WO1998041818A1 - Gyro sensor and video camera using the same - Google Patents

Gyro sensor and video camera using the same Download PDF

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WO1998041818A1
WO1998041818A1 PCT/JP1997/000913 JP9700913W WO9841818A1 WO 1998041818 A1 WO1998041818 A1 WO 1998041818A1 JP 9700913 W JP9700913 W JP 9700913W WO 9841818 A1 WO9841818 A1 WO 9841818A1
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WO
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vibrator
substrate
gyro sensor
slope
groove
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Application number
PCT/JP1997/000913
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Teruhisa Akashi
Kazutaka Sato
Fumitaka Muranushi
Yoshiko Nishi
Mitsuo Ohtsu
Kanji Kakuta
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5642Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
    • G01C19/5656Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams the devices involving a micromechanical structure

Definitions

  • the present invention relates to a gyro sensor for detecting an angular velocity and a device using the same, and in particular, to a vibratory gyro sensor for detecting a corioliser according to an angular velocity by vibrating a beam-shaped vibrator, and a camera shake prevention using the same. It is suitable for video cameras and camera equipment with functions.
  • This vibrating gyro sensor is configured to detect the amount of deflection of a vibrator disposed in the center by a change in capacitance between the vibrator and two detection electrodes.
  • the capacitance change between the vibrator and the two electrodes is read as a method of detecting the corridor, so the processing accuracy of the electrode part and the capacitance between the electrodes greatly affect the detection sensitivity. I do.
  • the capacitance of the electrode must be increased by increasing the area of the electrode so that the rate of change in capacitance does not decrease due to the effect of stray capacitance around the wiring.
  • silicon must be etched through to form the electrodes, but even if anisotropic silicon etching is used, a small gap of 5 m or less can be achieved. It is difficult to form them uniformly in a plane with good reproducibility.
  • the vibrator in order to increase the area of the electrode part, the vibrator must have a long and narrow structure, which lowers the resonance frequency of the vibrator and lowers the detection sensitivity. Will do.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a gyro sensor that is miniaturized, has high detection sensitivity, and has small variation in sensitivity, a video camera using the gyro sensor, and a method of manufacturing a gyro sensor. And Disclosure of the invention
  • the vibrator can easily form the substrate by anisotropic etching or the like, and the amount of deflection of the vibrator can be detected on the slope of the groove provided in the vibrator through the strain detecting means.
  • a large output voltage can be obtained by taking the differential output voltage of each distortion detecting means.
  • the thickness of the gyro sensor can be reduced to reduce the overall size.
  • the present invention provides a vibrator formed on the same substrate as the supporting portion so that one end is supported by the supporting portion in a vibrating state, an insulating substrate joined to a back surface of the substrate, and a lower surface of the insulating substrate.
  • a gyro sensor that has a piezoelectric element joined to the piezoelectric element, and the vibrator vibrates in the thickness direction with the piezoelectric element, wherein the substrate is a silicon substrate, and a through portion is provided in the substrate by etching.
  • a groove provided in the vibrator having a slope formed by anisotropic etching on the surface of the silicon substrate; and a voltage on the slope of the groove.
  • a distortion detecting means formed by using a depositing resist.
  • the present invention provides a vibrator formed on the same substrate as the supporting portion so as to be supported in a vibrating state, an insulating substrate bonded to the back surface of the substrate, and a piezoelectric device bonded to the lower surface of the insulating substrate.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a gyro sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an AA ′ cross section of FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view of a vibrator showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing a substrate on which a vibrator according to one embodiment of the present invention is formed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a gyro sensor showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the appearance of a video camera on which the sensor according to one embodiment of the present invention is mounted.
  • FIG. 15 is a plan view showing a mounting board of a gyro sensor according to one embodiment of the present invention.
  • the vibration type gyro sensor used for a video camera or the like needs to reduce the height of the sensor itself and the area occupied by the sensor. In order to prevent camera shake, two axes of angular velocity must be detected, and two sensors are required.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the gyro sensor according to the embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance when the gyro sensor of FIG. 1 is separated for each substrate
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along line AA ′ of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along line BB ′ of FIG. 1
  • FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method for detecting a liolika
  • FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of one embodiment
  • FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of one embodiment
  • reference numeral 131 denotes a video tape mounting section, which is composed of a power camera section 132, an audio input section 133, and a part of a finder 134.
  • the camera part 132 is partially cut, and the lens part 135 and the gyro sensor mounting board 136 are arranged.
  • a gyro sensor 14 1 for detecting horizontal shake and a gyro sensor 14 2 for detecting vertical shake are mounted on a gyro sensor mounting board 1 36.
  • the mounting substrate 135 is fixed to the lens portion 135 by screwing or the like to be integrated.
  • the mounting board 135 When the lens section 135 moves in the horizontal and vertical directions, the mounting board 135 also moves at the same time, and the angular acceleration in each direction is detected by the sensors 141 and 142.
  • the sensors 14 1 and 14 2 be arranged as close as possible to the lens optical axis 15 2 at the lens outer diameter position 15 1.
  • the sensors 14 1 and 14 2 are both vibratory gyro sensors, the resonance frequencies of the sensors should not be resonated with each other. It is shifted about 0 0 Hz.
  • the gyro sensor is composed of three types of substrates, a bulk piezoelectric substrate 1 that is a piezoelectric element, an insulating glass substrate 2 that is an insulating substrate, and a silicon substrate 3 that forms a vibrator. I have.
  • the size of the gyro sensor is about 4 x 14 mm and the thickness is about 2 mm.
  • the plane orientation of the silicon substrate 3 is ⁇ 100 ⁇ , and anisotropic etching of the silicon forms nine or more silicon openings to form a penetrating part, forming a cantilever.
  • the vibrator 4 is provided with a groove 5 having a facing slope formed by anisotropic etching.
  • the glass substrate 2 is for preventing the silicon substrate 3 and the electrode 12 of the piezoelectric substrate 1 from being short-circuited, and further has a glass recess 11 formed thereon.
  • the glass recess 1 1 prevents the vibrator 4 from contacting the glass substrate 2 Is formed. Since the vibrator is formed using silicon anisotropic etching, the cross-sectional shape of the opening 9 is a reverse tapered shape, and the cross-sectional shape of the vibrator 4 is bilaterally symmetrical and reverse-tapered U-shaped. It has become.
  • the amount of deflection can be detected as a voltage change between the piezoelectric thin film 6 and the piezoelectric thin film 7 formed in the groove 5 at ⁇ 0.
  • Fig. 5 is an explanatory diagram of the operation at the time of non-rotation with no angular velocity applied and at the time of rotation with angular velocity applied.
  • the output from the piezoelectric thin film 6 obtained by the combined vibration of the force f and the coriolis F is input to the filter built-in differential amplifier circuit 14 as shown in Fig. 6, and the disturbance component of the sensor Press to extract the voltage value of the Coriolis F.
  • the piezoelectric substrate 1 is vibrated by the oscillation circuit 13, and the oscillation frequency is monitored by the piezoelectric thin film 7 formed on the oscillator 4, and the oscillation frequency is fed back to the oscillation circuit 13 to adjust the frequency.
  • the signal obtained through the differential amplifier circuit 14 with this frequency as a reference is detected by the synchronous detection circuit 15. Further, the detected voltage value is amplified by the DC amplifier circuit 16 and is extracted as a signal by the corerica. As described above, the angular velocity is detected.
  • the grooves 5 are formed by performing anisotropic etching from the front side of the silicon substrate 3, and then the openings 9 are formed by performing anisotropic etching from the back side, whereby the U Make a character structure.
  • the piezoelectric thin film 7 is not always necessary. However, as described in FIG. 6, the provision of the piezoelectric thin film 7 allows the oscillation circuit 13 to feed back the signal from the piezoelectric thin film 7, so that The frequency can be adjusted, and higher sensitivity and higher sensitivity can be achieved.
  • the silicon substrate 3 has a plane orientation of ⁇ 100 ⁇ , when anisotropic etching is performed, as shown in (b), the face of the ⁇ 111 ⁇ silicon crystal plane 17 is reduced as shown in (b). A par slope is formed. Also, the larger the vibrating body mass and the faster the vibrating body speed, the larger Coriolis F is. For this purpose, a weight portion 18 may be formed at the tip of the oscillator 4 as shown in FIG. As a result, the tip of the vibrator 4 becomes heavier, the excitation amplitude becomes larger, and the deflection of the vibrator by the corioliser F increases, so that the voltage generated in the piezoelectric thin film 6 increases and the sensitivity improves.
  • a piezoelectric thin film 23 of ZnO and an upper electrode 24 are sequentially formed by sputtering so as to cover the lower electrode pattern 22.
  • the upper electrode 24 here is formed of the same chromium and gold two-layer thin film as the lower electrode 21.
  • a conductive thin film such as an anode thin film can be used.
  • a gyro sensor that is miniaturized, has high detection sensitivity, and has small variation in sensitivity, and a video camera and a gyro sensor manufacturing method using the gyro sensor.
  • the following can be specifically stated.

Abstract

In a gyro sensor which includes a vibrator formed on the same substrate on which a support portion is formed so that it is supported by the support portion while one of the ends thereof can freely vibrate, and insulating substrate bonded to the back of the substrate and a piezoelectric device bonded to the lower surface of the insulating substrate for vibrating the vibrator in the direction of its thickness by the piezoelectric device, a groove having opposed slopes is disposed on the vibrator, and strain detection means is disposed on the inner side of the opposed slopes of the groove. In this way, the gyro sensor can be made more compact, has a high detection sensitivity and has small variance of sensitivity. A video camera using this gyro sensor is also provided.

Description

明 細 書  Specification
ジャイロセンサ及びそれを用いたビデオカメラ 技術分野  Gyro sensor and video camera using the same
本発明は角速度を検出するジャイ ロセンサ及びそれを用いた機器に関 し, 特に梁状の振動子を振動させて角速度に応じたコ リオリカを検出す る振動式ジャイ ロセンサ及びそれを用いた手ぶれ防止機能付きのビデオ カメラ、 カメラ機器に好適である。  The present invention relates to a gyro sensor for detecting an angular velocity and a device using the same, and in particular, to a vibratory gyro sensor for detecting a corioliser according to an angular velocity by vibrating a beam-shaped vibrator, and a camera shake prevention using the same. It is suitable for video cameras and camera equipment with functions.
背景技術 Background art
マイク ロマシニング技術を応用し小型化及び低価格化した振動式ジャ イロセンサとしては、 例えば特開平 6 - 288774号公報に記載のものが知ら れている。  As a vibration type gyro sensor which is miniaturized and reduced in price by applying a micromachining technology, for example, the one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-288774 is known.
この振動式ジャイ ロセンサは中央に配置された振動子のたわみ量を振 動子と 2つの検出用電極間の静電容量変化で検出する構成となつている。 上記従来技術は、 コ リオ リカの検出方法と して振動子と 2つの電極間の 静電容量変化を読み取るため、 電極部の加工精度、 及び電極間の静電容 量が検出感度に大き く影響する。 また、 センサの感度を上げるためには、 電極間の狭小ギヤ ップを均一にし、 再現性よ く 高い加工精度で加工する 必要がある。 さ らに、 配線周 りの浮遊容量の影響で静電容量変化の割合 が小さ く ならないように電極部の面積を大き く し静電容量を増やさなけ ればならない。  This vibrating gyro sensor is configured to detect the amount of deflection of a vibrator disposed in the center by a change in capacitance between the vibrator and two detection electrodes. In the above prior art, the capacitance change between the vibrator and the two electrodes is read as a method of detecting the corridor, so the processing accuracy of the electrode part and the capacitance between the electrodes greatly affect the detection sensitivity. I do. Also, in order to increase the sensitivity of the sensor, it is necessary to make the narrow gap between the electrodes uniform and to process with high reproducibility and high processing accuracy. Furthermore, the capacitance of the electrode must be increased by increasing the area of the electrode so that the rate of change in capacitance does not decrease due to the effect of stray capacitance around the wiring.
さ らに、 電極部を形成するにはシ リ コ ンを貫通エッチングしなければ ならないが、 シ リ コ ンの異方性エッチングを用いてもギヤ ップ間隔を 5 m以下という微小間隔をウェハ面内で均一、 かつ再現性よ く 形成する ことは困難である。  In addition, silicon must be etched through to form the electrodes, but even if anisotropic silicon etching is used, a small gap of 5 m or less can be achieved. It is difficult to form them uniformly in a plane with good reproducibility.
- さ らに、 電極部の面積を大き くするには振動子を長細い構造にしなけ ればならず、 このこ とは振動子の共振周波数が低下して検出感度が低下 することになる。 -Furthermore, in order to increase the area of the electrode part, the vibrator must have a long and narrow structure, which lowers the resonance frequency of the vibrator and lowers the detection sensitivity. Will do.
本発明の目的は上記従来技術の課題を解決し、 小型化され、 検出感度 が高く 、 感度のバラツキが小さいジャイ ロセンサ及びそれを用いたビデ ォカメラ並びにジャィ口センサの製造方法を提供することを目的とする。 発明の開示  An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a gyro sensor that is miniaturized, has high detection sensitivity, and has small variation in sensitivity, a video camera using the gyro sensor, and a method of manufacturing a gyro sensor. And Disclosure of the invention
本発明は、 一端が支持部に振動自在な状態で支持されるように支持部 と同一の基板に形成された振動子と基板の裏面に接合された絶縁基板と 絶縁基板の下面に接合され圧電素子とを有し、 圧電素子で振動子をその 厚さ方向に振動させるジャイ ロセンサにおいて、 振動子に設けられた斜 面を有する溝と、 溝の斜面に歪検出手段を設けたものである。  According to the present invention, there is provided a vibrator formed on the same substrate as the supporting part such that one end is supported by the supporting part in a vibrating manner, an insulating substrate bonded to a back surface of the substrate, and a piezoelectric member bonded to a lower surface of the insulating substrate. A gyro sensor having an element and a vibrator vibrating in a thickness direction by a piezoelectric element, wherein a groove having a slope provided on the vibrator, and a strain detecting means provided on the slope of the groove.
これにより、 振動子は基板を異方性ェツチングなどによ り容易に形成 が可能であり、 振動子のたわみ量は振動子に設けられた溝の斜面に歪検 出手段を介して検出できるので、 それぞれの歪検出手段の差動出力電圧 を取るこ とによ り大きな出力電圧が得られる。 そして、 ジャイ ロセンサ の厚みを薄く して全体を小型化できる。  As a result, the vibrator can easily form the substrate by anisotropic etching or the like, and the amount of deflection of the vibrator can be detected on the slope of the groove provided in the vibrator through the strain detecting means. However, a large output voltage can be obtained by taking the differential output voltage of each distortion detecting means. In addition, the thickness of the gyro sensor can be reduced to reduce the overall size.
また、 本発明は、 一端が支持部に振動自在な状態で支持されるよう に 支持部と同一の基板に形成された振動子と前記基板の裏面に接合された 絶縁基板と前記絶縁基板の下面に接合され圧電素子とを有し、 前記圧電 素子で前記振動子をその厚さ方向に振動させるジャイロセンサにおいて、 前記基板をシ リ コ ン基板と し、 エッチングによって前記基板に貫通部が 設けられることによ り形成された前記振動子と、 前記シ リ コン基板の表 面に異方性ェッチングによつて斜面が形成された前記振動子に設けられ た溝と、 前記溝の前記斜面に電着レジス トを用いて形成された歪検出手 段とを備えたものである。  Also, the present invention provides a vibrator formed on the same substrate as the supporting portion so that one end is supported by the supporting portion in a vibrating state, an insulating substrate joined to a back surface of the substrate, and a lower surface of the insulating substrate. A gyro sensor that has a piezoelectric element joined to the piezoelectric element, and the vibrator vibrates in the thickness direction with the piezoelectric element, wherein the substrate is a silicon substrate, and a through portion is provided in the substrate by etching. A groove provided in the vibrator having a slope formed by anisotropic etching on the surface of the silicon substrate; and a voltage on the slope of the groove. And a distortion detecting means formed by using a depositing resist.
さ らに、 本発明は、 圧電素子で振動子をその厚さ方向に振動させる ジャイロセンサが搭載されたビデオカメ ラにおいて、 ビデオカメ ラの レ ンズ部に固定されたシリ コン基板と、 シ リ コン基板をエッチングして貫 通部が設けられることにより形成された振動子と、 振動子に異方性エツ チングによって対向斜面が形成された溝と、 溝の前記対向斜面の内側に 電着レジス トを用いて形成された歪検出手段と、 シ リ コ ン基板に設けら れ歪検出手段に生じる電圧を検出する薄膜電極とを備えたものである。 これにより、 ジャイ ロセンサの厚みを薄く できるので、 ビデオカメ ラ 全体と して小型化できるとともに、 ジャイ ロセンサのビデオカメ ラへの 布線処理など実装を容易とすることができる。 Further, the present invention relates to a video camera equipped with a gyro sensor for vibrating a vibrator in a thickness direction by a piezoelectric element. A silicon substrate fixed to the lens portion, a vibrator formed by etching the silicon substrate to provide a penetrating portion, and a groove having an opposing slope formed on the vibrator by anisotropic etching. A strain detecting means formed by using an electrodeposition resist inside the opposed slope of the groove, and a thin film electrode provided on the silicon substrate and detecting a voltage generated in the strain detecting means. It is. As a result, the thickness of the gyro sensor can be reduced, so that the entire video camera can be reduced in size, and mounting of the gyro sensor on the video camera, such as wiring, can be facilitated.
さ らに、 本発明は振動自在な状態で支持されるように支持部と同一の 基板に形成された振動子と前記基板の裏面に接合された絶縁基板と前記 絶縁基板の下面に接合され圧電素子とを有し、 前記圧電素子で前記振動 子をその厚さ方向に振動させる ジャイ ロセンサの製造方法において、 前 記基板をエッチングして貫通部を設け前記振動子を形成する工程と、 形 成された前記振動子に異方性エッチングによって対向斜面を有する溝を 形成する工程と、 前記対向斜面の内側に電着レジス トを塗布する工程と、 塗布された前記電着レジス トを用いて前記対向斜面の内側に歪検出手段 を形成する工程とを備えて歪検出手段を形成するものである。  Further, the present invention provides a vibrator formed on the same substrate as the supporting portion so as to be supported in a vibrating state, an insulating substrate bonded to the back surface of the substrate, and a piezoelectric device bonded to the lower surface of the insulating substrate. A method of manufacturing a gyro sensor, wherein the vibrator is vibrated in the thickness direction by the piezoelectric element. A step of etching the substrate to provide a penetrating portion to form the vibrator; Forming a groove having a facing slope on the formed vibrator by anisotropic etching, applying an electrodeposition resist inside the facing slope, and using the applied electrodeposition resist to form a groove. Forming the strain detecting means inside the opposed slope.
これにより、 ジャイ ロセンサの製造方法を容易にし、 精度が高く 量産 に適したものとすることができる。  Thus, the method for manufacturing the gyro sensor can be simplified, and the gyro sensor can be made highly accurate and suitable for mass production.
図面の餹単な説明 Brief description of the drawings
第 1 図は、 本願発明の一実施例におけるジャイ ロセンサを示す斜視図で ある。 FIG. 1 is a perspective view showing a gyro sensor according to an embodiment of the present invention.
第 2図は、 第 1 図のジャイ ロセンサを各基板ごとに分離した時の外観を 示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing the appearance when the gyro sensor of FIG. 1 is separated for each substrate.
第 3図は、 第 1 図の A A '断面を模式的に示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an AA ′ cross section of FIG.
第 4図は、 第 1 図の B - B '断面を模式的に示す断面図である。 第 5図は、 本願発明の一実施例のコ リオリカの検出方法を説明するため の断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a BB ′ cross section of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a method for detecting koorioka according to one embodiment of the present invention.
第 6図は、 本願発明の一実施例の回路構成を示すプロック図である。 第 7図は、 本願発明の他の実施例を示す振動子の断面図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of one embodiment of the present invention. FIG. 7 is a sectional view of a vibrator showing another embodiment of the present invention.
第 8図は、 本願発明の一実施例の振動子の形成された基板を示す平面図 である。 FIG. 8 is a plan view showing a substrate on which a vibrator according to one embodiment of the present invention is formed.
第 9図は、 本願発明の他の実施例の振動子の形成された基板を示す平面 図である。 FIG. 9 is a plan view showing a substrate on which a vibrator according to another embodiment of the present invention is formed.
第 1 0図は、 本願発明の一実施例の製造方法を示す断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
第 1 1 図は、 本願発明の他の実施例を示すジャイ ロセンサの斜視図であ る。 FIG. 11 is a perspective view of a gyro sensor showing another embodiment of the present invention.
第 1 2図は、 従来のジャイロセンサを示す斜視図である。 FIG. 12 is a perspective view showing a conventional gyro sensor.
第 1 3図は、 本願発明の一実施例のセンサを実装している ビデオカメ ラ の外観を示す斜視図である。 FIG. 13 is a perspective view showing the appearance of a video camera on which the sensor according to one embodiment of the present invention is mounted.
第 1 4図は、 本願発明の一実施例による レンズ部の外観を模式的に示す 斜視図である。 FIG. 14 is a perspective view schematically showing an appearance of a lens unit according to one embodiment of the present invention.
第 1 5図は、 本願発明の一実施例によるジャイ ロセンサの搭載基板を示 す平面図である。 FIG. 15 is a plan view showing a mounting board of a gyro sensor according to one embodiment of the present invention.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
ビデオカメ ラ等に利用される振動式のジャイ ロセンサは、 センサ自身 の高さを低く 、 センサの占有面積を小さ くする必要がある。 また、 手ぶ れ防止用には 2軸の角速度を検出しなければならずセンサも 2個 _必要と なる。  The vibration type gyro sensor used for a video camera or the like needs to reduce the height of the sensor itself and the area occupied by the sensor. In order to prevent camera shake, two axes of angular velocity must be detected, and two sensors are required.
以下、 図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。 第 1 図は —実施例におけるジャイ ロセンサの外観を示す斜視図、 第 2図は第 1 図 のジャイ ロセンサを各基板ごとに分離した時の外観を示す斜視図、 第 3 図は第 1 図の A - A '断面を模式的に示す断面図、 第 4図は第 1 図の B - B '断 面を模式的に示す断面図、 第 5図は一実施例のコ リオリカの検出方法を 説明するための断面図、 第 6図は一実施例の回路構成を示すブロ ック図、 第 7図は、 他の実施例を示す振動子の断面図、 第 8図は一実施例の振動 子の形成された基板を示す平面図、 第 9 図は他の実施例の振動子の形成 された基板を示す平面図、 第 1 0図は一実施例の製造方法を示す断面図、 第 1 1 図は他の実施例を示す斜視図、 第 1 2図は従来例を示す斜視図、 第 1 3図は、 一実施例のセンサを 2個実装している ビデオカメ ラの一部 分をカ ツ 卜 したカツ トモデルの外観を示す斜視図、 第 1 4図は一実施例 による レンズ部の外観を模式的に示す斜視図、 第 1 5図は一実施例によ る搭載基板の平面図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the gyro sensor according to the embodiment, FIG. 2 is a perspective view showing the appearance when the gyro sensor of FIG. 1 is separated for each substrate, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along line AA ′ of FIG. 1, FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along line BB ′ of FIG. 1, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method for detecting a liolika, FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of one embodiment, FIG. 7 is a cross-sectional view of a vibrator showing another embodiment, and FIG. FIG. 9 is a plan view showing a substrate on which a vibrator of one embodiment is formed, FIG. 9 is a plan view showing a substrate on which a vibrator of another embodiment is formed, and FIG. 10 is a manufacturing method of one embodiment. Sectional view, FIG. 11 is a perspective view showing another embodiment, FIG. 12 is a perspective view showing a conventional example, and FIG. 13 is a video camera on which two sensors of one embodiment are mounted. FIG. 14 is a perspective view schematically showing the appearance of a lens unit according to one embodiment, and FIG. 15 is a perspective view schematically showing the appearance of a lens unit according to one embodiment. Mounting board It is a plan view.
第 1 3図において、 1 3 1 はビデオテープ装着部でその他力メ ラ部 1 3 2、 音声入力部 1 3 3、 フ ァイ ンダ一部 1 3 4から構成されている。 図はカメ ラ部 1 3 2 を一部カ ツ ト して示しており、 レンズ部 1 3 5 と ジャイ ロセンサ搭載基板 1 3 6が配置されている。  In FIG. 13, reference numeral 131 denotes a video tape mounting section, which is composed of a power camera section 132, an audio input section 133, and a part of a finder 134. In the figure, the camera part 132 is partially cut, and the lens part 135 and the gyro sensor mounting board 136 are arranged.
第 1 4図において、 ジャイ ロセンサ搭載基板 1 3 6上に、 水平方向手 ぶれ検出用のジャイ ロセンサ 1 4 1 と垂直方向手ぶれ検出用のジャイ ロ センサ 1 4 2が実装されている。 搭載基板 1 3 6はネジ止め等によ り レ ンズ部 1 3 5に固定され一体となつている。  In FIG. 14, on a gyro sensor mounting board 1 36, a gyro sensor 14 1 for detecting horizontal shake and a gyro sensor 14 2 for detecting vertical shake are mounted. The mounting substrate 135 is fixed to the lens portion 135 by screwing or the like to be integrated.
レンズ部 1 3 5が水平方向及び垂直方向に動いたときに搭載基板 1 3 6 も同時に動く ので、 各方向の角加速度はセンサ 1 4 1、 1 4 2 によつ て検出される。  When the lens section 135 moves in the horizontal and vertical directions, the mounting board 135 also moves at the same time, and the angular acceleration in each direction is detected by the sensors 141 and 142.
第 1 5図において、 センサ 1 4 1、 1 4 2はレンズ外径位置 1 5 1 の レンズ光軸 1 5 2にできるだけ近い位置に配置することが感度、 精度等 の点から望ま しい。 ただし、 センサ 1 4 1 とセンサ 1 4 2 は共に振動式 のジャイ ロセンサなので、 その共振周波数を互いに共振しないよう に 5 0 0 H z程度ずらしてある。 In FIG. 15, it is desirable from the viewpoints of sensitivity, accuracy, and the like, that the sensors 14 1 and 14 2 be arranged as close as possible to the lens optical axis 15 2 at the lens outer diameter position 15 1. However, since the sensors 14 1 and 14 2 are both vibratory gyro sensors, the resonance frequencies of the sensors should not be resonated with each other. It is shifted about 0 0 Hz.
第 1 図でパッケージ部や増幅回路部は省略してある。 ジャイ ロセンサ は、 圧電素子であるバルクの圧電基板 1 、 絶縁基板である絶縁用ガラス 基板 2、 振動子を形成するシ リ コン基板 3の 3種類の基板から構成され ており、 それぞれが接合されている。 ジャイ ロセンサの大きさは約 4 X 1 4 mmで厚みは約 2 mmである。  In FIG. 1, the package section and the amplifier circuit section are omitted. The gyro sensor is composed of three types of substrates, a bulk piezoelectric substrate 1 that is a piezoelectric element, an insulating glass substrate 2 that is an insulating substrate, and a silicon substrate 3 that forms a vibrator. I have. The size of the gyro sensor is about 4 x 14 mm and the thickness is about 2 mm.
シ リ コ ン基板 3の面方位は { 1 0 0 } であり、 シ リ コ ンの異方性エツ チングによ り シ リ コン開口部 9つま り貫通部を形成し、 片持ち梁となつ た振動子 4 に異方性エッチングによる対向斜面を有する溝 5が設けられ ている。  The plane orientation of the silicon substrate 3 is {100}, and anisotropic etching of the silicon forms nine or more silicon openings to form a penetrating part, forming a cantilever. The vibrator 4 is provided with a groove 5 having a facing slope formed by anisotropic etching.
シ リ コンの異方性ェッチングは、 水酸化力 リ ゥム水溶液 ( K 0 H ) や テ トラメチノレアンモニゥムハイ ドロォキサイ ト ( T M A H ) 等のアル力 リ系エッチング液を用いて行われる。  The anisotropic etching of silicon is performed using an alcohol-based etchant such as an aqueous solution of hydroxylated water (K0H) or tetramethylaminoammonium hydroxide (TMAH).
また、 溝 5の溝の対向斜面の内側面及び底面にそれぞれ、 歪検出手段 と して検出用 Z n 0からなる圧電薄膜 6、 帰還用の圧電薄膜 7が形成さ れている。 これらの圧電薄膜に生じた電圧を検出するため薄膜電極 8 と 共通の電極と して G N D電極 1 0が両圧電薄膜を挟み込むよう に積層パ ターニングされている。  Also, a piezoelectric thin film 6 made of Zn 0 for detection and a piezoelectric thin film 7 for feedback are formed as strain detecting means on the inner side surface and the bottom surface of the groove 5 facing the slope. In order to detect the voltage generated on these piezoelectric thin films, a GND electrode 10 is laminated as a common electrode with the thin film electrode 8 so as to sandwich both piezoelectric thin films.
圧電基板 1 には、 X方向に伸縮振動させるための圧電基板 ドライブ用 薄膜電極 1 2が両面に形成されている。 この電極にある周波数の電圧を 印加するとその周波数で圧電基板 1 が振動し、 シ リ コ ン基板 3 に形成さ れた振動子 4が X方向に励振される。  On the piezoelectric substrate 1, thin film electrodes 12 for driving a piezoelectric substrate for extending and contracting vibration in the X direction are formed on both sides. When a voltage of a certain frequency is applied to this electrode, the piezoelectric substrate 1 vibrates at that frequency, and the vibrator 4 formed on the silicon substrate 3 is excited in the X direction.
また、 ガラ ス基板 2 はシ リ コ ン基板 3 と圧電基板 1 の電極 1 2 が ショー ト しないようにするためのものであり、 さ らにガラス凹部 1 1 が 形成されている。  The glass substrate 2 is for preventing the silicon substrate 3 and the electrode 12 of the piezoelectric substrate 1 from being short-circuited, and further has a glass recess 11 formed thereon.
ガラス凹部 1 1 は振動子 4がガラス基板 2 と接触するこ とがないよう に形成されている。 シ リ コンの異方性エッチングを利用 して振動子を形 成するので、 開口部 9の断面形状は逆テーパの形状で、 振動子 4の断面 形状は左右対称で逆テーパの U字型形状となつている。 The glass recess 1 1 prevents the vibrator 4 from contacting the glass substrate 2 Is formed. Since the vibrator is formed using silicon anisotropic etching, the cross-sectional shape of the opening 9 is a reverse tapered shape, and the cross-sectional shape of the vibrator 4 is bilaterally symmetrical and reverse-tapered U-shaped. It has become.
振動子の断面寸法は、 略 a : 35 0 β m . b : 2 00〃m、 c : 9 0 0 m , d : 1 30 0 mであり、 振動子 4の溝 5の向かい合う対向斜面に圧電薄膜 6が形 成され、 溝 5の底面に帰還用の圧電薄膜 7が設けられ、 圧電薄膜 6、 7 は互いにつながることなくパターニングされている。  The cross-sectional dimensions of the vibrator are approximately a: 350 βm. B: 200 m, c: 900 m, d: 130 m. Piezoelectric is applied to the opposing slope facing the groove 5 of the vibrator 4. A thin film 6 is formed, and a piezoelectric thin film 7 for feedback is provided on the bottom of the groove 5, and the piezoelectric thin films 6, 7 are patterned without being connected to each other.
次に第 5、 6図によって、 振動式ジャイ ロセンサの角速度センシング 方法を説明する。 圧電基板 1 によって質量 mの振動子 4が X方向に速度 Vで振動している時に Z軸回りに角速度 ωが加わった場合、 角速度に応 じたコ リオリカ F ( = 2 m V ω ) が発生する。 コ リオリカは Υ方向に加 わるので、 振動子 4 は Υ方向にたわみ、 X方向と Υ方向の合成振動にな る。  Next, the method of sensing the angular velocity of the vibrating gyro sensor will be described with reference to Figs. When the vibrator 4 with mass m vibrates at a velocity V in the X direction due to the piezoelectric substrate 1 and an angular velocity ω is applied around the Z axis, a corerica F (= 2 mVω) corresponding to the angular velocity is generated. I do. Since the coriolis is applied in the Υ direction, the vibrator 4 bends in the Υ direction, resulting in a combined vibration in the X and Υ directions.
このたわみ量は溝 5 に Ζ η 0で形成された圧電薄膜 6 と圧電薄膜 7の 電圧変化として検出できる。  The amount of deflection can be detected as a voltage change between the piezoelectric thin film 6 and the piezoelectric thin film 7 formed in the groove 5 at Ζη 0.
第 5図は角速度が加わっていない無回転時と角速度が加わった回転時 の動作説明図であり、 速度 ν、 力 f で X方向に振動子 4 が振動している とき、 振動子 4 は X方向にたわみ振動する。 よって、 2つの圧電薄膜 6 には f による歪みが励振方向と同じ方向に生じる。  Fig. 5 is an explanatory diagram of the operation at the time of non-rotation with no angular velocity applied and at the time of rotation with angular velocity applied.When the vibrator 4 is vibrating in the X direction at speed ν and force f, It bends and vibrates in the direction. Therefore, distortion due to f occurs in the two piezoelectric thin films 6 in the same direction as the excitation direction.
圧電薄膜 6の膜厚方向に力 f の分解成分が加えられたとき、 圧電薄膜 に発生した出力電圧値を A 1 とする。 次に角速度が Z軸回りに加わって コ リ オリカ Fが図の方向に加わえられた時 (回転時) 、 振動子 4 は f と Fの合力方向に振動する。 そ して、 コ リ オリカ Fによって生じた電圧値 を A 2 とする。 よって、 圧電薄膜 6の膜厚方向に合力の分解成分が加え られることで、 各検出用圧電薄膜 6 に発生する出力電圧値は、 それぞれ A 1 — A 2、 A 1 + A 2 となる。 これらの差動出力電圧値の絶対値は 2 A 2 となり、 コ リオリカ Fによ りそれぞれの圧電薄膜に生じる電圧の 2 倍の出力電圧値を得ることができる。 The output voltage value generated in the piezoelectric thin film when a decomposition component of the force f is applied in the thickness direction of the piezoelectric thin film 6 is defined as A 1. Next, when angular velocity F is applied in the direction shown in the figure by applying angular velocity about the Z axis (during rotation), the vibrator 4 vibrates in the direction of the resultant force of f and F. The voltage value generated by the core F is assumed to be A 2. Therefore, when a decomposition component of the resultant force is added in the thickness direction of the piezoelectric thin film 6, the output voltage values generated in each of the detecting piezoelectric thin films 6 are A 1 -A 2 and A 1 + A 2, respectively. The absolute value of these differential output voltage values is 2 A 2 is obtained, and the output voltage value twice as high as the voltage generated in each piezoelectric thin film by the corerica F can be obtained.
力 f とコ リオリカ F との合成振動によつて得られた圧電薄膜 6からの 出力は、 第 6図に示すようにフ ィルタ内蔵の差動増幅回路 1 4 に入力さ れ、 センサの外乱成分を力 ッ 卜 してコ リオ リカ Fによる電圧値を取り出 す。 そして、 同時に発振回路 1 3で圧電基板 1 を振動させると共に、 振 動子 4に形成された圧電薄膜 7 によって振動周波数をモニタ し発振回路 1 3へとフィ ー ドバック し周波数を調整する。 この周波数を基準と して 差動増幅回路 1 4を経て得られた信号を同期検波回路 1 5 によって検波 する。 さ らに、 検波された電圧値を直流増幅回路 1 6によって増幅しコ リオリカによる信号と して取り出す。 以上によって、 角速度の検出が行 われる。  The output from the piezoelectric thin film 6 obtained by the combined vibration of the force f and the coriolis F is input to the filter built-in differential amplifier circuit 14 as shown in Fig. 6, and the disturbance component of the sensor Press to extract the voltage value of the Coriolis F. At the same time, the piezoelectric substrate 1 is vibrated by the oscillation circuit 13, and the oscillation frequency is monitored by the piezoelectric thin film 7 formed on the oscillator 4, and the oscillation frequency is fed back to the oscillation circuit 13 to adjust the frequency. The signal obtained through the differential amplifier circuit 14 with this frequency as a reference is detected by the synchronous detection circuit 15. Further, the detected voltage value is amplified by the DC amplifier circuit 16 and is extracted as a signal by the corerica. As described above, the angular velocity is detected.
次に振動子 4の断面構造の他の実施例について第 7図で説明する。 一 実施例で説明した ( a ) に対してシ リ コ ンの異方性エツチングを用いれ ば ( b ) 、 ( c ) 、 ( d ) のようにもできる。  Next, another embodiment of the cross-sectional structure of the vibrator 4 will be described with reference to FIG. If silicon anisotropic etching is used for (a) described in one embodiment, (b), (c) and (d) can be obtained.
( a ) の場合、 シ リ コ ン基板 3の表側から異方性エッチングを行い溝 5を形成し、 その後裏面から異方性エッチングを行い開口部 9を形成す ることで振動子 4の U字型構造を作る。  In the case of (a), the grooves 5 are formed by performing anisotropic etching from the front side of the silicon substrate 3, and then the openings 9 are formed by performing anisotropic etching from the back side, whereby the U Make a character structure.
( b ) の場合、 表側から異方性エッチングを行い溝 5を形成するとき に、 予め貫通させる部分をある程度エッチングしておき、 その後裏面か ら異方性エッチングを行い貫通させるこ とで、 振動子 4 を形成するこ と ができる。 このときの裏面からのエッチング量は ( a ) の場合に比べ少 なく できる。  In the case of (b), when forming the groove 5 by performing anisotropic etching from the front side, a portion to be penetrated is etched to some extent in advance, and then anisotropic etching is performed from the back surface to penetrate, thereby obtaining vibration. A child 4 can be formed. At this time, the amount of etching from the back surface can be made smaller than in the case of (a).
( a ) 、 ( b ) において、 圧電薄膜 7 は必ずしも必要ではない。 しか し、 第 6図において説明したように圧電薄膜 7を設けたほうが発振回路 1 3 に圧電薄膜 7 による信号をフィ ー ドバックすることができるので、 周波数を調整するこ とが可能となり、 よ り高精度で高感度とすることが できる。 In (a) and (b), the piezoelectric thin film 7 is not always necessary. However, as described in FIG. 6, the provision of the piezoelectric thin film 7 allows the oscillation circuit 13 to feed back the signal from the piezoelectric thin film 7, so that The frequency can be adjusted, and higher sensitivity and higher sensitivity can be achieved.
次に ( c ) の場合は振動子 4の断面構造を V字型にしたものであり、 圧電薄膜 7は形成せず簡略化を図っている。  Next, in the case (c), the cross-sectional structure of the vibrator 4 is V-shaped, and the piezoelectric thin film 7 is not formed to simplify the structure.
( d ) は ( a ) のタイ プを拡張 した もので、 溝 5を 2つ形成し、 (d) is an extension of the type of (a), where two grooves 5 are formed,
( a ) に比べ検出感度を上げることが可能である。 It is possible to increase the detection sensitivity as compared with (a).
第 8図、 第 9図は振動子 4の他の実施例である。 振動子 4の断面形状 が第 7図の ( a ) の場合、 シ リ コ ン基板 3の表裏面の形状を第 8図に示 す。 第 8図の ( a ) はシ リ コ ン基板 3の表面形状を示し、 ( b ) はシ リ コン基板 3の裏面形状を示している。  8 and 9 show another embodiment of the vibrator 4. FIG. In the case where the cross-sectional shape of the vibrator 4 is (a) in FIG. 7, the shapes of the front and back surfaces of the silicon substrate 3 are shown in FIG. 8 (a) shows the front surface shape of the silicon substrate 3, and FIG. 8 (b) shows the rear surface shape of the silicon substrate 3.
シ リ コ ン基板 3は面方位が { 1 0 0 } であるので、 異方性ェッチング を行う と、 ( b ) に示すよう に { 1 1 1 } シ リ コ ン結晶面 1 7のテ一 パー斜面が形成される。 また、 振動体の質量が大きいほど、 振動体の 速度が速いほどコ リオリカ Fが大きい。 そのためには第 9図のように振 動子 4の先端に重り部分 1 8を形成しても良い。 これによ り、 振動子 4 の先端が重く なるので、 励振振幅が大き く 取れコ リオリカ Fによる振動 子のたわみも増加するので圧電薄膜 6において発生する電圧が大き く な り感度が向上する。  Since the silicon substrate 3 has a plane orientation of {100}, when anisotropic etching is performed, as shown in (b), the face of the {111} silicon crystal plane 17 is reduced as shown in (b). A par slope is formed. Also, the larger the vibrating body mass and the faster the vibrating body speed, the larger Coriolis F is. For this purpose, a weight portion 18 may be formed at the tip of the oscillator 4 as shown in FIG. As a result, the tip of the vibrator 4 becomes heavier, the excitation amplitude becomes larger, and the deflection of the vibrator by the corioliser F increases, so that the voltage generated in the piezoelectric thin film 6 increases and the sensitivity improves.
次に圧電薄膜 6、 圧電薄膜 7が形成された振動子 4の製造プロセスを 第 1 0図で ( a ) 〜 ( g ) 順に説明する。  Next, the manufacturing process of the vibrator 4 on which the piezoelectric thin film 6 and the piezoelectric thin film 7 are formed will be described in order of (a) to (g) with reference to FIG.
( a ) : 面方位 { 1 0 0 } のシリ コン基板 3の表面に異方性エツチン グで溝 5を形成する。 異方性ェッチングは、 アル力 リ系エッチヤ ン ト、 例えば水酸化カ リ ウム水溶液 ( K 0 H ) ゃテ トラメチルアンモニゥムハ ィ ドロォキサイ ト (TMA H) を用いて行う。 次に熱酸化を行いシ リ コ ン基板 3に S i 02膜 1 9を形成する。 さ らに表側の S i 02膜をパター ニングし S i 02パターン 2 0を形成する。 ( b ) : 蒸着法またはスパッタ法によ り、 ク ロム、 金の 2層薄膜で形 成された下層電極 2 1 をシ リ コ ン基板 3の表側に成膜する。 (a): A groove 5 is formed on the surface of a silicon substrate 3 having a plane orientation of {100} by anisotropic etching. The anisotropic etching is performed using an alkaline etchant, for example, an aqueous solution of potassium hydroxide (K 0 H) / tetramethylammonium hydroxide (TMAH). Next, thermal oxidation is performed to form a SiO 2 film 19 on the silicon substrate 3. The front side of the S i 0 2 film pattern training to form the S i 0 2 pattern 2 0 is found. (b): A lower electrode 21 formed of a two-layer thin film of chromium and gold is formed on the front side of the silicon substrate 3 by vapor deposition or sputtering.
( c ) : 次に電気泳動によつてコーティ ングされる電着感光性レジス トを用い、 基板にレジス トを塗布する。 さ らに、 ホ ト リ ソプロセスを経 て下層電極 2 1 をパターニングし、 下層電極パターン 2 2を得る。  (c): Next, a resist is applied to the substrate using an electro-deposited photosensitive resist coated by electrophoresis. Further, the lower electrode 21 is patterned through a photolithography process to obtain a lower electrode pattern 22.
( d ) : 下層電極パタ一ン 2 2を覆う ようにスパッタ法によ り Z n O の圧電薄膜 2 3、 上層電極 2 4 を順次成膜する。 こ こでの上層電極 2 4 は下層電極 2 1 と同じク ロム、 金の 2層薄膜で形成される。 その他、 ァ ノレミニゥム薄膜等の導電性の薄膜を使用することもできる。  (d): A piezoelectric thin film 23 of ZnO and an upper electrode 24 are sequentially formed by sputtering so as to cover the lower electrode pattern 22. The upper electrode 24 here is formed of the same chromium and gold two-layer thin film as the lower electrode 21. In addition, a conductive thin film such as an anode thin film can be used.
( e ) : 電着 (感光性) レジス トを用い、 基板表面にレジス トを塗布 する。 その後同様にホ ト リ ソプロセスを経て上層電極薄膜 2 4、 Z n O 薄膜 2 3をパタ一ニングし、 上層電極パタ一ン 2 6、 Z n 0薄膜パタ一 ン 2 5を得る。 Z n 0薄膜パタ一ン 2 5、 上層電極パター ン 2 6は異方 性エッチング溝 5の斜面に形成される。  (e): Using an electrodeposition (photosensitive) resist, apply the resist on the substrate surface. Thereafter, the upper electrode thin film 24 and the ZnO thin film 23 are similarly patterned through a photolithography process to obtain an upper electrode pattern 26 and a Zn0 thin film pattern 25. The Zn 0 thin film pattern 25 and the upper electrode pattern 26 are formed on the slope of the anisotropic etching groove 5.
工程 ( c ) 、 ( e ) で電着レジス トを用いたのは溝 5力 1 0 0 // mを 越える深溝の場合でも溝 5の側面及び底面をレジス トでカバ一する こ と ができるからである。  In the processes (c) and (e), the electrodeposition resist is used. Even when the groove depth is more than 100 // m, the side and bottom of the groove 5 can be covered with the resist. Because.
( f ) : 裏面の S ί 0 2膜 1 9をパタ一ニングし、 裏面 S i 開口部 2 7 を形成する。 (f): Patterning the SίO 2 film 19 on the back surface to form a back Si opening 27.
( g ) : 基板 3の表面を治具を用いてエツチ ャ ン トが染み込まないよ うにカバ一して、 K 0 Hによる異方性エッチングを裏面から行い貫通部 を形成する。 この際、 先に表面に S i 0 2薄膜を成膜してエッチングを 打つてち い o (g): The front surface of the substrate 3 is covered with a jig so that the etchant does not penetrate, and anisotropic etching by K0H is performed from the back surface to form a penetrating portion. At this time, first, a SiO 2 thin film is formed on the surface and etching is performed.
次に、 他の実施例と して一つの素子で 2軸の角速度を検出するこ とが 可能な振動式ジャイ ロセ ンサを第 1 1 図で説明する。 本実施例では 2軸 の角速度を検出するため 2個配置したジ ャイ ロセンサを一体化するこ と ができ、 より一層小型化に有利である。 Next, as another embodiment, a vibratory gyro sensor capable of detecting angular velocity of two axes with one element will be described with reference to FIG. In this embodiment, two gyroscopes are integrated to detect the angular velocity of two axes. This is advantageous for further miniaturization.
第 1 1 図のものは基本構成は第 1 図と同じであり、 圧電基板 1上に絶 縁用ガラス基板 2を介して振動梁が互いに直角に交わるように 2つ形成 されている。 そして、 一つは Z軸回り角加速度検出用振動子 2 8で他は Y軸回り角加速度検出用振動子 2 9である。 これらの振動子の共振周波 数は互いに干渉しないように前もってずらすように各部の寸法、 位置な どを定める。  11 has the same basic configuration as that of FIG. 1, except that two vibrating beams are formed on a piezoelectric substrate 1 via an insulating glass substrate 2 so as to cross each other at right angles. One is a vibrator 28 for detecting angular acceleration around the Z-axis, and the other is a vibrator 29 for detecting angular acceleration around the Y-axis. The dimensions and position of each part are determined so that the resonance frequencies of these vibrators are shifted in advance so as not to interfere with each other.
また、 それぞれに圧電薄膜 3 0、 3 2、 検出用の Z n 0薄膜 3 1、 3 3が形成され、 Y軸、 Z軸の角速度検出は第 1 図の場合と同様に行なわ れる。  Also, piezoelectric thin films 30 and 32 and Zn0 thin films 31 and 33 for detection are formed respectively, and the angular velocity detection of the Y axis and the Z axis is performed in the same manner as in the case of FIG.
上記の実施例は、 溝の斜面に歪検出手段と して圧電薄膜を形成してい るが、 歪検出手段は圧電薄膜に限る ものではな く、 例えば、 溝の斜面に バルク圧電体を貼付けたものであっても同様の効果が期待できる。  In the above embodiment, the piezoelectric thin film is formed as the strain detecting means on the slope of the groove. However, the strain detecting means is not limited to the piezoelectric thin film.For example, a bulk piezoelectric body is stuck on the slope of the groove. The same effect can be expected even if the material is used.
本発明によれば、 小型化され、 検出感度が高く 、 感度のバラツキが小 さいジャイ ロセンサ及びそれを用いたビデオカメ ラ並びにジャイ ロセン ザの製造方法を得る ことができる。 さ らに、 具体的には以下のことが言 える。  According to the present invention, it is possible to obtain a gyro sensor that is miniaturized, has high detection sensitivity, and has small variation in sensitivity, and a video camera and a gyro sensor manufacturing method using the gyro sensor. In addition, the following can be specifically stated.
( 1 ) マイク ロマシニング技術によって製造が可能であり構成が簡単で 量産性に富んでいる。  (1) It can be manufactured by micromachining technology, has a simple configuration, and is highly productive.
( 2 ) 圧電素子、 絶縁基板、 振動子の基板の 3層による接合基板で構成 されているので、 厚みが薄く 、 センサの占有面積が小さ く 、 小型化及び 複合化が可能であり、 ビデオカメ ラに複数個設置してもスペースを大き く取られることがない。  (2) Since it is composed of a bonding substrate consisting of three layers of a piezoelectric element, an insulating substrate, and a vibrator, the thickness is small, the area occupied by the sensor is small, and miniaturization and integration are possible. There is no need to take up much space even if multiple units are installed on the rack.
( 3 ) 振動子に溝を設け、 その溝の対向する内側面に歪検出手段である 圧電薄膜を設けてあるので、 コス トを押さえる ことができるとともに素 子間の形状ばらつきを押さえることができ、 センサの出力感度のばらつ きを押さえることができる。 (3) Grooves are provided in the vibrator, and the piezoelectric thin film, which is the strain detection means, is provided on the inner surface opposite to the grooves, so that cost can be reduced and variation in shape between elements can be suppressed. Variation in sensor output sensitivity Can be suppressed.
( 4 ) センサ間の出力ばらつきを押さえることができるので、 本センサ をビデオカメ ラ等に実装すれば、 実装後の後工程でセンサ感度を調整す るための補正回路や制御用ソフ トウェアの付加が不必要となる。  (4) Since the output variation between sensors can be suppressed, if this sensor is mounted on a video camera, etc., a correction circuit and control software for adjusting the sensor sensitivity in the post-process after mounting will be added. Is unnecessary.

Claims

讅求の範囲 Scope of request
1 . 一端が支持部に振動自在な状態で支持されるように支持部と同一の 基板に形成された振動子と前記基板の裏面に接合された絶縁基板と前記 絶縁基板の下面に接合され圧電素子とを有し、 前記庄電素子で前記振動 子をその厚さ方向に振動させるジャイ ロセンサにおいて、  1. A vibrator formed on the same substrate as the supporting portion such that one end is supported by the supporting portion in a freely oscillating state, an insulating substrate bonded to the back surface of the substrate, and a piezoelectric device bonded to the lower surface of the insulating substrate. A gyro sensor that includes an element and vibrates the vibrator in the thickness direction by the condensing element.
前記振動子に設けられた斜面を有する溝と、  A groove having a slope provided in the vibrator,
前記溝の斜面に圧電薄膜を設けたことを特徴とするジャイ ロセンサ。  A gyro sensor, wherein a piezoelectric thin film is provided on a slope of the groove.
2 . 一端が支持部に振動自在な状態で支持されるように支持部と同一の 基板に形成された振動子と前記基板の裏面に接合された絶縁基板と前記 絶縁基板の下面に接合され圧電素子とを有し、 前記圧電素子で前記振動 子をその厚さ方向に振動させるジャイロセンサにおいて、 2. A vibrator formed on the same substrate as the supporting portion such that one end is supported by the supporting portion in a freely oscillating state, an insulating substrate bonded to the back surface of the substrate, and a piezoelectric device bonded to the lower surface of the insulating substrate. A gyro sensor having the element and vibrating the vibrator in the thickness direction with the piezoelectric element.
前記基板をシ リ コ ン基板と し、 エツチングによつて前記基板に貫通部 が設けられることにより形成された前記振動子と、  The vibrator formed by providing a through-hole in the substrate by etching, wherein the substrate is a silicon substrate;
前記シ リ コ ン基板の表面に異方性エツチングによつて斜面が形成され た前記振動子に設けられた溝と、  A groove provided in the vibrator having a slope formed by anisotropic etching on a surface of the silicon substrate;
前記溝の前記斜面に電着レジス トを用いて形成された歪検出手段と を備えたことを特徴とするジャイ ロセンサ。  A gyro sensor comprising: strain detecting means formed on the slope of the groove using an electrodeposition resist.
3 . 圧電素子で振動子をその厚さ方向に振動させるジャイ ロセンサが搭 載されたビデオカメラにおいて、  3. In a video camera equipped with a gyro sensor that vibrates the vibrator in the thickness direction with a piezoelectric element,
前記ビデオカメ ラのレンズ部に固定された基板と、  A substrate fixed to a lens portion of the video camera;
前記基板をエッチングして貫通部が設けられるこ とによ り形成された 前記振動子と、  The vibrator formed by etching the substrate to provide a through portion;
前記振動子に異方性エツチングによって対向斜面が形成された溝と、 前記溝の前記対向斜面の内側に電着レジス トを用いて形成された歪検 出手段と、  A groove having an opposing slope formed on the vibrator by anisotropic etching, and a strain detecting means formed using an electrodeposition resist inside the opposing slope of the groove;
前記基板に設けられ前記歪検出手段に生じる電圧を検出する薄膜電極 と A thin-film electrode provided on the substrate for detecting a voltage generated in the strain detecting means; When
を備えたことを特徴とするビデオカメラ。 A video camera comprising:
4 . 振動自在な状態で支持されるように支持部と同一の基板に形成され た振動子と前記基板の裏面に接合された絶縁基板と前記絶縁基板の下面 に接合され圧電素子とを有し、 前記圧電素子で前記振動子をその厚さ方 向に振動させるジャイロセンサの製造方法において、  4. A vibrator formed on the same substrate as the supporting portion so as to be supported in a vibrable state, an insulating substrate bonded to the back surface of the substrate, and a piezoelectric element bonded to the lower surface of the insulating substrate. A method for manufacturing a gyro sensor, in which the vibrator is vibrated in the thickness direction by the piezoelectric element,
前記基板をェッチングして貫通部を設け前記振動子を形成する工程と、 形成された前記振動子に異方性エツチングによって対向斜面を有する溝 を形成する工程と、  Forming the vibrator by providing a penetrating portion by etching the substrate; and forming a groove having a facing slope by anisotropic etching in the formed vibrator;
前記対向斜面の内側に電着レジス トを塗布する工程と、 Applying an electrodeposition resist to the inside of the opposed slope,
塗布された前記電着レジス トを用いて前記対向斜面の内側に歪検出手段 を形成する工程と Forming strain detecting means inside the opposite slope using the applied electrodeposition resist;
を備えたことを特徴とするジャィ口センサの製造方法。 A method for manufacturing a jay mouth sensor, comprising:
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