(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化省電力化を図り、検出感度を向上させる。【解決手段】一様な平面を備えたリング状振動体と、振動体を支持するレッグ部１５と、上層下層金属膜により圧電体膜を厚み方向に挟む電極１３ａ，１３ｓ，１３ｔ，１３ｈ及び固定電位電極１６とを備え、複数の電極は、ｃｏｓＮθの振動モードでその振動体の一次振動を励起する円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、電極各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度に配置された電極とを含む一群の駆動電極１３aと、駆動電極１３ａから（９０／Ｎ）°離れた角度に配置され、角速度の二次振動を検出する第１検出電極１３ｓと、さらに（１８０／Ｎ）°離れた角度に配置され二次振動を検出する第２検出電極１３ｔとを含み、各駆動電極１３ａは、その振動体の外周縁からその外周縁の近傍か、振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域に配置される。【選択図】図１
2011027561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、前記各々の駆動電極から時計回り又は反時計回りに（９０／Ｎ）°離れた角度に配置され、かつ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二次振動を検出する一群の第１検出電極と、前記各々の第１検出電極から（１８０／Ｎ）°離れた角度に配置され、かつ前記二次振動を検出する一群の第２検出電極とを含み、
前記駆動電極の各々、前記第１検出電極の各々、及び前記第２検出電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域に配置されている
振動ジャイロ。
【請求項２】
前記複数の電極は、前記駆動電極の少なくとも１つから（１８０／Ｎ）°離れた角度に配置されたモニタ電極をさらに含み、
前記モニタ電極が、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域に配置されている
請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】
前記複数の電極は、前記駆動電極の少なくとも１つから（１８０／Ｎ）°離れた角度を除く、｛（１８０／Ｎ）−（４５／Ｎ）｝°から｛（１８０／Ｎ）＋（４５／Ｎ）｝°までの領域内に配置されたモニタ電極をさらに含み、
前記モニタ電極が、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域に配置されている
請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項４】
前記全ての第１検出電極及び前記全ての第２検出電極が、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のいずれか一方のみに配置されており、
演算回路によって前記各々の第１検出電極及び前記各々の第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に記載の振動ジャイロ。
【請求項５】
前記全ての第１検出電極及び前記全ての第２検出電極が、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の互いに異なる領域に配置されており、
演算回路又は前記第1検出電極及び前記第２検出電極から引き出される電極の接続によって前記各々の第１検出電極及び前記各々の第２検出電極から出力される信号の和を算出する
請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項６】
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ＋１）θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
【請求項７】
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ＋１）θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
【請求項８】
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）乃至（３）、すなわち、
（１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓ＝０，１，・・・，Ｎ（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ＋１）θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された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）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
前記第１検出電極の各々及び前記第２検出電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
【請求項９】
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）Ｍ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
をさらに有し、
前記各々の第２検出電極が、前記第１電極配置領域上に配置される
請求項６又は請求項７に記載の振動ジャイロ。
【請求項１０】
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）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
（４）Ｍ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第３検出電極
をさらに有し、
前記各々の第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、前記各々の第３検出電極が、前記第１電極配置領域上に配置される
請求項６に記載の振動ジャイロ。
【請求項１１】
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓ＝０，１，・・・，Ｎ−２（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ−１）θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
【請求項１２】
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓ＝０，１，・・・，Ｎ−２（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ−１）θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
【請求項１３】
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の（１）乃至（３）、すなわち、
（１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極
（２）前記駆動電極の１つを基準駆動電極とし、Ｓ＝０，１，・・・，Ｎ−２（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓ（Ｎ−１）θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された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）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第１電極配置領域に配置されており、
前記第１検出電極の各々及び前記第２検出電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
【請求項１４】
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）Ｍ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
をさらに有し、
前記各々の第２検出電極が、前記第１電極配置領域上に配置される
請求項１１又は請求項１２に記載の振動ジャイロ。
【請求項１５】
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）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第２検出電極
（４）Ｍ＝０，１，・・・，Ｎ−１（以下、同じ）とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するｃｏｓＮθの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第３検出電極
をさらに有し、
前記各々の第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、前記各々の第３検出電極が、前記第１電極配置領域上に配置される
請求項１１に記載の振動ジャイロ。
【請求項１６】
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モニタ電極と
を有する
請求項６乃至請求項１５のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項１７】
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、前記駆動電極の少なくとも１つから円周方向に〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／２）｝〕°離れた角度に配置されたモニタ電極と
を有する
請求項６乃至請求項１５のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項１８】
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６乃至請求項１５のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項１９】
前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
正面視で実質的に前記上層金属膜、前記圧電体膜、及び前記下層金属膜のみが観察される
請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項２０】
前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
正面視で実質的に前記上層金属膜及び前記下層金属膜のみが観察される
請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の振動ジャイロ。
【請求項２１】
前記駆動電極の少なくとも１つの近傍に、正面視でＮ回対称の位置となるように複数のモニタ電極が配置される
請求項３又は請求項１６に記載の振動ジャイロ。
【請求項２２】
前記駆動電極の少なくとも１つの近傍に、その１つの駆動電極が配置されている角度を中心に時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に複数のモニタ電極が配置される
請求項３又は請求項１６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、１軸の角速度変化を測定しうる振動ジャイロ及び最大で３軸の角速度変化を測定しうる振動ジャイロに関する。
【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】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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
【特許文献４】特表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
【発明の概要】
【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。従って、小型化された振動ジャイロは本来検出すべき信号と外部からの不意の衝撃（外乱）によって発生する信号との差が小さくなるため、ジャイロとしての検出精度を高めることが難しくなる。
【０００７】
ところで、外部からの不意の衝撃の中には、様々な種類の衝撃が存在する。例えば、上述の特許文献２に記載されたリング状の振動体では、リングの中心の固定ポストを軸として、リングの存在する面の上下方向にシーソーのような動きを与える衝撃がある。この衝撃により、ロッキングモードと呼ばれる振動が励起される。他方、前述の固定ポストに支持された振動体のリング状部材の全周が同時に、リングの存在する面の上方又は下方に曲げられる衝撃も存在する。この衝撃により、バウンスモードと呼ばれる振動が励起される。これらのような衝撃が振動ジャイロに生じたとしても、正確な角速度を検出する技術を確立することは極めて困難である。
【０００８】
加えて、上述のとおり、圧電体膜を用いた振動ジャイロの小型化が進むにつれ、上述の外乱がなくてもジャイロとしての検出感度の向上を図ることが難しくなる。従って、小型化及び省電力化を図りつつ検出感度を向上させることも、振動ジャイロの高性能化に向けた主たる要求の１つである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の技術課題を解決することにより、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、まず、上記の技術課題のうち、外乱に対する影響が比較的小さいと考えられるリング状の振動ジャイロを基本構造として採用した。その上で、発明者らは、一次振動の励起とコリオリ力により形成される二次振動の検出を、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、高い加工精度を達成しうるドライプロセスが圧電体膜を用いた振動ジャイロに適用されるためには、振動ジャイロにおける各種電極の特有の配置が必要であることを見出した。また、一次振動の駆動に着目することにより、小型化及び省電力化を図りつつ検出感度を向上させることが可能になることを見出した。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。
【００１０】
本発明の１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。ここで、前述の複数の電極は、Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードでそのリング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、前述の各々の駆動電極から時計回り又は反時計回りに（９０／Ｎ）°離れた角度に配置され、かつ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二次振動を検出する一群の第１検出電極と、前述の各々の第１検出電極から（１８０／Ｎ）°離れた角度に配置され、かつ前述の二次振動を検出する一群の第２検出電極とを含んでいる。さらに、前述の駆動電極の各々、前述の第１検出電極の各々、及び前述の第２検出電極の各々は、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と、そのリング状振動体の内周縁からその記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域に配置されている。
【００１１】
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又はその上方であって、上記の特有の領域に圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面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、この振動ジャイロでは、上記の特有な領域に圧電素子を配置することにより、Ｎを２以上のある自然数とした場合のｃｏｓＮθの振動モードに適用しうる自由度を備えている。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。なお、ｃｏｓＮθの振動モードの複数の例は、例えば、特表２００５−５２９３０６号公報、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、本出願において、「柔軟な」とは「振動体が振動可能な程度に」という意味である。また、本出願では、電極の配置を記述するために、基準となる電極から「離れた角度」との表現が用いられる。ここでの角度は、基準となる電極の方位角を０度としたときの各電極の方位角の値である。各電極の方位角は、リング状振動体の円周又は円環の中央部に取った任意の点（例えば、リング状振動体が円形のときは、例えばその円の中心である。以下、この中心を「基準点」という。）からその電極に向かう直線の方位角とすることができる。この直線は、各電極を通過するような任意の直線とすることができ、代表的には、各電極の図形的な中心、重心、又は、いずれかの頂点と上記の中心点とを通過する直線とすることができる。例えば、基準駆動電極から３０°離れた角度に配置された電極とは、その電極の中心と、基準駆動電極の中心とが、上記の基準となる電極の方位角に対して３０°の角をなすような配置にある電極をいう。なお、特に断りのない限り、角度の表記は時計回りの向きを角度が増加する方向にとって説明するが、角度が増加する方向を反時計回りに定めても、規定された角度の条件を満たす限り、その角度の表記は本発明の範囲内である。
【００１２】
本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。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以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とし、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、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、且つその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、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と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第１電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、前述のリング状振動体のその平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
【００１３】
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又はその上方であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面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。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。
【００１４】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。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以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とし、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、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、且つその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極とを備える一群の検出電極を有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、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と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第１電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、前述のリング状振動体のその平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
【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又はその上方であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面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。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。
【００１６】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。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以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とし、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、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、且つその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、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と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第１電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、前述のリング状振動体のその平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
【００１７】
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又はその上方であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面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。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。
【００１８】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。それらの複数の電極は、次の（１）及び（２）、すなわち、
（１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とし、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、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、且つその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、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と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第１電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、前述のリング状振動体のその平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
【００１９】
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又はその上方であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、１軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面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。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。
【００２０】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。それらの複数の電極は、次の（１）乃至（３）、すなわち、
（１）Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とし、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、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、且つその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された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）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、且つ前述の基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ＋１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された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、前述の駆動電極の各々は、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と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第１電極配置領域に配置されており、前述の第１検出電極の各々及び前述の第２検出電極の各々は、前述のリング状振動体のその平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
【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又はその上方であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、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。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。
【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）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、且つ上述の基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された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）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、且つ上述の基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第３検出電極
【００２４】
また、本発明のもう１つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。それらの複数の電極は、次の（１）乃至（３）、すなわち、
（１）Ｎを３以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
（２）前述の駆動電極の１つを基準駆動電極とし、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、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、且つその基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×Ｓ〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／２）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された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）｝°離れた角度に振動軸を有する二次振動を検出し、且つ前述の基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔｛３６０／（Ｎ−１）｝×｛Ｓ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された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、前述の駆動電極の各々は、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と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第１電極配置領域に配置されており、前述の第１検出電極の各々及び前述の第２検出電極の各々は、前述のリング状振動体のその平面における第２電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
【００２５】
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又はその上方であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、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。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。
【００２６】
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）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、且つその駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極
【００２７】
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）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、且つ上述の基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）×｛Ｍ＋（１／４）｝〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔（３６０／Ｎ）｝×｛Ｍ＋（３／４）｝〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第３検出電極
【００２８】
なお、前述の１軸、２軸、又は３軸の振動ジャイロにおけるＮ＋１個を越える駆動電極の１つが次の（５）の構成を備えたモニタ電極に代わることは、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と、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モニタ電極
【００２９】
また、前述の１軸、２軸、又は３軸の振動ジャイロにおける一群の駆動電極の近傍に、二次振動による影響（検出量）をキャンセルするように、（換言すれば、以下の実施形態で示す振動ジャイロの正面視で１つの駆動電極を挟んで対称の位置となるように）、モニタ電極が配置されることももう１つの好ましい一態様である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の１つの振動ジャイロによれば、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も制御され得る。また、リング状振動体が備える平面に対する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、特有な領域に圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が配置されることにより、Ｎを２以上のある自然数とした場合のｃｏｓＮθの振動モードに適用しうる自由度を備えている。加えて、本発明の１つの振動ジャイロは、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極を備える。従って、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。
【００３１】
本発明のもう１つの振動ジャイロによれば、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も制御され得る。また、リング状振動体が備える平面上又はその上方であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が配置されるため、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。加えて、本発明のもう１つの振動ジャイロは、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極を備える。従って、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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２Ａ】図１に示す構造体の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの一部（Ｗ部）の拡大図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４Ａ】本発明の第１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４Ｂ】本発明の第１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４Ｃ】本発明の第１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４Ｄ】本発明の第１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４Ｅ】本発明の第１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４Ｆ】本発明の第１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５】本発明の第２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】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本発明の第３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Ｃ−Ｃ断面図である。
【図９】第１検出電極と第２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１０Ａ】本発明の第４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１０Ｂ】本発明の第４の実施形態の変形例におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。
【図１２】本発明の第６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１３Ａ】本発明の第７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１３Ｂ】本発明の第７の実施形態の変形例におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。
【図１４】本発明の第８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１５Ａ】本発明の第９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１５Ｂ】図１５ＡのＤ−Ｄ断面図である。
【図１６Ａ】本発明の第９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１６Ｂ】本発明の第９の実施形態における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１７】本発明の第１０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１８】本発明の第１１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１９】本発明の第１２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２０】本発明の他の実施形態における振動体形状を説明する図である。
【図２１】本発明の第１３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２２】図２１のＥ−Ｅ断面図である。
【図２３】本発明の第１３の実施形態の変形例（１）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２４】本発明の第１３の実施形態の変形例（２）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２５】本発明の第１３の実施形態の変形例（３）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２６】本発明の第１３の実施形態の変形例（５）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２７】図２６のＦ−Ｆ断面図である。
【図２８Ａ】本発明の第１３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２８Ｂ】本発明の第１３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２８Ｃ】本発明の第１３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２８Ｄ】本発明の第１３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２９】本発明の第１４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３０Ａ】本発明の第１４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３０Ｂ】本発明の第１４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３０Ｃ】本発明の第１４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３０Ｄ】本発明の第１４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３１Ａ】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３１Ｂ】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３２】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３３】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３４】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３５】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】
【００３３】
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。
【００３４】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態におけ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２Ａは、図１に示す構造体の斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａの一部（Ｗ部）の拡大図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００３５】
図１乃至図３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つの領域に分類される。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，１３ｓ，１３ｔ，１３ｈを備えた領域である。本実施形態では、複数の電極１３ａ，１３ｓ，１３ｔ，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、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ている。
【００３６】
ところで、本実施形態では、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と同一平面内（以下、イン・プレーンともいう）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。従って、前述の複数の電極１３ａ，１３ｓ，１３ｔ，１３ｈの内訳は、以下の（ａ）乃至（ｄ）のとおりである。
（ａ）円周方向に９０°離れた角度に配置された３つの駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａ
（ｂ）駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａの１つから円周方向であって９０°離れた角度に配置された１つのモニタ電極１３ｈ
（ｃ）リング状振動ジャイロ１００に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１３ｓ，１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ，１３ｔである。
【００３７】
本実施形態では、第１検出電極１３ｓ，１３ｓは、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって時計回りに４５°離れた角度に配置される。また、第２検出電極１３ｔ，１３ｔは、第１検出電極１３ｓ，１３ｓから円周方向であって９０°離れた角度、換言すれば、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって反時計回りに４５°離れた角度に配置される。なお、モニタ電極１３ｈは、励起される一次振動の振幅や周波数をモニタするために用いるので、その目的が達成できるだけの数を用いればよく、必ずしも複数用いる必要はない。
【００３８】
また、本実施形態では、下層金属膜３０及び上層金属膜５０の厚みは１００ｎｍであり、圧電体膜４０の厚みは、３μｍである。また、シリコン基板１０の厚みは１００μｍである。なお、図１においてＶで示される斜線領域又は図２ＢにおいてＶで示される領域は、リング状振動ジャイロ１００を構成する構造体が何も存在しない空間又は空隙部分であり、図面を分かりやすくするために便宜上設けられた領域である。
【００３９】
第２の構成は、リング状振動体１１の一部と連結しているレッグ部１５，・・・，１５である。このレッグ部１５，・・・，１５もシリコン基板１０から形成されている。また、レッグ部１５,・・・,１５上には、リング状振動体１１上のそれらと連続する上述のシリコン酸化膜２０、下層金属膜３０、及び圧電体膜４０がレッグ部１５，・・・，１５の上面全体に形成されている。さらに、圧電体膜４０の上面の中央線上には、幅約８μｍの引き出し電極１４，・・・，１４である上層金属膜５０が形成されている。
【００４０】
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及び電極パッド１８，・・・，１８を備えた電極パッド用固定端部１７，・・・，１７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、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、支柱１９以外の固定端として、電極パッド用固定端部１７，・・・，１７を備えている。この電極パッド用固定端部１７，・・・，１７は、支柱１９及び上述のパッケージ部のみに連結しているため、実質的にリング状振動体１１の動きを阻害しない。また、図３に示すように、支柱１９及び電極パッド用固定端部１７，・・・，１７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及び電極パッド用固定端部１７，・・・，１７上に形成されている圧電体膜２０の上面には、レッグ部１５，・・・，１５上のそれと連続する前述の引き出し電極１４，・・・，１４及び電極パッド１８，・・・，１８が形成されている。
【００４１】
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４Ａ乃至図４Ｆに基づいて説明する。なお、図４Ａ乃至図４Ｆは、図３における一部の範囲に対応する断面図である。
【００４２】
まず、図４Ａ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。
【００４３】
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４Ｂに示される上層金属膜５０が形成される。ここで、上層金属膜５０のドライエッチングは、アルゴン（Ａｒ）又はアルゴン（Ａｒ）と酸素（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。
【００４４】
その後、図４Ｃ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た。
【００４５】
続いて、図４Ｄ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た。
【００４６】
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下層金属膜３０の性能は実質的に影響を受けない。
【００４７】
次に、図４Ｅ及び図４Ｆ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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
最初に、図１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。但し、図１において点対称の位置に配置される２つの駆動電極１３ａ，１３ａに印加される電圧の位相と、他の１つの駆動電極１３ａとに印加される電圧の位相とは互いに逆である。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。
【００５１】
次に、図１に示すモニタ電極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をリング状振動体１１が持つ固有周波数と一致するように制御するとともに、リング状振動体１１の振幅をある一定の値となるようにモニタ電極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においては、一定の振動が持続される。
【００５２】
上述の一次振動が励起された後、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」という）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二次振動が生じる。
【００５３】
この二次振動は、２つの第１検出電極１３ｓ,１３ｓと、２つの第２検出電極１３ｔ,１３ｔによって検出される。本実施形態では、図１に示すように、第１検出電極１３ｓ,１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ,１３ｔは、それぞれ二次振動の振動軸に対応して配置されている。また、全ての第１検出電極１３ｓ,１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ,１３ｔ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。従って、角速度を受けて励起される二次振動によって生じる第１検出電極１３ｓ,１３ｓと第２検出電極１３ｔ,１３ｔの電気的信号の正負が逆になる。これは、図９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、中央線より外側に配置されている第１検出電極１３ｓの位置の圧電体膜４０は、Ａ１に示す矢印の方向に伸びる一方、中央線より外側に配置されている第２検出電極１３ｔの位置の圧電体膜４０は、Ａ２に示す矢印の方向に縮むため、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１検出電極１３ｓの位置の圧電体膜４０は、Ｂ１に示す矢印の方向に縮む一方、第２検出電極１３ｔの位置の圧電体膜４０は、Ｂ２に示す矢印の方向に伸びるため、この場合も、それらの電気的信号が逆になる。なお、本出願において、振動軸とは、記述している振動の振幅が最も大きくなるような方位をいい、リング状振動体上の方向によって示す。
【００５４】
ここで、公知の差分回路である演算回路６０において、第１検出電極１３ｓ,１３ｓと第２検出電極１３ｔ,１３ｔの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号は第１検出信号又は第２検出信号のいずれか一方のみ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。
【００５５】
一方、本実施形態では、レッグ部１５，・・・，１５上に、引き出し電極１４としての上層金属膜５０、圧電体膜４０、及び下層金属膜３０が形成されている。ここで、仮に、リング状振動ジャイロ１００に対して既に述べたバウンスモードを励起する振動を伴う外乱（衝撃）が発生した場合、レッグ部１５，・・・，１５がリング状振動ジャイロ１００の垂直軸の一方向に動くため、レッグ部１５，・・・，１５上の圧電体膜４０の伸縮に伴う電気信号が発生する。しかしながら、この場合は、二次振動を検出するための全ての電極に連結するレッグ部の前述の電気信号の正負は一致しているため、演算回路６０においてそれらの差分を取ることにより、各レッグ部１５からの信号は実質的にキャンセルされることになる。
【００５６】
他方、ロッキングモードの振動を励起する外乱が発生した場合、例えば、図１に示すとおり、第１検出電極１３ｓ,１３ｓは、それぞれ円周方向に１８０°離れた場所に配置されているため、各々の第１検出電極１３ｓ,１３ｓに連結するレッグ部上の圧電体膜４０の伸縮は逆になる。その結果、各第１検出電極１３ｓの電気信号の正負が逆になる。従って、それらの電気信号は互いに相殺し合うことになる。上述の現象は、各第２検出電極１３ｔに連結するレッグ部の前述の電気信号にも当てはまる。このため、ロッキングモードの振動による演算回路６０への実質的な影響はなくなる。
【００５７】
上述の通り、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、２つの第１検出電極１３ｓ,１３ｓ及び２つの第２検出電極１３ｔ,１３ｔを備えることにより、二次振動の検出能力が高められるとともに、バウンスモードやロッキングモードの振動を励起する外部衝撃に対する耐衝撃性も高められる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
図５は、本実施形態におけるもう１つの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。また、図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、第１の実施形態における圧電体膜４０及び上層金属膜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、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図５では、図面を見易くするため、便宜的に図１における演算回路６０が省略されている。
【００５９】
図５及び図６に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、第１の実施形態の第２検出電極１３ｔ,１３ｔの代わりに、第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔを備える。本実施形態の第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔの上層金属膜５０の外側端部は、リング状振動体１１の内周縁から約１μｍ内側に形成され、その幅は約１８μｍである。また、それらの上層金属膜５０は、リング状振動体１１のリング状平面の中央線よりも内側に形成されている。
【００６０】
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の正面視においては、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。
【００６１】
ここで、第１の実施形態と同様の一次振動が励起されたリング状振動ジャイロ２００に対し、リング状振動ジャイロ２００の垂直軸（紙面に垂直な方向）の回りで角速度が加わると、二次振動が２つの第１検出電極１３ｓ,１３ｓと、２つの第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔによって検出される。
【００６２】
本実施形態では、図５に示すように、第１検出電極１３ｓ,１３ｓ及び第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔは、それぞれ二次振動の振動軸に対応して配置されている。また、第１検出電極１３ｓ,１３ｓ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。他方、第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔ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二次振動によって生じる第１検出電極１３ｓ,１３ｓと第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔの電気的信号の正負が一致することになる。
【００６３】
ここで、図示しない公知の加算回路である演算回路において、第１検出電極１３ｓ,１３ｓと第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔの電気信号の和が算出される。その結果、検出信号は第１検出信号又は第２検出信号のいずれか一方のみ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。なお、前述の加算回路の代わりに、第１検出電極１３ｓ,１３ｓと第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔからの引き出し電極１４,・・・,１４を単に接続することによっても、前述の加算回路と同等の効果が奏されるため、本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、回路設計上極めて簡便化される利点を備える。
【００６４】
ところで、本実施形態においてロッキングモードの振動を励起する外乱として発生した場合、例えば、図５に示すとおり、第１検出電極１３ｓ,１３ｓは、それぞれ円周方向に１８０°離れた場所に配置されているため、第１検出電極１３ｓ,１３ｓに連結するレッグ部上の圧電体膜４０の伸縮は逆になる。その結果、各第１検出電極１３ｓの電気信号の正負が逆になる。従って、それらの電気信号は互いに相殺し合うことになる。上述の現象は、各第２検出電極２１３ｔに連結するレッグ部の前述の電気信号にも当てはまる。このため、ロッキングモードの振動に対する演算回路への実質的な影響はなくなる。
【００６５】
なお、本実施形態では、バウンスモードの振動を励起する外乱（衝撃）が発生した場合、二次振動を検出するための全ての電極に連結するレッグ部の電気信号の正負が一致するため、演算回路においてそれらの和を取ると、第１の実施形態のようにキャンセルされない。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、バウンスモードの振動を励起する耐衝撃性を有しない。
【００６６】
上述の通り、本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、２つの第１検出電極１３ｓ,１３ｓ及び２つの第２検出電極２１３ｔ,２１３ｔを備えることにより、二次振動の検出能力が高められる。
【００６７】
＜第３の実施形態＞
図７は、本実施形態におけるもう１つの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。また、図８は、図７のＣ−Ｃ断面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ３００は、第１の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置を除き、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、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図７でも、図面を見易くするため、便宜的に図１における演算回路６０が省略されている。
【００６８】
図７及び図８に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ３００は、第１の実施形態の第１検出電極１３ｓ,１３ｓの代わりに第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓを備えるとともに、第１の実施形態の第２検出電極１３ｔ,１３ｔの代わりに第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔを備える。本実施形態の第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓ及び第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔの上層金属膜５０の外側端部は、リング状振動体１１の内周縁から約１μｍ内側に形成され、その幅は約１８μｍである。また、それらの上層金属膜５０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。
【００６９】
ここで、第１の実施形態と同様の一次振動が励起されたリング状振動ジャイロ３００に対し、リング状振動ジャイロ３００の垂直軸（紙面に垂直な方向）の回りで角速度が加わると、二次振動が２つの第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓと、２つの第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔによって検出される。
【００７０】
本実施形態では、図７に示すように、第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓ及び第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔは、それぞれ二次振動の振動軸に対応して配置されている。また、第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓ及び第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔ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二次振動によって生じる第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓと第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔの電気的信号の正負が逆になる。
【００７１】
ここで、図示しない公知の差分回路である演算回路において、第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓと第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号は第１検出信号又は第２検出信号のいずれか一方のみ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。
【００７２】
一方、本実施形態では、レッグ部１５，・・・，１５上に、引き出し電極１４としての上層金属膜５０、圧電体膜４０、及び下層金属膜３０が形成されている。ここで、仮に、リング状振動ジャイロ３００に対して既に述べたバウンスモードの振動を励起する外乱（衝撃）が発生した場合、レッグ部１５，・・・，１５がリング状振動ジャイロ３００の垂直軸の一方向に動くため、レッグ部１５，・・・，１５上の圧電体膜４０の伸縮に伴う電気信号が発生する。しかしながら、この場合は、二次振動を検出するための全ての電極に連結するレッグ部の前述の電気信号の正負は一致しているため、上述の演算回路においてそれらの差分を取ることにより、各レッグ部１５からの信号は実質的にキャンセルされることになる。
【００７３】
他方、ロッキングモードの振動を励起する外乱が発生した場合、例えば、図７に示すとおり、第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓは、それぞれ円周方向に１８０°離れた場所に配置されているため、第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓに連結するレッグ部上の圧電体膜４０の伸縮は逆になる。その結果、各第１検出電極３１３ｓの電気信号の正負が逆になる。従って、それらの電気信号は互いに相殺し合うことになる。上述の現象は、各第２検出電極３１３ｔに連結するレッグ部の前述の電気信号にも当てはまる。このため、ロッキングモードの振動に対する演算回路への実質的な影響はなくなる。
【００７４】
上述の通り、本実施形態のリング状振動ジャイロ３００は、２つの第１検出電極３１３ｓ,３１３ｓ及び２つの第２検出電極３１３ｔ,３１３ｔを備えることにより、二次振動の検出能力が高められるとともに、バウンスモードやロッキングモードの振動を励起する外部衝撃に対する耐衝撃性も高められる。
【００７５】
＜第４の実施形態＞
図１０Ａは、本実施形態におけるもう１つの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正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ４００は、第１の実施形態におけるモニタ電極及び一部の駆動電極に関わる第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図１０Ａでも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。
【００７６】
本実施形態のリング状振動ジャイロ４００は、図１０Ａに示すように４つのモニタ電極４１３ｈ，４１３ｈ，４２３ｈ，４２３ｈを備えており、それぞれのモニタ電極４１３ｈ，４１３ｈ，４２３ｈ，４２３ｈが引き出し電極を介して電極パッド１８，・・・，１８と接続している。これらのモニタ電極４１３ｈ，４１３ｈ，４２３ｈ，４２３ｈは、第１の実施形態と同様、リング状振動体１１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。その結果、リング状振動体１１は、一定の振動が持続される。
【００７７】
図１０Ａに示すように、モニタ電極４１３ｈ，４１３ｈ，４２３ｈ，４２３ｈは、必ずしも各々の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａから（１８０／２）°、すなわち９０°離れた角度に配置される必要はない。図１０Ａに示すモニタ電極４１３ｈ，４１３ｈ，４２３ｈ，４２３ｈの配置であっても、本発明の主たる効果は奏される。なお、本実施形態では、２つのモニタ電極４１３ｈ，４１３ｈが、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心に、それぞれが時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。加えて、リング状振動体１１の二次振動による逆位相の出力が相互に抑制し合うため、新たに発生する二次振動の影響を受けることなく、一次振動の大きさを一定に保つことが可能となる。また、他の２つのモニタ電極４２３ｈ，４２３ｈも、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心にそれぞれが時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に、他の駆動電極１３ａを挟むように配置されている。この配置により、検出対象ではない二次振動による電気信号が互いに相殺し合うことになるため、モニタ電極４２３ｈ，４２３ｈの本来の役割であるリング状振動体１１の一次振動の振幅及び共振周波数の検出精度が向上する。
【００７８】
＜第４の実施形態の変形例＞
図１０Ｂは、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ４２０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ４２０は、第１の実施形態におけるモニタ電極及び一部の駆動電極に関わる第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図１０Ｂでも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。
【００７９】
本実施形態のリング状振動ジャイロ４２０は、図１０Ｂに示すように４つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａを備えている。また、その内の２つの駆動電極１３ａ，１３ａのそれぞれの近傍に、２つずつモニタ電極４２３ｈ，４２３ｈが配置されている。４つのモニタ電極４２３ｈ，・・・，４２３ｈは、それぞれ、引き出し電極を介して電極パッド１８，１８と接続している。
【００８０】
図１０Ｂに示すように、４つのモニタ電極４２３ｈ，・・・，４２３ｈは、必ずしも各々の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａから（１８０／２）°、すなわち９０°離れた角度に配置される必要はない。図１０Ｂに示す４つのモニタ電極４２３ｈ，・・・，４２３ｈの配置であっても、本発明の主たる効果は奏される。
【００８１】
ここで、１つの駆動電極１３ａの近傍の２つのモニタ電極４２３ｈ，４２３ｈは、駆動電極１３ａ，・・・，１３ａのうち、その近傍にモニタ電極が配置されていない２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心にそれぞれが時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に、その１つの駆動電極１３ａを挟むように配置されている。この配置により、検出対象ではない二次振動による電気信号が互いに相殺し合うことになるため、モニタ電極４２３ｈ，４２３ｈの本来の役割であるリング状振動体１１の一次振動の振幅及び共振周波数の検出精度が向上する。
【００８２】
さらに、本実施形態の４つのモニタ電極４２３ｈ，・・・，４２３ｈは、正面視で点対称、換言すれば２回対称となる位置に配置されている２組のモニタ電極の群であるとも言える。この点対称となる位置への配置は、例えば、仮に振動ジャイロの製造過程においてエッチングマスクのズレ等によるパターニングのズレが生じた場合であっても、一方のモニタ電極の検出感度の低下を他方のモニタ電極の検出感度の上昇で補うことができる。
【００８３】
＜第５の実施形態＞
図１１は、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ５００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ５００は、第１の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図１１でも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。
【００８４】
本実施形態のリング状振動ジャイロ５００は、図１１に示すように２つのモニタ電極５１３ｈ，５１３ｈを備えており、それぞれのモニタ電極５１３ｈ，５１３ｈが引き出し電極を介して電極パッド１８，１８と接続している。これらのモニタ電極５１３ｈ，５１３ｈは、第１の実施形態と同様、リング状振動体１１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。その結果、リング状振動体１１は、一定の振動が持続される。
【００８５】
図１１に示すように、モニタ電極５１３ｈ，５１３ｈは、必ずしも各々の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａから（１８０／２）°、すなわち９０°離れた角度に配置される必要はない。図１１に示すモニタ電極５１３ｈ，５１３ｈの配置であっても、本発明の主たる効果は奏される。ここで、本実施形態では、モニタ電極５１３ｈ，５１３ｈが、一群の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心に、それぞれが時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。このため、第４の実施形態の変形例（１）と同様に、製造工程のバラつきが引き起こすモニタ電極５１３ｈ，５１３ｈの位置ずれに伴う検出感度の不均一性の影響を低減することが可能となる。なお、モニタ電極５１３ｈ，５１３ｈが、一群の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心に、それぞれが反時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されていても前述と同様の効果が奏される。
【００８６】
＜第６の実施形態＞
図１２は、本実施形態におけるもう１つの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。本実施形態のリング状振動ジャイロ６００は、第１の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図１２でも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。
【００８７】
本実施形態のリング状振動ジャイロ６００は、図１２に示すように２つのモニタ電極６１３ｈ，６２３ｈを備えており、それぞれのモニタ電極６１３ｈ，６２３ｈが引き出し電極を介して電極パッド１８，１８と接続している。これらのモニタ電極６１３ｈ，６２３ｈは、第１の実施形態と同様、リング状振動体１１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。その結果、リング状振動体１１は、一定の振動が持続される。
【００８８】
図１２に示すように、モニタ電極６１３ｈ，６２３ｈは、必ずしも各々の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａから（１８０／２）°、すなわち９０°離れた角度に配置される必要はない。図１２に示すモニタ電極６１３ｈ，６２３ｈの配置であっても、本発明の主たる効果は奏される。ここで、本実施形態では、モニタ電極６１３ｈ，６２３ｈが、一群の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心に、１つが反時計回りに、他方が時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。その結果、リング状振動体１１の二次振動による逆位相の出力が相互に抑制し合うため、新たに発生する二次振動の影響を受けることなく、一次振動の大きさを一定に保つことが可能となる。
【００８９】
＜第７の実施形態＞
図１３Ａは、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ７００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ７００は、第１の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図１３Ａでも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。
【００９０】
本実施形態のリング状振動ジャイロ７００は、図１３Ａに示すように２つのモニタ電極７１３ｈ，７１３ｈを備えており、それぞれのモニタ電極７１３ｈ，７１３ｈが引き出し電極を介して電極パッド１８，１８と接続している。これらのモニタ電極７１３ｈ，７１３ｈは、第１の実施形態と同様、リング状振動体１１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。その結果、リング状振動体１１は、一定の振動が持続される。
【００９１】
本実施形態では、一方の７１３ｈは外周縁からリング状振動体１１の外周縁の近傍に至るまでの領域に配置され、他方の７１３ｈ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ている。図１３Ａに示すように、モニタ電極７１３ｈ，７１３ｈは、必ずしも各々の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａから（１８０／２）°、すなわち９０°離れた角度に配置される必要はない。図１３Ａに示すモニタ電極７１３ｈ，７１３ｈの配置であっても、本発明の主たる効果は奏される。ここで、本実施形態では、モニタ電極７１３ｈ，７１３ｈが、一群の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心に、それぞれが反時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。このため、製造工程のバラつきが引き起こすモニタ電極４１３ｈ，・・・，４１３ｈの位置ずれに伴う検出感度の不均一性の影響が低減される。なお、モニタ電極７１３ｈ，７１３ｈが、各駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心に、それぞれが時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されていても前述と同様の効果が奏される。
【００９２】
＜第７の実施形態の変形例＞
図１３Ｂは、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ７５０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ７５０は、第１の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図１３Ｂでも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。
【００９３】
本実施形態のリング状振動ジャイロ７５０は、図１３Ｂに示すように２つのモニタ電極７５３ｈ，７５３ｈを備えており、それぞれのモニタ電極７５３ｈ，７５３ｈが引き出し電極を介して電極パッド１８，１８と接続している。これらのモニタ電極７５３ｈ，７５３ｈは、第１の実施形態と同様、リング状振動体１１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。その結果、リング状振動体１１は、一定の振動が持続される。
【００９４】
図１３Ｂに示すように、モニタ電極７５３ｈ，７５３ｈは、必ずしも各々の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａから（１８０／２）°、すなわち９０°離れた角度に配置される必要はない。図１３Ｂに示すモニタ電極７５３ｈ，７５３ｈの配置であっても、本発明の主たる効果は奏される。ここで、本実施形態では、モニタ電極７５３ｈ，７５３ｈが、一群の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから９０°離れた角度を中心に、リング状振動体１１の外周側にある１つが反時計回りに、リング状振動体１１の内周側にある他方が時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。その結果、このため、製造工程のバラつきが引き起こすモニタ電極７５３ｈ，７５３ｈの位置ずれに伴う検出感度の不均一性の影響が低減される。
【００９５】
＜第８の実施形態＞
図１４は、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ８００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ８００は、第１の実施形態におけるレッグ部１５，・・・，１５の配置及び第１の構成の上層金属膜５０の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。ところで、図１４でも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。また、図面の便宜上、駆動電極１３ａ，・・・，１３ａに接続する交流電源も省略されている。なお、便宜上、その他の図面でも交流電源が省略され得る。
【００９６】
本実施形態のリング状振動ジャイロ８００は、図１４に示すように、各々の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａ、各々の第１検出電極１３ｓ，・・・，１３ｓ、及び各々の第２検出電極１３ｔ，・・・，１３ｔが、リング状振動体１１の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域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ている。
【００９７】
ここで、本実施形態では、駆動電極１３ａが６つ形成されているため、一次振動の振幅の増大又は省電力化が達成される。例えば、ｃｏｓＮθの振動モードの一次振動が励起される場合に、本実施形態の一群の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａは、ある基準となる駆動電極１３ａの角度及びそこから円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。
【００９８】
また、各々のモニタ電極１３ｈ，１３ｈは、リング状振動体１１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ている。なお、本実施形態では、モニタ電極１３ｈ，１３ｈの配置されている角度と同じ角度の２つの駆動電極１３ａ，１３ａの位相と、各モニタ電極１３ｈから９０°離れた角度の４つの駆動電極のうち、リング状振動体１１の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域の２つの駆動電極１３ａ，１３ａの位相とは同じである。他方、その他の２つの駆動電極１３ａ，１３ａの位相は、前述の４つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａの位相と逆になる。また、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内に配置される第１検出電極１３ｓ，１３ｓが検出する位相は、その内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域の第１検出電極１３ｓ，１３ｓが検出する位相と同じになる。また、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内に配置される第２検出電極１３ｔ，１３ｔが検出する位相は、その内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域の第２検出電極１３ｔ，１３ｔが検出する位相と同じになる。但し、各第１検出電極１３ｓの位相は、各第２検出電極１３ｔの位相に対して逆となる。
【００９９】
本実施形態のように、各種の電極が、リング状振動体１１の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域に配置されると共に、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た場合であっても、本発明の効果と同様の効果が奏される。特に、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ると共に、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た場合、各種の電極の配置が多少複雑化するが、リング状振動体１１の駆動能力や二次振動の検出能力が大幅に向上するため、本実施形態のリング状振動ジャイロ８００も好ましい一態様である。
【０１００】
また、本実施形態のリング状振動ジャイロ８００のモニタ電極１３ｈ，１３ｈの一部又は全部の配置を、第４乃至第８の実施形態のように配置した場合であっても、第４乃至第８の実施形態の効果と同様の効果が奏される。
【０１０１】
＜第９の実施形態＞
図１５Ａは、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ９００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。また、図１５Ｂは、図１５ＡのＤ−Ｄ断面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ９００は、第１の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置及び電極パッド用固定端部１７，・・・，１７を除き、第１の実施形態のリング状振動ジャイロ１００と実質的に同一の構成を備える。また、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成された各種パターンを除いて第１の実施形態と同じである。他方、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態とは異なり、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１００の一次振動が励起される。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。なお、図１５Ａでは、図面を見易くするため、便宜的に演算回路が省略されている。また、説明の便宜上、図１５Ａには、Ｘ軸及びＹ軸が表記されている。加えて、本実施形態では、他の実施形態の図面内に記載される斜線及びＶの文字が省略されている。
【０１０２】
図１５Ａに示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ９００の各上層金属膜５０は、中央線よりも外側に形成されている。
【０１０３】
ところで、本実施形態の一次振動の振動モードは、図１６Ａに示すイン・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１６Ｂに示すｃｏｓ３θのイン・プレーンの振動モードである。従って、複数の電極１３ａ〜１３ｅ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４つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａが配置される。また、前述の４つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａの内の１つの駆動電極１３ａ（例えば、図１５Ａ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、その基準電極から円周方向であって時計回りに１２０°及び３００°離れた角度にモニタ電極１３ｈ，１３ｈが配置される。また、第１検出電極１３ｓ，１３ｓ，１３ｓは、その基準電極から円周方向であって時計回りに３０°、１５０°、及び２７０°離れた角度に配置される。加えて、第２検出電極１３ｔ，１３ｔ，１３ｔは、その基準電極から円周方向であって時計回りに９０°、２１０°、及び３３０°離れた角度に配置される。
【０１０４】
ここで、本実施形態では、駆動電極１３ａが４つ形成されているため、一次振動の振幅の増大又は省電力化が達成される。一般的な表現を用いれば、ｃｏｓＮθの振動モードの一次振動が励起される場合に、本実施形態の一群の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａは、ある基準となる駆動電極１３ａの角度及びそこから円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。
【０１０５】
なお、本実施形態では、図１５Ａに示すように、各種の電極の幾つかについて、電気信号の偏りを解消するために、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、各種の電極の片側のみから引き出し電極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。
【０１０６】
また、本実施形態の第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、この支柱１９が第１の実施形態における電極パッド用固定端部１７の機能を兼ねている。また、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。
【０１０７】
次に、リング状振動ジャイロ９００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。
【０１０８】
最初に、４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。但し、図１５Ａにおける時計の１２時方向の駆動電極１３ａを基準電極とした場合に、その基準電極とその基準電極から時計回りの円周方向であって２４０°離れた角度に配置される１つの駆動電極１３ａに印加される電圧の位相は、その他の２つの駆動電極１３ａ，１３ａに印加される電圧の位相と逆である。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。
【０１０９】
次に、図１５Ａに示す正面視で点対称の位置に配置された２つのモニタ電極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。
【０１１０】
ここで、リング状振動ジャイロ９００に対し、リング状振動ジャイロ９００の垂直軸（紙面、すなわちＸ−Ｙ平面に垂直な方向）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１６Ａ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１６Ｂに示す二次振動が生じる。
【０１１１】
この二次振動が、３つの第１検出電極１３ｓ,１３ｓ,１３ｓと３つの第２検出電極１３ｔ,１３ｔ,１３ｔ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、各検出電極１３ｓ，１３ｔ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。
【０１１２】
上述の通り、本実施形態のリング状振動ジャイロ９００は、第１検出電極１３ｓ及び第２検出電極１３ｔを備えることにより、ｃｏｓ３θの振動モードであっても、二次振動の検出能力が高められるとともに、バウンスモードやロッキングモードの振動を励起する外部衝撃に対する耐衝撃性も高められる。なお、ここで、ロッキングモードの振動を励起する外乱への耐衝撃性について、本実施形態及び上述の各実施形態を含むより一般的な表現が可能となる。すなわち、ｃｏｓＮθの振動モードの一次振動が励起される場合に、第１検出電極１３ｓ第２検出電極１３ｔが（３６０／Ｎ）°ごとに回転対称を持つ位置に配置されることが、ロッキングモードの振動を励起する外乱への耐衝撃性を向上させることになる。
【０１１３】
また、一群の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａの幾つかが、本実施形態のモニタ電極１３ｈ，１３ｈと置き換えられても振動ジャイロとしての機能を失うことはない。むしろ、本実施形態は、モニタ電極が配置されている角度ないし場所を駆動電極に置き換えられるという自由度を備えている。従って、一次振動の振幅の更なる増大、又は更なる省電力化を図りたい場合は、本実施形態のモニタ電極１３ｈ，１３ｈの１つを駆動電極に置き換え得る。換言すれば、モニタ電極は最低１つ配置されればよい。
【０１１４】
さらに、本実施形態のリング状振動ジャイロ９００のモニタ電極１３ｈ，１３ｈの一部又は全部の配置を、第４乃至第８の実施形態のように配置した場合であっても、第４乃至第８の実施形態の効果と同様の効果が奏される。
【０１１５】
＜第１０の実施形態＞
図１７は、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ９２０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ９２０は、第８の実施形態におけるレッグ部１５，・・・，１５の配置及び第１の構成の上層金属膜５０の配置を除き、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、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。ところで、図１７でも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。
【０１１６】
ところで、本実施形態では、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。従って、前述の複数の電極１３ａ，１３ｔ，１３ｈ，１３ｊの内訳は、以下の（ａ）乃至（ｄ）のとおりである。なお、本実施形態では、リング状振動ジャイロ９２０に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検出電極は１種類のみである。しかし、これまでの実施形態の記載を踏襲するため、この検出電極を第２検出電極と呼ぶ。
（ａ）円周方向に９０°離れた角度に配置された３つの駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａ
（ｂ）駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａの１つから円周方向であって９０°離れた角度に配置された１つのモニタ電極１３ｈ
（ｃ）リング状振動ジャイロ９２０に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１３ｔ，１３ｔ
（ｄ）前述の第２検出電極からの電圧信号に基づいて二次振動を抑制する抑制電極１３ｊ，１３ｊ
【０１１７】
本実施形態では、第２検出電極１３ｔ，１３ｔは、一群の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって反時計回りに４５°離れた角度に配置される。また、抑制電極１３ｊ，１３ｊは、第２検出電極１３ｔ，１３ｔから円周方向であって９０°離れた角度、換言すれば、一群の駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって時計回りに４５°離れた角度に配置される。更に、別の言葉で表現すれば、第２検出電極１３ｔ，１３ｔ及び抑制電極１３ｊ，１３ｊは、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａによって生じる一次振動の振動軸に対して４５°傾いた、リング状振動体１１に角速度が与えられたときに発生する二次振動の振動軸上に配置されている。
【０１１８】
次に、リング状振動ジャイロ９２０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。
【０１１９】
最初に、図１７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。但し、図１７において点対称の位置に配置される２つの駆動電極１３ａ，１３ａに印加される電圧の位相と、他の１つの駆動電極１３ａとに印加される電圧の位相とは互いに逆である。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。
【０１２０】
次に、図１７に示すモニタ電極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。こ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。
【０１２１】
上述の一次振動が励起された後、図１７に示すリング状振動ジャイロ９２０の垂直軸の回りで角速度が加わると、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二次振動が生じる。
【０１２２】
この二次振動が２つの第２検出電極１３ｔ，１３ｔによって検出される。ここで、本実施形態のリング状振動ジャイロ９２０は、これらの第２検出電極１３ｔ，１３ｔによって検出された二次振動に関する電圧信号を打ち消すために、換言すればそれらの電圧信号の値をゼロにするために、抑制電極１３ｊ，１３ｊに対して特定の電圧を与えるように指示又は制御するフィードバック制御回路６１，６２を備えている。なお、この特定の電圧が、振動ジャイロとしての結果出力として用いられる。
【０１２３】
前述のとおり、第２検出電極１３ｔ，１３ｔからの電圧信号に基づいて二次振動を抑制する抑制電極１３ｊ，１３ｊを備えることにより、リング状振動ジャイロ９２０は、そのリング状振動体１１の二次振動を殆ど振動させることなく、振動ジャイロとしての性能を発揮することができる。なお、本実施形態のリング状振動ジャイロ９２０は、抑制電極１３ｊ，１３ｊ及びフィードバック制御回路６１，６２が設けられていない振動ジャイロと比べて、非常にノイズ性能に優れている。具体的には、本実施形態のリング状振動ジャイロ９２０は、本願出願人が以前に提案したＰＣＴ／ＪＰ２００８／０７１３７２に記載された振動ジャイロの一例（第１の実施形態の振動ジャイロ）と比較して、特に、低周波領域のノイズの大きさが半分以下となる。従って、応答性を犠牲にすることなく、Ｓ／Ｎ比が飛躍的に高められる。なお、上述のフィードバック制御回路６１，６２は、公知のフィードバック制御回路が適用できる。
【０１２４】
他方、本実施形態においてロッキングモードを励起する振動を伴う外乱が発生した場合、例えば図１７に示すとおり、第２検出電極１３ｔ，１３ｔは、それぞれ円周方向に１８０°離れた角度（換言すれば、正面視で点対称の位置）に配置されている。従って、各々の第２検出電極１３ｔ，１３ｔに連結するレッグ部上の圧電体膜４０の伸縮は、仮に発生したとしても逆になる。その結果、各第２検出電極１３ｔの電気信号の正負が逆になる。従って、それらの電気信号は互いに相殺し合うことになるため、実質的に、ロッキングモードの振動によるリング状振動ジャイロ９２０の動作への悪影響はなくなる。
【０１２５】
上述の通り、本実施形態のリング状振動ジャイロ９２０は、２つの第２検出電極１３ｔ，１３ｔ及び２つの抑制電極１３ｊ，１３ｊを備えることにより、二次振動の検出能力が高められるとともに、ロッキングモードの振動を励起する外部衝撃に対する耐衝撃性も高められる。
【０１２６】
＜第１１の実施形態＞
図１８は、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ９４０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ９４０は、第８の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置を除き、第８の実施形態のリング状振動ジャイロ８００と同一の構成を備える。また、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。ところで、図１８でも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。また、図面の便宜上、駆動電極１３ａ，・・・，１３ａに接続する交流電源及び第１０の実施形態の図１７に描かれているフィードバック制御回路も省略されている。
【０１２７】
本実施形態では、第１０の実施形態とは異なり、二次振動を検出する第１検出電極１３ｓ，１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ，１３ｔが配置されている。また、第１検出電極１３ｓ，１３ｓは、一群の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置され、かつリング状振動体１１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ている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって反時計回りに４５°離れた角度に配置される。同様に、第２検出電極１３ｔ，１３ｔは、一群の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置され、かつリング状振動体１１の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって反時計回りに４５°離れた角度に配置される。また、４つの抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊが、第１検出電極１３ｓ，１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ，１３ｔから円周方向であって９０°離れた角度、換言すれば、一群の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている４つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａから円周方向であって時計回りに４５°離れた角度に配置される。更に、別の言葉で表現すれば、第１検出電極１３ｓ，１３ｓ、第２検出電極１３ｔ，１３ｔ、及び抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊは、駆動電極１３ａ，・・・，１３ａによって生じる一次振動の振動軸に対して４５°傾いた、リング状振動体１１に角速度が与えられたときに発生する二次振動の振動軸上に配置されている。
【０１２８】
本実施形態のリング状振動ジャイロ９４０は、第１検出電極１３ｓ，１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ，１３ｔからの電圧信号に基づいて二次振動を抑制する抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊを備える。従って、リング状振動ジャイロ９４０は、そのリング状振動体１１の二次振動を殆ど振動させることなく、振動ジャイロとしての性能を発揮することができる。なお、本実施形態のリング状振動ジャイロ９４０も、抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊ及び上述のフィードバック制御回路が設けられていない振動ジャイロと比べて、非常にノイズ性能に優れている。特に、本実施形態では、第１検出電極１３ｓ，１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ，１３ｔが配置されているため、抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊの存在によって低周波領域のノイズが大幅に低減され得る。従って、応答性を犠牲にすることなく、Ｓ／Ｎ比が飛躍的に高められる。
【０１２９】
また、本実施形態においてロッキングモードを励起する振動を伴う外乱が発生した場合、例えば図１８に示すとおり、第１検出電極１３ｓ，１３ｓ及び第２検出電極１３ｔ，１３ｔは、それぞれ円周方向に１８０°離れた角度（換言すれば、正面視で点対称の位置）に配置されている。従って、各々の第１検出電極１３ｓ，１３ｓ及び各々の第２検出電極１３ｔ，１３ｔに連結するレッグ部上の圧電体膜４０の伸縮は、仮に発生したとしても逆になる。その結果、各第１検出電極１３ｓ及び各第２検出電極１３ｔの電気信号の正負が逆になるため、それらの電気信号は互いに相殺し合うことになる。このため、実質的に、ロッキングモードの振動によるリング状振動ジャイロ９４０の動作への悪影響はなくなる。また、本実施形態では、第１検出電極１３ｓ，１３ｓの位相と第２検出電極１３ｔ，１３ｔの位相とは互いに逆であるため、公知の差分回路である演算回路が採用されることにより、バウンスモードを励起する振動を伴う外乱の影響を抑えることができる。
【０１３０】
上述の通り、本実施形態のリング状振動ジャイロ９４０は、２つの第１検出電極１３ｓ，１３ｓ、２つの第２検出電極１３ｔ，１３ｔ、及び４つの抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊを備えることにより、二次振動の検出能力が高められるとともに、ロッキングモードの振動を励起する外部衝撃に対する耐衝撃性も高められる。
【０１３１】
＜第１２の実施形態＞
図１９は、本実施形態におけるもう１つのリング状振動ジャイロ９６０の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ９６０は、第８の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置を除き、第８の実施形態のリング状振動ジャイロ８００と同一の構成を備える。また、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第１の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の振動モードは、第１の実施形態と同様、イン・プレーンのｃｏｓ２θの振動モードである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。ところで、図１９でも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０が省略されている。また、図面の便宜上、駆動電極１３ａ，・・・，１３ａに接続する交流電源及び第１０の実施形態の図１７に描かれているフィードバック制御回路も省略されている。
【０１３２】
本実施形態では、二次振動を検出する４つの第２検出電極１３ｔ，・・・，１３ｔが配置されている。また、本実施形態のリング状振動ジャイロ９６０は、７つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａ、１つのモニタ電極１３ｈ、及び４つの抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊを有している。本実施形態の第２検出電極１３ｔ，・・・，１３ｔ及び抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊも、駆動電極１３ａ，・・・，１３ａによって生じる一次振動の振動軸に対して４５°傾いた、リング状振動体１１に角速度が与えられたときに発生する二次振動の振動軸上に配置されている。
【０１３３】
本実施形態のリング状振動ジャイロ９６０は、第２検出電極１３ｔ，・・・，１３ｔからの電圧信号に基づいて二次振動を抑制する抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊを備える。従って、リング状振動ジャイロ９６０は、そのリング状振動体１１の二次振動を殆ど振動させることなく、振動ジャイロとしての性能を発揮することができる。なお、本実施形態のリング状振動ジャイロ９６０も、抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊ及び上述のフィードバック制御回路が設けられていない振動ジャイロと比べて、非常にノイズ性能に優れている。特に、本実施形態では、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及びリング状振動体１１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た第２検出電極１３ｔ，・・・，１３ｔが配置されているため、抑制電極１３ｊ，・・・，１３ｊの存在によって低周波領域のノイズが大幅に低減され得る。従って、応答性を犠牲にすることなく、Ｓ／Ｎ比が飛躍的に高められる。また、本実施形態では、第２検出電極１３ｔ，１３ｔの位相は全て同じであるため、差分回路を要しない利点があるとともに、第１０の実施形態と比較してＳ／Ｎ比が向上する。
【０１３４】
ところで、上述の第９実施形態以外の実施形態では、ｃｏｓ２θの振動モードが採用されているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。Ｎを２以上のある自然数とした場合に、ｃｏｓＮθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する駆動電極を採用することにより、本発明の効果と実質的に同様の効果が奏される。例えば、ｃｏｓ３θの振動モードが採用される第９の実施形態の各電極の配置は、当業者にとって、上述の第１乃至第８の実施形態に相当するｃｏｓ３θの振動モードの各電極の配置を十分に開示するものである。すなわち、Ｎを２以上のある自然数とした場合のｃｏｓＮθの振動モードの各電極の配置は、上述の各実施形態の説明によって十分に開示されている。
【０１３５】
また、上述の第４乃至第７の実施形態のように、第４乃至第７の実施形態以外の実施形態であっても、ある１つの駆動電極の近傍に、その１つの駆動電極が配置されている角度を中心に時計回り及び／又は反時計回りに等角度ずつ離れた角度に複数のモニタ電極が配置され得る。
【０１３６】
加えて、既に述べたように、ｃｏｓＮθの振動モードの一次振動モードにおいて、互いに円周方向に（１８０／Ｎ）°離れた角度に配置された一群の駆動電極のうちの偶数個を、２個ずつが一対となったモニタ電極に代えて用いるとともに、それらのモニタ電極が振動体の正面視において点対称の位置に配置されること、又は（３６０／Ｎ）°毎にＮ個配置されることは、他の好ましい一態様である。この構成と配置が採用されることにより、仮に振動ジャイロの製造過程においてエッチングマスクのズレ等によるパターニングのズレが生じた場合であっても、一方のモニタ電極の検出感度の低下を他方のモニタ電極の検出感度の上昇で補うことができる。
【０１３７】
また、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２０に示すリング状振動ジャイロ９８０の八角形状の振動体１１１のような振動体であってもよい。振動体の正面視において、例えば既述の基準点などの任意の点を対称の中心として点対称形状またはｎ回対称形状（ｎは任意の自然数）となる多角形を外周縁又は内周縁とするようなリング形状の振動体が採用されれば、振動体の振動時の安定性の観点で好ましい。なお、「円環状」には楕円形状が含まれる。
【０１３８】
＜第１３の実施形態＞
図２１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１０００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図２２は、図２１のＥ−Ｅ断面図である。なお、説明の便宜上、図２１には、Ｘ軸及びＹ軸が表記されている。また、その製造方法はフォトリソグラフィ技術により形成されたパターンを除いて第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。ところで、図２１でも、図面を見易くするため、便宜的に演算回路６０及び駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａに接続する交流電源は図示されていない。
【０１３９】
図２１及び図２２に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ１０００も、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の上面上に、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の中央線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。
【０１４０】
ところで、本実施形態では、図２８Ａ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１０００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２８Ｃ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２８Ｄ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２８Ｂ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、以下の（ａ）乃至（ｅ）のとおりである。
（ａ）円周方向に９０°離れた角度に配置される３つの駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａ
（ｂ）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２１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°離れた角度に配置される１つのモニタ電極１３ｈ
（ｃ）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た第１検出電極１３ｂ，１３ｃ
（ｄ）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第２検出電極１３ｄ，１３ｅ
（ｅ）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第３検出電極１３ｆ，１３ｇ
【０１４１】
なお、上述の第１検出電極１３ｂ，１３ｃは、リング状振動体１０００上の圧電素子が配置される平面、換言すれば、図２１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１０００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。同様に、上述の第２検出電極１３ｄ，１３ｅは、リング状振動ジャイロ１０００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。また、上述の第３検出電極１３ｆ，１３ｇは、リング状振動ジャイロ１０００にＺ軸、すなわち、図２１に示すリング状振動ジャイロ１０００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」ともいう）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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。より具体的には、第１検出電極１３ｂ，１３ｃ及び第２検出電極１３ｄ，１３ｅは、前述の３つの駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのいずれとも電気的に接続しないように配置される。
【０１４４】
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は、第１の実施形態のそれらと同様に形成されているので、本実施形態での詳細な説明は省略される。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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１０００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２２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。
【０１４７】
次に、リング状振動ジャイロ１０００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。
【０１４８】
最初に、図２１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。
【０１４９】
ここで、本実施形態ではｃｏｓ２θの振動モードでリング状振動体１０００の一次振動を励起する、円周方向に９０°離れた角度に配置された３個の一群の駆動電極が配置されているため、円周方向に１８０°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。より一般的な表現を用いれば、ｃｏｓＮθの振動モードで一次振動を励起する本実施形態のリング状振動体１０００は、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から（１８０／Ｎ）°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも１つの駆動電極とを含む一群の駆動電極を備える。従って、円周方向に（３６０／Ｎ）°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。
【０１５０】
次に、図２１に示すモニタ電極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。
【０１５１】
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２８Ａ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２８Ｂに示す二次振動が生じる。
【０１５２】
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２１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、既に、図９の説明で述べたとおり、角速度を受けて励起されるイン・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極１３ｆ，１３ｇの電気的信号の正負が逆になる。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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２８Ｃに示すｃｏｓ３θの振動モードの二次振動が生じる。
【０１５５】
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２１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、本実施形態はこれに限定されるものではない。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。その意味では、図３３に示すリング状振動ジャイロ１９００のような第１検出電極１３ｂ，１３ｂ，１３ｂの配置は好ましい一態様であるといえる。なお、図３３では、説明の便宜上、リング状振動体１１以外の構成が描かれていない。また、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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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２８Ｄ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２８Ｃ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。
【０１５８】
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２１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、本実施形態はこれに限定されるものではない。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。その意味では、第１検出電極１３ｂ，１３ｂ，１３ｂと同様に、図３３に示すリング状振動ジャイロ１９００のような第２電極１３ｄ，１３ｄ，１３ｄの配置は好ましい一態様であるといえる。また、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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
ところで、上述の第１３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。
【０１６１】
また、図３３に示すリング状振動ジャイロ１９００は、６個の駆動電極１３ａ，・・・，１３ａを備えているため、第１３の実施形態のリング状振動ジャイロ１０００と比較して、一次振動の振幅の更なる増大又は更なる省電力化が達成される。さらに、モニタ電極１３ｈ，１３ｈの位置的な対象性を考慮しなければ、２つのモニタ電極１３ｈ，１３ｈのうち、いずれか一方を駆動電極に代えることも、さらに一次振動の振幅の更なる増大又は更なる省電力化につながる。
【０１６２】
＜第１３の実施形態の変形例（１）＞
図２３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１１００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。
【０１６３】
本実施形態のリング状振動ジャイロ１１００は、第１３の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、第１の実施形態のリング状振動ジャイロ１０００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１３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１３の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第１３の実施形態と重複する説明は省略される。
【０１６４】
図２３に示すように、本実施形態のリング状振動ジャイロ１１００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１３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１３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１３の実施形態と比較して検出能力が劣る。
【０１６５】
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。
【０１６６】
＜第１３の実施形態の変形例（２）＞
図２４は、第１３の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ１２００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。
【０１６７】
本実施形態のリング状振動ジャイロ１２００は、第１３の実施形態における第１の構成の上層金属膜５０の配置、一部のレッグ部１５，・・・，１５上の引き出し電極１４の配置、及び一部電極パッド１８，・・・，１８の配置を除き、第１３の実施形態のリング状振動ジャイロ１０００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１３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１３の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第１３の実施形態と重複する説明は省略される。
【０１６８】
図２４に示すように、本実施形態のリング状振動ジャイロ１２００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２４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。
【０１６９】
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称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。
【０１７０】
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１３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１３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、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、駆動電極の数及び面積、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。特に、本実施形態では、ｃｏｓ２θの振動モードでリング状振動体１０００の一次振動を励起する、円周方向に９０°離れた角度に配置された３個の一群の駆動電極が配置されているため、円周方向に１８０°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。
【０１７１】
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。
【０１７２】
＜第１３の実施形態の変形例（３）＞
図２５は、第１３の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ１３００の中心的役割を果たす構造体の図２２に相当する断面図である。
【０１７３】
本実施形態では、図２５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１３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２５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２５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。
【０１７４】
＜第１３の実施形態の変形例（４）＞
上述の第１３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１３の実施形態から導き出される。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
＜第１３の実施形態の変形例（５）＞
図２６は、第１３の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ１４００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。また、図２７は、図２６のＦ−Ｆ断面図である。
【０１７８】
本実施形態のリング状振動ジャイロ１４００は、第１３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１４００は、上述の点以外は、第１３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１３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１３の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第１３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。
【０１７９】
本実施形態のリング状振動ジャイロ１４００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２６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１３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１３の実施形態のそれと比較して大きくなる。
【０１８０】
＜第１４の実施形態＞
図２９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１５００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。
【０１８１】
本実施形態のリング状振動ジャイロ１５００は、駆動電極１３ａ、モニタ電極１３ｈ、第１３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を除き、第１３の実施形態のリング状振動ジャイロ１０００と同一の構成を備える。また、その製造方法は、第１３の実施形態と同じである。従って、第１３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３０Ａ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３０Ｂ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３０Ｃ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３０Ｄ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。
【０１８２】
図２９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。
【０１８３】
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１５００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３０Ｂ乃至図３０Ｄ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４つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａが配置される。また、前述の４つの駆動電極１３ａ，・・・，１３ａの内の１つの駆動電極１３ａ（例えば、図２９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１２０°及び３００°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２９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１５００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１５００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１５００にＺ軸、すなわち、図２９に示すリング状振動ジャイロ１５００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」ともいう）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。なお、本実施形態の第３検出電極１３ｆ，１３ｇは、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。
【０１８４】
次に、リング状振動ジャイロ１５００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。
【０１８５】
最初に、４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。但し、図２９における時計の１２時方向の駆動電極１３ａを基準電極とした場合に、その基準電極とその基準電極から時計回りの円周方向であって２４０°離れた角度に配置される１つの駆動電極１３ａに印加される電圧の位相は、その他の２つの駆動電極１３ａ，１３ａに印加される電圧の位相と逆である。
【０１８６】
次に、図２９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。
【０１８７】
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３０Ａ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３０Ｄに示す二次振動が生じる。
【０１８８】
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１３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。
【０１８９】
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３０Ｂ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。
【０１９０】
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２９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、本実施形態はこれに限定されるものではない。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。
【０１９１】
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１３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。
【０１９２】
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３０Ｃに示すｃｏｓ２θの振動モードの二次振動が生じる。
【０１９３】
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、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、本実施形態はこれに限定されるものではない。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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
なお、上述の第１４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。
【０１９６】
ところで、上述の第１３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、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、モニタ電極１３ｈは、Ｎを２以上又は３以上のある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１３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。
【０１９７】
上述の具体的な一例は、図３１Ａに示すリング状振動ジャイロ１６００である。リング状振動ジャイロ１６００のモニタ電極１３ｈ，１３ｈは、Ｎを２以上又は３以上のある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１３の実施形態と同様の効果が奏される。
【０１９８】
なお、図３１Ａに示すリング状振動ジャイロ１６００の２つのモニタ電極１３ｈ，１３ｈは、駆動電極１３ａ，１３ａ，１３ａのうち、正面視で点対称の位置に配置されている２つの駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向に９０°離れた角度を中心にそれぞれが時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。この配置により、検出対象ではない二次振動による電気信号が互いに相殺し合うことになるため、モニタ電極１３ｈ，１３ｈの本来の役割であるリング状振動体１１の一次振動の振幅及び共振周波数の検出精度が向上する。
【０１９９】
また、他の一例は、図３１Ｂに示すリング状振動ジャイロ１７００である。リング状振動ジャイロ７８０の２つのモニタ電極１３ｈ，１３ｈ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３１Ｂに示すモニタ電極１３ｈ，１３ｈの配置であっても第１３の実施形態の少なくとも一部の効果が奏される。なお、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ることにより、第１３の実施形態の少なくとも一部の効果が奏される。
【０２００】
上述の各例に示すように、リング状振動体１１の平面上又はその上方のモニタ電極の配置の自由度は高い。但し、例えば、第１３の実施形態以降の実施形態では、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１３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以上のある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。
【０２０１】
＜その他の変形例＞
第１４の実施形態は、上述の第１３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。
【０２０２】
ところで、上述の第１３の実施形態以降の各実施形態では、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、第１３の実施形態以降の各実施形態でも円環状の代わりに、多角形状の振動体が採用され得る。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３２に示すリング状振動ジャイロ１８００の十二角形状の振動体２１１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称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３２では、図２１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。
【０２０３】
また、上述の第２の実施形態及び第１３の実施形態の変形例（３）以外の実施形態では、圧電体膜４０はエッチングされずに、上層金属膜５０のパターニングによって各電極が形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。第２の実施形態及び第１３の実施形態の変形例（３）以外の実施形態においても、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がエッチングされることにより、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。
【０２０４】
また、上述の各実施形態では、シリコン基板上の絶縁膜としてシリコン酸化膜が採用されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン酸化膜の代わりに、シリコン窒化膜や、シリコン酸窒化膜が形成されていても、本発明の効果と実質的に同様の効果が奏される。
【０２０５】
また、上述の各実施形態では、上層金属膜をパターニングすることによって各電極が形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下層金属膜のみ、又は上層金属膜及び下層金属膜の両方がパターニングされることによって各電極が形成されても、本発明の効果と同等の効果が奏され得る。但し、製造の容易性を考慮すれば、上述の各実施形態のように上層金属膜のみがパターニングされることは好ましい一態様である。
【０２０６】
加えて、上述の第１０乃至第１２の実施形態以外の実施形態では、抑制電極が用いられていなかったが、本発明はこれに限定されるものではない。全ての実施施形態で抑制電極を配置することにより第１０乃至第１２の実施形態の効果と同等の効果が奏される。例えば、図３４に示す振動ジャイロ２０００は、第１４の実施形態の変形例の１つである。この振動ジャイロ２０００は、垂直軸（Ｚ軸）まわりの角速度の検出について抑制電極１３ｊが作用する振動ジャイロである。従って、抑制電極が採用される第１０乃至第１２の実施形態の各電極の配置は、当業者にとって、Ｘ軸やＹ軸、及び複数の軸（例えば、Ｘ，Ｙ，及びＺ軸の３軸全て）のまわりの角速度の検出のために抑制電極を備えた振動ジャイロの各電極の配置を十分に開示するものである。具体例の１つは、図３５に示すような、Ｘ，Ｙ，及びＺ軸の３軸全てについて抑制電極が作用するリング状振動ジャイロ２１００である。
【０２０７】
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】
【０２０８】
本発明は、振動ジャイロとして種々のデバイスの一部に適用され得る。
【符号の説明】
【０２０９】
１０                      シリコン基板
１１，１１ａ，１１ｂ      リング状振動体
１２                      交流電源
１３ａ                    駆動電極
１３ｂ，１３ｃ，２１３ｂ，２１３ｃ，３１３ｃ，１３ｓ，３１３ｓ      第１検出電極
１３ｄ，１３ｅ，１３ｔ，２１３ｔ，３１３ｔ      第２検出電極
１３ｆ，１３ｇ            第３検出電極
１３ｈ，４１３ｈ，４２３ｈ，５１３ｈ，６１３ｈ，６２３ｈ，７１３ｈ,７５３ｈ      モニタ電極
１３ｊ                    抑制電極
１４                      引き出し電極
１５，９５                レッグ部
１６                      固定電位電極（グラウンド電極）
１７                      電極パッド用固定端部
１８                      電極パッド
１９                      支柱
２０                      シリコン酸化膜
３０                      下層金属膜
４０                      圧電体膜
５０                      上層金属膜
６０                      固定端
６１，６２                フィードバック制御回路
１００，２００，３００，４００，４２０，５００，６００，７００，７５０，８００，９００，９２０，９４０，９６０，９８０,１０００，１１００，１２００，１３００，１４００，１５００，１６００，１７００，１８００，１９００，２０００，２１００            リング状振動ジャイロ
【図１】
2011027561.tif 000003
【図２Ａ】
2011027561.tif 000004
【図２Ｂ】
2011027561.tif 000005
【図３】
2011027561.tif 000006
【図４Ａ】
2011027561.tif 000007
【図４Ｂ】
2011027561.tif 000008
【図４Ｃ】
2011027561.tif 000009
【図４Ｄ】
2011027561.tif 000010
【図４Ｅ】
2011027561.tif 000011
【図４Ｆ】
2011027561.tif 000012
【図５】
2011027561.tif 000013
【図６】
2011027561.tif 000014
【図７】
2011027561.tif 000015
【図８】
2011027561.tif 000016
【図９】
2011027561.tif 000017
【図１０Ａ】
2011027561.tif 000018
【図１０Ｂ】
2011027561.tif 000019
【図１１】
2011027561.tif 000020
【図１２】
2011027561.tif 000021
【図１３Ａ】
2011027561.tif 000022
【図１３Ｂ】
2011027561.tif 000023
【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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