CN106052665B - 陀螺仪传感器的角速度的取得方法及取得装置 - Google Patents

陀螺仪传感器的角速度的取得方法及取得装置 Download PDF

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Abstract

根据实施方式，一种陀螺仪传感器的角速度的取得方法，具备如下步骤：检测依赖于基于作用在沿第1方向振动的可动体上的科里奥利力的第2方向的振动的振幅的规定物理量；基于上述检测出的规定物理量计算上述可动体的角速度，在陀螺仪传感器的角速度的取得方法中，当基于上述科里奥利力的第2方向的振动是非稳定状态时检测上述规定物理量。

Description

陀螺仪传感器的角速度的取得方法及取得装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2015年4月10日提出的日本专利申请第2015-081227号为基础主张优先权，这里引用其全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及陀螺仪传感器的角速度的取得方法及取得装置。
背景技术
在使用MEMS(micro electro-mechanical systems，微型电子机械系统) 技术形成的陀螺仪传感器中，根据基于作用在振动中的可动体上的科里奥利力(Coriolis force)的振动的振幅，取得角速度(angular velocity)。
但是，在以往的陀螺仪传感器中，对可动体持续地施加强制振动。因此，有耗电变大的问题。
发明内容
实施方式关于不对可动体持续地施加强制振动而能够进行可靠的检测动作的陀螺仪传感器的角速度的取得方法及取得装置。
实施方式是一种陀螺仪传感器的角速度的取得方法，具备如下步骤：检测依赖于第2方向的振动的振幅的规定物理量，上述第2方向的振动的振幅是基于作用在沿第1方向振动的可动体上的科里奥利力而得到的；以及基于检测出的上述规定物理量，计算上述可动体的角速度，在上述陀螺仪传感器的角速度的取得方法中，当基于上述科里奥利力的第2方向的振动是非稳定状态时检测上述规定物理量。
此外，实施方式是一种陀螺仪传感器的角速度的取得装置，具备：检测部，检测依赖于第2方向的振动的振幅的规定物理量，上述第2方向的振动的振幅是基于作用在沿第1方向振动的可动体上的科里奥利力而得到的；以及角速度计算部，基于由上述检测部检测到的规定物理量计算上述可动体的角速度，在陀螺仪传感器的角速度的取得装置中，当基于上述科里奥利力的第2方向的振动是非稳定状态时检测上述规定物理量。
附图说明
图1A是示意地表示有关实施方式的陀螺仪传感器的结构的平面图。
图1B是示意地表示有关实施方式的变更例的陀螺仪传感器的结构的平面图。
图2是表示关于实施方式由科里奥利力带来的可动体的振动的图。
图3是表示有关实施方式的陀螺仪传感器及陀螺仪传感器的角速度的取得装置的结构的图。
图4是表示有关实施方式的陀螺仪传感器的角速度的取得方法的流程图。
图5A是表示有关实施方式的陀螺仪传感器的初始状态的图。
图5B是表示有关实施方式的陀螺仪传感器的振动开始后的状态的图。
图5C是表示有关实施方式的陀螺仪传感器的振动开始后的状态的图。
图5D是表示有关实施方式的陀螺仪传感器的基于科里奥利力的x方向的振动状态的图。
图6A是示意地表示有关实施方式的变更例的陀螺仪传感器的结构的平面图。
图6B是表示有关实施方式的变更例的陀螺仪传感器的初始状态的图。
图6C是表示有关实施方式的变更例的陀螺仪传感器的振动开始后的状态的图。
图6D是表示有关实施方式的变更例的陀螺仪传感器的振动开始后的状态的图。
图7A是表示有关实施方式的检测电路的结构的电路图。
图7B是表示有关实施方式的陀螺仪传感器的基于科里奥利力的x方向的振动状态的图。
图8A是表示关于实施方式、可动体的x方向的共振角频率与y方向的共振角频率不同的情况下的、非稳定状态下的可动体的x方向的振动波形及x方向的衰减系数的图。
图8B是表示图8A的参数的图。
图9A是表示关于实施方式、可动体的x方向的共振角频率与y方向的共振角频率相等的情况下(或大致相等的情况下)的、非稳定状态下的可动体的x方向的振动波形及x方向的衰减系数的图。
图9B是表示图9A的参数的图。
图10是表示关于实施方式、阻尼因子(damping factor)非常小的情况下的、可动体的x方向的振动波形及x方向的衰减系数的图。
图11是表示关于实施方式、用来使检测动作在1msec以内结束的条件及用来在拍音(beat)的振幅较大时进行检测的条件的图。
图12是表示关于实施方式用来使振动的衰减足够慢的条件的图。
图13是表示关于实施方式用来使拍音的振幅比稳定状态的振幅大的条件的图。
图14A是表示关于实施方式用来使振动停止的定时的图。
图14B是表示图14A的比较例的图。
图15A是示意地表示将有关实施方式的陀螺仪传感器形成在半导体基板上时的结构例的平面图。
图15B是示意地表示将有关实施方式的陀螺仪传感器形成在半导体基板上时的结构例的剖视图。
图16是示意地表示将有关实施方式的陀螺仪传感器形成在半导体基板上时的另一结构例的剖视图。
具体实施方式
根据一实施方式，是一种陀螺仪传感器的角速度的取得方法，具备如下步骤：检测依赖于基于作用在沿第1方向振动的可动体上的科里奥利力的第2方向的振动的振幅的规定物理量；基于上述检测出的规定物理量来计算上述可动体的角速度，上述规定物理量在基于上述科里奥利力的第2 方向的振动是非稳定状态时被检测。
以下，参照附图说明实施方式。
图1A是示意地表示有关实施方式的陀螺仪传感器的结构的平面图。陀螺仪传感器使用MEMS技术形成。
图1A所示的陀螺仪传感器10作为可动体(可动部)11而具备y方向可动部11y及x方向可动部11x。y方向可动部11y构成可动体11的y方向块体(mass)，x方向可动部11x构成可动体11的x方向块体(mass)。x 方向可动部11x包括由3个部分11xa、11xb及11xc构成的可动电极部11xm。
在y方向可动部11y与锚部(固定部)12之间设有弹簧部13。在y方向可动部11y与x方向可动部11x之间设有弹簧部14。
在x方向可动部11x的图案的内侧，设有固定电极部15。在本实施方式中，固定电极部15由4个部分15a、15b、15c及15d构成。
在y方向可动部11y上设有突起部16，在突起部16的延长线上设有挡块17。此外，在突起部16的附近设有驱动电极18。挡块17的电位为了防止静摩擦(stiction)而成为与可动体11的电位同电位或浮置(floating)。另外，在本实施方式中设有挡块17，但如图1B所示，也可以不设置挡块 17。
如果在可动体11进行旋转运动的过程中可动体11在y方向(第1方向)上振动，则通过科里奥利力而可动体11在x方向(第2方向)上振动。通常，角速度与基于科里奥利力的x方向的振动的振幅成比例。因而，能够根据x方向的振动的振幅来计算可动体11的旋转运动的角速度。
具体而言，如果通过科里奥利力而可动体11的x方向可动部11x在x 方向上振动，则固定电极部15与可动电极部11xm之间的距离根据振动而变化。如果固定电极部15与可动电极部11xm之间的距离变化，则固定电极部15与可动电极部11xm之间的电容变化。通过检测该电容的变化，能够求出固定电极部15与可动电极部11xm之间的距离，能够求出可动体11 在x方向上振动的振幅。
图2是表示由科里奥利力带来的可动体11的x方向的振动的图。横轴是时间，纵轴是x方向的振幅比(相对于稳定状态的振幅的振幅比)。
如图2所示，在发生了非稳定状态的振动后，转移到稳定状态的振动。在本实施方式中，当基于科里奥利力的x方向的振动是非稳定状态时，检测x方向的振动的振幅。通常如后述那样，检测依赖于基于科里奥利力的在x方向上振动的振幅的规定物理量。例如，规定物理量是基于固定电极部15与可动电极部11xm之间的电容的物理量。并且，基于检测出的规定物理量来计算可动体11的角速度。
以往，设为：当x方向的振动是稳定状态时，检测x方向的振动的振幅。但是，在振动达到稳定状态之前需要一定时间。此外，陀螺仪传感器的检测动作需要在较短的周期中进行。因而，需要在对可动体持续地施加强制振动的状态下进行检测动作。即，需要不使强制振动停止而进行检测动作。这样，在以往的方法中，由于对可动体持续地施加强制振动，所以耗电变大。
在本实施方式中，当基于科里奥利力的振动是非稳定状态时，检测振动的振幅。因此，能够通过短时间的振动来检测振动的振幅，不需要使振动持续。因而，在本实施方式中，能够不对可动体持续地施加强制振动而进行可靠的检测动作。结果，能够将耗电大幅地降低。
图3是表示有关本实施方式的陀螺仪传感器及陀螺仪传感器的角速度的取得装置的结构的图。另外，在图3中，将弹簧部13及弹簧部14简略化描绘。
在图3中，驱动电压供给电路31是向驱动电极18供给驱动电压的。通过向驱动电极18供给驱动电压，能够使可动体11在y方向上强制振动。此外，通过从驱动电压供给电路31向驱动电极18施加规定的定电压，能够使突起部16固定在挡块17上。
检测部32检测依赖于x方向的振动的振幅的规定物理量，上述x方向的振动是基于作用在沿y方向振动的可动体11上的科里奥利力而得到的。在本实施方式中，规定物理量是基于固定电极部15与可动电极部11xm之间的电容的物理量。具体而言，由检测部32检测固定电极部15与可动电极部11xm之间的电位差。关于电位差的检测的详细情况在后面叙述。
在角速度计算部33中，基于由检测部32检测出的规定物理量(基于电容的物理量)计算可动体11的角速度。
图4是表示有关本实施方式的陀螺仪传感器的角速度的取得方法的流程图。另外，以下说明不对可动体11施加强制振动的情况。
首先，将陀螺仪传感器10设定为初始状态(S11)。图5A是表示陀螺仪传感器10的初始状态的图。如图5A所示，在突起部16接触在挡块17 上的状态下可动体11静止。具体而言，通过对驱动电极18与可动体11之间施加适当的电位差(例如20V)，突起部16接触在挡块17上。此时的可动体11的y方向的位移量例如是20μm左右。挡块17作为在检测到规定物理量后使可动体11的y方向的振动停止的振动停止部发挥功能。因而，通过挡块17，可动体11维持着前次的振动停止时的状态。
接着，开始陀螺仪传感器10的y方向的振动(S12)。具体而言，通过使驱动电极18与可动体11之间的电位差为零而从挡块17将可动体11释放，开始可动体11的y方向的振动。即，可动体11的y方向的振动从抗拒弹簧13的力而使可动体11在y方向上强制地移位的状态开始。其结果，如图5B及图5C所示，可动体11在y方向上振动。在振动的Q值较大的情况下，即使不对可动体11施加强制振动，也能够跨越某种程度的较长的期间而使振动持续。在不对可动体11施加强制振动的情况下，不需要用于强制振动的电路动作，所以能够将耗电大幅地削减。
如果在可动体11在y方向上振动的过程中可动体11进行旋转运动，则通过科里奥利力而可动体11在x方向上振动。如已经叙述那样，如果可动体11在x方向上振动，则如图5D所示，固定电极部15与可动电极部 11xm之间的距离变化，固定电极部15与可动电极部11xm之间的电容变化。由检测部32检测该电容的变化，求出可动体11的x方向的振动的振幅。即，由检测部32检测依赖于基于科里奥利力的在x方向振动的振幅的规定物理量(基于电容的物理量)(S13)。
在由检测部32检测到规定物理量后，使可动体11的y方向的振动停止(S14)。具体而言，在检测到可动体11在x方向上振动的振幅的峰值后且可动体11的x方向的振动达到稳定状态之前，使可动体11的y方向的振动停止。
可动体11的y方向的振动通过由作为振动停止部发挥功能的挡块17 捕捉可动体11而停止。具体而言，对驱动电极18与可动体11之间赋予适当的电位差，当可动体11的y方向的振动的振幅达到峰值时将可动体11 的突起部16捕捉，从而使振动停止。这样，通过当y方向的振动的振幅达到峰值时使振动停止，在下次振动的开始时不需要用来将可动体11拉起的能量，所以能够使耗电降低。
可动体11的角速度由角速度计算部33基于检测出的规定物理量来计算(S15)。具体而言，可动体11的角速度基于当可动体11的x方向的振动的振幅是峰值时所检测出的规定物理量来计算。
如已经叙述那样，规定物理量是基于固定电极部15与可动电极部11xm 之间的电容的物理量，由检测部32检测固定电极部15与可动电极部11xm 之间的电压差(电位差)。如后述那样，当检测固定电极部15与可动电极部11xm之间的电压差时，进行差动电压的检测。例如，检测固定电极部 15a与可动电极部11xa之间的电位差Va、和固定电极部15b与可动电极部 11xb之间的电位差Vb，作为差动电压而求出Va与Vb的电位差。当可动体11在x方向上振动的振幅达到峰值时，差动电压也达到峰值。因而，能够根据达到峰值时的差动电压而计算可动体11的角速度。
通常，角速度能够根据基于科里奥利力的x方向的振动的振幅而计算。此外，根据上述可知，如果知道差动电压，就能够求出x方向的振动的振幅。因而，能够基于检测出的差动电压而计算可动体11的角速度。
另外，也可以基于在可动体11开始y方向的振动后的特定的定时下所检测出的规定物理量(例如上述的差动电压)来计算角速度。如后述那样，基于科里奥利力的可动体11在x方向上振动的状态可以事先预想。因而，也可以事先预想可动体11的x方向的振动达到峰值的时间，基于在预想到的特定的定时下所检测出的规定物理量来计算角速度。
如以上那样，在本实施方式中，当x方向的振动是非稳定状态时，检测依赖于基于科里奥利力的在x方向上振动的振幅的规定物理量。因此，能够以短时间的振动来进行检测，不需要使振动持续。因而，在本实施方式中，能够不对可动体持续地施加强制振动而进行可靠的检测动作，能够降低耗电。
以往，由于以稳定状态进行检测，所以需要持续地进行强制振动，耗电较大。例如，假设振动的频率是10kHz，输出数据速率(ODR)是100Hz。在此情况下，振动的周期是100μsec，输出周期是10msec。在本实施方式中，假设例如在从开始振动起以10周期的振动使检测动作结束，即从开始振动起在1msec后使检测动作结束，然后使振动停止。在此情况下，在输出周期10msec中的9msec的期间中振动停止，能够使耗电成为以往的1/10。
此外，在本实施方式中，由于在振动为稳定状态之前进行检测动作，所以也能够缩短启动时间。
此外，在本实施方式中，通过基于当可动体在x方向上振动的振幅是峰值时所检测到的规定物理量来计算角速度，能够提高角速度的计算精度。
此外，在本实施方式中，由于作为使可动体的y方向的振动停止的振动停止部而设有挡块，所以在检测动作结束后能够使可动体的振动可靠地停止。在此情况下，通过在y方向的振动的振幅达到峰值时捕捉可动体，在下个检测动作时能够从y方向的峰值位置开始振动，能够进行有效率的检测动作。
另外，在上述实施方式中，也可以对可动体11施加强制振动。在此情况下，也可以在对可动体11施加一定期间的y方向的强制振动后使强制振动停止。在施加强制振动的情况下，既可以进行闭环(closed-loop)控制，也可以进行开环(open-loop)控制。作为用于强制振动的驱动力，可以使用静电力、压电力、电磁力等。
图6A是示意地表示有关本实施方式的变更例的陀螺仪传感器的结构的平面图。另外，基本的事项与上述实施方式是同样的，所以省略上述实施方式中说明过的事项的说明。本变更例的陀螺仪传感器也使用MEMS技术形成。
图6A所示的陀螺仪传感器50具备y方向可动部及x方向可动部被一体化而成的可动体(可动部)51。可动体51包括由较细的部分51ma及较粗的部分51mb构成的可动电极部51m。在可动体51与锚部(固定部)52 之间设有弹簧部53。在可动体51的图案的内侧设有固定电极部54。在本实施方式中，固定电极部54由两个部分54a及54b构成。在可动体51上设有梳齿部55，在梳齿部55的附近设有驱动电极56。
图6B、图6C及图6D是表示陀螺仪传感器50的y方向的振动的图。在图6B中，通过对梳齿部55与驱动电极56之间赋予电位差，陀螺仪传感器50被设定为初始状态。通过使电位差为零，如图6C及图6D所示那样开始振动。
在本变更例中，也与上述实施方式同样，如果在可动体51沿y方向振动的过程中可动体51进行旋转运动，则通过科里奥利力而可动体51在x 方向上振动。其结果，固定电极部54与可动电极部51m之间的距离变化，固定电极部54与可动电极部51m之间的电容变化。基于该电容的变化，能够求出可动体51在x方向上振动的振幅(依赖于x方向的振动的振幅的规定物理量)。
具体而言，检测固定电极部54a与可动电极部51m之间的电位差Va、及固定电极部54b与可动电极部51m之间的电位差Vb，作为差动电压而求出Va与Vb的电位差。能够根据该差动电压而计算可动体51的角速度。另外，当可动电极部51m的较粗的部分51mb位于固定电极部54a与固定电极部54b之间时，电极间的距离变小，所以能够提高检测感度。
图7A是表示检测电路(对应于图3的检测部32)的结构的电路图。另外，本检测电路对于上述实施方式及变更例都能够应用。
图7A所示的检测电路具备开关71a及71b、电容器72a及72b、可变电容器73a及73b、具有二极管连接的晶体管74a及74b、和差动电压检测电路75。设电容器72a及72b的电容都为C0，设可变电容器73a的电容为 C1，设可变电容器73b的电容为C2。
可变电容器73a及73b对应于上述的可变电容器。例如，在图6A所示的变更例中，由固定电极部54a和可动电极部51m构成的可变电容器对应于可变电容器73a，由固定电极部54b和可动电极部51m构成的可变电容器对应于可变电容器73b。
首先，将开关71a及71b设定为开启状态，将电压Vp向电容器施加。
由此，向电容器充电
Q＝Vp(C0+C1)＝Vp(C0+C2)
的电荷Q。在向电容器的充电结束后，将开关71a及71b设定为关闭状态。
如果开始陀螺仪传感器的振动而通过陀螺仪传感器的旋转运动产生科里奥利力，则如图7B所示，可动电极部51m在x方向上振动。并且，如图6D所示，当可动电极部51m的较粗的部分51mb位于固定电极部54a 与固定电极部54b之间时，可变电容器73a的电容从C1增加到C1’，可变电容器73b的电容从C2增加到C2’。其结果，向电容器72a及可变电容器 73a施加的电压为VP1，向电容器72b及可变电容器73b施加的电压为VP2。因而，
Q＝Vp1(C0+C1’)＝Vp2(C0+C2’)
的关系成立。由差动电压检测电路75检测电压Vp1与电压Vp2的差动电压，能够基于该差动电压求出角速度。
另外，在上述实施方式及变更例中，有时基于科里奥利力的x方向的振幅的中心移动而发生偏移的情况。所以，也可以设置检测正方向的振幅的峰值Ap与负方向的振幅的峰值An之差(Ap-An)的电路。在此情况下，能够根据峰值差(Ap-An)求出角速度。
在检测电路中，可以采用与包括LNA及混合器等的无线接收器IC的包络线(envelope)检测电路同样的结构。此外，也可以使基于科里奥利力的振动波形发生AD变化而进行检测。
接着，对本实施方式的振动的解析结果进行说明。另外，以下的解析结果是对陀螺仪传感器的可动体不施加强制振动的情况下的解析结果。
可动体的y方向的运动方程式如以下这样表示。
[数学式1]
[数学式2]
[数学式3]
其中，ωy是y方向的共振角频率(resonant angular frequency)，my是 y方向的可动体的块体(mass，质量)，by是y方向的振动的衰减(attenuation) 系数，ky是y方向的弹簧常数。
满足初始条件
[数学式4]
y(0)＝y0
[数学式5]
的解为以下这样。
[数学式6]
[数学式7]
[数学式8]
可动体的x方向的运动方程式如以下这样表示。
[数学式9]
[数学式10]
[数学式11]
[数学式12]
但是，ωx是x方向的共振角频率，mx是x方向的可动体的块体(mass，质量)，bx是x方向的振动的衰减系数，kx是x方向的弹簧常数。此外，
[数学式13]
是科里奥利力。
满足初始条件
[数学式14]
x(0)＝0
[数学式15]
且“γy＝0”的情况下的解为以下这样。
[数学式16]
[数学式17]
[数学式18]
[数学式19]
[数学式20]
[数学式21]
图8A是表示可动体的x方向的共振角频率ωx和y方向的共振角频率ωy不同的情况下的非稳定状态下的可动体的x方向的振动波形x(t)及x 方向的衰减系数的图。图8B是表示图8A的参数的图。
图9A是表示可动体的x方向的共振角频率ωx与y方向的共振角频率ωy相等的情况下(或大致相等的情况下)的、非稳定状态下的可动体的x 方向的振动波形x(t)及x方向的衰减系数的图。图9B是表示图9A的参数的图。
图10是表示阻尼因子(damping factor)非常小的情况下的、可动体的 x方向的振动波形x(t)及x方向的衰减系数的图。图10(a)是表示非稳定状态的图，图10(b)是表示稳定状态的图。在非稳定状态下，拍音的振幅的峰值也在较短的时间中大致不变化。此外，非稳定状态的振幅的峰值为稳定状态的振幅的峰值的大致2倍。
因为以上，所以优选的是如以下这样进行检测动作。
在图8A的情况下，可动体的x方向的振动在非稳定状态下具有过渡性的拍音(transient beat，暂态拍)。这样，在非稳定状态下发生拍音，所以检测拍音的振幅的峰值。此外，也可以在振动开始后的特定的定时下进行检测。在此情况下，也可以事先预想振动达到峰值的时间，在预想到的特定的定时下进行检测。
在图9A的情况下，由于不发生拍音，所以在振动开始后的特定的定时下进行检测。在此情况下，根据上述振幅A的式子可知，由于振幅自身变大，所以能够使检测感度提高。
不为“γy＝0”的情况下的x方向的运动方程式如以下这样表示。
[数学式22]
[数学式23]
将β1及β2如以下这样定义。
[数学式24]
[数学式25]
该情况下的运动方程式如以下这样表示。
[数学式26]
x(t)＝Z1(t)+Z2(t)
[数学式27]
[数学式28]
其中，
[数学式29]
[数学式30]
[数学式31]
[数学式32]
[数学式33]
[数学式34]
S≡-2ω2(β2-β1)
上式在“β2→0”的极限时，如以下这样表示。
[数学式35]
x(t)＝Z1(t)+Z2(t)
[数学式36]
[数学式37]
Z2(t)≡ζ2sin(ω2t+φ2)
[数学式38]
[数学式39]
[数学式40]
s(β2＝0)≡2ω2β1
此外，在β1及β2较小的情况下，如以下这样表示。
[数学式41]
右边的第1项表示拍音的成分。右边的第2项在ω1和ω2大致相等的情况下为零。
图11是表示用来使检测动作在1msec以内结束的条件及用来在拍音的振幅较大时进行检测的条件的图。
为了使检测动作在1msec以内结束，拍音的周期只要是2msec以下就可以。具体而言，只要是“t1＝2π/(Δω/2)≤2msec”就可以。其中，“Δω＝2πΔf”，Δf是可动体的x方向的共振频率与y方向的共振频率的差。该条件可以改写为“1kHz≤Δf”。另外，也可以对拍音的多个周期进行检测，使精度提高。
为了在拍音的振幅较大时进行检测，只要频率f的振动的1周期(T＝1/f) 结束(日语：収まる)于拍音的峰值的附近就可以。其中，“f＝(fx+fy)/2”， fx是x方向的共振频率，fy是y方向的共振频率。如果T是t1的10％以下 (T≤0.1×t1)，则可得到“5kHz≤f”的条件。
为了在拍音的振幅较大时进行检测，需要振动的衰减足够慢。图12是表示用来使振动的衰减足够慢的条件的图。如果拍音的1周期t1中的衰减量是没有衰减的情况下的10％以下，则可得到“0.2/t1≥γx”的条件。如果“t1＝2msec”，则可得到“100Hz≥γx”的条件。假定“f＝5kHz”、“Δf＝1kHz”，如果将该条件用Q值表示，则为“Q＝ωx/γx≥345”。
图13是表示用来使拍音的振幅比稳定状态的振幅大的条件的图。为了使拍音的振幅比稳定状态的振幅大，只要
[数学式42]
的关系成立就可以。
接着，对使振动停止的定时进行说明。
如已经说明那样，在本实施方式中，通过在检测动作结束后使振动停止，来削减耗电。使振动停止的定时的目标是拍音消失的定时。如上述那样，拍音的振幅按照“exp(-γxt/2)”衰减。
这里，如果在拍音的振幅衰减到1/10之前使振动停止，则是“exp(- γxt/2)≥0.1”，使振动停止的定时为“t≤2log10/γx＝4.6/γx”。如果使用Q值 (Qx＝ωx/γx)改写，则使振动停止的定时为“t≤4.6Qx/ωx”。
图14A是表示使振动停止的定时的图。以输出数据速率(ODR)的倒数(Ts1＝1/ODR)的周期进行检测动作。例如，在“ODR＝100Hz”的情况下是“Ts1＝10msec”。此外，仅在Ts1的期间中的Ts2的期间中使振动持续。即，可动体的y方向的振动的持续期间Ts2比与陀螺仪传感器的输出数据速率(ODR)的倒数对应的周期Ts1短。在本实施方式中，如果振动的开始位置是“y＝y0”(例如，图5A所示的初始状态的位置)则振动的停止位置也是“y＝y0”其在能量上看是有效率的。为此，只要满足“ω2×Ts2＝nπ” (n是自然数)就可以。因而，只要满足“Ts2＝nπ/ω2”就可以。实际上，即使不严格地满足“Ts2＝nπ/ω2”，也只要当可动体位于“y＝y0”的附近时使可动体停止就可以。在此情况下，Ts2只要满足
[数学式43]
就可以。
图14B是表示图14A的比较例(以往技术)的图。在图14B所示的比较例中，由于不使可动体停止而对可动体持续地施加振动，所以耗电变大。
图15A是示意地表示将有关本实施方式的陀螺仪传感器形成在半导体基板上时的结构例的平面图。图15B是沿着图15A的A-A线的剖视图。
如图15A及图15B所示，在包括半导体基板111、绝缘区域112、晶体管113及配线114的基底区域110上，设有使用MEMS技术形成的陀螺仪传感器120。陀螺仪传感器120被盖膜(保护膜)130覆盖。陀螺仪传感器120包括x方向可动部11x、y方向可动部11y、弹簧部14及固定电极部 15等。盖膜130由3层的绝缘层形成，在其内侧形成有腔室。为了使振动的衰减系数变小，优选的是盖膜130的内侧的腔室为真空状态。
另外，在图15A及图15B的例子中，陀螺仪传感器120与包括晶体管 113及配线114的集成电路设在相同的芯片上，但陀螺仪传感器120也可以与集成电路设在不同的芯片上。
图16是示意地表示将有关本实施方式的陀螺仪传感器形成在半导体基板上时的另一结构例的剖视图。
在本结构例中，也与图15A及图15B的结构例同样，在基底区域110 上设有使用MEMS技术形成的陀螺仪传感器。在可动体(可动部)141的两端设有弹簧部142，在可动体141的上方设有上部电极143，在可动体141 的下方设有下部电极144。
当可动体141绕x轴进行旋转运动时，如果对可动体141在y轴方向上施加振动，则在z轴方向上作用科里奥利力。由科里奥利力带来的振动的振幅可以基于可动体141与上部电极143之间的电容Ca、和可动体141 与下部电极144之间的电容Cb的差动电容(Ca-Cb)来求出。
此外，在可动体141绕y轴进行旋转运动的情况下，如果使x轴方向为驱动方向(振动施加方向)，则在z轴方向上作用科里奥利力。因而，在此情况下，由科里奥利力带来的振动的振幅也能够基于上述差动电容(Ca -Cb)来求出。
另外，在上述实施方式中叙述的方法对于检测3轴(x轴、y轴、z轴) 方向的角速度的陀螺仪传感器也能够应用。
说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不是要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (25)

1.一种陀螺仪传感器的角速度的取得方法，具有如下步骤：
通过将可动体从振动停止部释放，使上述可动体的第1方向的振动开始；
检测依赖于不同于上述第1方向的第2方向的振动的振幅的规定物理量，上述第2方向的振动的振幅是基于作用在沿第1方向振动的可动体上的科里奥利力而得到的；
基于检测出的上述规定物理量，计算上述可动体的角速度；以及
在检测出上述规定物理量之后，通过用上述振动停止部捕捉上述可动体而使上述可动体的第1方向的振动停止，
通过在上述可动体与电极之间施加静电力来捕捉上述可动体。
2.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
上述规定物理量是基于固定电极部与上述可动体中包含的可动电极部之间的电容的物理量。
3.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
在第2方向的振动达到稳定状态之前，使上述可动体的第1方向的振动停止。
4.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
通过减少施加在上述可动体与上述电极之间的上述静电力而释放上述可动体。
5.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
通过在上述第1方向的振动的振幅达到峰值时捕捉上述可动体，使上述可动体的第1方向的振动停止。
6.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
上述振动停止部为挡块，
通过用挡块捕捉上述可动体，使上述可动体的第1方向的振动停止。
7.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
在上述可动体开始了第1方向的振动后，对上述可动体不施加第1方向的强制振动。
8.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
在对上述可动体施加了一定期间的第1方向的强制振动后，使向上述可动体的强制振动停止。
9.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
上述可动体的第1方向的共振频率与上述可动体的第2方向的共振频率不同。
10.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
基于上述可动体在第2方向上振动的振幅是峰值时所检测到的上述规定物理量，计算上述角速度。
11.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
基于在上述可动体开始了第1方向的振动后的特定的定时下检测到的上述规定物理量，计算上述角速度。
12.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
从使上述可动体在第1方向上强制地移位后的状态起，开始上述可动体的第1方向的振动。
13.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
上述规定物理量是基于上述科里奥利力的第2方向的振动为非稳定状态时检测到的，
上述可动体的第2方向的振动在上述非稳定状态下具有过渡性的拍音。
14.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
上述可动体的第1方向的振动的持续期间比与上述陀螺仪传感器的输出数据速率的倒数对应的周期短。
15.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
上述可动体的第1方向的共振频率与上述可动体的第2方向的共振频率之差大于等于1kHz。
16.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
设上述可动体的第1方向的共振频率为fy，设上述可动体的第2方向的共振频率为fx，(fx+fy)/2大于等于5kHz。
17.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
设上述可动体的第2方向的振动的衰减系数为bx，设上述可动体的第2方向的质量为mx，设γx＝bx/mx，γx小于等于100Hz。
18.如权利要求1所述的陀螺仪传感器的角速度的取得方法，
上述可动体的第2方向的振动的Q值大于等于345。
19.一种陀螺仪传感器的角速度的取得装置，具有：
检测部，检测依赖于不同于第1方向的第2方向的振动的振幅的规定物理量，上述第2方向的振动的振幅是基于作用在沿第1方向振动的可动体上的科里奥利力而得到的；
角速度计算部，基于由上述检测部检测到的规定物理量，计算上述可动体的角速度；以及
振动停止部，通过捕捉上述可动体而使上述可动体的第1方向的振动停止，
通过将上述可动体从上述振动停止部释放，使上述可动体的第1方向的振动开始，
通过在上述可动体与电极之间施加静电力，从而由上述振动停止部捕捉上述可动体。
20.如权利要求19所述的陀螺仪传感器的角速度的取得装置，
上述规定物理量是基于固定电极部与上述可动体中包含的可动电极部之间的电容的物理量。
21.如权利要求19所述的陀螺仪传感器的角速度的取得装置，
在检测到上述规定物理量后，上述振动停止部使上述可动体的第1方向的振动停止。
22.如权利要求21所述的陀螺仪传感器的角速度的取得装置，
在第2方向的振动达到稳定状态之前，上述振动停止部使上述可动体的第1方向的振动停止。
23.如权利要求19所述的陀螺仪传感器的角速度的取得装置，
上述可动体的第1方向的共振频率与上述可动体的第2方向的共振频率不同。
24.如权利要求19所述的陀螺仪传感器的角速度的取得装置，
上述角速度计算部基于上述可动体在第2方向上振动的振幅是峰值时所检测到的上述规定物理量来计算角速度。
25.如权利要求19所述的陀螺仪传感器的角速度的取得装置，
上述角速度计算部基于在上述可动体开始了第1方向的振动后的特定的定时下所检测到的上述规定物理量来计算角速度。
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