JP3729191B2 - 角速度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、コリオリ力を利用して物体の角速度を検出する角速度検出装置に関する。

従来から、例えば１９９８年発行の第１６回センサシンポジウムのテクニカルダイジェスト第３７頁〜第４０頁（Technical Digest of the 16th Symposium,1998,pp.37〜40）、特開平１０−１０３９６０号公報、及び１９９７年ＩＥＥＥ発行のトランスデューサ（Trnsducer '97）第１１２９頁〜第１１３２頁に記載されているように、基板に支持部材を介して接続されてなり同基板上にて互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に振動可能な振動部と、基板に設けられて振動部をＸ軸方向に振動させるための駆動部と、基板に設けられて振動部のＹ軸方向の振動を検出するための検出部とからなり、振動部をＸ軸方向に振動させた状態で、Ｘ軸及びＹ軸に直交したＺ軸回りに作用する角速度を同振動部のＹ軸方向の振動に基づいて検出する角速度検出装置はよく知られている。

そして、前記ＩＥＥＥ発行のトランスデューサには、前記振動部を、基板に支持部材としての駆動用梁を介して接続され同基板上にてＸ軸方向に振動可能な方形状のフレームと、フレーム内に配置されるとともに同フレームに支持部材としての検出用梁を介して接続され基板上にてフレームに対してＹ軸方向に振動可能な振動子とで構成し、フレームを駆動部により基板に対してＸ軸方向に駆動して振動子を基板に対してＸ軸方向に振動させるとともに、振動子の基板に対するＹ軸方向の振動を検出部により検出し、振動子にＸ軸方向以外の不用な駆動力が伝達されないようにするとともに、Ｚ軸回りの角速度によって振動子がＹ軸方向に振動され易くして、角速度の検出精度を良好にすることも示されている。また、前記特開平１０−１０３９６０号公報には、振動部をＸ軸方向に振動させるための駆動信号の一部がＹ軸方向に漏れ（以下、この漏れ振動をクロストークという）、このクロストークがノイズとなって現れることを防止するために、振動部をＹ軸方向に振動させる補正部を設けて前記クロストークを打ち消す分だけ振動部をＹ軸方向に振動させるようにすることも示されている。

しかし、この種の角速度検出装置にあっては、前記クロストークによる角速度の検出誤差ばかりではなく、振動部（振動子）、駆動部、フレーム、梁などの加工のばらつきにより、振動部（振動子）を安定して所望の方向（Ｘ軸方向に）に精度よく振動させることができなかったり、振動子がコリオリ力に応じて安定して所望の方向（Ｙ軸方向に）に精度よく振動しなかったりするために、角速度の検出精度が悪化するという問題があった。

また、方形状のフレームを駆動用梁を介して基板に接続するとともに、同フレームにその内側にて検出用梁を介して振動子を接続したタイプの上記従来の角速度検出装置にあっては、温度変化、外力などの外的要因により基板が変形すると、この基板の変形に伴ってフレーム及び駆動用梁も変形するので、駆動用梁に内部応力が発生して同駆動用梁のばね定数の非線形性が大きくなったり、駆動用梁の変形量が制限されたりするために、振動子を安定して所望の方向（Ｘ軸方向に）に精度よく振動させることができず、角速度の検出精度が悪化するという問題もある。また、このタイプの角速度検出装置にあっては、フレームの対向する２辺の各両端にそれぞれ駆動用梁が設けられているだけであるので、一つの梁に作用する応力が大きくなり過ぎて、駆動用梁のばね定数の非線形性が大きくなったり、駆動用梁の変形量が制限されたりするために、振動子を安定かつ大振幅で所望の方向（Ｘ軸方向に）に精度よく振動させることができず、角速度の検出精度が悪化するという問題もある。

さらに、上記従来の角速度検出装置にあっては、前記コリオリ力に応じた振動子のＹ軸方向の振動及びクロストークはフレーム及び梁を介して基板にも入力され、この入力された振動に対する反作用が基板からフレーム及び梁を介して振動子に逆に入力される。そして、この振動子に入力された振動は検出角速度に対するノイズの原因となるので、前記振動子のコリオリ力に応じたＹ軸方向の振動及びクロストークが大きくなると、角速度の検出精度が悪化するという問題もある。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、前記加工のばらつき、梁の非線形性、振動子のコリオリ力による振動による影響を少なくして、検出誤差をできるだけ小さくするようにした角速度検出装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、基板に支持部材を介して接続され同基板上にて互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に振動可能な振動部と、振動部を基板に対してＸ軸方向に振動させるための駆動部と、振動部の基板に対するＹ軸方向の振動を検出するための検出部とを備え、振動部をＸ軸方向に振動させた状態でＸ軸及びＹ軸に直交したＺ軸回りに作用する角速度を同振動部のＹ軸方向の振動に基づいて検出する角速度検出装置において、振動部のY軸方向の振動を抑制するためのサーボ部と、駆動部と協働して振動部を基板に対し所定の振幅でＸ軸方向に振動させる駆動回路と、検出部と協働して振動部の基板に対するＹ軸方向の振動を表す信号を取り出す取り出し回路と、駆動回路から入力した振動部の角速度による振動に同期した信号と、取り出し回路から入力した振動部のＹ軸方向の振動を表す信号とに基づいて、角速度に応じた振動部のＹ軸方向の振動を抑制するための第1サーボ制御信号を形成し、同形成した第1サーボ制御信号をサーボ部に供給して前記角速度に応じた振動部のＹ軸方向の振動を抑制する第1サーボ制御回路と、駆動回路から入力した振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号と、取り出し回路から入力した振動部のＹ軸方向の振動を表す信号とに基づいて、前記漏れ振動を抑制するための第２サーボ制御信号を形成し、同形成した第２サーボ制御信号をサーボ部に供給して振動部の漏れ振動を抑制する第２サーボ制御回路と、前記第1サーボ制御信号に対応した信号を前記角速度を表す信号として出力する出力回路とを設けたことにある。

この場合、前記第1サーボ制御回路を、駆動回路から入力した振動部の角速度による振動に同期した信号の振幅を制御して所定の振幅を有する第1基準信号を形成する第1基準信号形成回路と、前記取り出した振動部のＹ軸方向の振動を表す信号を駆動回路から入力した振動部の角速度による振動に同期した信号で同期検波して、振動部の角速度によるＹ軸方向の振動の大きさに比例する第1サーボ制御信号を形成する第１同期検波回路と、第1基準信号の振幅を第1サーボ制御信号に応じて制御し、同振幅の制御された第1基準信号をサーボ部に供給して振動部の角速度によるＹ軸方向の振動を抑制する第1サーボ制御信号供給回路とで構成するとともに、前記第２サーボ制御回路を、駆動回路から入力した振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号の振幅を制御して所定の振幅を有する第２基準信号を形成する第２基準信号形成回路と、前記取り出した振動部のＹ軸方向の振動を表す信号を駆動回路から入力した振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号で同期検波して、振動部の駆動による漏れ振動の大きさに比例する第２サーボ制御信号を形成する第２同期検波回路と、第２基準信号の振幅を第２サーボ制御信号に応じて制御し、同振幅の制御された第2基準信号をサーボ部に供給して振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動を抑制する第２サーボ制御信号供給回路とで構成し、前記出力回路は、第1サーボ制御信号を前記角速度を表す信号としてを出力するように構成するとよい。

これによれば、第1サーボ制御回路は角速度による振動部のＹ軸方向の振動を抑制するので、同角速度による振動部のＹ軸方向の振動が基板を介して振動部に逆入力されることに伴うノイズの発生が防止される。また、第２サーボ制御回路は振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動を抑制するので、同駆動によるＹ軸方向の漏れ振動の発生も防止される。したがって、角速度の検出精度をより向上させることができる。また、前記振動部の角速度による振動と駆動による漏れ振動は９０度の位相ずれを有しており、振動部のＹ軸方向の振動は９０度位相のずれた制御信号でサーボ制御されるので、振動部の駆動振動周波数の全位相成分についてＹ軸方向の振動がサーボ制御されることになり、サーボ制御が的確に行われる。

また、本発明の他の構成上の特徴は、前記第２サーボ制御回路を、前記駆動回路から前記振動部の角速度による振動に同期した信号とは位相の異なる信号を入力するとともに、前記取り出し回路から前記振動部のＹ軸方向の振動を表す検出信号を入力し、同入力した両信号に基づいて、前記位相の異なる信号に同期した前記振動部のＹ軸方向の振動成分を抑制するための第２サーボ制御信号を形成し、同形成した第２サーボ制御信号を前記サーボ部に供給して前記位相の異なる信号に同期した前記振動部のＹ軸方向の振動を抑制するように構成したことにある。この場合、前記位相の異なる信号は、例えば前記角速度による振動に同期した信号に対して９０度位相の異なる信号である。

これによれば、前述した振動部のＹ軸方向の漏れ振動の問題とは別に、第1サーボ制御回路及び第2サーボ制御回路により、振動部のＹ軸方向の振動は異なる位相（９０度異なる位相）で抑制制御されることになる。このような位相の異なる２つのサーボ制御により、振動部の駆動振動周波数の全位相成分についてＹ軸方向の振動がサーボ制御されることになり、サーボ制御が的確に行われる。

また、本発明の他の構成上の特徴は、サーボ制御を行って振動部のＹ軸方向の振動を抑制するようにした角速度検出装置において、振動部のＹ軸方向の振動を表す信号の経路の上流部に所定周波数のダミー信号を供給して同Ｙ軸方向の振動を表す信号に同ダミー信号を重畳し、前記ダミー信号を受信しないとき同経路の異常を判定する異常判定回路を前記経路の下流部に設けたことにある。

これによれば、Ｙ軸方向の振動を表す信号の経路が断線していなければ、異常判定回路は前記経路を通過したダミー信号を受信し、前記経路の一部が断線すると、異常判定回路がダミー信号を受信しなくなって同経路の異常を判定する。したがって、振動部のＹ軸方向の振動がサーボ制御により抑制されて、振動部のＹ軸方向の振動を表す信号の振幅が「０」又は極めて小さくても、前記ダミー信号の有無により、異常判定回路は前記経路の断線による異常を遅滞なく検出することができる。

ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明すると、図１は同実施形態に係る半導体で構成した角速度検出素子の平面図であり、図２は同素子の各部の断面図である。なお、図１及び図２においては、基板１０上面との間に隙間のある部材と隙間のない部材とで模様を異ならせて示している。

この角速度検出素子は、水平面内にて互いに直交したＸ，Ｙ軸各方向の中心線に対してそれぞれ対称に形成されており、シリコンで方形状に形成された基板１０上に、振動子２０、一対のメインフレーム３０−１，３０−２及び一対のサブフレーム３０−３，３０−４をその上面から所定距離だけ隔てた水平面内に延設させている。これらの振動子２０及び各フレーム３０−１，３０−２，３０−３，３０−４は、基板１０上に振動可能に支持された振動部を構成する。

振動子２０は、Ｘ軸方向に振動している状態で、Ｘ，Ｙ両軸に直交するＺ軸回りの角速度によって同角速度の大きさに比例した振幅でＹ軸方向に振動するもので、中央部に設けられて適当な質量を有するとともにＸ軸及びＹ軸を各辺の延設方向とする方形状のマス部２１と、同マス部２１の各対角位置からＸ軸方向に延設された４つのアーム部２２−１〜２２−４とからなるほぼＨ型に形成されている。マス部２１、アーム部２２−１〜２２−４などの幅広の部分には、複数の方形状の貫通孔２１ａが設けられている。

メインフレーム３０−１，３０−２は、振動子２０をＸ軸方向に振動させるもので、振動子２０のアーム部２２−１〜２２−４のＹ軸方向外側位置にてＸ軸方向にそれぞれ延設された幅広の長尺部３１−１，３１−２と、両長尺部３１−１，３１−２の両端にてそれらの両側にそれぞれＹ軸方向に短く延設された幅広の終端部３２−１〜３２−４とからなるほぼＩ型にそれぞれ形成されている。サブフレーム３０−３，３０−４も、幅広に構成されていて、長尺部３１−１，３１−２の各外側にてＸ軸方向にそれぞれ延設されている。これらのメインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４においても、前記振動子２０における貫通孔２１ａと同様な貫通孔が設けられている。

この場合、メインフレーム３０−１，３０−２における終端部３２−１，３２−３のＹ軸方向各内側端及び終端部３２−２，３２−４のＹ軸方向各内側端との各間には隙間がそれぞれ設けられている。このことは、メインフレーム３０−１，３０−２が振動子２０の全周囲を囲むことなく、Ｙ軸方向に複数に分割されていることを意味する。

メインフレーム３０−１，３０−２は、梁３３−１〜３３−４により振動子２０に連結されている。梁３３−１〜３３−４も、基板１０上面から所定距離だけ隔てた水平面内にてＸ軸方向に延設されており、各一端は振動子２０のアーム部２２−１〜２２−４の根元付近にそれぞれ接続され、各他端はメインフレーム３０−１，３０−２の各終端部３２−１〜３２−４にそれぞれ接続されている。また、梁３３−１〜３３−４は、振動子２０のアーム部２２−１〜２２−４、メインフレーム３０−１，３０−２の長尺部３１−１，３１−２及び終端部３２−１〜３２−４の幅より細く構成されている。これにより、メインフレーム３０−１，３０−２から振動子２０へＹ軸方向の振動が伝達され難くかつＸ軸方向の振動が効率よく伝達されるようになるとともに、振動子２０がメインフレーム３０−１，３０−２に対しＸ軸方向に比べてＹ軸方向に振動し易くなっている。すなわち、梁３３−１〜３３−４は、振動子２０を、基板１０、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４に対してＹ軸方向に振動可能に支持する機能を有する。

メインフレーム３０−１は、アンカ４１−１，４１−２、梁４２−１，４２−２、サブフレーム３０−３及び梁４３−１，４３−２を介し、基板１０に対して振動可能に支持されている。アンカ４１−１，４１−２は、図２(Ａ)に示すように、メインフレーム３０−１の長尺部３１−１の各外側位置にて、基板１０の上面に固着されている。アンカ４１−１，４１−２には梁４２−１，４２−２の各一端がそれぞれ接続されるとともに、同梁４２−１，４２−２はアンカ４１−１，４１−２からそれぞれＹ軸方向外側に延設されている。梁４２−１，４２−２の各先端はサブフレーム３０−３の内側端にそれぞれ接続されており、サブフレーム３０−３には、同フレーム３０−３のＹ軸方向内側に延設された梁４３−１，４３−２の各一端がそれぞれ接続されている。梁４３−１，４３−２の各他端はメインフレーム３０−１の長尺部３１−１の外側端にそれぞれ接続されている。梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２は、振動子２０、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４と同様に、基板１０から所定距離だけ上方に浮いて設けられており、梁３３−１，３３−２と同様に狭い幅に構成されている。

メインフレーム３０−２は、アンカ４１−３，４１−４、梁４２−３，４２−４、サブフレーム３０−４及び梁４３−３，４３−４を介し、基板１０に対して振動可能に支持されている。これらのアンカ４１−３，４１−４、梁４２−３，４２−４、サブフレーム３０−４及び梁４３−３，４３−４は、アンカ４１−１，４１−２、梁４２−１，４２−２、サブフレーム３０−３及び梁４３−１，４３−２とＹ軸方向の中心線に対して対称かつそれぞれ同様に構成されている。これらの構成により、メインフレーム３０−１，３０−２は、基板１０に対しＸ軸方向に振動し易くかつＹ軸方向に振動し難く支持されている。すなわち、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４は、メインフレーム３０−１，３０−２、サブフレーム３０−３，３０−４及び振動子２０を基板１０に対してＸ軸方向に振動可能に支持する機能を有する。また、サブフレーム３０−３，３０−４は、補強部材として作用して、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４をX軸方向以外に変形し難くする。なお、これらのアンカ４１−１〜４１−４、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４，３３−１〜３３−４が、振動部（振動子２０及びフレーム３０−１〜３０−４）を基板１０に対して振動可能に支持する支持部材を構成する。

また、基板１０上には、メインフレーム３０−１，３０−２を基板１０に対してＸ軸方向に駆動するための駆動電極部５１−１〜５１−４と、前記メインフレーム３０−１，３０−２の基板１０に対するＸ軸方向の駆動をモニタするための駆動モニタ電極部５２−１〜５２−４と、振動子２０の基板１０に対するＹ軸方向の振動を検出するための検出電極部５３−１〜５３−４とが設けられている。

駆動電極部５１−１〜５１−４は、メインフレーム３０−１，３０−２の終端部３２−１〜３２−４の各Ｘ軸方向外側位置にて同終端部３２−１〜３２−４に向けてＸ軸方向に延設した複数の電極指を有する櫛歯状電極５１ａ１〜５１ａ４をそれぞれ備えている。各櫛歯状電極５１ａ１〜５１ａ４は、図２(Ｂ)に示すように、同電極５１ａ１〜５１ａ４に接続されたパッド部５１ｂ１〜５１ｂ４と共にそれぞれ一体的に形成されて基板１０の上面に固着されており、パッド部５１ｂ１〜５１ｂ４の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド５１ｃ１〜５１ｃ４がそれぞれ設けられている。終端部３２−１〜３２−４には、Ｘ軸方向外側に向けて延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極３２ａ１〜３２ａ４が櫛歯状電極５１ａ１〜５１ａ４に対向してそれぞれ設けられている。櫛歯状電極３２ａ１〜３２ａ４は、終端部３２−１〜３２−４と一体的に形成されて基板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられており、同電極３２ａ１〜３２ａ４の各電極指は櫛歯状電極５１ａ１〜５１ａ４の各隣合う電極指の幅方向中心位置に侵入して同隣合う電極指に対向している。

駆動モニタ電極部５２−１〜５２−４は、メインフレーム３０−１，３０−２の終端部３２−１〜３２−４の各Ｘ軸方向内側位置にて同終端部３２−１〜３２−４に向けてＸ軸方向に延設した複数の電極指を有する櫛歯状電極５２ａ１〜５２ａ４をそれぞれ備えている。各櫛歯状電極５２ａ１〜５２ａ４は、図２(Ｂ)及び図２(Ｃ)に示すように、同電極５２ａ１〜５２ａ４に接続されたパッド部５２ｂ１〜５２ｂ４と共にそれぞれ一体的に形成されて基板１０の上面に固着されており、パッド部５２ｂ１〜５２ｂ４の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド５２ｃ１〜５２ｃ４がそれぞれ設けられている。終端部３２−１〜３２−４には、Ｘ軸方向内側に向けて延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極３２ｂ１〜３２ｂ４が櫛歯状電極５２ａ１〜５２ａ４に対向してそれぞれ設けられている。櫛歯状電極３２ｂ１〜３２ｂ４は、終端部３２−１〜３２−４と一体的に形成されて基板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられており、同電極３２ｂ１〜３２ｂ４の各電極指は櫛歯状電極５２ａ１〜５２ａ４の各隣合う電極指の幅方向中心位置に侵入して同隣合う電極指に対向している。

検出電極部５３−１〜５３−４は、マス部２１の各外側位置にてＸ軸方向内外両側に延設された複数の電極指を有する櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４をそれぞれ備えている。各櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４は、図２(Ｄ)に示すように、同電極５３ａ１〜５３ａ４に接続されたパッド部５３ｂ１〜５３ｂ４と共にそれぞれ一体的に形成されて基板１０の上面に固着されており、パッド部５３ｂ１〜５３ｂ４の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド５３ｃ１〜５３ｃ４がそれぞれ設けられている。振動子２０のマス部２１には、Ｘ軸方向外側に向けて延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極２１ａ１〜２１ａ４が櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４の各一方に対向してそれぞれ設けられている。振動子２０のアーム部２２−１〜２２−４の中間部にも、Ｘ軸方向内側に向けて延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極２２ａ１〜２２ａ４が櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４の各他方に対向してそれぞれ設けられている。櫛歯状電極２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４は、マス部２１及びアーム部２２−１〜２２−４と一体的に形成されて基板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられており、同電極２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４の各電極指は櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４の各隣合う電極指間に侵入して同隣合う電極指に対向している。この場合、櫛歯状電極２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４の各電極指は櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４の隣合う各電極指の幅方向中心位置から一方にずれて設けられている。

さらに、基板１０上には、振動子２０に梁３３−３，３３−４、メインフレーム３０−２、梁４３−３，４３−４、サブフレーム３０−４、梁４２−３及びアンカ４１−３を介して電気的に接続されたパッド部２０ａが設けられている。パッド部２０ａは、アンカ４１−３と一体的に形成されて基板１０の上面に固着されており、パッド部２０ａの上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド２０ｂが設けられている。

次に、上記構成の角速度検出素子の製造方法を、図２を参照しながら簡単に説明しておく。まず、単結晶シリコン層Ａの上面上にシリコン酸化膜Ｂを介して単結晶シリコン層Ｃを設けたＳＯＩ(Silicon−On−Insulator)基板を用意し、単結晶シリコン層Ｃにリン、ボロン等の不純物をドーピングして同層Ｃを低抵抗化する。以下、この層を低抵抗層Ｃという。次に、図１の模様を付けた部分（ただし、振動子２０の貫通孔２１ａ、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４の貫通孔を除く）及び各種電極指部分をレジスト膜にてマスクして、単結晶シリコン層Ｃを反応性イオンエッチング等でエッチングして、シリコン酸化膜Ｂ上に、アンカ４１−１〜４１−４、各種櫛歯状電極５１ａ１〜５１ａ４、５２ａ１〜５２ａ４、５３ａ１〜５３ａ４、及び各種パッド部２０ａ、５１ｂ１〜５１ｂ４、５２ｂ１〜５２ｂ４、５３ｂ１〜５３ｂ４など（上記に基板１０と固着されているとして説明した部分）を形成する。

次に、前記形成した部分以外の部分に残存する酸化シリコン膜Ｂをフッ酸水溶液などでエッチングして除去し、振動子２０、梁３３−１〜３３−４、メインフレーム３０−１，３０−２、サブフレーム３０−３，３０−４、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−２及び櫛歯状電極３２ａ１〜３２ａ４，３２ｂ１〜３２ｂ４，２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４（上記に基板１０から所定距離だけ浮いているとして説明した部分）を形成する。そして、各種パッド部２０ａ、５１ｂ１〜５１ｂ４、５２ｂ１〜５２ｂ４、５３ｂ１〜５３ｂ４上に、アルミニウム等を蒸着して電極パッド２０ｂ、５１ｃ１〜５１ｃ４、５２ｃ１〜５２ｃ４、５３ｃ１〜５３ｃ４を形成する。したがって、基板１０上に形成された上述した各部分は基板１０とは絶縁された低抵抗層Ｃで構成されるとともに、振動子２０、梁３３−１〜３３−４、メインフレーム３０−１，３０−２、サブフレーム３０−３，３０−４、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４及び櫛歯状電極３２ａ１〜３２ａ４，３２ｂ１〜３２ｂ４，２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４が、基板１０から所定距離だけ浮いて位置するとともにアンカ４１−１〜４１−４により基板１０に振動可能に支持された構造となる。

上記のように構成した角速度検出素子を用いて角速度を検出するための電気回路装置について説明すると、図３は同電気回路装置をブロック図により示している。

検出電極部５３−１，５３−２の電極パッド５３ｃ１，５３ｃ２には高周波発振器６１が接続されており、同発振器６１は、振動子２０の共振周波数よりも極めて高い周波数ｆ₁の検出用信号E₁sin(２πｆ₁ｔ)を同パッド５３ｃ１，５３ｃ２に供給する。この高周波発振器６１には位相反転回路６１ａが接続されており、同回路６１ａは前記検出用信号E₁sin(２πｆ₁ｔ)の位相を反転した検出用信号E₁sin(２πｆ₁ｔ＋π)を検出電極部５３−３，５３−４の電極パッド５３ｃ３，５３ｃ４に供給する。

駆動モニタ電極部５２−１，５２−３の電極パッド５２ｃ１，５２ｃ３には高周波発振器６２が接続されており、同発振器６２は、振動子２０の共振周波数よりも極めて高くかつ前記周波数ｆ₁とは異なる周波数ｆ₂のモニタ用信号E₂sin(２πｆ₂ｔ)を同パッド５２ｃ１，５２ｃ３に供給する。高周波発振器６２には位相反転回路６２ａが接続されており、同回路６２ａはモニタ用信号E₂sin(２πｆ₂ｔ)の位相を反転したモニタ用信号E₂sin(２πｆ₂ｔ＋π)を駆動モニタ電極部５２−２，５２−４の電極パッド５２ｃ２，５２ｃ４に供給する。これにより、振動子２０のＸ，Ｙ軸方向の各振動をE_0xsin(２πｆ₀ｔ)，E_0ysin(２πｆ₀ｔ)で表すと、電極パッド２０ｂから出力されて振動子２０のＸ，Ｙ両軸方向の各振動をそれぞれ表す信号は、E₂・E_0x・sin(２πｆ₀ｔ)・sin(２πｆ₂ｔ)，E₁・E_0y・sin(２πｆ₀ｔ)・sin(２πｆ₁ｔ)となる。なお、周波数ｆ₀は、振動子２０の共振周波数近傍の周波数である。

駆動電極部５１−１〜５１−４の各電極パッド５１ｃ１〜５１ｃ４には、駆動回路７０が接続されている。駆動回路７０は、電極パッド２０ｂから増幅器６３を介して入力した信号に基づいて駆動信号を形成して各電極パッド５１ｃ１〜５１ｃ４に供給する。

駆動回路７０は、増幅器６３に直列接続された復調回路７１、移相回路７２及び利得制御回路７３を備えているとともに、復調回路７１に接続されて利得制御回路７３の利得を制御する検波回路７４を備えている。復調回路７１は、電極パッド２０ｂから出力された信号を周波数ｆ₂で同期検波して（周波数２πｆ₂の信号の振幅エンベロープを取り出して）、振動子２０のＸ軸方向の振動成分を表す信号E_0xsin(２πｆ₀ｔ)を出力する。移相回路７２は、振動子２０の振動を表す検出信号が振動子２０を駆動するための信号に対してπ／２（＝１／８πｆ₀秒に相当）だけ遅れることを補正するために、入力信号の位相をπ／２だけ進めて出力する。検波回路７４は、前記復調回路７１からの信号を周波数ｆ₀で同期検波して（振動子２０のＸ軸方向の振動成分の振幅エンベロープを取り出して）、振動子２０のＸ軸方向の振動成分の振幅を表す信号E_0xを出力する。利得制御回路７３は、移相回路７２及び利得制御回路７３の入力信号の振幅（振動子２０のＸ軸方向の振動成分の振幅）が一定となるように、移相回路７２からの出力信号の利得を検波回路７４からの信号E_0xに応じて制御して出力する、すなわち検波回路７４からの信号が大きくなるにしたがって利得制御回路７３の出力信号の振幅が小さくなるように制御して出力する。

また、駆動回路７０は、利得制御回路７３の出力に接続された加算器７５−１，７５−３も備えているとともに、利得制御回路７３に位相反転回路７３ａを介して接続された加算器７５−２，７５−４も備えている。位相反転回路７３ａは、利得制御回路７３からの信号を位相反転して出力する。加算器７５−１，７５−２には可変調整される直流電圧E_Tを出力する可変電圧源回路７６ａが接続されるとともに、加算器７５−３，７５−４には固定された直流電圧E_Bを出力する定電圧源回路７６ｂが接続されている。

加算器７５−１は、利得制御回路７３からの信号E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)と可変電圧源回路７６ａからの直流電圧信号E_Tとを加算して、加算電圧E_T＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)を駆動電極部５１−１の電極パッド５１ｃ１に供給する。加算器７５−２は、位相反転回路７３ａからの信号E_0x'sin(２πｆ₀ｔ＋π)と可変電圧源回路７６ａからの直流電圧信号E_Tとを加算して、加算電圧E_T＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ＋π)を駆動電極部５１−２の電極パッド５１ｃ２に供給する。加算器７５−３は、利得制御回路７３からの信号E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)と定電圧源回路７６ｂからの直流電圧信号E_Bとを加算して、加算電圧E_B＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)を駆動電極部５１−３の電極パッド５１ｃ３に供給する。加算器７５−４は、位相反転回路７３ａからの信号E_0x'sin(２πｆ₀ｔ＋π)と定電圧源回路７６ｂからの直流電圧信号E_Bとを加算して、加算電圧E_B＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ＋π)を駆動電極部５１−４の電極パッド５１ｃ４に供給する。

また、増幅器６３には、直列接続された復調回路８１、検波回路８２及び増幅器８３からなる出力回路８０が接続されている。復調回路８１は、電極パッド２０ｂから出力された信号を周波数ｆ₁で同期検波して（周波数ｆ₁の信号の振幅エンベロープを取り出して）、振動子２０のＹ軸方向の振動成分を表す信号E_0ysin(２πｆ₀ｔ)を出力する。検波回路８２は、前記復調回路８１からの信号を周波数ｆ₀で同期検波して（振動子２０のＹ軸方向の振動成分の振幅エンベロープを取り出して）、振動子２０のＹ軸方向の振動成分の振幅を表す信号E_0yを出力する。増幅器８３は、前記信号E_0yを入力して出力端子ＯＵＴから振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを表す直流信号を出力する。

上記のように構成した第１実施形態においては、図３に示すように角速度検出素子を電気回路装置に接続して角速度検出装置を構成した後、同装置の出荷前にＺ軸回りの角速度を「０」にした状態で出力端子ＯＵＴから振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを表す信号を取り出す。この場合、角速度「０」であるから、前記出力信号は「０」であるはずであるが、「０」でなければ可変電圧源回路７６ａを調整することにより直流電圧信号E_Tを変更して、同出力信号が「０」になるようにする。

この点について説明を加えると、駆動電極部５１−１，５１−２には駆動電圧信号E_T＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)，E_T＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ＋π)＝E_T−E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)が印加されるとともに、駆動電極部５１−３，５１−４には駆動電圧信号E_B＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)，E_B＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ＋π)＝E_B−E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)が印加されている。角速度検出素子が精度よく構成されている場合には、可変電圧源回路７６ａからの直流電圧信号E_Tと定電圧源回路７６ｂからの直流電圧信号E_Bとを等しく設定すれば、メインフレーム３０−１，３０−２には静電引力による均等な力がＸ軸方向に作用し、同メインフレーム３０−１，３０−２は振動周波数ｆ₀でＸ軸方向に同期するとともに同一振幅でそれぞれ振動するはずである。そして、この振動は、梁３３−１〜３３−４を介して振動子２０にも伝達され、同振動子２０はＸ軸方向にしか振動しないはずである。したがって、出力端子ＯＵＴから取り出された振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを表す信号は「０」になるはずである。

なお、この場合、高周波発振器６２、位相反転回路６２ａ及び駆動モニタ電極部５２−１〜５２−４の作用により、Ｘ軸方向の振動成分を表す信号E₂・E_0x・sin(２πｆ₀ｔ)・sin(２πｆ₂ｔ)が電極パッド２０ｂ及び増幅器６３を介して駆動回路７０に供給される。そして、駆動回路７０を構成する復調回路７１、検波回路７４、移相回路７２及び利得制御回路７３は、移相回路７２及び利得制御回路７３の入力信号E_0xsin(２πｆ₀ｔ)、すなわち電極パッド２０ｂからのＸ軸方向の前記振動成分が時間的に常に一定になるように作用するので、振動子２０はＸ軸方向に常に一定振幅で振動する。

一方、角速度検出素子の各部分のばらつき、特にメインフレーム３０−１，３０−２、梁３３−１〜３３−４及び駆動電極部５１−１〜５１−４などの加工上のばらつきにより、メインフレーム３０−１，３０−２がＸ軸方向に均等に駆動されない場合には、前記両直流電圧信号E_T，E_Bが等しくても、振動子２０にＹ軸方向の振動が発生する。ここで、メインフレーム３０−１，３０−２への各駆動力Ｆ1，Ｆ2に着目すると、駆動力Ｆ1は、前記駆動電圧信号E_T＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)，E_T−E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)によるもので、Ｋを比例定数とすると下記数１で表される。

Ｆ1＝Ｋ・｛(E_T＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ))²−(E_T−E_0x'sin(２πｆ₀ｔ))²｝
＝４・Ｋ・E_T・E_0x'sin(２πｆ₀ｔ) …数１

また、駆動力Ｆ2は、前記駆動電圧信号E_B＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)，E_B−E_0x'sin(２πｆ₀ｔ)によるもので、下記数２で表される。

Ｆ1＝Ｋ・｛(E_B＋E_0x'sin(２πｆ₀ｔ))²−(E_B−E_0x'sin(２πｆ₀ｔ))²｝
＝４・Ｋ・E_B・E_0x'sin(２πｆ₀ｔ) …数２

これらの数１，数２からも理解できるように、可変電圧源回路７６ａから出力される直流電圧信号E_Tの大きさを変更することにより、メインフレーム３０−１，３０−２に対する両駆動力の大きさを調整することができる。したがって、振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の振動成分を除去できる。

このように、上記第１実施形態によれば、振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２をＸ軸方向に駆動するための駆動電極部５１−１〜５１−４を複数に分割するとともに、各駆動電極部５１−１〜５１−４に加えられる駆動電圧信号を独立して可変調整するようにしたので、メインフレーム３０−１，３０−２、梁３３−１〜３３−４及び駆動電極部５１−１〜５１−４などに加工上のばらつきがあっても、同加工上のばらつきによる振動子２０のＹ軸方向の漏れ振動を簡単に除去できる。

次に、前記調整を終えた角速度検出装置を使ってＺ軸回りの角速度を検出する動作について説明する。まず、この角速度検出装置を角速度を検出しようとする物体に固定して、前述のように電気回路装置を作動させる。この状態で、Ｚ軸回りに角速度が作用すると、振動子２０はコリオリ力によって前記角速度に比例した振幅でＹ軸方向に振動し始める。

この場合、振動子２０のＹ軸方向への振動により検出電極部５３−１〜５３−４の静電容量が前記振動に応じて変化する。そして、この静電容量の変化は、高周波発振器６１及び位相反転回路６１ａから出力された検出用信号E₁sin(２πｆ₁ｔ)，E₁sin(２πｆ₁ｔ＋π)＝−E₁sin(２πｆ₁ｔπ)の振幅を変調した信号、すなわちE₁・E_0y・sin(２πｆ₀ｔ)・sin(２πｆ₁ｔ)となって電極パッド２０ｂに現れ、増幅器６３を介して出力回路８０に出力される。出力回路８０は、復調回路８１、検波回路８２及び増幅器８３の作用により、出力端子ＯＵＴから前記振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを表す信号E_0yを出力する。そして、このＹ軸方向の振動の大きさはＺ軸回りの角速度に比例するので、同角速度を表す検出信号が出力端子ＯＵＴから出力されることになる。

上述したように、この第１実施形態に係る角速度検出素子においては、振動子２０、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４は、駆動用梁（支持部材）として機能するＹ軸方向に延設された梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４により、基板１０上にＸ軸方向に振動可能に支持されると同時に、振動子２０は、検出用梁（支持部材）として機能するＸ軸方向に延設された梁３３−１〜３３−４により、基板１０上にＹ軸方向に振動可能に支持される。そして、基板１０上には、Ｙ軸方向の異なる位置に配置されて振動子２０、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４を独立してＸ軸方向に駆動可能な駆動電極部５１−１〜５１−４が設けられており、これらの駆動電極部５１−１〜５１−４による各駆動力が駆動回路７０によって調整されるようになっているので、角速度検出素子の各部に加工上のばらつきがあっても、振動子２０、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４のＸ軸方向の振動が精度よくかつ安定して確保され、Ｚ軸回りの角速度も精度よく検出される。

また、上述のように、メインフレーム３０−１，３０−２は振動子２０の全周囲を囲むことなくＹ軸方向に複数に分割され、振動子２０を介して梁３３−１〜３３−４によって弾性的に接続されているので、温度変化、外力などの外的要因によりＹ軸方向に反りが発生するなど基板１０が変形しても、同変形が梁３３−１〜３３−４によって吸収され、メインフレーム３０−１，３０−２が互いに影響し合うことを抑制することができるとともに、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４の各変形量を小さく抑えることができる。したがって、前記外的要因による梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４における内部応力の発生を極めて小さく抑えることができて、駆動用梁のばね定数の線形性を良好に保つことができるとともに、同梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４の最大変形量を大きくすることができるので、振動子２０を安定かつ大振幅でＸ軸方向に精度よく振動させることができ、この点においても、前記Ｚ軸回りの角速度の検出精度を高めることができる。

ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る角速度検出装置について説明すると、図４は上記図１と同様な手法で示した第２実施形態に係る角速度検出素子の平面図である。

この角速度検出素子は、上記第１実施形態の角速度検出素子に、駆動によるメインフレーム３０−１，３０−２の斜め振動（Ｙ軸方向の振動成分）の影響を打ち消すための補正電極部５４−１〜５４−４を設けたことを特徴としている。他の部分に関しては、上記第１実施形態と同じであるので、同一符号を付してその説明を省略する。

補正電極部５４−１〜５４−４は、メインフレーム３０−１，３０−２の各終端部３２−１〜３２−４のＹ軸方向内側部分にてＸ軸方向内外両側にそれぞれ設けられて、Ｘ軸方向に延設した複数の電極指を有する櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４をそれぞれ備えている。各櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４は、同電極５４ａ１〜５４ａ４に接続されたパッド部５４ｂ１〜５４ｂ４と共にそれぞれ一体的に形成されて基板１０の上面に固着されており、パッド部５４ｂ１〜５４ｂ４の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド５４ｃ１〜５４ｃ４がそれぞれ設けられている。メインフレーム３０−１，３０−２の各終端部３２−１〜３２−４のＹ軸方向内側部分には、Ｘ軸方向内外両側に向けて延設した複数の電極指からなる櫛歯状電極３２ｃ１〜３２ｃ４が櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４に対向してそれぞれ設けられている。櫛歯状電極３２ｃ１〜３２ｃ４は、メインフレーム３０−１，３０−２と一体的に形成されて基板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられており、同電極３２ｃ１〜３２ｃ４の各電極指は櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４の各隣合う電極指間に侵入して同隣合う電極指に対向している。

この場合も、櫛歯状電極３２ｃ１〜３２ｃ４の各電極指は櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４の隣合う各電極指の幅方向中心位置から一方にずれて設けられているが、この場合には、櫛歯状電極３２ｃ１〜３２ｃ４の各電極指のずれ方向は、上述した検出電極部５３−１〜５３−４における各櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４の電極指に対する櫛歯状電極２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４の電極指のずれ方向とは逆になっている。したがって、この場合には、メインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の変位による補正電極部５４−１〜５４−４の容量（キャパシタンス）変化は、振動子２０の前記と同じＹ軸方向の変位による検出電極部５３−１〜５３−４の容量変化と逆に変化する。すなわち、メインフレーム３０−１，３０−２と振動子２０のＹ軸同一方向の変位に対して、補正電極部５４−１〜５４−４の容量が増加（又は減少）するときには、検出電極部５３−１〜５３−４の容量は減少（又は増加）する。なお、メインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の不要な振動によってもたらされる補正電極部５４−１〜５４−４の容量変化が、振動子２０のＹ軸方向の不要な振動によってもたらされる検出電極部５３−１〜５３−４の容量変化に対して反対かつ同じ大きさになるように、補正電極部５４−１〜５４−４及び検出電極部５３−１〜５３−４を構成しておく必要がある。

次に、この角速度検出素子に接続される第１電気回路装置について説明すると、図５は同電気回路装置をブロック図により示している。この電気回路装置においては、補正電極部５４−１，５４−２のための電極パッド５４ｃ１，５４ｃ２が、検出電極部５３−１，５３−２のための電極パッド５３ｃ１，５３ｃ２と共通に高周波発振器６１の出力に接続されている。また、補正電極部５４−３，５４−４のための電極パッド５４ｃ３，５４ｃ４が、検出電極部５３−３，５３−４のための電極パッド５３ｃ３，５３ｃ４と共通に位相反転回路６１ａの出力に接続されている。他の回路については、上記第１実施形態の場合と同じであるので、同一符号を付して説明を省略する。

このように構成した第２実施形態に係る角速度検出装置においても、上記第１実施形態と場合と同様にＺ軸回りの角速度が検出されるが、この場合には、補正電極部５４−１〜５４−４は次のように機能する。

すなわち、駆動電極部５１−１〜５１−４の駆動によってメインフレーム３０−１，３０−２及び振動子２０が基板１０に対してＸ軸から傾いた斜め方向に振動している場合、Ｚ軸回りの角速度が「０」であってもＹ軸方向の振動成分が出力端子ＯＵＴには現れてしまう。しかし、この場合、高周波発振器６１からの検出用の高周波信号は、検出電極部５３−１，５３−２の櫛歯状電極５３ａ１，５３ａ２に供給されるとともに補正電極部５４−１，５４−２の櫛歯状電極５４ａ１，５４ａ２にも供給され、また位相反転回路６１ａからの前記高周波信号の位相を反転した信号は、検出電極部５３−３，５３−４の櫛歯状電極５３ａ３，５３ａ４に供給されるとともに補正電極部５４−３，５４−４の櫛歯状電極５４ａ３，５４ａ４にも供給されている。そして、前述のように、メインフレーム３０−１，３０−２と振動子２０のＹ軸同一方向の変位に対して、補正電極部５４−１〜５４−４の容量は検出電極部５３−１〜５３−４の容量と逆に変化するように構成されているので、振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２が同時にＸ軸から傾いた斜め方向に振動すると、振動子２０のＹ軸方向の振動成分によってもたらされる検出電極部５３−１〜５３−４の容量変化から、メインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の振動成分によってもたらされる補正電極部５４−１〜５４−４の容量変化分が除去される。

一方、メインフレーム３０−１，３０−２は支持部材としての梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４の作用によりＹ軸方向に振動し難く構成されているとともに、振動子２０は支持部材としての梁３３−１〜３３−４の作用によってＸ軸方向にはメインフレーム３０−１，３０−２と一体的に振動し易く、かつＹ軸方向にはメインフレーム３０−１，３０−２と独立に振動し易く構成されている。したがって、Ｚ軸回りの角速度に対しては、コリオリ力によって振動子２０のみが同コリオリ力に比例してＹ軸方向に振動する。その結果、基板１０上の各部品、特に前記メインフレーム３０−１，３０−２の加工上のばらつきによって振動子２０がＸ軸から傾いた方向に駆動されても、前記駆動による振動子２０の傾いた方向への振動による影響が除去され、角速度が精度よく検出されるようになる。

次に、前記第２実施形態に係る角速度検出素子に接続される第２電気回路装置について説明すると、図６は同電気回路装置をブロック図により示している。

この電気回路装置においては、補正電極部５４−１，５４−２のための電極パッド５４ｃ１，５４ｃ２は、高周波発振器６４の出力に接続されている。補正電極部５４−３，５４−４のための電極パッド５４ｃ３，５４ｃ４は、高周波発振器６４の出力を位相反転する位相反転回路６４ａの出力に接続されている。高周波発振器６４及び位相反転回路６４ａは、補正電極部５４−１，５４−２の容量変化を検出するためのもので、同発振器６４は、振動子２０の共振周波数よりも極めて高くかつ高周波発振器６１，６２の各発振周波数ｆ₁，ｆ₂とは異なる周波数ｆ₃の補正電極用信号E₃sin(２πｆ₃ｔ)を出力する。

また、この電気回路装置においては、増幅器６３の出力に上記復調回路８１、検波回路８２及び増幅器８３と並列に、復調回路８４、検波回路８５及び増幅器８６が接続されている。復調回路８４は、電極パッド２０ｂから出力された信号を周波数ｆ₃で同期検波して（周波数ｆ₃の信号の振幅エンベロープを取り出して）、メインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の振動成分を表す信号E_3ysin(２πｆ₀ｔ)を出力する。検波回路８５は、前記復調回路８４からの信号を周波数ｆ₀で同期検波して（メインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の振動成分の振幅エンベロープを取り出して）、メインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の振動成分の振幅を表す信号E_3yを出力する。また、増幅器８３，８６と出力端子ＯＵＴの間には、増幅器８３の出力値E_0yから増幅器８６の出力値E_3yを減算して出力する減算器８７が接続されている。

このように構成した角速度検出装置においても、上記第１実施形態と場合と同様にＺ軸回りの角速度が検出されるが、この場合も、補正電極部５４−１〜５４−４によって検出されたメインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の振動成分を用いて、駆動による振動子２０のＹ軸方向の振動成分が除去される。

すなわち、駆動電極部５１−１〜５１−４の駆動によってメインフレーム３０−１，３０−２及び振動子２０が基板１０に対してＸ軸から傾いた斜め方向に振動している場合、この斜め方向の振動におけるメインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の振動成分の振幅値が、復調回路８４、検波回路８５及び増幅器８６の作用により出力値E_3yとして取り出される。そして、減算器８７により、振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを表す増幅器８３の出力値E_0yから前記出力値E_3yが減算されて出力端子ＯＵＴから出力される。一方、増幅器８３から取り出された振動子２０のＹ軸方向の振動を表す出力値E_0yには、Ｚ軸回りの角速度による振動成分に加えて、前記メインフレーム３０−１，３０−２の斜め方向の振動による不要な振動成分も含まれており、この不要な振動成分が減算器８７の減算によって除去されることになる。

したがって、この第2電気回路装置を用いた角速度検出装置においても、基板１０上の各部品、特に前記メインフレーム３０−１，３０−２の加工上のばらつきによって振動子２０がＸ軸から傾いた方向に駆動されても、前記駆動による振動子２０の傾いた方向への振動による影響が除去され、角速度が精度よく検出されるようになる。

なお、上記第２実施形態に係る角速度検出装置の第１電気回路装置においては、前記メインフレーム３０−１，３０−２のＹ軸方向の不要な振動によってもたらされる補正電極部５４−１〜５４−４の容量変化が、前記振動子２０のＹ軸方向の不要な振動によってもたらされる検出電極部５３−１〜５３−４の容量変化に対して反対かつ同じ大きさになるように、補正電極部５４−１〜５４−４及び検出電極部５３−１〜５３−４を構成する必要がある。しかし、第２電気回路装置によれば、増幅器８３，８６の利得を調整することにより、前記補正電極部５４−１〜５４−４及び検出電極部５３−１〜５３−４の各容量変化の大きさが異なっていても、前記振動子２０のＹ軸方向の不要な振動成分を除去できる。

また、この第２電気回路装置に角速度検出素子を適用する場合には、前記補正電極部５４−１〜５４−４の容量変化と検出電極部５３−１〜５３−４の容量変化とを反対にする必要もない。したがって、この場合、櫛歯状電極５４ａ１〜５４ａ４の隣合う各電極指の幅方向中心位置に対して櫛歯状電極３２ｃ１〜３２ｃ４の各電極指をずらす方向と、櫛歯状電極５３ａ１〜５３ａ４の隣合う各電極指の幅方向中心位置に対して櫛歯状電極２１ａ１〜２１ａ４，２２ａ１〜２２ａ４の各電極指をずらす方向とを一致させるようにしても、反対にするようにしてもよい。

ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態に係る角速度検出装置について説明すると、図７は上記図１及び図４と同様な手法で示した第３実施形態に係る角速度検出素子の平面図である。

この角速度検出素子は、上記第２実施形態の角速度検出素子と比べて、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４の基板１０に対する支持構造が異なる点、振動子２０の共振周波数を調整するための調整電極部５５−１〜５５−４を設けた点、及び振動子２０のＹ軸方向の振動を打ち消すためのサーボ電極部５６−１〜５６−４を設けた点で異なる。また、上記第２実施形態の角速度検出素子の補正電極部５４−１〜５４−４のためのパット部５４ｂ１〜５４ｂ４を省略して、検出電極部５３−１〜５３−４のパット部５３ｂ１〜５３ｂ４には補正電極部５４−１〜５４−４もそれぞれ共通に接続されている。このことは、上記第２実施形態の第１電気回路装置（図５）の場合のように、検出電極部５３−１〜５３−４のパット部５３ｂ１〜５３ｂ４と、補正電極部５４−１〜５４−４のためのパット部５４ｂ１〜５４ｂ４とを基板１０外で接続した場合と動作上は等価であることを意味する。他の部分に関しては、上記第２実施形態と同じであるので、同一符号を付してその説明を省略する。

まず、メインフレーム３０−１，３０−２及びサブフレーム３０−３，３０−４の基板１０に対する支持構造について説明する。上記第２実施形態と同様なアンカ４１−１及び梁４２−１，４３−１からなる１組の支持部材と、アンカ４１−２及び梁４２−２，４３−２からなる１組の支持部材との間に、アンカ４４−１及び梁４５−１，４６−１からなる１組の支持部材と、アンカ４４−２及び梁４５−２，４６−２からなる１組の支持部材とがそれぞれ設けられている。

梁４５−１，４５−２はＹ軸方向に延設されており、それらの各内側端はアンカ４４−１，４４−２にそれぞれ接続され、それらの各外側端はサブフレーム３０−３の内側端にそれぞれ接続されている。梁４６−１，４６−２もＹ軸方向に延設されており、それらの各内側端はメインフレーム３０−１の長尺部３１−１の外側端にそれぞれ接続され、それらの各外側端はサブフレーム３０−３の内側端にそれぞれ接続されている。また、梁４５−１，４５−２，４６−１，４６−２も、梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２と同様に、狭い幅に構成されて基板１０から所定距離だけ上方に浮いて設けられている。

この場合、梁４２−１及び梁４２−２は、サブフレーム３０−３の両端部に同フレーム３０−３及びメインフレーム３０−１のX軸方向中心位置に対して対称にそれぞれ設けられており、梁４３−１，４５−１，４６−１及び梁４３−２，４５−２，４６−２もサブフレーム３０−３及びメインフレーム３０−１のX軸方向中心位置に対して対称にそれぞれ設けられている。これらの全ての梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２，４５−１，４５−２，４６−１，４６−２は、長さ、幅など構造的に同一であり、同一のばね定数を有するように構成されている。なお、前記全ての梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２，４５−１，４５−２，４６−１，４６−２を、Ｘ軸方向にほぼ等間隔に配置すると好ましい。

さらに、全ての梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２，４５−１，４５−２，４６−１，４６−２が、同一のばね定数でメインフレーム３０−１及びサブフレーム３０−３をＸ軸方向に正確に振動させるために、接続部の構造も工夫されている。この構造について、梁４５−１，４６−１を例にして図８を用いて説明する。梁４５−１とアンカ４４−１との接続部と、梁４６−１とメインフレーム３０−１の長尺部３１−１との接続部の構造を合わせるために、アンカ４４−１は、基盤１０に固着された固着部４４ａ１と、基板１０の上面から浮かせて設けた固着部４４ａ１のＸ軸方向幅に等しい接続部４４ｂ１とにより構成されている。長尺部３１−１側には、アンカ４４−１のＸ軸方向幅に等しい接続部３１ａ１が基板１０の上面から浮かせて形成されている。これらの両接続部４４ｂ１，３１ａ１には、共に同一形状の貫通孔４４ｂ１１，３１ａ１１が設けられているとともに、両貫通孔４４ｂ１１，３１ａ１１のＸ軸方向の各数も等しく設定されている。他のアンカ４１−１，４１−２，４４−２及び梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２，４５−２，４６−２についても、前記アンカ４４−１及び梁４５−１，４６−１と同様に構成されている。

また、メインフレーム３０−２及びサブフレーム３０−４側にも、この角速度検出素子のＹ軸方向中心位置に対して対称に、前記アンカ４１−１，４１−２，４４−１，４４−２及び梁４２−１，４２−２，４３−１，４３−２，４５−１，４５−２，４６−１，４６−２からなる支持部材と同様なアンカ４１−３，４１−４，４４−３，４４−４及び梁４２−３，４２−４，４３−３，４３−４，４５−３，４５−４，４６−３，４６−４からなる支持部材が設けられている。

このように、この第３実施形態においては、振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２をＸ軸方向に振動させるために多くの駆動用の梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４，４５−１〜４５−４，４６−１〜４６−４を設けたので、前記振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２の振動の際にも一つの梁に作用する応力を小さく保つことができる。したがって、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４，４５−１〜４５−４，４６−１〜４６−４のばね定数の線形性を良好に保つことができるとともに、それらの最大変形量を大きく保つことができるので、振動子２０を安定かつ大振幅でＸ軸方向に精度よく振動させることが可能となり、角速度の検出精度を向上させることができる。なお、この第３実施形態では、メインフレーム３０−１及びメインフレーム３０−２を支持する梁及びアンカからなる各支持部材の組数をそれぞれ４組としたが、この各支持部材の組数を３組又は５組以上にしてもよい。

また、この第３実施形態においては、各梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４，４５−１〜４５−４，４６−１〜４６−４の接続構造もほぼ同じにしたので、前記振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２の振動の際にも各梁に作用する応力を均等にすることができる。これにより、梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４，４５−１〜４５−４，４６−１〜４６−４のばね定数の線形性を良好に保つとともに、それらの最大変形量を大きく保つことができるようになり、また振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２のX軸方向の正確かつ安定した振動を確保することにもなるので、角速度の検出精度が向上する。さらに、サブフレーム３０−３，３０−４は、メインフレーム３０−１，３０−２のＸ軸方向以外の変位に対する梁４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４，４５−１〜４５−４，４６−１〜４６−４の補強部材として作用するので、振動子２０及びメインフレーム３０−１，３０−２のX軸方向の正確かつ安定した振動が確保され、角速度の検出精度が向上する。

次に、調整電極部５５−１〜５５−４及びサーボ電極部５６−１〜５６−４について説明する。調整電極部５５−１〜５５−４は、振動子２０のマス部２１のＸ軸方向各外側であって基板１０のＹ軸方向中央部にそれぞれ設けられて、Ｘ軸方向に延設した各一対の電極指５５ａ１〜５５ａ４をそれぞれ備えている。電極指５５ａ１，５５ａ３は、同電極指５５ａ１，５５ａ３に共通に接続されたパッド部５６ｂ１と共にそれぞれ一体的に形成されて基板１０の上面に固着されている。電極指５５ａ２，５５ａ４は、同電極指５５ａ２，５５ａ４に共通に接続されたパッド部５５ｂ２と共にそれぞれ一体的に形成されて基板１０の上面に固着されている。パッド部５５ｂ１，５５ｂ２上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド５５ｃ１，５５ｃ２がそれぞれ設けられている。

各一対の電極指５５ａ１〜５５ａ４には、振動子２０と一体的振動するとともにＸ軸方向に延設された各一対の電極指２３ａ１〜２３ａ４がＹ軸方向に対向して設けられている。電極指２３ａ１〜２３ａ４は、振動子２０のマス部２１のＸ軸方向両側から同Ｘ軸方向に突出したＴ字部２３−１〜２３−４の各Ｙ軸方向内側端に一体的にそれぞれ形成されている。Ｔ字部２３−１〜２３−４及び電極指２３ａ１〜２３ａ４は、振動子２０と一体的に形成されて基板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられている。

サーボ電極部５６−１〜５６−４は、各検出電極部５３−１〜５３−４のＹ軸方向内側にそれぞれ設けられて、Ｘ軸方向に延設した各一対の電極指５６ａ１〜５６ａ４をそれぞれ備えている。各一対の電極指５６ａ１〜５６ａ４は、同電極指５６ａ１〜５６ａ４に接続されたパッド部５６ｂ１〜５６ｂ４と共にそれぞれ一体的に形成されて基板１０の上面に固着されており、パッド部５６ｂ１〜５６ｂ４の上面には、導電金属（例えばアルミニウム）で形成された電極パッド５６ｃ１〜５６ｃ４がそれぞれ設けられている。

これらの各一対の電極指５６ａ１〜５６ａ４には、Ｔ字部２３−１〜２３−４の各Ｙ軸方向外側端に一体的にそれぞれ形成された各一対の電極指２３ｂ１〜２３ｂ４がＹ軸方向に対向して設けられている。電極指２３ｂ１〜２３ｂ４も、振動子２０と一体的に形成されて基板１０の上面から所定距離だけ浮かして設けられている。

次に、この第３実施形態に係る角速度検出素子に接続される第１電気回路装置について説明すると、図９は同電気回路装置をブロック図により示している。この電気回路装置において、検出電極部５３−１及び補正電極部５４−１のための共通の電極パット５３ｃ１と、検出電極部５３−２及び補正電極部５４−２のための共通の電極パット５３ｃ２とには、上記高周波発振器６１が接続されている。検出電極部５３−３及び補正電極部５４−３のための共通の電極パット５３ｃ３と、検出電極部５３−４及び補正電極部５４−４のための共通の電極パット５３ｃ４とには、上記位相反転回路６１ａが接続されている。

調整電極部５５−１，５５−３のための共通の電極パット５５ｃ１には直流可変電圧源６５ａが接続されているとともに、調整電極部５５−２，５５−４のための共通の電極パット５５ｃ２には直流可変電圧源６５ｂが接続されている。なお、これらの直流可変電圧源６５ａ，６５ｂは、複数の電圧源で構成してもよいが、単一の電圧源を共通に用いてもよい。

サーボ電極部５６−１〜５６−４の電極パット５６ｃ１〜５６ｃ４には、サーボ制御回路９０が接続されている。サーボ制御回路９０は、振動子２０のＹ軸方向の振動を抑制するためのもので、復調回路９１、サーボアンプ９２及び位相反転回路９３からなる。復調回路９１は、上記第２の実施形態の復調回路９２と同じであり、振動子２０のＹ軸方向の振動を表す信号を取り出して、同信号を交流サーボ制御信号として出力する。サーボアンプ９２は、前記交流サーボ制御信号を所定のゲインで増幅して、振動子２０のＹ軸方向の振動（Ｚ軸回りの角速度による振動子２０のＹ軸方向の振動）を打ち消すために、同ゲイン制御された交流サーボ制御信号をサーボ電極部５６−３，５６−４の電極パット５６ｃ３，５６ｃ４に供給する。位相反転回路９３は、前記ゲインの制御された交流サーボ制御信号の位相を反転して、同位相反転した逆相の制御信号をサーボ電極部５６−１，５６−２の電極パット５６ｃ１，５６ｃ２に供給する。

出力回路８０は、検波回路８２ａ及び上記直流用の増幅器８３が接続されている。検波回路８２ａは、サーボアンプ９２から交流サーボ制御信号を入力するとともに、移相回路７２から駆動による振動子２０のＸ軸方向の振動を表す信号を入力し、交流サーボ制御信号を前記Ｘ軸方向の振動を表す信号で同期検波して振動子２０のＹ軸方向の振動の振幅すなわちＺ軸回りの角速度による振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを表す直流信号を出力する。ここで、移相回路７２の出力信号を利用するのは、同信号が振動子２０のＺ軸回りの角速度によりもたらされるコリオリ力の位相と同期したものであり、交流サーボ制御信号すなわち振動子２０のＺ軸回りの角速度に同期したものであるからである。他の回路に関しては、上記第２実施形態の第１電気回路装置と同じであるので、同回路と同一符号を付して説明を省略する。

このように構成した第３実施形態に係る角速度検出装置においては、直流可変電圧源６５ａ，６５ｂの電圧を変化させると、調整電極部５５−１〜５５−４による静電引力の大きさが変化し、Ｙ軸方向の力に対する振動子２０の変位量すなわち検出用の梁３３−１〜３３−４のばね定数が変更される。その結果、振動子２０のＹ軸方向の共振周波数が適宜調整される。

また、サーボ制御回路９０はサーボ電極部５６−１〜５６−４に交流サーボ制御信号を供給するので、サーボ電極部５６−１〜５６−４は振動子２０のＹ軸方向の振動すなわちＺ軸回りの角速度による振動子２０のＹ軸方向の振動を抑制する。理想的には、振動子２０のＹ軸方向の振動の振幅を「０」に制御する。このとき、サーボアンプ９２は振動子２０のＹ軸方向の振動を打ち消すための信号すなわちＺ軸回りの角速度による振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさを振幅で表す信号を出力しているので、検波回路８２ａは前記角速度の大きさを表す直流信号を形成して増幅器８３を介して出力する。したがって、実際には、振動子２０はＹ軸方向に振動していないにもかかわらず、Ｚ軸回りの角速度の大きさを表す信号が取り出されることになる。

その結果、この第３実施形態によれば、Ｚ軸回りの角速度による振動子２０のＹ軸方向の振動が基板１０を介して振動子２０に再入力することがなくなり、この再入力に伴うノイズの発生が抑えられ、角速度の検出精度を向上させることができる。

このようなサーボ制御について、図１０のサーボ制御の原理を表すブロック図を用いて簡単に説明しておく。図中、ＦｃはＺ軸回りの角速度によって振動子２０にもたらされるＹ軸方向のコリオリ力を表し、Ｆｓはサーボ力を表し、Rateは角速度を表し、Ｎは電気回路入力部の電気的なノイズ量を表す。また、Ｑは振動子２０の共振のＱを表し、Ａはサーボアンプ９２のゲインを表し、ｂはフィードバック量を表す。このブロック図からも分かるように、角速度Rateは下記数３により表される。

Rate＝(Ｎ／Ｑ＋Ｆｃ)／(１／Ｑ・Ａ＋ｂ) …数３

前記数３において、ゲインＡを大きな値（例えば、実質的に無限大と考えれる程度に大きな値）に設定できれば、前記数３は下記数４のように変形される。

Rate＝Ｆｃ／ｂ＋Ｎ／Ｑ・ｂ …数４

この数４において、第１項Ｆｃ／ｂは角速度の検出感度を表し、第２項Ｎ／Ｑｂはノイズ成分を表す。ここで、前記のようなサーボ制御を行わない角速度検出装置（図１０のフィードバックループのないもの）を想定すると、角速度Rateは下記数５のように表される。

Rate＝Ｆｃ・Ｑ・Ａ＋Ｎ・Ａ …数５

この数５においても、第１項Ｆｃ・Ｑ・Ａは角速度の検出感度を表し、第２項Ｎ・Ａはノイズ成分を表している。これらの数４，５を対比することにより、サーボ制御を行わない場合には角速度の検出感度は振動子２０の共振のＱに依存し、ゲインＡをある程度大きくしてサーボ制御を行った場合には角速度の検出感度は振動子２０の共振のＱに依存しないことが理解できる。したがって、振動子２０のＹ軸方向の振動をサーボ制御する前記第３実施形態によれば、角速度の検出感度が振動子２０の共振のＱに依存しなくなって、同検出感度を安定させることができる。

次に、前記第３実施形態に係る角速度検出素子に接続される第２電気回路装置について説明する。この第２電気回路装置について説明する前に、前記第１電気回路装置を用いた角速度検出装置の課題を説明しておく。この種のサーボ制御においては、振動子２０の共振周波数（数〜数１０ＫＨｚ程度）近傍でサーボ制御を行う必要がある。一方、この種の角速度検出素子においては、図１１(Ｂ)に示すように、機械的な位相遅れのために周波数軸において大きな位相ずれが生じる。この位相ずれのために、サーボループのゲインを大きく設定すると、位相ずれの大きな周波数域においてサーボ制御による発振が生じてしまう。したがって、図１１(Ａ)に示すように、サーボループのゲインをある程度小さく抑えて安定したサーボ制御を実現する必要がある。このことは、前記数３におけるゲインＡをある程度小さな値に抑えざるを得ないことを意味し、その結果、前記数４で説明したような角速度の検出感度が振動子２０の共振のＱに依存することになり、同検出感度を充分に安定させることはできない。

このような課題のために考えられたのが第２電気回路装置であり、同電気回路装置について図１２のブロック図を用いて説明する。この第２電気回路装置は、前記第１電気回路装置に対して、出力回路８０及びサーボ制御回路９０のみが相違するので、両回路８０，９０についてのみ説明する。

サーボ制御回路９０は、振幅制御回路９４ａ、検波回路９５ａ、サーボアンプ９６ａ及び乗算回路９７ａからなって角速度に応じた振動子２０のＹ軸方向の振動を抑制するための第１サーボ制御回路と、振幅制御回路９４ｂ、検波回路９５ｂ、サーボアンプ９６ｂ及び乗算回路９７ｂからなって振動子２０の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動を抑制するための第２サーボ制御回路とからなる。

振幅制御回路９４ａは、移相回路７２の出力であって振動子２０に作用するコリオリ力に同期した信号の振幅を予め決められた基準値に制御することにより、振動子２０の角速度によるＹ軸方向の振動に同期した一定振幅の第１基準信号を形成する。検波回路９５ａは、復調回路９１の出力であって振動子２０のＹ軸方向の振動を表す信号を、移相回路７２の出力であって振動子２０に作用するコリオリ力に同期した信号（振動子２０の角速度によるＹ軸方向の振動に同期した信号）で同期検波して、振動子２０の角速度によるＹ軸方向の振動の大きさに比例する第1直流サーボ制御信号を形成する。サーボアンプ９６ａは、第１直流サーボ制御信号を所定のゲインで直流増幅して出力する。乗算回路９７ａは、前記第１基準信号とゲイン調整された第１直流サーボ制御信号とを乗算することにより第1基準信号の振幅を同ゲイン調整された第1直流サーボ制御信号に応じて制御し、同振幅の制御された第1基準信号を振動子２０の角速度によるＹ軸方向の振動を抑制する制御信号として出力する。

振幅制御回路９４ｂは、復調回路７１の出力であって振動子２０の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号（前記振動子２０の角速度によるＹ軸方向の振動に対して９０度位相の遅れた信号）の振幅を予め決められた基準値に制御することにより、振動子２０の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した一定振幅の第２基準信号を形成する。検波回路９５ｂは、復調回路９１の出力であって振動子２０のＹ軸方向の振動を表す信号を、復調回路７１の出力であって前記振動子２０の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号で同期検波して、振動子２０の駆動による漏れ振動の大きさに比例する第２直流サーボ制御信号を形成する。サーボアンプ９６ｂは、第２直流サーボ制御信号を所定のゲインで直流増幅して出力する。乗算回路９７ｂは、前記第２基準信号とゲイン調整された第２直流サーボ制御信号とを乗算することにより第２基準信号の振幅を同ゲイン調整された第２直流サーボ制御信号に応じて制御し、同振幅の制御された第2基準信号を振動子２０の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動を抑制する制御信号として出力する。

乗算回路９７ａ，９７ｂの出力は加算回路９８に接続されており、加算回路９８は両乗算回路９７ａ，９７ｂの各出力を加算合成してサーボ電極部５６−３，５６−４の電極パット５６ｃ３，５６ｃ４に供給する。位相反転回路９３は、上記第１電気回路装置と同様に、前記加算回路９８による合成信号の位相を反転して、同位相反転した逆相の合成信号をサーボ電極部５６−１，５６−２の電極パット５６ｃ１，５６ｃ２に供給する。

また、出力回路８０は、上記第１電気回路装置と同様な増幅器８３を備えていて、同増幅器８３はサーボアンプ９６ａの出力を直流増幅して出力する。

このように構成した第２電気回路装置においては、第1サーボ制御回路は、角速度に応じた振動子２０のＹ軸方向の振動を抑制するので、同角速度による振動子２０のＹ軸方向の振動が基板１０を介して振動子２０に逆入力されることに伴うノイズの発生が防止される。また、第２サーボ制御回路は、振動子２０の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動を抑制するので、同駆動によるＹ軸方向の漏れ振動の発生も防止される。一方、サーボアンプ９６ａは、角速度による振動子２０のＹ軸方向の振動の大きさに比例した直流信号を出力するので、増幅器８３からは角速度を表す直流信号が得られる。

この第２電気回路装置によれば、サーボアンプ９６ａ，９６ｂの前に検波回路９５ａ，９５ｂをそれぞれ設けてサーボ制御信号の直流化を図っているので、センサの共振周波数帯域にてサーボ制御を行う必要がなくなるため、前述した位相ずれの問題がなくなり、上述したサーボループのゲインを大きく設定できる。このことは、上記数３におけるゲインＡを実質的に無限大に設定できることを意味し、その結果、上記数４で説明した角速度の検出感度が振動子２０の共振のＱには依存しなくなり、同検出感度を安定させることができる。また、増幅器６３及び復調回路９１により検出信号に位相ずれが生じても、サーボ制御のゲインが変化するのみで、角速度の検出感度、オフセットなどには全く影響することがない。

ｄ．上記第３実施形態の異常判定について
上記第３実施形態においては、振動子２０のＹ軸方向の振動をサーボ制御することにより同振動を抑制するようにしているので、サーボ制御回路９０内を通過する振動子２０のＹ軸方向の振動を表す信号は極めて小さなものである。したがって、サーボ制御回路９０内に断線などの異常が生じたために振動子２０のＹ軸方向の振動を表す信号が「０」になっているのか、前記振動子２０のＹ軸方向の振動抑制のために同Ｙ軸方向の振動を表す信号がほぼ「０」であるのかを判定することが難しい場合があり、前記異常の判定に遅れが生じることがある。なお、前記断線異常は、検波回路８２ａの出力部、増幅器８３、サーボアンプ９６ａ，９６ｂの出力部などに設けたローパスフィルタ、及び増幅器６３、復調回路９１などに設けたハイパスフィルタなどを構成する回路部品（例えば、コンデンサ、抵抗）などの端子が開放した場合に生じることが多い。

この異常判定装置について説明すると、図１３は第１の異常判定装置例をブロック図により示している。この第１の異常判定装置例においては、振動子２０のＹ軸方向の振動を表す検出信号の経路に、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１及び直流電源ＤＣ１からなるローパスフィルタ１０１を介装している。この信号経路の上流すなわちローパスフィルタ１０１の入力側には、抵抗Ｒ３を介してダミー信号発生回路１０２が接続されている。ダミー信号発生回路１０２は、ローパスフィルタ１０１のカットオフ周波数より高くかつ前記検出信号に使用されないとともに同検出信号に含まれない周波数の信号をダミー信号として出力し、同ダミー信号を検出信号に抵抗Ｒ３を介して重畳する。

検出信号経路の下流すなわちローパスフィルタ１０１の出力には、比較器ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６及びオア回路ＯＲ１からなり異常判定回路を構成するウインドコンパレータ１０３が接続されている。この場合、検出信号は抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６によって定まる第１及び第２基準電圧Ｖref1，Ｖref2の間に収まるように設定されており、ダミー信号は前記第１及び第２基準電圧Ｖref1，Ｖref2の範囲を超える大振幅に設定されている。

この第1の異常判定装置例の動作を説明すると、コンデンサＣ１などの回路部品に断線異常が発生していなくてローパスフィルタ１０１が正常に動作していれば、ダミー信号発生回路１０２から発生されたダミー信号はローパスフィルタ１０１を通過しないので、ウインドコンパレータ１０３は検出信号に応答しないでオア回路ＯＲ１から正常を表すローレベル信号を出力する。一方、コンデンサＣ１などの回路部品に断線異常が発生してローパスフィルタ１０１が正常に動作しなくなると、ダミー信号はローパスフィルタ１０１を通過する。この場合、ウインドコンパレータ１０３はダミー信号に応答してオア回路ＯＲ１から異常を表すハイレベル信号を出力する。これにより、ウインドコンパレータ１０３は、ダミー信号の通過の有無によりローパスフィルタ１０１を含む信号経路の異常を遅滞なく検出でき、同ウインドコンパレータ１０３に接続されたフェイル処理回路（図示しない）は前記信号経路の異常に遅滞なく対処できる。

また、図１４は第２の異常判定装置例をブロック図により示しており、この装置例においては、振動子２０のＹ軸方向の振動を表す検出信号の経路に、オペアンプＯＰ２，ＯＰ３、抵抗Ｒ７，Ｒ８、Ｒ９、コンデンサＣ２及び直流電源ＤＣ２からなるハイパスフィルタ１０４を介装している。この信号経路の上流すなわちハイパスフィルタ１０４の入力側には、上記第１の異常判定装置例と同様に抵抗Ｒ３を介してダミー信号発生回路１０２が接続されている。この場合、ダミー信号発生回路１０２は、ハイパスフィルタ１０４のカットオフ周波数より高くかつ前記検出信号に使用されないとともに同検出信号に含まれない周波数の信号をダミー信号として出力し、同ダミー信号を検出信号に抵抗Ｒ３を介して重畳する。

検出信号経路の下流すなわちハイパスフィルタ１０４の出力には、検波回路１０５と、上記第１の異常判定装置例と同様なウインドコンパレータ１０３とが接続されている。これらの検波回路１０５及びウインドコンパレータ１０３は異常判定回路を構成する。検波回路１０５にはダミー信号も供給されており、同回路１０５はハイパスフィルタ１０４の出力をダミー信号で同期検波して、同ダミー信号をその振幅を表す直流信号に変換してウインドコンパレータ１０３に出力する。この場合には、ダミー信号の振幅は、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６に設定される第１及び第２基準電圧Ｖref1，Ｖref2の間に収まるように設定されている。

この第２の異常判定装置例の動作を説明すると、コンデンサＣ２などの回路部品に断線異常が発生していなくてハイパスフィルタ１０４が正常に動作していれば、ダミー信号発生回路１０２から出力されたダミー信号はハイパスフィルタ１０４を通過する。そして、検波回路１０５が前記ダミー信号を同期検波して直流電圧信号を出力するので、ウインドコンパレータ１０３は前記直流電圧信号に応答しないで正常を表すローレベル信号を出力する。一方、コンデンサＣ２などの回路部品に断線異常が発生すると、ダミー信号はハイパスフィルタ１０４を通過しないので、ウインドコンパレータ１０３は、検波回路１０５から出力される「０」レベルの信号に応答してオア回路ＯＲ１から異常を表すハイレベル信号を出力する。これにより、ウインドコンパレータ１０３は、ダミー信号の通過の有無によりハイパスフィルタ１０４を含む信号経路の異常を遅滞なく検出でき、同ウインドコンパレータ１０３に接続されたフェイル処理回路（図示しない）は前記信号経路の異常に遅滞なく対処できる。

また、図１５は第３の異常判定装置例をブロック図により示している。この第３の異常判定装置例においては、前記第２の異常判定装置例の検波回路１０５およびウインドコンパレータ１０３に代えて、周波数検出回路１０６を用いている。周波数検出回路１０６は、ダミー信号の周波数を検出することにより、同ダミー信号の到来時にハイレベル信号を出力し、それ以外のときローレベル信号を出力する。この場合も、ダミー信号は、ハイパスフィルタ１０４のカットオフ周波数より高くかつ前記検出信号に使用されないとともに同検出信号に含まれない周波数の信号である。

このように構成した第３の異常判定装置例においても、コンデンサＣ２などの回路部品に断線異常が発生していなくてハイパスフィルタ１０４が正常に動作していれば、ダミー信号発生回路１０２から出力されたダミー信号はハイパスフィルタ１０４を通過する。そして、周波数検出回路１０６がこのダミー信号の到来に応答して正常を表すハイレベル信号を出力する。一方、コンデンサＣ２などの回路部品に断線異常が発生すると、ダミー信号はハイパスフィルタ１０４を通過しないので、周波数検出回路１０６は異常を表すローレベル信号を出力する。これによっても、周波数検出回路１０６は、ダミー信号の通過の有無によりハイパスフィルタ１０４を含む信号経路の異常を遅滞なく検出でき、同周波数検出回路１０６に接続されたフェイル処理回路（図示しない）は前記信号経路の異常に遅滞なく対処できる。

したがって、上記第１〜第３の異常判定装置を用いれば、振動子２０のＹ軸方向の振動がサーボ制御により抑制されて、振動子２０のＹ軸方向の振動を表す信号の振幅が「０」又は極めて小さくても、前記ダミー信号の有無により、前記経路の断線による異常を遅滞なく検出することができる。

ｅ．その他の変形例
なお、上記第１〜第３実施形態においては、メインフレーム３０−１，３０−２を介して振動子２０をＸ軸方向に振動させるために、Ｘ軸方向の同一直線上に配置した１対の駆動電極部５１−１，５１−２と、Ｘ軸方向の同一直線上に配置した１対の駆動電極部５１−３，５１−４とをＹ軸方向の異なる位置に設けるようにしたが、さらに、Ｘ軸方向の同一直線上に配置した他の１対又は複数対の駆動電極部を前記駆動電極部５１−１〜５１−４とはＹ軸方向の異なる位置に配置するようにしてもよい。この場合も、全ての対の駆動電極部に逆相の駆動信号をそれぞれ供給するようにするとともに、少なくとも一対の駆動電極部に対する駆動信号による駆動力を変更可能にする。

また、上記第１〜第３実施形態においては、加算器７５−１，７５−２に可変電圧源回路７６ａを接続するとともに、加算器７５−３，７５−４には定電圧源回路７６ａを接続するようにした。しかし、これらの可変電圧源回路７６ａ及び定電圧源回路７６ｂは、駆動電極部５１−１，５１−２に印加される電圧と駆動電極部５１−３，５１−４に印加される電圧とを相対的に調整することができるようにするものであればよいので、加算器７５−１，７５−２に定電圧源回路を接続するとともに、加算器７５−３，７５−４に可変電圧源回路を接続するようにしたり、両電圧源回路７６ａ，７６ｂを共に可変にするようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態においては、加算器７５−１〜７５−４により直流信号に利得制御回路７３及び位相反転回路７３ａからの交流信号を重畳させて駆動電極部５１−１〜５１−４に対する駆動信号としたが、利得制御回路７３及び位相反転回路７３ａからの交流信号を駆動電極部５１−１〜５１−４に対する駆動信号とするようにしてもよい。この場合、駆動電極部５１−１，５１−２による駆動力と駆動電極部５１−３，５１−４による駆動力とを相対的に変更可能とするために、駆動電極部５１−１，５１−２に対する前記交流信号からなる駆動信号及び駆動電極部５１−３，５１−４に対する前記交流信号からなる駆動信号の少なくとも一方の振幅値を変更可能とするとよい。

本発明の第１実施形態に係る角速度検出素子の平面図である。 (Ａ)〜(Ｄ)は図１の各部の断面図である。 前記第１実施形態に係る角速度検出素子を用いて角速度を検出するための電気回路装置のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る角速度検出素子の平面図である。 前記第２実施形態に係る角速度検出素子を用いて角速度を検出するための第１電気回路装置のブロック図である。 前記第２実施形態に係る角速度検出素子を用いて角速度を検出するための第２電気回路装置のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る角速度検出素子の平面図である。 図７のメインフレームの支持構造を詳細に示す拡大部分図である。 前記第３実施形態に係る角速度検出素子を用いて角速度を検出するための第１電気回路装置のブロック図である。 前記第３実施形態のサーボ制御の原理図を示すブロック図である。 (Ａ)は前記サーボ制御におけるサーボループゲインの周波数特性を示すグラフであり、(Ｂ)は同サーボ制御におけるサーボループ位相の周波数特性を示すグラフである。 前記第３実施形態に係る角速度検出素子を用いて角速度を検出するための第２電気回路装置のブロック図である。 前記第３実施形態のサーボ制御回路に組み込まれるのに適した第１の異常判定回路装置を示すブロック図である。 前記第３実施形態のサーボ制御回路に組み込まれるのに適した第２の異常判定回路装置を示すブロック図である。 前記第３実施形態のサーボ制御回路に組み込まれるのに適した第３の異常判定回路装置を示すブロック図である。

符号の説明

１０…基板、２０…振動子、３０−１，３０−２…メインフレーム、３０−３，３０−４…サブフレーム、３３−１〜３３−４…梁（検出用梁）、４１−１〜４１−４，４４−１〜４４−４…アンカ、４２−１〜４２−４，４３−１〜４３−４，４５−１〜４５−４，４６−１〜４６−４…梁（駆動用梁）、５１−１〜５１−４…駆動電極部（駆動部）、５２−１〜５２−４…駆動モニタ電極部（駆動モニタ部）、５３−１〜５３−４…検出電極部（検出部）、５４−１〜５４−４…補正電極部（補正部）、５５−１〜５５−４…調整電極部（調整部）、５６−１〜５６−４…サーボ電極部（サーボ部）、６１，６２，６４…高周波発振器、７０…駆動回路、７１，８１，８４，９１…復調回路、７４，８２，８２ａ，８５，９５ａ，９５ｂ…検波回路、７５−１〜７５−４…加算器、７６ａ…可変電圧源回路、７６ｂ…定電圧源回路、８０…出力回路、９０…サーボ制御回路、９２，９６ａ，９６ｂ…サーボアンプ、９４ａ，９４ｂ…振幅制御回路、９７ａ，９７ｂ…乗算回路、１０１…ローパスフィルタ、１０２…ダミー信号発生回路、１０３…ウインドコンパレータ、１０４…ハイパスフィルタ、１０５…検波回路、１０６…周波数検出回路。

Claims (5)

1. 基板に支持部材を介して接続され同基板上にて互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に振動可能な振動部と、前記振動部を前記基板に対してＸ軸方向に振動させるための駆動部と、前記振動部の前記基板に対するＹ軸方向の振動を検出するための検出部とを備え、前記振動部をＸ軸方向に振動させた状態でＸ軸及びＹ軸に直交したＺ軸回りに作用する角速度を同振動部のＹ軸方向の振動に基づいて検出する角速度検出装置において、
   前記振動部のY軸方向の振動を抑制するためのサーボ部と、
   前記駆動部と協働して前記振動部を前記基板に対し所定の振幅でＸ軸方向に振動させる駆動回路と、
   前記検出部と協働して前記振動部の前記基板に対するＹ軸方向の振動を表す信号を取り出す取り出し回路と、
   前記駆動回路から入力した前記振動部の角速度による振動に同期した信号と、前記取り出し回路から入力した前記振動部のＹ軸方向の振動を表す信号とに基づいて、前記角速度に応じた前記振動部のＹ軸方向の振動を抑制するための第1サーボ制御信号を形成し、同形成した第1サーボ制御信号を前記サーボ部に供給して前記角速度に応じた前記振動部のＹ軸方向の振動を抑制する第1サーボ制御回路と、
   前記駆動回路から入力した前記振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号と、前記取り出し回路から入力した前記振動部のＹ軸方向の振動を表す信号とに基づいて、前記漏れ振動を抑制するための第２サーボ制御信号を形成し、同形成した第２サーボ制御信号を前記サーボ部に供給して前記振動部のＹ軸方向の漏れ振動を抑制する第２サーボ制御回路と、
   前記第1サーボ制御信号に対応した信号を前記角速度を表す信号として出力する出力回路とを設けたことを特徴とする角速度検出装置。
2. 前記請求項１に記載した角速度検出装置において、
   前記第1サーボ制御回路を、
   前記駆動回路から入力した前記振動部の角速度による振動に同期した信号の振幅を制御して所定の振幅を有する第1基準信号を形成する第1基準信号形成回路と、
   前記取り出した振動部のＹ軸方向の振動を表す信号を前記駆動回路から入力した前記振動部の角速度による振動に同期した信号で同期検波して、前記振動部の角速度によるＹ軸方向の振動の大きさに比例する第1サーボ制御信号を形成する第１同期検波回路と、
   前記第1基準信号の振幅を前記第1サーボ制御信号に応じて制御し、同振幅の制御された第1基準信号を前記サーボ部に供給して前記振動部の角速度によるＹ軸方向の振動を抑制する第1サーボ制御信号供給回路とで構成するとともに、
   前記第２サーボ制御回路を、
   前記駆動回路から入力した前記振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号の振幅を制御して所定の振幅を有する第２基準信号を形成する第２基準信号形成回路と、
   前記取り出した振動部のＹ軸方向の振動を表す信号を前記駆動回路から入力した前記振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動に同期した信号で同期検波して、前記振動部の駆動による漏れ振動の大きさに比例する第２サーボ制御信号を形成する第２同期検波回路と、
   前記第２基準信号の振幅を前記第２サーボ制御信号に応じて制御し、同振幅の制御された第2基準信号を前記サーボ部に供給して前記振動部の駆動によるＹ軸方向の漏れ振動を抑制する第２サーボ制御信号供給回路とで構成し、
   前記出力回路は、第1サーボ制御信号を前記角速度を表す信号としてを出力するものである角速度検出装置。
3. 基板に支持部材を介して接続され同基板上にて互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に振動可能な振動部と、前記振動部を前記基板に対してＸ軸方向に振動させるための駆動部と、前記振動部の前記基板に対するＹ軸方向の振動を検出するための検出部とを備え、前記振動部をＸ軸方向に振動させた状態でＸ軸及びＹ軸に直交したＺ軸回りに作用する角速度を同振動部のＹ軸方向の振動に基づいて検出する角速度検出装置において、
   前記振動部のY軸方向の振動を抑制するためのサーボ部と、
   前記駆動部と協働して前記振動部を前記基板に対し所定の振幅でＸ軸方向に振動させる駆動回路と、
   前記検出部と協働して前記振動部の前記基板に対するＹ軸方向の振動を表す信号を取り出す取り出し回路と、
   前記駆動回路から前記振動部の角速度による振動に同期した信号を入力するとともに、前記取り出し回路から前記振動部のＹ軸方向の振動を表す信号を入力して、同入力した両信号に基づいて、前記角速度に応じた前記振動部のＹ軸方向の振動を抑制するための第1サーボ制御信号を形成し、同形成した第1サーボ制御信号を前記サーボ部に供給して前記角速度に応じた前記振動部のＹ軸方向の振動を抑制する第1サーボ制御回路と、
   前記駆動回路から前記振動部の角速度による振動に同期した信号とは位相の異なる信号を入力するとともに、前記取り出し回路から前記振動部のＹ軸方向の振動を表す検出信号を入力し、同入力した両信号に基づいて、前記位相の異なる信号に同期した前記振動部のＹ軸方向の振動成分を抑制するための第２サーボ制御信号を形成し、同形成した第２サーボ制御信号を前記サーボ部に供給して前記位相の異なる信号に同期した前記振動部のＹ軸方向の振動成分を抑制する第２サーボ制御回路と、
   前記第1サーボ制御信号に対応した信号を前記角速度を表す信号として出力する出力回路とを設けたことを特徴とする角速度検出装置。
4. 前記請求項３に記載した角速度検出装置において、
   前記位相の異なる信号は、前記角速度による振動に同期した信号に対して９０度位相の異なる信号である角速度検出装置。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか一つに記載の角速度検出装置において、
   前記振動部のＹ軸方向の振動を表す信号の経路の上流部に所定周波数のダミー信号を供給して同Ｙ軸方向の振動を表す信号に同ダミー信号を重畳し、前記ダミー信号を受信しないとき同経路の異常を判定する異常判定回路を前記経路の下流部に設けたことを特徴とする角速度検出装置。
   

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