JP4874067B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、物体に作用する角速度を検出する角速度センサに関し、特に、作用する角速度を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量検出型の角速度センサに関する。

ビデオカメラの手ぶれ補正装置や車載用のエアバッグ装置、ロボットの姿勢制御装置など広い分野において、加速度センサや角速度センサなどの力学量センサが用いられている。
これらの力学量センサには、可動体である錘（質量体）に設けられた電極と固定電極との間の静電容量変化から錘の変位を検出し、この錘の変位に基づいて力学量を検出する静電容量検出型のセンサがある。
このような静電容量検出型の力学量センサの電極間における静電容量の変化の検出には、静電容量を対応する電圧に変換するＣ／Ｖ（静電容量／電圧）変換装置が用いられている。

Ｃ／Ｖ変換装置には、静電容量の微小な変化を適切に検出するために、作用する力学量を検出する軸ごとに、又は静電容量素子ごとに信号の振幅を増大させるための増幅器が設けられている。
このような信号の増幅器は、力学量の検出軸が増えるに伴って増加するため、多軸検出型のセンサにおいては、回路が複雑化・大規模化してしまう傾向にあった。
そこで従来、下記の特許文献に示すように、Ｃ／Ｖ変換装置における演算増幅器を減らすための技術が提案されている。
特開２００５−３１５８２４公報

特許文献１には、異なる複数の静電容量素子の静電容量を１つの演算増幅器を用いて測定する技術が提案されている。
詳しくは、測定対象である静電容量素子に互いに位相が９０°ずれた搬送信号を印加し、その出力を全て演算増幅器に入力する。そして、同期検波回路において演算増幅器の出力信号を位相分割処理することによって、それぞれの静電容量素子の静電容量の検出信号を分離する。
また、上述した位相分割処理による信号の分離技術では、２種類の信号を分離することしかできないため、３つ以上の静電容量素子の静電容量を同時に測定（検出）する場合には、印加する搬送波の周波数を変化させ、周波数分離処理を用いて対応している。

しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いて、３つ以上の静電容量素子の静電容量を同時に測定（検出）する場合、例えば、２軸の角速度センサのように、検出軸であるｘ軸とｙ軸、および振動軸であるｚ軸の計３軸における錘の変位を検出する場合、周波数の異なる信号源を複数設けなければならない。
このように、複数の信号源を設けることによる回路の複雑化や大型化を抑制することは困難であった。

そこで、本発明は、複数の信号源を設けることなく、１つの増幅回路において複数の検出信号を増幅した後、これらの検出信号を適切に分離することができる角速度センサを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、中空部を有するフレームと、互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向に形成された可撓性を有する梁を介して前記フレームに支持され、ｘ軸およびｙ軸と互いに直交するｚ軸方向の厚みを有し、表面部が可動電極として機能し、外力の作用により姿勢が変化する錘と、前記錘と対向して配置された複数の固定電極と、前記錘のｙ軸方向の傾きに伴う前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出する第１の検出回路と、前記錘のｘ軸方向の傾きに伴う前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出する第２の検出回路と、前記錘のｚ軸方向の変位に伴う前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出する第３の検出回路と、前記第３の検出回路に印加する搬送波の位相を、前記第１の検出回路および前記第２の検出回路に印加する搬送波の位相から９０°シフトさせる移相手段と、前記第１の検出回路および前記第２の検出回路への前記搬送波の印加を、制御クロック信号のタイミングに基づいて、一定周期毎に切り替えて交互に行う切替手段と、前記第１の検出回路、前記第２の検出回路、および前記第３の検出回路の出力信号が入力される増幅回路と、前記増幅回路の出力信号に対して、前記制御クロック信号のタイミングに基づいて位相分割処理を行うことにより、前記第１の検出回路における静電容量の変化を示す第１の検出信号および前記第２の検出回路における静電容量の変化を示す第２の検出信号から構成される角速度成分信号と、前記第３の検出回路における静電容量の変化を示す第３の検出信号と、を分離する第１の分離手段と、前記角速度成分信号に対して、前記切替手段による搬送波の切替タイミングに基づいて時分割処理を行うことにより、前記第１の検出信号と、前記第２の検出信号とを分離する第２の分離手段と、前記第１の検出信号に基づいて、前記錘のｘ軸回りに作用する角速度を出力し、前記第２の検出信号に基づいて、前記錘のｙ軸回りに作用する角速度を出力する角速度出力手段と、前記第３の検出信号に基づいて位置制御を行いながら、前記錘をｚ軸方向に振動させる駆動手段と、を備えることにより前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の角速度センサにおいて、前記第１の検出回路は、前記固定電極と前記可動電極とにより構成される静電容量素子のうち、前記錘のｙ軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する２つの静電容量素子を直列に接続した回路を備え、前記第２の検出回路は、前記固定電極と前記可動電極とにより構成される静電容量素子のうち、前記錘のｘ軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する２つの静電容量素子を直列に接続した回路を備え、前記第３の検出回路は、前記固定電極と前記可動電極とにより構成される静電容量素子のうち、前記錘のｚ軸方向の変位に伴い静電容量が変化する静電容量素子と、特定の静電容量素子を直列に接続した回路を備え、前記第１の検出回路、前記第２の検出回路、および前記第３の検出回路における、直列接続された静電容量素子のそれぞれに、互いの位相が１８０°反転した搬送波を印加する搬送波印加手段を備えたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１又は請求項２記載の角速度センサにおいて、前記第２の分離手段は、前記切替手段による前記搬送波の切り替わりのタイミングから所定時間が経過した後、前記第１の検出信号または前記第２の検出信号を分離することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２又は請求項３記載の角速度センサにおいて、前記固定電極は、前記錘の中心位置を基準位置として、同一平面上の前記基準位置の周りに等間隔に配設された４つの第１電極を備え、前記第１の検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を備え、前記第２の検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を備え、前記切替手段は、前記第１の検出回路と前記第２の検出回路との配線を切り替えることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項４記載の角速度センサにおいて、前記固定電極は、前記４つの第１電極と錘を介して対向する平面上に、さらに４つの第２電極を備え、前記第１の検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を備え、前記第２の検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を備えたことを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１から請求項５のいずれか１の請求項に記載の角速度センサにおいて、前記第１の分離手段は、前記切替手段による前記搬送波の切り替わりのタイミングから所定時間が経過した後、前記第３の検出信号を分離することを特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項３または請求項６記載の角速度センサにおいて、前記所定時間は、前記切替手段による前記搬送波の切り替わりのタイミングから３〜４τの範囲で設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、位相分割処理および時分割処理を組み合わせて用いることにより、増幅後の合成信号の分離処理を適切に行うことができる。これにより第１の検出回路の出力、第２の検出回路の出力および第３の検出回路の出力の増幅処理を、一つの増幅回路を用いて同時に行うことが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図１６を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施の形態では、可撓性を有する梁によってフレームに支持された錘の姿勢状態の変位を固定電極と可動電極（錘）間の静電容量の変化量に基づいて検出し、この錘の姿勢状態の変位の検出結果に基づいて錘に作用する角速度を測定する角速度センサについて説明する。
本実施の形態に係る角速度センサは、ｚ軸方向に振動している錘に働く角速度によって生じるコリオリ力が錘に作用した際のｘ軸およびｙ軸方向の傾きを、それぞれｙ軸検出回路およびｘ軸検出回路によって検出する。
角速度センサは、錘を一定周波数で振動駆動させるための駆動回路を備えており、さらに、この駆動回路を制御する際の錘の位置制御時に必要となる錘のｚ軸方向の変位を検出するｚ軸検出回路を備えている。

ｘ軸検出回路およびｙ軸検出回路に印加される搬送波は、ｚ軸検出回路に印加される搬送波の位相より９０°シフトしたものが用いられる。
また、ｘ軸検出回路およびｙ軸検出回路への搬送波の印加は、特定のクロック信号のタイミングに基づいて、一定周期ごとに切り替えて交互に行われる。
ｘ軸検出回路、ｙ軸検出回路およびｚ軸検出回路の出力は、電流／電圧変換回路にまとめて入力され増幅変換処理が施される。
電流／電圧変換回路の出力信号（合成信号）は、３つの同期検波回路に入力され、それぞれの同期検波回路において、ｘ軸検出信号成分（第１の検出信号）、ｙ軸検出信号成分（第２の検出信号）、ｚ軸検出信号成分（第３の検出信号）が分離抽出される。
同期検出回路では、合成信号に特定の位相分割処理を施すことによって、ｚ軸検出信号成分が、ｘ軸検出信号成分およびｙ軸検出信号成分と分離され、さらに、搬送波の切替タイミング、即ちクロック信号に基づいて、時分割処理を施すことによって、ｘ軸検出信号成分とｙ軸検出信号成分とが分離される。

このように同期検出回路において分離された、ｘ軸検出信号成分に基づいて、ｘ軸回りに作用する角速度が検出され、ｙ軸検出信号成分に基づいて、ｙ軸回りに作用する角速度が検出される。
また、ｚ軸検出信号成分に基づいて、錘のｚ軸方向の変位が検出され、この錘の変位の検出結果に基づいて、錘の一次振動駆動制御が行われる。
このように、本実施の形態によれば、増幅後の合成信号に対して、同期検出回路において、位相分割処理および時分割処理を組み合わせて各軸方向の検出信号成分を分離することができるため、ｘ軸検出回路の出力、ｙ軸検出回路の出力およびｚ軸検出回路の出力の増幅処理を、一つの電流／電圧変換回路を用いて同時に行うことが可能となる。

（２）実施形態の詳細
本実施の形態に係る角速度センサは、半導体基板を加工して形成された半導体センサ素子である。なお、半導体基板の加工は、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いて行うことができる。
角速度センサを構成する基板における各層の積層方向と同一方向を上下方向、即ちｚ軸（方向）と定義する。そして、このｚ軸と直交し、かつ互いの軸と直交する軸をｘ軸（方向）およびｙ軸（方向）と定義する。つまり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ互いに直交する３軸となる。
また、本実施の形態に係る角速度センサは、錘の姿勢変化を電気信号として検出するセンサ部と、検出された電気信号を処理する信号処理部（制御部）を備えている。
ここでは、角速度センサをセンサ部と信号処理部（制御部）とに分けて説明する。

図１は、本実施の形態に係る角速度センサにおけるセンサ部の概略構造を示した斜視図である。
なお、図１では、角速度センサの構造をわかりやすく表現するために、各層の構造を離して表現しているが、実際は、各層が積層した状態で構成されている。
図１に示すように、角速度センサは、可動部構造体１が上部ガラス基板２および下部ガラス基板３によって上下方向から挟み込まれた３層構造となっている。

図２（ａ）は、可動部構造体１を上部ガラス基板２側から見た平面図を示す。
図に示すように、可動部構造体１は、シリコン基板をエッチングすることによって、フレーム１１、梁１２および錘１３が形成されている。
フレーム１１は、錘１３を囲むように可動部構造体１の周縁部に設けられた固定部であり、可動部構造体１の枠組みを構成する。
梁１２は、錘１３の中心から放射方向に（フレーム１１の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。

錘１３は、中央部に位置する角柱状の錘部１３０、この錘部１３０の４隅にそれぞれバランスを保って配設された角柱状の錘部１３１〜１３４から構成されている。なお、錘部１３０〜１３４は、連続した固体として一体に形成されている。
錘１３は、４つの梁１２によってフレーム１１に固定された質量体である。錘１３は、梁１２の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。錘１３は、導電性を有し、その側面は可動電極として機能する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ’部における角速度センサの断面を示した図である。
図に示すように、梁１２および錘１３の上面（上部ガラス基板２との対向面）と上部ガラス基板２との間には、錘１３を可動にするための可動隙間１４が形成されている。上部ガラス基板２は、この可動隙間１４を封止するように接合されている。
梁１２の下面（下部ガラス基板３との対向面）および錘１３の底面即ち下面（下部ガラス基板３との対向面）と下部ガラス基板３との間、さらに錘１３の周部においても、錘１３を可動にするための可動隙間１５が形成されている。下部ガラス基板３は、この可動隙間１５を封止するように接合されている。なお、可動隙間１４、１５は、真空状態とすることで、錘１３が動作する際の空気抵抗を低減することが可能である。

なお、可動部構造体１のフレーム１１、梁１２、錘１３を形成する際には、シリコン基板をプラズマによる深いトレンチエッチングを施すＤ−ＲＩＥ（ディープ−リアクティブ・イオン・エッチング）技術を利用して行う。
また、本実施の形態に係る角速度センサでは、可動部構造体１をシリコン基板を用いて形成しているが、可動部構造体１の形成部材はこれに限られるものではない。例えば、シリコン基板の中間層に酸化膜を埋め込んだＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板を用いて形成してもよい。
この場合、中間の酸化膜層が梁１２や錘１３を加工する際のエッチング処理において、エッチング遮断層（ストップ層）として機能するため、厚み方向に対する加工精度を向上させることができる。

上部ガラス基板２および下部ガラス基板３は、可動部構造体１を封止するように接合された固定基板である。上部ガラス基板２および下部ガラス基板３は、それぞれ、可動部構造体１のフレーム１１において陽極接合によって接合されている。
陽極接合とは、ガラス基板（上部ガラス基板２、下部ガラス基板３）側に陰極電圧を与え、ガラス−シリコン間の静電引力を利用して接合する接合方法である。
なお、ガラス基板と可動部構造体１との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。

上部ガラス基板２および下部ガラス基板３には、錘１３を振動駆動させるための駆動電極と錘１３の姿勢状態を検出するための複数の固定電極が設けられている。
図３は、角速度センサに設けられる固定電極と駆動電極の配置状態を示した図である。
なお、図３では、各電極と錘１３との配置関係を明確に示すために電極と錘１３のみを示す。
図３に示すように、上部ガラス基板２には、錘部１３０と対向する部位に、錘部１３０を中心としてｘ軸およびｙ軸に沿って十字方向に延びる固定電極２０が設けられている。
また、上部ガラス基板２には、錘部１３１と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第１象限）に固定電極２１、錘部１３２と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第４象限）に固定電極２２、錘部１３３と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第３象限）に固定電極２３、錘部１３４と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第２象限）に固定電極２４が設けられている。

同様に、下部ガラス基板３には、錘部１３０と対向する部位に、錘部１３０を中心としてｘ軸およびｙ軸に沿って十字方向に延びる駆動電極３０が設けられている。
また、下部ガラス基板３には、錘部１３１と対向する部位に固定電極３１、錘部１３２と対向する部位に固定電極３２、錘部１３３と対向する部位に固定電極３３、錘部１３４と対向する部位に固定電極３４が設けられている。
固定電極２０は、錘１３のｚ軸方向における変位を検出するための電極であり、駆動電極３０は、錘１３を振動駆動させるための電極である。
また、固定電極２１〜２４および固定電極３１〜３４は、第１検出軸（ｘ軸）又は第２検出軸（ｙ軸）回りに作用する角速度を検出するための電極である。

本実施の形態に係る角速度センサでは、固定電極２１と可動電極（錘１３）とでコンデンサ（静電容量素子）１Ａが構成され、固定電極２２と可動電極とでコンデンサ２Ａ、固定電極２３と可動電極とでコンデンサ３Ａ、固定電極２４と可動電極とでコンデンサ４Ａが構成されている。
同様に、固定電極３１と可動電極とでコンデンサ１Ｂ、固定電極３２と可動電極とでコンデンサ２Ｂ、固定電極３３と可動電極とでコンデンサ３Ｂ、固定電極３４と可動電極とでコンデンサ４Ｂが構成されている。
また、固定電極２０と可動電極とでコンデンサＺＡ、駆動電極３０と可動電極とでコンデンサＺＢが構成されている。

なお、上部ガラス基板２および下部ガラス基板３には、図１および図２（ｂ）に示すように、各電極の電位や錘１３の電位、即ちセンサ部で検出される信号をセンサ部の外部へ引き出すための電極パッド４が複数設けられている。
電極パッド４は、各ガラス基板の厚み方向に貫通するスルーホールの内周壁に設けられた引き出し線を介して各電極と接続されている。
そして、これらの電極パッド４は、後述する信号処理部（制御部）内のＣ／Ｖ変換回路へ接続される。

次に、このように構成される角速度センサのセンサ部における動作を説明する。
本実施の形態に係る角速度センサは、図１に示すように、錘１３を上下方向（ｚ軸方向）に一次振動させ、この振動運動をしている錘１３にコリオリ力を生じさせることによって、第１検出軸（ｘ軸）および第２検出軸（ｙ軸）回りに加わる角速度を検出する方式を用いている。
詳しくは、駆動電極３０と可動電極（錘１３）との間、即ちコンデンサＺＢに交流電圧を印加し、これらの電極間に働く静電力の作用を用いて錘１３を上下方向（ｚ軸方向）に振動させる。
なお、本実施の形態に係る角速度センサでは、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化、即ち、コンデンサＺＡの静電容量変化の検出結果に基づくフィードバック制御を用いて、コンデンサＺＢに交流電圧を印加する駆動処理が実行される。

錘１３を上下振動させるために印加する交流電圧の周波数、即ち錘１３の振動周波数は、例えば、錘１３が共振振動する３ｋＨｚ程度の共振周波数ｆに設定されている。このように、錘１３を共振周波数ｆで振動させることにより錘１３の大きな変位量を得ることができる。
この速度ｖで振動している質量ｍの錘１３の周りに角速度Ωが加わると、錘１３の中心には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力が錘１３の運動方向に対し直交する方向に発生する。
このコリオリ力Ｆが発生すると、錘１３にねじれが加わり錘１３の姿勢が変化する。即ち、錘１３の振動の運動方向と直交する面に対して、錘１３が傾く。この錘１３の姿勢の変化（傾き、ねじれ量）を検出することによって、作用する角速度の向きや大きさを検出するようになっている。

図２（ｃ）は、錘１３の姿勢が変化した状態を示した図である。
例えば、錘１３の第２検出軸（ｙ軸）回りに角速度が作用してコリオリ力が発生し、図２（ｃ）に示すように、錘１３の姿勢がｘ軸に対して傾くと、固定電極と可動電極（錘１３）との距離が変化する。
詳しくは、固定電極２２と可動電極との間、および固定電極３３と可動電極との間の距離が小さくなり、一方、固定電極３２と可動電極との間、および固定電極２３と可動電極との間の距離が大きくなる。
このような、電極間の距離の変化は、電極間の静電容量の変化として現れるため、コンデンサ２Ａ、３Ａおよびコンデンサ２Ｂ、３Ｂの静電容量の変化に基づいて、錘１３の姿勢変化を検出することができる。

電極間の距離の変化、即ち電極間の静電容量の変化は、後述する信号処理部（制御部）におけるＣ／Ｖ変換回路を用いて電気的に検出することができる。
検出された錘１３の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて、発生したコリオリ力Ｆを検出する。そして、検出されたコリオリ力Ｆに基づいて、角速度Ωを算出（導出）する。つまり、信号処理部において、錘１３の姿勢の変化量を角速度に変換する。
ここでは、錘１３の第２検出軸（ｙ軸）回りに角速度が作用した場合について説明したが、錘１３の第１検出軸（ｘ軸）回りに角速度が作用した場合についても同様に、固定電極と可動電極間の距離の変化に基づいて錘１３の姿勢変化を検出することにより、作用する角速度を測定することができる。

次に、本実施の形態に係る角速度センサにおける、センサ部において検出された信号を処理する信号処理部（制御部）について説明する。
図４は、本実施の形態に係る角速度センサにおける信号処理部（制御部）の概略構造を示した回路ブロック図である。
図４に示すように、信号処理部は、Ｃ／Ｖ変換回路１００、ｘ軸角速度検出回路２００、ｙ軸角速度検出回路３００を備えている。
角速度センサの信号処理部では、Ｃ／Ｖ変換回路１００において処理された各軸方向における検出信号に基づいて、ｘ軸角速度検出回路２００およびｙ軸角速度検出回路３００において処理された後、最終的にｘ軸角速度出力およびｙ軸角速度出力として、角速度センサから出力される。

Ｃ／Ｖ変換回路１００では、センサ部における固定電極と可動電極（錘１３）との距離の変化、即ち、各軸方向における錘１３の変位をコンデンサの静電容量の変化に基づいて検出し、軸方向成分ごとに対応する電圧値（大きさ）の検出信号に変換する。
Ｃ／Ｖ変換回路１００の初段は、差動容量検出方式を用いた電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路１１０によって構成されている。
なお、差動容量検出方式とは、直列接続されたコンデンサの両端からそれぞれ位相が１８０°反転した搬送波を印加し、そして、コンデンサの接続点から両コンデンサの静電容量の差分を示す電流信号を取り出して反転増幅回路に入力し、静電容量の差分に比例した電圧信号を得る方式である

図４に示すように、Ｃ／Ｖ変換回路１００は、高周波信号（搬送波信号）を発生させる交流電圧源１０１を備え、この交流電圧源１０１は、制御クロック生成回路１０２、９０°移相器１０３、コンデンサＺＡの一端、および反転増幅器１０４にそれぞれ接続されている。
９０°移相器１０３の他端は、制御クロック生成回路１０２、切替回路１０６、反転増幅器１０５にそれぞれ接続されている。
Ｃ／Ｖ変換回路１００には、錘１３におけるｘ軸回りの変位を検出するためのｘ軸検出回路１０７、ｙ軸回りの変位を検出するｙ軸検出回路１０８、ｚ軸方向の変位を検出するためのｚ軸検出回路１０９を備えている。

ｘ軸検出回路１０７は、上部ガラス基板２に設けられた固定電極２１〜２４（図３）と可動電極とで構成されるコンデンサ１Ａ〜４Ａによって構成される。
詳しくは、ｘ軸（第１検出軸）を境界として、コンデンサ１Ａ〜４Ａをコンデンサ１Ａ、４Ａとコンデンサ２Ａ、３Ａの２つのグループに分け、同一グループのコンデンサ同士を並列に接続する。そして、各グループのコンデンサ同士を直列に接続する。
ｘ軸検出回路１０７は、ｘ軸検出回路１０７の両端、即ち、直列接続されたコンデンサの両端に位相の１８０°反転した搬送波が印加されるように構成されている。

同様に、ｙ軸検出回路１０８は、下部ガラス基板３に設けられた固定電極３１〜３４（図３）と可動電極とによって構成されるコンデンサ１Ｂ〜４Ｂによって構成される。
詳しくは、ｙ軸（第２検出軸）を境界として、コンデンサ１Ｂ〜４Ｂをコンデンサ１Ｂ、２Ｂとコンデンサ３Ｂ、４Ｂの２つのグループに分け、同一グループのコンデンサ同士を並列に接続する。そして、各グループのコンデンサ同士を直列に接続する。
ｙ軸検出回路１０８は、ｘ軸検出回路１０７の両端、即ち、直列接続されたコンデンサの両端に位相が１８０°ずれた搬送波同士が印加されるように構成されている。
本実施の形態に係る角速度センサでは、錘１３の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ同士を並列に接続し、そして、錘１３の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が対称的となるコンデンサ同士を直列に接続するように構成されている。

また、ｚ軸検出回路１０９は、上部ガラス基板２に設けられた固定電極２０（図３）と可動電極とによって構成されるコンデンサＺＡと、予め設定されている基準用のコンデンサＺｒとを直列接続した回路により構成されている。
ｚ軸検出回路１０９は、ｚ軸検出回路１０９の両端、即ち、直列接続されたコンデンサの両端から位相が１８０°ずれた搬送波同士が印加されるように構成されている。
なお、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波の位相は、９０°移相器１０３によって交流電圧源１０１で発生した搬送波の位相が強制的に９０°シフトされるため、ｚ軸検出回路１０９に印加される搬送波の位相と９０°ずれた状態となる。

ｘ軸検出回路１０７とｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波は、切替回路１０６における回路分岐点を、制御クロック生成回路１０２で生成された特定の制御クロックのタイミング（クロック信号Ｃ１’）に基づいて交互に切り替えることによって印加されるように構成されている。
即ち、切替回路１０６における接続点の切り替えを行うことによって、ｘ軸検出回路１０７とｙ軸検出回路１０８に、交互に搬送波が印加される。
ｘ軸検出回路１０７に搬送波が印加されている期間は、ｙ軸検出回路１０８の両端は、グランド電位に接続され、同様に、ｙ軸検出回路１０８に搬送波が印加されている期間は、ｘ軸検出回路１０７の両端は、グランド電位に接続されるように構成されている。
このように切替回路１０６は、入力する信号（搬送波）を２つの出力に振り分ける機能を有し、例えば、アナログスイッチなどによって構成されている。

各検出回路におけるコンデンサの直列接続点は、電流／電圧変換回路１１０と接続されている。
そして、ｘ軸検出回路１０７、ｙ軸検出回路１０８およびｚ軸検出回路１０９に搬送波が印加されると、各検出回路におけるコンデンサの直列接続点から、直列接続された両コンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が、電流／電圧変換回路１１０に入力される。
電流／電圧変換回路１１０は、演算増幅器ＩＣ１と抵抗Ｒｆを備えている。
各検出回路から出力された電流信号は、演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子（−）と接続されている。演算増幅器ＩＣ１の非反転端子（＋）は、グランド電位に接続（接地）されている。
演算増幅器ＩＣ１の出力端子と反転入力端子（−）との間に、帰還抵抗として機能する抵抗Ｒｆが接続されている。

なお、演算増幅器ＩＣ１は、アナログ集積回路であるオペアンプ（オペレーショナル・アンプリファイア）によって構成されている。
演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子（−）は、ここに入力される信号が反転され、出力に増幅されて出てくる端子である。一方、非反転入力端子（＋）は、ここに入力される信号は反転されずに増幅されて出てくる端子である。
オペアンプの利得は極めて高く、また周波数特性の範囲も直流から数ＭＨｚまでの増幅が可能である。
図示していないが、演算増幅器ＩＣ１には、電源の端子が設けられており、この端子から動作用の電力が供給されるようになっている。

演算増幅器ＩＣ１の出力端子は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１１１に接続されている。このＨＰＦ１１１は、演算増幅器ＩＣ１の出力信号のうち、交流電圧源１０１で生成された搬送波の周波数成分を透過させ、これよりも低い周波数成分の信号を遮断（カット）するためのフィルタ回路である。
ＨＰＦ１１１の出力は、同期検波回路１１２、１１３、１１４にそれぞれ入力されるように接続されている。
同期検波回路１１２は、ｘ軸検出回路１０７において検出された信号成分に基づくｘ軸検出信号（Ｖｄｘ）を抽出（分離）する処理回路から構成されている。
同期検波回路１１３は、ｙ軸検出回路１０８において検出された信号成分に基づくｙ軸検出信号（Ｖｄｙ）を抽出（分離）する処理回路から構成されている。
同期検波回路１１４は、ｚ軸検出回路１０９において検出された信号成分に基づくｚ軸検出信号（Ｖｄｚ）を抽出（分離）する処理回路から構成されている。
なお、同期検波回路１１２、１１３、１１４は、それぞれ第１の分離手段として機能し、同期検波回路１１２、１１３によって、第２の分離手段が構成される。

同期検波回路１１２〜１１４の各出力は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１１５〜１１７に接続されている。このＬＰＦ１１５〜１１７は、同期検波回路１１２〜１１４の出力信号の平滑化を行う平滑回路から構成されている。
Ｃ／Ｖ変換回路１００は、ＬＰＦ１１５において平滑化された信号（Ｖｌｐｆｘ信号）が増幅回路１１８において所定の増幅処理を施した後、ｘ軸ＣＶ出力信号としてｘ軸角速度検出回路２００へ出力されるように構成されている。
同様に、Ｃ／Ｖ変換回路１００は、ＬＰＦ１１６において平滑化された信号（Ｖｌｐｆｙ信号）が増幅回路１１９において所定の増幅処理を施した後、ｙ軸ＣＶ出力信号としてｙ軸角速度検出回路３００へ出力されるように構成されている。

また、Ｃ／Ｖ変換回路１００は、ＬＰＦ１１７において平滑化された信号（Ｖｌｐｆｚ信号）が増幅回路１２０において所定の増幅処理を施した後、ＡＧＣ（自動利得制御）回路・位相調整回路１２１へ出力されるように構成されている。
そして、ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１において処理された信号は、静電駆動回路１２２へ出力される。
ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１および静電駆動回路１２２は、錘１３におけるｚ軸の１次振動を自励振駆動するための制御回路であり、これらの回路で処理された信号によって、静電駆動回路１２２に接続されている予め設定されている基準用のコンデンサＺｄ、および下部ガラス基板３に設けられた駆動電極３０（図３）と可動電極とによって構成されるコンデンサＺＢに印加する駆動制御電圧が調整される。

ｘ軸角速度検出回路２００では、ｘ軸ＣＶ出力信号として増幅回路１１８から出力された信号を、ＨＰＦ２０１において高周波成分をカットした後、ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１から出力された参照信号を移相器２０５において位相シフトされた信号に基づいて、同期検波回路２０２において、特定の検波処理を施す。
そして、ＬＰＦ２０３において信号の平滑処理をした後、ＡＭＰ（増幅回路）２０４において増幅処理を施し、ｘ軸角速度出力信号として角速度センサから出力される。
同様に、ｙ軸角速度検出回路３００では、ｙ軸ＣＶ出力信号として増幅回路１１９から出力された信号を、ＨＰＦ３０１において高周波成分をカットした後、ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１から出力された参照信号を移相器３０５において位相シフトされた信号に基づいて、同期検波回路３０２において、特定の検波処理を施す。
そして、ＬＰＦ３０３において信号の平滑処理をした後、ＡＭＰ３０４において増幅処理を施し、ｙ軸角速度出力信号として角速度センサから出力される。

次に、Ｃ／Ｖ変換回路１００において実行される、信号処理の手順について説明する。
図５は、Ｃ／Ｖ変換回路１００における各部の信号波形を示したタイムチャートである。
なお、Ｃ／Ｖ変換回路１００における信号処理は、図５（ａ）に示す交流電圧源１０１において生成されるＶ０信号の周期（周波数）に基づいて実行される。
Ｖ０信号がコンデンサＺＡに印加され、Ｖ０信号の位相が１８０°反転した信号（Ｖ０反転信号）がコンデンサＺｒに印加されると、図５（ｂ）に示す電流Ｉｚ（電流信号）がｚ軸検出回路１０９から電流／電圧変換回路１１０へ入力される。
Ｖ０信号は、９０°移相器１０３を通ると位相が９０°シフトされ、図５（ｄ）に示すＶ１信号となる。

切替回路１０６における接続点がＶ０信号の一周期ごとに交互に切り替わることにより、ｘ軸検出回路１０７には図５（ｅ）に示すＶｘ信号がコンデンサ１Ａ、４Ａに印加され、Ｖｘ信号の位相が１８０°反転した信号（Ｖｘ反転信号）がコンデンサ２Ａ、３Ａに印加されると、図５（ｆ）に示す電流Ｉｘ（電流信号）がｘ軸検出回路１０７から電流／電圧変換回路１１０へ入力される。
なお、切替回路１０６における接続点の切り替えタイミングは、後述するクロック信号Ｃ１’に基づいて行われる。

一方、ｙ軸検出回路１０８には図５（ｈ）に示すＶｙ信号がコンデンサ１Ｂ、２Ｂに印加され、Ｖｙ信号の位相が１８０°反転した信号（Ｖｙ反転信号）がコンデンサ３Ｂ、４Ｂに印加されると、図５（ｉ）に示す電流Ｉｙ（電流信号）がｙ軸検出回路１０８から電流／電圧変換回路１１０へ入力される。
電流／電圧変換回路１１０は、電流Ｉｘ、Ｉｙ、ＩｚがＩＣ１へ入力されると、これらの電流を比例する電圧値に変換する処理を行う。
そして、電流／電圧変換回路１１０は、電流Ｉｘを電圧に変換した図５（ｇ）に示すＶｘｏｕｔ信号、電流Ｉｙ電圧に変換した図５（ｊ）に示すＶｙｏｕｔ信号、および電流Ｉｚを電圧に変換した図５（ｃ）に示すＶｚｏｕｔ信号を足し合わせた合成信号（Ｖｏｕｔ信号）を出力する。

そして、同期検波回路１１２〜１１４では、Ｖｏｕｔ信号から各軸成分の検出信号を抽出分離する処理を制御クロック生成回路１０２において生成された各種クロック信号に基づいて実行する。
制御クロック生成回路１０２では、クロック信号Ｃ、Ｃ１、Ｃ０、Ｃ１’、Ｃ０’、Ｃｘ、Ｃｙが生成される。
クロック信号Ｃは、図５（ｋ）に示すように、Ｖ０信号の正（＋）期間にパルスを発生する信号でである。
クロック信号Ｃ１は、図５（ｌ）に示すように、クロック信号Ｃの位相を９０°シフトさせた信号である。
クロック信号Ｃ０は、図５（ｍ）に示すように、クロック信号Ｃの位相を１８０°反転させた信号である。

クロック信号Ｃ１’は、図５（ｎ）に示すように、クロック信号Ｃ１の周期を２倍、即ち、周波数を１／２にした信号である。
クロック信号Ｃ０’は、図５（ｏ）に示すように、クロック信号Ｃ１’の位相を１８０°反転させた信号である。
クロック信号Ｃｘは、Ｖｘｏｕｔ信号の同期検波用信号であり、図５（ｐ）に示すように、クロック信号Ｃ０のオン期間をクロック信号Ｃ１’のオン期間にのみ設けた信号である。
クロック信号Ｃｙは、Ｖｙｏｕｔ信号の同期検波用信号であり、図５（ｑ）に示すように、クロック信号Ｃ０のオン期間をクロック信号Ｃ０’のオン期間にのみ設けた信号である。

同期検波回路１１２〜１１４では、はじめに、Ｖｏｕｔ信号に対して位相分割方式によるＶｚｏｕｔ信号の分離処理を行う。
ここで、位相分割方式による信号の分離処理について説明する。
図９は、位相分割方式を説明するための図である。
例えば、図９（ａ）に示すように、処理対象となる正弦波信号（信号ａ）の正（＋）期間にパルスを発生するクロック信号を用いて、クロック信号のオフ期間（Ｌｏｗ期間）にのみ信号ａを整流すると、信号ａ’を得る。
この信号ａ’をＬＰＦを用いて平滑処理を行うことにより、信号ａの振幅（大きさ）に応じた直流出力を得ることができる。

一方、図９（ｂ）に示すように、信号ａと位相が９０°ずれた正弦波信号（信号ｂ）を、先と同一のクロック信号を用いて、クロック信号のオフ期間（Ｌｏｗ期間）にのみ整流すると、信号ｂ’を得る。
信号ｂ’をＬＰＦを用いて平滑処理を行うと、信号Ｂ’の正（＋）成分と負（−）成分が相殺されるため、直流出力は０（ゼロ）となる。
即ち、位相が９０°ずれた信号ａと信号ｂを含む合成信号に対して、同一のクロック信号を用いて整流処理を施し、そして、その出力を平滑化することにより、一方の信号（ここでは信号ａ）の大きさに対応した直流出力のみを得ることができる。このような信号の分割（分離）方式を位相分割方式という。

上述したような位相分割方式を用いて、同期検波回路１１２では、クロック信号Ｃを用いてＶｏｕｔ信号の整流処理を行い、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号の成分の除去処理を行う。
なお、本実施の形態では、整流後の平滑処理は同期検波回路１１２〜１１４の後段に設けられているＬＰＦ１１５〜１１７において実行される。但し、説明の煩雑化を避けるために、最終的にＬＰＦ１１５〜１１７の通過後に除去される信号成分については、予め除去した状態で説明を行う。

続いて、同期検波回路１１２では、Ｖｚｏｕｔ信号成分の除去後のＶｏｕｔ’信号に対して、時分割方式によるＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の分離処理を行う。
詳しくは、切替回路１０６の動作タイミングと同期を取りながら、Ｖｏｕｔ’信号におけるｘ軸検出回路１０７に搬送波が印加されるタイミング（期間）のみの信号を検出（抽出）する処理を行う。
これにより、ｙ軸検出回路１０８に搬送波が印加されるタイミング（期間）に電流／電圧変換回路１１０から出力されるＶｙｏｕｔ信号の成分を除去することができる。
このように、同期検波回路１１２において、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号およびＶｙｏｕｔ信号の成分が除去され、即ち、Ｖｘｏｕｔ信号の成分のみが抽出される。
同期検波回路１１２からは、Ｖｘｏｕｔ信号を整流した図５（ｒ）に示すＶｄｘ信号が出力される。

同様に、同期検波回路１１３では、クロック信号Ｃを用いてＶｏｕｔ信号の整流処理を行い、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号の成分の除去処理を行う。
続いて、同期検波回路１１３では、Ｖｚｏｕｔ信号成分の除去後のＶｏｕｔ’信号に対して、時分割方式によるＶｘｏｕｔ信号の分離処理を行う。
詳しくは、切替回路１０６の動作タイミングと同期を取りながら、Ｖｏｕｔ’信号におけるｙ軸検出回路１０８に搬送波が印加されるタイミング（期間）のみの信号を検出（抽出）する処理を行う。
これにより、ｘ軸検出回路１０７に搬送波が印加されるタイミング（期間）に電流／電圧変換回路１１０から出力されるＶｘｏｕｔ信号の成分を除去することができる。
このように、同期検波回路１１３において、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号およびＶｘｏｕｔ信号の成分が除去され、即ち、Ｖｙｏｕｔ信号の成分のみが抽出される。
同期検波回路１１３からは、Ｖｙｏｕｔ信号を整流した図５（ｔ）に示すＶｄｙ信号が出力される。

上述したような位相分割方式を用いて、同期検波回路１１４では、クロック信号Ｃ１を用いてＶｏｕｔ信号の整流処理を行い、Ｖｏｕｔ信号からＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の成分の除去処理を行う。
同期検波回路１１４では、同期検波回路１１２、１１３と反対に、クロック信号Ｃと位相が９０°ずれたクロック信号Ｃ１を用いることにより、ｚ軸検出回路１０９に印可される搬送波と位相が９０°ずれた搬送波が印加されたｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８の出力信号であるＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の成分を除去することができる。

同期検波回路１１２から出力されたＶｄｘ信号は、ＬＰＦ１１５において平滑処理をされ、図５（ｓ）に示すＶｌｐｆｘ信号となる。
同様に、同期検波回路１１３から出力されたＶｄｙ信号は、ＬＰＦ１１６において平滑処理をされ、図５（ｕ）に示すＶｌｐｆｙ信号となり、同期検波回路１１４から出力されたＶｄｚ信号は、ＬＰＦ１１７において平滑処理をされ、図５（ｗ）に示すＶｌｐｆｚ信号となる。
このようにして、１つの電流／電圧変換回路１１０にまとめて入力された、ｘ軸検出回路１０７、ｙ軸検出回路１０８およびｚ軸検出回路１０９の電流信号（Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚ）、即ち検出信号に対応した検出電圧（Ｖｄｘ、Ｖｄｙ、Ｖｄｚ）を軸成分ごとに適切に分離することができる。

このように、本実施の形態に係る角速度センサは、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波（キャリア）の位相と、ｚ軸検出回路１０９に印加される搬送波の位相との差（位相差）を９０°とし、さらに、ｘ軸検出回路１０７とｙ軸検出回路１０８に交互に搬送波を印加するように構成されている。
これにより、全ての軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の検出成分を含む電流／電圧変換回路１１０の出力であるＶｏｕｔ信号から、位相分割方式を採用してｚ軸の検出成分と、ｘ軸およびｙ軸の検出成分との分離を行い、さらに、時分割方式を採用してｘ軸の検出成分とｙ軸の検出成分とを分離することができる。
このように、位相分割方式と時分割方式を組み合わせて用いることにより、３つの信号成分を複雑な周波数変調回路等を用いることなく容易に分離することができる。

本実施の形態では、錘１３の姿勢変化を検出する各軸方向における検出成分を、固定電極と可動電極（錘１３）との間の静電容量の変化に基づいて測定している。そして、各軸方向の静電容量の変化に対応した変位検出結果を軸成分ごとに適切に分離することができる。
これにより、本実施の形態に係る角速度センサでは、錘１３の姿勢変化のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の同時検出ができる。
本実施の形態に係る角速度センサでは、最終的にｘ軸角速度の検出信号として出力されるＶｘｏｕｔ信号と、最終的にｙ軸角速度の検出信号として出力されるＶｙｏｕｔ信号との分離を時分割方式を用いて行うため、互いの軸方向の検出成分がクロストーク（他軸干渉）することを抑制することができる。
このように、本実施の形態によれば、２軸検出型の角速度センサにおいて、角速度感度を有する２軸間のクロストーク（他軸干渉）を抑制し、かつ、錘１３の振動方向の変位を同時に検出することができる回路を少ない部品で構成することができる。

また、本実施の形態では、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化の検出信号として出力されるＶｚｏｕｔ信号は、Ｖｘｏｕｔ信号およびＶｙｏｕｔ信号との分離を位相分割方式を用いて行うため、回路誤差や精度誤差による位相ずれ（遅れ又は進み）が生じた場合、対象となるＶｚｏｕｔ信号の除去分離を完全に行うことができず、Ｖｚｏｕｔ信号の成分が他軸成分に重畳してしまうおそれがある。
しかしながら、Ｖｚｏｕｔ信号は、錘１３の振動駆動時における基準位置からのずれ量（変位量）を検出するためのものであり、Ｖｘｏｕｔ信号やＶｙｏｕｔ信号のように角速度感度を有するものではない。
そのため、たとえ、Ｖｚｏｕｔ信号の成分が他軸成分に重畳したとしても、その影響は、例えば、角速度感度を有する信号の軸成分同士を位相分割方式を用いて分離した場合に生じるクロストーク（他軸干渉）の影響と比較して十分に小さく（抑制）することができる。

（第１の変形例）
次に、上述した角速度センサにおける第１の変形例について説明する。
この第１の変形例では、さらにクロストーク（他軸干渉）の発生を抑制するために、時分割方式を用いて分割されるＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の信号を検出（抽出）しない時分割の無検出時間を設ける処理を行うＣ／Ｖ変換回路１００について説明する。

上述した図５に示す時分割処理では、Ｖｘｏｕｔ信号のオフ期間にＶｙｏｕｔ信号が出力され、Ｖｙｏｕｔ信号のオフ期間にＶｘｏｕｔ信号が出力されるように構成されている。
しかし、電流／電圧変換回路１１０の応答可能帯域が十分でない場合、例えば、高域帯域の限度が低く制限されている場合、図１０に示すように、信号波形が鈍り、オフ期間に信号が生じてしまうおそれがある。
このような、オフ期間に生じた信号は、そのままクロストーク（他軸干渉）成分となり、角速度の検出精度（検出感度）が低下してしまう。
そこで第１の変形例では、このような時分割処理の対象となっているＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号との間のクロストーク（他軸干渉）を抑制する方法について説明する。

図６は、第１の変形例のＣ／Ｖ変換回路１００を示した回路ブロック図である。
また、図７は、第１の変形例のＣ／Ｖ変換回路１００における各部の信号波形を示したタイムチャートである。
なお、図４に示すＣ／Ｖ変換回路１００と同じ箇所（信号）には同一符号を付して詳細説明を省略し、異なる部位について説明する。
第１の変形例では、図４に示すＣ／Ｖ変換回路１００においてクロック信号Ｃ１’に同期して動作する一対の切替回路１０６の代わりに、クロック信号Ｃ１’’に同期して動作する切替回路１２４と、クロック信号Ｃ０’’に同期して動作する切替回路１２５が設けられている。

切替回路１２４は、ｘ軸検出回路１０７に搬送波を印加する回路と、ｘ軸検出回路１０７を強制的にグランド電位に接続する回路との切り替えを行う。
ｘ軸検出回路１０７に搬送波を印加する回路に接続された状態を切替回路１２４のオン状態とし、ｘ軸検出回路１０７をグランド電位に接続する回路に接続された状態を切替回路１２４のオフ状態とする。
同様に、切替回路１２５は、ｙ軸検出回路１０８に搬送波を印加する回路と、ｙ軸検出回路１０８を強制的にグランド電位に接続する回路との切り替えを行う。
ｙ軸検出回路１０８に搬送波を印加する回路に接続された状態を切替回路１２５のオン状態とし、ｙ軸検出回路１０８をグランド電位に接続する回路に接続された状態を切替回路１２５のオフ状態とする。

このように構成された第１の変形例に示すＣ／Ｖ変換回路１００では、図７（ｎ）および（ｏ）に示すように、クロック信号Ｃ１’’がオフ状態となり、クロック信号Ｃ０’’がオン状態となる間に、時分割の無検出期間（デッドタイム）を設ける。
この時分割の無検出期間とは、切替回路１２４がオフ状態となり切替回路１２５がオン状態となるまでの、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８の双方がグランド電位に接続されている期間を示す。
従って、時分割の無検出期間には、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８から電流信号（Ｉｘ、Ｉｙ）が電流／電圧変換回路１１０に入力されない。

そして、時分割の無検出期間には、Ｖｘｏｕｔ信号およびＶｙｏｕｔ信号の検出が行われないため、図１０に示すような信号波形の鈍りが生じてもクロストーク（他軸干渉）の発生を抑制することができる。
このように、第１の変形例に示すＣ／Ｖ変換回路１００によれば、Ｖｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号を検出しない時分割の無検出時間を設けることにより、角速度感度を有する２軸間のクロストーク（他軸干渉）をさらに抑制することができる。

（第２の変形例）
次に、上述した角速度センサにおける第２の変形例について説明する。
図８は、第２の変形例のＣ／Ｖ変換回路１００を示した回路ブロック図である。
なお、上述した角速度センサの構成と同じ箇所には同一符号を付して詳細説明を省略し、異なる部位について説明する。
上述した実施の形態に係る角速度センサでは、ｘ軸検出回路１０７をコンデンサ１Ａ〜４Ａを用いて構成し、ｙ軸検出回路１０８をコンデンサ１Ｂ〜４Ｂを用いて構成している。即ち、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８が８つのコンデンサを用いて構成されている。

そこで、第２の変形例では、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８の代わりに、上部ガラス基板２に設けられた固定電極と可動電極（錘１３）により構成されるコンデンサ１Ａ〜４Ａを用いて構成される２軸検出回路１２８を設けた角速度センサについて説明する。
２軸検出回路１２８は、上述した加速度センサにおけるｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８の機能を兼ね備えた（兼用した）回路である。
２軸検出回路１２８は、図８に示すように、一端が同一点（電流／電圧変換回路１１０の入力点）に接続されたコンデンサ１Ａ〜４Ａによって構成されている。
この予めコンデンサ１Ａ〜４Ａの一端が接続されている点を共通点とする。

そして、クロック信号Ｃ１’に同期して動作する一対の切替回路１２６を用いてコンデンサ１Ａ〜４Ａにおける他端側の接続点の切り替えを行う。
このコンデンサ１Ａ〜４Ａにおける他端側の接続点を変動端とする。
クロック信号Ｃ１’がオンの期間は、ｘ軸回りの変位を検出するための検出回路を構成する接続状態となり、クロック信号Ｃ１’がオフの期間は、ｙ軸回りの変位を検出するための検出回路を構成する接続状態となるように切替回路１２６の接続点が切り替わるように構成されている。

詳しくは、クロック信号Ｃ１’がオンの期間は、コンデンサ１Ａとコンデンサ４Ａの変動端が接続され、コンデンサ２Ａとコンデンサ３Ａの変動端が接続され、それぞれの接続端から搬送波が印加される。
そして、２軸検出回路１２８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｘ軸の角速度感度の検出信号となるＶｘｏｕｔ信号が生成される。
一方、クロック信号Ｃ１’がオフの期間は、コンデンサ１Ａとコンデンサ２Ａの変動端が接続され、コンデンサ４Ａとコンデンサ３Ａの変動端が接続され、それぞれの接続端から搬送波が印加される。

そして、２軸検出回路１２８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｙ軸の角速度感度の検出信号となるＶｙｏｕｔ信号が生成される。
このように、４つのコンデンサ１Ａ〜４Ａをｘ軸方向の変位検出用と、ｙ軸方向の変位検出用とで兼用することにより、半分の数（４つ）の固定電極で、図４に示す固定電極を８つ用いた角速度センサと同等の検出感度を有する角速度センサを構成することができる。

上述したように、第２の変形例では、錘１３の姿勢変化を検出するために配設される固定電極２１〜２４の全てを用いて、即ち、コンデンサ１Ａ〜４Ａの全てを用いて、錘１３のｘ軸方向の変位を検出し、同様に、コンデンサ１Ａ〜４Ａの全てを用いて、錘１３のｙ軸方向の変位を検出することができるように構成されたセンサについて説明した。
このように、配設された検出用の固定電極の全ての電極感度を有効に用いて錘１３の姿勢変化を検出する方式を図４に示すような８つのコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂを有する角速度センサに応用すると、即ち、８つのコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂ全てを用いて錘１３のｘ軸方向の変位（およびｙ軸方向の変位）を検出するように構成すると、さらに検出感度（検出精度）の高い角速度センサを構成することができる。

この場合、８つのコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂの一端を同一点（電流／電圧変換回路１１０の入力点）に予め接続し、変動端の接続状態を、クロック信号Ｃ１’に同期して動作する一対の切替回路１２６を用いて切り替えを行う。
クロック信号Ｃ１’がオンの期間は、ｘ軸回りの変位を検出するための検出回路を構成する接続状態となり、クロック信号Ｃ１’がオフの期間は、ｙ軸回りの変位を検出するための検出回路を構成する接続状態となるように切替回路１２６の接続点が切り替わるように構成する。

詳しくは、クロック信号Ｃ１’がオンの期間は、コンデンサ１Ａ、コンデンサ４Ａ、コンデンサ２Ｂおよびコンデンサ３Ｂの変動端が接続され、コンデンサ２Ａ、コンデンサ３Ａ、コンデンサ１Ｂおよびコンデンサ４Ｂの変動端が接続され、それぞれの接続端から搬送波が印加されるように構成する。
すると、２軸検出回路１２８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｘ軸の角速度感度の検出信号となるＶｘｏｕｔ信号が生成される。

一方、クロック信号Ｃ１’がオフの期間は、コンデンサ１Ａ、コンデンサ２Ａ、コンデンサ３Ｂおよびコンデンサ４Ｂの変動端が接続され、コンデンサ４Ａ、コンデンサ３Ａ、コンデンサ１Ｂ、コンデンサ２Ｂの変動端が接続され、それぞれの接続端から搬送波が印加されるように構成する。
そして、２軸検出回路１２８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｙ軸の角速度感度の検出信号となるＶｙｏｕｔ信号が生成される。
なお、図２（ｃ）に示すように錘１３の姿勢が変化した場合、上部ガラス基板２に設けられた固定電極と可動電極（錘１３）との距離（間隔）と、下部ガラス基板３の対向する部位に設けられた固定電極と可動電極（錘１３）との距離（間隔）とは、対照的に変化する。

そのため、錘１３のｘ軸方向の変位を検出する期間には、８つのコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂのうち、ｘ軸（第１検出軸）を境界として錘１３の上下方向（ｚ軸方向）の対照の部位（位置）に形成されるコンデンサ同士、即ち、コンデンサの静電容量の変化の向き（変化の傾向）が同じになるコンデンサ同士を並列に接続する。
このように、８つのコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂをｘ軸方向の変位検出用と、ｙ軸方向の変位検出用とで兼用することにより、図４に示す固定電極を８つ用いた角速度センサより高い（２倍の）検出感度（検出精度）を有する角速度センサを構成することができる。

（第３の変形例）
次に、上述した角速度センサにおける第３の変形例について説明する。
この第３の変形例では、ｘ軸およびｙ軸の検出信号、即ち、角速度の検出信号と、ｚ軸検出信号との間のクロストーク（他軸干渉）の発生を抑制するために、位相分割処理により分離されたＶｚｏｕｔ信号の信号を検出しない無検出時間を設ける処理を行うＣ／Ｖ変換回路１００について説明する。

上述した図５や図７に示すような角速度成分の時分割処理では、Ｖｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号とが交互に出力されるように構成されている。
しかし、電流／電圧変換回路１１０の応答可能領域が十分でない場合、例えば、高周波帯域の限界が低い場合、時分割処理における信号の切り替えタイミングにおいて、Ｖｘｏｕｔ信号およびＶｙｏｕｔ信号が鈍ってしまう。
詳しくは、信号がオンした時および信号がオフした時、即ち、Ｖｘｏｕｔ信号又はＶｙｏｕｔ信号の立ち上がり時および立ち下がり時に、図１１に破線で示すように、遅延（位相遅れ）が発生してしまう。
なお、このような過渡的な信号波形の鈍り、即ち、過渡的な位相遅れは、ｘ軸検出回路１０７とｙ軸検出回路１０８の切り替えが、同期検波クロック（搬送波）の位相が９０°又は２７０°のタイミングで行われる場合に顕著に現れる。

図１２に示すように、Ｖｘｏｕｔ信号やＶｙｏｕｔ信号の位相遅れ、即ち、他軸（ｘおよびｙ軸）のＣＶ出力の位相遅れがある場合、自軸（ここではｚ軸）の同期検波出力は、その位相遅れの部分が破線で示すようになる。
すると、図１２に示すように、位相が遅れた分の成分（図中αで示す）として、ｚ軸の検出信号にクロストークする。
本実施の形態に係る角速度センサでは、ｚ軸検出回路１０９の検出信号（ｚ軸信号）に基づいて、コリオリ力を検出するために錘１３を共振１次振動させる駆動信号を生成し、また、ｚ軸検出回路の検出信号（ｚ軸信号）を同期検波回路１１４の基準信号として用いている。
そのため、上述したようなＶｘｏｕｔ信号やＶｙｏｕｔ信号の波形鈍りが、ｚ軸検出回路１０９の検出信号にクロストークした場合、その影響がそのままノイズ（雑音信号）となるため、錘１３の振動精度や安定度、また、同期検波回路１１４における検波精度が劣化し、角速度センサの検出精度が低下してしまう。
そこで、このようなｚ軸検出信号（ｚ軸出力）へのクロストークが生じた場合に受ける影響を抑制するために、他軸（ｘ軸、ｙ軸）からの干渉が予測される期間、即ち、クロストークの発生が予測される期間に、ｚ軸検出信号の無検出時間（無検出区間）を設ける。

図１３は、第３の変形例のＣ／Ｖ変換回路１００における各部の信号波形を示したタイムチャートである。
図１３に示すタイムチャートでは、上述した第１の変形例に示すように、Ｖｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の信号を検出しない時分割の無検出時間が設けられている場合を例に取り説明する。
ｚ軸検出信号の無検出時間は、例えば、図１３に示すように、ｘ軸検出とｙ軸検出の時分割の切り替えタイミングに対応させて設定する。
詳しくは、時分割される一方の信号の立ち下がり時の波形が鈍る（位相が遅れる）期間から、他方の立ち上がり時の波形が鈍る（位相が遅れる）期間に渡ってｚ軸検出信号の無検出時間を設ける。

具体的に、図１３のタイムチャートに示す変形例では、Ｖｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の信号を検出しない時分割の無検出時間の開始時から、この時分割の無検出時間の終了時の半周期（１／２周期）後までを、ｚ軸検出信号の無検出時間として設定されている。
このように、ｚ軸検出信号の無検出時間が設けられるため、ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）又はｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）の検出開始時より遅れてｚ軸信号（Ｖｚｏｕｔ信号）の検出期間（検出区間）が開始する。そして、ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）又はｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）の検出終了時と同時、もしくは、この検出終了時より早く、ｚ軸信号（Ｖｚｏｕｔ信号）の検出期間（検出区間）を終了する。
なお、ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）、ｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）、ｚ軸信号（Ｖｚｏｕｔ信号）のそれぞれの検出信号、即ち、同期検波回路１１２、１１３、１１４の出力信号を、ｘ軸検出信号（Ｖｄｘ）、ｙ軸検出信号（Ｖｄｙ）、ｚ軸検出信号（Ｖｄｚ）で示す。

ここで、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時間の設定について説明する。
ｚ軸検出信号の無検出時間が長くなると、ｚ軸検出信号の検出時間が短くなり、ｚ軸の感度が低下する。すると、検出されるｚ軸検出信号におけるＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が劣化し、検出精度が低下する可能性がある。
そのため、このｚ軸検出信号の無検出時間は、必要最小限の長さに設定することが望ましい。
上述したように、電流／電圧変換回路１１０の出力であるＶｘｏｕｔ信号およびＶｙｏｕｔ信号における波形の鈍りは、電流／電圧変換回路１１０における高周波側の帯域制限によって生じる。

ここで、電流／電圧変換回路１１０の高周波側カットオフ周波数ｆｃと、搬送波（Ｖ０信号）の周波数ｆｏの関係を、
ｆｃ＝ｋｆｏ ・・・（式１）
とする。ｋは、比例定数であり、通常は、１以上である。
（式１）において、比例定数ｋが大きくなるほど、波形の鈍りの度合いは相対的に小さくなる。
例えば、電流／電圧変換回路１１０の高周波帯域における周波数特性が、１次の減衰特性を有すると仮定した場合、高周波側カットオフ周波数ｆｃは、
ｆｃ＝１／２πτ ・・・（式２）
と表現できる。τは、時定数を示す。

図１４は、電流／電圧変換回路１１０におけるステップ応答特性を示した図である。
なお、図１４では、上段に入力電圧（ステップ関数）、下段に出力電圧（応答波形）を示す。
図１４に示すように、入力電圧が投入されてから、時間が３τ経過した時点で入力電圧の約９５％、４τ経過した時点で入力電圧の約９８％まで立ち上がっていることが分かる。
つまり、ｔ＝０（入力電圧の投入）からｔ＝４τまでの時間（期間）が波形鈍りの生じる期間となる。

図１５は、ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）又はｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）の検出開始時から、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時までの時間と、ｚ軸検出信号へのクロストークとの関係を示した図である。
なお、縦軸に示すクロストークは、ｚ軸検出信号に含まれる他軸（ｘ軸、ｙ軸）からの干渉量を示す。
このような図１５の関係図に基づいて、センサの仕様（精度の許容範囲）などを満たすことができる範囲内で、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時間を設定するようにする。
例えば、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時間を、ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）又はｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）の検出開始時から３τ〜４τ経過した時点に設定することにより、ｚ軸検出信号へのクロストークを大幅に改善することができる。

ここで上述した（式１）および（式２）に基づいて、時定数τを表すと、
τ＝１／２πｆｃ＝１／２πｋｆｏ＝Ｔｏ／２πｋ ・・・（式３）
となる。ここで、Ｔｏは、搬送波（Ｖ０信号）の周期を示す。すると、
２τ＝２／２πｋｆｏ＝２Ｔｏ／２πｋ ・・・（式４）
３τ＝３／２πｋｆｏ＝３Ｔｏ／２πｋ ・・・（式５）
４τ＝４／２πｋｆｏ＝４Ｔｏ／２πｋ ・・・（式６）
と、２τ、３τ、４τをそれぞれＴｏとｋを用いて表現することができる。
上記（式３）〜（式６）から分かるように、ｋの値が大きいほど、ｚ軸検出信号の無検出時間が短くなる。

このように、第３の変形例に示すＣ／Ｖ変換回路１００によれば、ｚ軸検出信号の無検出時間を設けることにより、ｘ軸検出信号およびｙ軸検出信号からのｚ軸検出信号へのクロストークによる影響を抑制（低減）することができる。これにより、錘１３の静電駆動信号におけるノイズ量が低減できるため、角速度の検出精度をより向上させることができる。

（第４の変形例）
次に、クロストークの発生を抑制するための無検出時間を設ける他の例を示した第４の変形例について説明する。
図１６は、第４の変形例のＣ／Ｖ変換回路１００における各部の信号波形を示したタイムチャートである。
ｘ軸検出回路１０７とｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波は、切替回路１０６における回路分岐点を、制御クロック生成回路１０２で生成された特定の制御クロックのタイミング（クロック信号Ｃ１’）に基づいて交互に切り替えることによって印加される。

そして、電流／電圧変換回路１１０の出力信号から、ｘ軸検出信号（Ｖｄｘ）およびｙ軸検出信号（Ｖｄｙ）を抽出（分離）する際に、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波の切り替わりのタイミング時から一定時間の信号を検出（抽出）しない時分割の無検出時間を設ける。
同様に、ｚ軸検出信号（Ｖｄｚ）を検出する際に、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波の切り替わりのタイミング時から一定時間のｚ軸信号を検出（抽出）しない無検出時間を設ける。

つまり、ｘ軸検出回路１０７又はｙ軸検出回路１０８への搬送波印加開始時刻より１／２周期は、ｚ軸信号を検出しない無検出時間とする。
また、ｘ軸検出回路１０７又はｙ軸検出回路１０８への搬送波印加終了時刻より１／２周期は、ｚ軸信号を検出しない無検出時間とする。
そのため、図１６に示すように、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波の印加時間を連続して切り替えた場合、搬送波の印加開始後と終了後のｚ軸信号を検出しない無検出時間が重なり合う（重複する）。
従って、ｚ軸信号を検出しない無検出時間が１／２周期でよいため、無検出時間の短縮化を図ることができ、結果として角速度センサの感度を向上させることができる。

また、電流／電圧変換回路１１０の出力信号から、ｘ軸検出信号（Ｖｄｘ）およびｙ軸検出信号（Ｖｄｙ）を抽出（分離）する際に、ｘ軸検出回路１０７およびｙ軸検出回路１０８に印加される搬送波の切り替わりのタイミング時から一定時間の信号を検出（抽出）しない時分割の無検出時間を設ける。
ｚ軸信号を検出しない無検出時間と時分割の無検出時間とは、その開始時間が同じであるため、両者の無検出時間の終了時間、即ち、無検出時間の長さを同じ（例えば１周期）にすることにより、無検出時間（無検出期間）を設定するための信号を生成する回路の共通化を図ることができる。これにより、センサ回路の簡略化を図ることができる。

また、このようにｚ軸信号を検出しない無検出時間と時分割の無検出時間を設けることにより、波形の鈍り（波形の歪み）を有する区間の信号検出を適切に避けることができる。これにより、クロストーク（他軸干渉）の影響による感度劣化などを抑制することができる。
なお、第１、第３、第４の変形例に示した、クロストークの影響を低減させるための無検出時間を設ける技術は、第２の変形例に示したｘ軸方向の変位検出用と、ｙ軸方向の変位検出用のコンデンサを兼用したセンサに適用するようにしてもよい。

本実施の形態に係る角速度センサにおけるセンサ部の概略構造を示した斜視図である。 （ａ）は可動部構造体を上部ガラス基板側から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’部における角速度センサの断面を示し、（ｃ）は錘の姿勢が変化した状態を示した図である。 角速度センサに設けられる固定電極と駆動電極の配置状態を示した図である。 本実施の形態に係る角速度センサにおける信号処理部（制御部）の概略構造を示した回路ブロック図である。 Ｃ／Ｖ変換回路における各部の信号波形を示したタイムチャートである。 第１の変形例のＣ／Ｖ変換回路を示した回路ブロック図である。 第１の変形例のＣ／Ｖ変換回路における各部の信号波形を示したタイムチャートである。 第２の変形例のＣ／Ｖ変換回路を示した回路ブロック図である。 位相分割方式を説明するための図である。 信号波形の鈍りを示した図である。 信号波形の鈍りを示した図である。 ｚ軸の検出信号へのクロストークを説明するための図である。 第３の変形例のＣ／Ｖ変換回路における各部の信号波形を示したタイムチャートである。 電流／電圧変換回路におけるステップ応答特性を示した図である。 ｘ軸信号又はｙ軸信号の検出開始時から、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時までの時間と、ｚ軸検出信号へのクロストークとの関係を示した図である。 第４の変形例のＣ／Ｖ変換回路における各部の信号波形を示したタイムチャートである。

符号の説明

１ 可動部構造体
２ 上部ガラス基板
３ 下部ガラス基板
４ 電極パッド
１１ フレーム
１２ 梁
１３ 錘
１４ 可動隙間
１５ 可動隙間
２０ 固定電極
２１〜２４ 固定電極
３０ 駆動電極
３１〜３４ 固定電極
１００ Ｃ／Ｖ変換回路
１０１ 交流電圧源
１０２ 制御クロック生成回路
１０３ ９０°移相器
１０４ 反転増幅器
１０５ 反転増幅器
１０６ 切替回路
１０７ ｘ軸検出回路
１０８ ｙ軸検出回路
１０９ ｚ軸検出回路
１１０ 電流／電圧変換回路
１１１ ＨＰＦ
１１２〜１１４ 同期検波回路
１１５〜１１７ ＬＰＦ
１１８〜１２０ 増幅回路
１２１ ＡＧＣ回路・位相調整回路
１２２ 静電駆動回路
１３０〜１３４ 錘部
２００ ｘ軸角速度検出回路
２０１ ＨＰＦ
２０２ 同期検波回路
２０３ ＬＰＦ
２０４ ＡＭＰ
２０５ 移相器
３００ ｙ軸角速度検出回路
３０１ ＨＰＦ
３０２ 同期検波回路
３０３ ＬＰＦ
３０４ ＡＭＰ
３０５ 移相器

Claims (7)

1. 中空部を有するフレームと、
   互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向に形成された可撓性を有する梁を介して前記フレームに支持され、ｘ軸およびｙ軸と互いに直交するｚ軸方向の厚みを有し、表面部が可動電極として機能し、外力の作用により姿勢が変化する錘と、
   前記錘と対向して配置された複数の固定電極と、
   前記錘のｙ軸方向の傾きに伴う前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出する第１の検出回路と、
   前記錘のｘ軸方向の傾きに伴う前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出する第２の検出回路と、
   前記錘のｚ軸方向の変位に伴う前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出する第３の検出回路と、
   前記第３の検出回路に印加する搬送波の位相を、前記第１の検出回路および前記第２の検出回路に印加する搬送波の位相から９０°シフトさせる移相手段と、
   前記第１の検出回路および前記第２の検出回路への前記搬送波の印加を、制御クロック信号のタイミングに基づいて、一定周期毎に切り替えて交互に行う切替手段と、
   前記第１の検出回路、前記第２の検出回路、および前記第３の検出回路の出力信号が入力される増幅回路と、
   前記増幅回路の出力信号に対して、前記制御クロック信号のタイミングに基づいて位相分割処理を行うことにより、前記第１の検出回路における静電容量の変化を示す第１の検出信号および前記第２の検出回路における静電容量の変化を示す第２の検出信号から構成される角速度成分信号と、前記第３の検出回路における静電容量の変化を示す第３の検出信号と、を分離する第１の分離手段と、
   前記角速度成分信号に対して、前記切替手段による搬送波の切替タイミングに基づいて時分割処理を行うことにより、前記第１の検出信号と、前記第２の検出信号とを分離する第２の分離手段と、
   前記第１の検出信号に基づいて、前記錘のｘ軸回りに作用する角速度を出力し、前記第２の検出信号に基づいて、前記錘のｙ軸回りに作用する角速度を出力する角速度出力手段と、
   前記第３の検出信号に基づいて位置制御を行いながら、前記錘をｚ軸方向に振動させる駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする角速度センサ。
2. 前記第１の検出回路は、前記固定電極と前記可動電極とにより構成される静電容量素子のうち、前記錘のｙ軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する２つの静電容量素子を直列に接続した回路を備え、
   前記第２の検出回路は、前記固定電極と前記可動電極とにより構成される静電容量素子のうち、前記錘のｘ軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する２つの静電容量素子を直列に接続した回路を備え、
   前記第３の検出回路は、前記固定電極と前記可動電極とにより構成される静電容量素子のうち、前記錘のｚ軸方向の変位に伴い静電容量が変化する静電容量素子と、特定の静電容量素子を直列に接続した回路を備え、
   前記第１の検出回路、前記第２の検出回路、および前記第３の検出回路における、直列接続された静電容量素子のそれぞれに、互いの位相が１８０°反転した搬送波を印加する搬送波印加手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
3. 前記第２の分離手段は、前記切替手段による前記搬送波の切り替わりのタイミングから所定時間が経過した後、前記第１の検出信号または前記第２の検出信号を分離することを特徴とする請求項１または請求項２記載の角速度センサ。
4. 前記固定電極は、前記錘の中心位置を基準位置として、同一平面上の前記基準位置の周りに等間隔に配設された４つの第１電極を備え、
   前記第１の検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を備え、
   前記第２の検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を備え、
   前記切替手段は、前記第１の検出回路と前記第２の検出回路との配線を切り替えることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の角速度センサ。
5. 前記固定電極は、前記４つの第１電極と錘を介して対向する平面上に、さらに４つの第２電極を備え、
   前記第１の検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を備え、
   前記第２の検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の角速度センサ。
6. 前記第１の分離手段は、前記切替手段による前記搬送波の切り替わりのタイミングから所定時間が経過した後、前記第３の検出信号を分離することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１の請求項に記載の角速度センサ。
7. 前記所定時間は、前記切替手段による前記搬送波の切り替わりのタイミングから３〜４τの範囲で設けられていることを特徴とする請求項３または請求項６記載の角速度センサ。

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