(57)【要約】【課題】精度を向上した角速度センサを提供する。【解決手段】本発明の角速度センサ素子は、錘部と、前記錘部を揺動可能に支持する梁部と、前記梁部を揺動可能に支持する可動部と、前記可動部と対向して配置される駆動電極と、を備える。ここで、前記錘部は第１〜第４の空隙を有し、第１〜第４の空隙のそれぞれに両歯状の櫛歯電極を有する構成とする。これにより、角速度センサ素子の小型化あるいは電極数の低減による素子製造の容易化が可能となる。【選択図】図２Ｂ１
2019070574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘部と、
前記錘部を揺動可能に支持する梁部と、
前記梁部を揺動可能に支持する可動部と、
前記可動部に対向して配置される駆動電極と、を備え、
前記錘部は第４の空隙、第２の空隙、第３の空隙及び第４の空隙を有し、
前記第１の空隙、前記第２の空隙、前記第３の空隙及び前記第４の空隙のそれぞれに両歯状の櫛歯電極を有する角速度センサ素子。
【請求項２】
互いに垂直な２つの軸を第１軸、第２軸として、
前記第１軸と前記第２軸との交点は前記錘部の中心を通り、
第１、第２の空隙は前記第１軸と重なる位置に配置され、
第３、第４の空隙は前記第２軸と重なる位置に配置される請求項１の角速度センサ素子。
【請求項３】
前記可動部は、
前記第１軸と重なる位置に配置される第１、第２可動部と、
前記第２軸と重なる位置に配置される第３、第４可動部と、を更に有し、
前記第１の可動部、前記第２の可動部、前記第３の可動部及び前記第４の可動部のそれぞれは空隙を有し、
前記第１の可動部、前記第２の可動部、前記第３の可動部及び前記第４の可動部が有する空隙のそれぞれに両歯状の櫛歯電極を設けた請求項２の角速度センサ素子。
【請求項４】
前記第１の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極及び前記第１の可動部の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極と、
前記第２の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極と及び前記第２の可動部の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極とは、前記第２軸に対して線対称である請求項３の角速度センサ素子。
【請求項５】
前記第３の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極及び前記第３の可動部の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極と、
前記第４の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極と及び前記第４の可動部の空隙に設けた前記両歯状の櫛歯電極とは、前記第１軸に対して線対称である請求項４の角速度センサ素子。
【請求項６】
前記梁部は、
前記錘部を前記第１軸及び前記第２軸に沿って揺動可能に支持し、
前記第１可動部及び前記第２可動部を前記第１軸に沿って揺動可能に支持し、
前記第３可動部及び前記第４可動部を前記第２軸に沿って揺動可能に支持する請求項１の角速度センサ素子。
【請求項７】
請求項１の角速度センサ素子と、
前記角速度センサ素子を収容するパッケージと、
前記角速度センサ素子と電気的に接続される回路基板と、を備える角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車の制御等に用いられる角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度な角速度センサを提供する目的で、駆動周波数と検出周波数を一致させる制御（モードマッチ制御）を採用するセンサが知られている。この様な角速度センサにする先行技術文献としては、例えば、特許文献１、２が知られている。
【０００３】
また、信頼性の高い角速度センサを提供する目的で、梁にトラス構造を採用するセンサが知られている。この様な角速度センサにする先行技術文献としては、例えば、特許文献３、４が知られている。
【０００４】
また、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりエッチングホールを素子に形成し、これを利用して可動構造体を形成する角速度センサが知られている。この様な角速度センサにする先行技術文献としては、例えば、特許文献５、６が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８０６１２０１号明細書
【特許文献２】米国特許第８３２２２１３号明細書
【特許文献３】特表２００３−５０９６７０号公報
【特許文献４】特許第４６００３４４号公報
【特許文献５】特許第５１０５９６８号公報
【特許文献６】特許第５８１６７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のセンサでは増大し続けている高精度化への要求に応えるには不十分である。そこで本発明は、精度、あるいは、信頼性を向上した角速度センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を解決するために本発明は、錘部と、前記錘部を揺動可能に支持する梁部と、前記梁部を揺動可能に支持する可動部と、前記可動部と対向して配置される駆動電極と、を備える。ここで、前記錘部は第１〜第４の空隙を有し、第１〜第４の空隙のそれぞれに両歯状の櫛歯電極を有する構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の角速度センサは、高精度であるので、例えば、車の舵姿勢制御等に用いる角速度センサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本実施の形態の角速度センサが備える角速度センサ素子を示す図
【図１Ｂ】（ａ）図１の一部を拡大した図、（ｂ）（ａ）の変形例を示す図、（ｃ）（ａ）の別の変形例を示す図
【図２Ａ１】図１の一部を拡大した図
【図２Ａ２】図１の一部を拡大した図
【図２Ｂ１】図１の一部を拡大した図
【図２Ｂ２】図１の一部を拡大した図
【図３】同角速度センサ素子の駆動動作を示すブロック図
【図４】同角速度センサ素子の検出動作を示すブロック図
【図５】同角速度センサ素子に接続される駆動回路及び検出回路を示すブロック図
【図６】同角速度センサ素子に接続される基準電位供給回路を示すブロック図
【図７】同角速度センサ素子を備える角速度センサの模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態における角速度センサについて図面を参照しながら説明する。なお、図面では説明の便宜の為に適宜部材が省略される事がある。
【００１１】
図１Ａは、本実施の形態の角速度センサが備える角速度センサ素子１０を示す上面図である。
【００１２】
角速度センサ素子１０は、レバー１６ａ、レバー１６ｂ、可動部２２ａ、可動部２２ｂ、可動部２２ｃ、可動部２２ｄ、可動部２２ｅ、可動部２２ｆ、可動部２２ｇ、可動部２２ｈ、錘部２４ａ、錘部２４ｂ、バネ２８（ｆｌｅｘｕｒｅ）、固定部３２ａ、固定部３２ｂ、固定部３２ｃ、固定部３２ｄを備える。さらに、角速度センサ素子１０は、ドライブ電極３５ａ、ドライブ電極３５ｂ、モニタ電極３４ａ、モニタ電極３４ｂ、センス電極３６ａ、センス電極３６ｂ、センス駆動電極３７ａ、センス駆動電極３７ｂ、を備える。なお、モニタ電極３４ａ、３４ｂを総称してモニタ電極３４と記載してもよい。ドライブ電極３５ａ、３５ｂを総称してドライブ電極３５と記載してもよい。センス電極３６ａ、３６ｂを総称してドライブ電極３５と記載してもよい。センス駆動電極３７ａ、３７ａを総称してセンス駆動電極３７と記載してもよい。錘部２４ａ、錘部２４ｂを総称して錘部２４と記載してもよい。
【００１３】
レバー１６ａは、可動部２２ａ及び可動部２２ｅにバネ２８を介して接続される。レバー１６ｂは、可動部２２ｃ及び可動部２２ｇにバネ２８を介して接続される。レバー１６ａ、１６ｂは、錘部２４ａから錘部２４ｂへ（あるいは錘部２４ｂから錘部２４ａへ）振動を伝達する。これにより、錘部２４ａ、２４ｂが互いに（Ｙ軸方向に）同相、あるいは逆相で振動する。
【００１４】
図１Ｂ（ａ）は、図１の領域Ｐを拡大した図である。図１Ｂ（ｂ）は、（ａ）の変形例である。
【００１５】
錘部２４ａは、複数のホール３９を有する。
【００１６】
ホール３９は、例えば、錘部２４ａやバネ２８を形成する際のエッチングプロセスにより形成される。バネ２８に近い側の錘部２４ａの縁に沿って、ホール３９の一群が直線Ｌ１に沿って並ぶ。
【００１７】
ホール３９は、製造交差等に起因して位置がずれる場合がある。バネ２８と錘部２４ａとの接続部に近い位置に設けられたホール３９（すなわち直線Ｌ１に沿って並ぶホール３９の一群）で位置ずれが生じると、接続部の剛性が不安定化する。接続部の剛性が不安定化すると、角速度センサ素子１０の共振周波数にずれが生じる。そこで、ホール３９をバネ２８と錘部２４ａとの接続部から遠ざけて設ける事が好ましい。別の表現では、ホール３９をバネ２８と錘部２４ａとの接続部の近くに設けない事が好ましい。
【００１８】
そこで、図１Ｂ（ａ）では、バネ２８と錘部２４ａとの接続部に最も近いホール３９を
、他のホール３９より小さくしている。
【００１９】
あるいは、図１Ｂ（ｂ）では、バネ２８と錘部２４ａとの接続部と最も近い位置において（すなわち直線Ｌ１に沿って並ぶホール３９の一群において）、ホール３９の間隔（Ｐ２）を、他のホール３９の間隔（Ｐ１）より広くしている。
【００２０】
あるいは、図１Ｂ（ｃ）バネ２８と錘部２４ａとの接続部と最も近い位置において（すなわち直線Ｌ１に沿って並ぶホール３９の一群において）、ホール３９の間隔（Ｐ２）を、他のホール３９の間隔（Ｐ１）より広くしている。さらに、直線Ｌ１と並行な直線Ｌ２に沿って並ぶホール３９の一群において、接続部と最も近い位置のホール３９を接続部に近づけるように配置している。別の表現では、バネ２８に近い側の錘部２４ａの縁に沿って、ホール３９の一群が直線Ｌ１に沿って並ぶ。そして、ホール３９の別の一群が直線Ｌ１と並行な直線Ｌ２に沿って並ぶ。ここで、図１Ｂ（ｃ）の構造では、直線Ｌ１と直線Ｌ２の間に配置されるホール３９を有する。
【００２１】
図１Ｂ（ａ）（ｂ）（ｃ）で説明した構造により、錘部２４ａが駆動した際に、バネ２８と錘部２４ａとの接続部付近に発生する応力を分散することができる。これにより、接続部の剛性が安定化する。これにより、角速度センサ素子１０の共振周波数のずれを防ぐことができる。図１Ｂ（ｃ）で説明した構造では更に、錘部２４ａやバネ２８を形成する際のエッチングプロセスの不良を低減することができる。より詳細に説明する。ホール３９を設けない領域の面積が大きくなりすぎると、錘部２４ａやバネ２８を形成する際のエッチングプロセスにおいて、エッチングガスの（角速度センサ素子１０を構成する）基板の背面への浸透（回り込み）が不十分になる場合がある。エッチングガスの浸透（回り込み）が不十分になった場合、錘部２４ａやバネ２８の形成（背面基板からの剥離）が不十分となる。その結果、錘部２４ａやバネ２８の形成不良が起きる。一方、図１Ｂ（ｃ）の構造では、ホール３９を設けない領域の面積が大きくなりすぎないようにしているので、錘部２４ａやバネ２８の形成不良が起きにくいという効果を奏する。
【００２２】
なお図１Ｂ（ａ）（ｂ）（ｃ）で説明した構造は、本実施の形態で説明される他の全ての角速度センサ素子に適用され得る。
【００２３】
図２Ａ１は、図１の一部を拡大した図である。
【００２４】
可動部２２ａ〜２２ｄは、錘部２４ａとバネ２８を介して接続される。可動部２２ａ〜２２ｄは、錘部２４ａの四方を囲むように配置される。
【００２５】
可動部２２ａは、櫛歯部２２ａ１を有する。櫛歯部２２ａ１は、ドライブ電極３５ａ及びモニタ電極３４ａと一定のギャップを空けて設けられている。
【００２６】
可動部２２ｂは、櫛歯部２２ｂ１を有する。櫛歯部２２ｂ１は、センス電極３６ａ及びセンス駆動電極３７ａと一定のギャップを空けて設けられている。
【００２７】
可動部２２ｃは、櫛歯部２２ｃ１を有する。櫛歯部２２ｃ１は、ドライブ電極３５ｂ及びモニタ電極３４ｂと一定のギャップを空けて設けられている。
【００２８】
可動部２２ｄは、櫛歯部２２ｄ１を有する。櫛歯部２２ｄ１は、センス電極３６ｂ及びセンス駆動電極３７ｂと一定のギャップを空けて設けられている。
【００２９】
可動部２２ｅ〜２２ｈは、錘部２４ｂとバネ２８を介して接続される。可動部２２ｅ〜２２ｈは、錘部２４ｂの四方を囲むように配置される。
【００３０】
図２Ａ２は、図１の一部を拡大した図である。
【００３１】
可動部２２ｅは、櫛歯部２２ｅ１を有する。櫛歯部２２ｅ１は、ドライブ電極３５ｃ及びモニタ電極３４ｃと一定のギャップを空けて設けられている。
【００３２】
可動部２２ｆは、櫛歯部２２ｆ１を有する。櫛歯部２２ｆ１は、センス電極３６ｃ及びセンス駆動電極３７ｃ一定のギャップを空けて設けられている。
【００３３】
可動部２２ｇは、櫛歯部２２ｇ１を有する。櫛歯部２２ｇ１は、ドライブ電極３５ｄ及びモニタ電極３４ｄと一定のギャップを空けて設けられている。
【００３４】
可動部２２ｈは、櫛歯部２２ｈ１を有する。櫛歯部２２ｈ１は、センス電極３６ｄ及びセンス駆動電極３７ｄ一定のギャップを空けて設けられている。
【００３５】
ドライブ電極３５ａは、櫛歯部２２ａ１に静電力を印加する。ドライブ電極３５ｂは、櫛歯部２２ｃ１に静電力を印加する。これにより、可動部２２ａ、２２ｃはＹ軸方向に振動する。この可動部２２ａ、２２ｃの振動がバネ２８を介して錘部２４ａに伝達されることにより、錘部２４ａがＹ軸方向に振動する。
【００３６】
ドライブ電極３５ｃは、櫛歯部２２ｅ１に静電力を印加する。ドライブ電極３５ｄは、櫛歯部２２ｇ１に静電力を印加する。これにより、可動部２２ｅ、２２ｇはＹ軸方向に振動する。この可動部２２ｅ、２２ｇの振動がバネ２８を介して錘部２４ｂに伝達されることにより、錘部２４ｂがＹ軸方向に振動する。
【００３７】
各モニタ電極は、各ドライブ電極が発生させる振動の状態を監視する。
【００３８】
錘部２４ａは、前述の通りＹ軸方向に振動する。この振動状態において、外部から角速度が印加されると、コリオリの力が錘部２４ａに作用することにより、錘部２４ａにＸ軸方向の振動が発生する。このＸ軸方向の振動に起因して可動部２２ｂ、２２ｄがＸ軸方向に振動する。
【００３９】
錘部２４ｂは、前述の通りＹ軸方向に振動する。この振動状態において、外部から角速度が印加されると、コリオリの力が錘部２４ｂに作用することにより、錘部２４ｂにＸ軸方向の振動が発生する。このＸ軸方向の振動に起因して可動部２２ｆ、２２ｈがＸ軸方向に振動する。
【００４０】
センス電極３６ａ、３６ｂは、可動部２２ｂ、２２ｄのＸ軸方向の振動により、櫛歯部２２ｂ１、２２ｄ１との間のギャップが変化する。このギャップの変化を後述する検出回路で検出する。これにより、角速度が検出できる。
【００４１】
センス電極３６ｃ、３６ｄは、可動部２２ｆ、２２ｈのＸ軸方向の振動により、櫛歯部２２ｆ１、２２ｈ１との間のギャップが変化する。このギャップの変化を後述する検出回路で検出する。これにより、角速度が検出できる。
【００４２】
固定部３２ａ〜３２ｄは、バネ２８を介して各部材を支持する。
【００４３】
図２Ｂ１は、錘部２４ａの付近を拡大した別の図である。錘部２４ａの中心を通りＹ軸と並行な直線をＬ１、錘部２４ａの中心を通りＸ軸と並行な直線をＬ２、と表記する。
【００４４】
可動部２２ａ〜２２ｄは、錘部２４ａとバネ２８を介して接続される。可動部２２ａ〜２２ｄは、錘部２４ａの四方を囲むように配置される。
【００４５】
可動部２２ａは、櫛歯部２２ａ１を有する。櫛歯部２２ａ１は、ドライブ電極３５ａと一定のギャップを空けて設けられている。
【００４６】
可動部２２ｂは、櫛歯部２２ｂ１を有する。櫛歯部２２ｂ１は、センス駆動電極３７ａと一定のギャップを空けて設けられている。
【００４７】
可動部２２ｃは、櫛歯部２２ｃ１を有する。櫛歯部２２ｃ１は、ドライブ電極３５ｂと一定のギャップを空けて設けられている。
【００４８】
可動部２２ｄは、櫛歯部２２ｄ１を有する。櫛歯部２２ｄ１は、センス駆動電極３７ｂと一定のギャップを空けて設けられている。
【００４９】
モニタ電極３４ａ、３４ｂは、上面視で直線Ｌ１と重なる位置に設けられる。
【００５０】
センス電極３６ａ、３６ｂは、上面視で直線Ｌ２と重なる位置に設けられる。
【００５１】
図２Ｂ２は、錘部２４ｂの付近を拡大した別の図である。錘部２４ｂの中心を通りＹ軸と並行な直線をＬ３、錘部２４ｂの中心を通りＸ軸と並行な直線をＬ４、と表記する。
【００５２】
可動部２２ｅ〜２２ｈは、錘部２４ｂとバネ２８を介して接続される。可動部２２ｅ〜２２ｈは、錘部２４ｂの四方を囲むように配置される。
【００５３】
可動部２２ｅは、櫛歯部２２ｅ１を有する。櫛歯部２２ｅ１は、ドライブ電極３５ｃと一定のギャップを空けて設けられている。
【００５４】
可動部２２ｆは、櫛歯部２２ｆ１を有する。櫛歯部２２ｆ１は、センス駆動電極３７ｃ一定のギャップを空けて設けられている。
【００５５】
可動部２２ｇは、櫛歯部２２ｇ１を有する。櫛歯部２２ｇ１は、ドライブ電極３５ｄと一定のギャップを空けて設けられている。
【００５６】
可動部２２ｈは、櫛歯部２２ｈ１を有する。櫛歯部２２ｈ１は、センス駆動電極３７ｄ一定のギャップを空けて設けられている。
【００５７】
モニタ電極３４ｃ、３４ｄは、上面視で直線Ｌ３と重なる位置に設けられる。
【００５８】
センス電極３６ｃ、３６ｄは、上面視で直線Ｌ４と重なる位置に設けられる。
【００５９】
ドライブ電極３５ａは、櫛歯部２２ａ１に静電力を印加する。ドライブ電極３５ｂは、櫛歯部２２ｃ１に静電力を印加する。これにより、可動部２２ａ、２２ｃはＹ軸方向に振動する。この可動部２２ａ、２２ｃの振動がバネ２８を介して錘部２４ａに伝達されることにより、錘部２４ａがＹ軸方向に振動する。
【００６０】
ドライブ電極３５ｃは、櫛歯部２２ｅ１に静電力を印加する。ドライブ電極３５ｄは、櫛歯部２２ｇ１に静電力を印加する。これにより、可動部２２ｅ、２２ｇはＹ軸方向に振動する。この可動部２２ｅ、２２ｇの振動がバネ２８を介して錘部２４ｂに伝達されることにより、錘部２４ｂがＹ軸方向に振動する。
【００６１】
各モニタ電極は、各ドライブ電極が発生させる振動の状態を監視する。
【００６２】
錘部２４ａは、前述の通りＹ軸方向に振動する。この振動状態において、外部から角速度が印加されると、コリオリの力が錘部２４ａに作用することにより、錘部２４ａにＸ軸方向の振動が発生する。このＸ軸方向の振動に起因して可動部２２ｂ、２２ｄがＸ軸方向に振動する。
【００６３】
錘部２４ｂは、前述の通りＹ軸方向に振動する。この振動状態において、外部から角速度が印加されると、コリオリの力が錘部２４ｂに作用することにより、錘部２４ｂにＸ軸方向の振動が発生する。このＸ軸方向の振動に起因して可動部２２ｆ、２２ｈがＸ軸方向に振動する。
【００６４】
センス電極３６ａ、３６ｂは、可動部２２ｂ、２２ｄのＸ軸方向振動により、櫛歯部２２ｂ１、２２ｄ１との間のギャップが変化する。このギャップの変化を後述する検出回路で検出する。これにより、角速度が検出できる。
【００６５】
センス電極３６ｃ、３６ｄは、可動部２２ｆ、２２ｈのＸ軸方向振動により、櫛歯部２２ｆ１、２２ｈ１との間のギャップが変化する。このギャップの変化を後述する検出回路で検出する。これにより、角速度が検出できる。
【００６６】
固定部３２ａ〜３２ｄは、バネ２８を介して各部材を支持する。
【００６７】
これにより、可動部２２ａ〜２２ｇを従来構造と比較して小さくすることができるため、角速度センサ素子１０の大きさを小さくすることが可能となる。また、従来構造より、モニタ電極、ドライブ電極、センス電極、センス駆動電極の数を低減することができ、素子製作が容易となる。
【００６８】
図３は、角速度センサ素子の駆動動作を示すブロック図である。
【００６９】
ドライブ電極３５ａは後述する駆動回路からドライブ電圧を印加することで、櫛歯部２２ａ１に静電力を発生させる。ドライブ電極３５ｂは後述する駆動回路からドライブ電圧を印加することで、櫛歯部２２ｃ１に静電力を発生させる。ドライブ電極３５ａとドライブ電極３５ｂに印加するドライブ電圧は互いに逆相とすることで静電力のつり合いの変化が発生し、錘部２４ａがＹ軸方向に振動する。
【００７０】
ドライブ電極３５ｃは後述する駆動回路からドライブ電圧を印加することで、櫛歯部２２ｅ１に静電力を発生させる。ドライブ電極３５ｄは後述する駆動回路からドライブ電圧を印加することで、櫛歯部２２ｇ１に静電力を発生させる。ドライブ電極３５ｃとドライブ電極３５ｄに印加するドライブ電圧は互いに逆相とすることで静電力のつり合いの変化が発生し、錘部２４ｂがＹ軸方向に振動する。
【００７１】
このとき、ドライブ電極３５ａとドライブ電極３５ｃに印加するドライブ電圧を同相とすることで錘部２４ａ、２４ｂが互いに同相に振動し、ドライブ電極３５ａとドライブ電極３５ｃに印加されるドライブ電圧を逆相とすることで錘部２４ａ、２４ｂが互いに逆相に振動する。
【００７２】
図４は、角速度センサ素子の検出動作を示すブロック図である。
【００７３】
ドライブ電圧による静電力でＹ軸方向に振動している錘部２４ａ、２４ｂに対して、垂
直方向（Ｚ軸）に外部から角速度が印加されると、直行方向（Ｘ軸）にコリオリの力が作用し、錘部２４ａ、２４ｂがＸ軸方向に振動する。
【００７４】
錘部２４ａにＸ軸方向の振動が発生すると、櫛歯部２２ｂ１、２２ｄ１とセンス電極３６ａ、３６ｂとの間のギャップが変化する。このギャップの変化を静電容量の変化として後述する検出回路で検出する。
【００７５】
錘部２４ｂにＸ軸方向の振動が発生すると、櫛歯部２２ｆ１、２２ｈ１とセンス電極３６ｃ、３６ｄとの間のギャップが変化する。このギャップの変化を静電容量の変化として後述する検出回路で検出する。
【００７６】
図５は、角速度センサの駆動回路５１０及び検出回路５２０を示すブロック図である。駆動回路５１０は錘部２４ａ、２４ｂを駆動する。検出回路５２０はコリオリ力に起因して生じる錘部２４ａ、２４ｂの変位を検出する。
【００７７】
制御回路５０は基準電位供給回路６０、駆動回路５１０、検出回路５２０から成る。
【００７８】
基準電位供給回路６０はモニタ信号ＣＶ変換部６１、センス信号ＣＶ変換部６２、周波数比較器６３、基準電位調整回路６４を有する。
【００７９】
モニタ信号ＣＶ変換部６１はモニタ電極３４ｂを通して角速度センサ素子１０と接続されており、角速度センサ素子１０がＹ軸方向に振動した際に各モニタ電極と各櫛歯部との間に生じた静電容量の変化を検知し、モニタ容量を容量変化に応じた電圧値であるモニタ信号６５に変換する。
【００８０】
センス信号ＣＶ変換部６２はセンス電極３６を通して角速度センサ素子１０と接続されており、角速度センサ素子１０がＸ軸方向に振動した際にセンス電極３６と櫛歯部との間に生じた静電容量の変化を検知し、センス容量を容量変化に応じた電圧信号であるセンス信号６６に変換する。
【００８１】
周波数比較器６３はモニタ信号６５とセンス信号６６の周波数を比較し、周波数の差分に応じた制御信号を基準電位調整回路６４に送る。
【００８２】
基準電位調整回路６４は周波数比較器６３から受け取った制御信号に応じてモニタ信号ＣＶ変換部６１、センス信号ＣＶ変換部６２の基準電位を変更する。
【００８３】
駆動回路５１０はＰＬＬ５１１、ＡＧＣ５１２、ドライブ駆動回路５１３を有する。
【００８４】
ＰＬＬ５１１はモニタ信号ＣＶ変換部６１から受け取ったモニタ信号６５の位相を検知し、モニタ信号と位相が同期した制御信号を生成する。
【００８５】
ＡＧＣ５１２はモニタ信号６５の振幅を検知し、角速度センサ素子１０が所定の振幅で振動するように駆動信号の振幅を制御する制御信号をドライブ駆動回路５１３に送る。
【００８６】
ドライブ駆動回路５１３はＡＧＣ５１２から受け取った制御信号に応じてドライブ電圧の振幅を制御し、ドライブ電極３５を通して角速度センサ素子１０にドライブ電圧を印加する。
【００８７】
検出回路５２０は検波回路５２１、センス信号制御回路５２２、センス駆動回路５２３、ＬＰＦ５２４、出力回路５２５を有する。
【００８８】
検波回路５２１はセンス信号ＣＶ変換部６２から受け取ったセンス信号６６に対して、ＰＬＬ５１１で生成されたモニタ信号と位相が同期した制御信号に従って同期検波を行う。
【００８９】
センス信号制御回路５２２は検波回路５２１で同期検波を行った検波後信号を角速度量に換算し、得られた角速度量から角速度センサ素子１０の検出振動を抑制させるようにセンス駆動信号の振幅を制御する制御信号を生成する。
【００９０】
センス駆動回路５２３はセンス信号制御回路５２２から受け取った制御信号に応じてセンス駆動電圧の振幅を制御し、センス駆動電極３７を通して角速度センサ素子１０にセンス駆動電圧を印加する。
【００９１】
ＬＰＦ５２４はセンス信号制御回路５２２で得られた角速度量をローパスフィルタに通すことで、検知した角速度量を所望の周波数帯域のみを有する角速度信号に変換する。
【００９２】
出力回路５２５はＬＰＦ５２４で得られた角速度信号に対して出力形式の変換を行い、センサ信号として外部へ出力する。
【００９３】
図６は、角速度センサ素子に基準電位を供給する回路（基準電位供給回路６０）を示すブロック図である。
【００９４】
基準電位供給回路６０はモニタ信号ＣＶ変換部６１、センス信号ＣＶ変換部６２、周波数比較器６３、基準電位調整回路６４から成り、モニタ信号ＣＶ変換部６１はＣＶ変換回路６１ａ、差動増幅回路６１ｂを有している。
【００９５】
ＣＶ変換回路６１ａはモニタ電極３４と櫛歯部との間に生じた静電容量の変化を検知し、モニタ容量を容量変化に応じた電圧値に変換する。ＣＶ変換回路６１ａは増幅器６１ａ１、増幅器６１ａ２、を有する。増幅器６１ａ１及び増幅器６１ａ２の非反転入力端子（図中の＋の端子）は基準電位調整回路６４と電気的に接続される。増幅器６１ａ１の反転入力端子はモニタ電極３４ｂに接続される。増幅器６１ａ２の反転入力端子はモニタ電極３４ａに接続される。
【００９６】
差動増幅回路６１ｂはＣＶ変換回路６１ａから出力された互いに逆相となる電圧を所定の倍率に差動増幅を行い、モニタ信号６５として出力する。
【００９７】
センス信号ＣＶ変換部６２はＣＶ変換回路６２ａ、差動増幅回路６２ｂを有している。
【００９８】
ＣＶ変換回路６２ａはセンス電極３６と櫛歯部との間に生じた静電容量の変化を検知し、センス容量を容量変化に応じた電圧値に変換する。ＣＶ変換回路６２ａは増幅器６２ａ１、増幅器６２ａ２、を有する。増幅器６２ａ１及び増幅器６２ａ２の非反転入力端子（図中の＋の端子）は基準電位調整回路６４と電気的に接続される。増幅器６２ａ１の反転入力端子はセンス電極３６ｄに接続される。増幅器６２ａ２の反転入力端子はセンス電極３６ｃに接続される。
【００９９】
差動増幅回路６１ｂはＣＶ変換回路６１ａから出力された互いに逆相となる電圧を所定の倍率に差動増幅を行い、センス信号６６として出力する。
【０１００】
周波数比較器６３はモニタ信号６５とセンス信号６６の周波数を比較し、周波数の差分に応じた制御信号を生成し、基準電位調整回路６４に送る。
【０１０１】
基準電位調整回路６４は倍率が可変となる増幅器（図中の可変利得増幅器６４ａ、可変利得増幅器６４ｂ）で構成され、周波数比較器６３から受け取った制御信号に応じて倍率を変更することで、モニタ基準電位６７とセンス基準電位６８をそれぞれ独立に制御する。
【０１０２】
モニタ基準電位６７が変化すると、イマジナリーショートの特性により、ＣＶ変換回路６１ａのもう一方の入力であるモニタ電極３４がモニタ基準電位６７と同電位となる。このとき、モニタ電極３４と櫛歯部との電位差が変化することとなり、静電力の変化が発生する。この静電力の変化を制御することで錘部のＹ軸方向の振動周波数の調整が可能となる。
【０１０３】
センス基準電位６８が変化すると、イマジナリーショートの特性により、ＣＶ変換回路６２ａのもう一方の入力であるセンス電極３６がセンス基準電位６８と同電位となる。このとき、センス電極３６と櫛歯部との電位差が変化することとなり、静電力の変化が発生する。この静電力の変化を制御することで錘部のＸ軸方向の振動周波数の調整が可能となる。
【０１０４】
ここで周波数比較器６３はモニタ信号６５とセンス信号６６の周波数が常に一致するように周波数を比較し、制御信号を生成するように動作させることで、角速度センサ素子１０のＸ軸方向とＹ軸方向の振動周波数が常に一致するように制御を行う。その結果、角速度検出時における角速度センサ素子１０のＸ軸方向の振動効率が上がることとなり、高精度な角速度の検出が可能となる。
【０１０５】
図７は、角速度センサ素子１０を備える角速度センサ７０の模式図である。
【０１０６】
角速度センサ７０は、角速度センサ素子１０、キャップ７２、回路基板７６、及びパッケージ７８を備える。
【０１０７】
角速度センサ素子１０は、上蓋１２と下蓋１４との間に挟まれる。角速度センサ素子１０の一部は上蓋１２から露出し、この露出した部分に電極１０ａが設けられている。角速度センサ素子１０は、回路基板７６の上に配置され、回路基板７６の電極７６ａとボンディングワイヤなどを用いて電気的に接続される。
【０１０８】
回路基板７６は、駆動回路、検出回路、基準電位供給回路６０を有する。
【０１０９】
パッケージ７８は、角速度センサ素子１０、及び回路基板７６を収容する。パッケージ７８は、例えば、セラミックパッケージである。但しこれに限らず、パッケージ７８はＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）でもよい。
【０１１０】
キャップ７２は、パッケージ７８を封止する。キャップ７２は、例えば、板状の部材である。但しこれに限らず、角速度センサ素子１０及び回路基板７６をモールドする樹脂でもよい。
【０１１１】
なお、本実施に係る発明をモニタ電極３４、ドライブ電極３５、センス電極３６及び錘部２４を有する角速度センサ素子１０を備える角速度センサ７０の制御方法であると説明する事もできる。そしてこの制御方法は、第１〜第４ステップを含むものである。第１ステップは、モニタ電極からの信号をＣＶ変換する。第２ステップは、センス電極からの信号をＣＶ変換する。第３ステップは、第１ステップでＣＶ変換した信号と第２ステップでＣＶ変換した信号とを比較する。第４ステップは、第３ステップで得られた比較結果を元
に前記モニタ電極から及び／又は前記センス電極に供給する信号を変化させる。ここで、第４ステップは、前記モニタ電極に供給する信号と、前記センス電極に供給する信号と、を互いに独立して変化させるステップである。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明のセンサは、高精度であるので、例えば、車の制御等に用いるセンサとして有用である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０  角速度センサ素子
１０ａ  電極
１２  上蓋
１４  下蓋
１６ａ、１６ｂ  レバー
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ  可動部
２２ａ１、２２ｂ１、２２ｃ１、２２ｄ１、２２ｅ１、２２ｆ１、２２ｇ１、２２ｈ１
櫛歯部
２４、２４ａ、２４ｂ  錘部
２８  バネ
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ  固定部
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ  モニタ電極
３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ  ドライブ電極
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ  センス電極
３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ  センス駆動電極
３９  ホール
６０  基準電位供給回路
６１  モニタ信号ＣＶ変換部
６１ａ  ＣＶ変換回路
６１ａ１  増幅器
６１ａ２  増幅器
６１ｂ  差動増幅回路
６２  センス信号ＣＶ変換部
６２ａ  ＣＶ変換回路
６２ａ１  増幅器
６２ａ２  増幅器
６２ｂ  差動増幅回路
６３  周波数比較器
６４  基準電位調整回路
６４ａ  可変利得増幅器
６４ｂ  可変利得増幅器
７０  角速度センサ
７２  キャップ
７６  回路基板
７６ａ  電極
７８  パッケージ
５１０  駆動回路
５１１  ＰＬＬ
５１２  ＡＧＣ
５１３  ドライブ駆動回路
５２０  検出回路
５２１  検波回路
５２２  センス信号制御回路
５２３  センス駆動回路
５２４  ＬＰＦ
５２５  出力回路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ１】
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【図２Ａ２】
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【図２Ｂ１】
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【図２Ｂ２】
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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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