JP2001141462A

JP2001141462A - ジャイロスコープおよびこれを用いた入力装置

Info

Publication number: JP2001141462A
Application number: JP32032399A
Authority: JP
Inventors: Munemitsu Abe; 宗光阿部; Masaki Esashi; 正喜江刺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-25

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の基
端側と対向して両ガラス基板７、８上に設けられた駆動
用固定電極４と、各脚９の先端面に設けられ、凹凸加工
された凸部９ａからなる６個の検出用可動電極５と、脚
９の先端面と対向配置された検出用電極形成部３の対向
面上に設けられた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、このジャイロスコープを角速度センサと
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１８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、本発明のジャイロスコープは、導電性材料からな
り、基端側が支持部とされた振動片と、該振動片の支持
部を支持する基材と、該振動片を駆動する駆動手段と、
前記振動片が延在する方向の先端面の少なくとも一部が
凹凸加工され、この凹凸加工されてなる複数の凸部から
なり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方向の振幅
以上の幅を有し、互いに並列接続された複数の検出用可
動電極と、該複数の検出用可動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、各々が前記振動片の変位検出方向の
振幅以上の幅を有し、互いに並列接続されて前記振動片
の変位を検出する複数の検出用固定電極とを有すること
を特徴とするものである。

【００１０】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。

【００１１】すなわち、本発明のジャイロスコープにお
ける検出用電極は、振動片側に設けられた複数の検出用
可動電極と基材側に設けられた複数の検出用固定電極と
が対向配置されてなるものである。そして、複数の検出
用可動電極は、振動片が延在する方向の先端面の少なく
とも一部が凹凸加工されてなる複数の凸部からなり、こ
れら凸部の各々が振動片の変位検出方向の振幅以上の幅
を有し、互いに並列接続されている。これに対して、複
数の検出用固定電極は、各々が振動片の変位検出方向の
振幅以上の幅を有し、互いに並列接続されている。特に
本発明では、振動片の先端面に金属薄膜等を用いて検出
用可動電極を形成するのではなく、シリコン等の導電性
材料からなる振動片自体の先端面を凹凸加工してできた
凸部を検出用可動電極とすることを特徴としている。つ
まり、凹部に対して検出用固定電極に接近した側に位置
する凸部が電極として機能することになる。

【００１２】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
極とが対向した位置にあり、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。

【００１３】つまり、本発明のジャイロスコープでは、
振動片の基端部を基材に支持した場合、その基材上に振
動片先端面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。

【００１４】また本発明の他のジャイロスコープは、導
電性材料からなり、基端側が支持部とされた振動片と、
該振動片の支持部を支持する基材と、該振動片を駆動す
る駆動手段と、前記振動片が延在する方向の先端面の少
なくとも一部が凹凸加工され、この凹凸加工されてなる
複数の凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位
検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続された
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。

【００１５】本発明の他のジャイロスコープは、容量変
化の検出方法として、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の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、検出用固定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。言い換えると、上記構成の本発明の他のジャイロ
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】上記の構成であると、振動片がいずれか一
方向に変位した場合、検出用固定電極の一方の電極群の
各電極とこれと対向する検出用可動電極との対向面積が
増えて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可動電極との間
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
らなる検出用固定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。

【００１７】前記駆動手段の具体的構成としては、例え
ば基材側に振動片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、振動片の基端側から
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。

【００１８】特に本発明の場合、検出用可動電極を振動
片の延在方向の先端面に設けているので、検出用固定電
極を音叉と同じ製造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。

【００１９】また、各検出用可動電極と各検出用固定電
極の位置関係としては、各検出用可動電極と各検出用固
定電極の振動片の変位検出方向における端部同士を、振
動片の変位検出方向の最大振幅以上の距離ずらして配置
することが望ましい。

【００２０】その理由は、一般に、振動片がその長手方
向を回転軸とする角速度を受けた場合、その角速度の向
きが右回りであるか、左回りであるかによって、駆動方
向と直交する方向における振動片の振動の向きが変わ
る。そこで、各検出用可動電極と各検出用固定電極をず
らして配置すると、振動片がいずれか一方向に変位した
場合、各検出用可動電極と各検出用固定電極との対向面
積が増え、容量が増加する方向に変化したとすると、振
動片が先の方向と逆方向に変位した場合には、必ず、各
検出用可動電極と各検出用固定電極の対向面積が減り、
容量が減少する方向に変化することになる。したがっ
て、容量の変化量の正負を見ることによって角速度の向
きも検知できるため、各検出用可動電極と各検出用固定
電極をずらして配置するのが好ましいのである。つま
り、各検出用可動電極と各検出用固定電極の端部同士を
揃えて配置したとすると、振動片がいずれの方向に変位
しても各検出用可動電極と各検出用固定電極の対向面積
が減る方向にしか変化しないため、角速度の絶対値は検
出できても角速度の向きが検知できない。それに、各検
出用可動電極と各検出用固定電極の端部同士を揃えるこ
とは、製造上難しいという問題もある。

【００２１】また、２つの電極群からなる検出用固定電
極の各電極群の電極数が検出用可動電極の電極数と同一
である構成、すなわち、検出用固定電極の２つの電極群
を構成する各電極をこれと対向する１つの検出用可動電
極に対して互いに対となるような構成にすると、振動片
の幅方向を最も有効に使うことができる。

【００２２】さらに、検出用可動電極のみならず、検出
用固定電極側も検出用可動電極と同一の導電性材料で形
成し、その導電性材料の検出用可動電極と対向する面を
凹凸加工することにより、対向面の凸部を検出用固定電
極とすることができる。その場合、金属薄膜等を用いて
検出用固定電極を形成する必要がなくなる。

【００２３】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。

【００２４】

【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６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の脚１本分を
示す拡大平面図、図５および図６はジャイロスコープの
製造方法を示す工程断面図であって、図５は上側ガラス
基板の製造方法を示す工程断面図、図６はジャイロスコ
ープ全体の製造方法を示す工程断面図である。図中符号
２は音叉、４は駆動用固定電極、５は検出用可動電極、
３は検出用電極形成部、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（基材）であ
る。

【００２５】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、支持
部１０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。

【００２６】図１および図２に示すように、上側ガラス
基板７の下面の脚９の基端側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。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、駆動用固定
電極４に駆動信号を供給するための配線（図示略）が電
極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。本実施の形態の場合、脚９が導電性を有するシリコ
ンで形成されているので、脚９側には特に駆動用電極を
形成する必要がなく、脚９自身と駆動用固定電極４との
容量結合により脚９の駆動手段が構成されている。

【００２７】図１および図２に示すように、各脚９の延
在方向の先端面には、脚９の駆動方向（図においては鉛
直方向）に延びる溝９ｂ（凹部）が形成されており（凹
凸加工）、隣接する溝９ｂ間の凸部９ａとなる領域が検
出用可動電極５として機能する。これにより、各脚９の
先端面に対して６個ずつの検出用可動電極５が脚９の駆
動方向に延在するように設けられている。なお、これら
６個の検出用可動電極５は脚と一体に形成されているた
め、互いに並列接続されたことと等価であり、図示しな
い検出信号取り出し用の配線が形成されている。

【００２８】一方、図１ないし図３に示すように、各脚
９の延在方向の先端面と対向するように、各脚９に対し
て１個ずつの検出用電極形成部３がそれぞれ下側ガラス
基板８上に固定されている。脚９と検出用電極形成部３
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、検出用電極形成部３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。

【００２９】そして、図２および図４に示すように、検
出用電極形成部３の脚９の先端面との対向面は凹凸加工
されており、対向面上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１個ずつ、各脚９
に対して６個ずつの凸部３ａからなる検出用固定電極６
が設けられている。検出用可動電極５と同様、これら６
個の検出用固定電極５も導電性材料であるシリコンによ
り一体に形成されているため、互いに並列接続されたこ
とと等価であり、図示しない検出信号取り出し用の配線
が形成されている。

【００３０】図４に示すように、各脚９の先端面上の検
出用可動電極５と検出用電極形成部３の対向面上の検出
用固定電極６とは１個ずつほぼ対向配置されているが、
検出用可動電極５と検出用固定電極６の脚９の変位検出
方向の端部同士が揃うように完全に対向配置されている
わけではなく、検出用可動電極５の端部と検出用固定電
極６の端部が、脚９の変位検出方向の最大振幅以上の距
離ずれた状態に配置されている。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自体
は、脚９の最大振幅以上の寸法に設定されている。

【００３１】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つ
の脚９の幅Ｗが２００μｍ、各検出用可動電極５の幅Ｗ
１および各検出用固定電極６の幅Ｗ２がともに２０μ
ｍ、検出用可動電極５間の間隙Ｇ１および検出用固定電
極６間の間隙Ｇ２がともに１０μｍ、検出用可動電極５
の端部と検出用固定電極６の端部のずれ量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１
μｍに設定している。

【００３２】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、駆
動用固定電極４と同一のアルミニウム膜またはクロム
膜、もしくは白金／チタン膜等からなる同電位パターン
が設けられている。

【００３３】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。最初に上側ガラス基板
７、下側ガラス基板８の製造方法を図５を用いて説明す
る。図５Ａに示すように、ガラス基板１３を用意し、洗
浄後、図５Ｂに示すように、両面にクロム膜１４をスパ
ッタする。次いで、レジストパターン１５を形成し、こ
のレジストパターン１５をマスクとしてクロム膜１４を
エッチングする。次に、図５Ｃに示すように、このレジ
ストパターン１５およびパターニングされたクロム膜１
４をマスクとしてガラス基板１３表面のフッ酸エッチン
グを行い、ガラス基板１３上の音叉の位置に対応する領
域に深さ１０μｍ程度の凹部１３ａを形成する。その
後、図５Ｄに示すように、レジストパターン１５および
クロム膜１４のパターンを除去する。この工程までで本
実施の形態の下側ガラス基板８は完成する。

【００３４】次に、図５Ｅに示すように、膜厚３００ｎ
ｍ程度のアルミニウム膜、クロム膜等の金属膜１６をガ
ラス基板１３の一面にスパッタした後、その上にレジス
トパターン１５を形成し、これをマスクとして金属膜１
６のエッチングを行うことにより駆動用固定電極４およ
び同電位パターンを形成する。以上の工程により、本実
施の形態の上側ガラス基板７が完成する。

【００３５】次に、図６Ａに示すように、シリコン基板
１７を用意し、図６Ｂ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、後で支持部１
０となる部分が接合されるようにする。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
リコンとガラスを容易に接合することができるが、シリ
コン基板１７が音叉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、その部分も接合されてしまい、振動
可能な音叉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のその部分をシリコ
ン基板１７と同電位とするために、下側ガラス基板８表
面に同電位パターンを形成しておく。この点は上側ガラ
ス基板７についても同様である。

【００３６】次に、図６Ｃ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。この際の
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、支持部１０、枠部１１、検出用電極形成部３
等、シリコンを残す部分の形状とし、さらに音叉２の脚
９の先端面および検出用電極形成部３の対向面に図４で
示したような凹凸が形成される形状とする。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、図６Ｄに示すよ
うに、音叉２、支持部１０、枠部１１、検出用電極形成
部３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。また同時に、検出
用可動電極５、検出用固定電極６が形成される。その
後、レジストパターン１９を剥離する。

【００３７】次に、図６Ｅに示すように、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、この
図に示すように、シリコン基板１７の音叉２の支持部１
０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。

【００３８】本実施の形態のジャイロスコープ１を使用
する際には、駆動用固定電極４の配線に駆動源としての
発振器を接続するとともに、検出用可動電極５の信号取
出用配線と検出用固定電極６の信号取出用配線との間に
容量検出器を接続する。発振器を駆動して音叉２−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の検出用可動電極５
と検出用電極形成部３の検出用固定電極６が対向した状
態にあり、脚９の水平振動に伴って検出用可動電極５と
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。この容量変化を容量検出器で検出することに
より角速度の大きさを検出することができる。

【００３９】さらに、本実施の形態の場合、図４に示し
たように、互いに対向する検出用可動電極５と検出用固
定電極６の端部をずらして配置しているため、例えば図
４において脚９が検出用電極形成部３に対して左方向
（矢印Ａで示す方向）に変位した場合、各検出用可動電
極５と各検出用固定電極６との対向面積が増え、容量が
増加する方向に変化する。また、脚９が検出用電極形成
部３に対して右方向（矢印Ｂで示す方向）に変位した場
合には、各検出用可動電極５と各検出用固定電極６の対
向面積が減り、容量が減少する方向に変化する。よっ
て、容量の変化量の正負を検知することによって角速度
の向きも検知することができる。

【００４０】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。

【００４１】また本実施の形態の場合、検出用可動電極
５を脚９の延在方向の先端面に設けているので、検出用
固定電極６を音叉２と同じ製造プロセスで形成できると
ともに、検出用固定電極６と駆動用固定電極４の位置が
離れ、これら電極間の干渉を少なくすることができる。

【００４２】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１６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１７は図
１６のXVII−XVII線に沿う断面図である。なお、図１６
および図１７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。

【００４３】図１６および図１７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。

【００４４】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６個ずつの検出用可動電極５お
よび検出用固定電極６が設けられており、検出用可動電
極５同士、検出用固定電極６同士は互いに並列接続され
ている。互いに対向する検出用可動電極５と検出用固定
電極６の合計６個の電極対で形成される容量をそれぞれ
Ｃ₁、Ｃ₂、…、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＋…＋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、Ｃ_dt2＝（Ｃ₁＋ΔＣ₁）＋（Ｃ₂＋ΔＣ₂）＋…＋（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、これを変形すると次の（４）式
となる。

【数１】より一般的に１つの脚に対してｎ個の検出用電極を設け
ると、次の（５）式となる。

【数２】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。

【００４５】図１６、図１７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６ａが設けられているため、（５）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、（５）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９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。

【００４６】ここで、本実施の形態の検出用可動電極５
および検出用固定電極６を形成する際の凸部９ａの高さ
について考察する。図４に示したように、検出用可動電
極５と検出用固定電極６とが対向した部分の面積をＳ、
初期状態で検出用可動電極５と検出用固定電極６とが対
向していない部分の面積をＳ’、脚９の先端面と検出用
電極形成部３の対向面との間のギャップをｄ₁、検出用
電極をなす凸部９ａ，３ａの高さをｄ₂、とする。脚９
の変位がない初期状態での電極１個あたりの容量Ｃ
₀は、Ｃ₀＝ε₀ε・（Ｓ／ｄ₁）＋ε₀ε・（Ｓ’／（ｄ₁＋ｄ₂）） ……（６）面積増加分がＳ’となるように脚９が変位した後の容量
Ｃ₁は、Ｃ₁＝ε₀ε・（Ｓ／ｄ₁）＋ε₀ε・（Ｓ’／ｄ₁） ……（７）（ただし、ε₀εは電極間の空間の誘電率）よって、電極１個あたりの容量変化量ΔＣは、（６）、
（７）式より、 ΔＣ＝Ｃ₁−Ｃ₀ ＝ε₀ε・（Ｓ’／ｄ₁）−ε₀ε・（Ｓ’／（ｄ₁＋ｄ₂））＝ε₀εＳ’・［（１／ｄ₁）−｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］ ……（８）

【００４７】図１６、図１７に示した既出願のジャイロ
スコープにおける容量変化量よりも本発明のジャイロス
コープにおいてｎ個の電極を設けた場合の容量変化量の
方が大きくなる条件は、（８）式より、ｎ・［（１／ｄ₁）−｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］＞２×（１／ｄ₁） …（９）となる。本実施の形態の場合、ｎ＝６であるから、６×［（１／ｄ₁）−｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］＞２×（１／ｄ₁）ｄ₂＞１／２・ｄ₁……（１０）したがって、検出用可動電極となる凸部の高さｄ₂はｄ₁
の１／２以上、すなわち、検出用可動電極５と検出用固
定電極６の間のギャップの半分以上とすることが望まし
い（図４は凸部の高さを誇張して示している）。

【００４８】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。

【００４９】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図７ないし図９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全体構成を示す
分解斜視図、図８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９は図８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的な構成は第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。図７ないし図９では、図１、図２、図４と
共通の構成要素に同一の符号を付し、以下では共通部分
の説明は省略する。

【００５０】第１の実施の形態においては、１本の脚９
に対して１個の検出用電極形成部３が対向配置され、脚
９の先端面と検出用電極形成部３の対向面に、検出用可
動電極５と検出用固定電極６がそれぞれ６個ずつ設けら
れていた。これに対して、本実施の形態のジャイロスコ
ープ２３では、図７および図８に示すように、１本の脚
９に対して２個の検出用電極形成部２４ａ，２４ｂが対
向配置されており、脚９の先端面に６個の検出用可動電
極５が設けられ、各検出用電極形成部２４ａ，２４ｂの
脚９の先端面と対向する面に３個ずつの検出用固定電極
２５ａ，２５ｂが設けられている。

【００５１】すなわち、図９に示すように、各脚９の先
端面は凹凸加工され、６個の凸部９ａからなる検出用可
動電極５が脚９の駆動方向に延在するように設けられて
いる。一方、下側ガラス基板８に固定された各検出用電
極形成部２４ａ，２４ｂの脚９の先端面との対向面も凹
凸加工され、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１個ずつ、合計３個の検出用固
定電極２５ａ，２５ｂが設けられている。すなわち、本
実施の形態における検出用電極形成部２４ａ，２４ｂ
は、第１の実施の形態の検出用電極形成部３を中央で２
分割したような形状となっている。よって、１個の検出
用電極形成部２４ａ，２４ｂの３個の検出用固定電極２
５ａ，２５ｂが互いに並列接続された電極群を構成し、
各検出用電極形成部２４ａ，２４ｂの各電極群から検出
信号取出用の配線（図示略）がそれぞれ延びている。

【００５２】また、図９に示すように、各脚９の検出用
可動電極５と各検出用電極形成部２４ａ，２４ｂの検出
用固定電極２５ａ，２５ｂ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各検出用可動電極５の外端
（図９における左端と右端）と各検出用固定電極２５
ａ，２５ｂ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、図９における左側の検出用電極形成部
２４ａの各検出用固定電極２５ａは対向する各検出用可
動電極５に対して脚９の最大振幅以上の寸法だけ左側に
はみ出し、右側の検出用電極形成部２４ｂの各検出用固
定電極２５ｂは対向する各検出用可動電極５に対して脚
９の最大振幅以上の寸法だけ右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２５ａ，２５ｂの幅Ｗ２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２３を使
用する際には、音叉２と駆動用固定電極４の配線との間
に駆動源としての発振器を接続し、検出用可動電極５の
配線と一方の検出用電極形成部２４ａの検出用固定電極
２５ａの配線との間に第１の容量検出器を接続するとと
もに、検出用可動電極５ｂの配線と他方の検出用電極形
成部２４ｂの検出用固定電極２５ｂの配線との間に第２
の容量検出器を接続する。発振器を駆動して音叉２−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と検出用電極形成部２４ａ，２４ｂの検出用固定電
極２５ａ，２５ｂ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２
５ａ，２５ｂ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。

【００５４】よって、本実施の形態のジャイロスコープ
２３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り、脚間ギャップが
小さくできるため、Ｑ値を大きくすることができる。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、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得ることができ
る。また、従来のジャイロスコープに比べて検出感度が
向上する点も第１の実施の形態と同様である。

【００５５】さらに、本実施の形態では差動検出法を採
用しているが、各電極群毎の初期容量値の和が互いに等
しいため、差分をとると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。

【００５６】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３
の実施の形態を図１０を参照して説明する。図１０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
示す平面図である。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って、異な
る点は検出用固定電極の形成に凹凸加工を用いない点の
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１０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。

【００５７】図４に示した第１の実施の形態の場合、検
出用電極形成部３の脚９の先端面との対向面を凹凸加工
し、凸部９ａの部分を検出用可動電極５とした。これに
対して、本実施の形態のジャイロスコープ４５の場合、
検出用電極形成部４６をなすシリコンの脚９の先端面と
の対向面上にシリコン酸化膜等の絶縁膜４７が形成さ
れ、絶縁膜４７上にアルミニウム膜またはクロム膜、も
しくは白金／チタン膜等の金属膜からなる検出用固定電
極４８が形成されている。

【００５８】本実施の形態のジャイロスコープ４５にお
いても、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得ることができる。

【００５９】［第４の実施の形態］以下、本発明の第４
の実施の形態を図１１を参照して説明する。図１１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
示す平面図である。本実施の形態のジャイロスコープの
基本構成は第２の実施の形態と全く同様であって、異な
る点は検出用固定電極の形成に凹凸加工を用いない点の
みである。以下では、図９と共通の構成要素に同一の符
号を付した図１１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。

【００６０】図９に示した第２の実施の形態の場合、検
出用電極形成部２４ａ，２４ｂの脚９の先端面との対向
面を凹凸加工し、凸部の部分を検出用可動電極２５ａ，
２５ｂとした。これに対して、本実施の形態のジャイロ
スコープ４９の場合、検出用電極形成部５０ａ，５０ｂ
をなすシリコンの脚９の先端面との対向面上にシリコン
酸化膜等の絶縁膜５１が形成され、絶縁膜５１上にアル
ミニウム膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等
の金属膜からなる検出用固定電極５２ａ，５２ｂがそれ
ぞれ形成されている。

【００６１】本実施の形態のジャイロスコープ４９にお
いても、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、差動検出による
検出精度の向上といった第２の実施の形態と同様の効果
を得ることができる。

【００６２】［第５の実施の形態］以下、本発明の第５
の実施の形態を図１２を参照して説明する。図１２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
示す平面図である。本実施の形態のジャイロスコープの
基本構成は第３の実施の形態と全く同様であって、異な
る点は検出用固定電極の電極配置のみである。以下で
は、図１０と共通の構成要素に同一の符号を付した図１
２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。

【００６３】図１０に示した第３の実施の形態において
は、脚９の先端面の１個の検出用可動電極５に対して、
検出用電極形成部４６の１個の検出用固定電極４８が対
向するように設けられていた。これに対して、本実施の
形態のジャイロスコープ５３では、図１２に示すよう
に、脚９の先端面の１個の検出用可動電極５に対して、
検出用電極形成部５４の２個の検出用固定電極５６ａ，
５６ｂが対向するように設けられている。

【００６４】すなわち、各脚９の先端面には、６個の凸
部９ａからなる検出用可動電極５が脚９の駆動方向に延
在するように設けられている。一方、検出用電極形成部
５４の脚９の先端面との対向面には、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１２個ずつ（６対）の検出
用固定電極５６ａ，５６ｂが絶縁膜５５を介して設けら
れている。これら１脚あたり１２個の検出用固定電極５
６ａ，５６ｂは、１個おきにそれぞれ並列接続された２
つの電極群（５６ａからなる群と５６ｂからなる群）か
らなり、並列接続された各電極群から検出信号取出用の
配線（図示略）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５６ａ，５６ｂ側が２つ
の電極群で構成されており、検出用固定電極５６ａ，５
６ｂの各電極群中の電極の数（６個）が、検出用可動電
極５の電極の数（６個）と同一であって、検出用固定電
極５６ａ，５６ｂ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。

【００６５】図１２に示すように、各脚９上の検出用可
動電極５と検出用電極形成部５４上の１対の検出用固定
電極５６ａ，５６ｂ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１
２における左端と右端）と１対の検出用固定電極５６
ａ，５６ｂ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５６ａ，
５６ｂ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５６ａ，５６ｂの幅Ｗ２は、脚９の最大振幅以上の寸
法に設定されている。

【００６６】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つ
の脚９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５６ａ，５６ｂの幅Ｗ２が２０μ
ｍ、検出用固定電極５６ａ，５６ｂ間の間隔Ｇ２が５μ
ｍ、一対の検出用固定電極５６ａ，５６ｂ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１
μｍに設定している。本例では、一対の検出用固定電極
５６ａ，５６ｂのうち、一方の検出用固定電極５６ａ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５６ｂ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。

【００６７】本実施の形態のジャイロスコープ５３を使
用する際には、音叉２と駆動用固定電極４の配線との間
に駆動源としての発振器を接続し、検出用可動電極５の
配線と一方の電極群の検出用固定電極５６ａの配線との
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の配線と他方の電極群の検出用固定電極５６ｂの
配線との間に第２の容量検出器を接続する。発振器を駆
動して音叉２−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と検出用電極形成部５４上の１対
の検出用固定電極５６ａ，５６ｂ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５６ａ，５６ｂ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。

【００６８】よって、本実施の形態のジャイロスコープ
５３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り、脚間ギャップが
小さくできるため、Ｑ値を大きくすることができる。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、デバイスの小型化が図れる、と
いった上記実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。また、従来のジャイロスコープに比べて検出感度が
向上する点も上記実施の形態と同様である。

【００６９】さらに、本実施の形態では差動検出法を採
用しているが、各電極群毎の初期容量値の和が互いに等
しいため、差分をとると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。また本実施の形態の
場合、検出用固定電極５６ａ，５６ｂ側が２つの電極群
で構成されており、検出用固定電極５６ａ，５６ｂの各
電極群の電極数（６個）が、検出用可動電極５の電極数
（６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５６ａ，５６ｂ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、脚９の幅方向を最も有効に利用することができ
る。

【００７０】［第６の実施の形態］以下、本発明の第６
の実施の形態を図１３ないし図１５を参照して説明す
る。本実施の形態は第１〜第５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。

【００７１】本実施の形態のペン型マウス３０は、図１
３に示すように、ペン型のケース３１の内部に第１〜第
５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１４に示すように、ペン型マ
ウス３０を上から見たとき（図１３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。

【００７２】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１３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１５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。

【００７３】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。

【００７４】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における電極
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、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。

【００７５】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。

【００７６】

【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】同、ジャイロスコープの脚１本あたりの電極
構成を示す拡大平面図である。

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

【図６】同、ジャイロスコープ全体の製造方法を順を
追って示す工程断面図である。

【図７】本発明の第２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８】同、平面図である。

【図９】同、ジャイロスコープの脚１本あたりの電極
構成を示す拡大平面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態のジャイロスコ
ープの脚１本あたりの電極構成を示す拡大平面図であ
る。

【図１１】本発明の第４の実施の形態のジャイロスコ
ープの脚１本あたりの電極構成を示す拡大平面図であ
る。

【図１２】本発明の第５の実施の形態のジャイロスコ
ープの脚１本あたりの電極構成を示す拡大平面図であ
る。

【図１３】本発明の第６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１４】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１５】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１６】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１７】図１６のXVII−XVII線に沿う側断面図であ
る。

【図１８】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】

１，２１，２３，４５，４９，５３ジャイロスコープ２音叉３，２４ａ，２４ｂ，４６，５０ａ，５０ｂ，５４検
出用電極形成部４駆動用固定電極５検出用可動電極６，２５ａ，２５ｂ，４８，５２ａ，５２ｂ，５６ａ，
５６ｂ検出用固定電極７上側ガラス基板（基材）８下側ガラス基板（基材）９脚（振動片）９ａ凸部９ｂ溝（凹部）１０支持部１１枠部３０ペン型マウス（入力装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江刺正喜宮城県仙台市太白区八木山南一丁目11−９Ｆターム(参考） 2F105 AA10 BB02 BB13 BB14 BB20 CC01 CC04 CD03 CD05 5B087 AA06 BC12 BC34 DD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性材料からなり、基端側が支持部と
された振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、
該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片が延在する
方向の先端面の少なくとも一部が凹凸加工され、この凹
凸加工されてなる複数の凸部からなり、該凸部の各々が
前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互い
に並列接続された複数の検出用可動電極と、該複数の検
出用可動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、各
々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、
互いに並列接続されて前記振動片の変位を検出する複数
の検出用固定電極とを有することを特徴とするジャイロ
スコープ。
【請求項２】導電性材料からなり、基端側が支持部と
された振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、
該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片が延在する
方向の先端面の少なくとも一部が凹凸加工され、この凹
凸加工されてなる複数の凸部からなり、該凸部の各々が
前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互い
に並列接続された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。
【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数
であることを特徴とする請求項２に記載のジャイロスコ
ープ。
【請求項４】前記検出用固定電極が、前記複数の検出
用可動電極と対向する部分が凹凸加工されてなる複数の
凸部からなることを特徴とする請求項１または２に記載
のジャイロスコープ。
【請求項５】前記導電性材料がシリコンであることを
特徴とする請求項１または２に記載のジャイロスコー
プ。
【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。