JP2011027560A - 圧電体膜を用いた振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

【課題】角速度を検出するときのＳ／Ｎ比と応答性を両立する。
【解決手段】 本発明の１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体１１と、リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部１５と、リング状振動体の平面上に又はその上方に置かれた圧電体膜を挟む上層金属膜及び下層金属膜のいずれかにより形成される複数の電極１３ａ，１３ｂ，・・・，１３ｆとを備える。リング状振動体１１の一次振動を励起する駆動電極１３ａの１つを基準駆動電極とした場合に、代表的には、図１に示すように、その他の複数の電極１３ｂ，・・・，１３ｆが特定の箇所に配置される。この配置により、この振動ジャイロにおいては、例えば、アウト・オブ・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの一次振動を励起して、ｃｏｓ３θのイン・プレーンの振動モードの二次振動を検出し、抑制電極１３ｊにその二次振動を抑制する電圧が印加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電体膜を用いた振動ジャイロすなわち振動を利用するジャイロスコープ又は角速度センサに関する。より具体的には、本発明は、最大で２軸の角速度変化を測定しうる振動ジャイロに関する。

近年、圧電材料を用いた振動ジャイロすなわち振動を利用するジャイロスコープ又は角速度センサが盛んに開発されている。従来から、特許文献１に記載されているような振動体自体が圧電材料で構成されるジャイロが開発される。その一方、振動体上に形成される圧電体膜を利用するジャイロも存在する。例えば、特許文献２では、圧電材料であるＰＺＴ膜を用いることによって、振動体の一次振動を励起するとともに、その振動体に角速度が与えられた際に、その振動体に発生するコリオリ力によってジャイロの一部に生じる歪みをも検出する技術が開示されている。

他方、ジャイロが搭載される各種機器のサイズが日進月歩で小型化されている中で、ジャイロそれ自体の小型化も重要な課題である。ジャイロの小型化を達成するためには、ジャイロを構成する各部材の加工精度を格段に高めることが必要となる。また、単に小型化をするだけでなく、ジャイロとしての性能、換言すれば、角速度の検出精度を更に高めることが産業界の要望といえる。しかしながら、特許文献２に示されているジャイロの構造は、ここ数年来の小型化及び高性能化の要求を満足するものではない。

上述の技術的な課題に対し、本願出願人は、基本的に全ての製造工程をドライプロセスで行うことにより、高い加工精度を達成しつつ、振動ジャイロとしての高性能化の要求を同時に満足する技術思想の一つを提案している（特許文献３）。

また、上述の技術課題に加え、複数軸の回転に対する角速度をも測定する振動ジャイロに対する期待も高まっている（例えば、特許文献４）。しかし、小型化を可能にする簡便な構造を有する振動ジャイロの開発は未だ道半ばである。
特開平８−２７１２５８号公報 特開２０００−９４７３号公報 特願２００８−２８８３５号 特表２００５−５２９３０６号公報 特表２００２−５０９６１５号公報 特表２００２−５１０３９８号公報

上述の通り、圧電体膜を用いた振動ジャイロの小型化と高い加工精度とを達成しつつ、ジャイロとしての高性能化の要求を同時に満足することは非常に難しい。一般的には、ジャイロが小型化されると、振動体に角速度が与えられた場合に、ジャイロの検出電極によって検出される信号が微弱になるという問題がある。従って、小型化された振動ジャイロは本来検出すべき信号と外部からの不意の衝撃（外乱）によって発生する信号との差が小さくなるため、ジャイロとしての検出精度を高めることが難しくなる。

ところで、外部からの不意の衝撃の中には、様々な種類の衝撃が存在する。例えば、上述の特許文献２に記載されたリング状の振動体では、リングの中心の固定ポストを軸として、リングの存在する面の上下方向にシーソーのような動きを与える衝撃がある。この衝撃により、ロッキングモードと呼ばれる振動が励起される。他方、前述の固定ポストに支持された振動体のリング状部材の全周が同時に、リングの存在する面の上方又は下方に曲げられる衝撃も存在する。この衝撃により、バウンスモードと呼ばれる振動が励起される。これらのような衝撃が振動ジャイロに生じたとしても、正確な角速度を検出する技術を確立することは極めて困難である。

本発明は、上述の技術課題を解決することにより、単数又は複数の回転軸に対する角速度を測定し得る圧電体膜を用いた振動ジャイロすなわち振動を利用するジャイロスコープ又は角速度センサの小型化及び高性能化に大きく貢献するものである。発明者らは、まず、上記の技術課題のうち、外乱に対する影響が比較的小さいと考えられるリング状の振動ジャイロを基本構造として採用した。その上で、発明者らは、一次振動の励起とコリオリ力により形成される二次振動の検出とを圧電体膜に担わせることによって上記各技術課題を解決する構造について鋭意研究を行った。その結果、圧電体膜によって振動体を振動させたり、圧電体膜によって振動体に生じるひずみを信号として取り出したりするための各種電極の配置とその電極を用いる電気的な処理を工夫することによって、衝撃となる入力がある場合であっても、単数の回転軸に対する角速度のみならず複数の回転軸に対する角速度をも精度よく測定されることを知見した。さらに、発明者らは、振動ジャイロに対して角速度が与えられたときに発生する二次振動による電気信号の処理を工夫することにより、従来に比べて、応答性を犠牲にすることなく、Ｓ／Ｎ比が飛躍的に高まることを見出した。本発明はこのような視点で創出された。なお、本出願では、「円環状又は多角形状の振動ジャイロ」を、簡略化して「リング状振動ジャイロ」とも呼ぶ。

本発明の１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。
その振動ジャイロは、複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
（１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎとした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ＋１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
（３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極とを有している。
そして、その振動ジャイロにおいては、駆動電極の各々は、リング状振動体の平面における第１電極配置領域に配置されており、検出電極及び抑制電極の各々は、リング状振動体の外周縁から外周縁の近傍に至るまでの領域と、リング状振動体の内周縁から内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面に形成された圧電素子のみにより、圧電素子が配置される平面を外れるような振動体の変位が生じる振動モード（以下、アウト・オブ・プレーンの振動モードともいう）の一次振動が励起され、その平面内で上記変位が発生するような振動モード（以下、イン・プレーンの振動モードともいう）の二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面の部分に形成されているため、ドライプロセス技術を用いて、電極及びリング状振動体の加工を高精度に行うことが可能となる。なお、全ての本出願に係る発明において、「柔軟な」とは「振動体が振動可能な程度に」という意味である。また、本出願では、電極の配置を記述するために、基準となる電極から「離れた角度」との表現が用いられる。ここでの角度は、基準となる電極の方位角を０度としたときの各電極の方位角の値である。各電極の方位角は、リング状振動体の円周又は円環の中央部に取った任意の点（例えば、リング状振動体が円形のときは、例えばその円の中心である。以下、この中心を「基準点」という。）からその電極に向かう直線の方位角とすることができる。この直線は、各電極を通過するような任意の直線とすることができ、代表的には、各電極の図形的な中心、重心、又は、いずれかの頂点と上記の基準点とを通過する直線とすることができる。例えば、基準駆動電極から３０°離れた角度に配置された電極とは、その電極の中心と、基準駆動電極の中心とが、上記の基準となる電極の方位角に対して３０°の角をなすような配置にある電極をいう。なお、特に断りのない限り、角度の表記は時計回りの向きを角度が増加する方向にとって説明するが、角度が増加する方向を反時計回りに定めても、規定された角度の条件を満たす限り、その角度の表記は本発明の範囲内である。

さらに、前述の１軸の振動ジャイロにおける複数の電極において、前述の検出電極を第１検出電極としたときに、次の（４）の構成を備えた検出電極が第２検出電極として追加されれば、合計２軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる点が大きな利点といえる。但し、（４）の構成を備えた検出電極が前述の第２電極配置領域上に配置される。
（４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極。

なお、前述の第２検出電極を用いる振動ジャイロにおいて、前記抑制電極を第１抑制電極としたときに、さらに次の（５）の第２抑制電極が追加されれば、角速度が検出される２軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）の両方の軸において抑制電極を用いたフィードバックが可能となり、さらに好ましい態様となる。この際、第２抑制電極は、前記第２電極配置領域上に配置される。
（５）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２抑制電極。

本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。
この振動ジャイロは、複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
（１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎとした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ＋１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
（３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極とを有している。
そして、その振動ジャイロにおいて、駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第１電極配置領域に配置されており、前記検出電極及び前記抑制電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面の上記の特有の領域に圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面の部分に形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。

さらに、前述の１軸の振動ジャイロにおける複数の電極において、前述の検出電極を第１検出電極としたときに、次の（４）の構成を備えた検出電極が第２検出電極として追加されれば、合計２軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる点が大きな利点といえる。但し、（４）の構成を備えた検出電極が前述の第２電極配置領域上に配置される。
（４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極。

また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。
また、この振動ジャイロは、複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
（１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎ−２とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ−１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
（３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極と
を有している。
さらに、この振動ジャイロにおいては、前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第１電極配置領域に配置されており、前記検出電極及び前記抑制電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面の部分に形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。

さらに、前述の１軸の振動ジャイロにおける複数の電極において、前述の検出電極を第１検出電極としたときに、次の（４）の構成を備えた検出電極が第２検出電極として追加されれば、合計２軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる点が大きな利点といえる。但し、（４）の構成を備えた検出電極は、前述の第２電極配置領域上に配置される。
（４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ−１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極。

なお、前述の第２検出電極を用いる振動ジャイロにおいて、前記抑制電極を第１抑制電極としたときに、さらに次の（５）の第２抑制電極が追加されれば、角速度が検出される２軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）の両方の軸において抑制電極を用いたフィードバックが可能となり、さらに好ましい態様となる。この際、第２抑制電極は、前記第２電極配置領域上に配置される。
（５）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ−１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２抑制電極。

また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、 前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。また、この振動ジャイロにおいては、複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
（１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎ−２とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ−１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
（３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極とを有している。
さらに、この振動ジャイロにおいては、駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第１電極配置領域に配置されており、前記検出電極及び前記抑制電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面の部分に形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。

さらに、前述の１軸の振動ジャイロにおける複数の電極において、前述の検出電極を第１検出電極としたときに、次の（４）の構成を備えた検出電極が第２検出電極として追加されれば、合計２軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる点が大きな利点といえる。但し、（４）の構成を備えた検出電極が前述の第２電極配置領域上に配置される。
（４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ−１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極。

なお、前述の１軸又は２軸の各振動ジャイロにおける複数の電極に、次の（６）の構成を備えたモニタ電極が追加されることは、特に小型化されたリング状振動体の限定された平面領域の中で他の電極群の配置及び／又は引き出し電極の配置を容易にすることになる点で好ましい一態様である。
（６）Ｍ＝０，１，・・・，２Ｎ−１とした場合に、基準駆動電極から円周方向に（１８０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝°離れた角度以外の角度に配置されたモニタ電極。

さらに、前述の１軸又は２軸の各振動ジャイロにおける複数の電極に、次の（６）の構成を備えたモニタ電極が追加されることも、特に小型化されたリング状振動体の限定された平面領域の中で他の電極群の配置及び／又は引き出し電極の配置を容易にすることになる点で好ましい一態様である。
（６）駆動電極の１つを基準駆動電極とし、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１とした場合に、基準駆動電極から円周方向に〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置されたモニタ電極。

本発明の１つの振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸乃至２軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面上にのみ形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。

本発明の１つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の１つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。 本発明の１つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。 本発明の１つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。 本発明の１つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。 本発明の１つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。 本発明の１つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。 本発明の１つの実施形態のある変形例におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の１つの実施形態の別の変形例におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の図２に相当する断面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 図９のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の他の実施形態のある変形例におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 図１２のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。 本発明の１つの実施形態におけるアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。 本発明の１つの実施形態におけるＸ軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードの二次振動を概念的に説明する図である。 本発明の１つの実施形態におけるＹ軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードの二次振動を概念的に説明する図である。 本発明の他の実施形態におけるアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。 本発明の他の実施形態におけるＸ軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。 本発明の他の実施形態におけるＹ軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。

つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態における２軸の角速度を測定するリング状振動ジャイロ１００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、説明の便宜上、図１には、Ｘ軸及びＹ軸が表記されている。

図１及び図２に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、大きく３つの構成に分類される。第１の構成は、シリコン基板１０から形成されるリング状振動体１１の上部の平面（以下、上面という）上に、シリコン酸化膜２０を備え、さらにその上に、圧電体膜４０が下層金属膜３０及び上層金属膜５０に挟まれることにより形成される複数の電極１３ａ〜１３ｆを備えた構成である。本実施形態では、複数の電極１３ｂ〜１３ｅを構成する上層金属膜５０の外側端部又は内側端部は、約４０μｍ幅のリング状平面を有するリング状振動体１１の外周縁又は内周縁から約１μｍ内側に形成され、これらの各電極の幅は約１２μｍである。また、その上層金属膜５０のうち、４個の電極１３ａ，１３ｆは、リング状振動体１１の上面であるリング状平面の幅の両端間の中央を結ぶ線（以下、単に中央線という）を含む領域に形成され、その幅は約１２μｍである。また、複数の電極１３ｂ〜１３ｅのうちの１２個の電極は、中央線よりも外側すなわち外周縁側に形成され、その他の１２個の電極は、中央線よりも内側すなわち内周縁側に配置されている。

ところで、本実施形態では、図１８Ａに示すアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードでリング状振動ジャイロ１００の一次振動が励起される。また、本実施形態の二次振動の振動モードは、図１８Ｂに示すＸ軸のｃｏｓ３θのイン・プレーンの振動モードと、図１８Ｃに示すＹ軸のｃｏｓ３θのイン・プレーンの振動モードである。

従って、前述の複数の電極１３ａ〜１３ｆの内訳は、次のとおりである。まず、互いに円周方向に１８０°離れた角度に配置された２つの駆動電極１３ａ，１３ａが配置される。ここで、図面の便宜上、駆動電極１３ａ，１３ａに接続する交流電源は省略されている。また、前述の２つの駆動電極１３ａ，１３ａの内の１つの駆動電極１３ａ（例えば、図１において時計の１２時方向の駆動電極１３ａ）を基準電極とした場合に、その駆動電極１３ａから円周方向であって９０°及び２７０°離れた角度に２つのモニタ電極１３ｆ，１３ｆが配置される。なお、モニタ電極は、励起される一次振動の振幅や周波数をモニタするために用いるので、その目的が達成できるだけの数を用いればよく、必ずしも複数用いる必要はない。また、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面、換言すれば、図１における紙面をＸ‐Ｙ平面とした場合に、リング状振動ジャイロ１００にＸ軸まわりの角速度が与えられたときに発生する二次振動を検出する、第１検出電極１３ｂが、基準電極から円周方向であって０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、及び３００°離れた角度に配置される。同様に、リング状振動ジャイロ１００にＹ軸まわりの角速度が与えられたときに発生する二次振動を検出する第２検出電極１３ｄ，１３ｅが、基準電極から円周方向であって３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、及び３３０°離れた角度に配置される。

上記の第１及び第２の検出電極に加え、本実施形態では、リング状振動ジャイロ１００のＸ軸まわりの角速度によって発生する二次振動を抑制する信号が印加される、第１抑制電極１３ｊが、基準電極からみて、円周方向であって０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、及び３００°離れた角度に配置される。

また、本実施形態では、下層金属膜３０及び上層金属膜５０の厚みは１００ｎｍであり、圧電体膜４０の厚みは３μｍである。また、シリコン基板１０の厚みは１００μｍである。

なお、本実施形態及び後述する他の実施形態では、各電極が配置されている領域が２つに分類される。１つは、リング状振動体１１の上面の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域及び／又はその内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域に配置される第１検出電極１３ｂ、第１抑制電極１３ｊ、第２検出電極１３ｄ，１３ｅの領域である。これを、第２電極配置領域とする。もう１つは、リング状振動体１１の上面であって、その第２電極配置領域と電気的に接しないように配置される各駆動電極１３ａ，１３ａが形成された領域である。これを、第１電極配置領域とする。なお、上記の第１検出電極１３ｂと第１抑制電極１３ｊのリング状振動体の上面における配置は、一方が内周縁側に配置されて他方が外周縁側に配置されるようになっていて、互いの内外の配置は０°、６０°、１２０°・・・と角度を進めるごとに反転するようになっている。より具体的には、第１検出電極１３ｂ、第１抑制電極１３ｊ、及び第２検出電極１３ｄ，１３ｅは、前述の２つの駆動電極１３ａ，１３ａのいずれとも電気的に接続しないように配置される。

第２の構成は、リング状振動体１１の一部と連結しているレッグ部１５，・・・，１５である。このレッグ部１５，・・・，１５もシリコン基板１０から形成されている。また、レッグ部１５，・・・，１５上には、リング状振動体１１上のそれらと連続する上述のシリコン酸化膜２０、下層金属膜３０、及び圧電体膜４０がレッグ部１５，・・・，１５の上面全体に形成されている。さらに、圧電体膜４０の上面の中央線上には、幅約８μｍの引き出し電極１４，・・・，１４である上層金属膜５０が形成されている。

なお、本実施形態では、２４本のレッグ部１５，・・・，１５のうち、１２本のレッグ部１５，・・・，１５上には複数の引き出し電極１４が形成されている。これらは、リング状振動体１１の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域に、又は中央線を含むように配置された各電極から支柱１９上の電極パッド１８まで引き出すための経路を確保するために創出された。特に、本実施形態では、第１検出電極１３ｂ、第１抑制電極１３ｊ、及び第２検出電極１３ｄ，１３ｅからの電気信号の偏りを解消するために、第１検出電極１３ｂ、第１抑制電極１３ｊ、及び第２検出電極１３ｄ，１３ｅのいくつかのものでは両端部から引き出されるように引き出し電極１４，１４が形成されている。なお、それぞれの第１検出電極１３ｂ、第１抑制電極１３ｊ、及び第２検出電極１３ｄのからの引き出し電極１４，１４がそれら自体の片側のみから引き出されている場合であっても、振動ジャイロとしての機能を失うことはない。

第３の構成は、上述のレッグ部１５，・・・，１５に連結しているシリコン基板１０から形成される支柱１９である。本実施形態では、支柱１９が、図示しないリング状振動ジャイロ１００のパッケージ部に連結し、固定端としての役割を果たしている。また、支柱１９は、電極パッド１８，・・・，１８を備えている。また、図２に示すように、支柱１９の上面には、グラウンド電極である固定電位電極１６を除き、レッグ部１５，・・・，１５上のそれらと連続する上述のシリコン酸化膜２０、下層金属膜３０、及び圧電体膜４０が形成されている。ここで、シリコン酸化膜２０上に形成された下層金属膜３０は、固定電位電極１６と同電位となっている。また、支柱１９の上方に形成されている圧電体膜２０の上面には、レッグ部１５，・・・，１５上のそれと連続する前述の引き出し電極１４，・・・，１４及び電極パッド１８，・・・，１８が形成されている。

次に、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００の製造方法について、図３Ａ乃至図３Ｆに基づいて説明する。なお、図３Ａ乃至図３Ｆは、図２における一部の範囲に対応する断面図である。

まず、図３Ａに示すように、シリコン基板１０上に、シリコン酸化膜２０、下層金属膜３０、圧電体膜４０、及び上層金属膜５０が積層されている。前述の各膜は公知の成膜手段によって形成されている。本実施形態では、シリコン酸化膜２０は公知の手段による熱酸化膜である。また、下層金属膜３０、圧電体膜４０、及び上層金属膜５０は、いずれも公知のスパッタリング法により形成されている。なお、これらの膜の形成は、前述の例に限定されず、他の公知の手段によっても形成され得る。

次に、上層金属膜５０の一部がエッチングされる。本実施形態では、上層金属膜５０上に公知のレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術により形成されたパターンに基づいてドライエッチングを行うことにより、図３Ｂに示される上層金属膜５０が形成される。ここで、上層金属膜５０のドライエッチングは、アルゴン（Ａｒ）又はアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）の混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）条件によって行われる。

その後、図３Ｃに示すように、圧電体膜４０の一部がエッチングされる。まず、上述の同様、フォトリソグラフィ技術によりパターニングがされたレジスト膜に基づいて、圧電体膜４０がドライエッチングされる。なお、本実施形態の圧電体膜４０のドライエッチングは、アルゴン（Ａｒ）とＣ_２Ｆ_６ガスの混合ガス、又はアルゴン（Ａｒ）とＣ_２Ｆ_６ガスとＣＨＦ_３ガスの混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）条件によって行われる。

続いて、図３Ｄに示すように、下層金属膜３０の一部がエッチングされる。本実施形態では、下層金属膜３０を利用した固定電位電極１６が形成されるように、再度、フォトリソグラフィ技術によってパターニングされたレジスト膜を用いてドライエッチングされる。本実施形態では、固定電位電極１６は、グラウンド電極として利用される。なお、本実施形態の下層金属膜３０のドライエッチングは、アルゴン（Ａｒ）又はアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）の混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）条件によって行われる。

ところで、本実施形態では、前述の再び形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして、その後のシリコン酸化膜２０及びシリコン基板１０を連続的にエッチングするため、このレジスト膜の厚みは、約４μｍになるように形成されている。但し、万一、このレジスト膜がシリコン基板１０のエッチング中に消失した場合であっても、シリコン基板１０に用いられるエッチャントに対するエッチングレートの選択比が有利に働くため、前述のエッチングによって上層金属膜５０、圧電体膜４０、及び下層金属膜３０の性能は実質的に影響を受けない。すなわち、本実施形態では、リング状振動体１１をシリコン基板から形成するため、レジスト膜との選択比も十分に高い公知のシリコントレンチエッチング技術が適用できる。なお、仮にそのレジスト膜が消失しても、その下層にある上層金属膜又は圧電体膜がシリコンのエッチングの際のマスクとしての役割を果たす十分な選択比を備えている。

次に、図３Ｅ及び図３Ｆに示すように、上述の通り、下層金属膜３０をエッチングするためのレジスト膜を利用して、シリコン酸化膜２０及びシリコン基板１０をドライエッチングする。本実施形態のシリコン酸化膜２０のドライエッチングは、アルゴン（Ａｒ）又はアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）の混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）条件によって行われた。また、本実施形態のシリコン基板１０のドライエッチングの条件は、公知のシリコントレンチエッチング技術が適用される。ここで、シリコン基板１０は貫通エッチングされる。従って、前述のドライエッチングは、貫通時にシリコン基板１０を載置するステージをプラズマに曝さないようにするための保護基板をシリコン基板１０の下層に伝熱性の優れたグリース等により貼り付けた状態で行われる。そのため、例えば、貫通後にシリコン基板１０の厚さ方向に垂直な方向の面、換言すればエッチング側面が侵食されることを防ぐために、特開２００２−１５８２１４号公報に記載されているドライエッチング技術が採用されることは好ましい一態様である。

上述の通り、シリコン基板１０及びシリコン基板１０上に積層された各膜のエッチングによって、リング状振動ジャイロ１００の中心的な構造部が形成されたのち、公知の手段によるパッケージへの収容工程、及び配線工程を経ることにより、リング状振動ジャイロ１００が形成される。従って、この振動ジャイロ１００によれば、リング状振動体１１の側面に圧電素子を形成せずに、リング状振動体１１の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの一次振動の励起と、最大で２軸のイン・プレーンの二次振動の検出が可能となる。その結果、上述の高精度で安価に量産が可能なドライプロセス技術を用いて振動ジャイロ１００を製造することが可能となる。

次に、リング状振動ジャイロ１００が備える各電極の作用について説明する。上述の通り、本実施形態はアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの一次振動が励起される。なお、固定電位電極１６が接地されるため、固定電位電極１６と連続して形成されている下層電極膜３０は一律に０Ｖになっている。

最初に、２つの駆動電極１３ａ，１３ａに１Ｖ_Ｐ−０の交流電圧が印加される。その結果、圧電体膜４０が伸縮して一次振動が励起される。ここで、本実施形態では、正面視においてリング状振動体１１の中央線を含むように上層金属膜５０が形成されている。これは、２つの駆動電極１３ａ，１３ａに印加される交流電圧によって、イン・プレーンの振動モードとなる二次振動と同様の振動が励起されるのを防ぐためである。しかしながら、一次振動と二次振動のリング状振動体１１の共振周波数が異なれば、各駆動電極１３ａが中央線を含まないように配置されていても良い。

次に、図１に示すモニタ電極１３ｆ，１３ｆが、上述の一次振動の振幅及び共振周波数を検出して、図示しない公知のフィードバック制御回路に信号を送信する。本実施形態のフィードバック制御回路は、モニタ電極１３ｆ，１３ｆからの信号を用いて、駆動電極１３ａ，１３ａに印加される交流電圧の周波数をリング状振動体１１が持つ固有周波数と一致するように制御するとともに、リング状振動体１１の振幅をある一定の値となるように制御している。その結果、リング状振動体１１においては、一定の振動が持続される。

ここで、上述の一次振動が励起された後、Ｘ軸の回りで角速度が加わる場合について説明する。この場合、図１８Ｂに示すイン・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードの二次振動が生じる。

この二次振動は、６つの検出電極（第１検出電極）１３ｂ，・・・，１３ｂによって検出される。本実施形態では、図１に示すように、各検出電極１３ｂは、それぞれイン・プレーンの二次振動の振動軸に対応して配置されている。本実施形態では、上述の各検出電極１３ｂは、検出対象となる二次振動、すなわちイン・プレーンの振動モードを最も検出しやすいように、リング状振動体１１の上面における中央線よりも外側及び内側に配置されている。なお、本出願において、振動軸とは、記述している振動の振幅が最も大きくなるような方位をいい、リング状振動体上の方向によって示す。例えば、図１８Ｂに示した二次振動では、時計の１２時方向から反時計回りに方向をとって、０°、６０°、１２０°１８０°、２４０°、３００°の位置が振動軸となる。

本実施形態では、各検出電極１３ｂの配置のために、角速度を受けて励起されるイン・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極１３ｂの電気的信号は検出電極１３ｂの全てで同じである。従って、公知の増幅回路によって各検出電極１３ｂからの電気信号と固定電極端子１６の差信号が増幅される。

ここで、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、これらの第１検出電極１３ｂによって検出された二次振動に関する電圧信号を打ち消すように、換言すればそれらの電圧信号の値をゼロにするように、第１抑制電極１３ｊに与える電圧を指示又は制御する第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路６２を備えている。振動ジャイロとしての結果出力には、その第１抑制電極１３ｊに与える電圧値、又はその電圧に対応する値が用いられる。

次に、上述の一次振動が励起された後、Ｙ軸の回りで角速度が加わる場合について説明する。この場合、図１８Ｃに示すイン・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードの二次振動が生じる。

この二次振動が６つの検出電極（第２検出電極）１３ｄ，・・・，１３ｄと、別の６つの検出電極（第２検出電極）１３ｅ，・・・，１３ｅによって検出される。本実施形態では、図１に示すように、各検出電極１３ｄ，１３ｅは、それぞれイン・プレーンの二次振動の振動軸に対応して配置されている。なお、本実施形態では、上述の各検出電極１３ｄ，１３ｅも、検出対象となる二次振動、すなわちイン・プレーンの振動モードを最も検出しやすいように、リング状振動体１１の上面における中央線よりも外側及び内側に配置されている。

本実施形態では、第１検出電極１３ｂからの電圧信号に基づいて二次振動を抑制するための第１抑制電極１３ｊを備え、そこに第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路６２によって二次振動を抑制するような電気信号を印加する。これにより、リング状振動ジャイロ１００は、そのリング状振動体１１の図１８Ｂのようなモードの二次振動を殆ど発生させることなく、振動ジャイロとしての性能を発揮することができる。なお、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、第１抑制電極１３ｊ及び第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路が設けられていない振動ジャイロと比べて、ノイズ性能に非常に優れている。具体的には、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、本願の出願人が以前に提案したＰＣＴ／ＪＰ２００９／０５２９５９に記載された振動ジャイロの一例（第１の実施形態の振動ジャイロ）と比較して、Ｘ軸周りの角速度の検出における低周波領域のノイズの大きさが半分以下となる。従って、Ｘ軸周りの角速度の検出において、応答性を犠牲にすることなく、Ｓ／Ｎ比が飛躍的に高められる。なお、上述の第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路は、公知のフィードバック制御回路を適用することができる。

また、本実施形態では、第２検出電極１３ｄ，１３ｅそれぞれの配置により、角速度を受けて励起されるイン・プレーンの二次振動によって生じる第２検出電極１３ｄの電気的信号と第２検出電極１３ｅの電気的信号との正負が互いに逆になる。従って、公知の差分回路である演算回路によって第２検出電極１３ｄからの電気信号と検出電極１３ｅからの電気信号との差信号を算出することが可能となる。その場合、Ｙ軸周りの角速度の検出信号は、いずれか一方の検出電極のみを用いる場合と比較して約２倍の検出能力を備えることになる。

ところで、上述の第１の実施形態では、便宜上、角速度を検出する対象となる２軸のそれぞれを検出する検出電極に対して第１検出電極及び第２検出電極の名称を与えていたが、各軸用の検出電極の名称は、第１検出電極及び第２検出電極のうち、任意の重複しない１つの名称が与えられてもよい。

＜第１の実施形態の変形例（１）＞
次に、図４によって、第１の実施形態の変形例（１）について説明する。図４は、２軸の角速度を測定するリング状振動ジャイロ１１０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本変形例では、図１に示した実施形態における第１抑制電極１３ｊに加え、さらに、Ｙ軸周りの角速度が与えられたときに発生する二次振動を抑制するための第２抑制電極１３ｍを用いる。第２抑制電極１３ｍは、図中１２時方向に記載された基準電極から、円周方向に３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、及び３３０°離れた角度に配置される。第２検出電極１３ｄと第２抑制電極１３ｍとの位置関係は、第１検出電極１３ｂと第１抑制電極１３ｊの配置と同様の関係となるようにされる。また、第２抑制電極１３ｍには、第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路６３を接続する。この第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路６３も公知のフィードバック制御回路を用いることができる。

この変形例の場合、上述の第１の実施形態においてＸ軸周りの角速度に応じた二次振動の抑制と同様に、Ｙ軸周りの角速度に応じた二次振動も同時に抑制される。このため、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方について、Ｓ／Ｎ比と応答性の両立が実現する。

＜第１の実施形態の変形例（２）＞
次に、図５によって、第１の実施形態の変形例（２）について説明する。図５は、２軸の角速度を測定するリング状振動ジャイロ１２０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。まず、本変形例のリング状振動体１１の平面における電極配置を、図４に示した実施形態変形例（１）のリング状振動ジャイロ１１０からの変更点によって説明する。図４に示した実施形態変形例（１）では、基準電極からの円周方向が０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、及び３００°離れた角度に第１抑制電極１３ｊが配置されるが、まず、これらのうち、０°、１２０°、及び２４０°の方向に配置されるものを、検出電極１３ｃにする。この検出電極１３ｃは、第１検出電極１３ｂと組み合わせて一次振動の発生に利用されるため、同様に第１検出電極と呼ぶ。そして、図４の第１検出電極１３ｂのうち、上記の第１抑制電極１３ｊと同じ方向、つまり基準電極から６０°、１８０°、及び３００°離れた角度のものを、抑制電極１３ｋとする。この抑制電極１３ｋは、第１抑制電極１３ｊと組み合わせて二次振動の抑制に利用されるため、第１抑制電極と呼ぶ。

そして、さらに、図４のリング状振動ジャイロ１１０において、円周方向で３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の方向にある第２抑制電極１３ｍのうち、９０°、２１０°、３３０°の方向のものを図１と同様の第２検出電極１３ｅとし、図４の第２検出電極１３ｄのうち、残る第２抑制電極１３ｍの方向、すなわち、３０°、１５０°、２７０°の方向にあるものを、抑制電極１３ｎとする。この抑制電極１３ｎも、第２抑制電極１３ｍと組み合わせて二次振動の抑制に利用されるため、第２抑制電極と呼ぶ。

そして、第１検出電極１３ｂ，１３ｃでは互いに逆位相の信号が検出されるため、これらの電極には、公知の差分回路である演算回路を接続し、同様に、第２検出電極１３ｄ，１３ｅにも、公知の差分回路である演算回路を接続する。これによって、第１検出電極１３ｂ，１３ｃに接続される差分回路は、第１検出電極１３ｂおよび固定電位電極１６の間の電圧信号と、第１検出電極１３ｃおよび固定電位電極１６の間の電圧信号との間の差信号を出力し、同様に、第２検出電極１３ｄ，１３ｅに接続される差分回路は、第２検出電極１３ｄおよび固定電位電極１６の間の電圧信号と、第２検出電極１３ｅおよび固定電位電極１６の間の電圧信号との間の差信号を出力する。

そして、第１抑制電極１３ｊ，１３ｋには、第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路（図示しない）が接続され、同様に、第２抑制電極１３ｍ，１３ｎには、第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路（図示しない）が接続される。第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路及び第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路は、それぞれ、第１の差信号及び第１の差信号に基づいて、それぞれの抑制電極に印加するための電圧信号を算出するので、Ｘ軸及びＹ軸の周りの角速度によって生じる２つの二次振動がともに抑制される。第１抑制電極１３ｊと第１抑制電極１３ｋに印加されるべき電圧信号は互いに逆位相であるため、どちらか一方に、公知の反転回路を用いて作成された電圧信号を印加する。また第２抑制電極１３ｍと１３ｎに印加される電圧信号についても同様である。

この変形例では、Ｘ軸Ｙ軸のいずれの軸の角速度による二次振動に対しても差信号による検出が可能となるため、上述の第１実施形態変形例（１）と同様の効果に加え、フィードバック制御の基となる信号の検出能力が高くなり、精度の高い二次振動の抑制制御と、精度の高い角速度データの出力とが両立できる効果を奏する。

さらに、この変形例では、第１検出電極１３ｂ，１３ｃは、リング状振動体の同じ方位の部分のひずみ信号を出力し差分回路を接続される。第２検出電極１３ｄ，１３ｅについても同様である。このため、衝撃が入力された際に、バウンスモード及びロッキングモードのアウト・オブ・プレーンの振動がリング状振動体１１に生じても、それによる信号は電気的にキャンセルされて出力されない。つまり、衝撃によって生じる不要な機械的振動が信号出力動作や抑制電極を通じたフィードバック動作に影響することを防止できる効果を奏する。

＜第１の実施形態の変形例（３）＞
図６は、第１の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ２００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。

本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、第１の実施形態における上層金属膜５０を除き、第１の実施形態のリング状振動ジャイロ１００と同一の構成を備える。また、その製造方法は一部を除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の一次振動の振動モード及び二次振動の振動モードは、第１の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。

本実施形態のリング状振動ジャイロ２００には、図６に示すように、第１検出電極１３ｂ，１３ｃと第２検出電極１３ｄが１つずつ配置され、第２抑制電極１３ｍが１つ配置されている。このような各検出電極の配置であっても、本発明の効果が実質的に奏される。すなわち、第１検出電極１３ｂ，１３ｃと第２検出電極１３ｄが存在することにより、２軸（Ｘ軸とＹ軸）のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる。また、第２抑制電極１３ｍを用いるため、Ｙ軸周りの角速度によって生じる二次振動が抑制され、Ｙ軸周りの角速度検出のＳ／Ｎ比と応答性の両立が達成される。なお、第１の実施形態のそれと同じ電極面積の各検出電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｅが１つずつしか存在しないため、第１の実施形態と比較して検出能力が劣り、角速度に対する二次振動の抑制効果はＸ軸ではなくＹ軸周りの角速度による二次振動についてのみえられるが、その効果自体も劣る。また、図６では、図１において便宜上図示していなかった交流電源１２，１２が表示されている。なお、実際の交流電源１２，１２は、導電性ワイヤに接続される電極パッド１８を介して駆動電極１３ａに印加するが、本実施形態及び他の実施形態では、説明の便宜上、省略される。

また、本実施形態では、各電極が偏在しているため、引き出し電極１４が形成されていないレッグ部１５が存在するが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、図６において引き出し電極１４が形成されていないレッグ部１５については、レッグ部それ自体を形成しなくしても、本実施形態と同等の効果が奏される。但し、無秩序なレッグ部１５の不在はリング状振動体１１の均質な振動に支障が生じ得るため、均等な角度だけ離れるように割り振られる位置にあるレッグ部１５のみを無くした構造が好ましい。

＜第１の実施形態の変形例（４）＞
図７は、さらなる変形例として、第１の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ２１０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。

本実施形態のリング状振動ジャイロ２１０は、第１の実施形態変形例（３）における第１検出電極１３ｃに代えて、第１抑制電極１３ｊを用いる例である。このような各検出電極の配置であっても、本発明の効果が実質的に奏される。すなわち、第１検出電極１３ｂと第２検出電極１３ｄが存在することにより、２軸（Ｘ軸とＹ軸）のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる。また、第１抑制電極１３ｊと第２抑制電極１３ｍを用いるため、Ｘ軸及びＹ軸周りの角速度によって生じる二次振動が抑制され、両軸の周りの角速度検出のＳ／Ｎ比と応答性の両立が達成される。リング状振動ジャイロ１１０からの図７の構成からレッグ部１５を削減することができることも、同様である。

＜第１の実施形態の変形例（５）＞
図８は、第１の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ４００の中心的役割を果たす構造体の図２に相当する断面図である。

本実施形態では、図８に示すように、実質的に上層金属膜５０が形成されている領域に合わせて圧電体膜４０がエッチングされている。このため、下層金属膜３０が形成されている領域に影響されずに、上層金属膜５０に印加された交流電圧が鉛直下向きのみに印加されるため、圧電体膜４０の望ましくない伸縮や電気信号の発信を防止することができる。なお、本実施形態では、上層金属膜５０のドライエッチング工程の後、上層金属膜５０上の残留レジスト膜又は上記金属膜５０それ自体をエッチングマスクとして、引き続いて第１の実施形態と同条件によるドライエッチングを行うことにより、前述の圧電体膜４０が形成される。また、図８に示すように、本実施形態では圧電体膜４０が傾斜状（例えば、傾斜角が７５°）にエッチングされている。しかしながら、図６のような急峻な傾斜を有する圧電体膜４０は、図６に示すリング状振動ジャイロ４００の正面視においては、他の領域との対比において実質的に視認されないものとして本出願では取り扱われる。加えて、この実施形態で開示された圧電体膜４０がエッチングされた態様は、少なくとも本出願の全ての実施形態で適用され得る。

＜第１の実施形態の変形例（６）＞
上述の第１の実施形態及びその変形例（１）乃至（５）では、２軸の角速度を検出し得る振動ジャイロの構造が説明されているが、１軸の角速度検出のための各検出電極の配置も第１の実施形態から導き出される。

例えば、第１検出電極及び第２検出電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅのうち、Ｘ軸の角速度測定用の第１検出電極１３ｂ，１３ｃのみがリング状振動体１１上に配置され、第１の抑制電極及び第２抑制電極１３ｊ，１３ｋ，１３ｍ，１３ｎのうち、Ｘ軸まわりの角速度による二次振動抑制用の第１抑制電極１３ｊ，１３ｋのみがリング状振動体１１上に配置されるようにすることにより、１軸の角速度を検出する振動ジャイロが製造される。すなわち、第１検出電極及び第２検出電極のうちの第１の軸に対応する検出電極が選択され、第１抑制電極及び第２抑制電極のうちのその第１の軸に対応する抑制電極が選択されることにより、その第１の軸まわりの角速度を検出する振動ジャイロを得ることができる。なお、例えば、各第１検出電極１３ｂ，１３ｃのうち、１つの第１検出電極（例えば、１３ｂ）のみが配置されること、あるいは、各第１抑制電極１３ｊ，１３ｋのうち、１つの第１抑制電極のみが配置されることにより、本発明の効果が実質的に奏されることは既に述べたとおりである。

＜第２の実施形態＞
図９は、本実施形態のリング状振動ジャイロ５００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。また、図１０は、図９のＢ−Ｂ断面図である。

図９及び図１０に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ５００は、第１の実施形態のリング状振動ジャイロ１００と同様、複数の電極１３ａ〜１３ｆを備える。本実施形態では、いずれの電極も、中央線よりも外側か、又は中央線よりも内側に配置されている。

ところで、本実施形態では、図１９Ａに示すアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードでリング状振動ジャイロ５００の一次振動が励起される。他方、本実施形態の二次振動の振動モードは、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、前述の複数の電極１３ａ〜１３ｆの内訳は、次のとおりである。まず、互いに円周方向に１２０°離れた角度に配置された３つの駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａが配置される。また、前述の３つの駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａの内の１つの駆動電極１３ａ（例えば、図９において時計の１２時方向の駆動電極１３ａ）を基準電極とした場合に、その駆動電極１３ａから円周方向であって６０°、１８０°、及び３００°離れた角度に３つのモニタ電極１３ｆ，１３ｆ，１３ｆが配置される。また、リング状振動体１１上の圧電素子が配置される平面、換言すれば、図９における紙面を図中のようにＸ‐Ｙ平面とした場合に、Ｘ軸まわりの角速度検出用の第１検出電極１３ｂが、基準電極から円周方向であって０°及び１８０°離れた角度に配置される。同様に、Ｙ軸まわりの角速度検出用の第２検出電極１３ｄ，１３ｅが、基準電極から円周方向であって４５°、１３５°、２２５°、及び３１５°離れた角度に配置される。そして、Ｘ軸まわりの角速度により生じる二次振動抑制用の第１抑制電極１３ｊが、基準電極から円周方向であって９０°及び２７０°離れた角度に配置される。そして、図示しない第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路が、第１検出電極１３ｂに接続される。第１抑制電極１３ｊには、第１の二次振動抑制用フィードバック制御回路によって、第１検出電極１３ｂから検出信号に基づいて、Ｘ軸周りの角速度によって生じる二次振動を抑制する電圧が印加される。

このような各検出電極の配置であっても、本発明の効果が実質的に奏される。すなわち、第１検出電極１３ｂ及び第２検出電極１３ｄ，１３ｅが存在することにより、２軸のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる。具体的には、Ｘ軸のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードは図１９Ｂに示され、Ｙ軸のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードは図１９Ｃに示される。この際、第１抑制電極１３ｊが存在することにより、Ｘ軸周りの角速度による二次振動が抑制され、高いＳ／Ｎ比と応答性の両立が可能となる。

なお、本実施形態では、駆動電極１３ａ，１３ａがリング状振動体１１の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域に配置されているが、これに限定されない。各駆動電極１３ａは、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動のみを励起し、イン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくいように配置されることが好ましい。これは、仮に、角速度が加わっていない状態で二次振動が発生すると、振動ジャイロ５００のゼロ点出力を発生させる要因となるからである。従って、イン・プレーンの振動モードでは、各駆動電極１３ａが中央線を含むように配置されることは、中央線付近の歪みが小さいことによってイン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくくなるため、好ましい一態様となる。なお、イン・プレーンの振動モードでは中央線を境として歪み方向が逆になるため、中央線に対して対称となるように各駆動電極１３ａが配置されることがさらに好ましい一態様となる。

＜第２の実施形態変形例（１）＞
図１１は、本実施形態のリング状振動ジャイロ５１０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図１１に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ５１０は、第２の実施形態のリング状振動ジャイロ５００において、基準駆動電極から１３５°及び３１５°の方向にある第２検出電極１３ｄを第２抑制電極１３ｍとしたものである。それに応じて、第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路（図示しない）が第２検出電極１３ｄに接続される。第２抑制電極１３ｍには、第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路によって、第２検出電極１３ｄから検出信号に基づいて、Ｙ軸周りの角速度によって生じる二次振動を抑制する電圧が印加される。

このような各検出電極の配置であっても、本発明の効果が実質的に奏される。すなわち、第１検出電極１３ｂ及び第２検出電極１３ｄと、第１抑制電極１３ｊ及び第２抑制電極１３ｍが存在することにより、Ｘ軸のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モード（図１９Ｂ）とＹ軸のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モード（図１９Ｃ）の両方に対して、二次振動が抑制され、高いＳ／Ｎ比と応答性の両立が可能となる。

なお、本実施形態変形例でも、駆動電極１３ａ，１３ａの配置は上記のものに限定されず、各駆動電極１３ａは、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動のみを励起し、イン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくいように配置されることが好ましい。イン・プレーンの振動モードでは中央線を境として歪み方向が逆になるため、中央線に対して対称となるように各駆動電極１３ａが配置されることがさらに好ましい一態様となる点も同様である。

＜第２の実施形態の変形例（２）＞
図１２は、第１の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ６００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。また、図１３は、図１２のＣ−Ｃ断面図である。

本実施形態のリング状振動ジャイロ６００は、第２の実施形態のリング状振動ジャイロ５００と比較して、リング状振動体１１の周囲に溝又はレッグ部１７を介して固定端６０が形成されている。また、レッグ部１７及び固定端６０上には、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａ及びモニタ電極１３ｆ，１３ｆ，１３ｆを起点とする引き出し電極１４及び電極パッド１８が形成されている。さらに、前述のレッグ部１７上の引き出し電極１４が形成されたために、レッグ部１５及び固定端１９上の引き出し電極１４及び電極パッド１８は取り除かれている。さらに、本実施形態では、第２の実施形態のリング状振動ジャイロ５００が有する１６本のレッグ部１５のうち、８本のレッグ部１５は取り除かれている。本実施形態のリング状振動ジャイロ６００は、上述の点以外は、第２の実施形態と同じ構成を備えている。また、その製造方法は一部を除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の一次振動の振動モード及び二次振動の振動モードは、第２の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。また、本実施形態では、図面を見やすくするために、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａに接続する交流電源は図示されていない。

本実施形態のレッグ部１７の形成により、リング状振動体１１上の複雑な配線が不要となる。従って、製造工程の不具合等による引き出し電極間の短絡の危険性が大きく軽減する。図１２に示すとおり、各電極の幅の中央部に引き出し電極１４が接合しているため、電気信号の偏りは生じない。また、各レッグ部１５，１７の間隔が広がるため、製造プロセス上、エッチングレートが向上することによるスループットの改善や、エッチング工程の歩留まりの向上が期待できる。他方、固定端６０が形成されることにより、振動ジャイロのサイズが第１の実施形態のそれと比較して大きくなる。

＜第２の実施形態の変形例（３）＞
図１４は、本実施形態のリング状振動ジャイロ６１０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図１４に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ６１０は、第２の実施形態変形例（２）のリング状振動ジャイロ６００において、基準駆動電極から１３５°及び３１５°の方向にある第２検出電極１３ｄを第２抑制電極１３ｍとしたものである。それに応じて、リング状振動ジャイロ６１０においても、図１１に示した第２の実施形態変形例（１）のリング状振動ジャイロ５１０と同様に、第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路（図示しない）が第２検出電極１３ｄに接続され、第２抑制電極１３ｍには、第２の二次振動抑制用フィードバック制御回路によって、第２検出電極１３ｄから検出信号に基づいて、Ｙ軸周りの角速度によって生じる二次振動を抑制する電圧が印加される。

このような各検出電極の配置であっても、本発明の効果が実質的に奏される。すなわち、第１検出電極１３ｂ及び第２検出電極１３ｄと、第１抑制電極１３ｊ及び第２抑制電極１３ｍが存在することにより、Ｘ軸のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モード（図１９Ｂ）とＹ軸のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モード（図１９Ｃ）の両方に対して、二次振動が抑制され、高いＳ／Ｎ比と応答性の両立が可能となる。また、本実施形態変形例でも、駆動電極１３ａ，１３ａの配置は上記のものに限定されず、各駆動電極１３ａは、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動のみを励起し、イン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくいように配置されることが好ましい。中央線に対して対称となるように各駆動電極１３ａが配置されることがさらに好ましい一態様となる点も同様である。

ところで、上述の各実施形態は、円環状の振動体を用いた振動ジャイロで説明されているが、円環状の代わりに、多角形状の振動体であってもよい。例えば、正六角形、正八角形、正十二角形、正二十角形等の正多角形状の振動体であっても、本発明の効果と実質的に同様の効果が奏される。また、図１５に示すリング状振動ジャイロ７００や図１６に示すリング状振動ジャイロ７１０の十二角形状の振動体１１１のような振動体であってもよい。振動体の正面視において、例えば既述の基準点などの任意の点を対称の中心として点対称形状またはｎ回対称形状（ｎは任意の自然数）となる多角形を外周縁又は内周縁とするようなリング形状の振動体が採用されれば、振動体の振動時の安定性の観点で好ましい。なお、「円環状」には楕円形状が含まれる。なお、図１５及び図１６では、図１等とは異なり、図を見やすくするために、レッグ部及び支柱は図示されていない。

＜更なるいくつかの変形例＞
また、上述の実施形態及びその変形例では、モニタ電極１３ｆ，１３ｆが同じ位置乃至領域内に配置されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、モニタ電極１３ｆは、Ｎを２以上又は３以上の自然数とした場合であって、駆動電極１３ａの１つを基準駆動電極とし、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、必ずしも、その基準駆動電極１３ａから円周方向に〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置される必要はない。例えば、ｃｏｓＮθの振動モードの場合であって、Ｌ＝０，１，・・・，２Ｎ−１（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、各モニタ電極１３ｆが、基準駆動電極から、円周方向に（１８０／Ｎ）×｛Ｌ＋（１／２）｝°離れた以外の角度の配置、又はその角度の位置に対して線対称となるような配置を避けるように配置されることにより、第１の実施形態又はその変形例による効果が実質的に奏される。なお、特に小型化されたリング状振動体１１の限定された平面領域の中では、第１の実施形態で示したようなモニタ電極１３ｆの配置が、他の電極群の配置及び／又は引き出し電極の配置を容易にすることになる。具体的には、モニタ電極１３ｆは、Ｎを２以上又は３以上の自然数とした場合であって、駆動電極１３ａの１つを基準駆動電極とし、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極１３ａから円周方向に〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置されることは好ましい一態様といえる。

上述の具体的な一例は、図１７Ａに示すリング状振動ジャイロ８００である。リング状振動ジャイロ８００のモニタ電極２１３ｆ，２１３ｆは、Ｎを２以上又は３以上の自然数とした場合であって、駆動電極１３ａの１つを基準駆動電極とし、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、必ずしも、その基準駆動電極１３ａから円周方向に〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置されていない。しかしながら、図１７Ａに示すモニタ電極２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆの配置であっても、第１の実施形態と同様の効果が奏される。

また、他の一例は、図１７Ｂに示すリング状振動ジャイロ８２０である。リング状振動ジャイロ８２０のモニタ電極３１３ｆ，３１３ｆは、図１７Ａのリング状振動ジャイロ８００のモニタ電極２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆのうちの２つが取り除かれた状態となるように配置されている。しかしながら、図１７Ｂに示すモニタ電極３１３ｆ，３１３ｆの配置であっても、第１の実施形態と同様の効果が奏される。

また、他の一例は、図１７Ｃに示すリング状振動ジャイロ８４０である。リング状振動ジャイロ８４０のモニタ電極４１３ｆ，４１３ｆは、図１７Ａのリング状振動ジャイロ８００のモニタ電極２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆのうちの他の２つが取り除かれた状態となるように配置されている。しかしながら、図１７Ｃに示すモニタ電極３１３ｆ，３１３ｆの配置であっても、第１の実施形態と同様の効果が奏される。

加えて、他の一例は、図１７Ｄに示すリング状振動ジャイロ８６０である。リング状振動ジャイロ８６０のモニタ電極５１３ｆ，５１３ｆは、図１７Ａのリング状振動ジャイロ８００のモニタ電極２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆ，２１３ｆのうちの上述とは別の２つが取り除かれた状態となるように配置されている。しかしながら、図１７Ｄに示すモニタ電極５１３ｆ，５１３ｆの配置であっても、第１の実施形態と同様の効果が奏される。

さらに、他の一例は、図１７Ｅに示すリング状振動ジャイロ８８０である。リング状振動ジャイロ８８０のモニタ電極６１３ｆ，６１３ｆ，６１３ｆ，６１３ｆの幾つかは、リング状振動体１１の内周縁から中央線に至るまでの領域上に配置されている。他方、第２検出電極１３ｄ，１３ｅの電極面積は縮小されている。しかしながら、図１７Ｅに示すモニタ電極６１３ｆ，６１３ｆ，６１３ｆ，６１３ｆの配置であっても、検出電極の感度が下がることによってＳ（信号）とＮ（ノイズ）比（所謂、Ｓ／Ｎ比）が悪くなる点を除いて、第１の実施形態と同様の効果が奏される。同様に、モニタ電極６１３ｆ，６１３ｆ，６１３ｆ，６１３ｆの幾つか又は全てが、リング状振動体１１の外周縁から中央線に至るまでの領域上に配置されていても、第１の実施形態と同様の効果が奏される。

なお、上述のモニタ電極１３ｆの配置の技術思想は、上述の第２の実施形態にも適用され得る。具体的には、例えば、図１７Ｆのリング状振動ジャイロ９００のモニタ電極７１３ｆ，７１３ｆ，７１３ｆのように、各モニタ電極が、各駆動電極から３０°離れた角度以外の角度に配置されることにより、第２の実施形態による効果が実質的に奏される。

上述の各例に示すように、本発明のリング状振動ジャイロは、いずれもアウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるため、リング状振動体１１の平面上のモニタ電極の配置は、その内周縁から外周縁に至るまでの領域上であれば、高い自由度が与えられることになる。但し、例えば、ｃｏｓＮθの振動モードの場合であって、Ｌ＝０，１，・・・，２Ｎ−１（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、各モニタ電極１３ｆは、基準駆動電極から円周方向に（１８０／Ｎ）×｛Ｌ＋（１／２）｝°離れた角度の配置、又はその角度の位置に対して線対称となるような配置を避けるように配置される。前者の理由は、その位置に配置されるとリング状振動子１１の歪みがゼロ（０）となるからである。また、後者の理由は、歪み方向が互いに逆方向のため、その歪みが相殺されるからである。なお、特に小型化されたリング状振動体１１の限定された平面領域の中では、第１の実施形態で示したようなモニタ電極１３ｆの配置が、他の電極群の配置及び／又は引き出し電極の配置を容易にすることになる。具体的には、モニタ電極１３ｆは、Ｎを２以上又は３以上の自然数とした場合であって、駆動電極１３ａの１つを基準駆動電極とし、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極１３ａから円周方向に〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置されることは好ましい一態様といえる。

さらに、上述の各実施形態では、シリコンを母材とするリング状振動ジャイロが採用されているが、これにも限定されない。例えば、振動ジャイロの母材がゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムであってもよい。上述のうち、特に、シリコン又はシリコンゲルマニウムの採用は、公知の異方性ドライエッチング技術を適用することができるため、振動体を含めたジャイロ全体の加工精度の向上に大きく寄与する。以上、述べたとおり、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

また、上述の各実施形態では、上層金属膜をパターニングすることによって各電極が形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下層金属膜のみ、又は上層金属膜及び下層金属膜の両方がパターニングされることによって各電極が形成されても、本発明の効果と同等の効果が奏され得る。但し、製造の容易性を考慮すれば、上述の各実施形態のように上層金属膜のみがパターニングされることは好ましい一態様である。

本発明は、振動ジャイロとして種々のデバイスの一部として適用され得る。

１０ シリコン基板
１１ リング状振動体
１２ 交流電源
１３ａ 駆動電極
１３ｂ，１３ｃ 第１検出電極
１３ｄ，１３ｅ 第２検出電極
１３ｆ モニタ電極
１３ｊ，ｋ，ｍ，ｎ 抑制電極
１４ 引き出し電極
１５，１７ レッグ部
１６ 固定電位電極（グラウンド電極）
１８ 電極パッド
１９ 支柱
２０ シリコン酸化膜
３０ 下層金属膜
４０ 圧電体膜
５０ 上層金属膜
６０ 固定端
６１，６２ フィードバック制御回路
１００，１１０，１２０，２００，２１０，４００，５００，５１０，６００，６１０，７００，７１０，８００，８２０，８４０，８６０，８８０，９００
リング状振動ジャイロ

Claims (15)

1. 一様な平面を備えたリング状振動体と、
   前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
   前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極と
   を備え、前記複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
   （１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
   （２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎとした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ＋１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
   （３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極と
   を有しており、
   前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
   前記検出電極及び前記抑制電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている、
   振動ジャイロ。
2. 一様な平面を備えたリング状振動体と、
   前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
   前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極と
   を備え、前記複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
   （１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
   （２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎとした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ＋１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
   （３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極と
   を有しており、
   前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
   前記検出電極及び前記抑制電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている、
   振動ジャイロ。
3. 一様な平面を備えたリング状振動体と、
   前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
   前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極と
   を備え、前記複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
   （１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
   （２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎ−２とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ−１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
   （３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極と
   を有しており、
   前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
   前記検出電極及び前記抑制電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている、
   振動ジャイロ。
4. 一様な平面を備えたリング状振動体と、
   前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
   前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極と
   を備え、前記複数の電極は、次の（１）、（２）及び（３）、すなわち、
   （１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、互いに円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、
   （２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓを０，１，・・・，Ｎ−２とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ−１）θの振動モードの二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された検出電極と、
   （３）前記検出電極からの信号に基づいて前記二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された抑制電極と
   を有しており、
   前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
   前記検出電極及び前記抑制電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている、
   振動ジャイロ。
5. 前記検出電極を第１検出電極としたときに、前記複数の電極が、次の（４）、すなわち、
   （４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極
   をさらに有し、前記第２検出電極の各々が前記第２電極配置領域上に配置される、
   請求項１に記載の振動ジャイロ。
6. 前記検出電極を第１検出電極としたときに、前記複数の電極が、次の（４）、すなわち、
   （４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極
   をさらに有し、前記第２検出電極の各々が前記第２電極配置領域上に配置される、
   請求項２に記載の振動ジャイロ。
7. 前記検出電極を第１検出電極としたときに、前記複数の電極が、次の（４）、すなわち、
   （４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ−１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極
   をさらに有し、前記第２検出電極の各々が前記第２電極配置領域上に配置される、
   請求項３に記載の振動ジャイロ。
8. 前記検出電極を第１検出電極としたときに、前記複数の電極が、次の（４）、すなわち、
   （４）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ−１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２検出電極
   をさらに有し、前記第２検出電極の各々が前記第２電極配置領域上に配置される、
   請求項４に記載の振動ジャイロ。
9. 前記抑制電極を第１抑制電極としたときに、前記複数の電極が、次の（５）、すなわち、
   （５）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２抑制電極
   をさらに有し、前記第２抑制電極の各々が前記第２電極配置領域上に配置される、
   請求項５に記載の振動ジャイロ。
10. 前記抑制電極を第１抑制電極としたときに、前記複数の電極が、次の（５）、すなわち、
    （５）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ−１）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を抑制し、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された第２抑制電極
    をさらに有し、前記第２抑制電極の各々が前記第２電極配置領域上に配置される、
    請求項７に記載の振動ジャイロ。
11. 前記複数の電極が、
    （６）Ｍ＝０，１，・・・，２Ｎ−１とした場合に、前記基準駆動電極から円周方向に（１８０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝°離れた角度以外の角度に配置されたモニタ電極
    をさらに有する、
    請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
12. 前記複数の電極が、
    （６）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１とした場合に、前記基準駆動電極から円周方向に〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置されたモニタ電極
    をさらに有する、
    請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
13. 前記第１電極配置領域が、前記外周縁から前記内周縁までの幅の中央を結ぶ中央線を含む、
    請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
14. 前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
    正面視で実質的に前記上層金属膜、前記圧電体膜、及び前記下層金属膜のみが観察される
    請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
15. 前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
    正面視で実質的に前記上層金属膜及び前記下層金属膜のみが観察される
    請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。

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