KR100340609B1 - 각속도 검출장치 - Google Patents

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KR100340609B1
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나가오마사루
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와다 아끼히로
도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

빔 (33-1 ∼ 33-4) 에 의해 연결된 진동자 (20) 및 Y 축 방향으로 분할된 메인프레임 (30-1, 30-2) 이 기판 (10) 상면으로부터 띄워 설치되어 있다. 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 진동자 (20) 는 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 에 의해 X 축 방향으로 구동된다. X, Y 양축에 직교하는 Z 축 회전의 각속도에 의해 진동자 (20) 는 Y 축 방향으로 진동하고, 이 Y 축 방향의 진동을 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 에 부여한 고주파신호를 사용하여 측정함으로써 각속도가 검출된다. 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 를 상기 Y 축 방향으로 분할된 메인프레임 (30-1, 30-2) 에 각각 설치하여 독립된 구동신호를 부여함으로써 메인프레임 (30-1, 30-2) 을 X 축 방향으로 정확하게 진동시킨다.

Description

각속도 검출장치{ANGULAR RATE DETECTING DEVICE}
이 발명은 코리올리의 힘을 이용하여 물체의 각속도를 검출하는 각속도 검출장치에 관한 것이다.
본 발명에 관련된 장치가, 예컨대 1998 년 발행의 제 16 회 센서심포지움의 테크니컬 다이제스트 제 37 면 ∼ 제 40 면 (Technical Digest of the 16th Symposium, 1998, pp.37 ∼ 40), 일본 특개평10-103960 호, 및 1997 년 IEEE 발행의 트랜스듀서 (Transducer '97) 제 1129 면 ∼ 제 1132 면에 기재되어 있다. 이들 간행물에 기재된 각속도 검출장치는 기판에 지지부재를 통해 접속되며 그 기판상에서 서로 직교하는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 진동 가능한 진동부와, 기판에 설치되어 진동부를 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 기판에 설치되어진동부의 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부로 구성되어 있다. 그리고, 그 각속도 검출장치는 진동부를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 진동부의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출한다.
그리고, 상기 IEEE 발행의 트랜스듀서에는 방형상 프레임과 진동자로 구성된 진동부가 개시되어 있다. 그 프레임은 기판상에 지지부재로서의 구동용 빔을 통해 X 축 방향으로 진동 가능하게 접속되어 있다. 또, 진동자는 기판상에서 프레임내에 배치됨과 동시에 그 프레임에 지지부재로서의 검출용 빔을 통해 프레임에 대하여 Y 축 방향으로 진동 가능하게 접속되어 있다. 그 구성에서, 프레임을 구동부에 의해 기판에 대하여 X 축 방향으로 구동하여 진동자를 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시킴과 동시에, 진동자의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출부에 의해 검출하여 진동자에 X 축 방향 이외의 불필요한 구동력이 전달되지 않도록 하고 있다. 그 때문에, Z 축 회전의 각속도에 의해 진동자가 Y 축 방향으로 진동되기 용이하여 각속도의 검출정밀도를 양호하게 할 수 있다. 또, 상기 일본 특개평10-103960 호에는 진동부를 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동신호의 일부가 Y 축 방향으로 누설되고 (이하, 이 누설진동을 크로스토크라고 함), 이 크로스토크가 노이즈가 되어 나타나는 것을 방지하기 위해, 진동부를 Y 축 방향으로 진동시키는 보정부를 설치하여 상기 크로스토크를 소거하는 분만큼 진동부를 Y 축 방향으로 진동시키도록 하는 것도 개시되어 있다.
그러나, 이 종류의 각속도 검출장치에 있어서는, 상기 크로스토크에 의한 각속도의 검출오차 뿐만 아니라, 진동부 (진동자), 구동부, 프레임, 빔 등의 가공의 편차에 의해 진동부 (진동자) 를 안정하게 원하는 방향 (X 축 방향으로) 으로 정밀하게 진동시킬 수 없거나, 진동자가 코리올리의 힘에 따라 안정하게 원하는 방향 (Y 축 방향으로) 으로 정밀하게 진동되지 않기 때문에, 각속도의 검출정밀도가 악화된다.
또, 방형상 프레임을 구동용 빔을 통해 기판에 접속함과 동시에, 그 프레임에 그 내측에서 검출용 빔을 통해 진동자를 접속한 타입의 상기 간행물에서의 각속도 검출장치에 있어서는, 온도변화, 외력 등의 외적 요인에 의해 기판이 변형되면, 이 기판의 변형에 수반하여 프레임 및 구동용 빔도 변형된다. 그 때문에, 구동용 빔에 내부응력이 발생하여 그 구동용 빔의 탄성계수의 비선형성이 커지거나, 구동용 빔의 변형량이 제한되기 때문에, 진동자를 안정하게 원하는 방향 (X 축 방향으로) 으로 정밀하게 진동시킬 수 없으며, 각속도의 검출정밀도가 악화된다는 문제도 있다. 또, 이 타입의 각속도 검출장치에 있어서는, 프레임의 대향하는 2 변의 각 양단에 각각 구동용 빔이 설치되어 있을 뿐이다. 그 때문에, 하나의 빔에 작용하는 응력이 너무 커져 구동용 빔의 탄성계수의 비선형성이 커지거나, 구동용 빔의 변형량이 제한되기 때문에, 진동자를 안정하게 또한 대진폭으로 원하는 방향 (X 축 방향으로) 으로 정밀하게 진동시킬 수 없으며, 각속도의 검출정밀도가 악화된다는 문제도 있다.
또한, 상기 관련기술로서의 각속도 검출장치에 있어서는, 상기 코리올리의 힘에 따른 진동자의 Y 축 방향의 진동 및 크로스토크는 프레임 및 빔을 통해 기판에도 입력된다. 그리고, 이 입력된 진동에 대한 반작용이 기판으로부터 프레임 및 빔을 통해 진동자에 반대로 입력된다. 그리고, 이 진동자에 입력된 진동은 검출 각속도에 대한 노이즈의 원인이 되기 때문에, 상기 진동자의 코리올리의 힘에 따른 Y 축 방향의 진동 및 크로스토크가 커지면, 각속도의 검출정밀도가 악화된다는 문제도 있다.
이 발명은 상기 문제에 대처하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 상기 가공의 편차, 빔의 비선형성, 진동자의 코리올리의 힘에 의한 진동에 의한 영향을 적게 하여 검출오차를 가능한한 작게 하도록 한 각속도 검출장치를 제공하는 것에 있다.
이 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 태양은 기판에 지지부재를 통해 접속되며 그 기판상에서 서로 직교하는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 진동 가능한 진동부와, 진동부를 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 진동부의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 진동부를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동부의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에서, 상기 구동부를, Y 축 방향의 다른 위치에 배치되어 진동부를 X 축 방향으로 진동시키는 것이 가능한 복수의 분할구동부로 구성하였다.
이 경우, 상기 진동부를 빔을 통해 접속한 프레임과 진동자로 구성하고, 상기 복수의 분할구동부는 프레임을 기판에 대하여 X 축 방향으로 구동하여 진동자를기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키도록 구성됨과 동 시에, 상기 검출부는 진동자의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성한 본 발명에 관계되는 각속도 검출장치에서는, 구동부, 프레임 등에 가공의 편차가 있어 구동부에 의해 진동부 전체 (또는 프레임을 통해 진동자 전체) 를 Y 축 방향을 따라 X 축 방향으로 균일하게 진동시킬 수 없는 경우, 진동부 (또는 프레임) 에 대한 복수의 분할구동부에 의한 구동력을 다르게 함으로써 진동부 전체 (또는 프레임을 통해 진동자 전체) 를 Y 축 방향을 따라 X 축 방향으로 균일하게 진동시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 구동부의 구동에 의한 진동부 (또는 프레임) 의 진동에 대하여, 진동부 (또는 프레임을 통한 진동자) 의 진동에 포함되는 Y 축 방향의 불필요한 진동성분, X, Y 양축에 직교하는 Z 축 회전의 불필요한 회전성분을 감소시켜 진동부 (또는 프레임을 통한 진동자) 를 정밀하게 X 축 방향으로 진동시킬 수 있기 때문에, Z 축 회전의 각속도의 검출정밀도가 양호하게 된다.
이 경우, 바람직하게는 상기 각속도 검출장치의 사용에 있어서, 예컨대 복수의 분할구동부에 대하여 독립된 구동신호를 각각 공급함과 동시에, 그 복수의 구동신호 중 적어도 하나의 구동신호에 의한 구동력을 변경 가능하게 하는 구동신호 발생회로를 상기 각속도 검출장치에 접속하도록 하면 된다.
또, 상기 각속도 검출장치에 있어서, 바람직하게는 상기 각 분할구동부를 X 축 방향의 각 동일직선상에 배치한 1 쌍의 구동전극으로 각각 구성하면 된다. 이것에 의하면, 각 쌍을 이루는 구동전극에 의해 진동부가 보다 안정하게 구동됨과동시에, 진동부의 X 축 방향의 진동을 보다 안정시킬 수 있어 상기 각속도의 검출정밀도를 보다 양호하게 할 수 있다.
그리고, 이 각속도 검출장치의 사용에 있어서는, 복수의 분할구동부를 각각 구성하는 1 쌍의 구동전극에 1 세트의 구동신호를 각각 대응시켜 복수 세트의 구동신호를 상기 복수의 분할구동부에 공급하는 것으로서, 각 1 세트의 구동신호를 서로 역상으로 설정함과 동시에, 복수 세트의 구동신호 중 적어도 1 세트의 구동신호에 의한 구동력을 변경 가능하게 하는 구동신호 발생회로를 상기 각속도 검출장치에 접속함으로써 복수의 분할구동부에 의한 진동부에 대한 구동력을 상술한 경우와 동일하게 조정할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 기판에 구동용 빔을 통해 접속되며 그 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지된 프레임과, 프레임에 그 내측에서 검출용 빔을 통해 접속되며 기판에 대하여 X 축과 직교하는 Y 축 방향으로 진동 가능하게 지지된 진동자와, 프레임을 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 진동자의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 프레임 및 진동자를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동자의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에서 상기 프레임을 Y 축 방향으로 복수로 분할한 것에 있다.
이것에 의하면, 온도변화, 외력 등의 외적 요인에 의해 기판이 변형되어도 프레임은 Y 축 방향으로 복수로 분할되고, 진동자를 통해 검출용 빔에 의해 서로진동 가능 즉 탄성적으로 접속되어 있기 때문에, 상기 변형이 검출용 빔에 의해 흡수되어 분할된 복수의 프레임이 서로 영향하는 것을 억제할 수 있음과 동시에, 구동용 빔의 변형량을 작게 억제할 수 있다. 따라서, 상기 외적 요인에 의한 구동용 빔의 내부응력을 매우 작게 억제할 수 있어 상기 구동용 빔의 탄성계수의 선형성을 양호하게 유지할 수 있음과 동시에, 구동용 빔의 최대변형량을 크게 유지할 수 있기 때문에, 진동자를 안정하게 또한 대진폭으로 X 축 방향으로 정밀하게 진동시킬 수 있어 각속도의 검출정밀도를 양호하게 유지할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 상기 기판, 구동용 빔, 프레임, 검출용 빔, 진동자, 구동부 및 검출부를 구비한 각속도 검출장치에 있어서, 상기 구동용 빔을, 상기 프레임을 X 축 방향의 중심위치에 대하여 대칭위치에 각각 설치한 1 쌍의 구동용 빔과, 상기 1 쌍의 구동용 빔 사이에 설치한 적어도 다른 하나의 구동용 빔으로 구성한 것에 있다.
이것에 의하면, 많은 구동용 빔에 의해 프레임을 기판에 대하여 지지할 수 있으므로, 하나의 구동용 빔에 작용하는 응력을 작게 유지할 수 있어 구동용 빔의 탄성계수의 선형성을 양호하게 유지할 수 있음과 동시에, 구동용 빔의 최대변형량을 크게 유지할 수 있기 때문에, 진동자를 안정하게 또한 대진폭으로 X 축 방향으로 정밀하게 진동시킬 수 있게 되어 각속도의 검출정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 상기와 같은 각속도 검출장치에 있어서, 상기 프레임을, X 축 방향으로 연장된 부분을 가짐과 동시에 검출용 빔을 통해 진동자를 접속한 메인프레임과, 메인프레임의 X 축 방향으로 연장된 부분을 따라평행하게 연장된 서브프레임으로 구성하고, 상기 구동용 빔을, 기판과 서브프레임을 접속하여 그 서브프레임을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지하는 제 1 구동용 빔과, 서브프레임과 메인프레임을 접속하여 메인프레임을 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지하는 제 2 구동용 빔으로 구성한 것에 있다.
이와 같이, 메인프레임과 기판 사이에 서브프레임을 설치한 각속도 검출장치에서는 서브프레임이 구동용 빔의 보강부재로서 작용하기 때문에, 구동용 빔의 변형에 의한 메인프레임의 Y 축 방향의 변위가 억제되어 메인프레임을 안정하게 또한 대진폭으로 X 축 방향으로 정밀하게 진동시킬 수 있게 된다. 그리고, 진동자도 메인프레임을 통해 안정하게 또한 대진폭으로 X 축 방향으로 정밀하게 진동시킬 수 있게 되어 각속도의 검출정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 기판에 구동용 빔을 통해 접속되며 그 기판에 대하여 진동 가능하게 지지된 프레임과, 프레임에 검출용 빔을 통해 접속되며 기판에 대하여 진동 가능하게 지지된 진동자와, 프레임을 기판에 대하여 X 축 방향으로 구동하여 진동자를 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, X 축에 직교한 Y 축 방향으로의 진동자의 기판에 대한 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 프레임 및 진동자를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동자의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에서, 프레임의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동성분을 취출하기 위한 보정부를 설치한 것에 있다.
이 경우, 상기 구동용 빔을, 프레임을 기판에 대하여 Y 축 방향에 비교하여 X 축 방향으로 진동하기 용이하게 지지하도록 구성함과 동시에, 상기 검출용 빔을, 진동자를 프레임에 대하여 X 축 방향에 비교하여 Y 축 방향으로 진동하기 용이하게 프레임에 접속하도록 구성하면 된다.
이와 같이 구성한 본 발명에서는, 프레임 등의 가공의 편차에 기인하여 구동부에 의한 X 축 방향의 구동에 의해 프레임에는 Y 축 방향의 진동성분이 나타나고, 이 프레임의 Y 축 방향의 진동성분이 검출용 빔을 통해 진동자에 전달되어 그 진동자에 각속도의 검출에 있어 오차가 되는 불필요한 Y 축 방향의 진동성분이 발생했다고 해도, 보정부에 의해 검출되는 프레임의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동성분을 사용하여 상기 진동자의 Y 축 방향의 불필요한 진동성분을 제거할 수 있으므로 각속도의 검출정밀도가 양호하게 된다.
이 경우, 이 각속도 검출장치의 사용에 있어서, 검출부와 보정부를 전기적으로 접속하여 검출부에 의해 검출된 진동자의 Y 축 방향의 진동성분으로부터 보정부에 의해 취출한 프레임의 Y 축 방향의 진동성분을 제거하도록 하면 된다. 또, 검출부에 의해 검출된 진동자의 Y 축 방향의 진동성분으로부터 보정부에 의해 취출한 프레임의 Y 축 방향의 진동성분을 제거하는 연산회로를 설치하도록 해도 된다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 기판에 지지부재를 통해 접속되며 기판상에서 서로 직교하는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 진동 가능한 진동부와, 진동부를 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 진동부의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 진동부를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동부의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서, 진동부의 휘출(輝出)방향의 진동을 억제하기 위한 서보부와, 구동부와 협동하여 진동부를 기판에 대하여 소정 진폭으로 X 축 방향으로 진동시키는 구동회로와, 검출부와 협동하여 진동부의 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 취출하는 취출회로와, 상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 기초하여 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 서보제어신호를 서보부에 공급하여 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 서보제어회로와, 상기 형성한 서보제어신호에 대응한 신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하는 출력회로를 설치한 것에 있다.
이 경우, 상기 서보제어회로를, 예컨대 상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 입력하고, 그 입력한 신호에 따라 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 교류서보제어신호를 서보부에 공급하여 그 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 서보신호 공급회로로 구성함과 동시에, 상기 출력회로를, 상기 교류서보제어신호를 그 교류서보제어신호의 진폭치에 비례한 직류신호로 변환하는 직류화 회로로 구성하도록 하면 된다.
또, 상기 서보제어회로를, 구동회로에 접속되어 진동부의 각속도에 의한 진동의 위상에 대응함과 동시에 소정 진폭을 갖는 기준신호를 형성하는 기준신호 형성회로와, 상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 그 신호의 진폭치에 비례한 직류서보제어신호로 변환하여 출력하는 직류화 회로와, 상기 기준신호의 진폭을 상기 직류서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 기준신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 서보신호 공급회로로 구성하고, 상기 출력회로는 상기 직류서보제어신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하도록 구성해도 된다.
이것에 의하면, 서보제어회로는 Z 축 회전에 작용하는 각속도에 의한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 그 진동의 크기에 대응하는 서보제어신호 (교류 또는 직류서보제어신호) 에 의해 억제하게 되기 때문에, 진동부의 Y 축 방향의 진동이 없어지거나, 또는 그 진폭이 매우 작아진다. 한편, 상기 서보제어신호는 상기 각속도에 의한 진동부의 Y 축 방향의 진동에 대응하고 있기 때문에, 그 서보제어신호를 각속도를 나타내는 신호로서 취출할 수 있다. 그 결과, 각속도에 의한 진동부의 Y 축 방향의 진동이 기판을 통해 진동부에 역입력되는 것에 수반되는 노이즈의 발생이 방지되어 각속도의 검출정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 상기 기판, 지지부재, 진동부, 구동부, 검출부, 서보부, 구동회로 및 취출회로를 구비한 각속도 검출장치에 있어서, 구동회로로부터 입력한 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호와, 취출회로로부터 입력한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 기초하여 각속도에 따른 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 제 1 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 제 1 서보제어신호를 서보부에 공급하여 상기 각속도에 따른 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 제 1 서보제어회로와, 구동회로로부터 입력한 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호와, 취출회로로부터 입력한 진동부의Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 기초하여 상기 누설진동을 억제하기 위한 제 2 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 제 2 서보제어신호를 서보부에 공급하여 진동부의 누설진동을 억제하는 제 2 서보제어회로와, 상기 제 1 서보제어신호에 대응한 신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하는 출력회로를 설치한 것에 있다.
이 경우, 상기 제 1 서보제어회로를, 구동회로로부터 입력한 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호의 진폭을 제어하여 소정 진폭을 갖는 제 1 기준신호를 형성하는 제 1 기준신호 형성회로와, 상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 구동회로로부터 입력한 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호로 동기 검파하여 진동부의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동의 크기에 비례하는 제 1 서보제어신호를 형성하는 제 1 동기검파회로와 ,제 1 기준신호의 진폭을 제 1 서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 제 1 기준신호를 서보부에 공급하여 진동부의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동을 억제하는 제 1 서보제어신호 공급회로로 구성함과 동시에, 상기 제 2 서보제어회로를, 구동회로로부터 입력한 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호의 진폭을 제어하여 소정 진폭을 갖는 제 2 기준신호를 형성하는 제 2 기준신호 형성회로와, 상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 구동회로로부터 입력한 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호로 동기 검파하여 진동부의 구동에 의한 누설진동의 크기에 비례하는 제 2 서보제어신호를 형성하는 제 2 동기검파회로와, 제 2 기준신호의 진폭을 제 2 서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 제 2 기준신호를 서보부에 공급하여 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동을 억제하는 제 2 서보제어신호 공급회로로 구성하고, 상기 출력회로는 제 1 서보제어신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하도록 구성하면 된다.
이것에 의하면, 제 1 서보제어회로는 각속도에 의한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 때문에, 그 각속도에 의한 진동부의 Y 축 방향의 진동이 기판을 통해 진동부에 역입력되는 것에 수반되는 노이즈의 발생이 방지된다. 또, 제 2 서보제어회로는 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동을 억제하기 때문에, 그 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동의 발생도 방지된다. 따라서, 각속도의 검출정밀도를 보다 향상시킬 수 있다. 또, 상기 진동부의 각속도에 의한 진동과 구동에 의한 누설진동은 90 도의 위상차를 갖고 있고, 진동부의 Y 축 방향의 진동은 90 도 위상차가 나는 제어신호로 서보제어되기 때문에, 진동부의 구동진동주파수의 전체 위상성분에 대하여 Y 축 방향의 진동이 서보제어되어 서보제어가 정확하게 행해진다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 상기 제 2 서보제어회로를, 상기 구동회로로부터 상기 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호와는 위상이 다른 신호를 입력함과 동시에, 상기 취출회로로부터 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 검출신호를 입력하고, 그 입력한 양 신호에 기초하여 상기 위상이 다른 신호에 동기한 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동성분을 억제하기 위한 제 2 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 제 2 서보제어신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 위상이 다른 신호에 동기한 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하도록 구성한 것에 있다. 이 경우, 상기 위상이 다른 신호는, 예컨대 상기 각속도에 의한 진동에 동기한 신호에 대하여 90 도 위상이 다른 신호이다.
이것에 의하면, 상술한 진동부의 Y 축 방향의 누설진동의 문제와는 별도로, 제 1 서보제어회로 및 제 2 서보제어회로에 의해 진동부의 Y 축 방향의 진동은 다른 위상 (90 도 차이가 나는 위상) 으로 억제 제어된다. 이와 같은 위상이 다른 2 개의 서보제어에 의해 진동부의 구동진동주파수의 전체 위상성분에 대하여 Y 축 방향의 진동이 서보제어되어 서보제어가 정확하게 행해진다.
또, 본 발명의 다른 구성상의 특징은 서보제어를 행하여 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하도록 한 각속도 검출장치에 있어서, 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호 경로의 상류부에 소정 주파수의 더미신호를 공급하여 그 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 그 더미신호를 중첩시키고, 상기 더미신호를 수신의 유무에 기초하여 그 경로의 이상을 판정하는 이상판정회로를 상기 경로의 하류부에 설치한 것에 있다.
이것에 의하면, Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호의 경로가 단선되어 있지 않으면 이상판정회로는 상기 경로를 통과한 더미신호를 수신하고, 상기 경로의 일부가 단선되면 이상판정회로가 더미신호를 수신하지 않게 되어 그 경로의 이상을 판정한다. 따라서, 진동부의 Y 축 방향의 진동이 서보제어에 의해 억제되어 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호의 진폭이 「0」 또는 매우 작아도, 상기 더미신호의 유무에 의해 이상판정회로는 상기 경로의 단선에 의한 이상을 지체없이 검출할 수 있다.
도 1 은 본 발명 제 1 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자의 평면도이다.
도 2a 는 도 1 의 2A-2A 선 단면도이다.
도 2b 는 도 1 의 2B-2B 선 단면도이다.
도 2c 는 도 1 의 2C-2C 선 단면도이다.
도 2d 는 도 1 의 2D-2D 선 단면도이다.
도 3 은 상기 제 1 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자를 사용하여 각속도를 검출하기 위한 전기회로장치의 블록도이다.
도 4 는 본 발명 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자의 평면도이다.
도 5 는 상기 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자를 사용하여 각속도를 검출하기 위한 제 1 전기회로장치의 블록도이다.
도 6 은 상기 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자를 사용하여 각속도를 검출하기 위한 제 2 전기회로장치의 블록도이다.
도 7 은 본 발명의 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자의 평면도이다.
도 8 은 도 7 의 메인프레임 지지구조를 상세하게 나타내는 확대부분도이다.
도 9 는 상기 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자를 사용하여 각속도를 검출하기 위한 제 1 전기회로장치의 블록도이다.
도 10 은 상기 제 3 실시 형태의 서보제어 원리도를 나타내는 블록도이다.
도 11a 는 상기 서보제어에서의 서보루프이득의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11b 는 상기 서보제어에서의 서보루프위상의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12 는 상기 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자를 사용하여 각속도를 검출하기 위한 제 2 전기회로장치의 블록도이다.
도 13 은 상기 제 3 실시 형태의 서보제어회로에 장치되기에 적합한 제 1 이상판정회로장치를 나타내는 블록도이다.
도 14 는 상기 제 3 실시 형태의 서보제어회로에 장치되기에 적합한 제 2 이상판정회로장치를 나타내는 블록도이다.
도 15 는 상기 제 3 실시 형태의 서보제어회로에 장치되기에 적합한 제 3 이상판정회로장치를 나타내는 블록도이다.
*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*
A, C : 단결정 실리콘층 B : 실리콘 산화막
10 : 기판 20 : 진동자
30-1, 30-2 : 메인프레임 30-3, 30-4 : 서브프레임
21 : 매스부 22-1 ∼ 22-4 : 아암부
21a : 관통구멍 31-1, 31-2 : 장척부
32-1 ∼ 32-4 : 종단부
33-1 ∼ 33-4, 42-1 ~ 42-4, 43-1 ~ 43-4 : 빔
41-1 ~ 41-4 : 앵커 51-1 ∼ 51-4 : 구동전극부
52-1 ∼ 52-4 : 구동모니터 전극부 53-1 ∼ 53-4 : 검출전극부
21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4, 32a1 ∼ 32a4, 32b1 ∼ 32b4, 51a1 ∼ 51a4, 52a1 ∼ 52a4, 53a1 ∼ 53a4 : 빗살형 전극
51b1 ∼ 51b4, 53b1 ∼ 53b4 : 패드부
51c1 ∼ 51c4 : 전극패드
이하, 본 발명의 제 1 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1 은 본 실시 형태에 관계되는 반도체로 구성된 각속도 검출소자의 평면도이고, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 는 도 1 에 나타나는 각속도 검출소자의 각부 단면도이다. 그리고, 도 1 에서는 기판 (10) 상면과의 사이에 틈이 있는 부재와 틈이 없는 부재로 모양을 다르게 하여 나타내고 있다.
이 각속도 검출소자는 수평면내에서 서로 직교한 X, Y 축 각 방향의 중심선에 대하여 각각 대칭으로 형성되고 있고, 실리콘으로 방형상으로 형성된 기판 (10) 상에 진동자 (20), 1 쌍의 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 1 쌍의 서브프레임 (30-3, 30-4) 을 그 상면으로부터 소정 거리만큼 떨어진 수평면내에 연장 설치시키고 있다. 이들 진동자 (20) 및 각 프레임 (30-1, 30-2, 30-3, 30-4) 은 기판 (10) 상에 진동 가능하게 지지된 진동부를 구성한다.
진동자 (20) 는 X 축 방향으로 진동하고 있는 상태에서, X, Y 양축에 직교하는 Z 축 회전의 각속도에 의해 그 각속도의 크기에 비례한 진폭으로 Y 축 방향으로 진동한다. 그 진동자 (20) 는 중앙부에 설치되어 적당한 질량을 가짐과 동시에 X 축 및 Y 축을 각 변의 연장설치방향으로 하는 방형상 매스부 (mass portion) (21) 와, 그 매스부 (21) 의 각 대각위치로부터 X 축 방향으로 연장 설치된 4 개의 아암부 (22-1 ∼ 22-4) 로 이루어지는 대략 H 형으로 형성되어 있다. 매스부 (21), 아암부 (22-1 ∼ 22-4) 등의 폭 넓은 부분에는 복수의 방형상 관통구멍 (21a) 이 형성되어 있다. 이들 관통구멍 (21a) 은 매스부 (21), 아암부 (22-1∼ 22-4) 등의 하부에서의 에칭을 행하기 위한 구멍이다.
메인프레임 (30-1, 30-2) 은 진동자 (20) 를 X 축 방향으로 진동시키는 것으로, 진동자 (20) 의 아암부 (22-1 ∼ 22-4) 의 Y 축 방향 외측 위치에서 X 축 방향으로 각각 연장 설치된 폭넓은 장척부 (長尺部 : long extention portion) (31-1, 31-2) 와, 양 장척부 (31-1, 31-2) 의 양단에서 그들 양측에 각각 Y 축 방향으로 짧게 연장 설치된 폭넓은 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 로 이루어지는 대략 I 형으로 각각 형성되어 있다. 서브프레임 (30-3, 30-4) 도 폭넓게 구성되어 있고, 장척부 (31-1, 31-2) 의 각 외측에서 X 축 방향으로 각각 연장 설치되어 있다. 이들 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 에서도 상기 진동자 (20) 에서의 관통구멍 (21a) 과 동일한 관통구멍이 형성되어 있다.
이 경우, 메인프레임 (30-1, 30-2) 에서의 종단부 (32-1, 32-3) 의 Y 축 방향 각 내측단 및 종단부 (32-2, 32-4) 의 Y 축 방향 각 내측단의 각 사이에는 틈이 각각 형성되어 있다. 이것은 메인프레임 (30-1, 30-2) 이 진동자 (20) 의 전체주위를 둘러싸지 않고, Y 축 방향으로 복수로 분할되는 있는 것을 의미한다.
메인프레임 (30-1, 30-2) 은 빔 (33-1 ∼ 33-4) 에 의해 진동자 (20) 에 연결되어 있다. 빔 (33-1 ∼ 33-4) 도 기판 (10) 상면으로부터 소정 거리만큼 떨어진 수평면내에서 X 축 방향으로 연장 설치되어 있고, 각 일단은 진동자 (20) 아암부 (22-1 ∼ 22-4) 의 근원부근에 각각 접속되며, 각 타단은 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 각 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 에 각각 접속되어 있다. 또, 빔 (33-1 ∼ 33-4) 는 진동자 (20) 의 아암부 (22-1 ∼ 22-4), 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 장척부 (31-1, 31-2) 및 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 의 폭보다 가늘게 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 메인프레임 (30-1, 30-2) 으로부터 진동자 (20) 로 Y 축 방향의 진동이 전달되기 어렵고 또한 X 축 방향의 진동이 효율적으로 전달됨과 동시에, 진동자 (20) 가 메인프레임 (30-1, 30-2) 에 대하여 X 축 방향에 비교하여 Y 축 방향으로 진동되기 쉽게 되어 있다. 즉, 빔 (33-1 ∼ 33-4) 는 진동자 (20) 를 기판 (10), 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 에 대하여 Y 축 방향으로 진동 가능하게 지지하는 기능을 갖는다.
메인프레임 (30-1) 은 앵커 (41-1, 41-2), 빔 (42-1, 42-2), 서브프레임 (30-3) 및 빔 (43-1, 43-2) 를 통해 기판 (10) 에 대하여 진동 가능하게 지지되어 있다. 앵커 (41-1, 41-2) 는 도 1 및 도 2a 에 나타낸 바와 같이, 메인프레임 (30-1) 의 장척부 (31-1) 각 Y 축 방향 외측 위치에서 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있다. 앵커 (41-1, 41-2) 에는 빔 (42-1, 42-2) 의 각 일단이 각각 접속됨과 동시에, 그 빔 (42-1, 42-2) 는 앵커 (41-1, 41-2) 로부터 각각 Y 축 방향 외측으로 연장 설치되어 있다. 빔 (42-1, 42-2) 의 각 선단은 서브프레임 (30-3) 의 내측단에 각각 접속되어 있고, 서브프레임 (30-3) 에는 그 프레임 (30-3) 의 Y 축 방향 내측으로 연장 설치된 빔 (43-1, 43-2) 의 각 일단이 각각 접속되어 있다. 빔 (43-1, 43-2) 의 각 타단은 메인프레임 (30-1) 의 장척부 (31-1) Y 축 방향 외측단에 각각 접속되어 있다. 빔 (42-1, 42-2, 43-1, 43-2) 는 진동자 (20), 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 과 마찬가지로, 기판 (10) 으로부터 소정 거리만큼 떨어진 상측으로 떠 설치되어 있고, 빔 (33-1, 33-2) 와 마찬가지로 좁은 폭으로 구성되어 있다.
메인프레임 (30-2) 은 앵커 (41-3, 41-4), 빔 (42-3, 42-4), 서브프레임 (30-4) 및 빔 (43-3, 43-4) 를 통해 기판 (10) 에 대하여 진동 가능하게 지지되어 있다. 이들 앵커 (41-3, 41-4), 빔 (42-3, 42-4), 서브프레임 (30-4) 및 빔 (43-3, 43-4) 는 앵커 (41-1, 41-2), 빔 (42-1, 42-2), 서브프레임 (30-3) 및 빔 (43-1, 43-2) 와 Y 축 방향의 중심선에 대하여 대칭 또한 각각 동일하게 구성되어 있다. 이들 구성에 의해, 메인프레임 (30-1, 30-2) 은 기판 (10) 에 대하여 X 축 방향으로 진동하기 쉽고 또한 Y 축 방향으로 진동하기 어렵게 지지되어 있다. 즉, 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 는 메인프레임 (30-1, 30-2), 서브프레임 (30-3, 30-4) 및 진동자 (20) 를 기판 (10) 에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지하는 기능을 갖는다. 또, 서브프레임 (30-3, 30-4) 은 보강부재로서 작용하여 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 를 X 축 방향 이외로 변형하기 어렵게 한다. 그리고, 이들 앵커 (41-1 ∼ 41-4), 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4, 33-1 ∼ 33-4) 가 진동부 (진동자 (20) 및 프레임 (30-1 ∼ 30-4)) 를 기판 (10) 에 대하여 진동 가능하게 지지하는 지지부재를 구성한다.
또, 기판 (10) 상에는 메인프레임 (30-1, 30-2) 을 기판 (10) 에 대하여 X 축 방향으로 구동하기 위한 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 와, 상기 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 기판 (10) 에 대한 X 축 방향의 구동을 모니터하기 위한 구동모니터 전극부 (52-1 ∼ 52-4) 와, 진동자 (20) 의 기판 (10) 에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 가 설치되어 있다.
구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 는 메인프레임 (30-1, 30-2), 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 의 각 X 축 방향 외측 위치에서 그 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 를 향해 X 축 방향으로 연장 설치된 복수의 전극돌기를 갖는 빗살형 (comb-like) 전극 (51a1 ∼ 51a4) 을 각각 구비하고 있다. 각 빗살형 전극 (51a1 ∼ 51a4) 은 도 1 및 도 2b 에 나타낸 바와 같이, 그 전극 (51a1 ∼ 51a4) 에 접속된 패드부 (51b1 ∼ 51b4) 와 함께 각각 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있고, 패드부 (51b1 ∼ 51b4) 의 상면에는 도전금속 (예로서, 알루미늄) 으로 형성된 전극패드 (51c1 ∼ 51c4) 가 각각 설치되어 있다. 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 에는 X 축 방향 외측을 향해 연장 설치된 복수의 전극돌기로 이루어지는 빗살형 전극 (32a1 ∼ 32a4) 이 빗살형 전극 (51a1 ∼ 51a4) 에 대향하여 각각 설치되어 있다. 빗살형 전극 (32a1 ∼ 32a4) 은 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 와 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면으로부터 소정 거리만큼 띄워 설치되어 있고, 그 전극 (32a1 ∼ 32a4) 의 각 전극돌기는 빗살형 전극 (51a1 ∼ 51a4) 의 각 이웃하는 전극돌기간의 중심위치에 침입하여 그 이웃하는 전극돌기에 대향하고 있다.
구동모니터 전극부 (52-1 ∼ 52-4) 는 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 각 X 축 방향 내측 위치에 배치되어 있다. 그리고, 그 구동모니터 전극부 (52-1 ∼ 52-4) 는 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 를 향해 X 축 방향으로 연장 설치된 복수의 전극돌기를 갖는 빗살형 전극 (52a1 ∼ 52a4) 을 각각 구비하고 있다. 각 빗살형 전극 (52a1 ∼ 52a4) 은 도 1, 도 2b 및 도 2c 에 나타낸 바와 같이, 그들 전극 (52a1 ∼ 52a4) 에 접속된 패드부(52b1 ∼ 52b4) 와 함께 각각 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있고, 패드부 (52b1 ∼ 52b4) 의 상면에는 도전금속 (예로서, 알루미늄) 으로 형성된 전극패드 (52c1 ∼ 52c4) 가 각각 설치되어 있다. 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 에는 X 축 방향 내측을 향해 연장 설치된 복수의 전극돌기로 이루어지는 빗살형 전극 (32b1 ∼ 32b4) 이 빗살형 전극 (52a1 ∼ 52a4) 에 대향하여 각각 설치되어 있다. 빗살형 전극 (32b1 ∼ 32b4) 은 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 와 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면으로부터 소정 거리만큼 띄워 설치되어 있고, 그들 전극 (32b1 ∼ 32b4) 의 각 전극돌기는 빗살형 전극 (52a1 ∼ 52a4) 의 각 이웃하는 전극돌기간의 중심위치에 침입하여 그 이웃하는 전극돌기에 대향하고 있다.
검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 는 매스부 (21) 의 각 X 축 방향 외측 위치에 배치되어 있다. 그리고, 그들 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 는 그들 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 X 축 방향 내외 양측으로 연장 설치된 복수의 전극돌기를 갖는 빗살형 전극 (53a1 ∼ 53a4) 을 각각 구비하고 있다. 각 빗살형 전극 (53a1 ∼ 53a4) 은 도 1 및 도 2d 에 나타낸 바와 같이, 그들 전극 (53a1 ∼ 53a4) 에 접속된 패드부 (53b1 ∼ 53b4) 와 함께 각각 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있고, 패드부 (53b1 ∼ 53b4) 의 상면에는 도전금속 (예로서, 알루미늄) 으로 형성된 전극패드 (53c1 ∼ 53c4) 가 각각 설치되어 있다. 진동자 (20) 의 매스부 (21) 에는 X 축 방향 외측을 향해 연장 설치된 복수의 전극돌기로 이루어지는 빗살형 전극 (21a1 ∼ 21a4) 이 빗살형 전극 (53a1 ∼ 53a4) 의 각 일측에 대향하여 각각 설치되어 있다. 진동자 (20) 의 아암부 (22-1 ∼ 22-4) 중간부에도X 축 방향 내측을 향해 연장 설치된 복수의 전극돌기로 이루어지는 빗살형 전극 (22a1 ∼ 22a4) 이 빗살형 전극 (53a1 ∼ 53a4) 의 각 타측에 대향하여 각각 설치되어 있다. 빗살형 전극 (21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4) 은 매스부 (21) 및 아암부 (22-1 ∼ 22-4) 와 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면으로부터 소정 거리만큼 띄워 설치되어 있고, 그 전극 (21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4) 의 각 전극돌기는 빗살형 전극 (53a1 ∼ 53a4) 의 각 이웃하는 전극돌기간에 침입하여 그 이웃하는 전극돌기에 대향하고 있다. 이 경우, 빗살형 전극 (21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4) 의 각 전극돌기는 빗살형 전극 (53a1 ∼ 53a4) 의 이웃하는 각 전극돌기간의 중심위치로부터 일측으로 어긋나 설치되어 있다.
또한, 기판 (10) 상에는 진동자 (20) 에 빔 (33-3, 33-4), 메인프레임 (30-2), 빔 (43-3, 43-4), 서브프레임 (30-4), 빔 (42-3) 및 앵커 (41-3) 를 통해 전기적으로 접속된 패드부 (20a) 가 설치되어 있다. 패드부 (20a) 는 앵커 (41-3) 와 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있고, 패드부 (20a) 의 상면에는 도전금속 (예로서, 알루미늄) 으로 형성된 전극패드 (20b) 가 설치되어 있다.
다음으로, 상기 구성의 각속도 검출소자의 제조방법을 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 를 참조하면서 간단하게 설명해 둔다. 먼저, 단결정 실리콘층 (A) 의 상면상에 실리콘 산화막 (B) 을 통해 단결정 실리콘층 (C) 을 설치한 SOI (Silicon-on-Insulator) 기판을 준비하고, 단결정 실리콘층 (C) 에 인, 붕소 등의 불순물을 도핑하여 그 층 (C) 을 저저항화한다. 이하, 이 층을 저저항층 (C) 이라고 한다. 다음으로, 도 1 의 모양을 한 부분 (단, 진동자 (20) 의 관통구멍 (21a), 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 의 관통구멍을 제외) 및 각종 전극돌기부분을 레지스트막으로 마스크하고, 단결정 실리콘층 (C) 을 반응성 이온에칭 등으로 에칭하여 실리콘 산화막 (B) 상에 앵커 (41-1 ∼ 41-4), 각종 빗살형 전극 (51a1 ∼ 51a4, 52a1 ∼ 52a4, 53a1 ∼ 53a4) 및 각종 패드부 (20a, 51b1 ∼ 51b4, 52b1 ∼ 52b4, 53b1 ∼ 53b4) 등 (기판 (10) 과 고착되어 있는 부분) 을 형성한다.
다음으로, 상기 형성한 부분 이외의 부분에 잔존하는 산화 실리콘막 (B) 을 불산 수용액 등으로 에칭하여 제거하고, 진동자 (20), 빔 (33-1 ∼ 33-4), 메인프레임 (30-1, 30-2), 서브프레임 (30-3, 30-4), 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-2) 및 빗살형 전극 (32a1 ∼ 32a4, 32b1 ∼ 32b4, 21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4) (기판 (10) 으로부터 소정 거리만큼 떠 있는 부분) 을 형성한다. 그리고, 각종 패드부 (20a, 51b1 ∼ 51b4, 52b1 ∼ 52b4, 53b1 ∼ 53b4) 상에 알루미늄 등을 증착하여 전극패드 (20b, 51c1 ∼ 51c4, 52c1 ∼ 52c4, 53c1 ∼ 53c4) 를 형성한다. 따라서, 기판 (10) 상에 형성된 상술한 각 부분은 기판 (10) 과는 절연된 저저항층 (C) 으로 구성됨과 동시에, 진동자 (20), 빔 (33-1 ∼ 33-4), 메인프레임 (30-1, 30-2), 서브프레임 (30-3, 30-4), 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 및 빗살형 전극 (32a1 ∼ 32a4, 32b1 ∼ 32b4, 21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4) 이 기판 (10) 으로부터 소정 거리만큼 떠서 위치함과 동시에 앵커 (41-1 ∼ 41-4) 에 의해 기판 (10) 에 진동 가능하게 지지된 구조가 된다.
상기와 같이 구성된 각속도 검출소자를 사용하여 각속도를 검출하기 위한 전기회로장치에 대하여 설명하면, 도 3 은 그 전기회로장치를 블록도에 의해 나타내고 있다.
검출전극부 (53-1, 53-2) 의 전극패드 (53c1, 53c2) 에는 고주파발진기 (61) 가 접속되어 있고, 그 발진기 (61) 는 진동자 (20) 의 공진주파수보다도 매우 높은 주파수 (f1) 의 검출용 신호 (E1sin (2πf1t)) 를 전극패드 (53c1, 53c2) 에 공급한다. 이 고주파발진기 (61) 에는 위상반전회로 (61a) 가 접속되어 있고, 그 회로 (61a) 는 상기 검출용 신호 (E1sin (2πf1t)) 의 위상을 반전한 검출용 신호 (E1sin (2πf1t + π)) 를 검출전극부 (53-3, 53-4) 의 전극패드 (53c3, 53c4) 에 공급한다.
구동모니터 전극부 (52-1, 52-3) 의 전극패드 (52c1, 52c3) 에는 고주파발진기 (62) 가 접속되어 있고, 그 발진기 (62) 는 진동자 (20) 의 공진주파수보다도 매우 높게 또한 상기 주파수 (f1) 와는 다른 주파수 (f2) 의 모니터용 신호 (E2sin (2πf2t)) 를 전극패드 (52c1, 52c3) 에 공급한다. 고주파발진기 (62) 에는 위상반전회로 (62a) 가 접속되어 있고, 그 회로 (62a) 는 모니터용 신호 (E2Sin (2πf2t)) 의 위상을 반전한 모니터용 신호 (E2Sin (2πf2t + π)) 를 구동모니터 전극부 (52-2, 52-4) 의 전극패드 (52c2, 52c4) 에 공급한다. 이것에 의해, 진동자 (20) 의 X, Y 축 방향의 각 진동을 E0xsin (2πf0t), E0ySin (2πf0t) 로 나타내면, 전극패드 (20b) 로부터 출력되어 진동자 (20) 의 X, Y 양축 방향의 각 진동을 각각 나타내는 신호는 E2ㆍE0xㆍsin (2πf0t)ㆍsin (2πf2t), E1ㆍE0yㆍSin (2πf0t)ㆍsin (2πf1t) 가 된다. 그리고, 주파수 (f0) 는 진동자 (20) 의 공진주파수 근방의 주파수이다.
구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 의 각 전극패드 (51c1 ∼ 51c4) 에는 구동회로 (70) 가 접속되어 있다. 구동회로 (70) 는 전극패드 (20b) 로부터 증폭기 (63) 를 통해 입력한 신호에 기초하여 구동신호를 형성하여 각 전극패드 (51c1 ∼ 51c4) 에 공급한다.
구동회로 (70) 는 증폭기 (63) 에 직렬 접속된 복조회로 (71), 위상쉬프트회로 (72) 및 이득제어회로 (73) 를 구비하고 있음과 동시에, 복조회로 (71) 에 접속되어 이득제어회로 (73) 의 이득을 제어하는 검파회로 (74) 를 구비하고 있다. 복조회로 (71) 는 전극패드 (20b) 로부터 출력된 신호를 주파수 (f2) 로 동기 검파하여 (주파수 (2πf2) 신호의 진폭 엔벨로프를 취출하여) 진동자 (20) 의 X 축 방향의 진동성분을 나타내는 신호 (E0xsin (2πf0t)) 를 출력한다. 위상쉬프트회로 (72) 는 진동자 (20) 의 진동을 나타내는 검출신호가 진동자 (20) 를 구동하기 위한 신호에 대하여 π/2 (=1/8πf0초에 상당) 만큼 늦는 것을 보정하기 위해 입력신호의 위상을 π/2 만큼 진행시켜 출력한다. 검파회로 (74) 는 상기 복조회로 (71) 로부터의 신호를 주파수 (f0) 로 동기 검파하여 (진동자 (20) X 축 방향의 진동성분의 진폭 엔벨로프를 취출하여) 진동자 (20) X 축 방향 진동성분의 진폭을 나타내는 신호 (E0x) 를 출력한다. 이득제어회로 (73) 는 위상쉬프트회로 (72) 및 이득제어회로 (73) 의 입력신호의 진폭 (진동자 (20) X 축 방향의 진동성분의 진폭) 이 일정해지도록 위상쉬프트회로 (72) 로부터의 출력신호의 이득을 검파회로 (74) 로부터의 신호 (E0x) 에 따라 제어하여 출력하는, 즉 검파회로 (74) 로부터의 신호가 커짐에 따라 이득제어회로 (73) 의 출력신호의 진폭이 작아지도록 제어하여 출력한다.
또, 구동회로 (70) 는 이득제어회로 (73) 의 출력에 접속된 가산기 (75-1, 75-3) 도 구비하고 있음과 동시에, 이득제어회로 (73) 에 위상반전회로 (73a) 를 통해 접속된 가산기 (75-2, 75-4) 도 구비하고 있다. 위상반전회로 (73a) 는 이득제어회로 (73) 로부터의 신호를 위상반전하여 출력한다. 가산기 (75-1, 75-2) 에는 가변 조정되는 직류전압 (ET) 을 출력하는 가변전압원회로 (76a) 가 접속됨과 동시에, 가산기 (75-3, 75-4) 에는 고정된 직류전압 (EB) 을 출력하는 정전압원회로 (76b) 가 접속되어 있다.
가산기 (75-1) 는 이득제어회로 (73) 로부터의 신호 (E0x'sin (2πf0t)) 와 가변전압원회로 (76a) 로부터의 직류전압신호 (ET) 를 가산하여 가산전압 (ET+ E0x'sin (2πf0t)) 을 구동전극부 (51-1) 의 전극패드 (51c1) 에 공급한다. 가산기 (75-2) 는 위상반전회로 (73a) 로부터의 신호 (E0x'sin (2πf0t + π)) 와 가변전압원회로 (76a) 로부터의 직류전압신호 (ET) 를 가산하여 가산전압 (ET+ E0x'sin (2πf0t + π)) 을 구동전극부 (51-2) 의 전극패드 (51c2) 에 공급한다. 가산기 (75-3) 는 이득제어회로 (73) 로부터의 신호 (E0x'sin (2πf0t)) 와 정전압원회로 (76b) 로부터의 직류전압신호 (EB) 를 가산하여 가산전압 (EB+ E0x'sin (2πf0t)) 을 구동전극부 (51-3) 의 전극패드 (51c3) 에 공급한다. 가산기 (75-4) 는 위상반전회로 (73a) 로부터의 신호 (E0x'sin (2πf0+ π)) 와 정전압원회로 (76b) 로부터의 직류전압신호 (EB) 를 가산하여 가산전압 (EB+ E0x'sin (2πf0t + π)) 을 구동전극부 (51-4) 의 전극패드 (51c4) 에 공급한다.
또, 증폭기 (63) 에는 직렬 접속된 복조회로 (81), 검파회로 (82) 및 증폭기 (83) 로 이루어지는 출력회로 (80) 가 접속되어 있다. 복조회로 (81) 는 전극패드 (20b) 로부터 출력된 신호를 주파수 (f1) 로 동기 검파하여 (주파수 (f1) 신호의 진폭 엔벨로프를 취출하여) 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동성분을 나타내는 신호 (E0ySin (2πf0t)) 를 출력한다. 검파회로 (82) 는 상기 복조회로 (81) 로부터의 신호를 주파수 (f0) 로 동기 검파하여 (진동자 (20) Y 축 방향의 진동성분의 진폭 엔벨로프를 취출하여) 진동자 (20) Y 축 방향의 진동성분의 진폭을 나타내는 신호 (E0y) 를 출력한다. 증폭기 (83) 는 상기 신호 (E0y) 를 입력하여 출력단자 (OUT) 로부터 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기를 나타내는 직류신호를 출력한다.
상기와 같이 구성된 제 1 실시 형태에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이 각속도 검출소자를 전기회로장치에 접속하여 각속도 검출장치를 구성한 후, 그 장치의 출하전에 Z 축 회전의 각속도를 「0」 으로 한 상태에서 출력단자 (OUT) 로부터 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기를 나타내는 신호를 취출한다. 이 경우, 각속도 「0」 이므로 상기 출력신호는 「0」 이지만, 「0」 이 아니면 가변전압원회로 (76a) 를 조정함으로써 직류전압신호 (ET) 를 변경하여 그 출력신호가 「0」 이 되도록 한다.
이 점에 대하여 설명을 첨가하면, 구동전극부 (51-1, 51-2) 에는 구동전압신호 (ET+ E0x'sin (2πf0t), ET+ E0x'sin (2πf0t + π) = ET- E0x'sin (2πf0t)) 가 인가됨과 동시에, 구동전극부 (51-3, 51-4) 에는 구동전압신호 (EB+ E0x'sin (2πf0t), EB+ E0x'sin (2πf0t + π) = EB- E0x'sin (2πf0t)) 가 인가되어 있다. 각속도 검출소자가 정밀하게 구성되어 있는 경우에는 가변전압원회로 (76a) 로부터의 직류전압신호 (ET) 와 정전압원회로 (76b) 로부터의 직류전압신호 (EB) 를 동일하게 설정하면, 메인프레임 (30-1, 30-2) 에는 정전인력에 의한 균등한 힘이 X 축 방향을 작용하고, 그 메인프레임 (30-1, 30-2) 은 진동주파수 (f0) 로 X 축 방향으로 동기함과 동시에 동일진폭으로 각각 진동한다. 그리고, 이 진동은 빔 (33-1 ∼ 33-4) 를 통해 진동자 (20) 에도 전달되고, 그 진동자 (20) 는 X 축 방향으로밖에 진동하지 않는다. 따라서, 출력단자 (OUT) 로부터 취출된 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기를 나타내는 신호는 「0」 이 된다.
그리고, 이 경우, 고주파발진기 (62), 위상반전회로 (62a) 및 구동모니터 전극부 (52-1 ∼ 52-4) 의 작용에 의해, X 축 방향의 진동성분을 나타내는 신호 (E2ㆍE0xㆍsin (2πf0t)ㆍsin (2πf2t)) 가 전극패드 (20b) 및 증폭기 (63) 를 통해 구동회로 (70) 에 공급된다. 그리고, 구동회로 (70) 를 구성하는 복조회로 (71), 검파회로 (74), 위상쉬프트회로 (72) 및 이득제어회로 (73) 는 위상쉬프트회로 (72) 및 이득제어회로 (73) 의 입력신호 (E0xsin (2πf0t)), 즉 전극패드 (20b) 로부터의 X 축 방향의 상기 진동성분이 시간적으로 항상 일정해지도록 작용하기 때문에, 진동자 (20) 는 X 축 방향으로 항상 일정진폭으로 진동한다.
한편, 각속도 검출소자의 각 부분의 편차, 특히 메인프레임 (30-1, 30-2), 빔 (33-1 ∼ 33-4) 및 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 등의 가공상의 편차에 의해 메인프레임 (30-1, 30-2) 이 X 축 방향으로 균등하게 구동되지 않는 경우에는 상기 양 직류전압신호 (ET, EB) 가 동일해도 진동자 (20) 에 Y 축 방향의 진동이 발생한다. 여기에서, 메인프레임 (30-1, 30-2) 으로의 각 구동력 (F1, F2) 에 착안하면, 구동력 (F1) 은 상기 구동전압신호 (ET+ E0x'sin (2πf0t), ET- E0x'sin (2πf0t)) 에 의한 것으로, K 를 비례상수로 하면 하기식 (1) 로 나타난다.
F1 = Kㆍ｛(ET+ E0x'sin (2πf0t))2- (ET- E0x'sin (2πf0t))2｝
= 4ㆍKㆍETㆍE0x'sin (2πf0t) (1)
또, 구동력 (F2) 은 상기 구동전압신호 (EB+ E0x'sin (2πf0t), EB- E0x'sin (2πf0t)) 에 의한 것으로, 하기식 (2) 로 나타난다.
F1 = Kㆍ｛(EB+ E0x'sin (2πf0t))2- (EB- E0x'sin (2πf0t))2｝
= 4ㆍKㆍEBㆍE0x'sin (2πf0t) (2)
이들 식 (1), 식 (2) 로부터도 이해할 수 있는 바와 같이, 가변전압원회로 (76a) 로부터 출력되는 직류전압신호 (ET) 의 크기를 변경함으로써 메인프레임 (30-1, 30-2) 에 대한 양 구동력의 크기를 조정할 수 있다. 따라서, 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 Y 축 방향의 진동성분을 제거할 수 있다.
이와 같이, 상기 제 1 실시 형태에 의하면, 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 을 X 축 방향으로 구동하기 위한 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 를 복수로 분할함과 동시에, 각 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 에 가해지는 구동전압신호를 독립적으로 가변조정하도록 했기 때문에, 메인프레임 (30-1, 30-2), 빔 (33-1 ∼ 33-4) 및 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 등에 가공상의 편차가 있어도 그 가공상의 편차에 의한 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 누설진동을 간단하게 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 조정을 끝낸 각속도 검출장치를 사용하여 Z 축 회전의 각속도를 검출하는 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 이 각속도 검출장치를 각속도를 검출하고자 하는 물체에 고정하여 상술한 바와 같이 전기회로장치를 작동시킨다.이 상태에서 Z 축 회전의 각속도가 작용하면, 진동자 (20) 는 코리올리의 힘에 의해 상기 각속도에 비례한 진폭으로 Y 축 방향으로 진동하기 시작한다.
이 경우, 진동자 (20) 의 Y 축 방향으로의 진동에 의해 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 정전용량이 상기 진동에 따라 변화한다. 그리고, 이 정전용량의 변화는 고주파발진기 (61) 및 위상반전회로 (61a) 로부터 출력된 검출용 신호 (E1sin (2πf1t), E1sin (2πf1t + π) = -E1sin (2πf1tπ)) 의 진폭을 변조한 신호, 즉 E1ㆍE0yㆍsin (2πf0t)ㆍsin (2πf1t) 가 되어 전극패드 (20b) 에 나타나고, 증폭기 (63) 를 통해 출력회로 (80) 에 출력된다. 출력회로 (80) 는 복조회로 (81), 검파회로 (82) 및 증폭기 (83) 의 작용에 의해 출력단자 (OUT) 로부터 상기 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기를 나타내는 신호 (E0y) 를 출력한다. 그리고, 이 Y 축 방향의 진동의 크기는 Z 축 회전의 각속도에 비례하기 때문에, 그 각속도를 나타내는 검출신호가 출력단자 (OUT) 로부터 출력된다.
상술한 바와 같이, 이 제 1 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자에서는, 진동자 (20), 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 은 구동용 빔 (지지부재) 으로서 기능하는 Y 축 방향으로 연장 설치된 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 에 의해 기판 (10) 상에 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지됨과 동시에, 진동자 (20) 는 검출용 빔 (지지부재) 으로서 기능하는 X 축 방향으로 연장 설치된 빔 (33-1 ∼ 33-4) 에 의해 기판 (10) 상에 Y 축 방향으로 진동 가능하게 지지된다. 그리고, 기판 (10) 상에는 Y 축 방향의 다른 위치에 배치되어 진동자(20), 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 을 독립적으로 X 축 방향으로 구동 가능한 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 가 설치되어 있고, 이들 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 에 의한 각 구동력이 구동회로 (70) 에 의해 조정되도록 되어 있기 때문에, 각속도 검출소자의 각 부에 가공상의 편차가 있어도 진동자 (20), 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 의 X 축 방향의 진동이 정밀하게 또한 안정하게 확보되어 Z 축 회전의 각속도도 정밀하게 검출된다.
또, 상술한 바와 같이, 메인프레임 (30-1, 30-2) 은 진동자 (20) 의 전체 주위를 둘러싸지 않고 Y 축 방향으로 복수로 분할되고, 진동자 (20) 를 통해 빔 (33-1 ∼ 33-4) 에 의해 탄성적으로 접속되어 있기 때문에, 온도변화, 외력 등의 외적 요인에 의해 Y 축 방향으로 휘는 등 기판 (10) 이 변형되어도 그 변형이 빔 (33-1 ∼ 33-4) 에 의해 흡수되어 메인프레임 (30-1, 30-2) 이 서로 영향하는 것을 억제할 수 있음과 동시에, 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 의 각 변형량을 작게 억제할 수 있다. 따라서, 상기 외적 요인에 의한 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 에서의 내부응력의 발생을 매우 작게 억제할 수 있어 구동용 빔의 탄성계수의 선형성을 양호하게 유지할 수 있다. 또, 그 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 의 최대변형량을 크게 할 수 있기 때문에, 진동자 (20) 를 안정하게 또한 대진폭으로 X 축 방향으로 정밀하게 진동시킬 수 있고, 이 점에서도 상기 Z 축 회전의 각속도의 검출정밀도를 높일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출장치에 대하여 설명한다. 도 4 는 상기 도 1 과 동일한 수법으로 나타낸 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자의 평면도이다.
이 각속도 검출소자는 상기 제 1 실시 형태의 각속도 검출소자에 구동에 의한 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 경사진동 (Y 축 방향의 진동성분) 의 영향을 없애기 위한 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 를 설치한 것을 특징으로 하고 있다. 다른 부분에 관해서는 상기 제 1 실시 형태와 동일하므로 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 는 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 각 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 의 Y 축 방향 내측부분에서 X 축 방향 내외 양측에 각각 설치되어 X 축 방향으로 연장 설치된 복수의 전극돌기를 갖는 빗살형 전극 (54a1 ∼ 54a4) 을 각각 구비하고 있다. 각 빗살형 전극 (54a1 ∼ 54a4) 은 그들 전극 (54a1 ∼ 54a4) 에 접속된 패드부 (54b1 ∼ 54b4) 와 함께 각각 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있고, 패드부 (54b1 ∼ 54b4) 의 상면에는 도전금속 (예로서, 알루미늄) 으로 형성된 전극패드 (54c1 ∼ 54c4) 가 각각 설치되어 있다. 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 각 종단부 (32-1 ∼ 32-4) 의 Y 축 방향 내측부분에는 X 축 방향 내외 양측을 향해 연장 설치된 복수의 전극돌기로 이루어지는 빗살형 전극 (32c1 ∼ 32c4) 이 빗살형 전극 (54a1 ∼ 54a4) 에 대향하여 각각 설치되어 있다. 빗살형 전극 (32c1 ∼ 32c4) 은 메인프레임 (30-1, 30-2) 과 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면으로부터 소정 거리만큼 띄워 설치되어 있고, 그들 전극 (32c1 ∼ 32c4) 의 각 전극돌기는 빗살형 전극 (54a1 ∼ 54a4) 의 각 이웃하는 전극돌기간에 침입하여 그들 이웃하는 전극돌기에 대향하고 있다.
이 경우에도, 빗살형 전극 (32c1 ∼ 32c4) 의 각 전극돌기는 빗살형 전극 (54a1 ∼ 54a4) 의 이웃하는 각 전극돌기간의 중심위치로부터 일측으로 어긋나 설치되어 있는데, 이 경우에는 빗살형 전극 (32c1 ∼ 32c4) 의 각 전극돌기의 어긋남 방향은 상술한 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 에서의 각 빗살형 전극 (54a1 ∼ 54a4) 의 전극돌기에 대한 빗살형 전극 (21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4) 의 전극돌기의 어긋남 방향과는 반대로 되어 있다. 따라서, 이 경우에는 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 Y 축 방향의 변위에 의한 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 의 용량 (커패시턴스) 변화는 진동자 (20) 의 상기와 동일한 Y 축 방향의 변위에 의한 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 용량변화와 반대로 변화한다. 즉, 메인프레임 (30-1, 30-2) 과 진동자 (20) 의 Y 축 동일방향의 변위에 대하여 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 의 용량이 증가 (또는 감소) 할 때에는 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 용량은 감소 (또는 증가) 한다. 그리고, 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 Y 축 방향의 불필요한 진동에 의해 야기되는 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 의 용량변화가 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 불필요한 진동에 의해 야기되는 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 용량변화에 대하여 반대 또한 동일크기가 되도록 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 및 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 를 구성해 둘 필요가 있다.
다음으로, 이 각속도 검출소자에 접속되는 제 1 전기회로장치에 대하여 설명하면, 도 5 는 그 전기회로장치를 블록도에 의해 나타내고 있다. 이 전기회로장치에서는 보정전극부 (54-1, 54-2) 를 위한 전극패드 (54c1, 54c2) 가 검출전극부 (53-1, 53-2) 를 위한 전극패드 (53c1, 53c2) 와 공통으로 고주파발진기 (61)의 출력에 접속되어 있다. 또, 보정전극부 (54-3, 54-4) 를 위한 전극패드 (54c3, 54c4) 가 검출전극부 (53-3, 53-4) 를 위한 전극패드 (53c3, 53c4) 와 공통으로 위상반전회로 (61a) 의 출력에 접속되어 있다. 다른 회로에 대해서는 상기 제 1 실시 형태의 경우와 동일하므로 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.
이와 같이 구성된 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출장치에서도 상기 제 1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 Z 축 회전의 각속도가 검출되는데, 이 경우에는 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 는 다음과 같이 기능한다.
즉, 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 의 구동에 의해 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 진동자 (20) 가 기판 (10) 에 대하여 X 축으로부터 기운 경사방향으로 진동하고 있는 경우, Z 축 회전의 각속도가 「0」 이어도 Y 축 방향의 진동성분이 출력단자 (OUT) 에는 나타난다. 그러나, 이 경우, 고주파발진기 (61) 로부터의 검출용 고주파신호는 검출전극부 (53-1, 53-2) 의 빗살형 전극 (53a1, 53a2) 에 공급됨과 동시에 보정전극부 (54-1, 54-2) 의 빗살형 전극 (54a1, 54a2) 에도 공급되고, 또 위상반전회로 (61a) 로부터의 상기 고주파신호의 위상을 반전한 신호는 검출전극부 (53-3, 53-4) 의 빗살형 전극 (53a3, 53a4) 에 공급됨과 동시에 보정전극부 (54-3, 54-4) 의 빗살형 전극 (54a3, 54a4) 에도 공급되고 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 메인프레임 (30-1, 30-2) 과 진동자 (20) 의 Y 축 동일방향의 변위에 대하여 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 의 용량은 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 용량과 반대로 변화하도록 구성되어 있기 때문에, 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 이 동시에 X 축으로부터 기운 경사방향으로 진동하면, 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동성분에 의해 야기되는 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 용량변화로부터 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 Y 축 방향의 진동성분에 의해 야기되는 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 의 용량변화분이 제거된다.
한편, 메인프레임 (30-1, 30-2) 은 지지부재로서의 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4) 의 작용에 의해 Y 축 방향으로 진동하기 어렵게 구성되어 있음과 동시에, 진동자 (20) 는 지지부재로서의 빔 (33-1 ∼ 33-4) 의 작용에 의해 X 축 방향으로는 메인프레임 (30-1, 30-2) 과 일체적으로 진동하기 용이하게 또한 Y 축 방향으로는 메인프레임 (30-1, 30-2) 과 독립적으로 진동하기 용이하게 구성되어 있다. 따라서, Z 축 회전의 각속도에 대해서는 코리올리의 힘에 의해 진동자 (20) 만이 그 코리올리의 힘에 비례하여 Y 축 방향으로 진동한다. 그 결과, 기판 (10) 상의 각 부품, 특히 상기 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 가공상의 편차에 의해 진동자 (20) 가 X 축으로부터 기운 방향으로 구동되어도, 상기 구동에 의한 진동자 (20) 의 기운 방향으로의 진동에 의한 영향이 제거되어 각속도가 정밀하게 검출된다.
다음으로, 상기 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자에 접속되는 제 2 전기회로장치에 대하여 설명하면, 도 6 은 그 전기회로장치를 블록도에 의해 나타내고 있다.
이 전기회로장치에서는 보정전극부 (54-1, 54-2) 를 위한 전극패드 (54c1, 54c2) 는 고주파발진기 (64) 의 출력에 접속되어 있다. 보정전극부 (54-3, 54-4) 를 위한 전극패드 (54c3, 54c4) 는 고주파발진기 (64) 의 출력을 위상반전하는 위상반전회로 (64a) 의 출력에 접속되어 있다. 고주파발진기 (64) 및 위상반전회로 (64a) 는 보정전극부 (54-1, 54-2) 의 용량변화를 검출하기 위한 것으로, 그 발진기 (64) 는 진동자 (20) 의 공진주파수보다도 매우 높게 또한 고주파발진기 (61, 62) 의 각 발진주파수 (f1, f2) 와는 다른 주파수 (f3) 의 보정전극용 신호 (E3Sin(2πf3t)) 를 출력한다.
또, 이 전기회로장치에서는 증폭기 (63) 의 출력에 상기 복조회로 (81), 검파회로 (82) 및 증폭기 (83) 와 병렬로 복조회로 (84), 검파회로 (85) 및 증폭기 (86) 가 접속되어 있다. 복조회로 (84) 는 전극패드 (20b) 로부터 출력된 신호를 주파수 (f3) 로 동기 검파하여 (주파수 (f3) 신호의 진폭 엔벨로프를 취출하여) 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 Y 축 방향의 진동성분을 나타내는 신호 (E3ysin (2πf0t)) 를 출력한다. 검파회로 (85) 는 상기 복조회로 (84) 로부터의 신호를 주파수 (f0) 로 동기 검파하여 (메인프레임 (30-1, 30-2) Y 축 방향의 진동성분의 진폭 엔벨로프를 취출하여) 메인프레임 (30-1, 30-2) Y 축 방향의 진동성분의 진폭을 나타내는 신호 (E3y) 를 출력한다. 또, 증폭기 (83, 86) 와 출력단자 (OUT) 사이에는 증폭기 (83) 의 출력치 (E0y) 로부터 증폭기 (86) 의 출력치 (E3y) 를 감산하여 출력하는 감산기 (87) 가 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 각속도 검출장치에서도 상기 제 1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 Z 축 회전의 각속도가 검출되는데, 이 경우에도 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 에 의해 검출된 메인프레임 (30-1, 30-2) Y 축 방향의 진동성분을 사용하여 구동에 의한 진동자 (20) Y 축 방향의 진동성분이 제거된다.
즉, 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 의 구동에 의해 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 진동자 (20) 가 기판 (10) 에 대하여 X 축으로부터 기운 경사방향으로 진동하고 있는 경우, 이 경사방향의 진동에서의 메인프레임 (30-1, 30-2) Y 축 방향의 진동성분의 진폭치가 복조회로 (84), 검파회로 (85) 및 증폭기 (86) 의 작용에 의해 출력치 (E3y) 로서 취출된다. 그리고, 감산기 (87) 에 의해 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기를 나타내는 증폭기 (83) 의 출력치 (E0y) 로부터 상기 출력치 (E3y) 가 감산되어 출력단자 (OUT) 로부터 출력된다. 한편, 증폭기 (83) 로부터 취출된 진동자 (20) Y 축 방향의 진동을 나타내는 출력치 (E0y) 에는 Z 축 회전의 각속도에 의한 진동성분에 더해 상기 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 경사방향의 진동에 의한 불필요한 진동성분도 포함되어 있고, 이 불필요한 진동성분이 감산기 (87) 의 감산에 의해 제거된다.
따라서, 이 제 2 전기회로장치를 사용한 각속도 검출장치에서도 기판 (10) 상의 각 부품, 특히 상기 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 가공상의 편차에 의해 진동자 (20) 가 X 축으로부터 기운 방향으로 구동되어도, 상기 구동에 의한 진동자 (20) 의 기운 방향으로의 진동에 의한 영향이 제거되어 각속도가 정밀하게 검출된다.
그리고, 상기 제 2 실시 형태에 관계되는 각속도 검출장치의 제 1 전기회로장치에서는 상기 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 Y 축 방향의 불필요한 진동에 의해야기되는 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 의 용량변화가 상기 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 불필요한 진동에 의해 야기되는 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 용량변화에 대하여 반대 또한 동일크기가 되도록 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 및 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 를 구성할 필요가 있다. 그러나, 제 2 전기회로장치를 각속도 검출장치에 적용하면 증폭기 (83, 86) 의 이득을 조정함으로써, 상기 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 및 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 각 용량변화의 크기가 달라도 상기 진동자 (20) Y 축 방향의 불필요한 진동성분을 제거할 수 있다.
또, 이 제 2 전기회로장치에 각속도 검출소자를 적용하는 경우에는 상기 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 의 용량변화와 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 용량변화를 반대로 할 필요도 없다. 따라서, 이 경우, 빗살형 전극 (54a1 ∼ 54a4) 의 이웃하는 각 전극돌기간의 중심위치에 대하여 빗살형 전극 (32c1 ∼ 32c4) 의 각 전극돌기를 비키어 놓는 방향과, 빗살형 전극 (53a1 ∼ 53a4) 의 이웃하는 각 전극돌기간의 중심위치에 대하여 빗살형 전극 (21a1 ∼ 21a4, 22a1 ∼ 22a4) 의 각 전극돌기를 비키어 놓는 방향을 일치시키도록 해도, 반대로 해도 된다.
다음으로, 본 발명 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출장치에 대하여 설명하면, 도 7 은 상기 도 1 및 도 4 와 동일한 수법으로 나타낸 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자의 평면도이다.
이 각속도 검출소자는 상기 제 2 실시 형태의 각속도 검출소자와 비교하여 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 의 기판 (10) 에 대한 지지구조가 다른 점, 진동자 (20) 의 공진주파수를 조정하기 위한 조정전극부 (55-1 ∼55-4) 를 설치한 점, 및 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 없애기 위한 서보전극부 (56-1 ∼ 56-4) 를 설치한 점에서 다르다. 또, 상기 제 2 실시 형태의 각속도 검출소자의 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 를 위한 패드부 (54b1 ∼ 54b4) 를 생략하여 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 패드부 (53b1 ∼ 53b4) 에는 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 도 각각 공통으로 접속되어 있다. 이것은 상기 제 2 실시 형태의 제 1 전기회로장치 (도 5) 의 경우와 같이, 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 패드부 (53b1 ∼ 53b4) 와 보정전극부 (54-1 ∼ 54-4) 를 위한 패드부 (54b1 ∼ 54b4) 를 기판 (10) 외에서 접속한 경우와 동작상은 등가인 것을 의미한다. 다른 부분에 관해서는 상기 제 2 실시 형태와 동일하므로 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
먼저, 메인프레임 (30-1, 30-2) 및 서브프레임 (30-3, 30-4) 의 기판 (10) 에 대한 지지구조에 대하여 설명한다. 상기 제 2 실시 형태와 동일한 앵커 (41-1) 및 빔 (42-1, 43-1) 로 이루어지는 1 세트의 지지부재와, 앵커 (41-2) 및 빔 (42-2, 43-2) 로 이루어지는 1 세트의 지지부재 사이에, 앵커 (44-1) 및 빔 (45-1, 46-1) 로 이루어지는 1 세트의 지지부재와, 앵커 (44-2) 및 빔 (45-2, 46-2) 로 이루어지는 1 세트의 지지부재가 각각 설치되어 있다.
빔 (45-1, 45-2) 는 Y 축 방향으로 연장 설치되어 있고, 그들 각 Y 축 방향 내측단은 앵커 (44-1, 44-2) 에 각각 접속되고, 그들 각 Y 축 방향 외측단은 서브프레임 (30-3) 의 내측단에 각각 접속되어 있다. 빔 (46-1, 46-2) 도 Y 축 방향으로 연장 설치되어 있고, 그들 각 Y 축 방향 내측단은 메인프레임 (30-1) 의 장척부 (31-1) Y 축 방향 외측단에 각각 접속되고, 그들 각 Y 축 방향 외측단은 서브프레임 (30-3) 의 Y 축 방향 내측단에 각각 접속되어 있다. 또, 빔 (45-1, 45-2, 46-1, 46-2) 도, 빔 (42-1, 42-2, 43-1, 43-2) 와 마찬가지로 좁은 폭으로 구성되어 기판 (10) 으로부터 소정 거리만큼 상측으로 떠서 설치되어 있다.
이 경우, 빔 (42-1) 및 빔 (42-2) 는 서브프레임 (30-3) 의 양단부에 그 프레임 (30-3) 및 메인프레임 (30-1) 의 X 축 방향 중심위치에 대하여 대칭으로 각각 설치되어 있고, 빔 (43-1, 45-1, 46-1) 및 빔 (43-2, 45-2, 46-2) 도 서브프레임 (30-3) 및 메인프레임 (30-1) 의 X 축 방향 중심위치에 대하여 대칭으로 각각 설치되어 있다. 이들 모든 빔 (42-1, 42-2, 43-1, 43-2, 45-1, 45-2, 46-1, 46-2) 는 길이, 폭 등 구조적으로 동일하며, 동일 탄성계수를 갖도록 구성되어 있다. 그리고 상기 모든 빔 (42-1, 42-2, 43-1, 43-2, 45-1, 45-2, 46-1, 46-2) 를 X 축 방향으로 대략 등간격으로 배치하면 바람직하다.
또한, 모든 빔 (42-1, 42-2, 43-1, 43-2, 45-1, 45-2, 46-1, 46-2) 가 동일 탄성계수로 메인프레임 (30-1) 및 서브프레임 (30-3) 을 X 축 방향으로 정확하게 진동시키기 위해 접속부의 구조도 연구되고 있다. 이 구조에 대하여 빔 (45-1, 46-1) 를 예로 하여 도 8 을 사용하여 설명한다. 빔 (45-1) 와 앵커 (44-1) 의 접속부와, 빔 (46-1) 와 메인프레임 (30-1) 의 장척부 (31-1) 의 접속부 구조를 맞추기 위해, 앵커 (44-1) 는 기판 (10) 에 고착된 고착부 (44a1) 와 기판 (10) 의 상면으로부터 띄워 설치한 고착부 (44a1) 의 X 축 방향 폭과 동일한 접속부 (44b1) 에 의해 구성되어 있다. 장척부 (31-1) 측에는 앵커 (44-1) 의 X 축 방향 폭과동일한 접속부 (31a1) 가 기판 (10) 의 상면으로부터 띄워 형성되어 있다. 이들 양 접속부 (44b1, 31a1) 에는 모두 동일형상의 관통구멍 (44b11, 31a11) 이 형성되어 있음과 동시에, 양 관통구멍 (44b11, 31a11) X 축 방향의 각 수도 동일하게 설정되어 있다. 다른 앵커 (41-1, 41-2, 44-2) 및 빔 (42-1, 42-2, 43-1, 43-2, 45-2, 46-2) 에 대해서도 상기 앵커 (44-1) 및 빔 (45-1, 46-1) 와 동일하게 구성되어 있다.
또, 메인프레임 (30-2) 및 서브프레임 (30-4) 측에도 이 각속도 검출소자의 Y 축 방향 중심위치에 대하여 대칭으로 상기 앵커 (41-1, 41-2, 44-1, 44-2) 및 빔 (42-1, 42-2, 43-1, 43-2, 45-1, 45-2, 46-1, 46-2) 로 이루어지는 지지부재와 동일한 앵커 (41-3, 41-4, 44-3, 44-4) 및 빔 (42-3, 42-4, 43-3, 43-4, 45-3, 45-4, 46-3, 46-4) 로 이루어지는 지지부재가 설치되어 있다.
이와 같이, 이 제 3 실시 형태에서는 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 을 X 축 방향으로 진동시키기 위해 많은 구동용 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4, 45-1 ∼ 45-4, 46-1 ∼ 46-4) 를 설치했기 때문에, 상기 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 진동시에도 하나의 빔에 작용하는 응력을 작게 유지할 수 있다. 따라서, 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4, 45-1 ∼ 45-4, 46-1 ∼ 46-4) 의 탄성계수의 선형성을 양호하게 유지할 수 있음과 동시에, 그들의 최대변형량을 크게 유지할 수 있기 때문에, 진동자 (20) 를 안정하게 또한 대진폭으로 X 축 방향으로 정밀하게 진동시키는 것이 가능하게 되어 각속도의 검출정밀도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 이 제 3 실시 형태에서는 메인프레임 (30-1) 및 메인프레임(30-2) 을 지지하는 빔 및 앵커로 이루어지는 각 지지부재의 세트수를 각각 4 세트로 했는데, 이 각 지지부재의 세트수를 3 세트 또는 5 세트 이상으로 해도 된다.
또, 이 제 3 실시 형태에서는 각 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4, 45-1 ∼ 45-4, 46-1 ∼ 46-4) 의 접속구조도 거의 동일하게 했기 때문에, 상기 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 진동시에도 각 빔에 작용하는 응력을 균등하게 할 수 있다. 이것에 의해, 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4, 45-1 ∼ 45-4, 46-1 ∼ 46-4) 의 탄성계수의 선형성을 양호하게 유지함과 동시에, 그들의 최대변형량을 크게 유지할 수 있게 되고, 또 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 X 축 방향의 정확 또한 안정된 진동을 확보하게도 되므로 각속도의 검출정밀도가 향상된다. 또한, 서브프레임 (30-3, 30-4) 은 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 X 축 방향 이외의 변위에 대한 빔 (42-1 ∼ 42-4, 43-1 ∼ 43-4, 45-1 ∼ 45-4, 46-1 ∼ 46-4) 의 보강부재로서 작용하기 때문에, 진동자 (20) 및 메인프레임 (30-1, 30-2) 의 X 축 방향의 정확 또한 안정된 진동이 확보되어 각속도의 검출정밀도가 향상된다.
다음으로, 조정전극부 (55-1 ∼ 55-4) 및 서보전극부 (56-1 ∼ 56-4) 에 대하여 설명한다. 조정전극부 (55-1 ∼ 55-4) 는 진동자 (20) 매스부 (21) 의 X 축 방향 각 외측에 배치되어 있다. 그 조정전극부 (55-1 ∼ 55-4) 는 기판 (10) 의 Y 축 방향 중앙부에 각각 설치되어, X 축 방향으로 연장 설치된 각 1 쌍의 전극돌기 (55a1 ∼ 55a4) 를 각각 구비하고 있다. 전극돌기 (55a1, 55a3) 는 그들 전극돌기 (55a1, 55a3) 에 공통으로 접속된 패드부 (55b1) 와 함께 각각 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있다. 전극돌기 (55a2, 55a4)는 그들 전극돌기 (55a2, 55a4) 에 공통으로 접속된 패드부 (55b2) 와 각각 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있다. 패드부 (55b1, 55b2) 의 상면에는 도전금속 (예로서, 알루미늄) 으로 형성된 전극패드 (55c1, 55c2) 가 각각 설치되어 있다.
각 1 쌍의 전극돌기 (55a1 ∼ 55a4) 에는 진동자 (20) 와 일체적 진동함과 동시에 X 축 방향으로 연장 설치된 각 1 쌍의 전극돌기 (23a1 ∼ 23a4) 가 Y 축 방향으로 대향하여 설치되어 있다. 전극돌기 (23a1 ∼ 23a4) 는 진동자 (20) 매스부 (21) 의 X 축 방향 양측으로부터 그 X 축 방향으로 돌출한 T 자부 (23-1 ∼ 23-4) 의 각 Y 축 방향 내측단에 일체적으로 각각 형성되어 있다. T 자부 (23-1 ∼ 23-4) 및 전극돌기 (23a1 ∼ 23a4) 는 진동자 (20) 와 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면으로부터 소정 거리만큼 띄워 설치되어 있다.
서보전극부 (56-1 ∼ 56-4) 는 각 검출전극부 (53-1 ∼ 53-4) 의 Y 축 방향 내측에 각각 설치되어 X 축 방향으로 연장 설치된 각 1 쌍의 전극돌기 (56a1 ∼ 56a4) 를 각각 구비하고 있다. 각 1 쌍의 전극돌기 (56a1 ∼ 56a4) 는 그들 전극돌기 (56a1 ∼ 56a4) 에 접속된 패드부 (56b1 ∼ 56b4) 와 함께 각각 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면에 고착되어 있고, 패드부 (56b1 ∼ 56b4) 의 상면에는 도전금속 (예로서, 알루미늄) 으로 형성된 전극패드 (56c1 ∼ 56c4) 가 각각 설치되어 있다.
이들 각 1 쌍의 전극돌기 (56a1 ∼ 56a4) 에는 T 자부 (23-1 ∼ 23-4) 의 각 Y 축 방향 외측단에 일체적으로 각각 형성된 각 1 쌍의 전극돌기 (23b1 ∼ 23b4)가 Y 축 방향에 대향하여 설치되어 있다. 전극돌기 (23b1 ∼ 23b4) 도 진동자 (20) 와 일체적으로 형성되어 기판 (10) 의 상면으로부터 소정 거리만큼 띄워 설치되어 있다.
다음으로, 이 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자에 접속되는 제 1 전기회로장치에 대하여 설명한다. 도 9 는 그 전기회로장치를 블록도에 의해 나타내고 있다. 이 전기회로장치에 있어서, 검출전극부 (53-1) 및 보정전극부 (54-1) 를 위한 공통의 전극패드 (53c1) 와, 검출전극부 (53-2) 및 보정전극부 (54-2) 를 위한 공통의 전극패드 (53c2) 에는 상기 고주파발진기 (61) 가 접속되어 있다. 검출전극부 (53-3) 및 보정전극부 (54-3) 를 위한 공통의 전극패드 (53c3) 와, 검출전극부 (53-4) 및 보정전극부 (54-4) 를 위한 공통의 전극패드 (53c4) 에는 상기 위상반전회로 (61a) 가 접속되어 있다.
조정전극부 (55-1, 55-3) 를 위한 공통의 전극패드 (55c1) 에는 직류가변전압원 (65a) 이 접속되어 있음과 동시에, 조정전극부 (55-2, 55-4) 를 위한 공통의 전극패드 (55c2) 에는 직류가변전압원 (65b) 이 접속되어 있다. 그리고, 이들 직류가변전압원 (65a, 65b) 은 복수의 전압원으로 구성해도 되는데, 단일 전압원을 공통으로 사용해도 된다.
서보전극부 (56-1 ∼ 56-4) 의 전극패드 (56c1 ∼ 56c4) 에는 서보제어회로 (90) 가 접속되어 있다. 서보제어회로 (90) 는 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 제어하기 위한 것으로, 복조회로 (91), 서보증폭기 (92) 및 위상반전회로 (93) 로 이루어진다. 복조회로 (91) 는 상기 제 2 실시 형태의 복조회로 (81)와 동일하고, 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 취출하여 그 신호를 교류서보제어신호로서 출력한다. 서보증폭기 (92) 는 상기 교류서보제어신호를 소정 이득으로 증폭하여 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동 (Z 축 회전의 각속도에 의한 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동) 을 없애기 위해 그 이득 제어된 교류서보제어신호를 서보전극부 (56-3, 56-4) 의 전극패드 (56c3, 56c4) 에 공급한다. 위상반전회로 (93) 는 상기 이득이 제어된 교류서보제어신호의 위상을 반전하여 그 위상 반전한 역상의 제어신호를 서보전극부 (56-1, 56-2) 의 전극패드 (56c1, 56c2) 에 공급한다.
출력회로 (80) 는 검파회로 (82a) 및 상기 직류용 증폭기 (83) 가 접속되어 있다. 검파회로 (82a) 는 서보증폭기 (92) 로부터 교류서보제어신호를 입력함과 동시에, 위상쉬프트회로 (72) 로부터 구동에 의한 진동자 (20) 의 X 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 입력한다. 그리고, 검파회로 (82a) 는 교류서보제어신호를 상기 X 축 방향의 진동을 나타내는 신호로 동기 검파하여 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 진폭 즉 Z 축 회전의 각속도에 의한 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기를 나타내는 직류신호를 출력한다. 여기에서, 위상쉬프트회로 (72) 의 출력신호를 이용하는 것은 그 신호가 진동자 (20) 의 Z 축 회전의 각속도에 의해 야기되는 코리올리의 힘의 위상과 동기한 것이고, 교류서보제어신호 즉 진동자 (20) 의 Z 축 회전의 각속도에 동기한 것이기 때문이다. 다른 회로에 관해서는 상기 제 2 실시 형태의 제 1 전기회로장치와 동일하므로 그 회로와 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.
이와 같이 구성된 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출장치에서는 직류가변전압원 (65a, 65b) 의 전압을 변화시키면, 조정전극부 (55-1 ∼ 55-4) 에 의한 정전인력의 크기가 변화하고, Y 축 방향의 힘에 대한 진동자 (20) 의 변위량 즉 검출용 빔 (33-1 ∼ 33-4) 의 탄성계수가 변경된다. 그 결과, 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 공진주파수가 적당히 조정된다.
또, 서보제어회로 (90) 는 서보전극부 (56-1 ∼ 56-4) 에 교류서보제어신호를 공급하기 때문에, 서보전극부 (56-1 ∼ 56-4) 는 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동 즉 Z 축 회전의 각속도에 의한 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 억제한다. 이상적으로는, 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 진폭을 「0」 으로 제어한다. 이 때, 서보증폭기 (92) 는 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 없애기 위한 신호 즉 Z 축 회전의 각속도에 의한 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기를 진폭으로 나타내는 신호를 출력하고 있기 때문에, 검파회로 (82a) 는 상기 각속도의 크기를 나타내는 직류신호를 형성하여 증폭기 (83) 를 통해 출력한다. 따라서, 실제로는 진동자 (20) 는 Y 축 방향으로 진동하고 있지 않음에도 불구하고, Z 축 회전의 각속도의 크기를 나타내는 신호가 취출된다.
그 결과, 이 제 3 실시 형태에 의하면, Z 축 회전의 각속도에 의한 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동이 기판 (10) 을 통해 진동자 (20) 에 재입력되는 것이 없어지고, 이 재입력에 수반되는 노이즈의 발생이 억제되어 각속도의 검출정밀도를 향상시킬 수 있다.
이와 같은 서보제어에 대하여 도 10 의 서보제어의 원리를 나타내는 블록도를 사용하여 간단하게 설명해 둔다. 도면 중, Fc 는 Z 축 회전의 각속도에 의해 진동자 (20) 에 야기되는 Y 축 방향의 코리올리의 힘을 나타내고, Fs 는 서보힘을 나타내고, Rate 는 각속도를 나타내고, N 은 전기회로 입력부의 전기적인 노이즈량을 나타낸다. 또, Q 는 진동자 (20) 공진의 퀄리티ㆍ팩터 (Q) 를 나타내고, A 는 서보증폭기 (92) 의 이득을 나타내고, b 는 피드백량을 나타낸다. 이 블록도로부터도 알 수 있는 바와 같이, 각속도 (Rate) 는 하기식 (3) 에 의해 나타난다.
Rate = (N/Q + Fc) / (1/QㆍA + b) (3)
상기식 (3) 에서, 이득 (A) 을 큰 값 (예컨대, 실질적으로 무한대라고 생각될 정도로 큰 값) 으로 설정할 수 있으면, 상기식 (3) 은 하기식 (4) 와 같이 변형된다.
Rate = Fc/b + N/Qㆍb (4)
이 식 (4) 에서, 제 1 항 Fc/b 는 각속도의 검출감도를 나타내고, 제 2 항 N/Qb 는 노이즈성분을 나타낸다. 여기에서, 상기와 같은 서보제어를 행하지 않는 각속도 검출장치 (도 10 의 피드백 루프가 없는 것) 를 상정하면, 각속도 (Rate) 는 하기식 (5) 와 같이 나타난다.
Rate = FcㆍQㆍA + NㆍA (5)
이 식 (5) 에서도, 제 1 항 FcㆍQㆍA 는 각속도의 검출감도를 나타내고, 제 2 항 NㆍA 는 노이즈성분을 나타내고 있다. 이들 식 (4) 와 식 (5) 를 대비함으로써, 서보제어를 행하지 않는 경우에는 각속도의 검출감도는 진동자 (20) 의 공진의 Q 에 의존하고, 이득 (A) 을 어느정도 크게 하여 서보제어를 행한 경우에는 각속도의 검출감도는 진동자 (20) 의 공진의 Q 에 의존하지 않는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 서보제어하는 상기 제 3 실시 형태에 의하면, 각속도의 검출감도가 진동자 (20) 의 공진의 Q 에 의존하지 않게되어 그 검출감도를 안정시킬 수 있다.
다음으로, 상기 제 3 실시 형태에 관계되는 각속도 검출소자에 접속되는 제 2 전기회로장치에 대하여 설명한다. 이 제 2 전기회로장치에 대하여 설명하기 전에 상기 제 1 전기회로장치를 사용한 각속도 검출장치의 과제를 설명해 둔다. 이 종류의 서보제어에서는 진동자 (20) 의 공진주파수 (수 ∼ 수 10 kHz 정도) 근방에서 서보제어를 행할 필요가 있다. 한편, 이 종류의 각속도 검출소자에서는 도 11b 에 나타낸 바와 같이, 기계적인 위상지연 때문에 주파수 축에서 큰 위상차가 생긴다. 이 위상차 때문에 서보루프의 이득을 크게 설정하면, 위상차가 큰 주파수역에서 서보제어에 의한 발진이 생긴다. 따라서, 도 11a 에 나타낸 바와 같이, 서보루프의 이득을 어느정도 작게 억제하여 안정된 서보제어를 실현할 필요가 있다. 이것은 상기식 (3) 에서의 이득 (A) 을 어느정도 작은 값으로 억제하지 않을 수 없는 것을 의미하고, 그 결과, 상기식 (4) 에서 설명한 각속도의 검출감도가 진동자 (20) 의 공진의 Q 에 의존하게 되어 그 검출감도를 충분히 안정시킬 수는 없다.
이와 같은 과제를 위해 생각된 것이 제 2 전기회로장치이고, 그 전기회로장치에 대하여 도 12 의 블록도를 사용하여 설명한다. 이 제 2 전기회로장치는상기 제 1 전기회로장치에 대하여 출력회로 (80) 및 서보제어회로 (90) 만이 상이하므로 양 회로 (80, 90) 에 대해서만 설명한다.
서보제어회로 (90) 는 제 1 서보제어회로와 제 2 서보제어회로로 구성되어 있다. 그 제 1 서보제어회로는 진폭제어회로 (94a), 검파회로 (95a), 서보증폭기 (96a) 및 승산회로 (97a) 로 이루어져 각속도에 따른 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 억제한다. 제 2 서보제어회로는 진폭제어회로 (94b), 검파회로 (95b), 서보증폭기 (96b) 및 승산회로 (97b) 로 이루어져 진동자 (20) 의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동을 억제한다.
진폭제어회로 (94a) 는 위상쉬프트회로 (72) 의 출력으로서 진동자 (20) 에 작용하는 코리올리의 힘에 동기한 신호의 진폭을 미리 결정된 기준치로 제어함으로써 진동자 (20) 의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동에 동기한 일정진폭의 제 1 기준신호를 형성한다. 검파회로 (95a) 는 복조회로 (91) 의 출력으로서 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를, 위상쉬프트회로 (72) 의 출력으로서 진동자 (20) 에 작용하는 코리올리의 힘에 동기한 신호 (진동자 (20) 의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동에 동기한 신호) 로 동기 검파하여 진동자 (20) 의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동의 크기에 비례하는 제 1 직류서보제어신호를 형성한다. 서보증폭기 (96a) 는 제 1 직류서보제어신호를 소정 이득으로 직류증폭하여 출력한다. 승산회로 (97a) 는 상기 제 1 기준신호와 이득 조정된 제 1 직류서보제어신호를 승산함으로써 제 1 기준신호의 진폭을 그 이득 조정된 제 1 직류서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 제 1 기준신호를 진동자 (20) 의 각속도에의한 Y 축 방향의 진동을 억제하는 제어신호로서 출력한다.
진폭제어회로 (94b) 는 복조회로 (71) 의 출력으로서 진동자 (20) 의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호 (상기 진동자 (20) 의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동에 대하여 90 도의 위상이 지연된 신호) 의 진폭을 미리 결정된 기준치로 제어함으로써 진동자 (20) 의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 일정진폭의 제 2 기준신호를 형성한다. 검파회로 (95b) 는 복조회로 (91) 의 출력으로서 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를, 복조회로 (71) 의 출력으로서 상기 진동자 (20) 의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호로 동기 검파하여 진동자 (20) 의 구동에 의한 누설진동의 크기에 비례하는 제 2 직류서보제어신호를 형성한다. 서보증폭기 (96b) 는 제 2 직류서보제어신호를 소정 이득으로 직류증폭하여 출력한다. 승산회로 (97b) 는 상기 제 2 기준신호와 이득 조정된 제 2 직류서보제어신호를 승산함으로써 제 2 기준신호의 진폭을 그 이득 조정된 제 2 직류서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 제 2 기준신호를 진동자 (20) 의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동을 억제하는 제어신호로서 출력한다.
승산회로 (97a, 97b) 의 출력은 가산회로 (98) 에 접속되어 있고, 가산회로 (98) 는 양 승산회로 (97a, 97b) 의 각 출력을 가산 합성하여 서보전극부 (56-3, 56-4) 의 전극패드 (56c3, 56c4) 에 공급한다. 위상반전회로 (93) 는 상기 제 1 전기회로장치와 동일하게, 상기 가산회로 (98) 에 의한 합성신호의 위상을 반전하여 그 위상반전한 역상의 합성신호를 서보전극부 (56-1, 56-2) 의 전극패드(56c1, 56c2) 에 공급한다.
또, 출력회로 (80) 는 상기 제 1 전기회로장치와 동일한 증폭기 (83) 를 구비하고 있어 그 증폭기 (83) 는 서보증폭기 (96a) 의 출력을 직류증폭하여 출력한다.
이와 같이 구성된 제 2 전기회로장치에서는, 제 1 서보제어회로는 각속도에 따른 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 때문에, 그 각속도에 의한 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동이 기판 (10) 을 통해 진동자 (20) 에 역입력되는 것에 수반되는 노이즈의 발생이 방지된다. 또, 제 2 서보제어회로는 진동자 (20) 의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동을 억제하기 때문에, 그 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동의 발생도 방지된다. 한편, 서보증폭기 (96a) 는 각속도에 의한 진동자 (20) Y 축 방향의 진동의 크기에 비례한 직류신호를 출력하기 때문에, 증폭기 (83) 로부터는 각속도를 나타내는 직류신호가 얻어진다.
이 제 2 전기회로장치에 의하면, 서보증폭기 (96a, 96b) 전에 검파회로 (95a, 95b) 를 각각 설치하여 서보제어신호의 직류화를 도모하고 있기 때문에, 센서의 공진주파수대역에서 서보제어를 행할 필요가 없어지므로 상술한 위상차의 문제가 없어지며, 상술한 서보루프의 이득을 크게 설정할 수 있다. 이것은 상기식 (3) 에서의 이득 (A) 을 실질적으로 무한대로 설정할 수 있는 것을 의미하고, 그 결과, 상기식 (4) 에서 설명한 각속도의 검출감도가 진동자 (20) 의 공진의 Q 에는 의존하지 않게 되어 각속도의 검출감도를 안정시킬 수 있다. 또, 증폭기 (63) 및 복조회로 (91) 에 의해 검출신호에 위상차가 생겨도 서보제어의 이득이 변화될 뿐으로, 각속도의 검출감도, 오프셋 등에는 전혀 영향을 끼치지 않는다.
다음으로, 상기 제 3 실시 형태의 이상(異常)판정에 대하여 설명한다.
상기 제 3 실시 형태에서는, 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 서보제어함으로써 그 진동을 억제하도록 하고 있기 때문에, 서보제어회로 (90) 내를 통과하는 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호는 매우 작은 것이다. 따라서, 서보제어회로 (90) 내에 단선 등의 이상이 생겨 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호가 「0」 이 되어 있는지, 상기 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동억제 때문에 그 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호가 거의 「0」 인지를 판정하는 것이 어려운 경우가 있고, 상기 이상판정에 지연이 생기는 경우가 있다. 그리고, 상기 단선이상은 검파회로 (82a) 의 출력부, 증폭기 (83), 서보증폭기 (96a, 96b) 의 출력부 등에 설치한 저역필터, 및 증폭기 (63), 복조회로 (91) 등에 설치한 고역필터 등을 구성하는 회로부품 (예로서, 콘덴서, 저항) 등의 단자가 개방된 경우에 생기는 경우가 많다.
이 이상판정장치에 대하여 설명하면, 도 13 은 제 1 이상판정장치예를 블록도에 의해 나타내고 있다. 이 제 1 이상판정장치예에서는 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 검출신호의 경로에 연산증폭기 (OP1), 저항 (R1, R2), 콘덴서 (C1) 및 직류전원 (DC1) 으로 이루어지는 저역필터 (101) 를 끼워 장착하고 있다. 이 신호경로의 상류 즉 저역필터 (101) 의 입력측에는 저항 (R3) 을 통해 더미신호 발생회로 (102) 가 접속되어 있다. 더미신호 발생회로 (102) 는 저역필터 (101) 의 차단 주파수다 높게 또한 상기 검출신호에 사용되지 않음과 동시에 그 검출신호에 포함되지 않는 주파수의 신호를 더미신호로서 출력하고, 그 더미신호를 검출신호에 저항 (R3) 을 통해 중첩한다.
검출신호경로의 하류 즉 저역필터 (101) 의 출력에는 비교기 (COMP1, COMP2), 저항 (R4, R5, R6) 및 논리합회로 (OR1) 로 이루어지며 이상판정회로를 구성하는 윈도우 비교기 (103) 가 접속되어 있다. 이 경우, 검출신호는 저항 (R4, R5, R6) 에 의해 정해지는 제 1 및 제 2 기준전압 (Vref1, Vref2) 사이에 들어가도록 설정되어 있고, 더미신호는 상기 제 1 및 제 2 기준전압 (Vref1, Vref2) 의 범위를 초과하는 대진폭으로 설정되어 있다.
이 제 1 이상판정장치예의 동작을 설명하면, 콘덴서 (C1) 등의 회로부품에 단선이상이 발생하지 않아 저역필터 (101) 가 정상으로 동작하고 있으면, 더미신호 발생회로 (102) 로부터 발생된 더미신호는 저역필터 (101) 를 통과하지 않기 때문에, 윈도우 비교기 (103) 는 검출신호에 응답하지 않고 논리합회로 (OR1) 로부터 정상을 나타내는 로 레벨신호를 출력한다. 한편, 콘덴서 (C1) 등의 회로부품에 단선이상이 발생하여 저역필터 (101) 가 정상으로 동작하지 않게되면, 더미신호는 저역필터 (101) 를 통과한다. 이 경우, 윈도우 비교기 (103) 는 더미신호에 응답하여 논리합회로 (OR1) 로부터 이상을 나타내는 하이 레벨신호를 출력한다. 이것에 의해, 윈도우 비교기 (103) 는 더미신호의 통과 유무에 의해 저역필터 (101) 를 포함하는 신호경로의 이상을 지체없이 검출할 수 있고, 그 윈도우 비교기 (103) 에 접속된 페일처리 (fail-processing) 회로 (도시하지 않음) 는 상기 신호경로의 이상에 지체없이 대처할 수 있다.
또, 도 14 는 제 2 이상판정장치예를 블록도에 의해 나타내고 있고, 이 장치예에서는 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 검출신호의 경로에 연산증폭기 (OP2, OP3), 저항 (R7, R8, R9), 콘덴서 (C2) 및 직류전원 (DC2) 으로 이루어지는 고역필터 (104) 를 끼워 장착하고 있다. 이 신호경로의 상류 즉 고역필터 (104) 의 입력측에는 상기 제 1 이상판정장치예와 동일하게 저항 (R3) 을 통해 더미신호 발생회로 (102) 가 접속되어 있다. 이 경우, 더미신호 발생회로 (102) 는 고역필터 (104) 의 차단 주파수보다 높게 또한 상기 검출신호에 사용되지 않음과 동시에 그 검출신호에 포함되지 않는 주파수의 신호를 더미신호로서 출력하고, 그 더미신호를 검출신호에 저항 (R3) 을 통해 중첩한다.
검출신호경로의 하류 즉 고역필터 (104) 의 출력에는 검파회로 (105) 와, 상기 제 1 이상판정장치예와 동일한 윈도우 비교기 (103) 가 접속되어 있다. 이들 검파회로 (105) 및 윈도우 비교기 (103) 는 이상판정회로를 구성한다. 검파회로 (105) 에는 더미신호도 공급되어 있고, 그 회로 (105) 는 고역필터 (104) 의 출력을 더미신호로 동기 검파하여 그 더미신호를 그 진폭을 나타내는 직류신호로 변환하여 윈도우 비교기 (103) 에 출력한다. 이 경우에는 더미신호의 진폭은 저항 (R4, R5, R6) 에 설정되는 제 1 및 제 2 기준전압 (Vref1, Vref2) 사이에 들어가도록 설정되어 있다.
이 제 2 이상판정장치예의 동작을 설명하면, 콘덴서 (C2) 등의 회로부품에 단선이상이 발생하지 않아 고역필터 (104) 가 정상으로 동작하고 있으면, 더미신호 발생회로 (102) 로부터 출력된 더미신호는 고역필터 (104) 를 통과한다. 그리고, 검파회로 (105) 가 상기 더미신호를 동기 검파하여 직류전압신호를 출력하기 때문에, 윈도우 비교기 (103) 는 상기 직류전압신호에 응답하지 않고 정상을 나타내는 로 레벨신호를 출력한다. 한편, 콘덴서 (C2) 등의 회로부품에 단선이상이 발생하면, 더미신호는 고역필터 (104) 를 통과하지 않기 때문에, 윈도우 비교기 (103) 는 검파회로 (105) 로부터 출력되는 「0」 레벨의 신호에 응답하여 논리합회로 (OR1) 로부터 이상을 나타내는 하이 레벨신호를 출력한다. 이것에 의해, 윈도우 비교기 (103) 는 더미신호의 통과 유무에 의해 고역필터 (104) 를 포함하는 신호경로의 이상을 지체없이 검출할 수 있고, 그 윈도우 비교기 (103) 에 접속된 페일처리회로 (도시하지 않음) 는 상기 신호경로의 이상에 지체없이 대처할 수 있다.
또, 도 15 는 제 3 이상판정장치예를 블록도에 의해 나타내고 있다. 이 제 3 이상판정장치예에서는, 상기 제 2 이상판정장치예의 검파회로 (105) 및 윈도우 비교기 (103) 를 대신하여 주파수검출회로 (106) 를 사용하고 있다. 주파수검출회로 (106) 는 더미신호의 주파수를 검출함으로써 그 더미신호의 도래시에 하이 레벨신호를 출력하고, 그 이외일 때 로 레벨신호를 출력한다. 이 경우에도, 더미신호는 고역필터 (104) 의 차단 주파수보다 높고 또한 상기 검출신호에 사용되지 않음과 동시에 그 검출신호에 포함되지 않는 주파수의 신호이다.
이와 같이 구성된 제 3 이상판정장치예에서도, 콘덴서 (C2) 등의 회로부품에 단선이상이 발생하지 않아 고역필터 (104) 가 정상으로 동작하고 있으면, 더미신호 발생회로 (102) 로부터 출력된 더미신호는 고역필터 (104) 를 통과한다. 그리고, 주파수검출회로 (106) 가 이 더미신호의 도래에 응답하여 정상을 나타내는 하이 레벨신호를 출력한다. 한편, 콘덴서 (C2) 등의 회로부품에 단선이상이 발생하면, 더미신호는 고역필터 (104) 를 통과하지 않기 때문에, 주파수검출회로 (106) 는 이상을 나타내는 로 레벨신호를 출력한다. 이것에 의해서도, 주파수검출회로 (106) 는 더미신호의 통과 유무에 의해 고역필터 (104) 를 포함하는 신호경로의 이상을 지체없이 검출할 수 있고, 그 주파수검출회로 (106) 에 접속된 페일처리회로 (도시하지 않음) 는 상기 신호경로의 이상에 지체없이 대처할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 ∼ 제 3 이상판정장치를 사용하면, 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동이 서보제어에 의해 억제되어 진동자 (20) 의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호의 진폭이 「0」 또는 매우 작아도, 상기 더미신호의 유무에 의해 상기 경로의 단선에 의한 이상을 지체없이 검출할 수 있다.
다음으로, 상기 실시 형태에서의 변형예를 나타낸다.
그리고, 상기 제 1 ∼ 제 3 실시 형태에서는 메인프레임 (30-1, 30-2) 을 통해 진동자 (20) 를 X 축 방향으로 진동시키기 위해, X 축 방향의 동일직선상에 배치한 1 쌍의 구동전극부 (51-1, 51-2) 와, X 축 방향의 동일직선상에 배치한 1 쌍의 구동전극부 (51-3, 51-4) 를 Y 축 방향의 다른 위치에 설치하도록 했는데, 또한 X 축 방향의 동일직선상에 배치한 다른 1 쌍 또는 복수 쌍의 구동전극부를 상기 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 와는 Y 축 방향의 다른 위치에 배치하도록 해도 된다. 이 경우에도, 모든 쌍의 구동전극부에 역상의 구동신호를 각각 공급하도록 함과 동시에, 적어도 1 쌍의 구동전극부에 대한 구동신호에 의한 구동력을 변경 가능하게한다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 3 실시 형태에서는 가산기 (75-1, 75-2) 에 가변전압원회로 (76a) 를 접속함과 동시에, 가산기 (75-3, 75-4) 에는 정전압원회로 (76b) 를 접속하도록 하였다. 그러나, 이들 가변전압원회로 (76a) 및 정전압원회로 (76b) 는 구동전극부 (51-1, 51-2) 에 인가되는 전압과 구동전극부 (51-3, 51-4) 에 인가되는 전압을 상대적으로 조정할 수 있도록 하는 것이면 되기 때문에, 가산기 (75-1, 75-2) 에 정전압원회로를 접속함과 동시에, 가산기 (75-3, 75-4) 에 가변전압원회로를 접속하도록 하거나, 양 전압원회로 (76a, 76b) 를 모두 가변으로 하도록 해도 된다.
또, 상기 제 1 ∼ 제 3 실시 형태에서는 가산기 (75-1 ∼ 75-4) 에 의해 직류신호에 이득제어회로 (73) 및 위상반전회로 (73a) 로부터의 교류신호를 중첩시켜 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 에 대한 구동신호로 했는데, 이득제어회로 (73) 및 위상반전회로 (73a) 로부터의 교류신호를 구동전극부 (51-1 ∼ 51-4) 에 대한 구동신호로 하도록 해도 된다. 이 경우, 구동전극부 (51-1, 51-2) 에 의한 구동력과 구동전극부 (51-3, 51-4) 에 의한 구동력을 상대적으로 변경 가능하게 하기 위해, 구동전극부 (51-1, 51-2) 에 대한 상기 교류신호로 이루어지는 구동신호 및 구동전극부 (51-3, 51-4) 에 대한 상기 교류신호로 이루어지는 구동신호의 적어도 일측의 진폭치를 변경 가능하게 하면 된다.
본 발명에 따르면, 각속도 검출장치에 있어서 가공의 편차, 빔의 비선형성,진동자의 코리올리의 힘에 의한 진동에 의한 영향을 적게 하여 검출오차를 가능한한 작게 하도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판에 지지부재를 통해 접속되며 그 기판상에서 서로 직교하는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 진동 가능한 진동부와, 상기 진동부를 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 상기 진동부의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 상기 진동부를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동부의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 구동부가, Y 축 방향의 다른 위치에 배치되어 상기 진동부를 X 축 방향으로 독립적으로 진동시키는 것이 가능한 복수의 분할구동부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 진동부가 빔을 통해 접속된 프레임과 진동자 (20) 로 구성되고,
    상기 복수의 분할구동부가 상기 프레임을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 구동하여 상기 진동을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키도록 구성됨과 동시에,
    상기 검출부는 상기 진동자의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서 ;
    상기 복수의 분할구동부에 대하여 독립된 구동신호가 각각 공급됨과 동시에, 상기 복수의 구동신호 중 적어도 하나의 구동신호에 의한 구동력을 변경 가능하게 하는 구동신호 발생회로가 구비되는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 분할구동부가 상기 X 축 방향의 각 동일직선상에 배치한 1 쌍의 구동전극으로 각각 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 분할구동부를 각각 구성하는 1 쌍의 구동전극에 1 세트의 구동신호를 각각 대응시켜 복수 세트의 구동신호를 상기 복수의 분할구동부에 각각 공급하는 것으로서, 각 1 세트의 구동신호를 서로 역상으로 설정함과 동시에, 복수 세트의 구동신호 중 적어도 1 세트의 구동신호에 의한 구동력을 변경 가능하게 하는 구동신호 발생회로를 구비한 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  6. 기판에 구동용 빔을 통해 접속되며 그 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지된 프레임과, 상기 프레임에 그 내측에서 검출용 빔을 통해 접속되며 상기 기판에 대하여 X 축 방향 및 그 X 축과 직교하는 Y 축 방향으로 진동 가능하게 지지된 진동자와, 상기 프레임을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기위한 구동부와, 상기 진동자의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 상기 프레임 및 진동자를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 상기 진동자의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 프레임이 Y 축 방향으로 복수로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  7. 기판에 구동용 빔을 통해 접속되며 그 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지된 프레임과, 상기 프레임에 그 내측에서 검출용 빔을 통해 접속되며 상기 기판에 대하여 X 축 방향 및 그 X 축과 직교하는 Y 축 방향으로 진동 가능하게 지지된 진동자와, 상기 프레임을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 상기 진동자의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 상기 프레임 및 진동자를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동자의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 구동용 빔이, 상기 프레임의 X 축 방향의 중심위치에 대하여 대칭위치에 각각 설치한 1 쌍의 구동용 빔과, 상기 1 쌍의 구동용 빔과의 사이에 설치한 적어도 다른 하나의 구동용 빔으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임이 X 축 방향으로 연장된 부분을 가짐과 동시에 상기 검출용 빔을 통해 상기 진동자를 접속한 메인프레임과, 상기 메인프레임의 X 축 방향으로 연장된 부분을 따라 평행하게 연장된 서브프레임으로 구성되고,
    상기 구동용 빔이, 상기 기판과 상기 서브프레임을 접속하여 그 서브프레임을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지하는 제 1 구동용 빔과, 상기 서브프레임과 상기 메인프레임을 접속하여 상기 메인프레임을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동 가능하게 지지하는 제 2 구동용 빔으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  9. 기판에 구동용 빔을 통해 접속되며 그 기판에 대하여 진동 가능하게 지지된 프레임과, 상기 프레임에 검출용 빔을 통해 접속되며 상기 기판에 대하여 진동 가능하게 지지된 진동자와, 상기 프레임을 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 구동하여 상기 진동자를 그 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, X 축에 직교한 Y 축 방향으로의 상기 진동자의 상기 기판에 대한 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 상기 프레임 및 진동자를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동자의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 프레임의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동성분을 취출하기 위한 보정부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  10. 제 9 항에 있어서
    상기 구동용 빔이 상기 프레임을 상기 기판에 대하여 Y 축 방향에 비교하여 X 축 방향으로 진동하기 용이하게 지지하도록 구성되어 있고,
    상기 검출용 빔이 상기 진동자를 상기 기판에 대하여 X 축 방향에 비교하여 Y 축 방향으로 진동하기 용이하게 상기 프레임에 접속하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부와 상기 보정부가 전기적으로 접속되고, 상기 검출부에 의해 검출된 진동자의 Y 축 방향의 진동성분으로부터 상기 보정부에 의해 취출한 프레임의 Y 축 방향의 진동성분이 제거되는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항의 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 검출부에 의해 검출되는 진동자의 Y 축 방향의 진동성분으로부터 상기 보정부에 의해 취출한 상기 프레임의 Y 축 방향의 진동성분을 제거하는 연산회로를 구비한 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  13. 기판에 지지부재를 통해 접속되며 그 기판상에서 서로 직교하는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 진동 가능한 진동부와, 상기 진동부를 상기 기판에 대하여 X 축방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 상기 진동부의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 상기 진동부를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동부의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 서보부와,
    상기 구동부와 협동하여 상기 진동부를 상기 기판에 대하여 소정 진폭으로 X 축 방향으로 진동시키는 구동회로와,
    상기 검출부와 협동하여 상기 진동부의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 취출하는 취출회로와,
    상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 기초하여 그 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 서보제어신호를 상기 서보부에 공급하여 그 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 서보제어회로와,
    상기 형성한 서보제어신호에 대응한 신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하는 출력회로를 구비한 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 서보제어회로가 상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 입력하고, 그 입력한 신호에 따라 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 교류서보제어신호를 상기 서보부에 공급하여 그 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 서보신호 공급회로로 구성됨과 동시에,
    상기 출력회로가 상기 교류서보제어신호를 그 교류서보제어신호의 진폭치에 비례한 직류신호로 변환하는 직류화 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 서보제어회로를,
    상기 구동회로에 접속되어 상기 진동부의 각속도에 의한 진동의 위상에 대응함과 동시에 소정 진폭을 갖는 기준신호를 형성하는 기준신호 형성회로와,
    상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 그 신호의 진폭치에 비례한 직류서보제어신호로 변환하여 출력하는 직류화 회로와,
    상기 기준신호의 진폭을 상기 직류서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 기준신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 서보신호 공급회로로 구성하고,
    상기 출력회로는 상기 직류서보제어신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  16. 기판에 지지부재를 통해 접속되며 그 기판상에서 서로 직교하는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 진동 가능한 진동부와, 상기 진동부를 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 상기 진동부의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 상기 진동부를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동부의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 서보부와,
    상기 구동부와 협동하여 상기 진동부를 상기 기판에 대하여 소정 진폭으로 X 축 방향으로 진동시키는 구동회로와,
    상기 검출부와 협동하여 상기 진동부의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 취출하는 취출회로와,
    상기 구동회로로부터 입력한 상기 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호와, 상기 취출회로로부터 입력한 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 기초하여 상기 각속도에 따른 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 제 1 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 제 1 서보제어신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 각속도에 따른 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 제 1 서보제어회로와,
    상기 구동회로로부터 입력한 상기 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호와, 상기 취출회로로부터 입력한 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 기초하여 상기 누설진동을 억제하기 위한 제 2 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 제 2 서보제어신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 진동부의 Y 축 방향의 누설진동을 억제하는 제 2 서보제어회로와,
    상기 제 1 서보제어신호에 대응한 신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서출력하는 출력회로를 구비한 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 서보제어회로를,
    상기 구동회로로부터 입력한 상기 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호의 진폭을 제어하여 소정 진폭을 갖는 제 1 기준신호를 형성하는 제 1 기준신호 형성회로와,
    상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 상기 구동회로로부터 입력한 상기 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호로 동기 검파하여 상기 진동부의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동의 크기에 비례하는 제 1 서보제어신호를 형성하는 제 1 동기검파회로와,
    상기 제 1 기준신호의 진폭을 상기 제 1 서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 제 1 기준신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 진동부의 각속도에 의한 Y 축 방향의 진동을 억제하는 제 1 서보제어신호 공급회로로 구성함과 동시에,
    상기 제 2 서보제어회로를,
    상기 구동회로로부터 입력한 상기 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호의 진폭을 제어하여 소정 진폭을 갖는 제 2 기준신호를 형성하는 제 2 기준신호 형성회로와,
    상기 취출한 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 상기 구동회로로부터 입력한 상기 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동에 동기한 신호로 동기 검파하여 상기 진동부의 구동에 의한 누설진동의 크기에 비례하는 제 2 서보제어신호를 형성하는 제 2 동기검파회로와,
    상기 제 2 기준신호의 진폭을 상기 제 2 서보제어신호에 따라 제어하고, 그 진폭이 제어된 제 2 기준신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 진동부의 구동에 의한 Y 축 방향의 누설진동을 억제하는 제 2 서보제어신호 공급회로로 구성하고,
    상기 출력회로는 제 1 서보제어신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  18. 기판에 지지부재를 통해 접속되며 그 기판상에서 서로 직교하는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 진동 가능한 진동부와, 상기 진동부를 상기 기판에 대하여 X 축 방향으로 진동시키기 위한 구동부와, 상기 진동부의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 상기 진동부를 X 축 방향으로 진동시킨 상태에서 X 축 및 Y 축에 직교한 Z 축 회전에 작용하는 각속도를 그 진동부의 Y 축 방향의 진동에 기초하여 검출하는 각속도 검출장치에 있어서,
    상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 서보부와,
    상기 구동부와 협동하여 상기 진동부를 상기 기판에 대하여 소정 진폭으로 X 축 방향으로 진동시키는 구동회로와,
    상기 검출부와 협동하여 상기 진동부의 상기 기판에 대한 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 취출하는 취출회로와,
    상기 구동회로로부터 상기 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호를 입력함과 동시에, 상기 취출회로로부터 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호를 입력하여 그 입력한 양 신호에 기초하여 상기 각속도에 따른 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하기 위한 제 1 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 제 1 서보제어신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 각속도에 따른 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 억제하는 제 1 서보제어회로와,
    상기 구동회로로부터 상기 진동부의 각속도에 의한 진동에 동기한 신호와는 위상이 다른 신호를 입력함과 동시에, 상기 취출회로로부터 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 검출신호를 입력하고, 그 입력한 양 신호에 기초하여 상기 위상이 다른 신호에 동기한 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동성분을 억제하기 위한 제 2 서보제어신호를 형성하고, 그 형성한 제 2 서보제어신호를 상기 서보부에 공급하여 상기 위상이 다른 신호에 동기한 상기 진동부의 Y 축 방향의 진동성분을 억제하는 제 2 서보제어회로와,
    상기 제 1 서보제어신호에 대응한 신호를 상기 각속도를 나타내는 신호로서 출력하는 출력회로를 구비한 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 위상이 다른 신호는 상기 각속도에 의한 진동에 동기한 신호에 대하여 90 도의 위상차가 나는 신호인 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
  20. 제 13 항 내지 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동부의 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호 경로의 하류부에 설치되고, 상기 경로의 상류부에 소정 주파수의 더미신호를 공급하여 그 Y 축 방향의 진동을 나타내는 신호에 그 더미신호를 중첩하고, 상기 더미신호를 수신하지 않을 때 그 경로의 이상을 판정하는 이상판정회로를 구비한 것을 특징으로 하는 각속도 검출장치.
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