JPH10300478A - 角速度検出素子および角速度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発振回路から出力される駆動信号の周波数
を、角速度センサの固有振動数に一致させることによ
り、可動部を共振状態で振動させ、角速度の検出感度を
向上させる。 【解決手段】 可動部２８の振動方向への変位を変位検
出部３５，３５で検出し、この信号を加算回路４３によ
って加算信号ＶA として乗算回路４４に出力する。入力
された加算信号ＶA に基づいて、乗算回路４４、周波数
制御回路４５によって発振回路４１から出力される駆動
信号ＶD の周波数ｆを設定する。これにより、駆動信号
ＶD と加算信号ＶA （変位信号）との位相差を９０°に
設定する。これにより、駆動信号ＶD の周波数ｆをフィ
ードバック制御でき、可動部２８を共振状態で振動させ
ることができ、角速度の検出感度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば回転体の角
速度を検出するのに用いて好適な角速度検出素子および
角速度計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、角速度計測装置に用いられる角
速度検出素子は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向におい
て、可動部をある軸方向に、例えばＸ軸に対して一定の
振動を与えた状態で、外部からＺ軸周りの角速度を加え
ると、可動部にコリオリ力が作用して該可動部はＸ軸に
直交したＹ軸方向に変位する。そして、このコリオリ力
による可動部のＹ軸方向の変位を圧電抵抗、静電容量等
の変化として検出することにより、角速度の大きさを検
出するものである。

【０００３】ここで、従来技術による角速度計測装置
を、図１６と図１７に基づいて説明するに、角速度計測
装置の本体をなす角速度検出素子について、特開平６−
１２３６３２号公報を例に挙げて示す。

【０００４】１は従来技術による角速度検出素子、２は
該角速度検出素子１の本体をなす矩形状に形成された基
板をそれぞれ示し、該基板２は例えば高抵抗なシリコン
材料によって形成されている。

【０００５】３，３は後述する可動部７を左，右両側で
挟むように基板２に設けられた一対の振動用の固定部、
４，４は可動部７を前，後両側（紙面上，下両側）で挟
むように基板２上に設けられた一対の検出用の固定部を
それぞれ示し、該各固定部３には後述の固定側振動用電
極５が一体形成され、該各固定部４には固定側検出用電
極６が一体形成されている。

【０００６】５，５は左，右に位置した一対の固定側振
動用電極を示し、該各固定側振動用電極５は前記固定部
３，３に対向した状態で配設され、４枚の電極板５Ａ，
５Ａ，…を突出することにより、くし状に形成されてい
る。

【０００７】６，６は上，下に位置した一対の固定側検
出用電極を示し、該各固定側検出用電極６は前記固定部
４，４に対向した状態で配設され、４枚の電極板６Ａ，
６Ａ，…を突出することにより、くし状に形成されてい
る。

【０００８】７は基板２上にＰ，Ｂ，Ｓｂ等がドーピン
グされた低抵抗なポリシリコンまたは単結晶シリコン等
によって矩形状に形成された可動部を示し、該可動部７
は、基板２の四隅に位置して該基板２上に設けられた４
個の支持部８と、該各支持部８から中央部に向け、Ｘ軸
と平行になる部分とＹ軸と平行になる部分を有するよう
にＬ字状に折曲して形成された４本の支持梁９とによっ
て、前記基板２の表面から離間した状態で支持されてい
る。

【０００９】また、該可動部７は、Ｌ字状に形成された
各支持梁９によって支持されているから、該各支持梁９
のＹ軸に平行な部分を撓ませることにより可動部７はＸ
軸方向に変位し、Ｘ軸に平行な部分を撓ませることによ
り可動部７はＹ軸方向に変位させることができ、該可動
部７はＸ軸方向とＹ軸方向に変位可能となる。さらに、
該可動部７の左，右両側面には前記固定側振動用電極５
と噛合する後述の可動側振動用電極１０が一体形成さ
れ、上，下両側面には前記固定側検出用電極６と噛合す
る可動側検出用電極１１が一体形成されている。

【００１０】１０，１０は一対の可動側振動用電極で、
該各可動側振動用電極１０は、前記各固定側振動用電極
５の各電極板５Ａと隙間をもって交互に対面するよう
に、前記可動部７のＸ軸方向となる左，右両側面にくし
状に配設された４枚の電極板１０Ａとからなる。

【００１１】１１，１１は一対の可動側検出用電極で、
該各可動側検出用電極１１は、前記各固定側検出用電極
６の各電極板６Ａと隙間をもって交互に対面するよう
に、前記可動部７のＹ軸方向となる上，下両側面にくし
状に配設された４枚の電極板１１Ａとからなる。

【００１２】１２，１２は振動発生部を示し、該各振動
発生部１２は固定側振動用電極５と可動側振動用電極１
０とから構成され、該固定側振動用電極５の各電極板５
Ａと可動側振動用電極１０の各電極板１０Ａとの間には
それぞれ等しい隙間が形成されている。

【００１３】ここで、左，右に位置した固定側振動用電
極５と可動側振動用電極１０との間に逆位相となる周波
数ｆの駆動信号を図示しない発振回路から印加すると、
左，右に位置した各電極板５Ａ，１０Ａ間には静電引力
が交互に発生し、各振動発生部１２で接近，離間を交互
に繰り返す。これによって、可動部７はＸ軸をなす矢示
ａ方向に振動する。

【００１４】１３，１３は角速度検出部を示し、該各角
速度検出部１３は固定側検出用電極６と可動側検出用電
極１１とからなり、該固定側検出用電極６の各電極板６
Ａと可動側検出用電極１１の各電極板１１Ａとの間には
それぞれ等しい隙間が形成されている。また、該検出用
電極６，１１は検出用の平行平板コンデンサとして構成
され、当該各角速度検出部１３は各電極板６Ａ，１１Ａ
間の有効面積の変化を静電容量の変化として検出する。

【００１５】このように構成される角速度検出素子１に
おいては、各振動発生部１２に逆位相となる周波数ｆの
駆動信号を印加すると、各電極板５Ａ，１０Ａ間には静
電引力が左，右の振動発生部１２，１２に対して交互に
作用し、可動部７はＸ軸となる矢示ａ方向に接近，離間
を繰返して振動する。

【００１６】このように、可動部７が振動した状態で、
角速度検出素子１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、Ｙ
軸方向にコリオリ力（慣性力）が発生し、可動部７はＹ
軸方向に下記の数２に示すようなコリオリ力Ｆで変位す
る。

【００１７】ここで、各振動発生部１２によって可動部
７をＸ軸方向に変位させる変位ｘとその速度Ｖは、次の
数１のようになる。

【００１８】

【数１】ｘ＝Ａｓｉｎω₁ ｔ Ｖ＝Ａω₁ ｃｏｓω₁ ｔ ただし、Ａ ：可動部７の振幅 ω₁ ：駆動モードの角周波数 ｔ ：時間

【００１９】さらに、可動部７をＸ軸方向に変位ｘ，速
度Ｖで振動した状態で、Ｚ軸周りに角速度Ωが加わる
と、数２のような、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆが発生す
る。

【００２０】

【数２】Ｆ＝２ｍΩＶ ただし、ｍ ：可動部７の質量 Ω ：角速度

【００２１】そして、可動部７は数２のコリオリ力Ｆに
よってＹ軸方向に振動し、この可動部７の変位を、各角
速度検出部１３では可動側検出用電極１１と固定側検出
用電極６との間の静電容量の変化として検出し、Ｚ軸周
りの角速度Ωを検出することができる。

【００２２】なお、各振動発生部１２は、各電極板５Ａ
からなる固定側振動用電極５と、各電極板１０Ａからな
る可動側振動用電極１０とから構成したから、振動用電
極５，１０間の対面する有効面積を大きく確保すること
ができる。これにより、各振動発生部１２に駆動信号を
印加したときには、各電極板５Ａ，１０Ａ間に発生する
静電引力を大きくして可動部７を矢示ａ方向に大きく振
動させる。

【００２３】一方、各角速度検出部１３は、各電極板６
Ａからなる固定側検出用電極６と、各電極板１１Ａから
なる可動側検出用電極１１とから構成したから、検出用
電極６，１１間の対面する有効面積を大きくできる。こ
れにより、各角速度検出部１３によってＹ軸方向への可
動部７の変位を、各電極板６Ａ，１１Ａ間の有効面積の
変化による静電容量の変化として検出することができ
る。

【００２４】さらに、角速度検出素子１では、数１，２
から分かるように、コリオリ力Ｆは可動部７の速度Ｖに
比例し、この速度Ｖは可動部７の振幅に比例する。この
ように、該可動部７の振動を大きくすれば当該角速度検
出素子１の検出感度が高められることが分かる。このた
め、従来技術による角速度検出装置では、発振回路から
出力される駆動信号の周波数ｆを、角速度検出素子１の
固有振動数に合わせ、可動部７を共振状態で振動させる
ようにしている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術に
よる角速度検出素子１は、前述した如く複雑な形状とな
っているため、製造される個々の角速度検出素子１の固
有振動数は、製造誤差等により同じ値に設定することは
できない。このため、角速度検出素子１と発振回路とを
接続するときに、該発振回路から出力される駆動信号の
周波数を、角速度検出素子１の固有振動数に調整する作
業が個々に必要であった。

【００２６】さらに、従来技術による角速度計測装置で
は、角速度検出素子１の固有振動数と発振手段から出力
される周波数とを一致させたとしても、経時劣化等によ
って角速度検出素子１の固有振動数が変化した場合に
は、当該角速度計測装置による検出感度が著しく低下す
るという問題がある。

【００２７】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、本発明は可動部の固有振動数と発振手
段から出力される駆動信号の周波数とをフィードバック
制御によって合わせることにより、可動部を常に共振状
態で振動させることのできる角速度検出素子および角速
度計測装置を提供することを目的としている。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明による角速度検出素子は、基板
と、該基板上に離間して設けられ対向した状態で固定側
電極を有する一対の固定部と、該各固定部間に位置して
設けられ、前記固定側電極と対向する一対の可動側電極
を有する可動部と、該可動部を一方向に振動させる振動
発生部とからなる角速度検出素子において、

【００２９】前記各固定部に設けられた固定側電極と該
固定側電極と対向した状態で可動部に設けられた可動側
電極とは、前記振動発生部によって前記可動部に一方向
の振動を与えているときに前記可動部の一方向の変位を
検出する一対の変位検出部と、前記可動部に角速度が作
用したときに前記可動部が振動する一方向に対して直交
方向の変位を角速度として検出する一対の角速度検出部
とを備えたことを特徴としている。

【００３０】このように構成することにより、振動発生
部に外部から駆動信号を入力すると、可動部は一方向に
振動し、この状態で角速度が加わると、可動部はコリオ
リ力によって直交方向に変位する。

【００３１】ここで、各変位検出部から出力される変位
信号は、振動発生部によって一方向に振動する可動部の
変位を検出する。一方、各角速度検出部から出力される
角速度信号は、コリオリ力による可動部の直交方向に変
位を検出する。また、角速度検出素子から出力される検
出信号には、変位信号と角速度信号とが含まれているか
ら、角速度信号のみと変位信号のみを別個に出力でき
る。

【００３２】請求項２の発明では、変位検出部を、固定
側電極と可動側電極との有効面積または離間寸法の変化
による静電容量によって可動部の変位を検出し、角速度
検出部を、固定側電極と可動側電極との離間寸法または
有効面積の変化による静電容量によって角速度を検出す
る構成としたことにある。

【００３３】このように構成することにより、各変位検
出部では可動部の一方向への変位を電極間の有効面積ま
たは離間寸法の変化による静電容量として検出し、各角
速度検出部では可動部の直交方向への変位を電極間の離
間寸法または有効面積の変化による静電容量として検出
する。

【００３４】これにより、可動部を一方向に振動させた
場合には、この振動に応じて各変位検出部から出力され
る変位信号は増減するものの、各角速度検出部から出力
される角速度信号は変化せず、一方可動部が直交方向に
変位した場合には、この変位に応じて各角速度検出部か
ら出力される角速度信号は増減し、各変位検出部から出
力される変位信号は変化しない。

【００３５】請求項３の発明では、固定側電極を、固定
部から直交方向に延びる複数本の支柱と、該各支柱の両
側から一方向に延びる複数の電極板とからアンテナ状に
形成し、可動側電極を、可動部から、固定側の各支柱と
同一軸方向に延びる複数の支柱と、固定側の各電極板と
隙間をもって対向するように該各支柱の両側に設けられ
た複数の電極板とからアンテナ状に形成したことにあ
る。

【００３６】このように構成することにより、例えば変
位検出部では、アンテナ状に形成した可動側電極と固定
側電極との間の有効面積による静電容量の変化によっ
て、可動部の一方向への変位を変位信号として検出で
き、角速度検出部では、アンテナ状に形成した可動側電
極と固定側電極との間の離間寸法による静電容量の変化
によって、可動部の直交方向への変位を角速度信号とし
て検出できる。

【００３７】しかも、変位検出部と角速度検出部は、可
動部に対してそれぞれ対をなして形成されているから、
各変位検出部ではその変位信号のみを出力することによ
り、角速度検出素子から出力される検出信号中の駆動信
号と角速度信号とを別個に検出できる。

【００３８】請求項４の発明による角速度計測装置は、
図１の機能ブロック図に示すように、固定部に対して可
動部を一方向の振動を与えている状態で、外部から角速
度が加えられたときに可動部の振動方向と直交方向の変
位を静電容量の変化として検出する角速度検出素子１０
１と、該角速度検出素子１０１の可動部に一方向の振動
を与えるために、制御信号に対応した周波数を有する駆
動信号を出力する発振手段１０２と、該発振手段１０２
によって前記角速度検出素子１０１の可動部に一方向の
振動を与えている状態で、該角速度検出素子１０１に生
じる静電容量の変化に基づいて前記可動部の変位を演算
する変位演算手段１０３と、前記角速度検出素子１０１
に角速度が作用したときに、該角速度検出素子１０１に
生じる静電容量の変化に基づいて前記可動部に加わる角
速度の大きさを演算する角速度演算手段１０４と、前記
変位演算手段１０３から出力される変位信号と前記発振
手段１０２から出力される駆動信号との位相差を算出す
るために該変位信号と駆動信号とを乗算する乗算手段１
０５と、該乗算手段１０５から出力される乗算信号が入
力されることにより、前記発振手段１０２から出力され
る駆動信号と前記変位演算手段１０３から出力される変
位信号との位相が９０度ずれるように、駆動信号の周波
数を制御するための制御信号を出力する周波数制御手段
１０６とから構成したことにある。

【００３９】このように構成することにより、角速度検
出素子１０１の可動部は、発振手段１０２から出力され
る駆動信号によって一方向に振動する。このとき、角速
度検出素子１０１に角速度が作用すると、可動部はコリ
オリ力によって直交方向に変位する。そして、角速度演
算手段１０４では、角速度検出素子１０１から出力さら
える可動部の直交方向の変位による静電容量の変化を角
速度信号として演算する。

【００４０】一方、変位演算手段１０３では、角速度検
出素子１０１に生じる可動部の一方向への振動による変
位を静電容量の変化から検出する。また、乗算手段１０
５では、変位演算手段１０３から出力される変位信号と
発振手段１０２から出力される駆動信号とを乗算するこ
とによって、各信号の位相差を乗算信号として算出す
る。さらに、周波数制御手段１０６では、乗算手段１０
５から出力される乗算信号を受けて、駆動信号に対し変
位信号の位相が９０度ずれるように、発振手段１０２か
ら出力される駆動信号の周波数を制御する。

【００４１】これにより、周波数制御手段１０６によっ
て、駆動信号と変位信号との位相差が９０°となるよう
にフィードバック制御を行うことができ、発振手段１０
２から出力される駆動信号の周波数を、角速度検出素子
１０１の固有振動数に対応させることができ、該角速度
検出素子１０１の可動部を共振状態で振動させることが
できる。

【００４２】請求項５の発明では、発振手段１０２を、
周波数制御手段１０６から出力される制御信号を受け
て、角速度検出素子１０１に出力される駆動信号の周波
数を変化させる電圧制御発振回路により構成し、周波数
制御手段１０６を、乗算手段１０５から出力される乗算
信号を積分する積分回路と、該積分回路から出力される
積分信号が零か否かを判定し、積分信号が零となるとき
には駆動信号と変位信号との位相が９０度ずれるように
予め設定された基準電圧を制御信号として設定し、積分
信号が零以外のときには積分信号と前記基準電圧との加
減算を行ってこの値を制御信号として設定する制御信号
設定回路とから構成したことにある。

【００４３】このように構成することにより、積分回路
では乗算手段１０５から出力される乗算信号を直流に変
換し、制御信号設定回路によって設定される制御信号
は、積分信号が零であるときには、電圧制御発振回路に
入力される制御信号を駆動信号と変位信号が９０度ずれ
るように予め設定された基準電圧に設定し、積分信号が
零以外であるときには、制御信号を積分信号と基準電圧
との加減算によって設定する。これにより、発振手段１
０２から出力される駆動信号の周波数と角速度検出素子
１０１の固有振動数とをフィードバック制御によって一
致させることができ、該角速度検出素子１０１の可動部
を共振状態で振動させることができる。

【００４４】請求項６の発明では、角速度検出素子１０
１を、基板と、該基板上に離間して設けられ対向した状
態で固定側電極を有する一対の固定部と、該各固定部間
に位置して設けられ、前記固定側電極と対向する一対の
可動側電極を有する可動部と、該可動部を一方向に振動
させる振動発生部とから構成したことにある。

【００４５】このように構成することにより、振動発生
部に発振手段１０２から駆動信号を入力すると、可動部
は一方向に振動し、この状態で垂直軸周りの角速度が加
わると、可動部はコリオリ力によって振動方向と直交方
向に変位する。このとき、可動部の一方向と直交方向の
変位は、固定側電極と可動側電極との静電容量変化によ
って検出することができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態
を、図２ないし図１５の添付図面に従って詳細に説明す
る。なお、実施の形態では前述した従来技術と同一の構
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。

【００４７】２１は本発明の実施の形態による角速度計
測装置、該角速度計測装置２１は、後述する角速度検出
素子２２と、該角速度検出素子２２を制御するための後
述する発振回路４１〜周波数制御回路４５とから構成さ
れている。

【００４８】まず、図３ないし図６により、実施の形態
に用いる角速度検出素子について説明する。

【００４９】２２は角速度検出素子、２３は該角速度検
出素子２２の本体をなす矩形状な基板を示し、該基板２
３は高抵抗なシリコン材料によって形成されている。

【００５０】２４，２４は後述する可動部２８を左，右
両側で挟むように基板２３上に設けられた一対の振動用
の固定部、２５，２５は可動部２８を前，後両側（紙面
上，下両側）で挟むように基板２３上に設けられた一対
の検出用の固定部をそれぞれ示し、該各検出用の固定部
２５にはＸ軸方向の延びる基部２５Ａが形成されてい
る。また、該各固定部２４には、後述の固定側くし状電
極２６が一体形成され、該各固定部２５の基部２５Ａに
は、固定側アンテナ状電極２７が一体形成されている。

【００５１】２６，２６は固定側くし状電極を示し、該
固定側くし状電極２６は基板２３の左，右に位置した振
動用の固定部２４，２４に設けられた複数枚の電極板２
６Ａとからなっている。

【００５２】２７，２７，…は固定側アンテナ状電極群
を構成する多数個の固定側アンテナ状電極を示し、該各
固定側アンテナ状電極２７は前記基部２５Ａの長手方向
に所定間隔毎に形成され、該各固定側アンテナ状電極２
７はＹ軸方向に延びる支柱２７Ａと、該支柱２７Ａの
左，右両側に列設された複数枚の電極板２７Ｂとからな
る。なお、基部２５Ａの左側端部に設けられた固定側ア
ンテナ状電極２７においては、支柱２７Ａの右片側にの
み各電極板２７Ｂが形成されている。

【００５３】２８は可動部で、該可動部２８は基板２３
上に低抵抗なポリシリコンまたは単結晶シリコン等によ
って略Ｈ型に形成され、該可動部２８は、基板２３の四
隅に位置して該基板２３上に固着された４個の支持部２
９と、該各支持部２９から略コ字状に折曲して形成され
た４本の支持梁３０によって支持されている。また、該
可動部２８は、各支持梁３０によって一方向となるＸ
軸，直交方向となるＹ軸方向に変位可能に支持され、前
記基板２３の表面から離間した状態で支持されている。

【００５４】また、前記可動部２８は、Ｙ軸方向に伸長
しその先端側に前記各支持梁３０が固着された２本の棒
状体２８Ａ，２８Ａと、Ｘ軸方向に伸長し、該各棒状体
２８Ａの中間部で連結する連結部２８Ｂとから構成され
ている。また、該可動部２８の各棒状体２８Ａの外側に
は前記固定側くし状電極２６と噛合する後述の可動側く
し状電極３１，３１が一体形成され、連結部２８Ｂの両
側には前記固定側アンテナ状電極２７に噛合する複数個
の可動側アンテナ状電極３２が一体形成されている。

【００５５】３１，３１は可動側くし状電極を示し、該
各可動側くし状電極３１は前記可動部２８の棒状体２８
Ａ，２８ＡからＸ軸方向外側に向け、前記固定側くし状
電極２６の各電極板２６Ａと対向するように形成された
複数の電極板３１Ａとからなる。

【００５６】３２，３２，…は可動側アンテナ状電極群
を構成する多数個の可動側アンテナ状電極を示し、該各
可動側アンテナ状電極３２は、前記固定側アンテナ状電
極２７と対向するように、前記可動部２８の連結部２８
Ｂの両側に位置し、所定間隔毎にＹ軸方向に向けて延び
る支柱３２Ａと、該支柱３２Ａの左，右両側に列設され
た複数枚の電極板３２Ｂとからなる。なお、連結部２８
Ｂの右側端部に設けられた可動側アンテナ状電極３２に
おいては、支柱３２Ａの左片側にのみ各電極板３２Ｂが
形成されている。

【００５７】３３，３３は振動発生部を示し、該各振動
発生部３３は固定側くし状電極２６と可動側くし状電極
３１とから構成され、図３に示すように、該固定側くし
状電極２６の各電極板２６Ａと可動側くし状電極３１の
各電極板３１Ａとの間にはそれぞれ等しい隙間が形成さ
れている。ここで、固定側くし状電極２６と可動側くし
状電極３１との間に逆位相となる周波数ｆの駆動信号Ｖ
D を後述する発振回路４１から印加すると、各電極板２
６Ａ，３１Ａ間には静電引力が交互に発生し、可動部２
８を矢示ａ方向に振動させる。

【００５８】３４，３４は角速度検出部を示し、該各角
速度検出部３４は、可動部２８の各棒状体２８Ａと連結
部２８Ｂとの間の空隙領域に形成され、固定側アンテナ
状電極群を構成する複数個の固定側アンテナ状電極２７
と可動側アンテナ状電極群を構成する複数個の可動側ア
ンテナ状電極３２とから構成されている。

【００５９】また、該各角速度検出部３４は、初期時に
おいては図４に示す状態にあり、固定側アンテナ状電極
２７を構成する電極板２７Ｂと可動側アンテナ状電極３
２を構成する電極板３２Ｂとを交互に対面させるとき、
隣合う電極板２７Ｂ，３２Ｂの初期時の有効面積はＳ0
となり、初期時の離間寸法は、隙間の狭い離間寸法ｄ0
と隙間の広い離間寸法ｄ0 ′とが交互に位置した状態に
ある。この場合、連結部２８Ｂを挟んで上，下両側で、
離間寸法ｄ0 ，ｄ0 ′の離間関係は線対称になってい
る。

【００６０】このため、初期時において、隙間の狭い離
間寸法ｄ0 による平行平板コンデンサの静電容量Ｃ0
と、同じく初期時において隙間の広い離間寸法ｄ0 ′に
よる平行平板コンデンサの静電容量Ｃ0 ′との関係は、
下記数３のようになる。

【００６１】

【数３】Ｃ0 ≫Ｃ0 ′

【００６２】このため、角速度検出部３４が作動してい
ない初期時には、隙間の狭い離間寸法ｄ0 側のみが平行
平板コンデンサとして構成されている。この結果、角速
度検出素子２２に外力が作動したときには、可動部２８
のＹ軸方向の変位を、隙間の狭い方の離間寸法ｄ0 によ
る静電容量の変化として検出する。

【００６３】３５，３５は変位検出部を示し、該各変位
検出部３５は、前記各角速度検出部３４のうち、基部２
５Ａの左側端部に位置した固定側アンテナ状電極２７
と、連結部２８Ｂの左側端部に位置した可動側アンテナ
状電極３２とから構成され、後述するような検出動作に
よって、可動部２８のａ方向への変位を検出すると共
に、該変位検出部３５は可動部２８のＦ方向への変位を
検出する角速度検出部３４も兼ねている。

【００６４】ここで、図４ないし図６に基づいて、前述
した各角速度検出部３４と各変位検出部３５の検出動作
について説明する。

【００６５】まず、各振動発生部３３に駆動信号ＶD が
印加されていない初期時には、図４に示すように、各角
速度検出部３４の隣合う電極板２７Ｂ，３２Ｂとの有効
面積はＳ0 となり、隣合う電極板２７Ｂ，３２Ｂの離間
寸法は、隙間の狭い離間寸法ｄ0 と隙間の広い離間寸法
ｄ0 ′が交互に配置されている。

【００６６】この状態で、図５に示すように各振動発生
部３３に駆動信号ＶD を印加すると、可動部２８はＸ軸
方向となる矢示ａ方向に振動する。このとき、各角速度
検出部３４の隣合う電極板２７Ｂ，３２Ｂの離間寸法ｄ
0 ，ｄ0 ′は変化せず、有効面積Ｓ0 のみが変化するこ
とになる。

【００６７】ここで、角速度検出部３４のうち、１個の
固定側アンテナ状電極２７に注目すると、支柱２７Ａの
左，右に位置した各電極板２７Ｂでは、該各電極板２７
Ｂが対面する可動側アンテナ状電極３２側の各電極板３
２Ｂの有効面積Ｓ0 は、支柱３２Ａの右側では変化面積
ΔＳ0 だけ小さくなり、左側では変化面積ΔＳ0 だけ大
きくなっている。

【００６８】このため、支柱２７Ａの左，右における静
電容量Ｃは、一方では変化容量（−ΔＣ1 ）となり、他
方では変化容量（＋ΔＣ1 ）となって、１個の固定側ア
ンテナ状電極２７においてそれぞれ相殺されることにな
る。この結果、各固定部２５と可動部２８との間で検出
される各角速度検出部３４による角速度信号は、可動部
２８のａ方向の振動による変位は検出していない。

【００６９】一方、各変位検出部３５についてみると、
該各変位検出部３５は、左側に位置した固定側アンテナ
状電極２７と可動側アンテナ状電極３２によって形成さ
れているから、図５のように矢示ａ方向に可動部２８が
変位した場合には、連結部２８Ｂに対して上，下に位置
した変位検出部３５から出力される変位信号は、どちら
も有効面積Ｓ0 が変化面積ΔＳ0 だけ減少した変化容量
（−ΔＣ2 ）として検出される。これにより、各変位検
出部３５から出力される変位信号を後述する加算回路４
３で加算することにより、（２×−ΔＣ2 ）の変位信号
を検出することができる。

【００７０】さらに、角速度検出素子２２に外力が作用
した作動時には、図６に示すように、可動部２８がＦ方
向に変位すると、各角速度検出部３４の隣合う電極板２
７Ｂ，３２Ｂの有効面積Ｓ0 は変化せず、隙間の狭い離
間寸法ｄ0 のみを用いて、検出動作を行う。

【００７１】ここで、連結部２８Ｂに対して上，下に位
置した角速度検出部３４についてみると、まず上側の角
速度検出部３４では、電極板２７Ｂ，３２Ｂ間の離間寸
法ｄ0 が変化寸法Δｄ0 だけ大きくなり、変化容量（−
ΔＣ3 ）の変位信号を出力する。一方、下側の角速度検
出部３４では、電極板２７Ｂ，３２Ｂ間の離間寸法ｄ0
が変化寸法Δｄ0 だけ小さくなり、変化容量（＋ΔＣ3
）の角速度信号を出力する。このため、各角速度検出
部３４から出力される角速度信号を後述する減算回路４
２で差算することにより、（２×−ΔＣ3 ）の変位信号
を検出することができる。なお、各変位検出部３５にお
いては、角速度検出部３４と同様に動作する。

【００７２】かくして、角速度検出素子２２において
は、前述した如く、可動部２８の矢示ａ方向の振動は、
各変位検出部３５によって検出し、矢示Ｆ方向の変位
は、各角速度検出部３４によって検出することができ
る。さらに、角速度検出素子２２から出力される信号
は、上側の固定部２５と可動部２８との間の静電容量の
変化を上側の検出信号Ｖinとして検出し、下側の固定部
２５と可動部２８との間の静電容量の変化を下側の検出
信号Ｖinとなる。

【００７３】さらに、前述した変位検出部３５による検
出動作について、図７ないし図９を参照しつつ、より具
体的に説明する。

【００７４】図７は変位検出部３５を拡大したもので、
便宜上、固定側アンテナ状電極２７の電極板２７Ｂと可
動側アンテナ状電極３２の電極板３２Ｂとが重なる長さ
をＬ0 、また長さＬ0 方向の変化長さをΔＬ0 、変位振
幅をΔＬとし、電極板２７Ｂと電極板３２Ｂとの隙間の
狭い離間寸法をｄ0 、また離間寸法ｄ0 の変化寸法をΔ
ｄ0 、変位振幅をΔｄとする。さらに、可動側アンテナ
状電極３２の電極板３２Ｂの高さ寸法をＷ、可動部２８
に印加される駆動信号ＶD の角速度をωとし、可動部２
８雰囲気の誘電率をεとする。

【００７５】ここで、変位長さΔＬ0 と変位振幅ΔＬと
の関係、変化寸法Δｄ0 と変位振幅Δｄとの関係は、数
４となる。

【００７６】

【数４】

【００７７】また、前述した有効面積Ｓ0 と長さＬ0 と
の関係、変化面積ΔＳ0 と変化長さΔＬ0 との関係は、
数５となる。

【００７８】

【数５】

【００７９】さらに、連結部２８Ｂに対して上側に位置
した変位検出部３５から出力される静電容量Ｃu を算出
すると数６となる。

【００８０】

【数６】

【００８１】また、連結部２８Ｂに対して下側に位置し
た変位検出部３５から出力される静電容量Ｃd を算出す
ると数７のようになる。

【００８２】

【数７】

【００８３】そして、前記数６，７の分母は、可動部２
８の矢示Ｆ方向への振動による離間寸法ｄ0 の変化を示
し、分子は、可動部２８の矢示ａ方向への振動による長
さＬ0 の変化に伴う有効面積Ｓ0 の変化を示している。
また、前記数６，７により、静電容量Ｃu ，Ｃd を加算
すると可動部２８が矢示ａ方向に振動するときの静電容
量が求まり、静電容量Ｃu ，Ｃd を減算すると可動部２
８が矢示Ｆ方向に振動するときの静電容量が求まる。

【００８４】また、実施の形態では、後述する周辺回路
により、可動部２８は矢示ａ方向に大きく共振状態で振
動するようにしているから、可動部２８は駆動信号ＶD
に対して９０度位相のずれた矢示Ｆ方向の振動を行って
いる。

【００８５】ここで、静電容量Ｃu ，Ｃd を加算した加
算容量ＣA は数８のようになる。

【００８６】

【数８】

【００８７】また、前記離間寸法ｄ0 は、コリオリ力の
作用による変位振幅Δｄは十分小さく設定され、ｄ0 ≫
Δｄとなるから、Δｄを無視することができる。よっ
て、前記数８は数９となる。

【００８８】

【数９】

【００８９】また、静電容量Ｃu ，Ｃd を減算した減算
容量ＣS は数１０となる。

【００９０】

【数１０】

【００９１】ここで、前記離間寸法ｄ0 は、コリオリ力
の作用による変位振幅Δｄは十分小さく設定され、ｄ0
≫Δｄとなるから、Δｄを無視することができる。よっ
て、前記数１０は数１１なる。

【００９２】

【数１１】

【００９３】例えば、Ｚ軸周りに角速度Ωが作用してい
ないときには、Ｆ方向の変化寸法Δｄ0 は０であるか
ら、静電容量Ｃu ，Ｃd を加算した加算容量ＣA は、前
記数９に示すように、静電容量２Ｃ0 を中心とした振幅
が（２εＷΔＬ／ｄ0 ）の振動を行う（図８の（ａ）参
照）。

【００９４】一方、静電容量Ｃu ，Ｃd を減算した減算
容量ＣS は、前記数１１に示すように、その値は０とな
る（図８の（ｂ）参照）。

【００９５】また、Ｚ軸周りに角速度Ωが作用したとき
には、可動部２８はＦ方向に変化寸法Δｄ0 となる振動
を行う。そこで、加算容量ＣA は、前記数９に示すよう
に、この変位振幅Δｄが含まれていないから、角速度Ω
が作用していないときと同じ波形（図９の（ａ）参照）
を得る。

【００９６】一方、減算容量ＣS は、前記数１１に示す
ように、この変位振幅Δｄが含まれているから、０を中
心とした振幅が（２εＷＬ0 Δｄ／ｄ0²）の振動を行う
（図９の（ｂ）参照）。

【００９７】このように、数９の加算容量ＣA と数１１
の減算容量ＣS の波形を図示すると、図９に示すように
なり、減算容量ＣS の波形は加算容量ＣA の波形に対し
て９０°ずれたものとなる。また、減算容量ＣS を、加
算容量ＣA に対して９０°シフトした検波参照信号（図
９の（ｃ）参照）で検波、積分することにより、図９の
（ｄ）に示すように、角速度に比例したコリオリ成分の
みを検出することができる。このコリオリ成分は回路に
よって増幅され出力される。

【００９８】このように、実施の形態に用いられる角速
度検出素子２２では、上，下に位置した変位検出部３５
により、可動部２８のａ方向の変位と、Ｆ方向の変位を
別個に検出することができる。

【００９９】次に、図２に基づき周辺回路について説明
する。

【０１００】４１は発振手段をなす発振回路を示し、該
発振回路４１は後述する制御信号ＶC を受けて出力する
駆動信号ＶD の周波数ｆを変化させる電圧制御発振回路
（所謂、ＶＣＯ）によって構成されている。そして、該
発振回路４１は、前記角速度検出素子２２の各振動発生
部３３に駆動信号ＶD を出力する。

【０１０１】４２は角速度演算手段をなす減算回路で、
該減算回路４２は角速度検出素子２２から出力される各
検出信号Ｖinを減算することにより、前述した如く、検
出信号Ｖin中に含まれる角速度検出部３４の角速度信号
のみを減算信号ＶS として出力する。なお、この減算信
号ＶS は各角速度検出部３４から出力される角速度信号
を２倍にした値となっている。

【０１０２】４３は振動演算手段をなす加算回路で、該
加算回路４３は角速度検出素子２２から出力される各検
出信号Ｖinを加算することにより、前述した如く、検出
信号Ｖin中に含まれる変位検出部３５の変位信号のみを
加算信号ＶA として出力する。なお、この加算信号ＶA
は各変位検出部３５から出力される変位信号を２倍にし
た値となっている。

【０１０３】４４は乗算手段をなす乗算回路で、該乗算
回路４４は加算回路４３から出力される加算信号ＶA と
発振回路４１から出力される駆動信号ＶD とを乗算した
乗算信号ＶM を出力するもので、該乗算信号ＶM は、加
算信号ＶA と駆動信号ＶD との位相差を表している。

【０１０４】なお、角速度検出素子２２の出力側には、
ＦＥＴ等の半導体素子からなるＣ−Ｖ変換回路（図示せ
ず）が接続されている。

【０１０５】４５は周波数制御手段としての周波数制御
回路で、該周波数制御回路４５は、乗算回路４４から出
力される乗算信号ＶM を積分する積分回路４６と、該積
分回路４６から出力される積分信号ＶI を受けて、制御
信号ＶC を設定する制御信号設定回路４７とからなる。

【０１０６】ここで、前記制御信号設定回路４７は、積
分信号ＶI が零か否かを判定し、積分信号ＶI が零とな
るときには、可動部２８が共振するように予め設定され
た基準電圧Ｖ0 を制御信号ＶC として設定し、積分信号
ＶI が零以外のときには積分信号ＶI と基準電圧Ｖ0 と
の加減算を行ってこの値を制御信号ＶC として設定する
ものである（図１０中のステップ９〜１２参照）。

【０１０７】４８は前記基準電圧Ｖ0 を発生する基準電
源であり、該基準電源４８は基準電圧Ｖ0 を出力する。
ここで、この基準電圧Ｖ0 は、予め計算によって設定さ
れるもので、この基準電圧Ｖ0 を制御信号ＶC として発
振回路４１に入力した場合には該発振回路４１からは周
波数ｆの駆動信号ＶD を発生する。この駆動信号ＶDで
可動部２８を振動させることにより、該可動部２８は、
計算上において駆動信号ＶD から９０度ずれた振動、即
ち共振を行うようになっている。

【０１０８】ここで、駆動信号ＶD と加算信号ＶA とを
数１２のように仮定する。

【０１０９】

【数１２】 ただし、φ ：位相差

【０１１０】また、乗算回路４４から出力される乗算信
号ＶM は数１３のようになる。

【０１１１】

【数１３】 ＶM ＝ＶD ×ＶA ＝ｓｉｎθ×ｓｉｎ（θ＋φ）

【０１１２】ここで、可動部２８を共振させるために
は、従来技術で述べたように、駆動信号ＶD に対して変
位信号（加算信号ＶA ）の位相が９０度ずれているか
ら、φ＝−９０°となり、数１３は数１４のように書換
えられる。

【０１１３】

【数１４】ＶM ＝ｓｉｎ２θ

【０１１４】さらに、位相がφ（−９０度）からρだけ
ずれているときには、数１５のようになる。

【０１１５】

【数１５】 ただし、ＶDC：定数

【０１１６】このように、角速度検出素子２２の可動部
２８が共振状態にあるとき、即ち駆動信号ＶD と変位信
号（加算信号ＶA ）とのずれが−９０度のときには、数
１４からも分かるように、乗算信号ＶM には直流分の変
化はない。しかし、共振状態からずれたときには、数１
５に示すように、乗算信号ＶM には定数ＶDCの直流分が
減算または加算されることになる。

【０１１７】本発明に係る実施の形態では、この点に着
目し、発振回路４１から出力される駆動信号ＶD の周波
数ｆを、駆動信号ＶD と変位信号（加算信号ＶA ）との
位相差を９０度に合わせるように駆動信号ＶD の周波数
ｆを調整し、可動部２８を共振状態で振動させるように
したものである。

【０１１８】実施の形態による角速度計測装置は、上述
の如き構成を有するもので、角速度検出素子２２の基本
的作動等については従来技術によるものと格別差異はな
い。

【０１１９】次に、角速度計測装置２１の動作を、図１
０の動作フローチャート、図１１ないし図１３に示す特
性線に基づいて説明する。

【０１２０】まず、ステップ１では、発振回路４１から
出力される駆動信号ＶD の周波数ｆを設定するための、
制御信号ＶC を基準電圧Ｖ0 に設定する。

【０１２１】ステップ２では、発振回路４１から周波数
ｆの駆動信号ＶD を角速度検出素子２２の各振動発生部
３３に出力し、ステップ３では、周波数ｆで可動部２８
を矢示ａ方向に振動させる。

【０１２２】このように可動部２８を矢示ａ方向に振動
させた状態で、角速度検出素子２２にＺ軸周りの角速度
Ωが作用すると、可動部２８はコリオリ力を受けて矢示
Ｆ方向に変位する。

【０１２３】次に、ステップ４では、角速度検出素子２
２の可動部２８に対して上，下に位置した角速度検出部
３４（変位検出部３５）から出力される検出信号Ｖinを
読込み、ステップ５では、読込んだ各検出信号Ｖinを減
算回路４２に入力することにより、該減算回路４２から
は可動部２８のＦ方向への変位のみを示す減算信号ＶS
（角速度信号）を出力する。

【０１２４】ここで、減算信号ＶS は、可動部２８のコ
リオリ力によるＦ方向の変位のみを検出しているもの
で、角速度検出素子２２に加わる角速度Ωの大きさを示
したものである。

【０１２５】さらに、ステップ６では、読込んだ各検出
信号Ｖinを加算回路４３に入力することにより、該加算
回路４３からは可動部２８のａ方向への振動のみを示す
加算信号ＶA （変位信号）を出力する。

【０１２６】ステップ７では、乗算回路４４によって加
算信号ＶA と駆動信号ＶD を乗算して乗算信号ＶM を算
出し、ステップ８では、積分回路４６によってこの乗算
信号ＶM を積分し、積分信号ＶI を得る。

【０１２７】さらに、ステップ９では、積分信号ＶI が
零か否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定した場合には、加
算信号ＶA と駆動信号ＶD との位相差が−９０度であ
り、可動部２８が共振状態で振動しているから、ステッ
プ２に戻り、制御信号ＶC を基準電圧Ｖ0 に設定した処
理を行う。

【０１２８】一方、ステップ９で「ＮＯ」と判定した場
合には、加算信号ＶA と駆動信号ＶD との位相差が−９
０度よりもずれ、可動部２８は共振状態からずれた振動
を行っているから、ステップ１０に移る。

【０１２９】ステップ１０では、積分信号ＶI が零より
大きいか否かを判定し、「ＮＯ」と判定した場合には、
位相差が−９０度よりも進んでいるから、ステップ１１
のように、制御信号ＶC を（Ｖ0 ＋ＶI ）として設定
し、ステップ２に戻り、制御信号ＶC を（Ｖ0 ＋ＶI ）
に設定した処理を行う（図１２参照）。

【０１３０】また、ステップ１０で「ＹＥＳ」と判定し
た場合には、位相差が−９０度よりも遅れているから、
ステップ１２のように、制御信号ＶC を（Ｖ0 −ＶI ）
として設定し、ステップ２に戻り、制御信号ＶC を（Ｖ
0 −ＶI ）に設定した処理を行う（図１３参照）。

【０１３１】このように、本実施の形態による角速度計
測装置２１では、発振回路４１から出力される駆動信号
ＶD と加算回路４３から出力される加算信号ＶA （変位
信号）を乗算回路４４で乗算することにより、駆動信号
ＶD と加算信号ＶA との位相差に対応した乗算信号ＶM
を求める。そして、周波数制御回路４５では、この乗算
信号ＶM を積分回路４６で積分し、積分した積分信号Ｖ
I を制御信号設定回路４７で零か否かを判定する。

【０１３２】これにより、駆動信号ＶD と加算信号ＶA
との位相差が−９０度になっているか否かを判定し、角
速度検出素子２２の可動部２８が共振状態で振動してい
るか否かを判定する。ここで、可動部２８が共振状態で
振動していない場合には、制御信号設定回路４７によっ
て共振状態で振動するような制御信号ＶC を設定する。
前記発振回路４１では、この制御信号ＶC を受けて、駆
動信号ＶD の周波数ｆを調整し、該周波数ｆを角速度検
出素子２２の固有振動数に自動的に合わせるようにして
いる。

【０１３３】この結果、角速度検出素子２２では、可動
部２８を共振状態で振動させることができ、該可動部２
８のａ方向の振動を大きくでき、当該角速度計測装置２
１の検出感度を高めることができる。

【０１３４】しかも、経時劣化等により角速度検出素子
２２の固有振動数が変化した場合であっても、駆動信号
ＶD の周波数ｆをフィードバック制御することにより、
常に可動部２８を共振状態で振動させることができ、当
該角速度計測装置２１の信頼性を高めることができる。

【０１３５】さらに、実施の形態では、発振回路４１の
周波数調整を自動的に行うことができるから、従来の角
速度計測装置１では、角速度検出素子と周辺回路とを接
続する組立時に必要であった発振回路の周波数調整作業
を廃止することができ、組立作業の作業効率を高めるこ
とができる。

【０１３６】また、実施の形態による角速度計測装置２
１では、周辺回路に温度変化や経時劣化が発生しても、
駆動信号ＶD の周波数および振幅、周波数あるいは振幅
のみをフィードバック制御することにより、周辺回路の
感度を一定にすることができ、当該角速度計測装置２１
の信頼性を高めることができる。

【０１３７】かくして、実施の形態では、発振回路４１
から角速度検出素子２２の振動発生部３３，３３に出力
される駆動信号ＶD の周波数ｆを、前述した如くにフィ
ードバック制御することにより、駆動信号ＶD の周波数
ｆを角速度検出素子２２の固有振動数に設定することが
できる。この結果、角速度検出素子２２の可動部２８を
常に共振状態で矢示ａ方向に大きく振動させることがで
き、該角速度検出素子２２の検出感度を高めることがで
きる。

【０１３８】なお、前記実施の形態では、角速度検出部
３４に変位検出部３５を含むように形成したが、本発明
はこれに限らず、角速度検出部３４と変位検出部３５と
を別個に形成しても、一体形成してもよい。例えば、図
１４の第１の変形例に示すように、角速度検出部３４′
（変位検出部３５′）は、支柱３２Ａ′（２７Ａ′）の
片側にのみ複数枚の電極板３２Ｂ′（２７Ｂ′）を設け
た楔状電極をそれぞれ形成するようにすればよい。

【０１３９】また、図１５に示す第２の変形例のよう
に、固定部２５の基部２５Ａを角速度検出部３４′と変
位検出部３５′とに分かれるように基部２５Ａ1 と基部
２５Ａ2 とに分離し、それぞれ別個の周辺回路で信号処
理を行うようにしてもよい。この場合、周辺回路の特性
が揃うように調整しておけばよい。

【０１４０】さらに、発振回路４１から出力される駆動
信号ＶD は正弦波として示したが、矩形波を駆動信号Ｖ
D として発生するものでもよく、要は発振回路４１を電
圧制御発振回路によって構成すればよい。

【０１４１】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
る角速度検出素子では、固定側電極と可動側電極によっ
て、可動部を一方向に振動させる振動発生部と、該振動
発生部によって可動部の一方向の変位を検出する一対の
変位検出部と、前記可動部を一方向に振動させた状態で
角速度が加えられたとき、直交方向のコリオリ力による
変位を角速度として検出する一対の角速度検出部とから
構成することにより、各角速度検出部では、可動部の直
交方向への変位を角速度の大きさとして検出し、各変位
検出部では、振動発生部によって一方向に振動する可動
部の変位を検出することができる。これにより、各角速
度検出部と各変位検出部とを兼ねて形成した場合でも、
角速度検出素子から出力される検出信号中の角速度信号
と変位信号とを別個に検出できる。

【０１４２】請求項２による発明では、各変位検出部で
は可動部の一方向への変位を電極間の有効面積または離
間寸法の変化による静電容量として検出し、各角速度検
出部では可動部の直交方向への変位を電極間の離間寸法
または有効面積の変化による静電容量として検出する構
成としたから、可動部を一方向に振動させた場合には、
この振動に応じて各変位検出部から出力される変位信号
は増減するものの、各角速度検出部から出力される角速
度信号は変化せず、一方可動部が直交方向に変位した場
合には、この変位に応じて角速度検出部から出力される
角速度信号は増減し、各経に検出から出力される変位信
号は変化しない。このように、各角速度検出部と各変位
検出部とを兼ねて形成した場合でも、角速度検出素子か
ら出力される検出信号中の角速度信号と変位信号とを別
個に検出できる。

【０１４３】請求項３による発明では、固定側電極と可
動側電極を複数のアンテナ状に形成したから、各電極板
間の有効面積による静電容量の変化によって、可動部の
一方向への変位を検出し、各電極板間の離間寸法による
静電容量の変化によって、可動部の直交方向へのコリオ
リ力による変位を検出することができる。

【０１４４】また、請求項４の発明による角速度検出装
置によれば、角速度検出素子の可動部の一方向への振動
による変位を変位演算手段により検出し、この変位信号
と駆動信号に基づいて乗算手段、周波数制御手段を介し
て発振手段から出力される駆動信号の周波数をフィード
バック制御する構成したから、変位演算手段から出力さ
れる変位信号と発振手段から出力される駆動信号の位相
差を９０度に自動的に設定することができ、可動部を共
振状態で振動させることができる。これにより、角速度
検出素子では、可動部の振動を大きくでき、角速度検出
素子に加わる角速度の検出感度を高めることができる。

【０１４５】また、角速度検出素子が経時劣化によって
固有振動数が変化した場合でも、その振動数に発振手段
から出力される駆動信号の周波数を合わせることがで
き、当該角速度計測装置の信頼性を高めることができ
る。

【０１４６】しかも、角速度検出素子と周辺機器とを接
続する組立作業時においても、発振手段の周波数調整作
業を省略でき、作業効率を高めることができる。

【０１４７】請求項５による発明では、発振手段を制御
信号を受けて駆動信号の周波数を変化させる電圧制御発
振回路により構成し、周波数制御手段を乗算手段から出
力される乗算信号を積分する積分回路と、該積分回路か
ら出力される積分信号が零か否かを判定し、積分信号が
零となるときには駆動信号と変位信号との位相が９０度
ずれるように予め設定された基準電圧を制御信号として
設定し、積分信号が零以外のときには積分信号と前記基
準電圧との加減算を行ってこの値を制御信号として設定
する制御信号設定回路とから構成したから、発振手段か
ら出力される駆動信号の周波数を、該駆動信号と変位信
号との位相が９０度ずれるように設定でき、駆動信号の
周波数と角速度検出素子の固有振動数とをフィードバッ
ク制御によって一致させ、可動部を常に共振状態で振動
させることができる。

【０１４８】請求項６による発明では、変位演算手段を
加算回路により構成し、角速度演算手段を減算回路によ
り構成し、しかも変位検出部と角速度検出部は、可動部
に対してそれぞれ対をなして形成されているから、角速
度演算手段では変位検出部の各角速度信号のみを演算
し、変位演算手段では変位検出部の各変位信号のみを演
算することにより、角速度信号と変位信号とを別個に検
出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図である。

【図２】本発明に係る実施の形態による角速度計測装置
を示す回路構成図である。

【図３】角速度検出素子の構造を示す平面図である。

【図４】角速度検出素子の角速度検出部と変位検出部を
拡大して示す平面図である。

【図５】可動部が矢示ａ方向に振動したときの状態を示
す平面図である。

【図６】可動部が矢示Ｆ方向に振動したときの状態を示
す平面図である。

【図７】変位検出部を拡大して示す斜視図である。

【図８】可動部が矢示ａ方向にのみ振動しているとき
に、変位検出部によって検出される加算容量と減算容量
を示す特性線図である。

【図９】可動部が矢示ａ方向と矢示Ｆ方向に振動してい
るときに、変位検出部によって検出される加算容量、減
算容量、検波参照信号、コリオリ成分を示す特性線図で
ある。

【図１０】角速度計測装置の動作を示す流れ図である。

【図１１】可動部が共振状態にあるときの、発振回路、
加算回路、減算回路、乗算回路、積分回路、制御信号設
定回路から出力される波形を示す特性線図である。

【図１２】可動部が共振状態からずれているときの、発
振回路、加算回路、減算回路、乗算回路、積分回路、制
御信号設定回路から出力される波形を示す特性線図であ
る。

【図１３】可動部が共振状態からずれているときの、発
振回路、加算回路、減算回路、乗算回路、積分回路、制
御信号設定回路から出力される波形を示す特性線図であ
る。

【図１４】第１の変形例による角速度検出素子を示す図
４と同様位置からみた平面図である。

【図１５】第２の変形例による角速度検出素子を示す図
４と同様位置からみた平面図である。

【図１６】従来技術による角速度検出素子の構造を示す
斜視図である。

【図１７】従来技術による角速度検出素子を示す図１６
の平面図である。

【符号の説明】

２１ 角速度計測装置 ２２ 角速度検出素子 ２３ 基板 ２４ 振動用の固定部 ２５ 検出用の固定部 ２６ 固定側くし状電極 ２６Ａ，２７Ｂ，３１Ａ，３２Ｂ，２７Ｂ′，３２Ｂ′
電極板 ２７，２７′ 固定側アンテナ状電極 ２７Ａ，３２Ａ，２７Ａ′，３２Ａ′ 支柱 ２８ 可動部 ３１ 可動側くし状電極 ３２，３２′ 可動側アンテナ状電極 ３３ 振動発生部 ３４，３４′ 角速度検出部 ３５，３５′ 変位検出部 ４１ 発振回路（発振手段） ４２ 減算回路（角速度演算手段） ４３ 加算回路（変位演算手段） ４４ 乗算回路（乗算手段） ４５ 周波数制御回路（周波数制御手段） ４６ 積分回路 ４７ 制御信号設定回路 ４８ 基準電源

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板上に離間して設けられ対
   向した状態で固定側電極を有する一対の固定部と、該各
   固定部間に位置して設けられ、前記固定側電極と対向す
   る一対の可動側電極を有する可動部と、該可動部を一方
   向に振動させる振動発生部とからなる角速度検出素子に
   おいて、 前記各固定部に設けられた固定側電極と該固定側電極と
   対向した状態で可動部に設けられた可動側電極とは、前
   記振動発生部によって前記可動部に一方向の振動を与え
   ているときに前記可動部の一方向の変位を検出する一対
   の変位検出部と、前記可動部に角速度が作用したときに
   前記可動部が振動する一方向に対して直交方向の変位を
   角速度として検出する一対の角速度検出部とを備えたこ
   とを特徴とする角速度検出素子。
2. 【請求項２】 前記変位検出部は、固定側電極と可動側
   電極との有効面積または離間寸法の変化による静電容量
   の変化によって可動部の変位を検出し、 前記角速度検出部は、固定側電極と可動側電極との離間
   寸法または有効面積の変化による静電容量の変化によっ
   て角速度を検出する構成としてなる請求項１記載の角速
   度検出素子。
3. 【請求項３】 前記固定側電極は、固定部から直交方向
   に延びる複数本の支柱と、該各支柱の両側から一方向に
   延びる複数の電極板とからアンテナ状に形成し、 前記可動側電極は、前記可動部から固定側の各支柱と同
   一軸方向に延びる複数の支柱と、固定側の各電極板と隙
   間をもって対向するように該各支柱の両側に設けられた
   複数の電極板とからアンテナ状に形成してなる請求項１
   または２記載の角速度検出素子。
4. 【請求項４】 固定部に対して可動部を一方向の振動を
   与えている状態で、外部から角速度が加えられたときに
   可動部の振動方向と直交方向の変位を静電容量の変化と
   して検出する角速度検出素子と、 該角速度検出素子の可動部に一方向の振動を与えるため
   に、制御信号に対応した周波数を有する駆動信号を出力
   する発振手段と、 該発振手段によって前記角速度検出素子の可動部に一方
   向の振動を与えている状態で、該角速度検出素子に生じ
   る静電容量の変化に基づいて前記可動部の変位を演算す
   る変位演算手段と、 前記角速度検出素子に角速度が作用したときに、該角速
   度検出素子に生じる静電容量の変化に基づいて前記可動
   部に加わる角速度の大きさを演算する角速度演算手段
   と、 前記変位演算手段から出力される変位信号と前記発振手
   段から出力される駆動信号との位相差を算出するため
   に、該変位信号と駆動信号とを乗算する乗算手段と、 該乗算手段から出力される乗算信号が入力されることに
   より、前記発振手段から出力される駆動信号と前記変位
   演算手段から出力される変位信号との位相が９０度ずれ
   るように、駆動信号の周波数を制御するための制御信号
   を出力する周波数制御手段とから構成してなる角速度計
   測装置。
5. 【請求項５】 前記発振手段は、前記周波数制御手段か
   ら出力される制御信号を受けて、前記角速度検出素子に
   出力される駆動信号の周波数を変化させる電圧制御発振
   回路により構成し、 前記周波数制御手段は、前記乗算手段から出力される乗
   算信号を積分する積分回路と、該積分回路から出力され
   る積分信号が零か否かを判定し、積分信号が零となると
   きには駆動信号と変位信号との位相が９０度ずれるよう
   に予め設定された基準電圧を制御信号として設定し、積
   分信号が零以外のときには積分信号と前記基準電圧との
   加減算を行ってこの値を制御信号として設定する制御信
   号設定回路とから構成してなる請求項４記載の角速度計
   測装置。
6. 【請求項６】 前記変位演算手段は、左，右方向の一方
   の固定部と可動部との間に生じる静電容量と、他方の固
   定部と可動部との間に生じる静電容量とを加算すること
   により、前記各変位検出部から出力される変位信号のみ
   を出力する加算回路により構成し、 前記角速度演算手段は、左，右方向の一方の固定部と可
   動部との間に生じる静電容量と、他方の固定部と可動部
   との間に生じる静電容量とを減算することにより、前記
   各角速度検出部から出力される角速度信号のみを出力す
   る減算回路により構成してなる請求項４または５記載の
   角速度計測装置。