薄膜微型机械式谐振器、薄膜微型机械式谐振器陀螺仪、使用该薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的导航系统及汽车

摘要

本发明提供一种提高了驱动效率的薄膜微型机械式谐振器(谐振器)、改善了对所加的角速度的检测灵敏度的谐振器陀螺仪、使用该谐振器陀螺仪的导航系统及汽车。谐振器包括由非压电材料制成的音叉、设于音叉的臂的主平面的内侧和外侧的第1和第2电极。在分别设于第1和第2电极上的第1和第2压电薄膜之上，分别设有第3和第4电极。通过在第3、第4电极上加上相互反相的交流电压，音叉就会以与中心线成直角的方向作为谐振方向而进行谐振。谐振器陀螺仪利用由其他电极和其他压电薄膜构成的检测部检测出与施加在该谐振器上的角速度对应的哥氏力。

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜微型机械式谐振器、薄膜微型机械式谐振器陀螺仪、使用该薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的导航系统及汽车。

背景技术

作为以往的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪，例如已知有美国专利第5438231号中所公布的技术。

对于该薄膜微型机械式谐振器陀螺仪，将使用图14、图15进行说明。

图14是该薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的立体图。

图15是图14所示的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的驱动部的E-E剖面图。

图14中，音叉101由具有2个臂102、103的非压电材料制成。压电薄膜104、105分别被配置在音叉101的臂102、103的主平面上。电极106、107、108、109、110、111分别与压电薄膜104、105连接。通过在电极107、108、110、111上加上交流电压，音叉101即发生谐振。

图15中，臂102的中心线121上，在压电薄膜104的上部，表示有未设置电极107、108的部分的宽131。箭头141表示从电极107朝向电极108对压电薄膜104施加的电场的方向。

在此种薄膜微型机械式谐振器陀螺仪中，分别与电极107、108相面对的电极106形成连续的一片的形状。所以，很容易产生对箭头141所示的驱动没有贡献的电场成分。

另外，设于电极107、108之下的压电薄膜104也形成连续的一片的形状。所以，例如当使被电极107和电极106夹持的压电薄膜104沿Y轴方向拉伸时，连续的压电薄膜104的宽131的部分会抑制其拉伸。同样，当使被电极108和电极106夹持的压电薄膜104沿Y轴方向收缩时，具有宽131的连续的压电薄膜104会抑制其收缩。

由于所述的原因，音叉101的驱动效率会降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种提高了驱动效率的薄膜微型机械式谐振器、因驱动效率的提高而使对所加的角速度的检测灵敏度提高的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪、使用该薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的导航系统及汽车。

本发明的薄膜微型机械式谐振器(以下称为谐振器)中，音叉由具有至少2个臂和连接臂的至少1个基部的非压电材料制成。

第1电极被设置在臂当中至少一个臂的至少一个主平面上的比中心线更靠内侧的位置上。

第2电极被设置在主平面上的比中心线更靠外侧的位置上，与第1电极分离。第1压电薄膜设于第1电极上。第2压电薄膜设于第2电极上。第3电极设于第1压电薄膜上。第4电极设于第2压电薄膜上。

这里，在第3、第4电极上加有相互反相的交流电压。这样，音叉就会以与臂主平面的中心线成直角的方向(X方向)作为谐振方向而进行谐振。

利用该构成，可以减少对驱动没有贡献的电场成分，并且可以不妨碍压电薄膜的伸缩。所以，薄膜微型机械式谐振器的驱动效率提高。

另外，本发明的谐振器陀螺仪与所述的谐振器相同，由具有至少2个臂和连接臂的至少1个基部的非压电材料制成。

另外，驱动部包括所述的第1电极、第1压电薄膜、第3电极、第2电极、第2压电薄膜、第4电极。如上所述，在第3、第4电极上加有相互反相的交流电压，音叉以X方向作为谐振方向进行谐振。

另外，检测部被设置在至少1个臂的至少1个主平面上。检测部检测出与在与主平面成直角的方向(Z方向)上产生的由所加的角速度引起的哥氏力对应的臂的弯曲，并以电或光学方式输出。

利用该构成，可以减少对驱动没有贡献的电场成分，并且可以不妨碍压电薄膜的伸缩。所以，在该陀螺仪中，驱动效率提高，对于所施加的角速度的检测灵敏度提高。

另外，本发明的谐振器陀螺仪包括如下的检测部和引线部。

检测部包括第5电极、第3压电薄膜和第6电极。

第5电极与设于主平面上的第1、第2电极分离，并且被设置在比第1、第2电极更靠臂的头端侧的位置上。第3压电薄膜设于第5电极上。第6电极设于第3压电薄膜上。

引线部包括第1引出电极和第2引出电极。

第1引出电极与第1、第2电极分离，设于它们之间，与所述第5电极连接。第4压电薄膜设于第1引出电极上。第2引出电极设于第4压电薄膜上，与第6电极连接。

这里，由臂的弯曲而引起的振动所产生的电荷被第6电极检测出来。

利用该构成，可以减少对驱动没有贡献的电场成分，并且可以不妨碍压电薄膜的伸缩。所以，在该陀螺仪中，驱动效率提高，对于所施加的角速度的检测灵敏度提高。

另外，使用第4压电薄膜作为第1引出电极和第2引出电极之间的绝缘膜。该构成能够提高批量生产效率。

另外，这些谐振器陀螺仪能够用于导航系统中。

另外，这些谐振器陀螺仪能够在汽车中作为检测偏航率(yaw rate)、侧倾(rolling)、纵摆(pitching)中任意一种的传感器使用。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的薄膜微型机械式谐振器的立体图。

图2是实施方式1的谐振器的臂的A-A剖面图。

图3是用于说明实施方式1的谐振器的驱动部的动作的立体图。

图4是用于说明实施方式1的谐振器的驱动部的动作的立体图。

图5是表示构成实施方式1的谐振器的臂的材料的刚性的特性图。

图6是说明菱形晶构造的压电薄膜的极化状态的图。

图7是说明正方晶构造的压电薄膜的极化状态的图。

图8是本发明的实施方式2的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的立体图。

图9是实施方式2的谐振器陀螺仪的臂的B-B剖面图。

图10A是从本发明的实施方式3的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的一侧的主平面侧看到的立体图。

图10B是从实施方式3的谐振器陀螺仪的另一侧的主平面侧看到的立体图。

图11是实施方式3的谐振器陀螺仪的臂的C-C剖面图。

图12是本发明的实施方式4的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的立体图。

图13是实施方式4的谐振器陀螺仪的臂的D-D剖面图。

图14是以往的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的立体图。

图15是以往的谐振器陀螺仪的驱动部的E-E剖面图。

具体实施方式

下面将使用图1到图13对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图1是实施方式1的薄膜微型机械式谐振器的立体图。

图2是该谐振器的臂的A-A剖面图。

图3是用于说明该谐振器的驱动部的动作的立体图。

图4是用于说明该谐振器的驱动部的动作的立体图。

图5是表示构成该谐振器的臂的材料的刚性的特性图。

图6是说明菱形晶构造的压电薄膜的极化状态的图。

图7是说明正方晶构造的压电薄膜的极化状态的图。

图1～图4中，薄膜微型机械式谐振器(以下称为谐振器)如下构成。

谐振器1包括臂2、3和基部4，谐振器1具有主平面5。

臂2、3被中心线6、7分为外侧和内侧。

第1电极10、第2电极11被相互分离地分别设置在臂2的主平面5上的中心线6的内侧和外侧。

另一个第1电极12和另一个第2电极13被相互分离地分别设置在臂3的主平面5上的中心线7的内侧和外侧。

第1压电薄膜14、16被分别设置在第1电极10、12上。

第2压电薄膜15、17被分别设置在第2电极11、13上。

第3电极18、20被分别设置在第1压电薄膜14、16上。

第4电极19、21被分别设置在第2压电薄膜15、17上。

谐振器1将由具有2个臂2、3和连接臂2、3的基部4的硅(Si)构成的音叉作为基体材料。

如上所述，臂2上的第1压电薄膜14和第2压电薄膜15夹隔中心线6而分离。同样，臂3上的第1压电薄膜16和第2压电薄膜17也夹隔中心线7而分离。另外，第3电极18和第4电极19也夹隔中心线6而分离。第3电极20和第4电极21也夹隔中心线7而分离。

第1压电薄膜14、16、第2压电薄膜15、17都是钛酸锆酸铅(PZT)。

以下对谐振器1的制作过程进行简单的说明。

首先，准备厚度大约0.2mm的(110)面的Si晶片。

在该Si晶片上，利用溅射或蒸镀，将构成第1电极10、12、第2电极11、13的下部侧的Ti制成厚度大约100的膜。在其之上，利用溅射或蒸镀，将构成这些电极的上部侧的Pt-Ti等材料制成厚度大约4000的膜。

然后，在其之上，利用溅射形成能够将用于获得PZT等压电薄膜的良好的取向的制造条件的容许范围拓宽的、添加了镧和镁的钛酸铅(PLMT)膜(未图示)，使得其厚度大约为200。

在其之上，利用溅射形成作为第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的钛酸锆酸铅(PZT)的膜，使得其厚度大约为2～3μm。

其后，利用溅射或蒸镀形成作为第3电极18、20和第4电极19、21的构成下部侧的Ti的膜，使得其厚度达到大约25。在其之上，利用溅射或蒸镀，形成构成上部侧的Au、Cr、Al、Cu、Ti等材料的膜，使得其厚度达到大约3000。

Ti膜与PZT等压电薄膜和Au膜的密接性很强。Au膜电阻很小，并且可以构成稳定的上部电极。

其后，使用光刻技术和干式蚀刻技术，对如图1、图2所示的第3电极18、20和第4电极19、21、第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17、PLMT膜、第1电极10、12和第2电极11、13、臂2、3、基部4进行加工，得到音叉形状的谐振器1。

此时，谐振器1的振动方向(X方向)和Si的(1-11)面或(-111)面被按照成直角的方式进行图案处理。利用该处理，在振动方向上，可以使用材料的杨氏模量较高的方向，即刚性较高的方向，这样就可以获得固有谐振频率较高的谐振器1。

利用所述的过程制成的谐振器1的尺寸为，全宽为1mm，全长为5mm，全厚为0.2mm，驱动方向(X方向)的1次模式的谐振频率f为17kHz。

下面对该谐振器1的动作原理进行说明。

图3、图4中，箭头31表示极化方向，箭头32、33表示第1压电薄膜14的伸缩方向。

图3、图4中，在第1电极10和第3电极18之间，加有大约DC20V。此时，被两电极10、18夹持的第1压电薄膜14的极化矢量的方向指向同一方向。

例如，当按照使第1电极10为正极侧，使第3电极18为负极侧的方式加上DC电压时，极化矢量朝向如箭头31所示的方向。

以上仅对第1压电薄膜14进行了说明。第1压电薄膜16、第2压电薄膜15、17也相同，极化矢量朝向如箭头31所示的方向。

对于第1压电薄膜14，也如图3所示，当第3电极18侧被加以电压而使之比第1电极10侧电位更高时，第1压电薄膜14即向与箭头31所示方向的极化矢量垂直的箭头32的方向拉伸。相反，当如图4所示，第3电极18侧被加以电压而使之比第1电极10侧电位更低时，第1压电薄膜14即向与箭头31所示方向的极化矢量垂直的箭头33的方向收缩。

所以，当将第1电极10设为GND电极或假想GND电极，在第3电极18上加上交流电压时，第1压电薄膜14即如箭头32、33所示那样伸缩。

以上对设于臂2上的内侧的驱动部进行了说明。

设于臂2上的外侧的驱动部、设于臂3上的内侧、外侧的驱动部也相同地进行动作。

另外，当在图2所示的第3电极18和第4电极19上，加上相互间相位相差180°的交流电压时，在第1压电薄膜14拉伸的情况下，第2压电薄膜15收缩。相反，在第1压电薄膜14收缩的情况下，第2压电薄膜15拉伸。

基于以上的原理，当在第3电极18、20上加上相同相位的交流电压，在第4电极19、21上加上与第3电极18、20相反相位的交流电压时，臂2、3在X方向上沿相反的方向进行音叉谐振。

另外，为了使第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的伸缩量更均等，使谐振器1更稳定地振动，最好采用如下的构成。

将第1电极10、12和第2电极11、13、第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17及第3电极18、20和第4电极19、21，相对于臂2、3的各自的中心线6、7基本对称地配置。

这样，在第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17上产生的驱动电场的平衡得到改善。所以，第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的伸缩就会均等。这样就很难产生朝向谐振器1的特定的振动方向(X方向)以外的振动偏差。其结果是，谐振器1的驱动性能进一步提高。

另外，通过使构成谐振器1的臂2、3、基部4也相对于平行于臂2、3的轴基本上对称，就可以获得稳定的谐振。

本实施方式1中，对于在谐振器1的两个臂2、3的一侧的主平面5上设置第1、第2、第3、第4电极及第1、第2压电薄膜的构成进行了说明。

另外，也可以仅在一个臂的一侧的主平面上或两个主平面上设置第1、第2、第3、第4电极及第1、第2压电薄膜，通过驱动谐振器1来使之谐振。

图5是表示Si(110)面晶片中刚性随方向而变化的特性图。

纵轴为刚性，横轴为与方向对应的旋转角度，以0度的<1-10>方向作为基点。

另外，在图5中，发现45度或135度的刚性达到最大。旋转角度45度、135度分别对应于<1-11>方向和<-111>方向。所以，当谐振器1的谐振方向被选定为刚性达到最大的<1-11>方向、<-111>方向时，就可以获得具有更高的固有谐振频率的谐振器。

图6表示使(001)面平行于图1所示的臂2、3的主平面5取向的菱形晶构造的第1、第2压电薄膜14、16、15、17在沿<001>方向进行了极化处理后的极化状态。

相对于施加于第1、第2压电薄膜14、16、15、17的<001>方向的驱动电场，4个极化矢量方向<111>、<1-11>、<-1-11>、<-111>等价。所以，即使对谐振器1施加较大的驱动电场，4个极化矢量也不会旋转。因此，压电常数的滞后量(hysteresis)变小，从而可以获得滞后量较小的谐振器1。

图7表示其他的压电薄膜的例子，表示使(111)面平行于图1所示的臂2、3的主平面5取向的正方晶构造的第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17在沿<111>方向进行了极化处理后的极化状态。

相对于施加于第1、第2压电薄膜14、16、15、17的<111>方向的电场，3个极化矢量方向<100>、<010>、<001>等价。所以，即使施加较大的驱动电场，极化矢量也不会旋转，因此，压电常数的滞后量较小。

所以，可以获得滞后量较小的谐振器1。

如图1所示，构成驱动部的第1电极10、12和第2电极11、13、第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17、第3电极18、20和第4电极19、21最好设于从臂2、3的主平面5的中央部到基部4附近之间。这是因为，此时，2次模式的谐振频率的导纳(admittance)较小，可以获得稳定的振动。

其详细原因如下所示。

在臂2、3的主平面5上，将第1电极10、12和第2电极11、13、第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17、第3电极18、20和第4电极19、21配置在比臂2、3的中央部更靠头端侧的位置上。此时，X方向的2次模式的谐振频率(f＝110kHz)的导纳就会比谐振器1的臂2、3的驱动方向(X方向)的1次模式的谐振频率(f＝17kHz)的导纳更大。

所以，例如即使以1次模式的谐振频率使谐振器1振动，当从外部施加冲击等时，以2次模式的谐振频率进行振动的可能性很大。

在以上的说明中，第1电极10、12和第2电极11、13被设为GND电极或假想GND电极。在第3电极18、20上加上相同相位的交流电压。在第4电极19、21上加上与第3电极18、20相反相位的交流电压。

第1电极10和第2电极11及第1电极12和第2电极13分别分离。所以，也可以如下所示地对各电极加上交流电压。

在第1电极10、12和第4电极19、21上，加上同相的交流电压。此时，第2电极11、13和第3电极18、20被加上同相的交流电压。这里，加在第1电极10、12和第2电极11、13上的交流电压就会变成反相。这样就能够增大可以施加在各压电薄膜14、16、15、17上的驱动电场。同时，可以对施加在各压电薄膜14、16、15、17上的驱动电场进行微调。而且，谐振器的起动时间变短。另外，还可以降低用于驱动谐振器的电能消耗。

如图1、图2所示，第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的面积分别大于第3电极18、20和第4电极19、21的面积。

第1电极10、12和第2电极11、13的面积分别大于第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的面积。所以，即使当在第3电极18、20和第4电极19、21或第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的任意一个中产生图案的偏移时，也可以防止第3电极18、20和第1电极10、12的各自之间的短路及第4电极19、21和第2电极11、13的各自之间的短路。

在以上的说明中，如图1、图2所示，第1电极10、12、第2电极11、13、第1压电薄膜14、16、第2压电薄膜15、17都显露出来。

另外，第1电极10、12、第2电极11、13、第1压电薄膜14、16、第2压电薄膜15、17的周边部也可以由聚酰亚胺等绝缘膜覆盖。这样，即使当在第3电极18、20、第4电极19、21、第1压电薄膜14、16、第2压电薄膜15、17的任意一个中产生较大的图案的偏移时，也可以防止第3电极18、20和第1电极10、12的各自之间的短路及第4电极19、21和第2电极11、13的各自之间的短路。

另外，本实施方式1中，在音叉构造体中使用Si。这是因为，Si机械强度较大，能够使音叉以较大振幅进行谐振，另外，利用半导体加工技术可以很容易地进行高精度的加工。

另外，在音叉构造体中也可以使用其他非压电材料，例如，金刚石、熔融石英、铝、GaAs等。

另外，本实施方式1中，第1电极10、12和第2电极11、13由设于其下部的Ti膜和设于上部的Pt-Ti膜构成。由于Ti膜与Si及Pt-Ti膜的密接性良好，因此与由Si制成的主平面5及Pt-Ti膜牢固地密接。

另外，在Pt-Ti膜之上，可以很好地形成由使(001)面平行于臂2、3的主平面5取向的菱形晶构造的PZT、或使(111)面平行取向的正方晶构造的PZT构成的第1、第2压电薄膜14、16、15、17。所以，可以获得滞后量较小的谐振器1。

另外，在第1电极10、12和第2电极11、13的上部侧，也可以使用Ir-Ti膜等。

但是，并不一定仅限于这些构成。

另外，本实施方式1中，使用PZT作为压电薄膜的材料进行了说明。另外，也可以使用在PZT中添加了Mg、Nb、Mn中至少1种的PZT类材料。PZT、PZT类的材料由于其压电常数较大，因此电·机械变换效率增高。

形成压电薄膜的方法除了溅射法以外，还可以采用蒸镀法、溶胶凝胶法、激光磨蚀法、水热合成法、CVD法。

另外，形成于第3电极18、20和第4电极19、21的各自的下侧的第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17、第1电极10、12、第2电极11、13分别被分离。所以，减少了对驱动没有贡献的电场成分，并且不会妨碍压电薄膜的伸缩，从而使得谐振器1的驱动效率提高。

另外，如图1所示，仅在音叉形状的谐振器1的一方的主平面5上形成第1、第2、第3、第4电极及第1、第2压电薄膜。所以，可以利用简单的工序制作谐振器1，从而具有优良的批量生产效率。

另外，在本实施方式中，音叉的主平面5使用Si的(110)面晶片。

另外，也可以使用Si的(100)面晶片。对于该晶片，当以旋转角度0度的<010>方向为基点，考察刚性随方向的变化时，在<010>方向、<011>方向或<001>方向上，刚性相对于角度的偏移的变化变小。

所以，也可以使(100)面晶片的(010)面、(011)面或(001)面与谐振方向(X方向)成直角，来形成谐振器。这样，刚性相对于角度的偏移的变化较小，从而可以获得音叉的固有谐振频率的偏差较小的谐振器。

另外，由于Si的<011>方向的刚性较大，因此通过以该方向作为谐振方向，就可以获得固有谐振频率较高的谐振器。

(实施方式2)

图8是本发明的实施方式2的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪的立体图。

图9是该谐振器陀螺仪的臂的B-B剖面图。

在本实施方式2中，对于与实施方式1中所述构成相同的构成部分使用相同的编号，省略详细的说明，仅对不同部分进行详细描述。

图8、图9中，表示薄膜微型机械式谐振器陀螺仪40(以下称为谐振器陀螺仪)。

在谐振器陀螺仪40中，在从由Si制成的臂2、3的主平面5上的大致中央部到头端之间，设有用于检测所加的角速度的检测部。

臂2之上的检测部包括设于臂2的主平面5上的第5电极41、第3压电薄膜43和第6电极45。臂3之上的检测部包括设于臂3的主平面5上的第5电极42、第3压电薄膜44和第6电极46。

第3压电薄膜设于第5电极的电极上。第6电极设于第3压电薄膜之上。

在第5电极41、42中，与第1电极10、12和第2电极11、13相同，由厚度大约100的Ti膜构成其下部侧。由厚度大约4000的Pt-Ti等材料形成的膜构成其上部侧。

在由构成第5电极的上部侧的Pt-Ti等材料形成的膜和由PZT等形成的第3压电薄膜之间，设有厚度大约200的PLMT膜。

另外，在第6电极45、46中，与第3电极18、20和第4电极19、21相同，厚度大约25的Ti膜构成其下部侧。由厚度大约3000的Au等材料形成的膜构成其上部侧。

第1引出电极47被设于臂2的主平面5上，使之包括中心线6，并且与第1电极10、第2电极11分离。第1引出电极47与第5电极41连接。

第1引出电极47与第5电极41相同，由构成下部侧的厚度大约为100的Ti膜和位于其上构成上部侧的厚度大约4000的由Pt-Ti等材料构成的膜形成。

绝缘膜48由聚酰亚胺等制成，覆盖第1引出电极47，并且填充第1电极10和第2电极之间的空隙及第1压电薄膜14和第2压电薄膜15之间的空隙。

另外，在绝缘膜48之上设有第2引出电极50，使之包括中心线6，并且与第3电极18、第4电极19分离，其与第6电极45连接。

第2引出电极50与第6电极45相同，由构成下部侧的厚度大约为25的Ti膜和位于其上构成上部侧的厚度大约3000的由Au等材料构成的膜形成。

在臂3的主平面5上设有第1引出电极，使之包括中心线7(未图示)，并且与第1、第2电极12、13分离。该第1引出电极与第5电极42连接。在该第1引出电极之上，设有与绝缘膜48相同构成的绝缘膜49。

另外，在绝缘膜49之上设有第2引出电极51，使之包括中心线7(未图示)，并且与第3、第4电极20、21分离。该第2引出电极51与第6电极46连接。

在本实施方式2中，如图8、图9所示，第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的面积也分别大于第3电极18、20和第4电极19、21的面积。

另外，第1电极10、12和第2电极11、13的面积也分别大于第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17的面积。

所以，即使当在第3电极、第4电极、第1压电薄膜和第2压电薄膜的任意一个中产生图案的偏移时，也可以防止第1电极和第3电极、第2电极和第4电极的各自的短路。

另外，第3压电薄膜的面积大于第6电极的面积。第5电极的面积大于第3压电薄膜的面积。所以，即使当第6电极或第3压电薄膜上产生了图案的偏移时，也可以防止第6电极和第5电极的短路。

在图8、图9中，绝缘膜48、49填充第1电极和第2电极之间的空隙及第1压电薄膜和第2压电薄膜之间的空隙。

另外，更为理想的是，还可以使绝缘膜覆盖包括第1电极、第2电极的整个侧面的全部周边部分及包括第1压电薄膜、第2压电薄膜的整个侧面的全部周边部分。

另外，更为理想的是，还可以使绝缘膜覆盖包括第5电极的整个侧面的全部周边部分及包括第3压电薄膜的整个侧面的全部周边部分。

利用此种构成，即使在第3电极、第4电极、第6电极、第1压电薄膜、第2压电薄膜、第3压电薄膜的任意一个中产生较大的图案偏移的情况下，也可以防止在第1电极和第3电极之间、在第2电极和第4电极之间及在第5电极和第6电极之间发生短路。

另外，谐振器陀螺仪40的尺寸为，全宽1mm，全长5mm，全厚约0.2mm，驱动方向(X方向)的1次模式的谐振频率f如实施方式1中所述，为17kHz。与主平面5成直角的方向即检测方向(Z方向)的1次模式的谐振频率f为16kHz。

下面对角速度的检测原理进行说明。

如实施方式1中说明所示，在臂2、3沿X方向以f＝17kHz进行谐振的状态下，当绕Y轴施加角速度时，臂2、3即受哥氏力作用而在Z轴方向互相反向弯曲。由于该弯曲，在分别设于臂2、3上的第3压电薄膜43、44上，分别产生反向的电荷。通过由第6电极45、46检测出该反向的电荷，即可获得与所施加的角速度对应的输出。

如实施方式1中说明所示，第1电极、第1压电薄膜与第2电极、第2压电薄膜夹隔臂的中心线而相互分离。所以，就会减少对驱动没有贡献的电场成分。另外，压电薄膜的伸缩也很难被干扰。所以，在该谐振器陀螺仪40中，驱动效率提高，对所施加的角速度的检测输出灵敏度也得到改善。

另外，用于驱动的第1压电薄膜、第2压电薄膜与用于检测的第3压电薄膜也被分离。所以，在第3电极、第4电极各自与第6电极之间产生的电容耦合成分就会减少。

所以，在谐振器陀螺仪40中，对于所施加的角速度，可以获得稳定的检测输出。例如，相对于温度变化，可以获得稳定度高的检测输出。

另外，在本实施方式2中，也与实施方式1相同，描述了如下所述的情况。

即，第1、第2电极被设为GND电极或假想GND电极，在第3电极上加上同相的交流电压，在第4电极上加上与第3电极反相的交流电压。

也可以按照第1与第4电极同相，第2与第3电极同相，第1与第2电极反向的方式，在各个电极上加上交流电压。此时，可以施加在各压电薄膜14、16、15、17上的驱动电场更大。所以，在该谐振器陀螺仪40中，其驱动效率进一步提高，对所施加的角速度的检测灵敏度也进一步提高。另外，还可以缩短起动时间，以较低的电能消耗来进行驱动。

另外，与实施方式1相同，第3和第4电极、第1和第2压电薄膜被相对于臂的中心线分别对称地配置。所以，在谐振器陀螺仪40中，很难发生向特定的振动反向(X方向)以外的反向的振动偏移。所以，对于所施加的角速度，能够以更高的灵敏度获得高质量的检测输出。

另外，第3压电薄膜分别与第1、第2压电薄膜分离。而且，第6电极分别与第3、第4电极分离。所以，分别在第6电极与第3、第4电极之间产生的电容耦合成分减少。所以，在谐振器陀螺仪40中，对于所施加的角速度，可以获得稳定的检测输出。

另外，第1、第2电极和第3、第4电极和第1、第2压电薄膜相对于臂的中心线分别对称地配置。而且，相对于臂的中心线分别对称地形成第5、第6电极和第1、第2引出电极及第3压电薄膜43、44。

所以，分别在第3、第4电极与第6电极之间产生的电容耦合成分及分别在第3、第4电极和第2引出电极之间产生的电容耦合成分被消除。另外，在向X方向进行驱动振动时，在第6电极上产生的电荷也被消除。

所以，可以获得极高精度的谐振器陀螺仪40。

本实施方式2中，对用压电式检测所施加的角速度的情况进行了说明。

除此以外，也可以使用电阻效应、静电电容效应、光学拾波等来检测角速度。

(实施方式3)

图10A是从本实施方式的谐振器陀螺仪的一方的主平面侧看到的立体图。

图10B是从该谐振器陀螺仪的另一方的主平面侧看到的立体图。

图11是该谐振器陀螺仪的臂的C-C剖面图。

本实施方式3中，对于与实施方式1、2中所述的构成相同的构成部分使用相同编号，其详细说明省略，仅对不同的部分进行详细描述。

图10、图11中，谐振器陀螺仪60具有一方的主平面5和与其相面对的另一方的主平面61。

第5电极62、63分别设于臂2、3的主平面61上。第3压电薄膜64、65分别设于第5电极62、63上。第6电极66、67分别设于第3压电薄膜64、65上。

臂2的检测部包括第5电极62、第3压电薄膜64和第6电极66。

臂3的检测部包括第5电极63、第3压电薄膜65和第6电极67。

第5电极62、63、第3压电薄膜64、65和第6电极66、67的材料、制作工序与实施方式1、2中说明的基本相同。

本实施方式3中，如图10、图11所示，第1压电薄膜和第2压电薄膜各自的面积也都大于第3电极和第4电极各自的面积。

另外，第1电极和第2电极各自的面积大于第1压电薄膜和第2压电薄膜各自的面积。

所以，即使在第3电极、第4电极、第1压电薄膜、第2压电薄膜的任意一个中产生图案的偏移的情况下，也可以防止第3电极和第1电极的短路、第4电极和第2电极的短路。

另外，第3压电薄膜64、65各自的面积大于第6电极66、67各自的面积。而且，第5电极62、63各自的面积大于第3压电薄膜64、65的面积。所以，即使在第6电极和第3压电薄膜的任意一个中产生图案的偏移的情况下，也可以防止第6电极和第5电极的短路。

本实施方式3中，图10A所示的驱动部设于与图8所示的驱动部相同的部位上。

图10B所示的检测部设于由Si制成的臂2、3的主平面61上的从头端到基部4附近的整个区域内。

其原因如下。

检测部基本不受驱动方向(X方向)的谐振频率的导纳特性影响。另外，驱动部未设置在与检测部相同的位置上。所以，检测部可以包括因哥氏力引起的在臂2、3上产生的变形最大的基部4附近。所以，可以增大检测部的检测面积。

在上述说明中，表示了检测部跨越臂2、3两者的全部范围而构成的情况。

检测部也可以被设置在臂2、3的任意一方的至少任意一方的主平面61的从大致中央部到基部4附近之间。

本实施方式3中，驱动部、检测部也都被设置在臂2、3的两主平面5、61的从中央部到基部4附近之间。所以，对于所施加的角速度的检测输出的精度提高。另外，还可以获得高灵敏度的检测输出。

这里，也如实施方式1、2中说明所示，第1、第2电极和第1、第2压电薄膜夹隔臂的中心线而被分离。所以，对驱动没有贡献的电场成分减少，并且压电薄膜的伸缩也很难被干扰。

所以，在谐振器陀螺仪60中，其驱动效率提高，对所施加的角速度的检测输出的灵敏度提高。

另外，用于驱动的第1、第2压电薄膜和用于检测的第3压电薄膜64、65也被分离。所以，第3、第4电极和第6电极66、67之间产生的电容耦合成分减少。所以，即使在谐振器陀螺仪60中，对于所施加的角速度，也可以获得稳定的检测输出。例如，相对于温度变化，检测输出的稳定性增高。

这里，也与实施方式1、2相同，第1、第2电极被设为GND电极或假想GND电极，在第3电极上加上同相交流电压，在第4电极上加上与第3电极反相的交流电压。

另外，也可以按照第1和第4电极同相，第2和第3电极同相，第1和第2电极反相的方式，加上交流电压。此时，对各压电薄膜所施加的驱动电场进一步增大。所以，在谐振器陀螺仪60中，驱动效率也进一步提高，对所施加的角速度的检测灵敏度也进一步提高。另外，在谐振器陀螺仪60中，还可以缩短其起动时间，从而能够以较低电能消耗来使用。

这里，也与实施方式1、2相同，第3和第4电极、第1和第2压电薄膜也被相对于臂的中心线分别对称地配置。所以，在谐振器陀螺仪60中，很难发生向特定的振动方向(X方向)以外的振动偏离。所以，对于所施加的角速度，能够获得的高质量的更高灵敏度的检测输出。

另外，在本实施方式3中，第3压电薄膜64、65和第1、第2压电薄膜分离。另外，第6电极66、67和第3、第4电极分离。所以，分别在第6电极和第3、第4电极之间产生的电容耦合成分减少。所以，对于所施加的角速度，可以获得稳定化的检测输出。

(实施方式4)

图12是实施方式4的谐振器陀螺仪的立体图。

图13是该实施方式的谐振器陀螺仪的臂的D-D剖面图。

本实施方式4中，对于与实施方式1、2、3中所述的构成相同的构成部分使用相同编号，其详细说明省略，仅对不同的部分进行详细描述。

在图12、图13中，谐振器陀螺仪70的第4压电薄膜71包括作为绝缘膜的第4压电薄膜。

第4压电薄膜71的材料、制作工序也与实施方式1、2、3中说明的基本相同。

第1引出电极47设于臂2的主平面5上，包括中心线6，并且与第1电极10、第2电极11分离。

第1引出电极47与第5电极41连接。在第1引出电极47上，利用厚约200的PLMT膜，设有第4压电薄膜71。

这里，第4压电薄膜71由与第1、第2、第3压电薄膜14、15、43相同厚度的PZT等构成。

第4压电薄膜71与第3压电薄膜43连接。另外，在该第4压电薄膜71之上，设有第2引出电极50。

另外，在臂3的主平面5上，也以与设于所述的臂2的主平面5上的构成完全相同的构成，在第1引出电极54上，设有第4压电薄膜74、第2引出电极51。

这里，在第1引出电极47、48和第2引出电极50、51的各自之间，使用第4压电薄膜71、72作为绝缘膜。所以，批量生产效率提高。

本实施方式4中，也与实施方式1、2、3相同，第1电极和第2电极、第1压电薄膜和第2压电薄膜夹隔臂的中心线而被分离。所以，对驱动没有贡献的电场成分减少，并且不会妨碍压电薄膜的伸缩。

所以，可以获得驱动效率提高、并且对所施加的角速度的检测输出的灵敏度提高的谐振器陀螺仪70。

另外，用于驱动的第1压电薄膜14、16和第2压电薄膜15、17和用于检测的第3压电薄膜43、44也被分离。所以，在第3电极18、第4电极19和第6电极45之间、在第3电极20、第4电极21和第6电极46之间产生的电容耦合成分减少。所以，在谐振器陀螺仪70中，可以获得对所施加的角速度的稳定的检测输出。即，例如，相对于温度变化，可以获得稳定化的检测输出。

另外，与实施方式1、2、3相同，第1电极、第2电极被设为GND电极或假想GND电极。这里，在第3电极上加上同相交流电压，在第4电极上加上与第3电极反相的交流电压。

另外，也可以按照第1和第4电极同相，第2和第3电极同相，第1和第2电极反相的方式，加上交流电压。此时，能够进一步增大可对各压电薄膜14、16、15、17所施加的驱动电场。

所以，驱动效率也进一步提高，相对于所施加的角速度的检测灵敏度也进一步提高。另外，还可以缩短起动时间，从而能够实现较低的电能消耗。

在本实施方式4中，也与实施方式1、2、3相同，第3电极和第4电极、第1压电薄膜和第2压电薄膜也分别被相对于臂的中心线对称地配置。

所以，在谐振器陀螺仪70中，很难发生向特定的振动方向(X方向)以外的振动偏离。因而，对所施加的角速度的检测输出不易包含噪音。所以，就能够获得高质量、高灵敏度的检测输出。

另外，在本实施方式4中，第3压电薄膜和第1、第2压电薄膜分离，并且，第6电极和第3、第4电极分离。所以，在第6电极45和第3电极18、第4电极19之间、第6电极46和第3电极20、第4电极21之间产生的电容耦合成分减少。因而对于所施加的角速度，可以获得稳定化的检测输出。

另外，在本实施方式4中，第1电极和第2电极、第3电极和第4电极、第1压电薄膜和第2压电薄膜相对于臂的中心线相互对称地配置。

另外，第5、第6电极、第1、第2引出电极及第3压电薄膜也相对于臂的中心线分别对称地配置。

所以，就可以消除在第3、第4电极和第6电极间产生的电容耦合成分及在第3、第4电极和第2引出电极间产生的电容耦合成分。另外，还可以在向X方向进行驱动振动时，消除在第6电极45、46上产生的电荷，从而可以获得极高精度的谐振器陀螺仪70。

在本实施方式4中，如图12、图13所示，第1压电薄膜和第2压电薄膜的面积也分别大于第3电极和第4电极的面积。另外，第1电极和第2电极的面积大于第1压电薄膜、第2压电薄膜的面积。

所以，即使在第3电极、第4电极、第1压电薄膜、第2压电薄膜的任意一个上产生了图案的偏移的情况下，也不会发生第3电极和第1电极的短路或第4电极和第2电极的短路。

另外，第3压电薄膜43、44的面积比第6电极45、46的面积大一圈。另外，第5电极41、42的面积比第3压电薄膜43、44的面积大一圈。所以，即使在第6电极45、46和第3压电薄膜43、44的任意一个上产生了图案的偏移的情况下，也可以防止第6电极和第5电极的短路。

另外，第4压电薄膜71、72的面积分别大于第2引出电极50、51的面积。第1引出电极47、48的面积大于第4压电薄膜71、72的面积。所以，即使在第2引出电极50、51和第4压电薄膜71、72的任意一个上产生了图案的偏移的情况下，也可以防止第2引出电极和第1引出电极的短路。

在实施方式2、3、4中，在谐振器陀螺仪40、60、70的音叉构造体中也使用Si。这是因为，Si的机械强度很大，并且容易利用半导体加工技术进行高精度的加工。所以，这些谐振器陀螺仪能够以较大的振幅进行音叉谐振，因而对于所施加的角速度，可以获得高灵敏度的检测输出。

另外，也可以用其他的非压电材料，例如金刚石、熔融石英、铝、GaAs等形成音叉构造体。

在实施方式2、3、4中，也与实施方式1相同，作为压电薄膜，除了PZT以外，还可以使用PZT类的材料。如果压电薄膜的压电常数较大，电·机械转换效率就会变高。此时，对于所施加的角速度，就可以获得高灵敏度的检测输出。

另外，对于压电薄膜的取向，也可以与实施方式1相同，使用(001)面沿臂的主平面取向的菱形晶构造、或者(111)面沿臂的主平面取向的正方晶构造的材料。这样，相对于所施加的驱动电场，多个极化矢量的角度就会完全相等。所以，对于所施加的角速度，就可以获得稳定化的检测输出。

在实施方式2、3、4中，对在两个臂2、3上都设置了驱动部的例子进行了说明。另外，还可以在任意一个臂的至少任意一个主平面的从大约中央部到基部附近之间设置驱动部。

在实施方式2、3、4中所说明的谐振器陀螺仪40、60、70对于所施加的角速度的检测输出精度高，并且灵敏度高。所以，通过使用该输出，就可以获得高精度的导航系统。

另外，通过在偏航率传感器、纵摆传感器中使用该输出，有助于汽车的稳定行驶。而且，通过将该输出用于侧倾传感器中，就可以对气囊系统进行高精度的控制。

在照相机等其他的各种各样的设备或系统中，可以使用本发明的谐振器陀螺仪40、60、70。

(工业实用性)

如上所示，采用本发明，就可以获得如下的薄膜微型机械式谐振器，其减少了对驱动没有贡献的电场成分，并且不会妨碍压电薄膜的伸缩，因而驱动效率提高。

另外，采用本发明，由于对驱动没有贡献的电场成分减少，并且很难干扰压电薄膜的伸缩，因此可以获得驱动效率提高、并且对所施加的角速度的检测输出的灵敏度得以改善的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪。

另外，采用本发明，由于使用第4压电薄膜作为第1引出电极和第2引出电极间的绝缘膜，因此可以获得进一步提高了批量生产效率的薄膜微型机械式谐振器陀螺仪。