(57)【要約】【課題】外部加速度の影響により角速度センサ出力に誤差を除去するとともに、角速度検出の高感度化を可能とする。【解決手段】電磁駆動方式および静電検出方式を用い、互いに直交する３軸のうち１軸方向の駆動振動で２軸方向の角速度を検出する複数の慣性センサ素子２，３を同一基板（第１基板１００）上に形成したもので、前記慣性センサ素子２，３の少なくとも一組の慣性センサ素子２，３は前記第１基板１００上で互いに直交する向きに配置されていて、前記複数の慣性センサ素子２，３は、複数の弾性支持体１０２−１〜６に支持されたもので、互いに逆位相で駆動振動する振動モードを有する２対の振動子（第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２）を備えたことを特徴とする慣性センサ１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動方式および静電検出方式を用い、
互いに直交する３軸のうち１軸方向の駆動振動で２軸方向の角速度を検出する複数の慣性センサ素子を同一基板上に形成したもので、
前記慣性センサ素子の少なくとも一組の慣性センサ素子は前記基板上で互いに直交する向きに配置されていて、
前記複数の慣性センサ素子は、複数の弾性支持体に支持されたもので、互いに逆位相で駆動振動する振動モードを有する２対の振動子を備えた
ことを特徴とする慣性センサ。
【請求項２】
前記各振動子のコリオリ力による変位を、前記各振動子と前記各振動子に対向する位置に設けた静電検出電極との容量変化差分で検出する
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
【請求項３】
前記静電検出電極は平板形状である
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
【請求項４】
電磁駆動方式および静電検出方式を用い、
互いに直交する３軸のうち１軸方向の駆動振動で２軸方向の角速度を検出する複数の慣性センサ素子を同一基板上に形成する慣性センサの製造方法であって、
前記慣性センサ素子の少なくとも一組の慣性センサ素子は前記基板上で互いに直交する向きに配置し、
前記各慣性センサ素子を同一工程で同一基板上に形成する
ことを特徴とする慣性センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度や加速度を検出するため振動子を有する慣性センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセンサチップを合わせることで多軸方向の角速度や加速度を検出するセンサ構造が提案されている。
【０００３】
例えば、３軸回りの角速度を検出するために基板上に第１の素子と第２の素子が設置された構成としたものがある。この構成では、第１の素子の質量部がＸ方向に加振されているため、Ｚ軸回りの角速度が作用したときにＹ方向に作用するコリオリ力による振動を検出することでＺ軸回りの角速度を検出できる。また第２の素子の質量部は、Ｚ軸方向に加振されているため、Ｘ軸回りの角速度が作用したときにＹ方向に作用するコリオリ力による振動を検出することでＸ軸回りの角速度を検出できる。同様にＹ軸回りの角速度が作用したときにＸ方向に作用するコリオリ力による振動を検出することでＹ軸回りの角速度を検出できる。また角速度センサは１つの振動子を４本の弾性支持体で支持し、Ｘ方向あるいはＹ方向の駆動あるいは検出には櫛形電極、Ｚ方向の駆動あるいは検出には平板の静電電極を用いているという従来技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上記従来技術では、３軸周りの角速度を検出するために、２つの素子（１軸角速度センサチップと２軸角速度センサチップ）を基板に実装している。角速度センサチップ構造は１つの振動子を４本の弾性支持体で支持し、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向の駆動あるいは検出には櫛形電極、Ｚ軸方向の駆動あるいは検出には平板の静電電極を用いている。この構造では、例えば、第１の素子において、質量部がＸ軸方向に加振しているためＺ軸回りの角速度が作用したときにＹ軸方向に作用するコリオリ力による振動を検出することでＺ軸回りの角速度を検出できる。しかし、Ｙ軸方向もしくはＹ軸方向に成分を持つ加速度（外部加速度という）が加わった場合、質量部には角速度が印加されていないにも関わらず、質量部がＹ軸方向に変位して櫛形電極に容量変化が生じ、あたかも角速度が印加されているかのごとく信号を出力してしまう。
【０００５】
このように、外部加速度の影響により角速度センサ出力に誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
なお、第２の素子についても第１の素子と同様に１つの質量部を複数の弾性支持体で支持する構造のため、外部加速度の影響により角速度センサ出力に誤差が生じるという問題がある。
【０００７】
角速度が角速度センサに印加されるとコリオリ力が生じるが、コリオリ力Ｆcoriolisは下記の式で現される。
【０００８】
Ｆcoriolis＝２ｍｖΩ
【０００９】
ここでｍは振動子の質量、ｖは駆動方向の振動速度、Ωは外部から印加される角速度である。
【００１０】
コリオリ力で発生した変位を大きく取るためには、質量ｍ、駆動角振動数ωｘ、駆動変位ｘｍ(ωｘ及びｘｍは駆動振動速度vの対応パラメター)を大きく取る必要がある。しかし、櫛形電極を用いた静電駆動、静電検出の角速度センサの場合、櫛形電極の構造上大きな変位が取れないため、角速度検出感度の向上には限界がある。
【００１１】
また、第１の素子のようにＺ軸方向の駆動でＸ軸回り、Ｙ軸回りの２軸周りの角速度を検出する場合、角速度検出感度を高めるためには、櫛形電極のギャップを狭くする、もしくは、質量部を重くすることが考えられるが、櫛形電極のギャップを狭くしつつ質量部を重くすることは、検出電極作製（通常はシリコンの深堀エッチング技術を用いる）上、難しい。したがって、従来技術では、角速度検出の高感度化が難しい。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２９５０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解決しようとする問題点は、外部加速度の影響により角速度センサ出力に誤差が生じる点であり、静電駆動、静電検出の角速度センサの場合、櫛形電極の構造上大きな変位が取れないため、角速度検出感度の向上には限界がある点である。
【００１４】
本発明は、外部加速度の影響により角速度センサ出力に誤差を除去するとともに、角速度検出の高感度化を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の慣性センサは、電磁駆動方式および静電検出方式を用い、互いに直交する３軸のうち１軸方向の駆動振動で２軸方向の角速度を検出する複数の慣性センサ素子を同一基板上に形成したもので、前記慣性センサ素子の少なくとも一組の慣性センサ素子は前記基板上で互いに直交する向きに配置されていて、前記慣性センサ素子は、複数の弾性支持体に支持されたもので、互いに逆位相で駆動振動する振動モードを有する２対の振動子を備え、前記各振動子のコリオリ力による変位を、前記各振動子と前記各振動子に対向する位置に設けた静電検出電極との容量変化差分で検出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の慣性センサでは、静電検出方式であり、複数の弾性支持体に支持されたもので、互いに逆位相で駆動振動する振動モードを有する２対の振動子を備えたことから、２対の振動子の駆動振動を逆位相にて振動する振動モードとし、コリオリ力による振動子変位を、静電検出方式を成す静電電極と２対の振動子との容量変化差分で検出される。このことから、角速度が印加されたときには、それぞれの電極と振動子間に発生する容量変化量が異なり、並進加速度が印加された際には、発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。したがって、角速度印加時に外部加速度が加わっても並進加速度分を除去できるため、角速度の検出感度が向上される。また、電磁駆動方式としたことにより、振動子の駆動方式を櫛形電極による静電駆動方式と比較して、駆動振幅を大きくすることができるため、角速度の検出感度がさらに向上される。
【００１７】
本発明の慣性センサの製造方法は、電磁駆動方式および静電検出方式を用い、互いに直交する３軸のうち１軸方向の駆動振動で２軸方向の角速度を検出する複数の慣性センサ素子を同一基板上に形成する慣性センサの製造方法であって、前記慣性センサ素子の少なくとも一組の慣性センサ素子は前記基板上で互いに直交する向きに配置し、前記各慣性センサ素子を同一工程で同一基板上に形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の慣性センサの製造方法では、各慣性センサ素子の同一構成部品は同一マスク内に作り込むことができる。よって、各慣性センサ素子の検出軸を完全に合わせることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の慣性センサによれば、外部加速度の影響を受けることなく、２軸角速度センサもしくは３軸角速度センサを提供でき、また電磁駆動方式を用いているので、駆動振動振幅が大きく取れるため、角速度の検出感度の向上が図れるという利点がある。
【００２０】
本発明の慣性センサの製造方法によれば、各慣性センサ素子の検出軸を完全に合わせることができるため、各慣性センサ素子間の検出軸のずれが解消できるので、高感度な角速度検出が可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の慣性センサの一実施の形態（第１実施例）を、図１の慣性センサを示した（１）の平面レイアウト図および（２）の検出電極の構成位置を示した概略断面図、および図２の慣性センサ素子を示した平面レイアウト図、図３の慣性センサ素子の電極を示した平面レイアウト図および図４の慣性センサ素子のＡ−Ａ’線断面図、図５の慣性センサ素子のＢ−Ｂ’線断面図、図６の慣性センサ素子のＣ−Ｃ’線断面図によって説明する。
【００２２】
図１に示すように、本発明の慣性センサ１は、互いに直交する３軸のうち１軸方向の駆動振動で２軸方向の角速度を検出するもので、電磁駆動方式および静電検出方式を用いた複数の慣性センサ素子２、３を同一基板１０（例えば後述する第１基板１００）上に形成したものである。この慣性センサ素子２、３は、複数の弾性支持体１０２に支持されたもので、互いに逆位相で駆動振動する振動モードを有する２対の振動子１０１を備えたものである。この慣性センサ素子２、３の詳細については、図２〜図６によって後述する。
【００２３】
上記慣性センサ１は、３軸回りの角速度を検出するものであり、具体的には、２軸回りの角速度を検出する慣性センサ素子（２軸角速度センサ）２、３が２つ用いられ、例えば慣性センサ素子２のある検出軸に対して、慣性センサ素子３における上記慣性センサ素子２の上記ある検出軸と同一軸に対応する検出軸が基板１０上において９０度の角度を有して配置されるように、慣性センサ素子２と慣性センサ素子３とが配置されている。
【００２４】
つまり、一方の２軸慣性センサ素子（例えば慣性センサ素子２）の駆動振動方向がＸ軸方向とすると、他方の２軸慣性センサ素子（例えば慣性センサ素子３）の駆動振動方向はＹ軸方向ということになる。
【００２５】
これにより、一方の２軸慣性センサ素子（例えば慣性センサ素子２）では、Ｘ軸方向の駆動振動に対してＹ軸回りとＺ軸回りの角速度検出が可能でＸ軸周りの角速度の検出ができなかったが、他方の２軸慣性センサ素子（例えば慣性センサ素子３）はＹ軸方向の駆動振動であるため、Ｘ軸回りとＺ軸回りの角速度検出が可能となるため、３軸回りの角速度が検出可能となる。
【００２６】
上記慣性センサ１では、二つの慣性センサ素子２、３を用いたが、第１基板１００上に慣性センサ素子を３個以上設けることも可能である。慣性センサ素子を多く設けることにより、同一方向に配置した慣性センサ素子の検出出力を合算することで検出感度の向上を図ることができる。
【００２７】
次に、上記２軸方向の角速度検出が可能な慣性センサ素子の構成について詳述する。
【００２８】
図２〜図６に示すように、慣性センサ素子（角速度検出装置）２、３は、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２を並行に備えている。例えば、第１振動子１０１−１を駆動側振動子とし、第２振動子１０１−２を励振側振動子とする。この第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２はともに矩形の薄膜からなり、一例としてシリコンで形成されている。
【００２９】
上記第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とは、互いに向かい合う側の角部が弾性支持体１０２−５、１０２−６とによって接続され、その中間で支持部１０３−５、１０３−６によって支持されている。また第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２とは反対側の角部分には弾性支持体１０２−１、１０２−２の一端側によって支持されている。また弾性支持体１０２−１、１０２−２の他端側は、それぞれ支持部１０３−１、１０３−２に支持固定されている。また、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１とは反対側の角部分には弾性支持体１０２−３、１０２−４の一端側によって支持されている。また弾性支持体１０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部１０３−３、１０３−４に支持固定されている。上記弾性支持体１０２−１〜６は、それぞれが例えば板バネで構成され、例えばシリコンからなり、その形状は適宜、種々の形状を採用することができ、例えば図示した形状とすることができる。上記支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４は、それぞれ絶縁膜１０４を介して第１基板１００上に形成されている。この第１基板１００は、例えばシリコン基板で形成されている。したがって、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２は弾性支持体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、１０２−５、１０２−６によってのみ支持されていて、第１基板１００に対して完全に浮動状態に配置されている。上記第１基板１００は、例えばシリコン基板からなる。また、第１基板１００上に形成される上記支持部１０３−１〜６は、絶縁膜１０４を介して形成されている。なお、第１基板１００がガラス基板の場合には絶縁膜１０４を形成する必要はない。
【００３０】
また、上記第１基板１００の裏面側には、磁性体３００が形成されている。この磁性体３００は、例えば永久磁石で形成されている。この磁性体３００は後述する第２基板２００上部に設置することもできる。
【００３１】
上記支持部１０３−１から弾性支持体１０２−１、第１振動子１０１−１、弾性支持体１０２−２を通り支持部１０３−２に至るものでこの第１振動子１０１−１の励振を検出するための電極１０８−１が絶縁膜１０７を介して配設されている。同様に、上記支持部１０３−３から弾性支持体１０２−３、第２振動子１０１−２、弾性支持体１０２−４を通り支持部１０３−４に至るものでこの第２振動子１０１−２を電磁駆動させるための電極１０８−２が絶縁膜１０７を介して配設されている。
【００３２】
また、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２のＹ方向においては、２対の振動子がＹ方向に変位したことを静電容量変化として検出する静電検出電極１０９−１、２、１０９−３、４が、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の各側方に間隔をおいて形成されている。この各静電検出電極１０９−１〜４は、それぞれ、後述する引き出し電極１２２−１、１２２−３、１２２−４、１２２−６にコンタクト部１２３−１〜４を介して接続されている。ここで、図７の（１）平面レイアウト図および検出電極の構成位置を示した概略断面図に示すように、Ｘ軸方向の駆動振動Ｆｘｄに対して、Ｙ軸回りの角速度が加わるとＺ軸方向のコリオリ力Ｆｚｃが生じる。そのため、Ｚ軸方向のコリオリ力Ｆｚｃを検出すればＹ軸回りの角速度がわかる。また、Ｘ軸方向の駆動振動Ｆｘｄに対して、Ｚ軸回りの角速度が加わるとＹ軸方向のコリオリ力Ｆｙｃが生じる。そのため、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙｃを検出すればＺ軸回りの角速度がわかる。なお、第１、第２振動子１０１−１、２の振動モードは逆位相となっている。
【００３３】
前記図２〜図６に戻って、上記第１基板１００上には、フレーム１２１を介して第２基板２００が形成されている。この第２基板２００は、例えばガラス基板で形成されている。この第２基板２００とフレーム１２１とは、例えば陽極接合により接合されている。なお、第２基板２００は、シリコン基板を用いることもできる。この場合、第２基板２００に形成される各電極等の導電性部品と第２基板２００との間に絶縁膜を形成することが好ましい。第２基板２００がシリコン基板で形成される場合には、フレーム１２１との接合は、Ａｕ−Ａｕ接合法、Ａｕ−Ｓｎ接合法、常温接合法等による接合が可能となる。
【００３４】
この第２基板２００の上記第１基板１００と対向する面の上記第１振動子１０１−１に形成された電極１０８−１に対向する位置には、Ｚ軸の静電検出電極１２０−１、ＸＹ軸の静電検出電極１２０−２、Ｚ軸の静電検出電極１２０−３が形成され、第２振動子１０１−２に形成された電極１０８−２に対向する位置には、Ｚ軸の静電検出電極１２０−４、ＸＹ軸の静電検出電極１２０−５、Ｚ軸の静電検出電極１２０−６が形成されている。各検出電極１２０−１〜６にはそれぞれに引き出し電極１２２−１〜６が接続されている。
【００３５】
また、上記第２基板２００には、上記支持部１０３−１、１０３−２上の電極１０８−１に接続するもので、電極１０８−１を外部に引き出すための引き出し電極１２４−１、１２４−２がコンタクト部１２５−１、１２５−２を介して形成され、上記支持部１０３−３、１０３−４上の電極１０８−２に接続するもので、電極１０８−２を外部に引き出すための引き出し電極１２４−３、１２４−４がコンタクト部１２５−３、１２５−４を介して形成されている。
【００３６】
さらに、第２基板２００には、弾性支持体１０２−１〜４に対向する位置に電極１２６−１〜４が形成され、各電極１２６−１〜４には引き出し電極１２７−１〜４が形成されている。
【００３７】
上記第１基板１００には、絶縁膜１０４を介して、フレーム１２１の外側にフレーム１２１と間隔を置いてかつフレーム１２１を間にして対向する位置に同電位配線１２８−１、１２８−２が形成されている。上記フレーム１２１、同電位配線１２８−１、１２８−２は、例えばシリコンで形成される。
【００３８】
次に、上記慣性センサ素子２、３の動作および検出原理を以下に説明する。
【００３９】
まず、上記２軸周りの角速度を検出する慣性センサ素子（角速度センサ）２の動作および検出原理について説明する。
【００４０】
上記慣性センサ素子２、３は、第１基板１００下に配置された永久磁石からなる磁性体３００により電磁的に駆動される。電磁駆動用の電極１０８−１にある周期を持った電流を流す。電流は周期性を持っているので、別の時点では、流れる方向が逆になることもある。電極１０８−１に電流が流れると、駆動用の第１振動子１０１−１の下方（もしくは上方）に設置した磁性体３００からの磁界により、ローレンツ力がＸ軸方向に発生する。ローレンツ力Ｆlorentzは下記の式で現され、配線に直交する方向にその力が誘起される。
【００４１】
Ｆlorentz＝ＩＢＬ
【００４２】
ここで、Ｉは電極に流れる電流、Ｂは磁束密度、Ｌは電極配線の長さである。
【００４３】
ローレンツ力は印加される電流と同じ周期性をもって第１振動子１０１−１に印加され、駆動側の第１振動子１０１−１は、弾性支持体１０２−１、２、５、６が接続されている支持部１０３−１、２、５、６を固定点とし、周期的に運動を繰り返す。
【００４４】
もう一方の第２振動子１０１−２は弾性支持体１０２−３〜６が接続されている支持部１０３−３〜６を固定点とし、ある位相ずれを持ちながら運動を繰り返す。
【００４５】
その際、外部からＹ軸回りに角速度が加わると、振動方向に直行した方向（Ｚ軸方向）にコリオリ力が発生する。コリオリ力Ｆcoriolisは下記の式で現される。
【００４６】
Ｆcoriolis＝２ｍＶΩ
【００４７】
ここでｍは振動子の質量、ｖは駆動方向の振動速度、Ωは外部から印加される角速度である。
【００４８】
コリオリ力で発生した変位を大きく取るためには、質量ｍ、駆動角振動数ωｙ、駆動変位ｙm(ωｙ及びymは駆動振動速度vの対応パラメター)を大きく取る必要がある。電磁駆動の場合、静電駆動で必要な櫛歯電極を必要としないため、大きな変位を取ることが可能となる。
【００４９】
コリオリ力が発生すると第１、第２振動子１０１−１、２がＺ軸方向に振動する。その際、第１、第２振動子１０１−１、２の各上部にそれぞれ平板の検出電極１２０−１〜６を配置しているため電極間に静電容量変化が生じる。
【００５０】
ここで電圧印加の周波数をコントロールすることにより、一方の振動子（例えば第１振動子１０１−１）は第２基板２００に形成した電極に近づく方向に移動し、他方の振動子（例えば第２振動子１０１−２）は遠ざかる方向に移動する。当然のことながら、この逆にも移動する。
【００５１】
ここで、第１振動子１０１−１と検出電極１２０‐１〜３との容量と、第２振動子１０１−２と検出電極１２０−４〜６との容量との差分、すなわち容量差分を検出することで、印加される角速度を算出する。角速度が印加されたときには、それぞれの電極と振動子間に発生する容量変化量が異なるが、並進加速度が印加された際には、発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。よって、角速度印加の時に発生する加速度成分を除去できる構造となっている。
【００５２】
また、容量変化を読み取る際、第２基板２００側の電極と振動子間に搬送波を乗せ、容量変化により発生した電流を増幅することにより実際の信号を取り出す。搬送波は同期検波により除去され、また駆動波に関しても誘導起電力の周期成分で検波することにより、角速度に対応した直流信号を取り出すことができる。したがって、Ｚ軸方向に発生したコリオリ力による振動子のＺ方向変位は、第２基板２００面に形成された平板の静電電極１２０により静電容量変化として検出される。これにより、Ｙ軸回りの角速度を検出することができる。
【００５３】
また、同様にＸ軸方向に駆動振動している時に、外部からＺ軸回りに角速度が加わると、振動方向に直行した方向（Ｙ軸方向）にコリオリ力が発生する。コリオリ力が発生すると第１、第２振動子１０１−１、２がＹ軸方向に振動する。その際、第１、第２振動子１０１−１、２の側方に、それぞれ平板の静電検出電極１０９−１〜４を配置しているため、振動子と電極との間に静電容量変化が生じる。
【００５４】
ここで前述した電圧印加の周波数をコントロールすることにより、一方の振動子（例えば第１振動子１０１−１）は第２基板２００に形成した電極に近づく方向に移動し、他方の振動子（例えば第２振動子１０１−２）は遠ざかる方向に移動する。当然のことながら、この逆にも移動する。
【００５５】
ここで、第１振動子１０１−１と検出電極１０９‐１、２との容量と、第２振動子１０１−２と静電検出電極１０９−３、４との容量との差分、すなわち容量差分を検出することで、印加される角速度を算出する。角速度が印加されたときにはそれぞれの検出電極１０９‐１〜４と第１、第２振動子１０１−１、２間に発生する容量変化量が異なるが、並進加速度が印加された際には、発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。よって、角速度印加の時に発生する加速度成分を除去できる構造となっている。
【００５６】
また、容量変化を読み取る際、第２基板２００側の電極と振動子間に搬送波を乗せ、容量変化により発生した電流を増幅することにより実際の信号を取り出す。搬送波は同期検波により除去され、また駆動波に関しても誘導起電力の周期成分で検波することにより、角速度に対応した直流信号を取り出すことができる。したがって、Ｙ軸方向に発生したコリオリ力による振動子のＹ方向変位は、第１、第２振動子１０１−１、２側方に形成された平板の静電電極１０９‐１〜４により静電容量変化として検出される。これにより、Ｙ軸回りの角速度を検出することができる。
【００５７】
また、角速度が加わった際のコリオリ力を検出する静電検出電極１２０−１〜６、１０９−１〜４を平板の静電検出電極としたことにより、従来の櫛形電極を有するセンサよりも、静電検出電極と振動子間の隙間（ギャップ）に制約を受けることなく駆動振動振幅が大きく取れるため、角速度の検出感度が向上する。
【００５８】
上記慣性センサ１では、静電検出方式であり、複数の弾性支持体１０２−１〜１０２−６に支持されたもので、互いに逆位相で駆動振動する振動モードを有する２対の振動子（第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２）を備えたことから、２対の振動子の駆動振動を逆位相にて振動する振動モードとし、コリオリ力による振動子変位を、静電検出方式を成す静電検出電極１２０−１〜６、１０９−１〜４と２対の振動子との容量変化差分で検出される。このことから、角速度が印加されたときには、それぞれの電極と振動子間に発生する容量変化量が異なり、並進加速度が印加された際には、発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。したがって、角速度印加時に外部加速度が加わっても並進加速度分を除去できるため、角速度の検出感度が向上される。また、電磁駆動方式としたことにより、振動子の駆動方式を櫛形電極による静電駆動方式と比較して、駆動振幅を大きくすることができるため、角速度の検出感度がさらに向上される。
【００５９】
よって、外部加速度の影響を受けることなく、２軸角速度センサもしくは３軸角速度センサを提供でき、また電磁駆動方式を用いているので、駆動振動振幅が大きく取れるため、角速度の検出感度の向上が図れるという利点がある。
【００６０】
また、角速度が加わった際のコリオリ力を検出する静電検出電極を平板の静電検出電極としたことにより、櫛形電極を有するセンサよりも、静電検出電極１２０−１〜６と振動子（第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２）間のギャップに制約を受けることなく、駆動振動振幅が大きく取れるため、角速度の検出感度が向上する。また、駆動振動周波数とコリオリ力を検出する共振周波数を複数の弾性支持体の剛性を制御して近づけたことにより、櫛形電極を有するセンサよりも、角速度の検出感度が向上する。このように、角速度の検出感度が向上するので、この慣性センサ１は、例えば角速度センサ等に用いると、さらに有効である。
【００６１】
次に、上記慣性センサ１の製造方法について説明する。慣性センサ１は、同一基板、例えば第１基板１００上に慣性センサ素子の少なくとも一組の慣性センサ素子、例えば慣性センサ素子２、３を、第１基板１００上で互いに直交する向きに配置されるように、同時に形成する。その際、慣性センサ素子２、３の同一構成部品は同一工程で同時に作製される。
【００６２】
具体的には、例えばＳＯＩ基板を用意する。
【００６３】
以下、一方の慣性センサ素子（例えば慣性センサ素子２）についての製法を述べるが、他方の慣性センサ素子（例えば慣性センサ素子３）も慣性センサ素子２と同様に、同時に形成される。
【００６４】
このＳＯＩ基板のシリコン層を加工して、振動子形成領域とフレーム１２１と同電位配線１２８−１、２を形成する。次いで、シリコン層上に絶縁膜１０７を介して電極１０８−１、２を形成する。次いで振動子形成領域のシリコン層を加工して、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２、弾性支持部１０２−１〜１０２−６、支持部１０３−１〜６等を形成する。
【００６５】
次に、第２基板２００（例えばガラス基板）を用意し、静電検出電極１２０−１〜６、１０９−１、２等を形成する。そして各電極間を接続するコンタクト部１２３−１〜４、１２５−１〜４等を形成した後、第１基板１００に形成されたフレーム１２１と第２基板２００とを接合する。その際、第１基板１００側の各電極と第２基板２００側の各電極がコンタクト部で接続されるようにする。さらに、第１基板１００の裏面に磁性体３００として、例えば永久磁石を配置する。
【００６６】
このようにして、慣性センサ素子２、３が形成される。
【００６７】
本発明の慣性センサの製造方法によれば、各慣性センサ素子２、３の検出軸を完全に合わせることができるため、各慣性センサ素子２、３間の検出軸のずれが解消できるので、高感度な角速度検出が可能になるという利点がある。
【００６８】
また、本発明は、各慣性センサ素子を同一基板上に同一プロセスで製造することができるので、例えば、特開２００５−２８３４２８号公報（以下、従来技術１という）に記載されている構成、すなわち、３つの角速度センサチップの検出対象となる３つの軸が１点で交わるとともに、３つの加速度センサチップの検出対象となる３つの軸が１点で交わるように、３つの角速度センサチップと３つの加速度センサチップが同一の被実装部材上に実装されている構成よりも、また、３つの角速度センサチップと３つの加速度センサチップを積層して実装する構成よりも、小型化、薄型化が可能になる。
【００６９】
また、例えば、特開２００１−１８３１６２号公報（以下、従来技術２という）に記載されている構成、すなわち、３つの角速度センサチップと２軸の加速度を検出する１つの加速度センサチップと２軸の地磁気を検出する１つの地磁気センサチップが２枚の基板に実装され、その基板同士が基板間コネクタを介して電気接続されており、筺体内に収納されている構成よりも、より小型化、薄型化が可能になる。
【００７０】
さらに、上記従来技術１および２は、３軸回りの角速度を検出するために、３つの１軸角速度センサチップを実装しているので、実装時に検出軸を完全に合わせることが困難であるが、本発明では各慣性センサ素子を同一基板上に同一プロセスで製造することができるので、各慣性センサ素子の同一構成部品は同一マスク内に作り込むことができる。よって、各慣性センサ素子の検出軸を完全に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の慣性センサの一実施の形態（第１実施例）の慣性センサを示した（１）の平面レイアウト図および（２）の検出電極の構成位置を示した概略断面図である。
【図２】慣性センサ素子を示した平面レイアウト図である。
【図３】慣性センサ素子の電極を示した平面レイアウト図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】図２におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】図２におけるＣ−Ｃ’線断面図である。
【図７】２軸の慣性センサ素子におけるＹ軸およびＺ軸回りの角速度検出を説明する図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…慣性センサ、２，３…慣性センサ素子、１０…基板、１０１−１…第１振動子、１０１−２…第２振動子、１０２−１〜６…弾性支持体
【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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