(57)【要約】【課題】より小型化することが可能な角速度検出装置を提供する。【解決手段】角速度検出装置１０であって、基板１２と、基板１２に固定されている第１基部５０ａ〜５０ｄと、第１基部５０ａ〜５０ｄから基板１２と平行な平面内を第１方向に伸びている第１梁２９ａ〜２９ｄと、第１梁２９ａ〜２９ｄの先端部に接続されている第１振動部２２ａと、第１振動部２２ａから基板１２と平行な平面内を第１方向と略直交する第２方向に伸びている第２梁２６ａと、第２梁２６ａの先端部に接続されている第２振動部２０と、第１振動部２２ａから第２方向に伸びている第３梁２６ｄと、第３梁２６ｄの先端部に接続されている第３振動部２１を有しており、第２振動部２０の第１方向における共振周波数が、第３振動部２１の第１方向における共振周波数より高いことを特徴とする。【選択図】図１
2008281485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度検出装置であって、
基板と、
基板に固定されている第１基部と、
第１基部から基板と平行な平面内を第１方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能な第１梁と、
第１梁の先端部に接続されており、基板から遊離している第１振動部と、
第１振動部から基板と平行な平面内を第１方向と略直交する第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能な第２梁と、
第２梁の先端部に接続されており、基板から遊離している第２振動部と、
第１振動部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能な第３梁と、
第３梁の先端部に接続されており、基板から遊離している第３振動部、
を有しており、
第２振動部の第１方向における共振周波数が、第３振動部の第１方向における共振周波数より高いことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
第１梁の先端部に接続されている振動系の第２方向における共振周波数が、第２振動部の前記共振周波数より低く、第３振動部の前記共振周波数より高いことを特徴とする請求項１の角速度検出装置。
【請求項３】
前記振動系の第２方向における共振周波数が、第２振動部を第１方向に振動させる振幅と、第３振動部を第１方向に振動させる振幅を等しくする周波数であることを特徴とする請求項２の角速度検出装置。
【請求項４】
第１振動部を、第２振動部の前記共振周波数より低く、第３振動部の前記共振周波数より高い周波数で第２方向に振動させる振動装置をさらに有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの角速度検出装置。
【請求項５】
振動装置が、第２振動部を第１方向に振動させる振幅と、第３振動部を第１方向に振動させる振幅を等しくする周波数で、第１振動部を振動させることを特徴とする請求項４の角速度検出装置。
【請求項６】
第２梁と第３梁の形状が異なっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの角速度検出装置。
【請求項７】
第２梁が、第３梁より短いことを特徴とする請求項６の角速度検出装置。
【請求項８】
基板に固定されている第２基部と、
第２基部から第１方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能な第４梁と、
第４梁の先端部に接続されており、基板から遊離しており、第２振動部及び第３振動部を挟んで第１振動部の反対側に位置している第４振動部と、
第４振動部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第２振動部に接続されている第５梁と、
第４振動部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第３振動部に接続されている第６梁、
をさらに有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの角速度検出装置。
【請求項９】
第１振動部は、第２振動部と第３振動部の間に延出している延出部を有しており、
第４振動部は、第２振動部と第３振動部の間に延出している延出部を有しており、
第１振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第２振動部に接続されている第７梁と、
第１振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第３振動部に接続されている第８梁と、
第４振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第２振動部に接続されている第９梁と、
第４振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第３振動部に接続されている第１０梁と、
をさらに有することを特徴とする請求項８の角速度検出装置。
【請求項１０】
第１基部と第１梁のセットの複数セットと、第２基部と第４梁のセットの複数セットを有していることを特徴とする請求項８または９の角速度検出速度。
【請求項１１】
第２梁の途中と第１振動部を接続している第１支持梁と、
第７梁の途中と第１振動部を接続している第２支持梁と、
第５梁の途中と第４振動部を接続している第３支持梁と、
第９梁の途中と第４振動部を接続している第４支持梁、
をさらに有していることを特徴とする請求項９または１０の角速度検出装置。
【請求項１２】
第１振動部と第４振動部が一体化していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかの角速度検出装置。
【請求項１３】
前記振動装置が第１振動部を振動させる周波数と、第２振動部の前記共振周波数と、第３振動部の前記共振周波数が、第２振動部の第１方向の振動の位相と第３振動部の第１方向の振動の位相が略逆位相となる周波数に設定されていることを特徴とする請求項４〜１２のいずれかの角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、従来技術に係る角速度検出装置が開示されている。本明細書に添付する図１７は、特許文献１の角速度検出装置を模式的に示している。図１７に示すように、この角速度検出装置は、基板５５０を有している。基板５５０上には、８個の基部５５１が固定されている。各々の基部５５１からは、基板から遊離している第１梁５０１が第１方向に伸びている。
左上の２つの第１梁５０１の先端部には、第１振動部５１１ａが接続されている。左下の２つの第１梁５０１の先端部には、第１振動部５１１ｂが接続されている。第１振動部５１１ａ、５１１ｂからは、４本の第２梁５０２が第２方向に伸びている。４本の第２梁５０２の先端部分には、第２振動部５２０が接続されている。第１振動部５１１ａ、５１１ｂ、第２梁５０２及び第２振動部５２０によって構成される第１振動系５４１は、第１梁５０１に支持されることによって、基板５５０から遊離している。第１梁５０１は基板５５０と平行な平面内で撓むことができる。これによって、第１振動系５４１は、基板５５０に対して第２方向に振動可能となっている。また、第２梁５０２は基板５００と平行な平面内で撓むことができる。これによって、第２振動部５２０は、第１振動部５１１ａ、５１１ｂに対して第１方向に振動可能となっている。
右上の２つの第１梁５０１の先端部には、第１振動部５１１ｃが接続されている。右下の２つの第１梁５０１の先端部には、第１振動部５１１ｄが接続されている。第１振動部５１１ｃ、５１１ｄからは、４本の第３梁５０３が第２方向に伸びている。４本の第３梁５０３の先端部分には、第３振動部５３０が接続されている。第１振動部５１１ｃ、５１１ｄ、第３梁５０３及び第３振動部５３０によって構成される第２振動系５４２は、第１梁５０１に支持されることによって、基板５００から遊離している。第２振動系５４２は、基板５５０に対して第２方向に振動可能となっている。また、第３梁５０３は基板５００と平行な平面内で撓むことができる。これによって、第３振動部５３０は、第１振動部５１１ｃ、５１１ｄに対して第１方向に振動可能となっている。
第１振動部５１１ａ〜５１１ｄは、リンク部５５０によって互いに接続されている。リンク部５５０は、第１方向に伸びる４つのリンク梁５５１によって第１振動部５１１ａ〜５１１ｄを接続している。リンク梁５５１は、基板と平行な平面内で撓むことができる。
基板５００上には、第１振動部５１１ａ〜５１１ｄを第２方向に振動させるアクチュエータ５６１〜５６４が形成されている。
【０００３】
この角速度検出装置は、角速度と加速度を検出することができる。角速度検出装置で角速度または加速度を検出する際には、アクチュエータ５６１、５６２によって第１振動系５４１を第２方向に振動させるとともに、アクチュエータ５６３、５６４によって第２振動系５４２を第２方向に振動させる。このとき、第１振動系５４１と第２振動系５４２を同じ周波数で振動させる。また、図１７の矢印Ｉ、ＩＩに示すように、第１振動系５４１と第２振動系５４２を逆位相で（逆向きに）振動させる。このとき、リンク梁５１１が、第１振動系５４１と第２振動系５４２が逆位相で振動する動作を安定させる。
【０００４】
第１振動系５４１と第２振動系５４２を振動させている状態で、基板５００に対して垂直な軸回りの角速度で角速度検出装置が回転すると、第２振動部５２０と第３振動部５３０に第１方向にコリオリ力が作用する（なお、以下では、角速度検出装置が所定の角速度で回転することを、角速度が作用するという）。
第２振動部５２０に第１方向に作用するコリオリ力は、第２方向に振動している第１振動系５４１の移動の向き及び移動速度によって第１方向の向き及び大きさが変動する。すなわち、第２振動部５２０に第１方向に作用するコリオリ力は、第１振動系５４１の第２方向の振動周波数と同じ周波数で振動する。したがって、第２振動部５２０は、第１振動系５４１の第２方向の振動周波数と同じ周波数で第１方向に振動する。
同様にして、第３振動部５３０に第１方向に作用するコリオリ力も第２振動系５４２の第２方向の振動周波数と同じ周波数で振動する。したがって、第２振動部５３０は、第２振動系５４２の第２方向の振動周波数と同じ周波数で第１方向に振動する。
上述したように、第１振動系５４１と第２振動系５４２は、第２方向に逆位相で振動している。したがって、図１７の矢印ＩＩＩ、ＩＶに示すように、第２振動部５２０に作用するコリオリ力（矢印ＩＩＩ）と、第３振動部５３０に作用するコリオリ力（矢印ＩＶ）は逆位相で第１方向に振動する。したがって、第２振動部５２０と第３振動部５３０は逆位相で第１方向に振動する。
【０００５】
一方、角速度検出装置に加速度（第１方向に作用する加速度）が作用したときには、第２振動部５２０と第３振動部５３０は、第１方向において同じ向きに略同じ量だけ変位する。
【０００６】
以上に説明したように、特許文献１の角速度検出装置に角速度が作用すると、第２振動部５２０と第３振動部５３０の変位する向き（第１方向における向き）が逆向きとなる（すなわち、逆位相で振動する）。一方、角速度検出装置に加速度が作用すると、第２振動部５２０と第３振動部５３０は同じ向きに略同じ量だけ変位する。したがって、第２振動部５２０と第３振動部５３０の変位量の差から、角速度検出装置に角速度が作用しているのか、加速度が作用しているのかを判別することができる。また、第２振動部５２０及び第３振動部５３０の変位量から、作用している角速度または加速度の大きさを検出することができる。
【０００７】
なお、第１振動系５４１と第２振動系５４２を逆位相で振動させる場合、徐々に第１振動系５４１と第２振動系５４２の位相がずれてしまう（すなわち、逆位相でなくなる）場合がある。しかしながら、第１振動系５４１と第２振動系５４２がリンク部５５０で接続されていると、第１振動系５４１と第２振動系５４２の位相が徐々にずれてしまうことが防止される。したがって、この角速度検出装置は、第１振動系５４１と第２振動系５４２を正確に逆位相で振動させることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の角速度検出装置は、第１振動系５４１と第２振動系５４２がリンク部５５０で接続されている。これによって、第１振動系５４１と第２振動系５４２を正確に逆位相で振動させることが可能となっている。しかしながら、第１振動系５４１と第２振動系５４２をリンク部５５０で接続すると、リンク部５５０の面積分だけ角速度検出装置が大型化してしまう。また、第１振動系５４１と第２振動系５４２をリンク部５５０で接続すると、第１振動系５４１と第２振動系５４２を逆位相で振動させる際に、振動し難く（すなわち、振幅が小さく）なる。したがって、第１振動系５４１と第２振動系５４２を十分な振幅で振動させるためには、第１梁５０１とリンク梁５５１を長く形成し、第１梁５０１とリンク梁５５１を撓み易くする必要があった。このことも、加速度検出装置が大型化する要因となっていた。このように、従来の角速度検出装置は、小型化することが困難であった。
【００１０】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、より小型化することが可能な角速度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の角速度検出装置は、基板と、第１基部と、第１梁と、第１振動部と、第２梁と、第２振動部と、第３梁と、第３振動部を備えている。第１基部は、基板に固定されている。第１梁は、第１基部から基板と平行な平面内を第１方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことができる。第１振動部は、第１梁の先端部に接続されており、基板から遊離している。第２梁は、第１振動部から基板と平行な平面内を第１方向と略直交する第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことができる。第２振動部は、第２梁の先端部に接続されており、基板から遊離している。第３梁は、第１振動部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことができる。第３振動部は、第３梁の先端部に接続されており、基板から遊離している。本発明の角速度検出装置は、第２振動部の第１方向における共振周波数が、第３振動部の第１方向における共振周波数より高いことを特徴とする。
図９は、上記の構成を有する角速度検出装置の一例を模式的に示している。図９では、参照番号４５０が基板、参照番号４５１が第１基部、参照番号４０１が第１梁、参照番号４１１が第１振動部、参照番号４０２が第２梁、参照番号４２０が第２振動部、参照番号４０３が第３梁、参照番号４３０が第３振動部を示している。なお、図９は、この構成を有する角速度検出装置を例示するものであって、請求項１の構成を限定するものではない。また、図９の構成は、原理的に成立する最小の構成を示すものであって、実際の製品にはその他の梁や振動部が付加されていることがある。
【００１２】
第１振動部４１１は、第１梁４０１によって第１基部４５１に接続されており、これによって基板４５０から遊離した状態で支持されている。第１梁４０１は、第１方向に伸びており、基板４５０と平行な平面内で撓むことができる。したがって、第１振動部４１１は、基板４５０に対して第２方向に振動することができる。第２振動部４２０は、第２梁４０２によって第１振動部４１１に接続されており、これによって基板４５０から遊離した状態で支持されている。第３振動部４３０は、第３梁４０３によって第１振動部４１１に接続されており、これによって基板４５０から遊離した状態で支持されている。したがって、第１振動部４１１が第２方向に振動すると、第２振動部４２０と第３振動部４３０は、第１振動部４１１とともに第２方向に振動する。また、第２梁４０２及び第３梁４０３は、第２方向に伸びており、基板４５０と平行な平面内で撓むことができる。したがって、第２振動部４２０と第３振動部４３０は、第１振動部４１１に対して第１方向に振動することができる。
【００１３】
この角速度検出装置で角速度を検出するときには、第１振動部４１１を第２方向に振動させる。このとき、第１振動部４１１を、第２振動部４２０の第１方向における共振周波数より低く、第３振動部４３０の第１方向における共振周波数より高い周波数で振動させる。第１振動部４１１を第２方向に振動させると、第２振動部４２０と第３振動部４３０も第２方向に振動する。
【００１４】
この状態で、角速度検出装置に角速度が作用すると、第２振動部４２０及び第３振動部４３０に第１方向にコリオリ力が作用する。このとき作用するコリオリ力は、第１振動部４１１を第２方向に振動させる周波数と同じ周波数で、第１方向内で変動する。したがって、第２振動部４２０と第３振動部４３０は、第１振動部４１１の第２方向の振動周波数と同じ周波数で第１方向に沿って振動する。また、第２振動部４２０と第３振動部４３０は同位相で第２方向に振動しているので、第２振動部４２０に作用するコリオリ力の変動と第３振動部４３０に作用するコリオリ力の変動は同位相となる。しかしながら、第２振動部４２０と、第３振動部４３０は、異なる位相で第１方向に振動する。
すなわち、コリオリ力の変動周波数が、振動部（第２振動部４２０）の共振周波数より低い場合には、その振動部は作用するコリオリ力の変動と略同位相で振動する。一方、コリオリ力の変動周波数が、振動部（第３振動部４３０）の共振周波数より高い場合には、その振動部は作用するコリオリ力の変動に対して位相が遅れて振動する。
上述したように、コリオリ力の変動周波数は、第１振動部４１１の第２方向の振動周波数と等しい。すなわち、コリオリ力の変動周波数は、第２振動部４２０の第１方向における共振周波数より低く、第３振動部４３０の第１方向における共振周波数よりも高い。したがって、第２振動部４２０はコリオリ力の変動と略同位相で振動する。一方、第３振動部４３０はコリオリ力の変動に対して位相が遅れて振動する。すなわち、第２振動部４２０と第３振動部４３０は、位相がずれた状態で第１方向に振動する。
【００１５】
一方、角速度検出装置に加速度が作用したときには、第２振動部４２０と第３振動部４３０は同じ向きに変位する。
【００１６】
以上に説明したように、この角速度検出装置に角速度が作用すると、第２振動部４２０と第３振動部４３０は位相がずれた状態で振動する。一方、角速度検出装置に加速度が作用すると、第２振動部４２０と第３振動部４３０は同じ向きに変位する。したがって、第２振動部４２０と第３振動部４３０の変位量の差から、角速度検出装置に角速度が作用しているのか、加速度が作用しているのかを判別することができる。また、第２振動部４２０及び第３振動部４３０の変位量（振幅）から、作用している角速度または加速度の大きさを検出することができる。
【００１７】
この角速度検出装置は、第１振動部４１１を第２方向に振動させるだけでよく、２個以上の第１振動部を逆位相で振動させる必要がない。したがって、リンク部（リンク梁）を必要としない。リンク部を必要としないので、第１梁４０１をそれほど長くする必要もない。したがって、角速度検出装置を小型化することができる。
【００１８】
上述した角速度検出装置は、第１梁の先端部に接続されている振動系の第２方向における共振周波数が、第２振動部の前記共振周波数より低く、第３振動部の前記共振周波数より高いことが好ましい。
図９の場合、第１振動部４１１と、第２梁４０２と、第２振動部４２０と、第３梁４０３と、第３振動部４３０の全体が、第１梁４０１の先端部に接続されており、第２方向に振動可能な振動系を構成している。
この角速度検出装置では、振動系の第２方向における共振周波数が、第２振動部の第１方向における共振周波数より低く、第３振動部の第１方向における共振周波数より高い。したがって、振動系を、容易に、第２振動部の前記共振周波数より低く、第３振動部の前記共振周波数より高い周波数で第２方向に振動させることができる。
【００１９】
上述した角速度検出装置は、前記振動系の第２方向における共振周波数が、第２振動部を第１方向に振動させる振幅と、第３振動部を第１方向に振動させる振幅を等しくする周波数であることが好ましい。
なお、「第２振動部を第１方向に振動させる振幅」は、第２振動部がコリオリ力により第１方向に振動するときの振幅を意味する。また、「第３振動部を第１方向に振動させる振幅」は、第３振動部がコリオリ力により第１方向に振動するときの振幅を意味する。
振動系を第２方向に「第２振動部を第１方向に振動させる振幅と、第３振動部を第１方向に振動させる振幅を等しくする周波数」（以下では、同振幅周波数という）で振動させると、角速度が作用したときに、第２振動部の第１方向の振動の振幅と、第３振動部の第１方向の振動の振幅が等しくなる。このように第２振動部と第３振動部が同じ振幅で振動すると、より容易に角速度を検出することが可能となる。
この角速度検出装置は、振動系の第２方向における共振周波数が同振幅周波数であるので、振動系を容易に同振幅周波数で第２方向に振動させることができる。
【００２０】
上述した角速度検出装置は、第１振動部を、第２振動部の前記共振周波数より低く、第３振動部の前記共振周波数より高い周波数で第２方向に振動させる振動装置をさらに有していることが好ましい。
このような構成によれば、好適に角速度を検出することができる。
【００２１】
上述した角速度検出装置は、振動装置が、第２振動部を第１方向に振動させる振幅と、第３振動部を第１方向に振動させる振幅を等しくする周波数で、第１振動部を振動させることが好ましい。
このような構成によれば、角速度が作用したときに第２振動部の振動時の振幅と第３振動部の振動時の振幅が等しくなる。より容易に角速度を検出することができる。
【００２２】
上述した角速度検出装置は、第２梁と第３梁の形状が異なっていることが好ましい。
第２梁と第３梁の形状を異ならせることで、第２振動部の共振周波数を、第３振動部の共振周波数より高くすることができる。また、このように第２梁と第３梁を構成すれば、振動系の重心をほとんど変化させずに、第２振動部と第３振動部の共振周波数を異ならせることができる。したがって、振動系を第２方向に好適に振動させることができる。
【００２３】
上述した角速度検出装置は、第２梁が、第３梁より短いことが好ましい。
このような構成によれば、振動系の重心をほとんど変化させずに、第２振動部の共振周波数を、第３振動部の共振周波数より高くすることができる。
【００２４】
上述した角速度検出装置は、第２基部と、第４梁と、第４振動部と、第５梁と、第６梁をさらに有していることが好ましい。第２基部は、基板に固定されている。第４梁は、第２基部から第１方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことができる。第４振動部は、第４梁の先端部に接続されており、基板から遊離しており、第２振動部及び第３振動部を挟んで第１振動部の反対側に位置している。第５梁は、第４振動部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第２振動部に接続されている。第６梁は、第４振動部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第３振動部に接続されている。
図１０は、上記の構成を有する角速度検出装置の一例を模式的に示している。図１０では、参照番号４５２が第２基部、参照番号４０４が第４梁、参照番号４１４が第４振動部、参照番号４０５が第５梁、参照番号４０６が第６梁を示している。他の参照番号は、図９に対応している。なお、図１０は、この構成を有する角速度検出装置を例示するものであって、請求項８の構成を限定するものではない。図１０の構成は、原理的に成立する最小の構成を示すものであって、実際の製品にはその他の梁や振動部が付加されていることがある。
このような構成によれば、振動系（第１振動部４１１、第２梁４０２、第２振動部４２０、第３梁４０３、第３振動部４３０、第４振動部４１４、第５梁４０５及び第６梁４０６を含む第２方向に振動可能な部分）を両側から支えることができる。したがって、振動系を安定して振動させることができる。
【００２５】
上述した角速度検出装置では、第１振動部が第２振動部と第３振動部の間に延出している延出部を有しており、第４振動部が第２振動部と第３振動部の間に延出している延出部を有していることが好ましい。そして、第１振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第２振動部に接続されている第７梁と、第１振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第３振動部に接続されている第８梁と、第４振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第２振動部に接続されている第９梁と、第４振動部の延出部から第２方向に伸びており、基板から遊離しており、基板と平行な平面内で撓むことが可能であり、先端部が第３振動部に接続されている第１０梁をさらに有していることが好ましい。
図１１は、この構成を有する角速度検出装置の一例を示している。図１１においては、参照番号４６１が第１振動部の延出部、参照番号４６４が第４振動部の延出部、参照番号４０７が第７梁、参照番号４０８が第８梁、参照番号４０９が第９梁、参照番号４１０が第１０を示している。他の参照番号は、図１０に対応している。なお、図１１は、この構成を有する角速度検出装置を例示するものであって、請求項９の構成を限定するものではない。実際の製品がさらに他の梁や振動部を有することを妨げない。
このような構成によれば、第２振動部４２０と第３振動部４３０が、より安定して振動することができる。
【００２６】
上述した角速度検出装置は、第１基部と第１梁のセットの複数セットと、第２基部と第４梁のセットの複数セットを有していることが好ましい。
図１１は、この構成を有する角速度検出装置の一例をも示している。図１１の角速度検出装置は、第１基部４５１と第１梁４０１のセットを２つ有している。また、第２基部４５２と第４梁４０４のセットを２つ有している。また、図１２に示すように、第１基部４５１と第１梁４０１のセットと、第２基部４５２と第４梁４０４のセットを、２つ以上有していてもよい。図１１、１２は、この構成を有する角速度検出装置を例示するものであって、請求項１０の構成を限定するものではない。
このような構成によれば、振動系をより安定して振動させることができる。
【００２７】
上述した角速度検出装置は、第２梁の途中と第１振動部を接続している第１支持梁と、第７梁の途中と第１振動部を接続している第２支持梁と、第５梁の途中と第４振動部を接続している第３支持梁と、第９梁の途中と第４振動部を接続している第４支持梁をさらに有していても良い。
図１３は、この構成を有する角速度検出装置の一例を示している。図１３においては、参照番号４７１が第１支持梁、参照番号４７２が第２支持梁、参照番号４７３が第３支持梁、参照番号４７４が第４支持梁を示している。他の参照番号は、図１１に対応している。また、図１４、図１５は、図１３と異なる構成で形成された第１支持梁４７１〜第４支持梁４７４を例示している。なお、図１３〜図１５は、この構成を有する角速度検出装置を例示するものであって、請求項１１の構成を限定するものではない。
このように、第１支持梁４７１〜第４支持梁４７４を形成することで、振動系の重心をほとんど変化させずに、第２振動部４２０の共振周波数を、第３振動部４３０の共振周波数より高くすることができる。
【００２８】
上述した角速度検出装置は、第１振動部と第４振動部が一体化していることが好ましい。
図１６は、この構成を有する角速度検出装置の一例を示している。図１６の参照番号は、図１１に対応している。なお、図１６は、この構成を有する角速度検出装置を例示するものであって、請求項１２の構成を限定するものではない。
このように第１振動部４１１と第４振動部４１４が一体化していると、外乱（振動等）によって第１振動部４１１と第４振動部４１４が互いに変位してしまうことが防止される。したがって、より正確に角速度を検出することができる。
【００２９】
上述した角速度検出装置は、振動装置が第１振動部を振動させる周波数と、第２振動部の前記共振周波数と、第３振動部の前記共振周波数が、第２振動部の第１方向の振動の位相と第３振動部の第１方向の振動の位相が略逆位相となる周波数に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、より好適に角速度を検出することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、リンク部（リンク梁）を設けることなく、角速度検出装置を構成することができる。したがって、角速度検出装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（実施例）
本発明の実施例に係る角速度検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は角速度検出装置１０の上面図を示している。なお、以下の説明において、図１の上下方向を第１方向、左右方向を第２方向という。
【００３２】
図１に示すように、角速度検出装置１０は、略長方形の基板１２を備えている。基板１２上には、詳しくは後記する固定構造体と振動構造体が形成されている。
図２（ａ）は、固定構造体２００の部分断面図を示しており、図２（ｂ）は振動構造体２２０の部分断面図を示している。図示するように、固定構造体２００は、犠牲層１４を介して基板１２に固定されている活性層１６によって構成されている。図２（ａ）の構造は、固定構造体２００の略全域において形成されている。したがって、固定構造体２００は、基板１２に対して変位することができない。図１においては、固定構造体２００を斜線模様で示している。図２（ｂ）に示すように、振動構造体２２０は、基板１２上に浮いた状態で支持されている活性層１６によって構成されている。すなわち、活性層１６と基板１２の間に犠牲層１４が無く、空間が形成されている。図１においては、振動構造体２２０を点模様で示している。振動構造体２２０を構成している活性層１６は、その一端が固定構造体２００を構成する活性層１６に接続されているために、基板１２上に浮いた状態で支持されている。
【００３３】
基板１２と活性層１６は、シリコンによって構成されている。犠牲層１４は酸化シリコンによって構成されている。したがって、活性層１６は基板１２から絶縁されている。活性層１６のシリコン結晶中には不純物が拡散されており、その抵抗は低い。
【００３４】
図１に示すように、基板１２上には、固定構造体２００である基部５０ａ〜５０ｈが形成されている。基部５０ａ〜５０ｄ（第１基部）は、基板１２の一方の端部（図１の上方の端部）の近くに形成されている。基部５０ｅ〜５０ｈ（第２基部）は、基板１２の他方の端部（図１の下方向の端部）の近くに形成されている。基部５０ｅは、配線部５８によって電極６０に接続されている。
振動構造体２２０は、基部５０ａ〜５０ｈに接続されている。これによって、振動構造体２２０は、基板１２上に浮いた状態で支持されている。振動構造体２２０は、梁３０ａ〜３０ｈ、サブフレーム２４ａ〜２４ｄ、梁２８ａ〜２８ｈ、メインフレーム２２ａ（第１振動部）、メインフレーム２２ｂ（第４振動部）、検出用梁２６ａ〜２６ｈ、振動子２０（第２振動部）、振動子２１（第３振動部）を備えている。
【００３５】
梁３０ａ〜３０ｄは、基部５０ａ〜５０ｄから第１方向（図１の上向き）に伸びている。梁３０ａ、３０ｂの先端部には、サブフレーム２４ａが接続されている。サブフレーム２４ａからは、梁２８ａ、２８ｂが第１方向（図１の下向き）に伸びている。また、梁３０ｃ、３０ｄの先端部には、サブフレーム２４ｂが接続されている。サブフレーム２４ｂからは、梁２８ｃ、２８ｄが第１方向（図１の下向き）に伸びている。梁２８ａ〜２８ｄの先端部には、メインフレーム２２ａが接続されている。図示するように、梁３０ａ〜３０ｄ及び梁２８ａ〜２８ｄは、第１方向に長く、第２方向の幅が細い。したがって、梁３０ａ〜３０ｄ及び梁２８ａ〜２８ｄは、基板１２と平行な平面内で撓むことができる。これによって、メインフレーム２２ａは基板１２に対して第２方向に変位することができる。なお、サブフレーム２４ａは、梁３０ａ（３０ｂ）と梁２８ａ（２８ｂ）を接続するための部材である。したがって、梁３０ａ（３０ｂ）と梁２８ａ（２８ｂ）は、実質的には、メインフレーム２２ａを第２方向に変位可能に支持するための１本の梁として作用する。したがって、以下では、梁３０ａと梁２８ａを合わせて駆動用梁（第１梁）２９ａといい、梁３０ｂと梁２８ｂを合わせて駆動用梁２９ｂという。同様に、梁３０ｃ（３０ｄ）と梁２８ｃ（２８ｄ）は、実質的に１本の梁として作用する。以下では、梁３０ｃと梁２８ｃを合わせて駆動用梁２９ｃといい、梁３０ｄと梁２８ｄを合わせて駆動用梁２９ｄという。駆動用梁２９ａ〜２９ｄの各々が、第２方向に撓む第１梁となっている。
【００３６】
梁３０ｅ〜３０ｈは、基部５０ｅ〜５０ｈから第１方向（図１の下向き）に伸びている。梁３０ｅ、３０ｆの先端部には、サブフレーム２４ｃが接続されている。サブフレーム２４ｃからは、梁２８ｅ、２８ｆが第１方向（図１の上向き）に伸びている。また、梁３０ｇ、３０ｈの先端部には、サブフレーム２４ｄが接続されている。サブフレーム２４ｄからは、梁２８ｇ、２８ｈが第１方向（図１の上向き）に伸びている。梁２８ｅ〜２８ｈの先端部には、メインフレーム２２ｂが接続されている。図示するように、メインフレーム２２ｂは、振動子２０、２１を挟んで、メインフレーム２２ａの反対側に位置している。梁３０ｅ〜３０ｈ及び梁２８ｅ〜２８ｈは基板１２と平行な平面内で撓むことができるので、メインフレーム２２ｂは基板１２に対して第２方向に変位することができる。なお、以下では、梁３０ｅと梁２８ｅを合わせて駆動用梁２９ｅといい、梁３０ｆと梁２８ｆを合わせて駆動用梁２９ｆといい、梁３０ｇと梁２８ｇを合わせて駆動用梁２９ｇといい、梁３０ｈと梁２８ｈを合わせて駆動用梁２９ｈという。駆動用梁２９ｅ〜２９ｈの各々が、第２方向に撓む第４梁となっている。
【００３７】
図示するように、振動子２０と振動子２１は、メインフレーム２２ａとメインフレーム２２ｂの間に位置している。
【００３８】
振動子２０は、第２方向に伸びる検出用梁２６ａ（第２梁）によってメインフレーム２２ａに接続されている。また、メインフレーム２２ａには、振動子２０と振動子２１の間の領域に延出している延出部２３ａが形成されている。振動子２０は、第２方向に伸びる検出用梁２６ｂ（第７梁）によってメインフレーム２２ａの延出部２３ａに接続されている。
振動子２０は、第２方向に伸びる検出用梁２６ｅ（第５梁）によってメインフレーム２２ｂに接続されている。また、メインフレーム２２ｂには、振動子２０と振動子２１の間の領域に延出している延出部２３ｂが形成されている。振動子２０は、第２方向に伸びる検出用梁２６ｆ（第９梁）によってメインフレーム２２ｂの延出部２３ｂに接続されている。
検出用梁２６ａ、２６ｂ、２６ｅ、２６ｆは、第２方向に長く、第１方向の幅が細い。したがって、検出用梁２６ａ、２６ｂ、２６ｅ、２６ｆは、基板１２と平行な平面内で撓むことができる。検出用梁２６ａ、２６ｂ、２６ｅ、２６ｆが撓むことができるので、振動子２０は、メインフレーム２２ａ、２２ｂに対して第１方向に変位することができる。
【００３９】
振動子２１は、第２方向に伸びる検出用梁２６ｄ（第３梁）によってメインフレーム２２ａに接続されている。また、振動子２０は、検出用梁２６ｃ（第８梁）によってメインフレーム２２ａの延出部２３ａに接続されている。
振動子２１は、第２方向に伸びる検出用梁２６ｈ（第６梁）によってメインフレーム２２ａに接続されている。また、振動子２１は、検出用梁２６ｇ（第１０梁）によってメインフレーム２２ｂの延出部２３ｂに接続されている。
検出用梁２６ｃ、２６ｄ、２６ｇ、２６ｈは基板１２と平行な平面内で撓むことができるので、振動子２１は、メインフレーム２２ａ、２２ｂに対して第１方向に変位することができる。
【００４０】
図１から分かるように、振動子２０に接続されている検出用梁２６ａ、２６ｂ、２６ｅ、２６ｆは、振動子２１に接続されている検出用梁２６ｃ、２６ｄ、２６ｇ、２６ｈに比べて短い。したがって、振動子２０の第１方向における共振周波数は、振動子２１の第１方向における共振周波数に比べて高い。本実施例では、振動子２０の共振周波数は約５ｋＨｚであり、振動子２１の共振周波数は約３ｋＨｚである。
【００４１】
以上に説明したように、駆動用梁２９ａ〜２９ｈの先端部に接続された振動系（すなわち、メインフレーム２２ａ、２２ｂ、検出用梁２６ａ〜２６ｈ及び振動子２０、２１）は、駆動用梁２９ａ〜２９ｈによって基部５０ａ〜５０ｈに接続されている。これによって、振動系は、基板１２から浮いた状態で支持されている。駆動用梁２９ａ〜２９ｈが撓むことにより、振動系全体が基板１２に対して第２方向に変位することができる。振動系の第２方向における共振周波数（約５ｋＨｚ）は、振動子２０の共振周波数より低く、振動子２１の共振周波数（約３ｋＨｚ）より高い。本実施例では、振動系の第２方向における共振周波数は約３．６ｋＨｚである。
【００４２】
次に、角速度検出装置１０の各部に形成されているコンデンサ構造について説明する。
【００４３】
振動子２０は、検出用梁２６ｂ側から検出用梁２６ｆ側に亘って形成されている筐体部２０ａと、検出用梁２６ａ、２６ｂに沿って形成されている筐体部２０ｂと、筐体部２０ｂから第１方向に延出されている筐体部２０ｃと、検出用梁２６ｅ、２６ｆに沿って形成されている筐体部２０ｄと、筐体部２０ｄから第１方向に延出されている筐体部２０ｅを備えている。筐体部２０ａ〜２０ｃに囲まれている空間には、第２方向に沿って、４つの板状部３２ａが筐体部２０ａ、２０ｃから延出されている。各板状部３２ａと対向する位置には、基板１２に固定されている板状部５２ａが形成されている。すなわち、４つの板状部３２ａと４つの板状部５２ａによってコンデンサ８０ａが形成されている。板状部５２ａは、配線部５４ａによって電極５６ａに接続されている。
同様にして、筐体部２０ａ、２０ｄ、２０ｅに囲まれている空間には、４つの板状部３２ｃと４つの板状部５２ｃによってコンデンサ８０ｃが形成されている。板状部５２ｃは、配線部５４ｃによって電極５６ｃに接続されている。
【００４４】
振動子２１は、検出用梁２６ｃ側から検出用梁２６ｇ側に亘って形成されている筐体部２１ａと、検出用梁２６ｃ、２６ｄに沿って形成されている筐体部２１ｂと、筐体部２１ｂから第１方向に延出されている筐体部２１ｃと、検出用梁２６ｇ、２６ｈに沿って形成されている筐体部２１ｄと、筐体部２１ｄから第１方向に延出されている筐体部２１ｅを備えている。筐体部２１ａ〜２１ｃに囲まれている空間には、４つの板状部３２ｂと４つの板状部５２ｂによってコンデンサ８０ｂが形成されている。板状部５２ｂは、配線部５４ｂによって電極５６ｂに接続されている。
同様にして、筐体部２１ａ、２１ｄ、２１ｅに囲まれている空間には、４つの板状部３２ｄと４つの板状部５２ｄによってコンデンサ８０ｄが形成されている。板状部５２ｄは、配線部５４ｄによって電極５６ｄに接続されている。
【００４５】
振動子２０が第１方向に変位すると、コンデンサ８０ａ、８０ｃの容量が変化する。また、振動子２１が第１方向に変位すると、コンデンサ８０ｂ、８０ｄの容量が変化する。したがって、コンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量を検出することで、振動子２０、２１の第１方向の変位量を検出することができる。
【００４６】
電極５６ａ〜５６ｄと電極６０には、演算装置７０が接続されている。演算装置７０は、電極６０−５６ａ間、電極６０−５６ｂ間、電極６０−５６ｃ間、電極６０−５６ｄ間でコンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量を検出する。そして、検出した容量から、振動子２０、２１の変位量を検出する。演算装置７０は、検出した変位量から、角速度検出装置１０に作用している角速度または加速度を算出する。
【００４７】
メインフレーム２２ａの第２方向の一端には、第２方向に伸びる複数個の板状部３４ａが形成されている。各板状部３４ａと対向する位置には、基板１２に固定されている板状部６２ａが形成されている。これによって、コンデンサ８２ａが形成されている。板状部６２ａは、配線部６４ａによって電極６６ａに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ａの第２方向の他端には、複数の板状部３４ｂと複数の板状部６２ｂによってコンデンサ８２ｂが形成されている。板状部６２ｂは、配線部６４ｂによって電極６６ｂに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ｂの第２方向の一端には、複数の板状部３４ｃと複数の板状部６２ｃによってコンデンサ８２ｃが形成されている。板状部６２ｃは、配線部６４ｃによって電極６６ｃに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ｂの第２方向の他端には、複数の板状部３４ｄと複数の板状部６２ｄによってコンデンサ８２ｄが形成されている。板状部６２ｄは、配線部６４ｄによって電極６６ｄに接続されている。
【００４８】
電極６６ａ〜６６ｄには、駆動信号発生装置９０が接続されている。駆動信号発生装置９０は、電極６６ａ〜６６ｄに交流の駆動信号を出力する。駆動信号発生装置９０が電極６６ａ〜６６ｄに駆動信号を出力することで、コンデンサ８２ａ〜８２ｄで電荷の充放電が行われる。本実施例では、駆動信号発生装置９０が、周波数が３．６ｋＨｚの駆動信号を出力する。
【００４９】
次に、角速度検出装置１０の動作について説明する。角速度検出装置１０を使用するときには、駆動信号発生装置９０によって、電極６６ａ〜６６ｄに交流の駆動信号を出力する。このとき、周波数が３．６ｋＨｚの駆動信号を出力する。電極６６ａ〜６６ｄに駆動信号が入力されると、コンデンサ８２ａ〜８２ｄで電荷の充放電が繰り返される。すると、前記振動系（すなわち、メインフレーム２２ａ、２２ｂ、検出用梁２６ａ〜２６ｈ及び振動子２０、２１）は、コンデンサ８２ａ〜８２ｄで充放電される電荷の静電気力によって、第２方向に変動する力を受ける。上述したように、振動系は、基板１２に対して第２方向に変位可能に支持されている。したがって、振動系は、第２方向に振動する。すなわち、振動系が、３．６ｋＨｚの周波数で第２方向に振動する。
なお、上述したように、振動系の第２方向の共振周波数は、３．６ｋＨｚである。したがって、駆動信号発生装置９０は、振幅の小さい駆動信号で、振動系を第２方向に大きく振動させることができる。
【００５０】
振動系が第２方向に振動している状態において、角速度検出装置１０に角速度（図１の紙面に対して垂直な軸回りの角速度）が作用すると、振動子２０、２１に第１方向にコリオリ力が作用する。コリオリ力の大きさと向き（第１方向における向き）は、振動系の第２方向の振動に応じて変動する。振動系が第２方向に振動する周波数は３．６ｋＨｚであるので、振動子２０と振動子２１に作用するコリオリ力は３．６ｋＨｚの周波数で変動する。また、振動子２０と振動子２１は第２方向に同位相で振動しているので、振動子２０に作用するコリオリ力と、振動子２１に作用するコリオリ力は、同位相で変動する。上述したように、振動子２０、２１は、メインフレーム２２ａ、２２ｂに対して第１方向に変位可能に支持されている。したがって、振動子２０、２１は、コリオリ力の変動によって第１方向に振動する。
【００５１】
振動子２０、２１の第１方向の振動についてより詳細に説明する。
図３は、種々の周波数のコリオリ力を作用させて振動子２０、２１を振動させたときの、振動子２０、２１の振動の位相ずれの変化を示している。図３の横軸は、振動子２０、２１に作用させるコリオリ力の変動周波数ｆ１を示している。図３の縦軸は、横軸の周波数ｆ１で変動するコリオリ力を振動子２０、２１に作用させたときの、振動子２０、２１の振動の位相ずれｄｔ（コリオリ力の振動からの位相のずれ）を示している。図３の曲線Ａ１は振動子２０の位相ずれｄｔ１を示しており、曲線Ａ２は振動子２１の位相ずれｄｔ２を示している。例えば、位相ずれｄｔが０°であることは、コリオリ力と同位相で振動子２０、２１が振動する（すなわち、コリオリ力が最大のときに、振動子２０、２１がコリオリ力の作用している向きに最大に変位する）ことを示しており、位相ずれｄｔが１０°であることは、コリオリ力に対して振動子２０、２１の振動の位相が１０°遅れることを示している。
上述したように、振動子２０の第１方向の共振周波数は５ｋＨｚであり、振動子２１の第１方向の共振周波数は３ｋＨｚである。図示するように、振動子２０、２１の位相ずれｄｔは、コリオリ力の変動周波数ｆ１が自身の共振周波数より十分に低いときには、略０°である。振動子２０、２１の位相ずれｄｔは、コリオリ力の変動周波数ｆ１が自身の共振周波数に近くなると徐々に大きくなり、コリオリ力の変動周波数ｆ１が自身の共振周波数と一致するとｄｔ＝９０°となる。コリオリ力の変動周波数ｆ１が自身の共振周波数より大きくなると、位相ずれｄｔはさらに大きくなる。コリオリ力の変動周波数ｆ１が自身の共振周波数より十分に大きいときには、振動子２０、２１の位相ずれｄｔは約１８０°となる。
上述したように、角速度検出装置１０では、振動子２０と振動子２１に作用するコリオリ力は３．６ｋＨｚの周波数で変動する。コリオリ力の変動周波数ｆ１が３．６ｋＨｚの場合には、図３に示すように、振動子２０の位相ずれｄｔ１が約５°となり、振動子２１の位相ずれｄｔ２が約１６０°となる。したがって、振動子２０と振動子２１は、１５５°（＝ｄｔ２−ｄｔ１）だけ位相がずれて振動することとなる。すなわち、角速度検出装置１０に角速度が作用すると、振動子２０と振動子２１は位相が約１５５°ずれて振動する。
【００５２】
また、図４は、最大値（振幅）が一定であり、変動周波数が異なる種々のコリオリ力を作用させて振動子２０、２１を振動させたときの、振動子２０、２１の振動の振幅の変化を示している。図２の横軸は、振動子２０、２１に作用させるコリオリ力の変動周波数ｆ１を示している。図２の縦軸は、横軸の周波数ｆ１で変動するコリオリ力を振動子２０、２１に作用させたときの、振動子２０、２１の振動の振幅ＡＭを示している。なお、縦軸の振幅ＡＭは規格化した数値（振幅ゲイン）で示している。図２の曲線Ｂ１は振動子２０の振幅ＡＭ１を示しており、曲線Ｂ２は振動子２１の振幅ＡＭ２を示している。
図示するように、振動子２０、２１の振幅ＡＭは、コリオリ力の変動周波数ｆ１が自身の共振周波数と一致したときに最大となる。そして、コリオリ力の変動周波数ｆ１と自身の共振周波数との差が大きくなるほど、振動子２０、２１の振幅ＡＭは小さくなる。また、図示するように、振動子２０の振幅ＡＭ１と、振動子２１の振幅ＡＭ２は、コリオリ力の変動周波数ｆ１が３．６ｋＨｚであるときに略同一の値となる。
上述したように、角速度検出装置１０では、振動子２０と振動子２１に作用するコリオリ力は３．６ｋＨｚの周波数で変動する。したがって、角速度検出装置１０に角速度が作用すると、振動子２０と振動子２１は略同じ振幅で振動する。
【００５３】
以上に説明したように、振動系を第２方向に３．６ｋＨｚの周波数で振動させている状態で角速度検出装置１０に角速度が作用すると、振動子２０と振動子２１にコリオリ力が作用して、振動子２０と振動子２１が第１方向に振動する。このとき、振動子２０と振動子２１の振動は、位相が約１５５°ずれた状態で振動する。また、振動子２０と振動子２１は、略同じ振幅で振動する。振動子２０、２１の振幅は、角速度検出装置１０に作用する角速度に応じた振幅となる。
【００５４】
また、角速度検出装置１０に第１方向に加速度が作用した場合にも、振動子２０、２１は変位する。加速度が作用した場合には、振動子２０と振動子２１は同じ向きに略等しい量だけ変位する。
【００５５】
振動子２０が第１方向に変位すると、コンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量が変化する。演算装置７０は、コンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量から、振動子２０、２１の変位量を検出する。そして、検出した変位量から、角速度検出装置１０に作用している角速度または加速度を算出する。
【００５６】
図５は、角速度検出装置１０に一定の角速度が作用したときの、振動子２０、２１の変位量の時間変化を示している。図５の横軸は時間ｔ１を示しており、図５の縦軸は、振動子２０、２１の変位量ＤＩを示している。図５の曲線Ｃ１は振動子２０の変位量ＤＩ１を示しており、曲線Ｃ２は振動子２１の変位量ＤＩ２を示している。上述したように、振動子２０の振動の位相と振動子２１の振動の位相は約１５５°ずれている。したがって、振動子２０の変位量ＤＩ１がプラスの向きに最大値（振幅と等しい変位量）ＤＩMAXとなるタイミングｔａにおいて、振動子２１の変位量ＤＩ２はマイナスの向きに最大値−ＤＩMAXに近い変位量（≒−０．９×ＤＩMAX）だけ変位している。したがって、タイミングｔａにおける振動子２０の変位量ＤＩ１と振動子２１の変位量ＤＩ２の差ＤＩ１−ＤＩ２は、最大変位量ＤＩMAXの２倍に近い値（≒１．９×ＤＩMAX）となる。
一方、角速度検出装置１０に加速度が作用したときには、振動子２０と振動子２１は同じ向きに略等しい量だけ変位する。したがって、振動子２０の変位量ＤＩ１と振動子２１の変位量ＤＩ２の差ＤＩ１−ＤＩ２は略０となる。
【００５７】
演算装置７０は、振動子２０の変位量ＤＩ１がプラスの向きに最大値となるタイミングｔａにおいて、振動子２０の変位量ＤＩ１と振動子２１の変位量ＤＩ２を検出する。そして、変位量差ＤＩ１−ＤＩ２を算出する。演算装置７０は、算出した変位量差ＤＩ１−ＤＩ２から、角速度検出装置１０に角速度が作用しているのか、加速度が作用しているのかを判別する。
角速度検出装置１０に角速度が作用している場合には、タイミングｔａにおける変位量ＤＩ１、ＤＩ２は、作用している角速度に応じた変位量となる。角速度検出装置１０に角速度が作用している場合には、変位量ＤＩ１、ＤＩ２は作用している加速度に応じた変位量となる。演算装置７０は、算出した変位量ＤＩ１、ＤＩ２から、角速度検出装置１０に作用している角速度または加速度の大きさを算出する。
【００５８】
このように、角速度検出装置１０によれば、角速度と加速度とを区別して、検出することができる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施例の角速度検出装置１０は、基板１２と、基板１２に固定されている基部５０ａ〜５０ｄ（第１基部）と、基部５０ａ〜５０ｄから第１方向に伸びる駆動用梁２９ａ〜２９ｄ（第１梁）と、基板１２に固定されている基部５０ｅ〜５０ｈ（第２基部）と、基部５０ｅ〜５０ｈから第１方向に伸びる駆動用梁２９ｅ〜２９ｈ（第４梁）と、駆動用梁２９ａ〜２９ｈの先端部に接続されている振動系を備えている。振動系は、駆動用梁２９ａ〜２９ｄの先端部に接続されているメインフレーム２２ａ（第１振動部）と、メインフレーム２２ａから第２方向に伸びる検出用梁２６ａ（第２梁）、２６ｂ（第７梁）と、検出用梁２６ａ、２６ｂの先端部に接続されている振動子２０（第２振動部）と、メインフレーム２２ａから第２方向に伸びる検出用梁２６ｃ（第８梁）、２６ｄ（第３梁）と、検出用梁２６ｃ、２６ｄの先端部に接続されている振動子２１（第３振動部）と、駆動用梁２９ｅ〜２９ｈの先端部に接続されているとともに振動子２０、２１を挟んでメインフレーム２２ａの反対側に位置するメインフレーム２２ｂ（第４振動部）と、メインフレーム２２ｂから第２方向に伸びて先端部が振動子２０に接続されている検出用梁２６ｅ（第５梁）、２６ｆ（第９梁）と、メインフレーム２２ｂから第２方向に伸びて先端部が振動子２１に接続されている検出用梁２６ｇ（第１０梁）、２６ｈ（第６梁）を備えている。そして、振動子２０の第１方向における共振周波数が、振動子２１の第１方向における共振周波数より高い。
このように角速度検出装置１０が構成されているので、振動子２０の共振周波数より低く、振動子２１の共振周波数より高い周波数で、振動系を第２方向に振動させると、角速度が作用したときに振動子２０と振動子２１の第１方向の位相がずれる。したがって、振動子２０と振動子２１の変位量の差から、角速度検出装置１０に角速度が作用しているのか加速度が作用しているのかを判別することができる。すなわち、リンク部（リンク梁）を設けることなく、振動子２０と振動子２１を位相がずれた状態で振動させることができる。したがって、リンク部の面積分だけ角速度検出装置１０を小型化することができる。また、リンク部を設けないので、駆動用梁２９ａ〜２９ｈの長さを短くすることが可能であり、より角速度検出装置１０を小型化することができる。
【００６０】
また、この角速度検出装置１０では、振動系を第２方向に振動させるだけでよい。すなわち、従来の角速度検出装置のように、２つの振動系の位相を逆位相に保持しながら振動させる必要がない。したがって、振動系の振動の制御が非常に容易である。したがって、駆動信号発生装置９０等をより簡易化することができる。
【００６１】
また、この角速度検出装置１０では、振動子２０を第１方向に振動させる振幅と、振動子２１を第１方向に振動させる振幅を等しくする周波数（すなわち、３．６ｋＨｚ）で、振動系を第２方向に振動させる。このように駆動信号発生装置９０が振動系を振動させるので、角速度検出装置１０に角速度が作用したときに、振動子２０と振動子２１の振幅が等しくなる。したがって、振動子２０と振動子２１の変位量から、容易に角速度を算出することができる。
【００６２】
また、この角速度検出装置１０では、振動系の第２方向における共振周波数が、振動子２０を第１方向に振動させる振幅と、振動子２１を第１方向に振動させる振幅を等しくする周波数（すなわち、３．６ｋＨｚ）となっている。したがって、振幅が小さい駆動信号を駆動信号発生装置９０から出力することで、振動系を大きい振幅で振動させることができる。
【００６３】
また、この角速度検出装置１０では、検出用梁２６ａ、２６ｂ、２６ｅ、２６ｆを、検出用梁２６ｃ、２６ｄ、２６ｇ、２６ｈより短く形成することで、振動子２０の共振周波数を振動子２１の共振周波数より高くしている。このように、振動子２０と振動子２１の共振周波数を異ならせると、振動系全体の重心バランスをほとんど変化させることなく、振動子２０と振動子２１の共振周波数を異ならせることができる。したがって、振動系を第２方向に好適に振動させることができる。
【００６４】
なお、上述した角速度検出装置１０では、加速度が作用しているときの振動子２０の振動と振動子２１の振動との位相は、約１５５°ずれていた。理想的には、振動子２０と振動子２１との位相のずれは、１８０°（すなわち、逆位相）となっていることが好ましい。しかしながら、上述の実施例のように、角速度が作用したときに変位量の差ＤＩ１−ＤＩ２として、十分に大きい値を得ることができれば、振動子２０と振動子２１の位相のずれは１８０°より小さくても問題はない。
また、振動子２０と振動子２１との位相のずれが１８０°よりかなり小さい場合には、変位量ＤＩ１、ＤＩ２の検出タイミングをずらすことで、変位量の差ＤＩ１−ＤＩ２として大きい値を得ることができる。例えば、図６は、振動子２０と振動子２１との位相のずれが１２０°である場合の振動子２０、２１の変位量ＤＩを示している。なお、図６の曲線Ｅ１は振動子２０の変位量ＤＩ１を示しており、曲線Ｅ２は振動子２１の変位量ＤＩ２を示しており、曲線Ｅ３は変位量の差ＤＩ１−ＤＩ２を示している。図６に示すように、この場合には、タイミングｔｂで変位量の差ＤＩ１−ＤＩ２が最大となる。したがって、変位量ＤＩ１が最大となるタイミングｔａではなく、タイミングｔｂにおいて変位量ＤＩ１、ＤＩ２を検出し、変位量の差ＤＩ１−ＤＩ２を算出すればよい。このように、振動子２０と振動子２１との位相のずれが１８０°よりかなり小さい場合には、変位量ＤＩ１、ＤＩ２の検出タイミングをずらすことで、より好適に角速度を検出することができる。また、振動子２０の変位量ＤＩ１を検出するタイミングと振動子２１の変位量ＤＩ２を検出するタイミングをずらす等、他の方法によって変位量ＤＩ１、ＤＩ２を検出してもよい。但し、振動子２０と振動子２１との位相のずれが小さすぎると、変位量の差ＤＩ１−ＤＩ２として十分に大きい値を得ることができず、角速度の検出が困難となる。したがって、振動子２０と振動子２１との位相のずれが１００°以上となるように、振動子２０及び振動子２１の共振周波数と、振動系を第２方向に振動させる周波数が設定されていることが好ましい。
【００６５】
また、上述した加速度検出装置１０では、検出用梁２６ａ、２６ｂ、２６ｅ、２６ｆを検出用梁２６ｃ、２６ｄ、２６ｇ、２６ｈより短くすることで、振動子２０の共振周波数を、振動子２１の共振周波数より高くしていた。しかしながら、他の方法によって振動子２０と振動子２１の共振周波数を異ならせてもよい。例えば、図７に示すように、検出用梁２６ｃ、２６ｄ、２６ｇ、２６ｈの途中に接続されている補助用梁２７ｃ、２７ｄ、２７ｇ、２７ｈを形成するようにしてもよい。このように角速度検出装置１０を構成しても、振動系の重心位置をほとんど変化させることなく、振動子２０の共振周波数を振動子２１の共振周波数より高くすることができる。また、振動子２０と振動子２１の形状、重さを異ならせてもよい。このように、種々の方法により、振動子２０と振動子２１の共振周波数を異ならせることができる。
【００６６】
図８は、変形例の角速度検出装置１００を示している。角速度検出装置１００では、メインフレーム２２ａとメインフレーム２２ｂが接続されて一体化されている。角速度検出装置１００の他の構成は、実施例の角速度検出装置１０と略同じである。このように、メインフレーム２２ａとメインフレーム２２ｂが接続されて一体化されていると、メインフレーム２２ａがメインフレーム２２ｂに対してより変位し難くなる。したがって、振動子２０、２１の第１方向の変位をより正確に検出可能となり、角速度の検出精度を向上させることができる。特に、角速度検出装置１００に外部から振動等が加わったときにもメインフレーム２２ａがメインフレーム２２ｂに対して全く変位しないので、角速度及び加速度を正確に検出することができる。
【００６７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例の角速度検出装置１０の平面図。
【図２】角速度検出装置１０の部分断面図。
【図３】コリオリ力の変動周波数ｆ１に対する、振動子２０、２１の振動の位相ずれｄｔの変化を示すグラフ。
【図４】コリオリ力の変動周波数ｆ１に対する、振動子２０、２１の振動の振幅ＡＭの変化を示すグラフ。
【図５】角速度検出装置１０に角速度が作用したときの、振動子２０、２１の第１方向の変位量ＤＩの時間変化を示すグラフ。
【図６】振動子２０と振動子２１の位相のずれが１２０°のときの、振動子２０、２１の第１方向の変位量ＤＩの時間変化を示すグラフ。
【図７】補助用梁２７ｃ、２７ｄ、２７ｇ、２７ｈを形成した角度検出装置１０の平面図。
【図８】変形例の角速度検出装置１００の平面図。
【図９】請求項１の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１０】請求項８の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１１】請求項９、１０の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１２】請求項１０の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１３】請求項１１の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１４】請求項１１の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１５】請求項１１の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１６】請求項１２の構成を有する角速度検出装置の一例を示す模式図。
【図１７】従来技術の角速度検出装置の模式図。
【符号の説明】
【００６９】
１０：角速度検出装置
１２：基板
２０，２１：振動子
２２ａ，２２ｂ：メインフレーム
２６ａ〜２６ｈ：検出用梁
２９ａ〜２９ｈ：駆動用梁
５０ａ〜５０ｈ：基部
７０：演算装置
８０ａ〜８０ｄ：コンデンサ
８２ａ〜８２ｄ：コンデンサ
９０：駆動信号発生装置
２００：固定構造体
２２０：振動構造体
【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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【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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