(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面を一様に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とともに固定端を有するレッグ部と、
固定電位電極、及び前記平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを２以上の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一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、同じ）とした場合に、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度に配置された電極及び／又は前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の検出電極
を有し、
さらに、各々の前記検出電極に電気的に接続し、前記上層金属膜と同一層の上層金属膜及び前記下層金属膜と同一層の下層金属膜により前記圧電体膜と同一層の圧電体膜を厚み方向に挟む、前記レッグ部の上方に形成される各々の引き出し電極を備え、
各々の前記駆動電極は、前記平面内であって、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及び／又はその内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域を含む第１電極配置領域上に配置され、各々の前記検出電極は、前記第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置され、且つ
演算回路によって、前記検出電極から出力される信号の差分を算出する
振動ジャイロ。
【請求項２】
平面を一様に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とともに固定端を有するレッグ部と、
固定電位電極、及び前記平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを２以上の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一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、同じ）とした場合に、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又は前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の検出電極
を有し、
さらに、各々の前記検出電極に電気的に接続し、前記上層金属膜と同一層の上層金属膜及び前記下層金属膜と同一層の下層金属膜により前記圧電体膜と同一層の圧電体膜を厚み方向に挟む、前記レッグ部の上方に形成される各々の引き出し電極を備え、
各々の前記駆動電極は、前記平面内であって、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及び／又はその内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域を含む第１電極配置領域上に配置され、各々の前記検出電極は、前記第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置され、且つ
演算回路によって、前記検出電極から出力される信号の差分を算出する
振動ジャイロ。
【請求項３】
平面を一様に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とともに固定端を有するレッグ部と、
固定電位電極、及び前記平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）乃至（３）、すなわち、
（１）Ｎを２以上の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一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、同じ）とした場合に、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度に配置された電極及び／又は前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第１検出電極
（３）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又は前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
を有し、
さらに、前記第１検出電極に電気的に接続し、前記上層金属膜と同一層の上層金属膜及び前記下層金属膜と同一層の下層金属膜により前記圧電体膜と同一層の圧電体膜を厚み方向に挟む、前記レッグ部の上方に形成される第１引き出し電極と、
前記第２検出電極と電気的に接続し、前記上層金属膜と同一層の上層金属膜及び前記下層金属膜と同一層の下層金属膜により前記圧電体膜と同一層の圧電体膜を厚み方向に挟む、前記レッグ部の上方に形成される第２引き出し電極と、を備え、
各々の前記駆動電極は、前記平面内であって、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及び／又はその内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域を含む第１電極配置領域上に配置され、各々の前記第１検出電極及び各々の前記第２検出電極は、前記第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置され、且つ
演算回路によって、各々の前記第１検出電極から出力される信号の差分を算出するとともに、各々の前記第２検出電極から出力される信号の差分を算出する
振動ジャイロ。
【請求項４】
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（３）、すなわち、
（３）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ｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又は前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
をさらに有し、
各々の前記第２検出電極が、前記第１電極配置領域上に配置され、且つ
前記演算回路によって、各々の前記第２検出電極から出力される信号の差分を算出する
請求項１又は請求項２に記載の振動ジャイロ。
【請求項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（３）及び（４）、すなわち、
（３）前記二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又は前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
（４）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ｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、且つＭ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又は前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第３検出電極
をさらに有し、
各々の前記第２検出電極が、前記第２電極配置領域上に配置されるとともに、各々の前記第３検出電極が、前記第１電極配置領域上に配置され、且つ
前記演算回路によって、各々の前記第２検出電極から出力される信号の差分を算出するとともに、各々の前記第３検出電極から出力される信号の差分を算出する
請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項６】
前記複数の電極が、さらに、
（５）Ｌ＝０，１，・・・，２Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記基準駆動電極から円周方向に（１８０／Ｎ）×｛Ｌ＋（１／２）｝°離れた角度以外の角度に配置された一群のモニタ電極と
を有する
請求項１乃至請求項３、請求項５乃至請求項８、及び請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項７】
前記複数の電極が、さらに、
（５）Ｌ＝０，１，・・・，２Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記基準駆動電極から円周方向に（１８０／Ｎ）×｛Ｌ＋（１／２）｝°離れた角度以外の角度に配置された一群のモニタ電極と
を有する
請求項４に記載の振動ジャイロ。
【請求項８】
前記複数の電極が、さらに、
（５）Ｍ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）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一群のモニタ電極と
を有する
請求項１乃至請求項３、請求項５乃至請求項８、及び請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項９】
前記複数の電極が、さらに、
（５）Ｍ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）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一群のモニタ電極と
を有する
請求項４に記載の振動ジャイロ。
【請求項１０】
前記第２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３、請求項５乃至請求項８、及び請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項１１】
前記第２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４に記載の振動ジャイロ。
【請求項１２】
前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
平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３、請求項５乃至請求項８、及び請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項１３】
前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
平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３、請求項５乃至請求項８、及び請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体膜を用いた振動ジャイロ、より具体的には、最大で３軸の角速度変化を測定しうる振動ジャイロに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電材料を用いた振動ジャイロは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膜を用いて、振動体の一次振動を励起し、かつその振動体に角速度が与えられた際に発生するコリオリ力によって生じるジャイロの一部の歪みを検出する技術が開示されている。【０００３】
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、ジャイロ自身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。【０００４】
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）。【０００５】
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。
【特許文献１】特開平８−２７１２５８号公報
【特許文献２】特開２０００−９４７３号公報
【特許文献３】特願２００８−２８８３５号公報
【特許文献４】特願２００５−５２９３０６号公報
【特許文献５】特表２００２−５０９６１５号公報
【特許文献６】特表２００２−５１０３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。加えて、上述の特許文献４に記載されている振動ジャイロは、複数の回転軸に対する角速度の測定が可能であるが、実質的に静電容量の変化を測定する方式が採用されているため、当該文献の図２及び図３に示されるように、幾つかの電極が振動体上とは異なる場所に配置されるという複雑な構造を備えている。すなわち、振動ジャイロが、小型化を可能にする簡易な構造によって複数の回転軸に対する角速度をも測定することが出来るようになれば、その振動ジャイロの技術的価値は一段と高まることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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、圧電体膜が構成する各種電極の配置と振動体を支持する構造を工夫することによって、単数の回転軸のみならず複数の回転軸に対する角速度をも測定されることを知見した。さらに、発明者らは、それらの配置が高い加工精度を満足し得るドライプロセスによって達成できることを見出した。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。【０００８】
本発明の１つの振動ジャイロは、平面を一様に備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するとともに固定端を有するレッグ部と、固定電位電極、及び前述の平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備えている。加えて、それらの複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを２以上の自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前述の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一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、前述の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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の各々の駆動電極は、前述の平面内であって、前述のリング状振動体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を含む第１電極配置領域上に配置され、前述の各々の検出電極は、その第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置されている。【０００９】
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、圧電素子が電極として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に圧電素子を形成せずに、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）と同一平面内（以下、イン・プレーンともいう）で一次振動が励起され、かつリング状振動体の動きを制御する構造を有しているため、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。また、この振動ジャイロは、圧電素子が配置される平面を外れた振動モード（以下、アウト・オブ・プレーンの振動モードともいう）を用いて１軸（例えば、Ｘ軸）の角速度を検出することができる点が大きな利点といえる。なお、ｃｏｓＮθの振動モードの複数の例は、例えば、前述の特許文献４乃至６又は、本願出願人による特許出願である特願２００７−２０９０１４に記載されている。また、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。【００１０】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、平面を一様に備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するとともに固定端を有するレッグ部と、固定電位電極、及び前述の平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備えている。加えて、それらの複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを２以上の自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前述の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一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、前述の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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極とを備える一群の検出電極を有している。
さらに、前述の各々の駆動電極は、前述の平面内であって、前述のリング状振動体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を含む第１電極配置領域上に配置され、前述の各々の検出電極は、その第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置される。【００１１】
この振動ジャイロによっても、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、圧電素子が電極として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に圧電素子を形成せずに、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）と同一平面内で一次振動が励起され、かつリング状振動体の動きを制御する構造を有しているため、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。また、この振動ジャイロは、アウト・オブ・プレーンの振動モードを用いて１軸（例えば、Ｘ軸）の角速度を検出することができる点が大きな利点といえる。【００１２】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、平面を一様に備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するとともに固定端を有するレッグ部と、固定電位電極、及び前述の平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備えている。加えて、それらの複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを３以上の自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前述の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一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、前述の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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ−２（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の各々の駆動電極は、前述の平面内であって、前述のリング状振動体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を含む第１電極配置領域上に配置され、前述の各々の検出電極は、その第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置されている。【００１３】
この振動ジャイロによっても、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、圧電素子が電極として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に圧電素子を形成せずに、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）と同一平面内で一次振動が励起され、かつリング状振動体の動きを制御する構造を有しているため、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。また、この振動ジャイロは、アウト・オブ・プレーンの振動モードを用いて１軸（例えば、Ｘ軸）の角速度を検出することができる点が大きな利点といえる。【００１４】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、平面を一様に備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するとともに固定端を有するレッグ部と、固定電位電極、及び前述の平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備えている。それらの複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを３以上の自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前述の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一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、前述の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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ−２（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の各々の駆動電極は、前述の平面内であって、前述のリング状振動体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を含む第１電極配置領域上に配置され、前述の各々の検出電極は、その第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置されている。【００１５】
この振動ジャイロによっても、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、圧電素子が電極として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に圧電素子を形成せずに、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）と同一平面内で一次振動が励起され、かつリング状振動体の動きを制御する構造を有しているため、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。また、この振動ジャイロは、アウト・オブ・プレーンの振動モードを用いて１軸（例えば、Ｘ軸）の角速度を検出することができる点が大きな利点といえる。【００１６】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、平面を一様に備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するとともに固定端を有するレッグ部と、固定電位電極、及び前述の平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備えている。それらの複数の電極は、次の（１）乃至（３）、すなわち、
（１）Ｎを２以上の自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前述の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一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、前述の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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第１検出電極と、
（３）その二次振動に対して｛９０／（Ｎ＋１）｝°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つ前述の基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極とを有している。
さらに、前述の各々の駆動電極は、前述の平面内であって、前述のリング状振動体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を含む第１電極配置領域上に配置され、前述の各々の第１検出電極及び前述の各々の第２検出電極は、前述の第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置されている。【００１７】
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、圧電素子が電極として形成されているため、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に圧電素子を形成せずに、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）と同一平面内で一次振動が励起され、かつリング状振動体の動きを制御する構造を有しているため、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。また、この振動ジャイロは、アウト・オブ・プレーンの振動モードを用いて２軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）の角速度を検出することができる点が大きな利点といえる。【００１８】
なお、前述の２軸の振動ジャイロにおける複数の電極のうち、（２）又は（３）の構成を備えた検出電極の代わりに、次の（改訂２又は改訂３）の構成を備えた検出電極が第１検出電極又は第２検出電極として採用されても、前述の２軸の角速度センサと同様の効果が奏される。但し、（改訂２又は改訂３）の構成を備えた検出電極は、前述の第１電極配置領域上に配置され、その検出対象となる２軸は、Ｘ軸とＺ軸、又はＹ軸とＺ軸となる。
（改訂２又は改訂３）上述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、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、上述の基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の検出電極【００１９】
さらに、前述の２軸の振動ジャイロにおける複数の電極に、次の（４）の構成を備えた検出電極が第３検出電極として追加されれば、合計３軸、すなわち、２軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）のアウト・オブ・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出に加えて、１軸（例えば、Ｚ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１電極配置領域上に配置される。
（４）上述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、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、上述の基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第３検出電極【００２０】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、平面を一様に備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するとともに固定端を有するレッグ部と、固定電位電極、及び前述の平面上に形成されるとともに上層金属膜及び下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む複数の電極とを備えている。それらの複数の電極は、次の（１）乃至（３）、すなわち、
（１）Ｎを３以上の自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前述の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一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とした場合であって、前述の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、且つＳ＝０，１，・・・，Ｎ−２（以下、本パラグラフ内において同じ）とした場合に、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第１検出電極と、
（３）その二次振動に対して｛９０／（Ｎ−１）｝°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つ前述の基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極とを有している。
さらに、前述の各々の駆動電極は、前述の平面内であって、前述のリング状振動体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を含む第１電極配置領域上に配置され、前述の各々の第１検出電極及び第２検出電極は、前述の第１電極配置領域と電気的に接しない第２電極配置領域上に配置されている。【００２１】
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、圧電素子が電極として形成されているため、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に圧電素子を形成せずに、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）と同一平面内で一次振動が励起され、かつリング状振動体の動きを制御する構造を有しているため、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。また、この振動ジャイロは、アウト・オブ・プレーンの振動モードを用いて２軸（例えば、Ｘ軸及びＹ軸）の角速度を検出することができる点が大きな利点といえる。【００２２】
なお、前述の２軸の振動ジャイロにおける複数の電極のうち、（２）又は（３）の構成を備えた検出電極の代わりに、次の（改訂２又は改訂３）の構成を備えた検出電極が第１検出電極又は第２検出電極として採用されても、前述の２軸の角速度センサと同様の効果が奏される。但し、（改訂２又は改訂３）の構成を備えた検出電極は、前述の第１電極配置領域上に配置され、その検出対象となる２軸は、Ｘ軸とＺ軸、又はＹ軸とＺ軸となる。
（改訂２又は改訂３）上述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、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、その駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の検出電極【００２３】
さらに、前述の２軸の振動ジャイロにおける複数の電極に、次の（４）の構成を備えた検出電極が第３検出電極として追加されれば、合計３軸、すなわち、２軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）のアウト・オブ・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出に加えて、１軸（例えば、Ｚ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１電極配置領域上に配置される。
（４）上述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、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、上述の基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度に配置された電極及び／又はその基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度に配置された電極を備える一群の第３検出電極【００２４】
なお、前述の１軸、２軸、又は３軸の振動ジャイロにおける複数の電極に、次の（５）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。
（５）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、上述の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一群のモニタ電極
【発明の効果】
【００２５】
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、圧電素子が電極として形成されているため、１軸乃至３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に圧電素子を形成せずに、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面（例えば、Ｘ−Ｙ平面）と同一平面内で一次振動が励起され、かつリング状振動体の動きを制御する構造を有しているため、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。また、この振動ジャイロは、アウト・オブ・プレーンの振動モードを含めた２次振動検出手段を用いて１軸乃至３軸の角速度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３Ａ】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。
【図３Ｂ】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。
【図３Ｃ】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。
【図３Ｄ】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。
【図３Ｅ】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。
【図３Ｆ】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。
【図４】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５】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６】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。
【図７】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８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９Ａ】本発明の１つの実施形態における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。
【図９Ｂ】本発明の１つの実施形態におけるＺ軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの二次振動を概念的に説明する図である。
【図９Ｃ】第３検出電極の電気的信号の正負を概念的に説明する図である。
【図９Ｄ】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アウト・オブ・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。
【図９Ｅ】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アウト・オブ・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。
【図１０】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１１Ａ】本発明の他の実施形態における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。
【図１１Ｂ】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アウト・オブ・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの二次振動を概念的に説明する図である
【図１１Ｃ】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アウト・オブ・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの二次振動を概念的に説明する図である。
【図１１Ｄ】本発明の他の実施形態におけるＺ軸の回りで角速度が加わる場合の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。
【図１２Ａ】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１２Ｂ】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１２Ｃ】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１２Ｄ】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１２Ｅ】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１３】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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態における３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。
【００２９】
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〜１３ｈを備えた構成である。本実施形態では、複数の電極１３ａ〜１３ｈ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、その幅は約１８μｍである。また、その上層金属膜５０のうち、幾つかの電極は、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）よりも外側に形成され、その他の電極は、中央線よりも内側に形成されている。
【００３０】
ところで、本実施形態では、図９Ａに示すイン・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９Ｄに示すＸ軸のｃｏｓ３θのアウト・オブ・プレーンの振動モードと、図９Ｅに示すＹ軸のｃｏｓ３θのアウト・オブ・プレーンの振動モードと、図９Ｂに示す１軸（Ｚ軸）のｃｏｓ２θ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〜１３ｈ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。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１３ｈ，１３ｈが配置される。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，１３ｃ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。さらに、リング状振動ジャイロ１００にＺ軸、すなわち、図１に示すリング状振動ジャイロ１００の配置された平面に垂直な軸（紙面に垂直な方向の軸、以下、単に「垂直軸」又は「Ｚ軸」という）の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３検出電極１３ｆ，１３ｇが配置される。
【００３１】
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。
【００３２】
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各々の駆動電極１３ａの領域及び第３検出電極１３ｆ，１３ｇの領域である。これを、第１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１電極配置領域と電気的に接しないように配置される、第１検出電極１３ｂ，１３ｃ、第２検出電極１３ｄ，１３ｅである。これを、第２電極配置領域とする。
【００３３】
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。
【００３４】
なお、本実施形態では、１６本のレッグ部１５，・・・，１５のうち、４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配置された各電極から支柱１９上の電極パッド１８に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２検出電極１３ｄ，１３ｅのそれぞれの両端部から引き出し電極１４，１４が形成されている。なお、それぞれの第２電極検出１３ｄ，１３ｅの片側のみから引き出し電極１４，１４が形成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。
【００３５】
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が固定電位電極１６の役割を担っている。また、支柱１９の上方に形成されている圧電体膜４０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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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に示される各電極が形成される。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（Ｏ２）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。
【００３９】
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Ｃ２Ｆ６ガスの混合ガス、又はアルゴン（Ａｒ）とＣ２Ｆ６ガスとＣＨＦ３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。
【００４０】
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（Ｏ２）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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（Ｏ２）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。
【００４３】
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、イン・プレーンの一次振動の励起と、最大で３軸のアウト・オブ・プレーン及びイン・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。
【００４４】
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、本実施形態はイン・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。
【００４５】
最初に、図１に示すように、２つの駆動電極１３ａ，１３ａに１ＶＰ−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、本実施形態では上層金属膜５０がリング状振動体１１の上面における中央線よりも外側に形成されているため、リング状振動体１１の側面に形成されることなく圧電体膜４０の伸縮運動をリング状振動体１１の一次振動に変換することが可能となる。なお、実際の交流電源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。
【００４６】
次に、図１に示すモニタ電極１３ｈ，１３ｈ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、駆動電極１３ａ，１３ａに印加される交流電圧の周波数とリング状振動体１１が持つ固有周波数が一致するように制御するとともに、リング状振動体１１の振幅がある一定の値となるようにモニタ電極１３ｈ，１３ｈの信号を用いて制御している。その結果、リング状振動体１１は、一定の振動が持続される。
【００４７】
上述の一次振動が励起された後、垂直軸（Ｚ軸）の回りで角速度が加わると、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである本実施形態では、コリオリ力により図９Ａに示す一次振動の振動軸に対して両側に４５°傾いた新たな振動軸を有する図９Ｂに示す二次振動が生じる。
【００４８】
この二次振動が２つの検出電極（第３検出電極）１３ｆ，１３ｆと、別の２つの検出電極（第３検出電極）１３ｇ，１３ｇ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１３ｆ，１３ｇ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。また、上述の各検出電極１３ｆ，１３ｇは、リング状振動体１１の上面における中央線よりも内側に形成されている。従って、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１３ｆ，１３ｇの電気的信号の正負が逆になる。これは、図９Ｃに示すように、例えば、リング状振動体１１が縦に楕円となる振動体１１ａの振動状態に変化した場合、中央線より内側に配置されている第３検出電極１３ｆの角度の圧電体膜４０は、Ａ１に示す矢印の方向に縮む一方、中央線より内側に配置されている第３検出電極１３ｇの角度の圧電体膜４０は、Ａ２に示す矢印の方向に伸びるため、それらの電気的信号は逆になる。同様に、リング状振動体１１が横に楕円となる振動体１１ｂの振動状態に変化した場合、第３検出電極１３ｆの角度の圧電体膜４０は、Ｂ１に示す矢印の方向に伸びる一方、第３検出電極１３ｇの角度の圧電体膜４０は、Ｂ２に示す矢印の方向に縮むため、この場合も、それらの電気的信号が逆になる。
【００４９】
ここで、公知の差分回路である演算回路において、各第３検出電極１３ｆ，１３ｇの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約２倍の検出能力を備えることになる。
【００５０】
次に、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９Ｄに示すｃｏｓ３θの振動モードの二次振動が生じる。
【００５１】
この二次振動が３つの検出電極（第１検出電極）１３ｂ，１３ｂ，１３ｂと、別の３つの検出電極（第１検出電極）１３ｃ，１３ｃ，１３ｃ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，１３ｃは、それぞれアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ３θモード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１３ｂ，１３ｃは、リング状振動体１１の上面における中央線よりも外側又は内側に形成されているが、これに限定されない。むしろ、上述の各検出電極１３ｂ，１３ｃは、イン・プレーンの一次振動又はＺ軸に対応する二次振動によって圧電体膜の歪みが最も生じにくい中央線を含むように配置されていることは好ましい一態様である。本実施形態の各検出電極１３ｂ，１３ｃの配置により、角速度を受けて励起されるアウト・オブ・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極１３ｂ，１３ｃの電気的信号の正負が逆になる。
【００５２】
従って、上述と同様、公知の差分回路である演算回路において、各検出電極１３ｂ，１３ｃの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約２倍の検出能力を備えることになる。
【００５３】
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９Ｅに示すｃｏｓ３θの振動モードの二次振動が生じる。なお、この二次振動は、図９Ｄに示されたｃｏｓ３θの振動モードとは振動軸の角度が３０°離れたもう一つのアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ３θモードである。
【００５４】
この二次振動が３つの検出電極（第２検出電極）１３ｄ，１３ｄ，１３ｄと、別の３つの検出電極（第２検出電極）１３ｅ，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、それぞれアウト・オブ・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は、リング状振動体１１の上面における中央線よりも外側に形成されているが、これに限定されない。むしろ、上述の各検出電極１３ｄ，１３ｅは、イン・プレーンの一次振動又はＺ軸に対応する二次振動によって圧電体膜の歪みが最も生じにくい中央線を含むように配置されていることは好ましい一態様である。本実施形態の各検出電極１３ｄ，１３ｅの配置では、角速度を受けて励起されるアウト・オブ・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極１３ｄ，１３ｅの電気的信号の正負が逆になる。
【００５５】
従って、上述と同様、公知の差分回路である演算回路において、各検出電極１３ｄ，１３ｅの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約２倍の検出能力を備えることになる。
【００５６】
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３軸のそれぞれを検出する検出電極に対して第１検出電極乃至第３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検出電極乃至第３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。
【００５７】
＜第１の実施形態の変形例（１）＞
図４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。
【００５８】
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。
【００５９】
図４に示すように、本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、各検出電極１３ｂ，１３ｄ，１３ｇが１つずつ配置されている。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、各検出電極１３ｂ，１３ｄ，１３ｇが存在することにより、３軸、すなわち、２軸（Ｘ軸とＹ軸）のアウト・オブ・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出及び１軸（Ｚ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。なお、本実施形態では、第１の実施形態に採用された差分回路が不要となるため、回路の単純化が図られる。他方、第１の実施形態それと同じ電極面積の各検出電極１３ｂ，１３ｄ，１３ｇ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る。
【００６０】
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、引き出し電極１４が形成されていないレッグ部１５が無くなっても、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。
【００６１】
＜第１の実施形態の変形例（２）＞
図５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３００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。
【００６２】
本実施形態のリング状振動ジャイロ３００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。
【００６３】
図５に示すように、本実施形態のリング状振動ジャイロ３００は、各検出電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｇが１つずつ配置されている。また、図５に示すように、第１検出電極１３ｂ，１３ｃは、その電極領域が中央線を越えた範囲にまで広がっている。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、各検出電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｇが存在することにより、３軸、すなわち、２軸（Ｘ軸とＹ軸）のアウト・オブ・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出及び１軸（Ｚ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。特に、第１検出電極１３ｂ，１３ｃは、イン・プレーンの振動モードとなる一次振動や二次振動によって圧電体膜の歪みが最も生じにくい中央線を含むように配置されていることは好ましい一態様である。さらに、前述の第１検出電極１３ｂ，１３ｃは、イン・プレーンの振動モードでは中央線を境にして歪みの方向が逆になるから、中央線に対して対称な形状となるように配置されていることが、さらに好ましい一様態である。
【００６４】
また、たとえ複数の第１検出電極１３ｂ，１３ｃが中央線に対して対象となるように配置されていなくても、採用する振動モードに応じてイン・プレーンの振動モードを検出しにくい各第１検出電極１３ｂ，１３ｃの配置は多様に存在する。従って、既述のとおり、各検出電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅが配置される第２電極配置領域は、第１電極配置領域と電気的に接しないリング状振動体１１の上面の領域として定義される。
【００６５】
なお、本実施形態では、第１検出電極１３ｂ，１３ｃの単体の電極面積が第１の実施形態のそれらと比較して増えているため、上述の第１の実施形態の変形例（２）と比較して検出能力が向上する。但し、振動軸に対して左右対称に配置されていることが好ましい。また、本実施形態では、第１検出電極１３ｂ，１３ｃのみの電極面積が増加されているが、これに限定されない。例えば、駆動電極の面積、モニタ電極の面積、又は他の検出電極の面積が増加することにより、駆動能力、又は検出能力が向上することは好ましい一態様である。
【００６６】
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、引き出し電極１４が形成されていないレッグ部１５が無くなっても、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。
【００６７】
＜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。
【００６８】
本実施形態では、図６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が防がれる。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自身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６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５に示すリング状振動ジャイロ２００の平面視においては、他の領域と比較し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。
【００６９】
＜第１の実施形態の変形例（４）＞
上述の第１の実施形態及びその変形例（１）乃至（３）では、３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、２軸又は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。
【００７０】
例えば、第１乃至第３の検出電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇのうち、Ｘ軸の角速度測定用の第１検出電極１３ｂ，１３ｃとＹ軸の角速度測定用の第２検出電極１３ｄ，１３ｅのみがリング状振動体１１上に配置されることにより、２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乃至第３の検出電極のうちの２つの軸に対応する検出電極が選択されることにより、２軸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。
【００７１】
また、上述と同様の考え方は、１軸の角速度を検出し得る振動ジャイロの構造にも適用される。例えば、第１乃至第３の検出電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ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。この１軸の角速度検出用の振動ジャイロも、３つの軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）のうち、任意の１つの軸に対応する検出電極が選択されることにより、２軸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。
【００７２】
＜第１の実施形態の変形例（５）＞
図７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５００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。また、図８は、図７のＢ−Ｂ断面図である。
【００７３】
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及び第２検出電極１３ｄ，１３ｅ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。本実施形態のリング状振動ジャイロ５００は、上述の点以外は、第１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。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に接続する交流電源は図示されていない。
【００７４】
本実施形態のリング状振動ジャイロ５００における固定端６０及び固定端６０とリング状振動体１１とを結ぶレッグ部１７の形成により、リング状振動体１１の内部のレッグ部１５上に複数の引き出し電極１４を配置する必要がなくなる。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７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、第１の実施形態における駆動電極１３ａ，１３ａ及び第２検出電極１３ｄ，１３ｅからの電気信号の偏りは生じない。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。
【００７５】
＜第２の実施形態＞
図１０は、本実施形態におけるもう一つの３軸の角速度を測定する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。
【００７６】
本実施形態のリング状振動ジャイロ６００は、駆動電極１３ａ、モニタ電極１３ｈ、第１の実施形態における第１検出電極１３ｂ，１３ｃ、第２検出電極１３ｄ，１３ｅ、第３検出電極１３ｆ，１３ｇの内の一部の検出電極の配置、及び交流電源１２の配置と数を除き、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、第１の実施形態と同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。但し、本実施形態の一次振動の振動モードは、図１１Ａ示すイン・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードである。また、本実施形態の二次振動の振動モードとは、図１１Ｂに示すＸ軸のｃｏｓ２θのアウト・オブ・プレーンの振動モードと、図１１Ｃに示すＹ軸のｃｏｓ２θのアウト・オブ・プレーンの振動モードと、図１１Ｄに示す１軸（Ｚ軸）のｃｏｓ３θのイン・プレーンの振動モードである。
【００７７】
図１０に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ６０でも、複数の電極１３ａ〜１３ｈを構成する上層金属膜５０の外側端部は、約４０μｍ幅のリング状平面を有するリング状振動体１１の外周縁から約１μｍ内側に形成され、その幅は約１８μｍである。また、その上層金属膜５０は、中央線よりも外側又は内側に形成されている。
【００７８】
ところで、本実施形態では、イン・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードでリング状振動ジャイロ６００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１１Ｂ乃至図１１Ｄに示す振動モードである。従って、前述の複数の電極１３ａ〜１３ｈ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１０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１３ｈ，１３ｈ，１３ｈが配置される。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１０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６００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，１３ｃが、基準電極から円周方向であって０°、９０°、１８０°、及び２７０°離れた角度に配置される。同様に、リング状振動ジャイロ６００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４５°、１３５°、２２５°、及び３１５°離れた角度に配置される。さらに、リング状振動ジャイロ６００にＺ軸、すなわち、図１０に示すリング状振動ジャイロ６００の配置された平面に垂直な軸（紙面に垂直な方向の軸、以下、単に「垂直軸」又は「Ｚ軸」という）の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３検出電極１３ｆ，１３ｇが配置される。
【００７９】
次に、リング状振動ジャイロ６００が備える各電極の作用について説明する。上述の通り、本実施形態はイン・プレーンのｃｏｓ３θ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。
【００８０】
最初に、図１０に示すように、３つの駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａに１ＶＰ−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、本実施形態では上層金属膜５０がリング状振動体１１の上面における中央線よりも外側に形成されているため、リング状振動体１１の側面に形成されることなく圧電体膜４０の伸縮運動をリング状振動体１１の一次振動に変換することが可能となる。
【００８１】
次に、図１０に示すモニタ電極１３ｈ，１３ｈ，１３ｈ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、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａに印加される交流電圧の周波数とリング状振動体１１が持つ固有周波数が一致するように制御するとともに、リング状振動体１１の振幅がある一定の値となるようにモニタ電極１３ｈ，１３ｈ，１３ｈの信号を用いて制御している。その結果、リング状振動体１１は、一定の振動が持続される。
【００８２】
上述の一次振動が励起された後、垂直軸（Ｚ軸）の回りで角速度が加わると、イン・プレーンのｃｏｓ３θの振動モードである本実施形態では、コリオリ力により図１１Ａに示す一次振動の振動軸に対して両側に３０°傾いた新たな振動軸を有する図１１Ｄに示す二次振動が生じる。
【００８３】
この二次振動が３つの検出電極（第３検出電極）１３ｆ，１３ｆ，１３ｆと、別の３つの検出電極（第３検出電極）１３ｇ，１３ｇ，１３ｇによって検出される。本実施形態でも、第１の実施形態と同様、公知の差分回路である演算回路において、各第３検出電極１３ｆ，１３ｇの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約２倍の検出能力を備えることになる。
【００８４】
次に、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１１Ｂに示すアウト・オブ・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードの二次振動が生じる。
【００８５】
この二次振動が２つの検出電極（第１検出電極）１３ｂ，１３ｂと、別の２つの検出電極（第１検出電極）１３ｃ，１３ｃによって検出される。本実施形態では、図１０に示すように、各検出電極１３ｂ，１３ｃは、それぞれアウト・オブ・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１３ｂ，１３ｃは、リング状振動体１１の上面における中央線よりも内側に形成されているが、これに限定されない。むしろ、上述の各検出電極１３ｂ，１３ｃは、イン・プレーンの振動モードとなる一次振動や二次振動によって圧電体膜の歪みが最も生じにくい中央線を含むように配置されていることは好ましい一態様である。さらに、上述の各検出電極１３ｂ，１３ｃは、イン・プレーンの振動モードでは中央線を境にして歪みの方向が逆になるから、中央線に対して対称な形状となるように配置されていることが、さらに好ましい一様態である。
【００８６】
本実施形態の各検出電極１３ｂ，１３ｃの配置により、角速度を受けて励起されるアウト・オブ・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極１３ｂ，１３ｃの電気的信号の正負が逆になる。従って、第１の実施形態と同様、公知の差分回路である演算回路において、各検出電極１３ｂ，１３ｃの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約２倍の検出能力を備えることになる。
【００８７】
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、前述のｃｏｓ２θの振動モードとは角度が４５°離れた振動軸を持つ図１１Ｃに示すｃｏｓ２θの振動モードの二次振動が生じる。
【００８８】
この二次振動が２つの検出電極（第２検出電極）１３ｄ，１３ｄと、別の２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、それぞれアウト・オブ・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は、リング状振動体１１の上面における中央線よりも内側に形成されているが、これに限定されない。むしろ、上述の各検出電極１３ｄ，１３ｅは、イン・プレーンの振動モードとなる一次振動や二次振動によって圧電体膜の歪みが最も生じにくい中央線を含むように配置されていることは好ましい一態様である。また、イン・プレーンの振動モードでは中央線を境にして歪みの方向が逆になるから、中央線に対して対称な形状となるように配置されていることが、さらに好ましい一様態である。
【００８９】
本実施形態の各検出電極１３ｄ，１３ｅの配置により、角速度を受けて励起されるアウト・オブ・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極１３ｄ，１３ｅの電気的信号の正負が逆になる。従って、上述と同様、公知の差分回路である演算回路において、各検出電極１３ｄ，１３ｅの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約２倍の検出能力を備えることになる。
【００９０】
なお、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３軸のそれぞれを検出する検出電極に対して第１検出電極乃至第３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検出電極乃至第３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。
【００９１】
ところで、上述の第１の実施形態及びその変形例（１）乃至（５）では、モニタ電極１３ｈ，１３ｈが同じ位置乃至領域内に配置されていたが、これに限定されない。すなわち、モニタ電極１３ｈ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１３ｈ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。加えて、各モニタ電極１３ｈは、中央線に対して対称となるような配置を避けるようにも配置される。各モニタ電極１３ｈがその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。
【００９２】
上述の具体的な一例は、図１２Ａに示すリング状振動ジャイロ７００である。リング状振動ジャイロ７００のモニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈ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１２Ａに示すモニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈ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。
【００９３】
また、他の一例は、図１２Ｂに示すリング状振動ジャイロ７２０である。リング状振動ジャイロ７２０のモニタ電極１３ｈ，１３ｈは、図１２Ａのリング状振動ジャイロ７００のモニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈ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１２Ｂに示すモニタ電極１３ｈ，１３ｈ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。
【００９４】
また、他の一例は、図１２Ｃに示すリング状振動ジャイロ７４０である。リング状振動ジャイロ７４０のモニタ電極１３ｈ，１３ｈは、図１２Ａのリング状振動ジャイロ７００のモニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈ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１２Ｃに示すモニタ電極１３ｈ，１３ｈ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。
【００９５】
加えて、他の一例は、図１２Ｄに示すリング状振動ジャイロ７６０である。リング状振動ジャイロ７６０のモニタ電極１３ｈ，１３ｈは、図１２Ａのリング状振動ジャイロ７００のモニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈ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１２Ｄに示すモニタ電極１３ｈ，１３ｈ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。
【００９６】
さらに、他の一例は、図１２Ｅに示すリング状振動ジャイロ７８０である。リング状振動ジャイロ７８０のモニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈ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の電極面積は縮小されている。しかしながら、図１２Ｅに示すモニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈの配置であっても第１の実施形態の少なくとも一部の効果が奏される。但し、モニタ電極１３ｈの対象性を考慮すれば、図１２Ｅに示すリング状振動ジャイロ７６０よりも、第１の実施形態のリング状振動ジャイロ１００の方が好ましい。同様に、モニタ電極１３ｈ，・・・，１３ｈの幾つか又は全てが、中央線に対して対称となるような配置を避けるようにリング状振動体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。
【００９７】
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、いずれもイン・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、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１３ｈは、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。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。加えて、各モニタ電極１３ｈは、中央線に対して対称となるような配置を避けるようにも配置される。この理由も、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１３ｈ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１３ｈ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。
【００９８】
＜その他の変形例＞
第２の実施形態は、上述の第１の実施形態の各変形例と同様の変形例が適用され得る。従って、それぞれの構成による有利な効果が奏される。
【００９９】
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１３に示すリング状振動ジャイロ８００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点対象形状となる多角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。また、図１３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。
【０１００】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３】
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