角速度検出装置
【課題】本発明は、振動子の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくし、ＳＮ比の劣化を抑えて歩留まりを改善することができる角速度検出装置を提供する。
【解決手段】本発明は、音叉型の振動子１００と、振動子１００の腕部を振動方向に駆動する駆動回路２００と、振動子１００に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する検出回路３００とを備える角速度検出装置である。振動子１００は、腕部の振動方向を制御する制御電極１５０，１７０をさらに有し、検出電極１４８，１６８は、腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａと、第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂとを有し、一方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、他方の制御電極に印加し、他方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、一方の腕部の制御電極に印加する。
【解決手段】本発明は、音叉型の振動子１００と、振動子１００の腕部を振動方向に駆動する駆動回路２００と、振動子１００に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する検出回路３００とを備える角速度検出装置である。振動子１００は、腕部の振動方向を制御する制御電極１５０，１７０をさらに有し、検出電極１４８，１６８は、腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａと、第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂとを有し、一方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、他方の制御電極に印加し、他方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、一方の腕部の制御電極に印加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度検出装置に関し、特に、音叉型の振動子を備える角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度検出装置は、ジャイロセンサとも呼ばれ、撮像手段の手振れ検出やカーナビゲーションの方向検出に利用されている。角速度検出装置は、近年さらに需要が様々な分野に拡大すると共に、小型化、高性能化などの要求がなされている。
【０００３】
特許文献１には、角速度の検出を行なう角速度検出装置が開示されている。特許文献１に開示してある角速度検出装置は、振動子の同一投影面の投影面幅方向中心からずれた位置に、個別に駆動電圧を印加される複数の駆動用圧電素子を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１０２０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、角速度検出装置は、振動子の形状が非対称になると、振動子の振動方向以外の方向に不正振動が生じ、検出信号にノイズが含まれることになる。検出信号にノイズが含まれるとＳＮ比が劣化し、角速度検出装置が不良品と判定され歩留まりが低下するという問題があった。
【０００６】
また、振動子の形状が非対称になる原因としては、振動子を製造するプロセスに起因することが多く、たとえば半導体基板からフォトリソグラフィ技術を用いて振動子を形成する場合、半導体基板を深堀エッチングした際のテーパ形状が、１つの原因となる。そして、１つの半導体ウェハから複数の振動子を切出して製造する場合、振動子の形状の非対称は、半導体ウェハの中心部から切出した振動子に比べ、外周から切出した振動子の方が大きくなる。そのため、半導体ウェハの外周から切出した振動子は、中心部から切出した振動子に比べ、検出信号に含まれるノイズが大きくなりＳＮ比が劣化する。
【０００７】
それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、振動子の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくし、ＳＮ比の劣化を抑えて歩留まりを改善することができる角速度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る角速度検出装置は、それぞれの腕部に駆動電極と検出電極とを有する音叉型の振動子と、駆動電極に接続し、振動子の腕部を振動方向に駆動する駆動回路と、検出電極に接続し、振動子に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する検出回路とを備える角速度検出装置であって、振動子は、腕部の振動方向を制御する制御電極をさらに有し、検出電極は、腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部と、第２の検出電極部とを有し、一方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、他方の制御電極に印加し、他方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、一方の腕部の制御電極に印加する。
【０００９】
好ましくは、第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を増幅して、制御電極に印加する増幅回路をさらに備える。
【００１０】
好ましくは、増幅回路は、第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧が予め定めた値以下になるように、制御電極に印加する合成電圧の増幅率を制御する。
【００１１】
好ましくは、制御電極は、腕部の中立面上に形成してある。
好ましくは、制御電極は、腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の制御電極部と、第２の制御電極部とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る角速度検出装置は、一方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、他方の腕部の制御電極に印加し、他方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、一方の腕部の制御電極に印加することで、逆位相となる信号を制御電極に印加することができ、振動子の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくすることができる。そのため、本発明に係る角速度検出装置は、ＳＮ比の劣化を抑えて歩留まりを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す振動子の切断線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図を示す。
【図３】第１検出電極および第２検出電極で検出される電気信号およびノイズ信号を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の別の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の構成を示す平面図である。図１にはＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示す記号が併記されている。なお、Ｘ方向は、振動子１００の幅方向に相当し、Ｙ方向は、振動子１００の長さ方向に相当する。また、Ｚ方向は、振動子１００の高さ方向に対応し、紙面の奥側から手前側に向かう方向である。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る角速度検出装置は、振動子１００の他に、振動子１００を駆動する自励発振回路を含む駆動回路、および振動子１００からの検出出力に基づいて角速度信号を処理する信号処理回路を含む検出回路などを備えるが、説明の便宜上これらの回路は図示していない。また、振動子１００は、音叉型振動子である。
【００１６】
振動子１００は、圧電体１４２が形成されたＴ字状の基部１１０を有する。基部１１０は振動子１００が作り込まれる図示しない半導体基板の一部で固定されている。基部１１０の頂部から第１振動腕１２０と第２振動腕１３０が並行して設けられる。圧電体１４２は、基部１１０だけではなく、第１振動腕１２０、および第２振動腕１３０の一主面を覆って設けられている。第１振動腕１２０と第２振動腕１３０の形状および大きさはほぼ同じである。２つの振動腕は中心線Ｃ１−Ｃ１を境にして互いに線対称になるよう形成されている。
【００１７】
第１振動腕１２０には、電気信号を入力するための第１駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、および電気信号を出力するための第１検出電極１４８が各別に形成される。第２振動腕１３０には、電気信号を入力するための第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および電気信号を出力するための第２検出電極１６８が各別に形成される。なお、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０にモニタ電極を設け、振動子１００の振動状態に応じた電気信号を取出して、該電気信号は図示しない自励発振回路にフィードバックしてもよい。
【００１８】
図１に示した振動子１００は、たとえば幅が６０μｍであり、長さが５００μｍ〜６００μｍである。したがって、長さは幅のほぼ１０倍の大きさである。また、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０の幅は、共に等しくたとえば２４μｍである。
【００１９】
第１駆動電極１４４および第３駆動電極１６４の幅は共に等しく、たとえば２μｍである。第２駆動電極１４６および第４駆動電極１６６の幅は共に等しく、たとえば２μｍである。
【００２０】
第１振動腕１２０に設けられた第１検出電極１４８、および第２振動腕１３０に設けられた第２検出電極１６８の幅は共に等しく、たとえば１６μｍである。また第１駆動電極１４４と第１検出電極１４８との離間距離および、第３駆動電極１６４と第２検出電極１６８との離間距離は共に等しくたとえば１μｍである。また第１検出電極１４８と第２駆動電極１４６との離間距離、および第２検出電極１６８と第４駆動電極１６６との離間距離は共に等しくたとえば１μｍである。
【００２１】
第１検出電極１４８は、第１振動腕１２０の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部１４８ａと、第２の検出電極部１４８ｂとを有している。つまり、第１検出電極１４８は、Ｕ字型形状をしている。同様に、第２検出電極１６８は、第２振動腕１３０の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部１６８ａと、第２の検出電極部１６８ｂとを有している。つまり、第２検出電極１６８は、Ｕ字型形状をしている。
【００２２】
さらに、第１振動腕１２０は、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと、第２の検出電極部１４８ｂとに挟まれ、第１振動腕１２０の中立面上の位置に制御電極１５０を形成してある。制御電極１５０は、第１振動腕１２０の振動方向を制御するための電極である。同様に、第２振動腕１３０は、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと、第２の検出電極部１６８ｂとに挟まれ、第２振動腕１３０の中立面（図示していないが、第１振動腕１２０の中立面と同様の位置にある）上の位置に制御電極１７０を形成してある。制御電極１７０は、第２振動腕１３０の振動方向を制御するための電極である。
【００２３】
図２は、図１に示す振動子１００の切断線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図を示す。図２に示す断面図は、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０の断面図である。第１振動腕１２０および第２振動腕１３０には圧電体１４２が形成される。圧電体１４２の厚みはたとえば１．０μｍである。第１振動腕１２０における圧電体１４２の第１主面には、紙面左側からみて第１駆動電極１４４、第１の検出電極部１４８ａ、制御電極１５０、第２の検出電極部１４８ｂ、および第２駆動電極１４６がこの順序で所定の間隔を保って形成される。同様に、第２振動腕１３０における圧電体１４２の第１主面には、紙面右側からみて第３駆動電極１６４、第１の検出電極部１６８ａ、制御電極１７０、第２の検出電極部１６８ｂ、および第４駆動電極１６６がこの順序で所定の間隔を保って形成される。これらの各電極の厚みは共に等しい。なお、図示していないが、これらの各電極上にはシリコン酸化物、たとえば二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）からなる堆積膜を形成してもよい。
【００２４】
図示していないが、圧電体１４２の第２主面には下部電極、半導体基板がこの順序で形成されている。下部電極、圧電体１４２、および第４駆動電極１６６（第３駆動電極１６４）までの厚みはたとえば約１．４μｍである。なお、圧電体１４２の第１主面に設けられた第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８は共に同じ厚みで形成される。また下部電極の厚みは、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８のそれらと同じ厚みで形成される。なお、第１振動腕１２０に形成される各駆動電極、各検出電極の厚みも第２振動腕１３０側と同じ大きさである。
【００２５】
ここで、下部電極には、たとえば白金（Ｐｔ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜などを用いることが可能であり、上部電極である第１駆動電極１４４（第２駆動電極１４６、第１検出電極１４８、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８）には、たとえば酸化イリジウム（ＩｒＯ２）／イリジウム（Ｉｒ）の積層膜や金（Ａｕ）膜などを用いることが可能である。圧電体１４２は、強誘電体層であり、たとえば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）膜などを用いることが可能である。なお、ＰＺＴ層やＰＬＺＴ層はゾルゲル法等により形成される。
【００２６】
図２に示す圧電体１４２であって、第１駆動電極１４４と下部電極とに挟まれる部分には、第１駆動電極１４４に供給される供給電圧Ｖ１と下部電極に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第１駆動電極１４４と下部電極とに挟まれる部分には電位が（Ｖ１−Ｖ３）である電圧Ｖｓ１が印加されることになる。電圧Ｖｓ１が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ１により圧縮・伸長変形し、第１伸縮運動を行う。
【００２７】
一方、圧電体１４２であって、第２駆動電極１４６と下部電極とに挟まれる部分には、第２駆動電極１４６に供給される供給電圧Ｖ２と下部電極に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第２駆動電極１４６と下部電極とに挟まれる部分には電位が（Ｖ２−Ｖ３）である電圧Ｖｓ２が印加されることになる。したがって電圧Ｖｓ２が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ２により伸長・圧縮変形し、上記第１伸縮運動とは逆位相の第２伸縮運動を行う。
【００２８】
第１伸縮運動および第２伸縮運動により振動子１００の第１振動腕１２０（第２振動腕１３０）はＸ方向に互いに離間および互いに接近する方向、すなわち、横方向の横振動を行う。振動子１００の形状が対称に形成されている場合、図２（ａ）に示す振動子１００のように、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０が正常な振動方向に振動することになる。しかし、振動子１００の形状がわずかに非対称に形成されている場合、図２（ｂ）に示す振動子１００のように、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０が正常な振動方向と異なり、不正振動を含む振動方向に振動することになる。
【００２９】
正常な振動方向に振動する場合、第１検出電極１４８は、図２（ａ）に示すように第１の検出電極部１４８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１４８ｂに生成される電荷量とが常に等しく逆極性となる。同様に、第２検出電極１６８は、図２（ａ）に示すように第１の検出電極部１６８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１６８ｂに生成される電荷量とが常に等しく逆極性となる。たとえば、第１の検出電極部１４８ａに３つの負電荷が生成されると、第２の検出電極部１４８ｂに３つの正電荷が生成され、第１振動腕１２０と逆位相となる第２振動腕１３０第１の検出電極部１６８ａに３つの負電荷が生成され、第２の検出電極部１６８ｂに３つの正電荷が生成される。
【００３０】
しかし、不正振動を含む振動方向に振動する場合、第１検出電極１４８は、図２（ｂ）に示すように第１の検出電極部１４８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１４８ｂに生成される電荷量とが等しくなく逆極性となる。同様に、第２検出電極１６８は、図２（ｂ）に示すように第１の検出電極部１６８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１６８ｂに生成される電荷量とが等しくなく逆極性となる。たとえば、第１の検出電極部１４８ａに２つの負電荷が生成されると、第２の検出電極部１４８ｂに４つの正電荷が生成され、第１振動腕１２０と逆位相となる第２振動腕１３０第１の検出電極部１６８ａに４つの負電荷が生成され、第２の検出電極部１６８ｂに２つの正電荷が生成される。
【００３１】
よって、図２（ｂ）に示す、第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧は１つの電荷分だけ正電圧となり、第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧は１つの電荷分だけ負電圧となる。なお、第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧は、第１検出電極１４８で検出される電気信号の電圧であり、第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧は、第２検出電極１６８で検出される電気信号の電圧である。
【００３２】
そのため、振動子１００は、正常な振動方向以外の方向に不正振動が生じると、図２（ｂ）に示すように第１検出電極１４８および第２検出電極１６８に電圧が生成され、ノイズが検出されることになる。図３は、第１検出電極１４８および第２検出電極１６８で検出される電気信号およびノイズ信号を示す波形図である。図３（ａ）に示す波形は、第１検出電極１４８で検出される電気信号Ａとノイズａとが示されている。電気信号Ａは、振動子１００に角速度を加えたとき第１振動腕１２０に生じるコリオリ信号であり、ノイズａは不正振動により第１振動腕１２０に生じる信号である。図３（ｂ）に示す波形は、第２検出電極１６８で検出される電気信号Ｂとノイズｂとが示されている。電気信号Ｂは、振動子１００に角速度を加えたとき第２振動腕１３０に生じるコリオリ信号であり、ノイズｂは不正振動により第２振動腕１３０に生じる信号である。
【００３３】
第１検出電極１４８で検出される信号と、第２検出電極１６８で検出される信号とは、逆位相になるので、電気信号Ａと電気信号Ｂとが逆位相になり、ノイズａとノイズｂとが逆位相になる。本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置では、この関係を利用し、第１検出電極１４８で検出されたノイズａで第２振動腕１３０の不正振動を抑え、第２検出電極１６８で検出されたノイズｂで第１振動腕１２０の不正振動を抑える構成を採用している。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。図４に示す角速度検出装置では、振動子１００、駆動回路２００、検出回路３００を備えている。振動子１００は、第１振動腕１２０と第２振動腕１３０とを有し、第１振動腕１２０に第１駆動電極１４４、第１の検出電極部１４８ａ、制御電極１５０、第２の検出電極部１４８ｂ、および第２駆動電極１４６が形成され、第２振動腕１３０に第３駆動電極１６４、第１の検出電極部１６８ａ、制御電極１７０、第２の検出電極部１６８ｂ、および第４駆動電極１６６が形成されている。
【００３５】
駆動回路２００は、第１駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、第３駆動電極１６４および第４駆動電極１６６に接続し、振動子１００の第１振動腕１２０および第２振動腕１３０を振動方向に駆動する。
【００３６】
検出回路３００は、第１検出電極１４８および第２検出電極１６８に接続し、振動子１００に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する。
【００３７】
さらに、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧が、第２振動腕１３０の制御電極１７０に印加され、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧が、第１振動腕１２０の制御電極１５０に印加される。
【００３８】
これにより、第１振動腕１２０は、図３に示したノイズａの逆位相のノイズｂの信号が制御電極１５０に印加され、ノイズａを生じる不正振動を抑える駆動を行なう。同様に、第２振動腕１３０は、図３に示したノイズｂの逆位相のノイズａの信号が制御電極１７０に印加され、ノイズｂを生じる不正振動を抑える駆動を行なう。よって、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置は、振動子１００の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくすることができる。
【００３９】
検出回路３００は、検出した電気信号Ａ，Ｂに対して予め定めた処理を行ない、検出した角速度の結果を出力する。検出回路３００は、不正振動によるノイズが小さくなるので、ＳＮ比が改善する。なお、検出回路３００で用いる電気信号Ａ，Ｂに対する処理は、公知の処理を用いているため詳細な説明を省略する。
【００４０】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置は、第１振動腕１２０に形成した第１の検出電極部１４８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂの合成電圧を、第２振動腕１３０の制御電極１７０に印加し、第２振動腕１３０に形成した第１の検出電極部１６８ａおよび第２の検出電極部１６８ｂの合成電圧を、第１振動腕１２０の制御電極１５０に印加することで、逆位相となる信号を制御電極１５０，１７０に印加することができ、振動子１００の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくすることができる。そのため、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置は、ＳＮ比の劣化を抑え、従来、不正振動が原因で不良品としていたものを良品とすることができ、歩留まりを改善することができる。
【００４１】
なお、本発明の実施の形態１に係る制御電極１５０は、第１の検出電極部１４８ａと、第２の検出電極部１４８ｂとに挟まれ、第１振動腕１２０の中立面上の位置に形成してある。同様に、本発明の実施の形態１に係る制御電極１７０は、第１の検出電極部１６８ａと、第２の検出電極部１６８ｂとに挟まれ、第２振動腕１３０の中立面上の位置に形成してある。しかし、制御電極１５０，１７０の形状は、これに限定されるものではなく、複数本に分け、それぞれを振動腕の中立面に対して対称の位置に形成してもよい。
【００４２】
具体的に、図５は、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の別の構成を示す断面図である。なお、図５に示す振動子１０１の断面図は、図１に示す振動子１００の切断線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図と対応する位置で切断した断面図である。
【００４３】
図５に示す振動子１０１は、図１に示す振動子１００と異なり、制御電極１５０，１７０が第１の制御電極部１５０ａ，１７０ａと、第２の制御電極部１５０ｂ，１７０ｂとを有している。そして、第１の制御電極部１５０ａと第２の制御電極部１５０ｂとは、第１振動腕１２０の中立面に対して対称の位置に形成し、第１の制御電極部１７０ａと第２の制御電極部１７０ｂとは、第２振動腕１３０の中立面に対して対称の位置に形成してある。
【００４４】
制御電極１５０，１７０は、第１の制御電極部１５０ａ，１７０ａと、第２の制御電極部１５０ｂ，１７０ｂとで構成することで、振動腕の中立面の位置以外にも不正振動を抑える制御信号を印加することができるので、より効率よく不正振動を抑えることが可能になる。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置は、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂで検出することができるノイズの電圧が小さい場合に、ノイズの電圧を増幅して制御電極１５０，１７０に印加する構成である。図６は、本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。
【００４６】
図６に示す角速度検出装置は、振動子１００、駆動回路２００、検出回路３００、増幅回路４００，５００を備えている。なお、図６に示す角速度検出装置は、増幅回路４００，５００を備えている以外、図４に示した角速度検出装置と同じ構成であるため、同じ構成要素については同じ符号を付して詳細な説明は繰返さない。
【００４７】
増幅回路４００は、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧を、予め定めた増幅率で増幅して、第２振動腕１３０の制御電極１７０に印加する。増幅回路５００は、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧を、予め定めた増幅率で増幅して、第１振動腕１２０の制御電極１５０に印加する。
【００４８】
これにより、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧が低くい場合であっても、第１振動腕１２０に生じる不正振動を抑えることができる。また、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧が低くい場合であっても、第２振動腕１３０に生じる不正振動を抑えることができる。なお、制御電極１５０，１７０に印加される信号は、第１振動腕１２０，第２振動腕１３０に生じるノイズの信号対して常に逆位相となるので、電圧（振幅）を調整するだけでよい。
【００４９】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置は、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧を増幅して、制御電極１７０，１５０に印加する増幅回路４００，５００をさらに備えるので、合成電圧が低い場合であっても、第１振動腕１２０，第２振動腕１３０に生じる不正振動を抑えることができ、不正振動によるノイズを小さくすることができる。
【００５０】
なお、増幅回路４００，５００は、予め定めてある増幅率に固定してある場合に限定されるものではなく、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧が予め定めた値以下になるように、制御電極１７０，１５０に印加する合成電圧の増幅率を制御してもよい。
【００５１】
つまり、制御電極１５０に制御電圧を印加することで第１振動腕１２０の不正振動が小さくなり、それに伴い第１の検出電極部１４８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂの合成電圧も小さくなる。第１の検出電極部１４８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂの合成電圧が小さくなることで、制御電極１７０に印加する制御電圧も小さくなるので、第２振動腕１３０の不正振動が抑えられなくなり、第１の検出電極部１６８ａおよび第２の検出電極部１６８ｂの合成電圧が逆に大きくなる。
【００５２】
そこで、増幅回路４００，５００は、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧が予め定めた値になるように、フィードバック制御することで、安定して第１振動腕１２０，第２振動腕１３０に生じる不正振動を抑えることができる。つまり、一方の振動腕から他方の振動腕の制御電極に印加する制御信号が小さくなることで、他方の振動腕の第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧が予め定めた値より大きくならないように、他方の振動腕の制御電極に印加する制御信号を増幅する。
【００５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１００，１０１ 振動子、１１０ 基部、１２０ 第１振動腕、１３０ 第２振動腕、１４２ 圧電体、１４４ 第１駆動電極、１４６ 第２駆動電極、１４８ 第１検出電極、１４８ａ，１６８ａ 第１の検出電極部、１４８ｂ，１６８ｂ 第２の検出電極部、１５０，１７０ 制御電極、１５０ａ，１７０ａ 第１の制御電極部、１５０ｂ，１７０ｂ 第２の制御電極部、１６４ 第３駆動電極、１６６ 第４駆動電極、１６８ 第２検出電極、２００ 駆動回路、３００ 検出回路、４００，５００ 増幅回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度検出装置に関し、特に、音叉型の振動子を備える角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度検出装置は、ジャイロセンサとも呼ばれ、撮像手段の手振れ検出やカーナビゲーションの方向検出に利用されている。角速度検出装置は、近年さらに需要が様々な分野に拡大すると共に、小型化、高性能化などの要求がなされている。
【０００３】
特許文献１には、角速度の検出を行なう角速度検出装置が開示されている。特許文献１に開示してある角速度検出装置は、振動子の同一投影面の投影面幅方向中心からずれた位置に、個別に駆動電圧を印加される複数の駆動用圧電素子を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１０２０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、角速度検出装置は、振動子の形状が非対称になると、振動子の振動方向以外の方向に不正振動が生じ、検出信号にノイズが含まれることになる。検出信号にノイズが含まれるとＳＮ比が劣化し、角速度検出装置が不良品と判定され歩留まりが低下するという問題があった。
【０００６】
また、振動子の形状が非対称になる原因としては、振動子を製造するプロセスに起因することが多く、たとえば半導体基板からフォトリソグラフィ技術を用いて振動子を形成する場合、半導体基板を深堀エッチングした際のテーパ形状が、１つの原因となる。そして、１つの半導体ウェハから複数の振動子を切出して製造する場合、振動子の形状の非対称は、半導体ウェハの中心部から切出した振動子に比べ、外周から切出した振動子の方が大きくなる。そのため、半導体ウェハの外周から切出した振動子は、中心部から切出した振動子に比べ、検出信号に含まれるノイズが大きくなりＳＮ比が劣化する。
【０００７】
それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、振動子の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくし、ＳＮ比の劣化を抑えて歩留まりを改善することができる角速度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る角速度検出装置は、それぞれの腕部に駆動電極と検出電極とを有する音叉型の振動子と、駆動電極に接続し、振動子の腕部を振動方向に駆動する駆動回路と、検出電極に接続し、振動子に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する検出回路とを備える角速度検出装置であって、振動子は、腕部の振動方向を制御する制御電極をさらに有し、検出電極は、腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部と、第２の検出電極部とを有し、一方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、他方の制御電極に印加し、他方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、一方の腕部の制御電極に印加する。
【０００９】
好ましくは、第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を増幅して、制御電極に印加する増幅回路をさらに備える。
【００１０】
好ましくは、増幅回路は、第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧が予め定めた値以下になるように、制御電極に印加する合成電圧の増幅率を制御する。
【００１１】
好ましくは、制御電極は、腕部の中立面上に形成してある。
好ましくは、制御電極は、腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の制御電極部と、第２の制御電極部とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る角速度検出装置は、一方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、他方の腕部の制御電極に印加し、他方の腕部に形成した第１の検出電極部および第２の検出電極部の合成電圧を、一方の腕部の制御電極に印加することで、逆位相となる信号を制御電極に印加することができ、振動子の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくすることができる。そのため、本発明に係る角速度検出装置は、ＳＮ比の劣化を抑えて歩留まりを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す振動子の切断線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図を示す。
【図３】第１検出電極および第２検出電極で検出される電気信号およびノイズ信号を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の別の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の構成を示す平面図である。図１にはＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示す記号が併記されている。なお、Ｘ方向は、振動子１００の幅方向に相当し、Ｙ方向は、振動子１００の長さ方向に相当する。また、Ｚ方向は、振動子１００の高さ方向に対応し、紙面の奥側から手前側に向かう方向である。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る角速度検出装置は、振動子１００の他に、振動子１００を駆動する自励発振回路を含む駆動回路、および振動子１００からの検出出力に基づいて角速度信号を処理する信号処理回路を含む検出回路などを備えるが、説明の便宜上これらの回路は図示していない。また、振動子１００は、音叉型振動子である。
【００１６】
振動子１００は、圧電体１４２が形成されたＴ字状の基部１１０を有する。基部１１０は振動子１００が作り込まれる図示しない半導体基板の一部で固定されている。基部１１０の頂部から第１振動腕１２０と第２振動腕１３０が並行して設けられる。圧電体１４２は、基部１１０だけではなく、第１振動腕１２０、および第２振動腕１３０の一主面を覆って設けられている。第１振動腕１２０と第２振動腕１３０の形状および大きさはほぼ同じである。２つの振動腕は中心線Ｃ１−Ｃ１を境にして互いに線対称になるよう形成されている。
【００１７】
第１振動腕１２０には、電気信号を入力するための第１駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、および電気信号を出力するための第１検出電極１４８が各別に形成される。第２振動腕１３０には、電気信号を入力するための第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および電気信号を出力するための第２検出電極１６８が各別に形成される。なお、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０にモニタ電極を設け、振動子１００の振動状態に応じた電気信号を取出して、該電気信号は図示しない自励発振回路にフィードバックしてもよい。
【００１８】
図１に示した振動子１００は、たとえば幅が６０μｍであり、長さが５００μｍ〜６００μｍである。したがって、長さは幅のほぼ１０倍の大きさである。また、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０の幅は、共に等しくたとえば２４μｍである。
【００１９】
第１駆動電極１４４および第３駆動電極１６４の幅は共に等しく、たとえば２μｍである。第２駆動電極１４６および第４駆動電極１６６の幅は共に等しく、たとえば２μｍである。
【００２０】
第１振動腕１２０に設けられた第１検出電極１４８、および第２振動腕１３０に設けられた第２検出電極１６８の幅は共に等しく、たとえば１６μｍである。また第１駆動電極１４４と第１検出電極１４８との離間距離および、第３駆動電極１６４と第２検出電極１６８との離間距離は共に等しくたとえば１μｍである。また第１検出電極１４８と第２駆動電極１４６との離間距離、および第２検出電極１６８と第４駆動電極１６６との離間距離は共に等しくたとえば１μｍである。
【００２１】
第１検出電極１４８は、第１振動腕１２０の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部１４８ａと、第２の検出電極部１４８ｂとを有している。つまり、第１検出電極１４８は、Ｕ字型形状をしている。同様に、第２検出電極１６８は、第２振動腕１３０の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部１６８ａと、第２の検出電極部１６８ｂとを有している。つまり、第２検出電極１６８は、Ｕ字型形状をしている。
【００２２】
さらに、第１振動腕１２０は、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと、第２の検出電極部１４８ｂとに挟まれ、第１振動腕１２０の中立面上の位置に制御電極１５０を形成してある。制御電極１５０は、第１振動腕１２０の振動方向を制御するための電極である。同様に、第２振動腕１３０は、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと、第２の検出電極部１６８ｂとに挟まれ、第２振動腕１３０の中立面（図示していないが、第１振動腕１２０の中立面と同様の位置にある）上の位置に制御電極１７０を形成してある。制御電極１７０は、第２振動腕１３０の振動方向を制御するための電極である。
【００２３】
図２は、図１に示す振動子１００の切断線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図を示す。図２に示す断面図は、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０の断面図である。第１振動腕１２０および第２振動腕１３０には圧電体１４２が形成される。圧電体１４２の厚みはたとえば１．０μｍである。第１振動腕１２０における圧電体１４２の第１主面には、紙面左側からみて第１駆動電極１４４、第１の検出電極部１４８ａ、制御電極１５０、第２の検出電極部１４８ｂ、および第２駆動電極１４６がこの順序で所定の間隔を保って形成される。同様に、第２振動腕１３０における圧電体１４２の第１主面には、紙面右側からみて第３駆動電極１６４、第１の検出電極部１６８ａ、制御電極１７０、第２の検出電極部１６８ｂ、および第４駆動電極１６６がこの順序で所定の間隔を保って形成される。これらの各電極の厚みは共に等しい。なお、図示していないが、これらの各電極上にはシリコン酸化物、たとえば二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）からなる堆積膜を形成してもよい。
【００２４】
図示していないが、圧電体１４２の第２主面には下部電極、半導体基板がこの順序で形成されている。下部電極、圧電体１４２、および第４駆動電極１６６（第３駆動電極１６４）までの厚みはたとえば約１．４μｍである。なお、圧電体１４２の第１主面に設けられた第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８は共に同じ厚みで形成される。また下部電極の厚みは、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８のそれらと同じ厚みで形成される。なお、第１振動腕１２０に形成される各駆動電極、各検出電極の厚みも第２振動腕１３０側と同じ大きさである。
【００２５】
ここで、下部電極には、たとえば白金（Ｐｔ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜などを用いることが可能であり、上部電極である第１駆動電極１４４（第２駆動電極１４６、第１検出電極１４８、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８）には、たとえば酸化イリジウム（ＩｒＯ２）／イリジウム（Ｉｒ）の積層膜や金（Ａｕ）膜などを用いることが可能である。圧電体１４２は、強誘電体層であり、たとえば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）膜などを用いることが可能である。なお、ＰＺＴ層やＰＬＺＴ層はゾルゲル法等により形成される。
【００２６】
図２に示す圧電体１４２であって、第１駆動電極１４４と下部電極とに挟まれる部分には、第１駆動電極１４４に供給される供給電圧Ｖ１と下部電極に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第１駆動電極１４４と下部電極とに挟まれる部分には電位が（Ｖ１−Ｖ３）である電圧Ｖｓ１が印加されることになる。電圧Ｖｓ１が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ１により圧縮・伸長変形し、第１伸縮運動を行う。
【００２７】
一方、圧電体１４２であって、第２駆動電極１４６と下部電極とに挟まれる部分には、第２駆動電極１４６に供給される供給電圧Ｖ２と下部電極に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第２駆動電極１４６と下部電極とに挟まれる部分には電位が（Ｖ２−Ｖ３）である電圧Ｖｓ２が印加されることになる。したがって電圧Ｖｓ２が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ２により伸長・圧縮変形し、上記第１伸縮運動とは逆位相の第２伸縮運動を行う。
【００２８】
第１伸縮運動および第２伸縮運動により振動子１００の第１振動腕１２０（第２振動腕１３０）はＸ方向に互いに離間および互いに接近する方向、すなわち、横方向の横振動を行う。振動子１００の形状が対称に形成されている場合、図２（ａ）に示す振動子１００のように、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０が正常な振動方向に振動することになる。しかし、振動子１００の形状がわずかに非対称に形成されている場合、図２（ｂ）に示す振動子１００のように、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０が正常な振動方向と異なり、不正振動を含む振動方向に振動することになる。
【００２９】
正常な振動方向に振動する場合、第１検出電極１４８は、図２（ａ）に示すように第１の検出電極部１４８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１４８ｂに生成される電荷量とが常に等しく逆極性となる。同様に、第２検出電極１６８は、図２（ａ）に示すように第１の検出電極部１６８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１６８ｂに生成される電荷量とが常に等しく逆極性となる。たとえば、第１の検出電極部１４８ａに３つの負電荷が生成されると、第２の検出電極部１４８ｂに３つの正電荷が生成され、第１振動腕１２０と逆位相となる第２振動腕１３０第１の検出電極部１６８ａに３つの負電荷が生成され、第２の検出電極部１６８ｂに３つの正電荷が生成される。
【００３０】
しかし、不正振動を含む振動方向に振動する場合、第１検出電極１４８は、図２（ｂ）に示すように第１の検出電極部１４８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１４８ｂに生成される電荷量とが等しくなく逆極性となる。同様に、第２検出電極１６８は、図２（ｂ）に示すように第１の検出電極部１６８ａに生成される電荷量と、第２の検出電極部１６８ｂに生成される電荷量とが等しくなく逆極性となる。たとえば、第１の検出電極部１４８ａに２つの負電荷が生成されると、第２の検出電極部１４８ｂに４つの正電荷が生成され、第１振動腕１２０と逆位相となる第２振動腕１３０第１の検出電極部１６８ａに４つの負電荷が生成され、第２の検出電極部１６８ｂに２つの正電荷が生成される。
【００３１】
よって、図２（ｂ）に示す、第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧は１つの電荷分だけ正電圧となり、第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧は１つの電荷分だけ負電圧となる。なお、第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧は、第１検出電極１４８で検出される電気信号の電圧であり、第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧は、第２検出電極１６８で検出される電気信号の電圧である。
【００３２】
そのため、振動子１００は、正常な振動方向以外の方向に不正振動が生じると、図２（ｂ）に示すように第１検出電極１４８および第２検出電極１６８に電圧が生成され、ノイズが検出されることになる。図３は、第１検出電極１４８および第２検出電極１６８で検出される電気信号およびノイズ信号を示す波形図である。図３（ａ）に示す波形は、第１検出電極１４８で検出される電気信号Ａとノイズａとが示されている。電気信号Ａは、振動子１００に角速度を加えたとき第１振動腕１２０に生じるコリオリ信号であり、ノイズａは不正振動により第１振動腕１２０に生じる信号である。図３（ｂ）に示す波形は、第２検出電極１６８で検出される電気信号Ｂとノイズｂとが示されている。電気信号Ｂは、振動子１００に角速度を加えたとき第２振動腕１３０に生じるコリオリ信号であり、ノイズｂは不正振動により第２振動腕１３０に生じる信号である。
【００３３】
第１検出電極１４８で検出される信号と、第２検出電極１６８で検出される信号とは、逆位相になるので、電気信号Ａと電気信号Ｂとが逆位相になり、ノイズａとノイズｂとが逆位相になる。本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置では、この関係を利用し、第１検出電極１４８で検出されたノイズａで第２振動腕１３０の不正振動を抑え、第２検出電極１６８で検出されたノイズｂで第１振動腕１２０の不正振動を抑える構成を採用している。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。図４に示す角速度検出装置では、振動子１００、駆動回路２００、検出回路３００を備えている。振動子１００は、第１振動腕１２０と第２振動腕１３０とを有し、第１振動腕１２０に第１駆動電極１４４、第１の検出電極部１４８ａ、制御電極１５０、第２の検出電極部１４８ｂ、および第２駆動電極１４６が形成され、第２振動腕１３０に第３駆動電極１６４、第１の検出電極部１６８ａ、制御電極１７０、第２の検出電極部１６８ｂ、および第４駆動電極１６６が形成されている。
【００３５】
駆動回路２００は、第１駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、第３駆動電極１６４および第４駆動電極１６６に接続し、振動子１００の第１振動腕１２０および第２振動腕１３０を振動方向に駆動する。
【００３６】
検出回路３００は、第１検出電極１４８および第２検出電極１６８に接続し、振動子１００に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する。
【００３７】
さらに、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧が、第２振動腕１３０の制御電極１７０に印加され、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧が、第１振動腕１２０の制御電極１５０に印加される。
【００３８】
これにより、第１振動腕１２０は、図３に示したノイズａの逆位相のノイズｂの信号が制御電極１５０に印加され、ノイズａを生じる不正振動を抑える駆動を行なう。同様に、第２振動腕１３０は、図３に示したノイズｂの逆位相のノイズａの信号が制御電極１７０に印加され、ノイズｂを生じる不正振動を抑える駆動を行なう。よって、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置は、振動子１００の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくすることができる。
【００３９】
検出回路３００は、検出した電気信号Ａ，Ｂに対して予め定めた処理を行ない、検出した角速度の結果を出力する。検出回路３００は、不正振動によるノイズが小さくなるので、ＳＮ比が改善する。なお、検出回路３００で用いる電気信号Ａ，Ｂに対する処理は、公知の処理を用いているため詳細な説明を省略する。
【００４０】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置は、第１振動腕１２０に形成した第１の検出電極部１４８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂの合成電圧を、第２振動腕１３０の制御電極１７０に印加し、第２振動腕１３０に形成した第１の検出電極部１６８ａおよび第２の検出電極部１６８ｂの合成電圧を、第１振動腕１２０の制御電極１５０に印加することで、逆位相となる信号を制御電極１５０，１７０に印加することができ、振動子１００の不正振動を抑え、不正振動によるノイズを小さくすることができる。そのため、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置は、ＳＮ比の劣化を抑え、従来、不正振動が原因で不良品としていたものを良品とすることができ、歩留まりを改善することができる。
【００４１】
なお、本発明の実施の形態１に係る制御電極１５０は、第１の検出電極部１４８ａと、第２の検出電極部１４８ｂとに挟まれ、第１振動腕１２０の中立面上の位置に形成してある。同様に、本発明の実施の形態１に係る制御電極１７０は、第１の検出電極部１６８ａと、第２の検出電極部１６８ｂとに挟まれ、第２振動腕１３０の中立面上の位置に形成してある。しかし、制御電極１５０，１７０の形状は、これに限定されるものではなく、複数本に分け、それぞれを振動腕の中立面に対して対称の位置に形成してもよい。
【００４２】
具体的に、図５は、本発明の実施の形態１に係る角速度検出装置の振動子の別の構成を示す断面図である。なお、図５に示す振動子１０１の断面図は、図１に示す振動子１００の切断線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図と対応する位置で切断した断面図である。
【００４３】
図５に示す振動子１０１は、図１に示す振動子１００と異なり、制御電極１５０，１７０が第１の制御電極部１５０ａ，１７０ａと、第２の制御電極部１５０ｂ，１７０ｂとを有している。そして、第１の制御電極部１５０ａと第２の制御電極部１５０ｂとは、第１振動腕１２０の中立面に対して対称の位置に形成し、第１の制御電極部１７０ａと第２の制御電極部１７０ｂとは、第２振動腕１３０の中立面に対して対称の位置に形成してある。
【００４４】
制御電極１５０，１７０は、第１の制御電極部１５０ａ，１７０ａと、第２の制御電極部１５０ｂ，１７０ｂとで構成することで、振動腕の中立面の位置以外にも不正振動を抑える制御信号を印加することができるので、より効率よく不正振動を抑えることが可能になる。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置は、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂで検出することができるノイズの電圧が小さい場合に、ノイズの電圧を増幅して制御電極１５０，１７０に印加する構成である。図６は、本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置の構成を示す概略図である。
【００４６】
図６に示す角速度検出装置は、振動子１００、駆動回路２００、検出回路３００、増幅回路４００，５００を備えている。なお、図６に示す角速度検出装置は、増幅回路４００，５００を備えている以外、図４に示した角速度検出装置と同じ構成であるため、同じ構成要素については同じ符号を付して詳細な説明は繰返さない。
【００４７】
増幅回路４００は、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧を、予め定めた増幅率で増幅して、第２振動腕１３０の制御電極１７０に印加する。増幅回路５００は、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧を、予め定めた増幅率で増幅して、第１振動腕１２０の制御電極１５０に印加する。
【００４８】
これにより、第２検出電極１６８の第１の検出電極部１６８ａと第２の検出電極部１６８ｂとの合成電圧が低くい場合であっても、第１振動腕１２０に生じる不正振動を抑えることができる。また、第１検出電極１４８の第１の検出電極部１４８ａと第２の検出電極部１４８ｂとの合成電圧が低くい場合であっても、第２振動腕１３０に生じる不正振動を抑えることができる。なお、制御電極１５０，１７０に印加される信号は、第１振動腕１２０，第２振動腕１３０に生じるノイズの信号対して常に逆位相となるので、電圧（振幅）を調整するだけでよい。
【００４９】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る角速度検出装置は、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧を増幅して、制御電極１７０，１５０に印加する増幅回路４００，５００をさらに備えるので、合成電圧が低い場合であっても、第１振動腕１２０，第２振動腕１３０に生じる不正振動を抑えることができ、不正振動によるノイズを小さくすることができる。
【００５０】
なお、増幅回路４００，５００は、予め定めてある増幅率に固定してある場合に限定されるものではなく、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧が予め定めた値以下になるように、制御電極１７０，１５０に印加する合成電圧の増幅率を制御してもよい。
【００５１】
つまり、制御電極１５０に制御電圧を印加することで第１振動腕１２０の不正振動が小さくなり、それに伴い第１の検出電極部１４８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂの合成電圧も小さくなる。第１の検出電極部１４８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂの合成電圧が小さくなることで、制御電極１７０に印加する制御電圧も小さくなるので、第２振動腕１３０の不正振動が抑えられなくなり、第１の検出電極部１６８ａおよび第２の検出電極部１６８ｂの合成電圧が逆に大きくなる。
【００５２】
そこで、増幅回路４００，５００は、第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧が予め定めた値になるように、フィードバック制御することで、安定して第１振動腕１２０，第２振動腕１３０に生じる不正振動を抑えることができる。つまり、一方の振動腕から他方の振動腕の制御電極に印加する制御信号が小さくなることで、他方の振動腕の第１の検出電極部１４８ａ，１６８ａおよび第２の検出電極部１４８ｂ，１６８ｂの合成電圧が予め定めた値より大きくならないように、他方の振動腕の制御電極に印加する制御信号を増幅する。
【００５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１００，１０１ 振動子、１１０ 基部、１２０ 第１振動腕、１３０ 第２振動腕、１４２ 圧電体、１４４ 第１駆動電極、１４６ 第２駆動電極、１４８ 第１検出電極、１４８ａ，１６８ａ 第１の検出電極部、１４８ｂ，１６８ｂ 第２の検出電極部、１５０，１７０ 制御電極、１５０ａ，１７０ａ 第１の制御電極部、１５０ｂ，１７０ｂ 第２の制御電極部、１６４ 第３駆動電極、１６６ 第４駆動電極、１６８ 第２検出電極、２００ 駆動回路、３００ 検出回路、４００，５００ 増幅回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの腕部に駆動電極と検出電極とを有する音叉型の振動子と、
前記駆動電極に接続し、前記振動子の前記腕部を振動方向に駆動する駆動回路と、
前記検出電極に接続し、前記振動子に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する検出回路と
を備える角速度検出装置であって、
前記振動子は、前記腕部の前記振動方向を制御する制御電極をさらに有し、
前記検出電極は、前記腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部と、第２の検出電極部とを有し、
一方の前記腕部に形成した前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧を、他方の前記腕部の前記制御電極に印加し、他方の前記腕部に形成した前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧を、一方の前記腕部の前記制御電極に印加する角速度検出装置。
【請求項２】
前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧を増幅して、前記制御電極に印加する増幅回路をさらに備える、請求項１に記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記増幅回路は、前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧が予め定めた値以下になるように、前記制御電極に印加する合成電圧の増幅率を制御する、請求項２に記載の角速度検出装置。
【請求項４】
前記制御電極は、前記腕部の中立面上に形成してある、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
【請求項５】
前記制御電極は、前記腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の制御電極部と、第２の制御電極部とを有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
【請求項１】
それぞれの腕部に駆動電極と検出電極とを有する音叉型の振動子と、
前記駆動電極に接続し、前記振動子の前記腕部を振動方向に駆動する駆動回路と、
前記検出電極に接続し、前記振動子に角速度が加わることで生じる電気信号を検出する検出回路と
を備える角速度検出装置であって、
前記振動子は、前記腕部の前記振動方向を制御する制御電極をさらに有し、
前記検出電極は、前記腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の検出電極部と、第２の検出電極部とを有し、
一方の前記腕部に形成した前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧を、他方の前記腕部の前記制御電極に印加し、他方の前記腕部に形成した前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧を、一方の前記腕部の前記制御電極に印加する角速度検出装置。
【請求項２】
前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧を増幅して、前記制御電極に印加する増幅回路をさらに備える、請求項１に記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記増幅回路は、前記第１の検出電極部および前記第２の検出電極部の合成電圧が予め定めた値以下になるように、前記制御電極に印加する合成電圧の増幅率を制御する、請求項２に記載の角速度検出装置。
【請求項４】
前記制御電極は、前記腕部の中立面上に形成してある、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
【請求項５】
前記制御電極は、前記腕部の中立面に対して対称の位置に形成した第１の制御電極部と、第２の制御電極部とを有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０８７８１（Ｐ２０１３−１０８７８１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２４０８（Ｐ２０１１−２５２４０８）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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