(57)【要約】  リング状の弾性体と、前記リング状の弾性体に機械的に接続され、平面内に任意の方向に振動できる複数の慣性体と、前記慣性体を振動させる駆動振動部と、前記慣性体の変位を検出するセンサ部と、を有するジャイロスコープが開示されている。
2017130312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の弾性体と、  前記リング状の弾性体に機械的に接続され、平面内に任意の方向に振動できる複数の慣性体と、  前記慣性体を振動させる駆動振動部と、  前記慣性体の変位を検出するセンサ部と、  を有するジャイロスコープ。
【請求項２】
前記複数の慣性体は、  前記リング状の弾性体の中心に対して、点対称に配置されており、さらに、前記リング状の弾性体の円周方向に均等に配置されている、  請求項１記載のジャイロスコープ。
【請求項３】
前記複数の慣性体は、  前記平面内の第１の方向に対して変形可能であり、前記第１の方向とは異なる第２の方向に対して前記第１の方向より変形しにくい第１支持部材と、  前記平面内の第２の方向に対して変形可能であり、前記第１の方向に対して前記第２の方向より変形しにくい第２支持部材と、により支持されている、  請求項１記載のジャイロスコープ。
【請求項４】
前記第１の方向と前記第２の方向は直交する方向であり、  前記複数の慣性体の其々は、  前記第１の方向の共振時のばね定数ｋｘと、前記第２の方向の共振時のばね定数ｋｙとが同様となるように、前記第１支持部材および第２支持部材により支持される、  請求項３記載のジャイロスコープ。
【請求項５】
前記複数の慣性体は、  前記前記リング状の弾性体と接続部により機械的に接続され、  前記接続部は、断面積が前記リング状の弾性体の断面積より小さく構成されている、  請求項１記載のジャイロスコープ。
【請求項６】
前記複数の慣性体は、  前記前記リング状の弾性体と接続部により機械的に接続され、  前記接続部は、平面内での変形により前記慣性体の回転を抑える、  請求項１記載のジャイロスコープ。
【請求項７】
第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１慣性体と、  前記第１方向および前記第２方向に変位可能な第２慣性体と、  前記第１方向および前記第２方向に変位可能な第３慣性体と、  前記第１方向および前記第２方向に変位可能な第４慣性体と、  前記第１慣性体を支持する第１接続部と、  前記第２慣性体を支持する第２接続部と、  前記第３慣性体を支持する第３接続部と、  前記第４慣性体を支持する第４接続部と、  前記第１慣性体と前記第２慣性体と前記第３慣性体と前記第４慣性体との間に設けられ、かつ、前記第１慣性体と前記第２慣性体と前記第３慣性体と前記第４慣性体を接続する接続体と、  を備える、ジャイロスコープ。
【請求項８】
第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に変位可能な複数の慣性体と、  前記複数の慣性体の其々を支持する接続部と、  前記複数の慣性体の間に設けられ、かつ、前記複数の慣性体を接続するカップリングスプリングと、  を備える、ジャイロスコープ。
【請求項９】
前記カップリングスプリングは、  円環状の弾性体で構成される、  請求項８記載のジャイロスコープ。
【請求項１０】
前記複数の慣性体は、  前記円環状の弾性体の中心に対して、点対称に配置されており、さらに、前記円環状の弾性体の円周方向に均等に配置されている、  請求項９記載のジャイロスコープ。
【請求項１１】
前記接続部は、  基体に固定されたアンカーと、  前記アンカーに接続され、前記アンカーに対して相対的に、前記第１の方向に変位可能、かつ、前記第２の方向に前記第１の方向より変位しにくく構成された第１シャトルと、  前記アンカーに接続され、前記アンカーに対して相対的に、前記第２の方向に変位可能、かつ、前記第１の方向に前記第２の方向より変位しにくく構成された第２シャトルと、  を備え、  前記第１シャトルは前記慣性体に接続され、前記慣性体に対して相対的に、前記第２の方向に変位可能、かつ、前記第１の方向に前記第２の方向より変位しにくく構成され、  前記第２シャトルは前記慣性体に接続され、前記慣性体に対して相対的に、前記第１の方向に変位可能、かつ、前記第２の方向に前記第１の方向より変位しにくく構成される、  請求項８記載のジャイロスコープ。
【請求項１２】
前記複数の慣性体は、  前記円環状の弾性体の内側に配置されている、  請求項８記載のジャイロスコープ。
【請求項１３】
前記複数の慣性体は、  等価な質量を有している、  請求項８記載のジャイロスコープ。
【請求項１４】
前記慣性体のそれぞれは、  前記慣性体を振動させる駆動振動部を有し、  前記駆動振動部は前記円環状の弾性体をcos2θ共振モードに励振する、  請求項８記載のジャイロスコープ。
【請求項１５】
前記慣性体のそれぞれは、  前記慣性体の振動を検出するセンサ部を有し、  前記センサ部の出力信号に基づいて、  前記駆動振動部による駆動振動軸と与えられた回転による新たな振動軸との間の角度を測定することにより、与えられた回転の角度を検出する、  請求項１４記載のジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ジャイロスコープに関し、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を使用して形成されたジャイロスコープに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１には、基板上に形成された振動体を用いて、基板の厚み方向の軸周りに印加される角速度（ヨーレート）と、基板の面内方向に印加される２軸の加速度とを検出するための慣性センサに関する技術が記載されている。【０００３】  特許文献２には、リングの内部周縁部からベース上の突出部まで延在する支持ビームによって搭載されたリング状共振器を含む角速度センサまたはジャイロに関する技術が記載されている。【０００４】  特許文献３には、容量性バルク弾性波ディスク・ジャイロに関し、自己較正型の容量性バルク弾性波ディスク・ジャイロに関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2010-008300号公報
【特許文献２】特表2001-526790号公報
【特許文献３】特開2009-162760号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  例えば、ナビゲーションシステムは、パーソナルナビゲーション、軍事用ナビゲーション、車両の横滑り防止システム、バーチャルリアリティシステム、無人飛行機などの広い分野で使用されることが期待されている。このナビゲーションシステムの基本的な構成要素は、ジャイロスコープである。ジャイロスコープは、角速度を検出することができるセンサであり、ナビゲーションシステムでは、この角速度から回転角を決定している。【０００７】  伝統的なジャイロスコープとしては、光学式ジャイロスコープ、回転慣性体を使用したジャイロスコープなどがあるが、これらのジャイロスコープは、サイズが大きく、かつ、重量が重い。さらには、これらのジャイロスコープは、価格が高く、かつ、消費電力も大きい。この点に関し、現在の産業のトレンドでは、ジャイロスコープの小型化や高性能化が望まれており、上述したジャイロスコープでは、トレンドに適合していない。【０００８】  ここで、近年では、ＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープが登場してきており、このＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープは、上述したトレンドに適合して、小型化や高性能化を実現できるポテンシャルを秘めている。さらに、ＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープは、量産性にも優れており、低コストを実現できる利点を有している。【０００９】  本発明の目的は、ＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープの性能をさらに向上できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  ＭＥＭＳ技術を使用した振動型のジャイロスコープは、コリオリの力の原理によって、互いに直交する振動間のエネルギー結合を検知することにより、角速度を検出するジャイロスコープである。原理的には、振動型のジャイロスコープにおいて、ｘ方向にしか振動できない駆動振動体がｘ方向に振動している状態で、ｚ方向回りの角速度が印加されたとき、コリオリの力によって、ｙ方向にしか振動できない感知振動体にｙ方向の振動が生じる。そして、振動型のジャイロスコープでは、このｙ方向の振動の大きさを測定することにより、ｚ方向回りの角速度を検出することができる。【００１１】  特許文献１に記載されているように、音叉構造を有する複数の振動体を用い、これらの差分を取ることで、外部からの衝撃力に対して強いジャイロスコープを構成することができる。これらの駆動振動体と感知振動体が分離しているジャイロスコープは、クラスの１のジャイロスコープと称される。【００１２】  また、駆動振動体と感知振動体が一体になり、駆動軸と感知軸とが相互に交換されるジャイロスコープが存在する。このような構成のジャイロスコープはクラス２の振動型ジャイロスコープと称される。クラス２の振動型ジャイロスコープは、例えば、特許文献２、特許文献３に記載されているが、共振キャリアモード振動を維持することが特徴である。クラス２の振動型ジャイロスコープは、例えば特許文献３に記載のように自己較正が可能になるといった特徴がある。【００１３】  ところが、回転角速度を算出する振動型ジャイロスコープは、ナビゲーションシステムに使用するには不向きである。なぜなら、ナビゲーションシステムでは、回転角を求める必要があるが、現在の振動型のジャイロスコープでは、検出した角速度を時間で積分することにより回転角を算出しているからである。【００１４】  すなわち、例えば、角速度を検出する際には、バイアス誤差やドリフト誤差が存在するが、回転角を算出するために、角速度を積分すると、同時に、角速度に付随するバイアス誤差やドリフト誤差も積分されることになり、これらの誤差が増幅されることになるからである。つまり、ナビゲーションシステムでは、長い時間にわたって角速度を積分する必要がある場合があり、この場合は、特に、バイアス誤差やドリフト誤差も積分されて、誤差の大きさが大きくなってしまうのである。したがって、特に、ナビゲーションシステムのように、回転角を求める用途に使用される振動型のジャイロセンサでは、誤差の増幅を抑制できる工夫、及び直接に角度検出する機能が望まれる。【００１５】  上記課題を解決するための、本発明の一つの観点は、リング状の弾性体と、リング状の弾性体に機械的に接続され、平面内に任意の方向に振動できる複数の慣性体と、慣性体を振動させる駆動振動部と、慣性体の変位を検出するセンサ部と、を有するジャイロスコープである。【００１６】  本発明の他の観点は、第１方向および第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１慣性体と、第１方向および第２方向に変位可能な第２慣性体と、第１方向および第２方向に変位可能な第３慣性体と、第１方向および第２方向に変位可能な第４慣性体と、第１慣性体を支持する第１接続部と、第２慣性体を���持する第２接続部と、第３慣性体を支持する第３接続部と、第４慣性体を支持する第４接続部と、第１慣性体と第２慣性体と第３慣性体と第４慣性体との間に設けられ、かつ、第１慣性体と第２慣性体と第３慣性体と第４慣性体を接続する接続体とを備える、ジャイロスコープである。【００１７】  本発明の他の観点は、４個以上の慣性体を備えるジャイロスコープである。例えば、第１方向および第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１慣性体と、第１方向および第２方向に変位可能な第２慣性体と、第１方向および第２方向に変位可能な第３慣性体と、第１方向および第２方向に変位可能な第４慣性体と、第３方向および第３方向と直交する第４方向に変位可能な第５慣性体と、第３方向および第４方向に変位可能な第６慣性体と、第３方向および第４方向に変位可能な第７慣性体と、第３方向および第４方向に変位可能な第８慣性体と、第１慣性体を支持する第１接続部と、第２慣性体を支持する第２接続部と、第３慣性体を支持する第３接続部と、第４慣性体を支持する第４接続部と、第５慣性体を支持する第５接続部と、第６慣性体を支持する第６接続部と、第７慣性体を支持する第７接続部と、第８慣性体を支持する第８接続部と、第１乃至第８慣性体の間に設けられ、かつ、第１乃至第８慣性体を接続する接続体とを備える、ジャイロスコープである。【００１８】  本発明のさらに他の観点は、第１方向および第１方向と直交する第２方向に変位可能な複数の慣性体と、複数の慣性体の其々を支持する接続部と、複数の慣性体の間に設けられ、かつ、複数の慣性体を接続するカップリングスプリングとを備える、ジャイロスコープである。
【発明の効果】
【００１９】  ＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープの性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】リング振動構造体の振動の模式図
【図２】センサエレメントの平面図
【図３】接続部及び慣性体の概念的な平面構造を示す模式図
【図４Ａ】リング状カップリングスプリングの変曲パターンの一例の模式図
【図４Ｂ】リング状カップリングスプリングの変曲パターンの一例の模式図（縮退モード）
【図４Ｃ】節点及び腹点が４つより多くなるモードの一例の模式図
【図５】リング状カップリングスプリングと慣性体の接続部の構造の例を示す平面図
【図６】実施例で角度を検出する方式を説明する概念図
【図７】センサエレメント上の容量素子の配置例を示す平面図
【図８】センサエレメント上の容量素子の他の配置例を示す平面図
【図９】図８のＡ−Ａ’線で切断した断面図
【図１０Ａ】駆動振動部の構成を示す回路図
【図１０Ｂ】駆動振動部の構成を示す模式図
【図１０Ｃ】リング状カップリングスプリングと接続部で接続された慣性体が、半径方向に駆動振動している状態を示す模式図
【図１０Ｄ】リング状カップリングスプリングと接続部で接続された慣性体が、円周方向に駆動振動している状態を示す模式図
【図１１】本実施例におけるセンサシステムの構成を示すブロック図
【図１２】本願発明の他の実施例であるジャイロスコープを構成する、センサエレメントの平面構成を示す模式図
【図１３Ａ】センサエレメントの平面構成例を示す平面図
【図１３Ｂ】センサエレメントの他の平面構成例を示す平面図
【図１４Ａ】センサエレメントの動作を示す模式図
【図１４Ｂ】センサエレメントの動作を示す模式図（縮退モード）
【図１４Ｃ】角速度が印加された場合におけるエネルギーを交換する原理を示す模式図
【図１５Ａ】慣性体の構成を示す平面図
【図１５Ｂ】慣性体の構成を示す拡大平面図
【図１６】センサエレメントの他の平面構成例を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】  以下の実施の形態の詳細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。
【００２２】  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。
【００２３】  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ことは言うまでもない。
【００２４】  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。
【００２５】  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省略する。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やパターンを付す場合がある。
【００２６】  以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
【００２７】  本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００２８】  図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【実施例１】
【００２９】  以下の実施例では、ＭＥＭＳ微細加工技術を適用するのに適したクラス２の振動型ジャイロスコープにおいて、回転角度を直接測定可能な構成について説明する。クラス２のコリオリ振動型ジャイロスコープでは、線形運動量を発生させ、この運動量はジャイロスコープが適当な軸周りで回転されるとコリオリの力を生成する。コリオリの力は、適用された回転及び線形運動量の軸と直交をなす軸に沿って、共振キャリアモードの振動で、振動運動を生成する。この振動運動の振幅は適用された回転の速度に正比例し、振動軸の回転角度は適用された回転の角度に正比例する。【００３０】  上記のような振動構造を有するジャイロスコープの角度測定感度（Angular Gain）は、加工誤差に関係なく、構造体の形状特徴によって決められるため、感度が安定である。たとえば、リング振動構造体は、ＭＥＭＳ微細加工技術を利用した製造方法に適した共振器の例である。【００３１】  図１にリング振動構造体の振動の模式図を示す。リング振動構造体は図１の実線の円で示される。また、点線の円はリング振動構造体の振動の様子を表している。リング振動構造体は、典型的にはcos2θ共振モードに励振される。完全に対称な共振器の場合、このモードでは、θ＝４５度の相互角度において縮退振動モードが存在する。これらの振動モードでは、リング振動構造体の振動が図１（a）の１次軸P、P’と、図１（ｂ）の２次軸Q、Q’の周りで示される。【００３２】  図１（a）、図１（b）で、最小振動振幅の点を「節点（Ｎｏｄｅ）」と呼ぶ。図１で例えば、ＮＤ（０）、ＮＤ（４５）は節点である。また、最大振動振幅の点を「腹点（Ａｎｔｉｎｏｄｅ）」と呼ぶ。例えば、ＡＤ（０）、ＡＤ（４５）は腹点である。さらに、図１（a）のモードの節点ＮＤ（０）は図１（b）のモードの腹点ＡＤ（４５）であり、図１（a）のモードの腹点ＡＤ（０）は図１（ｂ）のモードの節点ＮＤ（４５）である。【００３３】  例えば、リング振動構造体が軸P、P’を駆動軸として励振され、リング面に垂直の軸（ｚ軸）周りで回転される時、コリオリの力で縮退振動モードの軸Q、Q’が感知軸として振動が起こされる。また、構造体が軸Q、Q’を駆動軸として励振され、リング面に垂直の軸（ｚ軸）周りで回転される時、コリオリの力で縮退振動モードの軸P、P’が感知軸として振動が起こされる。【００３４】  クラス２のコリオリ振動ジャイスコープは、駆動振動軸と感知振動軸が相互に交換され、本質的に平衡状態であり、入力軸に関して対称的で直交する縮退振動モード（orthogonal degenerate vibration mode）を有する。以下の記述では、リング振動構造体の半径方向は半径方向と称して、リング振動構造体の円周方向は円周方向と称する。【００３５】  ＜積分レートジャイロスコープ＞  実施例１の具体的構成を説明する前に、関連する積分レートジャイロスコープ（Rate integrating gyroscopes）について説明する。【００３６】  ＭＥＭＳ技術を使用した振動型のジャイロスコープは、コリオリの原理によって、互いに直交する振動間のエネルギー結合を検知することにより、角速度を検出するジャイロスコープである。この振動型のジャイロスコープの一例として、レートジャイロスコープ（Rate gyroscopes）がある。【００３７】  レートジャイ��スコープでは、例えば、ｘ方向に慣性体を駆動振動させている状態で、ｚ方向回りの角速度が印加されたとき、コリオリ力によって、慣性体にｙ方向の振動が生じる。そして、角速度がｙ方向の慣性体の振動の大きさ（振幅）に比例することから、レートジャイロスコープでは、ｙ方向の振動の振幅を測定することにより、ｚ方向回りの角速度を検出することができる。そして、レートジャイロスコープでは、検出した角速度に基づいて、回転角を算出するように構成されている。例えば、レートジャイロスコープでは、検出した角速度を時間で積分することにより回転角を算出することができる。【００３８】  ここで、例えば、角速度を検出する際には、バイアス誤差やドリフト誤差が不可避的に存在するが、回転角を算出するために、角速度を積分すると、同時に、角速度に付随するバイアス誤差やドリフト誤差も積分されることになり、これらの誤差が増幅されることになる。つまり、レートジャイロスコープでは、角速度を検出し、この角速度を時間で積分して回転角を算出するように構成されている結果、角速度に付随するバイアス誤差やドリフト誤差も積分されて誤差が大きくなるのである。【００３９】  このことから、特に、積分時間が長くなるナビゲーションにレートジャイロスコープを適用することは困難となる。すなわち、積分時間が長くなるナビゲーションなどの用途に使用されるジャイロスコープには、レートジャイロスコープよりも誤差の少ないことが望まれることになる。【００４０】  この点に関し、振動型のジャイロスコープとして、積分レートジャイロスコープと呼ばれるジャイロスコープが存在する。積分レートジャイロスコープの原理はフーコーの振り子と同じである。積分レートジャイロスコープでは、印加された角速度に比例して振動する慣性体がプリセッション（precession）する。このため、慣性体の２軸内の速度と位置を知ることで、回転の角度を知ることができる。【００４１】  この結果、積分レートジャイロスコープでは、回転角の測定誤差が存在するにしても、この測定誤差が積分されて増幅されることがない。したがって、積分レートジャイロスコープは、レートジャイロスコープに比べて、回転角の検出精度を向上することができるのである。【００４２】  そこで、本実施例１では、回転角を直接測定することにより、回転角の検出精度を向上できる積分レートジャイロスコープを前提として、さらなる積分レートジャイロスコープの性能向上を図る観点から工夫を施している。以下に、この工夫を施した具体例として実施例１について説明することにする。【００４３】  ＜センサエレメントの平面構成＞  図２は、本実施例におけるジャイロスコープを構成するセンサエレメントＳＥ１の平面構成を示す図である。図２に示すように、本実施例のセンサエレメントＳＥ１は、慣性体ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４を有している。慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は、其々接続部ＣＵ１〜ＣＵ４（慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の中央にある十字形の部分）と対になっている。【００４４】  慣性体ＭＳ１と接続部ＣＵ１、慣性体ＭＳ２と接続部ＣＵ２、慣性体ＭＳ３と接続部ＣＵ３、慣性体ＭＳ４と接続部ＣＵ４は、其々機械的に接続されている。接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の中央には固定部（アンカー）ＡＣＲが配置されている。固定部ＡＣＲは便宜上グレーで着色を施している（以下同様）。【００４５】  図中に便宜的にｘｙｚ軸を示しているが、慣性体ＭＳ１は、ｘ方向及びｘ方向と直交するｙ方向のいずれにも変位可能である。慣性体ＭＳ１をｘ方向及びｘ方向と直交するｙ方向のいずれにも変位させる接続部ＣＵ１については、図３で詳細を説明する。同様に、慣性体ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４もｘ方向及びｙ方向に変位可能である。また、カップリングスプリングとしてのリング状の弾性体ＳＰＲによって、慣性体ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４を機械的に接続している。【００４６】  慣性体ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４の平面形状は同様であり、例えば、図２に示したような四角形状をしている。ただし形状は四角形に限る必要はなく、円盤形状、三角形状、台形状、扇形状でも良い。慣性体ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４の質量は、同一にすることが望ましい。【００４７】  慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の配置に関しては、図２の例では、平面内において、点対称位置付近に配置されている。例えば、リング状の弾性体ＳＰＲの中心Ｋに対し、直径方向ＶＬ１に慣性体ＭＳ１とＭＳ３が対称に配置されており、直径方向ＶＬ１と直交する直径方向ＶＬ２に慣性体ＭＳ２とＭＳ４が対称に配置される。同様に、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４も、ｘｙ平面内において、点対称位置付近に配置されている。また、図２の例に示すように、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は、リング状の弾性体ＳＰＲの円周方向に均等配置となっている。【００４８】  すなわち、本実施例におけるセンサエレメントＳＥ１は、ｘ方向およびｙ方向のいずれにも変位可能な慣性体ＭＳ１、ｘ方向およびｙ方向のいずれにも変位可能な慣性体ＭＳ２、ｘ方向およびｙ方向のいずれにも変位可能な慣性体ＭＳ３、ｘ方向およびｙ方向のいずれにも変位可能な慣性体ＭＳ４、慣性体ＭＳ１を接続する接続部ＣＵ１と、慣性体ＭＳ２を接続するＣＵ２と、慣性体ＭＳ３を接続するＣＵ３と、慣性体ＭＳ４を接続するＣＵ４と、慣性体ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４を機械的に接続する弾性体ＳＰＲとを備えている。＜Ｘ−Ｙディカップリングスプリングシステム＞  次に接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の構成について説明する。ここで、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のそれぞれは同一構成のため、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４を接続部ＣＵとして説明することにする。また、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４のそれぞれは同一構成のため、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を慣性体ＭＳとして説明することにする。【００４９】  図３は、本実施例における接続部ＣＵ及び慣性体ＭＳの概念的な平面構造を示す模式図の一例である。図３で慣性体ＭＳをｘ方向およびｙ方向のいずれにも変位可能にするＸ−Ｙディカップリングスプリングシステム（Ｘ−Ｙばね構造）を説明する。便宜的に図３をはじめとして本明細書では、図中の矢印で示すようにｘｙｚ方向を規定するものとする。ｚ方向は便宜的に紙面に対して手前側を正とする。【００５０】  図３において、接続部ＣＵの中央部には、例えば、四角形状をした固定部（アンカー）ＡＣＲが配置されており、このアンカーＡＣＲを挟むように、四角形状をしたシャトルＳＨ１〜ＳＨ４が配置されている。そして、シャトルＳＨ１〜ＳＨ４の���側に慣性体ＭＳが配置されている。アンカーＡＣＲの重心は、慣性体ＭＳおよび接続部ＣＵ全体の重心付近に一致させることが望ましい。【００５１】  そして、図３に示すように、アンカーＡＣＲとシャトルＳＨ１とは、梁ＢＭ１３と梁ＢＭ１４で機械的に接続されており、アンカーＡＣＲとシャトルＳＨ２とは、梁ＢＭ２３と梁ＢＭ２４で機械的に接続されており、アンカーＡＣＲとシャトルＳＨ３とは、梁ＢＭ３３と梁ＢＭ３４で機械的に接続されており、アンカーＡＣＲとシャトルＳＨ４とは、梁ＢＭ４３と梁ＢＭ４４で機械的に接続されている。【００５２】  さらに、シャトルＳＨ１と慣性体ＭＳとは、梁ＢＭ１１と梁ＢＭ１２で機械的に接続されており、シャトルＳＨ２と慣性体ＭＳとは、梁ＢＭ２１と梁ＢＭ２２で機械的に接続されており、シャトルＳＨ３と慣性体ＭＳとは、梁ＢＭ３１と梁ＢＭ３２で機械的に接続されており、シャトルＳＨ４と慣性体ＭＳとは、梁ＢＭ４１と梁ＢＭ４２で機械的に接続されている。【００５３】  以上のことから、本実施例における接続部ＣＵは、図３に示したように、基板に固定されたアンカーＡＣＲと、アンカーＡＣＲと慣性体ＭＳとの間に設けられたシャトルＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３、ＳＨ４とを備える。そして、アンカーＡＣＲとシャトルＳＨ、あるいは、シャトルＳＨと慣性体ＭＳを機械的に接続する梁ＢＭを含む。【００５４】  続いて、図３に示すように、梁ＢＭ１１、ＢＭ１２、ＢＭ１３、ＢＭ１４と、梁ＢＭ２１、ＢＭ２２、ＢＭ２３、ＢＭ２４と、梁ＢＭ３１、ＢＭ３２、ＢＭ３３、ＢＭ３４と、梁ＢＭ４１、ＢＭ４２、ＢＭ４３、ＢＭ４４とは、アンカーＡＣＲに対して点対称な関係がある。これらの梁は、基本的に同一構造から構成されている。または、梁ＢＭ１１、ＢＭ１２、ＢＭ２１、ＢＭ２２、ＢＭ３１、ＢＭ３２、ＢＭ４１、ＢＭ４２がばね係数Ｋ１の同一構造から構成されており、梁ＢＭ１３、ＢＭ１４、ＢＭ２３、ＢＭ２４、ＢＭ３３、ＢＭ３４、ＢＭ４３、ＢＭ４４がばね係数Ｋ２の同一構造から構成されている。ばね係数Ｋ１はばね係数Ｋ２より小さいであるのを望ましい。すなわち、ばね係数Ｋ１はばね係数Ｋ２より柔らかいである。以下では代表して梁ＢＭ１１〜１４を、ディカップリングスプリング（decoupling spring）の一例として説明することにする。【００５５】  梁ＢＭ１１、ＢＭ１２、ＢＭ１３、ＢＭ１４は、例えば図３に示すごとくＵ型形状のスプリング形状である。本実施例では、梁ＢＭ１１とＢＭ１２はｙ方向に弾性変形しやすい一方、ｘ方向に弾性変形しにくくなるように構成されている。また、梁ＢＭ１３、ＢＭ１４はｘ方向に弾性変形しやすい一方、ｙ方向に弾性変形しにくくなるように構成されている。そして、梁ＢＭ１１〜ＢＭ１４とアンカーＡＣＲに対して対称に配置されている梁ＢＭ３１〜ＢＭ３４は、梁ＢＭ１１〜ＢＭ１４と同様な弾性変形特性を有している。【００５６】  そして、梁ＢＭ２１、ＢＭ２２は、ｘ方向に弾性変形しやすい一方、ｙ方向に弾性変形しにくくなるように構成されている。また、梁ＢＭ２３、ＢＭ２４は、ｙ方向に弾性変形しやすい一方、ｘ方向に弾性変形しにくくなるように構成されている。そして、梁ＢＭ２１〜ＢＭ２４とＡＣＲに対して対称に配置されている梁Ｂ��４１〜ＢＭ４４は、梁ＢＭ２１〜ＢＭ２４と同様な弾性変形特性を有している。なお、梁ＢＭ１１〜４４の形状は、Ｕ型形状に限るものではなく、Ｉ型またはＷ型等でも良い。【００５７】  さらに、梁間シャトルＳＨ１１と、ＳＨ１２と、ＳＨ１３と、ＳＨ１４とが、アンカーＡＣＲに対して対称な位置に設けられている。本実施例では、形状は四角形状としているが、四角形状に限る必要はない。【００５８】  慣性体ＭＳがｙの正方向に変位する際には、アンカーＡＲＣと接続されている梁ＢＭ１３、ＢＭ１４、ＢＭ３３、ＢＭ３４と、シャトルＳＨ４と接続されている梁ＢＭ４１、ＢＭ４２、シャトルＳＨ２と接続されているＢＭ２１、ＢＭ２２の弾性変形が少ない。このため、シャトルＳＨ１、ＳＨ３がアンカーＡＣＲに固定されてほぼ変位しない一方、シャトルＳＨ２、ＳＨ４が慣性体ＭＳと同じ程度に変位する。そのため、慣性体ＭＳと接続されている梁ＢＭ１１、ＢＭ３２が、アンカーＡＣＲと接続されている梁ＢＭ４３、ＢＭ４４と同じ程度に伸張する一方、慣性体ＭＳと接続されている梁ＢＭ１２、ＢＭ３１が、アンカーＡＣＲと接続されている梁ＢＭ２３、ＢＭ２４と同じ程度に圧縮する。【００５９】  すなわち、慣性体ＭＳがｙ方向に励振された際、梁ＢＭ１１、ＢＭ１２、ＢＭ２３、ＢＭ２４、ＢＭ３１、ＢＭ３２、ＢＭ４３、ＢＭ４４がｙ方向に弾性変形が大きく発生しており、梁ＢＭ１３、ＢＭ１４、ＢＭ２１、ＢＭ２２、ＢＭ３３、ＢＭ３４、ＢＭ４１、ＢＭ４２の弾性変形が少ない。そして、慣性体ＭＳがｘ方向に励振される際に、梁ＢＭ１３、ＢＭ１４、ＢＭ２１、ＢＭ２２、ＢＭ３３、ＢＭ３４、ＢＭ４１、ＢＭ４２がｘ方向に弾性変形が大きく発生しており、梁ＢＭ１１、ＢＭ１２、ＢＭ２３、ＢＭ２４、ＢＭ３１、ＢＭ３２、ＢＭ４３、ＢＭ４４の弾性変形が少ない。【００６０】  こうして、梁ＢＭ１１〜ＢＭ１４と、梁ＢＭ２１〜ＢＭ２４と、梁ＢＭ３１〜ＢＭ３４と、梁ＢＭ４１〜ＢＭ４２とはそれぞれにｘ方向またｙ方向の弾性変形特性を持ち、シャトルＳＨ１１〜ＳＨ１４の配置により、ｘ方向の変位に対応する弾性体梁とｙ方向の変位に対応する弾性体梁を独立させ、クォドレーチャーエラー（quadrature error）を低減する効果がある。すなわち、ｘ方向とｙ方向の振動をディカップリングさせることができる。さらに、梁間シャトルの幅は調整でき、最小幅にすることで、マスの有効面積を最大化にするメリットがある。また、後に説明するように、ｘ方向とｙ方向の振動は分離して容量素子により検出することができる。【００６１】  さらに、ｘ方向とｙ方向の弾性体梁の構成が同様とすれば、慣性体ＭＳのｘ方向の共振時のばね定数ｋｘと、ｙ方向共振時のばね定数ｋｙとが同様となる。さらに、ｘ方向の共振とｙ方向の共振時に、慣性体が同一なマスになるため、ｘ方向の共振周波数ｆｘと、ｙ方向の共振周波数ｆｙとが同様になる。ここで、各変数の定義は以下のとおりである。ｆ＝(ｋ/Ｍ)の平方根ｆ：共振周波数ｋ：梁ＢＭのばね定数Ｍ：慣性体ＭＳの質量  ＜リング状カップリングスプリングの縮退モード＞  つぎに、慣性体ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４間のカップリングモードについて説明する。図２に示したように、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は機械的にリ��グ状の弾性体（リング状カップリングスプリング）ＳＰＲで接続される。リング状カップリングスプリングＳＰＲの振動は、前記リング振動構造体のcos2θ（θ＝４５度）共振モード及び縮退モードを有する。本実施例では、図２に示した慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は、感度を上げるためにリング状カップリングスプリングＳＰＲのθ＝４５度の共振モードの腹点の付近に接続される。すなわち、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は図１(ｂ)に示す腹点ＡＤ（０）の付近に接続される。腹点ＡＤ（０）は、点対称な位置に４か所あるため、これらを以下ＡＤ１、ＡＤ２、ＡＤ３、ＡＤ４、と称する。【００６２】  図４Ａに慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４、およびリング状カップリングスプリングＳＰＲが共振になった際の、リング状カップリングスプリングＳＰＲの変曲パターンの一例の模式図を示す。振動の振幅は、大きく誇張されている。まず、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４とリング状スプリングＳＰＲの共振振動モードの詳細を説明する。【００６３】  慣性体ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４それぞれは、リング状カップリングスプリングＳＰＲの最大振動振幅の腹点ＡＤ１、ＡＤ２、ＡＤ３、ＡＤ４（煩雑になるため腹点は図示していない）の位置と接続される。１つの共振モードでは、図４Ａ（ａ）に示したように、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３がｙ方向に沿って振動し、これらの振動は、振動フェーズが１８０度ずれている。また、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４がｘ方向に沿って振動し、これらの振動は、振動フェーズが１８０度ずれている。すなわち、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は半径方向に沿って振動し、共振周波数はｆｒとする。【００６４】  さらに、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３がｙ方向の最大振幅（リングの外側方向）に到着する際に、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４がｘ方向の最大振幅（リングの内側方向）に到着する。すなわち、図４Ａ（ｂ）に示したように、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３が中心Ｋと最大距離である際に、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４が中心Ｋと最小距離である。一方、図４Ａ（ｃ）に示したように、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３が中心Ｋと最小距離である際に、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４が中心Ｋと最大距離である。【００６５】  図４Ｂに慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４、およびリング状カップリングスプリングＳＰＲが共振になった際の、リング状カップリングスプリングＳＰＲの変曲パターンの一例の模式図を示す。図４Ｂに示すモードは縮退モードであり、共振周波数はｆｄとする。【００６６】  図１で説明したように、縮退モードで共振する際に、前記図４Ａの腹点ＡＤ１〜ＡＤ４は図４Ｂの節点ＮＤ１〜ＮＤ４になる。節点ＮＤ（４５）は、点対称な位置に４か所あるため、これらを以下ＮＤ１、ＮＤ２、ＮＤ３、ＮＤ４、と称する。すなわち、ＮＤ１、ＮＤ２、ＮＤ３、ＮＤ４は最小振幅位置となる。しかし、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は機械的にリングスプリングＳＲＰと接続されるため、図４Ｂに示したような振動を発生する。【００６７】  縮退モードの振動の形状の詳細を、図４Ｂを参照しながら説明する。慣性体ＭＳ１、ＭＳ３がｘ方向に沿って振動し、これらの振動フェーズが１８０度ずれている。そして、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４がｘ方向に直交するｙ方向に沿って振動し、これらの振動フェーズが１８０度ずれている。【００６８】  すなわち、図４Ｂ（ａ）〜（ｃ）に示したように慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４が円周方向に沿って振動し、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４が同時に最大振幅位置に到着する。さらに、図４Ｂ（ｂ）に示したように、慣性体ＭＳ１とＭＳ３は、時計周りの逆方向の最大振幅になる際に、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４は、時計周りの方向の最大振幅になる。さらに、図４Ｂ（ｃ）に示したように、慣性体ＭＳ１とＭＳ３は、時計周りの最大振幅になる際に、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４は、時計周りの逆方向の最大振幅になる。【００６９】  理想状態の場合は、縮退モードの共振周波数ｆｄは共振モードｆｒと一致する。図４Ａで示した共振モードの周波数ｆｄは、リング状カップリングスプリングＳＰＲの内径及び厚さを調整することによって、図４Ｂで示した共振モードの周波数ｆｒと一致することが可能である。すなわち、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を接続しても、リング状カップリングスプリングと慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を有する構造体は共振モードと縮退モードを実現することが可能である。【００７０】  さらに、リング状カップリングスプリングＳＰＲの幾何学的形状によって確立される振動モード、並びに後述する駆動振動部(櫛歯電極)によって印加されるあらゆる励起信号の周波数に応じて、節点及び腹点は各々、図４Ａ，図４Ｂに示す４つよりも多くても少なくともよい。【００７１】  図４Ｃは節点及び腹点が４つより多くなるモードの一例の模式図である。例えば、図４Ｃに示したように、θ＝３０度の時に６つの節点及び腹点がある。この場合、慣性体ＭＳの配置は図４Ａと同じ配置と数でも良い。慣性体が直交方向である二つの方向の共振周波数ｆｘ、ｆｙはリング状カップリングスプリングの共振周波数により決められ、共振モード周波数ｆｒと縮退モード共振周波数ｆｄをより簡単にマッチすることができ、加工バラツキなどによる周波数ずれを低減でき、ノイズ低減させる効果がある。【００７２】  ＜接続部の一例＞  図５は、リング状カップリングスプリングＳＰＲと慣性体ＭＳの接続部の構造の例を示す平面図である。図５にはリング状のカップリングスプリングＳＰＲの一部のみが示されている。図５（a）に示した梁状の接続部５０１は、この例では、断面積がリング状カップリングリングＳＰＲの断面積より小さく、リング状カップリングスプリングＳＰＲの共振モード及び縮退モードの形状を影響を少なくしている。【００７３】  また図５（ｂ）に示した四角状な接続部５０２は、Ｘ方向とＹ方向の変形ができるため、ｘｙ平面内で慣性体ＭＳの回転を抑えることを期待できる。例えば、図４Ｂに示したように、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４が時計回りで振動する際に、図５（ｂ）のような四角スプリングにより接続することで、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を回転させる力を抑えることが可能になり、それぞれの慣性体ＭＳの共振振動の軌跡を、ｘ方向、ｙ方向に沿って直線振動に近づけることができる。【００７４】  これらの共振周波数が近いモードの1つに励振され、リング状カップリングスプリングＳＰＲの面に垂直の軸（ｚ軸）周りで回転されると、コリオリの力をそのままもう１つの軸（感知軸）に交換できる。さらに、感知軸を周期的に交替することにより、バイアスを低減することができる。【００７５】  なお、原理的にはリング状のカ��プリングスプリングＳＰＲは真円であることが望ましい。ただし、通常のＭＥＭＳの精度で許容される誤差は想定内とする。また、周知のように多角形は円に近似できる場合があるため、多角形を排除するものではない。例えば、一辺の長さが、図５（a）に示した梁状の接続部５０１の幅aと同等もしくはこれより小さい多角形は、実質的に円と同様と考えてよい。また、カップリングスプリングＳＰＲの幅Ｄとの関係を考慮すれば、幅Ｄと同等もしくはこれより小さい多角形は、実質的に円と同様と考えてよい。本出願では、これらの円に近似できる多角形も「円」「円環」あるいは「リング」と称することにする。【００７６】  ＜角度検出の原理＞  既に述べたように、リング状カップリングスプリングＳＰＲがモードの1つ（駆動振動軸）に励振され、リング状カップリングスプリングＳＰＲの面に垂直の軸（ｚ軸）周りで回転されると、コリオリの力のエネルギーをもう1つのモード（感知振動軸）に変換することができる。このような振動モードと縮退振動モードのペアは同じ共振周波数とすることができ、本質的に平衡状態であるため、駆動振動軸と感知振動軸とを相互に交換することができる。これにより、直接に角度の測定ができる。【００７７】  図６を参照しながら、角度の検出方式を説明する。慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の駆動振動軸は実線の矢印６１で示されている。また、リング状カップリングスプリングの振動形状も実線で示した。そして、ｚ軸周りで回転加速度Ωが発生し、リング状カップリングスプリングの振動形状が点線で示すように変形する際に、エネルギーが駆動振動軸から感知振動軸に交換されると、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の振動軸は変更され、点線で示す矢印６２のようになる。駆動振動軸と新たな振動軸との間の角度は、回転角度θである。従って、上記実施例で説明したデバイスを用い、駆動振動軸６１と新たな振動軸６２との間の角度を測定することにより、回転角度θを直接検出することができる。【００７８】  ＜容量素子＞  続いて、本実施例におけるセンサエレメントＳＥ１で、回転角度を測定する容量素子を説明する。【００７９】  図７は、センサエレメントＳＥ１上の容量素子の配置例を示す平面図である。図７に示したように、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４に複数の容量素子７０〜７７が形成されている。具体的には、図７に示すように、慣性体ＭＳ１の接続部ＣＵ１のｙ方向に延在する仮想線ＶＬ１上に容量素子７０，７３，７４，７７を形成すると、これらの容量素子のうち、例えば容量素子７０と７４を駆動振動部として機能する容量素子とし、例えば容量素子７３と７７をモニタ部あるいは検出部（センサ部）として機能する容量素子とすることができる。なお、図７の構成では、各容量素子がアンカーに対して中心対象ではないので、回転を発生させないためには、ｘｙ方向に各２個ずつ駆動振動部とセンサ部を設けることが望ましい。あるいは、駆動振動部とする素子とセンサ部とする素子を兼用させてもよい。また、ｘ方向に延在する仮想線ＶＬ２上に容量素子７１，７２，７５，７６を形成すると、同様に駆動振動部として機能する容量素子と、センサ部として機能する容量素子とを形成することができる。周知のように、容量素子は電力を供給して駆動すること���より駆動振動部とすることができる。また、容量素子は振動など外部からの力を容量変化として検出するモニタあるいは検出部とすることができる。【００８０】  駆動部とセンサ部の配置は、一方向について、少なくとも一つの駆動部と少なくとも一つのセンサ部があればよい。ただし配置は慣性体ＭＳの重心を変化させないことが望ましい。また、中心Ｋに対して点対称の配置であることが望ましい。【００８１】  同様に、慣性体ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４にも同様な駆動振動部として機能する容量素子と、センサ部として機能する容量素子とが形成されている。図７に示した容量素子の配置及び形状は一例であり、これに限るものではない。【００８２】  図８は、センサエレメントＳＥ１上の容量素子の他の配置例を示す平面図である。図８の例では、慣性体ＭＳごとに、４つの容量素子８０〜８３を配置している。例えば、慣性体ＭＳ１の容量素子８０と慣性体ＭＳ３の容量素子８０を駆動振動部とし、カップリングに介してＶＬ１軸に沿う振動をさせる。そして、慣性体ＭＳ１の容量素子８２と慣性体ＭＳ３の容量素子８２をモニタ部として機能する容量素子とすることができる。そして、Ｘ方向に延在する仮想線ＶＬ２上に容量素子８１、８３を形成すると、検出部（センサ部）として機能する容量素子とすることができる。慣性体ＭＳ２、ＭＳ４の容量素子は同様に駆動振動部容量素子８０、モニタ部容量素子８２、検出部容量素子８１、８３を形成することできる。そして、ＶＬ１に沿った振動モードを駆動できる。一方、縮退モードの駆動の一例を説明する。慣性体ＭＳ１の容量素子８１、慣性体ＭＳ２の容量素子８３、慣性体ＭＳ３の容量素子８１、慣性体ＭＳ４の容量素子８３を駆動振動部とし、カップリングに介してＶＬ１軸の４５°に沿う振動をさせる。そして、慣性体ＭＳ１の容量素子８３、慣性体ＭＳ２の容量素子８１、慣性体ＭＳ３の容量素子８３、慣性体ＭＳ４の容量素子８１をモニタ部とする。そして、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の容量素子８０，８２を検出部（センサ部）として機能する容量素子とすることができる。駆動振動部としては、lateral 櫛歯形状を使用することで、paralleled 櫛歯形状より同じ振幅を駆動する際に電圧を下げる可能になり、低消耗電力になる。【００８３】  以上のようにして、本実施例におけるジャイロスコープのセンサエレメントＳＥ１が構成されていることになり、円周方向と円径方向其々の方向へ、励振と変位の測定が可能となっている。なお、各慣性体ＭＳ１〜４における容量素子の配置は、リング中心Ｋから見たときに上から時計回りに８０〜８３の符号で区別している。【００８４】  ＜実施の形態１におけるセンサエレメントの断面構成＞  次に、本実施の形態１におけるジャイロスコープのセンサエレメントＳＥ１の断面構成について説明する。【００８５】  図９は、図８に示すセンサエレメントＳＥ１を半導体技術でデバイスとして構成した例であり、図８のＡ−Ａ’線で切断した断面図である。図９に示すように、本実施例におけるセンサエレメントＳＥ１は、基板層１ａと絶縁層１ｂとデバイス層１ｃを有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を有する。そして、図９に示すように、絶縁層１ｂは、接続部ＣＵ１の一部（アンカーＡＣＲ）や接続部ＣＵ３の一部（アンカーＡＣＲ）と接続される部位を除いて除去されている。このため、Ａ−Ａ’断面においてデバイス層１ｃは、基板層１ａから浮いた構造となっており、このデバイス層１ｃに、慣性体ＭＳ１、慣性体ＭＳ３、接続部ＣＵ１、接続部ＣＵ３、駆動振動部、センサ部となる容量素子８０，８２が形成されている。一方、アンカーＡＣＲは、基板層１ａに固定されている。【００８６】  具体的には、図９に示すように、慣性体ＭＳ１が接続部ＣＵ１に接続され、慣性体ＭＳ１の内部に駆動振動部やセンサ部となる容量素子８０，８２が形成されている。リング状カップリングスプリングＳＰＲを挟んで、接続部ＣＵ１と対称に配置される接続部ＣＵ３に、慣性体ＭＳ３が配置されている。そして、慣性体ＭＳ３の内部に駆動振動部やセンサ部となる容量素子８０，８２が形成されている。【００８７】  このようなデバイス層１ｃの加工は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより実現することができ、かつ、絶縁層１ｂの加工もデバイス層１ｃのアンカーＡＣＲ以外のエレメント、例えば、慣性体ＭＳ，シャトルＳＨ，リング状カップリングスプリングＳＰＲ、に貫通穴を設けることでエッチング技術により実現することができる。そして、図９に示すように、加工されたデバイス層１ｃを覆うようにキャップＣＡＰが設けられており、キャップＣＡＰと基板層１ａで挟まれた密閉空間に加工されたデバイス層１ｃが配置されることになる。この密閉空間の圧力は、ダンピングによるエネルギーロスが十分に抑圧される真空度に設定されることが望ましい。また、キャップＣＡＰとアンカーＡＣＲも固定されていることが望ましい。【００８８】  以上のようにして、本実施例におけるジャイロスコープのセンサエレメントＳＥ１が断面構成されていることになる。以上では、図８のｙ方向の断面を説明したが、ｘ方向も同様である。【００８９】  ＜駆動振動＞  次に、図１０によって駆動振動部の構成について説明する。振動駆動部は、図７の容量素子７０〜７７、あるいは図８の容量素子８０〜８３により構成することができる。以下では、図８の構成を例に振動駆動部１０を説明する。図８の慣性体ＭＳ１とＭＳ３のｙ方向と、慣性体ＭＳ２とＭＳ４のｘ方向は半径方向と称し、慣性体ＭＳ１とＭＳ３のｘ方向と、慣性体ＭＳ２とＭＳ４のｙ方向は円周方向（円周の切線方向）と称する。円周方向の振動とは、円の中心に対して回転振動ではなく、接線方向に沿って平行振動することになる。【００９０】  図８において、前述のように例えば、容量素子８０と８３を駆動振動部とし、容量素子８１と８２をセンサ部として用いることにする。その場合、慣性体ＭＳ１の内部に設けられている容量素子８０は、慣性体ＭＳ１を半径方向に駆動振動させる駆動振動部１０ｒとして設けられる。また、慣性体ＭＳ１の内部に設けられている容量素子８３は、慣性体ＭＳ１を円周方向に駆動振動させる駆動振動部１０ｃとして設けられる。他の慣性体ＭＳ２〜ＭＳ４も同様である。【００９１】  ここで、駆動振動部１０ｒと駆動振動部１０ｃとは、配置向きが９０度異なることを除けば同様の構成をしているため、駆動振動部１０ｒを振動駆動部１０として取り挙げて説明する���とにする。【００９２】  図１０Ａは、図８の実施例における慣性体ＭＳ１とＭＳ３の駆動振動部１０ｒ（容量素子８０）を使用して慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を駆動振動させるための回路構成を示す図である。図１０Ａに示す回路構成では、慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３とは逆位相（Out Of Phase）で駆動振動することになる。そして、慣性体ＭＳ２と慣性体ＭＳ４とは逆位相（Out Of Phase）で駆動振動することになる。さらに、慣性体ＭＳ１とＭＳ３との振動モードは、慣性体ＭＳ２とＭＳ４との振動モードとは、逆位相（Out Of Phase）で駆動振動することにもなる。【００９３】  図１０Ａにおいて、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４は電気的な接続は同様であるため、慣性体ＭＳ１とＭＳ３を例として説明する。慣性体ＭＳ１とＭＳ３は電気的に接地されており、直流電源Ｖｂが、慣性体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１０および慣性体ＭＳ３の内部に形成されている駆動振動部１０に接続されている。図８の例では、駆動振動部１０は、慣性体ＭＳ１とＭＳ３其々の容量素子８０から構成されており、駆動振動部１０の一方の電極（可動電極）がＧＮＤと電気的に接続され、駆動振動部１０の他方の電極（固定電極）が直流電源Ｖｂと接続されている。【００９４】  さらに、図１０Ａに示すように、慣性体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ１が接続されている一方、慣性体ＭＳ３の内部に形成されている駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ２が接続されている。そして、容量素子から構成されている慣性体ＭＳ１の駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ１から供給される交流電圧に基づく静電気力が発生し、容量素子から構成されている慣性体ＭＳ３の駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ２から供給される交流電圧に基づく静電気力が発生する。このとき、交流電源Ｖｄから慣性体ＭＳ１の駆動振動部１０に供給される交流電圧と、交流電源Ｖｄ２から慣性体ＭＳ３の駆動振動部１０に供給される交流電圧とは逆位相（１８０度位相が異なる）になっている。このことから、慣性体ＭＳ１の駆動振動部１０に発生する静電気力と、慣性体ＭＳ３の駆動振動部１０に発生する静電気力とは互いに逆方向となる結果、慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３とは逆位相で振動することになる。【００９５】  図１０Ｂは、駆動振動部１０の構成例を示す模式図である。図１０Ｂに示すように、駆動振動部１０は、例えば、パラレル構造の容量素子から構成されている。具体的には、駆動振動部１０は、外部との接続端子として機能するパッドＰＤと電気的に接続された固定電極１０ａ（１）および固定電極１０ａ（２）を有し、この固定電極１０ａ（１）および固定電極１０ａ（２）の間に挟まれるように、慣性体ＭＳ１（慣性体ＭＳ３）と一体的に形成された可動電極１０ｂが形成されている。このとき、例えば、固定電極１０ａ（１）と可動電極１０ｂとの間の距離Ｌ１は、固定電極１０ａ（２）と可動電極１０ｂとの間の距離Ｌ２とが異なるように構成されている。具体的に、距離Ｌ１は、例えば、数μｍ程度であり、距離Ｌ２は、距離Ｌ１の３倍程度の値に設定されている。図１０Ｂに示す容量素子から駆動振動部１０を構成する場合、距離Ｌ１を短くできる結果、固定電極１０ａ（１）と可動電極１０ｂとの間に働く静電気力を大きくすることができ、これによって、容量素子における高い駆動効率を得ることができる。【００９６】  なお、図８に示すように、慣性体ＭＳ１の内部には、慣性体ＭＳ１の半径方向の変位（振動）をモニタするために容量素子８２がセンサ部１１ｒとして形成され、かつ、慣性体ＭＳ１の内部には、慣性体ＭＳ１の円周方向の変位（振動）をモニタするために容量素子８１がセンサ部１１ｃとして形成されている。これらのセンサ部１１も、図１０Ｂに示す構造の容量素子から構成されている。【００９７】  図８に示すように、慣性体ＭＳ１と同様に慣性体ＭＳ２〜ＭＳ４の内部には、慣性体ＭＳ２の半径方向の変位（振動）をモニタするセンサ部が形成され、また、慣性体ＭＳ２の内部には、慣性体ＭＳ２の円周方向の変位（振動）をモニタするセンサ部が形成されている。これらのセンサ部も、図１０Ｂに示す構造の容量素子から構成することができる。【００９８】  すなわち、センサ部は、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の半径方向や円周方向の変位（振動）を静電容量値の変化として検出するために、例えば、図１０Ｂに示す構造の容量素子から構成されている。したがって、駆動振動部１０と、センサ部１１とは、ともに図１０Ｂに示す構造の容量素子から構成することができるが用途が異なる。すなわち、駆動振動部１０においては、電極間に静電気力を発生させて、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を駆動振動させるために容量素子を使用している。一方、センサ部１１においては、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の変位（振動）を静電容量の変化として捉えてモニタリングするために容量素子を使用している。【００９９】  ＜実施例におけるセンサエレメントの動作＞  本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１は、上記のように構成されており、以下では、センサエレメントＳＥ１の動作について、図面を参照しながら説明する。【０１００】  図１０Ｃは、リング状カップリングスプリングＳＰＲと接続部ＣＵ１〜ＣＵ４で接続された慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４が、半径方向に駆動振動している状態を示す図である。【０１０１】  慣性体ＭＳ１は、半径方向に変位可能であるため、図８に示す慣性体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１０ｒ（容量素子８０）によって、慣性体ＭＳ１はｙ方向に駆動振動する。同様に、慣性体ＭＳ３も、半径方向に変位可能であるため、図１に示す慣性体ＭＳ３の内部に形成されている駆動振動部１０ｒ（容量素子８０）によって、慣性体ＭＳ３は、ｙ方向に駆動振動することになる。【０１０２】  特に、図１０Ｃ（ａ）および図１０Ｃ（ｂ）は、慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３とが半径方向に同位相（ｙ軸の変位が逆位相）で駆動振動している状態を模式的に示す図である。すなわち、図１０（ａ）に示すように、慣性体ＭＳ１が−ｙ方向に変位する場合、慣性体ＭＳ３は＋ｙ方向に変位する。一方、図１０（ｂ）に示すように、慣性体ＭＳ１が＋ｙ方向に変位する場合、慣性体ＭＳ３は−ｙ方向に変位する。このようにして、本実施の形態１においては、慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３によってｙ方向に音叉構造が構成され、接続部ＣＵ１とＣＵ３、リング状カップリングスプリングＳＰＲの変形によって、慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３とがｙ方向に逆位相で駆動振動��る動作が実現されることになる。同時に、慣性体ＭＳ２と慣性体ＭＳ４は、同様にｘ方向に音叉構造が構成され、ｘ方向に逆位相で駆動振動する動作が実現されることになる。【０１０３】  図１０Ｄは、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４で接続された慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ４が円周方向に駆動振動している状態を示す図である。慣性体ＭＳ１は、ｘ方向にも変位可能であるため、図８に示す慣性体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１０ｃ（容量素子８３）によって、慣性体ＭＳ１は円周方向（ｘ方向）に駆動振動する。同様に、慣性体ＭＳ３も、円周方向に変位可能であるため、図１に示す慣性体ＭＳ３の内部に形成されている駆動振動部１０ｃ（容量素子８３）によって、慣性体ＭＳ３は、円周方向（ｘ方向）に駆動振動することになる。【０１０４】  特に、図１０Ｄ（ａ）および図１０Ｄ（ｂ）は、慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３とが円周方向に同位相（ｘ方向に逆位相）で駆動振動している状態を模式的に示す図である。すなわち、図１０Ｄ（ａ）に示すように、慣性体ＭＳ１が−ｘ方向に変位する場合、慣性体ＭＳ２は＋ｘ方向に変位する。一方、図１０Ｄ（ｂ）に示すように、慣性体ＭＳ１が＋ｘ方向に変位する場合、慣性体ＭＳ２は−ｘ方向に変位する。このようにして、本実施例においては、接続部ＣＵ１、ＣＵ３でリング状カップリングスプリングＳＰＲに接続された慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３によってｘ方向に音叉構造が構成され、接続部ＣＵ１、ＣＵ３、リング状カップリングスプリングＳＰＲの変形によって、慣性体ＭＳ１と慣性体ＭＳ３とがｘ方向に逆位相で駆動振動する動作が実現されることになる。同時に、慣性体ＭＳ２と慣性体ＭＳ４は、同様にｙ方向に音叉構造が構成され、ｙ方向に逆位相で駆動振動する動作が実現されることになる。【０１０５】  以上のことから、本実施例によれば、駆動振動部１０ｒによって、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を半径方向に駆動振動させ、かつ、駆動振動部１０ｃによって、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を円周方向に駆動振動させることができる。したがって、本実施例によれば、駆動振動部１０ｒと駆動振動部１０ｃとを組み合わせることにより、慣性体ＭＳ１および慣性体ＭＳ２を任意の方向に駆動振動させることができる。【０１０６】  先に図６で、ｚ方向回り（時計回り）に角速度（Ω）が印加された場合におけるセンサエレメントの動作を説明した。以下、本実施例の構成と対応させて、具体的な動作を説明する。図８の構成を例にとると、図８において、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４とが半径方向に駆動振動しているとする。この状態で、図６に示すように、ｚ方向回り（反時計回り）に角速度（Ω）が印加されると、コリオリ力によって、半径方向の駆動振動が時計回りに回転する（「フーコーの振り子の原理」）。この駆動振動の傾きを測定することにより、角速度（Ω）に起因する回転角θを測定することができる。【０１０７】  このとき、駆動振動が回転する場合においても、この回転を阻害することなく、駆動振動の振幅を一定に保持することが回転角の検出精度を向上する観点から重要である。この点に関し、本実施例では、上述したように、駆動振動部１０ｒによって、慣性体ＭＳ１〜慣性体ＭＳ４を半径方向に駆動振動させ、かつ、駆動振動部��０ｃによって、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４を円周方向に駆動振動させることができる。このことから、本実施例によれば、駆動振動部１０ｒと駆動振動部１０ｃとを組み合わせて制御することにより、「フーコーの振り子の原理」によって、慣性体ＭＳの駆動振動の方向が変化しても、駆動振動の振幅を一定に制御しつつ、回転角を算出することができる。以下に、この制御動作について説明する。【０１０８】  図１１は、本実施例におけるセンサシステム１００の構成を示す図である。本システムでは、センサエレメントにおける回転による振動方向の変化を検知すればよいので、様々な公知の方式を適用できるが、以下では容量素子を用いた回路方式を説明する。図１１に示すように、本実施例におけるセンサシステム１００は、ジャイロスコープであるセンサエレメントＳＥ１、増幅部１０１、復調部１０２、信号検出部１０３、ＱＥ（Quadrature Error）制御部１０４、振幅制御部１０５、角度算出部１０６、フィードバック制御部１０７、変調部１０８、増幅部１０９、チューニング部１１０を有している。【０１０９】  まず、図８に示すようなセンサエレメントＳＥ１において、先に述べたように、各慣性体ＭＳのｘ方向とｙ方向の変位は、センサ部１１（例えば容量素子８１と８２）で検出することができる。慣性体ＭＳ１のｘ方向の変位ｘ１が静電容量値の変化としてセンサ部１１で検出され、かつ、慣性体ＭＳ３のｘ方向の変位ｘ３が静電容量値の変化としてセンサ部１１で検出される。一方、慣性体ＭＳ１のｙ方向の変位ｙ１が静電容量値の変化としてセンサ部１１で検出され、かつ、慣性体ＭＳ３のｙ方向の変位ｙ３が静電容量値の変化としてセンサ部１１で検出される。そして、ｘ方向の変位を示す静電容量値の変化は、例えば、図示しないＣ／Ｖ変換部で第１電圧信号（Ｘ）に変換される。同様に、ｙ方向の変位を示す静電容量値の変化は、例えば、図示しないＣ／Ｖ変換部で第１電圧信号（Ｙ）に変換される。【０１１０】  以上により、慣性体ＭＳの変位を検出することで、慣性体ＭＳと接続されているリング状カップリングスプリングＳＰＲの振動を検出することができる。これは、図６における点線で示す矢印６２の振動を検出することに相当する。上記では慣性体ＭＳ１とＭＳ３のセンサ部により信号を検出した。ただし、図６より明らかなように、慣性体ＭＳ２とＭＳ４からも同様に信号を検出することができる。従って、ＭＳ２とＭＳ４の検出信号を用いることにより、さらに誤差を修正することができる。あるいは、センサエレメントの対称性が保たれており、単一の慣性体にｘ、ｙ方向の変位を検出可能なセンサが内蔵されていれば、一つの慣性体からの信号でリング状カップリングスプリングＳＰＲの振動を算出することもできる。【０１１１】  次に、図１１に示すように、増幅部１０１において、第１電圧信号（Ｘ）および第１電圧信号（Ｙ）は、それぞれ増幅された後、復調部１０２で復調されて、それぞれ互いに直交する成分に分離される。なお、チューニング部１１０においては、図示しない容量素子を使用して、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数とのマッチングを行ってもよい。【０１１２】  続いて、信号検出部１０３では、復調部１０２で復調された信号から、有用なパラメータである「Quadrature」（駆動振動と直交する位相の成分）と「振幅」（駆動振動の振幅）と「角度」とを取得する。【０１１３】  そして、ＱＥ制御部１０４では、「Quadrature」の補償が行なわれる。また、振幅制御部１０５では、信号検出部１０３で取得した振幅を基準値と比較し、均一の振幅が得られるようにフィードバック制御部１０７を介して変調部１０８を制御する。さらに、角度算出部１０６では、図６に示す回転角θが算出される。本実施例の例では、取得した「角度」と実際の回転角θの間には、所定の比率（angular gain）の関係があるため、角度算出部１０６により実際の回転角を算出している。【０１１４】  その後、フィードバック制御部１０７は、ＱＥ制御部１０４と振幅制御部１０５と角度算出部１０６とから供給される信号に基づいてフィードバック信号を生成する。本実施例では、角度を用いてｘ軸とｙ軸の補正エネルギーを算出している。次に、フィードバック制御部１０７で生成されたフィードバック信号は、変調部１０８で変調された後、増幅部１０９で増幅されて、回転角θを阻害することなく、駆動振動部１０に供給される。この結果、本実施例におけるセンサシステム１００によれば、駆動振動部１０ｃと駆動振動部１０ｒとを組み合わせて制御することにより、「フーコーの振り子の原理」によって、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ４の駆動振動の方向が変化しても、駆動振動の振幅を一定に制御しながら、回転角を算出する動作を実現することができる。
【実施例２】
【０１１５】  図１２は本願発明の他の実施例であるジャイロスコープを構成する、センサエレメントＳＥ１の平面構成を示す図である。実施例１では、慣性体ＭＳがリング状カップリングスプリングＳＰＲの外側に配置されていたが、実施例２は慣性体ＭＳがリング状カップリングスプリングＳＰＲの内側に配置される。また、慣性体ＭＳの個数を５個以上としている。【０１１６】  ＜慣性体の配置＞  図１２を参照して説明する。本実施例は、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８と、アンカー接続部（接続部）ＣＵ１〜ＣＵ８と、リング状カップリングスプリングＳＰＲと、リング接続部ＳＰＲＣ１〜ＳＰＲＣ８により構成する。【０１１７】  接続部ＣＵ１〜ＣＵ８は前記実施例１と同様の構造でも良い。すなわち、慣性体ＭＳを支持する接続部ＣＵは、慣性体ＭＳをリング状カップリングスプリングＳＲＰの円周方向及び半径方向に振動させる。さらに、円周方向の共振周波数ｆｘと半径方向の共振周波数ｆｙが同様（ｆｘ＝ｆｙ）であるように構成している。【０１１８】  リング状カップリングスプリングＳＰＲは、図１２に示したように、内径はｒであり、厚みはｄである。内径ｒと、厚みｄと、縮退モードθにより、リング状カップリングスプリングＳＰＲの共振周波数ｆｒｓ及び縮退モードの共振周波数fｒdを以下の式により決めることができる。【数１】
2017130312.tif 000003
ここで、
【数２】
2017130312.tif 000004
である。
【０１１９】  すなわち、実施例２は慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８と、アンカー接続部ＣＵ１〜ＣＵ８と、リング状カップリングスプリングＳＰＲと、リング接続部ＳＰＲＣ１〜ＳＰＲＣ８で構成され、共振周波数はｆｘ＝ｆｙ、ｆｒｓ＝ｆｒｄとする。また、構造全体の共振モードｆｓ及び縮退モードｆｄは、ｆｘ（ｆｙ）とｆｒｓ（ｆｒｄ）の間である。【０１２０】  慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８のそれぞれは同一構造から構成されているため、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８を慣性体ＭＳとして説明することにする。また、接続部ＣＵ１〜ＣＵ８のそれぞれは同一構造から構成されているため、接続部ＣＵ１〜ＣＵ８を接続部ＣＵとして説明することにする。【０１２１】  接続部ＣＵを構成している複数梁の弾性係数をＫｘ、弾性係数Ｋｘと直交する方向の弾性係数をＫｙとする。また、弾性係数Ｋｘは慣性体ＭＳが円周方向に変位する際の弾性係数であり、弾性係数Ｋｙは慣性体ＭＳが半径方向に変位する際の弾性係数である。【０１２２】  図１２に示すように、実施例２では８個の慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８が４５度おきにカップリングスプリングＳＰＲと接続されている。すなわち、中心Ｏに対して対向する位置に慣性体ＭＳが配置される。図１（ａ）に示したような振動モード（Primary mode）の際に、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５、ＭＳ７は振動の腹点（antinode）位置であり、半径方向に励振され、さらに、慣性体ＭＳ１とＭＳ５がｙ方向に逆位相であり、慣性体ＭＳ３とＭＳ７がｘ方向に逆位相関係である。また、慣性体ＭＳ１とＭＳ５が最大振幅であり、慣性体ＭＳ３、ＭＳ７が最大振幅でもある。【０１２３】  一方、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４、ＭＳ６、ＭＳ８は振動の節点（node）位置になり、半径方向の振動振幅は小さく、円周方向にも振動振幅を有する、そのため、円周方向に励振される。さらに、慣性体ＭＳ２とＭＳ６がｘ＋軸と４５度方向に逆位相であり、慣性体ＭＳ４とＭＳ８がｘ＋軸と１３５度方向に逆位相関係である。また、慣性体ＭＳ１とＭＳ５が最大振幅であり、慣性体ＭＳ３、ＭＳ７が最大振幅でもある。節点に配置される慣性体の振幅は腹点に配置される慣性体の振幅より小さい。【０１２４】  ＜容量素子の配置例＞  図１３Ａは図１２の実施例における容量素子ＣＤの配置例を示す平面図である。櫛歯電極は容量素子ＣＤの一例である。容量素子の詳細は実施例１と同様である。また、直交位置に配置されている慣性体ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５、ＭＳ７のグループ，または慣性体ＭＳ２、ＭＳ４、ＭＳ６、ＭＳ８のグループが対称性であるため、グループ内において、駆動振動部とセンサ部を持てばよいため、１つの慣性体ＭＳに、駆動振動部、センサ部を全て備えなくても良く、電極の数を減らすことができる。【０１２５】  例えば、図１３Ａでは一つの慣性体ＭＳに４つの容量素子（櫛歯電極）ＣＤを備えるように構成しており、例えば、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５、ＭＳ７のグループのなかで、任意の容量素子ＣＤを駆動振動部とし、任意の容量素子ＣＤをセンサ部とすればよい。【０１２６】  図１３Ｂは図１２の実施例における容量素子ＣＤの別の配置例を示す平面図である。例えば、図１３Ｂでは一つの慣性体ＭＳに２つの容量素子（櫛歯電極）ＣＤを備えるように構成しており、例えば、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５、ＭＳ７のグループのなかで、任意の容量素子ＣＤを駆動振動部とし、任意の容量素子ＣＤをセンサ部とすればよい。【０１２７】  ＜センサエレメントの動作説明＞  図１４は図１２のセンサエレメントＳＥ１の動作を模式的に示している。図１４Ａは共振モードのPrimary modeを示した。図１４Ｂはθ＝４５度（ｎ＝２）の縮退モードの形状を示した。図１４Ｃにはｚ方向回り（時計回り）に角速度が印加された場合におけるエネルギーを交換する原理を示す。【０１２８】  すなわち、図１４Ａのように駆動され、角速度が印加された際に、図１４Ｃに示したように、半径方向に駆動される慣性体ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５、ＭＳ７が円周方向にエネルギーを交換し、円周方向に駆動される慣性体ＭＳ２、ＭＳ４、ＭＳ６、ＭＳ８が半径方向にエネルギーを交換する。図１４Ｃのθは角度である。【０１２９】  同様に、図１４Ｂに示す縮退モード（degenerate mode ＝４５度）で駆動される際には、慣性体ＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５、ＭＳ７は振動の節点位置になり、円周方向に励振され、一方、慣性体ＭＳ２、ＭＳ４、ＭＳ６、ＭＳ８は振動の腹点位置になり、半径方向に励振される。【０１３０】  このように、カップリングスプリングの固有な特徴により、θ＝４５度の固有振動モードとその縮退モードを利用し、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８はそれぞれが円周方向及び半径方向の直交方向である二つモードを同じ共振周波数で駆動することができる。【０１３１】  ＜慣性体ＭＳと容量素子ＣＤのレイアウト例＞  図１５Ａは図１２のセンサエレメントＳＥ１における、慣性体ＭＳのレイアウト例を示す平面図である。図中黒い部分には部材が存在し、白抜きの部分は空隙となっている。中央にアンカーＡＣＲがあり、アンカーＡＣＲの周りに４つのシャトルＳＨと４つの容量素子ＣＤが配置されている。このようなパターンは、図９に断面図を示したように、デバイス層１ｃをエッチング技術等により加工することで形成することができる。【０１３２】  図１５Ｂは図１５ＡのアンカーＡＣＲ周辺の部分拡大図である。中央のアンカーＡＣＲの周りに見える白抜きの細い部分が、梁ＢＭである。図１５の構造は、例えばＭＥＭＳを製造する半導体製造技術を適用して作成することができる。また、容量素子ＣＤは、其々特定の方向の力を検出できるように構成され、あるいは、特定の方向に力を加えることができるように構成されている。【０１３３】  ＜実施例の効果＞  以上で説明した本発明の実施例１〜３では、慣性体ＭＳがリング状カップリングスプリングＳＰＲに接続されているため、各慣性体ＭＳの周波数整合が容易である。また、慣性体ＭＳの質量を有効利用することにより、低ノイズが期待できるというメリットがある。【０１３４】  例えば、図１２の実施例の慣性体ＭＳ１の半径方向弾性係数Ｋｙ１が加工誤差により１０％のバラツキが発生する際に、慣性体ＭＳ１の半径方向と円周方向の共振周波数のずれは０.０１％までに抑えることが可能である。すなわち、加工ばらつきによる駆動振動共振周波数と感知軸周波数とのずれを抑えられ、校正可能な範囲とすることができる。【０１３５】  また、加工する際にＳｉのエッチングにより慣性体ＭＳ１の質量が他の慣性体とバラツキがあった���合でも、慣性体ＭＳ１と他の慣性体の半径方向と円周方向の共振周波数のずれを抑えることが可能である。【０１３６】  リング状カップリングスプリングＳＰＲを慣性体ＭＳの外側に配置することにより、リングの厚さのバラツキのロバスト（Robustness）にもなる。すなわち、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８の半径方向の弾性係数Ｋｙが円周方向の弾性係数Ｋｘと異なる場合には、または、加工バラツキによる慣性体の質量が異なる場合であっても、駆動振動軸と感知軸の共振周波数をリング状カップリングスプリングＳＰＲの固有モードと縮退モードという機械的な固有特徴により一致させることができる。すなわち、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８はそれぞれの円周方向の共振周波数と半径方向の共振周波数が同様になり、エネルギーの変換が実現でき、角度を直接に出力できる。
【実施例３】
【０１３７】  図１６は本願発明の他の実施例である、ジャイロスコープを構成するセンサエレメントＳＥ１の平面構成を示す図である。各要素は実施例２の構成と同様であるが、慣性体ＭＳ１〜ＭＳ８の配置はリング状カップリングスプリングＳＰＲの外側に配置される。そのため、慣性体の配置がリング状カップリングスプリングＳＰＲに制約されない。このため、慣性体の形状や配置は対称性を持つ構造に簡易に設計でき、設計のロバスト性が良くなる。【０１３８】  本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】  回転角や角速度を測定するジャイロスコープに利用することができる。
【符号の説明】
【０１４０】センサエレメント：ＳＥリング状カップリングスプリング：ＳＰＲアンカー：ＡＣＲシャトル：ＳＨ接続部：ＣＵ梁：ＢＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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