(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ４角柱の強誘電体で形成される平行な２本のアームと、前記２本のアームの一端を共通に支持するベースとで構成され、
前記２本のアームの長手方向をＺ軸とし、前記Ｚ軸に垂直な方向で，且つ前記２本のアームの平行する方向をＸ軸とする音叉型振動体と、
前記２本のアームの前記ベース側の領域で，且つ前記Ｘ軸とＺ軸に平行な面に形成され、前記２本のアームに前記Ｘ軸と平行な振動を発生させる駆動電極と、
前記２本のアームの前記ベース側の領域で，前記駆動電極が形成された面と，前記Ｘ軸に垂直な面に形成され、前記音叉型振動体が前記Ｚ軸を中心に回転した場合に発生する起電力を検出する検出電極と、
前記２本のアームの前記４角柱の４面のそれぞれの，前記ベース側と反対側の領域の前記駆動電極及び前記検出電極と異なる領域に形成され，互いに同じ電位となるように接続されて前記強誘電体表面の電位を平均化するダミー電極を有し，
さらに，前記ダミー電極のうち，前記２本のアームの前記Ｘ軸に垂直な面に形成されたダミー電極は，前記Ｘ軸に垂直な面に形成された検出電極と一体に形成されている，
ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項２】
請求項１において，
前記駆動電極と，前記駆動電極が形成された面に形成された検出電極は，前記Ｚ軸方向に相対的に位置をずらして形成されていることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項３】
請求項１又は２において，
前記２本のアームの内の一方のアームの前記駆動電極が形成された面に形成された検出電極と，他方のアームの前記Ｘ軸に垂直な面に形成された検出電極間が接続され，
さらに，前記２本のアームのそれぞれの検出電極に現れる検出信号が入力される２つの入力端を有し，前記２つの入力端間の差動増幅信号を出力する差動増幅器を有する検出回路を有し，
前記２つの入力端間に直列に若しくは並列に接続された，焦電ノイズの高周波成分に対し所定のインピーダンスを示す素子を有する
ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項４】
請求項３において，
前記所定のインピーダンスを示す素子は，コンデンサ又は電圧制限素子であることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項５】
請求項３において，
前記２つの入力端間に並列に接続された，前記所定のインピーダンスを示す素子は，並列接続されたコンデンサと電圧制限素子であり，前記差動増幅器と共に集積化されていることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項６】
請求項１又は２において，
前記２本のアームの内の一方のアームの前記駆動電極が形成された面に形成された検出電極と，他方のアームの前記Ｘ軸に垂直な面に形成された検出電極間が接続され，
さらに，前記２本のアームのそれぞれの検出電極に現れる検出信号が入力される２つの入力端を有し，前記２つの入力端間の差動増幅信号を出力する差動増幅器を有する検出回路を有し，
前記検出電極と前記２つの入力端に直列に焦電ノイズの高周波成分に対し所定のインピーダンスを示すインダクタを有する
ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項７】
請求項３又は６において，
前記差動増幅器は、差動接続された初段のトランジスタと、前記初段のトランジスタと次段以降のトランジスタを分離するガード電極とを有することを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項８】
請求項１において，
前記ベースを支持基板で支持した状態で，前記駆動電極に所定の駆動電力を供給し、
前記アームに前記Ｘ軸に平行な振動を励起させ、前記支持基板の振動を抑圧し、前記検出電極から出力される検出信号を低下させるように、前記検出電極の面積がトリミング調整されていることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項９】
請求項８において，
前記支持基板の振動が，ゴム状弾性体により形成された押え治具により抑圧されたことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音叉型振動ジャイロ及びその電極トリミング方法に関し、特に、温度変動により発生する焦電ノイズを抑圧し、S/N比の高い検出出力を得ることができる音叉型振動ジャイロ及びその電極トリミング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型のジャイロスコープとして、２つのアームとそれらのアームを支えるベースとを強誘電体材料で一体的に形成した音叉型振動ジャイロが開発され、カーナビゲーションシステムの角速度検出やビデオカメラの手振れ検出等に利用されている。
【０００３】
図15は、例えば、本発明者等による特開2000-9476号公報に記載された音叉型振動ジャイロの概略構成図である。音叉型振動ジャイロは、２つのアーム52，53とこれらを支持するベース54とで構成される音叉型振動体51を有する。この音叉型振動体51は、リチウムタンタレート(LiTaO3)又はリチウムナイオベート(LiNbO3) 等の強誘電体材料により一体に形成される。
【０００４】
音叉型振動体51のベース54の底面は、中央部にスリットが形成された支持基板56に取り付けられ、支持基板56は、そのスリットにおいて、ゴム状弾性体からなる接着層58を介して支持アーム57に結合される。また、支持アーム57は、両端部が直角に曲げられ、ステム55に固定される。
【０００５】
また、ステム55には回路基板60が取り付けられ、回路基板60には、アーム52,53を振動させる駆動回路、及び音叉型振動体51から出力される検出信号を処理する検出回路等が搭載される。また、これらの部材は、キャップ59により覆われ、外部から加えられる衝撃から保護されている。なお、この音叉型振動ジャイロは、アーム52,53に平行なＺ軸回りの回転角速度を検出することができる。
【０００６】
音叉型振動体51の２つのアーム52,53は、図示しない駆動回路により、先端がＸ軸方向に振動するように駆動される。この振動はｆｘモード振動又は面内振動と呼ばれる。この状態で、音叉型振動ジャイロがＺ軸回りに回転すると、２つのアーム52,53には、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に、回転角速度に比例したコリオリ力が加わる。
【０００７】
このため、２つのアーム52,53の先端は、Ｙ軸方向にコリオリ力に比例した大きさのｆｙモード振動を始める。ｆｙモード振動は、面垂直振動とも呼ばれ、コリオリ力が回転角速度に比例することから、ｆｙモード振動の大きさを検出することにより、回転角速度を検出することができる。
【０００８】
次に、音叉型振動ジャイロにおける電極構成について説明する。図16(1)は、音叉型振動体51の斜視図であり、図16(2)は、音叉型振動体51を上方から見た平面図である。
【０００９】
音叉型振動体51には、図16(2)に示すように、ｆｘモード振動を駆動するための電極として、アーム52に駆動電極61，62が設けられ、アーム53に駆動電極63，64が設けられる。また、ｆｙモード振動を検出するための電極として、アーム52に検出電極71，72，73が設けられ、アーム53に検出電極74，75，76が設けられる。
【００１０】
図17は、ｆｘモード振動を示すための説明図である。図17(1)に示すように、駆動電極61，62間及び駆動電極63，64間に発振器81からの駆動電圧を印加すると、アーム52,53の内部に電界Ｅが発生し、圧電効果によりアーム52,53の側面が伸縮する。この伸縮により、図17(1)及び図17(2)に示すように、アーム52,53の先端が、矢印82,83の方向にｆｘモード振動を起こす。
【００１１】
この状態で、図18(1)に示すように、Ｚ軸回りの回転運動が生じると、振動方向と垂直なＹ軸方向にコリオリ力が発生する。このため、アーム52,53の先端はＹ軸方向にコリオリ力に比例した大きさのｆｙモード振動を始める。ｆｙモード振動の方向は矢印84,85で示される。
【００１２】
この場合、コリオリ力を受けて互いに逆方向に振動するアーム52,53には、図18(2)に示すように、回転角速度に比例した電界Ｅが発生する。このため、検出電極71，72，73，74，75，76に接続された検出端子86,87の電圧を測定すれば、回転角速度を検出することができる。
【００１３】
図19は、ｆｙモード振動に比例した電圧を検出する検出回路の概略構成図である。検出回路は、前述した回路基板60に搭載される。この検出回路は、音叉型振動体51の検出端子86,87に接続される入力端子88,89と、入力端子88,89に接続される終端抵抗21,22と、入力端子88,89に入力される検出信号の差に比例した信号を出力する差動増幅器90とを有し、更に、差動増幅器90からの出力信号を同期検波する同期検波器91と、同期検波器91へ基準クロック信号を出力する発振器82と、所定のカットオフ周波数fcを有し、検出信号に含まれる高周波成分を遮断するＬＰＦ92と、ＬＰＦ92の出力を増幅する直流増幅器93と、回転角速度に比例した検出電圧を出力する出力端子94,95とを有する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、音叉型振動ジャイロは、強誘電体材料で形成されたアーム52,53にｆｘモード振動を起こさせ、検出電極71,72,73,74,75,76からｆｙモード振動に比例した電圧を取り出すことにより、回転角速度を検出することができる。
【００１５】
しかしながら、音叉型振動体51は、強誘電体材料により一体的に形成されているため、その検出信号には、強誘電体材料が元来持っている性質である温度変化により電荷を発生する性質、即ち焦電性の影響が表れる。
【００１６】
即ち、音叉型振動ジャイロでは、振動に基づく応力変化によって発生する電圧と、焦電性により発生する電圧（焦電ノイズ）が重畳された電圧が検出出力として検知されることになる。従って、回転角速度を正確に検知するには、この焦電ノイズを極力低減する必要がある。
【００１７】
図20は、焦電ノイズ発生のメカニズムと従来の対策を示す説明図である。強誘電体96は、図20(1)(a)に示すように、ある温度において、その温度に応じた自発分極P1が生じて安定状態となっているが、異なる温度になると、図20(1)(c)に示すように、異なる自発分極P2が生じて安定状態となる。
【００１８】
この場合、強誘電体96の表面には、自発分極P1、P2に対応する電荷が蓄積されるため、温度変動が生じた場合は、図20(1)(b)に示すように、強誘電体96の表面の電荷が他の強誘電体96に移動したり、逆極性の電荷が結合して消滅したりする。この場合、逆極性の電荷が急激に結合すると焦電ノイズが発生し、音叉型振動ジャイロのS/N比を劣化させると考えられる。
【００１９】
このような問題に対し、従来から、図20(2)に示すように、強誘電体96の表面を、例えば、CrSi等の高抵抗膜97で覆い、焦電ノイズの発生を抑えることが知られている。これは、高抵抗膜97により、強誘電体96の表面の余った電荷を徐々に放電し、焦電ノイズの発生を防止するものである。
【００２０】
しかしながら、強誘電体96の表面を高抵抗膜97で覆うためには、音叉型振動体51の製造工程に新たな工程を追加しなければならず、コストアップの要因となっていた。また、音叉型振動ジャイロでは、強誘電体96の高インピーダンス共振を利用しているため、強誘電体96の表面を高抵抗膜97で覆うと、検出電圧が大きく下がったり、十分な周波数特性が取れなくなる欠点がある。更に、高抵抗膜97は湿気の影響で抵抗値が変化するため、再現性が低下する恐れがある。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、温度変動により発生する焦電ノイズを抑圧し、S/N比の高い検出出力を得ることができる音叉型振動ジャイロ及びその電極トリミング方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、平行な２本のアームと、２本のアームの一端を共通に支持するベースとで構成され、２本のアームの長手方向をＺ軸とし、これに垂直な方向をＸ軸とする音叉型振動体と、２本のアームに形成され、２本のアームにＸ軸と平行な振動を発生させる駆動電極と、２本のアームに形成され、音叉型振動体がＺ軸を中心に回転した場合に発生する起電力を検出する検出電極と、２本のアームの駆動電極及び検出電極と異なる領域に形成されるダミー電極とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、平行な３本以上のアームと、３本以上のアームの一端を共通に支持するベースとで構成され、３本以上のアームの長手方向をＺ軸とし、これに垂直な方向をＸ軸とする音叉型振動体と、３本以上のアームの少なくとも２本のアームに形成され、３本以上のアームにＸ軸と平行な振動を発生させる駆動電極と、３本以上のアームの少なくとも１本のアームに形成され、音叉型振動体がＺ軸を中心に回転した場合に発生する起電力を検出する検出電極と、３本以上のアームの駆動電極及び検出電極と異なる領域に形成されるダミー電極とを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、アームの表面のダミー電極が、強誘電体表面の電位を平均化し、高電位部分をなくすので、温度変動により強誘電体表面の電荷が過剰になった場合でも、強誘電体表面の絶縁破壊を抑えることができる。従って、焦電ノイズの発生を抑え、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することができる。
【００２５】
また、上記の発明における好ましい態様として、駆動電極と検出電極とは、Ｚ軸に対し、相互にずれた位置に形成されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、駆動電極と検出電極とが、Ｚ軸に対し、相互にずれた位置に形成されているため、音叉型振動ジャイロの製造工程における電極トリミングにおいて、駆動電極又は検出電極に対する誤認識を防止することができる。
【００２７】
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、音叉型振動体により生成される検出信号が入力される検出回路を有する音叉型振動ジャイロにおいて、検出回路は、検出信号が入力される差動増幅器と、差動増幅器の入力端子に接続されるコンデンサ又は電圧制限素子とを有することを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、差動増幅器の入力端子に接続されるコンデンサ又は電圧制限素子により、差動増幅器に入力される焦電ノイズを阻止することができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００２９】
また、上記の発明における好ましい態様として、差動増幅器は、差動接続された初段のトランジスタと、初段のトランジスタと次段以降のトランジスタを分離するガード電極とを有することを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、差動増幅器の初段のトランジスタを次段以降のトランジスタと分離するので、焦電ノイズが次段以降のトランジスタに伝達されることを防止し、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００３１】
また、上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、２本以上のアームとそれらを支えるベースとで構成される音叉型振動体と、２本以上のアームに形成される駆動電極及び検出電極と、音叉型振動体をべースにおいて支持する支持基板とを有する音叉型振動ジャイロの電極トリミング方法において、アームが並立する方向をＸ軸とした場合に、駆動電極に所定の駆動電力を供給し、アームにＸ軸に平行な振動を励起させた状態で、支持基板の振動を抑圧し、検出電極から出力される検出信号を低下させるように、検出電極の面積を調節することを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、支持基板の振動を抑圧し、アームに誘起される寄生振動を抑圧するので、Ｘ軸に平行な振動（ｆｘモード振動）による漏れＡｘだけを取り出すことができる。従って、検出電極の面積のアンバランスを正確にトリミングすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態における音叉型振動ジャイロの概略構成図である。本実施の形態の音叉型振動ジャイロは、リチウムタンタレート(LiTaO3)又はリチウムナイオベート(LiNbO3) 等の強誘電体材料により一体に形成される音叉型振動体51を有し、音叉型振動体51には、駆動電極62,64等と検出電極72,75,76等と共に、２つのアーム52，53の表面に焦電ノイズを低下させるダミー電極11が設けられる。なお、他の構成は、図15に示した従来の構成とほぼ同様である。
【００３５】
図２は、本実施の形態における音叉型振動体51の電極構成の説明図である。図2(1)は、従来電極を設けなかった音叉型振動体51のアーム52,53の先端部の表面（手前側）と裏面にダミー電極11を設けたダミー電極２面タイプを示す。
【００３６】
本実施の形態によれば、ダミー電極11が、強誘電体表面の電位を平均化し、高電位部分をなくすので、温度変動により強誘電体表面の電荷が過剰になった場合でも、強誘電体表面の絶縁破壊を抑えることができる。従って、焦電ノイズの発生を抑えて、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することができる。
【００３７】
また、図2(2)は、音叉型振動体51のアーム52,53の先端の表面と裏面及び左右の側面にダミー電極11を設け、各面のダミー電極11を接続するダミー電極４面タイプを示す。
【００３８】
本実施の形態では、強誘電体により形成されるアーム52,53の表面の広い範囲にダミー電極11が設けられ、強誘電体表面の電荷を中和し、高電位部分をなくすので、温度変動により強誘電体表面の電荷が過剰になった場合でも、強誘電体表面の絶縁破壊を抑えることができる。従って、焦電ノイズの発生を抑え、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することができる。
【００３９】
また、図2(3)は、音叉型振動体51のアーム52,53の先端の表面と裏面及び左右の側面にダミー電極11を設けると共に、そのダミー電極11を検出電極73,76に接続するダミー電極４面・検出電極一体タイプを示す。
【００４０】
本実施の形態では、ダミー電極11により強誘電体表面の電荷を中和すると共に、検出電極73,76に接続された終端抵抗21,22（図19参照）を通して、過剰な電荷を接地ラインに放電するので、温度変動により強誘電体表面の電荷が過剰になった場合でも、強誘電体表面の絶縁破壊を抑えることができる。従って、焦電ノイズの発生を抑え、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することができる。
【００４１】
図３は、検出電圧に含まれる焦電ノイズを示す説明図である。図３では、ダミー電極11を設けた実施例と、ダミー電極11のない従来例の比較を示し、時間とともに温度が25℃から-40℃、90℃と変化した場合の焦電ノイズを示す。図３において、焦電ノイズは、従来例の特性における検出電圧の段差で示される。
【００４２】
図３に示すように、ダミー電極11のない従来例では、焦電ノイズを示す段差が生じているのに対し、ダミー電極11を設けた実施例では、検出電圧が連続となり、焦電ノイズを示す段差が生じていない。
【００４３】
このように本実施の形態によれば、ダミー電極11により、強誘電体表面の電荷を中和することができるので、焦電ノイズを低下させ、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００４４】
図４は、検出出力に含まれる焦電ノイズΔＶの大きさを示す特性図であり、検出電極に接続される終端抵抗21,22（図19参照）の大きさによる焦電ノイズΔＶの変化を示す。
【００４５】
図４では、ダミー電極２面タイプの焦電ノイズΔＶが黒菱形◆で示され、ダミー電極４面・検出電極一体タイプの焦電ノイズΔＶが白三角△で示される。また、比較のために、ダミー電極なしの従来タイプの焦電ノイズΔＶが黒四角■で示される。
【００４６】
図４に示すように、音叉型振動体51にダミー電極11を設けることにより、強誘電体表面の電荷を中和し、焦電ノイズΔＶの大きさを低下させることができるので、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することができる。
【００４７】
なお、上記の実施の形態では、アームが２本の音叉型振動体51について説明したが、本発明をアームが３本以上の音叉型振動体51に適用し、焦電ノイズを低下させて、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することもできる。
【００４８】
即ち、２本のアームを有する音叉型振動体51では、ｆｙモード振動が図18(1)の矢印のように生じるため、ベース54にｆｙモード振動に対応した回転振動が発生する。３本以上の音叉型振動体51では、次の図５、図６で説明するように、ベース54に発生する回転振動を打ち消すことができる。
【００４９】
図５は、３本のアーム66を有する音叉型振動体51の電極構成の説明図である。図5(1)に示すように、本実施の形態の音叉型振動体51は、３本のアーム66とベース54が一体に形成され、両側のアーム66に駆動電極101が設けられ、中央のアーム66に検出電極102が設けられる。また、３本のアーム66の先端部にダミー電極11が設けられる。
【００５０】
駆動電極101及び検出電極102は、図5(2)に示すように接続され、駆動電極101に接続された駆動端子83,84に前述の発振器81を接続すると、両側のアーム66に電界E1が発生する。この電界E1により、音叉型振動体51には、図5(1)(a)に示すfxモード振動が発生する。
【００５１】
この状態で、音叉型振動体51が回転すると、コリオリ力により音叉型振動体51には図5(1)(b)に示すfyモード振動が発生し、中央のアーム66に図5(2)に示す電界E2が発生する。
【００５２】
この場合、fyモード振動は、図5(1)(b)に示すように、両側のアームと中央のアームが逆方向に振動するため、ベース54の振動を打ち消すことができる。また、この電界E2を検出することにより、検出端子86,87から回転角速度に対応した電圧を取り出すことができる。
【００５３】
また、図６は、４本のアームを有する音叉型振動体51の電極構成の説明図である。図6(1)に示すように、本実施の形態の音叉型振動体51は、上部アーム67と下部アーム68とがベース54により一体に形成され、上部アーム67に駆動電極101が設けられ、下部アーム68に検出電極102が設けられる。また、上部アーム67と下部アーム68の先端部にダミー電極11が設けられる。
【００５４】
上部アーム67の駆動電極101及び下部アーム68の検出電極102は、図6(2)に示すように接続され、駆動電極101に接続された駆動端子83,84に前述の発振器81を接続すると、上部アーム67に電界E1が発生する。この電界E1により、上部アーム67と下部アーム68には、図6(1)(a)に示すfxモード振動が発生する。
【００５５】
この状態で音叉型振動体51が回転すると、コリオリ力により音叉型振動体51には図6(1)(b)に示すfyモード振動が発生し、下部アーム68に図6(2)に示す電界E2が発生する。
【００５６】
この場合、fyモード振動は、図6(1)(b)に示すように、上部アーム67と下部アーム68が逆方向に振動するため、ベース54の振動を打ち消すことができる。また、この電界E2を検出することにより、検出端子86,87から回転角速度に対応した電圧を取り出すことができる。
【００５７】
このように、３本以上のアームを有する音叉型振動体51では、ｆｙモード振動によるベース54の振動を打ち消すことができるので、２本アームの音叉型振動体51に比べてベース54の回転振動が少なくなり、音叉型振動体51が安定となり、その支持を容易に行うことができる。
【００５８】
また、３本以上のアームを有する音叉型振動体51においても、アームの先端にダミー電極11を設けて焦電ノイズΔＶの大きさを低下させることができるので、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することができる。
【００５９】
次に、音叉型振動ジャイロにおいて、焦電ノイズが検出回路に入力されることを阻止する例について説明する。図７は、本発明の実施の形態における検出回路の説明図である。前述のように、強誘電体は温度変動により焦電ノイズを発生させるが、本実施の形態では、焦電ノイズが検出回路に入力されることを阻止し、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させるものである。
【００６０】
本実施の形態の検出回路は、図7(1)に示すように、初段の差動増幅器90の入力端子88,89に、終端抵抗21,22を接続すると共に、音叉型振動体51から出力される焦電ノイズが差動増幅器90に入力されることを防止するため、コンデンサ23を接続する。検出回路の他の構成は、図19に示した構成と同様である。
【００６１】
本実施の形態によれば、検出信号のうち、高周波成分である焦電ノイズだけが、コンデンサ23を通過し、差動増幅器90に入力されることを防止することができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００６２】
図7(2)は、他の実施の形態の検出回路の構成図である。本実施の形態では、初段の差動増幅器90の入力端子88,89と接地ライン間に、終端抵抗21,22と共にコンデンサ24,25が接続される。
【００６３】
本実施の形態によれば、検出信号のうち、高周波成分である焦電ノイズだけを接地ラインに逃がすことができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００６４】
また、図7(3)は、他の実施の形態の検出回路の構成図である。本実施の形態では、初段の差動増幅器90の入力端子88,89と接地ライン間に、終端抵抗21,22と共に、電圧制限素子として、例えば、バリスタ26,27が接続される。本実施の形態によれば、電圧制限素子により、焦電ノイズの大きさを制限することができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００６５】
また、図8(1)(2)は、他の実施の形態の検出回路の構成図である。本実施の形態では、初段の差動増幅器90の入力端子88,89にコンデンサ24,25が接続されると共にインダクタ36,37が接続される。
【００６６】
本実施の形態によれば、音叉型振動体51から出力される焦電ノイズをインダクタ36,37により阻止し、差動増幅器90に入力されないようにすることができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００６７】
また、図９は、図7(1)と図7(3)に示した検出回路の焦電ノイズΔＶの特性図である。図９において、図7(1)の検出回路のコンデンサ23を10pFにした場合の特性を黒菱形◆で示し、図7(3)の検出回路の特性を黒四角■で示す。
【００６８】
図９に示すように、本実施の形態によれば、コンデンサ23又はバリスタ26,27により、検出信号に含まれる焦電ノイズを低下させることができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００６９】
図10は、本発明の他の実施の形態の検出回路の構成図である。本実施の形態は、図7(3)に示したコンデンサ及び電圧制限素子を、差動増幅器90と一体の集積回路として構成したものである。なお、図10では、電圧制限素子として、バイポーラ集積回路で構成することが容易なツェナーダイオード28,29を用いている。
【００７０】
本実施の形態によれば、検出回路を小型化することができると共に、ツェナーダイオード28,29により焦電ノイズの大きさを制限し、コンデンサ30,31により検出信号に含まれる焦電ノイズを接地ラインに逃がすことができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００７１】
図11(1)は、本発明の他の実施の形態の検出回路における差動増幅器の構成図であり、図11(2)はその断面図、図11(3)はその平面図である。本実施の形態は、差動増幅器90の初段のトランジスタ32,33を次段以降のトランジスタと分離し、焦電ノイズが次段以降のトランジスタに伝達されることを防止するものである。
【００７２】
図11(1)に示すように、差動増幅器90の初段のトランジスタ32,33のベースは、検出信号が入力される入力パッド46,47に接続されている。従って、音叉型振動体51で発生した焦電ノイズは、入力パッド46,47からトランジスタ32,33に入力される。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、差動増幅器90の初段のトランジスタ32,33を次段以降のトランジスタと分離するガード電極36を設け、ガード電極36を接地ラインに接続する。このため、焦電ノイズをガード電極36から接地ラインに逃がすことができ、焦電ノイズが次段以降のトランジスタに伝達されることを防止することができる。
【００７４】
なお、初段のトランジスタ32,33のそれぞれを接地ラインに接続されたガード電極36で囲むことにより、初段のトランジスタ32,33同士が焦電ノイズにより不要結合を起こし、誤動作することを防止することもできる。
【００７５】
次に、音叉型振動ジャイロの電極トリミングにおける駆動電極と検出電極の結合関係について説明する。図12は、音叉型振動体51における駆動電極と検出電極の結合関係を示す説明図である。音叉型振動体51は、図12の実線で示すように、本来、駆動電極61,62等によりｆｘモード振動を励振した状態で回転運動が加わった場合に、コリオリ力Ｇを介してｆｙ モード振動が発生し、その振動が検出電極71,72等により検出されるものである。
【００７６】
しかしながら、音叉型振動体51には、図12の点線で示すように、音叉型振動体51が回転していない場合でも、検出電極71,72等に漏れ信号が伝達される場合がある。即ち、音叉型振動体51には、駆動電極61,62等の面積のアンバランスによりｆｙ モード振動を発生させる漏れＡｙと、ｆｘモード振動時に検出電極71,72等の面積のアンバランスによって生じる漏れＡｘと、駆動電極61,62等と検出電極71,72等の間の電気的漏れＥと、駆動電極61,62等と検出電極71,72等が一体に形成されていることによる機械的結合による漏れｋＭとの４種類の漏れが存在する。
【００７７】
駆動電極61,62等の面積のアンバランスによりｆｙ モード振動を発生させる漏れＡｙは、本来、ｆｘモード振動だけを励振させる駆動電極61,62等の面積のアンバランスのために、音叉型振動体51が回転していない場合にもｆｙ モード振動を発生させてしまう漏れである。
【００７８】
また、機械的結合による漏れｋＭは、一体に形成されたアーム52,53の機械的結合により、音叉型振動体51が回転していない場合にも、ｆｘモード振動が直接ｆｙ モード振動を発生させてしまう漏れである。なお、本実施の形態では、駆動電極61,62等の面積のアンバランスによりｆｙ モード振動を発生させる漏れＡｙと機械的結合による漏れｋＭの合計は、全体の漏れに対して10％程度である。
【００７９】
また、ｆｘモード振動時に検出電極71,72等の面積のアンバランスによって生じる漏れＡｘは、ｆｘモード振動時に、音叉型振動体51が回転していない場合にも、検出電極71,72等の面積のアンバランスにより検出電圧が発生してしまう漏れであり、全体の漏れに対する割合は80％程度である。
【００８０】
また、電気的漏れＥは、駆動電極61,62等と検出電極71,72等間に発生する静電結合による漏れであり、本実施の形態では、それぞれの電極が十分な間隔をもって設置されるため、全体の漏れに対する割合は10％程度である。
【００８１】
このように、音叉型振動体51には、音叉型振動体51が回転していない場合でも、異なるルートで漏れ信号が伝達されるため、回転角速度を正確に検出するためには、それぞれの漏れを個別に取り出し、それぞれのルートにおける漏れを低下させる必要がある。
【００８２】
特に、音叉型振動ジャイロでは、ｆｘモード振動時に検出電極71,72等の面積のアンバランスによって生じる漏れＡｘの割合が大きいため、検出電極71,72等の面積のアンバランスを正確にトリミングする必要がある。そのためには、ｆｘモード振動だけを取り出し、寄生的に発生するｆｙモード振動を抑圧する必要がある。
【００８３】
図13は、本実施の形態において、寄生的に発生するｆｙモード振動を抑圧して検出電極をトリミングする方法を示す説明図であり、図13(1)は、音叉型振動体51において寄生的なｆｙ モード振動が発生している様子を示す。音叉型振動体51は、寄生的なｆｙ モード振動により、アーム52,53が矢印84,85のように振動すると同時に、支持基板56が矢印14,15のように、アーム52,53の先端と反対方向に振動する。
【００８４】
この場合、本実施の形態の電極トリミング方法では、図13(2)に示すように、ゴム状弾性体等で形成した押え治具12で音叉型振動体51の支持基板56を押さえ、ｆｙ モード寄生振動を抑圧して、アーム52,53に理想的なｆｘモード振動が起きるようにする。
【００８５】
そして、音叉型振動体51の検出電極71,72等から出力される検出出力をモニターしながら、検出出力を低下させるように、検出電極71,72等のトリミングを行う。なお、検出電極71,72等のトリミングは、図13(3)に示すように、検出電極71等の先端にスリット13を入れ、検出電極71等の面積を調整することにより行う。
【００８６】
このように本実施の形態によれば、ゴム状弾性体等で形成した押え治具12で音叉型振動体51の支持基板56を押さえることにより、ｆｙ モード寄生振動を抑圧し、ｆｘモード振動による漏れＡｘだけを取り出すことができるので、検出電極71,72等の面積のアンバランスを正確にトリミングすることができる。
【００８７】
図14は、電極トリミングにおける電極の誤認識を防止する音叉型振動体51の電極構成の説明図である。本実施の形態の音叉型振動体51は、図14に示すように、図2(3)に示したダミー電極４面・検出電極一体タイプにおいて、駆動電極62,64等と検出電極72,75等のＺ軸方向の相対的位置をずらせたものである。
【００８８】
本実施の形態の電極構成によれば、駆動電極62,64等と検出電極72,75等のＺ軸方向の相対的位置をずらせてあるため、音叉型振動ジャイロの製造工程における電極トリミングにおいて、トリミングする対象となる電極の誤認識を防止することができる。
【００８９】
なお、図14では、ダミー電極４面・検出電極一体タイプを示したが、図2(1)に示すダミー電極２面タイプ、及び図2(2)に示すダミー電極４面タイプについても同様に適用することができる。
【００９０】
このように本実施の形態では、駆動電極61,62,63,64と検出電極71,72,74,75のＺ軸方向の相対的位置をずらせることにより、電極トリミングにおける誤認識を防止し、歩留まり向上に寄与することが出来る。
【００９１】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００９２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、アームの表面のダミー電極が、強誘電体表面の電位を平均化し、高電位部分をなくすので、温度変動により強誘電体表面の電荷が過剰になった場合でも、強誘電体表面の絶縁破壊を抑えることができる。従って、焦電ノイズの発生を抑え、S/N比の高い音叉型振動ジャイロを構成することができる。
【００９３】
また、駆動電極と検出電極とが、Ｚ軸に対し、相互にずれた位置に形成されているため、音叉型振動ジャイロの製造工程における電極トリミングにおいて、駆動電極又は検出電極に対する誤認識を防止することができる。
【００９４】
また、差動増幅器の入力端子に接続されるコンデンサ又は電圧制限素子により、差動増幅器に入力される焦電ノイズを阻止することができるので、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００９５】
また、差動増幅器の初段のトランジスタを次段以降のトランジスタと分離するので、焦電ノイズが次段以降のトランジスタに伝達されることを防止し、音叉型振動ジャイロのS/N比を向上させることができる。
【００９６】
更に、支持基板の振動を抑圧し、アームに誘起される寄生振動を抑圧するので、Ｘ軸に平行な振動（ｆｘモード振動）による漏れＡｘだけを取り出すことができる。従って、検出電極の面積のアンバランスを正確にトリミングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の音叉型振動ジャイロの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における電極構成の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態における検出電圧の変動の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態における焦電ノイズの特性図である。
【図５】本発明の実施の形態における電極構成の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における電極構成の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における検出回路の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態における検出回路の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態における焦電ノイズの特性図である。
【図１０】本発明の実施の形態における検出回路の構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態における検出回路の説明図である。
【図１２】駆動電極と検出電極の結合関係の説明図である。
【図１３】寄生振動を抑圧してトリミングする方法の説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態における駆動電極と検出電極の位置関係を示す説明図である。
【図１５】音叉型振動ジャイロの概略構成図である。
【図１６】音叉型振動体の電極構成の説明図である。
【図１７】音叉型振動体におけるｆｘモード振動の説明図である。
【図１８】音叉型振動体におけるｆｙモード振動の説明図である。
【図１９】音叉型振動ジャイロにおける検出回路の概略構成図である。
【図２０】焦電ノイズ発生のメカニズムと従来の対策の説明図である。
【符号の説明】
11    ダミー電極
12    押え治具
13    スリット
21,22    終端抵抗
23,24,25,30,31    コンデンサ
26,27    バリスタ
28,29    ツェナーダイオード
32,33,48,49  トランジスタ
34,35    抵抗
36,37    インダクタ
40,41,42,43,44,45    電極
46,47    入力パッド
51    音叉型振動体
52,53,66    アーム
54    ベース
55    ステム
56    支持基板
57    支持アーム
58    接着層
59    キャップ
60    回路基板
61,62,63,64    駆動電極
71,72,73,74,75,76    検出電極
81,82    発振器
83,84    駆動端子
86,87    検出端子
88,89    入力端子
90    差動増幅器
91    同期検波器
92    ＬＰＦ
93    直流増幅器
94,95    出力端子
96    強誘電体
97    高抵抗膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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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