(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの錘と、前記二つの錘を第１方向において互いに逆相に変位させる駆動信号を前記二つの錘に印加する２組の駆動電極と、前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する２組の第１電極と、前記第１電極の容量変化を電気信号に変換する第１のＣＶ変喚部とを備えた振動型の慣性センサにおいて、
前記二つの錘が前記第１方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する１組の前記第１電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する１組の前記第１電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第１のＣＶ変換部に接続されており、
前記２組の第１電極は、前記第１方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出することを特徴とする慣性センサ。
【請求項２】
前記第１方向とは異なる第２方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する２組の第２電極と、前記第２電極の容量変化を電気信号に変換する第２のＣＶ変換部とをさらに備え、
前記二つの錘が前記第２方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する１組の前記第２電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する１組の前記第２電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第２のＣＶ変換部に接続されていることを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
【請求項３】
前記第２方向の振動を静電力により抑制する２組のサーボ電極を更に備え、
前記二つの錘が前記第２方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する１組の前記サーボ電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する１組の前記サーボ電極同士が電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の慣性センサ。
【請求項４】
前記二つの錘が互いに機械的に連結され、振動エネルギーのパスを持つことで音叉構造
になっていることを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
【請求項５】
前記二つの錘の前記第１方向、前記第１方向とは異なる第２方向、又は両方向における最も低い振動モード周波数が同相振動モードであり、第２次振動モードが逆相振動モードになっていることを特徴とする請求項４記載の慣性センサ。
【請求項６】
前記二つの錘の各々が、前記第１方向には変位し易く、前記第１方向とは異なる第２方向には変位し難い支持梁によって支持されている励振素子と、前記励振素子に前記第１方向には変位し難く、前記第２方向には変位し易い検出梁を介して懸架され、前記励振素子の動きに追従しながら印加された角速度の大きさに比例して前記第２方向に変位するコリオリ素子として構成されていることを特徴とする請求項４記載の慣性センサ。
【請求項７】
前記二つの錘の各々を構成する二つの励振素子の最も低い振動モード周波数が前記第１方向における同相振動モードであり、第２次振動モードが逆相振動モードになっていることを特徴とする請求項６記載の慣性センサ。
【請求項８】
前記二つの錘の各々を構成する二つのコリオリ素子の最も低い振動モード周波数が前記第２方向に沿って併進振動するモードになっていることを特徴とする請求項６記載の慣性センサ。
【請求項９】
前記励振素子は、Ｙ字型であり、３つの先端部に前記支持梁が配置されていることを特徴とする請求項６記載の慣性センサ。
【請求項１０】
前記第１電極は、クシ歯型構造を有することを特徴とする請求項６記載の慣性センサ。
【請求項１１】
前記２組の第１電極は、前記第１方向とは異なる第２方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出することを特徴とする請求項１０記載の慣性センサ。
【請求項１２】
高周波振動外乱成分を減衰するための高周波振動減衰装置を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体微細加工技術により形成され、振動する物体に生起されるコリオリ力に関連される物理量を検出することで角速度等を測定する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems））を用いた慣性センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサ（ジャイロ）の方式には、回転体の歳差運動を利用する機械式、筐体内で周回するレーザー光の筐体回転に伴う受光タイミング変化を利用する光学式、筐体内でセンシング用のガスを熱線に噴射し、その噴射量が筐体の回転により変化するのを熱線温度で検知する流体式などが知られている。【０００３】
他方、カーナビゲーションや車の横滑り防止システム、二足歩行ロボットや一輪乗り物等のバランス制御システム等における車両方向や姿勢検知用の角速度センサの需要が近年急速に高まっており、上記各方式と比較してより安価で軽量かつ小型な振動式角速度センサ（特許文献１）が主流となりつつある。振動式角速度センサは、予め定められた基準方向に振動する振動子に角速度が作用したとき、基準振動方向と直交する検出方向へのコリオリ力に基づく新たな振動成分（以下角速度振動成分という）を検出し、該振動成分に基づいて角速度情報を出力するものである。【０００４】
例えば、カーナビゲーションシステムの場合、ＧＰＳ（Global Positioning System）による現在位置のモニタリングは、車両のマクロな進行方向変化を検知することはできても、交差点などにおける急な方向変化には追従できないから、車両の旋回運動を角速度の形で検知し、その角速度の時間的な積分値により方向転換角度をトレースする方式が用いられている。【０００５】
別の例として、車の横滑り防止システムの場合、ハンドルに装着されている操舵角センサの値（指令値）と横滑り防止システムに組み込まれている角速度センサの出力値（実測値）を比較することで車の横滑りを判定し、その結果に基づいてエンジン出力や四輪夫々の制動力を制御することで車体が滑らないように制御する方式が用いられている。【０００６】
別の例として、一輪乗り物や二足歩行ロボットのバランス制御システムの場合、横倒れや横転など姿勢が崩れないように常時バランスを制御する必要がある。風や、傾斜、積荷等によって回転や重さ重心の移動が発生した場合には、角速度センサや加速度センサを用いることで回転や重心移動を計測し、回転方向に車輪を動かす若しくは、重心が移動した方向のアクチュエータにより強い力を発生させることでバランスを制御する方式が用いられている。【０００７】
ところで、上記の振動型角速度センサにおいては、検出方向における振動子の運動成分が常に角速度に由来したコリオリ力に限られるわけではなく、自動車やロボット等にセンサが搭載される場合には、突発的な衝撃や角速度以外の要因による振動など、不要加速度成分が重畳されることも多い。このような不要加速度成分は、本来検知すべき角速度成分に対して当然ノイズとなって現れるため、車両方向や姿勢検知などに用いる場合、その検知精度の低下に直結することはいうまでもない。そこで、特許文献２と特許文献３には、基準振動方向に振動子が互いに逆相にて加振される二つの錘（振動子）を組み合わせ、各センサの角速度振動成分波形の差分を最終的な角速度波形として出力する構成が開示されている。逆相にて加振される振動子は角速度振動成分も互いに逆相となるが、上記の不要な加速度成分は同相成分となって現れるので、差分波形を取れば同相加速度成分は相殺され、必要な角速度振動成分だけが残るので検知精度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４５２４６１９号明細書
【特許文献２】特開２０００−９４７０号公報
【特許文献３】特開２００１−１５３６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記例に挙げた他の応用でも同じことが言えるが、ここでは、説明が明確で分かりやすい横滑り防止システムに組み込まれる角速度センサの場合を用いて記述する。既存の横滑り防止システムでは、ブレーキ制御用のＥＣＵ（Electronic Control Unit）やブレーキ圧発生装置（油圧モーターや、ブレーキ圧分岐用ソレノイドバルブ）など関連部品がエンジンルーム内にあるのにも関わらず、角速度センサはブレーキを制御する重要部品であることと、共振現象を用いるその原理上の理由の故、比較的に振動外乱が少なく、除振・免振対策が取りやすい車室内に設置されていた。従って、横滑り防止システムは、角速度センサとＥＣＵ、ブレーキ圧発生装置以外にＣＡＮ（Controller Area Network）通信用のマイコンや、車室内からエンジンルーム内まで信号を伝達するケーブル、センサの固定や除振・免振に使われるハーネス等で構成され、付加的な費用が掛かっていた。【００１０】
最近は、自動車向け振動型角速度センサの普及に伴い更なる低コスト化要求が日々増しており、角速度センサを前記油圧制御用ＥＣＵボード上に他のＬＳＩやチップコンデンサ同様一つの電子部品として実装する動きが活発になってきた。しかし、車室内に実装する場合と違い、ＥＣＵのボード上に実装する場合は、エンジンルーム内の温度や振動などの過酷な環境に耐えられる必要がある。特に、ブレーキ制御に伴う、油圧モーターや、ソレノイドバルブの動作による振動は周期的なバルブの振動と共に、衝撃振動が含まれる。そのため、今までのように車室内で使う場合では想定できない最大数十〜数百Ｇに相当する幅広い周波数帯域の振動が発生する。【００１１】
そのため、特許文献２と特許文献３に開示されている差分波形を取るやり方では差分を取る前に検出回路が飽和し、センサとしての機能を喪失することが懸念される。なお、差分を取る前の初段変換部の変換範囲を広くすることも考えられるが、その場合は、大きな信号量（外乱による信号分＋角速度振動による信号分）の中で小さな信号（角速度振動による信号分）を検出することとなり、検出回路の熱雑音などに起因するノイズ成分が相対的に拡大される。結果的にＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が悪化する問題が予想される。【００１２】
本発明の目的は、振動外乱があるような環境においても、ＳＮＲを維持できる高性能慣性センサを提供することにある。【００１３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。  
本発明に係る慣性センサは、上記の課題を解決するため、厚さ方向に支持基板と、その上に中間絶縁層を介して導体層が形成された基板に、前記導体層面上のある方向を第１方向である基準振動方向に取り、静電力を用いることで互いに逆相に変位するよう配設された二つの錘と、前記錘に角速度が加わるに伴い、前記錘が前記第１方向と交差する第２方向に振動し、前記二つの錘の第１方向および第２方向への変位に伴って静電容量が変化する複数の検出電極と、前記検出電極の容量変化を電気信号に変換するＣＶ変換部とで構成される振動型角速度センサにおいて、
前記二つの錘が第１方向に逆相に変位した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する前記検出電極同士を前記ＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続していることを特徴とする。【００１５】
また、本発明に係る慣性センサは、更に、前記二つの錘が第２方向に逆相に変位した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する前記検出電極同士を前記ＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００１７】
本発明に係る角速度センサによると、前記錘が前記第１方向や前記第２方向に逆相に変位した場合、夫々の方向に対して同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する前記検出電極同士を前記ＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続している。そのため、主に前記錘に同相的な変位を発生させる振動外乱成分は、前記検出電極の内部で互いに相殺されることとなり、ＣＶ変換部には入力されない。結果的に、大きな振動外乱が印加されてもＣＶ変換部は飽和せず、センサとしての機能を維持することができる。なお、前記第１方向と前記第２方向は互いに直交することが理論的に望ましいが、特に限定していることではなく、前記第２方向は、前記角速度振動による変位が計測できる方向であればよい。【００１８】
また、前記の検出電極同士の接続は、適用する応用分野に合わせ前記第１方向若しくは前記第２方向の変位を計測する検出電極だけに適用してもよく、両方向共に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施例に係る慣性センサ（角速度センサ）の全体構成模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線で切断した断面を示す断面図である。
【図３】第２の実施例に係る慣性センサ（角速度センサ）の全体構成模式図である。
【図４】第３の実施例に係る慣性センサ（角速度センサ）の全体構成模式図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ’線で切断した断面を示す断面図である。
【図６】図４に示す角速度センサの裏面配線図である。
【図７Ａ】第３の実施例に係る角速度センサの支持梁のｚ方向剛性を説明するための概略図であり、（a）は平面図、（ｂ）は変形前の側面図、（ｃ）は変形後の側面図を示す。
【図７Ｂ】比較例に係る角速度センサの支持梁のｚ方向剛性を説明するための概略図であり、（a）は平面図、（ｂ）は変形前の側面図、（ｃ）は変形後の側面図を示す。
【図８】第３の実施例に係る角速度センサの検出・サーボ回路を示す概念図である。
【図９】第３の実施例に係る角速度センサの実装形態を示す実装図である。
【図１０】第４の実施例に係る慣性センサ（角速度センサ）の検出・サーボ回路の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２１】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２２】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。
【００２３】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２４】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（実施例１）
本発明の第１の実施例に係る振動型角速度センサ（以下、単に「角速度センサ」ともいう）Ｓ１について図面を参照しながら説明する。図１は角速度センサＳ１の全体構成を示す模式図である。まず、角速度センサＳ１の構成を説明する。本角速度センサＳ１には、後述する錘や固定部など機械的な構成要素を形成するため、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１が使用されている。図２のＡ−Ａ’断面図に示すＳＯＩ基板１は、支持基板１ａ上に中間絶縁層１ｂが形成されており、この中間絶縁層１ｂ上に導体層１ｃが形成されている。支持基板１ａは、例えば、シリコン（Ｓｉ）より形成され、中間絶縁層１ｂは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）より形成されている。さらに、中間絶縁層１ｂ上に形成されている導体層１ｃは、例えば、導電性シリコンより形成されている。
【００２６】
支持基板１ａと中間絶縁層１ｂとの総厚は、例えば、数十〜数百μｍ、導体層１ｃの厚さは、例えば、数〜数十μｍである。本実施例では、ＳＯＩ基板を使用しているが、半導体基板としてＳＯＩ基板に限定されるものではなく種々変更可能である。例えば、表面ＭＥＭＳ技術を用いた導電性ポリシリコン、または、例えば、ニッケル（Ｎｉ）などのめっき金属を導体層として使用してもよい。
【００２７】
本実施例に係る角速度センサＳ１の各構成要素は、前記ＳＯＩ基板１の導体層１ｃを加工することで形成される。導体層１ｃを加工する方法としては前記導体層１ｃ上に光や電子ビームなどに反応するレジストを塗布した後、フォトリソグラフィや電子線描画技術を利用することで前記導体層１ｃ上のレジストの一部を除去する。次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いたドライエチングや、ＴＭＡＨ(水酸化テトラメチルアンモニウム)やＫＯＨ（水酸化カリウム)などアルカリ性薬品を用いたウェットエチング技術を駆使することで露出された前記導体層１ｃを除去する。その後、残りのレジストを除去し、フッ酸などのガス若しくは液体を用いて前記中間絶縁層１ｂを除去する。
【００２８】
この際、図２の前記中間絶縁層１ｂの形状から分かるように前記導体層１ｃの幅が細く形成されている部分はその下の中間絶縁層１ｂが全てなくなり前記支持基板１ａから浮いた状態となり、前記導体層１ｃの幅が広く形成されている部分はその下の中間絶縁層１ｂが残り前記支持基板１ａに固定されることになる。このような加工を施すことにより後述する錘や固定部、梁など角速度センサＳ１の機械的な構成要素を前記導体層１ｃに形成することができる。
【００２９】
本実施例に係る角速度センサＳ１には、上述した加工方法で二つの錘２、３が形成されている。この錘２、３は比較的広い面積を持つ場合が多いためホール４を設け前記フッ酸など中間絶縁層１ｂを除去するための加工液の浸透を容易にしている。本実施例ではＳＯＩ基板１を使うため４が必要であるが、ガラス／シリコン基板の張り合わせなど他の基板を使う場合には中間絶縁層１ｂを除去する必要もないため前記ホール４を設ける必要もない。
【００３０】
前記錘２、３は、前記第１方向であるｘ方向と前記第２方向であるｙ方向に柔軟な支持梁５を介して固定部６に懸架される。固定部６は比較的に広い面積で形成され、前記中間絶縁層１ｂを介して前記支持基板１ａに固定される。
【００３１】
さらに、前記錘２、３は互いの振動エネルギーを共有し音叉構造をなすためリンク梁７によって繋がっている。後述する同期した逆相の駆動力を用いれば音叉構造でなくても二つの錘２、３を逆相に振動させることは可能である。そのため、必ずしも前記リンク梁７が本発明の効果を得るための必要条件にはならない。即ち、支持梁５を含め、錘２、３が同一の場合にはリンク梁７を省略できる。
【００３２】
しかし、前述した加工方法を用いて前記錘２、３、前記支持梁５等を加工する際にはわずかながら加工ばらつきが発生する。そのため、前記錘２と前記支持梁５、前記錘３と支持梁５で形成される夫々の振動系では固有振動数など系の振動特性が微妙に異なることが現実である。前記リンク梁７を用いて前記錘２、３を繋げば、前記錘２、３と前記支持梁５、前記リンク梁７として構成される一つの音叉振動系（以下、「駆動振動系」という）を構成することができ、加工ばらつきがある場合でも二つの錘２、３の固有振動数や位相関係、機械品質係数（Ｑ値）を揃えることができる。
【００３３】
次に、本実施例に係る角速度センサＳ１の動作原理と回路的な構成について説明する。
前記二つの錘２、３は、各々の錘２、３の外側に配置されている駆動電極８（Ｃ１、Ｃ４）と、内側に配置されている駆動電極９（Ｃ２、Ｃ３）によって前記第１方向（ｘ方向）に励振される。前記駆動電極８には、駆動信号としてＶｃｏｍ＋Ｖｂ−Ｖｄの信号が印加され、前記駆動電極９には、駆動信号としてＶｃｏｍ＋Ｖｂ＋Ｖｄが印加される。また、前記錘２、３には、共通電極１０を介してＶｃｏｍが印加される。従って、前記駆動電極８、９と錘２、３の間の電位差はＶｂ±Ｖｄとなり、電位差による静電力が発生し、前記二つの錘２、３が逆相振動する仕組みとなっている。
【００３４】
ここで、前記共通電極１０には後述するキャリア信号Ｖｃも印加されているが、キャリア信号Ｖｃの周波数は数百ｋＨｚであり、前記駆動振動系が追従できないほど十分高いため駆動力としては働かない。
【００３５】
限定するわけではないが、小さい駆動電圧で大きい駆動振幅Ｘを得るために前記駆動信号Ｖｄの周波数（以下、駆動周波数ともいう）を前記錘２、３と前記支持梁５、前記リンク梁７によって構成される前記駆動振動系の逆相固有振動数に合わせることもできる。本実施例に係る角速度センサＳ１では、周辺環境（温度、圧力）の変動による前記駆動振動系の固有振動数変化に前記駆動周波数を追従させるため、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）を用いたＡＦＣ（Auto Frequency Control）５１を用いている。
【００３６】
式１と式２は、夫々駆動振幅Ｘとコリオリ力Ｆｃ、前記第２方向（ｙ方向）の振幅（検出振幅）ｙとコリオリ力Ｆｃの関係を示している関係式である。ここで、前記錘２、３の重さｍと駆動角振動数ωｘ（２πで割れば周波数となるため、駆動角振動数と駆動周波数を混用する）、印加される角速度Ωを一定だと仮定すれば、センサの出力として変換されるコリオリ力Ｆｃと検出振幅ｙは、前記駆動振幅Ｘのみの関数となる。従って、周辺圧力の変動や振動外乱がある場合でもセンサの感度を一定に維持し、信頼性を確保するためには、前記駆動振幅Ｘを常にモニタし、フィードバック制御を行うことで一定値になるよう管理（ＡＧＣ：Auto Gain Control）する必要がある。
【００３７】
【数１】
0005442866.tif 000002
【００３８】
【数２】
0005442866.tif 000003
【００３９】
本実施例に係る角速度センサＳ１では、前記錘２、３の外側に配設されている駆動振幅モニタ電極１１（Ｃ５、Ｃ８）と、内側に配設されている駆動振幅モニタ電極１２（Ｃ６、Ｃ７）の静電容量変化を検出することで駆動振幅Ｘをモニタしている。その検出原理について図１を参照しながら説明すると、前記共通電極１０には数百ｋＨｚのキャリア信号Ｖｃが印加され、この信号は、前記支持梁５と前記錘２、３を伝播し前記駆動振幅モニタ電極１１（Ｃ５、Ｃ８）、１２（Ｃ６、Ｃ７）の静電容量に応じて電荷の移動を発生させ、ＣＶ変換部５３でアナログ電圧信号に変換され、ＡＤ変換部５４でデジタル信号に変換される。夫々の信号は差動検出部５５で演算され、駆動振幅Ｘが０の場合は、初期の容量値同士が互いに相殺されるため、同期検波部５６への入力電圧は０となる。前記錘２、３が逆相振動している場合は、前記錘２、３の駆動振幅Ｘに追従して前記駆動振幅モニタ電極１１（Ｃ５、Ｃ８）の容量が増、前記駆動振幅モニタ電極１２（Ｃ６、Ｃ７）の容量が減、若しくはその逆の変化が発生する。従って、前記差動検出部５５では前記逆相駆動振幅Ｘに比例した信号が出力される。
【００４０】
この出力信号は、同期検波部５６で前記駆動周波数成分（本実施例では数十ｋＨｚ）と必要に応じてＤＣを含めた低周波数成分（本実施例ではＤＣから数百Ｈｚ）に変換される。低周波のデジタル信号に変換された駆動振幅ＸはＡＧＣ５２に入力され、予め設定されている駆動振幅の目標値と比較される。その結果を元にＤＡ変換部６７で駆動信号Ｖｄの大きさを調整することで、駆動振幅Ｘを予め設定された目標値になるよう常時フィードバック制御を行っている。
【００４１】
本実施例に係る角速度センサＳ１では、前記二つの錘２と３が第１方向に逆相に振動した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する前記駆動振幅モニタ電極同士をＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続していることを特徴としている。すなわち、前記駆動振幅モニタ電極１１の場合、前記錘２、３と容量を形成する電極Ｃ５とＣ８によって構成され、ＣＶ変換部５３に入力される前に互いに電気的に連結されている。また、前記駆動振幅モニタ電極１２の場合、前記錘２、３と容量を形成する電極Ｃ６とＣ７によって構成され、前記駆動振幅モニタ電極１１同様ＣＶ変換部５３に入力される前に互いに電気的に連結されている。
【００４２】
このような電極構成にすることで、前記錘２、３が逆相振動している場合には、差動検出部５５で逆相振動振幅に比例した出力を得ることができる。その反面、前記錘２、３が同相振動している場合は、前記Ｃ５とＣ７の容量が増えると前記Ｃ６とＣ８の容量が減るため、Ｃ５とＣ８の合計として構成される前記駆動振幅モニタ電極１１とＣ６とＣ７の合計として構成される前記駆動振幅モニタ電極１２の容量は変動しないこととなる。結果的に同相振動には反応せず逆相振動のみに感度を持つ電極を構成することができる。更に、図１では便宜上駆動振幅モニタ電極１１、１２を並行平板型の構造に表しているが、クシ歯型の構造にしても良く、クシ歯型にすることで、並行平板型構造で発生する非線形（容量の変化分と駆動振幅の比）的な挙動を抑制することができる。
【００４３】
更に、ＣＶ変換部５３に入力される前に前記同相振動成分を相殺しているため、大きな同相振動成分が発生した場合でも、前記ＣＶ変換部５３や前記ＡＤ変換部５４が飽和することなく、センサとしての機能を保つことができる。
【００４４】
更に、同相振動成分が入力前に相殺され前記ＣＶ変換部５３やＡＤ変換部５４が飽和し難くなるため、未知の振動外乱に対処するために必要以上の変換範囲を持たせる必要もなく、高分解能の変位計測が可能となる。例えば、従来のＣＶ変換後差動検出部で同相振動外乱を除去する方式では、振動外乱（例えば、１０Ｇ以上）相当の振動を変換するための変換範囲を持たせる必要がある。しかし、車の横滑り防止システムなどでは、数ｎｍ以下の変位をＣＶ変換とＡＤ変換によって検知する必要があり、その変位を加速度に換算すれば２〜５Ｇ程度の値となる。そのため、１０Ｇ以上の変換範囲を持たせることは分解能を悪化させ、センサの精度を落とす結果となる。さらに、振動外乱の場合、センサを適用したシステムの運転状況や路面など周辺環境によって未知の場合が多い。そのため、センサが搭載されている場所の振動外乱が帯域幅５０ｋＨｚの加速度センサを用いて１００ｋＨｚのサンプリングレートで測定したとき１０Ｇを超える場合や、路面やシステムの動作など周辺環境変動によって振動外乱の大きさが予測できない場合に本実施例に係るセンサは、より効果を発揮することができる。
【００４５】
更に、本実施例に係る角速度センサＳ１は、前記二つの錘２、３を前記リンク梁７で連結することで音叉構造を成している。その上、前記駆動振動系の最も低いモード周波数（基本モード周波数、若しくは第１次モード周波数）が同相振動モードになるように設計され、次の振動モード周波数がセンサの駆動に使われる逆相振動モードになるように設計されている。そのため、主に前記第１次モード周波数より低い周波数成分が多いセンサ実装環境から伝わる振動外乱は同相振動として変換され、前述のように前記駆動振幅モニタ電極１１、１２によって相殺される。結果的に振動外乱にロバストな(強い)センサを提供することができる。
【００４６】
さらに、図示はしないが、低周波領域の振動は減衰させにくく、高周波領域の振動減衰には効果が大きいことが特徴である防振構造など物理的な振動減衰装置と組み合わせることで、高周波振動外乱成分は振動減衰装置で除去し、低周波の振動外乱成分は前記駆動振幅モニタ電極１１、１２で相殺されるため、より振動外乱にロバストな(強い)センサを提供することができる。
【００４７】
前記錘２、３が逆相振動している状態で、ｚ軸周りの角速度Ωが印加されると、前記錘２、３には前記第２方向に式１で定義したコリオリ力Ｆｃが発生し、印加角速度Ωに比例した第２方向（ｙ方向）の振動ｙが発生する。前記錘２、３が逆相振動しているため、前記ｙ方向の振動も逆相となる。各々の錘２、３のｙ方向振動振幅ｙは、検出電極Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２の容量変化をＣＶ変換部５７、６１、とＡＤ変換部５８、６２、差動検出部５９、６３、同期検波部６０、６４によって電気信号に変換し、演算処理部６５とＬＰＦ（低帯域通過フィルター）６６で信号処理を行い出力する。
【００４８】
なお、錘２、３が逆相振動している方向(ｘ方向)では錘２、３が大きく動くため角速度のみの検出となるが、ｙ方向ではそれらの動きが小さいため角速度に加え、加速度の検出が可能である。
【００４９】
本実施例に係る角速度センサは、プラスチックＰＫＧやセラミックＰＫＧ、ウエハレベルＰＫＧによって封止することで、外部からのゴミや汚れ対策を行った後、車やロボット、携帯機器などに実装される。詳細な実装形態に関しては別の実施例で詳述する。
【００５０】
以上述べたように、互いに逆相振動する錘の外側電極同士、内側電極同士をＣＶ変換部前で互いに電気的に接続することにより同相振動成分が相殺され、ＣＶ変換部やＡＤ変換部が飽和することがなくセンサとしての機能を保つことができるので、振動外乱があるような環境においても、ＳＮＲを維持できる高性能慣性センサを提供することができる。
【００５１】
（実施例２）
第２の実施例について図３を用いて説明する。なお、実施例１に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図３は、本実施例に係る角速度センサＳ２の主要な構成要素を平面的に示す模式図である。
【００５２】
本実施例に係る角速度センサＳ２の製造方法は、実施例１における角速度センサＳ１と同様である。実施例１と異なる点は、角速度センサＳ２の構成であり、本実施例では、前記錘２、３が第２方向に逆相に変位した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する検出電極同士をも前記ＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続している。
【００５３】
まず、図３を用いて本実施例に係る角速度センサＳ２の構成について説明するが、実施例１で説明した内容と重複する部分は省いて、変更・追加された部分を重点的に説明する。
【００５４】
前記錘２、３が逆相振動している状態で、ｚ軸周りの角速度Ωが印加されると、前記錘２、３には前記第２方向に式１で定義したコリオリ力Ｆｃが発生し、印加角速度Ωに比例した第２方向（ｙ方向）の振動ｙが発生する。前記錘２、３が前記第１方向に逆相振動しているため、前記ｙ方向の振動ｙも逆相となる。
【００５５】
本実施例の角速度センサＳ２では、前記二つの錘２と３が第２方向に逆相に振動した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する検出電極Ｃ９とＣ１２同士、Ｃ１０とＣ１１同士を前記ＣＶ変換部５７の前で互いに電気的に接続している。
【００５６】
このような電極構成にすることで、前記錘２、３が前記第２方向に逆相振動している場合には、前記差動検出部５９で逆相振動振幅に比例した出力を得ることができる。その反面、前記錘２、３が同相振動する場合は、前記Ｃ９とＣ１０の容量が増えると前記Ｃ１１とＣ１２の容量が減るため、Ｃ９とＣ１２の合計として構成される検出電極１３とＣ１０とＣ１１の合計で構成される検出電極１４の容量は変動しないこととなる。そのため、同相振動には反応せず逆相振動のみに感度を持つ電極を構成することができる。更に、図３では便宜上検出電極１３、１４を並行平板型の構造に表しているが、クシ歯型の構造にしても良く、クシ歯型にすることで、並行平板型構造によって発生する非線形（容量の変化分と駆動振幅の相関関係）的な挙動を抑制することができる。
【００５７】
更に、ＣＶ変換部５７に入力される前に前記同相振動成分を相殺しているため、ｙ方向に大きな同相振動成分が発生した場合でも、前記ＣＶ変換部５７やＡＤ変換部５８が飽和することなく、センサとしての機能を保つことができる。
【００５８】
特に、本実施例２の角速度センサＳ２は、前記二つの錘２、３を前記リンク梁７で連結することで前記第２方向に関しても音叉構造を成している。その上、前記錘２、３、前記支持梁５、前記リンク梁７によって構成される検出振動系に関しても最も低いモード周波数（第１次モード周波数）が前記第２方向に沿って同相振動モードになるように設計され、次の振動モード周波数が逆相振動モードになるように設計されている。
【００５９】
そのため、主に前記第１次モード周波数より低い周波数成分が多いセンサ実装環境から伝わる振動外乱は同相振動として変換され、前記検出電極１３、１４によって相殺される。そのため、本実施の形態２の角速度センサＳ２では、前記第１方向と共に第２方向への同相振動外乱成分も除去することができるため、より振動外乱にロバストな(強い)センサを提供することができる。
【００６０】
さらに、図示はしないが、低周波領域の振動は減衰させにくく、高周波領域の振動減衰には効果が大きいことが特徴である防振構造など物理的な振動減衰装置と組み合わせることで、高周波振動外乱成分は振動減衰装置で除去し、低周波の振動外乱成分は本実施の形態２の角速度センサＳ２で相殺させることができるため、より振動外乱にロバストな(強い)センサを提供することができる。
【００６１】
前記検出電極１３、１４の容量変化はＣＶ変換部５７、ＡＤ変換部５８、差動検出部５９、同期検波部６０によって電気信号に変換され、ＬＰＦ（低帯域通過フィルター）６６を通って出力される。
【００６２】
以上述べたように、本実施例によれば、振動外乱があるような環境においても、ＳＮＲを維持できる高性能慣性センサを提供することができる。また、二つの錘が第２方向（ｙ方向）に逆相に振動した場合、それぞれ互いに同じ方向に静電容量が変化する検出電極同士をＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続しており、第１方向（ｘ方向）だけでなく、第２方向（ｙ方向）においても同相振動成分が相殺されるため、より振動外乱に強いセンサを得ることができる。
【００６３】
（実施例３）
第３の実施例について図４〜図９を用いて説明する。なお、実施例１又は２に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図４は、本実施例における角速度センサＳ３の主要な構成要素を平面的に示す模式図であり、図５は、Ｂ―Ｂ’断面の拡大図である。図６は図４に示す角速度センサの裏面配線図である。
【００６４】
まず、図４〜図９を用いて本実施例における角速度センサＳ３の構成と製造方法について説明するが、実施例１、２で説明した内容と重複する部分は省いて、変更・追加された部分を重点的に説明する。
【００６５】
図４、図５に示すように、導体層１ｃをパターニングすることで後述するキャップ１００が接合される台座１５が形成されている。この台座１５には、公知の貫通電極１６を用いることで、支持基板１ａ側から電気信号を与えるか若しくは、一定電位に固定できるようにしている。貫通電極１６は、支持基板１ａ、中間絶縁層１ｂ、導体層１ｃに貫通孔を形成した後、熱酸化させることで貫通孔周囲に絶縁膜２５を形成する。その後、前記導体層１ｃ表面に形成された絶縁膜２５をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）やプラズマエッチング法で除去し、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)でポリシリコン２６を埋めることで形成する。ポリシリコン２６を埋める際には、２回に分けて埋めても良く、１回目の埋め込み後に導電性不純物を熱拡散によって前記ポリシリコン２６に注入させることで、前記ポリシリコン２６の電気的抵抗を下げることもできる。このような貫通電極を用いることで、前記導体層１ｃに形成される構成要素との電気的な信号入出力を前記支持基板１ａ側から行うことができ、ガラスを用いた陽極接合や、その他接着剤を用いで前記台座１５上にキャップ１００を設置した場合でも外部との信号伝達が容易にできる。なお、符号１６Ｐ、４１Ｐはパッドを示す。
【００６６】
前記支持基板１ａには基板電極４７を介して一定電位が印加されており、外部からの電磁ノイズによる帯電や静電結合による信号の伝播を遮断している。  
前記台座１５によって囲まれる領域の中には、前記中間層１ｂを介して前記支持基板１ａに固定される固定部６が形成され、その固定部６には、後述する励振素子２Ａ、３Ａを支持する支持梁５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆが接続されている。また、固定部６には、貫通電極２７が形成されており、後述する制御ＬＳＩ５０からの搬送波Ｖｃがパッド２７Ｐと前記貫通電極２７を介して印加される。
【００６７】
図６では、前記支持基板１ａの表面上に形成される配線形状を示す。本実施例では、図６で示す配線パターンを用いることで必要に応じて前記貫通電極同士を束ねている。本実施例では、励振素子２Ａ、３Ａ外側に配置されている駆動電極８Ａ、８Ｂに駆動信号を供給する貫通電極１７、１８同士を配線１７Ｗ連結している。後述する制御ＬＳＩ５０からの駆動信号はパッド１７Ｐを介して前記駆動電極８Ａ、８Ｂに印加される。前記励振素子２Ａ、３Ａの内側にある駆動電極９Ａ、９Ｂも外側同様、配線１９Ｗによって束ねられた貫通電極１９、２０にパッド１９Ｐを介して駆動信号が供給される。
【００６８】
モニタ電極１１Ａ、１１Ｂと１２Ａ、１２Ｂに関しても駆動電極同様、夫々配線２１Ｗと２３Ｗによって連結され、夫々のパッド２１Ｐ、２３Ｐを介して制御ＬＳＩ５０とワイヤボンディングや半田ボールのような手段を用いて接続される。符号３２Ｐ、３３Ｐ、３４Ｐ、３５Ｐ、４２Ｐ、４３Ｐ、４４Ｐはパッドを示す。
【００６９】
前記駆動電極８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂなど、前記導体層１ｃに形成される電極同士を、貫通電極を用いて前記支持基板１ａ側に引き出し、前記支持基板１ａの表面に形成される配線層を用いて必要に応じて束ねることができる。このような方法によれば、同一基板１内で電極同士を束ねることができるため、ワイヤボンディングなどの手段を用いる方法に比べ、小型化が可能となる。更に、フォトリソグラフィなど半導体バッチプロセスで形成できるため、歩留りが高く、外部の振動によってワイヤが揺れたり、倒れて他の部分と接触したり、揺れることでワイヤと基板間の寄生容量が変動しその結果センサの特性が変化もしくは不安定になることが無いため、高信頼性が確保できる。
【００７０】
支持梁５Ａ〜５Ｆは、前記第１方向に直交する前記第２方向に互いに反対方向に延設され、励振方向である前記第１方向（ｘ方向）には柔らかく、検出方向である前記第２方向（ｙ方向）には硬く、一端が前記固定部６に繋がっていて前記ｙ方向に対して互いに対称的に配置されている少なくとも２本の固定側梁と、この固定側梁の他端にｘ方向に延設されｘ軸方向にも、ｙ軸方向にも変形し難い自由梁と、この自由梁に固定側梁と並行で所定の間隔を隔て、励振方向（ｘ方向）には柔らかく、検出方向（ｙ方向）には硬く、一端が前記自由梁に、もう一端が前記励振素子２Ａ、３Ａに繋がっていて前記ｙ方向に対して互いに対称的に配置されている少なくとも２本の支持側梁とで構成されている。
【００７１】
この支持梁５Ａ〜５Ｆは、励振素子２Ａ、３Ａとリンク梁７とで駆動振動系を形成する。この駆動振動系では、支持梁５Ａ〜５Ｆとリンク梁７がばねとなり、励振素子２Ａ、３Ａ等可動部が錘となるため、前記駆動振動系の固有振動数ωｘは（ｋｘ／ｍ）１／２として定義できる。ここで、支持梁５Ａ〜５Ｆのｘ方向ばね定数ｋｘは、支持梁５Ａ〜５Ｆの形状、構成材料のヤング率などの関数となるが、構成材料のヤング率は、構成材料固有の物性値でありながらも材料の内部応力によっては見かけ上の値が変化する。
【００７２】
そこで、前記支持梁５Ａの内部応力の有限要素解析を行った。図７Ａ（ａ）に支持梁５Ａの詳細構成を示す。まず、解析条件に関して説明した後、支持梁５Ａを採用することで得られる効果について説明する。
【００７３】
本実施例の角速度センサＳ３は図５に示すように異種材料が積層されている前記ＳＯＩ基板１を用いている。また、前記台座１５上には後述する封止用のキャップ１００が接合され、図９の実装図で示すようにセンサエレメントＳ３ＥはＬＳＩ５０の上に実装され、さらにＰＫＧ１５０に搭載される。つまり、角速度センサＳ３は線膨張係数が異なる複数材料の積層構造として形成される。このような積層構造を持つセンサが、例えば車のエンジンルームなど温度変動が激しい場所にて使われる場合は、各々の材料の線膨張係数の差によって前記ＰＫＧ１５０や、ＬＳＩ５０、ＳＯＩ基板１が変形し、前記固定部６の位置が変動する。
【００７４】
材料力学の理論によれば温度変動と線膨張係数差によって、前記センサエレメントＳ３Ｅは均一な曲率を持つように変形する。そのため、前記支持梁５Ａに接続されている固定部６は４つともセンサエレメントＳ３Ｅの中心から放射線状に離れる方向若しくは、近づく方向に移動する。有限要素解析では、前記固定部６がセンサエレメントＳ３Ｅの中心から１μｍ程度離れた場合の前記支持梁５Ａのｙ方向主応力分布を求めた。
【００７５】
ここで、ｙ方向主応力成分に注目した理由は、前記固定部６がセンサ中心部に対して放射線状に移動した場合、ｘ方向の移動分においては前記支持梁５Ａが変形することで吸収され内部応力が発生することはない。しかし、ｙ方向の移動においては、前記支持梁５Ａを長さ方向に伸ばす若しくは圧縮させる方向に働くため、ｙ方向に硬く形成されている前記支持梁５Ａの内部にはｙ方向の圧縮若しくは引っ張り応力が発生する。特に、ｙ方向の内部応力は前記支持梁５Ａのｘ方向のばね定数ｋｘに影響を及ぼすため、式１の逆相振動モード周波数ωｘとコリオリ力Ｆｃが変動する。すなわち、センサの感度に影響を及ぼす。そのため、ｙ方向主応力に注目し、解析した。
【００７６】
その結果、前記固定部６に接続されている４本の固定側梁（５Ａ１、５Ａ４、５Ａ５、５Ａ８）と、前記励振素子２Ａに接続されている４本の支持側梁（５Ａ２、５Ａ３、５Ａ６、５Ａ７）には、前記固定部６の位置変動による内部応力を互いに打ち消すように内部応力が発生しており、支持梁５Ａ３と５Ａ６には強い引っ張り応力がかかること、支持梁５Ａ２と５Ａ７には強い圧縮応力がかかること、一方、他の支持梁にかかる応力は弱いことがわかった。特に、支持梁５Ａ２の圧縮応力と支持梁５Ａ６の引っ張り応力は励振素子２Ａとの接続部側で強く、また、支持梁５Ａ３の引っ張り応力と支持梁５Ａ７の圧縮応力は自由梁２００との接続部側で強いことが分かった。その故、前記ＳＯＩ基板１などの変形やひずみに起因する前記支持梁５Ａの内部応力は支持梁５Ａの構成する要素間で相殺され、前記支持梁５Ａのばね定数ｋｘの変動を抑えることができるため、前記駆動振動系の固有振動数ωｘの変動や、内部応力に起因する駆動振幅対駆動信号Ｖｄの比における線形性悪化も抑えられる。
【００７７】
広い範囲の温度でも前記駆動振動系の固有振動数ωｘの変動が抑制されるため、ＬＳＩ５０による高度な温度特性補正を必要とせず、センサ性能の高信頼化や、ＬＳＩの小型化、センサ出荷時の温度特性補正の簡素化による低コスト化が実現できる。
【００７８】
さらに、前記支持梁５Ａ〜５Ｆを構成する前記固定側梁と前記支持側梁は、励振方向（ｘ方向）には数μｍの幅を持ちながら数百〜千μｍの両持ち折り返し梁になるように形成されるため柔らかく、検出方向（ｙ方向）と面外方向（ｚ方向）には、厚さ数十μｍの前記導体層１ｃを用いることと共に前記固定部６に前記励振素子２Ａが挟まれるように対称的に配置されているため硬く形成されている。これにより、前記駆動振動系の第１次固有モードを前記第１方向（ｘ方向、励振方向）における同相振動モードに、そして、第２次固有モードを逆相振動モードにすることが実現できた。
【００７９】
図７Ａ（ａ）（ｂ）（ｃ）図７Ｂ（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記対称配置型支持梁５Ａ〜５Ｆを使うことで前記面外方向（ｚ方向）のばね定数ｋｚが大きくできる、つまり、ｚ方向の剛性が高くできることを説明する模式図である。図７Ａ（ａ）（ｂ）（ｃ）は前記対称配置型支持梁５Ａにｚ方向の外力Ｆを印加した場合の支持梁５Ａと前記励振素子２Ａの変形の様子を示した図であり、図７Ｂ（ａ）（ｂ）（ｃ）は一つの比較例として非対称配置型支持梁を採用した場合の支持梁と前記励振素子２Ａの変形の様子を示した図である。図７Ａ（ａ）、図７Ｂ（ａ）には平面図を、図７Ａ（ｂ）、図７Ｂ（ｂ）には変形前の側面図を、図７Ａ（ｃ）、図７Ｂ（ｃ）には変形後の側面図を示す。
【００８０】
まず、（１）対称配置型支持梁の場合においては、前記固定部６が前記励振素子２Ａを中心に対称的に挟むように配置され、その固定部６から前記固定側梁５Ａ１、５Ａ４、５Ａ５、５Ａ８が前記励振素子２Ａから遠ざかるように形成され、各自由梁で折り返され、前記支持側梁５Ａ２、５Ａ３、５Ａ６、５Ａ７が前記励振素子２Ａに接続されるような形に配置したため、前記支持梁５Ａによって両持ち梁のような形で支持・拘束される前記励振素子２Ａがｚ方向外力Ｆによって前記支持基板１ａから離れる若しくは近づく方向に変位するためには、図７Ａ（ｃ）で示すように前記支持梁５Ａを構成している固定側梁と支持側梁は‘Ｓ’字のような３次曲線の形で変形することになる。従って、前記外力Ｆは、前記支持梁５Ａ内部の伸縮として吸収され、前記励振素子２Ａのｚ方向への変位は後述する非対称配置型支持梁の場合と比べ小さくなる。式３のように前記支持梁５Ａのｚ方向ばね定数ｋｚを定義した場合、ばね定数ｋｚは外力Ｆに対するｚ方向の変位ｚに反比例の関係となり、後述する非対称配置型支持梁構造に比べ大きいことが証明できる。
【００８１】
【数３】
0005442866.tif 000004
【００８２】
図７Ｂ（ａ）で示す非対称配置型支持梁の場合においては、自明であるため詳細は説明しないが、ｘ方向とｙ方向におけるばね定数ｋｘ、ｋｙは前記対称配置型支持梁と同等である。しかし、支持梁が励振素子２Ａを片持ち梁のような形で支持するため、外力Ｆに対するｚ方向の変位ｚが相対的に大きく、ばね定数ｋｚは相対的に小さい値となる。
【００８３】
前記対称配置型支持梁５Ａ〜５Ｆを採用したことで得られる他の効果は、両持ち梁のような形で支持されている前記励振素子２Ａが、前記ｚ方向の外力Ｆに対して、前記支持基板１ａと並行を保ちながらｚ方向に移動することである。後ほど詳細を説明するが、前記励振素子２Ａ、３Ａとコリオリ素子２Ｂ、３Ｂのｘ方向及びｙ方向の変位を容量の変化として検知する駆動振幅モニタ電極１１、１２や検出電極１３、１４の場合、各電極の値を夫々差動検出することで、同相成分を相殺し、逆相成分のみを出力している。前記励振素子２Ａがｚ方向に並行移動する場合、その移動に伴う前記駆動振幅モニタ電極１１、１２及び検出電極１３、１４の容量変化は同相成分として現れるため、差動検出時互いに相殺される。従って、よりｚ方向の振動外乱にロバストな(強い)センサを提供することができる。
【００８４】
前記励振素子２Ａと３Ａは、励振方向であるｘ方向には柔らかく、ｙ方向とｚ方向には硬い前記支持梁５Ａ〜５Ｆにより支持され、前記支持基板１ａ上に懸架されている。図面上では省略しているが、ここでも、実施例１、実施例２同様、梁など他の可動部に比べ比較的に広い幅を持つ前記励振素子２Ａ、３Ａと後述するコリオリ素子２Ｂ、３Ｂには前記ホール４を形成し、前記中間絶縁層１ｂの除去を容易にしている。
【００８５】
前記励振素子２Ａと３Ａは、‘Ｙ’字のような開ループ形状としている。‘Ｙ’字の３つの先端部には前記対称配置型支持梁５Ａ〜５Ｆが設置されている。このような構造と配置によれば、前記温度変動による基板１の変形などの歪が発生した場合でも、前記励振素子２Ａ、３Ａが変形することで前記基板１の変形を吸収するため、前記支持梁５Ａ〜５Ｆや前記励振素子２Ａ、３Ａが破壊されることなく、広い温度範囲で使用可能な角速度センサを提供することができる。
【００８６】
その詳細なメカニズムや得られる効果について図４を参照しながら説明する。まず、センサエレメントＳ３Ｅの中央部に配置されている前記支持梁５Ｃと５Ｄにおいては、前記ＳＯＩ基板１が温度変動によって変形する場合でも接続されている前記固定部６が近い場所に集結しているためその移動量は微小であり、前記支持梁５Ｃ、５Ｄの内部に大きい応力が発生することはない。しかし、前記支持梁５Ａ、５Ｂ、５Ｅ、５Ｆの固定部６は、比較的中心から遠い場所に位置しているため、その移動量も比較的に大きく、前記支持梁５Ａ、５Ｂ、５Ｅ、５Ｆには比較的大きい内部応力が発生することになる。前述したように、前記支持梁５Ａ〜５Ｆは、対称配置構造になっているため、発生した内部応力は夫々の支持梁の内部で相殺される。ただし、発生した内部応力が各支持梁５Ａ〜５Ｆを構成する前記固定側梁や支持側梁の降伏応力を超える場合には、破壊が発生する。そのため、本実施例３の角速度センサＳ３では、‘Ｙ’字の励振素子２Ａ、３Ａを採用し、その先端部を前記支持梁５Ａ〜５Ｆで支持することで、前記基板１の変形に追従して前記励振素子２Ａ、３Ａを変形させ、前記基板１の変形を吸収することで例えば、―５０〜１５０℃のような広い使用温度範囲を実現した。
【００８７】
更に、‘Ｙ’字の形状を持つ前記励振素子２Ａ、３Ａの先端部に前記支持梁５Ａ〜５Ｆを配置することで、前記励振素子２Ａ、３Ａは、夫々の外周円状に３点ずつの支持点を持つことになる。つまり、温度変動に強いと言われている、従来の１点支持や、２点支持に比べ、ｚ軸方向や、ｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転剛性を高くすることができ、励振や検出に用いるｘ軸とｙ軸に並行移動するモード周波数から、各軸に対する回転モードやねじれモードなど不要モード関連固有振動数を離すことができた。これら、不要モードは、前記励振・検出モードとはことなる振動系となるため、その温度特性（温度変動に伴う周波数変動特性）も異なり、励振・検出周波数と隣接した周波数に存在する場合には、特定温度で振動モードが混じるなど誤動作の原因となる。
【００８８】
本実施例３の角速度センサＳ３では、前記‘Ｙ’字型励振素子２Ａ、３Ａの先端を前記支持梁５Ａ〜５Ｆで支持することで、限定するわけではないが、前記同相振動モード周波数として１０〜１２ｋＨｚ、逆相モード周波数と検出モード周波数として１３〜１８ｋＨｚ、それ以外の不要モード周波数は１９ｋＨｚ以上を持つセンサエレメントＳ３Ｅを実現した。
【００８９】
駆動電極８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂには、夫々貫通電極１７、１８、１９、２０を介して駆動信号Ｖｄを印加することで、前記励振素子２Ａ、３Ａを逆相モードに加振する。ここで、前記駆動電極８Ａと８Ｂ、９Ａと９Ｂは実施例１、２同様夫々電気的に連結されており、駆動の仕組みに関しても説明済みであるのでここでは説明を省略する。
【００９０】
駆動振幅モニタ電極１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂには、夫々貫通電極２１、２２、２３、２４が形成され、実施例１、２同様前記振動振幅モニタ電極１１Ａと１１Ｂ、１２Ａと１２Ｂは、前記ＣＶ変換部５３の前で電気的に連結されている。これによって得られる基本的な効果や、駆動振幅を検出するための回路構成、検出メカニズムは実施例１、２と同様である。
【００９１】
本実施例の角速度センサＳ３は、前記駆動電極８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂと前記駆動振幅モニタ電極１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂのような駆動（ｘ方向）を妨げる方向（ｙ方向に伸びる方向）に設置されている電極にはクシ歯構造を採用している。電磁気学の理論からクシ歯型電極構造は平行平板型電極構造に比べ、駆動振幅Ｘと駆動信号Ｖｄの比と、駆動振幅モニタ電極の容量変化量と駆動振幅Ｘの比における線形性が優れる。更に、ｘ方向の駆動振動を妨げるように設置される電極をクシ歯型にすれば、流体力学の理論から固定電極と可動電極間にはスライドダンピングが支配的となり、並行平板型電極で発生するスクィーズダンダンピングより減衰が小さくできる。すなわち、高い機械品質係数（Ｑ値）を得ることができ、周辺圧力などの環境条件が同じであれば、小さい駆動信号Ｖｄで大きい駆動振幅Ｘを得ることができる。
【００９２】
しかし、実施例１の角速度センサＳ１のようにｘ方向にもｙ方向にも動く前記錘２、３を持つ構造にクシ歯型電極を採用した場合には、ｘ方向の振動外乱による駆動振幅モニタ電極の容量変化はＣＶ変換部に入力される前に相殺できるとしても、ｙ方向の振動外乱によるモニタ電極の容量変化はＣＶ変換部に入力される。従って、その大きさによっては、ＣＶ変換部を飽和させるため、ＡＧＣとＡＦＣに正しい信号が入らず、センサとしての機能を喪失する恐れがある。
【００９３】
本実施例の角速度センサＳ３は、ｙ方向には硬い前記支持梁５Ａ〜５Ｆで前記励振素子２Ａ、３Ａを支持しているため、前記駆動振幅モニタ電極１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂのｙ方向の振動外乱に対しての感度は低い。そのため、高いＱ値を確保しながらもｘ、ｙ両方向共に振動外乱にロバストな(強い)センサを実現することができる。
【００９４】
コリオリ素子２Ｂ、３Ｂは、励振方向であるｘ軸方向には硬く、検出方向であるｙ軸方向には柔らかい夫々４つの検出梁３６によって励振素子２Ａ、３Ａに接続されている。そのため、コリオリ素子２Ｂ、３Ｂは、励振素子２Ａ、３Ａのｘ軸方向の振動に追従して励振素子２Ａ、３Ａと同じ振幅、同じ位相で励振方向に振動する。
【００９５】
検出電極２８、２９、３０、３１は、コリオリ素子２Ｂ、３Ｂに接続されている可動電極と支持基板１ａに中間絶縁層１ｂを介して固定されている固定電極によって容量を形成しており、各々の固定電極には検出電極の容量変化に応じて発生する電荷を後述する検出回路に伝達するための貫通電極３２、３３、３４、３５が形成されている。また、検出回路については図８に示しており、後述する。
【００９６】
サーボ電極３７、３８、３９、４０は、コリオリ素子２Ｂ、３Ｂに接続されている可動電極と支持基板１ａに中間絶縁層１ｂを介して固定されている固定電極によって容量を形成しており、各々の固定電極には角速度Ωによって前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂに発生する式１のコリオリ力Ｆｃを打ち消す静電力Ｆｓを発生させるための電圧を印加する貫通電極４１、４２、４３、４４が形成されている。信号伝達経路については、検出回路と合わせて図８に示しており、後述する。
【００９７】
すなわち、導体層１ｃに形成される台座１５、固定部６、駆動電極８、９の固定電極、駆動振幅モニタ電極１１、１２の固定電極、検出電極２８、２９、３０、３１固定検出電極、及びサーボ電極３７、３８、３９、４０の固定電極など固定要素は、下層に形成されている中間絶縁層１ｂを介して支持基板１ａに固定されている。図４の角速度センサＳ３の全体構成模式図では、固定要素にハッチングを付している。
【００９８】
一方、励振素子２Ａ、３Ａ、コリオリ素子２Ｂ、３Ｂ、および梁５Ａ〜５Ｆ、７、３６など可動要素は、下層に形成されている中間絶縁層１ｂが除去され、固定部６に懸架された状態となっている。このため、前記可動要素は、ＳＯＩ基板（支持基板１ａ）の主面に平行な導体層１ｃの平面内で移動できるように構成されている。
【００９９】
図８には、前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂの検出方向（ｙ方向）振幅ｙを検出するための検出回路と、静電力を用いることで前記コリオリ力Ｆｃを打ち消すフィードバック制御回路を示す。コリオリ素子２Ｂ、３Ｂのｙ方向における変位ｙは、変位に伴う前記並行平板型の検出電極２８、２９、３０、３１の容量変化を電気信号に変換することで検出する。検出電極２８〜３１の容量に比例して発生する電荷はＣＶ変換部５７、６１とＡＤ変換部５８、６２に入力され電圧信号に変換された後、差動検出部５９、６３でｙ方向変位に比例した信号に変換される。その後、同期検波部６０、６４で駆動周波数及び、それより低い周波数に変換される。変換された信号はサーボ制御部６８、６９で、規定値と比較され、前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂに発生しているコリオリ力Ｆｃを打ち消すように信号の大きさや周波数、位相を調整した後ＤＡ変換部７０、７１と、差動演算処理部６５に入力される。ＤＡ変換部７０、７１に入力されたデジタル信号はアナログ電圧信号に変換され、夫々のサーボ電極３７、３８、３９、４０に入力される。角速度Ωによってコリオリ素子２Ｂ、３Ｂに発生するコリオリ力Ｆｃは、サーボ電極３７、３８、３９、４０によって発生する静電サーボ力Ｆｓによって相殺されるため、前記コリオリ力Ｆｃによるコリオリ素子２Ｂ、３Ｂのｙ方向変位ｙは必要最小限に制限される。
【０１００】
すなわち、前記サーボ制御部６８、６９の信号はコリオリ力Ｆｃに相当する信号となるため、サーボ制御部６８、６９からの信号をそのまま差動演算処理部６５で処理し、ＬＰＦ６６を通してセンサ出力としている。
【０１０１】
サーボ制御を用いることで得られる効果としては、出力線形性向上、封止圧力変動ロバスト性向上がある。式４は、コリオリ素子２Ｂがｙ方向に変位した場合の検出電極２８、２９の容量差をΔＣとしてまとめた式である。この式から、検出方向変位ｙをそのままセンサの出力として用いる場合は、変位ｙが大きくなるに従ってセンサの出力となるΔＣは非線形的な挙動を示すことが分かる。
【０１０２】
【数４】
0005442866.tif 000005
【０１０３】
しかし、サーボ制御を行えば、式２で示すようにコリオリ力Ｆｃと検出変位ｙは線形的な関係であり、変位ｙもほぼ０に維持されるため変位ｙとΔＣも線形的な関係となる。式５はサーボ電極３７、３８に作用するサーボ力Ｆｓを表す計算式である。この式から、変位ｙを必要最小限に抑えることで、並行平板型のサーボ電極の場合でも、サーボ力Ｆｓと信号電圧Ｖｓは線形的な関係になることが分かる。すなわち、センサの出力に関連する全項目が入力角速度Ωと線形的な関係となるため、センサの出力線形性が向上する。
【０１０４】
【数５】
0005442866.tif 000006
【０１０５】
式２で示すように、検出変位ｙはコリオリ素子２Ｂ、３Ｂと検出梁３６として構成される検出振動系の機械品質係数Ｑｙと比例関係である。検出振動系の固有振動数が前記駆動信号Ｖｄの周波数と一致している場合は、共振現象により検出変位ｙは検出振動系の固有振動数が前記駆動信号Ｖｄの周波数から十分離れている場合に比べてＱｙ倍大きくなる。このような現象を用いれば、入力角速度Ωに対して大きな検出振幅ｙを得ることができるため、センサの感度を向上させることができる。しかし、共振現象を用いることで前記検出振幅ｙがＱｙ倍され最大振幅まで到達するためには、一定の時間を必要とする。そのため、センサの応答速度に制限が発生する恐れがある。更に、前記機械品質係数Ｑｙは、センサエレメントＳ３Ｅの封止圧力に大きく依存する。そのため、初期的な封止圧力のばらつきや、経時的に封止圧力が変動した場合にはＱｙも変動し、センサの感度ばらつきや感度変動も発生する恐れがある。
【０１０６】
しかし、サーボ制御でば、ほぼ無限小の時間でフィードバックを行い、前記検出変位ｙをほぼ無限小に抑えている。結局、検出変位ｙを用いてフィードバックは行っているものの結果的には前記コリオリ力Ｆｃをサーボ力Ｆｓで打ち消し、サーボ力Ｆｓを発生させるために印加した電圧値をセンサ出力値としている。すなわち、サーボ制御により電気的なダンピングを付加することで、Ｑｙの影響を最小限に抑制している。そのため、前記検出振動系の固有振動数と前記駆動信号Ｖｄの周波数を一致させている場合でも、高速な応答が得られることと、封止圧力の初期ばらつきや、経時的な封止圧力変動が発生した場合でもセンサの感度を一定に維持することができる。
【０１０７】
図９にはセンサの実装形態を示す。前記台座１５上には、キャップ１００が角速度センサエレメントＳ３Ｅを覆うように配置、接合されている。このキャップ１００は、例えば、ガラス基板から形成されており、シリコンよりなる台座１５と陽極接合によって接合されている。さらに、このキャップ１００には、空間１０１の経時的な圧力変動を制御するためのガス吸収剤（ゲッター）を成膜してもよい。
【０１０８】
キャップされた角速度センサエレメントＳ３Ｅはセラミックパッケージ１５０に信号処理用のＬＳＩ５０とともに実装される。まず、接着剤１５１を介して前記セラミックパッケージ１５０にＬＳＩ５０を固定したあと、前記角速度センサエレメントＳ３Ｅを前記ＬＳＩ５０上に接着固定する。その後、ワイヤボンディングを用いて、ＬＳＩ５０、角速度センサエレメントＳ３Ｅ、セラミックパッケージ１５０の外部入出力端子１５４間を導電性ワイヤ１５２で接続する。最後に蓋１５３で封止することで完成となる。
【０１０９】
ここで図示はしないが、センサエレメントＳ３ＥやＬＳＩ５０など内容物を入れるＰＫＧとしては、前記セラミックＰＫＧ１５０の代わりにプラスチックＰＫＧなどを用いても良く、前記導電性ワイヤ１５２など内容物が保護でき、外部との信号入出力ができるものであれば良い。
【０１１０】
以上述べたように、本実施例によれば、振動外乱があるような環境においても、ＳＮＲを維持できる高性能慣性センサを提供することができる。また、励振素子の逆相振動方向（ｘ方向：第１方向）とは異なる方向（ｙ方向：第２方向）に硬い支持梁を用いることにより高いＱ値を確保することができる。また、励振素子をＹ字型とし、その３箇所の先端部に支持梁を配置することにより、ｚ軸方向や、ｘ、ｙ、ｚ軸周り回転剛性を高くすることができ、励振や検出に用いるｘ軸とｙ軸に並行移動するモード周波数から、各軸に対する回転モードやねじれモードなど不要モード関連固有振動数を離すことができる。
【０１１１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
（実施例４）
第４の実施例について図１０を用いて説明する。なお、実施例１〜３のいずれかに記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図１０は、本実施例４における角速度センサＳ４のコリオリ素子２Ｂ、３Ｂの検出電極２８、２９、３０、３１とサーボ電極３７、３８、３９、４０及び回路構成を示す回路図である。センサエレメントの製造方法や、構成、駆動回路などそれ以外の構成要素と回路については実施例３の角速度センサＳ３と同様であり、説明を省略する。
【０１１２】
本実施例４では、コリオリ素子２Ｂ、３Ｂが第２方向（ｙ方向）に逆相に変位した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する前記検出電極（２８と３１、２９と３０）同士をも前記ＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続している。
【０１１３】
前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂが逆相振動している状態で、ｚ軸周りの角速度Ωが印加されると、前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂにはｙ方向にコリオリ力Ｆｃが発生し、印加角速度Ωに比例したｙ方向の振動ｙが発生する。前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂは励振素子２Ａ、３Ａと共に前記第１方向（ｘ方向）に逆相振動しているため、前記ｙ方向の振動も逆相となる。
【０１１４】
本実施例４の角速度センサＳ４でも、実施例３の角速度センサＳ３同様サーボ電極３７、３８、３９、４０を備えている。そのため、同期検波部６０を通った信号、すなわち、コリオリ力Ｆｃ（駆動周波数成分の力）による検出変位ｙに関してはサーボ制御と前記サーボ電極３７、３８、３９、４０における静電力Ｆｓを用いることでほぼ０に抑制することができる。しかし、それ以外の周波数成分の振動に関しては、サーボ制御を行ったとしても検出方向への変位ｙを抑制することはできず、振動が発生する。
【０１１５】
本実施例４の角速度センサＳ４では、前記コリオリ素子２Ｂと３Ｂがｙ方向に逆相に振動した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する前記検出電極２８と３１同士、２９と３０同士を前記ＣＶ変換部５７の前で互いに電気的に接続している。このような電極構成にすることで、前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂがｙ方向に逆相振動している場合には、前記差動検出部５９で逆相振動振幅に比例した出力を得ることができる。その反面、前記コリオリ素子２Ｂ、３Ｂが同相振動する場合は、前記検出電極２８と３０の容量が増えると前記検出電極２９と３１の容量が減るため、検出電極２８と３１の合計として構成される検出電極４５と、検出電極２９、３０の合計で構成される検出電極４６の容量は変動しないこととなる。すなわち、振動外乱の周波数に関係なく同相振動には反応せず逆相振動のみに感度を持つ電極を構成することができる。
【０１１６】
更に、ＣＶ変換部５７に入力される前に前記同相振動成分を相殺しているため、大きな同相振動成分が発生した場合でも、前記ＣＶ変換部５７やＡＤ変換部５８が飽和することなく、センサとしての機能を保つことができる。さらに、図示はしないが、低周波領域の振動は減衰させにくく、高周波領域の振動減衰には効果が大きいことが特徴である防振構造など物理的な振動減衰装置と組み合わせることで、高周波振動外乱成分は振動減衰装置で除去し、低周波の振動外乱成分は本実施例４の角速度センサＳ４で相殺させることができるため、より振動外乱にロバストな(強い)センサを提供することができる。
【０１１７】
前記４つの検出電極２８、２９、３０、３１を二つの電極４５、４６に束ねているため、サーボ制御部６８に入力される信号も一つとなり、各サーボ電極にも一つの制御信号を位相のみ反転させて使っている。すなわち、前記検出電極４５、４６同様、前記コリオリ素子２Ｂと３Ｂがｙ方向に逆相に振動した場合、同じ方向（増える方向若しくは減る方向）に静電容量が変化する前記サーボ電極３７と４０同士、３８と３９同士を電気的に接続している。そのため、本実施例４の角速度センサＳ４の検出とサーボ回路構成は、図８に示す実施例３の角速度センサＳ３の検出とサーボ回路構成に比べ、その規模を約半分に減らすことができ、前記ＬＳＩ５０の小型化や低コスト化に有利となる。
【０１１８】
前記サーボ制御部６８からの信号はＬＰＦ（低帯域通過フィルター）６６を通って印加された角速度の値として出力される。
【０１１９】
以上述べたように、本実施例によれば、実施例３と同様の効果を得ることができる。また、２つのコリオリ素子がｙ方向(第２方向)に逆相振動した場合に同じ方向に静電容量が変化する検出電極同士をそれぞれＣＶ変換部の前で互いに電気的に接続することにより、振動外乱の周波数に関係なく同相振動には反応せず、逆相振動のみに感度を持つ電極を構成することができる。
【０１２０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１２１】
以上、本願発明を詳細に説明したが、以下に主な発明の形態を列挙する。
（１）二つの錘と、前記二つの錘を第１方向において互いに逆相に変位させる手段と、前記第１方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する２組の第１電極と、前記第１方向とは異なる第２方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する２組の第２電極と、前記第１電極の容量変化を電気信号に変換する第１のＣＶ変喚部と、前記第２電極の容量変化を電気信号に変換する第２のＣＶ変換部とを備えた振動型の慣性センサにおいて、
前記二つの錘が前記第１方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する１組の前記第１電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する１組の前記第１電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第１のＣＶ変換部に接続されていることを特徴とする慣性センサ。  
（２）二つの錘と、前記二つの錘を第１方向において互いに逆相に変位させる手段と、前記第１方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する２組の第１電極と、前記第１方向とは異なる第２方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する２組の第２電極と、前記第１電極の容量変化を電気信号に変換する第１のＣＶ変喚部と、前記第２電極の容量変化を電気信号に変換する第２のＣＶ変喚部とを備えた振動型の慣性センサにおいて、
前記二つの錘が前記第２方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する１組の前記第２電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する１組の前記第２電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第２のＣＶ変換部に接続されていることを特徴とする慣性センサ。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、自動車、ロボットなどの姿勢検知、デジタルカメラの手ぶれ補正、ナビゲーションの姿勢・方向検知、ゲーム機の姿勢検知用のセンサなどの分野に幅広く利用することができる。特に、移動体での使用や、周辺にモーターやバルブ、スピーカなど振動発生源がある場合にその威力を発揮することが期待できる。
【符号の説明】
【０１２３】
Ｓ１…角速度センサ、Ｓ２…角速度センサ、Ｓ３…角速度センサ、Ｓ４…角速度センサ、１ａ…支持基板、１ｂ…中間絶縁層、１ｃ…導体層、２…錘、２Ａ…励振素子、２Ｂ…コリオリ素子、３…錘、３Ａ…励振素子、３Ｂ…コリオリ素子、４…ホール、５…支持梁、６…固定部、７…リンク梁、８…駆動電極、８Ａ…駆動電極、８Ｂ…駆動電極、９…駆動電極、９Ａ…駆動電極、９Ｂ…駆動電極、１０…共通電極、１１…駆動振幅モニタ電極、１１Ａ…駆動振幅モニタ電極、１１Ｂ…駆動振幅モニタ電極、１２…駆動振幅モニタ電極、１２Ａ…駆動振幅モニタ電極、１２Ｂ…駆動振幅モニタ電極、１３…検出電極、１４…検出電極、１５…台座、１６…貫通電極、１７…貫通電極、１８…貫通電極、１９…貫通電極、２０…貫通電極、２１…貫通電極、２２…貫通電極、２３…貫通電極、２４…貫通電極、２５…絶縁膜、２６…ポリシリコン（導体膜）、２７…貫通電極、２８…検出電極、２９…検出電極、３０…検出電極、３１…検出電極、３２…貫通電極、３３…貫通電極、３４…貫通電極、３５…貫通電極、３６…検出梁、３７…サーボ電極、３８…サーボ電極、３９…サーボ電極、４０…サーボ電極、４１…貫通電極、４２…貫通電極、４３…貫通電極、４４…貫通電極、４５…検出電極、４６…検出電極、４７…基板電極、５０…ＬＳＩ、５１…ＡＦＣ、５２…ＡＧＣ、５３…ＣＶ変換部、５４…ＡＤ変換部、５５…差動検出部、５６…同期検波部、５７…ＣＶ変換部、５９…差動検出部、５８…ＡＤ変換部、６０…同期検波部、６１…ＣＶ変換部、６２…ＡＤ変換部、６３…差動検出部、６４…同期検波部、６５…差動演算処理部、６６…ＬＰＦ（低帯域通過フィルター）、６８…サーボ制御部、６９…サーボ制御部、７０…ＤＡ変換部、７１…ＤＡ変換部、１００…キャップ、１０１…空間、１５０…パッケージ、１５１…接着剤、１５２…ワイヤ、１５３…蓋、１５４…外部入出力端子、２００…自由梁。
【図１】
0005442866.tif 000007
【図２】
0005442866.tif 000008
【図３】
0005442866.tif 000009
【図４】
0005442866.tif 000010
【図５】
0005442866.tif 000011
【図６】
0005442866.tif 000012
【図７Ａ】
0005442866.tif 000013
【図７Ｂ】
0005442866.tif 000014
【図８】
0005442866.tif 000015
【図９】
0005442866.tif 000016
【図１０】
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