(57)【要約】【課題】角速度の検出精度と検出感度とを高める。【解決手段】交流電圧の入力を受けて振動子４を基板２に垂直な方向に定常振動させる振動発生部７，８が、振動子４の外周側面に沿って設けられている。振動発生部７，８は、互いに空隙をもって噛合する櫛歯状の振動用電極を有している。振動子４は、当該振動子４を弾性力をもって支持する弾性支持体５に比べて、基板２に垂直な方向の厚みが大きくなるように形成されている。変位検出部９（，１０）は、ｙ軸（，ｘ軸）周りの角速度ωｙ（，ωｘ）によって発生するｘ軸（，ｙ軸）方向の振動にともなう変位の量を、静電容量の変化を通じて検出する。【選択図】      図１
2004354061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられた固定部と、
基端側を前記固定部に固着され弾性を有する弾性支持体と、
前記弾性支持体の先端側に固着されることにより前記基板の上方に前記基板から離間して支持される振動子と、
前記振動子を前記基板の主面に垂直な方向に定常振動させる振動発生部と、
前記主面に平行な所定の軸の周りに作用する角速度により前記所定の軸に垂直かつ前記主面に平行な方向に前記振動子が変位する量を、静電容量の変化として検出する変位検出部と、を備え、
前記振動発生部は、
前記振動子の外周側面に位置する第１振動用電極と、
前記第１振動用電極に対向する前記固定部の部位に位置する第２振動用電極と、を備える角速度センサ。
【請求項２】
前記振動子は前記弾性支持体に比べて、前記基板の前記主面に垂直な方向に沿った厚みが大きい請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記振動子、前記弾性支持体および前記固定部は、ＳＯＩ基板に微細加工を施すことにより、一体的に形成されたものである請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記第２振動用電極は、互いに電気的に絶縁された複数の部分電極に分割されている請求項１ないし３のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記第１振動用電極は、前記振動子の外周側面に平面視櫛歯状に形成されており、
前記第２振動用電極は、前記第１振動用電極に対向する前記固定部の部位に平面視櫛歯状に形成されており、
前記第１振動用電極と前記第２振動用電極とは、互いに空隙を有して噛合している請求項１ないし４のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記変位検出部は、
前記振動子の外周側面に位置する第１検出用電極と、
前記第１検出用電極に対向する前記固定部の部位に位置する第２検出用電極と、を備え、
前記固定部は導電性であって、互いに電気的に絶縁された複数の部分固定部に分割されており、
前記第２振動用電極と前記第２検出用電極とは、前記複数の部分固定部のうちの互いに異なるものに配置されている請求項１ないし５のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記変位検出部は、
前記振動子を厚み方向に貫通する断面細長状の貫通孔の内側面に位置する第１検出用電極と、
前記貫通孔に遊挿されて前記第１検出用電極に対向するとともに前記振動子および前記第２振動用電極とは電気的に絶縁されて前記基板に固着されている平板状の第２検出用電極と、を備える請求項１ないし５のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記弾性支持体は、前記振動子の重心を通り前記基板の前記主面に垂直な軸の周りに９０°および１８０°の少なくとも一方の回転角について回転対称となる位置に設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項９】
前記弾性支持体は、前記振動子の重心を含みかつ前記基板の前記主面に略平行な平面上に配置されている請求項１ないし８のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１０】
前記弾性支持体は、波状に屈曲した部分を有する請求項１ないし９のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１１】
前記弾性支持体は、環状部分を有する請求項１ないし９のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１２】
前記弾性支持体は、前記振動子の外縁部に前記先端側を固着され、前記振動子の中央部に設けられた厚み方向の貫通孔に遊挿され前記基板に固着された柱部に前記基端側を固着されている請求項１ないし１１のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１３】
前記定常振動を検出する振動検知部をさらに備える請求項１ないし１２のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１４】
前記振動子および前記弾性支持体を略真空雰囲気で封止する封止部材をさらに備える請求項１ないし１３のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１５】
前記弾性支持体は、前記振動子の外縁部に前記先端側を固着され、前記振動子の中央部上方において前記封止部材に前記基端側を固着されている請求項１４に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の角速度センサを用いた角速度検出方法であって、
前記所定の軸が互いに同一方向となるように前記角速度センサを２個配置し、前記定常振動の位相が互いに逆相となるように各角速度センサの前記振動発生部に駆動信号を入力しつつ、前記２個の角速度センサの前記変位検出部による検出結果の差を演算することにより前記角速度を検出する角速度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角速度センサおよび角速度検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
角速度の検出を軽量で簡便に行うことを可能にする技術として、振動式の角速度センサが知られている。この角速度センサは、特許文献１に開示されるように、基板の上に間隙を有して設けられた枠状の振動子が、３軸方向に変位可能なように弾性を有する梁によって支持されており、基板の上に形成された柱状固定電極と振動子との間に発生する静電引力により、基板に垂直な方向（ｚ軸方向）に振動子を定常振動させ、基板に平行で互いに直交するｘ軸およびｙ軸周りの角速度を、振動子の側面に設けられた検出用電極を用いて検出するように構成されている。ここで、基板からの高さに関して、振動子は柱状固定電極よりも若干高くなるように設定されており、これによりｚ軸方向の振動を駆動することが可能となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０９００２４公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、振動子の中央部付近にのみｚ軸方向の駆動力が発生するために、加工誤差等により電極間の間隔や弾性を有する梁の対称性にずれを生じた場合に、ｚ軸方向の定常振動（参照振動と称する）が不安定となり、角速度の検出精度が低下するという問題点があった。
【０００５】
また、柱状固定電極を囲むように振動子が枠状に形成されているので、駆動力を増大させるために電極面積を広くすれば、振動子の質量を大きくすることができず、逆に機械的振動のＱ値を高めて参照振動の振幅を大きくするために振動子の質量を大きくすると、電極面積を広くすることができない。したがって、参照振動の振幅が十分に得られず、角速度の検出感度を高めることが困難であるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、角速度の検出精度および検出感度を高めることのできる角速度センサおよび角速度検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、角速度センサであって、基板と、前記基板の上に設けられた固定部と、基端側を前記固定部に固着され弾性を有する弾性支持体と、前記弾性支持体の先端側に固着されることにより前記基板の上方に前記基板から離間して支持される振動子と、前記振動子を前記基板の主面に垂直な方向に定常振動させる振動発生部と、前記主面に平行な所定の軸の周りに作用する角速度により前記所定の軸に垂直かつ前記主面に平行な方向に前記振動子が変位する量を、静電容量の変化として検出する変位検出部と、を備え、前記振動発生部は、前記振動子の外周側面に位置する第１振動用電極と、前記第１振動用電極に対向する前記固定部の部位に位置する第２振動用電極と、を備えるものである。
【０００８】
この発明によれば、振動発生部が、振動子の外周側面に位置する第１振動用電極とこれに対向する固定部の部位に位置する第２振動用電極とを備えるので、定常振動のための駆動力が振動子の外周側面に生じる。このため、加工誤差等による電極間の距離のずれ、あるいは弾性支持体の対称性のずれがあっても、定常振動の不安定性を低く抑えることができ、それにより角速度の検出精度が高められる。さらに、振動子の質量を損なうことなく振動用電極の面積を広く確保することができ、それにより角速度の検出感度を高めることができる。また、角速度の検出感度を同一に保ちつつ、基板の主面に沿った振動子の面積を小さく抑えることができ、それにより角速度センサの小型化を図ることも可能である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の角速度センサであって、前記振動子は前記弾性支持体に比べて、前記基板の前記主面に垂直な方向に沿った厚みが大きいものである。
【００１０】
この発明によれば、基板の主面に垂直な方向に沿った厚みに関して、振動子が弾性支持体よりも大きく設定されているので、弾性支持体の弾性力に対する振動子の質量を大きく確保することができる。それにより、振動子の機械的振動のＱ値を高めることができるので、定常振動の振幅を大きくして角速度の検出感度を高めることができる。また、角速度の検出感度を同一に保ちつつ、基板の主面に沿った振動子の面積を小さく抑えることができ、それにより角速度センサの小型化を図ることも可能である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の角速度センサであって、前記振動子、前記弾性支持体および前記固定部が、ＳＯＩ基板に微細加工を施すことにより、一体的に形成されたものである。
【００１２】
この発明によれば、振動子、弾性支持体および固定部が、ＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板に微細加工を施すことにより、一体的に形成されたものであるので、製造工程において貼り合わせ工程を必要とせず、それにより精度良く、かつ低コストで角速度センサを製造することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の角速度センサであって、前記第２振動用電極は、互いに電気的に絶縁された複数の部分電極に分割されているものである。
【００１４】
この発明によれば、第２振動用電極が互いに電気的に絶縁された複数の部分電極に分割されているので、これらの部分電極に互いに逆相の駆動信号を入力することができ、それにより振動子の電位の変動を抑えて変位検出部が検出する検出信号に混入するノイズを抑制することができる。すなわち、角速度の検出精度を高めることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の角速度センサであって、前記第１振動用電極が、前記振動子の外周側面に平面視櫛歯状に形成されており、前記第２振動用電極は、前記第１振動用電極に対向する前記固定部の部位に平面視櫛歯状に形成されており、前記第１振動用電極と前記第２振動用電極とは、互いに空隙を有して噛合しているものである。
【００１６】
この発明によれば、第１および第２振動用電極が、互いに空隙をもって噛合する櫛歯状であるため、平行平板型の電極に比べて大きな駆動力を発生することができる。このため、低電圧での駆動が可能となるとともに、角速度センサの小型化を図ることができる。また、狭い空隙を形成しなくてもある程度大きな駆動力が得られるので、加工が容易であり製造コストの低減を図ることも可能となる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の角速度センサであって、前記変位検出部が、前記振動子の外周側面に位置する第１検出用電極と、前記第１検出用電極に対向する前記固定部の部位に位置する第２検出用電極と、を備え、前記固定部は導電性であって、互いに電気的に絶縁された複数の部分固定部に分割されており、前記第２振動用電極と前記第２検出用電極とは、前記複数の部分固定部のうちの互いに異なるものに配置されているものである。
【００１８】
この発明によれば、第２振動用電極と第２検出用電極とが、互いに電気的に絶縁された複数の部分固定部に別々に配置されているので、第２振動用電極と固定部との間、および第２検出用電極と固定部との間に、絶縁膜を設ける必要がない。また、各部分固定部の表面部分を、第２振動用電極および第２検出用電極とすることも可能である。すなわち、部品点数および製造工程を節減することができ、それにより製造コストを低減することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の角速度センサであって、前記変位検出部が、前記振動子を厚み方向に貫通する断面細長状の貫通孔の内側面に位置する第１検出用電極と、前記貫通孔に遊挿されて前記第１検出用電極に対向するとともに前記振動子および前記第２振動用電極とは電気的に絶縁されて前記基板に固着されている平板状の第２検出用電極と、を備えるものである。
【００２０】
この発明によれば、変位検出部が、振動子の内方に設けられた断面細長状の貫通孔の内側面に位置する第１検出用電極と、貫通孔に遊挿されて第１検出用電極に対向するように基板に固着されている平板状の第２検出用電極とを備えるので、振動子の質量をさほどに減じることなく、互いに対向する検出用電極の面積を大きく確保することができ、それにより角速度の検出感度を高めることができる。さらに、振動子の外周側面に検出用電極を配置する必要がないので、振動用電極をより広く確保することができ、それにより定常振動の駆動力を高めて角速度の検出感度をさらに高めることができる。また、角速度の検出感度を同一に保ちつつ、基板の主面に沿った振動子の面積を小さく抑えることができ、それにより角速度センサの小型化を図ることも可能である。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の角速度センサであって、前記弾性支持体が、前記振動子の重心を通り前記基板の前記主面に垂直な軸の周りに９０°および１８０°の少なくとも一方の回転角について回転対称となる位置に設けられているものである。
【００２２】
この発明によれば、振動子の重心を通り基板の主面に垂直な軸の周りに９０°および１８０°の少なくとも一方の回転角について回転対称となる位置に弾性支持体が設けられているので、振動子を安定して定常振動させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の角速度センサであって、前記弾性支持体が、前記振動子の重心を含みかつ前記基板の前記主面に略平行な平面上に配置されているものである。
【００２４】
この発明によれば、振動子を支持する弾性支持体が、振動子の重心を含みかつ基板の主面に略平行な平面上に配置されているので、振動子に回転運動が発生することを防止して、基板の主面に垂直な方向に安定して定常振動させることができる。それにより、角速度に起因する変位の検出信号への回転運動によるノイズ混入を防止することができる。なお、この発明において「略平行」とは、平行となるように設計されたものであって、製造誤差等により設計値からずれたものをも包含する趣旨である。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の角速度センサであって、前記弾性支持体が、波状に屈曲した部分を有するものである。
【００２６】
この発明によれば弾性支持体が波状に屈曲した部分を有するので、角速度センサのサイズを拡大することなく、弾性支持体のハードスプリング効果（すなわち非線形バネ特性、あるいはストレススティフニング）を低減させることができ、弾性支持体の変形量と弾性復元力との間で線形性を保持する領域が拡大する。それにより、定常振動の振幅および角速度の作用による変位量を大きくすることができるので、角速度の検出感度を高めることができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の角速度センサであって、前記弾性支持体が、環状部分を有するものである。
【００２８】
この発明によれば弾性支持体が環状部分を有するので、角速度センサのサイズを拡大することなく、弾性支持体のハードスプリング効果を低減させることができ、弾性支持体の変形量と弾性復元力との間で線形性を保持する領域が拡大する。それにより、定常振動の振幅および角速度の作用による変位量を大きくすることができるので、角速度の検出感度を高めることができる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれかに記載の角速度センサであって、前記弾性支持体が、前記振動子の外縁部に前記先端側を固着され、前記振動子の中央部に設けられた厚み方向の貫通孔に遊挿され前記基板に固着された柱部に前記基端側を固着されているものである。
【００３０】
この発明によれば、振動子を支持する弾性支持体の先端部が振動子の外縁部に固着され基端部が振動子の中央部に位置する柱部に固着されているので、振動子の外方に弾性支持体のためのスペースを確保する必要がない。このため、角速度の検出感度を高く維持しつつ角速度センサを小型化することができる。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の角速度センサであって、前記定常振動を検出する振動検知部をさらに備えるものである。
【００３２】
この発明によれば、定常振動を検出する振動検知部が備わるので、振動検知部が検出した結果を、振動発生部の駆動へフィードバックすることにより、定常振動に発生するずれを矯正して安定した定常振動を実現することができる。それにより、角速度によって生じるコリオリ力に起因する振動子の変位量を、高精度で検出することができる。
【００３３】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の角速度センサであって、前記振動子および前記弾性支持体を略真空雰囲気で封止する封止部材をさらに備えるものである。
【００３４】
この発明によれば、振動子および弾性支持体が封止部材により略真空雰囲気で封止されているので、雰囲気気体の粘性によるダンピング効果を抑えて、振動子の機械的振動のＱ値が高められる。それにより、共振による定常振動の振幅をさらに大きくすることができ、角速度の検出感度をさらに高めることができる。また、同一の定常振動の振幅を得るのに、より低電圧での駆動が可能となる。
【００３５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の角速度センサであって、前記弾性支持体が、前記振動子の外縁部に前記先端側を固着され、前記振動子の中央部上方において前記封止部材に前記基端側を固着されているものである。
【００３６】
この発明によれば、振動子を支持する弾性支持体の先端部が振動子の外縁部に固着され基端部が振動子の中央部上方において封止部材に固着されているので、振動子の外方に弾性支持体のためのスペースを確保する必要がない。このため、角速度の検出感度を高く維持しつつ角速度センサを小型化することができる。また、弾性支持体を振動子の中央部において支持するために柱部を基板に立設する必要がないので、製造工程が簡略である。さらに、柱部を遊挿させるための貫通孔を振動子に形成する必要がないので、貫通孔の形成のために振動子の質量を損なわずに済む。
【００３７】
請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれかに記載の角速度センサを用いた角速度検出方法であって、前記所定の軸が互いに同一方向となるように前記角速度センサを２個配置し、前記定常振動の位相が互いに逆相となるように各角速度センサの前記振動発生部に駆動信号を入力しつつ、前記２個の角速度センサの前記変位検出部による検出結果の差を演算することにより前記角速度を検出するものである。
【００３８】
この発明によれば、２個の角速度センサを逆位相で定常振動させ、変位検出部による検出結果の差を演算することにより角速度を検出するので、外乱による加速度の影響、あるいは温度の影響等を排除して、高い検出精度を得ることができる。同時に、検出出力を高めることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
（角速度センサの構成）
図１は、本発明の第１の実施形態による角速度センサの斜視図であり、図２は平面図であり、図３は側面図であり、図４は図２の角速度センサのＡ−Ａ切断線に沿った断面図である。以下に、主として図１〜図４を参照しつつ、この角速度センサ１０１の構成について説明する。角速度センサ１０１は、基板２、固定部３、振動子４、弾性支持体５、振動発生部７，８、変位検出部９，１０、および振動検知部２０を備えている。角速度センサ１０１は、半導体微細加工プロセスにより製造可能である。
【００４０】
基板２はガラス等の絶縁物を材料とする平板状の部材で、角速度センサ１０１の各要素の支持台として機能するものである。固定部３は、略正方形枠状に形成されており、基板２の上に固着されている。振動子４は平面視略正方形で略直方体の部材であり、枠状の固定部３の内側に遊挿され、基板２の上方に浮遊した状態で、かつその上面および底面が基板２の主面に平行になるように４本の弾性支持体５によって固定部３に支持されている。振動子４は、弾性支持体５よりも厚肉に形成されている。また、後述するＶｅｒｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｂ  Ｄｒｉｖｅを実現するために、振動子４は固定部３よりもやや高い位置に支持されている。寸法の一例を挙げると、略正方形である振動子４の平面輪郭の一辺の長さは、例えば１０００μｍである。
【００４１】
弾性支持体５の基端側は固定部３の上端面の４隅に固着され、先端側は振動子４の略正方形の４隅の側面上端部分に固着されている。これにより振動子４は、３次元の任意の方向に変位することが可能となっている。固定部３、振動子４および弾性支持体５は、例えばＢ（ホウ素）、Ｇａ（ガリウム）等の３族元素、またはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）等の５族元素を不純物としてドーピングすることにより電気抵抗を低くした単結晶Ｓｉ（シリコン）を材料とする。固定部３と振動子４とは、弾性支持体５と固定部３との間に介在する絶縁膜２１によって電気的に絶縁されている。絶縁膜２１は、例えばＳｉＯ２（シリコン酸化物）を材料とする。
【００４２】
振動子４の外周側面および固定部３の内周側面には、振動発生部７，８および変位検出部９，１０が配設されている。振動発生部７および８は、振動子４の４つの外周側面、および固定部の４つの内周側面に、それぞれ側面中央部を空けるように分割した形態で設けられ、各側面中央部に変位検出部９および１０が設けられている。ここで以下の説明の便宜のために、基板２の主面に垂直な方向にｚ軸を定め、基板２の主面に平行で互いに直交するｘ軸およびｙ軸を、固定部３または振動子４の略正方形輪郭の４辺に沿った方向に定める。
【００４３】
振動発生部７は、振動子４のｘ軸方向の外周側面（すなわち、ｘ軸に垂直な外周側面）に形成された振動用電極７Ａと、これに対向するように固定部３の内周側面に形成された振動用電極７Ｂとを有している。同様に、振動発生部８は、振動子４のｙ軸方向の外周側面に形成された振動用電極８Ａと、これに対向するように固定部３の内周側面に形成された振動用電極８Ｂとを有している。振動用電極７Ａおよび８Ａは、振動子４の外周側面の表面部分に相当し、電極として機能する部分である。振動用電極７Ｂおよび８Ｂは、固定部３の内周側面の表面部分に相当し、電極として機能する部分である。あるいは、導電性材料薄膜を蒸着することにより振動用電極７Ｂおよび８Ｂを形成してもよい。
【００４４】
振動子４に設けられた振動用電極７Ａおよび８Ａと、これらに対向するように固定部３に設けられた振動用電極７Ｂおよび８Ｂとは、平面視櫛歯状に形成されており、互いに空隙を有して噛合している。寸法例を示すと、櫛歯のピッチ（一つの歯と隣接する歯との間の間隔）は、例えば数μｍである。さらに、振動用電極７Ａおよび８Ａと、振動用電極７Ｂおよび８Ｂとは、互いにｚ方向にずれた位置に配置されて、いわゆるＶｅｒｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｂ  Ｄｒｉｖｅを構成している。図１、図３および図４の例では、前者が後者よりも高い位置（ｚ軸の正方向）にずれている。
【００４５】
変位検出部９は、振動子４のｘ軸方向の外周側面に形成された検出用電極９Ａと、これに対向するように固定部３の内周側面に形成された検出用電極９Ｂとを有している。同様に、変位検出部１０は、振動子４のｙ軸方向の外周側面に形成された検出用電極１０Ａと、これに対向するように固定部３の内周側面に形成された検出用電極１０Ｂとを有している。
【００４６】
検出用電極９Ａおよび１０Ａは、振動子４の外周側面の表面部分に相当し、電極として機能する部分である。検出用電極９Ｂおよび１０Ｂは、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、またはＣｕ（銅）等の導電性材料の薄膜により形成されている。検出用電極９Ｂ，１０Ｂと固定部３の内周側面との間には、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜等を材料とする絶縁膜１１が設けられており、それによって検出用電極９Ｂ，１０Ｂと固定部３との間が電気的に絶縁されている。
【００４７】
振動検知部２０（図４）は、振動子４の底面に形成された振動検知用電極６と、これに対向するように固定部３の主面に形成された振動検知用電極１２とを有する。振動検知用電極６は、振動子４の底面の表面部分に相当し、電極として機能する部分である。振動検知用電極１２は、例えばＡｌ、Ａｕ、またはＣｕ等の導電性材料の薄膜により形成されている。振動子４はｘ軸およびｙ軸方向に変位することから、より望ましくは、振動検知用電極１２は、振動検知用電極６よりも幅広く形成される。
【００４８】
なお、基板２は、平板状の単結晶Ｓｉ（シリコン）で構成することも可能であり、この場合には、単結晶ＳｉにＢ（ホウ素）、Ｇａ（ガリウム）等の３族元素、またはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）等の５族元素を不純物としてドーピングすることにより電気抵抗を低くし、それにより単結晶Ｓｉの表面部分を振動検知用電極１２として使用することも可能である。この場合には、基板２と固定部３との間を電気的に絶縁するために、基板２と固定部３との間に絶縁膜２１と同様の絶縁膜を介在させるとよい。Ｓｉ基板に不純物をドーピングするには、例えばイオン注入法を用いることができる。
【００４９】
固定部３、振動子４および弾性支持体５は、例えば図５に示す製造工程を通じて、単一のＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板から一体的に形成することが可能である。この工程では、まず図５（ａ）が示すように、Ｓｉ基板４１の上にＳｉＯ２等の絶縁層４２を介してＳｉ層４３が形成されているＳＯＩ基板４０が準備される。Ｓｉ層４３の厚さは、形成すべき弾性支持体５の厚さに設定される。つぎに図５（ｂ）が示すように、ＳＯＩ基板４０の上面にマスクパターン４５が被着された後、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）４６を用いたドライエッチングを行うことにより、Ｓｉ層４３と絶縁層４２が選択的に除去される。マスクパターン４５は、例えばＳｉＯ２膜を被着した後、パターニングすることにより形成される。なお、図５（ｂ）〜（ｄ）は、製造工程における図２のＡ−Ａ切断線に沿った断面を描いている。
【００５０】
つぎに図５（ｃ）が示すように、Ｓｉ基板４１の下面にマスクパターン４７が被着された後、ＩＣＰドライエッチングを行うことにより、Ｓｉ基板４１の下面に凹部が形成される。つぎに図５（ｄ）が示すように、Ｓｉ基板４１の上面の露出する部分とＳｉ層４３の上面とに、マスクパターン４８が被着された後、ＩＣＰドライエッチングを行うことにより、固定部３と振動子４とが切り離される。
【００５１】
以上の工程により、Ｓｉ基板４１から固定部３が形成され、絶縁層４２から絶縁膜２１（図３）が形成され、Ｓｉ層４３から弾性支持体５が形成され、Ｓｉ基板４１、絶縁層４２およびＳｉ層４３から振動子４が形成される。このように、固定部３、振動子４および弾性支持体５が一体的に形成されるので、弾性支持体５を貼り合わせる工程を省くことができる。固定部３は、例えば陽極接合等を用いて基板２の上に固着するとよい。
【００５２】
（角速度センサの動作）
角速度センサ１０１は、以上のように構成されるので、以下のように動作する。振動発生部７の振動用電極７Ａと７Ｂの対、および振動発生部８の振動用電極８Ａと８Ｂの対には、正弦波状または矩形波状の交流電圧が印加される。これらの電極の対に電圧が印加されると、それらの対の間に静電引力が作用する。既述のように、振動用電極７Ａおよび８Ａと、振動用電極７Ａおよび８Ａとは、互いにｚ方向にずれた位置に配置されているので、静電引力はｚ軸の負方向に振動子４に作用する引力を生じる。したがって、振動子４を基板２の方向に引きつける静電引力が、周期的に変動することとなるので、振動子４はｚ方向に振動する。交流電圧の周波数を振動子４のｚ方向の固有振動数に一致させることにより、低い電圧で大きな振幅を得ることができる。このｚ方向に沿った振動子４の定常振動は、参照振動と称される。
【００５３】
振動子４が参照振動を行っているときに、ｘ軸周りに角速度ωｘが印加されると、ｙ軸方向にコリオリ力が作用する。同様に、ｙ軸周りに角速度ωｙが印加されると、ｘ軸方向にコリオリ力が作用する。ｘ軸方向のコリオリ力Ｆｘは、角速度ωｙと参照振動の速度Ｖｚと振動子４の質量Ｍとの積に比例し、より詳細には、
Ｆｘ＝２Ｍ・ωｙ・Ｖｚ  ・・・（式１）
で表される。同様に、ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙは、角速度ωｘと参照振動の速度Ｖｚと振動子４の質量Ｍとの積に比例し、より詳細には、
Ｆｙ＝２Ｍ・ωｘ・Ｖｚ  ・・・（式２）
で表される。
【００５４】
したがって、ｘ軸周りの角速度ωｘは、振動子４のｙ軸方向への振動を生じ、ｙ軸周りの角速度ωｙは、振動子４のｘ軸方向への振動を生じる。角速度ωｘが大きいほど振動子４のｙ方向の振動は大きくなり、角速度ωｙが大きいほど振動子４のｘ方向の振幅は大きくなる。変位検出部１０および９は、それぞれｙ軸方向およびｘ軸方向の振動にともなう振動子４の変位を検出する。すなわち、変位検出部１０は、検出用電極１０Ａと１０Ｂとの対によって、直接にはそれらの間の静電容量の変化を検出することにより、振動子４のｙ軸方向の変位を検出する。同様に、変位検出部９は、検出用電極９Ａと９Ｂとの対によって、それらの間の静電容量の変化を通じて振動子４のｘ軸方向の変位を検出する。このようにして、変位検出部１０および９により、ｘ軸周りの角速度ωｘおよびｙ軸周りの角速度ωｙを同時に検出することができる。
【００５５】
角速度ωｘ、ωｙを高精度で検出するためには、参照振動の周波数及び振幅が安定していることが望ましい。そのためには、図６のブロック図に示すように、参照振動検出部２０が検出する参照振動の周波数ωｚおよび振幅ψｚを、振動発生部８へ入力される交流信号へフィードバックすることにより、周波数ωｚおよび振幅ψｚを基準値周波数ωｚｒおよび基準振幅ψｚｒに一致するように制御するとよい。
【００５６】
図６に示す角速度検出装置２０１は、角速度センサ１０１および参照振動制御装置２００を備えている。参照振動制御装置２００は、上記したフィードバック制御を行うためのもので、例えば、比較部２２、基準値発生部２４，および駆動信号入力部２６を備えている。基準値発生部２４は、参照振動の基準周波数ωｚｒおよび基準振幅ψｚｒを、例えば電圧信号として発生する。基準値発生部２４は、それらの基準値をデジタルデータとして記録するメモリであってもよい。
【００５７】
角速度センサ１０１の参照振動検出部２０は、振動検知用電極６と振動検知用電極１２との対によって、直接にはそれらの間の静電容量の変化を検出することにより、参照振動の周波数ωｚおよび振幅ψｚを検出する。比較部２２は、参照振動検出部２０が検出した周波数ωｚおよび振幅ψｚを、基準値ωｚｒおよびψｚｒとそれぞれ比較し、例えばそれらの間の差を出力する。駆動信号入力部２６は、振動発生部７および８へ駆動信号として交流電圧を入力する装置である。駆動信号入力部２６は、比較部２２が出力する差にもとづいて、それらの差を解消するように交流電圧の振幅及び周波数を制御する。その結果、参照振動の周波数ωｚおよび振幅ψｚが、安定して基準周波数ωｚｒおよび基準振幅ψｚｒに一致する。
【００５８】
なお、参照振動の周波数ωｚおよび振幅ψｚの一方のみを基準値へ一致させるように制御してもよい。そのような形態においても、相当程度に安定した参照振動が得られる。
【００５９】
角速度センサ１０１は、以上のように小型であることに加え、静電駆動型であって消費電力が低いので、例えばデジタルカメラの手振れ防止のためのジャイロとしての利用や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ；全地球測位システム）受信装置への利用など、携帯用機器への利用に特に適している。
【００６０】
（角速度センサの利点）
角速度センサ１０１は以上のように構成され動作するので、以下のような利点を有する。まず、振動発生部７，８が、互いに対向する振動子４の外周側面および固定部３の内周側面に形成されているので、定常振動のための駆動力が振動子４の外周側面に生じる。このため、加工誤差等による電極間の距離のずれ、あるいは弾性支持体５の対称性のずれがあっても、定常振動の不安定性を低く抑えることができる。さらに、振動子の質量を損なうことなく振動発生部７，８の面積を広く確保することができ、それにより角速度ωｘ，ωｙの検出感度を高めることができる。また、角速度ωｘ，ωｙの検出感度を同一に保ちつつ、基板２の主面に沿った振動子４の面積を小さく抑えることができ、それにより角速度センサ１０１の小型化を図ることも可能である。
【００６１】
角速度センサ１０１では、さらに、振動子４が弾性支持体５よりも厚く形成されているので、弾性支持体５の弾性力に対する振動子４の質量を大きく確保することができる。それにより、振動子４の機械的共振のＱ値を高めることができるので、定常振動の振幅ψｚを大きくして角速度ωｘおよびωｙの検出感度を高めることができる。また、角速度ωｘおよびｙの検出感度を同一に保ちつつ、基板２の主面に沿った振動子の面積を小さく抑えることができ、それにより角速度センサ１０１の小型化を図ることも可能である。
【００６２】
また、振動発生部７（および８）の要素である振動用電極７Ａと７Ｂとの対（および８Ａと８Ｂとの対）が、互いに空隙をもって噛合する櫛歯状であるため、平行平板型の電極に比べて大きな駆動力を発生することができる。このため、低電圧での駆動が可能となるとともに、角速度センサ１０１の小型化を図ることができる。また、狭い空隙を形成しなくてもある程度大きな駆動力が得られるので、加工が容易であり製造コストの低減を図ることも可能となる。
【００６３】
さらに、４本の弾性支持体５が振動子４の重心を通るｚ軸の周りに９０°の回転角について回転対称となる位置に設けられているので、振動子４を安定して定常振動させることができる。なお、９０°に代えて、１８０°の回転角について回転対称となるように２本の弾性支持体５を配置しても、相当程度の安定効果は得られる。
【００６４】
さらに、角速度センサ１０１では、定常振動を検出する振動検知部２０が備わるので、振動検知部２０が検出した結果を、振動発生部７および８の駆動へフィードバックすることにより、定常振動に発生するずれを矯正して安定した定常振動を実現することができる。それにより、角速度ωｘおよびωｙによって生じるコリオリ力に起因する振動子４の変位量を、高精度で検出することができる。
【００６５】
なお以上の例では、振動発生部７，８が櫛歯状の振動用電極７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂを備えていたが、振動用電極７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂとして、櫛歯状のものに限らず、例えば平行平板電極の形態を採ることも可能である。ただし、高い駆動力が得られる点で、櫛歯状の電極形状がより優れている。
【００６６】
また、固定部３および振動子４の材料として、不純物がドーピングされた単結晶Ｓｉの例を示したが、導電率は劣るが不純物をドーピングしない単結晶Ｓｉを用いることも可能である。ある程度の導電性があれば、これら固定部３および振動子４に設けられた振動用電極７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂおよび検出用電極９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂは、その機能を果たすことが可能である。
【００６７】
［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態による角速度センサの平面図であり、図８は図７の角速度センサのＢ−Ｂ切断線に沿った断面図である。この角速度センサ１０２は、固定部３が複数のブロック（部分固定部）に分割されており、それらが個別に基板２の上に固着されている点において、第１の実施形態による角速度センサ１０１とは特徴的に異なっている。各ブロックは、基板２を通じてのみ連結しているため、互いに電気的に絶縁される。
【００６８】
振動子４のｘ軸方向の外周側面中央部に対向して配置される２つの検出用電極９Ｂ、振動子４のｙ軸方向の外周側面中央部に対向して配置される２つの検出用電極１０Ｂ、各検出用電極９Ｂの両側に配置された振動用電極７Ｂ、および各検出用電極１０Ｂの両側に配置された振動用電極８Ｂは、１２個に分割されたブロックに個別に形成されている。したがって、それらの電極は基板２を通じて互いに電気的に絶縁されている。このため、第１の実施形態による角速度センサ１０１とは異なり、絶縁膜１１（図２）を設ける必要がない。
【００６９】
また、振動用電極７Ｂ，８Ｂが、互いに電気的に絶縁された複数の部分に分割されているので、それらの間に互いに逆相の駆動信号を入力することができる。それにより、駆動信号による振動子４の電位の変動が相殺されるので、変位検出部９，１０が検出する検出信号に混入する、電位変動に起因するノイズを抑制することができる。すなわち、角速度の検出精度を高めることができる。
【００７０】
図９は、そのように構成された装置の一例である。この角速度検出装置２０２は、角速度センサ１０２および駆動信号入力装置３０を備えている。駆動信号入力装置３０は、４分割された振動発生部７うちの２つの部分と他の２つの部分（例えば、検出用電極９の両側に配置する一方と他方、あるいは振動子４を挟んで対向する一方と他方）に互いに逆相の交流電圧を入力し、同様に４分割された振動発生部８うちの２つの部分と他の２つの部分（例えば、検出用電極１０の両側に配置する一方と他方、あるいは振動子４を挟んで対向する一方と他方）に互いに逆相の交流電圧を入力する。
【００７１】
［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態による角速度センサの平面図であり、図１１は図１０の角速度センサのＣ−Ｃ切断線に沿った断面図である。この角速度センサ１０３は、変位検出部９，１０が振動子４の内側に設けられており、振動子４の外周側面に沿って振動発生部７，８のみが設けられている点において、第１の実施形態による角速度センサ１０１とは特徴的に異なっている。
【００７２】
振動子４の内方に、厚み方向（ｚ軸方向）に貫通する断面細長状（すなわち、スリット状）の貫通孔６０が配列されている。スリット状の貫通孔６０は、互いに中央部が連結することにより、全体として櫛歯状をなしている。検出用電極９Ｂおよび１０Ｂは、平板状であって基板２に固着されており、振動子４に設けられた貫通孔６０に遊挿されることにより、貫通孔６０の内側面に対向している。したがって、検出用電極９Ｂおよび１０Ｂに対向する貫通孔６０の内側面の表面部分は、検出用電極９Ａおよび１０Ａとして機能する。基板２の上に立設される検出用電極９Ｂおよび１０Ｂの材料は、望ましくは固定部３と同一の材料であり、例えば不純物をドーピングされた単結晶Ｓｉである。
【００７３】
検出用電極９Ｂはその主面がｘ軸に直交し、検出用電極１０Ｂは主面がｙ軸に直交するように設けられる。それに伴い、検出用電極９Ａを有する貫通孔６０はｙ軸方向に延在し、検出用電極１０Ａを有する貫通孔６０はｘ軸方向に延在するように形成されている。それにより、変位検出部９は振動子４のｘ軸方向の変位、すなわちｙ軸周りの角速度ωｙに起因する変位を検出することができ、変位検出部１０は振動子４のｙ軸方向の変位、すなわちｘ軸周りの角速度ωｘに起因する変位を検出することができる。
【００７４】
図１０が示すように、スリット状の貫通孔６０は、第１の実施形態による角速度センサ１０１に比較して振動子４の質量をさほどに減じることなく、多数配列することができる。それにより互いに対向する検出用電極９Ａおよび９Ｂ、並びに互いに対向する検出用電極１０Ａおよび１０Ｂの面積を大きく確保することができるので、角速度の検出感度を高めることができる。さらに、変位検出部９，１０を振動子４の外周側面に沿って配置する必要がないため、振動子４の外周側面のほぼ全域にわたって振動発生部７，８が設けられるので、参照振動の駆動力を高めて角速度の検出感度を高めることができる。
【００７５】
［第４の実施形態］
図１２は、本発明の第４の実施形態による角速度センサの平面図であり、図１３は図１２の角速度センサのＤ−Ｄ切断線に沿った断面図である。この角速度センサ１０４は、振動子４の略正方形の平面輪郭の４隅であって厚み方向の中央部に弾性支持体５の先端側が固着され、その基端側は先端側と同じ高さ（基板２の主面からの高さが同じの意）の固定部３の部位に固着されている点において、第１の実施形態による角速度センサ１０１とは特徴的に異なっている。すなわち、角速度センサ１０４では、弾性支持体５は、振動子４の重心を含みかつ基板２の主面に平行な平面上に配置されている。このため、振動子４に振り子状の運動、すなわち回転運動が発生するのを抑えて、参照振動をｚ軸方向に沿った安定したものとすることができる。それにより、角速度の検出信号への回転運動によるノイズ混入を防止して、角速度の検出精度を高めることができる。
【００７６】
［第５の実施形態］
図１４は、本発明の第５の実施形態による角速度センサの平面図である。この角速度センサ１０５は、弾性支持体５が波状に屈曲した部分を有する点において、第３の実施形態による角速度センサ１０３とは特徴的に異なっている。角速度センサ１０５では、波状に屈曲した部分により弾性支持体５の剛性が低められる。それにより、参照振動の振幅ψｚが大きくなるので、角速度の検出感度が向上する。また、弾性支持体５のハードスプリング効果が低減するので、弾性支持体５の変形量と弾性復元力との間で線形性を保持する領域が拡大する。このことも参照振動の振幅ψｚの拡大に寄与する。
【００７７】
波状に屈曲した部分は、図１５に例示するように、緩やかに湾曲するものであってもよい。この場合には、屈曲部への応力集中が緩和されるので、弾性支持体５の機械的強度が増大する。また、図１６に例示するように、波状に屈曲した部分は反復して形成してもよい。この場合には、弾性支持体５の剛性がさらに弱まるので、角速度の検出感度がさらに高められる。
【００７８】
［第６の実施形態］
図１７は、本発明の第６の実施形態による角速度センサの平面図である。この角速度センサ１０６は、弾性支持体５が波状に屈曲した部分に代えて環状部分を有する点において、第５の実施形態による角速度センサ１０５とは特徴的に異なっている。波状に屈曲した部分と同様に環状部分も、弾性支持体５の剛性を低減する。それにより、第５の実施形態と同様に角速度の検出感度が向上する。
【００７９】
図１７に例示した矩形の環状部分に代えて、図１８に例示するように円形の環状部分を、弾性支持体５に設けてもよい。円形の環状部分では応力集中が緩和されるので、弾性支持体５の機械的強度が増大する。また図示を略すが、環状部分は反復して形成してもよい。この場合には、弾性支持体５の剛性がさらに弱まるので、角速度の検出感度がさらに高められる。
【００８０】
［第７の実施形態］
図１９は、本発明の第７の実施形態による角速度センサの平面図であり、図２０は図１９の角速度センサのＥ−Ｅ切断線に沿った断面図である。この角速度センサ１０７は、振動子４の中央部を貫通する柱部３３に、弾性支持体５の基端側が固着されている点において、第１の実施形態による角速度センサ１０１とは特徴的に異なっている。
【００８１】
振動子４の中央部には、振動子４の厚み方向に貫通する貫通孔３４が形成されており、柱部３３はこの貫通孔３４に遊挿されている。柱部３３の下端は基板２に固着され、上端には弾性支持体５の基端側が固着されている。弾性支持体５の先端側は、振動子４の外縁部に固着されており、より具体的には略正方形の平面輪郭の４隅の上面部分に固着されている。４本の弾性支持体５は基端部において互いに連結している。参照振動する振動子４と弾性支持体５とが干渉しないように、振動子４の上面の内方には下方（基板２の側）へ後退した凹陥部３５が設けられている。柱部３３の材料は、望ましくは固定部３の材料と同一である。それにより、固定部３と柱部３３とを同一の微細加工工程を通じて形成することができる。
【００８２】
角速度センサ１０７は以上のように構成されるので、振動子４の外方に弾性支持体５のためのスペースを確保する必要がない。このため、角速度の検出感度を高く維持しつつ小型化することが可能である。
【００８３】
［第８の実施形態］
図２１は、本発明の第８の実施形態による角速度センサの縦断面図である。この角速度センサ１０８は、振動子４および弾性支持体５を真空雰囲気で封止する封止部材１３を備える点において、第１の実施形態による角速度センサ１０１とは特徴的に異なっている。封止部材１３は、固定部３に密着することにより、振動子４、弾性支持体５、振動発生部７，８、変位検出部９，１０および振動検知部２０を内部に収納し、それらを外気から遮断する。すなわち、基板２、固定部３および封止部材１３は共同して、あたかも振動子４等を収納する容器を構成する。これにより、振動子４等を収納する内部空間を、外部から独立した雰囲気とすることができる。
【００８４】
例えば、内部空間を真空雰囲気とすることにより、雰囲気気体の粘性によるダンピング効果を抑えて、振動子４の機械的振動のＱ値を高めることができる。振動子４の機械的振動のＱ値が高いと、共振による定常振動の振幅ψｚを大きくすることができるので、角速度ωｘ，ωｙの検出感度をさらに高めることができる。また、同一の定常振動の振幅ψｚを得るのに、より低電圧での駆動が可能となる。
【００８５】
角速度センサ１０８の内部空間を真空雰囲気とするには、真空雰囲気の中で陽極接合等の方法を用いて封止部材１３と固定部３とを接合するとよい。内部空間の雰囲気は、真空に近い状態をも含む略真空（例えば大気圧の１０分の１程度以下の気圧）であっても相応の効果が得られる。
【００８６】
角速度センサ１０８の内部空間の真空度を高める方法として、通電により酸素等の気体を吸収する特性を有する金属薄膜をゲッタとして、内部空間の中に形成しておき、封止部材１３と固定部３とを接合した後にゲッタに通電することにより内部空間の気体を吸収させ、それにより内部空間の真空度を高め、感度を向上させることができる。
【００８７】
［第９の実施形態］
図２２は、本発明の第９の実施形態による角速度センサの縦断面図である。この角速度センサ１０９は、弾性支持体５の基端側が振動子４の中央部上方において封止部材１３に固着されている点において、第７の実施形態による角速度センサ１０７とは特徴的に異なっている。角速度センサ１０９は、角速度センサ１０８と同様に、封止部材１３を有している。角速度センサ１０９は、この封止部材１３を、弾性支持体５を支持する部材としても利用するものである。弾性支持体５の動きを封止部材１３が干渉しないように、弾性支持体５の基端側は、連結部材１５を介して封止部材１３の底面中央部に固着されている。弾性支持体５の先端側は、第７の実施形態による角速度センサ１０７と同様に、振動子４の外縁部に固着されている。
【００８８】
角速度センサ１０９は、弾性支持体５を振動子４の中央部において支持するための柱部３３（図２０）を基板２に立設する必要がないので、製造工程が簡略である。さらに、柱部３３を遊挿させるための貫通孔３４を振動子４に形成する必要がないので、貫通孔３４の形成のために振動子４の質量を損なわずに済む。
【００８９】
［第１０の実施形態］
図２３は、本発明の第１０の実施形態による角速度センサの平面図である。この角速度センサ１１０は、上記各実施形態による角速度センサを２個配置している点を特徴としている。図２３では、一例として第６の実施形態による角速度センサ１０６が用いられている。２個の角速度センサ１０６は、ｘ軸どうし、およびｙ軸どうしが互いに同一方向となるように配置される。
【００９０】
図２４は、角速度センサ１１０の好ましい使用例を示すブロック図である。図２３が示す角速度検出装置２０３は、角速度センサ１１０の他に駆動信号入力装置５０および減算器５２，５３を備えている。駆動信号入力装置５０は、２個の角速度センサ１０６の振動発生部７，８に、互いに逆位相となる交流電圧を駆動信号として入力する。それにより、２個の角速度センサ１０６の振動子４は、互いに逆位相で参照振動する。減算器５２は、２個の角速度センサ１０６の角速度検出部９の出力信号の差を出力する。同様に、減算器５３は、２個の角速度センサ１０６の角速度検出部１０の出力信号の差を出力する。
【００９１】
減算器５２は、例えば、各角速度センサ１０６の角速度検出部９が容量の変化として検出する変位量を電圧信号に変換する回路と、変換された各電圧信号の差を増幅する差動増幅器とを備えるとよい。同様に、減算器５３は、各角速度センサ１０６の角速度検出部１０が容量の変化として検出する変位量を電圧信号に変換する回路と、変換された各電圧信号の差を増幅する差動増幅器とを備えるとよい。
【００９２】
角速度検出装置２０３は以上のように構成されるので、減算器５２は、各角速度センサ１０６が検出する角速度ωｙを２倍の強さで出力し、減算器５３は、各角速度センサ１０６が検出する角速度ωｘを２倍の強さで出力する。しかも、減算器５２，５３は、双方の角速度センサ１０６の角速度検出部９，１０の出力に、いわばコモンモードノイズ（同相ノイズ）として共通に現れる機械的外乱による加速度の影響、あるいは温度の影響等を相殺して、角速度ωｘおよびωｙを高い精度で出力する。
【００９３】
［変形例］
（１）  以上に述べた各実施形態による角速度センサは、互いに適宜組み合わせて実施することが可能である。例えば、弾性支持体５が振動子４の重心を含みかつ基板２の主面に平行な平面上に配置されているという第４の実施形態の特徴は、図１２に例示した第１の実施形態による角速度センサ１０１との組み合わせだけでなく、他の実施形態、例えば第１〜第３、第５〜第６および第８の実施形態のいずれかと組み合わせて実施することが可能である。
【００９４】
（２）  以上に述べた各実施形態による角速度センサでは、ｘ軸周りの角速度ωｘとｙ軸周りの角速度ωｙの２軸周りの角速度を同時に検出可能に構成されていたが、１軸（ｘ軸とする）周りの角速度ωｘのみを検出可能に構成することも可能である。それには、各実施形態による角速度センサにおいて、変位検出部９，１０のうちの変位検出部１０のみを形成すればよい。ただし、２軸方向の角速度ωｘおよびωｙの双方を同時に検出可能な上記各実施形態の角速度センサでは、２軸方向あるいは３軸方向の角速度を検出するために、１個あるいは２個の角速度センサを配置すれば足り、より縮小されたサイズで角速度を検出することが可能となる。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、加工誤差等による電極間の距離のずれ、あるいは弾性支持体の対称性のずれがあっても、定常振動の不安定性を低く抑えることができ、それにより角速度の検出精度が高められる。さらに、振動子の質量を損なうことなく振動用電極の面積を広く確保することができ、それにより角速度の検出感度を高めることができる。また、角速度の検出感度を同一に保ちつつ、基板の主面に沿った振動子の面積を小さく抑えることができ、それにより角速度センサの小型化を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による角速度センサの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による角速度センサの側面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による角速度センサの断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による角速度センサの製造工程図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による角速度センサを利用した角速度検出装置のブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による角速度センサの断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による角速度センサを利用した角速度検出装置のブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による角速度センサの断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態による角速度センサの断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態による弾性支持体について別の例を示す平面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態による弾性支持体についてさらに別の例を示す平面図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態による弾性支持体について別の例を示す平面図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態による角速度センサの断面図である。
【図２１】本発明の第８の実施形態による角速度センサの断面図である。
【図２２】本発明の第９の実施形態による角速度センサの断面図である。
【図２３】本発明の第１０の実施形態による角速度センサの平面図である。
【図２４】本発明の第１０の実施形態による角速度センサを利用した角速度検出装置のブロック図である。
【符号の説明】
２  基板
３  固定部
４  振動子
５  弾性支持体
７，８振動発生部
７Ａ，８Ａ  第１振動用電極
７Ｂ，８Ｂ  第２振動用電極
９，１０  変位検出部
９Ａ，１０Ａ  第１検出用電極
９Ｂ，１０Ｂ  第２検出用電極
１３  封止部材
２０  振動検知部
３３  柱部
３４，６０  貫通孔
４０  ＳＯＩ基板
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０  角速度センサ
ｘ，ｙ  所定の軸
ωｘ，ωｙ  角速度
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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