WO2015178118A1 - 角速度センサ - Google Patents

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WO2015178118A1
WO2015178118A1 PCT/JP2015/061053 JP2015061053W WO2015178118A1 WO 2015178118 A1 WO2015178118 A1 WO 2015178118A1 JP 2015061053 W JP2015061053 W JP 2015061053W WO 2015178118 A1 WO2015178118 A1 WO 2015178118A1
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WO
WIPO (PCT)
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angular velocity
vibration
excitation
velocity sensor
excitation element
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/061053
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English (en)
French (fr)
Inventor
礒部　敦
希元 鄭
前田　大輔
和夫 小埜
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion
    • G01C19/5747—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion each sensing mass being connected to a driving mass, e.g. driving frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Definitions

  • the present invention relates to an angular velocity sensor, for example, a technique effective when applied to a multi-axis angular velocity sensor capable of detecting an angular velocity around a first axis and an angular velocity around a second axis orthogonal to the first axis.
  • a technique effective when applied to a multi-axis angular velocity sensor capable of detecting an angular velocity around a first axis and an angular velocity around a second axis orthogonal to the first axis.
  • Patent Document 1 describes a biaxial angular velocity sensor in which four vibration elements are connected in a cross shape to vibrate in opposite phases.
  • Patent Document 2 describes a uniaxial angular velocity sensor having a configuration in which four vibration elements are arranged in a line.
  • JP 2009-150816 A Japanese Patent No. 4516113
  • Patent Document 1 describes a biaxial angular velocity sensor in which four vibration elements are connected in a cross shape to vibrate in opposite phases.
  • the biaxial angular velocity sensor described in Patent Document 1 in the biaxial angular velocity sensor described in Patent Document 1, four vibration elements are arranged in a cross shape, and the coupling of vibrations at the center is two-dimensional. There is a concern that a noise component caused by vibration in the vertical direction is added to the vibrating element. That is, in the biaxial angular velocity sensor described in Patent Document 1, the vibration element for detecting angular velocities around different axes vibrates in different directions, so that the vibration state of one vibration element is the vibration of the other. There is room for improvement from the viewpoint of being easily affected by the vibration state of the element as noise and improving the accuracy of angular velocity detection.
  • the angular velocity sensor described in Patent Document 2 is not a biaxial angular velocity sensor but a uniaxial angular velocity sensor, and the first pair of gyroscopes 12A / B is a second pair of gyroscopes 12C.
  • the structure is not bonded to / D.
  • the technique described in Patent Document 2 is not a technique focused on improving the detection accuracy of angular velocities around different axes in a biaxial angular velocity sensor, but there is room for improvement described above from Patent Document 2. It is even difficult to figure out.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the accuracy of angular velocity detection in a multi-axis angular velocity sensor.
  • the angular velocity sensor in one embodiment includes a first vibration element, a second vibration element, a third vibration element, and a fourth vibration element.
  • the first vibration element and the second vibration element are connected by the first connection beam
  • the second vibration element and the third vibration element are connected by the second connection beam
  • the third vibration element and the fourth vibration element are connected.
  • the vibration element is connected by a third connecting beam.
  • the first vibration element, the second vibration element, the third vibration element, and the fourth vibration element are arranged side by side in the first direction.
  • the detection accuracy of the angular velocity sensor can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an angular velocity sensor in the first embodiment. 3 is a table schematically showing relative phases of vibration modes of excitation vibration existing in the angular velocity sensor in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration that is a premise of the analysis of the angular velocity sensor in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of a sensor element that constitutes the angular velocity sensor in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the angular velocity sensor in the first embodiment. It is a figure which shows the example of a connection which makes a some vibration element carry out an excitation vibration in the x direction with the same control circuit. It is a figure which shows the other example of a connection which makes a some vibration element carry out an excitation vibration in the x direction with the same control circuit.
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration of an angular velocity sensor in a second embodiment.
  • 10 is a plan view illustrating a configuration of a vibration element according to Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a configuration of another vibration element according to Embodiment 3.
  • the constituent elements are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
  • An angular velocity sensor is, for example, a mass body that is an excitation element that constantly vibrates in the x direction (excitation direction), and an angular velocity (rotation) is generated around the z direction that is orthogonal to the x direction in which the mass body undergoes excitation vibration.
  • the Coriolis phenomenon in which the mass body excited and oscillated in the x direction is displaced in the y direction (detection direction) perpendicular to the x direction and the z direction with a magnitude proportional to the externally applied angular velocity.
  • It is a sensor that detects angular velocity using it.
  • the angular velocity sensor in the first embodiment measures angular velocities in different detection directions.
  • the technical idea in the first embodiment relates to an angular velocity sensor that can detect not only the angular velocity around the z direction but also the angular velocity around the y direction.
  • an angular velocity sensor that can detect angular velocities around different axes is referred to as a “multi-axial angular velocity sensor”.
  • Such multi-axis angular velocity sensors are used, for example, in automobiles equipped with both a skid prevention system and a rollover detection system.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the positional relationship between the vehicle AM and each of the x direction, the y direction, and the z direction.
  • a direction perpendicular to the side surface of the automobile AM is defined as the x direction
  • a direction parallel to the traveling direction of the automobile AM is defined as the y direction
  • a direction perpendicular to the upper surface of the automobile AM is defined as the z direction.
  • the anti-slip system of the car AM detects rotation around the z direction perpendicular to the ground
  • the roll-over detection system of the car AM detects rotation around the y direction which is horizontal to the ground. Will do. Therefore, it can be seen that a multi-axis angular velocity sensor is required for an automobile having a skid prevention system and a rollover detection system.
  • recent automobiles may be equipped with an orientation control system that automatically adjusts the direction of the headlight by detecting the angular velocity around the x direction and the angular velocity around the z direction.
  • an orientation control system that automatically adjusts the direction of the headlight by detecting the angular velocity around the x direction and the angular velocity around the z direction.
  • a multi-axis angular velocity sensor is also required for an automobile equipped with such an orientation control system. That is, in recent automobiles, a multi-axis angular velocity line sensor is required to mount various systems.
  • a multi-axis angular velocity sensor that detects an angular velocity around the y direction and an angular velocity around the z direction will be described as an example of a multi-axis angular velocity sensor.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the angular velocity sensor S1 according to the first embodiment.
  • the semiconductor chip CHP1 is mounted on the chip mounting portion TAB formed of the same constituent material as that of the leads LD via the adhesive ADH1.
  • a sensor element SE is mounted on the semiconductor chip CHP1 via an adhesive ADH2.
  • the semiconductor chip CHP1 is formed with, for example, a semiconductor element typified by a MISFET (Metal Insulator, Semiconductor, Field, Effect Transistor) or the like, or an integrated circuit composed of multilayer wiring.
  • the sensor element SE for example, a structure constituting a multiaxial angular velocity sensor is formed by using a semiconductor micromachining technique. That is, the angular velocity sensor S1 in the first embodiment includes the semiconductor chip CHP1 in which an integrated circuit is formed, and the sensor element SE in which the structure that forms the multiaxial angular velocity sensor S1 is formed. By electrically connecting the sensor element SE, the multiaxial angular velocity sensor S1 is configured.
  • the sensor element SE and the semiconductor chip CHP1 are electrically connected by a wire W1 made of a metal wire
  • the semiconductor chip CHP1 and the lead LD are electrically connected by a wire W2 made of a metal wire. It is connected to the.
  • the angular velocity detection unit captures the displacement of the Coriolis element as a change in capacitance.
  • the change in the capacitance detected by the angular velocity detector in the sensor element SE is output to the semiconductor chip CHP1 electrically connected to the sensor element SE by the wire W1, and is formed in the semiconductor chip CHP1.
  • Signal processing is performed in the signal processing circuit. Thereafter, an angular velocity signal is outputted to the lead LD electrically connected to the semiconductor chip CHP1 by the wire W2.
  • the sensor element SE, the semiconductor chip CHP1, the wire W1, the wire W2, and a part of the lead LD are sealed with, for example, a resin MR made of a thermosetting resin.
  • a resin MR made of a thermosetting resin.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the angular velocity sensor according to the first embodiment.
  • the angular velocity sensor according to the first embodiment includes a vibration element SE1, a vibration element SE2, a vibration element SE3, and a vibration element SE4.
  • the vibration element SE1 and the vibration element SE2 are connected by a connecting beam LB1
  • the vibration element SE2 and the vibration element SE3 are connected by a connecting beam LB2.
  • the vibration element SE3 and the vibration element SE4 are connected by a connecting beam LB3.
  • the “connecting beam” refers to a beam that connects the vibration elements.
  • the vibration element SE1, the vibration element SE2, the vibration element SE3, and the vibration element SE4 are arranged side by side in the x direction.
  • the vibration element SE1, the vibration element SE2, the vibration element SE3, and the vibration element SE4 are arranged in a straight line along the x direction.
  • “in a straight line” means that, for example, in FIG. 3, the y-coordinate and the z-coordinate of the center position of each of the vibrating elements SE1 to SE4 are substantially the same.
  • the vibration element SE1 includes an excitation element DE1 and a Coriolis element CE1.
  • the excitation element DE1 is configured to be capable of exciting vibration in the x direction
  • the Coriolis element CE1 is subjected to Coriolis force in the x direction and the z direction when an angular velocity around the z direction orthogonal to the x direction is applied. It is comprised so that it may displace in the y direction orthogonal to.
  • the vibration element SE2 includes an excitation element DE2 and a Coriolis element CE2.
  • the excitation element DE2 is configured to be capable of exciting vibration in the x direction, and the Coriolis element CE2 is applied with an angular velocity about the y direction. In this case, it is configured to be displaced in the z direction by Coriolis force.
  • the vibration element SE3 includes an excitation element DE3 and a Coriolis element CE3.
  • the excitation element DE3 is configured to be capable of exciting vibration in the x direction
  • the Coriolis element CE3 has an angular velocity about the y direction. When applied, it is configured to be displaced in the z direction by Coriolis force.
  • the vibration element SE4 includes an excitation element DE4 and a Coriolis element CE4.
  • the excitation element DE4 is configured to be capable of exciting vibration in the x direction
  • the Coriolis element CE4 is applied with an angular velocity about the z direction. In this case, it is configured to be displaced in the y direction by Coriolis force.
  • the excitation element DE1, the excitation element DE2, the excitation element DE3, and the excitation element DE4 are vibrated in the same x direction.
  • there are a plurality of vibration modes of excitation vibration including the four excitation elements DE1, the excitation element DE2, the excitation element DE3, and the excitation element DE4.
  • FIG. 4 is a table schematically showing the relative phase of the vibration mode of the excitation vibration existing in the angular velocity sensor according to the first embodiment.
  • the relative phase of the vibration mode is schematically indicated by an arrow.
  • the vibration mode indicated by “4” is a vibration mode in which the excitation element DE1, the excitation element DE3, and the excitation element DE4 vibrate in the same phase, and the excitation element and the excitation element DE2 vibrate in the opposite phase. is there.
  • the vibration mode indicated by “5” is a vibration mode in which the excitation element DE2, the excitation element DE3, and the excitation element DE4 vibrate in the same phase, and the excitation element and the excitation element DE1 vibrate in the opposite phase. is there.
  • the vibration mode indicated by “6” is a vibration mode in which all four excitation elements vibrate in the same phase.
  • the excitation elements DE1 and DE4 corresponding to the two vibration elements SE1 and SE4 that detect the angular velocity around the z direction are respectively provided.
  • the tuning fork structure is configured by vibrating in the opposite phase.
  • the excitation element DE2 and the excitation element DE3 corresponding to the two vibration elements SE2 and SE3 that detect the angular velocity around the y direction, respectively.
  • the tuning fork structure is configured by vibrating in the opposite phase.
  • this tuning fork structure there is an advantage that it is possible to realize cancellation of electrical common-mode noise called common rejection, cancellation of external disturbance vibration, and the like. For example, even if common mode noise due to acceleration occurs, in the case of a tuning fork structure, since the difference between the displacement of the Coriolis element CE1 and the displacement of the Coriolis element CE4 is taken, it can be canceled and the detection accuracy is improved. be able to.
  • the inventor has analyzed in detail the angular velocity sensor according to the first embodiment, paying attention to the above-described vibration mode indicated by “1” and the vibration mode indicated by “2”. Will be described.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration as a premise of the analysis of the angular velocity sensor in the first embodiment.
  • the vibration mode indicated by “1” and the vibration mode indicated by “2” in FIG. 4 are symmetrical vibrations as shown in FIG.
  • the axis of symmetry is set in FIG.
  • the vibration element SE1, the vibration element SE2, the vibration element SE3, and the vibration element SE4 are arranged in a straight line, but the symmetry with respect to the symmetry axis is taken into consideration.
  • the masses of the vibration element SE1 and the vibration element SE4 are “m a ”, and the masses of the vibration element SE2 and the vibration element SE3 are “m b ”.
  • “m a ” and “m b ” may be equal to each other, but in the first embodiment, in order to increase the generality of analysis, “m a ” may be different from “m b ”. Analyzes will be performed on the assumptions.
  • the spring constant of the connecting beam LB1 connecting the vibration element SE1 and the vibration element SE2 is “k ab ”, and the spring constant of the connection beam LB3 connecting the vibration element SE3 and the vibration element SE4. Is also “k ab ”.
  • the spring constant of the connecting beam LB2 connecting the vibration element SE2 and the vibration element SE3 is “k bc ” with respect to the symmetry axis.
  • the spring constant of the connecting beam LB1 and the spring constant of the connecting beam LB3 are set to be the same while the spring constant of the connecting beam LB2 is set to be different, but the spring constant of the connecting beam LB1 is set.
  • the vibration element SE1 is connected to, for example, a fixed portion fixed to the support substrate and the support beam SB1, and the vibration element SE2 is connected to, for example, the support portion and the support beam. Connected by SB2.
  • the vibration element SE3 is connected to, for example, a fixed portion fixed to the support substrate and the support beam SB3
  • the vibration element SE4 is connected to, for example, a fixed portion fixed to the support substrate and the support beam SB4. ing.
  • the spring constant of the support beam SB1 and the spring constant of the support beam SB4 are both set to “k aa + k oa ”, and the spring constant of the support beam SB2 and the support beam Both the spring constants of SB3 are set to “k bb ”.
  • the “support beam” refers to a beam that connects the vibration element and a fixed portion (in a broad sense, a portion fixed to the support substrate).
  • ⁇ d is a drive angular frequency (drive angular frequency).
  • the resonance frequency ⁇ R of the angular velocity sensor according to the first embodiment (also referred to as the resonance angular frequency in this case) is obtained.
  • the resonance angular frequency in this case is obtained.
  • Equation 4 “ ⁇ a 2 ”, “ ⁇ b 2 ”, and “ ⁇ ab 2 ” are expressed by Equation 4.
  • Equation 5 since “c a / m a ” ⁇ ⁇ R and “c b / m b ” ⁇ ⁇ R , if this approximation is applied to Equation 5 and a minute term is ignored, 5, becomes a quadratic equation of " ⁇ R 2", " ⁇ R 2" will be shown in equation (6).
  • Equation 7 is an amplitude ratio “ ⁇ ” in the case of free vibration.
  • the amplitude ratio “ ⁇ ” is obtained by solving a forced vibration equation considering “c a ” and “c b ”. Need to ask. Therefore, first, when formula 1 is arranged, the forced vibration equation becomes as shown in formula 8.
  • Equation 9 is obtained.
  • Equation 9 is an independent forced vibration equation in which “X a ” and “X b ” are not mixed with each other, and can be easily solved. As a result, “X a ” and “X b ” are expressed by Expression 10.
  • the first feature point in the present embodiment is that the vibration element SE1, the vibration element SE2, the vibration element SE3, and the vibration element SE4 are arranged side by side in the x direction and adjacent to each other.
  • the matching vibration elements are connected by connecting beams. That is, the first feature point in the present embodiment is that the vibration element SE1, the vibration element SE2, the vibration element SE3, and the vibration element SE4 are arranged in a straight line, and the vibration elements adjacent to each other are connected by a connecting beam. In the point.
  • the excitation element DE1 included in the vibration element SE1, the excitation element DE2 included in the vibration element SE2, the excitation element DE3 included in the vibration element SE3, and the excitation element DE4 included in the vibration element SE4 are: They are arranged side by side in the x direction. Adjacent excitation elements are connected by a connecting beam, and all the excitation elements DE1 to DE4 are vibrated in the x direction. As a result, according to the angular velocity sensor in the first embodiment, all the excitation elements DE1 to DE4 accurately excite and vibrate in the x direction, so that the vibration component in the y direction and the vibration component in the z direction are included in the excitation vibration in the x direction. It is difficult to add ingredients.
  • the possibility that vibration noise in the y direction and vibration noise in the z direction are added to the excitation vibration in the x direction can be reduced.
  • the accurate detection of the angular velocity around the z direction based on the vibrating element SE1 and the vibrating element SE4 can be improved by the accurate excitation vibration in the x direction, and the vibrating element SE2 and The detection accuracy of the angular velocity around the y direction based on the vibration element SE3 can be improved. That is, according to the first embodiment, the detection accuracy of the multi-axis angular velocity sensor can be improved by the first feature point.
  • the vibration element for detecting angular velocities around different axes vibrates in different directions, so that the vibration state of one vibration element is the vibration of the other. There is a possibility that the influence from the vibration state of the element is easily received as noise.
  • the angular velocity sensor of the first embodiment for example, as shown in FIG. 3, since all the excitation elements DE1 to DE4 are vibrated in the same x direction, the excitation elements DE1 to DE4 It can be considered that the vibration state of some of the excitation elements is influenced by the vibration state of the other excitation elements, so that vibration noise in the y direction and vibration noise in the z direction are hardly added. Therefore, the multiaxial angular velocity sensor according to the first embodiment is less likely to add vibration noise in the other direction to the excitation vibration than the biaxial angular velocity sensor described in Patent Document 1, for example, and the stability of the excitation vibration. Can be secured. Therefore, according to the angular velocity sensor in the first embodiment, it is possible to detect the angular velocities around different axes and improve the detection accuracy of each angular velocity.
  • the second feature point in the first embodiment is that, for example, in FIG. 4, the excitation elements DE1 to DE4 are vibrated in the vibration mode indicated by “1” and the vibration mode indicated by “2”. .
  • the excitation element DE1 and the excitation element DE4 vibrate in reverse phase, and as a result, the vibration element SE1 and the vibration element SE4 that detect the angular velocity about the z direction constitute a tuning fork structure. That is, since the vibration element SE1 and the vibration element SE4 form a tuning fork structure by the second feature point in the first embodiment, it is possible to improve the detection accuracy of the angular velocity around the z direction by the tuning fork structure.
  • the excitation element DE2 and the excitation element DE3 also vibrate in reverse phase, and as a result, the vibration element SE2 and the vibration element SE3 that detect the angular velocity around the y direction also form a tuning fork structure. Therefore, since the vibration element SE2 and the vibration element SE3 also form a tuning fork structure by the second feature point in the first embodiment, it is possible to improve the detection accuracy of the angular velocity around the y direction by the tuning fork structure.
  • the detection accuracy of the angular velocity around the z direction is improved and the angular velocity around the y direction due to the synergistic effect of the first feature point and the second feature point described above.
  • the detection accuracy can be improved.
  • the vibration elements SE1 to SE4 constituting the angular velocity sensor have the same resonance frequency (natural resonance frequency).
  • “ ⁇ R ” given by Equation 6 described above is a resonance frequency common to the vibration elements SE1 to SE4. That is, Expression 6 represents that the vibration elements SE1 to SE4 have the same resonance frequency.
  • the vibration elements SE1 to SE4 constituting the multiaxial angular velocity sensor have the same resonance frequency. That is, in the first embodiment, as can be seen from the above-described analysis results, the vibration elements SE1 to SE4 are arranged side by side in the x direction, and the vibration elements adjacent to each other are connected by the connecting beam.
  • the third feature point is realized in which the vibration elements SE1 to SE4 constituting the multiaxial angular velocity sensor have the same resonance frequency.
  • two uniaxial angular velocity sensors as means for constituting a multiaxial angular velocity sensor.
  • the two uniaxial angular velocity sensors are configured as separate bodies, it is considered that the resonance frequencies of the vibration elements included in the two uniaxial angular velocity sensors do not coincide with each other. Accordingly, the two uniaxial angular velocity sensors need to be driven and detected at different frequencies.
  • two control circuits are required in a multi-axis angular velocity sensor using two uniaxial angular velocity sensors.
  • the cost increases and the power consumption also increases.
  • the vibration elements SE1 to SE4 constituting the multiaxial angular velocity sensor have the same resonance frequency.
  • a single control circuit can drive and detect multiaxial angular velocity sensors.
  • the configuration of the control circuit can be simplified by the third feature point while being a multi-axis angular velocity sensor, thereby reducing cost and power consumption. Can be achieved. That is, according to the third feature point in the first embodiment, it is possible to provide a high-performance multi-axis angular velocity sensor while reducing the cost.
  • the fourth feature point in the first embodiment is that the angular velocity detection sensitivity around the z direction and the angular velocity detection sensitivity around the y direction can be adjusted separately.
  • the amplitude “A a ” of the excitation vibration of the vibration element SE1 is proportional to the external force “F a ”.
  • the external force “F a ” is generally generated by electrostatic force (Coulomb force), and the amplitude “A a ” of the excitation vibration of the vibration element SE1 is adjusted by adjusting the electrostatic force. be able to.
  • the amplitude “A b ” of the excitation vibration of the vibration element SE2 is proportional to the external force “F b ”.
  • the external force “F b ” is generally generated by an electrostatic force (Coulomb force), and the amplitude “A b ” of the excitation vibration of the vibration element SE1 is adjusted by adjusting the electrostatic force. be able to.
  • the amplitude “A a ” of the excitation vibration of the vibration element SE1 and the amplitude “A b ” of the excitation vibration of the vibration element SE2 are also adjusted separately. can do.
  • the excitation element DE1 and the excitation element DE4 are caused to vibrate with the same first amplitude, and the excitation element DE2 and the excitation element DE3 are caused to have the same second amplitude. It is also possible to make the first amplitude and the second amplitude different by exciting vibration.
  • the detection sensitivity of the angular velocity is proportional to the amplitude of the excitation vibration
  • the amplitude “A a ” of the excitation vibration of the vibration element SE1 and the amplitude “A b ” of the excitation vibration of the vibration element SE2 are adjusted separately. Is that the sensitivity can be adjusted separately. Therefore, according to the first embodiment, the angular velocity detection sensitivity around the z direction and the angular velocity detection sensitivity around the y direction can be adjusted separately. As a result, for example, the detection sensitivity of the angular velocity around the z direction and the detection sensitivity of the angular velocity around the y direction can be optimized for each application.
  • the degree of freedom in setting the detection sensitivity of the angular velocity around the z direction and the detection sensitivity of the angular velocity around the y direction is great, and various angular velocity sensors in the first embodiment can be used. It can be easily incorporated into various systems that require high sensitivity. ⁇ Configuration of angular velocity sensor that embodies the basic concept>
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of the sensor element SE constituting the angular velocity sensor according to the first embodiment.
  • the sensor element SE according to the first embodiment includes the vibration elements SE1 to SE4 arranged so as to be aligned along the x direction.
  • the vibration element SE1 and the vibration element SE2 are connected by a connecting beam LB1
  • the vibration element SE2 and the vibration element SE3 are connected by a connecting beam LB2a and a connecting beam LB2b.
  • the vibration element SE3 and the vibration element SE4 are connected by a connecting beam LB3.
  • the connecting beam LB1, the connecting beam LB2a, the connecting beam LB2b, and the connecting beam LB3 are hard in the y direction and soft in the x direction, so that they are difficult to move in the y direction.
  • the structure is easy to move in the x direction.
  • the vibration elements SE1 to SE4 connected by the connecting beams LB1 to LB3 can be excited and vibrated in the x direction.
  • the sensor element SE shown in FIG. 6 has symmetry. Specifically, when a straight line passing through the center position in the x direction with respect to the whole of the vibration elements SE1 to SE4 arranged side by side in the x direction and extending in the y direction is the first center line CL1, The structure of the vibration element SE1 and the structure of the vibration element SE4 have mirror image symmetry with respect to the first center line CL1. Similarly, the structure of the vibration element SE2 and the structure of the vibration element SE3 have mirror image symmetry with respect to the first center line CL1. Accordingly, the tuning fork structure is configured by the vibration element SE1 and the vibration element SE4 having mirror image symmetry, and the tuning fork structure is configured by the vibration element SE2 and vibration element SE3 having mirror image symmetry. As a result, the vibration mode “1” and the vibration mode “2” shown in FIG. 4 are realized.
  • the vibration element SE1 includes an excitation element DE1 and a Coriolis element CE1, and the Coriolis element CE1 is disposed so as to be included in the excitation element DE1.
  • the excitation element DE1 is configured to be capable of exciting vibration in the x direction
  • the Coriolis element CE1 is configured to be displaced in the y direction by Coriolis force when an angular velocity around the z direction is applied.
  • the excitation element DE1 is provided with a drive unit DU1 and a monitor unit MU1.
  • the drive unit DU1 has a function of generating a Coulomb force for exciting and exciting the excitation element DE1, and includes, for example, a comb-like electrode structure as shown in FIG.
  • the monitor unit MU1 has a function of monitoring the amplitude of the excitation vibration of the excitation element DE1, and includes, for example, a comb-like electrode that captures the amplitude of the excitation vibration as a change in capacitance as shown in FIG. Has been.
  • the vibration element SE2 includes the excitation element DE2 and the Coriolis element CE2, and the Coriolis element CE2 is disposed so as to be included in the excitation element DE2.
  • the excitation element DE2 is configured to be capable of exciting vibration in the x direction
  • the Coriolis element CE2 is configured to be displaced in the z direction by Coriolis force when an angular velocity around the y direction is applied.
  • the excitation element DE2 is provided with a drive unit DU2 and a monitor unit MU2.
  • the drive unit DU2 has a function of generating a Coulomb force for exciting and exciting the excitation element DE2, and includes, for example, a comb-like electrode structure as shown in FIG.
  • the monitor unit MU2 has a function of monitoring the amplitude of the excitation vibration of the excitation element DE2, and includes, for example, a comb-like electrode that captures the amplitude of the excitation vibration as a change in capacitance as shown in FIG. Has been.
  • the vibration element SE3 has a mirror image symmetry relationship with the vibration element SE2, includes the excitation element DE3 and the Coriolis element CE3, and the excitation element DE3 is provided with a drive unit DU3 and a monitor unit MU3.
  • the vibration element SE4 has a mirror image symmetry relationship with the vibration element SE1, and includes the excitation element DE4 and the Coriolis element CE4.
  • the excitation element DE4 is provided with a drive unit DU4 and a monitor unit MU4. ⁇ Operation of angular velocity sensor>
  • the angular velocity sensor according to the first embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
  • the vibration element SE1 and the vibration element SE2 the operation of the angular velocity sensor according to the first embodiment will be described.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the angular velocity sensor according to the first embodiment.
  • the drive unit DU1 constitutes drive means for vibrating the excitation element DE1 in the x direction.
  • Vcom + Vb + Vd is applied as a drive signal from the signal processing circuit formed in the semiconductor chip CHP1 shown in FIG. 2 to one first drive electrode constituting the drive unit DU1.
  • Vcom + Vb ⁇ Vd is applied as a drive signal from the signal processing circuit formed in the semiconductor chip CHP1 shown in FIG. 2 to the second drive electrode constituting the drive unit DU1.
  • Vcom is applied to the excitation element DE1 from a signal processing circuit formed in the semiconductor chip CHP1 shown in FIG. 2 via a fixed portion connected via a support beam. Therefore, the potential difference between the first drive electrode and the excitation element DE1 is Vb + Vd, and the potential difference between the second drive electrode and the excitation element DE1 is Vb ⁇ Vd. As a result, the electrostatic force due to the above-described potential difference is generated in the drive unit DU1, and the excitation element DE1 undergoes excitation vibration (drive vibration) in the x direction.
  • the carrier signal Vc is also applied to the excitation element DE1 from the signal processing circuit, the frequency of the carrier signal Vc is several hundred kHz, which is high enough that the above-described driving vibration cannot follow. Does not work.
  • Expression 12 shown below is an expression indicating the relationship between the driving displacement (x) and the driving force (F d ) of the excitation element DE1
  • Expression 13 is an expression indicating the Coriolis force (F cy ).
  • Expression 14 is an expression showing the relationship between the amplitude in the detection direction (y direction) and the Coriolis force (F cy ).
  • ⁇ z angular velocity
  • ⁇ y angular velocity
  • x is the drive displacement
  • ⁇ d / 2 ⁇ is the drive frequency
  • ⁇ R is the natural frequency (resonance frequency) in the excitation direction
  • Q d is the mechanical quality factor in the excitation direction
  • k d is the spring constant of the support beam
  • F d indicates the driving force.
  • y is a detected displacement
  • Q sy is a mechanical quality factor of a detection vibration system composed of the Coriolis element CE1 and the detection beam
  • k s is a spring constant of the detection beam.
  • the detection beam is a beam connecting the excitation element DE1 and the Coriolis element CE1.
  • the driving displacement x becomes the frequency when divided by the driving frequency ⁇ d (2 ⁇ ). It can be seen that this depends on the combination of angular frequency and drive frequency. From Equation 12, when the natural frequency (resonance frequency) ⁇ R of the vibration system and the drive frequency ⁇ d match, the largest drive displacement x is obtained, and the drive frequency ⁇ d is the natural frequency ⁇ R. It can be seen that the drive displacement x decreases as the distance from the position increases.
  • the driving frequency omega d assuming the the applied angular velocity Omega z is constant
  • the Coriolis force F cy and detecting the displacement to be converted as the output of the angular velocity sensor y is a function of only the maximum amplitude X (drive displacement x) in the excitation direction.
  • the maximum amplitude X in the excitation direction is always monitored and feedback control is performed. It is necessary to manage the maximum amplitude X in the excitation direction to be a constant value. This feedback control is performed by AGC (Auto-Gain-Control).
  • the amplitude of the excitation vibration of the excitation element DE1 detects a change in capacitance of one comb-like electrode (first capacitance element) constituting the monitor unit MU1. Is being monitored. Similarly, the amplitude of the excitation vibration of the excitation element DE1 is monitored by detecting a change in capacitance of the other comb-shaped electrode (second capacitance element) constituting the monitor unit MU1.
  • a carrier signal Vc having a frequency of several hundred kHz is applied to the excitation element DE1.
  • the carrier signal Vc causes a change in the capacitance of the first capacitance element and the capacitance of the second capacitance element that constitute the monitor unit MU1, and the movement of charges occurs according to the change in the capacitance.
  • This change in capacitance is converted into an analog voltage signal by the C / V conversion unit 10 shown in FIG. 7 and then converted into a digital voltage signal by the AD conversion unit 11.
  • the first digital voltage signal generated from the first capacitive element through the C / V conversion unit 10 and the AD conversion unit 11, and the second capacitive element is generated through the C / V conversion unit 10 and the AD conversion unit 11.
  • the second digital voltage signal is calculated by the differential detection unit 12. At this time, when the drive amplitude is 0, the initial capacitances of the first capacitive element and the second capacitive element cancel each other, so the input voltage to the synchronous detection unit 13 becomes 0.
  • the capacitance of the first capacitive element increases and the capacitance of the second capacitive element decreases following the amplitude of the excitation vibration of the excitation element DE1.
  • the capacitance of the first capacitor element decreases and the capacitance of the second capacitor element increases following the amplitude of the excitation vibration of the excitation element DE1. Therefore, a digital signal proportional to the amplitude of the excitation vibration is output from the differential detection unit 12.
  • the digital signal output from the differential detection unit 12 is converted into a drive frequency component (for example, several tens of kHz) by the synchronous detection unit 13 and a low-frequency component including DC as necessary (for example, DC to several hundred Hz). ).
  • the amplitude of the excitation vibration converted into the low-frequency digital signal is input to an AGC (Auto-Gain-Control) 15 and compared with a preset target value of the amplitude. Based on the comparison result, the DA converter 16 adjusts the magnitude of the drive signal Vd, so that feedback control is performed so that the amplitude of the excitation vibration becomes a preset target value.
  • the excitation element DE1 can be excited to vibrate in the x direction with a constant amplitude.
  • the frequency (drive frequency) of the drive signal Vd is set by the excitation element DE1 and the support beam in order to obtain a large amplitude in the x direction with a small drive voltage. It is matched with the natural frequency (resonance frequency) of the drive vibration system to be configured.
  • the AFC Auto Frequency Control
  • PLL Phase Locked Loop
  • the technical idea in the first embodiment it is needless to say that can be applied in driving in non-resonance mode that does not match the natural frequency omega R the driving vibration systems and the drive frequency omega d.
  • the excitation element DE1 is supported by a support beam that is flexible in the x direction and hard in the y direction, even if the Coriolis force F cy described above is generated, the excitation element DE1 is almost in the y direction. Does not displace. Similarly, the Coriolis element CE2 is hardly displaced in the y direction. On the other hand, since the Coriolis element CE1 is connected to the excitation element DE1 via a detection beam that is hard in the x direction and flexible in the y direction, y is based on the Coriolis force F cy in the relationship shown in Expression 14. Displace in the direction.
  • the capacitance of the capacitive element provided to be connected to the Coriolis element CE1 changes.
  • the change in capacitance of the capacitive element is converted into an analog voltage signal by the C / V conversion unit 20A, and then converted into a digital voltage signal by the AD conversion unit 21A.
  • the demodulated signal is extracted by the synchronous detector 23A.
  • the angular velocity sensor of the first embodiment it is possible to detect the z-direction angular velocity about Omega z.
  • the same operation is performed not only in the vibration element SE1 but also in the vibration element SE4 that is oscillating in reverse phase to the vibration element SE1. Then, the difference between the respective output signals of the vibration element SE1 in which the tuning fork structure and the vibration element SE4 as the angular velocity signal corresponding to the angular velocity Omega z, output from the angular velocity sensor according to the first embodiment.
  • the excitation element DE2 included in the vibration element SE2 can also be excited and oscillated in the x direction in the same manner as the excitation element DE1.
  • the detection operation of the angular velocity when the angular velocity is applied around the y direction in a state where the excitation element DE2 is excited and oscillated in the x direction will be described.
  • the excitation element DE2 and the Coriolis element CE1 are hardly displaced in the z direction even when the Coriolis force F cz described above is generated.
  • the Coriolis element CE2 is connected to the excitation element DE2 via a detection beam that twists in the z direction, the Coriolis element CE2 is displaced in the z direction based on the Coriolis force F cz .
  • the capacitance of the capacitive element provided outside the Coriolis element CE2 changes.
  • the change in capacitance of the capacitive element is converted into an analog voltage signal by the C / V conversion unit 20B, and then converted into a digital voltage signal by the AD conversion unit 21B.
  • the demodulated signal is extracted by the synchronous detector 23B.
  • the demodulated signal demodulated by the synchronous detector 23B passes through an LPF (low frequency band pass filter) 24B, so that an angular velocity signal corresponding to the angular velocity ⁇ y is finally output from the output terminal OUT2. become.
  • LPF low frequency band pass filter
  • the angular velocity sensor in the first embodiment constitutes a multi-axis angular velocity sensor that can detect angular velocities around different axes.
  • FIG. 8 is a diagram showing a connection example in which the vibration elements SE1 to SE4 are excited and vibrated in the x direction by the same control circuit (see FIG. 7).
  • the vibration mode “2” shown in FIG. 4 is realized.
  • FIG. 9 is a diagram showing another connection example in which the vibration elements SE1 to SE4 are vibrated in the x direction by the same control circuit (see FIG. 7).
  • the vibration mode “1” shown in FIG. 4 is realized.
  • the vibration elements SE1 to SE4 can be vibrated in the x direction.
  • the configuration of the control circuit can be simplified while being a multi-axis angular velocity sensor, thereby reducing cost and power consumption.
  • the vibration elements SE1 to SE4 when the amplitudes of the excitation vibrations of the vibration elements SE1 to SE4 are controlled to be the same, the amplitude is proportional to the Coulomb force as shown in Equation 11, the vibration elements SE1 to SE4 This can be realized by making the number of the comb-like electrodes constituting each of the drive units the same. In this case, the detection sensitivity of the angular velocity around the z direction by the vibration element SE1 and the vibration element SE4 can be made equal to the detection sensitivity of the angular velocity around the y direction by the vibration element SE2 and the vibration element SE3.
  • the detection sensitivity of the angular velocity around the z direction by the vibration element SE1 and the vibration element SE4 needs to be higher than the detection sensitivity of the angular velocity around the y direction by the vibration element SE2 and the vibration element SE3. In some cases.
  • the number of comb-like electrodes constituting the drive unit of the vibration element SE1 and the vibration element SE4 is By increasing the number of comb-shaped electrodes that constitute the drive units of the vibration element SE2 and the vibration element SE3, the detection sensitivity of the angular velocity around the z direction can be made higher than the detection sensitivity of the angular velocity around the y direction. it can.
  • the detection sensitivity of the angular velocity around the y direction by the vibration element SE2 and the vibration element SE3 higher than the detection sensitivity of the angular velocity around the z direction by the vibration element SE1 and the vibration element SE4.
  • the number of comb-like electrodes constituting the drive units of the vibration elements SE1 and SE4 is made smaller than the number of comb-like electrodes constituting the drive parts of the vibration elements SE2 and SE3.
  • the detection sensitivity of the angular velocity around the y direction can be made higher than the detection sensitivity of the angular velocity around the z direction.
  • the angular velocity sensor in the first embodiment has a structure that embodies the basic idea in the first embodiment, it has first to fourth feature points brought about by the basic idea. . Therefore, the angular velocity sensor in the first embodiment can obtain the same effects as the basic idea having the first to fourth feature points.
  • the structure of the angular velocity sensor that embodies the basic idea in the first embodiment is provided with contrivance points other than the first feature point to the fourth feature point.
  • the effect peculiar to the structure of the angular velocity sensor in can be obtained. Hereinafter, this effect will be described.
  • the intensity of the displacement component (vibration component) based on the Coriolis force does not depend solely on the strength of the Coriolis force derived from the angular velocity, when considered realistically.
  • deformation of the support substrate due to temperature fluctuation or a difference in thermal expansion coefficient between the materials constituting the angular velocity sensor moves the fixed portion fixed to the support substrate.
  • the internal stress is generated in the support beam connected to the fixed portion by the movement of the fixed portion. Since the internal stress of the support beam fluctuates the spring constant of the support beam, the resonance frequency inherent to the vibration element determined by the spring constant and the inertial mass also fluctuates.
  • the strength of the displacement component based on the Coriolis force is strongly dependent on the resonance frequency of the vibration element, the strength of the displacement component based on the Coriolis force is strongly dependent on the deformation of the support substrate. In other words, a noise component due to temperature fluctuation is superimposed on the displacement component based on the Coriolis force.
  • each of the vibration elements SE1 to SE4 is provided with each of the excitation elements DE1 to DE4.
  • the size of each of the excitation elements DE1 to DE4 is smaller than, for example, the size of the integrated excitation elements when one excitation element is provided integrally over the vibration elements SE1 to SE4. This means that, according to the angular velocity sensor in the first embodiment, the interval between the support beams connected to each of the excitation elements DE1 to DE4 is narrowed.
  • a reduction in the size of the excitation element DE1 corresponds to a reduction in the interval between the support beams on which the excitation element DE1 is suspended.
  • the distance between the support beams for suspending the excitation element DE1 is small means that the support beams are not easily deformed by the support substrate. Therefore, in the angular velocity sensor according to the first embodiment, for example, even if the support substrate is deformed due to a temperature change, the internal stress of the support beam that suspends each of the excitation elements DE1 to DE4 is not easily changed. The fluctuation of the resonance frequency of the vibration element due to the fluctuation of the internal stress of the support beam can be suppressed.
  • the angular velocity sensor in the first embodiment it is possible to suppress a noise component due to temperature fluctuations from being added to the displacement component based on the Coriolis force. Can be provided. That is, in the angular velocity sensor according to the first embodiment, the excitation elements DE1 to DE4 divided for each of the vibration elements SE1 to SE4 are provided, and the size of the excitation elements DE1 to DE4 is reduced. Therefore, it is possible to provide an angular velocity sensor that is not easily affected by the deformation of the support substrate due to the fluctuation of the angle.
  • excitation elements DE1 to DE4 divided for each of the vibration elements SE1 to SE4 are provided.
  • the Coriolis elements CE1 to CE4 are arranged in each of the excitation elements DE1 to DE4, and the excitation elements DE1 to DE4.
  • the driving units DU1 to DU4 and the monitor units MU1 to MU4 provided in each of these are driven by a device that is provided outside the excitation elements DE1 to DE4.
  • the angular velocity sensor in addition to the first to fourth feature points based on the basic concept, the angular velocity sensor is less susceptible to the influence of deformation of the support substrate due to the change in the external environment.
  • a device has been devised, and according to the angular velocity sensor in the first embodiment, performance can be improved from various viewpoints. (Embodiment 2) ⁇ Basic idea in Embodiment 2>
  • the excitation vibrations of the excitation elements DE1 to DE4 are vibrations at the drive frequency “ ⁇ d ”, and this drive frequency “ ⁇ d ” is expressed by the resonance frequency “ ⁇ expressed by Equation 6.
  • the drive frequency “ ⁇ d ” is made to coincide with the resonance frequency “ ⁇ R ” and excitation vibration is performed in the vibration mode indicated by “2” in FIG. 4, the drive frequency “ ⁇ d ” It is represented by
  • Equation 16 the relationship expressed by Equation 16 may be satisfied.
  • the resonance frequency “ ⁇ R ” that is the drive frequency “ ⁇ d ” is expressed by Expression 17, and therefore the resonance frequency “ ⁇ R ” is simplified. I understand.
  • the case where the drive frequency “ ⁇ d ” is made to coincide with the resonance frequency “ ⁇ R ” and excitation vibration is performed in the vibration mode indicated by “2” in FIG. 4 has been described as an example.
  • the drive frequency “ ⁇ d ” is made to coincide with the resonance frequency “ ⁇ R ” and excitation vibration is performed in the vibration mode shown in “1” in FIG. Can be applied.
  • the resonance frequency “ ⁇ R ” that becomes the drive frequency “ ⁇ d ” is expressed by Equation 18.
  • FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the angular velocity sensor according to the second embodiment.
  • the feature point of the second embodiment is that a frequency adjusting beam ADB1 for connecting the frame unit FU fixed to the support substrate and the excitation element DE1 is provided, and the frame unit FU and the excitation element DE4 are provided.
  • the frequency adjustment beam ADB2 to be connected is provided.
  • the frequency adjustment beam ADB1 has a function of increasing the symmetry between the vibration element SE1 and the vibration element SE2, and the frequency adjustment beam ADB2 increases the symmetry between the vibration element SE3 and the vibration element SE4. It has a function.
  • the spring constant of the frequency adjusting beam ADB1 and the spring constant of the frequency adjusting beam ADB2 are set to be the same, and the spring constant of the frequency adjusting beam ADB1 and the spring constant of the frequency adjusting beam ADB2 are connected.
  • the resonance frequency “ ⁇ R ” can be simplified as shown in Equation 17 and Equation 18, It is possible to easily set the drive frequency “ ⁇ d ” matched with the resonance frequency “ ⁇ R ”.
  • FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the vibration element SE1 according to the third embodiment.
  • the vibration element SE1 includes an excitation element DE1
  • the excitation element DE1 has a mass part MS.
  • the mass part MS includes a first part P1 extending in the x direction, a second part P2 extending in the x direction while being separated from the first part P1, and A third part P3 extending in the y direction so as to connect the first part P1 and the second part P2 and a fourth part P4 connected to the third part P3 and projecting in the x direction.
  • part P4 is arrange
  • the connecting beam LB1 is connected between the fourth portion P4 of the excitation element DE1 and the fourth portion P4 of the excitation element DE2, and the connecting beam LB3 is connected to the excitation element DE3. Is connected between the fourth part P4 and the fourth part P4 of the excitation element DE4.
  • the connecting beam LB2 includes a partial connecting beam LB2a connected between the first part P1 of the excitation element DE2 and the first part P1 of the excitation element DE3, and the second part P2 of the excitation element DE2 and the excitation element DE3. It is comprised from the partial connection beam LB2b connected between 2nd site
  • the first part P1 is connected to the first fixing part fixed to the support substrate via the first support beam
  • the second part P2 is connected to the second support beam
  • the fourth portion P4 is connected to the third fixing portion fixed to the support substrate via the third support beam.
  • the first fixing portion includes a first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and a first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B), and the second fixing portion is The second outer fixing portion (OFU2A, OFU2B) and the second inner fixing portion (IFU2A, IFU2B), and the third fixing portion is the third outer fixing portion (OFU3A, OFU3B) and the third inner fixing portion. (IFU3A, IFU3B).
  • the first support beam includes a first outer support beam SBM1A and a first inner support beam SBM1B
  • the second support beam includes a second outer support beam SBM2A and a second inner support beam SBM2B.
  • the support beams include a third outer support beam SBM3A and a third inner support beam SBM3B.
  • the first portion P1 is connected to the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) via the first outer support beam SBM1A, and the first inner fixing portion (IFU1A) via the first inner support beam SBM1B. , IFU1B).
  • the second portion P2 is connected to the second outer fixing portion (OFU2A, OFU2B) via the second outer support beam SBM2A, and the second inner fixing portion (IFU2A, OFU2B) via the second inner support beam SBM2B. IFU2B).
  • the fourth portion P4 is connected to the third outer fixing portion (OFU3A, OFU3B) via the third outer support beam SBM3A, and the third inner fixing portion (IFU3A, IFU3A, OFU3B) via the third inner support beam SBM3B. IFU3B).
  • the excitation element DE1 is provided with support beams at three locations, that is, an end portion of the first portion P1, an end portion of the second portion P2, and an end portion of the fourth portion P4. Connected to the fixed part. Due to the connection structure at these three locations, the excitation element DE1 in the third embodiment is less likely to move in directions other than the x direction, which is the excitation direction. For this reason, it is difficult to add vibration noise in the y direction and vibration noise in the z direction to the excitation element DE1 in the third embodiment. That is, the angular velocity sensor according to the third embodiment is difficult to add vibration noise in the other direction to the excitation vibration, and can ensure the stability of the excitation vibration. Therefore, according to the angular velocity sensor in the third embodiment, it is possible to improve the detection accuracy of each angular velocity while making it possible to detect angular velocities around different axes.
  • first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B) are disposed on the opposite sides with respect to the first portion P1, and are located with respect to the second center line CL2. Arranged on the same side.
  • the second outer fixing portion (OFU2A, OFU2B) and the second inner fixing portion (IFU2A, IFU2B) are disposed on the opposite sides with respect to the second portion P2, and are also relative to the second center line CL2. Arranged on the same side.
  • the third outer fixing portion (OFU3A, OFU3B) and the third inner fixing portion (IFU3A, IFU3B) are disposed on the opposite sides with respect to the fourth portion P4, and with respect to the second center line CL2. Are also arranged on opposite sides.
  • the angular velocity sensor according to the third embodiment has a structure in which different materials such as a chip mounting portion TAB, a semiconductor chip CHP1, adhesives ADH1, ADH2, and a sensor element SE are stacked. . Further, the above-described components including the sensor element SE and the semiconductor chip CHP1 are sealed with a resin MR. That is, the angular velocity sensor according to the third embodiment is configured as a laminated structure of a plurality of materials having different linear expansion coefficients. When the angular velocity sensor having such a laminated structure is used in a place where the temperature changes drastically, such as an engine room of a car, for example, the sensor element SE is deformed due to a difference in linear expansion coefficient of each constituent material. .
  • the sensor element SE is deformed to have a uniform curvature due to the difference between the temperature change and the linear expansion coefficient. For this reason, the fixed part connected to the support beam moves in the direction away from the center of the sensor element SE or in the approaching direction. As a result, internal stress is generated in the support beam, and the spring constant of the support beam changes. As a result, the resonance frequency (natural frequency) ⁇ R in the excitation direction varies.
  • the first embodiment in order to obtain a large drive displacement (x) with a low drive voltage, in the first embodiment, for example, as shown in FIG.
  • feedback control is performed.
  • the resonance frequency ⁇ R in the excitation direction changes, the drive frequency ⁇ d also changes.
  • the Coriolis force F cy defined in Equation 13 also fluctuates, thereby changing the sensitivity of the angular velocity sensor.
  • the fluctuation width of the resonance frequency omega R the driving direction is large, can not follow the feedback control by AFC14, function of the angular velocity sensor is also stopped.
  • the shape of the excitation element DE1 is devised.
  • the internal stress can be reduced and offset by the device according to the third embodiment.
  • the substrate distortion resulting from changes or the sealing resin near ambient temperature (deformation of the supporting substrate) occurs, reduce the variation in the natural frequency omega R the driving direction By doing so, an angular velocity sensor having high stability and high reliability can be provided.
  • the first device point in the third embodiment is the shape of the excitation element DE1.
  • the excitation element DE1 in the third embodiment has two long first portions P1 and second portions P2 extending in the x direction that is the excitation direction, and the first It has the 3rd site
  • the excitation element DE1 is configured to have the first part P1 and the second part P2 that are long in the x direction.
  • the excitation element DE1 itself is easily deformed, and the excitation element DE1 itself can easily absorb a part of the substrate distortion. Furthermore, since the shape of the excitation element DE1 in the third embodiment is not a closed loop shape, the excitation element DE1 itself is easily deformed. From this point, the excitation element DE1 itself can easily absorb part of the substrate distortion. It will be possible. From this, according to the first device point in the third embodiment, for example, since the internal stress generated in the support beam can be reduced, the fluctuation of the spring constant of the support beam can be suppressed. Accordingly, it is possible to also suppress fluctuation in the direction of excitation of the resonant frequency omega R. ⁇ Second Device Point in Embodiment 3>
  • the support beam is composed of the first outer support beam SBM1A and the first inner support beam SBM1B, and the fixing portion is the first outer side. It is comprised from the fixing
  • the arrangement position of the first outer support beam SBM1A and the first inner support beam SBM1B and the arrangement position of the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B) are devised. Yes.
  • This contrivance point is the second contrivance point in the present third embodiment, and according to the second devise point, according to the present third embodiment, the interior generated in the first outer support beam SBM1A and the first inner support beam SBM1B.
  • the stress can be offset.
  • the 2nd device point in this Embodiment 3 is demonstrated.
  • the second contrivance point in the present third embodiment is the arrangement position of the first outer support beam SBM1A and the first inner support beam SBM1B, and the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B) is present at the arrangement position.
  • the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B) are arranged on the same side with respect to the second center line CL2.
  • the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B) In this case, substrate distortion in the same direction occurs.
  • the first outer fixing part (OFU1A, OFU1B) and the first inner fixing part (IFU1A, IFU1B) are arranged symmetrically with respect to the first part P1.
  • the excitation element DE1 including the first part P1 and the second part P2 is not directly connected to the support substrate.
  • the above-described symmetrically arranged first outer fixing portions (OFU1A, OFU1B) and first inner fixing portions (IFU1A, IFU1B). Are displaced in the same direction, and the excitation element DE1 is not displaced.
  • the distance between the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first portion P1 is increased due to the substrate distortion, and the first inner fixing is performed.
  • the distance between the part (IFU1A, IFU1B) and the first part P1 becomes small.
  • the distance between the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first portion P1 is reduced, and the distance between the first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B) and the first portion P1 is increased. This means that when a tensile stress acts on the first outer support beam SBM1A connecting the first outer fixing portion (OFU1A, OFU1B) and the first portion P1, the first inner fixing portion (IFU1A, IFU1B).
  • part of the substrate distortion generated in the support substrate is caused by the first portion P1 that is long in the x direction of the excitation element DE1 and the first portion P1.
  • the internal stress generated in the first outer support beam SBM1A and the first inner support beam SBM1B due to the remaining substrate distortion is absorbed by the deformation of the two portions P2, and the first outer support beam SBM1 and the first inner support If the combination of the beams SBM1B is considered, it is canceled out.
  • the fluctuation of the total spring constant of the support beam corresponding to the combination of the first outer support beam SBM1A and the first inner support beam SBM1B can be suppressed, resonance in the excitation direction it is possible to suppress variation in the sensitivity of the angular velocity sensor due to variation in the frequency omega R.
  • the output value of the angular velocity sensor at each temperature point is recorded, and these are within a predetermined specification range in the entire operating temperature range.
  • the output value at each temperature point of the angular velocity sensor shows a non-linear behavior
  • output values at many temperature points and complicated correction calculation processing are required for correction, and a thermostat is provided. Therefore, an expensive evaluation device is required, leading to an increase in manufacturing cost.
  • the angular velocity sensor according to the third embodiment has the above-described first contrivance point and second devise point, and therefore, fluctuations in the resonance frequency ⁇ R of the vibration system even in a wide operating temperature range. Can be suppressed. For this reason, according to the angular velocity sensor of the third embodiment, it is not necessary to perform advanced temperature characteristic correction by the signal processing circuit, improving the reliability of the angular velocity sensor, downsizing the signal processing circuit, and the temperature at the time of shipment of the angular velocity sensor. The characteristic correction can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. ⁇ Other configuration of vibration element SE1>
  • the Coriolis element CE1 is provided so as to be included in the excitation element DE1, and the excitation element DE1 and the Coriolis element CE1 are connected by the detection beam DBM1 and the detection beam DBM2. Since the detection beam DBM1 and the detection beam DBM2 are hard in the x direction and soft in the y direction, the Coriolis element CE1 connected to the detection beam DBM1 and the detection beam DBM2 has an angular velocity around the z direction. When applied, it can be displaced in the y direction by Coriolis force.
  • an angular velocity detection unit YSU1 and a servo unit SER1 are provided inside the Coriolis element CE1.
  • the angular velocity detection unit YSU1 is composed of, for example, a capacitive element made up of a Coriolis element CE1 (frame part) and a fixed electrode, and the electrostatic force when the Coriolis element CE1 is displaced in the y direction by Coriolis force. It is configured to capture changes in capacity.
  • the change in capacitance in the angular velocity detector YSU1 is output to the control circuit and subjected to signal processing, whereby the angular velocity is detected.
  • the servo unit SER1 is composed of, for example, a capacitive element including a Coriolis element CE1 (frame portion) and a servo electrode (fixed electrode), and Coriolis force is generated by a Coulomb force generated by applying a servo voltage to the capacitive element.
  • the Coriolis element CE1 based on the force is configured to cancel the displacement in the y direction.
  • the servo unit SER1 is configured to apply a servo voltage proportional to the angular velocity detected based on the change in capacitance by the angular velocity detection unit YSU1 to the capacitive element.
  • the advantage of providing the servo unit SER1 is that the angular velocity can be detected without displacing the Coriolis element CE1 in the y direction. Therefore, when a large angular velocity is applied, the Coriolis element CE1 is displaced by an unexpected displacement. The point which can prevent that element CE1 and a fixed electrode contact can be mentioned.
  • the servo unit SER1 is not necessarily provided.
  • the angular velocity can be detected by a change in capacitance of the angular velocity detecting unit YSU1 when the Coriolis element CE1 is displaced in the y direction.
  • the vibration element SE1 described above has a function of detecting a physical quantity (a displacement in the y direction and a servo voltage) based on Coriolis force generated in the y direction when an angular velocity around the z direction is applied.
  • the vibration element SE2 has a function of detecting a physical quantity (a displacement or a servo voltage in the z direction) based on the Coriolis force generated in the z direction when an angular velocity around the y direction is applied.
  • FIG. 12 is a plan view showing the configuration of the vibration element SE2 according to the third embodiment.
  • the configuration of the vibration element SE2 in the third embodiment shown in FIG. 12 is substantially the same as the configuration of the vibration element SE1 shown in FIG.
  • the Coriolis element CE2 is disposed so as to be included in the excitation element DE2.
  • the Coriolis element CE2 is connected to the excitation element DE2 by the detection beam DBM3.
  • the detection beam DBM3 is configured to be easily displaced in the z direction
  • the Coriolis element CE2 connected to the detection beam DBM3 is displaced in the z direction when an angular velocity around the y direction is applied. Is configured to do.
  • the vibration element SE2 according to the third embodiment includes, for example, a movable electrode provided integrally with the Coriolis element CE2, and a fixed electrode (not shown in FIG. 12) facing the movable electrode in the z direction.
  • an angular velocity detection unit YSU2 and a servo unit SER2 are provided. Since other configurations are the same as those of the above-described vibration element SE1, description thereof is omitted.
  • the resonator element SE2 according to the third embodiment is configured.

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Abstract

　多軸の角速度センサにおいて、角速度の検出精度を向上することができる技術を提供する。角速度センサは、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４を有する。振動素子ＳＥ１は、励振素子ＤＥ１とコリオリ素子ＣＥ１を含み、振動素子ＳＥ２は、励振素子ＤＥ２とコリオリ素子ＣＥ２を含む。同様に、振動素子ＳＥ３は、励振素子ＤＥ３とコリオリ素子ＣＥ３を含み、振動素子ＳＥ４は、励振素子ＤＥ４とコリオリ素子ＣＥ４を含む。ここで、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ２とは、連結梁ＬＢ１で接続され、かつ、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３とは、連結梁ＬＢ２で接続され、かつ、励振素子ＤＥ３と励振素子ＤＥ４とは、連結梁ＬＢ３で接続されている。そして、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４は、ｘ方向に並んで配置されている。

Description

角速度センサ
　本発明は、角速度センサに関し、例えば、第１軸回りの角速度と、第１軸とは直交する第２軸回りの角速度とを検出することができる多軸の角速度センサに適用して有効な技術に関する。
　特開２００９－１５０８１６号公報（特許文献１）には、４個の振動素子を十字状に連結して、逆位相で振動させる２軸角速度センサが記載されている。
　特許第４５１６１１３号公報（特許文献２）には、４個の振動素子が一列に並んでいる構成の１軸角速度センサが記載されている。
特開２００９－１５０８１６号公報 特許第４５１６１１３号公報
　例えば、近年では、複数軸回りの角速度センサを検出できる多軸の角速度センサが望まれている。ここで、上述した特許文献１には、４個の振動素子を十字状に連結して、逆位相で振動させる２軸角速度センサが記載されている。
　この点に関し、特許文献１に記載された２軸角速度センサでは、４個の振動素子が十字状に配置されており、中心での振動の結合が２次元となることから、例えば、左右方向に振動する振動素子に、上下方向の振動に起因するノイズ成分が加わることが懸念される。すなわち、特許文献１に記載された２軸角速度センサでは、互いに異なる軸回りの角速度を検出するための振動素子が別方向に振動している結果、一方の振動素子の振動状態が、他方の振動素子の振動状態からの影響をノイズとして受けやすく、角速度の検出精度を向上する観点から、改善の余地が存在する。
　一方、特許文献２に記載されている角速度センサは、２軸角速度センサではなく、１軸角速度センサであり、また、第一の対のジャイロスコープ１２Ａ／Ｂは、第二の対のジャイロスコープ１２Ｃ／Ｄに結合されていない構造である。このため、特許文献２に記載された技術は、２軸角速度センサにおいて、互いに異なる軸回りの角速度のそれぞれの検出精度を向上する観点に着目した技術ではなく、特許文献２から上述した改善の余地を把握することさえ困難である。
　本発明の目的は、多軸の角速度センサにおいて、角速度の検出精度を向上することができる技術を提供することにある。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　一実施の形態における角速度センサは、第１振動素子と第２振動素子と第３振動素子と第４振動素子とを有する。このとき、第１振動素子と第２振動素子とは、第１連結梁で接続され、第２振動素子と第３振動素子とは、第２連結梁で接続され、第３振動素子と第４振動素子とは、第３連結梁で接続されている。そして、第１振動素子と第２振動素子と第３振動素子と第４振動素子は、第１方向に並んで配置されている。
　一実施の形態によれば、角速度センサの検出精度を向上することができる。
ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のそれぞれと自動車の位置関係を示す模式図である。 実施の形態１における角速度センサの全体構成を示す断面図である。 実施の形態１における角速度センサの模式的な構成を示す図である。 実施の形態１における角速度センサに存在する励振振動の振動モードの相対位相を模式的に示す表である。 実施の形態１における角速度センサの解析の前提となる模式的な構成を示す図である。 実施の形態１における角速度センサを構成するセンサエレメントの模式的な構成を示す平面図である。 実施の形態１における角速度センサの動作を説明する図である。 複数の振動素子を同一の制御回路でｘ方向に励振振動させる結線例を示す図である。 複数の振動素子を同一の制御回路でｘ方向に励振振動させる他の結線例を示す図である。 実施の形態２における角速度センサの構成を示す平面図である。 実施の形態３における振動素子の構成を示す平面図である。 実施の形態３における他の振動素子の構成を示す平面図である。
　以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
　また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
　さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
　同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
　また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
　（実施の形態１）
　＜多軸の角速度センサの必要性＞
　角速度センサは、例えば、ｘ方向（励振方向）に常に励振振動している励振素子である質量体において、この質量体が励振振動しているｘ方向と直交するｚ方向回りに角速度（回転）が印加された場合、ｘ方向に励振振動している質量体が、ｘ方向およびｚ方向に直交するｙ方向（検出方向）に、外部から印加された角速度に比例した大きさで変位するコリオリ現象を利用して角速度を検出するセンサである。特に、本実施の形態１における角速度センサは、それぞれ異なる検出方向の角速度を測定することを想定している。すなわち、本実施の形態１における技術的思想は、ｚ方向回りの角速度だけでなく、ｙ方向回りの角速度も検出することができる角速度センサに関するものである。本明細書では、異なる軸回りの角速度を検出できる角速度センサを「多軸の角速度センサ」と呼ぶ。
　このような多軸の角速度センサは、例えば、横滑り防止システムと横転検知システムの両方を搭載した自動車に使用される。
　図１は、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のそれぞれと自動車ＡＭの位置関係を示す模式図である。図１に示すように、例えば、自動車ＡＭの側面と垂直な方向をｘ方向と定義し、自動車ＡＭの進行方向と並行する方向をｙ方向と定義する。また、自動車ＡＭの上面と垂直な方向をｚ方向と定義することにする。図１において、自動車ＡＭの横滑り防止システムでは、地面から垂直となるｚ方向回りの回転を検知することになる一方、自動車ＡＭの横転検知システムでは、地面と水平となるｙ方向回りの回転を検知することになる。したがって、横滑り防止システムと横転検知システムを備える自動車には、多軸の角速度センサが必要となることがわかる。
　また、近年の自動車には、ｘ方向回りの角速度とｚ方向回りの角速度を検出することにより、ヘッドライトの向きを自動調整する配向制御システムが搭載されることがある。このような配向制御システムを備える自動車にも、多軸の角速度センサが必要となることがわかる。すなわち、近年の自動車では、様々なシステムを搭載するために、多軸の角速度線センサが必要とされているのである。
　そこで、以下に示す実施の形態１では、例えば、多軸の角速度センサの一例として、ｙ方向回りの角速度とｚ方向回りの角速度とを検出する多軸の角速度センサを取り挙げて説明することにする。
　＜実施の形態１における角速度センサの全体構成＞
　まず、本実施の形態１における角速度センサの全体構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態１における角速度センサＳ１の全体構成を示す断面図である。図２に示すように、本実施の形態１における角速度センサＳ１は、リードＬＤと同じ構成材料から形成されたチップ搭載部ＴＡＢ上に、接着材ＡＤＨ１を介して半導体チップＣＨＰ１が搭載されている。そして、この半導体チップＣＨＰ１上には、接着材ＡＤＨ２を介して、センサエレメントＳＥが搭載されている。
　このとき、半導体チップＣＨＰ１には、例えば、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）などに代表される半導体素子や多層配線からなる集積回路が形成されている。一方、センサエレメントＳＥには、半導体微細加工技術を使用することにより、例えば、多軸の角速度センサを構成する構造体が形成されている。つまり、本実施の形態１における角速度センサＳ１は、集積回路が形成された半導体チップＣＨＰ１と、多軸の角速度センサＳ１を構成する構造体が形成されたセンサエレメントＳＥを有し、半導体チップＣＨＰ１とセンサエレメントＳＥを電気的に接続することにより、多軸の角速度センサＳ１が構成されていることになる。
　したがって、センサエレメントＳＥと半導体チップＣＨＰ１は、例えば、図２に示すように、金属線からなるワイヤＷ１で電気的に接続され、半導体チップＣＨＰ１とリードＬＤは、金属線からなるワイヤＷ２で電気的に接続されている。
　これにより、センサエレメントＳＥに形成されている構造体において、励振素子が励振振動した状態で角速度が印加されると、角速度に起因したコリオリ素子の変位が生じるとともに、センサエレメントＳＥ内に設けられた角速度検出部で、このコリオリ素子の変位を電気容量の変化として捉えるようになっている。そして、センサエレメントＳＥ内の角速度検出部で検出された電気容量の変化は、センサエレメントＳＥとワイヤＷ１で電気的に接続されている半導体チップＣＨＰ１へ出力され、半導体チップＣＨＰ１内に形成されている信号処理回路で信号処理される。その後、半導体チップＣＨＰ１とワイヤＷ２で電気的に接続されているリードＬＤへ角速度信号が出力されるようになっている。
　さらに、本実施の形態１における角速度センサＳ１では、センサエレメントＳＥ、半導体チップＣＨＰ１、ワイヤＷ１、ワイヤＷ２、および、リードＬＤの一部が、例えば、熱硬化性樹脂からなる樹脂ＭＲで封止されている。このように構成されている本実施の形態１における角速度センサＳ１は、例えば、横滑り防止システムや横転検知システムや配向制御システムに代表される上位のシステムに組み込まれ、検出した角速度信号を上位システムに供給するように構成されている。
　＜実施の形態１における基本思想＞
　次に、本実施の形態１における基本思想について説明する。図３は、本実施の形態１における角速度センサの模式的な構成を示す図である。図３に示すように、本実施の形態１における角速度センサは、振動素子ＳＥ１と、振動素子ＳＥ２と、振動素子ＳＥ３と、振動素子ＳＥ４とを有している。ここで、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２とは、連結梁ＬＢ１で接続されており、振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３とは、連結梁ＬＢ２で接続されている。また、振動素子ＳＥ３と振動素子ＳＥ４とは、連結梁ＬＢ３で接続されている。なお、本明細書で「連結梁」とは、振動素子同士を接続する梁のことをいう。
　そして、振動素子ＳＥ１と、振動素子ＳＥ２と、振動素子ＳＥ３と、振動素子ＳＥ４は、ｘ方向に並んで配置されている。言い換えれば、振動素子ＳＥ１と、振動素子ＳＥ２と、振動素子ＳＥ３と、振動素子ＳＥ４は、ｘ方向に沿って、一直線状に配置されている。ここで、「一直線状」とは、例えば、図３において、振動素子ＳＥ１から振動素子ＳＥ４のそれぞれの中心位置のｙ座標とｚ座標がほぼ一致していることを意味している。
　振動素子ＳＥ１は、励振素子ＤＥ１とコリオリ素子ＣＥ１とを有する。励振素子ＤＥ１は、ｘ方向に励振振動可能なように構成され、かつ、コリオリ素子ＣＥ１は、ｘ方向と直交するｚ方向回りの角速度が印加された場合に、コリオリ力によって、ｘ方向およびｚ方向に直交するｙ方向に変位するように構成されている。
　また、振動素子ＳＥ２は、励振素子ＤＥ２とコリオリ素子ＣＥ２とを有し、励振素子ＤＥ２は、ｘ方向に励振振動可能なように構成され、かつ、コリオリ素子ＣＥ２は、ｙ方向回りの角速度が印加された場合に、コリオリ力によって、ｚ方向に変位するように構成されている。
　同様に、振動素子ＳＥ３は、励振素子ＤＥ３とコリオリ素子ＣＥ３とを有し、励振素子ＤＥ３は、ｘ方向に励振振動可能なように構成され、かつ、コリオリ素子ＣＥ３は、ｙ方向回りの角速度が印加された場合に、コリオリ力によって、ｚ方向に変位するように構成されている。
　さらに、振動素子ＳＥ４は、励振素子ＤＥ４とコリオリ素子ＣＥ４とを有し、励振素子ＤＥ４は、ｘ方向に励振振動可能なように構成され、かつ、コリオリ素子ＣＥ４は、ｚ方向回りの角速度が印加された場合に、コリオリ力によって、ｙ方向に変位するように構成されている。
　このように、本実施の形態１における角速度センサにおいて、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３と励振素子ＤＥ４は、同一のｘ方向に励振振動する。このとき、４つの励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３と励振素子ＤＥ４からなる励振振動の振動モードは、複数存在する。具体的には、以下に示すように、本実施の形態１における角速度センサにおいて、励振振動の振動モードは、６つ存在することになる。
　図４は、本実施の形態１における角速度センサに存在する励振振動の振動モードの相対位相を模式的に示す表である。図４において、振動モードの相対位相は、模式的に矢印で示されている。
　図４において、まず、「１」に示す振動モードは、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ２が同位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ３と励振素子ＤＥ４が同位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ４が逆位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３が逆位相で振動している振動モードである。
　次に、「２」に示す振動モードは、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ３が同位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ４が同位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ４が逆位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３が逆位相で振動している振動モードである。
　続いて、「３」に示す振動モードは、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ４が同位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３が同位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ２が逆位相で振動し、かつ、励振素子ＤＥ３と励振素子ＤＥ４が逆位相で振動している振動モードである。
　さらに、「４」に示す振動モードは、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ３と励振素子ＤＥ４が同位相で振動し、かつ、これらの励振素子と励振素子ＤＥ２が逆位相で振動している振動モードである。
　また、「５」に示す振動モードは、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３と励振素子ＤＥ４が同位相で振動し、かつ、これらの励振素子と励振素子ＤＥ１が逆位相で振動している振動モードである。
　「６」に示す振動モードは、４つのすべての励振素子が同位相で振動している振動モードである。
　ここで、本実施の形態１における角速度センサでは、上述した「１」に示す振動モードと、「２」に示す振動モードに着目する。なぜなら、「１」に示す振動モードおよび「２」に示す振動モードでは、ｚ方向回りの角速度を検出する２つの振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ４とのそれぞれに対応した励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ４が逆位相で振動して音叉構造を構成するからである。同様に、「１」に示す振動モードおよび「２」に示す振動モードでは、ｙ方向回りの角速度を検出する２つの振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３とのそれぞれに対応した励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３も逆位相で振動して音叉構造を構成するからである。つまり、この音叉構造によれば、コモンリジェクションとして呼ばれる電気的な同相モードノイズのキャンセルや外部からの外乱振動のキャンセルなどを実現することができる利点が得られる。例えば、加速度に起因するような同相モードノイズが発生しても、音叉構造の場合、コリオリ素子ＣＥ１の変位とコリオリ素子ＣＥ４の変位の差分を取るため、相殺することができ、検出精度を向上させることができる。
　このことから、本実施の形態１における角速度センサでは、検出精度の向上を図ることができる音叉構造を構成する「１」に示す振動モードおよび「２」に示す振動モードに着目しているのである。
　そこで、本発明者は、上述した「１」に示す振動モードおよび「２」に示す振動モードに着目して、本実施の形態１における角速度センサについて詳細に解析したので、以下では、この解析結果について説明する。
　図５は、本実施の形態１における角速度センサの解析の前提となる模式的な構成を示す図である。本実施の形態１における角速度センサでは、図４の「１」に示す振動モードおよび「２」に示す振動モードに着目しており、これらの振動モードは、図４に示すように、対称振動であることから、図５では、対称軸を設定している。
　図５に示すように、本実施の形態１における角速度センサにおいては、一直線状に振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３と振動素子ＳＥ４が配置されているが、対称軸に対する対称性を考慮して、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ４のそれぞれの質量を「ｍａ」とし、振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３のそれぞれの質量を「ｍｂ」としている。なお、「ｍａ」と「ｍｂ」とは、等しくてもよいが、本実施の形態１では、解析の一般性を高めるために、「ｍａ」と「ｍｂ」とが異なる場合も含む前提で解析を実施する。
　また、対称性を考慮して、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２とを接続する連結梁ＬＢ１のバネ定数を「ｋａｂ」とし、振動素子ＳＥ３と振動素子ＳＥ４とを接続する連結梁ＬＢ３のバネ定数も「ｋａｂ」としている。さらに、対称性を考慮して、振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３とを接続する連結梁ＬＢ２のバネ定数は、対称軸を挟んで、それぞれ、「ｋｂｃ」としている。なお、図５では、連結梁ＬＢ１のバネ定数と連結梁ＬＢ３のバネ定数が同一に設定される一方、連結梁ＬＢ２のバネ定数が相違するように設定されているが、連結梁ＬＢ１のバネ定数と連結梁ＬＢ２のバネ定数と連結梁ＬＢ３のバネ定数が同一であってもよい。すなわち、図５において、「ｋａｂ」＝「２ｋｂｃ」としてもよいが、解析の一般性を高めるために「ｋａｂ」と「ｋｂｃ」とが異なる場合も含む前提で解析を実施する。
　次に、図５において、振動素子ＳＥ１は、例えば、支持基板に固定された固定部と支持梁ＳＢ１で接続され、かつ、振動素子ＳＥ２は、例えば、支持基板に固定された固定部と支持梁ＳＢ２で接続されている。同様に、振動素子ＳＥ３は、例えば、支持基板に固定された固定部と支持梁ＳＢ３で接続され、かつ、振動素子ＳＥ４は、例えば、支持基板に固定された固定部と支持梁ＳＢ４で接続されている。ここでも、対称性を考慮して、支持梁ＳＢ１のバネ定数と、支持梁ＳＢ４のバネ定数とは、ともに「ｋａａ＋ｋｏａ」に設定され、かつ、支持梁ＳＢ２のバネ定数と、支持梁ＳＢ３のバネ定数とは、ともに「ｋｂｂ」に設定されている。なお、本明細書で「支持梁」とは、振動素子と固定部（広義には、支持基板に固定された部位）とを接続する梁のことをいう。
　以上の図５に示す前提条件のもと、振動素子ＳＥ１の変位を「Ｘａ」とし、振動素子ＳＥ２の変位を「Ｘｂ」とすると、「Ｘａ」および「Ｘｂ」は、数式１に示す連立強制振動方程式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、「ｃａ」は、振動素子ＳＥ１の減衰係数であり、「ｃｂ」は、振動素子ＳＥ２の減衰係数である。また、「Ｆａ」は、振動素子ＳＥ１を駆動する外力であり、「Ｆｂ」は、振動素子ＳＥ２を駆動する外力である。さらに、「ωｄ」は、駆動角周波数（駆動角振動数）である。なお、本明細書では、駆動角周波数を駆動周波数と呼ぶことがある。つまり、駆動角周波数＝２π×駆動周波数の関係で互いに変換可能であることから、本明細書では、駆動角周波数と駆動周波数とを同一視することがある。
　まず、最初に、本実施の形態１における角速度センサの共振周波数ωＲ（この場合も共振角周波数と同一視する）を求める。数式１から外力を除去し、かつ、数式２で示される関係式を使用して、数式１の係数を整理すると、数式３の関係が導き出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、「Ａａ」は、振動素子ＳＥ１の振幅であり、「Ａｂ」は、振動素子ＳＥ２の振幅である。また、「ωａ ２」、「ωｂ ２」および「ωａｂ ２」は、数式４で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　このとき、数式３が意味のある解を有するためには、数式３の行列式＝０の場合であることから、数式５で示される関係式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、数式５において、「ｃａ／ｍａ」＜＜ωＲ、「ｃｂ／ｍｂ」＜＜ωＲであるから、数式５にこの近似を適用して微小項を無視すると、数式５は、「ωＲ ２」の２次方程式となり、「ωＲ ２」は、数式６で示されることになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　上述した数式６を数式３に代入すると、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２との振幅比「γ」は、数式７で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、「γ」の符号から、数式６および数式７の「＋」は、図４の「２」に示す振動モードに対応し、数式６および数式７の「－」は、図４の「１」に示す振動モードに対応することがわかる。なお、数式７は、自由振動の場合の振幅比「γ」であり、実際の角速度センサにおいて、振幅比「γ」は、「ｃａ」および「ｃｂ」を考慮した強制振動方程式を解いて求める必要がある。
　そこで、まず、数式１を整理すると、強制振動方程式は、数式８に示すようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ここで、「ωｄ」＝「ωＲ」として、数式６を数式８に代入して係数を整理すると、数式９に示すようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　この数式９は、「Ｘａ」と「Ｘｂ」が互いに混じらない独立した強制振動方程式であるため、容易に解くことができる。この結果、「Ｘａ」と「Ｘｂ」は、数式１０で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　数式１０から「Ａａ」と「Ａｂ」は、数式１１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 　＜実施の形態１における特徴＞
　以上の解析結果に基づいて、以下に、本実施の形態１における角速度センサの特徴について説明する。まず、本実施の形態における第１特徴点は、例えば、図３に示すように、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３と振動素子ＳＥ４がｘ方向に並んで配置され、かつ、互いに隣り合う振動素子が連結梁で接続されている点にある。つまり、本実施の形態における第１特徴点は、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３と振動素子ＳＥ４が一直線状に配置され、かつ、互いに隣り合う振動素子が連結梁で接続されている点にある。詳細に言えば、振動素子ＳＥ１に含まれる励振素子ＤＥ１と、振動素子ＳＥ２に含まれる励振素子ＤＥ２と、振動素子ＳＥ３に含まれる励振素子ＤＥ３と、振動素子ＳＥ４に含まれる励振素子ＤＥ４とが、ｘ方向に並んで配置されている。そして、互いに隣り合う励振素子が連結梁で接続されて、全部の励振素子ＤＥ１～ＤＥ４がｘ方向に励振振動している。これにより、本実施の形態１における角速度センサによれば、全部の励振素子ＤＥ１～ＤＥ４が正確にｘ方向に励振振動するため、ｘ方向の励振振動に、ｙ方向の振動成分やｚ方向の振動成分が加わりにくい。すなわち、本実施の形態１における角速度センサによれば、ｘ方向の励振振動に、ｙ方向の振動ノイズやｚ方向の振動ノイズが加わる可能性を低減できる。この結果、本実施の形態１における角速度センサによれば、正確なｘ方向の励振振動によって、振動素子ＳＥ１および振動素子ＳＥ４に基づくｚ方向回りの角速度の検出精度を向上できるとともに、振動素子ＳＥ２および振動素子ＳＥ３に基づくｙ方向回りの角速度の検出精度を向上できる。つまり、本実施の形態１によれば、第１特徴点によって、多軸の角速度センサの検出精度を向上することができる。
　例えば、特許文献１に記載された２軸角速度センサでは、４個の振動素子が十字状に配置されており、中心での振動の結合が２次元となることから、例えば、左右方向に振動する振動素子に、上下方向の振動に起因するノイズ成分が加わるおそれがある。すなわち、特許文献１に記載された２軸角速度センサでは、互いに異なる軸回りの角速度を検出するための振動素子が別方向に振動している結果、一方の振動素子の振動状態が、他方の振動素子の振動状態からの影響をノイズとして受けやすくなるおそれがある。
　これに対し、本実施の形態１における角速度センサによれば、例えば、図３に示すように、全部の励振素子ＤＥ１～ＤＥ４が同じｘ方向に励振振動しているため、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のうちの一部の励振素子の振動状態が他の励振素子の振動状態の影響を受けることによって、ｙ方向の振動ノイズやｚ方向の振動ノイズが加わることはほとんどないと考えることができる。このことから、本実施の形態１における多軸の角速度センサは、例えば、特許文献１に記載された２軸角速度センサよりも、励振振動に他方向の振動ノイズが加わりにくく、励振振動の安定性を確保することができる。したがって、本実施の形態１における角速度センサによれば、互いに異なる軸回りの角速度を検出可能としながら、それぞれの角速度の検出精度を向上することができる。
　続いて、本実施の形態１における第２特徴点は、例えば、図４において、「１」に示す振動モードおよび「２」に示す振動モードで、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４を励振振動させる点にある。これにより、例えば、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ４は、逆相振動する結果、ｚ方向回りの角速度を検出する振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ４は、音叉構造を構成することになる。つまり、本実施の形態１における第２特徴点によって、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ４が音叉構造を構成するため、音叉構造によるｚ方向回りの角速度の検出精度を向上することができる。同様に、例えば、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３も、逆相振動する結果、ｙ方向回りの角速度を検出する振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３も、音叉構造を構成することになる。したがって、本実施の形態１における第２特徴点によって、振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３も音叉構造を構成するため、音叉構造によるｙ方向回りの角速度の検出精度を向上することができる。
　このように、本実施の形態１における角速度センサによれば、上述した第１特徴点と第２特徴点との相乗効果によって、ｚ方向回りの角速度の検出精度の向上と、ｙ方向回りの角速度の検出精度の向上とを図ることができる。
　次に、本実施の形態１における第３特徴点は、角速度センサを構成する振動素子ＳＥ１～ＳＥ４が同一の共振周波数（固有共振周波数）を有している点にある。具体的には、上述した数式６で与えられる「ωＲ」が振動素子ＳＥ１～ＳＥ４に共通する共振周波数となる。すなわち、数式６は、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４が同一の共振周波数を有していることを表している。このことは、本実施の形態１では、多軸の角速度センサを構成している振動素子ＳＥ１～ＳＥ４が同一の共振周波数を有していることを意味する。つまり、本実施の形態１では、上述した解析結果からわかるように、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４がｘ方向に並んで配置され、かつ、互いに隣り合う振動素子が連結梁で接続されているという第１特徴点を有する結果、多軸の角速度センサを構成している振動素子ＳＥ１～ＳＥ４が同一の共振周波数を有するという第３特徴点が実現されるのである。これにより、本実施の形態１における第３特徴点によれば、以下に示す効果を得ることができる。
　例えば、多軸の角速度センサを構成する手段として、１軸角速度センサを２個使用することが考えられる。ところが、この場合、２個の１軸角速度センサは、別体として構成されているため、２個の１軸角速度センサのそれぞれに含まれる振動素子の共振周波数は、一致しないと考えられる。したがって、２個の１軸角速度センサは、異なる周波数で駆動制御および検出制御する必要がある。このことは、１軸角速度センサを２個使用した多軸の角速度センサでは、２個の制御回路が必要になることを意味している。この結果、１軸角速度センサを２個使用した多軸の角速度センサでは、コストが増加するとともに、消費電力も増加することになる。
　一方、本実施の形態１では、多軸の角速度センサを構成している振動素子ＳＥ１～ＳＥ４が同一の共振周波数を有している。このことは、１個の制御回路で多軸の角速度センサを駆動制御および検出制御することができることを意味している。この結果、本実施の形態１によれば、第３特徴点によって、多軸の角速度センサでありながら、制御回路の構成を簡素化することができ、これによって、コストの削減および消費電力の低減を図ることができる。つまり、本実施の形態１における第３特徴点によれば、コストを削減しながらも、高性能な多軸の角速度センサを提供することができる。
　続いて、本実施の形態１における第４特徴点は、ｚ方向回りの角速度の検出感度と、ｙ方向回りの角速度の検出感度とを、別々に調整できる点にある。具体的には、上述した数式１１から、振動素子ＳＥ１の励振振動の振幅「Ａａ」は、外力「Ｆａ」に比例する。このとき、外力「Ｆａ」は、静電気力（クーロン力）によって発生させることが一般的であり、この静電気力を調整することにより、振動素子ＳＥ１の励振振動の振幅「Ａａ」を調整することができる。同様に、上述した数式１１から、振動素子ＳＥ２の励振振動の振幅「Ａｂ」は、外力「Ｆｂ」に比例する。このとき、外力「Ｆｂ」は、静電気力（クーロン力）によって発生させることが一般的であり、この静電気力を調整することにより、振動素子ＳＥ１の励振振動の振幅「Ａｂ」を調整することができる。
　そして、外力「Ｆａ」と外力「Ｆｂ」とは別個に調整できることから、振動素子ＳＥ１の励振振動の振幅「Ａａ」と振動素子ＳＥ２の励振振動の振幅「Ａｂ」も別個に調整することができる。例えば、本実施の形態１における角速度センサによれば、励振素子ＤＥ１と励振素子ＤＥ４を、同一の第１振幅で励振振動させ、かつ、励振素子ＤＥ２と励振素子ＤＥ３を、同一の第２振幅で励振振動させ、第１振幅と第２振幅が異なるようにすることも可能である。
　ここで、角速度の検出感度は、励振振動の振幅に比例することから、振動素子ＳＥ１の励振振動の振幅「Ａａ」と振動素子ＳＥ２の励振振動の振幅「Ａｂ」を別個に調整することができるということは、感度を別個に調整できることを意味する。したがって、本実施の形態１によれば、ｚ方向回りの角速度の検出感度と、ｙ方向回りの角速度の検出感度とを、別々に調整できることになる。この結果、例えば、ｚ方向回りの角速度の検出感度と、ｙ方向回りの角速度の検出感度とを、それぞれの用途に合わせて最適化することができる。すなわち、本実施の形態１における角速度センサによれば、ｚ方向回りの角速度の検出感度と、ｙ方向回りの角速度の検出感度との設定自由度が大きく、本実施の形態１における角速度センサを様々な感度が要求される色々なシステムに容易に組み込むことができる。
　＜基本思想を具現化した角速度センサの構成＞
　次に、本実施の形態１における基本思想を具現化した角速度センサの構成例について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態１における角速度センサを構成するセンサエレメントＳＥの模式的な構成を示す平面図である。図６に示すように、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥは、ｘ方向に沿って並ぶように配置された振動素子ＳＥ１～ＳＥ４を有している。そして、図６に示すように、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２は、連結梁ＬＢ１で接続され、かつ、振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３は、連結梁ＬＢ２ａと連結梁ＬＢ２ｂで接続されている。また、振動素子ＳＥ３と振動素子ＳＥ４は、連結梁ＬＢ３で接続されている。
　例えば、図６に示すように、連結梁ＬＢ１や連結梁ＬＢ２ａや連結梁ＬＢ２ｂや連結梁ＬＢ３は、ｙ方向に硬く、かつ、ｘ方向に軟らかい構成をしていることから、ｙ方向に動きにくく、ｘ方向に動きやすい構成となっている。これにより、連結梁ＬＢ１～ＬＢ３によって接続された振動素子ＳＥ１～ＳＥ４は、ｘ方向に励振振動することが可能となる。
　ここで、図６に示すセンサエレメントＳＥは、対称性を有している。具体的に、ｘ方向に並んで配置されている振動素子ＳＥ１～ＳＥ４の全体に対するｘ方向の中心位置を通る直線であって、ｙ方向に延在する直線を第１中心線ＣＬ１とする場合、振動素子ＳＥ１の構造と振動素子ＳＥ４の構造は、第１中心線ＣＬ１に対して、鏡像対称性を有する。同様に、振動素子ＳＥ２の構造と振動素子ＳＥ３の構造は、第１中心線ＣＬ１に対して、鏡像対称性を有する。これにより、鏡像対称性を有する振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ４とによって音叉構造が構成され、かつ、鏡像対称性を有する振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３とによって音叉構造が構成される。この結果、図４に示す「１」の振動モードと「２」の振動モードが実現されることになる。
　続いて、振動素子ＳＥ１に着目すると、振動素子ＳＥ１は、励振素子ＤＥ１とコリオリ素子ＣＥ１とを含み、コリオリ素子ＣＥ１は、励振素子ＤＥ１に内包されるように配置されている。このとき、励振素子ＤＥ１は、ｘ方向に励振振動可能なように構成される一方、コリオリ素子ＣＥ１は、ｚ方向回りの角速度が印加された場合、コリオリ力によって、ｙ方向に変位するように構成されている。また、励振素子ＤＥ１には、駆動部ＤＵ１とモニタ部ＭＵ１とが設けられている。駆動部ＤＵ１は、励振素子ＤＥ１を励振振動させるためのクーロン力を発生させる機能を有し、例えば、図６に示すように、櫛歯状電極構造から構成される。また、モニタ部ＭＵ１は、励振素子ＤＥ１の励振振動の振幅をモニタする機能を有し、例えば、図６に示すように、励振振動の振幅を静電容量の変化として捉える櫛歯状電極から構成されている。
　同様に、振動素子ＳＥ２に着目すると、振動素子ＳＥ２は、励振素子ＤＥ２とコリオリ素子ＣＥ２とを含み、コリオリ素子ＣＥ２は、励振素子ＤＥ２に内包されるように配置されている。このとき、励振素子ＤＥ２は、ｘ方向に励振振動可能なように構成される一方、コリオリ素子ＣＥ２は、ｙ方向回りの角速度が印加された場合、コリオリ力によって、ｚ方向に変位するように構成されている。また、励振素子ＤＥ２には、駆動部ＤＵ２とモニタ部ＭＵ２とが設けられている。駆動部ＤＵ２は、励振素子ＤＥ２を励振振動させるためのクーロン力を発生させる機能を有し、例えば、図６に示すように、櫛歯状電極構造から構成される。また、モニタ部ＭＵ２は、励振素子ＤＥ２の励振振動の振幅をモニタする機能を有し、例えば、図６に示すように、励振振動の振幅を静電容量の変化として捉える櫛歯状電極から構成されている。
　また、振動素子ＳＥ３は、振動素子ＳＥ２と鏡像対称の関係にあり、励振素子ＤＥ３とコリオリ素子ＣＥ３とを含むとともに、励振素子ＤＥ３には、駆動部ＤＵ３とモニタ部ＭＵ３とが設けられている。
　さらに、振動素子ＳＥ４は、振動素子ＳＥ１と鏡像対称の関係にあり、励振素子ＤＥ４とコリオリ素子ＣＥ４とを含むとともに、励振素子ＤＥ４には、駆動部ＤＵ４とモニタ部ＭＵ４とが設けられている。
　＜角速度センサの動作＞
　本実施の形態１における角速度センサは、上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。なお、ここでは、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２に着目して、本実施の形態１における角速度センサの動作について説明する。
　図７は、本実施の形態１における角速度センサの動作を説明する図である。図７において、駆動部ＤＵ１は、励振素子ＤＥ１をｘ方向に振動させる駆動手段を構成する。そして、駆動部ＤＵ１を構成する一方の第１駆動電極には、図２に示す半導体チップＣＨＰ１内に形成されている信号処理回路から駆動信号として、Ｖｃｏｍ＋Ｖｂ＋Ｖｄが印加される。一方、駆動部ＤＵ１を構成する第２駆動電極には、図２に示す半導体チップＣＨＰ１内に形成されている信号処理回路から駆動信号として、Ｖｃｏｍ＋Ｖｂ－Ｖｄが印加される。
　また、励振素子ＤＥ１には、支持梁を介して接続されている固定部を介して、図２に示す半導体チップＣＨＰ１内に形成されている信号処理回路からＶｃｏｍが印加される。したがって、第１駆動電極と励振素子ＤＥ１との間の電位差は、Ｖｂ＋Ｖｄとなり、第２駆動電極と励振素子ＤＥ１との間の電位差は、Ｖｂ－Ｖｄとなる。この結果、駆動部ＤＵ１には、上述した電位差に起因する静電力が発生し、励振素子ＤＥ１がｘ方向に励振振動（駆動振動）することになる。
　なお、励振素子ＤＥ１には、信号処理回路からキャリア信号Ｖｃも印加されているが、キャリア信号Ｖｃの周波数は、数百ｋＨｚであり、上述した駆動振動が追従できないほど充分に高いため、駆動力としては機能しない。
　ここで、下記に示す数式１２は、励振素子ＤＥ１の駆動変位（ｘ）と駆動力（Ｆｄ）の関係を示す式であり、数式１３は、コリオリ力（Ｆｃｙ）を示す式である。また、数式１４は、検出方向（ｙ方向）の振幅とコリオリ力（Ｆｃｙ）の関係を示す式である。なお、ここでは、便宜上、ｚ方向回りの角速度（Ωｚ）によって、コリオリ素子ＣＥ１がｙ方向へ変位する場合を例にした添字を使用して説明するが、ｙ方向回りの角速度（Ωｙ）によって、コリオリ素子ＣＥ２がｚ方向へ変位する場合においても同じ原理を適用できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　このとき、ｘは駆動変位、ωｄ／２πは駆動周波数、ωＲは励振方向の固有振動数（共振周波数）、Ｑｄは励振方向の機械品質係数、ｋｄは支持梁のバネ定数、Ｆｄは駆動力を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　このとき、ＦｃｙはΩｚによって発生するｙ方向のコリオリ力、ｍｙはコリオリ素子ＣＥ１の質量、Ωｚはｚ方向回りに印加される角速度、Ｘは励振方向の最大振幅、ωｄ／２πは駆動周波数、ｔは時間を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　このとき、ｙは検出変位、Ｑｓｙはコリオリ素子ＣＥ１と検出梁で構成される検出振動系の機械品質係数、ｋｓは検出梁のバネ定数を示している。なお、検出梁とは、励振素子ＤＥ１とコリオリ素子ＣＥ１とを接続する梁のことである。
　上述した数式１２からは、励振素子ＤＥ１と支持梁で構成される振動系において駆動力Ｆｄが一定である場合、駆動変位ｘは、駆動周波数ωｄ（２πで割れば周波数となるため、駆動角振動数と駆動周波数を混用する）に依存することがわかる。そして、数式１２から、振動系の固有振動数（共振周波数）ωＲと駆動周波数ωｄが一致する場合、最も大きい駆動変位ｘが得られることになり、駆動周波数ωｄが固有振動数ωＲから離れるほど駆動変位ｘが小さくなることがわかる。
　また、数式１３と数式１４に示すコリオリ力Ｆｃｙと検出変位ｙの関係式からは、印加される角速度Ωｚによって得られるコリオリ力Ｆｃｙと検出変位ｙは、励振方向の最大振幅Ｘ（駆動変位ｘ）と比例関係にあることがわかる。
　ここで、数式１３において、コリオリ素子ＣＥ１の質量ｍｙと、駆動周波数ωｄ、印加される角速度Ωｚを一定であると仮定すると、角速度センサの出力として変換されるコリオリ力Ｆｃｙと検出変位ｙは、励振方向の最大振幅Ｘ（駆動変位ｘ）のみの関数となる。
　したがって、周辺圧力の変動や振動外乱がある場合でも、角速度センサの感度を一定に維持して信頼性を確保するためには、励振方向の最大振幅Ｘを常にモニタし、フィードバック制御を行なうことにより、励振方向の最大振幅Ｘが一定値になるよう管理する必要がある。このフィードバック制御は、ＡＧＣ（Auto Gain Control）によって実施される。
　以下に、上述したＡＧＣによるフィードバック制御について説明する。本実施の形態１において、図７に示すように、励振素子ＤＥ１の励振振動の振幅は、モニタ部ＭＵ１を構成する一方の櫛歯状電極（第１容量素子）の静電容量の変化を検出することでモニタされている。同様に、励振素子ＤＥ１の励振振動の振幅は、モニタ部ＭＵ１を構成する他方の櫛歯状電極（第２容量素子）の静電容量の変化を検出することでモニタされている。
　具体的には、励振素子ＤＥ１に、周波数が数百ｋＨｚのキャリア信号Ｖｃを印加する。この場合、キャリア信号Ｖｃによって、モニタ部ＭＵ１を構成する第１容量素子の静電容量や第２容量素子の静電容量に変化が生じ、この静電容量の変化に応じて電荷の移動が発生する。この静電容量の変化は、図７に示すＣ／Ｖ変換部１０でアナログ電圧信号に変換された後、ＡＤ変換部１１でデジタル電圧信号に変換される。そして、第１容量素子からＣ／Ｖ変換部１０およびＡＤ変換部１１を経て生成された第１デジタル電圧信号と、第２容量素子からＣ／Ｖ変換部１０およびＡＤ変換部１１を経て生成された第２デジタル電圧信号とが、差動検出部１２で演算される。このとき、駆動振幅が０の場合は、第１容量素子と第２容量素子の初期の静電容量が互いに相殺されるため、同期検波部１３への入力電圧は０となる。
　一方、励振素子ＤＥ１が励振振動している場合は、励振素子ＤＥ１の励振振動の振幅に追従して第１容量素子の静電容量が増加し、第２容量素子の静電容量が減少する。あるいは、励振素子ＤＥ１の励振振動の振幅に追従して第１容量素子の静電容量が減少し、第２容量素子の静電容量が増加する。このことから、差動検出部１２からは、励振振動の振幅に比例したデジタル信号が出力される。
　差動検出部１２から出力されたデジタル信号は、同期検波部１３で駆動周波数の成分（例えば、数十ｋＨｚ）と、必要に応じてＤＣを含む低周波数の成分（例えば、ＤＣから数百Ｈｚ）に変換される。低周波数のデジタル信号に変換された励振振動の振幅は、ＡＧＣ（Auto Gain Control）１５に入力され、予め設定されている振幅の目標値と比較される。そして、この比較結果に基づいて、ＤＡ変換部１６で駆動信号Ｖｄの大きさを調整することにより、励振振動の振幅が予め設定されている目標値になるようにフィードバック制御されることになる。以上のようにして、本実施の形態１における角速度センサでは、励振素子ＤＥ１を一定振幅でｘ方向に励振振動させることができる。
　なお、限定するわけではないが、本実施の形態１における角速度センサでは、小さい駆動電圧で大きなｘ方向の振幅を得るために駆動信号Ｖｄの周波数（駆動周波数）を、励振素子ＤＥ１と支持梁によって構成される駆動振動系の固有振動数（共振周波数）に合わせている。また、本実施の形態１では、周辺環境の変動に起因する駆動振動系の固有振動数（共振周波数）の変化に駆動振動数を追従させるため、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）によるＡＦＣ（Auto Frequency Control）１４およびＤＡ変換部１６を用いてフィードバック制御を行なっている。ただし、本実施の形態１における技術的思想は、駆動周波数ωｄと駆動振動系の固有振動数ωＲを一致させない非共振モードでの駆動においても適用できることは言うまでもない。
　続いて、励振素子ＤＥ１をｘ方向に励振振動させた状態で、ｚ方向回りに角速度が印加された場合の角速度の検出動作について説明する。
　まず、励振素子ＤＥ１が励振振動している状態で、ｚ方向回りに角速度Ωｚが印加されると、励振素子ＤＥ１には、数式１３で示されるコリオリ力Ｆｃｙが発生し、印加された角速度Ωｚに比例するｙ方向の振動が発生する。
　ここで、励振素子ＤＥ１は、ｘ方向には柔軟で、ｙ方向には硬い支持梁で支持されているため、上述したコリオリ力Ｆｃｙが発生しても、励振素子ＤＥ１は、ｙ方向にほとんど変位しない。同様に、コリオリ素子ＣＥ２も、ｙ方向にはほとんど変位しない。一方、コリオリ素子ＣＥ１は、ｘ方向には硬く、ｙ方向には柔軟な検出梁を介して励振素子ＤＥ１に接続されているため、数式１４に示すような関係で、コリオリ力Ｆｃｙに基づきｙ方向に変位する。
　図７に示すように、コリオリ素子ＣＥ１がｙ方向に変位すると、コリオリ素子ＣＥ１と接続されるように設けられた容量素子の静電容量が変化する。この容量素子の静電容量の変化は、Ｃ／Ｖ変換部２０Ａでアナログ電圧信号に変換された後、ＡＤ変換部２１Ａでデジタル電圧信号に変換される。その後、差動検出部２２Ａで演算された後、同期検波部２３Ａで復調信号が抽出される。
　そして、同期検波部２３Ａで復調された復調信号は、ＬＰＦ（低周波数帯域通過フィルタ）２４Ａを通過することにより、最終的に、角速度Ωｚに対応した角速度信号が出力端子ＯＵＴ１から出力されることになる。以上のようにして、本実施の形態１における角速度センサによれば、ｚ方向回りの角速度Ωｚを検出することができる。実際には、本実施の形態１における角速度センサでは、振動素子ＳＥ１だけでなく、振動素子ＳＥ１とは逆相振動している振動素子ＳＥ４においても、同様の動作が実施される。そして、音叉構造をした振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ４とのそれぞれの出力信号の差分が角速度Ωｚに対応した角速度信号として、本実施の形態１における角速度センサから出力される。
　次に、振動素子ＳＥ２に含まれる励振素子ＤＥ２も、励振素子ＤＥ１と同様にして、ｘ方向に励振振動させることができる。以下では、励振素子ＤＥ２をｘ方向に励振振動させた状態で、ｙ方向回りに角速度が印加された場合の角速度の検出動作について説明する。
　まず、励振素子ＤＥ２が励振振動している状態で、ｙ方向回りに角速度Ωｙが印加されると、励振素子ＤＥ２には、数式１３と同等の式で示されるコリオリ力Ｆｃｚが発生し、印加された角速度Ωｙに比例するｚ方向の振動が発生する。
　ここで、励振素子ＤＥ２およびコリオリ素子ＣＥ１は、上述したコリオリ力Ｆｃｚが発生しても、ｚ方向にほとんど変位しない。一方、コリオリ素子ＣＥ２は、ｚ方向にねじれる検出梁を介して励振素子ＤＥ２に接続されているため、コリオリ力Ｆｃｚに基づきｚ方向に変位する。
　図７に示すように、コリオリ素子ＣＥ２がｚ方向に変位すると、コリオリ素子ＣＥ２の外部に設けられた容量素子の静電容量が変化する。この容量素子の静電容量の変化は、Ｃ／Ｖ変換部２０Ｂでアナログ電圧信号に変換された後、ＡＤ変換部２１Ｂでデジタル電圧信号に変換される。その後、差動検出部２２Ｂで演算された後、同期検波部２３Ｂで復調信号が抽出される。
　そして、同期検波部２３Ｂで復調された復調信号は、ＬＰＦ（低周波数帯域通過フィルタ）２４Ｂを通過することにより、最終的に、角速度Ωｙに対応した角速度信号が出力端子ＯＵＴ２から出力されることになる。以上のようにして、本実施の形態１における角速度センサによれば、ｙ方向回りの角速度Ωｙを検出することができる。実際には、本実施の形態１における角速度センサでは、振動素子ＳＥ２だけでなく、振動素子ＳＥ２とは逆相振動している振動素子ＳＥ３においても、同様の動作が実施される。そして、音叉構造をした振動素子ＳＥ２と振動素子ＳＥ３とのそれぞれの出力信号の差分が角速度Ωｙに対応した角速度信号として、本実施の形態１における角速度センサから出力される。以上のことから、本実施の形態１における角速度センサは、異なる軸回りの角速度を検出できる多軸の角速度センサを構成していることがわかる。
　図８は、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４を同一の制御回路（図７参照）でｘ方向に励振振動させる結線例を示す図である。図８における結線例では、図４に示す「２」の振動モードが実現される。一方、図９は、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４を同一の制御回路（図７参照）でｘ方向に励振振動させる他の結線例を示す図である。図９における他の結線例では、図４に示す「１」の振動モードが実現される。このように、本実施の形態１における角速度センサによれば、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４が同一の共振周波数を有しているという第３特徴点により、例えば、図８や図９に示す結線構成によって、同一の制御回路（図７参照）を使用したＡＦＣ１４およびＡＧＣ１５によるフィードバック制御に基づいて、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４をｘ方向に励振振動させることができる。この結果、本実施の形態１によれば、多軸の角速度センサでありながら、制御回路の構成を簡素化することができ、これによって、コストの削減および消費電力の低減を図ることができる。
　なお、図８および図９において、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４の励振振動の振幅を同一に制御する場合には、数式１１に示すように、振幅がクーロン力に比例することから、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４のそれぞれの駆動部を構成する櫛歯状電極の数を同一にすることで実現することができる。この場合は、振動素子ＳＥ１および振動素子ＳＥ４によるｚ方向回りの角速度の検出感度と、振動素子ＳＥ２および振動素子ＳＥ３によるｙ方向回りの角速度の検出感度を等しくすることができる。
　一方、図８および図９において、振動素子ＳＥ１および振動素子ＳＥ４によるｚ方向回りの角速度の検出感度を、振動素子ＳＥ２および振動素子ＳＥ３によるｙ方向回りの角速度の検出感度よりも高くする必要がある場合もある。この場合、駆動部におけるクーロン力を大きくして振幅を大きくすれば感度が高くなることを考慮して、例えば、振動素子ＳＥ１および振動素子ＳＥ４の駆動部を構成する櫛歯状電極の数を、振動素子ＳＥ２および振動素子ＳＥ３の駆動部を構成する櫛歯状電極の数よりも多くすることで、ｚ方向回りの角速度の検出感度を、ｙ方向回りの角速度の検出感度よりも高くすることができる。
　同様に、図８および図９において、振動素子ＳＥ１および振動素子ＳＥ４によるｚ方向回りの角速度の検出感度よりも、振動素子ＳＥ２および振動素子ＳＥ３によるｙ方向回りの角速度の検出感度を高くする必要がある場合もある。この場合は、例えば、振動素子ＳＥ１および振動素子ＳＥ４の駆動部を構成する櫛歯状電極の数を、振動素子ＳＥ２および振動素子ＳＥ３の駆動部を構成する櫛歯状電極の数よりも少なくすることで、ｙ方向回りの角速度の検出感度を、ｚ方向回りの角速度の検出感度よりも高くすることができる。
　＜基本思想を具現化した角速度センサの構造に特有の効果＞
　本実施の形態１における角速度センサは、本実施の形態１における基本思想を具現化した構造を有していることから、基本思想によってもたらされる第１特徴点～第４特徴点を有している。したがって、本実施の形態１における角速度センサは、第１特徴点～第４特徴点を有する基本思想と同様の効果を得ることができる。
　さらに、本実施の形態１における基本思想を具現化した角速度センサの構造には、第１特徴点～第４特徴点以外の工夫点が施されており、この工夫点によって、本実施の形態１における角速度センサの構造に特有の効果を得ることができる。以下に、この効果について説明する。
　角速度センサにおいて、コリオリ力に基づく変位成分（振動成分）の強度は、現実的に考えると、角速度に由来したコリオリ力の強度にのみ依存するわけではない。例えば、温度変動や、角速度センサを構成する材料間の熱膨張係数の差に起因する支持基板の変形は、支持基板に固定されている固定部を移動させる。この結果、固定部の移動によって、固定部と接続されている支持梁に内部応力が発生する。支持梁の内部応力は、支持梁のバネ定数を変動させるため、バネ定数と慣性質量で決定される振動素子に固有の共振周波数も変動する。コリオリ力に基づく変位成分の強度は、振動素子の共振周波数に強く依存するため、結局、コリオリ力に基づく変位成分の強度は、支持基板の変形に強く依存することになる。言い換えれば、コリオリ力に基づく変位成分には、温度変動に起因するノイズ成分が重畳することになる。
　この点に関し、本実施の形態１における角速度センサでは、例えば、図６に示すように、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４のそれぞれに励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のそれぞれを設けている。この場合、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のそれぞれのサイズは、例えば、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４にわたって一体的に１個の励振素子を設ける場合の一体化した励振素子のサイズよりも小さくなる。このことは、本実施の形態１における角速度センサによれば、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のそれぞれと接続される支持梁の間隔が狭くなることを意味している。つまり、例えば、励振素子ＤＥ１に着目すると、励振素子ＤＥ１のサイズが小さくなるということは、励振素子ＤＥ１を懸架する支持梁間の間隔が小さくなることに対応する。そして、励振素子ＤＥ１を懸架する支持梁間の間隔が小さくなるということは、支持梁が支持基板の変形を受けにくくなることを意味する。したがって、本実施の形態１における角速度センサでは、例えば、温度変動によって、支持基板の変形が生じても、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のそれぞれを懸架する支持梁の内部応力の変動が生じにくく、これによって、支持梁の内部応力の変動に起因した振動素子の共振周波数の変動を抑制することができる。この結果、本実施の形態１における角速度センサによれば、コリオリ力に基づく変位成分に、温度変動に起因するノイズ成分が加わることを抑制できるため、外部環境の変動に影響を受けにくい角速度センサを提供することができる。すなわち、本実施の形態１における角速度センサでは、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４ごとに分割した励振素子ＤＥ１～ＤＥ４を設けて、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のサイズを小さくするという構造上の工夫点により、外部環境の変動に起因する支持基板の変形の影響を受けにくい角速度センサを提供できる。
　このように、本実施の形態１では、例えば、図６に示すように、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４ごとに分割した励振素子ＤＥ１～ＤＥ４を設ける工夫点を有している。そして、さらに、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のそれぞれのサイズの縮小化は、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のそれぞれには、コリオリ素子ＣＥ1～ＣＥ４のそれぞれだけを配置するという工夫点、および、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４のそれぞれに設けられる駆動部ＤＵ１～ＤＵ４やモニタ部ＭＵ１～ＭＵ４を励振素子ＤＥ１～ＤＥ４の外側に設けるという工夫点によって推進される。
　以上のことから、本実施の形態１における角速度センサでは、基本思想による第１特徴点～第４特徴点以外に、外部環境の変動に起因する支持基板の変形の影響を受けにくくする観点からの工夫が施されており、本実施の形態１における角速度センサによれば、様々な観点からの性能向上を実現することができる。
　（実施の形態２）
　＜実施の形態２における基本思想＞
　例えば、数式１に示すように、励振素子ＤＥ１～ＤＥ４の励振振動は、駆動周波数「ωｄ」での振動であるが、この駆動周波数「ωｄ」を数式６で表される共振周波数「ωＲ」と一致させると、最も励振効率が高くなる。したがって、駆動周波数「ωｄ」を共振周波数「ωＲ」に一致させ、かつ、図４の「２」に示す振動モードで励振振動させることを考えると、駆動周波数「ωｄ」は、数式１５で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　ここで、本実施の形態２では、共振周波数「ωＲ」に一致させた駆動周波数「ωｄ」を簡略化することを考える。すなわち、駆動周波数「ωｄ」は、数式１５で表されるが、この数式１５において、「ωａ」＝「ωｂ」となる場合、数式１５は簡略化される。ここで、「ωａ」＝「ωｂ」とすることは、対称性を高めることを意味する。つまり、本実施の形態２の基本思想は、前記実施の形態１に比べて、さらに対称性を高めることにより、共振周波数「ωＲ」に一致させた駆動周波数「ωｄ」を簡略化する思想である。これにより、本実施の形態２の基本思想を採用することにより、共振周波数「ωＲ」に一致させた駆動周波数「ωｄ」の設定を容易にすることができる。
　具体的に、「ωａ」＝「ωｂ」を実現するためには、例えば、数式１６に示す関係が成立していればよい。この数式１６に示す関係が成立している場合、駆動周波数「ωｄ」となる共振周波数「ωＲ」は、数式１７で表されるため、共振周波数「ωＲ」が簡略化されていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　なお、本実施の形態２では、駆動周波数「ωｄ」を共振周波数「ωＲ」に一致させ、かつ、図４の「２」に示す振動モードで励振振動させる場合を例に挙げて説明したが、例えば、駆動周波数「ωｄ」を共振周波数「ωＲ」に一致させ、かつ、図４の「１」に示す振動モードで励振振動させる場合にも、本実施の形態２における基本思想を適用することができる。具体的には、この場合も、「ωａ」＝「ωｂ」を実現することにより、駆動周波数「ωｄ」となる共振周波数「ωＲ」は、数式１８で表されることになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 　＜基本思想を具現化した角速度センサの構成＞
　以下では、上述した本実施の形態２における基本思想を具現化した角速度センサの構成について説明する。図１０は、本実施の形態２における角速度センサの構成を示す平面図である。図１０において、本実施の形態２における特徴点は、支持基板に固定された枠部ＦＵと励振素子ＤＥ１とを接続する周波数調整用梁ＡＤＢ１を設け、かつ、枠部ＦＵと励振素子ＤＥ４とを接続する周波数調整用梁ＡＤＢ２を設ける点にある。
　この周波数調整用梁ＡＤＢ１は、振動素子ＳＥ１と振動素子ＳＥ２との間の対称性を高める機能を有し、周波数調整用梁ＡＤＢ２は、振動素子ＳＥ３と振動素子ＳＥ４との間の対称性を高める機能を有する。そして、周波数調整用梁ＡＤＢ１のバネ定数と、周波数調整用梁ＡＤＢ２のバネ定数を互いに同一に設定し、かつ、周波数調整用梁ＡＤＢ１のバネ定数と周波数調整用梁ＡＤＢ２のバネ定数とを、連結梁ＬＢ１のバネ定数（＝連結梁ＬＢ３のバネ定数）の２倍に設定し、かつ、数式１６を満たすように「ｋａａ」と「ｋｂｂ」を設定することにより、「ωａ」＝「ωｂ」が実現される。
　このように、本実施の形態２における角速度センサでは、周波数調整用梁ＡＤＢ１と周波数調整用梁ＡＤＢ２を設けることにより、角速度センサの対称性が高められ、これによって、本実施の形態２における基本思想が具現化される。そして、本実施の形態２によれば、周波数調整用梁ＡＤＢ１と周波数調整用梁ＡＤＢ２を設ける結果、共振周波数「ωＲ」を数式１７や数式１８に示すように簡略化することができるため、共振周波数「ωＲ」に一致させた駆動周波数「ωｄ」の設定を容易にすることができる。
　（実施の形態３）
　前記実施の形態１における角速度センサでは、基本思想による第１特徴点～第４特徴点以外に、外部環境の変動に起因する支持基板の変形の影響を受けにくくする観点からの工夫点についても説明したが、本実施の形態３では、支持基板の変形の影響を受けにくくする観点からのさらなる工夫点について説明する。
　＜振動素子ＳＥ１の構成＞
　図１１は、本実施の形態３における振動素子ＳＥ１の構成を示す平面図である。図１１において、振動素子ＳＥ１は、励振素子ＤＥ１を含み、この励振素子ＤＥ１は質量部ＭＳを有している。具体的に、図１１に示すように、この質量部ＭＳは、ｘ方向に延在する第１部位Ｐ１と、第１部位Ｐ１と離間しながらｘ方向に延在する第２部位Ｐ２と、第１部位Ｐ１と第２部位Ｐ２とを連結するようにｙ方向に延在する第３部位Ｐ３と、第３部位Ｐ３と接続され、かつ、ｘ方向に突出する第４部位Ｐ４とから構成されている。そして、第４部位Ｐ４は、ｙ方向の中心位置を通る第２中心線ＣＬ２であって、ｘ方向に延在する第２中心線ＣＬ２上に配置されている。
　なお、ここで、図６および図１１を用いて、振動素子ＳＥ１～ＳＥ４の間の連結関係の詳細について説明する。図６および図１１からわかるように、連結梁ＬＢ１は、励振素子ＤＥ１の第４部位Ｐ４と、励振素子ＤＥ２の第４部位Ｐ４との間に接続され、かつ、連結梁ＬＢ３は、励振素子ＤＥ３の第４部位Ｐ４と、励振素子ＤＥ４の第４部位Ｐ４との間に接続される。また、連結梁ＬＢ２は、励振素子ＤＥ２の第１部位Ｐ１と励振素子ＤＥ３の第１部位Ｐ１との間に接続される部分連結梁ＬＢ２ａと、励振素子ＤＥ２の第２部位Ｐ２と励振素子ＤＥ３の第２部位Ｐ２との間に接続される部分連結梁ＬＢ２ｂとから構成されている。
　続いて、概念的に説明すると、第１部位Ｐ１は、第１支持梁を介して、支持基板に固定された第１固定部と接続され、かつ、第２部位Ｐ２は、第２支持梁を介して、支持基板に固定された第２固定部と接続され、かつ、第４部位Ｐ４は、第３支持梁を介して、支持基板に固定された第３固定部と接続される。
　具体的には、図１１に示すように、第１固定部は、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）とを含み、かつ、第２固定部は、第２外側固定部（ＯＦＵ２Ａ、ＯＦＵ２Ｂ）と第２内側固定部（ＩＦＵ２Ａ、ＩＦＵ２Ｂ）とを含み、かつ、第３固定部は、第３外側固定部（ＯＦＵ３Ａ、ＯＦＵ３Ｂ）と第３内側固定部（ＩＦＵ３Ａ、ＩＦＵ３Ｂ）とを含む。
　また、第１支持梁は、第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａと第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂとを含み、第２支持梁は、第２外側支持梁ＳＢＭ２Ａと第２内側支持梁ＳＢＭ２Ｂとを含み、第３支持梁は、第３外側支持梁ＳＢＭ３Ａと第３内側支持梁ＳＢＭ３Ｂとを含む。
　このとき、第１部位Ｐ１は、第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａを介して第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と接続され、かつ、第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂを介して第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）と接続されている。
　また、第２部位Ｐ２は、第２外側支持梁ＳＢＭ２Ａを介して第２外側固定部（ＯＦＵ２Ａ、ＯＦＵ２Ｂ）と接続され、かつ、第２内側支持梁ＳＢＭ２Ｂを介して第２内側固定部（ＩＦＵ２Ａ、ＩＦＵ２Ｂ）と接続されている。
　さらに、第４部位Ｐ４は、第３外側支持梁ＳＢＭ３Ａを介して第３外側固定部（ＯＦＵ３Ａ、ＯＦＵ３Ｂ）と接続され、かつ、第３内側支持梁ＳＢＭ３Ｂを介して第３内側固定部（ＩＦＵ３Ａ、ＩＦＵ３Ｂ）と接続されている。
　このことから、励振素子ＤＥ１は、図１１に示すように、第１部位Ｐ１の端部と、第２部位Ｐ２の端部と、第４部位Ｐ４の端部との３箇所で支持梁を介して固定部に接続されている。この３箇所での接続構造により、本実施の形態３における励振素子ＤＥ１は、励振方向であるｘ方向以外の方向に動きにくくなる。このため、本実施の形態３における励振素子ＤＥ１には、ｙ方向の振動ノイズやｚ方向の振動ノイズが加わりにくい。すなわち、本実施の形態３における角速度センサは、励振振動に他方向の振動ノイズが加わりにくく、励振振動の安定性を確保することができる。したがって、本実施の形態３における角速度センサによれば、互いに異なる軸回りの角速度を検出可能としながら、それぞれの角速度の検出精度を向上することができる。
　ここで、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）は、第１部位Ｐ１に対して、互いに反対側に配置され、かつ、第２中心線ＣＬ２に対して、同じ側に配置されている。
　同様に、第２外側固定部（ＯＦＵ２Ａ、ＯＦＵ２Ｂ）と第２内側固定部（ＩＦＵ２Ａ、ＩＦＵ２Ｂ）は、第２部位Ｐ２に対して、互いに反対側に配置され、かつ、第２中心線ＣＬ２に対して、同じ側に配置されている。
　一方、第３外側固定部（ＯＦＵ３Ａ、ＯＦＵ３Ｂ）と第３内側固定部（ＩＦＵ３Ａ、ＩＦＵ３Ｂ）は、第４部位Ｐ４に対して、互いに反対側に配置され、かつ、第２中心線ＣＬ２に対しても、互いに反対側に配置されている。
　＜実施の形態３における検討事項＞
　本実施の形態３における角速度センサは、例えば、図２に示すように、チップ搭載部ＴＡＢ、半導体チップＣＨＰ１、接着材ＡＤＨ１、ＡＤＨ２、センサエレメントＳＥなどの異種材料が積層される構造となっている。また、センサエレメントＳＥおよび半導体チップＣＨＰ１を含む上述した構成要素は、樹脂ＭＲで封止されている。すなわち、本実施の形態３における角速度センサは、線膨張係数の異なる複数材料の積層構造として構成される。このような積層構造を有する角速度センサが、例えば、車のエンジンルームなどの温度変化の激しい場所で使用される場合には、それぞれの構成材料の線膨張係数の差によって、センサエレメントＳＥが変形する。
　材料力学の理論によれば、温度変化と線膨張係数の差によって、センサエレメントＳＥは、均一な曲率を持つように変形する。このため、支持梁に接続されている固定部は、センサエレメントＳＥの中心から放射状に離れる方向、もしくは、近づく方向に移動する。この結果、支持梁には内部応力が発生して、支持梁のバネ定数が変化する。これにより、励振方向の共振周波数（固有振動数）ωＲが変動することになる。
　前記実施の形態１で説明したように、低い駆動電圧で大きな駆動変位（ｘ）を得るため、前記実施の形態１では、例えば、図７に示すように、ＰＬＬによるＡＦＣ１４およびＤＡ変換部１６を用いることにより、フィードバック制御を行なっている。これにより、前記実施の形態１によれば、駆動周波数ωｄを励振方向の共振周波数ωＲに合わせている。したがって、励振方向の共振周波数ωＲが変化すれば、駆動周波数ωｄも変化することになる。この結果、数式１３に定義されるコリオリ力Ｆｃｙも変動し、これによって、角速度センサの感度が変化することになる。さらに、励振方向の共振周波数ωＲの変動幅が大きい場合には、ＡＦＣ１４によるフィードバック制御が追従できず、角速度センサの機能が停止する場合もある。
　そこで、本実施の形態３では、例えば、励振素子ＤＥ１の形状を工夫している。すなわち、本実施の形態３による工夫点により、内部応力の軽減および相殺を図ることができる。この結果、本実施の形態３によれば、周辺環境温度の変化や封止樹脂に起因する基板歪（支持基板の変形）が発生する場合でも、励振方向の固有振動数ωＲの変動を少なくすることにより、安定性が高く、かつ、高信頼性を有する角速度センサを提供することができる。
　＜実施の形態３における第１工夫点＞
　以下に、本実施の形態３における第１工夫点について説明する。本実施の形態３における第１工夫点は、励振素子ＤＥ１の形状にある。例えば、図１１に示すように、本実施の形態３における励振素子ＤＥ１は、励振方向であるｘ方向に延在する２つの長い第１部位Ｐ１と第２部位Ｐ２とを有し、かつ、第１部位Ｐ１と第２部位Ｐ２とを接続するようにｙ方向に延在する第３部位Ｐ３と、この第３部位Ｐ３と接続された第４部位Ｐ４を有する。
　このように、励振素子ＤＥ１を上述した第１部位Ｐ１～第４部位Ｐ４から構成することにより、例えば、周辺の環境温度や実装に起因する基板歪が発生して、固定部が変位した場合であっても、基板歪に起因するこの変位の一部は、ｘ方向に長い第１部位Ｐ１および第２部位Ｐ２の変形として吸収される。つまり、本実施の形態３における第１工夫点は、励振素子ＤＥ１をｘ方向に長い第１部位Ｐ１と第２部位Ｐ２を有するように構成する点にある。これにより、基板歪が発生した場合でも、励振素子ＤＥ１自体が変形しやすくなり、励振素子ＤＥ１自体で基板歪の一部を吸収しやすくできるのである。さらに、本実施の形態３における励振素子ＤＥ１の形状が閉ループ形状でないことからも、励振素子ＤＥ１自体が変形しやすくなり、この点からも、励振素子ＤＥ１自体で基板歪の一部を吸収しやすくできることになる。このことから、本実施の形態３における第１工夫点によれば、例えば、支持梁に発生する内部応力を軽減することができるため、支持梁のバネ定数の変動を抑制することができ、これによって、励振方向の共振周波数ωＲの変動も抑制することができるのである。
　＜実施の形態３における第２工夫点＞
　ただし、励振素子ＤＥ１の変形ですべての基板歪を吸収することは困難であるため、励振素子ＤＥ１の変形で吸収し切れなかった基板歪が存在し、この残存する基板歪は、支持梁を構成する部材の内部応力となる。この点に関し、本実施の形態３では、さらに、例えば、図１１に示すように、支持梁を第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａと第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂから構成し、かつ、固定部を第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）から構成している。そして、第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａと第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂの配置位置、および、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）および第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）の配置位置に工夫を施している。この工夫点が本実施の形態３における第２工夫点であり、この第２工夫点によって、本実施の形態３によれば、第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａおよび第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂに発生する内部応力を相殺することができるのである。以下に、本実施の形態３における第２工夫点について説明する。
　本実施の形態３における第２工夫点は、第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａと第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂの配置位置、および、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）の配置位置に存在する。例えば、図１１に示すように、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）、第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）は、第２中心線ＣＬ２に対して同じ側に配置されている。このような配置の場合、基板歪がセンサエレメントＳＥの中心から外側に向かう方向に発生することを考慮すれば、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）には、同じ方向の基板歪が発生することになる。
　さらに、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）は、第１部位Ｐ１に対して対称に配置されている。そして、第１部位Ｐ１および第２部位Ｐ２を含む励振素子ＤＥ１は支持基板と直接接続されていない。この結果、励振素子ＤＥ１自体は基板歪に対して変位しないことを考慮すると、例えば、上述した対称配置されている第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）は同じ方向に変位し、かつ、励振素子ＤＥ１が変位しないことから、基板歪によって、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１との間の距離が大きくなり、第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１との間の距離が小さくなる。または、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１との間の距離が小さくなり、第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１との間の距離が大きくなる。このことは、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１とを接続している第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａに引張応力が働く場合には、第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１とを接続している第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂに圧縮応力が働くことを意味している。言い換えれば、第１外側固定部（ＯＦＵ１Ａ、ＯＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１とを接続している第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａに圧縮応力が働く場合には、第１内側固定部（ＩＦＵ１Ａ、ＩＦＵ１Ｂ）と第１部位Ｐ１とを接続している第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂには、引張応力が働くことを意味している。したがって、本実施の形態３によれば、第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａおよび第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂに発生する内部応力は、互いに相殺されることなる。
　このように本実施の形態３の第１工夫点および第２工夫点によれば、支持基板に発生する基板歪のうちの一部は、励振素子ＤＥ１のｘ方向に長い第１部位Ｐ１と第２部位Ｐ２の変形によって吸収されるとともに、残りの基板歪に起因して第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａおよび第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂに発生する内部応力は、第１外側支持梁ＳＢＭ１と第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂの組み合わせを考えると相殺されることなる。この結果、本実施の形態３によれば、第１外側支持梁ＳＢＭ１Ａと第１内側支持梁ＳＢＭ１Ｂの組み合わせに対応する支持梁のトータルのバネ定数の変動を抑えることができるため、励振方向の共振周波数ωＲの変動に起因する角速度センサの感度の変動を抑制することができる。
　例えば、角速度センサの温度変化に起因する特性変動を補正する方法として、各温度点での角速度センサの出力値を記録し、これらが全使用温度範囲の中で、予め決められた仕様範囲内に収まるように補正する電気的な補正方法がある。ところが、角速度センサの各温度点における出力値が非線形的な挙動を示す場合には、補正のために、多くの温度点における出力値と複雑な補正演算処理が必要となるとともに、恒温槽を装備した高価な評価装置が必要となり、製造コストの上昇に繋がる。
　この点に関し、本実施の形態３における角速度センサによれば、上述した第１工夫点および第２工夫点を有しているため、広い使用温度範囲においても、振動系の共振周波数ωＲの変動を抑制できる。このため、本実施の形態３における角速度センサによれば、信号処理回路による高度な温度特性補正が不要となり、角速度センサの信頼性向上や、信号処理回路の小型化、角速度センサの出荷時における温度特性補正の簡素化などを図ることができ、これによって、製造コストの低減を図ることができる。
　＜振動素子ＳＥ１のその他の構成＞
　図１１において、励振素子ＤＥ１に内包されるようにコリオリ素子ＣＥ１が設けられており、励振素子ＤＥ１とコリオリ素子ＣＥ１は、検出梁ＤＢＭ１および検出梁ＤＢＭ２によって接続されている。検出梁ＤＢＭ１および検出梁ＤＢＭ２は、ｘ方向に硬く、ｙ方向に軟らかい構成をしていることから、これらの検出梁ＤＢＭ１および検出梁ＤＢＭ２と接続されたコリオリ素子ＣＥ１は、ｚ方向回りの角速度が印加された場合に、コリオリ力によって、ｙ方向に変位することが可能となっている。
　コリオリ素子ＣＥ１の内部には、角速度検出部ＹＳＵ１とサーボ部ＳＥＲ１が設けられている。具体的に、角速度検出部ＹＳＵ１は、例えば、コリオリ素子ＣＥ１（フレーム部）と固定電極とからなる容量素子から構成されており、コリオリ力によって、コリオリ素子ＣＥ１がｙ方向に変位した際の静電容量の変化を捉えるように構成されている。この角速度検出部ＹＳＵ１での静電容量の変化は、制御回路に出力されて信号処理されることにより、角速度が検出されることになる。
　また、サーボ部ＳＥＲ１は、例えば、コリオリ素子ＣＥ１（フレーム部）とサーボ電極（固定電極）からなる容量素子から構成されており、容量素子にサーボ電圧を印加することにより発生するクーロン力によって、コリオリ力に基づくコリオリ素子ＣＥ１のｙ方向の変位を打ち消すように構成されている。具体的に、サーボ部ＳＥＲ１は、角速度検出部ＹＳＵ１による静電容量の変化に基づいて検出される角速度に比例したサーボ電圧を容量素子に印加するように構成されている。これにより、コリオリ素子ＣＥ１にコリオリ力が印加されても、コリオリ素子ＣＥ１はｙ方向にほとんど変位しないが、サーボ部ＳＥＲ１には、角速度に比例したサーボ電圧が印加されることから、サーボ電圧を出力することにより、結果的に、角速度を検出することができる。
　このサーボ部ＳＥＲ１を設ける利点は、コリオリ素子ＣＥ１をｙ方向に変位させることなく、角速度を検出することができるため、大きな角速度が印加された場合に、コリオリ素子ＣＥ１の想定外の変位によって、コリオリ素子ＣＥ１と固定電極が接触することを防止することができる点を挙げることができる。ただし、必ずしもサーボ部ＳＥＲ１を設ける必要はなく、例えば、コリオリ素子ＣＥ１がｙ方向に変位した際の角速度検出部ＹＳＵ１の静電容量の変化によって、角速度を検出するように構成することもできる。
　＜振動素子ＳＥ２の構成＞
　続いて、振動素子ＳＥ２の構成について説明する。上述した振動素子ＳＥ１は、ｚ方向回りの角速度が印加された場合に、ｙ方向に発生するコリオリ力に基づく物理量（ｙ方向の変位やサーボ電圧）を検出する機能を有する一方、ここで説明する振動素子ＳＥ２は、ｙ方向回りの角速度が印加された場合に、ｚ方向に発生するコリオリ力に基づく物理量（ｚ方向の変位やサーボ電圧）を検出する機能を有する。
　図１２は、本実施の形態３における振動素子ＳＥ２の構成を示す平面図である。図１２に示す本実施の形態３における振動素子ＳＥ２の構成は、図１１に示す振動素子ＳＥ１の構成とほぼ同様であるため、相違点を中心に説明する。
　図１２において、本実施の形態３における振動素子ＳＥ２では、励振素子ＤＥ２に内包されるように、コリオリ素子ＣＥ２が配置されている。このコリオリ素子ＣＥ２は、検出梁ＤＢＭ３によって、励振素子ＤＥ２と接続されている。このとき、検出梁ＤＢＭ３は、ｚ方向に変位しやすいように構成されており、この検出梁ＤＢＭ３と接続されているコリオリ素子ＣＥ２は、ｙ方向回りの角速度が印加された場合、ｚ方向に変位するように構成されている。
　さらに、本実施の形態３における振動素子ＳＥ２には、例えば、コリオリ素子ＣＥ２と一体的に設けられた可動電極と、この可動電極とｚ方向に対向する固定電極（図１２では図示されず）とによって、角速度検出部ＹＳＵ２とサーボ部ＳＥＲ２が設けられている。その他の構成は、上述した振動素子ＳＥ１と同様であるため、説明を省略する。以上のようにして、本実施の形態３における振動素子ＳＥ２が構成されている。
　以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　ＣＥ１　コリオリ素子
　ＣＥ２　コリオリ素子
　ＣＥ３　コリオリ素子
　ＣＥ４　コリオリ素子
　ＤＥ１　励振素子
　ＤＥ２　励振素子
　ＤＥ３　励振素子
　ＤＥ４　励振素子
　ＬＢ１　連結梁
　ＬＢ２　連結梁
　ＬＢ３　連結梁
　ＳＥ１　振動素子
　ＳＥ２　振動素子
　ＳＥ３　振動素子
　ＳＥ４　振動素子

Claims (15)

  1. 　（ａ）第１方向に励振振動可能な第１励振素子と、前記第１方向と直交する第２方向回りの角速度が印加された場合に、前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向に発生するコリオリ力に基づく物理量の変化が生じる第１コリオリ素子と、を含む第１振動素子、
    　（ｂ）前記第１方向に励振振動可能な第２励振素子と、前記第３方向回りの角速度が印加された場合に、前記第２方向に発生するコリオリ力に基づく物理量の変化が生じる第２コリオリ素子と、を含む第２振動素子、
    　（ｃ）前記第１方向に励振振動可能な第３励振素子と、前記第３方向回りの角速度が印加された場合に、前記第２方向に発生するコリオリ力に基づく物理量の変化が生じる第３コリオリ素子と、を含む第３振動素子、
    　（ｄ）前記第１方向に励振振動可能な第４励振素子と、前記第２方向回りの角速度が印加された場合に、前記第３方向に発生するコリオリ力に基づく物理量の変化が生じる第４コリオリ素子と、を含む第４振動素子、
    　を備え、
    　前記第１励振素子と前記第２励振素子とは、第１連結梁で接続され、
    　前記第２励振素子と前記第３励振素子とは、第２連結梁で接続され、
    　前記第３励振素子と前記第４励振素子とは、第３連結梁で接続され、
    　前記第１振動素子と前記第２振動素子と前記第３振動素子と前記第４振動素子は、前記第１方向に並んで配置されている、角速度センサ。
  2. 　請求項１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１励振素子と前記第４励振素子は、互いに逆位相で振動し、
    　前記第２励振素子と前記第３励振素子は、互いに逆位相で振動する、角速度センサ。
  3. 　請求項２に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１励振素子と前記第２励振素子は、互いに同位相で振動し、
    　前記第３励振素子と前記第４励振素子は、互いに同位相で振動する、角速度センサ。
  4. 　請求項２に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１励振素子と前記第３励振素子は、互いに同位相で振動し、
    　前記第２励振素子と前記第４励振素子は、互いに同位相で振動する、角速度センサ。
  5. 　請求項１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１振動素子と前記第２振動素子と前記第３振動素子と前記第４振動素子は、同一の共振周波数を有する、角速度センサ。
  6. 　請求項１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１連結梁のバネ定数と、前記第２連結梁のバネ定数と、前記第３連結梁のバネ定数は、同一である、角速度センサ。
  7. 　請求項１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１励振素子と前記第４励振素子は、同一の第１振幅で励振振動し、
    　前記第２励振素子と前記第３励振素子は、同一の第２振幅で励振振動し、
    　前記第１振幅と前記第２振幅は、互いに異なる、角速度センサ。
  8. 　請求項１に記載の角速度センサにおいて、
    　さらに、基板に固定された枠部を有し、
    　前記第１励振素子と前記枠部とは、第１周波数調整用梁で接続され、
    　前記第４励振素子と前記枠部とは、第２周波数調整用梁で接続される、角速度センサ。
  9. 　請求項８に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１周波数調整用梁のバネ定数と、前記第２周波数調整用梁のバネ定数は、互いに同一である、角速度センサ。
  10. 　請求項１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１方向に並んで配置されている前記第１振動素子と前記第２振動素子と前記第３振動素子と前記第４振動素子の全体に対する前記第１方向の中心位置を通る直線であって、前記第２方向に延在する前記直線を第１中心線とする場合、
    　前記第１振動素子の構造と前記第４振動素子の構造は、前記第１中心線に対して、鏡像対称性を有し、
    　前記第２振動素子の構造と前記第３振動素子の構造は、前記第１中心線に対して、鏡像対称性を有する、角速度センサ。
  11. 　請求項１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１励振素子と前記第２励振素子と前記第３励振素子と前記第４励振素子のそれぞれは、質量部を有し、
    　前記質量部は、
    　前記第１方向に延在する第１部位と、
    　前記第１部位と離間しながら前記第１方向に延在する第２部位と、
    　前記第１部位と前記第２部位とを連結するように前記第２方向に延在する第３部位と、
    　前記第３部位と接続され、かつ、前記第１方向に突出する第４部位と、
    　を含み、
    　前記第１部位は、第１支持梁を介して、基板に固定された第１固定部と接続され、
    　前記第２部位は、第２支持梁を介して、前記基板に固定された第２固定部と接続され、
    　前記第４部位は、第３支持梁を介して、前記基板に固定された第３固定部と接続される、角速度センサ。
  12. 　請求項１１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第４部位は、前記第２方向の中心位置を通る第２中心線であって、前記第１方向に延在する前記第２中心線上に配置されている、角速度センサ。
  13. 　請求項１１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１連結梁は、前記第１励振素子の第４部位と、前記第２励振素子の第４部位との間に接続され、
    　前記第３連結梁は、前記第３励振素子の第４部位と、前記第４励振素子の第４部位との間に接続され、
    　前記第２連結梁は、
    　前記第２励振素子の第１部位と、前記第３励振素子の第１部位との間に接続される第１部分連結梁と、
    　前記第２励振素子の第２部位と、前記第３励振素子の第２部位との間に接続される第２部分連結梁と、を含む、角速度センサ。
  14. 　請求項１１に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１固定部は、第１外側固定部と第１内側固定部とを含み、
    　前記第２固定部は、第２外側固定部と第２内側固定部とを含み、
    　前記第３固定部は、第３外側固定部と第３内側固定部とを含み、
    　前記第１支持梁は、第１外側支持梁と第１内側支持梁とを含み、
    　前記第２支持梁は、第２外側支持梁と第２内側支持梁とを含み、
    　前記第３支持梁は、第３外側支持梁と第３内側支持梁とを含み、
    　前記第１部位は、前記第１外側支持梁を介して前記第１外側固定部と接続され、かつ、前記第１内側支持梁を介して前記第１内側固定部と接続され、
    　前記第２部位は、前記第２外側支持梁を介して前記第２外側固定部と接続され、かつ、前記第２内側支持梁を介して前記第２内側固定部と接続され、
    　前記第４部位は、前記第３外側支持梁を介して前記第３外側固定部と接続され、かつ、前記第３内側支持梁を介して前記第３内側固定部と接続される、角速度センサ。
  15. 　請求項１４に記載の角速度センサにおいて、
    　前記第１外側固定部と前記第１内側固定部は、前記第１部位に対して、互いに反対側に配置され、かつ、前記第２方向の中心位置を通る第２中心線であって、前記第１方向に延在する前記第２中心線に対して、同じ側に配置され、
    　前記第２外側固定部と前記第２内側固定部は、前記第２部位に対して、互いに反対側に配置され、かつ、前記第２中心線に対して、同じ側に配置され、
    　前記第３外側固定部と前記第３内側固定部は、前記第４部位に対して、互いに反対側に配置され、かつ、前記第２中心線に対しても、互いに反対側に配置されている、角速度センサ。
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