JPWO2017056222A1 - ジャイロスコープ - Google Patents

Abstract

ジャイロスコープは、質量体（ＭＳ１）と質量体（ＭＳ２）との間に設けられ、かつ、質量体（ＭＳ１）と質量体（ＭＳ２）とを接続する接続部（ＣＵ１〜ＣＵ４）を備える。ここで、接続部（ＣＵ１〜ＣＵ４）は、基板に固定された固定部（ＡＣＲ）と、固定部（ＡＣＲ）と質量体（ＭＳ１）との間に設けられたシャトル（ＳＨ１）と、固定部（ＡＣＲ）と質量体（ＭＳ２）との間に設けられたシャトル（ＳＨ２）と、固定部（ＡＣＲ）とシャトル（ＳＨ１）とを接続する梁（ＢＭ１）と、固定部（ＡＣＲ）とシャトル（ＳＨ２）とを接続する梁（ＢＭ２）と、質量体（ＭＳ１）とシャトル（ＳＨ１）とを接続する梁（ＢＭ３）と、質量体（ＭＳ２）とシャトル（ＳＨ２）とを接続する梁（ＢＭ４）と、シャトル（ＳＨ１）とシャトル（ＳＨ２）を接続する梁（ＢＭ５）を含む。そして、シャトル（ＳＨ１）とシャトル（ＳＨ２）との間に固定部（ＡＣＲ）が設けられている。

Description

本発明は、ジャイロスコープに関し、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を使用して形成されたジャイロスコープに適用して有効な技術に関する。

非特許文献１には、フーコーの振り子の原理に基づく回転角を検出するジャイロスコープに関する技術が記載されている。

D. Senkal, A. Efimovskaya, and A. M. Shkel, "Minimal Realization of Dynamically Balanced Lumped Mass WA Gyroscope: Dual Foucault Pendulum," Inertial Sensors and Systems (ISISS), 2015 IEEE International Symposium on, pp. 1-2, 2015.

例えば、ナビゲーションシステムは、パーソナルナビゲーション、軍事用ナビゲーション、車両の横滑り防止システム、バーチャルリアリティシステム、無人飛行機などの広い分野で使用されることが期待されている。このナビゲーションシステムの基本的な構成要素は、ジャイロスコープである。ジャイロスコープは、角速度を検出することができるセンサであり、ナビゲーションシステムでは、この角速度から回転角を決定している。

伝統的なジャイロスコープとしては、光学式ジャイロスコープ、回転質量体を使用したジャイロスコープなどがあるが、これらのジャイロスコープは、サイズが大きく、かつ、重量が重い。さらには、これらのジャイロスコープは、価格が高く、かつ、消費電力も大きい。この点に関し、現在の産業のトレンドでは、ジャイロスコープの小型化や高性能化が望まれており、上述したジャイロスコープでは、トレンドに適合していない。

ここで、近年では、ＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープが登場してきており、このＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープは、上述したトレンドに適合して、小型化や高性能化を実現できるポテンシャルを秘めている。さらに、ＭＥＭＳ技術を使用したジャイロスコープは、量産性にも優れており、低コストを実現できる利点を有している。

例えば、ＭＥＭＳ技術を使用した振動型のジャイロスコープは、コリオリの原理によって、互いに直交する振動間のエネルギー結合を検知することにより、角速度を検出するジャイロスコープである。具体的には、振動型のジャイロスコープがｘ方向に振動している状態で、ｚ方向回りの角速度が印加されたとき、コリオリ力によって、ｙ方向の振動が生じる。そして、振動型のジャイロスコープでは、このｙ方向の振動の大きさを測定することにより、ｚ方向回りの角速度を検出することができる。

ところが、このように動作する現在の振動型のジャイロスコープは、ナビゲーションシステムに使用するには不向きである。なぜなら、ナビゲーションシステムでは、回転角を求める必要があるが、現在の振動型のジャイロスコープでは、検出した角速度を時間で積分することにより回転角を算出しているからである。すなわち、例えば、角速度を検出する際には、バイアス誤差やドリフト誤差が存在するが、回転角を算出するために、角速度を積分すると、同時に、角速度に付随するバイアス誤差やドリフト誤差も積分されることになり、これらの誤差が増幅されることになるからである。つまり、ナビゲーションシステムでは、長い時間にわたって角速度を積分する必要がある場合があり、この場合は、特に、バイアス誤差やドリフト誤差も積分されて、誤差の大きさが大きくなってしまうのである。したがって、特に、ナビゲーションシステムに使用される振動型のジャイロセンサでは、誤差の増幅を抑制できる工夫が望まれることになる。

本発明の目的は、ジャイロスコープの性能を向上できる技術を提供することにある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態におけるジャイロスコープは、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１質量体と、第１方向および第２方向に変位可能な第２質量体と、第１質量体と第２質量体との間に設けられ、かつ、第１質量体と第２質量体とを接続する接続部と、を備える。ここで、接続部は、基板に固定された固定部と、固定部と第１質量体との間に設けられた第１部材と、固定部と第２質量体との間に設けられた第２部材と、固定部と第１部材とを接続する第１梁と、固定部と第２部材とを接続する第２梁と、第１質量体と第１部材とを接続する第３梁と、第２質量体と第２部材とを接続する第４梁と、第１部材と第２部材とを接続する第５梁と、を含む。そして、第１部材と第２部材との間に固定部が設けられている。

また、一実施の形態におけるジャイロスコープは、第１方向および第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１質量体と、第１方向および第２方向に変位可能な第２質量体と、第１質量体と第２質量体との間に設けられ、かつ、第１質量体と第２質量体とを接続する接続部と、を備える。ここで、第１質量体の内部には、第１質量体を第１方向に振動させる第１駆動振動部と、第１質量体を第２方向に振動させる第２駆動振動部と、が形成されている。同様に、第２質量体の内部には、第２質量体を第１方向に振動させる第３駆動振動部と、第２質量体を第２方向に振動させる第４駆動振動部と、が形成されている。

さらに、一実施の形態におけるジャイロスコープは、第１方向および第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１質量体と、第１方向および第２方向に変位可能な第２質量体と、第１質量体と第２質量体との間に設けられ、かつ、第１質量体と第２質量体とを接続する接続部と、を備える。ここで、平面視において、第１質量体は、第１質量体の中心に向かう凹部を有する。一方、平面視において、第２質量体は、隙間を介して凹部に挿入された凸部を有する。このとき、接続部は、凹部と凸部とを接続する。

一実施の形態によれば、ジャイロスコープの性能向上を図ることができる。

実施の形態１におけるジャイロスコープを構成するセンサエレメントの平面構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 実施の形態１における接続部の概念的な平面構造を示す模式図である。 実施の形態１における接続部の具体的な構成例を示す平面図である。 実施の形態１における接続部の具体的な他の構成例を示す平面図である。 実施の形態１における駆動振動部を使用して質量体を駆動振動させるための回路構成を示す図である。 駆動振動部の構成例を示す模式図である。 複数の接続部で接続された一対の質量体がｘ方向に駆動振動している状態を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、一対の質量体がｘ方向に逆位相で駆動振動している状態を模式的に示す図である。 複数の接続部で接続された一対の質量体がｙ方向に駆動振動している状態を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、一対の質量体がｙ方向に逆位相で駆動振動している状態を模式的に示す図である。 ｚ方向回り（時計回り）に角速度が印加された場合における本実施の形態１のセンサエレメントの動作を説明する模式図である。 実施の形態１におけるセンサシステムの構成を示す図である。 ジャイロスコープにおけるＱ値の逆数（１／Ｑ）を示す関係式である。 （ａ）は、固定部の一方側だけに質量体と接続する梁を設ける構成を示す模式図であり、（ｂ）は、固定部の両側に質量体と接続する梁を設ける構成を示す模式図である。 （ａ）は、角速度が印加されていない場合の理想的な駆動振動を模式的に示す図であり、（ｂ）は、角速度が印加されていない場合において、誤検出が発生する状態の駆動振動を模式的に示す図である。 ｘ方向のバネ定数とｙ方向のバネ定数を一致させる概念を説明する図である。 変形例１におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。 変形例２におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。 変形例３におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。 変形例４におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。 変形例５におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施の形態２において着目する改善の余地を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施の形態２における基本思想を説明する図である。 実施の形態２におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。 図２６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図２６のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 駆動振動部の構成例を示す模式図である。 変形例におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態１）
＜積分レートジャイロスコープの有用性＞
本実施の形態１における技術的思想は、積分レートジャイロスコープ（Rate integrating gyroscopes）を対象とする技術的思想であるため、まず、積分レートジャイロスコープの有用性について説明する。

ＭＥＭＳ技術を使用した振動型のジャイロスコープは、コリオリの原理によって、互いに直交する振動間のエネルギー結合を検知することにより、角速度を検出するジャイロスコープである。この振動型のジャイロスコープの一例として、レートジャイロスコープ（Rate gyroscopes）がある。レートジャイロスコープでは、例えば、ｘ方向に質量体を駆動振動させている状態で、ｚ方向回りの角速度が印加されたとき、コリオリ力によって、質量体にｙ方向の振動が生じる。そして、角速度がｙ方向の質量体の振動の大きさ（振幅）に比例することから、レートジャイロスコープでは、ｙ方向の振動の振幅を測定することにより、ｚ方向回りの角速度を検出することができる。そして、レートジャイロスコープでは、検出した角速度に基づいて、回転角を算出するように構成されている。具体的に、レートジャイロスコープでは、検出した角速度を時間で積分することにより回転角を算出する。ここで、例えば、角速度を検出する際には、バイアス誤差やドリフト誤差が不可避的に存在するが、回転角を算出するために、角速度を積分すると、同時に、角速度に付随するバイアス誤差やドリフト誤差も積分されることになり、これらの誤差が増幅されることになる。つまり、レートジャイロスコープでは、角速度を検出し、この角速度を時間で積分して回転角を算出するように構成されている結果、角速度に付随するバイアス誤差やドリフト誤差も積分されて誤差が大きくなるのである。このことから、特に、積分時間が長くなるナビゲーションにレートジャイロスコープを適用することは困難となる。すなわち、積分時間が長くなるナビゲーションなどの用途に使用されるジャイロスコープには、レートジャイロスコープよりも誤差の少ないことが望まれることになる。

この点に関し、振動型のジャイロスコープとして、積分レートジャイロスコープと呼ばれるジャイロスコープが存在する。積分レートジャイロスコープの原理はフーコーの振り子と同じである。積分レートジャイロスコープでは、印加された角速度に比例して反対方向に振動する質量体がプリセッションする。このため、質量体の２軸内の速度と位置を知ることで、回転の角度を知ることができる。この結果、積分レートジャイロスコープでは、回転角の測定誤差が存在するにしても、この測定誤差が積分されて増幅されることがない。したがって、積分レートジャイロスコープは、レートジャイロスコープに比べて、回転角の検出精度を向上することができるのである。

そこで、本実施の形態１では、回転角を直接測定することにより、回転角の検出精度を向上できる積分レートジャイロスコープを前提として、さらなる積分レートジャイロスコープの性能向上を図る観点から工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明することにする。

＜実施の形態１におけるセンサエレメントの平面構成＞
図１は、本実施の形態１におけるジャイロスコープを構成するセンサエレメントＳＥ１の平面構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１は、基板層１ａを有し、この基板層１ａから浮いた状態で配置される質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とを有している。質量体ＭＳ１の平面形状は、円盤形状をしており、この質量体ＭＳ１を囲むように、平面形状が同心円形状の質量体ＭＳ２が配置されている。つまり、質量体ＭＳ１の外側に質量体ＭＳ２が設けられている。言い換えれば、質量体ＭＳ２の内側に質量体ＭＳ１が設けられている。

そして、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２との間には、隙間ＳＰが設けられており、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とは、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４によって機械的に接続されている。特に、図１において、質量体ＭＳ１は、ｘ方向およびｘ方向と直交するｙ方向のいずれにも変位可能で、かつ、質量体ＭＳ２も、ｘ方向およびｙ方向のいずれにも変位可能なように、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とは、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４によって機械的に接続されている。すなわち、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１は、ｘ方向およびｘ方向と直交するｙ方向に変位可能な質量体ＭＳ１と、ｘ方向およびｙ方向に変位可能な質量体ＭＳ２と、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２との間に設けられ、かつ、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とを接続する接続部ＣＵ１〜ＣＵ４とを備えている。

このとき、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１では、例えば、質量体ＭＳ１の質量と質量体ＭＳ２の質量とは等しくなっている。さらに、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１では、図１に示すように、質量体ＭＳ１の中心と質量体ＭＳ２の中心とが一致するように、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とが配置されている。

図１に示すように、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１では、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とは、同一構造をした４つの接続部（単位接続部）ＣＵ１〜ＣＵ４によって機械的に接続されている。特に、図１に示すように、４つの接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のうちの接続部ＣＵ１は、質量体ＭＳ１の中心を通り、ｘ方向に延在する仮想線ＶＬ１上に配置されている一方、４つの接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のうちの接続部ＣＵ２は、仮想線ＶＬ１上に配置され、かつ、質量体ＭＳ１の中心に対して、接続部ＣＵ１と対称な位置に配置されている。これに対し、図１に示すように、４つの接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のうちの接続部ＣＵ３は、質量体ＭＳ１の中心を通り、ｙ方向に延在する仮想線ＶＬ２上に配置されている一方、４つの接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のうちの接続部ＣＵ４は、仮想線ＶＬ２上に配置され、かつ、質量体ＭＳ１の中心に対して、接続部ＣＵ３と対称な位置に配置されている。

そして、接続部ＣＵ１の配置向きと接続部ＣＵ２の配置向きとは同一であり、かつ、接続部ＣＵ３の配置向きと接続部ＣＵ４の配置向きとは同一である。一方、接続部ＣＵ１の配置向きと接続部ＣＵ３の配置向きは、９０度異なり、かつ、接続部ＣＵ２の配置向きと接続部ＣＵ４の配置向きは、９０度異なる。すなわち、接続部ＣＵ１を質量体ＭＳ１の中心に対して、反時計回りに９０度回転させた位置に接続部ＣＵ２が配置され、この接続部ＣＵ２を質量体ＭＳ１の中心に対して、反時計回りに９０度回転させた位置に接続部ＣＵ３が配置され、この接続部ＣＵ３を質量体ＭＳ１の中心に対して、反時計回りに９０度回転させた位置に接続部ＣＵ４が配置されている。

続いて、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１では、図１に示すように、質量体ＭＳの内部に複数の容量素子が形成され、かつ、質量体ＭＳ２の内部にも複数の容量素子が形成されている。具体的には、図１に示すように、質量体ＭＳ１の内部のうちの接続部ＣＵ１に隣接する位置に、駆動振動部１０として機能する容量素子と、モニタ部１１として機能する容量素子とが形成されている。また、図１に示すように、質量体ＭＳ１の内部のうちの接続部ＣＵ２に隣接する位置に、駆動振動部１０として機能する容量素子と、モニタ部１２として機能する容量素子とが形成されている。

同様に、図１に示すように、質量体ＭＳ１の内部のうちの接続部ＣＵ３に隣接する位置に、駆動振動部１３として機能する容量素子と、モニタ部１４として機能する容量素子とが形成されている。また、図１に示すように、質量体ＭＳ１の内部のうちの接続部ＣＵ４に隣接する位置に、駆動振動部１３として機能する容量素子と、モニタ部１５として機能する容量素子とが形成されている。

さらに、図１に示すように、質量体ＭＳ２の内部のうちの接続部ＣＵ１に隣接する位置に、駆動振動部１０として機能する容量素子と、モニタ部１２として機能する容量素子とが形成されている。また、図１に示すように、質量体ＭＳ２の内部のうちの接続部ＣＵ２に隣接する位置に、駆動振動部１０として機能する容量素子と、モニタ部１１として機能する容量素子とが形成されている。

同様に、図１に示すように、質量体ＭＳ２の内部のうちの接続部ＣＵ３に隣接する位置に、駆動振動部１３として機能する容量素子と、モニタ部１５として機能する容量素子とが形成されている。また、図１に示すように、質量体ＭＳ２の内部のうちの接続部ＣＵ４に隣接する位置に、駆動振動部１３として機能する容量素子と、モニタ部１４として機能する容量素子とが形成されている。

以上のようにして、本実施の形態１におけるジャイロスコープのセンサエレメントＳＥ１が平面構成されていることになる。

＜実施の形態１におけるセンサエレメントの断面構成＞
次に、本実施の形態１におけるジャイロスコープのセンサエレメントＳＥ１の断面構成について説明する。図２は、図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２に示すように、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１は、基板層１ａと絶縁層１ｂとデバイス層１ｃを有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を有する。そして、図２に示すように、絶縁層１ｂは、接続部ＣＵ１の一部（固定部）や接続部ＣＵ２の一部（固定部）と接続される部位を除いて除去されている。このため、デバイス層１ｃは、基板層１ａから浮いた構造となっており、このデバイス層１ｃに、質量体ＭＳ１、質量体ＭＳ２、接続部ＣＵ１、接続部ＣＵ２、駆動振動部１０、モニタ部１１、モニタ部１２が形成されている。具体的には、図２に示すように、質量体ＭＳ１の内部に駆動振動部１０が形成されており、右側の駆動振動部１０の外側に接続部ＣＵ１が配置され、この接続部ＣＵ１の外側に質量体ＭＳ２が配置されている。そして、接続部ＣＵ１の外側に配置されている質量体ＭＳ２の内部にモニタ部１２が形成されている。一方、左側の駆動振動部１０の外側に接続部ＣＵ２が配置され、この接続部ＣＵ２の外側に質量体ＭＳ２が配置されている。そして、接続部ＣＵ２の外側に配置されている質量体ＭＳ２の内部にモニタ部１１が形成されている。このようなデバイス層１ｃの加工は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより実施され、かつ、絶縁層１ｂの加工もエッチング技術により実施される。そして、図２に示すように、加工されたデバイス層１ｃを覆うようにキャップＣＡＰが設けられており、キャップＣＡＰと基板層１ａで挟まれた密閉空間に加工されたデバイス層１ｃが配置されることになる。この密閉空間の圧力は、ダンピングによるエネルギーロスが十分に抑圧される真空度に設定される。

図３は、図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。図３に示すように、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１は、基板層１ａと絶縁層１ｂとデバイス層１ｃからなるＳＯＩ基板を有する。そして、図３に示すように、絶縁層１ｂは、駆動振動部１０の一部（固定電極）やモニタ部１１の一部（固定電極）やモニタ部１２の一部（固定電極）と接続される部位を除いて除去されている。このため、デバイス層１ｃは、基板層１ａから浮いた構造となっており、このデバイス層１ｃに、質量体ＭＳ１、質量体ＭＳ２、接続部ＣＵ１、接続部ＣＵ２、駆動振動部１０、モニタ部１１、モニタ部１２が形成されている。具体的には、図３に示すように、質量体ＭＳ１の内部にモニタ部１１およびモニタ部１２が形成されており、モニタ部１１の外側に接続部ＣＵ１が配置され、この接続部ＣＵ１の外側に質量体ＭＳ２が配置されている。そして、接続部ＣＵ１の外側に配置されている質量体ＭＳ２の内部に駆動振動部１０が形成されている。一方、モニタ部１２の外側に接続部ＣＵ２が配置され、この接続部ＣＵ２の外側に質量体ＭＳ２が配置されている。そして、接続部ＣＵ２の外側に配置されている質量体ＭＳ２の内部に駆動振動部１０が形成されている。このようなデバイス層１ｃの加工は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより実施され、かつ、絶縁層１ｂの加工もエッチング技術により実施される。そして、図３に示すように、加工されたデバイス層１ｃを覆うようにキャップＣＡＰが設けられており、キャップＣＡＰと基板層１ａで挟まれた密閉空間に加工されたデバイス層１ｃが配置されることになる。この密閉空間の圧力は、ダンピングによるエネルギーロスが十分に抑圧される真空度に設定される。

以上のようにして、本実施の形態１におけるジャイロスコープのセンサエレメントＳＥ１が断面構成されていることになる。

＜接続部の構成＞
次に接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の構成について説明する。ここで、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のそれぞれは同一構造から構成されているため、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４を接続部ＣＵとして説明することにする。図４は、本実施の形態１における接続部ＣＵの概念的な平面構造を示す模式図である。図４において、接続部ＣＵの中央部には、例えば、Ｈ型形状をした固定部ＡＣＲが配置されており、この固定部ＡＣＲを挟むように、Ｃ型形状をしたシャトル（第１部材）ＳＨ１とシャトル（第２部材）ＳＨ２とが配置されている。そして、シャトルＳＨ１の外側に質量体ＭＳ１が配置され、シャトルＳＨ２の外側に質量体ＭＳ２が配置されている。したがって、シャトルＳＨ１は、質量体ＭＳ１と固定部ＡＣＲとの間に配置されているということができるとともに、シャトルＳＨ２は、質量体ＭＳ２と固定部ＡＣＲとの間に配置されているということができる。

そして、図４に示すように、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ１とは、梁ＢＭ１で機械的に接続されており、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ２とは、梁ＢＭ２で機械的に接続されている。さらに、シャトルＳＨ１と質量体ＭＳ１とは、梁ＢＭ３で機械的に接続されており、シャトルＳＨ２と質量体ＭＳ２とｋは、梁ＢＭ４で機械的に接続されている。また、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とは、梁ＢＭ５で機械的に接続されている。

以上のことから、本実施の形態１における接続部ＣＵは、図４に示すように、基板に固定された固定部ＡＣＲと、固定部ＡＣＲと質量体ＭＳ１との間に設けられたシャトルＳＨ１と、固定部ＡＣＲと質量体ＭＳ２との間に設けられたシャトルＳＨ２とを備える。そして、本実施の形態１における接続部ＣＵは、図４に示すように、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ１とを接続する梁ＢＭ１と、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ２とを接続する梁ＢＭ２と、質量体ＭＳ１とシャトルＳＨ１とを接続する梁ＢＭ３と、質量体ＭＳ２とシャトルＳＨ２とを接続する梁ＢＭ４と、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とを接続する梁ＢＭ５とを含む。このとき、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２の間に固定部ＡＣＲが設けられている。

続いて、図４に示すように、梁ＢＭ１は、ｘ方向に柔らかく、ｙ方向に硬くなるように構成されている。つまり、梁ＢＭ１は、ｙ方向よりもｘ方向に柔らかく構成されており、したがって、梁ＢＭ１は、ｘ方向に弾性変形しやすい一方、ｙ方向に弾性変形しにくくなるように構成されていることになる。このことを表現するために、図４に示す梁ＢＭ１について、変形のしやすいことを表すスプリング形状でｘ方向の接続を示し、変形のしにくいことを表す直線形状でｙ方向の接続を示している。この結果、梁ＢＭ１を介して固定部ＡＣＲと接続されているシャトルＳＨ１は、ｘ方向にのみ変位することが可能なように構成されていることになる。

同様に、図４に示すように、梁ＢＭ２も、ｘ方向に柔らかく、ｙ方向に硬くなるように構成されている。つまり、梁ＢＭ２は、ｙ方向よりもｘ方向に柔らかく構成されており、したがって、梁ＢＭ２は、ｘ方向に弾性変形しやすい一方、ｙ方向に弾性変形しにくくなるように構成されていることになる。このことを表現するために、図４に示す梁ＢＭ２について、変形のしやすいことを表すスプリング形状でｘ方向の接続を示し、変形のしにくいことを表す直線形状でｙ方向の接続を示している。この結果、梁ＢＭ２を介して固定部ＡＣＲと接続されているシャトルＳＨ２も、ｘ方向にのみ変位することが可能なように構成されていることになる。

次に、図４に示すように、梁ＢＭ３は、ｙ方向に柔らかく、ｘ方向に硬くなるように構成されている。つまり、梁ＢＭ３は、ｘ方向よりもｙ方向に柔らかく構成されており、したがって、梁ＢＭ３は、ｙ方向に弾性変形しやすい一方、ｘ方向に弾性変形しにくくなるように構成されていることになる。このことを表現するために、図４に示す梁ＢＭ３について、変形のしやすいことを表すスプリング形状でｙ方向の接続を示し、変形のしにくいことを表す直線形状でｘ方向の接続を示している。この結果、梁ＢＭ３を介してシャトルＳＨ１と接続されている質量体ＭＳ１は、シャトルＳＨ１がｙ方向に変位できないにも関わらず、ｙ方向に変位することが可能であるとともに、ｘ方向においてもシャトルＳＨ１が変位可能であることから、シャトルＳＨ１と接続されている質量体ＭＳ１もｘ方向に変位可能となる。すなわち、質量体ＭＳ１は、ｘ方向とｙ方向のいずれにも変位可能なように構成されていることになる。

同様に、図４に示すように、梁ＢＭ４は、ｙ方向に柔らかく、ｘ方向に硬くなるように構成されている。つまり、梁ＢＭ４は、ｘ方向よりもｙ方向に柔らかく構成されており、したがって、梁ＢＭ４は、ｙ方向に弾性変形しやすい一方、ｘ方向に弾性変形しにくくなるように構成されていることになる。このことを表現するために、図４に示す梁ＢＭ４について、変形のしやすいことを表すスプリング形状でｙ方向の接続を示し、変形のしにくいことを表す直線形状でｘ方向の接続を示している。この結果、梁ＢＭ４を介してシャトルＳＨ２と接続されている質量体ＭＳ２は、シャトルＳＨ２がｙ方向に変位できないにも関わらず、ｙ方向に変位することが可能であるとともに、ｘ方向においてもシャトルＳＨ２が変位可能であることから、シャトルＳＨ２と接続されている質量体ＭＳ２もｘ方向に変位可能となる。すなわち、質量体ＭＳ２は、ｘ方向とｙ方向のいずれにも変位可能なように構成されていることになる。

また、図４に示すように、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とは、梁ＢＭ５で機械的に接続されており、この梁ＢＭは、ｘ方向に柔らかくなるように構成されている。

以上のことから、図４に示す接続部ＣＵの構成において、シャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２は、ｘ方向にのみ変位可能であり、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２は、ｘ方向およびｙ方向のいずれの方向にも変位可能なように構成されていることになる。

続いて、図４に示す接続部ＣＵの構成においては、固定部ＡＣＲの中心を通り、ｘ方向に延在する中心線ＣＬ１に対して、シャトルＳＨ１は対称形状をしており、シャトルＳＨ２も対称形状をしている。さらに、図４に示す接続部ＣＵの構成においては、固定部ＡＣＲの中心を通り、ｙ方向に延在する中心線ＣＬ２に対して、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とは対称に配置されている。以上のようにして、本実施の形態１における接続部ＣＵの概念的な平面構造が構成されていることになる。

以下では、接続部ＣＵの具体的な構成例について説明する。図５は、本実施の形態１における接続部ＣＵの具体的な構成例を示す平面図である。図５に示すように、本実施の形態１における接続部ＣＵは、接続部ＣＵの中心位置にＨ型形状をした固定部ＡＣＲが配置されており、この固定部ＡＣＲを挟むように、Ｃ型形状からなるシャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とが配置されている。そして、例えば、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ１とは、梁ＢＭ１で機械的に接続されている。このとき、梁ＢＭ１は、ｘ方向よりもｙ方向に長く、かつ、ｙ方向において折り返し構造を有するＵ型形状から構成されており、これによって、梁ＢＭ１では、ｘ方向に柔らかく、ｙ方向に硬くなる梁構成が実現されている。同様に、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ２とは、梁ＢＭ２で機械的に接続されている。このとき、梁ＢＭ２は、ｘ方向よりもｙ方向に長く、かつ、ｙ方向において折り返し構造を有するＵ型形状から構成されており、これによって、梁ＢＭ２でも、ｘ方向に柔らかく、ｙ方向に硬くなる梁構成が実現されている。

次に、図５に示すように、シャトルＳＨ１と質量体ＭＳ１とは、梁ＢＭ３で機械的に接続されている。このとき、梁ＢＭ３は、ｙ方向よりもｘ方向に長く、かつ、ｘ方向において折り返し構造を有するＵ型形状から構成されており、これによって、梁ＢＭ３では、ｙ方向に柔らかく、ｘ方向に硬くなる梁構成が実現されている。同様に、シャトルＳＨ２と質量体ＭＳ２とは、梁ＢＭ４で機械的に接続されている。このとき、梁ＢＭ４は、ｙ方向よりもｘ方向に長く、かつ、ｘ方向において折り返し構造を有するＵ型形状から構成されており、これによって、梁ＢＭ４でも、ｙ方向に柔らかく、ｘ方向に硬くなる梁構成が実現されている。

さらに、図５に示すように、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とは、梁ＢＭ５で機械的に接続されている。このとき、梁ＢＭ５は、ｘ方向よりもｙ方向に長く、かつ、ｙ方向において折り返し構造を有するＷ型形状から構成されており、これによって、梁ＢＭ５では、ｘ方向に柔らかく、ｙ方向に硬くなる梁構成が実現されている。

続いて、図６は、本実施の形態１における接続部ＣＵの具体的な他の構成例を示す平面図である。図５に示す接続部ＣＵと図６に示す接続部ＣＵとの相違点は、図５に示す接続部ＣＵの中心位置に配置されている固定部ＡＣＲの平面形状がＨ型形状をしているのに対し、図６に示す接続部ＣＵの中心位置に配置されている固定部ＡＣＲの平面形状が矩形形状をしている点である。なお、図６に示す接続部ＣＵのその他の構成は、図５に示す接続部ＣＵの構成とほぼ同様である。図６に示す接続部ＣＵによれば、固定部ＡＣＲの平面サイズが小さくなる結果、接続部ＣＵ全体の平面サイズを小さくすることができる。以上のように、本実施の形態１における接続部ＣＵの具体的な構成として、図５に示す構造や図６に示す構造を採用することができる。

＜駆動振動部の構成＞
次に、図１に示す駆動振動部１０の構成について説明する。図１において、質量体ＭＳ１の内部に設けられている駆動振動部１０は、質量体ＭＳ１をｘ方向に駆動振動させるために設けられており、質量体ＭＳ２の内部に設けられている駆動振動部１０は、質量体ＭＳ２をｘ方向に駆動振動させるために設けられている。同様に、図１において、質量体ＭＳ１の内部に設けられている駆動振動部１３は、質量体ＭＳ１をｙ方向に駆動振動させるために設けられており、質量体ＭＳ２の内部に設けられている駆動振動部１３は、質量体ＭＳ２をｙ方向に駆動振動させるために設けられている。ここで、駆動振動部１０と駆動振動部１３とは、配置向きが９０度異なることを除けば同様の構成をしているため、駆動振動部１０を取り挙げて説明することにする。

図７は、本実施の形態１における駆動振動部１０を使用して質量体ＭＳ１や質量体ＭＳ２を駆動振動させるための回路構成を示す図である。図７示す回路構成では、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とは逆位相（Out Of Phase）で駆動振動することになる。図７において、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２は電気的に接地されており、直流電源Ｖｂが質量体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１０および質量体ＭＳ２の内部に形成されている駆動振動部１０に接続されている。このとき、駆動振動部１０は、容量素子から構成されており、駆動振動部１０の一方の電極（可動電極）がＧＮＤと電気的に接続され、駆動振動部１０の他方の電極（固定電極）が直流電源Ｖｂと接続されている。

さらに、図７に示すように、質量体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ１が接続されている一方、質量体ＭＳ２の内部に形成されている駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ２が接続されている。そして、容量素子から構成されている質量体ＭＳ１の駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ１から供給される交流電圧に基づく静電気力が発生し、容量素子から構成されている質量体ＭＳ２の駆動振動部１０には、交流電源Ｖｄ２から供給される交流電圧に基づく静電気力が発生する。このとき、交流電源Ｖｄから質量体ＭＳ１の駆動振動部１０に供給される交流電圧と、奥流電源Ｖｄ２から質量体ＭＳ２の駆動振動部１０に供給される交流電圧とは逆位相（１８０度位相が異なる）になっている。このことから、質量体ＭＳ１の駆動振動部１０に発生する静電気力と、質量体ＭＳ２の駆動振動部１０に発生する静電気力とは互いに逆方向となる結果、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とは逆位相で振動することになる。

図８は、駆動振動部１０の構成例を示す模式図である。図８に示すように、駆動振動部１０は、例えば、パラレル構造の容量素子から構成されている。具体的に、駆動振動部１０は、外部との接続端子として機能するパッドＰＤと電気的に接続された固定電極１０ａ（１）および固定電極１０ａ（２）を有し、この固定電極１０ａ（１）および固定電極１０ａ（２）の間に挟まれるように、質量体ＭＳ１（質量体ＭＳ２）と一体的に形成された可動電極１０ｂが形成されている。このとき、例えば、固定電極１０ａ（１）と可動電極１０ｂとの間の距離Ｌ１は、固定電極１０ａ（２）と可動電極１０ｂとの間の距離Ｌ２とが異なるように構成されている。具体的に、距離Ｌ１は、例えば、数μｍ程度であり、距離Ｌ２は、距離Ｌ１の３倍程度の値に設定されている。図８に示す容量素子から駆動振動部１０を構成する場合、距離Ｌ１を短くできる結果、固定電極１０ａ（１）と可動電極１０ｂとの間に働く静電気力を大きくすることができ、これによって、容量素子における高い駆動効率を得ることができる。

なお、図１に示すように、質量体ＭＳ１の内部には、質量体ＭＳ１のｘ方向の変位（振動）をモニタするモニタ部１１（１２）が形成され、かつ、質量体ＭＳ１の内部には、質量体ＭＳ１のｙ方向の変位（振動）をモニタするモニタ部１４（１５）が形成されている。これらのモニタ部１１（１２）、１４（１５）も、図８に示す構造の容量素子から構成されている。同様に、図１に示すように、質量体ＭＳ２の内部には、質量体ＭＳ２のｘ方向の変位（振動）をモニタするモニタ部１１（１２）が形成され、かつ、質量体ＭＳ２の内部には、質量体ＭＳ２のｙ方向の変位（振動）をモニタするモニタ部１４（１５）が形成されている。これらのモニタ部１１（１２）、１４（１５）も、図８に示す構造の容量素子から構成されている。すなわち、モニタ部１１（１２）は、質量体ＭＳ１または質量体ＭＳ２のｘ方向の変位（振動）を静電容量値の変化として検出するために、例えば、図８に示す構造の容量素子から構成されている。同様に、モニタ部１４（１５）も、質量体ＭＳ１または質量体ＭＳ２のｙ方向の変位（振動）を静電容量値の変化として検出するために、例えば、図８に示す構造の容量素子から構成されている。

したがって、駆動振動部１０（１３）と、モニタ部１１（１２）、１４（１５）とは、ともに図８に示す構造の容量素子から構成されているが用途が異なる。すなわち、駆動振動部１０（１３）においては、電極間に静電気力を発生させて、質量体ＭＳ１または質量体ＭＳ２を駆動振動させるために容量素子を使用している一方、モニタ部１１（１２）、１４（１５）においては、質量体ＭＳ１または質量体ＭＳ２の変位（振動）を静電容量の変化として捉えてモニタリングするために容量素子を使用している。

＜実施の形態１におけるセンサエレメントの動作＞
本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１は、上記のように構成されており、以下では、センサエレメントＳＥ１の動作について、図面を参照しながら説明する。

図９は、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４で接続された質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とがｘ方向に駆動振動している状態を示す図である。質量体ＭＳ１は、ｘ方向に変位可能であるため、図１に示す質量体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１０によって、質量体ＭＳ１はｘ方向に駆動振動する。同様に、質量体ＭＳ２も、ｘ方向に変位可能であるため、図１に示す質量体ＭＳ２の内部に形成されている駆動振動部１０によって、質量体ＭＳ２は、ｘ方向に駆動振動することになる。特に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とがｘ方向に逆位相で駆動振動している状態を模式的に示す図である。すなわち、図１０（ａ）に示すように、質量体ＭＳ１が−ｘ方向に変位する場合、質量体ＭＳ２は＋ｘ方向に変位する。一方、図１０（ｂ）に示すように、質量体ＭＳ１が＋ｘ方向に変位する場合、質量体ＭＳ２は−ｘ方向に変位する。このようにして、本実施の形態１においては、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４で接続された質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２によってｘ方向に音叉構造が構成され、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の変形によって、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳとがｘ方向に逆位相で駆動振動する動作が実現されることになる。

図１１は、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４で接続された質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とがｙ方向に駆動振動している状態を示す図である。質量体ＭＳ１は、ｙ方向にも変位可能であるため、図１に示す質量体ＭＳ１の内部に形成されている駆動振動部１３によって、質量体ＭＳ１はｙ方向に駆動振動する。同様に、質量体ＭＳ２も、ｙ方向に変位可能であるため、図１に示す質量体ＭＳ２の内部に形成されている駆動振動部１３によって、質量体ＭＳ２は、ｙ方向に駆動振動することになる。特に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とがｙ方向に逆位相で駆動振動している状態を模式的に示す図である。すなわち、図１２（ａ）に示すように、質量体ＭＳ１が＋ｙ方向に変位する場合、質量体ＭＳ２は−ｙ方向に変位する。一方、図１２（ｂ）に示すように、質量体ＭＳ１が−ｙ方向に変位する場合、質量体ＭＳ２は＋ｙ方向に変位する。このようにして、本実施の形態１においては、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４で接続された質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２によってｙ方向に音叉構造が構成され、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の変形によって、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とがｙ方向に逆位相で駆動振動する動作が実現されることになる。

以上のことから、本実施の形態１によれば、駆動振動部１０によって、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とをｘ方向に駆動振動させ、かつ、駆動振動部１３によって、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とをｙ方向に駆動振動させることができる。したがって、本実施の形態１によれば、駆動振動部１０と駆動振動部１３とを組み合わせることにより、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２を任意の方向に駆動振動させることができる。

図１３は、ｚ方向回り（時計回り）に角速度が印加された場合における本実施の形態１のセンサエレメントの動作を説明する模式図である。まず、図１３（ａ）では、ｚ方向回りに角速度が印加されていない状態の一例が示されている。具体的に、図１３（ａ）において、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とがｘ方向に駆動振動している。この状態で、図１３（ｂ）に示すように、ｚ方向回り（時計回り）に角速度（Ω）が印加されると、コリオリ力によって、ｘ方向の駆動振動が反時計回りに回転する（「フーコーの振り子の原理」）。この駆動振動の傾きを測定することにより、角速度（Ω）に起因する回転角θを測定することができる。

このとき、駆動振動が反時計回りに回転する場合においても、この回転を阻害することなく、駆動振動の振幅を一定に保持することが回転角の検出精度を向上する観点から重要である。この点に関し、本実施の形態１では、上述したように、駆動振動部１０によって、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とをｘ方向に駆動振動させ、かつ、駆動振動部１３によって、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とをｙ方向に駆動振動させることができる。このことから、本実施の形態１によれば、駆動振動部１０と駆動振動部１３とを組み合わせて制御することにより、「フーコーの振り子の原理」によって、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２の駆動振動の方向が変化しても、駆動振動の振幅を一定に制御しつつ、回転角を算出することができる。以下に、この制御動作について説明する。

図１４は、本実施の形態１におけるセンサシステム１００の構成を示す図である。図１４に示すように、本実施の形態１におけるセンサシステム１００は、ジャイロスコープであるセンサエレメントＳＥ１、増幅部１０１、復調部１０２、信号検出部１０３、ＱＥ（Quadrature Error）制御部１０４、振幅制御部１０５、角度算出部１０６、フィードバック制御部１０７、変調部１０８、増幅部１０９、チューニング部１１０を有している。

まず、図１に示すセンサエレメントＳＥ１において、質量体ＭＳ１のｘ方向の変位が静電容量値の変化としてモニタ部１１で検出され、かつ、質量体ＭＳ２のｘ方向の変位が静電容量値の変化としてモニタ部１２で検出される。一方、質量体ＭＳ１のｙ方向の変位が静電容量値の変化としてモニタ部１４で検出され、かつ、質量体ＭＳ２のｙ方向の変位が静電容量値の変化としてモニタ部１５で検出される。そして、モニタ部１１およびモニタ部１２の静電容量値の変化は、例えば、図示しないＣ／Ｖ変換部で第１電圧信号（Ｘ）に変換される。同様に、モニタ部１４およびモニタ部１５の静電容量値の変化は、例えば、図示しないＣ／Ｖ変換部で第１電圧信号（Ｙ）に変換される。

次に、図１４に示すように、増幅部１０１において、第１電圧信号（Ｘ）および第１電圧信号（Ｙ）は、それぞれ増幅された後、復調部１０２で復調されて、それぞれ互いに直交する成分に分離される。なお、チューニング部１１０においては、図示しない容量素子を使用して、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数とのマッチングが行なわれる。

続いて、信号検出部１０３では、復調部１０２で復調された信号から、有用なパラメータである「Quadrature」（駆動振動と直交する位相の成分）と「振幅」（駆動振動の振幅）と「角度」とを取得する。そして、ＱＥ制御部１０４では、「Quadrature」の補償が行なわれる。また、振幅制御部１０５では、均一の振幅が得られるように制御する。さらに、角度算出部１０６では、回転角が算出される。その後、フィードバック制御部１０７は、ＱＥ制御部１０４と振幅制御部１０５と角度算出部１０６とから供給される信号に基づいてフィードバック信号を生成する。次に、フィードバック制御部１０７で生成されたフィードバック信号は、変調部１０８で変調された後、増幅部１０９で増幅されて、回転角を阻害することなく、駆動振動部１０および駆動振動部１３に供給される。この結果、本実施の形態１におけるセンサシステム１００によれば、駆動振動部１０と駆動振動部１３とを組み合わせて制御することにより、「フーコーの振り子の原理」によって、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２の駆動振動の方向が変化しても、駆動振動の振幅を一定に制御しながら、回転角を算出する動作を実現することができる。

＜実施の形態１における特徴＞
続いて、本実施の形態１における特徴点について説明する。

（１）Ｑ値を高める工夫
本実施の形態１では、ジャイロスコープの性能向上を図るために、Ｑ値に着目している。すなわち、高いＱ値は、誤差の低減に寄与するのである。例えば、ジャイロスコープにおけるＱ値は、ジャイロスコープからのエネルギーの散逸を示す指標である。具体的に、理想的な「フーコーの振り子」のＱ値は無限大である。つまり、Ｑ値が無限大ということは、エネルギーの散逸がゼロであることを意味し、このことは、理想的な「フーコーの振り子」では、振り子も振動が減衰しないことを意味する。すなわち、理想的な「フーコーの振り子」では、振り子の振動の一定性が確保されることから、コリオリ力に基づく回転角を精度良く検出することができるのである。これに対し、現実のジャイロスコープでは、少なからずエネルギーの散逸が存在するため、質量体の駆動振動は減少する。このことは、Ｑ値が小さくなることを意味する。したがって、質量体の駆動振動を一定に保持して、回転角の精度を向上するためには、ジャイロスコープのＱ値を高めることが有用である。そこで、本実施の形態１では、ジャイロスコープのＱ値を高める工夫を施しているため、以下では、この工夫点について説明する。

図１５は、ジャイロスコープにおけるＱ値の逆数（１／Ｑ）を示す関係式である。図１５に示すように、「１／Ｑ」は、「１／Ｑ_ＴＥＤ」＋「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」＋「１／Ｑ_ＮＲ」で表される。ここで、「１／Ｑ_ＴＥＤ」は、弾性エネルギーが熱エネルギーに変換されて散逸する指標を示しており、具体的に、「１／Ｑ_ＴＥＤ」は、梁の弾性変形によって発生する熱エネルギーの散逸を示す項である。一方、「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」は、固定部における基板への振動エネルギーの散逸を示す項であり、「１／Ｑ_ＮＲ」は、密閉空間に封止されている気体からの抵抗によるエネルギーの散逸（エアダンピング）を示す項である。

まず、誤差を低減するためには、質量体の駆動振動の一定性を高めることが重要であり、この質量体の駆動振動の一定性を高めるということは、できるだけエネルギーの散逸を小さくすることを意味する。なぜなら、エネルギーの散逸が大きくなるということは、質量体の駆動振動が減衰していくことを意味しているからである。したがって、誤差を低減するためには、エネルギーの散逸を抑制することを意味し、これは、Ｑ値を大きくすることに対応する。言い換えれば、Ｑ値を大きくするということは、Ｑ値の逆数（１／Ｑ）を小さくすることを意味する。このことから、ジャイロスコープにおける誤差を低減するためには、「１／Ｑ_ＴＥＤ」と「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」と「１／Ｑ_ＮＲ」を小さくすることが重要である。

そこで、まず、「１／Ｑ_ＮＲ」に着目すると、「１／Ｑ_ＮＲ」は、密閉空間に封止されている気体からの抵抗によるエネルギーの散逸（エアダンピング）を示すことから、密閉空間に封止される気体量を低減すればよいことになる。なぜなら、密閉空間に封止される気体量が低減されれば、質量体に加わる気体抵抗が小さくなるからである。したがって、「１／Ｑ_ＮＲ」を小さくするためには、質量体が密閉されている密閉空間の圧力を低減することが有効である。特に、「１／Ｑ_ＮＲ」をできるだけ小さくする観点からは、密閉空間の圧力を真空状態に近づけることが望ましい。

続いて、「１／Ｑ_ＴＥＤ」に着目する。「１／Ｑ_ＴＥＤ」は、梁の弾性変形によって発生する熱エネルギーの散逸を示す項であり、本実施の形態１では、梁の形状を設計することにより、梁の弾性変形によって発生する熱エネルギーの散逸を小さくしている（第１特徴点）。

次に、「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」に着目する。「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」は、固定部における基板への振動エネルギーの散逸を示す項であり、本実施の形態１では、固定部の配置を工夫することにより、固定部における基板への振動エネルギーの散逸を小さくしている。以下に、この点について説明する。

図１６（ａ）は、固定部の一方側だけに質量体と接続する梁を設ける構成を示す模式図であり、図１６（ｂ）は、固定部の両側に質量体と接続する梁を設ける構成を示す模式図である。まず、図１６（ａ）において、固定部ＡＣＲと質量体ＭＳとは梁ＢＭで接続されている。この場合、例えば、梁ＢＭの変形によって発生した音響エネルギーが固定部ＡＣＲに伝達される。そして、固定部ＡＣＲに伝達された音響エネルギーは、固定部ＡＣＲからシステムの外部へ散逸することになる。つまり、図１６（ａ）に示すように、固定部の一方側だけに質量体と接続する梁を設ける構成では、固定部ＡＣＲからシステムの外部への音響エネルギーの散逸が大きくなり、このことは、「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」が大きくなってしまうことを意味する。これに対し、図１６（ｂ）では、固定部の両側に質量体と接続する梁が設けられている。具体的に、図１６（ｂ）に示すように、固定部ＡＣＲを挟むように、固定部ＡＣＲの左側に質量体ＭＳ１が配置され、かつ、固定部ＡＣＲの右側に質量体ＭＳ２が配置されている。そして、固定部ＡＣＲと質量体ＭＳ１とは梁ＢＭ１で接続され、固定部ＡＣＲと質量体ＭＳ２とは梁ＢＭ２で接続されている。この場合、図１６（ｂ）に示すように、固定部ＡＣＲには、左側から梁ＢＭ１の弾性変形に伴う音響エネルギーが伝達され、かつ、右側から梁ＢＭ２の弾性変形に伴う音響エネルギーが伝達される。この結果、図１６（ｂ）に示す構成では、梁ＢＭ１から固定部ＡＣＲに音響エネルギーが伝わるとともに、梁ＢＭ１から固定部ＡＣＲに音響エネルギーが伝わることになる。このことは、固定部ＡＣＲにおいて音響エネルギーがキャンセルされることを意味し、システムの外部への音響エネルギーの散逸を抑制できることを意味している。すなわち、図１６（ｂ）に示すように、固定部ＡＣＲを挟むように、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とを配置する構成では、システムの外部への音響エネルギーの散逸を抑制できるのである。このため、図１６（ｂ）に示す構成によれば、「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」を小さくすることができるのである。そこで、本実施の形態１では、例えば、図５に示すように、１つの固定部ＡＣＲをシャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２で挟むように構成し、かつ、シャトルＳＨ１と固定部ＡＣＲとを梁ＢＭ１で接続し、シャトルＳＨ２と固定部ＡＣＲとを梁ＢＭ２で接続している。（第２特徴点）。これにより、本実施の形態１における第２特徴点によれば、固定部における音響エネルギーの散逸を小さくすることができ、これによって、「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」を小さくできる。

以上のことから、本実施の形態１によれば、第１特徴点によって、「１／Ｑ_ＴＥＤ」を小さくすることができ、かつ、第２特徴点によって、「１／Ｑ_{ＡＮＣＨＯＲ}」を小さくすることができることから、第１特徴点と第２特徴点とを組み合わせることにより、Ｑ値の逆数（１／Ｑ）を小さくすることができる。この結果、本実施の形態１によれば、誤差の低減を図ることができ、これによって、ジャイロスコープの性能向上を図ることができる。

（２）誤検出を低減する工夫
続いて、誤検出を低減する工夫について説明する。まず、図１７を参照して、誤検出について説明する。図１７は、誤検出の発生メカニズムを説明する図である。特に、図１７（ａ）は、角速度が印加されていない場合の理想的な駆動振動を模式的に示す図であり、図１７（ｂ）は、角速度が印加されていない場合において、誤検出が発生する状態の駆動振動を模式的に示す図である。

まず、図１７（ａ）に示すように、角速度が印加されていないときの理想的な駆動振動は、ｘ方向にのみ質量体が駆動振動している場合である。ところが、質量体は、ｘ方向だけでなく、ｙ方向にも変位可能なように構成されている。このため、質量体をｘ方向にのみ駆動振動させようとしても、実際には、ｘ方向とｙ方向との結合（カップリング）により、図１７（ｂ）に示すように、角速度が印加されていない状態においても、ｙ方向にわずかに振動が生じることがある。この場合、図１７（ｂ）に示すように、質量体の駆動振動の方向がｘ方向から角度αだけずれることになる。このｙ方向への振動が誤検出の発生原因であり、角速度が印加されていないにも関わらず、あたかも角速度の印加に起因するコリオリ力によって、駆動振動の方向がｘ方向から角度αだけずれているという誤検出が生じることになる。

そこで、本実施の形態１では、この誤検出を低減する工夫を施している。具体的には、例えば、図５に示すように、固定部ＡＣＲと、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２とを直接接続するのではなく、シャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２を介して接続するように構成されている。すなわち、本実施の形態１では、図５に示すように、固定部ＡＣＲを挟むようにシャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とが配置され、シャトルＳＨ１の外側に質量体ＭＳ１が配置され、シャトルＳＨ２の外側に質量体ＭＳ２が配置されている。そして、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ１とは、ｙ方向よりもｘ方向に柔らかい梁ＢＭ１で接続され、固定部ＡＣＲとシャトルＳＨ２とは、ｙ方向よりもｘ方向に柔らかい梁ＢＭ１で接続されている。また、シャトルＳＨ１と質量体ＭＳ１とは、ｘ方向よりもｙ方向に柔らかい梁ＢＭ３で接続され、シャトルＳＨ２と質量体ＭＳ２とは、ｘ方向よりもｙ方向に柔らかい梁ＢＭ３で接続されている。この結果、本実施の形態１によれば、シャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２は、ｘ方向にだけ変位可能なように構成され、かつ、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２は、ｘ方向およびｙ方向の両方に変位可能なように構成される。つまり、本実施の形態１では、ｘ方向およびｙ方向の両方に変位可能な質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２が直接固定部ＡＣＲと接続されているのではなく、ｘ方向にのみ変位可能なシャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２を介して接続されている点に特徴点がある（第３特徴点）。これにより、シャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２がｘ方向にだけ変位可能であることから、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２をｘ方向に駆動振動させた場合、シャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２によって、ｘ方向とｙ方向の結合が遮断される（デカップリング）。この結果、本実施の形態１によれば、シャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２を設けることによって、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２の駆動振動における誤検出を低減することができる。すなわち、本実施の形態１では、固定部ＡＣＲと直接接続するシャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２を設け、このシャトルＳＨ１およびシャトルＳＨ２をｘ方向にのみ変位可能なように構成することにより、誤検出の発生要因を低減しているのである。したがって、本実施の形態１における第３特徴点によれば、角速度が印加されていないにも関わらず、あたかも角速度の印加に起因するコリオリ力によって、駆動振動の方向がｘ方向から角度αだけずれているという誤検出が生じにくくなり、これによって、ジャイロスコープの性能向上を図ることができる。

（３）対称性を高める工夫
次に、対称性を高める工夫について説明する。本実施の形態１では、質量体ＭＳ１の質量と質量体ＭＳ２の質量とを等しくしている（第４特徴点）。つまり、本実施の形態１では、質量に関して、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とに対称性が存在する。なぜなら、質量体ＭＳ１の質量と質量体ＭＳ２の質量とを等しくするということは、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とを等しくすることになるからである。すなわち、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とを等しくことは、センサシステムのバランスを保持するためにとても重要であることから、本実施の形態１では、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とを等しくするために、質量体ＭＳ１の質量と質量体ＭＳ２の質量とを等しくしている。特に、本実施の形態１では、シャトルＳＨ１と、シャトルＳＨ２と、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とを接続する梁ＢＭ５とを介して、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とを結合しており、この構造は、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とを等しい値に固定することに寄与する（第５特徴点）。さらには、図４に示すように、シャトルＳＨ１とシャトルＳＨ２とが中心線ＣＬ２に対して対称に配置されている点と、シャトルＳＨ１自体およびシャトルＳＨ２自体が中心線ＣＬ１に対して対称構造をしている点も、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とを等しくすることに寄与する（第６特徴点）。

したがって、本実施の形態１によれば、第４特徴点と第５特徴点と第６特徴点との相乗効果によって、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とを等しくすることができる結果、以下に示す効果を得ることができる。

例えば、駆動振動は、機械的な波動（音響波（Acoustic wave））として理解されている。そして、質量体ＭＳ１の駆動振動に起因する音響波と、質量体ＭＳ２の駆動振動に起因する音響波とは、固定部ＡＣＲに向かって進行する。このとき、例えば、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とが相違する場合には、固定部ＡＣＲにおいて、質量体ＭＳ１の駆動振動に起因する音響波と、質量体ＭＳ２の駆動振動に起因する音響波とがキャンセルせず、固定部ＡＣＲからのエネルギーの散逸が生じる。つまり、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とが相違する場合には、駆動振動の一定性を維持しにくくなり、これによって、ジャイロスコープの検出精度が低下するのである。これに対し、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とが等しい場合には、固定部ＡＣＲにおいて、質量体ＭＳ１の駆動振動に起因する音響波と、質量体ＭＳ２の駆動振動に起因する音響波とがキャンセルする。このため、質量体ＭＳ１の共振周波数と、質量体ＭＳ２の共振周波数とが等しい場合には、固定部ＡＣＲから漏洩する音響波を低減できる。このことは、固定部ＡＣＲからのエネルギーの散逸を抑制できることを意味し、これによって、質量体ＭＳ１の駆動振動および質量体ＭＳ２の駆動振動を一定に保持しやすくなることを意味する。したがって、本実施の形態１における第４特徴点と第５特徴点によれば、質量体ＭＳ１の共振周波数と質量体ＭＳ２の共振周波数とが等しくなる結果、固定部ＡＣＲからのエネルギーの散逸を抑制でき、これによって、ジャイロスコープの検出誤差を低減することができる。

続いて、本実施の形態１では、さらなる対称性を高めるため、以下に示す工夫を施している。特に、ｘ方向の対称性とｙ方向の対称性とを高めることが、検出誤差を低減することに有用であることから、本実施の形態１では、ｘ方向の対称性とｙ方向の対称性とを高めるために、質量体ＭＳ１の中心と質量体ＭＳ２の中心とを一致させている（第７特徴点）。

例えば、ジャイロスコープが外部加速度の存在する現実の外部環境下で動作する場合、外部加速度の影響を受ける。例えば、音叉構造を前提として、質量体ＭＳ１の中心（重心）と質量体ＭＳ２の中心（重心）とがずれている場合、外部加速度は、ｘ方向とｙ方向とに異なる影響を及ぼすことになる。具体的には、外部加速度に起因して力やトルクが発生する。これに対して、質量体ＭＳ１の中心と質量体ＭＳ２の中心とが一致する場合、外部加速度に起因する力やトルクはキャンセルする。この結果、本実施の形態１における第７特徴点によれば、外部加速度の影響を受けにくいジャイロスコープを提供することができる。

さらに、本実施の形態１では、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数を一致させるため、ｘ方向の対称性とｙ方向の対称性とを高める工夫を施している。具体的には、図１に示すように、本実施の形態１において、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とは、４つの接続部ＣＵ１〜ＣＵ４で接続されている。特に、本実施の形態１では、互いに配置向きが９０度異なる同一構造の接続部（接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２、接続部ＣＵ３と接続部ＣＵ４）を使用して、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とを接続している（第８特徴点）。これにより、本実施の形態１によれば、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数とをほぼ一致させることができる。以下に、この理由について説明する。

共振周波数は、質量（ｍ）とともにバネ定数（ｋ）に依存する（ｆ＝１／２π×√（ｋ／ｍ）。したがって、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数とを一致させるためには、バネ定数を等しくする構成が有用である。ここで、図１８は、ｘ方向のバネ定数とｙ方向のバネ定数を一致させる概念を説明する図である。例えば、図１８の左図に示すように、一般的に、本実施の形態１で採用している接続部ＣＵ１のｘ方向のバネ定数（ｋ１）とｙ方向のバネ定数（ｋ２）とは異なる。このため、例えば、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳとを接続部ＣＵ１で接続する場合には、ｘ方向のバネ定数とｙ方向のバネ定数とが異なることから、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数とは異なることになる。そこで、本実施の形態１では、例えば、図１に示すように、互いに配置向きが９０度異なる同一構造の接続部（接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２、接続部ＣＵ３と接続部ＣＵ４）を使用して、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とを接続している。この場合、図１８に示すように、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２との接続構造におけるｘ方向のバネ定数は、接続部ＣＵ１のｘ方向のバネ定数（ｋ１）と接続部ＣＵ２のｘ方向のバネ定数（ｋ２）の組み合わせになる。同様に、図１８に示すように、質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２との接続構造におけるｙ方向のバネ定数は、接続部ＣＵ１のｙ方向のバネ定数（ｋ２）と接続部ＣＵ２のｙ方向のバネ定数（ｋ１）の組み合わせになる。したがって、互いに配置向きが９０度異なる接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２との組み合わせに着目すると、ｘ方向のバネ定数（ｋ１＋ｋ２）とｙ方向のバネ定数（ｋ２＋ｋ１）とは等しくなる。そして、質量体ＭＳ１の質量と質量体ＭＳ２の質量とが等しいことを考慮すると、本実施の形態１によれば、ｘ方向の共振周波数とｙ方向の共振周波数とをほぼ一致させることができるのである。この結果、本実施の形態１によれば、ジャイロスコープの検出誤差を低減することができる。

（４）信号（シグナル）を大きくする工夫
次に、信号（シグナル）を大きくする工夫について説明する。例えば、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥ１では、図１に示すように、質量体ＭＳ１の内部に複数の容量素子を形成し、かつ、質量体ＭＳ２の内部に複数の容量素子を形成している（第９特徴点）。これにより、本実施の形態１によれば、以下に示す効果を得ることができる。

例えば、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のそれぞれの構成要素であるシャトルの内部に、駆動振動部１０（１３）として機能する容量素子や、モニタ部１１（１２）、１４（１５）として機能する容量素子を設けることが考えられる。しかし、この構成の場合、シャトルの差サイズが小さいことから、このシャトルの内部に形成される容量素子のサイズ（電極面積のサイズ）も小さくなる。このことは、例えば、駆動振動部１０（１３）として機能する容量素子に着目した場合、容量素子で発生する静電気力が小さくなることを意味する。したがって、大きな駆動振動を得るためには、容量素子に印加する電圧を大きくする必要があるが、このことは、センサの消費電力が大きくなってしまうことを意味する。一方、例えば、モニタ部１１（１２）、１４（１５）として機能する容量素子に着目した場合、容量素子のサイズ（電極面積のサイズ）が小さくなることは、容量素子の静電容量値が小さくなることを意味する。この場合、容量素子の静電容量値の変化が小さくなり、モニタ部１１（１２）、１４（１５）からの出力信号が小さくなることを意味する。

この点に関し、シャトルのサイズを大きくすることが考えられるが、シャトルのサイズを大きくすると、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４のそれぞれのサイズが大きくなり、これによって、ジャイロスコープの小型化が阻害されることになる。

そこで、本実施の形態１では、質量体ＭＳ１の内部に複数の容量素子を形成し、かつ、質量体ＭＳ２の内部に複数の容量素子を形成している。この場合、質量体ＭＳ１のサイズおよび質量体ＭＳ２のサイズは、シャトルのサイズよりも遥かに大きいことから、ジャイロスコープのサイズを大きくすることなく、質量体ＭＳ１あるいは質量体ＭＳ２の内部に形成される容量素子のサイズを大きくすることができる。このことは、例えば、駆動振動部１０（１３）として機能する容量素子に着目した場合、容量素子に印加する電圧を大きくしなくても、容量素子で発生する静電気力を大きくすることができることを意味する。したがって、本実施の形態１におけるジャイロスコープによれば、消費電力の増加を抑制することができる。一方、例えば、モニタ部１１（１２）、１４（１５）として機能する容量素子に着目した場合、容量素子のサイズ（電極面積のサイズ）が大きくなることは、容量素子の静電容量値が大きくなることを意味する。この場合、容量素子の静電容量値の変化も大きくなり、モニタ部１１（１２）、１４（１５）からの出力信号を大きくすることができる。

以上のことから、本実施の形態１によれば、（１）〜（３）で説明した第１特徴点〜第８特徴点によって、誤差（ノイズ）を低減できるとともに。（４）で説明した第９特徴点により、信号（シグナル）を大きくすることができる。このことは、本実施の形態１におけるジャイロスコープによれば、誤差（ノイズ）を低減できる点と信号（シグナル）を増加できる点との相乗効果によって、Ｓ／Ｎ比を向上することができることを意味し、これによって、ジャイロスコープの性能向上を図ることができることになる。

＜変形例１＞
図１９は、本変形例１におけるセンサエレメントＳＥ１の構成を示す平面図である。図１９に示すように、本変形例１におけるセンサエレメントＳＥ１では、ｘ軸上に配置されている接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２のそれぞれに近接して、質量体ＭＳ１の内部および質量体ＭＳ２の内部に容量素子ＣＡＰ１が配置され、ｙ軸上に配置されている接続部ＣＵ３と接続部ＣＵ４のそれぞれに近接して、質量体ＭＳ１の内部および質量体ＭＳ２の内部に容量素子ＣＡＰ２が配置されている。さらに、本変形例１においては、図１９に示すように、ｘ軸から４５度の方向とｘ軸から１３５度の方向にも容量素子ＣＡＰ３が配置されている。このことから、本変形例１におけるセンサエレメントＳＥ１によれば、図１に示す実施の形態１よりも、駆動振動部やモニタ部として機能する容量素子の数を増加させることができるため、駆動振動部における駆動力の向上、および、モニタ部における検出感度の向上を図ることができる。

例えば、図１９に示す本変形例１において、容量素子ＣＡＰ１をｘ方向の駆動振動部として機能させ、容量素子ＣＡＰ２をｙ方向の駆動振動部として機能させ、さらに、容量素子ＣＡＰ３をモニタ部として機能させることができる。

＜変形例２＞
図２０は、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ１の構成を示す平面図である。図２０に示すように、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ１では、ｘ軸上に配置されている接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２のそれぞれに近接して、質量体ＭＳ１の内部および質量体ＭＳ２の内部に容量素子ＣＡＰ１が配置され、ｙ軸上に配置されている接続部ＣＵ３と接続部ＣＵ４のそれぞれに近接して、質量体ＭＳ１の内部および質量体ＭＳ２の内部に容量素子ＣＡＰ２が配置されている。さらに、本変形例２においては、容量素子ＣＡＰ１と隣り合う位置に容量素子ＣＡＰ３が配置されているとともに、容量素子ＣＡＰ２と隣り合う位置にも容量素子ＣＡＰ３が配置されている。これにより、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ１においても、駆動振動部やモニタ部として機能する容量素子の数を増加させることができるため、駆動振動部における駆動力の向上、および、モニタ部における検出感度の向上を図ることができる。

＜変形例３＞
図２１は、本変形例３におけるセンサエレメントＳＥ１の構成を示す平面図である。図２１に示すように、本変形例３において、質量体ＭＳ１の外形形状や質量体ＭＳ２の外形形状は、八角形形状をしている。このような形状とすることで、図２１に示すように、円形形状に比べて面積を増やすことができ、電極容量の向上や慣性量の増加を図ることができる。このように、質量体ＭＳ１の外形形状や質量体ＭＳ２の外形形状は、円形形状に限られることなく、八角形形状に代表される多角形形状とすることもできる。

＜変形例４＞
図２２は、本変形例４におけるセンサエレメントＳＥ１の構成を示す平面図である。図２２に示すように、本変形例４におけるセンサエレメントＳＥ１では、ｘ軸上に配置されている接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２のそれぞれに近接して、質量体ＭＳ１の内部および質量体ＭＳ２の内部に容量素子ＣＡＰ１が配置され、ｙ軸上に配置されている接続部ＣＵ３と接続部ＣＵ４のそれぞれに近接して、質量体ＭＳ１の内部および質量体ＭＳ２の内部に容量素子ＣＡＰ２が配置されている。さらに、本変形例４においては、図２２に示すように、ｘ軸から３０度の方向とｘ軸から６０度の方向にも容量素子ＣＡＰ３が配置されている。すなわち、本変形例４においては、３０度ごとに容量素子（容量素子ＣＡＰ１、ＣＡＰ２、ＣＡＰ３）が配置されている。これにより、本変形例４によれば、異なる軸において、質量体ＭＳ１および質量体ＭＳ２の振動を制御することができる。

＜変形例５＞
図２３は、本変形例５におけるセンサエレメントＳＥ１の構成を示す平面図である。図２３に示すように、本変形例５におけるセンサエレメントＳＥ１は、例えば、８つの接続部（単位接続部）ＣＵ１〜ＣＵ８を有している。具体的に、ｘ方向において、質量体ＭＳ１の中心に対して対称となる位置に接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２とが配置され、ｙ方向において、質量体ＭＳ１の中心に対して対称となる位置に接続部ＣＵ３と接続部ＣＵ４とが配置されている。また、ｘ方向から４５度の方向において、質量体ＭＳ１の中心に対して対称となる位置に接続部ＣＵ５と接続部ＣＵ６とが配置され、ｘ方向から１３５度の方向において、質量体ＭＳ１の中心に対して対称となる位置に接続部ＣＵ７と接続部ＣＵ８とが配置されている。このように構成することによっても、実施の形態１における技術的思想を実現することができる。すなわち、実施の形態１における技術的思想は、センサエレメントＳＥ１を構成する質量体ＭＳ１と質量体ＭＳ２とを接続する接続部として、複数の単位接続部を使用することができ、これらの複数の単位接続部の数は、特に限定されるものではなく、例えば、実施の形態１のように、４つの接続部（単位接続部）ＣＵ１〜ＣＵ４を使用してもよいし、本変形例５のように、８つの接続部（単位接続部）ＣＵ１〜ＣＵ８を使用してもよい。

（実施の形態２）
＜実施の形態２における基本思想＞
まず、本実施の形態２における基本思想について、図面を参照しながら説明する。図２４（ａ）および図２４（ｂ）は、実施の形態２において着目する改善の余地を説明する図である。図２４（ａ）において、パッケージＰＫＧに設けられている空洞部（キャビティ）の内部にセンサエレメントＳＥが配置されており、センサエレメントＳＥは、固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２によって、パッケージＰＫＧに固定されている。ここで、図２４（ａ）に示すように、例えば、固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２との間の距離を距離ＬＡとして示している。

ここで、パッケージＰＫＧは、例えば、低コスト化を図る観点から、プラスチックパッケージなどが使用されている。この場合、例えば、図２４（ｂ）に示すように、外部環境の変化に伴う温度変化や湿度変化によって、パッケージＰＫＧが変形する。すると、このパッケージＰＫＧの変形に伴って、固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２との間の距離ＬＡが変化し、これによって、センサエレメントＳＥに変形が生じる。このようにセンサエレメントＳＥに変形が生じると、センサエレメントＳＥに応力が加わる結果、角速度や回転角の検出にドリフト誤差が加わることになる。そして、このドリフト誤差が大きくなると、角速度や回転角を検出することが困難となる。したがって、ジャイロスコープの性能向上を図るために、ジャイロスコープ（センサエレメントＳＥ）には、外部環境の影響を受けにくいことが必要とされるのである。

そこで、本実施の形態２においては、外部環境の影響を受けにくいジャイロスコープ（センサエレメントＳＥ）の構造を実現する工夫を施している。以下では、まず、この工夫に対する基本思想を説明し、その後、この基本思想を具現化した具体的な構成例について説明することにする。

図２５（ａ）および図２５（ｂ）は、本実施の形態２における基本思想を説明する図である。図２５（ａ）に示すように、パッケージＰＫＧに設けられている空洞部（キャビティ）の内部にセンサエレメントＳＥが配置されており、センサエレメントＳＥは、固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２によって、パッケージＰＫＧに固定されている。ここで、図２５（ａ）に示すように、例えば、固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２との間の距離は、距離ＬＢとなっている。この距離ＬＢは、図２４（ａ）に示す距離ＬＡよりも短くなっている。すなわち、本実施の形態２における基本思想は、図２４（ａ）と図２５（ａ）とを見比べるとわかるように、センサエレメントＳＥをパッケージＰＫＧに固定する固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２との間の距離を短くするというものである（第１０特徴点）。

これにより、例えば、図２５（ｂ）に示すように、温度変化や湿度変化に代表される外部環境の変化によって、パッケージＰＫＧに変形が生じても、固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２との間の距離ＬＢを短くすると、固定部ＡＣＲ１と固定部ＡＣＲ２との間の距離ＬＢの変化が小さくなり、これによって、センサエレメントＳＥの変形が抑制されるのである。つまり、本実施の形態２における基本思想によれば、外部環境の変化に起因してパッケージＰＫＧに変形が生じても、上述した第１０特徴点によって、センサエレメントＳＥはパッケージＰＫＧの変形による影響を受けにくくなるのである。すなわち、本実施の形態２における基本思想によれば、外部環境の変化に対してロバストなジャイロスコープ（センサエレメントＳＥ）を実現することができ、これによって、本実施の形態２によれば、ジャイロスコープの性能を向上することができるのである。

＜具体的な構成例＞
＜＜センサエレメントの平面構成＞
以下では、本実施の形態２における基本思想を具現化した具体的なセンサエレメントＳＥ２の構成例について、図面を参照しながら説明することにする。

図２６は、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ２の構成を示す平面図である。図２６において、本実施の形態２における特徴点は、平面視において、質量体ＭＳ１が質量体ＭＳ１の中心に向かう凹部２０ａを有し、かつ、質量体ＭＳ２は、隙間ＳＰを介して凹部２０ａに挿入された凸部３０ａを有し、接続部ＣＵ１は、凹部２０ａと凸部３０ａとを接続する点にある。同様に、本実施の形態２における特徴点は、平面視において、質量体ＭＳ１が質量体ＭＳ１の中心に向かう凹部２０ｂを有し、かつ、質量体ＭＳ２は、隙間ＳＰを介して凹部２０ｂに挿入された凸部３０ｂを有し、接続部ＣＵ２は、凹部２０ｂと凸部３０ｂとを接続する点にある。

これにより、図２６に示すように、接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２との間の距離を短くすることができる。つまり、接続部ＣＵ１の構成要素である一方の固定部と、接続部ＣＵ２の構成要素である他方の固定部との間の距離を短くすることができる。同様に、図２６に示すように、接続部ＣＵ３と接続部ＣＵ４との間の距離を短くすることができる。このように、図２６に示すセンサエレメントＳＥ２では、センサエレメントＳＥ１の中心に向かう凹部（２０ａ、２０ｂ）と凸部（３０ａ、３０ｂ）を形成することにより、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４をセンサエレメントＳＥ１の中心に近づけることができる。このようにして、図２６に示すセンサエレメントＳＥ２では、センサエレメントＳＥ１の中心に向かう凹部（２０ａ、２０ｂ）と凸部（３０ａ、３０ｂ）を形成することにより、固定部間の距離を短くするという基本思想が具現化されている。したがって、図２６に示すセンサエレメントＳＥ２によれば、外部環境の変化に対してロバストなジャイロスコープ（センサエレメントＳＥ２）を実現することができ、これによって、本実施の形態２によれば、ジャイロスコープの性能を向上することができる。

なお、図２６に示すセンサエレメントＳＥ２では、接続部ＣＵ１〜接続部ＣＵ４を質量体ＭＳ１の中心に近づける構成を採用している結果、容量素子（駆動振動部１０（１３）、モニタ部１１（１４）、１２（１５）、チューニング部１６（１７））の配置にも工夫を施している。すなわち、図２６に示すように、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ２では、質量体ＭＳ１の中心に集中して配置されている接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の外側に容量素子を配置している。特に、本実施の形態２では、ｘ方向の駆動振動に関する容量素子（駆動振動部１０、モニタ部１１、１２、チューニング部１６）をｙ方向に延在する仮想線ＶＬ２に沿って配置し、かつ、ｙ方向の駆動振動に関する容量素子（駆動振動部１３、モニタ部１４、１５、チューニング部１７）をｘ方向に延在する仮想線ＶＬ１に沿って配置している。これにより、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の内側に容量素子を配置していないため、接続部ＣＵ１〜接続部ＣＵ４を質量体ＭＳ１の中心に近づける構成が実現される。つまり、本実施の形態２では、センサエレメントＳＥ１の中心に向かう凹部（２０ａ、２０ｂ）と凸部（３０ａ、３０ｂ）を形成する構成と、接続部ＣＵ１〜ＣＵ４の内側に容量素子を配置していない構成とを組み合わせていることにより、本実施の形態２における基本思想が具現化されている。この結果、本実施の形態２によれば、外部環境の変化に対してロバストなジャイロスコープ（センサエレメントＳＥ２）を実現することができる。

＜＜センサエレメントの断面構成＞＞
図２７は、図２６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２７に示すように、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ２において、デバイス層１ｃに質量体ＭＳ１が形成され、この質量体ＭＳ１を挟むように、固定部ＡＣＲ１を含む接続部ＣＵ１と、固定部ＡＣＲ２を含む接続部ＣＵ２とが形成されている。そして、接続部ＣＵ１の外側および接続部ＣＵ２の外側に質量体ＭＳ２が形成されている。

図２８は、図２６のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。図２８に示すように、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ２において、デバイス層１ｃに質量体ＭＳ１が形成され、この質量体ＭＳ１を挟むように、接続部ＣＵ１と接続部ＣＵ２とが形成されている。そして、接続部ＣＵ１の外側に質量体ＭＳ２が形成され、接続部ＣＵ１と質量体ＭＳ２との間に駆動振動部１３とチューニング部１７とモニタ部１５とモニタ部１４とが形成されている。同様に、接続部ＣＵ２の外側に質量体ＭＳ２が形成され、接続部ＣＵ２と質量体ＭＳ２との間に駆動振動部１３とチューニング部１７とモニタ部１５とモニタ部１４とが形成されている。

＜＜容量素子の構成＞＞
次に、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ２に含まれる容量素子の構成について説明する。図２９は、駆動振動部１３の構成例を示す模式図である。図２９に示すように、駆動振動部１３は、例えば、櫛型構造の容量素子から構成されている。具体的に、駆動振動部１３は、外部との接続端子として機能するパッドＰＤと電気的に接続された固定電極１３ａ（１）および固定電極１３ａ（２）を有し、この固定電極１３ａ（１）および固定電極１３ａ（２）の間に挟まれるように、質量体ＭＳ１（質量体ＭＳ２）と一体的に形成された可動電極１３ｂが形成されている。このとき、例えば、固定電極１３ａ（１）と可動電極１３ｂとの間の距離Ｌ１は、固定電極１３ａ（２）と可動電極１３ｂとの間の距離Ｌ２とが等しくなるように構成されている。このように、図２９に示す容量素子から駆動振動部１３を構成する場合、図８に示す容量素子に比べて、質量体ＭＳ１（質量体ＭＳ２）の駆動振動の振幅を大きくすることができ、これによって、回転角の検出感度を向上することができる。

＜変形例＞
図３０は、変形例におけるセンサエレメントＳＥ２の構成を示す平面図である。図３０に示すように、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２では、容量素子ＣＡＰとして、図８に示すパラレル構造の容量素子を使用している。すなわち、図２６に示す実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ２では、図２９に示す櫛型構造の容量素子を使用しているのに対し、図３０に示す本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２では、図８に示すパラレル構造の容量素子を使用している点が相違点であり、その他の構成は同様である。このように、図８に示すパラレル構造の容量素子を使用する具体的構成例と図２９に示す櫛型構造の容量素子を使用する具体的構成例のいずれであっても、実施の形態２における基本思想を具現化することができることがわかる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１０ 駆動振動部
１１ モニタ部
１２ モニタ部
１３ 駆動振動部
１４ モニタ部
１５ モニタ部
ＡＣＲ 固定部
梁 ＢＭ１
梁 ＢＭ２
梁 ＢＭ３
梁 ＢＭ４
梁 ＢＭ５
ＣＵ１ 接続部（単位接続部）
ＣＵ２ 接続部（単位接続部）
ＣＵ３ 接続部（単位接続部）
ＣＵ４ 接続部（単位接続部）
ＭＳ１ 質量体
ＭＳ２ 質量体
ＳＨ１ シャトル
ＳＨ２ シャトル

Claims (16)

1. 第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１質量体と、
   前記第１方向および前記第２方向に変位可能な第２質量体と、
   前記第１質量体と前記第２質量体との間に設けられ、かつ、前記第１質量体と前記第２質量体とを接続する接続部と、
   を備える、ジャイロスコープであって、
   前記接続部は、
   基板に固定された固定部と、
   前記固定部と前記第１質量体との間に設けられた第１部材と、
   前記固定部と前記第２質量体との間に設けられた第２部材と、
   前記固定部と前記第１部材とを接続する第１梁と、
   前記固定部と前記第２部材とを接続する第２梁と、
   前記第１質量体と前記第１部材とを接続する第３梁と、
   前記第２質量体と前記第２部材とを接続する第４梁と、
   前記第１部材と前記第２部材とを接続する第５梁と、
   を含む接続構造から構成され、
   前記第１部材と前記第２部材との間に前記固定部が設けられている、ジャイロスコープ。
2. 請求項１に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記第１梁は、前記第２方向よりも前記第１方向に柔らかく、
   前記第２梁は、前記第２方向よりも前記第１方向に柔らかく、
   前記第３梁は、前記第１方向よりも前記第２方向に柔らかく、
   前記第４梁は、前記第１方向よりも前記第２方向に柔らかい、ジャイロスコープ。
3. 請求項２に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記第１梁は、前記第１方向よりも前記第２方向に長く、かつ、前記第２方向において折り返し構造を有し、
   前記第２梁は、前記第１方向よりも前記第２方向に長く、かつ、前記第２方向において折り返し構造を有する、ジャイロスコープ。
4. 請求項２に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記第３梁は、前記第２方向よりも前記第１方向に長く、かつ、前記第１方向において折り返し構造を有し、
   前記第４梁は、前記第２方向よりも前記第１方向に長く、かつ、前記第１方向において折り返し構造を有する、ジャイロスコープ。
5. 請求項１に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記固定部の中心を通り、前記第１方向に延在する第１仮想線に対して、
   前記第１部材は、対称形状をしており、
   前記第２部材も、対称形状をしている、ジャイロスコープ。
6. 請求項１に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記固定部の中心を通り、前記第２方向に延在する第２仮想線に対して、
   前記第１部材と前記第２部材とは、対称に配置されている、ジャイロスコープ。
7. 請求項１に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記第１質量体の質量と前記第２質量体の質量とは、等しい、ジャイロスコープ。
8. 請求項７に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記第１質量体の中心と前記第２質量体の中心とは一致する、ジャイロスコープ。
9. 請求項１に記載のジャイロスコープにおいて、
   前記接続部は、複数の単位接続部を有し、
   前記複数の単位接続部のそれぞれは、前記接続構造から構成されている、ジャイロスコープ。
10. 請求項９に記載のジャイロスコープにおいて、
    前記複数の単位接続部は、
    前記第１質量体の中心を通り、前記第１方向に延在する第１仮想線上に配置された第１単位接続部と、
    前記第１仮想線上に配置され、かつ、前記第１質量体の中心に対して、前記第１単位接続部と対称な位置に配置された第２単位接続部と、
    前記第１質量体の中心を通り、前記第２方向に延在する第２仮想線上に配置された第３単位接続部と、
    前記第２仮想線上に配置され、かつ、前記第１質量体の中心に対して、前記第３単位接続部と対称な位置に配置された第４単位接続部と、
    を有する、ジャイロスコープ。
11. 請求項１０に記載のジャイロスコープにおいて、
    前記第１単位接続部の配置向きと前記第３単位接続部の配置向きは、９０度異なり、
    前記第２単位接続部の配置向きと前記第４単位接続部の配置向きは、９０度異なる、ジャイロスコープ。
12. 請求項１に記載のジャイロスコープにおいて、
    前記ジャイロスコープは、コリオリ力に基づく回転角を機械的に検出する積分レートジャイロスコープである、ジャイロスコープ。
13. 第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１質量体と、
    前記第１方向および前記第２方向に変位可能な第２質量体と、
    前記第１質量体と前記第２質量体との間に設けられ、かつ、前記第１質量体と前記第２質量体とを接続する接続部と、
    を備える、ジャイロスコープであって、
    前記第１質量体の内部には、
    前記第１質量体を前記第１方向に振動させる第１駆動部と、
    前記第１質量体を前記第２方向に振動させる第２駆動部と、
    が形成され、
    前記第２質量体の内部には、
    前記第２質量体を前記第１方向に振動させる第３駆動部と、
    前記第２質量体を前記第２方向に振動させる第４駆動部と、
    が形成されている、ジャイロスコープ。
14. 請求項１２に記載のジャイロスコープにおいて、
    前記第１駆動部は、第１容量素子から構成され、
    前記第２駆動部は、第２容量素子から構成され、
    前記第３駆動部は、第３容量素子から構成され、
    前記第４駆動部は、第４容量素子から構成されている、ジャイロスコープ。
15. 第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に変位可能な第１質量体と、
    前記第１方向および前記第２方向に変位可能な第２質量体と、
    前記第１質量体と前記第２質量体との間に設けられ、かつ、前記第１質量体と前記第２質量体とを接続する接続部と、
    を備える、ジャイロスコープであって、
    平面視において、前記第１質量体は、前記第１質量体の中心に向かう凹部を有し、
    平面視において、前記第２質量体は、隙間を介して前記凹部に挿入された凸部を有し、
    前記接続部は、前記凹部と前記凸部とを接続する、ジャイロスコープ。
16. 請求項１５に記載のジャイロスコープにおいて、
    前記接続部は、
    基板に固定された第１固定部を含む第１接続部と、
    前記基板に固定された第２固定部を含む第２接続部と、
    を有し、
    平面視において、前記第１質量体は、
    前記第１質量体の中心に向かう第１凹部と、
    前記第１質量体の中心に向かう第２凹部と、
    を有し、
    平面視において、前記第２質量体は、
    隙間を介して前記第１凹部に挿入された第１凸部と、
    隙間を介して前記第２凹部に挿入された第２凸部と、
    を有し、
    前記第１接続部は、前記第１凹部と前記第１凸部とを接続し、
    前記第２接続部は、前記第２凹部と前記第２凸部とを接続する、ジャイロスコープ。

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