JP2001183140A - Vibrator driving mechanism and angular velocity sensor - Google Patents

Vibrator driving mechanism and angular velocity sensor

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JP2001183140A
JP2001183140A JP36764599A JP36764599A JP2001183140A JP 2001183140 A JP2001183140 A JP 2001183140A JP 36764599 A JP36764599 A JP 36764599A JP 36764599 A JP36764599 A JP 36764599A JP 2001183140 A JP2001183140 A JP 2001183140A
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Japan
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vibrator
periodic pattern
electrode
angular velocity
drive electrode
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JP36764599A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Okauchi
亨 岡内
Mitsuhiro Yamashita
光洋 山下
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an accurate angular velocity sensor canceling the effects of drive voltage to a detection system. SOLUTION: A vibrator drive mechanism comprises a vibration frame 104 generating static electricity and having a sensor side drive electrode and the like, a substrate side drive electrode 124 arranged to face to the sensor side drive electrode 103, etc. Between electrodes of the substrate side drive electrode 124, ground electrodes 210 are arranged and on the substrate side drive electrode 124, a variable drive voltage for driving the vibration frame with the electrostatic force is impressed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両の姿勢
制御、進行方向の算出、ハンドカメラの手ぶれ防止など
に用いられる振動子駆動機構およびそれを用いた角速度
センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator driving mechanism used for, for example, controlling the attitude of a vehicle, calculating a traveling direction, preventing camera shake of a hand camera, and an angular velocity sensor using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、角速度を検出するセンサとして様
々なジャイロスコープ(以下、ジャイロと称す)が開発
されている。その種類を大別すると、機械式のコマジャ
イロ、光学式の光ファイバージャイロ、流体式のガスレ
ートジャイロ、音叉等の振動ジャイロがある。
2. Description of the Related Art Various gyroscopes (hereinafter, referred to as gyroscopes) have been developed as sensors for detecting angular velocity. The types can be roughly classified into mechanical gyroscopes, optical fiber gyros, fluid gas rate gyros, and vibration gyros such as tuning forks.

【0003】近年は、製品の小型化・省電力化・低コス
ト化の要求に対し、単結晶シリコンや水晶などの素材に
マイクロマシニング微細加工技術を適用して形成した超
小型な角速度センサの開発も進められている。
In recent years, in response to demands for downsizing, power saving, and cost reduction of products, development of ultra-small angular velocity sensors formed by applying micromachining micromachining technology to materials such as single crystal silicon and quartz. Is also underway.

【0004】マイクロマシンによる角速度センサの大半
は振動ジャイロに属する。検出原理は以下の通りであ
る。振動している錘が振動方向と垂直な軸周りに錘を回
転すると、振動方向と回転の軸の互いに垂直な方向の力
が錘に働く。この力による錘の力方向の変位を検出し、
そこから角速度を算出するのである。
[0004] Most of angular velocity sensors using micromachines belong to vibrating gyroscopes. The principle of detection is as follows. When the vibrating weight rotates the weight about an axis perpendicular to the vibration direction, forces in the vibration direction and the rotation axis perpendicular to each other act on the weight. Detects the displacement of the weight in the force direction due to this force,
From that, the angular velocity is calculated.

【0005】このセンサには振動を励起する駆動力と、
錘の変位を検出する機構が必要である。センサの材料が
圧電体もしくは一部に圧電体部分を設けたものでは、圧
電体への電圧印加による歪みを駆動に利用したり、圧電
体に加わる歪みにより発生する電荷を検出したりする。
別の方法では、磁気を用いたり、静電気力を用いたりす
る。
This sensor has a driving force for exciting vibration,
A mechanism for detecting the displacement of the weight is required. When the material of the sensor is a piezoelectric body or a part provided with a piezoelectric body, a distortion generated by applying a voltage to the piezoelectric body is used for driving, and an electric charge generated by the distortion applied to the piezoelectric body is detected.
Other methods use magnetism or electrostatic force.

【0006】これらの中で圧電体を用いるものは、バル
クの圧電体を用いると微細加工が困難なことや、例えば
シリコン上に圧電体を形成する場合、形成自体に多大な
労力を必要とする。磁気の利用では、マグネットの使用
による周辺回路への影響や高効率な微細コイルの形成が
困難なことなど、実用に向けて越えなければならないハ
ードルは高い。
[0006] Among them, those using a piezoelectric body are difficult to perform fine processing when a bulk piezoelectric body is used. For example, when a piezoelectric body is formed on silicon, the formation itself requires a great deal of labor. . In the use of magnetism, the hurdles that must be overcome for practical use are high, such as the effect on peripheral circuits due to the use of magnets and the difficulty in forming highly efficient fine coils.

【0007】これらの意味から、振動型マイクロマシン
ジャイロとしては、材料にはシリコンウエハを用い、駆
動・検出両方に静電気力を用いるタイプのものの開発
が、実用段階にまできている。静電気力の利用した駆動
とは、異なる電荷を蓄えた平行平板電極が互いに引き合
う力を応用する。従って、電極の総面積が大きいほど有
利である。
For these reasons, development of a vibrating micromachine gyro using a silicon wafer as a material and using electrostatic force for both driving and detection has reached a practical stage. The driving using the electrostatic force applies a force of attracting parallel plate electrodes storing different electric charges to each other. Therefore, it is advantageous that the total area of the electrodes is larger.

【0008】一方、検出は一定の電荷を蓄えた平行平板
コンデンサにおいて、その電極間距離が変化による電極
間電圧の変化を検出することにより、変位量を求める。
やはり検出側でも電極の総面積が大きいほど有利であ
る。特に、検出側の変位量は、駆動振動の変位量に比し
て、遙かに小さい(二桁〜三桁小さい)ため、より高精
度加工と検出効率向上が必要である。この種のマイクロ
マシン角速度センサでは、例えば、P.Greiff他により発
表された論文(Silicon monolithic micromechanical g
yroscope, Transducers'99, P966-969)や、近年では村
田製作所から発表された論文(MEMS'99)が一例であ
る。また。特開平5−312576号公報「角速度セン
サ」にも例が記載されている。さらに、静電駆動による
振動励起の他の例としては、長尾 勝他の「シリコン振
動型角速度センサ(日本電気学会論文集E 118巻3
号)」がある。
On the other hand, in a parallel plate capacitor storing a fixed charge, the amount of displacement is determined by detecting a change in inter-electrode voltage due to a change in the inter-electrode distance.
Again, the larger the total area of the electrodes on the detection side, the more advantageous. In particular, since the displacement on the detection side is much smaller (two or three digits smaller) than the displacement of the drive vibration, higher precision processing and improved detection efficiency are required. In this type of micromachine angular velocity sensor, for example, a paper published by P. Greiff et al. (Silicon monolithic micromechanical g
yroscope, Transducers'99, P966-969) and a paper (MEMS'99) published by Murata Manufacturing in recent years. Also. An example is also described in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-321576 “Angular velocity sensor”. Further, as another example of vibration excitation by electrostatic drive, see “Silicon Vibration-Type Angular Velocity Sensor” by Masaru Nagao et al.
No.) ".

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、振動型角速
度センサにおいて、分解能を上げるには振動振幅を大き
くする必要があり、振動振幅を大きくするには、静電気
力を強くする必要がある。
By the way, in the vibration type angular velocity sensor, it is necessary to increase the vibration amplitude to increase the resolution, and it is necessary to increase the electrostatic force to increase the vibration amplitude.

【0010】しかし、静電気力を強くすると、駆動用の
電極(駆動電極)から漏れ出る駆動信号が検出用の電極
(検出電極)に影響を与え、ノイズが多くなり、検出精
度が大きく低下する。また、上記の長尾の論文のように
狭ピッチで正相と負相の電極を配置すると、静電気力自
体は強くなるが、電極の配置自体は狭ピッチのため、振
幅は大きくならず、分解能自体は上がらない。
However, when the electrostatic force is increased, the drive signal leaking from the drive electrode (drive electrode) affects the detection electrode (detection electrode), increasing noise and greatly reducing the detection accuracy. In addition, when positive and negative phase electrodes are arranged at a narrow pitch as in Nagao's paper mentioned above, the electrostatic force itself becomes strong, but since the electrode arrangement itself is a narrow pitch, the amplitude does not increase and the resolution itself does not increase. Does not go up.

【0011】本発明は、このような問題点を鑑みてなさ
れたものであり、駆動電極からの漏れ電流が少ない駆動
電極構成を有する振動子駆動機構およびこれを用いた高
精度の角速度センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a vibrator drive mechanism having a drive electrode configuration in which a leakage current from a drive electrode is small, and a high-precision angular velocity sensor using the same. The purpose is to do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の本発明(請求項1に対応)は、静電気が発
生する、第1の周期的パターン部位を有する振動子と、
前記振動子の、前記第1の周期的パターン部位と対向し
て配置された第2の周期的パターン部位を有する駆動電
極部とを備え、前記第1の周期的パターン部位の一部
(A1)と、該一部(A1)に対向する前記第2の周期
的パターン部位の一部(B1)とは、所定の微小量(S
1)だけずれて配置されており、前記第1の周期的パタ
ーンの他の一部(A2)と、該一部(A2)に対向する
前記第2の周期的パターンの他の一部(B2)とは、所
定の微小量(S2)だけずれて配置されており、前記第
2の周期的パターン部位の各電極間には、接地電極が配
置されており、前記微小量(S1)のずれと前記微小量
(S2)のずれとは、前記振動子の振動方向を基準とし
て互いに逆方向となっており、前記駆動電極部の第2の
周期的パターン部位には、前記振動子を静電気力により
駆動させるための変動駆動電圧が印加され、前記第2の
周期的パターンの一部(B1)に印加される駆動電圧の
変動と、前記他の一部(B2)に印加される駆動電圧の
変動とは、互いに異なっていることを特徴とする振動子
駆動機構である。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention (corresponding to claim 1) is to provide a vibrator having a first periodic pattern portion where static electricity is generated,
A drive electrode portion having a second periodic pattern portion disposed opposite to the first periodic pattern portion of the vibrator; and a part (A1) of the first periodic pattern portion And a part (B1) of the second periodic pattern portion facing the part (A1) is a predetermined minute amount (S1).
1), and another part (A2) of the first periodic pattern and another part (B2) of the second periodic pattern facing the part (A2). ), A predetermined minute amount (S2) is shifted, and a ground electrode is arranged between each electrode of the second periodic pattern portion, and the minute amount (S1) is shifted. And the displacement of the minute amount (S2) are opposite to each other with respect to the vibration direction of the vibrator, and the vibrator is attached to the second periodic pattern portion of the drive electrode section by the electrostatic force. The driving voltage is applied to the part (B1) of the second periodic pattern, and the variation of the driving voltage applied to the other part (B2) of the second periodic pattern. The fluctuation is a vibrator driving mechanism characterized by being different from each other.

【0013】また、第2の本発明(請求項2に記載)
は、前記駆動電極部の各電極には、前記接地電極を挟ん
で隣り合う同士の電極において、極性が逆の電圧信号が
印加されることを特徴とする上記本発明である。
Further, the second aspect of the present invention (described in claim 2)
The present invention is characterized in that, in each of the electrodes of the drive electrode section, a voltage signal having a reverse polarity is applied to electrodes adjacent to each other across the ground electrode.

【0014】また、第3の本発明(請求項3に記載)
は、本発明の振動子駆動機構を用いた角速度センサであ
って、前記振動子の外周に配置された固定フレームと、
前記振動子の内部に配置された錘部と、前記駆動電極部
および前記錘部と対向した検出電極を有する基板とを備
えたことを特徴とする角速度センサである。
Further, the third aspect of the present invention (described in claim 3)
Is an angular velocity sensor using the oscillator drive mechanism of the present invention, a fixed frame disposed on the outer periphery of the oscillator,
An angular velocity sensor comprising: a weight disposed inside the vibrator; and a substrate having a detection electrode facing the drive electrode and the weight.

【0015】また、第4の本発明(請求項4に記載)
は、静電気が発生する、第1の周期的パターン部位を有
する振動子と、前記振動子の、前記第1の周期的パター
ン部位と対向して配置された第2の周期的パターン部位
を有する駆動電極部と、前記振動子の外周に配置された
固定フレームと、前記振動子の内部に配置された錘部
と、前記駆動電極部および前記錘部と対向した検出電極
を有する基板とを備えたことを特徴とする角速度センサ
である。
Further, a fourth aspect of the present invention (described in claim 4)
Is a driving device having a first periodic pattern portion where static electricity is generated, and a second periodic pattern portion of the vibrator arranged opposite to the first periodic pattern portion. An electrode portion, a fixed frame disposed on the outer periphery of the vibrator, a weight portion disposed inside the vibrator, and a substrate having a detection electrode facing the drive electrode portion and the weight portion. An angular velocity sensor characterized in that:

【0016】また、第5の本発明(請求項5に記載)
は、前記接地電極の一部は、前記検出電極の外周を取り
囲むように配置されていることを特徴とする上記本発明
である。
Further, a fifth aspect of the present invention (described in claim 5)
The present invention is the invention described above, wherein a part of the ground electrode is arranged so as to surround an outer periphery of the detection electrode.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】(実施の形態1)本発明の実施の形態1に
よる、単結晶シリコンとガラスからなる角速度センサに
ついて、図1を用いて説明する。図1において、シリコ
ンウェハのエッチングにより加工されたセンサ本体10
0の中央には、回転運動によって発生するコリオリ力を
受け変位する錘部101がある。錘部101は振動フレ
ーム104に4組の複合梁102により取り付けられて
いる。複合梁102の構造は図2に示すとおり、連結梁
201の両端に直角方向の梁202,203がそれぞれ
取り付けられている。
(Embodiment 1) An angular velocity sensor composed of single crystal silicon and glass according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a sensor body 10 processed by etching a silicon wafer
At the center of 0, there is a weight portion 101 that is displaced by Coriolis force generated by the rotational motion. The weight 101 is attached to the vibration frame 104 by four sets of composite beams 102. As shown in FIG. 2, the structure of the composite beam 102 is such that beams 202 and 203 at right angles are attached to both ends of a connecting beam 201, respectively.

【0019】図1の振動フレーム104内側には、振動
フレーム全体を矢印の方向に振動させるため、駆動電極
103が取り付けてある。錘部101と駆動電極103
の間には、溝107が錘部101の外周全体に掘られて
いる。振動フレーム104の外側には固定フレーム10
6があり、振動フレーム104は駆動梁105を介して
固定フレーム106により支持されている。
A drive electrode 103 is mounted inside the vibration frame 104 of FIG. 1 to vibrate the entire vibration frame in the direction of the arrow. Weight part 101 and drive electrode 103
Between them, a groove 107 is dug all over the outer periphery of the weight portion 101. The fixed frame 10 is provided outside the vibration frame 104.
6, the vibration frame 104 is supported by a fixed frame 106 via a driving beam 105.

【0020】センサ本体100に対向してガラス基板1
20が置かれている。ガラス基板120には弗酸による
エッチングが施され、センサ本体100に対して、一定
の間隔を持ったエッチング面121が設けられている。
エッチング面121には、導電体薄膜による駆動電極1
23,124,125、検出電極122、接地電極12
8が形成されている。センサ本体100の固定フレーム
106とガラス基板の接合面129は、陽極接合により
固定されている。
The glass substrate 1 faces the sensor body 100.
20 are placed. The glass substrate 120 is etched with hydrofluoric acid, and the sensor body 100 is provided with an etching surface 121 at a constant interval.
The drive electrode 1 made of a conductive thin film is provided on the etching surface 121.
23, 124, 125, detection electrode 122, ground electrode 12
8 are formed. The joint surface 129 between the fixed frame 106 of the sensor body 100 and the glass substrate is fixed by anodic bonding.

【0021】次に、センサの駆動部の拡大断面図を図2
に示す。図2では、ガラス基板120が上でセンサ本体
100が下に示されている。接地源204に接続された
センサ本体側駆動電極103は簀の子状で、電極が一定
ピッチで並び、隣り合う電極間には電極幅と同じ幅のス
リット130が開いている。センサ本体側駆動電極10
3に対向して、基板側駆動電極124が配置されてい
る。基板側駆動電極124もセンサ本体側駆動電極10
3と同様の簀の子状で同幅同ピッチであるが、1/4ピ
ッチだけ簀の子の周期方向にシフトしている。基板側駆
動電極124の隣り合う電極間には接地電極201が配
置され、接地源204に接続されている。基板側駆動電
極124に印加される駆動電圧はバイアスを与えられた
交流電圧で、交流電源203とバイアス電源202から
構成される。
Next, an enlarged sectional view of the driving section of the sensor is shown in FIG.
Shown in In FIG. 2, the glass substrate 120 is shown above and the sensor body 100 is shown below. The sensor-body-side drive electrodes 103 connected to the grounding source 204 are in the shape of a cage, the electrodes are arranged at a constant pitch, and a slit 130 having the same width as the electrode width is opened between adjacent electrodes. Sensor body side drive electrode 10
3, the substrate-side drive electrode 124 is arranged. The substrate side drive electrode 124 is also the sensor body side drive electrode 10
3 and the same width and pitch, but shifted by a quarter pitch in the period direction of the cage. A ground electrode 201 is arranged between adjacent electrodes of the substrate-side drive electrode 124 and is connected to a ground source 204. The drive voltage applied to the substrate-side drive electrode 124 is a biased AC voltage, and includes an AC power supply 203 and a bias power supply 202.

【0022】以上のような構成を有する、実施の形態1
における角速度センサの動作について、以下説明を行
う。センサ本体100のシリコンウェハには、例えば臭
素等の不純物を拡散させてあるため導電体となってい
て、その電位はGNDになっている。
Embodiment 1 having the above configuration
The operation of the angular velocity sensor at will be described below. The silicon wafer of the sensor body 100 is a conductor since impurities such as bromine are diffused in the silicon wafer, and its potential is GND.

【0023】一方、ガラス基板120に形成されている
駆動電極123,124,125には、外部電源回路2
02,203よりボンディングパッド135を介して、
バイアス電圧を与えて常にプラスの電位を持った交流電
圧を印加する。すると、図2に示すように、電位がGN
Dであるセンサ本体側駆動電極103と基板側駆動電極
124の間に静電気力205が働き、横方向に自由度の
あるセンサ本体側駆動電極103は、基板側駆動電極1
24の真下に引きつけられる。基板側駆動電極124に
印加される電圧は交流成分があるため、静電気力205
も周期的に変化する。
On the other hand, the drive electrodes 123, 124, and 125 formed on the glass
02 and 203 via a bonding pad 135,
A bias voltage is applied, and an AC voltage having a positive potential is always applied. Then, as shown in FIG.
Electrostatic force 205 acts between the sensor body side drive electrode 103 and the substrate side drive electrode 124, and the sensor body side drive electrode 103 having a degree of freedom in the lateral direction is the substrate side drive electrode 1.
Attracted just below 24. Since the voltage applied to the substrate-side drive electrode 124 has an AC component, the electrostatic force 205
Also changes periodically.

【0024】このとき、駆動電力124に印加する交流
周波数をセンサ本体側駆動電極の横方向自由度の共振周
波数に合わせることにより、センサ本体側駆動電極や錘
部11を大きく振動させることができる。また、駆動電
極123と125には全く同一の駆動信号で駆動電極1
24の逆位相の電圧を印加することにより、4ヶ所の駆
動電極で振動を励起でき、より大きな振幅が得られる。
At this time, by adjusting the AC frequency applied to the drive power 124 to the resonance frequency of the lateral freedom of the sensor body side drive electrode, the sensor body side drive electrode and the weight 11 can be vibrated greatly. Further, the drive electrodes 123 and 125 are supplied with the drive signals
By applying a voltage having an opposite phase of 24, vibration can be excited by four drive electrodes, and a larger amplitude can be obtained.

【0025】更に、基板側駆動電極124に電圧を与え
た際、両脇に接地電極201を置くことにより、駆動電
極124から横方向に漏れる電気力線を接地電極が吸収
するため、隣のセンサ本体側駆動電極を引きつけること
が無く、効率よく静電気力が駆動力として働く。更に、
最も錘部に近い駆動電極から錘部101に向かう電気力
線無くなるため、検出信号に対する駆動電圧の影響を実
質上無視できる程度に抑えることができる。
Further, when a voltage is applied to the substrate-side drive electrode 124, the ground electrode 201 is placed on both sides, so that the ground electrode absorbs electric lines of force that leak laterally from the drive electrode 124. The electrostatic force acts as a driving force efficiently without attracting the main body side driving electrode. Furthermore,
Since there is no line of electric force from the drive electrode closest to the weight portion toward the weight portion 101, the effect of the drive voltage on the detection signal can be suppressed to a substantially negligible level.

【0026】このように、本実施の形態によれば、SN
比に優れた高精度の角速度センサを実現できる。
As described above, according to the present embodiment, the SN
A high-precision angular velocity sensor having an excellent ratio can be realized.

【0027】(実施の形態2)本発明の実施の形態2に
よる単結晶シリコンとガラスからなる角速度センサにつ
いて、図3を用いて説明する。本実施の形態は、外形的
には図1の形状を呈し、実施の形態1と類似している。
実施の形態1と異なる点は基板側駆動電極が301と3
02の様に2種類が交互になっている部分である。
(Embodiment 2) An angular velocity sensor made of single crystal silicon and glass according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is similar in shape to the first embodiment in the form of FIG.
The difference from the first embodiment is that the substrate-side drive electrodes 301 and 3
It is a portion where two types are alternated like 02.

【0028】図に示すように、駆動電極301には実施
の形態1と全く同様の、常にプラスの交流電圧が印加さ
れている。一方、駆動電極302には極性反転回路30
3により、駆動電極301に印加されるのとは、絶対値
が同じで符号がマイナスの交流電圧が印加される。
As shown in the drawing, a positive AC voltage is always applied to the drive electrode 301 exactly as in the first embodiment. On the other hand, the polarity inversion circuit 30 is
By 3, an AC voltage having the same absolute value and a minus sign is applied as being applied to the drive electrode 301.

【0029】従って、駆動電極301から放射される電
気力線205は実施の形態1の場合と全く同じだが、駆
動電極302から放射される電気力線207は、電気力
線205と強さが同じで符号が逆である。しかし、セン
サ本体100は接地されているため、電気力線の符号は
異なっても、絶対値が同じであれば、作用する引力は全
く同じになり、同じく動力が得られる。更に、符号が逆
であるため、センサ本体100全体としては流れ込む電
流値は0となり、同一シリコン状に形成されている錘部
の電位がGNDで安定化するのに寄与する。
Therefore, although the electric lines of force 205 radiated from the drive electrode 301 are exactly the same as in the first embodiment, the electric lines of force 207 radiated from the drive electrode 302 have the same strength as the electric lines of force 205. And the sign is reversed. However, since the sensor body 100 is grounded, even if the signs of the electric lines of force are different, if the absolute values are the same, the acting attraction becomes completely the same, and the same power is obtained. Further, since the signs are opposite, the current value flowing into the entire sensor body 100 is 0, which contributes to stabilizing the potential of the weight portion formed in the same silicon shape with GND.

【0030】このように、本実施の形態の角速度センサ
によれば、上記のような駆動電極構成を取ることによ
り、更に検出系のSN比を向上させ、高精度な角速度セ
ンサの実現することができる。
As described above, according to the angular velocity sensor of the present embodiment, by adopting the above-described drive electrode configuration, it is possible to further improve the SN ratio of the detection system and realize a highly accurate angular velocity sensor. it can.

【0031】なお、本発明の振動子は、実施の形態の振
動フレームに対応するものであり、本発明の第1の周期
的パターン部位は、実施の形態のセンサ本体側駆動電極
に対応するものであり、本発明の駆動電極部は、実施の
形態の基板側駆動電極に対応するものであり、本発明の
固定フレームは、実施の形態のフレームに対応するもの
である。
The vibrator of the present invention corresponds to the vibrating frame of the embodiment, and the first periodic pattern portion of the present invention corresponds to the sensor body side drive electrode of the embodiment. The drive electrode portion of the present invention corresponds to the substrate-side drive electrode of the embodiment, and the fixed frame of the present invention corresponds to the frame of the embodiment.

【0032】さらに本発明の第1の周期的パターン部位
の一部(A1)は、少なくとも本発明のセンサ本体駆動
電極103に対応するものであり、本発明の第2の周期
的パターン部位の一部(B1)は、少なくとも本発明の
基板側駆動電極123に対応するものである。
Further, a part (A1) of the first periodic pattern portion of the present invention corresponds at least to the sensor main body driving electrode 103 of the present invention, and is a part of the second periodic pattern portion of the present invention. The portion (B1) corresponds at least to the substrate-side drive electrode 123 of the present invention.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、駆動電極
の影響を受けない振動子駆動機構およびそれを用いた高
精度な角速度センサを提供できる効果がある。
As described above, according to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a vibrator driving mechanism which is not affected by the driving electrode and a highly accurate angular velocity sensor using the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態1における角速度センサの斜視図FIG. 1 is a perspective view of an angular velocity sensor according to a first embodiment.

【図2】実施の形態1における角速度センサの駆動電極
構成断面図
FIG. 2 is a sectional view of a driving electrode configuration of the angular velocity sensor according to the first embodiment.

【図3】実施の形態2における角速度センサの駆動電極
構成断面図
FIG. 3 is a sectional view of a driving electrode configuration of an angular velocity sensor according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 センサ本体 101 錘部 102 複合梁 103 駆動電極(センサ本体側) 104 振動フレーム 105 駆動梁 106 フレーム 107 溝部 110 座標軸 120 ガラス基板 121 エッチング面 122 検出電極 123、124、125 駆動電極(ガラス基板側) 126 リード線部 127 端子取り出しパット 128 接地電極 129 接合面 130 スリット 201 接地電極 202 バイアス電源 203 交流電源 204 接地源 205、207 電気力線 301 基板側駆動電極(正相) 302 基板側駆動電極(負相) REFERENCE SIGNS LIST 100 sensor body 101 weight section 102 composite beam 103 drive electrode (sensor body side) 104 vibrating frame 105 drive beam 106 frame 107 groove section 110 coordinate axis 120 glass substrate 121 etched surface 122 detection electrode 123, 124, 125 drive electrode (glass substrate side) 126 Lead wire part 127 Terminal extraction pad 128 Ground electrode 129 Joining surface 130 Slit 201 Ground electrode 202 Bias power supply 203 AC power supply 204 Ground source 205, 207 Electric force line 301 Board-side drive electrode (positive phase) 302 Board-side drive electrode (negative phase)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 静電気が発生する、第1の周期的パター
ン部位を有する振動子と、 前記振動子の、前記第1の周期的パターン部位と対向し
て配置された第2の周期的パターン部位を有する駆動電
極部とを備え、 前記第1の周期的パターン部位の一部(A1)と、該一
部(A1)に対向する前記第2の周期的パターン部位の
一部(B1)とは、所定の微小量(S1)だけずれて配
置されており、 前記第1の周期的パターンの他の一部(A2)と、該一
部(A2)に対向する前記第2の周期的パターンの他の
一部(B2)とは、所定の微小量(S2)だけずれて配
置されており、 前記第2の周期的パターン部位の各電極間には、接地電
極が配置されており、 前記微小量(S1)のずれと前記微小量(S2)のずれ
とは、前記振動子の振動方向を基準として互いに逆方向
となっており、 前記駆動電極部の第2の周期的パターン部位には、前記
振動子を静電気力により駆動させるための変動駆動電圧
が印加され、 前記第2の周期的パターンの一部(B1)に印加される
駆動電圧の変動と、前記他の一部(B2)に印加される
駆動電圧の変動とは、互いに異なっていることを特徴と
する振動子駆動機構。
1. A vibrator having a first periodic pattern portion where static electricity is generated, and a second periodic pattern portion of the vibrator disposed opposite to the first periodic pattern portion And a part (A1) of the first periodic pattern part and a part (B1) of the second periodic pattern part facing the part (A1). , A predetermined minute amount (S1), and the other part (A2) of the first periodic pattern and the second periodic pattern facing the part (A2). The other part (B2) is displaced from the other part (B2) by a predetermined minute amount (S2), and a ground electrode is arranged between the electrodes of the second periodic pattern portion. The deviation of the amount (S1) and the deviation of the minute amount (S2) indicate the direction of vibration of the vibrator. The driving directions are opposite to each other, and a variable driving voltage for driving the vibrator by electrostatic force is applied to a second periodic pattern portion of the driving electrode portion, and the second periodic pattern The variation of the drive voltage applied to a part (B1) of the device and the variation of the drive voltage applied to the other portion (B2) are different from each other.
【請求項2】 前記駆動電極部の各電極には、前記接地
電極を挟んで隣り合う同士の電極において、極性が逆の
電圧信号が印加されることを特徴とする請求項1記載の
振動子駆動機構。
2. The vibrator according to claim 1, wherein a voltage signal having an opposite polarity is applied to each electrode of the drive electrode portion between electrodes adjacent to each other with the ground electrode interposed therebetween. Drive mechanism.
【請求項3】 請求項1または2に記載の振動子駆動機
構を用いた角速度センサであって、 前記振動子の外周に配置された固定フレームと、 前記振動子の内部に配置された錘部と、 前記駆動電極部および前記錘部と対向した検出電極を有
する基板とを備えたことを特徴とする角速度センサ。
3. An angular velocity sensor using the vibrator driving mechanism according to claim 1 or 2, wherein: a fixed frame disposed on an outer periphery of the vibrator; and a weight portion disposed inside the vibrator. And a substrate having a detection electrode facing the drive electrode section and the weight section.
【請求項4】 静電気が発生する、第1の周期的パター
ン部位を有する振動子と、 前記振動子の、前記第1の周期的パターン部位と対向し
て配置された第2の周期的パターン部位を有する駆動電
極部と、 前記振動子の外周に配置された固定フレームと、 前記振動子の内部に配置された錘部と、 前記駆動電極部および前記錘部と対向した検出電極を有
する基板とを備えたことを特徴とする角速度センサ。
4. A vibrator having a first periodic pattern portion in which static electricity is generated, and a second periodic pattern portion of the vibrator disposed opposite to the first periodic pattern portion And a fixed frame disposed on the outer periphery of the vibrator; a weight disposed inside the vibrator; and a substrate having a detection electrode facing the drive electrode and the weight. An angular velocity sensor comprising:
【請求項5】前記接地電極の一部は、前記検出電極の外
周を取り囲むように配置されていることを特徴とする請
求項3または4に記載の角速度センサ。
5. The angular velocity sensor according to claim 3, wherein a part of the ground electrode is disposed so as to surround an outer periphery of the detection electrode.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153689A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Pioneer Electronic Corp Sensor element
KR100839870B1 (en) 2006-09-18 2008-06-19 한국과학기술원 micro inertial sensor
US8067880B2 (en) 2008-12-27 2011-11-29 Seiko Epson Corporation Flexural vibration element and electronic component
US8217556B2 (en) 2008-12-27 2012-07-10 Seiko Epson Corporation Flexural vibration element and electronic component
JP2013224934A (en) * 2012-03-21 2013-10-31 National Institute For Materials Science Sensor element for measuring trace quantity of samples

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153689A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Pioneer Electronic Corp Sensor element
JP4611005B2 (en) * 2004-11-30 2011-01-12 パイオニア株式会社 Sensor element
KR100839870B1 (en) 2006-09-18 2008-06-19 한국과학기술원 micro inertial sensor
US8067880B2 (en) 2008-12-27 2011-11-29 Seiko Epson Corporation Flexural vibration element and electronic component
US8169127B2 (en) 2008-12-27 2012-05-01 Seiko Epson Corporation Flexural vibration element and electronic component
US8217556B2 (en) 2008-12-27 2012-07-10 Seiko Epson Corporation Flexural vibration element and electronic component
CN101771395B (en) * 2008-12-27 2013-07-17 精工爱普生株式会社 Flexural vibration element and electronic component
US8816574B2 (en) 2008-12-27 2014-08-26 Seiko Epson Corporation Flexural vibration element and electronic component
US8823248B2 (en) 2008-12-27 2014-09-02 Seiko Epson Corporation Flexural vibration element and electronic component
JP2013224934A (en) * 2012-03-21 2013-10-31 National Institute For Materials Science Sensor element for measuring trace quantity of samples

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