DE10106840A1 - Erfassungsgerät für eine physikalische Grösse - Google Patents

Abstract

Ein Erfassungsgerät für eine physikalische Größe erfasst eine physikalische Größe entsprechend der Verschiebung einer Schwingungsvorrichtung (20). Das Gerät umfasst eine kammartige feste Elektrode (100) mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern (120) und eine kammartige bewegbare Elektrode (200), die gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung verschiebbar ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (220) aufweist. Eine Spannung wird zwischen der festen Elektrode und der bewegbaren Elektrode angelegt. Eine Entfernung D1 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der bewegbaren Elektrode zu einem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der bewegbaren Elektrode gegenüberliegenden Grundteil der festen Elektrode, eine Entfernung D2 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der festen Elektrode zu einem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der festen Elektrode gegenüberliegenden Grundteil der bewegbaren Elektrode, eine maximale Verschiebung A der bewegbaren Elektrode in die Richtung der Achse jedes Elektrodenfingers (220), eine Breite w jedes Elektrodenfingers der bewegbaren Elektrode und jedes Elektrodenfingers der festen Elektrode und eine Entfernung d zwischen jedem Elektrodenfinger der bewegbaren Elektrode und einem benachbarten Elektrodenfinger der festen Elektrode in einer Richtung der Breite sind derart eingestellt, dass sie eine Beziehung 1/(5dw) > {1/(D1 - A)·2·} + {1/(D2 - A)·2·} erfüllen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erfassungsgerät für eine physikalische Größe, das eine Schwingungsvorrichtung aufweist, die verschiebbar auf einem Substrat getragen wird und die eine physikalische Größe, wie beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit, eine Beschleunigung usw., entsprechend der Verschiebung der Schwingungsvorrichtung in Bezug auf das Substrat erfasst, die durch eine an das Substrat oder die Schwingungsvorrichtung angelegte Kraft verursacht wird.

Winkelgeschwindigkeitserfassungsgeräte, wie sie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 10-103960 beschrieben sind, sind allgemein bekannt. Bei einem derartigen Gerät wird eine quadratische Schwingungsvorrichtung auf einem Substrat getragen, so dass die Schwingungsvorrichtung horizontal verschiebbar ist. Unter Verwendung von Ansteuerungselektroden bzw. Treiberelektroden, die auf zwei entgegengesetzten Seiten der quadratischen Schwingungsvorrichtung bereitgestellt sind, versetzt das Gerät die Schwingungsvorrichtung in der Richtung einer X-Achse in Schwingung, die senkrecht zu den zwei Seiten der Schwingungsvorrichtung ist. Unter Verwendung von Erfassungselektroden, die an den zwei anderen entgegengesetzten Seiten der Schwingungsvorrichtung bereitgestellt sind, erfasst das Gerät die Winkgeschwindigkeit, die um eine vertikale Achse auftritt, indem eine Schwingung der Schwingungsvorrichtung in der Richtung einer Y-Achse erfasst wird, die senkrecht zu diesen zwei Seiten ist. Die Treiberelektroden und die Erfassungselektroden sind jeweils aus einer kammartigen festen Elektrode mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern und einer kammartigen bewegbaren Elektrode mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern gebildet. Die Elektrodenfinger jeder festen Elektrode sind mit dem Substrat fest verbunden und erstrecken sich von einem Grundteil der festen Elektrode parallel zueinander. Die Elektrodenfinger jeder bewegbaren Elektrode sind derart geschaffen, dass sie gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung verschiebbar sind. Die Elektrodenfinger jeder bewegbaren Elektrode erstrecken sich von dem zugehörigen Grundteil parallel zueinander. Eine Spannung wird zwischen den festen und den bewegbaren Elektroden angelegt. Als Ergebnis werden bei den Treiberelektroden die Elektrodenfinger jeder bewegbaren Elektrode in eine Richtung einer Achse entsprechend der elektrostatischen Anziehungskraft gezogen, die zwischen Seitenoberflächen der Elektrodenfinger der bewegbaren Elektrode und Seitenoberflächen der Elektrodenfinger der festen Elektrode wirken, so dass die bewegbare Elektrode in die Richtungen der Achse (d. h. die Richtungen der Länge der Elektrodenfinger in Bezug auf die festen Elektrode) schwingt. Bei den Erfassungselektroden werden die Elektrodenfinger jeder bewegbaren Elektrode entsprechend der Corioliskraft verschoben, die proportional zu der Winkelgeschwindigkeit ist (die Corioliskraft ist nachstehend beschrieben). Auf der Grundlage von Änderungen in der Kapazität zwischen den Elektrodenfingern der bewegbaren Elektrode und den Elektrodenfingern der festen Elektrode wird die Winkelgeschwindigkeit erfasst.

Das vorstehend beschriebene herkömmliche Gerät weist jedoch den nachstehenden Nachteil bezüglich sowohl den Treiber- als auch den Erfassungselektroden auf. Dieser besteht darin, dass, wenn sich Distalendenoberflächen (Oberflächen an einem äußeren Ende bzw. weiter von einer Mitte weg) der Elektrodenfinger der bewegbaren Elektrode dem den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger der bewegbaren Elektrode gegenüberliegenden Grundteil der festen Elektroden nähern, die elektrostatischen Anziehungskräfte, die zwischen den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger der bewegbaren Elektrode und dem Grundteil der festen Elektrode wirken, und die elektrostatischen Anziehungskräfte, die zwischen den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger der festen Elektrode und dem Grundteil der bewegbaren Elektrode wirken, ansteigen. Diese elektrostatischen Anziehungskräfte sind Kräfte, die für die Ansteuerung bzw. das Antreiben der bewegbaren Elektroden der Treiberelektroden und für die Erfassung einer Verschiebung der bewegbaren Elektroden der Erfassungselektroden nicht erforderlich sind. Wenn diese Kräfte ansteigen, ist es nicht möglich, dass sich die bewegbaren Elektroden der Treiber- und Erfassungselektroden mit hoher Genauigkeit bewegen, wie es beabsichtigt ist. Somit weist das herkömmliche Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät ein Problem bezüglich einer verringerten Erfassungsgenauigkeit auf.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, es zu bewerkstelligen, dass die zwischen den vorstehend genannten Distalendenoberflächen und dem Grundteil wirkende elektrostatische Anziehungskraft weder die Ansteuerung der in den Treiberelektroden verwendeten bewegbaren Elektrode noch die Erfassung einer Verschiebung der in den Erfassungselektroden verwendeten bewegbaren Elektrode besonders beeinflusst. Das heißt, eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Erfassungsgerät für eine physikalische Größe bereitzustellen, wobei die Genauigkeit einer Messung einer physikalischen Größe auf der Grundlage der Verschiebung der bewegbaren Elektrode verbessert wird, indem es der bewegbaren Elektrode ermöglicht wird, aufgrund der vorstehend genannte Erfindung mit hoher Genauigkeit verschoben zu werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Erfassungsgerät für eine physikalische Größe bereitgestellt, das eine auf einem Substrat verschiebbar getragene Schwingungsvorrichtungen aufweist und das eine physikalische Größe entsprechend einer Verschiebung der Schwingungsvorrichtung erfasst, mit: einer kammartigen festen Elektrode, die fest mit dem Substrat verbunden ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich von einem Grundteil der festen Elektrode parallel zueinander erstrecken, und einer kammartigen bewegbaren Elektrode, die gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung verschiebbar ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich von einem Grundteil der bewegbaren Elektrode parallel zueinander erstrecken und die zwischen die Elektrodenfinger der festen Elektrode eingeführt sind, wobei bei einem Anlegen einer Spannung zwischen der festen Elektrode und der bewegbaren Elektrode die bewegbare Elektrode in eine Richtung einer Achse jedes Elektrodenfingers (d. h. eine Richtung der Länge jedes Elektrodenfingers) verschoben wird. Genauer gesagt ist das Merkmal, dass eine Entfernung D1 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der bewegbaren Elektrode zu dem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der bewegbaren Elektrode gegenüberliegenden Grundteil der festen Elektrode, eine Entfernung D2 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der festen Elektrode zu dem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers der festen Elektrode gegenüberliegenden Grundteil der bewegbaren Elektrode, eine maximale Verschiebung A der bewegbaren Elektrode in die Richtung der Achse jedes Elektrodenfingers, eine Breite w jedes Elektrodenfingers der bewegbaren Elektrode und jedes Elektrodenfingers der festen Elektrode und eine Entfernung d zwischen jedem Elektrodenfinger der bewegbaren Elektrode und einem benachbarten Elektrodenfinger der festen Elektrode in einer Richtung der Breite eine Beziehung 1/(5dw) < {1/(D1 - A)²} + {1/(D2 - A)²} erfüllt.

Bei dem wie vorstehend beschrieben aufgebauten Erfassungsgerät für eine physikalische Größe ist die vorstehend genannte Beziehung:

1/(5dw) < {1/(D1 - A)²} + {1/(D2 - A)²}

eine Beziehung, bei der die Entfernungen D1, D2, d und die Breite w derart eingestellt sind, dass die elektrostatische Anziehungskraft, die zwischen den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger der bewegbaren Elektrode und der Elektrodenfinger der festen Elektrode sowie den den Distalendenoberflächen gegenüberliegenden Grundteilen der festen und bewegbaren Elektroden wirkt, keinen großen Einfluss auf die Ansteuerung der bewegbaren Elektrode in einem Fall aufweist, bei dem die festen und bewegbaren Elektroden als Treiberelektroden verwendet werden, sowie keinen großen Einfluss auf die Verschiebung der bewegbaren Elektrode in einem Fall aufweist, bei dem die festen und bewegbaren Elektroden als Erfassungselektroden verwendet werden. Folglich kann die bewegbare Elektrode mit hoher Genauigkeit verschoben werden. Somit kann die Genauigkeit bei einer Messung einer physikalischen Größe unter Verwendung der Verschiebung der bewegbaren Elektrode verbessert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitserfassungsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Gesamtblockschaltbild eines Winkelgeschwindigkeitserfassungsgeräts, wobei ein elektrisches Schaltungsgerät mit dem Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät verbunden ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Teildraufsicht eines Elektrodenteils, der bei einem Erfassungselektrodenteil und einem Treiberüberwachungselektrodenteil verwendet wird und auf ein Merkmal der Erfindung bezogen ist,

Fig. 4A eine Draufsicht des Elektrodenteils, in der ein Zustand veranschaulicht ist, bei dem eine in Fig. 3 gezeigte bewegbare Elektrode bei einer Referenzposition ist,

Fig. 4B eine Draufsicht des Elektrodenteils, in der ein Zustand veranschaulicht ist, bei dem die bewegbare Elektrode maximal zu einer festen Elektrode verschoben ist,

Fig. 5 ein Graph, in dem eine Beziehung zwischen der maximalen Verschiebungsgröße A und der in Fig. 3 gezeigten Entfernung D gezeigt ist,

Fig. 6 ein Graph, in dem Grenzwerte der maximalen Verschiebungsgröße A gezeigt sind, die bestimmt werden, während die Entfernung D variiert wird,

Fig. 7 eine Draufsicht kammartiger Elektroden gemäß einer ersten Modifikation,

Fig. 8 eine Draufsicht eines Beispiels kammartiger Elektroden gemäß einer zweiten Modifikation,

Fig. 9 eine Draufsicht kammartiger Elektroden gemäß der zweiten Modifikation, die sich in ihrem Aufbau von den in Fig. 8 gezeigten kammartigen Elektroden unterscheiden,

Fig. 10 eine Draufsicht kammartiger Elektroden gemäß einer dritten Modifikation und

Fig. 11 eine Darstellung kammartiger Elektroden gemäß der dritten Modifikation, die sich in ihrem Aufbau von den in Fig. 10 gezeigten kammartigen Elektroden unterscheiden.

In der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung wird die vorliegende Erfindung ausführlicher in Form spezifischer Ausführungsbeispiele beschrieben.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das erfindungsgemäße Erfassungsgerät für eine physikalische Größe bei einem Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät angewendet wird. Zunächst ist Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gezeigt, die in dem Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät eingesetzt wird. In Fig. 1 sind Teile, die räumlich von einem Substrat 10 getrennt sind, und Teile, die räumlich nicht von dem Substrat 10 getrennt sind, durch unterschiedliche Schraffierungsmuster angezeigt. Durch diagonale Linien angezeigte Teile sind räumlich von dem Substrat 10 getrennt. Durch um 90° gedrehte diagonale Linien angezeigte Teile sind räumlich nicht von dem Substrat 10 getrennt, sondern sind fest mit dem Substrat 10 verbunden.

Die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung ist symmetrisch um Mittellinien in den Richtungen der X- und Y-Achsen herum ausgebildet, die sich auf einer horizontalen Ebene senkrecht schneiden. Das Substrat 10 ist aus Silizium in einer quadratischen Form ausgebildet. Eine Schwingungsvorrichtung 20, ein Paar von Hauptrahmen 30-1, 30-2, und ein Paar von Hilfsrahmen 30-1, 30-4 erstreckt sich in einer horizontalen Ebene, die eine vorbestimmte Entfernung von der oberen Oberfläche des Substrats 10 räumlich getrennt ist.

Die Schwingungsvorrichtung 20 schwingt, während sie in die Richtungen der X-Achse schwingt, in die Richtungen der Y-Achse aufgrund der Winkelgeschwindigkeit, die um die zu den X- und Y-Achsen senkrechten 2-Achse auftritt, mit einer zu der Größe der Winkelgeschwindigkeit proportionalen Amplitude. Ein Masseteil 21 weist üblicherweise eine "H"-Form auf. Das heißt, die Schwingungsvorrichtung 20 umfasst einen allgemein quadratischen Masseteil 21, der eine geeignete Masse aufweist und der in einem zentralen Teil der Schwingungsvorrichtung 20 auf eine derartige Weise bereitgestellt ist, dass sich die Seiten des Masseteils 21 in die Richtungen der X-Achse oder der Y-Achse erstrecken, und vier Armteile 22-1 bis 22-4, die sich von entsprechenden Scheitelseiten des Masseteils 21 in die Richtungen der X-Achse erstrecken.

Die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 versetzen die Schwingungsvorrichtung 20 in die Richtungen der X-Achse in Schwingung. Jeder der Hauptrahmen 30-1, 30-2 weist eine allgemeine "I"-Form auf. Das heißt, jeder Hauptrahmen umfasst einen weit ausgestreckten Teil 31-1 oder 31-2, der sich in die Richtungen der X-Achse erstreckt, bei einer Position, die zu den benachbarten Armteilen 22-1, 22-2 oder 22-3, 22-4 der Schwingungsvorrichtung 20 mit Bezug auf die Richtungen der Y-Achse außen ist, und breite und kurze Anschlussteile 32-1, 32-2 oder 32-3, 32-4, die sich von entgegengesetzten Enden der ausgestreckten Teile 31-1 oder 31-2 zu entgegengesetzten Seiten der ausgestreckten Teile in den Richtungen der y-Achse erstrecken. Die Hilfsrahmen 30-3, 30-4 weisen ebenso eine erhöhte Breite auf und erstrecken sich in die Richtungen der X-Achse bei Positionen, die zu den ausgestreckten Teilen 31-1, 31-2 mit Bezug auf die Richtungen der X-Achse außen sind.

Die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 sind mit der Schwingungsvorrichtung 20 über Träger 33-1 bis 33-4 verbunden. Die Träger 33-1 bis 33-4 erstrecken sich ebenso in die Richtungen der X-Achse in einer horizontalen Ebene, die eine vorbestimmte Entfernung von der oberen Oberfläche des Substrates 10 räumlich getrennt ist. Jeder der Träger 33-1 bis 33-4 ist an einem zugehörigen Ende mit einem nahen Grundteil eines entsprechenden der Armteile 22-1 bis 22-4 der Schwingungsvorrichtung 20 verbunden. Das andere Ende jedes Trägers ist mit einem entsprechenden der Anschlussteile 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1, 30-2 verbunden. Die Träger 33-1 bis 33-4 sind schmaler als die Armteile 22-1 bis 22-4 der Schwingungsvorrichtung 20 und als die ausgestreckten Teile 31-1, 31-2 sowie die Anschlussteile 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1, 30-2. Folglich werden Schwingungen in den Richtungen der Y- Achse nicht einfach von den Hauptrahmen 30-1, 30-2 zu der Schwingungsvorrichtung 20 weitergeleitet, wohingegen Schwingungen in den Richtungen der X-Achse effektiv von den Hauptrahmen 30-1, 30-2 zu der Schwingungsvorrichtung 20 weitergeleitet werden. Des Weiteren schwingt die Schwingungsvorrichtung 20 mit Bezug auf die Hauptrahmen 30-1, 30-2 einfacher in den Richtungen der Y-Achse als in den Richtungen der X-Achse.

Der Hauptrahmen 30-1 wird für Schwingungsbewegungen auf dem Substrat 10 über Anker 41-1, 41-2, Träger 42-1, 42-2, den Hilfsrahmen 30-3 und Träger 43-1, 43-2 getragen. Die Anker 41-1 und 41-2 sind mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 bei Positionen fest verbunden, die mit Bezug auf die Richtungen der Y-Achse außerhalb des ausgestreckten Teils 31-1 des Hauptrahmens 30-1 liegen. Jeder Träger 42-1, 42-2 ist bei einem zugehörigen Ende mit einem entsprechenden der Anker 41-1, 41-2 verbunden und erstreckt sich von dem Anker 41-1, 41-2 nach außen in die Richtungen der Y-Achse. Ein Distalende jedes Trägers 42-1, 42-2 ist mit einem Innenende des Hilfsträgers 30-3 verbunden. Jeder der Träger 43-1, 43-2, die sich von dem Hilfsträger 30-3 mit Bezug auf die Richtungen der Y-Achse nach innen erstrecken, ist mit einem zugehörigen Ende mit dem Hilfsrahmen 30-3 verbunden. Das andere Ende jedes Trägers 43-1, 43-2 ist mit einem nach außen gerichteten Ende des ausgestreckten Teils 31-1 des Hauptrahmens 30-1 verbunden, der in den Richtungen der Y-Achse außen gegenüberliegt. Die Träger 42-1, 42-2, 43-1 und 43-2 sind eine vorbestimmte Entfernung von dem Substrat 10 wie in dem Fall der Schwingungsvorrichtung 20, des Hauptrahmens 30-1 und des Hilfsrahmens 30-3 räumlich getrennt und weisen eine verringerte Breite wie in dem Fall der Träger 33-1, 33-2 auf.

Der Hauptrahmen 30-2 wird für Schwingungen auf dem Substrat 10 über Anker 41-3, 41-4, Träger 42-3, 42-4, den Hilfsrahmen 30-4 und Träger 43-3, 43-4 getragen. Die Anker 41-3, 41-4, die Träger 42-3, 42-4, der Hilfsrahmen 30-4 und die Träger 43-3, 43-4 sind um die Mittellinie in den Richtungen der Y-Achse symmetrisch und auf eine im Wesentlichen gleiche Weise wie die Anker 41-1, 41-2, die Träger 42-1, 42-2, der Hilfsrahmen 30-3 beziehungsweise die Träger 43-1, 43-2 ausgebildet. Mit diesen Anordnungen werden die Hauptträger 30-1 und 30-2 so getragen, dass die Hauptrahmen einfach in den Richtungen der X-Achse schwingen und nicht einfach in Bezug auf das Substrat 10 in den Richtungen der Y-Achse schwingen.

Auf dem Substrat 10 sind Treiberelektroden 51-1 bis 51-4 zur Ansteuerung der Hauptrahmen 30-1, 30-2 in Bezug auf das Substrat 10 in den Richtungen der X-Achse, Treiberüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 zur Überwachung der Ansteuerung der Hauptrahmen 30-1, 30-2 in Bezug auf das Substrat 10 in den Richtungen der X-Achse und Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 zur Erfassung der Schwingung der Schwingungsvorrichtung 20 in Bezug auf das Substrat 10 in den Richtungen der Y-Achse bereitgestellt.

Jede der Treiberelektroden 51-1 bis 51-4 weist bei einer Position, die zu einem entsprechenden der Anschlussteile 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1, 30-2 in Bezug auf die Richtungen der X-Achse außen ist, eine kammartige Elektrode 51-a1 bis 51-a4 auf, die eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich zu einem entsprechenden der Anschlussteile 32-1 bis 32-4 in der Richtung der X-Achse erstreckt. Jede kammartige Elektrode 51a1 bis 51a4 ist gemeinsam mit einer Anschlussfläche 51b1 bis 51b4 ausgebildet, die mit der kammartigen Elektrode 51a1 bis 51a4 verbunden ist, und ist mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 fest verbunden. Jede Anschlussfläche 51b1 bis 51b4 weist auf der zugehörigen oberen Oberfläche ein Elektrodenanschlussfeld 51c1 bis 51c4 auf, das aus einem elektrisch leitenden Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist. Die Anschlussteile 32-1 bis 32-4 sind mit kammartigen Elektroden 32a1 bis 32a4 versehen, von denen jede eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich nach außen in die Richtung der X-Achse erstrecken. Die kammartigen Elektroden 32a1 bis 32a4 liegen jeweils den kammartigen Elektroden 51a1 bis 51a4 gegenüber. Die kammartigen Elektroden 32a1 bis 32a4 sind jeweils gemeinsam mit den Anschlussteilen 32-1 bis 32-4 ausgebildet und sind eine vorbestimmte Entfernung von der oberen Oberfläche des Substrats 10 räumlich getrennt. Jeder Elektrodenfinger jeder der kammartigen Elektroden 32a1 bis 32a4 ist bei einer der Breite nach zentralen Position zwischen benachbarten Elektrodenfingern der entsprechenden der kammartigen Elektroden 51a1 bis 51a4 eingeführt und liegt diesen benachbarten Elektrodenfingern gegenüber.

Jede Treiberüberwachungselektrode 52-1 bis 52-4 weist bei einer Position, die zu einem entsprechenden der Anschlussteile 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1, 30-2 in Bezug auf die Richtungen der X-Achse innen ist, eine kammartige Elektrode 52a1 bis 52a4 mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern auf, die sich zu dem entsprechenden der Anschlussteile 32-1 bis 32-4 in die Richtung der X-Achse erstrecken. Jede kammartige Elektrode 52a1 bis 52a4 ist gemeinsam mit einer Anschlussfläche 52b1 bis 52b4 ausgebildet, die mit der kammartigen Elektrode 52a1 bis 52a4 verbunden ist, und ist mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 fest verbunden. Jede Anschlussfläche 52b1 bis 52b4 weist auf der zugehörigen oberen Oberfläche ein Elektrodenanschlussfeld 52c1 bis 52c4 auf, das aus einem elektrisch leitenden Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist. Die Anschlussteile 32-1 bis 32-4 sind mit kammartigen Elektroden 32b1 bis 32b4 versehen, von denen jede eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich in die Richtungen der X-Achse nach innen erstrecken. Die kammartigen Elektroden 32b1 bis 32b4 liegen jeweils den kammartigen Elektroden 52a1 bis 52a4 gegenüber. Die kammartigen Elektroden 32b1 bis 32b4 sind jeweils gemeinsam mit den Anschlussteilen 32-1 bis 32-4 ausgebildet und sind eine vorbestimmte Entfernung von der Oberfläche des Substrats 10 räumlich getrennt. Jeder Elektrodenfinger jeder kammartigen Elektrode 32b1 bis 32b4 ist bei einer der Breite nach zentralen Position zwischen benachbarten Elektrodenfinger der entsprechenden der kammartigen Elektroden 52a1 bis 52a4 eingeführt und liegt diesen benachbarten Elektrodenfingern gegenüber.

Jede Erfassungselektrode 53-1 bis 53-4 weist bei einer Position, die zu dem Masseteil 21 außen ist, eine kammartige Elektroden 53a1 bis 53a4 auf, die eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich in die Richtungen der X-Achse nach innen und nach außen erstrecken. Jede kammartige Elektrode 53a1 bis 53a4 ist gemeinsam mit einer Anschlussfläche 53b1 bis 53b4 ausgebildet, die mit der kammartigen Elektrode 53a1 bis 53a4 verbunden ist, und ist mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 fest verbunden. Jede Anschlussfläche 53b1 bis 53b4 weist auf der zugehörigen oberen Oberfläche ein Elektrodenanschlussfeld 53c1 bis 53c4 auf, das aus einem elektrisch leitenden Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist. Der Masseteil 21 der Schwingungsvorrichtung 20 weist kammartige Elektroden 21a1 bis 21a4 auf, von denen jede eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich in die Richtungen der X-Achse nach außen erstrecken. Die kammartigen Elektroden 21a1 bis 21a4 liegen entsprechenden Halbteilen der kammartigen Elektroden 53a1 bis 53a4 gegenüber. Ein Distalendenteil jedes der Armteile 22-1 bis 22-4 der Schwingungsvorrichtung 20 weist ebenso eine kammartige Elektrode 22a1 bis 22a4 auf, die eine Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, die sich in die Richtungen der X-Achse nach innen erstrecken. Die kammartigen Elektroden 22a1 bis 22a4 liegen entsprechenden Halbteilen der kammartigen Elektroden 53a1 bis 53a4 gegenüber. Die kammartige Elektroden 21a1 bis 21a4 sowie 22a1 bis 22a4 sind jeweils gemeinsam mit dem Masseteil 21 bzw. den Armteilen 22-1 bis 22-4 ausgebildet und sind einen vorbestimmten Abstand von der oberen Oberfläche des Substrats 10 räumlich getrennt. Die Elektrodenfinger jeder kammartigen Elektrode 21a1 bis 21a4 sowie 22a1 bis 22a4 sind zwischen benachbarten Elektrodenfingern der entsprechenden kammartigen Elektroden 53a1 bis 53a4 eingeführt. Die Elektrodenfinger jeder kammartigen Elektrode 21a1 bis 21a4 sowie 22a1 bis 22a4 sind von der Breite nach zentralen Positionen zwischen benachbarten Elektrodenfingern der entsprechenden kammartigen Elektroden 51a1 bis 53a4 zu einer Seite versetzt.

Das Substrat 10 ist ferner mit Trägern 33-3, 33-4 für die Schwingungsvorrichtung 20, dem Hauptrahmen 30-2, den Trägern 43-3, 43-4, dem Hilfsrahmen 30-4 und den Trägern 42-3, 42-4 versehen. Der Träger 42-3 ist mit einer Anschlussfläche 20a versehen, die elektrisch mit dem Träger 42-3 über einen Anker 41-3 verbunden ist. Ein weiterer Anker 41-4 ist bei einem Distalende des Trägers 42-4 bereitgestellt. Die Anschlussfläche 20a ist gemeinsam mit dem Anker 41-3 ausgebildet und ist mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 fest verbunden. Die Anschlussfläche 20a weist auf ihrer oberen Oberfläche ein Elektrodenanschlussfeld 20b auf, das aus einem elektrisch leitenden Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist.

Nachstehend ist ein elektrisches Schaltungsgerät zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung beschrieben, wie sie vorstehend beschrieben aufgebaut ist. In Fig. 2 ist das elektrische Schaltungsgerät in einem Blockschaltbild veranschaulicht.

Ein Hochfrequenzoszillator 61 ist mit den Elektrodenanschlussfeldern 53c1, 53c2 der Erfassungselektroden 53-1, 53-2 verbunden. Der Oszillator 61 führt den Anschlussfeldern 53c1, 53c2 ein Erfassungssignal E₁sin(2πf₁t) einer Frequenz f₁ zu, die viel höher als die Resonanzfrequenz der Schwingungsvorrichtung 20 ist. Eine Phasenumkehrschaltung 61a ist mit dem Hochfrequenzoszillator 61 verbunden. Die Schaltung 61a führt den Elektrodenanschlussfeldern 53c3, 53c4 der Erfassungselektroden 53-3, 53-4 ein Erfassungssignal E₁sin(2πf₁t+π) zu, das durch Umkehren der Phase des Erfassungssignals E₁sin(2πf₁t) erhalten wird.

Ein Hochfrequenzoszillator 62 ist mit den Elektrodenanschlussfeldern 52c1, 52c3 der Treiberüberwachungselektroden 52-1, 52-3 verbunden. Der Oszillator 62 führt den Elektrodenanschlussfeldern 52c1, 52c3 ein Überwachungssignal E₂sin(2πf₂t) einer Frequenz f₂ zu, die viel höher als die Resonanzfrequenz der Schwingungsfrequenz 20 ist und die sich von der Frequenz f₁ unterscheidet. Eine Phasenumkehrschaltung 62a ist mit dem Hochfrequenzoszillator 62 verbunden. Die Phasenumkehrschaltung 62a führt den Elektrodenanschlussfeldern 52c1, 52c4 der Treiberüberwachungselektroden 52-2, 52-4 ein Überwachungssignal E₂sin(2πf₂t+π) zu, das durch Umkehren der Phase des Überwachungssignals E₂sin(2πf₂t) erhalten wird. Folglich können, falls die Schwingungen der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der X- und Y- Achsen durch E_0xsin(2πf₀t) und E_0ysin(2πf₀t) dargestellt werden, die Signale, die von dem Elektrodenanschlussfeld 20b ausgegeben werden und die Schwingungen in den Richtungen der X-Achse und der Y-Achse anzeigen, als E₂E_0xsin(2πf₀t)sin(2πf₂t) und E₁E_0ysin(2πf₀t)sin(2πf₁t) ausgedrückt werden, wobei f₀ eine Frequenz nahe der Resonanzfrequenz der Schwingungsvorrichtung 20 ist.

Eine Ansteuerungsschaltung bzw. Treiberschaltung 70 ist mit den Elektrodenanschlussfeldern 51c1 bis 51c4 der Treiberelektroden 51-1 bis 51-4 verbunden. Die Treiberschaltung 70 erzeugt ein Ansteuerungssignal auf der Grundlage eines Signals das von dem Elektrodenanschlussfeld 20b über einen Verstärker 63 zugeführt wird, und führt das erzeugte Signal den Elektrodenanschlussfeldern 51c1 bis 51c4 zu.

Die Treiberschaltung 70 weist eine Demodulationsschaltung 71, eine Phasenverschiebungsschaltung 72 sowie eine Verstärkungsregelungsschaltung 73 auf, die in Reihe zu dem Verstärker 63 geschaltet sind. Die Treiberschaltung 70 weist ferner eine Erfassungsschaltung 74 auf, die mit der Demodulationsschaltung 71 verbunden ist und die die Verstärkung der Verstärkungsregelungsschaltung 73 regelt. Die Demodulationsschaltung 71 führt eine synchrone Erfassung des Signals von dem Elektrodenanschlussfeld 20b bei der Frequenz f₂ aus (d. h. sie extrahiert die Amplitudenumhüllende des Signals einer Frequenz 2πf₂) und gibt ein Signal E_0xsin(2πf₀t) aus, das die Schwingungskomponente der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der X-Achse anzeigt. Die Phasenverschiebungsschaltung 72 verschiebt die Phase eines Eingangssignals um π/2 zum Zwecke einer Korrektur einer Verzögerung von π/2 (entsprechend 1/8πf₀ Sekunden) eines Erfassungssignals, das die Schwingung der Schwingungsvorrichtung 20 von dem Signal für eine Ansteuerung der Schwingungsvorrichtung 20 anzeigt, und gibt das phasenverschobene Signal aus. Die Erfassungsschaltung 74 führt eine synchrone Erfassung des Signals von der Demodulationsschaltung 71 bei der Frequenz f₀ aus (d. h. sie extrahiert die Amplitudenumhüllende der Schwingungskomponente der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der X-Achse) und gibt ein Signal E_0x aus, das die Amplitude der Schwingungskomponente der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der X-Achse anzeigt. Die Verstärkungsregelungsschaltung 73 regelt die Verstärkung des Ausgangssignals von der Phasenverschiebungsschaltung 72 entsprechend dem Signal E_0x von der Erfassungsschaltung 74, so dass die Amplitude der Eingangssignale der Phasenverschiebungsschaltung 72 und der Verstärkungsregelungsschaltung 73 (die Amplitude der Schwingungskomponente der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der X-Achse) konstant wird, und gibt daraufhin das Verstärkungsregelungssignal aus. Das heißt, die Verstärkungsregelungsschaltung 73 regelt das Signal derart, dass die Amplitude des Ausgangssignals der Verstärkungsregelungsschaltung 73 abnimmt, wie das Signal von der Erfassungsschaltung 74 zunimmt, und gibt das Regelungssignal aus.

Die Ansteuerungsschaltung 70 ist ferner mit einer Additionsschaltung 75-1, die an einen Ausgangsanschluss der Verstärkungsregelungsschaltung 73 angeschlossen ist, sowie mit einer Additionsschaltung 75-2 versehen, die mit der Verstärkungsregelungsschaltung 73 über eine Phasenumkehrschaltung 73a verbunden ist. Die Phasenumkehrschaltung 73a kehrt die Phase des Signals von der Phase des Signals von der Verstärkungsregelungsschaltung 73 um und gibt das phaseninvertierte Signal aus. Die Additionsschaltungen 75-1, 75-2 sind an eine Gleichstromenergieversorgung 76 angeschlossen, die eine Gleichspannung E_B ausgibt.

Die Additionsschaltung 75-1 addiert das Signal E_0x'sin(2πf₀t) zu dem Gleichspannungssignal E_B von der Gleichstromenergieversorgung 76 und führt die addierte Spannung E_B + E_0x'sin(2πf₀t) den Elektrodenanschlussfeldern 51c1, 51c3 der Treiberelektroden 51-1, 51-3 zu. Die Additionsschaltung 75-2 addiert das Signal E_0x'sin(2πf₀t+π) von der Phasenumkehrschaltung 73a mit dem Gleichspannungssignal E_B von der Gleichstromenergieversorgung 76 und führt die addierte Spannung E_B + E_0x'sin(2πf₀t+π) den Elektrodenanschlussfeldern 51c2, 51c4 der Treiberelektroden 51-2, 51-4 zu.

Eine Ausgangsschaltung 80, die aus einer Demodulationsschaltung 81, einer Erfassungsschaltung 82 und einem Verstärker 83 gebildet wird, die in Reihe geschaltet sind, ist mit dem Verstärker 63 verbunden. Die Demodulationsschaltung 81 führt eine synchrone Erfassung des Signals von dem Elektrodenanschlussfeld 20b bei der Frequenz f₀ aus (d. h. sie extrahiert die Amplitudenumhüllende des Signals der Frequenz f₁) und gibt ein Signal E_0ysin(2πf₀t) aus, das die Schwingungskomponente der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der Y-Achse anzeigt. Die Erfassungsschaltung 82 führt eine synchrone Erfassung des Signals von der Demodulationsschaltung 81 bei der Frequenz f₀ aus (d. h. sie extrahiert die Amplitudenumhüllende der Schwingungskomponente der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der Y-Achse) und gibt ein Signal E_0y aus, das die Amplitude der Schwingungskomponente der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der Y-Achse anzeigt. Dem Verstärker 83 wird das Signal E_0y zugeführt, und er gibt von einem Ausgangsanschluss AUS ein Gleichspannungssignal aus, das die Schwingungsgröße der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der Y-Achse anzeigt.

Nachstehend ist eine Arbeitsweise des Winkelgeschwindigkeitserfassungsgeräts beschrieben, wie es vorstehend beschrieben aufgebaut ist. Das Ansteuerungsspannungssignal E_B + E_0x'sin(2πf₀t) wird an jede der Treiberelektroden 51-1, 51-3 angelegt, und das Ansteuerungsspannungssignal E_B + E_0x'sin(2πf₀t+π) = E_B - E_0x'sin(2πf₀t) wird an jede der Treiberelektroden 51-2, 51-4 angelegt. Folglich wirken gleiche Kräfte auf die Hauptrahmen 30-1, 30-2 in den Richtungen der X-Achse aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft, so dass die Hauptrahmen 30-1, 30-2 bei einer Schwingungsfrequenz f₀ in den Richtungen der X-Achse synchronisiert sind und mit gleichen Amplituden schwingen. Die Schwingung der Hauptrahmen 30-1, 30-2 wird zu der Schwingungsvorrichtung 20 über die Träger 33-1 bis 33-4 weitergeleitet, so dass die Schwingungsvorrichtung 20 ebenso bei der Schwingungsfrequenz f₀ in den Richtungen der X-Achse schwingt.

In diesem Fall wird aufgrund des Betriebs des Oszillators 62, der Phasenumkehrschaltung 62a und der Treiberüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 ein Signal E₂E_0xsin(2πf₀t)sin(2πf₂t), das die Schwingungskomponente in den Richtungen der X-Achse anzeigt, der Treiberschaltung 70 über die Elektrodenanschlussfläche 20b und den Verstärker 63 zugeführt. Die Demodulationsschaltung 71, die Erfassungsschaltung 74, die Phasenverschiebungsschaltung 72 und die Verstärkungsregelungsschaltung 73, die die Ansteuerungsschaltung 70 bilden, arbeiten derart, dass das Eingangssignal E_0xsin(2πf₀t) der Phasenverschiebungsschaltung 72 und der Verstärkungsregelungsschaltung 73, d. h. die Schwingungskomponenten in den Richtungen der X-Achse, die von der Elektrodenanschlussfläche 20b zugeführt wird, hinsichtlich der Zeit immer konstant ist. Folglich schwingt die Schwingungsvorrichtung 20 immer in den Richtungen der X-Achse mit einer konstanten Amplitude.

Falls eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse auftritt, während der vorstehend beschriebene Zustand aufrechterhalten wird, beginnt die Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der Y-Achse mit einer Amplitude zu schwingen, die aufgrund der Corioliskraft proportional zu der Winkelgeschwindigkeit ist. Die Corioliskraft ist nachstehend kurz beschrieben. Falls ein rechtwinkliges Koordinatensystem, das sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω dreht, in Bezug auf ein ruhendes rechtwinkliges Koordinatensystem angenommen wird, kann eine Bewegung aus Sicht des sich drehenden Koordinatensystems unter Berücksichtigung der Kraft, die ebenso in dem Inertialsystem wirkt, sowie zweier anderer Kräfte beschrieben werden, die die Zentrifugalkraft und eine andere Kraft sind. Die letztgenannte Kraft ist die Corioliskraft. In diesem Fall ändert sich aufgrund der Schwingung der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der Y-Achse die Kapazität der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 entsprechend der Schwingung. Die Kapazitätsänderung erscheint in dem Elektrodenanschlussfeld 20b als ein Signal, das in der Amplitude von den Erfassungssignalen E₁sin(2πf₂t) und E₁sin(2πf₁t+π) = -E₂sin(2πf₁t), die von dem Oszillator 61 und der Phasenumkehrschaltung 61a ausgegeben werden, moduliert wird, d. h. als ein Signal E₁E_0ysin(2πf₀t)sin(2πf₁t). Das Signal wird daraufhin zu der Ausgangsschaltung 80 über den Verstärker 63 ausgegeben. Die Ausgangsschaltung 80 gibt aufgrund des Betriebs der Demodulationsschaltung 81, der Erfassungsschaltung 82 ung des Verstärkers 83 von dem Ausgangsanschluss AUS das Signal E_0y aus, das die Größe der Schwingung der Schwingungsvorrichtung 20 in den Richtungen der Y-Achse anzeigt. Da die Größe der Schwingung in den Richtungen der Y-Achse proportional zu der Winkelgeschwindigkeit um die 2-Achse ist, ist das von dem Ausgangsanschluss AUS ausgegebene Signal ein Erfassungssignal, das die Winkelgeschwindigkeit anzeigt.

Nachstehend sind die kammartigen Elektroden, die bei der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung verwendet werden, die wie vorstehend beschrieben arbeitet, und die ein Merkmal der Erfindung sind und bewegbare Elektroden und feste Elektroden bilden, ausführlich beschrieben. Die kammartigen Elektroden entsprechen den Treiberelektroden 51-1 bis 51-4 und den Treiberüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. In Fig. 3 sind Teile von kammartigen Elektroden in einer vergrößerten Darstellung veranschaulicht. Gemäß Fig. 3 ist eine fest mit dem Substrat 10 verbundene kammartige Elektrode als eine feste Elektrode 100 gezeigt, und eine kammartige Elektrode, die eine vorbestimmte Entfernung von dem Substrat 10 nach oben räumlich getrennt ist und die bezüglich des Substrats 10 verschiebbar ist, ist als eine bewegbare Elektrode 200 gezeigt.

Die feste Elektrode 100 weist einen Grundteil 110, der sich mit einer relativ großen Breite erstreckt, und eine Vielzahl von Elektrodenfingern 120 auf, die sich von dem Grundteil 110 in einer senkrechten Richtung und parallel zueinander erstrecken. Der Grundteil 110 und die Elektrodenfinger 120 sind fest mit dem Substrat 10 verbunden. Die bewegbare Elektrode 200 weist einen Grundteil 210 (der zusammen mit dem Hauptrahmen 30-1, 30-2 ausgebildet wird), der sich mit einer relativ großen Breite erstreckt, und eine Vielzahl von Elektrodenfingern 220 auf, die sich von dem Grundteil 210 in einer senkrechten Richtung und parallel zueinander erstrecken. Die Elektrodenfinger 220 sind bei zentralen Positionen zwischen den Elektrodenfingern 120 der festen Elektrode 120 eingeführt. Der Grundteil 210 und die Elektrodenfinger 220 sind in Bezug auf das Substrat 210 verschiebbar (gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung 20 und dem Hauptrahmen 30-1, 30-2 verschiebbar). Die Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 und die Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektroden 200 sind ausgestreckt, weisen gleiche Breiten und gleiche Längen auf und erstrecken sich in die Richtungen der Achse.

In diesem Fall sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, sowohl die Entfernung von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 zu einer Seite des Grundteils 110 der festen Elektrode 100, die der Distalendenoberfläche des Elektrodenfingers 220 gegenüberliegt und die sich zwischen Elektrodenfingern 120 der festen Elektrode 100 befindet, als auch die Entfernung von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 120 der festen Elektrode 100 zu einer Seite des Grundteils 210 der bewegbaren Elektrode 200, die der Distalendenoberfläche des Elektrodenfingers 120 gegenüberliegt und die sich zwischen Elektrodenfingern 220 der bewegbaren Elektrode 200 befindet, als "D" definiert. Die maximale Verschiebung der bewegbaren Elektrode 200 in die Richtung der Achse jedes Elektrodenfingers 220 ist als "A" definiert. Die Entfernungen von jedem Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 zu zwei benachbarten Elektrodenfingern 120 der festen Elektrode 100 in der Richtung der Breite der Elektrodenfinger sind beide als "d" definiert. Die Breite der Elektrodenfinger 120, 220 der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 ist als "w" definiert.

Wie es in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, wirken, falls eine Spannung V zwischen der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200, die wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, angelegt wird (entsprechend einem Anlegen einer Spannung von den Additionsschaltungen 75-1, 75-2 zwischen den Elektrodenanschlussfeldern 51c1 und 51c2 und zwischen den Elektrodenanschlussfeldern 51c3 und 51c4 der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung), elektrostatische Anziehungskräfte F1, F1 zwischen gegenüberliegenden Seitenoberflächen der Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 und gegenüberliegenden Seitenoberflächen der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200, so dass der Elektrodenfinger 220 zu dem Grundteil 110 der festen Elektrode 100 durch eine Ansteuerungskraft F (resultierende Kraft aus F1 und F1) in die Richtung der Achse gezogen und verschoben wird.

Die Ansteuerungskraft F ist in einem mathematischen Ausdruck 1 ausgedrückt, in dem T die Dicke der Elektrodenfinger 220 und ε die Dielektrizitätskonstante ist.

[Mathematischer Ausdruck 1]

F = εTV²

/d

Eine elektrostatische Anziehungskraft F₀, die durch Summieren einer elektrostatischen Anziehungskraft F₀/2, die zwischen den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 und dem den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger 220 gegenüberliegenden Grundteil 110 der festen Elektrode 100 wirkt, und einer elektrostatischen Anziehungskraft F₀/2 erhalten wird, die zwischen den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 und dem den Distalendenoberfläche der Elektrodenfinger 120 gegenüberliegenden Grundteil 210 der bewegbaren Elektrode 200 wirkt, wird zu einem Problem, wenn die Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 tief in die Räume zwischen den Elektrodenfingern 120 der festen Elektrode 100 eindringen, wohingegen die elektrostatische Anziehungskraft F₀ vernachlässigt werden kann, wenn ein derartiges Eindringen nicht tief ist. Ist eine Verschiebungsgröße A von der Referenzposition gegeben, die zu der Zeit eines maximalen Eindringens der Elektrodenfinger 220 zwischen die Elektrodenfinger 120 auftritt, kann die elektrostatische Anziehungskraft F₀ in einem mathematischen Ausdruck 2 ausgedrückt werden.

[Mathematischer Ausdruck 2]

F₀

= εTwV²

/(D - A)²

Die elektrostatische Anziehungskraft F₀ ist eine Kraft, die zur Ansteuerung der bewegbaren Elektroden 200 nicht erforderlich ist, wenn die Elektroden als Treiberelektroden verwendet werden (entsprechend den Treiberelektroden 51-1 bis 51-4 der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung). Ein Anstieg dieser elektrostatischen Anziehungskraft erschwert die Ansteuerung und das Verschieben der bewegbaren Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit, wie es beabsichtigt ist. Der Erfinder hat empirisch bestätigt, dass die elektrostatische Anziehungskraft F₀ vernachlässigt werden kann, falls die mathematischen Ausdrücke 1 und 2 eine Beziehung F < 10F₀ erfüllen. Durch Substituieren der mathematischen Ausdrücke 1, 2 in die Beziehung F < 10F₀ wird eine Beziehung eines mathematischen Ausdrucks 3 erhalten.

[Mathematischer Ausdruck 3]

D < A + (10dw)^1/2

Folglich kann, falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 derart gestaltet bzw. bestimmt werden, dass die Entfernungen D und d, die maximale Verschiebungsgröße A und die Breite w die Beziehung D < A + (10dw)^1/2 erfüllen (ein mittels Schraffierung angezeigter Bereich in Fig. 5), die bewegbare Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit verschoben werden und die Genauigkeit bei einer Messung einer physikalischen Größe auf der Grundlage einer Verschiebung der bewegbaren Elektrode 200 (beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit in dem Fall einer Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung) erhöht werden. Das heißt, wenn die Entfernung D vergrößert wird und die Entfernung d sowie die Breite w verringert werden, nimmt die Wirkung der elektrostatischen Anziehungskraft F₀ ab, so dass die Genauigkeit einer Messung der physikalischen Größe verbessert werden kann.

Bei dem Bestimmen der Entfernungen D, d, der maximalen Verschiebungsgröße A und der Breite w bezüglich der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 ist es ratsam, zuerst die Entfernung d und die Breite w unter Berücksichtigung des Verarbeitungsgrenzen der Elektroden 100, 200 zu spezifizieren. Daraufhin kann die maximale Verschiebungsgröße A, die die Empfindlichkeit der Elektroden 100, 200 beeinflusst, bestimmt werden. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, dass die maximale Verschiebungsgröße A groß ist, um den Freiheitsgrad der Ansteuerungsspannung zu vergrößern. Falls jedoch die maximale Verschiebungsgröße A außerordentlich groß ist, ist es erforderlich, die Entfernung D zu vergrößern, was zu einem Anstieg der Größe der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 führt. Folglich ist es ratsam, dass die maximale Verschiebungsgröße A bestimmt wird, während die Empfindlichkeit und die Größe der festen Elektrode 100 sowie der bewegbaren Elektrode 200 berücksichtigt werden, und dass die Entfernung D zuletzt bestimmt wird.

Die Beziehung zwischen den Entfernungen D, d, der maximalen Verschiebungsgröße A und der Breite w sind im Wesentlichen die gleichen für die Erfassungselektroden, die den Treiberüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung entsprechen. Das heißt, in dem Fall von Erfassungselektroden führt die Wirkung der Anziehungskraft F₀ auf die Verschiebung der bewegbaren Elektrode 200 ebenso zu einer Verschlechterung der Genauigkeit bei einer Erfassung der Verschiebung der bewegbaren Elektrode 200. Folglich ist es auch in diesem Fall, falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 so bestimmt werden, dass die Entfernungen D, d, die maximale Verschiebungsgröße A und die Breite w die Beziehung D < A + (10dw)^1/2 erfüllen (der durch die Schraffierung in Fig. 5 angezeigte Bereich) möglich, die Verschiebung der bewegbaren Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit zu erfassen sowie die Genauigkeit bei einer Messung der physikalischen Größe (der Winkelgeschwindigkeit in dem Fall der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung) auf der Grundlage der Verschiebung der bewegbaren Elektrode 200 zu erhöhen.

Die vorstehend genannten Punkte werden unter Bezugnahme auf den Graphen in Fig. 6 verifiziert, der Grenzwerte der maximalen Verschiebungsgröße A zeigt, die auf die nachstehend beschriebene Weise berechnet und tatsächlich gemessen worden sind. Das heißt, die Entfernung d und die Breite w sind auf 2,5 µm beziehungsweise 4,5 µm eingestellt worden, und Grenzwerte der maximalen Verschiebungsgröße A sind berechnet worden und tatsächlich gemessen worden, während die Entfernung D variiert worden ist. In dem Graphen zeigt eine durchgezogene Linie Grenzwerte an, die entsprechend der Bedingung des mathematischen Ausdrucks 3 berechnet werden, und eine Zwei-Punkt-Strich-Linie zeigt Grenzwerte an, die auf der Grundlage einer Simulation berechnet werden, wobei der Vorgang berücksichtigt wird, dass die bewegbare Elektrode 200 zu der festen Elektrode 100 bis zu der maximalen Verschiebungsgröße A verschoben wird. Des Weiteren zeigt in Fig. 6 eine gestrichelte Linie Ergebnisse einer tatsächlichen Messung bei einer Verwendung einer Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung an, die wie in Fig. 1 veranschaulicht aufgebaut ist. In dem Graphen ist gezeigt, dass trotz Variationen der Entfernung D der Grenzwert der maximalen Verschiebungsgröße A, der durch die Simulationsberechnung und die tatsächliche Messung bereitgestellt wird, immer größer als der Grenzwert der maximalen Verschiebungsgröße A ist, der durch eine Berechnung des mathematischen Ausdrucks 3 bereitgestellt wird. Folglich ist es ersichtlich, dass ein zufriedenstellender Entwurf erhalten werden kann, falls die Entfernungen D, d, die maximale Verschiebungsgröße A und die Breite w die Beziehung D < A + (10dw)^1/2 erfüllen, wie sie vorstehend genannt ist.

Nachstehend werden aufeinanderfolgend verschiedene Modifikationen der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Eine erste Modifikation ist unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, weist eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gemäß dieser Modifikation eine feste Elektrode 100 und eine bewegbare Elektrode 200 auf, die ähnlich denen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind. Die Länge der Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 unterscheidet sich von der Länge der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200. Die Entfernung von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 zu einer Seite eines Grundteils 110 der festen Elektrode 100, die sich zwischen Elektrodenfingern 120 befindet und die der Distalendenoberfläche der Elektrodenfinger 220 gegenüberliegt, ist auf "D1" eingestellt. Die Entfernung von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 120 der festen Elektrode 100 zu einer Seite eines Grundteils 210 der bewegbaren Elektrode 200, die sich zwischen Elektrodenfingern 220 befindet und die der Distalendenoberfläche des Elektrodenfingers 120 gegenüberliegt, ist auf "D2" eingestellt. Die anderen Konstruktionsmerkmale sind im Wesentlichen die gleichen wie die des Vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Folglich wird die Anziehungskraft F₀1, die zwischen den Distalendenoberflächen in der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 und dem den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger 220 gegenüberliegenden Grundteil 110 der festen Elektrode 100 wirkt, wie in einem mathematischen Ausdruck 4 ausgedrückt. Die Anziehungskraft F₀2, die zwischen den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 und dem den Distalendenoberflächen der Elektrodenfinger 120 gegenüberliegenden Grundteil 210 der bewegbaren Elektrode 200 wirkt, wie in einem mathematischen Ausdruck 5 ausgedrückt.

[Mathematischer Ausdruck 4]

F₀

1 = εTwV²

/2(D1 - A)

[Mathematischer Ausdruck 5]

F₀

2 = εTwV²

/2(D2 - A)²

Folglich wird die Anziehungskraft F₀, die durch Summieren der elektrostatischen Anziehungskräfte F₀1 und F₀2 erhalten wird, wie in einem mathematischen Ausdruck 6 ausgedrückt.

[Mathematischer Ausdruck 6]

F₀

= εTwV²

/2(D1 - A)²

+ εTwV²

/2(D2 - A)²

Wie es in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ist es wünschenswert, dass F < 10F₀ erfüllt wird. In diesem Fall ist es ratsam, dass eine durch einen mathematischen Ausdruck 7 ausgedrückte Beziehung erfüllt wird.

[Mathematischer Ausdruck 7]

1/(5dw) < {1/(D1 - A)²

} + {1/(D2 - A)²

}

Der mathematische Ausdruck 7 wird zu dem mathematischen Ausdruck 3 äquivalent, falls die Entfernungen D1, D2 zu der Entfernung D geändert werden, d. h. falls die Elektrodenfinger 120, 220 der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 gleiche Längen aufweisen, wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Das heißt, der mathematische Ausdruck 7 ist ein verallgemeinerter Ausdruck des mathematischen Ausdrucks 3 und umfasst folglich den mathematischen Ausdruck 3. Auch in diesem Fall wird, wenn die Entfernungen D1, D2 vergrößert werden oder wenn die Entfernung d und die Breite w verringert werden, die Wirkung der Anziehungskräfte F₀1, F₀2 verringert, so dass eine Messung höherer Genauigkeit möglich wird. Das heißt, falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 gemäß der ersten Modifikation als Elektroden auf der Treiberseite verwendet werden, kann die bewegbare Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit verschoben werden. Falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 als Erfassungselektroden verwendet werden, kann die Verschiebung der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit erfasst werden.

Auch in diesem Fall ist es bei der Bestimmung der Entfernungen D1, D2, d, der maximalen Verschiebungsgröße A und der Breite w bezüglich der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 ratsam, zuerst die Entfernung d und die Breite w unter Berücksichtigung der Verarbeitungsgrenzen der Elektroden 100, 200 zu bestimmen. Daraufhin kann die maximale Verschiebungsgröße A unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit und der Größe der festen Elektrode 100 sowie der bewegbaren Elektrode 200 bestimmt werden. Schließlich können die Entfernungen D1, D2 bestimmt werden.

Nachstehend ist eine zweite Modifikation unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, weist eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gemäß dieser Modifikation eine feste Elektrode 100 und eine bewegbare Elektrode 200 auf, die ähnlich denen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels sind. Gemäß dieser Modifikation sind entgegengesetzte Seiten eines Distalendenteils jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 diagonal linear abgeschnitten, so dass die zweidimensionale Form des Distalendenteils eine trapezförmige Form annimmt. Folglich ist die Breite w1 des Distalendes jedes Elektrodenfingers 220 kleiner als die Breite w0 eines Teils jedes Elektrodenfingers 220, der an den Grundteil 210 angrenzt.

Folglich ist der Bereich der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 wesentlich verkleinert. Somit kann, falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 gemäß der zweiten Modifikation als Elektroden auf der Treiberseite verwendet werden, die bewegbare Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit verschoben werden. Falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 als Erfassungselektroden verwendet werden, kann die Verschiebung der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Gemäß der zweiten Modifikation kann das Distalende jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 derart zugespitzt werden, dass die zweidimensionale Form eines Distalendenteils jedes Elektrodenfingers 220 eine dreieckige Form annimmt. Des Weiteren kann, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, die zweidimensionale Form eines Distalendenteils jedes Elektrodenfingers 220 eine rundliche Form annehmen. Diese Modifikationen verkleinern ebenso den Bereich der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 220, wodurch im Wesentlichen die gleichen Vorteile erreicht werden, wie sie durch die zweite Modifikation erreicht werden.

Des Weiteren weisen gemäß der zweiten Modifikation die Anziehungskraft der festen Elektrode 100 auf die bewegbare Elektrode 200 und die Anziehungskraft der bewegbaren Elektrode 200 auf die feste Elektrode 100 eine Ursache-Wirkung-Beziehung auf. Folglich kann anstelle eines Abschneidens des Distalendenteils jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200, wie gemäß der zweiten Modifikation, ein Distalendenteil jedes Elektrodenfingers 120 der festen Elektrode 100 in eine trapezförmige Form, eine dreieckige Form oder eine rundliche Form in einer Draufsicht geschnitten werden, so dass das Distalende jedes Elektrodenfingers 120 eine kleinere Breite als ein Teil jedes Elektrodenfingers 120 aufweist, der an den Grundteil 110 angrenzt. Derartige Modifikationen schaffen im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse, wie sie durch die zweite Modifikation bereitgestellt werden. Des Weiteren kann ein Distalendenteil jedes Elektrodenfingers 120, 220 der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 in eine trapezförmige Form, eine dreieckige Form und eine rundliche Form in einer Draufsicht geschnitten werden, so dass das Distalende jedes Elektrodenfingers 120, 220 eine kleinere Breite aufweist als ein Teil jedes Elektrodenfingers, der an den Grundteil 110 oder 210 angrenzt.

Nachstehend ist eine dritte Modifikation unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, weist eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gemäß dieser Modifikation eine feste Elektrode 100 und eine bewegbare Elektrode 200 auf, die ähnlich zu denen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels sind. Gemäß dieser Medifikation weist jede Seitenoberfläche des Grundteils 110 der festen Elektrode 100, die sich zwischen Elektrodenfingern 120 befindet und die einer Distalendenoberfläche eines entsprechenden der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 gegenüberliegt, einen Ausschnitt 110A auf. Jeder Ausschnitt 110 weist eine dreieckige Form in einer Draufsicht auf, so dass die Ausschnittsbreite mit einer Vergrößerung der Entfernung von dem Distalende des entsprechenden der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 abnimmt.

Folglich ist die Entfernung D von der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 zu der entsprechenden Seitenoberfläche des Grundteils 110 zwischen Elektrodenfingern 120 der festen Elektrode 100 wesentlich vergrößert, so dass die Anziehungskraft F₀ = εTwV²/(D - A)², die durch den mathematischen Ausdruck 2 definiert ist, verringert ist. Daher kann, falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 gemäß der dritten Modifikation als Elektroden auf der Treiberseite verwendet werden, die bewegbare Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit verschoben werden. Falls die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 als Erfassungselektroden verwendet werden, kann die Verschiebung des Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Gemäß der dritten Modifikation kann die zweidimensionale Form jedes Ausschnitts 110a eine trapezförmige Form oder eine abgerundete Form, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, aufweisen. Derartige Modifikationen vergrößern ebenso wesentlich die Entfernung D und können im Wesentlichen die gleichen Vorteile erreichen, wie sie durch die dritte Modifikation erreicht werden.

Auch gemäß der dritten Modifikation weisen die Anziehungskraft der festen Elektrode 100 auf die bewegbare Elektrode 200 und die Anziehungskraft der bewegbaren Elektrode 200 auf die feste Elektrode 100 eine Ursache-Wirkung-Beziehung auf. Folglich können anstelle einer Ausbildung von Ausschnitten in dem Grundteil 110 der festen Elektrode 100, wie gemäß der dritten Modifikation, Ausschnitte einer trapezförmigen Form, einer dreieckigen Form, einer rundlichen Form usw. in Seitenoberflächen des Grundteils 210 der bewegbaren Elektrode 200, die sich zwischen Elektrodenfingern 220 befinden und die Distalendenoberflächen entsprechender Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 gegenüberliegen, auf eine derartige Weise ausgebildet werden, dass die Breite jedes Ausschnitts mit einer Zunahme der Entfernung von der Distalendenoberfläche des entsprechenden der Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 abnimmt. Diese Modifikation schafft im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse, wie sie vorstehend beschrieben sind. Des Weiteren können trapezförmige, dreieckige oder rundliche Ausschnitte, wie sie vorstehend beschrieben sind, ebenso in Seitenoberflächen der Grundteile 110, 210 zwischen Elektrodenfingern 120, 220 der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 ausgebildet werden.

Die Ausführungen gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel und den ersten bis dritter Modifikationen können entweder einzeln oder in beliebiger Kombination angewendet werden. Beispielsweise kann eine Modifikation wie nachstehend beschrieben ausgeführt werden. Diese besteht darin, die Entfernung D oder die Entfernung D1, D2 auf große Werte einzustellen, oder die Entfernung d oder die Breite w auf kleine Werte einzustellen, so dass die Ungleichheit des mathematischen Ausdrucks 3, D < A + (10dw)^1/2 gemäß dem Ausführungsbeispiel oder die Ungleichheit des mathematischen Ausdrucks 7, 1/(5dw) < {1/D1 - A)²} + {1/(D2 - A)²}, gemäß der ersten Modifikation näherungsweise erfüllt ist, obwohl sie nicht vollkommen erfüllt werden können. Zusätzlich werden Distalendenteile der Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 und/oder Distalendenteile der Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 in ihrer Breite wie gemäß der zweiten Modifikation verkleinert, oder der Grundteil 110 der festen Elektrode 100 und/oder der Grundteil 210 der bewegbaren Elektrode 200 wird mit Ausschnitten versehen. Des Weiteren ist es ebenso möglich, einen Aufbau anzunehmen, bei dem ein Distalendenteil jedes Elektrodenfingers 120 der festen Elektrode 100 und/oder ein Distalendenteil jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode in der Breite verkleinert wird und der Grundteil 110 der festen Elektrode 100 und/oder der Grundteil 210 der bewegbaren Elektrode 200 mit Ausschnitten versehen wird.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels die erfindungsgemäße feste Elektrode 100 und die erfindungsgemäße bewegbare Elektrode 200 in Verbindung mit der Anwendung bei den Treiberelektroden 51-1 bis 51-4 und den Treiberüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 beschrieben sind, können die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 ebenso bei den Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 für eine Erfassung der Verschiebung der Schwingungsvorrichtung 200 auf der Grundlage der Corioliskraft angewendet werden. In diesem Fall kann ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht werden, indem kammartige Elektroden 53a1 bis 53a4, 21a1 bis 21a4 und 22a1 bis 22a4 von Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 derart angeordnet werden, dass sich die zugehörigen Elektrodenfinger in die Richtungen der Y- Achse erstrecken, und indem die Richtungen der durch die Corioliskraft verursachten Schwingung der Schwingungsvorrichtung 20 auf die Richtungen der Achse jedes Elektrodenfingers der kammartigen Elektroden 53a1 bis 53a4, 21a1 bis 21a4 und 22a1 bis 22a4 eingestellt werden. Des Weiteren können die feste Elektrode 100 und die bewegbare Elektrode 200 ebenso bei verschiedenen anderen Elektroden angewendet werden, wie beispielsweise Korrekturelektroden zur Korrektur der Verschiebung der Schwingungsvorrichtung 20, Einstellelektroden für eine Verringerung einer Störverschiebung der Schwingungsvorrichtung usw..

Obwohl das vorstehende Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Anwendung der Erfindung bei einer Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung beschrieben ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann ebenso bei einer Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe zur Erfassung einer physikalischen Größe, wie beispielsweise einer Beschleunigung, eines Druckes usw., angewendet werden. In diesem Fall kann ein zufriedenstellendes Ergebnis durch einen Entwurf erreicht werden, bei dem kammartige Elektroden in den Richtungen der Achse jedes Elektrodenfingers der kammartigen Elektroden durch eine Kraft verschoben werden, die auf die physikalische Größe bezogen ist, wie beispielsweise eine Beschleunigung, einen Druck usw., und eine derartige Verschiebung erfasst wird. Kurz gesagt, erfindungsgemäße kammartige Elektroden sind bei verschiedenen Erfassungsvorrichtungen für eine physikalische Größe anwendbar, solange die Erfassungsvorrichtungen Vorrichtungen sind, die kammartige Elektroden in die Richtungen der Achse jedes Elektrodenfingers ansteuern oder die Verschiebung der kammartigen Elektroden in den Richtungen der Achse erfassen, während eine Spannung zwischen der festen Elektrode und der bewegbaren Elektrode angelegt ist.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind einem Fachmann unter Berücksichtigung der Beschreibung und einer Anwendung der hierin offenbarten Erfindung ersichtlich. Die Beschreibung und Bespiele sollen lediglich als Beispiel dienen, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die nachfolgenden Patentansprüche angegeben ist.

Wie es vorstehend beschrieben ist, erfasst ein Erfassungsgerät für eine physikalische Größe eine physikalische Größe entsprechend der Verschiebung einer Schwingungsvorrichtung 20. Das Gerät umfasst eine kammartige feste Elektrode 100 mit einer Vielzahl von Elektrodenfingern 120 und eine kammartige bewegbare Elektrode 200, die gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung 20 verschiebbar ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern 220 aufweist. Eine Spannung wird zwischen der festen Elektrode 100 und der bewegbaren Elektrode 200 angelegt. Eine Entfernung D1 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 zu einem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 gegenüberliegenden Grundteil der festen Elektrode 100, eine Entfernung D2 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 120 der festen Elektrode 100 zu einem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers 110 der festen Elektrode 100 gegenüberliegenden Grundteil der bewegbaren Elektrode 200, eine maximale Verschiebung A der bewegbaren Elektrode 200 in die Richtung der Achse jedes Elektrodenfingers 220, eine Breite w jedes Elektrodenfingers 220 der bewegbaren Elektrode 200 und jedes Elektrodenfingers 120 der festen Elektrode 100 und eine Entfernung d zwischen jedem Elektrodenfinger 220 der bewegbaren Elektrode 200 und einem benachbarten Elektrodenfinger 120 der festen Elektrode 100 in einer Richtung der Breite sind derart eingestellt, dass sie eine Beziehung 1/(5dw) < {1/(D1 - A)²} + {1/(D2 - A)²} erfüllen.

Claims (13)

1. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe, das eine auf einem Substrat (10) verschiebbar getragene Schwingungsvorrichtung (20) aufweist und eine physikalische Größe entsprechend einer Verschiebung der Schwingungsvorrichtung (20) erfasst, mit:
einer kammartigen festen Elektrode (100), die fest mit dem Substrat (10) verbunden ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (120) aufweist, die sich von einem Grundteil der festen Elektrode (100) parallel zueinander erstrecken, und einer kammartigen bewegbaren Elektrode (200), die gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung (20) verschiebbar ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (220) aufweist, die sich von einem Grundteil der bewegbaren Elektrode (200) parallel zueinander erstrecken und die zwischen die Elektrodenfinger (120) der festen Elektrode (100) eingeführt sind, wobei bei einem Anlegen einer Spannung zwischen der festen Elektrode (100) und der bewegbaren Elektrode (200) die bewegbare Elektrode (200) in eine Richtung einer Achse jedes Elektrodenfingers (220) verschoben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Entfernung D1 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (220) der bewegbaren Elektrode (200) zu dem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (220) der bewegbaren Elektrode (200) gegenüberliegenden Grundteil der festen Elektrode (100), eine Entfernung D2 von einer Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (120) der festen Elektrode (100) zu dem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (120) der festen Elektrode (100) gegenüberliegenden Grundteil der bewegbaren Elektrode (200), eine maximale Verschiebung A der bewegbaren Elektrode (200) in die Richtung der Achse jedes Elektrodenfingers (220), eine Breite w jedes Elektrodenfingers (220) der bewegbaren Elektrode (200) und jedes Elektrodenfingers (120) der festen Elektrode (100) und eine Entfernung d zwischen jedem Elektrodenfinger (220) der bewegbaren Elektrode (200) und einem benachbarten Elektrodenfinger (120) der festen Elektrode (100) in einer Richtung der Breite eine Beziehung 1/(5dw) < {1/(D1 - A)²) + {1/(D2 - A)²} erfüllt.

2. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Entfernung D1 von der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (220) der bewegbaren Elektrode (200) zu dem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (220) der bewegbaren Elektrode (200) gegenüberliegenden Grundteil der festen Elektrode (100) und die Entfernung D2 von der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (120) der festen Elektrode (100) zu dem der Distalendenoberfläche jedes Elektrodenfingers (120) der festen Elektrode (100) gegenüberliegenden Grundteil der bewegbaren Elektrode (200) einander gleich sind, eine Beziehung D < A + (10dw)^1/2 erfüllt wird, wobei D = D1 = D2 gilt.

3. Verfahren für einen Entwurf eines Erfassungsgeräts für eine physikalische Größe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Schritte:
Einstellen der Entfernung d und der Breite w auf zugehörige Verarbeitungsgrenzen,
Einstellen der maximalen Verschiebung A auf der Grundlage einer Größe des Erfassungsgeräts für eine physikalische Größe sowie eines Empfindlichkeitserfordernisses des Geräts und
Bestimmen der Entfernung D1, D2 oder D auf der Grundlage eines Beziehungsausdrucks gemäß Anspruch 1 oder 2.

4. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe, das eine auf einem Substrat (10) verschiebbar getragene Schwingungsvorrichtungen (20) aufweist und eine physikalische Größe entsprechend einer Verschiebung der Schwingungsvorrichtung (20) erfasst, mit:
einer kammartigen festen Elektrode (100), die fest mit dem Substrat (10) verbunden ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (120) aufweist, die sich von einem Grundteil der festen Elektrode (100) parallel zueinander erstrecken, und einer kammartigen bewegbaren Elektrode (200), die gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung (20) verschiebbar ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (220) aufweist, die sich von einem Grundteil der bewegbaren Elektrode (200) parallel zueinander erstrecken und die zwischen die Elektrodenfinger (120) der festen Elektrode (100) eingeführt sind, wobei bei einem Anlegen einer Spannung zwischen der festen Elektrode (100) und der bewegbaren Elektrode (200) die bewegbare Elektrode (200) in eine Richtung einer Achse jedes Elektrodenfingers (220) verschoben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektrodenfinger zumindest einer der bewegbaren Elektrode (200) und der festen Elektrode (100) derart ausgebildet ist, dass ein Distalendenteil jedes Elektrodenfingers (220, 120) in der Breite schmaler als ein grundteilseitiger Teil des Elektrodenfingers (220, 120) ist.

5. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Distalendenteil jedes Elektrodenfingers (120, 220), der verschmälert ist, eine trapezförmige Form in einer Draufsicht aufweist.

6. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Distalendenteil jedes Elektrodenfingers (120, 220), der verschmälert ist, eine dreieckige Form in einer Draufsicht aufweist.

7. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Distalendenteil jedes Elektrodenfingers (120, 220), der verschmälert ist, eine gebogene Form in einer Draufsicht aufweist.

8. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe, das eine auf einem Substrat (10) verschiebbar getragene Schwingungsvorrichtungen (20) aufweist und eine physikalische Größe entsprechend einer Verschiebung der Schwingungsvorrichtung (20) erfasst, mit:
einer kammartigen festen Elektrode (100), die fest mit dem Substrat (10) verbunden ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (120) aufweist, die sich von einem Grundteil der festen Elektrode (100) parallel zueinander erstrecken, und einer kammartigen bewegbaren Elektrode (200), die gemeinsam mit der Schwingungsvorrichtung (20) verschiebbar ist und eine Vielzahl von Elektrodenfingern (220) aufweist, die sich von einem Grundteil der bewegbaren Elektrode (200) parallel zueinander erstrecken und die zwischen die Elektrodenfinger (120) der festen Elektrode (100) eingeführt sind, wobei bei einem Anlegen einer Spannung zwischen der festen Elektrode (100) und der bewegbaren Elektrode (200) die bewegbare Elektrode (200) in eine Richtung einer Achse jedes Elektrodenfingers (220) verschoben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass Ausschnitte (110a) in zumindest einer einer Gruppe von Grundteiloberflächen ausgebildet sind, die sich zwischen Elektrodenfingern (120) der festen Elektrode (100) befinden und die Distalendenoberflächen entsprechender Elektrodenfinger (220) der bewegbaren Elektrode (200) gegenüberliegen, und einer Gruppe von Grundteiloberflächen, die sich zwischen Elektrodenfingern (220) der bewegbaren Elektrode (200) befinden und die Distalendenoberflächen entsprechender Elektrodenfinger (120) der festen Elektrode (100) gegenüberliegen, wobei jeder Ausschnitt (110a) bei einer Vergrößerung der Entfernung von der Distalendenoberfläche eines entsprechenden Elektrodenfingers (120, 220) schmaler wird.

9. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Grundteiloberflächen zwischen den Elektrodenfingern (120, 220) ausgebildeten Ausschnitte (110a) eine trapezförmige Form in einer Draufsicht aufweisen.

10. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Grundteiloberflächen zwischen den Elektrodenfingern (120, 220) ausgebildeten Ausschnitte (110a) eine dreieckige Form in einer Draufsicht aufweisen.

11. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Grundteiloberflächen zwischen den Elektrodenfingern (120, 220) ausgebildeten Ausschnitte (110a) eine gebogene Form in einer Draufsicht aufweisen.

12. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kammartige feste Elektrode (100) und die kammartige bewegbare Elektrode (200) verwendet werden, die Schwingungsvorrichtung (20) in Schwingung zu versetzen.

13. Erfassungsgerät für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kammartige feste Elektrode (100) und die kammartige bewegbare Elektrode (200) verwendet werden, eine Schwingung der Schwingungsvorrichtung (20) zu erfassen.