CN102725606A - 角速度传感器 - Google Patents

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CN102725606A CN2011800075163A CN201180007516A CN102725606A CN 102725606 A CN102725606 A CN 102725606A CN 2011800075163 A CN2011800075163 A CN 2011800075163A CN 201180007516 A CN201180007516 A CN 201180007516A CN 102725606 A CN102725606 A CN 102725606A
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Abstract

角速度传感器在相互正交的X轴、Y轴、Z轴上具备:支撑体;与支撑体结合的保持部;第1锤至第4锤;第1臂至第4臂;使第1臂至第4臂驱动的驱动单元;对第1臂至第4臂的位移进行检测的监视单元;和对第1臂至第4臂的位移进行检测的检测单元。检测单元相对于与X轴平行的轴对称地设置,并且相对于与Y轴平行的轴对称地设置。该角速度传感器能够抵消加速度或冲击等干扰所引起的无用信号,能够高精度地检测角速度。

Description

角速度传感器
技术领域
本发明涉及在便携式终端或车辆等可动的装置中使用的角速度传感器。
背景技术
图34是现有的角速度传感器101的立体图。角速度传感器101具备:框体102;悬架于框体102的横梁103;被横梁103支撑的臂104、105、106、107;和与臂104、105、106、107连接的锤(weight)108、109、110、111;使臂104、105、106、107驱动的驱动部112;对臂104、105、106、107的位移进行检测的监视部113;和对臂104、105、106、107的位移进行检测的检测部114、115。在相互正交的X轴、Y轴、Z轴上,横梁103在X轴方向上延伸。臂104、105的各自的一端被横梁103支撑而在Y轴的正方向上延伸出去。在臂104、105的各自的另一端连接有锤108、109。臂106、107的各自的一端被横梁103支撑而在Y轴的负方向上延伸出去。在臂106、107的各自的另一端连接有锤110、111。驱动部112使臂104、105、106、107在X轴方向上驱动。监视部113对臂104、105、106、107的X轴方向的位移进行检测。检测部114、115对臂104、105、106、107的Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测。
角速度传感器101有时由于加速度或冲击等干扰所引起的无用信号而无法高精度地检测角速度。
另外,在专利文献1中记载了与现有的角速度传感器101类似的角速度传感器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:JP特开2008-46056号公报
发明内容
角速度传感器在相互正交的X轴、Y轴、Z轴上具备:支撑体;与支撑体结合的保持部;第1锤至第4锤;第1臂至第4臂;使第1臂至第4臂驱动的驱动单元;对第1臂至第4臂的位移进行检测的监视单元;和对第1臂至第4臂的位移进行检测的检测单元。检测单元相对于与X轴平行的轴对称地设置,并且相对于与Y轴平行的轴对称地设置。
该角速度传感器能够抵消加速度或冲击等干扰所引起的无用信号,能够高精度地检测角速度。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的角速度传感器的俯视图。
图2是图1所示的角速度传感器的线2-2上的简要剖面图。
图3是表示实施方式1中的角速度传感器的信号的相位的图。
图4是与实施方式1中的角速度传感器连接的驱动电路的电路图。
图5A是表示实施方式1中的角速度传感器的动作的示意俯视图。
图5B是表示实施方式1中的角速度传感器的动作的示意俯视图。
图6是表示实施方式1中的角速度传感器的信号的相位的图。
图7是与实施方式1中的角速度传感器连接的检测电路的电路图。
图8是实施方式1中的其他角速度传感器的俯视图。
图9是本发明的实施方式2中的角速度传感器的俯视图。
图10是表示实施方式2中的角速度传感器的信号的相位的图。
图11是本发明的实施方式3中的角速度传感器的框图。
图12是表示实施方式3中的角速度传感器的信号的相位的图。
图13是实施方式4中的角速度传感器的俯视图。
图14是实施方式4中的角速度传感器的放大俯视图。
图15是表示实施方式4中的角速度传感器的检测部间的中间线的位置与无用信号的大小之间的关系的图。
图16是本发明的实施方式5中的角速度传感器的俯视图。
图17是图16所示的角速度传感器的线17-17上的简要剖面图。
图18是表示实施方式5中的角速度传感器的信号的相位的图。
图19是与实施方式5中的角速度传感器连接的驱动电路的电路图。
图20A是表示实施方式5中的角速度传感器的动作的示意俯视图。
图20B是表示实施方式5中的角速度传感器的动作的示意俯视图。
图21是表示实施方式5中的角速度传感器的信号的相位的图。
图22是与实施方式5中的角速度传感器连接的检测电路的电路图。
图23是实施方式5中的其他角速度传感器的俯视图。
图24是本发明的实施方式6中的角速度传感器的俯视图。
图25是图24所示的角速度传感器的线25-25上的简要剖面图。
图26是表示实施方式6中的角速度传感器的信号的相位的图。
图27是与实施方式6中的角速度传感器连接的驱动电路的电路图。
图28A是表示实施方式6中的角速度传感器的动作的示意俯视图。
图28B是表示实施方式6中的角速度传感器的动作的示意俯视图。
图29是表示实施方式6中的角速度传感器的信号的相位的图。
图30是与实施方式6中的角速度传感器连接的检测电路的电路图。
图31是表示实施方式6中的角速度传感器的信号的相位的图。
图32是实施方式6中的其他角速度传感器的俯视图。
图33是实施方式6中的又一其他的角速度传感器的俯视图。
图34是现有的角速度传感器的立体图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1中的角速度传感器116的俯视图。
在图1中,定义相互正交的X轴、Y轴、Z轴。并且,定义包括X轴和Y轴的XY平面。角速度传感器116具备:具有框架形状的支撑体117;与Y轴平行地悬架于支撑体117的纵梁118、119;悬架于纵梁118、119间的横梁120;锤125~128;设置于横梁120的中间部194的保持部195;被保持部195支撑的臂121~124;将臂121~124与XY平面平行地驱动并使之振动的驱动单元191;对臂121~124的与XY平面平行的方向的位移进行检测的监视单元192;和对锤125~128的X轴方向的位移或Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测的检测单元193。检测单元193对臂121~124的位移即X轴方向的位移或Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测。支撑体117按照被固定于施加角速度的被测定物117C的方式构成。臂121具有被保持部195支撑的一端121A、和与锤125连接的另一端121B,从一端121A向Y轴的正方向延伸出去。臂122具有被保持部195支撑的一端122A、和与锤126连接的另一端122B,从一端122A向Y轴的正方向延伸出去。臂123具有被保持部195支撑的一端123A、和与锤127连接的另一端123B,从一端123A向Y轴的负方向延伸出去。臂124具有被保持部195支撑的一端124A、和与锤128连接的另一端124B,从一端124A向Y轴的负方向延伸出去。驱动单元191具有使臂121~124与XY平面平行地振动的驱动部129~136。监视单元192具有分别对臂121~124的X轴方向的位移进行检测的监视部137~140。检测单元193具有对锤125~128的Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测的检测部141~148。保持部195经由横梁120和纵梁118、119与支撑体117结合。在支撑体117与纵梁118之间设置有狭缝117A,在支撑体117与纵梁119之间设置有狭缝117B。通过在支撑体117与纵梁118、119之间设置狭缝117A、117B,能够抑制将角速度传感器116粘合于封装体或下盖等时的应力传递到横梁120或臂121~124的情况。
此外,在支撑体117上也可以不设置狭缝117A、117B。在此情况下,支撑体117的一部分起到纵梁118、119的作用。在此情况下,能够减小角速度传感器116的X轴方向的宽度。
支撑体117是对纵梁118、119进行支撑的固定部件,利用另外的支撑部件或粘合剂等而固定于保存角速度传感器116的封装体。在支撑体117的外缘部设置有多个电极焊盘(electrode pad)149。多个电极焊盘149通过布线与驱动部129~136、监视部137~140以及检测部141~148分别电连接。
纵梁118以及纵梁119与Y轴平行地延伸,通过两端与支撑体117连接而悬架于支撑体117。由此,纵梁118以及纵梁119能够在Z轴方向上弯曲(warp)。此外,纵梁118和纵梁119按照相对于与Y轴平行的轴AY11实质上相互对称的方式形成。由此,针对提供给角速度传感器116的角速度,纵梁118和纵梁119实质上以相同的振幅弯曲。
横梁120与X轴平行地延伸,一端实质上与纵梁118的中点连接,另一端实质上与纵梁119的中点连接。由此,横梁120能够在Z轴方向上弯曲。
臂121具有从与保持部195连接的一端121A向Y轴正方向延伸出去的延长部121C、从延长部121C向X轴正方向延伸的延长部121D、和从延长部121D向Y轴负方向延伸的延长部121E,实质上(substantially)具有J字形状。另一端121B是延长部121E的端部,连接有锤125。
臂122具有从与保持部195连接的一端122A向Y轴正方向延伸出去的延长部122C、从延长部122C向X轴负方向延伸的延长部122D、和从延长部122D向Y轴负方向延伸的延长部122E,实质上具有J字形状。另一端122B是延长部122E的端部,连接有锤126。
臂123具有从与保持部195连接的一端123A向Y轴负方向延伸出去的延长部123C、从延长部123C向X轴正方向延伸的延长部123D、和从延长部123D向Y轴正方向延伸的延长部123E,实质上具有J字形状。另一端123B是延长部123E的端部,连接有锤127。
臂124具有从与保持部195连接的一端124A向Y轴负方向延伸出去的延长部124C、从延长部124C向X轴负方向延伸的延长部124D、和从延长部124D向Y轴正方向延伸的延长部124E,实质上具有J字形状。另一端124B是延长部124E的端部,连接有锤128。
臂121~124能够在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上弯曲。
臂121和臂122,相对于与Y轴平行的轴AY11相互对称地形成。臂123和臂124,相对于轴AY11相互对称地形成。臂121和臂123,相对于与X轴平行的轴AX11相互对称地形成。臂122和臂124,相对于轴AX11相互对称地形成。通过该构造,针对提供给角速度传感器116的角速度,臂121~124实质上以相同的振幅弯曲。
支撑体117、纵梁118、119、横梁120以及臂121~124,既可以使用水晶、LiTaO3或LiNbO3等压电材料来形成,也可以使用硅、金刚石、熔融石英、矾土或GaAs等非压电材料来形成。特别是,通过使用硅,能够利用微加工技术形成非常小型的角速度传感器116,并且还能够与构成电路的集成电路(IC)形成为一体。
支撑体117、纵梁118、119、横梁120以及臂121~124,既可以在由分别不同的材料或相同的材料形成之后进行组装来形成,也可以使用相同的材料形成为一体。在使用相同的材料形成为一体的情况下,通过使用干蚀或湿蚀,能够在同一工序中形成支撑体117、纵梁118、119、横梁120以及臂121~124,因此能够高效地进行制造。
驱动部129~136使臂121~124在X轴方向上驱动并产生位移。在实施方式1中,驱动部129~136采用了使用PZT等压电元件的压电方式,但也可以使用利用电极间的静电电容的静电方式。
图2是图1所示的驱动部129、130的线2-2上的简要剖面图。由下部电极129A、130A以及上部电极129C、130C分别夹持压电元件129B、130B而形成的驱动部129、130设置于臂121的上表面。即,驱动部129、130由设置于臂121的上表面的下部电极129A、130A、设置于下部电极129A、130A的上表面的压电元件129B、130B、和设置于压电元件129B、130B的上表面的上部电极129C、130C构成。下部电极129A、130A以及上部电极129C、130C可以由铂(Pt)、金(Au)、铝(Al)或者以这些为主要成分的合金或氧化物来形成。另外,作为下部电极129A、130A优选使用铂(Pt)。由此,能够使作为压电元件129B、130B的材料的PZT在一个方向上定向。此外,作为上部电极129C、130C,优选使用金(Au)。由此,由于电阻值的经时劣化较少,因此能够成为可靠性优异的角速度传感器116。在此,下部电极129A、130A都成为基准电位,通过对上部电极129C、130C施加交流的驱动电压,能够使臂121在X轴方向上振动。另外,也可以对下部电极129A、130A以及上部电极129C、130C都施加交流的驱动电压。由此,能够高效地使臂121振动。驱动部131~136具有与驱动部129、130同样的构造,分别设置于臂122~124的上表面。另外,如图1所示,驱动部129~136设置于臂121~124上的锤125~128的一侧即延长部121E~124E。由此,能够为了设置检测部141~148而确保臂121~124上的横梁120的一侧的部分的面积。另一方面,在将驱动部129~136设置于臂121~124上的横梁120的一侧即延长部121C~124C的情况下,驱动部129~136能够高效地对臂121~124进行驱动并使其振动。在此情况下,由于驱动部129~136能够具有较大的面积,因此能够增大臂121~124的振动的振幅,能够提高角速度传感器116的灵敏度。
图3是表示提供给驱动部129~136的驱动信号的相位、和臂121~124的振动的相位的图。对驱动部129、131、133、135被提供彼此同相位(+)的驱动信号,对驱动部130、132、134、136提供与驱动部129、131、133、135反相位(-)的驱动信号。由此,臂121和臂123以同相位(+)在X轴方向上振动,臂122和臂124以臂121和臂123的反相位(-)在X轴方向上振动。
监视部137~140对臂121~124的X轴方向的位移进行检测,输出与该位移相应的监视信号。在实施方式1中,监视部137~140采用了使用压电元件的压电方式,但也可以采用利用电极间的静电电容的静电方式。
监视部137~140,与图2所示的驱动部129、130同样地,由下部电极和上部电极夹持压电元件而形成,设置于臂121~124的上表面。此外,监视部137~140,设置在相对于图3所示的臂121~124的振动的相位能够得到同相位的监视信号的位置。另外,监视部137~140,如图1所示,分别设置于臂121~124上的横梁120的一侧即延长部121C~124C。由此,监视部137~140能够以小面积高效率地检测位移所导致的臂121~124的变形。另外,为了确保设置检测部141~148的部分的面积,监视部137~140的面积优选小于检测部141~148。
检测部141~148对臂121~124的Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测。检测部141~148采用了使用压电元件的压电方式,但也可以采用利用电极间的静电电容的静电方式。
检测部141~148,与图2所示的驱动部129、130同样地,由下部电极和上部电极夹持压电元件而形成,设置于臂121~124的上表面。另外,检测部141~148,如图1所示,设置于臂121~124上的横梁120的一侧即延长部121C~124C。由此,检测部141~148能够高效地检测位移。在此情况下,检测部141~148具有较大的面积,因此能够提高角速度传感器116的灵敏度。另一方面,在检测部141~148分别设置于臂121~124上的锤125~128的一侧即延长部121E~124E的情况下,能够为了设置驱动部129~136而确保臂121~124上的横梁120的一侧的部分的面积。
在图34所示的现有的角速度传感器101中,由于检测部114、115没有相对于与Y轴平行的轴BY以及与X轴平行的轴BX对称地设置,因此无法抵消加速度或冲击等干扰所引起的无用信号,存在无法高精度地检测角速度的情况。
检测部141和检测部143,相对于与Y轴平行的轴AY11相互对称地设置。检测部142和检测部144,相对于轴AY11相互对称地设置。检测部145和检测部147,相对于轴AY11相互对称地设置。检测部146和检测部148,相对于轴AY11相互对称地设置。检测部141和检测部145,相对于与X轴平行的轴AX11相互对称地设置。检测部142和检测部146,相对于轴AX11相互对称地设置。检测部143和检测部147,相对于轴AX11相互对称地设置。检测部144和检测部148,相对于轴AX11相互对称地设置。像这样,通过将由检测部141~148构成的检测单元193相对于轴AY11以及轴AX11对称地设置,能够抵消加速度或冲击等干扰所引起的无用信号,角速度传感器116能够以高精度检测角速度。
图4是与角速度传感器116连接的驱动电路150的电路图。作为多个电极焊盘149的一部分的电极焊盘149A~149H与驱动部129~136分别电连接。作为多个电极焊盘149的一部分的电极焊盘149I~149L与监视部137~140分别电连接。与电极焊盘149I~149L连接的信号线在连接点196上连接。从电极焊盘149I~149L输出的作为监视信号的电流在连接点196上被合计并被输入至IV变换放大器151来变换为电压。该电压,被自动增益控制器(AGC)152调整为一定振幅的电压并被输出。从AGC152输出的电压的无用频率分量被滤波器153去除。从滤波器152输出的电压被驱动放大器154反转放大并提供给电极焊盘149B、149D、149F、149H。此外,从驱动放大器154输出的驱动信号,被驱动放大器155反转放大并提供给电极焊盘149A、149C、149E、149G。通过该构成,驱动电路150将具有图3所示的相位的驱动信号提供给驱动部129~136,能够使臂121~124以图3所示的相位振动。
图5A和图5B是表示对角速度传感器116施加了角速度的情况下的动作的示意俯视图。
图5A是对围绕Z轴的角速度157进行检测的情况下的角速度传感器116的俯视图。通过从驱动电路150对驱动部129~136提供驱动信号,从而在锤125~128上以X轴方向的固有的驱动振动频率产生驱动振动156。若对角速度传感器116给予围绕Z轴的角速度157,则在Y轴方向上产生科里奥利力,在锤125~128上产生检测振动158。在锤125~128上产生Y轴方向的检测振动158的结果是,臂121~124在X轴方向上振动。另外,臂121、123与臂122、124以彼此相反的相位进行驱动振动,因此臂121、123的检测振动与臂122、124的检测振动相互成为反相位。
由于检测振动158而从检测部141~148输出的检测信号,具有与驱动振动156相同的频率,并且,具有依赖于角速度157的振幅。因此,通过对该检测信号的大小进行测定,能够检测角速度157的大小ωz。
图5B是对围绕Y轴的角速度159进行检测的角速度传感器116的俯视图。若输入了围绕Y轴的角速度159,则通过科里奥利力在锤125~128上产生Z轴方向的检测振动160。臂121、123与臂122、124以彼此相反的相位进行驱动振动,因此臂121、123的检测振动与臂122、124的检测振动相互成为反相位。
由于检测振动160而从检测部141~148输出的检测信号,具有与驱动振动156相同的频率,并且,具有依赖于角速度159的振幅。因此,通过对该检测信号的大小进行测定,能够检测角速度159的大小ωy。
图6表示从检测部141~148分别输出的信号S101~S108,具体来说,示出了信号S101~S108各自的驱动信号所引起的分量的相位、围绕X轴、Y轴以及Z轴的角速度所引起的分量的相位、以及X轴、Y轴以及Z轴方向的加速度所引起的分量的相位。
根据图6,围绕Z轴的角速度157的大小ωz,可以通过以下的式1获得。
ωz={(S102+S105)+(S103+S108)}-{(S101+S106)+(S104+S107)}…(式1)
此外,围绕Y轴的角速度159的大小ωy,可以通过以下的式2获得。
ωy={(S102+S105)+(S101+S106)}-{(S103+S108)+(S104+S107)}…(式2)
在图6中,根据各单元191~193的对称性,例如驱动信号所引起的分量的大小在信号S101~S108中相同。此外,围绕X轴的角速度所引起的分量的大小在信号S101~S108中相同,关于其他角速度、加速度也是同样。若将驱动振动所引起的分量的相位代入用于获得角速度157的大小ωz的式1,则式1的值成为0。即,虽然在检测部141~148中驱动信号所引起的分量作为无用信号而混入,但该信号通过式1的运算而相互抵消。同样,若将围绕X轴的角速度所引起的分量的相位代入式1,则式1的值成为0。若代入围绕Y轴的角速度所引起的分量的相位,则式1的值成为0。若代入X轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式1的值成为0。若代入Y轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式1的值成为0。若代入Z轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式1的值成为0。即,即使混入作为无用信号的围绕其他轴的角速度、加速度所导致的无用信号,通过式1的运算也被相互抵消。
同样地,若对用于获得围绕Y轴的角速度159的大小ωy的式2代入驱动信号所引起的分量的相位,则式2的值成为0。若代入围绕X轴的角速度所引起的分量的相位,则式2的值成为0。若代入围绕Z轴的角速度所引起的分量的相位,则式2的值成为0。若代入X轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式2的值成为0。若代入Y轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式2的值成为0。若代入Z轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式2的值成为0。即,即使混入作为无用信号的由驱动振动、围绕其他轴的角速度以及加速度导致的无用信号,通过式2的运算也被相互抵消。
像这样,通过将由检测部141~148构成的检测单元193相对于与Y轴平行的轴AY11以及与X轴平行的轴AX11对称地设置,能够使作为无用信号的驱动信号、围绕其他轴的角速度以及加速度的分量抵消。
图7是与角速度传感器116连接的检测电路161的电路图。作为多个电极焊盘149的一部分的电极焊盘149-1~149-8,与检测部141~148分别电连接。式1以及式2的运算,可以通过图7所示的检测电路161来进行。
与电极焊盘149-2连接的信号线和与电极焊盘149-5连接的信号线在连接点196A上连接。从电极焊盘149-2输出的电流即信号S102和从电极焊盘149-5输出的电流即信号S105在连接点196A上被合计并被输入到IV变换放大器162A,变换为电压后输出。与电极焊盘149-3连接的信号线和与电极焊盘149-8连接的信号线在连接点196B上连接。从电极焊盘149-3输出的电流即信号S103和从电极焊盘149-8输出的电流即信号S108在连接点196B上被合计并被输入到IV变换放大器162B,变换为电压后输出。与电极焊盘149-1连接的信号线和与电极焊盘149-6连接的信号线在连接点196C上连接。从电极焊盘149-1输出的电流即信号S101和从电极焊盘149-6输出的电流即信号S106在连接点196C上被合计并被输入到IV变换放大器162C,变换为电压后输出。与电极焊盘149-4连接的信号线和与电极焊盘149-7连接的信号线在连接点196D上连接。从电极焊盘149-4输出的电流即信号S104和从电极焊盘149-7输出的电流即信号S107在连接点196D上被合计并被输入到IV变换放大器162D,变换为电压后输出。
围绕Z轴的角速度157的大小ωz通过以下的构成来算出。来自IV变换放大器162A的输出和来自IV变换放大器162B的输出分别经由电阻RA11和电阻RB11而被接线,来自IV变换放大器162C的输出和来自IV变换放大器162D的输出分别经由电阻RC11和电阻RD11而被接线,它们被输入到差动放大器163Z。在实施方式1中,电阻RA11、RB11具有相同的电阻值,电阻RC11、RD11具有相同的电阻值。并且,利用从驱动电路150输出的信号由检波电路164Z来对从差动放大器163Z输出的信号进行检波。将由低通滤波器165Z从检波后的信号中提取的信号作为围绕Z轴的角速度157的大小ωz从输出端子166Z输出。
围绕Y轴的角速度159的大小ωy通过以下的构成来算出。来自IV变换放大器162A的输出和来自IV变换放大器162C的输出分别经由电阻RA12和电阻RC12而被接线,来自IV变换放大器162B的输出和来自IV变换放大器162D的输出分别经由电阻RB12和电阻RD12而被接线,它们被输入到差动放大器163Y。在实施方式1中,电阻RA12、RC12具有相同的电阻值,电阻RB12、RD12具有相同的电阻值。并且,利用从驱动电路150输出的信号由检波电路164Y来对从差动放大器163Y输出的信号进行检波。将由低通滤波器165Y从检波后的信号中提取的信号作为围绕Y轴的角速度159的大小ωy从输出端子166Y输出。
如图6以及图7所示,驱动信号所引起的分量,在输入到IV变换放大器162A~162D之前,通过电极焊盘149-1~149-8的接线而被抵消。因此,在用IV变换放大器162A~162D放大之前,能够抵消驱动信号所引起的分量。
此外,围绕Y轴的角速度159所引起的分量,在输入到用于检测围绕Z轴的角速度157的差动放大器163Z之前,通过IV变换放大器162A~162D的接线而被抵消。因此,在用差动放大器163Z放大之前,能够抵消围绕Y轴的角速度159所引起的分量。
此外,角速度157所引起的分量,在输入到用于检测围绕Y轴的角速度159的差动放大器163Y之前,通过IV变换放大器162A~162D的接线而被抵消。
此外,X轴方向的加速度所引起的分量,在输入到IV变换放大器162A~162D之前能够抵消,Y轴方向的加速度所引起的分量,在用差动放大器163Z放大之前能够抵消。
如上所述,通过将具备检测部141~148的检测单元193相对于与Y轴平行的轴AY11以及与X轴平行的轴AX11对称地设置,能够抵消作为无用信号的驱动信号所引起的分量、和围绕其他轴的角速度所引起的分量以及加速度所引起的分量。
此外,检测部141、142,相对于与Y轴平行的轴AY12相互对称地设置。检测部143、144,相对于与轴AY11平行的轴AY13相互对称地设置。轴AY13相对于轴AY11与轴AY12对称。检测部145、146,相对于轴AY12相互对称地设置。检测部147、148,相对于轴AY13相互对称地设置。
图8是实施方式1的其他角速度传感器116A的俯视图。在图8中,对与图1所示的角速度传感器116相同的部分赋予相同的参照编号。图8所示的角速度传感器116A的驱动单元191,还具有:设置于臂121的延长部121D的驱动部167、168;设置于臂122的延长部122D的驱动部169、170;设置于臂123的延长部123D的驱动部171、172;和设置于臂124的延长部124D的驱动部173、174。由此,使臂121~124在Y轴方向上也能够振动,还能够检测围绕X轴的角速度。在此情况下,围绕X轴的角速度的大小ωx能够通过式3而获得。
ωx=(S101+S102+S103+S104)-(S105+S106+S107+S108)…(式3)
驱动部167、168相对于与轴AX11平行的轴AX12相互对称地设置。驱动部169、170相对于轴AX12相互对称地设置。驱动部171、172,相对于与轴AX11平行的轴AX13相互对称地设置。轴AX13相对于轴AX11与轴AX12对称。驱动部173、174相对于轴AX13相互对称地设置。
此外,驱动部167、171相对于轴AX11相互对称地设置。驱动部168、172相对于轴AX11相互对称地设置。驱动部169、173相对于轴AX11相互对称地设置。驱动部170、174相对于轴AX11相互对称地设置。
此外,驱动部167、169相对于轴AY11相互对称地设置。驱动部168、170相对于轴AY11相互对称地设置。驱动部171、173相对于轴AY11相互对称地设置。驱动部172、174相对于轴AY11相互对称地设置。
通过驱动部167~174,能够同时检测3个轴的角速度,并且在各轴的角速度的检测过程中,能够抵消作为无用信号的驱动信号、围绕其他轴的角速度以及加速度所引起的分量。
另外,在实施方式1中的角速度传感器116、116A中,采用了用横梁120来支撑连接有锤125~128的臂121~124,用纵梁118、119来支撑横梁120,并且用支撑体117来支撑纵梁118、119的构造。通过该构造,能够同时检测3个轴的角速度,但产生容易受到加速度或冲击等的影响的缺点。因此,在角速度传感器116、116A的元件构造中抵消围绕其他轴的角速度以及加速度所引起的分量的效果尤其显著。
(实施方式2)
图9是实施方式2中的角速度传感器175的俯视图。在图9中,对与图8所示的实施方式1中的角速度传感器116A相同的部分赋予相同的参照编号。图9所示的角速度传感器175的检测单元193,还具有:设置于纵梁118上的检测部176、178;和设置于纵梁119上的检测部177、179。
纵梁118具有与锤125和臂121对置的部分118C、以及与锤127和臂123对置的部分118D。在纵梁118上的臂121的一侧即部分118C设置有检测部176,在纵梁118上的臂123的一侧即部分118D设置有检测部178。此外,纵梁119具有与锤126和臂122对置的部分119C、以及与锤128和臂124对置的部分119D。在纵梁119上的臂122的一侧即部分119C设置有检测部177,在纵梁119上的臂124的一侧即部分119D设置有检测部179。
检测部176和检测部177相对于轴AY11相互对称地设置。检测部178和检测部179相对于轴AY11相互对称地设置。此外,检测部176和检测部178相对于轴AX11相互对称地设置。检测部177和检测部179相对于轴AX11相互对称地设置。
利用检测部176~179,能够检测施加于角速度传感器175的围绕X轴的角速度。
图10表示从检测部176~179分别输出的信号S109~S112,具体来说,示出了信号S109~S112的驱动信号所引起的分量的相位、围绕X轴、Y轴以及Z轴的角速度所引起的分量的相位、以及X轴、Y轴以及Z轴方向的加速度所引起的分量的相位。
根据图10,围绕X轴的角速度的大小ωx2能够通过式4获得。
ωx2=(S109+S111)-(S110+S112)…(式4)
在图10中,由于各单元191~193的对称性,例如围绕X轴的角速度所引起的分量的大小在信号S109~S112中相同,关于其他的角速度、加速度也是同样。在此,对于用于获得围绕X轴的角速度的大小ωx2的式4,若代入驱动信号所引起的分量、围绕Y轴以及Z轴的角速度所引起的分量的相位、和X轴、Y轴以及Z轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式4的值成为0。即,即使混入作为无用信号的围绕其他轴的角速度、加速度所引起的分量,通过式4的运算也被抵消。
另外,如图10所示,通过将检测部176~179按照相对于轴AY11以及轴AX11对称的方式设置于纵梁118、119,在检测部176~179中不再出现驱动信号所引起的分量。由此,即使不加上从多个检测电极输出的信号,也能够消除驱动信号的影响。在图1所示的角速度传感器116中,例如,在检测部141~148的位置相对于支撑体117发生了偏离的情况下,即使进行式1、式2、式3的运算也无法抵消驱动信号所引起的分量。在实施方式2中的角速度传感器175中,即使在检测部176~179的位置相对于支撑体117发生了偏离的情况下,也能够消除驱动信号所引起的分量的影响。同样,作为无用信号的围绕Y轴的角速度、围绕Z轴的角速度以及Y方向的加速度所引起的分量也被抵消而不出现在检测部141~148,因此发挥同样的效果。
如上所述,通过将检测部176~179相对于轴AY11以及轴AX11对称地设置,能够消除或抵消作为无用信号的驱动振动、围绕其他轴的角速度以及加速度所引起的分量。
(实施方式3)
图11是实施方式3中的角速度传感器180的俯视图。在图11中,对与图8所示的实施方式1中的角速度传感器116A相同的部分赋予相同的参照编号。实施方式3中的角速度传感器180的检测单元193还具有设置于横梁120上的检测部181~184。
在横梁120上的臂121侧设置有检测部181,在臂122侧设置有检测部182,在臂123侧设置有检测部183,在臂124侧设置有检测部184。
检测部181和检测部182相对于轴AY11相互对称地设置。检测部183和检测部184相对于轴AY11相互对称地设置。此外,检测部181和检测部183相对于轴AX11相互对称地设置。检测部182和检测部184相对于轴AX11相互对称地设置。
利用检测部181~184,能够检测施加于角速度传感器180的围绕Y轴的角速度。
图12表示从检测部181~184输出的信号S113~S116,具体来说,示出了驱动信号所引起的分量的相位、围绕X轴、Y轴以及Z轴的角速度所引起的分量的相位、以及X轴、Y轴以及Z轴方向的加速度所引起的分量的相位。
根据图12,围绕Y轴的角速度的大小ωy2能够通过式5获得。
ωy2=(S113+S115)-(S114+S116)…(式5)
在图12中,由于各单元191~193的对称性,例如围绕X轴的角速度所引起的分量的大小在信号S113~S116中相同,关于其他角速度、加速度也是同样。在此,对于用于获得围绕Y轴的角速度的大小ωy2的式5,若代入驱动信号所引起的分量的相位、围绕X轴以及Z轴的角速度所引起的分量的相位、X轴、Y轴以及Z轴方向的加速度所引起的分量的相位,则式5的值成为0。即,即使混入作为无用信号的围绕其他轴的角速度、加速度所引起的分量,通过式5的运算也被抵消。
另外,从图12可知,通过将检测部181~184按照相对于轴AY11以及轴AX11对称的方式设置于横梁120,在检测部181~184中不再出现驱动信号所引起的分量。由此,即使不加上从多个检测电极输出的信号,也能够消除作为无用信号的驱动信号的影响。在图1所示的角速度传感器116中,例如,在检测部141~148的位置相对于支撑体117发生了偏离的情况下,即使进行式1、式2、式3的运算也无法抵消驱动信号所引起的分量。在实施方式3中的角速度传感器180中,即使在检测部181~184的位置相对于支撑体117发生了偏离的情况下,也能够消除驱动信号的影响。同样,关于作为无用信号的围绕X轴的角速度所引起的分量、围绕Z轴的角速度所引起的分量以及X方向的加速度所引起的分量,也不出现在检测部181~184中,因此发挥同样的效果。
(实施方式4)
图13是实施方式4中的角速度传感器116B的俯视图。在图13中,对与图1所示的实施方式1中的角速度传感器116相同的部分赋予相同的参照编号。在图13所示的角速度传感器116B中,驱动单元191,取代图1所示的角速度传感器116的驱动部129~136而具有驱动部441~448。此外,在角速度传感器116B中,检测单元193,取代检测部141~148而具有检测部429~436。
驱动单元191相对于轴AX11和轴AY11对称地形成。驱动部441、443相对于轴AY11相互对称地设置。驱动部442、444相对于轴AY11相互对称地设置。驱动部445、447相对于轴AY11相互对称地设置。驱动部446、448相对于轴AY11相互对称地设置。此外,驱动部441、445相对于轴AX11相互对称地设置。驱动部442、446相对于轴AX11相互对称地设置。驱动部443、447相对于轴AX11相互对称地设置。驱动部444、448相对于轴AX11相互对称地设置。
此外,检测单元193相对于轴AX11和轴AY11对称地形成。检测部429、431相对于轴AY11相互对称地设置。检测部430、432相对于轴AY11相互对称地设置。检测部433、435相对于轴AY11相互对称地设置。检测部434、436相对于轴AY11相互对称地设置。此外,检测部429、433相对于轴AX11相互对称地设置。检测部430、434相对于轴AX11相互对称地设置。检测部431、435相对于轴AX11相互对称地设置。检测部432、436相对于轴AX11相互对称地设置。
驱动部441、442都沿着臂121遍及延长部121C、121D而设置。驱动部443、444都沿着臂122遍及延长部122C、122D而设置。驱动部445、446都沿着臂123遍及延长部123C、123D而设置。驱动部447、448都沿着臂124遍及延长部124C、124D而设置。
检测部429、430都沿着臂121遍及延长部121D、121E而设置。检测部431、432都沿着臂122遍及延长部122D、122E而设置。检测部433、434都沿着臂123遍及延长部123D、123E而设置。检测部435、436都沿着臂124遍及延长部124D、124E而设置。
图14是角速度传感器116B的放大俯视图,特别示出臂121和锤125。臂121从与在横梁120的中间部194设置的保持部195相连接的一端121A,延伸至与锤125连接的另一端121B,实质上具有J字形状。臂121的设置有检测部429、430、驱动部441、442、和监视部137的面实质上延伸为J字形状。该面具有沿着该J字形状的内周延伸的内边缘121F、沿着该J字形状的外周延伸的外边缘121G、和在内边缘121F与外边缘121G之间的正中延伸的中心线121H。
遍及臂121的延长部121D、121E而延伸的检测部429,与遍及臂121的延长部121D、121E而延伸的检测部430相比,更接近臂121的J字形状的外边缘121G。即,检测部430与检测部429相比,更接近臂121的J字形状的内边缘121F。将检测部429、430间的间隙G101的正中定义为沿着臂121而延伸的中间线B101。即,检测部429位于中间线B101与外边缘121G之间,检测部430位于中间线B101与内边缘121F之间。检测部429、430优选以相同的宽度沿着臂121延伸。
即,臂121按照具有位于内周侧的内边缘121F、位于外周侧的外边缘121G、和在内边缘121F与外边缘121G的正中延伸的中心线121H的方式,弯曲为J字形状。检测部429和检测部430沿着臂121延伸。检测部429与检测部430之间的正中的中间线B101位于中心线121H与内边缘121F之间。检测部429和检测部430也可以沿着臂121弯曲地延伸。
与臂121同样,臂122按照具有位于内周侧的内边缘、位于外周侧的外边缘、和在内边缘与外边缘的正中延伸的中心线的方式,弯曲为J字形状。检测部431和检测部432沿着臂122延伸。检测部431与检测部432之间的正中的中间线位于上述中心线与内边缘之间。检测部431和检测部432也可以沿着臂122弯曲地延伸。
与臂121同样,臂123按照具有位于内周侧的内边缘、位于外周侧的外边缘、和在内边缘与外边缘的正中延伸的中心线的方式,弯曲为J字形状。检测部433和检测部434沿着臂123延伸。检测部433与检测部434之间的正中的中间线位于上述中心线与内边缘之间。检测部433和检测部434也可以沿着臂123弯曲地延伸。
与臂121同样,臂124按照具有位于内周侧的内边缘、位于外周侧的外边缘、和在内边缘与外边缘的正中延伸的中心线的方式,弯曲为J字形状。检测部435和检测部436沿着臂124延伸。检测部435与检测部436之间的正中的中间线位于上述中心线与内边缘之间。检测部435和检测部436也可以沿着臂124弯曲地延伸。
图15是表示设置于臂121的检测部429、430间的中间线B101的位置、与从图7所示的检测电路161输出的无用信号的大小之间的关系的图。如图15所示,通过将中间线B101从臂121的中心线121H向内周侧错开,取得从检测部429、430输出的信号的平衡,无用信号的大小成为0。在实施方式4中,将中间线B101从中心线121H向内周侧错开臂121的宽度(100μm)的1%(=约1μm)。其他的臂122~124和其他的检测部431~436也与臂121和检测部429、430同样地配置,从而能够使无用信号的大小成为0。
此外,如图14所示,设置于臂121的驱动部441、442沿着臂121延伸。驱动部441与驱动部442之间的间隙G102的正中的中间线B102,与中间线B101相反,位于中心线121H与外边缘121G之间。由此,能够使臂121在X轴的正负方向上以相同的位移平衡地振动。在实施方式4中,将中间线B102从中心线121H向外周侧错开臂121的宽度(100μm)的1%(=约1μm)。驱动部441、442优选以相同的宽度沿着臂121延伸。此外,驱动部441、442优选沿着臂121弯曲地延伸。
与臂121同样,设置于臂122的驱动部443、444沿着臂122延伸。驱动部443与驱动部444之间的正中的中间线位于臂122的中心线与外边缘之间。由此,能够使臂122在X轴的正负方向上以相同的位移平衡地振动。在实施方式4中,将中间线从中心线向外周侧错开臂122的宽度(100μm)的1%(=约1μm)。驱动部443、444优选以相同的宽度沿着臂122延伸。此外,驱动部443、444优选沿着臂122弯曲地延伸。
与臂121同样,设置于臂123的驱动部445、446沿着臂123延伸。驱动部445与驱动部446之间的正中的中间线位于臂123的中心线与外边缘之间。由此,能够使臂123在X轴的正负方向上以相同的位移平衡地振动。在实施方式4中,将中间线从中心线向外周侧错开臂123的宽度(100μm)的1%(=约1μm)。驱动部445、446优选以相同的宽度沿着臂123延伸。此外,驱动部444、445优选沿着臂123弯曲地延伸。
与臂121同样,设置于臂124的驱动部447、448沿着臂124延伸。驱动部447与驱动部448之间的正中的中间线位于臂124的中心线与外边缘之间。由此,能够使臂124在X轴的正负方向上以相同的位移平衡地振动。在实施方式4中,将中间线从中心线向外周侧错开臂124的宽度(100μm)的1%(=约1μm)。驱动部447、448优选以相同的宽度沿着臂124延伸。此外,驱动部447、448优选沿着臂124弯曲地延伸。
(实施方式5)
图16是本发明的实施方式5中的角速度传感器216的俯视图。
在图16中,定义相互正交的X轴、Y轴、Z轴。并且,定义包含X轴和Y轴的XY平面。角速度传感器216具备:具有框架形状的支撑体217;与Y轴平行地悬架于支撑体217的纵梁218、219;悬架于纵梁218、219间的横梁220;锤225~228;设置于横梁220的中间部294的保持部295;被保持部295支撑的臂221~224;将臂221~224与XY平面平行地驱动并使其振动的驱动单元291;对臂221~224的与XY平面平行的方向的位移进行检测的监视单元292;和对设置于臂221~224的锤225~228的X轴方向的位移或Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测的检测单元293。检测单元293对作为臂221~224的位移的X轴方向的位移或Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测。支撑体217按照固定于施加角速度的被测定物217C的方式构成。臂221具有被保持部295支撑的一端221A、和与锤225连接的另一端221B,从一端221A向Y轴的正方向延伸出去。臂222具有被保持部295支撑的一端222A、和与锤226连接的另一端222B,从一端222A向Y轴的正方向延伸出去。臂223具有被保持部295支撑的一端223A、和与锤227连接的另一端223B,从一端223A向Y轴的负方向延伸出去。臂224具有被保持部295支撑的一端224A、和与锤228连接的另一端224B,从一端224A向Y轴的负方向延伸出去。驱动单元291具有使臂221~224与XY平面平行地振动的驱动部229~236。监视单元292具有分别检测臂221~224的X轴方向的位移的监视部237~240。检测单元293具有对锤225~228的Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测的检测部241~248。保持部295经由横梁220和纵梁218、219而与支撑体217结合。在支撑体217与纵梁218之间设置有狭缝217A,在支撑体217与纵梁219之间设置有狭缝217B。通过在支撑体217与纵梁218、219之间设置狭缝217A、217B,能够抑制将角速度传感器216粘合于封装体或下盖等时的应力传递到横梁220或臂221~224的情况。
此外,在支撑体217上也可以不设置狭缝217A、217B。在此情况下,支撑体217的一部分起到纵梁218、219的作用。在此情况下,能够减小角速度传感器216的X轴方向的宽度。
支撑体217是对纵梁218、219进行支撑的固定部件,利用另外的支撑部件或粘合剂等而固定于保存角速度传感器216的封装体。在支撑体217的外缘部设置有多个电极焊盘249。多个电极焊盘249通过布线与驱动部229~236、监视部237~240以及检测部241~248分别电连接。
纵梁218以及纵梁219与Y轴平行地延伸,通过两端与支撑体217连接而悬架于支撑体217。由此,纵梁218以及纵梁219能够在Z轴方向上弯曲。此外,纵梁218和纵梁219按照相对于与Y轴平行的轴AY21实质上相互对称的方式形成。由此,针对提供给角速度传感器216的角速度,纵梁218和纵梁219实质上以相同的振幅弯曲。
横梁220与X轴平行地延伸,一端实质上与纵梁218的中点连接,另一端实质上与纵梁219的中点连接。由此,横梁220能够在Z轴方向上弯曲。
臂221具有从与保持部295连接的一端221A向Y轴正方向延伸出去的延长部221C、从延长部221C向X轴正方向延伸的延长部221D、和从延长部221D向Y轴负方向延伸的延长部221E,实质上具有J字形状。另一端221B是延长部221E的端部,连接有锤225。
臂222具有从与保持部295连接的一端222A向Y轴正方向延伸出去的延长部222C、从延长部222C向X轴负方向延伸的延长部222D、和从延长部222D向Y轴负方向延伸的延长部222E,实质上具有J字形状。另一端222B是延长部222E的端部,连接有锤226。
臂223具有从与保持部295连接的一端223A向Y轴负方向延伸出去的延长部223C、从延长部223C向X轴正方向延伸的延长部223D、和从延长部223D向Y轴正方向延伸的延长部223E,实质上具有J字形状。另一端223B是延长部223E的端部,连接有锤227。
臂224具有从与保持部295连接的一端224A向Y轴负方向延伸出去的延长部224C、从延长部224C向X轴负方向延伸的延长部224D、和从延长部224D向Y轴正方向延伸的延长部224E,实质上具有J字形状。另一端224B是延长部224E的端部,连接有锤228。
臂221~224能够在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上弯曲。
臂221和臂222,相对于与Y轴平行的轴AY21相互对称地形成。臂223和臂224,相对于轴AY21相互对称地形成。臂221和臂223,相对于与X轴平行的轴AX21相互对称地形成。臂222和臂224,相对于轴AX21相互对称地形成。通过该构造,针对提供给角速度传感器216的角速度,臂221~224实质上以相同的振幅弯曲。
支撑体217、纵梁218、219、横梁220以及臂221~224,既可以使用水晶、LiTaO3或LiNbO3等压电材料来形成,也可以使用硅、金刚石、熔融石英、矾土或GaAs等非压电材料来形成。特别是,通过使用硅,能够利用微加工技术形成非常小型的角速度传感器216,并且还能够与构成电路的集成电路(IC)形成为一体。
支撑体217、纵梁218、219、横梁220以及臂221~224,既可以在由分别不同的材料或相同的材料形成之后进行组装来形成,也可以使用相同的材料形成为一体。在使用相同的材料形成为一体的情况下,通过使用干蚀或湿蚀,能够在同一工序中形成支撑体217、纵梁218、219、横梁220以及臂221~224,因此能够高效地进行制造。
驱动部229~236使臂221~224在X轴方向上驱动并产生位移。在实施方式5中,驱动部229~236采用了使用PZT等压电元件的压电方式,但也可以使用利用电极间的静电电容的静电方式。
图17是图16所示的驱动部229、230的线17-17上的简要剖面图。由下部电极229A、230A以及上部电极229C、230C分别夹持压电元件229B、230B而形成的驱动部229、230设置于臂221的上表面。即,驱动部229、230由设置于臂221的上表面的下部电极229A、230A、设置于下部电极229A、230A的上表面的压电元件229B、230B、和设置于压电元件229B、230B的上表面的上部电极229C、230C构成。下部电极229A、230A以及上部电极229C、230C可以由铂(Pt)、金(Au)、铝(A1)或者以这些为主要成分的合金或氧化物来形成。另外,作为下部电极229A、230A优选使用铂(Pt)。由此,能够使作为压电元件229B、230B的材料的PZT在一个方向上定向。此外,作为上部电极229C、230C,优选使用金(Au)。由此,由于电阻值的经时劣化较少,因此能够成为可靠性优异的角速度传感器216。在此,下部电极229A、230A都成为基准电位,通过对上部电极229C、230C施加交流的驱动电压,能够使臂221在X轴方向上振动。另外,也可以对下部电极229A、230A以及上部电极229C、230C都施加交流的驱动电压。由此,能够高效地使臂221振动。驱动部231~236具有与驱动部229、230同样的构造,分别设置于臂222~224的上表面。另外,如图16所示,驱动部229~236分别设置于臂221~224上的锤225~228的一侧即延长部221E~224E。由此,能够为了检测部241~248而确保臂221~224上的横梁220的一侧的部分的面积。另一方面,在将驱动部229~236分别设置于臂221~224上的横梁220的一侧即延长部221C~224C的情况下,驱动部229~236能够高效地对臂221~224进行驱动并使其振动。在此情况下,由于驱动部229~236能够具有较大的面积,因此能够增大臂221~224的振幅,能够提高角速度传感器216的灵敏度。
驱动部229、230相对于与轴AY21平行的轴AY24相互对称地设置。驱动部231、232相对于与轴AY21平行的轴AY25相互对称地设置。轴AY25相对于轴AY21与轴AY24对称。驱动部233、234相对于轴AY24相互对称地设置。驱动部235、236相对于轴AY25相互对称地设置。
此外,驱动部229、231相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部230、232相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部233、235相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部234、236相对于轴AY21相互对称地设置。
此外,驱动部229、233相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部230、234相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部231、235相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部232、236相对于轴AX21相互对称地设置。
图18是表示提供给驱动部229~236的驱动信号的相位、和臂221~224的振动的相位的图。对驱动部229、231、233、235提供彼此同相位(+)的驱动信号,对驱动部230、232、234、236提供与驱动部229、231、233、235反相位(-)的驱动信号。由此,臂221和臂223以同相位(+)在X轴方向上振动,臂222和臂224以臂221和臂223的反相位(-)在X轴方向振动。
监视部237~240对臂221~224的X轴方向的位移进行检测。在实施方式5中,监视部237~240采用了使用压电元件的压电方式,但也可以采用利用电极间的静电电容的静电方式。
监视部237~240,与图17所示的驱动部229、230同样地,由下部电极和上部电极夹持压电元件而形成,设置于臂221~224的上表面。此外,监视部237~240设置于针对图18所示的臂221~224的振动的相位能够得到同相位的监视信号的位置。另外,监视部237~240,如图16所示,分别设置于臂221~224上的横梁220的一侧即延长部221C~224C。由此,能够以小面积高效地检测位移所导致的臂221~224的变形。另外,为了确保设置检测部241~248的部分的面积,监视部237~240的面积优选小于检测部241~248。
检测部241~248对臂221~224的Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测。检测部241~248采用了使用压电元件的压电方式,但也可以采用利用电极间的静电电容的静电方式。
检测部241~248,与图17所示的驱动部229、230同样地,由下部电极和上部电极夹持压电元件而形成,设置于臂221~224的上表面。另外,检测部241~248,如图16所示,设置于臂221~224上的横梁220的一侧即延长部221C~224C。由此,检测部241~248能够高效地检测位移。在此情况下,由于检测部241~248能够具有较大的面积,因此能够提高角速度传感器216的灵敏度。另一方面,在检测部241~248设置于臂221~224上的锤225~228的一侧即延长部221E~224E的情况下,能够为了设置驱动部229~236而确保臂221~224上的横梁220的一侧的部分的面积。
如图16所示,驱动部229和驱动部231,相对于与Y轴平行的轴AY21相互对称地设置。驱动部230和驱动部232,相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部233和驱动部235,相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部234和驱动部236,相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部229和驱动部233,相对于与X轴平行的轴AX21相互对称地设置。驱动部230和驱动部234,相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部231和驱动部235,相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部232和驱动部236,相对于轴AX21相互对称地设置。通过像这样将由驱动部229~236构成的驱动单元291相对于轴AY21以及轴AX21对称地设置,能够不受加速度等干扰的影响地使臂稳定地驱动,角速度传感器216能够以高精度检测角速度。
图19是与角速度传感器216连接的驱动电路250的电路图。作为多个电极焊盘249的一部分的电极焊盘249A~249H与驱动部229~236分别电连接。作为多个电极焊盘249的一部分的电极焊盘249I~249L与监视部237~240分别电连接。与电极焊盘249I~249L连接的信号线在连接点296上连接。从电极焊盘249I~249L输出的作为监视信号的电流在连接点296被合计并被输入到IV变换放大器251来变换为电压。该电压,被自动增益控制器(AGC)252调整为一定振幅的电压并被输出。从AGC252输出的电压的无用频率分量被滤波器253去除。从滤波器253输出的电压被驱动放大器254反转放大并提供给电极焊盘249B、249D、249F、249H。此外,从驱动放大器254输出的驱动信号,被驱动放大器255反转放大并提供给电极焊盘249A、249C、249E、249G。通过该构成,驱动电路250将具有图18所示的相位的驱动信号提供给驱动部229~236,能够使臂221~224以图18所示的相位振动。
图20A和图20B是表示对角速度传感器216施加了角速度的情况下的动作的示意俯视图。
图20A是表示对围绕Z轴的角速度257进行检测的情况下的角速度传感器216的动作的示意俯视图。角速度传感器216通过从驱动电路250对驱动部229~236提供驱动信号,从而以X轴方向的固有的驱动振动频率产生驱动振动256。若对角速度传感器216给予围绕Z轴的角速度257,则在锤225~228上在Y轴方向产生科里奥利力,并产生检测振动258。在锤225~228上产生Y轴方向的检测振动258的结果是,臂221~224在X轴方向上振动。另外,臂221、223和臂222、224以彼此相反的相位进行驱动振动,因此臂221、223的检测振动和臂222、224的检测振动相互成为反相位。
由于检测振动258而从检测部241~248输出的检测信号,具有与驱动振动256相同的频率,并且,具有依赖于角速度257的振幅。因此,通过对该检测信号的大小进行测定,能够检测角速度257的大小ωz。
图20B是对围绕Y轴的角速度259进行检测的情况下的角速度传感器216的示意俯视图。在图20B中,若输入了围绕Y轴的角速度259,则通过科里奥利力在锤225~228上在Z轴方向产生检测振动260。另外,臂221、223和臂222、224以彼此相反的相位进行驱动振动,因此臂221、223的检测振动和臂222、224的检测振动相互成为反相位。
由于检测振动260而从检测部241~248输出的检测信号,具有与驱动振动256相同的频率,并且,具有依赖于角速度259的振幅。因此,通过对该检测信号的大小进行测定,能够检测角速度259的大小ωy。
图21表示从检测部241~248分别输出的信号S201~S208,具体来说,示出了信号S201~208各自的驱动信号所引起的分量的相位、围绕X轴、Y轴以及Z轴的角速度所引起的分量的相位、以及X轴、Y轴以及Z轴方向的加速度所引起的分量的相位。
根据图21,围绕Z轴的角速度257的大小ωz,可以通过以下的式6获得。
ωz={(S202+S205)+(S203+S208)}-{(S201+S206)+(S204+S207)}…(式6)
此外,围绕Y轴的角速度259的大小ωy,可以通过以下的式7获得。
ωy={(S202+S205)+(S201+S206)}-{(S203+S208)+(S204+S207)}…(式7)
在图21中,根据各单元291~293的对称性,例如驱动信号所引起的分量的大小在信号S201~S208中相同。此外,围绕X轴的角速度所引起的分量的大小在信号S201~S208中相同,关于其他角速度也是同样。若将驱动振动所引起的分量的相位代入用于获得角速度257的大小ωz的式6,则式6的值成为0。即,虽然在检测部241~248中驱动信号所引起的分量作为无用信号而混入,但该信号通过式6的运算而相互抵消。同样,若在式6中代入围绕X轴的角速度所引起的分量的相位,则式1的值成为0。同样,若在式6中代入围绕Y轴的角速度所引起的分量的相位,则式1的值成为0。即,即使混入作为无用信号的围绕其他轴的角速度所导致的无用信号,通过式6的运算也被相互抵消。
同样地,若对用于获得围绕Y轴的角速度259的大小ωy的式7代入驱动信号所引起的分量的相位,则式7的值成为0。若代入围绕X轴的角速度所引起的分量的相位,则式7的值成为0。同样,若代入围绕Z轴的角速度所引起的分量的相位,则式7的值成为0。即,即使混入作为无用信号的驱动信号以及围绕其他轴的角速度所导致的无用信号,通过式7的运算也被相互抵消。
像这样,通过将由检测部241~248构成的检测单元293相对于与Y轴平行的轴AY21以及与X轴平行的轴AX21对称地设置,能够使作为无用信号的驱动信号以及围绕其他轴的角速度的分量抵消。
图22是与角速度传感器216连接的检测电路261的电路图。作为多个电极焊盘249的一部分的电极焊盘249-1~249-8与检测部241~248分别电连接。上述的式6以及式7的运算,可以通过图22所示的检测电路261来进行。
与电极焊盘249-2连接的信号线和与电极焊盘249-5连接的信号线在连接点296A上连接。从电极焊盘249-2输出的电流即信号S202和从电极焊盘249-5输出的电流即信号S205在连接点296A上被合计并被输入到IV变换放大器262A,变换为电压后输出。与电极焊盘249-3连接的信号线和与电极焊盘249-8连接的信号线在连接点296B上连接。从电极焊盘249-3输出的电流即信号S203和从电极焊盘249-8输出的电流即信号S208在连接点296B上被合计并被输入到IV变换放大器262B,变换为电压后输出。与电极焊盘249-1连接的信号线和与电极焊盘249-6连接的信号线在连接点296C上连接。从电极焊盘249-1输出的电流即信号S201和从电极焊盘249-6输出的电流即信号S206在连接点296B上被合计并被输入到IV变换放大器262C,变换为电压后输出。与电极焊盘249-4连接的信号线和与电极焊盘249-7连接的信号线在连接点296D上连接。从电极焊盘249-4输出的电流即信号S204和从电极焊盘249-7输出的电流即信号S207在连接点296D上被合计并被输入到IV变换放大器262D,变换为电压后输出。
围绕Z轴的角速度257的大小ωz通过以下的构成来算出。来自IV变换放大器262A的输出和来自IV变换放大器262B的输出分别经由电阻RA21和电阻RB21而被接线,来自IV变换放大器262C的输出和来自IV变换放大器262D的输出分别经由电阻RC21和电阻RD21而被接线,它们被输入到差动放大器263Z。在实施方式5中,电阻RA21、RB21具有相同的电阻值,电阻RC21、RD21具有相同的电阻值。并且,利用从驱动电路250输出的信号由检波电路264Z来对从差动放大器263Z输出的信号进行检波。将由低通滤波器265Z从检波后的信号中提取的信号作为围绕Z轴的角速度257的大小ωz从输出端子266Z输出。
围绕Y轴的角速度259的大小ωy通过以下的构成来算出。来自IV变换放大器262A的输出和来自IV变换放大器262C的输出分别经由相同的电阻值的电阻RA22和电阻RC22而被接线,来自IV变换放大器262B的输出和来自IV变换放大器262D的输出分别经由相同的电阻值的电阻RB22和电阻RD22而被接线,它们被输入到差动放大器263Y。在实施方式5中,电阻RA22、RC22具有相同的电阻值,电阻RB22、RD22具有相同的电阻值。并且,利用从驱动电路250输出的信号由检波电路264Y来对从差动放大器263Y输出的信号进行检波。将由低通滤波器265Y从检波后的信号中提取的信号作为围绕Y轴的角速度259的大小ωy从输出端子266Y输出。
如图21以及图22所示,驱动信号所引起的分量,在输入到IV变换放大器262A~262D之前,通过电极焊盘249-1~249-8的接线而被抵消。因此,在由IV变换放大器262A~262D放大之前,能够抵消驱动信号所引起的分量。
此外,围绕Y轴的角速度259所引起的分量,在输入到用于检测围绕Z轴的角速度257的差动放大器263Z之前,通过IV变换放大器262A~262D的接线而被抵消。因此,在用差动放大器263Z放大之前,能够抵消围绕Y轴的角速度259所引起的分量。
此外,围绕Z轴的角速度257所引起的分量,在输入到用于检测围绕Y轴的角速度259的差动放大器263Y之前,通过IV变换放大器262A~262D的接线而被抵消。
如上所述,通过将具备检测部241~248的检测单元293相对于与Y轴平行的轴AY21以及与X轴平行的轴AX21对称地设置,能够使作为无用信号的驱动信号、围绕其他轴的角速度以及加速度的分量相互抵消。
此外,如图16所示,检测部241、242,相对于与Y轴平行的轴AY22相互对称地设置。检测部243、244,相对于与轴AY21平行的轴AY23相互对称地设置。轴AY23相对于轴AY21与轴AY22对称。检测部245、246,相对于轴AY22相互对称地设置。检测部247、248,相对于轴AY23相互对称地设置。
在此,为了进行基于式6的围绕Z轴的角速度257的检测以及基于式7的围绕Y轴的角速度259的检测,需要臂221~224全部在相同的共振模式下进行驱动振动。
在图34所示的现有的角速度传感器101中,若对设置于臂104的驱动部112施加共振频率的交流电压,则使臂104在X轴方向上振动。伴随该振动,臂105~107也进行调谐从而在共振模式(例如,40kHz的共振模式)下振动。但是,例如,若施加了加速度,则设置了监视电极的臂105向施加了加速度的方向弯曲,从而从振动的共振模式向与原本的共振模式不同的共振模式(例如,45kHz的共振模式)转移,其结果,存在臂104~107在与原本的共振模式不同的共振模式下振动的情况。
在实施方式5中的角速度传感器216中,由设置于臂221~224的上表面的驱动部229~236构成的驱动单元291相对于与Y轴平行的轴AY21以及与X轴平行的轴AX21对称地配置。因此,通过对驱动部229~236提供具有图18所示的规定的相位且具有相同振幅的驱动信号,即使在X轴方向或Y轴方向上施加了加速度的环境下,也能够使臂221~224在相同的共振模式下稳定地进行驱动振动。由此,能够高精度地进行基于式6的围绕Z轴的角速度257的检测以及基于式7的围绕Y轴的角速度259的检测。
图23是实施方式5中的其他角速度传感器216A的俯视图。在图23中,对与图16所示的角速度传感器216相同的部分赋予相同的参照编号。
在图23所示的角速度传感器216A中,驱动单元291还具有设置于臂221~224的延长部221D~224D的驱动部267~274。由此,能够使臂221~224在Y轴方向上也在相同的共振模式下稳定地振动,角速度传感器216A还能够检测围绕X轴的角速度。在此情况下,围绕X轴的角速度的大小ωx能够通过以下的式8获得。
ωx=(S201+S202+S203+S204)-(S205+S206+S207+S208)…(式8)
驱动部267、268,相对于与轴AX21平行的轴AX22相互对称地设置。驱动部269、270,相对于轴AX22相互对称地设置。驱动部271、272,相对于与轴AX21平行的轴AX23相互对称地设置。轴AX23相对于轴AX21与轴AX22对称。驱动部273、274相对于轴AX23相互对称地设置。
此外,驱动部267、271相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部268、272相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部269、273相对于轴AX21相互对称地设置。驱动部270、274相对于轴AX21相互对称地设置。
驱动部267、269相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部268、270,相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部271、273,相对于轴AY21相互对称地设置。驱动部272、274,相对于轴AY21相互对称地设置。
通过设置驱动部267~274,角速度传感器216A能够同时检测3个轴的角速度,并且能够不受加速度等干扰的影响地使臂221~224稳定地驱动。
另外,在实施方式5中的角速度传感器216、216A中,用横梁220来支撑连接有锤225~228的臂221~224,用纵梁218、219来支撑横梁220,用支撑体217来支撑纵梁218、219。通过该构造,虽然角速度传感器216、216A能够同时检测3个轴的角速度,但存在容易受到加速度或冲击等的影响的情况。因此,通过驱动单元291,在角速度传感器216、216A的构造中,不受加速度等干扰的影响地使臂221~224稳定地驱动的效果尤其显著。
(实施方式6)
图24是本实施方式中的角速度传感器316的俯视图。
在图24中,定义相互正交的X轴、Y轴、Z轴。并且,定义包含X轴和Y轴的XY平面。角速度传感器316具备:具有框架形状的支撑体317;与Y轴平行地悬架于支撑体317的纵梁318、319;悬架于纵梁318、319间的横梁320;锤325~328;设置于横梁320的中间部394的保持部395;被保持部395支撑的臂321~324;将臂321~324与XY平面平行地驱动并使其振动的驱动单元391;对臂321~324的X轴方向的位移进行检测的监视单元392;和对锤325~328的X轴方向的位移或Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测的检测单元393。检测单元393对作为臂321~324的位移的X轴方向的位移或Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测。支撑体317按照固定于施加角速度的被测定物317C的方式构成。臂321具有被保持部395支撑的一端321A、和与锤325连接的另一端321B,从一端321A向Y轴正方向延伸出去。臂322具有被保持部395支撑的一端322A、和与锤326连接的另一端322B,从一端322A向Y轴正方向延伸出去。臂323具有被保持部395支撑的一端323A、和与锤327连接的另一端323B,从一端323A向Y轴负方向延伸出去。臂324具有被保持部395支撑的一端324A、和与锤328连接的另一端324B,从一端324A向Y轴负方向延伸出去。驱动单元391具有使臂321~324与XY平面平行地振动的驱动部329~336。监视单元392具有对臂321~324的X轴方向的位移分别进行检测的监视部337~340。检测单元393具有对锤325~328的Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测的检测部341~348。保持部395经由横梁320和纵梁318、319与支撑体317结合。在支撑体317与纵梁318之间设置有狭缝317A,在支撑体317与纵梁319之间设置有狭缝317B。通过在支撑体317与纵梁318、319之间设置狭缝317A、317B,由此能够抑制将角速度传感器316粘合于封装体或下盖等时的应力传递到横梁320或臂321~324的情况。
此外,在支撑体317上也可以不设置狭缝317A、317B。在此情况下,支撑体317的一部分起到纵梁318、319的作用。在此情况下,能够减小角速度传感器316的X轴方向的宽度。
支撑体317是对纵梁318、319进行支撑的固定部件,利用另外的支撑部件或粘合剂等而固定于保存角速度传感器316的封装体。在支撑体317的外缘部设置有多个电极焊盘349。多个电极焊盘349通过布线与驱动部329~336、监视部337~340以及检测部341~348分别电连接。
纵梁318以及纵梁319与Y轴平行地延伸,通过两端与支撑体317连接而悬架于支撑体317。由此,纵梁318以及纵梁319能够在Z轴方向上弯曲。此外,纵梁318和纵梁319按照相对于与Y轴平行的轴AY31实质上相互对称的方式形成。由此,针对提供给角速度传感器316的角速度,纵梁318和纵梁319实质上以相同的振幅弯曲。
横梁320与X轴平行地延伸,一端实质上与纵梁318的中点连接,另一端实质上与纵梁319的中点连接。由此,横梁320能够在Z轴方向上弯曲。
臂321具有从与保持部395连接的一端321A向Y轴正方向延伸出去的延长部321C、从延长部321C向X轴正方向延伸的延长部321D、和从延长部321D向Y轴负方向延伸的延长部321E,实质上具有J字形状。另一端321B是延长部321E的端部,连接有锤325。
臂322具有从与保持部395连接的一端322A向Y轴正方向延伸出去的延长部322C、从延长部322C向X轴负方向延伸的延长部322D、和从延长部322D向Y轴负方向延伸的延长部322E,实质上具有J字形状。另一端322B是延长部322E的端部,连接有锤326。
臂323具有从与保持部395连接的一端323A向Y轴负方向延伸出去的延长部323C、从延长部323C向X轴正方向延伸的延长部323D、和从延长部323D向Y轴正方向延伸的延长部323E,实质上具有J字形状。另一端323B是延长部323E的端部,连接有锤327。
臂324具有从与保持部395连接的一端324A向Y轴负方向延伸出去的延长部324C、从延长部324C向X轴负方向延伸的延长部324D、和从延长部324D向Y轴正方向延伸的延长部324E,实质上具有J字形状。另一端324B是延长部324E的端部,连接有锤328。
臂321~324能够在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上弯曲。
臂321和臂322,相对于与Y轴平行的轴AY31相互对称地形成。臂323和臂324,相对于轴AY31对称地形成。臂321和臂323,相对于与X轴平行的轴AX31相互对称地形成。臂322和臂324,相对于轴AX31相互对称地形成。通过该构造,针对提供给角速度传感器316的角速度,臂321~324实质上以相同的振幅弯曲。
支撑体317、纵梁318、319、横梁320以及臂321~324,既可以使用水晶、LiTaO3或LiNbO3等压电材料来形成,也可以使用硅、金刚石、熔融石英、矾土或GaAs等非压电材料来形成。特别是,通过使用硅,能够利用微加工技术形成非常小型的角速度传感器316,并且还能够与构成电路的集成电路(IC)形成为一体。
支撑体317、纵梁318、319、横梁320以及臂321~324,既可以在由分别不同的材料或相同的材料形成之后进行组装来形成,也可以使用相同的材料形成为一体。在使用相同的材料形成为一体的情况下,通过使用干蚀或湿蚀,能够在同一工序中形成支撑体317、纵梁318、319、横梁320以及臂321~324,因此能够高效地进行制造。
驱动部329~336使臂321~324在X轴方向上驱动并产生位移。在实施方式6中,驱动部329~336采用了使用PZT等压电元件的压电方式,但也可以使用利用电极间的静电电容的静电方式。
图25是图24所示的驱动部329、330的线25-25上的简要剖面图。由下部电极329A、330A以及上部电极329C、330C分别夹持压电元件329B、330B而形成的驱动部329、330设置于臂321的上表面。即,驱动部329、330由设置于臂321的上表面的下部电极329A、330A、设置于下部电极329A、330A的上表面的压电元件329B、330B、和设置于压电元件329B、330B的上表面的上部电极329C、330C构成。下部电极329A、330A以及上部电极329C、330C可以由铂(Pt)、金(Au)、铝(Al)或者以这些为主要成分的合金或氧化物来形成。另外,作为下部电极329A、330A优选使用铂(Pt)。由此,能够使作为压电元件329B、330B的材料的PZT在一个方向上定向。此外,作为上部电极329C、330C,优选使用金(Au)。由此,由于电阻值的经时劣化较少,因此能够成为可靠性优异的角速度传感器316。在此,下部电极329A、330A都成为基准电位,通过对上部电极329C、330C施加交流的驱动电压,能够使臂321在X轴方向上振动。另外,也可以对下部电极329A、330A以及上部电极329C、330C都施加交流的驱动电压。由此,能够高效地使臂321振动。驱动部331~336具有与驱动部329、330同样的构造,设置于臂322~324的上表面。另外,如图24所示,驱动部329~336分别设置于臂321~324上的锤325~328的一侧即延长部321E~324E。由此,能够为了设置检测部341~348而确保臂321~324上的横梁320的一侧的部分的面积。另一方面,在将驱动部329~336分别设置于臂321~324上的横梁320的一侧即延长部321C~324C的情况下,驱动部329~336能够高效地对臂321~324进行驱动并使其振动。在此情况下,由于驱动部329~336能够具有较大的面积,因此能够增大臂321~324的振动的振幅,能够提高角速度传感器316的灵敏度。
图26是表示提供给驱动部329~336的驱动信号的相位、和臂321~324的振动的相位的图。对驱动部329、331、333、335提供同相位(+)的驱动信号,对驱动部330、332、334、336提供与其反相位(-)的驱动信号。由此,臂321和臂323以同相位(+)在X轴方向上振动,臂322和臂324以臂321和臂323的反相位(-)在X轴方向上振动。
检测部341~348对臂321~324的Y轴方向的位移或Z轴方向的位移进行检测。检测部341~348采用了使用压电元件的压电方式,但也可以采用利用电极间的静电电容的静电方式。
检测部341~348,与图25所示的驱动部329、330同样地,由下部电极和上部电极夹持压电元件而形成,设置于臂321~324的上表面。另外,检测部341~348设置于臂321~324上的横梁320的一侧即延长部321C~324C。由此,检测部341~348能够高效地检测位移。在此情况下,由于检测部341~348具有较大的面积,因此能够提高角速度传感器316的灵敏度。另一方面,在将检测部341~348设置于臂321~324上的锤325~328的一侧即延长部321E~324E的情况下,能够为了设置驱动部329~336而确保臂321~324上的横梁320的一侧的部分的面积。
监视部337~340对臂321~324的X轴方向的位移进行检测。在实施方式6中,监视部337~340采用了使用压电元件的压电方式,但也可以采用利用电极间的静电电容的静电方式。
监视部337~340,与图25所示的驱动部329、330同样地,由下部电极和上部电极夹持压电元件而形成,设置于臂321~324的上表面。此外,监视部337~340设置于针对图26所示的臂321~324的振动的相位能够得到同相位的监视信号的位置。另外,监视部337~340,如图24所示,分别设置于臂321~324上的横梁320的一侧即延长部321C~324C。由此,监视部337~340能够以小面积高效地检测位移所导致的臂321~324的变形。另外,为了确保设置检测部341~348的部分的面积,监视部337~340的面积优选小于检测部341~348。
如图24所示,监视部337和监视部338,相对于与Y轴平行的轴AY31相互对称地设置。监视部339和监视部340,相对于轴AY31相互对称地设置。监视部337和监视部339,相对于与X轴平行的轴AX31相互对称地设置。监视部338和监视部340,相对于轴AX31相互对称地设置。通过像这样将具有监视部337~340的监视单元392相对于轴AY31以及轴AX31对称地设置,能够抵消加速度或冲击等干扰所引起的无用信号,角速度传感器316能够以高精度检测角速度。
图27是与角速度传感器316连接的驱动电路350的电路图。作为多个电极焊盘349的一部分的电极焊盘349A~349H与驱动部329~336分别电连接。作为多个电极焊盘349的一部分的电极焊盘349I~349L与监视部337~340分别电连接。与电极焊盘349I~349L连接的信号线在连接点396上连接。从电极焊盘349I~349L输出的作为监视信号的电流在连接点396上被合计并被输入到IV变换放大器351来变换为电压。该电压,被自动增益控制器AGC352调整为一定振幅的电压并被输出。从AGC352输出的电压的无用频率分量被滤波器353除去。从滤波器353输出的电压被驱动放大器354反转放大并提供给电极焊盘349B、349D、349F、349H。此外,从驱动放大器354输出的驱动信号,被驱动放大器355反转放大并提供给电极焊盘349A、349C、349E、349G。通过该构成,驱动电路350将具有图26所示的相位的驱动信号提供给驱动部329~336,能够使臂321~324以图26所示的相位振动。
图28A和图28B是表示对角速度传感器316施加了角速度的情况下的动作的示意俯视图。
图28A是对围绕Z轴的角速度357进行检测的情况下的角速度传感器316的俯视图。通过从驱动电路350对驱动部329~336提供驱动信号,从而在锤325~328上以X轴方向的固有的驱动振动频率产生驱动振动356。若对角速度传感器316给予围绕Z轴的角速度357,则在Y轴方向上产生科里奥利力,在锤325~328上产生检测振动358。在锤325~328上产生Y轴方向的检测振动358的结果是,臂321~324在X轴方向上振动。另外,臂321、323与臂322、324以彼此相反的相位进行驱动振动,因此臂321、323的检测振动与臂322、324的检测振动相互成为反相位。
由于检测振动358而从检测部341~348输出的检测信号,具有与驱动振动356相同的频率,并且,具有依赖于角速度357的振幅。因此,通过对该检测信号的大小进行测定,能够检测角速度357的大小ωz。
图28B是对围绕Y轴的角速度359进行检测的情况下的角速度传感器316的俯视图。若输入了围绕Y轴的角速度359,则通过科里奥利力在锤325~328上在Z轴方向产生检测振动360。另外,由于臂321、323和臂322、324以反相位进行驱动振动,因此臂321、323的检测振动和臂322、324的检测振动相互成为反相位。
由于检测振动360而从检测部341~348输出的检测信号,具有与驱动振动356相同的频率,并且,具有依赖于角速度359的振幅。因此,通过对该检测信号的大小进行测定,能够检测角速度359的大小ωy。
图29表示从检测部341~348分别输出的信号S301~S308,具体来说,示出了信号S301~S308各自的驱动信号所引起的分量的相位、和围绕X轴、Y轴以及Z轴的角速度所引起的分量的相位。
根据图29,围绕Z轴的角速度357的大小ωz可以通过以下的式9获得。
ωz={(S302+S305)+(S303+S308)}-{(S301+S306)+(S304+S307)}…(式9)
此外,围绕Y轴的角速度359的大小ωy,可以通过以下的式10获得。
ωy={(S302+S305)+(S301+S306)}-{(S303+S308)+(S304+S307)}…(式10)
在图29中,根据各单元391~393的对称性,例如驱动信号所引起的分量的大小在信号S301~S308中相同。此外,围绕X轴的角速度所引起的分量的大小在信号S301~S308中相同,关于其他角速度也是同样。若对用于获得角速度357的大小ωz的式9代入驱动信号所引起的分量的相位,则式10的值成为0。即,虽然在检测部341~348中驱动信号所引起的分量作为无用信号而混入,但该信号通过式9的运算而相互抵消。同样,若在式9中代入围绕X轴的角速度所引起的分量的相位,则式9的值成为0。同样,若代入施加了围绕Y轴的角速度的情况下的相位,则式9的值成为0。即,即使混入作为无用信号的驱动信号、围绕X轴的角速度以及围绕Y轴的角速度所导致的无用信号,通过式9的运算也被抵消。
同样地,若对用于获得围绕Y轴的角速度359的大小ωy的式10代入驱动信号所引起的分量的相位、和围绕X轴的角速度所引起的分量的相位以及围绕Z轴的角速度所引起的分量的相位,则式10的值成为0。即,即使混入作为无用信号的驱动信号、围绕X轴的角速度以及围绕Z轴的角速度所导致的无用信号,通过式10的运算也被抵消。
像这样,角速度传感器316能够用由检测部341~348构成的检测单元393高精度地检测围绕Z轴的角速度以及围绕Y轴的角速度。
图30是与角速度传感器316连接的检测电路361的电路图。作为多个电极焊盘349的一部分的电极焊盘349-1~349-8,与检测部341~348分别电连接。式9以及式10的运算,可以通过图30所示的检测电路361来进行。
与电极焊盘349-2连接的信号线和与电极焊盘349-5连接的信号线在连接点396A上连接。从电极焊盘349-2输出的电流即信号S302和从电极焊盘349-5输出的电流即信号S305在连接点396A上被合计并接线,并被输入到IV变换放大器362A,变换为电压后输出。与电极焊盘349-3连接的信号线和与电极焊盘349-8连接的信号线在连接点396B上连接。从电极焊盘349-3输出的电流即信号S303和从电极焊盘349-8输出的电流即信号S308在连接点396B上被合计并被输入到IV变换放大器362B,变换为电压后输出。与电极焊盘349-1连接的信号线和与电极焊盘349-6连接的信号线在连接点396C上连接。从电极焊盘349-1输出的电流即信号S301和从电极焊盘349-6输出的电流即信号S306在连接点396C上被合计并被输入到IV变换放大器362C,变换为电压后输出。与电极焊盘349-4连接的信号线和与电极焊盘349-7连接的信号线在连接点396D上连接。从电极焊盘349-4输出的电流即信号S304和从电极焊盘349-7输出的电流即信号S307在连接点396D上被合计并被输入到IV变换放大器362D,变换为电压后输出。
围绕Z轴的角速度357的大小ωz通过以下的构成来算出。来自IV变换放大器362A的输出和来自IV变换放大器362B的输出分别经由电阻RA31和电阻RB31而被接线,来自IV变换放大器362C的输出和来自IV变换放大器362D的输出分别经由电阻RC31和电阻RD31而被接线,它们被输入到差动放大器363Z。在实施方式6中,电阻RA31、RB31具有相同的电阻值,电阻RC31、RD31具有相同的电阻值。并且,利用从驱动电路350输出的信号由检波电路364Z来对从差动放大器363Z输出的信号进行检波。将由低通滤波器365Z从检波后的信号中提取的信号作为围绕Z轴的角速度357的大小ωz从输出端子366Z输出。
围绕Y轴的角速度359的计算通过以下的构成来算出。来自IV变换放大器362A的输出和来自IV变换放大器362C的输出分别经由电阻RA32和电阻RC32而被接线,来自IV变换放大器362B的输出和来自IV变换放大器362D的输出分别经由电阻RB32和电阻RD32而被接线,它们被输入到差动放大器363Y。在实施方式6中,电阻RA32、RC32具有相同的电阻值,电阻RB32、RD32具有相同的电阻值。并且,利用从驱动电路350输出的信号由检波电路364Y来对从差动放大器363Y输出的信号进行检波。将由低通滤波器365Y从检波后的信号中提取的信号作为围绕Y轴的角速度359的大小ωy从输出端子366Y输出。
如图29以及图30所示,驱动信号所引起的分量,在输入到IV变换放大器362A~362D之前,通过电极焊盘349-1~349-8的接线而被抵消。因此,在用IV变换放大器362A~362D放大之前,能够抵消驱动信号所引起的分量。
此外,围绕Y轴的角速度359所引起的分量,在输入到用于检测围绕Z轴的角速度357的大小ωz的差动放大器363Z之前,通过IV变换放大器362A~362D的接线而被抵消。因此,在用差动放大器363Z放大之前,能够抵消围绕Y轴的角速度359所引起的分量。
此外,围绕Z轴的角速度所引起的分量,在输入到用于检测围绕Y轴的角速度359的大小ωy的差动放大器363Y之前,通过IV变换放大器362A~362D的接线而被抵消。
图31表示角速度传感器316的信号的相位,特别是,示出从监视部337~340分别输出的信号M301~M304的从驱动电路350提供的驱动信号所引起的分量的相位、监视信号M301~M304的相位、和X轴、Y轴方向的加速度所引起的分量的相位。
在图31中,例如所监视的振动所引起的分量的大小在信号M301~M304中相同,关于其他加速度也是同样。作为从图27所示的电极焊盘349I~349L即从监视部337~340输出的电流的信号M301~304在连接点396上被合计,如图31所示,监视信号M301~304的合计值成为4+。另一方面,在施加了X轴方向的加速度即从X轴正方向向负方向施加了加速度的情况下,臂321~324全部向X轴负方向弯曲,信号M301~M304的相位如图31所示分别成为-、+、-、+。因此,作为X轴方向的加速度所引起的分量的该无用信号,通过对从监视部337~340输出的信号线进行接线而被抵消。
同样地,在Y轴方向上施加了加速度、即从Y轴正方向向负方向施加了加速度的情况下产生的无用信号,也通过对从监视部337~340输出的信号线进行接线而被抵消。
如上所述,通过将由监视部337~340构成的监视单元392相对于与Y轴平行的轴AY31以及与X轴平行的轴AX31对称地设置,能够使作为无用信号的加速度的分量相互抵消,能够提高角速度的检测精度。
图32是实施方式6的其他角速度传感器316A的俯视图。在图32中,对与图24所示的角速度传感器316相同的部分赋予相同的参照编号。图32所示的角速度传感器316A的驱动单元391,还具有:设置于臂321的延长部321D的驱动部367、368;设置于臂322的延长部322D的驱动部369、370;设置于臂323的延长部323D的驱动部371、372;和设置于臂324的延长部324D的驱动部373、374。由此,使臂321~324在Y轴方向上也能够振动,还能够检测围绕X轴的角速度。在此情况下,围绕X轴的角速度的大小ωx能够通过以下的式11而获得。
ωx=(S301+S302+S303+S304)-(S305+S306+S307+S308)…(式11)
驱动部367、368相对于与轴AX31平行的轴AX32相互对称地设置。驱动部369、370相对于轴AX32相互对称地设置。驱动部371、372,相对于与轴AX31平行的轴AX33对称地设置。轴AX33相对于轴AX31与轴AX32对称。驱动部373、374,相对于轴AX33对称地设置。
此外,驱动部367、371相对于轴AX31相互对称地设置。驱动部368、372相对于轴AX31相互对称地设置。驱动部369、373相对于轴AX31相互对称地设置。驱动部370、374相对于轴AX31相互对称地设置。
此外,驱动部367、369相对于轴AY31相互对称地设置。驱动部368、370相对于轴AY31相互对称地设置。驱动部371、373相对于轴AY31相互对称地设置。驱动部372、374相对于轴AY31相互对称地设置。
通过驱动部367~374,能够同时检测3个轴的角速度,并且通过抵消作为无用信号的加速度所引起的分量,能够改善角速度的检测精度。
另外,在实施方式6中的角速度传感器316A中,监视部337~340设置于臂321~324的J字形状的内周侧,但也可以设置于J字形状的外周侧。
图33是实施方式6的又一其他角速度传感器316B的俯视图。在图33中,对与图31所示的角速度传感器316A相同的部分赋予相同的参照编号。图33所示的角速度传感器316B的监视单元392,还具有分别设置于臂321~324的延长部321C~324C的监视部375~378。监视部337和监视部338,相对于轴AY31相互对称。监视部375和监视部376,相对于轴AY31相互对称。监视部339和监视部340,相对于轴AY31相互对称。监视部377和监视部378,相对于轴AY31相互对称。监视部337和监视部339,相对于轴AX31相互对称。监视部375和监视部377,相对于轴AX31相互对称。监视部338和监视部340,相对于轴AX31相互对称。监视部376和监视部378,相对于轴AX31相互对称。
此外,监视部337和监视部375,相对于臂321的Y轴方向的中心线即轴AY32对称。监视部338和监视部376,相对于臂322的Y轴方向的中心线即轴AY33对称。监视部339和监视部377,相对于臂323的Y轴方向的中心线即轴AY32对称。监视部340和监视部378,相对于臂324的Y轴方向的中心线即轴AY33对称。
在此情况下,在驱动电路350中,通过使用从监视部337~340的加法信号中减去监视部375~378的加法信号而得到的值,能够获得驱动振动的状态,并且能够抵消加速度所导致的无用信号。
另外,在实施方式6中的角速度传感器316、316A、316B中,连接有锤325~328的臂321~324被横梁320支撑,横梁320被纵梁318、319支撑,并且纵梁318、319被支撑体317支撑。通过该构造,角速度传感器316、316A、316B虽然能够同时检测3个轴的角速度,但容易受到加速度或冲击等的影响。因此,在该构造中,使角速度传感器316、316A、316B的围绕其他轴的角速度以及加速度相互抵消的效果尤其显著。
工业实用性
本发明的角速度传感器能够高精度地检测角速度,因此在便携式终端或车辆等可动装置中有用。
符号说明
116  角速度传感器
117  支撑体
118、119  纵梁
120  横梁
121~124  臂
121F  内边缘(第1内边缘)
121G  外边缘(第1外边缘)
121H  中心线(第1中心线)
125~128  锤
129~136  驱动部
137~140  监视部
141~148  检测部
167~174  驱动部
175  角速度传感器
176~179  检测部
180  角速度传感器
181~184  检测部
191  驱动单元
192  监视单元
193  检测单元
216  角速度传感器
217  支撑体
218、219  纵梁
220  横梁
221~224  臂
225~228  锤
229~236  驱动部
237~240  监视部
241~248  检测部
267~274  驱动部
291  驱动单元
292  监视单元
293  检测单元
316  角速度传感器
317  支撑体
318、319  纵梁
320  横梁
321~324  臂
325~328  锤
329~336  驱动部
337~340  监视部
341~348  检测部
367~374  驱动部
375~378  监视部
391  驱动单元
392  监视单元
393  检测单元
429~436  检测部
441~448  驱动部
AX11  轴(第1轴)
AX21  轴(第1轴)
AX22  轴(第3轴)
AX23  轴(第4轴)
AX31  轴(第1轴)
AY11  轴(第2轴)
AY12  轴(第3轴)
AY13  轴(第4轴)
AY21  轴(第2轴)
AY24  轴(第3轴)
AY25  轴(第4轴)
AY31  轴(第2轴)
AY32  轴(第3轴)
AY33  轴(第4轴)
B101  中间线

Claims (19)

1.一种角速度传感器,其在相互正交的X轴、Y轴、Z轴上具备:
支撑体;
与所述支撑体结合的保持部;
第1锤至第4锤;
第1臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第1锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴正方向延伸出去;
第2臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第2锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴正方向延伸出去;
第3臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第3锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴负方向延伸出去;
第4臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第4锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴负方向延伸出去;
驱动单元,其使所述第1臂至所述第4臂与包含所述X轴和所述Y轴的XY平面平行地驱动;
监视单元,其对所述第1臂至所述第4臂在与所述XY平面平行的方向上的位移进行检测;和
检测单元,其对所述第1臂至所述第4臂的位移进行检测,
所述检测单元相对于与所述X轴平行的第1轴对称地设置,并且相对于与所述Y轴平行的第2轴对称地设置。
2.根据权利要求1所述的角速度传感器,其中,
所述检测单元具有:
设置于所述第1臂上的第1检测部、第2检测部;
设置于所述第2臂上的第3检测部、第4检测部;
设置于所述第3臂上的第5检测部、第6检测部;和
设置于所述第4臂上的第7检测部、第8检测部,
所述第1检测部和所述第3检测部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第2检测部和所述第4检测部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第5检测部和所述第7检测部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第6检测部和所述第8检测部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第1检测部和所述第5检测部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第2检测部和所述第6检测部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第3检测部和所述第7检测部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第4检测部和所述第8检测部相对于所述第1轴相互对称地设置。
3.根据权利要求2所述的角速度传感器,其中,
所述第1检测部和所述第2检测部,相对于与所述Y轴平行的第3轴相互对称地设置,
所述第3检测部和所述第4检测部,相对于第4轴相互对称地设置,其中所述第4轴相对于所述第2轴与所述第3轴对称,
所述第5检测部和所述第6检测部,相对于所述第3轴相互对称地设置,
所述第7检测部和所述第8检测部,相对于所述第4轴相互对称地设置。
4.根据权利要求2所述的角速度传感器,其中,
所述第1臂,按照具有位于内周侧的第1内边缘、和位于外周侧的第1外边缘的方式弯曲,
所述第1检测部和所述第2检测部沿着所述第1臂延伸,
所述第1检测部与所述第2检测部之间的正中的中间线,位于在所述第1内边缘与所述第1外边缘之间的正中延伸的第1中心线、与所述第1内边缘之间。
5.根据权利要求1所述的角速度传感器,其中,
所述第1臂弯曲,
所述第1检测部和所述第2检测部沿着所述第1臂弯曲地延伸。
6.根据权利要求4所述的角速度传感器,其中,
所述第2臂,按照具有位于内周侧的第2内边缘、和位于外周侧的第2外边缘的方式弯曲,
所述第3检测部和所述第4检测部沿着所述第2臂延伸,
所述第3检测部与所述第4检测部之间的正中的中间线,位于在所述第2内边缘和所述第2外边缘的正中延伸的第2中心线与所述第2内边缘之间,
所述第3臂,按照具有位于内周侧的第3内边缘、和位于外周侧的第3外边缘的方式弯曲,
所述第5检测部和所述第6检测部沿着所述第3臂延伸,
所述第5检测部与所述第6检测部之间的正中的中间线,位于在所述第3内边缘和所述第3外边缘的正中延伸的第3中心线与所述第3内边缘之间,
所述第4臂,按照具有位于内周侧的第4内边缘、和位于外周侧的第4外边缘的方式弯曲,
所述第7检测部和所述第8检测部沿着所述第4臂延伸,
所述第7检测部与所述第8检测部之间的正中的中间线,位于在所述第4内边缘和所述第4外边缘的正中延伸的第4中心线与所述第4内边缘之间。
7.根据权利要求1所述的角速度传感器,其中,
还具备:
第1纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;
第2纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;和
横梁,其悬架于所述第1纵梁与所述第2纵梁之间,
所述横梁具有所述保持部,
所述检测单元具有:
设置于所述第1纵梁上的第1检测部、第2检测部;和
设置于所述第2纵梁上的第3检测部、第4检测部,
所述第1检测部和所述第3检测部,相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第2检测部和所述第4检测部,相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第1检测部和所述第2检测部,相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第3检测部和所述第4检测部,相对于所述第1轴相互对称地设置,
基于从所述第1检测部至所述第4检测部输出的信号来对围绕所述X轴的角速度进行检测。
8.根据权利要求1所述的角速度传感器,其中,
还具备:
第1纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;
第2纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;和
横梁,其悬架于所述第1纵梁和所述第2纵梁之间,
所述横梁具有所述保持部,
所述检测单元还具有设置于所述横梁上的第1检测部至第4检测部,
所述第1检测部和所述第2检测部,相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第3检测部和所述第4检测部,相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第1检测部和所述第3检测部,相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第2检测部和所述第4检测部,相对于所述第1轴相互对称地设置,
基于从所述第1检测部至第4检测部输出的信号来对围绕所述Y轴的角速度进行检测。
9.一种角速度传感器,其在相互正交的X轴、Y轴、Z轴上具备:
支撑体;
与所述支撑体结合的保持部;
第1锤至第4锤;
第1臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第1锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴正方向延伸出去;
第2臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第2锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴正方向延伸出去;
第3臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第3锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴负方向延伸出去;
第4臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第4锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴负方向延伸出去;
驱动单元,其使所述第1臂至所述第4臂与包含所述X轴和所述Y轴的XY平面平行地驱动;
监视单元,其对所述第1臂至所述第4臂在与所述XY平面平行的方向上的位移进行检测;和
检测单元,其对所述第1臂至所述第4臂的位移进行检测,
所述驱动单元,相对于与所述X轴平行的第1轴对称并且相对于与所述Y轴平行的第2轴对称地设置。
10.根据权利要求9所述的角速度传感器,其中,
所述驱动单元具有:
设置于所述第1臂上的第1驱动部、第2驱动部;
设置于所述第2臂上的第3驱动部、第4驱动部;
设置于所述第3臂上的第5驱动部、第6驱动部;和
设置于所述第4臂上的第7驱动部、第8驱动部,
所述第1驱动部和所述第3驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第2驱动部和所述第4驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第5驱动部和所述第7驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第6驱动部和所述第8驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第1驱动部和所述第5驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第2驱动部和所述第6驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第3驱动部和所述第7驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第4驱动部和所述第8驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置。
11.根据权利要求10所述的角速度传感器,其中,
所述第1驱动部和所述第2驱动部,相对于与所述Y轴平行的第3轴相互对称地设置,
所述第3驱动部和所述第4驱动部,相对于第4轴相互对称地设置,其中所述第4轴相对于所述第2轴与所述第3轴对称,
所述第5驱动部和所述第6驱动部,相对于所述第3轴相互对称地设置,
所述第7驱动部和所述第8驱动部,相对于所述第4轴相互对称地设置。
12.根据权利要求10所述的角速度传感器,其中,
所述驱动单元还具有:
设置于所述第1臂上的第9驱动部、第10驱动部;
设置于所述第2臂上的第11驱动部、第12驱动部;
设置于所述第3臂上的第13驱动部、第14驱动部;和
设置于所述第4臂上的第15驱动部、第16驱动部,
所述第9驱动部和所述第11驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第10驱动部和所述第12驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第13驱动部和所述第15驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第14驱动部和所述第16驱动部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第9驱动部和所述第13驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第10驱动部和所述第14驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第11驱动部和所述第15驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第12驱动部和所述第16驱动部相对于所述第1轴相互对称地设置。
13.根据权利要求12所述的角速度传感器,其中,
所述第9驱动部和所述第10驱动部,相对于与所述X轴平行的第3轴相互对称地设置,
所述第11驱动部和所述第12驱动部,相对于所述第3轴相互对称地设置,
所述第13驱动部和所述第14驱动部,相对于第4轴相互对称地设置,其中所述第4轴相对于所述第1轴与所述第3轴对称,
所述第15驱动部和所述第16驱动部,相对于所述第4轴相互对称地设置。
14.根据权利要求9所述的角速度传感器,其中,
还具备:
第1纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;
第2纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;和
横梁,其设置有所述保持部,悬架于所述第1纵梁与所述第2纵梁之间,
所述横梁具有所述保持部。
15.一种角速度传感器,其在相互正交的X轴、Y轴、Z轴上具备:
支撑体;
与所述支撑体结合的保持部;
第1锤至第4锤;
第1臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第1锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴正方向延伸出去;
第2臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第2锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴正方向延伸出去;
第3臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第3锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴负方向延伸出去;
第4臂,其具有被所述保持部支撑的一端、和与所述第4锤连接的另一端,从所述一端向所述Y轴负方向延伸出去;
驱动单元,其使所述第1臂至所述第4臂与包含所述X轴和所述Y轴的XY平面平行地驱动;
监视单元,其对所述第1臂至所述第4臂在与所述XY平面平行的方向上的位移进行检测;和
检测单元,其对所述第1臂至所述第4臂的位移进行检测,
所述监视单元,相对于所述X轴对称地设置并且相对于所述Y轴对称地设置。
16.根据权利要求15所述的角速度传感器,其中,
所述监视单元具有:
设置于所述第1臂上的第1监视部;
设置于所述第2臂上的第2监视部;
设置于所述第3臂上的第3监视部;和
设置于所述第4臂上的第4监视部,
所述第1监视部和所述第3监视部,相对于与所述X轴平行的第1轴相互对称地设置,
所述第2监视部和所述第4监视部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第1监视部和所述第2监视部,相对于与所述Y轴平行的第2轴相互对称地设置,
所述第3监视部和所述第4监视部相对于所述第2轴相互对称地设置。
17.根据权利要求15所述的角速度传感器,其中,
所述监视单元具有:
设置于所述第1臂上的第1监视部、第2监视部;
设置于所述第2臂上的第3监视部、第4监视部;
设置于所述第3臂上的第5监视部、第6监视部;和
设置于所述第4臂上的第7监视部、第8监视部,
所述第1监视部和所述第5监视部,相对于与所述X轴平行的第1轴相互对称地设置,
所述第2监视部和所述第6监视部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第3监视部和所述第7监视部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第4监视部和所述第8监视部相对于所述第1轴相互对称地设置,
所述第1监视部和所述第3监视部,相对于与所述Y轴平行的第2轴相互对称地设置,
所述第2监视部和所述第4监视部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第5监视部和所述第7监视部相对于所述第2轴相互对称地设置,
所述第6监视部和所述第8监视部相对于所述第2轴相互对称地设置。
18.根据权利要求17所述的角速度传感器,其中,
所述第1监视部和第2监视部,相对于与所述Y轴平行的第3轴相互对称地设置,
所述第3监视部和第4监视部,相对于第4轴相互对称地设置,其中所述第4轴相对于所述第2轴与所述第3轴对称,
所述第5监视部和第6监视部,相对于所述第3轴相互对称地设置,
所述第7监视部和第8监视部,相对于所述第4轴相互对称地设置。
19.根据权利要求15所述的角速度传感器,其中,
还具备:
第1纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;
第2纵梁,其与所述Y轴平行地悬架于所述支撑体;和
横梁,其设置有所述保持部,悬架于所述第1纵梁与所述第2纵梁之间,
所述横梁具有所述保持部。
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