JP3554965B2 - 角速度センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回転体の角速度を検出するのに用いて好適な角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、角速度センサとして、基板と、該基板に第１の支持梁によって支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁によって平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を角速度として検出する角速度検出手段とを備えたものが知られている（例えば、特開平５−３１２５７６号公報等）。
【０００３】
そして、従来技術による角速度センサは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向において、第１，第２の振動体を基板と平行方向として、例えばＸ軸方向に対して一定の振動を与えた状態で、外部からＺ軸周りの角速度を加えると、コリオリ力によって第２の振動体はＸ軸に直交したＹ軸方向に変位する。そして、角速度検出手段は、このコリオリ力による第２の振動体のＹ軸方向の変位を圧電抵抗、静電容量等の変化として検出することにより、角速度の大きさを検出している。
【０００４】
また、他の従来技術による角速度センサとして、基板と、該基板上に支持梁によってＸ軸，Ｙ軸方向に変位可能に設けられた可動部と、該可動部をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、可動部をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸周りの角速度が加ったときに、コリオリ力によって可動部に生じるＹ軸方向への変位を角速度として検出する角速度検出手段と、前記振動発生手段によって可動部がＸ軸方向に変位したときの変位量を検出する変位検出手段とからなる構成されたものが知られている（例えば、特開平１０−３００４７８号公報等）。
【０００５】
そして、他の従来技術による角速度センサは、変位検出手段を可動部と基板との間に設けた電極によって構成し、可動部がＸ軸方向に変位したときの変位量をこれらの電極間の静電容量の変化として検出している。このため、他の従来技術による角速度センサは、角速度検出手段を用いて可動部のＹ軸方向への変位を検出すると共に、変位検出手段を用いて可動部のＸ軸方向への振動を検出するから、可動部がＸ軸方向に振動するときの駆動状態を検出でき、これらが常に一定の振幅となるように振動発生手段を制御することができる。これにより、可動部を共振状態で振動させることができるため、安定した可動部のＹ軸方向への出力（変位量）を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平５−３１２５７６号公報に示される従来技術による角速度センサでは、第１の振動体がＸ軸方向に振動するときの周波数が常に共振状態で振幅が一定となっているときに安定したＹ軸方向への出力を検出することができる。しかし、実際には、経時劣化、製造誤差等の理由から第１の振動体が振動する周波数や振幅が変化してしまい、このような場合には角速度による第２の振動体の出力が不安定となり、角速度の検出感度が著しく低下するという問題がある。
【０００７】
一方、特開平１０−３００４７８号公報に示される他の従来技術による角速度センサは、変位検出手段を備え、該変位検出手段によって可動部のＸ軸方向への振幅を検出し、この振幅が一定となるように振動発生手段を制御している。
【０００８】
しかし、他の従来技術による角速度センサは、変位検出手段を可動部と基板との間に設けた電極によって構成している。そして、可動部は２軸方向に変位可能であることから、例えば略平行状態で配置した変位検出手段の電極が可動部の変位に伴って傾斜してしまうことがある。このため、可動部と基板との間に設けた電極間の静電容量は、このような電極の傾斜によっても変化するから、可動部のＸ軸方向への変位を正確に検出できなくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は振動発生手段による振動状態を確実に検出でき、第１の振動体を常に一定の振幅で振動させることができる角速度センサを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、基板と、該基板に第１の支持梁によって支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁によって平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を角速度として検出する角速度検出手段とを備えてなる角速度センサに適用される。
【００１１】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、基板と第１の振動体との間には、第１の振動体の変位量を振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設け、前記角速度検出手段は、前記基板に設けられた検出用固定側電極と、前記第２の振動体に設けられ該検出用固定側電極に対向した検出用可動側電極とによって構成し、前記振動状態モニタ手段は、前記基板に設けられたモニタ用固定側電極と、前記第１の振動体に設けられ該モニタ用固定側電極に対向したモニタ用可動側電極とによって構成し、前記振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極は、前記角速度検出手段の検出用固定側電極と一体的に形成したことにある。
【００１２】
このように構成したことにより、振動発生手段に外部から駆動信号を入力すると、第１，第２の振動体は基板と平行方向に振動し、この状態で例えば基板と垂直な軸回りに角速度が加わると、第２の振動体はコリオリ力によって基板に平行で振動方向と直交方向に変位する。
【００１３】
このとき、角速度検出手段は、第１，第２の振動体を基板と平行方向に振動させた状態で基板に垂直な軸回りの角速度が加ったときに、コリオリ力によって第２の振動体に生じる振動方向と直交方向への変位を角速度として検出する。一方、振動状態モニタ手段は、振動発生手段によって基板と平行方向に振動する第１の振動体の変位を検出する。
【００１４】
これにより、角速度検出手段によって第２の振動体の振動を検出でき、また振動状態モニタ手段による第１の振動体の振動を角速度とは別個独立に検出できるため、振動発生手段によって駆動する第１の振動体の振幅を常に一定にすることができる。
【００１５】
また、角速度検出手段を、基板に設けられた検出用固定側電極と、第２の振動体に設けられ該検出用固定側電極に対向した検出用可動側電極とによって構成したから、角速度検出手段は第２の振動体の直交方向への変位を検出用固定側電極と検出用可動側電極との間の静電容量として検出することができる。一方、振動状態モニタ手段を、基板に設けられたモニタ用固定側電極と、第１の振動体に設けられ該モニタ用固定側電極に対向したモニタ用可動側電極とによって構成したから、振動状態モニタ手段は、第１の振動体の平行方向への変位をモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間の静電容量として検出することができる。
【００１６】
また、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極は、角速度検出手段の検出用固定側電極と一体的に形成したから、角速度検出手段によって検出した検出信号と、振動状態モニタ手段によってモニタしたモニタ信号とを、検出用固定側電極またはモニタ用固定側電極のうちいずれか一方から出力することができる。そして、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極を検出用固定側電極と一体的に形成したから、別個に形成した場合に比べて角速度センサを小型化することができる。
【００１７】
さらに、請求項２の発明は、第１の支持梁は、前記基板と第１の振動体との間に位置して前記第１の振動体を一の軸方向（Ｘ軸方向）に変位可能に支持して設け、前記第２の支持梁は、前記第１の振動体と第２の振動体との間に位置して第２の振動体を一の軸方向と直交方向（Ｙ軸方向）に変位可能に支持して設ける構成としたことにある。
【００１８】
これにより、第１の支持梁は、第１の振動体をＸ軸方向に変位可能に支持するものの、第１の振動体のＹ軸方向への変位は規制することができる。一方、第２の支持梁は、第２の振動体を第１の振動体に対してＹ軸方向に変位可能に支持するから、第２の振動体は、第１の振動体と共にＸ軸方向に変位すると共に、Ｙ軸方向にも変位することができる。このため、第１，第２の振動体をＸ軸方向に振動させた状態でＸ軸，Ｙ軸と直交するＺ軸回りの角速度が作用したときには、第２の振動体はコリオリ力によってＹ軸方向に変位するものの、第１の振動体はＹ軸方向への変位がほとんど規制される。この結果、第１の振動体と基板との間に設けた振動状態モニタ手段は、第１の振動体のＸ軸方向への変位のみを検出することができ、角速度等の影響を受けることなく、第１の振動体の振動状態を確実に検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態による角速度センサを、図１に従って詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１は本発明の実施の形態を示し、図において、１は角速度センサの本体をなす矩形状な基板で、該基板１は例えば高抵抗なシリコン材料によって形成されている。
【００２１】
２，２は基板１上に固定的に設けられた一対の支持部で、該各支持部２は、Ｘ軸方向に離間して設けられ後述する第１の振動体４を左，右両側で挟んでいる。
【００２２】
３，３，…は支持部２からＹ軸方向の両側に延びる第１の支持梁で、該第１の支持梁３は、各支持部２に２本ずつ合計４本設けられている。
【００２３】
４は第１の支持梁３によって基板１の表面から離間した状態で支持された第１の振動体で、該第１の振動体４は、互いに対向してＸ軸方向に延びるＸ軸方向枠部４Ａ，４Ａと、互いに対向してＹ軸方向に延びるＹ軸方向枠部４Ｂ，４Ｂとによって略長方形の枠形状に形成されている。そして、第１の振動体４の４隅には、Ｙ軸方向枠部４Ｂに平行に延びる支持梁３の先端が取付けられている。これにより、第１の振動体４は、Ｙ軸方向への変位が規制された状態でＸ軸方向に変位可能となっている。
【００２４】
５，５，…は第１の振動体４の枠内に位置してＸ軸方向枠部４Ａと平行にＸ軸方向に延びる合計４本の第２の支持梁で、該各支持梁５は、第１の振動体４の４隅近傍から振動体４のＸ軸方向中央部に向けて延びている。
【００２５】
６は第１の振動体４の枠内に位置して第２の支持梁５によって基板１の表面から離間した状態で支持された第２の振動体で、該第２の振動体６は、略長方形の枠形状に形成された枠部６Ａと、該枠部６Ａの左，右両辺を連結する連結部６Ｂとによって構成されている。そして、枠部６Ａの前，後両辺には、その中央部側に位置して第２の支持梁５がそれぞれ２本ずつ取付けられている。また、連結部６Ｂは、Ｙ軸方向の中央部に位置して後述の検出用可動側電極１３が取付けられている。
【００２６】
７，７，…は基板１上の前，後方向（Ｙ軸方向）に離間して合計４個設けられた振動用固定部で、該各振動用固定部７は、第１の振動体４のＸ軸方向枠部４Ａの外側を前，後から挟み、基板１上に固定して設けられている。
【００２７】
８，８，…は振動用固定部７から第１の振動体４に向けて突出して形成された固定側振動電極で、該各固定側振動電極８は、振動用固定部７からＹ軸方向に延びる支柱８Ａと、該支柱８Ａの左片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板８Ｂとによって構成されている。
【００２８】
９，９，…は第１の振動体４に形成され固定側振動電極８に噛合する合計４個の可動側振動電極で、該各可動側振動電極９は、固定側振動電極８と対向するように第１の振動体４のＸ軸方向枠部４Ａに設けられ、振動用固定部７に向けてＹ軸方向に延びる支柱９Ａと、該支柱９Ａの右片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板９Ｂとによって構成されている。
【００２９】
１０，１０は基板１と第１の振動体４との間に設けられた振動発生部で、該各振動発生部１０は固定側振動電極８と可動側振動電極９とによって構成され、固定側振動電極８の各電極板８Ｂと可動側振動電極９の各電極板９Ｂとの間にはそれぞれ等しい間隔の隙間が形成されている。そして、振動発生部１０は、固定側振動電極８と可動側振動電極９との間に逆位相となる周波数ｆの駆動信号を発振回路（図示せず）から印加することによって、各電極板８Ｂ，９Ｂ間には静電引力を交互に発生し、第１の振動体４を矢示ａ方向（Ｘ軸方向）に振動させる。
【００３０】
１１，１１は第２の振動体６の枠部６Ａ内に位置して基板１に固定して設けられた検出用固定部で、該各検出用固定部１１は、Ｘ軸方向の延びた略長方形状に形成されると共に、連結部６Ｂを挟んでＹ軸方向に離間した位置に配設されている。
【００３１】
１２，１２，…は各検出用固定部１１に設けられた検出用固定側電極で、該各検出用固定側電極１２は、Ｙ軸方向に延びる支柱１２Ａと、該支柱１２Ａの左，右両側または左片側、右片側にのみ列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板１２Ｂとによって構成されている。そして、検出用固定側電極１２は、後述する検出用可動側電極１３を取囲んでいる。
【００３２】
１３，１３，…は検出用固定側電極１２と噛合する検出用可動側電極で、該各検出用可動側電極１３は、検出用固定側電極１２と対向するように第２の振動体６の連結部６Ｂの前，後両側に位置し、所定間隔毎にＹ軸方向に向けて延びる支柱１３Ａと、該支柱１３Ａの左，右両側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板１３Ｂとによって構成されている。
【００３３】
１４，１４は基板１と第２の振動体６との間に設けられた角速度検出部で、該各角速度検出部１４は、複数個の検出用固定側電極１２と複数個の検出用可動側電極１３とによって平行平板コンデンサとして構成されている。そして、角速度検出部１４は、第１，第２の振動体４，６が矢示ａ方向に振動している状態でＺ軸回りの角速度Ωが作用したときには、第２の振動体６がコリオリ力ＦによってＹ軸方向に変位するから、角速度Ωに対応した第２の振動体６のＹ軸方向への変位量を検出用固定側電極１２と検出用可動側電極１３との間の静電容量の変化量によって検出し、各電極１２，１３間の静電容量に応じた検出信号を出力している。
【００３４】
２１，２１は検出用固定部１１から第１の振動体４に向けて形成されたモニタ用固定側電極で、該各モニタ用固定側電極２１は、検出用固定部１１からＹ軸方向に延びる支柱２１Ａと、該支柱２１Ａの左片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板２１Ｂとによって構成されている。
【００３５】
２２，２２は第１の振動体４に形成されモニタ用固定側電極２１に噛合する合計２個のモニタ用可動側電極で、該各モニタ用可動側電極２２は、第１の振動体４の枠内に位置して、モニタ用固定側電極２１と対向するように第１の振動体４のＸ軸方向枠部４Ａに設けられている。そして、モニタ用可動側電極２２は、検出用固定部１１に向けてＹ軸方向に延びる支柱２２Ａと、該支柱２２Ａの右片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板２２Ｂとによって構成されている。
【００３６】
２３，２３は基板１と第１の振動体４との間に設けられた振動状態モニタ部で、該各振動状態モニタ部２３はモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２とによって構成され、モニタ用固定側電極２１の各電極板２１Ｂとモニタ用可動側電極２２の各電極板２２Ｂとの間にはそれぞれ等しい間隔の隙間が形成されている。
【００３７】
そして、振動状態モニタ部２３は、モニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２とによって平行平板コンデンサとして構成されている。これにより、振動状態モニタ部２３は、第１の振動体４が振動発生部１０によってＸ軸方向に振動するときの振動状態をモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量の変化としてモニタし、検出用固定部１１を通じて各電極２１，２２間の静電容量に応じたモニタ信号を出力している。
【００３８】
本発明の実施の形態による角速度センサは上述のように構成されるものであって、次にその作動について説明する。
【００３９】
まず、各振動発生部１０に逆位相となる周波数ｆの駆動信号を印加すると、各電極板８Ｂ，９Ｂ間には静電引力が交互に作用し、第１の振動体４は、第２の振動体６と共にＸ軸方向となる矢示ａ方向に接近，離間を繰返して振動する。
【００４０】
このように、第１，第２の振動体４，６が振動した状態で、角速度センサにＺ軸周りの角速度Ωが加わると、Ｙ軸方向にコリオリ力（慣性力）が発生し、第２の振動体６はＹ軸方向に下記の数１に示すようなコリオリ力Ｆで変位する。
【００４１】
【数１】
【００４２】
そして、第２の振動体６は数１のコリオリ力ＦによってＹ軸方向に振動し、この振動体６の変位を、各角速度検出部１４では検出用固定側電極１２と検出用可動側電極１３との間の静電容量の変化として検出し、Ｚ軸周りの角速度Ωを検出することができる。
【００４３】
また、第１の振動体４と基板１との間には振動状態モニタ部２３を設けたから、振動発生部１０によって第１，第２の振動体４，６がＸ軸方向に振動したときには、振動状態モニタ部２３のモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量が変化する。このため、振動状態モニタ部２３は、モニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量を検出することによって、第１，第２の振動体４，６の振動状態をモニタすることができる。
【００４４】
この結果、角速度検出部１４によって第２の振動体６が角速度Ω（コリオリ力）によってＹ軸方向に振動する位相および変位量を検出信号として計測でき、振動状態モニタ部２３によって第１，第２の振動体４，６がＸ軸方向に振動するときの振幅をモニタ信号として角速度Ωに影響されることなく、検出信号とは別個独立に検出できる。
【００４５】
かくして、本実施の形態では、基板１と第１の振動体４との間には、第１の振動体４の変位量を振動発生部１０による振動状態としてモニタする振動状態モニタ部２３を設けたから、角速度検出部１４によってコリオリ力ＦによってＹ軸方向に振動する第２の振動体６の変位を検出し、振動状態モニタ部２３によって振動発生部１０によってＸ軸方向に振動する第１の振動体４の変位を検出することができる。これにより、角速度検出部１４によって第２の振動体６の振動を検出信号として検出でき、角速度Ωに影響されることなく検出信号とは別個独立に振動状態モニタ部２３によって第１の振動体４の振動をモニタ信号として検出できる。
【００４６】
この結果、振動状態モニタ部２３によるモニタ信号とを用いて振動発生部１０を制御することで、第１の振動体４を常に一定の振幅で振動させることができるから、角速度Ωによる第２の振動体６の変位量を安定させることができる。従って、角速度Ωが作用したときの第２の振動体６の変位量を正確に検出できるため、安定した出力を得ることができる。
【００４７】
また、角速度検出部１４は、基板１に設けた検出用固定側電極１２と、第２の振動体６に設けた検出用可動側電極１３とによって構成し、振動状態モニタ部２３は、基板１に設けたモニタ用固定側電極２１と、第１の振動体４に設けたモニタ用可動側電極２２とによって構成したから、角速度検出部１４は第２の振動体６のＹ軸方向への変位を検出用固定側電極１２と検出用可動側電極１３との間の静電容量として検出し、振動状態モニタ部２３は、第１の振動体４のＸ軸方向への変位をモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量として検出することができる。
【００４８】
さらに、第１の支持梁３は、基板１と第１の振動体４との間に位置して第１の振動体４をＸ軸方向に変位可能に支持して設け、第２の支持梁５は、第１の振動体４と第２の振動体６との間に位置して第２の振動体６をＹ軸方向に変位可能に支持して設ける構成としたから、第１の支持梁３は、第１の振動体４をＸ軸方向に変位可能に支持するものの、第１の振動体４のＹ軸方向への変位は規制することができる。一方、第２の支持梁５は、第２の振動体６を第１の振動体４に対してＹ軸方向に変位可能に支持するから、第２の振動体６は、第１の振動体４と共にＸ軸方向に変位すると共に、Ｙ軸方向にも変位することができる。
【００４９】
このため、第１，第２の振動体４，６をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸回りの角速度Ωが作用したときには、第２の振動体６はコリオリ力によってＹ軸方向に変位するものの、第１の振動体４はＹ軸方向への変位がほとんど規制される。
【００５０】
この結果、モニタ用可動側電極２２の電極板２２Ｂはモニタ用固定側電極２１の電極板２１Ｂに対して傾斜することなく、ほぼ平行な状態を保持しつつＸ軸方向に変位するから、第１の振動体４と基板１との間に設けた振動状態モニタ部２３は、第１の振動体４のＸ軸方向への変位のみを検出することができ、角速度Ωの影響を受けることなく、第１の振動体４の振動状態を第２の振動体６の振動状態に拘らず別個独立に検出することができる。
【００５１】
特に、本実施の形態では、振動状態モニタ部２３のモニタ用固定側電極２１を角速度検出部１４の検出用固定側電極１２と一体的に形成したから、角速度検出部１４によって検出した検出信号と、振動状態モニタ部２３によってモニタしたモニタ信号とを、検出用固定部１１を用いて出力することができ、信号を出力するための電極の数を減少させることができる。
【００５２】
また、振動状態モニタ部２３のモニタ用固定側電極２１を検出用固定側電極１２とを一体的に形成したから、これらを別個に形成した場合に比べて角速度センサを小型化することができる。
【００５３】
なお、検出用固定部１１は角速度検出部１４による検出信号と振動状態モニタ部２３によるモニタ信号とが混在して出力するものの、モニタ信号は角速度Ωの影響を受けず検出信号とは別個独立に検出される。このため、検出信号とモニタ信号とは、例えば特開平１０−３００４７８号公報に記載された角速度センサと同様に発振回路、減算回路、加算回路、乗算回路、周波数制御回路等を接続することによって確実に分離できるものである。
【００５４】
また、前記実施の形態では、第１の振動体４を基板１と平行なＸ軸方向に変位可能な状態で基板１に設け、第２の振動体６を基板１と平行でＸ軸方向に直交するＹ軸方向に変位可能な状態で第１の振動体４に設ける構成としたが、本発明はこれに限らず、第１の振動体を基板１と平行なＸ軸方向に変位可能な状態で基板１に設け、第２の振動体を基板１と垂直なＺ軸方向に変位可能な状態で第１の振動体に設ける構成としてもよい。この場合、Ｙ軸回りに作用する角速度を検出することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、基板と第１の振動体との間には、第１の振動体の変位量を振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設けたから、角速度検出手段によってコリオリ力によって直交方向に振動する第２の振動体の変位を検出し、振動状態モニタ手段によって振動発生手段によって基板と平行方向に振動する第１の振動体の変位を検出することができる。これにより、角速度検出手段によって第２の振動体の振動を検出信号として検出でき、角速度の影響を受けることなく検出信号とは別個独立に振動状態モニタ手段によって第１の振動体の振動をモニタ信号として検出できる。この結果、角速度による影響に関係なく、常に第１の振動体を一定の振幅で駆動させることが可能であり、角速度が作用したときの第２の振動体の変位量を安定させて、正確な角速度を検出することができる。
【００５６】
また、請求項１の発明によれば、角速度検出手段を基板に設けた検出用固定側電極と第２の振動体に設けた検出用可動側電極とによって構成し、振動状態モニタ手段を基板に設けたモニタ用固定側電極と第１の振動体に設けたモニタ用可動側電極とによって構成したから、角速度検出手段は、第２の振動体の直交方向への変位を検出用固定側電極と検出用可動側電極との間の静電容量として検出し、振動状態モニタ手段は、第１の振動体の平行方向への変位をモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間の静電容量として検出する。これにより、角速度検出手段は検出用固定側電極と検出用可動側電極との間の静電容量に応じた検出信号を出力し、振動状態モニタ手段はモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間の静電容量に応じたモニタ信号を角速度の影響を受けることなく検出信号とは別個独立に出力することができるから、これらの検出信号、モニタ信号を用いて振動発生手段を制御することによって、第１，第２の振動体を常に一定の振幅で基板と平行方向に振動させることができる。
【００５７】
また、請求項１の発明によれば、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極を角速度検出手段の検出用固定側電極と一体的に形成したから、角速度検出手段によって検出した検出信号と、振動状態モニタ手段によってモニタしたモニタ信号とを、検出用固定側電極またはモニタ用固定側電極いずれか一方から出力することができ、信号を出力するための電極の数を減少させることができる。また、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極を検出用固定側電極とを一体的に形成したから、別個に形成した場合に比べて角速度センサを小型化することができる。
【００５８】
さらに、請求項２の発明によれば、第１の支持梁は基板と第１の振動体との間に位置して第１の振動体を一の方向（Ｘ軸方向）に変位可能に支持して設け、第２の支持梁は第１の振動体と第２の振動体との間に位置して第２の振動体を一の方向と直交方向（Ｙ軸方向）に変位可能に支持して設ける構成としたから、第１の支持梁は、第１の振動体をＸ軸方向に変位可能に支持するものの、第１の振動体のＹ軸方向への変位は規制することができる。一方、第２の支持梁は、第２の振動体を第１の振動体に対してＹ軸方向に変位可能に支持するから、第２の振動体は、第１の振動体と共にＸ軸方向に変位すると共に、Ｙ軸方向にも変位することができる。
【００５９】
このため、第１，第２の振動体をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸回りの角速度が作用したときには、第２の振動体はコリオリ力によってＹ軸方向に変位するものの、第１の振動体はＹ軸方向への変位がほとんど規制される。この結果、第１の振動体と基板との間に設けた振動状態モニタ手段は、第１の振動体のＸ軸方向への変位のみを検出することができ、角速度の影響を受けることなく、第１の振動体の振動状態を検出信号とは別個独立に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による角速度センサを示す平面図である。
【符号の説明】
１ 基板
３ 第１の支持梁
４ 第１の振動体
５ 第２の支持梁
６ 第２の振動体
８ 固定側振動電極
９ 可動側振動電極
１０ 振動発生部（振動発生手段）
１２ 検出用固定側電極
１３ 検出用可動側電極
１４ 角速度検出部（角速度検出手段）
２１ モニタ用固定側電極
２２ モニタ用可動側電極
２３ 振動状態モニタ部（振動状態モニタ手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回転体の角速度を検出するのに用いて好適な角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、角速度センサとして、基板と、該基板に第１の支持梁によって支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁によって平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を角速度として検出する角速度検出手段とを備えたものが知られている（例えば、特開平５−３１２５７６号公報等）。
【０００３】
そして、従来技術による角速度センサは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向において、第１，第２の振動体を基板と平行方向として、例えばＸ軸方向に対して一定の振動を与えた状態で、外部からＺ軸周りの角速度を加えると、コリオリ力によって第２の振動体はＸ軸に直交したＹ軸方向に変位する。そして、角速度検出手段は、このコリオリ力による第２の振動体のＹ軸方向の変位を圧電抵抗、静電容量等の変化として検出することにより、角速度の大きさを検出している。
【０００４】
また、他の従来技術による角速度センサとして、基板と、該基板上に支持梁によってＸ軸，Ｙ軸方向に変位可能に設けられた可動部と、該可動部をＸ軸方向に振動させる振動発生手段と、可動部をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸周りの角速度が加ったときに、コリオリ力によって可動部に生じるＹ軸方向への変位を角速度として検出する角速度検出手段と、前記振動発生手段によって可動部がＸ軸方向に変位したときの変位量を検出する変位検出手段とからなる構成されたものが知られている（例えば、特開平１０−３００４７８号公報等）。
【０００５】
そして、他の従来技術による角速度センサは、変位検出手段を可動部と基板との間に設けた電極によって構成し、可動部がＸ軸方向に変位したときの変位量をこれらの電極間の静電容量の変化として検出している。このため、他の従来技術による角速度センサは、角速度検出手段を用いて可動部のＹ軸方向への変位を検出すると共に、変位検出手段を用いて可動部のＸ軸方向への振動を検出するから、可動部がＸ軸方向に振動するときの駆動状態を検出でき、これらが常に一定の振幅となるように振動発生手段を制御することができる。これにより、可動部を共振状態で振動させることができるため、安定した可動部のＹ軸方向への出力（変位量）を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平５−３１２５７６号公報に示される従来技術による角速度センサでは、第１の振動体がＸ軸方向に振動するときの周波数が常に共振状態で振幅が一定となっているときに安定したＹ軸方向への出力を検出することができる。しかし、実際には、経時劣化、製造誤差等の理由から第１の振動体が振動する周波数や振幅が変化してしまい、このような場合には角速度による第２の振動体の出力が不安定となり、角速度の検出感度が著しく低下するという問題がある。
【０００７】
一方、特開平１０−３００４７８号公報に示される他の従来技術による角速度センサは、変位検出手段を備え、該変位検出手段によって可動部のＸ軸方向への振幅を検出し、この振幅が一定となるように振動発生手段を制御している。
【０００８】
しかし、他の従来技術による角速度センサは、変位検出手段を可動部と基板との間に設けた電極によって構成している。そして、可動部は２軸方向に変位可能であることから、例えば略平行状態で配置した変位検出手段の電極が可動部の変位に伴って傾斜してしまうことがある。このため、可動部と基板との間に設けた電極間の静電容量は、このような電極の傾斜によっても変化するから、可動部のＸ軸方向への変位を正確に検出できなくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は振動発生手段による振動状態を確実に検出でき、第１の振動体を常に一定の振幅で振動させることができる角速度センサを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、基板と、該基板に第１の支持梁によって支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁によって平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を角速度として検出する角速度検出手段とを備えてなる角速度センサに適用される。
【００１１】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、基板と第１の振動体との間には、第１の振動体の変位量を振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設け、前記角速度検出手段は、前記基板に設けられた検出用固定側電極と、前記第２の振動体に設けられ該検出用固定側電極に対向した検出用可動側電極とによって構成し、前記振動状態モニタ手段は、前記基板に設けられたモニタ用固定側電極と、前記第１の振動体に設けられ該モニタ用固定側電極に対向したモニタ用可動側電極とによって構成し、前記振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極は、前記角速度検出手段の検出用固定側電極と一体的に形成したことにある。
【００１２】
このように構成したことにより、振動発生手段に外部から駆動信号を入力すると、第１，第２の振動体は基板と平行方向に振動し、この状態で例えば基板と垂直な軸回りに角速度が加わると、第２の振動体はコリオリ力によって基板に平行で振動方向と直交方向に変位する。
【００１３】
このとき、角速度検出手段は、第１，第２の振動体を基板と平行方向に振動させた状態で基板に垂直な軸回りの角速度が加ったときに、コリオリ力によって第２の振動体に生じる振動方向と直交方向への変位を角速度として検出する。一方、振動状態モニタ手段は、振動発生手段によって基板と平行方向に振動する第１の振動体の変位を検出する。
【００１４】
これにより、角速度検出手段によって第２の振動体の振動を検出でき、また振動状態モニタ手段による第１の振動体の振動を角速度とは別個独立に検出できるため、振動発生手段によって駆動する第１の振動体の振幅を常に一定にすることができる。
【００１５】
また、角速度検出手段を、基板に設けられた検出用固定側電極と、第２の振動体に設けられ該検出用固定側電極に対向した検出用可動側電極とによって構成したから、角速度検出手段は第２の振動体の直交方向への変位を検出用固定側電極と検出用可動側電極との間の静電容量として検出することができる。一方、振動状態モニタ手段を、基板に設けられたモニタ用固定側電極と、第１の振動体に設けられ該モニタ用固定側電極に対向したモニタ用可動側電極とによって構成したから、振動状態モニタ手段は、第１の振動体の平行方向への変位をモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間の静電容量として検出することができる。
【００１６】
また、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極は、角速度検出手段の検出用固定側電極と一体的に形成したから、角速度検出手段によって検出した検出信号と、振動状態モニタ手段によってモニタしたモニタ信号とを、検出用固定側電極またはモニタ用固定側電極のうちいずれか一方から出力することができる。そして、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極を検出用固定側電極と一体的に形成したから、別個に形成した場合に比べて角速度センサを小型化することができる。
【００１７】
さらに、請求項２の発明は、第１の支持梁は、前記基板と第１の振動体との間に位置して前記第１の振動体を一の軸方向（Ｘ軸方向）に変位可能に支持して設け、前記第２の支持梁は、前記第１の振動体と第２の振動体との間に位置して第２の振動体を一の軸方向と直交方向（Ｙ軸方向）に変位可能に支持して設ける構成としたことにある。
【００１８】
これにより、第１の支持梁は、第１の振動体をＸ軸方向に変位可能に支持するものの、第１の振動体のＹ軸方向への変位は規制することができる。一方、第２の支持梁は、第２の振動体を第１の振動体に対してＹ軸方向に変位可能に支持するから、第２の振動体は、第１の振動体と共にＸ軸方向に変位すると共に、Ｙ軸方向にも変位することができる。このため、第１，第２の振動体をＸ軸方向に振動させた状態でＸ軸，Ｙ軸と直交するＺ軸回りの角速度が作用したときには、第２の振動体はコリオリ力によってＹ軸方向に変位するものの、第１の振動体はＹ軸方向への変位がほとんど規制される。この結果、第１の振動体と基板との間に設けた振動状態モニタ手段は、第１の振動体のＸ軸方向への変位のみを検出することができ、角速度等の影響を受けることなく、第１の振動体の振動状態を確実に検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態による角速度センサを、図１に従って詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１は本発明の実施の形態を示し、図において、１は角速度センサの本体をなす矩形状な基板で、該基板１は例えば高抵抗なシリコン材料によって形成されている。
【００２１】
２，２は基板１上に固定的に設けられた一対の支持部で、該各支持部２は、Ｘ軸方向に離間して設けられ後述する第１の振動体４を左，右両側で挟んでいる。
【００２２】
３，３，…は支持部２からＹ軸方向の両側に延びる第１の支持梁で、該第１の支持梁３は、各支持部２に２本ずつ合計４本設けられている。
【００２３】
４は第１の支持梁３によって基板１の表面から離間した状態で支持された第１の振動体で、該第１の振動体４は、互いに対向してＸ軸方向に延びるＸ軸方向枠部４Ａ，４Ａと、互いに対向してＹ軸方向に延びるＹ軸方向枠部４Ｂ，４Ｂとによって略長方形の枠形状に形成されている。そして、第１の振動体４の４隅には、Ｙ軸方向枠部４Ｂに平行に延びる支持梁３の先端が取付けられている。これにより、第１の振動体４は、Ｙ軸方向への変位が規制された状態でＸ軸方向に変位可能となっている。
【００２４】
５，５，…は第１の振動体４の枠内に位置してＸ軸方向枠部４Ａと平行にＸ軸方向に延びる合計４本の第２の支持梁で、該各支持梁５は、第１の振動体４の４隅近傍から振動体４のＸ軸方向中央部に向けて延びている。
【００２５】
６は第１の振動体４の枠内に位置して第２の支持梁５によって基板１の表面から離間した状態で支持された第２の振動体で、該第２の振動体６は、略長方形の枠形状に形成された枠部６Ａと、該枠部６Ａの左，右両辺を連結する連結部６Ｂとによって構成されている。そして、枠部６Ａの前，後両辺には、その中央部側に位置して第２の支持梁５がそれぞれ２本ずつ取付けられている。また、連結部６Ｂは、Ｙ軸方向の中央部に位置して後述の検出用可動側電極１３が取付けられている。
【００２６】
７，７，…は基板１上の前，後方向（Ｙ軸方向）に離間して合計４個設けられた振動用固定部で、該各振動用固定部７は、第１の振動体４のＸ軸方向枠部４Ａの外側を前，後から挟み、基板１上に固定して設けられている。
【００２７】
８，８，…は振動用固定部７から第１の振動体４に向けて突出して形成された固定側振動電極で、該各固定側振動電極８は、振動用固定部７からＹ軸方向に延びる支柱８Ａと、該支柱８Ａの左片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板８Ｂとによって構成されている。
【００２８】
９，９，…は第１の振動体４に形成され固定側振動電極８に噛合する合計４個の可動側振動電極で、該各可動側振動電極９は、固定側振動電極８と対向するように第１の振動体４のＸ軸方向枠部４Ａに設けられ、振動用固定部７に向けてＹ軸方向に延びる支柱９Ａと、該支柱９Ａの右片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板９Ｂとによって構成されている。
【００２９】
１０，１０は基板１と第１の振動体４との間に設けられた振動発生部で、該各振動発生部１０は固定側振動電極８と可動側振動電極９とによって構成され、固定側振動電極８の各電極板８Ｂと可動側振動電極９の各電極板９Ｂとの間にはそれぞれ等しい間隔の隙間が形成されている。そして、振動発生部１０は、固定側振動電極８と可動側振動電極９との間に逆位相となる周波数ｆの駆動信号を発振回路（図示せず）から印加することによって、各電極板８Ｂ，９Ｂ間には静電引力を交互に発生し、第１の振動体４を矢示ａ方向（Ｘ軸方向）に振動させる。
【００３０】
１１，１１は第２の振動体６の枠部６Ａ内に位置して基板１に固定して設けられた検出用固定部で、該各検出用固定部１１は、Ｘ軸方向の延びた略長方形状に形成されると共に、連結部６Ｂを挟んでＹ軸方向に離間した位置に配設されている。
【００３１】
１２，１２，…は各検出用固定部１１に設けられた検出用固定側電極で、該各検出用固定側電極１２は、Ｙ軸方向に延びる支柱１２Ａと、該支柱１２Ａの左，右両側または左片側、右片側にのみ列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板１２Ｂとによって構成されている。そして、検出用固定側電極１２は、後述する検出用可動側電極１３を取囲んでいる。
【００３２】
１３，１３，…は検出用固定側電極１２と噛合する検出用可動側電極で、該各検出用可動側電極１３は、検出用固定側電極１２と対向するように第２の振動体６の連結部６Ｂの前，後両側に位置し、所定間隔毎にＹ軸方向に向けて延びる支柱１３Ａと、該支柱１３Ａの左，右両側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板１３Ｂとによって構成されている。
【００３３】
１４，１４は基板１と第２の振動体６との間に設けられた角速度検出部で、該各角速度検出部１４は、複数個の検出用固定側電極１２と複数個の検出用可動側電極１３とによって平行平板コンデンサとして構成されている。そして、角速度検出部１４は、第１，第２の振動体４，６が矢示ａ方向に振動している状態でＺ軸回りの角速度Ωが作用したときには、第２の振動体６がコリオリ力ＦによってＹ軸方向に変位するから、角速度Ωに対応した第２の振動体６のＹ軸方向への変位量を検出用固定側電極１２と検出用可動側電極１３との間の静電容量の変化量によって検出し、各電極１２，１３間の静電容量に応じた検出信号を出力している。
【００３４】
２１，２１は検出用固定部１１から第１の振動体４に向けて形成されたモニタ用固定側電極で、該各モニタ用固定側電極２１は、検出用固定部１１からＹ軸方向に延びる支柱２１Ａと、該支柱２１Ａの左片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板２１Ｂとによって構成されている。
【００３５】
２２，２２は第１の振動体４に形成されモニタ用固定側電極２１に噛合する合計２個のモニタ用可動側電極で、該各モニタ用可動側電極２２は、第１の振動体４の枠内に位置して、モニタ用固定側電極２１と対向するように第１の振動体４のＸ軸方向枠部４Ａに設けられている。そして、モニタ用可動側電極２２は、検出用固定部１１に向けてＹ軸方向に延びる支柱２２Ａと、該支柱２２Ａの右片側に列設されＸ軸方向に延びた複数枚の電極板２２Ｂとによって構成されている。
【００３６】
２３，２３は基板１と第１の振動体４との間に設けられた振動状態モニタ部で、該各振動状態モニタ部２３はモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２とによって構成され、モニタ用固定側電極２１の各電極板２１Ｂとモニタ用可動側電極２２の各電極板２２Ｂとの間にはそれぞれ等しい間隔の隙間が形成されている。
【００３７】
そして、振動状態モニタ部２３は、モニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２とによって平行平板コンデンサとして構成されている。これにより、振動状態モニタ部２３は、第１の振動体４が振動発生部１０によってＸ軸方向に振動するときの振動状態をモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量の変化としてモニタし、検出用固定部１１を通じて各電極２１，２２間の静電容量に応じたモニタ信号を出力している。
【００３８】
本発明の実施の形態による角速度センサは上述のように構成されるものであって、次にその作動について説明する。
【００３９】
まず、各振動発生部１０に逆位相となる周波数ｆの駆動信号を印加すると、各電極板８Ｂ，９Ｂ間には静電引力が交互に作用し、第１の振動体４は、第２の振動体６と共にＸ軸方向となる矢示ａ方向に接近，離間を繰返して振動する。
【００４０】
このように、第１，第２の振動体４，６が振動した状態で、角速度センサにＺ軸周りの角速度Ωが加わると、Ｙ軸方向にコリオリ力（慣性力）が発生し、第２の振動体６はＹ軸方向に下記の数１に示すようなコリオリ力Ｆで変位する。
【００４１】
【数１】
そして、第２の振動体６は数１のコリオリ力ＦによってＹ軸方向に振動し、この振動体６の変位を、各角速度検出部１４では検出用固定側電極１２と検出用可動側電極１３との間の静電容量の変化として検出し、Ｚ軸周りの角速度Ωを検出することができる。
【００４３】
また、第１の振動体４と基板１との間には振動状態モニタ部２３を設けたから、振動発生部１０によって第１，第２の振動体４，６がＸ軸方向に振動したときには、振動状態モニタ部２３のモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量が変化する。このため、振動状態モニタ部２３は、モニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量を検出することによって、第１，第２の振動体４，６の振動状態をモニタすることができる。
【００４４】
この結果、角速度検出部１４によって第２の振動体６が角速度Ω（コリオリ力）によってＹ軸方向に振動する位相および変位量を検出信号として計測でき、振動状態モニタ部２３によって第１，第２の振動体４，６がＸ軸方向に振動するときの振幅をモニタ信号として角速度Ωに影響されることなく、検出信号とは別個独立に検出できる。
【００４５】
かくして、本実施の形態では、基板１と第１の振動体４との間には、第１の振動体４の変位量を振動発生部１０による振動状態としてモニタする振動状態モニタ部２３を設けたから、角速度検出部１４によってコリオリ力ＦによってＹ軸方向に振動する第２の振動体６の変位を検出し、振動状態モニタ部２３によって振動発生部１０によってＸ軸方向に振動する第１の振動体４の変位を検出することができる。これにより、角速度検出部１４によって第２の振動体６の振動を検出信号として検出でき、角速度Ωに影響されることなく検出信号とは別個独立に振動状態モニタ部２３によって第１の振動体４の振動をモニタ信号として検出できる。
【００４６】
この結果、振動状態モニタ部２３によるモニタ信号とを用いて振動発生部１０を制御することで、第１の振動体４を常に一定の振幅で振動させることができるから、角速度Ωによる第２の振動体６の変位量を安定させることができる。従って、角速度Ωが作用したときの第２の振動体６の変位量を正確に検出できるため、安定した出力を得ることができる。
【００４７】
また、角速度検出部１４は、基板１に設けた検出用固定側電極１２と、第２の振動体６に設けた検出用可動側電極１３とによって構成し、振動状態モニタ部２３は、基板１に設けたモニタ用固定側電極２１と、第１の振動体４に設けたモニタ用可動側電極２２とによって構成したから、角速度検出部１４は第２の振動体６のＹ軸方向への変位を検出用固定側電極１２と検出用可動側電極１３との間の静電容量として検出し、振動状態モニタ部２３は、第１の振動体４のＸ軸方向への変位をモニタ用固定側電極２１とモニタ用可動側電極２２との間の静電容量として検出することができる。
【００４８】
さらに、第１の支持梁３は、基板１と第１の振動体４との間に位置して第１の振動体４をＸ軸方向に変位可能に支持して設け、第２の支持梁５は、第１の振動体４と第２の振動体６との間に位置して第２の振動体６をＹ軸方向に変位可能に支持して設ける構成としたから、第１の支持梁３は、第１の振動体４をＸ軸方向に変位可能に支持するものの、第１の振動体４のＹ軸方向への変位は規制することができる。一方、第２の支持梁５は、第２の振動体６を第１の振動体４に対してＹ軸方向に変位可能に支持するから、第２の振動体６は、第１の振動体４と共にＸ軸方向に変位すると共に、Ｙ軸方向にも変位することができる。
【００４９】
このため、第１，第２の振動体４，６をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸回りの角速度Ωが作用したときには、第２の振動体６はコリオリ力によってＹ軸方向に変位するものの、第１の振動体４はＹ軸方向への変位がほとんど規制される。
【００５０】
この結果、モニタ用可動側電極２２の電極板２２Ｂはモニタ用固定側電極２１の電極板２１Ｂに対して傾斜することなく、ほぼ平行な状態を保持しつつＸ軸方向に変位するから、第１の振動体４と基板１との間に設けた振動状態モニタ部２３は、第１の振動体４のＸ軸方向への変位のみを検出することができ、角速度Ωの影響を受けることなく、第１の振動体４の振動状態を第２の振動体６の振動状態に拘らず別個独立に検出することができる。
【００５１】
特に、本実施の形態では、振動状態モニタ部２３のモニタ用固定側電極２１を角速度検出部１４の検出用固定側電極１２と一体的に形成したから、角速度検出部１４によって検出した検出信号と、振動状態モニタ部２３によってモニタしたモニタ信号とを、検出用固定部１１を用いて出力することができ、信号を出力するための電極の数を減少させることができる。
【００５２】
また、振動状態モニタ部２３のモニタ用固定側電極２１を検出用固定側電極１２とを一体的に形成したから、これらを別個に形成した場合に比べて角速度センサを小型化することができる。
【００５３】
なお、検出用固定部１１は角速度検出部１４による検出信号と振動状態モニタ部２３によるモニタ信号とが混在して出力するものの、モニタ信号は角速度Ωの影響を受けず検出信号とは別個独立に検出される。このため、検出信号とモニタ信号とは、例えば特開平１０−３００４７８号公報に記載された角速度センサと同様に発振回路、減算回路、加算回路、乗算回路、周波数制御回路等を接続することによって確実に分離できるものである。
【００５４】
また、前記実施の形態では、第１の振動体４を基板１と平行なＸ軸方向に変位可能な状態で基板１に設け、第２の振動体６を基板１と平行でＸ軸方向に直交するＹ軸方向に変位可能な状態で第１の振動体４に設ける構成としたが、本発明はこれに限らず、第１の振動体を基板１と平行なＸ軸方向に変位可能な状態で基板１に設け、第２の振動体を基板１と垂直なＺ軸方向に変位可能な状態で第１の振動体に設ける構成としてもよい。この場合、Ｙ軸回りに作用する角速度を検出することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、基板と第１の振動体との間には、第１の振動体の変位量を振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設けたから、角速度検出手段によってコリオリ力によって直交方向に振動する第２の振動体の変位を検出し、振動状態モニタ手段によって振動発生手段によって基板と平行方向に振動する第１の振動体の変位を検出することができる。これにより、角速度検出手段によって第２の振動体の振動を検出信号として検出でき、角速度の影響を受けることなく検出信号とは別個独立に振動状態モニタ手段によって第１の振動体の振動をモニタ信号として検出できる。この結果、角速度による影響に関係なく、常に第１の振動体を一定の振幅で駆動させることが可能であり、角速度が作用したときの第２の振動体の変位量を安定させて、正確な角速度を検出することができる。
【００５６】
また、請求項１の発明によれば、角速度検出手段を基板に設けた検出用固定側電極と第２の振動体に設けた検出用可動側電極とによって構成し、振動状態モニタ手段を基板に設けたモニタ用固定側電極と第１の振動体に設けたモニタ用可動側電極とによって構成したから、角速度検出手段は、第２の振動体の直交方向への変位を検出用固定側電極と検出用可動側電極との間の静電容量として検出し、振動状態モニタ手段は、第１の振動体の平行方向への変位をモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間の静電容量として検出する。これにより、角速度検出手段は検出用固定側電極と検出用可動側電極との間の静電容量に応じた検出信号を出力し、振動状態モニタ手段はモニタ用固定側電極とモニタ用可動側電極との間の静電容量に応じたモニタ信号を角速度の影響を受けることなく検出信号とは別個独立に出力することができるから、これらの検出信号、モニタ信号を用いて振動発生手段を制御することによって、第１，第２の振動体を常に一定の振幅で基板と平行方向に振動させることができる。
【００５７】
また、請求項１の発明によれば、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極を角速度検出手段の検出用固定側電極と一体的に形成したから、角速度検出手段によって検出した検出信号と、振動状態モニタ手段によってモニタしたモニタ信号とを、検出用固定側電極またはモニタ用固定側電極いずれか一方から出力することができ、信号を出力するための電極の数を減少させることができる。また、振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極を検出用固定側電極とを一体的に形成したから、別個に形成した場合に比べて角速度センサを小型化することができる。
【００５８】
さらに、請求項２の発明によれば、第１の支持梁は基板と第１の振動体との間に位置して第１の振動体を一の方向（Ｘ軸方向）に変位可能に支持して設け、第２の支持梁は第１の振動体と第２の振動体との間に位置して第２の振動体を一の方向と直交方向（Ｙ軸方向）に変位可能に支持して設ける構成としたから、第１の支持梁は、第１の振動体をＸ軸方向に変位可能に支持するものの、第１の振動体のＹ軸方向への変位は規制することができる。一方、第２の支持梁は、第２の振動体を第１の振動体に対してＹ軸方向に変位可能に支持するから、第２の振動体は、第１の振動体と共にＸ軸方向に変位すると共に、Ｙ軸方向にも変位することができる。
【００５９】
このため、第１，第２の振動体をＸ軸方向に振動させた状態でＺ軸回りの角速度が作用したときには、第２の振動体はコリオリ力によってＹ軸方向に変位するものの、第１の振動体はＹ軸方向への変位がほとんど規制される。この結果、第１の振動体と基板との間に設けた振動状態モニタ手段は、第１の振動体のＸ軸方向への変位のみを検出することができ、角速度の影響を受けることなく、第１の振動体の振動状態を検出信号とは別個独立に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による角速度センサを示す平面図である。
【符号の説明】
１ 基板
３ 第１の支持梁
４ 第１の振動体
５ 第２の支持梁
６ 第２の振動体
８ 固定側振動電極
９ 可動側振動電極
１０ 振動発生部（振動発生手段）
１２ 検出用固定側電極
１３ 検出用可動側電極
１４ 角速度検出部（角速度検出手段）
２１ モニタ用固定側電極
２２ モニタ用可動側電極
２３ 振動状態モニタ部（振動状態モニタ手段）
Claims (2)
- 基板と、該基板に第１の支持梁によって支持され、該基板と平行方向に振動可能に設けられた第１の振動体と、該第１の振動体に第２の支持梁によって平行に支持され、該第１の振動体の振動方向に対して直交方向に振動可能に設けられた第２の振動体と、前記第１の振動体を前記基板に対して平行方向に振動させる振動発生手段と、前記第２の振動体の変位量を角速度として検出する角速度検出手段とを備えてなる角速度センサにおいて、
前記基板と第１の振動体との間には、前記第１の振動体の変位量を前記振動発生手段による振動状態としてモニタする振動状態モニタ手段を設け、
前記角速度検出手段は、前記基板に設けられた検出用固定側電極と、前記第２の振動体に設けられ該検出用固定側電極に対向した検出用可動側電極とによって構成し、
前記振動状態モニタ手段は、前記基板に設けられたモニタ用固定側電極と、前記第１の振動体に設けられ該モニタ用固定側電極に対向したモニタ用可動側電極とによって構成し、
前記振動状態モニタ手段のモニタ用固定側電極は、前記角速度検出手段の検出用固定側電極と一体的に形成したことを特徴とする角速度センサ。 - 前記第１の支持梁は、前記基板と第１の振動体との間に位置して前記第１の振動体を一の方向に変位可能に支持して設け、前記第２の支持梁は、前記第１の振動体と第２の振動体との間に位置して第２の振動体を一の方向と直交方向に変位可能に支持して設ける構成としてなる請求項１に記載の角速度センサ。
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