CN104823020A - 陀螺仪传感器及具有陀螺仪传感器的复合传感器 - Google Patents

Abstract

在陀螺仪传感器中，在外侧驱动锤(31)内在x轴方向上排列地配置有检测锤(32、33)，通过耦合弹簧(44)将两检测锤(32、33)连结。这样，通过用耦合弹簧(44)将两检测锤(32、33)连结，能够将同相模式的共振频率(fin)与反相模式的共振频率(fanti)分离。为此，能够成为能抑制受到了冲击时的输出误差、能进行更正确的角速度检测的陀螺仪传感器。

Description

陀螺仪传感器及具有陀螺仪传感器的复合传感器

[关联申请的相互参照]

本公开基于2012年11月29日申请的日本申请号2012－261335号、及2013年9月3日申请的日本申请号2013－182150号，在此引用它们的记载内容。

技术领域

本公开涉及使检测锤相对于基板平面(xy平面)方向驱动振动、并且伴随着角速度的施加而使检测锤在基板垂直方向(以下，称为z轴方向)上移动、从而进行角速度检测的陀螺仪传感器及具有该陀螺仪传感器的复合传感器。

背景技术

以往以来，作为角速度的检测所使用的传感器，已知有例如专利文献1所示那样的陀螺仪传感器。这种陀螺仪传感器具有在基板平面方向上振动的驱动锤及经由检测弹簧与该驱动锤连接的检测锤，基于通过使驱动锤驱动振动并且施加角速度来使检测锤在基板垂直方向上振动，而进行角速度检测。在专利文献1所示的陀螺仪传感器中，采用将驱动锤及检测锤配置成圆盘状的构造，在角速度检测时，使驱动锤以将圆盘中心作为中心摆动的方式振动来进行角速度检测。即，基于角速度的施加，在隔着圆盘中心的左右两侧，检测锤如跷跷板那样相对置并在圆盘平面的垂直方向(z轴方向)上上下振动，因此获得基于在其左右的上下振动的差动输出，从而进行角速度检测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－255153号公报

发明的概要

然而，在如专利文献1那样的陀螺仪传感器中，在受到了向z轴方向的冲击时会产生输出误差变大这一问题。具体而言，在受到了向z轴方向的冲击时，在隔着圆盘中心的左右两侧，检测锤向z轴方向移动。此时，如果检测锤在左右两侧都同步地运动，则在取得动作输出时各输出中的冲击振动成分被消除，因此没有问题，但若不同步，则其将作为较大的输出误差显现出来。在产生了这样的较大的输出误差时，不能进行正确的角速度检测，因此不是优选的。

发明内容

本公开鉴于上述问题点，目的在于提供能够抑制受到了冲击时的输出误差，能够进行更正确的角速度检测的陀螺仪传感器。

根据本公开的第一形态，陀螺仪传感器具有基板、可动部、两个检测锤、耦合弹簧、及检测电极。基板具备固定部。可动部经由支承梁与固定部连接。将与基板的平面平行且包含x轴和与x轴正交的y轴的平面作为xy平面，将沿着x轴的方向作为x轴方向，将沿着y轴的方向作为y轴方向时，可动部具备具有质量部的驱动锤，在角速度检测时，所述质量部基于支承梁的位移而在xy平面上往复旋转振动或者在y轴方向上往复振动。检测锤分别经由检测梁与驱动锤连接。两个检测锤在x轴方向上排列，并通过耦合弹簧而连结。检测电极在沿着与xy平面垂直的z轴的z轴方向上与两个检测锤分别相隔规定距离而配置。

在这样的构成的陀螺仪传感器中，伴随着角速度施加，两个检测锤在z轴方向上向互相相反的方向振动从而两个检测锤与检测电极之间的距离变化。由此，基于在两个检测锤与检测电极之间构成的两个电容器的电容值向互相相反的相位变化，使用对两个电容值的变化进行表示的信号的差动输出，进行角速度检测。

并且，通过耦合弹簧将两检测锤连结，因此能够使两检测锤同步运动，一定能够成为同相模式和反相模式这2个模式的运动。并且，两检测锤同步地运动，所以能够具有同相模式的共振频率fin和反相模式的共振频率fanti，并且能够基于各部的设定将同相模式的共振频率fin与反相模式的共振频率fanti分离。为此，能够成为能够抑制受到了冲击时的输出误差，能够进行更正确的角速度检测的陀螺仪传感器。

根据本公开的第二形态，陀螺仪传感器具有基板、可动部、两个驱动锤、耦合弹簧及检测电极。基板具备固定部。可动部经由检测梁而与固定部连接。将与基板的平面平行且包含x轴和与x轴正交的y轴的平面作为xy平面，将沿着x轴的方向作为x轴方向，将沿着y轴的方向作为y轴方向时，可动部具备具有质量部的检测锤，在角速度检测时，所述质量部基于检测梁的位移而在xy平面上往复旋转振动或者在y轴方向上往复振动。驱动锤相对于检测锤构成为一体，并在x轴方向上排列。耦合弹簧将两个检测锤连结。检测电极在沿着与xy平面垂直的z轴的z轴方向上，与两个检测锤相隔规定距离而配置。即，是采用将两个检测锤相对于驱动锤构成为一体并在x轴方向上排列的构造的陀螺仪传感器。在这样的构造的陀螺仪传感器中，也能够获得与第一形态所涉及的陀螺仪传感器同样的效果。

根据本公开的第三形态，复合陀螺仪传感器具有第一或者第二形态所涉及的陀螺仪传感器作为第1陀螺仪传感器，并且，所述复合陀螺仪传感器具有：第2陀螺仪传感器，形成于基板，检测xy平面上的绕z轴的角速度；以及加速度传感器，形成于基板，检测于xy平面平行的一个方向的加速度，第1陀螺仪传感器、第2陀螺仪传感器、加速度传感器被单片化。

这样，如果将第一或者第二形态所涉及的陀螺仪传感器作为第1陀螺仪传感器，则能够将第1陀螺仪传感器与第2陀螺仪传感器及加速度传感器单片化而成为复合传感器。由此，与将各传感器形成于不同的芯片的情况相比较，能够谋求复合传感器的简单化。

附图说明

有关本公开的上述目的及其他的目的、特征及优点通过参照附图进行的下述的详细的记载而变得更明确。在附图中，

图1是本公开的第1实施方式所涉及的陀螺仪传感器的俯视图。

图2是图1的II－II线上的剖视图。

图3是对陀螺仪传感器的基本动作时的情形进行表示的示意图。

图4A是对陀螺仪传感器的检测部的静止状态的情形进行表示的示意图。

图4B是对陀螺仪传感器的检测部的同相模式的情形进行表示的示意图。

图4C是对陀螺仪传感器的检测部的反相模式的情形进行表示的示意图。

图5是对陀螺仪传感器的共振倍率的频率特性(响应曲线)进行表示的图。

图6是对D.R.与耐冲击性的关系进行表示的曲线。

图7是对陀螺仪传感器的各部的常数等进行表示的示意图。

图8是对D.R.的做出的结果相对于目标值的关系进行表示的图。

图9是表示对以往构造的情况、如第1实施方式那样将同相模式的共振频率fin和反相模式的共振频率fanti分开的情况、及采用了D.R.不易散乱的构造的情况各自的耐冲击性的偏差进行研究后的结果的图。

图10是本公开的第2实施方式所涉及的陀螺仪传感器的俯视图。

图11是对驱动耦合弹簧31e、中间刚体44b所具备的弹簧44ba的一个例子进行表示的放大俯视图。

图12是本公开的第3实施方式所涉及的陀螺仪传感器的俯视图。

图13A是对检测梁42、43所具备的驱动弹簧42a、43a的一个例子进行表示的放大俯视图。

图13B是对中间刚体44b所具备的弹簧44bb的一个例子进行表示的放大俯视图。

图14是本公开的第4实施方式所涉及的复合传感器的俯视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式相互之中，对彼此相同或者等同的部分，标注同一符号进行说明。

(第1实施方式)

对本公开的第1实施方式进行说明。本实施方式中说明的陀螺仪传感器，是用于检测作为物理量的角速度的传感器，使用于例如绕与车辆的上下方向平行的中心线的旋转角速度的检测中，但当然也能够将陀螺仪传感器应用于车辆用以外。

陀螺仪传感器以图1的纸面法线方向与车辆的上下方向一致的方式搭载于车辆。如图1所示，陀螺仪传感器形成于板状的基板10的一面侧。基板10例如像图2所示那样，由被设为用支承基板11和半导体层12夹入作为牺牲层的埋入氧化膜13的构造的SOI(Siliconon insulator：绝缘体上硅)基板构成。这样的传感器构造通过将半导体层12侧蚀刻成传感器构造体的图案后将埋入氧化膜13局部去除，并使传感器构造体的一部分释放而成为浮动状态而构成。

另外，将与半导体层12的表面平行的面上的一个方向且为纸面左右方向作为x轴方向，将与该x轴方向成直角的纸面上下方向作为y轴方向，并将与半导体层12的一面垂直的方向作为z轴方向，来进行以下的说明。换言之，将与基板10的平面平行且包含互相正交的x轴、y轴的面设为xy平面，将沿着x轴的方向作为x轴方向，将沿着y轴的方向作为y轴方向。此外，将与x轴和y轴垂直的轴即与xy平面垂直的轴设为z轴，将沿着z轴的方向作为z轴方向。

如图1所示，半导体层12被图案形成于固定部20与可动部30及梁部40。固定部20至少在其背面的一部分残留埋入氧化膜13，被设为不会从支承基板11释放而经由埋入氧化膜13固定于支承基板11的状态。可动部30及梁部40是构成陀螺仪传感器中的振子的部件。可动部30的背面侧的埋入氧化膜13被去除，被设为从支承基板11释放而成为浮动状态。梁部40支承可动部30，为了进行角速度检测而使可动部30在xy平面上驱动振动，并且伴随着角速度施加而使可动部30的一部分在z轴方向上位移。下面对上述固定部20和可动部30及梁部40的具体的构造进行说明。

固定部20被设为具有用于支承可动部30的支承用固定部21、施加驱动用电压的驱动用固定部22、23的构成。

支承用固定部21例如与固定部20中的其他的部分(驱动用固定部22、23)分离，配置于以可动部30为中心的对称位置，并经由梁部40的一部分即支承梁41支承可动部30。在本实施方式中，支承用固定部21配置于以可动部30为中心的左右两侧，以两个部位支承可动部30。

驱动用固定部22、23施加驱动用电压，被构成为彼此分离，并能够施加不同的电位。这些驱动用固定部22、23被设为具备基部22a、23a和梳齿状的驱动用固定电极22b、23b的构成。

基部22a、23a在本实施方式中，以包围可动部30等的传感器构造体的周围的方式配置，以基部22a包围可动部30的图1中左半部分，用基部23a包围图1中右半部分。驱动用固定电极22b、23b被连接于该基部22a、23a，并被设为能够通过与基部22a、23a具备的未图示的结合衬垫连接的接合线而从外部施加AC电压(驱动用电压)的构成。通过对该基部22a、23a施加所期望的AC电压，也能够对各驱动用固定电极22b、23b施加所期望的AC电压。

驱动用固定电极22b、23b是与可动部30具备的梳齿状的驱动用可动电极31b的各梳齿对置配置的梳齿状的电极。具体而言，驱动用固定电极22b、23b包括在x轴方向上延伸设置的多个支承部22c、23c和从各支承部22c、23c起在y轴方向上延伸设置的等间隔配置的多个梳齿状电极22d、23d。这样的构造的驱动用固定电极22b、23b与基部22a、23a连接，从而能够同样地对多个梳齿状电极22d、23d分别施加AC电压。

通过这样的构造，构成固定部20。另外，在此，将基部22a、23a设为包围传感器构造体的周围的构成，将支承用固定部21设为局部地配置的构造，但也可以是将基部22a、23a局部地配置，将支承用固定部21设为包围传感器构造体的周围的构成等其他的构造。

可动部30是在角速度检测时被驱动振动或相应于角速度施加而位移的部分，被设为具有外侧驱动锤31和检测锤32、33等的构成。可动部30被设为，在被设为大致圆环状的外侧驱动锤31之中经由梁部40的一部分而内置检测锤32、33的布局。

外侧驱动锤31是配置于检测锤32、33的外侧的驱动锤，被设为具有质量部31a和驱动用可动电极31b的构成。

质量部31a是构成外侧驱动锤31的外形的部分，并以圆环状构成。质量部31a沿着驱动用固定部22、23的内壁面而配置，该质量部31a发挥作为锤的作用，并构成为外侧驱动锤31能够以质量部31a的中心为旋转中心绕z轴旋转。

驱动用可动电极31b是与驱动用固定部22、23具备的梳齿状的驱动用固定电极22b、23b的各梳齿对置配置的梳齿状的电极。具体而言，驱动用可动电极31b包括在x轴方向上延伸设置的多个支承部31c和从各支承部31c起在y轴方向上延伸设置的等间隔配置的多个梳齿状电极31d。在这样的构造的驱动用可动电极31b的前端，连接有支承梁41，该支承梁41与支承用固定部21连接，从而可动部30以浮动状态悬架于支承用固定部21。

检测锤32、33被设为平板状，经由各个梁部40的一部分即检测梁42、43而支承于质量部31a的内侧。具体而言，检测锤32、33在相对于质量部31a的中心而对称的位置成为一对而配置，在本实施方式中，在x轴方向上排列配置有两个。检测锤32、33分别由在y轴方向的两侧延伸设置的二根检测梁42、43来支承，但通过使检测梁42、43的连接位置靠近检测梁32上的质量部31a的端部、优选的是中心侧的端部，而成为悬臂梁构造。即，用二根检测梁42、43支承各检测锤32、33，并且使检测梁42靠近并连接于检测锤32上的x轴方向的单侧(质量部31a的中心侧)，使检测梁43靠近并连接于检测锤33上的x轴方向的单侧(质量部31a的中心侧)。为此，在角速度施加时，检测锤32、33的被检测梁42、43支承的一侧(以下，称为支承侧)的端部称为振动的关节而不怎么位移，在其相反侧(以下，称为非支承侧)的端部检测锤32、33能够大幅位移。

并且，如图2所示，在支承基板11中的半导体层12侧的表面上与检测锤32、33对应的位置(图1中单点划线)，形成有检测电极14。在角速度施加时，基于该检测电极14与锤32、33之间的距离的位移，进行角速度检测。

另外，在本实施方式中，如上所述那样通过悬臂梁构造来支承检测锤32、33，但由此能够提高S/N比。即，通过采用在检测锤32、33的x轴方向的两侧配置检测梁42、43的双支承构造，也能够设为检测锤32、33与xy平面平行地位移的构造。然而，在采用了双支承构造的情况下，作为弹簧的检测针42、43的连接部位增多，共振模式增加，不需要的共振模式也增多，而不是优选的。因此，通过本实施方式那样通过悬臂梁构造支承检测锤32、33是优选的。

梁部40被设为除了具有上述的支承梁41、检测梁42、43以外，还具有耦合弹簧44的构成。

支承梁41作为将可动部30相对于基板10以浮动状态支承并且将可动部30支承为能够在xy平面上移动的弹簧发挥功能。在本实施方式中，将支承梁41设为将驱动用可动电极31b中的支承部31c的前端与支承用固定部21之间连结的构造，通过使支承梁41的宽度比支承部31c小而作为弹簧发挥功能。然而，无需将支承梁41与驱动用可动电极31b连结，也可以配置在与驱动用可动电极31b不同的地方。

检测梁42、43是将各检测锤32、33与质量部31a连接，并且使与检测锤32、33的外侧驱动锤31成为一体的向xy平面内的移动和独立于外侧驱动锤31的向z轴方向的移动成为可能的检测弹簧。在本实施方式中，检测梁42、43以向y轴方向伸展的直线状梁构成，在纸面上下方向上在隔着检测锤32、33的两侧，各配置有一根，并与质量部31a的内周面连接。检测梁42、43中的尤其是与检测锤32、33的连接部位被扭曲，而作为扭簧(扭曲弹簧)发挥功能。由此，在支承侧支承检测锤32、33，并且使检测锤32、33在非支承侧位移。

耦合弹簧44是将两检测锤32、33连结的部件，被设为具有折叠梁44a和中间刚体44b的构成。通过用该耦合弹簧44连结两检测锤32、33，能够使检测锤32、33同步运动。

折叠梁44a是构成扭簧的部件，在两检测锤32、33上的支承侧，配置在比检测梁42、43更靠质量部31a的中心侧。折叠梁44a以折叠成四边形的框体形状的梁构成，与检测锤32、33上的支承侧的两角部连接，并通过与y轴方向平行的两个边和与x轴平行的一条边来构成。并且，折叠梁44a中与y轴方向平行的边被扭曲，而作为扭簧发挥功能。

中间刚体44b是连结两折叠梁44a的部件。在本实施方式中，将中间刚体44b设为直线状的部件，并与折叠梁44a中与y轴平行的边的中心位置连接。中间刚体44b被设为，y轴方向的厚度比折叠梁44a的x轴方向的厚度大。为此，在传感器动作时，折叠梁44a位移，中间刚体44b不会扭曲变形而在保持两折叠梁44a之间的距离的同时将它们连结。

通过如以上那样的构造，构成了下面构造的陀螺仪传感器：在质量部31a内配置支承于检测梁42、43的一对检测锤32、33，并且经由耦合弹簧44连结检测锤32、33。

接下来，参照图3对这样构成的陀螺仪传感器的动作进行说明。在图3中的圈中示出黑圈的记号表示向纸面垂直方向相反一侧振动，圈的中示出×标记的记号表示向纸面垂直方向跟前侧振动。

如图3所示，在角速度检测时，陀螺仪传感器作为基本动作，而进行使外侧驱动锤31驱动振动的动作、在本实施方式的情况下为以质量部31a的中心为旋转中心使外侧驱动锤31往复旋转振动的动作。具体而言，通过对驱动用固定部22、23施加AC电压，而在其与外侧驱动锤31之间产生电位差时，基于该电位差，在驱动用固定电极22b、23b与驱动用可动电极31b之间产生y轴方向的静电力。基于该静电力，外侧驱动锤31以质量部31a的中心为旋转中心而被往复旋转振动。此外，如图3中的箭头所示，使检测锤32、33向与外侧驱动锤31的振动方向相反的方向振动。然后，改变AC电压的频率同时监视外侧驱动锤31的振动，AC电压的频率被调整为成为所期望的驱动共振频率。

这样，在角速度检测时，陀螺仪传感器进行驱动振动可动部30这一基本动作。

然后，在进行上述的图3那样的基本动作时对陀螺仪传感器施加绕z轴的角速度时，通过哥氏力，检测锤32、33在z轴方向上向互相相反的方向位移。由于该位移，检测锤32、33与检测电极14之间的距离变化，由检测锤32、33与检测电极14构成的电容器的电容值变化。并且，检测锤32、33与检测电极14之间的距离相应于角速度的大小而变化，所以电容器的电容值也相应于角速度的大小而变化。

为此，基于通过从与检测锤32、33分别对置配置的检测电极14引出的未图示的布线图案而取出的信号，读取各电容器的电容值的变化，从而能够检测角速度。并且，在如本实施方式那样的构成的情况下，通过获得从使用了一对检测锤32、33及检测电极14的二组角速度检测构造分别取出的信号的差动输出，能够读取电容器的电容值的变化。为此，能够区别并检测角速度和加速度。

在此，根据如上述那样的检测原理进行角速度检测，但两个检测锤32、33通过耦合弹簧44而连结，因此同步运动。为此，检测锤32、33以在z轴方向上向相同方向振动的同相模式和在z轴方向上向互相相反的方向振动的反相模式运动，而成为具有同相模式的共振频率fin和反相模式的共振频率fanti。有关于此，参照图4A～图4C进行说明。

若示意地描绘本实施方式所涉及的陀螺仪传感器的静止状态、同相模式及反相模式时的状态，分别如图4A～图4C所示。即，检测锤32、33在支承侧支承于检测梁42、43，在该支承侧，与构成耦合弹簧44的折叠梁44a及中间刚体44b连接。这些中的、检测梁42、43及框体梁44a中的与y轴平行的部分成为扭曲弹簧。在图4A～图4C中，用圆圈标记表示这些成为扭曲弹簧的部分，用四角标记表示成为刚体的部分。此外，在图中，在各检测锤32、33与中间刚体44b之间，用两个圆圈标记和一个四角标记表示框体梁44a，但框体梁44a中与y轴平行的两个边成为扭曲弹簧，与x轴平行的一条边成为刚体。

在静止状态，如图4A所示，成为检测锤32、检测梁42、43及耦合弹簧44与xy平面平行的状态。在同相模式，如图4B所示，成为检测锤32、33的非支承侧都向同方向位移，且中间刚体44b向与检测锤32、33相反的方向位移的状态。此外，在反相模式，如图4C所示，成为检测锤32、33的非支承侧向互相相反的方向位移的状态。

如上所述，在通常的驱动状态中，检测锤32、33由于哥氏力而在z轴方向上向互相相反的方向位移，所以以反相模式振动。并且，在对于陀螺仪传感器施加了向z轴方向的冲击的情况下，如果都以同相模式变化，则将从二组角速度检测构造分别取出的信号差动放大，所以由基于该冲击的振动引起的信号被抵消。然而，以同相模式施加冲击，但在陀螺仪传感器固有的反相模式的共振频率位于同相模式的共振频率的附近的情况下，同相模式的激振诱发反相模式的振动。为此，作为输出误差而显现。

在受到了向z轴方向的冲击时，共振倍率(响应的强度)相应于该冲击所包含的各种频率成分而变化。具体而言，确认以同相模式驱动时的共振倍率的频率特性(响应曲线)如图5所示，同相模式的共振频率fin中，共振倍率变得最大。并且，以同相模式的共振频率fin为中心在其他的频率域中共振倍率急剧地降低，并降低到远离同相模式的共振频率fin的程度。但是，区别于同相模式的共振频率fin而存在反相模式的共振频率fanti，虽然该反相模式的共振频率fanti也比同相模式的共振频率fin充分小，但是共振倍率会某种程度地变大。由冲击激励的同相模式的振动诱发使两个检测锤32、33向相反方向振动的运动、即反相模式的振动，而产生如上所述的输出误差。

并且，本发明人们进行了深入研究的结果是确认了如下情况：关于该反相模式的共振频率fanti，越是存在于同相模式的共振频率fin的附近，其共振频率fanti下的共振倍率越变大。即，如图5所示，以同相模式的共振频率fin为中心，共振倍率衰减。然而，在反相模式的共振频率fanti过于接近同相模式的共振频率fin时，在由冲击激励的同相模式的振动未充分衰减的状态下，诱发反相模式的振动。

因此，通过使同相模式的共振频率fin与反相模式的共振频率fanti分离，能够形成由冲击激励的同相模式的振动在反相模式的共振频率fanti附近充分衰减的区域，可以说能够抑制反相模式的运动的诱发。并且，关于共振倍率的频率特性，除了能够基于容许z轴方向的位移的弹簧等、即本实施方式的情况下为检测梁42、43、折叠梁44a的长度的设定来调整，还能够基于中间刚体44b的长度的设定来调整。基于此，本发明人们对容许z轴方向的位移的弹簧等进行调整而调整共振倍率的频率特性。其结果是，在反相模式的共振频率fanti远离同相模式的共振频率fin时，能够降低反相模式的共振频率fanti下的共振倍率。

为了使反相模式的共振频率fanti远离同相模式的共振频率fin，需要检测锤32、33同步地运动，并成为同相模式和反相模式的运动。

在以往的陀螺仪传感器中，采用了未通过耦合弹簧连结的完全分离的两个检测锤或者完全一体的检测锤，因此各检测锤各自独立地运动，不会成为同步的运动，因此无法设为同相模式和反相模式的运动。为此，无法将同相模式的共振频率fin与反相模式的共振频率fanti分离。

与此相对，在本实施方式中，通过耦合弹簧44将两检测锤32、33连结，因此能够使检测锤32、33同步地运动，一定能够成为同相模式和反相模式这两个图案的运动。并且，检测锤32、33同步地运动，所以能够具有同相模式的共振频率fin和反相模式的共振频率fanti，并且除了基于检测梁42、43、折叠梁44a的长度的设定将它们分离以外，还能够基于中间刚体44b的长度的设定来将它们分离。因此，能够使反相模式的共振频率fanti远离同相模式的共振频率fin，能够使反相模式的共振频率fanti下的共振倍率降低。

在此，将反相模式的共振频率fanti与同相模式的共振频率fin的差除以反相模式的共振频率fanti而得到的值(＝(fanti―fin)/fanti)定义为去耦率(Decoupling Ratio(以下，称为D.R.)。

这样，D.R.越大，则越能够抑制反相模式的运动的诱发。由此，能够抑制陀螺仪传感器的输出误差，能够提高耐冲击性，能够进行更正确的角速度检测。具体而言，研究了D.R与与耐冲击性的关系后，得到图6所示的结果。根据该图6也可知，D.R.的绝对值越大，耐冲击性变得越好。

但是，在增大D.R.后，耐冲击性也被提高，但其反面是，导致与其他频率的共振模式的干渉及灵敏度降低，因此仅仅增大D.R.不是优选的。因此，优选的是，将D.R.调整为不太大的值，并且以越是耐冲击性敏感的区域即耐冲击性急剧恶化的区域越成为小的值的方式将D.R.调整为最佳的范围。

D.R.的调整与其他的共振频率同样地，除了通过检测梁42、43、折叠梁44a的长度的设定进行以外，还能够通过中间刚体44b的长度的设定来进行。以下，说明该理由。

如图7所示，在设检测锤32、33的重量为ms，设检测梁42、43、折叠梁44a的弹簧常数分别为ks、kc，并设中间刚体44b的长度为L时，反相模式的共振频率fanti与同相模式的共振频率fin能够近似为数式1、2那样。另外，在数式1、2中，a、b是常数。但是，b＞a。

【式1】

$\mathrm{fin}\≈\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{A(\mathrm{ks}+a/L\·\mathrm{kc})}{\mathrm{ms}}}$

【式2】

$\mathrm{fani}\≈\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{A(\mathrm{ks}+b/L\·\mathrm{kc})}{\mathrm{ms}}}}$

并且，因为D.R.＝(fanti―fin)/fanti)，所以在向该式带入以式1、2表示的反相模式的共振频率fanti和同相模式的共振频率fin时，能够导出式3。该式表示出，在ks变大并且L变大时，D.R.变小、在ks变小并且L变小时，D.R.变大。此外，D.R.的偏差表示ks/kc的影响。并且，在ks/kc＝K时，能够将式3变形为式4那样。

【式3】

$D.R.\≈\frac{\sqrt{\mathrm{ks}+b/L\·\mathrm{kc}}-\sqrt{\mathrm{ks}+a/L\·\mathrm{kc}}}{\sqrt{\mathrm{ks}+b/L\·\mathrm{kc}}}=1-\sqrt{\frac{\mathrm{ks}/\mathrm{kc}+a/L}{\mathrm{ks}/\mathrm{kc}+b/L}}$

【式4】

$D.R.=1-\sqrt{\frac{1+a/\mathrm{LK}}{1+b/\mathrm{LK}}}$

该式4表示出，D.R.越小即L及K越大的区域，是平方根内的a/LK及b/LK的影响变小的区域。因此，可知，即使K散乱，D.R.也不易散乱。

因此，除了进行检测梁42、43、折叠梁44a的长度L的调整以外，仅仅进行中间刚体44b的长度L的调整也能够调整D.R.。

此外，起因于检测梁42、43的加工偏差，在制造出陀螺仪传感器时，相对于D.R.的目标值实际作成时的D.R.的做出结果值产生偏差。如图8所示的那样，该偏差可获得D.R.的目标值越小则越变小的结果。因此，优选的是，考虑耐冲击性将D.R.选择为某种程度上大的值并且设定为某种程度上较小的值以能够抑制D.R.的做出结果的偏差。并且，如果能够这样抑制做出结果的偏差，则在将对耐冲击性敏感的区域附近的D.R.作为目标值而要使耐冲击性良好的情况下，也能够将D.R.设定为大致目标值。因此，能够实现越是对耐冲击性敏感区域则鲁棒性越強。具体而言，如图9所示，在用耦合弹簧44连结检测锤32、33并将同相模式的共振频率fin和反相模式的共振频率fanti分开的情况下(E1)，与未将检测锤连结的以往构造(Ec)相比，能够使耐冲击性提高，能够抑制耐冲击性的偏差。在用耦合弹簧44连结检测锤32、33并将同相模式的共振频率fin与反相模式的共振频率fanti分开，进而调整了D.R.的情况下(E2)，能够进一步抑制耐冲击性的偏差，能够增强鲁棒性。

如以上说明，在本实施方式的陀螺仪传感器中，通过耦合弹簧44将两检测锤32、33连结，因此能够将同相模式的共振频率fin与反相模式的共振频率fanti分离。为此，能够成为能够抑制受到了冲击时的输出误差，能够进行更正确的角速度检测的陀螺仪传感器。

此外，通过成为扭簧的折叠梁44a与中间刚体44b构成耦合弹簧44。为此，仅仅进行中间刚体44b的长度L的调整，就能够调整D.R.，与调整检测梁42、43、折叠梁44a相比，能够容易并且精确地调整D.R.。

(第2实施方式)

对本公开的第2实施方式进行说明。本实施方式相对于第1实施方式，对可动部30、梁部40的构成及驱动方向进行了变更，除此之外与第1实施方式是同样的，因此仅对与第1实施方式不同的部分进行说明。

如图10所示，使外侧驱动锤31为框体形状在此为矩形框体形状并且在x轴方向上分离为两个，并通过驱动耦合弹簧31e将分离的两个外侧驱动锤31连结。外侧驱动锤31经由支承梁41支承于支承用固定部21，能够通过支承梁41具备的驱动弹簧41a在x轴方向(纸面左右方向)上移动。并且，因为通过驱动耦合弹簧31e将分离的两个外侧驱动锤31连结，所以各外侧驱动锤31更同步地动作。

此外，关于耦合弹簧44，设为基本上与第1实施方式同样的构成，但因为将外侧驱动锤31分离为两个，所以采用在中间刚体44b具备弹簧44ba的构成，以使各检测锤32、33能够在xy平面上移动。该弹簧44ba以容许各检测锤32、33在xy平面上的移动并限制向z轴方向的移动的方式，对xy平面方向灵活动作，在z轴方向上作为硬的刚体而动作。例如，如图11所示，能够通过框体形状的折叠梁构成弹簧44ba。该情况下，通过缩短折叠梁中与y轴方向平行的方向的梁的长度，提高扭曲方向的刚性，因此能够如上所述那样抑制检测锤32、33向z轴方向的移动。

另外，在图10中，省略了驱动用固定部22、23、驱动用可动电极31b。它们之中、将驱动用固定部22、23具备的基部22a、23a和梳齿状的驱动用固定电极22b、23b与支承梁41分体构成的点上与第1实施方式的构成不同，但除此以外，采用与第1实施方式同样的构成。

也能够采用这样的构成的陀螺仪传感器。在这样的陀螺仪传感器中，如图10中的箭头那样，通过使分离的外侧驱动锤31在x轴方向上向互相相反的方向位移而进行驱动振动，从而能够进行角速度检测。由于采用这样的驱动方式，因此驱动方向与第1实施方式不同，但有关其他的动作，与第1实施方式是同样的。并且，在这样构成的陀螺仪传感器中，也能够通过用耦合弹簧44连接两个检测锤32、33，从而获得与第1实施方式同样的效果。

(第3实施方式)

对本公开的第3实施方式进行说明。本实施方式也是，相对于第1实施方式，变更了可动部30、梁部40的构成及驱动方向，除此之外与第1实施方式是同样的，因此仅对与第1实施方式不同的部分进行说明。

采用如图12所示那样，将检测梁42、43与支承用固定部21连接，并在检测梁42、43具备使向y轴方向(纸面上下方向)的移动成为可能的驱动弹簧42a、43a的构成。并且，通过驱动弹簧42a、43a，在y轴方向上驱动振动与检测梁42、43连接的检测锤32、33，从而也能够使检测锤32、33作为驱动锤发挥功能。换言之，采用使检测锤32、33相对于驱动锤构成为一体并在x轴方向上排列的构造。

关于耦合弹簧44，采用基本上与第1实施方式同样的构成，但因为采用检测锤32、33能够在y轴方向上移动的构成，所以在中间刚体44b具备弹簧44bb，以能够容许各检测锤32、33向y轴方向的移动。该弹簧44bb以容许各检测锤32、33向y轴方向的移动并能够限制向z轴方向的移动的方式，对y轴方向灵活动作并且针对z轴方向作为硬的刚体而动作。

例如，能够如图13A所示那样，由框体形状的折叠梁构成弹簧44bb。在该情况下，通过缩短折叠梁中的与x轴方向平行的方向的梁的长度，从而提高扭曲方向的刚性，因此能够如上所述那样限制检测锤32、33向z轴方向的移动。此外，也可以如图13B所示那样，仅以使中间刚体44b的y轴方向的厚度局部地变薄的简单梁构成弹簧44bb。

另外，在图12，省略了驱动用固定部22、23、驱动用可动电极31b，但使检测锤32、33具备驱动用可动电极31b，并以与之对置的方式具备驱动用固定电极22b、23b。关于驱动用可动电极31b，使支承部31c在y轴方向上延伸设置，使梳齿状电极31d在x轴方向上延伸设置，关于驱动用固定电极22b、23b，也使支承部22c、23c在y轴方向上延伸设置，使梳齿状电极22d、23d在x轴方向上延伸设置。由此，能够基于各梳齿状电极22d、23d、31d之间的静电力，使检测锤22、23与y轴方向平行地驱动振动。

也能够采用这样的构成的陀螺仪传感器。这样的陀螺仪传感器通过使检测锤32、33在y轴方向上向互相相反的方向位移而进行驱动振动，因此驱动方向与第1实施方式不同，但关于其他的动作，与第1实施方式是同样的。并且，在这样构成的陀螺仪传感器中，通过耦合弹簧44将两个检测锤32、33连结，从而能够获得与第1实施方式同样的效果。

(第4实施方式)

对本公开的第4实施方式进行说明。本实施方式具备第1～第3实施方式的任一个陀螺仪传感器作为复合传感器之一，陀螺仪传感器的基本构造与上述各实施方式是同样的，因此仅对与上述各实施方式不同的部分进行说明。另外，在此，以具备第1实施方式的陀螺仪传感器的复合传感器为例进行说明，但也可以是第2、第3实施方式所涉及的陀螺仪传感器。

如图14所示，本实施方式所涉及的复合传感器S1是，在基板10上除了具备第1实施方式中说明的陀螺仪传感器作为第1陀螺仪传感器100以外、还具备第2陀螺仪传感器200和加速度传感器400并单片化的器件。

第2陀螺仪传感器200被设为具有第1、第2振子201、202的构成。各振子201、202通过具备检测锤210、220、检测固定电极230、240、伺服电极231、241、驱动锤250、260、固定电极270、280及固定部290、300等而构成。

检测锤210、220分成呈矩形框状，在检测锤210、220的外周部具备与x轴平行的检测可动电极211、221。此外，检测固定电极230、240及伺服电极231、241配置于检测锤210、220的周围，并且与各检测可动电极211、221分别对置配置。

另一方面，驱动锤250、260分别配置在矩形框状的检测锤210、220的内侧。在本实施方式中，驱动锤250、260为块状，在各驱动锤250、260的外周部设置有与x轴平行的驱动可动电极251、261。此外，驱动固定电极270、280配置于驱动锤250、260的周围即检测锤210、220与驱动锤250、260之间，并且与驱动可动电极250、260对置配置。

此外，固定部290、300配置于检测锤210、220与驱动锤250、260之间，并且驱动梁291、301将固定部290、300与驱动锤250、260连结。并且，支承梁292、302配置于检测锤210、220与驱动锤250、260之间，并且将检测锤210、220与驱动锤250、260连结。由此，检测锤210、220及驱动锤250、260由固定部290、300、驱动梁291、301及支承梁292、302，以一定的间隔且以漂浮的状态支承于支承基板11之上。

并且，在如上述那样的构造中，在检测锤210、220中检测锤210、220彼此对置的部分分别设置有开口部214、224。由此，在检测锤210、220的内侧配置的各驱动锤250、260经由开口部214、224而对置。并且，通过检测锤210、220的开口部214、224，用驱动耦合弹簧310将第1振子201的驱动锤250与第2振子202的驱动锤260直接连结。

这样，在驱动锤250、260的外侧配置检测锤210、220的内部驱动外部检测型的构造中，驱动锤250、260被检测锤210、220包围。为此，通过在检测锤210、220上设置开口部214、224，能够通过驱动耦合弹簧310将驱动锤250、260彼此直接连结。

此外，在第1振子201的检测锤210与第2振子202的检测锤220之间配置有检测耦合弹簧320，通过检测耦合弹簧320将检测锤210、220直接连结。并且，各检测锤210、220对置的部分中的、开口部214的一方的开口端侧与开口部224的一方的开口端侧通过1根检测耦合弹簧320而直接连结。此外，开口部214的另一方的开口端侧与开口部242的另一方的开口端侧通过1根检测耦合弹簧320而直接连结。为此，驱动耦合弹簧310成为被检测耦合弹簧320夹着的状态。

这样构成的第2陀螺仪传感器200如下所述动作。首先，对驱动固定电极270、280与驱动可动电极251、261之间赋予电位差时，驱动锤250、260在x轴方向上位移。因此，在对驱动固定电极270、280施加所期望的频率(通常，各振子201、202的固有振动数)的交流电压时，各驱动锤250、260以该频率振动。

此时，驱动锤250、260以第1振子201的检测锤210与第2振子202的检测锤220成为互相相反的相位(相位差180°)的方式在驱动方向(x轴方向)上分别驱动检测锤210、220。由此，检测锤210、220与驱动锤250、260同样地在x轴方向上振动。

这样，检测锤210、220正在x轴方向上振动时，施加了以与x轴及y轴垂直的z轴为中心的角速度的情况下，在y轴方向上产生哥氏力。在该力的作用下，检测锤210、220相对于驱动锤250、260相对地向y轴方向位移。各检测锤210、220以互相相反的相位振动，所以各检测可动电极211、221在施加了与绕基板10的一面垂直的z轴的角速度时，在哥氏力的作用下向互相相反的方向位移。

各检测锤210、220的位移量通过检测由检测可动电极221、221与检测固定电极230、240的距离变化而产生的电容的变化来测定。即，对检测可动电极211、221与检测固定电极230、240之间的电容变化进行检测，并对伺服电极231、241施加与伺服力相当的电压，以抑制该电容变化。从与该伺服力相当的电压能够获得角速度。这样，通过第2陀螺仪传感器200，能够检测xy平面上的绕z轴的加速度。

另一方面，加速度传感器400被设为，具有可动部410、固定部420及振动弹簧430的构成。

可动部410被设为具有可动锤411和可动电极412的构成，并设为在矩形状的可动锤411的相对的二边分别具备梳齿状的可动电极412的构造。

固定部420支承于支承基板11，并被设为具有与可动电极412对应的梳齿状的固定电极421的构成。可动电极412与固定电极421相隔规定距离而配置，在它们之间形成电容。在本实施方式的情况下，使可动电极412及固定电极421沿着x轴方向延伸设置。

振动弹簧430在与形成有例如可动锤411的可动电极412的二边不同的二边，将可动锤411与支承固定部431连接。由此，使可动部410在y轴方向上位移。

在这样构成的加速度传感器400中，在施加与x轴方向平行的成分的加速度时，可动部410伴随于此而位移，可动电极412与固定电极421之间的距离变化，在它们之间构成的电容变化。为此，通过在固定部420与支承固定部431之间产生电位差从而在可动电极412与固定电极421之间产生电位差，并输出它们之间的电容的变化，从而能够检测y轴方向的加速度。

这样，在基板10上除了具备第1陀螺仪传感器100以外还具备第2陀螺仪传感器200和加速度传感器400并能够单片化。通过如第1陀螺仪传感器100那样使检测锤32、33在z轴方向上位移，而检测以与xy平面平行的轴为中心的圆周方向(例如车辆的侧倾(roll)方向)的角速度的情况下，在xy平面上形成第1陀螺仪传感器100的各构成要素。

与此相对，假定在第2陀螺仪传感器200那样的构造中检测以与xy平面平行的轴为中心的圆周方向的角速度的情况下，必须在与z轴平行的平面上形成第2陀螺仪传感器200的各构成要素。为此，需要使形成第2陀螺仪传感器200的芯片在xy平面上垂直立起而配置。因此，在通过如第2陀螺仪传感器200那样的构造检测以与xy平面平行的轴为中心的圆周方向的角速度和绕z轴的角速度这两个角速度的情况下，必须将各传感器配置在不同的芯片上，无法单片化。

为此，如本实施方式那样采用第1陀螺仪传感器100的构造，从而能够形成将第1陀螺仪传感器100与第2陀螺仪传感器200及加速度传感器400单片化的复合传感器。由此，与将各传感器形成于不同的芯片的情况相比较，能够谋求复合传感器的简单化。

(其他的实施方式)

在上述实施方式中，对使用SOI基板作为基板10的情况进行了说明，但这是表示基板10的一个例子，也可以使用SOI基板以外的基板。此外，使用SOI基板作为基板10，因此在支承基板11上具备检测电极14。然而，关于检测电极14，只要配置于在z轴方向上与检测锤32、33相隔规定距离的位置即可，也可以配置于检测锤32、33的表侧。

此外，将在检测锤32、33的外侧配置的质量部31a设为圆环状，但也可以设为其他的框体形状例如四边形状的框体。此外，在使质量部31a驱动振动时，使其往复旋转振动，但也可以在y轴方向上往复振动。

此外，在上述各实施方式中，举出了将检测锤32、33配置在外侧驱动锤31的内侧的外部驱动内部检测型的陀螺仪传感器为例。然而，这仅仅表示一个例子，例如针对在第4实施方式作为第2陀螺仪传感器200而说明的构造、即检测锤配置在驱动锤的外侧对内部驱动外部检测型的陀螺仪传感器，也能够应用本公开。

上述陀螺仪传感器例如也能够应用与进行车辆的侧倾方向的角速度检测等的陀螺仪传感器中。

通过上述，作为本公开的一个实施方式，陀螺仪传感器具有具备固定部20的基板10、可动部30、两个检测锤32、33、耦合弹簧44及检测电极44。可动部30经由支承梁41连接于固定部20，并且该可动部30具备具有质量部31a的驱动锤31，该质量部31a在将与基板10的平面平行且包含x轴和与x轴正交的y轴的平面作为xy平面，将沿着x轴的方向作为x轴方向，将沿着y轴的方向作为y轴方向，在角速度检测时，基于支承梁41的位移而在xy平面上往复旋转振动或者在y轴方向上往复振动。两个检测锤32、33经由检测梁42、43而与驱动锤31连接，并在x轴方向上排列。耦合弹簧44将两个检测锤32、33连结。将沿着与xy平面垂直的z轴的方向作为z轴方向，检测电极14与两个检测锤32、33分别在z轴方向上相隔规定距离而配置。并且，伴随着角速度施加，两个检测锤32、33在z轴方向上向互相相反的方向振动从而两个检测锤32、33与检测电极44之间的距离变化，在两个检测锤32、33与检测电极44之间构成的两个电容器的电容值向互相相反的相位变化。

此外，根据本公开的一个实施方式，陀螺仪传感器具有具备固定部21的基板、可动部、两个驱动锤31、耦合弹簧44及检测电极。可动部具备具有如下质量部的检测锤32、33，该质量部经由检测梁42、43与固定部21连接，并且将与基板的平面平行且包含x轴和与x轴正交的y轴的平面作为xy平面，将沿着x轴的方向作为x轴方向，将沿着y轴的方向作为y轴方向，在角速度检测时，基于检测梁的位移，在xy平面上往复旋转振动或者在所述y轴方向上往复振动。两个驱动锤31相对于检测锤32、33构成为一体，并在x轴方向上排列。耦合弹簧44将两个检测锤32、33连结。将沿着与xy平面垂直的z轴的方向作为z轴方向，检测电极分别与两个检测锤32、33在z轴方向上相隔规定距离而配置。在该陀螺仪传感器中，伴随着角速度施加，两个检测锤32、33在z轴方向上向互相相反的方向振动从而两个检测锤32、33与检测电极之间的距离变化，在两个检测锤32、33与检测电极之间构成的两个电容器的电容值向互相相反的相位变化。

本公开以实施例为依据进行了记载，但本公开被理解为不限定该实施例及构造。本公开也包含各种变形例及等同范围内的变形。并且，各种组合及方式、以及仅包含它们中的一个要素、一个以上或者一个以下的要素的其他的组合及方式也落入到本公开的范畴及思想范围中。

Claims (7)

1.一种陀螺仪传感器，其特征在于，具有：

基板(10)，具备固定部(20)；

可动部(30)，经由支承梁(41)与所述固定部(20)连接，并且具备具有质量部(31a)的驱动锤(31)，将与所述基板的平面平行且包含x轴和与x轴正交的y轴的平面作为xy平面，将沿着所述x轴的方向作为x轴方向，将沿着所述y轴的方向作为y轴方向，在角速度检测时，所述质量部(31a)基于所述支承梁的位移而在所述xy平面上往复旋转振动或者在所述y轴方向上往复振动；

两个检测锤(32、33)，经由检测梁(42、43)与所述驱动锤连接，并在所述x轴方向上排列；

耦合弹簧(44)，将所述两个检测锤连结；以及

检测电极(14)，将沿着与所述xy平面垂直的z轴的方向作为z轴方向，并在所述z轴方向上与所述两个检测锤分别相隔规定距离而配置，

伴随着角速度施加，所述两个检测锤在所述z轴方向上向互相相反的方向振动，从而所述两个检测锤与所述检测电极之间的距离变化，基于在所述两个检测锤与所述检测电极之间构成的两个电容器的电容值向互相相反的相位变化，使用表示两个电容值的变化进的信号的差动输出，进行角速度检测。

2.一种陀螺仪传感器，其特征在于，具有：

基板，具备固定部(21)；

可动部，经由检测梁(42、43)与所述固定部(21)连接，并且具备具有质量部的检测锤(32、33)，将与所述基板的平面平行且包含x轴和与x轴正交的y轴的平面作为xy平面，将沿着所述x轴的方向作为x轴方向，将沿着所述y轴的方向作为y轴方向，在角速度检测时，所述质量部基于所述检测梁的位移而在所述xy平面上往复旋转振动或者在所述y轴方向上往复振动；

两个驱动锤(31)，相对于所述检测锤构成为一体，并在所述x轴方向上排列；

耦合弹簧(44)，将所述两个检测锤连结；以及

检测电极，将沿着与所述xy平面垂直的z轴的方向作为z轴方向，并在所述z轴方向上与所述两个检测锤分别相隔规定距离而配置，

伴随着角速度施加，所述两个检测锤在所述z轴方向上向互相相反的方向振动，从而所述两个检测锤与所述检测电极之间的距离变化，基于在所述两个检测锤与所述检测电极之间构成的两个电容器的电容值向互相相反的相位变化，使用表示两个电容值的变化的信号的差动输出，进行角速度检测。

3.如权利要求1或2所述的陀螺仪传感器，其特征在于，

所述耦合弹簧具备：

扭簧(44a)，分别与所述两个检测锤连接；以及

中间刚体(44b)，将与一方的所述检测锤连接的所述扭簧和与另一方的所述检测锤连接的所述扭簧连结。

4.如权利要求1至3中任一项所述的陀螺仪传感器，其特征在于，

所述两个检测锤被设为被所述检测梁悬臂支承的悬臂结构，在施加了角速度时，将所述检测梁作为关节而向通过该检测锤的所述检测梁连接一侧的相反侧的端部位移。

5.如权利要求4所述的陀螺仪传感器，其特征在于，

所述两个检测锤分别在所述检测锤中的所述质量部的中心侧与所述检测梁连接。

6.如权利要求1所述的陀螺仪传感器，其特征在于，

所述固定部具备驱动用固定电极(22b、23b)，

在所述可动部，在以圆环状构成的所述质量部的外周，具备驱动用可动电极(31b)，

在所述角速度检测时，在所述驱动用固定电极与所述驱动用可动电极之间产生静电引力，从而将所述质量部的中心作为旋转中心而使所述驱动锤旋转振动。

7.一种复合传感器，其特征在于，

将权利要求1至6中任一项所述的陀螺仪传感器作为第1陀螺仪传感器(100)，

所述复合传感器具有：

所述第1陀螺仪传感器；

第2陀螺仪传感器(200)，形成于所述基板，检测所述xy平面上的绕所述z轴的角速度；以及

加速度传感器(400)，形成于所述基板，检测与所述xy平面平行的一个方向的加速度，

所述第1陀螺仪传感器、所述第2陀螺仪传感器、所述加速度传感器被单片化。