JPH0942973A

JPH0942973A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH0942973A
Application number: JP7196404A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mitamura; 健三田村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: JP3409520B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体技術により高感度、高精度で、外乱加速
度その他のノイズの影響を受け難く小形軽量な角速度セ
ンサを量産して低原価で提供することにある。【解決手段】基板と、基板主面上に隔離形成され直交す
る第１軸と第２軸の方向に振動する振動質量と、振動質
量を支持し第１軸と第２軸に対称に配置され両軸方向に
等しいバネ定数を持つ少なくとも２つの支持部と、基板
に固定され振動質量を第１軸方向に駆動する駆動電極、
駆動手段と、基板に固定され振動質量の第２軸方向の変
位を検出する検出電極、検出手段で構成され、振動質量
と支持部を共通電位に保持し、駆動電極を複数の電圧値
を印加可能に分割し、振動質量を第１軸方向に振動させ
ながら基板の主面に垂直な第３軸の回りに回転させたと
き第２軸方向に生ずるコリオリ力を検出して第３軸回り
の角速度を測定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小形軽量で量産性
に富み、しかも高精度な角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の角速度センサとしては、例えば、
図３０に示すような第１従来例がある。図中、２はエン
リバなどの恒弾性金属で形成された正方形断面を有する
振動子で、支持部３で支持されている。振動子の側面に
は駆動用圧電素子４と検出用圧電素子１が固定されてい
る。駆動用圧電素子４にｘ軸方向の共振周波数を有する
交流電圧を印加し、これを歪ませることにより振動子を
図中ｘ軸方向に駆動し振動させる。この状態で、図のｚ
軸方向の回りに振動子を角速度Ωで回転させると、図の
ｙ軸方向にコリオリ力が発生する。振動子全体で発生す
るコリオリ力Ｆｃ（ｔ）は、下記（１）式で表わせる。

【０００３】Ｆｃ（ｔ）＝２・Ω・∫ｄｍ（ｒ）・Ｖｍ（ｒ，ｔ） ……（１）ここで、Ｖｍ（ｒ，ｔ）は振動子を駆動することにより
発生する質量ｄｍ（ｒ）を有する微小部分のｘ軸方向の
速度である。積分範囲は振動子全体である。発生したコ
リオリ力により振動子はｙ軸方向に撓み、この撓みによ
り発生する歪を検出用圧電素子１により検出する。
（１）式から、より大きいコリオリ力を発生させるため
には、ａ：振動子の質量を大きくする、ｂ：共振周波数
で駆動を行い、Ｖｍを大きくする、ｃ：駆動軸と検出軸
の共振周波数を一致させ、検出軸での変位を大きくす
る、ことが有効であることが判る、また、発生したコリ
オリ力を精度よく検出するには、ｄ：振動子の振動振幅
を一定に保つことが必要である。しかし、上記のような
第１従来例の角速度センサには、ａ：振動子及び支持部
を機械加工して作成するため、小型化に限度がある、
ｂ：振動子の各軸方向の共振周波数の調整が困難で、機
械的調整コストが嵩む、などの問題点があった。

【０００４】以上のような問題点を解消するために、特
開平５−２４８８７２号公報に図３１及び図３２（図３
１のＡ−Ａ’断面図）に示すような角速度センサが開示
されている。以下、その構成を図面を用いて説明する。
この第２従来例では、振動子はシリコン等よりなる基板
１２上に構成されている。振動系は振動質量１０、中間
支持部１１および支持部８で構成されている。振動質量
１０、中間支持部１１及び支持部８は、例えばポリシリ
コン層により形成されている。支持部８はアンカー部７
によりシリコン基板１２に固定されていおり、導電性パ
ターンにより電気的に接続されている。また、５は固定
部である。電気配線は図面の簡略化のために図示しな
い。中間支持部１１はアンカー部７の中間に支持部８に
より支持されている。振動質量１０は、振動質量を中心
にｘ，ｙ軸方向に十字状に配置された支持部８により支
持されている。中間支持部１１の側面には静電引力で振
動質量１０をｘ軸方向に駆動するための駆動電極６が１
対形成されている。中間支持部のもう一組の側面にはｙ
軸方向のコリオリ力による変位を検出するための検出電
極９が形成されている。

【０００５】次に、上記第２従来例の動作について説明
する。振動系は一対の駆動電極６にそれぞれ駆動電圧Ｖ
ｐ＋ｖｄ・ｓｉｎωｔ、Ｖｐ−ｖｄ・ｓｉｎωｔを印加
し、静電引力により駆動させる。但し、Ｖｐは直流バイ
アス電源、ｖｄ・ｓｉｎωｔは駆動用交流電源圧であ
る。駆動周波数ωは振動系のｘ軸方向の共振周波数と一
致するようにしてある。この状態で振動質量、中間支持
部および支持部より構成される振動系をｚ軸方向の回り
に角速度Ωで回転させると、振動系にはｙ軸方向にコリ
オリ力が発生する。発生するコリオリ力は下記（２）式
で表わされる。

【０００６】Ｆｃ（ｔ）≒２・ｍ・Ｖｍ（ｔ）・Ω ……（２）ここで、ｍは振動質量１０の質量、Ｖｍ（ｔ）は静電引
力により駆動されて振動する振動質量１０の速さであ
る。但し、中間支持部の質量は振動質量に比べ充分小さ
いと仮定した。したがって、検出電極９の間の静電容量
値から角速度Ωを検出できる。

【０００７】上記のような構成によって第２従来例では
第１従来例についての既述の問題点に対して、ａ：半導
体製造技術により、小型かつ安価な角速度センサの実現
が可能である（第１従来例の問題点ａに対して）、ｂ：
振動系をポリシリコン層で形成した平面構造に構成し駆
動および検出方向は基板平面に対して平行方向であるた
め、３次元的な構造が不要であり、構造が簡素化出来る
（第１従来例の問題点ａに対して）、ｃ：振動系をポリ
シリコン層で形成した平面構造とし、かつ駆動及び検出
両方向に対して対称形状としたため両方向の共振周波数
が一致し感度が向上する（第１従来例の問題点ｂに対し
て）、ｄ：駆動および検出方向ともに基板平面に対して
平行方向であるので、支持部の断面形状に対する駆動軸
および検出軸方向の共振周波数の依存性は同等であり、
プロセスのバラツキよる両方向の共振周波数の相対値変
化はない（第１従来例の問題点ｂに対して）、ｅ：駆動
軸及び検出軸ともに基板平面に対して平行方向であり、
振動状態に於て空気粘性の影響が少なくなり、共振時の
Ｑ値が大きくなり検出感度が向上する、などの効果や利
点が得られる。

【０００８】しかし、この第２従来例には、振動質量が
一方向のみに変位可能な支持部により支持されているた
め、ａ：振動質量はｙ軸方向に延びた支持部一対を介し
て中間支持部に接続されているため、ｘ軸方向の駆動時
に、両側の中間支持部と共に支持部により振動質量の方
向に引き込まれる（図３３参照）、この結果、中間支持
部１１は静止位置よりもそれぞれ振動質量方向にオフセ
ットした位置を中心に駆動周波数の倍周波数でｙ軸方向
に振動することになり、検出方向と駆動方向とで振動モ
ードに差異が生じ、角速度の高精度測定に必要な振動質
量の振動制御が困難になる、また、この左右の振動に支
持部の製造バラツキ等に起因する差が生じれば、駆動振
動誘起の出力信号が発生し、検出信号のＳ／Ｎ比の低下
をもたらす、ｂ：駆動及び検出方向は等しい共振周波数
を有するため、支持部の製造バラツキ等で生じる構造の
非対称性に起因する駆動力の検出方向成分により検出軸
方向に共振する可能性があるが、この第２従来例の場
合、この駆動誘起振動を制御できず、出力信号として検
出し、測定精度が低下する可能性がある、などのような
問題点がある。

【０００９】また、やはり半導体製造技術を利用した角
速度センサが特開平５−３１２５７６号公報に開示され
ている。この第３従来例を図３４、図３５（図３４のＡ
−Ａ’断面図）により説明する。図中、６３と６５はシ
リコン基板で、６４は酸化膜である。シリコン基板６５
に酸化膜６４を形成させた後、これをパターニングして
シリコン基板６３と直接接合法を用いて両者を接合させ
てから、シリコン基板６３を所定の厚さまで研磨する。
５９は半導体製造技術を用い、シリコン基板６３をエッ
チングして形成した溝部である。この溝部５９によりこ
れから説明する振動質量、第１、第２支持部およびフレ
ーム部を形成している。６１は振動質量で、第１支持部
６０により支持されている。第１支持部６０の振動質量
６１との接続部に反対の側はフレーム部５７に接続され
て接続部を形成している。フレーム部５７は第２支持部
５６で支持されている。フレーム部５７には静電引力で
振動質量６１をｘ軸方向に駆動して振動させるための櫛
歯電極６２が構成されている。振動質量６１のコリオリ
力による変位を検出するために、第１支持部６０のフレ
ーム部５７との接続部付近に各支持部毎に２本平行に配
置されたピエゾ抵抗５５により構成した抵抗ブリッジ
が、また振動質量６１とフレーム部５７に検出電極５８
が構成されている（電気的配線の詳細は図面の簡略化の
ため省略した）。

【００１０】第２支持部５６で支持されているフレーム
部５７は櫛歯電極６２に電圧を印加することによりｘ軸
方向に静電引力により駆動される（電気的配線の詳細は
図面の簡略化のため省略した）。この状態で基板平面に
垂直なｚ軸方向の回りに全体を角速度Ωで回転させる
と、既に説明した（２）式で表わしたのと同様なコリオ
リ力がｙ軸方向に発生する。発生したコリオリ力による
振動質量６１のｙ軸方向の変位は、上記上記ピエゾ抵抗
５５の抵抗差、または上記検出電極５８間の電気容量変
化として検出される。

【００１１】上記第３従来例では、ａ：半導体技術を利
用しているので小形で安価な角速度センサが実現でき
る、ｂ：駆動軸もコリオリ力検出軸も共に基板平面に対
して平行なので、駆動軸および検出軸方向の共振周波数
を平面構造で決定できる、ｃ：駆動軸および検出軸とも
に基板平面に対して平行なので、振動状態において空気
粘性の影響が少なくなり、共振時のＱ値が大きくなり検
出感度が向上する、などの利点が得られる。しかし、第
３従来例では、半導体で振動質量を構成したので、
（２）式における質量ｍが小さく、発生するコリオリ力
は微小であり、ピエゾ抵抗５５で構成した抵抗ブリッジ
では実際上は測定不可能で、検出電極５８の静電容量変
化により振動質量の変位を測定する必要がある。しか
し、検出電極５８は振動質量６１とフレーム５７の側面
に形成させたため、対向面積が小さく静電容量値を十分
確保できない。その結果、振動質量の変位を測定する際
に、Ｓ／Ｎ比を十分確保できないという問題点が生じて
いる。また、振動質量を駆動するための櫛歯電極６２に
おいても、十分な対向面積を確保することが困難で、十
分な駆動振幅を得られないという問題点もあった。ま
た、発生するコリオリ力による振動質量６１の変位を検
出するピエゾ抵抗５５または振動質量のフレーム部５７
に対する変位を検出する検出電極５８と、櫛歯電極６２
への支持部を介した電気的接続と、上記各部への電気的
分離とが必要であり、支持部および駆動電極の微細化が
困難である、という問題もあった。さらに、上記の電気
的接続にＡｌ等の金属を用いた場合、支持部を形成する
構造体であるシリコンや絶縁膜との間に熱膨張係数の差
が生じるので、発生する熱応力によって構造体に反り等
を生じ、出力がオフセットするおそれがあると共に、支
持部の大幅変形によって上記金属部に塑性変形を生じ、
それによって出力に経時劣化を生じるおそれもある、と
いう問題点もあった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の上記のような種々の問題点を解消し、小形軽量で、正
確な検出結果が得られ、しかも量産性に富んだ、角速度
センサを提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、基板と、基板の主面上に形成され
基板主面内の互いに直交する第１軸方向と第２軸方向と
に振動する振動質量と、一端が振動質量に他端が基板に
固定されて振動質量を支持し第１軸および第２軸方向に
対称に配置され両軸の方向に等しいバネ定数を有する少
なくとも２つの支持部と、基板に固定され振動質量を第
１軸方向に駆動する駆動電極および駆動手段と、基板に
固定され振動質量の第２軸方向の変位を検出する検出電
極および検出手段とにより構成され、振動質量と支持部
を共通電位に保持し、駆動電極を複数の値の電圧を印加
できるように分割し、振動質量を第１軸方向に駆動して
振動させながら基板の主面に垂直な第３軸の回りに回転
させたとき第２軸方向に生ずるコリオリの力を検出する
ことにより第３軸の回りの回転角速度を測定するように
した。

【００１４】また、上記のように、第１軸方向に駆動す
る駆動電極と、第２軸方向の変位を検出する検出電極
を、別個に設置する代わりに、電気的に独立した２つの
電極で構成された対向電極を用いる点は同様であるが、
これら２電極に同時に駆動電圧Ｖ１、Ｖ２を印加して対
向電極間に生ずる静電引力により第１軸方向に駆動さ
せ、対向電極を構成する２つの固定電極と振動質量側電
極間の静電容量をそれぞれＣ１、Ｃ２とするとき、Ｃ１
とＣ２の和より振動質量の第１軸方向の駆動振幅に関す
る情報を、Ｃ１とＣ２の差より振動質量のコリオリ力に
よる第２軸方向の変位に関する情報を検出することに
し、１種類の電極を駆動とコリオリ力検出に兼用するよ
うにしても良い。

【００１５】

【作用】駆動電極を複数の値の電圧をそれぞれ独立して
印加できるように分割したので、製造プロセス中に振動
質量や支持部が、たとえ第１軸方向について非対称に形
成されたとしても問題が生じないようにすることができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて更に詳細に説明する。

【００１７】第１の実施の形態：第１の実施の形態を図
１および図２（図１のＢ−Ｂ’断面図）によって説明す
る。本実施の形態は請求項（１）、（２）、（４）〜
（１５）に対応する。まず基本構成を説明する。１４は
薄膜構造材で形成された振動質量である。振動質量１４
は、四隅において、同じく薄膜構造材で形成され、ｘ
（第１軸）、ｙ（第２軸）両軸方向に等しいバネ定数を
有する支持部１６に接続されている。なお、図中、支持
部は模式的に示してある。支持部１６は、図示のように
ｘ、ｙ両軸に対して対称に配置されている。支持部の他
端は固定部１７において基板に固定されると共に、導電
材と電気的にも接続されている（図面の簡略化のため配
線は図示してない）。振動質量１４の側面には櫛歯状の
電極が複数形成されており、固定部１７に接続された櫛
歯状対向電極との間で、静電引力により振動質量１４を
ｘ軸方向に駆動するための駆動電極対１３を形成してい
る。駆動電極対１３の部分を拡大して図５（ａ）に示し
てある。基板に固定した櫛歯状駆動電極は、振動質量側
の櫛歯状駆動電極の右側に対向する電極２１と左側に対
向する電極２０とにより構成されており、それぞれ独立
に駆動電圧が印加できるようになっている。さらに、振
動質量１４の側面には櫛歯状の電極が複数形成されてお
り（図面では一組のみを図示した）、固定部１７に接続
された櫛歯状対向電極との間の静電容量値の変化によ
り、振動質量１４のｙ軸方向の変位を検出するための検
出電極対１５を形成している。検出電極対の拡大図を図
６に示す。この場合の各櫛歯電極の配置は図６に示すよ
うに、各対向櫛歯電極対が互いに干渉しないようにｄ１
＜＜ｄ２となっている。

【００１８】次に本実施の形態の支持部を詳細に説明す
る。ｘ、ｙ両軸方向に等しいバネ定数を有する支持部
は、図中ｘ−ｙ平面内で変位変形可能であり、ｘ軸とｙ
軸のなす角を２等分する軸方向に対称な構造とすること
により実現可能である。いくつかの例を図１４、図１５
に示してある。図１４には１つの構造要素により対称構
造を実現した例が示してある。ｘ、ｙ軸のなす角を２等
分する方向に対称軸を設定しているため、ｘ軸およびｙ
軸方向への構造体の変形のモードが等しくなり両軸方向
に等しいバネ定数を有する。図１５には複数の構造要素
により対称構造を実現した例を示してある。ｘ、ｙ軸の
なす角を２等分する方向に対称軸を設定しているためｘ
およびｙ軸方向への構造体の変形のモードが等しくなり
両軸方向に等しいバネ定数を有する。図１４に示した例
に比べて、構造要素の増減によりバネ定数の設計変更が
容易であるという効果が得られる。

【００１９】作成プロセスは複数種類あるが、それらに
ついて説明する。１．ポリシリコンが構造材である場合の作成プロセスの
例を図８に示す。（ａ）高濃度拡散層２２を形成後、シリコン基板を酸化
して酸化膜２４を形成させ、酸化膜２４上に窒化シリコ
ン膜２３を全面に堆積する。（ｂ）ＰＳＧ等のパッシベーション膜２７を全面に堆積
させる。高濃度拡散層まで達するコンタクトホールを形
成後、ポリシリコン膜２５を堆積させ、必要ならば不純
物の拡散を行った後、ポリシリコン膜をパターニングす
る。（ｃ）高濃度拡散層まで達するコンタクトホールを形成
後、金属配線２６を堆積させ、パターニングする。（ｄ）ＰＳＧ等のパッシベーション膜２７を全面堆積さ
せ、これをパターニングした後、金属配線及び周辺回路
部保護のために窒化シリコン膜２８を堆積しパターニン
グする。（ｅ）弗酸系の溶液を用いて犠牲層であるＰＳＧ等のパ
ッシベーション膜を除去し、ポリシリコンの構造材を形
成する。なお、上記の説明では省略したが、同一基板上
に周辺回路部をも集積することにより、微小な信号処理
が可能になるばかりではなく、センサの小型化、低コス
ト化にも有利となる。

【００２０】２．ＳＯＩ層が構造材である場合の作成プ
ロセスの例を図９に示す。本作成プロセスでは、第１シ
リコン基板を酸化させ、酸化膜を介して第２シリコン基
板と直接接合法を用いて接合させてから、第２シリコン
基板を所定の厚さに研磨したＳＯＩ基板を用いる。（ａ）ＳＯＩ層に高濃度拡散層２９を形成させた後、酸
化を行い酸化膜２４で全面を覆う。（ｂ）ＰＳＧ等のパッシベーション膜３０を全面に堆積
後、高濃度拡散層２９に到達するコンタクトホールを形
成する。その後、全面に配線となる金属を堆積させ、パ
ターニングを行い、金属配線２６を形成する。（ｃ）全面に再度ＰＳＧ等のパッシベーション膜３０を
堆積させた後、パッシベーション膜３０及び酸化膜２４
のパターニングを行う。（ｄ）窒化シリコン膜２３を全面に堆積後、パターニン
グを行い、金属配線および周辺回路部の保護膜を形成す
る。その後、ＲＩＥ等の技術を用い、ＳＯＩ層に溝部３
１を形成する。

【００２１】（ｅ）ＳＯＩ層下の酸化膜を犠牲層とし
て、弗酸系の溶液で除去し振動質量及び支持部を形成す
る。なお、上記の説明では省略したが、同一基板上に周
辺回路部も集積することにより微小な信号処理が可能に
なるばかりではなく、センサの小型化、低コスト化にも
有利となる。

【００２２】３．鍍金金属が構造材の場合の作成プロセ
スの例を図１０に示す。（ａ）まずシリコン基板に高濃度拡散層２２を形成さ
せ、酸化膜２４を全面に形成させる。その後、パッシベ
ーション膜として窒化シリコン膜２３を全面に堆積す
る。（ｂ）金属膜全面堆積とパターニング、ＰＳＧ等のパッ
シベーション膜の全面堆積、金属膜配線へのコンタクト
ホール形成、金属膜全面堆積とパターニング、ＰＳＧ等
のパッシベーション膜の全面堆積とパターニング、金属
配線および周辺回路部保護のための窒化シリコン膜の全
面堆積とパターニングを行う。（ｃ）犠牲層としての鍍金法による金属膜３３の堆積と
パターニング、構造材として鍍金法による金属膜３２の
堆積とパターニングを行う。（ｄ）酸系の溶液を用いて犠牲層金属膜３３を除去し、
振動質量及び各支持部を構成する。なお、上記の説明で
は省略したが、同一基板上に周辺回路部も集積すること
により、微小な信号処理が可能になるばかりではなくセ
ンサの小型化、低コスト化にも有利となる。

【００２３】次に本実施の形態の動作について説明す
る。振動質量の駆動及び信号の検出回路の一例を図１１
に示す。振動質量１４の電位Ｖｍに対して、所定の駆動
電圧を駆動電極端Ｔd1、Ｔd2に交互に印加することによ
り支持部１６に支持された振動質量１４をｘ軸方向に駆
動して振動させる。振動質量のｘ軸方向の共振周波数ｆ
ｘｒは、振動質量の質量と振動質量の四隅に接続された
支持部のｘ軸方向のバネ定数で決まる。従って、３４の
駆動電源ＯＳＣ１の印加周波数を電気的に調整すること
により容易に共振状態を実現できる。

【００２４】精度の良いコリオリ力の測定には振動質量
を一定周波数、一定振幅で駆動することが必要である。
振動周波数は駆動周波数と一致するので、ＯＳＣ１の周
波数を一定に保持すればよい。一定振幅制御のためには
例えば図１１のような構成にすればよい。各駆動電極端
Ｔd1、Ｔd2と駆動電源の間に参照電気容量Ｃｒ２を直列
に接続する。電気容量のインピーダンスは下記（３）式
のように表わされるのＺｃ＝１／ｊωＣ ……（３）で、Ｃｒ２を各駆動電極端と振動質量との間の電気容量
Ｃｄ１、Ｃｄ２より充分大きくすれば、駆動電圧のＣｒ
２に於ける損失は殆ど無視できる。実際上のＣｄ１、Ｃ
ｄ２の値はｐＦ程度であるので、同一基板上においても
Ｃｒ２の実現は容易である。参照電気容量Ｃｒ２を介し
て駆動電圧Ｄ、Ｄ￣（Ｄの論理否定を表わすものとす
る）を印加した時に、各駆動電極端Ｔd1、Ｔd2の電位を
バッファ３８を介して取り出し、その差を復調器３７で
駆動電源ＯＳＣ１の駆動周波数に同期して検出すれば振
動質量の振動振幅に関する情報が得られる。従って得ら
れた振幅情報が所定値になるように駆動電源ＯＳＣ１に
ネガティブフィードバックをかけることにより、振動質
量の一定振幅駆動が可能となる。作成プロセス時に、支
持部に発生する残留応力のバラツキにより駆動電極の電
極間ギャップにバラツキが発生する可能性がある。例え
ば、図４（ａ）に示すのは理想的な状態でｄ３＝ｄ４で
ある。この場合にはｙ軸方向の静電引力は打ち消し合
い、振動質量１４に発生する駆動力はｘ軸方向のみであ
る。しかし、前述の理由により図４（ｂ）に示すように
ｄ３≠ｄ４の状態が発生すると、理想状態からのギャッ
プの偏差がδ（ｄ３−ｄ４＝２＊δ）の場合、ｘ軸方向
の駆動力は理想状態と同一であるが、ｙ軸方向に駆動電
極一対当り下記（４）式で表わされる静電引力が発生す
る。

【００２５】Ｆｙ＝ε₀・（Ｌ・ｔ）／ｄ₀ ²・Ｖｄ²・４・（δ／ｄ₀）…（４）但し、 ε₀：誘電率Ｌ：駆動電極対向長ｔ：駆動電極厚ｄ₀：理想状態での電極間ギャップＶｄ：駆動電圧する。（４）式で表わされる静電引力は駆動軸方向の共
振周波数を有する。本実施の形態構造の場合、駆動軸と
共振軸の共振周波数は一致するので、前記静電引力によ
り検出軸方向の振動を誘起し、出力に好ましからざる信
号を発生する可能性がある。

【００２６】しかし、図５に示すような方法により駆動
力配分を調整し、ギャップバラツキの影響を除去するこ
とが出来る。図５（ａ）は駆動電極部の拡大模式図で、
基板に固定した駆動電極を、振動質量側電極の右側に対
向する電極２１と左側に対向する電極２０とに分割して
構成してあることを示す。ギャップバラツキが発生した
場合、図５（ｂ）に示すように、電極２０及び２１に印
加する駆動電圧を調整抵抗Ｒｔを用いて調整し、駆動電
圧により誘起された検出軸方向の振動を抑制することが
できる。

【００２７】振動質量を一定振幅で振動させている状態
で、図１に示すｚ軸の回りに角速度Ωで回転させると、
ｙ軸方向に下記（２）式で示すコリオリ力が発生する。Ｆｃ（ｔ）≒２・ｍ・Ｖｍ（ｔ）・Ω ……（２）ここで、ｍは振動質量の質量、Ｖｍ（ｔ）は振動質量の
ｘ軸方向の速さである。三角関数波状の駆動力を印加し
振動質量が共振周波数ｆｘｒで振動している場合、振動
質量のｘ軸方向の変位は駆動力に比べπ／２位相が遅れ
ている。従って振動質量の変位の微分量であるＶｍ
（ｔ）及びそれに比例するｙ軸方向のコリオリ力Ｆｃ
（ｔ）は駆動力と同一周波数及び同一位相の変化をす
る。従って、支持部で支持された振動質量のｙ軸方向に
対する共振周波数ｆｙｒを駆動軸であるｘ軸方向の共振
周波数ｆｘｒと一致させればコリオリ力によるｙ軸方向
の変位を大きくすることができる。

【００２８】本実施の形態の場合、振動質量を４本の、
ｘ，ｙ平面内で変位変形可能で、ｘ軸とｙ軸のなす角を
２等分する軸方向に対称な構造を有し、そのことにより
ｘ、ｙ両軸方向に等しいバネ定数を有する、支持部で支
持しているため、ｙ軸方向の共振周波数ｆｙｒはｘ軸方
向の共振周波数ｆｘｒと一致する。１つの支持部では
ｘ、ｙ軸の正負方向でそれぞれバネ定数が若干異なる場
合もあり得るが、本実施の形態の場合のように、振動質
量を支持する支持部を、ｘおよびｙ軸に対して対称に配
置することにより、上記の影響を除去できる。また、両
方向おける振動モードも同一化できる（但し、ｙ軸方向
の変位は駆動力であるコリオリ力よりπ／２位相がずれ
る）。

【００２９】本実施の形態のように、振動質量、支持部
及び櫛歯電極の構造が所定の厚さを有する薄膜によって
構成される場合、各部材の質量は構造材の密度とｘ、ｙ
平面に於ける面積によって決定される。また、支持部の
ｘ軸及びｙ軸方向のバネ定数は支持部材の剛性率とｘ、
ｙ平面に於ける形状及び断面形状すなわち断面２次モー
メントによってのみ決定される。従ってｘ、ｙ両軸方向
の共振周波数を構造材の厚さ及びｘ、ｙ平面の構造設計
により決定することができる。製造プロセスのばらつき
により構造材の厚さ、長さ及び図７に示すような断面形
状の偏差が生じた場合、各軸方向の共振周波数の変化は
ｘ、ｙ軸方向については下記の（５）、ｚ軸方向につい
ては下記（６）式のように表わされる。

【００３０】 Δｆ／ｆｘ，ｙ＝−（３／４）×δ−（５／２）×（ΔＬ／Ｌ） …（５） Δｆ／ｆｚ＝−Δｔ／ｔ−（１／４）×δ−（５／２）×（ΔＬ／Ｌ）…（６）但し δ＝（ｂ−ａ）／ｂ：支持部の断面形状変化 Δｔ／ｔ：構造材の厚さの偏差 ΔＬ／Ｌ：構造材の長さの偏差従って、（５）式から判るように、偏差が同一角速度セ
ンサ内にて一定であれば、ｘ、ｙ軸方向の共振周波数の
絶対値は変化しても相対値は変化しないので、駆動電源
ＯＳＣ１の駆動周波数の調整のみで高感度化が可能であ
る。

【００３１】（２）式で示されるコリオリ力による検出
電極対の電気容量変化の検出は例えば図１１に示すよう
に行えばよい。各検出電極端Ｖｓ１、Ｖｓ２と、３４の
駆動電源ＯＳＣ１より充分高い周波数を有する３５の検
出電源ＯＳＣ２との間に、各検出電極と振動質量側電極
との間の電気容量にほぼ等しい参照電気容量Ｃｒ１を直
列に接続する。参照電気容量Ｃｒ１を介して検出電圧Ｃ
を印加した時に、各検出電極端Ｖｓ１、Ｖｓ２の電位の
差を、バッファ３８介して、復調器３７によって、３５
の検出電源ＯＳＣ２の駆動周波数に同期して検出すれ
ば、３４の駆動電源ＯＳＣ１の周波数で変化するコリオ
リ力によるｙ軸方向の変位量が得られる。従って、図１
１に示すように、再度ＯＳＣ１の駆動周波数に同期して
信号を処理すればｙ軸方向の変位量に対応したＤＣ信号
が得られる。

【００３２】また、他の検出方法の一例を図１２に示
す。図１１の場合と同様に参照電気容量Ｃｒ１を介して
各検出電極端に検出電圧Ｃを印加した時に、各検出電極
端Ｖｓ１、Ｖｓ２の電位の差を、バッファ３８を介し
て、復調器３７によって、検出電源ＯＳＣ２の駆動周波
数に同期して検出すれば、駆動電源ＯＳＣ１の周波数で
変化するコリオリ力によるｙ軸方向の変位量が得られ
る。こうして得られた信号をピークホールド回路３９に
入力して最大信号を検出すれば、コリオリ力によるｙ軸
方向の変位量に対応したＤＣ信号が得られる。

【００３３】また、更に他の検出方法の一例を図１３に
示す。図１１の場合と同様に、参照電気容量Ｃｒ１を介
して各検出電極端Ｖｓ１、Ｖｓ２に検出電圧Ｃを印加す
る。この場合、検出電圧源ＯＳＣ３は駆動電源ＯＳＣ１
と同一の周波数を有し、かつＯＳＣ１に対して位相差δ
を有するものとする。動作状態において、駆動力による
ｘ軸方向の変位と、コリオリ力によるｙ軸方向の変位と
の間にはある位相差が生じる。従って、ＯＳＣ３を調整
してＯＳＣ１との位相差を調整し、各検出電極端Ｖｓ
１、Ｖｓ２の電位を、バッファ３８を介して、復調器３
７によって、検出電源ＯＳＣ３（周波数はＯＳＣ１に等
しく位相のみ異なる）４０の周波数に同期して検出し、
その差を採れば、コリオリ力によるｙ軸方向の変位量に
対応したＤＣ信号が得られる。

【００３４】ＤＣ的なｘ軸方向の外乱加速度入力は、振
動質量の振動振幅の変化として出力に影響を与える。こ
の影響は振動振幅を監視し、これを一定にするような図
１１、図１２、図１３に示したような構成をとることに
より除去することができる。

【００３５】ＤＣ的なｚ軸方向の外乱加速度入力は、振
動質量の振動振幅の変化および検出電極の対向面積の変
化として出力に影響を与える。振動振幅の変化による影
響はｘ軸方向の場合と同じ手法で除去できる。検出電極
の対向面積の変化による出力への影響は、検出電極対の
差動容量を検出する図１１、図１２、図１３のような回
路構成により除去できる。

【００３６】ＤＣ的なｙ軸方向の外乱加速度入力は、本
実施の形態のような角速度センサ１対を並べて設置し、
それぞれの振動質量を逆位相で駆動し、角速度センサ１
対それぞれの出力の差を採ることによって除去すること
ができ、一層精度の高い角速度検出を行うことができ
る。また、角速度センサそれぞれの出力の和を採ること
により、検出軸方向（ｙ軸方向）のＤＣ的な外来加速度
入力を検出できる。

【００３７】とくに、ｘ、ｙ軸方向のＡＣ的な外乱加速
度入力にさらされると、ｘ軸方向及びｙ軸方向に共振に
よる振動が誘起され出力に影響を蒙るが、各軸方向の共
振周波数を充分高く設計すれば、センサの実装構造によ
り、ローパスフィルタを構成して、ＡＣ的外乱加速度入
力を抑制することができる。

【００３８】本実施の形態を説明する図面では、角速度
検出部のみを図示したが、図１１、図１２、図１３に示
すような、検出部全体の駆動および信号処理回路を同一
基板上に形成すれば、角速度を検出して発生した微小な
信号を処理回路に入力する間に混入する外来ノイズの影
響を大幅に減少できる。また、参照電気容量Ｃｒ１対、
Ｃｒ２対の電気容量のペア性を向上させることができ、
駆動力及び出力信号のオフセットを低減することが出来
る。

【００３９】本第１の実施の形態の効果を述べると下記
の如くである。ａ：駆動軸及び検出軸方向に等しいバネ定数を有する支
持部を、上記２軸の方向に対して対称に配置して、振動
質量を支持したため、上記２軸方向の共振周波数及び振
動モードが一致し角速度の高精度測定が可能である。ｂ：振動質量に対向し、これを静電引力で駆動する駆動
電極を分割し、独立して駆動電圧を印加できる構成とし
たため、駆動振動を高精度に制御することができる。ｃ：平面方向に駆動、振動させ、平面方向に検出するの
で、駆動軸及び検出軸の相対的な共振周波数の設計が容
易である。ｄ：平面構造を有する振動質量が、基板平面に平行に振
動するので、共振時に高いＱ値が得られる。ｅ：平面方向に駆動、振動させ、平面方向に検出するの
で、２次元的に電極を構成でき構造が簡単になる。ｆ：半導体作成技術を用いて角速度センサを実現したの
で、小型化、軽量化及び低コスト化が可能で、均一な特
性を有するセンサの大量生産に対応できる。ｇ：センサ特性を２次元の構造のみで設計できる。ｈ：静電引力駆動、静電容量検出を用いることにより、
振動質量及び各支持部を同一電位にする事ができ、電気
的配線が容易である。ｉ：静電引力駆動、静電容量検出を用いることにより、
振動質量および各支持部を同一電位にする事ができるの
で、各支持部上の金属、ポリシリコンまたは高濃度拡散
層による電気的配線が不要となり各構造部材の熱膨張係
数差に起因する出力への悪影響を除去できる。ｊ：静電引力駆動、静電容量検出を用いることにより、
振動質量及び各支持部を同一電位にする事ができるので
各支持部上の金属、ポリシリコンまたは高濃度拡散層に
よる電気的配線が不要であり、各支持部上に金属配線を
用いた場合に、金属配線の塑性変形によって発生する恐
れのあるオフセットまたはヒステリシスを除去できる。ｋ：振動質量を直接駆動しているので、振動質量の振動
振幅の一層高精度な制御が可能である。ｌ：表面形マイクロストラクチャにより振動質量及び支
持部を形成したため、機械系の共振周波数を高く設計す
ることが可能である。従って、センサの実装構造により
ＡＣ的な外乱加速度入力に対するローパスフィルタを構
成すれば、ＡＣ的な外乱加速度入力による出力への悪影
響を除去できる。ｍ：振動振幅の監視用電極を用いることなく、振動振幅
の一定制御が可能である。ｎ：駆動による振動振幅の一定制御と検出容量の差動容
量検出により、振動振幅の駆動軸及び角速度入力軸に対
するＤＣ的な外乱加速度入力の、出力への悪影響を除去
できる。ｏ：振動質量を逆位相で駆動する角速度センサ１対を用
い、それぞれの出力の差を採ることにより、検出軸方向
のＤＣ的な外乱加速度入力の、出力に対する悪影響を除
去でき、一層精度の高い角速度検出を行うことが出来
る。ｐ：振動質量を逆位相で駆動する角速度センサ１対を用
い、それぞれの出力の和を採ることにより検出軸方向の
加速度の検出を行うことが出来る。ｑ：検出部、検出部の駆動回路及び信号処理回路を同一
基板上に形成すれば、微小な発生信号を処理回路に入力
する間に混入する外来ノイズの影響を大幅に減少でき
る。また、参照電気容量Ｃｒ１対、Ｃｒ２対の電気容量
のペア性を向上することができ、駆動力及び出力信号の
オフセットを低減することが出来る。ｒ：ＡＣサーボ機構を付加し、フィードバック量を出力
信号とする事により、更に高感度化が可能である。第２の実施の形態：本発明の第２の実施の形態を図３に
よって説明する。本実施の形態は請求項１、３〜１５に
対応する。基本構成は図３に示す通りで、それぞれｘ，
ｙ両軸方向に等しいバネ定数を有し、ｘ、ｙ平面内で変
位変形可能な複数の弾性構造体を、ｘ軸とｙ軸のなす角
を２等分する軸方向に対称に、支持部１８として配置す
ることにより実現可能である。２つの例を図１６に示
す。また、複数の弾性構造体それぞれは、図１４、図１
５に示したものでもよい。これらの図において、１４は
振動質量、１７は固定部、１８は支持部である。ｘ軸、
ｙ軸のなす角を２等分する方向に対称軸を設定している
ため、ｘ軸およびｙ軸方向への構造体の変形のモードが
等しくなり両軸方向に等しいバネ定数を有する。

【００４０】作成するための製造工程は、第１の実施の
形態の場合と同様である。また、第１の実施の形態と同
様に作用するが、本第２の実施の形態の場合、振動質量
を、ｘｙ平面内で変位変形可能で、それぞれｘ，ｙ両軸
方向に等しいバネ定数を有する複数の弾性構造体を、そ
れぞれ、ｘ軸、ｙ軸方向のなす角を２等分する方向に対
称に組合せて配置した支持部で支持しているため、ｙ軸
方向の共振周波数ｆｙｒはｘ軸方向の共振周波数ｆｘｒ
と一致する。１つの支持部ではｘ、ｙ軸の正負方向でそ
れぞれバネ定数が若干異なる場合もあり得るが、本実施
の形態のように、振動質量を支持する支持部を、ｘ軸お
よびｙ軸にに対して対称に、配置することによって、上
記のような影響を除去できる。また、両方向における振
動モードも同一化できる（但し、ｙ軸方向の変位は駆動
力であるコリオリ力よりπ／２だけ位相がずれる）。第
２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様な効果が得
られる。

【００４１】第３の実施の形態：本第３の実施の形態で
は、既述の第１、第２の実施の形態とは異なって、振動
質量の側方に配置する電極は１種類だけで、ｘ軸方向駆
動用とか、コリオリ力によるｙ軸方向変位検出用とかの
区別はない。但し、電極間間隙の不同に対処するため
に、固定電極をそれぞれ異なる電位を印加できる２組に
分割することは第１、第２の実施の形態の場合と同様で
ある。

【００４２】本第３の実施の形態について、まず、振動
質量側電極と固定側電極とで構成される櫛歯電極対の状
態を図１７、図１８により説明する。これらの図は薄膜
構造材で形成された角速度センサの振動質量と対向（固
定）電極部の平面模式図を示す。図中、６６は振動質量
で、後述するような支持部により支持（図面の簡略化の
ため図示せず）されている。また振動質量は支持部を介
して共通電位に接続されている。７０は振動質量の側面
より延設した櫛歯電極である。櫛歯電極７０では、それ
ぞれ対向電極が所定の電極間間隙を隔てて対向してい
る。図１７では１本の櫛歯電極７０の両側面にそれぞれ
対向電極６８、６９が対向している。図１８では１本の
櫛歯電極７０の一方の側面に対向電極６８または６９が
対向して対を構成している。対向電極６８、６９は接続
部６７において引き出し電極７１に接続されて周辺回路
に接続されている（周辺回路は図面の簡略のため図示せ
ず）。対向電極６８、６９は電気的に独立しており、そ
れぞれ振動質量間で静電容量を構成している。図示した
ような振動質量および対向電極は公知の技術により結晶
シリコン又は多結晶シリコン等を用いて作成可能であ
る。通常振動質量および対向電極の厚さは数μｍ程度で
ある。

【００４３】図１９および図２０に振動質量の支持方法
の概略平面図を示す（これらの図には図１７に示した対
向電極構造を示したが、図１８に示した対向電極でも同
様に実現できる）。図１９で７２は薄膜構造材で形成さ
れた振動質量である。振動質量７２は四隅において、同
じく薄膜構造材で形成され、ｘ、ｙ両軸方向に等しいバ
ネ定数を有する支持部７３に接続されている（支持部は
模式的に示した）。支持部はｘ、ｙ両軸に対して対称に
配置されている。支持部の他端は固定部７４において基
板に固定されると共に、導電材と電気的にも接続されて
いる（図面の簡略化のため配線は図示せず）。振動質量
はｘ、ｙ両軸方向に等しいバネ定数を有する支持部７３
によって支持されているため、ｘ、ｙ両軸方向に変位可
能で、かつ同じ共振周波数を有する。破線で囲まれた部
分７５は電極部である。図２０で支持部７６は、図中
ｘ、ｙ平面内で変位可能な複数の弾性構造体を、それぞ
れ、ｘ軸、ｙ軸方向に、ｘ軸とｙ軸のなす角を２等分す
る方向に対称に配置して構成されている。ｘ、ｙ軸のな
す角を２等分する方向に対称軸を設定しているため、支
持部７６は両軸方向に等しいバネ定数を有する。支持さ
れた振動質量７２はｘ軸およびｙ軸方向に変位可能で、
かつ同じ共振周波数を有する。

【００４４】次に、検出回路の構成を図２１によって説
明する。この図では、さきに図１９、図２０に示した対
向電極端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２と振動質量間の静電
容量を、それぞれＣＲ１，ＣＲ２，ＣＬ１，ＣＬ２とし
た。破線で囲まれた部分７７は振動質量を表わし、ＣＲ
１，ＣＲ２，ＣＬ１，ＣＬ２の接続されたノードが振動
質量の電位を表わし、支持部を介してこれを共通電位に
接続している。対向電極端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２
は、それぞれほぼ等しいＤＣバイアス値ＶＲ１，ＶＲ
２，ＶＬ１，ＶＬ２に保持されている。さらに対向電極
端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２には、それぞれ参照電気容
量Ｃref７９が接続されており、ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＬ
１，ＣＬ２には参照電気容量Ｃrefを介して駆動電圧Ｖ
１，Ｖ２，Ｖ１￣，Ｖ２￣が印加されている。なお、７
８は検出電気容量である。従って対向電極端子Ｒ１，Ｒ
２，Ｌ１，Ｌ２には、それぞれ、ＤＣバイアス値ＶＲ
１，ＶＲ２，ＶＬ１，ＶＬ２と参照電気容量Ｃrefを介
しての駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１￣，Ｖ２￣の和が印加
される。対向電極端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２の電圧
は、バッファ８０に入力されインピーダンス変換を行っ
た後、信号処理を行う。図２１では図面を簡単にするた
め省略したが、実際には図２５に示すように、参照容量
とＣＲ１，ＣＲ２，ＣＬ１，ＣＬ２それぞれに平行に抵
抗を接続して出力電圧のＤＣバイアス値を安定化させて
いる（図２５では４つの容量のうちの１つで模式的に示
した）。

【００４５】Ｒ１とＲ２、及びＬ１とＬ２の電圧は加算
器８１で加算されたのち、減算器８２で差を求め、これ
をハイパスフィルタ８９を介して復調器８３に入力す
る。復調器８３で発振器８６と同期検出を行ったのち、
ローパスフィルタ８４を経て、一部は振動質量の自励発
振のために発振器８５に帰還され、もう一部は再度復調
器８３に入力され、今度は発振器８５と同期検出を行っ
たのち、ローパスフィルタ８４を経て振動質量の振幅情
報として制御回路８７に入力される。制御回路８７から
は角速度に比例した出力と、発振器８５に同期した電圧
信号が出力される。発振器８５に同期した電圧信号は、
一部はインバータ８８に入力した後に、一部はそのまま
で、加算器８１に入力され、それぞれの信号は発振器８
６の出力と加算され、それらの出力は参照電気容量Ｃre
fに印加され振動質量を駆動する。Ｌ１とＲ１及びＬ２
とＲ２の電圧は加算器８１で加算されたのち、減算器８
２で差を求め、これをハイパスフィルタ８９を介して復
調器８３に入力し、今度は発振器８６と同期検出を行っ
たのち、ローパスフィルタ８４を経て振動質量のコリオ
リ力による変位情報として制御回路８７に入力する。

【００４６】制御回路８７は、例えば図２６に示すよう
にして実現する。変位情報と振幅情報は、それぞれ演算
器９１に入力される。演算器９１において、変位情報は
零レベルからの偏差に、振幅情報は設定した参照レベル
との偏差に応じた駆動電圧の変調量を演算する。図中で
変調量は、変位情報に対してはａ、振幅情報に関しては
ｂと示した。変調量ａは増幅器９３を介して入力した角
速度として出力される。さらに変調量ａは一部はそのま
ま、もう一部はインバータ８８で符号を反転した後、加
算器８１で変調量ｂと加算されて、駆動電圧の変調量Δ
₁、Δ₂が算出される。すなわち Δ₁＝ａ＋ｂ ……（７） Δ₂＝−ａ＋ｂ ……（８）である。算出された変調量Δ₁、Δ₂は振幅変調器９２に
入力され、発振器８５の振幅をそれぞれに応じて変調
し、駆動電圧Ｖd1、Ｖd2を出力する。

【００４７】図２１に戻り、復調器８３における発振器
８６による同期検出は、図２３に示すようにＰＬＬ素子
８９を用いて信号の周波数を検知して、その周波数で同
期検出を行うホモダイン方式で検出を行っても良い。ま
た、復調器８３において発振器８５で同期検出した信号
をそれぞれ振幅情報、変位情報として制御回路８７に入
力しているが、これは復調器を積分回路に置き換えても
良い。

【００４８】次に振動質量の駆動について上記回路の作
用を説明する。参照電気容量Ｃrefを介して対向電極Ｒ
１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２に電圧Ｖを印加すると、振動質量
の駆動軸方向に下記（９）式で示すような静電引力Ｆｄ
が発生する。

【００４９】Ｆｄ＝−ｎ／２・ε₀・ｔ／ｄ₀・Ｖ² ……（９）但し、ｎ；振動質量の櫛歯電極に対向する電極数 ε₀；誘電率ｔ；櫛歯電極の厚さｄ₀；電極間隔を表わし、負符号は電極の重なりが増えるように駆動力
が発生することを示す。電気容量のインピーダンスは既
述の下記（３）式Ｚ_C＝１／ｊωＣ ……（３）のように表わされるので、図２１に示すように参照容量
Ｃrefを介して振動質量にＡＣの駆動電圧を印加した場
合、振動質量と対向電極間の電気容量ＣＲ１，ＣＬ１，
ＣＲ２，ＣＬ２に印加されるＡＣの駆動電圧は下記（１
０）式のように表わされる。

【００５０】Ｖ_〜＝１／（Ｃ_S／Ｃref＋１）×Ｖ_〜drive ……（１０）但しＶ_〜；振動質量と対向電極間の電気容量ＣＲ１，
ＣＬ１，ＣＲ２，ＣＬ２に印加されるＡＣの
駆動電圧Ｖ_〜drive；電気容量Ｃrefを介して印加する駆動電圧Ｖ
１，Ｖ２，Ｖ１￣，Ｖ２￣Ｃ_S；振動質量と対向電極間の電気容量ＣＲ１，ＣＬ
１，ＣＲ２，ＣＬ２従って、Ｃrefを振動質量と対向電極間の電気容量ＣＲ
１，ＣＬ１，ＣＲ２，ＣＬ２より十分大きくすれば駆動
電圧のＣrefにおける損失は殆ど無視できる。また、駆
動して振動させることにより電気容量ＣＲ１，ＣＬ１，
ＣＲ２，ＣＬ２が変化しても印加されるＡＣの駆動電圧
は、電気容量Ｃrefを介した駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１
￣，Ｖ２￣に比例する。実際上のＣＲ１，ＣＬ１，ＣＲ
２，ＣＬ２の値はｐＦ程度であるので、同一基板上にお
いてもＣrefの実現は容易である。駆動電圧としては
図２４に示すように、振動質量の共振周波数と一致した
周期を有する発振器８５と、発振器８５（ＯＳＣ１，振
幅；ｖｄ）より十分高い周波数で且つ出力振幅の小さい
発振器８６（ＯＳＣ２，ｓ振幅；ｖｃ）の出力の和を用
いる。より具体的には図２１において、発振器８５（Ｏ
ＳＣ１）の出力を制御回路８７に入力し、加算器８１に
より制御回路８７の出力に発振器８６（ＯＳＣ２）の出
力を加算した和を発生させている。発生した駆動電圧Ｖ
１，Ｖ２は参照容量Ｃrefを介して、図１９、図２０に
おけるＲ１，Ｒ２に、Ｖ１￣，Ｖ２￣は参照容量Ｃref
を介して、図１９、図２０におけるＬ１，Ｌ２に印加す
る。Ｖ１，Ｖ２とＶ１￣，Ｖ２￣では発振器８５（ＯＳ
Ｃ１）の出力が逆位相である。Ｒ１，Ｒ２及びＬ１，Ｌ
２に印加される（９）式における電圧は、それぞれのＤ
Ｃバイアスと参照容量Ｃrefを介して印加されるＡＣ電
圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１￣，Ｖ２￣の和すなわち（１１）、
（１２）式に示すようになる。

【００５１】Ｖ１，Ｖ２＝Ｖ_bias＋ｖｄ・ｓｉｎω₁ｔ＋ｖｃ・ｓｉｎω₂ｔ ……（１１）Ｖ１￣，Ｖ２￣＝Ｖ_bias−ｖｄ・ｓｉｎω₁ｔ＋ｖｃ・ｓｉｎω₂ｔ …（１２）但し、Ｖ_bias；対向電極端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２の
ＤＣバイアス電圧 ω₁；発振器８５（ＯＳＣ１）の発振周波数ｖｄ；発振器８５（ＯＳＣ１）の出力振幅 ω₂；発振器８６（ＯＳＣ２）の発振周波数ｖｃ；発振器８６（ＯＳＣ２）の出力振幅（１１）、（１２）式を（９）式に代入して得られる静
電引力はＲ１及びＲ２とＬ１及びＬ２で逆方向となり、
結局振動質量には下記（１３）式のように表わされる静
電駆動力が発生する。

【００５２】Ｆ_drive∝Ｖ_bias・ｖｄ・ｓｉｎω₁ｔ＋ｖｄ・ｖｃ・ｓｉｎω₁ｔ・ｓｉｎω₂ｔ ……（１３）第２項は、ｖｄ≫ｖｃであれば無視できる。さらにω₁
より十分高い周波数を有するのでω₁付近に共振周波数
を有する振動系に影響を与えない。従って振動質量はω
₁で振動する。

【００５３】対向電極端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２と振
動質量間の静電容量をＣ_S、静止時の櫛歯電極の重なり
をＬ、櫛歯電極間隔をｄとすると、振動質量のｘ軸方向
駆動およびコリオリ力によるｙ軸方向変位によるＣ_Sの
変化は下記（１４）式のように表わされる。

【００５４】Ｃ_S＝Ｃｓ⁰（１＋ｘ／Ｌ）／（１＋ｙ／ｄ） ……（１４）但し、Ｃｓ⁰；静止時の静電容量参照容量を介して発振器８５（ＯＳＣ１）の出力ｖｄと
発振器８６（ＯＳＣ２）の出力ｖｃの和を、図２１の検
出回路に示すように対向電極に印加した際の対向電極端
子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２のＡＣ電圧Ｖ_〜Ｒ１，Ｖ_〜Ｒ
２，Ｖ_〜Ｌ１，Ｖ_〜Ｌ１は、（１０）式に（１４）式を
代入して、それぞれ、下記（１５）〜（１８）式に示す
ようになる。但し、ｘ／Ｌ及びｙ／ｄの１次項のみで展
開した。

【００５５】Ｖ_〜Ｒ１＝１／Ｂ・(１−Ａ・ｘ／Ｌ＋Ａ・ｙ／ｄ)・(ｖｄ＋ｖｃ)…(１５) Ｖ_〜Ｒ２＝１／Ｂ・(１−Ａ・ｘ／Ｌ−Ａ・ｙ／ｄ)・(ｖｄ＋ｖｃ)…(１６) Ｖ_〜Ｌ１＝１／Ｂ・(１＋Ａ・ｘ／Ｌ＋Ａ・ｙ／ｄ)・(−ｖｄ＋ｖｃ)…(１７) Ｖ_〜Ｌ２＝１／Ｂ・(１＋Ａ・ｘ／Ｌ−Ａ・ｙ／ｄ)・(−ｖｄ＋ｖｃ)…(１８) 但し、Ａ＝（Ｃｓ⁰／Ｃｒ）／（（Ｃｓ⁰／Ｃｒ）＋１）Ｂ＝（Ｃｓ⁰／Ｃｒ）＋１Ｃｒ；参照容量振動質量の駆動による変位ｘは以下のように求める。Ｖ
Ｒ１とＶＲ２及びＶＬ１とＶＬ２の電圧はバッファ８０
でインピーダンス変換してから、加算器８１で加算され
た後、減算器８２で差を求める。その結果は下記（１
９）式のように示される。

【００５６】（ＶＲ１＋ＶＲ２)−(ＶＬ１＋ＶＬ２)＝４／Ｂ・(ｖｄ−Ａ・ｘ／Ｌ・ｖｃ） …(１９) 第１項はハイパスフィルタ８９を介して除去した後、復
調器８３に入力する。復調器８３で発振器８６と同期検
出を行った後、ローパスフィルタ８４で平滑化を行う。
平滑化された信号は発振器８５（ＯＳＣ１）と同じ周波
数を有し、振幅は振動質量の駆動振幅に比例した信号で
ある。この信号は自励発振のため発振器８５（ＯＳＣ
１）に帰還させる。同時にＡＧＣ機能実現のため再度復
調器８３で発振器８５と同期検出を行った後、ローパス
フィルタ８４で平滑化を行った後、駆動電圧Ｖ１、Ｖ２
の振幅を制御する制御回路８７に入力する。

【００５７】振動質量のコリオリ力による変位ｙは以下
のように求める。発生するコリオリ力は、既述の（２）
式に示すように振動質量の振動速度に比例するため、本
第３の実施の形態の場合、発振器８５（ＯＳＣ１）と同
じ周波数で、振幅はコリオリ力による変位に比例した信
号となる。

【００５８】ＶＲ１とＶＬ１及びＶＲ２とＶＬ２の電圧
をバッファ８０でインピーダンス変換した後、加算器８
１で加算し減算器８２で差を求める。その結果は下記
（２０）式のように示される。（ＶＲ１＋ＶＬ１）−（ＶＲ２＋ＶＬ２）＝４Ａ／Ｂ・ｙ／ｄ・ｖｃ…（２０）これをハイパスフィルタ８９を介して復調器８３に入力
する。復調器８３で発振器８６と同期検出を行った後、
ローパスフィルタ８４で平滑化を行う。平滑化された信
号は発振器８５（ＯＳＣ１）と同じ周波数で、振幅はコ
リオリ力による変位に比例した信号となる。再度復調器
８３に入力し、今度は発振器８５と同期検出を行った
後、ローパスフィルタ８４で平滑化を行う。平滑化され
た信号はコリオリ力による振動質量の変位に比例した信
号となり、駆動電圧Ｖ１、Ｖ２の変調のため制御回路８
７に入力される。復調器８３における発振器８６による
同期検出において、図２３に示すようにＰＬＬ素子８９
を用いて信号の周波数を検知して、その周波数で同期検
出を行うホモダイン検出を行うことにより高精度な復調
が可能となる。

【００５９】制御回路８７における駆動電圧Ｖ１，Ｖ２
の変調は下記のように行われる。参照容量Ｃrefを介し
た駆動電圧の印加により、振動質量と対向電極間には、
図１７、図１８のコリオリ力検出軸方向に下記（２
１）、（２２）式で示すような静電引力が発生する。そ
の方向は電極間間隙を狭める方向である。

【００６０】Ｆｓ¹＝ε₀ｍ・Ｌｔ／（ｄ₀）²・（ＣＶ₁）² ……（２１）Ｆｓ²＝ε₀ｍ・Ｌｔ／（ｄ₀）²・（ＣＶ₂）² ……（２２）但し、ｍ；対向電極対数Ｃ；参照容量Ｃrefによる駆動電圧降下を表わす係数 ε₀；誘電率Ｌ；電極の対向する長さｔ；電極の厚さ駆動電圧をＶ₁＝Ｖ⁰ ₁（１＋Δ₁）、Ｖ₂＝Ｖ⁰ ₂（１＋
Δ₂）と変調して、発生したコリオリ力Ｆｃを打ち消す
には下記（２３）式の関係を満足すれば良い。

【００６１】Ｆｃ＝Ｆ¹ _S−Ｆ² _S≒ε₀ｍ・（ＣＶ⁰）²／ｄ²・(Δ₁−Δ₂） ……（２３）但し、簡単のためＶ⁰＝Ｖ⁰ ₁＝Ｖ⁰ ₂とした。このときに
振動質量に印加される駆動力は同様に下記（２４）式の
ように表わせる。Ｆｄ≒ε₀ｍｔ・(ＣＶ⁰）²／ｄ・｛１＋（Δ₁＋Δ₂）｝ ……（２４）従って、（７）、（８）式に示したように駆動電圧を変
調し、逆符号で且つ絶対値の等しい変調±ａを印加する
ことにより、下記（２５）式のように振動質量の駆動振
幅に影響を与えることなく、発生するコリオリ力を補償
することが出来る。

【００６２】Ｆｃ≒ε₀ｍ・（ＣＶ⁰）²／ｄ²・２ａ ……（２５）また、振動質量の駆動振幅に外乱入力等により変化が発
生した場合は、（７）、（８）式に示したように駆動電
圧を変調し、絶対値が等しく同符号の変調ｂを印加する
ことにより、下記（２６）式のように振動質量に検出軸
方向の静電引力を発生することなく、駆動力を変化さ
せ、振幅を制御できる。

【００６３】Ｆｄ≒ε₀ｍｔ・（ＣＶ⁰）²／ｄ・｛１＋２ｂ｝ ……（２６）制御回路８７においては、振動質量の振幅情報とコリオ
リ力による変位情報を同時に入力することにより、先述
の駆動電圧変調を行い、駆動振幅の均一化とコリオリ力
の補償を同時に実現でき、簡易な構造の角速度センサに
より高精度な検出が可能となる。

【００６４】上記第３の実施の形態では下記のような効
果が得られる。ａ：検出電極と駆動電極を共用し、振動質量の駆動とコ
リオリ力による変位の測定を同時に行えるため、振動質
量に対向する電極の電位、容量を効率良く確保できる。ｂ：振動質量に対向する電極を２つに分割し、それぞれ
独立に電圧を印加できるようにしたので、振動質量の駆
動振幅の一定化と発生するコリオリ力の補償が同時に実
現できる。ｃ：駆動電圧によりコリオリ力を補償するため角速度の
測定範囲が拡大する。ｄ：駆動電圧によりコリオリ力を補償するため、振動質
量は検出軸方向には振動しない。従って、一層高精度な
角速度測定が可能である。

【００６５】第４の実施の形態：本実施の形態は請求項
１９に関する。角速度センサの構成は第３の実施の形態
の場合と同一である。本実施の形態の検出回路構成を図
２２に示す。第３の実施の形態（図２１）と差異のある
部分だけを述べる。本実施の形態では、復調器８３にお
ける発振器８６（ＯＳＣ２）と同期した検出の後、ロー
パスフィルタを介して波形整形をした信号をそれぞれ変
位情報と振幅情報として制御回路８７に入力する。制御
回路からの出力Ｖd1及びＶd2は、一部はそのまま、もう
一部はインバータ８８を介して理想ダイオード回路９０
に入力する。理想ダイオード回路９０の出力に発振器８
６（ＯＳＣ２）の出力を加算して駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，
Ｖ１￣，Ｖ２￣として参照容量７９を介して振動質量に
印加される。

【００６６】参照容量７９を介して印加される駆動電圧
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１￣，Ｖ２￣を、図２８に示す。駆動電
圧は、駆動力発生のための電圧ｖｄと、振動質量の振幅
およびｖｄに比べて十分振幅の小さい、コリオリ力によ
る変位読み出しのための電圧ｖｃによって構成される。
ｖｄは発振器８５（ＯＳＣ１）のインバータ８８及び理
想ダイオード回路９０を介した出力である。ｖｃは発振
器８６（ＯＳＣ２）の出力である。ｖｃは図２８（ａ）
に示すような単極性パルスであっても、図２８（ｂ）に
示すような両極性パルスであっても良い。ｖｄとｖｃは
交互に印加される。図中で、ｖｄとｖｃ印加の中間に電
圧が印加されない時間帯を設けたが、この時間帯は無く
ても本質的な機能は同等である。ｖｄはＶ１，Ｖ２とＶ
１￣，Ｖ２￣で逆位相で印加される。ｖｃはｖｄが印加
されていない時間帯τに、Ｖ１，Ｖ２とＶ１￣，Ｖ２￣
に同時に印加される。ｖｄの印加により既述の（９）式
に従って発生する静電引力により振動質量は発振器８５
（ＯＳＣ１）と同じ周波数で加振される。読み出し電圧
ｖｃはＶ１，Ｖ２とＶ１￣，Ｖ２￣に同時に印加される
ため、コリオリ力により振動質量が変位しなければｖｃ
により発生する静電引力は打ち消し合う。また、ｖｃは
ｖｄに比べて十分振幅が小さいので、振動質量が変位し
ても発生する静電引力は無視できる。

【００６７】図２２に示すように、バッファ８０を介し
て、対向電極端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２の電圧の、和
と差を求める。さらに、この信号を発振器８６（ＯＳＣ
２）との同期検出により、第３の実施の形態の場合と同
様に振動質量の駆動による振幅とコリオリ力による変位
の情報が得られる。その後の処理は第３の実施の形態の
場合と同様なので省略する。

【００６８】第４の実施の形態では、第３の実施の形態
の効果に加えて下記のような効果がある。ａ：発振器８６（ＯＳＣ２）による同期検出だけで変位
情報および振幅情報が得られるため、信号処理回路が簡
素化できる。第５の実施の形態：本実施の形態は、特に請求項２０に
関する。角速度センサの構成は第３の実施の形態と同一
である。本実施の形態の検出回路構成を図２７に示す。
第４の実施の形態（図２２）と差異のある部分だけを述
べる。本第５の実施の形態では振動質量の電位Ｖｍは、
発振器８６（ＯＳＣ２）に接続されている。制御回路か
らの出力Ｖd1およびＶd2は、一部はそのまま、もう一部
はインバータ８８を介して出力され、駆動電圧Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ１￣，Ｖ２￣として参照容量７９を介して振動質
量に印加される。

【００６９】参照容量７９を介して印加される駆動電圧
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１￣，Ｖ２￣を、図２９に示す。駆動電
圧は駆動力発生のための電圧ｖｄにより構成される。ｖ
ｄは発振器８５（ＯＳＣ１）の（一部はインバータ８８
を介した）出力である。ｖｄはＶ１，Ｖ２とＶ１￣，Ｖ
２￣で逆位相で、かつｖｄが印加されていない時間帯τ
が存在するように印加される。ｖｃはｖｄに比べて十分
に振幅の小さい発振器８６（ＯＳＣ２）の出力であり、
時間帯τ内に振動質量に印加される。ｖｃは図２８
（ａ）に示すような単極パルスであっても、図２８
（ｂ）に示すような両極パルスであっても良い。ｖｄの
印加により既出の（９）式に従って発生する静電引力に
より振動質量は発振器８５（ＯＳＣ１）と同じ周波数で
加振される。読み出し電圧ｖｃは、時間帯τ内に振動質
量に印加される。コリオリ力により振動質量が変位しな
ければｖｃにより発生する静電引力は打ち消し合う。ま
たｖｃはｖｄに比べて十分に振幅が小さいので、振動質
量が変位しても発生する静電引力は無視できる。

【００７０】図２７に示すように、バッファ８０を介し
て、対向電極端子Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２の電圧の和と
差を求める。さらに、これらの信号から、発振器８６
（ＯＳＣ２）との同期検出により第３の実施の形態の場
合と同様に、振動質量の駆動による振幅とコリオリ力に
よる変位の情報とが得られる。その後の処理は第３の実
施の形態の場合と同様なので説明を省略する。第５の実
施の形態の効果は第４の実施の形態の効果と同等であ
る。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体技術を用いて製作するので、高感度、高精度、外乱
加速度その他のノイズの影響を受け難く、しかも小形、
軽量な角速度センサを、低原価で、容易に量産できると
いう効果が得られる。なお、既に個々の実施の形態につ
いて細部にわたって効果を述べてある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の模式的平面図である。

【図２】第１の実施の形態の模式的側断面図である。

【図３】第２の実施の形態の模式的平面図である。

【図４】振動質量と固定部との間に形成された対向電極
の間隙不同の駆動力への影響とその軽減手段を説明する
ための図である。

【図５】振動質量と固定部との間に形成された対向電極
の間隙不同の駆動力への影響を軽減するために固定部側
電極を独立して電圧を印加できる２組に分割したことを
説明する図である。

【図６】コリオリ力によるｙ軸方向変位を検出するため
の検出電極対の拡大平面図である。

【図７】製造プロセスのバラつきによりの実施の形態の
構造材の断面形状に生じた偏差の例を示す図である。

【図８】ポリシリコンが構造材である場合の作成プロセ
スについて説明する図である。

【図９】ＳＯＩ層が構造材である場合の作成プロセスに
ついて説明する図である。

【図１０】鍍金金属が構造材である場合の作成プロセス
について説明する図である。

【図１１】第１の実施の形態において、振動質量の駆動
および信号の検出回路の一例を示す図である。

【図１２】第１の実施の形態において、振動質量の駆動
および信号の検出回路の一例を示す図である。

【図１３】第１の実施の形態において、振動質量の駆動
および信号の検出回路の一例を示す図である。

【図１４】第１の実施の形態において、ｘ軸とｙ軸のな
す角を２等分する軸方向に対称な構造の支持部を１つの
構造要素により実現した例を示す図である。

【図１５】第１の実施の形態において、ｘ軸とｙ軸のな
す角を２等分する軸方向に対称な構造の支持部を複数の
構造要素により実現した例を示す図である。

【図１６】第２の実施の形態において、複数の弾性構造
体をｘ軸とｙ軸のなす角を２等分する軸方向に対称に配
置した例を示す図である。

【図１７】第３の実施の形態における、振動質量側電極
と固定側電極とで構成される櫛歯電極対の状態を説明す
る平面図である。

【図１８】第３の実施の形態における、振動質量側電極
と固定側電極とで構成される更に簡単な櫛歯電極対の状
態を説明する平面図である。

【図１９】第３の実施の形態における、簡単な支持部材
を用いた振動質量の支持方法を説明するための概略平面
図である。

【図２０】第３の実施の形態における、複数の弾性構造
体を用いた振動質量の支持方法を説明するための概略平
面図である。

【図２１】第３の実施の形態における角速度検出回路の
構成を説明する図である。

【図２２】第４の実施の形態における角速度検出回路の
構成を説明する図である。

【図２３】角速度検出回路に、ＰＬＬ素子を用いて信号
の周波数を検知し、その周波数で同期検出を行うホモダ
イン方式を用いた場合の回路の例を示す図である。

【図２４】第３の実施の形態において、振動質量の共振
周波数に等しい周期を有する発振器と、それより周波数
が充分高く振幅の小さい発振器とにより、対向電極間に
印加している駆動電圧を説明する図である。

【図２５】第３の実施の形態において、参照容量や、対
向電極端子と振動質量間の静電容量に、それぞれ平行に
抵抗を接続して、出力電圧のＤＣバイアス値を安定化さ
せている検出電極回路を説明する図である。

【図２６】図２１に示した角速度検出回路に用いる制御
回路の構成例を示す図である。

【図２７】第５の実施の形態における角速度検出回路の
構成を説明する図である。

【図２８】第４の実施の形態において、参照容量を介し
て対向電極間に印加される駆動電圧を説明する図であ
る。

【図２９】第５の実施の形態において、参照容量を介し
て対向電極間に印加される駆動電圧を説明する図であ
る。

【図３０】角速度センサの第１従来例の斜視図である。

【図３１】角速度センサの第２従来例の平面図である。

【図３２】角速度センサの第２従来例の側断面図であ
る。

【図３３】第２従来例で不具合が発生することを説明す
るための図面である。

【図３４】角速度センサの第３従来例の平面図である。

【図３５】角速度センサの第３従来例の側断面図であ
る。

【符号の説明】

１…検出用圧電素子２…振動子３…支持部４…駆動用圧電
素子５…固定部６…駆動電極７…アンカー部８…支持部９…検出電極１０…振動質量１１…中間支持部１２…シリコン
基板１３…駆動電極対１４…振動質量１５…検出電極対１６…支持部１７…固定部１８…支持部１９…駆動電極２０…振動質量側電極の左側に対向する基板に固定した
駆動電極２１…振動質量側電極の右側に対向する基板に固定した
駆動電極２２…高濃度拡散層２３…窒化シリ
コン膜２４…酸化膜２５…ポリシリ
コン膜２６…金属配線２７…パッシベ
ーション膜２８…窒化シリコン膜２９…高濃度拡
散層３０…パッシベーション膜３１…溝部３２…鍍金金属膜３３…犠牲層金
属膜３４…駆動電源ＯＳＣ１３５…検出電源
ＯＳＣ２３６…増幅器３７…復調器３８…バッファ３９…ピークホ
ールド回路４０…検出電圧源ＯＳＣ３６６…振動質量６７…接続部６８…対向電極６９…対向電極７０…櫛歯電極７１…引き出し電極７２…振動質量７３…支持部７４…固定部７５…電極部７６…支持部７７…振動質量７８…検出電気
容量７９…参照電気容量Ｃref ８０…バッファ８１…加算器８２…減算器８３…復調器８４…ローパス
フィルタ８５…発振器ＯＳＣ１８６…発振器Ｏ
ＳＣ２８７…制御回路８８…インバー
タ８９…ハイパスフィルタ９０…理想ダイ
オード回路９１…演算器９２…振幅変調
器９３…増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、基板主面上に隔離して形成され基
板主面内の互いに直交する第１軸と第２軸の方向に振動
する振動質量と、一端が振動質量に他端が基板に固定さ
れて振動質量を支持し第１軸と第２軸の方向に対称に配
置され両軸の方向に等しいバネ定数を有する少なくとも
２つの支持部と、基板に固定され振動質量を第１軸方向
に駆動する駆動電極および駆動手段と、基板に固定され
振動質量の第２軸方向の変位を検出する検出電極および
検出手段とにより構成され、振動質量と支持部を共通電
位に保持し、駆動電極を複数の値の電圧を印加できるよ
うに分割し、振動質量を第１軸方向に駆動して振動させ
ながら基板の主面に垂直な第３軸の回りに回転させたと
き第２軸方向に生ずるコリオリ力を検出することにより
第３軸の回りの角速度を測定するようにしたことを特徴
とする角速度センサ。
【請求項２】支持部は、基板主面内で変位変形可能で、
基板主面内の第１軸と第２軸のなす角を２等分する軸に
対称な構造を有し、第１軸および第２軸方向に相等しい
バネ定数を有することを特徴とする請求項１記載の角速
度センサ。
【請求項３】支持部は、基板主面内で変位変形可能な複
数の弾性構造体を、それぞれ、基板主面内の第１軸と第
２軸のなす角を２等分する軸に対称に配置し、第１軸お
よび第２軸方向に相等しいバネ定数を有するように構成
したことを特徴とする請求項２記載の角速度センサ。
【請求項４】駆動用電極は振動質量の側面に対向して第
１軸の正および負の方向に駆動力を発生するように配置
された１対の電極であって、振動質量および支持部の共
通電位に接続された２つの電気容量の端子であることを
特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項５】コリオリ力の検出電極は振動質量の側面に
対向して第２軸の正および負の方向の変位を検出するよ
うに配置された１対の電極であって、振動質量及び支持
部の共通電位に接続された２つの電気容量の端子である
ことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項６】振動質量の駆動状態での振動の振幅を検出
し、振動の振幅を一定に制御する手段を備えていること
を特徴とする請求項４記載の角速度センサ。
【請求項７】検出電極端それぞれに参照電気容量を接続
し、参照電気容量を介して検出電極に読み出し信号を入
力し、検出電極端それぞれに発生する信号より振動質量
の第２軸方向の変位を検出することを特徴とする請求項
５記載の角速度センサ。
【請求項８】振動質量の第１軸方向の駆動電極端それぞ
れに参照電気容量を接続し、参照電気容量を介して駆動
電極に駆動電圧を入力し、検出電極端それぞれに発生す
る電圧により駆動振幅を検出し、検出電極に発生した電
圧により駆動電圧を制御し、駆動振幅を一定に制御する
ことを特徴とする請求項６記載の角速度センサ。
【請求項９】振動質量および支持部は堆積させたポリシ
リコンで構成させ、基板は半導体基板で構成させたこと
を特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項１０】振動質量の駆動手段および振動質量の変
位の検出手段が同一半導体基板上に集積されていること
を特徴とする請求項９記載の角速度センサ。
【請求項１１】振動質量、支持部および基板は半導体基
板で構成されていることを特徴とする請求項１記載の角
速度センサ。
【請求項１２】振動質量および支持部は鍍金法により堆
積した金属で構成され、基板は半導体基板で構成されて
いることを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項１３】振動質量の駆動手段および振動質量の変
位の検出手段が同一半導体基板上に集積されていること
を特徴とする請求項１１または１２記載の角速度セン
サ。
【請求項１４】請求項１記載の角速度センサ１対を備
え、それぞれの振動質量を第１軸方向に逆位相で駆動
し、検出された第２軸方向出力の差により第３軸の回り
の角速度を測定し、かつ、検出された第２軸方向出力の
和により第２軸方向の加速度を測定することを特徴とす
る角速度センサ。
【請求項１５】請求項１記載の角速度センサにおいて、
駆動電極は電気的に独立した少なくとも４つの電極で構
成された対向電極であって、これら４つの電極のうち少
なくとも２つの電極に同時に駆動電圧Ｖ１、Ｖ２を印加
して対向電極間に生ずる静電引力により第１軸方向に駆
動させ、対向電極を構成する電極のうち少なくとも２つ
の電極と振動質量間の静電容量をそれぞれＣ１、Ｃ２と
するとき、Ｃ１とＣ２の和より振動質量の第１軸方向の
駆動振幅に関する情報を、Ｃ１とＣ２の差より振動質量
のコリオリ力による第２軸方向の変位に関する情報を検
出することを特徴とする角速度センサ。
【請求項１６】対向電極を構成する電極のうち少なくと
も２つの電極と振動質量間の静電容量をそれぞれＣ１、
Ｃ２として、Ｃ１とＣ２の差より振動質量のコリオリ力
による第２軸方向の変位に関する情報を検出し、得られ
た情報より振動質量の電位に対して対向電極を構成する
電極のうち少なくとも２つの電極に同時に印加する駆動
電圧Ｖ１、Ｖ２の振幅をそれぞれ調整し、振動質量に発
生するコリオリ力を打ち消す制御機構を備えたことを特
徴とする請求項１５記載の角速度センサ。
【請求項１７】対向電極を構成する電極のうち少なくと
も２つの電極と振動質量間の静電容量をそれぞれＣ１、
Ｃ２として、Ｃ１とＣ２の和より振動質量の第１軸方向
の駆動振幅に関する情報を検出し、得られた情報より振
動質量の電位に対して対向電極を構成する電極のうち少
なくとも２つの電極に同時に印加する駆動電圧Ｖ１、Ｖ
２の振幅をそれぞれ調整して、振動質量の駆動振幅を一
定にする制御機構を備えたことを特徴とする請求項１５
または１６記載の角速度センサ。
【請求項１８】振動質量に対する駆動電圧は、第１周波
数で時間的に変動する電圧と、第１周波数より高周波の
第２周波数で時間的に変動する電圧の加算信号であっ
て、対向電極を構成する電極のうち少なくとも２つの電
極にそれぞれ参照電気容量Ｃrefを接続し、参照電気容
量Ｃrefを介して対向電極に駆動電圧を印加し、参照電
気容量Ｃrefと対向電極を構成する電極のうち少なくと
も２つの電極とのそれぞれの接続点の電位を、上記第２
周波数および第１周波数と同期して検出することによ
り、対向電極を構成する電極のうち少なくとも２つの電
極と振動質量間の静電容量Ｃ１、Ｃ２の測定を行うこと
を特徴とする請求項１５〜１７の何れか１項に記載の角
速度センサ。
【請求項１９】振動質量の駆動電圧は、第１周波数で時
間的に変動し、かつ電圧を印加しない第１時間帯を備
え、さらに第１時間帯にキャリア電圧を印加する電圧で
あって、対向電極を構成する電極のうち少なくとも２つ
の電極にそれぞれ参照電気容量Ｃrefを接続し、参照電
気容量Ｃrefを介して対向電極に駆動電圧を印加し、参
照電気容量Ｃrefと対向電極を構成する電極のうち少な
くとも２つの電極とのそれぞれの接続点の電位を、上記
キャリア電圧と同期して検出することにより、対向電極
を構成する電極のうち少なくとも２つの電極と振動質量
間の静電容量Ｃ１、Ｃ２の測定を行うことを特徴とする
請求項１５〜１７の何れか１項に記載の角速度センサ。
【請求項２０】振動質量の駆動電圧は、第１周波数で時
間的に変動し、かつ電圧を印加しない第１時間帯を備え
た電圧であって、対向電極を構成する電極のうち少なく
とも２つの電極にそれぞれ参照電気容量Ｃrefを接続
し、参照電気容量Ｃrefを介して対向電極に駆動電圧を
印加し、第１時間帯に振動質量にキャリア電圧を印加
し、参照電気容量Ｃrefと対向電極を構成する電極のう
ち少なくとも２つの電極とのそれぞれの接続点の電位
を、上記キャリア電圧と同期して検出することにより、
対向電極を構成する電極のうち少なくとも２つの電極と
振動質量間の静電容量Ｃ１、Ｃ２の測定を行うことを特
徴とする請求項１５〜１７の何れか１項に記載の角速度
センサ。