JP2002340560A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検査調整工数の負荷を軽減するとともに、対
を形成する振動体の角速度に対する各感度を好適に調整
することができる角速度センサを提供する。 【解決手段】 第２の振動体１２，２２は、互いに略対
称となる対を形成して基板１０に対してそれぞれ浮動支
持されている。これら第２の振動体１２，２２は第１の
振動体１１，２１とともにｘ方向に互いに逆方向で振動
駆動されている状態においてｚ軸廻りの角速度が加えら
れることにより同角速度に基づくコリオリの力に応じて
ｙ方向に互いに逆方向で振動する。これら第２の振動体
１２，２２のｙ方向の振動振幅に基づき角速度が検出さ
れる。第２の振動体１２，２２に対向して基板１０にそ
れぞれ固定配置され、直流電圧が印加されることで第２
の振動体１２，２２のｙ方向の共振周波数を調整する調
整用電極を複数に分割して設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して浮動
支持された振動体を対で備え、これら振動体の振動状態
に基づき角速度を検出する角速度センサに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、角速度センサとしては、例えば基
板に対して第１のばね梁を介して駆動方向（ｘ方向）に
振動可能に支持された第１の振動体と、同第１の振動体
に第２のばね梁を介して検出方向（ｙ方向）に振動可能
に支持された第２の振動体とを備えたものが知られてい
る。こうした角速度センサにおいては、第１及び第２の
振動体が駆動方向（ｘ方向）に振動駆動されている状態
においてｚ軸廻りの角速度が加えられると、同角速度に
基づくコリオリの力に応じて第２の振動体が検出方向
（ｙ方向）に振動する。角速度センサは、この第２の振
動体の検出方向（ｙ方向）の振動状態に基づき加えられ
た角速度を検出する。

【０００３】なお、加えられた角速度をΩとすると、第
２の振動体の検出方向（ｙ方向）の感度、すなわち角速
度に対する感度に相当する変位Δｙは、下記数１式で表
されることが知られている。

【０００４】

【数１】 ここで、ｆｄは第１及び第２の振動体の駆動方向（ｘ方
向）の共振周波数（コリオリ力の周波数）、ｆｓ及びＱ
は第２の振動体の検出方向（ｙ方向）の共振周波数とそ
のＱ値、ｖｄは第１及び第２の振動体の駆動方向（ｘ方
向）の振動速度（駆動振動速度）をそれぞれ示す。数１
式からわかるように、角速度センサとしての感度を決め
るのは、駆動方向（ｘ方向）の共振周波数ｆｄ及び振動
速度ｖｄ、検出方向（ｙ方向）の共振周波数ｆｓ及びそ
のＱ値である。特に、駆動方向（ｘ方向）及び検出方向
（ｙ方向）の各共振周波数ｆｄ，ｆｓの比の値（ｆｄ／
ｆｓ）の影響度が最も大きくなっている。従って、この
比の値（ｆｄ／ｆｓ）を精度良く決めることが最も重要
となる。

【０００５】このような特性を有する角速度センサの感
度調整のため、例えば第２の振動体に対して駆動方向の
静電引力を発生させる櫛歯状の調整用固定電極を設けた
角速度センサが知られている。すなわち、この調整用固
定電極に対して所要の直流電圧を印加することで電気的
なばねを付加し、第２の振動体の検出方向の共振周波数
を調整する。

【０００６】なお、上記直流電圧の印加による調整後の
第２の振動体の共振周波数をｆｓｔとすると、この調整
後の共振周波数ｆｓｔは、下記数２式で表されることが
知られている。

【０００７】

【数２】 ここで、Ｖｔは調整用固定電極に対して印加した直流電
圧（調整電圧）を、ｎｔは櫛歯の本数を、ｌｔは各櫛歯
が第２の振動体と重なる長さを、ｔｔは調整用固定電極
（櫛歯）の厚さを、ｍｓは第２の振動体の質量を、ｄｔ
は電極間距離をそれぞれ示す。従って、上記調整用固定
電極に直流電圧を印加し、第２の振動体の検出方向（ｙ
方向）の共振周波数を下げる方向に調整することで角速
度に対する感度を調整する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした角
速度センサにおいては、第１の振動体は第１のばね梁に
て駆動方向にのみ振動しやすく支持されており、第２の
振動体は第２のばね梁にて検出方向にのみ振動しやすく
支持されている。一方、角速度の検出に関しては、１つ
の振動体（第２の振動体）のみの振動に基づいているた
め、例えば車載された場合などのように振動の多い環境
では、検出に際して所定方向に作用する加速度などの外
力の要因を分離することができず、角速度の検出精度の
低下を余儀なくされている。

【０００９】そこで、例えば図５に示されるように、上
記に準じた形状を有する一対の振動体を備えて同一平面
上に音叉型に構成された角速度センサが知られている。
すなわち、この角速度センサは基板８０に対して第１の
ばね梁８１，９１を介して駆動方向（ｘ方向）に振動可
能に支持された第１の振動体８２，９２と、同第１の振
動体８２，９２に第２のばね梁８３，９３を介して検出
方向（ｙ方向）に振動可能に支持された第２の振動体８
４，９４とを備えている。そして、静電引力によりこれ
ら第１の振動体８２，９２（及び第２の振動体８４，９
４）を駆動方向に互いに逆相（逆方向）で振動させるた
めの駆動用固定電極８５ａ，８５ｂ，９５ａ，９５ｂ、
第１の振動体８２，９２の駆動方向の振動を検出するた
めの変位検出用固定電極８６ａ，８６ｂ，９６ａ，９６
ｂ、直流電圧を印加する調整用固定電極８７，９７、第
２の振動体８４，９４の検出方向の振動を検出するため
の角速度検出用固定電極８８ａ，８８ｂ，９８ａ，９８
ｂが基板８０に対して接合されている。

【００１０】第１の振動体８２，９２（第２の振動体８
４，９４）が駆動方向に互いに逆相（逆方向）で振動す
る状態で、ｘｙ平面に直交するｚ軸廻りの角速度が加え
られると、同角速度に基づくコリオリの力に応じて第２
の振動体８４，９４がそれぞれ検出方向に振動する。こ
のとき、第２の振動体８４，９４は駆動方向に互いに逆
相で振動しているため、その検出方向の振動も互いに逆
相（逆方向）となっている。従って、これら第２の振動
体８４，９４の検出方向の振動に基づく静電容量の変動
に応じた各信号（電圧値）を差動増幅することで、その
信号レベルを略２倍にするとともに、同相で検出された
ノイズを略相殺する。このため、例えば加速度などの外
力のように第２の振動体８４，９４に対して同相で影響
を及ぼす要因を略相殺することができ、その角速度の検
出精度の向上を図ることができる。

【００１１】また、上記調整用固定電極８７，９７に対
して所要の直流電圧を印加することで、角速度に対する
感度が調整される。ここで、このような音叉型の角速度
センサにおいては、各第２の振動体８４，９４の検出方
向の共振周波数ｆｓの上述の調整（比の値ｆｄ／ｆｓの
調整）に加えて、対となる両第２の振動体８４，９４の
検出方向の共振周波数を互いに一致させるための調整を
共通な１つの直流電圧（調整電圧）で行う必要がある。
このため、調整手順が複雑となって調整工程の自動化が
困難であるため、調整時間の増大を余儀なくされてい
た。

【００１２】本発明の目的は、検査調整工数の負荷を軽
減するとともに、対を形成する振動体の角速度に対する
各感度を好適に調整することができる角速度センサを提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、互いに略対称となる対
を形成して基板に対してそれぞれ浮動支持され、ｘ方向
に互いに逆方向で振動駆動されている状態においてｚ軸
廻りの角速度が加えられることにより該角速度に基づく
コリオリの力に応じてｙ方向に互いに逆方向で振動する
振動体を備え、該振動体のｙ方向の振動振幅に基づき角
速度を検出する角速度センサにおいて、前記振動体に対
向して前記基板にそれぞれ固定配置され、直流電圧が印
加されることで該振動体のｙ方向の共振周波数を調整す
る調整用電極を複数に分割して設けたことを要旨とす
る。

【００１４】請求項２に記載の発明は、互いに略対称と
なる対を形成して基板に対してそれぞれｘ方向及びｙ方
向に振動可能に浮動支持された振動体と、前記振動体の
ｘ方向の振動振幅が略一定となるように該振動体を互い
に逆方向で振動駆動する駆動手段と、前記振動体のｙ方
向の振動振幅をそれぞれ検出する検出手段とを備え、該
検出された振動体のｙ方向の振動振幅に基づきｚ軸廻り
の角速度を検出する角速度センサにおいて、前記振動体
に対向して前記基板にそれぞれ固定配置され、直流電圧
が印加されることで該振動体のｙ方向の共振周波数を調
整する調整用電極を複数に分割して設けたことを要旨と
する。

【００１５】請求項３に記載の発明は、互いに略対称と
なる対を形成して基板に対してそれぞれｘ方向に振動可
能に浮動支持された第１の振動体と、前記第１の振動体
に対してｙ方向に振動可能にそれぞれ支持された第２の
振動体と、前記第１の振動体のｘ方向の振動振幅が略一
定となるように該第１の振動体を互いに逆方向で振動駆
動する駆動手段と、前記第２の振動体のｙ方向の振動振
幅をそれぞれ検出する検出手段とを備え、該検出された
第２の振動体のｙ方向の振動振幅に基づきｚ軸廻りの角
速度を検出する角速度センサにおいて、前記第２の振動
体に対向して前記基板にそれぞれ固定配置され、直流電
圧が印加されることで該第２の振動体のｙ方向の共振周
波数を調整する調整用電極を複数に分割して設けたこと
を要旨とする。

【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の角速度センサにおいて、前記調整用電
極は、ｙ方向略中間部を通るｘ方向に対して略対称とな
るように分割されたことを要旨とする。

【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかに記載の角速度センサにおいて、前記分割され
た調整用電極には、互いに独立した２つの直流電圧が印
加されることを要旨とする。

【００１８】（作用）請求項１又は２に記載の発明によ
れば、上記調整用電極は複数に分割されている。一般
に、調整用電極に対して直流電圧を印加して電気的なば
ねを付加することで、振動体のｙ方向の共振周波数を低
減調整できる（数２式参照）。従って、対を形成する振
動体のｙ方向の共振周波数を互いに一致させるために、
同共振周波数が大きい方の振動体に対向する分割された
いずれかの調整電極に直流電圧を印加する。また、角速
度に対する振動体の感度において影響度合いの大きいｘ
方向及びｙ方向の各共振周波数の比の値（数１式参照）
を所要の値にするため、更に各振動体に対向する分割さ
れた残りの調整電極に共通の直流電圧を印加する。以上
により、対を形成する振動体の角速度に対する各感度は
好適に調整される。また、検査調整工程においては、分
割された各調整電極に印加すべき直流電圧を順次、確認
・設定することで、対を形成する振動体のｙ方向の共振
周波数を互いに一致させるための調整と、振動体のｘ方
向及びｙ方向の各共振周波数の比の値を所要の値にする
ための調整とを行える。このため、調整手順の単純化に
よる調整工程の自動化が可能となり、調整時間が低減さ
れる。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、上記調整
用電極は複数に分割されている。一般に、調整用電極に
対して直流電圧を印加して電気的なばねを付加すること
で、第２の振動体のｙ方向の共振周波数を低減調整でき
る（数２式参照）。従って、対を形成する第１の振動体
に対してそれぞれ支持された第２の振動体のｙ方向の共
振周波数を互いに一致させるために、同共振周波数が大
きい方の第２の振動体に対向する分割されたいずれかの
調整電極に直流電圧を印加する。また、角速度に対する
第２の振動体の感度において影響度合いの大きいｘ方向
及びｙ方向の各共振周波数の比の値（数１式参照）を所
要の値にするため、更に各第２の振動体に対向する分割
された残りの調整電極に共通の直流電圧を印加する。以
上により、対を形成する第２の振動体の角速度に対する
各感度は好適に調整される。また、検査調整工程におい
ては、分割された各調整電極に印加すべき直流電圧を順
次、確認・設定することで、対を形成する第２の振動体
のｙ方向の共振周波数を互いに一致させるための調整
と、第２の振動体のｘ方向及びｙ方向の各共振周波数の
比の値を所要の値にするための調整とを行える。このた
め、調整手順の単純化による調整工程の自動化が可能と
なり、調整時間が低減される。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、調整用電
極は、ｙ方向略中間部を通るｘ方向に対して略対称とな
るように分割されている。従って、調整用電極に対する
直流電圧の印加による電気的なばねの付加は、振動体
（第２の振動体）に対して略均等に作用する。従って、
電気的なばねの付加による振動体の振動ぶれが抑制され
る。

【００２１】請求項５に記載の発明によれば、分割され
た調整用電極に対して互いに独立した２つの直流電圧を
印加する極めて簡易な回路構成とされる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図１〜図３に従って説明する。図１に示されるよう
に、この角速度センサは、絶縁層を形成するシリコン基
板１０に略平行な同一平面上に浮動支持される態様で、
互いに略対称となる一対を形成して音叉型に構成されて
いる。上記角速度センサは、例えば導電性とするために
不純物の添加されたポリシリコン（以下、「導電性ポリ
シリコン」という）にて形成された第１の振動体１１，
２１、第２の振動体１２，２２、駆動用固定電極１３
ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ、変位検出用固定電極１４
ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ、調整用の直流電圧を印加
する第１調整用固定電極１５，２５及び第２調整用固定
電極１６，２６、角速度検出用固定電極１７ａ，１７
ｂ，２７ａ，２７ｂ並びに浮動体アンカーａ１１，ａ１
２，ａ１３，ａ１４，ａ１６，ａ１７，ａ１８，ａ１９
を備えている。なお、上記駆動用固定電極１３ａ，１３
ｂ，２３ａ，２３ｂ、変位検出用固定電極１４ａ，１４
ｂ，２４ａ，２４ｂ、第１調整用固定電極１５，２５及
び第２調整用固定電極１６，２６、角速度検出用固定電
極１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ並びに浮動体アンカ
ーａ１１〜ａ１４，ａ１６〜ａ１９はシリコン基板１０
に接合されている。

【００２３】上記第１の振動体１１は略四角枠状に形成
されており、その一側（図１の左側）には、ｙ方向に所
定間隔をおいてｘ方向内側及び外側に延びる略櫛歯状の
駆動用可動電極３１がそれぞれ形成されている。なお、
ｘ方向は第１及び第２の振動体１１，１２の駆動方向と
なっており、ｙ方向はｘ方向と略直交する角速度の検出
方向（感度軸）となっている。これらｘ方向及びｙ方向
は、シリコン基板１０と略平行な方向となっている。上
記第１の振動体１１の他側（図１の右側）には、ｙ方向
に所定間隔をおいてｘ方向内側及び外側に延びる略櫛歯
状の変位検出用可動電極３２がそれぞれ形成されてい
る。上記駆動用可動電極３１は、前記駆動用固定電極１
３ａ，１３ｂに供給される互いに逆相となる駆動信号に
より同駆動用固定電極１３ａ，１３ｂとの間での静電引
力が周期的に変動され、上記第１の振動体１１に駆動方
向（ｘ方向）の振動を発生させる。また、上記変位検出
用可動電極３２は、上記第１の振動体１１の駆動方向
（ｘ方向）の振動による前記変位検出用固定電極１４
ａ，１４ｂとの間での静電容量の変動に基づき発生した
振動を検出する。

【００２４】また、上記第１の振動体２１は第１の振動
体１１と略同等の形状に形成されており、第１の振動体
１１と略対称になるようにその一側（図１の右側）及び
他側（図１の左側）には、同様の駆動用可動電極４１及
び変位検出用可動電極４２がそれぞれ形成されている。
上記駆動用可動電極４１は、前記駆動用固定電極２３
ａ，２３ｂに供給される同様の駆動信号により第１の振
動体１１と逆相（逆方向）になる振動を上記第１の振動
体２１に発生させる。また、上記変位検出用可動電極４
２は、上記第１の振動体２１の駆動方向（ｘ方向）の振
動による前記変位検出用固定電極２４ａ，２４ｂとの間
での静電容量の変動に基づき発生した振動を検出する。

【００２５】これら第１の振動体１１，２１の四隅は、
それぞれｘ方向に撓み性が高くなるようにｙ方向外側に
略クランク状に屈曲して延びる導電性ポリシリコンの第
１のばね梁３３，４３を介して支持されている。すなわ
ち、ｘ方向外側に配置された第１のばね梁３３，４３は
上記浮動体アンカーａ１１〜ａ１４にそれぞれ連続して
おり、同内側に配置された第１のばね梁３３，４３は互
いに連続している。そして、ｙ方向一側及び他側の第１
のばね梁３３，４３間は、それぞれ各基端部からｙ方向
外側に突出する支持梁３４を介して連結されており、同
支持梁３４を介して上記浮動体アンカーａ１６〜ａ１９
に連続している。これら第１の振動体１１，２１、第１
のばね梁３３，４３及び支持梁３４は、例えばフォトリ
ソグラフ及びエッチングによる半導体プロセス加工に
て、上記シリコン基板１０から浮くように形成されてい
る。

【００２６】上記第２の振動体１２は上記第１の振動体
１１よりも小さい幅及び長さを有して略四角枠状に形成
されており、その内側はｘ方向に延びる角速度検出用可
動電極３５にてｙ方向に複数（図１では５つ）に均等に
区画されている。上記角速度検出用可動電極３５は、上
記第２の振動体１２の検出方向（ｙ方向）の振動による
前記角速度検出用固定電極１７ａ，１７ｂとの間での静
電容量の変動に基づき発生した振動を検出する。

【００２７】また、上記第２の振動体１２のｘ方向一側
及び他側には、ｙ方向に所定間隔をおいてｘ方向外側に
延びる略櫛歯状の第１調整用可動電極３６がそれぞれ形
成されている。上記第１調整用可動電極３６は、上記第
１調整用固定電極１５に対して所要の直流電圧が印加さ
れ、静電引力に基づき第１調整用固定電極１５との間に
電気的なばねが付加されることで第２の振動体１２の検
出方向（ｙ方向）の共振周波数を調整する。さらに、上
記第２の振動体１２のｘ方向一側及び他側には、上記第
１調整用固定電極１５のｙ方向両側においてｘ方向外側
に延びる略櫛歯状の第２調整用可動電極３７がそれぞれ
形成されている。この第２調整用可動電極３７も、上記
第２調整用固定電極１６に対して所要の直流電圧が印加
され、静電引力に基づき第２調整用固定電極１６との間
に電気的なばねが付加されることで第２の振動体１２の
検出方向（ｙ方向）の共振周波数を更に調整する。

【００２８】上記第２の振動体２２は第２の振動体１２
と略同等の形状に形成されており、その内側はｘ方向に
延びる角速度検出用可動電極４５にてｙ方向に複数（図
１では５つ）に均等に区画されている。上記角速度検出
用可動電極４５は、上記第２の振動体２２の振動による
前記角速度検出用固定電極２７ａ，２７ｂとの間での静
電容量の変動に基づき発生した振動を検出する。

【００２９】また、上記第２の振動体２２のｘ方向一側
及び他側には、それぞれ同様の第１調整用可動電極４６
及び第２調整用可動電極４７が形成されている。これら
第２の振動体１２，２２の四隅は、それぞれｙ方向に撓
み性が高くなるようにｘ方向外側に延びる導電性ポリシ
リコンの第２のばね梁３８，４８を介して上記第１の振
動体１１，２１の内側にそれぞれ連続している。これら
第２の振動体１２，２２及び第２のばね梁３８，４８
も、例えばフォトリソグラフ及びエッチングによる半導
体プロセス加工にて、上記シリコン基板１０から浮くよ
うに形成されている。

【００３０】上記駆動用固定電極１３ａ，１３ｂ，２３
ａ，２３ｂは、それぞれ対応する第１の振動体１１，２
１の内側及び外側においてｙ方向に略沿って形成されて
おり、上記駆動用可動電極３１，４１に対して互い違い
に突出する略櫛歯状に形成されている。これら駆動用固
定電極１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂは、後述の駆動
信号（電圧）が印加されることで、上記駆動用可動電極
３１，４１との間での静電引力を周期的に変動し、第１
の振動体１１，２１をｘ方向に振動させる。なお、第１
の振動体１１，２１は略対称に配置されており、駆動用
固定電極１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂには互いに逆
相となる駆動信号が供給されている。従って、これら第
１の振動体１１，２１は互いに逆相（逆方向）でｘ方向
に振動する。ちなみに、上記第２の振動体１２，２２
は、ｘ方向に延びるばね梁３８，４８を介して第１の振
動体１１，２１にそれぞれ連結されているため、第１の
振動体１１，２１がｘ方向に振動することでともにｘ方
向に振動する。第１及び第２の振動体１１，１２及び第
１及び第２の振動体２１，２２は、それぞれ上記駆動信
号が加えられることでその共振周波数にてｘ方向に励振
されるようになっている。そして、この第２の振動体１
２，２２が第１の振動体１１，２１とともにｘ方向に振
動している状態においてｚ軸廻りの角速度が加わると、
第２の振動体１２，２２はこの角速度に基づくコリオリ
力によりｙ方向の振動成分を有する楕円振動を行う。こ
のとき、第２の振動体１２，２２は、互いに逆相（逆方
向）でｙ方向に振動することはいうまでもない。

【００３１】上記変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ，
２４ａ，２４ｂは、それぞれ対応する第１の振動体１
１，２１の内側及び外側においてｙ方向に略沿って形成
されており、それぞれ上記変位検出用可動電極３２，４
２に対して互い違いに突出する略櫛歯状に形成されてい
る。これら変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂ，２４
ａ，２４ｂは、第１の振動体１１，２１のｘ方向の振動
に基づく第１の振動体１１，２１（変位検出用可動電極
３２，４２）との間の静電容量の変動により、第１の振
動体１１，２１のｘ方向の振動状態（変位）を検出す
る。すなわち、例えば第１の振動体１１が一側（図１の
右側）に移動するときには、変位検出用固定電極１４ａ
と変位検出用可動電極３２との間の静電容量が減少する
とともに、変位検出用固定電極１４ｂと変位検出用可動
電極３２との間の静電容量が増加する。また、第１の振
動体１１が他側（図１の左側）に移動するときには、こ
れらの関係は逆となる。従って、第１の振動体１１のｘ
方向の変位に伴う上記変位検出用固定電極１４ａ，１４
ｂの静電容量の変動は、互いに逆相となっている。ま
た、第１の振動体２１についても同様である。

【００３２】上記角速度検出用固定電極１７ａ，１７
ｂ，２７ａ，２７ｂは、それぞれ対応する第２の振動体
１２，２２の角速度検出用可動電極３５，４５にて区画
された各空間内の一側及び他側（図１の上側及び下側）
において対向する角速度検出用可動電極３５，４５に対
して離隔されてそれぞれ形成されている。これら角速度
検出用固定電極１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂは、第
２の振動体１２，２２のｙ方向の振動に基づく第２の振
動体１２，２２（角速度検出用可動電極３５，４５）と
の間の静電容量の変動により、第２の振動体１２，２２
のｙ方向の振動状態を検出する。すなわち、例えば第２
の振動体１２が一側（図１の上側）に移動するときに
は、第２の振動体１２と角速度検出用固定電極１７ａと
の間の静電容量が減少するとともに、第２の振動体１２
と角速度検出用固定電極１７ｂとの間の静電容量が増加
する。また、第２の振動体１２が他側（図１の下側）に
移動するときには、これらの関係は逆となる。すなわ
ち、第２の振動体１２のｙ方向の変位に伴う上記角速度
検出用固定電極１７ａ，１７ｂの静電容量の変動は、互
いに逆相となっている。また、第２の振動体２２につい
ても同様である。

【００３３】第２の振動体１２，２２がそれぞれ第１の
振動体１１，２１とともにｘ方向に振動している状態に
おける第２の振動体１２，２２のｙ方向の振動状態によ
り、加えられたｚ軸廻りの角速度が検出されるようにな
っている。

【００３４】上記第１調整用固定電極１５，２５は、そ
れぞれ対応する第２の振動体１２，２２の外側において
ｙ方向に略沿って形成されており、それぞれ上記第１調
整用可動電極３６，４６に対して互い違いに突出する略
櫛歯状に形成されている。上記第１調整用固定電極１
５，２５は、互いに独立に調整可能な直流電圧が印加さ
れることで第２の振動体１２，２２との間の静電引力に
基づき第２の振動体１２，２２のｙ方向（検出方向）の
共振周波数を調整する。本実施形態では、検査調整工程
においてこれら第２の振動体１２，２２のｙ方向（検出
方向）の共振周波数が互いに同等となることが確認され
た直流電圧を印加するようになっている。

【００３５】一方、上記第２調整用固定電極１６，２６
も、それぞれ対応する第２の振動体１２，２２の外側に
おいてｙ方向に略沿って形成されており、それぞれ上記
第２調整用可動電極３７，４７に対して互い違いに突出
する略櫛歯状に形成されている。そして、第１、第２調
整用固定電極１５，１６及び第１、第２調整用固定電極
２５，２６は、それぞれｙ方向略中間部を通るｘ方向に
対して略対称となるように分割されている。上記第２調
整用固定電極１６，２６は、互いに独立に調整可能な直
流電圧が印加されることで第２の振動体１２，２２との
間の静電引力に基づき第２の振動体１２，２２のｙ方向
（検出方向）の共振周波数を更に調整する。本実施形態
では、検査調整工程においてこれら第２の振動体１２，
２２のｘ方向（駆動方向）の共振周波数とｙ方向（検出
方向）の共振周波数との比が互いに同等となることが確
認された直流電圧を印加するようになっている。

【００３６】ここで、例えば第２の振動体１２の振動に
係る第１調整用固定電極１５及び第２調整用固定電極１
６への各直流電圧の印加による調整後の検出方向（ｙ方
向）の共振周波数をｆｓｔとすると、この調整後の共振
周波数ｆｓｔは下記数３式で表される。これは、第１調
整用固定電極１５及び第２調整用固定電極１６への各直
流電圧の印加による電気的なばねの付加、すなわち第２
の振動体１２のｙ方向（検出方向）の共振周波数の調整
がそれぞれ独立して作用することによる。

【００３７】

【数３】 ここで、Ｖｔ１，Ｖｔ２はそれぞれ第１及び第２調整用
固定電極１５，１６に対して印加した各直流電圧（調整
電圧）を、ｎｔ１，ｎｔ２は第１及び第２調整用固定電
極１５，１６の櫛歯の本数を、ｌｔは各櫛歯が重なる長
さを、ｔｔは第２調整用固定電極１５，１６（櫛歯）の
厚さを、ｍｓは第２の振動体１２の質量を、ｄｔは電極
間距離をそれぞれ示す。従って、例えば上記第１調整用
固定電極１５に直流電圧を印加し、検出方向（ｙ方向）
の共振周波数を下げる方向に調整することで第２の振動
体１２，２２のｙ方向（検出方向）の共振周波数が互い
に同等となるように調整しうる。この状態において、更
に第２調整用固定電極１６，２６に直流電圧を印加し、
検出方向（ｙ方向）の共振周波数を下げる方向に調整す
ることで第２の振動体１２，２２のｘ方向（駆動方向）
の共振周波数とｙ方向（検出方向）の共振周波数との比
が互いに同等となるように調整する。以上の態様で調整
を行うことにより、対を形成する第２の振動体１２，２
２の角速度に対する各感度が互いに同等となるように調
整される。

【００３８】次に、この角速度センサの角速度検出に係
る電気的構成について説明する。図１に示されるよう
に、この角速度センサは、第１の振動体１１，２１（及
び第２の振動体１２，２２）を略一定の振幅にてそのｘ
方向の共振周波数で振動駆動する駆動装置５１と、第２
の振動体１２，２２のｙ方向の振動（すなわち角速度）
を検出するための検出装置６１とを備えている。

【００３９】図２に上記駆動装置５１のブロック図が示
されるように、第１の振動体１１のｘ方向の振動を検出
するための変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂは、例え
ばチャージアンプ等のアンプ５２ａ，５２ｂにそれぞれ
接続されている。そして、第１の振動体１１との間に形
成される静電容量に蓄えられる電荷は、上記アンプ５２
ａ，５２ｂを介して電荷−電圧変換されて電圧値として
出力される。既述のように、第１の振動体１１の変位に
伴う上記変位検出用固定電極１４ａ，１４ｂと第１の振
動体１１との間の静電容量の変動は、互いに逆相となっ
ているため、これらアンプ５２ａ，５２ｂから出力され
る信号（電圧値）も互いに逆相となっている。

【００４０】上記アンプ５２ａ，５２ｂは差動増幅器５
３に接続されており、これらアンプ５２ａ，５２ｂから
の信号は、同差動増幅器５３を介して差動増幅されて出
力される。従って、例えば第１の振動体１１（変位検出
用可動電極３２）及び変位検出用固定電極１４ａ，１４
ｂ間の寄生容量、電磁気学的外乱等による同相ノイズの
抑制された信号を形成することができ、同信号のＳ／Ｎ
比の向上を図ることができる。

【００４１】上記差動増幅器５３は同期検波回路５４に
接続されている。そして、差動増幅器５３からの信号
は、同期検波回路５４において同期検波されることでそ
の振幅、すなわち第１の振動体１１の振動振幅に応じた
電圧値として出力される。

【００４２】上記同期検波回路５４は自励発振回路５５
に接続されており、第１の振動体１１の振動振幅に応じ
た同期検波回路５４からの信号に基づき所要の増幅及び
移相を行った信号（駆動信号）を生成する。すなわち、
自励発振回路５５は、第１の振動体１１（及び第２の振
動体１２）の共振時の振動振幅を略一定に保持するよう
に増幅された振幅を有するとともに、第１の振動体１１
を効率的に駆動しうるように移相（例えば９０度移相）
した駆動信号を生成する。

【００４３】上記自励発振回路５５は駆動用固定電極１
３ａに、反転回路５６を介して駆動用固定電極１３ｂに
それぞれ接続されて、生成した駆動信号を出力してい
る。これにより、互いに助勢しあう態様で駆動用固定電
極１３ａ，１３ｂ及び第１の振動体１１間の静電引力を
周期的に変動させ、第１の振動体１１をそのｘ方向の共
振周波数で振動駆動する。

【００４４】なお、第１の振動体２１のｘ方向の振動を
検出するための変位検出用固定電極２４ａ，２４ｂも、
同様にアンプ５２ａ，５２ｂ、差動増幅器５３及び同期
検波回路５４を介して自励発振回路５５に接続されて、
第１の振動体２１の変位（振動振幅）に応じた信号が出
力されている。そして、自励発振回路５５は、第１の振
動体２１（及び第２の振動体２２）の共振時の振動振幅
を略一定に保持するように増幅された振幅を有するとと
もに、第１の振動体２１を効率的に駆動しうるように移
相（例えば９０度移相）した駆動信号を生成して、同様
に駆動用固定電極２３ａ，２３ｂに出力している。

【００４５】以上により、第１及び第２の振動体１１，
１２と第１及び第２の振動体２１，２２とは、互いに逆
相（逆方向）にてｘ方向に振動する。図３に上記検出装
置６１のブロック図が示されるように、第２の振動体１
２のｙ方向の振動を検出するための角速度検出用固定電
極１７ａ，１７ｂは、例えばチャージアンプ等のアンプ
６２ａ，６２ｂにそれぞれ接続されている。そして、第
２の振動体１２との間に形成される静電容量に蓄えられ
る電荷は、上記アンプ６２ａ，６２ｂを介して電荷−電
圧変換されて電圧値として出力される。既述のように、
第２の振動体１２の変位に伴う上記角速度検出用固定電
極１７ａ，１７ｂと第２の振動体１２との間の静電容量
の変動は、互いに逆相となっているため、これらアンプ
６２ａ，６２ｂから出力される信号（電圧値）も互いに
逆相となっている。

【００４６】上記アンプ６２ａ，６２ｂは差動増幅器６
３に接続されており、これらアンプ６２ａ，６２ｂから
の信号は、同差動増幅器６３を介して差動増幅されて出
力される。従って、例えば第２の振動体１２（角速度検
出用可動電極３５）及び角速度検出用固定電極１７ａ，
１７ｂ間の寄生容量、電磁気学的外乱等による同相ノイ
ズの抑制された信号を形成することができ、同信号のＳ
／Ｎ比の向上を図ることができる。

【００４７】一方、第２の振動体２２のｙ方向の振動を
検出するための角速度検出用固定電極２７ａ，２７ｂ
も、同様にアンプ６２ａ，６２ｂ及び差動増幅器６３に
接続されている。

【００４８】なお、既述のように第２の振動体１２，２
２は駆動方向に互いに逆相で振動しているため、ｚ軸廻
りの角速度が加えられると、これら第２の振動体１２，
２２は互いに逆相で検出方向に振動する。従って、この
角速度に基づく両差動増幅器６３からの出力信号も互い
に逆相となっている。

【００４９】これら両差動増幅器６３は更に差動増幅器
６４に接続されており、これら両差動増幅器６３からの
信号は、同差動増幅器６４を介して更に差動増幅されて
出力される。従って、これら第２の振動体１２，２２の
検出方向の振動に基づく各差動増幅器６３からの信号を
差動増幅することで、その信号レベルを略２倍にすると
ともに、同相で検出されたノイズを略相殺する。このた
め、例えば加速度などの外力のように第２の振動体１
２，２２に対して同相で影響を及ぼす要因を略相殺する
ことができ、その角速度の検出精度の向上を図ることが
できる。

【００５０】そして、差動増幅器６４からの信号は、同
期検波回路６５において同期検波されることでその振
幅、すなわち第２の振動体１２，２２の振動振幅によっ
て表される角速度に応じた電圧値（角速度信号）として
出力される。

【００５１】なお、上記第１調整用固定電極１５，２５
及び第２調整用固定電極１６，２６には、検査調整工程
において確認された所要の直流電圧が印加されている。
これにより、第２の振動体１２，２２のｙ方向（検出方
向）の共振周波数が互いに同等となり、第２の振動体１
２，２２のｘ方向（駆動方向）の共振周波数とｙ方向
（検出方向）の共振周波数との比が互いに同等となるよ
うに調整され、第２の振動体１２，２２の角速度に対す
る各感度が略同等に設定されることは既述のとおりであ
る。

【００５２】次に、この角速度センサの検査調整工程の
手順の概略について以下に説明する。前記数３式に示し
たように、各第２の振動体１２，２２の検出方向（ｙ方
向）の共振周波数ｆｓは、前記第１調整用固定電極１
５，２５及び第２調整用固定電極１６，２６に印加する
直流電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２によって調整される。従って、
例えば第２の振動体１２の検出方向（ｙ方向）の共振周
波数ｆｓが第２の振動体２２の同共振周波数よりも大き
いことが確認されると、同共振周波数ｆｓが第２の振動
体２２の共振周波数に一致するまで第１調整用固定電極
１５に印加する直流電圧Ｖｔ１を大きくする。

【００５３】次いで、第２の振動体１２，２２のｘ方向
（駆動方向）の共振周波数とｙ方向（検出方向）の共振
周波数との比が互いに同等となるように第２調整用固定
電極１６，２６に印加する共通の直流電圧Ｖｔ２を調整
・確認する。

【００５４】以上の態様で角速度センサの検査調整工程
を行うことで、調整手順の単純化による調整工程の自動
化が可能となり、調整時間が低減される。以上詳述した
ように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られ
るようになる。

【００５５】（１）本実施形態では、第１及び第２調整
用固定電極１５，１６、第１及び第２調整用固定電極２
５，２６からなる複数の調整用電極を備えている。従っ
て、対を形成する第１の振動体１１，２１に対してそれ
ぞれ支持された第２の振動体１２，２２のｙ方向の共振
周波数を互いに一致させるために、同共振周波数が大き
い方の第２の振動体１２又は２２に対向する第１調整用
固定電極１５又は２５に直流電圧を印加する。また、角
速度に対する第２の振動体１２，２２の感度において影
響度合いの大きいｘ方向及びｙ方向の各共振周波数の比
の値（ｆｄ／ｆｓ）を所要の値にするため、更に各第２
の振動体１２，２２に対向する第２調整用固定電極１
６，２６に共通の直流電圧を印加する。以上により、対
を形成する第２の振動体１２，２２の角速度に対する各
感度を好適に調整できる。また、検査調整工程において
は、第１調整用固定電極１５，２５、第２調整用固定電
極１６，２６に印加すべき直流電圧を順次、確認・設定
することで、対を形成する第２の振動体１２，２２のｙ
方向の共振周波数を互いに一致させるための調整と、第
２の振動体１２，２２のｘ方向及びｙ方向の各共振周波
数の比の値を所要の値にするための調整とを行える。こ
のため、調整手順の単純化による調整工程の自動化が可
能となり、調整時間を低減できる。

【００５６】（２）本実施形態では、第１及び第２調整
用固定電極１５，１６、第１及び第２調整用固定電極２
５，２６は、ｙ方向略中間部を通るｘ方向に対して略対
称となるように分割されている。従って、第１及び第２
調整用固定電極１５，１６、第１及び第２調整用固定電
極２５，２６に対する直流電圧の印加による電気的なば
ねの付加は、振動体（第２の振動体１２，２２）に対し
て略均等に作用する。従って、電気的なばねの付加によ
る振動体の振動ぶれを抑制できる。

【００５７】（３）本実施形態では、分割された第１及
び第２調整用固定電極１５，１６、第１及び第２調整用
固定電極２５，２６に対して互いに独立した２つの直流
電圧を印加する極めて簡易な回路構成にできる。

【００５８】なお、本発明の実施の形態は上記実施形態
に限定されるものではなく、次のように変更してもよ
い。 ・前記実施形態においては、第２の振動体１２，２２を
ばね梁３８，４８を介して第１の振動体１１，２１に対
してｙ方向に振動可能に支持した。これに対して、図４
に示されるように、第２の振動体１２，２２を支持梁７
５，７６を介して第１の振動体１１，２１に一体で支持
して単独の剛体となる振動体７３，７４を形成してもよ
い。そして、これら振動体７３，７４の四隅を、シリコ
ン基板１０に対してそれぞれｘ方向及びｙ方向に撓み性
が高くなるようにｙ方向に略楕円形状に延びる導電性ポ
リシリコンのばね梁７１，７２を介して支持する。この
ように変更をしても前記実施形態と同様の効果が得られ
る。

【００５９】・前記実施形態において、第１調整用固定
電極１５，２５及び第２調整用固定電極１６，２６のｙ
方向の共振周波数の調整に係る役割を入れ替えてもよ
い。 ・前記実施形態において、調整用電極（第１調整用固定
電極１５，２５、第２調整用固定電極１６，２６）の分
割の仕方は一例であってその他の態様で分割してもよ
い。

【００６０】・前記実施形態においては、変位検出用固
定電極１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ若しくは角速度
検出用固定電極１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂに蓄積
された電荷をチャージアンプにて電荷−電圧変換して第
１の振動体１１，２１のｘ方向、若しくは第２の振動体
１２，２２のｙ方向の各振動振幅を検出するようにし
た。これに対して、変位検出用固定電極１４ａ，１４
ｂ，２４ａ，２４ｂ若しくは角速度検出用固定電極１５
ａ，１５ｂ，２７ａ，２７ｂに蓄積された電荷の変動に
基づく交流電流を、例えば帰還抵抗を有する反転増幅回
路を介して電流−電圧変換して第１の振動体１１，２１
のｘ方向、若しくは第２の振動体１２，２２のｙ方向の
各振動振幅を検出するようにしてもよい。

【００６１】・前記実施形態において、第１の振動体１
１，２１、第２の振動体１２，２２、駆動用固定電極１
３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ、変位検出用固定電極１
４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ、第１調整用固定電極１
５，２５及び第２調整用固定電極１６，２６、角速度検
出用固定電極１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ並びに浮
動体アンカーａ１１〜ａ１４，ａ１６〜ａ１９等を導電
性ポリシリコン以外の単結晶シリコン、金属等の導電性
材料にて形成してもよい。

【００６２】・前記実施形態におけるシリコン基板１０
に代えて、例えば多結晶、単結晶、又は非晶質のＳｉ，
Ｇｅ，ＳｉＣ，ＳｉｘＧｅ1-x ，ＳｉｘＧｅｙＣ1-x-y
にて形成された基板としてもよい。

【００６３】・前記実施形態における駆動信号の生成
を、自励発振回路５５に代えて、例えばファンクション
ジェネレータにて行ってもよい。またこの場合には、駆
動信号は正弦波に限らず矩形波などであってもよい。

【００６４】・前記実施形態における駆動信号の生成若
しくは角速度検出に係る回路構成は一例であってその他
の構成を採用してもよい。 ・前記実施形態における第１の振動体１１，２１、第２
の振動体１２，２２、ばね梁３３，４３及びばね梁３
８，４８等の構造体の形状は一例であってその他の形状
を採用してもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３のい
ずれかに記載の発明によれば、検査調整工数の負荷を軽
減するとともに、対を形成する振動体の角速度に対する
各感度を好適に調整することができる。

【００６６】請求項４に記載の発明によれば、電気的な
ばねの付加による振動体の振動ぶれを抑制できる。請求
項５に記載の発明によれば、分割された調整用電極に対
して互いに独立した２つの直流電圧を印加する極めて簡
易な回路構成とされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る角速度センサの一実施形態を示す
概略図。

【図２】同実施形態の電気的構成を示すブロック図。

【図３】同実施形態の電気的構成を示すブロック図。

【図４】本発明に係る角速度センサの別例を示す概略
図。

【図５】従来の角速度センサを示す概略図。

【符号の説明】

１０ 基板としてのシリコン基板 １１，２１ 第１の振動体 １２，２２ 第２の振動体 １３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ 駆動用固定電極 １４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ 変位検出用固定電極 １５，２５ 第１調整用固定電極 １６，２６ 第２調整用固定電極 １７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ 角速度検出用固定電
極 ３６，４６ 第１調整用可動電極 ３７，４７ 第２調整用可動電極 ５１ 駆動装置 ６１ 検出装置 ７３，７４ 振動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F105 AA02 BB02 BB20 CC04 CD03 CD05 CD13 CD20 4M112 AA02 BA07 BA08 CA04 CA06 CA11 CA13 EA02 EA03 EA04 EA05 EA20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに略対称となる対を形成して基板
   に対してそれぞれ浮動支持され、ｘ方向に互いに逆方向
   で振動駆動されている状態においてｚ軸廻りの角速度が
   加えられることにより該角速度に基づくコリオリの力に
   応じてｙ方向に互いに逆方向で振動する振動体を備え、
   該振動体のｙ方向の振動振幅に基づき角速度を検出する
   角速度センサにおいて、 前記振動体に対向して前記基板にそれぞれ固定配置さ
   れ、直流電圧が印加されることで該振動体のｙ方向の共
   振周波数を調整する調整用電極を複数に分割して設けた
   ことを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 互いに略対称となる対を形成して基板
   に対してそれぞれｘ方向及びｙ方向に振動可能に浮動支
   持された振動体と、前記振動体のｘ方向の振動振幅が略
   一定となるように該振動体を互いに逆方向で振動駆動す
   る駆動手段と、前記振動体のｙ方向の振動振幅をそれぞ
   れ検出する検出手段とを備え、該検出された振動体のｙ
   方向の振動振幅に基づきｚ軸廻りの角速度を検出する角
   速度センサにおいて、 前記振動体に対向して前記基板にそれぞれ固定配置さ
   れ、直流電圧が印加されることで該振動体のｙ方向の共
   振周波数を調整する調整用電極を複数に分割して設けた
   ことを特徴とする角速度センサ。
3. 【請求項３】 互いに略対称となる対を形成して基板
   に対してそれぞれｘ方向に振動可能に浮動支持された第
   １の振動体と、前記第１の振動体に対してｙ方向に振動
   可能にそれぞれ支持された第２の振動体と、前記第１の
   振動体のｘ方向の振動振幅が略一定となるように該第１
   の振動体を互いに逆方向で振動駆動する駆動手段と、前
   記第２の振動体のｙ方向の振動振幅をそれぞれ検出する
   検出手段とを備え、該検出された第２の振動体のｙ方向
   の振動振幅に基づきｚ軸廻りの角速度を検出する角速度
   センサにおいて、 前記第２の振動体に対向して前記基板にそれぞれ固定配
   置され、直流電圧が印加されることで該第２の振動体の
   ｙ方向の共振周波数を調整する調整用電極を複数に分割
   して設けたことを特徴とする角速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の角速
   度センサにおいて、 前記調整用電極は、ｙ方向略中間部を通るｘ方向に対し
   て略対称となるように分割されたことを特徴とする角速
   度センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の角速
   度センサにおいて、 前記分割された調整用電極には、互いに独立した２つの
   直流電圧が印加されることを特徴とする角速度センサ。