JPWO2011093077A1 - 角速度センサ - Google Patents

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Abstract

角速度センサは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、支持体と、支持体に結合する保持部と、第１から第４の錘と、第１から第４のアームと、第１から第４のアームを駆動させる駆動ユニットと、第１から第４のアームの変位を検出するモニタユニットと、第１から第４のアームの変位を検出する検出ユニットとを備える。検出ユニットはＸ軸と平行な軸に関して対称に設けられており、かつＹ軸に平行な軸に関して対称に設けられている。この角速度センサは、加速度や衝撃等の外乱に起因する不要信号を相殺することができ、高精度に角速度を検出することができる。

Description

本発明は、携帯端末や車両等の可動な装置に用いられる角速度センサに関する。
図３４は従来の角速度センサ１０１の斜視図である。角速度センサ１０１は、枠体１０２と、枠体１０２に懸架された横梁１０３と、横梁１０３に支持されたアーム１０４、１０５、１０６、１０７と、アーム１０４、１０５、１０６、１０７に接続された錘１０８、１０９、１１０、１１１と、アーム１０４、１０５、１０６、１０７を駆動させる駆動部１１２と、アーム１０４、１０５、１０６、１０７の変位を検出するモニタ部１１３と、アーム１０４、１０５、１０６、１０７の変位を検出する検出部１１４、１１５とを備える。互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、横梁１０３はＸ軸方向に延びる。アーム１０４、１０５のそれぞれの一端が横梁１０３に支持されてＹ軸の正方向に延出する。アーム１０４、１０５のそれぞれの他端には錘１０８、１０９が接続されている。アーム１０６、１０７のそれぞれの一端が横梁１０３に支持されてＹ軸の負方向に延出する。アーム１０６、１０７のそれぞれの他端に錘１１０、１１１が接続されている。駆動部１１２はアーム１０４、１０５、１０６、１０７をＸ軸方向に駆動させる。モニタ部１１３はアーム１０４、１０５、１０６、１０７のＸ軸方向の変位を検出する。検出部１１４、１１５はアーム１０４、１０５、１０６、１０７のＹ軸方向の変位又はＺ軸方向の変位を検出する。
角速度センサ１０１は、加速度や衝撃等の外乱に起因する不要信号により、高精度に角速度を検出することができない場合がある。
なお、従来の角速度センサ１０１に類似の角速度センサが特許文献１に記載されている。
特開２００８−４６０５６号公報
角速度センサは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、支持体と、支持体に結合する保持部と、第１から第４の錘と、第１から第４のアームと、第１から第４のアームを駆動させる駆動ユニットと、第１から第４のアームの変位を検出するモニタユニットと、第１から第４のアームの変位を検出する検出ユニットとを備える。検出ユニットはＸ軸と平行な軸に関して対称に設けられており、かつＹ軸に平行な軸に関して対称に設けられている。
この角速度センサは、加速度や衝撃等の外乱に起因する不要信号を相殺することができ、高精度に角速度を検出することができる。
図１は本発明の実施の形態１における角速度センサの平面図である。 図２は図１に示す角速度センサの線２−２における概略断面図である。 図３は実施の形態１における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図４は実施の形態１における角速度センサに接続された駆動回路の回路図である。 図５Ａは実施の形態１における角速度センサの動作を示す模式平面図である。 図５Ｂは実施の形態１における角速度センサの動作を示す模式平面図である。 図６は実施の形態１における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図７は実施の形態１における角速度センサに接続された検出回路の回路図である。 図８は実施の形態１における他の角速度センサの平面図である。 図９は本発明の実施の形態２における角速度センサの平面図である。 図１０は実施の形態２における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図１１は本発明の実施の形態３における角速度センサのブロック図である。 図１２は実施の形態３における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図１３は実施の形態４における角速度センサの平面図である。 図１４は実施の形態４における角速度センサの拡大平面図である。 図１５は実施の形態４における角速度センサの検出部間の中間線の位置と不要信号の大きさとの関係を示す図である。 図１６は本発明の実施の形態５における角速度センサの平面図である。 図１７は図１６に示す角速度センサの線１７−１７における概略断面図である。 図１８は実施の形態５における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図１９は実施の形態５における角速度センサに接続された駆動回路の回路図である。 図２０Ａは実施の形態５における角速度センサの動作を示す模式平面図である。 図２０Ｂは実施の形態５における角速度センサの動作を示す模式平面図である。 図２１は実施の形態５における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図２２は実施の形態５における角速度センサに接続された検出回路の回路図である。 図２３は実施の形態５における他の角速度センサの平面図である。 図２４は本発明の実施の形態６における角速度センサの平面図である。 図２５は図２４に示す角速度センサの線２５−２５における概略断面図である。 図２６は実施の形態６における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図２７は実施の形態６における角速度センサに接続された駆動回路の回路図である。 図２８Ａは実施の形態６における角速度センサの動作を示す模式平面図である。 図２８Ｂは実施の形態６における角速度センサの動作を示す模式平面図である。 図２９は実施の形態６における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図３０は実施の形態６における角速度センサに接続された検出回路の回路図である。 図３１は実施の形態６における角速度センサの信号の位相を示す図である。 図３２は実施の形態６における他の角速度センサの平面図である。 図３３は実施の形態６におけるさらに他の角速度センサの平面図である。 図３４は従来の角速度センサの斜視図である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における角速度センサ１１６の平面図である。
図１において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面を定義する。角速度センサ１１６は、枠形状を有する支持体１１７と、支持体１１７にＹ軸と平行に懸架された縦梁１１８、１１９と、縦梁１１８、１１９間に懸架された横梁１２０と、錘１２５〜１２８と、横梁１２０の中間部１９４に設けられた保持部１９５と、保持部１９５に支持されたアーム１２１〜１２４と、アーム１２１〜１２４をＸＹ平面と平行に駆動し振動させる駆動ユニット１９１と、アーム１２１〜１２４のＸＹ平面と平行な方向の変位を検出するモニタユニット１９２と、錘１２５〜１２８のＸ軸の方向の変位又はＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する検出ユニット１９３とを備える。検出ユニット１９３はアーム１２１〜１２４の変位であるＸ軸の方向の変位又はＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する。支持体１１７は角速度が加わる被測定物１１７Ｃに固定されるように構成されている。アーム１２１は、保持部１９５に支持された一端１２１Ａと、錘１２５に接続された他端１２１Ｂとを有し、一端１２１ＡからＹ軸の正方向に延出する。アーム１２２は、保持部１９５に支持された一端１２２Ａと、錘１２６に接続された他端１２２Ｂとを有し、一端１２２ＡからＹ軸の正方向に延出する。アーム１２３は、保持部１９５に支持された一端１２３Ａと、錘１２７に接続された他端１２３Ｂとを有し、一端１２３ＡからＹ軸の負方向に延出する。アーム１２４は、保持部１９５に支持された一端１２４Ａと、錘１２８に接続された他端１２４Ｂとを有し、一端１２４ＡからＹ軸の負方向に延出する。駆動ユニット１９１は、アーム１２１〜１２４をＸＹ平面と平行に振動させる駆動部１２９〜１３６を有する。モニタユニット１９２は、アーム１２１〜１２４のＸ軸の方向の変位をそれぞれ検出するモニタ部１３７〜１４０を有する。検出ユニット１９３は、錘１２５〜１２８のＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する検出部１４１〜１４８を有する。保持部１９５は横梁１２０と縦梁１１８、１１９を介して支持体１１７に結合する。支持体１１７と縦梁１１８との間にはスリット１１７Ａが設けられており、支持体１１７と縦梁１１９との間にはスリット１１７Ｂが設けられている。支持体１１７と縦梁１１８，１１９との間にスリット１１７Ａ、１１７Ｂを設けることにより、角速度センサ１１６をパッケージ又は下蓋等に接着した際の応力が横梁１２０やアーム１２１〜１２４に伝達することを抑制することができる。
また、支持体１１７にはスリット１１７Ａ、１１７Ｂが設けられていなくてもよい。この場合には、支持体１１７の一部が縦梁１１８、１１９として機能する。この場合には、角速度センサ１１６のＸ軸の方向の幅を小さくすることができる。
支持体１１７は、縦梁１１８、１１９を支持する固定部材であり、角速度センサ１１６を格納するパッケージに別の支持部材や接着剤等を用いて固定される。支持体１１７の外縁部には複数の電極パッド１４９が設けられている。複数の電極パッド１４９は、駆動部１２９〜１３６、モニタ部１３７〜１４０及び検出部１４１〜１４８と配線によりそれぞれ電気的に接続されている。
縦梁１１８及び縦梁１１９はＹ軸と平行に延びており、両端が支持体１１７に接続されることにより支持体１１７に懸架されている。これにより、縦梁１１８及び縦梁１１９は、Ｚ軸の方向に撓むことができる。また、縦梁１１８と縦梁１１９とは、Ｙ軸に平行な軸ＡＹ１１に関して互いに実質的に対称となるように形成されている。これにより、角速度センサ１１６に与えられた角速度に対して、縦梁１１８と縦梁１１９とは実質的に同一の振幅で撓む。
横梁１２０はＸ軸と平行に延びており、一端が縦梁１１８の実質的に中点に接続され、他端が縦梁１１９の実質的に中点に接続されている。これにより、横梁１２０はＺ軸の方向に撓むことができる。
アーム１２１は、保持部１９５に接続された一端１２１ＡからＹ軸の正方向に延出する延部１２１Ｃと、延部１２１ＣからＸ軸の正方向に延びる延部１２１Ｄと、延部１２１ＤからＹ軸の負方向に延びる延部１２１Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端１２１Ｂは延部１２１Ｅの端であり、錘１２５が接続されている。
アーム１２２は、保持部１９５に接続された一端１２２ＡからＹ軸の正方向に延出する延部１２２Ｃと、延部１２２ＣからＸ軸の負方向に延びる延部１２２Ｄと、延部１２２ＤからＹ軸の負方向に延びる延部１２２Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端１２２Ｂは延部１２２Ｅの端であり、錘１２６が接続されている。
アーム１２３は、保持部１９５に接続された一端１２３ＡからＹ軸の負方向に延出する延部１２３Ｃと、延部１２３ＣからＸ軸の正方向に延びる延部１２３Ｄと、延部１２３ＤからＹ軸の正方向に延びる延部１２３Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端１２３Ｂは延部１２３Ｅの端であり、錘１２７が接続されている。
アーム１２４は、保持部１９５に接続された一端１２４ＡからＹ軸の負方向に延出する延部１２４Ｃと、延部１２４ＣからＸ軸の負方向に延びる延部１２４Ｄと、延部１２４ＤからＹ軸の正方向に延びる延部１２４Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端１２４Ｂは延部１２４Ｅの端であり、錘１２８が接続されている。
アーム１２１〜１２４は、Ｘ軸の方向、Ｙ軸の方向及びＺ軸の方向に撓むことができる。
アーム１２１とアーム１２２とは、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ１１に関して互いに対称に形成されている。アーム１２３とアーム１２４とは、軸ＡＹ１１に関して互いに対称に形成されている。アーム１２１とアーム１２３とは、Ｘ軸と平行な軸ＡＸ１１に関して互いに対称に形成されている。アーム１２２とアーム１２４とは、軸ＡＸ１１に関して互いに対称に形成されている。この構造により、角速度センサ１１６に与えられた角速度に対して、アーム１２１〜１２４は、実質的に同一の振幅で撓むようになる。
支持体１１７、縦梁１１８、１１９、横梁１２０及びアーム１２１〜１２４は、水晶、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３等の圧電材料を用いて形成しても良いし、シリコン、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ又はＧａＡｓ等の非圧電材料を用いて形成しても良い。特に、シリコンを用いることにより、微細加工技術を用いて非常に小型の角速度センサ１１６を形成することが可能となるとともに、回路を構成する集積回路（ＩＣ）と一体に形成することも可能となる。
支持体１１７、縦梁１１８、１１９、横梁１２０及びアーム１２１〜１２４は、それぞれ異なる材料又は同一の材料から形成した後に組み立てて形成しても良いし、同一の材料を用いて一体に形成しても良い。同一の材料を用いて一体に形成する場合は、ドライエッチング又はウエットエッチングを用いることにより、支持体１１７、縦梁１１８、１１９、横梁１２０及びアーム１２１〜１２４を同一プロセスで形成することができるため、効率的に製造することができる。
駆動部１２９〜１３６は、アーム１２１〜１２４をＸ軸の方向に駆動させ変位させる。実施の形態１においては、駆動部１２９〜１３６はＰＺＴ等のピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
図２は、図１に示す駆動部１２９、１３０の線２−２における概略断面図である。ピエゾ素子１２９Ｂ、１３０Ｂを下部電極１２９Ａ、１３０Ａ及び上部電極１２９Ｃ、１３０Ｃでそれぞれ挟んで形成された駆動部１２９、１３０がアーム１２１の上面に設けられている。すなわち、駆動部１２９、１３０は、アーム１２１の上面に設けられた下部電極１２９Ａ、１３０Ａと、下部電極１２９Ａ、１３０Ａの上面に設けられたピエゾ素子１２９Ｂ、１３０Ｂと、ピエゾ素子１２９Ｂ、１３０Ｂの上面に設けられた上部電極１２９Ｃ、１３０Ｃよりなる。下部電極１２９Ａ、１３０Ａ及び上部電極１２９Ｃ、１３０Ｃは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）又はこれらを主成分とした合金又は酸化物により形成することができる。なお、下部電極１２９Ａ、１３０Ａとして白金（Ｐｔ）を用いることが望ましい。これにより、ピエゾ素子１２９Ｂ、１３０Ｂの材料であるＰＺＴを一方向に配向させることができる。また、上部電極１２９Ｃ、１３０Ｃとして、金（Ａｕ）を用いることが望ましい。これにより、抵抗値の経時劣化が少ないため、信頼性に優れた角速度センサ１１６とすることができる。ここで、下部電極１２９Ａ、１３０Ａはともに基準電位となっており、上部電極１２９Ｃ、１３０Ｃに交流の駆動電圧を印加することにより、アーム１２１をＸ軸の方向に振動させることができる。なお、下部電極１２９Ａ、１３０Ａ及び上部電極１２９Ｃ、１３０Ｃにともに交流の駆動電圧を印加してもよい。これにより、効率的にアーム１２１を振動させることができる。駆動部１３１〜１３６は駆動部１２９、１３０と同様の構造を有して、アーム１２２〜１２４の上面にそれぞれ設けられている。なお、図１に示すように、駆動部１２９〜１３６は、アーム１２１〜１２４における錘１２５〜１２８の側すなわち延部１２１Ｅ〜１２４Ｅに設けられている。これにより、アーム１２１〜１２４における横梁１２０の側の部分の面積を検出部１４１〜１４８を設けるために確保することができる。一方、駆動部１２９〜１３６をアーム１２１〜１２４における横梁１２０の側すなわち延部１２１Ｃ〜１２４Ｃに設けた場合は、駆動部１２９〜１３６は効率よくアーム１２１〜１２４を駆動し振動させることができる。この場合は、駆動部１２９〜１３６は大きな面積を有することができるので、アーム１２１〜１２４の振動の振幅を大きくすることができ、角速度センサ１１６の感度を高くすることができる。
図３は、駆動部１２９〜１３６に与えられる駆動信号の位相と、アーム１２１〜１２４の振動の位相とを示す図である。駆動部１２９、１３１、１３３、１３５には互いに同位相（＋）の駆動信号が与えられ、駆動部１３０、１３２、１３４、１３６には駆動部１２９、１３１、１３３、１３５と逆位相（−）の駆動信号が与えられる。これにより、アーム１２１とアーム１２３とは同位相（＋）でＸ軸の方向に振動し、アーム１２２とアーム１２４とはアーム１２１とアーム１２３と逆位相（−）でＸ軸の方向に振動する。
モニタ部１３７〜１４０は、アーム１２１〜１２４のＸ軸の方向の変位を検出して、その変位に応じたモニタ信号を出力する。実施の形態１においては、モニタ部１３７〜１４０はピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
モニタ部１３７〜１４０は、図２に示す駆動部１２９、１３０と同様に、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成され、アーム１２１〜１２４の上面に設けられている。また、モニタ部１３７〜１４０は、図３に示すアーム１２１〜１２４の振動の位相に対して同位相のモニタ信号が得られる位置に設けられている。なお、モニタ部１３７〜１４０は、図１に示すように、アーム１２１〜１２４における横梁１２０の側すなわち延部１２１Ｃ〜１２４Ｃにそれぞれ設けられている。これにより、モニタ部１３７〜１４０は小さな面積で効率よく変位によるアーム１２１〜１２４の歪を検出することが可能となる。なお、検出部１４１〜１４８を設ける部分の面積を確保するために、モニタ部１３７〜１４０の面積は検出部１４１〜１４８よりも小さくすることが望ましい。
検出部１４１〜１４８は、アーム１２１〜１２４のＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する。検出部１４１〜１４８はピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
検出部１４１〜１４８は、図２に示す駆動部１２９、１３０と同様に、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成され、アーム１２１〜１２４の上面に設けられている。なお、検出部１４１〜１４８は、図１に示すように、アーム１２１〜１２４における横梁１２０の側すなわち延部１２１Ｃ〜１２４Ｃに設けられている。これにより、検出部１４１〜１４８は効率よく変位を検出することができる。この場合、検出部１４１〜１４８は大きな面積を有するので、角速度センサ１１６の感度を高くすることができる。一方、検出部１４１〜１４８がアーム１２１〜１２４における錘１２５〜１２８の側すなわち延部１２１Ｅ〜１２４Ｅにそれぞれ設けられている場合は、アーム１２１〜１２４における横梁１２０の側の部分の面積を駆動部１２９〜１３６を設けるために確保することができる。
図３４に示す従来の角速度センサ１０１では、Ｙ軸と平行な軸ＢＹ及びＸ軸と平行な軸ＢＸに関して検出部１１４、１１５が対称に設けられていないので、加速度や衝撃等の外乱に起因する不要信号を相殺することができず、高精度に角速度を検出することができない場合がある。
検出部１４１と検出部１４３とは、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１４２と検出部１４４とは、軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１４５と検出部１４７とは、軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１４６と検出部１４８とは、軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１４１と検出部１４５とは、Ｘ軸と平行な軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１４２と検出部１４６とは、軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１４３と検出部１４７とは、軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１４４と検出部１４８とは、軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。このように、検出部１４１〜１４８よりなる検出ユニット１９３を軸ＡＹ１１及び軸ＡＸ１１に対称に設けることにより、加速度や衝撃等の外乱に起因する不要信号を相殺することができ、角速度センサ１１６は角速度を高い精度で検出することができる。
図４は、角速度センサ１１６に接続された駆動回路１５０の回路図である。複数の電極パッド１４９の一部である電極パッド１４９Ａ〜１４９Ｈは駆動部１２９〜１３６とそれぞれ電気的に接続されている。複数の電極パッド１４９の一部である電極パッド１４９Ｉ〜１４９Ｌは、モニタ部１３７〜１４０とそれぞれ電気的に接続されている。電極パッド１４９Ｉ〜１４９Ｌに接続された信号線は接続点１９６で接続されている。電極パッド１４９Ｉ〜１４９Ｌから出力されたモニタ信号である電流は接続点１９６で合計されてＩＶ変換アンプ１５１に入力されて電圧に変換される。その電圧は、自動利得制御器（ＡＧＣ）１５２で一定振幅の電圧に調整されて出力される。ＡＧＣ１５２から出力された電圧の不要周波数成分がフィルタ１５３で除去される。フィルタ１５２から出力された電圧はドライブアンプ１５４で反転増幅されて電極パッド１４９Ｂ、１４９Ｄ、１４９Ｆ、１４９Ｈに供給されている。また、ドライブアンプ１５４から出力された駆動信号は、ドライブアンプ１５５で反転増幅されて電極パッド１４９Ａ、１４９Ｃ、１４９Ｅ、１４９Ｇに供給されている。この構成により、駆動回路１５０は、図３に示す位相を有する駆動信号を駆動部１２９〜１３６に与え、アーム１２１〜１２４を図３に示す位相で振動させることができる。
図５Ａと図５Ｂは角速度センサ１１６に角速度が加わった場合の動作を示す模式平面図である。
図５ＡはＺ軸の周りの角速度１５７を検出する場合の角速度センサ１１６の平面図である。駆動回路１５０から駆動部１２９〜１３６に対して駆動信号が与えられることにより、錘１２５〜１２８にはＸ軸の方向の固有の駆動振動周波数で駆動振動１５６が発生する。角速度センサ１１６にＺ軸の周りの角速度１５７が与えられると、コリオリの力がＹ軸の方向に発生し、錘１２５〜１２８に検出振動１５８が発生する。錘１２５〜１２８にＹ軸の方向の検出振動１５８が発生する結果、アーム１２１〜１２４はＸ軸の方向に振動する。なお、アーム１２１、１２３とアーム１２２、１２４とは互いに逆位相で駆動振動しているので、アーム１２１、１２３の検出振動とアーム１２２、１２４の検出振動とは互いに逆位相となる。
検出振動１５８により検出部１４１〜１４８から出力される検出信号は、駆動振動１５６と同じ周波数で、かつ、角速度１５７に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度１５７の大きさωｚを検出することができる。
図５Ｂは、Ｙ軸の周りの角速度１５９を検出する角速度センサ１１６の平面図である。Ｙ軸の周りの角速度１５９が入力されると、コリオリの力により錘１２５〜１２８にＺ軸の方向の検出振動１６０が発生する。アーム１２１、１２３とアーム１２２、１２４とは互いに逆位相で駆動振動しているので、アーム１２１、１２３の検出振動とアーム１２２、１２４の検出振動とは互いに逆位相となる。
検出振動１６０により検出部１４１〜１４８から出力される検出信号は、駆動振動１５６と同じ周波数で、かつ、角速度１５９に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度１５９の大きさωｙを検出することができる。
図６は、検出部１４１〜１４８からそれぞれ出力される信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８を示し、具体的には、信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８それぞれの駆動信号に起因する成分の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りの角速度に起因する成分の位相と、及びＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を示している。
図６より、Ｚ軸の周りの角速度１５７の大きさωｚは、以下の式１により得ることができる。
ωｚ＝｛（Ｓ１０２＋Ｓ１０５）＋（Ｓ１０３＋Ｓ１０８）｝−｛（Ｓ１０１＋Ｓ１０６）＋（Ｓ１０４＋Ｓ１０７）｝ …（式１）
また、Ｙ軸周りの角速度１５９の大きさωｙは、以下の式２により得ることができる。
ωｙ＝｛（Ｓ１０２＋Ｓ１０５）＋（Ｓ１０１＋Ｓ１０６）｝−｛（Ｓ１０３＋Ｓ１０８）＋（Ｓ１０４＋Ｓ１０７）｝ …（式２）
図６において、各ユニット１９１〜１９３の対称性により、例えば駆動信号に起因する成分の大きさは信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８において同じである。また、Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の大きさは信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８において同じであり、他の角速度、加速度についても同様である。角速度１５７の大きさωｚを得るための式１に駆動振動に起因する成分の位相を代入すると式１の値は０となる。すなわち、検出部１４１〜１４８には駆動信号に起因する成分が不要信号として混入するが、この信号は式１の演算により互いに相殺される。同様に、式１にＸ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式１の値は０となる。Ｙ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式１の値は０となる。Ｘ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式１の値は０となる。Ｙ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式１の値は０となる。Ｚ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式１の値は０となる。すなわち、不要信号である他軸周りの角速度、加速度による不要信号が混入しても、式１の演算により互いに相殺される。
同様に、Ｙ軸周りの角速度１５９の大きさωｙを得るための式２に対して、駆動信号に起因する成分の位相を代入すると、式２の値は０となる。Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式２の値は０となる。Ｚ軸周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式２の値は０となる。Ｘ軸方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式２の値は０となる。Ｙ軸方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式２の値は０となる。Ｚ軸方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式２の値は０となる。すなわち、不要信号である駆動振動、他軸周りの角速度及び加速度による不要信号が混入しても、式２の演算により互いに相殺される。
このように、検出部１４１〜１４８よりなる検出ユニット１９３をＹ軸に平行な軸ＡＹ１１及びＸ軸に平行な軸ＡＸ１１に関して対称に設けたことにより、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度の成分を相殺させることが可能となる。
図７は、角速度センサ１１６に接続された検出回路１６１の回路図である。複数の電極パッド１４９の一部である電極パッド１４９−１〜１４９−８は、検出部１４１〜１４８とそれぞれ電気的に接続されている。式１及び式２の演算は、図７に示す検出回路１６１で行うことができる。
電極パッド１４９−２に接続された信号線と電極パッド１４９−５に接続された信号線は接続点１９６Ａで接続されている。電極パッド１４９−２から出力される電流である信号Ｓ１０２と電極パッド１４９−５から出力される電流である信号Ｓ１０５とは接続点１９６Ａで合計されてＩＶ変換アンプ１６２Ａに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド１４９−３に接続された信号線と電極パッド１４９−８に接続された信号線は接続点１９６Ｂで接続される。電極パッド１４９−３から出力される電流である信号Ｓ１０３と電極パッド１４９−８から出力される電流である信号Ｓ１０８とは接続点１９６Ｂで合計されてＩＶ変換アンプ１６２Ｂに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド１４９−１に接続された信号線と電極パッド１４９−６に接続された信号線は接続点１９６Ｃに接続されている。電極パッド１４９−１から出力される電流である信号Ｓ１０１と電極パッド１４９−６から出力される電流である信号Ｓ１０６とは接続点１９６Ｃで合計されてＩＶ変換アンプ１６２Ｃに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド１４９−４に接続された信号線と電極パッド１４９−７に接続された信号線は接続点１９６Ｄで接続されている。電極パッド１４９−４から出力される電流である信号Ｓ１０４と電極パッド１４９−７から出力される電流である信号Ｓ１０７とは接続点１９６Ｄで合計されてＩＶ変換アンプ１６２Ｄに入力され、電圧に変換されて出力される。
Ｚ軸の周りの角速度１５７の大きさωｚは以下の構成で算出される。ＩＶ変換アンプ１６２Ａからの出力とＩＶ変換アンプ１６２Ｂからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＡ１１と抵抗ＲＢ１１とを介して結線され、ＩＶ変換アンプ１６２Ｃからの出力とＩＶ変換アンプ１６２Ｄからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＣ１１と抵抗ＲＤ１１とを介して結線され、これらが差動アンプ１６３Ｚに入力される。実施の形態１では、抵抗ＲＡ１１、ＲＢ１１は同じ抵抗値を有し、抵抗ＲＣ１１、ＲＤ１１は同じ抵抗値を有する。さらに差動アンプ１６３Ｚから出力された信号を駆動回路１５０から出力された信号を用いて検波回路１６４Ｚで検波する。検波された信号からローパスフィルタ１６５Ｚが抽出した信号をＺ軸の周りの角速度１５７の大きさωｚとして出力端子１６６Ｚから出力している。
Ｙ軸の周りの角速度１５９の大きさωｙは以下の構成で算出される。ＩＶ変換アンプ１６２Ａからの出力とＩＶ変換アンプ１６２Ｃからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＡ１２と抵抗ＲＣ１２とを介して結線され、ＩＶ変換アンプ１６２Ｂからの出力とＩＶ変換アンプ１６２Ｄからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＢ１２と抵抗ＲＤ１２とを介して結線され、これらが差動アンプ１６３Ｙに入力される。実施の形態１では、抵抗ＲＡ１２、ＲＣ１２は同じ抵抗値を有し、抵抗ＲＢ１２、ＲＤ１２は同じ抵抗値を有する。さらに差動アンプ１６３Ｙから出力された信号を駆動回路１５０から出力された信号を用いて検波回路１６４Ｙで検波する。検波された信号からローパスフィルタ１６５Ｙで抽出した信号をＹ軸の周りの角速度１５９の大きさωｙとして出力端子１６６Ｙから出力している。
図６及び図７に示すように、駆動信号に起因する成分は、ＩＶ変換アンプ１６２Ａ〜１６２Ｄへ入力される前に、電極パッド１４９−１〜１４９−８の結線により、相殺されている。従って、ＩＶ変換アンプ１６２Ａ〜１６２Ｄで増幅する前に、駆動信号に起因する成分を相殺することができる。
また、Ｙ軸の周りの角速度１５９に起因する成分は、Ｚ軸の周りの角速度１５７を検出するための差動アンプ１６３Ｚへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ１６２Ａ〜１６２Ｄの結線により相殺されている。従って、差動アンプ１６３Ｚで増幅する前に、Ｙ軸の周りの角速度１５９に起因する成分を相殺することができる。
また、角速度１５７に起因する成分は、Ｙ軸の周りの角速度１５９を検出するための差動アンプ１６３Ｙへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ１６２Ａ〜１６２Ｄの結線により相殺されている。
また、Ｘ軸の方向の加速度に起因する成分は、ＩＶ変換アンプ１６２Ａ〜１６２Ｄへ入力される前に相殺することができ、Ｙ軸の方向の加速度に起因する成分は、差動アンプ１６３Ｚで増幅する前に相殺することができる。
以上のように、検出部１４１〜１４８を備えた検出ユニット１９３をＹ軸に平行な軸ＡＹ１１及びＸ軸に平行な軸ＡＸ１１に関して対称に設けたことにより、不要信号である駆動信号に起因する成分と、他軸の周りの角速度に起因する成分及び加速度に起因する成分を相殺させることが可能となる。
また、検出部１４１、１４２は、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ１２に関して互いに対称に設けられている。検出部１４３、１４４は、軸ＡＹ１１と平行な軸ＡＹ１３に関して互いに対称に設けられている。軸ＡＹ１３は軸ＡＹ１１に関して軸ＡＹ１２と対称である。検出部１４５、１４６は、軸ＡＹ１２に関して互いに対称に設けられている。検出部１４７、１４８は、軸ＡＹ１３に関して互いに対称に設けられている。
図８は実施の形態１による他の角速度センサ１１６Ａの平面図である。図８において、図１に示す角速度センサ１１６と同じ部分には同じ参照番号を付す。図８に示す角速度センサ１１６Ａの駆動ユニット１９１は、アーム１２１の延部１２１Ｄに設けられた駆動部１６７、１６８と、アーム１２２の延部１２２Ｄに設けられた駆動部１６９、１７０と、アーム１２３の延部１２３Ｄに設けられた駆動部１７１、１７２と、アーム１２４の延部１２４Ｄに設けられた駆動部１７３、１７４とをさらに有する。これにより、アーム１２１〜１２４をＹ軸の方向にも振動させることができ、Ｘ軸の周りの角速度をも検出することが可能となる。この場合、Ｘ軸の周りの角速度の大きさωｘは式３により得ることができる。
ωｘ＝（Ｓ１０１＋Ｓ１０２＋Ｓ１０３＋Ｓ１０４）−（Ｓ１０５＋Ｓ１０６＋Ｓ１０７＋Ｓ１０８） …（式３）
駆動部１６７、１６８は軸ＡＸ１１に平行な軸ＡＸ１２に関して互いに対称に設けられている。駆動部１６９、１７０は軸ＡＸ１２に関して互いに対称に設けられている。駆動部１７１、１７２は、軸ＡＸ１１と平行な軸ＡＸ１３に関して互いに対称に設けられている。軸ＡＸ１３は軸ＡＸ１１に関して軸ＡＸ１２に対称である。駆動部１７３、１７４は、軸ＡＸ１３に関して互いに対称に設けられている。
また、駆動部１６７、１７１は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部１６８、１７２は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部１６９、１７３は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部１７０、１７４は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。
また、駆動部１６７、１６９は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部１６８、１７０は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部１７１、１７３は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部１７２、１７４は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。
駆動部１６７〜１７４により、３軸の角速度を同時に検出することができるとともに、各軸の角速度の検出過程において、不要信号である駆動信号、他軸の周りの角速度及び加速度に起因する成分を相殺させることが可能となる。
なお、実施の形態１における角速度センサ１１６、１１６Ａでは、錘１２５〜１２８が接続されたアーム１２１〜１２４を横梁１２０で支持し、横梁１２０を縦梁１１８、１１９で支持し、さらに縦梁１１８、１１９を支持体１１７で支持する構造を採用している。この構造により、３軸の角速度を同時に検出することができるが、加速度や衝撃等の影響を受けやすくなるというデメリットが生じる。従って、角速度センサ１１６、１１６Ａの素子構造において特に、他軸周りの角速度及び加速度に起因する成分を相殺させる効果が顕著となる。
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２における角速度センサ１７５の平面図である。図９において、図８に示す実施の形態１における角速度センサ１１６Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図９に示す角速度センサ１７５の検出ユニット１９３は、縦梁１１８上に設けられた検出部１７６、１７８と、縦梁１１９上に設けられた検出部１７７、１７９とをさらに有する。
縦梁１１８は、錘１２５とアーム１２１に対向する部分１１８Ｃと、錘１２７とアーム１２３に対向する部分１１８Ｄとを有する。縦梁１１８におけるアーム１２１の側、すなわち部分１１８Ｃに検出部１７６が設けられ、縦梁１１８におけるアーム１２３の側すなわち部分１１８Ｄに検出部１７８が設けられている。また、縦梁１１９は、錘１２６とアーム１２２に対向する部分１１９Ｃと、錘１２８とアーム１２４に対向する部分１１９Ｄとを有する。縦梁１１９におけるアーム１２２の側すなわち部分１１９Ｃに検出部１７７が設けられ、縦梁１１９におけるアーム１２４の側すなわち部分１１９Ｄに検出部１７９が設けられている。
検出部１７６と検出部１７７とは軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１７８と検出部１７９とは軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。また、検出部１７６と検出部１７８とは軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１７７と検出部１７９とは軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。
検出部１７６〜１７９を用いて、角速度センサ１７５に加わるＸ軸の周りの角速度を検出することができる。
図１０は、検出部１７６〜１７９からそれぞれ出力される信号Ｓ１０９〜Ｓ１１２を示し、具体的には信号Ｓ１０９〜Ｓ１１２の駆動信号に起因する成分の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りの角速度に起因する成分の位相、及びＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を示している。
図１０より、Ｘ軸の周りの角速度の大きさωｘ２は、式４により得ることができる。
ωｘ２＝（Ｓ１０９＋Ｓ１１１）−（Ｓ１１０＋Ｓ１１２） …（式４）
図１０において、各ユニット１９１〜１９３の対称性により、例えばＸ軸の周りの角速度に起因する成分の大きさは信号Ｓ１０９〜Ｓ１１２において同じであり、他の角速度、加速度についても同様である。ここで、Ｘ軸の周りの角速度の大きさωｘ２を得るための式４に対して、駆動信号に起因する成分と、Ｙ軸及びＺ軸周りの角速度に起因する成分の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式４の値は０となる。すなわち、不要信号であるである他軸周りの角速度、加速度に起因する成分が混入しても、式４の演算により相殺される。
なお、図１０に示すように、検出部１７６〜１７９を軸ＡＹ１１及び軸ＡＸ１１に関して対称となるように縦梁１１８、１１９に設けることにより、検出部１７６〜１７９に駆動信号に起因する成分が現れなくなる。これにより、複数の検出電極から出力される信号を加算せずとも、駆動信号の影響をなくすことができる。図１に示す角速度センサ１１６では、例えば、支持体１１７に対して検出部１４１〜１４８の位置がずれた場合には、式１や式２、式３の演算を行っても駆動信号に起因する成分を相殺することができない。実施の形態２における角速度センサ１７５では、支持体１１７に対して検出部１７６〜１７９の位置がずれた場合であっても、駆動信号に起因する成分の影響をなくすことが可能となる。同様に、不要信号であるＹ軸周りの角速度、Ｚ軸周りの角速度及びＹ方向の加速度に起因する成分も相殺されて検出部１４１〜１４８に現れないので、同様の効果を奏する。
以上のように、検出部１７６〜１７９を軸ＡＹ１１及び軸ＡＸ１１に関して対称に設けたことにより、不要信号である駆動振動、他軸周りの角速度及び加速度に起因する成分をなくす、或いは相殺させることが可能となる。
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３における角速度センサ１８０の平面図である。図１１において、図８に示す実施の形態１における角速度センサ１１６Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態３における角速度センサ１８０の検出ユニット１９３は、横梁１２０上に設けられた検出部１８１〜１８４をさらに有する。
横梁１２０におけるアーム１２１側に検出部１８１が設けられ、アーム１２２側に検出部１８２が設けられ、アーム１２３側に検出部１８３が設けられ、アーム１２４側に検出部１８４が設けられている。
検出部１８１と検出部１８２とは軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１８３と検出部１８４とは軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。また、検出部１８１と検出部１８３とは軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部１８２と検出部１８４とは軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。
検出部１８１〜１８４を用いて、角速度センサ１８０に加わるＹ軸の周りの角速度を検出することができる。
図１２は、検出部１８１〜１８４から出力される信号Ｓ１１３〜Ｓ１１６を示し、具体的には、駆動信号に起因する成分の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りの角速度に起因する成分の位相、及びＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を示している。
図１２より、Ｙ軸の周りの角速度の大きさωｙ２は式５により得ることができる。
ωｙ２＝（Ｓ１１３＋Ｓ１１５）−（Ｓ１１４＋Ｓ１１６） …（式５）
図１２において、各ユニット１９１〜１９３の対称性により、例えばＸ軸の周りの角速度に起因する成分の大きさは信号Ｓ１１３〜Ｓ１１６において同じであり、他の角速度、加速度についても同様である。ここで、Ｙ軸周りの角速度の大きさωｙ２を得るための式５に対して、駆動信号に起因する成分の位相と、Ｘ軸及びＺ軸の周りの角速度に起因する成分の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を代入すると、式５の値は０となる。すなわち、不要信号である他軸周りの角速度、加速度に起因する成分が混入しても、式５の演算により相殺される。
なお、図１２から分かるように、検出部１８１〜１８４を軸ＡＹ１１及び軸ＡＸ１１に関して対称となるように横梁１２０に設けることにより、検出部１８１〜１８４に駆動信号に起因する成分が現れなくなる。これにより、複数の検出電極から出力される信号を加算せずとも、不要信号で駆動信号の影響をなくすことができる。図１に示す角速度センサ１１６では、例えば、支持体１１７に対して検出部１４１〜１４８の位置がずれた場合には、式１や式２、式３の演算を行っても駆動信号に起因する成分を相殺することができない。実施の形態３における角速度センサ１８０では、支持体１１７に対して検出部１８１〜１８４の位置がずれた場合であっても、駆動信号の影響をなくすことが可能となる。同様に、不要信号であるＸ軸周りの角速度に起因する成分、Ｚ軸周りの角速度に起因する成分及びＸ方向の加速度に起因する成分についても、検出部１８１〜１８４に現れないので、同様の効果を奏する。
（実施の形態４）
図１３は、実施の形態４における角速度センサ１１６Ｂの平面図である。図１３において、図１に示す実施の形態１における角速度センサ１１６と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１３に示す角速度センサ１１６Ｂでは、駆動ユニット１９１は、図１に示す角速度センサ１１６の駆動部１２９〜１３６の代わりに、駆動部４４１〜４４８を有する。また、角速度センサ１１６Ｂでは、検出ユニット１９３は、検出部１４１〜１４８の代わりに、検出部４２９〜４３６を有する。
駆動ユニット１９１は軸ＡＸ１１と軸ＡＹ１１に関して対称に形成されている。駆動部４４１、４４３は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部４４２、４４４は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部４４５、４４７は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部４４６、４４８は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。また、駆動部４４１、４４５は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部４４２、４４６は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部４４３、４４７は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。駆動部４４４、４４８は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。
また、検出ユニット１９３は軸ＡＸ１１と軸ＡＹ１１に関して対称に形成されている。検出部４２９、４３１は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部４３０、４３２は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部４３３、４３５は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部４３４、４３６は軸ＡＹ１１に関して互いに対称に設けられている。また、検出部４２９、４３３は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部４３０、４３４は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部４３１、４３５は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。検出部４３２、４３６は軸ＡＸ１１に関して互いに対称に設けられている。
駆動部４４１、４４２は共にアーム１２１に沿って延部１２１Ｃ、１２１Ｄに亘って設けられている。駆動部４４３、４４４は共にアーム１２２に沿って延部１２２Ｃ、１２２Ｄに亘って設けられている。駆動部４４５、４４６は共にアーム１２３に沿って延部１２３Ｃ、１２３Ｄに亘って設けられている。駆動部４４７、４４８は共にアーム１２４に沿って延部１２４Ｃ、１２４Ｄに亘って設けられている。
検出部４２９、４３０は共にアーム１２１に沿って延部１２１Ｄ、１２１Ｅに亘って設けられている。検出部４３１、４３２は共にアーム１２２に沿って延部１２２Ｄ、１２２Ｅに亘って設けられている。検出部４３３、４３４は共にアーム１２３に沿って延部１２３Ｄ、１２３Ｅに亘って設けられている。検出部４３５、４３６は共にアーム１２４に沿って延部１２４Ｄ、１２４Ｅに亘って設けられている。
図１４は角速度センサ１１６Ｂの拡大平面図であり、特にアーム１２１と錘１２５を示す。アーム１２１は、横梁１２０の中間部１９４に設けられた保持部１９５に接続された一端１２１Ａから、錘１２５に接続された他端１２１Ｂまで延びて実質的にＪ字形状を有する。アーム１２１の検出部４２９、４３０と駆動部４４１、４４２とモニタ部１３７が設けられている面は実質的にＪ字形状に延びる。その面は、そのＪ字形状の内周に沿って延びる内周縁１２１Ｆと、そのＪ字形状の外周に沿って延びる外周縁１２１Ｇと、内周縁１２１Ｆと外周縁１２１Ｇとの間の真中に延びる中心線１２１Ｈとを有する。
アーム１２１の延部１２１Ｄ、１２１Ｅに亘って延びている検出部４２９は、アーム１２１の延部１２１Ｄ、１２１Ｅに亘って延びている検出部４３０に比べて、アーム１２１のＪ字形状の外周縁１２１Ｇにより近い。すなわち、検出部４３０は、検出部４２９に比べて、アーム１２１のＪ字形状の内周縁１２１Ｆにより近い。検出部４２９、４３０間の間隙Ｇ１０１の真中をアーム１２１に沿って延びる中間線Ｂ１０１を定義する。すなわち、中間線Ｂ１０１と外周縁１２１Ｇとの間に検出部４２９が位置し、中間線Ｂ１０１と内周縁１２１Ｆとの間に検出部４３０が位置する。検出部４２９、４３０は同じ幅でアーム１２１に沿って延びることが望ましい。
すなわち、アーム１２１は、内周側に位置する内周縁１２１Ｆと、外周側に位置する外周縁１２１Ｇと、内周縁１２１Ｆと外周縁１２１Ｇの真中に延びる中心線１２１Ｈとを有するようにＪ字形状に曲がっている。検出部４２９と検出部４３０はアーム１２１に沿って延びている。検出部４２９と検出部４３０との間の真中の中間線Ｂ１０１は中心線１２１Ｈと内周縁１２１Ｆとの間に位置する。検出部４２９と検出部４３０はアーム１２１に沿って曲がって延びていてもよい。
アーム１２１と同様に、アーム１２２は、内周側に位置する内周縁と、外周側に位置する外周縁と、内周縁と外周縁の真中に延びる中心線とを有するようにＪ字形状に曲がっている。検出部４３１と検出部４３２はアーム１２２に沿って延びている。検出部４３１と検出部４３２との間の真中の中間線は上記中心線と内周縁との間に位置する。検出部４３１と検出部４３２はアーム１２２に沿って曲がって延びていてもよい。
アーム１２１と同様に、アーム１２３は、内周側に位置する内周縁と、外周側に位置する外周縁と、内周縁と外周縁の真中に延びる中心線とを有するようにＪ字形状に曲がっている。検出部４３３と検出部４３４はアーム１２３に沿って延びている。検出部４３３と検出部４３４との間の真中の中間線は上記中心線と内周縁との間に位置する。検出部４３３と検出部４３４はアーム１２３に沿って曲がって延びていてもよい。
アーム１２１と同様に、アーム１２４は、内周側に位置する内周縁と、外周側に位置する外周縁と、内周縁と外周縁の真中に延びる中心線とを有するようにＪ字形状に曲がっている。検出部４３５と検出部４３６はアーム１２４に沿って延びている。検出部４３５と検出部４３６との間の真中の中間線は上記中心線と内周縁との間に位置する。検出部４３５と検出部４３６はアーム１２４に沿って曲がって延びていてもよい。
図１５は、アーム１２１に設けられた検出部４２９、４３０間の中間線Ｂ１０１の位置と、図７に示す検出回路１６１から出力される不要信号の大きさとの関係を示す図である。図１５に示すように、中間線Ｂ１０１をアーム１２１の中心線１２１Ｈから内周側にずらすことにより、検出部４２９、４３０から出力される信号のバランスが取れて、不要信号の大きさが０となる。実施の形態４では、中間線Ｂ１０１をアーム１２１の幅（１００μｍ）に対して１％（＝約１μｍ）だけ中心線１２１Ｈから内周側にずらす。他のアーム１２２〜１２４と他の検出部４３１〜４３６も、アーム１２１と検出部４２９、４３０と同様に配置することで不要信号の大きさを０にすることができる。
また、図１４に示すように、アーム１２１に設けられた駆動部４４１、４４２はアーム１２１に沿って延びている。駆動部４４１と駆動部４４２との間の間隙Ｇ１０２の真中の中間線Ｂ１０２は、中間線Ｂ１０１とは逆に、中心線１２１Ｈと外周縁１２１Ｇとの間に位置する。これにより、アーム１２１をＸ軸の正負方向に同じ変位でバランス良く振動させることができる。実施の形態４では、中間線Ｂ１０２をアーム１２１の幅（１００μｍ）に対して１％（＝約１μｍ）だけ中心線１２１Ｈから外周側にずらす。駆動部４４１、４４２は同じ幅でアーム１２１に沿って延びることが望ましい。また、駆動部４４１、４４２はアーム１２１に沿って曲がって延びることが望ましい。
アーム１２１と同様に、アーム１２２に設けられた駆動部４４３、４４４はアーム１２２に沿って延びている。駆動部４４３と駆動部４４４との間の真中の中間線はアーム１２２の中心線と外周縁との間に位置する。これにより、アーム１２２をＸ軸の正負方向に同じ変位でバランス良く振動させることができる。実施の形態４では、中間線をアーム１２２の幅（１００μｍ）に対して１％（＝約１μｍ）だけ中心線から外周側にずらす。駆動部４４３、４４４は同じ幅でアーム１２２に沿って延びることが望ましい。また、駆動部４４３、４４４はアーム１２２に沿って曲がって延びることが望ましい。
アーム１２１と同様に、アーム１２３に設けられた駆動部４４５、４４６はアーム１２３に沿って延びている。駆動部４４５と駆動部４４６との間の真中の中間線はアーム１２３の中心線と外周縁との間に位置する。これにより、アーム１２３をＸ軸の正負方向に同じ変位でバランス良く振動させることができる。実施の形態４では、中間線をアーム１２３の幅（１００μｍ）に対して１％（＝約１μｍ）だけ中心線から外周側にずらす。駆動部４４５、４４６は同じ幅でアーム１２３に沿って延びることが望ましい。また、駆動部４４４、４４５はアーム１２３に沿って曲がって延びることが望ましい。
アーム１２１と同様に、アーム１２４に設けられた駆動部４４７、４４８はアーム１２４に沿って延びている。駆動部４４７と駆動部４４８との間の真中の中間線はアーム１２４の中心線と外周縁との間に位置する。これにより、アーム１２４をＸ軸の正負方向に同じ変位でバランス良く振動させることができる。実施の形態４では、中間線をアーム１２４の幅（１００μｍ）に対して１％（＝約１μｍ）だけ中心線から外周側にずらす。駆動部４４７、４４８は同じ幅でアーム１２４に沿って延びることが望ましい。また、駆動部４４７、４４８はアーム１２４に沿って曲がって延びることが望ましい。
（実施の形態５）
図１６は、本発明の実施の形態５における角速度センサ２１６の平面図である。
図１６において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面を定義する。角速度センサ２１６は、枠形状を有する支持体２１７と、支持体２１７にＹ軸と平行に懸架された縦梁２１８、２１９と、縦梁２１８、２１９間に懸架された横梁２２０と、錘２２５〜２２８と、横梁２２０の中間部２９４に設けられた保持部２９５と、保持部２９５に支持されたアーム２２１〜２２４と、アーム２２１〜２２４をＸＹ平面と平行に駆動し振動させる駆動ユニット２９１と、アーム２２１〜２２４のＸＹ平面と平行な方向の変位を検出するモニタユニット２９２と、アーム２２１〜２２４に設けられた錘２２５〜２２８のＸ軸の方向の変位又はＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する検出ユニット２９３とを備える。検出ユニット２９３はアーム２２１〜２２４の変位であるＸ軸の方向の変位又はＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する。支持体２１７は角速度が加わる被測定物２１７Ｃに固定されるように構成されている。アーム２２１は、保持部２９５に支持された一端２２１Ａと、錘２２５に接続された他端２２１Ｂとを有し、一端２２１ＡからＹ軸の正方向に延出する。アーム２２２は、保持部２９５に支持された一端２２２Ａと、錘２２６に接続された他端２２２Ｂとを有し、一端２２２ＡからＹ軸の正方向に延出する。アーム２２３は、保持部２９５に支持された一端２２３Ａと、錘２２７に接続された他端２２３Ｂとを有し、一端２２３ＡからＹ軸の負方向に延出する。アーム２２４は、保持部２９５に支持された一端２２４Ａと、錘２２８に接続された他端２２４Ｂとを有し、一端２２４ＡからＹ軸の負方向に延出する。駆動ユニット２９１は、アーム２２１〜２２４をＸＹ平面と平行に振動させる駆動部２２９〜２３６を有する。モニタユニット２９２は、アーム２２１〜２２４のＸ軸の方向の変位をそれぞれ検出するモニタ部２３７〜２４０を有する。検出ユニット２９３は、錘２２５〜２２８のＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する検出部２４１〜２４８を有する。保持部２９５は横梁２２０と縦梁２１８、２１９を介して支持体２１７に結合する。支持体２１７と縦梁２１８との間にはスリット２１７Ａが設けられており、支持体２１７と縦梁２１９との間にはスリット２１７Ｂが設けられている。支持体２１７と縦梁２１８，２１９との間にスリット２１７Ａ、２１７Ｂを設けることにより、角速度センサ２１６をパッケージ又は下蓋等に接着した際の応力が横梁２２０やアーム２２１〜２２４に伝達することを抑制することができる。
また、支持体２１７にはスリット２１７Ａ、２１７Ｂが設けられていなくてもよい。この場合には、支持体２１７の一部が縦梁２１８、２１９として機能する。この場合には、角速度センサ２１６のＸ軸の方向の幅を小さくすることができる。
支持体２１７は、縦梁２１８、２１９を支持する固定部材であり、角速度センサ２１６を格納するパッケージに別の支持部材や接着剤等を用いて固定される。支持体２１７の外縁部には複数の電極パッド２４９が設けられている。複数の電極パッド２４９は、駆動部２２９〜２３６、モニタ部２３７〜２４０及び検出部２４１〜２４８と配線によりそれぞれ電気的に接続されている。
縦梁２１８及び縦梁２１９はＹ軸と平行に延びており、両端が支持体２１７に接続されることにより支持体２１７に懸架されている。これにより、縦梁２１８及び縦梁２１９は、Ｚ軸の方向に撓むことができる。また、縦梁２１８と縦梁２１９とは、Ｙ軸に平行な軸ＡＹ２１に関して互いに実質的に対称となるように形成されている。これにより、角速度センサ２１６に与えられた角速度に対して、縦梁２１８と縦梁２１９とは実質的に同一の振幅で撓む。
横梁２２０はＸ軸と平行に延びており、一端が縦梁２１８の実質的に中点に接続され、他端が縦梁２１９の実質的に中点に接続されている。これにより、横梁２２０はＺ軸の方向に撓むことができる。
アーム２２１は、保持部２９５に接続された一端２２１ＡからＹ軸の正方向に延出する延部２２１Ｃと、延部２２１ＣからＸ軸の正方向に延びる延部２２１Ｄと、延部２２１ＤからＹ軸の負方向に延びる延部２２１Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端２２１Ｂは延部２２１Ｅの端であり、錘２２５が接続されている。
アーム２２２は、保持部２９５に接続された一端２２２ＡからＹ軸の正方向に延出する延部２２２Ｃと、延部２２２ＣからＸ軸の負方向に延びる延部２２２Ｄと、延部２２２ＤからＹ軸の負方向に延びる延部２２２Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端２２２Ｂは延部２２２Ｅの端であり、錘２２６が接続されている。
アーム２２３は、保持部２９５に接続された一端２２３ＡからＹ軸の負方向に延出する延部２２３Ｃと、延部２２３ＣからＸ軸の正方向に延びる延部２２３Ｄと、延部２２３ＤからＹ軸の正方向に延びる延部２２３Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端２２３Ｂは延部２２３Ｅの端であり、錘２２７が接続されている。
アーム２２４は、保持部２９５に接続された一端２２４ＡからＹ軸の負方向に延出する延部２２４Ｃと、延部２２４ＣからＸ軸の負方向に延びる延部２２４Ｄと、延部２２４ＤからＹ軸の正方向に延びる延部２２４Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端２２４Ｂは延部２２４Ｅの端であり、錘２２８が接続されている。
アーム２２１〜２２４は、Ｘ軸の方向、Ｙ軸の方向及びＺ軸の方向に撓むことができる。
アーム２２１とアーム２２２とは、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ２１に関して互いに対称に形成されている。アーム２２３とアーム２２４とは、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に形成されている。アーム２２１とアーム２２３とは、Ｘ軸と平行な軸ＡＸ２１に関して互いに対称に形成されている。アーム２２２とアーム２２４とは、軸ＡＸ２１に関して互いに対称に形成されている。この構造により、角速度センサ２１６に与えられた角速度に対して、アーム２２１〜２２４は、実質的に同一の振幅で撓むようになる。
支持体２１７、縦梁２１８、２１９、横梁２２０及びアーム２２１〜２２４は、水晶、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３等の圧電材料を用いて形成しても良いし、シリコン、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ又はＧａＡｓ等の非圧電材料を用いて形成しても良い。特に、シリコンを用いることにより、微細加工技術を用いて非常に小型の角速度センサ２１６を形成することが可能となるとともに、回路を構成する集積回路（ＩＣ）と一体に形成することも可能となる。
支持体２１７、縦梁２１８、２１９、横梁２２０及びアーム２２１〜２２４は、それぞれ異なる材料又は同一の材料から形成した後に組み立てて形成しても良いし、同一の材料を用いて一体に形成しても良い。同一の材料を用いて一体に形成する場合は、ドライエッチング又はウエットエッチングを用いることにより、支持体２１７、縦梁２１８、２１９、横梁２２０及びアーム２２１〜２２４を同一プロセスで形成することができるため、効率的に製造することができる。
駆動部２２９〜２３６は、アーム２２１〜２２４をＸ軸方向に駆動させ変位させる。実施の形態５においては、駆動部２２９〜２３６はＰＺＴ等のピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
図１７は、図１６に示す駆動部２２９、２３０の線１７−１７における概略断面図である。ピエゾ素子２２９Ｂ、２３０Ｂを下部電極２２９Ａ、２３０Ａ及び上部電極２２９Ｃ、２３０Ｃでそれぞれ挟んで形成された駆動部２２９、２３０がアーム２２１の上面に設けられている。すなわち、駆動部２２９、２３０は、アーム２２１の上面に設けられた下部電極２２９Ａ、２３０Ａと、下部電極２２９Ａ、２３０Ａの上面に設けられたピエゾ素子２２９Ｂ、２３０Ｂと、ピエゾ素子２２９Ｂ、２３０Ｂの上面に設けられた上部電極２２９Ｃ、２３０Ｃよりなる。下部電極２２９Ａ、２３０Ａ及び上部電極２２９Ｃ、２３０Ｃは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）又はこれらを主成分とした合金又は酸化物により形成することができる。なお、下部電極２２９Ａ、２３０Ａとして白金（Ｐｔ）を用いることが望ましい。これにより、ピエゾ素子２２９Ｂ、２３０Ｂの材料であるＰＺＴを一方向に配向させることができる。また、上部電極２２９Ｃ、２３０Ｃとして、金（Ａｕ）を用いることが望ましい。これにより、抵抗値の経時劣化が少ないため、信頼性に優れた角速度センサ２１６とすることができる。ここで、下部電極２２９Ａ、２３０Ａはともに基準電位となっており、上部電極２２９Ｃ、２３０Ｃに交流の駆動電圧を印加することにより、アーム２２１をＸ軸の方向に振動させることができる。なお、下部電極２２９Ａ、２３０Ａ及び上部電極２２９Ｃ、２３０Ｃにともに交流の駆動電圧を印加してもよい。これにより、効率的にアーム２２１を振動させることができる。駆動部２３１〜２３６は駆動部２２９、２３０と同様の構造を有して、アーム２２２〜２２４の上面にそれぞれ設けられている。なお、図１６に示すように、駆動部２２９〜２３６は、アーム２２１〜２２４における錘２２５〜２２８の側すなわち延部２２１Ｅ〜２２４Ｅにそれぞれ設けられている。これにより、アーム２２１〜２２４における横梁２２０の側の部分の面積を検出部２４１〜２４８のために確保することができる。一方、駆動部２２９〜２３６をアーム２２１〜２２４における横梁２２０の側すなわち延部２２１Ｃ〜２２４Ｃにそれぞれ設けた場合は、駆動部２２９〜２３６は効率よくアーム２２１〜２２４を駆動し振動させることができる。この場合は、駆動部２２９〜２３６は大きな面積を有することができるので、アーム２２１〜２２４の振幅を大きくすることができ、角速度センサ２１６の感度を高くすることができる。
駆動部２２９、２３０は軸ＡＹ２１に平行な軸ＡＹ２４に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３１、２３２は、軸ＡＹ２１と平行な軸ＡＹ２５に関して互いに対称に設けられている。軸ＡＹ２５は軸ＡＹ２１に関して軸ＡＹ２４に対称である。駆動部２３３、２３４は軸ＡＹ２４に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３５、２３６は軸ＡＹ２５に関して互いに対称に設けられている。
また、駆動部２２９、２３１は軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３０、２３２は軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３３、２３５は軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３４、２３６は軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。
また、駆動部２２９、２３３は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３０、２３４は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３１、２３５は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３２、２３６は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。
図１８は、駆動部２２９〜２３６に与えられる駆動信号の位相と、アーム２２１〜２２４の振動の位相とを示す図である。駆動部２２９、２３１、２３３、２３５には互いに同位相（＋）の駆動信号が与えられ、駆動部２３０、２３２、２３４、２３６には駆動部２２９、２３１、２３３、２３５と逆位相（−）の駆動信号が与えられる。これにより、アーム２２１とアーム２２３とは同位相（＋）でＸ軸の方向に振動し、アーム２２２とアーム２２４とはアーム２２１とアーム２２３と逆位相（−）でＸ軸の方向に振動する。
モニタ部２３７〜２４０は、アーム２２１〜２２４のＸ軸の方向の変位を検出する。実施の形態５においては、モニタ部２３７〜２４０はピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
モニタ部２３７〜２４０は、図１７に示す駆動部２２９、２３０と同様に、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成され、アーム２２１〜２２４の上面に設けられている。また、モニタ部２３７〜２４０は、図１８に示すアーム２２１〜２２４の振動の位相に対して、モニタ部２３７〜２４０は、同位相のモニタ信号が得られる位置に設けられている。なお、モニタ部２３７〜２４０は、図１６に示すように、アーム２２１〜２２４における横梁２２０の側すなわち延部２２１Ｃ〜２２４Ｃにそれぞれ設けられている。これにより、小さな面積で効率よく変位によるアーム２２１〜２２４の歪を検出することが可能となる。なお、検出部２４１〜２４８を設ける部分面積を確保するために、モニタ部２３７〜２４０の面積は検出部２４１〜２４８よりも小さくすることが望ましい。
検出部２４１〜２４８は、アーム２２１〜２２４のＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する。検出部２４１〜２４８はピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
検出部２４１〜２４８は、図１７に示す駆動部２２９、２３０と同様に、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成され、アーム２２１〜２２４の上面に設けられている。なお、検出部２４１〜２４８は、図１６に示すように、アーム２２１〜２２４における横梁２２０の側すなわち延部２２１Ｃ〜２２４Ｃに設けられている。これにより、検出部２４１〜２４８は効率よく変位を検出することができる。この場合、検出部２４１〜２４８は大きな面積を有することができるので、角速度センサ２１６の感度を高くすることができる。一方、検出部２４１〜２４８がアーム２２１〜２２４における錘２２５〜２２８の側すなわち延部２２１Ｅ〜２２４Ｅに設けられている場合は、アーム２２１〜２２４における横梁２２０の側の部分の面積を駆動部２２９〜２３６を設けるために確保することができる。
図１６に示すように、駆動部２２９と駆動部２３１とは、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３０と駆動部２３２とは、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３３と駆動部２３５とは、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３４と駆動部２３６とは、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２２９と駆動部２３３とは、Ｘ軸と平行な軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３０と駆動部２３４とは、軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３１と駆動部２３５とは、軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２３２と駆動部２３６とは、軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。このように駆動部２２９〜２３６よりなる駆動ユニット２９１を軸ＡＹ２１及び軸ＡＸ２１に関して対称に設けることにより、加速度等の外乱に影響されずにアームを安定駆動させることができ、角速度センサ２１６は角速度を高い精度で検出することができる。
図１９は、角速度センサ２１６に接続された駆動回路２５０の回路図である。複数の電極パッド２４９の一部である電極パッド２４９Ａ〜２４９Ｈは駆動部２２９〜２３６とそれぞれ電気的に接続されている。複数の電極パッド２４９の一部である電極パッド２４９Ｉ〜２４９Ｌはモニタ部２３７〜２４０とそれぞれ電気的に接続されている。電極パッド２４９Ｉ〜２４９Ｌに接続された信号線は接続点２９６で接続されている。電極パッド２４９Ｉ〜２４９Ｌから出力されたモニタ信号である電流は接続点２９６で合計されてＩＶ変換アンプ２５１に入力されて電圧に変換される。その電圧は、自動利得制御器（ＡＧＣ）２５２で一定振幅の電圧に調整されて出力される。ＡＧＣ２５２から出力された電圧の不要周波数成分がフィルタ２５３で除去される。フィルタ２５３から出力された電圧はドライブアンプ２５４で反転増幅されて電極パッド２４９Ｂ、２４９Ｄ、２４９Ｆ、２４９Ｈに供給されている。また、ドライブアンプ２５４から出力された駆動信号は、ドライブアンプ２５５で反転増幅されて電極パッド２４９Ａ、２４９Ｃ、２４９Ｅ、２４９Ｇに供給されている。この構成により、駆動回路２５０は、図１８に示す位相を有する駆動信号を駆動部２２９〜２３６に与え、アーム２２１〜２２４を図１８に示す位相で振動させることができる。
図２０Ａと図２０Ｂは、角速度センサ２１６に角速度が加わった場合の動作を示す模式平面図である。
図２０Ａは、Ｚ軸の周りの角速度２５７を検出する場合の角速度センサ２１６の動作を示す模式平面図である。角速度センサ２１６は駆動回路２５０から駆動部２２９〜２３６に対して駆動信号が与えられることにより、Ｘ軸方向の固有の駆動振動周波数で駆動振動２５６が発生する。角速度センサ２１６にＺ軸周りの角速度２５７が与えられると、錘２２５〜２２８にはコリオリの力がＹ軸の方向に発生し、検出振動２５８が発生する。錘２２５〜２２８にＹ軸の方向の検出振動２５８が発生する結果、アーム２２１〜２２４はＸ軸の方向に振動する。なお、アーム２２１、２２３とアーム２２２、２２４とは互いに逆位相で駆動振動しているので、アーム２２１、２２３の検出振動とアーム２２２、２２４の検出振動とは互いに逆位相となる。
検出振動２５８により検出部２４１〜２４８から出力される検出信号は、駆動振動２５６と同じ周波数で、かつ、角速度２５７に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度２５７の大きさωｚを検出することができる。
図２０Ｂは、Ｙ軸の周りの角速度２５９を検出する場合の角速度センサ２１６の模式平面図である。図２０Ｂにおいて、Ｙ軸の周りの角速度２５９が入力されると、コリオリの力により錘２２５〜２２８にＺ軸方向に検出振動２６０が発生する。なお、アーム２２１、２２３とアーム２２２、２２４とは互いに逆位相で駆動振動しているので、アーム２２１、２２３の検出振動とアーム２２２、２２４の検出振動とは互いに逆位相となる。
検出振動２６０により検出部２４１〜２４８から出力される検出信号は、駆動振動２５６と同じ周波数で、かつ、角速度２５９に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度２５９の大きさωｙを検出することができる。
図２１は検出部２４１〜２４８からそれぞれ出力される信号Ｓ２０１〜Ｓ２０８を示し、具体的には、信号Ｓ２０１〜２０８それぞれの駆動信号に起因する成分の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りの角速度に起因する成分の位相、及びＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を示している。
図２１より、Ｚ軸の周りの角速度２５７の大きさωｚは、以下の式６により得ることができる。
ωｚ＝｛（Ｓ２０２＋Ｓ２０５）＋（Ｓ２０３＋Ｓ２０８）｝−｛（Ｓ２０１＋Ｓ２０６）＋（Ｓ２０４＋Ｓ２０７）｝ …（式６）
また、Ｙ軸周りの角速度２５９の大きさωｙは、以下の式７により得ることができる。
ωｙ＝｛（Ｓ２０２＋Ｓ２０５）＋（Ｓ２０１＋Ｓ２０６）｝−｛（Ｓ２０３＋Ｓ２０８）＋（Ｓ２０４＋Ｓ２０７）｝ …（式７）
図２１において、各ユニット２９１〜２９３の対称性により、例えば駆動信号に起因する成分の大きさは信号Ｓ２０１〜Ｓ２０８において同じである。また、Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の大きさは信号Ｓ２０１〜Ｓ２０８において同じであり、他の角速度についても同様である。角速度２５７の大きさωｚを得るための式６に駆動振動による成分の位相を代入すると式６の値は０となる。すなわち、検出部２４１〜２４８には駆動信号に起因する成分が不要信号として混入するが、この信号は式６の演算により互いに相殺される。同様に、式６にＸ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式１の値は０となる。同様に、式６にＹ軸周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式１の値は０となる。すなわち、不要信号である他軸周りの角速度による不要信号が混入しても、式６の演算により互いに相殺される。
同様に、Ｙ軸周りの角速度２５９の大きさωｙを得るための式７に対して、駆動信号に起因する成分の位相を代入すると、式７の値は０となる。Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式７の値は０となる。同様に、Ｚ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式７の値は０となる。すなわち、不要信号である駆動信号及び他軸周りの角速度による不要信号が混入しても、式７の演算により互いに相殺される。
このように、検出部２４１〜２４８よりなる検出ユニット２９３をＹ軸に平行な軸ＡＹ２１及びＸ軸に平行な軸ＡＸ２１に関して対称に設けたことにより、不要信号である駆動信号及び他軸周りの角速度の成分を相殺させることが可能となる。
図２２は、角速度センサ２１６に接続された検出回路２６１の回路図である。複数の電極パッド２４９の一部である電極パッド２４９−１〜２４９−８は検出部２４１〜２４８とそれぞれ電気的に接続されている。上記の式６及び式７の演算は、図２２に示す検出回路２６１で行うことができる。
電極パッド２４９−２に接続された信号線と電極パッド２４９−５に接続された信号線は接続点２９６Ａで接続されている。電極パッド２４９−２から出力される電流である信号Ｓ２０２と電極パッド２４９−５から出力される電流である信号Ｓ２０５とは接続点２９６Ａで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ａに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド２４９−３に接続された信号線と電極パッド２４９−８に接続された信号線は接続点２９６Ｂで接続される。電極パッド２４９−３から出力される電流である信号Ｓ２０３と電極パッド２４９−８から出力される電流である信号Ｓ２０８とは接続点２９６Ｂで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ｂに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド２４９−１に接続された信号線と電極パッド２４９−６に接続された信号線は接続点２９６Ｃに接続されている。電極パッド２４９−１から出力される電流である信号Ｓ２０１と電極パッド２４９−６から出力される電流である信号Ｓ２０６とは接続点２９６Ｂで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ｃに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド２４９−４に接続された信号線と電極パッド２４９−７に接続された信号線は接続点２９６Ｄで接続されている。電極パッド２４９−４から出力される電流である信号Ｓ２０４と電極パッド２４９−７から出力される電流である信号Ｓ２０７とは接続点２９６Ｄで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ｄに入力され、電圧に変換されて出力される。
Ｚ軸の周りの角速度２５７の大きさωｚは以下の構成で算出される。ＩＶ変換アンプ２６２Ａからの出力とＩＶ変換アンプ２６２Ｂからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＡ２１と抵抗ＲＢ２１とを介して結線され、ＩＶ変換アンプ２６２Ｃからの出力とＩＶ変換アンプ２６２Ｄからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＣ２１と抵抗ＲＤ２１とを介して結線され、これらが差動アンプ２６３Ｚに入力される。実施の形態５では、抵抗ＲＡ２１、ＲＢ２１は同じ抵抗値を有し、抵抗ＲＣ２１、ＲＤ２１は同じ抵抗値を有する。さらに差動アンプ２６３Ｚから出力された信号を駆動回路２５０から出力された信号を用いて検波回路２６４Ｚで検波する。検波された信号からローパスフィルタ２６５Ｚが抽出した信号をＺ軸周りの角速度２５７の大きさωｚとして出力端子２６６Ｚから出力している。
Ｙ軸の周りの角速度２５９の大きさωｙは以下の構成で算出される。ＩＶ変換アンプ２６２Ａからの出力とＩＶ変換アンプ２６２Ｃからの出力とがそれぞれ同じ抵抗値の抵抗ＲＡ２２と抵抗ＲＣ２２とを介して結線され、ＩＶ変換アンプ２６２Ｂからの出力とＩＶ変換アンプ２６２Ｄからの出力とがそれぞれ同じ抵抗値の抵抗ＲＢ２２と抵抗ＲＤ２２とを介して結線され、これらが差動アンプ２６３Ｙに入力される。実施の形態５では、抵抗ＲＡ２２、ＲＣ２２は同じ抵抗値を有し、抵抗ＲＢ２２、ＲＤ２２は同じ抵抗値を有する。さらに差動アンプ２６３Ｙから出力された信号を駆動回路２５０から出力された信号を用いて検波回路２６４Ｙで検波する。検波された信号からローパスフィルタ２６５Ｙが抽出した信号をＹ軸の周りの角速度２５９の大きさωｙとして出力端子２６６Ｙから出力している。
図２１及び図２２に示すように、駆動信号に起因する成分は、ＩＶ変換アンプ２６２Ａ〜２６２Ｄへ入力される前に、電極パッド２４９−１〜２４９−８の結線により、相殺されている。従って、ＩＶ変換アンプ２６２Ａ〜２６２Ｄで増幅する前に、駆動信号に起因する成分を相殺することができる。
また、Ｙ軸の周りの角速度２５９に起因する成分は、Ｚ軸の周りの角速度２５７を検出するための差動アンプ２６３Ｚへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ２６２Ａ〜２６２Ｄの結線により相殺されている。従って、差動アンプ２６３Ｚで増幅する前に、Ｙ軸の周りの角速度２５９に起因する成分を相殺することができる。
また、Ｚ軸の周りの角速度２５７に起因する成分は、Ｙ軸の周りの角速度２５９を検出するための差動アンプ２６３Ｙへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ２６２Ａ〜２６２Ｄの結線により相殺されている。
以上のように、検出部２４１〜２４８を備えた検出ユニット２９３をＹ軸に平行な軸ＡＹ２１及びＸ軸に平行な軸ＡＸ２１に関して対称に設けたことにより、不要信号である駆動信号、他軸周りの角速度及び加速度の成分を互いに相殺させることが可能となる。
また、図１６に示すように、検出部２４１、２４２は、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ２２に関して互いに対称に設けられている。検出部２４３、２４４は、軸ＡＹ２１と平行な軸ＡＹ２３に関して互いに対称に設けられている。軸ＡＹ２３は軸ＡＹ２１に関して軸ＡＹ２２と対称である。検出部２４５、２４６は、軸ＡＹ２２に関して互いに対称に設けられている。検出部２４７、２４８は、軸ＡＹ２３に関して互いに対称に設けられている。
ここで、式６に基づくＺ軸の周りの角速度２５７の検出及び式７に基づくＹ軸の周りの角速度２５９の検出を行うためには、アーム２２１〜２２４が全て同じ共振モードで駆動振動を行っている必要がある。
図３４に示す従来の角速度センサ１０１では、アーム１０４に設けられた駆動部１１２に共振周波数の交流電圧を印加すると、アーム１０４をＸ軸の方向に振動させる。この振動に伴ってアーム１０５〜１０７も同調して共振モード（例えば、４０ｋＨｚの共振モード）で振動する。しかし、例えば、加速度が印加されると、モニタ電極を設けたアーム１０５が加速度の加わった方向に撓むことにより振動の共振モードから本来の共振モードとは異なる共振モード（例えば、４５ｋＨｚの共振モード）に遷移し、その結果、アーム１０４〜１０７が本来の共振モードとは異なる共振モードで振動する場合がある。
実施の形態５における角速度センサ２１６では、アーム２２１〜２２４の上面に設けられた駆動部２２９〜２３６よりなる駆動ユニット２９１がＹ軸と平行な軸ＡＹ２１及びＸ軸と平行な軸ＡＸ２１に関して対称に配置されている。従って、駆動部２２９〜２３６に対して、図１８に示す所定の位相を有して同一振幅を有する駆動信号を与えることにより、Ｘ軸の方向又はＹ軸の方向に加速度が印加された環境下においても、アーム２２１〜２２４を同一の共振モードで安定に駆動振動させることが可能となる。これにより、式６に基づくＺ軸の周りの角速度２５７の検出及び式７に基づくＹ軸の周りの角速度２５９の検出を高精度で行うことが可能となる。
図２３は実施の形態５における他の角速度センサ２１６Ａの平面図である。図２３において、図１６に示す角速度センサ２１６と同じ部分には同じ参照番号を付す。
図２３に示す角速度センサ２１６Ａでは、駆動ユニット２９１は、アーム２２１〜２２４の延部２２１Ｄ〜２２４Ｄに設けられた駆動部２６７〜２７４をさらに有する。これにより、アーム２２１〜２２４をＹ軸の方向にも同一の共振モードで安定に振動させることができ、角速度センサ２１６ＡはＸ軸の周りの角速度をも検出することが可能となる。この場合、Ｘ軸周りの角速度の大きさωｘは、以下の式８により得ることができる。
ωｘ＝（Ｓ２０１＋Ｓ２０２＋Ｓ２０３＋Ｓ２０４）−（Ｓ２０５＋Ｓ２０６＋Ｓ２０７＋Ｓ２０８） …（式８）
駆動部２６７、２６８は、軸ＡＸ２１に平行な軸ＡＸ２２に関して互いに対称に設けられている。駆動部２６９、２７０は、軸ＡＸ２２に関して互いに対称に設けられている。駆動部２７１、２７２は、軸ＡＸ２１と平行な軸ＡＸ２３に関して互いに対称に設けられている。軸ＡＸ２３は軸ＡＸ２１に関して軸ＡＸ２２と対称である。駆動部２７３、２７４は軸ＡＸ２３に関して互いに対称に設けられている。
また、駆動部２６７、２７１は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２６８、２７２は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２６９、２７３は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２７０、２７４は軸ＡＸ２１に関して互いに対称に設けられている。
駆動部２６７、２６９は、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２６８、２７０は、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２７１、２７３は、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。駆動部２７２、２７４は、軸ＡＹ２１に関して互いに対称に設けられている。
駆動部２６７〜２７４を設けることにより、角速度センサ２１６Ａは３軸の角速度を同時に検出することができるとともに、加速度等の外乱に影響されずにアーム２２１〜２２４を安定に駆動させることが可能となる。
なお、実施の形態５における角速度センサ２１６、２１６Ａでは、錘２２５〜２２８が接続されたアーム２２１〜２２４が横梁２２０で支持され、横梁２２０が縦梁２１８、２１９で支持され、縦梁２１８、２１９が支持体２１７で支持されている。この構造により、角速度センサ２１６、２１６Ａは３軸の角速度を同時に検出することができるが、加速度や衝撃等の影響を受けやすくなる場合がある。従って、駆動ユニット２９１により、角速度センサ２１６、２１６Ａの構造において特に、加速度等の外乱に影響されずにアーム２２１〜２２４を安定に駆動させる効果が顕著となる。
（実施の形態６）
図２４は、本実施の形態における角速度センサ３１６の平面図である。
図２４において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面を定義する。角速度センサ３１６は、枠形状を有する支持体３１７と、支持体３１７にＹ軸と平行に懸架された縦梁３１８、３１９と、縦梁３１８、３１９間に懸架された横梁３２０と、錘３２５〜３２８と、横梁３２０の中間部３９４に設けられた保持部３９５と、保持部３９５に支持されたアーム３２１〜３２４と、アーム３２１〜３２４をＸＹ平面と平行に駆動し振動させる駆動ユニット３９１と、アーム３２１〜３２４のＸ軸の方向の変位を検出するモニタユニット３９２と、錘３２５〜３２８のＸ軸の方向の変位又はＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する検出ユニット３９３とを備える。検出ユニット３９３はアーム３２１〜３２４の変位であるＸ軸の方向の変位又はＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する。支持体３１７は角速度が加わる被測定物３１７Ｃに固定されるように構成されている。アーム３２１は、保持部３９５に支持された一端３２１Ａと、錘３２５に接続された他端３２１Ｂとを有し、一端３２１ＡからＹ軸の正方向に延出する。アーム３２２は、保持部３９５に支持された一端３２２Ａと、錘３２６に接続された他端３２２Ｂとを有し、一端３２２ＡからＹ軸の正方向に延出する。アーム３２３は、保持部３９５に支持された一端３２３Ａと、錘３２７に接続された他端３２３Ｂとを有し、一端３２３ＡからＹ軸の負方向に延出する。アーム３２４は、保持部３９５に支持された一端３２４Ａと、錘３２８に接続された他端３２４Ｂとを有し、一端３２４ＡからＹ軸の負方向に延出する。駆動ユニット３９１は、アーム３２１〜３２４をＸＹ平面と平行に振動させる駆動部３２９〜３３６を有する。モニタユニット３９２は、アーム３２１〜３２４のＸ軸の方向の変位をそれぞれ検出するモニタ部３３７〜３４０を有する。検出ユニット３９３は、錘３２５〜３２８のＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する検出部３４１〜３４８を有する。保持部３９５は横梁３２０と縦梁３１８、３１９を介して支持体３１７に結合する。支持体３１７と縦梁３１８との間にはスリット３１７Ａが設けられており、支持体３１７と縦梁３１９との間にはスリット３１７Ｂが設けられている。支持体３１７と縦梁３１８，３１９との間にスリット３１７Ａ、３１７Ｂを設けることにより、角速度センサ３１６をパッケージ又は下蓋等に接着した際の応力が横梁３２０やアーム３２１〜３２４に伝達することを抑制することができる。
また、支持体３１７にはスリット３１７Ａ、３１７Ｂが設けられていなくてもよい。この場合には、支持体３１７の一部が縦梁３１８、３１９として機能する。この場合には、角速度センサ３１６のＸ軸の方向の幅を小さくすることができる。
支持体３１７は、縦梁３１８、３１９を支持する固定部材であり、角速度センサ３１６を格納するパッケージに別の支持部材や接着剤等を用いて固定される。支持体３１７の外縁部には複数の電極パッド３４９が設けられている。複数の電極パッド３４９は、駆動部３２９〜３３６、モニタ部３３７〜３４０及び検出部３４１〜３４８と配線によりそれぞれ電気的に接続されている。
縦梁３１８及び縦梁３１９はＹ軸と平行に延びており、両端が支持体３１７に接続されることにより支持体３１７に懸架されている。これにより、縦梁３１８及び縦梁３１９は、Ｚ軸の方向に撓むことができる。また、縦梁３１８と縦梁３１９とは、Ｙ軸に平行な軸ＡＹ３１に関して互いに実質的に対称となるように形成されている。これにより、角速度センサ３１６に与えられた角速度に対して、縦梁３１８と縦梁３１９とは実質的に同一の振幅で撓む。
横梁３２０はＸ軸と平行に延びており、一端が縦梁３１８の実質的に中点に接続され、他端が縦梁３１９の実質的に中点に接続されている。これにより、横梁３２０はＺ軸の方向に撓むことができる。
アーム３２１は、保持部３９５に接続された一端３２１ＡからＹ軸の正方向に延出する延部３２１Ｃと、延部３２１ＣからＸ軸の正方向に延びる延部３２１Ｄと、延部３２１ＤからＹ軸の負方向に延びる延部３２１Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端３２１Ｂは延部３２１Ｅの端であり、錘３２５が接続されている。
アーム３２２は、保持部３９５に接続された一端３２２ＡからＹ軸の正方向に延出する延部３２２Ｃと、延部３２２ＣからＸ軸の負方向に延びる延部３２２Ｄと、延部３２２ＤからＹ軸の負方向に延びる延部３２２Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端３２２Ｂは延部３２２Ｅの端であり、錘３２６が接続されている。
アーム３２３は、保持部３９５に接続された一端３２３ＡからＹ軸の負方向に延出する延部３２３Ｃと、延部３２３ＣからＸ軸の正方向に延びる延部３２３Ｄと、延部３２３ＤからＹ軸の正方向に延びる延部３２３Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端３２３Ｂは延部３２３Ｅの端であり、錘３２７が接続されている。
アーム３２４は、保持部３９５に接続された一端３２４ＡからＹ軸の負方向に延出する延部３２４Ｃと、延部３２４ＣからＸ軸の負方向に延びる延部３２４Ｄと、延部３２４ＤからＹ軸の正方向に延びる延部３２４Ｅとを有して実質的にＪ字形状を有する。他端３２４Ｂは延部３２４Ｅの端であり、錘３２８が接続されている。
アーム３２１〜３２４は、Ｘ軸の方向、Ｙ軸の方向及びＺ軸の方向に撓むことができる。
アーム３２１とアーム３２２とは、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ３１に関して互いに対称に形成されている。アーム３２３とアーム３２４とは、軸ＡＹ３１に関して対称に形成されている。アーム３２１とアーム３２３とは、Ｘ軸と平行な軸ＡＸ３１に関して互いに対称に形成されている。アーム３２２とアーム３２４とは、軸ＡＸ３１に関して互いに対称に形成されている。この構造により、角速度センサ３１６に与えられた角速度に対して、アーム３２１〜３２４は、実質的に同一の振幅で撓むようになる。
支持体３１７、縦梁３１８、３１９、横梁３２０及びアーム３２１〜３２４は、水晶、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３等の圧電材料を用いて形成しても良いし、シリコン、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ又はＧａＡｓ等の非圧電材料を用いて形成しても良い。特に、シリコンを用いることにより、微細加工技術を用いて非常に小型の角速度センサ３１６を形成することが可能となるとともに、回路を構成する集積回路（ＩＣ）と一体に形成することも可能となる。
支持体３１７、縦梁３１８、３１９、横梁３２０及びアーム３２１〜３２４は、それぞれ異なる材料又は同一の材料から形成した後に組み立てて形成しても良いし、同一の材料を用いて一体に形成しても良い。同一の材料を用いて一体に形成する場合は、ドライエッチング又はウエットエッチングを用いることにより、支持体３１７、縦梁３１８、３１９、横梁３２０及びアーム３２１〜３２４を同一プロセスで形成することができるため、効率的に製造することができる。
駆動部３２９〜３３６は、アーム３２１〜３２４をＸ軸の方向に駆動させ変位させる。実施の形態６においては、駆動部３２９〜３３６はＰＺＴ等のピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
図２５は、図２４に示す駆動部３２９、３３０の線２５−２５における概略断面図である。ピエゾ素子３２９Ｂ、３３０Ｂを下部電極３２９Ａ、３３０Ａ及び上部電極３２９Ｃ、３３０Ｃでそれぞれ挟んで形成された駆動部３２９、３３０がアーム３２１の上面に設けられている。すなわち、駆動部３２９、３３０は、アーム３２１の上面に設けられた下部電極３２９Ａ、３３０Ａと、下部電極３２９Ａ、３３０Ａの上面に設けられたピエゾ素子３２９Ｂ、３３０Ｂと、ピエゾ素子３２９Ｂ、３３０Ｂの上面に設けられた上部電極３２９Ｃ、３３０Ｃよりなる。下部電極３２９Ａ、３３０Ａ及び上部電極３２９Ｃ、３３０Ｃは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）又はこれらを主成分とした合金又は酸化物により形成することができる。なお、下部電極３２９Ａ、３３０Ａとして白金（Ｐｔ）を用いることが望ましい。これにより、ピエゾ素子３２９Ｂ、３３０Ｂの材料であるＰＺＴを一方向に配向させることができる。また、上部電極３２９Ｃ、３３０Ｃとして、金（Ａｕ）を用いることが望ましい。これにより、抵抗値の経時劣化が少ないため、信頼性に優れた角速度センサ３１６とすることができる。ここで、下部電極３２９Ａ、３３０Ａはともに基準電位となっており、上部電極３２９Ｃ、３３０Ｃに交流の駆動電圧を印加することにより、アーム３２１をＸ軸の方向に振動させることができる。なお、下部電極３２９Ａ、３３０Ａ及び上部電極３２９Ｃ、３３０Ｃにともに交流の駆動電圧を印加してもよい。これにより、効率的にアーム３２１を振動させることができる。駆動部３３１〜３３６は駆動部３２９．３３０と同様の構造を有して、アーム３２２〜３２４の上面に設けられている。なお、図２４に示すように、駆動部３２９〜３３６は、アーム３２１〜３２４における錘３２５〜３２８の側すなわち延部３２１Ｅ〜３２４Ｅにそれぞれ設けられている。これにより、アーム３２１〜３２４における横梁３２０の側の部分の面積を検出部３４１〜３４８を設けるために確保することができる。一方、駆動部３２９〜３３６をアーム３２１〜３２４における横梁３２０の側すなわち延部３２１Ｃ〜３２４Ｃにそれぞれ設けた場合は、駆動部３２９〜３３６の効率よくアーム３２１〜３２４を駆動し振動させることができる。この場合は、駆動部３２９〜３３６は大きな面積を有することができるので、アーム３２１〜３２４の振動の振幅を大きくすることができ、角速度センサ３１６の感度を高くすることができる。
図２６は、駆動部３２９〜３３６に与えられる駆動信号の位相と、アーム３２１〜３２４の振動の位相とを示す図である。駆動部３２９、３３１、３３３、３３５には同位相（＋）の駆動信号が与えられ、駆動部３３０、３３２、３３４、３３６にはこれと逆位相（−）の駆動信号が与えられる。これにより、アーム３２１とアーム３２３とは同位相（＋）でＸ軸の方向に振動し、アーム３２２とアーム３２４とはアーム３２１とアーム３２３と逆位相（−）でＸ軸の方向に振動する。
検出部３４１〜３４８は、アーム３２１〜３２４のＹ軸の方向の変位又はＺ軸の方向の変位を検出する。検出部３４１〜３４８はピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
検出部３４１〜３４８は、図２５に示す駆動部３２９、３３０と同様に、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成され、アーム３２１〜３２４の上面に設けられている。なお、検出部３４１〜３４８は、アーム３２１〜３２４における横梁３２０の側すなわち延部３２１Ｃ〜３２４Ｃに設けられている。これにより、検出部３４１〜３４８は効率よく変位を検出することができる。この場合、検出部３４１〜３４８は大きな面積を有することができるので、角速度センサ３１６の感度を高くすることができる。一方、検出部３４１〜３４８をアーム３２１〜３２４における錘３２５〜３２８の側すなわち延部３２１Ｅ〜３２４Ｅに設けた場合は、アーム３２１〜３２４における横梁３２０の側の部分の面積を駆動部３２９〜３３６を設けるために確保することができる。
モニタ部３３７〜３４０は、アーム３２１〜３２４のＸ軸の方向の変位を検出する。実施の形態６においては、モニタ部３３７〜３４０はピエゾ素子を用いた圧電方式を採用しているが、電極間の静電容量を利用した静電方式を用いることもできる。
モニタ部３３７〜３４０は、図２５に示す駆動部３２９、３３０と同様に、ピエゾ素子を下部電極と上部電極とで挟んで形成され、アーム３２１〜３２４の上面に設けられている。また、モニタ部３３７〜３４０は、図２６に示すアーム３２１〜３２４の振動の位相に対して、同位相のモニタ信号が得られる位置に設けられている。なお、モニタ部３３７〜３４０は、図２４に示すように、アーム３２１〜３２４における横梁３２０の側すなわち延部３２１Ｃ〜３２４Ｃにそれぞれ設けられている。これにより、モニタ部３３７〜３４０は小さな面積で効率よく変位によるアーム３２１〜３２４の歪を検出することが可能となる。なお、検出部３４１〜３４８を設ける部分の面積を確保するため、モニタ部３３７〜３４０の面積は検出部３４１〜３４８よりも小さくすることが望ましい。
図２４に示すように、モニタ部３３７とモニタ部３３８とは、Ｙ軸と平行な軸ＡＹ３１に関して互いに対称に設けられている。モニタ部３３９とモニタ部３４０とは、軸ＡＹ３１に関して互いに対称に設けられている。モニタ部３３７とモニタ部３３９とは、Ｘ軸と平行な軸ＡＸ３１に関して互いに対称に設けられている。モニタ部３３８とモニタ部３４０とは、軸ＡＸ３１に関して互いに対称に設けられている。このようにモニタ部３３７〜３４０を有するモニタユニット３９２を軸ＡＹ３１及び軸ＡＸ３１に関して対称に設けることにより、加速度や衝撃等の外乱に起因する不要信号を相殺することができ、角速度センサ３１６は角速度を高精度で検出することができる。
図２７は、角速度センサ３１６に接続された駆動回路３５０の回路図である。複数の電極パッド３４９の一部である電極パッド３４９Ａ〜３４９Ｈは、駆動部３２９〜３３６とそれぞれ電気的に接続されている。複数の電極パッド３４９の一部である電極パッド３４９Ｉ〜３４９Ｌは、モニタ部３３７〜３４０とそれぞれ電気的に接続されている。電極パッド３４９Ｉ〜３４９Ｌに接続された信号線は接続点３９６で接続されている。電極パッド３４９Ｉ〜３４９Ｌから出力されたモニタ信号である電流は接続点３９６で合計されてＩＶ変換アンプ３５１に入力されて電圧に変換される。その電圧は、自動利得制御器ＡＧＣ３５２で一定振幅の電圧に調整されて出力される。ＡＧＣ３５２から出力された電圧の不要周波数成分がフィルタ３５３で除去される。フィルタ３５３から出力された電圧はドライブアンプ３５４で反転増幅されて電極パッド３４９Ｂ、３４９Ｄ、３４９Ｆ、３４９Ｈに供給されている。また、ドライブアンプ３５４から出力された駆動信号は、ドライブアンプ３５５で反転増幅されて電極パッド３４９Ａ、３４９Ｃ、３４９Ｅ、３４９Ｇに供給されている。この構成により、駆動回路３５０は、図２６に示す位相を有する駆動信号を駆動部３２９〜３３６に与え、アーム３２１〜３２４を図２６に示す位相で振動させることができる。
図２８Ａと図２８Ｂは角速度センサ３１６に角速度が加わった場合の動作を示す模式平面図である。
図２８Ａは、Ｚ軸の周りの角速度３５７を検出する場合の角速度センサ３１６の平面図である。駆動回路３５０から駆動部３２９〜３３６に対して駆動信号が与えられることにより、錘３２５〜３２８にはＸ軸の方向の固有の駆動振動周波数で駆動振動３５６が発生する。角速度センサ３１６にＺ軸の周りの角速度３５７が与えられると、コリオリの力がＹ軸の方向に発生し、錘３２５〜３２８に検出振動３５８が発生する。錘３２５〜３２８にＹ軸の方向の検出振動３５８が発生する結果、アーム３２１〜３２４はＸ軸の方向に振動する。なお、アーム３２１、３２３とアーム３２２、３２４とは互いに逆位相で駆動振動しているので、アーム３２１、３２３の検出振動とアーム３２２、３２４の検出振動とは互いに逆位相となる。
検出振動３５８により検出部３４１〜３４８から出力される検出信号は、駆動振動３５６と同じ周波数で、かつ、角速度３５７に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度３５７の大きさωｚを検出することができる。
図２８Ｂは、Ｙ軸の周りの角速度３５９を検出する場合の角速度センサ３１６の平面図である。Ｙ軸の周りの角速度３５９が入力されると、コリオリの力により錘３２５〜３２８にはＺ軸の方向に検出振動３６０が発生する。なお、アーム３２１、３２３とアーム３２２、３２４とは、逆位相で駆動振動しているので、アーム３２１、３２３の検出振動とアーム３２２、３２４の検出振動とは互いに逆位相となる。
検出振動３６０により検出部３４１〜３４８から出力される検出信号は、駆動振動３５６と同じ周波数で、かつ、角速度３５９に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度３５９の大きさωｙを検出することができる。
図２９は、検出部３４１〜３４８からそれぞれ出力される信号Ｓ３０１〜Ｓ３０８を示し、具体的には、信号Ｓ３０１〜Ｓ３０８それぞれの駆動信号に起因する成分の位相と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を示している。
図２９より、Ｚ軸の周りの角速度３５７の大きさωｚは、以下の式９により得ることができる。
ωｚ＝｛（Ｓ３０２＋Ｓ３０５）＋（Ｓ３０３＋Ｓ３０８）｝−｛（Ｓ３０１＋Ｓ３０６）＋（Ｓ３０４＋Ｓ３０７）｝ …（式９）
また、Ｙ軸周りの角速度３５９の大きさωｙは、以下の式１０により得ることができる。
ωｙ＝｛（Ｓ３０２＋Ｓ３０５）＋（Ｓ３０１＋Ｓ３０６）｝−｛（Ｓ３０３＋Ｓ３０８）＋（Ｓ３０４＋Ｓ３０７）｝ …（式１０）
図２９において、各ユニット３９１〜３９３の対称性により、例えば駆動信号に起因する成分の大きさは信号Ｓ３０１〜Ｓ３０８において同じである。また、Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の大きさは信号Ｓ３０１〜Ｓ３０８において同じであり、他の角速度についても同様である。角速度３５７の大きさωｚを得るための式９に対して、駆動信号に起因する成分の位相を代入すると、式１０の値は０となる。すなわち、検出部３４１〜３４８には駆動信号に起因する成分が不要信号として混入されるが、この信号は式９の演算により互いに相殺される。同様に、式９にＸ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式９の値は０となる。同様に、Ｙ軸周りの角速度が加わった場合の位相を代入すると、式９の値は０となる。すなわち、不要信号である駆動信号、Ｘ軸の周りの角速度及びＹ軸の周りの角速度による不要信号が混入しても、式９の演算により相殺される。
同様に、Ｙ軸周りの角速度３５９の大きさωｙを得るための式１０に対して、駆動信号に起因する成分の位相と、Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の位相及びＺ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式１０の値は０となる。すなわち、不要信号である駆動信号、Ｘ軸の周りの角速度及びＺ軸の周りの角速度による不要信号が混入しても、式１０の演算により相殺される。
このように、角速度センサ３１６は、検出部３４１〜３４８よりなる検出ユニット３９３でＺ軸の周りの角速度及びＹ軸の周りの角速度を高精度に検出することができる。
図３０は、角速度センサ３１６に接続された検出回路３６１の回路図である。複数の電極パッド３４９の一部である電極パッド３４９−１〜３４９−８は、検出部３４１〜３４８とそれぞれ電気的に接続されている。式９及び式１０の演算は、図３０に示す検出回路３６１で行うことができる。
電極パッド３４９−２に接続された信号線と電極パッド３４９−５に接続された信号線は接続点３９６Ａで接続されている。電極パッド３４９−２から出力される電流である信号Ｓ３０２と電極パッド３４９−５から出力される電流である信号Ｓ３０５とは接続点３９６Ａで合計されて結線されてＩＶ変換アンプ３６２Ａに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド３４９−３に接続された信号線と電極パッド３４９−８に接続された信号線は接続点３９６Ｂで接続される。電極パッド３４９−３から出力される電流である信号Ｓ３０３と電極パッド３４９−８から出力される電流である信号Ｓ３０８とは接続点３９６Ｂで合計されてＩＶ変換アンプ３６２Ｂに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド３４９−１に接続された信号線と電極パッド３４９−６に接続された信号線は接続点３９６Ｃに接続されている。電極パッド３４９−１から出力される電流である信号Ｓ３０１と電極パッド３４９−６から出力される電流である信号Ｓ３０６とは接続点３９６Ｃで合計されてＩＶ変換アンプ３６２Ｃに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド３４９−４に接続された信号線と電極パッド３４９−７に接続された信号線は接続点３９６Ｄで接続されている。電極パッド３４９−４から出力される電流である信号Ｓ３０４と電極パッド３４９−７から出力される電流である信号Ｓ３０７とは接続点３９６Ｄで合計されてＩＶ変換アンプ３６２Ｄに入力され、電圧に変換されて出力される。
Ｚ軸の周りの角速度３５７の大きさωｚは以下の構成で算出される。ＩＶ変換アンプ３６２Ａからの出力とＩＶ変換アンプ３６２Ｂからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＡ３１と抵抗ＲＢ３１とを介して結線され、ＩＶ変換アンプ３６２Ｃからの出力とＩＶ変換アンプ３６２Ｄからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＣ３１と抵抗ＲＤ３１とを介して結線され、これらが差動アンプ３６３Ｚに入力される。実施の形態６では、抵抗ＲＡ３１、ＲＢ３１は同じ抵抗値を有し、抵抗ＲＣ３１、ＲＤ３１は同じ抵抗値を有する。さらに差動アンプ３６３Ｚから出力された信号を駆動回路３５０から出力された信号を用いて検波回路３６４Ｚで検波する。検波された信号からローパスフィルタ３６５Ｚで抽出した信号をＺ軸の周りの角速度３５７の大きさωｚとして出力端子３６６Ｚから出力している。
Ｙ軸の周りの角速度３５９の算出は以下の構成で算出される。ＩＶ変換アンプ３６２Ａからの出力とＩＶ変換アンプ３６２Ｃからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＡ３２と抵抗ＲＣ３２とを介して結線され、ＩＶ変換アンプ３６２Ｂからの出力とＩＶ変換アンプ３６２Ｄからの出力とがそれぞれ抵抗ＲＢ３２と抵抗ＲＤ３２とを介して結線され、これらが差動アンプ３６３Ｙに入力される。実施の形態６では、抵抗ＲＡ３２、ＲＣ３２は同じ抵抗値を有し、抵抗ＲＢ３２、ＲＤ３２は同じ抵抗値を有する。さらに差動アンプ３６３Ｙから出力された信号を駆動回路３５０から出力された信号を用いて検波回路３６４Ｙで検波する。検波された信号からローパスフィルタ３６５Ｙで抽出した信号をＹ軸周りの角速度３５９の大きさωｙとして出力端子３６６Ｙから出力している。
図２９及び図３０に示すように、駆動信号に起因する成分は、ＩＶ変換アンプ３６２Ａ〜３６２Ｄへ入力される前に、電極パッド３４９−１〜３４９−８の結線により、相殺されている。従って、ＩＶ変換アンプ３６２Ａ〜３６２Ｄで増幅する前に、駆動信号に起因する成分を相殺することができる。
また、Ｙ軸の周りの角速度３５９に起因する成分は、Ｚ軸の周りの角速度３５７の大きさωｚを検出するための差動アンプ３６３Ｚへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ３６２Ａ〜３６２Ｄの結線により相殺されている。従って、差動アンプ３６３Ｚで増幅する前に、Ｙ軸の周りの角速度３５９に起因する成分を相殺することができる。
また、Ｚ軸の周りの角速度に起因する成分は、Ｙ軸の周りの角速度３５９の大きさωｙを検出するための差動アンプ３６３Ｙへ入力される前に、ＩＶ変換アンプ３６２Ａ〜３６２Ｄの結線により相殺されている。
図３１は角速度センサ３１６の信号の位相を示し、特に、モニタ部３３７〜３４０からそれぞれ出力される信号Ｍ３０１〜Ｍ３０４の駆動回路３５０から与えられる駆動信号に起因する成分の位相と、モニタ信号Ｍ３０１〜Ｍ３０４の位相、Ｘ軸、Ｙ軸の方向の加速度に起因する成分の位相を示す。
図３１において、例えばモニタする振動に起因する成分の大きさは信号Ｍ３０１〜Ｍ３０４において同じであり、他の加速度についても同様である。図２７に示す電極パッド３４９Ｉ〜３４９Ｌすなわちモニタ部３３７〜３４０から出力される電流である信号Ｍ３０１〜３０４は接続点３９６で合計され、図３１に示すように、モニタ信号Ｍ３０１〜３０４の合計値は４＋となる。一方、Ｘ軸の方向の加速度すなわちＸ軸の正方向から負方向に加速度が加わった場合には、アーム３２１〜３２４の全てがＸ軸の負方向に撓むので、信号Ｍ３０１〜Ｍ３０４の位相は図３１に示すようにそれぞれ−、＋、−、＋となる。従って、Ｘ軸の方向の加速度に起因する成分であるこの不要信号は、モニタ部３３７〜３４０から出力される信号線を結線することにより相殺される。
同様に、Ｙ軸の方向に加速度すなわち、Ｙ軸の正方向から負方向に加速度が加わった場合に生じる不要信号も、モニタ部３３７〜３４０から出力される信号線を結線することにより相殺される。
以上のように、モニタ部３３７〜３４０よりなるモニタユニット３９２をＹ軸に平行な軸ＡＹ３１及びＸ軸に平行な軸ＡＸ３１に関して対称に設けたことにより、不要信号である加速度の成分を互いに相殺させることができ、角速度の検出精度を高くすることが可能となる。
図３２は実施の形態６による他の角速度センサ３１６Ａの平面図である。図３２において、図２４に示す角速度センサ３１６と同じ部分には同じ参照番号を付す。図３２に示す角速度センサ３１６Ａの駆動ユニット３９１は、アーム３２１の延部３２１Ｄに設けられた駆動部３６７、３６８と、アーム３２２の延部３２２Ｄに設けられた駆動部３６９、３７０と、アーム３２３の延部３２３Ｄに設けられた駆動部３７１、３７２と、アーム３２４の延部３２４Ｄに設けられた駆動部３７３、３７４とをさらに有する。これにより、アーム３２１〜３２４をＹ軸の方向にも振動させることができ、Ｘ軸の周りの角速度をも検出することが可能となる。この場合、Ｘ軸の周りの角速度の大きさωｘは、以下の式１１により得ることができる。
ωｘ＝（Ｓ３０１＋Ｓ３０２＋Ｓ３０３＋Ｓ３０４）−（Ｓ３０５＋Ｓ３０６＋Ｓ３０７＋Ｓ３０８） …（式１１）
駆動部３６７、３６８は軸ＡＸ３１に平行な軸ＡＸ３２に関して互いに対称に設けられている。駆動部３６９、３７０は軸ＡＸ３２に関して互いに対称に設けられている。駆動部３７１、３７２は、軸ＡＸ３１と平行な軸ＡＸ３３に関して対称に設けられている。軸ＡＸ３３は軸ＡＸ３１に関して軸ＡＸ３２に対称である。駆動部３７３、３７４は、軸ＡＸ３３に関して対称に設けられている。
また、駆動部３６７、３７１は軸ＡＸ３１に関して互いに対称に設けられている。駆動部３６８、３７２は軸ＡＸ３１に関して互いに対称に設けられている。駆動部３６９、３７３は軸ＡＸ３１に関して互いに対称に設けられている。駆動部３７０、３７４は軸ＡＸ３１に関して互いに対称に設けられている。
また、駆動部３６７、３６９は軸ＡＹ３１に関して互いに対称に設けられている。駆動部３６８、３７０は軸ＡＹ３１に関して互いに対称に設けられている。駆動部３７１、３７３は軸ＡＹ３１に関して互いに対称に設けられている。駆動部３７２、３７４は軸ＡＹ３１に関して互いに対称に設けられている。
駆動部３６７〜３７４により、３軸の角速度を同時に検出することができるとともに、不要信号である加速度に起因する成分を相殺することにより、角速度の検出精度を改善することが可能となる。
なお、実施の形態６における角速度センサ３１６Ａでは、モニタ部３３７〜３４０はアーム３２１〜３２４のＪ字形状の内周側に設けられているが、Ｊ字形状の外周側に設けられていても良い。
図３３は実施の形態６によるさらに他の角速度センサ３１６Ｂの平面図である。図３３において、図３１に示す角速度センサ３１６Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図３３に示す角速度センサ３１６Ｂのモニタユニット３９２は、アーム３２１〜３２４の延部３２１Ｃ〜３２４Ｃにそれぞれ設けられたモニタ部３７５〜３７８をさらに有する。モニタ部３３７とモニタ部３３８とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７５とモニタ部３７６とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３３９とモニタ部３４０とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７７とモニタ部３７８とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３３７とモニタ部３３９とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７５とモニタ部３７７とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３３８とモニタ部３４０とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７６とモニタ部３７８とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。
また、モニタ部３３７とモニタ部３７５とは、アーム３２１のＹ軸の方向の中心線である軸ＡＹ３２に関して対称となっている。モニタ部３３８とモニタ部３７６とは、アーム３２２のＹ軸の方向の中心線である軸ＡＹ３３に関して対称となっている。モニタ部３３９とモニタ部３７７とは、アーム３２３のＹ軸の方向の中心線である軸ＡＹ３２に関して対称となっている。モニタ部３４０とモニタ部３７８とは、アーム３２４のＹ軸の方向の中心線である軸ＡＹ３３に関して対称となっている。
この場合、駆動回路３５０において、モニタ部３３７〜３４０の加算信号からモニタ部３７５〜３７８の加算信号を減算した値を用いることにより、駆動振動の状態を得ることができるとともに、加速度による不要信号を相殺することができる。
なお、実施の形態６における角速度センサ３１６、３１６Ａ、３１６Ｂでは、錘３２５〜３２８が接続されたアーム３２１〜３２４が横梁３２０で支持され、横梁３２０が縦梁３１８、３１９で支持され、さらに縦梁３１８、３１９が支持体３１７で支持されている。この構造により、角速度センサ３１６、３１６Ａ、３１６Ｂは３軸の角速度を同時に検出することができるが、加速度や衝撃等の影響を受けやすくなる。従って、この構造において特に、角速度センサ３１６、３１６Ａ、３１６Ｂの他軸の周りの角速度及び加速度を互いに相殺させる効果が顕著となる。
本発明の角速度センサは高精度に角速度を検出できるので、携帯端末や車両等の可動な装置において有用である。
１１６ 角速度センサ
１１７ 支持体
１１８，１１９ 縦梁
１２０ 横梁
１２１〜１２４ アーム
１２１Ｆ 内周縁（第１の内周縁）
１２１Ｇ 外周縁（第１の外周縁）
１２１Ｈ 中心線（第１の中心線）
１２５〜１２８ 錘
１２９〜１３６ 駆動部
１３７〜１４０ モニタ部
１４１〜１４８ 検出部
１６７〜１７４ 駆動部
１７５ 角速度センサ
１７６〜１７９ 検出部
１８０ 角速度センサ
１８１〜１８４ 検出部
１９１ 駆動ユニット
１９２ モニタユニット
１９３ 検出ユニット
２１６ 角速度センサ
２１７ 支持体
２１８，２１９ 縦梁
２２０ 横梁
２２１〜２２４ アーム
２２５〜２２８ 錘
２２９〜２３６ 駆動部
２３７〜２４０ モニタ部
２４１〜２４８ 検出部
２６７〜２７４ 駆動部
２９１ 駆動ユニット
２９２ モニタユニット
２９３ 検出ユニット
３１６ 角速度センサ
３１７ 支持体
３１８，３１９ 縦梁
３２０ 横梁
３２１〜３２４ アーム
３２５〜３２８ 錘
３２９〜３３６ 駆動部
３３７〜３４０ モニタ部
３４１〜３４８ 検出部
３６７〜３７４ 駆動部
３７５〜３７８ モニタ部
３９１ 駆動ユニット
３９２ モニタユニット
３９３ 検出ユニット
４２９〜４３６ 検出部
４４１〜４４８ 駆動部
ＡＸ１１ 軸（第１の軸）
ＡＸ２１ 軸（第１の軸）
ＡＸ２２ 軸（第３の軸）
ＡＸ２３ 軸（第４の軸）
ＡＸ３１ 軸（第１の軸）
ＡＹ１１ 軸（第２の軸）
ＡＹ１２ 軸（第３の軸）
ＡＹ１３ 軸（第４の軸）
ＡＹ２１ 軸（第２の軸）
ＡＹ２４ 軸（第３の軸）
ＡＹ２５ 軸（第４の軸）
ＡＹ３１ 軸（第２の軸）
ＡＹ３２ 軸（第３の軸）
ＡＹ３３ 軸（第４の軸）
Ｂ１０１ 中間線
ωｙ＝｛（Ｓ２０２＋Ｓ２０５）＋（Ｓ２０１＋Ｓ２０６）｝−｛（Ｓ２０３＋Ｓ２０８）＋（Ｓ２０４＋Ｓ２０７）｝ …（式７）
図２１において、各ユニット２９１〜２９３の対称性により、例えば駆動信号に起因する成分の大きさは信号Ｓ２０１〜Ｓ２０８において同じである。また、Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の大きさは信号Ｓ２０１〜Ｓ２０８において同じであり、他の角速度についても同様である。角速度２５７の大きさωｚを得るための式６に駆動振動による成分の位相を代入すると式６の値は０となる。すなわち、検出部２４１〜２４８には駆動信号に起因する成分が不要信号として混入するが、この信号は式６の演算により互いに相殺される。同様に、式６にＸ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式６の値は０となる。同様に、式６にＹ軸周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式６の値は０となる。すなわち、不要信号である他軸周りの角速度による不要信号が混入しても、式６の演算により互いに相殺される。
電極パッド２４９−２に接続された信号線と電極パッド２４９−５に接続された信号線は接続点２９６Ａで接続されている。電極パッド２４９−２から出力される電流である信号Ｓ２０２と電極パッド２４９−５から出力される電流である信号Ｓ２０５とは接続点２９６Ａで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ａに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド２４９−３に接続された信号線と電極パッド２４９−８に接続された信号線は接続点２９６Ｂで接続される。電極パッド２４９−３から出力される電流である信号Ｓ２０３と電極パッド２４９−８から出力される電流である信号Ｓ２０８とは接続点２９６Ｂで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ｂに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド２４９−１に接続された信号線と電極パッド２４９−６に接続された信号線は接続点２９６Ｃに接続されている。電極パッド２４９−１から出力される電流である信号Ｓ２０１と電極パッド２４９−６から出力される電流である信号Ｓ２０６とは接続点２９６Ｃで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ｃに入力され、電圧に変換されて出力される。電極パッド２４９−４に接続された信号線と電極パッド２４９−７に接続された信号線は接続点２９６Ｄで接続されている。電極パッド２４９−４から出力される電流である信号Ｓ２０４と電極パッド２４９−７から出力される電流である信号Ｓ２０７とは接続点２９６Ｄで合計されてＩＶ変換アンプ２６２Ｄに入力され、電圧に変換されて出力される。
ωｙ＝｛（Ｓ３０２＋Ｓ３０５）＋（Ｓ３０１＋Ｓ３０６）｝−｛（Ｓ３０３＋Ｓ３０８）＋（Ｓ３０４＋Ｓ３０７）｝ …（式１０）
図２９において、各ユニット３９１〜３９３の対称性により、例えば駆動信号に起因する成分の大きさは信号Ｓ３０１〜Ｓ３０８において同じである。また、Ｘ軸の周りの角速度に起因する成分の大きさは信号Ｓ３０１〜Ｓ３０８において同じであり、他の角速度についても同様である。角速度３５７の大きさωｚを得るための式９に対して、駆動信号に起因する成分の位相を代入すると、式９の値は０となる。すなわち、検出部３４１〜３４８には駆動信号に起因する成分が不要信号として混入されるが、この信号は式９の演算により互いに相殺される。同様に、式９にＸ軸の周りの角速度に起因する成分の位相を代入すると、式９の値は０となる。同様に、Ｙ軸周りの角速度が加わった場合の位相を代入すると、式９の値は０となる。すなわち、不要信号である駆動信号、Ｘ軸の周りの角速度及びＹ軸の周りの角速度による不要信号が混入しても、式９の演算により相殺される。
図３３は実施の形態６によるさらに他の角速度センサ３１６Ｂの平面図である。図３３において、図３２に示す角速度センサ３１６Ａと同じ部分には同じ参照番号を付す。図３３に示す角速度センサ３１６Ｂのモニタユニット３９２は、アーム３２１〜３２４の延部３２１Ｃ〜３２４Ｃにそれぞれ設けられたモニタ部３７５〜３７８をさらに有する。モニタ部３３７とモニタ部３３８とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７５とモニタ部３７６とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３３９とモニタ部３４０とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７７とモニタ部３７８とが、軸ＡＹ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３３７とモニタ部３３９とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７５とモニタ部３７７とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３３８とモニタ部３４０とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。モニタ部３７６とモニタ部３７８とが、軸ＡＸ３１に関して互いに対称となっている。

Claims (19)

  1. 互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、
    支持体と、
    前記支持体に結合する保持部と、
    第１から第４の錘と、
    前記保持部に支持された一端と、前記第１の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の正方向に延出する第１のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第２の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の正方向に延出する第２のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第３の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の負方向に延出する第３のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第４の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の負方向に延出する第４のアームと、
    前記第１から第４のアームを、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とを含むＸＹ平面と平行に駆動させる駆動ユニットと、
    前記第１から第４のアームの前記ＸＹ平面と平行な方向の変位を検出するモニタユニットと、
    前記第１から第４のアームの変位を検出する検出ユニットと、
    を備え、
    前記検出ユニットは前記Ｘ軸と平行な第１の軸に関して対称に設けられており、かつ前記Ｙ軸に平行な第２の軸に関して対称に設けられた、角速度センサ。
  2. 前記検出ユニットは、
    前記第１のアームの上に設けられた第１、第２の検出部と、
    前記第２のアームの上に設けられた第３、第４の検出部と、
    前記第３のアームの上に設けられた第５、第６の検出部と、
    前記第４のアームの上に設けられた第７、第８の検出部と、
    を有し、
    前記第１の検出部と前記第３の検出部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２の検出部と前記第４の検出部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第５の検出部と前記第７の検出部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第６の検出部と前記第８の検出部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１の検出部と前記第５の検出部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２の検出部と前記第６の検出部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３の検出部と前記第７の検出部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第４の検出部と前記第８の検出部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項１に記載の角速度センサ。
  3. 前記第１の検出部と前記第２の検出部とは、前記Ｙ軸と平行な第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３の検出部と前記第４の検出部とは、前記第２の軸に関して前記第３の軸と対称な第４の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第５の検出部と前記第６の検出部とは、前記第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第７の検出部と前記第８の検出部とは、前記第４の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項２に記載の角速度センサ。
  4. 前記第１のアームは、内周側に位置する第１の内周縁と、外周側に位置する第１の外周縁とを有するように曲がっており、
    前記第１の検出部と前記第２の検出部は前記第１のアームに沿って延びており、
    前記第１の検出部と前記第２の検出部との間の真中の中間線は、前記第１の内周縁と前記第１の外周縁との間の真中に延びる第１の中心線と、前記第１の内周縁との間に位置する、請求項２に記載の角速度センサ。
  5. 前記第１のアームは曲がっており、
    前記第１の検出部と前記第２の検出部は前記第１のアームに沿って曲がって延びている、請求項１に記載の角速度センサ。
  6. 前記第２のアームは、内周側に位置する第２の内周縁と、外周側に位置する第２の外周縁とを有するように曲がっており、
    前記第３の検出部と前記第４の検出部は前記第２のアームに沿って延びており、
    前記第３の検出部と前記第４の検出部との間の真中の中間線は、前記第２の内周縁と前記第２の外周縁との真中に延びる第２の中心線と前記第２の内周縁との間に位置し、
    前記第３のアームは、内周側に位置する第３の内周縁と、外周側に位置する第３の外周縁とを有するように曲がっており、
    前記第５の検出部と前記第６の検出部は前記第３のアームに沿って延びており、
    前記第５の検出部と前記第６の検出部との間の真中の中間線は、前記第３の内周縁と前記第３の外周縁との真中に延びる第３の中心線と前記第３の内周縁との間に位置し、
    前記第４のアームは、内周側に位置する第４の内周縁と、外周側に位置する第４の外周縁とを有するように曲がっており、
    前記第７の検出部と前記第８の検出部は前記第４のアームに沿って延びており、
    前記第７の検出部と前記第８の検出部との間の真中の中間線は、前記第４の内周縁と前記第４の外周縁との真中に延びる第４の中心線と前記第４の内周縁との間に位置する、請求項４に記載の角速度センサ。
  7. 前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第１の縦梁と、
    前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第２の縦梁と、
    前記第１の縦梁と前記第２の縦梁との間に懸架された横梁と、
    をさらに備え、
    前記横梁は前記保持部を有し、
    前記検出ユニットは、
    前記第１の縦梁の上に設けられた第１、第２の検出部と、
    前記第２の縦梁の上に設けられた第３、第４の検出部と、
    を有し、
    前記第１の検出部と前記第３の検出部とは、前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２の検出部と前記第４の検出部とは、前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１の検出部と前記第２の検出部とは、前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３の検出部と前記第４の検出部とは、前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１から第４の検出部から出力された信号に基づいて前記Ｘ軸の周りの角速度を検出する、請求項１に記載の角速度センサ。
  8. 前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第１の縦梁と、
    前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第２の縦梁と、
    前記第１の縦梁と前記第２の縦梁との間に懸架された横梁と、
    をさらに備え、
    前記横梁は前記保持部を有し、
    前記検出ユニットは、前記横梁の上に設けられた第１から第４の検出部をさらに有し、
    前記第１の検出部と前記第２の検出部とは、前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３の検出部と前記第４の検出部とは、前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１の検出部と前記第３の検出部とは、前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２の検出部と前記第４の検出部とは、前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１から第４の検出部から出力された信号に基づいて前記Ｙ軸の周りの角速度を検出する、請求項１に記載の角速度センサ。
  9. 互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、
    支持体と、
    前記支持体に結合する保持部と、
    第１から第４の錘と、
    前記保持部に支持された一端と、前記第１の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の正方向に延出する第１のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第２の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の正方向に延出する第２のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第３の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の負方向に延出する第３のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第４の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の負方向に延出する第４のアームと、
    前記第１から第４のアームを、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とを含むＸＹ平面と平行に駆動させる駆動ユニットと、
    前記第１から第４のアームの前記ＸＹ平面と平行な方向の変位を検出するモニタユニットと、
    前記第１から第４のアームの変位を検出する検出ユニットと、
    を備え、
    前記駆動ユニットは、前記Ｘ軸に平行な第１の軸に関して対称でありかつ前記Ｙ軸に平行な第２の軸に関して対称に設けられた、角速度センサ。
  10. 前記駆動ユニットは、
    前記第１のアームの上に設けられた第１、第２の駆動部と、
    前記第２のアームの上に設けられた第３、第４の駆動部と、
    前記第３のアームの上に設けられた第５、第６の駆動部と、
    前記第４のアームの上に設けられた第７、第８の駆動部と、
    を有し、
    前記第１の駆動部と前記第３の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２の駆動部と前記第４の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第５の駆動部と前記第７の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第６の駆動部と前記第８の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１の駆動部と前記第５の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２の駆動部と前記第６の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３の駆動部と前記第７の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第４の駆動部と前記第８の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項９に記載の角速度センサ。
  11. 前記第１の駆動部と前記第２の駆動部とは、前記Ｙ軸と平行な第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３の駆動部と前記第４の駆動部とは、前記第２の軸に関して前記第３の軸に対称な第４の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第５の駆動部と前記第６の駆動部とは、前記第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第７の駆動部と前記第８の駆動部とは、前記第４の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項１０に記載の角速度センサ。
  12. 前記駆動ユニットは、
    前記第１のアームの上に設けられた第９、第１０の駆動部と、
    前記第２のアームの上に設けられた第１１、第１２の駆動部と、
    前記第３のアームの上に設けられた第１３、第１４の駆動部と、
    前記第４のアームの上に設けられた第１５、第１６の駆動部と、
    をさらに有し、
    前記第９の駆動部と前記第１１の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１０の駆動部と前記第１２の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１３の駆動部と前記第１５の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１４の駆動部と前記第１６の駆動部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第９の駆動部と前記第１３の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１０の駆動部と前記第１４の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１１の駆動部と前記第１５の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１２の駆動部と前記第１６の駆動部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項１０に記載の角速度センサ。
  13. 前記第９の駆動部と前記第１０の駆動部とは、前記Ｘ軸と平行な第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１１の駆動部と前記第１２の駆動部とは、前記第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１３の駆動部と前記第１４の駆動部とは、前記第１の軸に関して前記第３の軸に対称な第４の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１５の駆動部と前記第１６の駆動部とは、前記第４の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項１２に記載の角速度センサ。
  14. 前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第１の縦梁と、
    前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第２の縦梁と、
    前記保持部が設けられて、前記第１の縦梁と前記第２の縦梁との間に懸架された横梁と、
    をさらに備え、
    前記横梁は前記保持部を有する、請求項９に記載の角速度センサ。
  15. 互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、
    支持体と、
    前記支持体に結合する保持部と、
    第１から第４の錘と、
    前記保持部に支持された一端と、前記第１の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の正方向に延出する第１のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第２の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の正方向に延出する第２のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第３の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の負方向に延出する第３のアームと、
    前記保持部に支持された一端と、前記第４の錘に接続された他端とを有し、前記一端から前記Ｙ軸の負方向に延出する第４のアームと、
    前記第１から第４のアームを、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とを含むＸＹ平面と平行に駆動させる駆動ユニットと、
    前記第１から第４のアームの前記ＸＹ平面と平行な方向の変位を検出するモニタユニットと、
    前記第１から第４のアームの変位を検出する検出ユニットと、
    を備え、
    前記モニタユニットは、前記Ｘ軸に関して対称に設けられておりかつ前記Ｙ軸に関して対称に設けられた、角速度センサ。
  16. 前記モニタユニットは、
    前記第１のアームの上に設けられた第１のモニタ部と、
    前記第２のアームの上に設けられた第２のモニタ部と、
    前記第３のアームの上に設けられた第３のモニタ部と、
    前記第４のアームの上に設けられた第４のモニタ部と、
    を有し、
    前記第１のモニタ部と前記第３のモニタ部とは、前記Ｘ軸と平行な第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２のモニタ部と前記第４のモニタ部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１のモニタ部と前記第２のモニタ部とは、前記Ｙ軸に平行な第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３のモニタ部と前記第４のモニタ部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項１５に記載の角速度センサ。
  17. 前記モニタユニットは、
    前記第１のアームの上に設けられた第１、第２のモニタ部と、
    前記第２のアームの上に設けられた第３、第４のモニタ部と、
    前記第３のアームの上に設けられた第５、第６のモニタ部と、
    前記第４のアームの上に設けられた第７、第８のモニタ部と、
    を有し、
    前記第１のモニタ部と前記第５のモニタ部とは、前記Ｘ軸と平行な第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２のモニタ部と前記第６のモニタ部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３のモニタ部と前記第７のモニタ部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第４のモニタ部と前記第８のモニタ部とは前記第１の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第１のモニタ部と前記第３のモニタ部とは、前記Ｙ軸に平行な第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第２のモニタ部と前記第４のモニタ部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第５のモニタ部と前記第７のモニタ部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第６のモニタ部と前記第８のモニタ部とは前記第２の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項１５に記載の角速度センサ。
  18. 前記第１のモニタ部と第２のモニタ部とは、前記Ｙ軸と平行な第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第３のモニタ部と第４のモニタ部とは、前記第２の軸に関して前記第３の軸に対称な第４の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第５のモニタ部と第６のモニタ部とは、前記第３の軸に関して互いに対称に設けられ、
    前記第７のモニタ部と第８のモニタ部とは、前記第４の軸に関して互いに対称に設けられた、請求項１７に記載の角速度センサ。
  19. 前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第１の縦梁と、
    前記支持体に前記Ｙ軸と平行に懸架された第２の縦梁と、
    前記保持部が設けられて、前記第１の縦梁と前記第２の縦梁との間に懸架された横梁と、
    をさらに備え、
    前記横梁は前記保持部を有する、請求項１５に記載の角速度センサ。
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