate. For this reason, in a state where the vibration arms 11 and 12 are only driven, the detection arms 21 and 22 are not distorted in shape, and the detection electrodes 211 and 221 do not output the detection signals Sd1 and Sd2.

振動アーム１１、１２が駆動振動している状態で、駆動振動面に垂直な軸を回転軸として振動子１０が回転すると、振動アーム１１及び振動アーム１２はコリオリ力を受ける。即ち、振動子１０に加えられた回転の回転軸方向（ｚ軸方向）及び駆動振動方向（ｘ軸方向）に垂直な方向（ｙ軸方向）、つまり振動アーム１１、１２の長軸方向に、振動アーム１１、１２はコリオリ力をそれぞれ受ける。 When the vibrator 10 is rotated about the axis perpendicular to the drive vibration surface in a state where the vibration arms 11 and 12 are driven to vibrate, the vibration arm 11 and the vibration arm 12 receive Coriolis force. That is, in the direction (y-axis direction) perpendicular to the rotation axis direction (z-axis direction) and the drive vibration direction (x-axis direction) of rotation applied to the vibrator 10, that is, in the major axis direction of the vibration arms 11 and 12, The vibrating arms 11 and 12 receive Coriolis force, respectively.

駆動振動において、同一時刻の振動アーム１１と振動アーム１２の駆動方向は互いに逆向きである。このため、振動アーム１１の受けるコリオリ力の向きと、振動アーム１２の受けるコリオリ力の向きとは、同一時刻において互いに逆向きである。 In the drive vibration, the drive directions of the vibration arm 11 and the vibration arm 12 at the same time are opposite to each other. For this reason, the direction of the Coriolis force received by the vibration arm 11 and the direction of the Coriolis force received by the vibration arm 12 are opposite to each other at the same time.

例えば図４に示すように、上面方向からみて時計回りに振動子１０が角速度ωで回転している場合に、振動アーム１１が＋ｘ方向に屈曲し、振動アーム１２が−ｘ方向に屈曲している状態では、振動アーム１１は＋ｙ方向にコリオリ力ｆ１を受け、振動アーム１２は−ｙ方向にコリオリ力ｆ２を受ける。振動アーム１１、１２の駆動方向の変化に対応して、コリオリ力ｆ１、ｆ２の方向が変化する。このため、コリオリ力ｆ１、ｆ２を受ける振動アーム１１、１２にｙ軸方向の振動（以下において、「検出振動」という。）が生じる。コリオリ力ｆ１、ｆ２の働く方向は逆方向である。また、振動アーム１１、１２に生じる検出振動は、振動アーム１１、１２の延伸する長軸方向（ｙ軸方向）に沿った振動であり、駆動振動の振動方向と検出振動の振動方向とは９０°の角をなす。 For example, as shown in FIG. 4, when the vibrator 10 is rotated at an angular velocity ω in the clockwise direction when viewed from the upper surface direction, the vibrating arm 11 is bent in the + x direction and the vibrating arm 12 is bent in the −x direction. In this state, the vibrating arm 11 receives the Coriolis force f1 in the + y direction, and the vibrating arm 12 receives the Coriolis force f2 in the −y direction. Corresponding to the change in the driving direction of the vibrating arms 11 and 12, the directions of the Coriolis forces f1 and f2 change. For this reason, vibration in the y-axis direction (hereinafter referred to as “detected vibration”) is generated in the vibrating arms 11 and 12 that receive the Coriolis forces f1 and f2. The direction in which the Coriolis forces f1, f2 work is the reverse direction. The detected vibration generated in the vibration arms 11 and 12 is vibration along the long axis direction (y-axis direction) in which the vibration arms 11 and 12 extend, and the vibration direction of the drive vibration and the vibration direction of the detection vibration are 90. Make an angle of °.

上記のように、同一時刻において振動アーム１１に生じる検出振動の方向と振動アーム１２に生じる検出振動の方向とは逆方向である。その結果、連結部３１と基板４０間に配置された検出アーム２１、及び連結部３２と基板４０間に配置された検出アーム２２に、検出振動に起因する形状の歪みが生じる。 As described above, the direction of the detection vibration generated in the vibration arm 11 and the direction of the detection vibration generated in the vibration arm 12 at the same time are opposite to each other. As a result, the detection arm 21 disposed between the connection portion 31 and the substrate 40 and the detection arm 22 disposed between the connection portion 32 and the substrate 40 are distorted in shape due to detection vibration.

検出アーム２１及び検出アーム２２に形状の歪みが発生すると、検知電極２０１、２０２の圧電体膜３０２の形状が変形し、圧電体膜３０２で分極が生じる。検出電極２１１、２２１は、圧電体膜３０２で生じた分極により検知電極２０１、２０２間に流れる電流（検出電流）或いは検知電極２０１、２０２間に発生する電圧（検出電圧）を検出する。検出電極２１１、２２１は、検出電流或いは検出電圧を検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２として検出回路６００に出力する。 When shape distortion occurs in the detection arm 21 and the detection arm 22, the shape of the piezoelectric film 302 of the detection electrodes 201 and 202 is deformed, and polarization occurs in the piezoelectric film 302. The detection electrodes 211 and 221 detect a current (detection current) flowing between the detection electrodes 201 and 202 or a voltage (detection voltage) generated between the detection electrodes 201 and 202 due to polarization generated in the piezoelectric film 302. The detection electrodes 211 and 221 output the detection current or detection voltage to the detection circuit 600 as detection signals Sd1 and Sd2.

検出回路６００は、検出電極２１１、２２１が出力する検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２に基づき、振動アーム１１、１２に加えられた角速度を検出する。検出回路６００の構成例を図５に示す。 The detection circuit 600 detects the angular velocity applied to the vibrating arms 11 and 12 based on the detection signals Sd1 and Sd2 output from the detection electrodes 211 and 221. A configuration example of the detection circuit 600 is shown in FIG.

既に説明したように駆動回路６１０は駆動振動周波数ｆｄの駆動電圧Ｖｄを出力するが、駆動振動周波数ｆｄは、振動量検出回路６４０から駆動回路６１０に出力される駆動振動の大きさを示す振動信号Ｓ_Fを参照して設定される。振動量検出回路６４０は、図５に示すように、電流アンプ６４１、自動利得制御回路（ＡＧＣ）６４２を有する。振動アーム１１、１２の駆動振動により振動参照電極７１、７２に発生する参照電圧Ｖｒは、電流アンプ６４１を介してＡＧＣ６４２に入力される。ＡＧＣ６４２の出力が、駆動振動の大きさを示す振動信号Ｓ_Fとして駆動回路６１０に出力される。 As described above, the drive circuit 610 outputs the drive voltage Vd having the drive vibration frequency fd. The drive vibration frequency fd is a vibration signal indicating the magnitude of the drive vibration output from the vibration amount detection circuit 640 to the drive circuit 610. It is set with reference to S _F. The vibration amount detection circuit 640 includes a current amplifier 641 and an automatic gain control circuit (AGC) 642 as shown in FIG. The reference voltage Vr generated in the vibration reference electrodes 71 and 72 due to the drive vibration of the vibration arms 11 and 12 is input to the AGC 642 via the current amplifier 641. The output of AGC642 is output to the drive circuit 610 as a vibration signal S _F indicating the magnitude of the driving vibration.

駆動回路６１０は、振動信号Ｓ_Fに基づき、駆動振動の大きさが最大になる駆動振動周波数ｆｄを振動子１０の共振周波数として設定し、駆動電圧Ｖｄの駆動振動周波数ｆｄが決定される。つまり、駆動振動の大きさが振動子１０から駆動回路６１０にフィードバックされて、駆動振動周波数ｆｄが設定される。 Drive circuit 610, based on the vibration signal S _F, the magnitude of the driving vibration is set to drive vibration frequency fd becomes maximum as the resonance frequency of the vibrator 10, the driving oscillation frequency fd of the driving voltage Vd is determined. That is, the magnitude of the drive vibration is fed back from the vibrator 10 to the drive circuit 610, and the drive vibration frequency fd is set.

検知回路６２０は、図５に示すように、電流アンプ６２１、６２２及び差動アンプ６２３を有する。検出電極２１１に接続する電流アンプ６２１に検出信号Ｓｄ１が入力され、検出電極２２１に接続する電流アンプ６２２に検出信号Ｓｄ１が入力される。電流アンプ６２１の出力と電流アンプ６２２の出力は差動アンプ６２３に入力され、検出信号Ｓｄ１と検出信号Ｓｄ２を重ねた信号が検知信号Ｓ_Tとして検波回路６３０に送信される。 As shown in FIG. 5, the detection circuit 620 includes current amplifiers 621 and 622 and a differential amplifier 623. The detection signal Sd1 is input to the current amplifier 621 connected to the detection electrode 211, and the detection signal Sd1 is input to the current amplifier 622 connected to the detection electrode 221. Outputs of the current amplifier 622 of the current amplifier 621 is input to a differential amplifier 623, the signal of repeated detection signal Sd1 and the detection signal Sd2 is transmitted to the detection circuit 630 as a detection signal S _T.

検出信号Ｓｄ１、検出信号Ｓｄ２及び検知信号Ｓ_Tの例を、図６に示す。図６に示した信号Ｓｗは振動子１０の振動を示し、検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２は検出アーム２１、検出アーム２２の検出電圧をそれぞれ示す。図６に示すように、検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２は振動子１０の振動周波数で振動する。検出信号Ｓｄ１と検出信号Ｓｄ２を重ね合わせることによって検知信号Ｓ_Tは増幅され、同時に検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２に含まれるノイズが除去される。そのため、圧電体膜３０２の形状変化をより感度良く検知することができる。 Detection signals Sd1, an example of a detection signal Sd2 and detection signal S _T, shown in Figure 6. The signal Sw shown in FIG. 6 indicates the vibration of the vibrator 10, and the detection signals Sd1 and Sd2 indicate the detection voltages of the detection arm 21 and the detection arm 22, respectively. As shown in FIG. 6, the detection signals Sd1 and Sd2 vibrate at the vibration frequency of the vibrator 10. Detection signal S _T by superimposing a detection signal Sd1 and the detection signal Sd2 is amplified, noise is removed which is included in the detection signal Sd1, Sd2 simultaneously. Therefore, the shape change of the piezoelectric film 302 can be detected with higher sensitivity.

検波回路６３０は、同期検波６３１及び平滑回路６３２を有する。検波回路６３０は、検知回路６２０から送信される検知信号Ｓ_Tを、振動量検出回路６４０から振動信号Ｓ_Fで送信される駆動振動周波数ｆｄを用いた同期検波することにより、角速度ωを算出する。算出された角速度ωは、出力信号Ｄ１で検波回路６３０から出力される。 The detection circuit 630 includes a synchronous detection 631 and a smoothing circuit 632. Detection circuit 630, the detection signal S _T which is transmitted from the detection circuit 620, by synchronous detection using the driving oscillation frequency fd which is transmitted by the oscillating signal S _F from the vibration amount detection circuit 640, calculates the angular speed ω . The calculated angular velocity ω is output from the detection circuit 630 as an output signal D1.

なお、検出回路６００を基板４０と異なる基板上に形成してもよいし、検出回路６００を基板４０に形成してもよい。振動子１０と検出回路６００を基板４０上に形成して１チップ化することにより、角速度検出装置１を小型化することができる。 Note that the detection circuit 600 may be formed on a substrate different from the substrate 40, or the detection circuit 600 may be formed on the substrate 40. By forming the vibrator 10 and the detection circuit 600 on the substrate 40 into one chip, the angular velocity detection device 1 can be miniaturized.

以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置１では、駆動振動する振動アーム１１、１２と、コリオリ力により振動する検出アーム２１、２２が異なり、駆動振動は検出アーム２１、２２に伝わらない。更に、振動アーム１１、１２の駆動振動の振動方向と、振動子１０に角速度が加わったときの検出アーム２１、２２の検出振動の振動方向とが、９０°異なる。このため、振動ノイズと検出振動では共振モードの軸が異なり、振動ノイズが発生した状態で振動子１０に角速度を加えても、振動ノイズは角速度による検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２に影響を与えない。また、角速度検出装置１は、振動アーム１１と振動アーム１２が互いに逆方向に振動する。このため、駆動振動の不動点である連結部３１、３２に接続する検出アーム２１、２２に駆動振動が伝達されにくい。そのため、角速度検出装置１では、振動ノイズが大きくてもＳ／Ｎ比は劣化せず、角速度検出感度が低下しない。つまり、図１に示した角速度検出装置１によれば、振動ノイズによる影響を低減できる角速度検出装置を提供できる。 As described above, in the angular velocity detection device 1 according to the first embodiment of the present invention, the vibration arms 11 and 12 that vibrate and the detection arms 21 and 22 that vibrate due to Coriolis force are different, and the drive vibration is It is not transmitted to the detection arms 21 and 22. Further, the vibration direction of the drive vibration of the vibration arms 11 and 12 is different from the vibration direction of the detection vibration of the detection arms 21 and 22 when an angular velocity is applied to the vibrator 10. For this reason, the vibration mode and detection vibration have different resonance mode axes, and even if an angular velocity is applied to the vibrator 10 in a state where the vibration noise is generated, the vibration noise does not affect the detection signals Sd1 and Sd2 due to the angular velocity. In the angular velocity detection device 1, the vibration arm 11 and the vibration arm 12 vibrate in opposite directions. For this reason, it is difficult for drive vibration to be transmitted to the detection arms 21 and 22 connected to the connecting portions 31 and 32 that are the fixed points of drive vibration. Therefore, in the angular velocity detection device 1, even if the vibration noise is large, the S / N ratio does not deteriorate and the angular velocity detection sensitivity does not decrease. That is, according to the angular velocity detection device 1 shown in FIG. 1, an angular velocity detection device that can reduce the influence of vibration noise can be provided.

更に、角速度検出装置１では、従来の角速度検出装置では検出が困難であった基板４０の主面の法線方向を回転軸とする回転の角速度を検出できる。 Furthermore, the angular velocity detection device 1 can detect the angular velocity of rotation about the normal direction of the main surface of the substrate 40 that is difficult to detect with the conventional angular velocity detection device.

本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置１は、例えばカメラやビデオカメラの手ぶれ補正用角速度センサ、カーナビゲーション用角速度センサ、モーションセンサ等に採用可能である。 The angular velocity detection device 1 according to the first embodiment of the present invention can be employed in, for example, a camera shake correction angular velocity sensor, a car navigation angular velocity sensor, a motion sensor, or the like of a camera or a video camera.

図７〜図１１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置１の製造方法を説明する。図７〜図１１は、図１のII−II方向に沿った工程断面図である。なお、以下に述べる角速度検出装置１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。 With reference to FIGS. 7-11, the manufacturing method of the angular velocity detection apparatus 1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. 7-11 is process sectional drawing along the II-II direction of FIG. Note that the method of manufacturing the angular velocity detection device 1 described below is an example, and it is needless to say that the method can be realized by various other manufacturing methods including this modification.

（イ）図７に示すように、厚さ７００μｍ程度のシリコン基板である基板４０の表面上に酸化シリコン膜４１を形成し、裏面上に酸化シリコン膜４２を形成する。酸化シリコン膜４１及び酸化シリコン膜４２は熱酸化により形成される。 (A) As shown in FIG. 7, a silicon oxide film 41 is formed on the surface of a substrate 40 which is a silicon substrate having a thickness of about 700 μm, and a silicon oxide film 42 is formed on the back surface. The silicon oxide film 41 and the silicon oxide film 42 are formed by thermal oxidation.

（ロ）図８に示すように、基板４０の表面上の酸化シリコン膜４１上に、下部電極層３１１、圧電体膜層３１２及び上部電極層３１３を順に積層する。例えば、スパッタ法により、膜厚２００ｎｍ程度のＰｔ／Ｔｉ積層膜を下部電極層３１１として形成する。下部電極層３１１がＴｉ膜を下層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜である場合に、Ｔｉ膜とシリコン基板との密着性が良くない。このため、基板４０上に酸化シリコン膜４１を形成して、基板４０と下部電極層３１１との密着性を向上させている。下部電極層３１１上に、圧電体膜層３１２として例えばＰＬＺＴ膜をゾルゲル法等により形成する。圧電体膜層３１２上に、スパッタ法によりＩｒＯ₂膜を下層とするＩｒＯ₂／Ｉｒの積層膜を上部電極層３１３として形成する。 (B) As shown in FIG. 8, a lower electrode layer 311, a piezoelectric film layer 312, and an upper electrode layer 313 are sequentially stacked on the silicon oxide film 41 on the surface of the substrate 40. For example, a Pt / Ti laminated film having a thickness of about 200 nm is formed as the lower electrode layer 311 by sputtering. When the lower electrode layer 311 is a Pt / Ti laminated film having a Ti film as a lower layer, the adhesion between the Ti film and the silicon substrate is not good. For this reason, the silicon oxide film 41 is formed on the substrate 40 to improve the adhesion between the substrate 40 and the lower electrode layer 311. On the lower electrode layer 311, for example, a PLZT film is formed as the piezoelectric film layer 312 by a sol-gel method or the like. On the piezoelectric film layer 312, an IrO ₂ / Ir laminated film having the IrO ₂ film as a lower layer is formed as the upper electrode layer 313 by sputtering.

（ハ）フォトリソグラフィ技術やエッチング等により、所望のパターンになるように下部電極層３１１、圧電体膜層３１２及び上部電極層３１３をパターニングして、図９に示すように、下部電極３０１、圧電体膜３０２及び上部電極３０３が積層された第１印加電極１０１、第２印加電極１０２を形成する。図示を省略するが、第１印加電極１０１、第２印加電極１０２と同様にして、検知電極２０１、２０２も同時に形成される。その後、アルミナ膜と酸化シリコン膜の積層膜を保護膜４５として全面に形成する。次いで、空洞５０が形成される領域４００の保護膜４５及び酸化シリコン膜４１を除去する。 (C) The lower electrode layer 311, the piezoelectric film layer 312, and the upper electrode layer 313 are patterned so as to have a desired pattern by a photolithography technique, etching, or the like, and as shown in FIG. A first application electrode 101 and a second application electrode 102 in which the body film 302 and the upper electrode 303 are stacked are formed. Although not shown, the detection electrodes 201 and 202 are simultaneously formed in the same manner as the first application electrode 101 and the second application electrode 102. Thereafter, a laminated film of an alumina film and a silicon oxide film is formed as a protective film 45 on the entire surface. Next, the protective film 45 and the silicon oxide film 41 in the region 400 where the cavity 50 is formed are removed.

（ニ）基板４０の裏面上に形成された酸化シリコン膜４２の一部をエッチングして、振動子１０及び空洞５０を形成する領域の基板４０の裏面を露出させる。残った酸化シリコン膜４２をエッチングマスクにしたウェットエッチングによって、振動子１０が配置される領域及び空洞５０を形成する領域に該当する基板４０の裏面の一部を除去する。その結果、振動アーム１１、１２と検出アーム２１、２２の裏面が露出される。その後、図１０に示すように、基板４０の裏面にエッチングストッパーとして酸化シリコン膜６０をプラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法等により形成する。 (D) A part of the silicon oxide film 42 formed on the back surface of the substrate 40 is etched to expose the back surface of the substrate 40 in a region where the vibrator 10 and the cavity 50 are to be formed. By wet etching using the remaining silicon oxide film 42 as an etching mask, a part of the back surface of the substrate 40 corresponding to the region where the vibrator 10 is disposed and the region where the cavity 50 is formed is removed. As a result, the back surfaces of the vibration arms 11 and 12 and the detection arms 21 and 22 are exposed. Thereafter, as shown in FIG. 10, a silicon oxide film 60 is formed on the back surface of the substrate 40 as an etching stopper by a plasma chemical vapor deposition (PCVD) method or the like.

（ホ）保護膜４５をエッチングマスクとし、酸化シリコン膜６０をエッチングストッパーとするドライエッチングによって基板４０の表面の一部を除去し、図１１に示すように空洞５０を形成して振動アーム１１、１２と検出アーム２１、２２の側面を露出させる。その後、酸化シリコン膜６０を除去する。以上により、図１、図２に示す角速度検出装置１が完成する。 (E) A portion of the surface of the substrate 40 is removed by dry etching using the protective film 45 as an etching mask and the silicon oxide film 60 as an etching stopper, forming a cavity 50 as shown in FIG. 12 and the side surfaces of the detection arms 21 and 22 are exposed. Thereafter, the silicon oxide film 60 is removed. Thus, the angular velocity detection device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

上記では、エッチングストッパーとして酸化シリコン膜６０を基板４０の裏面に形成する例を説明した。しかし、図１２〜図１６を参照して以下に説明するように、エッチングストッパーとしての絶縁膜を予め基板４０に形成しておいてもよい。なお、図１２〜図１６は、図１のII−II方向に沿った工程断面図である。 In the above description, the silicon oxide film 60 is formed on the back surface of the substrate 40 as an etching stopper. However, as will be described below with reference to FIGS. 12 to 16, an insulating film as an etching stopper may be formed on the substrate 40 in advance. 12 to 16 are process cross-sectional views along the II-II direction in FIG.

（イ）図１２に示すように、シリコン膜４０ａ、酸化シリコン膜４０ｂ及びシリコン膜４０ｃが積層されたＳＯＩ基板を、基板４０として用意する。そして、基板４０の表面上、即ちシリコン膜４０ｃ上に酸化シリコン膜４１を形成する。更に、基板４０の裏面上、即ちシリコン膜４０ａ上に酸化シリコン膜４２を形成する。酸化シリコン膜４１及び酸化シリコン膜４２は熱酸化により形成される。 (A) As shown in FIG. 12, an SOI substrate in which a silicon film 40 a, a silicon oxide film 40 b, and a silicon film 40 c are stacked is prepared as a substrate 40. Then, a silicon oxide film 41 is formed on the surface of the substrate 40, that is, on the silicon film 40c. Further, a silicon oxide film 42 is formed on the back surface of the substrate 40, that is, on the silicon film 40a. The silicon oxide film 41 and the silicon oxide film 42 are formed by thermal oxidation.

（ロ）図１３に示すように、基板４０の表面上の酸化シリコン膜４１上に、下部電極層３１１、圧電体膜層３１２及び上部電極層３１３を順に積層する。例えば、図１０を参照して説明した例と同様に、下部電極層３１１として形成したＰｔ／Ｔｉ積層膜上に、圧電体膜層３１２としてＰＬＺＴ膜を形成する。そして、圧電体膜層３１２上に、ＩｒＯ₂膜を下層とするＩｒＯ₂／Ｉｒの積層膜を上部電極層３１３として形成する。 (B) As shown in FIG. 13, a lower electrode layer 311, a piezoelectric film layer 312, and an upper electrode layer 313 are sequentially stacked on the silicon oxide film 41 on the surface of the substrate 40. For example, as in the example described with reference to FIG. 10, a PLZT film is formed as the piezoelectric film layer 312 on the Pt / Ti laminated film formed as the lower electrode layer 311. Then, an IrO ₂ / Ir laminated film having an IrO ₂ film as a lower layer is formed as an upper electrode layer 313 on the piezoelectric film layer 312.

（ハ）図１４に示すように、下部電極層３１１、圧電体膜層３１２及び上部電極層３１３をパターニングして、下部電極３０１、圧電体膜３０２及び上部電極３０３が積層された第１印加電極１０１、第２印加電極１０２を形成する。図示を省略するが、第１印加電極１０１、第２印加電極１０２と同様にして、検知電極２０１、２０２も同時に形成される。その後、アルミナ膜と酸化シリコン膜の積層膜を保護膜４５として全面に形成する。次いで、空洞５０が形成される領域４００の保護膜４５及び酸化シリコン膜４１を除去する。 (C) As shown in FIG. 14, the lower electrode layer 311, the piezoelectric film layer 312 and the upper electrode layer 313 are patterned, and the first applied electrode in which the lower electrode 301, the piezoelectric film 302 and the upper electrode 303 are laminated. 101 and the 2nd application electrode 102 are formed. Although not shown, the detection electrodes 201 and 202 are simultaneously formed in the same manner as the first application electrode 101 and the second application electrode 102. Thereafter, a laminated film of an alumina film and a silicon oxide film is formed as a protective film 45 on the entire surface. Next, the protective film 45 and the silicon oxide film 41 in the region 400 where the cavity 50 is formed are removed.

（ニ）基板４０の裏面上に形成された酸化シリコン膜４２の一部をフォトリソグラフィ技術等を用いてエッチングし、振動子１０及び空洞５０を形成する領域のシリコン膜４０ａを露出させる。残った酸化シリコン膜４２をエッチングマスクにしたウェットエッチングによって、露出したシリコン膜４０ａを除去する。その結果、図１５に示すように、振動子１０が配置される領域及び空洞５０を形成する領域の酸化シリコン膜４０ｂが露出される。 (D) A portion of the silicon oxide film 42 formed on the back surface of the substrate 40 is etched using a photolithography technique or the like to expose the silicon film 40a in the region where the vibrator 10 and the cavity 50 are to be formed. The exposed silicon film 40a is removed by wet etching using the remaining silicon oxide film 42 as an etching mask. As a result, as shown in FIG. 15, the silicon oxide film 40b in the region where the vibrator 10 is arranged and the region where the cavity 50 is formed is exposed.

（ホ）保護膜４５をエッチングマスクとし、酸化シリコン膜４０ｂをエッチングストッパーとするドライエッチングによって、図１６に示すように空洞５０を形成する領域のシリコン膜４０ｃを除去して、振動アーム１１、１２と検出アーム２１、２２の側面を露出させる。その後、空洞５０領域の酸化シリコン膜４０ｂを除去する。以上により、本発明の第１の実施形態に係る角速度検出装置１が完成する。 (E) The dry etching using the protective film 45 as an etching mask and the silicon oxide film 40b as an etching stopper removes the silicon film 40c in the region where the cavity 50 is formed as shown in FIG. Then, the side surfaces of the detection arms 21 and 22 are exposed. Thereafter, the silicon oxide film 40b in the cavity 50 region is removed. Thus, the angular velocity detection device 1 according to the first embodiment of the present invention is completed.

上記のような本発明の第１の実施の形態に係る角速度検出装置１の製造方法によれば、駆動振動する振動アーム１１、１２と検出振動する検出アーム２１、２２とが異なり、且つ、振動アーム１１、１２の駆動振動の振動方向と検出アーム２１、２２の検出振動の振動方向とが９０°異なることにより、振動ノイズによる影響を低減できる角速度検出装置１を提供することができる。 According to the manufacturing method of the angular velocity detection device 1 according to the first embodiment of the present invention as described above, the vibration arms 11 and 12 that vibrate for driving are different from the detection arms 21 and 22 that vibrate for detection, and vibrations are generated. Since the vibration direction of the drive vibration of the arms 11 and 12 and the vibration direction of the detection vibration of the detection arms 21 and 22 are different by 90 °, the angular velocity detection device 1 that can reduce the influence of vibration noise can be provided.

＜変形例＞
図１７に本発明の第１の実施の形態の変形例に係る角速度検出装置の振動子１０を示す。図１７に示した振動子１０は、振動アーム１１ａ、１２ａ、及び検出アーム２１ａ、２２ａにスリットＳが形成されている点が、図１に示した振動子１０と異なる。スリットＳは、振動アーム１１ａ、１２ａ、及び検出アーム２１ａ、２２ａの上面から下面まで貫通する空洞である。 <Modification>
FIG. 17 shows a vibrator 10 of an angular velocity detection device according to a modification of the first embodiment of the present invention. The vibrator 10 shown in FIG. 17 is different from the vibrator 10 shown in FIG. 1 in that slits S are formed in the vibration arms 11a and 12a and the detection arms 21a and 22a. The slit S is a cavity that penetrates from the upper surface to the lower surface of the vibration arms 11a and 12a and the detection arms 21a and 22a.

図１に示した振動子１０の振動アーム１１、１２、及び検出アーム２１、２２のようにスリットの無いアームと比較して、スリットＳのあるアームは変形しやすい。このため、図１７に示した振動子１０では、図１に示した振動子１０よりも、角速度が加えられた場合の振動アーム１１ａ、１２ａ、及び検出アーム２１ａ、２２ａの形状変化が大きく、検出信号Ｓｄ１、Ｓｄ２が大きくなる。その結果、角速度検出装置１の角速度検出感度が向上する。 Compared with the arm without the slit such as the vibrating arms 11 and 12 and the detection arms 21 and 22 of the vibrator 10 shown in FIG. For this reason, in the vibrator 10 shown in FIG. 17, the shape change of the vibration arms 11a and 12a and the detection arms 21a and 22a when the angular velocity is applied is larger than that in the vibrator 10 shown in FIG. The signals Sd1 and Sd2 are increased. As a result, the angular velocity detection sensitivity of the angular velocity detection device 1 is improved.

１つのアーム上に駆動電極と検出電極が並べて配置される角速度検出装置では、アーム上に電極が配置されていない領域が少ない。このため、スリットＳを形成することは困難である。しかし、本発明の第１の実施形態に係る角速度検出装置では駆動電極と検出電極が異なるアーム上に配置されるため、振動アーム１１、１２、及び検出アーム２１、２２にスリットＳを形成することが可能である。 In an angular velocity detection device in which a drive electrode and a detection electrode are arranged side by side on one arm, there are few regions where no electrode is arranged on the arm. For this reason, it is difficult to form the slit S. However, in the angular velocity detection device according to the first embodiment of the present invention, since the drive electrode and the detection electrode are arranged on different arms, the slits S are formed in the vibration arms 11 and 12 and the detection arms 21 and 22. Is possible.

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る角速度検出装置１Ａを、図１８、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示す。図１８は角速度検出装置１Ａの上面図である。図１９（ａ）は図１８のXIX−XIX方向に沿った斜視図であり、図１９（ｂ）は断面図である。図１９（ａ）及び図１９（ｂ）では、振動子１０上に配置された各電極の図示を省略している。 (Second Embodiment)
An angular velocity detection device 1A according to a second embodiment of the present invention is shown in FIGS. 18, 19 (a) and 19 (b). FIG. 18 is a top view of the angular velocity detection device 1A. 19A is a perspective view along the XIX-XIX direction of FIG. 18, and FIG. 19B is a cross-sectional view. In FIG. 19A and FIG. 19B, illustration of each electrode arranged on the vibrator 10 is omitted.

角速度検出装置１Ａは、矩形の空洞５０を囲む周辺部４０１〜４０４のうち、検出アーム２２が固定された周辺部４０１を固定端として、他の周辺部４０２〜４０４が駆動振動方向及び振動アーム１１、１２の長軸方向に対して垂直に振動することが、図１に示した角速度検出装置１と異なる点である。また、検出回路６００が周波数カウンタ６５０を更に備える。その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と同様である。 In the angular velocity detection device 1 A, among the peripheral portions 401 to 404 surrounding the rectangular cavity 50, the peripheral portion 401 to which the detection arm 22 is fixed is used as a fixed end, and the other peripheral portions 402 to 404 are in the driving vibration direction and the vibration arm 11. , 12 is different from the angular velocity detector 1 shown in FIG. The detection circuit 600 further includes a frequency counter 650. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すように、角速度検出装置１Ａでは、検出アーム２２の固定端が接続された周辺部４０１では基板４０の上面４１１から下面４１２まで基板厚み方向に基板４０が連続し、周辺部４０３では基板４０の上面４１１と下面４１２が分離している。周辺部４０２、４０４は周辺部４０３と同様の構造である。このため、振動アーム１１、１２及び検出アーム２１、２２が配置された空洞５０を囲む周辺部４０１〜４０４のうち、検出アーム２２の固定端が接続された周辺部４０１を除いて、周辺部４０２〜４０４はｚ軸方向に変位可能である。つまり、図１８に示した振動子１０は、検出アーム２２が固定された周辺部４０１を固定端とし、周辺部４０２〜４０４がｚ軸方向に振動可能な片持ち梁型の振動子である。エッチングで基板４０の側面の一部を分離することにより、角速度検出装置１Ａを形成できる。 As shown in FIGS. 19A and 19B, in the angular velocity detection device 1 A, the substrate 401 extends from the upper surface 411 to the lower surface 412 of the substrate 40 in the peripheral portion 401 to which the fixed end of the detection arm 22 is connected. 40 is continuous, and the upper surface 411 and the lower surface 412 of the substrate 40 are separated in the peripheral portion 403. The peripheral portions 402 and 404 have the same structure as the peripheral portion 403. Therefore, of the peripheral portions 401 to 404 surrounding the cavity 50 in which the vibration arms 11 and 12 and the detection arms 21 and 22 are disposed, the peripheral portion 402 except for the peripheral portion 401 to which the fixed end of the detection arm 22 is connected. ˜404 can be displaced in the z-axis direction. That is, the vibrator 10 shown in FIG. 18 is a cantilever-type vibrator in which the peripheral portion 401 to which the detection arm 22 is fixed is a fixed end and the peripheral portions 402 to 404 can vibrate in the z-axis direction. By separating a part of the side surface of the substrate 40 by etching, the angular velocity detection device 1A can be formed.

なお、振動子１０は、検出アーム２１の固定される周辺部４０３が固定端であり、周辺部４０１、４０２、４０４がｚ軸方向に振動する片持ち梁型の振動子であってもよい。 Note that the vibrator 10 may be a cantilever type vibrator in which the peripheral portion 403 to which the detection arm 21 is fixed is a fixed end, and the peripheral portions 401, 402, and 404 vibrate in the z-axis direction.

一般に、共振周波数で振動している振動子に加速度が加わると振動子の共振周波数が変化することが知られており、この現象は音叉型の圧力センサ等に利用されている。駆動振動周波数ｆｄの駆動電圧Ｖｄが振動アーム１１、１２に印加され、振動子１０が共振周波数で駆動振動している状態においてｚ軸方向に加速度が加わった場合、角速度検出装置１Ａの振動子１０はｚ軸方向に変形する。このため、振動子１０の共振周波数が変動する。 In general, it is known that the resonance frequency of the vibrator changes when acceleration is applied to the vibrator vibrating at the resonance frequency, and this phenomenon is used in a tuning fork type pressure sensor or the like. When the drive voltage Vd having the drive vibration frequency fd is applied to the vibration arms 11 and 12 and acceleration is applied in the z-axis direction in a state where the vibrator 10 is driven and oscillated at the resonance frequency, the vibrator 10 of the angular velocity detection device 1A. Deforms in the z-axis direction. For this reason, the resonance frequency of the vibrator 10 varies.

既に説明したように、駆動振動方向の共振周波数の変動に対応して、駆動回路６１０は、振動量検出回路６４０から入力される振動信号Ｓ_Fに基づいて振動子１０の新たな共振周波数を決定する。このとき、共振周波数の変化量を用いて振動子１０に加わったｚ軸方向の加速度を検出できる。例えば、図１８に示すように、振動信号Ｓ_Fを周波数カウンタ６５０を介して駆動回路６１０に伝送する。これにより、共振周波数の変化量が周波数カウンタ６５０によって検出され、振動子１０に加わったｚ軸方向の加速度が検出される。検出された加速度は、出力信号Ｄ２で周波数カウンタ６５０から出力される。 As already explained, in correspondence with the fluctuation of the drive oscillation direction of the resonant frequency, the driving circuit 610, determines the new resonance frequency of the vibrator 10 based on the vibration signal S _F which is input from the vibration amount detection circuit 640 To do. At this time, the acceleration in the z-axis direction applied to the vibrator 10 can be detected using the amount of change in the resonance frequency. For example, as shown in FIG. 18, a vibration signal S _F via a frequency counter 650 is transmitted to the driving circuit 610. Thereby, the amount of change in the resonance frequency is detected by the frequency counter 650, and the acceleration in the z-axis direction applied to the vibrator 10 is detected. The detected acceleration is output from the frequency counter 650 as an output signal D2.

図２０に、角速度検出装置１Ａの回路構成例を示す。図２０に示したブロック図は、振動量検出回路６４０から出力された振動信号Ｓ_Fが周波数カウンタ６５０を介して駆動回路６１０に入力する点が、図５に示したブロック図と異なる。 FIG. 20 shows a circuit configuration example of the angular velocity detection device 1A. Block diagram shown in FIG. 20, that the vibration signal S _F which is outputted from the vibration amount detection circuit 640 is input to the drive circuit 610 via a frequency counter 650 is different from the block diagram shown in FIG.

外力Ｆにより振動子１０にｚ軸方向の加速度が加わった場合における、振動子１０の共振周波数と外力Ｆとの関係は、例えば以下のようにして得られる。 The relationship between the resonance frequency of the vibrator 10 and the external force F when the acceleration in the z-axis direction is applied to the vibrator 10 by the external force F is obtained, for example, as follows.

振動アームに外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆ_Fは、以下の式（１）で表される：

ｆ_F＝ｆ₀｛１−（ＫＬ²Ｆ）／（２ＥＩ）｝^1/2 ・・・（１）

式（１）で、ｆ₀：外力が加えられていない状態での振動アームの共振周波数、Ｋ：基本モード波による定数、Ｌ：振動アームの長さ、Ｅ：縦弾性定数、Ｉ：断面２次モーメント（Ｉ＝ｄｗ³／１２）である。 The resonance frequency f _F when an external force F is applied to the vibrating arm is expressed by the following equation (1):

f _F = f ₀ {1- (KL ² F) / (2EI)} ^1/2 (1)

In Formula (1), f ₀ : Resonant frequency of the vibrating arm when no external force is applied, K: Constant by the fundamental mode wave, L: Length of the vibrating arm, E: Longitudinal elastic constant, I: Cross section 2 the next moment ^{(I = dw 3/12)} .

振動アームの厚さをｄ、幅をｗ、断面積Ａ＝ｄ×ｗとして式（１）を変形し、式（２）が得られる：

ｆ_F＝ｆ₀（１−Ｓ_Fσ）^1/2 ・・・（２）

ただし、式（２）において、式（３）、式（４）を用いている：

Ｓ_F＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）² ・・・（３）
σ＝Ｆ／（２Ａ）・・・（４）

以上から、外力Ｆと共振周波数ｆ_Fの関係は以下のようになる。即ち、双音叉型振動子に作用する外力Ｆを圧縮方向の時が負、伸張方向（引張り方向）の時を正とすると、外力Ｆが圧縮力では共振周波数ｆ_Fが低くなり、外力Ｆが伸張（引張り）力では共振周波数ｆ_Fが高くなる。また、応力感度Ｓ_Fは、振動アームのＬ／ｗの２乗に比例する。 Equation (1) is transformed with the vibrating arm thickness d, width w, and cross-sectional area A = d × w to obtain equation (2):

f _F = f ₀ (1-S _F σ) ^1/2 (2)

However, in Formula (2), Formula (3) and Formula (4) are used:

S _F = 12 (K / E) (L / w) ² (3)
σ = F / (2A) (4)

From the above, the relationship between the external force F and the resonance frequency f _F is as follows. In other words, if the external force F acting on the double tuning fork vibrator is negative in the compression direction and positive in the extension direction (tensile direction), the resonance frequency f _F is low when the external force F is a compression force, and the external force F is Resonant frequency f _F increases with the extension (tensile) force. Further, the stress sensitivity S _F is proportional to the square of the oscillating arm of the L / w.

上記の外力Ｆと共振周波数ｆ_Fとの関係を利用して、角速度検出装置１Ａは、振動子１０に加わったｚ軸方向の加速度を検出できる。更に、角速度検出装置１Ａは、振動アーム１１、１２が駆動振動している状態において振動子１０に加わるｚ軸方向を回転軸とする回転の角速度ωを検出する。角速度検出装置１Ａによる角速度ωの検出方法は第１の実施の形態と同様であり、重複した記載を省略する。 Using the relationship between the external force F and the resonance frequency f _F , the angular velocity detection device 1A can detect the acceleration in the z-axis direction applied to the vibrator 10. Further, the angular velocity detection device 1A detects an angular velocity ω of rotation with the z-axis direction applied to the vibrator 10 as a rotation axis in a state where the vibrating arms 11 and 12 are driven to vibrate. The method of detecting the angular velocity ω by the angular velocity detection device 1A is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.

本発明の第２の実施の形態に係る角速度検出装置１Ａによれば、振動子１０に加わる角速度と、振動子１０にｚ軸方向に加わる加速度とを検出することができる。このため、角速度を検出する部品と加速度を検出する部品をそれぞれ用意する必要がなく、検出装置の部品を減らすことができる。 According to the angular velocity detection device 1A according to the second embodiment of the present invention, the angular velocity applied to the vibrator 10 and the acceleration applied to the vibrator 10 in the z-axis direction can be detected. For this reason, it is not necessary to prepare components for detecting angular velocity and components for detecting acceleration, and the number of components of the detection device can be reduced.

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first and second embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

既に述べた第１及び第２の実施の形態の説明においては、第１印加電極１０１と第２印加電極１０２間及び検知電極２０１と検知電極２０２間において下部電極３０１と圧電体膜３０２が分離している例を示した。しかし、第１印加電極１０１と第２印加電極１０２間や検知電極２０１と検知電極２０２間において下部電極３０１や圧電体膜３０２が連続していてもよい。対向する電極間の難エッチング物質である圧電体膜３０２を切断しないことにより、角速度検出装置１を微細化できる。 In the description of the first and second embodiments already described, the lower electrode 301 and the piezoelectric film 302 are separated between the first application electrode 101 and the second application electrode 102 and between the detection electrode 201 and the detection electrode 202. An example is shown. However, the lower electrode 301 and the piezoelectric film 302 may be continuous between the first application electrode 101 and the second application electrode 102 or between the detection electrode 201 and the detection electrode 202. The angular velocity detection device 1 can be miniaturized by not cutting the piezoelectric film 302 that is a difficult-to-etch substance between the opposing electrodes.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の角速度検出装置は、角速度センサや、スチールカメラ、ビデオカメラの手ぶれ補正用角速度センサ、カーナビゲーション用角度センサ、モーションセンサに利用可能である。 The angular velocity detection device of the present invention can be used for an angular velocity sensor, an angular velocity sensor for camera shake correction of a still camera, a video camera, an angle sensor for car navigation, and a motion sensor.

ω…角速度
Ｓ_F…振動信号
Ｓ_T…検知信号
Ｓｄ１、Ｓｄ２…検出信号
Ｓ…スリット
Ｖｄ…駆動電圧
Ｖｒ…参照電圧
ｆ１、ｆ２…コリオリ力
１、１Ａ…角速度検出装置
１０…振動子
１１、１１ａ、１２、１２ａ…振動アーム
２１、２１ａ、２２、２２ａ…検出アーム
３１、３２…連結部
４０…基板
４１、４２…酸化シリコン膜
４５…保護膜
５０…空洞
７１、７２…振動参照電極
１０１…第１印加電極
１０２…第２印加電極
１１１、１１２、１２１、１２２…駆動電極
２０１、２０２…検知電極
２１１、２２１…検出電極
３０１…下部電極
３０２…圧電体膜
３０３…上部電極
６００…検出回路
６１０…駆動回路
６２０…検知回路
６２１、６２２…電流アンプ
６２３…差動アンプ
６３０…検波回路
６３１…同期検波
６３２…平滑回路
６４０…振動量検出回路
６４１…電流アンプ
６４２…ＡＧＣ
６５０…周波数カウンタ ω ... angular velocity S _F ... vibration signal S _T ... detection signal Sd1, Sd2 ... detection signal S ... slit Vd ... drive voltage Vr ... reference voltage f1, f2 ... Coriolis force 1, 1A ... angular velocity detection device 10 ... vibrator 11, 11a , 12, 12a ... vibrating arm 21, 21a, 22, 22a ... detecting arm 31, 32 ... connecting part 40 ... substrate 41, 42 ... silicon oxide film 45 ... protective film 50 ... cavity 71, 72 ... vibrating reference electrode 101 ... first 1 application electrode 102 ... 2nd application electrode 111, 112, 121, 122 ... drive electrode 201, 202 ... detection electrode 211, 221 ... detection electrode 301 ... lower electrode 302 ... piezoelectric film 303 ... upper electrode 600 ... detection circuit 610 ... Drive circuit 620 ... Detection circuit 621, 622 ... Current amplifier 623 ... Differential amplifier 630 ... Detection circuit 631 ... Synchronous detection 632 ... Smooth circuit 640 ... vibration amount detection circuit 641 ... current amplifier 642 ... AGC
650 ... Frequency counter

Claims

A substrate having a cavity;
Opposite ends are connected and arranged in parallel in the cavity, and vibrate in directions opposite to each other along a driving vibration direction perpendicular to the thickness direction of the substrate in a direction perpendicular to the longitudinal direction. A pair of vibrating arms;
Two detection arms each having one end connected to a connecting portion of the pair of vibration arms and the other end fixed to a peripheral portion surrounding the cavity of the substrate;
An angular velocity detection device comprising: a detection circuit that detects distortion of the shape of the detection arm caused by vibration of the vibration arm along a long axis direction and detects an angular velocity applied to the vibration arm.

The detection circuit is generated by a Coriolis force acting in an axial direction of the rotation shaft and a direction perpendicular to the drive vibration direction when the vibration arm rotates with an axis perpendicular to a vibrating surface of the vibration arm as a rotation axis. The angular velocity detection device according to claim 1, wherein distortion of the shape of the detection arm caused by transmission of detection vibration of the vibration arm to the detection arm is detected.

The angular velocity detection device according to claim 1, wherein the vibration arm and the detection arm have a piezoelectric film.

The angular velocity detection device according to claim 3, wherein the piezoelectric film is a lead zirconate titanate (PZT) film or a lanthanum-doped lead zirconate titanate (PLZT) film.

5. The angular velocity detection device according to claim 1, wherein the vibration arm vibrates along the drive vibration direction by a drive voltage output from the detection circuit.

A portion where one of the detection arms of the peripheral portion is fixed is a fixed end, and the other portion of the peripheral portion vibrates perpendicularly to the driving vibration direction and the long axis direction of the vibration arm. The angular velocity detection device according to any one of claims 1 to 5.