JP5705953B2 - 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、励振方向に変位可能である励振素子と、
検出梁を介して前記励振素子と接続され、前記励振方向と垂直な検出方向に変位可能であるコリオリ素子と、
前記励振素子を挟む位置に配置される複数の固定部と、
前記複数の固定部と前記励振素子とを接続する支持梁と、をそれぞれ2組有し、
2組の前記励振素子を、前記励振方向において互いに逆相に変位させる駆動信号を、2組の前記励振素子に印加する2組の駆動電極と、
2組の前記励振素子のそれぞれの、前記励振方向または前記検出方向に対する変位を、静電容量の変化として検出する2組のモニタ電極と、
2組の前記モニタ電極の静電容量の変化を、電気信号に変換するCV変換部と、を有し、
前記支持梁のそれぞれは、
一端が前記固定部に接続され、前記励振素子と遠ざかるように形成され、他端が自由梁に接続される固定側梁と、
前記自由梁と前記励振素子とを接続する支持側梁と、をそれぞれ2組含み、
2組の前記励振素子が前記励振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組の前記モニタ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組の前記モニタ電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記CV変換部に接続されることを特徴とする。
検出梁を介して前記励振素子と接続され、前記励振方向と垂直な検出方向に変位可能であるコリオリ素子と、
前記励振素子を挟む位置に配置される複数の固定部と、
前記複数の固定部と前記励振素子とを接続する支持梁と、をそれぞれ2組有し、
2組の前記励振素子を、前記励振方向において互いに逆相に変位させる駆動信号を、2組の前記励振素子に印加する2組の駆動電極と、
2組の前記コリオリ素子のそれぞれの前記検出方向に対する変位を、静電容量の変化として検出する2組の検出電極と、
2組の前記検出電極の静電容量の変化を、電気信号に変換するCV変換部と、を有し、
前記支持梁のそれぞれは、
一端が前記固定部に接続され、前記励振素子と遠ざかるように形成され、他端が自由梁に接続される固定側梁と、
前記自由梁と前記励振素子とを接続する支持側梁と、をそれぞれ2組含み、
2組の前記励振素子が前記励振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組の前記検出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組の前記検出電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記CV変換部に接続され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。
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。
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 (6)
- 励振方向に変位可能である励振素子と、
検出梁を介して前記励振素子と接続され、前記励振方向と垂直な検出方向に変位可能であるコリオリ素子と、
前記励振素子を挟む位置に配置される複数の固定部と、
前記複数の固定部と前記励振素子とを接続する支持梁と、をそれぞれ2組有し、
2組の前記励振素子を、前記励振方向において互いに逆相に変位させる駆動信号を、2組の前記励振素子に印加する2組の駆動電極と、
2組の前記励振素子のそれぞれの、前記励振方向または前記検出方向に対する変位を、静電容量の変化として検出する2組のモニタ電極と、
2組の前記モニタ電極の静電容量の変化を、電気信号に変換するCV変換部と、を有し、
前記支持梁のそれぞれは、
一端が前記固定部に接続され、前記励振素子と遠ざかるように形成され、他端が自由梁に接続される固定側梁と、
前記自由梁と前記励振素子とを接続する支持側梁と、をそれぞれ2組含み、
2組の前記励振素子が前記励振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組の前記モニタ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組の前記モニタ電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記CV変換部に接続されることを特徴とする慣性センサ。 - 励振方向に変位可能である励振素子と、
検出梁を介して前記励振素子と接続され、前記励振方向と垂直な検出方向に変位可能であるコリオリ素子と、
前記励振素子を挟む位置に配置される複数の固定部と、
前記複数の固定部と前記励振素子とを接続する支持梁と、をそれぞれ2組有し、
2組の前記励振素子を、前記励振方向において互いに逆相に変位させる駆動信号を、2組の前記励振素子に印加する2組の駆動電極と、
2組の前記コリオリ素子のそれぞれの前記検出方向に対する変位を、静電容量の変化として検出する2組の検出電極と、
2組の前記検出電極の静電容量の変化を、電気信号に変換するCV変換部と、を有し、
前記支持梁のそれぞれは、
一端が前記固定部に接続され、前記励振素子と遠ざかるように形成され、他端が自由梁に接続される固定側梁と、
前記自由梁と前記励振素子とを接続する支持側梁と、をそれぞれ2組含み、
2組の前記励振素子が前記励振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組の前記検出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組の前記検出電極同士が電気的に接続され、それぞれが前記CV変換部に接続され、
2組の前記コリオリ素子の前記検出方向への変位を抑制する2組のサーボ電極を更に有し、
2組の前記コリオリ素子が前記検出方向へ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ることを特徴とする慣性センサ。 - 請求項1において、
2組の前記コリオリ素子の前記検出方向への変位を抑制する2組のサーボ電極を更に有し、
2組の前記コリオリ素子が前記検出方向へ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ることを特徴とする慣性センサ。 - 請求項1または2において、
前記固定側梁および前記支持側梁のそれぞれは、前記検出方向に延伸し、
前記自由梁のそれぞれは、前記励振方向に延伸することを特徴とする慣性センサ。 - 請求項1または2において、
2組の前記励振素子のそれぞれは、Y字型であり、3つの先端部に前記支持梁が配置されることを特徴とする慣性センサ。 - 請求項1または2において、
2組の前記励振素子を接続するリンク梁をさらに有することを特徴とする慣性センサ。
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