JP2007333642A

JP2007333642A - 慣性センサおよび慣性センサの製造方法

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Publication number: JP2007333642A
Application number: JP2006167759A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Matsuhisa; 和弘松久
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-16
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Abstract

【課題】駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を持つようにすることで、他軸感度の向上を可能とする。
【解決手段】基板１００に対して浮遊した状態で変位可能に支持された振動子１１と、前記振動子１１の変位を検出する変位検出部１４とを備えた慣性センサ１であって、前記振動子１１は、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有することを特徴とするもので、例えば、前記振動子１１は、ばね定数が異なる第１弾性支持体１３−１、１３−３と第２弾性支持体１３−２、１３−４とによって支持されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、慣性センサおよび慣性センサの製造方法に関する。

従来技術として、シリコン（Ｓｉ）などの材料を用い、半導体加工技術を使って加工された振動型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慣性質量を一定方向に振動させ、角速度が入力された際に発生するコリオリ力による変位により、角速度の大きさを検出するものである。この角速度センサは、入力インターフェース、ビデオカメラやスチルカメラの手ブレ補正などに適用することができる。

このような角速度センサは一般的に、半導体プロセスによって製造された振動子を電気信号によって駆動させ、この駆動による速度と系に加えられた角速度により、発生するコリオリ力によって振動子を駆動方向と直角に変位させ、この変位量を計測することにより、角速度を計測することができる。

コリオリ力は駆動力に比較して非常に微小なために、変位も微小となるために検出が困難であることが知られている。既知の技術として、駆動周波数と検出周波数を近づけることにより、カップリングを発生させ、利得を稼ぐ方法がある。例えば、充分にＱ値が大きい場合、駆動周波数と検出周波数の比（この比を以後は離調度と呼ぶ）を１．０５もしくは０．９５に設定すれば、概ね１０倍程度の利得が得られる。

離調度の調整方法として、反応性イオンエッチングまたは等方性イオンエッチングまたは結晶異方性エッチングによって、単結晶シリコン基板から形成した振動子の基準電極、圧電体、駆動電極、検出電極等が形成された面以外を研削することにより、所望の離調度とすることが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、大気中での駆動を前提とはしているが、離調度αと検出周波数のＱ値との関係を数値制限した技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、単体で多軸を実現するセンサが近年開発されてきている（例えば、特許文献３参照。）。このような複合センサを用いることで、単体を複数軸実装するよりも、コスト、実装面積の両面で有利である。

コストおよび実装面積の両面で有利な単体で多軸を実現するセンサを用い、充分なコリオリ変位に対する利得を稼ぐためには、駆動周波数と検出周波数を近づける必要がある。

しかしながら、図１４に示すように、一構造多軸センサには駆動周波数に対して検出周波数が複数存在するために、検出周波数同士も近づいてしまう。このため、複数軸の検出同士にもカップリングが発生し、プロセスによるわずかなアンバランスによっても、他軸感度が悪化する要因となる。ここでいう他軸感度とは例えば第１軸周りに発生した角速度を第１軸と交差する第２軸の角速度として誤認する大きさの割合である。具体的には、例えばＸ軸まわりに１００ｄｅｇ／ｓｅｃの角速度が発生した場合、Ｙ軸まわりに角速度が全く発生していないにも関わらず、Ｙ軸まわりに１ｄｅｇ／ｓｅｃが検出されれば他軸感度は１％となる。

一般的に単軸の角速度センサは他軸感度１％程度が量産スペックとなっている。しかし、多軸の複合センサはこの検出周波数同士のカップリングの影響で数％程度の他軸感度しか実現できていない。

他軸感度が悪化すると、例えばロボット、車両などの制御において他軸の角速度も誤差要因となり、ドリフトを増大させ、積分時の角度誤差を著しく悪化させるため、頻繁に傾斜センサなどで補正をかけないと、正常な制御ができない。

例えば、１０倍の利得を得たい時には離調度を１．０５もしくは０．９５にするように設計すればよい。このとき、駆動と検出の周波数の差は駆動周波数を基準に考えると５％であるが、工夫せずに作製すると対象性などの影響から、検出周波数は駆動周波数の低周波側、もしくは高周波側に偏ってしまう。このとき、単一の駆動周波数に対して、それぞれの軸が利得を必要とすると、それぞれ５％駆動周波数に対して離すことになる。検出軸同士の周波数比は１％以下となり、例えば０．５％検出周波数同士が離れていたとすると、充分に検出のＱ値が高い場合には１００倍程度の利得があることになる。プロセスばらつきなどが原因で、第１軸周りにのみ角速度が印加された場合でも、その第１軸に対応するコリオリ力方向と完全に平行に振動子は変位せずに、例えば第２軸に対応するコリオリ力方向にも変位する。このときの振動漏れの割合が１００倍の利得を持つことになり、他軸感度を非常に悪化させる。

特開２００５−２４１３８２号公報特開２００２-３１０６６２号公報特開２００５−３１０９６号公報

解決しようとする問題点は、一構造多軸センサには駆動周波数に対して検出周波数が複数存在するために、検出周波数は駆動周波数の低周波側、もしくは高周波側に偏ってしまい、検出周波数同士も近づいてしまうことから、複数軸の検出同士にもカップリングが発生し、プロセスによるわずかなアンバランスによっても、他軸感度が悪化する要因となる点である。

本発明は、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を持つように、振動子を支持する弾性支持体のばね定数を異ならせることで、他軸感度の向上を可能にする。

本発明の慣性センサは、基板に対して浮遊した状態で変位可能に支持された振動子と、前記振動子の変位を検出する変位検出部とを備えた慣性センサであって、前記振動子は、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有することを特徴とする。

本発明の慣性センサでは、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有することから、二つの検出モード周波数を離すことができる。これによって、駆動と検出のカップリングによる利得を得つつ、他軸の検出同士のカップリングを最小限にして、他軸感度が抑えられる。

本発明の慣性センサの製造方法は、基板に対して浮遊した状態で変位可能に支持された振動子と、前記振動子を支持する第１弾性支持体と第２弾性支持体と、前記振動子の変位を検出する変位検出部とを備えた慣性センサの製造方法であって、前記振動子の駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有するように、第１弾性支持体と第２弾性支持体とをばね定数が異なるように形成することを特徴とする。

本発明の慣性センサの製造方法では、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有するように、第１弾性支持体と第２弾性支持体とをばね定数が異なるように形成することから、第１弾性支持体の振動周波数と第２弾性支持体の振動周波数は異なることになる。したがって、どちらか一方が低周波側の検出モード周波数を持ち、他方側が前記低周波側より高い周波数の高周波側の検出モード周波数を持つことになるので、第１弾性支持体と第２弾性支持体とは別々の検出モード周波数を持つことになる。これによって、駆動と検出のカップリングによる利得を得つつ、他軸の検出同士のカップリングを最小限にして、他軸感度が抑えられる。

本発明の慣性センサによれば、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有するため、他軸の検出同士のカップリングを最小限にして、他軸感度を抑えることができるので、ロボット、車両などの制御において、他軸の検出誤差が低減され、高精度な検出が可能になるという利点がある。これによって、従来のように頻繁に傾斜センサなどで補正をかける必要がなくなり、正常な制御ができるようになるという利点がある。

本発明の慣性センサの製造方法によれば、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有するように、第１弾性支持体と第２弾性支持体とをばね定数が異なるように形成するため、他軸の検出同士のカップリングを最小限にして、他軸感度が抑えることができる慣性センサを製造することができる。これによって、ロボット、車両などの制御において、他軸の検出誤差が低減され、高精度な検出が可能になるという慣性センサの提供が可能になるという利点がある。

本発明の慣性センサに係わる一実施の形態（第１実施例）を、図１および図２によって説明する。図１および図２では、一例として、角速度センサを含む多軸複合センサからなる慣性センサを示す。図１の（１）は慣性センサを示す概略構成断面図であり、（２）は振動子および上部に配置された電極の構成例の概略を示す斜視図である。図２の（１）は振動子、弾性支持体および電極の位置関係を示す正面図であり、（２）は平面図である。

図１および図２に示すように、第１基板１００に支持部１２が形成されていて、この支持部１２に弾性支持体１３−１〜１３−４の一端側が支持されている。各弾性支持体１３−１〜１３−４の他端側には、上記第１基板１００および後に説明する第２基板２００から離間した状態で振動子１１が支持されている。また、この振動子１１の変位を検出して信号を出力する変位検出部１４が、例えば第２基板２００の上記振動子１１に対向する側に備えられている。ここでは、振動子１１上方に設けた電極２１１−１〜２１１−４と振動子１１との容量変化によって、振動子１１の変位を検出する構成となっている。また、振動子１１上方に設けた駆動用の電極２１２によって、振動子１１が例えば３次元座標系における第３軸（例えばＺ軸）方向に駆動されるようになっている。また、振動子１１の下方の第１基板１００には、例えば振動子１１の駆動をモニタする電極１１１が形成されている。

上記振動子１１が、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有するように、上記弾性支持体１３−１〜１３−４は、例えば、Ｘ軸方向の弾性支持体（第１弾性支持体）１３−１、１３−３とＹ軸方向の弾性支持体（第２弾性支持体）１３−２、１３−４とは、異なるばね定数となるように形成されている。すなわち、振動子を挟んで対向する位置の弾性支持体を同一のばね定数としている。これは、各モードの振動質量は共通であるため、弾性支持体１３のばね定数を調節することで振動周波数を制御することができるためである。図３に示すように、例えば駆動周波数の両側に５％ずつ検出周波数同士を離したいときには、ω＝２πｆ＝√（ｋ／ｍ）、（ここで、ωは振動数、ｆは振動子の振動周波数、ｋは弾性支持体１３のばね定数である）の関係から、ばね定数を２１％離してやればよいことになる。

例えば、ばねの長さで制御する場合は、ばねの長さの２乗に共振周波数は反比例するために、振動子を支えるばねの長さを例えば第１軸方向のばねにたいして第２軸方向のばねを√（１／１．１）＝０．９５倍の長さに調整することで駆動周波数を跨いで第１軸、第２軸の検出周波数を１０％離すことができる。

ばねの幅は共振周波数に理想的には影響を与えないために、ばねの幅のみで調整することは現実的には難しい。長さとのアスペクト比で不要なモードが出る場合に微調整する程度に考えるのが適当である。

ばねの厚さで制御する場合は、ばねの厚さに梁の曲げの１次の共振周波数は比例するために、第１軸方向のばねに対して、第２軸方向のばねを１．１倍の厚さに調整することで、第１軸、第２軸の検出周波数を１０％離すことができる。

ばねの材質で調整する場合は、材質のヤング率と密度の比の平方根√（Ｅ／ρ）に比例するために、１０％の差が出るような材質を選定すれば、第１軸、第２軸の検出周波数を１０％離すことができる。

ばねにスリットや溝、孔などを入れてばねを弱くして検出周波数に差を設ける方法もある。

上記本発明の慣性センサ１は、３次元座標系における第１軸（例えばＸ軸）方向の加速度および第２軸（例えばＹ軸）周りの角速度を検出する際に、振動子１１と、この振動子１１を３次元座標系における第３軸（例えばＺ軸）方向に加速度、角速度の必要応答性に対して充分に高い周波数で振動させる励振手段（駆動電極２１２）と、この変位を検出する変位検出部１４（加速度、角速度検出用の電極２１１−１〜２１１−４）と、この変位検出部１４で得た信号において、低周波成分と励振周波数周りの成分を分離する信号分離手段（図示せず）と、低周波成分において、第１軸（例えばＸ軸）方向の加速度を求める演算手段（図示せず）と、第２軸（例えばＹ軸）周りの角速度を求める角速度演算手段（図示せず）とを有することで、角速度と加速度の双方を検出できる。

以下に、上記慣性センサ１の動作原理を説明する。

最初に、角速度の検出方法について説明する。

振動子１１と駆動電極２１２の間に、振動子１１をその共振周波数で駆動するような交流電圧を前述した第３軸（例えば３次元座標系におけるＺ軸）方向に印加し、振動子１１と駆動電極２１２間に静電力を発生させて、振動子１１を周期的に駆動させる。

ここで、第１軸（例えば３次元座標系におけるＸ軸）周りに角速度を印加すると、第２軸（例えば３次元座標系におけるＹ軸）方向にコリオリ力Ｆ_coriolisが発生する。このコリオリ力Ｆ_coriolisは下記式によって表される。

Ｆ_coriolis＝２ｍｖΩ

ここでｍは振動子１１の質量、ｖは駆動方向の振動速度、Ωは外部から印加される角速度である。

コリオリ力が第２軸（例えば３次元座標系におけるＹ軸）方向に発生すると、振動子１１に力が印加され、第２軸方向に変位する。図４に示すように、振動子１１は重心位置と弾性支持体１３−１〜４の支持位置の高さが異なるために、コリオリ力によりモーメントが発生し、捻り方向に振動する。なお、駆動電極２１２による駆動方向はＺ方向である。この捻り方向の変位を４つの電極２１１−１〜２１１−４の静電容量変化により検出する。

例えば、４つの電極２１１−１〜２１１−４のうち、傾いて隙間が広がった側の２電極２１１−１、２１１−４は静電容量Ｃ１、Ｃ４が減少し、傾いて隙間が狭まった側の２電極２１１−２、２１１−３は静電容量Ｃ２、Ｃ３が増加する。広がった側同士で容量Ｃ１＋Ｃ４の和を取り、狭まった同士で容量Ｃ２＋Ｃ３の和を取った後に、それぞれの電極の容量の和同士の差分（Ｃ１＋Ｃ４）−（Ｃ２＋Ｃ３）を取ることにより、効率よく捻りによる変位、つまり角速度を検出することができる。

また、第２軸（例えば３次元座標系におけるＹ軸）周りに角速度を印加すると、第１軸（例えば３次元座標系におけるＸ軸）方向にコリオリ力が発生する。同様に４つの電極２１１−１〜２１１−４の静電容量変化により第２軸周りに発生する角速度を検出できるため、２軸分の角速度を検出可能である。

このとき、第１軸方向のばねと第２軸方向のばねを適切な長さに設定することにより、駆動共振周波数の低周波側と高周波側に第１軸の検出周波数と、第２軸の検出周波数を移動させることが可能であり、それぞれの離調度も個別に設定可能である。ここで、図５に示すように、検出モードのＱ値が期待する利得よりも充分高い時に、増倍効果のはっきりした２以上の利得を稼ぐには、離調度を０．７１〜１．２２の間に設定すればよい。同様に５倍以上の利得は離調度を０．９０〜１．０９の間に設定すればよい。１０倍以上の場合は０．９５〜１．０４に設定すればよい。但し、高い利得を稼ごうとすると、それだけプロセスばらつきに対して弱くなり、調整機構が必須となり、コストアップの要因となるので、注意が必要である。

次に加速度の検出方法について示す。

振動子１１の質量をｍとし、この振動子１１に所定方向の加速度αが作用すると、この加速度αと同じ方向にＦ＝ｍαとなる力が作用する。また、力が加わった際の弾性支持体１３の変位ｘはＦ＝ｋｘで表されるため、ｘ∝αとなり、変位を検出することで加速度を知ることができる。

第１軸（例えば３次元座標系におけるＸ軸）周りに加速度が発生すると、角速度の場合と同様に、慣性力によるモーメントが発生し、捻り方向に変位が発生する。この捻り方向への変位を電極２１１−１〜２１１−４の静電容量変化として検出する。第１軸周りの加速度と、第２軸周りの角速度による変位の方向が同一であるが、一般的に加速度は精々２００Ｈｚまでを検出すればよく、角速度に関しては振動子１１の振動周波数（一般的に数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ）近辺に現れるために、フィルタなどによって容易に分離可能である。

また、第２軸（例えば３次元座標系におけるＹ軸）周りの加速度に関しても同様である。

ここで、図６（１）に、多軸の角速度と加速度を同時に検出できる慣性センサ１における駆動のモードの一例を示す。また図６（２）、（３）に、この慣性センサ１における検出のモードの一例を示す。図６（２）はＸ軸周りの回転を検出する検出モードを示したものであり、図６（２）はＹ軸周りの回転を検出する検出モードを示したものである。

上記慣性センサ１は、半導体プロセスにより形成された後、セラミックパッケージなどを用いて大気圧よりも低い雰囲気に減圧封止される。慣性センサ１のような数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの共振を用いる場合、内部損失などの構造減衰よりも、雰囲気による減衰のほうが遥かに大きいことが知られている。このため、減圧封止することで、駆動、検出のＱ値を向上させることが可能である。このとき、例えば１Ｐａ以下の高真空にすると、脱ガスの処理やパッケージの堅牢性の確保などが必要となり、製造プロセスの負荷が大きくなり、また製造コストもかかる。一方、１００Ｐａ〜程度の真空度であれば、熱処理などによる脱ガスの影響をほとんど無視でき、パッケージも簡素化できる。

次に、本発明の慣性センサの製造方法に係わる一実施の形態（製造方法の第１実施例）を、図７〜図１１によって説明する。図７〜図１１では、一例として、前記第１実施例で説明した角速度センサを含む多軸複合センサからなる慣性センサ１の製造工程を示す。

図７（１）に示すように、第１層３１、第２層３２、第３層３３が順に積層された三層構造を持つ基板３０を用いる。このような基板３０としては、ＳＯＩ基板がある。ここでは、下層の第１層３１にシリコン層、第２層３２に絶縁層、上層の第３層３３にシリコン層を形成したものを用いた。上記絶縁層には酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁体を用いることができる。ここで、両側の第１、第２層３１、３２には導電性を持たせている。例えばｎ型不純物もしくはｐ型不純物をドーピングすることにより導電性を持たせている。また、上層の第３層３３のほうが、下層の第１層３１よりも薄く形成されている。これは上層のシリコン層で弾性支持体を形成するためで、所定の厚さになったときに可撓性を持たせるために薄く形成されている。下層の第１層３１は質量部（振動子）を形成するために厚く形成されている。

上記基板（ＳＯＩ基板）３０を加工することで多軸センサを作製する。まず、図７（２）に示すように、基板３０の下面を、反応性イオンエッチングなどを用いて第１層３１を除去加工して所定ブロックに分割する。このエッチング工程では酸化シリコン層とシリコン層の間に充分なエッチング選択比があるために、第２層（酸化シリコン層）３２をエッチングストッパとして用いることができる。

次に、図７（３）に示すように、第２層（酸化シリコン層）３２に対してエッチングを行い、酸化シリコン層を除去する。このときは上部の第３層（シリコン層）３３がエッチングストッパとして機能する。

次に、図８（１）に示すように、下部基板となる第１基板１００を用意する。この第１基板１００には、溝１１０が形成され、この溝１１０に電極１１１が形成されている。

次に、図８（２）に示すように、上記第１基板１００を基板３０の第１層３１の下面に接合する。この接合には例えば陽極接合を用いる。シリコン・シリコン酸化膜接合、シリコン・シリコン接合、金属・金属接合などの手法を用いてもよい。

続いて、上部の第３層３３の上面から弾性支持体、質量部となる振動子の一部を覆うマスクを用いて第３層３３を選択的にエッチングする。その結果、図９（１）の平面図および（２）の概略構成断面図に示すような、振動子１１とこの振動子１１を支持する弾性支持体１３とこの弾性支持体１３を支持する支持部１２が第１基板１００上に形成された構造体が得られる。このとき、各モードの振動質量は共通であるため、弾性支持体１３のばね定数を調節することで振動周波数を制御することができる。前記図３に示すように、例えば駆動周波数の両側に５％ずつ検出周波数同士を離したいときには、ω＝２πｆ＝√（ｋ／ｍ）、（ここで、ωは振動数、ｆは振動子の振動周波数、ｋは弾性支持体１３のばね定数である）の関係から、ばね定数を２１％離してやればよいことになる。

実際に半導体プロセスでの利便性を考えると、厚さ、材質に差をつけることは難しいため、長さでの調節や、スリットなどのばねを弱くする工夫を設けるのが現実的である。

次に、図１０に示すような、第２基板２００を用意し、その下面側に配線用の溝２１０を加工する。この加工には、通常のシリコンエッチングなどの方法を用いることができる。さらに溝２１０内に電極（検出電極）２１１および電極（駆動電極）２１２を形成する。

次に、図１１に示すように、上記第２基板２００を陽極接合などの接合方法を用いて、上記振動子１１、弾性支持体１３等を構成した上記基板３０に接合する。ここで、第２基板２００には複数の錘状貫通孔（図示せず）が形成されており、下部のシリコン導電層を観察可能である。ここで第２基板２００の上面に金などの金属を蒸着することで、錘状貫通孔の壁面に金属層を堆積させることで各配線用端子を形成し、不要な金属膜をエッチングなどで除去すれば、図示したような慣性センサ１が得られる。その後、上記慣性センサ１は、図示はしないがパッケージに実装される。

上記慣性センサ１の製造方法によれば、真空度を大気圧に近い状態にしてもＱ値を高めることができるようになるため、外部からパッケージ内部への気体のリークや、パッケージ内部で発生するガスなどの影響を防ぐことができるので、パッケージの気密構造を簡素化でき、パッケージコストの低減ができるという利点がある。また、真空度を高めてＱ値を高めるのと比較して、検出側のＱ値の上昇を抑えることができるので、角速度印加時の減衰振動の安定時間を短くすることができ、慣性センサのＳＮ比や応答性の向上を図ることができるという利点がある。

次に、本発明の慣性センサに係わる一実施の形態（第２実施例）を、図１２および図１３によって説明する。図１２および図１３では、一例として、前記第１実施例とは電極構成が異なる慣性センサを示す。したがって、本第２実施例の慣性センサ２は、前記第１実施例の慣性センサ１において、振動子、弾性支持体および振動子上方の電極の構成が異なるのみで、その他の構成は前記第１実施例の慣性センサ１と同様である。なお、図１２の（１）は振動子および上部に配置された電極の構成例の概略を示す斜視図であり、（２）は慣性センサを示す概略構成断面図である。図１３の（１）は振動子、弾性支持体および電極の位置関係を示す正面図であり、（２）は平面図である。

図１２および図１３に示すように、第１基板１００に支持部１２が形成されていて、この支持部１２に弾性支持体１３−１〜１３−４の一端側が支持されている。各弾性支持体１３−１〜１３−４の他端側には、上記第１基板１００および後に説明する第２基板２００から離間した状態で振動子１１が支持されている。また、この振動子１１の変位を検出して信号を出力する変位検出部１４が、例えば第２基板２００の上記振動子１１に対向する側に備えられている。ここでは、振動子１１上方に設けた電極２１１−１〜２１１−４と振動子１１との容量変化によって、振動子１１の変位を検出する構成となっている。また、振動子１１上方に設けた駆動用の電極２１２−１、２１２−２は、交互に電圧を印加することで、振動子１１を振り子のように第１軸（例えばＸ軸）のまわりに駆動させる。また、振動子１１の下方の第１基板１００には、例えば振動子１１の駆動をモニタする電極１１１が形成されている。

上記各弾性支持体１３−１〜４は、上記振動子１１が、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有するように、例えば、振動子１１の対角方向の弾性支持体（第１弾性支持体）１３−１、１３−３と、振動子１１の別の対角方向の弾性支持体（第２弾性支持体）１３−２、１３−４とは、異なるばね定数となるように形成されている。すなわち、振動子の対角方向で対向する位置の弾性支持体を同一のばね定数としている。

次に、上記慣性センサ２の動作方法を説明する。図１２に示したように、電極２１２−１と電極２１２−２に交互に電圧を印加し、振動子１１を振り子のように第１軸のまわりに駆動させる。この駆動方向に対して、第１軸周りに角速度が加わると、第３軸（例えばＺ軸）方向にコリオリ力が働き、振動子は角速度の大きさに応じて第３軸方向に動く。これを電極２１１−１〜２１１−４の静電容量変化により検出する。第３軸周りに角速度が加わると、第２軸（例えばＹ軸）方向にコリオリ力が働く。このとき、振動子１１は支持点と重心がずれているために、振り子運動をする。この運動をしたときには、電極２１１−１〜２１１−４と振動子１１との間の容量が変化し、例えば電極２１１−１、２１１−４と振動子１１との間で検出容量が増加した場合には、電極２１１−２、２１１−３と振動子１１との間で検出容量が減少する。この差分をとることで、第１軸周りの角速度と分離が可能となる。

また、第１実施例と同様に、各モードの振動質量は共通であり、モード形状に関連する弾性支持体１３−１〜１３−４のばね定数を調整することで、前記図３に示したように、駆動周波数を跨いで二つの検出周波数を両側に配置することができる。

本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第１実施例）を示した図面である。本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第１実施例）を示した図面である。第１実施例の慣性センサの振動モードと検出モードとの関係を説明する図である。第１実施例の慣性センサの振動モードを説明する斜視模式図である。利得と離調度との関係図である。第１実施例の慣性センサの検出モードを説明する斜視模式図である。本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程図である。本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程図である。本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程図である。本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程図である。本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程図である。本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第２実施例）を示した図面である。本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第２実施例）を示した図面である。従来の慣性センサの振動モードと検出モードとの関係を説明する図である。

符号の説明

１…慣性センサ、１１…振動子、１４…変位検出部、１００…基板

Claims

基板に対して浮遊した状態で変位可能に支持された振動子と、
前記振動子の変位を検出する変位検出部とを備えた慣性センサにおいて、
前記振動子は、駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有する
ことを特徴とする慣性センサ。
前記振動子は、ばね定数が異なる第１弾性支持体と第２弾性支持体とによって支持されている
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
前記変位検出部は前記振動子の多軸方向の変位を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
前記振動子は減圧された雰囲気中に封止されている
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
基板に対して浮遊した状態で変位可能に支持された振動子と、
前記振動子を支持する第１弾性支持体と第２弾性支持体と、
前記振動子の変位を検出する変位検出部とを備えた慣性センサの製造方法において、
前記振動子の駆動モード周波数の低周波側と高周波側にそれぞれ別の検出モード周波数を有するように、第１弾性支持体と第２弾性支持体とをばね定数が異なるように形成する
ことを特徴とする慣性センサの製造方法。