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JP2000088580A - Silicon gyro - Google Patents

Silicon gyro

Info

Publication number
JP2000088580A
JP2000088580A JP10260392A JP26039298A JP2000088580A JP 2000088580 A JP2000088580 A JP 2000088580A JP 10260392 A JP10260392 A JP 10260392A JP 26039298 A JP26039298 A JP 26039298A JP 2000088580 A JP2000088580 A JP 2000088580A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
elastic legs
electrode
vibrator
elastic
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10260392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Murata
眞司 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP10260392A priority Critical patent/JP2000088580A/en
Priority to US09/298,746 priority patent/US6257058B1/en
Publication of JP2000088580A publication Critical patent/JP2000088580A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon gyro which allows the elastic leg span to be reduced, improves the sensitivity without needing a high driving voltage, and is made at a low cost. SOLUTION: The silicon gyro is formed from an Si wafer and has three elastic legs 2a, 2b, 2c separated by two grooves. A vibrator 1 supporting the elastic legs 2a, 2b, 2c has a base a part of which is fixed to a base 3. A vertical electrode 4 is disposed in parallel to the array plane of the elastic legs 2a, 2b, 2c and near the elastic legs 2a, 2b, 2c.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の弾性脚が
振動しながら回転したときに発生するコリオリ力を利用
して回転角速度を検出するシリコンジャイロに係り、特
に、高電圧を必要とせず、感度を向上させることができ
るシリコンジャイロに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon gyro for detecting a rotational angular velocity using a Coriolis force generated when an elastic leg of a vibrator rotates while vibrating, and in particular, does not require a high voltage. And a silicon gyro capable of improving sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、車搭載用ナビゲーションシステム
や無人走行車用の姿勢制御装置、さらにはビデオカメラ
の画面振れ防止装置などに使用される振動型シリコンジ
ャイロとして、2カ所の溝により分離された3個の平行
な弾性脚を有する振動子と、前記弾性脚に振動を発生さ
せる駆動手段と、前記振動子が回転したときに前記弾性
脚に生じる前記振動の方向の振動成分を検出する検出手
段からなるシリコンジャイロが開発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a vibration type silicon gyro used for an on-vehicle navigation system, an attitude control device for an unmanned vehicle, and a screen shake prevention device for a video camera has been separated by two grooves. A vibrator having three parallel elastic legs, driving means for generating vibrations in the elastic legs, and detecting means for detecting a vibration component in a direction of the vibration generated in the elastic legs when the vibrator rotates A silicon gyro consisting of

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】静電容量検出、静電力
駆動の3音叉シリコンジャイロにおいて、安定した角速
度の検出を行うための一手段としては、弾性脚間に駆動
または検出のための電極を形成することが考えられてい
るが、このような構成のシリコンジャイロにおいて弾性
脚間の寸法Wを基板としてのシリコンウエハの厚みdよ
り小さく形成することは難しい。なぜなら、基板の厚み
dに対して狭いギャップでの貫通穴加工がしにくいこ
と、脚間にある水平電極の幅を狭くしようとすると、水
平電極の機械的強度が小さくなり、エッチングの工程な
どによる破損頻度が多くなるためである。
As means for detecting a stable angular velocity in a three-tuning fork silicon gyro of electrostatic capacity detection and electrostatic force drive, an electrode for driving or detection is provided between elastic legs. However, it is difficult to form the dimension W between the elastic legs smaller than the thickness d of the silicon wafer as the substrate in the silicon gyro having such a configuration. This is because it is difficult to form a through-hole in a narrow gap with respect to the thickness d of the substrate, and when trying to reduce the width of the horizontal electrode between the legs, the mechanical strength of the horizontal electrode becomes small, and the etching process and the like are reduced. This is because the damage frequency increases.

【0004】しかしながら、振動子としての弾性脚間の
寸法Wと基板の厚みdと共振の大きさQ値との関係は、
基板の厚みdに対して弾性脚間の寸法Wが小さいほどQ
値が高くなる。このことは図9のグラフからも明らかで
ある。つまり、弾性脚間の寸法Wを小さくすることがで
きれば、低い電圧でも弾性脚の変位量を大きくすること
ができ、振動状態が安定し感度が高くなるのである。
However, the relationship between the dimension W between the elastic legs as the vibrator, the thickness d of the substrate, and the magnitude Q of the resonance is as follows.
As the dimension W between the elastic legs is smaller than the thickness d of the substrate, Q
The value increases. This is clear from the graph of FIG. That is, if the dimension W between the elastic legs can be reduced, the displacement amount of the elastic legs can be increased even at a low voltage, so that the vibration state is stabilized and the sensitivity is increased.

【0005】また、一般に静電力駆動は、PZTなどの
圧電素子によって得られる駆動力を得るためには、比較
的高い電圧(10〜50V)が必要である。ところが、
小型のデバイスのほとんどは15V以下の電源で動作す
るように設計されている。そのため、15V以上の電圧
を必要とする場合、デバイス以外に電圧源を必要とし、
コストが高くなったり、小型化できないし、電源からの
誘導ノイズが大きくなり、感度が低下するといった欠点
があった。
[0005] In general, the electrostatic drive requires a relatively high voltage (10 to 50 V) in order to obtain a driving force obtained by a piezoelectric element such as PZT. However,
Most small devices are designed to work with power supplies below 15V. Therefore, when a voltage of 15 V or more is required, a voltage source other than the device is required,
There are disadvantages such as an increase in cost, a reduction in size, an increase in noise induced from a power supply, and a decrease in sensitivity.

【0006】本発明は前記した点に鑑みなされたもの
で、弾性脚間の寸法を小さくすることができ、駆動電圧
用の高電圧を必要とせずに感度を向上させることがで
き、しかも安価であるシリコンジャイロを提供すること
を目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above points, and can reduce the size between the elastic legs, improve the sensitivity without requiring a high driving voltage, and can reduce the cost. It is intended to provide a certain silicon gyro.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の請求項1に係るシリコンジャイロは、シリコン
ウエハにより形成され、2箇所の溝により分離された3
個の弾性脚を有するシリコンジャイロであって、前記弾
性脚を支持する振動子の基部の一部を基体に固定し、前
記弾性脚の並び面と平行且つ前記弾性脚と近接する垂直
電極を配設したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a silicon gyro formed by a silicon wafer and separated by two grooves.
A silicon gyro having a plurality of elastic legs, wherein a part of a base of a vibrator supporting the elastic legs is fixed to a base, and a vertical electrode which is parallel to an arrangement surface of the elastic legs and is close to the elastic legs is arranged. It is characterized by having been established.

【0008】また、請求項2に記載のシリコンジャイロ
は、請求項1に記載のシリコンジャイロにおいて、前記
弾性脚間の溝幅Wと前記弾性脚の厚みdとが、W/d=
1〜0.02となる関係を有することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a silicon gyro according to the first aspect, wherein a groove width W between the elastic legs and a thickness d of the elastic legs are W / d =
It is characterized by having a relationship of 1 to 0.02.

【0009】そして、請求項3に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項1または請求項2に記載のシリコンジャイ
ロにおいて、前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する駆
動電極と前記溝および弾性脚の外側辺に対応するコリオ
リ検出電極からなることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a silicon gyro according to the first or second aspect, wherein the vertical electrode is formed on a drive electrode corresponding to each of the elastic legs, the groove and the outside of the elastic leg. It is characterized by comprising Coriolis detection electrodes corresponding to the sides.

【0010】さらに、請求項4に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項1または請求項2に記載のシリコンジャイ
ロであって、前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する駆
動電極と、前記溝に対応するコリオリ検出電極からな
り、さらに、前記弾性脚の外側方には、前記弾性脚の並
び方向と垂直且つ前記弾性脚に近接する水平電極を配設
したことを特徴とする。
Further, the silicon gyro according to claim 4 is the silicon gyro according to claim 1 or 2, wherein the vertical electrodes correspond to the drive electrodes corresponding to the respective elastic legs, and correspond to the grooves. And a horizontal electrode perpendicular to the direction in which the elastic legs are arranged and adjacent to the elastic legs is disposed outside the elastic legs.

【0011】そして、請求項5に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項1乃至請求項4に記載のシリコンジャイロ
において、前記各弾性脚に対する駆動電極を2本の電極
で構成し、前記2本の駆動電極間にコリオリ力の垂直方
向の検出を行うための駆動同期電極をさらに形成したこ
とを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a silicon gyro according to the first to fourth aspects, wherein a driving electrode for each of the elastic legs is composed of two electrodes, and A drive synchronization electrode for detecting the Coriolis force in the vertical direction is further formed between the electrodes.

【0012】さらに、請求項6に記載のシリコンジャイ
ロは、請求項5に記載のシリコンジャイロであって、前
記2本の駆動電極には、それぞれ互いに相反する位相関
係にあるAC成分と互いに相反する極性関係にあるDC
成分を印加することを特徴とする。
Further, the silicon gyro according to claim 6 is the silicon gyro according to claim 5, wherein the two drive electrodes are mutually inconsistent with AC components having mutually opposite phase relationships. DC with polarity relationship
It is characterized by applying a component.

【0013】これらのシリコンジャイロによれば、従来
において各弾性脚間に配設されていた水平電極を省略し
て弾性脚間の寸法を狭くすることで高いQ値(千〜数
万)を得ることができる。
According to these silicon gyros, a high Q value (thousands to tens of thousands) can be obtained by omitting the horizontal electrodes conventionally provided between the elastic legs and narrowing the dimensions between the elastic legs. be able to.

【0014】また、前記各弾性脚に対する駆動電極を2
本の電極で構成することにより、互いに相反する位相関
係にあるAC成分と互いに相反する極性関係にあるDC
成分をそれぞれの電極に印加することが可能となり、検
出回路系に誘導される互いの影響を相殺させることがで
き、検出感度を向上できる。
In addition, the drive electrodes for each of the elastic legs are
With the configuration of the two electrodes, the AC component having the opposite phase relationship and the DC component having the opposite polarity relationship are provided.
The components can be applied to the respective electrodes, and the mutual effects induced by the detection circuit system can be offset, so that the detection sensitivity can be improved.

【0015】そして、コリオリ力の水平方向の検出は、
弾性脚と前記コリオリ検出電極との重ね率の変化を検出
することで行うことができ、さらに、弾性脚の外側方に
水平電極を設ければ、その精度をより向上させることが
できる。また、振動子の垂直方向の検出は、駆動同期電
極で検出することができる。
The horizontal detection of the Coriolis force is as follows:
The detection can be performed by detecting a change in the overlap ratio between the elastic leg and the Coriolis detection electrode. Further, if a horizontal electrode is provided outside the elastic leg, the accuracy can be further improved. Further, the detection of the vibrator in the vertical direction can be performed by the drive synchronization electrode.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1乃
至図9を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0017】図1は本発明の第一実施形態を示す平面
図、図2は図1の2−2断面図、図3は図1の3−3断
面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG.

【0018】図1乃至図3に示す本発明の第1実施形態
のシリコンジャイロ本体は、振動子1、基体3および垂
直電極4より構成されている。
The silicon gyro body according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 includes a vibrator 1, a base 3 and a vertical electrode 4.

【0019】前記振動子1は、シリコンからなり、ベー
ス部1aとベース部1aより伸びた2カ所の溝により分
離された互いに平行な3つの弾性脚2a,2b,2cに
より構成されている。そして、本実施形態において前記
振動子1は、ベース部1aの端部近傍がガラスよりなる
基体3と陽極接合等の手段により接合されており、前記
弾性脚2a,2b,2c間の溝幅Wと前記弾性脚2の厚
みdとが、W/d=1〜0.02となるように形成され
ている。W/dを1以下としたときに、図9に示すよう
にQ値が千以上となり、W/dを0.02以下にするこ
とは加工的に無理があるためである。具体的には、シリ
コンウエハの厚みdを300μmとした場合には、溝幅
Wは30〜150μm程度とすることが好ましい。
The vibrator 1 is made of silicon and includes a base portion 1a and three elastic legs 2a, 2b, 2c parallel to each other and separated by two grooves extending from the base portion 1a. In the present embodiment, the vibrator 1 is joined to a base 3 made of glass in the vicinity of an end of the base 1a by means such as anodic bonding, and a groove width W between the elastic legs 2a, 2b, 2c. And the thickness d of the elastic leg 2 is such that W / d = 1 to 0.02. When W / d is set to 1 or less, the Q value becomes 1000 or more as shown in FIG. 9, and it is impossible to reduce W / d to 0.02 or less from the viewpoint of processing. Specifically, when the thickness d of the silicon wafer is 300 μm, the groove width W is preferably about 30 to 150 μm.

【0020】また、本実施形態の前記垂直電極4は、駆
動電極4A、駆動同期電極4Bおよびコリオリ検出電極
4Cの何れかとされており、基体3の上面に凹設された
溝3a内に前記弾性脚2a,2b,2cの並び面と平行
に、且つ弾性脚2に近接させて配設されている。
The vertical electrode 4 of the present embodiment is any one of a drive electrode 4A, a drive synchronization electrode 4B, and a Coriolis detection electrode 4C, and is provided in a groove 3a recessed on the upper surface of the base 3. The elastic legs 2 are arranged in parallel with the arrangement surfaces of the legs 2a, 2b, and 2c and close to the elastic legs 2.

【0021】具体的には、図1および図3に示すよう
に、前記弾性脚2aに対しては、2つの駆動電極4A
a,4Abと、前記弾性脚2aの同期検波用のREF出
力をとるために前記両駆動電極4Aa,4Ab間に配設
された駆動同期電極4Baが垂直電極として形成されて
いる。同様に、前記弾性脚2bに対しては、2つの駆動
電極4Ac,4Adと、前記弾性脚2bの同期検波用の
REF出力をとるための両駆動電極4Ac,4Ad間に
配設された駆動同期電極4Bbが、そして、前記弾性脚
2cに対しては、2つの駆動電極4Ae,4Afと、前
記弾性脚2cの同期検波用のREF出力をとるために両
駆動電極4Ae,4Af間に駆動同期電極4Bcが垂直
電極として形成されている。また、前記溝3a内の前記
弾性脚2a,2b間および弾性脚2b,2c間に対応す
る部分には、それぞれコリオリ検出電極4Cb,4Cc
が垂直電極として形成されている。さらに、本実施形態
においては、前記溝3a内の前記弾性脚2a、2cの外
側方に対応する部分には、それぞれコリオリ検出電極4
Ca,4Cdが形成されている。なお、本実施形態にお
ける前記垂直電極4はクロムからなるものとする。
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 3, two drive electrodes 4A are provided for the elastic legs 2a.
a, 4Ab, and a drive synchronization electrode 4Ba disposed between the drive electrodes 4Aa, 4Ab for obtaining a REF output for synchronous detection of the elastic leg 2a are formed as vertical electrodes. Similarly, for the elastic leg 2b, two drive electrodes 4Ac and 4Ad and a drive synchronization disposed between the two drive electrodes 4Ac and 4Ad for obtaining a REF output for synchronous detection of the elastic leg 2b. An electrode 4Bb is provided between the two drive electrodes 4Ae and 4Af for the elastic leg 2c and a drive synchronous electrode between the two drive electrodes 4Ae and 4Af for obtaining a REF output for synchronous detection of the elastic leg 2c. 4Bc is formed as a vertical electrode. Coriolis detection electrodes 4Cb and 4Cc are respectively provided in portions of the groove 3a corresponding to the portions between the elastic legs 2a and 2b and between the elastic legs 2b and 2c.
Are formed as vertical electrodes. Further, in the present embodiment, the Coriolis detection electrodes 4 are provided on the portions of the groove 3a corresponding to the outer sides of the elastic legs 2a and 2c, respectively.
Ca, 4Cd is formed. Note that the vertical electrode 4 in the present embodiment is made of chromium.

【0022】前記振動子1は、振動する際には弾性脚2
a,2b,2cがベース部1aを支点として振動するこ
ととなる。弾性脚2a,2b,2cの振動はベース部1
aにも伝達してくるが、そのレベルは弱く、ベース部1
aの端部においてはほとんど振動しない。本発明では、
弾性脚2a,2b,2cの振動に影響を与えないように
ベース部1aの端部を基体3と接合している。
When the vibrator 1 vibrates, the vibrator 1
a, 2b, and 2c vibrate around the base 1a. The vibration of the elastic legs 2a, 2b, 2c
a, but the level is weak and the base 1
There is almost no vibration at the end of a. In the present invention,
The end of the base 1a is joined to the base 3 so as not to affect the vibration of the elastic legs 2a, 2b, 2c.

【0023】前述のように、振動子1の弾性脚2a,2
b,2c間を狭く形成することにより、共振の大きさを
表すQ値を高くすることができる。Q値は、入力エネル
ギーに対する出力(この場合は弾性脚の振動振幅)を表
し、前掲の図9に示すように、この値が高くなるほど共
振振幅が大きくなる。このことはシリコンジャイロの駆
動に、例えばQ値が低いときに100Vの電圧が必要で
あったものが、Q値を高くすることにより、15V以下
の電圧で足りるようになることを意味するものである。
また、3音叉シリコンジャイロのQ値は、水平/垂直方
向ともに基板の厚みを一定にしたときに弾性脚間を狭く
するほど高くなる。
As described above, the elastic legs 2a, 2
By forming the gap between b and 2c narrow, the Q value representing the magnitude of resonance can be increased. The Q value represents an output with respect to the input energy (in this case, the vibration amplitude of the elastic leg). As shown in FIG. 9, the resonance amplitude increases as the value increases. This means that, for example, a voltage of 100 V is necessary for driving the silicon gyro when the Q value is low, but a voltage of 15 V or less is sufficient by increasing the Q value. is there.
In addition, the Q value of the three tuning fork silicon gyro becomes higher as the distance between the elastic legs becomes smaller when the thickness of the substrate is constant in both the horizontal and vertical directions.

【0024】本実施形態においても、弾性脚2a,2
b,2c間を30〜150μmと狭く形成し、また、シ
リコンウエハの基板の厚みを300μmとして形成した
ことにより、低電圧駆動化を図ることができる。
Also in the present embodiment, the elastic legs 2a, 2
By forming the gap between b and 2c as narrow as 30 to 150 μm and forming the silicon wafer substrate with a thickness of 300 μm, low voltage driving can be achieved.

【0025】このように構成された振動子1を駆動する
際は、振動子1は垂直または水平方向に自由に振動する
ことができるため、水平または垂直方向に振動する場合
でも、振動子1はねじれることなく振動することとな
り、駆動方向と直交方向に生じるコリオリ力による振動
子1の変位は、駆動方向と直交方向の成分を検出するこ
とを可能とする。なお、図3の矢印は、ある瞬間におけ
る振動子1の弾性脚2a,2b,2cの駆動方向を示し
ており、左右の2つの脚2a,2cと中央の脚2bの駆
動方向が逆になることを示している。
When the vibrator 1 configured as described above is driven, the vibrator 1 can vibrate freely in the vertical or horizontal direction. The vibrator 1 vibrates without being twisted, and the displacement of the vibrator 1 due to the Coriolis force generated in the direction perpendicular to the driving direction makes it possible to detect the component in the direction perpendicular to the driving direction. The arrow in FIG. 3 indicates the driving direction of the elastic legs 2a, 2b, 2c of the vibrator 1 at a certain moment, and the driving directions of the left and right two legs 2a, 2c and the center leg 2b are reversed. It is shown that.

【0026】また、振動子1の駆動または角速度検出に
ついては、本実施形態の振動子1に格子欠陥が少ない単
結晶のシリコンを用いれば、振動子1内部に歪みはな
く、熱的な特性も優れるし、振動子1の駆動や角速度検
出を全て非接触で行うことができ、振動子1の振動に影
響を与えるような付加的な構造物は一切必要でないの
で、安定した角速度検出ができるものとなる。
For driving or detecting the angular velocity of the vibrator 1, if single crystal silicon having few lattice defects is used for the vibrator 1 of the present embodiment, there is no distortion inside the vibrator 1 and the thermal characteristics are low. It is excellent in that it can perform all driving and angular velocity detection of the vibrator 1 in a non-contact manner, and does not require any additional structure that affects the vibration of the vibrator 1, so that stable angular velocity can be detected. Becomes

【0027】つまり、振動子1の材料としてのシリコン
は純度が高く、欠陥のない単結晶材料を容易に使用する
ことができるので、高いQ値が得られる(千〜数万)。
また、格子欠陥が非常に少ないことから振動による疲労
が無く、大きな振幅で振動させても塑性破壊が起こら
ず、シリコン内部に歪みや内部応力が発生しないため、
温度変化のある環境で長時間使用しても安定した出力を
得ることができる。
In other words, silicon as the material of the vibrator 1 has a high purity and a single crystal material having no defect can be easily used, so that a high Q value can be obtained (thousands to tens of thousands).
Also, since there are very few lattice defects, there is no fatigue due to vibration, no plastic fracture occurs even when vibrated with large amplitude, and no distortion or internal stress occurs inside silicon,
A stable output can be obtained even when used for a long time in an environment with a temperature change.

【0028】また、本実施形態のシリコンジャイロの振
動子1には異種材料の付着がないため、振動子1の振動
として他の構造体の影響を受けずに安定した振動が得ら
れるし、振動子1に圧電素子や電極を形成する際に振動
子1との間に空隙を生じたり、振動子そのものに歪みや
応力を与えるということがない。また、異種材料の熱膨
張係数の差による歪みがなく、異種材料による温度変化
の影響を受けない。さらに、シリコン自体の熱膨張率は
2ppm程度と小さいため、圧電素子に比べて共振周波
数に対する影響は少ない。また、自励振回路を採用した
場合、振動子1の伸び縮みに追従して発振周波数が変化
し、常に共振状態を維持することができる。
Further, since the vibrator 1 of the silicon gyro according to the present embodiment has no foreign material adhered thereto, stable vibration can be obtained without being affected by other structures as the vibration of the vibrator 1. When a piezoelectric element or an electrode is formed on the vibrator 1, no gap is formed between the vibrator 1 and no distortion or stress is applied to the vibrator itself. Further, there is no distortion due to the difference in thermal expansion coefficient between different materials, and there is no influence of temperature change due to different materials. Further, since the thermal expansion coefficient of silicon itself is as small as about 2 ppm, the influence on the resonance frequency is smaller than that of the piezoelectric element. Further, when the self-excited oscillation circuit is adopted, the oscillation frequency changes following the expansion and contraction of the vibrator 1, and the resonance state can be always maintained.

【0029】また、振動子1をシリコン製とすること
で、フォトリソグラフィ技術を用いることにより一括で
大量に微細加工精度につくることができ、直交精度を良
好にして駆動振動が検出振動に与える影響を抑え、出力
信号に影響を与えることを防止することができるものと
なる。
Further, since the vibrator 1 is made of silicon, it is possible to produce a large amount of fine processing accuracy collectively by using photolithography technology. , And can be prevented from affecting the output signal.

【0030】図4は、前記シリコンジャイロの駆動およ
び検出の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of driving and detecting the silicon gyro.

【0031】発振回路101により、前記コリオリ検出
電極4Cb,4Cdには、周波数50KHz、振幅5V
の交番電圧が印加されている。さらに位相反転回路10
2により、前記コリオリ検出電極4Ca,4Ccに対し
て発振回路101とは逆位相の搬送波が加えられる。
The oscillation circuit 101 applies a frequency of 50 KHz and an amplitude of 5 V to the Coriolis detection electrodes 4Cb and 4Cd.
Are applied. Further, the phase inversion circuit 10
By 2, a carrier having a phase opposite to that of the oscillation circuit 101 is applied to the Coriolis detection electrodes 4Ca and 4Cc.

【0032】振動子1の各弾性脚2a,2b,2cと垂
直電極4であるコリオリ検出電極4Cとの間は、ギャッ
プ20μmを隔てて離間されており、静電容量を生じ
る。
Each of the elastic legs 2a, 2b, 2c of the vibrator 1 and the Coriolis detection electrode 4C, which is the vertical electrode 4, are separated by a gap of 20 μm, and generate a capacitance.

【0033】これらの静電容量はC−V変換回路103
により電圧値に変換される。振動子1の共振周波数であ
る2KHzのサイドバンド周波数を通し、静電駆動によ
る誘導ノイズの2KHzをカットするため、カットオフ
周波数10KHzのHPF104を通した後、同期検波
回路105により、発振回路(器)101と同期した周
波数と位相で同期検波される。この出力をLPF106
を通すことにより、前記コリオリ検出電極4Cと振動子
1の3本の弾性脚2a,2b,2cとの間の水平方向の
静電容量の変化が得られる。
These capacitances are used for the CV conversion circuit 103.
Is converted to a voltage value. After passing through a side band frequency of 2 KHz, which is a resonance frequency of the vibrator 1, and passing 2 KHz of induction noise due to electrostatic driving, the signal passes through an HPF 104 having a cutoff frequency of 10 KHz. ) Synchronous detection is performed at a frequency and phase synchronized with 101. This output is output to LPF 106
Thus, a change in the capacitance in the horizontal direction between the Coriolis detection electrode 4C and the three elastic legs 2a, 2b, 2c of the vibrator 1 is obtained.

【0034】振動子1は、低比抵抗のシリコンにより構
成されているため、振動子1の各脚2a,2b,2cと
駆動電極4Aとの間により静電容量によって形成される
交番電圧に対するインピーダンス成分に対しては、電気
的には導通していると考えてよい。すなわち、C−V変
換回路103に3つの脚による容量変化は、信号取り出
し部100により直結され、各弾性脚2a,2b,2c
の容量変化がC−V変換回路103により加算される。
Since the vibrator 1 is made of low-resistivity silicon, the impedance with respect to an alternating voltage formed by the capacitance between each of the legs 2a, 2b, 2c of the vibrator 1 and the drive electrode 4A. The components may be considered to be electrically conductive. That is, the capacitance change due to the three legs to the CV conversion circuit 103 is directly connected to the signal extraction unit 100, and the elastic legs 2a, 2b, 2c
Are added by the CV conversion circuit 103.

【0035】また、駆動同期電極4Ba,4Bb,4B
cは、駆動同期電極4Ba,4Bcが短絡されて位相反
転回路121に接続されており、駆動同期電極4Bbは
発振回路120に接続されている。発振回路120は、
周波数70KHz、振幅5Vで発振する。
The drive synchronization electrodes 4Ba, 4Bb, 4B
In c, the drive synchronization electrodes 4Ba and 4Bc are short-circuited and connected to the phase inversion circuit 121, and the drive synchronization electrode 4Bb is connected to the oscillation circuit 120. The oscillation circuit 120
It oscillates at a frequency of 70 KHz and an amplitude of 5 V.

【0036】これらの駆動同期電極4Ba,4Bb,4
Bcと振動子1の3本の弾性脚2a,2b,2cは、ギ
ャップ20μmを隔てて離間されているため、両者間に
は静電容量が生じている。これらの静電容量は、C−V
変換回路103により電圧値に変換される。
These drive synchronization electrodes 4Ba, 4Bb, 4
Since Bc and the three elastic legs 2a, 2b, 2c of the vibrator 1 are separated by a gap of 20 μm, a capacitance is generated between them. These capacitances are CV
The voltage is converted by the conversion circuit 103 into a voltage value.

【0037】HPF109(カットオフ周波数10KH
z)を通した後、同期検波回路110により、発振回路
(器)120と同期した周波数と位相で同期検波され
る。この出力をLPF111を通すことにより、前記駆
動同期電極4Bと振動子1の3本の弾性脚2a,2b,
2cとの間の垂直方向の静電容量の変化が得られる。
HPF 109 (cut-off frequency 10 KH
After passing through z), the synchronous detection circuit 110 performs synchronous detection at a frequency and a phase synchronized with the oscillation circuit (unit) 120. By passing this output through the LPF 111, the drive synchronization electrode 4B and the three elastic legs 2a, 2b,
A change in capacitance in the vertical direction between 2c and 2c is obtained.

【0038】さらに、駆動電極4Ac,4Adは増幅お
よびDC電圧重畳回路118に接続されており、駆動電
極4Aa,4Ab,4Ae,4Afは同じく増幅および
DC電圧重畳回路119に接続されている。
Further, the driving electrodes 4Ac and 4Ad are connected to an amplification and DC voltage superimposing circuit 118, and the driving electrodes 4Aa, 4Ab, 4Ae and 4Af are also connected to an amplification and DC voltage superimposing circuit 119.

【0039】そして、電圧制御発振器(以下、VCOと
いう)の発振位相と振動子の振動位相を比較する位相検
出回路114、ループフィルタ115、そして前記VC
O116で構成されるPLL部113と、+90゜位相
シフト回路112とにより、PLL部113の出力は、
前記増幅およびDC電圧重畳回路118と119とによ
り増幅され、さらにDC電圧を重畳されているので、振
動子1の各弾性脚2a,2b,2cと各駆動電極4A間
には静電引力が働く。そして、駆動電極4Aa,4A
b,4Ae,4Afとに対して、駆動電極4Ac,4A
dは、位相反転器117により位相が反転した交番電圧
が印加されている。
A phase detection circuit 114 for comparing the oscillation phase of a voltage controlled oscillator (hereinafter referred to as VCO) with the oscillation phase of the oscillator, a loop filter 115, and the VC
The output of the PLL unit 113 is determined by the PLL unit 113 composed of O116 and the + 90 ° phase shift circuit 112.
Since the signal is amplified by the amplifying and DC voltage superimposing circuits 118 and 119 and the DC voltage is further superimposed thereon, electrostatic attraction acts between each elastic leg 2a, 2b, 2c of the vibrator 1 and each drive electrode 4A. . Then, the drive electrodes 4Aa, 4A
b, 4Ae, and 4Af, and drive electrodes 4Ac, 4A
To d, an alternating voltage whose phase has been inverted by the phase inverter 117 is applied.

【0040】増幅およびDC電圧重畳回路119の出力
と、C−V変換回路103の入力(すなわち、振動子1
の垂直方向の振動)は、+90゜位相シフト回路112
により、常に90゜だけC−V変換回路103の出力が
遅れるように構成されている。すなわち、振動子1の垂
直方向の振動が90゜遅れ、PLL部113によりその
位相がロックされ続けるような構成になっている。その
ため、振動子1は、振動子固有の共振周波数で、垂直方
向に共振状態(振動子の駆動位相に対して実際の変位が
90゜遅れる)で発振を続ける。
The output of the amplification and DC voltage superposition circuit 119 and the input of the CV conversion circuit 103 (that is, the vibrator 1
In the vertical direction is + 90 ° phase shift circuit 112
Thus, the output of the CV conversion circuit 103 is always delayed by 90 °. That is, the configuration is such that the vertical vibration of the vibrator 1 is delayed by 90 °, and its phase is kept locked by the PLL unit 113. Therefore, the vibrator 1 continues to oscillate in the vertical resonance state (actual displacement is delayed by 90 ° with respect to the driving phase of the vibrator) at the resonance frequency unique to the vibrator.

【0041】このため、外部から温度変化があり、振動
子1の寸法が微小に変化して、振動子固有の共振周波数
に変化を生じても、常に、変位量は最大となる共振状態
で発振を続ける。また、PLL部113の出力は、同期
検波回路107の同期信号となっている。このため、振
動子1の水平方向の容量変化成分において、PLL部1
13の出力と同期した成分のみが検波され、LPF10
8を通して所望の出力となるが、その際に、PLL部1
13により位相がロックされているため、同期検波回路
107による位相のずれは発生せず、安定した出力が得
られる。
For this reason, even if there is a temperature change from the outside and the dimensions of the vibrator 1 are minutely changed to cause a change in the resonance frequency inherent to the vibrator, the oscillator always oscillates in a resonance state in which the displacement amount becomes maximum. Continue. The output of the PLL unit 113 is a synchronization signal of the synchronization detection circuit 107. Therefore, in the horizontal direction capacitance change component of the vibrator 1, the PLL unit 1
13, only the component synchronized with the output of the LPF 10 is detected.
8, the desired output is obtained.
Since the phase is locked by 13, no phase shift occurs due to the synchronous detection circuit 107, and a stable output is obtained.

【0042】ところで、シリコンジャイロに振動子1の
延長方向に角速度が生じたとき、垂直方向に振動する振
動子1の各弾性脚2a,2b,2cにコリオリ力が働
く。
When an angular velocity is generated in the silicon gyro in the extension direction of the vibrator 1, Coriolis force acts on each of the elastic legs 2a, 2b, 2c of the vibrator 1 vibrating in the vertical direction.

【0043】速度V(ベクトル値)で運動する物体m
に、角速度w(ベクトル値)が印加されたときのコリオ
リ力Fcは、Fc=2m(Vxw)と表される(xはベ
クトル積を示す)。
Object m moving at velocity V (vector value)
The Coriolis force Fc when the angular velocity w (vector value) is applied is expressed as Fc = 2 m (Vxw) (x indicates a vector product).

【0044】例えば、振動子1が垂直に振動している時
と、振動子1の延長方向の周りに角速度が働くと、振動
子1は、コリオリ力を水平方向に受けることとなる。コ
リオリ力により、振動子1は水平方向に力を受け、垂直
方向の振動と同期して水平方向にも変位する。
For example, when the vibrator 1 is vibrating vertically and when an angular velocity acts around the extension direction of the vibrator 1, the vibrator 1 receives Coriolis force in the horizontal direction. The vibrator 1 receives a horizontal force due to the Coriolis force, and is displaced in the horizontal direction in synchronization with the vertical vibration.

【0045】この変位量は、印加角速度に比例してい
る。この振動子1の水平方向の変位量は、コリオリ検出
電極4Cとの静電容量変化に比例するので、振動子1の
垂直方向に同期した水平方向の静電容量変化を検出する
ことでシリコンジャイロに印加された角速度の大きさと
向き(回転方向)がわかる。しかしながら、本発明のシ
リコンジャイロにおいては、弾性脚2a,2b,2c間
を狭く形成すべく、前記弾性極2a,2b,2c間には
静電容量変化を検出するための水平電極を配設していな
い。
This displacement is proportional to the applied angular velocity. Since the amount of displacement of the vibrator 1 in the horizontal direction is proportional to the change in capacitance with the Coriolis detection electrode 4C, the silicon gyro is detected by detecting the change in capacitance in the horizontal direction of the vibrator 1 synchronized with the vertical direction. The magnitude and direction (rotation direction) of the angular velocity applied to the image can be understood. However, in the silicon gyro of the present invention, a horizontal electrode for detecting a change in capacitance is provided between the elastic poles 2a, 2b, 2c so as to form a narrow space between the elastic legs 2a, 2b, 2c. Not.

【0046】そこで、本実施形態においては、コリオリ
検出電極4Cと、これに対応するに弾性脚2a,2b,
2cとの重ね合わさる面積変化により水平方向の変位を
検出する。
Therefore, in the present embodiment, the Coriolis detection electrode 4C and the corresponding elastic legs 2a, 2b,
The displacement in the horizontal direction is detected based on the change in the area of the overlap with 2c.

【0047】さらに、本実施例においては、垂直方向の
駆動同期電極4Bと駆動電極4Aとを別電極として形成
されている。よって、発振回路120、位相反転回路1
21、増幅及びDC電圧重畳回路118、増幅及びDC
電圧重畳回路119に接続される各結線において分圧用
の抵抗を配設するなどして電圧を分圧する必要がなく、
必要電圧のみを供給すればよいので、電源電圧を有効に
活用することができるものとなる。つまり、シリコンジ
ャイロの低電圧駆動が可能となる。
Further, in this embodiment, the vertical drive synchronization electrode 4B and the drive electrode 4A are formed as separate electrodes. Therefore, the oscillation circuit 120, the phase inversion circuit 1
21, amplification and DC voltage superposition circuit 118, amplification and DC
There is no need to divide the voltage by arranging a voltage dividing resistor in each connection connected to the voltage superimposing circuit 119,
Since only the necessary voltage needs to be supplied, the power supply voltage can be effectively used. That is, the silicon gyro can be driven at a low voltage.

【0048】そして、この駆動同期電極4Bから同期検
波用のREF出力をとることにより垂直方向の変位を検
出することができる。
The displacement in the vertical direction can be detected by obtaining the REF output for synchronous detection from the drive synchronization electrode 4B.

【0049】図5は、前記シリコンジャイロの駆動およ
び検出の別の実施例を示すブロック図である。本実施例
においては、前述の第一実施例とは、1つの弾性脚2に
対応する2つの駆動電極4Aに対し、相反する極性にあ
るDC成分を印加する点において異なるものである。
FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of driving and detecting the silicon gyro. This embodiment is different from the first embodiment in that DC components having opposite polarities are applied to two drive electrodes 4A corresponding to one elastic leg 2.

【0050】つまり、駆動電極4Ab,4Afは、増幅
およびDC電圧重畳回路134に接続されており、駆動
電極4Aa,4Aeは、増幅およびDC電圧重畳回路1
35に接続されている。また、駆動電極4Adは、増幅
およびDC電圧重畳回路132に接続されており、駆動
電極4Acは増幅およびDC電圧重畳回路131に接続
されている。
That is, the drive electrodes 4Ab and 4Af are connected to the amplification and DC voltage superposition circuit 134, and the drive electrodes 4Aa and 4Ae are connected to the amplification and DC voltage superposition circuit 1
35. The drive electrode 4Ad is connected to the amplification and DC voltage superimposition circuit 132, and the drive electrode 4Ac is connected to the amplification and DC voltage superposition circuit 131.

【0051】そして、VCO116の発振位相と振動子
の振動位相とを比較する位相検出回路114、ループフ
ィルタ115、そして前記VCO116で構成されるP
LL部113と、+90゜位相シフト回路112によ
り、PLL部113の入力と出力間、つまり+90゜位
相シフト回路112からの入力とVCO116からの出
力間に、常に+90゜の位相差を与える。その際、PL
L部113の出力は、増幅およびDC電圧重畳回路13
1,132,134,135により増幅し、さらにDC
電圧を重畳されているので、振動子1の各弾性脚2a,
2b,2cと駆動電極4Aa,4Ab,4Ac,4A
d,4Ae,4Af間には、静電引力が働く。
A phase detection circuit 114 for comparing the oscillation phase of the VCO 116 with the oscillation phase of the vibrator, a loop filter 115, and a P
The LL unit 113 and the + 90 ° phase shift circuit 112 always provide a + 90 ° phase difference between the input and output of the PLL unit 113, that is, between the input from the + 90 ° phase shift circuit 112 and the output from the VCO 116. At that time, PL
The output of L section 113 is supplied to amplification and DC voltage superimposing circuit 13.
1,132,134,135 and further DC
Since the voltage is superimposed, each elastic leg 2a,
2b, 2c and drive electrodes 4Aa, 4Ab, 4Ac, 4A
An electrostatic attraction acts between d, 4Ae, and 4Af.

【0052】増幅およびDC電圧重畳回路132,13
5の出力とC−V変換回路103の入力(すなわち、振
動子の垂直方向の振動)とは、+90゜位相シフト回路
112により、常に90゜だけC−V変換回路出力が遅
れるように構成されている。すなわち、振動子1の垂直
方向の振動が90゜遅れ、PLL部113によりその位
相がロックされ続けるような構成になっている。そのた
め、振動子1は、振動子固有の共振周波数で、垂直方向
に共振状態(振動子の駆動位相に対して実際の変位が9
0゜遅れる状態)で発振を続けることになる。
Amplifying and DC voltage superimposing circuits 132 and 13
The output of the CV conversion circuit 103 and the input of the CV conversion circuit 103 (that is, the vertical vibration of the vibrator) are configured such that the output of the CV conversion circuit is always delayed by 90 ° by the + 90 ° phase shift circuit 112. ing. That is, the configuration is such that the vertical vibration of the vibrator 1 is delayed by 90 °, and its phase is kept locked by the PLL unit 113. Therefore, the vibrator 1 has a resonance state in the vertical direction at the resonance frequency unique to the vibrator (the actual displacement is 9
Oscillation continues in a state of 0 ° delay).

【0053】このため、外部から温度変化があり、振動
子1の寸法が微小に変化して、振動子固有の共振周波数
に変化を生じても、常に、変位量は最大となる共振状態
で発振を続ける。また、PLL部113の出力は、同期
検波回路107の同期信号となっている。このため、振
動子1の垂直方向の容量変化成分において、PLL部1
13の出力と同期した成分のみが検波され、LPF10
8を通して所望の出力となるが、その際に、PLL部1
13により位相がロックされているため、同期検波回路
107による位相のずれは発生せず、安定した出力が得
られる。
For this reason, even when there is a temperature change from the outside and the dimensions of the vibrator 1 are minutely changed and the resonance frequency unique to the vibrator is changed, the oscillation always occurs in a resonance state in which the displacement becomes maximum. Continue. The output of the PLL unit 113 is a synchronization signal of the synchronization detection circuit 107. Therefore, in the vertical capacitance change component of the vibrator 1, the PLL unit 1
13, only the component synchronized with the output of the LPF 10 is detected.
8, the desired output is obtained.
Since the phase is locked by 13, no phase shift occurs due to the synchronous detection circuit 107, and a stable output is obtained.

【0054】このように、第2実施例においては、駆動
電極を複数(本第2実施形態においては、各弾性脚2に
対する垂直電極を2つずつ)に分け、互いに相反するそ
れぞれ逆極性のAC成分とDC成分とを加えることによ
り、C−V変換回路103に与える駆動成分の影響度を
小さくすることができる。つまり、例えば弾性脚2aに
おける駆動電極4Aa,4AbのAC成分、DC成分の
それぞれの和をとると、互いに相殺されることになる。
図において中央または右側に配設された弾性脚2b,2
cの駆動電極4Ac,4Ad、4Ae,4Afについて
も同様である。
As described above, in the second embodiment, the drive electrodes are divided into a plurality (in the second embodiment, two vertical electrodes for each elastic leg 2 are provided), and the AC electrodes having opposite polarities which are opposite to each other. By adding the component and the DC component, the degree of influence of the driving component on the CV conversion circuit 103 can be reduced. That is, for example, if the respective sums of the AC component and the DC component of the drive electrodes 4Aa and 4Ab in the elastic legs 2a are obtained, they are canceled each other.
The elastic legs 2b, 2 arranged at the center or right side in the figure
The same applies to the drive electrodes 4Ac, 4Ad, 4Ae, and 4Af of c.

【0055】そして、このように各弾性脚2a,2b,
2cに対応する駆動電極4Aをそれぞれ複数に分け、互
いに相反する位相関係にあるAC成分と互いに相反する
極性関係にあるDC成分を印加することにより、駆動電
極4Aを分けたことによる単位面積あたりの静電力をほ
とんど損なうことなく、1つの電極での駆動と同等の静
電力が得られ、C−V変換回路103に与える誘導等の
ノイズを極小にすることが可能となる。
Then, as described above, each of the elastic legs 2a, 2b,
The drive electrode 4A corresponding to 2c is divided into a plurality of parts, and an AC component having an opposite phase relationship and a DC component having an opposite polarity relationship are applied to each other, so that the drive electrode 4A is divided per unit area. An electrostatic force equivalent to driving with one electrode can be obtained with almost no loss of electrostatic force, and noise such as induction applied to the CV conversion circuit 103 can be minimized.

【0056】つまり、駆動電極を複数に分け、互いに相
反する位相関係にあるAC成分と互いに相反する極性関
係にあるDC成分とをそれぞれの電極に印加することに
より、互いの影響を相殺させ、検出電極側に誘導される
ノイズを極小化し、同じデバイスでも電極配置を換える
ことにより、検出感度の向上と高いS/N比を得ること
ができ、また、駆動電極を複数本に分けることで、単一
の駆動電極を用いる場合と比べて、振動子1に印加する
静電力を損なうことなく、同じ電圧で同等の静電力を与
えることが可能となる。
That is, the drive electrodes are divided into a plurality of parts, and an AC component having a mutually opposite phase relationship and a DC component having a mutually opposite polarity relationship are applied to each electrode, thereby canceling each other's influence and detecting. By minimizing the noise induced on the electrode side and changing the electrode arrangement even in the same device, it is possible to improve the detection sensitivity and obtain a high S / N ratio. Compared to the case where one drive electrode is used, the same electrostatic force can be applied at the same voltage without damaging the electrostatic force applied to the vibrator 1.

【0057】そして、振動子1の駆動については単一の
電極と同等の機能を果たすものとなり、さらには、誘導
ノイズの原因となるAC成分の振幅を微小に調整するこ
とにより、相殺の効果を高めることができる。
The driving of the vibrator 1 performs a function equivalent to that of a single electrode, and furthermore, the amplitude of the AC component that causes the induction noise is finely adjusted, so that the canceling effect can be obtained. Can be enhanced.

【0058】また、図6乃至図8は本発明の第2実施形
態のシリコンジャイロを示しており、図6は、第2実施
形態の振動子1の構成を示す平面図である。また、図7
は、図6の7−7断面図、図8は図6の8−8断面図で
ある。
FIGS. 6 to 8 show a silicon gyro according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a plan view showing the structure of the vibrator 1 according to the second embodiment. FIG.
6 is a sectional view taken along line 7-7 in FIG. 6, and FIG. 8 is a sectional view taken along line 8-8 in FIG.

【0059】本第2実施形態のシリコンジャイロ本体
も、振動子1、基体3および垂直電極4より構成されて
おり、前記振動子1は、シリコンからなり、ベース部1
aとベース部1aより伸びた2カ所の溝により分離され
た互いに平行な3つの弾性脚2a,2b,2cにより構
成されている。
The silicon gyro body of the second embodiment also includes a vibrator 1, a base 3, and a vertical electrode 4. The vibrator 1 is made of silicon and has a base 1
a and three elastic legs 2a, 2b, 2c parallel to each other and separated by two grooves extending from the base portion 1a.

【0060】具体的には、図6および図8に示すよう
に、前記弾性脚2aに対しては、それぞれ大きさが同じ
で逆極性のAC成分とDC成分が印加されている2つの
駆動電極4Aa,4Abと、前記弾性脚2aの同期検波
用のREF出力をとるために前記両駆動電極4Aa,4
Ab間に配設された駆動同期電極4Baが垂直電極とし
て形成されている。同様に、前記弾性脚2bに対して
は、それぞれ大きさが同じで逆極性のAC成分とDC成
分が印加されている2つの駆動電極4Ac,4Adと、
前記弾性脚2bの同期検波用のREF出力をとるための
両駆動電極4Ac,4Ad間に配設された駆動同期電極
4Bbが、そして、前記弾性脚2cに対しては、それぞ
れ大きさが同じで逆極性のAC成分とDC成分が印加さ
れている2つの駆動電極4Ae,4Afと、前記弾性脚
2cの同期検波用のREF出力をとるために両駆動電極
4Ae,4Af間に駆動同期電極4Bcが垂直電極とし
て形成されている。
More specifically, as shown in FIG. 6 and FIG. 8, two drive electrodes having the same magnitude and opposite polarity AC and DC components are applied to the elastic legs 2a. 4Aa, 4Ab and the two drive electrodes 4Aa, 4Ab for obtaining a REF output for synchronous detection of the elastic leg 2a.
The drive synchronization electrode 4Ba provided between Ab is formed as a vertical electrode. Similarly, for the elastic legs 2b, two drive electrodes 4Ac and 4Ad to which AC components and DC components of the same size and opposite polarities are applied, respectively,
A drive synchronization electrode 4Bb disposed between the drive electrodes 4Ac and 4Ad for obtaining a REF output for synchronous detection of the elastic leg 2b, and has the same size with respect to the elastic leg 2c. Two drive electrodes 4Ae and 4Af to which AC components and DC components of opposite polarities are applied, and a drive synchronization electrode 4Bc between both drive electrodes 4Ae and 4Af for obtaining a REF output for synchronous detection of the elastic leg 2c. It is formed as a vertical electrode.

【0061】そして、本実施形態においては、前記溝3
a内の前記弾性脚2a,2b間および弾性脚2b,2c
間に対応する部分には、それぞれコリオリ検出電極4C
e,4Cfが垂直電極として形成されており、さらに、
前記弾性脚2a,2cの外側方には、前記弾性脚2の並
び方向と垂直且つ前記弾性脚2a,2cに近接する水平
電極5a,5bを配設した点で、前述の第1実施形態の
シリコンジャイロと構成を異ならせている。その他のシ
リコンジャイロ本体の構成は前述の第1実施形態と同様
とする。
In this embodiment, the groove 3
a between the elastic legs 2a and 2b and between the elastic legs 2b and 2c
In the portions corresponding to the spaces, the Coriolis detection electrodes 4C are respectively provided.
e, 4Cf are formed as vertical electrodes.
The horizontal electrodes 5a and 5b that are perpendicular to the direction in which the elastic legs 2 are arranged and are close to the elastic legs 2a and 2c are provided outside the elastic legs 2a and 2c. The configuration is different from the silicon gyro. The other configuration of the silicon gyro body is the same as that of the first embodiment.

【0062】そして、このように構成された本実施形態
のシリコンジャイロにおいても前述のシリコンジャイロ
と基本的には同様の特性を示し、同様の効果を得ること
ができるものとなる。さらに、量産時の検査過程におい
ては水平方向に振動子1を駆動させることにより、水平
方向の共振周波数を測定することが必要であるが、その
際の検査作業を簡便に行うことが可能となる。
The silicon gyro according to the present embodiment having the above-described configuration basically exhibits the same characteristics as the above-described silicon gyro, and can obtain the same effects. Furthermore, in the inspection process at the time of mass production, it is necessary to measure the resonance frequency in the horizontal direction by driving the vibrator 1 in the horizontal direction, but the inspection work at that time can be easily performed. .

【0063】[0063]

【発明の効果】以上述べたように本発明に係るシリコン
ジャイロによれば、弾性脚間の寸法を小さくすること
で、駆動用の高電圧を必要とせずにコリオリ力の検出の
感度を向上させることができる等の効果を奏する。
As described above, according to the silicon gyro according to the present invention, by reducing the size between the elastic legs, the sensitivity for detecting the Coriolis force can be improved without requiring a high driving voltage. It has effects such as being able to do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施形態のシリコンジャイロの
平面図
FIG. 1 is a plan view of a silicon gyro according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1のシリコンジャイロの2−2断面図FIG. 2 is a sectional view of the silicon gyro of FIG. 1 taken along line 2-2.

【図3】 図1のシリコンジャイロの3−3断面図FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of the silicon gyro in FIG. 1;

【図4】 図1のシリコンジャイロの駆動および検出を
示す1実施例のブロック図
FIG. 4 is a block diagram of one embodiment showing driving and detection of the silicon gyro of FIG. 1;

【図5】 図1のシリコンジャイロの駆動および検出を
示す別の実施例のブロック図
FIG. 5 is a block diagram of another embodiment showing driving and detection of the silicon gyro of FIG. 1;

【図6】 本発明の第2実施形態のシリコンジャイロの
平面図
FIG. 6 is a plan view of a silicon gyro according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 図6のシリコンジャイロの7−7断面図FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 of the silicon gyro shown in FIG. 6;

【図8】 図6のシリコンジャイロの8−8断面図8 is a sectional view taken along line 8-8 of the silicon gyro shown in FIG. 6;

【図9】 弾性脚間のギャップと振動子のQ値との関係
を示すグラフ
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a gap between elastic legs and a Q value of a vibrator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動子 2 弾性脚 3 基体 3a 溝 4 垂直電極 4A 駆動電極 4B 駆動同期電極 4C コリオリ検出電極 5 水平電極 100 信号取り出し部 101,120 発振回路 102,117,121,130,133 位相反転回
路 103 C−V変換回路 104,109 HPF 105,107,110 同期検波回路 106,108,111 LPF 112 +90゜位相シフト 113 PLL部 114 位相検出回路 115 ループフィルタ 116 VCO 118,119,131,132,134,135 増
幅およびDC電圧重畳回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillator 2 Elastic leg 3 Base 3a Groove 4 Vertical electrode 4A Drive electrode 4B Drive synchronization electrode 4C Coriolis detection electrode 5 Horizontal electrode 100 Signal extraction unit 101, 120 Oscillation circuit 102, 117, 121, 130, 133 Phase inversion circuit 103C −V conversion circuits 104, 109 HPFs 105, 107, 110 Synchronous detection circuits 106, 108, 111 LPF 112 + 90 ° phase shift 113 PLL unit 114 Phase detection circuit 115 Loop filter 116 VCO 118, 119, 131, 132, 134, 135 Amplification and DC voltage superposition circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコンウエハにより形成され、2箇所
の溝により分離された3個の弾性脚を有するシリコンジ
ャイロであって、前記弾性脚を支持する振動子の基部の
一部を基体に固定し、前記弾性脚の並び面と平行且つ前
記弾性脚と近接する垂直電極を配設したことを特徴とす
るシリコンジャイロ。
1. A silicon gyro formed of a silicon wafer and having three elastic legs separated by two grooves, wherein a part of a base of a vibrator supporting the elastic legs is fixed to a base. And a vertical electrode parallel to the surface of the elastic legs and adjacent to the elastic legs.
【請求項2】 前記弾性脚間の溝幅Wと前記弾性脚の厚
みdとが、W/d=1〜0.02となる関係を有するこ
とを特徴とする請求項1に記載のシリコンジャイロ。
2. The silicon gyro according to claim 1, wherein a groove width W between the elastic legs and a thickness d of the elastic legs have a relationship of W / d = 1 to 0.02. .
【請求項3】 前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する
駆動電極と前記溝および弾性脚の外側辺に対応するコリ
オリ検出電極からなることを特徴とする請求項1または
請求項2に記載のシリコンジャイロ。
3. The vertical electrode according to claim 1, wherein the vertical electrode comprises a drive electrode corresponding to each of the elastic legs and a Coriolis detection electrode corresponding to the groove and an outer side of the elastic leg. Silicon gyro.
【請求項4】 前記垂直電極は前記各弾性脚に対応する
駆動電極と、前記溝に対応するコリオリ検出電極からな
り、さらに、前記弾性脚の外側方には、前記弾性脚の並
び方向と垂直且つ前記弾性脚に近接する水平電極を配設
したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
シリコンジャイロ。
4. The vertical electrode comprises a drive electrode corresponding to each of the elastic legs, and a Coriolis detection electrode corresponding to the groove. The silicon gyro according to claim 1 or 2, further comprising a horizontal electrode disposed near the elastic leg.
【請求項5】 前記各弾性脚に対する駆動電極を2本の
電極で構成し、前記2本の駆動電極間に、コリオリ力の
垂直方向の検出を行うための駆動同期電極をさらに形成
したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか
に記載のシリコンジャイロ。
5. A driving electrode for each of the elastic legs is constituted by two electrodes, and a driving synchronization electrode for detecting a Coriolis force in a vertical direction is further formed between the two driving electrodes. The silicon gyro according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
【請求項6】 前記2本の駆動電極には、それぞれ互い
に相反する位相関係にあるAC成分と互いに相反する極
性関係にあるDC成分を印加することを特徴とする請求
項5に記載のシリコンジャイロ。
6. The silicon gyro according to claim 5, wherein an AC component having an opposite phase relationship and a DC component having an opposite polarity relationship are applied to the two drive electrodes. .
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