JP3882972B2

JP3882972B2 - 角速度センサ

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Publication number: JP3882972B2
Application number: JP17187098A
Authority: JP
Inventors: 宗志峠
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: JP2000009471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対して浮動支持された振動体を備える角速度センサに関し、特に、これに限定する意図ではないが、半導体微細加工技術を用いて形成される浮動半導体薄膜を櫛歯電極にて電気的に吸引／解放してｘ方向に励振する角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の角速度センサの代表的なものは、浮動薄膜の左辺部に１組かつ右辺部に１組の浮動櫛歯電極（左側浮動櫛歯電極と右側浮動櫛歯電極）を備え、固定櫛歯電極も２組（各組の浮動櫛歯電極に非接触で噛み合いかつ平行な左側固定櫛歯電極および右側固定櫛歯電極）として、左側浮動櫛歯電極／左側固定櫛歯電極間と右側浮動櫛歯電極／右側固定櫛歯電極間に交互に電圧を印加することにより、浮動薄膜がｘ方向に振動する。浮動薄膜に、ｚ軸を中心とする回転の角速度が加わると、浮動薄膜にコリオリ力が加わって、浮動薄膜は、ｙ方向にも振動する楕円振動となる。浮動薄膜を導体としもしくは電極が接合したものとし、浮動薄膜のｘｚ平面に平行な検出電極を基板上に備えておくと、この検出電極と浮動薄膜との間の静電容量が、楕円振動のｙ成分（角速度成分）に対応して振動する。この静電容量の変化（振幅）を測定することにより、角速度を求めることが出来る（例えば特開平５−２４８８７２号公報，特開平７−２１８２６８号公報，特開平８−１５２３２７号公報，特開平９−１２７１４８号公報，特開平９−４２９７３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の角速度センサではアンカー部が多点にわかれており、互いに距離があるため振動子を単振動させる梁バネ部に温度変化等の外力が加わると圧縮あるいは引張りの応力がかかる。そのため共振周波数が温度とともに変化し、ヒステリシスと不連続点をもつ特性となる。それはセンサの精度を低下させる。例えば特開平７−２１８２６８号公報に開示のごとき、アンカー部が多点にわかれた従来の角度センサでは、アンカー間に距離があるため駆動時の振動が検出側の振動にも現れ、そのため精度低下となることが考えられる。また、例えば特開平７−２１８２６８号公報に開示のごときの、駆動の振動モードと検出の振動モードの不動点が不一致のものでは、互いの振動もれと外力の影響があると角速度検出精度が低下すると考えられる。また、駆動の振動モードにコリオリ力による振動を低減させる振動成分を含むと、角速度検出出力が小さい。従来の振動子の振幅が、＋ｘ方向と−ｘ方向とで異なって振動が不安定になるときがあり、センサとして成立しないときがある。
【０００４】
本発明は、振動子の連続振動を安定なものとし、角速度検出精度を高くすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の角速度センサは、ｘ，ｙ平面上の一点Ｏに関して対称な位置にある、対のｘ振動子(2,3)；
ｘ，ｙ平面に分布し、点Ｏに関して対称であって、対のｘ振動子(2,3)のそれぞれに連続し、少くともｘ方向に撓む連結梁(1)；
連結梁に連続し、かつ点Ｏと連結梁との間にｘ，ｙ方向に撓む第１可撓梁(41,42)を含む、点Ｏに関して対称な第１支持梁(4)；
点Ｏに関して対称な検出振動子(5/6)；
検出振動子に連続し、かつ点Ｏとの間にｙ方向に撓む第２可撓梁(71,72/81,82)を含む、点Ｏに関して対称な第２支持梁(7/8)；
第１可撓梁 (41,42) および第２可撓梁 (71,72/81,82) が連続する、点Ｏを中心とするループ (45) ；
点Ｏにおいて前記ループ (45) の中心を支持するアンカー(120)；
対のｘ振動子(2,3)を、ｘ方向に逆相で振動駆動する励振手段(10A,10B)；および、
検出振動子(5/6)のｙ方向振動を検出する手段(111,112)；
を備える。なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。
【０００６】
これによれば、一点Ｏのアンカー(120)が、第１支持梁(4)および連結梁(1)を介して、対のｘ振動子(2,3)を支持し、また、第２支持梁(7/8)を介して検出振動子(5/6)を支持するので、すなわち、対のｘ振動子(2,3)の不動支持点および検出振動子(5/6)の不動支持点が共に一点であってしかも同一点であるので、次の利点が得られる：
１．従来の複数のアンカーによる点支持では、支持環境温度あるいはｘ振動子の自己発熱，外力による、アンカーを支持するベースのたわみによる影響で、従来はｘ振動子の梁部に応力が加っていたが、本発明では上記のように一点Ｏで支持しているため、上述のような応力が梁に加わらない。そのため外乱等による共振周波数の不連続なずれやヒステリシスが減少する、
２．ｘ振動子系および検出振動子系の静止点が点Ｏであり、そこで支持されているので、ｘ振動子系と検出振動子系との相互間に振動のもれが少なくなるため、角速度検出精度が向上する、および、
３．点Ｏでアンカーにて支持される第１支持梁(4)がｘ，ｙ方向に撓む第１可撓梁(41,42/43,44)を含み、この第１支持梁(4)に連結梁（１）が連続しこの連結梁がｘ方向に撓むものであって、対のｘ振動子(2,3)に連続しているので、対のｘ振動子(2,3)はｘ方向に振動し易い。しかして励振手段(10A,10B)が、点Ｏに関して対称な位置にある対のｘ振動子(2,3)をｘ方向に逆相で振動駆動するので、ｘ駆動振動はほとんど単振動に近く、検出方向ｙの振動を検出振動子に与えず、そのため角速度検出精度が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（２）検出振動子(5/6)は、それぞれがｙ軸からｘ方向に離れ、点Ｏに関して対称な位置にあって対をなす。点Ｏを通りｘ，ｙ軸に垂直なｚ軸廻りの角速度がセンサに加わると、対のｘ振動子(2,3)のそれぞれのｘ振動が、ｙ振動成分を有する楕円振動になって、連結梁(1)がｚ軸廻りのねじれ振動を生ずる。このねじれ振動が第２支持梁(7,8)に伝播し、このねじれ振動によって対の検出振動子(5,6)が第２可撓梁(71,77/81,87)を介してｙ方向の、互に逆向きに振動するが、各検出振動子(5,6)が、ｙ軸からｘ方向に離れているので、ねじれ振動によるそれらのｙ振幅が、ｙ軸からの距離に比例して大きく、角速度値に対する検出振動子(5,6)のｙ振動が大きく、角速度検出精度が高い。
【０００８】
（３）第２支持梁(7,8)は、ｘ，ｙ平面上に分布する検出振動子(5,6)および第２可撓梁(71,77/81,87)を包囲し第２可撓梁に連続してアンカー(120)で支持された補強梁(74,75/84,85)を含む。この補強梁(74,75/84,85)で、第２可撓梁(71,77/81,87)を介して両持ち（平衡支持）形態で検出振動子(5,6)が支持されるので、検出振動子(5,6)はｙ方向単振動をし易く、かつｙ方向振動が安定し、角速度検出精度および安定性が高い。
【０００９】
（４）連結梁(1)は、点Ｏをループ中心とするループ状である。これにより、ループ内（連結梁１のループ内空間）に検出振動系（又はｘ振動系）を配置し、ループ外にｘ振動系（検出振動系）を配置するなど、コンパクトにセンサ要素を配置しうる。また、励振手段(10A,10B)にて、対のｘ振動子(2,3)を、ｘ方向に逆相で振動駆動するが、すなわち対のｘ振動子(2,3)を音叉として使用するが、第１支持梁(4)がｘ，ｙ方向に撓む第１可撓梁(41,42/43,44)を含むので、連結梁（１）はｙ方向に撓み易く、ｘ逆相振動によって連結梁(1)のループはｙ方向に拡縮し易く、対のｘ振動子(2,3)の逆相ｘ振動が容易である。たとえば励振手段(10A,10B)にて静電気駆動でｘ駆動外力をｘ振動子(2,3)に加えた時、ｘ振動子(2,3)は逆相で共振しやすい。
【００１０】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１１】
【実施例】
図１に、本発明の一実施例の機構要素を示す。絶縁層を形成したシリコン基板１００には、導電性とするための不純物を含むポリシリコン（以下導電性ポリシリコン）の、浮動体アンカー１２０、ならびに、多数の駆動電極９１〜９４のアンカーおよび多数の検出電極１１１，１１２のアンカー、が接合しており、これらのアンカーは、シリコン基板１００上の絶縁層の上に形成された配線により、図示しない接続電極に接続されている。
【００１２】
リソグラフによる半導体プロセスを用いて、シリコン基板１００から浮きしかも浮動体アンカー１２０に連続した、導電性ポリシリコンの、ｘ方向に延びる中心ｘ梁４６およびこれに連続し、アンカー１２０を中心とする長方形の第１ループ４５が形成されている。
【００１３】
この第１ループ４５の、アンカー１２０の中心Ｏを通るｙ軸との交点からｙ方向に第１支持梁４（ｙアーム４３，４４および可撓性長方形ループ４１，４２）が延び、ループ４１，４２の、ｙ軸との交点で、長方形の第２ループ１（ｘ平行辺１１，１２，ｙ平行辺１３，１４）が、第１支持梁４に連続している。ｙ平行辺１３，１４の、ｘ軸との交点で、それらに連続した第１のｘ振動子２１，２２および第２のｘ振動子３１，３２が連続している。これらの要素も、シリコン基板１００から浮いており、第１ループ４５と同じ導電性ポリシリコンであり、中心Ｏにおいて、アンカー１２０によって支持され、基板１００からは浮いている。
【００１４】
第１のｘ振動子２１と２２とは、第２ループ１のｙ平行辺１３に関して対称な形状でしかも対称な位置にあり、第２のｘ振動子３１，３２は、ｙ軸に関して第１のｘ振動子２１，２２と対称な形状でしかも対称な位置にある。これらのｘ振動子２１，２２／３１，３２は、中心Ｏを通るｘ軸に関しても対称である。
【００１５】
これらのｘ振動子２１，２２／３１，３２には、ｙ方向に等ピッチで分布しｘ方向に突出する櫛歯状の可動電極２３，３３があり、駆動電極アンカーに連続した、導電性ポリシリコンの駆動電極１０Ａ，１０Ｂ（９１〜９４）および駆動検出電極９Ａ，９Ｂ（１０１〜１０４）にも、可動電極２３，３３のｙ方向分布の空間に突出する櫛歯状の固定電極がありｙ方向に分布している。
【００１６】
駆動電極１０Ａ，１０Ｂの９１，９３と９２，９４に交互に、ｘ振動子２の電位（略機器ア−スレベル）より高い電圧を印加することにより、ｘ振動子２がｘ方向に振動する。このｘ振動により、ｘ振動子２と駆動検出電極９Ａ，９Ｂの１０１，１０３との間の静電容量が振動し、かつその容量振動と逆位相でｘ振動子２と１０２，１０４との間の静電容量が振動する。
【００１７】
ｘ振動子３は、ｙ軸に関してｘ振動子２と対称な形状および位置であり、このｘ振動子３を駆動するための駆動電極（ｙ軸に関して１０Ａ，１０Ｂと対称に位置するもの）に、ｘ振動子２駆動パルスと逆位相の駆動パルスを印加することにより、ｘ振動子３がｘ振動子２と逆位相でｘ方向に振動し、ｘ振動子３と駆動検出電極（ｙ軸に関して９Ａ，９Ｂと対称に位置するもの）の間の静電容量が振動する。駆動パルスを振動子２，３の共振周波数とすることにより、ｘ振動子２と３が共振音叉振動を生じ、エネルギ消費効率が高いｘ振動をする。
【００１８】
このｘ振動により、長方形の第２ループ１のｙ平行辺１３と１４の中点がｘ振動子２と３と同じくｘ振動する。これによってｘ平行辺１１，１２の左右端（ｙ平行辺との連接点）は、ｘ，ｙ軸に対して略４５度方向に振動するが、ｘ平行辺１１，１２の中点（ｙ軸との交点）は、それに関してｘ平行辺１１，１２それぞれが対称であるので、ｘ方向には振動せずｙ方向のみに振動する。しかし可撓性長方形ループ４１，４２がｙ振動を吸収するので、ｙ振動はわずかしかｙアーム４３，４４に伝播せず、第１ループ４５のｘ平行辺は振動するにしてもｙ方向にわずかであり、ｘ方向には振動しない。中心ｘ梁４６は、第１ループ４５のｙ平行辺の中点で第１ループ４５に連続するので、仮に第１ループ４５のｘ平行辺がｙ方向に振動しても、中心ｘ梁４６はｘ方向に振動しないのは勿論、ｙ方向にも振動しない。したがってアンカー１２０には、ｘ振動は加わらない。ｘ振動子２，３のｘ励振に関してアンカー１２０（の中心Ｏ）は静止点であり、結局、アンカー１２０はｘ振動子２，３を、静止点にて支持していることになる。
【００１９】
前述の第１ループ４５のｙ平行辺の、ｘ振動子２，３のｘ励振に関してｘ，ｙいずれの方向にも振動しない中点に、検出振動子支持用の梁７のｙアーム７３のｙ方向中心が連続しており、ｙアーム７３のｙ方向端部にコの字型の可撓梁７１，７２が連続し、これらの可撓梁７１，７２に第１の検出振動子５の半片５１，５２が連続している。これらの半片５１，５２は、振動子の基幹（ｙアーム）５３で連続しており、第１の検出振動子５は、ｘ軸に関して対称な形状である。また、基幹５３に関して、可撓梁７１，７２およびｙアーム７３と対称な可撓梁７７，７８およびｙアーム７６があってこれらも半片５１，５２に連続している。ｙアーム７６のｙ方向中点（ｘ軸との交点）に補強用のｙアーム７５が連続し、このｙアーム７５のｙ方向端部にｙ平行辺が連続し、このｙ平行辺がｙアーム７４に連続し、このｙアーム７４が第１ループ４５のｙ平行辺に連続している。これらの補強用の部材７５，７４も、ｘ軸に関して対称に存在する。
【００２０】
第２の検出用振動子６および支持用の梁８が、ｙ軸に関して、第１の検出用振動子５および支持用の梁７と対称な形状であって対称位置に存在する。これら、検出用振動子５，６および支持用の梁７，８は、中心Ｏに関して点対称でありまた、ｘ，ｙ両軸に関して対称に分布する。
【００２１】
以上に説明した検出用振動子５，６およびそれらを支持する梁７，８も導電体ポリシリコンであり、アンカー１２０と実質上同電位である。検出振動子５，６の半片５１，５２／６１，６２は、大略で長方形ループ状であるが、その対向ｙ平行辺をつなぐ、ｘ軸に平行な可動電極用の渡し梁がｙ方向に略等ピッチで分布し、渡し梁の間の各空間に、各１対の導電体ポリシリコンの固定検出電極１１１，１１２があり、基板１００上の検出電極用の各アンカーで支持されそれと電気的に連続である（電気接続関係にある）。図２に、図１のＡ２−Ａ２線拡大断面を示す。
【００２２】
再度図１を参照すると、対の検出電極１１１，１１２間は絶縁されているが、第１の検出用振動子５のｙ移動を検出するための各対電極の、各対間で対応位置にある検出電極は共通接続されている。第２の検出用振動子６のｙ移動を検出するための各対電極についても同様である。
【００２３】
ｘ振動子２，３が逆位相でｘ方向に振動しているとき、例えば、中心Ｏを通るｚ軸と平行な軸廻りの角速度が加わると、ｘ振動子２，３の振動が、ｙ成分も有する楕円振動となり、第２ループ１にｚ軸廻りのねじれ振動が現われこれによって第１ループ４５にもｚ軸廻りのねじれ振動が現われる。これによってアーム７３，７６／８３，８６がｙ方向に振動し、検出用振動子５，６がｙ方向に振動するが、検出用振動子５と６のｙ振動は逆位相となる。
【００２４】
図３に、図１に示す角速度センサに接続された電気回路を示す。タイミング信号発生器ＴＳＧが、ｘ振動子２，３をｘ方向に共振周波数で逆相駆動する駆動パルス信号を発生して、駆動回路ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４に与えると共に、同期検波用の同期信号を同期検波回路ｅ１〜ｅ５に与える。
【００２５】
図４に、駆動パルス信号に同期して駆動回路ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４が駆動電極（１０Ａ，１０Ｂ：９１〜９４）に印加する電圧を示す。これにより、ｘ振動子２，３が、ｘ方向の逆相の音叉振動をする。
【００２６】
ｘ振動子２のｘ振動により、駆動検出電極（９Ａ）の相対向するもの（１０１と１０３）の、振動子２に対する静電容量が逆相で振動する。差動増幅器ｃ１〜ｃ８（ｃ１）が、これらの静電容量の振動を表わす、プリアンプが発生する静電容量信号を差動増幅し、１個のプリアンプが発生する静電容量信号の振幅を略２倍とし、ノイズを相殺した差動信号を発生し、差動増幅器ｄ１〜ｄ４に与える。１つの差動増幅器（ｄ１）には、２つの差動増幅器（ｃ１，ｃ２）の、互に逆相関係の差動信号が与えられて、それらの差動信号を、差動増幅器（ｄ１）が同期検波回路ｅ１〜ｅ４（ｅ１）に与える。同期検波回路ｅ１〜ｅ４（ｅ１）は、駆動パルス信号と同相の同期信号に同期して、差動増幅器（ｄ１）が与える差動信号すなわちｘ振動を表わすｘ振動検出電圧を検波し、駆動パルス信号に対するｘ振動の位相ずれを表わす信号を発生してフィ−ドバック処理回路ＦＣＲに与える。
【００２７】
フィ−ドバック処理回路ＦＣＲは、同期検波回路ｅ１〜ｅ４（ｅ１）が与える位相ずれ信号レベルを設定値に合わすための移相信号を、駆動回路ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４（ａ１，ｂ１）に与え、それを受けた駆動回路は、移相信号に対応して、駆動パルス信号に対する出力駆動電圧Ｖ１〜Ｖ８（Ｖ１，Ｖ２）の位相をシフトする。同期検波回路ｅ１〜ｅ４のすべての位相ずれ信号レベルが実質上設定値になった状態で、ｘ振動子２，３の共振音叉振動は安定したものとなる。
【００２８】
安定した共振音叉振動の間に、中心Ｏを通るｚ軸と平行な軸廻りの角速度が加わると、検出振動子５と６に逆相の、ｙ振動が現われ、その振幅が角速度の絶対値に対応し、検出振動子５と６の位相差（±１８０度）の符号が角速度の方向に対応する。
【００２９】
検出振動子５，６（５）のｙ振動を検出する対の検出電極（１１１，１１２）の静電容量が、ｙ振動によって相対的に逆相で振動し、これを表わす静電容量信号をプリアンプが発生して差動増幅器ｃ９，ｃ１０（ｃ９）が、両信号の差動信号すなわち１個のプリアンプが発生する静電容量信号の振幅を略２倍とし、ノイズを相殺した差動信号、を発生し、差動増幅器ｄ５に与える。
【００３０】
差動増幅器ｄ５には、２つの差動増幅器ｃ９，ｃ１０の、互に逆相関係の差動信号が与えられて、それらの差動信号を、差動増幅器ｄ５が同期検波回路ｅ５に与える。同期検波回路ｅ５は、駆動パルス信号と同相の同期信号に同期して、差動増幅器ｄ５が与える差動信号すなわちｙ振動を表わすｙ振動検出電圧を検波し、角速度を表わす信号を発生する。この角速度信号の極性（±）は加わった角速度の方向を、信号レベルの絶対値は角速度の大きさを表わす。
【００３１】
上述のようにｘ振動の検出（駆動フィードバック），ｙ振動の検出（ヨーレート）には、駆動回路ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４が駆動電極に印加する電圧パルス原因のノイズが混入するが、駆動電極に対する検出電極の相対位置がどこでも同じであり、しかも差動増幅器ｃ１〜ｃ８，ｄ１〜ｄ５が、対称位置にある検出電極の信号の差を演算するので、ｘ励振によるノイズに関する差動出力は、図４の最下列に示すような、駆動パルスの立上り，立下り点で現われるノイズのみとなり、同基検波回路ｅ１〜ｅ５で除去される。それにより、同期検波回路ｅ１〜ｅ４の出力であるｘ振動フィ−ドバック信号のＳ／Ｎが高く、同期検波回路ｅ５の出力である角速度信号のＳ／Ｎが高い。
【００３２】
図５に、図１に示す角速度センサの振動系の概要を模式的に示し、これを参照して図１に示す角速度センサの特徴を説明すると、この角速度センサは、音叉構造とし、ｘ振動子２，３を、ｘ方向に逆相で振動させる。この状態を図５の（ａ）に示す。ｘ振動子２，３および検出振動子５，６に角速度が加わるとｘ振動子２，３はｘ方向に振動しているため角速度に比例したコリオリ力を受け振動方向ｘと角速度の検出軸ｚに垂直なｙ方向に振動する。検出振動子５，６は停止しているためコリオリ力は受けない。
【００３３】
コリオリ力が加わったとき、ｘ振動子２，３は、ｙ方向に振動し、それらのｙ方向変位が、角速度に比例し、
ｙ変位＝（角速度×振動子の速度×振動子の質量）／ｙ方向のバネ常数
なるｙ変位となる。振動子２，３／５，６は、検出方向ｙの共振時の振動モードがｘ振動子２，３が互いに逆相で、検出振動子５，６も互いに逆相のため、ｙ振動の中心が角速度センサの浮動体全体の重心Ｏと一致している。これにより、ｘ振動子２，３がコリオリ力を受けたとき、検出振動子５，６は、図５の（ｂ）のようにｙ方向に振動する。なお、ｘ振動子２，３の共振周波数と、検出振動子５，６の共振周波数は、感度と対応性のバランスから、ｘ振動子２，３の共振周波数より、検出振動子５，６の共振周波数の方が若干高く設定されている。ｘ振動子２，３の質量と検出振動子５，６の質量とそれぞれの検出方向ｙのバネ常数の関係から、ｘ振動子２，３はｙ方向にほとんど変位しない構成になっている。そのかわり検出振動子５，６は大きく変位する。以上によりこのセンサの精度（Ｓ／Ｎ比）は、駆動（ｘ）と検出（ｙ）の振動の互いの漏れ（クロストーク）が原理上少ないため、向上できる。
【００３４】
また、この構造は従来構造とは違い、強制的に振動を押さえ込む形になっていないため、応力の影響，温度変化に強い構造である。また、駆動と検出の振動の不動点がセンサの重心にほぼ一致するため、また上記のようにコリオリ力を受けたときに従来と比較し、全く回転運動を伴わないため支持がなくても重心位置で支持点は静止している。そのため外部からの振動（車両等に搭載時）がセンサの駆動振動と検出振動にほとんど影響を与えないため従来タイプに比べＳ／Ｎ比が向上する。また、上記のような支持であるため温度等による熱膨張の影響が少なく温度補正の少なくてすむ。よって従来タイプに比べＳ／Ｎ比が向上する。
【００３５】
図１に示す角速度センサは、ｘ振動子２，３の質量中心に、バネ部であるループ１が連続してそれらを浮動支持するので、振動質量（２，３）の自身の変形によるばね効果の変化が実質上なく、ｘ振動子２，３のｘ振動は、単振動に近くなる。ばね（１）の長さを変えることなく全体の大きさを小さくできる。ｘ振動子２，３に加わるｘ励振の駆動力がループ１との接続点（一点）に加わるため、振動のモードにねじれ等の成分が発生しにくく、ｘ振動が単振動になる。
【００３６】
また、図１に示す角速度センサは、双共振のｘ振動系としているため、ｘ振動子２，３の振幅が増幅され変化が大きく取れる。これにより、少ないエネルギーで駆動できるため、低コスト化できる。変位出力を大きく取れるため、Ｓ／Ｎが向上する。
【００３７】
更に、図１に示す角速度センサの、双共振のそれぞれの振動モードの不動点が重心Ｏであり、かつｘ振動子２，３が該重心Ｏ（単一点）で支持されている。これにより、ｘ振動の振動漏れが原理上発生しないため、検出振動ｙの増幅率を大きく取れる。検出振動ｙに不要な振動を誘起しないので、角速度信号のＳ／Ｎが向上する。駆動振動に不要な振動が誘起されず、単振動で駆動できる。そのためＳ／Ｎが向上する。
【００３８】
また、図１に示す角速度センサの、ｘ振動系およびｙ振動系の重心のそれぞれが一点Ｏであって、同一点であるので、温度による熱膨張の影響によりバネ部（１，４，７，８）に応力の負荷が発生せず、温度特性がよくなる。特に、車載等、温度変化が大きい環境で使用する場合に、角速度検出の信頼性（安定性）が高い。
【００３９】
また、図１に示す角速度センサの、バネ部（１，４，７，８）がすべて折り曲げ形状にて形成されているので、温度による熱膨張の影響によりバネ部に応力の負荷が発生せず、温度特性がよくなる。同じ共振周波数で比べると外形を小さくできるため、低コストである。
【００４０】
また、ｘ駆動振動のばねには応力緩和のばね（４１，４２）が追加されている。これによりｘ駆動振動の非線型性が改善され、単振動で振動するためＳ／Ｎが向上する。
【００４１】
また、角速度が加わっていないとき、検出振動子５，６は実質上静止であり検出振動ｙに駆動振動ｘとの共振がないため、検出振動ｙが単振動し、角速度信号のＳ／Ｎが向上する。
【００４２】
ｘ振動子２，３の検出方向ｙの検出変位より、検出振動子５，６のｙ検出変位の方が大きく設計されている（２，３より５，６の質量の方が小さい）ので、ｘ駆動振動へのｙ検出振動の影響が相対的に低減し、しかも角速度信号のＳ／Ｎが向上する。不動点Ｏに対する検出振動子５，６の質量中心（５３，６３）のｘ距離を大きくして、てこの原理により検出振動子５，６のｙ方向変位を大きくできるため、角速度検出信号のＳ／Ｎを高くすることができる。
【００４３】
図１に示す角速度センサの検出振動子５，６は、ｙ方向のばね性（可撓性）が高い可撓梁７１，７２を介して剛体に近いフレーム（７４，７５）で支持されている。検出振動子５，６がねじれ回転のモードではなく互いに平行でかつ逆相でｙ振動するため、検出振動ｙを静電容量で検出する場合、理想的な正弦出力がえられ、角速度信号のＳ／Ｎが向上する。
【００４４】
図１に示す角速度センサは、リソグラフを用いる半導体プロセスにて、シリコンウェ−ハ上に構成でき従来の半導体プロセスにて製作可能なため、低コストで生産しうる。浮動体（４，１〜３／５〜８）が１枚板から形成され、半導体プロセスにて簡単に造形でき、低コストで生産しうる。
【００４５】
図６に、図１に示す角速度センサの変形例の、図１のものとは異った構造部を示す。この変形例では、図１に示す浮動体アンカー１２０とｘ梁４６との間に、追加のループ４７とｙ梁４８を介挿し、これらでｘ梁４６をアンカー１２０に連結している。
【００４６】
図７に、この変形例の振動系の概要を模式的に示す。この変形例では、ループ４７を付加しているので、ねじれ振動の伝播は図１の実施例と同様に効果的に行ない、励振振動ｘの遮断は、図１の実施例よりも効果的である。すなわち、ｘ振動子２，３のｘ振動を、検出振動子５，６や基板１００に伝えない効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の平面図である。
【図２】図１のＡ２−Ａ２線拡大断面図である。
【図３】図１に示す実施例を励振し角速度信号を得るための電気回路を示すブロック図である。
【図４】図３に示す駆動回路ａ１〜ａ４，ｂ１〜ｂ４が、ｘ励振用の駆動電極９１〜９４に印加する電圧を示すタイムチャ−トである。
【図５】図１に示す角速度センサの振動系の構成概要を模式的に示す平面図であり、（ａ）は角速度が加わっていない状態を、（ｂ）は角速度が加わっている状態を示す。
【図６】図１に示す角速度センサの変更部を示す平面図である。
【図７】図６に変更部を示す角速度センサの振動系の構成概要を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１：第２ループ
１１〜１４：ｘ，ｙ平行辺
２，３：ｘ振動子
２１，２２，３１，３２：ｘ振動子
４：第１支持梁
４１，４２：可撓性長方形ループ
４３，４４：ｙアーム
４５：第１ループ
４６：ｘ梁
４７：追加のループ
４８：ｙ梁
５，６：検出振動子
５１，５２／６１，６２：半片
７，８：検出振動子支持用の梁
９Ａ，９Ｂ，９１〜９４：駆動検出電極
１０Ａ，１０Ｂ，１０１〜１０４：駆動電極
１００：基板
１２０：浮動体アンカー

Claims

ｘ，ｙ平面上の一点Ｏに関して対称な位置にある、対のｘ振動子；
ｘ，ｙ平面に分布し、点Ｏに関して対称であって、対のｘ振動子のそれぞれに連続し、少くともｘ方向に撓む連結梁；
連結梁に連続し、かつ点Ｏと連結梁との間にｘ，ｙ方向に撓む第１可撓梁を含む、点Ｏに関して対称な第１支持梁；
点Ｏに関して対称な検出振動子；
検出振動子に連続し、かつ点Ｏとの間にｙ方向に撓む第２可撓梁を含む、点Ｏに関して対称な第２支持梁；
第１可撓梁および第２可撓梁が連続する、点Ｏを中心とするループ；
点Ｏにおいて前記ループの中心を支持するアンカー；
点Ｏにおいて第１支持梁および第２支持梁を支持するアンカー；
対のｘ振動子を、ｘ方向に逆相で振動駆動する励振手段；および、
検出振動子のｙ方向振動を検出する手段；
を備える角速度センサ。
検出振動子は、それぞれがｙ軸からｘ方向に離れ、点Ｏに関して対称な位置にあって対をなすものである、請求項１記載の角速度センサ。
第２支持梁は、ｘ，ｙ平面上に分布する検出振動子および第２可撓梁を包囲し第２可撓梁に連続してアンカーで支持された補強梁を含む、請求項１記載の角速度センサ。
連結梁は、点Ｏをループ中心とするループ状である、請求項１，請求項２又は請求項３記載の角速度センサ。