(57)【要約】  振動動作が簡易かつ精度良く可能であって、感度がすぐれるばかりか、さらには低消費電力化や小型化が容易な角速度センサおよび角速度の測定方法を提供する。  ３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する角速度センサおよび角速度の測定方法であって、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えており、検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出するに際して、第１質量体〜第３質量体の振動モードとして、ＨＳモード、あるいはＨＡモードの動作を、平面的になす。
2007097098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する角速度センサであって、
前記振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、前記第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、前記第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えており、
前記検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出するに際して、
各質量体の振動モードとして、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、前記第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、平面的になすことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記第１振動脚と、前記第２振動脚及び第３振動脚とのなす角をそれぞれ２０〜７０°の範囲内の値とすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記第２振動脚及び第３振動脚の途中に、それぞれ屈曲部が設けてあることを特徴とする請求の範囲第１項または２項に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記各振動脚における少なくともの一つの幅を０．１〜３ｍｍ、長さを１〜１５ｍｍ、及び厚さを０．０５〜１ｍｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求の範囲第１項〜３項のいずれか一項に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記振動モードとして、ＨＳモードあるいはＨＡモードの周波数を、それぞれ１〜１００ｋＨｚの範囲内の値とすることを特徴とする請求の範囲第１項〜４項のいずれか一項に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記基部を介して、各振動脚に対応する位置に、第１´振動脚〜第３´振動脚が設けてあり、当該第１´振動脚〜第３´振動脚に、コリオリ力検出用電極が設けてあることを特徴とする請求の範囲第１項〜５項のいずれか一項に記載の角速度センサ。
【請求項７】
３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する角速度センサを用いた、被測定物における角速度の測定方法であって、
前記被測定物に対して、前記振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、前記第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、前記第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えた角速度センサを取り付ける工程と、
前記各質量体の振動モードとして、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、前記第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、それぞれ平面的になす工程と、
前記検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出する工程と、
を含むことを特徴とする角速度の測定方法。
【請求項８】
前記各質量体の振動モードがＨＳモードの場合、
Ｘ軸方向の検出モードを、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｚ軸方向に同じ向きに変位するとともに、前記第１振動脚が反対向きに変位するＶモードとし、
Ｙ軸方向の検出モードを、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｚ軸方向に逆向きに変位するＴモードとし、
Ｚ軸方向の検出モードを、前記ＨＡモードとし、
前記各質量体の振動モードがＨＡモードの場合、
Ｘ軸方向の検出モードを、前記Ｔモードとし、
Ｙ軸方向の検出モードを、前記Ｖモードとし、
Ｚ軸方向の検出モードを、前記ＨＳモードとする、
ことを特徴とする請求項７に記載の角速度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサおよび角速度の測定方法に関する。更に詳しくは、３つの振動脚を、所定の振動モードで平面的に動作させることによって、三軸方向の角速度をそれぞれ精度良く測定できる角速度センサおよび角速度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共通の基部からほぼ平行に同方向に突出した３本の片持ちの振動体を備え、基部を利用して支持を行うように構成した三脚型音叉を用いた角速度センサが知られている。
かかる角速度センサにおいて、いずれかの振動モードで定常的に振動しているとき、回転軸の回りに、所定の角速度で振動系全体が回転させられると、コリオリ加速度により振動質量に見かけの力であるコリオリ力が生ずる。このコリオリ力の大きさおよび方向は、角速度と振動する質量の運動量のベクトル積の２倍である。また、このコリオリ力は、振動する各脚にそれぞれ生じ、位相は振動速度と一致するので、振動変位とは９０°ずれることになる。したがって、各脚の振動を適宜に組み合わせて、歪みを圧電的に検出し、位相を考慮して検出出力を同期検波手段により整流すれば、コリオリ力、すなわち角速度の座標軸方向の成分ωｘ、ωｙ、ωｚに比例する直流成分が得られることになる。【０００３】
そこで、具体的に、ほぼ平行な３本の振動脚を有する三脚型音叉の概形をなし、三脚面に垂直な方向にＺ軸を、音叉軸に平行な方向にＹ軸を、Ｚ軸とＹ軸とに直交する方向にＸ軸をとったとき、ＨＳモードと、Ｔモードと、ＨＡモードを可能な振動モードとして有し、ＨＳモードおよびＴモードは、互いに近い所定の固有振動数を与えられた振動体と、両モードを互いにほぼ９０°の位相差を保って振動させる駆動回路手段と、更に動体に作用する回転運動によって生起されるコリオリ力検出手段と、を備えた角速度センサが提案されている（例えば、特許文献１）。
そして、この角速度センサにおいて、コリオリ力検出手段は、Ｔモードに作用するωｘにより生起するＨＡモードの振動を検出する第１の検出回路手段と、ＨＳモードに作用するωｙによって生起するＴモードの変化分を検出する第２の検出回路手段、およびＨＳモードに作用するωｚによって生起するＨＡモードの振動を検出する第３の検出回路手段のうち少なくとも２つの検出回路手段を含んでいる。
【特許文献１】特開２００４−３３３４６０号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された角速度センサは、ＨＳモードと、Ｔモードと、ＨＡモードとの中から、いずれか二つのモードを選択して組み合わせ、複合振動モードとしなければならなかった。
したがって、例えば、ＨＳモードと、Ｔモードを９０°位相をずらして振動する（ＨＳ＋Ｔモード）と、両外脚の先端は、複雑な円運動または楕円運動を行うことになり、それらを精度良く振動させることが困難であるという問題が見られた。
また、複合振動モードを用いた場合、コリオリ力検出手段によって、Ｔモードに作用するωｘにより生起するＨＡモードの振動や、ＨＳモードに作用するωｙによって生起するＴモードの変化分や、ＨＳモードに作用するωｚによって生起するＨＡモードの振動についても、精度良く検出することが困難であるという問題が見られた。
さらに、複合振動モードを用いた場合には、両外脚の先端は、複雑な円運動または楕円運動を行うことになり、消費電力が大きくなるばかりか、角速度センサの小型化や薄型化についても困難であるという問題も見られた。【０００５】
そこで、発明者らは鋭意検討した結果、角速度センサの形態を考慮するとともに、振動モードとして、ＨＳモードあるいはＨＡモードの実質的に単一モードを採用し、それぞれ振動脚を平面的に動作させることにより、各振動脚を精度良く振動させることができるとともに、三軸方向に生じたコリオリ力を精度良く検出できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、角速度センサの形態を考慮するとともに、所定の単一の振動モードで平面的に動作させることによって、振動動作が簡易かつ精度良く可能であって、三軸方向に生じたコリオリ力の検出感度にすぐれるばかりか、さらには低消費電力化や小型化が容易な角速度センサおよび角速度の測定方法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】
【０００６】
本発明によれば、３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する角速度センサであって、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えており、検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出するに際して、各質量体の振動モードとして、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、平面的になす角速度センサが提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、各振動脚および各質量体を、所定の振動モードで平面的に動作させることによって、振動動作が簡易かつ精度良く可能であって、感度がすぐれるばかりか、さらには低消費電力化や小型化が容易な角速度センサを提供することができる。【０００７】
また、本発明の角速度センサを構成するにあたり、第１振動脚と、第２振動脚及び第３振動脚とのなす角をそれぞれ２０〜７０°の範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、３つの振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードでより精度良く駆動させることができる。また、各振動脚および各振動脚に連なる質量体が振動しやすくなって、発生したコリオリ力を大きな値として、さらに感度良く検出することができる。【０００８】
また、本発明の角速度センサを構成するにあたり、第２振動脚及び第３振動脚の途中に、それぞれ屈曲部が設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、３つの振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードでさらに精度良く駆動させることができる。また、各振動脚および各振動脚に連なる質量体が振動しやすくなって、いずれの方向に生じたコリオリ力であっても、それを大きな値として、感度良く検出することができる。【０００９】
また、本発明の角速度センサを構成するにあたり、各振動脚における少なくともの一つの幅を０．１〜３ｍｍ、長さを１〜１５ｍｍ、及び厚さを０．０５〜１ｍｍの範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、角速度センサの薄型化や小型化が図れるとともに、各振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードでさらに精度良く駆動させることができる。したがって、各質量体について発生したコリオリ力を、さらに感度良く検出することができる。【００１０】
また、本発明の角速度センサを構成するにあたり、振動モードとして、ＨＳモードあるいはＨＶモードの周波数を、それぞれ１〜１００ｋＨｚの範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、各振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードでさらに精度良く駆動させることができる。したがって、各質量体について発生したコリオリ力を、さらに感度良く検出することができる。【００１１】
また、本発明の角速度センサを構成するにあたり、基部を介して、各振動脚に対応する位置に、第１´振動脚〜第３´振動脚が設けてあり、当該第１´振動脚〜第３´振動脚に、コリオリ力検出用電極が設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、各振動脚を振動させるための発振回路部の一部としての振動用電極と、各振動脚に発生したコリオリ力を検出するためのコリオリ力検出用電極とを、分離することができる。したがって、各電極の構造や、それに連なる回路機構をそれぞれ簡略化することができる。【００１２】
また、本発明の別の態様は、３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する角速度センサを用いた、被測定物における角速度の測定方法であって、
被測定物に対して、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、前記第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えた角速度センサを取り付ける工程と、
各質量体の振動モードとして、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、それぞれ平面的になす工程と、
検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出する工程と、
を含むことを特徴とする角速度の測定方法である。
すなわち、角速度センサにおける各振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードで平面的に動作させることによって、振動動作が簡易かつ精度良く可能であって、優れた感度が得られるばかりか、さらには低消費電力化や小型化を図ることができる。【００１３】
また、本発明の角速度の測定方法を実施するにあたり、
各質量体の振動モードがＨＳモードの場合、
Ｘ軸方向の検出モードを、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｚ軸方向に同じ向きに変位するとともに、第１振動脚が反対向きに変位するＶモードとし、
Ｙ軸方向の検出モードを、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｚ軸方向に逆向きに変位するＴモードとし、
Ｚ軸方向の検出モードを、ＨＡモードとし、
各質量体の振動モードがＨＡモードの場合、
Ｘ軸方向の検出モードを、Ｔモードとし、
Ｙ軸方向の検出モードを、Ｖモードとし、
Ｚ軸方向の検出モードを、ＨＳモードとする、
ことが好ましい。
このように実施することにより、各質量体について発生したコリオリ力を、所定の検出モードと結合させて、さらに感度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の角速度センサの平面図および側面図である。
【図２】本発明の角速度センサにおける基本構造（３脚タイプ）を説明するために供する図である。
【図３】本発明の角速度センサの電極配置および回路を説明するために供する図である。
【図４】本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を説明するために供する図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を行った場合のＸ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を行った場合のＹ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を行った場合のＺ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図８】本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＡモードの振動動作を説明するために供する図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＡモードの振動動作を行った場合のＸ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＡモードの振動動作を行った場合のＹ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＡモードの振動動作を行った場合のＺ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図１２】角速度センサ（３脚タイプ）によるＴモードの振動動作を説明するために供する図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、角速度センサ（３脚タイプ）によるＴモードの振動動作を行った場合のＸ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、角速度センサ（３脚タイプ）によるＴモードの振動動作を行った場合のＹ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、角速度センサ（３脚タイプ）によるＴモードの振動動作を行った場合のＺ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）の変形例を説明するために供する図である。
【図１７】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）の別の変形例の平面図および側面図である。
【図１８】本発明の角速度センサのさらに別の変形例（６脚タイプ）を説明するために供する図である。
【図１９】本発明の角速度センサのさらに別の変形例（６脚タイプ）の電極配置および回路を説明するために供する図である。
【図２０】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の角速度センサにおける基本構造（６脚タイプ）を説明するために供する図である。
【図２１】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の角速度センサ（６脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を説明するために供する図である。
【図２２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（６脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を行った場合のＸ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（６脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を行った場合のＹ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図２４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の角速度センサ（６脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を行った場合のＺ軸におけるコリオリ力の発生機構を説明するために供する図である。
【図２５】本発明の角速度センサ（３脚タイプ）における駆動・検出回路を説明するために供する図である。
【図２６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の角速度センサ（３脚タイプ）によるＨＳモードの振動動作を行った場合のＸＹＺ軸におけるコリオリ力の検出感度を説明するために供する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、図１に例示するように、３つの振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを固定するための基部１６と、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応して連なる３つの質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを振動させるための発振回路部（図示せず）と、各質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃについて発生したコリオリ力を検出するための検出部（図示せず）と、を有する角速度センサ１０であって、
各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚１２ｂがＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃが、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部１４ａ、１４ｃを備えており、
検出部において、それぞれの質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃについて発生したコリオリ力を検出するに際して、各質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの振動モードとして、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃが、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃが、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚１２ｂが、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、平面的になす角速度センサ１０である。
以下、図１〜図２６を適宜参照して、第１の実施形態の角速度センサを具体的に説明する。【００１６】
１．基本的構成
（１）振動脚
図１に示す３つの振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、それに対応して連なる各質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃを固有振動させて、コリオリ力を発生させるための部位である。
したがって、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、図１に示すように、第１振動脚１２ｂがＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃが、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部１４ａ、１４ｃを備えていることを特徴とする。
この理由は、このような第２振動脚及び第３振動脚における延設部によって、２つの振動脚および各振動脚に連なる質量体が、第１振動脚を中心として、実質的にＶ字状に配置されるためである。したがって、所定の振動モードで、各振動脚を精度良く平面的に動作させることができるためである。
また、このような第２振動脚及び第３振動脚における延設部によって、各振動脚に連なる質量体において発生したコリオリ力を大きな値として、感度良く検出することができるためである。したがって、このような振動脚を備えた角速度センサであれば、２軸または３軸方向の角速度を精度良く測定することができる。【００１７】
また、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１振動脚と、第２振動脚及び第３振動脚とのなす角（θ１、θ２）をそれぞれ２０〜７０°の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、第２振動脚及び第３振動脚における延設部の長さや傾きを調整することによって、所定角度で各振動脚および各質量体を配置することにより、所定の振動モードでより精度良く駆動させることができるためである。また、各振動脚および各質量体が振動しやすくなって、発生したコリオリ力を大きな値として、さらに感度良く検出することができるためである。
すなわち、第１振動脚と、第２振動脚及び第３振動脚とのなす角がそれぞれ２０°未満の値になっても、７０°を超える値になっても、それぞれ各振動脚および各質量体を所定の振動モードで精度良く駆動させたり、発生したコリオリ力を大きな値として検出したりすることが困難となる場合があるためである。
したがって、第１振動脚と、第２振動脚及び第３振動脚とのなす角をそれぞれ３０〜６０°の範囲内の値とすることがより好ましい。
但し、振動脚を水晶から構成する場合、水晶の結晶構造が６０°を基本に形成されており、ひいては振動脚の製造の容易さや精度から考えて、第１振動脚と、第２振動脚及び第３振動脚とのなす角を６０°±１０の範囲内の値とすることがより好ましい。すなわち、角速度センサのＸＹＺ軸と、水晶の電気軸、機械軸、光軸とが、それぞれ実質的に一致することになる。
一方、振動脚を水晶以外の圧電性結晶や圧電性磁性材料、あるいはこれらの圧電性結晶等と、各種金属との積層体から構成した場合には、製造面から６０°±１０の範囲内の値に制限されず、第１振動脚と、第２振動脚及び第３振動脚とのなす角を上述した２０〜７０°の範囲内の値とすることが好ましい。【００１８】
また、図１に示すように、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃの途中に、それぞれ屈曲部１５ａ、１５ｃが設けてあることが好ましい。
この理由は、このように屈曲部が設けてあることにより、３つの振動脚および各振動脚に連なる質量体を、小型の角速度センサとして、所定の振動モードで精度良く駆動させることができるためである。すなわち、全て直線状の第２振動脚及び第３振動脚とすると、第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部が長くなって、横幅が大きな角速度センサとなるためである。
また、このように屈曲部が設けてあることにより、各振動脚および各振動脚に連なる質量体が振動しやすくなって、発生したコリオリ力を大きな値として、さらに感度良く検出することができるためである。【００１９】
また、各振動脚における少なくともの一つの幅を０．１〜３ｍｍ、長さを１〜１５ｍｍ、及び厚さを０．０５〜１ｍｍの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、角速度センサの薄型化や小型化が図れるとともに、各振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードでさらに精度良く駆動させることができるためである。したがって、このような形態であれば、各質量体について発生したコリオリ力を、さらに感度良く検出することができる。
なお、製造の容易さや、振動モードの周波数等の調整のためには、各振動脚の幅を０．２〜１ｍｍ、長さを２〜１０ｍｍ、及び厚さを０．１〜０．８ｍｍの範囲内の値とすることがより好ましい。【００２０】
（２）質量体
図１に示すように、質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応して連なって設けられ、所定のコリオリ力が直接的に発生する部位である。
したがって、各質量体は、各振動脚に対応している限り、各振動脚の別体として設けても良く、あるいは、図１に示すように、振動脚１２ａ、１２ｃの先端部を曲げたり、振動脚１３ｂの先端部を伸ばしたりして、各質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃとすることも好ましい。
なお、各質量体の大きさとしては、角速度センサの大きさや各振動脚の形態等にもよるが、通常、０．００１〜１０ｇの範囲内の値とすることが好ましい。【００２１】
（３）基部
図１に示すように、基部１６は、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを固定するための部位である。
したがって、上述したように、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を平面方向に固定できる構成とすることが好ましい。
また、図１に示すように、基部１６の一面に支持部１７を設けて、当該支持部１７を介して、平面部１８に取り付けることが好ましい。すなわち、シリコーンゴム等から構成された支持部１７によって、筐体等の平面部１８と、基部１６との間に所定間隔を設けることにより、角速度センサ１０の各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを浮かせて、それらを安定的に振動できるように構成することが好ましい。【００２２】
（４）発振回路部
図３に示すように、発振回路部は、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを所定の振動モードで振動させるための振動回路３０を含む部位である。
したがって、かかる発振回路部３０は、後述する発振回路、ＡＧＣ回路、インピーダンス変換回路、位相補正回路、コンパレータ等から構成してあることが好ましい。
ここで、図３に、発振回路部の一部として、周波数信号発振装置（発振回路）２７と、各出力端子２１、２３、２５と、グランド（あるいは基準電位）２２、２４、２６と、所定の配線とから構成されている振動回路３０を示す。
この振動回路３０において、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃに駆動用信号を入力すべく、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃに、複数の電極２０（２０ａ〜２０ｎ）が設けられている。そして、例えば、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃの電極は、側面の一つにおいては、それぞれ分割された形で２つの電極２０ａ、２０ｂ、２０ｋ、２０ｌが設けられ、側面のもう一つの面においては、それぞれ全面的に、１つの電極２０ｅが設けられている。また、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃの上下面には、それぞれ側面の電極を補助するために、ほぼ全面的に、一対の補助電極２０ｃ、２０ｄが設けてある。
一方、第１振動脚１２ｂの電極２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉは、振動脚の周囲である４面に対応して、それぞれ設けられている。
すなわち、振動脚を、例えば、水晶材のＺカット板を用いて構成した場合には、図３に示すように、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃの側面に分割して設けた電極２０ａ、２０ｂ、２０ｋ、２０ｌは、それぞれ垂直方向の振動に寄与するため、Ｔモードの駆動や検出に適している。一方、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃの側面に全面的に設けた電極２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｊは、それぞれ水平方向の振動に寄与するため、ＨＳモードやＨＡモードの駆動や検出に適していると言える。
なお、発振回路部における回路構成については、種々変更することができる。例えば、任意の回路場所に、小範囲の位相調節のための論理回路や、Ｌ、Ｃ、Ｒ等のアナログ要素を挿入したり、さらには駆動用信号の増幅を行うためのフィルタを設けたりすることも好ましい。【００２３】
（５）検出部
また、検出部は、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための部位であって、例えば、発振回路部の一部をそのまま利用することができる。したがって、検出部は、後述するインピーダンス変換回路、差動回路、加算回路、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、同期検出回路、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、増幅回路等から構成してあることが好ましい。
ここで、検出部には、図３に示すように、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃに駆動用信号を入力すべく、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃに、複数の電極２０（２０ａ〜２０ｎ）が設けられている。そして、出力端子２５からの出力と、出力端子２１からの出力との差を取ることによって、Ｖモードとしてのコリオリ力を検出することができる。また、出力端子２５からの出力と、出力端子２１からの出力との和を取ることによって、Ｔモードとしてのコリオリ力を検出することができる。さらに、出力端子２３からの出力によって、ＨＡモードとしてのコリオリ力を検出することができる。
すなわち、図３に示す例では、発振回路部からの駆動用信号を入力するための電極と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための電極とが、共通していることが好ましいと言える。
なお、検出部における検出回路の構成についても、発振回路部と同様に、種々変更することができる。【００２４】
２．振動動作
各質量体の振動動作として、図４に示すように、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは、後述する図８に示すように、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、平面的になすことを特徴とする。
この理由は、振動モードとして、ＨＳモードを採用した場合には、Ｘ軸方向の検出モードをＶモード、Ｙ軸方向の検出モードをＴモード、Ｚ軸方向の検出モードをＨＡモードとして、感度良くコリオリ力を検出することができるためである。
すなわち、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、ＨＳモードの振動動作を行うとともに、Ｘ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＶモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。
また、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、ＨＳモードの振動動作を行うとともに、Ｙ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＴモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。
さらに、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、ＨＳモードの振動動作を行うとともに、Ｚ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＨＡモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。【００２５】
また、振動モードとして、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、ＨＡモードを採用した場合であっても、Ｘ軸方向の検出モードをＴモード、Ｙ軸方向の検出モードをＶモード、Ｚ軸方向の検出モードをＨＳモードとして、感度良くコリオリ力を検出することができるためである。
すなわち、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、ＨＡモードの振動動作を行うとともに、Ｘ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＴモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。
また、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、ＨＡモードの振動動作を行うとともに、Ｙ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＶモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。
さらに、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、ＨＡモードの振動動作を行うとともに、Ｚ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＨＳモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。【００２６】
一方、振動モードとして、例えば、図１２（ａ）〜（ｂ）に示すように、Ｔモードを採用した場合には、Ｘ軸方向の検出モードをＨＡモード、Ｙ軸方向の検出モードをＨＳモードとして検出できるものの、Ｚ軸方向においては、回転方向と、振動方向とが一致することから、感度良くコリオリ力を検出できないためである。
すなわち、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、Ｔモードの振動動作を行うとともに、Ｘ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＨＡモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。
また、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、Ｔモードの振動動作を行うとともに、Ｙ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生し、それが、振動モードにノイズレベルで含まれるＨＳモードの振動と結合することにより、共振して大きな値のコリオリ力を検出することができる。
しかしながら、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、Ｔモードの振動動作を行うとともに、Ｚ軸方向において角速度が作用した場合、コリオリ力が所定方向に発生するものの、回転方向と、振動方向とが一致することから、感度良くコリオリ力を検出することが困難になる。【００２７】
３．検出動作
角速度センサを用いた検出動作については、第２の実施形態で詳細に説明するため、ここでの説明は省略する。【００２８】
４．変形例
次いで、図１６〜図２４を参照しながら、角速度センサの変形例を説明する。
なお、図１６〜図１７は、３脚タイプの変形例を示し、図１８〜図２４は、６脚タイプの変形例を示している。【００２９】
（１）３脚タイプの変形例
図１６（ａ）に、第１振動脚の長さを、第２振動脚及び第３振動脚の長さよりも長くした変形例１０ａを示す。このように構成すると、振動モードとしてのＨＡモードや、検出モードとしてのＶモードの周波数を低下させて、検出感度を高めることができる。
また、図１６（ｂ）に、相対的に第１振動脚の長さを短くする一方、第２振動脚´及び第３振動脚の長さを長くした変形例１０ｂを示す。このように構成すると、振動モードとしてのＨＡモードやＨＳモードの周波数を低下させて、検出感度を高めることができる。また、周波数に関して、ＨＳモードよりもＨＡモードの周波数を大きく変化させたり、ＶモードよりもＴモードの周波数を大きく変化させたりしい場合に有効である。
また、図１６（ｃ）に、相対的に第１振動脚の幅を狭くする一方、第２振動脚及び第３振動脚の幅を広くした変形例１０ｃを示す。このように構成すると、振動モードとしてのＨＡモードやＨＳモードの周波数が高くなり、消費電力を低下させることができる。また、周波数に関して、ＨＡモードよりもＨＳモードの周波数を大きく変化させたい場合に有効である。
また、図１６（ｄ）に、相対的に第１振動脚の幅を太くする一方、第２振動脚及び第３振動脚の幅を狭くした変形例１０ｄを示す。このように構成すると、振動モードとしてのＨＡモードの周波数が高くなり、消費電力を低下させることができる。
さらに、図１７（ａ）〜（ｂ）に、角速度センサ（３脚タイプ）の別の変形例１０ｅの平面図および側面図を示す。
各振動脚の厚さｔを厚くすると、検出モードとしてのＶモードやＴモードの周波数を高めて、消費電力を低下させることができる。【００３０】
（２）６脚タイプの変形例
また、図１８に、角速度センサのさらに別の変形例として、６脚タイプの平面図を示すとともに、図１９に、電極４０（４０ａ〜４０ｕ）の配置および回路構成５０（５０ａ、５０ｂ）を示す。すなわち、少なくとも所定の形態を有する第１〜第３振動脚および各振動脚に対応して連なる３つの質量体等を供えるものの、基部を介して、各振動脚に対応する位置に、第１´振動脚〜第３´振動脚が設けてある６脚タイプの角速度センサも、本発明の角速度センサに含めることができる。
そこで、図２０（ａ）〜（ｂ）に、６脚タイプの角速度センサにおける基本構造を示すとともに、図２１（ａ）〜（ｂ）に、ＨＳモードにおける振動動作を示す。そして、図２２（ａ）〜（ｄ）に、ＨＳモードの振動動作を行った場合のＸ軸におけるコリオリ力の発生機構を示し、図２３（ａ）〜（ｄ）に、Ｙ軸におけるコリオリ力の発生機構を示し、図２４（ａ）〜（ｄ）に、Ｚ軸におけるコリオリ力の発生機構を示す。
そして、このような６脚タイプの角速度センサにおいて、基部を介して、各振動脚に対応する位置に、第１´振動脚〜第３´振動脚が設けてあるとともに、当該第１´振動脚〜第３´振動脚に、それぞれコリオリ力検出用電極が設けてあることが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、各振動脚を振動させるための発振回路部の一部としての振動用電極と、各振動脚に発生したコリオリ力を検出するためのコリオリ力検出用電極とを、機能分離することができるためである。したがって、図１９に示すように、各電極４０（４０ａ〜４０ｕ）の構造や、それに連なる回路構成５０（５０ａ、５０ｂ）をそれぞれ簡略化することができる。【００３１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する角速度センサを用いた、被測定物における角速度の測定方法であって、
被測定物に対して、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えた角速度センサを取り付ける工程（以下、取付工程）と、
各質量体の振動モードとして、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、それぞれ平面的に動作させる工程（以下、振動工程）と、
検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出する工程（以下、検出工程）と、
を含むことを特徴とする角速度の測定方法である。【００３２】
１．取付工程
被測定物に対して、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚及び第３振動脚が、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えた角速度センサを取り付ける工程である。
かかる取付工程の態様は、角速度センサを被測定物に対して、強固かつ安定的に取り付けるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、角速度センサをハーメッチックシールした状態で、被測定物に対して取り付けることが好ましい。
この理由は、角速度センサに対する、外部の湿度や温度の影響を排除するためである。また、角速度センサを被測定物に対して取り付けるに際して、ねじやリベット等の機械的手段や硬化性接着剤等の化学的手段を採ることが好ましい。【００３３】
２．振動工程
（１）振動モード
各質量体（第１質量体〜第３質量体）の振動モードとして、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、それぞれ平面的になす工程である。
また、かかる振動工程において、ＨＳモードあるいはＨＶモードの周波数を、それぞれ１〜１００ｋＨｚの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、このような周波数範囲を選択することにより、周囲の自然振動の影響を受けることなく、各振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードでさらに精度良く駆動させるためである。したがって、各質量体について発生したコリオリ力を、さらに感度良く検出することができる。
また、これらの周波数であれば、各振動脚および各振動脚に連なる質量体の形態への制限が少なくなって、小型化、薄型化を図ることができるためである。さらに、これらの周波数であれば、従来の角速度センサと比較して、消費電力を低下させることもできるためである。
したがって、振動モードとして、ＨＳモードあるいはＨＶモードの周波数を、それぞれ２〜５０ｋＨｚの範囲内の値とすることがより好ましく、１０〜３０ｋＨｚの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
但し、かかる振動工程において、振動モードとしてのＨＳモードと、ＨＡモードとを適宜組み合わせることも好ましい。すなわち、振動回路や検出回路を対応させて工夫しなければならないが、ＨＳモードと、ＨＡモードとを所定時間ごとに交互に変えることも好ましい。あるいは、ＨＳモードの補助振動モードとして、ＨＡモードを組み込んだり、逆に、ＨＡモードの補助振動モードとして、ＨＳモードを組み込んだりすることも好ましい。その場合、ＨＳモードと、ＨＡモードとを明確に区別すべく、それぞれの周波数を少なくとも５０Ｈｚ以上異ならせることが好ましく、２００Ｈｚ以上異ならせることがさらに好ましい。【００３４】
（２）振動回路
また、振動回路は、図２５の一部に示すように、発振回路、ＡＧＣ回路、インピーダンス変換回路、位相補正回路、コンパレータ等から構成してあることが好ましい。なお、発振回路は、角速度センサの駆動素子（Ｄｒ１、Ｄｒ２）に連なっているとともに、角速度センサの各振動脚の電極２０ｃ、２０ｄ、２０Ｊに電気接続されている。また、ＡＧＣ回路は、発振回路と、角速度センサの各振動脚の別の電極２０ｍ、２０ｎ、２０ｅとの間に電気接続されている。
ここで、振動回路における発振回路は、各振動脚を振動させために、所定周波数を有する駆動出力（駆動用信号）を作成するための回路である。
また、ＡＧＣ回路は、発振回路からの駆動出力を制御し、基本振動の振幅を安定化させるための回路である。
また、インピーダンス変換回路は、駆動素子（Ｄｒ１、Ｄｒ２）の出力を、そのまま駆動信号として使用すると、インピーダンスが高い出力信号となるため、駆動信号と、その後の回路との間で、インピーダンスマッチングを図るための回路である。
また、位相補正回路（位相シフト回路と称する場合もある。）は、ＸＹＺ軸の出力の同期検波を行なう際に、同期検波のタイミングとマッチングさせるための回路である。すなわち、同期検波のタイミングのための信号は、駆動信号を用いて生成するが、この駆動信号の位相をシフトさせることで、同期検波のタイミングを調整することが可能となる。
また、コンパレータは、駆動信号を完全な矩形波とするためのものである。すなわち、駆動信号は、通常、正弦波または台形波であることから、そのままであると、スイッチングのタイミングがとりにくいためである。【００３５】
３．検出工程
（１）検出モード
また、各質量体（第１質量体〜第３質量体）の振動モードがＨＳモードの場合には、以下の検出モードとすることが好ましい。
Ｘ軸方向：Ｖモード
Ｙ軸方向：Ｔモード
Ｚ軸方向：ＨＡモード【００３６】
また、第１質量体〜第３質量体の振動モードがＨＡモードの場合には、以下の検出モードとすることが好ましい。
Ｘ軸方向：Ｔモード
Ｙ軸方向：Ｖモード
Ｚ軸方向：ＨＳモード
この理由は、このように実施することにより、各質量体について発生したコリオリ力を、所定の検出モードと結合させて、さらに感度良く検出することができるためである。以下、検出回路の説明において、所定の検出モードと結合させて、コリオリ力をさらに感度良く検出できることを具体的に述べる。【００３７】
（２）検出回路
また、検出回路についても、図２５の一部に示すように、インピーダンス変換回路、差動回路、加算回路、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、同期検出回路、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、増幅回路等から構成してあることが好ましい。なお、検出回路は、角速度センサの駆動素子（Ｄｒ１、Ｄｒ２）に連なっているとともに、角速度センサの各振動脚の電極２１、２２、２３に電気接続されている。また、図２５の一部に示すように、基準電圧生成回路が設けてあり、角速度センサの各振動脚の電極２０ｂ、２０ｋ、２０ｆ、２０ｇに電気接続されている。
ここで、検出回路におけるインピーダンス変換回路は、各振動脚から得られる検出信号について、その後の回路との間で、インピーダンスマッチングを図るための回路である。
また、差動回路および加算回路は、検出信号について、それぞれ差をとったり、加算値をとったりする回路である。例えば、図３に示す検出回路（振動回路）の場合、出力端子２５からの出力と、出力端子２３からの出力と、出力端子２１からの出力と、の差および和等によって、Ｖモード、Ｔモード、ＨＡモードとしてのコリオリ力を得ることができる。
また、ＢＰＦは、低周波および高周波の不要な信号（ノイズ）を除去して、所定の発振周波数を有する信号を取り出すためのノイズフィルタである。
また、同期検出回路は、ＸＹＺ軸の出力の同期検波を行なう回路である。すなわち、ＹＹＺ軸の同期検波回路は、それぞれコリオリ力としての検出出力を整流するためのものであって、ＹＹＺ軸方向の角速度成分（ωｘ、ωｙ、ωｚ）に比例した直流成分を得るためのものである。
また、ＬＰＦは、所定周波数以上の不要な信号を除去して、所定の発振周波数を有する信号のみをさらに有効に取り出し、検出感度を高めるためのフィルタである。
また、増幅回路は、所定の発振周波数を有する信号をさらに増幅して取り出し、検出感度を高めるための回路である。
さらに、基準電圧生成回路は、上述した駆動回路のみならず、検出回路を安定的に動作させるとともに、角速度の検出感度を高めるための回路である。すなわち、基準電圧生成回路は、通常、回路の動作の電位差の１／２を生成し、例えば、回路の入力電圧Ｖｃｃが、５．０Ｖ、回路ＧＮＤ電位が０Ｖであれば、２．５Ｖの電位差とする。これにより、直流電圧に整流したあと、基準電圧が１／２Ｖｃｃであれば、直流電位がプラス側、マイナス側のいずれに変化した場合であっても、出力変化を大きくとれ、いわゆるダイナミックレンジが最大になるという利点を得ることができる。
逆に言えば、基準電圧生成回路が無い場合には、例えば、基準電圧がＧＮＤと同じく０Ｖになると、それ以上電圧が下がらないことになって、マイナス側の電圧変化の測定が困難となる場合がある。さらに、基準電圧生成回路が無い場合であって、例えば、入力電圧Ｖｃｃが基準電圧になると、それ以上電圧が上がらないことになって、プラス側の電圧変化の測定が困難となる場合がある。【００３８】
次いで、角速度の検出作用の一例を図５（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、角速度センサ（３脚タイプ）において、ＨＳモードの振動動作を行った場合であって、Ｘ軸方向において所定の角速度が生じると、図５（ｂ）に示すように、各振動脚の質量体の振動における瞬時速度に比例して、速度と、角速度とに直交する向きにコリオリ力（Ｆｃ３１、Ｆｃ２１）が発生する。そこで、この発生したコリオリ力（Ｆｃ３１、Ｆｃ２１）を、検出回路によってそのまま検出することにより、Ｘ軸方向における角速度を算出することができる。
一方、発生したコリオリ力（Ｆｃ３１、Ｆｃ２１）の値はそのままでは比較的小さいために、振動モードにノイズレベルで含まれるＶモードの振動と結合させ、共振させて大きな値のコリオリ力として、検出回路によって検出することもできる。すなわち、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、発生したコリオリ力（Ｆｃ３１、Ｆｃ２１）が、Ｖモードの振動をすると想定されるためである。【００３９】
よって、ＨＳモードの振動動作を行った場合であって、Ｘ軸方向において所定の角速度が生じた場合、検出回路において、検出モードをＶモードとすることにより、コリオリ力（Ｆｃ３１、Ｆｃ２１）を感度良く検出することができる。
また、ＨＳモードの振動動作を行った場合であって、Ｙ軸方向やＺ軸方向において所定の角速度が生じた場合も同様であって、上述したように、検出モードとして、ＴモードおよびＨＡモードとそれぞれ結合させ、共振させることにより大きな値のコリオリ力として、検出回路によって検出することもできる。
なお、図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように、一例ではあるが、本発明の角速度センサおよび角速度の測定方法によれば、ＸＹＺ軸方向における角速度と、所定範囲の電位差とが比例することから、所定の検出感度が得られることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の角速度センサおよび角速度の測定方法によれば、所定の角速度センサにおいて、ＨＳモードあるいはＨＡモードの実質的に単一の振動モードを採用し、それぞれ振動脚を平面的に動作させることにより、振動脚を精度良く振動させることができるとともに、一定の角速度が生じた場合、それに起因して生起されたコリオリ力を三軸方向で、それぞれ精度良く検出できるようになった。
したがって、振動動作が簡易かつ精度良く可能であって、検出感度がすぐれるばかりか、さらには低消費電力化や小型化が容易な角速度センサおよび角速度の測定方法を提供することが可能となった。
よって、本発明の角速度センサおよび角速度の測定方法は、各種機械製品や電気製品、あるいは電子機器等に使用され、車載用角速度センサ、モーター用角速度センサ、傾斜計用角速度センサ、ＰＣ用角速度センサ、携帯電話用角速度センサ、液晶ＴＶ用角速度センサ、ナビゲータ用角速度センサ等、あるいはそれらを用いた角速度の測定方法に好適に使用することができる。
【図１】
2007097098.tif 000003
【図２】
2007097098.tif 000004
【図３】
2007097098.tif 000005
【図４】
2007097098.tif 000006
【図５】
2007097098.tif 000007
【図６】
2007097098.tif 000008
【図７】
2007097098.tif 000009
【図８】
2007097098.tif 000010
【図９】
2007097098.tif 000011
【図１０】
2007097098.tif 000012
【図１１】
2007097098.tif 000013
【図１２】
2007097098.tif 000014
【図１３】
2007097098.tif 000015
【図１４】
2007097098.tif 000016
【図１５】
2007097098.tif 000017
【図１６】
2007097098.tif 000018
【図１７】
2007097098.tif 000019
【図１８】
2007097098.tif 000020
【図１９】
2007097098.tif 000021
【図２０】
2007097098.tif 000022
【図２１】
2007097098.tif 000023
【図２２】
2007097098.tif 000024
【図２３】
2007097098.tif 000025
【図２４】
2007097098.tif 000026
【図２５】
2007097098.tif 000027
【図２６】
2007097098.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月16日(2008.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する三軸方向の角速度を測定するための角速度センサであって、
前記振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、前記第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、前記第２振動脚及び第３振動脚が、前記基部から、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えており、
前記検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出するに際して、
各質量体の振動モードとして、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、前記第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、平面的になすことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記第１振動脚と、前記第２振動脚及び第３振動脚とのなす角をそれぞれ２０〜７０°の範囲内の値とすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記第２振動脚及び第３振動脚の途中に、それぞれ屈曲部が設けてあり、それらの先端部がＹ軸方向に延びていることを特徴とする請求の範囲第１項または２項に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記各振動脚における少なくとも一つの幅を０．１〜３ｍｍ、長さを１〜１５ｍｍ、及び厚さを０．０５〜１ｍｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求の範囲第１項〜３項のいずれか一項に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記振動モードとして、ＨＳモードあるいはＨＡモードの周波数を、それぞれ１〜１００ｋＨｚの範囲内の値とすることを特徴とする請求の範囲第１項〜４項のいずれか一項に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記基部を介して、各振動脚に対応する位置に、第１´振動脚〜第３´振動脚が設けてあり、当該第１´振動脚〜第３´振動脚に、コリオリ力検出用電極が設けてあることを特徴とする請求の範囲第１項〜５項のいずれか一項に記載の角速度センサ。
【請求項７】
３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する三軸方向の角速度を測定するための角速度センサを用いた、被測定物における角速度の測定方法であって、
前記被測定物に対して、前記振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、前記第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、前記第２振動脚及び第３振動脚が、前記基部から、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えた角速度センサを取り付ける工程と、
前記各質量体の振動モードとして、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、前記第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、それぞれ平面的になす工程と、
前記検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出する工程と、
を含むことを特徴とする角速度の測定方法。
【請求項８】
前記各質量体の振動モードがＨＳモードの場合、
Ｘ軸方向の検出モードを、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｚ軸方向に同じ向きに変位するとともに、前記第１振動脚が反対向きに変位するＶモードとし、
Ｙ軸方向の検出モードを、前記第２振動脚及び第３振動脚が、Ｚ軸方向に逆向きに変位するＴモードとし、
Ｚ軸方向の検出モードを、前記ＨＡモードとし、
前記各質量体の振動モードがＨＡモードの場合、
Ｘ軸方向の検出モードを、前記Ｔモードとし、
Ｙ軸方向の検出モードを、前記Ｖモードとし、
Ｚ軸方向の検出モードを、前記ＨＳモードとする、
ことを特徴とする請求項７に記載の角速度の測定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明によれば、３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する三軸方向の角速度を測定するための角速度センサであって、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚及び第３振動脚が、基部から、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えており、検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出するに際して、各質量体の振動モードとして、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、平面的になす角速度センサが提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、各振動脚および各質量体を、所定の振動モードで平面的に動作させることによって、振動動作が簡易かつ精度良く可能であって、感度がすぐれるばかりか、さらには低消費電力化や小型化が容易な角速度センサを提供することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明の別の態様は、３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に対応して連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する三軸方向の角速度を測定するための角速度センサを用いた、被測定物における角速度の測定方法であって、
被測定物に対して、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、前記第２振動脚及び第３振動脚が、基部から、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えた角速度センサを取り付ける工程と、
各質量体の振動モードとして、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、それぞれ平面的になす工程と、
検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出する工程と、
を含むことを特徴とする角速度の測定方法である。
すなわち、角速度センサにおける各振動脚および各振動脚に連なる質量体を、所定の振動モードで平面的に動作させることによって、振動動作が簡易かつ精度良く可能であって、優れた感度が得られるばかりか、さらには低消費電力化や小型化を図ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、図１に例示するように、３つの振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを固定するための基部１６と、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応して連なる３つの質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを振動させるための発振回路部（図示せず）と、各質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃについて発生したコリオリ力を検出するための検出部（図示せず）と、を有する三軸方向の角速度を測定するための角速度センサ１０であって、
各振動脚１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚１２ｂがＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃが、基部１６から、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部１４ａ、１４ｃを備えており、
検出部において、それぞれの質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃについて発生したコリオリ力を検出するに際して、各質量体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの振動モードとして、第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃが、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚１２ａ及び第３振動脚１２ｃが、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚１２ｂが、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、平面的になす角速度センサ１０である。
以下、図１〜図２６を適宜参照して、第１の実施形態の角速度センサを具体的に説明する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、３つの振動脚を固定するための基部と、各振動脚に連なる３つの質量体と、各振動脚を振動させるための発振回路部と、各質量体について発生したコリオリ力を検出するための検出部と、を有する三軸方向の角速度を測定するための角速度センサを用いた、被測定物における角速度の測定方法であって、
被測定物に対して、振動脚を含む平面において直交する二軸をＸ軸及びＹ軸とし、かつ平面に垂直方向にＺ軸をとったときに、第１振動脚がＹ軸方向に一致させてあるとともに、第２振動脚及び第３振動脚が、基部から、それぞれＹ軸から互いに離れるように斜め方向に延びる延設部を備えた角速度センサを取り付ける工程（以下、取付工程）と、
各質量体の振動モードとして、第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に開閉するＨＳモード、あるいは第２振動脚及び第３振動脚が、Ｙ軸方向に対して、同時に同方向に変位するとともに、第１振動脚が、その反対方向に変位するＨＡモードの動作を、それぞれ平面的に動作させる工程（以下、振動工程）と、
検出部において、各質量体について発生したコリオリ力を検出する工程（以下、検出工程）と、
を含むことを特徴とする角速度の測定方法である。
【国際調査報告】
2007097098.tif 000029
2007097098.tif 000030
2007097098.tif 000031
2007097098.tif 000032