JP2007033330A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 検出感度を向上させることの可能な角速度センサを提供すること。
【解決手段】 本発明は、第１のジンバル部（１０）と、第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１のトーションバー（１２）で第１のジンバル部と接続する第２のジンバル部（２０）と、第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２のトーションバー（２２）で第２のジンバル部と接続するフレーム部（３０）と、第１のジンバル部と第２のジンバル部とを静電結合した第１の静電結合部（１４）と、第２のジンバル部と前記フレーム部とを静電結合した第２の静電結合部（２４）と、を有し、第１又は第２のジンバル部の第１又は第２のトーションバーの方向の最大幅が、第１又は第２のトーションバーの設けられた第１又は第２のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする角速度センサである。
【選択図】 図３

Description

本発明は角速度センサに関し、特に２重ジンバル構造を有する角速度センサに関する。

物体に加わる回転角速度を検出するために用いられる角速度センサは、ビデオカメラの手ぶれ検知、カーナビゲーション、サイドエアバック開放タイミング用のロール角検知、車やロボットの姿勢制御用として使用されている。特許文献１には、コリオリ力を利用した振動型で２重ジンバル構造を有した角速度センサが開示されている。

図１は、この従来例に係る角速度センサの上視図である。図１を参照に、４方形の第１のジンバル部１０は、相対する１組の側面に第１のトーションバー１２により第２のジンバル部２０に機械的に接続している。また、他の１組の相対する側面に各々１対の平行平板電極１６を有する。各１対の平行平板電極１６は、１方が第１のジンバル部１０、もう一方が第２のジンバル部２０に固定される。第２のジンバル部２０は、相対する１組の外側の側面に第２のトーションバー２２によりフレーム部３０に機械的に接続している。また、他の１組の相対する外側の側面に各々１対の平行平板電極２６を有する。各１対の平行平板電極２６は、１方が第２のジンバル部２０、もう一方がフレーム部３０に固定される。このように、トーションバーはジンバル部を保持する部材である。

図２を用いこの角速度センサの動作原理を説明する。図２は第１のジンバル部１０、第２のジンバル部２０、第１のトーションバー１２、第２のトーションバー２２のみ記載している。第１のトーションバー１２の方向をｘ軸、第２のトージョンバー２２の方向をｙ軸、ジンバル構造に垂直方向をｚ軸としている。なお、図１ではトーションバーは１本であったが、図２では２本で記載している。平行平板型電極２６に交互に電圧を印加することにより、第１のジンバル部１０および第２のジンバル部２０を、ｙ軸を中心に揺動（振動）させる。このとき、第２のジンバル部２０を駆動ジンバル部という。このときの駆動変位角度はθｙである。この状態で、ｚ軸を中心に回転角速度Ωｚが加わると、ｙ軸に直交方向にコリオリ力が発生し、ｙ軸と直交するｘ軸を中心に揺動しようとする。しかし、第２のジンバル部２０は揺動できないため、第１のジンバル部１０のみが、ｘ軸を中心に揺動する。このとき、第１のジンバル部１０を検出ジンバル部という。そして、検出変位角度θｘを平行平板電極１６の電位変化により検出する。このようにして、角速度の検出を行う。
特公平７−３３３７号公報

角速度センサにおいては、検出感度を向上させることが求められている。本発明は、検出感度を向上させることの可能な角速度センサを提供することを目的とする。

本発明は、第１のジンバル部と、前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１のトーションバーで前記第１のジンバル部と接続する第２のジンバル部と、前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２のトーションバーで前記第２のジンバル部と接続するフレーム部と、前記第１のジンバル部と前記第２のジンバル部とを静電結合し、前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１の静電結合部と、前記第２のジンバル部と前記フレーム部とを静電結合し、前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２の静電結合部と、を具備し、前記第１のジンバル部の第１のトーションバーの方向の最大幅が、前記第１のトーションバーの設けられた前記第１のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする角速度センサである。本発明によれば、第１のジンバル部の質量を増し、角速度の検知感度を向上させることができる。

本発明は、第１のジンバル部と、前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１のトーションバーで前記第１のジンバル部と接続する第２のジンバル部と、前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２のトーションバーで前記第２のジンバル部と接続するフレーム部と、前記第１のジンバル部と前記第２のジンバル部とを静電結合し、前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１の静電結合部と、前記第２のジンバル部と前記フレーム部とを静電結合し、前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２の静電結合部と、を具備し、前記第２のジンバル部の第２のトーションバーの方向の最大幅が、前記第２のトーションバーの設けられた前記第２のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする角速度センサである。本発明によれば、第２のジンバル部の質量を増し、角速度の検知感度を向上させることができる。

本発明は、前記第１の静電結合部の前記第１のトーションバーの方向の幅が、前記第１のトーションバーの設けられた前記第１のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする請求項１記載の角速度センサとすることができる。本発明によれば、消費電力削減または角速度の検出感度を向上させることができる。

本発明は、前記第２の静電結合部の前記第２のトーションバーの方向の幅が、前記第２のトーションバーの設けられた前記第２のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする請求項２記載の角速度センサとすることができる。本発明によれば、消費電力削減または角速度の検出感度を向上させることができる。

本発明は、前記第１の静電結合部および前記第２の静電結合部のうち対応した前記第１のジンバル部または前記第２のジンバル部を駆動させる一方は櫛歯電極であることを特徴とする角速度センサとすることができる。本発明によれば、より角速度の検出感度を向上させることができる。

本発明は、前記第１の静電結合部および前記第２の静電結合部は、櫛歯電極および平行平板電極のいずれか一方であることを特徴とする角速度センサとすることができる。

本発明は、前記第１の静電結合部および前記第２の静電結合部の少なくとも一方に、補正電極を有し、前記補正電極は、対応する前記第１のジンバル部または前記第２のジンバル部の静電容量の変化のモニタ、および、対応する前記第１のジンバル部または前記第２のジンバル部の駆動のアンバランスの補正、の少なくとも一方を行うことを特徴とする角速度センサとすることができる。本発明によれば、ジンバル部がバランスよく揺動しているかモニタすることができる。または、ジンバル部の揺動のアンバランスを補正することができる。

本発明は、前記補正電極は櫛歯構造を有する電極および平行平板構造を有する電極のいずれか一方であることを特徴とする角速度センサとすることができる。

本発明は、前記第１のジンバル部、前記第２のジンバル部および前記フレーム部はベース半導体層、絶縁層および上部半導体層を有し、前記第１のトーションバーおよび前記第２のトーションバーの少なくとも一方の厚さは、前記上部半導体層の厚さと実質的に同じであることを特徴とする角速度センサとすることができる。本発明によれば、ジンバル部の駆動周波数の計算値からの誤差を小さくすることが出来る。

本発明は、前記第１のジンバル部、前記第２のジンバル部および前記フレーム部はベース半導体層、絶縁層および上部半導体層を有し、前記櫛歯電極は前記上部半導体層からなることを特徴とする角速度センサとすることができる。本発明によれば、角速度の感度をより向上させることができる。

本発明によれば、検出感度を向上させることの可能な角速度センサを提供することができる。

以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。

図３は実施例１に係る角速度センサの上視図である。図３を参照に、Ｈ字状の第１のジンバル部１０は、相対する１組の側面の凹部に第１のトーションバー１２により第２のジンバル部２０に機械的に接続している。すなわち、第２のジンバル部２０は、第１のジンバル部１０の相対する側面に設けられた第１のトーションバー１２で第１のジンバル部１０と機械的に接続され、第１のジンバル部１０を囲むでいる。また、もう一方の１組の相対する側面に櫛歯電極１４を有する。各櫛歯電極１４は一方の電極群が第１のジンバル部１０に、もう一方の電極群が第２のジンバル部２０に固定される。櫛歯電極１４（第１の静電結合部）は、第１のジンバル部１０と第２のジンバル部２０とを静電結合し、第１のジンバル部１０の相対する側面に設けられている。

Ｈ字状の第２のジンバル部２０は、相対する１組の側面の凹部に第２のトーションバー２２によりフレーム部３０に機械的に接続している。すなわち、フレーム部３０は、第２のジンバル部２０の相対する側面に設けられた第２のトーションバー２２で第２のジンバル部２０と機械的に接続され、第２のジンバル部２０を囲んでいる。また、他の１組の相対する側面に櫛歯電極２４を有する。各櫛歯電極２４は一方の電極群が第２のジンバル部２０に、もう一方の電極群がフレーム部３０に固定される。すなわち、櫛歯電極２４（第２の静電結合部）は第２のジンバル部２０とフレーム部３０とを静電結合し、第２のジンバル部２０の相対する側面に設けられている。また、１組の第１のトーションバー１２の方向と第２のトーションバー２２の方向はほぼ直交している

図４は実施例２に係る角速度センサの上視図である。実施例１の櫛歯電極１４が平行平板電極１６に置き換わっている。その他の構成は実施例１と同じ構成であり説明を省略する。

図５は実施例３に係る角速度センサの上視図である。実施例１の櫛歯電極２４が平行平板電極２６に置き換わっている。その他の構成は実施例１と同じ構成であり説明を省略する。

図６（ａ）および図７（ｂ）を用い、実施例１ないし実施例３の平行平板電極、櫛歯電極を用い、ジンバル部を揺動させる原理また、ジンバル部の揺動を検出する原理を説明する。図６（ａ）は平行平板電極３２、３４の模式図である。電極３４は固定され（すなわち固定電極）、電極３２は揺動する電極（すなわち可動電極）である。電極３２と電極３４の間にそれぞれ正と負の電圧を印加すると、電極３２と電極３４は図の２点鎖線のように近づく。電極３２と電極３４の間に同じ極の電圧を印加すると、電極３２と電極３４は離れる。

図７（ｂ）は、実施例２の平行平板電極１６を用い、例えば、第１のジンバル部１０を駆動ジンバル部とした場合を説明する断面模式図である。実際は第２のジンバル部２０に比べ第１のジンバル部１０は小さいが、図７（ａ）と図７（ｂ）では横方向の縮尺を変え、ほぼ同じ大きさとして記載している。平行平板電極１６の上部電極１５ａは後に説明する上部半導体層５０からなり、下部電極１５ｂはベース半導体層５４からなる。第１のジンバル部１０は上部半導体層５０、絶縁膜層５２およびベース半導体層５４からなる。上部電極１５ａは第１のジンバル部１０に固定され、下部電極１５ｂは第２のジンバル部２０に固定される。第１のジンバル部１０はトーションバー１２により第２のジンバル部２０に接続し、保持されている。例えば、第１のジンバル部１０の両側の平行平板電極１６に交互に電圧を印加することにより、第１のジンバル部１０を図中２点鎖線のように揺動させることができる。印加する電圧は極が変わらなくとも、電圧を交互に変動させれば第１のジンバル部１０を揺動させることができる。

次に、図６（ａ）の電極３２が揺動すると、電極３２と電極３４は離れたり近づいたりする。これにより、電極３２と電極３４間の静電容量が変化する。これを検知することにより、揺動の大きさを検出することが出来る。例えば、図７（ｂ）を用い、実施例２の平行平板電極１６を用い、第１のジンバル部１０の揺動を検出する場合を説明する。第１のジンバル部１０が揺動すると、平行平板電極１６の上部電極１５ａと下部電極１５ｂの距離が、図中左の電極対と右側の電極対で交互に変わる。このため、平行平板電極１６の静電容量が交互に変化する。これを差動検出することにより、第１のジンバル部１０を揺動（変位角度θｘ）を検出することができる。

図６（ｂ）は櫛歯電極３６、３８を側面から視た模式図であり、図６（ｃ）は斜めから視た模式図である。電極３８は固定電極、電極３６は可動電極である。電極３６と電極３８の間にそれぞれ正と負の電圧を印加すると、電極３６と電極３８は図６（ｂ）の２点鎖線、図６（ｃ）の矢印のように電極同士が近づく。電極３６と電極３８の間に同じ極の電圧を印加すると、電極３６と電極３４は離れる。図７（ａ）は、実施例１または実施例２の櫛型電極２４を用い、例えば、第２のジンバル部２０を揺動させる場合を説明する断面模式図である。櫛歯電極２４は第２のジンバル部２０に固定された電極２５ａとフレーム部３０に固定された電極２５ｂからなる。電極２５ａは上部半導体層５０からなり、電極２５ｂはベース半導体層５４からなる。第２のジンバル部２０は上部半導体層５０、絶縁膜層５２およびベース半導体層５４からなるが、ここでは上部半導体層５０のみで記載している。第２のジンバル部２０は第２のトーションバー２２によりフレーム部３０に接続し、保持されている。例えば、第２のジンバル部２０の両側の櫛歯電極２４に交互に電圧を印加することにより、第２のジンバル部２０を図中２点鎖線のように揺動させることができる。印加する電圧は極が変わらなくとも、電圧を交互に変動させれば第２のジンバル部２０を揺動させることができる。

次に、図６（ｂ）および図６（ｃ）の電極３６が揺動すると、電極３６と電極３８は離れたり近づいたりする。これにより、電極３６と電極３８間の静電容量が変化する。これを検知することにより、揺動の大きさを検出することが出来る。例えば、図７（ａ）を用い、実施例１または実施例２の櫛歯電極２４を用い、第２のジンバル部２０の揺動を検出する場合を説明する。第２のジンバル部２０が揺動すると、櫛歯電極２４の電極２５ａと電極２５ｂが重なったり、離れたりする、図中左の電極対と右側の電極対で交互に変わる。このため、櫛歯電極２４の静電容量が交互に変化する。これを差動検出することにより、第２のジンバル部２０を揺動（変位角度θｘ）を検出することができる。

以上のように、平行平板電極または櫛歯電極をもちいることにより、ジンバル部１０、２０の揺動を行うこと、揺動を検出することが出来る。

実施例１ないし実施例３に係る角速度センサは、第１のジンバル部１０がＨ字状の形状をしており、第１のジンバル部１０の１組の第１のトーションバー１２の方向の最大幅が、１組の第１のトーションバー１２の設けられた第１のジンバル部１０の側面間の幅より広い。また、第２のジンバル部２０がＨ字状の形状をしており、第２のジンバル部２０の１組の第２のトーションバー２２の方向の最大幅が、１組の第２のトーションバー２２の設けられた第２のジンバル部２０の側面間の幅より広い。これにより、角速度の検知感度を向上させることができる。

以下その原理につき説明する。図２を参照に、検出変位角度θｘは数１で表される。ここで、Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚはコリオリ力で揺動する検出ジンバル部の慣性モーメント、Ｑは検出ジンバル部の共振先鋭度である。ωは検出ジンバル部の共振周波数、Ωｚは角速度である。角速度Ωｚが一定の場合、感度を上げるためには慣性モーメントＩｙを大きくするか、共振周波数を小さくすることが好ましい。実施例１ないし実施例３では、ジンバル部をＨ字状とすることにより、ジンバル部の幅が層化した分質量が増す。そうすると慣性モーメントＩｙを大きくすることができる。また、共振周波数を小さくすることができる。よって、検出変位角θｘが大きくなり、角速度の検知感度を向上させることができる。

第２のジンバル部２０を駆動ジンバル部、第１のジンバル部１０を検出ジンバル部とした場合、第１のジンバル部１０をＨ字状とすることが好ましい。一方、第１のジンバル部１０を駆動ジンバル部、第２のジンバル部２０の検出ジンバル部とした場合、第２のジンバル部２０をＨ字状とすることが好ましい。なお、角速度の検出感度の観点からは、第２のジンバル部２０を駆動ジンバル部、第１のジンバル部１０を検出ジンバル部とした構成とすることが好ましい。このように、Ｈ字状を有するジンバル部は、第１のジンバル部１０および第２のジンバル部２０のいずれか一方であってもよい。

実施例１ないし実施例３のように、静電結合部は平行平板電極または櫛歯電極とすることができる。コリオリ力Ｆｃと角速度Ωの関係はＦｃ＝−２ｍＶΩｚとなる。ここで、ｍは質点質量、Ｖは揺動する駆動ジンバル部の揺動速度である。これより、質量が同じであれば駆動ジンバル部の揺動速度が大きい方が同じ角速度に対し大きなコリオリ力が生じ、検出ジンバル部が大きく揺動する。よって、検出感度が上がる。駆動ジンバル部の揺動速度を大きくするためには、揺動角度を大きくすることが好ましい。しかし、平行平板電極においては、揺動振幅は平行平板電極間距離の１／３に制約される。揺動振幅が平行平板電極間距離の１／３より大きくなると、可動電極が固定電極に張り付いてしまうためである。これを回避するため、駆動ジンバル部を駆動させる第１の静電結合部または第２の静電結合部は櫛歯電極であることが好ましい。これにより、より角速度の検出感度を向上させることができる。

これより、実施例２では、第１のジンバル部１０は検出ジンバル部、第２のジンバル部２０は駆動ジンバル部であることが好ましく、実施例３では第１のジンバル部１０が駆動ジンバル部、第２のジンバル部２０が検出ジンバル部であることが好ましい。すなわち、第１の静電結合部および第２の静電結合部のうち対応した第１のジンバル部１０または第２のジンバル部２０を駆動させる一方は櫛歯電極であることが好ましい。

実施例１ないし実施例３においては、第１の静電結合部１４または１６の1組の第１のトーションバー１２の方向の幅が、１組の第１のトーションバー１２の設けられた第１のジンバル部１０の側面間の幅より広い。また、第２の静電結合部２４または２６の１組の第２のトーションバー２２の方向の幅が、１組の第２のトーションバー２２の設けられた第２のジンバル部２０の面間の幅より広い。これにより、駆動ジンバル部を駆動させる場合は、より小さい電圧で駆動させることができ。検出ジンバル部の揺動を検出する場合は、同じ揺動であっても、より大きい容量で検出できる。よって、消費電力削減または角速度の検出感度を向上させることができる。また、後述するように補正電極を設けることができる。

なお、実施例１ないし実施例３において、図４ないし図６ではトーションバーを各１本で記載したが、図７で記載したように、トーションバーを複数とすることもできる。また、図２で記載したように、２本でＶ字のトーションバーとすることもできる。

次に、実施例３を例に角速度センサの製造方法について説明する。実施例１および２の製造方法も同様である。図８（ａ）ないし図１０（ｄ）は実施例３に係る角速度センサの断面図であり、る。図５のＡからＫの断面を示している。Ａ−Ｂはフレーム部３０、Ｂ−Ｃは第２のトーションバー２２、Ｃ−Ｄは第２のジンバル部２０、Ｄ−ＥおよびＥ−Ｆは櫛歯電極１４、Ｆ−Ｇは第１のジンバル部１０、Ｇ−Ｈは第１のトーションバー１２、Ｈ−Ｉは第２のジンバル部の一部、Ｉ−Ｊは平行平板電極２６並びにＪ−Ｋはフレーム部３０である。

図８（ａ）を参照に、０．０１〜０．１Ωｃｍ程度の低効率となるように砒素等をドープしたシリコン基板５０、５４の表面を熱酸化法により５００ｎｍの酸化シリコン膜５２，５６を形成する。図８（ｂ）を参照し、酸化シリコン膜５２、５６を合わせて、１１００℃程度の熱処理を行う。これにより酸化シリコン膜５２と５６が密着し、一体の酸化シリコン膜５２(以下絶縁膜層５２という)となる。シリコン基板５０、５４を研磨し、それぞれ１００μｍ程度の膜厚とする。これにより、各膜厚１００μｍ／１μｍ／１００μｍを有する、シリコン基板５４（以下ベース半導体層５４という）、絶縁膜層５２およびシリコン基板５０(以下上部半導体層５０という)構造のＳＯＩ基板が得られる。

図８（ｃ）を参照に、ベース半導体層５４上にエッチングマスク層５８として膜厚１００〜１０００ｎｍ程度の酸化シリコン膜を形成する。図８（ｄ）を参照に、マスク層５８のベース半導体層５４をエッチングすべき領域（トーションバー、櫛歯電極、平行平板電極となるべき領域）に開口部７０ａ、７０ｂを形成する。図８（ｅ）を参照に、開口部７０ａ（トーションバーとなるべき領域）にフォトレジスト６２を形成する。

図９（ａ）を参照に、マスク層５８およびフォトレジスト６２をマスクにベース半導体層５４を約３０〜４０μｍエッチングする。エッチングは弗酸（ＨＦ）系溶液を用いたウェットエッチングまたは、ＳＦ_６およびＣ_４Ｆ_８を用いたＲＩＥエッチングにより行う。図９（ｂ）を参照に、フォトレジスト６２を除去する。図９（ｃ）を参照に、マスク層５８をマスクにベース半導体層５４をエッチングする。エッチングはＳＦ_６およびＣ_４Ｆ_８を用いたＲＩＥエッチングにより行う。これにより、ベース半導体層５４に絶縁膜層５２に達する溝７０ｅが形成される。また、トーションバーとなるべき領域にはベース半導体層５４を約３０μｍ残した溝７０ｄが形成される。図９（ｄ）を参照に、ベース半導体層５４に形成された溝７０ｄ、７０ｅにフォトレジスト６４を埋込み、ハンドリング用の基板６６に貼り付ける。

図１０（ａ）を参照に、図８（ｃ）ないし図８（ｅ）と同様に、上部半導体層５０上にマスク層６０として酸化シリコン膜を形成する。マスク層６０の所定領域に開口部７２ｂを形成する。トーションバーとなるべき領域にフォトレジスト６８を形成する。図９（ｂ）および図９（ｃ）と同様に、マスク層６０およびフォトレジスト６８をマスクに上部半導体層５０を３０〜４０μｍ程度エッチングする。フォトレジスト６８を除去し、マスク層６０をマスクに上部半導体層５０をエッチングする。これにより、上部半導体層５０に絶縁膜層５２に達する溝７２ｅが形成される。また、トーションバーとなるべき領域には上部半導体層５０を約３０μｍ残した溝７２ｄが形成される。

図１０（ｃ）を参照に、所定の絶縁膜層５２およびマスク層６０を、例えば弗酸（ＨＦ）系水溶液で除去する。図１０（ｄ）を参照に、ハンドリング用基板６６より剥離し、フォトレジスト６４およびマスク層５８を除去する。以上により、実施例３に係る角速度センサが完成する。

実施例４は実施例１に係る角速度センサに、補正電極を設けた例である。図１１（ａ）は実施例４に係る角速度センサの上視図である。第１のジンバル部１０、第２のジンバル部２０、フレーム部３０の形状は実施例１と同じである。櫛歯電極２４として、駆動電極２４ａとその両側に補正電極２４ｂを有している。また櫛歯電極１４として検出電極１４ａとその両側に補正電極１４ｂを有している。上部半導体層５０には溝４０が設けられている。図１１（ｂ）は溝４０の断面図である。溝４０は上部半導体層５０および絶縁膜層５２を分離しており、溝４０の両側の上部半導体層５０は電気的に絶縁されている。トーションバー１２、２２を複数設け、それぞれのトーションバーは異なる信号が通過する構成となっている。このような構成により、各電極からの信号が端子Ｔ１ないしＴ１６に接続する構成となっている。第１のジンバル部１０が検出ジンバル部であり第２のジンバル部２０が駆動ジンバル部である。すなわち、櫛歯電極１４は検出用の電極であり、櫛歯電極２４は駆動用の電極である。

図１２は実施例４の各電極と端子の回路を示した図である。端子Ｔ１は図１１中の左上の櫛歯電極１４の補正電極１（１４ｂ）の端子であり、Ｔ２は上の櫛歯電極１４の検出電極１（１４ａ）、補正電極１、２（１４ｂ）の共通の電極である。Ｔ３は上の検出電極１（１４ａ）の端子であり、Ｔ４は右上の補正電極２（１４ｂ）の端子である。Ｔ５は下の検出電極２（１４ａ）の端子であり、Ｔ６は、右下の補正電極３（１４ｂ）の端子である。Ｔ７は、検出電極２（１４ａ）、補正電極３、４（１４ｂ）の共通端子であり、Ｔ８は、左下の補正電極４（１４ｂ）の端子である。

Ｔ９は、図１１（ａ）の左下の櫛歯電極２４の補正電極５（２４ｂ）の端子であり、Ｔ１０は左の櫛歯電極２４の駆動電極１（２４ａ）、補正電極１、２（２４ｂ）の共通端子である。Ｔ１１は、左上の補正電極６（２４ｂ）の端子であり、Ｔ１２は左の駆動電極１（２４ａ）の端子である。Ｔ１３は右の駆動電極２（２４ａ）の端子であり、Ｔ１４は、右上の補正電極７（２４ｂ）の端子である。Ｔ１５は右の櫛歯電極２４の駆動電極２（２４ａ）、補正電極７、８（２４ｂ）の共通端子であり、Ｔ１６は、右下の補正電極８（２４ｂ）の端子である。

補正電極１４ｂ、２４ｂは以下のように機能することができる。まず、初期状態をチェックする際、補正電極１４ｂ、２４ｂの導通を測定することにより対応する櫛歯電極１４、２４が接触していないかを検出することができる。櫛歯電極が駆動用または検出用の電極として機能している際は、対応する補正電極１４ｂ、２４ｂの静電容量の変化をモニタすることにより、ジンバル部１０、２０がバランスよく揺動しているかモニタすることができる。そして、揺動がアンバランスであれば、補正電極１４ｂ、２４ｂに電圧を加えることにより、バランスの良い揺動に戻すことが出来る。すなわち、駆動のアンバランスを補正することができる。また、補正電極１４ｂ、２４ｂに直流電圧を印加することにより、揺動の周波数を調整することもできる。平行平板電極を用いる場合であっても、補正電極１４ｂ、２４ｂを設けることができ、櫛歯電極の場合と同様の効果を奏することができる。また、補正電極１４ｂ、２４ｂは、駆動用の電極、検出用の電極のいずれか一方であってもよい。

実施例５は駆動ジンバル部を保持するトーションバーを上部半導体層５０と同じ厚さにした例である。第１の静電結合部は平行平板電極１６であり、第２の静電結合部は櫛歯電極２４で構成される。第２のジンバル部２０が駆動ジンバル部であり、第１のジンバル部１０が検出ジンバル部である。図１３は実施例５に係る角速度センサの断面模式図である。図１３（ａ）は駆動ジンバル部である第２のシンバル部２０、櫛歯電極２４およびフレーム部３０の断面構成図であり、図１３（ｂ）は第１のジンバル部１０および平行平板電極１６の断面構成図である。上部半導体層の厚さが第２のトーションバー２２の厚さと同じである以外は、図７（ａ）および図７（ｂ）と同じ構成であり、同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。

以上のように、第１のジンバル部１０、第２のジンバル部２０およびフレーム部３０はベース半導体層５４、絶縁膜層５２および上部半導体層５０を有し、第１のトーションバー１２および第２のトーションバー２２の少なくとも一方の厚さは、上部半導体層５０の厚さと実質的に同じとすることができる。例えば、図８（ｂ）において、上部半導体層５０の厚さを３０μｍとする。これにより、実施例３に係る角速度センサを製造する際、図１０（ｂ）を用い説明したように上部半導体層５０を２回にわけてエッチングする必要がなく、製造工程を削減することができる。また、エッチングにより第２のトーションバー２２の厚さが決まることがないため、第２のトーションバー２２の厚さを均一にできる。このため、駆動ジンバル部（第２のジンバル部２０）の揺動する周波数である駆動周波数の計算値からの誤差を小さくすることが出来る。実施例２では駆動周波数の計算値からの誤差は±１０％あったが、実施例５では±２％とすることができた。

実施例６は櫛歯電極を上部半導体層５０で構成した例である。第１の静電結合部は平行平板電極１６であり、第２の静電結合部は櫛歯電極２４で構成される。第２のジンバル部２０が駆動ジンバル部であり、第１のジンバル部１０が検出ジンバル部である。図１４は実施例６に係る角速度センサの断面模式図である。図１４（ａ）は駆動ジンバル部である第２のシンバル部２０、櫛歯電極２４およびフレーム部３０の断面構成図であり、図１４（ｂ）は第１のジンバル部１０および平行平板電極１６の断面構成図である。櫛歯電極２４が上部半導体層５４で構成される以外は、図７（ａ）および図７（ｂ）と同じ構成であり、同じ部材は同じ符号を付し説明を省略する。図１４（ａ）のように、櫛歯電極２４の対する電極は双方とも上部半導体層５０からなる。

実施例６によれば、実施例３の製造方法である図９（ｃ）および図１０（ｂ）のように櫛歯電極１４、２４をＳＯＩ基板の両面から形成することがない。よって、図８（ｄ）のマスク層５８のパターンと図１０（ａ）のマスク層６０のパターンの合わせがずれ、バラツキが大きくなることがない。よって、角速度センサの検出感度をより向上させることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は従来例に係る角速度センサの上視図である。 図２は２重ジンバル型角速度センサの動作原理を説明するための図である。 図３は実施例１に係る角速度センサの上視図である。 図４は実施例２に係る角速度センサの上視図である。 図５は実施例３に係る角速度センサの上視図である。 図６は平行平板電極および櫛歯電極の駆動、検出の原理を説明するための図であり、図６（ａ）は平行平板電極の模式図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は櫛型電極の模式図である。 図７は実施例２に係る角速度センサの断面模式図である。図７（ａ）は駆動ジンバル部の断面模式図であり、図７（ｂ）は検出ジンバル部の断面模式図である。 図８（ａ）ないし図８（ｅ）は実施例３に係る角速度センサの製造工程を示す断面図（その１）である。 図９（ａ）ないし図９（ｄ）は実施例３に係る角速度センサの製造工程を示す断面図（その２）である。 図１０（ａ）ないし図１０（ｄ）は実施例３に係る角速度センサの製造工程を示す断面図（その３）である。 図１１（ａ）は実施例４に係る角速度センサの上視図であり、図１１（ｂ）は溝４０の断面図である。 図１２は実施例４に係る角速度センサの各端子の接続を示す図である。 図１３は実施例５に係る角速度センサの断面模式図である。図１３（ａ）は駆動ジンバル部の断面模式図であり、図１３（ｂ）は検出ジンバル部の断面模式図である。 図１４は実施例６に係る角速度センサの断面模式図である。図１４（ａ）は駆動ジンバル部の断面模式図であり、図１４（ｂ）は検出ジンバル部の断面模式図である。

符号の説明

１０ 第１のジンバル部
１２ 第１のトーションバー
１４ 櫛歯電極（第１の静電結合部）
１４ａ 検出電極
１４ｂ 補正電極
１６ 平行平板電極（第１の静電結合部）
２０ 第２のジンバル部
２２ 第２のトーションバー
２４ 櫛歯電極（第２の静電結合部）
２４ａ 駆動電極
２４ｂ 補正電極
２６ 平行平板電極
４０ 溝
５０ 上部半導体層
５２ 絶縁層
５４ ベース半導体層

Claims (10)

1. 第１のジンバル部と、
   前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１のトーションバーで前記第１のジンバル部と接続する第２のジンバル部と、
   前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２のトーションバーで前記第２のジンバル部と接続するフレーム部と、
   前記第１のジンバル部と前記第２のジンバル部とを静電結合し、前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１の静電結合部と、
   前記第２のジンバル部と前記フレーム部とを静電結合し、前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２の静電結合部と、を具備し、
   前記第１のジンバル部の第１のトーションバーの方向の最大幅が、前記第１のトーションバーの設けられた前記第１のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする角速度センサ。
2. 第１のジンバル部と、
   前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１のトーションバーで前記第１のジンバル部と接続する第２のジンバル部と、
   前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２のトーションバーで前記第２のジンバル部と接続するフレーム部と、
   前記第１のジンバル部と前記第２のジンバル部とを静電結合し、前記第１のジンバル部の相対する側面に設けられた第１の静電結合部と、
   前記第２のジンバル部と前記フレーム部とを静電結合し、前記第２のジンバル部の相対する側面に設けられた第２の静電結合部と、を具備し、
   前記第２のジンバル部の第２のトーションバーの方向の最大幅が、前記第２のトーションバーの設けられた前記第２のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする角速度センサ。
3. 前記第１の静電結合部の前記第１のトーションバーの方向の幅が、前記第１のトーションバーの設けられた前記第１のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
4. 前記第２の静電結合部の前記第２のトーションバーの方向の幅が、前記第２のトーションバーの設けられた前記第２のジンバル部の側面間の幅より、広いことを特徴とする請求項２記載の角速度センサ。
5. 前記第１の静電結合部および前記第２の静電結合部のうち対応した前記第１のジンバル部または前記第２のジンバル部を駆動させる一方は櫛歯電極であることを特徴とする請求項１または２記載の角速度センサ。
6. 前記第１の静電結合部および前記第２の静電結合部は、櫛歯構電極および平行平板電極のいずれか一方であることを特徴とする請求項１または２記載の角速度センサ。
7. 前記第１の静電結合部および前記第２の静電結合部の少なくとも一方に、補正電極を有し、
   前記補正電極は、対応する前記第１のジンバル部または前記第２のジンバル部の静電容量の変化のモニタ、および、対応する前記第１のジンバル部または前記第２のジンバル部の駆動のアンバランスの補正、の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１または２記載の角速度センサ。
8. 前記補正電極は櫛歯構造を有する電極および平行平板構造を有する電極のいずれか一方であることを特徴とする請求項１または２記載の角速度センサ。
9. 前記第１のジンバル部、前記第２のジンバル部および前記フレーム部はベース半導体層、絶縁層および上部半導体層を有し、前記第１のトーションバーおよび前記第２のトーションバーの少なくとも一方の厚さは、前記上部半導体層の厚さと実質的に同じであることを特徴とする請求項１または２記載の角速度センサ。
10. 前記第１のジンバル部、前記第２のジンバル部および前記フレーム部はベース半導体層、絶縁層および上部半導体層を有し、前記櫛歯電極は前記上部半導体層からなることを特徴とする請求項６記載の角速度センサ。
    

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