JP5442866B2 - 慣性センサ - Google Patents
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Description
本発明に係る慣性センサは、上記の課題を解決するため、厚さ方向に支持基板と、その上に中間絶縁層を介して導体層が形成された基板に、前記導体層面上のある方向を第1方向である基準振動方向に取り、静電力を用いることで互いに逆相に変位するよう配設された二つの錘と、前記錘に角速度が加わるに伴い、前記錘が前記第1方向と交差する第2方向に振動し、前記二つの錘の第1方向および第2方向への変位に伴って静電容量が変化する複数の検出電極と、前記検出電極の容量変化を電気信号に変換するCV変換部とで構成される振動型角速度センサにおいて、
前記二つの錘が第1方向に逆相に変位した場合、同じ方向(増える方向若しくは減る方向)に静電容量が変化する前記検出電極同士を前記CV変換部の前で互いに電気的に接続していることを特徴とする。
本発明の第1の実施例に係る振動型角速度センサ(以下、単に「角速度センサ」ともいう)S1について図面を参照しながら説明する。図1は角速度センサS1の全体構成を示す模式図である。まず、角速度センサS1の構成を説明する。本角速度センサS1には、後述する錘や固定部など機械的な構成要素を形成するため、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板1が使用されている。図2のA−A’断面図に示すSOI基板1は、支持基板1a上に中間絶縁層1bが形成されており、この中間絶縁層1b上に導体層1cが形成されている。支持基板1aは、例えば、シリコン(Si)より形成され、中間絶縁層1bは、例えば、酸化シリコン(SiO2)より形成されている。さらに、中間絶縁層1b上に形成されている導体層1cは、例えば、導電性シリコンより形成されている。
前記二つの錘2、3は、各々の錘2、3の外側に配置されている駆動電極8(C1、C4)と、内側に配置されている駆動電極9(C2、C3)によって前記第1方向(x方向)に励振される。前記駆動電極8には、駆動信号としてVcom+Vb−Vdの信号が印加され、前記駆動電極9には、駆動信号としてVcom+Vb+Vdが印加される。また、前記錘2、3には、共通電極10を介してVcomが印加される。従って、前記駆動電極8、9と錘2、3の間の電位差はVb±Vdとなり、電位差による静電力が発生し、前記二つの錘2、3が逆相振動する仕組みとなっている。
第2の実施例について図3を用いて説明する。なお、実施例1に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図3は、本実施例に係る角速度センサS2の主要な構成要素を平面的に示す模式図である。
第3の実施例について図4〜図9を用いて説明する。なお、実施例1又は2に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図4は、本実施例における角速度センサS3の主要な構成要素を平面的に示す模式図であり、図5は、B―B’断面の拡大図である。図6は図4に示す角速度センサの裏面配線図である。
前記台座15によって囲まれる領域の中には、前記中間層1bを介して前記支持基板1aに固定される固定部6が形成され、その固定部6には、後述する励振素子2A、3Aを支持する支持梁5A、5B、5C、5D、5E、5Fが接続されている。また、固定部6には、貫通電極27が形成されており、後述する制御LSI50からの搬送波Vcがパッド27Pと前記貫通電極27を介して印加される。
(実施例4)
第4の実施例について図10を用いて説明する。なお、実施例1〜3のいずれかに記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図10は、本実施例4における角速度センサS4のコリオリ素子2B、3Bの検出電極28、29、30、31とサーボ電極37、38、39、40及び回路構成を示す回路図である。センサエレメントの製造方法や、構成、駆動回路などそれ以外の構成要素と回路については実施例3の角速度センサS3と同様であり、説明を省略する。
(1)二つの錘と、前記二つの錘を第1方向において互いに逆相に変位させる手段と、前記第1方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する2組の第1電極と、前記第1方向とは異なる第2方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する2組の第2電極と、前記第1電極の容量変化を電気信号に変換する第1のCV変喚部と、前記第2電極の容量変化を電気信号に変換する第2のCV変換部とを備えた振動型の慣性センサにおいて、
前記二つの錘が前記第1方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する1組の前記第1電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する1組の前記第1電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第1のCV変換部に接続されていることを特徴とする慣性センサ。
(2)二つの錘と、前記二つの錘を第1方向において互いに逆相に変位させる手段と、前記第1方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する2組の第1電極と、前記第1方向とは異なる第2方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する2組の第2電極と、前記第1電極の容量変化を電気信号に変換する第1のCV変喚部と、前記第2電極の容量変化を電気信号に変換する第2のCV変喚部とを備えた振動型の慣性センサにおいて、
前記二つの錘が前記第2方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する1組の前記第2電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する1組の前記第2電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第2のCV変換部に接続されていることを特徴とする慣性センサ。
Claims (12)
- 二つの錘と、前記二つの錘を第1方向において互いに逆相に変位させる駆動信号を前記二つの錘に印加する2組の駆動電極と、前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する2組の第1電極と、前記第1電極の容量変化を電気信号に変換する第1のCV変喚部とを備えた振動型の慣性センサにおいて、
前記二つの錘が前記第1方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する1組の前記第1電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する1組の前記第1電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第1のCV変換部に接続されており、
前記2組の第1電極は、前記第1方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出することを特徴とする慣性センサ。 - 前記第1方向とは異なる第2方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出する2組の第2電極と、前記第2電極の容量変化を電気信号に変換する第2のCV変換部とをさらに備え、
前記二つの錘が前記第2方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する1組の前記第2電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する1組の前記第2電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記第2のCV変換部に接続されていることを特徴とする請求項1記載の慣性センサ。 - 前記第2方向の振動を静電力により抑制する2組のサーボ電極を更に備え、
前記二つの錘が前記第2方向に逆相に変位した場合に互いに静電容量が増加する1組の前記サーボ電極同士が電気的に接続され、同場合に互いに静電容量が減少する1組の前記サーボ電極同士が電気的に接続されていることを特徴とする請求項2記載の慣性センサ。 - 前記二つの錘が互いに機械的に連結され、振動エネルギーのパスを持つことで音叉構造
になっていることを特徴とする請求項1記載の慣性センサ。 - 前記二つの錘の前記第1方向、前記第1方向とは異なる第2方向、又は両方向における最も低い振動モード周波数が同相振動モードであり、第2次振動モードが逆相振動モードになっていることを特徴とする請求項4記載の慣性センサ。
- 前記二つの錘の各々が、前記第1方向には変位し易く、前記第1方向とは異なる第2方向には変位し難い支持梁によって支持されている励振素子と、前記励振素子に前記第1方向には変位し難く、前記第2方向には変位し易い検出梁を介して懸架され、前記励振素子の動きに追従しながら印加された角速度の大きさに比例して前記第2方向に変位するコリオリ素子として構成されていることを特徴とする請求項4記載の慣性センサ。
- 前記二つの錘の各々を構成する二つの励振素子の最も低い振動モード周波数が前記第1方向における同相振動モードであり、第2次振動モードが逆相振動モードになっていることを特徴とする請求項6記載の慣性センサ。
- 前記二つの錘の各々を構成する二つのコリオリ素子の最も低い振動モード周波数が前記第2方向に沿って併進振動するモードになっていることを特徴とする請求項6記載の慣性センサ。
- 前記励振素子は、Y字型であり、3つの先端部に前記支持梁が配置されていることを特徴とする請求項6記載の慣性センサ。
- 前記第1電極は、クシ歯型構造を有することを特徴とする請求項6記載の慣性センサ。
- 前記2組の第1電極は、前記第1方向とは異なる第2方向に対する前記二つの錘のそれぞれの変位を静電容量の変化として検出することを特徴とする請求項10記載の慣性センサ。
- 高周波振動外乱成分を減衰するための高周波振動減衰装置を更に備えたことを特徴とする請求項1記載の慣性センサ。
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