JP2007248453A - 力学量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 配設される固定電極を有効に用いて、検出感度を向上させること。
【解決手段】 錘のｘ軸及びｙ軸方向の傾きを２軸検出回路において検出する。２軸検出回路は、ｘ軸検出回路機能及びｙ軸検出回路機能を兼ね備え、ｘ軸方向及びｙ軸方向の変位を検出する機能を兼有する固定電極からなる。２軸検出回路は、切替回路を介して回路内の結線を切り替えることにより、ｘ軸検出回路機能及びｙ軸検出回路機能とを切り替える。２軸検出回路の結線状態の切り替えは、特定のクロック信号のタイミングに基づいて一定周期ごとに行われる。このように、固定電極を両回路機能において兼用することができるため、角速度の各軸方向の成分を固定電極の電極感度の総和に基づいて検出することができる。これにより、センササイズを増大させることなく、または、検出用の電極を増やすことなく検出感度を向上させることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、物体に作用する角速度や加速度等の力学量を検出する力学量センサに関し、特に、作用する力学量を静電容量の変化に基づいて検出する静電容量検出型の力学量センサに関する。

ビデオカメラの手ぶれ補正装置や車載用のエアバッグ装置、ロボットの姿勢制御装置など広い分野において、加速度センサや角速度センサなどの力学量センサが用いられている。
これらの力学量センサには、可動体である錘（質量体）に設けられた可動電極と、可動電極と対向して設けられた固定電極との間の静電容量変化から錘の変位を検出し、この錘の変位に基づいて力学量を検出する静電容量検出型のセンサがある。
静電容量検出型の力学量センサにおける可動電極と固定電極との間の静電容量の変化の検出には、静電容量を対応する電圧に変換するＣ／Ｖ（静電容量／電圧）変換装置が用いられている。
また、下記の特許文献には、Ｃ／Ｖ変換装置（変換回路）を用いた静電容量検出型の力学量センサにおいて、複数の軸方向に作用する力学量を１つのセンサで検出する技術が提案されている。
特開２００４−２７９２６１公報

特許文献１には、ｘ軸方向の加速度に応じて容量が変化するセンサエレメント部及びｙ軸方向の加速度に応じて容量が変化するセンサエレメント部を備えた２軸検出型の加速度センサが提案されている。
詳しくは、各検出軸に対応して設けられたセンサエレメント部における各検出軸専用の固定電極間の静電容量の変化に基づいて加速度を出力するように構成されている。
また、特許文献１には、クロストーク（他軸干渉）を抑制するために、ｘ軸信号処理回路とｙ軸信号処理回路におけるサンプリングタイミングを切り替えて動作させる技術が提案されている。

特許文献１に記載の加速度センサでは、サンプリングタイミングを切り替えながら、ｘ軸方向の加速度とｙ軸方向の加速度を交互に検出するように構成されている。
そのため、例えば、一方のｘ軸方向のセンサエレメント部において加速度を検出している期間、他方のｙ軸方向のセンサエレメント部は、機能しない状態（休止状態）となる。
従って、特許文献１に記載の加速度センサにおいては、センサ内に設けられているセンサエレメント部、即ち、検出用の固定電極が有効に利用されていなかった。

そこで本発明は、配設される固定電極を有効に利用することができる力学量センサを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、中空部を有するフレームと、前記フレームに固定された可撓性を有する梁と、前記梁を介して前記フレームに支持され、表面部が可動電極として機能し、外力の作用により姿勢が変化する錘と、前記錘と対向して配置された複数の固定電極と、前記可動電極と前記固定電極からなる静電容量素子の静電容量の変化を検出する検出手段と、前記静電容量素子の結線状態を切り替えることにより、前記検出手段を、前記錘の第１の検出軸方向の姿勢変化に伴う前記静電容量素子の静電容量の変化を検出する第１検出回路の接続状態と、前記錘の第２の検出軸方向の姿勢変化に伴う前記静電容量素子の静電容量の変化を検出する第２検出回路の接続状態とに切り替える切替手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、作用する力学量の第１の検出軸方向成分及び第２の検出軸方向成分を出力する力学量出力手段と、を備えることにより前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の力学量センサにおいて、前記切替手段は、前記静電容量素子の結線状態を切り替えることにより、前記第１検出回路の接続状態と、前記第２検出回路の接続状態と、前記錘の第３の検出軸方向の姿勢変化に伴う前記静電容量素子の静電容量の変化を検出する第３検出回路の接続状態とに切り替え、
前記力学量出力手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、作用する力学量の第１の検出軸方向成分、第２の検出軸方向成分、及び第３の検出軸方向成分を出力することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の力学量センサにおいて、前記切替手段は、制御クロック信号のタイミングに基づいて、一定周期ごとに前記静電容量素子の結線状態を切り替え、前記検出手段の出力信号は、同一の増幅回路に入力され、前記力学量出力手段は、前記切替手段による切替タイミングに基づいて時分割処理を行うことにより前記各検出回路における静電容量の検出信号を分離した後、前記錘の各軸方向に作用する力学量を出力することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の力学量センサにおいて、前記第１検出回路は、前記錘の第１の検出軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する前記静電容量素子を直列に接続した回路を有し、前記第２検出回路は、前記錘の第２の検出軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する前記静電容量素子を直列に接続した回路を有し、前記第１検出回路及び前記第２検出回路における、直列接続された静電容量素子のそれぞれに、互いの位相が１８０°反転した搬送波を印加する搬送波印加手段を備えたことを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項４記載の力学量センサにおいて、前記第３検出回路は、前記錘の第３の検出軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する前記静電容量素子を直列に接続した回路を有し、
前記搬送波印加手段は、前記第３検出回路における、直列接続された静電容量素子のそれぞれに、互いの位相が１８０°反転した搬送波を印加する搬送波印加手段を備えたことを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１から請求項５のいずれか１の請求項に記載の力学量センサにおいて、 前記固定電極は、前記錘の中心位置を基準位置として、同一平面上の前記基準位置の周りに等間隔に配設された４つの第１電極を備え、前記第１検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を有し、前記第２検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を有し、前記切替手段は、前記検出手段が前記第１検出回路又は前記第２検出回路を構成するように前記静電容量素子の結線状態を切り替えることを特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項６記載の力学量センサにおいて、前記固定電極は、前記４つの第１電極と錘を介して対向する平面上に、さらに４つの第２電極を備え、前記第１検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を有し、前記第２検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を有することを特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項６記載の力学量センサにおいて、前記固定電極は、前記４つの第１電極と錘を介して対向する平面上に、さらに第３電極を備え、前記第３検出回路は、前記第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、前記第３の電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが直列に接続された回路を有することを特徴とする。
請求項９記載の発明では、請求項３から請求項８のいずれか１の請求項に記載の力学量センサにおいて、前記力学量出力手段は、前記切替手段による接続の切り替わりのタイミングから所定時間が経過した後、前記各検出回路における静電容量の検出信号を分離することを特徴とする。
請求項１０記載の発明では、請求項９記載の力学量センサにおいて、前記所定時間は、前記切替手段による接続の切り替わりのタイミングから３〜４τの範囲で設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、切替手段により可動電極と固定電極からなる静電容量素子の結線状態を切り替えることにより、第１検出回路及び第２検出回路において固定電極を兼用することができるため、作用する力学量の各検出軸方向成分を検出する際に、固定電極を有効に利用することができる。これにより、検出感度（検出精度）を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図１９を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施の形態では、可撓性を有する梁によってフレームに支持された錘の姿勢状態の変位を固定電極と可動電極（錘）間の静電容量の変化量に基づいて検出し、この錘の姿勢状態の変位の検出結果に基づいて錘に作用する角速度を測定する角速度センサについて説明する。
本実施の形態に係る角速度センサは、ｚ軸方向に振動している錘に働く角速度によって生じるコリオリ力が錘に作用した際のｘ軸及びｙ軸方向の傾きを、２軸検出回路において検出する。
２軸検出回路は、ｘ軸検出回路機能及びｙ軸検出回路機能を兼ね備え、ｘ軸方向の傾き及びｙ軸方向の傾きを検出する機能を兼有する固定電極からなる。
また、角速度センサは、２軸検出回路におけるｘ軸検出回路とｙ軸検出回路とを切り替える切替回路とを備えている。
角速度センサは、錘を一定周波数で振動駆動させるための駆動回路を備えており、さらに、この駆動回路を制御する際の錘の位置制御時に必要となる錘のｚ軸方向の変位を検出するｚ軸検出回路を備えている。

２軸検出回路に印加される搬送波は、ｚ軸検出回路に印加される搬送波の位相より９０°シフトしたものが用いられる。
また、２軸検出回路におけるｘ軸検出回路とｙ軸検出回路との切り替えは、特定のクロック信号のタイミングに基づいて、一定周期ごとに切り替えて交互に行われる。
２軸検出回路（ｘ軸検出回路、ｙ軸検出回路）及びｚ軸検出回路の出力は、電流／電圧変換回路にまとめて入力され増幅変換処理が施される。
電流／電圧変換回路の出力信号（合成信号）は、３つの同期検波回路に入力され、それぞれの同期検波回路において、ｘ軸検出信号成分、ｙ軸検出信号成分、ｚ軸検出信号成分が分離抽出される。
同期検出回路では、合成信号に特定の位相分割処理を施すことによって、ｚ軸検出信号成分が、ｘ軸検出信号成分及びｙ軸検出信号成分と分離され、さらに、搬送波の切替タイミング、即ちクロック信号に基づいて、時分割処理を施すことによって、ｘ軸検出信号成分とｙ軸検出信号成分とが分離される。

このように同期検出回路において分離された、ｘ軸検出信号成分に基づいて、ｘ軸回りに作用する角速度が検出され、ｙ軸検出信号成分に基づいて、ｙ軸回りに作用する角速度が検出される。
また、ｚ軸検出信号成分に基づいて、錘のｚ軸方向の変位が検出され、この錘の変位の検出結果に基づいて、錘の一次振動駆動制御が行われる。
このように、本実施の形態によれば、増幅後の合成信号に対して、同期検出回路において、位相分割処理及び時分割処理を組み合わせて各軸方向の検出信号成分を分離することができるため、ｘ軸検出回路の出力、ｙ軸検出回路の出力及びｚ軸検出回路の出力の増幅処理を、１つの電流／電圧変換回路を用いて同時に行うことが可能となる。

また、本実施の形態によれば、切替回路によってｘ軸検出回路とｙ軸検出回路とを切り替えることができるため、固定電極をｘ軸検出回路とｙ軸検出回路において兼用することができる。
これにより、ｘ軸検出回路及びｙ軸検出回路において固定電極（検出電極）の電極感度の総和に基づいて錘の各軸方向の変位を検出することができるため、センササイズを増大させることなく、センサの検出感度（検出精度）を適切に向上させることができる。

（２）実施形態の詳細
本実施の形態に係る角速度センサは、半導体基板を加工して形成された半導体センサ素子である。なお、半導体基板の加工は、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いて行うことができる。
角速度センサを構成する基板における各層の積層方向と同一方向を上下方向、即ちｚ軸（方向）と定義する。そして、このｚ軸と直交し、かつ互いの軸と直交する軸をｘ軸（方向）及びｙ軸（方向）と定義する。つまり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ互いに直交する３軸となる。
また、本実施の形態に係る角速度センサは、錘の姿勢変化を電気信号として検出するセンサ部と、検出された電気信号を処理する信号処理部（制御部）を備えている。
ここでは、角速度センサをセンサ部と信号処理部（制御部）とに分けて説明する。

図１は、本実施の形態に係る角速度センサにおけるセンサ部の概略構造を示した斜視図である。
なお、図１では、角速度センサの構造をわかりやすく表現するために、各層の構造を離して表現しているが、実際は、各層が積層した状態で構成されている。
図１に示すように、角速度センサは、可動部構造体１が上部ガラス基板２及び下部ガラス基板３によって上下方向から挟み込まれた３層構造となっている。

図２（ａ）は、可動部構造体１を上部ガラス基板２側から見た平面図を示す。
図に示すように、可動部構造体１は、シリコン基板をエッチングすることによって、フレーム１１、梁１２及び錘１３が形成されている。
フレーム１１は、錘１３を囲むように可動部構造体１の周縁部に設けられた固定部であり、可動部構造体１の枠組みを構成する。
梁１２は、錘１３の中心から放射方向に（フレーム１１の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。

錘１３は、中央部に位置する角柱状の錘部１３０、この錘部１３０の４隅にそれぞれバランスを保って配設された角柱状の錘部１３１〜１３４から構成されている。なお、錘部１３０〜１３４は、連続した固体として一体に形成されている。
錘１３は、４つの梁１２によってフレーム１１に固定された質量体である。錘１３は、梁１２の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。錘１３は、導電性を有し、その表面は可動電極として機能する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ’部における角速度センサの断面を示した図である。
図に示すように、梁１２及び錘１３の上面（上部ガラス基板２との対向面）と上部ガラス基板２との間には、錘１３を可動にするための可動隙間１４が形成されている。上部ガラス基板２は、この可動隙間１４を封止するように接合されている。
梁１２の下面（下部ガラス基板３との対向面）及び錘１３の底面即ち下面（下部ガラス基板３との対向面）と下部ガラス基板３との間、さらに錘１３の周部においても、錘１３を可動にするための可動隙間１５が形成されている。下部ガラス基板３は、この可動隙間１５を封止するように接合されている。なお、可動隙間１４、１５は、真空状態とすることで、錘１３が動作する際の空気抵抗を低減することが可能である。

なお、可動部構造体１のフレーム１１、梁１２、錘１３を形成する際には、シリコン基板をプラズマによる深いトレンチエッチングを施すＤ−ＲＩＥ（ディープ−リアクティブ・イオン・エッチング）技術を利用して行う。
また、本実施の形態に係る角速度センサでは、可動部構造体１をシリコン基板を用いて形成しているが、可動部構造体１の形成部材はこれに限られるものではない。例えば、シリコン基板の中間層に酸化膜を埋め込んだＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板を用いて形成してもよい。
この場合、中間の酸化膜層が梁１２や錘１３を加工する際のエッチング処理において、エッチング遮断層（ストップ層）として機能するため、厚み方向に対する加工精度を向上させることができる。

上部ガラス基板２及び下部ガラス基板３は、可動部構造体１を封止するように接合された固定基板である。上部ガラス基板２及び下部ガラス基板３は、それぞれ、可動部構造体１のフレーム１１において陽極接合によって接合されている。
陽極接合とは、ガラス基板（上部ガラス基板２、下部ガラス基板３）側に陰極電圧を与え、ガラス−シリコン間の静電引力を利用して接合する接合方法である。
なお、ガラス基板と可動部構造体１との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。

上部ガラス基板２及び下部ガラス基板３には、錘１３を振動駆動させるための駆動電極と錘１３の姿勢状態を検出するための複数の固定電極が設けられている。
図３は、角速度センサに設けられる固定電極と駆動電極の配置状態を示した図である。
なお、図３では、各電極と錘１３との配置関係を明確に示すために電極と錘１３のみを示す。
図３に示すように、上部ガラス基板２には、錘部１３０と対向する部位に、錘部１３０を中心としてｘ軸及びｙ軸に沿って十字方向に延びる固定電極２０が設けられている。
また、上部ガラス基板２には、錘部１３１と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第１象限）に固定電極２１、錘部１３２と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第４象限）に固定電極２２、錘部１３３と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第３象限）に固定電極２３、錘部１３４と対向する部位（ｘ−ｙ平面上の第２象限）に固定電極２４が設けられている。

同様に、下部ガラス基板３には、錘部１３０と対向する部位に、錘部１３０を中心としてｘ軸及びｙ軸に沿って十字方向に延びる駆動電極３０が設けられている。
また、下部ガラス基板３には、錘部１３１と対向する部位に固定電極３１、錘部１３２と対向する部位に固定電極３２、錘部１３３と対向する部位に固定電極３３、錘部１３４と対向する部位に固定電極３４が設けられている。
固定電極２０は、錘１３のｚ軸方向における変位を検出するための電極であり、駆動電極３０は、錘１３を振動駆動させるための電極である。
また、固定電極２１〜２４及び固定電極３１〜３４は、第１検出軸（ｘ軸）及び第２検出軸（ｙ軸）回りに作用する角速度を検出するための検出電極である。
本実施の形態に係る角速度センサにおいては、これらの固定電極２１〜２４、３１〜３４は、錘１３のｘ軸方向の傾きを検出する機能及びｙ軸方向の傾きを検出する機能を兼有している。

本実施の形態に係る角速度センサでは、固定電極２１と可動電極（錘１３）とでコンデンサ（静電容量素子）１Ａが構成され、固定電極２２と可動電極とでコンデンサ２Ａ、固定電極２３と可動電極とでコンデンサ３Ａ、固定電極２４と可動電極とでコンデンサ４Ａが構成されている。
同様に、固定電極３１と可動電極とでコンデンサ１Ｂ、固定電極３２と可動電極とでコンデンサ２Ｂ、固定電極３３と可動電極とでコンデンサ３Ｂ、固定電極３４と可動電極とでコンデンサ４Ｂが構成されている。
また、固定電極２０と可動電極とでコンデンサＺＡ、駆動電極３０と可動電極とでコンデンサＺＢが構成されている。

なお、上部ガラス基板２及び下部ガラス基板３には、図１及び図２（ｂ）に示すように、各電極の電位や錘１３の電位、即ちセンサ部で検出される信号をセンサ部の外部へ引き出すための電極パッド４が複数設けられている。
電極パッド４は、各ガラス基板の厚み方向に貫通するスルーホールの内周壁に設けられた引き出し線を介して各電極と接続されている。
そして、これらの電極パッド４は、後述する信号処理部（制御部）内のＣ／Ｖ変換回路へ接続される。

次に、このように構成される角速度センサのセンサ部における動作を説明する。
本実施の形態に係る角速度センサは、図１に示すように、錘１３を上下方向（ｚ軸方向）に一次振動させ、この振動運動をしている錘１３にコリオリ力を生じさせることによって、第１検出軸（ｘ軸）及び第２検出軸（ｙ軸）回りに加わる角速度を検出する方式を用いている。
詳しくは、駆動電極３０と可動電極（錘１３）との間、即ちコンデンサＺＢに交流電圧を印加し、これらの電極間に働く静電力の作用を用いて錘１３を上下方向（ｚ軸方向）に振動させる。
なお、本実施の形態に係る角速度センサでは、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化、即ち、コンデンサＺＡの静電容量変化の検出結果に基づくフィードバック制御を用いて、コンデンサＺＢに交流電圧を印加する駆動処理が実行される。

錘１３を上下振動させるために印加する交流電圧の周波数、即ち錘１３の振動周波数は、例えば、錘１３が共振振動する３ｋＨｚ程度の共振周波数ｆに設定されている。このように、錘１３を共振周波数ｆで振動させることにより錘１３の大きな変位量を得ることができる。
速度ｖで振動している質量ｍの錘１３の周りに角速度Ωが加わると、錘１３の中心には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力が錘１３の運動方向に対し直交する方向に発生する。
このコリオリ力Ｆが発生すると、錘１３にねじれが加わり錘１３の姿勢が変化する。即ち、錘１３の振動の運動方向と直交する面に対して、錘１３が傾く。この錘１３の姿勢の変化（傾き、ねじれ量）を検出することによって、作用する角速度の向きや大きさを検出するようになっている。

図２（ｃ）は、錘１３の姿勢が変化した状態を示した図である。
例えば、錘１３の第２検出軸（ｙ軸）回りに角速度が作用してコリオリ力が発生し、図２（ｃ）に示すように、錘１３の姿勢がｘ軸に対して傾くと、固定電極と可動電極（錘１３）との距離が変化する。
詳しくは、固定電極２２と可動電極との間、及び固定電極３３と可動電極との間の距離が小さくなり、一方、固定電極３２と可動電極との間、及び固定電極２３と可動電極との間の距離が大きくなる。
このような、電極間の距離の変化は、電極間の静電容量の変化として現れるため、コンデンサ２Ａ、３Ａ及びコンデンサ２Ｂ、３Ｂの静電容量の変化に基づいて、錘１３の姿勢変化を検出することができる。

電極間の距離の変化、即ち電極間の静電容量の変化は、後述する信号処理部（制御部）におけるＣ／Ｖ変換回路を用いて電気的に検出することができる。
検出された錘１３の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて、発生したコリオリ力Ｆを検出する。そして、検出されたコリオリ力Ｆに基づいて、角速度Ωを算出（導出）する。つまり、信号処理部において、錘１３の姿勢の変化量を角速度に変換する。
ここでは、錘１３の第２検出軸（ｙ軸）回りに角速度が作用した場合について説明したが、錘１３の第１検出軸（ｘ軸）回りに角速度が作用した場合についても同様に、固定電極と可動電極間の距離の変化に基づいて錘１３の姿勢変化を検出することにより、作用する角速度を測定することができる。

次に、本実施の形態に係る角速度センサにおける、センサ部において検出された信号を処理する信号処理部（制御部）について説明する。
図４は、本実施の形態に係る角速度センサにおける信号処理部（制御部）の概略構造を示した回路ブロック図である。
図４に示すように、信号処理部は、Ｃ／Ｖ変換回路１００、Ｘ軸角速度検出回路２００、Ｙ軸角速度検出回路３００を備えている。
角速度センサの信号処理部では、Ｃ／Ｖ変換回路１００において処理された各軸方向における検出信号に基づいて、Ｘ軸角速度検出回路２００及びＹ軸角速度検出回路３００において処理された後、最終的にｘ軸角速度出力及びｙ軸角速度出力として、角速度センサから出力される。

Ｃ／Ｖ変換回路１００では、センサ部における固定電極２１〜２４、３１〜３４と可動電極（錘１３）との距離の変化、即ち、各軸方向における錘１３の変位をコンデンサの静電容量の変化に基づいて検出し、軸方向成分ごとに対応する電圧値（大きさ）の検出信号に変換する。
Ｃ／Ｖ変換回路１００の初段は、差動容量検出方式を用いた電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路１１０によって構成されている。
なお、差動容量検出方式とは、直列接続されたコンデンサの両端にそれぞれ位相が１８０°反転した搬送波を印加し、そして、コンデンサの接続点から両コンデンサの静電容量の差分を示す電流信号を取り出して反転増幅回路に入力し、静電容量の差分に比例した電圧信号を得る方式である

図４に示すように、Ｃ／Ｖ変換回路１００は、高周波信号（搬送波信号）を発生させる交流電圧源１０１を備え、この交流電圧源１０１は、制御クロック生成回路１０２、９０°移相器１０３、コンデンサＺＡの一端、及び反転増幅器１０４にそれぞれ接続されている。
９０°移相器１０３の他端は、制御クロック生成回路１０２、切替回路１０６、反転増幅器１０５にそれぞれ接続されている。
Ｃ／Ｖ変換回路１００は、錘１３におけるｘ軸回りの変位及びｙ軸回りの変位を検出するための２軸検出回路１０７及びｚ軸方向の変位を検出するためのｚ軸検出回路１０９を備えている。

２軸検出回路１０７は、上部ガラス基板２に設けられた固定電極２１〜２４（図３）と可動電極とで構成されるコンデンサ１Ａ〜４Ａ、及び、下部ガラス基板３に設けられた固定電極３１〜３４（図３）と可動電極とによって構成されるコンデンサ１Ｂ〜４Ｂによって構成される。
ｘ軸検出回路及びｙ軸検出回路の機能を兼ね備えた（兼用した）２軸検出回路１０７は、図４に示すように、一端が同一点（電流／電圧変換回路１１０の入力点）に接続されたコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂによって構成されている。
この予めコンデンサの一端が接続（固定）されている点を共通点とする。

そして、クロック信号Ｃ１’に同期して動作する一対の切替回路１０６を用いてコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂにおける他端側の接続点の切り替えを行う。なお、コンデンサ１Ａ〜４Ａにおける他端側の接続点を変動端とする。
即ち、切替回路１０６を用いて、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂの結線状態の切り替えを行う。
切替回路１０６には、結線状態を切り替える２つのモードが存在し、一方は、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂを用いて、錘１３のｙ軸（第２検出軸）方向の姿勢変化を検出するｘ軸検出回路を構成するモードであり、もう一方は、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂを用いて、錘１３のｘ軸（第１検出軸）方向の姿勢変化を検出するｙ軸検出回路を構成するモードである。

詳しくは、切替回路１０６を一方の接点に接続した場合には、錘１３のｙ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ群（コンデンサ２Ａ、３Ａ、１Ｂ、４Ｂ）が並列に接続され、同様に、錘１３のｙ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ群（コンデンサ１Ａ、４Ａ、２Ｂ、３Ｂ）が並列に接続される。そして、これらのコンデンサ群が直列に接続される。その直列接続における接続点が電流／電圧変換回路１１０（演算増幅器ＩＣ１）の入力端子に接続されるようになっている。
このように切替回路１０６が接続されている期間中、２軸検出回路１０７は、第１検出軸（ｘ軸）回りに作用する角速度による錘１３の姿勢変化を検出するｘ軸検出回路として機能する。

本実施の形態に係る角速度センサでは、２軸検出回路１０７がｘ軸検出回路として機能している間、即ち、錘１３のｙ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ同士が並列に接続され、そして、錘１３のｙ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が対称的となるコンデンサ同士が直列に接続されている間、センサの検出感度は、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂの全ての電極感度の和となる。
即ち、本実施の形態に係る角速度センサでは、全ての固定電極２１〜２４、３１〜３４を用いて、錘１３の第１検出軸（ｘ軸）回りに作用する角速度を検出するように構成されている。

同様に、切替回路１０６を他方の接点に接続した場合には、錘１３のｘ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ群（コンデンサ１Ａ、２Ａ、３Ｂ、４Ｂ）が並列に接続され、同様に、錘１３のｘ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ群（コンデンサ３Ａ、４Ａ、１Ｂ、２Ｂ）が並列に接続される。そして、これらのコンデンサ群が直列に接続される。その直列接続における接続点が電流／電圧変換回路１１０（演算増幅器ＩＣ１）の入力端子に接続されるようになっている。
このように切替回路１０６が接続されている期間中、２軸検出回路１０７は、第２検出軸（ｙ軸）回りに作用する角速度による錘１３の姿勢変化を検出するｙ軸検出回路として機能する。

本実施の形態に係る角速度センサでは、２軸検出回路１０７がｙ軸検出回路として機能している間、即ち、錘１３のｘ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ同士が並列に接続され、そして、錘１３のｘ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が対照的となるコンデンサ同士が直列に接続されている間、センサの検出感度は、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂの全ての電極感度の和となる。
即ち、本実施の形態に係る角速度センサでは、全ての固定電極２１〜２４、３１〜３４を用いて、錘１３の第２検出軸（ｙ軸）回りに作用する角速度を検出するように構成されている。

このように、本実施の形態に係る角速度センサでは、切替回路１０６によってコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂの結線状態を切り替えることによって、２軸検出回路１０７を錘１３のｙ軸（第２検出軸）方向の姿勢変化を検出するｘ軸検出回路として機能させたり、錘１３のｘ軸（第１検出軸）方向の姿勢変化を検出するｙ軸検出回路として機能させたりすることができるように構成されている。
なお、２軸検出回路１０７は、ｘ軸検出回路又はｙ軸検出回路として機能している間、それぞれの回路の両端、即ち、直列接続されたコンデンサの両端に位相の１８０°反転した搬送波が印加されるように構成されている。

また、ｚ軸検出回路１０９は、上部ガラス基板２に設けられた固定電極２０（図３）と可動電極とによって構成されるコンデンサＺＡと、予め設定されている基準用のコンデンサＺｒとを直列接続した回路により構成されている。
ｚ軸検出回路１０９は、ｚ軸検出回路１０９の両端、即ち、直列接続されたコンデンサの両端に位相が１８０°ずれた搬送波同士が印加されるように構成されている。
なお、２軸検出回路１０７に印加される搬送波の位相は、９０°移相器１０３によって交流電圧源１０１で発生した搬送波の位相が強制的に９０°シフトされるため、ｚ軸検出回路１０９に印加される搬送波の位相と９０°ずれた状態となる。

上述した切替回路１０６おける接点の切替動作、即ち、切替回路１０６における回路分岐点の切替動作は、制御クロック生成回路１０２で生成された特定の制御クロックのタイミング（クロック信号Ｃ１’）に基づいて行われるように構成されている。
このように切替回路１０６は、２軸検出回路１０７をｘ軸検出回路とｙ軸検出回路に一定周期で交互に構成する機能、即ちコンデンサ１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂの結線（接続配線）を切り替える機能を有し、例えば、アナログスイッチなどによって構成されている。

図４に示すように、２軸検出回路１０７におけるコンデンサの直列接続点は、電流／電圧変換回路１１０と接続されている。
そして、２軸検出回路１０７及びｚ軸検出回路１０９に搬送波が印加されると、各検出回路におけるコンデンサの直列接続点から、直列接続された両コンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が、電流／電圧変換回路１１０に入力される。
電流／電圧変換回路１１０は、演算増幅器ＩＣ１と抵抗Ｒｆを備えている。
各検出回路から出力された電流信号は、演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子（−）と接続されている。演算増幅器ＩＣ１の非反転端子（＋）は、グランド電位に接続（接地）されている。
演算増幅器ＩＣ１の出力端子と反転入力端子（−）との間に、帰還抵抗として機能する抵抗Ｒｆが接続されている。

なお、演算増幅器ＩＣ１は、アナログ集積回路であるオペアンプ（オペレーショナル・アンプリファイア）によって構成されている。
演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子（−）は、ここに入力される信号が反転され、出力に増幅されて出てくる端子である。一方、非反転入力端子（＋）は、ここに入力される信号は反転されずに増幅されて出てくる端子である。
オペアンプの利得は極めて高く、また周波数特性の範囲も直流から数ＭＨｚまでの増幅が可能である。
図示していないが、演算増幅器ＩＣ１には、電源の端子が設けられており、この端子から動作用の電力が供給されるようになっている。

演算増幅器ＩＣ１の出力端子は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１１１に接続されている。このＨＰＦ１１１は、演算増幅器ＩＣ１の出力信号のうち、交流電圧源１０１で生成された搬送波の周波数成分を透過させ、これよりも低い周波数成分の信号を遮断（カット）するためのフィルタ回路である。
ＨＰＦ１１１の出力は、同期検波回路１１２、１１３、１１４にそれぞれ入力されるように接続されている。
同期検波回路１１２は、２軸検出回路１０７がｘ軸検出回路として機能している間に検出された信号成分に基づくｘ軸検出信号（Ｖｄｘ）を抽出（分離）する処理回路から構成されている。
同期検波回路１１３は、２軸検出回路１０７がｙ軸検出回路として機能している間に検出された信号成分に基づくｙ軸検出信号（Ｖｄｙ）を抽出（分離）する処理回路から構成されている。
同期検波回路１１４は、ｚ軸検出回路１０９において検出された信号成分に基づくｚ軸検出信号（Ｖｄｚ）を抽出（分離）する処理回路から構成されている。

同期検波回路１１２〜１１４の各出力は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１１５〜１１７に接続されている。このＬＰＦ１１５〜１１７は、同期検波回路１１２〜１１４の出力信号の平滑化を行う平滑回路から構成されている。
Ｃ／Ｖ変換回路１００は、ＬＰＦ１１５において平滑化された信号（Ｖｌｐｆｘ信号）が増幅回路１１８において所定の増幅処理を施した後、ｘ軸ＣＶ出力信号としてＸ軸角速度検出回路２００へ出力されるように構成されている。
同様に、Ｃ／Ｖ変換回路１００は、ＬＰＦ１１６において平滑化された信号（Ｖｌｐｆｙ信号）が増幅回路１１９において所定の増幅処理を施した後、ｙ軸ＣＶ出力信号としてＹ軸角速度検出回路３００へ出力されるように構成されている。

また、Ｃ／Ｖ変換回路１００は、ＬＰＦ１１７において平滑化された信号（Ｖｌｐｆｚ信号）が増幅回路１２０において所定の増幅処理を施した後、ＡＧＣ（自動利得制御）回路・位相調整回路１２１へ出力されるように構成されている。
そして、ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１において処理された信号は、静電駆動回路１２２へ出力される。
ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１及び静電駆動回路１２２は、錘１３におけるｚ軸の１次振動を自励振駆動するための制御回路であり、これらの回路で処理された信号によって、静電駆動回路１２２に接続されている予め設定されている基準用のコンデンサＺｄ、及び下部ガラス基板３に設けられた駆動電極３０（図３）と可動電極とによって構成されるコンデンサＺＢに印加する駆動制御電圧が調整される。

Ｘ軸角速度検出回路２００では、ｘ軸ＣＶ出力信号として増幅回路１１８から出力された信号を、ＨＰＦ２０１において高周波成分をカットした後、ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１から出力された参照信号を移相器２０５において位相シフトされた信号に基づいて、同期検波回路２０２において、特定の検波処理を施す。
そして、ＬＰＦ２０３において信号の平滑処理をした後、ＡＭＰ（増幅回路）２０４において増幅処理を施し、ｘ軸角速度出力信号として角速度センサから出力される。
同様に、Ｙ軸角速度検出回路３００では、ｙ軸ＣＶ出力信号として増幅回路１１９から出力された信号を、ＨＰＦ３０１において高周波成分をカットした後、ＡＧＣ回路・位相調整回路１２１から出力された参照信号を移相器３０５において位相シフトされた信号に基づいて、同期検波回路３０２において、特定の検波処理を施す。
そして、ＬＰＦ３０３において信号の平滑処理をした後、ＡＭＰ３０４において増幅処理を施し、ｙ軸角速度出力信号として角速度センサから出力される。

次に、Ｃ／Ｖ変換回路１００において実行される、信号処理の手順について説明する。
図５は、Ｃ／Ｖ変換回路１００における各部の信号波形を示したタイムチャートである。
なお、Ｃ／Ｖ変換回路１００における信号処理は、図５（ａ）に示す交流電圧源１０１において生成されるＶ０信号の周期（周波数）に基づいて実行される。
Ｖ０信号がコンデンサＺＡに印加され、Ｖ０信号の位相が１８０°反転した信号（Ｖ０反転信号）がコンデンサＺｒに印加されると、図５（ｂ）に示す電流Ｉｚ（電流信号）がｚ軸検出回路１０９から電流／電圧変換回路１１０へ入力される。
Ｖ０信号は、９０°移相器１０３を通ると位相が９０°シフトされ、図５（ｄ）に示すＶ１信号（キャリア信号）となる。

本実施の形態に係る角速度センサでは、図５（ｄ）に示すＶ１信号をコンデンサ１Ａ及びコンデンサ３Ｂに、また図５（ｅ）に示すＶ１’信号（Ｖ１信号の反転信号）をコンデンサ３Ａ及びコンデンサ１Ｂに印加する。
そして、コンデンサ２Ａ、４Ｂ及びコンデンサ４Ａ、２Ｂには、切替回路１０６による結線の切替タイミングと同期して、Ｖ１信号とＶ１’信号が交互に時分割で切り替え印加される。
例えば、図５に示す時間ＴＸの期間、即ち、２軸検出回路１０７がｘ軸検出回路として機能している期間においては、コンデンサ１Ａ、２Ａ、３Ｂ、４ＢにＶ１信号が印加され、コンデンサ３Ａ、４Ａ、１Ｂ、２ＢにＶ１’信号が印加される。このように、時間ＴＸの期間は、ｘ軸回りに作用する角速度に感度を有する差動容量検出方式の電極の組み合わせとなる。
時間ＴＸの期間においては、Ｖ１信号は、図５（ｆ）に示すＶ２信号と等しくなり、Ｖ１’信号は、図５（ｇ）に示すＶ３信号と等しくなる。
なお、Ｖ１信号、Ｖ１’信号、Ｖ２信号、Ｖ３信号は、それぞれ、図４に示すポイントＶ１、Ｖ１’、Ｖ２、Ｖ３における電圧信号を示したものである。
また、図５（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）に示す電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、それぞれ、図４に示すポイントＶ１、Ｖ２、Ｖ３におけるキャリア電流を示したものである。

また、同様に、図５に示す時間ＴＹの期間、即ち、２軸検出回路１０７がｙ軸検出回路として機能している期間においては、コンデンサ１Ａ、４Ａ、２Ｂ、３ＢにＶ１信号が印加され、コンデンサ２Ａ、３Ａ、１Ｂ、４ＢにＶ１’信号が印可される。このように、時間ＴＹの期間は、ｙ軸回りに作用する角速度に感度を有する差動容量検出方式の電極の組み合わせとなる。
時間ＴＹの期間においては、Ｖ１信号は、Ｖ３信号と等しくなり、Ｖ１’信号は、Ｖ２信号と等しくなる。

また、本実施の形態に係る角速度センサにおいては、Ｖ１信号とＶ２信号、又は、Ｖ１信号とＶ３信号が印加される二組のコンデンサ（固定電極）に着目すると、これらの信号が同位相であるとき、図５（ｋ）、（ｍ）に示すように、キャリア電流の和、即ち、電流Ｉ１＋電流Ｉ２、電流Ｉ１＋電流Ｉ３は、２倍の振幅となる。これにより、角速度センサは、２倍の感度を得ることができる。
なお、図５（ｋ）に示す電流Ｉ１＋電流Ｉ２は、２軸検出回路１０７がｘ軸検出回路として機能している場合における検出電流Ｉｘを示し、図５（ｍ）に示すＩ１＋Ｉ３は、２軸検出回路１０７がｙ軸検出回路として機能している場合における検出電流Ｉｙを示す。

これらの検出電流Ｉｘ、Ｉｙが、２軸検出回路１０７から電流／電圧変換回路１１０に入力される。
切替回路１０６における接続点の切り替えタイミングは、後述するクロック信号Ｃ１’に基づいて行われる。
電流／電圧変換回路１１０は、電流Ｉｘ、Ｉｙ、ＩｚがＩＣ１へ入力されると、これらの電流を比例する電圧値に変換する処理を行う。
そして、電流／電圧変換回路１１０は、電流Ｉｘを電圧に変換した図５（ｌ）に示すＶｘｏｕｔ信号、電流Ｉｙ電圧に変換した図５（ｎ）に示すＶｙｏｕｔ信号、及び電流Ｉｚを電圧に変換した図５（ｃ）に示すＶｚｏｕｔ信号を足し合わせた合成信号（Ｖｏｕｔ信号）を出力する。

そして、同期検波回路１１２〜１１４では、Ｖｏｕｔ信号から各軸成分の検出信号を抽出分離する処理を制御クロック生成回路１０２において生成された各種クロック信号に基づいて実行する。
制御クロック生成回路１０２では、クロック信号Ｃ１、Ｃ０、Ｃ１’、Ｃ０’が生成される。
クロック信号Ｃ１は、図５（ｏ）に示すように、Ｖ１信号の正（＋）期間にパルスを発生する信号である。
クロック信号Ｃ０は、図５（ｐ）に示すように、クロック信号Ｃ１の位相を９０°シフトさせた信号である。

クロック信号Ｃ１’は、図５（ｑ）に示すように、クロック信号Ｃ１の周期を２倍、即ち、周波数を１／２にした信号である。
クロック信号Ｃ０’は、図５（ｒ）に示すように、クロック信号Ｃ１’の位相を１８０°反転させた信号である。
また、同期検波回路１１２では、クロック信号Ｃが生成される。
クロック信号Ｃは、Ｖｘｏｕｔ信号の同期検波用信号であり、図５（ｓ）に示すように、クロック信号Ｃ０のオン期間をクロック信号Ｃ１’のオン期間にのみ設けた信号である。
さらに、同期検波回路１１３では、クロック信号Ｃ’が生成される。
クロック信号Ｃ’は、Ｖｙｏｕｔ信号の同期検波用信号であり、図５（ｔ）に示すように、クロック信号Ｃ０のオン期間をクロック信号Ｃ０’のオン期間にのみ設けた信号である。

同期検波回路１１２〜１１４では、はじめに、Ｖｏｕｔ信号に対して位相分割方式によるＶｚｏｕｔ信号の分離処理を行う。
ここで、位相分割方式による信号の分離処理について説明する。
図７は、位相分割方式を説明するための図である。
例えば、図７（ａ）に示すように、処理対象となる正弦波信号（信号ａ）の正（＋）期間にパルスを発生するクロック信号を用いて、クロック信号のオフ期間（Ｌｏｗ期間）にのみ信号ａを整流すると、信号ａ’を得る。
この信号ａ’をＬＰＦを用いて平滑処理を行うことにより、信号ａの振幅（大きさ）に応じた直流出力を得ることができる。

一方、図７（ｂ）に示すように、信号ａと位相が９０°ずれた正弦波信号（信号ｂ）を、先と同一のクロック信号を用いて、クロック信号のオフ期間（Ｌｏｗ期間）にのみ整流すると、信号ｂ’を得る。
信号ｂ’をＬＰＦを用いて平滑処理を行うと、信号Ｂ’の正（＋）成分と負（−）成分が相殺されるため、直流出力は０（ゼロ）となる。
即ち、位相が９０°ずれた信号ａと信号ｂを含む合成信号に対して、同一のクロック信号を用いて整流処理を施し、そして、その出力を平滑化することにより、一方の信号（ここでは信号ａ）の大きさに対応した直流出力のみを得ることができる。このような信号の分割（分離）方式を位相分割方式という。

上述したような位相分割方式を用いて、同期検波回路１１２では、クロック信号Ｃ０を用いてＶｏｕｔ信号の整流処理を行い、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号の成分の除去処理を行う。
なお、本実施の形態では、整流後の平滑処理は同期検波回路１１２〜１１４の後段に設けられているＬＰＦ１１５〜１１７において実行される。但し、説明の煩雑化を避けるために、最終的にＬＰＦ１１５〜１１７の通過後に除去される信号成分については、予め除去した状態で説明を行う。

続いて、同期検波回路１１２では、Ｖｚｏｕｔ信号成分の除去後のＶｏｕｔ’信号に対して、時分割方式によるＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の分離処理を行う。
詳しくは、切替回路１０６の動作タイミングと同期を取りながら、クロック信号Ｃを用いて、Ｖｏｕｔ’信号における２軸検出回路１０７がｘ軸検出回路として機能しているタイミング（期間）のみの信号を検出（抽出）する処理を行う。
これにより、２軸検出回路１０７がｘ軸検出回路として機能しているタイミング（期間）に電流／電圧変換回路１１０から出力されるＶｙｏｕｔ信号の成分を除去することができる。
このように、同期検波回路１１２において、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号及びＶｙｏｕｔ信号の成分が除去され、即ち、Ｖｘｏｕｔ信号の成分のみが抽出される。
同期検波回路１１２からは、Ｖｘｏｕｔ信号を整流した図５（ｕ）に示すＶｄｘ信号が出力される。

同様に、同期検波回路１１３では、クロック信号Ｃ０を用いてＶｏｕｔ信号の整流処理を行い、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号の成分の除去処理を行う。
続いて、同期検波回路１１３では、Ｖｚｏｕｔ信号成分の除去後のＶｏｕｔ’信号に対して、時分割方式によるＶｘｏｕｔ信号の分離処理を行う。
詳しくは、切替回路１０６の動作タイミングと同期を取りながら、クロック信号Ｃ’を用いて、Ｖｏｕｔ’信号における２軸検出回路１０７がｙ軸検出回路として機能しているタイミング（期間）のみの信号を検出（抽出）する処理を行う。
これにより、２軸検出回路１０７がｙ軸検出回路として機能しているタイミング（期間）に電流／電圧変換回路１１０から出力されるＶｘｏｕｔ信号の成分を除去することができる。
このように、同期検波回路１１３において、Ｖｏｕｔ信号からＶｚｏｕｔ信号及びＶｘｏｕｔ信号の成分が除去され、即ち、Ｖｙｏｕｔ信号の成分のみが抽出される。
同期検波回路１１３からは、Ｖｙｏｕｔ信号を整流した図５（ｗ）に示すＶｄｙ信号が出力される。

上述したような位相分割方式を用いて、同期検波回路１１４では、クロック信号Ｃ１を用いてＶｏｕｔ信号の整流処理を行い、Ｖｏｕｔ信号からＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の成分の除去処理を行う。
同期検波回路１１４では、同期検波回路１１２、１１３と反対に、クロック信号Ｃ１と位相が９０°ずれたクロック信号Ｃ０を用いることにより、ｚ軸検出回路１０９に印可される搬送波と位相が９０°ずれた搬送波が印加された２軸検出回路１０７の出力信号であるＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の成分を除去することができる。
同期検波回路１１４からは、Ｖｚｏｕｔ信号を整流した図５（ｙ）に示すＶｄｚ信号が出力される。

同期検波回路１１２から出力されたＶｄｘ信号は、ＬＰＦ１１５において平滑処理をされ、図５（ｖ）に示すＶｌｐｆｘ信号となる。
同様に、同期検波回路１１３から出力されたＶｄｙ信号は、ＬＰＦ１１６において平滑処理をされ、図５（ｘ）に示すＶｌｐｆｙ信号となり、同期検波回路１１４から出力されたＶｄｚ信号は、ＬＰＦ１１７において平滑処理をされ、図５（ｚ）に示すＶｌｐｆｚ信号となる。
このようにして、１つの電流／電圧変換回路１１０にまとめて入力された、２軸検出回路１０７及びｚ軸検出回路１０９の電流信号（Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚ）、即ち検出信号に対応した検出電圧（Ｖｄｘ、Ｖｄｙ、Ｖｄｚ）を軸成分ごとに適切に分離することができる。

このように、本実施の形態に係る角速度センサは、２軸検出回路１０７に印加される搬送波（キャリア）の位相と、ｚ軸検出回路１０９に印加される搬送波の位相との差（位相差）を９０°とし、さらに、２軸検出回路１０７を切替回路１０６によってに交互に切り替えながら搬送波を印加するように構成されている。
これにより、全ての軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の検出成分を含む電流／電圧変換回路１１０の出力であるＶｏｕｔ信号から、位相分割方式を採用してｚ軸の検出成分と、ｘ軸及びｙ軸の検出成分との分離を行い、さらに、時分割方式を採用してｘ軸の検出成分とｙ軸の検出成分とを分離することができる。
このように、位相分割方式と時分割方式を組み合わせて用いることにより、３つの信号成分を複雑な周波数変調回路等を用いることなく容易に分離することができる。

上述したように、本実施の形態に係る角速度センサでは、上部ガラス基板２と下部ガラス基板３に設けられた固定電極２１〜２４、３１〜３４の全てを用いて、作用する角速度のｘ軸方向成分（又はｙ軸方向成分）の検出を行うため、即ち、全電極感度が得られるため、従来のようなｘ軸方向成分とｙ軸方向成分とを独立した（専用化した）電極を用いて検出するセンサと比較して、電極感度を２倍にすることができる。即ち、従来の角速度センサと同形状・同数の固定電極を配設したセンサにおいて、２倍の検出感度（検出精度）を得ることができる。

本実施の形態では、錘１３の姿勢変化を検出する各軸方向における検出成分を、固定電極と可動電極（錘１３）との間の静電容量の変化に基づいて測定している。そして、各軸方向の静電容量の変化に対応した変位検出結果を軸成分ごとに適切に分離することができる。
これにより、本実施の形態に係る角速度センサでは、錘１３の姿勢変化のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の同時検出ができる。
本実施の形態に係る角速度センサでは、最終的にｘ軸角速度の検出信号として出力されるＶｘｏｕｔ信号と、最終的にｙ軸角速度の検出信号として出力されるＶｙｏｕｔ信号との分離を時分割方式を用いて行うため、互いの軸方向の検出成分がクロストーク（他軸干渉）することを抑制することができる。
このように、本実施の形態によれば、２軸検出型の角速度センサにおいて、角速度感度を有する２軸間のクロストーク（他軸干渉）を抑制し、かつ、錘１３の振動方向の変位を同時に検出することができる回路を少ない部品で構成することができる。

また、本実施の形態では、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化の検出信号として出力されるＶｚｏｕｔ信号は、Ｖｘｏｕｔ信号及びＶｙｏｕｔ信号との分離を位相分割方式を用いて行うため、回路誤差や精度誤差による位相ずれ（遅れ又は進み）が生じた場合、対象となるＶｚｏｕｔ信号の除去分離を完全に行うことができず、Ｖｚｏｕｔ信号の成分が他軸成分に重畳してしまうおそれがある。
しかしながら、Ｖｚｏｕｔ信号は、錘１３の振動駆動時における基準位置からのずれ量（変位量）を検出するためのものであり、Ｖｘｏｕｔ信号やＶｙｏｕｔ信号のように角速度感度を有するものではない。
そのため、たとえ、Ｖｚｏｕｔ信号の成分が他軸成分に重畳したとしても、その影響は、例えば、角速度感度を有する信号の軸成分同士を位相分割方式を用いて分離した場合に生じるクロストーク（他軸干渉）の影響と比較して十分に小さく（抑制）することができる。

（第１の変形例）
次に、上述した角速度センサの第１の変形例について説明する。
上述した角速度センサ（図４に示す）では、２軸検出回路１０７が８つのコンデンサを用いて構成されている。
そこで、第１の変形例では、２軸検出回路１２８が上部ガラス基板２に設けられた固定電極と可動電極（錘１３）からなる４つのコンデンサ１Ａ〜４Ａを用いて構成される簡易型の角速度センサについて説明する。
即ち、ここでは、上述した角速度センサの半分の数の固定電極２１〜２４を用いて２軸検出回路１２８を構成する角速度センサについて説明する。

図６は、第１の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路を示した回路ブロック図である。
なお、上述した角速度センサの構成と同じ箇所には同一符号を付して詳細説明を省略し、異なる部位について説明する。
２軸検出回路１２８は、図６に示すように、一端が同一点（電流／電圧変換回路１１０の入力点）に接続されたコンデンサ１Ａ〜４Ａによって構成されている。
この予めコンデンサ１Ａ〜４Ａの一端が接続されている点を共通点とする。

そして、クロック信号Ｃ１’に同期して動作する一対の切替回路１２６を用いてコンデンサ１Ａ〜４Ａにおける他端側の接続点の切り替えを行う。
このコンデンサ１Ａ〜４Ａにおける他端側の接続点を変動端とする。
クロック信号Ｃ１’がオンの期間は、２軸検出回路１２８は、ｘ軸検出回路として機能し、ｘ軸回りの変位を検出するための検出回路を構成する接続状態となる。一方、クロック信号Ｃ１’がオフの期間は、２軸検出回路１２８は、ｙ軸検出回路として機能し、ｙ軸回りの変位を検出するための検出回路を構成する接続状態となるように切替回路１２６の接続点が切り替わるように構成されている。

詳しくは、クロック信号Ｃ１’がオンの期間は、コンデンサ１Ａとコンデンサ４Ａの変動端が接続され、コンデンサ２Ａとコンデンサ３Ａの変動端が接続され、それぞれの接続端から搬送波が印加される。
そして、２軸検出回路１２８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｘ軸の角速度感度の検出信号となるＶｘｏｕｔ信号が生成される。
一方、クロック信号Ｃ１’がオフの期間は、コンデンサ１Ａとコンデンサ２Ａの変動端が接続され、コンデンサ４Ａとコンデンサ３Ａの変動端が接続され、それぞれの接続端から搬送波が印加される。

そして、２軸検出回路１２８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｙ軸の角速度感度の検出信号となるＶｙｏｕｔ信号が生成される。
角速度センサの第１の変形例においても、２軸検出回路１２８を構成する４つのコンデンサ１Ａ〜４Ａをｘ軸方向の変位検出用と、ｙ軸方向の変位検出用とで兼用することができる。即ち、２軸検出回路１２８に、ｘ軸検出回路の機能とｙ軸検出回路の機能とを兼有させることができる。

第１の変形例に示す角速度センサにおいても、２軸検出回路１０７がｘ軸検出回路として機能している間、即ち、錘１３のｘ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が同じとなるコンデンサ同士が並列に接続され、そして、錘１３のｘ軸方向の姿勢変化時における静電容量の変化の方向（傾向）が対照的となるコンデンサ同士が直列に接続されている間、センサの検出感度は、コンデンサ１Ａ〜４Ａの全ての電極感度の和となる。
即ち、第１の変形例に示す角速度センサにおいても、全ての固定電極２１〜２４を用いて、錘１３の第１検出軸（ｘ軸）回りに作用する角速度、及び、第２検出軸（ｙ軸）回りに作用する角速度を検出するように構成されている。

第１の変形例に示す角速度センサにおいても、上部ガラス基板２に設けられた固定電極２１〜２４の全てを用いて、作用する角速度のｘ軸方向成分（又はｙ軸方向成分）の検出を行うため、即ち、全電極感度が得られるため、従来のようなｘ軸方向成分とｙ軸方向成分とを独立した（専用化した）電極を用いて検出するセンサと比較して、電極感度を２倍にすることができる。即ち、従来の角速度センサと同形状・同数の固定電極を配設したセンサにおいて、２倍の検出感度（検出精度）を得ることができる。
また、第１の変形例に示す角速度センサでは、一方の面に固定電極を配設するように構成されているため、即ち、片面電極方式を用いているため、小型化を図ったり、他方の面を用いて駆動電極を大きく設けるようにしたりなど、センサ設計の自由度を向上させることができる。

（第２の変形例）
次に、上述した角速度センサの第２の変形例について説明する。
第２の変形例では、時分割方式のみを利用して、錘１３の３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向の変位を検出する角速度センサについて説明する。
なお、ここでは上述した角速度センサの構成と同じ箇所には同一符号を付して詳細説明を省略し、異なる部位について説明する。
第２の変形例に示す角速度センサでは、上述した実施形態及び第１の変形例において独立して設けられていた、錘１３のｚ軸方向の変位を検出する固定電極２０が設けられていない。
その代わりに、錘１３のｘ軸、ｙ軸方向の変位を検出するために設けられていた固定電極を、錘１３のｚ軸方向の検出用の電極と兼用するように構成されている。

図８は、第２の変形例に示す角速度センサに設けられる固定電極２２１〜２２４と駆動電極２３０の配置状態を示した図である。
なお、図８では、各電極と錘１３との配置関係を明確に示すために電極と錘１３のみを示す。
第２の変形例の角速度センサには、図８に示すように、上部ガラス基板２には、錘部１３１と対向する部位に固定電極２２１、錘部１３２と対向する部位に固定電極２２２、錘部１３３と対向する部位に固定電極２２３、錘部１３４と対向する部位に固定電極２２４が設けられている。

一方、下部ガラス基板３には、錘１３と対向する部位に方形の駆動電極２３０が設けられている。
上部ガラス基板２に設けられた固定電極２２１〜２２４と可動電極（錘１３）とによってコンデンサ１Ａ〜４Ａが構成され、下部ガラス基板３に設けられた駆動電極２３０と可動電極（錘１３）とによってコンデンサＺＢが構成されている。
第２の変形例に示す角速度センサでは、上部ガラス基板２にのみ錘１３の姿勢変化を検出するための固定電極２２１〜２２４を設けるように構成されている。そのため、下部ガラス基板３では、他の電極に制限されることなく大きな（広い）駆動電極２３０を設けることができる。
これにより、駆動電極２３０の有効面積をより広く確保することができるため、錘１３の振動振幅の拡大を図ることができ、角速度センサの検出精度を向上させることができる。

図９は、第２の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路１００を示した回路ブロック図である。
なお、上述した角速度センサの構成と同じ箇所には同一符号を付して詳細説明を省略し、異なる部位について説明する。
第２の変形例に示す角速度センサには、ｘ軸検出回路、ｙ軸検出回路及びｚ軸検出回路の機能を兼ね備えた（兼用した）３軸検出回路３０７が設けられている。
さらに、第２の変形例に示す角速度センサには、３軸検出回路３０７における結線状態を切り替える４つの切替スイッチ、詳しくは、切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｄ２４４が設けられている。

３軸検出回路３０７は、一端が同一点（電流／電圧変換回路１１０の入力点）に接続されたコンデンサ１Ａ〜４Ａ、コンデンサＺｒによって構成されている。
ここで、予めコンデンサ１Ａ〜４Ａ、Ｚｒの一端が接続（固定）されている点を共通点とし、また、各コンデンサ１Ａ〜４Ａ、Ｚｒの他端側の接続点を変動端とする。
なお、コンデンサＺｒは、錘１３のｚ軸方向の検出時に用いる基準用（リファレンス）容量として機能する。
そのため、初期状態（錘１３の姿勢変化が生じていない状態）におけるコンデンサＺｒの静電容量は、コンデンサ１Ａ〜４Ａの総和と等しくなるように構成されている。
例えば、初期状態において、駆動電極２３０と錘１３との間隔と、固定電極２２１〜２２４と錘１３との間隔が等しく設定されている場合、駆動電極２３０の面積は、固定電極２２１〜２２４の面積の総和と等しくなるように構成されている。
切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｄ２４４は、第１端子を固定端とし、第２端子及び第３端子を切替端とする３端子型スイッチである。

切替回路ａ２４１の第１端子は、コンデンサ２Ａの変動端、即ち、固定電極２２２に接続されている。
また、切替回路ａ２４１の第２端子は、９０°移相がずらされた搬送波が出力される出力端（以下、搬送波の出力端とする）、即ち、９０°移相器１０３の出力ラインに接続され、第３端子は、位相が反転された搬送波（以下、反転搬送波とする）の出力端、即ち、反転増幅器１０５の出力端に接続されている。
切替回路ｂ２４２は、第１端子がコンデンサ４Ａの変動端（固定電極２２４）に接続され、第２端子が搬送波の出力端に接続され、第３端子が反転搬送波の出力端に接続されている。
切替回路ｃ２４３は、第１端子がコンデンサ３Ａの変動端（固定電極２２３）に接続され、第２端子が搬送波の出力端に接続され、第３端子が反転搬送波の出力端に接続されている。
切替回路ｄ２４４は、第１端子がコンデンサＺｒの変動端（駆動電極２３０）に接続され、第２端子が反転搬送波の出力端に接続され、第３端子が接地端子に接続されている。なお、接地端子とは、角速度センサのアース（グランド）電位となる端子を示す。

そして、第２の変形例に示す角速度センサでは、切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｄ２４４の接続点を、制御クロック生成回路１０２で生成された所定の切替信号Ｃ２Ａ、Ｃ３Ａ、Ｃ４Ａ、Ｃ５Ａに基づいて切り替える。
これにより、３軸検出回路３０７における接続状態、即ち、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、Ｚｒの結線状態が切り替わる。
第２の変形例に示す角速度センサでは、３軸検出回路３０７における接続状態（結線状態）を切り替えることによって、錘１３のｘ軸方向の姿勢変化を検出するｘ軸検出回路を構成するモード（ｘ軸検出モード）、錘１３のｙ軸方向の姿勢変化を検出するｙ軸検出回路を構成するモード（ｙ軸検出モード）、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化を検出するｚ軸検出回路を構成するモード（ｚ軸検出モード）への設定の切り替えが可能となる。
第２の変形例に示す角速度センサでは、ｘ軸検出モード→ｙ軸検出モード→ｚ軸検出モードの順番で検出モードの切り替えが繰り返し行われる。

次に、第２の変形例に示す角速度センサにおける検出モードの切り替え方法について詳細に説明する。
図１０は、第２の変形例に示す角速度センサにおける切替回路の接続状態と構成される３軸検出回路３０７の検出モードとの関係を示した表である。
また、図１１は、第２の変形例におけるＣ／Ｖ変換回路１００における各部の信号波形を示したタイムチャートである。
第２の変形例に示す角速度センサでは、図１０に示すように、切替回路ａ２４１の第２端子が接続端子（第１端子との導通端子）となり、切替回路ｂ２４２の第３端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第３端子が接続端子となり、切替回路ｄ２４４の第３端子が接続端子となる期間は、ｘ軸が感度を持つ時間、即ち、ｘ軸検出モードとなる。
ｘ軸検出モードでは、コンデンサ１Ａとコンデンサ２Ａの変動端が接続され、この接続された変動端から搬送波が印加され、且つ、コンデンサ３Ａとコンデンサ４Ａの変動端が接続され、この接続された変動端から反転搬送波が印加される接続状態（結線状態）となる。
そして、３軸検出回路３０７における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｘ軸の角速度感度の検出信号となるＶｘｏｕｔ信号が生成される。

図１０に示すように、切替回路ａ２４１の第３端子が接続端子となり、切替回路ｂ２４２の第２端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第３端子が接続端子となり、切替回路ｄ２４４の第３端子が接続端子となる期間は、ｙ軸が感度を持つ時間、即ち、ｙ軸検出モードとなる。
ｙ軸検出モードでは、コンデンサ１Ａとコンデンサ４Ａの変動端が接続されて、この接続された変動端から搬送波が印加され、また、コンデンサ２Ａとコンデンサ３Ａの変動端が接続されて、この接続された変動端から反転搬送波が印加される接続状態となる。
そして、３軸検出回路３０７における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｙ軸の角速度感度の検出信号となるＶｙｏｕｔ信号が生成される。

また、図１０に示すように、切替回路ａ２４１の第２端子が接続端子となり、切替回路ｂ２４２の第２端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第２端子が接続端子となり、切替回路ｄ２４４の第２端子が接続端子となる期間は、ｚ軸が感度を持つ時間、即ち、ｚ軸検出モードとなる。
ｚ軸検出モードでは、コンデンサ１Ａ〜４Ａの変動端が全て接続されて、接続された変動端から搬送波が印加され、また、コンデンサＺｒの変動端から反転搬送波が印加される接続状態となる。
そして、３軸検出回路３０７における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｚ軸の角速度感度の検出信号となるＶｚｏｕｔ信号が生成される。

第２の変形例に示す角速度センサでは、図１１に示すように、ｘ軸検出モード（ｘ軸が感度を持つ時間ＴＸ）、ｙ軸検出モード（ｙ軸が感度を持つ時間ＴＹ）、ｚ軸検出モード（ｚ軸が感度を持つ時間ＴＺ）が順番に出現するように構成されている。
そして、同期検波回路１１２〜１１４において、搬送波の切替タイミング、即ち各検出モードの切替タイミングに基づいて、時分割処理を施すことによって、ｘ軸検出信号成分（Ｖｄｘ）、ｙ軸検出信号成分（Ｖｄｙ）、ｚ軸検出信号成分（Ｖｄｚ）とに分離（抽出）される。
なお、第２の変形例に示す角速度センサでは、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化、即ち、コンデンサ１Ａ〜４Ａの静電容量変化に基づく検出結果を用いたフィードバック制御によって、コンデンサＺＢに交流電圧を印加する駆動信号の制御処理が実行される。

上述したように、第２の変形例に示す角速度センサでは、力学量の３軸検出が容易にできるだけでなく、時分割処理を用いた固定電極２２１〜２２４による３軸検出を行うことにより、ｘ軸検出の感度、ｙ軸検出の感度、及びｚ軸検出の感度をほぼ等しくすることができる。
第２の変形例に示す角速度センサでは、ｚ軸検出専用の電極を用いないため、電極数の削減だけでなく、センサ（電極）と制御回路ＩＣとの間の結線数を削減することができる。また、ｚ軸検出専用の電極を用いないため、その分、固定電極２２１〜２２４の形成領域を広く確保することができ、センサの感度を向上させることができる。

（第３の変形例）
次に、上述した角速度センサの第３の変形例について説明する。
第３の変形例に示す角速度センサにおいても、第２の変形例と同様の電極構成となっており、詳しくは、図８に示すように、固定電極２２１〜２２４及び駆動電極２３０が設けられている。
第３の変形例では、図８に示す錘１３の振動用の駆動電極２３０を、ｚ軸方向の錘１３の姿勢変化の検出（ｚ軸検出）用の電極と兼用し、かつ、時分割方式を利用して、錘１３の３軸方向の変位を検出する角速度センサについて説明する。
図１２は、第３の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路１００を示した回路ブロック図である。
なお、上述した角速度センサの構成と同じ箇所には同一符号を付して詳細説明を省略し、異なる部位について説明する。

第３の変形例に示す角速度センサには、ｘ軸検出回路、ｙ軸検出回路及びｚ軸検出回路の機能を兼ね備えた（兼用した）３軸検出回路３０８が設けられている。
さらに、第３の変形例に示す角速度センサには、３軸検出回路３０８における結線状態を切り替える６つの切替スイッチ、切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｅ２４５、切替回路ｆ２４６、切替回路ｇ２４７が設けられている。
３軸検出回路３０８は、一端が同一点（電流／電圧変換回路１１０の入力点）に接続されたコンデンサ１Ａ〜４Ａ、コンデンサＺＢ、Ｚｄによって構成されている。
ここで、予めコンデンサ１Ａ〜４Ａ、ＺＢ、Ｚｄの一端が接続（固定）されている点を共通点とし、また、各コンデンサ１Ａ〜４Ａ、ＺＢ、Ｚｄの他端側の接続点を変動端とする。

切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｅ２４５、切替回路ｆ２４６、切替回路ｇ２４７は、第１端子を固定端とし、第２端子及び第３端子を切替端とする３端子型スイッチである。
切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２及び切替回路ｃ２４３における接続構成は、第２の変形例と同様であるため、説明を省略する。
切替回路ｅ２４５は、第１端子がコンデンサＺｄの変動端に接続され、第２端子が静電駆動回路１２２の一端に接続され、第３端子が接地端子に接続されている。
切替回路ｆ２４６は、第１端子がコンデンサＺＢの変動端（駆動電極２３０）に接続され、第２端子が静電駆動回路１２２の一端に接続され、第３端子が切替回路ｇ２４７の第１端子に接続されている。
切替回路ｇ２４７は、第１端子が切替回路ｆ２４６の第３端子に接続され、第２端子が接地端子に接続され、第３端子が反転搬送波の出力端に接続されている。

そして第３の変形例に示す角速度センサでは、切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｅ２４５、切替回路ｆ２４６、切替回路ｇ２４７の接続点を、制御クロック生成回路１０２で生成された所定の切替信号Ｃ１２Ａ、Ｃ１３Ａ、Ｃ１４Ａ、ＣＺＢ、ＣＤに基づいて切り替える。
これにより、３軸検出回路３０８における接続状態、即ち、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、Ｚｄ、ＺＢの結線状態が切り替わる。
第３の変形例に示す角速度センサにおいても、第２の変形例に示す角速度センサと同様に、３軸検出回路３０８における接続状態（結線状態）を切り替えることによって、ｘ軸検出モード、ｙ軸検出モード、ｚ軸検出モードへの切り替えが可能となる。

第３の変形例に示す角速度センサでは、ｚ軸検出モードの期間中、コンデンサＺＢ（駆動用コンデンサ）は、錘１３の駆動回路、即ち、静電駆動回路１２２から切り離され、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化を検出するコンデンサとして機能するように結線が切り替えられるように構成されている。
このように第３の変形例に示す角速度センサでは、コンデンサＺＢを基準用（リファレンス）容量として機能させ、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化の検出を行う。
そのため、初期状態（錘１３の姿勢変化が生じていない状態）におけるコンデンサＺＢの静電容量は、コンデンサ１Ａ〜４Ａの総和と等しくなるように構成されている。

次に、第３の変形例に示す角速度センサにおける検出モードの切り替え方法について詳細に説明する。
図１３は、第３の変形例に示す角速度センサにおける切替回路の接続状態と構成される３軸検出回路３０８の検出モードとの関係を示した表である。
第３の変形例に示す角速度センサでは、図１３に示すように、切替回路ａ２４１の第２端子が接続端子（第１端子との導通端子）となり、切替回路ｂ２４２の第３端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第３端子が接続端子となり、切替回路ｅ２４５の第２端子が接続端子となり、切替回路ｆ２４６の第２端子が接続端子となり、切替回路ｇ２４７の第２端子が接続端子となる期間は、ｘ軸検出モードとなる。

ｘ軸検出モードでは、コンデンサ１Ａとコンデンサ２Ａの変動端が接続され、この接続された変動端から搬送波が印加される。また、コンデンサ３Ａとコンデンサ４Ａの変動端が接続され、この接続された変動端から反転搬送波が印加される接続状態（結線状態）となる。
そして、３軸検出回路３０８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｘ軸の角速度感度の検出信号となるＶｘｏｕｔ信号が生成される。
なお、ｘ軸検出モードでは、切替回路ｅ２４５の第２端子が接続端子となり、切替回路ｆ２４６の第２端子が接続端子となることにより、コンデンサＺｄ及びコンデンサＺＢが静電駆動回路１２２に接続され、錘１３を振動駆動する。

図１３に示すように、切替回路ａ２４１の第３端子が接続端子となり、切替回路ｂ２４２の第２端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第３端子が接続端子となり、切替回路ｅ２４５の第２端子が接続端子となり、切替回路ｆ２４６の第２端子が接続端子となり、切替回路ｇ２４７の第２端子が接続端子となる期間は、ｙ軸検出モードとなる。
ｙ軸検出モードでは、コンデンサ１Ａとコンデンサ４Ａの変動端が接続されて、この接続された変動端から搬送波が印加され、また、コンデンサ２Ａとコンデンサ３Ａの変動端が接続されて、この接続された変動端から反転搬送波が印加される接続状態となる。
そして、３軸検出回路３０８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｙ軸の角速度感度の検出信号となるＶｙｏｕｔ信号が生成される。
なお、ｙ軸検出モードでは、ｘ軸検出モードと同様に、コンデンサＺｄ及びコンデンサＺＢが静電駆動回路１２２に接続され、錘１３を振動駆動する。

図１３に示すように、切替回路ａ２４１の第２端子が接続端子となり、切替回路ｂ２４２の第２端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第２端子が接続端子となり、切替回路ｅ２４５の第３端子が接続端子となり、切替回路ｆ２４６の第３端子が接続端子となり、切替回路ｇ２４７の第３端子が接続端子となる期間は、ｚ軸検出モードとなる。
ｚ軸検出モードでは、コンデンサ１Ａ〜４Ａの変動端が接続されて、この接続された変動端から搬送波が印加され、また、コンデンサＺＢの変動端から反転搬送波が印加される接続状態となる。
そして、３軸検出回路３０８における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｚ軸の角速度感度の検出信号となるＶｙｏｕｔ信号が生成される。
なお、ｚ軸検出モードでは、切替回路ｅ２４５の第３端子が接続端子となり、切替回路ｆ２４６の第３端子が接続端子となることにより、コンデンサＺｄ及びコンデンサＺＢが静電駆動回路１２２から切り離されるため、錘１３は振動駆動されない。

なお、第３の変形例に示す角速度センサにおいても、第２の変形例に示す角速度センサと同様に、ｘ軸検出モード（ｘ軸が感度を持つ時間ＴＸ）、ｙ軸検出モード（ｙ軸が感度を持つ時間ＴＹ）、ｚ軸検出モード（ｚ軸が感度を持つ時間ＴＺ）が順番に出現するように構成されている。
そして、同期検波回路１１２〜１１４において、搬送波の切替タイミング、即ち各検出モードの切替タイミングに基づいて、時分割処理を施すことによって、ｘ軸検出信号成分（Ｖｄｘ）、ｙ軸検出信号成分（Ｖｄｙ）、ｚ軸検出信号成分（Ｖｄｚ）とに分離（抽出）される。
なお、第３の変形例に示す角速度センサでは、ｘ軸検出モード及びｙ軸検出モードにおいてのみ、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化、即ち、コンデンサ１Ａ〜４Ａの静電容量変化に基づく検出結果を用いたフィードバック制御によって、コンデンサＺＢに交流電圧を印加する駆動信号の制御処理が実行される。

上述したように、第３の変形例に示す角速度センサでは、ｚ軸検出モード時にコンデンサＺＢを錘１３の駆動回路から切り離すことにより、コンデンサＺＢを、錘１３のｚ軸方向の検出時に用いる基準用（リファレンス）容量として機能させることができる。従って、上述した本実施形態や第１、第２の変形例の角速度センサに設けられているコンデンサＺｒを用いることなく、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化の検出を行うことができる。
上述した本実施形態や第１、第２の変形例の角速度センサでは、高い精度でコンデンサＺｒの容量を、コンデンサ１Ａ〜４Ａの容量の総和に合わせる必要があった。しかし、第３の変形例に示す角速度センサでは、コンデンサＺｒが不要となることにより、コンデンサＺｒの調整不良によるオフセットの発生を回避することができる。
また、第３の変形例に示す角速度センサでは、錘１３のｚ軸検出にコンデンサ１Ａ〜４Ａ及びコンデンサＺＢが寄与する。即ち、ｚ軸検出モードでは、固定電極２２１〜２２４と駆動電極２３０、つまり、ｘ軸検出モードやｙ軸検出モード時の２倍の電極が寄与するため、ｚ軸検出モードにおける検出感度を、ｘ軸検出モードやｙ軸検出モードにおける検出感度の２倍とすることができる。

（第４の変形例）
次に、上述した角速度センサの第４の変形例について説明する。
第４の変形例に示す角速度センサにおいても、第２、第３の変形例と同様に、図８に示す電極構成を有している。
第４の変形例では、第３の変形例と異なる構成により、錘１３の振動用の駆動電極２３０を、ｚ軸方向の錘１３の姿勢変化の検出（ｚ軸検出）用の電極と兼用し、かつ、時分割方式を利用して、錘１３の３軸方向の変位を検出する角速度センサについて説明する。
図１４は、第４の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路１００を示した回路ブロック図である。
なお、上述した角速度センサの構成と同じ箇所には同一符号を付して詳細説明を省略し、異なる部位について説明する。

第３の変形例に示す角速度センサには、ｘ軸検出回路、ｙ軸検出回路及びｚ軸検出回路の機能を兼ね備えた（兼用した）３軸検出回路３０９、また、３軸検出回路３０９における結線状態を切り替える４つの切替スイッチ、切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｈ２４８が設けられている。
さらに、第４の変形例に示す角速度センサには、静電駆動回路１２２から出力される駆動信号ａに搬送信号ｂ（反転搬送波）を重畳させる加算回路２５０が設けられている。
３軸検出回路３０９は、一端が同一点（電流／電圧変換回路１１０の入力点）に接続されたコンデンサ１Ａ〜４Ａ、コンデンサＺＢ、Ｚｄによって構成されている。
ここで、予めコンデンサ１Ａ〜４Ａ、ＺＢ、Ｚｄの一端が接続（固定）されている点を共通点とし、また、各コンデンサ１Ａ〜４Ａ、ＺＢ、Ｚｄの他端側の接続点を変動端とする。

コンデンサＺｄの変動端は、静電駆動回路１２２に接続され、コンデンサＺＢの変動端は、加算回路２５０に接続されている。
切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｈ２４８は、第１端子を固定端とし、第２端子及び第３端子を切替端とする３端子型スイッチである。
切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２及び切替回路ｃ２４３における接続構成は、第２の変形例及び第３の変形例と同様であるため、説明を省略する。
切替回路ｈ２４８は、第１端子が加算回路２５０に接続され、第２端子が反転搬送波の出力端に接続され、第３端子が接地端子に接続されている。

そして第４の変形例に示す角速度センサでは、切替回路ａ２４１、切替回路ｂ２４２、切替回路ｃ２４３、切替回路ｈ２４８の接続点を、制御クロック生成回路１０２で生成された所定の切替信号Ｃ２２Ａ、Ｃ２３Ａ、Ｃ２４Ａ、Ｃ２５Ａに基づいて切り替える。
これにより、３軸検出回路３０９における接続状態、即ち、コンデンサ１Ａ〜４Ａ、Ｚｄ、ＺＢの結線状態が切り替わる。
第４の変形例に示す角速度センサにおいても、第２の変形例、第３の変形例に示す角速度センサと同様に、３軸検出回路３０９における接続状態（結線状態）を切り替えることによって、ｘ軸検出モード、ｙ軸検出モード、ｚ軸検出モードへの切り替えが可能となる。
第４の変形例に示す角速度センサでは、加算回路２５０を用いて錘１３の駆動信号ａに錘１３の姿勢変化を検出するための搬送信号ｂを重畳させることにより、静電駆動回路１２２から切り離すことなく、コンデンサＺＢを軸方向の錘１３の姿勢変化の検出（ｚ軸検出）用のコンデンサと兼用できるよう構成されている。

次に、第４の変形例に示す角速度センサにおける検出モードの切り替え方法について詳細に説明する。
図１５は、第４の変形例に示す角速度センサにおける切替回路の接続状態と構成される３軸検出回路３０９の検出モードとの関係を示した表である。
第４の変形例に示す角速度センサでは、図１５に示すように、切替回路ａ２４１の第２端子が接続端子となり、切替回路ｂ２４２の第３端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第３端子が接続端子となり、切替回路ｈ２４８の第３端子が接続端子となる期間は、ｘ軸検出モードとなる。
第４の変形例におけるｘ軸検出モードも、第２、第３の変形例と同様に、３軸検出回路３０９における共通点から、直列接続されたコンデンサの静電容量の差分を示す電流信号が電流／電圧変換回路１１０に入力され、ｘ軸の角速度感度の検出信号となるＶｘｏｕｔ信号が生成される。

切替回路ａ２４１の第３端子が接続端子となり、切替回路ｂ２４２の第２端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第３端子が接続端子となり、切替回路ｈ２４８の第３端子が接続端子となる期間は、ｙ軸検出モードとなる。
また、切替回路ａ２４１の第２端子が接続端子となり、切替回路ｂ２４２の第２端子が接続端子となり、切替回路ｃ２４３の第２端子が接続端子となり、切替回路ｈ２４８の第２端子が接続端子となる期間は、ｚ軸検出モードとなる。
第４の変形例におけるｚ軸検出モードでは、切替回路ｈ２４８の第２端子が接続端子となることにより、搬送信号ｂが加算回路２５０に印加される。そして、加算回路２５０において、この搬送信号ｂが、錘１３の駆動信号ａに加えられる（重畳される）。
そのため、第４の変形例に示す角速度センサでは、全ての検出モードにおいて、同時に錘１３の振動駆動を行うことができる。

なお、第４の変形例に示す角速度センサにおいても、第２、第３の変形例に示す角速度センサと同様に、ｘ軸検出モード（ｘ軸が感度を持つ時間ＴＸ）、ｙ軸検出モード（ｙ軸が感度を持つ時間ＴＹ）、ｚ軸検出モード（ｚ軸が感度を持つ時間ＴＺ）が順番に出現するように構成されている。
そして、同期検波回路１１２〜１１４において、搬送波の切替タイミング、即ち各検出モードの切替タイミングに基づいて、時分割処理を施すことによって、ｘ軸検出信号成分（Ｖｄｘ）、ｙ軸検出信号成分（Ｖｄｙ）、ｚ軸検出信号成分（Ｖｄｚ）とに分離（抽出）される。
なお、ＨＰＦ１１１では、駆動信号ａの周波数成分が十分に阻止されるようにバンドパス帯域が設定されている。

上述したように、第４の変形例に示す角速度センサでは、駆動信号ａに搬送信号ｂを重畳させる加算回路２５０を設けることにより、ｚ軸検出モード時に駆動用のコンデンサＺＢを、錘１３のｚ軸方向の検出時に用いる基準用（リファレンス）容量として機能させることができる。従って、本実施形態や第１、第２の変形例の角速度センサに設けられているコンデンサＺｒを用いることなく、第３の変形例と同様に、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化の検出を行うことができる。

（第５の変形例）
次に、上述した本実施形態の第５の変形例について説明する。
この第５の変形例に示す角速度センサでは、さらにクロストーク（他軸干渉）の発生を抑制するために、時分割方式を用いて分割されるＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号の信号を検出（抽出）しない時分割の無検出時間が設けられている。
上述した本実施形態（図５）で説明した時分割処理では、Ｖｘｏｕｔ信号のオフ期間にＶｙｏｕｔ信号が出力され、Ｖｙｏｕｔ信号のオフ期間にＶｘｏｕｔ信号が出力されるように構成されている。
図１６は、鈍りが生じた信号波形の一例を示した図である。
しかし、電流／電圧変換回路１１０の応答可能帯域が十分でない場合、例えば、高域帯域の限度が低く制限されている場合、図１６の破線に示すように、信号波形が鈍り、オフ期間に信号が生じてしまうおそれがある。
詳しくは、信号がオンした時及び信号がオフした時、即ち、Ｖｘｏｕｔ信号又はＶｙｏｕｔ信号の立ち上がり時及び立ち下がり時に、遅延（位相遅れ）が発生してしまう。
なお、このような過渡的な信号波形の鈍り、即ち、過渡的な位相遅れは、２軸検出回路１０７の切り替えが、同期検波クロック（搬送波）の位相が９０°又は２７０°のタイミングで行われる場合に顕著に現れる。

図１７は、ｚ軸の検出信号へのクロストークの一例を示した図である。
図１７に示すように、Ｖｘｏｕｔ信号やＶｙｏｕｔ信号の位相遅れ、即ち、他軸（ｘ及びｙ軸）のＣＶ出力の位相遅れがある場合、自軸（ここではｚ軸）の同期検波出力は、その位相遅れの部分が破線で示すようになる。
すると、図１７に示すように、位相が遅れた分の成分（図中αで示す）として、ｚ軸の検出信号にクロストークする。
本実施の形態に係る角速度センサでは、ｚ軸検出回路１０９の検出信号（ｚ軸信号）に基づいて、コリオリ力を検出するために錘１３を共振１次振動させる駆動信号を生成し、また、ｚ軸検出回路の検出信号（ｚ軸信号）を同期検波回路１１４の基準信号として用いている。

そのため、上述したようなＶｘｏｕｔ信号やＶｙｏｕｔ信号の波形鈍りが、ｚ軸検出回路１０９の検出信号にクロストークした場合、その影響がそのままノイズ（雑音信号）となるため、錘１３の振動精度や安定度、また、同期検波回路１１４における検波精度が劣化し、角速度センサの検出精度が低下してしまう。
そこで、このようなｚ軸検出信号（ｚ軸出力）へのクロストークが生じた場合に受ける影響を抑制するために、他軸（ｘ軸、ｙ軸）からの干渉が予測される期間、即ち、クロストークの発生が予測される期間に、ｚ軸検出信号の無検出時間（無検出区間）を設ける。
また、時分割処理の対象となるＶｘｏｕｔ信号とＶｙｏｕｔ信号との間において、図１６に示すような信号波形の鈍りの影響が生じないように、即ち、クロストークが生じないように、Ｖｘｏｕｔ信号と、Ｖｙｏｕｔ信号の切り替わりのタイミングにおいても信号の無検出時間（無検出区間）を設けることが好ましい。

ここで、無検出時間の設定について説明する。
検出信号の無検出時間が長くなると、対象となる軸の検出感度が低下する。すると、検出信号におけるＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が劣化し、検出精度が低下する可能性がある。
そのため、このｚ軸検出信号の無検出時間は、必要最小限の長さに設定することが望ましい。
上述したように、電流／電圧変換回路１１０の出力であるＶｘｏｕｔ信号及びＶｙｏｕｔ信号における波形の鈍りは、電流／電圧変換回路１１０における高周波側の帯域制限によって生じる。

ここで、電流／電圧変換回路１１０の高周波側カットオフ周波数ｆｃと、搬送波（Ｖ０信号）の周波数ｆｏの関係を、
ｆｃ＝ｋｆｏ ・・・（式１）
とする。ｋは、比例定数であり、通常は、１以上である。
（式１）において、比例定数ｋが大きくなるほど、波形の鈍りの度合いは相対的に小さくなる。
例えば、電流／電圧変換回路１１０の高周波帯域における周波数特性が、１次の減衰特性を有すると仮定した場合、高周波側カットオフ周波数ｆｃは、
ｆｃ＝１／２πτ ・・・（式２）
と表現できる。τは、時定数を示す。

図１８は、電流／電圧変換回路１１０におけるステップ応答特性を示した図である。
なお、図１８では、上段に入力電圧（ステップ関数）、下段に出力電圧（応答波形）を示す。
図１８に示すように、入力電圧が投入されてから、時間が３τ経過した時点で入力電圧の約９５％、４τ経過した時点で入力電圧の約９８％まで立ち上がっていることが分かる。
つまり、ｔ＝０（入力電圧の投入）からｔ＝４τまでの時間（期間）が波形鈍りの生じる期間となる。

図１９は、ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）又はｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）の検出開始時から、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時までの時間と、ｚ軸検出信号へのクロストークとの関係を示した図である。
なお、縦軸に示すクロストークは、ｚ軸検出信号に含まれる他軸（ｘ軸、ｙ軸）からの干渉量を示す。
このような図１９の関係図に基づいて、センサの仕様（精度の許容範囲）などを満たすことができる範囲内で、無検出時間の終了時間を設定するようにする。
例えば、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時間を、ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）又はｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）の検出開始時から３τ〜４τ経過した時点に設定することにより、ｚ軸検出信号へのクロストークを大幅に改善することができる。

ここで上述した（式１）及び（式２）に基づいて、時定数τを表すと、
τ＝１／２πｆｃ＝１／２πｋｆｏ＝Ｔｏ／２πｋ ・・・（式３）
となる。ここで、Ｔｏは、搬送波（Ｖ０信号）の周期を示す。すると、
２τ＝２／２πｋｆｏ＝２Ｔｏ／２πｋ ・・・（式４）
３τ＝３／２πｋｆｏ＝３Ｔｏ／２πｋ ・・・（式５）
４τ＝４／２πｋｆｏ＝４Ｔｏ／２πｋ ・・・（式６）
と、２τ、３τ、４τをそれぞれＴｏとｋを用いて表現することができる。
上記（式３）〜（式６）から分かるように、ｋの値が大きいほど、無検出時間が短くなる。

このように、第５の変形例によれば、ｚ軸検出信号の無検出時間を設けることにより、ｘ軸検出信号及びｙ軸検出信号からのｚ軸検出信号へのクロストークによる影響を抑制（低減）することができる。これにより、錘１３の静電駆動信号におけるノイズ量が低減できるため、角速度の検出精度をより向上させることができる。
なお、第５の変形例に示した、クロストークの影響を低減させるための無検出時間を設ける技術は、第１〜４の変形例に示す角速度センサに適用するようにしてもよい。

本実施の形態に係る角速度センサにおけるセンサ部の概略構造を示した斜視図である。 （ａ）は可動部構造体を上部ガラス基板側から見た平面図を示し、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’部における角速度センサの断面を示し、（ｃ）は錘の姿勢が変化した状態を示した図である。 角速度センサに設けられる固定電極と駆動電極の配置状態を示した図である。 本実施の形態に係る角速度センサにおける信号処理部（制御部）の概略構造を示した回路ブロック図である。 Ｃ／Ｖ変換回路における各部の信号波形を示したタイムチャートである。 第１の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路を示した回路ブロック図である。 位相分割方式を説明するための図である。 第２の変形例に示す角速度センサに設けられる固定電極と駆動電極の配置状態を示した図である。 第２の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路を示した回路ブロック図である。 第２の変形例に示す角速度センサにおける切替回路の接続状態と構成される３軸検出回路の検出モードとの関係を示した表である。 第２の変形例におけるＣ／Ｖ変換回路における各部の信号波形を示したタイムチャートである。 第３の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路を示した回路ブロック図である。 第３の変形例に示す角速度センサにおける切替回路の接続状態と構成される３軸検出回路の検出モードとの関係を示した表である。 第４の変形例に示す角速度センサにおけるＣ／Ｖ変換回路を示した回路ブロック図である。 第４の変形例に示す角速度センサにおける切替回路の接続状態と構成される３軸検出回路の検出モードとの関係を示した表である。 鈍りが生じた信号波形の一例を示した図である。 ｚ軸の検出信号へのクロストークの一例を示した図である。 電流／電圧変換回路におけるステップ応答特性を示した図である。 ｘ軸信号（Ｖｘｏｕｔ信号）又はｙ軸信号（Ｖｙｏｕｔ信号）の検出開始時から、ｚ軸検出信号の無検出時間の終了時までの時間と、ｚ軸検出信号へのクロストークとの関係を示した図である。

符号の説明

１ 可動部構造体
２ 上部ガラス基板
３ 下部ガラス基板
４ 電極パッド
１１ フレーム
１２ 梁
１３ 錘
１４ 可動隙間
１５ 可動隙間
２０ 固定電極
２１〜２４ 固定電極
３０ 駆動電極
３１〜３４ 固定電極
１００ Ｃ／Ｖ変換回路
１０１ 交流電圧源
１０２ 制御クロック生成回路
１０３ ９０°移相器
１０４ 反転増幅器
１０５ 反転増幅器
１０６ 切替回路
１０７ ２軸検出回路
１０９ ｚ軸検出回路
１１０ 電流／電圧変換回路
１１１ ＨＰＦ
１１２〜１１４ 同期検波回路
１１５〜１１７ ＬＰＦ
１１８〜１２０ 増幅回路
１２１ ＡＧＣ回路・位相調整回路
１２２ 静電駆動回路
１３０〜１３４ 錘部
２００ ｘ軸角速度検出回路
２０１ ＨＰＦ
２０２ 同期検波回路
２０３ ＬＰＦ
２０４ ＡＭＰ
２０５ 移相器
３００ ｙ軸角速度検出回路
３０１ ＨＰＦ
３０２ 同期検波回路
３０３ ＬＰＦ
３０４ ＡＭＰ
３０５ 移相器

Claims (10)

1. 中空部を有するフレームと、
   前記フレームに固定された可撓性を有する梁と、
   前記梁を介して前記フレームに支持され、表面部が可動電極として機能し、外力の作用により姿勢が変化する錘と、
   前記錘と対向して配置された複数の固定電極と、
   前記可動電極と前記固定電極からなる静電容量素子の静電容量の変化を検出する検出手段と、
   前記静電容量素子の結線状態を切り替えることにより、前記検出手段を、前記錘の第１の検出軸方向の姿勢変化に伴う前記静電容量素子の静電容量の変化を検出する第１検出回路の接続状態と、前記錘の第２の検出軸方向の姿勢変化に伴う前記静電容量素子の静電容量の変化を検出する第２検出回路の接続状態とに切り替える切替手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、作用する力学量の第１の検出軸方向成分および第２の検出軸方向成分を出力する力学量出力手段と、
   を備えたことを特徴とする力学量センサ。
2. 前記切替手段は、前記静電容量素子の結線状態を切り替えることにより、前記第１検出回路の接続状態と、前記第２検出回路の接続状態と、前記錘の第３の検出軸方向の姿勢変化に伴う前記静電容量素子の静電容量の変化を検出する第３検出回路の接続状態とに切り替え、
   前記力学量出力手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、作用する力学量の第１の検出軸方向成分、第２の検出軸方向成分、及び第３の検出軸方向成分を出力することを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
3. 前記切替手段は、制御クロック信号のタイミングに基づいて、一定周期毎に前記静電容量素子の結線状態を切り替え、
   前記検出手段の出力信号は、同一の増幅回路に入力され、
   前記力学量出力手段は、前記切替手段による切替タイミングに基づいて時分割処理を行うことにより前記各検出回路における静電容量の検出信号を分離した後、前記錘の各軸方向に作用する力学量を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の力学量センサ。
4. 前記第１検出回路は、前記錘の第１の検出軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する前記静電容量素子を直列に接続した回路を有し、
   前記第２検出回路は、前記錘の第２の検出軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する前記静電容量素子を直列に接続した回路を有し、
   前記第１検出回路および前記第２検出回路における、直列接続された静電容量素子のそれぞれに、互いの位相が１８０°反転した搬送波を印加する搬送波印加手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の力学量センサ。
5. 前記第３検出回路は、前記錘の第３の検出軸方向の傾きに伴い、静電容量が対称的に変化する前記静電容量素子を直列に接続した回路を有し、
   前記搬送波印加手段は、前記第３検出回路における、直列接続された静電容量素子のそれぞれに、互いの位相が１８０°反転した搬送波を印加する搬送波印加手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の力学量センサ。
6. 前記固定電極は、前記錘の中心位置を基準位置として、同一平面上の前記基準位置の周りに等間隔に配設された４つの第１電極を備え、
   前記第１検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を有し、
   前記第２検出回路は、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第４象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路と、前記４つの第１電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、第２象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが並列に接続された回路とが直列に接続された回路を有し、
   前記切替手段は、前記検出手段が前記第１検出回路または前記第２検出回路を構成するように前記静電容量素子の結線状態を切り替えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１の請求項に記載の力学量センサ。
7. 前記固定電極は、前記４つの第１電極と錘を介して対向する平面上に、さらに４つの第２電極を備え、
   前記第１検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を有し、
   前記第２検出回路は、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第４象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続され、また、前記４つの第２電極のうち、ｘ−ｙ平面上の第３象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、ｘ−ｙ平面上の第２象限に位置する第２電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とを、ｘ−ｙ平面上の第１象限に位置する第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と並列に接続された回路を有することを特徴とする請求項６記載の力学量センサ。
8. 前記固定電極は、前記４つの第１電極と錘を介して対向する平面上に、さらに第３電極を備え、
   前記第３検出回路は、前記第１電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子と、前記第３の電極と前記可動電極とから構成される静電容量素子とが直列に接続された回路を有することを特徴とする請求項６記載の力学量センサ。
9. 前記力学量出力手段は、前記切替手段による接続の切り替わりのタイミングから所定時間が経過した後、前記各検出回路における静電容量の検出信号を分離することを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか１の請求項に記載の力学量センサ。
10. 前記所定時間は、前記切替手段による接続の切り替わりのタイミングから３〜４τの範囲で設けられていることを特徴とする請求項９記載の力学量センサ。

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