ジャイロスコープおよびこれを用いた入力装置

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【発明の名称】	ジャイロスコープおよびこれを用いた入力装置
【発明者】	【氏名】阿部宗光【氏名】江刺正喜
【要約】	【課題】デバイスの小型化、検出感度の向上、駆動電圧の低減等が図れるジャイロスコープを提供する。【解決手段】本発明のジャイロスコープ１は、３本の脚９と支持部１０とを有する音叉２と、音叉２を挟持する上側ガラス基板７、下側ガラス基板８と、各脚９の基端側と対向して両ガラス基板７，８上に設けられた駆動用固定電極４ａ，４ｂと、各脚９の先端部の上面および下面に設けられ、凹凸加工された凸部からなる６個の検出用可動電極５ａ，５ｂと、これと対向して両ガラス基板７，８上に設けられた６個の検出用固定電極６ａ，６ｂとを有している。

【特許請求の範囲】
【請求項１】導電性材料からなり、基端側が支持部とされた振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片の先端側の駆動方向と垂直かつ変位検出方向と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工され、この凹凸加工されてなる複数の凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続された複数の検出用可動電極と、該複数の検出用可動電極との間で容量を形成するよう前記複数の検出用可動電極と対向配置されて前記基材に設けられ、各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続されて前記振動片の変位を検出する複数の検出用固定電極とを有することを特徴とするジャイロスコープ。
【請求項２】導電性材料からなり、基端側が支持部とされた振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片の先端側の駆動方向と垂直かつ変位検出方向と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工され、この凹凸加工されてなる複数の凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続された複数の検出用可動電極と、それぞれ複数の電極を有する２つの電極群からなり、該２つの電極群のそれぞれの電極が前記複数の検出用可動電極のいずれかの電極との間で容量を形成するよう前記複数の検出用可動電極と対向配置されて前記基材に設けられるとともに、前記２つの電極群の一方の電極群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用可動電極の一方の外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以上外側にはみ出しており、他方の電極群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用可動電極の他方の外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以上外側にはみ出しており、前記各電極が前記振動片の変位検出方向の最大振幅以上の幅を有する検出用固定電極とを有してなり、前記検出用固定電極のうちの一方の電極群とこれと対向する前記複数の検出用可動電極との間で形成される容量の和と、前記検出用固定電極のうちの他方の電極群とこれと対向する前記複数の検出用可動電極との間で形成される容量の和との差を検出することを特徴とするジャイロスコープ。
【請求項３】前記振動片の凹凸加工部が、前記支持部の上面から前記複数の検出用可動電極をなす複数の凸部の上面に至る面を面一状態のまま残して、隣接する前記検出用可動電極の間の領域が凹部とされたことを特徴とする請求項１または２に記載のジャイロスコープ。
【請求項４】前記振動片の凹凸加工部が、前記検出用可動電極をなす凸部の上面を残して、隣接する前記検出用可動電極の間の領域、および少なくとも前記複数の検出用可動電極の形成領域と前記支持部との間の領域が凹部とされたことを特徴とする請求項１または２に記載のジャイロスコープ。
【請求項５】前記支持部の上面を、前記検出用可動電極をなす凸部の上面とともに面一状態のまま残したことを特徴とする請求項４に記載のジャイロスコープ。
【請求項６】前記導電性材料がシリコンであることを特徴とする請求項１または２に記載のジャイロスコープ。
【請求項７】請求項１ないし７のいずれか一項に記載のジャイロスコープを用いたことを特徴とする入力装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロスコープとこれを用いた入力装置に関し、特に角速度入力時の音叉の脚の変位を容量の変化で検出するタイプのジャイロスコープとこれを用いた入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、導電性を有するシリコン等の材料で形成された音叉を用いたジャイロスコープが知られている。この種のジャイロスコープは、音叉の脚を一方向に振動させ、振動中に脚の長手方向を中心軸とする角速度が入力された際にコリオリ力によって生じる前記振動方向と垂直な方向の振動を検出するものである。コリオリ力により生じる振動の大きさは角速度の大きさに対応するので、このジャイロセンサを角速度センサとして用いることができ、例えばパソコンの座標入力装置等に適用することができる。
【０００３】図１５は、従来のジャイロスコープの主要部である音叉の構成を示す図である。この図に示す通り、この例の音叉１００は、３本の脚１０１と各脚１０１の基端側を連結する支持部１０２とを有しており、導電性を付与したシリコンで形成されている。音叉１００は、基板１０３上に支持部１０２で固定されており、各脚１０１の下方にあたる箇所には駆動用電極（図示略）がそれぞれ設けられている。したがって、駆動用電極に電圧を印加した際に生じる静電引力によって各脚１０１が鉛直方向に振動する構成となっている。
【０００４】このジャイロスコープにおいて、鉛直方向振動中に脚１０１の長手方向を回転軸とする角速度が入力されると水平方向の振動が生じるが、この水平方向の振動は各脚１０１の両側方に配置された一対の検出用電極１０４で検出している。すなわち、脚１０１が水平方向に変位した際、脚１０１の一方側に配置された検出用電極１０４と脚１０１との間隔が狭まると、他方側に配置された検出用電極１０４と脚１０１との間隔が広がり、各検出用電極１０４と脚１０１とで構成される２組の静電容量が変化する。この静電容量の変化から、入力された角速度の大きさを検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成のジャイロスコープは、各脚１０１の両側方に検出用電極１０４が配置されているため、脚１０１と脚１０１との間隔（以下、脚間ギャップという）をあまり狭くすることができなかった。すなわち、検出用電極１０４の幅をｘ₁、検出用電極１０４と脚１０１との間隔および検出用電極１０４同士の間隔をｘ₂とすると、脚間ギャップＧはＧ＝２ｘ₁＋３ｘ₂となり、一般的な半導体デバイス製造技術を利用したシリコン加工におけるｘ₁、ｘ₂の加工限界から、脚間ギャップＧの縮小化にも限界があった。
【０００６】その一方、３脚型の音叉において脚間ギャップＧを小さくすると、この種のデバイスの共振の大きさを表す性能指標である「Ｑ値」が大きくなることがわかった。Ｑ値を大きくすることができれば、角速度の検出感度が向上することに加えて、デバイスに入力する電気エネルギーから振動エネルギーへの変換効率が向上するため、駆動電圧の低減を図ることができる。
【０００７】ところが上述したように、脚間ギャップが縮小化できれば、デバイスの小型化、検出感度の向上、駆動電圧の低減等、種々の利点が得られることが予想されながらも、従来のジャイロスコープは脚間ギャップの縮小化に限界があったため、その実現が不可能であった。
【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、上記種々の利点が得られ、高品質、低コストのジャイロスコープ、およびこのジャイロスコープを利用した入力装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明のジャイロスコープは、導電性材料からなり、基端側が支持部とされた振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片の先端側の駆動方向と垂直かつ変位検出方向と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工され、この凹凸加工されてなる複数の凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続された複数の検出用可動電極と、該複数の検出用可動電極との間で容量を形成するよう前記複数の検出用可動電極と対向配置されて前記基材に設けられ、各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続されて前記振動片の変位を検出する複数の検出用固定電極とを有することを特徴とするものである。
【００１０】本発明のジャイロスコープの検出原理も従来と同様、音叉の振動片（先に述べた「脚」に相当）の振動を容量変化で検出するものである。通常、容量Ｃは、Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ） ……（１）
（ε：誘電体の誘電率、Ｓ：電極の面積、ｄ：電極間のギャップ）
で表される。ところが、従来のジャイロスコープが、振動時における脚と検出用電極との間隔の変化、上記（１）式で言えば、電極間ギャップｄの変化による容量変化を検出するのに対し、本発明のジャイロスコープは、振動時における検出用電極同士の対向面積の変化、上記（１）式で言えば、電極面積Ｓの変化による容量変化を検出する点で相違している。
【００１１】すなわち、本発明のジャイロスコープにおける検出用電極は、振動片側に設けられた複数の検出用可動電極と基材側に設けられた複数の検出用固定電極とが対向配置されてなるものである。そして、複数の検出用可動電極は、振動片の先端側の駆動方向と垂直かつ変位検出方向と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工されて形成された複数の凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続されている。複数の検出用固定電極は、各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続されている。特に本発明では、振動片の表面に金属薄膜等を用いて検出用可動電極を形成するのではなく、シリコン等の導電性材料からなる振動片自体の先端を凹凸加工してできた凸部を検出用可動電極とすることを特徴としている。つまり、凹部に対して検出用固定電極に接近した側に位置する凸部が電極として機能することになる。
【００１２】この構成としたことにより、駆動手段により音叉の振動片を振動させた状態で振動片の長手方向を回転軸とする角速度が入力されると、コリオリ力によって前記振動方向と直交する方向の振動が生じる。この時、振動片側の検出用可動電極と基材側の検出用固定電極とが対向した位置にあり、振動片の振動に伴って検出用可動電極と検出用固定電極との対向面積が変化するため、容量変化が生じる。この容量変化を検出することで角速度を検出することができる。なお、各検出用電極の幅が振動片の変位検出方向の最大振幅以上であるとしたのは、仮に各検出用電極の幅が振動片の最大振幅よりも小さかったとすると、振動片が大きな角速度を受けて振動片が最大に振動した場合、振動片側の検出用可動電極と基材側の検出用固定電極とが対向しない状態が生じ、容量検出が不可能となってしまうからである。ここで言う「振幅」とは、「変位検出方向の振幅」と記載したように、あくまでも角速度入力時のコリオリ力によって生じる振動の振幅のことであり、駆動手段による振動の振幅のことではない。
【００１３】つまり、本発明のジャイロスコープでは、振動片の基端部を基材に支持した場合、その基材上に振動片側の検出用可動電極と対向するように検出用固定電極を設ければよく、従来のように脚と脚の間に検出用電極を設ける必要がなくなる。その結果、脚間ギャップを音叉を構成する材料、例えばシリコンの加工限界程度にまで小さくすることができるため、Ｑ値を大きくすることができ、検出感度の向上、駆動電圧の低減を図ることができる。勿論、デバイスの小型化を図ることも可能である。
【００１４】また本発明の他のジャイロスコープは、導電性材料からなり、基端側が支持部とされた振動片と、該振動片の支持部を支持する基材と、該振動片を駆動する駆動手段と、前記振動片の先端側の駆動方向と垂直かつ変位検出方向と平行な面の少なくとも一部が凹凸加工され、この凹凸加工されてなる複数の凸部からなり、該凸部の各々が前記振動片の変位検出方向の振幅以上の幅を有し、互いに並列接続された複数の検出用可動電極と、それぞれ複数の電極を有する２つの電極群からなり、該２つの電極群のそれぞれの電極が前記複数の検出用可動電極のいずれかの電極との間で容量を形成するよう前記複数の検出用可動電極と対向配置されて前記基材に設けられるとともに、前記２つの電極群の一方の電極群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用可動電極の一方の外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以上外側にはみ出しており、他方の電極群をなす各電極の外端が該各電極と対向する前記検出用可動電極の他方の外端よりも前記変位検出方向の最大振幅以上外側にはみ出しており、前記各電極が前記振動片の変位検出方向の最大振幅以上の幅を有する検出用固定電極とを有してなり、前記検出用固定電極のうちの一方の電極群とこれと対向する前記複数の検出用可動電極との間で形成される容量の和と、前記検出用固定電極のうちの他方の電極群とこれと対向する前記複数の検出用可動電極との間で形成される容量の和との差を検出することを特徴とするものである。
【００１５】本発明の他のジャイロスコープは、容量変化の検出方法として、２つの電極群からなる検出用固定電極のうちの一方の電極群の各電極とこれらと対向する複数の検出用可動電極との間で形成される複数の容量の和と、検出用固定電極のうちの他方の電極群の各電極とこれらと対向する複数の検出用可動電極との間で形成される複数の容量の和との差を検出することを特徴としている。言い換えると、上記構成の本発明の他のジャイロスコープでは、容量変化量の検出に差動検出法を用いている。
【００１６】上記の構成であると、振動片がいずれか一方向に変位した場合、検出用固定電極の一方の電極群の各電極とこれと対向する検出用可動電極との対向面積が増えて容量が増加する方向に変化したとすると、他方の電極群の各電極とこれと対向する検出用可動電極との間では逆に対向面積が減り、容量が減少する方向に変化することになる。そこで、容量検出時に、２つの電極群からなる検出用固定電極のうちの一方の電極群側で形成される複数の容量の和と他方の電極群側で形成される複数の容量の和との差分をとると、変位が無いときの初期容量値は等しいために消去され、一方側の容量変化量は正、他方側の容量変化量は負となるので、容量変化量のみが残る。したがって、初期容量値の中に含まれるノイズ成分をキャンセルすることができるので、検出精度を向上させることができる。
【００１７】前記駆動手段の具体的構成としては、例えば基材側に振動片に対向するように駆動用電極を設ければよい。その場合、駆動用電極を、振動片の延在方向に延ばして形成し、駆動用電極と検出用電極との間の寄生容量の発生を防ぐためにこれら電極を離間させて設けることが望ましい。仮に駆動用電極と検出用電極との間で寄生容量が発生すると、角速度を検知し、検出用電極との間に生じた容量変化を検出する際、この寄生容量をも検知してしまい、これがノイズ成分となり、ＳＮ比が低下するという不具合が生じるが、駆動用電極と検出用電極とを離間させて配置すれば、このような不具合の発生が防止される。
【００１８】また、検出側の電極の形成位置に関しては、振動片の上面、下面のいずれにも設けることができる。この場合、検出容量が大きくとれるとともに、電極の形成が容易になる。
【００１９】凹凸加工による検出用可動電極を有する振動片の形態には、例えば次の３つが考えられる。
（１）支持部の上面から複数の検出用可動電極をなす複数の凸部の上面に至る面を面一状態のまま残して、隣接する検出用可動電極の間の領域を凹部としたもの。
（２）複数の検出用可動電極をなす凸部の上面を残して、隣接する検出用可動電極の間の領域、および少なくとも複数の検出用可動電極の形成領域と支持部との間の領域を凹部としたもの。
（３）（２）の構成とした上で、支持部の上面を、検出用可動電極をなす凸部の上面とともに面一状態のまま残したもの。
【００２０】上記（１）、（２）、（３）の構成にはそれぞれ特徴点があり、（１）の場合、振動片の支持部と基材とを接合する際に支持部の表面が凹部に加工されていないので、接合が容易となる。また駆動手段として、平坦な基材の表面に振動片に対向させて駆動用電極を設ける場合、支持部の上面から検出用可動電極をなす凸部の上面に至る面を全て面一状態のまま残しているので、駆動用電極と振動片の表面を充分に接近させることができ、駆動電圧を下げることができるという利点を有している。（２）の場合、隣接する検出用可動電極の間の領域が凹部となるのは勿論のこと、検出用可動電極の形成領域と支持部との間の領域も凹部となっており、振動片の中央部に対して先端側の重量が重くなるので、振動片がより振動しやすくなり、検出感度を向上させることができる。（３）の場合、上記（２）の効果に加えて、振動片の支持部が面一状態のまま残っているので、振動片の支持部と基材との接合が容易となる。
【００２１】また、各検出用可動電極と各検出用固定電極の位置関係としては、各検出用可動電極と各検出用固定電極の振動片の変位検出方向における端部同士を、振動片の変位検出方向の最大振幅以上の距離ずらして配置することが望ましい。
【００２２】その理由は、一般に、振動片がその長手方向を回転軸とする角速度を受けた場合、その角速度の向きが右回りであるか、左回りであるかによって、駆動方向と直交する方向における振動片の振動の向きが変わる。そこで、各検出用可動電極と各検出用固定電極をずらして配置すると、振動片がいずれか一方向に変位した場合、各検出用可動電極と各検出用固定電極との対向面積が増え、容量が増加する方向に変化したとすると、振動片が先の方向と逆方向に変位した場合には、必ず、各検出用可動電極と各検出用固定電極の対向面積が減り、容量が減少する方向に変化することになる。したがって、容量の変化量の正負を見ることによって角速度の向きも検知できるため、各検出用可動電極と各検出用固定電極をずらして配置するのが好ましいのである。つまり、各検出用可動電極と各検出用固定電極の端部同士を揃えて配置したとすると、振動片がいずれの方向に変位しても各検出用可動電極と各検出用固定電極の対向面積が減る方向にしか変化しないため、角速度の絶対値は検出できても角速度の向きが検知できない。それに、各検出用可動電極と各検出用固定電極の端部同士を揃えることは、製造上難しいという問題もある。
【００２３】本発明の入力装置は、上記本発明のジャイロスコープを用いたことを特徴とするものである。本発明のジャイロスコープの使用により、例えばパソコンの座標入力装置等の小型の機器を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発明の第１の実施の形態を図１ないし図６を参照して説明する。図１は本実施の形態のジャイロスコープの全体構成を示す分解斜視図、図２はその平面図（ただし、電極構成は上側ガラス基板の下面を示している）、図３は図２のIII－III線に沿う断面図、図４は図２のIＶ－IＶ線に沿う断面図（脚１本分を示す拡大図）、図５および図６はジャイロスコープの製造方法を示す工程断面図であって、図５は上側ガラス基板の製造方法を示す工程断面図、図６はジャイロスコープ全体の製造方法を示す工程断面図である。図中符号２は音叉、４ａ，４ｂは駆動用固定電極、５ａ，５ｂは検出用可動電極、６ａ，６ｂは検出用固定電極、７は上側ガラス基板（基材）、８は下側ガラス基板（基材）である。
【００２５】本実施の形態のジャイロスコープ１は、図１および図２に示すように、３本の脚９（振動片）とこれらの基端側を連結する支持部１０とを有する３脚型の音叉２が用いられている。また、音叉２の周囲には枠部１１が設けられており、これら音叉２と枠部１１とは、元々は厚さ２００μｍ程度の導電性を有する１枚のシリコン基板から形成されている。図３に示すように、支持部１０は上側ガラス基板７と下側ガラス基板８との間に挟持されて固定されるとともに、２枚のガラス基板７、８の内面のうち、音叉２の上方および下方に位置する領域は１０μｍ程度の深さの凹部７ａ、８ａとなっており、各ガラス基板７、８と音叉２との間に１０μｍ程度の間隙が形成されることで音叉２の各脚９が宙に浮いた状態となり、振動可能となっている。
【００２６】図１および図２に示すように、上側ガラス基板７の下面の脚９の基端側と対向する位置には、各脚９に１個ずつの駆動用固定電極４ａが脚９の長手方向に延在するように設けられている。駆動用固定電極４ａは膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等から形成されており、駆動用固定電極４ａに駆動信号を供給するための配線（図示略）が電極と同じレイヤーのアルミニウム膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等により一体的に形成されている。同様に、下側ガラス基板８の上面の脚９の基端側と対向する位置にも、各脚９に１個ずつの駆動用固定電極４ｂが脚９の長手方向に延在するように設けられている。本実施の形態の場合、脚９が導電性を有するシリコンで形成されているので、脚９側には特に駆動用電極を形成する必要がなく、脚９自身と駆動用固定電極４ａ，４ｂとの容量結合により脚９の駆動手段が構成されている。
【００２７】図２および図３に示すように、各脚９の上面の先端寄りの領域には、脚９の長手方向に延びる溝９ｂ（凹部）が形成されており（凹凸加工）、隣接する溝９ｂ間の凸部９ａとなる領域が検出用可動電極５ａ，５ｂとして機能する。これにより、各脚９の上面に対して６個ずつの検出用可動電極５ａが脚９の長手方向に延在するように設けられている。なお、これら６個の検出用可動電極５ａは脚と一体に形成されているため、互いに並列接続されたことと等価であり、図示しない検出信号取り出し用の配線が形成されている。同様に、各脚９の下面にも６個ずつの検出用可動電極５ｂが脚９の長手方向に延在するように設けられている。図３に示すように、音叉２の部分は、支持部１０の上面から複数の検出用可動電極５ａをなす複数の凸部９ａの上面に至る面にわたって元々のシリコン表面が面一状態のまま残っており、隣接する検出用可動電極５ａの間の領域のみが凹部９ｂとなっている。下面側も同様である。
【００２８】一方、図３に示すように、上側ガラス基板７の下面の駆動用固定電極４ａの形成位置よりも脚９の先端寄りの位置には、脚９の上面の検出用可動電極５ａと対向するように各脚９に対して６個ずつの検出用固定電極６ａが設けられている。検出用固定電極６ａも駆動用固定電極４ａと同様、アルミニウム膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等から形成されている。これら６個の検出用固定電極６ａは互いに並列接続されており、検出信号取り出し用の配線（図示略）が形成されている。同様に、下側ガラス基板８の上面の駆動用固定電極４ｂの形成位置よりも脚９の先端寄りの位置にも、脚９の下面の検出用可動電極５ｂと対向するように各脚９に対して６個ずつの検出用固定電極６ｂが設けられている。
【００２９】図４に示すように、各脚９上面の検出用可動電極５ａと上側ガラス基板７の検出用固定電極６ａ、各脚９下面の検出用可動電極５ｂと下側ガラス基板７の検出用固定電極６ｂとはそれぞれ対向配置されているが、検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂの脚９の変位検出方向の端部同士が揃うように完全に対向配置されているわけではなく、検出用可動電極５ａ，５ｂの端部と検出用固定電極６ａ，６ｂの端部が、脚９の変位検出方向の最大振幅以上の距離ずれた状態に配置されている。また、各検出用可動電極５ａ，５ｂの幅Ｗ１および各検出用固定電極６ａ，６ｂの幅Ｗ２自体は、脚９の最大振幅以上の寸法に設定されている。
【００３０】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つの脚９の幅Ｗが２００μｍ、各検出用可動電極５ａ，５ｂの幅Ｗ１および各検出用固定電極６ａ，６ｂの幅Ｗ２が２０μｍ、検出用可動電極５ａ，５ｂ間の間隙Ｇ１および検出用固定電極６ａ，６ｂ間の間隙Ｇ２がともに１０μｍ、検出用可動電極５ａ，５ｂの端部と検出用固定電極６ａ，６ｂの端部のずれ量Ｚが５μｍ、である。なお、この脚９の変位検出方向の最大振幅は１μｍに設定している。
【００３１】さらに、ジャイロスコープ１の機能上は特に必要ではなく、後述する製造上の都合により必要なものであるため、ここでは図示を省略するが、実際には、駆動用固定電極４ａ，４ｂおよび検出用固定電極６ａ，６ｂが設けられた領域以外の上側ガラス基板７の内面側、および下側ガラス基板８の内面側に、駆動用固定電極４ａ，４ｂおよび検出用固定電極６ａ，６ｂと同一のアルミニウム膜またはクロム膜、もしくは白金／チタン膜等からなる同電位パターンが設けられている。
【００３２】次に、上記構成のジャイロスコープ１を製造する方法の一例を説明する。最初に上側ガラス基板７、下側ガラス基板８の製造方法を図５を用いて説明する。図５Ａに示すように、ガラス基板１３を用意し、洗浄後、図５Ｂに示すように、両面にクロム膜１４をスパッタする。次いで、レジストパターン１５を形成し、このレジストパターン１５をマスクとしてクロム膜１４をエッチングする。次に、図５Ｃに示すように、このレジストパターン１５およびパターニングされたクロム膜１４をマスクとしてガラス基板１３表面のフッ酸エッチングを行い、ガラス基板１３上の音叉の位置に対応する領域に深さ１０μｍ程度の凹部１３ａを形成する。その後、図５Ｄに示すように、レジストパターン１５およびクロム膜１４のパターンを除去する。次に、図５Ｅに示すように、膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム膜、クロム膜等の金属膜１６をガラス基板１３の一面にスパッタした後、その上にレジストパターン１４を形成し、これをマスクとして金属膜１６のエッチングを行うことにより駆動用固定電極４ａ、検出用固定電極６ａおよび同電位パターンを形成する。以上の工程により、上側ガラス基板７および下側ガラス基板８が完成する。
【００３３】次に、図６Ａに示すように、シリコン基板１７を用意し、図６Ｂに示すように、隣接する検出用可動電極５ｂ間の溝９ｂとなる部分以外を覆うレジストパターン１４を片面に形成し、シリコン基板１７のエッチングを行うことにより隣接する検出用可動電極５ｂ間の溝９ｂを形成する。これにより、隣接する溝９ｂの間の領域から支持部１０に至る領域にわたってシリコン基板１７表面がそのまま面一状態で残り、隣接する溝９ｂの間の凸部９ａが検出用可動電極５ｂとなる。次にレジストパターン１４を剥離した後、図６Ｃに示すように、シリコン基板１７の下面と下側ガラス基板８とを陽極接合法を用いて接合する。この際、シリコン基板１７の溝９ｂを形成した側の面が下側ガラス基板８に対向するように両基板１７，８を配置し、シリコン基板１７のうち、後で支持部１０となる部分が接合されるようにする。陽極接合法ではシリコン基板に正、ガラス基板に負の電位を印加してシリコンとガラスを容易に接合することができるが、シリコン基板１７が音叉２となる部分では下側ガラス基板８表面との間隙が１０μｍ程度しかないため、陽極接合時の静電引力によりシリコン基板１７が撓んで下側ガラス基板８と接触すると、その部分も接合されてしまい、振動可能な音叉２を形成できなくなる。したがって、下側ガラス基板８に接合すべきでない部分が接合されてしまうのを防止する目的で下側ガラス基板８のその部分をシリコン基板１７と同電位とするために、下側ガラス基板８表面に同電位パターンを形成しておく。この点は上側ガラス基板７についても同様である。
【００３４】次に、図６Ｄに示すように、シリコン基板１７の上面に隣接する検出用可動電極５ａ間の溝９ｂとなる部分以外を覆うレジストパターン１４を形成し、シリコン基板１４のエッチングを行うことにより隣接する検出用可動電極５ａ間の溝９ｂを形成し、検出用可動電極５ａを形成する。これにより、脚９となる部分の上面、下面の双方に検出用可動電極５ａ，５ｂが形成されたことになる。なお、本実施の形態では、脚９の下面側の検出用可動電極５ｂの形成、陽極接合、脚９の上面側の検出用可動電極５ａの形成という工程順で行っているが、この手順に代えて、陽極接合前に脚９の下面側の検出用可動電極５ｂの形成、上面側の検出用可動電極５ａの形成を順次行っておき、その後、陽極接合を行う手順を採ってもよい。
【００３５】次にレジストパターン１４を剥離した後、図６Ｅに示すように、シリコン基板１７表面にレジストパターン１９を形成する。この際のレジストパターン１９の平面形状は、図２に示すような音叉２、支持部１０、枠部１１等、シリコンを残す部分の形状とする。このレジストパターン１９をマスクとして、反応性イオンエッチング等の異方性エッチングを用いてシリコン基板１７を貫通するエッチングを行う。これにより、音叉２、支持部１０、枠部１１がそれぞれ形成され、音叉２の部分は下側ガラス基板８の上方で宙に浮いた状態となる。その後、レジストパターン１９を剥離する。
【００３６】次に、図６Ｆに示すように、下側ガラス基板８に接合されたシリコン基板１７の上面と上側ガラス基板７とを陽極接合法を用いて接合する。この際、この図に示すように、シリコン基板１７の音叉の支持部１０が上側ガラス基板７に接合されることになる。以上の工程により、本実施の形態のジャイロスコープ１が完成する。
【００３７】本実施の形態のジャイロスコープ１を使用する際には、駆動用固定電極４ａ，４ｂの配線に駆動源としての発振器を接続するとともに、検出用可動電極５ａ，５ｂの信号取出用配線と検出用固定電極６ａ，６ｂの信号取出用配線との間に容量検出器を接続する。発振器を駆動して音叉２－駆動用固定電極４ａ，４ｂ間に数ｋＨｚ程度の周波数の電圧を印加すると、音叉２の各脚９が鉛直方向に振動する。その状態で、脚９の長手方向を回転軸とする角速度が入力されると、入力された角速度の大きさに応じた水平方向の振動が生じる。この時、音叉２の各脚９の検出用可動電極５ａ，５ｂと上側ガラス基板７の検出用固定電極６ａ、下側ガラス基板８の検出用固定電極６ｂが対向した状態にあり、脚９の水平振動に伴って検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂの対向面積が変化するため、容量変化が生じる。この容量変化を容量検出器で検出することにより角速度の大きさを検出することができる。
【００３８】さらに、本実施の形態の場合、図４に示したように、互いに対向する検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂの端部をずらして配置しているため、例えば図４において脚９がガラス基板７、８に対して右方向（矢印Ａで示す方向）に変位した場合、各検出用可動電極５ａ，５ｂと各検出用固定電極６ａ，６ｂとの対向面積が増え、容量が増加する方向に変化する。また、脚９がガラス基板７、８に対して左方向（矢印Ｂで示す方向）に変位した場合には、各検出用可動電極５ａ，５ｂと各検出用固定電極６ａ，６ｂの対向面積が減り、容量が減少する方向に変化する。よって、容量の変化量の正負を検知することによって角速度の向きも検知することができる。
【００３９】したがって、本実施の形態のジャイロスコープ１では、従来のジャイロスコープのように脚と脚の間に検出用電極を設ける必要がなくなる。その結果、脚間ギャップをシリコン基板の加工限界近く、例えば数十μｍ程度にまで小さくすることができ、Ｑ値を大きくすることができる。例えば脚幅が２００μｍのジャイロスコープにおいて、脚間ギャップが３００μｍ～４００μｍ程度であるとＱ値は１０００前後であるが、脚間ギャップを数十μｍ程度にまで狭めるとＱ値は２０００前後と、約２倍に増大することができる。このＱ値の増大により、角速度センサとしての検出感度の向上、駆動電圧の低減を図ることができる。さらに、デバイスの小型化を図ることもできる。
【００４０】本出願人は、本発明の目的を達成するために、他の構成のジャイロスコープを既に出願している。本発明のジャイロスコープは既出願のジャイロスコープの改良版であって、既出願のジャイロスコープに対して以下のような利点を有している。図１３は既出願のジャイロスコープの全体構成を示す分解斜視図、図１４は図１３のXVI－XVI線に沿う断面図である。なお、図１３および図１４において、図１～図４に示した本実施の形態のジャイロスコープと共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４１】図１３および図１４に示すジャイロスコープ２１は、上記実施の形態のジャイロスコープ１と異なり、上側ガラス基板７の下面に１本の脚９に対して２個ずつの検出用固定電極６ａが設けられている。そして、導電性シリコンからなる脚９そのものを電極として機能させているため、各脚９には駆動用電極も検出用電極も設けられていない。
【００４２】本実施の形態のジャイロスコープ１の場合、１つの脚９に対して全部で１２個の検出用可動電極５ａ，５ｂおよび検出用固定電極６ａ，６ｂが設けられており、検出用可動電極５ａ，５ｂ同士、検出用固定電極６ａ，６ｂ同士は互いに並列接続されている。対向する検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂの合計１２個の電極対で形成される容量をそれぞれＣ₁、Ｃ₂、…、Ｃ₁₂とする。脚９に対して角速度が入力されず、コリオリ力が働かずに変位が０の時（初期状態）の１脚あたりの容量をＣ_dt1とすると、Ｃ_dt1＝Ｃ₁＋Ｃ₂＋…＋Ｃ₁₂……（２）
と表される。次に、脚９に対して任意の角速度が入力され、コリオリ力が働いて変位が生じた時の全体の容量をＣ_dt2とすると、Ｃ_dt2＝（Ｃ₁＋ΔＣ₁）＋（Ｃ₂＋ΔＣ₂）＋…＋（Ｃ₁₂＋ΔＣ₁₂）……（３）
（ただし、ΔＣ₁、ΔＣ₂、…、ΔＣ₁₂は各容量における容量変化量）と表され、これを変形すると次の（４）式となる。
【数１】

より一般的に１つの脚に対してｎ個の検出用電極を設けると、次の（５）式となる。
【数２】

具体的な容量値の一例として、Ｃ_dt1は１ｐＦ程度、ΔＣ_iは０．０１～０．１ｐＦ程度に設定される。
【００４３】図１３、図１４に示した既出願のジャイロスコープ２１の場合、１つの脚９に対して２個の検出用電極６ａが設けられているため、（５）式におけるｎが２であり、例えば１脚あたりの容量変化量は０．０２～０．２ｐＦ程度となる。これに対して、本実施の形態のジャイロスコープ１の場合、（５）式におけるｎが１２であり、例えば１脚あたりの容量変化量は０．１２～１．２ｐＦ程度となる。したがって、脚９が同じ大きさの角速度を受け、同じ大きさの変位が生じたとしても、本実施の形態のジャイロスコープ１では既出願のジャイロスコープ２１に比べて６倍の容量変化、言い換えると、６倍の感度を得ることができる。よって、１つの脚９に対してｎ個の検出用電極を設けると、既出願のジャイロスコープ２１に比べて（ｎ／２）倍の感度を得ることができる。このように、本実施の形態のジャイロスコープ１によれば、検出感度をより向上させることができる。
【００４４】ここで、本実施の形態の検出用可動電極５ａ，５ｂを形成する際の凸部９ａの高さについて考察する。図４に示したように、検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂとが対向した部分の面積をＳ、初期状態で検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂとが対向していない部分の面積をＳ’、検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂの間のギャップをｄ₁、検出用可動電極５ａ，５ｂをなす凸部９ａの高さをｄ₂、とする。脚９の変位がない初期状態での電極１個あたりの容量Ｃ₀は、Ｃ₀＝ε₀ε・（Ｓ／ｄ₁）＋ε₀ε・（Ｓ’／（ｄ₁＋ｄ₂）） ……（６）
面積増加分がＳ’となるように脚９が変位した後の容量Ｃ₁は、Ｃ₁＝ε₀ε・（Ｓ／ｄ₁）＋ε₀ε・（Ｓ’／ｄ₁） ……（７）
（ただし、ε₀εは電極間の空間の誘電率）よって、電極１個あたりの容量変化量ΔＣは、（６）、（７）式より、 ΔＣ＝Ｃ₁－Ｃ₀ ＝ε₀ε・（Ｓ’／ｄ₁）－ε₀ε・（Ｓ’／（ｄ₁＋ｄ₂））
＝ε₀εＳ’・［（１／ｄ₁）－｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］ ……（８）
【００４５】図１３、図１４に示した既出願のジャイロスコープにおける容量変化量よりも本発明のジャイロスコープにおいてｎ個の電極を設けた場合の容量変化量の方が大きくなる条件は、（８）式より、ｎ・［（１／ｄ₁）－｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］＞２×（１／ｄ₁） …（９）
となる。本実施の形態の場合、ｎ＝６であるから、６×［（１／ｄ₁）－｛１／（ｄ₁＋ｄ₂）｝］＞２×（１／ｄ₁）
ｄ₂＞１／２・ｄ₁……（１０）
したがって、検出用可動電極となる凸部の高さｄ₂はｄ₁の１／２以上、すなわち、検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂの間のギャップの半分以上とすることが望ましい。例えば検出用可動電極５ａ，５ｂと検出用固定電極６ａ，６ｂの間のギャップを１０μｍとすると、凸部９ａの高さ（言い換えると溝９ｂ（凹部）の深さ、凹凸加工時のエッチング量でもある）は５μｍ以上とすることが望ましい。
【００４６】また、本実施の形態のジャイロスコープ１は、音叉２が２枚のガラス基板７、８の間に挟持されているため、ガラス基板７、８によって音叉２の部分が保護され、取り扱いやすいものとなっている。さらに、音叉２の部分に塵埃が入りにくい構造であるから、外乱が抑制され、センサ精度を向上することができる。また、真空封止も行える構造であり、これによれば更にＱ値を向上させることができる。
【００４７】なお、本実施の形態においては、脚９の上面、下面の両面に検出用可動電極５ａ，５ｂを形成し、検出用可動電極の数をより多くした例を示したが、この例に限らず、検出用可動電極は脚９の上面、下面のいずれか一面のみに形成しても良い。
【００４８】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２の実施の形態を図７を参照して説明する。図７は本実施の形態のジャイロスコープの脚１本分の電極構成を示す拡大図である。本実施の形態のジャイロスコープの基本的な構成は第１の実施の形態と全く同様であり、本実施の形態のジャイロスコープが第１の実施の形態と異なる点は、脚１本あたりの電極の構成のみである。以下では、図４と共通の構成要素に同一の符号を付した図７を用いて異なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略する。
【００４９】第１の実施の形態においては、１本の脚９に対して、脚９の上面および下面、上側ガラス基板７の下面および下側ガラス基板８の上面に、検出用可動電極５ａ，５ｂ、検出用固定電極６ａ，６ｂがそれぞれ６個ずつ設けられていた。これに対して、本実施の形態のジャイロスコープ２３では、脚９の上面および下面にそれぞれ３個ずつの検出用可動電極２４ａ，２４ｂが設けられ、上側ガラス基板７の下面および下側ガラス基板８の上面に６個ずつの検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが設けられている。
【００５０】すなわち、各脚９の上面の先端寄りの位置には、各脚９に対して３個の凸部９ａからなる検出用可動電極２４ａが、脚９の長手方向に延在するように設けられている。同様に、下面側にも３個の検出用可動電極２４ｂが脚９の長手方向に延在するように設けられている。一方、上側ガラス基板７の下面の駆動用固定電極４ａの形成位置よりも脚９の先端部寄りの位置には、各検出用可動電極２４ａと対向するように各検出用可動電極２４ａに対して２個ずつ（１対）、各脚９に対して６個ずつ（３対）の検出用固定電極６ａ，６ｃが設けられている。これら１脚あたり６個の検出用固定電極６ａ，６ｃは、１個おきにそれぞれ並列接続された２つの電極群（６ａからなる群と６ｃからなる群）からなり、並列接続された各電極群から検出信号取出用の配線（図示略）がそれぞれ延びている。すなわち、本実施の形態では、検出用固定電極６ａ，６ｃ側が２つの電極群で構成されており、検出用固定電極６ａ，６ｃの各電極群の電極数（３個）が、検出用可動電極２４ａの電極数（３個）と同一であって、検出用固定電極６ａ，６ｃの各電極群内の電極が互いに並列接続された構成である。同様に、下側ガラス基板８の上面にも、各検出用可動電極２４ｂと対向するように各検出用可動電極２４ｂに対して２個ずつ（１対）の検出用固定電極６ｂ，６ｄが設けられている。
【００５１】図７に示すように、各脚９上の検出用可動電極２４ａ，２４ｂと上側ガラス基板７、下側ガラス基板８上の１対の検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとは対向配置されているが、脚９の変位検出方向における検出用可動電極２４ａ，２４ｂの両外端（図７における左端と右端）と１対の検出用固定電極６ａ，６ｃ、６ｂ，６ｄの各々の外端が揃うように完全に対向配置されているわけではなく、１対の検出用固定電極６ａ，６ｃ、６ｂ，６ｄをなす各電極の外端が各検出用可動電極２４ａ，２４ｂの両外端よりも脚９の最大振幅以上外側にはみ出している。また、各検出用可動電極２４ａ，２４ｂの幅Ｗ１および各検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの幅Ｗ２は、脚９の最大振幅以上の寸法に設定されている。
【００５２】ここで、各部の寸法の一例を示すと、１つの脚９の幅Ｗが２００μｍ、各検出用可動電極２４ａ，２４ｂの幅Ｗ１が３５μｍ、検出用可動電極２４ａ，２４ｂ間の間隔Ｇ１が１５μｍ、各検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの幅Ｗ２が２０μｍ、検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ間の間隔Ｇ２が５μｍ、一対の検出用固定電極６ａ，６ｃ、６ｂ，６ｄの各々の外端の検出用可動電極２４ａ，２４ｂ外端からのはみ出し量Ｚが５μｍ、である。なお、この脚９の変位検出方向の最大振幅は１μｍに設定している。本例では、一対の検出用固定電極６ａ，６ｃ、６ｂ，６ｄのうち、一方の検出用固定電極６ａ，６ｂの外端の検出用可動電極２４ａ，２４ｂ外端からのはみ出し量と、他方の検出用固定電極６ｃ，６ｄの外端の検出用可動電極２４ａ，２４ｂ外端からのはみ出し量とを同じにしているが、これらのはみ出し量はともに脚９の最大振幅以上の寸法にすればよく、必ずしも同じでなくても良い。
【００５３】本実施の形態のジャイロスコープ１を使用する際には、音叉２と駆動用固定電極の配線との間に駆動源としての発振器を接続し、検出用可動電極２４ａ，２４ｂの配線と一方の電極群の検出用固定電極６ａ，６ｂの配線との間に第１の容量検出器を接続するとともに、検出用可動電極２４ａ，２４ｂの配線と他方の電極群の検出用固定電極６ｃ，６ｄの配線との間に第２の容量検出器を接続する。発振器を駆動して音叉２－駆動用固定電極間に数ｋＨｚ程度の周波数の電圧を印加すると、音叉２の各脚９が鉛直方向に振動する。その状態で、脚９の長手方向を回転軸とする角速度が入力されると、入力された角速度の大きさに応じた水平方向の振動が生じる。この時、音叉２の各脚９の各検出用可動電極２４ａ，２４ｂと上側ガラス基板７の１対の検出用固定電極６ａ，６ｃおよび下側ガラス基板８の１対の検出用固定電極６ｂ，６ｄとが対向した状態にあり、脚９の水平振動に伴って各検出用可動電極２４ａ，２４ｂと各検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの対向面積が変化するため、容量変化が生じる。この時の容量変化量を第１の容量検出器および第２の容量検出器で差動検出することにより角速度の大きさを検出することができる。
【００５４】よって、本実施の形態のジャイロスコープ２３では、従来のジャイロスコープのように脚と脚の間に検出用電極を設ける必要がなくなり、脚間ギャップが小さくできるため、Ｑ値を大きくすることができる。このＱ値の増大により、角速度センサとしての検出感度の向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化が図れる、といった第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、従来のジャイロスコープに比べて検出感度が向上する点も第１の実施の形態と同様である。
【００５５】さらに、本実施の形態では差動検出法を採用しているが、各電極群毎の初期容量値の和が互いに等しいため、差分をとると初期容量値分が消去され、容量変化量のみが残る。したがって、初期容量値の中に含まれるノイズ成分をキャンセルすることができるので、検出精度を向上させることができる。また本実施の形態の場合、検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ側が２つの電極群で構成されており、検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの各電極群の電極数（３個）が、検出用可動電極２４ａ，２４ｂの電極数（３個）と同一であり、２つの電極群を構成する各検出用固定電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを、これと対向する１つの検出用可動電極２４ａ，２４ｂに対して互いに対となる構成としているので、脚９の幅方向を最も有効に利用することができる。
【００５６】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３の実施の形態を図８を参照して説明する。図８は本実施の形態のジャイロスコープを示す断面図であり、第１の実施の形態における図３に相当している。本実施の形態および次に説明する第４の実施の形態のジャイロスコープの基本構成は第１、第２の実施の形態と全く同様であって、異なる点は、検出用可動電極を形成するに際して脚を凹凸加工するが、脚表面のどの領域まで凸部（または凹部）とするかという点のみである。以下では、図３と共通の構成要素に同一の符号を付した図８を用いて異なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略する。
【００５７】図３に示した第１の実施の形態の場合、音叉２の部分は支持部１０の上面から検出用可動電極５ａをなす凸部９ａの上面にわたって元々のシリコン表面が面一状態のまま残っており、隣接する検出用可動電極５ａの間の領域のみが溝状の凹部となっていた。これに対して、本実施の形態では、図８に示すように、脚２７における検出用可動電極５ｃ，５ｄをなす凸部９ａの上面のみが元々のシリコン表面を残した部分であり、それ以外の箇所、すなわち隣接する検出用可動電極５ｃ，５ｄの間の領域、検出用可動電極５ｃ，５ｄの形成領域と支持部１０との間の領域、支持部１０の領域を全てエッチングし、凹部９ｃとした。
【００５８】特に本実施の形態の場合、隣接する検出用可動電極５ｃ，５ｄの間の領域が凹部となるのは勿論のこと、検出用可動電極５ｃ，５ｄの形成領域と支持部１０との間の領域も凹部９ｃとなっており、脚２７の中央部に対して先端側の重量が重くなるので、脚２７がより振動しやすくなり、検出感度を向上させることができる。
【００５９】［第４の実施の形態］以下、本発明の第４の実施の形態を図９を参照して説明する。以下では、図３と共通の構成要素に同一の符号を付した図９を用いて異なる部分のみを説明し、共通部分の説明は省略する。
【００６０】第３の実施の形態では、検出用可動電極５ｃ，５ｄをなす凸部９ａの上面のみを元々のシリコン表面のまま残し、それ以外の領域を全てエッチングして凹部９ｃとした。これに対して、本実施の形態では、脚２９における検出用可動電極５ｃ，５ｄをなす凸部９ａの上面に加えて、支持部１０の部分も元々のシリコン表面のまま残し、隣接する検出用可動電極５ｃ，５ｄの間の領域、検出用可動電極５ｃ，５ｄの形成領域と支持部１０との間の領域をエッチングして凹部９ｄとした。
【００６１】本実施の形態の場合も第３の実施の形態と同様、脚２９の中央部に対して先端側の重量が重く、脚２９がより振動しやすくなるので、検出感度が向上する。それに加えて、脚２９の支持部１０の表面は元々のシリコン表面が残っているので、陽極接合の際にシリコンとガラス基板とが接合されやすく、強固な接合が実現される。
【００６２】［第５の実施の形態］以下、本発明の第５の実施の形態を図１０ないし図１２を参照して説明する。本実施の形態は第１～第５の実施の形態のジャイロスコープを用いた入力装置の例であり、具体的にはパソコンの座標入力装置であるペン型マウスに適用した例である。
【００６３】本実施の形態のペン型マウス３０は、図１０に示すように、ペン型のケース３１の内部に第１～第５の実施の形態で示したようなジャイロスコープ３２ａ、３２ｂが２個収容されている。２個のジャイロスコープ３２ａ、３２ｂは、図１１に示すように、ペン型マウス３０を上から見たとき（図１０の矢印Ａ方向から見たとき）に各ジャイロスコープ３２ａ、３２ｂの音叉の脚の延在方向が直交するように配置されている。また、各ジャイロスコープ３２ａ、３２ｂを駆動し、回転角を検出するための駆動検出回路３３が設けられている。その他、ケース３１内に電池３４が収容されるとともに、一般のマウスのスイッチに相当する２つのスイッチ３５ａ、３５ｂ、マウス本体のスイッチ３６等が備えられている。
【００６４】使用者は、このペン型マウス３０を持ち、所望の方向にペン先を移動させることによって、パソコン画面上のカーソル等をペン先の移動方向に応じて動かすことができる。すなわち、ペン先を図１０中の紙面３７のＸ軸方向に沿って移動させると、ジャイロスコープ３２ｂが回転角θ１を検出し、紙面３７のＹ軸方向に沿って移動させると、ジャイロスコープ３２ａが回転角θ２を検出する。それ以外の方向に移動させた場合には回転角θ１と回転角θ２の組み合わせとなる。したがって、パソコン側では回転角θ１および回転角θ２に対応した信号をペン型マウス３０から受け取って、図１２に示すように、画面３８上のカーソル３９等の移動前の点から画面３８上でのＸ’軸、Ｙ’軸に対応させて回転角θ１、θ２の大きさに対応する距離だけカーソル３９を移動させる。このようにして、このペン型マウス３０は、光学式エンコーダ等を用いた一般のマウスと同様の動作を実現することができる。
【００６５】ここで用いた本発明のジャイロスコープ３２ａ、３２ｂは、小型、低駆動電圧、高感度という特徴を持っているため、本実施の形態のペン型マウス３０のような小型の座標入力機器に好適に使用することができる。また、ナビゲーションやヘッドマウントディスプレイなど、角速度を検知する一般の入力装置に応用が可能である。
【００６６】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記の実施の形態のジャイロスコープにおける電極の数は任意に設定してかまわない。しかしながら、感度向上の面からは、加工が可能である限り、多くすることが望ましい。また、検出用電極の形成位置は、３本の脚で例えば上面側、下面側、上面側というように異なる面側に設けてもよい。また、上記実施の形態では３脚型の音叉を用いた例を示したが、脚の数も変更が可能であり、１本でも良い。
【００６７】また、シリコンからなる音叉を２枚のガラス基板で挟持するのではなく、上側ガラス基板がない構成としてもよい。この場合、より簡易な構造のジャイロスコープとなる。また、陽極接合法による張り合わせを考慮すると、シリコンとガラスの相性がよいが、ガラス基板に関しては任意の基材の表面にガラスを融着したものでも代用できる。また、音叉の材料としてシリコンに代えて、カーボンを用いることも可能である。さらに、音叉とこれを挟む基材からなる３枚の基板を陽極接合法を用いて容易に接合しようとすると、第１～第４の実施の形態で示したように、音叉の材料としてシリコンを用い、基材としてガラス基板を用いるのが好適である。しかしながら、３枚の基板の接合法として陽極接合法にこだわらないならば、３枚の基板を全てシリコンで構成することも可能である。その他、各種構成部材の材料、寸法等の具体的な記載は上記実施の形態に限ることなく、適宜変更が可能である。
【００６８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明のジャイロスコープにおいては、従来のように音叉の脚と脚との間に検出用電極を設ける必要がなくなるため、Ｑ値を大きくすることができ、検出感度の向上、駆動電圧の低減、デバイスの小型化を図ることができる。このジャイロスコープの使用により、例えばパソコンの座標入力装置等の小型の機器を実現することができる。

【出願人】	【識別番号】００００１００９８【氏名又は名称】アルプス電気株式会社【識別番号】０００１６７９８９【氏名又は名称】江刺正喜
【出願日】	平成１１年１１月９日（１９９９．１１．９）
【代理人】	【識別番号】１０００６４９０８【弁理士】【氏名又は名称】志賀正武（外７名）
【公開番号】	特開２００１－１４１４６１（Ｐ２００１－１４１４６１Ａ）
【公開日】	平成１３年５月２５日（２００１．５．２５）
【出願番号】	特願平１１－３１８８７３