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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Beispielsweise die
JP-A-2005-514609 und die
JP-A-2004-163376 beschreiben herkömmliche Sensoren zur Erkennung einer Drehung (Winkelgeschwindigkeit) eines Objekts. Insbesondere schlägt die
JP-A-2005-514609 (
US 2004/0206176 A1 ) einen Drehwinkelsensor vor, der zwei strukturelle Bauteile enthält, von denen jedes ein Corioliselement (Gewicht) hat, welches um ein Detektorelement (Detektorgewicht) herum liegt. Corioliselemente sind direkt miteinander über eine Feder verbunden. Jedes Corioliselement ist mit einem entsprechenden Treibergewicht verbunden. Die
JP-A-2004-163376 (
US 2003/0206176 A1 ) schlägt einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit zwei strukturellen Bauteilen vor, von denen jedes äußere Massenabschnitte (Treibergewichte) hat, die um einen mittigen Massenabschnitt (Detektorgewicht) herum liegen. Jeder äußere Massenabschnitt ist direkt mit einem äußeren Tragausleger verbunden. Bei dem vorliegenden Aufbau bewegen sich, wenn der Sensor einen Stoß von außen her empfängt, Corioliselemente, welche direkt über Federn miteinander verbunden sind, und die äußeren Massenabschnitte, welche direkt miteinander über den äußeren Tragausleger verbunden sind, synchron in Richtung des Stoßes. Damit kann eine Stoßkomponente zu einer Komponente einer erkannten Winkelgeschwindigkeit versetzt („offset”) und von dieser entfernt werden.
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In der
JP-A-2005-514609 und der
JP-A-2004-163376 sind die Corioliselemente, welche zur Verursachung einer Antriebsenergie dienen, direkt über die Feder verbunden, und die äußeren Massenabschnitte, die zur Verursachung einer Antriebsenergie dienen, sind direkt mit dem äußeren Tragausleger verbunden. Es sei festzuhalten, dass die Detektorelemente nicht miteinander verbunden sind und die mittigen Massenabschnitte nicht miteinander verbunden sind. Bei den vorliegenden Aufbauten kann eine Synchronität zwischen den Corioliselementen und eine Synchronität zwischen den äußeren Massenabschnitten bezüglich eines Stoßes verbessert werden. Nichtsdestoweniger kann die Synchronität zwischen den Detektorelementen und die Synchronität zwischen den mittigen Massenabschnitten verschlechtert sein.
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Eine Abnahme der Synchronität zwischen dem Detektorelement oder eine Abnahme der Synchronität zwischen den mittigen Massenabschnitten kann zu einer Abnahme des Offsets der Komponente des Stoßes von der Komponente der erkannten Winkelgeschwindigkeit führen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts des Voranstehenden und weiterer Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor mit zwei Oszillatoren zu schaffen, von denen jeder ein Treibergewicht und ein Detektorgewicht hat, wobei der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor eine verbesserte Synchronität zwischen den Treibergewichten und eine verbesserte Synchronität zwischen den Detektorgewichten bezüglich eines Stoßes von außen hat.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor einen ersten Oszillator und einen zweiten Oszillator auf. Jeder von erstem Oszillator und zweitem Oszillator enthält einen Detektorabschnitt, der in einer Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist, wobei der Detektorabschnitt eine ortsfeste Detektorelektrode enthält, die von dem Substrat getragen wird, sowie ein Detektorgewicht, welches eine bewegliche Detektorelektrode gegenüberliegend der ortsfesten Detektorelektrode enthält und relativ zur ortsfesten Detektorelektrode beweglich ist. Jeder von erstem Oszillator und zweitem Oszillator enthält weiterhin einen Treiberabschnitt, der in der einen Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, wobei der Treiberabschnitt ein Treibergewicht enthält, welches eine bewegliche Treiberelektrode enthält, welche den Detektorabschnitt in einer Antriebsrichtung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung der beweglichen Detektorelektrode zu oszillieren vermag, sowie eine ortsfeste Treiberelektrode gegenüberliegend der beweglichen Treiberelektrode. Der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor kann, wenn eine Winkelgeschwindigkeit auftritt, während der Detektorabschnitt oszilliert, die Winkelgeschwindigkeit gemäß einer Änderung einer elektrischen Kapazität erkennen, wobei die Änderung durch eine Abstandsänderung zwischen der ortsfesten Detektorelektrode und der beweglichen Detektorelektrode verursacht wird, welche von einer Corioliskraft bewegt wird, die auf den Detektorabschnitt wirkt. Das Treibergewicht des ersten Oszillators und das Treibergewicht des zweiten Oszillators sind direkt über einen Treiberverbindungsausleger verbunden. Das Detektorgewicht des ersten Oszillators und das Detektorgewicht des zweiten Oszillators sind direkt über einen Detektorverbindungsausleger verbunden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die obigen und weitre Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung ist:
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1 eine Draufsicht auf einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Schnittdarstellung entlang Linie II-II in 1;
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3 eine Draufsicht auf einen Spannungsabbauabschnitt eines Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors;
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4 eine schematische Ansicht eines Äquivalenzmodells des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors von 1;
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5 eine Draufsicht auf einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Ansicht eines Äquivalenzmodells des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors von 5;
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7 eine Draufsicht auf einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 eine Schnittansicht entlang Linie VIII-VIII in 7;
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9 eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsabschnitts zwischen einem Detektorverbindungsausleger und einem Detektorgewicht gemäß einer fünften Ausführungsform;
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10 eine schematische Ansicht eines Strukturmodells mit einem Verbindungsabschnitt zwischen einem Detektorgewicht und einem Treibergewicht gemäß einer anderen Ausführungsform;
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11 eine schematische Ansicht eines Strukturmodells eines Drehwinkelsensors nach dem Stand der Technik; und
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12 eine schematische Ansicht eines Strukturmodells eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß dem Stand der Technik.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Zunächst werden Probleme im Stand der Technik gemäß der
JP-A-2005-514609 und der
JP-A-2004-163376 unter Bezugnahme auf die
11 und
12 beschrieben.
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11 ist eine schematische Ansicht eines Strukturmodells des Drehwinkelsensors, wie er in der
JP-A-2005-514609 vorgeschlagen ist. Wie in
11 gezeigt, wird jedes Detektorelement
700 (ms) von einem entsprechenden ortsfesten Abschnitt
710 gelagert und ist mit einem entsprechenden Corioliselement
720 (ml) verbunden. Die Corioliselemente
720 sind direkt miteinander über eine Feder
730 verbunden. Jedes Corioliselement
720 wird von dem entsprechenden ortsfesten Abschnitt
710 über ein entsprechendes Treibergewicht
740 (md) getragen.
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Bei dem vorliegenden Aufbau sind die Corioliselemente direkt miteinander über die Feder 730 verbunden. Damit kann eine Synchronität zwischen den Corioliselementen 720 verbessert werden. Andererseits sind die Detektorelemente 700 indirekt miteinander über die Corioliselemente 720 und die Feder 730 verbunden. Somit ist jedes Detektorelement 700 durch Bewegungseinflüsse von Corioliselement 720 und Feder 730 betroffen. Folglich ist die Synchronität zwischen den Detektorelementen 700 verschlechtert.
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12 ist eine schematische Ansicht, die ein Strukturmodell des Winkelgeschwindigkeitssensors zeigt, wie er in der
JP-A-2004-163376 vorgeschlagen ist. Wie in
12 gezeigt, ist jeder mittige Massenabschnitt
800 (ms) mit einem entsprechenden äußeren Massenabschnitt
810 (md1) verbunden. Die äußeren Massenabschnitte
810 (md1, md2) sind miteinander über einen entsprechenden äußeren Tragausleger
820 verbunden. Jeder äußere Tragausleger
820 ist von einem entsprechenden ortsfesten Abschnitt
830 gelagert.
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Bei diesem Aufbau ist jeder äußere Massenabschnitt 810 direkt mit dem äußeren Tragausleger 820 verbunden. Somit kann die Synchronität zwischen den äußeren Massenabschnitten 810 verbessert werden. Andererseits sind die mittigen Massenabschnitte 800 indirekt miteinander über die äußeren Massenabschnitte 810 und den äußeren Tragausleger 820 verbunden. Somit unterliegt jeder mittige Massenabschnitt 800 einem Bewegungseinfluss des äußeren Massenabschnitts 810 und des äußeren Tragauslegers 820. Folglich ist die Synchronität zwischen den mittigen Massenabschnitten 800 verschlechtert.
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Wie oben beschrieben, kann eine Verschlechterung der Synchronität zwischen den Detektorelementen 700 und eine Verschlechterung der Synchronität zwischen den mittigen Massenabschnitten 800, wenn ein Stoß auf die Sensoren wirkt, zu einer Abnahme des Effekts führen, dass die Stoßkomponente von der Komponente der erkannten Winkelgeschwindigkeit verschoben ist.
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Angesichts des Voranstehenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Nachfolgend wird die erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Im vorliegenden Beispiel dient ein Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor in der nachfolgenden Beschreibung zur Erkennung einer Winkelgeschwindigkeit als eine physikalische Größe. Beispielsweise wird der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor zur Erkennung einer Winkelgeschwindigkeit eines Fahrzeugs verwendet. Die Anwendung des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors ist nicht auf ein Fahrzeug beschränkt.
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1 ist eine Draufsicht, die einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Schnittdarstellung entlang Linie II-II in 1. Nachfolgend wird der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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Wie in 2 gezeigt, ist der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor auf einer Seite eines plattenförmigen Substrats 10 gebildet. Das Substrat 10 ist eine SOI-Platine (silicon-on-insulator) mit einer Struktur, bei der eine Opferschicht 13 zwischen einer Trägerplatine 11 und einer Halbleiterschicht 12 liegt. In der laminierten Struktur ist die Oberfläche der Halbleiterschicht 12 auf der gegenüberliegenden Seite der Opferschicht 13 äquivalent zu einer Seite des Substrats 10.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Richtung, die in der Ebene der einen Seite der Halbleiterschicht 12 beliebig festgelegt ist, eine x-Achsenrichtung, eine Richtung senkrecht zur x-Achsenrichtung ist eine y-Achsenrichtung und eine Richtung senkrecht zu der einen Seite der Halbleiterschicht 12 ist eine z-Achsenrichtung.
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Das Material für die Trägerplatine 11 ist beispielsweise ein Siliziumeinkristall. Das Material der Halbleiterschicht ist beispielsweise Polysilizium. Das Material der Opferschicht 13 ist beispielsweise Siliziumoxid (SiO2). Die Dicke der Trägerplatine 11 beträgt beispielsweise zwischen 450 Mikrometer und 600 Mikrometer. Die Dicke der Opferschicht 13 beträgt beispielsweise einige Mikrometer. Die Dicke der Halbleiterschicht 12 beträgt beispielsweise 25 Mikrometer.
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Zwei Oszillatoren einschließlich eines ersten Oszillators 100 und eines zweiten Oszillators 200 sind in der Halbleiterschicht 12 ausgebildet. Genauer gesagt, Detektorabschnitte 110, 210, Treiberabschnitte 120, 220 und ein Umfangsabschnitt 300 sind in der Halbleiterschicht 12 ausgebildet. Der erste Oszillator 100 ist gebildet aus dem Detektorabschnitt 110 und dem Treiberabschnitt 120. Der zweite Oszillator 200 ist gebildet aus dem Detektorabschnitt 210 und dem Treiberabschnitt 220.
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Nachfolgend wird der Aufbau der Oszillatoren 100, 200 beschrieben. Die Oszillatoren 100, 200 haben äquivalente Aufbauten. Damit wird der Aufbau der Oszillatoren 100, 200 zusammenfassend beschrieben.
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Jeder der Detektorabschnitte 110, 210 dient zur Erkennung einer Corioliskraft, die entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit des Sensors verursacht wird. Die Detektorabschnitte 110, 210 enthalten entsprechende ortsfeste Detektorelektroden 130, 230, Servoelektroden 131, 231 und rechteckrahmenförmige Detektorgewichte 140, 240.
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Die ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 und die Servoelektroden 131, 231 sind Elektroden, welche über die Opferschicht 13 an der Trägerplatine 11 befestigt sind. Die ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 und die Servoelektroden 131, 231 liegen innerhalb der Detektorgewichte 140, 240. Die ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 sind Elektroden zur Erkennung einer Kapazität. Die Servoelektroden 131, 231 sind Elektroden zur Steuerung von Bewegungen der Detektorgewichte 140, 240, wenn die Kapazität erkannt wird.
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Detektorkissen 132, 232 und Servokissen 133, 233 sind entsprechend auf den oberen Abschnitten der ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 und der Servoelektroden 131, 231 ausgebildet. Bonddrähte oder dergleichen sind mit den Detektorkissen 132, 232 und den Servokissen 133, 233 verbunden. Beim vorliegenden Aufbau wird die Übertragung eines elektrischen Potenzials der ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 an eine externe Vorrichtung ermöglicht. Zusätzlich ist das Anlegen einer Spannung entsprechend einer Servokraft von einer externen Vorrichtung an die Servoelektroden 131, 231 ermöglicht.
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Die Detektorgewichte 140, 240 dienen als Gewichte, welche entsprechend einer Corioliskraft beweglich sind, die durch eine Winkelgeschwindigkeit verursacht wird, die auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor wirkt. Die Detektorgewichte 140, 240 liegen entsprechend den ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 gegenüber. Die Detektorgewichte 140, 240 enthalten jeweils bewegliche Detektorelektroden 141, 241, die bezüglich der ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 beweglich sind.
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Die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 sind jeweils in das Innere der Detektorgewichte 140, 240 verlängert. Jede der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 ist von Kammzahnform und in y-Achsenrichtung beweglich. Auf diese Weise liegen die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 und die ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 in einer Kammzahnform, um Kammzahnelektroden zu bilden, die als eine Kapazität (Kondensator) arbeiten.
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Die Treiberabschnitte 120, 220 lassen die Detektorabschnitte 110, 210 in einer Antriebsrichtung (x-Achsenrichtung) schwingen, welche senkrecht zu einer Beweglichkeitsrichtung (y-Achsenrichtung) der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 ist. Die Treiberabschnitte 120, 220 liegen um die Detektorabschnitte 110, 210 herum.
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Die Treiberabschnitte 120, 220 enthalten entsprechend rechteckrahmenförmige Treibergewichte 150, 250, ortsfeste Treiberelektroden 160, 260, ortsfeste Abschnitte 170, 270, Treiberausleger 171, 271 und Trägerausleger 172, 272.
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Die Treibergewichte 150, 250 tragen jeweils die Detektorabschnitte 110, 210 über die Trägerausleger 172, 272, so dass die Detektorabschnitte 110, 210 relativ zu der Trägerplatine 11 schwebend sind. Zusätzlich dienen die Treibergewichte 150, 250 als Gewichte, die ermöglichen, dass die Detektorabschnitte 110, 210 in Antriebsrichtung (x-Achsenrichtung) schwingen. Genauer gesagt, die Treibergewichte 150, 250 schwingen in x-Achsenrichtung, um die Detektorgewichte 140, 240 in x-Achsenrichtung oszillieren zu lassen.
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Die Treibergewichte 150, 250 liegen entsprechend um die Detektorgewichte 140, 240 herum. Das heißt, die Detektorgewichte 140, 240 liegen entsprechend innerhalb der rechteckrahmenförmigen Treibergewichte 150, 250.
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Die Treibergewichte 150, 250 enthalten entsprechend bewegliche Treiberelektroden 151, 251. Die beweglichen Treiberelektroden 151, 251 oszillieren die Detektorabschnitte 110, 210 in Antriebsrichtung, die senkrecht zur Beweglichkeitsrichtung der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 ist. Jede der beweglichen Treiberelektroden 151, 251 enthält eine Mehrzahl von Elementen, die am Außenumfang der Treibergewichte 150, 250 angeordnet sind, um in Kammzahnform vorzuliegen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jede der beweglichen Treiberelektroden 151, 251 parallel zur x-Achse, um die Detektorabschnitte 110, 210 in x-Achsenrichtung schwingen zu lassen.
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Die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 sind Elektroden, die über die Opferschicht 13 an der Trägerplatine 11 befestigt sind. Die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 liegen entsprechend um die Treibergewichte 150, 250 herum. Die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 liegen entsprechend den beweglichen Treiberelektroden 151, 251 gegenüber. Jeder der ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 liegt parallel zur x-Achse. Die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 werden teilweise gemeinsam von den Oszillatoren 100, 200 verwendet.
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Die ortsfesten Abschnitte 170, 270 sind über die Opferschicht 13 an der Trägerplatine 11 befestigt. In der vorliegenden Ausführungsform liegen vier ortsfeste Abschnitte 170, 270 entsprechend um die Treibergewichte 150, 250 herum.
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Die Treiberausleger 171, 271 verbinden die Treibergewichte 150, 250 entsprechend mit den ortsfesten Abschnitten 170, 270. Jeder der Treiberausleger 171, 271 hat Elastizität.
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Die Trägerausleger 171, 271 verbinden die Treibergewichte 150, 250 entsprechend mit den Detektorgewichten 140, 240, welche jeweils innerhalb der Treibergewichte 150, 250 liegen. Jeder der Trägerausleger 172, 272 hat Elastizität. Bei der vorliegenden Ausführungsform verbinden vier Trägerausleger 172, 272 entsprechend die Detektorgewichte 140, 240 mit den Treibergewichten 150, 250.
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Bei dem vorliegenden Aufbau verbinden die ortsfesten Abschnitte 170, 270, die Treiberausleger 171, 271 und die Trägerausleger 172, 272 einstückig die Detektorgewichte 140, 240 mit den Treibergewichten 150, 250, um die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 zu lagern. Somit sind gemäß 2 die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 gegenüber der Trägerplatine 11 schwimmend gelagert, um in einem konstanten Abstand relativ zur Trägerplatine 11 zu sein. Die beweglichen Detektorelektroden 141, 241, die in den Detektorgewichten 140, 240 ausgebildet sind, und die beweglichen Treiberelektroden 151, 251, die in den Treibergewichten 150, 250 ausgebildet sind, sind auch in einem konstanten Abstand bezüglich der Trägerplatine 11 schwimmend gelagert.
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Jedes von ortsfesten Kissen 173, 273 ist auf einem oberen Abschnitt eines entsprechenden der ortsfesten Abschnitte 170, 270 ausgebildet, die sich zu einem Abschnitt zwischen den Oszillatoren 100, 200 erstrecken. Bonddrähte oder dergleichen sind entsprechend mit den ortsfesten Kissen 173, 273 verbunden, um das Anlegen einer bestimmten Spannung an die beweglichen Treiberelektroden 151, 251 über die ortsfesten Abschnitte 170, 270, die Treiberausleger 171, 271 und die Treibergewichte 150, 250 von einer externen Vorrichtung zu ermöglichen.
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Die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 liegen entsprechend um die Treibergewichte 150, 250 herum. Jedes von Treiberkissen 161, 261 ist auf einem oberen Abschnitt einer entsprechenden der ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 ausgebildet, die zu einem Abschnitt zwischen den Oszillatoren 100, 200 verlaufen. Bonddrähte oder dergleichen sind entsprechend mit den Treiberkissen 161, 261 verbunden, um die Übertragung eines elektrischen Potenzials der ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 an eine externe Vorrichtung zu ermöglichen. Die Treiberkissen 161 sind entsprechend an den ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 vorgesehen, die gemeinsam von den Oszillatoren 100, 200 verwendet werden.
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Der Umfangsabschnitt 300 liegt um die Oszillatoren 100, 200 herum. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Umfangsabschnitt 300 so ausgebildet, dass er den ersten Oszillator 100 und den zweiten Oszillator 200 zusammen umgibt. Umfangskissen 310 sind in dem Umfangsabschnitt 300 ausgebildet. Bonddrähte und dergleichen sind mit dem Umfangskissen 310 verbunden, um das Anlegen einer bestimmten Spannung an den Umfangsabschnitt 300 zu ermöglichen.
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Der Aufbau eines jeden der Oszillatoren 100, 200 wurde insoweit beschrieben. In den Oszillatoren 100, 200 verbindet ein Treiberverbindungsausleger 400 direkt das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 mit dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200, und ein Detektorverbindungsausleger 500 verbindet direkt das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 mit dem Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200. Nachfolgend wird die Verbindungsstruktur in den Oszillatoren 100, 200 beschrieben.
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Wie oben beschrieben, hat jedes der Treibergewichte 150, 250 eine Rechteckrahmenform. Bezug nehmend auf 1 hat das Treibergewicht 150 eine Öffnung 152 in einem Abschnitt gegenüber dem Treibergewicht 250 und das Treibergewicht 250 hat eine Öffnung 252 in einem Abschnitt gegenüber dem Treibergewicht 150.
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Der Treiberverbindungsausleger 400 verbindet eines der Öffnungsenden der Öffnung 152 mit dem anderen der Öffnungsenden der Öffnung 252. Der Treiberverbindungsausleger 400 verbindet das andere der Öffnungsenden der Öffnung 152 mit dem anderen der Öffnungsenden der Öffnung 252. Auf diese Weise verbinden die beiden Treiberverbindungsausleger 400 direkt das Treibergewicht 150 mit dem Treibergewicht 250.
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Die Detektorgewichte 140, 240 liegen entsprechend innerhalb der Treibergewichte 150, 250. Die Öffnungen 152, 252 sind entsprechend in den Treibergewichten 150, 250 ausgebildet. In dem vorliegenden Aufbau liegen die Detektorgewichte 140, 240 einander über die Öffnungen 152, 252 gegenüber. Der vorliegende Aufbau ermöglicht, dass der Detektorverbindungsausleger 500 die Detektorgewichte 140, 240 miteinander verbindet.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform verbinden die beiden Detektorverbindungsausleger 500 die Detektorgewichte 140, 240 über die Öffnungen 152, 252 der Treibergewichte 150, 250 direkt miteinander. Auf diese Weise liegen die Treibergewichte 150, 250 entsprechend außerhalb der Detektorgewichte 140, 240, um eine Treiber außen/Detektor innen-Struktur zu bilden. In einer solchen Treiber außen/Detektor innen-Struktur sind die Detektorgewichte 140, 240 entsprechend von den Treibergewichten 150, 250 umgeben. Daher ermöglichen die Öffnungen 152, 252, die entsprechend in den Treibergewichten 150, 250 vorgesehen sind, dass die Detektorverbindungsausleger 500 direkt die Detektorgewichte 140, 240 miteinander verbinden.
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Die Treiberverbindungsausleger 400 sind entsprechend mit den Öffnungsenden der Öffnungen 152, 252 der Treibergewichte 150, 250 verbunden. Die Detektorverbindungsausleger 500 liegen innerhalb der Öffnungen 152, 252 der Treibergewichte 150, 250. In dem vorliegenden Aufbau liegen die Detektorverbindungsausleger 500 zwischen den Treiberverbindungsauslegern 400.
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Zusätzlich hat gemäß 1 jeder der Detektorverbindungsausleger 500 einen Detektorverbindungsabschnitt 510, der ein gebogener Abschnitt des Detektorverbindungsauslegers 500 ist. Der Detektorverbindungsabschnitt 510 enthält einen Abschnitt, der in einer Richtung (y-Achsenrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform) verlängert ist, die zu einer Erstreckungsrichtung (x-Achsenrichtung) des Detektorverbindungsauslegers 500 unterschiedlich ist.
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In der Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 ist der Detektorverbindungsausleger 500 verlängert. Das heißt, die Verlängerungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 ist parallel sowohl zu einer Richtung, in der die Oszillatoren 100, 200 angeordnet sind, als auch zur Längsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500. In einer Verlängerungsrichtung des Treiberverbindungsauslegers 400 ist der Treiberverbindungsausleger 400 verlängert. Die Verlängerungsrichtung des Treiberverbindungsauslegers 400 ist parallel sowohl zur Richtung, in der die Oszillatoren 100, 200 angeordnet sind, als auch zur Längsrichtung des Treiberverbindungsauslegers 400.
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Der Detektorverbindungsabschnitt 510 hat U-Form (Hufeisenform). Genauer gesagt, ein Teil des Detektorverbindungsauslegers 500 ist senkrecht zur Verlängerungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 gebogen, um den Detektorverbindungsabschnitt 510 zu bilden. Insbesondere enthält der Detektorverbindungsabschnitt 510 einen Zweigabschnitt, der sich linear in Antriebsrichtung (x-Achsenrichtung) der Treibergewichte 150, 250 erstreckt, und einen Zweigabschnitt, der sich linear in Bewegungsrichtung (y-Achsenrichtung) der Detektorgewichte 140, 240 erstreckt, die eine Corioliskraft empfangen.
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Wie oben beschrieben, beträgt die Dicke der Halbleiterschicht 12 beispielsweise 25 Mikrometer. Daher ist die Dicke des Treiberverbindungsauslegers 400 und des Detektorverbindungsauslegers 500 beispielsweise 25 Mikrometer. Die Breite des Treiberverbindungsauslegers 400 und des Detektorverbindungsauslegers 500 beträgt beispielsweise 5 Mikrometer.
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Der Treiberverbindungsausleger 400 enthält einen Federabschnitt 600. Genauer gesagt, ein Teil des Treiberverbindungsauslegers 400 bildet den Federabschnitt 600, der sich in Verlängerungsrichtung des Treiberverbindungsauslegers 400 ausdehnt und zusammenzieht. Auf ähnliche Weise enthält der Detektorverbindungsausleger 500 die Federabschnitte 600. Genauer gesagt, der Detektorverbindungsabschnitt 510 des Detektorverbindungsauslegers 500 bildet teilweise die Federabschnitte 600. Die Federabschnitte 600 dehnen sich aus und ziehen sich zusammen, so dass sich das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht des zweiten Oszillators 200 sowohl in Verlängerungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 und in einer Richtung senkrecht zur Verlängerungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 bewegen. Jeder von Treiberverbindungsausleger 400 und Treiberverbindungsausleger 500 (Detektorverbindungsabschnitt 510) ist in Wellenform gebogen, um den Federabschnitt 600 zu bilden.
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Einer der Treiberverbindungsausleger 400 ist mit einem entsprechenden Federabschnitt 600 versehen. Einer der Detektorverbindungsausleger 500 enthält einen entsprechenden hufeisenförmigen Detektorverbindungsabschnitt 510 mit Zweigabschnitten, welche jeweils mit einem Federabschnitt 600 versehen sind. Das heißt, einer der Detektorverbindungsausleger 500 ist mit drei Federabschnitten 600 versehen.
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3 ist eine Draufsicht auf einen der Federabschnitte 600. Gemäß 3 ist der Federabschnitt 600 insgesamt von einer wellenförmigen Zickzackform. Zwei Stababschnitte 620 liegen parallel, um einen von linearen Abschnitten 610 zu bilden, der Zickzackform hat. Die linearen Abschnitte 610 sind sich wiederholend in Wellenform miteinander verbunden, um den Federabschnitt 600 zu bilden.
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Bei dem vorliegenden Aufbau des Federabschnitts 600 dehnt sich jeder Stababschnitt 620 des linearen Abschnitts 610 des Federabschnitts 600 nicht in Verlängerungsrichtung (Längsrichtung) des Stababschnitts 620 aus und zieht sich nicht zusammen. Daher dehnt sich der Federabschnitt 600 in einer Richtung aus und zieht sich in einer Richtung zusammen, in der die Kombination von linearen Abschnitten 610 in U-Form sich wiederholend angeordnet ist, um eine Zickzackform zu bilden. Somit dehnt sich der Treiberverbindungsausleger 400 im Federabschnitt 600 in Erstreckungsrichtung des Treiberverbindungsauslegers 400 aus und zieht sich in dieser zusammen (x-Achsenrichtung).
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In dem Detektorverbindungsausleger 500 ist der Federabschnitt 600 in jedem Zweigabschnitt des Detektorverbindungsabschnitts 510 angeordnet. Daher dehnt sich der Detektorverbindungsausleger 500 in Erstreckungsrichtung eines jeden Zweigabschnitts (Längsrichtung) aus und zieht sich zusammen. Somit kann sich der Detektorverbindungsausleger 500 in sowohl x-Achsenrichtung als auch y-Achsenrichtung ausdehnen und zusammenziehen. Dies ist der Gesamtaufbau eines Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors erläutert. Zunächst wird das Substrat 10 erstellt. Das Substrat 10 enthält die Opferschicht 13 auf der Trägerplatine 11 und die Halbleiterschicht 12, die auf der Opferschicht 13 ausgebildet ist. Ein Metallfilm, beispielsweise Aluminium, wird auf der Halbleiterschicht 12 gebildet. Die ortsfesten Kissen 173, 273, die Treiberkissen 161, 261 und das Umfangskissen 310 werden über einen fotolithografischen Ätzprozess auf dem Metallfilm ausgebildet.
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Nachfolgend werden die Muster der Detektorabschnitte 110, 210, der Treiberabschnitte 120, 220, des Umfangsabschnitts 300, des Treiberverbindungsauslegers 400 und des Detektorverbindungsauslegers 500 durch einen fotolithografischen Ätzprozess in der Halbleiterschicht 12 gebildet. Bei dem vorliegenden fotolithografischen Ätzprozess wird die Halbleiterschicht 12 so gemustert, dass die Detektorverbindungsabschnitte 510 in dem Detektorverbindungsausleger 500 gebildet werden und die Federabschnitte 600 in den Treiberverbindungsauslegern 400 und die Detektorverbindungsabschnitte 510 in den Detektorverbindungsauslegern 500 gebildet werden.
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Die Opferschicht 13 unter dem in der Halbleiterschicht 12 gebildeten Muster wird unter Verwendung eines Ätzmediums, beispielsweise Fluorwasserstoff (HF) in Gasform oder flüssiger Form, entfernt. Insbesondere wird unter Verwendung des Ätzmediums die Opferschicht 13 unter den beweglichen Detektorelektroden 141, 241, den Detektorgewichten 140, 240, den beweglichen Treiberelektroden 151, 251, den Treibergewichten 150, 250, den Trägerauslegern 172, 272, den Treiberauslegern 171, 271, dem Treiberverbindungsausleger 400 und dem Detektorverbindungsausleger 500 entfernt. Durch diesen Prozess werden die beweglichen Detektorelektroden 141, 241, die Detektorgewichte 140, 240, die beweglichen Treiberelektroden 151, 251, die Treibergewichte 150, 250, die Trägerausleger 172, 272, die Treiberausleger 171, 271, der Treiberverbindungsausleger 400 und der Detektorverbindungsausleger 500 von der Trägerplatine 11 entfernt (werden schwimmend gelagert). Auf diese Weise wird der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor hergestellt.
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In obiger Beschreibung wurde ein Herstellungsverfahren für ein einzelnes Element des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors erläutert. In der Realität wird eine Mehrzahl von Sensoren auf einem Siliziumwafer durch die obigen Abläufe gebildet und der Siliziumwafer wird einem Trennen (Trennschneiden) unterworfen, um die Mehrzahl von Sensoren aufzuteilen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erkennung einer Winkelgeschwindigkeit unter Verwendung des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors beschrieben, der mit den obigen Prozessen hergestellt wurde. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit auftritt, während die Treiberabschnitte 120, 220 die Detektorabschnitte 110, 210 antreiben, um die Detektorabschnitte 110, 210 schwingen zu lassen, wirkt auf die Detektorgewichte 140, 240 und die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 eine Corioliskraft. Die Corioliskraft bewirkt, dass die ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 und die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 ihren Zwischenabstand ändern. Somit erkennt der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor eine Winkelgeschwindigkeit abhängig von einer Änderung einer elektrischen Kapazität zwischen den Elektroden.
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Insbesondere wenn eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen den ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 und den beweglichen Treiberelektroden 151, 251 verursacht wird, werden die Treibergewichte 150, 250 in x-Achsenrichtung bewegt. Wenn somit eine Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz an die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 angelegt wird, schwingen die Treibergewichte 150, 250 mit der bestimmten Frequenz. Die bestimmte Frequenz ist eine gewünschte Schwingungsfrequenz der Treibergewichte 150, 250 und kann eine natürliche Schwingungsfrequenz der Oszillatoren 100, 200 sein.
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Unter diesen Bedingungen treiben die Treibergewichte 150, 250 entsprechend die Detektorgewichte 140, 240 in Antriebsrichtung (x-Achsenrichtung) an, so dass das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200 in entgegengesetzten Phasen sind (180 Grad Phasendifferenz). Auf diese Weise schwingen die Detektorgewichte 140, 240 ähnlich den Treibergewichten 150, 250 in x-Achsenrichtung.
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Unter der Bedingung, dass die Detektorgewichte 140, 240 auf diese Weise in X-Achsenrichtung schwingen, tritt, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse, welche senkrecht zur x-Achse und y-Achse ist, angelegt wird, eine Corioliskraft in y-Achsenrichtung auf. Die Corioliskraft bewegt die Detektorgewichte 140, 240 in y-Achsenrichtung relativ zu den Treibergewichten 150, 250. Die Detektorgewichte 140, 240 schwingen in einer Phase entgegengesetzt zueinander. Somit bewegt die Corioliskraft die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 in entgegengesetzte Richtungen, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse, die senkrecht zur Ebene des Substrats 10 ist, angelegt wird.
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Die Bewegung der Detektorgewichte 140, 240 kann gemessen werden durch Erkennung einer Kapazitätsänderung aufgrund einer Abstandsänderung zwischen den beweglichen Detektorelektroden 141, 241 und den ortsfesten Detektorelektroden 130, 230. Die Kapazitätsänderung zwischen den beweglichen Detektorelektroden 141, 241 und den ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 wird erkannt und eine Spannung entsprechend einer Servokraft wird an die Servoelektroden 131, 231 angelegt, um die Kapazitätsänderung zu unterdrücken. Somit wird die Winkelgeschwindigkeit gemäß der Spannung entsprechend der Servokraft gemessen.
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Wenn wie oben beschrieben ein Stoß von einem externen Objekt auf den Sensor aufgebracht wird, der die Winkelgeschwindigkeit erkennt, bewegen sich die Treibergewichte 150, 250 in Kombination und die Detektorgewichte 140, 240 bewegen sich in Kombination. Der vorliegende Ablauf wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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4 ist eine schematische Ansicht, die ein Äquivalenzmodell des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors von 1 zeigt. Gemäß 4 sind das Treibergewicht 150 (md) des ersten Oszillators 100 und das Treibergewicht 250 (md) des zweiten Oszillators 200 direkt miteinander über den Treiberverbindungsausleger 400 verbunden. Auf diese Weise sind die Treibergewichte 150, 250 der Oszillatoren 100, 200 zusammengefasst. Somit verursachen die Treibergewichte 150, 250 im Wesentlichen die gleiche Bewegung, wenn ein starker Stoß von einem externen Objekt auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor wirkt. Das heißt, die Treibergewichte 150, 250 sind direkt an den Treiberverbindungsauslegern 400 aufgehängt. Im vorliegenden Aufbau ist die Bewegung eines der Treibergewichte 150, 250 synchron zur Bewegung des anderen der Treibergewichte 150, 250.
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Zusätzlich sind das Detektorgewicht 140 (ms) des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 (ms) des zweiten Oszillators 200 über die Detektorverbindungsausleger 500 direkt miteinander verbunden. Auf diese Weise sind die Detektorgewichte 140, 240 der Oszillatoren 100, 200 zusammengefasst. Die Detektorgewichte 140, 240 sind direkt an den Detektorverbindungsauslegern 500 aufgehängt. In dem vorliegenden Aufbau ist die Bewegung eines der Detektorgewichte 140, 240 synchron zur Bewegung des anderen der Detektorgewichte 140, 240, wenn ein starker Stoß von einem externen Objekt auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor aufgebracht wird.
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Wenn ein Stoß auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor aufgebracht wird, wird eine Trägheitskraft bewirkt, um die Treibergewichte 150, 250 in Kombination und die Detektorgewichte 140, 240 in Kombination in Richtung des Stoßes zu bewegen. Das heißt, ein Stoß von einem externen Objekt bewirkt die gleiche Bewegung der Oszillatoren 100, 200. Somit kann eine Komponente eines Stoßes, die in der Bewegung der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 enthalten ist, offsetmäßig abgetrennt und entfernt werden, indem die Bewegung einer der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 von der anderen der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 subtrahiert wird. Das heißt, eine Komponente eines Stoßes kann abgetrennt und entfernt werden, indem eine Spannung, die an eine der Servoelektroden 131, 231 angelegt wird, von einer Spannung subtrahiert wird, die an die andere der Servoelektroden 131, 231 angelegt wird. Auf diese Weise kann eine Winkelgeschwindigkeit stabil erkannt werden und ausgegeben werden, und zwar im Wesentlichen ungeachtet eines Stoßes.
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Wie oben beschrieben, sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Treibergewichte 150, 250 direkt von den Treiberverbindungsauslegern 400 aufgehängt, um zusammengefasst zu sein. Zusätzlich sind die Detektorgewichte 140, 240 direkt von den Detektorverbindungsauslegern 500 aufgehängt, um zusammengefasst zu sein.
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Beim vorliegenden Aufbau bewegen sich die Treibergewichte 150, 250 in Kombination und die Detektorgewichte 140, 240 bewegen sich in Kombination. Somit kann sowohl die Synchronität zwischen den Treibergewichten 150, 250 als auch die Synchronität zwischen den Detektorgewichten 140, 240 bezüglich eines Stoßes verbessert werden, der von einem externen Objekt auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeübt wird.
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Wenn daher der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor von einem externen Objekt einen Stoß erhält, bewegen sich sämtliche Detektorgewichte 140, 240 und Treibergewichte 150, 250 der Oszillatoren 100, 200 zusammen in Richtung des Stoßes. Somit kann die Bewegung der beweglichen Detektorelektrode 141 des ersten Oszillators 100 und die Bewegung der beweglichen Detektorelektrode 241 des zweiten Oszillators 200 aufgehoben werden, wenn eine Bewegung durch einen Stoß erfolgt. Insbesondere kann die an die Servoelektroden 131, 231 angelegte Spannung aufgehoben werden. Auf diese Weise kann eine Stoßkomponente von der Winkelgeschwindigkeit entfernt werden.
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Weiterhin sind in der vorliegenden Ausführungsform die Federabschnitte 600 in den Detektorverbindungsauslegern 500 und den Treiberverbindungsauslegern 400 vorgesehen. In dem vorliegenden Aufbau sind die Treiberverbindungsausleger 400 so ausgelegt, dass sie sich teilweise ausdehnen und zusammenziehen. Daher sind die Treibergewichte 150, 250 der Oszillatoren 100, 200, die über die Treiberverbindungsausleger 400 verbunden sind, zueinander entgegengesetzt in der Verlängerungsrichtung der Treiberverbindungsausleger 400 (x-Achsenrichtung) beweglich. Zusätzlich können sich die Detektorverbindungsausleger 500 teilweise ausdehnen und zusammenziehen. Damit sind die Detektorgewichte 140, 240 der Oszillatoren 100, 200, die über die Detektorverbindungsausleger 500 verbunden sind, zueinander entgegengesetzt in Verlängerungsrichtung der Detektorverbindungsausleger 500 (x-Achsenrichtung) und der Richtung (y-Achsenrichtung) senkrecht zur Verlängerungsrichtung beweglich.
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Insbesondere hat jeder Detektorverbindungsabschnitt 510 des Detektorverbindungsauslegers 500 die Hufeisenform (U-Form) und der Federabschnitt 600 ist in jedem der Bestandteile der hufeisenförmigen Struktur angeordnet. Somit kann sich jeder Detektorverbindungsausleger 500 sowohl in x-Achsenrichtung als auch y-Achsenrichtung ausdehnen und zusammenziehen. Wenn bei vorliegendem Aufbau die Detektorgewichte 140, 240 mit entgegengesetzten Phasen betrieben werden, wird eine Corioliskraft in den Detektorgewichten 140, 240 bewirkt und die Corioliskraft bewegt die Detektorgewichte 140, 240 einander entgegengesetzt in y-Achsenrichtung.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Detektorgewichte 140, 240 direkt durch die beiden Detektorverbindungsausleger 500 aufgehängt. Somit kann eine von den Detektorgewichten 140, 240 auf die Detektorverbindungsausleger 500 ausgeübte Belastung auf die beiden Detektorverbindungsausleger 500 verteilt werden. Weiterhin, wenn die Detektorgewichte 140, 240 damit beginnen, sich um die z-Achse zu drehen, wird die durch die Drehung verursachte und von den Detektorgewichten 140, 240 ausgeübte Belastung auf die beiden Detektorverbindungsausleger 500 verteilt (unterteilt). Somit kann von der Drehung verursachte und auf jeden der Detektorverbindungsausleger 500 einwirkende Belastung verringert werden. Folglich kann eine Belastung aufgrund einer Drehung, die auf die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 wirkt, welche über die Detektorgewichte 140, 240 indirekt mit den Detektorverbindungsauslegern 500 verbunden sind, gemildert werden.
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Die ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 und die Servoelektroden 131, 231 können als Äquivalent zu einer ortsfesten Detektorelektrode sein.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachfolgend werden unterschiedliche Merkmale zur ersten Ausführungsform beschrieben. In dem Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform liegt die Treiber außen/Detektor innen-Struktur vor, bei der die Treibergewichte 150, 250 entsprechend außerhalb der Detektorgewichte 140, 240 liegen. Bei der zweiten Ausführungsform hat der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor eine Treiber innen/Detektor außen-Struktur.
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5 ist eine Draufsicht auf einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 5 sind der Umfangsabschnitt 300 und die Elektroden teilweise weggelassen. Die Oszillatoren 100, 200 haben äquivalenten Aufbau. Daher wird der Aufbau der Oszillatoren 100, 200 gemeinsam beschrieben.
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Wie in 5 gezeigt, hat jedes der Detektorgewichte 140, 240 eine Rechteckrahmenform. Die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 sind jeweils in dem Außenumfang der Detektorgewichte 140, 240 angeordnet und erstrecken sich parallel zur x-Achse. Die ortsfesten Detektorelektroden 130, 230 und die Servoelektroden 131, 231 liegen um die Detektorgewichte 140, 240 und jeweils gegenüber den beweglichen Detektorelektroden 141, 241.
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Die Treibergewichte 150, 250 liegen entsprechend innerhalb der Detektorgewichte 140, 240 mit jeweils Rechteckrahmenform. Bei der vorliegenden Ausführungsform hat jedes der Treibergewichte 150, 250 eine Blockform. Die beweglichen Treiberelektroden 151, 251 sind entsprechend am Außenumfang der Treibergewichte 150, 250 angeordnet und erstrecken sich parallel zur x-Achse. Die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 liegen entsprechend entlang dem Umfang der Treibergewichte 150, 250. Genauer gesagt, die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 liegen jeweils zwischen den Detektorgewichten 140, 240 und den Treibergewichten 150, 250. Die ortsfesten Treiberelektroden 160, 260 sind entsprechend gegenüberliegend den beweglichen Treiberelektroden 151, 251.
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Die Trägerausleger 172, 272 liegen jeweils zwischen den Detektorgewichten 140, 240 und den Treibergewichten 150, 250. Die Trägerausleger 172, 272 verbinden jeweils die Detektorgewichte 140, 240 mit den Treibergewichten 150, 250. Die ortsfesten Abschnitte 170, 270 liegen entsprechend zwischen den Detektorgewichten 140, 240 und den Treibergewichten 150, 250. Die Treiberausleger 171, 271 verbinden entsprechend die ortsfesten Abschnitte 170, 270 mit den Treibergewichten 150, 250. Somit sind die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 durch die ortsfesten Abschnitte 170, 270, die Treiberausleger 171, 271 und die Trägerausleger 172, 272 schwimmend gegenüber der Trägerplatine 11 und in einem konstanten Abstand relativ zur Trägerplatine 11 gelagert.
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Die Detektorgewichte 140, 240 liegen an einander gegenüberliegenden Abschnitten einander gegenüber, und die einander gegenüberliegenden Abschnitte haben jeweils Öffnungen 142, 242. Bei dem vorliegenden Aufbau liegen die Treibergewichte 150, 250 entsprechend innerhalb der Detektorgewichte 140, 240, die einander über die Öffnungen 142, 242 gegenüberliegen. Der Treiberverbindungsausleger 400 verbindet direkt das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 mit dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200 über die Öffnungen 142, 242 der Detektorgewichte 140, 240.
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Auf diese Weise liegen die Detektorgewichte 140, 240 entsprechend außerhalb der Treibergewichte 150, 250, um die Treiber innen/Detektor außen-Struktur zu bilden. Bei einer solchen Treiber innen/Detektor außen-Struktur sind die Treibergewichte 150, 250 entsprechend von den Detektorgewichten 140, 240 umgeben. Daher ermöglichen die Öffnungen 141, 242, die in den Detektorgewichten 140, 240 vorgesehen sind, dass die Treiberverbindungsausleger 400 die Treibergewichte 150, 250 direkt miteinander verbinden.
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Die Detektorverbindungsausleger 500 liegen zwischen dem Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und dem Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200. Die Detektorverbindungsausleger 500 verbinden direkt die Detektorgewichte 140, 240 miteinander. Die Detektorgewichte 140, 240 liegen einander in den einander gegenüberliegenden Abschnitten gegenüber. Einer der Detektorverbindungsausleger 500 verbindet direkt ein Öffnungsende der Öffnung 142 des gegenüberliegenden Abschnitts des Detektorgewichts 140 mit einem Öffnungsende der Öffnung 242 des gegenüberliegenden Abschnitts des Detektorgewichts 240. Der andere der Detektorverbindungsausleger 500 verbindet direkt das andere Öffnungsende der Öffnung 142 des gegenüberliegenden Abschnitts des Detektorgewichts 140 mit dem anderen Öffnungsende der Öffnung 242 des gegenüberliegenden Abschnitts des Detektorgewichts 240. Im vorliegenden Aufbau liegt der Treiberverbindungsausleger 400 zwischen den Detektorverbindungsauslegern 500.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Detektorverbindungsabschnitt 510 in dem Detektorverbindungsausleger 500 vorgesehen. Zusätzlich sind die Federabschnitte 600 in dem Detektorverbindungsabschnitt 510 vorgesehen. Der Federabschnitt 600 ist in dem Treiberverbindungsausleger 400 vorgesehen.
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6 ist eine schematische Ansicht, die ein Äquivalenzmodell des Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensors von 5 zeigt. In der Treiber innen/Detektor außen-Struktur von 6 verbindet, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, der Treiberverbindungsausleger 400 direkt das Treibergewicht 150 (md) des ersten Oszillators 100 mit dem Treibergewicht 250 (md) des zweiten Oszillators 200. Zusätzlich verbinden die Detektorverbindungsausleger 500 direkt das Detektorgewicht 140 (ms) des ersten Oszillators 100 mit dem Detektorgewicht 240 (ms) des zweiten Oszillators 200.
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Bei dem vorliegenden Aufbau sind die Treibergewichte 150, 250 direkt von dem Treiberverbindungsausleger 400 aufgehängt und die Detektorgewichte 140, 240 sind direkt von dem Detektorverbindungsausleger 500 aufgehängt. Wenn daher ein starker Stoß von einem externen Gegenstand auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor wirkt, ist die Bewegung eines der Treibergewichte 150, 250 mit der Bewegung des anderen der Treibergewichte 150, 250 synchronisiert. Zusätzlich, wenn ein starker Stoß von einem externen Objekt auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor einwirkt, ist eine Bewegung eines der Detektorgewichte 140, 240 synchron zur Bewegung des anderen der Detektorgewichte 140, 240. Auf diese Weise erfolgt in Antwort auf einen Stoß von einem äußeren Objekt eine gleiche Bewegung der Oszillatoren 100, 200. Daher kann eine Komponente eines Stoßes einem Offset unterworfen werden und aus der Winkelgeschwindigkeit beseitigt werden, die unter Verwendung der Oszillatoren 100, 200 erhalten wird.
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Auf diese Weise liegen die Detektorgewichte 140, 240 entsprechend außerhalb der Treibergewichte 150, 250, um die Treiber innen/Detektor außen-Struktur zu bilden. In einer solchen Treiber innen/Detektor außen-Struktur ermöglichen die Öffnungen 142, 242, die entsprechend in den Detektorgewichten 140, 240 vorgesehen sind, dass die Treiberverbindungsausleger 400 direkt die Treibergewichte 150, 250 miteinander verbinden. Daher können die Treibergewichte 150, 250 direkt über den Treiberverbindungsausleger 400 verbunden werden und die Detektorgewichte 140, 240 können direkt über den Detektorverbindungsausleger 500 verbunden werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Nachfolgend werden unterschiedliche Merkmale zu den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben. In den obigen Ausführungsformen sind die Detektorgewichte 140, 240, die Treibergewichte 150, 250, die Detektorverbindungsausleger 500 und die Treiberverbindungsausleger 400 in einer gleichen Höhenlage (gleichen Schicht) in der Halbleiterschicht 12 gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform liegen die Detektorverbindungsausleger 500 in einer Lage unterschiedlich zur Lage der Detektorgewichte 140, 240, der Treibergewichte 150, 250 und der Treiberverbindungsausleger 400, um eine Mehrschichtstruktur zu bilden.
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7 ist eine Draufsicht auf einen Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 8 ist eine Schnittdarstellung entlang Linie VIII-VIII in 7.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Halbleiterschicht 12 des Substrats 10 eine Mehrschichtstruktur mit einer Mehrzahl von Schichten. Die Detektorabschnitte 110, 210, die Treiberabschnitte 120, 220 und der Umfangsabschnitt 300 sind in der untersten Lage am nächsten zur Opferschicht 13 in der Mehrschichtstruktur gebildet.
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Gemäß 7 ist jedes der Treibergewichte 150, 250 von einer Rechteckrahmenform, ähnlich zur ersten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform sind in den Treibergewichten 150, 250 keine Öffnungen 152, 252 ausgebildet. Somit hat jedes der Treibergewichte 150, 250 eine geschlossene Struktur. Gemäß 8 liegen die Treibergewichte 150, 250 in der untersten Lage der Halbleiterschicht 12 mit der Mehrschichtstruktur.
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Die Treiberverbindungsausleger 400 liegen in der gleichen Lage wie die Treibergewichte 150, 250. Das heißt, die Treiberverbindungsausleger 400 liegen in der untersten Lage der Mehrschichtstruktur. Die Treiberverbindungsausleger 400 verbinden das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 mit dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200.
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Die Detektorgewichte 140, 240 liegen entsprechend innerhalb der Treibergewichte 150, 250. Wie in 8 gezeigt, liegen die Detektorgewichte 140, 240 in einer höheren Lage als die Treibergewichte 150, 250 gesehen von anderen Oberfläche 11a (Referenzhöhe) auf der gegenüberliegenden Seite der einen Oberfläche des Substrats 10. Die andere Oberfläche 11a auf der gegenüberliegenden Seite der einen Oberfläche des Substrats 10 ist äquivalent zu einer Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite einer Oberfläche der Trägerplatine 11 auf Seiten der Opferschicht 13.
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Das heißt, die Detektorgewichte 140, 240 liegen sowohl auf der untersten Lage der Mehrschichtstruktur der Halbleiterschicht 12 als auch der Schicht, die auf der Oberseite der untersten Lage liegt. Auf diese Weise sind die Detektorgewichte 140, 240 über der Mehrzahl von Schichten in der Mehrschichtstruktur der Halbleiterschicht 12 gebildet. Damit sind die Detektorgewichte 140, 240 dicker als die Treibergewichte 150, 250, die in der untersten Lage der Mehrschichtstruktur gebildet sind. Daher stehen die Detektorgewichte 140, 240 bezüglich der anderen Oberfläche 11a (Referenz) des Substrats 10 über die Treibergewichte 150, 250 vor.
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Die Detektorverbindungsausleger 500 liegen in einer höheren Lage als die Treibergewichte 150, 250. Das heißt, die Detektorverbindungsausleger 500 sind in der Schicht ausgebildet, die in einer höheren Lage als die Treibergewichte 150, 250 liegt, um nicht in Kontakt mit den Treibergewichten 150, 250 zu sein. Auf diese Weise verlaufen die Detektorverbindungsausleger 500 über die Treibergewichte 150, 250 hinweg. Zusätzlich verbinden die Detektorverbindungsausleger 500 direkt das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 mit dem Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200.
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Wie oben beschrieben, sind in der Treiber außen/Detektor innen-Struktur die Detektorgewichte 140, 240 entsprechend von den Treibergewichten 150, 250 umgeben. In der vorliegenden Ausführungsform hat gemäß obiger Beschreibung die Halbleiterschicht 12 die Mehrschichtstruktur mit der Mehrzahl von Schichten. Daher können die Detektorverbindungsausleger 500 in einer Lage unterschiedlich zur Lage der Treibergewichte 150, 250 und des Treiberverbindungsauslegers 400 angeordnet werden. Die Detektorgewichte 140, 240 liegen höher als die Treibergewichte 150, 250. Zusätzlich liegen die Detektorverbindungsausleger 500 in einer höheren Lage als die Treibergewichte 150, 250. Damit können die Detektorgewichte 140, 240 direkt über die Detektorverbindungsausleger 500 verbunden werden, ohne dass die Öffnungen 152, 252 in den Treibergewichten 150, 250 ausgebildet werden.
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In diesem Fall müssen die Öffnungen 152, 252 nicht in den Treibergewichten 150, 250 ausgebildet werden. Folglich hat jedes der Treibergewichte 150, 250 eine geschlossene Rechteckrahmenform. Damit kann die Steifigkeit der Treibergewichte 150, 250 verbessert werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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Nachfolgend werden unterschiedliche Merkmale zur dritten Ausführungsform beschrieben. In der dritten Ausführungsform hat der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor die Treiber außen/Detektor innen-Struktur und die Halbleiterschicht 12 hat die Mehrschichtstruktur. Damit liegt der Detektorverbindungsausleger 500 in einer höheren Lage als die Treibergewichte 150, 250 etc. In der vorliegenden Ausführungsform hat der Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor die Treiber innen/Detektor außen-Struktur und die Halbleiterschicht 12 hat die Mehrschichtstruktur.
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In diesem Fall (nicht gezeigt) hat jedes der Detektorgewichte 140, 240 eine Rechteckrahmenform und die Öffnungen 142, 242 sind nicht ausgebildet. Das heißt, jedes der Detektorgewichte 140, 240 hat eine geschlossene Struktur. Die Detektorverbindungsausleger 500 liegen in der gleichen Lage wie die Treibergewichte 150, 250. Das heißt, die Detektorverbindungsausleger 500 liegen in der niedrigsten Schicht der Mehrschichtstruktur der Halbleiterschicht 12. Die Detektorverbindungsausleger 500 verbinden das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 mit dem Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200.
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Die Treibergewichte 150, 250 liegen entsprechend innerhalb der Detektorgewichte 140, 240. Auf diese Weise sind die Treibergewichte 150, 250 in der Mehrschichtstruktur der Halbleiterschicht 12 über der Mehrzahl von Schichten ausgebildet. Damit sind die Treibergewichte 150, 250 dicker als die Detektorgewichte 140, 240, die in der Mehrschichtstruktur in der untersten Lage gebildet sind. Daher sind die Treibergewichte 150, 250 bezüglich der anderen Oberfläche 11a (Referenz) des Substrats 10 höher als die Detektorgewichte 140, 240.
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Die Treiberverbindungsausleger 400 liegen in einer höheren Lage als die Detektorgewichte 140, 240, um nicht in Kontakt mit den Detektorgewichten 140, 240 zu sein. Auf diese Weise erstrecken sich die Treiberverbindungsausleger 400 über die Detektorgewichte 140, 240. Zusätzlich verbinden die Treiberverbindungsausleger 400 direkt das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 mit dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200.
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Wie oben beschrieben, sind in der Treiber innen/Detektor außen-Struktur die Treibergewichte 150, 250 höher als die Detektorgewichte 140, 240 und die Treiberverbindungsausleger 400 liegen in einer höheren Lage der Detektorgewichte 140, 240. Somit können die Treiberverbindungsausleger 400 die Treibergewichte 150, 250 direkt miteinander verbinden.
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Auf diese Weise müssen Öffnungen 142, 242 nicht in den Detektorgewichten 140, 240 ausgebildet werden. Folglich hat jedes der Detektorgewichte 140, 240 eine geschlossene Rechteckrahmenform. Daher ist die Steifigkeit der Detektorgewichte 140, 240 verbesserbar.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Nachfolgend werden Merkmale unterschiedlich zu denjenigen der ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsabschnitts zwischen einem Detektorverbindungsausleger 500 und den Detektorgewichten 140, 240 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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Wie in 9 gezeigt, haben die Detektorgewichte 140, 240 Seitenerstreckungen 143, 243 senkrecht zu der einen Oberfläche des Substrats 10. Der Detektorverbindungsausleger 500 hat eine Seitenerstreckung 520 senkrecht zu der einen Oberfläche des Substrats 10. Ein Verbindungsabschnitt zwischen den Seitenerstreckungen 143, 243 der Detektorgewichte 140, 240 und der Seitenerstreckung 520 des Detektorverbindungsauslegers 500 ist abgeschrägt. Auf diese Weise ist die Dicke des Verbindungsabschnitts zwischen dem Detektorverbindungsausleger 500 und den Detektorgewichten 140, 240 erhöht. Damit ist die Festigkeit des Verbindungsabschnitts zwischen dem Detektorverbindungsausleger 500 und den Detektorgewichten 140, 240 verbesserbar. Folglich können auf den Verbindungsabschnitt wirkende Belastungen verringert werden, wenn die Detektorgewichte 140, 240 eine Kraft auf den Detektorverbindungsausleger 500 ausüben.
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Ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Detektorverbindungsausleger 500 und den Treibergewichten 150, 250 ist gemäß 9 abgeschrägt.
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(Andere Ausführungsformen)
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In den obigen Ausführungsformen wird als Substrat 10 eine Silizium-auf-Isolator-Karte verwendet. Die Silizium-auf-Isolator-Karte ist ein Beispiel für das Substrat 10, und es kann auch ein anderes Material als eine Silizium-auf-Isolator-Karte vorliegen.
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In der ersten Ausführungsform sind die Treiberverbindungsausleger 400 mit den Öffnungsenden der Öffnungen 152, 252 der Treibergewichte 150, 250 verbunden. Es sei festzuhalten, dass die Verbindungspositionen der Treiberverbindungsausleger 400 mit den Treibergewichten 150, 250 ein Beispiel sind. Der Treiberverbindungsausleger 400 kann an einem anderen Abschnitt als dem Öffnungsende der Öffnungen 152, 252 der Treibergewichte 150, 250 angebracht sein.
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In der zweiten Ausführungsform sind die beiden Detektorverbindungsausleger 500 mit dem Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200 verbunden. Die Verbindungspositionen der Detektorverbindungsausleger 500 mit den Detektorgewichten 140, 240 sind ein Beispiel, und es können andere Verbindungspositionen vorliegen.
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In den obigen Ausführungsformen sind der Treiberverbindungsausleger 400 und der Detektorverbindungsausleger 500 (Detektorverbindungsabschnitt 510) teilweise in einer Zickzackwellenform, um die Federabschnitte 600 gemäß 3 zu bilden. Der Aufbau des Federabschnitts 600 gemäß 3 ist ein Beispiel. Der Federabschnitt 600 kann einen anderen Aufbau haben. Beispielsweise kann ein Teil des Treiberverbindungsauslegers 400 und ein Teil des Detektorverbindungsauslegers 500 (Detektorverbindungsabschnitt 510) eine V-Form oder Bogenform haben, um den Federabschnitt 600 zu bilden. Der Federabschnitt 600 kann zwei parallele Ausleger haben, die an beiden Enden verbunden sind, um eine Rechteckrahmenform zu haben. In diesem Fall kann der Federabschnitt 600 als eine Feder arbeiten, die in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der beiden Ausleger verformbar ist. Unter Berücksichtigung eines Platzbedarfs des Federabschnitts 600 oder dergleichen kann der Federabschnitt 600 zumindest entweder von Zickzackwellenform oder V-Form oder Bogenform sein. Der Federabschnitt 600 kann unterschiedliche Formen haben.
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In den obigen Ausführungsformen sind drei Federabschnitte 600 in einem Element des Detektorverbindungsauslegers 500 angeordnet und ein Federabschnitt 600 ist in einem Element des Treiberverbindungsauslegers 400 angeordnet. Die Anzahl der Federabschnitte 600 ist exemplarisch. Die Anzahl von Federabschnitt(en) 600 in einem Element des Detektorverbindungsauslegers 500 und einem Element des Treiberverbindungsauslegers 400 kann beliebig festgelegt werden.
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In den obigen Ausführungsformen ist ein Detektorverbindungsabschnitt 510 in einem Element des Detektorverbindungsauslegers 500 angeordnet. Es sei festzuhalten, dass eine Mehrzahl von Detektorverbindungsabschnitten 510 in einem Element des Detektorverbindungsauslegers 500 vorgesehen werden kann.
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In obigen Ausführungsformen ist der Detektorverbindungsausleger 500 mit dem Detektorverbindungsabschnitt 510 in Hufeisenform (U-Form) versehen. Die Form des Detektorverbindungsabschnitts 510 ist nicht auf die U-Form beschränkt und kann eine andere Form sein. Beispielsweise kann die Form des Detektorverbindungsabschnitts 510 eine V-Form, eine Trapezform, eine Rhombusform oder dergleichen haben.
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In obigen Ausführungsformen sind die Treibergewichte 150, 250 direkt miteinander über die beiden Detektorverbindungsausleger 500 verbinden. Die Anzahl der Detektorverbindungsausleger 500 ist ein Beispiel. Die Anzahl der Detektorverbindungsausleger 500 kann einer oder drei oder mehr sein. Beispielsweise kann die Position der Federabschnitte 600 in einem Element des Treiberverbindungsauslegers 400 und die Position der Federabschnitte 600 in einem Element des Detektorverbindungsauslegers 500 symmetrisch (liniensymmetrisch) in der x-Achsenrichtung sein. In diesem Fall kann die Bewegungssymmetrie der Treibergewichte 150, 250 und der Detektorgewichte 140, 240 verbessert werden.
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In obigen Ausführungsformen sind die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 direkt mit den Trägerauslegern 172, 272 verbunden. Alternativ kann ein zusätzliches Gewicht zwischen die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 gesetzt werden. Wie beispielsweise in dem Modell von 10 gezeigt, können Verbindungsabschnitte 180, 280 (ml) als ein zusätzliches Gewicht zwischen die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 gesetzt werden und diese Bauteile können über die Trägerausleger 172, 272 verbunden werden. Wenn die Verbindungsabschnitte 180, 280 auf diese Weise vorgesehen werden, können die Detektorgewichte 140, 240 direkt über den Detektorverbindungsausleger 500 verbunden werden und die Treibergewichte 150, 250 können direkt über den Treiberverbindungsausleger 400 verbunden werden.
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Die obigen Ausführungsformen zusammenfassend sind das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 und das Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200 direkt über den Treiberverbindungsausleger 400 verbunden. Das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200 sind direkt über den Detektorverbindungsausleger 500 verbunden.
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Bei dem vorliegenden Aufbau sind die Treibergewichte 150, 250 der Oszillatoren 100, 200 über den Treiberverbindungsausleger 400 kombiniert und die Detektorgewichte 140, 240 der Oszillatoren 100, 200 sind über den Detektorverbindungsausleger 500 kombiniert. Daher kann die Synchronität zwischen den Treibergewichten 150, 250 und die Synchronität zwischen den Detektorgewichten 140, 240 mit Blick auf einen Stoß von einem externen Objekt verbessert werden.
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Der Treiberverbindungsausleger 400 enthält den Federabschnitt 600. Ein Teil des Treiberverbindungsauslegers 400 hat den Federabschnitt 600, um sich in Erstreckungsrichtung des Treiberverbindungsauslegers 400 auszudehnen und zusammenzuziehen. Der Detektorverbindungsausleger 500 enthält den Detektorverbindungsabschnitt 510, der gebildet wird durch Biegen eines Teils des Detektorverbindungsauslegers 500. Der Detektorverbindungsausleger 500 weist weiterhin den Federabschnitt 600 auf, der in einem Teil des Detektorverbindungsabschnitts 510 gebildet ist. Der Federabschnitt 600 dehnt sich aus und zieht sich zusammen, so dass das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200 sich beide in Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 und in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 bewegen.
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In dem vorliegenden Aufbau sind das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 und das Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200, die miteinander über den Treiberverbindungsausleger 400 verbunden sind, einander entgegengesetzt in Erstreckungsrichtung des Treiberverbindungsauslegers 400 beweglich.
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Zusätzlich sind das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200, die miteinander über den Detektorverbindungsausleger 500 verbunden sind, einander entgegengesetzt sowohl in Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 als auch in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung beweglich.
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Ein Teil des Detektorverbindungsauslegers 500 ist abgebogen, um senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 zu sein, damit der Detektorverbindungsabschnitt 510 in U-Form gebildet wird. Der Federabschnitt 600 des Detektorverbindungsauslegers 500 ist sowohl am ersten Abschnitt als auch am zweiten Abschnitt des U-förmigen Detektorverbindungsabschnitts 510 angeordnet. Der erste Abschnitt ist parallel zur Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500. Der zweite Abschnitt ist parallel zu einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500.
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Im vorliegenden Aufbau dehnt sich ein Teil des Detektorverbindungsabschnitts 510 sowohl in Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 als auch in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsauslegers 500 aus und zieht sich zusammen. Daher sind das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200, die miteinander über den Detektorverbindungsausleger 500 verbunden sind, einander entgegengesetzt sowohl in Erstreckungsrichtung des Detektorverbindungsabschnitts 510 als auch in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung beweglich.
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Der Federabschnitt 600 hat wenigstens entweder eine Wellenform oder eine V-Form oder eine Bogenform.
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Die Detektorgewichte 140, 240 haben die Seitenerstreckungen 143, 243 senkrecht zu der einen Oberfläche des Substrats 10. Der Detektorverbindungsausleger 500 hat die Seitenerstreckung 520 senkrecht zu der einen Oberfläche des Substrats 10. Ein Verbindungsabschnitt zwischen den Seitenerstreckungen 143, 243 der Detektorgewichte 140, 240 und der Seitenerstreckung 520 des Detektorverbindungsauslegers 500 ist abgeschrägt.
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Auf diese Weise wird eine Dicke des Verbindungsabschnitts zwischen dem Detektorverbindungsausleger 500 und den Detektorgewichten 140, 240 erhöht. Im Verbindungsabschnitt erzeugte Belastungen können damit verringert werden.
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Der Detektorverbindungsausleger 500 enthält wenigstens zwei Detektorverbindungsauslegerelemente 500. Das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200 sind direkt miteinander über die wenigstens zwei Detektorverbindungsauslegerelemente 500 verbunden.
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Im vorliegenden Aufbau kann von den Detektorgewichten 140, 240 aufgebrachte Belastung auf die wenigstens zwei Detektorverbindungsauslegerelemente 500 verteilt werden. Zusätzlich dienen die wenigstens zwei Detektorverbindungsauslegerelemente 500 dazu, eine Drehung der Detektorgewichte 140, 240 um eine Achse senkrecht zu der einen Seite des Substrats 10 zu verhindern. Damit kann eine Belastung verringert werden, welche durch Drehung der Detektorgewichte 140, 240 verursacht wird und auf den Detektorverbindungsausleger 500 wirkt. Folglich kann eine Belastung aufgrund einer Drehung, die auf die Detektorgewichte 140, 240 und die Treibergewichte 150, 250 wirkt, welche indirekt mit den Detektorverbindungsauslegerelementen 500 verbunden sind, gemildert werden.
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Jedes der Treibergewichte 150, 250 hat Rechteckrahmenform. Die Treibergewichte 150, 250 haben jeweils gegenüberliegende Abschnitte, in welchen die Treibergewichte 150, 250 einander gegenüberliegen. Die gegenüberliegenden Abschnitte haben jeweils die Öffnungen 152, 252. Die Detektorgewichte 140, 240 liegen entsprechend innerhalb der Treibergewichte 150, 250. Der Detektorverbindungsausleger 500 verbindet direkt das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 mit dem Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200 über die Öffnungen 152, 252 der Treibergewichte 150, 250.
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Auf diese Weise liegen die Treibergewichte 150, 250 entsprechend außerhalb der Detektorgewichte 140, 240, um die Treiber außen/Detektor innen-Struktur zu bilden. In einer solchen Treiber außen/Detektor innen-Struktur sind die Detektorgewichte 140, 240 entsprechend von den Treibergewichten 150, 250 umgeben. Damit ermöglichen die Öffnungen 152, 252, die in den Treibergewichten 150, 250 ausgebildet sind, dass der Detektorverbindungsausleger 500 die Detektorgewichte 140, 240 direkt miteinander verbindet.
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Jedes der Detektorgewichte 140, 240 hat Rechteckrahmenform. Die Detektorgewichte 140, 240 haben einander gegenüberliegende Abschnitte, an welchen die Detektorgewichte 140, 240 einander gegenüberliegen. Die gegenüberliegenden Abschnitte haben die Öffnungen 142, 242. Die Treibergewichte 150, 250 liegen entsprechend innerhalb der Detektorgewichte 140, 240. Der Treiberverbindungsausleger 400 verbindet direkt das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 mit dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200 durch die Öffnungen 142, 242 der Detektorgewichte 140, 240.
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Auf diese Weise liegen die Detektorgewichte 140, 240 entsprechend außerhalb der Treibergewichte 150, 250, um die Treiber innen/Detektor außen-Struktur zu bilden. In einer solchen Treiber innen/Detektor außen-Struktur sind die Treibergewichte 150, 250 entsprechend von den Detektorgewichten 140, 240 umgeben. Daher ermöglichen die Öffnungen 142, 242, die entsprechend in den Detektorgewichten 140, 240 ausgebildet sind, dass der Treiberverbindungsausleger 400 die Treibergewichte 150, 250 direkt miteinander verbindet.
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Jedes der Treibergewichte 150, 250 hat Rechteckrahmenform. Die Detektorgewichte 140, 240 liegen entsprechend innerhalb der Treibergewichte 150, 250. Die Detektorgewichte 140, 240 sind höher als die Treibergewichte 150, 250 bezüglich der anderen Oberfläche 11a, welche eine Referenz auf der gegenüberliegenden Seite der einen Oberfläche des Substrats 10 ist. Der Detektorverbindungsausleger 500 liegt in einer höheren Lage als die Treibergewichte 150, 250. Der Detektorverbindungsausleger 500 überbrückt die Treibergewichte 150, 250, um das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 direkt mit dem Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200 zu verbinden. Der Treiberverbindungsausleger 400 liegt auf gleicher Höhe wie die Treibergewichte 150, 250. Der Treiberverbindungsausleger 400 verbindet direkt das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 mit dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200.
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Die Treibergewichte 150, 250 liegen entsprechend außerhalb der Detektorgewichte 140, 240, um die Treiber außen/Detektor innen-Struktur zu bilden. In der Treiber außen/Detektor innen-Struktur sind die Detektorgewichte 140, 240 entsprechend von den Treibergewichten 150, 250 umgeben. Die Detektorgewichte 140, 240 sind höher als die Treibergewichte 150, 250. Der Detektorverbindungsausleger 500 liegt in einer höheren Lage als die Treibergewichte 150, 250. Somit können die Detektorgewichte 140, 240 direkt mit dem Detektorverbindungsausleger 500 verbunden werden.
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Zusätzlich hat jedes der Treibergewichte 150, 250 die geschlossene Rechteckrahmenform. Damit kann die Steifigkeit der Treibergewichte 150, 250 erhöht werden.
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Jedes der Detektorgewichte 140, 240 hat eine Rechteckrahmenform. Die Treibergewichte 150, 250 liegen entsprechend innerhalb der Detektorgewichte 140, 240. Die Treibergewichte 150, 250 sind höher als die Detektorgewichte 140, 240 relativ zu der anderen Oberfläche 11a, welche eine Referenz auf der gegenüberliegenden Seite der einen Oberfläche des Substrats 10 ist. Der Treiberverbindungsausleger 400 liegt in einer höheren Lage als die Detektorgewichte 140, 240. Der Treiberverbindungsausleger 400 überbrückt die Detektorgewichte 140, 240, um das Treibergewicht 150 des ersten Oszillators 100 direkt mit dem Treibergewicht 250 des zweiten Oszillators 200 zu verbinden. Der Detektorverbindungsausleger 500 liegt auf gleicher Höhe wie die Detektorgewichte 140, 240. Der Detektorverbindungsausleger 500 verbindet direkt das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 mit dem Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200.
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Die Detektorgewichte 140, 240 liegen entsprechend außerhalb der Treibergewichte 150, 250, um die Treiber innen/Detektor außen-Struktur zu bilden. In der Treiber innen/Detektor außen-Struktur sind die Treibergewichte 150, 250 jeweils von den Detektorgewichten 140, 240 umgeben. Die Treibergewichte 150, 250 sind höher als die Detektorgewichte 140, 240. Der Treiberverbindungsausleger 400 liegt höher als die Detektorgewichte 140, 240. Daher können die Treibergewichte 150, 250 direkt vom Treiberverbindungsausleger 400 verbunden werden.
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Zusätzlich hat jedes der Detektorgewichte 140, 240 die geschlossene Rechteckrahmenform. Daher kann die Steifigkeit der Detektorgewichte 140, 240 erhöht werden.
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Die Treibergewichte 150, 250 treiben jeweils die Detektorgewichte 140, 240 in Antriebsrichtung an, so dass das Detektorgewicht 140 des ersten Oszillators 100 und das Detektorgewicht 240 des zweiten Oszillators 200 gegenphasig sind.
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Im vorliegenden Aufbau schwingen die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 der Oszillatoren 100, 200 in entgegengesetzten Phasen. Wenn daher eine Winkelgeschwindigkeit um die Achse senkrecht zu der einen Seite des Substrats 10 aufgebracht wird, werden die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 durch eine Corioliskraft einander entgegengesetzt bewegt. Zusätzlich, wenn ein Stoß auf den Schwingungs-Winkelgeschwindigkeitssensor aufgebracht wird, bewegen sich die beweglichen Detektorelektroden 141, 241 in gleiche Richtung wie der Stoß durch eine Trägheitskraft. Folglich kann eine Komponente des Stoßes, die in der Bewegung der Detektorelektroden 141, 241 enthalten ist, aufgehoben und entfernt werden, indem die Bewegung einer der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 von der Bewegung der anderen der beweglichen Detektorelektroden 141, 241 subtrahiert wird.
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Die obigen Strukturen der Ausführungsformen können nach Bedarf kombiniert werden. Es sei festzuhalten, dass, obgleich die Abläufe in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als eine bestimmte Schrittabfolge enthaltend beschrieben wurden, weitere andere Ausführungsformen mit verschiedenen anderen Abfolgen dieser Schritte und/oder mit zusätzlichen Schritten, die hier nicht offenbart sind, innerhalb der Schritte der vorliegenden Erfindung enthalten sein sollen.
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Verschiedene Abwandlungen und Änderungen können an den obigen Ausführungsformen im weitesten Sinne durchgeführt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-514609 A [0002, 0002, 0003, 0020, 0021]
- JP 2004-163376 A [0002, 0002, 0003, 0020, 0023]
- US 2004/0206176 A1 [0002]
- US 2003/0206176 A1 [0002]
