JPH1062177A - 角速度検出装置 - Google Patents
角速度検出装置Info
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- JPH1062177A JPH1062177A JP8233574A JP23357496A JPH1062177A JP H1062177 A JPH1062177 A JP H1062177A JP 8233574 A JP8233574 A JP 8233574A JP 23357496 A JP23357496 A JP 23357496A JP H1062177 A JPH1062177 A JP H1062177A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動板の中空穴内には固定板を配設し、振動
板の変位を固定板と中空穴内面との距離により検出し、
固定板の上下の変位を差動容量として検出することによ
りノイズを除去した上に出力を大きくし、検出感度を高
める。 【解決手段】 基板62上に固定された各支持部65に
は、水平方向と垂直方向に振動可能に支持される振動板
67を各支持梁66によって支持し、振動板67は下側
板体68と上側板体69を中空穴を介して形成する。振
動板67の中空穴内には固定板78を配設する。そし
て、振動板67をB方向に振動させた状態でY軸周りの
角速度Ωが加わると、振動板67はF方向にコリオリ力
により変位する。この変位を固定板78と下側板体6
8、固定板78と上側板体69との離間寸法による静電
容量を別個に検出し、差動容量を演算するにより角速度
Ωを高感度に検出することができる。
板の変位を固定板と中空穴内面との距離により検出し、
固定板の上下の変位を差動容量として検出することによ
りノイズを除去した上に出力を大きくし、検出感度を高
める。 【解決手段】 基板62上に固定された各支持部65に
は、水平方向と垂直方向に振動可能に支持される振動板
67を各支持梁66によって支持し、振動板67は下側
板体68と上側板体69を中空穴を介して形成する。振
動板67の中空穴内には固定板78を配設する。そし
て、振動板67をB方向に振動させた状態でY軸周りの
角速度Ωが加わると、振動板67はF方向にコリオリ力
により変位する。この変位を固定板78と下側板体6
8、固定板78と上側板体69との離間寸法による静電
容量を別個に検出し、差動容量を演算するにより角速度
Ωを高感度に検出することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば回転体の角
速度を検出するのに用いられる角速度検出装置に関す
る。
速度を検出するのに用いられる角速度検出装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】第1の従来技術による角速度検出装置に
ついて、図23と図24に示す図面と共に説明する。
ついて、図23と図24に示す図面と共に説明する。
【0003】図中、1はマイクロマシニング技術によっ
て作製された角速度検出装置、2は該角速度検出装置1
の本体をなすように例えば高抵抗な単結晶のシリコン材
料から形成された基板をそれぞれ示し、該基板2は図2
3および図24に示すように長方形の板状に形成されて
いる。なお、図23において、紙面の左右方向がX軸、
上下方向がY軸、そしてX軸、Y軸に直交する紙面の表
裏方向がZ軸方向となっている。
て作製された角速度検出装置、2は該角速度検出装置1
の本体をなすように例えば高抵抗な単結晶のシリコン材
料から形成された基板をそれぞれ示し、該基板2は図2
3および図24に示すように長方形の板状に形成されて
いる。なお、図23において、紙面の左右方向がX軸、
上下方向がY軸、そしてX軸、Y軸に直交する紙面の表
裏方向がZ軸方向となっている。
【0004】3は例えばP,B,Sb等の不純物がドー
ピングされた低抵抗なポリシリコンからなる可動部を示
し、該可動部3は例えば酸化シリコン等により基板2の
表面に設けた絶縁膜4(図24、参照)を介して基板2
上に、マイクロマシニングによる犠牲層エッチング技術
によって形成され、Y軸方向で対向するように固着され
た一対の支持部5,5と、基端側が該各支持部5に一体
形成され、Y軸方向に直線状に伸長する4本の支持梁6
と、該各支持梁6の先端側に一体形成された略長方形状
の振動板7とからなり、振動板7のX軸方向となる左,
右両側面には、複数個の棒状の電極板8A,8A,…が
くし状に配置された可動側駆動電極8,8が突出形成さ
れている。また、該可動部3は、各支持部5のみが基板
2に固着され、各支持梁6と振動板7とは基板2から所
定間隔を離間した状態で該基板2と平行に保持される。
これにより、振動板7は基板2に対してX軸方向とZ軸
方向に変位可能に配設されている。
ピングされた低抵抗なポリシリコンからなる可動部を示
し、該可動部3は例えば酸化シリコン等により基板2の
表面に設けた絶縁膜4(図24、参照)を介して基板2
上に、マイクロマシニングによる犠牲層エッチング技術
によって形成され、Y軸方向で対向するように固着され
た一対の支持部5,5と、基端側が該各支持部5に一体
形成され、Y軸方向に直線状に伸長する4本の支持梁6
と、該各支持梁6の先端側に一体形成された略長方形状
の振動板7とからなり、振動板7のX軸方向となる左,
右両側面には、複数個の棒状の電極板8A,8A,…が
くし状に配置された可動側駆動電極8,8が突出形成さ
れている。また、該可動部3は、各支持部5のみが基板
2に固着され、各支持梁6と振動板7とは基板2から所
定間隔を離間した状態で該基板2と平行に保持される。
これにより、振動板7は基板2に対してX軸方向とZ軸
方向に変位可能に配設されている。
【0005】9,9は例えば低抵抗なポリシリコンによ
って形成され、振動板7を挟むように絶縁膜4を介して
基板2上に固着された一対の固定部を示し、該各固定部
9には前記可動側駆動電極8,8と対向する面に、棒状
の電極板10A,10A,…がくし状に配置された固定
側駆動電極10がそれぞれ突出形成されている。そし
て、可動側駆動電極8と固定側駆動電極10とは、図2
3に示すように隙間を介して互いに対向し、各電極板8
A,10Aが互いに離間した状態で噛合するように交互
に配設されている。
って形成され、振動板7を挟むように絶縁膜4を介して
基板2上に固着された一対の固定部を示し、該各固定部
9には前記可動側駆動電極8,8と対向する面に、棒状
の電極板10A,10A,…がくし状に配置された固定
側駆動電極10がそれぞれ突出形成されている。そし
て、可動側駆動電極8と固定側駆動電極10とは、図2
3に示すように隙間を介して互いに対向し、各電極板8
A,10Aが互いに離間した状態で噛合するように交互
に配設されている。
【0006】11,11は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部11は可動側駆動電極8と固
定側駆動電極10とから構成されている。ここで、各振
動発生部11に周波数fの駆動信号を交互に印加する
と、各電極板8A,10A間には静電引力が交互に反対
向きに発生し、この静電引力によって振動板7は矢示A
方向(X軸方向)に振動する。
部を示し、該各振動発生部11は可動側駆動電極8と固
定側駆動電極10とから構成されている。ここで、各振
動発生部11に周波数fの駆動信号を交互に印加する
と、各電極板8A,10A間には静電引力が交互に反対
向きに発生し、この静電引力によって振動板7は矢示A
方向(X軸方向)に振動する。
【0007】12は基板2上に形成された基板側電極
で、該基板側電極12は、図24に示すように、基板2
の表面に基板2と反対の極性(P型に対してN型、N型
に対してP型)となるように、例えばP,Sb等の不純
物を高密度にドーピングすることにより導電性を有する
ように形成されている。また、基板側電極12は基板2
とPN接合によって分離され、さらに基板側電極12は
振動板7の下側に位置して該振動板7と所定寸法を離間
した状態で対向している。
で、該基板側電極12は、図24に示すように、基板2
の表面に基板2と反対の極性(P型に対してN型、N型
に対してP型)となるように、例えばP,Sb等の不純
物を高密度にドーピングすることにより導電性を有する
ように形成されている。また、基板側電極12は基板2
とPN接合によって分離され、さらに基板側電極12は
振動板7の下側に位置して該振動板7と所定寸法を離間
した状態で対向している。
【0008】13は変位検出手段となる変位検出部を示
し、該変位検出部13は振動板7と基板側電極12とか
ら構成され、振動板7と基板側電極12とのZ軸方向に
おける離間寸法の変化を、両者間の静電容量の変化とし
て検出する。
し、該変位検出部13は振動板7と基板側電極12とか
ら構成され、振動板7と基板側電極12とのZ軸方向に
おける離間寸法の変化を、両者間の静電容量の変化とし
て検出する。
【0009】このように構成される角速度検出装置1に
おいては、各振動発生部11に逆位相となる周波数fの
駆動信号を印加することにより、前記振動板7は図23
中の矢示A方向の振動を行い、この状態でY軸を回転軸
とする角速度Ωが加わると、前記振動板7には図24に
示すように、角速度Ωに比例したZ軸方向にコリオリ力
F(慣性力)が発生する。
おいては、各振動発生部11に逆位相となる周波数fの
駆動信号を印加することにより、前記振動板7は図23
中の矢示A方向の振動を行い、この状態でY軸を回転軸
とする角速度Ωが加わると、前記振動板7には図24に
示すように、角速度Ωに比例したZ軸方向にコリオリ力
F(慣性力)が発生する。
【0010】この結果、振動板7はこのコリオリ力Fに
比例した振幅をもってZ軸方向に振動し、この振動の振
幅(変位)を変位検出部13によって振動板7と基板側
電極12との間の静電容量の変化として検出することに
より、Y軸周りの角速度Ωを検出する。
比例した振幅をもってZ軸方向に振動し、この振動の振
幅(変位)を変位検出部13によって振動板7と基板側
電極12との間の静電容量の変化として検出することに
より、Y軸周りの角速度Ωを検出する。
【0011】また、振動板7に作用するコリオリ力Fは
X軸方向に発生させる矢示A方向の振動による振幅の大
きさにも比例するため、角速度検出装置1では印加する
駆動信号の周波数fを振動板7の力学的な共振周波数に
ほぼ等しくすることによって、該振動板7をX軸方向に
大きく振動させてコリオリ力FによるZ軸方向の変位を
増大させ、Y軸周りの角速度Ωを高精度に検出できるよ
うにしている。
X軸方向に発生させる矢示A方向の振動による振幅の大
きさにも比例するため、角速度検出装置1では印加する
駆動信号の周波数fを振動板7の力学的な共振周波数に
ほぼ等しくすることによって、該振動板7をX軸方向に
大きく振動させてコリオリ力FによるZ軸方向の変位を
増大させ、Y軸周りの角速度Ωを高精度に検出できるよ
うにしている。
【0012】しかし、上述した従来技術による角速度検
出装置1は、振動板7のコリオリ力FによるZ軸方向の
変位を、変位検出部13によって該振動板7と基板2の
基板側電極12との離間寸法を静電容量の変化として検
出し、Y軸周りの角速度Ωを検出している。
出装置1は、振動板7のコリオリ力FによるZ軸方向の
変位を、変位検出部13によって該振動板7と基板2の
基板側電極12との離間寸法を静電容量の変化として検
出し、Y軸周りの角速度Ωを検出している。
【0013】ここで、変位検出部13で振動板7の変位
Δdと静電容量の変化ΔCとの関係は近似的に次の数1
のようになる。
Δdと静電容量の変化ΔCとの関係は近似的に次の数1
のようになる。
【0014】
【数1】 ただし、d:初期状態の振動板7と基板側電極12との
離間寸法 C:初期静電容量 ε:比誘電率 S:有効面積
離間寸法 C:初期静電容量 ε:比誘電率 S:有効面積
【0015】この数1からもわかるように、微小変位を
高感度に検出するためには、離間寸法dを小さくすれば
有効である。
高感度に検出するためには、離間寸法dを小さくすれば
有効である。
【0016】しかし、可動部3はマイクロマシニングに
よる犠牲層エッチング技術によって形成されている。こ
のため、犠牲層を薄くすれば離間寸法を小さくすること
はできるものの、この場合には犠牲層を除去するエッチ
ング工程でエッチング液がこの隙間に浸入しにくくなっ
て除去できなくなったり、エッチング後の乾燥で素子同
士が接着してしまい、技術的に基板2と振動板7とを離
間させることのできる寸法は1μmが限界であり、変位
検出部13での静電容量による検出感度を高めることが
できないという欠点がある。
よる犠牲層エッチング技術によって形成されている。こ
のため、犠牲層を薄くすれば離間寸法を小さくすること
はできるものの、この場合には犠牲層を除去するエッチ
ング工程でエッチング液がこの隙間に浸入しにくくなっ
て除去できなくなったり、エッチング後の乾燥で素子同
士が接着してしまい、技術的に基板2と振動板7とを離
間させることのできる寸法は1μmが限界であり、変位
検出部13での静電容量による検出感度を高めることが
できないという欠点がある。
【0017】また、外気温度等の変化による外来ノイズ
を除去する機構は、該角速度検出装置1自体にはなんら
設けられておらず、外部の信号処理回路等でノイズを除
去する補正を行わなければならないとう欠点がある。
を除去する機構は、該角速度検出装置1自体にはなんら
設けられておらず、外部の信号処理回路等でノイズを除
去する補正を行わなければならないとう欠点がある。
【0018】これらの欠点を解消するために、第2の従
来技術として特開平4−242114号公報に示すよう
な、角速度検出装置が知られている。
来技術として特開平4−242114号公報に示すよう
な、角速度検出装置が知られている。
【0019】ここで、第2の従来技術による角速度検出
装置を、図25と図26により説明すると、21はマイ
クロマシニング技術により製造された角速度検出装置、
22は該角速度検出装置21の本体をなす基板をそれぞ
れ示し、該基板22上には後述する可動部23と該可動
部23の振動板26を挟むように、前記基板22上に立
設された一対の固定部28,28とから大略構成されて
いる。なお、図25において、紙面の左右方向がX軸、
上下方向がY軸、そしてX軸、Y軸に直交する紙面の表
裏方向がZ軸方向となっている。
装置を、図25と図26により説明すると、21はマイ
クロマシニング技術により製造された角速度検出装置、
22は該角速度検出装置21の本体をなす基板をそれぞ
れ示し、該基板22上には後述する可動部23と該可動
部23の振動板26を挟むように、前記基板22上に立
設された一対の固定部28,28とから大略構成されて
いる。なお、図25において、紙面の左右方向がX軸、
上下方向がY軸、そしてX軸、Y軸に直交する紙面の表
裏方向がZ軸方向となっている。
【0020】23は可動部を示し、該可動部23は前記
基板22の四隅側に位置して固着形成された支持部2
4,24,…と、基端側が該各支持部24に一体形成さ
れ、中央部に向けて延びる支持梁25,25,…と、該
各支持梁25の先端側に一体形成された直方体となった
振動板26とからなり、該振動板26のX軸方向の両側
面には、X軸方向に突出しY軸方向に延びるそれぞれ3
枚の板状の電極板27Aからなる可動側駆動電極27が
形成されている。また、該可動部23は、各支持部24
のみが基板22に固着され、各支持梁25と振動板26
とは基板22から離間した状態で該基板22と平行に保
持されることにより、振動板26は基板22に対してX
軸方向とZ軸方向に変位可能に配設されている。
基板22の四隅側に位置して固着形成された支持部2
4,24,…と、基端側が該各支持部24に一体形成さ
れ、中央部に向けて延びる支持梁25,25,…と、該
各支持梁25の先端側に一体形成された直方体となった
振動板26とからなり、該振動板26のX軸方向の両側
面には、X軸方向に突出しY軸方向に延びるそれぞれ3
枚の板状の電極板27Aからなる可動側駆動電極27が
形成されている。また、該可動部23は、各支持部24
のみが基板22に固着され、各支持梁25と振動板26
とは基板22から離間した状態で該基板22と平行に保
持されることにより、振動板26は基板22に対してX
軸方向とZ軸方向に変位可能に配設されている。
【0021】28,28は固定部を示し、該各固定部2
8は前記振動板26のX軸方向に位置して該振動板26
を挟むように前記基板22上に固着され、各固定部28
には前記可動側駆動電極27,27と対向する面に、X
軸の中心部に向けて突出しY軸方向に延びるそれぞれ2
枚の板状の電極板29Aを有する固定側駆動電極29が
それぞれ形成されている。そして、可動側駆動電極27
と固定側駆動電極29とは、図26に示すように隙間を
介して互いに対向し、各電極板27A,29Aが互いに
離間した状態で噛合するように交互に配設されている。
8は前記振動板26のX軸方向に位置して該振動板26
を挟むように前記基板22上に固着され、各固定部28
には前記可動側駆動電極27,27と対向する面に、X
軸の中心部に向けて突出しY軸方向に延びるそれぞれ2
枚の板状の電極板29Aを有する固定側駆動電極29が
それぞれ形成されている。そして、可動側駆動電極27
と固定側駆動電極29とは、図26に示すように隙間を
介して互いに対向し、各電極板27A,29Aが互いに
離間した状態で噛合するように交互に配設されている。
【0022】30,30は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部30は可動側駆動電極27と
固定側駆動電極29とから構成されている。ここで、各
振動発生部30に周波数fの駆動信号を交互に印加する
と、各電極板27A,29A間には静電引力が交互に反
対向きに発生し、この静電引力によって振動板26は矢
示A方向(X軸方向)に振動する。
部を示し、該各振動発生部30は可動側駆動電極27と
固定側駆動電極29とから構成されている。ここで、各
振動発生部30に周波数fの駆動信号を交互に印加する
と、各電極板27A,29A間には静電引力が交互に反
対向きに発生し、この静電引力によって振動板26は矢
示A方向(X軸方向)に振動する。
【0023】31は基板22上に形成された基板側電極
で、該基板側電極31は、図26に示すように、前記基
板22の表面に位置して振動板26の下側と所定寸法を
離間した状態で対向している。
で、該基板側電極31は、図26に示すように、前記基
板22の表面に位置して振動板26の下側と所定寸法を
離間した状態で対向している。
【0024】32は基板22上に固着され振動板26を
覆うように略コ字状に形成された上側電極で、該上側電
極32は、図26に示すように、前記振動板26の上側
と所定寸法を離間した状態で配設されている。
覆うように略コ字状に形成された上側電極で、該上側電
極32は、図26に示すように、前記振動板26の上側
と所定寸法を離間した状態で配設されている。
【0025】33,34は変位検出手段となる変位検出
部を示し、該変位検出部33は振動板26と基板側電極
31とからなり、変位検出部34は振動板26と上側電
極32とからなり、振動板26と基板側電極31との離
間寸法と、振動板26と上側電極32との離間寸法は等
しく形成されている。そして、該変位検出部33,34
は、振動板26のZ軸方向における離間寸法の変化を、
両者間の静電容量の変化として検出する。
部を示し、該変位検出部33は振動板26と基板側電極
31とからなり、変位検出部34は振動板26と上側電
極32とからなり、振動板26と基板側電極31との離
間寸法と、振動板26と上側電極32との離間寸法は等
しく形成されている。そして、該変位検出部33,34
は、振動板26のZ軸方向における離間寸法の変化を、
両者間の静電容量の変化として検出する。
【0026】このように構成される角速度検出装置21
においては、各振動発生部30に逆位相となる周波数f
の駆動信号を印加することにより、振動板26は図26
中の矢示A方向の振動を行い、この状態でY軸周りの角
速度Ωが加わると、振動板26には角速度Ωに比例した
Z軸方向にコリオリ力F(慣性力)が発生する。
においては、各振動発生部30に逆位相となる周波数f
の駆動信号を印加することにより、振動板26は図26
中の矢示A方向の振動を行い、この状態でY軸周りの角
速度Ωが加わると、振動板26には角速度Ωに比例した
Z軸方向にコリオリ力F(慣性力)が発生する。
【0027】さらに、振動板26はこのコリオリ力Fに
比例した振幅をもってZ軸方向に振動し、この振動の振
幅(変位)は、変位検出部33により振動板26と基板
側電極31との間の静電容量の変化として検出し、変位
検出部34により振動板26と上側電極32との間の静
電容量の変化として検出され、この検出結果を減算して
差動容量で検出されることによって、ノイズ等によるD
Cバイアス成分を相殺し、Y軸を回転軸とする角速度Ω
を検出することができる。
比例した振幅をもってZ軸方向に振動し、この振動の振
幅(変位)は、変位検出部33により振動板26と基板
側電極31との間の静電容量の変化として検出し、変位
検出部34により振動板26と上側電極32との間の静
電容量の変化として検出され、この検出結果を減算して
差動容量で検出されることによって、ノイズ等によるD
Cバイアス成分を相殺し、Y軸を回転軸とする角速度Ω
を検出することができる。
【0028】しかも、変位検出部33,34では、振動
板26と該振動板26の下側に位置した基板側電極31
と、上側に位置した上側電極32とにおいて、振動板2
6のZ軸方向の変位を検出するから、従来技術で述べた
角速度検出装置21の静電容量の変化ΔCの2倍の容量
変化を検出でき、Y軸周りに加わる角速度Ωを高精度に
検出できる。
板26と該振動板26の下側に位置した基板側電極31
と、上側に位置した上側電極32とにおいて、振動板2
6のZ軸方向の変位を検出するから、従来技術で述べた
角速度検出装置21の静電容量の変化ΔCの2倍の容量
変化を検出でき、Y軸周りに加わる角速度Ωを高精度に
検出できる。
【0029】さらに、音叉型の振動子を用いた角速度検
出装置として、図27に示す第3の従来技術によるもの
が知られている。
出装置として、図27に示す第3の従来技術によるもの
が知られている。
【0030】図中、41は音叉型の角速度検出装置を示
し、該角速度検出装置41は、基台をなす高抵抗なシリ
コン材料によって板状に形成された基板42と、該基板
42上にポリシリコンを加工することによって形成され
た後述の角速度検出部とから構成されている。
し、該角速度検出装置41は、基台をなす高抵抗なシリ
コン材料によって板状に形成された基板42と、該基板
42上にポリシリコンを加工することによって形成され
た後述の角速度検出部とから構成されている。
【0031】43,43は支持部を示し、該各支持部4
3は前記基板42の前後方向に離間して設けられ、該各
支持部43には前後方向に向けて伸長する4本の支持梁
44が一体形成されている。
3は前記基板42の前後方向に離間して設けられ、該各
支持部43には前後方向に向けて伸長する4本の支持梁
44が一体形成されている。
【0032】45は各支持梁44を介して支持された音
叉振動子を示し、該音叉振動子45は枠状に形成され、
左右方向に離間して設けられた一対の振動板46,46
と、該各振動板46の左右側面に形成され、左右方向に
伸長する複数個の棒状の電極板47A,47A,…をく
し状に配置した可動側駆動電極47,47,…と、前記
各振動板46から前後方向両側に向けて伸長する8本の
第1の腕部48,48,…と、それぞれ同じ方向に伸び
た4本の該第1の腕部48,48,…と前記支持部43
とを連結する左右に伸びる第2の腕部49,49とから
なる。
叉振動子を示し、該音叉振動子45は枠状に形成され、
左右方向に離間して設けられた一対の振動板46,46
と、該各振動板46の左右側面に形成され、左右方向に
伸長する複数個の棒状の電極板47A,47A,…をく
し状に配置した可動側駆動電極47,47,…と、前記
各振動板46から前後方向両側に向けて伸長する8本の
第1の腕部48,48,…と、それぞれ同じ方向に伸び
た4本の該第1の腕部48,48,…と前記支持部43
とを連結する左右に伸びる第2の腕部49,49とから
なる。
【0033】50,51,51は基板2上に固着された
固定電極を示し、該固定電極50は前記振動板46の間
(即ち中央部)に位置して設けられ、各固定電極51は
基板42の左右両側に位置して設けられている。また、
中央部に位置した該固定電極50の左右側面には、前記
各振動板46の可動側駆動電極47に対向するように、
複数個の棒状の電極板52A,52A,…をくし状に配
置した固定側駆動電極52,52が形成されている。さ
らに、左右両側に位置した各固定電極51の内側側面に
は、前記各振動板46の可動側駆動電極47に対向する
ように、複数個の電極板53A,53A,…をくし状に
配置した固定側駆動電極53が形成されている。
固定電極を示し、該固定電極50は前記振動板46の間
(即ち中央部)に位置して設けられ、各固定電極51は
基板42の左右両側に位置して設けられている。また、
中央部に位置した該固定電極50の左右側面には、前記
各振動板46の可動側駆動電極47に対向するように、
複数個の棒状の電極板52A,52A,…をくし状に配
置した固定側駆動電極52,52が形成されている。さ
らに、左右両側に位置した各固定電極51の内側側面に
は、前記各振動板46の可動側駆動電極47に対向する
ように、複数個の電極板53A,53A,…をくし状に
配置した固定側駆動電極53が形成されている。
【0034】54,54は固定電極50を挟んで左右の
振動板46,46との間に設けられた振動発生手段とし
ての振動発生部を示し、該各振動発生部54は可動側駆
動電極47と固定側駆動電極52とから構成されてい
る。そして、各駆動電極47と52との間に、振動駆動
信号を与えることにより、これらの間の静電力によって
各振動板46を矢示A方向に振動させる。
振動板46,46との間に設けられた振動発生手段とし
ての振動発生部を示し、該各振動発生部54は可動側駆
動電極47と固定側駆動電極52とから構成されてい
る。そして、各駆動電極47と52との間に、振動駆動
信号を与えることにより、これらの間の静電力によって
各振動板46を矢示A方向に振動させる。
【0035】一方、55,55は振動板46,46を挟
んで固定電極51,51との間に設けられた振動発生手
段としての振動発生部を示し、該各振動発生部55は可
動側駆動電極47と固定側駆動電極53とから構成され
ている。そして、可動側駆動電極47と固定側駆動電極
53とに、振動駆動信号を与えることにより、これらの
間の静電力によって各振動板46を矢示A方向に振動さ
せる。
んで固定電極51,51との間に設けられた振動発生手
段としての振動発生部を示し、該各振動発生部55は可
動側駆動電極47と固定側駆動電極53とから構成され
ている。そして、可動側駆動電極47と固定側駆動電極
53とに、振動駆動信号を与えることにより、これらの
間の静電力によって各振動板46を矢示A方向に振動さ
せる。
【0036】さらに、56,56,…は各振動板46の
上下方向に貫通するスルホールを示している。
上下方向に貫通するスルホールを示している。
【0037】このように構成される角速度検出装置41
においては、各支持部43,各支持梁44および音叉振
動子45をポリシリコンによって一体形成することによ
って、各支持梁44および音叉振動子45を基板42上
に浮遊した状態で支持しているから、支持梁44および
各腕部48,49の張力により、各振動板46は左右方
向と上下方向に振動可能となっている。
においては、各支持部43,各支持梁44および音叉振
動子45をポリシリコンによって一体形成することによ
って、各支持梁44および音叉振動子45を基板42上
に浮遊した状態で支持しているから、支持梁44および
各腕部48,49の張力により、各振動板46は左右方
向と上下方向に振動可能となっている。
【0038】次に、音叉軸(各振動板46が音叉振動す
る中心軸)となるY軸回りの角速度Ωの検出動作につい
て説明する。前記各振動発生部54,55に振動駆動信
号を印加すると、各振動板46が図中の矢示A方向に振
動励振させ、この状態でY軸(音叉軸)回りに角速度ω
で回転すると、各振動板46にはY軸に直交する方向に
コリオリ力F(慣性力)が発生する。また、このコリオ
リ力Fによって振動板46に捩れ振動が生じ、この捩れ
振動の振幅変化を基板42と各振動板46間に対向配設
した振動変位検出手段としての電極板(図示せず)によ
り、静電容量の変化として検出し、これを角速度の検出
信号として出力する。
る中心軸)となるY軸回りの角速度Ωの検出動作につい
て説明する。前記各振動発生部54,55に振動駆動信
号を印加すると、各振動板46が図中の矢示A方向に振
動励振させ、この状態でY軸(音叉軸)回りに角速度ω
で回転すると、各振動板46にはY軸に直交する方向に
コリオリ力F(慣性力)が発生する。また、このコリオ
リ力Fによって振動板46に捩れ振動が生じ、この捩れ
振動の振幅変化を基板42と各振動板46間に対向配設
した振動変位検出手段としての電極板(図示せず)によ
り、静電容量の変化として検出し、これを角速度の検出
信号として出力する。
【0039】また、角速度検出装置41においても、前
述した第2の従来技術と同様に、変位検出部から出力さ
れる各振動板46の変位に対する静電容量を差動容量と
して演算することにより、ノイズ等によるバイアス成分
を相殺でき、検出感度を高めることができる。
述した第2の従来技術と同様に、変位検出部から出力さ
れる各振動板46の変位に対する静電容量を差動容量と
して演算することにより、ノイズ等によるバイアス成分
を相殺でき、検出感度を高めることができる。
【0040】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した第
2の従来技術では、振動板26の下側に位置した変位検
出部33は振動板26と基板側電極31とから構成し、
上側に位置した変位検出部34は、振動板26と上側電
極32とから構成しているから、変位検出部33,34
から検出される信号の差動容量を演算することにより、
静電容量の有効面積を大きくして角速度を感度良く検出
することができる。
2の従来技術では、振動板26の下側に位置した変位検
出部33は振動板26と基板側電極31とから構成し、
上側に位置した変位検出部34は、振動板26と上側電
極32とから構成しているから、変位検出部33,34
から検出される信号の差動容量を演算することにより、
静電容量の有効面積を大きくして角速度を感度良く検出
することができる。
【0041】しかし、振動板26の下側に位置した変位
検出部33と上側に位置した変位検出部34とでは、そ
れぞれ検出される信号に重畳するノイズは異なってい
る。
検出部33と上側に位置した変位検出部34とでは、そ
れぞれ検出される信号に重畳するノイズは異なってい
る。
【0042】即ち、振動板26の下側に位置した変位検
出部33は、振動板26と基板22上に形成した基板側
電極31とから構成されているから、変位検出部33か
ら検出される信号に、振動板26を矢示A方向に振動さ
せるために各振動発生部30に入力される駆動信号の洩
れがノイズとして基板22を介して重畳する。これに対
して、振動板26の上側に位置した変位検出部34は、
振動板26と上側電極32とから構成されているから、
基板22から離間した上側電極32には駆動信号による
ノイズは重畳しにくい。
出部33は、振動板26と基板22上に形成した基板側
電極31とから構成されているから、変位検出部33か
ら検出される信号に、振動板26を矢示A方向に振動さ
せるために各振動発生部30に入力される駆動信号の洩
れがノイズとして基板22を介して重畳する。これに対
して、振動板26の上側に位置した変位検出部34は、
振動板26と上側電極32とから構成されているから、
基板22から離間した上側電極32には駆動信号による
ノイズは重畳しにくい。
【0043】このように、第2の従来技術による角速度
検出装置21では、変位検出部33,34の形状の相違
から、変位検出部33で検出される信号と変位検出部3
4で検出される信号とに加わるノイズはそれぞれ異なっ
ている。このため、各信号を差動容量で検出することに
より、相殺されるノイズは両電極に均しく作用する外来
ノイズであって、検出信号中のバイアスを安定されるこ
とができず、角速度の高精度検出を行うことができない
という欠点がある。
検出装置21では、変位検出部33,34の形状の相違
から、変位検出部33で検出される信号と変位検出部3
4で検出される信号とに加わるノイズはそれぞれ異なっ
ている。このため、各信号を差動容量で検出することに
より、相殺されるノイズは両電極に均しく作用する外来
ノイズであって、検出信号中のバイアスを安定されるこ
とができず、角速度の高精度検出を行うことができない
という欠点がある。
【0044】さらに、第3の従来技術による角速度検出
装置41では、各振動板46は音叉振動しているから、
変位検出手段で各振動板46のZ軸方向の変位をそれぞ
れ検出し、その差動容量を検出すれば、外来ノイズによ
るDCバイアス成分を容易に相殺することができる。し
かし、加工精度のばらつきから、各振動板46の共振周
波数を一致させることは困難であり、各振動板46を同
じ振幅で振動させるためには、共振周波数からずれた駆
動周波数で起動させなければならず、各振動板46の動
作が不安定となり、角速度の高感度検出を実現すること
は困難となるという欠点がある。
装置41では、各振動板46は音叉振動しているから、
変位検出手段で各振動板46のZ軸方向の変位をそれぞ
れ検出し、その差動容量を検出すれば、外来ノイズによ
るDCバイアス成分を容易に相殺することができる。し
かし、加工精度のばらつきから、各振動板46の共振周
波数を一致させることは困難であり、各振動板46を同
じ振幅で振動させるためには、共振周波数からずれた駆
動周波数で起動させなければならず、各振動板46の動
作が不安定となり、角速度の高感度検出を実現すること
は困難となるという欠点がある。
【0045】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は、角速度の検出感度を高めるこ
とのできる角速度検出装置を提供することを目的とす
る。
されたもので、本発明は、角速度の検出感度を高めるこ
とのできる角速度検出装置を提供することを目的とす
る。
【0046】
【課題を解決するための手段】本発明が採用する角速度
検出装置は、基板と、該基板上に離間して設けられた一
対の支持部と、該各支持部から互いに近接する方向に伸
長して設けられた支持梁と、該各支持梁の先端側に位置
して前記基板に対して水平方向と垂直方向に変位可能に
設けられた振動部と、該振動部に水平方向の振動を与え
る振動発生手段と、前記基板に固着して設けられ、該振
動発生手段によって前記振動部に水平方向の振動を与え
た状態で角速度によって垂直方向に生じる変位を検出す
る変位検出手段とから構成する。
検出装置は、基板と、該基板上に離間して設けられた一
対の支持部と、該各支持部から互いに近接する方向に伸
長して設けられた支持梁と、該各支持梁の先端側に位置
して前記基板に対して水平方向と垂直方向に変位可能に
設けられた振動部と、該振動部に水平方向の振動を与え
る振動発生手段と、前記基板に固着して設けられ、該振
動発生手段によって前記振動部に水平方向の振動を与え
た状態で角速度によって垂直方向に生じる変位を検出す
る変位検出手段とから構成する。
【0047】そして、上述した課題を解決するために、
請求項1の発明が採用する構成と特徴は、前記振動部
を、その内部を水平方向に貫通した空間からなる中空穴
を有する中空構造の振動板によって構成し、前記変位検
出手段を、前記中空穴内に配設された固定板と、該固定
板の一面と中空穴の対向面との間で前記振動部の垂直方
向の変位を静電容量の変化として検出する第1の検出部
と、該固定板の他面と中空穴の対向面との間で前記振動
部の垂直方向の変位を静電容量の変化として検出する第
2の検出部とから構成したことにある。
請求項1の発明が採用する構成と特徴は、前記振動部
を、その内部を水平方向に貫通した空間からなる中空穴
を有する中空構造の振動板によって構成し、前記変位検
出手段を、前記中空穴内に配設された固定板と、該固定
板の一面と中空穴の対向面との間で前記振動部の垂直方
向の変位を静電容量の変化として検出する第1の検出部
と、該固定板の他面と中空穴の対向面との間で前記振動
部の垂直方向の変位を静電容量の変化として検出する第
2の検出部とから構成したことにある。
【0048】上記構成により、振動部の中空穴内には固
定板が離間した状態で挿入され、該振動部は固定板に対
しても水平方向と垂直方向に変位可能となる。そして、
振動発生手段で振動部を例えばX軸方向に振動させた状
態で、Y軸周りの角速度が加わえると、振動部にはZ軸
方向のコリオリ力が生じ、固定板に対して振動部が接近
離間を繰返す振動を発生する。
定板が離間した状態で挿入され、該振動部は固定板に対
しても水平方向と垂直方向に変位可能となる。そして、
振動発生手段で振動部を例えばX軸方向に振動させた状
態で、Y軸周りの角速度が加わえると、振動部にはZ軸
方向のコリオリ力が生じ、固定板に対して振動部が接近
離間を繰返す振動を発生する。
【0049】また、変位検出手段は、固定板の一面と中
空穴の対向面との間に第1の検出部を設け、固定板の他
面と中空穴の対向面との間に第2の検出部を設けてい
る。従って、例えば固定板と固定板の下側に位置した中
空穴の対向面との間の静電容量を第1の検出部で検出
し、固定板と固定板の上側に位置した中空穴の対向面と
の間の静電容量を第2の検出部で検出でき、振動部のZ
軸方向の変位を、異なる2つの静電容量の変化として検
出する。そして、該変位検出手段では、各検出部から出
力される各信号を差動容量で検出することにより、ノイ
ズを相殺しかつ信号を大きくすることができる。
空穴の対向面との間に第1の検出部を設け、固定板の他
面と中空穴の対向面との間に第2の検出部を設けてい
る。従って、例えば固定板と固定板の下側に位置した中
空穴の対向面との間の静電容量を第1の検出部で検出
し、固定板と固定板の上側に位置した中空穴の対向面と
の間の静電容量を第2の検出部で検出でき、振動部のZ
軸方向の変位を、異なる2つの静電容量の変化として検
出する。そして、該変位検出手段では、各検出部から出
力される各信号を差動容量で検出することにより、ノイ
ズを相殺しかつ信号を大きくすることができる。
【0050】しかも、固定板の両面に位置した第1の検
出部と第2の検出部とは同一形状となるから、各信号に
重畳するノイズは同一のノイズとなって、各信号を差動
容量として演算することにより振動発生手段に入力され
る駆動信号等のノイズが変位検出手段から出力されるの
を相殺できる。
出部と第2の検出部とは同一形状となるから、各信号に
重畳するノイズは同一のノイズとなって、各信号を差動
容量として演算することにより振動発生手段に入力され
る駆動信号等のノイズが変位検出手段から出力されるの
を相殺できる。
【0051】請求項2の発明では、変位検出手段の固定
板を、基板から立設された支持体によって前記基板上に
固着して設けたことにある。
板を、基板から立設された支持体によって前記基板上に
固着して設けたことにある。
【0052】上記構成により、固定板を振動部の中空穴
内に配設でき、変位検出手段では、該固定板に対する振
動部の変位を、固定板の一面と中空穴の対向面との間の
静電容量と、固定板の他面と中空穴の対向面との間の静
電容量とを別個に検出でき、各信号を差算することによ
りノイズを除去できる。
内に配設でき、変位検出手段では、該固定板に対する振
動部の変位を、固定板の一面と中空穴の対向面との間の
静電容量と、固定板の他面と中空穴の対向面との間の静
電容量とを別個に検出でき、各信号を差算することによ
りノイズを除去できる。
【0053】請求項3の発明では、振動部には、垂直方
向に二重の中空穴を設け、前記変位検出手段を構成する
第1,第2の検出部を、該各中空穴内にそれぞれ配設し
ている。
向に二重の中空穴を設け、前記変位検出手段を構成する
第1,第2の検出部を、該各中空穴内にそれぞれ配設し
ている。
【0054】上記構成により、振動部の垂直方向に対
し、例えば下側に位置した中空穴内にも第1の検出部と
第2の検出部を実現し、上側に位置した中空穴内にも第
1の検出部と第2の検出部とを実現する。これにより、
各振動部からは振動部のZ軸方向の変位を、異なる4つ
の静電容量の変化として検出できる。
し、例えば下側に位置した中空穴内にも第1の検出部と
第2の検出部を実現し、上側に位置した中空穴内にも第
1の検出部と第2の検出部とを実現する。これにより、
各振動部からは振動部のZ軸方向の変位を、異なる4つ
の静電容量の変化として検出できる。
【0055】請求項4の発明では、固定板にはその両面
に固定側検出電極を形成し、振動部の中空穴の内面には
該固定側検出電極と対向した位置に可動側検出電極を形
成し、前記各固定側検出電極と各可動側検出電極とによ
って、前記第1,第2の検出部を構成したことにある。
に固定側検出電極を形成し、振動部の中空穴の内面には
該固定側検出電極と対向した位置に可動側検出電極を形
成し、前記各固定側検出電極と各可動側検出電極とによ
って、前記第1,第2の検出部を構成したことにある。
【0056】上記構成により、固定板の一面に位置した
固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置した可動側検
出電極とにより第1の検出部を構成し、固定板の他面に
位置した固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置した
可動側検出電極とにより第2の検出部を構成し、各検出
部から出力される信号との差動容量を検出することによ
り、ノイズを相殺した角速度に対応した信号を得ること
ができる。
固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置した可動側検
出電極とにより第1の検出部を構成し、固定板の他面に
位置した固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置した
可動側検出電極とにより第2の検出部を構成し、各検出
部から出力される信号との差動容量を検出することによ
り、ノイズを相殺した角速度に対応した信号を得ること
ができる。
【0057】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳細に説明するに、図1ないし図22は本
発明による実施例を示す。なお、実施例においては、従
来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明
を省略する。
図面に従って詳細に説明するに、図1ないし図22は本
発明による実施例を示す。なお、実施例においては、従
来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明
を省略する。
【0058】まず、図1ないし図18に第1の実施例を
示す。
示す。
【0059】図中、61は本実施例による角速度検出装
置、62は該角速度検出装置61が形成された基板をそ
れぞれ示し、該基板62は図1および図2に示すよう
に、例えば高抵抗な単結晶のシリコン材料により正方形
の板状に形成されている。また、基板62上には、後述
する各支持部65と各固定部74が固着される位置に、
例えば酸化シリコン膜,窒化シリコン膜またはこれらの
複合膜等からなる絶縁膜63が形成されている。
置、62は該角速度検出装置61が形成された基板をそ
れぞれ示し、該基板62は図1および図2に示すよう
に、例えば高抵抗な単結晶のシリコン材料により正方形
の板状に形成されている。また、基板62上には、後述
する各支持部65と各固定部74が固着される位置に、
例えば酸化シリコン膜,窒化シリコン膜またはこれらの
複合膜等からなる絶縁膜63が形成されている。
【0060】64は基板62上に形成された可動部を示
し、該可動部64は、前記基板62のY軸方向の両側に
位置して絶縁膜63を介して設けられた後述する支持部
65,65と、基端側が該各支持部65間に設けられ、
先端側が基板62の中央部に向けて前後方向に伸長する
4本の支持梁66と、該各支持梁66の先端側に支持さ
れ、基板62に対する水平方向のX軸と垂直方向のZ軸
に変位可能に設けられた振動板67とから構成されてい
る。また、該可動部64は、各支持部65のみが絶縁膜
63を介して基板62上に固着され、各支持梁66と振
動板67は基板62の表面から離間した状態で保持され
ている。
し、該可動部64は、前記基板62のY軸方向の両側に
位置して絶縁膜63を介して設けられた後述する支持部
65,65と、基端側が該各支持部65間に設けられ、
先端側が基板62の中央部に向けて前後方向に伸長する
4本の支持梁66と、該各支持梁66の先端側に支持さ
れ、基板62に対する水平方向のX軸と垂直方向のZ軸
に変位可能に設けられた振動板67とから構成されてい
る。また、該可動部64は、各支持部65のみが絶縁膜
63を介して基板62上に固着され、各支持梁66と振
動板67は基板62の表面から離間した状態で保持され
ている。
【0061】65,65は可動部64を基板62上に支
持する支持部で、該各支持部65は従来技術と同様にY
軸方向の両端側に位置して互いに対向するように配設さ
れ、図3に示すように絶縁膜63を介して基板62上に
固着されている。
持する支持部で、該各支持部65は従来技術と同様にY
軸方向の両端側に位置して互いに対向するように配設さ
れ、図3に示すように絶縁膜63を介して基板62上に
固着されている。
【0062】66,66,…は基端側が各支持部65に
一体形成された4本の支持梁で、該各支持梁66は図1
に示すように、各支持部65の端部から2本ずつが基板
62の中央部に向けて互いに近接するY軸方向に平行に
伸長し、先端側には振動板67が形成されている。
一体形成された4本の支持梁で、該各支持梁66は図1
に示すように、各支持部65の端部から2本ずつが基板
62の中央部に向けて互いに近接するY軸方向に平行に
伸長し、先端側には振動板67が形成されている。
【0063】67は振動部として中空構造をなす振動板
を示し、該振動板67は、基板62の中央部に位置して
基板62と離間した状態で、前記各支持梁66の先端側
に一体形成され、該振動板67は各支持梁66によって
X軸方向とZ軸方向に変位可能に支持されている。ま
た、該振動板67は、図3に示すように、基板62側に
位置して前記各支持梁66が連結された下側板体68
と、該下側板体68上に設けられ、両端が湾曲した接合
部69A,69Aとなった上側板体69とから構成され
ている。
を示し、該振動板67は、基板62の中央部に位置して
基板62と離間した状態で、前記各支持梁66の先端側
に一体形成され、該振動板67は各支持梁66によって
X軸方向とZ軸方向に変位可能に支持されている。ま
た、該振動板67は、図3に示すように、基板62側に
位置して前記各支持梁66が連結された下側板体68
と、該下側板体68上に設けられ、両端が湾曲した接合
部69A,69Aとなった上側板体69とから構成され
ている。
【0064】70は中空穴を示し、該中空穴70は前記
振動板67の下側板体68と上側板体69とを層状に形
成することにより、板体68,69間に位置して水平方
向に貫通した空間からなり、該中空穴70内には後述す
る固定板78が、板体68,69と等しい離間寸法Dを
有して配設されている。
振動板67の下側板体68と上側板体69とを層状に形
成することにより、板体68,69間に位置して水平方
向に貫通した空間からなり、該中空穴70内には後述す
る固定板78が、板体68,69と等しい離間寸法Dを
有して配設されている。
【0065】さらに、前記下側板体68のX軸方向とな
る左,右両側面には、複数個の棒状の電極板71A,7
1A,…がくし状に配置された可動側駆動電極71,7
1が突出形成されている。
る左,右両側面には、複数個の棒状の電極板71A,7
1A,…がくし状に配置された可動側駆動電極71,7
1が突出形成されている。
【0066】72,73は可動側検出電極をそれぞれ示
し、下面側の該可動側検出電極72は中空穴70内面と
なる下側板体68の上側表面が該当し、上面側の該可動
側検出電極73は中空穴70内面となる上側板体69の
下側表面が該当する。
し、下面側の該可動側検出電極72は中空穴70内面と
なる下側板体68の上側表面が該当し、上面側の該可動
側検出電極73は中空穴70内面となる上側板体69の
下側表面が該当する。
【0067】74,74は固定部を示し、該各固定部7
4は、振動板67の下側板体68を左,右両側から挟む
ように、前記基板62のX軸方向となる左,右両側に絶
縁膜63を介して配設されている。また、振動板67と
対向する各固定部74の端面には、複数個の棒状の電極
板75A,75A,…がくし状に配置された固定側駆動
電極75,75がそれぞれ突出形成され、可動側駆動電
極71と固定側駆動電極75とは図2に示すように、各
電極板71A,75Aを互いに離間した状態で噛合する
ようにして対向している。
4は、振動板67の下側板体68を左,右両側から挟む
ように、前記基板62のX軸方向となる左,右両側に絶
縁膜63を介して配設されている。また、振動板67と
対向する各固定部74の端面には、複数個の棒状の電極
板75A,75A,…がくし状に配置された固定側駆動
電極75,75がそれぞれ突出形成され、可動側駆動電
極71と固定側駆動電極75とは図2に示すように、各
電極板71A,75Aを互いに離間した状態で噛合する
ようにして対向している。
【0068】76,76は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部76は、可動側駆動電極71
と固定側駆動電極75とから構成され、左,右に位置し
た該各振動発生部76に周波数fの駆動信号を交互に印
加することにより、振動板67はX軸方向となる図1中
の矢示B方向に振動する。
部を示し、該各振動発生部76は、可動側駆動電極71
と固定側駆動電極75とから構成され、左,右に位置し
た該各振動発生部76に周波数fの駆動信号を交互に印
加することにより、振動板67はX軸方向となる図1中
の矢示B方向に振動する。
【0069】77,77,…は4本の支持梁66の外側
に位置して立設された4本の支持体で、該各支持体77
は、四隅から基板62の対角線上に延びZ軸方向に折曲
するL字状に形成されている。そして、該各支持体77
の基端側を基板62の四隅に固定することにより、後述
する固定板78を固定的に支持するものである。
に位置して立設された4本の支持体で、該各支持体77
は、四隅から基板62の対角線上に延びZ軸方向に折曲
するL字状に形成されている。そして、該各支持体77
の基端側を基板62の四隅に固定することにより、後述
する固定板78を固定的に支持するものである。
【0070】78は前記各支持体77によって固定的に
支持された状態で設けられた固定板で、該固定板78
は、例えばP,B,Sb等の不純物がドーピングされた
低抵抗なポリシリコン膜によって矩形状の板体として形
成されている。そして、該固定板78は、前記振動板6
7の下側板体68,上側板体69間の中空穴70内に配
設されている。
支持された状態で設けられた固定板で、該固定板78
は、例えばP,B,Sb等の不純物がドーピングされた
低抵抗なポリシリコン膜によって矩形状の板体として形
成されている。そして、該固定板78は、前記振動板6
7の下側板体68,上側板体69間の中空穴70内に配
設されている。
【0071】ここで、前記固定板78は、図5に示すよ
うに、下面側からポリシリコンと酸化膜とを交互に積層
して形成され、中間に位置してポリシリコンにより形成
された厚肉な中間層78Aと、該中間層78Aの両側面
に酸化膜等により形成された絶縁膜78B,78Cと、
下側に位置した絶縁膜78Bの下面にポリシリコンによ
り形成された固定側検出電極79と、上側に位置した絶
縁膜78Cの上面に形成された固定側検出電極80とか
らなった5層構造となる。
うに、下面側からポリシリコンと酸化膜とを交互に積層
して形成され、中間に位置してポリシリコンにより形成
された厚肉な中間層78Aと、該中間層78Aの両側面
に酸化膜等により形成された絶縁膜78B,78Cと、
下側に位置した絶縁膜78Bの下面にポリシリコンによ
り形成された固定側検出電極79と、上側に位置した絶
縁膜78Cの上面に形成された固定側検出電極80とか
らなった5層構造となる。
【0072】また、前記固定板78の下側に位置した固
定側検出電極79は一方の支持体77を介して基板62
側の電極パットに接続され、上側に位置した固定側検出
電極80は他方の支持体77を介して基板62側の電極
パットに接続されている。
定側検出電極79は一方の支持体77を介して基板62
側の電極パットに接続され、上側に位置した固定側検出
電極80は他方の支持体77を介して基板62側の電極
パットに接続されている。
【0073】81は変位検出手段としての変位検出部を
示し、該変位検出部81は固定板78の下側に位置した
第1の検出部82と、上側に位置した第2の検出部83
とからなる。
示し、該変位検出部81は固定板78の下側に位置した
第1の検出部82と、上側に位置した第2の検出部83
とからなる。
【0074】ここで、前記第1の検出部82は、図3お
よび図4に示すように、振動板67の下側板体68の上
面に位置した可動側検出電極72と、該可動側検出電極
72と対向するように固定板78の下面に位置した固定
側検出電極79とから構成されている。
よび図4に示すように、振動板67の下側板体68の上
面に位置した可動側検出電極72と、該可動側検出電極
72と対向するように固定板78の下面に位置した固定
側検出電極79とから構成されている。
【0075】また、前記第2の検出部83は、振動板6
7の上側板体69の下面に位置した可動側検出電極73
と、該可動側検出電極73と対向するように固定板78
の上面に位置した固定側検出電極80とから構成されて
いる。
7の上側板体69の下面に位置した可動側検出電極73
と、該可動側検出電極73と対向するように固定板78
の上面に位置した固定側検出電極80とから構成されて
いる。
【0076】次に、本実施例による角速度検出装置61
の製造工程を図6ないし図18を参照しつつ説明する。
の製造工程を図6ないし図18を参照しつつ説明する。
【0077】まず、図6では、角速度検出装置61を形
成すべく用意された単結晶シリコンからなる基板62の
表面に、酸化シリコン膜,窒化シリコン膜またはこれら
の複合膜等からなる絶縁膜84を成膜し、図7では、前
記絶縁膜84のうち各支持部65と各固定部74等を形
成する部分を残してパターニングして除去して絶縁膜6
3を形成する。図8では、図7で絶縁膜63の除去した
部分にPSGからなる第1の犠牲層85を成膜し、基板
62の表面を平坦にする。
成すべく用意された単結晶シリコンからなる基板62の
表面に、酸化シリコン膜,窒化シリコン膜またはこれら
の複合膜等からなる絶縁膜84を成膜し、図7では、前
記絶縁膜84のうち各支持部65と各固定部74等を形
成する部分を残してパターニングして除去して絶縁膜6
3を形成する。図8では、図7で絶縁膜63の除去した
部分にPSGからなる第1の犠牲層85を成膜し、基板
62の表面を平坦にする。
【0078】次に、図9では、前述した如くに、基板6
2上に形成された絶縁膜63と犠牲層85上に第1のポ
リシリコン膜86を成膜し、図10では、図9で成膜し
た第1のポリシリコン膜86をパターニングしてドライ
エッチングすることにより、可動部64(各支持部6
5,各支持梁66,下側板体68,各可動側駆動電極7
1)と各固定部74(各固定側駆動電極75)等を形成
するためのポリシリコン膜86′を形成する。
2上に形成された絶縁膜63と犠牲層85上に第1のポ
リシリコン膜86を成膜し、図10では、図9で成膜し
た第1のポリシリコン膜86をパターニングしてドライ
エッチングすることにより、可動部64(各支持部6
5,各支持梁66,下側板体68,各可動側駆動電極7
1)と各固定部74(各固定側駆動電極75)等を形成
するためのポリシリコン膜86′を形成する。
【0079】さらに、図11では、ポリシリコン膜8
6′上にPSGからなる第2の犠牲層87を1μm程度
の厚さで成膜し、基板62と固定板78を接続するコン
タクトホールを形成した後、その上に、図12のよう
に、固定板78を形成すべく、薄膜のポリシリコン膜8
8A,絶縁膜,厚膜のポリシリコン膜88B,絶縁膜,
薄膜のポリシリコン膜88Cを順次成膜して5層膜88
を形成する。図13では、この5層膜88をドライエッ
チングで加工して固定板78を形成する。これにより、
固定板78は、厚肉な中間層78Aの両側面に絶縁膜が
形成され、その外側には固定側検出電極79と固定側検
出電極80とが形成される。
6′上にPSGからなる第2の犠牲層87を1μm程度
の厚さで成膜し、基板62と固定板78を接続するコン
タクトホールを形成した後、その上に、図12のよう
に、固定板78を形成すべく、薄膜のポリシリコン膜8
8A,絶縁膜,厚膜のポリシリコン膜88B,絶縁膜,
薄膜のポリシリコン膜88Cを順次成膜して5層膜88
を形成する。図13では、この5層膜88をドライエッ
チングで加工して固定板78を形成する。これにより、
固定板78は、厚肉な中間層78Aの両側面に絶縁膜が
形成され、その外側には固定側検出電極79と固定側検
出電極80とが形成される。
【0080】図14では、固定板78を覆うようにPS
Gによる第3の犠牲層89を1μm程度成膜し、図15
では、振動板67の上側板体69の各接合部69Aを形
成する位置のみをエッチング除去する。図16では、こ
の上に第2のポリシリコン膜90を成膜し、図17で
は、上側板体69以外の部分の第2のポリシリコン膜9
0をドライエッチングにより除去することにより、下側
板体68と上側板体69とからなる層状の振動板67を
形成する。
Gによる第3の犠牲層89を1μm程度成膜し、図15
では、振動板67の上側板体69の各接合部69Aを形
成する位置のみをエッチング除去する。図16では、こ
の上に第2のポリシリコン膜90を成膜し、図17で
は、上側板体69以外の部分の第2のポリシリコン膜9
0をドライエッチングにより除去することにより、下側
板体68と上側板体69とからなる層状の振動板67を
形成する。
【0081】そして、最後に、HF溶液等の犠牲層8
5,87,89を除去して乾燥させることにより、角速
度検出装置61を製造する(図18参照)。なお、支持
部65等の上面に電極パットを形成する場合には、最後
の犠牲層を除去するエッチングを行う前に、電極パッド
を形成する部分の犠牲層87,89を除去して、Au等
の金属を成膜して形成してもよい。
5,87,89を除去して乾燥させることにより、角速
度検出装置61を製造する(図18参照)。なお、支持
部65等の上面に電極パットを形成する場合には、最後
の犠牲層を除去するエッチングを行う前に、電極パッド
を形成する部分の犠牲層87,89を除去して、Au等
の金属を成膜して形成してもよい。
【0082】本実施例による各角速度検出装置61は上
述の如く構成されるが、次にY軸周りに加わる角速度Ω
の検出動作について説明する。
述の如く構成されるが、次にY軸周りに加わる角速度Ω
の検出動作について説明する。
【0083】まず、各振動発生部76に対して駆動信号
を交互に印加すると、振動板67は静電引力により支持
梁66を介してX軸方向となる図1中の矢示B方向に同
じ振幅で振動する。この状態で、Y軸周りに角速度Ωが
加わると、振動板67に対して図1に示すコリオリ力F
が角速度Ωに比例してZ軸方向に発生する。
を交互に印加すると、振動板67は静電引力により支持
梁66を介してX軸方向となる図1中の矢示B方向に同
じ振幅で振動する。この状態で、Y軸周りに角速度Ωが
加わると、振動板67に対して図1に示すコリオリ力F
が角速度Ωに比例してZ軸方向に発生する。
【0084】そして、このZ軸方向の変位は、第1の検
出部82では固定板78に対する下側板体68,上側板
体69の離間寸法Dの変化となり、第2の検出部83で
は固定板78に対する上側板体69の離間寸法Dの変化
となる。これにより、第1の検出部82では可動側検出
電極72と固定側検出電極79との間を静電容量の変化
として検出し、第2の検出部83では可動側検出電極7
3と固定側検出電極80との間を静電容量の変化として
検出し、この各信号を差動容量で検出することにより、
Y軸周りの角速度Ωを検出することができる。
出部82では固定板78に対する下側板体68,上側板
体69の離間寸法Dの変化となり、第2の検出部83で
は固定板78に対する上側板体69の離間寸法Dの変化
となる。これにより、第1の検出部82では可動側検出
電極72と固定側検出電極79との間を静電容量の変化
として検出し、第2の検出部83では可動側検出電極7
3と固定側検出電極80との間を静電容量の変化として
検出し、この各信号を差動容量で検出することにより、
Y軸周りの角速度Ωを検出することができる。
【0085】即ち、角速度Ωが加わっていないときに
は、第1の検出部82と第2の検出部83からは離間寸
法Dに対応した静電容量が検出され、この信号は同じ値
C0 となっている。
は、第1の検出部82と第2の検出部83からは離間寸
法Dに対応した静電容量が検出され、この信号は同じ値
C0 となっている。
【0086】ここで、Y軸周りに角速度Ωが加わり、振
動板67がコリオリ力Fを受けて基板62側に変位した
ときには、固定板78の下側に位置した固定側検出電極
79と可動側検出電極72からなる第1の検出部82で
検出される容量は、ΔC0 だけ増加したC0 +ΔC0 と
なる。一方、固定板78の上側に位置した固定側検出電
極80と可動側検出電極73からなる第2の検出部83
で検出される容量は、ΔC0 は減少したC0 −ΔC0 と
なる。これにより、変位検出部81からは、数2のよう
に、前記各容量の差動容量で検出を行うことにより、変
化量を2倍にした値Cに対応した信号を出力できる。
動板67がコリオリ力Fを受けて基板62側に変位した
ときには、固定板78の下側に位置した固定側検出電極
79と可動側検出電極72からなる第1の検出部82で
検出される容量は、ΔC0 だけ増加したC0 +ΔC0 と
なる。一方、固定板78の上側に位置した固定側検出電
極80と可動側検出電極73からなる第2の検出部83
で検出される容量は、ΔC0 は減少したC0 −ΔC0 と
なる。これにより、変位検出部81からは、数2のよう
に、前記各容量の差動容量で検出を行うことにより、変
化量を2倍にした値Cに対応した信号を出力できる。
【0087】
【数2】 C=(C0 +ΔC0 )−(C0 −ΔC0 )=2×ΔC0
【0088】また、第1の検出部82では、固定板78
に形成した固定側検出電極79と振動板67に形成した
可動側検出電極72との間の静電容量を検出している。
また、第2の検出部83では、固定板78に形成した固
定側検出電極80と振動板67に形成した可動側検出電
極73との間の静電容量を検出している。従って、この
容量を差動容量で検出しているため、加わる角速度に関
係なく各振動発生部76から重畳するノイズは差動容量
によって除去される。
に形成した固定側検出電極79と振動板67に形成した
可動側検出電極72との間の静電容量を検出している。
また、第2の検出部83では、固定板78に形成した固
定側検出電極80と振動板67に形成した可動側検出電
極73との間の静電容量を検出している。従って、この
容量を差動容量で検出しているため、加わる角速度に関
係なく各振動発生部76から重畳するノイズは差動容量
によって除去される。
【0089】さらに、第1の検出部82と第2の検出部
83とからなる変位検出部81は、いずれも基板62か
ら離間した状態にあるから、第2の従来技術のように、
各固定部74に入力される駆動信号が基板62を介して
ノイズとして変位検出部81で検出されるのを防止でき
る。
83とからなる変位検出部81は、いずれも基板62か
ら離間した状態にあるから、第2の従来技術のように、
各固定部74に入力される駆動信号が基板62を介して
ノイズとして変位検出部81で検出されるのを防止でき
る。
【0090】しかも、固定側検出電極79,79は固定
板78の上,下面に形成されているから、各振動発生部
76から容量的な結合により発生するノイズは、第1の
検出部82と第2の検出部83とに同様に重畳するか
ら、差動容量として検出することにより、ノイズを消去
できる。
板78の上,下面に形成されているから、各振動発生部
76から容量的な結合により発生するノイズは、第1の
検出部82と第2の検出部83とに同様に重畳するか
ら、差動容量として検出することにより、ノイズを消去
できる。
【0091】さらに、角速度検出装置61の製造を、前
述した如く、シリコンのエッチング処理を利用して行う
ことにより、容易に製造することができる。
述した如く、シリコンのエッチング処理を利用して行う
ことにより、容易に製造することができる。
【0092】かくして、本実施例による角速度検出装置
61では、振動板67を下側板体68と上側板体69と
を中空穴70を有するように層状に形成している。一
方、4本の支持体77によって固定板78を固定的に支
持した状態で、該固定板78を中空穴70内に隙間を介
して配設する。そして、前記固定板78の下面に形成し
た固定側検出電極79と、下側板体68の上面に形成し
た可動側検出電極72とにより第1の検出部82を構成
し、固定板78の上面に形成した固定側検出電極80
と、上側板体69の下面に形成した可動側検出電極73
とにより第2の検出部83を構成している。
61では、振動板67を下側板体68と上側板体69と
を中空穴70を有するように層状に形成している。一
方、4本の支持体77によって固定板78を固定的に支
持した状態で、該固定板78を中空穴70内に隙間を介
して配設する。そして、前記固定板78の下面に形成し
た固定側検出電極79と、下側板体68の上面に形成し
た可動側検出電極72とにより第1の検出部82を構成
し、固定板78の上面に形成した固定側検出電極80
と、上側板体69の下面に形成した可動側検出電極73
とにより第2の検出部83を構成している。
【0093】これにより、X軸方向に振動板67を振動
させた状態で、Y軸周りに角速度Ωが加わるときのZ軸
方向に発生するコリオリ力Fによる変位を、第1の検出
部82と第2の検出部83でそれぞれ別個に検出し、こ
れらの信号を差動容量として検出することにより、変位
検出部81では、大きな信号でかつノイズを相殺した信
号として検出でき、角速度検出を高感度に行うことがで
きる。
させた状態で、Y軸周りに角速度Ωが加わるときのZ軸
方向に発生するコリオリ力Fによる変位を、第1の検出
部82と第2の検出部83でそれぞれ別個に検出し、こ
れらの信号を差動容量として検出することにより、変位
検出部81では、大きな信号でかつノイズを相殺した信
号として検出でき、角速度検出を高感度に行うことがで
きる。
【0094】しかも、前述したように、第1の検出部8
2と第2の検出部83は基板62から離間した状態にあ
るから、各振動発生部76に入力される駆動信号が基板
62を介して第1の検出部82と第2の検出部83にノ
イズとして加わるのを防止できる。さらに、第1の検出
部82と第2の検出部83の形状は、固定板78の上,
下で同一形状に形成することができ、第1の検出部82
と第2の検出部83で検出される容量中には同一のノイ
ズが重畳するため、差動容量として検出することで、確
実にノイズを除去できる。
2と第2の検出部83は基板62から離間した状態にあ
るから、各振動発生部76に入力される駆動信号が基板
62を介して第1の検出部82と第2の検出部83にノ
イズとして加わるのを防止できる。さらに、第1の検出
部82と第2の検出部83の形状は、固定板78の上,
下で同一形状に形成することができ、第1の検出部82
と第2の検出部83で検出される容量中には同一のノイ
ズが重畳するため、差動容量として検出することで、確
実にノイズを除去できる。
【0095】さらに、前述した第3の従来技術のよう
に、音叉振動を用いた角速度検出装置では、各振動子の
形状が行う場合には、共振周波数を合わせるための複雑
な調整や周波数のずれによる位相ずれ等があった。しか
し、本実施例による角速度検出装置61では、振動板6
7が単一であるから、振動板間の周波数の調整や位相ず
れ等がなく高精度な角速度検出を行うことができる。
に、音叉振動を用いた角速度検出装置では、各振動子の
形状が行う場合には、共振周波数を合わせるための複雑
な調整や周波数のずれによる位相ずれ等があった。しか
し、本実施例による角速度検出装置61では、振動板6
7が単一であるから、振動板間の周波数の調整や位相ず
れ等がなく高精度な角速度検出を行うことができる。
【0096】次に、図19ないし図22に本発明による
第2の実施例を示すに、本実施例の特徴は、振動板を3
枚の板体から構成し、各空間内に2枚の固定板を配設し
たことにある。なお、本実施例では前述した第1の実施
例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省
略するものとする。
第2の実施例を示すに、本実施例の特徴は、振動板を3
枚の板体から構成し、各空間内に2枚の固定板を配設し
たことにある。なお、本実施例では前述した第1の実施
例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省
略するものとする。
【0097】図中、91は本実施例による角速度検出装
置、92は該角速度検出装置91が形成された単結晶の
シリコン材からなる基板をそれぞれ示し、該基板92上
には、後述する各支持部95と各固定部108が固着さ
れる位置に、絶縁膜93,93,…が形成されている。
置、92は該角速度検出装置91が形成された単結晶の
シリコン材からなる基板をそれぞれ示し、該基板92上
には、後述する各支持部95と各固定部108が固着さ
れる位置に、絶縁膜93,93,…が形成されている。
【0098】94は基板92上に形成された可動部を示
し、該可動部94は、図19に示すように、ポリシリコ
ン膜をエッチング処理することによって形成され、Y軸
方向の両側に位置して基板92上に絶縁膜93を介して
設けられた支持部95,95と、基端側が該各支持部9
5に設けられ、先端側が基板92の中央部に向けて前後
方向に伸長する4本の支持梁96と、該各支持梁96の
先端側に支持され、基板92に対する水平方向のX軸と
垂直方向のZ軸に変位可能に設けられた振動板97とか
ら構成される。また、該可動部94は、各支持部95の
みが絶縁膜93を介して基板92上に固着され、各支持
梁96と振動板97は基板92の表面から離間した状態
で保持されている。
し、該可動部94は、図19に示すように、ポリシリコ
ン膜をエッチング処理することによって形成され、Y軸
方向の両側に位置して基板92上に絶縁膜93を介して
設けられた支持部95,95と、基端側が該各支持部9
5に設けられ、先端側が基板92の中央部に向けて前後
方向に伸長する4本の支持梁96と、該各支持梁96の
先端側に支持され、基板92に対する水平方向のX軸と
垂直方向のZ軸に変位可能に設けられた振動板97とか
ら構成される。また、該可動部94は、各支持部95の
みが絶縁膜93を介して基板92上に固着され、各支持
梁96と振動板97は基板92の表面から離間した状態
で保持されている。
【0099】ここで、本実施例による振動板97は、図
21に示すように、基板92側に位置して前記各支持梁
96が連結された下側板体98と、該下側板体98上に
設けられ、両端が湾曲した接合部99A,99Aとなっ
た中間板体99と、該下側板体98上に設けられ、両端
が湾曲した接合部100A,100Aとなった上側板体
100とからなる。そして、振動板97は、下側板体9
8と中間板体99と上側板体100とを各接合部99
A,100Aを介して層状に形成することにより、その
間には中空穴101,102が形成された中空構造とな
る。
21に示すように、基板92側に位置して前記各支持梁
96が連結された下側板体98と、該下側板体98上に
設けられ、両端が湾曲した接合部99A,99Aとなっ
た中間板体99と、該下側板体98上に設けられ、両端
が湾曲した接合部100A,100Aとなった上側板体
100とからなる。そして、振動板97は、下側板体9
8と中間板体99と上側板体100とを各接合部99
A,100Aを介して層状に形成することにより、その
間には中空穴101,102が形成された中空構造とな
る。
【0100】また、下側の中空穴101内には後述する
第1の固定板112が、上側の中空穴102内には第2
の固定板114がそれぞれ等しい離間寸法Dを有して配
設されている。さらに、前記下側板体98のX軸方向と
なる左,右両側面には、複数個の棒状の電極板103
A,103A,…がくし状に配設された可動側駆動電極
103,103が突出形成されている。
第1の固定板112が、上側の中空穴102内には第2
の固定板114がそれぞれ等しい離間寸法Dを有して配
設されている。さらに、前記下側板体98のX軸方向と
なる左,右両側面には、複数個の棒状の電極板103
A,103A,…がくし状に配設された可動側駆動電極
103,103が突出形成されている。
【0101】104,105,106,107は可動側
検出電極を示し、該可動側検出電極104は中空穴10
1内面となる下側板体98の上側表面となり、該可動側
検出電極105は中空穴101内面となる中間板体99
の下側表面となる。また、該可動側検出電極106は中
空穴102内面となる中間板体99の上側表面となり、
該可動側検出電極107は中空穴102内面となる上側
板体100の下側表面となる。
検出電極を示し、該可動側検出電極104は中空穴10
1内面となる下側板体98の上側表面となり、該可動側
検出電極105は中空穴101内面となる中間板体99
の下側表面となる。また、該可動側検出電極106は中
空穴102内面となる中間板体99の上側表面となり、
該可動側検出電極107は中空穴102内面となる上側
板体100の下側表面となる。
【0102】108,108は固定部を示し、該各固定
部108は、振動板97の下側板体98を左,右両側か
ら挟むように、前記基板92のX軸方向となる左,右両
側に絶縁膜93を介して配設されている。また、振動板
97と対向する各固定部108の端面には、複数個の棒
状の電極板109A,109A,…がくし状に配設され
た固定側駆動電極109,109がそれぞれ突出形成さ
れ、可動側駆動電極103と固定側駆動電極109とは
図20に示すように、各電極板103A,109Aを互
いに離間した状態で噛合するようにして対向している。
部108は、振動板97の下側板体98を左,右両側か
ら挟むように、前記基板92のX軸方向となる左,右両
側に絶縁膜93を介して配設されている。また、振動板
97と対向する各固定部108の端面には、複数個の棒
状の電極板109A,109A,…がくし状に配設され
た固定側駆動電極109,109がそれぞれ突出形成さ
れ、可動側駆動電極103と固定側駆動電極109とは
図20に示すように、各電極板103A,109Aを互
いに離間した状態で噛合するようにして対向している。
【0103】110,110は振動発生手段となる振動
発生部を示し、該各振動発生部110は、可動側駆動電
極103と固定側駆動電極109とから構成され、左,
右に位置した該各振動発生部110に周波数fの駆動信
号を交互に印加することにより、振動板97はX軸方向
となる図19中の矢示B方向に振動する。
発生部を示し、該各振動発生部110は、可動側駆動電
極103と固定側駆動電極109とから構成され、左,
右に位置した該各振動発生部110に周波数fの駆動信
号を交互に印加することにより、振動板97はX軸方向
となる図19中の矢示B方向に振動する。
【0104】111,111,…は4本の支持梁96の
外側に位置して立設された4本の第1の支持体で、該各
第1の支持体111は、四隅から基板92の対角線上に
延びZ軸方向に折曲するL字状に形成されている。そし
て、該各第1の支持体111の基端側を基板92の四隅
に固定することにより、後述する固定板113を固定的
に支持するものである。
外側に位置して立設された4本の第1の支持体で、該各
第1の支持体111は、四隅から基板92の対角線上に
延びZ軸方向に折曲するL字状に形成されている。そし
て、該各第1の支持体111の基端側を基板92の四隅
に固定することにより、後述する固定板113を固定的
に支持するものである。
【0105】112は前記各第1の支持体111によっ
て固定的に支持された状態で設けられた第1の固定板
で、該第1の固定板112は、低抵抗なポリシリコン膜
によって矩形状の板体として形成され、該第1の固定板
112は、前記振動板97の下側板体98と中間板体9
9との中空穴101内に配設されている。
て固定的に支持された状態で設けられた第1の固定板
で、該第1の固定板112は、低抵抗なポリシリコン膜
によって矩形状の板体として形成され、該第1の固定板
112は、前記振動板97の下側板体98と中間板体9
9との中空穴101内に配設されている。
【0106】113,113,…は支持梁96と第1の
支持体111との間に位置して立設された4本の第2の
支持体で、該各第2の支持体113は、四隅から基板9
2の対角線上に延びZ軸方向に折曲するL字状に形成さ
れている。そして、該各第2の支持体113の基端側を
基板92の四隅に固定することにより、後述する固定板
114を固定的に支持するものである。
支持体111との間に位置して立設された4本の第2の
支持体で、該各第2の支持体113は、四隅から基板9
2の対角線上に延びZ軸方向に折曲するL字状に形成さ
れている。そして、該各第2の支持体113の基端側を
基板92の四隅に固定することにより、後述する固定板
114を固定的に支持するものである。
【0107】114は前記各第2の支持体113によっ
て固定的に支持された状態で設けられた第2の固定板
で、該第2の固定板114は、低抵抗なポリシリコン膜
によって矩形状の板体として形成され、該第2の固定板
114は、前記振動板97の中間板体99と上側板体1
00との中空穴102内に配設されている。
て固定的に支持された状態で設けられた第2の固定板
で、該第2の固定板114は、低抵抗なポリシリコン膜
によって矩形状の板体として形成され、該第2の固定板
114は、前記振動板97の中間板体99と上側板体1
00との中空穴102内に配設されている。
【0108】115,116,117,118は固定側
検出電極を示し、該固定側検出電極115,116,1
17,118は、前述した第1の実施例による固定板7
8と同様に、ポリシリコン膜−絶縁膜−ポリシリコン膜
−絶縁膜−ポリシリコン膜の5層構造で形成されてい
る。また、固定側検出電極115は、下側に位置した第
1の固定板112の下面となり、固定側検出電極116
は、下側に位置した第1の固定板112の上面となる。
さらに、固定側検出電極117は、上側に位置した第2
の固定板114の下面となり、固定側検出電極118
は、上側に位置した第2の固定板114の上面となる。
検出電極を示し、該固定側検出電極115,116,1
17,118は、前述した第1の実施例による固定板7
8と同様に、ポリシリコン膜−絶縁膜−ポリシリコン膜
−絶縁膜−ポリシリコン膜の5層構造で形成されてい
る。また、固定側検出電極115は、下側に位置した第
1の固定板112の下面となり、固定側検出電極116
は、下側に位置した第1の固定板112の上面となる。
さらに、固定側検出電極117は、上側に位置した第2
の固定板114の下面となり、固定側検出電極118
は、上側に位置した第2の固定板114の上面となる。
【0109】119は下側の中空穴101側に設けられ
た変位検出手段としての変位検出部を示し、該変位検出
部119は第1の固定板112の下側に位置した第1の
検出部120と上側に位置した第2の検出部121とか
ら構成されている。
た変位検出手段としての変位検出部を示し、該変位検出
部119は第1の固定板112の下側に位置した第1の
検出部120と上側に位置した第2の検出部121とか
ら構成されている。
【0110】ここで、前記第1の検出部119は、図2
1に示すように、振動板97の下側板体98の上面に位
置した可動側検出電極104と、該可動側検出電極10
4と対向するように第1の固定板112の下面に位置し
た固定側検出電極115とからなる。
1に示すように、振動板97の下側板体98の上面に位
置した可動側検出電極104と、該可動側検出電極10
4と対向するように第1の固定板112の下面に位置し
た固定側検出電極115とからなる。
【0111】また、前記第2の検出部121は、振動板
97の中間板体99の下面に位置した可動側検出電極1
05と、該可動側検出電極105と対向するように第1
の固定板112の上面に位置した固定側検出電極116
とからなる。
97の中間板体99の下面に位置した可動側検出電極1
05と、該可動側検出電極105と対向するように第1
の固定板112の上面に位置した固定側検出電極116
とからなる。
【0112】122は上側の中空穴102側に設けられ
た変位検出手段としての変位検出部を示し、該変位検出
部122は第2の固定板114の下側に位置した第1の
検出部123と上側に位置した第2の検出部124とか
ら構成されている。
た変位検出手段としての変位検出部を示し、該変位検出
部122は第2の固定板114の下側に位置した第1の
検出部123と上側に位置した第2の検出部124とか
ら構成されている。
【0113】ここで、前記第1の検出部123は、図2
1に示すように、振動板97の中間板体99の上面に位
置した可動側検出電極106と、該可動側検出電極10
6と対向するように第2の固定板114の下面に位置し
た固定側検出電極117とからなる。
1に示すように、振動板97の中間板体99の上面に位
置した可動側検出電極106と、該可動側検出電極10
6と対向するように第2の固定板114の下面に位置し
た固定側検出電極117とからなる。
【0114】また、前記第2の検出部124は、振動板
97の上側板体100の下面に位置した可動側検出電極
107と、該可動側検出電極107と対向するように第
2の固定板114の上面に位置した固定側検出電極11
8とから構成されている。
97の上側板体100の下面に位置した可動側検出電極
107と、該可動側検出電極107と対向するように第
2の固定板114の上面に位置した固定側検出電極11
8とから構成されている。
【0115】このように構成される第2の実施例による
角速度検出装置91においても、その検出動作は前述し
た第1の実施例と同様に検出することができる。
角速度検出装置91においても、その検出動作は前述し
た第1の実施例と同様に検出することができる。
【0116】即ち、角速度検出装置91では、振動板9
7を各振動発生部110によってX軸方向に振動させた
状態で、Y軸周りの角速度Ωが加わると、振動板97は
コリオリ力Fにより軸方向に振動する。この振動を、変
位検出部119,122で静電容量の変化として検出で
きる。
7を各振動発生部110によってX軸方向に振動させた
状態で、Y軸周りの角速度Ωが加わると、振動板97は
コリオリ力Fにより軸方向に振動する。この振動を、変
位検出部119,122で静電容量の変化として検出で
きる。
【0117】このとき、変位検出部119では、第1の
固定板112に対して形成された第1の検出部120と
第2の検出部121とから出力される各信号の差動容量
を検出し、変位検出部122では、第2の固定板114
に対して形成された第1の検出部123と第2の検出部
124とから出力される各信号を差動容量として検出す
る。これにより、それぞれの信号はノイズを相殺した角
速度Ωに対応した信号として検出することができると共
に、各信号を加算することにより、静電容量を大きくで
き検出感度を第1の実施例よりも大幅に高めることがで
きる。
固定板112に対して形成された第1の検出部120と
第2の検出部121とから出力される各信号の差動容量
を検出し、変位検出部122では、第2の固定板114
に対して形成された第1の検出部123と第2の検出部
124とから出力される各信号を差動容量として検出す
る。これにより、それぞれの信号はノイズを相殺した角
速度Ωに対応した信号として検出することができると共
に、各信号を加算することにより、静電容量を大きくで
き検出感度を第1の実施例よりも大幅に高めることがで
きる。
【0118】なお、前記各実施例では、固定板を1枚ま
たは2枚にし、振動板はこれに対応するように2枚また
は3枚の板体から構成するようにしたが、本発明はこれ
に限らず、固定板の枚数を増やし、この枚数に対応した
振動板の板体の枚数を増やすようにしてもよい。
たは2枚にし、振動板はこれに対応するように2枚また
は3枚の板体から構成するようにしたが、本発明はこれ
に限らず、固定板の枚数を増やし、この枚数に対応した
振動板の板体の枚数を増やすようにしてもよい。
【0119】また、前記各実施例では、振動発生手段と
なる振動発生部76、振動発生部110に静電引力を利
用したものを記載したが、本発明はこれに限らず、例え
ば圧電材料等を用いて振動を発生させるようにしてもよ
い。
なる振動発生部76、振動発生部110に静電引力を利
用したものを記載したが、本発明はこれに限らず、例え
ば圧電材料等を用いて振動を発生させるようにしてもよ
い。
【0120】
【発明の効果】以上詳述した通り、請求項1の発明によ
れば、振動部を中空穴を有する中空構造とし、変位検出
手段では、この中空穴内に固定板を配設し、該固定板に
対する振動部の変位を、固定板の一面と中空穴の対向面
との間の変位を第1の検出部で検出し、固定板の他面と
中空穴の対向面との間の変位を第2の検出部で検出する
から、振動発生手段により例えばX軸方向に振動させた
状態で、Y軸周りの角速度が加わえると振動部にはZ軸
方向のコリオリ力が生じ、前記変位検出手段の各検出部
からの各信号を差動容量で検出することにより、ノイズ
を相殺しかつ信号を大きくでき、検出感度を高めること
ができる。しかも、固定板に対して上,下に形成される
第1の検出部と第2の検出部との形状は同一となってい
るから、各信号に重畳するノイズは同じノイズとなり、
各信号を差動容量により演算することにより、振動発生
手段に入力される駆動信号等のノイズを相殺できる。
れば、振動部を中空穴を有する中空構造とし、変位検出
手段では、この中空穴内に固定板を配設し、該固定板に
対する振動部の変位を、固定板の一面と中空穴の対向面
との間の変位を第1の検出部で検出し、固定板の他面と
中空穴の対向面との間の変位を第2の検出部で検出する
から、振動発生手段により例えばX軸方向に振動させた
状態で、Y軸周りの角速度が加わえると振動部にはZ軸
方向のコリオリ力が生じ、前記変位検出手段の各検出部
からの各信号を差動容量で検出することにより、ノイズ
を相殺しかつ信号を大きくでき、検出感度を高めること
ができる。しかも、固定板に対して上,下に形成される
第1の検出部と第2の検出部との形状は同一となってい
るから、各信号に重畳するノイズは同じノイズとなり、
各信号を差動容量により演算することにより、振動発生
手段に入力される駆動信号等のノイズを相殺できる。
【0121】請求項2の発明では、変位検出手段の固定
板は支持体によって基板上に固着して設けたから、固定
板を振動部の中空穴内に配設でき、固定板の一面と該一
面に対向した中空穴内面と間の静電容量を第1の検出部
で検出し、固定板の他面と該他面と対向した中空穴内面
との間の静電容量を第2の検出部で検出でき、差動容量
として演算することにより、ノイズを相殺することがで
きる。
板は支持体によって基板上に固着して設けたから、固定
板を振動部の中空穴内に配設でき、固定板の一面と該一
面に対向した中空穴内面と間の静電容量を第1の検出部
で検出し、固定板の他面と該他面と対向した中空穴内面
との間の静電容量を第2の検出部で検出でき、差動容量
として演算することにより、ノイズを相殺することがで
きる。
【0122】請求項3の発明では、振動部には垂直方向
に2重の中空穴を設け、変位検出手段をなす第1の検出
部と第2の検出部とを該各中空穴内にそれぞれ配設した
から、振動部の垂直方向の変位を該各検出部から異なる
4つの静電容量の変化として検出でき、これらの差動容
量を演算することにより、ノイズを相殺しかつ信号を大
きくでき、検出感度を高めることができる。
に2重の中空穴を設け、変位検出手段をなす第1の検出
部と第2の検出部とを該各中空穴内にそれぞれ配設した
から、振動部の垂直方向の変位を該各検出部から異なる
4つの静電容量の変化として検出でき、これらの差動容
量を演算することにより、ノイズを相殺しかつ信号を大
きくでき、検出感度を高めることができる。
【0123】請求項4の発明では、固定板の一面に位置
した固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置した可動
側検出電極により第1の検出部を構成し、固定板の他面
に位置した固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置し
た可動側検出電極により第2の検出部を構成し、各検出
部から出力される信号との差算を演算することにより、
ノイズを相殺した角速度に対応した検出信号を得ること
ができる。
した固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置した可動
側検出電極により第1の検出部を構成し、固定板の他面
に位置した固定側検出電極と、中空穴の対向面に位置し
た可動側検出電極により第2の検出部を構成し、各検出
部から出力される信号との差算を演算することにより、
ノイズを相殺した角速度に対応した検出信号を得ること
ができる。
【図1】第1の実施例による角速度検出装置の斜視図で
ある。
ある。
【図2】第1の実施例による角速度検出装置を上側から
見た平面図である。
見た平面図である。
【図3】図2中の矢示III −III 方向から見た縦断面図
である。
である。
【図4】図2中の矢示IV−IV方向から見た縦断面図であ
る。
る。
【図5】図4中のa部を拡大して示す拡大縦断面図であ
る。
る。
【図6】角速度検出装置の製造工程に用いられるシリコ
ン基板に絶縁膜を成膜した状態を示す縦断面図である。
ン基板に絶縁膜を成膜した状態を示す縦断面図である。
【図7】シリコン基板の表面に成膜した絶縁膜のうち、
支持部、固定部を形成する部分のみを残してエッチング
除去した状態を示す縦断面図である。
支持部、固定部を形成する部分のみを残してエッチング
除去した状態を示す縦断面図である。
【図8】シリコン基板の表面に成膜した絶縁膜のうち、
除去された部分に第1の擬成膜を形成した状態を示す縦
断面図である。
除去された部分に第1の擬成膜を形成した状態を示す縦
断面図である。
【図9】シリコン基板の表面に成膜した絶縁膜と犠牲膜
上に第1のポリシリコン膜を成膜した状態を示す縦断面
図である。
上に第1のポリシリコン膜を成膜した状態を示す縦断面
図である。
【図10】シリコン基板の表面に成膜した第1のポリシ
リコン膜にドライエッチングを施すことにより、支持部
と下側板体等を形成した状態を示す縦断面図である。
リコン膜にドライエッチングを施すことにより、支持部
と下側板体等を形成した状態を示す縦断面図である。
【図11】シリコン基板の表面に成膜し、ドライエッチ
ングを施した第1のポリシリコン膜上に第2の犠牲膜を
成膜した状態を示す縦断面図である。
ングを施した第1のポリシリコン膜上に第2の犠牲膜を
成膜した状態を示す縦断面図である。
【図12】第2の犠牲膜上にポリシリコン膜−絶縁膜−
ポリシリコン膜−絶縁膜−ポリシリコン膜からなる5層
膜を成膜した状態を示す縦断面図である。
ポリシリコン膜−絶縁膜−ポリシリコン膜からなる5層
膜を成膜した状態を示す縦断面図である。
【図13】第2の犠牲膜上に形成した5層膜にドライエ
ッチングを施すことにより、固定板を形成した状態を示
す縦断面図である。
ッチングを施すことにより、固定板を形成した状態を示
す縦断面図である。
【図14】固定板と第2の犠牲膜との上に第3の犠牲膜
を成膜した状態を示す縦断面図である。
を成膜した状態を示す縦断面図である。
【図15】第3の犠牲膜のうち、上側板体の接合部とな
る部分をエッチング除去した状態を示す縦断面図であ
る。
る部分をエッチング除去した状態を示す縦断面図であ
る。
【図16】接合部が除去された第3の犠牲膜上に第2の
ポリシリコン膜を成膜した状態を示す縦断面図である。
ポリシリコン膜を成膜した状態を示す縦断面図である。
【図17】第2のポリシリコン膜にドライエッチングを
施すことにより、上側板体を形成した状態を示す縦断面
図である。
施すことにより、上側板体を形成した状態を示す縦断面
図である。
【図18】第1の犠牲層,第2の犠牲層,第3の犠牲層
をHF溶液でエッチング除去することにより、振動場を
基板から離間させ、各板体と固定板とを離間させた角速
度検出装置を形成した状態を示す縦断面図である。
をHF溶液でエッチング除去することにより、振動場を
基板から離間させ、各板体と固定板とを離間させた角速
度検出装置を形成した状態を示す縦断面図である。
【図19】第2の実施例による角速度検出装置の斜視図
である。
である。
【図20】第2の実施例による角速度検出装置を上側か
ら見た平面図である。
ら見た平面図である。
【図21】図20中の矢示XXI −XXI 方向から見た縦断
面図である。
面図である。
【図22】図20中の矢示XXII−XXII方向から見た縦断
面図である。
面図である。
【図23】第1の従来技術による角速度検出装置を上側
から見た平面図である。
から見た平面図である。
【図24】図23中の矢示XXIV−XXIV方向から見た縦断
面図である。
面図である。
【図25】第2の従来技術による角速度検出装置を上側
から見た平面図である。
から見た平面図である。
【図26】図25中の矢示XXVI−XXVI方向から見た縦断
面図である。
面図である。
【図27】第3の従来技術による角速度検出装置の斜視
図である。
図である。
61,91 角速度検出装置 62,92 基板 64,94 可動部 65,95 支持部 66,96 支持梁 67,97 振動板(振動部) 68,98 下側板体 69,100 上側板体 70,101,102 中空穴 71,103 可動側駆動電極 72,73,104,105,106,107 可動側
検出電極 75,109 固定側駆動電極 76,110 振動発生部 77,111,113 支持体 78,112,114 固定板 79,80,115,116,117,118 固定側
検出電極 81,119,122 変位検出部(変位検出手段) 82,120,123 第1の検出部 83,121,124 第2の検出部
検出電極 75,109 固定側駆動電極 76,110 振動発生部 77,111,113 支持体 78,112,114 固定板 79,80,115,116,117,118 固定側
検出電極 81,119,122 変位検出部(変位検出手段) 82,120,123 第1の検出部 83,121,124 第2の検出部
Claims (4)
- 【請求項1】 基板と、該基板上に離間して設けられた
一対の支持部と、該各支持部から互いに近接する方向に
伸長して設けられた支持梁と、該各支持梁の先端側に位
置して前記基板に対して水平方向と垂直方向に変位可能
に設けられた振動部と、該振動部に水平方向の振動を与
える振動発生手段と、前記基板に固着して設けられ、該
振動発生手段によって前記振動部に水平方向の振動を与
えた状態で角速度によって垂直方向に生じる変位を検出
する変位検出手段とからなる角速度検出装置において、 前記振動部は、その内部を水平方向に貫通した空間から
なる中空穴を有する中空構造の振動板によって構成し、 前記変位検出手段は、前記中空穴内に配設された固定板
と、該固定板の一面と中空穴の対向面との間で前記振動
部の垂直方向の変位を静電容量の変化として検出する第
1の検出部と、該固定板の他面と中空穴の対向面との間
で前記振動部の垂直方向の変位を静電容量の変化として
検出する第2の検出部とから構成したことを特徴とする
角速度検出装置。 - 【請求項2】 前記変位検出手段の固定板は、前記基板
から立設された支持体によって前記基板上に固着して設
ける構成としてなる請求項1記載の角速度検出装置。 - 【請求項3】 前記振動部には、垂直方向に二重の中空
穴を設け、前記変位検出手段を構成する前記第1,第2
の検出部は、該各中空穴内にそれぞれ配設してなる請求
項1または2記載の角速度検出装置。 - 【請求項4】 前記固定板にはその両面に固定側検出電
極を形成し、前記振動板の中空穴の内面には該固定側検
出電極と対向した位置に可動側検出電極を形成し、前記
各固定側検出電極と各可動側検出電極とによって、前記
第1,第2の検出部を構成する1,2または3記載の角
速度検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8233574A JPH1062177A (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 角速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8233574A JPH1062177A (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 角速度検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1062177A true JPH1062177A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16957211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8233574A Pending JPH1062177A (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 角速度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1062177A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008539666A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-13 | アナログ デバイシス, インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
JP2009216657A (ja) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Alps Electric Co Ltd | ジャイロセンサの製造方法 |
WO2010016094A1 (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | パイオニア株式会社 | 静電容量検出型センサ |
-
1996
- 1996-08-15 JP JP8233574A patent/JPH1062177A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008539666A (ja) * | 2005-04-25 | 2008-11-13 | アナログ デバイシス, インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
JP4812139B2 (ja) * | 2005-04-25 | 2011-11-09 | アナログ デバイシス, インコーポレイテッド | マイクロ機械加工されたマイクロフォンおよびマルチセンサ、ならびにそれらを生産する方法 |
JP2009216657A (ja) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Alps Electric Co Ltd | ジャイロセンサの製造方法 |
WO2010016094A1 (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | パイオニア株式会社 | 静電容量検出型センサ |
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