(57)【要約】【課題】  加速度を高感度に検出することができる複合センサを提供する。【解決手段】  第１の支持梁５は、第１の振動子４をＸ軸方向およびＹ軸方向に振動可能に支持する。第１の振動子４の内部には、第２の振動子８をＹ軸方向に変位可能に設ける。基板２と第１の振動子４との間には、振動発生部１０および振動モニタ部１９を設ける。基板２と第２の振動子８との間には、角速度検出用の変位検出部１３を設ける。基板２と第１の振動子４の間には、加速度検出用の変位検出部１６を設ける。角速度検出回路２６は、変位検出部１３の変位検出信号Ｖcを振動モニタ部１９のモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、角速度Ωを検出する。一方、加速度検出回路３０は、変位検出部１６の変位検出信号Ｖaを振動モニタ部１９のモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、加速度αを検出する。【選択図】        図１
2010181240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板に設けられた支持部と、
前記基板と隙間をもって対向して配置された第１の振動子と、
該第１の振動子と支持部とを接続し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸方向のうちＸ軸方向およびＹ軸方向に向けて変位可能な状態で該第１の振動子を支持する第１の支持梁と、
前記第１の振動子に設けられた第２の振動子と、
該第２の振動子と第１の振動子とを接続し、該第２の振動子をＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位可能に支持する第２の支持梁と、
前記第１の振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、
前記第１の振動子がＸ軸方向に振動した状態で第２の振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する角速度検出用の変位検出手段と、
前記第１の振動子に設けられ、第１の振動子がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する加速度検出用の変位検出手段と、
前記第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする振動モニタ手段と、
前記加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波し、前記第１の振動子に作用する加速度を検出する加速度検出手段とを備える構成としてなる複合センサ。
【請求項２】
前記第１の振動子は、Ｙ軸方向に複数並んで配置され、
前記第１の支持梁は、前記支持部に接続されＹ軸方向に撓み変形するＹ軸方向撓み梁と、該Ｙ軸方向撓み梁と前記複数の第１の振動子とに接続されて前記複数の第１の振動子を互いに連結しＸ軸方向に撓み変形するＸ軸方向撓み梁とによって構成し、
前記振動発生手段は、互いに隣合う第１の振動子を逆位相で振動させる構成としてなる請求項１に記載の複合センサ。
【請求項３】
前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１の振動子に加速度が作用したときに互いに逆方向の変位を検出するように２つ設け、
前記加速度検出手段は、該２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を用いて加速度を検出する構成としてなる請求項１または２に記載の複合センサ。
【請求項４】
前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１の振動子と基板との間に互いに対向して設けられ、前記第１の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の電極部を備え、
該一対の電極部は、前記第１の振動子が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としてなる請求項１，２または３に記載の複合センサ。
【請求項５】
前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１の振動子と基板との間に互いに対向して設けられ、前記第１の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の第１電極部と一対の第２電極部とを備える構成とし、
前記一対の第１電極部と一対の第２電極部とは、前記第１の振動子がＸ軸方向に変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化し、かつ前記第１の振動子がＹ軸方向に変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化する構成としてなる請求項１，２または３に記載の複合センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば角速度および加速度を検出するのに好適な複合センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複合センサとして、振動子を用いて角速度と加速度を検出するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このような複合センサは、支持梁によって互いに直交する２軸方向（例えばＸ軸方向およびＹ軸方向）に変位可能に支持された振動子と、該振動子をＸ軸方向に振動させた状態でＹ軸方向の変位を検出する変位検出器とによって構成されている。そして、複合センサに角速度が作用した場合には、Ｘ軸方向に振動している振動子に対して、Ｙ軸方向に向けて角速度によるコリオリ力が作用する。このコリオリ力は振動子の振動周波数と同じ周波数で発生するから、複合センサは、変位検出器によって検出した検出信号に対して振動周波数で同期検波を行い、角速度を検出する。一方、複合センサに加速度が作用した場合には、加速度によって振動子が例えばＹ軸方向に変位する。このため、複合センサは、この振動子の変位を変位検出器を用いて検出し、加速度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５６９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６３３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、共通の振動子を用いて角速度および加速度を検出する構成となっている。このため、例えば角速度を検出するために振動子および支持梁を設計した場合には、加速度に対する支持梁の剛性が過度に大きくなる。この結果、加速度に対する振動子の変位を十分に確保することができず、加速度の検出感度が低下するという問題がある。一方、加速度を検出するために振動子および支持梁を設計した場合には、支持梁の剛性が過度に小さくなる。この結果、角速度の検出信号に加速度の検出信号が混入し、角速度の検出精度が劣化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、加速度を高感度に検出することができる複合センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１に発明による複合センサは、基板と、該基板に設けられた支持部と、前記基板と隙間をもって対向して配置された第１の振動子と、該第１の振動子と支持部とを接続し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３軸方向のうちＸ軸方向およびＹ軸方向に向けて変位可能な状態で該第１の振動子を支持する第１の支持梁と、前記第１の振動子に設けられた第２の振動子と、該第２の振動子と第１の振動子とを接続し、該第２の振動子をＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位可能に支持する第２の支持梁と、前記第１の振動子をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、前記第１の振動子がＸ軸方向に振動した状態で第２の振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する角速度検出用の変位検出手段と、前記第１の振動子に設けられ、第１の振動子がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する加速度検出用の変位検出手段と、前記第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする振動モニタ手段と、前記加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を該振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波し、前記第１の振動子に作用する加速度を検出する加速度検出手段とを備える構成としている。
【０００７】
請求項２の発明では、前記第１の振動子は、Ｙ軸方向に複数並んで配置され、前記第１の支持梁は、前記支持部に接続されＹ軸方向に撓み変形するＹ軸方向撓み梁と、該Ｙ軸方向撓み梁と前記複数の第１の振動子とに接続されて前記複数の第１の振動子を互いに連結しＸ軸方向に撓み変形するＸ軸方向撓み梁とによって構成し、前記振動発生手段は、互いに隣合う第１の振動子を逆位相で振動させる構成としている。
【０００８】
請求項３の発明では、前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１の振動子に加速度が作用したときに互いに逆方向の変位を検出するように２つ設け、前記加速度検出手段は、該２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を用いて加速度を検出する構成としている。
【０００９】
請求項４の発明では、前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１の振動子と基板との間に互いに対向して設けられ、前記第１の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の電極部を備え、該一対の電極部は、前記第１の振動子が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としている。
【００１０】
請求項５の発明では、前記加速度検出用の変位検出手段は、前記第１の振動子と基板との間に互いに対向して設けられ、前記第１の振動子の変位に応じて静電容量が変化する一対の第１電極部と一対の第２電極部とを備える構成とし、前記一対の第１電極部と一対の第２電極部とは、前記第１の振動子がＸ軸方向に変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化し、かつ前記第１の振動子がＹ軸方向に変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化する構成としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、振動発生手段は第１の振動子をＸ軸方向に振動させる。この状態でＺ軸周りまたはＹ軸周りの角速度が作用すると、第２の振動子にコリオリ力が作用し、第２の振動子がＸ軸方向と直交するＹ軸方向またはＺ軸方向に変位する。このため、角速度検出用の変位検出手段を用いて第２の振動子がＹ軸方向またはＺ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出することによって、角速度検出用振動子に作用する角速度を検出することができる。
【００１２】
また、Ｙ軸方向の加速度が作用すると、加速度によって第１の振動子がＹ軸方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出手段は、第１の振動子がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。また、振動モニタ手段は、第１の振動子がＸ軸方向に振動したときの第１の振動子の変位をモニタする。このため、加速度検出手段は、加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波し、第１の振動子に作用する加速度を検出することができる。
【００１３】
特に、本発明では、第１の支持梁を用いて第１の振動子をＸ軸方向およびＹ軸方向の２軸方向に向けて変位可能に支持する構成とした。このため、Ｙ軸方向に対する第１の支持梁のばね力は、角速度検出用の第２の振動子、第２の支持梁とは独立して設計することができる。この結果、Ｘ軸方向に対する第１の支持梁のばね力、第１，第２の振動子の質量および第２の支持梁のばね力は角速度の検出に適した値に設定することができると共に、Ｙ軸方向に対する第１の支持梁のばね力は、加速度の検出に適した値に設定することができる。これにより、角速度および加速度の両方を高感度に検出することができる。
【００１４】
また、加速度検出手段は、加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号を振動モニタ手段によるモニタ信号を用いて同期検波する構成としたから、第１の振動子の振動周波数とは異なる周波数成分の信号を除去することができる。このため、電気的な外部雑音等を容易に除去することができ、第１の振動子を停止させた状態で加速度を検出した場合に比べて、加速度の検出精度を高めることができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、第１の支持梁はＸ軸方向撓み梁およびＹ軸方向撓み梁によって構成した。このため、Ｘ軸方向撓み梁がＸ軸方向に撓み変形することによって、第１の振動子はＸ軸方向に変位することができる。これにより、第１の振動子は、振動発生手段によってＸ軸方向に振動することができる。また、Ｙ軸方向撓み梁がＹ軸方向に撓み変形することによって、第１の振動子はＹ軸方向に変位することができる。このため、Ｙ軸方向の加速度が作用したときには、第１の振動子は、この加速度に応じてＹ軸方向に変位することができる。
【００１６】
また、互いにＹ軸方向の隣合う位置に配置された２つの第１の振動子は、互いに逆位相で振動する構成とした。このとき、これら２つの第１の振動子に第２の振動子をそれぞれ設けた場合には、これら２つの第２の振動子は、角速度が作用したときにはコリオリ力によって互いに逆方向に変位し、加速度が作用したときには慣性力によって互いに等しい方向に変位する。このため、例えばこれら２つの第２の振動子の変位量を減算することによって、これらの変位量のうち互いに同じ方向に変位した分（加速度成分）を相殺して除去することができ、加速度と分離して角速度を検出することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、例えば加速度検出用の変位検出手段が第１の振動子との間の静電容量を用いて検出する構成としたときには、第１の振動子を挟んでＹ軸方向の両端側に２つの加速度検出用の変位検出手段を配置する。これにより、加速度が作用したときには、２つの加速度検出用の変位検出手段は、互いに逆方向の変位を検出する。このため、加速度検出手段は、２つの加速度検出用の変位検出手段による変位検出信号の差を用いることによって、加速度の検出感度を例えば２倍に高めることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、第１の振動子がＸ軸方向の一側に変位したときには、一対の電極部の対向面積は増加する。一方、第１の振動子がＸ軸方向の他側に変位したときには、一対の電極部の対向面積は減少する。このため、一対の電極部の対向面積は第１の振動子の振動周期と同期して変化するから、一対の電極部間の静電容量も第１の振動子の振動周期と同期させることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、第１の振動子がＸ軸方向に変位した場合には、第１電極部の静電容量が増加すると第２電極部の静電容量は減少し、第１電極部の静電容量が減少すると第２電極部の静電容量は増加する。このため、第１の振動子がＸ軸方向に振動したときには、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量とは互いに逆位相で変化する。従って、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量とを加えた静電容量の総和は、第１の振動子が振動したときには、第１電極部の静電容量の変化分を第２電極部の静電容量の変化分によって相殺することができる。
【００２０】
一方、第１の振動子がＹ軸方向に変位した場合には、第１電極部の静電容量が増加すると第２電極部の静電容量は減少し、第１電極部の静電容量が減少すると第２電極部の静電容量は増加する。このとき、第１の振動子が振動した状態で加速度を検出するから、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量とは互いに逆位相で変化する。この結果、第１の振動子がＸ軸方向に振動した状態で加速度によって第１の振動子がＹ軸方向に変位したときには、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量との総和は、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量との差に応じた値となり、第１の振動子の振動周期に同期して変化する。このとき、第１電極部の静電容量と第２電極部の静電容量との総和は、第１電極部および第２電極部のうちいずれか一方だけを設けたときに比べて、２倍の振幅で変化するから、加速度の検出感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による複合センサを示す平面図である。
【図２】図１中の角速度検出回路が出力する角速度信号を示す特性線図である。
【図３】図１中の加速度検出回路が出力する加速度信号を示す特性線図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による複合センサを示す平面図である。
【図５】図４中の加速度用の変位検出部を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図６】図５中の加速度検出用の変位検出部によって検出する静電容量の変化量を示す特性線図である。
【図７】複合センサの振動制御回路、角速度検出回路および加速度検出回路を示す回路構成図である。
【図８】図４中の複合センサに角速度が作用した状態を示す模式的な説明図である。
【図９】図４中の複合センサに加速度が作用した状態を示す模式的な説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による複合センサを示す平面図である。
【図１１】図１０中の加速度用の変位検出部を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図１２】図１１中の加速度検出用の変位検出部によって検出する静電容量の変化量を示す特性線図である。
【図１３】本発明の第１の変形例による複合センサを示す平面図である。
【図１４】本発明の第２の変形例による複合センサを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態による複合センサを、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
まず、図１は第１の実施の形態による複合センサ１を示している。図において、複合センサ１は、基板２、支持部３、振動子４，８、支持梁５，９、振動発生部１０、変位検出部１３，１６、振動モニタ部１９等によって構成されている。
【００２４】
基板２は、複合センサ１のベース部分を構成している。そして、基板２は、例えばガラス材料等により四角形の平板状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸方向のうち、例えばＸ軸およびＹ軸方向に沿って水平に延びている。
【００２５】
また、基板２上には、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことによって、支持部３、振動子４，８、支持梁５，９、振動発生部１０、変位検出部１３，１６、振動モニタ部１９が形成されている。
【００２６】
支持部３は、基板２の表面に例えば４個設けられている。これら４個の支持部３は、振動子４を挟んでＸ軸方向の両側に２個ずつ配置されている。そして、後述する可動側の電極１２，１５，１８，２１は、支持部３と振動子４，８等とを介してグランドに接続されている。
【００２７】
第１の振動子４は、基板２の表面側に位置して、基板２と隙間をもって対向して配置されている。第１の振動子４は、例えば四角形の枠状に形成され、Ｘ軸方向に延びる前，後の横枠部４Ａと、Ｙ軸方向に延びる左，右の縦枠部４Ｂとにより構成されている。
【００２８】
また、振動子４の外側部位は後述する第１の支持梁５を介して第１の支持部３に連結され、振動子４の内側部位には後述する振動子８が支持梁９を介して連結されている。そして、これらの振動子４，８は基板２に対してＺ軸方向に離間し、一定の振動方向（Ｘ軸方向）に振動する構成となっている。
【００２９】
第１の支持梁５は、第１の振動子４と第１の支持部３とを接続し、Ｘ軸およびＹ軸の２軸方向に向けて振動可能な状態で第１の振動子４を支持している。このとき、第１の支持梁５は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に撓み変形可能に形成され、例えば第１の振動子４のＸ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。また、第１の支持梁５は、第１の支持部３に接続されＹ軸方向に撓み変形するＹ軸方向撓み梁６と、該Ｙ軸方向撓み梁６と第１の振動子４とに接続されＸ軸方向に撓み変形するＸ軸方向撓み梁７とによって構成されている。そして、支持梁５は、振動子４，８をＸ軸方向に振動可能に支持するのに加え、第１の振動子４がＹ軸方向に変位するのを許容している。
【００３０】
また、Ｙ軸方向撓み梁６のばね力は、後述する第２の支持梁９のばね力に比べて強くなっている。そして、第１の振動子４は、Ｚ軸周りの角速度Ωによるコリオリ力Ｆによっては変位せず、加速度によってはＹ軸方向に変位する構成となっている。
【００３１】
第２の振動子８は、第１の振動子４内に位置して、第１の振動子４に連結した状態で設けられている。具体的には、振動子８は、例えば四角形の板状に形成されている。そして、振動子８は、第２の支持梁９が撓み変形することにより、振動方向と直交する検出方向（Ｙ軸方向）に変位するものである。
【００３２】
第２の支持梁９は、振動子４，８を接続し、Ｙ軸方向に向けて変位可能な状態で振動子８を支持している。具体的には、支持梁９は、Ｙ軸方向に撓み変形可能に形成され、例えば振動子８のＹ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。そして、支持梁９は、振動子８をＹ軸方向に変位可能に支持し、この振動子８がＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００３３】
振動発生部１０は、振動発生手段を構成し、基板２と第１の振動子４との間に設けられ、静電力を用いて振動子４，８をＸ軸方向に振動させる。ここで、振動発生部１０は、基板２に設けられた固定側駆動電極１１と、振動子４に設けられた可動側駆動電極１２とによって構成されている。また、駆動電極１１，１２は互いに隙間をもって対向している。そして、振動発生部１０は、後述の振動制御回路２２から駆動信号Ｖdが入力されることにより、駆動電極１１，１２間に静電力を発生し、この静電力により振動子４，８をＸ軸方向に振動させる。
【００３４】
角速度検出用の変位検出部１３は、角速度検出用の変位検出手段を構成し、基板２と振動子８との間に設けられ、振動子８がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１３は、基板２に設けられた固定側検出電極１４と、振動子８に設けられた可動側検出電極１５とによって構成されている。また、検出電極１４，１５は互いに隙間をもって対向している。そして、可動側検出電極１５は、振動子８と一緒にＹ軸方向に変位する。これにより、振動子８がＹ軸方向に変位したときには、検出電極１４，１５間の静電容量Ｃcが変化する。
【００３５】
即ち、変位検出部１３は、固定側検出電極１４と可動側検出電極１５によって平行平板コンデンサとして構成されている。そして、振動子４，８がＸ軸方向に振動した状態でＺ軸周りの角速度Ωが作用すると、振動子８がコリオリ力ＦによってＹ軸方向に変位する。このため、変位検出部１３は、振動子８がＹ軸方向に変位するときの変位量を、検出電極１４，１５間の静電容量Ｃcを用いて検出し、角速度Ωに応じた検出信号を出力する。
【００３６】
加速度検出用の変位検出部１６は、加速度検出用の変位検出手段を構成し、基板２と振動子４との間に設けられ、第１の振動子４がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１６は、基板２に設けられた固定側検出電極１７と、第１の振動子４に設けられた可動側検出電極１８とによって構成されている。また、検出電極１７，１８は、互いに隙間をもって対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【００３７】
そして、検出電極１８は第１の振動子４と一緒にＸ軸方向およびＹ軸方向に変位する。これにより、第１の振動子４がＸ軸方向に変位したときには、検出電極１７，１８間の静電容量Ｃaが変化し、第１の振動子４がＹ軸方向に変位したときにも、検出電極１７，１８間の静電容量Ｃaが変化する。このため、変位検出部１６は、検出電極１７，１８間の静電容量Ｃaを用いて、第１の振動子４がＸ軸方向およびＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。
【００３８】
振動モニタ部１９（振動モニタ手段）は、基板２と第１の振動子４との間に設けられ、第１の振動子４がＸ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、振動モニタ部１９は、基板２に設けられた固定側モニタ電極２０と、振動子４に設けられた可動側モニタ電極２１とによって構成されている。また、モニタ電極２０，２１は、互いに隙間をもって対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【００３９】
そして、可動側モニタ電極２１は、振動子４と一緒にＸ軸方向に変位する。これにより、振動子４がＸ軸方向に変位したときには、モニタ電極２０，２１間の静電容量Ｃmが変化する。このため、振動モニタ部１９は、第１の振動子４がＸ軸方向に振動したときの変位量を、モニタ電極２０，２１間の静電容量Ｃmを用いてモニタする。
【００４０】
次に、振動子４の振動状態を制御する振動制御回路２２について説明する。振動制御回路２２は、振動モニタ部１９によるモニタ信号Ｖmを用いて振動発生部１０に出力する駆動信号Ｖdを制御する。そして、振動制御回路２２は、例えばＣ−Ｖ変換回路（静電容量−電圧変換回路）２３、ＡＧＣ回路（自動利得制御回路）２４、駆動信号発生回路２５等によって構成されている。
【００４１】
Ｃ−Ｖ変換回路２３は、振動モニタ部１９に接続され、振動モニタ部１９の静電容量Ｃmの変化を電圧変化に変換し、この電圧変化をモニタ信号Ｖmとして出力する。
【００４２】
Ｃ−Ｖ変換回路２３の出力側には、ＡＧＣ回路２４が接続されている。また、ＡＧＣ回路２４の出力側は、駆動信号発生回路２５を介して振動発生部１０に接続されている。そして、駆動信号発生回路２５は、駆動信号Ｖdを発生し、この駆動信号Ｖdを駆動電極１１に入力することによって、振動子４，８をＸ軸方向に振動させる。
【００４３】
また、ＡＧＣ回路２４は、Ｃ−Ｖ変換回路２３によるモニタ信号Ｖmを用いて駆動信号Ｖdを補正する。これにより、ＡＧＣ回路２４は、例えば周囲温度が変化したときでも、振動子４，８を常に同じ振幅で振動させる。
【００４４】
次に、角速度Ωを検出する角速度検出手段としての角速度検出回路２６について説明する。角速度検出回路２６は、変位検出部１３による変位検出信号Ｖcを振動モニタ部１９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、第２の振動子８に作用する角速度Ωを検出する。そして、角速度検出回路２６は、例えばＣ−Ｖ変換回路２７、同期検波回路２８等によって構成されている。
【００４５】
ここで、Ｃ−Ｖ変換回路２７は、Ｃ−Ｖ変換回路２３とほぼ同様に構成され、変位検出部１３の静電容量Ｃcの変化を電圧変化に変換し、この電圧変化を変位検出信号Ｖcとして出力する。
【００４６】
また、同期検波回路２８の入力側は、Ｃ−Ｖ変換回路２７に接続されると共に、位相シフト回路２９を介してＡＧＣ回路２４に接続されている。ここで、位相シフト回路２９は、ＡＧＣ回路２４を介して出力されるモニタ信号Ｖmの位相を９０°シフトさせた位相シフト信号Ｖm′を出力する。このとき、振動子４のＸ軸方向の振動と、角速度Ωによる振動子８のＹ軸方向の振動とは、互いに位相が９０°ずれる。このため、同期検波回路２８は、例えばモニタ信号Ｖmから位相が９０°シフトした位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波する。これにより、同期検波回路２８は、図２に示すように、角速度Ωに応じた角速度信号を出力する。
【００４７】
次に、加速度αを検出する加速度検出手段としての加速度検出回路３０について説明する。加速度検出回路３０は、変位検出部１６による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部１９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、振動子４に作用する加速度αを検出する。そして、加速度検出回路３０は、例えばＣ−Ｖ変換回路３１、同期検波回路３２等によって構成されている。
【００４８】
ここで、Ｃ−Ｖ変換回路３１は、Ｃ−Ｖ変換回路２３とほぼ同様に構成され、変位検出部１６の静電容量Ｃaの変化を電圧変化に変換し、この電圧変化を変位検出信号Ｖaとして出力する。
【００４９】
また、同期検波回路３２の入力側は、Ｃ−Ｖ変換回路３１に接続されると共に、ＡＧＣ回路２４に接続されている。このとき、加速度αによって振動子４がＹ軸方向に変位すると、この振動子４の変位量に応じて変位検出部１６の静電容量Ｃaは、振動子４のＸ軸方向の振動と同期して変化する。このため、同期検波回路３２は、例えばモニタ信号Ｖmを用いて同期検波する。これにより、同期検波回路３２は、図３に示すように、加速度αに応じた加速度信号を出力する。
【００５０】
なお、基板２の表面には、振動子４，８等を収容した状態で蓋体（図示せず）を設けるのが好ましい。この場合、蓋体内を真空封止することができ、振動子４，８に対する空気抵抗を軽減することができる。
【００５１】
本実施の形態による複合センサ１は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００５２】
まず、振動発生部１０に駆動信号Ｖdが出力されると、振動発生部１０にＸ軸方向の静電力が発生し、振動子４，８はＸ軸方向に振動する。
【００５３】
これにより、振動子４，８の振動周波数に応じて振動モニタ部１９の静電容量Ｃmが変化し、Ｃ−Ｖ変換回路２３からＡＧＣ回路２４にモニタ信号Ｖmが出力される。そして、ＡＧＣ回路２４は、このモニタ信号Ｖmに応じて補正した駆動信号Ｖdを振動発生部１０に出力し、振動子４，８の振動状態をフィードバック制御する。これにより、周囲の温度等が変化する場合でも、振動子４，８は常に同じ振幅で振動する。
【００５４】
このように、振動子４，８がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、これらの振動子４，８には、下記数１の式に示すＹ軸方向のコリオリ力Ｆが加わる。
【００５５】
【数１】
2010181240.tif 000003
【００５６】
このため、振動子８は、角速度Ωに応じてＹ軸方向に変位し、角速度検出用の変位検出部１３の静電容量Ｃcが変化する。このとき、Ｃ−Ｖ変換回路２７は、静電容量Ｃcの変化を変位検出信号Ｖcに変換する。そして、同期検波回路２８は、変位検出信号Ｖcから位相シフト信号Ｖm′と同期した信号を検波する。これにより、角速度検出回路２６は、図２に示すように、角速度Ωに応じた角速度信号を外部に出力する。なお、振動子４は、Ｙ軸方向撓み梁６のばね力が第２の支持梁９のばね力よりも強いため、コリオリ力Ｆでは変位しない。
【００５７】
一方、振動子４がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ１にＹ軸方向の加速度αが加わると、振動子４は加速度αに応じてＹ軸方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出部１６の静電容量Ｃaが変化するから、Ｃ−Ｖ変換回路３１は、静電容量Ｃaの変化を変位検出信号Ｖaに変換する。そして、同期検波回路３２は、変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmと同期した信号を検波する。これにより、加速度検出回路３０は、図３に示すように、加速度αに応じた加速度信号を外部に出力する。
【００５８】
かくして、本実施の形態では、第１の振動子４がＸ軸方向に振動した状態でＺ軸周りの角速度Ωが作用すると、コリオリ力Ｆによって振動子８がＹ軸方向に変位する。このため、角速度検出用の変位検出部１３は振動子８のＹ軸方向の変位量を検出し、角速度検出回路２６は変位検出部１３による変位検出信号Ｖcに対して振動モニタ部１９によるモニタ信号Ｖm（位相シフト信号Ｖm′）を用いて同期検波処理を行う。これにより、角速度検出回路２６は、角速度Ωに応じた角速度信号を出力することができる。
【００５９】
また、Ｙ軸方向の加速度αが作用すると、加速度αによって第１の振動子４がＹ軸方向に変位する。このとき、加速度検出用の変位検出部１６は、第１の振動子４がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。そして、加速度検出回路３０は、変位検出部１６による変位検出信号Ｖaに対して振動モニタ部１９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波処理を行う。これにより、加速度検出回路３０は、加速度αに応じた加速度信号を出力することができる。
【００６０】
特に、本実施の形態では、第１の支持梁５を用いて第１の振動子４をＸ軸方向およびＹ軸方向の２軸方向に向けて変位可能に支持する構成とした。このため、Ｙ軸方向に対する第１の支持梁５のばね力、即ちＹ軸方向撓み梁６のばね力は、角速度検出用の第２の振動子８、第２の支持梁９とは独立して設計することができる。この結果、Ｘ軸方向撓み梁７のばね力、第１，第２の振動子４，８の質量および第２の支持梁９のばね力は、角速度Ωの検出に適した値に設定することができると共に、Ｙ軸方向撓み梁６のばね力は、加速度αの検出に適した値に設定することができる。これにより、角速度Ωおよび加速度αの両方を高感度に検出することができる。
【００６１】
また、加速度検出回路３０は、加速度検出用の変位検出部１６による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部１９によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波する構成としたから、第１の振動子４の振動周波数とは異なる周波数成分の信号を除去することができる。このため、電気的な外部雑音等を容易に除去することができ、第１の振動子４を停止させた状態で加速度を検出した場合に比べて、加速度αの検出精度を高めることができる。
【００６２】
また、例えば第１の振動子４をＹ軸方向に変位可能に設けるのに代えて、第１の振動子４の近傍にＹ軸方向に変位可能な加速度検出用振動子を設け、この加速度検出用振動子と第１の振動子４との間に加速度検出用の変位検出部を設けても、第１の実施の形態とほぼ同様に加速度αを検出することができる。
【００６３】
しかし、この構成では、素子全体を小型化するためには、加速度検出用振動子を小さくする必要があり、加速度検出用振動子に作用する慣性力が小さくなる傾向がある。これに加えて、加速度検出用振動子によって加速度検出用の変位検出部が基板２内で占める面積が減少するから、加速度αを高感度で検出するためには、加速度検出用支持梁を支持する加速度検出用支持梁を細く形成し、加速度αに対する加速度検出用振動子の変位量を大きくする必要がある。
【００６４】
このため、加速度検出用振動子を用いる構成では、例えば素子落下等の衝撃印加時に加速度検出用支持梁が壊れ易く、耐衝撃性が低下する。また、製造工程において加速度検出用振動子と第１の振動子４とが接触して離れなくなるというステッキング（sticking）が発生し、良品率が低下して、製造コストが上昇する傾向がある。
【００６５】
これに対し、本実施の形態では、Ｘ軸方向に振動する第１の振動子４をＹ軸方向に変位可能に設ける構成としたから、加速度検出用振動子が不要になる分だけ、加速度検出用の変位検出部１６が基板２内で占める面積を増加させることができる。このため、変位検出部１６の検出感度を向上させることができるから、加速度αに対する第１の振動子４の変位量が小さくても、加速度αを高感度に検出することができる。また、第１の振動子４は、第２の振動子８を取囲むから、比較的大きな質量を有する傾向があり、大きな慣性力が作用し易い。この結果、Ｙ軸方向撓み梁６のばね力を強くすることができるから、複合センサ１の耐衝撃性を高めることができる。また、Ｙ軸方向に変位し易い加速度検出用振動子が不要になるから、加速度検出用振動子によるステッキングが発生せず、製造コストを低下させることができる。
【００６６】
次に、図４ないし図９は第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、第１の振動子はＹ軸方向に複数並んで配置し、Ｘ軸方向撓み梁は該複数の第１の振動子を互いに連結すると共に、振動発生部は互いに隣合う第１の振動子を逆位相で振動させる構成としたことにある。
【００６７】
図において、複合センサ４１は、基板４２、支持部４３、質量部４４，４８，５２，５３、支持梁４７，５１，５４、振動発生部５８，６１、変位検出部６４，６７，７０，７４、振動モニタ部７８，８１等によって構成されている。
【００６８】
基板４２は、例えばシリコン材料、ガラス材料等により平板状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸のうち、例えばＸ軸とＹ軸とに沿って水平に延びると共に、Ｚ軸と垂直に配置されている。
【００６９】
また、基板４２上には、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことによって、支持部４３、質量部４４，４８，５２，５３、支持梁４７，５１，５４、振動発生部５８，６１、変位検出部６４，６７，７０，７４、振動モニタ部７８，８１等が形成されている。
【００７０】
支持部４３は、基板４２上に位置してＸ軸方向の両側に３個ずつ合計６個設けられている。ここで、各支持部４３は、後述の連結梁５６の節部５６Ａに対応した位置に配置されている。
【００７１】
第１の中央質量部４４は、基板４２と隙間をもって対向して配置されている。また、第１の中央質量部４４は、Ｙ軸方向に並んで配置された４個の質量部４４，４８，５２，５３のうち、第２の中央質量部４８と共に中央寄りに配置されている。また、中央質量部４４は、四角形の枠状に形成された第１の振動子としての外側枠体４５と、該外側枠体４５の内側に配置された四角形の枠状体からなる第２の振動子としての内側枠体４６と、該内側枠体４６の四隅と外側枠体４５との間に設けられた例えば４本の第２の支持梁４７とにより構成されている。
【００７２】
ここで、外側枠体４５は、中央質量部４４がＸ軸方向（振動方向）に振動するときに、後述する連結梁５６のＸ軸方向の撓み変形がＹ軸方向（検出方向）の変位となって内側枠体４６に伝わるのを遮断している。また、第２の支持梁４７は、Ｘ軸方向に延びてＹ軸方向に撓み変形可能に形成され、内側枠体４６をＹ軸方向に変位可能に支持すると共に、内側枠体４６がＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００７３】
第２の中央質量部４８は、中央質量部４４とほぼ同様に、第１の振動子としての外側枠体４９、第２の振動子としての内側枠体５０および第２の支持梁５１により構成されている。そして、内側枠体５０は、第２の支持梁５１が撓み変形することによりＹ軸方向に変位可能となっている。
【００７４】
第１，第２の外側質量部５２，５３は、Ｙ軸方向に対して中央質量部４４，４８の外側に配置され、第１の振動子をそれぞれ構成している。外側質量部５２，５３は、Ｘ軸方向に延びる直線状の質量体として形成され、その長さ方向の両端側は各連結梁５６にそれぞれ連結されている。
【００７５】
第１の支持梁５４は、質量部４４，４８，５２，５３と第１の支持部４３とを接続し、Ｘ軸およびＹ軸の２軸方向に向けて変位可能な状態で質量部４４，４８，５２，５３を支持している。このとき、第１の支持梁５４は、例えば質量部４４，４８，５２，５３のＸ軸方向の両側にそれぞれ配置されている。また、第１の支持梁５４は、支持部４３に接続されＹ軸方向に撓み変形するＹ軸方向撓み梁５５と、該Ｙ軸方向撓み梁５５と質量部４４，４８，５２，５３とに接続されＸ軸方向に撓み変形するＸ軸方向撓み梁としての連結梁５６とによって構成されている。そして、第１の支持梁５４は、質量部４４，４８，５２，５３をＸ軸方向に振動可能に支持するのに加え、質量部４４，４８，５２，５３がＹ軸方向に変位するのを許容している。
【００７６】
ここで、Ｙ軸方向撓み梁５５は、６個の支持部４３にそれぞれ設けられている。また、Ｙ軸方向撓み梁５５は、ばね性を有する細幅な梁として形成され、Ｘ軸方向に直線状に延びると共に、Ｙ軸方向に撓み変形可能となっている。そして、Ｙ軸方向撓み梁５５は、基端側が支持部４３に接続され、先端側が連結梁５６に接続されている。
【００７７】
一方、連結梁５６は、質量部４４，４８，５２，５３を挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。各連結梁５６は、ばね性を有する細幅な梁として形成され、Ｙ軸方向に直線状に延びると共に、Ｘ軸方向に撓み変形可能となっている。また、各連結梁５６の長さ方向途中部位には、高い剛性を有する幅広な連結部５７を介して質量部４４，４８の外側枠体４５，４９が連結され、連結梁５６の長さ方向両端側には外側質量部５２，５３が連結されている。
【００７８】
これにより、４個の質量部４４，４８，５２，５３は、互いに梯子状に連結された連結質量部を構成すると共に、Ｙ軸方向に直線状に並んだ状態で各連結梁５６によりＸ軸方向に振動可能に支持されている。また、これらの質量部４４，４８，５２，５３は、質量部全体の重心Ｇを挟んでほぼ対称に配置されている。
【００７９】
そして、後述の振動発生部５８，６１に駆動信号をそれぞれ印加したときには、図４および図８に示すように、互いに隣合う質量部４４と質量部４８とが、逆位相（位相が１８０°ずれた状態）でＸ軸方向に振動する。同様に、質量部５２と質量部４４も、互いに逆位相で振動し、質量部５３と質量部４８も、互いに逆位相で振動する。即ち、例えば質量部４４，５３がＸ軸方向に沿って矢示ａ1方向に振動するときには、質量部４８，５２がこれと逆向きの矢示ａ2方向に振動する。このとき、これら質量部４４，４８，５２，５３全体の重心Ｇは、ほぼ一定の位置に保持される。
【００８０】
このように、隣合う質量部同士が互いに逆位相で振動する振動モードは、複合センサ４１が作動するときの正規の振動モードとして予め定められているものである。この振動モードにおいて、質量部４４，５３と質量部４８，５２とは、重心Ｇを中心として対称な位置で安定的に振動できると共に、重心Ｇの周囲でバランスよく振動することによって基板４２への振動伝達を抑えることができる。
【００８１】
また、正規の振動モードでは、各連結梁５６がＸ軸方向に略Ｓ字状をなして撓み変形しつつ、くねるように振動し、その長さ方向途中部位には、振動の節となってほぼ一定の位置を保持する例えば３箇所の節部５６Ａがそれぞれ形成される。
【００８２】
そして、各Ｙ軸方向撓み梁５５の先端側は、連結梁５６の節部５６Ａに接続されている。このとき、質量部４４，４８，５２，５３の振動は節部５６Ａの位置で打消されるようになるから、Ｙ軸方向撓み梁５５や基板４２に対する振動の伝達が抑制されている。
【００８３】
第１の振動発生部５８は、振動発生手段を構成し、基板４２と第１の外側質量部５２との間に設けられ、静電力を用いて第１の外側質量部５２をＸ軸方向に振動させる。ここで、振動発生部５８は、Ｘ軸方向に離間して２箇所に配置されている。そして、各振動発生部５８は、基板４２に設けられた固定側駆動電極５９と、外側質量部５２に設けられた可動側駆動電極６０とによって構成されている。
【００８４】
固定側駆動電極５９は、例えば複数の電極板５９Ａを有する櫛歯状電極によって構成されている。また、可動側駆動電極６０も、例えば複数の電極板６０Ａを有する櫛歯状電極からなり、各電極板５９Ａ，６０Ａは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに噛合している。
【００８５】
第２の振動発生部６１も、第１の振動発生部５８と同様に、振動発生手段を構成している。そして、第２の振動発生部６１は、基板４２と第２の外側質量部５３との間に設けられ、静電力を用いて第２の外側質量部５３をＸ軸方向に振動させる。ここで、振動発生部６１は、Ｘ軸方向に離間して２箇所に配置されている。そして、各振動発生部６１は、基板４２に設けられた固定側駆動電極６２と、外側質量部５３に設けられた可動側駆動電極６３とによって構成されている。
【００８６】
固定側駆動電極６２は、例えば複数の電極板６２Ａを有する櫛歯状電極によって構成されている。また、可動側駆動電極６３も、例えば複数の電極板６３Ａを有する櫛歯状電極からなり、各電極板６２Ａ，６３Ａは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに噛合している。
【００８７】
そして、振動発生部５８，６１は、後述の振動制御回路８４から駆動信号Ｖdが印加されることにより静電力を発生し、これを駆動力として外側質量部５２，５３をＸ軸方向に振動させる。この場合、例えば振動発生部５８が矢示ａ2方向の駆動力Ｆ1を発生するときに、振動発生部６１は、これと逆方向（逆位相）となる矢示ａ1方向の駆動力Ｆ2を発生する。
【００８８】
第１の角速度検出用の変位検出部６４は、角速度検出用の変位検出手段を構成し、基板４２と中央質量部４４との間に設けられ、内側枠体４６がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部６４は、基板４２に設けられた固定側検出電極６５と、内側枠体４６に設けられた可動側検出電極６６とによって構成されている。
【００８９】
また、固定側検出電極６５は、Ｙ軸方向に間隔をもってＸ軸方向に延びる複数の電極板６５Ａを有し、第１の中央質量部４４の内側枠体４６内に配置されている。一方、可動側検出電極６６は、固定側検出電極６５に対応して中央質量部４４の内側枠体４６に設けられ、固定側検出電極６５の各電極板６５ＡとＹ軸方向の隙間をもって噛合する複数の電極板６６Ａを有している。これにより、電極板６５Ａ，６６Ａは平行平板コンデンサを構成している。
【００９０】
そして、変位検出部６４は、内側枠体４６がＺ軸周りの角速度ΩによってＹ軸方向に変位するときに、その変位量を検出電極６５，６６間の静電容量Ｃc1の変化により角速度Ωとして検出する。
【００９１】
第２の角速度検出用の変位検出部６７も、角速度検出用の変位検出手段を構成している。そして、変位検出部６７は、基板４２と中央質量部４８との間に設けられ、内側枠体５０がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部６７は、変位検出部６４とほぼ同様に、基板４２に設けられた固定側検出電極６８と、内側枠体５０に設けられた可動側検出電極６９とによって構成されている。
【００９２】
また、固定側検出電極６８は、Ｙ軸方向に間隔をもってＸ軸方向に延びる複数の電極板６８Ａを有し、第２の中央質量部４８の内側枠体５０内に配置されている。一方、可動側検出電極６９は、固定側検出電極６８に対応して中央質量部４８の内側枠体５０に設けられ、固定側検出電極６８の各電極板６８ＡとＹ軸方向の隙間をもって噛合する複数の電極板６９Ａを有している。これにより、電極板６８Ａ，６９Ａは平行平板コンデンサを構成している。
【００９３】
そして、変位検出部６７は、内側枠体５０がＺ軸周りの角速度ΩによってＹ軸方向に変位するときに、その変位量を検出電極６８，６９間の静電容量Ｃc2の変化により角速度Ωとして検出する。
【００９４】
ここで、第１の変位検出部６４は、例えば中央質量部４４の内側枠体４６がＹ軸方向に沿って矢示ｂ1方向に変位するときに検出電極６５，６６間の静電容量Ｃc1が増大し、内側枠体４６が矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量Ｃc1が減少する。これと逆に、第２の変位検出部６７は、例えば中央質量部４８の内側枠体５０が矢示ｂ1方向に変位するときに検出電極６８，６９間の静電容量Ｃc2が減少し、内側枠体５０が矢示ｂ2方向に変位するときに静電容量Ｃc2が増大する。
【００９５】
第１の加速度検出用の変位検出部７０は、加速度検出用の変位検出手段を構成し、基板４２と第１の外側質量部５２との間に設けられ、外側質量部５２がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部７０は、図５に示すように、基板４２上の電極支持部７１に設けられた固定側検出電極７２と、外側質量部５２に設けられた可動側検出電極７３とによって構成されている。
【００９６】
このとき、電極支持部７１は、重心Ｇを中心としたときに第１の外側質量部５２よりもＹ軸方向の外側に配置され、例えばＣ字状の枠形状に形成されている。また、固定側検出電極７２は、外側質量部５２と可動側検出電極７３の腕部７３Ａとの間に挿入された腕部７２Ａと、該腕部７２Ａおよび電極支持部７１の内側に設けられた複数個の電極部７２Ｂとによって構成されている。また、各電極部７２Ｂは、外側質量部５２に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図４中の矢示ｂ1方向に向けて突出している。
【００９７】
一方、可動側検出電極７３は、例えばＴ字状に形成された腕部７３Ａと、該腕部７３Ａおよび外側質量部５２に設けられた複数個の電極部７３Ｂとによって構成されている。このとき、腕部７３Ａは、その基端側が外側質量部５２に接続されると共に、その先端側が枠状をなす電極支持部７１の内部に挿入されている。
【００９８】
また、可動側検出電極７３の各電極部７３Ｂは、固定側検出電極７２の各電極部７２Ｂと対応した位置に配置されている。さらに、各電極部７３Ｂは、電極支持部７１に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図４中の矢示ｂ2方向に向けて突出している。そして、電極部７２Ｂ，７３Ｂは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【００９９】
また、可動側検出電極７３は外側質量部５２と一緒にＸ軸方向に変位する。これにより、外側質量部５２がＸ軸方向に変位したときには、検出電極７２，７３の対向面積が変化するから、この対向面積に応じて検出電極７２，７３間の静電容量Ｃa1が変化する。ここで、電極部７２Ｂ，７３Ｂは、外側質量部５２が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に対して互いに位置ずれして配置されている。そして、外側質量部５２が振動発生部５８によって例えば図４中の矢示ａ1方向に変位したときには、電極部７２Ｂ，７３Ｂの対向面積が減少する。一方、外側質量部５２が振動発生部５８によって例えば図４中の矢示ａ2方向に変位したときには、電極部７２Ｂ，７３Ｂの対向面積が増加する。これにより、図６に示すように、外側質量部５２がＸ軸方向に振動するときには、検出電極７２，７３間の静電容量Ｃa1は、外側質量部５２の振動周期（駆動周期）と一致して変化する。
【０１００】
また、可動側検出電極７３は外側質量部５２と一緒にＹ軸方向にも変位する。そして、外側質量部５２がＹ軸方向に変位したときには、検出電極７２，７３間の距離寸法が変化するから、この距離寸法に応じて検出電極７２，７３間の静電容量Ｃa1が変化する。このため、変位検出部７０は、検出電極７２，７３間の静電容量Ｃa1を用いて、外側質量部５２がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。
【０１０１】
第２の加速度検出用の変位検出部７４も、加速度検出用の変位検出手段を構成している。そして、変位検出部７４は、図４に示すように、基板４２と第２の外側質量部５３との間に設けられ、外側質量部５３がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部７４は、変位検出部７０とほぼ同様に、基板４２上の電極支持部７５に設けられた固定側検出電極７６と、外側質量部５３に設けられた可動側検出電極７７とによって構成されている。
【０１０２】
このとき、電極支持部７５は、重心Ｇを中心としたときに第２の外側質量部５３よりもＹ軸方向の外側に配置され、例えばＣ字状の枠形状に形成されている。また、固定側検出電極７６は、外側質量部５３と可動側検出電極７７の腕部７７Ａとの間に挿入された腕部７６Ａと、該腕部７６Ａおよび電極支持部７５の内側に設けられた複数個の電極部７６Ｂとによって構成されている。また、各電極部７６Ｂは、外側質量部５３に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図４中の矢示ｂ2方向に向けて突出している。
【０１０３】
一方、可動側検出電極７７は、例えばＴ字状に形成された腕部７７Ａと、該腕部７７Ａおよび外側質量部５３に設けられた複数個の電極部７７Ｂとによって構成されている。このとき、腕部７７Ａは、その基端側が外側質量部５３に接続されると共に、その先端側が枠状をなす電極支持部７５の内部に挿入されている。
【０１０４】
また、可動側検出電極７７の各電極部７７Ｂは、固定側検出電極７６の各電極部７６Ｂと対応した位置に配置されている。さらに、各電極部７７Ｂは、電極支持部７５に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図４中の矢示ｂ1方向に向けて突出している。そして、電極部７６Ｂ，７７Ｂは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。このため、変位検出部７４は、検出電極７６，７７間の静電容量Ｃa2を用いて、外側質量部５３がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。
【０１０５】
また、電極部７６Ｂ，７７Ｂは、電極部７２Ｂ，７３Ｂと同様に、外側質量部５３が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に対して互いに位置ずれして配置されている。そして、外側質量部５３が振動発生部６１によって例えば図４中の矢示ａ1方向に変位したときには、電極部７６Ｂ，７７Ｂの対向面積が増加する。一方、外側質量部５３が振動発生部６１によって例えば図４中の矢示ａ2方向に変位したときには、電極部７６Ｂ，７７Ｂの対向面積が減少する。これにより、外側質量部５３がＸ軸方向に振動するときには、検出電極７６，７７間の静電容量Ｃa2は、外側質量部５３の振動周期（駆動周期）と一致して変化する。
【０１０６】
また、変位検出部７０，７４は、外側質量部５２，５３に対してＹ軸方向の反対側の位置に配置されている。即ち、変位検出部７０は、外側質量部５２のうちＹ軸方向の一側（ｂ2方向）に配置されるのに対し、変位検出部７４は、外側質量部５３のうちＹ軸方向の他側（ｂ1方向）に配置されている。
【０１０７】
このため、Ｙ軸方向に加速度αが作用したときには、外側質量部５２，５３は、固定側検出電極７２，７６に対して互いに逆方向に変位する。即ち、外側質量部５２が固定側検出電極７２に接近するときには、外側質量部５３は固定側検出電極７６から離れる。また、外側質量部５２が固定側検出電極７２から離れるときには、外側質量部５３は固定側検出電極７６に接近する。
【０１０８】
そして、第１の変位検出部７０は、例えば外側質量部５２がＹ軸方向に沿って矢示ｂ2方向に変位するときに検出電極７２，７３間の静電容量Ｃa1が増大し、さらに振幅が大きくなる。外側質量部５２が矢示ｂ1方向に変位するときに静電容量Ｃa1が減少し、さらに振幅が小さくなる。これと逆に、第２の変位検出部７４は、例えば外側質量部５３が矢示ｂ2方向に変位するときに検出電極７６，７７間の静電容量Ｃa2が減少し、さらに振幅が小さくなる。外側質量部５３が矢示ｂ1方向に変位するときに静電容量Ｃa2が増大し、さらに振幅が大きくなる。
【０１０９】
第１の振動モニタ部７８は、振動モニタ手段を構成し、基板４２と第１の外側質量部５２との間に設けられ、外側質量部５２がＸ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、振動モニタ部７８は、基板４２に設けられた固定側モニタ電極７９と、外側質量部５２に設けられた可動側モニタ電極８０とによって構成されている。また、モニタ電極７９，８０は、例えば櫛歯状電極によって構成され、隙間をもって互いに噛合している。
【０１１０】
第２の振動モニタ部８１も、振動モニタ手段を構成している。そして、振動モニタ部８１は、基板４２と第２の外側質量部５３との間に設けられ、外側質量部５３がＸ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、振動モニタ部８１は、基板４２に設けられた固定側モニタ電極８２と、外側質量部５３に設けられた可動側モニタ電極８３とによって構成されている。また、モニタ電極８２，８３は、例えば櫛歯状電極によって構成され、隙間をもって互いに噛合している。
【０１１１】
そして、第１の振動モニタ部７８は、例えば外側質量部５２がＸ軸方向に沿って矢示ａ1方向に変位するときにモニタ電極７９，８０間の静電容量Ｃm1が減少し、外側質量部５２が矢示ａ2方向に変位するときに静電容量Ｃm1が増大する。第２の振動モニタ部８１も、例えば外側質量部５３が矢示ａ1方向に変位するときにモニタ電極８２，８３間の静電容量Ｃm2が減少し、外側質量部５３が矢示ａ2方向に変位するときに静電容量Ｃm2が増大する。
【０１１２】
次に、図７を参照しつつ、質量部４４，４８，５２，５３の振動状態を制御する振動制御回路８４について説明する。振動制御回路８４は、振動モニタ部７８，８１によるモニタ信号Ｖmを用いて振動発生部５８，６１に出力する駆動信号Ｖdを制御する。そして、振動制御回路８４は、Ｃ−Ｖ変換回路８５，８６、差動増幅器８７、ＡＧＣ回路８８、駆動信号発生回路８９等によって構成されている。
【０１１３】
Ｃ−Ｖ変換回路８５，８６は振動モニタ部７８，８１の出力側にそれぞれ接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路８５，８６は、振動モニタ部７８，８１の静電容量Ｃm1，Ｃm2の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備モニタ信号Ｖm1，Ｖm2としてそれぞれ出力する。また、Ｃ−Ｖ変換回路８５，８６の出力側には、差動増幅器８７が接続されている。
【０１１４】
ここで、質量部４４，５３と質量部４８，５２とが互いに逆位相で振動しているときには、これら２つの予備モニタ信号Ｖm1，Ｖm2は互いに逆位相となる。このため、２つの予備モニタ信号Ｖm1，Ｖm2は差動増幅器８７によって差動増幅され、最終的なモニタ信号ＶmとしてＡＧＣ回路８８に出力される。
【０１１５】
ＡＧＣ回路８８の出力側は、駆動信号Ｖdを出力する駆動信号発生回路８９に接続されている。そして、ＡＧＣ回路８８は、モニタ信号Ｖmが一定となるようにゲインを調整する。また、駆動信号発生回路８９は、増幅器９０を介して第１の振動発生部５８に接続されると共に、反転増幅器９１を介して第２の振動発生部６１に接続される。これにより、駆動信号発生回路８９は、振動発生部５８，６１に対して互いに逆位相となる駆動信号Ｖdを入力し、振動発生部５８，６１は、質量部４４，５３と質量部４８，５２とを互いに逆位相で振動させる。
【０１１６】
次に、角速度Ωを検出する角速度検出手段としての角速度検出回路９２について説明する。角速度検出回路９２は、変位検出部６４，６７による変位検出信号Ｖcを振動モニタ部７８，８１によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、内側枠体４６，５０に作用する角速度Ωを検出する。そして、角速度検出回路９２は、例えばＣ−Ｖ変換回路９３，９４、差動増幅器９５、同期検波回路９６等によって構成されている。
【０１１７】
Ｃ−Ｖ変換回路９３，９４は変位検出部６４，６７の出力側にそれぞれ接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路９３，９４は、変位検出部６４，６７の静電容量Ｃc1，Ｃc2の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2としてそれぞれ出力する。また、Ｃ−Ｖ変換回路９３，９４の出力側には、差動増幅器９５が接続されている。
【０１１８】
ここで、質量部４４，４８が互いに逆位相で振動している状態で、角速度Ωが作用したときには、内側枠体４６，５０はＹ軸方向に対して互いに逆方向に変位する（図８参照）。このとき、２つの予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2は互いに逆位相となる。このため、２つの予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2は差動増幅器９５によって差動増幅され、最終的な変位検出信号Ｖcとして同期検波回路９６に出力される。
【０１１９】
同期検波回路９６の入力側は、差動増幅器９５に接続されると共に、位相シフト回路９７を介してＡＧＣ回路８８に接続されている。また、同期検波回路９６の出力側には、角速度信号を取り出すための低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９８が接続されると共に、ＬＰＦ９８の出力側にはゲインおよびオフセットを調整するための調整回路９９が接続されている。ここで、位相シフト回路９７は、ＡＧＣ回路８８を介して出力されるモニタ信号Ｖmの位相を９０°シフトさせた位相シフト信号Ｖm′を出力する。これにより、同期検波回路９６は、変位検出信号Ｖcから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、ＬＰＦ９８、調整回路９９を介して角速度Ωに応じた角速度信号を出力する。
【０１２０】
次に、加速度αを検出する加速度検出手段としての加速度検出回路１００について説明する。加速度検出回路１００は、変位検出部７０，７４による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部７８，８１によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、外側質量部５２，５３に作用する加速度αを検出する。そして、加速度検出回路１００は、例えばＣ−Ｖ変換回路１０１，１０２、差動増幅器１０３、同期検波回路１０４等によって構成されている。
【０１２１】
Ｃ−Ｖ変換回路１０１，１０２は変位検出部７０，７４の出力側にそれぞれ接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路１０１，１０２は、変位検出部７０，７４の静電容量Ｃa1，Ｃa2の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2としてそれぞれ出力する。また、Ｃ−Ｖ変換回路１０１，１０２の出力側には、差動増幅器１０３が接続されている。
【０１２２】
ここで、Ｙ軸方向に加速度αが作用したときには、外側質量部５２，５３の可動側検出電極７３，７７は電極支持部７１，７５の固定側検出電極７２，７６に対して互いに逆方向に変位する（図９参照）。このとき、２つの予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2は互いに逆位相となる。このため、２つの予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2は差動増幅器１０３によって差動増幅され、最終的な変位検出信号Ｖaとして同期検波回路１０４に出力される。
【０１２３】
同期検波回路１０４の入力側は、差動増幅器１０３に接続されると共に、ＡＧＣ回路８８に接続されている。また、同期検波回路１０４の出力側には、加速度信号を取り出すための低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１０５が接続されると共に、ＬＰＦ１０５の出力側にはゲインおよびオフセットを調整するための調整回路１０６が接続されている。このとき、加速度αによって外側質量部５２，５３が変位すると、この外側質量部５２，５３の変位量に応じて変位検出部７０，７４の静電容量Ｃa1，Ｃa2は、質量部４４，４８，５２，５３のＸ軸方向の振動と同期して変化する。このため、同期検波回路１０４は、変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、ＬＰＦ１０５、調整回路１０６を介して加速度αに応じた加速度信号を出力する。
【０１２４】
本実施の形態による複合センサ４１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【０１２５】
まず、振動発生部５８，６１に駆動信号Ｖdが出力されると、振動発生部５８，６１にＸ軸方向の静電力が発生し、質量部４４，４８，５２，５３はＸ軸方向に振動する。このとき、振動発生部５８，６１は、隣合う質量部４４，５３と質量部４８，５２とが互いに逆位相となるように、質量部４４，４８，５２，５３を振動させる。また、振動制御回路８４は、振動モニタ部７８，８１によるモニタ信号Ｖmを用いて駆動信号Ｖdを制御し、質量部４４，４８，５２，５３が常に同じ振幅となるように振動させる。
【０１２６】
このように、質量部４４，５３がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ４１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、内側枠体４６，５０には、第１の実施の形態と同様に、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆが加わる。
【０１２７】
このとき、内側枠体４６，５０は、角速度Ωに応じてＹ軸方向に変位する。これにより、角速度検出用の変位検出部６４，６７の静電容量Ｃc1，Ｃc2が変化するから、Ｃ−Ｖ変換回路９３，９４は、静電容量Ｃc1，Ｃc2の変化を予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2に変換する。このとき、質量部４４，４８はＸ軸方向に沿って互いに逆位相で振動しているから、予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2は互いに逆位相となる。このため、差動増幅器９５は、予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2の差を演算し、最終的な変位検出信号Ｖcを出力する。そして、同期検波回路９６は、変位検出信号Ｖcから位相シフト信号Ｖm′と同期した信号を検波する。これにより、角速度検出回路９２は、角速度Ωに応じた角速度信号を外部に出力する。
【０１２８】
なお、質量部４４，４８，５２，５３がＸ軸方向に振動している状態で、Ｚ軸周りの角速度Ωが加わると、質量部５２，５３等にもコリオリ力Ｆが作用する。しかし、質量部４４，４８，５２，５３は、重心Ｇを中心として対称形状に形成されると共に、質量部４４，５３と質量部４８，５２とが互いに逆位相で振動している。このため、内側枠体４６，５０以外に作用するコリオリ力Ｆは、互いに相殺されるから、質量部５２，５３がコリオリ力ＦによってＹ軸方向に変位することはない。
【０１２９】
一方、質量部５２，５３がＸ軸方向に振動しているときに、複合センサ４１にＹ軸方向の加速度αが加わると、質量部５２，５３は、質量部４４，４８と一緒に加速度αに応じてＹ軸方向に変位する。これにより、加速度検出用の変位検出部７０，７４の静電容量Ｃa1，Ｃa2が変化するから、Ｃ−Ｖ変換回路１０１，１０２は、静電容量Ｃa1，Ｃa2の変化を予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2に変換する。このとき、変位検出部７０，７４の固定側検出電極７２，７６は質量部５２，５３の可動側検出電極７３，７７に対してＹ軸方向に沿って互いに逆位置に配置されているから、予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2は互いに逆位相となる。このため、差動増幅器１０３は、予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2の差を演算し、最終的な変位検出信号Ｖaを出力する。そして、同期検波回路１０４は、変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmと同期した信号を検波する。これにより、加速度検出回路１００は、加速度αに応じた加速度信号を外部に出力する。
【０１３０】
なお、複合センサ４１にＹ軸方向の加速度αが加わると、質量部４４，４８もＹ軸方向に変位し、角速度検出用の変位検出部６４，６７の静電容量Ｃc1，Ｃc2が変化する。しかし、加速度αによる静電容量Ｃc1，Ｃc2の変化は互いに同位相となる。このため、静電容量Ｃc1，Ｃc2中の加速度αの成分は、差動増幅器９５を用いて、静電容量Ｃc1，Ｃc2による変位検出信号Ｖc1，Ｖc2の差を演算したときに、相殺される。この結果、加速度αが加わったときでも、誤って角速度信号が出力されることはない。
【０１３１】
かくして、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、角速度Ωおよび加速度αを検出することができる。
【０１３２】
また、質量部４４，４８，５２，５３は、第１の支持梁５４を用いてＸ軸方向およびＹ軸方向の２軸方向に変位可能に支持する構成とした。このとき、Ｙ軸方向撓み梁５５のばね力は、質量部４４，４８，５２，５３の質量、支持梁４７，５１，５４および連結梁５６のばね力とは独立して設計することができる。これにより、角速度Ωおよび加速度αの両方を高感度に検出することができる。
【０１３３】
また、加速度検出回路１００は、加速度検出用の変位検出部７０，７４による変位検出信号Ｖaを振動モニタ部７８，８１によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波する構成としたから、質量部４４，４８，５２，５３の振動周波数とは異なる周波数成分の信号を除去することができる。このため、電気的な外部雑音等を容易に除去することができ、加速度αの検出精度を高めることができる。
【０１３４】
特に、本実施の形態では、互いにＹ軸方向の隣合う位置に配置された質量部４４，４８は互いに逆位相で振動する。このとき、質量部４４，４８の内側枠体４６，５０は、角速度Ωが作用したときにはコリオリ力Ｆによって互いに逆方向に変位し、加速度αが作用したときには慣性力によって互いに等しい方向に変位する。このとき、角速度検出用の変位検出部６４，６７は内側枠体４６，５０のＹ軸方向の変位を検出し、差動増幅器９５は変位検出部６４，６７による予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2の差を演算する。このため、角速度検出回路９２は、差動増幅器９５による変位検出信号Ｖcを用いて角速度Ωを検出するから、予備的な変位検出信号Ｖc1，Ｖc2中の加速度成分を相殺して除去することができ、加速度αと分離して角速度Ωを高精度に検出することができる。
【０１３５】
また、固定側検出電極７２，７６は外側質量部５２，５３の可動側検出電極７３，７７に対してＹ軸方向の反対側に配置したから、加速度αが作用したときには、可動側検出電極７３，７７は、固定側検出電極７２，７６に対して互いに逆方向に変位する。このため、変位検出部７０，７４は、加速度αに対して互いに逆方向の変位を検出する。このとき、加速度検出用の変位検出部７０，７４は外側質量部５２，５３のＹ軸方向の変位を検出し、差動増幅器１０３は変位検出部７０，７４による予備的な変位検出信号Ｖa1，Ｖa2の差を演算する。これにより、差動増幅器１０３から出力される最終的な変位検出信号Ｖaを大きく変化させることができ、加速度αの検出感度を高めることができる。
【０１３６】
さらに、加速度検出用の変位検出部７０は、基板４２の電極支持部７１と外側質量部５２との間に互いに対向して設けられた一対の電極部７２Ｂ，７３Ｂを備え、該一対の電極部７２Ｂ，７３Ｂは、質量部５２の振動が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としている。同様に、加速度検出用の変位検出部７４の一対の電極部７６Ｂ，７７Ｂも、質量部５３の振動が停止した中立状態となるときに、部分的に対向するようにＸ軸方向に対して互いに位置ずれして配置する構成としている。
【０１３７】
このように構成したことにより、質量部５２がＸ軸の矢示ａ1方向に変位したときには、電極部７２Ｂ，７３Ｂの対向面積は減少する。このとき、質量部５３はＸ軸の矢示ａ2方向に変位するから、電極部７６Ｂ，７７Ｂの対向面積も減少する。一方、質量部５２がＸ軸の矢示ａ2方向に変位したときには、電極部７２Ｂ，７３Ｂの対向面積は増加する。このとき、質量部５３はＸ軸の矢示ａ1方向に変位するから、電極部７６Ｂ，７７Ｂの対向面積も増加する。
【０１３８】
このため、電極部７２Ｂ，７３Ｂの対向面積および電極部７６Ｂ，７７Ｂの対向面積は質量部５２，５３の振動周期と同期して変化するから、電極部７２Ｂ，７３Ｂ間の静電容量および電極部７６Ｂ，７７Ｂ間の静電容量も質量部５２，５３の振動周期と同期させることができる。この結果、変位検出部７０，７４の静電容量Ｃa1，Ｃa2の変化に基づいて、質量部５２，５３の振動周期と同期した変位検出信号Ｖaを得ることができるから、同期検波回路１０４は、この変位検出信号Ｖaからモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、加速度αに応じた加速度信号を出力することができる。
【０１３９】
次に、図１０ないし図１２は第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、加速度検出用の変位検出部は、第１の振動子が振動したときの静電容量の変化を相殺する構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１４０】
複合センサ１１１は、基板４２、支持部４３、質量部４４，４８，５２，５３、支持梁４７，５１，５４、振動発生部５８，６１、変位検出部６４，６７，１１２，１１６、振動モニタ部７８，８１等によって構成されている。
【０１４１】
第１の加速度検出用の変位検出部１１２は、加速度検出用の変位検出手段を構成し、基板４２と第１の外側質量部５２との間に設けられ、外側質量部５２がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１１２は、図１１に示すように、基板４２上の電極支持部１１３に設けられた固定側検出電極１１４と、外側質量部５２に設けられた可動側検出電極１１５とによって構成されている。
【０１４２】
このとき、電極支持部１１３は、第２の実施の形態による電極支持部７１とほぼ同様に、第１の外側質量部５２よりもＹ軸方向の外側に配置され、例えばＣ字状の枠形状に形成されている。また、固定側検出電極１１４は、外側質量部５２と可動側検出電極１１５の腕部１１５Ａとの間に挿入された腕部１１４Ａと、腕部１１４Ａのうち外側質量部５２と対面する部位に設けられた複数個の第１電極部１１４Ｂと、腕部１１４Ａのうち検出電極１１５の腕部１１５Ａと対面する部位に設けられた複数個の第２電極部１１４Ｃとによって構成されている。
【０１４３】
また、各第１電極部１１４Ｂは、外側質量部５２に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１０中の矢示ｂ1方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部１１４Ｃは、検出電極１１５の腕部１１５Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１０中の矢示ｂ2方向に向けて突出している。
【０１４４】
一方、可動側検出電極１１５は、例えばＴ字状に形成された腕部１１５Ａと、外側質量部５２に設けられた複数個の第１電極部１１５Ｂと、腕部１１５Ａに設けられた複数個の第２電極部１１５Ｃとによって構成されている。このとき、腕部１１５Ａは、その基端側が外側質量部５２に接続されると共に、その先端側が枠状をなす電極支持部１１３の内部に挿入されている。
【０１４５】
また、各第１電極部１１５Ｂは、固定側検出電極１１４の第１電極部１１４Ｂと対応した位置に配置されている。同様に、各第２電極部１１５Ｃは、固定側検出電極１１４の第２電極部１１４Ｃと対応した位置に配置されている。
【０１４６】
また、各第１電極部１１５Ｂは、腕部１１４Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えば図１０中の矢示ｂ2方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部１１５Ｃは、腕部１１４Ａに向けて突出した突起状に形成され、第１電極部１１５Ｂとは逆方向となる図１０中の矢示ｂ1方向に向けて突出している。
【０１４７】
そして、第１電極部１１５Ｂの個数と第２電極部１１５Ｃの個数は、例えば同じ値に設定されている。また、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。同様に、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【０１４８】
また、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂは、第１の外側質量部５２が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。このとき、第１電極部１１４Ｂは、第１電極部１１５Ｂに対して例えばＸ軸方向のうち矢示ａ2方向に位置ずれして配置されている。
【０１４９】
一方、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃも、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂと同様に、第１の外側質量部５２が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。但し、第２電極部１１４Ｃは、第２電極部１１５Ｃに対して第１電極部１１４Ｂとは逆方向となる矢示ａ1方向に位置ずれして配置されている。また、加速度αが作用せずに外側質量部５２が停止したときには、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂ間の距離寸法は、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃ間の距離寸法とほぼ一致するように設定されている。
【０１５０】
また、検出電極１１５は外側質量部５２と一緒にＸ軸方向に変位する。これにより、外側質量部５２がＸ軸方向に変位したときには、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの対向面積が変化すると共に、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの対向面積が変化する。そして、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂと第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃとは、Ｘ軸方向で互いに逆方向に位置ずれして配置されている。このため、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの対向面積が増加するときには、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの対向面積が減少する。一方、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの対向面積が減少するときには、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの対向面積が増加する。
【０１５１】
この結果、加速度が作用せず外側質量部５２がＹ軸方向に変位しないときには、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの静電容量と第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの静電容量とは、互いに逆位相で変化する。即ち、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの静電容量の変化は、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの静電容量の変化によって相殺される。このため、加速度が作用しないときには、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの静電容量と第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの静電容量との総和である検出電極１１４，１１５間の静電容量Ｃa1の変化量は、図１２中に実線で示すように、変化せずにほぼ一定の値となる。
【０１５２】
一方、外側質量部５２が加速度によってＹ軸方向に変位したときには、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂ間の距離寸法と第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃ間の距離寸法とは、互いに逆方向に変化する。即ち、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂ間の距離寸法が増加するときには、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃ間の距離寸法が減少する。一方、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂ間の距離寸法が減少するときには、第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃ間の距離寸法が増加する。そして、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの静電容量と第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの静電容量とは互いに逆位相で変化するから、検出電極１１４，１１５間の静電容量Ｃa1は、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂの静電容量と第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃの静電容量との差に応じて変化する。この結果、外側質量部５２が加速度αによってＹ軸方向（ｂ1方向，ｂ2方向）に変位したときには、図１２中に一点鎖線および破線で示すように、検出電極１１４，１１５間の静電容量Ｃa1は、外側質量部５２のＸ軸方向の振動周期（駆動周期）と一致して変化すると共に、その振幅が外側質量部５２のＹ軸方向の変位量に応じた値となる。このため、変位検出部１１２は、検出電極１１４，１１５間の静電容量Ｃa1を用いて、外側質量部５２がＹ軸方向に変位するときの変位量を検出する。
【０１５３】
第２の加速度検出用の変位検出部１１６も、加速度検出用の変位検出手段を構成している。そして、変位検出部１１６は、変位検出部１１２とほぼ同様に、基板４２と第２の外側質量部５３との間に設けられ、外側質量部５３がＹ軸方向に向けて変位するときの変位量を検出する。ここで、変位検出部１１６は、基板４２上の電極支持部１１７に設けられた固定側検出電極１１８と、外側質量部５３に設けられた可動側検出電極１１９とによって構成されている（図１０参照）。
【０１５４】
このとき、電極支持部１１７は、第２の実施の形態による電極支持部７５とほぼ同様に、第２の外側質量部５３よりもＹ軸方向の外側に配置され、例えばＣ字状の枠形状に形成されている。また、固定側検出電極１１８は、外側質量部５３と可動側検出電極１１９の腕部１１９Ａとの間に挿入された腕部１１８Ａと、腕部１１８Ａのうち外側質量部５３と対面する部位に設けられた複数個の第１電極部１１８Ｂと、腕部１１８Ａのうち検出電極１１９の腕部１１９Ａと対面する部位に設けられた複数個の第２電極部１１８Ｃとによって構成されている。
【０１５５】
また、各第１電極部１１８Ｂは、外側質量部５３に向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１０中の矢示ｂ2方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部１１８Ｃは、検出電極１１９の腕部１１９Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えばＹ軸方向のうち図１０中の矢示ｂ1方向に向けて突出している。
【０１５６】
一方、可動側検出電極１１９は、例えばＴ字状に形成された腕部１１９Ａと、外側質量部５３に設けられた複数個の第１電極部１１９Ｂと、腕部１１９Ａに設けられた複数個の第２電極部１１９Ｃとによって構成されている。このとき、腕部１１９Ａは、その基端側が外側質量部５３に接続されると共に、その先端側が枠状をなす電極支持部１１７の内部に挿入されている。
【０１５７】
また、各第１電極部１１９Ｂは、固定側検出電極１１８の第１電極部１１８Ｂと対応した位置に配置されている。同様に、各第２電極部１１９Ｃは、固定側検出電極１１８の第２電極部１１８Ｃと対応した位置に配置されている。
【０１５８】
また、各第１電極部１１９Ｂは、腕部１１８Ａに向けて突出した突起状に形成され、例えば図１０中の矢示ｂ1方向に向けて突出している。さらに、各第２電極部１１９Ｃは、腕部１１８Ａに向けて突出した突起状に形成され、第１電極部１１９Ｂとは逆方向となる図１０中の矢示ｂ2方向に向けて突出している。
【０１５９】
そして、第１電極部１１９Ｂの個数と第２電極部１１９Ｃの個数は、例えば同じ値に設定されている。また、第１電極部１１８Ｂ，１１９Ｂは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。同様に、第２電極部１１８Ｃ，１１９Ｃは、Ｙ軸方向の隙間をもって互いに対向し、平行平板コンデンサを形成している。
【０１６０】
また、第１電極部１１８Ｂ，１１９Ｂは、第２の外側質量部５３が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。このとき、第１電極部１１８Ｂは、第１電極部１１９Ｂに対して例えばＸ軸方向のうち矢示ａ1方向に位置ずれして配置されている。
【０１６１】
一方、第２電極部１１８Ｃ，１１９Ｃも、第１電極部１１８Ｂ，１１９Ｂと同様に、第２の外側質量部５３が中立状態となったときに、例えば突出端面のうち半分程度が部分的に対向するように、Ｘ軸方向に位置ずれして配置されている。但し、第２電極部１１８Ｃは、第２電極部１１９Ｃに対して第１電極部１１８Ｂとは逆方向となる矢示ａ2方向に位置ずれして配置されている。また、加速度が作用せずに外側質量部５３が停止したときには、第１電極部１１８Ｂ，１１９Ｂ間の距離寸法は、第２電極部１１８Ｃ，１１９Ｃ間の距離寸法とほぼ一致するように設定されている。
【０１６２】
そして、第２の変位検出部１１６も、第１の変位検出部１１２とほぼ同様に、加速度が作用せず外側質量部５３がＹ軸方向に対して変位しないときには、検出電極１１８，１１９間の静電容量Ｃa2は、変化せずにほぼ一定の値となる。一方、外側質量部５３が加速度によってＹ軸方向に変位したときには、検出電極１１８，１１９間の静電容量Ｃa2は、外側質量部５３のＸ軸方向の振動周期（駆動周期）と一致して変化すると共に、その振幅が外側質量部５３のＹ軸方向の変位量に応じた値となる。さらに、第１の変位検出部１１２と第２の変位検出部１１６とは、外側質量部５２，５３が加速度によってＹ軸方向に沿って同じ方向に変位したときには、互いに逆位相の信号を出力する構成となっている。
【０１６３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１，第２の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、加速度検出用の第１の変位検出部１１２は、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂおよび第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃを備える構成とし、第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂと第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃとは、外側質量部５２がＸ軸方向に変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化し、かつ外側質量部５２がＹ軸方向に変位したときに静電容量の増加と減少が互いに逆に変化する構成とした。また、第２の変位検出部１１６も、第１の変位検出部１１２と同様に構成した。
【０１６４】
これにより、例えば第１の変位検出部１１２では、加速度が作用せずに外側質量部５２がＹ軸方向に変位しないときには、検出電極１１４，１１５間の静電容量Ｃa1は、変化せずにほぼ一定の値となる。一方、外側質量部５２が加速度によってＹ軸方向に変位したときには、検出電極１１４，１１５間の静電容量Ｃa1は、外側質量部５２の振動周期と一致して変化すると共に、その振幅が外側質量部５２のＹ軸方向の変位量に応じた値となる。また、第２の変位検出部１１６も、第１の変位検出部１１２と同様の出力を得ることができる。
【０１６５】
ここで、変位検出部１１２，１１６の出力から外側質量部５２，５３と同一周期の信号を同期検波したときには、同期検波後の加速度信号に対して外側質量部５２，５３の振動に基づくオフセット成分が含まれる。しかし、本実施の形態では、この加速度信号に含まれるオフセット成分を低減することができるから、信号処理が容易になると共に、オフセット成分に対する加速度成分の割合を高めることができ、加速度の検出精度を高めることができる。
【０１６６】
また、腕部１１５Ａ，１１９Ａを挟んでＹ軸方向の両側には第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂ，１１８Ｂ，１１９Ｂおよび第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃ，１１８Ｃ，１１９Ｃをそれぞれ設ける構成とした。このため、例えば第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂ，１１８Ｂ，１１９Ｂおよび第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃ，１１８Ｃ，１１９Ｃのうちいずれか一方だけを設けたときに比べて、検出電極１１４，１１５，１１８，１１９間の静電容量Ｃa1，Ｃa2は、２倍の振幅で変化するから、加速度の検出感度を高めることができる。また、単位面積当りの第１電極部１１４Ｂ，１１５Ｂ，１１８Ｂ，１１９Ｂおよび第２電極部１１４Ｃ，１１５Ｃ，１１８Ｃ，１１９Ｃの個数を２倍以上にすることができるから、同一感度の場合には、素子の小型化が可能となる。
【０１６７】
なお、前記第１の実施の形態では、Ｚ軸周りの角速度Ωを検出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図１３に示す第１の変形例による複合センサ１２１のように、第２の振動子１２２は第２の支持梁１２３によってＺ軸方向に変位可能に設け、Ｙ軸周りの角速度Ωを検出する構成としてもよい。この場合、角速度Ωを検出する角速度検出用の変位検出手段としての変位検出部１２４は、基板２の表面に第２の振動子１２２と対面して設けた固定側検出電極１２５を備え、該固定側検出電極１２５と第２の振動子１２２との間の静電容量を用いて第２の振動子１２２のＺ軸方向の変位を検出する構成とすればよい。これらの構成は、第２および第３の実施の形態にも適用できる。
【０１６８】
また、前記第１の実施の形態では、第１の支持梁５は、支持部３に接続されたＹ軸方向撓み梁６と、該Ｙ軸方向撓み梁６と第１の振動子４との間を接続するＸ軸方向撓み梁７とによって構成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、図１４に示す第２の変形例による複合センサ１３１のように、第１の支持梁１３２は、支持部３に接続されたＸ軸方向撓み梁１３３と、該Ｘ軸方向撓み梁１３３と第１の振動子４との間を接続するＹ軸方向撓み梁１３４とによって構成してもよい。
【０１６９】
さらに、前記第２および第３の実施の形態では、例えば４個の質量部４４，４８，５２，５３を連結梁５６によって連結する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば３個以下、または５個以上の質量部を連結する構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１７０】
１，４１，１１１，１２１，１３１  複合センサ
２，４２  基板
３，４３  支持部
４  第１の振動子
５，５４，１３２  第１の支持梁
６，５５，１３４  Ｙ軸方向撓み梁
７，１３３  Ｘ軸方向撓み梁
８，１２２  第２の振動子
９，４７，５１，１２３  第２の支持梁
１０，５８，６１  振動発生部（振動発生手段）
１３，６４，６７，１２４  角速度検出用の変位検出部（角速度検出用の変位検出手段）
１６，７０，７４，１１２，１１６  加速度検出用の変位検出部（加速度検出用の変位検出手段）
１９，７８，８１  振動モニタ部（振動モニタ手段）
３０，１００  加速度検出回路（加速度検出手段）
４５，４９  外側枠体（第１の振動子）
４６，５０  内側枠体（第２の振動子）
５２，５３  外側質量部（第１の振動子）
５６  連結梁（Ｘ軸方向撓み梁）
【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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