JP2001099655A - ジャイロスコープおよびこれを用いた入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デバイスの小型化、検出感度の向上、駆動電
圧の低減等が図れるジャイロスコープを提供する。 【解決手段】 本発明のジャイロスコープ１は、３本の
脚９と支持部１０とを有する音叉２と、音叉２を挟持す
る上側ガラス基板７、下側ガラス基板８と、各脚９の上
面に設けられた駆動用可動電極３と、これと対向して上
側ガラス基板７の下面に設けられた駆動用固定電極４
と、各脚９の先端部上面に設けられ、互いに並列接続さ
れた３個の検出用可動電極５と、これと対向して上側ガ
ラス基板７の下面に設けられ、１個おきに並列接続され
た３対６個の検出用固定電極６とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロスコープ
とこれを用いた入力装置に関し、特に角速度入力時の音
叉の脚の変位を容量の変化で検出するタイプのジャイロ
スコープとこれを用いた入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、導電性を有するシリコン等の
材料で形成された音叉を用いたジャイロスコープが知ら
れている。この種のジャイロスコープは、音叉の脚を一
方向に振動させ、振動中に脚の長手方向を中心軸とする
角速度が入力された際にコリオリ力によって生じる前記
振動方向と垂直な方向の振動を検出するものである。コ
リオリ力により生じる振動の大きさは角速度の大きさに
対応するので、このジャイロセンサを角速度センサとし
て用いることができ、例えばパソコンの座標入力装置等
に適用することができる。

【０００３】図２１は、従来のジャイロスコープの主要
部である音叉の構成を示す図である。この図に示す通
り、この例の音叉１００は、３本の脚１０１と各脚１０
１の基端側を連結する支持部１０２とを有しており、導
電性を付与したシリコンで形成されている。音叉１００
は、基板１０３上に支持部１０２で固定されており、各
脚１０１の下方にあたる箇所には駆動用電極（図示略）
がそれぞれ設けられている。したがって、駆動用電極に
電圧を印加した際に生じる静電引力によって各脚１０１
が鉛直方向に振動する構成となっている。

【０００４】このジャイロスコープにおいて、鉛直方向
振動中に脚１０１の長手方向を回転軸とする角速度が入
力されると水平方向の振動が生じるが、この水平方向の
振動は各脚１０１の両側方に配置された一対の検出用電
極１０４で検出している。すなわち、脚１０１が水平方
向に変位した際、脚１０１の一方側に配置された検出用
電極１０４と脚１０１との間隔が狭まると、他方側に配
置された検出用電極１０４と脚１０１との間隔が広が
り、各検出用電極１０４と脚１０１とで構成される２組
の静電容量が変化する。この静電容量の変化から、入力
された角速度の大きさを検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
ジャイロスコープは、各脚１０１の両側方に検出用電極
１０４が配置されているため、脚１０１と脚１０１との
間隔（以下、脚間ギャップという）をあまり狭くするこ
とができなかった。すなわち、検出用電極１０４の幅を
ｘ₁、検出用電極１０４と脚１０１との間隔および検出
用電極１０４同士の間隔をｘ₂とすると、脚間ギャップ
ＧはＧ＝２ｘ₁＋３ｘ₂となり、一般的な半導体デバイス
製造技術を利用したシリコン加工におけるｘ₁、ｘ₂の加
工限界から、脚間ギャップＧの縮小化にも限界があっ
た。

【０００６】その一方、３脚型の音叉において脚間ギャ
ップＧを小さくすると、この種のデバイスの共振の大き
さを表す性能指標である「Ｑ値」が大きくなることがわ
かった。Ｑ値を大きくすることができれば、角速度の検
出感度が向上することに加えて、デバイスに入力する電
気エネルギーから振動エネルギーへの変換効率が向上す
るため、駆動電圧の低減を図ることができる。

【０００７】ところが上述したように、脚間ギャップが
縮小化できれば、デバイスの小型化、検出感度の向上、
駆動電圧の低減等、種々の利点が得られることが予想さ
れながらも、従来のジャイロスコープは脚間ギャップの
縮小化に限界があったため、その実現が不可能であっ
た。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、上記種々の利点が得られ、高品
質、低コストのジャイロスコープ、およびこのジャイロ
スコープを利用した入力装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１のジャイロスコープは、音叉をなす
振動片と、該振動片と対向配置された基材と、前記振動
片を駆動する駆動手段と、前記振動片の先端部の変位検
出方向と平行な面側に設けられ、各々が前記振動片の変
位検出方向の最大振幅以上の幅を有する複数の検出用可
動電極と、それぞれ複数の電極を有する２つの電極群か
らなり、該２つの電極群のそれぞれの電極が前記複数の
検出用可動電極のいずれかの電極との間で容量を形成す
るよう前記複数の検出用可動電極と対向配置されて前記
基材に設けられるとともに、前記２つの電極群の一方の
電極群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検
出用可動電極の一方の外端よりも前記変位検出方向の最
大振幅以上外側にはみ出しており、他方の電極群をなす
各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用可動電極
の他方の外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以上外
側にはみ出しており、前記各電極が前記振動片の変位検
出方向の最大振幅以上の幅を有する検出用固定電極とを
有してなり、前記検出用固定電極のうちの一方の電極群
とこれと対向する前記複数の検出用可動電極との間で形
成される容量の和と、前記検出用固定電極のうちの他方
の電極群とこれと対向する前記複数の検出用可動電極と
の間で形成される容量の和との差を検出することを特徴
とするものである。

【００１０】本発明の第２のジャイロスコープは、音叉
をなす振動片と、該振動片と対向配置された基材と、前
記振動片を駆動する駆動手段と、前記基材に設けられた
検出用固定電極であって、前記振動片の先端部の変位検
出方向と平行な面と対向して設けられ、各々が前記振動
片の変位検出方向の最大振幅以上の幅を有する複数の検
出用固定電極と、それぞれ複数の電極を有する２つの電
極群からなり、該２つの電極群のそれぞれの電極が前記
複数の検出用固定電極との間で容量を形成するよう前記
複数の検出用固定電極のいずれかの電極と対向配置され
て前記振動片の先端部の変位検出方向と平行な面側に設
けられるとともに、前記２つの電極群の一方の電極群を
なす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用固定
電極の一方の外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以
上外側にはみ出しており、他方の電極群をなす各電極の
外端が該各電極と対向する前記検出用固定電極の他方の
外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以上外側にはみ
出しており、前記各電極が前記振動片の変位検出方向の
最大振幅以上の幅を有する検出用可動電極とを有してな
り、前記検出用可動電極のうちの一方の電極群とこれと
対向する前記複数の検出用固定電極との間で形成される
容量の和と、前記検出用可動電極のうちの他方の電極群
とこれと対向する前記複数の検出用固定電極との間で形
成される容量の和との差を検出することを特徴とするも
のである。

【００１１】本発明のジャイロスコープの検出原理も従
来と同様、音叉の振動片（先に述べた「脚」に相当）の
振動を容量変化で検出するものである。通常、容量Ｃ
は、Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ） ……（１）（ε：誘電体の誘
電率、Ｓ：電極の面積、ｄ：電極間のギャップ）で表さ
れる。ところが、従来のジャイロスコープが、振動時に
おける脚と検出用電極との間隔の変化、上記（１）式で
言えば、電極間ギャップｄの変化による容量変化を検出
するのに対し、本発明のジャイロスコープは、振動時に
おける検出用電極同士の対向面積の変化、上記（１）式
で言えば、電極面積Ｓの変化による容量変化を検出する
点で相違している。

【００１２】すなわち、本発明の第１のジャイロスコー
プは、振動片側に、その先端部の変位検出方向と平行な
面上に、各々が振動片の変位検出方向の最大振幅以上の
幅を有する複数の検出用可動電極を設ける一方、基材側
には、それぞれ複数の電極を有する２つの電極群からな
り、２つの電極群のそれぞれの電極が複数の検出用可動
電極のいずれかとの間で容量を形成するよう前記複数の
検出用可動電極のいずれかと対向配置されるとともに、
一方の電極群をなす各電極の外端が各検出用可動電極の
一方の外端よりも変位検出方向の最大振幅以上外側には
み出しており、他方の電極群をなす各電極の外端が各検
出用可動電極の他方の外端よりも変位検出方向の最大振
幅以上外側にはみ出しており、各電極が振動片の変位検
出方向の最大振幅以上の幅を有する検出用固定電極を設
けたことを構成上の最大の特徴点としている。

【００１３】容量変化の検出方法としては、２つの電極
群からなる検出用固定電極のうちの一方の電極群をなす
各電極とこれらと対向する複数の検出用可動電極との間
で形成される複数の容量の和と、２つの電極群からなる
検出用固定電極のうちの他方の電極群をなす各電極とこ
れらと対向する複数の検出用可動電極との間で形成され
る複数の容量の和との差を検出することを特徴としてい
る。

【００１４】また、本発明の第２のジャイロスコープ
は、基材側に、振動片の先端部の変位検出方向と平行な
面上に、各々が振動片の変位検出方向の最大振幅以上の
幅を有する複数の検出用固定電極を設ける一方、振動片
側には、それぞれ複数の電極を有する２つの電極群から
なり、２つの電極群のそれぞれの電極が複数の検出用固
定電極のいずれかとの間で容量を形成するよう複数の検
出用固定電極のいずれかと対向配置されるとともに、一
方の電極群をなす各電極の外端が各検出用固定電極の一
方の外端よりも変位検出方向の最大振幅以上外側にはみ
出しており、他方の電極群をなす各電極の外端が各検出
用固定電極の他方の外端よりも変位検出方向の最大振幅
以上外側にはみ出しており、各電極が振動片の変位検出
方向の最大振幅以上の幅を有する検出用可動電極を設け
たことを構成上の最大の特徴点としている。

【００１５】容量変化の検出方法としては、２つの電極
群からなる検出用可動電極のうちの一方の電極群の各電
極とこれらと対向する複数の検出用固定電極との間で形
成される複数の容量の和と、２つの電極群からなる検出
用可動電極のうちの他方の電極群の各電極とこれらと対
向する複数の検出用固定電極との間で形成される複数の
容量の和との差を検出することを特徴としている。言い
換えると、本発明の第１、第２のジャイロスコープで
は、容量変化量の検出に差動検出法を用いている。

【００１６】この構成としたことにより、駆動手段によ
り音叉の振動片を振動させた状態で振動片の長手方向を
回転軸とする角速度が入力されると、コリオリ力によっ
て前記振動方向と直交する方向の振動が生じる。この
時、振動片側の検出用可動電極と基材側の検出用固定電
極とが少なくとも一部対向した状態にあり、振動片の振
動に伴って検出用可動電極と検出用固定電極との対向面
積が変化するため、容量変化が生じる。この容量変化を
検出することで角速度を検出することができる。なお、
各検出用電極の幅が振動片の変位検出方向の最大振幅以
上であるとしたのは、仮に各検出用電極の幅が振動片の
最大振幅よりも小さかったとすると、振動片が大きな角
速度を受けて振動片が最大に振動した場合、振動片側の
検出用可動電極と基材側の検出用固定電極とが対向しな
い状態が生じ、容量検出が不可能となってしまうからで
ある。ここで言う「振幅」とは、「変位検出方向の振
幅」と記載したように、あくまでも角速度入力時のコリ
オリ力によって生じる振動の振幅のことであり、駆動手
段による振動の振幅のことではない。

【００１７】つまり、本発明のジャイロスコープでは、
振動片の基端部を任意の基材に支持した場合、その基材
上に振動片の検出用可動電極と対向するように検出用固
定電極を設ければよく、従来のように脚と脚の間に検出
用電極を設ける必要がなくなる。その結果、脚間ギャッ
プを音叉を構成する材料、例えばシリコンの加工限界程
度にまで小さくすることができるため、Ｑ値を大きくす
ることができ、検出感度の向上、駆動電圧の低減を図る
ことができる。勿論、デバイスの小型化を図ることも可
能である。

【００１８】さらに、本発明のジャイロスコープでは、
基材側、振動片側のいずれか一方に設けられた検出用電
極に対して、この検出用電極に対向する他方側の検出用
電極が２つの電極群からなり、しかも、２つの電極群の
うち一方の電極群の各電極の外端が対向側の検出用電極
の一方の外端よりも変位検出方向の最大振幅以上外側に
はみ出しており、他方の電極群の各電極の外端が対向側
の検出用電極の他方の外端よりも変位検出方向の最大振
幅以上外側にはみ出すように配置されている。この構成
であると、振動片がいずれか一方向に変位した場合、一
方の電極群の各電極とこれと対向する検出用電極との対
向面積が増え、容量が増加する方向に変化したとする
と、他方の電極群の各電極とこれと対向する検出用電極
との間では逆に対向面積が減り、容量が減少する方向に
変化することになる。そこで、容量検出時に、２つの電
極群からなる検出用電極のうちの一方の電極群側で形成
される複数の容量の和と他方の電極群側で形成される複
数の容量の和との差分をとると、変位が無いときの初期
容量値は等しいために消去され、一方側の容量変化量は
正、他方側の容量変化量は負となるので、容量変化量の
みが残る。したがって、初期容量値の中に含まれるノイ
ズ成分をキャンセルすることができるので、検出精度を
向上させることができる。また、２つの電極群からなる
検出用電極の各電極群の電極数が他方の検出用電極の電
極数と同一である構成、すなわち、２つの電極群を構成
する各電極をこれと対向する１つの検出用電極に対して
互いに対となるような構成にすると、幅方向を最も有効
に使うことができる。

【００１９】前記駆動手段としては、例えば振動片側と
基材側に互いに対向するように駆動用電極を設ければよ
い。その場合、駆動用電極を、各振動片の延在方向に延
ばして形成し、駆動用電極と検出用電極との間の寄生容
量の発生を防ぐためにこれら電極を離間させて設けるこ
とが望ましい。仮に駆動用電極と検出用電極との間で寄
生容量が発生すると、角速度を検知し、検出用電極との
間に生じた容量変化を検出する際、この寄生容量をも検
知してしまい、これがノイズ成分となり、ＳＮ比が低下
するという不具合が生じるが、駆動用電極と検出用電極
とを離間させて配置すれば、このような不具合の発生が
防止される。検出側の電極の形成位置に関しては、音叉
の上面または下面に設けることができる。この場合、検
出容量が大きくとれるとともに、電極の形成が容易にな
る。また、検出用可動電極は、振動片の延在方向端面に
設けることもできる。この場合、検出用固定電極を音叉
と同じプロセスで形成できるとともに、検出用固定電極
と駆動手段の干渉を少なくすることができる。

【００２０】前記振動片を導電性材料で構成する場合、
前記複数の検出用可動電極もしくは複数対の検出用可動
電極は、振動片の少なくとも先端部に形成された絶縁膜
を介して設けることが好ましい。

【００２１】本発明の入力装置は、上記本発明のジャイ
ロスコープを用いたことを特徴とするものである。本発
明のジャイロスコープの使用により、例えばパソコンの
座標入力装置等の小型の機器を実現することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の第１の実施の形態を図１ないし図５を参照して説明
する。図１は本実施の形態のジャイロスコープの全体構
成を示す分解斜視図、図２はその平面図（ただし、電極
構成は上側ガラス基板の下面を示している）、図３は図
２のIII−III線に沿う断面図、図４は図２のIＶ−IＶ線
に沿う断面図（脚１本分を示す拡大図）、図５はジャイ
ロスコープの製造方法を示す工程断面図である。図中符
号２は音叉、３は駆動用可動電極、４は駆動用固定電
極、５は検出用可動電極、６は検出用固定電極、７は上
側ガラス基板（基材）、８は下側ガラス基板である。

【００２３】本実施の形態のジャイロスコープ１は、図
１および図２に示すように、３本の脚９（振動片）とこ
れらの基端側を連結する支持部１０とを有する３脚型の
音叉２が用いられている。また、音叉２の周囲には枠部
１１が設けられており、これら音叉２と枠部１１とは、
元々は厚さ２００μｍ程度の導電性を有する１枚のシリ
コン基板から形成されている。図３に示すように、枠部
１１は上側ガラス基板７と下側ガラス基板８との間に挟
持されて固定されるとともに、２枚のガラス基板７、８
の内面のうち、音叉２の上方および下方に位置する領域
は１０μｍ程度の深さの凹部７ａ、８ａとなっており、
各ガラス基板７、８と音叉２との間に１０μｍ程度の間
隙が形成されることで音叉２の各脚９が宙に浮いた状態
となり、振動可能となっている。

【００２４】図１および図２に示すように、各脚９の上
面の基端側の位置には、各脚９に１個ずつの駆動用可動
電極３が脚９の長手方向に延在するように設けられてい
る。図１では図面を見やすくするため、図示を省略した
が、駆動用可動電極３は、図３に示すように、シリコン
基板上に形成された膜厚５００ｎｍ程度のシリコン酸化
膜等からなる絶縁膜１２を介して形成されている。

【００２５】一方、上側ガラス基板７の下面の前記駆動
用可動電極３と対向する位置には、各脚９に１個ずつの
駆動用固定電極４が脚９の長手方向に延在するように設
けられている。これら駆動用可動電極３、駆動用固定電
極４は膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜またはクロ
ム膜、もしくは白金／チタン膜等から形成されており、
これら電極３、４に駆動信号を供給するための配線１
３、１４がこれら電極３、４と同じレイヤーのアルミニ
ウム膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等によ
り一体的に形成されている。

【００２６】また、各脚９の上面の駆動用可動電極３の
形成位置よりも脚９の先端部寄りの位置には、各脚９に
対して３個ずつの検出用可動電極５が、脚９の長手方向
に延在するように設けられている。これら３個の検出用
可動電極５は、駆動用可動電極３と同様、膜厚３００ｎ
ｍ程度のアルミニウム膜またはクロム膜等からなり、シ
リコン基板上のシリコン酸化膜等からなる絶縁膜１２を
介して形成されている。また、これら３個の検出用可動
電極５は互いに並列接続されており、さらに検出信号取
り出し用の配線１５が形成されている。

【００２７】一方、上側ガラス基板７の下面の駆動用固
定電極４の形成位置よりも脚９の先端部寄りの位置に
は、各検出用可動電極５と対向するように各検出用可動
電極５に対して２個ずつ（１対）、各脚９に対して６個
ずつ（３対）の検出用固定電極６が設けられている。こ
れら１脚あたり６個の検出用固定電極６は、１個おきに
それぞれ並列接続されており、並列接続された２系統か
ら検出信号取り出し用の配線１６ａ、１６ｂがそれぞれ
延びている。すなわち、本実施の形態では、検出用固定
電極６側が２つの電極群で構成されており、検出用固定
電極６の各電極群の電極数（３個）が、検出用可動電極
５の電極数（３個）と同一であって、検出用固定電極６
の各電極群内の電極が互いに並列接続された構成であ
る。

【００２８】図４に示すように、各脚９上の検出用可動
電極５と上側ガラス基板７上の１対の検出用固定電極６
とは対向配置されているが、脚９の変位検出方向におけ
る検出用可動電極５の両外端（図４における左端と右
端）と１対の検出用固定電極６の各々の外端が揃うよう
に完全に対向配置されているわけではなく、１対の検出
用固定電極６をなす各電極の外端が各検出用可動電極５
の両外端よりも脚９の最大振幅以上外側にはみ出してい
る。また、各検出用可動電極５の幅Ｗ１および各検出用
固定電極６の幅Ｗ２は、脚９の最大振幅以上の寸法に設
定されている。

【００２９】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つ
の脚７の幅Ｗが２００μｍ、各検出用可動電極５の幅Ｗ
１が３５μｍ、検出用可動電極５間の間隔Ｇ１が１５μ
ｍ、各検出用固定電極６の幅Ｗ２が２０μｍ、検出用固
定電極６間の間隔Ｇ２が５μｍ、一対の検出用固定電極
６の各々の外端の検出用可動電極５外端からのはみ出し
量Ｚが５μｍ、である。なお、この脚９の変位検出方向
の最大振幅は１μｍに設定している。本例では、一対の
検出用固定電極６のうち、一方の検出用固定電極６の外
端の検出用可動電極５外端からのはみ出し量と、他方の
検出用固定電極６の外端の検出用可動電極５外端からの
はみ出し量とを同じにしているが、これらのはみ出し量
はともに脚９の最大振幅以上の寸法にすればよく、必ず
しも同じでなくても良い。

【００３０】さらに、ジャイロスコープ１の機能上は特
に必要ではなく、後述する製造上の都合により必要なも
のであるため、ここでは図示を省略するが、実際には、
駆動用固定電極４および検出用固定電極６が設けられた
領域以外の上側ガラス基板７の内面側、および下側ガラ
ス基板８の内面側には、駆動用固定電極４および検出用
固定電極６と同一のアルミニウム膜またはクロム膜等か
らなる同電位パターンが設けられている。

【００３１】次に、上記構成のジャイロスコープ１を製
造する方法の一例を説明する。図５Ａに示すように、シ
リコン基板１７を用意し、熱酸化法、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ
法等の手法を用いてシリコン基板１７の上面にシリコン
酸化膜１８を形成し、これを周知のフォトリソグラフィ
ー技術によりパターニングして上側ガラス基板７と接続
される枠部１１となる部分以外の領域にシリコン酸化膜
１８を残す。このシリコン酸化膜１８が導電性のシリコ
ンとその上に形成する各電極とを電気的に絶縁する絶縁
膜１２として機能する。

【００３２】次に、図５Ｂに示すように、シリコン酸化
膜１８上を含むシリコン基板１７の上面の全域に膜厚３
００ｎｍ程度のアルミニウム膜またはクロム膜、もしく
は白金／チタン膜等をスパッタし、その後、周知のフォ
トリソグラフィー技術によりこれをパターニングしてシ
リコン基板１７上面の所定の位置に駆動用可動電極３お
よび検出用可動電極５を形成する。

【００３３】図示を省略するが、別途、２枚のガラス基
板を用意し、表面にクロム膜をスパッタした後、レジス
トパターンを形成し、このレジストパターンをマスクと
してクロム膜をエッチングする。次に、このレジストパ
ターンおよびクロム膜をマスクとしてガラス基板表面の
フッ酸エッチングを行い、ガラス基板上の音叉の位置に
対応する領域に深さ１０μｍ程度の凹部を形成する。そ
の後、レジストパターンおよびクロムパターンを除去す
る。次に、１枚のガラス基板については、膜厚３００ｎ
ｍ程度のアルミニウム膜またはクロム膜、もしくは白金
／チタン膜等を全面にスパッタした後、周知のフォトリ
ソグラフィー技術を用いてこれをパターニングして駆動
用固定電極４、検出用固定電極６および同電位パターン
を形成し、こちらの基板を上側ガラス基板７とする。同
様に、もう１枚のガラス基板についても、アルミニウム
膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等を全面に
スパッタした後、これをパターニングして同電位パター
ンを形成し、下側ガラス基板８とする。

【００３４】次に、図５Ｃに示すように、シリコン基板
１７の下面と下側ガラス基板８とを陽極接合法を用いて
接合する。この際、シリコン基板１７のうち、後で枠部
１１となる部分が接合されることになる。陽極接合法で
はシリコン基板に正、ガラス基板に負の電位を印加して
シリコンとガラスを接合することができるが、シリコン
基板１７が後に音叉２となる部分では下側ガラス基板８
表面との間隙が１０μｍ程度しかないため、陽極接合時
の静電引力によりシリコン基板１７が撓んで下側ガラス
基板８と接触すると、この部分も接合されてしまい、振
動可能な音叉２を形成できなくなる。したがって、下側
ガラス基板８に接合すべきでない部分が接合されてしま
うのを防止する目的で下側ガラス基板８表面をシリコン
基板１７と同電位とするために、下側ガラス基板８表面
の同電位パターンを用いるのである。上側ガラス基板７
についても同様である。

【００３５】次に、図５Ｄに示すように、シリコン基板
１７表面にレジストパターン１９を形成する。この際、
レジストパターン１９の平面形状は、図２に示すような
音叉２、枠部１１等、シリコンを残す部分の形状とな
る。このレジストパターン１９をマスクとして、反応性
イオンエッチング等の異方性エッチングを用いてシリコ
ン基板１７を貫通するエッチングを行う。これにより、
音叉２、枠部１１がそれぞれ形成され、音叉２の部分は
下側ガラス基板８の上方で宙に浮いた状態となる。その
後、レジストパターン１９を除去すると、図５Ｅに示す
形状となる。

【００３６】次に、下側ガラス基板８に接合されたシリ
コン基板１７の上面と上側ガラス基板７とを陽極接合法
を用いて接合する。この際、図３に示すように、シリコ
ン基板１７の枠部１１が上側ガラス基板７に接合される
ことになる。以上の工程により、本実施の形態のジャイ
ロスコープ１が完成する。

【００３７】本実施の形態のジャイロスコープ１を使用
する際には、駆動用可動電極３の配線１３と駆動用固定
電極４の配線１４との間に駆動源としての発振器を接続
し、検出用可動電極５の配線１５と一方の検出用固定電
極６の配線１６ａとの間に第１の容量検出器を接続する
とともに、検出用可動電極５の配線１５と他方の検出用
固定電極６の配線１６ｂとの間に第２の容量検出器を接
続し、音叉２は接地しておく。発振器を駆動して駆動用
可動電極３−駆動用固定電極４間に数ｋＨｚ程度の周波
数の電圧を印加すると、音叉２の各脚９が鉛直方向に振
動する。その状態で、脚９の長手方向を回転軸とする角
速度が入力されると、入力された角速度の大きさに応じ
た水平方向の振動が生じる。この時、音叉２の各脚９の
各検出用可動電極５と上側ガラス基板７の１対の検出用
固定電極６とが対向した状態にあり、脚９の水平振動に
伴って各検出用可動電極５と各検出用固定電極６の対向
面積が変化するため、容量変化が生じる。この時の容量
変化量を第１の容量検出器および第２の容量検出器で差
動検出することにより角速度の大きさを検出することが
できる。

【００３８】したがって、本実施の形態のジャイロスコ
ープ１では、従来のジャイロスコープのように脚と脚の
間に検出用電極を設ける必要がなくなる。その結果、脚
間ギャップをシリコン基板の加工限界近く、例えば数十
μｍ程度にまで小さくすることができ、Ｑ値を大きくす
ることができる。例えば脚幅が２００μｍのジャイロス
コープにおいて、脚間ギャップが３００μｍ〜４００μ
ｍ程度であるとＱ値は１０００前後であるが、脚間ギャ
ップを数十μｍ程度にまで狭めるとＱ値は２０００前後
と、約２倍に増大することができる。このＱ値の増大に
より、角速度センサとしての検出感度の向上、駆動電圧
の低減を図ることができる。さらに、デバイスの小型化
を図ることもできる。

【００３９】本出願人は、本発明の目的を達成するため
に、他の構成のジャイロスコープを既に出願している。
本発明のジャイロスコープは既出願のジャイロスコープ
の改良版であって、既出願のジャイロスコープに対して
以下のような利点を有している。図１９は既出願のジャ
イロスコープの全体構成を示す分解斜視図、図２０は図
１９のXX−XX線に沿う断面図である。なお、図１９およ
び図２０において、図１〜図４に示した本実施の形態の
ジャイロスコープと共通の構成要素には同一の符号を付
し、詳細な説明は省略する。

【００４０】図１９および図２０に示すジャイロスコー
プ２１は、上記実施の形態のジャイロスコープ１と異な
り、上側ガラス基板７の下面に、１本の脚９に対して２
個ずつの検出用固定電極６が設けられている。そして、
導電性シリコンからなる脚９そのものを電極として機能
させているため、各脚９には駆動用電極も検出用電極も
設けられていない。

【００４１】これに対して、本実施の形態のジャイロス
コープ１の場合、１つの脚９に対して３個の検出用可動
電極５および６個の検出用固定電極６が設けられてお
り、１個の検出用可動電極５に対して２個１対の検出用
固定電極６が対向配置されている。そして、３個の検出
用可動電極５同士は互いに並列接続され、６個の検出用
固定電極６は１個おきにそれぞれ並列接続されている。
これを等価回路図で示すと図１５のようになる。また、
対向する検出用可動電極５と検出用固定電極６とで形成
される容量をそれぞれＣ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄、Ｃ₅、Ｃ₆と
する。脚９に対して角速度が入力されず、コリオリ力が
働かずに変位が０の時（初期状態）の１脚あたりの容量
をＣ_dt1とすると、 Ｃ_dt1＝Ｃ₁＋Ｃ₂＋Ｃ₃＋Ｃ₄＋Ｃ₅＋Ｃ₆ ……（２） と表される。次に、脚９に対して任意の角速度が入力さ
れ、コリオリ力が働いて変位が生じた時の全体の容量を
Ｃ_dt2とすると、本実施の形態のジャイロスコープ１で
は差動検出を行っているため、 Ｃ_dt2＝｛（Ｃ₁＋ΔＣ₁）＋（Ｃ₃＋ΔＣ₃）＋（Ｃ₅＋ΔＣ₅）｝ −｛（Ｃ₂＋ΔＣ₂）＋（Ｃ₄＋ΔＣ₄）＋（Ｃ₆＋ΔＣ₆）｝ ……（３ ） （ただし、ΔＣ₁、ΔＣ₂、…、ΔＣ₆は各容量における
容量変化量）と表される。図１５において、（３）式の
１項目（（Ｃ₁＋ΔＣ₁）＋（Ｃ₃＋ΔＣ₃）＋（Ｃ ₅＋Δ
Ｃ₅））は容量検出器Ｃ_Aで、２項目（（Ｃ₂＋ΔＣ₂）＋
（Ｃ₄＋ΔＣ₄）＋（Ｃ₆＋ΔＣ₆））は容量検出器Ｃ_Bで
測定される。（３）式を書き換えると、次の（４）式と
なる。

【数１】 具体的な容量値の一例として、Ｃ_dt1は１ｐＦ程度、Δ
Ｃ_iは０．０１〜０．１ｐＦ程度に設定される。

【００４２】図１９、図２０に示した既出願のジャイロ
スコープ２１の場合、１つの脚９に対して２個の検出用
電極６が設けられているため、（４）式におけるｎが２
であり、例えば１脚あたりの容量変化量は０．０２〜
０．２ｐＦ程度となる。これに対して、本実施の形態の
ジャイロスコープ１の場合、（４）式におけるｎが６で
あり、例えば１脚あたりの容量変化量は０．０６〜０．
６ｐＦ程度となる。したがって、脚９が同じ大きさの角
速度を受け、同じ大きさの変位が生じたとしても、本実
施の形態のジャイロスコープ１では既出願のジャイロス
コープ２１に比べて３倍の容量変化、言い換えると、３
倍の感度を得ることができる。よって、１つの脚に対し
てｎ個の検出用電極を設けると、既出願のジャイロスコ
ープ２１に比べて（ｎ／２）倍の感度を得ることができ
る。このように、本実施の形態のジャイロスコープ１に
よれば、検出感度をより向上させることができる。

【００４３】さらに、本実施の形態では差動検出を行っ
ているが、（４）式に示した通り、１個おきの初期容量
値の和が互いに等しい（Ｃ₁＋Ｃ₃＋Ｃ₅＝Ｃ₂＋Ｃ₄＋
Ｃ₆）ため、初期容量値分が消去され、容量変化量のみ
が残る。したがって、初期容量値の中に含まれるノイズ
成分をキャンセルすることができるので、検出精度を向
上させることができる。

【００４４】また、本実施の形態のジャイロスコープ１
は、音叉２が２枚のガラス基板７、８の間に挟持されて
いるため、ガラス基板７、８によって音叉２の部分が保
護され、取り扱いやすいものとなっている。さらに、音
叉２の部分に塵埃が入りにくい構造であるから、外乱が
抑制され、センサ精度を向上することができる。また、
真空封止も行える構造であり、これによれば更にＱ値を
向上させることができる。また本実施の形態の場合、検
出用固定電極６側が２つの電極群で構成されており、検
出用固定電極６の各電極群の電極数（３個）が、検出用
可動電極５の電極数（３個）と同一であり、２つの電極
群を構成する各検出用固定電極６を、これと対向する１
つの検出用可動電極５に対して互いに対となる構成とし
ているので、振動片の幅方向を最も有効に利用すること
ができる。

【００４５】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図６を参照して説明する。図６は本実施
の形態のジャイロスコープの脚１本分の電極構成を示す
拡大図である。本実施の形態のジャイロスコープの基本
構成は第１の実施の形態と全く同様であり、本実施の形
態のジャイロスコープが第１の実施の形態と異なる点
は、脚１本あたりの電極の構成のみである。以下では、
図４と共通の構成要素に同一の符号を付した図６を用い
て異なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略す
る。

【００４６】第１の実施の形態においては、上側ガラス
基板７の下面と脚９の上面のみに検出用可動電極５、検
出用固定電極６がそれぞれ設けられていたが、本実施の
形態のジャイロスコープ２３では、下側ガラス基板８の
上面と脚９の下面にも同様の電極が設けられている。す
なわち、図６に示すように、各脚９の下面の先端部寄り
の位置には、各脚９に対して３個ずつの検出用可動電極
５が、脚９の長手方向に延在するように設けられてい
る。これら３個の検出用可動電極５は、脚９上面側の電
極と同様、膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜または
クロム膜、もしくは白金／チタン膜等からなり、シリコ
ン酸化膜等からなる絶縁膜１２を介して形成されてい
る。また、これら３個の検出用可動電極５は互いに並列
接続されており、さらに検出信号取り出し用の配線が形
成されている。

【００４７】一方、下側ガラス基板８の上面には、各検
出用可動電極５と対向するように各検出用可動電極５に
対して２個ずつ（１対）、各脚９に対して６個ずつ（３
対）の検出用固定電極６が設けられている。これら１脚
あたり６個の検出用固定電極６は、１個おきにそれぞれ
並列接続されており、並列接続された２系統から検出信
号取り出し用の配線がそれぞれ延びている。また、各検
出用電極は、１対の検出用固定電極６をなす各電極の外
端が各検出用可動電極５の両外端よりも脚９の最大振幅
以上外側にはみ出すように配置されている。また、各検
出用可動電極５の幅および各検出用固定電極６の幅は、
脚の最大振幅以上の寸法に設定されている。

【００４８】本実施の形態のジャイロスコープ２３にお
いても、脚間の検出用電極をなくせることによりＱ値を
増大することができ、角速度センサとしての検出感度の
向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化が図れる、と
いった第１の実施の形態と同様の効果を奏することがで
きる。

【００４９】さらに検出感度について言えば、本実施の
形態の場合、脚９の上面側に形成される容量と脚９の下
面側に形成される容量とを並列接続することにより、１
個の脚９に対して１２個の容量が形成されることとな
り、第１の実施の形態のジャイロスコープ１に対して２
倍、図１９、図２０に示した既出願のジャイロスコープ
２１に対して６倍の感度向上を図ることが可能となる。

【００５０】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３
の実施の形態を図７を参照して説明する。図７は本実施
の形態のジャイロスコープの脚１本分の電極構成を示す
拡大図である。本実施の形態のジャイロスコープの基本
構成は第１、第２の実施の形態と全く同様であり、異な
る点は、上記第１、第２の実施の形態では、脚側の１個
の検出用電極に対してガラス基板側に２個１対の検出用
電極を設けたのに対し、本実施の形態では、これとは逆
に、ガラス基板側の１個の検出用電極に対して脚側に２
個１対の検出用電極を設けた点である。以下では、図４
と共通の構成要素に同一の符号を付した図７を用いて異
なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略する。

【００５１】本実施の形態のジャイロスコープ２４は、
図７に示すように、上側ガラス基板７下面の脚９の先端
部寄りにあたる位置に、各脚９に対して３個ずつの検出
用固定電極２０が、脚９の長手方向に延在するように設
けられている。これら３個の検出用固定電極２０は、膜
厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜またはクロム膜、も
しくは白金／チタン膜等から形成されている。また、こ
れら３個の検出用固定電極２０は互いに並列接続されて
おり、さらに検出信号取り出し用の配線が形成されてい
る。

【００５２】一方、脚９の上面には、各検出用固定電極
２０と対向するように各検出用固定電極２０に対して２
個ずつ（１対）、各脚９に対して６個ずつ（３対）の検
出用可動電極２２が設けられている。これら１脚あたり
６個の検出用可動電極２２は、シリコン酸化膜等からな
る絶縁膜１２を介して形成され、１個おきに３個の検出
用可動電極２２が１つの電極群をなし、これら同じ電極
群内の電極がそれぞれ並列接続されており、並列接続さ
れた２系統から検出信号取り出し用の配線がそれぞれ延
びている。また、各検出用電極は、１対の検出用可動電
極２２をなす各電極の外端が各検出用固定電極２０の両
外端よりも脚９の最大振幅以上外側にはみ出すように配
置されている。また、各検出用可動電極２２の幅および
各検出用固定電極２０の幅は、脚９の最大振幅以上の寸
法に設定されている。

【００５３】本実施の形態のジャイロスコープ２４にお
いても、脚間の検出用電極をなくせることによりＱ値を
増大することができ、角速度センサとしての検出感度の
向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化が図れる、と
いった第１、第２の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。

【００５４】［第４の実施の形態］以下、本発明の第４
の実施の形態を図８を参照して説明する。図８は本実施
の形態のジャイロスコープの脚１本分の電極構成を示す
拡大図である。本実施の形態のジャイロスコープの基本
構成は第１〜第３の実施の形態と全く同様であり、異な
る点は、上記第１〜第３の実施の形態では、脚側または
ガラス基板側の１個の検出用電極に対して他方のガラス
基板側または脚側に２個１対の検出用電極を設けたのに
対し、以下に説明する第４、第５の実施の形態では、ガ
ラス基板側の検出用固定電極の総数と脚側の検出用可動
電極の総数が同じであり、検出用固定電極と検出用可動
電極とが１対１に対応している点が異なっている。以下
では、第３の実施の形態の図７と共通の構成要素に同一
の符号を付した図８を用いて異なる部分のみを説明し、
共通部分の説明は省略する。

【００５５】本実施の形態のジャイロスコープ４４は、
図８に示すように、上側ガラス基板７下面の脚９の先端
部寄りにあたる位置に、各脚９に対して６個ずつの検出
用固定電極４５ａ，４５ｂが、脚９の長手方向に延在す
るように設けられている。これら６個の検出用固定電極
４５ａ，４５ｂは、膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム
膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等から形成
されている。また、これら６個の検出用固定電極４５
ａ，４５ｂのうち、左側３個の検出用固定電極４５ａ間
（同じ電極群内）、および右側３個の検出用固定電極４
５ｂ間（同じ電極群内）が互いに並列接続されており、
さらに検出信号取り出し用の配線（図示せず）が形成さ
れている。

【００５６】一方、脚９の上面には、各検出用固定電極
４５ａ，４５ｂと対向するように各検出用固定電極４５
ａ，４５ｂに対して１個ずつ、各脚９に対して６個ずつ
の検出用可動電極４６ａ，４６ｂが設けられている。こ
れら１脚あたり６個の検出用可動電極４６ａ，４６ｂは
シリコン酸化膜等からなる絶縁膜１２を介して形成され
ている。これら６個の検出用可動電極４６ａ，４６ｂの
うち、左側３個の検出用可動電極４６ａ間（同じ電極群
内）、および右側３個の検出用可動電極４５ｂ間（同じ
電極群内）が互いに並列接続されており、並列接続され
た２系統から検出信号取り出し用の配線がそれぞれ延び
ている。また、各検出用電極は、左側３個の検出用可動
電極４６ａをなす各電極の外端が左側３個の検出用固定
電極４５ａをなす各電極の外端よりも脚９の最大振幅以
上左側（外側）にはみ出すように配置される一方、右側
３個の検出用可動電極４６ｂをなす各電極の外端が右側
３個の検出用固定電極４５ｂをなす各電極の外端よりも
脚９の最大振幅以上右側（外側）にはみ出すように配置
されている。また、各検出用可動電極４６ａ，４６ｂの
幅および各検出用固定電極４５ａ，４５ｂの幅は、脚９
の最大振幅以上の寸法に設定されている。

【００５７】本実施の形態のジャイロスコープ４４を使
用する際には、左側の検出用可動電極４６ａの配線と左
側の検出用固定電極４５ａの配線との間に第１の容量検
出器Ｃ１を接続するとともに、右側の検出用可動電極４
６ｂの配線と右側の検出用固定電極４５ｂの配線との間
に第２の容量検出器Ｃ２を接続する。音叉２の各脚９を
鉛直方向に振動させた状態で、脚９の長手方向を回転軸
とする角速度が入力されると、入力された角速度の大き
さに応じた水平方向の振動が生じる。この時、例えばガ
ラス基板７に対して脚９が右方向（図中矢印Ｈで示す方
向）に変位したとすると、左側の検出用可動電極４６ａ
と検出用固定電極４５ａとで形成される容量は増加する
ため、第１の容量検出器Ｃ１側で測定される容量変化量
は正、右側の検出用可動電極４６ｂと検出用固定電極４
５ｂとで形成される容量は減少するため、第２の容量検
出器Ｃ２側で測定される容量変化量は負、となる。これ
を差動検出することにより角速度の大きさを検出するこ
とができる。

【００５８】本実施の形態のジャイロスコープ４４にお
いても、脚間の検出用電極をなくせることによりＱ値を
増大することができ、角速度センサとしての検出感度の
向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化が図れる、と
いった第１〜第３の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。

【００５９】なお、本実施の形態では、左側３個の検出
用可動電極４６ａをなす各電極の外端が左側３個の検出
用固定電極４５ａをなす各電極の外端よりも左側にはみ
出すように配置し、右側３個の検出用可動電極４６ｂを
なす各電極の外端が右側３個の検出用固定電極４５ｂを
なす各電極の外端よりも右側にはみ出すように配置した
が、はみ出す方向をこれと逆にしてもよい。すなわち、
左側３個の検出用可動電極４６ａをなす各電極の外端を
左側３個の検出用固定電極４５ａをなす各電極の外端よ
りも右側にはみ出させ、右側３個の検出用可動電極４６
ｂをなす各電極の外端を右側３個の検出用固定電極４５
ｂをなす各電極の外端よりも左側にはみ出させてもよ
い。

【００６０】［第５の実施の形態］以下、本発明の第５
の実施の形態を図９を参照して説明する。図９は本実施
の形態のジャイロスコープの脚１本分の電極構成を示す
拡大図である。本実施の形態のジャイロスコープの基本
構成は第１〜第４の実施の形態と全く同様であり、検出
用電極の数に関しては第４の実施の形態と同様である。
ただし、第４の実施の形態と異なる点は、検出用固定電
極と検出用可動電極との位置関係のみである。以下で
は、第４の実施の形態の図８と共通の構成要素に同一の
符号を付した図９を用いて異なる部分のみを説明し、共
通部分の説明は省略する。

【００６１】本実施の形態のジャイロスコープ５４は、
図９に示すように、上側ガラス基板７下面の脚９の先端
部寄りにあたる位置に、各脚９に対して６個ずつの検出
用固定電極５５ａ，５５ｂが、脚９の長手方向に延在す
るように設けられている。これら６個の検出用固定電極
５５ａ，５５ｂのうち、１個おきの検出用固定電極５５
ａ同士（同じ電極群内）、検出用固定電極５５ｂ同士
（同じ電極群内）が互いに並列接続されており、さらに
検出信号取り出し用の配線（図示せず）が形成されてい
る。

【００６２】一方、脚９の上面には、各検出用固定電極
５５ａ，５５ｂと対向するように各検出用固定電極５５
ａ，５５ｂに対して１個ずつ、各脚９に対して６個ずつ
の検出用可動電極５６ａ，５６ｂが設けられている。こ
れら６個の検出用可動電極５６ａ，５６ｂは、検出用固
定電極と同様、１個おきの検出用可動電極５６ａ同士
（同じ電極群内）、検出用可動電極５６ｂ同士（同じ電
極群内）が互いに並列接続されており、さらに検出信号
取り出し用の配線（図示せず）が形成されている。ま
た、各検出用電極は、一方の電極群をなす各検出用可動
電極５６ａの右端がこれと対向する各検出用固定電極５
５ａの右端よりも脚９の最大振幅以上右側（外側）には
み出すように配置される一方、他方の電極群をなす各検
出用可動電極５６ｂの左端がこれと対向する各検出用固
定電極５５ｂの左端よりも脚９の最大振幅以上左側（外
側）にはみ出すように配置されている。また、各検出用
可動電極５６ａ，５６ｂの幅および各検出用固定電極５
５ａ，５５ｂの幅は、脚９の最大振幅以上の寸法に設定
されている。

【００６３】本実施の形態のジャイロスコープ５４を使
用する際には、検出用可動電極５６ａの配線と検出用固
定電極５５ａの配線との間に第１の容量検出器Ｃ１を接
続するとともに、検出用可動電極５６ｂの配線と検出用
固定電極５５ｂの配線との間に第２の容量検出器Ｃ２を
接続する。音叉２の各脚９を鉛直方向に振動させた状態
で、脚９の長手方向を回転軸とする角速度が入力される
と、入力された角速度の大きさに応じた水平方向の振動
が生じる。この時、例えばガラス基板７に対して脚９が
右方向（図中矢印Ｈで示す方向）に変位したとすると、
検出用可動電極５６ａと検出用固定電極５５ａとで形成
される容量は減少するため、第１の容量検出器Ｃ１側で
測定される容量変化量は負、検出用可動電極５６ｂと検
出用固定電極５５ｂとで形成される容量は増加するた
め、第２の容量検出器Ｃ２側で測定される容量変化量は
正、となる。これを差動検出することにより角速度の大
きさを検出することができる。

【００６４】本実施の形態のジャイロスコープ５４にお
いても、脚間の検出用電極をなくせることによりＱ値を
増大することができ、角速度センサとしての検出感度の
向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化が図れる、と
いった第１〜第４の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。

【００６５】［第６の実施の形態］以下、本発明の第６
の実施の形態を図１０ないし図１２を参照して説明す
る。特許請求の範囲において、「…、前記振動片の先端
部の変位検出方向と平行な面上に設けられ…複数の検出
用可動電極と、…」と記載したが、第１〜第５の実施の
形態では、振動片（脚）が有する「変位検出方向と平行
な面」のうち、脚の上面または下面に検出用可動電極を
形成した例を挙げた。それに対して、本実施の形態で
は、脚の先端面に検出用可動電極を形成した例を説明す
る。図１０は本実施の形態のジャイロスコープの全体構
成を示す分解斜視図、図１１はその平面図、図１２は脚
１本分を示す拡大平面図である。本実施の形態について
も、第１〜第５の実施の形態と異なる点は検出用電極の
構成のみである。したがって、図１０ないし図１２にお
いて、図１および図２と共通の構成要素には同一の符号
を付し、共通部分の詳細な説明は省略する。

【００６６】本実施の形態のジャイロスコープは、図１
０ないし図１２に示すように、各脚９が延在する方向の
先端面９ａと対向するように、各脚９に対して１個ずつ
の検出用電極設置部２６がそれぞれ下側ガラス基板８上
に固定されている。脚９と検出用電極設置部２６の互い
に対向する面の面積はほぼ同一である。そして、音叉
２、枠部１１とともに、検出用電極設置部２６も、元々
は厚さ２００μｍ程度の導電性を有する１枚のシリコン
基板から形成されている。

【００６７】各脚９の先端面９ａには、各脚９に対して
３個ずつの検出用可動電極２７が、脚９の変位検出方向
と垂直な方向、すなわち鉛直方向にそれぞれ延在するよ
うに設けられている。これら３個の検出用可動電極２７
は、アルミニウム膜またはクロム膜等からなり、シリコ
ン酸化膜等からなる絶縁膜１２を介して各脚９の先端面
９ａ上に形成されている。また、これら３個の検出用可
動電極２７同士は互いに並列接続されている。

【００６８】一方、検出用電極設置部２６の脚９の先端
面９ａとの対向面２６ａ上には、各検出用可動電極２７
と対向するように各検出用可動電極２７に対して２個ず
つ（１対）、各脚９に対して６個ずつ（３対）の検出用
固定電極２８が設けられている。これら１脚あたり６個
の検出用固定電極２８は、１個おきにそれぞれ並列接続
されており、並列接続された２系統から検出信号取り出
し用の配線（図示略）がそれぞれ延びている。また、各
検出用電極は、１対の検出用固定電極２８をなす各電極
の外端が各検出用可動電極２７の両外端よりも脚９の最
大振幅以上外側にはみ出すように配置されている。ま
た、各検出用可動電極２７の幅および各検出用固定電極
２８の幅は、脚９の最大振幅以上の寸法に設定されてい
る。なお、駆動用電極の構成は、第１、第２の実施の形
態と同様である。

【００６９】本実施の形態のジャイロスコープ２５の場
合、角速度入力時のコリオリ力による脚の振動方向（変
位検出方向）が図１２における紙面左右方向となるた
め、脚９の振動に伴って検出用可動電極２７と検出用固
定電極２８の対向面積が変化し、容量変化が生じる。こ
の容量変化を検出することにより角速度の大きさを検出
することができる。

【００７０】本実施の形態のジャイロスコープ２５にお
いても、脚間の検出用電極をなくせることによりＱ値を
増大することができ、角速度センサとしての検出感度の
向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化が図れる、と
いった第１〜第５の実施の形態と同様の効果を奏するこ
とができる。さらに本実施の形態の場合、検出用固定電
極２８を音叉２と同じプロセスで形成できるとともに、
検出用固定電極２８と駆動用電極との干渉を少なくする
ことができる。

【００７１】［第７の実施の形態］以下、本発明の第７
の実施の形態を図１３を参照して説明する。本実施の形
態も第６の実施の形態と同様、脚の先端面に検出用可動
電極を形成し、これと対向する検出用電極設置部の対向
面に検出用固定電極を形成した例である。この構成の場
合も検出用可動電極や検出用固定電極の数、位置関係に
関しては、脚の上面、下面に検出用可動電極を設ける場
合と同様のバリエーションが考えられる。第７、第８の
実施の形態ではこれらについて簡単に説明する。図１３
は本実施の形態のジャイロスコープの脚１本分を示す拡
大平面図である。図１３において、図１２と共通の構成
要素には同一の符号を付し、共通部分の詳細な説明は省
略する。

【００７２】本実施の形態のジャイロスコープ６４は、
図１３に示すように、各脚９の先端面９ａには、各脚９
に対して６個ずつの検出用可動電極６５ａ，６５ｂが、
脚９の変位検出方向と垂直な方向（紙面を貫通する方
向）にそれぞれ延在するように設けられている。一方、
検出用電極設置部２６の脚９の先端面９ａとの対向面２
６ａ上には、各検出用可動電極６５ａ，６５ｂと対向す
るように各検出用可動電極６５ａ，６５ｂに対して１個
ずつ、各脚９に対して６個ずつの検出用固定電極６６
ａ，６６ｂが設けられている。また、左側３個の検出用
固定電極６６ａをなす各電極の外端が左側３個の検出用
可動電極６５ａをなす各電極の外端よりも脚９の最大振
幅以上左側（外側）にはみ出すように配置される一方、
右側３個の検出用固定電極６６ｂをなす各電極の外端が
右側３個の検出用可動電極６５ｂをなす各電極の外端よ
りも脚９の最大振幅以上右側（外側）にはみ出すように
配置されている。

【００７３】［第８の実施の形態］以下、本発明の第８
の実施の形態を図１４を参照して説明する。図１４は本
実施の形態のジャイロスコープの脚１本分を示す拡大平
面図である。図１４において、図１２と共通の構成要素
には同一の符号を付し、共通部分の詳細な説明は省略す
る。

【００７４】本実施の形態のジャイロスコープ７４は、
図１４に示すように、各脚９の先端面９ａには、各脚９
に対して６個ずつの検出用可動電極７５ａ，７５ｂが、
脚９の変位検出方向と垂直な方向（紙面を貫通する方
向）にそれぞれ延在するように設けられている。一方、
検出用電極設置部２６の脚９の先端面９ａとの対向面２
６ａ上には、各検出用可動電極７５ａ，７５ｂと対向す
るように各検出用可動電極７５ａ，７５ｂに対して１個
ずつ、各脚９に対して６個ずつの検出用固定電極７６
ａ，７６ｂが設けられている。また、一方の電極群をな
す各検出用可動電極７５ａの左端がこれと対向する各検
出用固定電極７６ａの左端よりも左側（外側）にはみ出
す一方、他方の電極群をなす各検出用可動電極７５ｂの
右端がこれと対向する各検出用固定電極７６ｂの右端よ
りも右側（外側）にはみ出すように配置されている。

【００７５】以上に述べた第７、第８の実施の形態のジ
ャイロスコープの場合も、第６の実施の形態と同様の効
果を奏することができる。

【００７６】［第９の実施の形態］以下、本発明の第９
の実施の形態を図１６ないし図１８を参照して説明す
る。本実施の形態は第１〜第８の実施の形態のジャイロ
スコープを用いた入力装置の例であり、具体的にはパソ
コンの座標入力装置であるペン型マウスに適用した例で
ある。

【００７７】本実施の形態のペン型マウス３０は、図１
６に示すように、ペン型のケース３１の内部に第１〜第
８の実施の形態で示したようなジャイロスコープ３２
ａ、３２ｂが２個収容されている。２個のジャイロスコ
ープ３２ａ、３２ｂは、図１７に示すように、ペン型マ
ウス３０を上から見たとき（図１６の矢印Ａ方向から見
たとき）に各ジャイロスコープ３２ａ、３２ｂの音叉の
脚の延在方向が直交するように配置されている。また、
各ジャイロスコープ３２ａ、３２ｂを駆動し、回転角を
検出するための駆動検出回路３３が設けられている。そ
の他、ケース３１内に電池３４が収容されるとともに、
一般のマウスのスイッチに相当する２つのスイッチ３５
ａ、３５ｂ、マウス本体のスイッチ３６等が備えられて
いる。

【００７８】使用者は、このペン型マウス３０を持ち、
所望の方向にペン先を移動させることによって、パソコ
ン画面上のカーソル等をペン先の移動方向に応じて動か
すことができる。すなわち、ペン先を図１６中の紙面３
７のＸ軸方向に沿って移動させると、ジャイロスコープ
３２ｂが回転角θ１を検出し、紙面３７のＹ軸方向に沿
って移動させると、ジャイロスコープ３２ａが回転角θ
２を検出する。それ以外の方向に移動させた場合には回
転角θ１と回転角θ２の組み合わせとなる。したがっ
て、パソコン側では回転角θ１および回転角θ２に対応
した信号をペン型マウス３０から受け取って、図１８に
示すように、画面３８上のカーソル３９等の移動前の点
から画面３８上でのＸ’軸、Ｙ’軸に対応させて回転角
θ１、θ２の大きさに対応する距離だけカーソル３９を
移動させる。このようにして、このペン型マウス３０
は、光学式エンコーダ等を用いた一般のマウスと同様の
動作を実現することができる。

【００７９】ここで用いた本発明のジャイロスコープ３
２ａ、３２ｂは、小型、低駆動電圧、高感度という特徴
を持っているため、本実施の形態のペン型マウス３０の
ような小型の座標入力機器に好適に使用することができ
る。また、ナビゲーションやヘッドマウントディスプレ
イなど、角速度を検知する一般の入力装置に応用が可能
である。

【００８０】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記の実施の形態のジャイロスコープでは、駆動用
電極を上側ガラス基板側に設けた例を示したが、下側ガ
ラス基板側に設けてもよい。また、片側のガラス基板に
設けるのみならず、双方のガラス基板ともに設ける構成
としてもよい。一方、検出用電極に関しては、各脚あた
りに設ける検出用電極の数は任意に設定してかまわな
い。しかしながら、感度向上の面からは、加工が可能で
ある限り、多くすることが望ましい。また、検出用電極
の形成位置は、３本の脚で例えば上面側、下面側、上面
側というように異なる面側に設けてもよい。また、上記
実施の形態では３脚型の音叉を用いた例を示したが、脚
の数も変更が可能であり、１本でも良い。

【００８１】また、シリコンからなる音叉を２枚のガラ
ス基板で挟持するのではなく、上側ガラス基板がない構
成としてもよい。この場合、より簡易な構造のジャイロ
スコープとなる。また、陽極接合法による張り合わせを
考慮すると、シリコンとガラスの相性がよいが、ガラス
基板に関しては任意の基材の表面にガラスを融着したも
のでも代用できる。また、音叉の材料としてシリコンに
代えて、カーボンを用いることも可能である。その他、
各種構成部材の材料、寸法等の具体的な記載は上記実施
の形態に限ることなく、適宜変更が可能である。

【００８２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ジャイロスコープにおいては、従来のように音叉の脚と
脚との間に検出用電極を設ける必要がなくなるため、Ｑ
値を大きくすることができ、検出感度の向上、駆動電圧
の低減、デバイスの小型化を図ることができる。このジ
ャイロスコープの使用により、例えばパソコンの座標入
力装置等の小型の機器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態のジャイロスコー
プを示す分解斜視図である。

【図２】 同、平面図である。

【図３】 図２のIII−III線に沿う側断面図である。

【図４】 図２のIV−IV線に沿う側断面図であり、脚１
本あたりの電極構成を示す拡大図である。

【図５】 同、ジャイロスコープの製造方法を順を追っ
て示す工程断面図である。

【図６】 本発明の第２の実施の形態のジャイロスコー
プにおける脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図７】 本発明の第３の実施の形態のジャイロスコー
プにおける脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図８】 本発明の第４の実施の形態のジャイロスコー
プにおける脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図９】 本発明の第５の実施の形態のジャイロスコー
プにおける脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図１０】 本発明の第６の実施の形態のジャイロスコ
ープを示す分解斜視図である。

【図１１】 同、平面図である。

【図１２】 同、実施の形態のジャイロスコープにおけ
る脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図１３】 本発明の第７の実施の形態のジャイロスコ
ープにおける脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図１４】 本発明の第８の実施の形態のジャイロスコ
ープにおける脚１本分の電極構成を示す拡大図である。

【図１５】 第１の実施の形態のジャイロスコープの容
量の構成を示す等価回路図である。

【図１６】 本発明の第９の実施の形態であるペン型マ
ウスを示す斜視図である。

【図１７】 同、ペン型マウスに用いた２個のジャイロ
スコープの配置を示す平面図である。

【図１８】 同、ペン型マウスを用いて操作を行うパソ
コン画面を示す正面図である。

【図１９】 本出願人が既に出願したジャイロスコープ
の一例を示す分解斜視図である。

【図２０】 図１９のXX−XX線に沿う側断面図である。

【図２１】 従来のジャイロスコープの一例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１，２１，２３，２４，２５，３２ａ，３２ｂ，４４，
５４，６４，７４ ジャイロスコープ ２ 音叉 ３ 駆動用可動電極 ４ 駆動用固定電極 ５，２２，２７，４６ａ，４６ｂ，５６ａ，５６ｂ，６
５ａ，６５ｂ，７５ａ，７５ｂ 検出用可動電極 ６，２０，２８，４５ａ，４５ｂ，５５ａ，５５ｂ，６
６ａ，６６ｂ，７６ａ，７６ｂ 検出用固定電極 ７ 上側ガラス基板 ８ 下側ガラス基板 ９ 脚（振動片） １０ 支持部 １１ 枠部 １２ 絶縁膜 １７ シリコン基板 ２６ 検出用電極設置部 ３０ ペン型マウス（入力装置）

フロントページの続き (72)発明者 篠原 英司 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 江刺 正喜 宮城県仙台市太白区八木山南一丁目11−９ Ｆターム(参考） 2F105 AA01 AA08 AA10 BB02 BB03 BB13 CC01 CD03 CD07 CD13 5B087 AA02 AA07 BC12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音叉をなす振動片と、該振動片と対向配
   置された基材と、前記振動片を駆動する駆動手段と、前
   記振動片の先端部の変位検出方向と平行な面側に設けら
   れ、各々が前記振動片の変位検出方向の最大振幅以上の
   幅を有する複数の検出用可動電極と、それぞれ複数の電
   極を有する２つの電極群からなり、該２つの電極群のそ
   れぞれの電極が前記複数の検出用可動電極のいずれかの
   電極との間で容量を形成するよう前記複数の検出用可動
   電極と対向配置されて前記基材に設けられるとともに、
   前記２つの電極群の一方の電極群をなす各電極の外端が
   該各電極と対向する前記検出用可動電極の一方の外端よ
   りも前記変位検出方向の最大振幅以上外側にはみ出して
   おり、他方の電極群をなす各電極の外端が該各電極と対
   向する前記検出用可動電極の他方の外端よりも前記変位
   検出方向の最大振幅以上外側にはみ出しており、前記各
   電極が前記振動片の変位検出方向の最大振幅以上の幅を
   有する検出用固定電極とを有してなり、前記検出用固定
   電極のうちの一方の電極群とこれと対向する前記複数の
   検出用可動電極との間で形成される容量の和と、前記検
   出用固定電極のうちの他方の電極群とこれと対向する前
   記複数の検出用可動電極との間で形成される容量の和と
   の差を検出することを特徴とするジャイロスコープ。
2. 【請求項２】 音叉をなす振動片と、該振動片と対向配
   置された基材と、前記振動片を駆動する駆動手段と、前
   記基材に設けられた検出用固定電極であって、前記振動
   片の先端部の変位検出方向と平行な面と対向して設けら
   れ、各々が前記振動片の変位検出方向の最大振幅以上の
   幅を有する複数の検出用固定電極と、それぞれ複数の電
   極を有する２つの電極群からなり、該２つの電極群のそ
   れぞれの電極が前記複数の検出用固定電極との間で容量
   を形成するよう前記複数の検出用固定電極のいずれかの
   電極と対向配置されて前記振動片の先端部の変位検出方
   向と平行な面側に設けられるとともに、前記２つの電極
   群の一方の電極群をなす各電極の外端が該各電極と対向
   する前記検出用固定電極の一方の外端よりも前記変位検
   出方向の最大振幅以上外側にはみ出しており、他方の電
   極群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出
   用固定電極の他方の外端よりも前記変位検出方向の最大
   振幅以上外側にはみ出しており、前記各電極が前記振動
   片の変位検出方向の最大振幅以上の幅を有する検出用可
   動電極とを有してなり、前記検出用可動電極のうちの一
   方の電極群とこれと対向する前記複数の検出用固定電極
   との間で形成される容量の和と、前記検出用可動電極の
   うちの他方の電極群とこれと対向する前記複数の検出用
   固定電極との間で形成される容量の和との差を検出する
   ことを特徴とするジャイロスコープ。
3. 【請求項３】 前記検出用固定電極の前記２つの電極群
   の各々の電極数が、前記検出用可動電極の電極数と同一
   であることを特徴とする請求項１記載のジャイロスコー
   プ。
4. 【請求項４】 前記検出用可動電極の前記２つの電極群
   の各々の電極数が、前記検出用固定電極の電極数と同一
   であることを特徴とする請求項２記載のジャイロスコー
   プ。
5. 【請求項５】 前記振動片が導電性材料からなり、前記
   振動片の少なくとも先端部に形成された絶縁膜を介して
   前記複数の検出用可動電極または前記複数対の検出用可
   動電極が設けられたことを特徴とする請求項１または２
   記載のジャイロスコープ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか一項に記載
   のジャイロスコープを用いたことを特徴とする入力装
   置。