(57)【要約】【課題】  ２軸周りの角速度を高精度かつ高感度に検出する。【解決手段】    基板２の表面には、駆動質量部４〜７を基板２から離間して設ける。駆動質量部４〜７は中心点Ｏに対して点対称な位置に配置する。駆動質量部４〜７は連結梁８を用いて互いに連結すると共に、連結梁８には検出部１３〜１６を接続する。検出部１３〜１６は、２軸方向に捩れ変形する検出梁１７〜２０を用いて基板２上の支持部３に支持される。そして、周方向で隣合う駆動質量部４〜７は、振動発生部９〜１２によって互いに逆位相で振動する。この状態で、角速度Ω1，Ω2が加わると、検出部１３〜１６は、Ｘ軸、Ｙ軸を中心として基板２の厚さ方向に変位して振動する。変位検出部２１〜２４は、検出部１３〜１６の厚さ方向の変位を検出する。【選択図】        図１
2010210407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板と隙間をもって対向し、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、
前記４つの駆動質量部の支点近傍を互いに連結し、前記基板と平行な状態で中心部側に位置する支点周りに該各駆動質量部を振動可能に支持する連結梁と、
前記４つの駆動質量部を前記支点を中心として中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、
前記４つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して前記連結梁に接続された４つの検出部と、
前記基板の中心部に位置する固定部と前記連結梁との間を接続し、前記基板と平行な２つの軸周りに前記連結梁、駆動質量部および検出部を振動可能に支持する検出梁と、
前記４つの検出部が２つの軸周りに振動したときに、前記各検出部が前記基板の厚さ方向に変位するのをそれぞれ検出する４つの変位検出手段とによって構成してなる角速度センサ。
【請求項２】
前記検出梁は、前記基板と平行な２つの軸のうち一方の軸周りに捩れ変形する第１の捩れ支持梁と、該第１の捩れ支持梁に接続され他方の軸周りに捩れ変形する第２の捩れ支持梁とによって構成してなる請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記変位検出手段は、前記検出部に設けられ前記基板の厚さ方向に変位する櫛歯形状をなす可動側検出電極と、該可動側検出電極と前記基板の厚さ方向に位置ずれした状態で該可動側検出電極と噛合して固定された櫛歯形状をなす固定側検出電極とによって構成してなる請求項１または２に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば１つの振動体で２軸方向の角速度を検出するのに好適に用いられる角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、角速度センサとして、基板上に複数の質量部を備えたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、基板上の中心点を取囲む円周に沿って４つの質量部を設けると共に、これら４つの質量部を直交する２軸に沿って対称となる位置に配置した構成が開示されている。この場合、４つの質量部は円周方向に駆動振動する。この状態で基板の垂直軸周りの角速度が作用したときには、４つの質量部がコリオリ力によって径方向に変位する。このため、特許文献１の角速度センサは、４つの質量部の径方向の変位を検出することによって、１軸周りの角速度を検出するものである。
【０００３】
特許文献２には、基板上の中心点を取囲む円周に沿って４つの質量部を設けると共に、これら４つの質量部を中心点から延びる梁の先端に取付けた構成が開示されている。この場合、４つの質量部は円周方向に駆動振動すると共に、周方向で隣合う質量部は互いに逆方向に振動する。この状態で基板の表面と平行な２軸周りの角速度が作用したときには、４つの質量部がコリオリ力によって基板の垂直方向（厚さ方向）に変位する。このため、特許文献２の角速度センサは、４つの質量部の垂直方向の変位を検出することによって、２軸周りの角速度を検出するものである。
【０００４】
特許文献３には、２つの質量部を基板上の横方向に並んで配置すると共に、これら２つの質量部を取囲んで円環状のフレームを設けた構成が開示されている。この場合、フレームは２つの質量部に接続されている。また、２つの質量部はリンク装置を用いて連結されると共に、基板の垂直方向で互いに逆方向に振動する。この状態で質量部が並んだ方向の軸周りに角速度が作用したときには、質量部に作用したコリオリ力によってフレームが周方向に回転振動する。このため、特許文献３の角速度センサは、フレームの周方向の変位を検出することによって、１軸周りの角速度を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８０１７４号公報
【特許文献２】特開平１１−１８３１７９号公報
【特許文献３】特表２００７−５０９３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の角速度センサは、１軸周りの角速度を検出する構成となっている。このため、２軸周りの角速度を検出するために、２つの角速度センサを使用する必要があり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００７】
一方、特許文献２の角速度センサは、２軸周りの角速度を検出する構成となっている。しかし、この角速度センサは、コリオリ力による質量部の変位を検出するものの、この質量部自体が駆動振動している。このため、例えば質量部の加工ばらつき等によって駆動振動の変位が検出方向にぶれた場合には、角速度が作用していないとき（静止時）でも、変位の検出部分に大きな信号（ノイズ信号）が発生する。静止時にも発生するこのノイズ信号は、コリオリ力による信号との位相の違いを利用することによって分離することも可能である。しかし、ノイズ信号によって同期検波前の増幅率が制限されてしまい、信号処理の後半で大きな増幅が必要になり、相対的にノイズが大きくなる。また、同期検波による位相誤差によって、ノイズ信号に伴う大きなオフセット出力が発生する。さらに、このオフセット出力が温度変化することによるドリフトを引き起こし、角速度の検出精度が低下するという問題がある。
【０００８】
また、特許文献３の角速度センサは、駆動振動に検出部であるフレームが動かない構成となっているから、静止時に駆動振動による信号が発生することはない。しかし、質量部は基板の垂直方向に対して駆動振動する構成となっているから、大きな駆動振幅を確保することが難しく、角速度の検出感度が低くなる傾向がある。また、１軸周りの角速度を検出する構成となっているから、２軸周りの角速度を検出するために、２つの角速度センサを使用する必要があり、製造コストが増大するという問題もある。
【０００９】
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、２軸周りの角速度を高精度かつ高感度に検出することができる角速度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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明に係る角速度センサは、基板と、該基板と隙間をもって対向し、中心部に対して点対称な位置に配置された４つの駆動質量部と、前記４つの駆動質量部の支点近傍を互いに連結し、前記基板と平行な状態で中心部側に位置する支点周りに該各駆動質量部を振動可能に支持する連結梁と、前記４つの駆動質量部を前記支点を中心として中心部を取囲む周方向に向けて振動させる駆動手段と、前記４つの駆動質量部の間にそれぞれ位置して前記連結梁に接続された４つの検出部と、前記基板の中心部に位置する固定部と前記連結梁との間を接続し、前記基板と平行な２つの軸周りに前記連結梁、駆動質量部および検出部を振動可能に支持する検出梁と、前記４つの検出部が２つの軸周りに振動したときに、前記各検出部が前記基板の厚さ方向に変位するのをそれぞれ検出する４つの変位検出手段とによって構成している。
【００１１】
請求項２の発明では、前記検出梁は、前記基板と平行な２つの軸のうち一方の軸周りに捩れ変形する第１の捩れ支持梁と、該第１の捩れ支持梁に接続され他方の軸周りに捩れ変形する第２の捩れ支持梁とによって構成している。
【００１２】
請求項３の発明では、前記変位検出手段は、前記検出部に設けられ前記基板の厚さ方向に変位する櫛歯形状をなす可動側検出電極と、該可動側検出電極と前記基板の厚さ方向に位置ずれした状態で該可動側検出電極と噛合して固定された櫛歯形状をなす固定側検出電極とによって構成している。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、４つの駆動質量部は中心部に対して点対称な位置に配置されているから、２つの駆動質量部は中心部を挟んで互いに対向すると共に、残余の２つの駆動質量部も中心部を挟んで互いに対向する。このとき、２つの駆動質量部と残余の２つの駆動質量部とは、互いに異なる位置に配置される。このため、例えば基板がＸ軸およびＹ軸に平行なＸ−Ｙ平面に沿って広がっているときには、２つの駆動質量部は中心部を通る１本の線として例えばＸ軸から４５°傾斜した駆動軸Ａに沿って配置されると共に、残余の２つの駆動質量部は中心部を通る他の線として例えば駆動軸Ａと直交した駆動軸Ｂに沿って配置される。また、４つの駆動質量部は中心部を取囲む周方向に沿って振動するから、例えば駆動軸Ａに沿って配置された２つの駆動質量部は駆動軸Ｂ方向に振動し、駆動軸Ｂに沿って配置された２つの駆動質量部は駆動軸Ａ方向に振動する。
【００１４】
一方、４つの駆動質量部には連結梁を用いて検出部が接続されると共に、該検出部は基板と平行な２つの検出軸として例えば駆動軸Ａ，Ｂから４５°傾斜したＸ軸およびＹ軸周りに振動可能となっている。このとき、検出部の２つの検出軸は、Ｘ軸、Ｙ軸に限らず、例えば駆動軸Ａ，Ｂと同じ軸でもよく、駆動軸Ａ，ＢやＸ軸、Ｙ軸から傾斜した２つの軸（傾斜軸）でもよい。
【００１５】
そして、一方の検出軸としてＸ軸周りの角速度が作用すると、駆動軸Ｂ方向に振動する駆動質量部には、Ｘ軸周りの角速度のうち駆動軸Ａ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力が発生する。同様に、駆動軸Ａ方向に振動する駆動質量部には、Ｘ軸周りの角速度のうち駆動軸Ｂ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力が発生する。
【００１６】
また、他方の検出軸としてＹ軸周りの角速度が作用すると、駆動軸Ｂ方向に振動する駆動質量部には、Ｙ軸周りの角速度のうち駆動軸Ａ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力が発生する。同様に、駆動軸Ａ方向に振動する駆動質量部には、Ｙ軸周りの角速度のうち駆動軸Ｂ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力が発生する。
【００１７】
そして、４つの駆動質量部に作用したコリオリ力は連結梁を介して検出部に伝わるから、検出部は２つの検出軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を中心として揺動する。また、周方向で隣合う駆動質量部を互いに逆方向に振動させることによって、検出部には中心部を挟んでＺ軸方向に逆向きの力が作用する。この結果、Ｘ−Ｙ平面上の２つの検出軸周りに作用する角速度に応じて、検出部は２つの検出軸周りに振動する。従って、変位検出手段を用いて検出部が基板の厚さ方向に変位するのを検出することによって、２つの検出軸周りに作用する角速度を検出することができる。これにより、１つの軸周りのセンサを２個用いた場合に比べて、製造コストを低減することができる。
【００１８】
また、４つの駆動質量部は中心部に対して点対称な位置に配置されているから、周方向で互いに隣合う駆動質量部を逆方向（逆位相）に振動させることによって、４つの駆動質量部全体の重心位置を固定することができると共に、４つの駆動質量部全体に生じる周方向の回転トルクを相殺することができる。このとき、連結梁は４つの駆動質量部の支点近傍を互いに連結するから、例えば４つの駆動質量部に加工ばらつきが生じたときでも、各駆動質量部は、駆動振幅および位相が揃った状態で振動する。この結果、４つの駆動質量部全体の重心位置の変動や回転トルクを確実に小さくすることができ、駆動質量部の駆動振動が基板に漏れるのを抑制することができる。
【００１９】
また、駆動質量部に作用するコリオリ力は連結梁を通じて検出部に伝わる構成としたから、検出部は、駆動振動せず、コリオリ力によってのみ変位する。このため、例えば加工ばらつきによって駆動質量部が基板の垂直方向（厚さ方向）にぶれた（傾いた）状態で振動した場合でも、検出部はぶれない。従って、変位検出手段は、駆動質量部のぶれの影響を受けることなく、検出部の変位を検出することができる。これにより、変位検出手段が変位の検出信号を出力したときには、この検出信号に対するノイズ、オフセット出力および出力の温度変化を小さくすることができ、センサの検出精度を向上することができる。
【００２０】
また、駆動質量部は基板と平行な状態で振動するから、基板と垂直な方向に振動させる場合に比べて、駆動振幅を大きくすることができる。このため、駆動質量部に作用するコリオリ力を大きくすることができるから、コリオリ力による検出部の変位も大きくすることができ、角速度の検出感度を高めることができる。
【００２１】
さらに、連結梁、駆動質量部および検出部は検出梁を介して基板の中心部に位置する固定部で支持する構成とした。このため、例えば基板の角隅に設けた複数の固定部で支持した場合に比べて、駆動質量部や検出部の振動は、基板の歪みの影響を受け難く、温度特性等を安定化することができる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、検出梁は一方の軸周りに捩れ変形する第１の捩れ支持梁と、該第１の捩れ支持梁に接続され他方の軸周りに捩れ変形する第２の捩れ支持梁とによって構成したから、検出梁は、基板と平行な２つの軸周りに連結梁、駆動質量部および検出部を振動可能に支持することができる。
【００２３】
また、例えばシリコン材料等を基板の垂直方向に加工することによって第１，第２の捩れ支持梁を形成することができ、容易に加工することができる。また、第１，第２の捩れ支持梁は厚さに対して幅が小さいので、これらのばね定数は幅寸法の３乗に比例して変動するが、これは連結梁と同じである。従って、幅寸法の加工ばらつきが駆動モードと検出モードの共振周波数差に与える影響を小さくすることができ、センサの感度ばらつきを小さくすることができる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、変位検出手段は互いに噛合した可動側検出電極および固定側検出電極によって構成した。これにより、基板と平行な２つの検出軸周りに角速度が作用したときには、検出部の可動側検出電極は、基板と平行な２つの検出軸周りに振動し、基板の厚さ方向に変位する。このため、角速度に応じて可動側検出電極と固定側検出電極との間の対向面積が変化するから、４つの可動側検出電極と固定側検出電極との間の静電容量を検出することによって、２つの検出軸周りの角速度を検出することができる。
【００２５】
また、変位検出手段は互いに噛合した可動側検出電極および固定側検出電極によって構成したから、可動側検出電極が変位可能な厚さ方向には電極等を設ける必要がなく、十分な空間を確保することができる。このため、例えば変位検出手段を厚さ方向に離間した２枚の平板状電極を用いて構成した場合に比べて、電極同士の接着（スティッキング）が生じることがなく、生産性、信頼性を高めることができる。
【００２６】
さらに、可動側検出電極および固定側検出電極は基板の厚さ方向に位置ずれした状態で配置したから、例えば可動側検出電極が厚さ方向の一側に変位したときには固定側検出電極との間の対向面積が増加し、可動側検出電極が厚さ方向の他側に変位したときには固定側検出電極との間の対向面積が減少する。このため、変位検出手段が可動側検出電極と固定側検出電極との間の静電容量に応じた検出信号を出力したときには、この検出信号は、駆動質量部と異なる位相で同期した可動側検出電極の振動周期に対応して変化する。このため、駆動質量部の振動状態をモニタしたモニタ信号を用いて検出信号を同期検波することができ、他の周波数のノイズを容易に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による角速度センサを蓋板を除いた状態で示す平面図である。
【図２】図１中の支持部、駆動質量部、連結梁、検出部、検出梁、変位検出部等を拡大して示す平面図である。
【図３】図１中の支持部、連結梁、検出梁等を拡大して示す平面図である。
【図４】図１中の変位検出部を拡大して示す平面図である。
【図５】可動側検出電極および固定側検出電極を図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。
【図６】角速度センサを図１中の矢示VI−VI方向からみた断面図である。
【図７】角速度センサを検出部がＺ軸方向に振動した状態で示す図６と同様位置の断面図である。
【図８】角速度センサを示す模式的な説明図である。
【図９】角速度センサを駆動質量部が振動した状態で示す模式的な説明図である。
【図１０】角速度センサの振動制御回路および角速度検出回路を示す回路構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による角速度センサを蓋板を除いた状態で示す平面図である。
【図１２】角速度センサを図１１中の矢示XII−XII方向からみた断面図である。
【図１３】本発明の変形例による角速度センサの要部を拡大して示す図２と同様位置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態による角速度センサについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２９】
まず、図１ないし図１０は第１の実施の形態による角速度センサ１を示している。図において、角速度センサ１は、基板２、駆動質量部４〜７、連結梁８、振動発生部９〜１２、検出部１３〜１６、検出梁１７〜２０、変位検出部２１〜２４、振動モニタ部２９〜３２等によって構成されている。
【００３０】
基板２は、角速度センサ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。
【００３１】
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、駆動質量部４〜７、連結梁８、検出部１３〜１６、検出梁１７〜２０等が形成されている。
【００３２】
支持部３は、基板２の表面に固定して設けられた固定部を構成している。また、支持部３は、基板２の中央側に位置して例えば四角形の島状に形成されている。そして、支持部３の周囲には、駆動質量部４〜７、連結梁８、検出部１３〜１６および検出梁１７〜２０が基板２から浮いた状態で設けられ、支持部３を介してグランドに接続されている。このとき、後述する振動発生部９〜１２の可動側駆動電極９Ａ〜１２Ａ、変位検出部２１〜２４の可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａ等も、支持部３を介してグランドに接続されている。
【００３３】
駆動質量部４〜７は、基板２の表面と隙間をもって対向し、支持部３が設けられた中心部（中心点Ｏ）に対して点対称な位置に配置されている。また、駆動質量部４〜７は、中心点Ｏを取囲む周方向に対して９０°毎に互いに等間隔で配置されている。このため、駆動質量部４，５は、Ｘ軸から４５°傾斜した駆動軸Ａに沿って配置され、中心点Ｏを挟んで互いに対向している。一方、駆動質量部６，７は、Ｘ軸から−４５°傾斜して駆動軸Ａと直交した駆動軸Ｂに沿って配置され、中心点Ｏを挟んで互いに対向している。
【００３４】
また、駆動質量部４〜７は、例えば略四角形状に形成されている。そして、駆動質量部４〜７のうち四角形の角隅部分は、径方向に対して中心点Ｏ側（内径側）に位置している。そして、駆動質量部４〜７の頂点部分（角隅部分）は、後述の連結梁８に接続されると共に、駆動質量部４〜７が駆動振動するときの支点４Ａ〜７Ａとなっている。
【００３５】
連結梁８は、駆動質量部４〜７の支点４Ａ〜７Ａの近傍を互いに連結する。具体的には、連結梁８は、例えば略四角形の細長い枠状に形成され、９０°間隔で配置された４つの頂点部分（角隅部分）が支点４Ａ〜７Ａに接続されている。そして、駆動質量部４〜７が駆動振動したときに、連結梁８全体が撓み変形する。これにより、連結梁８は、各駆動質量部４〜７の駆動振幅および位相が一致するように調整する。
【００３６】
なお、連結梁８は、四角形状に限らず、他の多角形状に形成してもよい。この場合、連結梁８は、例えば八角形状や十二角形状等のように、４の倍数の角を有する多角形状に形成するのが好ましい。また、連結梁８は、角形状に限らず、円形状でもよい。
【００３７】
振動発生部９〜１２は、駆動質量部４〜７をそれぞれ駆動振動する駆動手段を構成している。そして、振動発生部９〜１２は、駆動質量部４〜７の外縁側に取付けられた可動側駆動電極９Ａ〜１２Ａと、基板２上の固定された固定側駆動電極９Ｂ〜１２Ｂとによって構成されている。
【００３８】
ここで、可動側駆動電極９Ａは、例えば駆動質量部４のうち駆動軸Ａと直交する方向（駆動軸Ｂ方向）の一側に設けられた櫛歯状電極によって構成され、該櫛歯状電極には長さ方向に間隔をもって複数の電極板が配置されている。
【００３９】
また、可動側駆動電極１０Ａも、可動側駆動電極９Ａと同様に、櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側駆動電極１０Ａは、駆動質量部５のうち駆動軸Ａと直交する方向の他側に配置されている。これにより、可動側駆動電極９Ａと可動側駆動電極１０Ａとは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。
【００４０】
一方、可動側駆動電極１１Ａは、例えば駆動質量部６のうち駆動軸Ｂと直交する方向（駆動軸Ａ方向）の一側に設けられた櫛歯状電極によって構成され、該櫛歯状電極には長さ方向に間隔をもって複数の電極板が配置されている。
【００４１】
また、可動側駆動電極１２Ａも、可動側駆動電極１１Ａと同様に、櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側駆動電極１２Ａは、駆動質量部７のうち駆動軸Ｂと直交する方向の他側に配置されている。これにより、可動側駆動電極１１Ａと可動側駆動電極１２Ａとは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。
【００４２】
また、固定側駆動電極９Ｂ〜１２Ｂは、可動側駆動電極９Ａ〜１２Ａと平行な状態で延びた櫛歯状電極によって構成されている。そして、可動側駆動電極９Ａ〜１２Ａの電極板と固定側駆動電極９Ｂ〜１２Ｂの電極板とは、互いに隙間をもって噛合している。また、固定側駆動電極９Ｂ〜１２Ｂは、それぞれ基板２に固定されている。
【００４３】
そして、後述する振動制御回路４１から固定側駆動電極９Ｂ，１０Ｂに同じ駆動信号（電圧信号等）を印加すると、可動側駆動電極９Ａ，１０Ａと固定側駆動電極９Ｂ，１０Ｂとの間には、駆動軸Ｂに沿って互いに逆方向の駆動力Ｆ1，Ｆ2（静電力）が発生する。これにより、駆動質量部４，５は、互いに逆位相で駆動軸Ｂ方向に振動する。
【００４４】
一方、振動制御回路４１から固定側駆動電極１１Ｂ，１２Ｂに同じ駆動信号（電圧信号等）を印加すると、可動側駆動電極１１Ａ，１２Ａと固定側駆動電極１１Ｂ，１２Ｂとの間には、駆動軸Ａに沿って互いに逆方向の駆動力Ｆ3，Ｆ4（静電力）が発生する。これにより、駆動質量部６，７は、互いに逆位相で駆動軸Ａ方向に振動する。
【００４５】
さらに、振動発生部９〜１２は、周方向で隣合う駆動質量部４〜７が逆位相となる状態で、４つの駆動質量部４〜７を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる。このため、駆動質量部４，６が近付くときには、残余の駆動質量部５，７は互いに近付き、駆動質量部４，６と駆動質量部５，７とは互いに遠ざかる。一方、駆動質量部４，７が近付くときには、残余の駆動質量部５，６は互いに近付き、駆動質量部４，７と駆動質量部５，６とは互いに遠ざかる。
【００４６】
検出部１３〜１６は、駆動質量部４〜７の間にそれぞれ位置して連結梁８に接続されている。また、検出部１３〜１６は、中心点Ｏから放射状に延びる棒状に形成されている。これにより、検出部１３〜１６は、中心点Ｏを中心として点対称な形状となり、基板２の表面と隙間をもって対向している。
【００４７】
このとき、検出部１３は、駆動質量部４，７の間に位置してＸ軸方向に延びている。また、検出部１４は、中心点Ｏを挟んで検出部１３の反対側に位置して、駆動質量部５，６の間に配置され、Ｘ軸方向に延びている。一方、検出部１５は、駆動質量部４，６の間に位置してＹ軸方向に延びている。また、検出部１６は、中心点Ｏを挟んで検出部１５の反対側に位置して、駆動質量部５，７の間に配置され、Ｙ軸方向に延びている。
【００４８】
そして、検出部１３〜１６は、その長さ方向の途中部位が四角形の枠状をなす連結梁８の辺の中間部分に連結されている。また、検出部１３〜１６の基端側部分は、連結梁８の内側に位置して後述の検出梁１７〜２０に接続されている。一方、検出部１３〜１６の先端側部分は、連結梁８の外側に位置して、径方向外側に延びると共に、後述の可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａが取付けられている。
【００４９】
検出梁１７〜２０は、基板２の中心部に位置する支持部３と検出部１３〜１６の基端部とに連結され、検出部１３〜１６を介して支持部３と連結梁８との間を接続している。そして、検出梁１７〜２０は、基板２と平行なＸ軸およびＹ軸の２軸周りに連結梁８、駆動質量部４〜７および検出部１３〜１６を振動可能な状態で支持している。
【００５０】
また、検出梁１７〜２０は、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置され、幅寸法δをもった薄い板体をクランク状に屈曲させた折曲げ梁によって形成されている。そして、検出梁１７〜２０は、検出部１３〜１６が基板２の厚さ方向に変位するときに捩れ変形する２つの捩れ支持梁１７Ａ〜２０Ａ，１７Ｂ〜２０Ｂを用いて形成されている。
【００５１】
具体的には、検出梁１７は、基端部が支持部３に接続されＹ軸方向に平板状に延びる第１の捩れ支持梁１７Ａと、該第１の捩れ支持梁１７Ａの先端部と検出部１３とに接続されＸ軸方向に向けて複数回に亘って折り返した板体からなる第２の捩れ支持梁１７Ｂとによって構成されている。このとき、第１，第２の捩れ支持梁１７Ａ，１７Ｂは、検出部１３を挟んでＹ軸方向の両側に設けられている。そして、第１の捩れ支持梁１７ＡはＹ軸周りに捩れ変形し、第２の捩れ支持梁１７ＢはＸ軸周りに捩れ変形する。
【００５２】
検出梁１８も、検出梁１７と同様に第１，第２の捩れ支持梁１８Ａ，１８Ｂによって構成されている。このため、第１の捩れ支持梁１８ＡはＹ軸周りに捩れ変形し、第２の捩れ支持梁１８ＢはＸ軸周りに捩れ変形する。そして、検出梁１８は、支持部３を挟んでＸ軸方向の反対側に配置され、支持部３と検出部１４との間を接続している。
【００５３】
また、検出梁１９も、検出梁１７と同様に第１，第２の捩れ支持梁１９Ａ，１９Ｂによって構成され、支持部３と検出部１５との間を接続している。但し、検出梁１９は、検出梁１７を９０°傾斜させた形状となっている。このため、第１の捩れ支持梁１９ＡはＸ軸周りに捩れ変形し、第２の捩れ支持梁１９ＢはＹ軸周りに捩れ変形する。そして、検出梁１９は、支持部３と検出部１５との間を接続している。
【００５４】
検出梁２０も、検出梁１９と同様に第１，第２の捩れ支持梁２０Ａ，２０Ｂによって構成されている。このため、第１の捩れ支持梁２０ＡはＸ軸周りに捩れ変形し、第２の捩れ支持梁２０ＢはＹ軸周りに捩れ変形する。そして、検出梁２０は、支持部３を挟んでＹ軸方向の反対側に配置され、支持部３と検出部１６との間を接続している。
【００５５】
この結果、検出部１３〜１６がＸ軸周りに振動（揺動）するときには、第２の捩れ支持梁１７Ｂ，１８Ｂと第１の捩れ支持梁１９Ａ，２０Ａが捩れ変形（捩れ振動）する。同様に、検出部１３〜１６がＹ軸周りに振動（揺動）するときには、第１の捩れ支持梁１７Ａ，１８Ａと第２の捩れ支持梁１９Ｂ，２０Ｂが捩れ変形（捩れ振動）する。これにより、検出梁１７〜２０は、互いに直交したＸ軸およびＹ軸周りに振動可能な状態で検出部１３〜１６を支持している。
【００５６】
そして、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、駆動軸Ｂ方向に振動する駆動質量部４，５には、角速度Ω1のうち駆動軸Ａ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆxaが発生する。このとき、駆動軸Ａ方向に振動する駆動質量部６，７には、角速度Ω1のうち駆動軸Ｂ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆxbが発生する。これにより、検出部１３〜１６は、例えば中心点Ｏを通るＸ軸を中心としてＹ軸方向の両端側がＺ軸方向に振動する。
【００５７】
一方、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、駆動軸Ｂ方向に振動する駆動質量部４，５には、角速度Ω2のうち駆動軸Ａ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆyaが発生する。このとき、駆動軸Ａ方向に振動する駆動質量部６，７には、角速度Ω2のうち駆動軸Ｂ周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆybが発生する。これにより、検出部１３〜１６は、例えば中心点Ｏを通るＹ軸を中心としてＸ軸方向の両端側がＺ軸方向に振動する。
【００５８】
変位検出部２１〜２４は、検出部１３〜１６がＸ軸およびＹ軸周りに振動したときに、検出部１３〜１６が基板２の厚さ方向に変位するのをそれぞれ検出する変位検出手段を構成している。また、変位検出部２１〜２４は、検出部１３〜１６に設けられた櫛歯形状をなす可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと、該可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと噛合した状態で後述する蓋板３３に固定された櫛歯形状をなす固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとによって構成されている。このとき、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとは、いずれも中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。
【００５９】
また、可動側検出電極２１Ａ，２２Ａは、例えばＸ軸方向に延びる検出部１３，１４のうちＹ軸方向の両側に複数個設けられ、Ｘ軸方向に延びる複数枚の電極板を備えている。同様に、可動側検出電極２３Ａ，２４Ａは、例えばＹ軸方向に延びる検出部１５，１６のうちＸ軸方向の両側に複数個設けられ、Ｙ軸方向に延びる複数枚の電極板を備えている。
【００６０】
一方、固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂは、蓋板３３に固定された電極支持部２５〜２８に取付けられると共に、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと基板２の厚さ方向に位置ずれしている。このとき、電極支持部２５〜２８は、検出部１３〜１６を囲むＵ字状に形成されている。また、電極支持部２５〜２８の径方向外側には、検出用ランド２５Ａ〜２８Ａが配置されると共に、電極支持部２５〜２８と検出用ランド２５Ａ〜２８Ａとの間は、Ｘ軸またはＹ軸周りに捩れ変形するバネ部２５Ｂ〜２８Ｂを用いて接続されている。
【００６１】
そして、固定側検出電極２１Ｂ，２２Ｂは、電極支持部２５，２６から可動側検出電極２１Ａ，２２Ａの周囲に向けて延び、可動側検出電極２１Ａ，２２Ａの電極板と平行にＸ軸方向に延びた複数枚の電極板を備えている。また、可動側検出電極２１Ａ，２２Ａの電極板と固定側検出電極２１Ｂ，２２Ｂの電極板とはＹ軸方向の隙間をもって互いに対向している。これにより、可動側検出電極２１Ａ，２２Ａと固定側検出電極２１Ｂ，２２Ｂとは、平行平板電極を構成している。
【００６２】
同様に、固定側検出電極２３Ｂ，２４Ｂは、電極支持部２７，２８から可動側検出電極２３Ａ，２４Ａの周囲に向けて延びると共に、可動側検出電極２３Ａ，２４Ａの電極板とＸ軸方向の隙間をもって対向しＹ軸方向に延びた複数枚の電極板を備えている。これにより、可動側検出電極２３Ａ，２４Ａと固定側検出電極２３Ｂ，２４Ｂとは、平行平板電極を構成している。
【００６３】
そして、検出部１３〜１６がＹ軸周りで振動したときには、検出部１３，１４が基板２の厚さ方向に変位する。このとき、可動側検出電極２１Ａ，２２Ａと固定側検出電極２１Ｂ，２２Ｂとの間の重なり面積（対向面積）が変化するから、可動側検出電極２１Ａ，２２Ａと固定側検出電極２１Ｂ，２２Ｂとの間の静電容量Ｃs1，Ｃs2も変化する。
【００６４】
一方、検出部１３〜１６がＸ軸周りで振動したときには、検出部１５，１６が基板２の厚さ方向に変位する。このとき、可動側検出電極２３Ａ，２４Ａと固定側検出電極２３Ｂ，２４Ｂとの間の重なり面積が変化するから、可動側検出電極２３Ａ，２４Ａと固定側検出電極２３Ｂ，２４Ｂとの間の静電容量Ｃs3，Ｃs4も変化する。
【００６５】
このため、変位検出部２１〜２４は、検出部１３〜１６がＸ軸またはＹ軸周りの角速度Ω1，Ω2によってＺ軸方向に変位するときに、その変位量を可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化により角速度Ω1，Ω2として検出する。
【００６６】
なお、変位検出部２１〜２４は、コリオリ力によるＸ軸、Ｙ軸周りの振動振幅が大きい部位として、例えば検出部１３〜１６のうち連結梁８から離れた径方向外側に配置するのが好ましい。
【００６７】
振動モニタ部２９〜３２は、駆動質量部４〜７の振動方向の変位を検出するモニタ手段を構成している。そして、振動モニタ部２９〜３２は、駆動質量部４〜７の外縁側に取付けられた可動側モニタ電極２９Ａ〜３２Ａと、基板２上に固定された固定側モニタ電極２９Ｂ〜３２Ｂとによって構成されている。
【００６８】
ここで、可動側モニタ電極２９Ａ〜３２Ａは、振動発生部９〜１２の可動側駆動電極９Ａ〜１２Ａとほぼ同様の櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側モニタ電極２９Ａ，３０Ａは、駆動質量部４，５を挟んで可動側駆動電極９Ａ，１０Ａの反対側に配置されている。同様に、可動側モニタ電極３１Ａ，３２Ａは、駆動質量部６，７を挟んで可動側駆動電極１１Ａ，１２Ａの反対側に配置されている。
【００６９】
また、固定側モニタ電極２９Ｂ〜３２Ｂは、可動側モニタ電極２９Ａ〜３２Ａと平行な状態で径方向外側に向けて延びた櫛歯状電極によって構成されている。さらに、可動側モニタ電極２９Ａ〜３２Ａの電極板と固定側モニタ電極２９Ｂ〜３２Ｂの電極板とは、互いに隙間をもって噛合している。そして、可動側モニタ電極２９Ａ〜３２Ａおよび固定側モニタ電極２９Ｂ〜３２Ｂは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。
【００７０】
ここで、駆動質量部４，５が駆動軸Ｂ方向に変位したときには、可動側モニタ電極２９Ａ，３０Ａと固定側モニタ電極２９Ｂ，３０Ｂとの間の静電容量Ｃm1，Ｃm2が変化する。また、駆動質量部６，７が駆動軸Ａ方向に変位したときには、可動側モニタ電極３１Ａ，３２Ａと固定側モニタ電極３１Ｂ，３２Ｂとの間の静電容量Ｃm3，Ｃm4が変化する。このため、振動モニタ部２９〜３２は、この静電容量Ｃm1〜Ｃm4の変化によって駆動質量部４〜７の振動状態をモニタする。
【００７１】
なお、周方向で隣合う駆動質量部４〜７が逆位相となる状態で４つの駆動質量部４〜７が振動したときには、振動モニタ部２９〜３２の静電容量Ｃm1〜Ｃm4は、同期して変化する構成となっている。
【００７２】
蓋板３３は、例えばガラス材料等によって四角形の板状に形成され、陽極接合等の手段を用いて検出用ランド２５Ａ〜２８Ａに接合されている。また、蓋板３３は、検出部１３〜１６等との対向面（裏面）側に、四角形状に凹陥したキャビティ３３Ａが形成されている。そして、キャビティ３３Ａは、駆動質量部４〜７、連結梁８、検出部１３〜１６および検出梁１７〜２０と対向した位置に設けられている。これにより、駆動質量部４〜７および検出部１３〜１６は、蓋板３３に接触することなく、振動変位することができる。
【００７３】
また、蓋板３３には、電極支持部２５〜２８が取付けられている。ここで、電極支持部２５〜２８および固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂは、例えばエッチング加工等によって可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと一緒に形成され、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと同じ厚さ寸法を有している。また、蓋板３３と可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａとの間には、厚さ方向の隙間が形成されている。このため、電極支持部２５〜２８を蓋体３３の裏面に接合することによって、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとは、厚さ方向に対して互いに位置ずれしている。このとき、固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂは、キャビティ３３Ａ内に配置されている。
【００７４】
ビアホール３４は、基板２に厚さ方向に貫通して形成されている。このとき、ビアホール３４は、支持部３、固定側駆動電極９Ｂ〜１２Ｂ、検出用ランド２５Ａ〜２８Ａおよび固定側モニタ電極２９Ｂ〜３２Ｂと対応した位置にそれぞれ形成されている。これにより、支持部３等は、ビアホール３４を通じて基板２の底面に設けられた外部電極（図示せず）に接続される。このため、振動発生部９〜１２、変位検出部２１〜２４および振動モニタ部２９〜３２は、外部電極を通じて後述する振動制御回路４１および角速度検出回路５１等に接続することができる。
【００７５】
次に、図１０を参照しつつ、駆動質量部４〜７の振動状態を制御する振動制御回路４１について説明する。振動制御回路４１は、振動モニタ部２９〜３２によるモニタ信号Ｖmを用いて振動発生部９〜１２に出力する駆動信号Ｖdを制御する。そして、振動制御回路４１は、Ｃ−Ｖ変換回路４２、増幅器４３，４６、自動利得制御回路４４（以下、ＡＧＣ回路４４という）、駆動信号発生回路４５等によって構成されている。
【００７６】
Ｃ−Ｖ変換回路４２は振動モニタ部２９〜３２の出力側に接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路４２は、振動モニタ部２９〜３２の静電容量Ｃm1〜Ｃm4の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化をモニタ信号Ｖmとして出力する。そして、このモニタ信号Ｖmは、Ｃ−Ｖ変換回路４２の出力側に接続された増幅器４３によって増幅され、ＡＧＣ回路４４に向けて出力される。
【００７７】
ＡＧＣ回路４４の出力側は、駆動信号Ｖdを出力する駆動信号発生回路４５に接続されている。そして、ＡＧＣ回路４４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４５は、増幅器４６を介して振動発生部９〜１２に接続される。これにより、駆動信号発生回路４５は、振動発生部９〜１２に対して互いに駆動信号Ｖdを入力し、振動発生部９〜１２は、周方向で隣合う駆動質量部４〜７が互いに逆位相となる状態で、駆動質量部４〜７を振動させる。
【００７８】
次に、２軸周り（Ｘ軸およびＹ軸周り）の角速度Ω1，Ω2を検出する角速度検出回路５１（角速度検出手段）について説明する。角速度検出回路５１は、変位検出部２１〜２４による変位検出信号Ｖx，Ｖyを振動モニタ部２９〜３２によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、駆動質量部４〜７に作用する角速度Ω1，Ω2を検出する。そして、角速度検出回路５１は、例えばＣ−Ｖ変換回路５２〜５５、差動増幅器５６，６０、同期検波回路５７，６１等によって構成されている。
【００７９】
Ｃ−Ｖ変換回路５２〜５５は、変位検出部２１〜２４の静電容量Ｃs1〜Ｃs4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Ｖs1〜Ｖs4としてそれぞれ出力する。
【００８０】
ここで、隣合う駆動質量部４〜７が互いに逆位相で振動している状態で、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、検出部１３〜１６は中心点Ｏを通るＸ軸を中心としてＹ軸方向の両端側が交互にＺ軸方向に変位する。このとき、予備的な変位検出信号Ｖs3と変位検出信号Ｖs4は互いに逆位相となる。一方、予備的な変位検出信号Ｖs1と変位検出信号Ｖs2は互いに同位相となる。
【００８１】
このため、差動増幅器５６は、Ｃ−Ｖ変換回路５４，５５の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖs3，Ｖs4の差から最終的な変位検出信号Ｖxを演算する。
【００８２】
同期検波回路５７の入力側は、差動増幅器５６に接続されると共に、位相シフト回路４７を介してＡＧＣ回路４４に接続されている。また、同期検波回路５７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５８（以下、ＬＰＦ５８という）が接続されると共に、ＬＰＦ５８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５９が接続されている。ここで、位相シフト回路４７は、ＡＧＣ回路４４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５７は、変位検出信号Ｖxから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、ＬＰＦ５８、調整回路５９を介してＸ軸周りの角速度Ω1に応じた角速度信号を出力する。
【００８３】
一方、隣合う駆動質量部４〜７が互いに逆位相で振動している状態で、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、検出部１３〜１６は中心点Ｏを通るＹ軸を中心としてＸ軸方向の両端側が交互にＺ軸方向に変位する。このとき、予備的な変位検出信号Ｖs1と変位検出信号Ｖs2は互いに逆位相となる。一方、予備的な変位検出信号Ｖs3と変位検出信号Ｖs4は互いに同位相となる。
【００８４】
このため、差動増幅器６０は、Ｃ−Ｖ変換回路５２，５３の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖs1，Ｖs2の差から最終的な変位検出信号Ｖyを演算する。これにより、同期検波回路６１は、同期検波回路５７と同様に、変位検出信号Ｖyから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、低域通過フィルタ６２（以下、ＬＰＦ６２という）、調整回路６３を介してＹ軸周りの角速度Ω2に応じた角速度信号を出力する。
【００８５】
第１の実施の形態による角速度センサ１は上述の如き構成を有するもので、次にその動作について説明する。
【００８６】
まず、Ｘ軸周りの角速度Ω1を検出する場合について説明する。外部の振動制御回路４１は、振動発生部９〜１２の固定側駆動電極９Ｂ〜１２Ｂに向けて駆動信号Ｖdを入力する。これにより、駆動質量部４，５には駆動軸Ｂ方向の静電引力が作用し、駆動質量部４，５は駆動軸Ｂ方向に振動する。一方、駆動質量部６，７には駆動軸Ａ方向の静電引力が作用し、駆動質量部６，７は駆動軸Ａ方向に振動する。そして、周方向で隣合う駆動質量部４〜７は、互いに逆位相で振動する。
【００８７】
駆動質量部４〜７が振動している状態でＸ軸周りの角速度Ω1が作用すると、駆動質量部４，５には、角速度Ω1のうち駆動軸Ａ周りの成分に応じて、以下の数１に示すコリオリ力Ｆxaが作用する。一方、駆動質量部６，７には、角速度Ω1のうち駆動軸Ｂ周りの成分に応じて、以下の数２に示すコリオリ力Ｆxbが作用する。そして、駆動質量部４〜７に発生したコリオリ力Ｆxa，Ｆxbは、連結梁８を介して検出部１３〜１６に伝わる。これにより、検出部１３〜１６は、コリオリ力Ｆxa，Ｆxbの合力によって中心点Ｏを通るＸ軸を中心としてＹ軸方向の両端（検出部１５，１６）が交互にＺ軸方向に変位し、角速度Ω1に応じて振動する。
【００８８】
【数１】
2010210407.tif 000003
【００８９】
【数２】
2010210407.tif 000004
【００９０】
このため、変位検出部２１〜２４は、検出部１３〜１６のＺ軸方向の変位に応じて可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4が変化する。このとき、角速度検出回路５１のＣ−Ｖ変換回路５２〜５５は、静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化を予備的な変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4に変換する。そして、差動増幅器５６は、変位検出信号Ｖs3，Ｖs4の差に基づいて、Ｘ軸周りの角速度Ω1に応じた最終的な変位検出信号Ｖxを出力する。同期検波回路５７は、変位検出信号Ｖx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５１は、Ｘ軸周りの角速度Ω1に応じた角速度信号を出力する。
【００９１】
なお、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、予備的な変位検出信号Ｖs1，Ｖs2は互いに同位相となる。このとき、変位検出信号Ｖyは、変位検出信号Ｖs1，Ｖs2の差を用いて演算する。このため、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときに、同期検波回路６１が変位検出信号Ｖyを同期検波しても、角速度Ω2に応じた角速度信号は出力されない。
【００９２】
次に、Ｙ軸周りの角速度Ω2を検出する場合について説明する。外部の振動制御回路４１から固定側駆動電極９Ｂ〜１２Ｂに駆動信号Ｖdを入力し、駆動質量部４〜７を振動させる。この振動状態でＹ軸周りの角速度Ω2が作用すると、駆動質量部４，５には以下の数３に示すコリオリ力Ｆyaが作用すると共に、駆動質量部６，７には以下の数４に示すコリオリ力Ｆybが作用する。そして、駆動質量部４〜７に発生したコリオリ力Ｆya，Ｆybは、連結梁８を介して検出部１３〜１６に伝わる。このため、検出部１３〜１６は、コリオリ力Ｆya，Ｆybの合力によって中心点Ｏを通るＹ軸を中心としてＸ軸方向の両端（検出部１３，１４）が交互にＺ軸方向に変位し、角速度Ω2に応じて振動する。
【００９３】
【数３】
2010210407.tif 000005
【００９４】
【数４】
2010210407.tif 000006
【００９５】
このため、変位検出部２１〜２４は、検出部１３〜１６のＺ軸方向の変位に応じて可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4が変化する。このとき、角速度検出回路５１のＣ−Ｖ変換回路５２〜５５は、静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化を変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4に変換する。そして、差動増幅器６０は、変位検出信号Ｖs1，Ｖs2の差に基づいて、Ｙ軸周りの角速度Ω2に応じた変位検出信号Ｖyを出力する。同期検波回路６１は、変位検出信号Ｖy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５１は、Ｙ軸周りの角速度Ω2に応じた角速度信号を出力する。
【００９６】
なお、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、予備的な変位検出信号Ｖs3，Ｖs4は互いに同位相となる。このとき、変位検出信号Ｖxは、変位検出信号Ｖs3，Ｖs4の差を用いて演算する。このため、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときに、同期検波回路５７が変位検出信号Ｖxを同期検波しても、角速度Ω1に応じた角速度信号は、出力されない。
【００９７】
かくして、本実施の形態では、４つの駆動質量部４〜７は中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されているから、２つの駆動質量部４，５は中心点Ｏを挟んで駆動軸Ａ方向の両側に配置することができ、２つの駆動質量部６，７は中心点Ｏを挟んで駆動軸Ｂ方向の両側に配置することができる。また、周方向で隣合う駆動質量部４〜７は互いに逆位相で振動する。このため、駆動質量部４〜７が検出部１３，１４に近付くときには、駆動質量部４〜７は検出部１５，１６から遠ざけることができる。また、駆動質量部４〜７が検出部１３，１４から遠ざかるときには、駆動質量部４〜７は検出部１５，１６に近付けることができる。
【００９８】
これにより、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、駆動質量部４〜７にはＺ軸方向に向かうコリオリ力Ｆxa，Ｆxbを発生させることができる。このため、角速度Ω1が作用したときには、検出部１３〜１６は、中心点Ｏを通るＸ軸を中心としてＹ軸方向の両端側が交互にＺ軸方向に変位して振動する。従って、この振動を変位検出部２１〜２４を用いて検出することによって、Ｘ軸周りの角速度Ω1を検出することができる。
【００９９】
一方、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、駆動質量部４〜７にはＺ軸方向に向かうコリオリ力Ｆya，Ｆybを発生させることができる。このため、角速度Ω2が作用したときには、検出部１３〜１６は、中心点Ｏを通るＹ軸を中心としてＸ軸方向の両端側が交互にＺ軸方向に変位して振動する。従って、この振動を変位検出部２１〜２４を用いて検出することによって、Ｙ軸周りの角速度Ω2を検出することができる。
【０１００】
これにより、単一の角速度センサ１を用いてＸ軸およびＹ軸周りに作用する角速度Ω1，Ω2を検出することができるから、１つの軸周りのセンサを２個用いた場合に比べて、製造コストを低減することができる。
【０１０１】
また、４つの駆動質量部４〜７は中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されているから、周方向で互いに隣合う駆動質量部４〜７を逆方向（逆位相）に振動させることによって、４つの駆動質量部４〜７全体の重心位置を固定することができると共に、４つの駆動質量部４〜７全体に生じる周方向の回転トルク（回転モーメント）を相殺することができる。このとき、連結梁８は４つの駆動質量部４〜７の支点４Ａ〜７Ａ近傍を互いに連結するから、例えば４つの駆動質量部４〜７に加工ばらつきが生じたときでも、各駆動質量部４〜７は駆動振幅および位相が揃った状態で振動する。この結果、４つの駆動質量部４〜７全体の重心位置の変動や回転トルクを確実に小さくすることができ、駆動質量部４〜７の駆動振動が基板２等に漏れることがなくなる。これにより、角速度信号のオフセット出力が安定する。
【０１０２】
さらに、２つの検出軸（Ｘ軸およびＹ軸）に対して可動部となる駆動質量部４〜７、連結梁８、検出部１３〜１６および検出梁１７〜２０は線対称な形状となっている。従って、基板２の垂直方向（Ｚ軸方向）に加速度が作用しても、可動部全体がＺ軸方向に変位することはあるが、この変位による変位検出部２１〜２４の静電容量の変化は同じ値になる。このため、変位検出部２１〜２４による変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4を差動検出することによって、角速度信号から加速度による成分を除去することができる。
【０１０３】
また、駆動質量部４〜７に作用するコリオリ力Ｆxa，Ｆxb，Ｆya，Ｆybは連結梁８を通じて検出部１３〜１６に伝わる構成としたから、検出部１３〜１６自体は、駆動振動しない。このため、例えば加工ばらつきによって駆動質量部４〜７が基板２の垂直方向（Ｚ軸方向）にぶれた状態で振動した場合でも、検出部１３〜１６はぶれない。従って、変位検出部２１〜２４は、駆動質量部４〜７のぶれの影響を受けることなく、検出部１３〜１６のＺ軸方向の変位を検出することができる。即ち、変位検出部２１〜２４は、振動ぶれによる信号（ノイズ信号）を発生しないから、角速度センサ１の出力信号（角速度信号）の調整が容易となる。この結果、例えば変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4を直接増幅するとき、または差動増幅器５６，６０を用いて差動増幅するときでも、ノイズ信号によって利得が飽和することがない。このため、同期検波前の初期段階の増幅率を高くすることができるから、角速度信号に含まれるノイズ信号を相対的に小さくすることができ、ＳＮ比が良い角速度信号を得ることができる。
【０１０４】
また、変位検出部２１〜２４による変位検出信号Ｖs1〜Ｖs4には駆動振動のぶれによるオフセット電圧が加わることがない。このため、調整回路５９，６３を用いてオフセット電圧を調整するときでも、オフセット電圧の調整範囲が小さくなると共に、オフセット電圧の温度変化（温度ドリフト）が小さくなる。この結果、角速度Ω1，Ω2の検出精度を向上することができる。
【０１０５】
また、駆動質量部４〜７は基板２と平行な状態で振動するから、基板２と垂直なＺ軸方向に振動させる場合に比べて、駆動振幅を大きくすることができる。このため、駆動質量部４〜７に作用するコリオリ力Ｆxa，Ｆxb，Ｆya，Ｆybを大きくすることができるから、コリオリ力Ｆxa，Ｆxb，Ｆya，Ｆybによる検出部１３〜１６の変位も大きくすることができ、角速度Ω1，Ω2の検出感度を高めることができる。
【０１０６】
さらに、連結梁８、駆動質量部４〜７および検出部１３〜１６は検出梁１７〜２０を介して基板２上の支持部３で支持する構成とした。このため、例えば基板２の角隅に複数の支持部を設け、これらの支持部で支持した場合に比べて、駆動質量部４〜７や検出部１３〜１６の振動は、例えば温度変化や機械的な応力に基づく基板２の歪みの影響を受け難い。この結果、従来技術のように剛性の高い高価なパッケージを用いて基板２の歪みを防止する必要がなく、安価なパッケージを用いても温度特性等が劣化することがなくなる。
【０１０７】
また、駆動質量部４〜７等は検出梁１７〜２０を用いて基板２の中心部に位置する支持部３で支持する構成とした。このため、駆動質量部４〜７よりも外周側に検出梁を設けた場合に比べて、角速度センサ１全体を小型化することができる。
【０１０８】
また、駆動質量部４〜７および検出部１３〜１６は、中心点Ｏを中心として検出梁１７〜２０に比べて径方向外側に配置される。このため、径方向外側に設けた梁を用いて検出部１３〜１６等を支持した場合に比べて、駆動質量部４〜７および検出部１３〜１６の周囲を開放して、振動発生部９〜１２、変位検出部２１〜２４および振動モニタ部２９〜３２を配置するための広い空間を確保することができる。
【０１０９】
この結果、例えば振動発生部９〜１２、変位検出部２１〜２４および振動モニタ部２９〜３２は多数の電極板を用いて形成することができる。これにより、振動発生部９〜１２を用いて大きな駆動力Ｆ1〜Ｆ4を容易に発生することができる。また、変位検出部２１〜２４の電極板は、厚さ方向の変位が大きい径方向外側に配置することができる。このため、コリオリ力Ｆxa，Ｆxb，Ｆya，Ｆybによる変位検出部２１〜２４の容量変化を大きくすることができ、角速度Ω1，Ω2の検出感度や検出精度を高めることができる。
【０１１０】
また、検出梁１７〜２０は互いに異なる２つの軸周りに捩れ変形する第１，第２の捩れ支持梁１７Ａ〜２０Ａ，１７Ｂ〜２０Ｂによって構成したから、検出梁１７〜２０は、基板２と平行な２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）周りに連結梁８、駆動質量部４〜７および検出部１３〜１６を振動可能に支持することができる。
【０１１１】
また、例えばシリコン材料等を基板２の垂直方向に加工することによって第１，第２の捩れ支持梁１７Ａ〜２０Ａ，１７Ｂ〜２０Ｂを形成することができ、容易に加工することができる。また、第１，第２の捩れ支持梁１７Ａ〜２０Ａ，１７Ｂ〜２０Ｂのばね定数は幅寸法δの３乗に比例して変動するが、これは厚さに対して幅が小さい連結梁８でも同じである。従って、幅寸法δの加工ばらつきが駆動モードと検出モードの共振周波数差に与える影響を小さくすることができ、センサの感度ばらつきを小さくすることができる。
【０１１２】
また、駆動質量部４〜７の振動方向の変位をモニタする振動モニタ部２９〜３２を設けたから、振動モニタ部２９〜３２を用いて駆動質量部４〜７の振動振幅および位相を検出することができる。このため、振動モニタ部２９〜３２によるモニタ信号Ｖmは振動制御回路４１の参照信号として利用することができ、共振状態の安定化を図ることができる。また、振動モニタ部２９〜３２によるモニタ信号Ｖmは角速度検出回路５１の参照信号（位相シフト信号Ｖm′）としても利用することができ、駆動質量部４〜７の振動状態に応じて正確な同期検波を行うことができる。
【０１１３】
また、変位検出部２１〜２４は互いに噛合した可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａおよび固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂによって構成したから、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａが変位可能な厚さ方向には電極等を設ける必要がなく、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａの厚さ方向両側には十分な隙間を確保することができる。このため、例えば変位検出部２１〜２４を厚さ方向に離間した２枚の平板状電極を用いて構成した場合に比べて、電極同士の接着（スティッキング）が生じることがなく、生産性、信頼性を高めることができる。さらに、変位検出部２１〜２４を厚さ方向に離間した２枚の平板状電極を用いて構成した場合のように、蓋板３３に金属薄膜等を形成する必要がないから、製造工程の簡略化、良品率の向上が期待できる。
【０１１４】
また、変位検出部２１〜２４は櫛歯形状をなす可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａおよび固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂによって構成したから、例えば変位検出部２１〜２４を厚さ方向に離間した２枚の平板状電極を用いて構成した場合に比べて、検出部１３〜１６および可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａを軽量化することができる。これにより、小さなコリオリ力Ｆxa，Ｆxb，Ｆya，Ｆybでも検出部１３〜１６等を変位させることができ、角速度Ω1，Ω2の検出感度を高めることができる。
【０１１５】
さらに、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａおよび固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂは基板２の厚さ方向に位置ずれした状態で配置したから、例えば可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａが厚さ方向の一側（図６、図７中の下側）に変位したときには固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとの間の対向面積が増加し、可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａが厚さ方向の他側（図６、図７中の上側）に変位したときには固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとの間の対向面積が減少する。このため、変位検出部２１〜２４が可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａと固定側検出電極２１Ｂ〜２４Ｂとの間の静電容量に応じた検出信号を出力したときには、この検出信号は、駆動質量部４〜７と異なる位相で同期した可動側検出電極２１Ａ〜２４Ａの振動周期に対応して変化する。このため、駆動質量部４〜７の振動状態をモニタしたモニタ信号Ｖmを用いて変位検出信号Ｖx，Ｖyを同期検波することができ、他の周波数のノイズを容易に除去することができる。
【０１１６】
次に、図１１および図１２は本発明による第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、変位検出部を、検出部に設けられた平板形状をなす可動側検出電極と、該可動側検出電極と厚さ方向に対向して固定された平板形状をなす固定側検出電極とによって構成したことにある。なお、本実施の形態では前記第１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。
【０１１７】
角速度センサ７１は、第１の実施の形態による角速度センサ１とほぼ同様に、基板２、駆動質量部４〜７、連結梁８、振動発生部９〜１２、検出部１３〜１６、検出梁１７〜２０、変位検出部７２〜７５等によって構成されている。
【０１１８】
変位検出部７２〜７５は、検出部１３〜１６がＸ軸およびＹ軸周りに振動したときに、検出部１３〜１６が基板２の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段を構成している。また、変位検出部７２〜７５は、検出部１３〜１６に設けられた平板形状をなす可動側検出電極７２Ａ〜７５Ａと、該可動側検出電極７２Ａ〜７５Ａと厚さ方向に対向した状態で蓋板３３に固定された平板形状をなす固定側検出電極７２Ｂ〜７５Ｂとによって構成されている。
【０１１９】
このとき、可動側検出電極７２Ａ〜７５Ａおよび固定側検出電極７２Ｂ〜７５Ｂは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。また、固定側検出電極７２Ｂ〜７５Ｂは、蓋板３３の裏面に形成された例えば導電性の金属薄膜によって形成され、径方向外側に配置された検出用ランド７６〜７９にそれぞれ接続されている。
【０１２０】
そして、検出部１３〜１６がＹ軸周りで振動したときには、可動側検出電極７２Ａ，７３Ａが基板２の厚さ方向に変位する。このとき、可動側検出電極７２Ａ，７３Ａと固定側検出電極７２Ｂ，７３Ｂとの間の距離が変化するから、これらの間の静電容量Ｃs1，Ｃs2も変化する。
【０１２１】
一方、検出部１３〜１６がＸ軸周りで振動したときには、可動側検出電極７４Ａ，７５Ａが基板２の厚さ方向に変位する。このとき、可動側検出電極７４Ａ，７５Ａと固定側検出電極７４Ｂ，７５Ｂとの間の距離が変化するから、これらの間の静電容量Ｃs3，Ｃs4も変化する。
【０１２２】
このため、変位検出部７２〜７５は、検出部１３〜１６がＸ軸およびＹ軸周りの角速度Ω1，Ω2によってＺ軸方向に変位するときに、その変位量を可動側検出電極７２Ａ〜７５Ａと固定側検出電極７２Ｂ〜７５Ｂとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化により角速度Ω1，Ω2として検出する。
【０１２３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１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。
【０１２４】
なお、前記各実施の形態では、検出梁１７〜２０は駆動質量部４〜７の駆動軸Ａ，Ｂ方向と異なる２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）周りに検出部１３〜１６を振動可能に支持する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１３に示す変形例による角速度センサ８１のように、検出梁８２〜８５は駆動質量部４〜７の駆動軸Ａ，Ｂ方向と同じ２つの軸周りに検出部１３〜１６を振動可能に支持する構成としてもよい。
【０１２５】
この場合、検出梁８２，８３は、例えば駆動軸Ａ周りに捩れ変形する第１の捩れ支持梁８２Ａ，８３Ａ，８２Ｂ，８３Ｂと、駆動軸Ｂ周りに捩れ変形する第２の捩れ支持梁８２Ｃ，８３Ｃ，８２Ｄ，８３Ｄとを備えている。一方、検出梁８４，８５は、例えば駆動軸Ｂ周りに捩れ変形する第１の捩れ支持梁８４Ａ，８５Ａ，８４Ｂ，８５Ｂと、駆動軸Ａ周りに捩れ変形する第２の捩れ支持梁８４Ｃ，８５Ｃ，８４Ｄ，８５Ｄとを備えている。
【０１２６】
また、前記各実施の形態では、検出梁１７〜２０は検出部１３〜１６が基板２の厚さ方向に変位するときに捩れ変形する捩れ支持梁１７Ａ〜２０Ａ，１７Ｂ〜２０Ｂを用いて形成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば検出部が基板の厚さ方向に変位するときに撓み変形する撓み支持梁を用いて検出梁を形成してもよい。
【０１２７】
さらに、前記各実施の形態では、検出梁１７〜２０は、検出部１３〜１６を介して連結梁８に間接的に接続する構成としたが、連結梁８に直接的に接続する構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１，７１，８１  角速度センサ
２  基板
３  支持部（固定部）
４〜７  駆動質量部
８  連結梁
９〜１２  振動発生部（駆動手段）
１３〜１６  検出部
１７〜２０，８２〜８５  検出梁
１７Ａ〜２０Ａ，８２Ａ〜８５Ａ，８２Ｂ〜８５Ｂ  第１の捩れ支持梁
１７Ｂ〜２０Ｂ，８２Ｃ〜８５Ｃ，８２Ｄ〜８５Ｄ  第２の捩れ支持梁
２１〜２４，７２〜７５  変位検出部（変位検出手段）
２１Ａ〜２４Ａ，７２Ａ〜７５Ａ  可動側検出電極
２１Ｂ〜２４Ｂ，７２Ｂ〜７５Ｂ  固定側検出電極
【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】
2010210407.tif 000013
【図８】
2010210407.tif 000014
【図９】
2010210407.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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