JP2000346649A - マイクロジャイロスコープ - Google Patents
マイクロジャイロスコープInfo
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- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 32
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
- G01C19/5733—Structural details or topology
- G01C19/5755—Structural details or topology the devices having a single sensing mass
- G01C19/5762—Structural details or topology the devices having a single sensing mass the sensing mass being connected to a driving mass, e.g. driving frames
-
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- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
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- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動型のマイクロジャイロスコープを安定に
共振させる。 【解決手段】 外部フレーム（１２０）の内側に加振可
能に設けらた内部フレーム（１１０）と；内部フレーム
の両側に横方向かつ感知方向に多数個設けられたコーム
（１５０）と；コームの間に所定間隔で隔離されて配置
されており、上下の電極支持部（１４０、１６０）によ
り支持されている感知方向感知電極（１７０）と；内部
フレームと外部フレームとの間において感知方向に加振
可能に設けられたビーム弾性体（１３０）と；外部フレ
ームの両側に、非対称に、水平方向に向けて設けられた
コームの間に生じる静電容量の差異から加振状態を検出
しうるように設けられたコームセンサ（２７０、２７
０’）と；外部フレームの角部に加振可能に設けられた
加振弾性体 （２３０）と；外部フレームの上下に設け
られ、電圧の印加により外部フレームとコームを加振す
る加振用コームドライバ（２５０、２５０’）と；を含
む
共振させる。 【解決手段】 外部フレーム（１２０）の内側に加振可
能に設けらた内部フレーム（１１０）と；内部フレーム
の両側に横方向かつ感知方向に多数個設けられたコーム
（１５０）と；コームの間に所定間隔で隔離されて配置
されており、上下の電極支持部（１４０、１６０）によ
り支持されている感知方向感知電極（１７０）と；内部
フレームと外部フレームとの間において感知方向に加振
可能に設けられたビーム弾性体（１３０）と；外部フレ
ームの両側に、非対称に、水平方向に向けて設けられた
コームの間に生じる静電容量の差異から加振状態を検出
しうるように設けられたコームセンサ（２７０、２７
０’）と；外部フレームの角部に加振可能に設けられた
加振弾性体 （２３０）と；外部フレームの上下に設け
られ、電圧の印加により外部フレームとコームを加振す
る加振用コームドライバ（２５０、２５０’）と；を含
む
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ構造物か
ら構成されるジャイロスコープ（Microgyrocrope）にお
いて、外部フレームに設けられる加振用コーム駆動器
（コームドライブ）に印加される電圧を容易に相殺させ
ると共に、上記加振用コーム駆動器が加振電圧の影響を
受けず安定に共振することが出来るようにしたマイクロ
ジャイロスコープに関するものであり、特に、マイクロ
ジャイロスコープの外部フレーム内側に感知方向ビーム
弾性体を介して内部フレームが設けられ、上記内部フレ
ームの外側に感知方向ビーム弾性体を介して設けられる
外部フレームの両側にはコームが水平方向に延設される
コーム感知器を非対称に設け、上記外部フレームの角部
に加振方向弾性体を弾設して加振および感知モードの振
動を分離するように構成し、マイクロジャイロの外部フ
レームに設けられた加振用コーム駆動器に印加される電
圧を両側のコーム感知部を通して手軽く、容易に減衰さ
せるようになし、これにより上記加振電圧の影響を受け
ずにマイクロジャイロが共振可能なるように成したマイ
クロジャイロスコープに関するものである。
ら構成されるジャイロスコープ（Microgyrocrope）にお
いて、外部フレームに設けられる加振用コーム駆動器
（コームドライブ）に印加される電圧を容易に相殺させ
ると共に、上記加振用コーム駆動器が加振電圧の影響を
受けず安定に共振することが出来るようにしたマイクロ
ジャイロスコープに関するものであり、特に、マイクロ
ジャイロスコープの外部フレーム内側に感知方向ビーム
弾性体を介して内部フレームが設けられ、上記内部フレ
ームの外側に感知方向ビーム弾性体を介して設けられる
外部フレームの両側にはコームが水平方向に延設される
コーム感知器を非対称に設け、上記外部フレームの角部
に加振方向弾性体を弾設して加振および感知モードの振
動を分離するように構成し、マイクロジャイロの外部フ
レームに設けられた加振用コーム駆動器に印加される電
圧を両側のコーム感知部を通して手軽く、容易に減衰さ
せるようになし、これにより上記加振電圧の影響を受け
ずにマイクロジャイロが共振可能なるように成したマイ
クロジャイロスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に知られている慣性体の角速度を
検出するための角速度センサー装置は、既にずっと前か
ら船舶、航空機などにおいて航法装置用の核心部品とし
て用いられてきた。現在は、自動車の航法装置や高倍率
ビデオカメラの手ぶれを検出し補償する装置に用いられ
ている。
検出するための角速度センサー装置は、既にずっと前か
ら船舶、航空機などにおいて航法装置用の核心部品とし
て用いられてきた。現在は、自動車の航法装置や高倍率
ビデオカメラの手ぶれを検出し補償する装置に用いられ
ている。
【０００３】軍事用や航空機用として用いられている、
角速度を感知するためのジャイロスコープは、多数の複
雑な部品が精密加工および組立工程などを通じて製作さ
れるので、高精度の性能を得ることができる。しかし、
製作費用が多く掛かり、また大型のものとなるので、一
般産業用または民生用家電製品に適用することが困難で
あった。
角速度を感知するためのジャイロスコープは、多数の複
雑な部品が精密加工および組立工程などを通じて製作さ
れるので、高精度の性能を得ることができる。しかし、
製作費用が多く掛かり、また大型のものとなるので、一
般産業用または民生用家電製品に適用することが困難で
あった。
【０００４】最近、三角プリズム状のビームに圧電素子
を取り付けた小型ジャイロスコープが開発され、小型ビ
デオカメラの手振れ感知用のセンサーとして用いられて
いる。また、上記した圧電素子を取り付けたジャイロス
コープにおける製作困難という難点を克服すべく、円筒
形ビーム構造に改良された小型ジャイロスコープが開発
されている。
を取り付けた小型ジャイロスコープが開発され、小型ビ
デオカメラの手振れ感知用のセンサーとして用いられて
いる。また、上記した圧電素子を取り付けたジャイロス
コープにおける製作困難という難点を克服すべく、円筒
形ビーム構造に改良された小型ジャイロスコープが開発
されている。
【０００５】しかし、上記の２種類の小型ジャイロスコ
ープは、全て、精密加工を必要とする小型部品からな
る。このために製作が難であり、また高価となるという
欠点があった。特に、上記のようなジャイロスコープは
多数の機械部品から構成されているために、これを回路
と一体に製作することが困難であるという問題点があっ
た。
ープは、全て、精密加工を必要とする小型部品からな
る。このために製作が難であり、また高価となるという
欠点があった。特に、上記のようなジャイロスコープは
多数の機械部品から構成されているために、これを回路
と一体に製作することが困難であるという問題点があっ
た。
【０００６】上記のようなジャイロスコープの原理は、
第１軸の方向に慣性体が一定に振動している場合であっ
て、第１軸方向に直角な第２軸方向からの回転による角
速度の入力があったときに発生する、上記二つの軸に直
交する第３軸方向のコリオリ力を検出し、これより回転
角速度を求めるというものである。このとき、慣性体に
加えられる力を平衡させれば、角速度検出の精度が向上
する。特に、信号の線形性を向上させて帯域幅を広げる
ためには、力の平衡を用いるのが望ましい。
第１軸の方向に慣性体が一定に振動している場合であっ
て、第１軸方向に直角な第２軸方向からの回転による角
速度の入力があったときに発生する、上記二つの軸に直
交する第３軸方向のコリオリ力を検出し、これより回転
角速度を求めるというものである。このとき、慣性体に
加えられる力を平衡させれば、角速度検出の精度が向上
する。特に、信号の線形性を向上させて帯域幅を広げる
ためには、力の平衡を用いるのが望ましい。
【０００７】図１は、上記した技術に関連した従来のマ
イクロジャイロスコープを示すものである。図１に示す
ように、従来のマイクロジャイロスコープは、フレーム
（１０）の内部において横方向かつ感知方向（Ｙ軸方
向）に複数設置されたコーム２０と； + および -
電極支持部３０、３０'に固定され支持されており、コ
ーム２０の間に離隔設置された複数の感知方向（Ｙ方
向）感知電極４０と； フレーム１０の上下左右の４箇
所に設置された感知方向弾性体５０と；加振方向（Ｘ
軸）において感知方向弾性体５０に設置された振動構造
物６０と；電圧を供給することにより振動構造物６０に
振動を発生させるコーム駆動器７０と；振動構造物の４
つの角に配置された加振方向弾性体８０とを備える。
イクロジャイロスコープを示すものである。図１に示す
ように、従来のマイクロジャイロスコープは、フレーム
（１０）の内部において横方向かつ感知方向（Ｙ軸方
向）に複数設置されたコーム２０と； + および -
電極支持部３０、３０'に固定され支持されており、コ
ーム２０の間に離隔設置された複数の感知方向（Ｙ方
向）感知電極４０と； フレーム１０の上下左右の４箇
所に設置された感知方向弾性体５０と；加振方向（Ｘ
軸）において感知方向弾性体５０に設置された振動構造
物６０と；電圧を供給することにより振動構造物６０に
振動を発生させるコーム駆動器７０と；振動構造物の４
つの角に配置された加振方向弾性体８０とを備える。
【０００８】上記のような従来のジャイロスコープにお
いて、振動構造物６０は、加振用コーム駆動器７０から
の交流電圧を印加されることにより加振方向（Ｘ軸）へ
振動する。振動構造物６０が振動しているときに、ジャ
イロスコープの平面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に角速度
が入力されると、感知方向にコリオリ力が発生し、フレ
ーム（１０）の内部構造物が感知方向に動く。この動き
は、感知電極４０とコーム２０との間の静電容量（capa
citance）を変化させる。この結果、静電容量の変化を
測定することにより、角速度の量を測定することが可能
になる。
いて、振動構造物６０は、加振用コーム駆動器７０から
の交流電圧を印加されることにより加振方向（Ｘ軸）へ
振動する。振動構造物６０が振動しているときに、ジャ
イロスコープの平面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に角速度
が入力されると、感知方向にコリオリ力が発生し、フレ
ーム（１０）の内部構造物が感知方向に動く。この動き
は、感知電極４０とコーム２０との間の静電容量（capa
citance）を変化させる。この結果、静電容量の変化を
測定することにより、角速度の量を測定することが可能
になる。
【０００９】上記の場合、ジャイロスコープのフレーム
１０に設けられた感知方向弾性体５０と加振方向弾性体
８０とを対称形に形成し、それらを互いに分離させるこ
とにより、フレーム１０の内部構造物と振動構造物６０
とに起因する振動を減らすことができる。しかし、以下
のような問題がある。すなわち、振動構造物６０の上下
部が感知方向弾性体５０に設置され、それ故に、振動構
造物６０の上部と下部とが各々上下方向の不安定な運動
を行うのである。
１０に設けられた感知方向弾性体５０と加振方向弾性体
８０とを対称形に形成し、それらを互いに分離させるこ
とにより、フレーム１０の内部構造物と振動構造物６０
とに起因する振動を減らすことができる。しかし、以下
のような問題がある。すなわち、振動構造物６０の上下
部が感知方向弾性体５０に設置され、それ故に、振動構
造物６０の上部と下部とが各々上下方向の不安定な運動
を行うのである。
【００１０】特に、振動構造物６０と内部フレーム１０
とが加振方向（Ｘ軸方向）に安定な振動を保つために
は、振動構造物６０の振動を感知する要素が必要とな
る。振動を感知する要素が感知した振動信号は、（外部
の感知回路と増幅回路と有する）制御回路を介して一定
の加振信号を加振用コーム駆動器７０に印加する。振動
構造物６０と内部フレーム１０とは、共振周波数で安定
に振動を行う。共振周波数は、振動構造物６０の質量
と、内部フレーム１０の質量と、加振方向弾性体の値に
より決まる。
とが加振方向（Ｘ軸方向）に安定な振動を保つために
は、振動構造物６０の振動を感知する要素が必要とな
る。振動を感知する要素が感知した振動信号は、（外部
の感知回路と増幅回路と有する）制御回路を介して一定
の加振信号を加振用コーム駆動器７０に印加する。振動
構造物６０と内部フレーム１０とは、共振周波数で安定
に振動を行う。共振周波数は、振動構造物６０の質量
と、内部フレーム１０の質量と、加振方向弾性体の値に
より決まる。
【００１１】図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、加振用コ
ーム駆動器７０の左右両側に印加された加振電圧による
交流信号干渉グラフである。これらの図に示されている
ように、振動を感知する要素の振動信号に否定的な干渉
影響が引き起こされている。このために、マイクロジャ
イロスコープの安定な共振が困難になっている。
ーム駆動器７０の左右両側に印加された加振電圧による
交流信号干渉グラフである。これらの図に示されている
ように、振動を感知する要素の振動信号に否定的な干渉
影響が引き起こされている。このために、マイクロジャ
イロスコープの安定な共振が困難になっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来の諸問題点等を改善するために案出されたものであ
る。
従来の諸問題点等を改善するために案出されたものであ
る。
【００１３】本発明の目的は、外部フレームに設けられ
た加振用コーム駆動器に印加される電圧による干渉の影
響を両側の非対称コームセンサを通じて手っ取り早く容
易に減衰させ、これにより、加振電圧の大きさに影響さ
れずに安定に共振できるようし、振動時主要抵抗となる
空気抵抗が比較的大きい真空度においても磁励発振させ
ることができるようにし、分解能および感度を最大に
し、寿命を延ばすことのできるマイクロジャイロスコー
プを提供するにある。
た加振用コーム駆動器に印加される電圧による干渉の影
響を両側の非対称コームセンサを通じて手っ取り早く容
易に減衰させ、これにより、加振電圧の大きさに影響さ
れずに安定に共振できるようし、振動時主要抵抗となる
空気抵抗が比較的大きい真空度においても磁励発振させ
ることができるようにし、分解能および感度を最大に
し、寿命を延ばすことのできるマイクロジャイロスコー
プを提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るジャイロスコープは、外部フレームの
内側に加振可能に設けられた内部フレームと；内部フレ
ームの内部の両側に横にかつ感知方向（Ｙ軸方向）に多
数個設置されたコームと；それぞれのコームの間に所定
間隔離隔された状態で配置され、上下の電極支持部に支
持された感知方向感知電極と；内部フレームと外部フレ
ームとの間において感知方向に加振可能に設置された弾
性梁体（弾性ビームボディ）と；外部フレームの両側に
おいて実質的に水平方向に非対称に設置されたコーム感
知器と；外部フレームの角部に加振方向（Ｘ軸方向）に
加振可能に設けられた弾性体と；外部フレームの上下に
設置され、電圧の印加によりコームを加振する加振用コ
ーム駆動器と；を含むことを特徴とする。
に、本発明に係るジャイロスコープは、外部フレームの
内側に加振可能に設けられた内部フレームと；内部フレ
ームの内部の両側に横にかつ感知方向（Ｙ軸方向）に多
数個設置されたコームと；それぞれのコームの間に所定
間隔離隔された状態で配置され、上下の電極支持部に支
持された感知方向感知電極と；内部フレームと外部フレ
ームとの間において感知方向に加振可能に設置された弾
性梁体（弾性ビームボディ）と；外部フレームの両側に
おいて実質的に水平方向に非対称に設置されたコーム感
知器と；外部フレームの角部に加振方向（Ｘ軸方向）に
加振可能に設けられた弾性体と；外部フレームの上下に
設置され、電圧の印加によりコームを加振する加振用コ
ーム駆動器と；を含むことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の一実
施形態について詳しく説明する。
施形態について詳しく説明する。
【００１６】図３は、本発明によるマイクロジャイロス
コープの構成を示す概略斜視図である。図４は、本発明
のマイクロジャイロスコープの平面構造図である。図５
は、本発明の外部フレームの両側に設けられ加振電圧に
よる干渉の影響を減衰するように設置された非対称コー
ムセンサ（コーム感知器）の要部構造図である。
コープの構成を示す概略斜視図である。図４は、本発明
のマイクロジャイロスコープの平面構造図である。図５
は、本発明の外部フレームの両側に設けられ加振電圧に
よる干渉の影響を減衰するように設置された非対称コー
ムセンサ（コーム感知器）の要部構造図である。
【００１７】本発明に係るジャイロスコープ装置１００
の振動構造物は、コリオリセンサを有する内部フレーム
（１１０）と；外部フレーム１２０と；外部フレーム１
２０の両側に設けられたコームセンサ（櫛形センサ）２
７０及び２７０’と；外部フレーム１２０の前部及び後
部に設置された加振用コームドライバ（櫛形駆動器）２
５０及び２５０’とを含んでいる。
の振動構造物は、コリオリセンサを有する内部フレーム
（１１０）と；外部フレーム１２０と；外部フレーム１
２０の両側に設けられたコームセンサ（櫛形センサ）２
７０及び２７０’と；外部フレーム１２０の前部及び後
部に設置された加振用コームドライバ（櫛形駆動器）２
５０及び２５０’とを含んでいる。
【００１８】内部フレーム１１０は、ジャイロスコープ
装置１００の質量部（慣性部）である。内部フレーム１
１０は、ビーム弾性体（梁型の弾性体、elastic beam b
ody）１３０を備えている。ビーム弾性体１３０は、外
部フレーム１２０の内部において、内部フレーム１１０
の上下左右に平行に設置されており、感知方向（センシ
ング方向、Ｙ軸に沿った方向）に外部フレーム１２０と
一体に振動できるようになっている。内部フレーム１１
０の内部には、両側に、多数のコーム１５０がＹ軸方向
に横向きに設置されている。それぞれのコーム１５０の
間において、＋及び−電極から構成される感知電極（セ
ンシング電極）１７０が、感知方向（Ｙ軸）に、所定の
間隔に隔離されて配置されている。感知電極１７０は、
上下の電極支持部１４０及び１６０によって一体に支持
されている。
装置１００の質量部（慣性部）である。内部フレーム１
１０は、ビーム弾性体（梁型の弾性体、elastic beam b
ody）１３０を備えている。ビーム弾性体１３０は、外
部フレーム１２０の内部において、内部フレーム１１０
の上下左右に平行に設置されており、感知方向（センシ
ング方向、Ｙ軸に沿った方向）に外部フレーム１２０と
一体に振動できるようになっている。内部フレーム１１
０の内部には、両側に、多数のコーム１５０がＹ軸方向
に横向きに設置されている。それぞれのコーム１５０の
間において、＋及び−電極から構成される感知電極（セ
ンシング電極）１７０が、感知方向（Ｙ軸）に、所定の
間隔に隔離されて配置されている。感知電極１７０は、
上下の電極支持部１４０及び１６０によって一体に支持
されている。
【００１９】外部フレーム１２０及び内部フレーム１１
０の間の４ヶ所に設置されたビーム弾性体１３０は、内
部フレーム１１０が感知方向に振動した場合に、感知電
極１７０とコーム１５０との間の静電容量の差異に基づ
いて、コリオリ力による感知方向（Ｙ軸）の振動が検出
されるように設置されている。
０の間の４ヶ所に設置されたビーム弾性体１３０は、内
部フレーム１１０が感知方向に振動した場合に、感知電
極１７０とコーム１５０との間の静電容量の差異に基づ
いて、コリオリ力による感知方向（Ｙ軸）の振動が検出
されるように設置されている。
【００２０】外部フレーム１２０は、感知方向ビーム弾
性体１３０を介して内部フレーム１１０の外側に設置さ
れている。外部フレーム（１２０）の両側には、複数の
フレーム部加振コーム２２０が設置されている。コーム
（櫛状部）２２０は、弾性体（弾性加振体）２３０を通
じて加振方向（Ｘ軸）に加振できるように設置されてい
る。弾性体２３０は、外部フレーム１２０の４角に設置
されている。
性体１３０を介して内部フレーム１１０の外側に設置さ
れている。外部フレーム（１２０）の両側には、複数の
フレーム部加振コーム２２０が設置されている。コーム
（櫛状部）２２０は、弾性体（弾性加振体）２３０を通
じて加振方向（Ｘ軸）に加振できるように設置されてい
る。弾性体２３０は、外部フレーム１２０の４角に設置
されている。
【００２１】外部フレーム１２０の外側に設置された加
振コーム２２０は、コーム２６０との間にギャップを有
するように配置されている。コーム２６０は、加振コー
ムドライバ２５０及び２５０’と一体に形成されてお
り、電圧を印加することにより駆動される。外部フレー
ム１２０は、外部フレーム１２０のコーム２２０と加振
コームドライバ２５０及び２５０’との間で生じる静電
力によって加振される。
振コーム２２０は、コーム２６０との間にギャップを有
するように配置されている。コーム２６０は、加振コー
ムドライバ２５０及び２５０’と一体に形成されてお
り、電圧を印加することにより駆動される。外部フレー
ム１２０は、外部フレーム１２０のコーム２２０と加振
コームドライバ２５０及び２５０’との間で生じる静電
力によって加振される。
【００２２】外部フレーム１２０を左右の水平方向（Ｘ
軸）に加振する加振コームドライバ２５０及び２５０’
は、外部フレーム１２０の横方向に平行に配置されてい
る。加振ドライバ２５０及び２５０’と一体に形成され
た複数のコーム２６０は、外部フレーム１２０のコーム
２２０の間に配置されている。
軸）に加振する加振コームドライバ２５０及び２５０’
は、外部フレーム１２０の横方向に平行に配置されてい
る。加振ドライバ２５０及び２５０’と一体に形成され
た複数のコーム２６０は、外部フレーム１２０のコーム
２２０の間に配置されている。
【００２３】図５は、ジャイロスコープの両側に設けら
れたコームセンサの要部を示している。コームセンサ
は、外部フレームの両側に設置されており、信号が干渉
した加振電圧を相殺できるようになっている。コームセ
ンサ２７０及び２７０’は、外部フレーム１２０及び内
部フレーム１１０の加振方向の振動を感知する。また、
コームセンサ２７０及び２７０’は、コーム２８０に一
体に結合されている。コーム２８０は、水平方向におい
て非対称に設置されている。
れたコームセンサの要部を示している。コームセンサ
は、外部フレームの両側に設置されており、信号が干渉
した加振電圧を相殺できるようになっている。コームセ
ンサ２７０及び２７０’は、外部フレーム１２０及び内
部フレーム１１０の加振方向の振動を感知する。また、
コームセンサ２７０及び２７０’は、コーム２８０に一
体に結合されている。コーム２８０は、水平方向におい
て非対称に設置されている。
【００２４】上述のように、コームセンサ２７０及び２
７０’は、外部フレーム１２０の両側において、水平方
向に延びだしているコーム２８０に一体に結合してい
る。加振コーム２２０が、加振用コームドライバ２５０
及び２５０’によって加振されるときには、加振用の電
圧が、外部フレーム１２０（又はその底面）を介して伝
送される。これにより、コームセンサ２７０は、干渉の
影響を受けることを防止できる。
７０’は、外部フレーム１２０の両側において、水平方
向に延びだしているコーム２８０に一体に結合してい
る。加振コーム２２０が、加振用コームドライバ２５０
及び２５０’によって加振されるときには、加振用の電
圧が、外部フレーム１２０（又はその底面）を介して伝
送される。これにより、コームセンサ２７０は、干渉の
影響を受けることを防止できる。
【００２５】＋及び−の加振電圧が印加される加振用コ
ームドライバ２５０及び２５０’は、対称に設置されて
いる。図６に図示されているように、コームセンサ２７
０及び２７０’の感知信号が回路的に互いに加えられた
場合には、加振電圧のＶｄｃ＋ＶａｃＳｉｎωt（図６
Ａ）とＶｄｃ−ＶａｃＳｉｎωt（図６Ｂ）に基づいた
交流干渉電圧は相殺される（図６Ｃ参照）。
ームドライバ２５０及び２５０’は、対称に設置されて
いる。図６に図示されているように、コームセンサ２７
０及び２７０’の感知信号が回路的に互いに加えられた
場合には、加振電圧のＶｄｃ＋ＶａｃＳｉｎωt（図６
Ａ）とＶｄｃ−ＶａｃＳｉｎωt（図６Ｂ）に基づいた
交流干渉電圧は相殺される（図６Ｃ参照）。
【００２６】したがって、マイクロジャイロスコープ
は、加振電圧に影響されずに、安定的に共振することが
できる。
は、加振電圧に影響されずに、安定的に共振することが
できる。
【００２７】外部フレーム１２０の各々の角部に設けら
れた板弾性体構成の加振弾性体２３０は、Ｕ字形状に形
成されている。加振弾性体２３０が、外部フレーム１２
０の加振用コームドライバ２５０及び２５０’の＋およ
び−電圧の印加による加振モードにより加振された場合
には、加振弾性体２３０により加振モードにおけるカッ
プリングが吸収され、それにより感知方向の変位をほぼ
なくす。
れた板弾性体構成の加振弾性体２３０は、Ｕ字形状に形
成されている。加振弾性体２３０が、外部フレーム１２
０の加振用コームドライバ２５０及び２５０’の＋およ
び−電圧の印加による加振モードにより加振された場合
には、加振弾性体２３０により加振モードにおけるカッ
プリングが吸収され、それにより感知方向の変位をほぼ
なくす。
【００２８】以下本発明によるマイクロジャイロスコー
プの動作について説明する。
プの動作について説明する。
【００２９】図５に図示のように、質量ｍを有する振動
構造物の内部フレーム１１０と、質量Ｍｏを有する振動
構造物の外部フレーム１２０は、加振方向（Ｘ軸方向）
へ加振弾性体２３０及び感知方向（Ｙ軸方向）にビーム
弾性体１３０が各々分離されている。上記のような振動
系において、Ｘ軸方向に振動構造物を加振させる外力ｆ
は次式により示すことができる、
構造物の内部フレーム１１０と、質量Ｍｏを有する振動
構造物の外部フレーム１２０は、加振方向（Ｘ軸方向）
へ加振弾性体２３０及び感知方向（Ｙ軸方向）にビーム
弾性体１３０が各々分離されている。上記のような振動
系において、Ｘ軸方向に振動構造物を加振させる外力ｆ
は次式により示すことができる、
【００３０】
【式１】 このとき振動構造物のＸ軸方向の運動の変位ｘおよび速
度Ｖは次のように示すことができる、
度Ｖは次のように示すことができる、
【００３１】
【式２】
【００３２】
【式３】 上記式においてｘはＸ軸方向の変位、ＶｘはＸ軸方向の
振動構造物の速度である。
振動構造物の速度である。
【００３３】入力される角速度に比例するコリオリ力に
よりＹ軸方向に発生する変位は、次式より計算される、
よりＹ軸方向に発生する変位は、次式より計算される、
【００３４】
【式４】 式において、Ｑｘ及びＱｙはＸ軸方向およびＹ軸方向に
ついてＱの定数であり、Ωは入力角速度である。
ついてＱの定数であり、Ωは入力角速度である。
【００３５】したがって、yの変位を検出すれば慣性体
の回転角速度を測定することができる。
の回転角速度を測定することができる。
【００３６】本発明のジャイロスコープ装置１００にお
いて、質量Ｍは振動構造物の質量であるｍ及びＭｏの和
に相当する。加振コームドライバ２５０及び２５０’の
固有振動周波数に対応した交流電圧が印加された場合に
は、コーム２２０及び２６０の間の静電力のために、振
動がＸ軸の方向に生じる。
いて、質量Ｍは振動構造物の質量であるｍ及びＭｏの和
に相当する。加振コームドライバ２５０及び２５０’の
固有振動周波数に対応した交流電圧が印加された場合に
は、コーム２２０及び２６０の間の静電力のために、振
動がＸ軸の方向に生じる。
【００３７】このような静電力による加振用コームドラ
イバ２５０及び２５０’の静電力は次式で示すことがで
きる、
イバ２５０及び２５０’の静電力は次式で示すことがで
きる、
【００３８】
【式５】 上記式においてｆは駆動力であり、εは空気の誘電率、
ｔはコームの厚み、ｎ ｘはコームの対の個数、Ｖは駆動
電圧、ｈはコーム間の距離である。
ｔはコームの厚み、ｎ ｘはコームの対の個数、Ｖは駆動
電圧、ｈはコーム間の距離である。
【００３９】上記のような駆動力を受ける振動構造物
は、固有振動数による振動を行う。このような固有振動
数の振動を保つためにコームセンサ２７０及び２７０’
により感知された運動を基準として不安定発振制御条件
を満たす電圧を発生させ、加振用コーム駆動器２５０及
び２５０’を作動させる。
は、固有振動数による振動を行う。このような固有振動
数の振動を保つためにコームセンサ２７０及び２７０’
により感知された運動を基準として不安定発振制御条件
を満たす電圧を発生させ、加振用コーム駆動器２５０及
び２５０’を作動させる。
【００４０】発振する振動構造物に角速度が入力されれ
ば、振動構造物はＸ軸方向に振動運動をしながら、同時
にＹ軸方向に変位するようになる。このような変位は＋
および−電極支持部１４０及び１６０の感知電極１７０
と振動構造物の内部フレーム１１０のコーム１５０との
間に形成される静電容量の変化を誘発する。
ば、振動構造物はＸ軸方向に振動運動をしながら、同時
にＹ軸方向に変位するようになる。このような変位は＋
および−電極支持部１４０及び１６０の感知電極１７０
と振動構造物の内部フレーム１１０のコーム１５０との
間に形成される静電容量の変化を誘発する。
【００４１】図３に示されるように、感知電極１７０
は、アノードとカソードからなる。アノードとカソード
は、電極支持部１４０及び１６０と一体に形成されてい
る。アノードの静電容量とカソードの静電容量との変化
は互いに逆である。したがって、アノードおよびカソー
ドの静電容量の差異が計算できれば、Ｙ軸方向への振動
構造物の変位を測定することができる。
は、アノードとカソードからなる。アノードとカソード
は、電極支持部１４０及び１６０と一体に形成されてい
る。アノードの静電容量とカソードの静電容量との変化
は互いに逆である。したがって、アノードおよびカソー
ドの静電容量の差異が計算できれば、Ｙ軸方向への振動
構造物の変位を測定することができる。
【００４２】両電極間の静電容量の差異（ΔC）は次式
から計算される、
から計算される、
【００４３】
【式６】 上式において、ｎｓは感知電極１７０の対の数、εは空
気の誘電率、ｌｓは感知電極の長さ、ｔは振動構造物と
しての内部フレーム１１０のコーム１５０と電極支持部
１４０、１６０の感知電極１７０との間の厚み、ｈｓは
感知電極と振動構造物間隙（ギャップ）である。
気の誘電率、ｌｓは感知電極の長さ、ｔは振動構造物と
しての内部フレーム１１０のコーム１５０と電極支持部
１４０、１６０の感知電極１７０との間の厚み、ｈｓは
感知電極と振動構造物間隙（ギャップ）である。
【００４４】静電容量の変化を検出するための一般的な
回路を用いる場合には、静電容量の変化に比例する電圧
信号を検出することができ、結果として、角速度信号を
検出することができる。
回路を用いる場合には、静電容量の変化に比例する電圧
信号を検出することができ、結果として、角速度信号を
検出することができる。
【００４５】ジャイロスコープの性能を決定する共通因
子として、コリオリ力によるＹ軸方向への変位を最大化
しなければならない。このために、Ｘ軸方向とＹ軸方向
との固有振動数を一致させる必要がある。
子として、コリオリ力によるＹ軸方向への変位を最大化
しなければならない。このために、Ｘ軸方向とＹ軸方向
との固有振動数を一致させる必要がある。
【００４６】本発明のにおいては、感知電極１７０の静
電力によりＹ軸方向の鋼性が影響を受けるから、その静
電力を利用して固有振動数を調整することができる。Ｙ
軸方向の固有振動数は次式で示される、
電力によりＹ軸方向の鋼性が影響を受けるから、その静
電力を利用して固有振動数を調整することができる。Ｙ
軸方向の固有振動数は次式で示される、
【００４７】
【式７】 上式において、ｋｂはビーム弾性体の定数であり、ｋｎ
は感知電極と振動構造物としてのコームとの間の静電力
により生ずる弾性体定数である。
は感知電極と振動構造物としてのコームとの間の静電力
により生ずる弾性体定数である。
【００４８】ｋｎは次のような式で示すことが出来る、
【００４９】
【式８】 上式において、Ｖｂは感知電極に印加されるバイアス電
圧である。
圧である。
【００５０】バイアス電圧を調整することにより、Ｙ軸
方向の固有振動数をＸ軸方向の固有振動数と一致させる
ことができる。
方向の固有振動数をＸ軸方向の固有振動数と一致させる
ことができる。
【００５１】さらに、＋及び−の加振電圧が印加される
加振用コームドライバ２５０及び２５０’は、対称に設
けられ、一方、コームセンサ２７０及び２７０’は、非
対称の形態に設けられている。したがって、図６の図示
されてるように、加振電圧Ｖ ｄｃ＋ＶａｃＳｉｎωｔ
（図６Ａ）とＶｄｃ＋ＶａｃＳｉｎωｔ（図６Ｂ）に基
づいたコームセンサへの交流干渉電圧は、コームセンサ
２７０の両側の感知信号が回路的に相互に加えられたと
きに互いに相殺される。このことから、加振電圧の大き
さに影響を受けずにマイクロジャイロスコープが安定に
共振する。
加振用コームドライバ２５０及び２５０’は、対称に設
けられ、一方、コームセンサ２７０及び２７０’は、非
対称の形態に設けられている。したがって、図６の図示
されてるように、加振電圧Ｖ ｄｃ＋ＶａｃＳｉｎωｔ
（図６Ａ）とＶｄｃ＋ＶａｃＳｉｎωｔ（図６Ｂ）に基
づいたコームセンサへの交流干渉電圧は、コームセンサ
２７０の両側の感知信号が回路的に相互に加えられたと
きに互いに相殺される。このことから、加振電圧の大き
さに影響を受けずにマイクロジャイロスコープが安定に
共振する。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外部フレームの加振コームドライバに印加された電圧に
よる干渉の影響が、非対称のコームセンサにより容易に
減衰し、マイクロジャイロスコープは、加振電圧の大き
さに影響されることなく安定して共振し、ジャイロスコ
ープの振動時の主要抵抗である空気抵抗が比較的大きい
真空土においてもマイクロジャイロスコープを磁気的に
振動させることができ、マイクロジャイロスコープの分
解能および感度を極大化させることができ、ジャイロス
コープの寿命を伸ばすことができるという優れた効果が
得られる。
外部フレームの加振コームドライバに印加された電圧に
よる干渉の影響が、非対称のコームセンサにより容易に
減衰し、マイクロジャイロスコープは、加振電圧の大き
さに影響されることなく安定して共振し、ジャイロスコ
ープの振動時の主要抵抗である空気抵抗が比較的大きい
真空土においてもマイクロジャイロスコープを磁気的に
振動させることができ、マイクロジャイロスコープの分
解能および感度を極大化させることができ、ジャイロス
コープの寿命を伸ばすことができるという優れた効果が
得られる。
【図１】従来のマイクロジャイロスコープの平面構造図
【図２】振動構造物（コームドライブ）の加振電圧の印
加によるジャイロスコープのフレーム両側に各々伝達さ
れる加振電圧の信号の干渉を示す図。
加によるジャイロスコープのフレーム両側に各々伝達さ
れる加振電圧の信号の干渉を示す図。
【図３】本発明によるマイクロジャイロスコープの概略
斜視図
斜視図
【図４】本発明のマイクロジャイロスコープの平面構造
図
図
【図５】信号が干渉している加振電圧を相殺するため
に、外部フレームの両側において設置された非対称コー
ムセンサの要部構造図
に、外部フレームの両側において設置された非対称コー
ムセンサの要部構造図
【図６】加振コームドライバからコームセンサの両側に
印加された信号の干渉を示す図であり、（Ａ）及び
（Ｂ）は、コームセンサの両側に印加された加振電圧に
よる信号の干渉を図示しており、（Ｃ）は、加振コーム
ドライバを介しての干渉した信号の相殺を図示してい
る。
印加された信号の干渉を示す図であり、（Ａ）及び
（Ｂ）は、コームセンサの両側に印加された加振電圧に
よる信号の干渉を図示しており、（Ｃ）は、加振コーム
ドライバを介しての干渉した信号の相殺を図示してい
る。
１００ ジャイロスコープ装置 １１０ 内部フレーム １２０ 外部フレーム １３０ ビーム弾性体 １４０、１６０ 電極支持部 １５０ コーム １７０ 感知電極 ２２０ フレーム部加振コーム ２３０ 加振弾性体 ２５０、２５０’ 加振用コーム駆動器 ２６０ コーム ２７０ コームセンサ ２８０ コーム
Claims (4)
- 【請求項１】 外部フレーム（１２０）の内側に加振可
能に設けらた内部フレーム（１１０）と；前記内部フレ
ームの両側に横方向かつ感知方向に多数個設けられたコ
ーム（１５０）と；前記コームの間に所定間隔で隔離さ
れた状態で配置されており、上側及び下側の電極支持部
（１４０、１６０）により支持されている感知方向感知
電極（１７０）と；前記内部フレームと前記外部フレー
ムとの間において感知方向に加振可能に設けられたビー
ム弾性体（１３０）と；前記外部フレームの両側に、非
対称に、水平方向に向けて設けられたコームの間に生じ
る静電容量の差異から加振状態を検出しうるように設け
られたコームセンサ（２７０、２７０’）と；前記外部
フレームの角部に加振可能に設けられた加振弾性体
（２３０）と；前記外部フレームの上下に設けられ、電
圧の印加により前記外部フレームと前記コームを加振す
る加振用コームドライバ（２５０、２５０’）と；を含
むことを特徴とするマイクロジャイロスコープ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロジャイロスコ
ープにおいて、 前記外部フレームと共に加振されるように、前記内部フ
レームに、上下左右の４ヶ所にビーム弾性体（１３０）
が設けられていることを特徴とするマイクロジャイロス
コープ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のマイクロジャイロスコ
ープにおいて、 前記外部フレームに設けられたフレーム部加振用コーム
（２２０）は、前記加振用コームドライバ（２５０、２
５０’）に形成のコーム （２６０）の間に所定のギャ
ップを形成しながら配置され、前記加振用コームドライ
バ（２５０、２５０’）に形成のコーム （２６０）
は、電圧の印加により加振されることを特徴とするマイ
クロジャイロスコープ。 - 【請求項４】 請求項１に記載のマイクロジャイロスコ
ープにおいて、 前記コームセンサは、相互非対称に設けられていること
を特徴とするマイクロジャイロスコープ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR19990020651 | 1999-06-04 | ||
| KR1019990047401A KR100363785B1 (ko) | 1999-06-04 | 1999-10-29 | 마이크로 자이로스코프 |
| KR1999-47401 | 1999-10-29 | ||
| KR1999-20651 | 1999-10-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000346649A true JP2000346649A (ja) | 2000-12-15 |
| JP3307906B2 JP3307906B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=26635338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37521599A Expired - Fee Related JP3307906B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-12-28 | マイクロジャイロスコープ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3307906B2 (ja) |
| KR (1) | KR100363785B1 (ja) |
| DE (1) | DE10006933A1 (ja) |
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| RU2353903C1 (ru) * | 2007-12-17 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Интегральный микромеханический гироскоп |
| JP2010505102A (ja) * | 2006-09-29 | 2010-02-18 | コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 振動センサを用いてヨーレートを測定するための装置 |
| CN101876547B (zh) * | 2009-12-08 | 2011-11-02 | 北京大学 | 一种采用静电平衡梳齿驱动器的水平轴微机械音叉陀螺 |
| CN102435185A (zh) * | 2011-09-01 | 2012-05-02 | 中国航空工业第六一八研究所 | 一种内外桁架式三框架微机械陀螺结构 |
| JP2012215583A (ja) * | 2008-08-18 | 2012-11-08 | Hitachi Ltd | 微小電気機械システム |
| CN107064558A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-08-18 | 杭州电子科技大学 | 一种带自标定振动台的电容式加速度传感器 |
| JP2019078545A (ja) * | 2017-10-20 | 2019-05-23 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、および移動体 |
| JP2022145683A (ja) * | 2017-10-20 | 2022-10-04 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、および移動体 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3525862B2 (ja) * | 2000-05-22 | 2004-05-10 | トヨタ自動車株式会社 | センサ素子及びセンサ装置 |
| KR100474835B1 (ko) * | 2000-07-18 | 2005-03-08 | 삼성전자주식회사 | 다축 구동을 위한 싱글스테이지 마이크로구동기 |
| JP2002188924A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Denso Corp | 半導体装置 |
| EP1253399B1 (en) * | 2001-04-27 | 2006-06-21 | STMicroelectronics S.r.l. | Integrated gyroscope of semiconductor material |
| US6928872B2 (en) * | 2001-04-27 | 2005-08-16 | Stmicroelectronics S.R.L. | Integrated gyroscope of semiconductor material with at least one sensitive axis in the sensor plane |
| DE10203515A1 (de) * | 2002-01-30 | 2003-08-07 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanischer Drehratensensor |
| KR100470590B1 (ko) * | 2002-10-12 | 2005-03-08 | 삼성전기주식회사 | 병진 가속에 의한 신호 검출을 방지하기 위한 마이크로자이로스코프 |
| KR100476562B1 (ko) * | 2002-12-24 | 2005-03-17 | 삼성전기주식회사 | 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프 |
| KR100503472B1 (ko) | 2003-03-06 | 2005-07-25 | 삼성전자주식회사 | 회전형 자이로스코프 |
| US20050066728A1 (en) * | 2003-09-25 | 2005-03-31 | Kionix, Inc. | Z-axis angular rate micro electro-mechanical systems (MEMS) sensor |
| US6964195B2 (en) * | 2004-01-30 | 2005-11-15 | Bei Technologies, Inc. | Micromachined vibratory gyroscope and method with electronic coupling |
| RU2304273C1 (ru) * | 2006-06-22 | 2007-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) | Интегральный микромеханический гироскоп на основе углеродных нанотрубок |
| RU2334237C1 (ru) * | 2007-04-16 | 2008-09-20 | Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок |
| JP4561820B2 (ja) * | 2007-12-21 | 2010-10-13 | 株式会社豊田中央研究所 | 角速度センサ |
| CN103145093B (zh) * | 2013-03-18 | 2015-04-08 | 厦门大学 | 一种具有高深宽比梳齿间隙硅微惯性器件的制备方法 |
| JP6562878B2 (ja) * | 2016-06-30 | 2019-08-21 | 株式会社東芝 | 角速度取得装置 |
| CN113899353B (zh) * | 2020-06-18 | 2023-07-07 | 华为技术有限公司 | 陀螺仪和电子设备 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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