(57)【要約】【課題】  同位相モードの振動成分を抑制することが可能な振動装置を提供する。【解決手段】  実施形態に係る振動装置は、第１の軸に対して平行な方向に配列され且つ第１の軸に対して平行な方向に振動可動な第１及び第２の可動部を含む第１の可動ユニット１０と、第１の軸に対して垂直な第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第２の可動ユニット４０と、第１の可動ユニットと第２の可動ユニットとを接続する接続ユニット５０とを備え、第１の可動ユニットの同位相モードでの共振周波数をｆi とし、第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振周波数をｆa とし、第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振のＱ値をＱa として、以下の関係が満たされる  ｆi ＞（１＋１／（２Ｑa））ｆa  ものである。【選択図】図３
2018096722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第１の軸に対して平行な方向に振動可動な第１及び第２の可動部を含む第１の可動ユニットと、
前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第２の可動ユニットと、
前記第１の可動ユニットと前記第２の可動ユニットとを接続する接続ユニットと、
を備えた振動装置であって、
前記第１の可動ユニットの同位相モードでの共振周波数をｆi とし、前記第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振周波数をｆa とし、前記第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振のＱ値をＱa として、以下の関係が満たされる
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑa））ｆa
ことを特徴とする振動装置。
【請求項２】
振動中の前記第１の可動ユニットを捕捉し且つ捕捉された前記第１の可動ユニットを解放して振動を開始させる捕捉及び解放機構をさらに備え、
前記第１の可動ユニットを解放することで、前記第１及び第２の可動部は前記第１の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
前記第１の可動ユニットに加わるコリオリ力を検出するための前記第１の可動ユニットのセンス振動の共振周波数及び共振のＱ値をそれぞれｆs 及びＱs して、以下の関係が満たされる
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑs））ｆs
ことを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
【請求項４】
前記第２の可動ユニットは、前記第２の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第３及び第４の可動部を含み、
前記接続ユニットは、前記第１の可動部と前記第３の可動部とを接続する第１の接続部と、前記第２の可動部と前記第３の可動部とを接続する第２の接続部と、前記第１の可動部と前記第４の可動部とを接続する第３の接続部と、前記第２の可動部と前記第４の可動部とを接続する第４の接続部と、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
【請求項５】
振動中の前記第１及び第２の可動ユニットの少なくとも一方を捕捉し且つ捕捉された前記第１及び第２の可動ユニットの前記少なくとも一方を解放して振動を開始させる捕捉及び解放機構をさらに備え、
前記第１及び第２の可動ユニットの前記少なくとも一方を解放することで、前記第１及び第２の可動部は前記第１の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、前記第３及び第４の可動部は前記第２の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、
前記第１及び第２の可動部が互いに近づくとき、前記第３及び第４の可動部は互いに遠ざかり、前記第１及び第２の可動部が互いに遠ざかるとき、前記第３及び第４の可動部は互いに近づく
ことを特徴とする請求項４に記載の振動装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第１の軸を中心とする第１の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量を検出する第１の検出部と、
前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第２の軸を中心とする第２の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量を検出する第２の検出部と、
前記第１の軸及び前記第２の軸いずれに対しても垂直な軸を第３の軸とし、前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第３の軸を中心とする第３の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量を検出する第３の検出部と、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項４に記載の振動装置。
【請求項７】
前記第１の検出部は、前記第３及び第４の可動部の前記第３の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構を含み、
前記第２の検出部は、前記第１及び第２の可動部の前記第３の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構を含み、
前記第３の検出部は、前記第１及び第２の可動部の前記第２の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構と、前記第３及び第４の可動部の前記第１の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構とを含む
ことを特徴とする請求項６に記載の振動装置。
【請求項８】
互いに垂直な第１、第２及び第３の軸によって規定される振動装置であって、
前記第１の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第１の軸に対して平行な方向に振動可動な第１及び第２の可動部を含む第１の可動ユニットと、
前記第２の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第３及び第４の可動部を含む第２の可動ユニットと、
前記第３の軸に対して垂直な平面内において前記第１及び第２の可動部を同一方向に回転させ且つ前記第３及び第４の可動部を同一方向に回転させ且つ前記第１及び第２の可動部と前記第３及び第４の可動部とを互いに逆方向に回転させ、前記第１の軸に対して垂直な平面内において前記第３及び第４の可動部を同一方向に回転させ、前記第２の軸に対して垂直な平面内において前記第１及び第２の可動部を同一方向に回転させる機能を有する回転制御ユニットと、
前記第１の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第１の接続部と、
前記第２の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第２の接続部と、
前記第３の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第３の接続部と、
前記第４の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第４の接続部と、
を備えることを特徴とする振動装置。
【請求項９】
前記回転制御ユニットは、それぞれがその支点を中心として前記第３の軸に対して垂直な平面内で回転可能な複数の回転構造部と、それぞれがその両端に接続された前記回転構造部を前記第３の軸に対して垂直な平面内で互いに逆方向に回転させる複数の逆回転構造部と、を含み、
前記第１及び第２の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第３及び第４の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第１及び第３の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第２及び第３の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第１及び第４の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第２及び第４の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられている
をことを特徴とする請求項８に記載の振動装置。
【請求項１０】
前記回転制御ユニットは、それぞれがその支点を中心として前記第１の軸に対して垂直な平面内及び前記第２の軸に対して垂直な平面内で回転可能な複数の回転構造部と、それぞれがその両端に接続された前記回転構造部を前記第１の軸に対して垂直な平面内及び前記第２の軸に対して垂直な平面内において互いに逆方向に回転させる複数の逆回転構造部と、を含み、
前記第１及び第２の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第３及び第４の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられている
をことを特徴とする請求項８に記載の振動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、振動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロセンサ等に用いる振動装置として、チューニングフォーク（tuning fork）機構（ＴＦ機構）を用いたものが知られている。ＴＦ機構を用いた振動装置では、同一方向に配列された２つのマス（mass）部（可動部）が逆位相モード（anti-phase mode）で振動するため、加速度等の並進運動の影響を排除することができる。
【０００３】
また、マス部（可動部）に対する捕捉及び解放（catch and release）機構（ＣＲ機構）を設け、マス部を間欠的に駆動する捕捉及び解放方式（ＣＲ方式）の振動装置も提案されている。この捕捉及び解放方式の振動装置を用いることにより、振動装置の消費電力を大幅に低減することが可能である。
【０００４】
ところが、ＴＦ機構を用いた振動装置に対してＣＲ機構を採用した場合、特に振動の初期段階において、逆位相モードの振動成分に加えて同位相（in-phase）モードの振動成分が生じる。したがって、同位相モードの振動成分を抑制することが可能な振動装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／００２５４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同位相モードの振動成分を抑制することが可能な振動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る振動装置は、第１の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第１の軸に対して平行な方向に振動可動な第１及び第２の可動部を含む第１の可動ユニットと、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第２の可動ユニットと、前記第１の可動ユニットと前記第２の可動ユニットとを接続する接続ユニットと、を備えた振動装置であって、前記第１の可動ユニットの同位相モードでの共振周波数をｆi とし、前記第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振周波数をｆa とし、前記第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振のＱ値をＱa として、以下の関係が満たされる
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑa））ｆa
ものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係り、ＴＦ機構を有する振動装置の概念的な基本構成を模式的に示した図である。
【図２】第１の実施形態に係り、Δと振幅（Ｃ1、Ｃ2、Ｄ1、Ｄ2）との関係を示した図である。
【図３】第１の実施形態に係る振動装置の概念的な基本構成を模式的に示した図である。
【図４】第１の実施形態に係る振動装置の動作を示した図である。
【図５】第１の実施形態に係る振動装置の第１の具体的構成例を模式的に示した図である。
【図６】第１の実施形態に係る振動装置の第２の具体的構成例を模式的に示した図である。
【図７】第１の実施形態に係り、固有周波数ｆ1 及びf2 とバネ定数Ｋとの関係を示した図である。
【図８】第１の実施形態に係り、可動ユニットの振幅の周波数特性を示した図である。
【図９】第１の実施形態に係り、可動ユニットに働くコリオリ力に基づく振動の振幅の周波数特性を示した図である。
【図１０】第１の実施形態に係る振動装置の第３の具体的構成例を模式的に示した図である。
【図１１】第２の実施形態に係る振動装置の構成を模式的に示した図である。
【図１２】第２の実施形態に係る振動装置において、可動ユニットを捕捉したときの状態を模式的に示した図である。
【図１３】第２の実施形態に係る振動装置の振動動作を模式的に示した図である。
【図１４】第２の実施形態に係る振動装置において、所定物理量の検出動作を模式的に示した図である。
【図１５】第２の実施形態に係る振動装置において、所定物理量の検出動作を模式的に示した図である。
【図１６】第２の実施形態に係る振動装置において、所定物理量の検出動作を模式的に示した図である。
【図１７】第２の実施形態に係る振動装置において、検出部の第１の構成例を模式的に示した断面図である。
【図１８】第２の実施形態に係る振動装置において、検出部の第２の構成例を模式的に示した断面図である。
【図１９】第２の実施形態に係る振動装置において、検出部の第３の構成例を模式的に示した断面図である。
【図２０】第２の実施形態に係る振動装置の第１の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図２１】第２の実施形態に係る振動装置の第２の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図２２】第２の実施形態に係る振動装置の第３の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図２３】第２の実施形態に係る振動装置の第４の変更例の構成を模式的に示した図である。
【図２４】第２の実施形態に係る振動装置の好ましい条件を説明するための図である。
【図２５】第３の実施形態に係る振動装置の概念的（原理的）な構成を模式的に示した図である。
【図２６】第３の実施形態に係る振動装置における回転構造部及び逆回転構造部の機能を模式的に示した図である。
【図２７】第３の実施形態に係る振動装置における回転構造部及び逆回転構造部の機能を模式的に示した図である。
【図２８】第３の実施形態に係る振動装置における回転構造部及び逆回転構造部の動作を模式的に示した図である。
【図２９】第３の実施形態に係る振動装置における回転構造部の構成の一例を模式的に示した図である。
【図３０】第３の実施形態に係る振動装置における回転構造部の構成の他の例を模式的に示した図である。
【図３１】第３の実施形態に係る振動装置における回転構造部の構成の他の例を模式的に示した図である。
【図３２】第３の実施形態に係る振動装置における回転制御ユニットの具体的な構造を模式的に示した図である。
【図３３】第４の実施形態に係る振動装置の概念的（原理的）な構成を模式的に示した図である。
【図３４】第４の実施形態に係る振動装置の概念的（原理的）な構成を模式的に示した図である。
【図３５】第４の実施形態に係る振動装置の基本原理を用いたジャイロセンサの構成を模式的に示した図である。
【図３６】第４の実施形態に係る振動装置における接続部の具体的な構成を模式的示した図である。
【図３７】第４の実施形態に係る振動装置において、可動部が振動しているときの接続部の状態を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１０】
（実施形態１）
以下、第１の実施形態に係る振動装置について説明する。本実施形態に係る振動装置は、チューニングフォーク（tuning fork）機構（ＴＦ機構）及び捕捉及び解放（catch and release）機構（ＣＲ機構）を有するジャイロセンサに用いられ、ＭＥＭＳ（micro electro-mechanical systems）技術を用いて半導体基板上に形成される。
【００１１】
まず、チューニングフォーク機構（ＴＦ機構）を有する振動装置の基本的な振動動作について説明する。
【００１２】
図１は、ＴＦ機構を有する振動装置の概念的な基本構成を模式的に示した図である。
【００１３】
図１に示すように、ｘ軸に平行な方向に、可動部（マス部）１１及び１２、バネ部２１、２２及び２３が設けられている。これらの可動部（マス部）１１及び１２並びにバネ部２１、２２及び２３は、固定部（固定端）３１と固定部（固定端）３２との間に接続されている。
【００１４】
可動部（マス部）１１のマス（mass）はｍ1 であり、可動部（マス部）１２のマス（mass）はｍ2 である。可動部１１及び１２は、実質的にｘ軸上を運動する（ｘ軸上で振動する）。可動部１１のｘ軸方向の変位をｘ1 とし、ｘ軸の正方向を正の変位方向とする。また、可動部１１に外力（後述する電圧等）が加わらない平衡状態での可動部１１の位置を原点（ｘ1 ＝０）とする。可動部１２のｘ軸方向の変位をｘ2 とし、ｘ軸の正方向を正の変位方向とする。また、可動部１２に外力（後述する電圧等）が加わらない平衡状態での可動部１２の位置を原点（ｘ2 ＝０）とする。
【００１５】
バネ部２１は、可動部１１と固定部（固定端）３１とを接続し、バネ定数ｋ1 を有する。バネ部２１は、単一のバネで構成されていてもよいし、複数のバネで構成されていてもよい。バネ部２１が単一のバネで構成されている場合には、その単一のバネのバネ定数がｋ1 である。バネ部２１が複数のバネで構成されている場合には、複数のバネの合成バネ定数がｋ1 である。可動部１１の変位がｘ1 であるとき、可動部１１にはバネ部２１により−ｋ1 ×ｘ1 の力が働く。
【００１６】
バネ部２２は、可動部１２と固定部（固定端）３２とを接続し、バネ定数ｋ2 を有する。バネ部２２は、単一のバネで構成されていてもよいし、複数のバネで構成されていてもよい。バネ部２２が単一のバネで構成されている場合には、その単一のバネのバネ定数がｋ2 である。バネ部２２が複数のバネで構成されている場合には、複数のバネの合成バネ定数がｋ2 である。可動部１２の変位がｘ2 であるとき、可動部１２にはバネ部２２により−ｋ2 ×ｘ2 の力が働く。
【００１７】
バネ部２３は、可動部１１と可動部１２とを接続し、バネ定数ｋを有する。バネ部２３は、単一のバネで構成されていてもよいし、複数のバネで構成されていてもよい。バネ部２３が単一のバネで構成されている場合には、その単一のバネのバネ定数がｋである。バネ部２３が複数のバネで構成されている場合には、複数のバネの合成バネ定数がｋである。可動部１１の変位がｘ1 であり且つ可動部１２の変位がｘ2 であるとき、可動部１１にはバネ部２３により−ｋ(ｘ1−ｘ2)の力が働き、可動部１２にはバネ部２３により−ｋ(ｘ2−ｘ1)の力が働く。なお、バネ部２３がなくてもよい（ｋ＝０）。
【００１８】
可動部１１及び１２の運動方程式は、以下のように表される。
【数１】
2018096722.tif 000003
【００１９】
上記の運動方程式は、２つの自由度を有するため、２つの解（固有周波数ｆ1 及びｆ2 ）を有する。固有周波数ｆ1 及びｆ2 は、以下のように表される。
【数２】
2018096722.tif 000004
【００２０】
ここで、
【数３】
2018096722.tif 000005
【００２１】
である。
【００２２】
以下、簡単のため、ｍ1 ＝ｍ2 とし、ｐ＝ｋ／ｍと表す。
【００２３】
捕捉及び解放機構（ＣＲ機構）を有する振動装置において、逆位相モード（anti-phase mode）を生じさせるためには、初期条件を以下のように設定すればよい。
【数４】
2018096722.tif 000006
【００２４】
ただし、Ａは初期変位量を表している。
【００２５】
同位相モード（in-phase mode）及び逆位相モード（anti-phase mode）に対応する座標をそれぞれＸi 及びＸa とし、以下のように定義する。
【数５】
2018096722.tif 000007
【００２６】
このとき、初期条件を満たす運動方程式の解は、以下のように表される。
【数６】
2018096722.tif 000008
【００２７】
ここで、
【数７】
2018096722.tif 000009
【００２８】
である。Δは、バネ部２１のバネ定数ｋ1 及びバネ部２２のバネ定数ｋ2 の非対称性の度合いを表すパラメータである。
【００２９】
図２は、Δと振幅（Ｃ1、Ｃ2、Ｄ1、Ｄ2）との関係を示した図である。
【００３０】
バネ定数ｋ1 とバネ定数ｋ2 とが完全に対称である場合には、Δ＝０である。このとき、Ｄ1 ＝１、Ｃ1 ＝Ｃ2 ＝Ｄ2 ＝０、となる。そのため、周波数ｆ1 を有する逆位相モードのみが残る。
【００３１】
ところが、バネ定数ｋ1 とバネ定数ｋ2 とが非対称となり、Δ＞０となると、逆位相モードのみを生じさせるような初期条件で振動を開始させたとしても、同位相モードも必ず混在してしまう。実際に、製造ばらつき等によってバネ定数ｋ1 及びｋ2 の非対称性は必ず生じる。また、バネ部２１とバネ部２２との間で振動の開始タイミングにずれが生じた場合にも、同位相モードが混在する。このように、図１に示した構成において、同位相モードは必ず混在する。
【００３２】
また、同位相モードの周波数ｆ2 は、逆位相モードの周波数ｆ1 よりも低い。これは、バネ定数が小さいために、同位相モードの変位量が大きくなりやすいことを意味する。また、バネ定数ｋ1 の値とバネ定数ｋ2 の値とが近く、且つバネ定数ｋの値が小さい場合には、ｒの値が小さくなる。その結果、周波数ｆ1 と周波数ｆ2 とがほぼ等しくなる。これは、周波数ｆ1 のみの振動を生じさせるようにしても、周波数ｆ2 の振動も生じやすいことを意味する。
【００３３】
以上のように、ＣＲ機構を用いた振動装置においてＴＦ機構を採用した場合、逆位相モードの振動成分に加えて同位相モードの振動成分が生じる。このように同位相モードの振動成分が混在すると、加速度等の並進運動の影響を除去することができなくなる。そのため、このような振動装置を角速度センサ等に採用した場合、高性能のセンサを得ることができない。
【００３４】
本実施形態では、以下のような振動装置によって、上述した問題を解決するようにしている。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る振動装置の概念的な基本構成を模式的に示した図である。図４は、図３に示した振動装置の動作を示した図である。
【００３６】
図３に示すように、ｘ軸（第１の軸）に対して平行な方向に配列され且つｘ軸（第１の軸）に対して平行な方向に振動可動な第１の可動部（マス部）１１及び第２の可動部（マス部）１２によって、第１の可動ユニット１０が構成されている。第１のバネ部２１によって第１の可動部１１と第１の固定部（固定端）３１とが接続され、第２のバネ部２２によって第２の可動部１２と第２の固定部（固定端）３２とが接続されている。また、バネ部２３によって第１の可動部１１と第２の可動部１２とが接続されている。
【００３７】
また、図３の振動装置では、ｘ軸（第１の軸）に対して垂直なｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に振動可動な第２の可動ユニット４０と、第１の可動ユニット１０と第２の可動ユニット４０とを接続する接続ユニット５０とが設けられている。第２の可動ユニット４０は、ｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に振動可動な第３の可動部４１によって構成されている。また、接続ユニット５０は、第１の可動部１１と第３の可動部４１とを接続する第１の接続部５１と、第２の可動部１２と第３の可動部４１とを接続する第２の接続部５２とによって構成されている。
【００３８】
上述したことからわかるように、図３に示した構成では、図１に示した構成に加えて、可動ユニット４０（可動部４１）及び接続ユニット５０（接続部５１及び接続部５２）が設けられている。なお、接続部５１及び接続部５２の合成バネ定数はＫである。接続部５１及び接続部５２を設けることで、後述するように、同位相モードの振動成分を抑制することが可能である。
【００３９】
図４に示すように、可動部４１は、ｘ軸（第１の軸）と直行するｙ軸（第２の軸）上を振動するように、可動範囲が制限されている。接続部５１及び５２は、可動部１１の変位がｘ1 で且つ可動部１２の変位がｘ2 である場合に、「ｘ1 ＋ｘ2 ≠０」のときに「ｘ1 ＋ｘ2 ＝０」の状態に戻るように復元力を働かせる。可動部１１及び１２が「ｘ1 ＋ｘ2 ＝０」の関係を維持したまま動く場合には、接続部５１及び５２は、上述した復元力に比べて極めて弱い力しか、可動部１１及び１２に作用させないものとする。この意味において、接続部５１及び５２による力を、バネ定数Ｋを用いて近似的に、−Ｋ（ｘ1＋ｘ2）と表すことができる。この力により、可動部１１には−Ｋ（ｘ1＋ｘ2）の力が作用し、可動部１２には−Ｋ（ｘ1＋ｘ2）の力が作用する。バネ定数Ｋが非常に大きいとき、可動部１１及び１２の可動範囲が、実質的に「ｘ1 ＋ｘ2 ＝０」の関係を満たす範囲に限定されることになる。
【００４０】
図５は、本実施形態に係る振動装置の第１の具体的構成例、特に接続部５１及び５２の第１の具体的構成例を模式的に示した図である。図５の基本的な構成は、図３に示した構成と同様である。したがって、図３に示した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００４１】
図５に示すように、第１の可動ユニット１０は、第１の可動部（マス部）１１及び第２の可動部（マス部）１２によって構成されている。第１の固定部３１は４つアンカーによって構成され、第２の固定部３２も４つアンカーによって構成されている。第１のバネ部２１は４つのバネによって構成され、第２のバネ部２２も４つのバネによって構成されている。第１のバネ部２１によって第１の可動部１１と第１の固定部３１とが接続され、第２のバネ部２２によって第２の可動部１２と第１の固定部３２とが接続されている。
【００４２】
第２の可動ユニット４０は、第３の可動部４１によって構成されている。第３の可動部４１は、第１の可動部１１及び第２の可動部１２と同じ構成であってもよいし、異なった構成であってもよい。また、接続ユニット５０は、第１の可動部１１と第３の可動部４１とを接続する第１の接続部５１と、第２の可動部１２と第３の可動部４１とを接続する第２の接続部５２とによって構成されている。
【００４３】
また、図５に示した振動装置には、第３の固定部７１と、第３の可動部４１と第３の固定部７１とを接続する第３のバネ部６１とが設けられている。第３のバネ部６１は４つのバネによって構成され、第３の固定部７１は４つアンカーによって構成されている。
【００４４】
図５に示した第１の具体的構成例では、接続部５１によって可動部１１と可動部４１とを接続し、接続部５２によって可動部１２と可動部４１とを接続している。接続部５１と接続部５２とは、同一の構造を有している。また、接続部５１及び接続部５２それぞれの長さは不変である。このように、接続部５１及び５２の長さが不変であるため、可動部１１及び１２のｘ軸方向の振動に応じて可動部４１がｙ軸方向に振動し、図４に示すような動作を効果的に実現することが可能である。なお、接続部５１及び５２の長さを一定に保つためには、図５に示すように、接続部５１及び５２それぞれの中央部を太くすることが効果的である。
【００４５】
図６は、本実施形態に係る振動装置の第２の具体的構成例、特に接続部５１及び５２の第２の具体的構成例を模式的に示した図である。図６の基本的な構成も図３に示した構成と同様であり、図３に示した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付している。また、図５に示した第１の具体的構成例の構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００４６】
図６に示した第２の具体的構成例では、第１の接続部５１及び第２の接続部５２がそれぞれ、それぞれの支点を中心として回転可能な構成を有している。具体的には、接続部５１はアンカー５１ａを中心として回転可能であり、接続部５２はアンカー５２ａを中心として回転可能である。このような構成であっても、第１の具体的構成例と同様に、図４に示すような動作を効果的に実現することが可能である。
【００４７】
図３〜図６で示したように、可動部４１、接続部５１及び接続部５２が設けられている場合、可動部１１及び１２の運動方程式は、以下のように表される。
【数８】
2018096722.tif 000010
【００４８】
上記の連立方程式における２つの固有周波数ｆ1 及びf2 は、以下のように表される。
【数９】
2018096722.tif 000011
【００４９】
ここで、
【数１０】
2018096722.tif 000012
【００５０】
である。
【００５１】
ここで、ｍ1＝ｍ2、ｋ1＝ｋ2、且つ、Ｋが十分に小さい場合について説明する。
【００５２】
固有周波数ｆ1 及びf2 に対応する固有振動モードをＸ1 及びＸ2 とすると、以下のように表すことができる。Ｘ1 は逆位相モードであり、Ｘ2 は同位相モードである。
【数１１】
2018096722.tif 000013
【００５３】
また、固有周波数ｆ1 及びf2 は、以下のように表すことができる。
【数１２】
2018096722.tif 000014
【００５４】
この場合、同位相モードの方が、周波数が低くなる。この場合の結果は、すでに述べた通りである。
【００５５】
次に、ｍ1＝ｍ2、且つ、Ｋが十分に大きい場合について説明する。
【００５６】
固有周波数ｆ1 及びf2 に対応する固有振動モードをＸ1 及びＸ2 とすると、以下のように表すことができる。Ｘ1 は同位相モードであり、Ｘ2 は逆位相モードである。
【数１３】
2018096722.tif 000015
【００５７】
また、固有周波数ｆ1 及びf2 は、以下のように表すことができる。
【数１４】
2018096722.tif 000016
【００５８】
この場合、逆位相モードの方が、周波数が低くなる。また、ｆ2 はＫの値によらず一定であるのに対し、ｆ1 はＫの値を増加させるにしたがって増加する。
【００５９】
図７は、ｍ1＝ｍ2 のときの、固有周波数ｆ1 及びf2 とＫとの関係を示した図である。縦軸は単位周波数に対する比であり、横軸は単位バネ定数に対する比である。
【００６０】
Ｋがｋよりも小さい場合には、ｆ1 に対応する固有振動モードは実質的に逆位相（anti-phase）モードとなり、ｆ2 に対応する固有振動モードは実質的に同位相（in-phase）モードとなる。また、ｆ2 ＜ｆ1 となる。ここで、実質的に逆位相モード及び実質的に同位相モードとは、Ｋ→０の極限において完全な逆位相モード及び完全な同位相モードになることを意味する。
【００６１】
Ｋがｋよりも大きい場合には、ｆ1 に対応する固有振動モードは実質的に同位相（in-phase）モードとなり、ｆ2 に対応する固有振動モードは実質的に逆位相（anti-phase）モードとなる。また、ｆ2 ＜ｆ1 となる。ここで、実質的に逆位相モード及び実質的に同位相モードとは、Ｋ→∞の極限において完全な逆位相モード及び完全な同位相モードになることを意味する。
【００６２】
Ｋ＞ｋの状態においてＫを増加させると、ｆ2 はほぼ一定であるのに対し、ｆ1 はＫの増加にしたがって増加する。このことは、同位相モードのバネ定数が大きく、同位相モードが抑制されることを意味する。
【００６３】
以上のことから、ＣＲ機構及びＴＦ機構を用いた振動装置において、同位相モードを抑制するためには、接続部５１及び５２のバネ定数（合成バネ定数）Ｋを大きくすればよいことがわかる。
【００６４】
次に、接続部５１及び５２のバネ定数（合成バネ定数）Ｋをどの程度大きくすればよいかについて説明する。
【００６５】
同位相モードを抑制するためには、同位相モードの共振周波数が逆位相モードの共振周波数よりも大きいことが必要である。上述したことからわかるように、この条件を満たすためには、Ｋ＞ｋ（条件１）であることが必要である。
【００６６】
また、可動ユニット１０の同位相モードでの共振周波数をｆi とし、可動ユニット１０の逆位相モードでの共振周波数をｆa とし、可動ユニット１０の逆位相モードでの共振のＱ値をＱa として、以下の関係（条件２）
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑa））ｆa
が満たされる必要がある。以下、説明を加える。
【００６７】
図８は、可動ユニット１０（可動部１１及び１２）の振幅の周波数特性を示した図である。横軸は周波数であり、縦軸は振幅である。
【００６８】
可動ユニット１０を逆位相モードで振動させたときに、同位相モードの振動成分が実質的に生じないようにするためには、同位相モードの共振周波数ｆi 、逆位相モードの共振周波数ｆa 及び逆位相モードの振幅の周波数特性の半値幅Δｆa は、以下の関係を満たすことが要求される。
【００６９】
ｆi ＞ｆa ＋Δｆa／２
ここで、Δｆa とＱa との間には、「Ｑa ＝ｆa／Δｆa 」という関係がある。したがって、上式は、
ｆi ＞ｆa ＋Δｆa／２＝（１＋１／（２Ｑa））ｆa
と表される。
【００７０】
接続部５１及び５２のバネ定数（合成バネ定数）Ｋは、上記の関係式が成立する程度に大きくすればよい。上記の関係式を、すでに示したパラメータを用いて表すと、以下の関係が成立する。
【数１５】
2018096722.tif 000017
【００７１】
また、本実施形態の振動装置をジャイロセンサとして用いた場合、可動ユニット１０に加わるコリオリ力を検出するための可動ユニット１０のセンス振動の共振周波数及び共振のＱ値をそれぞれｆs 及びＱs して、以下の関係（条件３）
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑs））ｆs
が満たされる必要がある。以下、説明を加える。
【００７２】
図９は、可動ユニット１０（可動部１１及び１２）のコリオリ力を検出するためのセンス振動の振幅の周波数特性を示した図である。横軸は周波数であり、縦軸は振幅である。
【００７３】
可動ユニット１０にコリオリ力に基づく振動が生じたときに、同位相モードの振動成分が実質的に生じないようにするためには、同位相モードの共振周波数ｆi 、コリオリ力を検出するためのセンス共振周波数ｆs 及び該センス共振の振幅の周波数特性の半値幅Δｆs は、以下の関係を満たすことが要求される。
【００７４】
ｆi ＞ｆs ＋Δｆs／２
ここで、Δｆs とＱs との間には、「Ｑs ＝ｆs／Δｆs 」という関係がある。したがって、上式は、
ｆi ＞ｆs ＋Δｆs／２＝（１＋１／（２Ｑs））ｆs
と表される。
【００７５】
なお、多軸のジャイロセンサにおいて複数のセンス共振周波数が存在する場合には、最も高い共振周波数について上式が成立する必要がある。
【００７６】
上記の関係式を、すでに示したパラメータを用いて表すと、以下の関係が成立する。
【数１６】
2018096722.tif 000018
【００７７】
以上のことから、ＣＲ機構及びＴＦ機構を用いた振動装置において、同位相モードの振動成分を抑制するためには、上述した条件１及び条件２が成立する必要があり、さらに上述した条件３が成立することが望ましい。
【００７８】
図１０は、本実施形態に係る振動装置の第３の具体的構成例を模式的に示した図である。図１０の基本的な構成は図３に示した構成と同様であり、図３に示した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付している。また、図５に示した第１の具体的構成例の構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
【００７９】
本構成例では、第２の可動ユニット４０は、ｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に配列され且つｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に振動可動な第３の可動部４１及び第４の可動部４２によって構成されている。第３及び第４の可動部４１及び４２は、第１及び第２の可動部１１及び１２と同じ構成であってもよいし、異なった構成であってもよい。本構成例では、第３及び第４の可動部４１及び４２は、第１及び第２の可動部１１及び１２と同じ構成である。
【００８０】
接続ユニット５０は、第１の可動部１１と第３の可動部４１とを接続する第１の接続部５１と、第２の可動部１２と第３の可動部４１とを接続する第２の接続部５２と、第１の可動部１１と第４の可動部４２とを接続する第３の接続部５３と、第２の可動部１２と第４の可動部４２とを接続する第４の接続部５４とによって構成されている。
【００８１】
また、図１０に示した振動装置には、第３の固定部７１と、第４の固定部７２と、第３の可動部４１と第３の固定部７１とを接続する第３のバネ部６１と、第４の可動部４２と第４の固定部７２とを接続する第４のバネ部６２と、が設けられている。第３及び第４のバネ部６１及び６２はそれぞれ４つのバネによって構成され、第３及び第４の固定部７１及び７２はそれぞれ４つアンカーによって構成されている。
【００８２】
本構成例においても、図５に示した第１の具体的構成例と同様の効果を得ることが可能である。
【００８３】
なお、本構成例においても、接続部５１、５２、５３及び５４に対して、図６に示した第２の具体的構成例と同様の接続部の構成を採用してもよい。
【００８４】
以上のように、本実施形態の振動装置によれば、同位相モードの振動成分を効果的に抑制することができる。そのため、ＴＦ機構及びＣＲ機構を用いた振動装置において、特に振動の初期段階での同位相モードの振動成分を抑制することができ、優れた特性を有する振動装置を得ることができる。したがって、本実施形態の振動装置をジャイロセンサに適用することで、高精度のジャイロセンサを実現することが可能となる。
【００８５】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態に係る振動装置について説明する。本実施形態に係る振動装置も、チューニングフォーク（tuning fork）機構（ＴＦ機構）及び捕捉及び解放（catch and release）機構（ＣＲ機構）を有し、ＭＥＭＳ技術を用いて半導体基板上に形成される。なお、基本的な事項は第１の実施形態と類似しているため、第１の実施形態で述べた事項の説明は省略する。また、本実施形態に係る振動装置も、第１の実施形態で示した条件１及び条件２を満たし、且つ条件３に対応する条件４（後述する）を満たしている。
【００８６】
上述した第１の実施形態は、主として振動装置の原理的な構成に関するものであったが、本実施形態は、第１の実施形態で示したような原理に基づく振動装置を用いたジャイロセンサに関するものである。
【００８７】
図１１、本実施形態に係る振動装置（ＴＦ機構及びＣＲ機構を有する振動装置）の構成を模式的に示した図である。
【００８８】
第１の可動部（マス部）１１１及び第２の可動部（マス部）１１２は、ｘ軸（第１の軸）に対して平行な方向に配列され、ｘ軸（第１の軸）に対して平行な方向に振動可動である。第３の可動部（マス部）１１３及び第４の可動部（マス部）１１４は、ｘ軸に対して垂直なｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に配列され、ｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に振動可動である。第１の実施形態と同様に、第１の可動部１１１及び第２の可動部１１２によって第１の可動ユニットが構成され、第３の可動部１１３及び第４の可動部１１４によって第２の可動ユニットが構成される。
【００８９】
第１の可動部１１１と第３の可動部１１３とは第１の接続部１２１によって接続され、第２の可動部１１２と第３の可動部１１３とは第２の接続部１２２によって接続され、第１の可動部１１１と第４の可動部１１４とは第３の接続部１２３によって接続され、第２の可動部１１２と第４の可動部１１４とは第４の接続部１２４によって接続されている。第１、第２、第３及び第４の接続部１２１、１２２、１２３及び１２４はそれぞれ、アンカー１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ及び１２４ａによって固定されている。第１、第２、第３及び第４の接続部１２１、１２２、１２３及び１２４によって、接続ユニットが構成される。なお、本実施形態では、これらの接続部（１２１、１２２、１２３及び１２４）及びアンカー（１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ及び１２４ａ）が、第１の実施形態の接続部（５１、５２、５３及び５４）及びバネ部（２１、２２、６１及び６２）の機能と実質的に同様の機能を果たす。
【００９０】
ｘ軸上には、可動部１１１及び１１２に加えて、電極部（１３１ａ、１３１ｂ、１３２ａ及び１３２ｂ）及び捕捉部（１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ及び１４２ｂ）が配列されている。同様に、ｙ軸上には、可動部１１３及び１１４に加えて、電極部（１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ及び１３４ｂ）及び捕捉部（１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ）が配列されている。捕捉部（１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ及び１４２ｂ）及び捕捉部（１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ）によって捕捉及び解放機構が構成されている。
【００９１】
上記の捕捉及び解放機構は、振動中の第１の可動ユニット（可動部１１１及び１１２）及び第２の可動ユニット（可動部１１３及び１１４）を捕捉し、捕捉された第１の可動ユニット及び第２の可動ユニットを解放して振動を開始させる機能を有している。具体的には、捕捉及び解放機構を構成する各捕捉部（１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ）は、第１及び第２の可動ユニットを捕捉及びホールドするためのホールド電圧が印加されるホールド電極Ｈと、ホールド電極Ｈと可動部（１１１、１１２、１１３及び１１４）とが接触しないようにするためのストッパーＳとを含んでいる。第１及び第２の可動ユニットを捕捉する際には、ホールド電極Ｈと可動部（１１１、１１２、１１３及び１１４）との間に所定の電圧を印加することで、ホールド電極Ｈと可動部（１１１、１１２、１１３及び１１４）との間に静電引力を働かせる。その際に、ストッパーＳによってホールド電極Ｈと可動部（１１１、１１２、１１３及び１１４）との接触が回避され、可動部（１１１、１１２、１１３及び１１４）がストッパーＳに接触した状態で保持される。
【００９２】
図１２は、捕捉及び解放機構によって第１の可動ユニット（可動部１１１及び１１２）及び第２の可動ユニット（可動部１１３及び１１４）を捕捉したときの状態を模式的に示している。図１２に示すように、可動部１１１及び１１２が互いに近づき、可動部１１３及び１１４が互いに遠ざかっているときに、第１の可動ユニット及び第２の可動ユニットが捕捉されている。可動部１１１及び１１２間の距離が最も小さく、可動部１１３及び１１４間の距離が最も大きいときに、第１の可動ユニット及び第２の可動ユニットを捕捉することが効果的である。
【００９３】
電極部（１３１ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ及び１３４ｂ）は、駆動用及びモニタ用の電極として機能する。ＣＲ機構では、可動部の振動の振幅が最大のときに捕捉動作を実行することが効果的であるため、可動部の振動の振幅（可動部の位置）をモニタ用の電極によってモニタする。例えば、電極間のキャパシタンスをモニタすることで、可動部の位置を検出することができる。例えば、ｘ軸上の外側の電極部１３１ａ及び１３２ａとｙ軸上の内側の電極部１３３ｂ及び１３４ｂとを駆動用の電極として用い、ｘ軸上の内側の電極部１３１ｂ及び１３２ｂとｙ軸上の外側の電極部１３３ａ及び１３４ａをモニタ用の電極として用いる。モニタ用の電極はセンス動作で使用する同期検波信号を作るためにも使用する。
【００９４】
図１３は、図１１に示した振動装置の振動動作を模式的に示した図である。捕捉及び解放機構から第１及び第２の可動ユニットを解放することで、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１及び第２の可動部１１１及び１１２はｘ軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、第３及び第４の可動部１１３及び１１４はｙ軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動する。すなわち、第１及び第２の可動部１１１及び１１２は互いに逆方向に振動し、第３及び第４の可動部１１３及び１１４は互いに逆方向に振動する。また、第１及び第２の可動部１１１及び１１２が互いに近づくとき、第３及び第４の可動部１１３及び１１４は互いに遠ざかり、第１及び第２の可動部１１１及び１１２が互いに遠ざかるとき、第３及び第４の可動部１１３及び１１４は互いに近づく。
【００９５】
可動ユニット（可動部１１１、１１２、１１３及び１１４）を捕捉状態から解放することで、可動ユニットは振動を開始する（図１３参照）。可動ユニットが解放された後は、可動ユニットには駆動用の外力は与えられず、可動ユニットは自由振動を行う。このように可動ユニットが振動している最中に可動ユニットに回転運動を加わると、可動ユニットにはコリオリ力が生じる。その結果、可動ユニットにはコリオリ力に基づく振動が生じる。このコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量を検出することで、可動ユニットの角速度を算出することができる。本実施形態では、所定物理量としてキャパシタンスを用いている。すなわち、コリオリ力に基づく振動に応じて変化するキャパシタンスを検出することで、角速度を算出するようにしている。所定物理量としてはこの他に、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化、圧電膜の電荷生成等を採用してもよい。
【００９６】
本実施形態では、ｘ軸を中心とする回転運動の角速度、ｙ軸を中心とする回転運動の角速度、及びｚ軸を中心とする回転運動の角速度を検出可能な３軸ジャイロセンサ（角速度センサ）を構成している。具体的には、本実施形態の３軸ジャイロセンサは、ｘ軸（第１の軸）を中心とする第１の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量（キャパシタンス）を検出する第１の検出部と、ｙ軸（２の軸）を中心とする第２の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量（キャパシタンス）を検出する第２の検出部と、ｚ軸（第３の軸）を中心とする第３の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量（キャパシタンス）を検出する第３の検出部と、を有している。
【００９７】
図１１では、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４それぞれの側面に対向し、第３の検出部として用いられる第３の電極部１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ及び１５４ａが図示されている。なお、第３の検出部は、可動部１１１の側面、可動部１１２の側面、可動部１１３の側面及び可動部１１４の側面の少なくとも１つに対向する第３の電極部を含んでいればよい。図１１では、第１及び第２の検出部として用いられる第１及び第２の電極部は図示されていないが、後述するように、第１及び第２の電極部も設けられている。具体的には、第１の検出部は、可動部１１３の上面、可動部１１３の下面、可動部１１４の上面及び可動部１１４の下面の少なくとも１つに対向する第１の電極部を含む。第２の検出部は、可動部１１１の上面、可動部１１１の下面、可動部１１２の上面及び可動部１１２の下面の少なくとも１つに対向する第２の電極部を含む。
【００９８】
図１４は、ｘ軸を中心とする第１の回転成分に基づく所定物理量（キャパシタンス）の検出動作を模式的に示した図である。可動部１１１、１１２、１１３及び１１４の振動時に、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４がそれぞれ矢印Ｍの方向に移動しているものとする。このとき、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４に回転運動が加わると、ｘ軸を中心とする第１の回転成分によって可動部１１３及び１１４にはｚ軸方向のコリオリ力ＣＦが働く。そこで、可動部１１３及び１１４それぞれの下面近傍或いは上面近傍に第１の電極部（第１の検出部）を設けておき、可動部と電極部との間のキャパシタンス変化を検出することで、ｘ軸を中心とする回転の角速度を算出することができる。
【００９９】
図１５は、ｙ軸を中心とする第２の回転成分に基づく所定物理量（キャパシタンス）の検出動作を模式的に示した図である。可動部１１１、１１２、１１３及び１１４の振動時に、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４がそれぞれ矢印Ｍの方向に移動しているものとする。このとき、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４に回転運動が加わると、ｙ軸を中心とする第２の回転成分によって可動部１１１及び１１２にはｚ軸方向のコリオリ力ＣＦが働く。そこで、可動部１１１及び１１２それぞれの下面近傍或いは上面近傍に第２の電極部（第２の検出部）を設けておき、可動部と電極部との間のキャパシタンス変化を検出することで、ｙ軸を中心とする回転の角速度を算出することができる。
【０１００】
図１６は、ｚ軸を中心とする第３の回転成分に基づく所定物理量（キャパシタンス）の検出動作を模式的に示した図である。可動部１１１、１１２、１１３及び１１４の振動時に、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４がそれぞれ矢印Ｍの方向に移動しているものとする。このとき、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４に回転運動が加わると、ｚ軸を中心とする第３の回転成分によって可動部１１１、１１２、１１３及び１１４には矢印の方向にコリオリ力ＣＦが働く。そこで、可動部１１１、１１２、１１３及び１１４それぞれと平行に第３の電極部（１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ及び１５４ａ）を設けておき、可動部と電極部との間のキャパシタンス変化を検出することで、ｚ軸を中心とする回転の角速度を算出することができる。
【０１０１】
図１７は、上述した第１の検出部（或いは第２の検出部）の第１の構成例を模式的に示した断面図である。図１７に示すように、基板１６１上に電極部１５１ｂ（或いは１５３ｂ）及び電極部１５２ｂ（或いは１５４ｂ）が設けられている。より具体的には、可動部１１１（或いは１１３）の下面近傍に電極部１５１ｂ（或いは１５３ｂ）が設けられ、可動部１１２（或いは１１４）の下面近傍に電極部１５２ｂ（或いは１５４ｂ）が設けられている。
【０１０２】
図１８は、上述した第１の検出部（或いは第２の検出部）の第２の構成例を模式的に示した断面図である。図１８に示すように、キャップ膜１６２の下面上に電極部１５１ｂ（或いは１５３ｂ）及び電極部１５２ｂ（或いは１５４ｂ）が設けられている。より具体的には、可動部１１１（或いは１１３）の上面近傍に電極部１５１ｂ（或いは１５３ｂ）が設けられ、可動部１１２（或いは１１４）の上面近傍に電極部１５２ｂ（或いは１５４ｂ）が設けられている。
【０１０３】
図１９は、上述した第１の検出部（或いは第２の検出部）の第３の構成例を模式的に示した断面図である。図１９に示すように、基板１６１上及びキャップ膜１６２の下面上に電極部１５１ｂ（或いは１５３ｂ）及び電極部１５２ｂ（或いは１５４ｂ）が設けられている。より具体的には、可動部１１１（或いは１１３）の下面近傍及び上面近傍に電極部１５１ｂ（或いは１５３ｂ）が設けられ、可動部１１２（或いは１１４）の下面近傍及び上面近傍に電極部１５２ｂ（或いは１５４ｂ）が設けられている。
【０１０４】
以上のように、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、第１、第２、第３及び第４の接続部１２１、１２２、１２３及び１２４によって構成される接続ユニットを設けているため、同位相モードの振動成分を効果的に抑制することができる。そのため、ＴＦ機構及びＣＲ機構を用いた振動装置において、特に振動の初期段階での同位相モードの振動成分を抑制することができ、優れた特性を有する振動装置を得ることができる。したがって、本実施形態によれば、高精度のジャイロセンサを実現することが可能となる。
【０１０５】
また、本実施形態では、第１、第２及び第３の検出部を設けることで、高精度の３軸ジャイロセンサを得ることができる。
【０１０６】
図２０は、本実施形態に係る振動装置（ジャイロセンサ）の第１の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、ｘ軸上にのみ捕捉及び解放機構（捕捉部１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ及び１４２ｂ）が設けられ、ｙ軸上には捕捉及び解放機構は設けられていない。このように、ｘ軸及びｙ軸の一方にのみ捕捉及び解放機構を設けてもよい。すなわち、捕捉及び解放機構によって第１及び第２の可動ユニットの少なくとも一方に対して捕捉及び解放動作を行うようにしてもよい。
【０１０７】
図２１は、本実施形態に係る振動装置（ジャイロセンサ）の第２の変更例の構成を模式的に示した図である。本変更例では、外側の電極部１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ及び１３４ａのみ設けられ、内側の電極部１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ及び１３４ｂ（図１１参照）は設けられていない。これとは逆に、外側の電極部１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ及び１３４ａは設けずに、内側の電極部１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ及び１３４ｂのみを設けるようにしてもよい。
【０１０８】
図２２は、本実施形態に係る振動装置（ジャイロセンサ）の第３の変更例の構成を模式的に示した図である。なお、図２２では、図１１に示した電極部（１３１ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ及び１３４ｂ）及び捕捉部（１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ、１４２ｂ、１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ）は描かれていないが、実際にはこれらの電極部及び捕捉部も設けられている。
【０１０９】
本変更例では、接続ユニットとして、接続部（１２１、１２２、１２３及び１２４）及びアンカー（１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ及び１２４ａ）に加えて、補助的な接続部（１７１及び１７２）及び補助的なアンカー（１７１ａ及び１７２ａ）が設けられている。本実施形態では、これらの接続部（１２１、１２２、１２３及び１２４）、アンカー（１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ及び１２４ａ）、補助的な接続部（１７１及び１７２）及び補助的なアンカー（１７１ａ及び１７２ａ）が、第１の実施形態の接続部（５１、５２、５３及び５４）及びバネ部（２１、２２、６１及び６２）の機能と実質的に同様の機能を果たす。特に、補助的な接続部（１７１及び１７２）及び補助的なアンカー（１７１ａ及び１７２ａ）が、第１の実施形態のバネ部（２１、２２、６１及び６２）の機能と実質的に同様の機能を果たす。
【０１１０】
図２３は、本実施形態に係る振動装置（ジャイロセンサ）の第４の変更例の構成を模式的に示した図である。基本的な構成は上述した第３の変更例（図２２）と同様であるが、本変更例ではアンカー１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ及び１２４ａが設けられていない。このように、アンカー１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ及び１２４ａを省略することも可能である。
【０１１１】
図２４は、本実施形態に係る振動装置の好ましい条件を説明するための図である。以下、図２４を参照して説明を加える。
【０１１２】
すでに述べたように、本実施形態に係る振動装置も、第１の実施形態で示した条件１及び条件２を満たしている。また、本実施形態に係る振動装置は、第１の実施形態で示した条件３に対応して、以下の条件４を満たしていることが好ましい。
【０１１３】
第１及び第２の可動ユニット（可動部１１１、１１２、１１３及び１１４）に対する第１の軸（ｘ軸）を中心とする第１の回転成分によって生じるコリオリ力を検出するためのセンス振動の共振周波数（第１のセンス共振周波数）をｆs1とし、第１及び第２の可動ユニットに対する第２の軸（ｙ軸）を中心とする第２の回転成分によって生じるコリオリ力を検出するためのセンス振動の共振周波数（第２のセンス共振周波数）をｆs2とし、第１及び第２の可動ユニットに対する第３の軸（ｚ軸）を中心とする第３の回転成分によって生じるコリオリ力を検出するためのセンス振動の共振周波数（第３のセンス共振周波数）をｆs3とする。また、センス共振周波数ｆs1、ｆs2及びｆs3の中の最も高い共振周波数をｆsmaxとし、最も高い共振周波数ｆsmaxでのＱ値をＱsmaxとする。このとき、本実施形態では、以下の関係
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑsmax））ｆsmax
が満たされることが好ましい。
【０１１４】
また、本実施形態に係る振動装置は、上述した条件４に加えて、さらに以下の条件（条件５）が満たしていることが好ましい。
【０１１５】
第１及び第２の可動ユニット（可動部１１１、１１２、１１３及び１１４）のドライブ共振周波数をｆd とし、センス共振周波数ｆs1、ｆs2及びｆs3の中の最も高い周波数をｆsmaxとし、センス共振周波数ｆs1、ｆs2及びｆs3の中の最も低い周波数をｆsminとし、共振周波数ｆs1、ｆs2、ｆs3及びｆd 以外の共振周波数の中で最も低い周波数をｆeminとする。図２４では、ｆs3 がｆsmaxに対応し、ｆs1 がｆsminに対応し、ｆe1がｆeminに対応する。また、周波数ｆsminと周波数ｆd との差をΔｆ１とし、周波数ｆeminと周波数ｆsmaxとの差をΔｆ２とする。このとき、本実施形態では、以下の関係
Δｆ１≦Δｆ２
が満たされることが好ましい。
【０１１６】
ドライブ共振周波数ｆd 及びセンス共振周波数ｆs1、ｆs2及びｆs3は、逆位相モードの共振周波数であり、実際に必要な周波数成分である。これに対して、同位相モードのような共振モードが、上述した共振周波数ｆd、ｆs1、ｆs2及びｆs3の近傍に存在することは望ましくない。Δｆ１と同程度のカットオフ特性を有するフィルタによって、図２４に示すような周波数ｆe1以上の不要な共振成分を除去するためには、上述した関係「Δｆ１≦Δｆ２」が満たされることが好ましい。
【０１１７】
（実施形態３）
次に、第３の実施形態に係る振動装置について説明する。本実施形態に係る振動装置も、チューニングフォーク（tuning fork）機構（ＴＦ機構）及び捕捉及び解放（catch and release）機構（ＣＲ機構）を有するジャイロセンサに用いられ、ＭＥＭＳ技術を用いて半導体基板上に形成される。なお、基本的な事項は第１の実施形態と類似しているため、第１の実施形態で述べた事項の説明は省略する。
【０１１８】
図２５は、本実施形態に係る振動装置の概念的（原理的）な構成を模式的に示した図である。
【０１１９】
図２５に示すように、互いに垂直なｘ軸（第１の軸）、ｙ軸（第２の軸）及びｚ軸（第３の軸）を規定する。
【０１２０】
第１の可動部２１１及び第２の可動部２１２は、ｘ軸（第１の軸）に対して平行な方向に配列され且つｘ軸（第１の軸）に対して平行な方向に振動可動である。これらの第１の可動部２１１及び第２の可動部２１２によって第１の可動ユニットが構成される。
【０１２１】
第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４は、ｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に配列され且つｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に振動可動である。これらの第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４によって第２の可動ユニットが構成される。
【０１２２】
第１のバネ部２２１は、第１の可動部２１１と第１の固定部（固定端）２３１とを接続している。第２のバネ部２２２は、第２の可動部２１２と第２の固定部（固定端）２３２とを接続している。第３のバネ部２２３は、第３の可動部２１３と第３の固定部（固定端）２３３とを接続している。第４のバネ部２２４は、第４の可動部２１４と第４の固定部（固定端）２３４とを接続している。
【０１２３】
第１の可動部２１１と第３の可動部２１３とは、第１の接続部２４１によって接続されている。第２の可動部２１２と第３の可動部２１３とは、第２の接続部２４２によって接続されている。第１の可動部２１１と第４の可動部２１４とは、第３の接続部２４３によって接続されている。第２の可動部２１２と第４の可動部２１４とは、第４の接続部２４４によって接続されている。第１、第２、第３及び第４の接続部２４１、２４２、２４３及び２４４は、第１及び第２の実施形態で述べたような構造を有している。したがって、第１及び第２の実施形態で述べたように、逆位相モード（anti-phase mode）の振動を生じさせる際に、同位相モード（in-phase mode）の振動を抑制することができる。
【０１２４】
第１の可動部２１１、第２の可動部２１２、第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４は、回転制御ユニット２５０によって互いに結合されている。本例では、第１〜第４の可動部２１１〜２１４に囲まれた領域内に回転制御ユニット２５０が設けられている。この回転制御ユニット２５０の詳細な構成及び詳細な機能については後述する。
【０１２５】
第１の可動部２１１と回転制御ユニット２５０とは、第１の接続部２６１によって接続されている。第２の可動部２１２と回転制御ユニット２５０とは、第２の接続部２６２によって接続されている。第３の可動部２１３と回転制御ユニット２５０とは、第３の接続部２６３によって接続されている。第４の可動部２１４と回転制御ユニット２５０とは、第４の接続部２６４によって接続されている。
【０１２６】
第１の可動ユニット（第１及び第２の可動部２１１及び２１２で構成される）及び第２の可動ユニット（第３及び第４の可動部２１３及び２１４で構成される）の少なくとも一方の近傍には、捕捉及び解放機構２７０が設けられている。本例では、第３の可動部２１３の近傍及び第４の可動部２１４の近傍に捕捉及び解放機構２７０が設けられている。捕捉及び解放機構２７０の基本的な機能は、第１の実施形態と同様であり、振動中の第１及び第２の可動ユニットの少なくとも一方を捕捉し且つ捕捉された第１及び第２の可動ユニットの少なくとも一方を解放して振動を開始させる。第１の実施形態と同様に、第１及び第２の可動ユニットを解放することで、第１及び第２の可動部２１１及び２１２はｘ軸（第１の軸）に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、第３及び第４の可動部２１３及び２１４はｙ軸（第２の軸）に対して平行な方向に互いに逆位相で振動する。また、第１及び第２の可動部２１１及び２１２が互いに近づくとき、第３及び第４の可動部２１３及び２１４は互いに遠ざかり、第１及び第２の可動部２１１及び２１２が互いに遠ざかるとき、第３及び第４の可動部２１３及び２１４は互いに近づく。
【０１２７】
また、第１の可動ユニット（第１及び第２の可動部２１１及び２１２で構成される）及び第２の可動ユニット（第３及び第４の可動部２１３及び２１４で構成される）の少なくとも一方の近傍には、検出部２８０が設けられている。本例では、第３の可動部２１３の近傍及び第４の可動部２１４の近傍に検出部２８０が設けられている。検出部２８０の基本的な機能及び基本的な構成等は、第１及び第２の実施形態と同様である。すなわち、検出部２８０は、第１及び第２の可動ユニットに加わるコリオリ力によって生じる第１及び第２の可動ユニットの振動に基づく所定物理量を検出する。所定物理量は、第１の実施形態と同様であり、例えばキャパシタンスである。
【０１２８】
次に、回転制御ユニット２５０の詳細を説明する。
【０１２９】
回転制御ユニット２５０は、ｚ軸（第３の軸）に対して垂直な平面内において、第１及び第２の可動部２１１及び２１２を同一方向に回転させ、第３及び第４の可動部２１３及び２１４を同一方向に回転させ、且つ第１及び第２の可動部２１１及び２１２と第３及び第４の可動部２１３及び２１４とを互いに逆方向に回転させる機能を有している。さらに、回転制御ユニット２５０は、ｘ軸（第１の軸）に対して垂直な平面内において第３及び第４の可動部２１３及び２１４を同一方向に回転させ、ｙ軸（第２の軸）に対して垂直な平面内において第１及び第２の可動部２１１及び２１２を同一方向に回転させる機能を有している。このような機能を有する回転制御ユニット２５０を設けることで、同位相のセンス振動成分を効果的に抑制することができる。
【０１３０】
回転制御ユニット２５０は、複数の回転構造部２５１と複数の逆回転構造部２５２とを含んでいる。図に示した例では、回転制御ユニット２５０は、７つの回転構造部２５１と、７つの逆回転構造部２５２とを有している。
【０１３１】
図２６は、ｚ軸（第３の軸）に垂直な平面内における、回転構造部２５１及び逆回転構造部２５２の機能を模式的に示した図である。各回転構造部２５１は、その支点２５１ｆを中心としてｚ軸（第３の軸）に対して垂直な平面内で回転可能である。また、各逆回転構造部２５２は、その両端に接続された回転構造部２５１をｚ軸（第３の軸）に対して垂直な平面内で互いに逆方向に回転させる機能を有している。
【０１３２】
図２７は、ｘ軸（第１の軸）或いはｙ軸（第２の軸）に垂直な平面内における、回転構造部２５１及び逆回転構造部２５２の機能を模式的に示した図である。各回転構造部２５１は、その支点２５１ｆを中心としてｘ軸（第１の軸）に垂直な平面内及びｙ軸（第２の軸）に垂直な平面内で回転可能である。また、各逆回転構造部２５２は、その両端に接続された回転構造部２５１をｘ軸（第１の軸）に垂直な平面内及びｙ軸（第２の軸）に垂直な平面内で互いに逆方向に回転させる機能を有している。
【０１３３】
図２８は、ｘ軸（第１の軸）或いはｙ軸（第２の軸）に垂直な平面内における回転構造部２５１及び逆回転構造部２５２の動作を模式的に示した図である。逆回転構造部２５２が図２７で述べたような機能を有しているため、逆回転構造部２５２の両端に接続された回転構造部２５１は互いに逆方向に回転している。
【０１３４】
図２９、図３０及び図３１は、回転構造部２５１の構成例を模式的に示した図である。図２９では、中央部に設けられた１つのアンカー２５１ａに回転構造部２５１の本体が接続されている。図３０では、４つのアンカー２５１ａに回転構造部２５１の本体が接続されている。図３１では、２つのアンカー２５１ａに回転構造部２５１の本体が接続されている。
【０１３５】
なお、回転制御ユニット２５０に含まれる複数の回転構造部２５１の構造は同じであってもよいし異なっていてもよい。同様に、回転制御ユニット２５０に含まれる複数の逆回転構造部２５２の構造は同じであってもよいし異なっていてもよい。
【０１３６】
図３２は、回転制御ユニット２５０の具体的な構造を模式的に示した図である。本例では、回転制御ユニット２５０が３つの回転構造部２５１と２つの逆回転構造部２５２によって構成されている。３つの回転構造部２５１はいずれも、その本体が４つのアンカー２５３によって保持されている。右側の回転構造部２５１は接続部２６１によって可動部（マス部）２１１に接続され、左側の回転構造部２５１は接続部２６２によって可動部（マス部）２１２に接続されている。また、中央の回転構造部２５１は、接続部２６３によって可動部（マス部）２１３に接続され、接続部２６４によって可動部（マス部）２１４に接続されている。これらの接続部２６１、２６２、２６３及び２６４は、いずれもバネ性を有している。
【０１３７】
次に、回転制御ユニット２５０における逆回転構造部２５２の好ましい条件について説明する。
【０１３８】
第１の可動部２１１及び第２の可動部２１２間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の逆回転構造部２５２が設けられていることが好ましい。このような条件を満たすことで、第１の可動部２１１及び第２の可動部２１２が同一方向に回転し易くなり、逆方向に回転し難くなる。したがって、第１の可動部２１１及び第２の可動部２１２は互いに逆方向に振動し易くなり、第１の可動部２１１及び第２の可動部２１２の同位相モードの振動成分を抑制することができる。なお、図２５に示した例では、第１の可動部２１１及び第２の可動部２１２間には、４つの逆回転構造部２５２が設けられた経路と６つの逆回転構造部２５２が設けられた経路とが存在している。
【０１３９】
第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の逆回転構造部２５２が設けられていることが好ましい。このような条件を満たすことで、第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４が同一方向に回転し易くなり、逆方向に回転し難くなる。したがって、第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４は互いに逆方向に振動し易くなり、第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４の同位相モードの振動成分を抑制することができる。なお、図２５に示した例では、第３の可動部２１３及び第４の可動部２１４間には、２つの逆回転構造部２５２が設けられた２つの経路が存在している。
【０１４０】
第１の可動部２１１及び第３の可動部２１３間の任意の経路には奇数個の逆回転構造部２５２が設けられ、第２の可動部２１２及び第３の可動部２１３間の任意の経路には奇数個の逆回転構造部２５２が設けられ、第１の可動部２１１及び第４の可動部２１４間の任意の経路には奇数個の逆回転構造部２５２が設けられ、第２の可動部２１２及び第４の可動部２１４間の任意の経路には奇数個の逆回転構造部２５２が設けられていることが好ましい。このような条件を満たすことで、互いに隣り合った可動部（可動部２１１及び２１３、可動部２１２及び２１３、可動部２１１及び２１４、可動部２１２及び２１４）が同一方向に回転し難くなる。したがって、第１、第２、第３及び第４の可動部２１１、２１２、２１３及び２１４における同位相モードの振動成分を抑制することができる。なお、図２５に示した例では、第１の可動部２１１及び第３の可動部２１３間には、５つの逆回転構造部２５２が設けられた２つ経路が存在している。第２の可動部２１２及び第３の可動部間２１３には、１つの逆回転構造部２５２が設けられた経路と３つの逆回転構造部２５２が設けられた経路とが存在している。第１の可動部２１１及び第４の可動部２１４間には、３つの逆回転構造部２５２が設けられた経路と７つの逆回転構造部２５２が設けられた経路とが存在している。また、第２の可動部２１２及び第４の可動部２１４間には、１つの逆回転構造部２５２が設けられた経路と３つの逆回転構造部２５２が設けられた経路とが存在している。
【０１４１】
以上のように、本実施形態の振動装置によれば、回転制御ユニット２５０を設けることで、同位相のセンス振動成分を効果的に抑制することができる。そのため、ＴＦ機構及びＣＲ機構を用いた振動装置において、特に振動の初期段階での同位相モードの振動成分を抑制することができ、優れた特性を有する振動装置を得ることができる。したがって、本実施形態の振動装置をジャイロセンサに適用することで、高精度のジャイロセンサ、特に高精度の３軸（ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸）ジャイロセンサを実現することが可能となる。
【０１４２】
（実施形態４）
次に、第４の実施形態に係る振動装置について説明する。本実施形態に係る振動装置も、チューニングフォーク（tuning fork）機構（ＴＦ機構）及び捕捉及び解放（catch and release）機構（ＣＲ機構）を有するジャイロセンサに用いられ、ＭＥＭＳ技術を用いて半導体基板上に形成される。なお、基本的な事項は第１の実施形態等と類似しているため、第１の実施形態等で述べた事項の説明は省略する。
【０１４３】
すでに述べたように、ＴＦ機構及びＣＲ機構を用いた振動装置において、バネ間におけるバネ定数の違いや解放（release）タイミングのずれにより、逆位相モード（anti-phase mode）の振動のみを生じさせようとしても、同位相モード（in-phase mode）の振動も必ず混在する。本実施形態では、以下のようにして同位相モードの振動を抑制するようにしている。
【０１４４】
図３３及び３４は、本実施形態に係る振動装置の概念的（原理的）な構成を模式的に示した図である。図３３は捕捉時の状態を模式的示した図であり、図３４は解放時の状態を模式的示した図である。
【０１４５】
本実施形態の振動装置は、可動部（マス部）３１１、３１２及び３１３を有している。可動部３１１のマス（mass）は、可動部３１２のマス及び可動部３１３のマスに比べて十分に大きい。可動部３１２のマス及び可動部３１３のマスは同一である。
【０１４６】
可動部３１１は、バネ部３２１ａ及び３２１ｂによってそれぞれ固定部３３１ａ及び３３１ｂに接続されている。可動部３１２はバネ部３２２によって固定部３３２に接続され、可動部３１３はバネ部３２３によって固定部３３３に接続されている。また、可動部３１１と可動部３１２とは接続部３４２によって接続され、可動部３１１と可動部３１３とは接続部３４３によって接続されている。
【０１４７】
可動部３１１の近傍には捕捉及び解放機構３５０が設けられている。第１の実施形態等と同様に、捕捉及び解放機構３５０によって可動部３１１の捕捉及び解放動作が実行される。すなわち、可動部３１１を捕捉状態から解放状態に移行させることで、可動部３１１の振動が開始される。
【０１４８】
可動部３１１には接続部３４２及び３４３を介して可動部３１２及び３１３が接続されているため、可動部３１１の振動が開始されると可動部３１２及び３１３の振動も開始される。具体的には、可動部３１１がｙ方向に振動すると、可動部３１２及び３１３はｙ方向に垂直なｘ方向に振動する。また、可動部３１２及び３１３は可動部３１１の両側に設けられているため、可動部３１２及び３１３は互いに逆位相で振動する。可動部３１１のマスは可動部３１２及び３１３のマスに比べて十分に大きいため、可動部３１２及び３１３の振動は実質的に可動部３１１の振動によって制御される。すなわち、可動部３１１が捕捉及び解放機構３５０から解放されて振動を開始すると、可動部３１２及び３１３は同一タイミングで互いに逆位相の振動を開始する。
【０１４９】
図３５は、上述した振動装置の基本原理を用いたジャイロセンサの構成を模式的に示した図である。
【０１５０】
上述したように、可動部３１１のマスは可動部３１２のマス及び可動部３１３のマスに比べて十分に大きく、可動部３１２のマス及び可動部３１３のマスは同一である。
【０１５１】
可動部３１１は、バネ部３２１ａ及び３２１ｂによってそれぞれ、固定部３３１ａ及び３３１ｂに接続されている。可動部３１２はバネ部３２２によって固定部３３２に接続され、可動部３１３はバネ部３２３によって固定部３３３に接続されている。また、可動部３１１と可動部３１２とは接続部３４２によって接続され、可動部３１１と可動部３１３とは接続部３４３によって接続されている。
【０１５２】
可動部３１１の内側には捕捉及び解放機構３５０が設けられている。捕捉及び解放機構３５０は、ホールド電極３５１及びストッパー３５２によって構成されている。捕捉及び解放機構３５０については、すでに述べた通りである。
【０１５３】
可動部３１１の上側及び下側には、ドライブ電極３６１ａ及び３６１ｂが設けられている。また、可動部３１２の内側には検出電極３７２が設けられ、可動部３１３の内側には検出電極３７３が設けられている。検出電極３７２及び３７３は、すでに述べた実施形態と同様に、コリオリ力に応じて変動するキャパシタンスの検出部を構成する。
【０１５４】
図３６は、図３５に示した接続部３４２の具体的な構成を模式的示した図である。なお、図３５に示した接続部３４３の具体的な構成も同様である。図３６に示した接続部３４２は、アンカー３４２ａ及び可動構造部３４２ｂによって構成されている。可動構造部３４２ｂの両端はそれぞれ、可動部３１１及び可動部３１２に接続されている。
【０１５５】
図３７は、可動部３１１及び３１２が振動しているときの接続部３４２の状態を模式的に示した図である。可動部３１１が矢印の方向（ｙ軸方向）に振動する（移動する）と、アンカー３４２ａを中心として可動構造部３４２ｂが回転する。その結果、可動部３１２が矢印の方向（ｘ軸方向）に振動する（移動する）。同様に、図３５に示した可動部３１３もｘ軸方向に振動する（移動する）。図３５及び図３６からわかるように、可動部３１２及び３１３は互いに逆方向に移動するため、逆位相モードの振動が得られる。
【０１５６】
以上のように、本実施形態の振動装置では、可動部３１２及び３１３に比べて十分大きなマスを有する可動部３１１のみに対して捕捉及び解放機構３５０を設けている。そのため、可動部３１１の解放タイミング（振動開始タイミング）のみによって可動部３１２及び３１３の振動開始タイミングが制御される。したがって、可動部３１２及び３１３の逆位相の振動を同一タイミングで開始させることができる。その結果、特に振動の初期段階での同位相モードの振動成分を抑制することができ、優れた特性を有する振動装置を得ることができる。
【０１５７】
以上説明した実施形態の内容を、以下に付記する。
【０１５８】
[付記１]
第１の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第１の軸に対して平行な方向に振動可動な第１及び第２の可動部を含む第１の可動ユニットと、
前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第２の可動ユニットと、
前記第１の可動ユニットと前記第２の可動ユニットとを接続する接続ユニットと、
を備えた振動装置であって、
前記第１の可動ユニットの同位相モードでの共振周波数をｆi とし、前記第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振周波数をｆa とし、前記第１の可動ユニットの逆位相モードでの共振のＱ値をＱa として、以下の関係が満たされる
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑa））ｆa
ことを特徴とする振動装置。
【０１５９】
[付記２]
振動中の前記第１の可動ユニットを捕捉し且つ捕捉された前記第１の可動ユニットを解放して振動を開始させる捕捉及び解放機構をさらに備え、
前記第１の可動ユニットを解放することで、前記第１及び第２の可動部は前記第１の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動する
ことを特徴とする付記１に記載の振動装置。
【０１６０】
[付記３]
前記第１の可動ユニットに加わるコリオリ力を検出するための前記第１の可動ユニットのセンス振動の共振周波数及び共振のＱ値をそれぞれｆs 及びＱs して、以下の関係が満たされる
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑs））ｆs
ことを特徴とする付記１に記載の振動装置。
【０１６１】
[付記４]
前記第１の可動ユニットに加わるコリオリ力に基づく前記第１の可動ユニットの振動に応じて変化する所定物理量を検出する検出部をさらに備える
ことを特徴とする付記１に記載の振動装置。
【０１６２】
[付記５]
前記第２の可動ユニットは、前記第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第３の可動部を含み、
前記接続ユニットは、前記第１の可動部と前記第３の可動部とを接続する第１の接続部と、前記第２の可動部と前記第３の可動部とを接続する第２の接続部と、を含む
ことを特徴とする付記１に記載の振動装置。
【０１６３】
[付記６]
前記第１及び第２の接続部それぞれの長さは不変である
ことを特徴とする付記５に記載の振動装置。
【０１６４】
[付記７]
前記第１及び第２の接続部はそれぞれ、それぞれの支点を中心として回転可能である
ことを特徴とする付記５に記載の振動装置。
【０１６５】
[付記８]
前記第２の可動ユニットは、前記第２の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第３及び第４の可動部を含み、
前記接続ユニットは、前記第１の可動部と前記第３の可動部とを接続する第１の接続部と、前記第２の可動部と前記第３の可動部とを接続する第２の接続部と、前記第１の可動部と前記第４の可動部とを接続する第３の接続部と、前記第２の可動部と前記第４の可動部とを接続する第４の接続部と、を含む
ことを特徴とする付記１に記載の振動装置。
【０１６６】
[付記９]
振動中の前記第１及び第２の可動ユニットの少なくとも一方を捕捉し且つ捕捉された前記第１及び第２の可動ユニットの前記少なくとも一方を解放して振動を開始させる捕捉及び解放機構をさらに備え、
前記第１及び第２の可動ユニットの前記少なくとも一方を解放することで、前記第１及び第２の可動部は前記第１の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、前記第３及び第４の可動部は前記第２の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、
前記第１及び第２の可動部が互いに近づくとき、前記第３及び第４の可動部は互いに遠ざかり、前記第１及び第２の可動部が互いに遠ざかるとき、前記第３及び第４の可動部は互いに近づく
ことを特徴とする付記８に記載の振動装置。
【０１６７】
[付記１０]
前記捕捉及び解放機構は、前記第１及び第２の可動部が互いに近づき且つ前記第３及び第４の可動部が互いに遠ざかった状態で前記第１及び第２の可動ユニットの前記少なくとも一方を捕捉する
ことを特徴とする付記９に記載の振動装置。
【０１６８】
[付記１１]
前記第１の軸及び前記第２の軸いずれに対しても垂直な軸を第３の軸とし、前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第１の軸を中心とする第１の回転成分によって生じるコリオリ力を検出するためのセンス振動の共振周波数をｆs1とし、前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第２の軸を中心とする第２の回転成分によって生じるコリオリ力を検出するためのセンス振動の共振周波数をｆs2とし、前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第３の軸を中心とする第３の回転成分によって生じるコリオリ力を検出するためのセンス振動の共振周波数をｆs3とし、前記共振周波数ｆs1、ｆs2及びｆs3の中の最も高い共振周波数をｆsmaxとし、前記最も高い共振周波数ｆsmaxでのＱ値をＱsmaxとして、以下の関係が満たされる
ｆi ＞（１＋１／（２Ｑsmax））ｆsmax
ことを特徴とする付記８に記載の振動装置。
【０１６９】
[付記１２]
前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第１の軸を中心とする第１の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量を検出する第１の検出部と、
前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第２の軸を中心とする第２の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量を検出する第２の検出部と、
前記第１の軸及び前記第２の軸いずれに対しても垂直な軸を第３の軸とし、前記第１及び第２の可動ユニットに対する前記第３の軸を中心とする第３の回転成分によって生じるコリオリ力に基づく振動に応じて変化する所定物理量を検出する第３の検出部と、
をさらに備える
ことを特徴とする付記８に記載の振動装置。
【０１７０】
[付記１３]
前記第１の検出部は、前記第３及び第４の可動部の前記第３の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構を含み、
前記第２の検出部は、前記第１及び第２の可動部の前記第３の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構を含み、
前記第３の検出部は、前記第１及び第２の可動部の前記第２の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構と、前記第３及び第４の可動部の前記第１の軸に対して平行な方向の変位を検出可能な機構とを含む
ことを特徴とする付記１２に記載の振動装置。
【０１７１】
[付記１４]
前記第１の検出部は、前記第３の可動部の上面、前記第３の可動部の下面、前記第４の可動部の上面及び前記第４の可動部の下面の少なくとも１つに対向する第１の電極部を含み、
前記第２の検出部は、前記第１の可動部の上面、前記第１の可動部の下面、前記第２の可動部の上面及び前記第２の可動部の下面の少なくとも１つに対向する第２の電極部を含む
ことを特徴とする付記１２に記載の振動装置。
【０１７２】
[付記１５]
互いに垂直な第１、第２及び第３の軸によって規定される振動装置であって、
前記第１の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第１の軸に対して平行な方向に振動可動な第１及び第２の可動部を含む第１の可動ユニットと、
前記第２の軸に対して平行な方向に配列され且つ前記第２の軸に対して平行な方向に振動可動な第３及び第４の可動部を含む第２の可動ユニットと、
前記第３の軸に対して垂直な平面内において前記第１及び第２の可動部を同一方向に回転させ且つ前記第３及び第４の可動部を同一方向に回転させ且つ前記第１及び第２の可動部と前記第３及び第４の可動部とを互いに逆方向に回転させ、前記第１の軸に対して垂直な平面内において前記第３及び第４の可動部を同一方向に回転させ、前記第２の軸に対して垂直な平面内において前記第１及び第２の可動部を同一方向に回転させる機能を有する回転制御ユニットと、
前記第１の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第１の接続部と、
前記第２の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第２の接続部と、
前記第３の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第３の接続部と、
前記第４の可動部と前記回転制御ユニットとを接続する第４の接続部と、
を備えることを特徴とする振動装置。
【０１７３】
[付記１６]
前記回転制御ユニットは、それぞれがその支点を中心として前記第３の軸に対して垂直な平面内で回転可能な複数の回転構造部と、それぞれがその両端に接続された前記回転構造部を前記第３の軸に対して垂直な平面内で互いに逆方向に回転させる複数の逆回転構造部と、を含み、
前記第１及び第２の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第３及び第４の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第１及び第３の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第２及び第３の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第１及び第４の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第２及び第４の可動部間の任意の経路には奇数個の前記逆回転構造部が設けられている
をことを特徴とする付記１５に記載の振動装置。
【０１７４】
[付記１７]
前記回転制御ユニットは、それぞれがその支点を中心として前記第１の軸に対して垂直な平面内及び前記第２の軸に対して垂直な平面内で回転可能な複数の回転構造部と、それぞれがその両端に接続された前記回転構造部を前記第１の軸に対して垂直な平面内及び前記第２の軸に対して垂直な平面内において互いに逆方向に回転させる複数の逆回転構造部と、を含み、
前記第１及び第２の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられ、
前記第３及び第４の可動部間の任意の経路には偶数（ゼロを含む）個の前記逆回転構造部が設けられている
をことを特徴とする付記１５に記載の振動装置。
【０１７５】
[付記１８]
前記第１の可動部と前記第３の可動部とを接続する第１の接続部と、
前記第２の可動部と前記第３の可動部とを接続する第２の接続部と、
前記第１の可動部と前記第４の可動部とを接続する第３の接続部と、
前記第２の可動部と前記第４の可動部とを接続する第４の接続部と、
をさらに備える
をことを特徴とする付記１５に記載の振動装置。
【０１７６】
[付記１９]
振動中の前記第１及び第２の可動ユニットの少なくとも一方を捕捉し且つ捕捉された前記第１及び第２の可動ユニットの前記少なくとも一方を解放して振動を開始させる捕捉及び解放機構をさらに備え、
前記第１及び第２の可動ユニットの前記少なくとも一方を解放することで、前記第１及び第２の可動部は前記第１の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、前記第３及び第４の可動部は前記第２の軸に対して平行な方向に互いに逆位相で振動し、
前記第１及び第２の可動部が互いに近づくとき、前記第３及び第４の可動部は互いに遠ざかり、前記第１及び第２の可動部が互いに遠ざかるとき、前記第３及び第４の可動部は互いに近づく
ことを特徴とする付記１５に記載の振動装置。
【０１７７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１７８】
１０…可動ユニット      １１、１２…可動部
２１、２２、２３…バネ部      ３１、３２…固定部
４０…可動ユニット      ４１…可動部
５０…接続ユニット      ５１、５２、５３、５４…接続部
６１、６２…バネ部      ７１、７２…固定部
１１１、１１２、１１３、１１４…可動部
１２１、１２２、１２３、１２４…接続部
１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａ…アンカー
１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ、１３４ａ…電極部
１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ…電極部
１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ、１４４ａ…捕捉部
１４１ｂ、１４２ｂ、１４３ｂ、１４４ｂ…捕捉部
１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ、１５４ａ…電極部
１５１ｂ、１５２ｂ、１５３ｂ、１５４ｂ…電極部
１６１…基板      １６２…キャップ膜
１７１、１７２…補助的な接続部      １７１ａ、１７２ａ…補助的なアンカー
２１１、２１２、２１３、２１４…可動部
２２１、２２２、２２３、２２４…バネ部
２３１、２３２、２３３、２３４…固定部
２４１、２４２、２４３、２４４…接続部
２５０…回転制御ユニット      ２５１…回転構造部
２５１ａ…アンカー      ２５１ｆ…支点
２５２…逆回転構造部
２６１、２６２、２６３、２６４…接続部
２７０…捕捉及び解放機構      ２８０…検出部
３１１、３１２、３１３…可動部
３２１ａ、３２１ｂ、３２２、３２３…バネ部
３３１ａ、３３１ｂ、３３２、３３３…固定部      ３４２、３４３…接続部
３５０…捕捉及び解放機構      ３５１…ホールド電極      ３５２…ストッパー
３６１ａ、３６１ｂ…ドライブ電極
【図１】
2018096722.tif 000019
【図２】
2018096722.tif 000020
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018096722.tif 000023
【図６】
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【図７】
2018096722.tif 000025
【図８】
2018096722.tif 000026
【図９】
2018096722.tif 000027
【図１０】
2018096722.tif 000028
【図１１】
2018096722.tif 000029
【図１２】
2018096722.tif 000030
【図１３】
2018096722.tif 000031
【図１４】
2018096722.tif 000032
【図１５】
2018096722.tif 000033
【図１６】
2018096722.tif 000034
【図１７】
2018096722.tif 000035
【図１８】
2018096722.tif 000036
【図１９】
2018096722.tif 000037
【図２０】
2018096722.tif 000038
【図２１】
2018096722.tif 000039
【図２２】
2018096722.tif 000040
【図２３】
2018096722.tif 000041
【図２４】
2018096722.tif 000042
【図２５】
2018096722.tif 000043
【図２６】
2018096722.tif 000044
【図２７】
2018096722.tif 000045
【図２８】
2018096722.tif 000046
【図２９】
2018096722.tif 000047
【図３０】
2018096722.tif 000048
【図３１】
2018096722.tif 000049
【図３２】
2018096722.tif 000050
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2018096722.tif 000053
【図３６】
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【図３７】
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