JP6300395B2 - 直交誤差補償を有する角速度センサ - Google Patents

Description

本発明は、概して微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関する。より具体的には、本発明は、直交誤差に対する補償を有するＭＥＭＳ角速度センサに関する。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術は、非常に小さな機械構造を作成し、従来のバッチ半導体処理技法を使用して単一の基板上の電気デバイスにこれらの構造を取り入れる方法を提供するため、近年において広く高い評判を勝ち得ている。ＭＥＭＳの１つの一般的な用途が、センサデバイスの設計および製造である。ＭＥＭＳセンサは、自動車、慣性誘導システム、家庭用電化製品、ゲームデバイス、さまざまなデバイスのための保護システム、ならびに、多くの他の産業、科学、および工学システムのような用途に広く使用されている。ＭＥＭＳセンサの１つの例が、ＭＥＭＳ角速度センサである。代替的に「ジャイロスコープ」、「ジャイロメータ」、「振動レートジャイロスコープ」、「ジャイロスコープセンサ」、または「ヨー・レート・センサ」と称される角速度センサは、１つまたは複数の軸を中心とした角速度または運動速度を感知する。

米国特許第７４８１１１０号明細書 米国特許第４５１１８４８号明細書 米国特許第６０６７８５８号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２８２８３３号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００４１６０９号明細書

直交誤差に対する補償を有するＭＥＭＳ角速度センサ及び角速度センサにおいて直交誤差を補償する方法を提供する。

本発明の第一の側面によれば、角速度センサであって、基板と、前記基板に柔軟に結合された駆動質量部と、前記基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して前記駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部と、前記駆動質量部に関連付けられた第１の電極と、前記感知質量部に関連付けられた第２の電極とを備え、該第２の電極は、前記第１の電極と前記駆動質量部との間の第１の誤差成分が、前記第２の電極と前記感知質量部との間の第２の誤差成分を実質的に相殺するように、前記第１の電極と逆の極性において電気的に結合されている、角速度センサが提供される。

本発明の第二の側面によれば、角速度センサにおいて直交誤差を補償する方法であって、前記角速度センサは、基板に柔軟に結合された駆動質量部と、前記基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して前記駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部とを含み、該方法は、前記駆動質量部に近接して補償電極を配置すること、前記感知質量部に近接して感知電極を配置すること、前記補償電極と前記駆動質量部との間の第１の誤差成分が、前記感知電極と前記感知質量部との間の第２の誤差成分を実質的に相殺するように、前記補償電極を、逆の極性において前記感知電極と電気的に結合することを含む、方法が提供される。

本発明の第三の側面によれば、角速度センサであって、基板と、前記基板に柔軟に結合された駆動質量部と、前記基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して前記駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部であって、前記駆動質量部および感知質量部は、駆動軸に対する振動運動でともに運動し、前記可撓性支持要素は、前記感知質量部が、前記駆動軸および前記感知軸の各々に対して垂直である入力軸を中心とした角速度に応答して、前記駆動軸に対して垂直である感知軸に対して振動することを可能にし、前記駆動質量部および感知質量部は、直交誤差に応答して前記感知軸に対してともに振動する、前記感知質量部と、前記駆動質量部に関連付けられた直交補償電極であって、前記直交誤差は、該直交補償電極において第１の誤差成分を生成する、前記直交補償電極と、前記感知質量部に関連付けられた感知電極であって、前記直交誤差は、前記感知電極において第２の誤差成分を生成し、該感知電極は、前記直交補償電極と前記駆動質量部との間の前記第１の誤差成分が、該感知電極と前記感知質量部との間の前記第２の誤差成分を実質的に相殺するように、前記直交補償電極と逆の極性において電気的に結合されている、前記感知電極と、前記感知電極に電気的に結合された正出力端子とを備え、前記感知電極は、該角速度センサの正感知極であり、前記直交補償電極は、該角速度センサの負補償極である、角速度センサが提供される。

以下の図面と併せて考察して詳細な説明および請求項を参照することで、より完全に本発明を理解することができる。これらの図面では全般にわたり同様の参照符号は類似の項目を示している。

一実施形態による角速度センサの上面図である。 図１の切断線２−２に沿った角速度センサの側面図である。 図１の角速度センサの直交補償機能を表す式の表である。 別の実施形態による角速度センサの上面図である。 図４の角速度センサの一部の拡大図である。

振動式角速度センサにおいて、固有の問題は、直交成分（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）または直交誤差（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｅｒｒｏｒ）と称される望ましくない干渉信号が存在することである。直交誤差は、振動式角速度センサにおいて、感知質量部が感知軸に直交しない軸を中心として振動することを許容してしまう製造欠陥に起因して発生する。これは、コリオリの加速度、およびひいては回転速度と混同される可能性のある、感知軸を中心とした振動をもたらす。不都合なことに、直交誤差の結果として、デバイスに対してオフセット誤差がもたらされ、ダイナミックレンジが低減し、ノイズが増大する可能性がある。大きな直交誤差は、デバイスが激しく振動する（ｒａｉｌ）ようにする可能性さえあり、それによって、感知質量部は導電性電極と接触し、場合によっては短絡のような衝突に関連する損傷がもたらされる。

いくつかの従来技術のデバイスでは、直交信号を補償、或いは無効にするために、直交誤差に対して反対の位相関係にある直交補償電極を介して静電力が印加される場合がある。静電力の印加は、直交誤差によって引き起こされる機械的な運動を抑制することができるが、この技法は、比較的大きい電圧、直交補償電極のために割り当てられる大きな面積、および／または、直交誤差と静電補償力との間の正確な位相整合を必要とする。他の従来技術のデバイスでは、直交信号を無効にするために、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のフロントエンドに相殺信号が印加され得る。そのような技法は、静電力を印加することなく大きな直交誤差を相殺することができる。しかしながら、機械的直交運動は依然として存在し、直交誤差を効果的に無効にするために、直交誤差信号と相殺信号との間で正確な整合がなされなければならない。

本明細書において開示される実施形態は、直交補償技法が実装されている角速度センサの形態の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスをもたらす。角速度センサが直交運動を受けると、駆動質量部および感知質量部の両方がこの直交運動に応答してともに運動することが分かっている。本明細書において開示されている実施形態によれば、駆動質量部に関連して直交補償電極が加えられる。直交補償電極は、感知電極と逆の極性において結合される。直交補償電極を感知電極と逆の極性において結合することによって、直交誤差に起因して出力されるキャパシタンスが大きく低減されることになり、したがって、直交誤差が補償される。その結果、直交誤差に対する補償が静電力を使用することなく達成される。

図１および図２を参照すると、図１は一実施形態によるＭＥＭＳ角速度センサ２０の上面図を示しており、図２は図１の切断線２−２に沿った角速度センサ２０の側面図を示している。図２は、角速度センサ２０の構造層内に生成される種々の要素をより明瞭に区別するためにさまざまな陰影および／または網掛けを使用して示されている。角速度センサ２０の構造層内の種々の要素は、堆積、パターニング、エッチングなどの、現行のおよび近い将来の表面マイクロマシニング技法を利用して生成されることができる。したがって、図解において種々の陰影および／または網掛けが利用されているが、構造層内の種々の要素および相互接続は一般的に、ポリシリコン、単結晶シリコンなどのような同じ材料から形成される。

角速度センサ２０の要素（後述）は、角速度センサ２０の他の要素「に取り付けられている（ａｔｔａｃｈｅｄ ｔｏ）」、「と取り付けられている（ａｔｔａｃｈｅｄ ｗｉｔｈ）」、「に結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」、「に固定される（ｆｉｘｅｄ ｔｏ）」または「と相互接続される（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ）」ものとしてさまざまに記載されている場合がある。しかしながら、これらの用語は、ＭＥＭＳ角速度センサ２０の特定の要素の、ＭＥＭＳ作製のパターニングおよびエッチング工程を通じてそれらが形成されている間に発生する直接的なまたは間接的な物理的接続を指していることを理解されたい。

角速度センサ２０は、基板２２と、基板２２の表面３２上に固定して据え付けられるか、または形成され得る導電性電極２４、２６、２８、および３０、すなわち電極とを含む。構造３４が、基板２２の表面３２に結合され、基板２２の表面３２の上方に懸垂される。導電性電極２４、２６、２８、および３０が、構造３４と基板２２の表面３２との間に配置されるように、構造３４は、導電性電極２４、２６、２８、および３０を覆っている。その結果、導電性電極２４、２６、２８、および３０は、センサ２０の上面図においては覆い隠されており、したがって図１においては破線形式で表されている。構造３４は、可撓性支持要素３８、たとえば、ばねを用いて、アンカ４０を介して基板２２の表面３２に柔軟に取り付けられた駆動質量部３６を含む。構造３４は、駆動質量部３６を貫いて延在する開口内に存在する感知質量部４２をさらに含む。感知質量部４２は、可撓性支持要素、すなわち、ねじり撓曲部（ｔｏｒｓｉｏｎ ｆｌｅｘｕｒｅｓ）４４を用いて駆動質量部３６に取り付けられている。

角速度センサ２０を動作させるために、駆動質量部３６と連通する駆動系（説明を簡潔にするために図示されていない）が、本明細書においては駆動軸４６と称する第１の回転軸を中心とした基板２２の表面３２に平行な平面内の駆動質量部３６の、双方向矢印４５によって表されている、機械的振動を可能にする。このように、駆動軸は表面３２に対して垂直である。この例では、駆動軸は、三次元座標系におけるＺ軸４６である。したがって、Ｚ軸４６は、本明細書においては角速度センサ２０との関連において駆動軸４６として参照される。感知質量部４２は、駆動質量部３６とともに駆動軸４６を中心として振動し、これは、この運動に対するねじり撓曲部４４の高い剛性に起因する。振動駆動運動４５は、角速度センサ２０の一定の感度を維持するために一定に保持され得る。付加的にまたは代替的に、駆動力を最小限に抑えるために、振動の周波数が駆動質量部３６の機械的共振にロックされることができる。

感知質量部４２が駆動軸４６を中心とした振動運動４５に入ると、角速度、すなわち、角速度センサ２０が、本明細書においては入力軸と称される第２の回転軸を中心として回転されることによって誘起される角速度を検出することが可能になる。この例では、入力軸は、三次元座標系におけるＹ軸４８である。したがって、Ｙ軸４８は、本明細書においては角速度センサ２０との関連において入力軸４８として参照される。角速度センサ２０が入力軸４８を中心とした角運動速度を受けると、感知質量部４２は、本明細書においては感知軸と称される第３の回転軸を中心として振動する。この例では、感知軸は、三次元座標系におけるＸ軸５０である。したがって、Ｘ軸５０は、本明細書においては角速度センサ２０との関連において感知軸５０として参照される。特に、コリオリの加速度が、駆動軸４６および入力軸４８の両方に対して垂直である感知軸５０を中心として発生する。コリオリの加速度の結果として、実線矢印５１によって表されているような、感知軸５０を中心とした感知質量部４２の面外運動がもたらされ、面外運動５１は、入力軸４８を中心としたセンサ２０の角回転速度に比例する振幅を有する。

一実施形態では、感知軸５０（すなわち、第３の回転軸）は、駆動質量部３６を、感知軸５０の一方の側にある第１の領域５２と、感知軸５０の反対側にある第２の領域５４とに分離する。同様に、感知軸５０は、感知質量部４２を、感知軸５０の一方の側にある第３の領域５６と、感知軸５０の反対側にある第４の領域５８とに分離する。したがって、第１の領域５２および第３の領域５６はそれぞれ、感知軸５０の第１の側６０に横方向に配置され、第２の領域５４および第４の領域５８はそれぞれ、感知軸５０の第２の側６２に横方向に配置される。

基板２２は、１つまたは複数の絶縁層（図示せず）によって被覆される半導体層（図示せず）を含むことができる。半導体層は通常、その上に、角速度センサ２０に関連付けられる電子装置が、いくつかの事例において、同じく従来の製造技術を使用して作製されることができるシリコンウェーハである。絶縁層は、ガラス、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または任意の他の性質の合う材料を含むことができる。導電性電極２４は、駆動質量部３６の第１の領域５２の下方にある半導体層内に形成され得、導電性電極２６は、感知質量部４２の第３の領域５６の下方にある半導体層内に形成され得る。同様に、導電性電極２８は、感知質量部４２の第４の領域５８の下方にある半導体層内に形成され得、導電性電極３０は、感知質量部の第２の領域５４の下方にある半導体層内に形成され得る。

導電性電極２４および３０は、それらが駆動質量部３６の下方に位置することによって駆動質量部３６に関連付けられ、導電性電極２６および２８は、それらが感知質量部４２の下方に位置することによって感知質量部４２に関連付けられている。特定の実施形態によれば、導電性電極２６および２８は、上述のようなコリオリの加速度に起因する感知軸５０を中心とした感知質量部４２の運動５１を感知するための感知電極として実装される。そのため、導電性電極２６は、本明細書においては代替的に第１の感知電極２６として参照され（また、右下方向の広い網掛けを使用して示され）、導電性電極２８は、本明細書においては代替的に第２の感知電極２８として参照される（また、右上方向の広い網掛けを使用して示される）。加えて、導電性電極２４および３０は、駆動質量部３６に関連付けられた直交補償電極として実装され、それらの目的は、下記により詳細に説明される。そのため、導電性電極２４は、本明細書においては代替的に第１の直交補償電極２４として参照され（また、右上方向の狭い網掛けを使用して示され）、導電性電極３０は、本明細書においては代替的に第２の直交補償電極３０として参照される（また、右下方向の狭い網掛けを使用して示される）。本明細書において使用される「第１の」および「第２の」などという用語は、数えられる一連の要素の中での要素の順序付けまたは優先順位付けを指すものではない。そうではなく、「第１の」、「第２の」などという用語は、本明細書においては、説明を明瞭にするために、感知電極２６および２８、直交補償電極２４および３０などのような類似のまたは関連する要素を区別するために使用される。

導電性電極２４、２６、２８、および３０、ならびに感知質量部４２への電気接続を提供するために、導体が基板２２上に形成されることができる。特定の実施形態によれば、第１の導体６４は、感知軸５０の第１の側６０に位置する駆動質量部３６の第１の領域５２の下方に配置される第１の直交補償電極２４を、感知軸５０の第２の側６２に位置する感知質量部４２の第４の領域５８の下方に配置される第２の感知電極２８と電気的に結合する。加えて、第２の導体６６は、感知軸５０の第２の側６２に位置する駆動質量部３６の第２の領域５４の下方に配置される第２の直交補償電極３０を、感知軸５０の第１の側６０に位置する感知質量部４２の第３の領域５６の下方に配置される第１の感知電極２６と電気的に結合する。

示されている実施形態では、正出力端子６８（「ＳＭＵ＋」とラベリングされる）が、第１の導体６４および第１の直交補償電極２４を経由して第２の感知電極２８と結合される。同様に、負出力端子７０（「ＳＭＵ−」とラベリングされる）が、第２の導体６６および第２の直交補償電極３０を経由して第１の感知電極２６と結合される。したがって、第２の感知電極２８は、角速度センサ２０の正感知極とみなされ得、一方で、第１の補償電極２４は、角速度センサ２０の負補償極とみなされ得る。同様に、第１の感知電極２６は、角速度センサ２０の負感知極とみなされ得、一方で、第２の補償電極３０は、角速度センサ２０の正補償極とみなされ得る。

第１の導体６４および第２の導体６６、ならびに正出力端子６８および負出力端子７０はそれぞれ、例示を目的として図式的に表現されている。実際には第１の導体６４および第２の導体６６ならびに端子６８および７０は、現行のおよび近い将来の製造工程にしたがって、基板２２の表面３２上のトレースおよび／もしくは導電性パッドとして適切に形成され、かつ／または、基板２２の下部層内に形成されることになることを、当業者であれば容易に認識しよう。加えて、電極２４、２６、２８、および３０は、ポリシリコンのような導電性材料から形成され、それぞれの導体と同時に形成されることが、もしこのような構成要素のために同じ材料が選択されるならば、可能である。さらに、電極２４、２６、２８、および３０、ならびに導体６４および６６、ならびに端子６８および７０は、基板２２の表面３２に取り付けられているか、またはその上に形成されているものとして記載されている。代替的な実施形態では、電極２４、２６、２８、および３０は、上述のように、当該電極２４、２６、２８、および３０と電気的に連通している導体６４および６６ならびに端子６８および７０を用いて、駆動質量部３６または感知質量部４２上のそれらのそれぞれの第１の領域５２、第２の領域５４、第３の領域５６、および第４の領域５８において固定して取り付けられてもよい。そのような構成は、基板２２の表面３２上に形成される追加の電極または導電性領域（図示せず）を含んでもよいし、または含まなくてもよい。

第１の直交補償電極２４の第２の感知電極２８との電気的結合、およびそれらがそれぞれ感知軸５０の反対側に位置することの結果として、電極２４および２８は逆の極性において電気的に結合されている。同様に、第２の直交補償電極３０の第１の感知電極２６との電気的結合、およびそれらがそれぞれ感知軸５０の反対側に位置することの結果として、電極２６および３０も逆の極性において電気的に結合されている。

一般的に、感知質量部４２が、感知軸５０を中心とした平面外振動運動を受けると、位置変化が、第１の感知電極２６および第２の感知電極２８によってキャパシタンスの変化として感知される。第１の電極２６および第２の電極２８において感知されたキャパシタンスの変化は、従来の様式で電子的に処理されて、入力軸４８を中心とした角速度センサ２０の角速度が得られる。しかしながら、駆動質量部３６および感知質量部４２は、直交誤差に応答して感知軸５０を中心として、ともに振動することを想起されたい。直交誤差に起因する駆動質量部３６および感知質量部４２の両方の運動が、矢印７１によって表されている。この直交誤差は、第１の直交補償電極２４および第２の直交補償電極３０の各々、ならびに第１の感知電極２６および第２の感知電極２８の各々において、信号誤差成分をもたらす。第１の直交補償電極２４が第２の感知電極２８と逆の極性で結合していること、および、第２の直交補償電極３０が第１の感知電極２６と逆の極性で結合していることの結果として、それぞれの誤差成分が相殺される。

図１および図２と関連して図３を参照すると、図３は、図１の角速度センサの直交補償機能を表す式の表を示している。正出力端子６８（ＳＭＵ＋）における出力信号７２、たとえば、キャパシタンスは、「ＣＲ（２）」とラベリングされるコリオリの応答７４に、第２の感知電極２８における「ＱＥ（２）」とラベリングされる直交誤差成分７６を加算し、そこから第１の直交補償電極２４における「ＱＥ（１）」とラベリングされる直交誤差成分７８を減算した関数である。加えて、負出力端子７０（ＳＭＵ−）における出力信号８０、たとえば、キャパシタンスは、「ＣＲ（１）」とラベリングされるコリオリの応答８２に、第１の感知電極２６における「ＱＥ（４）」とラベリングされる直交誤差成分８４を加算し、そこから第２の直交補償電極３０における「ＱＥ（３）」とラベリングされる直交誤差成分８６を減算した関数である。

第１の直交補償電極２４が第２の感知電極２８と逆の極性で電気的に結合されることによって、第１の直交補償電極２４における直交誤差成分７８が、第２の感知電極２８における直交誤差成分７６を実質的に相殺する。加えて、第２の直交補償電極３０が第１の感知電極２６と逆の極性で電気的に結合されることによって、第２の直交補償電極３０における直交誤差成分８６が、第１の感知電極２６における直交誤差成分８４を実質的に相殺する。したがって、より多くの電力を消費する複雑な静電力技法を使用することなく、かつ／または相殺信号を印加することなく、第１の感知電極２６および第２の感知電極２８における直交誤差が実質的に相殺されることができる。

説明を簡潔にするために、角速度センサ２０には２対の導電性電極（たとえば、直交補償電極２４と３０、および感知電極２６と２８）のみが設けられている。しかしながら、代替的な実施形態では、駆動質量部に関連付けられた直交補償電極が感知電極と逆の極性において電気的に結合されることを条件として、特定の設計に対して追加の電極形状、サイズ、およびタイプが実装されてもよいことは理解されたい。加えて、角速度センサ２０は、一般的に長方形の駆動質量部および円形の感知質量部を含む。しかしながら、代替的な実施形態では、駆動質量部および／または感知質量部は、円形リング、ディスクなどのような異なる形状を有することができる。

図４および図５を参照すると、図４は別の実施形態による角速度センサ９０の上面図を示し、図５は角速度センサ９０の一部の拡大図を示す。角速度センサ９０は、Ｚ軸４６を中心とした角速度を感知するように構成される単軸センサにおける直交補償技法を例示している。したがって、Ｚ軸４６が、角速度センサ９０との関連において入力軸４６として参照される。角速度センサ９０のさまざまな要素が、それらを互いから良好に区別するために陰影および網掛けを用いて示されている。従来の製造技法にしたがって、さまざまな要素は堆積、パターニング、およびエッチング工程を通じて同時に形成され得、したがって、ポリシリコンのような同じ材料から製造される傾向にある。

角速度センサ９０は、第１の駆動質量部９２、および当該第１の駆動質量部９２から側方に配置される第２の駆動質量部９４という形態にある分割駆動質量系を含む。第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４は、基板２２の表面３２の上方に懸垂されるように、可撓性支持要素９６、たとえば、ばねを用いて、アンカ９８を介して柔軟に取り付けられている。加えて、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４は、可撓性要素１００を介して互いに結合されている。角速度センサ９０は、第１の駆動質量部９２を貫いて延在する開口１０４または切り欠き区画内に存在する第１の感知質量部１０２、および、第２の駆動質量部９４を貫いて延在する開口１０８または切り欠き区画内に存在する第２の感知質量部１０６をさらに含む。第１の感知質量部１０２は、基板２２の表面３２の上方に懸垂され、可撓性支持要素１１０を用いて第１の駆動質量部９２に接続されている。第２の感知質量部１０６は、基板２２の表面３２の上方に懸垂され、可撓性支持要素１１２を用いて第２の駆動質量部９４に接続されている。

複数の第１の直交補償電極１１４（右上方向の狭い網掛けを使用して示されている）が、基板２２に固定して取り付けられ、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４の各々に関連付けられている。第２の直交補償電極１１６（右下方向の狭い網掛けを使用して示されている）も、基板２２に固定して取り付けられ、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４の各々に関連付けられている。一対の第１の補償電極１１４と第２の補償電極１１６とは、第１の駆動質量部９２を貫いて延在する複数の開口１１８の各々の中に存在し、一対の第１の補償電極１１４と第２の補償電極１１６とは、第２の駆動質量部９４を貫いて延在する複数の開口１２０の各々の中に存在する。

図５においてより明瞭に視覚化されているように、開口１１８および１２０の各々は、開口１１８および１２０の反対側の長手方向側部に位置する第１の駆動質量端部１２２および第２の駆動質量端部１２４を含む。開口１１８および１２０の各々において、第１の補償電極１１４は、第１の駆動質量端部１２２から側方に離れて配置され、電極１１４と第１の駆動質量端部１２２との間に間隙１２６を形成する。加えて、開口１１８および１２０の各々において、第２の補償電極１１６は、第２の駆動質量端部１２４から側方に離れて配置され、電極１１６と第２の駆動質量端部１２４との間に間隙１２８を形成する。第１の直交補償電極１１４および第２の直交補償電極１１６、ならびに開口１１８および１２０の長さ方向寸法は、この実施形態ではＸ軸５０である駆動軸と長手方向に整列され、すなわち、平行である。したがって、Ｘ軸５０は、角速度センサ９０との関連において駆動軸５０として参照される。それらの直交補償電極１１４および１１６を含む複数の開口１２０は、それらの直交補償電極１１４および１１６を含む複数の開口１１８に対して反転対称性を示すことが観察されるはずである。そのため、図４の示されている向きでは、複数の開口１１８の各々に対する第１の駆動質量端部１２２は、その対応する第２の駆動質量端部１２４の下方にあり、一方で、複数の開口１２０の各々に対する第１の駆動質量端部１２２は、その対応する第２の駆動質量端部１２４の上方にある。同様に、直交補償電極１１４および１１６は開口１２０においては、開口１１８内のそれらの位置に対して反転した関係にある。

第１の感知電極１３０（右上方向の広い網掛けを使用して示されている）が、基板２２に固定して取り付けられ、第１の感知質量部１０２および第２の感知質量部１０６の各々に関連付けられている。第２の感知電極１３２（右下方向の広い網掛けを使用して示されている）も、基板２２に固定して取り付けられ、第１の感知質量部１０２および第２の感知質量部１０６の各々に関連付けられている。一対の第１の感知電極１３０と第２の感知電極１３２とは、第１の感知質量部１０２を貫いて延在する複数の開口１３４の各々の中に存在し、一対の第１の感知電極１３０と第２の感知電極１３２とは、第２の感知質量部１０６を貫いて延在する複数の開口１３６の各々の中に存在する。

図５においてより明瞭に視覚化されているように、開口１３４および１３６の各々は、開口１３４および１３６の反対側の長手方向側部に位置する第１の感知質量端部１３８および第２の感知質量端部１４０を含む。開口１３４および１３６の各々において、第１の感知電極１３０は、第２の感知質量端部１４０から側方に離れて配置され、電極１３０と第２の感知質量端部１４０との間に間隙１４４を形成する。加えて、開口１３４および１３６の各々において、第２の感知電極１３２は、第１の感知質量端部１３８から側方に離れて配置され、電極１３２と第１の感知質量端部１３８との間に間隙１４２を形成する。第１の感知電極１３０および第２の感知電極１３２、ならびに開口１３４および１３６の長さ方向寸法は、駆動軸５０と長手方向に整列され、すなわち、平行である。それらの第１の感知電極１３０および第２の感知電極１３２を含む複数の開口１３６は、それらの第１の感知電極１３０および第２の感知電極１３２を含む複数の開口１３４に対して反転対称性を示すことが観察されるはずである。そのため、図４および図５の示されている向きでは、複数の開口１３４の各々に対する第２の感知質量端部１４０は、その対応する第１の感知質量端部１３８の上方にあり、一方で、複数の開口１３６の各々に対する第２の感知質量端部１４０は、その対応する第１の感知質量端部１３８の下方にある。同様に、感知電極１３０および１３２は、開口１３６においては、開口１３４内のそれらの位置に対して反転した関係にある。

逆の極性の電気的接続を提供するために、導体が基板２２上に形成されることができる。特定の実施形態によれば、第１の導体１４６は、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４の各々の中で開口１１８および１２０の第１の駆動質量端部１２２の傍に配置される第１の直交補償電極１１４を、開口１３４および１３６の第２の感知質量端部１４０の傍に配置される第１の感知電極１３０と電気的に結合する。加えて、第２の導体１４８は、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４の各々の中で開口１１８および１２０の第２の駆動質量端部１２４の傍に配置される第２の直交補償電極１１６を、開口１３４および１３６の第１の感知質量端部１３８の傍に配置される第２の感知電極１３２と電気的に結合する。

示されている実施形態では、正出力端子１５０（「ＳＭＵ＋」とラベリングされる）が、第１の導体１４６を経由して第１の感知電極１３０および第１の直交補償電極１１４と結合される。同様に、負出力端子１５２（「ＳＭＵ−」とラベリングされる）が、第２の導体１４８を経由して第２の感知電極１３２および第２の直交補償電極１１６と結合される。したがって、第１の感知電極１３０は、角速度センサ９０の正感知極とみなされ得、第１の直交補償電極１１４は、角速度センサ９０の負補償極とみなされ得る。加えて、第２の感知電極１３２は、角速度センサ９０の負感知極とみなされ得、第２の直交補償電極１１６は、角速度センサ９０の正補償極とみなされ得る。

第１の直交補償電極１１４の第１の感知電極１３０との電気的結合、およびそれらがそれぞれ反転して位置することの結果として、電極１１４および１３０は逆の極性において電気的に結合されている。同様に、第２の直交補償電極１１６の第２の感知電極１３２との電気的結合、およびそれらがそれぞれ反転して位置することの結果として、電極１１６および１３２も逆の極性において電気的に結合されている。

角速度センサ９０を動作させるために、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４と連通する駆動系（説明を簡潔にするために図示されていない）が、反対方向を指示する矢印１５４によって表されているような、基板２２の表面３２に平行な平面内の駆動質量部９２および９４の機械的線形振動を可能にする。したがって、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４は、駆動軸５０に沿って線形に振動する。第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４は、ともに適切に連結され、かつ／または、駆動軸５０に沿って反対方向に、すなわち、逆位相で運動するように適切に駆動される。第１の感知質量部１０２は、第１の駆動質量部９２とともに駆動軸５０に沿って線形に振動し、これは、この運動に対する可撓性支持要素１１０の高い剛性に起因するものである。同様に、第２の感知質量部１０６は、第２の駆動質量部９４とともに駆動軸５０に沿って線形に振動し、これは、この運動に対する可撓性支持要素１１２の高い剛性に起因するものである。したがって、第１の駆動質量部９２および第２の駆動質量部９４は、駆動軸５０に沿って互いに反対方向に、すなわち、逆位相で運動する。

第１の感知質量部１０２および第２の感知質量部１０６が、駆動軸５０に沿った線形振動運動に入ると、角速度センサ９０は、角速度センサ９０が本明細書においては入力軸と称される回転軸を中心として回転されることによって誘起される角速度、すなわち、角運動速度を検出することが可能になる。この例では、入力軸は、基板２２の表面３２に対して垂直なＺ軸４６である。したがって、Ｚ軸４６が、角速度センサ９０との関連において入力軸４６として参照される。角速度センサ９０が入力軸４６を中心とした角運動速度を受けると、第１の感知質量部１０２および第２の感知質量部１０６は、本明細書においては感知軸と称される第３の軸に沿った線形振動運動に入る。この例では、感知軸は、Ｙ軸４８である。それゆえ、Ｙ軸４８は、角速度センサ９０との関連において感知軸４８として参照される。特に、コリオリの加速度が、駆動軸５０および入力軸４６の両方に対して垂直である感知軸４８に沿って発生する。コリオリの加速度の結果として、第１の感知質量部１０２および第２の感知質量部１０６が、矢印１５６によって表されているように感知軸４８に沿って実質的に線形に運動するようになり、運動１５６は、入力軸４６を中心としたセンサ９０の角回転速度に比例する振幅を有する。

図５において、第１の駆動質量部９２および第１の感知質量部１０２が、感知軸４８に沿って第１の方向に、たとえば、図に対して上向きに振動するとき、第１の直交補償電極１１４と第１の駆動質量端部１２２との間の間隙１２６の幅が、第２の感知質量端部１４０と第１の感知電極１３０との間の間隙１４４の幅に対して低減することが容易に観察されるはずである。同時に、第２の直交補償電極１１６と第２の駆動質量端部１２４との間の間隙１２８の幅は、第２の感知質量端部１４０と第１の感知電極１３０との間の間隙１４２の幅に対して増大する。無論、第１の駆動質量部９２および第１の感知質量部１０２が、感知軸４８に沿って第１の方向とは反対の第２の方向に、たとえば、図に対して下向きに振動するとき、間隙１２６の幅と間隙１４４の幅との関係、および間隙１２８の幅と間隙１４２の幅との間の関係は、説明されたものと逆になる。加えて、第２の駆動質量部９４および第２の感知質量部１０４は、第１の駆動質量部９２および第１の感知質量部１０２に対して逆位相で運動するため、第２の駆動質量部９４および第２の感知質量部１０６の位置変化、および対応する間隙幅の変化も逆位相にあることになる。

したがって、第１の感知質量部１０２および第２の感知質量部１０６が、感知軸４８に沿った線形振動運動を受けると、位置変化（すなわち、間隙幅の変化）が、第１の感知電極１３０および第２の感知電極１３２によってキャパシタンスの変化として感知される。第１の電極１３０および第２の電極１３２において感知されるキャパシタンスの変化は、従来の様式で電子的に処理されて、入力軸４６を中心とした角速度センサ９０の角速度が得られる。

第１の駆動質量部９２は、第１の感知質量部１０２とともに、直交誤差に応答して感知軸４８に沿って線形に振動することが想起されよう。同様に、第２の駆動質量部９４も、第２の感知質量部１０６とともに、直交誤差に応答して感知軸４８に沿って線形に振動する。直交誤差に起因する駆動質量部９２および９４ならびに感知質量部１０２および１０６の両方のこの運動は、反対方向を指示する矢印１５８によって表されている。この直交誤差は、第１の直交補償電極１１４および第２の直交補償電極１１６の各々、ならびに第１の感知電極１３０および第２の感知電極１３２の各々において信号誤差成分を生成する。第１の直交補償電極１１４が、第１の感知電極１３０と逆の極性で結合していること、および、第２の直交補償電極１１６が、第２の感知電極１３２と逆の極性で結合していることの結果として、それぞれの誤差成分が相殺される。

本明細書において開示される実施形態は、直交補償技法が実装されている角速度センサの形態の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを含む。本明細書において開示されている実施形態によれば、駆動質量部に関連して直交補償電極が加えられる。直交補償電極は、感知質量部に関連付けられた感知電極と逆の極性において結合される。角速度センサが直交運動を受けると、駆動質量部および感知質量部の両方がこの直交運動に応答してともに運動する。直交補償電極を感知電極と逆の極性において結合することによって、駆動質量部の直交運動に起因する、直交補償電極において感知される直交誤差信号成分が、感知質量部の直交運動に起因する、感知質量部において感知される直交誤差信号成分を実質的に相殺する。その結果、直交誤差に起因して出力されるキャパシタンスは、低減されて、直交誤差が補償される。その結果、直交誤差に対する補償が静電力を使用することなく達成される。

角速度センサの一実施形態は、基板と、当該基板に柔軟に結合された駆動質量部と、基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部とを含む。第１の電極が駆動質量部に関連付けられ、第２の電極が感知質量部に関連付けられている。第２の電極は、第１の電極と駆動質量部との間の第１の誤差成分が、第２の電極と感知質量部との間の第２の誤差成分を実質的に相殺するように、第１の電極に逆の極性において電気的に結合されている。

角速度センサにおいて直交誤差を補償する方法であって、角速度センサは、基板に柔軟に結合された駆動質量部と、基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部とを含む、方法の一実施形態は、駆動質量部に近接して補償電極を配置すること、感知質量部に近接して感知電極を配置すること、補償電極と駆動質量部との間の第１の誤差成分が、感知電極と感知質量部との間の第２の誤差成分を実質的に相殺するように、補償電極を逆の極性において感知電極と電気的に結合することを含む。さらなる実施形態によれば、上記補償電極は第１の補償電極であり、上記感知電極は第１の感知電極であり、方法は、駆動質量部に近接して第２の補償電極を配置すること、上記感知質量部に近接して第２の感知電極を配置すること、第２の補償電極と駆動質量部との間の第３の誤差成分が、第２の感知電極と感知質量部との間の第４の誤差成分を実質的に相殺するように、第２の補償電極を逆の極性において第２の感知電極と電気的に結合することをも含む。

本発明の好ましい実施形態が詳細に例示および記載されてきたが、本発明の技術思想または添付の特許請求項の範囲から逸脱することなく、そこにさまざまな改変を行うことができることが当業者には容易に明らかとなろう。たとえば、駆動質量部（複数の場合もあり）および／または感知質量部（複数の場合もあり）は、円形リング、ディスク、長方形などのような異なる形状を有することができる。加えて、駆動質量部（複数の場合もあり）および感知質量部（複数の場合もあり）は図示されているものとは異なって配列されてもよい。たとえば、１つの感知質量部が中央に配置されてもよく、もう１つの感知質量部が外側枠組み構造を形成してもよく、駆動質量部が２つの感知質量部の間に入ってもよい。さらに、本明細書において説明された実施形態は単軸設計であるが、同じ技法が多軸設計に同様に適用されてもよい。本明細書に記載の実施形態によれば、そのような構造における変形形態は、依然として、駆動質量部（複数の場合もあり）に関連付けられる直交補償電極、および、直交補償電極の感知電極との逆の極性における結合を含む。したがって、例示的な実施形態は例に過ぎず、本発明の範囲、適用性または構成を限定することは意図されていないことが理解されるべきである。

２０…角速度センサ、２２…基板、２４，３０…直交補償電極、２６，２８…感知電極、３６…駆動質量部、３８…可撓性支持要素、４２…感知質量部。

Claims (20)

1. 角速度センサであって、
   基板と、
   前記基板に柔軟に結合された駆動質量部と、
   前記基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して前記駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部と、
   前記駆動質量部に関連付けられた第１の電極と、
   前記感知質量部に関連付けられた第２の電極と
   を備え、該第２の電極は、前記第１の電極と前記駆動質量部との間の第１の誤差成分が、前記第２の電極と前記感知質量部との間の第２の誤差成分を実質的に相殺するように、前記第１の電極と逆の極性において電気的に結合されている、角速度センサ。
2. 前記駆動質量部は、前記感知質量部とともに、駆動軸に対する振動運動によって運動するように構成され、
   前記可撓性支持要素は、前記感知質量部が、前記駆動軸および前記駆動軸に対して垂直である感知軸の各々に対して垂直である入力軸を中心とした角速度に応答して、前記感知軸に対して振動することを可能にし、
   前記駆動質量部は、前記感知質量部とともに、直交誤差に応答して前記感知軸に対して振動し、前記直交誤差は、前記第１の電極における前記第１の誤差成分、および前記第２の電極における前記第２の誤差成分を生成する、請求項１に記載の角速度センサ。
3. 前記第１の電極は、直交補償電極であり、
   前記第２の電極は、感知電極である、請求項１に記載の角速度センサ。
4. 前記第２の電極と電気的に結合される正出力端子をさらに備え、前記第２の電極は、前記角速度センサの正感知極であり、前記第１の電極は、前記角速度センサの負補償極である、請求項１に記載の角速度センサ。
5. 前記駆動質量部に関連付けられた第３の電極と、
   前記感知質量部に関連付けられた第４の電極であって、該第４の電極は、前記第３の電極に電気的に結合されている、前記第４の電極と、
   前記第４の電極に電気的に結合された負出力端子と
   をさらに備え、前記駆動質量部と前記第３の電極との間の第３の誤差成分が、前記感知質量部と前記第４の電極との間の第４の誤差成分を実質的に相殺するように、前記第４の電極は、前記角速度センサの負感知極であり、かつ前記第３の電極は前記角速度センサの正補償極である、請求項４に記載の角速度センサ。
6. 前記駆動質量部は、前記基板の表面に平行に向けられた回転軸によって分離される第１の領域および第２の領域を含み、
   前記感知質量部は、前記回転軸によって分離される第３の領域および第４の領域を含み、前記第１の領域および第３の領域は、前記回転軸の第１の側に横方向に配置され、前記第２の領域および第４の領域は、前記回転軸の第２の側に横方向に配置され、
   前記第１の電極は、前記第１の領域の下方に配置され、
   前記第２の電極は、前記第４の領域の下方に配置されている、請求項１に記載の角速度センサ。
7. 前記第１の電極は、前記駆動質量部の前記第１の領域、または前記第１の領域の下方にある前記基板に固定して取り付けられており、
   前記第２の電極は、前記感知質量部の前記第４の領域、または前記感知質量部の下方にある前記基板に固定して取り付けられている、請求項６に記載の角速度センサ。
8. 前記駆動質量部に関連付けられるとともに前記第２の領域の下方に配置された第３の電極と、
   前記感知質量部に関連付けられるとともに前記第３の領域の下方に配置された第４の電極と
   をさらに備え、前記第３の電極は、前記駆動質量部と前記第３の電極との間の第３の誤差成分が、前記感知質量部と前記第４の電極との間の第４の誤差成分を実質的に相殺するように、前記第４の電極に結合されている、請求項６に記載の角速度センサ。
9. 前記回転軸は、感知軸であり、前記駆動質量部は、前記感知質量部とともに、前記表面に対して垂直である駆動軸を中心とした振動運動によって運動するように構成され、前記可撓性支持要素は、前記感知質量部が、前記感知軸および駆動軸の各々に対して垂直である入力軸を中心とした角速度に応答して、前記感知軸を中心として振動することを可能にする、請求項６に記載の角速度センサ。
10. 前記第１の電極は、前記基板に固定して取り付けられているとともに、前記駆動質量部の第１の端部から離れて側方に配置されて、前記第１の電極と前記第１の端部との間に第１の間隙を形成し、
    前記第２の電極は、前記基板に固定して取り付けられているとともに、前記感知質量部の第２の端部から離れて側方に配置されて、前記第２の電極と前記第２の端部との間に第２の間隙を形成し、
    前記駆動質量部は、前記感知質量部とともに、駆動軸に沿って、前記基板の表面に実質的に平行に運動するように構成され、前記可撓性支持要素は、前記感知質量部が、前記基板の前記表面に対して垂直である入力軸を中心とした角速度に応答して、前記駆動軸に対して垂直である感知軸に沿って前記基板の前記表面に実質的に平行に振動することを可能にする、請求項１に記載の角速度センサ。
11. 前記第１の電極と、前記駆動質量部の前記第１の端部とは、前記駆動軸と長手方向に整列され、
    前記第２の電極と、前記感知質量部の前記第２の端部とは、前記駆動軸と長手方向に整列されている、請求項１０に記載の角速度センサ。
12. 前記第１の間隙は、第１の幅を呈し、
    前記第２の間隙は、第２の幅を呈し、
    前記駆動質量部は、前記感知質量部とともに、直交誤差に応答して前記感知軸に沿って振動し、前記直交誤差は、前記第１の電極における前記第１の誤差成分、および前記第２の電極における前記第２の誤差成分を生成し、
    前記駆動質量部および前記感知質量部が、ともに前記感知軸に沿った第１の方向に振動すると、前記第１の間隙の幅は増大し、前記第２の間隙の幅は低減し、
    前記駆動質量部および前記感知質量部が、ともに前記第１の方向と反対の第２の方向に振動すると、前記第１の間隙の幅は低減し、前記第２の間隙の幅は増大する、請求項１０に記載の角速度センサ。
13. 角速度センサにおいて直交誤差を補償する方法であって、前記角速度センサは、基板に柔軟に結合された駆動質量部と、前記基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して前記駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部とを含み、該方法は、
    前記駆動質量部に近接して補償電極を配置すること、
    前記感知質量部に近接して感知電極を配置すること、
    前記補償電極と前記駆動質量部との間の第１の誤差成分が、前記感知電極と前記感知質量部との間の第２の誤差成分を実質的に相殺するように、前記補償電極を、逆の極性において前記感知電極と電気的に結合すること
    を含む、方法。
14. 前記補償電極は、第１の補償電極であり、前記感知電極は、第１の感知電極であり、前記方法は、
    前記駆動質量部に近接して第２の補償電極を配置すること、
    前記感知質量部に近接して第２の感知電極を配置すること、
    前記第２の補償電極と前記駆動質量部との間の第３の誤差成分が、前記第２の感知電極と前記感知質量部との間の第４の誤差成分を実質的に相殺するように、前記第２の補償電極を、前記逆の極性において前記第２の感知電極と電気的に結合すること
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記角速度センサは、正出力端子および負出力端子をさらに含み、前記方法は、
    前記正出力端子を前記第１の感知電極と電気的に結合することであって、前記第１の感知電極は、前記角速度センサの正感知極であり、前記第１の補償電極は、前記角速度センサの負補償極である、前記正出力端子を電気的に結合すること、
    負出力端子を前記第２の感知電極と電気的に結合することであって、前記第２の感知電極は、前記角速度センサの負感知極であり、前記第２の補償電極は、前記角速度センサの正補償極である、前記負出力端子を電気的に結合すること
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 角速度センサであって、
    基板と、
    前記基板に柔軟に結合された駆動質量部と、
    前記基板の上方に懸垂されるとともに可撓性支持要素を介して前記駆動質量部に柔軟に接続された感知質量部であって、前記駆動質量部および感知質量部は、駆動軸に対する振動運動でともに運動し、前記可撓性支持要素は、前記感知質量部が、前記駆動軸および前記駆動軸に対して垂直である感知軸の各々に対して垂直である入力軸を中心とした角速度に応答して、前記感知軸に対して振動することを可能にし、前記駆動質量部および感知質量部は、直交誤差に応答して前記感知軸に対してともに振動する、前記感知質量部と、
    前記駆動質量部に関連付けられた直交補償電極であって、前記直交誤差は、該直交補償電極において第１の誤差成分を生成する、前記直交補償電極と、
    前記感知質量部に関連付けられた感知電極であって、前記直交誤差は、前記感知電極において第２の誤差成分を生成し、該感知電極は、前記直交補償電極と前記駆動質量部との間の前記第１の誤差成分が、該感知電極と前記感知質量部との間の前記第２の誤差成分を実質的に相殺するように、前記直交補償電極と逆の極性において電気的に結合されている、前記感知電極と、
    前記感知電極に電気的に結合された正出力端子と
    を備え、前記感知電極は、該角速度センサの正感知極であり、前記直交補償電極は、該角速度センサの負補償極である、角速度センサ。
17. 前記駆動質量部は、前記基板の表面に平行に向けられた回転軸によって分離される第１の領域および第２の領域を含み、
    前記感知質量部は、前記回転軸によって分離される第３の領域および第４の領域を含み、前記第１の領域および第３の領域は、前記回転軸の第１の側に横方向に配置され、前記第２の領域および第４の領域は、前記回転軸の第２の側に横方向に配置され、
    前記直交補償電極は、前記第１の領域の下方に配置され、
    前記感知電極は、前記第４の領域の下方に配置されている、請求項１６に記載の角速度センサ。
18. 前記直交補償電極は、第１の補償電極であり、前記感知電極は、第１の感知電極であり、前記センサは、
    前記駆動質量部に関連付けられるとともに前記第２の領域の下方に配置された第２の補償電極であって、前記直交誤差は、前記駆動質量部と該第２の補償電極との間の第３の誤差成分を生成する、前記第２の補償電極と、
    前記感知質量部に関連付けられるとともに前記第３の領域の下方に配置された第２の感知電極であって、前記直交誤差は、前記感知質量部と該第２の感知電極との間の第４の誤差成分を生成し、前記第２の補償電極は、前記第３の誤差成分が前記第４の誤差成分を実質的に相殺するように、該第２の感知電極に逆の極性において結合されている、前記第２の感知電極と、
    前記第２の感知電極と電気的に結合された負出力端子と
    をさらに備え、前記第２の感知電極は、前記角速度センサの負感知極であり、前記第２の補償電極は、前記角速度センサの正補償極である、請求項１７に記載の角速度センサ。
19. 前記直交補償電極は、前記基板に固定して取り付けられているとともに、前記駆動質量部の第１の端部から離れて側方に配置されて、前記直交補償電極と前記第１の端部との間に第１の間隙を形成し、
    前記感知電極は、前記基板に固定して取り付けられているとともに、前記感知質量部の第２の端部から離れて側方に配置されて、前記感知電極と前記第２の端部との間に第２の間隙を形成し、
    前記駆動質量部は、前記感知質量部とともに、駆動軸に沿って前記基板の表面に実質的に平行に運動するように構成され、前記可撓性支持要素は、前記感知質量部が、前記基板の前記表面に対して垂直である入力軸を中心とした角速度に応答して、前記駆動軸に対して垂直である感知軸に沿って前記基板の前記表面に実質的に平行に振動することを可能にする、請求項１６に記載の角速度センサ。
20. 前記第１の間隙は、第１の幅を呈し、
    前記第２の間隙は、第２の幅を呈し、
    前記駆動質量部および前記感知質量部が、前記直交誤差に応答して、前記感知軸に沿った第１の方向にともに振動すると、前記第１の間隙の幅は増大し、前記第２の間隙の幅は低減し、
    前記駆動質量部および前記感知質量部が、前記直交誤差に応答して、前記第１の方向と反対の第２の方向にともに振動すると、前記第１の間隙の幅は低減し、前記第２の間隙の幅は増大する、請求項１９に記載の角速度センサ。