(57)【要約】【課題】  異物の発生を抑制することが可能な振動装置及び振動装置の制御方法を提供する。【解決手段】  実施形態に係る振動装置の制御方法は、第１の方向に振動可能な可動体１０と、第１の方向に自由振動している可動体を静電引力によって捕捉し、捕捉された可動体を解放して可動体を第１の方向に自由振動させることが可能な捕捉及び解放機構２０と、を備えた振動装置の制御方法であって、第１の方向に自由振動している可動体を静電引力によって捕捉するための印加電圧の立ち上がり開始時点から立ち上がり終了時点までの時間をｔｃとし、可動体の第１の方向の自由振動の周期をｔｄとして、時間ｔｃは時間ｔｄよりも長い。【選択図】図１
2019120576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に振動可能な可動体と、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉し、捕捉された前記可動体を解放して前記可動体を前記第１の方向に自由振動させることが可能な捕捉及び解放機構と、
を備えた振動装置の制御方法であって、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉するための印加電圧の立ち上がり開始時点から立ち上がり終了時点までの時間をｔｃとし、前記可動体の前記第１の方向の自由振動の周期をｔｄとして、前記時間ｔｃは前記時間ｔｄよりも長い
振動装置の制御方法。
【請求項２】
第１の方向に振動可能な可動体と、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉し、捕捉された前記可動体を解放して前記可動体を前記第１の方向に自由振動させることが可能な捕捉及び解放機構と、
を備えた振動装置の制御方法であって、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉するための印加電圧の立ち上がり開始時点から立ち上がり終了時点までの時間をｔｃとし、前記捕捉及び解放機構に捕捉されている前記可動体を解放して前記可動体を前記第１の方向に自由振動させるための印加電圧の立ち下がり開始時点から立ち下がり終了時点までの時間をｔｅとして、前記時間ｔｃは、前記時間ｔｅと同じもしくは前記時間ｔｅよりも長い
振動装置の制御方法。
【請求項３】
第１の方向に振動可能な可動体と、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉し、捕捉された前記可動体を解放して前記可動体を前記第１の方向に自由振動させることが可能な捕捉及び解放機構と、
を備えた振動装置の制御方法であって、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉するために必要な最小電圧をＶｃｍｉｎとし、前記可動体の前記第１の方向の自由振動の周期をｔｄとし、前記捕捉及び解放機構と前記可動体との間に前記最小電圧Ｖｃｍｉｎが印加される瞬間の印加電圧の上昇率をΔＶ／Δｔとして、ΔＶ／ΔｔはＶｃｍｉｎ／ｔｄよりも小さい
振動装置の制御方法。
【請求項４】
前記可動体が前記捕捉及び解放機構に捕捉されているときに前記可動体に印加されている電圧をＶｃとし、前記捕捉及び解放機構に捕捉されている前記可動体を解放して前記可動体を前記第１の方向に自由振動させるための印加電圧の立ち下がり開始時点から立ち下がり終了時点までの時間をｔｅとして、ΔＶ／Δｔは、Ｖｃ／ｔｅと同じもしくはＶｃ／ｔｅよりも小さい
請求項３に記載の振動装置の制御方法。
【請求項５】
前記可動体は、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に振動可能であり、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体に働くコリオリ力に基づく前記可動体の前記第２の方向の振動の振幅に基づく所定物理量を検出する検出機構をさらに備える
請求項１、２又は３に記載の振動装置の制御方法。
【請求項６】
第１の方向に振動可能な可動体と、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉し、捕捉された前記可動体を解放して前記可動体を前記第１の方向に自由振動させることが可能な捕捉及び解放機構と、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉するための印加電圧の立ち上がり開始時点から立ち上がり終了時点までに所定時間以上の時間を与えるように構成された電圧印加回路と、
を備えた振動装置。
【請求項７】
前記所定時間は、前記可動体の前記第１の方向の自由振動の周期よりも長い
請求項６に記載の振動装置。
【請求項８】
前記可動体と前記捕捉及び解放機構とによって可変キャパシタが構成され、
前記電圧印加回路は、
定電流源と、
前記定電流源に基づく電流によって前記可変キャパシタを充電する充電回路と、
を含む
請求項６に記載の振動装置。
【請求項９】
前記可動体と前記捕捉及び解放機構とによって可変キャパシタが構成され、
前記電圧印加回路は、
第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタに直列に接続された定電流源と、
前記第１のトランジスタに並列に接続され且つ前記可変キャパシタに直列に接続された第２のトランジスタと、
を含み、
前記第１のトランジスタ及び前記定電流源で構成される第１の直列回路と、前記第２のトランジスタ及び前記可変キャパシタで構成される第２の直列回路とによってカレントミラー回路が構成される
請求項６に記載の振動装置。
【請求項１０】
前記可動体は、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に振動可能であり、
前記第１の方向に自由振動している前記可動体に働くコリオリ力に基づく前記可動体の前記第２の方向の振幅に基づく所定物理量を検出する検出機構をさらに備える
請求項６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、振動装置及び振動装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）技術を用いた振動装置として、自由振動している可動体を静電引力によって捕捉（catch）し、捕捉された可動体を解放（release）することで可動体を自由振動させるものが提案されている。
【０００３】
しかしながら、上述した振動装置では、可動体を捕捉する際に可動体と捕捉及び解放機構との間に機械的な接触が生じ、異物が発生するおそれがある。異物が可動体や捕捉及び解放機構に付着すると、適正な捕捉動作が妨げられるおそれがある。
【０００４】
したがって、異物の発生を抑制することが可能な振動装置及び振動装置の制御方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２００５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
異物の発生を抑制することが可能な振動装置及び振動装置の制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る振動装置の制御方法は、第１の方向に振動可能な可動体と、前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉し、捕捉された前記可動体を解放して前記可動体を前記第１の方向に自由振動させることが可能な捕捉及び解放機構と、を備えた振動装置の制御方法であって、前記第１の方向に自由振動している前記可動体を静電引力によって捕捉するための印加電圧の立ち上がり開始時点から立ち上がり終了時点までの時間をｔｃとし、前記可動体の前記第１の方向の自由振動の周期をｔｄとして、前記時間ｔｃは前記時間ｔｄよりも長い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る振動装置の原理的な構成を模式的に示した図である。
【図２】実施形態に係る振動装置において、可動体が捕捉及び解放機構に捕捉された状態を模式的に示した図である。
【図３】実施形態に係る振動装置における捕捉及び解放動作を示したタイミング図である。
【図４】実施形態に係る振動装置の制御方法の原理を示した図である。
【図５】印加電圧の上昇率と捕捉に必要な印加電圧との関係の測定結果を示した図である。
【図６】実施形態に係り、印加電圧の立ち上がり及び立ち下り波形の第１の例を模式的に示した図である。
【図７】実施形態に係り、印加電圧の立ち上がり及び立ち下り波形の第２の例を模式的に示した図である。
【図８】実施形態に係り、印加電圧の立ち上がり及び立ち下り波形の第３の例を模式的に示した図である。
【図９】実施形態に係り、印加電圧の立ち上がり及び立ち下り波形の第４の例を模式的に示した図である。
【図１０】実施形態に係り、印加電圧の立ち上がり及び立ち下り波形の第５の例を模式的に示した図である。
【図１１】実施形態に係り、印加電圧の立ち上がり及び立ち下り波形の第６の例を模式的に示した図である。
【図１２】実施形態に係り、電圧印加回路の第１の構成例を示した電気回路図である。
【図１３】実施形態に係り、電圧印加回路の第２の構成例を示した電気回路図である。
【図１４】実施形態に係り、電圧印加回路の第１の構成例及び第２の構成例における定電流源の具体的な構成を示した電気回路図である。
【図１５】実施形態に係り、電圧印加回路の第３の構成例を示した電気回路図である。
【図１６】実施形態に係るジャイロセンサシステムの基本的な構成を示したブロック図である。
【図１７】実施形態に係るジャイロセンサシステムにおけるジャイロ素子の構成を模式的に示した平面図である。
【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】
図１は、本実施形態に係る振動装置の原理的な構成を模式的に示した図である。
【００１１】
図１に示した振動装置は、可動体１０と、捕捉及び解放（catch and release）機構２０と、バネ部３０と、アンカー部４０とを備えている。
【００１２】
可動体１０は、アンカー部４０に固定されたバネ部３０によってｙ方向（第１の方向）に自由振動可能である。
【００１３】
捕捉及び解放機構２０は、ｙ方向に自由振動している可動体１０を静電引力によって捕捉し、捕捉された可動体１０を解放して可動体１０をｙ方向に自由振動させることが可能である。
【００１４】
捕捉及び解放機構２０は、電極部２１及びストッパー部２２を含んでいる。電極部２１に電圧を印加することで、ｙ方向に自由振動している可動体１０に静電引力が加わる。電極部２１の前方にはストッパー部２２が位置しているため、可動体１０がストッパー部２２に接触することで可動体１０の振動が止まる。すなわち、図２に示すように、電極部２１及びストッパー部２２の作用によって、可動体１０が捕捉及び解放機構２０に捕捉される。電極部２１の電圧印加を止めることで、可動体１０が捕捉及び解放機構２０から解放され、可動体１０の自由振動が開始される。
【００１５】
図３は、上述した捕捉及び解放動作を示したタイミング図である。期間Ｐ０は可動体１０の振動開始期間、期間Ｐ１は可動体１０が捕捉及び解放機構２０に捕捉されている期間、期間Ｐ２は可動体１０が捕捉及び解放機構２０から解放されて自由振動している期間である。このように、捕捉及び解放機構２０を設けることで、低消費電力で振動動作を繰り返し行うことが可能である。
【００１６】
しかしながら、上述した振動装置では、可動体１０を捕捉する際に可動体１０と捕捉及び解放機構２０との間に機械的な接触が生じ、異物が発生するおそれがある。異物が可動体１０や捕捉及び解放機構２０に付着すると、適正な捕捉動作が妨げられるおそれがある。具体的には、異物によって可動体１０と捕捉及び解放機構２０の電極部２１との距離が変化し、適正な捕捉動作が妨げられるおそれがある。したがって、このような異物の発生を抑制することが重要である。本実施形態では、以下のようにして、異物の発生を抑制するようにしている。
【００１７】
図４は、本実施形態に係る振動装置の制御方法の原理を示した図である。図４（ａ）は、可動体１０と捕捉及び解放機構２０の電極部２１との間に印加される電圧を示している。図４（ｂ）は、可動体１０のｙ方向の変位を示している。
【００１８】
時刻ｔ０から時刻ｔ２までは、可動体１０がｙ方向に自由振動している。時刻ｔ１において、可動体１０と捕捉及び解放機構２０の電極部２１との間の電圧印加を開始する。この電圧印加では、印加電圧の立ち上がり開始時点ｔ１から立ち上がり終了時点ｔ３までに、所定時間以上の時間が与えられるように制御が行われる。具体的には、可動体１０を静電引力によって捕捉するための印加電圧の立ち上がり開始時点ｔ１から立ち上がり終了時点ｔ３までの時間をｔｃとし、可動体１０のｙ方向の自由振動の周期をｔｄとして、時間ｔｃが時間ｔｄよりも長くなるように制御を行う。また、捕捉及び解放機構２０に捕捉されている可動体１０を解放してｙ方向に自由振動させるための印加電圧の立ち下がり開始時点から立ち下がり終了時点までの時間をｔｅとして、時間ｔｃが、時間ｔｅよりも長くなる、もしくは時間ｔｅと同じになるように制御を行う。
【００１９】
別の観点から言うと、ｙ方向に自由振動している可動体１０を静電引力によって捕捉するために必要な最小電圧をＶｃｍｉｎとし、可動体１０のｙ方向の自由振動の周期をｔｄとし、捕捉及び解放機構２０と可動体１０との間に最小電圧Ｖｃｍｉｎが印加される瞬間の印加電圧の上昇率をΔＶ／Δｔとして、ΔＶ／ΔｔがＶｃｍｉｎ／ｔｄよりも小さくなるように制御を行う。通常は、自由振動の最中に可動体１０が捕捉及び解放機構２０に最も接近したとき、すなわち自由振動のピーク位置に可動体１０が位置するときに、最小電圧Ｖｃｍｉｎが規定される。また、可動体１０が捕捉及び解放機構２０に捕捉されているときに可動体１０に印加されている電圧をＶｃとし、捕捉及び解放機構２０に捕捉されている可動体１０を解放して可動体１０をｙ方向に自由振動させるための印加電圧の立ち下がり開始時点から立ち下がり終了時点までの時間をｔｅとして、ΔＶ／Δｔが、Ｖｃ／ｔｅよりも小さくなる、もしくはＶｃ／ｔｅと同じになるように制御を行う。
【００２０】
上述したような印加電圧制御を行うことで、可動体１０が捕捉及び解放機構２０のストッパー部２２に衝突する際の衝突速度を低減することが可能である。これにより、衝突による衝撃を緩和することができ、異物の発生を抑制することが可能である。その結果、異物に起因する可動体１０と電極部２１との距離の変化を抑制することができ、適正な捕捉動作を行うことが可能となる。
【００２１】
図５は、印加電圧の上昇率（ｄＶ／ｄｔ）と捕捉に必要な印加電圧との関係の測定結果を示した図である。１００万回の捕捉及び解放動作を行った後の測定結果である。ｄＶ／ｄｔ＝１４Ｖ／ｍｓの場合（ａ）、ｄＶ／ｄｔ＝５６Ｖ／ｍｓの場合（ｂ）、ｄＶ／ｄｔ＝無限大の場合（ｃ）、を示している。印加電圧の上昇率（ｄＶ／ｄｔ）を低くすることで、捕捉に必要な印加電圧が低減されている。これは、印加電圧の上昇率（ｄＶ／ｄｔ）を低くすることで、異物の発生が抑制されているためである。
【００２２】
図６〜図１１は、印加電圧の立ち上がり及び立ち下り波形の種々の例を模式的に示した図である。
【００２３】
図６は、印加電圧の第１の波形例であり、基本的には図４に示した波形例と同様である。すなわち、印加電圧の立ち上がり開始時点ｔ１から立ち上がり終了時点ｔ３まで一定の上昇率（ｄＶ／ｄｔ）で電圧が上昇し、立ち上がり終了時点ｔ３から一定期間（ｔ３からｔ４まで）、印加電圧がＶｃに維持されている。
【００２４】
図７は、印加電圧の第２の波形例である。第２の波形例では、印加電圧の立ち上がり開始時点ｔ１から立ち上がり終了時点ｔ３まで、電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）がしだいに小さくなるように電圧が印加され、立ち上がり終了時点ｔ３から一定期間（ｔ４まで）、印加電圧がＶｃに維持されている。
【００２５】
図８は、印加電圧の第３の波形例である。第３の波形例では、立ち上がり開始時点ｔ１において印加電圧をＶｃａまで瞬間的に上昇させ、その後、立ち上がり終了時点ｔ３まで所定の上昇率で印加電圧を上昇させている。Ｖｃａが印加された時点では、可動体１０は捕捉及び解放機構２０のストッパー部２２に接触せず、ｔ２時点（電圧Ｖｃｍｉｎ）で可動体１０がストッパー部２２に接触する。このような制御を行うことで、相対的に短い時間で、可動体１０を捕捉及び解放機構２０に捕捉させることができる。
【００２６】
図９は、印加電圧の第４の波形例である。第４の波形例も、上述した第３の波形例と類似している。ただし、第４の波形例では、時刻ｔ１から時刻ｔ５までは第１の電圧上昇率で印加電圧を上昇させ、時刻ｔ５からは時刻ｔ３までは第１の電圧上昇率よりも小さな第２の電圧上昇率で印加電圧を上昇させている。
【００２７】
図１０は、印加電圧の第５の波形例である。第５の波形例では、印加電圧の立ち下りに一定時間を設けている。すなわち、時刻ｔ４で立ち下りが開始され、時刻ｔ６で立ち下りが終了する。本例では、立ち上がり時間（ｔ３−ｔ１）の方が立ち下がり時間（ｔ６−ｔ４）の方が長い。すなわち、立ち上がりでの電圧上昇率の方が立ち下がりでの電圧下降率よりも小さい。ただし、立ち上がり時間（ｔ３−ｔ１）が立ち下がり時間（ｔ６−ｔ４）と同じであってもよい。
【００２８】
図１１は、印加電圧の第６の波形例である。第６の波形例では、印加電圧の立ち上がり終了時点ｔ３において、瞬間的に印加電圧を立ち下げている。
【００２９】
次に、本実施形態に係る振動装置の電圧印加回路について説明する。電圧印加回路は、可動体１０を静電引力によって捕捉するための印加電圧の立ち上がり開始時点ｔ１から立ち上がり終了時点ｔ３までに所定時間以上の時間を与えるように構成されている。上記所定時間は、可動体１０のｙ方向の自由振動の周期ｔｄよりも長い。
【００３０】
図１２は、電圧印加回路６０の第１の構成例を示した電気回路図である。図１２の電圧印加回路６０により、図４及び図６で示したような印加電圧波形が得られる。
【００３１】
電圧印加回路６０は、定電流源６１と、定電流源６１に基づく電流によって可変キャパシタ６２を充電する充電回路６３とを含んでいる。充電回路６３はＭＯＳトランジスタによって構成されている。可変キャパシタ６２は、すでに述べた可動体１０と捕捉及び解放機構２０とによって構成されている。すなわち、可動体１０が振動すると、可動体１０と捕捉及び解放機構２０の電極２１との距離が変化する。距離の変化によってキャパシタンスが変化するため、可動体１０と捕捉及び解放機構２０とによって可変キャパシタ６２が構成される。定電流源６１にはＭＯＳトランジスタ（第１のトランジスタ）６４が直列に接続され、ＭＯＳトランジスタ６４に並列にＭＯＳトランジスタ（第２のトランジスタ）６３が接続されている。ＭＯＳトランジスタ６４及び定電流源６１で構成される第１の直列回路と、ＭＯＳトランジスタ６３及び可変キャパシタ６２で構成される第２の直列回路とによってカレントミラー回路が構成されている。
【００３２】
図１２の電圧印加回路６０の動作を、図６を参照して説明する。時刻ｔ１までは、スイッチ６５をオフ状態に設定し、スイッチ６６をオン状態に設定する。ｔ１の時点で、スイッチ６５をオン状態に設定し、スイッチ６６をオフ状態に設定する。これにより、カレントミラー回路の作用によって、可変キャパシタ６２が一定速度で充電される。時刻ｔ４で、スイッチ６５をオフ状態に設定し、スイッチ６６をオン状態に設定する。その結果、可変キャパシタ６２が瞬間的に放電される。以上のようにして、図６で示したような印加電圧波形が得られる。
【００３３】
図１３は、電圧印加回路６０の第２の構成例を示した電気回路図である。図１３の電圧印加回路６０により、図９で示したような印加電圧波形が得られる。なお、本構成例は、上述した第１の構成例と類似しているため、第１の構成例で説明した事項の説明は省略する。
【００３４】
電圧印加回路６０は、定電流源６１ａ及び６１ｂと、定電流源６１ａ及び６１ｂに基づく電流によって可変キャパシタ６２を充電する充電回路６３とを含んでいる。充電回路６３はＭＯＳトランジスタによって構成されている。定電流源６１ａの電流量の方が、定電流源６１ｂの電流量よりも大きい。定電流源６１ａ及び６１ｂにはＭＯＳトランジスタ６４が直列に接続され、ＭＯＳトランジスタ６４に並列にＭＯＳトランジスタ６３が接続されている。ＭＯＳトランジスタ６４及び定電流源６１ａ（或いは定電流源６１ｂ）で構成される第１の直列回路と、ＭＯＳトランジスタ６３及び可変キャパシタ６２で構成される第２の直列回路とによってカレントミラー回路が構成されている。
【００３５】
図１３の電圧印加回路６０の動作を、図９を参照して説明する。時刻ｔ１までは、スイッチ６５ａ及び６５ｂをオフ状態に設定し、スイッチ６６をオン状態に設定する。時刻ｔ１から時刻ｔ５までは、スイッチ６５ａをオン状態に設定し、スイッチ６５ｂをオフ状態に設定し、スイッチ６６をオフ状態に設定する。時刻ｔ５から時刻ｔ３までは、スイッチ６５ａをオフ状態に設定し、スイッチ６５ｂをオン状態に設定し、スイッチ６６をオフ状態に設定する。時刻ｔ４以降は、スイッチ６５ａ及び６５ｂをオフ状態に設定し、スイッチ６６をオン状態に設定する。以上のようにして、図９で示したような印加電圧波形が得られる。
【００３６】
図１４は、上述した第１の構成例（図１２）及び第２の構成例（図１３）で述べた定電流源６１、６１ａ及び６１ｂの具体的な構成を示した電気回路図である。図１４に示すように、ＭＯＳトランジスタ６１Ｔ及び抵抗素子６１Ｒによって定電流源６１、６１ａ或いは６１ｂを構成することができる。
【００３７】
図１５は、電圧印加回路６０の第３の構成例を示した電気回路図である。図１５の電圧印加回路６０により、図７で示したような印加電圧波形が得られる。本構成例では、可変キャパシタ６２に直列に抵抗素子６７が接続され、可変キャパシタ６２に並列にキャパシタ素子６８が接続されている。抵抗素子６７及びキャパシタ素子６８によって時定数回路が構成され、時定数回路の時定数に基づいて可変キャパシタ６２が充電される。
【００３８】
次に、上述した振動装置及び振動装置の制御方法を用いたジャイロセンサについて説明する。
【００３９】
図１６は、本実施形態に係るジャイロセンサシステムの基本的な構成を示したブロック図である。
【００４０】
図１７は、本実施形態に係るジャイロセンサシステムにおけるジャイロ素子の構成を模式的に示した平面図である。ジャイロ素子は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて基板上に形成される。
【００４１】
図１６に示すように、ジャイロセンサシステム１００は、ジャイロ素子（ＭＥＭＳ素子）１１０と、振幅検出回路１２０と、回転角度取得回路１３０と、電圧印加回路１４０とによって構成されている。電圧印加回路１４０は、上述した電圧印加回路６０に対応している。
【００４２】
図１７に示すように、ジャイロ素子（ＭＥＭＳ素子）１１０は、可動体１１１と、バネ機構１１２と、アンカー１１３と、捕捉及び解放機構１１４と、ドライブ及びモニタ機構１１５と、検出機構１１６とを備えている。可動体１１１は上述した可動体１０に対応し、捕捉及び解放機構１１４は上述した捕捉及び解放機構２０に対応している。
【００４３】
可動体１１１は、可動部（可動マス）１１１ａ及び可動部（可動マス）１１１ｂを含んでおり、ｙ方向（第１の方向）及びｙ方向に対して垂直なｘ方向（第２の方向）に振動可能である。可動部１１１ａは、ドライブ用の可動部であり、主としてｙ方向（第１の方向）に振動可動である。可動部１１１ｂは、センス用の可動部であり、主としてｘ方向（第２の方向）に振動可動である。
【００４４】
バネ機構１１２は、バネ部１１２ａ及びバネ部１１２ｂを含んでおり、可動体１１１をｙ及びｘ方向に振動させる。バネ部１１２ａは、可動部１１１ａに接続されており、主として可動部１１１ａをｙ方向に振動させるために設けられている。バネ部１１２ｂは、可動部１１１ａ及び可動部１１１ｂに接続されており、主として可動部１１１ｂをｘ方向に振動させるために設けられている。図２に示した例では、バネ機構１１２は、８つのバネ部１１２ａ及び４つのバネ部１１２ｂを含んでいる。バネ機構１１２によってｙ方向に自由振動している可動体１１１に回転運動が加わると、可動体１１１にはコリオリ力が働き、可動体１１１はｘ方向に振動する。
【００４５】
アンカー１１３は、バネ部１１２ａを支持するために設けられており、下地領域に固定されている。図１７に示した例では、８つのバネ部１１２ａに対応して８つのアンカー１１３が設けられている。
【００４６】
捕捉及び解放機構１１４は、可動体１１１を捕捉し且つ捕捉された可動体１１１を解放して可動体１１１をｙ方向に自由振動させる機能を有している。捕捉及び解放機構１１４は、電極部１１４ａ及びストッパー部１１４ｂを含んでいる。電極部１１４ａと可動体１１１との間に所定電圧を印加することで、電極部１１４ａと可動体１１１との間に静電引力が働く。その結果、可動体１１１がストッパー部１１４ｂに接触した状態で静止し、可動体１１１が捕捉及び解放機構１１４に捕捉される。電極部１１４ａと可動体１１１との間に印加されている電圧を下げて静電引力を減少させることで、可動体１１１が捕捉及び解放機構１１４から解放され、可動体１１１はｙ方向に自由振動を開始する。
【００４７】
ドライブ及びモニタ機構１１５は、電極部１１５ａ及び電極部１１５ｂを含み、可動体１１１に対するドライブ機能及びモニタ機能を有している。ドライブ機能は、ジャイロセンサシステムの電源をオンさせた直後の初期状態において可動体１１１を強制的にドライブする機能である。すなわち、電源オン直後の初期状態では、可動体１１１が捕捉及び解放機構１１４に捕捉されていない。このような初期状態において、電極部１１５ａと電極部１１５ｂとの間に所定電圧を印加することで、電極部１１５ａと電極部１１５ｂとの間に静電引力が働く。その結果、可動体１１１がドライブされ、可動体１１１を捕捉及び解放機構１１４に捕捉させることができる。モニタ機能は、ｙ方向に振動している可動体１１１のｙ方向の位置をモニタする機能である。電極部１１５ａと電極部１１５ｂとの間のキャパシタンスを検出することで、可動体１１１のｙ方向の位置をモニタすることができる。図１７に示した例では、２つのドライブ及びモニタ機構１１５が設けられており、一方のドライブ及びモニタ機構１１５をドライブ用に用い、他方のドライブ及びモニタ機構１１５をモニタ用に用いることが可能である。
【００４８】
検出機構１１６及び振幅検出回路１２０（図１参照）を含む検出部では、バネ機構１１２によってｙ方向に自由振動している可動体１１１に働くコリオリ力に基づく可動体１１１のｘ方向の振動の振幅を検出する。以下、検出機構１１６及び振幅検出回路１２０について説明を加える。
【００４９】
検出機構１１６は、可動体１１１のｘ方向の振動の振幅に基づく所定物理量を検出するものであり、電極部１１６ａ及び電極部１１６ｂを含んでいる。本実施形態では、所定物理量は、電極部１１６ａと可動体１１１との間のキャパシタンスＣａ及び電極部１１６ｂと可動体１１１との間のキャパシタンスＣｂに基づく物理量である。すでに述べたように、ｙ方向に自由振動している可動体１１１に回転運動が加わると、可動体１１１にはコリオリ力が働き、可動体１１１はｘ方向に振動する。その結果、上述したキャパシタンスＣａ及びＣｂが振動に応じて変化する。電極部１１６ａ及び１１６ｂは下地領域に固定されているため、可動体１１１のｘ方向の振動によってキャパシタンスＣａ及びＣｂの一方が増加すると、キャパシタンスＣａ及びＣｂの他方は減少する。
【００５０】
検出機構１１６の電極部１１６ａ及び１１６ｂには、図１６に示した振幅検出回路１２０が接続されている。振幅検出回路１２０では、検出機構１１６で検出された所定物理量（キャパシタンスＣａ及びＣｂ）に基づいて、可動体１１１のｘ方向の振動の振幅を検出する。すでに述べたように、キャパシタンスＣａ及びＣｂの一方が増加すると、キャパシタンスＣａ及びＣｂの他方は減少する。したがって、振幅検出回路１２０では、キャパシタンスＣａとキャパシタンスＣｂとの差分に基づいて、可動体１１１のｘ方向の振動の振幅を検出することが可能である。
【００５１】
回転角度取得回路（回転角度取得部）１３０では、可動体１１１のｘ方向の振動の振幅に基づいて、可動体１１１の回転角度を取得する（算出する）。具体的には、可動体１１１のｘ方向の振動の振幅に基づいて可動体１１１の角速度が算出され、算出された角速度に基づいて可動体１１１の回転角度が算出される。
【００５２】
電圧印加回路１４０は、すでに述べた電圧印加回路６０と同様の機能を有している。すなわち、捕捉及び解放機構１１４で可動体１１１を捕捉する際に、電極部１１４ａと可動体１１１との間に電圧を印加する。すでに述べたように、電圧印加回路１４０は、電極部１１４ａと可動体１１１との間に印加される電圧の立ち上がり開始時点から立ち上がり終了時点までに所定時間以上の時間を与えるように構成されている。
【００５３】
このように、本実施形態の振動装置及び振動装置の制御方法をジャイロセンサに適用することで、可動体１１１が捕捉及び解放機構１１４のストッパー部１１４ｂに衝突する際の衝突速度を低減することが可能である。これにより、衝突による衝撃を緩和することができ、異物の発生を抑制することが可能である。その結果、異物に起因する可動体１１１と捕捉及び解放機構１１４の電極部１１４ａとの距離の変化を抑制することができ、適正な捕捉動作を行うことが可能となる。したがって、高精度及び高信頼性を有するジャイロセンサを得ることができる。
【００５４】
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】
【００５５】
１０…可動体
２０…捕捉及び解放機構      ２１…電極部      ２２…ストッパー部
３０…バネ部      ４０…アンカー部
６０…電圧印加回路      ６１…定電流源      ６２…可変キャパシタ
６３…充電回路（ＭＯＳトランジスタ）      ６４…ＭＯＳトランジスタ
６５…スイッチ      ６６…スイッチ
６７…抵抗素子  ６８…キャパシタ素子
１００…ジャイロセンサシステム      １１０…ジャイロ素子
１１１…可動体      １１２…バネ機構      １１３…アンカー
１１４…捕捉及び解放機構      １１５…ドライブ及びモニタ機構
１１６…検出機構
１２０…振幅検出回路      １３０…回転角度取得回路
１４０…電圧印加回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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