(57)【要約】【課題】  角速度検出部と振動モニタ部の静電容量を等しく形成することにより、検出感度の温度特性を補償し、温度の変化に対する信頼性を向上させる。【解決手段】  基板２には、振動発生部１０によりＸ軸方向に振動する振動体４，６を設け、これらを振動モニタ部１６、ＡＧＣ回路２０等により共振状態に保持する。また、内側振動体６がＺ軸周りの角速度ΩによってＹ軸方向に変位するときには、その変位量を角速度検出部１３により角速度として検出する。また、振動モニタ部１６には付加コンデンサ２６を接続して設け、これら全体の静電容量（Ｃｍ＋Ｃａ）と、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓとをほぼ等しく設定する。これにより、寄生容量Ｃｐの温度特性を打消すことができ、角速度の検出感度に生じる温度特性を補償することができる。【選択図】        図１
2005091287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に設けられ一定の振動方向をもって振動する第１の振動体と、該第１の振動体に設けられ前記振動方向と直交する検出方向に変位する第２の振動体と、前記第１の振動体を前記第２の振動体と一緒に前記振動方向に振動させる振動発生部と、前記第１，第２の振動体が振動した状態で前記第２の振動体が前記検出方向に変位するときの変位量を静電容量の変化により角速度として検出する角速度検出部と、前記第１の振動体の振動状態をモニタして前記振動発生部を制御するため該第１の振動体の振動状態を静電容量の変化により検出する振動モニタ部とからなる角速度検出装置において、
前記第１，第２の振動体が前記振動方向及び検出方向に対して初期位置となっているときに前記角速度検出部の静電容量と前記振動モニタ部の静電容量とを略等しい大きさに設定する構成としたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記角速度検出部と振動モニタ部のうち少なくとも一方の部位には静電容量を付加する付加容量部を設け、前記一方の部位と前記付加容量部とを接続した全体の静電容量を他方の部位の静電容量と略等しい大きさに設定してなる請求項１に記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記付加容量部は、前記角速度検出部または振動モニタ部の静電容量変化を電圧変化に変換するＣ−Ｖ変換回路と一緒に回路基板に搭載する構成としてなる請求項２に記載の角速度検出装置。
【請求項４】
前記付加容量部は、シリコン材料を用いて前記第１，第２の振動体、振動発生部、角速度検出部及び振動モニタ部と一緒に前記基板上に形成してなる請求項２に記載の角速度検出装置。
【請求項５】
前記付加容量部の静電容量Ｃａは、前記角速度検出部の静電容量Ｃｓと前記振動モニタ部の静電容量Ｃｍとに対して、２×｜Ｃｓ−Ｃｍ｜＞Ｃａとなる関係を満たすように設定してなる請求項２，３または４に記載の角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば回転体等の角速度を検出するのに好適に用いられる角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、角速度検出装置としては、一定方向に振動する振動体が角速度に応じた慣性力（コリオリ力）を受けるのを利用して、コリオリ力による振動体の変位量を角速度として検出するようにした角速度センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８３１４４号公報
【０００４】
この種の従来技術による角速度センサは、基板に支持梁等を介して第１の振動体が設けられ、該第１の振動体には、他の支持梁等を介して第２の振動体が設けられている。そして、第１の振動体は振動発生部によって駆動され、第２の振動体と共に一定の振動方向（例えば、Ｘ軸方向）に振動する。
【０００５】
また、第２の振動体は、振動方向と直交する検出方向（Ｙ軸方向）に変位可能に構成され、Ｘ軸方向に振動しているときにＺ軸周りの角速度を受けると、コリオリ力によってＹ軸方向に変位する。この場合、第２の振動体と基板との間には、第２の振動体の変位量を静電容量の変化により検出する角速度検出部が設けられている。そして、角速度検出部により検出した静電容量の変化は、例えばセンサの出力側に接続された静電容量−電圧変換回路（Ｃ−Ｖ変換回路）等により電圧の変化に変換され、角速度の検出信号として外部に出力される。
【０００６】
ここで、振動体を振動させるときには、これを固有の共振周波数で駆動して振幅を大きくすることにより、角速度の検出感度を高めることができる。このため、従来技術では、振動体の実際の振動周波数を静電容量の変化により検出する振動モニタ部を設け、振動モニタ部の検出結果を用いて振動周波数をフィードバック制御することにより、振動体を常に共振周波数で振動させるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来技術では、センサの角速度検出部にＣ−Ｖ変換回路等を接続し、角速度検出部の静電容量変化を電圧変化に変換することにより、この電圧変化を角速度の検出信号として出力する構成としている。
【０００８】
しかし、例えばセンサやＣ−Ｖ変換回路の内部、これらの間を接続する配線等には寄生的な容量が存在しており、角速度の検出感度は、これらの寄生容量によってセンサ毎に異なる温度特性をもつことが多い。
【０００９】
このため、従来技術では、角速度センサ毎に検出感度のばらつきが生じたり、センサの検出感度が周囲の温度変化等によって変動し易くなり、信頼性が低下するという問題がある。
【００１０】
また、角速度センサの製造時には、個々のセンサに対して温度特性のばらつきを評価する作業と、その評価に応じた感温抵抗等をセンサの周辺回路に接続することにより各センサ毎に温度特性のばらつきを補正する作業とが必要となり、これらの作業によって生産性の低下やコストアップを招くという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、簡単な構造によって検出感度の温度特性を補償でき、広い温度範囲にわたって検出感度を安定化できると共に、生産性や信頼性を向上できるようにした角速度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために本発明は、基板と、該基板に設けられ一定の振動方向をもって振動する第１の振動体と、該第１の振動体に設けられ前記振動方向と直交する検出方向に変位する第２の振動体と、前記第１の振動体を前記第２の振動体と一緒に前記振動方向に振動させる振動発生部と、前記第１，第２の振動体が振動した状態で前記第２の振動体が前記検出方向に変位するときの変位量を静電容量の変化により角速度として検出する角速度検出部と、前記第１の振動体の振動状態をモニタして前記振動発生部を制御するため該第１の振動体の振動状態を静電容量の変化により検出する振動モニタ部とからなる角速度検出装置に適用される。
【００１３】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、第１，第２の振動体が振動方向及び検出方向に対して初期位置となっているときに角速度検出部の静電容量と振動モニタ部の静電容量とを略等しい大きさに設定する構成としたことにある。
【００１４】
また、請求項２の発明によると、角速度検出部と振動モニタ部のうち少なくとも一方の部位には静電容量を付加する付加容量部を設け、前記一方の部位と前記付加容量部とを接続した全体の静電容量を他方の部位の静電容量と略等しい大きさに設定する構成としている。
【００１５】
また、請求項３の発明によると、付加容量部は、角速度検出部または振動モニタ部の静電容量変化を電圧変化に変換するＣ−Ｖ変換回路と一緒に回路基板に搭載する構成としている。
【００１６】
また、請求項４の発明によると、付加容量部は、シリコン材料を用いて第１，第２の振動体、振動発生部、角速度検出部及び振動モニタ部と一緒に基板上に形成する構成としている。
【００１７】
さらに、請求項５の発明によると、付加容量部の静電容量Ｃａは、角速度検出部の静電容量Ｃｓと振動モニタ部の静電容量Ｃｍとに対して、２×｜Ｃｓ−Ｃｍ｜＞Ｃａとなる関係を満たすように設定する構成としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、角速度検出部の静電容量と振動モニタ部の静電容量とを略等しい大きさに設定する構成としたので、例えば角速度検出部やその出力側に存在する寄生容量等の影響で角速度の検出感度に温度特性が生じる場合でも、角速度検出部と振動モニタ部の静電容量を略等しくすることによって寄生容量の影響を打消すことができ、検出感度の温度特性を容易に補償することができる。
【００１９】
これにより、検出装置の周辺温度が変化する場合でも、その検出感度を広い温度範囲にわたって安定させることができ、感度のばらつき等を抑えることができる。従って、角速度を一定の検出感度で精度よく検出でき、信頼性を向上させることができる。また、検出装置の製造時には、例えば検出装置に温度補償用の抵抗体や回路等を設けたり、個々の装置毎に検出感度の温度特性を調整する作業が不要となり、コストダウンを促進して生産性を高めることができる。
【００２０】
また、請求項２の発明によれば、角速度検出部と振動モニタ部のうち少なくとも一方の部位には付加容量部を設ける構成としたので、例えば角速度検出部の静電容量が振動モニタ部よりも大きい場合には、付加容量部を振動モニタ部に接続することができ、これら全体の静電容量と角速度検出部の静電容量とを簡単な構造で等しく設定することができる。また、角速度検出部の静電容量が振動モニタ部よりも小さい場合には、角速度検出部に付加容量部を接続することにより、これらと振動モニタ部との間で静電容量を等しくすることができる。
【００２１】
また、請求項３の発明によれば、付加容量部は、Ｃ−Ｖ変換回路と一緒に回路基板に搭載する構成としたので、例えばコンデンサ等の安価な汎用部品を用いて付加容量部を構成でき、この部品を装置本体の周辺回路等に搭載することができる。これにより、既存の周辺回路等を利用して付加容量部を容易に配置でき、角速度検出部、振動モニタ部等は従来技術と同様のものを用いることができるから、装置の変更部位を最低限に留めつつ、検出感度を安定させることができる。
【００２２】
また、請求項４の発明によれば、付加容量部は、シリコン材料を用いて第１，第２の振動体等と一緒に基板上に形成する構成としたので、装置本体の形成時には、例えばシリコン材料にエッチング加工を施すことにより、振動体、振動発生部、角速度検出部、振動モニタ部等の部位と付加容量部とを一緒に効率よく形成することができる。これにより、装置本体に外付けされる部品点数を削減してコストダウンを促進でき、また装置の製造工程を簡略化することができる。
【００２３】
また、例えば角速度検出部、振動モニタ部等の近傍に付加容量部を形成できるので、これらの部位をほぼ同じ条件（同一面内、同一加工法）によって加工でき、例えばエッチング加工時に生じる加工誤差、位置ずれ等の誤差量を各部位の間で揃えることができると共に、互いに近接したこれらの部位の間ではシリコン材料の厚みのばらつき等もほぼ一定とすることができる。これにより、角速度検出部、振動モニタ部及び付加容量部を一定の加工状態で安定的に形成でき、静電容量等を正確に設定できると共に、検出感度の温度特性を改善することができる。
【００２４】
さらに、請求項５の発明によれば、付加容量部の静電容量Ｃａは、角速度検出部と振動モニタ部の静電容量Ｃｓ，Ｃｍに対して、２×｜Ｃｓ−Ｃｍ｜＞Ｃａとなる関係を満たす構成としたので、付加容量部は、静電容量Ｃｓ，Ｃｍのうち小さい方の容量に対して、絶対値｜Ｃｓ−Ｃｍ｜の２倍未満となる一定の静電容量Ｃａを付加することができる。
【００２５】
これにより、例えば振動モニタ部に付加容量部を接続する構成とした場合には、これら全体の静電容量（Ｃｍ＋Ｃａ）と、角速度検出部の静電容量Ｃｓとの差を絶対値｜Ｃｓ−Ｃｍ｜よりも小さくすることができ、両者をほぼ等しくすることができる。また、角速度検出部に付加容量部を接続する構成とした場合にも、これと同様の作用効果を得ることができ、全体の静電容量（Ｃｓ＋Ｃａ）と、振動モニタ部の静電容量Ｃｍとをほぼ等しくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態による角速度検出装置を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
まず、図１ないし図４は第１の実施の形態を示し、図中、１は角速度検出装置の本体部分を構成する角速度センサで、該角速度センサ１は、後述の基板２と、該基板２の表面側に設けられ、例えば低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことにより導電性をもって形成された後述の外枠部３、振動体４，６、支持梁５，７、駆動電極８，９、検出電極１１，１２、モニタ電極１４，１５とを含んで構成されている。
【００２８】
２は角速度センサ１のベース部分を構成する基板で、該基板２は、図２、図３に示す如く、例えばガラス材料等により四角形の平板状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向のうち、例えばＸ軸及びＹ軸方向に沿って水平に延びている。また、基板２の表面には、その周縁に沿って四角形の枠状に延びる外枠部３が接合して設けられ、後述する可動側の電極９，１２，１５は、この外枠部３と振動体４，６等とを介してグランドＧに接地されている。
【００２９】
４は基板２の表面側に配置された第１の振動体としての外側振動体で、該外側振動体４は、例えば四角形の枠状に形成され、Ｘ軸方向に延びる前，後の横枠部４Ａと、Ｙ軸方向に延びる左，右の縦枠部４Ｂとにより構成されている。
【００３０】
また、振動体４の外側部位は後述の外側支持梁５を介して外枠部３に連結され、振動体４の内側部位には後述の内側振動体６が内側支持梁７を介して連結されている。そして、これらの振動体４，６は基板２に対してＺ軸方向に離間し、一定の振動方向（Ｘ軸方向）に振動する構成となっている。
【００３１】
５は例えば外側振動体４の左，右両側に２本ずつ合計４本配置された外側支持梁で、該各外側支持梁５は、Ｙ軸方向に延びてＸ軸方向に撓み変形可能に形成され、外側振動体４の四隅と外枠部３との間に設けられている。そして、外側支持梁５は、振動体４，６をＸ軸方向に振動可能に支持し、外側振動体４がＹ軸方向に変位するのを規制している。
【００３２】
６は外側振動体４内に配置された第２の振動体としての内側振動体で、該内側振動体６は、図２に示す如く、例えば略「日」の字をなす枠状体として形成され、前，後の横枠部６Ａと、左，右の縦枠部６Ｂと、各横枠部６Ａ間に位置してＸ軸方向に延びた中間枠部６Ｃとにより構成されている。そして、内側振動体６は、内側支持梁７が撓み変形することにより、振動方向と直交する検出方向（Ｙ軸方向）に変位するものである。
【００３３】
７は例えば内側振動体６の前，後両側に２本ずつ合計４本配置された内側支持梁で、該各内側支持梁７は、Ｘ軸方向に延びてＹ軸方向に撓み変形可能に形成され、内側振動体６の四隅と外側振動体４との間に設けられている。そして、内側支持梁７は、内側振動体６をＹ軸方向に変位可能に支持し、この振動体６がＸ軸方向に変位するのを規制している。
【００３４】
８は基板２の表面に設けられた例えば４個の固定側駆動電極で、該各固定側駆動電極８は、櫛歯状に並んだ複数本の電極板８Ａを有し、外側振動体４の前，後両側に２個ずつ配置されると共に、左，右方向（Ｘ軸方向）に離間している。また、９は外側振動体４の横枠部４Ａに設けられた複数個の可動側駆動電極で、該各可動側駆動電極９は、固定側駆動電極８の各電極板８Ａと隙間をもって噛合する複数本の電極板９Ａを有している。
【００３５】
１０は基板２と外側振動体４との間に設けられた例えば４箇所の振動発生部で、該各振動発生部１０は駆動電極８，９によりそれぞれ構成され、外側振動体４の前，後両側で左，右方向に離間している。そして、振動発生部１０は、後述のＡＧＣ回路２０から駆動信号が入力されることにより、各電極板８Ａ，９Ａ間に静電力を発生し、この静電力により振動体４，６をＸ軸方向に振動させる。
【００３６】
１１は基板２の中央部に設けられた例えば２個の固定側検出電極で、該各固定側検出電極１１は、櫛歯状に並んだ複数本の電極板１１Ａを有し、内側振動体６内に位置して中間枠部６Ｃの前，後両側に配置されている。また、１２は内側振動体６の中間枠部６Ｃに設けられた複数個の可動側検出電極で、該各可動側検出電極１２は、固定側検出電極１１の各電極板１１ＡとＹ軸方向の隙間をもって噛合（対向）する複数本の電極板１２Ａを有し、内側振動体６と一緒にＹ軸方向に変位する。
【００３７】
１３は例えば２箇所の角速度検出部で、該各角速度検出部１３は、基板２に設けられた固定側検出電極１１と、内側振動体６に設けられた可動側検出電極１２とによりそれぞれ構成され、中間枠部６Ｃの前，後両側に配置されている。また、個々の角速度検出部１３は、各電極板１１Ａ，１２Ａの対向面積に応じて変化する静電容量Ｃｓを有している。この静電容量Ｃｓは、角速度の検出感度を高めるために十分な大きさに設定され、後述するモニタ電極１４，１５間の静電容量Ｃｍよりも大きな値となっている（Ｃｓ＞Ｃｍ）。
【００３８】
そして、振動体４，６がＸ軸方向に振動しているときに、センサ１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、内側振動体６は、コリオリ力が加わることにより角速度Ωに応じた変位量をもって可動側検出電極１２と一緒にＹ軸方向に変位する。このとき、各角速度検出部１３のうち一方の角速度検出部１３では、静電容量Ｃｓが内側振動体６の変位量に応じて増大し、他方の角速度検出部１３では静電容量Ｃｓが減少する。従って、後述の如く各角速度検出部１３の静電容量Ｃｓの変化を電圧変化Ｖｓに変換し、差動増幅、同期検波等の信号処理を行うことにより、角速度Ωに応じた検出信号を出力することができる。
【００３９】
１４は例えば外側振動体４の四隅の外側近傍に位置して基板２の表面に設けられた４個の固定側モニタ電極で、該各固定側モニタ電極１４は、櫛歯状に並んだ複数本の電極板１４Ａを有している。また、１５は各固定側モニタ電極１４と対向する位置で外側振動体４の横枠部４Ａにそれぞれ設けられた可動側モニタ電極で、該各可動側モニタ電極１５は、固定側モニタ電極１４の各電極板１４ＡとＹ軸方向の隙間をもって噛合（対向）する複数本の電極板１５Ａを有し、外側振動体４と一緒にＸ軸方向に振動するものである。
【００４０】
１６は振動モニタ部で、該振動モニタ部１６は、基板２の表面に設けられた固定側モニタ電極１４と、外側振動体４に設けられた可動側モニタ電極１５とにより構成されている。この場合、振動モニタ部１６は、例えば４箇所で対向するモニタ電極１４，１５のうち１箇所のモニタ電極を用いて構成され、振動体４，６の振動状態をモニタするためのものである。この場合、振動モニタ部１６以外の他の３箇所のモニタ電極１４，１５は、例えば外側振動体４等の重量バランスをとるために用いられている。
【００４１】
また、振動モニタ部１６は、モニタ電極１４，１５（各電極板１４Ａ，１５Ａ）の対向面積に応じて変化する静電容量Ｃｍを有し、この静電容量Ｃｍには、後述する付加コンデンサ２６の静電容量Ｃａが並列に接続されている。そして、振動体４，６がＸ軸及びＹ軸方向に振動（変位）していない初期位置となっているときに、これらの静電容量Ｃｍ，Ｃａを接続した振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′（＝Ｃｍ＋Ｃａ）は、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓとほぼ等しい大きさに予め設定され、下記数１の式が成立する構成となっている。
【００４２】
【数１】
2005091287.tif 000003
【００４３】
１７は基板２に外枠部３を介して接合された例えばガラス板等からなる蓋板で、該蓋板１７には、図３に示す如く、固定側の電極８，１１，１４を角速度センサ１の周辺回路に向けて引出す複数個の引出電極１８が設けられている。
【００４４】
次に、図１を参照しつつ、角速度センサ１に接続される周辺回路について説明する。
【００４５】
１９は角速度センサ１が周辺回路と一緒に搭載される回路基板で、該回路基板１９には、後述のＡＧＣ回路２０、Ｃ−Ｖ変換回路２２，２３、差動増幅回路２４、同期検波回路２５、付加コンデンサ２６等が搭載されている。
【００４６】
２０は振動体４，６の振動状態を制御するＡＧＣ回路（自動利得制御回路）で、該ＡＧＣ回路２０は、その入力側がＣ−Ｖ変換回路２２を介して振動モニタ部１６の固定側モニタ電極１４に接続されている。また、ＡＧＣ回路２０の出力側は駆動信号発生回路２１に接続され、駆動信号発生回路２１は、各振動発生部１０の固定側駆動電極８に接続されている。
【００４７】
そして、駆動信号発生回路２１は、例えば図１中の左，右の振動発生部１０に対して、反転回路２１Ａにより互いに逆位相となる駆動信号を発生し、これによって振動体４，６をＸ軸方向に振動させる。また、ＡＧＣ回路２０は、振動モニタ部１６からＣ−Ｖ変換回路２２を介して入力されるモニタ信号Ｖｍを用いて駆動信号を補正し、駆動信号の周波数を振動体４，６等の共振周波数に一致させることにより、振動体４，６を温度の変化等に対して常に共振状態で振動（自励振動）させるものである。
【００４８】
２２は振動モニタ部１６とＡＧＣ回路２０の入力側との間に設けられたＣ−Ｖ変換回路（容量−電圧変換回路）で、該Ｃ−Ｖ変換回路２２は、振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′の変化を電圧変化に変換し、この電圧変化をモニタ信号ＶｍとしてＡＧＣ回路２０に出力する。
【００４９】
２３は各角速度検出部１３の固定側検出電極１１にそれぞれ接続された他のＣ−Ｖ変換回路で、該各Ｃ−Ｖ変換回路２３は、Ｃ−Ｖ変換回路２２とほぼ同様に、例えば電界効果型トランジスタ等の電子部品、または演算増幅器２３Ａ（図４参照）等により構成されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路２３は、角速度Ωに応じて変化する各角速度検出部１３の静電容量Ｃｓの変化をそれぞれ電圧変化Ｖｓに変換する。
【００５０】
２４は各Ｃ−Ｖ変換回路２３の出力側に接続された差動増幅回路で、該差動増幅回路２４は、各Ｃ−Ｖ変換回路２３からそれぞれ入力される電圧変化Ｖｓの差分を演算、増幅し、これを出力する。
【００５１】
２５は差動増幅回路２４の出力側に接続された同期検波回路で、該同期検波回路２５は、Ｃ−Ｖ変換回路２２から入力される同期信号を用いて、差動増幅回路２４の出力信号に同期検波を行うことにより、角速度Ωに応じた検出信号を出力するものである。
【００５２】
２６は例えば回路基板１９に搭載された付加容量部としての付加コンデンサを示し、該付加コンデンサ２６は、予め定められた一定の静電容量Ｃａをもつ汎用的なコンデンサ等からなり、この静電容量Ｃａを振動モニタ部１６に付加するものである。この場合、付加コンデンサ２６は、振動モニタ部１６の固定側モニタ電極１４とグランドＧとの間に接続され、Ｃ−Ｖ変換回路２２の入力側に対して振動モニタ部１６と並列に接続されている。
【００５３】
そして、付加コンデンサ２６の静電容量Ｃａは、振動体４，６が初期位置となっているときの角速度検出部１３の静電容量Ｃｓと、モニタ電極１４，１５間の静電容量Ｃｍとの差の絶対値｜Ｃｓ−Ｃｍ｜に対して、下記数２の式を満たすように予め設定され、好ましくは下記数３の式を満たす関係となっている。
ている。
【００５４】
【数２】
2005091287.tif 000004
【数３】
2005091287.tif 000005
【００５５】
これにより、付加コンデンサ２６は、前記数１の式に示すように、振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′と、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓとをほぼ等しい大きさに設定し、後述の如く角速度の検出感度が温度特性に応じて変動するのを補償しているものである。
【００５６】
ここで、図４を参照しつつ、角速度センサ１の静電容量Ｃｓ，Ｃｍと、検出感度との関係について述べる。
【００５７】
まず、図４は、付加コンデンサ２６を接続していない角速度センサ１の検出系回路を等価的に示すものであり、この等価回路に示すように、角速度検出部１３の出力側には、所定の基準電圧Ｖrefを用いて作動するＣ−Ｖ変換回路２３の演算増幅器２３Ａが接続されている。
【００５８】
そして、このような回路において、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓが微小な容量変化ΔＣｓだけ変化するときに、演算増幅器２３Ａから出力される電圧変化Ｖｓの変化量ΔＶｓは、基準電圧Ｖrefを用いて下記数４の式のように表される。
【００５９】
【数４】
2005091287.tif 000006
【００６０】
この場合、角速度検出部１３とＣ−Ｖ変換回路２３との間には、図４に示す如く、例えば角速度検出部１３やＣ−Ｖ変換回路２３の内部構造、これらの間を接続する配線構造等に起因する寄生的な容量Ｃｐが存在している。このため、前記数４の式に寄生容量Ｃｐの影響を加味すると、下記数５の式のようになる。
【００６１】
【数５】
2005091287.tif 000007
【００６２】
また、角速度検出部１３は、Ｙ軸方向の隙間（電極間隔）をもって対向する櫛歯状の平行平板電極により構成されている。このため、電極間隔の一定量の変化（ΔＤｓ／Ｄｓ）に対する静電容量Ｃｓの容量変化ΔＣｓは、下記数６の式のように表される。
【００６３】
【数６】
2005091287.tif 000008
【００６４】
これにより、電圧変化Ｖｓの変化量ΔＶｓは、前記数５，数６の式を用いて下記数７の式のように表すことができる。
【００６５】
【数７】
2005091287.tif 000009
【００６６】
ここで、単位角速度あたりのコリオリ力によって角速度検出部１３の電極間隔が変化量ΔＤｓだけ変化するとすれば、角速度Ωの検出感度（Ｖｓ／Ω）は、前記数７の式と、予め設定された検出系回路のゲインＰｓとを用いて下記数８の式のように表すことができる。
【００６７】
【数８】
2005091287.tif 000010
【００６８】
一方、角速度センサ１のモニタ出力系回路も、図４とほぼ同様の回路構成となっている。このため、振動モニタ部１６の静電容量Ｃｍが微小な容量変化ΔＣｍだけ変化するときに、Ｃ−Ｖ変換回路２２から出力されるモニタ信号Ｖｍの変化量ΔＶｍは、前記数５の式とほぼ同様になり、下記数９の式のようになる。
【００６９】
【数９】
2005091287.tif 000011
【００７０】
また、振動モニタ部１６は、Ｘ軸方向に沿って重なり合う櫛歯状の平行平板電極（モニタ電極１４，１５の各電極板１４Ａ，１５Ａ）の重なり長さが変化することによって静電容量Ｃｍが変化する。この重なり長さの一定量の変化（ΔＬ／Ｌ）に対する静電容量Ｃｍの容量変化ΔＣｍは、前記数６の式とほぼ同様となり、下記数１０の式のように表される。
【００７１】
【数１０】
2005091287.tif 000012
【００７２】
これにより、モニタ信号Ｖｍの変化量ΔＶｍは、前記数９，数１０の式を用いて下記数１１の式のように表すことができる。
【００７３】
【数１１】
2005091287.tif 000013
【００７４】
ここで、重なり長さの変化量ΔＬが振動体４，６の振幅Ａに等しいとすれば（ΔＬ＝Ａ）、モニタ信号Ｖｍは、前記数１１の式と、予め設定されたモニタ出力系回路のゲインＰｍとを用いて下記数１２の式のように表すことができ、この式は、さらに下記１３の式のように変形することができる。
【００７５】
【数１２】
2005091287.tif 000014
【数１３】
2005091287.tif 000015
【００７６】
また、角速度検出部１３の電極間隔が角速度Ω（コリオリ力）によって変化するときに、その変化量ΔＤｓは振動体４，６の振幅Ａに比例するので、電極間隔の変化量ΔＤｓは、前記数１３の式と、適切な定数ｋとを用いて下記数１４の式のように表すことができる。
【００７７】
【数１４】
2005091287.tif 000016
【００７８】
そして、この数１４の式を前記数８の式の右辺に代入することにより、角速度の検出感度（Ｖｓ／Ω）として、下記数１５の式を得ることができる。
【００７９】
【数１５】
2005091287.tif 000017
【００８０】
この場合、ＡＧＣ回路２０の制御により振動体４，６が共振周波数で振動している状態（定常状態）では、前記数１５の式において、モニタ信号Ｖｍがほぼ一定の信号状態となる。また、定数ｋ、ゲインＰｓ，Ｐｍも一定値であるから、最終的に、前記数１５の式から下記数１６の式を導出することができる。
【００８１】
【数１６】
2005091287.tif 000018
【００８２】
そして、この数１６の式において、静電容量Ｃｓ，Ｃｍ、重なり長さＬ及び電極間隔Ｄｓは、寄生容量Ｃｐと比較して温度による変化量が小さく、これらは温度の変化に対してほぼ一定値であるとみなすことができる。従って、角速度の検出感度（Ｖｓ／Ω）は、下記数１７の式に示す温度特性項Ｋｔに応じた温度特性をもつことが判る。
【００８３】
【数１７】
2005091287.tif 000019
【００８４】
これに対し、本実施の形態では、振動モニタ部１６の静電容量Ｃｍに付加コンデンサ２６の静電容量Ｃａを並列に接続し、これら全体の静電容量Ｃｍ′と角速度検出部１３の静電容量Ｃｓとをほぼ等しく設定する構成としている。このため、温度特性項Ｋｔの式は、下記数１８の式のように書換えることができる。
【００８５】
【数１８】
2005091287.tif 000020
【００８６】
従って、本実施の形態では、付加コンデンサ２６を用いて静電容量Ｃｓ，Ｃｍ′を等しく設定することにより、温度特性項Ｋｔ＝１とすることができ、角速度の検出感度を示す前記数１６の式から温度特性をもつ寄生容量Ｃｐを除去することができる。
【００８７】
本実施の形態による角速度センサ１は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００８８】
まず、各振動発生部１０に駆動信号が出力されると、左，右の振動発生部１０に静電力が交互に発生し、振動体４，６は、外側支持梁５が撓み変形することによってＸ軸方向に振動する。
【００８９】
これにより、振動体４，６の振動周波数に応じて振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′が変化し、Ｃ−Ｖ変換回路２２からＡＧＣ回路２０に交流のモニタ信号Ｖｍが出力される。そして、ＡＧＣ回路２０は、このモニタ信号Ｖｍに応じて補正した駆動信号を各振動発生部１０に出力し、振動体４，６の振動状態をフィードバック制御することにより、周囲の温度等が変化する場合でも、振動体４，６を常に共振状態で振動させることができる。
【００９０】
このように、振動体４，６がＸ軸方向に振動しているときに、センサ１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、これらの振動体４，６には、下記数１９の式に示すＹ軸方向のコリオリ力Ｆが加わるようになる。
【００９１】
【数１９】
2005091287.tif 000021
【００９２】
このため、内側振動体６は、内側支持梁７が撓み変形することにより、角速度Ωに応じた変位量をもってＹ軸方向に変位し、各角速度検出部１３の静電容量Ｃｓがそれぞれ変化する。そして、これらの静電容量Ｃｓの変化はＣ−Ｖ変換回路２３で電圧変化Ｖｓに変換され、差動増幅回路２４、同期検波回路２５等で信号処理されることにより、角速度Ωに応じた検出信号となって外部に出力される。
【００９３】
かくして、本実施の形態では、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓと、振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′とを付加コンデンサ２６によって略等しい大きさに設定する構成としたので、例えば角速度検出部１３やＣ−Ｖ変換回路２３の内部、これらの間等に存在する寄生容量Ｃｐが温度特性をもつことにより、角速度の検出感度（Ｖｓ／Ω）に温度特性が生じる場合でも、前記数１８の式等に示したように、付加コンデンサ２６の静電容量Ｃａによって寄生容量Ｃｐの温度特性を打消すことができ、検出感度の温度特性を容易に補償することができる。
【００９４】
これにより、角速度センサ１の周辺温度が変化する場合でも、その検出感度を広い温度範囲にわたって安定させることができ、感度のばらつき等を抑えることができる。従って、角速度を一定の検出感度で精度よく検出でき、温度の変化等に対する信頼性を向上させることができる。
【００９５】
また、検出装置の製造時には、例えば角速度センサ１や回路基板１９等に温度補償用の抵抗体や回路等を設けたり、個々の装置毎に検出感度の温度特性を調整する作業が不要となり、コストダウンを促進して生産性を高めることができる。
【００９６】
この場合、角速度センサ１の周辺回路を構成する回路基板１９に付加コンデンサ２６を搭載したので、例えばコンデンサ等の安価な汎用部品を用いて付加コンデンサ２６を構成でき、これを既存の周辺回路等を利用して容易に配置することができる。
【００９７】
これにより、角速度検出部１３、振動モニタ部１６等は従来技術と同様のものを用いることができるから、従来の検出装置等に対して変更部位を最低限に留めつつ、検出感度を安定させることができる。また、付加コンデンサ２６と振動モニタ部１６と短い距離で接続でき、簡単な構造によって静電容量Ｃｍ′，Ｃｓを等しく設定することができる。
【００９８】
さらに、付加コンデンサ２６の静電容量Ｃａは、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓと、振動モニタ部１６の静電容量Ｃｍに対して２×｜Ｃｓ−Ｃｍ｜＞Ｃａとなる関係を満たすように設定したので、付加コンデンサ２６は、振動モニタ部１６の静電容量Ｃｍに絶対値｜Ｃｓ−Ｃｍ｜の２倍未満となる一定の静電容量Ｃａを付加することができる。これにより、振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′と、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓとの差を絶対値｜Ｃｓ−Ｃｍ｜よりも小さくすることができ、両者を高い精度でほぼ等しくすることができる。
【００９９】
次に、図５及び図６は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、振動体、付加容量部等をシリコン材料によって基板上に一緒に形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１００】
３１は角速度センサで、該角速度センサ３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、外枠部３′、振動体４，６、駆動電極８，９、検出電極１１，１２、モニタ電極１４（１４′），１５とを含んで構成されている。しかし、外枠部３′とモニタ電極１４′との間には後述の付加容量部３４が設けられ、回路基板１９の付加コンデンサ２６は廃止されている。
【０１０１】
３２は外枠部３′に形成された付加電極を示し、該付加電極３２は、図６に示す如く、例えば複数の電極板３２Ａが櫛歯状に並んだ櫛歯状電極として形成されている。また、３３は各固定側モニタ電極１４，１４′のうち振動モニタ部１６を構成する１個のモニタ電極１４′に形成された他の付加電極で、該付加電極３３は、付加電極３２の各電極板３２Ａと隙間をもって対向する複数の電極板３３Ａを備えた櫛歯状電極として形成されている。
【０１０２】
そして、これらの付加電極３２，３３は、例えば低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことにより、外枠部３′、振動体４，６、電極８，９，１１，１２、，１４（１４′），１５等と一緒に基板２上に設けられている。
【０１０３】
３４は付加電極３２，３３により構成された付加容量部で、該付加容量部３４は、第１の実施の形態とほぼ同様に、付加電極３２，３３の対向面積等に応じて予め定められた一定の静電容量Ｃａを有している。また、この静電容量Ｃａは、例えば付加電極３２，３３の電極形状、対向面積等を適切に形成することにより、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓと、モニタ電極１４，１５間の静電容量Ｃｍとの差の絶対値｜Ｃｓ−Ｃｍ｜に対して、前記数２または数３の式を満たすように予め設定されている。
【０１０４】
そして、付加容量部３４は、Ｃ−Ｖ変換回路２２の入力側に対して振動モニタ部１６と並列に接続され、振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′（＝Ｃｍ＋Ｃａ）は、付加容量部３４によって角速度検出部１３の静電容量Ｃｓとほぼ等しい大きさに設定されている。
【０１０５】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、角速度センサ１の基板２にシリコン材料からなる付加容量部３４を設ける構成としたので、センサ１の形成時には、例えばシリコン材料にエッチング加工を施すことにより、振動体４，６、振動発生部１０、角速度検出部１３、振動モニタ部１６等の部位と付加容量部３４とを一緒に効率よく形成することができる。これにより、角速度センサ１に外付けされる部品点数を削減してコストダウンを促進でき、また装置の製造工程を簡略化することができる。
【０１０６】
また、例えば角速度検出部１３、振動モニタ部１６等の近傍に付加容量部３４を形成できるので、これらの部位をほぼ同じ条件（同一面内、同一加工法）によって加工することができる。これにより、例えばエッチング加工時に生じる加工誤差、位置ずれ等の誤差量を各部位の間で揃えることができると共に、互いに近接したこれらの部位の間ではシリコン材料の厚みのばらつき等もほぼ一定とすることができる。
【０１０７】
従って、角速度検出部１３、振動モニタ部１６及び付加容量部３４を一定の加工状態で安定的に形成でき、静電容量Ｃｓ，Ｃｍ，Ｃａ等を正確に設定できると共に、検出感度の温度特性を良好に改善することができる。
【０１０８】
なお、前記第１，第２の実施の形態では、例えば基板２上の４箇所で対向するモニタ電極１４，１５のうち１箇所のモニタ電極を用いて振動モニタ部１６を構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図７に示す第１の変形例のように構成してもよい。
【０１０９】
この場合、角速度センサ４１には、４箇所のモニタ電極１４，１５のうち、振動体４，６が振動するときに対向面積が互いに同位相で変化する２箇所のモニタ電極１４，１５を用いて２個の振動モニタ部１６が設けられている。そして、これらの振動モニタ部１６と付加コンデンサ２６′とは、Ｃ−Ｖ変換回路２２に対して互いに並列に接続されている。また、付加コンデンサ２６′の静電容量Ｃａ′は、２箇所の振動モニタ部１６の静電容量Ｃｍと静電容量Ｃａ′とを接続した全体の静電容量Ｃｍ″（＝２×Ｃｍ＋Ｃａ′）が角速度検出部１３の静電容量Ｃｓとほぼ等しくなるように予め設定されている（Ｃｓ≒Ｃｍ″）。
【０１１０】
また、本発明は、例えば図８に示す第２の変形例のように構成してもよい。この場合、角速度センサ５１には、４箇所のモニタ電極１４，１５のうち、振動体４，６が振動するときに対向面積が互いに逆位相で変化する２箇所のモニタ電極１４，１５を用いて２個の振動モニタ部１６が設けられている。
【０１１１】
そして、これらの振動モニタ部１６には付加コンデンサ２６がそれぞれ並列に接続され、個々の振動モニタ部１６全体の静電容量Ｃｍ′（＝Ｃｍ＋Ｃａ）は、第１の実施の形態と同様に、角速度検出部１３の静電容量Ｃｓに対してそれぞれ略等しくなるように設定されている。また、これら２箇所の静電容量Ｃｍ′の変化は、個別のＣ−Ｖ変換回路２２によって電圧の変化に変換され、差動増幅回路５２を介してＡＧＣ回路２０に出力される構成となっている。
【０１１２】
このように、第２の変形例では、２個の振動モニタ部１６において互いに符号が異なる逆位相のモニタ容量変化が発生し、これらを電圧変換した後に差動増幅回路５２によって差動増幅する構成としている。このため、個々のモニタ信号Ｖｍに含まれる同相ノイズと偶数高調波とを除去することができ、角速度センサ５１の特性を向上させることができる。
【０１１３】
一方、実施の形態では、付加コンデンサ２６、付加容量部３４等を振動モニタ部１６に接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図９に示す第３の変形例のように構成してもよい。この場合、角速度センサ６１の各角速度検出部１３′は、振動モニタ部１６の静電容量Ｃｍよりも小さな静電容量Ｃｓ′をもって形成され（Ｃｍ＞Ｃｓ′）、Ｃ−Ｖ変換回路２３に対して付加コンデンサ６２と並列に接続されている。そして、付加コンデンサ６２は、その静電容量Ｃａ″と静電容量Ｃｓ′とを接続した全体の静電容量（Ｃｓ′＋Ｃａ″）が振動モニタ部１６の静電容量Ｃｍとほぼ等しくなるように形成されている（Ｃｍ≒Ｃｓ′＋Ｃａ″）。
【０１１４】
さらに、実施の形態では、角速度検出部と振動モニタ部の両方にそれぞれ付加容量部を設けることにより、両者の静電容量を等しくする構成としてもよいのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態による角速度検出装置を示す全体構成図である。
【図２】図１中の角速度センサを単体で示す平面図である。
【図３】図２中の矢示III−III方向からみた角速度センサの断面図である。
【図４】角速度センサの角速度検出部、Ｃ−Ｖ変換回路等を等価的に示す回路図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による角速度検出装置を示す全体構成図である。
【図６】角速度センサの振動モニタ部、付加容量部等を拡大して示す図５中の要部拡大図である。
【図７】本発明の第１の変形例による角速度検出装置を一部省略して示す全体構成図である。
【図８】本発明の第２の変形例による角速度検出装置を一部省略して示す全体構成図である。
【図９】本発明の第３の変形例による角速度検出装置を示す全体構成図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１，３１，４１，５１，６１  角速度センサ
２  基板
３，３′  外枠部
４  外側振動体（第１の振動体）
５，７  支持梁
６  内側振動体（第２の振動体）
８，９  駆動電極
１０  振動発生部
１１，１２  検出電極
１３，１３′  角速度検出部
１４，１４′，１５  モニタ電極
１６  振動モニタ部
１７  蓋板
１８  引出電極
１９  回路基板
２０  ＡＧＣ回路
２１  反転回路
２２，２３  Ｃ−Ｖ変換回路
２４，５２  差動増幅回路
２５  同期検波回路
２６，２６′，６２  付加コンデンサ（付加容量部）
３２，３３  付加電極
３４  付加容量部
Ｃｓ，Ｃｓ′，Ｃｍ，Ｃｍ′，Ｃｍ″，Ｃａ，Ｃａ′，Ｃａ″  静電容量
【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】
2005091287.tif 000028
【図８】
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【図９】
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