DE10124822B4

DE10124822B4 - Sensorvorrichtung und Sensorgerät

Info

Publication number: DE10124822B4
Application number: DE10124822A
Authority: DE
Inventors: Kazumi Chida; Masato Hashimoto; Masaru Nagao; Hidemi Senda; Norihisa Okayama; Keiko Neki; Masahiro Sugimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2011-11-03
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: DE10124822A1; US20010045127A1; US6568267B2; GB0111294D0; JP3525862B2; JP2001330442A; GB2367132B; GB2367132A

Abstract

Sensorvorrichtung mit einem Vibrator (20), der in Bezug auf ein Substrat (10) verschiebbar gestützt ist, einer Vielzahl an Elektrodenpaaren (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), die jeweils eine bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4), die mit dem Vibrator (20) verbunden ist und die zusammen mit dem Vibrator (20) an dem Substrat (10) verschoben wird, und eine feststehende Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) haben, die an dem Substrat (10) so befestigt ist, dass sie der beweglichen Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) zugewandt ist, und einer Vielzahl an Leitern...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Eigenschaft wie beispielsweise einer Winkelgeschwindigkeit, einer Beschleunigung, eines Druckes und dgl. in Übereinstimmung mit der Verschiebung eines von einem Substrat nach oben beanstandeten Vibrators. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Sensorgerät, das die Sensorvorrichtung hat.
Das Vorsehen einer Sensorvorrichtung ist bekannt, die einen an einem Substrat verschiebbar gestützten Vibrator, eine Vielzahl an Elektroden, von denen jede aus einer beweglichen Elektrode und einer feststehenden Elektrode besteht, und eine Vielzahl an Leitungen hat, die ein Durchtreten von elektrischen Signalen ermöglichen, wobei diese Vorrichtung eine physikalische Eigenschaft wie beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit erfasst, und es ist ein Sensorgerät bekannt, dass eine derartige Sensorvorrichtung hat. Die bewegliche Elektrode ist mit dem Vibrator verbunden und wird zusammen mit diesem auf dem Substrat verschoben. Die feststehende Elektrode ist an dem Substrat in einer derartigen Weise befestigt, dass sie der beweglichen Elektrode zugewandt ist. Bei dieser Art an Sensorvorrichtung, wie sie beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 10-300 475 offenbart ist, sind Kompensationsleitungen zusätzlich an dem Substrat zum Zwecke des Beseitigens des Einflusses der parasitären Kapazität der vorstehend beschriebenen Leitungen vorgesehen, womit ein elektrisch geeigneter Ausgleich zwischen den Leitungen erzielt wird.
Jedoch wird bei der Sensorvorrichtung und dem Sensorgerät gemäß dem vorstehend erwähnten Stand der Technik die elektrische Eigenschaft von jeder Leitung nicht berücksichtigt. Das heißt, der Widerstand, die Kapazität und dgl. von jeder Leitung ist unterschiedlich aufgrund des Einflusses von Fehlern (Streuungen) in Bezug auf die Länge, die Breite und die Dicke und dgl. der Leitungen. Wenn daher eine Vielzahl an Elektroden zu Antriebszwecken verwendet wird, streuen die Antriebskräfte der Elektroden. Wenn des Weiteren eine Vielzahl an Elektroden zu Erfassungszwecken verwendet wird, streuen die von den Elektroden erhaltenen Erfassungswerte. Dies führt schließlich zu einem Problem einer Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit der Sensorvorrichtung.
Des Weiteren sind bei der Sensorvorrichtung des vorstehend beschriebenen Standes der Technik die Probleme im Zusammenhang mit der Herstellung von Balken zum Stützen des Vibrators in Bezug auf das Substrat nicht berücksichtigt worden. Die Balken können Kerben während der Herstellung entwickeln. Die Entwicklung von Einkerbungen verursacht ungleichmäßige und unstabile Schwingungen des Vibrators und bewirkt schließlich eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit der Sensorvorrichtung.
Die Druckschrift DE 199 21 863 A1 offenbart eine Messvorrichtung mit Elektroden. Die Elektroden sollen so gestaltet sein, dass sie an der unteren Seite eine Abschrägung aufweisen. Die Kerben an dieser Abschrägung werden dabei als unproblematisch aufgefasst. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 2–4 μm.
Die Druckschrift US 5 594 172 A schlägt eine Vorrichtung mit einem C-förmigen Zwischenraum vor. In dem unteren Abschnitt dieses C-förmigen Zwischenraums nimmt der Abstand zwischen den Randflächen zu.
Die Druckschrift US 6 051 503 A offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Halbleitersubstraten. Dabei werden Öffnungen im Bereich von weniger als 0,5 μm vorgesehen.
Die Druckschrift DE 196 32 060 A1 schlägt ein Verfahren zur Herstellung eines Vibrators (auslenkbare Masse) vor. Dieser Vibrator ist zu einer seitlichen Halterung hin und von dieser weg verschiebbar.
Die Druckschrift WO 98/58 265 A1 offenbart eine Sensorvorrichtung mit einem relativ zu einem Substrat in zwei Richtungen verschiebbaren Vibrator. Der Vibrator ist an seinen vier Ecken auf dem Substrat anhand von serpentinartigen Balken abgestützt.
Die Druckschrift US 5 894 091 A offenbart eine Sensorvorrichtung mit einem relativ zu einem Substrat in zwei Richtungen verschiebbaren Vibrator. Der Vibrator weist Durchgangslöcher auf, die dazu dienen, eine Ätzflüssigkeit hindurchzuleiten.
Die Druckschrift US 5 487 305 A offenbart eine weitere Sensorvorrichtung mit einem relativ zu einem Substrat in zwei Richtungen verschiebbaren Vibrator.
Die vorliegende Erfindung ist eine Lösung der vorstehend erwähnten Probleme. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensorvorrichtung und ein Sensorgerät zu schaffen, die zu einer genauen Erfassung in der Lage sind.
In Hinblick auf die Sensorvorrichtung ist diese Aufgabe durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Alternative Lösungen sind in den nebengeordneten Ansprüchen 2, 3 und 4 aufgezeigt. In Hinblick auf das Sensorgerät ist diese Aufgabe durch ein Sensorgerät mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung mit einem Vibrator, der in Bezug auf ein Substrat verschiebbar gestützt ist, einer Vielzahl an Elektrodenpaaren, die jeweils eine bewegliche Elektrode, die mit dem Vibrator verbunden ist und die zusammen mit dem Vibrator an dem Substrat verschoben wird, und eine feststehende Elektrode haben, die an dem Substrat so befestigt ist, dass sie der beweglichen Elektrode zugewandt ist, und einer Vielzahl an Leitern, die an dem Substrat vorgesehen sind und mit den paarweise vorgesehenen Elektrode, verbunden sind, um das Durchtreten von elektrischen Signalen zu ermöglichen, wobei eine elektrische Eigenschaft für jene der Leiter eingestellt ist, die ein Durchtreten der elektrischen Signale der gleichen Art ermöglichen. In diesem Fall ist es geeignet, dass eine elektrische Eigenschaft für jene Leiter durch ein Gleichgestalten der Länge, der Breite und der Dicke von jenen Leitern eingestellt wird, die ein Durchtreten der elektrischen Signale der gleichen Art ermöglichen.
Bei diesem Aufbau wird eine elektrische Eigenschaft für jene Leiter eingestellt, die das Hindurchtreten von elektrischen Signalen der gleichen Art ermöglichen. Wenn daher eine Vielzahl an Elektroden zu Antriebszwecken verwendet wird, werden an den Elektroden angelegte Antriebsspannungen zueinander gleich, womit die Streuung der Antriebskräfte vermindert wird. Wenn des Weiteren eine Vielzahl an Elektroden zu Erfassungszwecken verwendet wird, wird die Streuung der Erfassungsspannungen der Elektroden verringert. Als ein Ergebnis wird die Erfassungsgenauigkeit der Sensorvorrichtung verbessert.
Eine Vielzahl an Balken ist zwischen dem Substrat und dem Vibrator vorgesehen, um den Vibrator zu verschieben, wobei der Abstand zwischen einem der Balken und einem anderen Balken oder Element, der oder das nahe zu einer Seite des einen Balkens ist und sich parallel zu diesem erstreckt, dem Abstand zwischen dem einen Balken und einem wiederum anderen Balken oder Element gleich eingestellt ist, der oder das nahe zu der anderen Seite des einen Balkens ist und parallel zu diesem sich erstreckt.
Bei diesem Aufbau sind die entgegengesetzten Seiten von jedem Balken symmetrisch ausgebildet, wenn die Leiter durch Ätzen ausgebildet sind. Selbst wenn beispielsweise Einkerbungen an entgegengesetzten Seiten von jedem der Balken aufgrund des Ätzens entwickelt worden sind, sind die Kerben symmetrisch ausgebildet. Daher kann eine Streuung bei den elektrischen Eigenschaften der Leiter mit Leichtigkeit vermindert werden und somit kann eine elektrische Eigenschaft mit Leichtigkeit für eine Vielzahl an Leitern eingestellt werden.
Die vorstehende genannte Aufgabe und weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der vorliegenden Erfindung ist durch die nachstehend aufgeführte detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung mit einem Halbleitermaterial gemäß einem ersten Beispiel.
2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linien A1-A1, A2-A2, A3-A3 und A4-A4 der in 1 gezeigten Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung.
3 zeigt ein Schnittansicht entlang der Linien B1-B1, B2-B2, B3-B3 und B4-B4 der in 1 gezeigten Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung.
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linien C1-C1, C2-C2, C3-C3 und C4 und C4 der in 1 gezeigten Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung.
5A zeigt eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, wobei eine Situation dargestellt ist, bei der eine Kerbe entwickelt wird.
5B zeigt eine grafische Darstellung des Abstandes zwischen den Elementen und einer Situation, bei der eine Kerbe entwickelt wird.
6A zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf einen in 1 gezeigten Massenabschnitt.
6B zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf eine feststehende und eine bewegliche Elektrode, die in 1 gezeigt sind.
7 zeigt eine Blockdarstellung eines Elektroschaltungsgerätes zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit unter Verwendung einer Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in 8 gezeigten Linie 9-9.
10 zeigt eine Schnittansicht eines Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerätes, an dem Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtungen gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel montiert sind.
In der nachstehend erörterten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ist die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.
Zunächst ist eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung als eine Sensorvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel beschrieben. In den 1 bis 4 sind die durch Punkte dargestellten Elemente von der oberen Fläche eines Substrates 10 beabstandet und die durch diagonale Linien dargestellten Elemente sind nicht von dem Substrat 10 beabstandet, sondern an dem Substrat 10 fixiert.
Diese Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung ist symmetrisch um Mittellinien in der Richtung der Achse X und der Achse Y ausgebildet, die senkrecht zueinander an einer horizontalen Ebene stehen. Das Substrat 10 ist aus Silizium zu einer quadratischen Form ausgebildet. Ein Vibrator 20, ein Paar an Hauptrahmen 30-1 und 30-2 und ein Paar an Nebenrahmen 30-3 und 30-4 erstrecken sich in einer horizontalen Ebene, die um einen vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Substrates 10 beabstandet ist.
Während der Vibrator 20 in der Richtung der Achse X schwingt, schwingt er in der Richtung der Achse Y aufgrund der um eine Achse Z, die senkrecht zu der Achse X und der Achse Y steht, auftretenden Winkelgeschwindigkeit mit einer Amplitude, die der Größe der Winkelgeschwindigkeit proportional ist. Der Vibrator 20 hat eine im Allgemeinen ”H-Form”. Das heißt, der Vibrator 20 hat einen im Allgemeinen quadratischen Massenabschnitt 21, der eine geeignete Masse hat und der an einem mittleren Abschnitt des Vibrators 20 in einer derartigen Weise vorgesehen ist, dass die Seiten des Massenabschnittes 21 sich in der Richtung der Achse X oder der Achse Y erstrecken, und vier Armabschnitte 22-1 bis 22-4, die sich von den entsprechenden Vertexorten des Massenabschnittes 21 in der Richtung der Achse X erstrecken. Obwohl dies nicht in 1 gezeigt ist, ist eine Vielzahl an quadratischen Durchgangslöchern 21a wie in 6A gezeigt in breiten Bereichen des Massenabschnittes 21, der Armabschnitte 22-1 bis 22-4 und dgl. vorgesehen.
Die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 schwingen den Vibrator 20 in der Richtung der X-Achse. Jeder Hauptrahmen 30-1 und 30-2 hat im Allgemeinen eine ”I”-Form. Das heißt, jeder Hauptrahmen hat einen breiten, länglichen Abschnitt 31-1 oder 31-2, der sich in der Richtung der Achse X erstreckt an einer Position, die außerhalb der benachbarten Armabschnitte 22-1, 22-2 oder 22-3, 22-4 des Vibrators 20 in Bezug auf die Richtung der Achse Y ist, und breite und kurze Anschlussabschnitte 32-1, 32-2 oder 32-3, 32-4, die sich von entgegengesetzten Enden des länglichen Abschnittes 31-1 oder 31-2 zu entgegengesetzten Seiten des länglichen Abschnittes in der Richtung der Achse Y erstrecken. Die Nebenrahmen 30-3, 30-4 haben außerdem eine größere Breite und erstrecken sich in der Richtung der Achse X an Positionen außerhalb der länglichen Abschnitte 31-1 und 31-2 in Bezug auf die Richtung der Achse Y. Zu den Durchgangslöchern 21a in dem Vibrator 20 identische Durchgangslöcher sind ebenfalls in den Hauptrahmen 30-1 und 30-2 und den Nebenrahmen 30-3 und 30-4 vorgesehen.
Die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 sind mit dem Vibrator 20 über Balken 33-1 bis 33-4 verbunden. Die Balken 33-1 bis 33-4 erstrecken sich ebenfalls in der Richtung der Achse X in einer horizontalen Ebene beabstandet um einen vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Substrates 10. Jeder Balken 33-1 bis 33-4 ist an einem Ende von ihm mit einem nahen Grundabschnitt eines entsprechenden Armabschnittes 22-1 bis 22-4 des Vibrators 20 verbunden. Das andere Ende von jedem Balken ist mit einem entsprechenden Anschlussabschnitt 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 verbunden. Die Balken 33-1 bis 33-4 sind schmaler als die Armabschnitte 22-1 bis 22-4 des Vibrators 20 und als die länglichen Abschnitte 31-1 und 31-2 und die Anschlussabschnitte 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1 und 30-2. Daher werden Schwingungen in der Richtung der Achse Y nicht ohne Weiteres von den Hauptrahmen 30-1, 30-2, zu dem Vibrator 20 übertragen, wohingegen Schwingungen in der Richtung der Achse Y wirkungsvoll von den Hauptrahmen 30-1 und 30-2 zu dem Vibrator 20 übertragen werden. Des Weiteren schwingt der Vibrator 20 leichter in der Richtung der Achse Y als in der Richtung der Achse X in Bezug auf die Hauptrahmen 30-1 und 30-2. Das heißt, die Balken 33-1 bis 33-4 haben die Funktion eines Stützens des Vibrators 20 in einer derartigen Weise, dass der Vibrator 20 in der Richtung der Achse Y in Bezug auf das Substrat 20, die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 und die Nebenrahmen 30-3 und 30-4 schwingen kann. Der Hauptrahmen 30-1 ist für Schwingungsbewegungen zu dem Substrat 10 über Anker 41a bis 41d, Balken 42a bis 42d, dem Nebenrahmen 30-3 und Balken 43a bis 43d gestützt. Die Anker 41a bis 41d sind an der oberen Fläche des Substrates 10 an Positionen außerhalb des länglichen Abschnittes 31-1 des Hauptrahmens 30-1 in Bezug auf die Richtung der Achse Y fixiert. Jeder der Balken 42a bis 42d ist an einem Ende von ihm mit einem entsprechenden Anker 41a bis 41d verbunden und erstreckt sich von dem Anker 41a bis 41d in der Richtung der Achse Y nach außen. Ein entferntes Ende von jedem der Balken 42a bis 42d ist mit einem Innenende des Nebenrahmens 30-3 verbunden. Jeder der Balken 43a bis 43d, der sich nach innen von dem Nebenrahmen 30-3 in Bezug auf die Richtung der Achse Y erstreckt, ist an einem Ende von ihm mit dem Nebenrahmen 30-3 verbunden. Das andere Ende von jedem Balken 43a bis 43d ist mit einem Außenende des länglichen Abschnittes 31-1 des Hauptrahmens 30-1 verbunden, der in der Richtung der Achse Y nach außen gewandt ist. Die Balken 42a bis 42d und die Balken 43a bis 43d sind um einen vorbestimmten Abstand von dem Substrat wie in dem Fall des Vibrators 20, der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 und der Nebenrahmen 30-3 und 30-4 beabstandet und haben eine verringerte Breite wie in dem Fall der Balken 33-1 bis 33-4.
Der Hauptrahmen 30-2 ist für Schwingungsbewegungen zu dem Substrat 10 über Anker 44a bis 44d, Balken 45a bis 45d, dem Nebenrahmen 30-4 und Balken 46a bis 46d gestützt. Die Anker 44a bis 44d, die Balken 45a bis 45d, der Nebenrahmen 40-4 und die Balken 46a bis 46d sind symmetrisch um die Mittellinie in der Richtung der Achse Y und im Wesentlichen in der gleichen Weise wie die Anker 41a bis 41d, die Balken 42a bis 42d, der Nebenrahmen 30-3 und die Balken 43a bis 43d jeweils ausgebildet. Durch diesen Aufbau sind die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 so gestützt, dass die Hauptrahmen mit Leichtigkeit in der Richtung der Achse X schwingen und nicht ohne Weiteres in der Richtung der Achse Y in Bezug auf das Substrat 10 schwingen. Das heißt, die Balken 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d und 46a bis 46d haben die Funktion eines Stützens der Hauptrahmen 30-1 und 30-2, der Nebenrahmen 30-3 und 30-4 und des Vibrators 20 in einer derartigen Weise, dass diese in der Richtung der Achse X in Bezug auf das Substrat 10 schwingen.
An dem Substrat 10 sind Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 zum Antreiben der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 relativ zu dem Substrat 10 in der Richtung der Achse X, Antriebsüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 zum Überwachen des Antreibens der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 relativ zu dem Substrat 10 in der Richtung der Achse X, Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 zum Erfassen der Schwingung des Vibrators 20 relativ zu dem Substrat 10 in der Richtung der Achse X, Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 zum Ausgleichen des Einflusses der Diagonalschwingungen der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 aufgrund des Antreibens (Schwingungskomponenten in der Richtung der Achse Y), Einstellelektroden 55-1 bis 55-4 zum Einstellen der Resonanzfrequenz des Vibrators 20 und Servoelektroden 56-1 bis 56-4 zum Ausgleichen der Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y vorgesehen.
Jede der Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 hat an einer Position außerhalb eines entsprechenden Anschlussabschnittes 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in Bezug auf die Richtung der Achse X jeweils kammartige Elektroden (die ebenfalls ”befestigte Elektrode” genannt werden) 51a1 bis 51a4, die eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich zu dem entsprechenden Anschlussabschnitt 32-1 bis 32-4 in der Richtung der Achse X erstrecken. Jede kammartige Elektrode 51a1 bis 51a4 ist mit einer Anschlussfläche 51c1 bis 51c4 über einen Leitungsabschnitt (oder Leiterabschnitt) 51b1 bis 51b4 verbunden, der sich nach außen in Bezug auf die Richtung der Achse X erstreckt. Die feststehenden Elektroden 51a1 bis 51a4, die Leitungsabschnitte 51b1 bis 51b4 und die Anschlussflächen 51c1 bis 51c4 sind an der oberen Fläche des Substrates 10 befestigt. Jede Anschlussfläche 51c1 bis 51c4 hat an seiner oberen Fläche eine Elektrodenanschlussfläche 51d1 bis 51d4, die aus einem elektrisch leitfähigen Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist.
Die Anschlussabschnitte 32-1 bis 32-4 sind mit kammartigen beweglichen Elektroden 32a1 bis 32a4 versehen, die jeweils eine Vielzahl an Elektrodenfingern haben, die sich nach außen in der Richtung der Achse X erstrecken. Die beweglichen Elektroden 32a1 bis 32a4 sind jeweils den befestigten oder feststehenden Elektroden 51a1 bis 51a4 zugewandt. Die beweglichen Elektroden 32a1 bis 32a4 sind zusammen mit den Anschlussabschnitten 32-1 bis 32-4 jeweils ausgebildet und sind um einen vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Substrates 10 beabstandet. Jeder Elektrodenfinger von jeder beweglichen Elektrode 32a1 bis 32a4 ist in eine in der Breitenrichtung mittleren Position zwischen benachbarten Elektrodenfingern der entsprechenden, befestigten Elektroden 51a1 bis 51a4 eingefügt und ist diesen benachbarten Elektrodenfingern zugewandt.
Jede Antriebsüberwachungselektrode 52-1 bis 52-4 hat an einer Position nach innen von einem entsprechenden Anschlussabschnitt 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in Bezug auf die Richtung der Achse X eine kammartige Elektrode 52a1 bis 52a4 mit einer Vielzahl an Elektrodenfingern, die sich zu dem entsprechenden Anschlussabschnitt 32-1 bis 32-4 in der Richtung der Achse X erstrecken. Jede kammartige Elektrode 52a1 bis 52a4 ist mit einer Anschlussfläche 52c1 bis 52c4 über einen Leitungsabschnitt 52b1 bis 52b4 verbunden, der sich in Bezug auf die Richtung der Achse X nach außen erstreckt. Die befestigten Elektroden 52a1 bis 52a4, die Leitungsabschnitte 52b1 bis 52b4 und die Anschlussflächen 52c1 bis 52c4 sind an der oberen Fläche des Substrates 10 befestigt. Jede Anschlussfläche 52c1 bis 52c4 hat an ihrer oberen Fläche eine Elektrodenanschlussfläche 52d1 bis 52d4, die aus einem elektrisch leitfähigen Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist.
Die Anschlussabschnitte 32-1 bis 32-4 sind mit kammartigen beweglichen Elektroden 32b1 bis 32b4 versehen, die jeweils eine Vielzahl an Elektrodenfingern haben, die sich nach innen in der Richtung der Achse X erstrecken. Die beweglichen Elektroden 32b1 bis 32b4 sind den feststehenden Elektroden 52a1 bis 52a4 jeweils zugewandt. Die beweglichen Elektroden 32b1 bis 32b4 sind zusammen mit den Anschlussabschnitten 32-1 bis 32-4 jeweils ausgebildet und sind bei einem vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Substrates 10 beabstandet. Jeder Elektrodenfinger von jeder beweglichen Elektrode 32b1 bis 32b4 ist zu einer in der Breitenrichtung mittleren Position zwischen benachbarten Elektrodenfingern einer entsprechenden der feststehenden Elektroden 52a1 bis 52a4 eingeführt und ist jenen benachbarten Elektrodenfingern zugewandt.
Jede der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 hat an einer Position außerhalb des Massenabschnittes 21 eine kammartige, feststehende Elektrode 53a1 bis 53a4, die eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich nach innen und nach außen in der Richtung der Achse X erstrecken. Jede feststehende Elektrode 53a1 bis 53a4 ist mit einer Anschlussfläche 53c1 bis 53c4 über einen Leitungsabschnitt 53b1 bis 53b4 verbunden, der sich in der Richtung der Achse X nach außen erstreckt. Die feststehenden Elektroden 53a1 bis 53a4, die Leitungsabschnitte 53b1 bis 53b4 und die Anschlussflächen 53c1 bis 53c4 sind an der oberen Fläche des Substrates 10 befestigt. Jede Anschlussfläche 53c1 bis 53c4 hat an ihrer Oberfläche eine Elektrodenanschlussfläche 53d1 bis 53d4, die aus einem elektrisch leitfähigen Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist.
Der Massenabschnitt 21 des Vibrators 20 hat kammartige, bewegliche Elektroden 21a1 bis 21a4, von denen jede eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich nach außen in der Richtung der Achse X erstrecken. Jede bewegliche Elektrode 21a1 bis 21a4 ist einer Seite einer entsprechenden, feststehenden Elektrode 53a1 bis 53a4 zugewandt. Die kammartigen, beweglichen Elektroden 22a1 bis 22a4, von denen jede eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich in der Richtung der Achse X nach innen erstrecken, sind ebenfalls an mittleren Bereichen der Armabschnitte 22-1 bis 22-4 des Vibrators 20 jeweils vorgesehen. Jede bewegliche Elektrode 22a1 bis 22a4 ist der anderen Seite einer entsprechenden, feststehenden Elektrode 53a1 bis 53a4 zugewandt. Die kammartigen Elektroden 22a1 bis 22a4 sind entsprechend den Halbabschnitten der kammartigen Elektroden 53a1 bis 53a4 zugewandt. Die beweglichen Elektroden 21a1 bis 21a4 und 22a1 bis 22a4 sind zusammen mit dem Massenabschnitt 21 und den Armabschnitten 22-1 bis 22-4 jeweils ausgebildet und sind bei einem vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Substrates 10 beabstandet. Jeder Elektrodenfinger von jeder beweglichen Elektrode 21a1 bis 21a4 und 22a1 bis 22a4 ist zwischen benachbarten Elektrodenfingern einer entsprechenden, feststehenden Elektrode 53a1 bis 53a4 eingefügt und ist jenen benachbarten Elektrodenfingern zugewandt. In diesem Fall sind die Elektrodenfinger von jeder beweglichen Elektrode 21a1 bis 21a4 und 22a1 bis 22a4 zu einer Seite von den in Breitenrichtung mittleren Positionen zwischen benachbarten Elektrodenfingern der entsprechenden, feststehenden Elektrode 53a1 bis 53a4 versetzt. Die Versatzrichtung in diesem Fall der Erfassungselektroden 53-1 und 53-2 ist zu der Versatzrichtung in dem Fall der Erfassungselektroden 53-3 und 53-4 entgegengesetzt.
Jede der Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 ist an einem Innenbereich eines entsprechenden Anschlussabschnittes 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in Bezug auf die Richtung der Achse Y vorgesehen. Die Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 sind nach innen und nach außen in Bezug auf die Richtung der Achse X vorgesehen. Jede Korrekturelektrode 54-1 bis 54-4 hat eine kammartige, feststehende Elektrode 54a1 bis 54a4, die eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich in der Richtung der Achse X erstrecken. Jede feststehende Elektrode 54a1 bis 54a4 ist mit einem entsprechenden Leitungsabschnitt 53b1 bis 53b4 verbunden, der ebenfalls für die Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 jeweils verwendet wird.
Kammartige, bewegliche Elektroden 32c1 bis 32c4, von denen jede eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich nach innen und nach außen in Bezug auf die Richtung der Achse X erstrecken, sind an Innenbereichen der Anschlussabschnitte 32-1 bis 32-4 der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in Bezug auf die Richtung der Achse Y jeweils vorgesehen. Die beweglichen Elektroden 32c1 bis 32c4 sind den feststehenden Elektroden 54a1 bis 54a4 jeweils zugewandt. Die beweglichen Elektroden 32c1 bis 32c4 sind zusammen mit den Hauptrahmen 30-1 und 30-2 jeweils ausgebildet und sie sind um einen vorbestimmten Abstand an der oberen Fläche des Substrates 10 beabstandet. Jeder Elektrodenfinger von jeder beweglichen Elektrode 32c1 bis 32c4 ist zwischen benachbarten Elektrodenfingern der entsprechenden von feststehenden Elektroden 54a1 bis 54a4 eingefügt und ist jenen benachbarten Elektrodenfingern zugewandt.
Auch in diesem Fall sind die Elektrodenfinger von jeder beweglichen Elektrode 32c1 bis 32c4 zu einer Seite von den in Breitenrichtung mittleren Positionen zwischen benachbarten Elektrodenfingern der einen entsprechenden, feststehenden Elektrode 54a1 bis 54a4 versetzt. Die Versatzrichtung in dem Fall der Korrekturelektroden 54-1 und 54-2 ist zu der Versatzrichtung in dem Fall der Erfassungselektroden 54-3 und 54-4 entgegengesetzt. Des Weiteren ist die Versatzrichtung der Elektrodenfinger der beweglichen Elektroden 32c1 bis 32c4 zu der Richtung entgegengesetzt, in der die Elektrodenfinger der beweglichen Elektroden 21a1 bis 21a4 und 22a1 bis 22a4 in Bezug auf die Elektrodenfinger der feststehenden Elektroden 54a1 bis 53a4 jeweils in dem Fall der vorstehend erwähnten Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 versetzt sind. Somit sind in diesem Fall die Änderungen der Kapazität der Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 aufgrund der Verschiebung der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in der Richtung der Achse Y zu den Änderungen der Kapazität der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 aufgrund der Verschiebung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y entgegengesetzt. Das heißt, wenn die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 und der Vibrator 20 in die gleiche Richtung verschoben werden, das heißt in die Richtung der Achse Y, nimmt die Kapazität der Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 zu (ab), wohingegen die Kapazität der Erfassungselektrode 53-1 bis 53-4 abnimmt (zunimmt). Während unerwünschte Schwingungen der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in der Richtung der Achse Y Veränderungen der Kapazität der Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 bewirken können, können unerwünschte Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y Änderungen bei der Kapazität der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 bewirken. Die Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 und die Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 müssen derart gestaltet sein, dass die Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 und die Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 die Kapazität in entgegengesetzte Richtungen und um die gleichen Größen ändern.
Jede der Einstellelektroden 55-1 bis 55-4 ist an einem mittleren Abschnitt des Substrates 10 in der Richtung der Achse Y an einer Position außerhalb des Massenabschnittes 21 des Vibrators 20 in Bezug auf die Richtung der Achse X vorgesehen und hat ein Paar an feststehenden Elektroden 55a1 bis 55a4, die sich in der Richtung der Achse X erstrecken. Die feststehenden Elektroden 55a1 und 55a3 sind mit einer gemeinsamen Anschlussfläche 56c1 über einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 55b1 verbunden, der sich in der Richtung der Achse X erstreckt. Die feststehenden Elektroden 55a2 und 55a4 sind mit einer gemeinsamen Anschlussfläche 56c2 über einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 55b2 verbunden, der sich in der Richtung der Achse X erstreckt. Die feststehenden Elektroden 55a1 bis 55a4, die Leitungsabschnitte 55b1 und 55b2 und die Anschlussflächen 55c1 und 55c2 sind an der oberen Fläche des Substrates 10 befestigt. Jede der Anschlussflächen 55c1 und 55c2 hat an seiner oberen Fläche eine Elektrodenanschlussfläche 55d1 und 55d2, die aus einem elektrisch leitfähigen Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist.
Jede der paarweise vorgesehenen, feststehenden Elektroden 55a1 bis 55a4 hat paarweise vorgesehene, bewegliche Elektroden 23a1 bis 23a4, die zusammen mit dem Vibrator 20 ausgebildet sind und sich in der Richtung der Achse X erstrecken. Jede der paarweise vorgesehenen, beweglichen Elektroden 23a1 bis 23a4 ist in einer entgegengesetzten Weise in der Richtung der Achse Y angeordnet. Jede bewegliche Elektrode 23a1 bis 23a4 ist zusammen mit einem Innenende eines T-förmigen Abschnittes 23-1 bis 23-4 in Bezug auf die Richtung der Achse Y ausgebildet. Die T-förmigen Abschnitte 23-1 bis 23-4 ragen in der Richtung der Achse X von entgegengesetzten Seiten das Massenabschnittes 21 des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X vor. Die T-förmigen Abschnitte 23-1 bis 23-4 und die beweglichen Elektroden 23a1 bis 23a4 sind zusammen mit dem Vibrator 20 ausgebildet und bei einem vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Substrates 10 beabstandet.
Jede der Servoelektroden 56-1 bis 56-4 ist an einer inneren Position einer entsprechenden der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 vorgesehen und hat ein Paar an feststehenden Elektroden 56a1 bis 56a4, die sich in der Richtung der Achse X erstrecken. Die feststehenden Elektroden 56a1 bis 56a4 sind mit Anschlussflächen 56c1 bis 56c4 über Leitungsabschnitte 56b1 bis 56b4 verbunden, die sich jeweils in der Richtung der Achse X erstrecken. Die feststehenden Elektroden 56a1 bis 56a4, die Leitungsabschnitte 56b1 bis 56b4 und die Anschlussflächen 56c1 bis 56c4 sind an der oberen Fläche des Substrates 10 befestigt. Jede der Anschlussflächen 56c1 bis 56c4 hat an ihrer oberen Fläche eine Elektrodenanschlussfläche 56d1 bis 56c4, die aus einem elektrisch leitfähigen Metall (beispielsweise Aluminium) ausgebildet ist.
Jede der paarweise vorgesehenen, feststehenden Elektroden 56a1 bis 56a4 hat paarweise vorgesehene bewegliche Elektroden 23b1 bis 23b4, die zusammen mit diesen an einem Außenende eines entsprechenden der T-förmigen Abschnitte 23-1 bis 23-4 in Bezug auf die Richtung der Achse Y ausgebildet sind. Jeder der paarweise vorgesehenen beweglichen Elektroden 23b1 bis 23b4 ist in einer entgegengesetzten Weise in der Richtung der Achse Y angeordnet. Jede der beweglichen Elektroden 23b1 bis 23b4 ist außerdem zusammen mit dem Vibrator 20 ausgebildet und bei einem vorbestimmten Abstand von der oberen Fläche des Substrats 10 beabstandet.
Des Weiteren hat das Substrat 10 an seiner oberen Fläche eine Anschlussfläche 20e, die mit dem Vibrator 20 über die Balken 33-3, 33-4, den Hauptrahmen 30-2, den Balken 46a bis 46d, dem Nebenrahmen 30-4, den Balken 45a, dem Anker 44a und einem L-förmigen Leitungsabschnitt 20a verbunden ist. Sowohl der Leitungsabschnitt 20a als auch die Anschlussflächen 20b sind an der oberen Fläche des Substrats 10 befestigt. Die Anschlussfläche 20b hat an ihrer oberen Fläche eine Elektrodenanschlussfläche 20c, die aus einem elektrisch leitfähigen Metall (bspw. Aluminium) ausgebildet ist.
Nachstehend ist ein Verfahren zum Herstellen einer Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung beschrieben, die so aufgebaut ist, wie dies vorstehend beschrieben ist. Zunächst wird ein SOI(Silizium-On-Isolator)-Substrat vorbereitet, bei dem eine Einzelkristall-Siliziumlage (bspw. mit einer Membrandicke von 40 μm) auf einer oberen Fläche einer Einzelkristall-Siliziumlage über eine Siliziumoxidmembran (bspw. mit einer Membrandicke von 4,5 μm) angeordnet wird. Der Widerstand der obersten Einzelkristall-Siliziumlage wird verringert, indem diese mit Verunreinigungen wie bspw. Phosphor und Bor dotiert wird. Nachstehend wird, wie dies in den 2 bis 4 gezeigt ist, auf die unterste Einzelkristall-Siliziumlage, den mittleren Siliziumoxidfilm und die oberste Einzelkristall-Siliziumlage, deren Widerstand reduziert worden ist, als das Substrat 10, eine Isolationslage A und eine Geringwiderstandslage (elektrischer Leiter) B jeweils Bezug genommen.
Danach werden die Bereiche, die durch diagonale Linien in 1 dargestellt sind und die die Elektrodenfinger umfassen, mit einer Widerstandslage maskiert und die Geringwiderstandslage B wird durch ein Reaktivionenätzen und dgl. geätzt, womit die Anker 41a bis 41d und 44a bis 44d, die feststehenden Elektroden 51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4 und 65a1 bis 56a4, die Leitungsabschnitte 20a, 51b1 bis 51b4, 52b1 bis 52b4, 53b1 bis 53b4, 55b1, 55b2 und 56b1 bis 56b4 und die Anschlussflächen 20b, 51c1 bis 51c4, 52c1 bis 52c4, 53c1 bis 53c4, 55c1, 55c2 und 56c1 bis 56c4 (die Elemente, die bei der vorstehend dargelegten Beschreibung so beschrieben sind, dass sie an dem Substrat 10 befestigt sind) auf der Isolationslage A ausgebildet sind.
Danach wird die Isolationslage A, die in den Bereichen verbleibt, in denen die vorstehend erwähnten Elemente nicht ausgebildet sind, geätzt und unter Verwendung einer wässrigen Lösung aus einer Hydrofluorsäure und dgl. beseitigt, womit der Vibrator 20, die Balken 33-1 bis 33-4, die Hauptrahmen 30-1 und 30-2, die Nebenrahmen 30-3 und 30-4, die Balken 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d und 46a bis 46d und die beweglichen Elektroden 32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4 und 23b1 bis 23b4 ausgebildet sind (die Elemente, die in der vorstehend dargelegten Beschreibung so beschrieben sind, dass sie bei einem vorbestimmten Abstand von dem Substrat 10 beabstandet sind). Die Elektrodenanschlussfläche 20c, 51d1 bis 51d4, 52d1 bis 52d4, 53d1 bis 53d4, 55d1, 55d2 und 56d1 bis 56d4 sind an den Anschlussflächen 20b, 51c1 bis 51c4, 52c1 bis 52c4, 53c1 bis 53c4, 55c1, 55c2 und 56c1 bis 56c4 jeweils durch Verdampfen von Aluminium und dgl. ausgebildet.
Somit werden die an dem Substrat 10 ausgebildeten vorstehend beschriebenen Elemente (die durch Punkte in 1 dargestellten Elemente) durch die Niedrigwiderstandslage (elektrischer Leiter) B gebildet, die von dem Substrat 10 isoliert ist. Der Vibrator 20, die Balken 33-1 bis 33-4, die Hauptrahmen 30-1 und 30-2, die Nebenrahmen 30-3 und 30-4, die Balken 42a bis 42d, 43a, bis 43d, 45a bis 45d und 46a bis 46d und die beweglichen Elektroden 32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1, bis 23a4 und 23b1 bis 23b4 sind bei einem vorbestimmten Abstand von dem Substrat 10 beabstandet und für Schwingungenbewegungen zu dem Substrat 10 über die Anker 41a bis 41d und 44a bis 44d gestützt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellverfahren wird eine hohe Erfassungsgenauigkeit erzielt, wenn die Leitungsabschnitte und die befestigten Elektroden und die beweglichen Elektroden der Elektroden 51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4 und 56-1 bis 56-4 symmetrisch um die Mitte der Vorrichtung in den vier Richtungen angeordnet sind. Insbesondere die Leitungsabschnitte haben eine gleichwertige Länge, Breite und Dicke für die Elektroden der gleichen Art, so dass die elektrischen Eigenschaften der Leitungsabschnitte, wie bspw. die Kapazität und der Widerstand, zueinander passend sind. Bspw. haben, wie dies in 2 gezeigt ist, die Leitungsabschnitte 51b1 bis 51b4 die gleiche Länge, Breite und Dicke und die Leitungsabschnitte 52b1 bis 52b4 haben die gleiche Länge, Breite und Dicke. Wenn die elektrischen Eigenschaften inkonsistent sind, verschlechtern sich die Erfassungsgenauigkeit und die Erfassungsempfindlichkeit und es gibt eine höhere Streuung zwischen unterschiedlichen Vorrichtungen. Bei der Vorrichtung von diesem Ausführungsbeispiel garantiert der vorliegende Standard zum Herstellen von Halbleitermaterialien ein Bearbeiten der Elektroden der gleichen Art bis zu einem derartigen Maß, dass die Streuung in Bezug auf die Länge und die Dicke ihrer Leitungsabschnitte als im Wesentlichen „0” betrachtet werden kann. Das Bearbeiten kann derart ausgeführt werden, dass sich die Streuung in Bezug auf die Breite ungefähr bei ±5% beläuft und somit können zufriedenstellende Eigenschaften erzielt werden.
Indem der spezifische Widerstand der Niedrigwiderstandslage B auf ungefähr 0,01 bis 0,02 Ωcm eingestellt wird, werden erwünschte Eigenschaften erzielt. Natürlich wird bevorzugt, dass der spezifische Widerstand der Niedrigwiderstandslage B gleich oder geringer als 0,01 Ωcm beträgt, jedoch ist dies vom Gesichtspunkt des Herstellverfahrens nicht einfach. Jedoch ist erkannt worden, dass eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit selbst bei einem spezifischen Widerstand von ungefähr 0,01 bis 0,02 Ωcm erzielt werden kann. Wenn im umgekehrten Fall bei den Elektroden 51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4 und 56-1 bis 56-4 der spezifische Widerstand der Niedrigwiderstandslage B bis auf 3 bis 5 Ωcm erhöht wird, nehmen die Widerstände, die sich aus den die feststehenden Elektroden mit den Anschlussflächen und Rahmen verbindenden Leitungsabschnitten und den die beweglichen Elektroden mit den Anschlussflächen 20b verbindenden Balken ergeben, in Bezug auf die Kapazitäten der Kondensatoren zu, die durch die feststehenden Elektroden und die beweglichen Elektroden gebildet werden. Somit verschlechtert sich die Empfindlichkeit der Elektroden.
In Bezug auf die Balken 33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 44a bis 44d und 45a bis 45d, die in den 3 und 4 gezeigt sind, sind die Abstände zwischen benachbarten Balken oder Elementen gleich und auf 30 μm oder mehr eingestellt. Bspw. sind der längliche Abschnitt 31-1 des Hauptrahmens 33-1 und der Armabschnitt 22-1 des Vibrators 20 an entgegengesetzten Seiten des Balkens 33-1 in Bezug auf seine axiale Richtung. Eine horizontale Entfernung L1 zwischen dem Balken 33-1 und dem länglichen Abschnitt 31-1 des Hauptrahmens 30-1 und eine horizontale Entfernung L2 zwischen dem Balken 33-1 und dem Armabschnitt 22-1 des Vibrators 20 sind gleich und auf 30 μm oder mehr eingestellt. Das gleiche gilt für die Balken 33-2 bis 33-4. Des Weiteren sind die horizontalen Abstände L3, L4 und L5 zwischen den Balken 42a, 43a, 42b und 43b gleich und auf 30 μm oder mehr eingestellt. Das gleiche gilt für die Balken 43c, 42c, 43d und 42d, die Balken 45a, 46a, 45b und 46b und die Balken 46c, 45c, 46d und 45d.
Indem ein Balken von den Balken an der entgegengesetzten Seite von diesem gleich beabstandet wird, können die Balken symmetrisch in Bezug auf die axiale Richtung ausgebildet werden und der auf die Eigenschaften der Vorrichtung ausgeübte Einfluss kann beseitigt werden. Wenn im umgekehrten Fall ein Balken nicht von den Elementen, wie bspw. den Balken an den entgegengesetzten Seiten, von diesem nicht gleich beabstandet ist, können die Balken nicht mit Leichtigkeit symmetrisch in Bezug auf die axiale Richtung ausgebildet werden und somit werden die Eigenschaften der Vorrichtung außerordentlich beeinflusst. Wenn des Weiteren in dem Fall, bei dem ein Zwischenraum L zwischen den Niedrigwiderstandslagen B und B belassen bleibt, wie dies in 5A gezeigt ist, die Abstände L1 bis L5 auf 30 μm eingestellt sind, kann das Entwickeln einer Einkerbung N während des Ätzens bei den Herstellprozessen der Balken verhindert werden. Die grafische Darstellung von 5B zeigt die Beziehung zwischen dem Zwischenraum L und der Tiefe der Einkerbung N. Wie dies aus dieser grafischen Darstellung hervorgeht, kann das Entwickeln der Einkerbung N verhindert werden, indem der Zwischenraum auf 30 μm eingestellt wird. D. h., da das Entwickeln der Einkerbung N verhindert werden kann und die Streuung zwischen den unterschiedlichen Teilen verringert werden kann, indem die Abstände L1 bis L5 auf 30 μm oder mehr eingestellt werden, kann die Erfassungsgenauigkeit der Vorrichtung verbessert werden. Das vorstehend erwähnte Einstellen der Abstände sollte nicht nur bei den Balken, sondern auch bei den anderen Elementen angewendet werden, bei denen ein hoher Grad an Maßgenauigkeit erforderlich ist.
Nachstehend ist ein Elektroschaltgerät zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit unter Anwendung der vorstehend beschrieben aufgebauten Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung beschrieben. 7 zeigt das Elektroschaltgerät in einer Blockdarstellung.
Ein Hochfrequenzoszillator 61 ist mit den Elektrodenanschlussflächen 53d1, 53d2 verbunden, die an den Erfassungselektroden 53-1 und 53-2 und den Korrekturelektroden 54-1 und 54-2 gemeinschaftlich vorhanden sind. Der Oszillator 61 liefert zu den Anschlussflächen 53d1 und 53d2 ein Erfassungssignal E₁sin(2πf₁t) einer Frequenz f₁, die viel höher als die Resonanzfrequenz des Vibrators 20 ist. Eine Phasenumwandlungsschaltung 61a ist mit dem Hochfrequenzoszillator 61 verbunden. Die Schaltung 61a liefert zu den Elektrodenanschlussflächen 53d3 und 53d4, die für die Erfassungselektroden 53-3 und 53-4 und die Korrekturelektroden 54-3 und 54-4 gemeinschaftlich vorhanden sind, ein Erfassungssignal E₁sin(2πf₁t), das durch ein Invertieren der Phase des Erfassungssignals E₁sin(2πf₁t) erhalten wird.
Ein Hochfrequenzoszillator 62 ist mit dem Elektrodenanschlussflächen 52d1 und 52d3 der Antriebsüberwachungselektroden 52-1 und 52-3 verbunden. Der Oszillator 62 liefert die Elektrodenanschlussflächen 52d1 und 52d3 mit einem Überwachungssignal E₂sin(2πf₂t) einer Frequenz f₂, die viel höher als die Resonanzfrequenz des Vibrators 20 ist und sich von der Frequenz f₁ unterscheidet. Eine Phaseninvertierschaltung 62a ist mit dem Hochfrequenzoszillator 62 verbunden. Die Phaseninvertierschaltung 62a liefert die Elektrodenanschlussflächen 52d2 und 52d4 der Antriebsüberwachungselektroden 52-2 und 52-4 mit einem Überwachungssignal E₂sin(2πf₂t + π), das durch ein Invertieren der Phase des Überwachungssignals E₂sin(2πf₂t) erhalten wird. Wenn daher die Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achsen X und Y durch E_0xsin(2πf₀t) und E_0ysin(2πf₀t) wiedergegeben werden, können die Signale, die von der Elektrodenanschlussfläche 20c ausgegeben werden und die Schwingungen in der Richtung der Achse X und in der Richtung der Achse Y anzeigen, als E₂·E_0xsin(2πf₀t)sin·(2πf₂t) und E₁·E_0ysin(2πf₀t)·sin(2πf₁t) ausgedrückt werden, wobei f₀ eine Frequenz nahe bei der Resonanzfrequenz des Vibrators 20 ist.
Eine Antriebsschaltung 70 ist mit den Elektrodenanschlussflächen 51d1 bis 51d4 der Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 verbunden. Die Antriebsschaltung 70 erzeugt ein Antriebssignal auf der Grundlage eines Signals, das von der Elektrodenanschlussfläche 20c über einen Verstärker 63 eingegeben wird, und liefert das erzeugte Signal zu den Elektrodenanschlussflächen 51d1 bis 51d4.
Die Antriebsschaltung 70 hat eine Demodulationsschaltung 71, eine Phasenverschiebungsschaltung 72 und eine Verstärkungssteuerschaltung 73, die mit dem Verstärker 63 in Reihe verbunden sind. Die Antriebsschaltung 70 hat des Weiteren eine Gleichrichtschaltung 74, die mit der Demodulationsschaltung 71 verbunden ist und den Verstärkungsfaktor der Verstärkungssteuerschaltung 73 steuert.
Die Demodulationsschaltung 71 führt eine synchrone Erfassung des Signals von der Elektrodenanschlussfläche 20c bei der Frequenz f₂ aus (d. h. sie extrahiert die Hülle der Amplitude des Signals der Frequenz f₂) und gibt ein Signal E_0xsin(2πf₀t) aus, das die Schwingungskomponente des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X anzeigt. Die Phasenverschiebungsschaltung 72 lässt die Phase eines Eingabesignals um π/2 zum Zweck der Korrektur einer Verzögerung von π/2 (die einer 1/8πf₀ Sekunde entspricht) eines Erfassungssignals, das die Schwingungen des Vibrators 20 anzeigt, von dem Signal zum Antreiben des Vibrators 20 voreilen und gibt dieses Phasenvoreilsignal aus. Die Gleichrichtschaltung 74 führt eine Ganzwellengleichrichtung des Signals von der Demodulationsschaltung 71 aus (d. h. sie extrahiert die Hülle der Amplitude der Komponente der Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X) und gibt ein Signal E_0x aus, das die Amplitude der Komponente der Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X anzeigt. Es ist zu beachten, dass die Verstärkungssteuerschaltung 73 Wellen beseitigt, die bei dem Ausgabesignal von der Gleichrichtschaltung 74 umfasst sind. Die Verstärkungssteuerschaltung 73 steuert die Amplitude des Ausgabesignals von der Phasenverschiebeschaltung 72 so, dass die Amplitude der Eingabesignale der Phasenverschiebeschaltung 72 und der Gleichrichtschaltung 74 (die Amplitude der Komponente der Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X) konstant wird, und gibt dann das amplitudengesteuerte Signal aus. D. h., die Verstärkungssteuerschaltung 73 steuert das Signal so, dass die Amplitude des Ausgabesignals der Verstärkungssteuerschaltung 73 abnimmt, wenn das Signal von der Gleichrichtschaltung 74 zunimmt, und sie gibt das gesteuerte Signal aus.
Die Antriebsschaltung 70 ist des Weiteren mit Addierschaltungen 75-1 und 75-3 versehen, die mit einem Ausgang der Verstärkungssteuerschaltung 73 verbunden sind, und sie ist mit Addierschaltungen 75-2 und 75-4 versehen, die mit der Verstärkungssteuerschaltung 73 über eine Phaseninvertierschaltung 73a verbunden ist. Die Phaseninvertierschaltung 73a kehrt die Phase des Signals von der Verstärkungssteuerschaltung 73 um und gibt das phaseninvertierte Signal aus. Die Addierschaltungen 75-1 und 75-2 sind mit einer Spannungsquelle 76a für eine variable Spannung verbunden, die eine variabel eingestellte Gleichspannung E_T abgibt. Die Addierschaltungen 75-3 und 75-4 sind mit einer Spannungsquelle 76b für eine konstante Spannung verbunden, die eine feststehende Gleichspannung E_B ausgibt.
Die Addierschaltung 75-1 addiert das Signal E_0x'sin(2πf₀t) von der Verstärkungssteuerschaltung 73 zu dem Gleichspannungssignal E_T von der Spannungsquelle 76a für die variable Spannung und liefert die addierte Spannung E_T + E_0x'sin(2πf₀t) zu der Elektrodenanschlussfläche 51d1 der Antriebselektrode 51-1. Die Addierschaltung 75-2 addiert das Signal E_0x'sin(2πf₀t + π) von der Phaseninvertierschaltung 72a zu dem Gleichspannungssignal E_T von der Spannungsquelle 76a für variable Spannung und liefert die addierte Spannung E_T + E_0x'sin(2πf₀t + π) zu der Elektrodenanschlussfläche 51d2 der Antriebselektrode 51-2. Die Addierschaltung 75-3 addiert das Signal E_0x'sin(2πf₀t) von der Verstärkungssteuerschaltung 73 zu dem Gleichspannungssignal E_B von der Spannungsquelle 76b für die konstante Spannung und liefert die addierte Spannung E_B + E_0x'sin(2πf₀t) zu der Elektrodenanschlussfläche 51d3 der Antriebselektrode 51-3. Die Addierschaltung 75-4 addiert das Signal E_0x'sin(2πf₀t + π) von der Phaseninvertierschaltung 73a zu dem Gleichspannungssignal E_B von der Spannungsquelle 76b für die Gleichspannung und liefert die addierte Spannung E_B + E_0x'sin(2πf₀t + π) zu der Elektrodenanschlussfläche 51d4 der Antriebselektrode 51-4.
Eine Spannungsquelle 65a für eine variable Gleichspannung ist mit der Elektrodenanschlussfläche 55d1 verbunden, die für die Einstellelektroden 55-1 und 55-3 gemeinschaftlich da ist. Eine Spannungsquelle 65b für eine variable Gleichspannung ist mit der Elektrodenanschlussfläche 55-2 verbunden, die für die Einstellelektroden 55-2 und 55-4 gemeinschaftlich da ist. Während die Spannungsquellen 65a und 65b für die variable Gleichspannung durch eine Vielzahl an Spannungsquellen aufgebaut werden können, ist es möglich, eine einzelne Spannungsquelle gemeinschaftlich anzuwenden.
Eine Servosteuerschaltung 80 ist mit den Elektrodenanschlussflächen 56d1 bis 56d4 der Servoelektroden 56-1 bis 56-4 verbunden. Die Servosteuerschaltung 80 verringert die Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y und besteht aus einer Demodulationsschaltung 81, einem Servoverstärker 82 und einer Phaseninvertierschaltung 83. Die Demodulationsschaltung 81 führt eine synchrone Erfassung des Signals von der Elektrodenanschlussfläche 20c bei der Frequenz f₁ aus (d. h. sie extrahiert die Hülle der Amplitude des Signals der Frequenz f₁), sie extrahiert ein Signal E_0ysin(2πf₀t), das die Schwingungskomponente des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y zeigt, und gibt das Signal E_0ysin(2πf₀t) als ein Wechselstromservosteuersignal aus. Der Servoverstärker 82 verstärkt das Wechselstromservosteuersignal mit einer vorbestimmten Verstärkung und liefert das verstärkungsgesteuerte Wechselstromservosteuersignal zu den Elektrodenanschlussflächen 56d3 und 56d4 der Servoelektroden 56-3 und 56-4 zum Zweck des Ausgleichens der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y (der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y aufgrund der um die Achse Z auftretenden Winkelgeschwindigkeit). Die Phaseninvertierschaltung 83 kehrt die Phase des verstärkungsgesteuerten Wechselstromservosteuersignals um und liefert das phaseninvertierte Umkehrphasensteuersignal zu den Elektrodenanschlussflächen 56d1 und 56d2 der Servoelektroden 65-1 und 56-2.
Eine Ausgabeschaltung 90, die aus einer Erfassungsschaltung 91 und einem Verstärker 92 besteht, ist mit der Servosteuerschaltung 80 verbunden. Die Erfassungsschaltung 91 empfängt ein Wechselstromservosteuersignal E_0ysin(2πf₀t) von dem Servoverstärker 82, empfängt ein Signal E_0xsin(2πf₀t), das die Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X aufgrund des Antreibens von der Phasenverschiebeschaltung 72 anzeigt, führt eine synchrone Erfassung des Wechselstromservosteuersignals E_0ysin(2πf₀t) aus, wobei das Signal E_0xsin(2πf₀t), die Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X anzeigt, und gibt ein Gleichstromsignal aus, das die Amplitude E_0y der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y anzeigt, d. h. die Größe der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y aufgrund der um die Achse Z auftretenden Winkelgeschwindigkeit. Das Ausgabesignal von der Phasenverschiebeschaltung 72 wird hierbei verwendet, da es mit der Phase der Coriolis-Kraft synchronisiert ist, die sich aus der Winkelgeschwindigkeit des Vibrators 20 ergibt, die um die Achse Z auftritt, und mit dem Wechselstromservosteuersignal synchronisiert ist, d. h. die um die Achse Z auftretende Winkelgeschwindigkeit des Vibrators 20.
Die Coriolis-Kraft wird nachstehend kurz beschrieben. Wenn angenommen wird, dass sich ein rechtwinkliges Koordinatensystem einer Winkelgeschwindigkeit ω relativ zu einem ruhenden rechtwinkligen Koordinatensystem dreht, kann eine Bewegung im Hinblick auf das sich drehende Koordinatensystem unter Berücksichtigung der Kraft beschrieben werden, die auf das Trägheitssystem wirkt und die beiden anderen Kräfte beschrieben werden, d. h. die Zentrifugalkraft und eine weitere Kraft. Die letztgenannte Kraft ist die Coriolis-Kraft.
Der Verstärker 92, der mit der Erfassungsschaltung 91 verbunden ist, empfängt das Signal E_0y und gibt von einem Ausgabeanschluss OUT ein Gleichstromsignal aus, das die Größe der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y anzeigt.
Bei dem wie vorstehend beschrieben aufgebauten Ausführungsbeispiel wird, nachdem die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung mit dem Elektroschaltungsgerät verbunden worden ist, um das in 7 gezeigte Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät zu bilden, das Signal, das die Größe der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y anzeigt, von dem Ausgabeanschluss OUT extrahiert, wobei die um die Achse Z auftretende Winkelgeschwindigkeit vor dem Versenden des Geräts auf „0” gesetzt wird. Da in diesem Fall die Winkelgeschwindigkeit „0” beträgt, beträgt das Ausgabesignal „0”. Sollte das Ausgabesignal ungleich zu „0” sein, wird das Gleichstromspannungssignal E_T verändert, in dem die Spannungsquelle 76a für die variable Spannung eingestellt wird, so dass das Ausgabesignal zu „0” wird.
Dies ist nachstehend detaillierter beschrieben. Die Antriebsspannungssignale E_T + E_0x'sin(2πf₀t), E_T + E_0x'sin(2πf₀t + π) = E_T – E_0x'sin(2πf₀t) werden auf die Antriebselektroden 51-1 und 51-2 jeweils aufgebracht. Die Antriebsspannungssignale E_B + E_0x'sin(2πf₀t), E_B + E_0x'sin(2πf₀t + π) = E_B – E_0x'sin(2πf₀t) werden auf die Antriebselektroden 51-3 und 51-4 jeweils aufgebracht. In dem Fall, bei dem die Winkelgeschwindigkeit zur Fassungsvorrichtung mit einer hohen Genauigkeit aufgebaut ist, wirken, wenn das Gleichspannungssignal E_T von der Spannungsquelle 76a für die variable Spannung und das Gleichspannungssignal E_T von der Spannungsquelle 76b die konstante Spannung gleich eingestellt sind, sich aus den elektrostatischen Anzugskräften ergebende gleiche Kräfte an den Hauptrahmen 30-1 und 31-2 in der Richtung der Achse X. Somit sollten die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 bei der Schwingungsfrequenz f₀ in der Richtung der Achse X synchronisiert werden und sie schwingen mit einer gleichen Amplitude. Die Schwingungen werden ebenfalls zu dem Vibrator 20 über die Balken 33-1 bis 33-4 übertragen und der Vibrator 20 schwingt lediglich in der Richtung der Achse X. Demgemäß sollte das Signal, das von dem Ausgabeanschluss OUT extrahiert worden ist und das die Größe der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y anzeigt, „0” sein.
In diesem Fall wird aufgrund des Vorgangs des Hochfrequenzoszillators 62, der Phaseninvertierschaltung 62a und der Antriebsüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 das Signal E₂·E_0x·sin(2πf₀t)·sin(2πf₂t), die die Schwingungskomponente in der Richtung der Achse X anzeigt, zu der Antriebsschaltung 20 über die Elektrodenanschlussfläche 20c und dem Verstärker 63 geliefert. Die Demodulationsschaltung 71, die Gleichrichtschaltung 74, die Phasenverschiebeschaltung 72 und die Verstärkungssteuerschaltung 73, die die Antriebsschaltung 70 bilden, wirken so, dass das Eingabesignal E_0xsin(2πf₀t), von der Elektrodenanschlussfläche 20c, dass die Schwingungskomponente in der Richtung der Achse X anzeigt, immer konstant wird. Somit schwingt der Vibrator 20 stets mit einer konstanten Amplitude in der Richtung der Achse X.
Andererseits schwingt der Vibrator 20 in dem Fall in der Richtung der Achse Y, wenn die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 ungleichmäßig in der Richtung der Achse X aufgrund der Steuerung zwischen den Elementen der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung angetrieben werden und insbesondere aufgrund der prozessweisen Steuerung zwischen den Hauptrahmen 30-1 und 30-2, den Balken 33-1 bis 33-4, den Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 und dergleichen (selbst wenn die Gleichspannungssignale E_T und E_B zueinander gleich sind).
Nachstehend werden die Antriebskräfte F1 und F2 für die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 betrachtet. Die Antriebskraft F1 rührt von den Antriebsspannungssignalen
E_T + E_0x'sin(2πf₀t),
E_T – E_0x'sin(2πf₀t) her und kann durch die nachstehend aufgeführte Gleichung 1 unter Verwendung einer proportionalen Konstante K ausgedrückt werden.
Gleichung 1

F1 = K·{(E_T + E_0x'sin(2πf₀t))² – (E_T – E_0x'sin(2πf₀t))²}= 4·K·E_T·E_0x'sin(2πf₀t)

Die Antriebskraft F2 rührt von den Antriebsspannungssignalen E_B + E_0x'sin(2πf₀t), E_B – E_0x'sin(2πf₀t) her und kann durch die nachstehend aufgeführte Gleichung 2 ausgedrückt werden.
Gleichung 2:

F2 = K·{(E_B + E_0x'sin(2πf₀t))² – (E_B – E_0x'sin(2πf₀t))²}= 4·K·E_B·E_0x'sin(2πf₀t)

Wie dies aus den Gleichungen 1 und 2 hervorgeht, können die Antriebskräfte für die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 eingestellt werden, indem die Größe des Gleichspannungssignales E_T verändert wird, das von der Spannungsquelle 76a für die variable Spannung ausgegeben wird. Somit können die Komponenten der Schwingung des Vibrators 20 und der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in Richtung der Achse Y beseitigt werden.
Die Resonanzfrequenz des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y wird eingestellt, indem die Spannungen der Spannungsquellen 65a und 65b für die variable Gleichspannung eingestellt werden. D. h., wenn die Spannungen der Gleichspannungsquellen 65a und 65b für die variable Spannung verändert werden, ändern sich die Größen der durch die Einstellelektroden 55-1 bis 55-4 erzeugten elektrostatischen Anzugskräfte und der Verschiebebetrag des Vibrators 20 für eine Kraft der Richtung Y, d. h. die Federkonstante der Erfassungsbalken 33-1 bis 33-4 wird verändert. Somit wird die Resonanzfrequenz des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y geeignet eingestellt.
Nachstehend ist der Vorgang des Erfassens der um die Achse Z auftretenden Winkelgeschwindigkeit unter Verwendung des wie vorstehend beschrieben eingestellten Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerätes beschrieben. Zunächst wird das Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät an einem Objekt befestigt, dessen Winkelgeschwindigkeit zu erfassen ist, und danach wird das Elektroschaltungsgerät so betrieben, wie dies vorstehend beschrieben ist. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Achse Z auftritt, während der vorstehend beschriebene Zustand aufrecht erhalten bleibt, beginnt der Vibrator 20 mit einer Schwingung in der Richtung der Achse Y mit einer Amplitude, die der Winkelgeschwindigkeit aufgrund der Corioliskraft proportional ist.
In diesem Fall ändert sich aufgrund der Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y die Kapazität der Anpassungselektroden 53-1 bis 53-4 in Übereinstimmung mit den Schwingungen. Die Änderung der Kapazität tritt bei der Elektrodenanschlussfläche 20c als ein Signal auf, dessen Amplitude von den Erfassungssignalen E₁sin(2πf₁t) und E₁sin(2πf₁t + π) = –E₁sin(2πf₁t) moduliert wird, die von dem Hochfrequenzoszillator 61 und der Phaseninvertierschaltung 61a ausgegeben werden, d. h. als ein Signal E₁·E_0y·sin(2πf₀t) – sin(2πf₁t). Das Signal wird dann über die Servosteuerschaltung 80 über den Verstärker 63 ausgegeben.
Andererseits wird der Einfluss der Diagonalschwingung durch die Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 beseitigt, selbst wenn die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 und der Vibrator 20 in Bezug auf das Substrat 10 in einer diagonal zu der Achse X stehenden Richtung aufgrund des Antreibens der Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 schwingen. D. h. das Hochfrequenzerfassungssignal von dem Hochfrequenzoszillator 61 wird zu den feststehenden Elektroden 53a1 und 53a2 der Erfassungelektroden 53-1 und 53-2 und den feststehenden Elektroden 54a1 und 54a2 der Korrekturelektroden 54-1 und 54-2 geliefert. Das Signal, das von der Phaseninvertierschaltung 61a kommt und erhalten wird, indem die Phase des Hochfrequenzsignals invertiert wird, wird zu den feststehenden Elektroden 53a1 und 53a4 der Erfassungselektroden 53-3 und 53-4 und den feststehenden Elektroden 54a3 und 54a4 der Korrekturelektroden 54-3 und 54-4 geliefert.
Wenn, wie dies vorstehend beschrieben ist, die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 des Vibrators 20 in der gleichen Richtung entlang der Achse Y verschoben werden, ändert sich die Kapazität der Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 in einer umgekehrten Beziehung gegenüber der Kapazität der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4. Daher wird, wenn der Vibrator 20 und die Hauptrahmen 30-1 und 30-2 gleichzeitig in der diagonal zu der Achse X stehenden Richtung schwingen, die Änderung der Kapazität der Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 von der Änderung der Kapazität der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 beseitigt. Die Änderung der Kapazität der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 ergibt sich aus der Schwingungskomponente des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y. Die Änderung der Kapazität der Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4 ergibt sich aus der Schwingungskomponente der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 in der Richtung der Achse Y. Somit wird das Signal E₁·E_0y·sin(2πf₀t)·sin(2πf₁t), das vom Einfluss der Diagonalschwingungen der Hauptrahmen 30-1 und 30-2 und des Vibrators 20 frei ist und erhalten wird, indem die Amplitude des Hochfrequenzsignals E₁·sin(2πf₁t) mit der Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse X erhalten wird, von dem Verstärker 63 zu der Servosteuerschaltung 81 ausgegeben.
Die Servorsteuerschaltung 80 demoduliert das Signal E₁·E_0ysin(2πf₀t)·sin(2πf₁t) in der Demodulationsschaltung 81 und extrahiert das Signal E_0y·sin(2πf₀t), das die Schwingungen des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y anzeigt. Der Servoverstärker 82 und die Phaseninvertierschaltung 83 liefern zu den Servoelektroden 56-1 bis 56-4 ein Wechselstromservosteuersignal d. h. ein Steuersignal zum Verringern der Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y auf der Grundlage des Signals E_0y·sin(2πf₀t). Daher unterdrücken die Servoelektroden 56-1 bis 56-4 die Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y d. h. die Schwingung des Vibrators 20 in der Achse Y, die von der um die Achse Z auftretenden Winkelgeschwindigkeit herrührt. Idealerweise wird die Amplitude der Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y auf „0” gesteuert.
Des weiteren wird das Wechselstromservosteuersignal von dem Servoverstärker 82 ebenfalls zu der Erfassungsschaltung 91 der Ausgabeschaltung 90 geliefert. Dieses Wechselstromservosteuersignal ist proportional zu dem Signal E_0y·sin(2πf₀t), das die Schwingungen des Vibrators 20 in der Achse Y anzeigt, und die Erfassungsschaltung 91 erfasst das Signal E_0y·sin(2πf₀t) bei der Resonanzfrequenz f₀ des Vibrators. Daher wird das die Größe (Amplitude) der Schwingungen in der Richtung der Achse Y anzeigende Gleichstromsignal E_0y von der Erfassungsschaltung 91 ausgegeben. Das Gleichstromsignal E_0y wird dann über den Verstärker 92 ausgegeben. Somit wird, obwohl der Vibrator 20 tatsächlich nicht in der Richtung der Achse Y schwingt, das die Größe der um die Achse Z auftretenden Winkelgeschwindigkeit anzeigende Signal extrahiert. Aufgrund einer derartigen Wirkung einer Servosteuerung wird verhindert, dass die Schwingung des Vibrators 20 in der Richtung der Achse Y, die von der um die Achse Z auftretenden Winkelgeschwindigkeit herrührt, erneut zu dem Vibrator 20 über das Substrat 10 eingegeben wird. Daher wird das von dem erneuten Eingeben der Schwingung herrührende Erzeugen eines Rauschens unterdrückt und somit kann die Genauigkeit beim Erfassen der Winkelgeschwindigkeit verbessert werden.
Nachstehend ist eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 zeigt die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels in einer Draufsicht. Die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels ist dadurch gekennzeichnet, dass sich Leitungsmuster von den Anschlussflächen erstrecken und dass die Leitungsmuster raffiniert konstruiert sind. Der Vereinfachung wegen zeigt die Darstellung dieser Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung lediglich die Antriebselektroden 51-1 und 51-4 und Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4, wobei die Antriebsüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 die Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4, die Einstellelektroden 55-1 bis 55-4 und die Servoelektroden 56-1 bis 56-4 weggelassen wurden.
Jeder der Leitungsabschnitte 51b1 und 51b2 der Antriebselektroden 51-1 und 51-2 hat an seinem Außenende einen Anker 51e1 und 51e2. In der Zeichnung sind die Anker 51f1 und 51f2 jeweils unterhalb der Anker 51e1 und 51e2 vorgesehen. Anker 51g1 und 51g2 sind jeweils in Bezug auf die Richtung der Achse X von den Ankern 51f1 und 51f2 nach innen vorgesehen. In der Zeichnung sind die Anker 51h1 und 51h2 jeweils unterhalb der Anker 51g1 und 51g2 vorgesehen. In 9 sind die Anker 51e1 und 51f1 als Repräsentanten der Anker 51e1 bis 51h1 bzw. 51e2 bis 51h2 gezeigt. Diese Anker sind so gestaltet, dass sie die Niedrigwiederstandslage (elektrischer Leiter) B an dem Substrat 10 über die Isolationslage A fixieren. Die Anker 51e1 bis 51h1 sind durch Leitungsmuster 51e1 bis 51k1 miteinander verbunden und die Anker 51e2 bis 51h2 sind durch Leitungsmuster 51i2 bis 51k2 miteinander verbunden. In 7 ist das Leitungsmuster 51i1 als Repräsentant der Leitungsmuster 51i1 bis 51k1 bzw. 51i2 bis 51k2 gezeigt. Diese Leitungsmuster sind durch die Niedrigwiderstandslage (elektrischer Leiter) B gebildet, die von dem Substrat beabstandet ist. Elektrodenanschlussflächen 51m1 und 51m2 sind jeweils an den Ankern 51h1 bzw. 51h2 vorgesehen.
In der Zeichnung hat jede der feststehenden Elektroden 51a3 und 51a4 der Antriebselektroden 51-3 und 51-4 an ihrem unteren Ende einen Anker 51e3 bzw. 51e4. Anker 51f3 und 51f4 sind von den Ankern 51e3 bzw. 51e4 jeweils in Bezug auf die Richtung der Achse X nach innen vorgesehen. In der Zeichnung sind Anker 51g3 und 51g4 unterhalb der Anker 51f3 und 51f4 jeweils vorgesehen. Die Anker 51e3 bis 51g3 und 51e4 bis 51g4 sind ebenfalls so gestaltet, dass sie die Niedrigwiderstandslage (elektrischer Leiter) B an dem Substrat 10 über die Isolationslage A fixieren. Die Anker 51e3 und 51g3 sind durch Leitungsmuster 51h3 und 51e3 miteinander verbunden und die Anker 51e4 bis 51g4 sind miteinander durch Leitungsmuster 51h4 und 51i4 verbunden. Die Leitungsmuster 51h3, 51e3, 51h4 und 51i4 sind ebenfalls durch die Niedrigwiderstandslage B gebildet, die von dem Substrat 10 beabstandet ist. Die Elektrodenanschlussflächen 51j3 und 51j4 sind jeweils an den Ankern 51g3 bzw. 51g4 vorgesehen.
Jeder der Leitungsabschnitte 53b1 bis 53b4 der Antriebselektroden 53-1 bis 53-4 hat an seinem Außenende einen Anker 53e1 bis 53e4. In der Zeichnung sind die Anker 53f1 bis 51f4 unterhalb der Anker 53e1 bis 53e4 jeweils vorgesehen. Anker 53g1 bis 53g4 sind jeweils in Bezug auf die Richtung der Achse X von den Ankern 53f1 bis 53f4 nach innen vorgesehen. In der Zeichnung sind Anker 53h1 bis 53h4 unterhalb der Anker 53g1 bis 53g4 jeweils vorgesehen. Die Anker 53e1 bis 53h1, 52e2 bis 53h2, 53e3 bis 53h3 und 53e4 bis 53h4 sind so gestaltet, dass sie die Niedrigwiderstandslage (elektrischer Leiter) B an dem Substrat 10 über die Isolationslage H fixieren. Die Anker 53e1 bis 53h1, 53e2 bis 53h2, 53e3 bis 53h3 und 53e4 bis 53h4, sind miteinander durch Leitungsmuster 53i1 bis 53k1, 53i2 bis 53k2, 53i3 bis 53k3 bzw. 53i4 bis 53k4 verbunden. Die Leitungsmuster 53i1 bis 53k1, 5312 bis 53k2, 53i3 bis 53k3 und 53i4 bis 53k4 sind ebenfalls durch die Niedrigwiderstandslage (elektrischer Leiter) B gebildet, die von dem Substrat 10 beabstandet ist. Elektrodenanschlussflächen 53m1 bis 53m4 sind jeweils an den Ankern 53h1 bis 53h4 vorgesehen.
Des Weiteren sind der Anker 44a und die Anschlussfläche 20b durch ein Leitungsmuster 20f elektrisch verbunden, das bei einem vorbestimmten Abstand von dem Substrat 10 beabstandet ist. Darüber hinaus ist ein Erdungsanker 20d, der die Niedrigwiderstandlage (elektrischer Leiter) B an dem Substrat 10 über die Isolationslage A fixiert, ebenfalls an dem Substrat 10 vorgesehen.
Auch in dem Fall, bei dem die Antriebsüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4, die Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4, die Einstellelektroden 55-1 bis 55-4 und die Servoelektroden 56-1 bis 56-4 an dem Substrat 10 vorgesehen sind, sind die vorstehend beschriebenen Leitungsmuster ausgebildet. Die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels ist außerdem in Übereinstimmung mit einem Herstellverfahren ausgebildet, das gegenüber demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch ist, und es ist dazu in der Lage, die um die senkrecht zu dem Substrat stehende Achse Y auftretende Winkelgeschwindigkeit aufgrund der Verbindung eines Elektroschaltungsgerätes (siehe 7) identisch zu dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels zu erfassen.
Da in diesem Fall die Leitungsmuster von der oberen Fläche des Substrates 10 beabstandet sind, kann deren Kapazität verringert werden. D. h. die Kapazität C der Leitungsmuster und des Substrats 10 kann durch die nachstehend gezeigte Gleichung 3 ausgedrückt werden.
Gleichung 3:

C = ε·S/d.

In Gleichung 3 bezeichnet S die Fläche der dem Substrat 10 zugewandten Oberfläche der Leitungsmuster, d den Abstand zwischen den Oberflächen der Leitungsmuster und der Oberfläche des Substrates 10 und ε die Dielektrizitätskonstante eines Materials, das einen Raum zwischen den Oberflächen der Leitungsmuster und des Substrates 10 ausfüllt. Die relative Dielektrizitätskonstante von Siliziumoxid SiO₂, das die Isolationslage A bildet (das Verhältnis der Dielektrizitätskonstante von Siliziumoxid SiO₂ gegenüber der Dielektrizitätskonstante eines Vakuums) beträgt ”3,8”. Die relative Dielektrizitätskonstante von Luft beträgt ungefähr 1,0.
Somit kann die parasitäre Kapazität C der Leitungsmuster und des Substrates 10 selbst bei Luft durch ein Beabstanden der Leistungsmuster von dem Substrat 10 wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verringert werden. Die parasitäre Kapazität C kann des Weiteren verringert werden, indem die obere Fläche der Winkelgeschwindigkeiterfassungsvorrichtung mit einem Mantel zum Unterbringen des Vibrators 20 bedeckt wird und der Mantel einem Unterdruck ausgesetzt wird.
Als ein Ergebnis kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Einfluss der parasitären Kapazität der Leitungsmuster an den feststehenden Elektroden verringert werden. D. h. gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Genauigkeit beim Antreiben der Schwingungen des Vibrators 20 durch die Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 verbessert werden und die Genauigkeit zum Erfassen der Schwingungen des Vibrators 20 durch die Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 kann verbessert werden. Außerdem kann in dem Fall, bei dem die Antriebsüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4, die Korrekturelektroden 54-1 bis 54-4, die Einstellelektroden 55-1 bis 55-4 und die Servoelektroden 56-1 bis 56-4 an dem Substrat 10 vorgesehen sind, der vorstehend beschriebene Effekt aufgrund der Leitungsmuster erwartet werden.
Nachstehend ist ein Verfahren zum Dimensionierung der Elemente der vorstehend beschriebenen Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung beschrieben.
Die Dimensionieränderung der Elemente der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung, die von einem Bearbeiten wie beispielsweise Ätzen herrührt, ist durch ΔW bezeichnet, und die Maße der Elemente der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung, die eine hohe Genauigkeit fordern, d. h. die Maße der Kurzentfernungselemente der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung sind wie folgt definiert. Die Breite der die quadratischen Durchgangslöcher 21a in dem Massenabschnitt 21 umgebenden Rahmen ist durch das Bezugszeichen Wm bezeichnet, wie dies in 6(a) gezeigt ist. Die Breite der Balken 33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, und 46a bis 46d ist durch das Bezugszeichen Wk bezeichnet. Wie dies in 6(b) gezeigt ist, ist die Breite der Elektrodenfinger der beweglichen und feststehenden Elektroden der Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 durch das Bezugszeichen Wd bezeichnet und der Abstand zwischen den Elektrodenfingern ist durch das Bezugszeichen Dd bezeichnet. Die Breite der Elektrodenfinger der beweglichen und feststehenden Elektroden der Antriebsüberwachungselektrode 52-1 bis 52-4 ist durch das Bezugszeichen Wc bezeichnet und der Abstand zwischen den Elektrodenfingern ist durch Dc bezeichnet. Die Breite der Elektrodenfinger der beweglichen und feststehenden Elektroden der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 ist durch das Bezugszeichen Ws bezeichnet, und der Abstand zwischen den Elektrodenfingern ist durch das Bezugszeichen Ds bezeichnet. Die Breite der Elektrodenfinger der beweglichen und der feststehenden Elektroden der Servoelektroden 56-1 bis 56-4 ist durch das Bezugszeichen Wa bezeichnet und der Abstand zwischen den Elektrodenfingern beträgt Da.
In dem Fall, bei dem eine Servosteuerung wie vorstehend beschrieben ausgeführt wird, ergibt sich die nachstehende Gleichung 4, da eine Corioliskraft (eine Kraft, die an dem Vibrator 20 in der Richtung der Achse Y aufgrund der Winkelgeschwindigkeit wirkt) 2·M·V·Ω einer Servokraft ε·S·{(V_dc + V₀)²} – (V_dc – V₀)²}/2·Da² gleich ist.
Gleichung 4:

2·M·V·Ω = ε·S·{(V_dc + V₀)² – (V_dc – V₀)²}/2·Da²

In Gleichung 4 ist M die Masse des Massenabschnittes 21, ist V die Antriebsvibrationsgeschwindigkeit des Massenabschnittes 21, ist Ω die Winkelgeschwindigkeit (Gierrate), ist ε die Dielektrizitätskonstante, ist S die Fläche der Servoelektroden 56-1 bis 56-4, ist V_dc die Vorspannungsgleichspannung der Servoelektroden 56-1 bis 56-4 und ist V₀ die Ausgabewechselspannung. Die Gleichung 4 wird in die nachstehend gezeigte Gleichung 5 umgewandelt.
Gleichung 5:

V₀ = M·Da²·V·Ω/ε·S·V_dc

Es wird hierbei angenommen, dass Ad die Antriebsamplitude bezeichnet und dass ωd die Antriebsresonanzfrequenz bezeichnet. Da die Antriebsvibrationsgeschwindigkeit V dem Produkt Ad·ωd der Antriebsamplitude Ad und der Antriebsresonanzfrequenz ωd gleich ist, ergibt sich die nachstehend gezeigte Gleichung 6.
Gleichung 6:

V₀ = M·Da²·Ad·ωd·Ω/ε·S·V_dc

Wenn die Maßänderung ΔW berücksichtigt wird, wird die Gleichung 6 als die nachstehend gezeigte Gleichung 7 ausgedrückt.
Gleichung 7:

V₀ = M·(1 + ΔW/Wm)·Da²·(1ΔW/Da)²·Ad·(1ΔW/Dc)·ωd(1 + ΔW/Wk)·Ω/ε·S·V_dc

Durch ein Abwandlen der rechten Seite von Gleichung 7 ergibt sich im wesentlichen die nachstehend gezeigte Gleichung 8.
Gleichung 8:

V₀ = M·Da²·Ad·ωd·Ω{1 + ΔW(1/Wm – 2/Da – 1/Dc + 1/Wk)}/ε·S·V_dc

Solange (1/Wm – 2/Da – 1/Dc + 1/Wk) in Gleichung 8 gleich ”0” ist, wird, selbst wenn die Maßänderung ΔW bis zu einem bestimmten Maße zugenommen hat, die Ausgabespannung V₀ wie in den Gleichung 5 und 6 definiert, ohne durch die Maßänderung ΔW beeinflusst zu werden. Somit kann, wenn die Breiten Wm, Wk und die Abstände Da, Dm derart eingestellt sind, dass sich die nachstehend gezeigte Gleichung 9 ergibt (beispielsweise Wm = Wk = 4 μm, Da = 8 μm und Dc = 4 μm), eine stabile Empfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung ohne einen Einfluss von Fehlern (Streuung) bei ihrem Herstellprozess erzielt werden. D. h. die Erfassungsgenauigkeit der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung ist verbessert. Eine derartige Gestaltung bringt ebenfalls eine Verbesserung bei der Ausstoßrate der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung mit sich.
Gleichung 9:

1/Wm + 1/Wk – 2/Da – 1/Dc = 0

In dem Fall, bei dem eine Servosteuerung nicht bei der vorstehend beschriebenen Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung ausgeführt wird, d. h. in dem Fall einer offenen Schleife mit weggelassenen Servoelektroden 56-1 bis 56-4 kann, wenn die Breiten Wm, Wk und die Abstände Ds und Dc durch eine vorstehend beschriebene Berechnung derart eingestellt sind, dass sich die nachstehend gezeigte Gleichung 10 ergibt, der Einfluss von Fehlern (Streuung) bei den Herstellprozessen der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung beseitigt werden.
Gleichung 10:

1/Wm – 1/Wk – 2/Ds – 1/Dc = 0

Nachstehend ist ein Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät (Winkelgeschwindigkeitssensorgerät) beschrieben, an dem eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung (Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung) 10A gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel montiert ist. 10 zeigt das Gerät in einer Schnittansicht.
Diese Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A ist in einem Mantel 130 untergebracht, der an einer Druckschalttafel 100 sitzt. Verschiedene elektrische Schaltbauteile 110 sitzen an der Oberfläche der Druckschalttafel 100 und der Mantel 130 ist an der Seite einer unteren Fläche der Tafel 100 über eine Vielzahl an Zapfen 120 gesetzt. Der Mantel 130 ist in einem Unterdruckzustand gehalten, bei dem der Vibrator 20 der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A ohne den Widerstand eines Gases, wie beispielsweise Luft sich bewegen kann. In dem Fall des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Kapazität der Leitungsmuster unter Berücksichtigung des Umstandes verringert, dass die relative Dielektrizitätskonstante in einem Vakuum gering ist. Bei dem Beispiel, bei dem diese Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung montiert ist, wirkt die Schwerkraft in der Zeichnung nach unten, und 10 zeigt die Anwendung des Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerätes. Die Ausdrücke ”nach unten” und ”untere Fläche” und dgl. bei der vorliegenden Beschreibung bezeichnen die Schwerkraftrichtung, wohingegen die Ausdrücke ”nach oben” und ”obere Fläche” und dgl. die zu der Schwerkraftrichtung entgegengesetzte Richtung bezeichnen.
Der Mantel 130 besteht aus einer flachen Montageplatte 131 und einer Abdeckung 132. Eine flache Befestigungsplatte 133 ist an einer unteren Fläche der Montageplatte 131 befestigt und die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A und eine Schaltungsvorrichtung 10B sind an einer unteren Fläche der Befestigungsplatte 133 befestigt, an der das Substrat 10 nach oben gewandt ist. Die Schaltungsvorrichtung 10B ist aus Halbleitermaterialien wie in dem Fall der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A ausgebildet, und verschiedene elektrische Schaltungen wie beispielsweise die Antriebsschaltung 70, die Servosteuerschaltung 80, die Ausgabeschaltung 90 und dgl. sind an dem Substrat angeordnet, wie dies in 7 gezeigt ist. Bei der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A und der Schaltungsvorrichtung 10B sind verschiedene Funktionsbauteile an dem Substrat 10 in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie nach unten (in der Richtung der Schwerkraft) gewandt sind. Beispielsweise ist bei der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A die Fläche des Substrats 10 (die dem Vibrator 20 zugewandte Fläche) nach unten gerichtet und der Vibrator 20 befindet sich unterhalb des Substrates 10.
Die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A und die Schaltungsvorrichtung 108 sind durch eine Vielzahl an Leitungsdrähten 134 elektrisch verbunden. Des Weiteren sind Leitungsmuster ebenfalls an der unteren Fläche der Befestigungsplatte 133 ausgebildet und sind mit der Schaltungsvorrichtung 108 über eine Vielzahl an Leitungsdrähten 135 elektrisch verbunden. Die Zapfen 120 haben ebenfalls die Funktion eines elektrischen Verbindens der Befestigungsplatte 133 mit der Druckschalttafel 100 und sie sind mit den Leitungsmustern an der Befestigungsplatte 133 über eine Vielzahl an Leitungsdrähten 136 elektrisch verbunden.
Die Druckschalttafel 100 ist an einer Innenbodenfläche eines Gehäuses 150 durch ein Stützelement 140 gestützt. Das Stützelement 140 ist aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi und Harz so ausgebildet, dass Schwingungen von dem Gehäuse 150 nicht ohne weiteres zu diesem übertragen werden können.
In dem Fall, bei dem eine in dieser Weise aufgebautes Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät in einem Fahrzeug eingebaut ist, ist eine Resonanzfrequenz des Vibrators 20 der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A bei 4 bis 7 KHz geeignet. D. h. das Gehäuse 150 sitzt an der Fahrzeugkarosserie derart, dass die Resonanzfrequenz ungefähr 2 KHz oder weniger beträgt. In dem Fall, bei dem die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A an der Druckschalttafel 100 wie vorstehend beschrieben sitzt, beträgt die Resonanzfrequenz der Druckschalttafel 100 ungefähr 10 KHz oder mehr. Anders ausgedrückt kann, wenn die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A sicher an der Druckschalttafel 100 sitzt, die Resonanzfrequenz der gesamten Druckschalttafel 100 mit Leichtigkeit auf 10 KHz oder mehr eingestellt werden. Somit kann, wenn die Resonanzfrequenz des Vibrators 20 ungefähr auf 4 bis 7 KHz eingestellt ist, die in dem Fahrzeug erzeugte Winkelgeschwindigkeit d. h. die Gierrate auf der Grundlage der Schwingungen des Vibrators 20 genau erfasst werden, ohne dass diese durch die Resonanzfrequenzen der Fahrzeugkarosserie und der Druckschalttafel 100 beeinflusst werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A wird, wenn Staub oder Schmutz auf die Oberfläche fällt, an der der Vibrator 20 angeordnet ist, die Verschiebung des Vibrators 20 behindert und die Winkelgeschwindigkeit kann nicht genau erfasst werden. Da jedoch in diesem Fall die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A in dem Mantel 130 wie vorstehend beschrieben untergebracht ist, wird verhindert, dass Schmutz, Staub oder andere Verunreinigungen in den Raum um die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A herum eintreten. Da während der Anwendung dieses Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerätes die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A an der Druckschalttafel 100 so befestigt ist, dass die Oberfläche des Substrates 10, an der der Vibrator 20 angeordnet ist, in der Richtung der Schwerkraft gerichtet ist, wird verhindert, dass Schmutz, Staub und dgl. auf die Oberfläche des Vibrators 20 und die Oberfläche des Substrates 10 fällt, an der der Vibrator 20 angeordnet ist. Aus diesen Gründen ist eine Verschiebung des Vibrators 20 stabilisiert und somit wird die Erfassungsgenauigkeit des Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerätes verbessert. Wenn die Innenfläche des Mantels 130 mit einem Haftmaterial beschichtet ist, wenn beispielsweise die Innenfläche des Mantels 130 mit einem Haftband versehen ist, kann Schmutz in dem Mantel 130 und Schmutz und Staub um den Vibrator 20 herum wirkungsvoller entfernt werden.
Darüber hinaus sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel die verschiedenen Elektroschaltungskomponenten 110 an der oberen Fläche der Druckschalttafel gesetzt und der die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A unterbringende Mantel 130 sitzt an der unteren Fläche der Tafel 100. Daher kann das gesamte Gehäuse 150, das das Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät (das Winkelgeschwindigkeitssensorgerät) bildet, in einer kompakten Größe aufgebaut sein.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen Beispiele bei denen die Erfindung auf ein Winkelgeschwindigkeitserfassungsgerät angewendet worden ist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei einer Beschleunigungserfassungsvorrichtung, einem Beschleunigungserfassungsgerät, einer Druckerfassungsvorrichtung und einem Druckerfassungsgerät für ein Erfassen von physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise einer Kraft, eines Druckes und dgl., die sich aus einer an dem Vibrator 20 wirkenden Beschleunigung auf der Grundlage seiner Verschiebung ergibt, angewendet werden. Außerdem wird in diesen Fällen die Verschiebung des Vibrators 20 durch die Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 erfasst, jedoch muss der Vibrator 20 nicht schwingen. Daher können die Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 und die Antriebsüberwachungselektroden 52-1 bis 52-4 weggelassen werden. Es ist ebenfalls geeignet, dass die Breiten Wm und Wk und die Abstände Ds und Dc der Beschleunigungserfassungsvorrichtung zum Zwecke des Ausgleiches des Einflusses der Maßänderung ΔW der Bauelemente wie in dem Fall der Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung 10A geeignet eingestellt sind. Genauer gesagt ist es, wenn eine Servosteuerung ausgeführt wird, angemessen, dass sich die nachstehend aufgeführte Gleichung 11 ergibt. Wenn die Servosteuerung nicht ausgeführt wird, ist es angemessen, dass die nachstehend gezeigte Gleichung 12 errichtet wird.
Gleichung 11:

1/Wm – 2/Da = 0

Gleichung 12:

1/Wm – 3/Wk + 2/Ds = 0

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die (in 7 gezeigte) Steuereinrichtung als ein programmierter Allzweckcomputer ausgeführt. Es ist für Fachleute offensichtlich, dass die Steuereinrichtung unter Verwendung einer einzelnen speziellen integrierten Schaltung (beispielsweise ASIC) mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für eine Gesamtsystemsteuerung und separaten Abschnitten ausgeführt werden kann, die zum Ausführen von verschiedenen unterschiedlichen spezifischen Berechnungen, Funktionen und anderen Prozessen bei der Steuerung des Zentralprozessorabschnittes gedacht sind. Die Steuereinrichtung kann eine Vielzahl an separaten zugewiesenen oder programmierbaren integrierten oder anderen elektronischen Schaltungen oder Vorrichtung aufweisen (beispielsweise Hardwireelektronik oder Logikschaltungen wie beispielsweise Diskretelementschaltungen oder programmierbare Logikvorrichtung wie beispielsweise PLDs, PLAs, PALs oder dgl.). Die Steuereinrichtung kann unter Verwendung eines geeignet programmierten Allzweckcomputers wie beispielsweise ein Mikroprozessor, eine Mikrosteuereinrichtung oder eine andere Prozessorvorrichtung (CPU oder MPU) ausgeführt werden, die entweder allein oder zusammen mit einer oder mehreren Peripheriedaten- und Signalverarbeitungsvorrichtung (beispielsweise integrierte Schaltungen) angewendet werden. Im Allgemeinen kann eine beliebige Vorrichtung oder eine beliebige Baugruppe von Vorrichtungen als Steuereinrichtung angewendet werden, bei denen eine Endzustandsmaschine die hierbei beschriebenen Prozeduren ausführen kann. Eine Verteilungsprozessgestaltung kann zum Maximieren der Daten-Signal-Verarbeitungsleistung und -Geschwindigkeit angewendet werden.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele oder Aufbauarten beschränkt ist. Ganz im Gegenteil, die vorliegende Erfindung soll verschiedene Abwandlungen und gleichwertige Aufbauarten abdecken. Während verschiedene Elemente der bevorzugten Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Kombinationen und Aufbauarten in beispielartiger Weise gezeigt sind, sind andere Kombinationen und Aufbauarten, die mehr oder weniger oder ein einzelnes Element umfassen, ebenfalls von dem Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
Die Sensorvorrichtung wie beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung hat den Vibrator 20, Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 und Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4. Jede Antriebselektrode und Erfassungselektrode 51-1 bis 51-4, 53-1 bis 53-4 hat die bewegliche Elektrode 32a1 bis 32a4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4 und die feststehende Elektrode 51a1 bis 51a4, 53a1 bis 53a4. Indem jeweils die Länge, die Breite und die Dicke von Leitern 51b1 bis 51b4, die mit den feststehenden Elektroden 51a1 bis 51a4 der Antriebselektroden 51-1 bis 51-4 verbunden sind, und Leitern 53b1 bis 53b4, die mit den feststehenden Elektroden 53a1 bis 53a4 der Erfassungselektroden 53-1 bis 53-4 verbunden sind, wird eine elektrische Eigenschaft für diese Leiter 51b1 bis 51b4, 53b1 bis 53b4 eingestellt, die in der gleichen Weise wirken.

Claims

Sensorvorrichtung mit einem Vibrator (20), der in Bezug auf ein Substrat (10) verschiebbar gestützt ist, einer Vielzahl an Elektrodenpaaren (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), die jeweils eine bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4), die mit dem Vibrator (20) verbunden ist und die zusammen mit dem Vibrator (20) an dem Substrat (10) verschoben wird, und eine feststehende Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) haben, die an dem Substrat (10) so befestigt ist, dass sie der beweglichen Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) zugewandt ist, und einer Vielzahl an Leitern (51b1 bis 51b4, 52b1 bis 52b4, 53b1 bis 53b4, 55b1 bis 55b4, 56b1 bis 56b4), die an dem Substrat (10) vorgesehen sind und mit den paarweise vorgesehenen Elektroden (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), verbunden sind, um das Durchtreten von elektrischen Signalen zu ermöglichen, wobei eine Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) zwischen dem Substrat (10) und dem Vibrator (20) vorgesehen ist, um den Vibrator (20) zu verschieben; dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator (20) mit einer Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) verbunden ist, die mit dem Substrat (10) verbunden sind; jede feststehende Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) an dem Substrat (10) befestigt ist und eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken; jede bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken und die zwischen den Elektrodenfingern der feststehenden Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) verschachtelt sind; der Vibrator (20) eine Vielzahl an quadratischen Durchgangslöchern (21a) hat, die bei gleichen Abständen angeordnet sind; und eine räumliche Beziehung durch 1/Wm – 2/Da = 0 oder im wesentlichen 0 definiert ist, wobei der Parameter Wm ein Abstand zwischen benachbarten Durchgangslöchern (21a) ist und der Parameter Da ein Abstand in der Breitenrichtung zwischen den Elektrodenfingern der beweglichen und feststehenden Elektroden (23b1 bis 23b4, 56a1 bis 56a4) eines Servoelektrodenpaares (56-1 bis 56-4) zum Unterdrücken von Schwingungen des Vibrators (20) ist, wenn eines der Elektrodenpaare (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4) das Servoelektrodenpaar (56-1 bis 56-4) ist.
Sensorvorrichtung mit einem Vibrator (20), der in Bezug auf ein Substrat (10) verschiebbar gestützt ist, einer Vielzahl an Elektrodenpaaren (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), die jeweils eine bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4), die mit dem Vibrator (20) verbunden ist und die zusammen mit dem Vibrator (20) an dem Substrat (10) verschoben wird, und eine feststehende Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) haben, die an dem Substrat (10) so befestigt ist, dass sie der beweglichen Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) zugewandt ist, und einer Vielzahl an Leitern (51b1 bis 51b4, 52b1 bis 52b4, 53b1 bis 53b4, 55b1 bis 55b4, 56b1 bis 56b4), die an dem Substrat (10) vorgesehen sind und mit den paarweise vorgesehenen Elektroden (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), verbunden sind, um das Durchtreten von elektrischen Signalen zu ermöglichen, wobei eine Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) zwischen dem Substrat (10) und dem Vibrator (20) vorgesehen ist, um den Vibrator (20) zu verschieben; dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator (20) mit einer Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) verbunden ist, die mit dem Substrat (10) verbunden sind; jede der feststehenden Elektroden (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) an dem Substrat (10) befestigt ist und eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken; jede bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken und die zwischen den Elektrodenfingern der feststehenden Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) verschachtelt sind; der Vibrator (20) eine Vielzahl an quadratischen Durchgangslöchern (21a) hat, die bei gleichen Abständen angeordnet sind; und eine räumliche Beziehung durch 1/Wm – 3/Wk + 2/Ds = 0 oder im wesentlichen 0 definiert ist, wobei der Parameter Wm ein Abstand zwischen benachbarten Durchgangslöchern (21a) ist und der Parameter Wk eine Breite der Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) ist; und der Parameter Ds ein Abstand in der Breitenrichtung zwischen den Elektrodenfingern der beweglichen und feststehenden Elektroden (21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 53a1 bis 53a4) eines Erfassungselektrodenpaares (53-1 bis 53-4) für ein Erfassen einer Verschiebung des Vibrators (20) ist, wenn eines der Elektrodenpaare (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4) das Erfassungselektrodenpaar (53-1 bis 53-4) ist.
Sensorvorrichtung mit einem Vibrator (20), der in Bezug auf ein Substrat (10) verschiebbar gestützt ist, einer Vielzahl an Elektrodenpaaren (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), die jeweils eine bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4), die mit dem Vibrator (20) verbunden ist und die zusammen mit dem Vibrator (20) an dem Substrat (10) verschoben wird, und eine feststehende Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) haben, die an dem Substrat (10) so befestigt ist, dass sie der beweglichen Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) zugewandt ist, und einer Vielzahl an Leitern (51b1 bis 51b4, 52b1 bis 52b4, 53b1 bis 53b4, 55b1 bis 55b4, 56b1 bis 56b4), die an dem Substrat (10) vorgesehen sind und mit den paarweise vorgesehenen Elektroden (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), verbunden sind, um das Durchtreten von elektrischen Signalen zu ermöglichen, wobei eine Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) zwischen dem Substrat (10) und dem Vibrator (20) vorgesehen ist, um den Vibrator (20) zu verschieben; dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator (20) mit einer Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) verbunden ist, die mit dem Substrat (10) verbunden sind; jede feststehende Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) an dem Substrat (10) befestigt ist und eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken; jede bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken und die zwischen den Elektrodenfingern der feststehenden Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) verschachtelt sind; der Vibrator (20) eine Vielzahl an quadratischen Durchgangslöchern (21a) hat, die bei gleichen Abständen angeordnet sind; und eine räumliche Beziehung durch 1/Wm + 1/Wk – 2/Da – 1/Dc = 0 oder im wesentlichen 0 definiert ist, wobei der Parameter Wm ein Abstand zwischen benachbarten Durchgangslöchern (21a) ist und der Parameter Wk eine Breite der Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) ist; und der Parameter Da ein Abstand in der Breitenrichtung zwischen den Elektrodenfingern der beweglichen und feststehenden Elektroden (23b1 bis 23b4, 56a1 bis 56a4) einer Servoelektrode (56-1 bis 56-4) zum Unterdrücken von Schwingungen des Vibrators (20) ist, wenn eine der Elektroden (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4) die Servoelektrode (56-1 bis 56-4) ist; und der Parameter Dc ein Abstand in der Breitenrichtung zwischen den Elektrodenfingern der beweglichen und der feststehenden Elektroden (23b1 bis 23b4, 56a1 bis 56a4) eines Antriebsüberwachungselektrodenpaares (52-1 bis 52-4) ist, das zum Überwachen des Vibrators (20) angetrieben wird, wenn ein anderes der Elektrodenpaare (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4) das Antriebsüberwachungselektrodenpaar (52-1 bis 52-4) ist.
Sensorvorrichtung mit einem Vibrator (20), der in Bezug auf ein Substrat (10) verschiebbar gestützt ist, einer Vielzahl an Elektrodenpaaren (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), die jeweils eine bewegliche Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4), die mit dem Vibrator (20) verbunden ist und die zusammen mit dem Vibrator (20) an dem Substrat (10) verschoben wird, und eine feststehende Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) haben, die an dem Substrat (10) so befestigt ist, dass sie der beweglichen Elektrode (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) zugewandt ist, und einer Vielzahl an Leitern (51b1 bis 51b4, 52b1 bis 52b4, 53b1 bis 53b4, 55b1 bis 55b4, 56b1 bis 56b4), die an dem Substrat (10) vorgesehen sind und mit den paarweise vorgesehenen Elektroden (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4), verbunden sind, um das Durchtreten von elektrischen Signalen zu ermöglichen, wobei eine Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) zwischen dem Substrat (10) und dem Vibrator (20) vorgesehen ist, um den Vibrator (20) zu verschieben; dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator (20) mit einer Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) verbunden ist, die mit dem Substrat (10) verbunden sind; jede der feststehenden Elektroden (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) an dem Substrat (10) befestigt ist und eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken; jede der beweglichen Elektroden (32a1 bis 32a4, 32b1 bis 32b4, 21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 32c1 bis 32c4, 23a1 bis 23a4, 23b1 bis 23b4) eine Vielzahl an Elektrodenfingern hat, die sich parallel zueinander erstrecken und die zwischen den Elektrodenfingern der feststehenden Elektrode (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) verschachtelt sind; der Vibrator (20) eine Vielzahl an quadratischen Durchgangslöchern (21a) hat, die bei gleichen Abständen angeordnet sind; und eine räumliche Beziehung durch 1/Wm – 1/Wk – 2/Ds – 1/Dc = 0 oder im wesentlichen 0 definiert ist, wobei der Parameter Wm ein Abstand zwischen benachbarten Durchgangslöchern (21a) ist; der Parameter Wk eine Breite der Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) ist; der Parameter Ds ein Abstand in der Breitenrichtung zwischen den Elektrodenfingern der beweglichen und feststehenden Elektroden (21a1 bis 21a4, 22a1 bis 22a4, 53a1 bis 53a4) einer Erfassungselektrode (53-1 bis 53-4) zum Erfassen einer Verschiebung des Vibrators (20) ist, wenn eines der Elektrodenpaare (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4) das Erfassungselektrodenpaar (53-1 bis 53-4) ist; und der Parameter Dc ein Abstand in der Breitenrichtung zwischen den Elektrodenfingern der beweglichen und feststehenden Elektroden (32b1 bis 32b4, 52a1 bis 52a4) eines Antriebsüberwachungselektrodenpaares (52-1 bis 52-4) ist, die zum Überwachen des Vibrators (20) angetrieben wird, wenn ein anderes der Elektrodenpaare (51-1 bis 51-4, 52-1 bis 52-4, 53-1 bis 53-4, 54-1 bis 54-4, 55-1 bis 55-4, 56-1 bis 56-4) das Antriebsüberwachungselektrodenpaar (52-1 bis 52-4) ist.
Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest einige Leiter (51i1 bis 51i4, 51j1 bis 51j2, 51k1 bis 51k2, 53i1 bis 53i4, 53j1 bis 53j2, 53k1 bis 53k4, 20f), die mit den feststehenden Elektroden (51a1 bis 51a4, 52a1 bis 52a4, 53a1 bis 53a4, 54a1 bis 54a4, 55a1 bis 55a4, 56a1 bis 56a4) verbunden sind, von dem Substrat (10) beabstandet sind.
Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gleiche Art an Leitern (51b1 bis 51b4, 52b1 bis 52b4, 53b1 bis 53b4, 55b1 bis 55b4, 56b1 bis 56b4, 51i1 bis 51i4, 51j1 bis 51j2, 51k1 bis 51k2, 53i1 bis 53i4, 53j1 bis 53j2, 53k1 bis 53k4, 20f) die gleiche Länge, die gleiche Breite und die gleiche Dicke hat.
Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) zwischen dem Substrat (10) und dem Vibrator (20) vorgesehen ist, um den Vibrator (20) zu verschieben; und ein Abstand (L1, L2, L3, L4, L5) zwischen zumindest einem Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) und einem benachbarten Element (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d, 22-1 bis 22-4, 31-1 bis 31-2) an irgendeiner Seite des Balkens (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) gleich ist und die in Vielzahl vorgesehenen Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) parallel zueinander sind.
Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das benachbarte Element (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d, 22-1 bis 22-4, 31-1 bis 31-2) ein benachbarter Balken (33-1 bis 33-4, 42a bis 42d, 43a bis 43d, 45a bis 45d, 46a bis 46d) ist.
Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Balken eine Geringwiderstandslage (B) aus Einkristallsilizium aufweisen.
Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (L1, L2, L3, L4, L5) 30 Mikrometer oder mehr beträgt.
Sensorgerät mit einer Sensorvorrichtung (10A) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, zumindest einem elektrischen Bauteil (110, 10B) und einer Tafel (100), die die Sensorvorrichtung (10A) und das zumindest eine elektrische Bauteil (110) aufnimmt, wobei die Sensorvorrichtung (10A) an der Tafel (100) derart sitzt, dass die Oberfläche des Substrates (10) so montiert ist, dass der Vibrator (20) in der Schwerkraftrichtung gerichtet ist, wenn das Sensorgerät betätigt wird.
Sensorgerät gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (10A) innerhalb eines Mantels (130) angeordnet ist.
Sensorgerät gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Inneren des Mantels (130) ein Unterdruck aufrechterhalten wird.