KR20120094960A - 각속도 센서 - Google Patents

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KR20120094960A
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다카시 이마나카
히로유키 아이자와
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파나소닉 주식회사
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Abstract

각속도 센서는, 서로 직교하는 X축, Y축, Z축에 있어서, 지지체와, 지지체에 결합하는 유지부와, 제1 내지 제4 추와, 제1 내지 제4 아암과, 제1 내지 제4 아암을 구동시키는 구동 유닛과, 제1 내지 제4 아암의 변위를 검출하는 모니터 유닛과, 제1 내지 제4 아암의 변위를 검출하는 검출 유닛을 구비한다. 검출 유닛은 X축과 평행한 축에 관해 대칭으로 설치되어 있으며, 또한 Y축에 평행한 축에 관해 대칭으로 설치되어 있다. 이 각속도 센서는, 가속도나 충격 등의 외란에 기인하는 불필요 신호를 상쇄할 수 있어, 고정밀도로 각속도를 검출할 수 있다.

Description

각속도 센서{ANGULAR VELOCITY SENSOR}
본 발명은, 휴대단말이나 차량 등의 가동인 장치에 이용되는 각속도 센서에 관한 것이다.
도 34는 종래의 각속도 센서(101)의 사시도이다. 각속도 센서(101)는, 틀체(102)와, 틀체(102)에 현가된 가로빔(103)과, 가로빔(103)에 지지된 아암(104, 105, 106, 107)과, 아암(104, 105, 106, 107)에 접속된 추(108, 109, 110, 111)와, 아암(104, 105, 106, 107)을 구동시키는 구동부(112)와, 아암(104, 105, 106, 107)의 변위를 검출하는 모니터부(113)와, 아암(104, 105, 106, 107)의 변위를 검출하는 검출부(114, 115)를 구비한다. 서로 직교하는 X축, Y축, Z축에 있어서, 가로빔(103)은 X축 방향으로 연장된다. 아암(104, 105)의 각각의 일단이 가로빔(103)에 지지되어 Y축의 양의 방향으로 연장된다. 아암(104, 105)의 각각의 타단에는 추(108, 109)가 접속되어 있다. 아암(106, 107)의 각각의 일단이 가로빔(103)에 지지되어 Y축의 음의 방향으로 연장된다. 아암(106, 107)의 각각의 타단에 추(110, 111)가 접속되어 있다. 구동부(112)는 아암(104, 105, 106, 107)을 X축 방향으로 구동시킨다. 모니터부(113)는 아암(104, 105, 106, 107)의 X축 방향의 변위를 검출한다. 검출부(114, 115)는 아암(104, 105, 106, 107)의 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출한다.
각속도 센서(101)는, 가속도나 충격 등의 외란에 기인하는 불필요 신호에 의해, 고정밀도로 각속도를 검출할 수 없는 경우가 있다.
또한, 종래의 각속도 센서(101)에 유사한 각속도 센서가 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
일본국 특허 공개 2008-46056호 공보
각속도 센서는, 서로 직교하는 X축, Y축, Z축에 있어서, 지지체와, 지지체에 결합하는 유지부와, 제1 내지 제4 추와, 제1 내지 제4 아암과, 제1 내지 제4 아암을 구동시키는 구동 유닛과, 제1 내지 제4 아암의 변위를 검출하는 모니터 유닛과, 제1 내지 제4 아암의 변위를 검출하는 검출 유닛을 구비한다. 검출 유닛은 X축과 평행한 축에 관해 대칭으로 설치되어 있으며, 또한 Y축에 평행한 축에 관해 대칭으로 설치되어 있다.
이 각속도 센서는, 가속도나 충격 등의 외란에 기인하는 불필요 신호를 상쇄할 수 있어, 고정밀도로 각속도를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 각속도 센서의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 각속도 센서의 선 2-2에서의 개략 단면도이다.
도 3은 실시의 형태 1에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 4는 실시의 형태 1에서의 각속도 센서에 접속된 구동 회로의 회로도이다.
도 5a는 실시의 형태 1에서의 각속도 센서의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 5b는 실시의 형태 1에서의 각속도 센서의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 6은 실시의 형태 1에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 7은 실시의 형태 1에서의 각속도 센서에 접속된 검출 회로의 회로도이다.
도 8은 실시의 형태 1에서의 다른 각속도 센서의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에서의 각속도 센서의 평면도이다.
도 10은 실시의 형태 2에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 3에서의 각속도 센서의 블럭도이다.
도 12는 실시의 형태 3에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 13은 실시의 형태 4에서의 각속도 센서의 평면도이다.
도 14는 실시의 형태 4에서의 각속도 센서의 확대 평면도이다.
도 15는 실시의 형태 4에서의 각속도 센서의 검출부 간의 중간선의 위치와 불필요 신호의 크기의 관계를 나타낸 도이다.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 5에서의 각속도 센서의 평면도이다.
도 17은 도 16에 나타낸 각속도 센서의 선 17-17에서의 개략 단면도이다.
도 18은 실시의 형태 5에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 19는 실시의 형태 5에서의 각속도 센서에 접속된 구동 회로의 회로도이다.
도 20a는 실시의 형태 5에서의 각속도 센서의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 20b는 실시의 형태 5에서의 각속도 센서의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 21은 실시의 형태 5에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 22는 실시의 형태 5에서의 각속도 센서에 접속된 검출 회로의 회로도이다.
도 23은 실시의 형태 5에서의 다른 각속도 센서의 평면도이다.
도 24는 본 발명의 실시의 형태 6에서의 각속도 센서의 평면도이다.
도 25는 도 24에 나타낸 각속도 센서의 선 25-25에서의 개략 단면도이다.
도 26은 실시의 형태 6에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 27은 실시의 형태 6에서의 각속도 센서에 접속된 구동 회로의 회로도이다.
도 28a는 실시의 형태 6에서의 각속도 센서의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 28b는 실시의 형태 6에서의 각속도 센서의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 29는 실시의 형태 6에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 30은 실시의 형태 6에서의 각속도 센서에 접속된 검출 회로의 회로도이다.
도 31은 실시의 형태 6에서의 각속도 센서의 신호의 위상을 나타낸 도이다.
도 32는 실시의 형태 6에서의 다른 각속도 센서의 평면도이다.
도 33은 실시의 형태 6에서의 또 다른 각속도 센서의 평면도이다.
도 34는 종래의 각속도 센서의 사시도이다.
(실시의 형태 1)
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 각속도 센서(116)의 평면도이다.
도 1에 있어서, 서로 직교하는 X축, Y축, Z축을 정의한다. 또한, X축과 Y축을 포함하는 XY평면을 정의한다. 각속도 센서(116)는, 틀 형상을 가지는 지지체(117)와, 지지체(117)에 Y축과 평행하게 현가된 세로빔(118, 119)과, 세로빔(118, 119) 간에 현가된 가로빔(120)과, 추(125~128)와, 가로빔(120)의 중간부(194)에 설치된 유지부(195)와, 유지부(195)에 지지된 아암(121~124)과, 아암(121~124)을 XY평면과 평행하게 구동하여 진동시키는 구동 유닛(191)과, 아암(121~124)의 XY평면과 평행한 방향의 변위를 검출하는 모니터 유닛(192)과, 추(125~128)의 X축 방향의 변위 또는 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출하는 검출 유닛(193)을 구비한다. 검출 유닛(193)은 아암(121~124)의 변위인 X축 방향의 변위 또는 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출한다. 지지체(117)는 각속도가 가해지는 피측정물(117C)에 고정되도록 구성되어 있다. 아암(121)은, 유지부(195)에 지지된 일단(121A)과, 추(125)에 접속된 타단(121B)을 가지며, 일단(121A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장된다. 아암(122)은, 유지부(195)에 지지된 일단(122A)과, 추(126)에 접속된 타단(122B)을 가지며, 일단(122A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장된다. 아암(123)은, 유지부(195)에 지지된 일단(123A)과, 추(127)에 접속된 타단(123B)을 가지며, 일단(123A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장된다. 아암(124)은, 유지부(195)에 지지된 일단(124A)과, 추(128)에 접속된 타단(124B)을 가지며, 일단(124A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장된다. 구동 유닛(191)은, 아암(121~124)을 XY평면과 평행하게 진동시키는 구동부(129~136)를 가진다. 모니터 유닛(192)은, 아암(121~124)의 X축 방향의 변위를 각각 검출하는 모니터부(137~140)를 가진다. 검출 유닛(193)은, 추(125~128)의 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출하는 검출부(141~148)를 가진다. 유지부(195)는 가로빔(120)과 세로빔(118, 119)을 개재하여 지지체(117)에 결합된다. 지지체(117)와 세로빔(118) 사이에는 슬릿(117A)이 설치되어 있고, 지지체(117)와 세로빔(119) 사이에는 슬릿(117B)이 설치되어 있다. 지지체(117)와 세로빔(118, 119) 사이에 슬릿(117A, 117B)을 설치함으로써, 각속도 센서(116)를 패키지 또는 하측 덮개 등에 접착했을 때의 응력이 가로빔(120)이나 아암(121~124)에 전달되는 것을 억제할 수 있다.
또, 지지체(117)에는 슬릿(117A, 117B)이 설치되어 있지 않아도 된다. 이 경우에는, 지지체(117)의 일부가 세로빔(118, 119)으로서 기능한다. 이 경우에는, 각속도 센서(116)의 X축 방향의 폭을 작게 할 수 있다.
지지체(117)는, 세로빔(118, 119)을 지지하는 고정 부재이며, 각속도 센서(116)를 격납하는 패키지에 다른 지지 부재나 접착제 등을 이용하여 고정된다. 지지체(117)의 외연부에는 복수의 전극 패드(149)가 설치되어 있다. 복수의 전극 패드(149)는, 구동부(129~136), 모니터부(137~140) 및 검출부(141~148)와 배선에 의해 각각 전기적으로 접속되어 있다.
세로빔(118) 및 세로빔(119)은 Y축과 평행하게 연장되어 있으며, 양단이 지지체(117)에 접속됨으로써 지지체(117)에 현가되어 있다. 이것에 의해, 세로빔(118) 및 세로빔(119)은, Z축 방향으로 휠 수 있다. 또, 세로빔(118)과 세로빔(119)은, Y축에 평행한 축 AY11에 관해서 서로 실질적으로 대칭이 되도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 각속도 센서(116)에 부여된 각속도에 대해, 세로빔(118)과 세로빔(119)은 실질적으로 동일한 진폭으로 휜다.
가로빔(120)은 X축과 평행하게 연장되어 있으며, 일단이 세로빔(118)의 실질적으로 중점에 접속되고, 타단이 세로빔(119)의 실질적으로 중점에 접속되어 있다. 이것에 의해, 가로빔(120)은 Z축 방향으로 휠 수 있다.
아암(121)은, 유지부(195)에 접속된 일단(121A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(121C)와, 연장부(121C)로부터 X축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(121D)와, 연장부(121D)로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(121E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(121B)은 연장부(121E)의 끝이며, 추(125)가 접속되어 있다.
아암(122)은, 유지부(195)에 접속된 일단(122A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(122C)와, 연장부(122C)로부터 X축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(122D)와, 연장부(122D)로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(122E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(122B)은 연장부(122E)의 끝이며, 추(126)가 접속되어 있다.
아암(123)은, 유지부(195)에 접속된 일단(123A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(123C)와, 연장부(123C)로부터 X축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(123D)와, 연장부(123D)로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(123E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(123B)은 연장부(123E)의 끝이며, 추(127)가 접속되어 있다.
아암(124)은, 유지부(195)에 접속된 일단(124A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(124C)와, 연장부(124C)로부터 X축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(124D)와, 연장부(124D)로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(124E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(124B)은 연장부(124E)의 끝이며, 추(128)가 접속되어 있다.
아암(121~124)은, X축의 방향, Y축의 방향 및 Z축 방향으로 휠 수 있다.
아암(121)과 아암(122)은, Y축과 평행한 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(123)과 아암(124)은, 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(121)과 아암(123)은, X축과 평행한 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(122)과 아암(124)은, 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 이 구조에 의해, 각속도 센서(116)에 부여된 각속도에 대해, 아암(121~124)은, 실질적으로 동일한 진폭으로 휘게 된다.
지지체(117), 세로빔(118, 119), 가로빔(120) 및 아암(121~124)은, 수정, LiTaO3 또는 LiNbO3 등의 압전 재료를 이용하여 형성해도 되고, 실리콘, 다이아몬드, 용융 석영, 알루미나 또는 GaAs 등의 비압전 재료를 이용하여 형성해도 된다. 특히, 실리콘을 이용함으로써, 미세 가공 기술을 이용하여 매우 소형의 각속도 센서(116)를 형성하는 것이 가능해짐과 함께, 회로를 구성하는 집적 회로(IC)와 일체로 형성하는 것도 가능해진다.
지지체(117), 세로빔(118, 119), 가로빔(120) 및 아암(121~124)은, 각각 상이한 재료 또는 동일한 재료로 형성한 후에 조립하여 형성해도 되고, 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성해도 된다. 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성하는 경우는, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용함으로써, 지지체(117), 세로빔(118, 119), 가로빔(120) 및 아암(121~124)을 동일 프로세스로 형성할 수 있기 때문에, 효율적으로 제조할 수 있다.
구동부(129~136)는, 아암(121~124)을 X축 방향으로 구동시켜 변위시킨다. 실시의 형태 1에서는, 구동부(129~136)는 PZT 등의 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
도 2는, 도 1에 나타낸 구동부(129, 130)의 선 2-2에서의 개략 단면도이다. 피에조 소자(129B, 130B)를 하부 전극(129A, 130A) 및 상부 전극(129C, 130C) 사이에 각각 끼워 형성된 구동부(129, 130)가 아암(121)의 상면에 설치되어 있다. 즉, 구동부(129, 130)는, 아암(121)의 상면에 설치된 하부 전극(129A, 130A)과, 하부 전극(129A, 130A)의 상면에 설치된 피에조 소자(129B, 130B)와, 피에조 소자(129B, 130B)의 상면에 설치된 상부 전극(129C, 130C)으로 이루어진다. 하부 전극(129A, 130A) 및 상부 전극(129C, 130C)은, 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 이들을 주성분으로 한 합금 또는 산화물에 의해 형성할 수 있다. 또한, 하부 전극(129A, 130A)으로서 백금(Pt)을 이용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 피에조 소자(129B, 130B)의 재료인 PZT를 한방향으로 배향시킬 수 있다. 또, 상부 전극(129C, 130C)으로서, 금(Au)을 이용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 저항값의 경시 열화가 적기 때문에, 신뢰성이 뛰어난 각속도 센서(116)로 할 수 있다. 여기서, 하부 전극(129A, 130A)은 모두 기준 전위로 되어 있고, 상부 전극(129C, 130C)에 교류의 구동 전압을 인가함으로써, 아암(121)을 X축 방향으로 진동시킬 수 있다. 또한, 하부 전극(129A, 130A) 및 상부 전극(129C, 130C)에 모두 교류의 구동 전압을 인가해도 된다. 이것에 의해, 효율적으로 아암(121)을 진동시킬 수 있다. 구동부(131~136)는 구동부(129, 130)와 동일한 구조를 가지며, 아암(122~124)의 상면에 각각 설치되어 있다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 구동부(129~136)는, 아암(121~124)에서의 추(125~128)측, 즉 연장부(121E~124E)에 설치되어 있다. 이것에 의해, 아암(121~124)에서의 가로빔(120)측의 부분의 면적을 검출부(141~148)를 설치하기 위해 확보할 수 있다. 한편, 구동부(129~136)를 아암(121~124)에서의 가로빔(120)측, 즉 연장부(121C~124C)에 설치한 경우는, 구동부(129~136)는 효율적으로 아암(121~124)을 구동하여 진동시킬 수 있다. 이 경우는, 구동부(129~136)는 큰 면적을 가질 수 있으므로, 아암(121~124)의 진동의 진폭을 크게 할 수 있어, 각속도 센서(116)의 감도를 높게 할 수 있다.
도 3은, 구동부(129~136)에 부여되는 구동 신호의 위상과, 아암(121~124)의 진동의 위상을 나타낸 도이다. 구동부(129, 131, 133, 135)에는 서로 동위상(+)의 구동 신호가 부여되고, 구동부(130, 132, 134, 136)에는 구동부(129, 131, 133, 135)와 역위상(-)의 구동 신호가 부여된다. 이것에 의해, 아암(121)과 아암(123)은 동위상(+)으로 X축 방향으로 진동하고, 아암(122)과 아암(124)은 아암(121)과 아암(123)과 역위상(-)으로 X축 방향으로 진동한다.
모니터부(137~140)는, 아암(121~124)의 X축 방향의 변위를 검출하고, 그 변위에 따른 모니터 신호를 출력한다. 실시의 형태 1에서는, 모니터부(137~140)는 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
모니터부(137~140)는, 도 2에 나타낸 구동부(129, 130)와 마찬가지로, 피에조 소자를 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워 형성되며, 아암(121~124)의 상면에 설치되어 있다. 또, 모니터부(137~140)는, 도 3에 나타낸 아암(121~124)의 진동의 위상에 대해 동위상의 모니터 신호가 얻어지는 위치에 설치되어 있다. 또한, 모니터부(137~140)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 아암(121~124)에서의 가로빔(120)측, 즉 연장부(121C~124C)에 각각 설치되어 있다. 이것에 의해, 모니터부(137~140)는 작은 면적으로 효율적으로 변위에 의한 아암(121~124)의 변형을 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 검출부(141~148)를 설치하는 부분의 면적을 확보하기 위해서, 모니터부(137~140)의 면적은 검출부(141~148)보다도 작게 하는 것이 바람직하다.
검출부(141~148)는, 아암(121~124)의 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출한다. 검출부(141~148)는 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
검출부(141~148)는, 도 2에 나타낸 구동부(129, 130)와 마찬가지로, 피에조 소자를 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워 형성되며, 아암(121~124)의 상면에 설치되어 있다. 또한, 검출부(141~148)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 아암(121~124)에서의 가로빔(120)측, 즉 연장부(121C~124C)에 설치되어 있다. 이것에 의해, 검출부(141~148)는 효율적으로 변위를 검출할 수 있다. 이 경우, 검출부(141~148)는 큰 면적을 가지므로, 각속도 센서(116)의 감도를 높게 할 수 있다. 한편, 검출부(141~148)가 아암(121~124)에서의 추(125~128)측, 즉 연장부(121E~124E)에 각각 설치되어 있는 경우는, 아암(121~124)에서의 가로빔(120)측의 부분의 면적을 구동부(129~136)를 설치하기 위해 확보할 수 있다.
도 34에 나타낸 종래의 각속도 센서(101)에서는, Y축과 평행한 축 BY 및 X축과 평행한 축 BX에 관해서 검출부(114, 115)가 대칭으로 설치되어 있지 않기 때문에, 가속도나 충격 등의 외란에 기인하는 불필요 신호를 상쇄하지 못하여, 고정밀도로 각속도를 검출할 수 없는 경우가 있다.
검출부(141)와 검출부(143)는, Y축과 평행한 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(142)와 검출부(144)는, 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(145)와 검출부(147)는, 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(146)와 검출부(148)는, 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(141)와 검출부(145)는, X축과 평행한 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(142)와 검출부(146)는, 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(143)와 검출부(147)는, 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(144)와 검출부(148)는, 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 이와 같이, 검출부(141~148)로 이루어지는 검출 유닛(193)을 축 AY11 및 축 AX11에 대칭으로 설치함으로써, 가속도나 충격 등의 외란에 기인하는 불필요 신호를 상쇄할 수 있어, 각속도 센서(116)는 각속도를 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
도 4는, 각속도 센서(116)에 접속된 구동 회로(150)의 회로도이다. 복수의 전극 패드(149)의 일부인 전극 패드(149A~149H)는 구동부(129~136)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 전극 패드(149)의 일부인 전극 패드(149I~149L)는, 모니터부(137~140)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 전극 패드(149I~149L)에 접속된 신호선은 접속점(196)에서 접속되어 있다. 전극 패드(149I~149L)로부터 출력된 모니터 신호인 전류는 접속점(196)에서 합계되어 IV변환 앰프(151)에 입력되고 전압으로 변환된다. 그 전압은, 자동 이득 제어기(AGC)(152)에서 일정 진폭의 전압으로 조정되어 출력된다. AGC(152)로부터 출력된 전압의 불필요 주파수 성분이 필터(153)에서 제거된다. 필터(152)로부터 출력된 전압은 드라이브 앰프(154)에서 반전 증폭되어 전극 패드(149B, 149D, 149F, 149H)에 공급되어 있다. 또, 드라이브 앰프(154)로부터 출력된 구동 신호는, 드라이브 앰프(155)에서 반전 증폭되어 전극 패드(149A, 149C, 149E, 149G)에 공급되어 있다. 이 구성에 의해, 구동 회로(150)는, 도 3에 나타낸 위상을 가지는 구동 신호를 구동부(129~136)에 부여하여, 아암(121~124)을 도 3에 나타낸 위상으로 진동시킬 수 있다.
도 5a와 도 5b는 각속도 센서(116)에 각속도가 가해진 경우의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 5a는 Z축 둘레의 각속도(157)를 검출하는 경우의 각속도 센서(116)의 평면도이다. 구동 회로(150)로부터 구동부(129~136)에 대해 구동 신호가 부여됨으로써, 추(125~128)에는 X축 방향의 고유의 구동 진동 주파수로 구동 진동(156)이 발생한다. 각속도 센서(116)에 Z축 둘레의 각속도(157)가 부여되면, 코리올리 힘이 Y축 방향으로 발생하여, 추(125~128)에 검출 진동(158)이 발생한다. 추(125~128)에 Y축 방향의 검출 진동(158)이 발생하는 결과, 아암(121~124)은 X축 방향으로 진동한다. 또한, 아암(121, 123)과 아암(122, 124)은 서로 역위상으로 구동 진동하고 있으므로, 아암(121, 123)의 검출 진동과 아암(122, 124)의 검출 진동은 서로 역위상이 된다.
검출 진동(158)에 의해 검출부(141~148)로부터 출력되는 검출 신호는, 구동 진동(156)과 동일한 주파수이며, 또한, 각속도(157)에 의존한 진폭을 가진다. 따라서, 이 검출 신호의 크기를 측정함으로써, 각속도(157)의 크기 ωz를 검출할 수 있다.
도 5b는, Y축 둘레의 각속도(159)를 검출하는 각속도 센서(116)의 평면도이다. Y축 둘레의 각속도(159)가 입력되면, 코리올리 힘에 의해 추(125~128)에 Z축 방향의 검출 진동(160)이 발생한다. 아암(121, 123)과 아암(122, 124)은 서로 역위상으로 구동 진동하고 있으므로, 아암(121, 123)의 검출 진동과 아암(122, 124)의 검출 진동은 서로 역위상이 된다.
검출 진동(160)에 의해 검출부(141~148)로부터 출력되는 검출 신호는, 구동 진동(156)과 동일한 주파수이며, 또한, 각속도(159)에 의존한 진폭을 가진다. 따라서, 이 검출 신호의 크기를 측정함으로써, 각속도(159)의 크기 ωy를 검출할 수 있다.
도 6은, 검출부(141~148)로부터 각각 출력되는 신호 S101~S108을 나타내고, 구체적으로는, 신호 S101~S108 각각의 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, X축, Y축 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상과, 및 X축, Y축 및 Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 나타내고 있다.
도 6으로부터, Z축 둘레의 각속도(157)의 크기 ωz는, 이하의 식 1에 의해 얻을 수 있다
ωz={(S102+S105)+(S103+S108)}-{(S101+S106)+(S104+S107)}…(식 1)
또, Y축 둘레의 각속도(159)의 크기 ωy는, 이하의 식 2에 의해 얻을 수 있다
ωy={(S102+S105)+(S101+S106)}-{(S103+S108)+(S104+S107)}…(식 2)
도 6에 있어서, 각 유닛(191~193)의 대칭성에 의해, 예를 들면 구동 신호에 기인하는 성분의 크기는 신호 S101~S108에 있어서 동일하다. 또, X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 크기는 신호 S101~S108에 있어서 동일하며, 다른 각속도, 가속도에 대해서도 동일하다. 각속도(157)의 크기 ωz를 얻기 위한 식 1에 구동 진동에 기인하는 성분의 위상을 대입하면 식 1의 값은 0이 된다. 즉, 검출부(141~148)에는 구동 신호에 기인하는 성분이 불필요 신호로서 혼입되지만, 이 신호는 식 1의 연산에 의해 서로 상쇄된다. 마찬가지로, 식 1에 X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 1의 값은 0이 된다. Y축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 1의 값은 0이 된다. X축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 1의 값은 0이 된다. Y축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 1의 값은 0이 된다. Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 1의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 타축 둘레의 각속도, 가속도에 의한 불필요 신호가 혼입되어도, 식 1의 연산에 의해 서로 상쇄된다.
마찬가지로, Y축 둘레의 각속도(159)의 크기 ωy를 얻기 위한 식 2에 대해, 구동 신호에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 2의 값은 0이 된다. X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 2의 값은 0이 된다. Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 2의 값은 0이 된다. X축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 2의 값은 0이 된다. Y축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 2의 값은 0이 된다. Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 2의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 구동 진동, 타축 둘레의 각속도 및 가속도에 의한 불필요 신호가 혼입되어도, 식 2의 연산에 의해 서로 상쇄된다.
이와 같이, 검출부(141~148)로 이루어지는 검출 유닛(193)을 Y축에 평행한 축 AY11 및 X축에 평행한 축 AX11에 관해서 대칭으로 설치한 것에 의해, 불필요 신호인 구동 신호, 타축 둘레의 각속도 및 가속도의 성분을 상쇄시키는 것이 가능해진다.
도 7은, 각속도 센서(116)에 접속된 검출 회로(161)의 회로도이다. 복수의 전극 패드(149)의 일부인 전극 패드(149-1~149-8)는, 검출부(141~148)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 식 1 및 식 2의 연산은, 도 7에 나타낸 검출 회로(161)로 행할 수 있다.
전극 패드(149-2)에 접속된 신호선과 전극 패드(149-5)에 접속된 신호선은 접속점(196A)에서 접속되어 있다. 전극 패드(149-2)로부터 출력되는 전류인 신호 S102와 전극 패드(149-5)로부터 출력되는 전류인 신호 S105는 접속점(196A)에서 합계되어 IV변환 앰프(162A)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(149-3)에 접속된 신호선과 전극 패드(149-8)에 접속된 신호선은 접속점(196B)에서 접속된다. 전극 패드(149-3)로부터 출력되는 전류인 신호 S103과 전극 패드(149-8)로부터 출력되는 전류인 신호 S108은 접속점(196B)에서 합계되어 IV변환 앰프(162B)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(149-1)에 접속된 신호선과 전극 패드(149-6)에 접속된 신호선은 접속점(196C)에 접속되어 있다. 전극 패드(149-1)로부터 출력되는 전류인 신호 S101과 전극 패드(149-6)로부터 출력되는 전류인 신호 S106은 접속점(196C)에서 합계되어 IV변환 앰프(162C)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(149-4)에 접속된 신호선과 전극 패드(149-7)에 접속된 신호선은 접속점(196D)에서 접속되어 있다. 전극 패드(149-4)로부터 출력되는 전류인 신호 S104와 전극 패드(149-7)로부터 출력되는 전류인 신호 S107은 접속점(196D)에서 합계되어 IV변환 앰프(162D)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다.
Z축 둘레의 각속도(157)의 크기 ωz는 이하의 구성으로 산출된다. IV변환 앰프(162A)로부터의 출력과 IV변환 앰프(162B)로부터의 출력이 각각 저항(RA11)과 저항(RB11)을 개재하여 결선되고, IV변환 앰프(162C)로부터의 출력과 IV변환 앰프(162D)로부터의 출력이 각각 저항(RC11)과 저항(RD11)을 개재하여 결선되어, 이들이 차동 앰프(163Z)에 입력된다. 실시의 형태 1에서는, 저항(RA11, RB11)은 동일한 저항값을 가지며, 저항(RC11, RD11)은 동일한 저항값을 가진다. 또한 차동 앰프(163Z)로부터 출력된 신호를 구동 회로(150)로부터 출력된 신호를 이용하여 검파 회로(164Z)로 검파한다. 검파된 신호로부터 로우패스 필터(165Z)가 추출한 신호를 Z축 둘레의 각속도(157)의 크기 ωz로서 출력 단자(166Z)로부터 출력하고 있다.
Y축 둘레의 각속도(159)의 크기 ωy는 이하의 구성으로 산출된다. IV변환 앰프(162A)로부터의 출력과 IV변환 앰프(162C)로부터의 출력이 각각 저항(RA12)과 저항(RC12)을 개재하여 결선되고, IV변환 앰프(162B)로부터의 출력과 IV변환 앰프(162D)로부터의 출력이 각각 저항(RB12)과 저항(RD12)을 개재하여 결선되어, 이들이 차동 앰프(163Y)에 입력된다. 실시의 형태 1에서는, 저항(RA12, RC12)은 동일한 저항값을 가지며, 저항(RB12, RD12)은 동일한 저항값을 가진다. 또한 차동 앰프(163Y)로부터 출력된 신호를 구동 회로(150)로부터 출력된 신호를 이용하여 검파 회로(164Y)로 검파한다. 검파된 신호로부터 로우패스 필터(165Y)에서 추출한 신호를 Y축 둘레의 각속도(159)의 크기 ωy로서 출력 단자(166Y)로부터 출력하고 있다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 구동 신호에 기인하는 성분은, IV변환 앰프(162A~162D)로 입력되기 전에, 전극 패드(149-1~149-8)의 결선에 의해, 상쇄되어 있다. 따라서, IV변환 앰프(162A~162D)에서 증폭되기 전에, 구동 신호에 기인하는 성분을 상쇄할 수 있다.
또, Y축 둘레의 각속도(159)에 기인하는 성분은, Z축 둘레의 각속도(157)를 검출하기 위한 차동 앰프(163Z)로 입력되기 전에, IV변환 앰프(162A~162D)의 결선에 의해 상쇄되어 있다. 따라서, 차동 앰프(163Z)에서 증폭되기 전에, Y축 둘레의 각속도(159)에 기인하는 성분을 상쇄할 수 있다.
또, 각속도(157)에 기인하는 성분은, Y축 둘레의 각속도(159)를 검출하기 위한 차동 앰프(163Y)로 입력되기 전에, IV변환 앰프(162A~162D)의 결선에 의해 상쇄되어 있다.
또, X축 방향의 가속도에 기인하는 성분은, IV변환 앰프(162A~162D)로 입력되기 전에 상쇄할 수 있으며, Y축 방향의 가속도에 기인하는 성분은, 차동 앰프(163Z)에서 증폭되기 전에 상쇄할 수 있다.
이상과 같이, 검출부(141~148)를 구비한 검출 유닛(193)을 Y축에 평행한 축 AY11 및 X축에 평행한 축 AX11에 관해서 대칭으로 설치한 것에 의해, 불필요 신호인 구동 신호에 기인하는 성분과, 타축 둘레의 각속도에 기인하는 성분 및 가속도에 기인하는 성분을 상쇄시키는 것이 가능해진다.
또, 검출부(141, 142)는, Y축과 평행한 축 AY12에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(143, 144)는, 축 AY11과 평행한 축 AY13에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 축 AY13은 축 AY11에 관해서 축 AY12와 대칭이다. 검출부(145, 146)는, 축 AY12에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(147, 148)는, 축 AY13에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
도 8은 실시의 형태 1에 의한 다른 각속도 센서(116A)의 평면도이다. 도 8에 있어서, 도 1에 나타낸 각속도 센서(116)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙인다. 도 8에 나타낸 각속도 센서(116A)의 구동 유닛(191)은, 아암(121)의 연장부(121D)에 설치된 구동부(167, 168)와, 아암(122)의 연장부(122D)에 설치된 구동부(169, 170)와, 아암(123)의 연장부(123D)에 설치된 구동부(171, 172)와, 아암(124)의 연장부(124D)에 설치된 구동부(173, 174)를 더 가진다. 이것에 의해, 아암(121~124)을 Y축 방향으로도 진동시킬 수 있어, X축 둘레의 각속도도 검출하는 것이 가능해진다. 이 경우, X축 둘레의 각속도의 크기 ωx는 식 3에 의해 얻을 수 있다
ωx=(S101+S102+S103+S104)-(S105+S106+S107+S108)…(식 3)
구동부(167, 168)는 축 AX11에 평행한 축 AX12에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(169, 170)는 축 AX12에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(171, 172)는, 축 AX11과 평행한 축 AX13에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 축 AX13은 축 AX11에 관해서 축 AX12에 대칭이다. 구동부(173, 174)는, 축 AX13에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
또, 구동부(167, 171)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(168, 172)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(169, 173)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(170, 174)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
또, 구동부(167, 169)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(168, 170)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(171, 173)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(172, 174)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
구동부(167~174)에 의해, 3축의 각속도를 동시에 검출할 수 있음과 함께, 각 축의 각속도의 검출 과정에 있어서, 불필요 신호인 구동 신호, 타축 둘레의 각속도 및 가속도에 기인하는 성분을 상쇄시키는 것이 가능해진다.
또한, 실시의 형태 1에서의 각속도 센서(116, 116A)에서는, 추(125~128)가 접속된 아암(121~124)을 가로빔(120)으로 지지하고, 가로빔(120)을 세로빔(118, 119)으로 지지하며, 또한 세로빔(118, 119)을 지지체(117)로 지지하는 구조를 채용하고 있다. 이 구조에 의해, 3축의 각속도를 동시에 검출할 수 있지만, 가속도나 충격 등의 영향을 받기 쉬워진다는 단점이 생긴다. 따라서, 각속도 센서(116, 116A)의 소자 구조에 있어서 특히, 타축 둘레의 각속도 및 가속도에 기인하는 성분을 상쇄시키는 효과가 현저해진다.
(실시의 형태 2)
도 9는, 실시의 형태 2에서의 각속도 센서(175)의 평면도이다. 도 9에 있어서, 도 8에 나타낸 실시의 형태 1에서의 각속도 센서(116A)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙인다. 도 9에 나타낸 각속도 센서(175)의 검출 유닛(193)은, 세로빔(118) 상에 설치된 검출부(176, 178)와, 세로빔(119) 상에 설치된 검출부(177, 179)를 더 가진다.
세로빔(118)은, 추(125)와 아암(121)에 대향하는 부분(118C)과, 추(127)와 아암(123)에 대향하는 부분(118D)을 가진다. 세로빔(118)에서의 아암(121)측, 즉 부분(118C)에 검출부(176)가 설치되고, 세로빔(118)에서의 아암(123)측, 즉 부분(118D)에 검출부(178)가 설치되어 있다. 또, 세로빔(119)은, 추(126)와 아암(122)에 대향하는 부분(119C)과, 추(128)와 아암(124)에 대향하는 부분(119D)을 가진다. 세로빔(119)에서의 아암(122)측, 즉 부분(119C)에 검출부(177)가 설치되고, 세로빔(119)에서의 아암(124)측, 즉 부분(119D)에 검출부(179)가 설치되어 있다.
검출부(176)와 검출부(177)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(178)와 검출부(179)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 또, 검출부(176)와 검출부(178)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(177)와 검출부(179)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
검출부(176~179)를 이용하여, 각속도 센서(175)에 가해지는 X축 둘레의 각속도를 검출할 수 있다.
도 10은, 검출부(176~179)로부터 각각 출력되는 신호 S109~S112를 나타내고, 구체적으로는 신호 S109~S112의 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, X축, Y축 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상, 및 X축, Y축 및 Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 나타내고 있다.
도 10으로부터, X축 둘레의 각속도의 크기 ωx2는, 식 4에 의해 얻을 수 있다
ωx2=(S109+S111)-(S110+S112)…(식 4)
도 10에 있어서, 각 유닛(191~193)의 대칭성에 의해, 예를 들면 X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 크기는 신호 S109~S112에 있어서 동일하며, 다른 각속도, 가속도에 대해서도 동일하다. 여기서, X축 둘레의 각속도의 크기 ωx2를 얻기 위한 식 4에 대해, 구동 신호에 기인하는 성분과, Y축 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상과, X축, Y축 및 Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 4의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 타축 둘레의 각속도, 가속도에 기인하는 성분이 혼입되어도, 식 4의 연산에 의해 상쇄된다.
또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 검출부(176~179)를 축 AY11 및 축 AX11에 관해서 대칭이 되도록 세로빔(118, 119)에 설치함으로써, 검출부(176~179)에 구동 신호에 기인하는 성분이 나타나지 않게 된다. 이것에 의해, 복수의 검출 전극으로부터 출력되는 신호를 가산하지 않아도, 구동 신호의 영향을 없앨 수 있다. 도 1에 나타낸 각속도 센서(116)에서는, 예를 들면, 지지체(117)에 대해 검출부(141~148)의 위치가 변한 경우에는, 식 1이나 식 2, 식 3의 연산을 행해도 구동 신호에 기인하는 성분을 상쇄할 수 없다. 실시의 형태 2에서의 각속도 센서(175)에서는, 지지체(117)에 대해 검출부(176~179)의 위치가 변한 경우여도, 구동 신호에 기인하는 성분의 영향을 없애는 것이 가능해진다. 마찬가지로, 불필요 신호인 Y축 둘레의 각속도, Z축 둘레의 각속도 및 Y방향의 가속도에 기인하는 성분도 상쇄되어 검출부(141~148)에 나타나지 않기 때문에, 동일한 효과를 나타낸다.
이상과 같이, 검출부(176~179)를 축 AY11 및 축 AX11에 관해서 대칭으로 설치한 것에 의해, 불필요 신호인 구동 진동, 타축 둘레의 각속도 및 가속도에 기인하는 성분을 없애거나, 혹은 상쇄시키는 것이 가능해진다.
(실시의 형태 3)
도 11은, 실시의 형태 3에서의 각속도 센서(180)의 평면도이다. 도 11에 있어서, 도 8에 나타낸 실시의 형태 1에서의 각속도 센서(116A)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙인다. 실시의 형태 3에서의 각속도 센서(180)의 검출 유닛(193)은, 가로빔(120) 상에 설치된 검출부(181~184)를 더 가진다.
가로빔(120)에서의 아암(121)측에 검출부(181)가 설치되고, 아암(122)측에 검출부(182)가 설치되며, 아암(123)측에 검출부(183)가 설치되고, 아암(124)측에 검출부(184)가 설치되어 있다.
검출부(181)와 검출부(182)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(183)와 검출부(184)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 또, 검출부(181)와 검출부(183)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(182)와 검출부(184)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
검출부(181~184)를 이용하여, 각속도 센서(180)에 가해지는 Y축 둘레의 각속도를 검출할 수 있다.
도 12는, 검출부(181~184)로부터 출력되는 신호 S113~S116을 나타내고, 구체적으로는, 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, X축, Y축 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상, 및 X축, Y축 및 Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 나타내고 있다.
도 12로부터, Y축 둘레의 각속도의 크기 ωy2는 식 5에 의해 얻을 수 있다
ωy2=(S113+S115)-(S114+S116)…(식 5)
도 12에 있어서, 각 유닛(191~193)의 대칭성에 의해, 예를 들면 X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 크기는 신호 S113~S116에 있어서 동일하며, 다른 각속도, 가속도에 대해서도 동일하다. 여기서, Y축 둘레의 각속도의 크기 ωy2를 얻기 위한 식 5에 대해, 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, X축 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상과, X축, Y축 및 Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 5의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 타축 둘레의 각속도, 가속도에 기인하는 성분이 혼입되어도, 식 5의 연산에 의해 상쇄된다.
또한, 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 검출부(181~184)를 축 AY11 및 축 AX11에 관해서 대칭이 되도록 가로빔(120)에 설치함으로써, 검출부(181~184)에 구동 신호에 기인하는 성분이 나타나지 않게 된다. 이것에 의해, 복수의 검출 전극으로부터 출력되는 신호를 가산하지 않아도, 불필요 신호인 구동 신호의 영향을 없앨 수 있다. 도 1에 나타낸 각속도 센서(116)에서는, 예를 들면, 지지체(117)에 대해 검출부(141~148)의 위치가 변한 경우에는, 식 1이나 식 2, 식 3의 연산을 행해도 구동 신호에 기인하는 성분을 상쇄할 수 없다. 실시의 형태 3에서의 각속도 센서(180)에서는, 지지체(117)에 대해 검출부(181~184)의 위치가 변한 경우여도, 구동 신호의 영향을 없애는 것이 가능해진다. 마찬가지로, 불필요 신호인 X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분, Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분 및 X방향의 가속도에 기인하는 성분에 대해서도, 검출부(181~184)에 나타나지 않기 때문에, 동일한 효과를 나타낸다.
(실시의 형태 4)
도 13은, 실시의 형태 4에서의 각속도 센서(116B)의 평면도이다. 도 13에 있어서, 도 1에 나타낸 실시의 형태 1에서의 각속도 센서(116)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙인다. 도 13에 나타낸 각속도 센서(116B)에서는, 구동 유닛(191)은, 도 1에 나타낸 각속도 센서(116)의 구동부(129~136) 대신에, 구동부(441~448)를 가진다. 또, 각속도 센서(116B)에서는, 검출 유닛(193)은, 검출부(141~148) 대신에, 검출부(429~436)를 가진다.
구동 유닛(191)은 축 AX11과 축 AY11에 관해서 대칭으로 형성되어 있다. 구동부(441, 443)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(442, 444)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(445, 447)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(446, 448)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 또, 구동부(441, 445)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(442, 446)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(443, 447)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(444, 448)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
또, 검출 유닛(193)은 축 AX11과 축 AY11에 관해서 대칭으로 형성되어 있다. 검출부(429, 431)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(430, 432)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(433, 435)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(434, 436)는 축 AY11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 또, 검출부(429, 433)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(430, 434)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(431, 435)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(432, 436)는 축 AX11에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
구동부(441, 442)는 모두 아암(121)을 따라 연장부(121C, 121D)에 걸쳐 설치되어 있다. 구동부(443, 444)는 모두 아암(122)을 따라 연장부(122C, 122D)에 걸쳐 설치되어 있다. 구동부(445, 446)는 모두 아암(123)을 따라 연장부(123C, 123D)에 걸쳐 설치되어 있다. 구동부(447, 448)는 모두 아암(124)을 따라 연장부(124C, 124D)에 걸쳐 설치되어 있다.
검출부(429, 430)는 모두 아암(121)을 따라 연장부(121D, 121E)에 걸쳐 설치되어 있다. 검출부(431, 432)는 모두 아암(122)을 따라 연장부(122D, 122E)에 걸쳐 설치되어 있다. 검출부(433, 434)는 모두 아암(123)을 따라 연장부(123D, 123E)에 걸쳐 설치되어 있다. 검출부(435, 436)는 모두 아암(124)을 따라 연장부(124D, 124E)에 걸쳐 설치되어 있다.
도 14는 각속도 센서(116B)의 확대 평면도이며, 특히 아암(121)과 추(125)를 나타낸다. 아암(121)은, 가로빔(120)의 중간부(194)에 설치된 유지부(195)에 접속된 일단(121A)으로부터, 추(125)에 접속된 타단(121B)까지 연장되어 실질적으로 J자 형상을 가진다. 아암(121)의 검출부(429, 430)와 구동부(441, 442)와 모니터부(137)가 설치되어 있는 면은 실질적으로 J자 형상으로 연장된다. 그 면은, 그 J자 형상의 내주를 따라 연장되는 내주연(121F)과, 그 J자 형상의 외주를 따라 연장되는 외주연(121G)과, 내주연(121F)과 외주연(121G) 사이의 정중앙으로 연장되는 중심선(121H)을 가진다.
아암(121)의 연장부(121D, 121E)에 걸쳐 연장되어 있는 검출부(429)는, 아암(121)의 연장부(121D, 121E)에 걸쳐 연장되어 있는 검출부(430)에 비해, 아암(121)의 J자 형상의 외주연(121G)에 보다 가깝다. 즉, 검출부(430)는, 검출부(429)에 비해, 아암(121)의 J자 형상의 내주연(121F)에 보다 가깝다. 검출부(429, 430) 간의 간극 G101의 정중앙을 아암(121)을 따라 연장되는 중간선(B101)으로 정의한다. 즉, 중간선(B101)과 외주연(121G) 사이에 검출부(429)가 위치하며, 중간선(B101)과 내주연(121F) 사이에 검출부(430)가 위치한다. 검출부(429, 430)는 동일한 폭으로 아암(121)을 따라 연장되는 것이 바람직하다.
즉, 아암(121)은, 내주측에 위치하는 내주연(121F)과, 외주측에 위치하는 외주연(121G)과, 내주연(121F)과 외주연(121G)의 정중앙으로 연장되는 중심선(121H)을 가지도록 J자 형상으로 구부러져 있다. 검출부(429)와 검출부(430)는 아암(121)을 따라 연장되어 있다. 검출부(429)와 검출부(430) 사이의 정중앙의 중간선(B101)은 중심선(121H)과 내주연(121F) 사이에 위치한다. 검출부(429)와 검출부(430)는 아암(121)을 따라 구부러져 연장되어 있어도 된다.
아암(121)과 마찬가지로, 아암(122)은, 내주측에 위치하는 내주연과, 외주측에 위치하는 외주연과, 내주연과 외주연의 정중앙으로 연장되는 중심선을 가지도록 J자 형상으로 구부러져 있다. 검출부(431)와 검출부(432)는 아암(122)을 따라 연장되어 있다. 검출부(431)와 검출부(432) 사이의 정중앙의 중간선은 상기 중심선과 내주연 사이에 위치한다. 검출부(431)와 검출부(432)는 아암(122)을 따라 구부러져 연장되어 있어도 된다.
아암(121)과 마찬가지로, 아암(123)은, 내주측에 위치하는 내주연과, 외주측에 위치하는 외주연과, 내주연과 외주연의 정중앙으로 연장되는 중심선을 가지도록 J자 형상으로 구부러져 있다. 검출부(433)와 검출부(434)는 아암(123)을 따라 연장되어 있다. 검출부(433)와 검출부(434) 사이의 정중앙의 중간선은 상기 중심선과 내주연 사이에 위치한다. 검출부(433)와 검출부(434)는 아암(123)을 따라 구부러져 연장되어 있어도 된다.
아암(121)과 마찬가지로, 아암(124)은, 내주측에 위치하는 내주연과, 외주측에 위치하는 외주연과, 내주연과 외주연의 정중앙으로 연장되는 중심선을 가지도록 J자 형상으로 구부러져 있다. 검출부(435)와 검출부(436)는 아암(124)을 따라 연장되어 있다. 검출부(435)와 검출부(436) 사이의 정중앙의 중간선은 상기 중심선과 내주연 사이에 위치한다. 검출부(435)와 검출부(436)는 아암(124)을 따라 구부러져 연장되어 있어도 된다.
도 15는, 아암(121)에 설치된 검출부(429, 430) 간의 중간선(B101)의 위치와, 도 7에 나타낸 검출 회로(161)로부터 출력되는 불필요 신호의 크기의 관계를 나타낸 도이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 중간선(B101)을 아암(121)의 중심선(121H)으로부터 내주측으로 이동시킴으로써, 검출부(429, 430)로부터 출력되는 신호의 균형이 잡혀, 불필요 신호의 크기가 0이 된다. 실시의 형태 4에서는, 중간선(B101)을 아암(121)의 폭(100μm)에 대해 1%(=약 1μm)만큼 중심선(121H)으로부터 내주측으로 이동시킨다. 다른 아암(122~124)과 다른 검출부(431~436)도, 아암(121)과 검출부(429, 430)와 동일하게 배치함으로써 불필요 신호의 크기를 0으로 할 수 있다.
또, 도 14에 나타낸 바와 같이, 아암(121)에 설치된 구동부(441, 442)는 아암(121)을 따라 연장되어 있다. 구동부(441)와 구동부(442) 사이의 간극 G102의 정중앙의 중간선(B102)은, 중간선(B101)과는 역으로, 중심선(121H)과 외주연(121G) 사이에 위치한다. 이것에 의해, 아암(121)을 X축의 양음의 방향으로 동일한 변위로 균형있게 진동시킬 수 있다. 실시의 형태 4에서는, 중간선(B102)을 아암(121)의 폭(100μm)에 대해 1%(=약 1μm)만큼 중심선(121H)으로부터 외주측으로 이동시킨다. 구동부(441, 442)는 동일한 폭으로 아암(121)을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 또, 구동부(441, 442)는 아암(121)을 따라 구부러져 연장되는 것이 바람직하다.
아암(121)과 마찬가지로, 아암(122)에 설치된 구동부(443, 444)는 아암(122)을 따라 연장되어 있다. 구동부(443)와 구동부(444) 사이의 정중앙의 중간선은 아암(122)의 중심선과 외주연 사이에 위치한다. 이것에 의해, 아암(122)을 X축의 양음의 방향으로 동일한 변위로 균형있게 진동시킬 수 있다. 실시의 형태 4에서는, 중간선을 아암(122)의 폭(100μm)에 대해 1%(=약 1μm)만큼 중심선으로부터 외주측으로 이동시킨다. 구동부(443, 444)는 동일한 폭으로 아암(122)을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 또, 구동부(443, 444)는 아암(122)을 따라 구부러져 연장되는 것이 바람직하다.
아암(121)과 마찬가지로, 아암(123)에 설치된 구동부(445, 446)는 아암(123)을 따라 연장되어 있다. 구동부(445)와 구동부(446) 사이의 정중앙의 중간선은 아암(123)의 중심선과 외주연 사이에 위치한다. 이것에 의해, 아암(123)을 X축의 양음의 방향으로 동일한 변위로 균형있게 진동시킬 수 있다. 실시의 형태 4에서는, 중간선을 아암(123)의 폭(100μm)에 대해 1%(=약 1μm)만큼 중심선으로부터 외주측으로 이동시킨다. 구동부(445, 446)는 동일한 폭으로 아암(123)을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 또, 구동부(444, 445)는 아암(123)을 따라 구부러져 연장되는 것이 바람직하다.
아암(121)과 마찬가지로, 아암(124)에 설치된 구동부(447, 448)는 아암(124)을 따라 연장되어 있다. 구동부(447)와 구동부(448) 사이의 정중앙의 중간선은 아암(124)의 중심선과 외주연 사이에 위치한다. 이것에 의해, 아암(124)을 X축의 양음의 방향으로 동일한 변위로 균형있게 진동시킬 수 있다. 실시의 형태 4에서는, 중간선을 아암(124)의 폭(100μm)에 대해 1%(=약 1μm)만큼 중심선으로부터 외주측으로 이동시킨다. 구동부(447, 448)는 동일한 폭으로 아암(124)을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 또, 구동부(447, 448)는 아암(124)을 따라 구부러져 연장되는 것이 바람직하다.
(실시의 형태 5)
도 16은, 본 발명의 실시의 형태 5에서의 각속도 센서(216)의 평면도이다.
도 16에 있어서, 서로 직교하는 X축, Y축, Z축을 정의한다. 또한, X축과 Y축을 포함하는 XY평면을 정의한다. 각속도 센서(216)는, 틀 형상을 가지는 지지체(217)와, 지지체(217)에 Y축과 평행하게 현가된 세로빔(218, 219)과, 세로빔(218, 219) 간에 현가된 가로빔(220)과, 추(225~228)와, 가로빔(220)의 중간부(294)에 설치된 유지부(295)와, 유지부(295)에 지지된 아암(221~224)과, 아암(221~224)을 XY평면과 평행하게 구동하여 진동시키는 구동 유닛(291)과, 아암(221~224)의 XY평면과 평행한 방향의 변위를 검출하는 모니터 유닛(292)과, 아암(221~224)에 설치된 추(225~228)의 X축 방향의 변위 또는 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출하는 검출 유닛(293)을 구비한다. 검출 유닛(293)은 아암(221~224)의 변위인 X축 방향의 변위 또는 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출한다. 지지체(217)는 각속도가 가해지는 피측정물(217C)에 고정되도록 구성되어 있다. 아암(221)은, 유지부(295)에 지지된 일단(221A)과, 추(225)에 접속된 타단(221B)을 가지며, 일단(221A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장된다. 아암(222)은, 유지부(295)에 지지된 일단(222A)과, 추(226)에 접속된 타단(222B)을 가지며, 일단(222A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장된다. 아암(223)은, 유지부(295)에 지지된 일단(223A)과, 추(227)에 접속된 타단(223B)을 가지며, 일단(223A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장된다. 아암(224)은, 유지부(295)에 지지된 일단(224A)과, 추(228)에 접속된 타단(224B)을 가지며, 일단(224A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장된다. 구동 유닛(291)은, 아암(221~224)을 XY평면과 평행하게 진동시키는 구동부(229~236)를 가진다. 모니터 유닛(292)은, 아암(221~224)의 X축 방향의 변위를 각각 검출하는 모니터부(237~240)를 가진다. 검출 유닛(293)은, 추(225~228)의 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출하는 검출부(241~248)를 가진다. 유지부(295)는 가로빔(220)과 세로빔(218, 219)을 개재하여 지지체(217)에 결합된다. 지지체(217)와 세로빔(218) 사이에는 슬릿(217A)이 설치되어 있고, 지지체(217)와 세로빔(219) 사이에는 슬릿(217B)이 설치되어 있다. 지지체(217)와 세로빔(218, 219) 사이에 슬릿(217A, 217B)을 설치함으로써, 각속도 센서(216)를 패키지 또는 하측 덮개 등에 접착했을 때의 응력이 가로빔(220)이나 아암(221~224)에 전달되는 것을 억제할 수 있다.
또, 지지체(217)에는 슬릿(217A, 217B)이 설치되어 있지 않아도 된다. 이 경우에는, 지지체(217)의 일부가 세로빔(218, 219)으로서 기능한다. 이 경우에는, 각속도 센서(216)의 X축 방향의 폭을 작게 할 수 있다.
지지체(217)는, 세로빔(218, 219)을 지지하는 고정 부재이며, 각속도 센서(216)를 격납하는 패키지에 다른 지지 부재나 접착제 등을 이용하여 고정된다. 지지체(217)의 외연부에는 복수의 전극 패드(249)가 설치되어 있다. 복수의 전극 패드(249)는, 구동부(229~236), 모니터부(237~240) 및 검출부(241~248)와 배선에 의해 각각 전기적으로 접속되어 있다.
세로빔(218) 및 세로빔(219)은 Y축과 평행하게 연장되어 있으며, 양단이 지지체(217)에 접속됨으로써 지지체(217)에 현가되어 있다. 이것에 의해, 세로빔(218) 및 세로빔(219)은, Z축 방향으로 휠 수 있다. 또, 세로빔(218)과 세로빔(219)은, Y축에 평행한 축 AY21에 관해서 서로 실질적으로 대칭이 되도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 각속도 센서(216)에 부여된 각속도에 대해, 세로빔(218)과 세로빔(219)은 실질적으로 동일한 진폭으로 휜다.
가로빔(220)은 X축과 평행하게 연장되어 있으며, 일단이 세로빔(218)의 실질적으로 중점에 접속되고, 타단이 세로빔(219)의 실질적으로 중점에 접속되어 있다. 이것에 의해, 가로빔(220)은 Z축 방향으로 휠 수 있다.
아암(221)은, 유지부(295)에 접속된 일단(221A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(221C)와, 연장부(221C)로부터 X축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(221D)와, 연장부(221D)로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(221E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(221B)은 연장부(221E)의 끝이며, 추(225)가 접속되어 있다.
아암(222)은, 유지부(295)에 접속된 일단(222A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(222C)와, 연장부(222C)로부터 X축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(222D)와, 연장부(222D)로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(222E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(222B)은 연장부(222E)의 끝이며, 추(226)가 접속되어 있다.
아암(223)은, 유지부(295)에 접속된 일단(223A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(223C)와, 연장부(223C)로부터 X축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(223D)와, 연장부(223D)로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(223E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(223B)은 연장부(223E)의 끝이며, 추(227)가 접속되어 있다.
아암(224)은, 유지부(295)에 접속된 일단(224A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(224C)와, 연장부(224C)로부터 X축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(224D)와, 연장부(224D)로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(224E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(224B)은 연장부(224E)의 끝이며, 추(228)가 접속되어 있다.
아암(221~224)은, X축의 방향, Y축의 방향 및 Z축 방향으로 휠 수 있다.
아암(221)과 아암(222)은, Y축과 평행한 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(223)과 아암(224)은, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(221)과 아암(223)은, X축과 평행한 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(222)과 아암(224)은, 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 이 구조에 의해, 각속도 센서(216)에 부여된 각속도에 대해, 아암(221~224)은, 실질적으로 동일한 진폭으로 휘게 된다.
지지체(217), 세로빔(218, 219), 가로빔(220) 및 아암(221~224)은, 수정, LiTaO3 또는 LiNbO3 등의 압전 재료를 이용하여 형성해도 되고, 실리콘, 다이아몬드, 용융 석영, 알루미나 또는 GaAs 등의 비압전 재료를 이용하여 형성해도 된다. 특히, 실리콘을 이용함으로써, 미세 가공 기술을 이용하여 매우 소형의 각속도 센서(216)를 형성하는 것이 가능해짐과 함께, 회로를 구성하는 집적 회로(IC)와 일체로 형성하는 것도 가능해진다.
지지체(217), 세로빔(218, 219), 가로빔(220) 및 아암(221~224)은, 각각 상이한 재료 또는 동일한 재료로 형성한 후에 조립하여 형성해도 되고, 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성해도 된다. 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성하는 경우는, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용함으로써, 지지체(217), 세로빔(218, 219), 가로빔(220) 및 아암(221~224)을 동일 프로세스로 형성할 수 있기 때문에, 효율적으로 제조할 수 있다.
구동부(229~236)는, 아암(221~224)을 X축 방향으로 구동시켜 변위시킨다. 실시의 형태 5에서는, 구동부(229~236)는 PZT 등의 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
도 17은, 도 16에 나타낸 구동부(229, 230)의 선 17-17에서의 개략 단면도이다. 피에조 소자(229B, 230B)를 하부 전극(229A, 230A) 및 상부 전극(229C, 230C) 사이에 각각 끼워 형성된 구동부(229, 230)가 아암(221)의 상면에 설치되어 있다. 즉, 구동부(229, 230)는, 아암(221)의 상면에 설치된 하부 전극(229A, 230A)과, 하부 전극(229A, 230A)의 상면에 설치된 피에조 소자(229B, 230B)와, 피에조 소자(229B, 230B)의 상면에 설치된 상부 전극(229C, 230C)으로 이루어진다. 하부 전극(229A, 230A) 및 상부 전극(229C, 230C)은, 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 이들을 주성분으로 한 합금 또는 산화물에 의해 형성할 수 있다. 또한, 하부 전극(229A, 230A)으로서 백금(Pt)을 이용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 피에조 소자(229B, 230B)의 재료인 PZT를 한방향으로 배향시킬 수 있다. 또, 상부 전극(229C, 230C)으로서, 금(Au)을 이용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 저항값의 경시 열화가 적기 때문에, 신뢰성이 뛰어난 각속도 센서(216)로 할 수 있다. 여기서, 하부 전극(229A, 230A)은 모두 기준 전위로 되어 있고, 상부 전극(229C, 230C)에 교류의 구동 전압을 인가함으로써, 아암(221)을 X축 방향으로 진동시킬 수 있다. 또한, 하부 전극(229A, 230A) 및 상부 전극(229C, 230C)에 모두 교류의 구동 전압을 인가해도 된다. 이것에 의해, 효율적으로, 아암(221)을 진동시킬 수 있다. 구동부(231~236)는 구동부(229, 230)와 동일한 구조를 가지며, 아암(222~224)의 상면에 각각 설치되어 있다. 또한, 도 16에 나타낸 바와 같이, 구동부(229~236)는, 아암(221~224)에서의 추(225~228)측, 즉 연장부(221E~224E)에 각각 설치되어 있다. 이것에 의해, 아암(221~224)에서의 가로빔(220)측의 부분의 면적을 검출부(241~248)를 위해 확보할 수 있다. 한편, 구동부(229~236)를 아암(221~224)에서의 가로빔(220)측, 즉 연장부(221C~224C)에 각각 설치한 경우는, 구동부(229~236)는 효율적으로, 아암(221~224)을 구동하여 진동시킬 수 있다. 이 경우는, 구동부(229~236)는 큰 면적을 가질 수 있으므로, 아암(221~224)의 진폭을 크게 할 수 있어, 각속도 센서(216)의 감도를 높게 할 수 있다.
구동부(229, 230)는 축 AY21에 평행한 축 AY24에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(231, 232)는, 축 AY21과 평행한 축 AY25에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 축 AY25는 축 AY21에 관해서 축 AY24에 대칭이다. 구동부(233, 234)는 축 AY24에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(235, 236)는 축 AY25에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
또, 구동부(229, 231)는 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(230, 232)는 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(233, 235)는 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(234, 236)는 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
또, 구동부(229, 233)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(230, 234)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(231, 235)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(232, 236)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
도 18은, 구동부(229~236)에 부여되는 구동 신호의 위상과, 아암(221~224)의 진동의 위상을 나타낸 도이다. 구동부(229, 231, 233, 235)에는 서로 동위상(+)의 구동 신호가 부여되고, 구동부(230, 232, 234, 236)에는 구동부(229, 231, 233, 235)와 역위상(-)의 구동 신호가 부여된다. 이것에 의해, 아암(221)과 아암(223)은 동위상(+)으로 X축 방향으로 진동하고, 아암(222)과 아암(224)은 아암(221)과 아암(223)에 역위상(-)으로 X축 방향으로 진동한다.
모니터부(237~240)는, 아암(221~224)의 X축 방향의 변위를 검출한다. 실시의 형태 5에서는, 모니터부(237~240)는 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
모니터부(237~240)는, 도 17에 나타낸 구동부(229, 230)와 마찬가지로, 피에조 소자를 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워 형성되며, 아암(221~224)의 상면에 설치되어 있다. 또, 모니터부(237~240)는, 도 18에 나타낸 아암(221~224)의 진동의 위상에 대해, 모니터부(237~240)는, 동위상의 모니터 신호가 얻어지는 위치에 설치되어 있다. 또한, 모니터부(237~240)는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 아암(221~224)에서의 가로빔(220)측, 즉 연장부(221C~224C)에 각각 설치되어 있다. 이것에 의해, 작은 면적으로 효율적으로 변위에 의한 아암(221~224)의 변형을 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 검출부(241~248)를 설치하는 부분 면적을 확보하기 위해서, 모니터부(237~240)의 면적은 검출부(241~248)보다도 작게 하는 것이 바람직하다.
검출부(241~248)는, 아암(221~224)의 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출한다. 검출부(241~248)는 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
검출부(241~248)는, 도 17에 나타낸 구동부(229, 230)와 마찬가지로, 피에조 소자를 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워 형성되며, 아암(221~224)의 상면에 설치되어 있다. 또한, 검출부(241~248)는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 아암(221~224)에서의 가로빔(220)측, 즉 연장부(221C~224C)에 설치되어 있다. 이것에 의해, 검출부(241~248)는 효율적으로 변위를 검출할 수 있다. 이 경우, 검출부(241~248)는 큰 면적을 가질 수 있으므로, 각속도 센서(216)의 감도를 높게 할 수 있다. 한편, 검출부(241~248)가 아암(221~224)에서의 추(225~228)측, 즉 연장부(221E~224E)에 설치되어 있는 경우는, 아암(221~224)에서의 가로빔(220)측의 부분의 면적을 구동부(229~236)를 설치하기 위해 확보할 수 있다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 구동부(229)와 구동부(231)는, Y축과 평행한 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(230)와 구동부(232)는, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(233)와 구동부(235)는, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(234)와 구동부(236)는, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(229)와 구동부(233)는, X축과 평행한 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(230)와 구동부(234)는, 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(231)와 구동부(235)는, 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(232)와 구동부(236)는, 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 이와 같이 구동부(229~236)로 이루어지는 구동 유닛(291)을 축 AY21 및 축 AX21에 관해서 대칭으로 설치함으로써, 가속도 등의 외란에 영향을 받지 않고 아암을 안정적으로 구동시킬 수 있어, 각속도 센서(216)는 각속도를 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
도 19는, 각속도 센서(216)에 접속된 구동 회로(250)의 회로도이다. 복수의 전극 패드(249)의 일부인 전극 패드(249A~249H)는 구동부(229~236)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 전극 패드(249)의 일부인 전극 패드(249I~249L)는 모니터부(237~240)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 전극 패드(249I~249L)에 접속된 신호선은 접속점(296)에서 접속되어 있다. 전극 패드(249I~249L)로부터 출력된 모니터 신호인 전류는 접속점(296)에서 합계되어 IV변환 앰프(251)에 입력되고 전압으로 변환된다. 그 전압은, 자동 이득 제어기(AGC)(252)에서 일정 진폭의 전압으로 조정되어 출력된다. AGC(252)로부터 출력된 전압의 불필요 주파수 성분이 필터(253)에서 제거된다. 필터(253)로부터 출력된 전압은 드라이브 앰프(254)에서 반전 증폭되어 전극 패드(249B, 249D, 249F, 249H)에 공급되어 있다. 또, 드라이브 앰프(254)로부터 출력된 구동 신호는, 드라이브 앰프(255)에서 반전 증폭되어 전극 패드(249A, 249C, 249E, 249G)에 공급되어 있다. 이 구성에 의해, 구동 회로(250)는, 도 18에 나타낸 위상을 가지는 구동 신호를 구동부(229~236)에 부여하여, 아암(221~224)을 도 18에 나타낸 위상으로 진동시킬 수 있다.
도 20a와 도 20b는, 각속도 센서(216)에 각속도가 가해진 경우의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 20a는, Z축 둘레의 각속도(257)를 검출하는 경우의 각속도 센서(216)의 동작을 나타낸 모식 평면도이다. 각속도 센서(216)는 구동 회로(250)로부터 구동부(229~236)에 대해 구동 신호가 부여됨으로써, X축 방향의 고유의 구동 진동 주파수로 구동 진동(256)이 발생한다. 각속도 센서(216)에 Z축 둘레의 각속도(257)가 부여되면, 추(225~228)에는 코리올리 힘이 Y축 방향으로 발생하여, 검출 진동(258)이 발생한다. 추(225~228)에 Y축 방향의 검출 진동(258)이 발생하는 결과, 아암(221~224)은 X축 방향으로 진동한다. 또한, 아암(221, 223)과 아암(222, 224)은 서로 역위상으로 구동 진동하고 있으므로, 아암(221, 223)의 검출 진동과 아암(222, 224)의 검출 진동은 서로 역위상이 된다.
검출 진동(258)에 의해 검출부(241~248)로부터 출력되는 검출 신호는, 구동 진동(256)과 동일한 주파수이며, 또한, 각속도(257)에 의존한 진폭을 가진다. 따라서, 이 검출 신호의 크기를 측정함으로써, 각속도(257)의 크기 ωz를 검출할 수 있다.
도 20b는, Y축 둘레의 각속도(259)를 검출하는 경우의 각속도 센서(216)의 모식 평면도이다. 도 20b에 있어서, Y축 둘레의 각속도(259)가 입력되면, 코리올리 힘에 의해 추(225~228)에 Z축 방향으로 검출 진동(260)이 발생한다. 또한, 아암(221, 223)과 아암(222, 224)은 서로 역위상으로 구동 진동하고 있으므로, 아암(221, 223)의 검출 진동과 아암(222, 224)의 검출 진동은 서로 역위상이 된다.
검출 진동(260)에 의해 검출부(241~248)로부터 출력되는 검출 신호는, 구동 진동(256)과 동일한 주파수이며, 또한, 각속도(259)에 의존한 진폭을 가진다. 따라서, 이 검출 신호의 크기를 측정함으로써, 각속도(259)의 크기 ωy를 검출할 수 있다.
도 21은 검출부(241~248)로부터 각각 출력되는 신호 S201~S208을 나타내고, 구체적으로는, 신호 S201~208 각각의 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, X축, Y축 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상, 및 X축, Y축 및 Z축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 나타내고 있다.
도 21로부터, Z축 둘레의 각속도(257)의 크기 ωz는, 이하의 식 6에 의해 얻을 수 있다
ωz={(S202+S205)+(S203+S208)}-{(S201+S206)+(S204+S207)}…(식 6)
또, Y축 둘레의 각속도(259)의 크기 ωy는, 이하의 식 7에 의해 얻을 수 있다
ωy={(S202+S205)+(S201+S206)}-{(S203+S208)+(S204+S207)}…(식 7)
도 21에 있어서, 각 유닛(291~293)의 대칭성에 의해, 예를 들면 구동 신호에 기인하는 성분의 크기는 신호 S201~S208에 있어서 동일하다. 또, X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 크기는 신호 S201~S208에 있어서 동일하며, 다른 각속도에 대해서도 동일하다. 각속도(257)의 크기 ωz를 얻기 위한 식 6에 구동 진동에 의한 성분의 위상을 대입하면 식 6의 값은 0이 된다. 즉, 검출부(241~248)에는 구동 신호에 기인하는 성분이 불필요 신호로서 혼입되지만, 이 신호는 식 6의 연산에 의해 서로 상쇄된다. 마찬가지로, 식 6에 X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 1의 값은 0이 된다. 마찬가지로, 식 6에 Y축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 1의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 타축 둘레의 각속도에 의한 불필요 신호가 혼입되어도, 식 6의 연산에 의해 서로 상쇄된다.
마찬가지로, Y축 둘레의 각속도(259)의 크기 ωy를 얻기 위한 식 7에 대해, 구동 신호에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 7의 값은 0이 된다. X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 7의 값은 0이 된다. 마찬가지로, Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 7의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 구동 신호 및 타축 둘레의 각속도에 의한 불필요 신호가 혼입되어도, 식 7의 연산에 의해 서로 상쇄된다.
이와 같이, 검출부(241~248)로 이루어지는 검출 유닛(293)을 Y축에 평행한 축 AY21 및 X축에 평행한 축 AX21에 관해서 대칭으로 설치한 것에 의해, 불필요 신호인 구동 신호 및 타축 둘레의 각속도의 성분을 상쇄시키는 것이 가능해진다.
도 22는, 각속도 센서(216)에 접속된 검출 회로(261)의 회로도이다. 복수의 전극 패드(249)의 일부인 전극 패드(249-1~249-8)는 검출부(241~248)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 상기의 식 6 및 식 7의 연산은, 도 22에 나타낸 검출 회로(261)로 행할 수 있다.
전극 패드(249-2)에 접속된 신호선과 전극 패드(249-5)에 접속된 신호선은 접속점(296A)에서 접속되어 있다. 전극 패드(249-2)로부터 출력되는 전류인 신호 S202와 전극 패드(249-5)로부터 출력되는 전류인 신호 S205는 접속점(296A)에서 합계되어 IV변환 앰프(262A)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(249-3)에 접속된 신호선과 전극 패드(249-8)에 접속된 신호선은 접속점(296B)에서 접속된다. 전극 패드(249-3)로부터 출력되는 전류인 신호 S203과 전극 패드(249-8)로부터 출력되는 전류인 신호 S208은 접속점(296B)에서 합계되어 IV변환 앰프(262B)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(249-1)에 접속된 신호선과 전극 패드(249-6)에 접속된 신호선은 접속점(296C)에 접속되어 있다. 전극 패드(249-1)로부터 출력되는 전류인 신호 S201과 전극 패드(249-6)로부터 출력되는 전류인 신호 S206은 접속점(296B)에서 합계되어 IV변환 앰프(262C)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(249-4)에 접속된 신호선과 전극 패드(249-7)에 접속된 신호선은 접속점(296D)에서 접속되어 있다. 전극 패드(249-4)로부터 출력되는 전류인 신호 S204와 전극 패드(249-7)로부터 출력되는 전류인 신호 S207은 접속점(296D)에서 합계되어 IV변환 앰프(262D)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다.
Z축 둘레의 각속도(257)의 크기 ωz는 이하의 구성으로 산출된다. IV변환 앰프(262A)로부터의 출력과 IV변환 앰프(262B)로부터의 출력이 각각 저항(RA21)과 저항(RB21)을 개재하여 결선되고, IV변환 앰프(262C)로부터의 출력과 IV변환 앰프(262D)로부터의 출력이 각각 저항(RC21)과 저항(RD21)을 개재하여 결선되어, 이들이 차동 앰프(263Z)에 입력된다. 실시의 형태 5에서는, 저항(RA21, RB21)은 동일한 저항값을 가지며, 저항(RC21, RD21)은 동일한 저항값을 가진다. 또한 차동 앰프(263Z)로부터 출력된 신호를 구동 회로(250)로부터 출력된 신호를 이용하여 검파 회로(264Z)로 검파한다. 검파된 신호로부터 로우패스 필터(265Z)가 추출한 신호를 Z축 둘레의 각속도(257)의 크기 ωz로서 출력 단자(266Z)로부터 출력하고 있다.
Y축 둘레의 각속도(259)의 크기 ωy는 이하의 구성으로 산출된다. IV변환 앰프(262A)로부터의 출력과 IV변환 앰프(262C)로부터의 출력이 각각 동일한 저항값의 저항(RA22)과 저항(RC22)을 개재하여 결선되고, IV변환 앰프(262B)로부터의 출력과 IV변환 앰프(262D)로부터의 출력이 각각 동일한 저항값의 저항(RB22)과 저항 (RD22)을 개재하여 결선되어, 이들이 차동 앰프(263Y)에 입력된다. 실시의 형태 5에서는, 저항(RA22, RC22)은 동일한 저항값을 가지며, 저항(RB22, RD22)은 동일한 저항값을 가진다. 또한 차동 앰프(263Y)로부터 출력된 신호를 구동 회로(250)로부터 출력된 신호를 이용하여 검파 회로(264Y)로 검파한다. 검파된 신호로부터 로우패스 필터(265Y)가 추출한 신호를 Y축 둘레의 각속도(259)의 크기 ωy로서 출력 단자(266Y)로부터 출력하고 있다.
도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 구동 신호에 기인하는 성분은, IV변환 앰프(262A~262D)로 입력되기 전에, 전극 패드(249-1~249-8)의 결선에 의해, 상쇄되어 있다. 따라서, IV변환 앰프(262A~262D)에서 증폭되기 전에, 구동 신호에 기인하는 성분을 상쇄할 수 있다.
또, Y축 둘레의 각속도(259)에 기인하는 성분은, Z축 둘레의 각속도(257)를 검출하기 위한 차동 앰프(263Z)로 입력되기 전에, IV변환 앰프(262A~262D)의 결선에 의해 상쇄되어 있다. 따라서, 차동 앰프(263Z)에서 증폭되기 전에, Y축 둘레의 각속도(259)에 기인하는 성분을 상쇄할 수 있다.
또, Z축 둘레의 각속도(257)에 기인하는 성분은, Y축 둘레의 각속도(259)를 검출하기 위한 차동 앰프(263Y)로 입력되기 전에, IV변환 앰프(262A~262D)의 결선에 의해 상쇄되어 있다.
이상과 같이, 검출부(241~248)를 구비한 검출 유닛(293)을 Y축에 평행한 축 AY21 및 X축에 평행한 축 AX21에 관해서 대칭으로 설치한 것에 의해, 불필요 신호인 구동 신호, 타축 둘레의 각속도 및 가속도의 성분을 서로 상쇄시키는 것이 가능해진다.
또, 도 16에 나타낸 바와 같이, 검출부(241, 242)는, Y축과 평행한 축 AY22에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(243, 244)는, 축 AY21과 평행한 축 AY23에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 축 AY23은 축 AY21에 관해서 축 AY22와 대칭이다. 검출부(245, 246)는, 축 AY22에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 검출부(247, 248)는, 축 AY23에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
여기서, 식 6에 기초하는 Z축 둘레의 각속도(257)의 검출 및 식 7에 기초하는 Y축 둘레의 각속도(259)의 검출을 행하기 위해서는, 아암(221~224)이 모두 동일한 공진 모드로 구동 진동을 행하고 있을 필요가 있다.
도 34에 나타낸 종래의 각속도 센서(101)에서는, 아암(104)에 설치된 구동부(112)에 공진 주파수의 교류 전압을 인가하면, 아암(104)을 X축 방향으로 진동시킨다. 이 진동에 수반하여 아암(105~107)도 동조하여 공진 모드(예를 들면, 40kHz의 공진 모드)로 진동한다. 그러나, 예를 들면, 가속도가 인가되면, 모니터 전극을 설치한 아암(105)이 가속도가 가해진 방향으로 휨으로써 진동의 공진 모드로부터 본래의 공진 모드와는 상이한 공진 모드(예를 들면, 45kHz의 공진 모드)로 천이하고, 그 결과, 아암(104~107)이 본래의 공진 모드와는 상이한 공진 모드로 진동하는 경우가 있다.
실시의 형태 5에서의 각속도 센서(216)에서는, 아암(221~224)의 상면에 설치된 구동부(229~236)로 이루어지는 구동 유닛(291)이 Y축과 평행한 축 AY21 및 X축과 평행한 축 AX21에 관해서 대칭으로 배치되어 있다. 따라서, 구동부(229~236)에 대해, 도 18에 나타낸 소정의 위상을 가지며 동일 진폭을 가지는 구동 신호를 부여함으로써, X축의 방향 또는 Y축 방향으로 가속도가 인가된 환경 하에서도, 아암(221~224)을 동일한 공진 모드로 안정적으로 구동 진동시키는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 식 6에 기초하는 Z축 둘레의 각속도(257)의 검출 및 식 7에 기초하는 Y축 둘레의 각속도(259)의 검출을 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다.
도 23은 실시의 형태 5에서의 다른 각속도 센서(216A)의 평면도이다. 도 23에 있어서, 도 16에 나타낸 각속도 센서(216)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙인다.
도 23에 나타낸 각속도 센서(216A)에서는, 구동 유닛(291)은, 아암(221~224)의 연장부(221D~224D)에 설치된 구동부(267~274)를 더 가진다. 이것에 의해, 아암(221~224)을 Y축 방향으로도 동일한 공진 모드로 안정적으로 진동시킬 수 있어, 각속도 센서(216A)는 X축 둘레의 각속도도 검출하는 것이 가능해진다. 이 경우, X축 둘레의 각속도의 크기 ωx는, 이하의 식 8에 의해 얻을 수 있다
ωx=(S201+S202+S203+S204)-(S205+S206+S207+S208)…(식 8)
구동부(267, 268)는, 축 AX21에 평행한 축 AX22에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(269, 270)는, 축 AX22에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(271, 272)는, 축 AX21과 평행한 축 AX23에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 축 AX23은 축 AX21에 관해서 축 AX22와 대칭이다. 구동부(273, 274)는 축 AX23에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
또, 구동부(267, 271)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(268, 272)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(269, 273)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(270, 274)는 축 AX21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
구동부(267, 269)는, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(268, 270)는, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(271, 273)는, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(272, 274)는, 축 AY21에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
구동부(267~274)를 설치함으로써, 각속도 센서(216A)는 3축의 각속도를 동시에 검출할 수 있음과 함께, 가속도 등의 외란에 영향을 받지 않고 아암(221~224)을 안정적으로 구동시키는 것이 가능해진다.
또한, 실시의 형태 5에서의 각속도 센서(216, 216A)에서는, 추(225~228)가 접속된 아암(221~224)이 가로빔(220)으로 지지되고, 가로빔(220)이 세로빔(218, 219)으로 지지되며, 세로빔(218, 219)이 지지체(217)로 지지되어 있다. 이 구조에 의해, 각속도 센서(216, 216A)는 3축의 각속도를 동시에 검출할 수 있지만, 가속도나 충격 등의 영향을 받기 쉬워지는 경우가 있다. 따라서, 구동 유닛(291)에 의해, 각속도 센서(216, 216A)의 구조에 있어서 특히, 가속도 등의 외란에 영향을 받지 않고 아암(221~224)을 안정적으로 구동시키는 효과가 현저해진다.
(실시의 형태 6)
도 24는, 본 실시의 형태에서의 각속도 센서(316)의 평면도이다.
도 24에 있어서, 서로 직교하는 X축, Y축, Z축을 정의한다. 또한, X축과 Y축을 포함하는 XY평면을 정의한다. 각속도 센서(316)는, 틀 형상을 가지는 지지체(317)와, 지지체(317)에 Y축과 평행하게 현가된 세로빔(318, 319)과, 세로빔(318, 319) 간에 현가된 가로빔(320)과, 추(325~328)와, 가로빔(320)의 중간부(394)에 설치된 유지부(395)와, 유지부(395)에 지지된 아암(321~324)과, 아암(321~324)을 XY평면과 평행하게 구동하여 진동시키는 구동 유닛(391)과, 아암(321~324)의 X축 방향의 변위를 검출하는 모니터 유닛(392)과, 추(325~328)의 X축 방향의 변위 또는 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출하는 검출 유닛(393)을 구비한다. 검출 유닛(393)은 아암(321~324)의 변위인 X축 방향의 변위 또는 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출한다. 지지체(317)는 각속도가 가해지는 피측정물(317C)에 고정되도록 구성되어 있다. 아암(321)은, 유지부(395)에 지지된 일단(321A)과, 추(325)에 접속된 타단(321B)을 가지며, 일단(321A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장된다. 아암(322)은, 유지부(395)에 지지된 일단(322A)과, 추(326)에 접속된 타단(322B)을 가지며, 일단(322A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장된다. 아암(323)은, 유지부(395)에 지지된 일단(323A)과, 추(327)에 접속된 타단(323B)을 가지며, 일단(323A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장된다. 아암(324)은, 유지부(395)에 지지된 일단(324A)과, 추(328)에 접속된 타단(324B)을 가지며, 일단(324A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장된다. 구동 유닛(391)은, 아암(321~324)을 XY평면과 평행하게 진동시키는 구동부(329~336)를 가진다. 모니터 유닛(392)은, 아암(321~324)의 X축 방향의 변위를 각각 검출하는 모니터부(337~340)를 가진다. 검출 유닛(393)은, 추(325~328)의 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출하는 검출부(341~348)를 가진다. 유지부(395)는 가로빔(320)과 세로빔(318, 319)을 개재하여 지지체(317)에 결합된다. 지지체(317)와 세로빔(318) 사이에는 슬릿(317A)이 설치되어 있고, 지지체(317)와 세로빔(319) 사이에는 슬릿(317B)이 설치되어 있다. 지지체(317)와 세로빔(318, 319) 사이에 슬릿(317A, 317B)을 설치함으로써, 각속도 센서(316)를 패키지 또는 하측 덮개 등에 접착했을 때의 응력이 가로빔(320)이나 아암(321~324)에 전달되는 것을 억제할 수 있다.
또, 지지체(317)에는 슬릿(317A, 317B)이 설치되어 있지 않아도 된다. 이 경우에는, 지지체(317)의 일부가 세로빔(318, 319)으로서 기능한다. 이 경우에는, 각속도 센서(316)의 X축 방향의 폭을 작게 할 수 있다.
지지체(317)는, 세로빔(318, 319)을 지지하는 고정 부재이며, 각속도 센서(316)를 격납하는 패키지에 다른 지지 부재나 접착제 등을 이용하여 고정된다. 지지체(317)의 외연부에는 복수의 전극 패드(349)가 설치되어 있다. 복수의 전극 패드(349)는, 구동부(329~336), 모니터부(337~340) 및 검출부(341~348)와 배선에 의해 각각 전기적으로 접속되어 있다.
세로빔(318) 및 세로빔(319)은 Y축과 평행하게 연장되어 있으며, 양단이 지지체(317)에 접속됨으로써 지지체(317)에 현가되어 있다. 이것에 의해, 세로빔(318) 및 세로빔(319)은, Z축 방향으로 휠 수 있다. 또, 세로빔(318)과 세로빔(319)은, Y축에 평행한 축 AY31에 관해서 서로 실질적으로 대칭이 되도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 각속도 센서(316)에 부여된 각속도에 대해, 세로빔(318)과 세로빔(319)은 실질적으로 동일한 진폭으로 휜다.
가로빔(320)은 X축과 평행하게 연장되어 있으며, 일단이 세로빔(318)의 실질적으로 중점에 접속되고, 타단이 세로빔(319)의 실질적으로 중점에 접속되어 있다. 이것에 의해, 가로빔(320)은 Z축 방향으로 휠 수 있다.
아암(321)은, 유지부(395)에 접속된 일단(321A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(321C)와, 연장부(321C)로부터 X축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(321D)와, 연장부(321D)로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(321E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(321B)은 연장부(321E)의 끝이며, 추(325)가 접속되어 있다.
아암(322)은, 유지부(395)에 접속된 일단(322A)으로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(322C)와, 연장부(322C)로부터 X축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(322D)와, 연장부(322D)로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(322E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(322B)은 연장부(322E)의 끝이며, 추(326)가 접속되어 있다.
아암(323)은, 유지부(395)에 접속된 일단(323A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(323C)와, 연장부(323C)로부터 X축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(323D)와, 연장부(323D)로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(323E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(323B)은 연장부(323E)의 끝이며, 추(327)가 접속되어 있다.
아암(324)은, 유지부(395)에 접속된 일단(324A)으로부터 Y축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(324C)와, 연장부(324C)로부터 X축의 음의 방향으로 연장되는 연장부(324D)와, 연장부(324D)로부터 Y축의 양의 방향으로 연장되는 연장부(324E)를 가지며 실질적으로 J자 형상을 가진다. 타단(324B)은 연장부(324E)의 끝이며, 추(328)가 접속되어 있다.
아암(321~324)은, X축의 방향, Y축의 방향 및 Z축 방향으로 휠 수 있다.
아암(321)과 아암(322)은, Y축과 평행한 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(323)과 아암(324)은, 축 AY31에 관해서 대칭으로 형성되어 있다. 아암(321)과 아암(323)은, X축과 평행한 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 아암(322)과 아암(324)은, 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 형성되어 있다. 이 구조에 의해, 각속도 센서(316)에 부여된 각속도에 대해, 아암(321~324)은, 실질적으로 동일한 진폭으로 휘게 된다.
지지체(317), 세로빔(318, 319), 가로빔(320) 및 아암(321~324)은, 수정, LiTaO3 또는 LiNbO3 등의 압전 재료를 이용하여 형성해도 되고, 실리콘, 다이아몬드, 용융 석영, 알루미나 또는 GaAs 등의 비압전 재료를 이용하여 형성해도 된다. 특히, 실리콘을 이용함으로써, 미세 가공 기술을 이용하여 매우 소형의 각속도 센서(316)를 형성하는 것이 가능해짐과 함께, 회로를 구성하는 집적 회로(IC)와 일체로 형성하는 것도 가능해진다.
지지체(317), 세로빔(318, 319), 가로빔(320) 및 아암(321~324)은, 각각 상이한 재료 또는 동일한 재료로 형성한 후에 조립하여 형성해도 되고, 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성해도 된다. 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성하는 경우는, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용함으로써, 지지체(317), 세로빔(318, 319), 가로빔(320) 및 아암(321~324)을 동일 프로세스로 형성할 수 있기 때문에, 효율적으로 제조할 수 있다.
구동부(329~336)는, 아암(321~324)을 X축 방향으로 구동시켜 변위시킨다. 실시의 형태 6에서는, 구동부(329~336)는 PZT 등의 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
도 25는, 도 24에 나타낸 구동부(329, 330)의 선 25-25에서의 개략 단면도이다. 피에조 소자(329B, 330B)를 하부 전극(329A, 330A) 및 상부 전극(329C, 330C)사이에 각각 끼워 형성된 구동부(329, 330)가 아암(321)의 상면에 설치되어 있다. 즉, 구동부(329, 330)는, 아암(321)의 상면에 설치된 하부 전극(329A, 330A)과, 하부 전극(329A, 330A)의 상면에 설치된 피에조 소자(329B, 330B)와, 피에조 소자(329B, 330B)의 상면에 설치된 상부 전극(329C, 330C)으로 이루어진다. 하부 전극(329A, 330A) 및 상부 전극(329C, 330C)은, 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 이들을 주성분으로 한 합금 또는 산화물에 의해 형성할 수 있다. 또한, 하부 전극(329A, 330A)으로서 백금(Pt)을 이용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 피에조 소자(329B, 330B)의 재료인 PZT를 한방향으로 배향시킬 수 있다. 또, 상부 전극(329C, 330C)으로서, 금(Au)을 이용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 저항값의 경시 열화가 적기 때문에, 신뢰성이 뛰어난 각속도 센서(316)로 할 수 있다. 여기서, 하부 전극(329A, 330A)은 모두 기준 전위로 되어 있고, 상부 전극(329C, 330C)에 교류의 구동 전압을 인가함으로써, 아암(321)을 X축 방향으로 진동시킬 수 있다. 또한, 하부 전극(329A, 330A) 및 상부 전극(329C, 330C)에 모두 교류의 구동 전압을 인가해도 된다. 이것에 의해, 효율적으로, 아암(321)을 진동시킬 수 있다. 구동부(331~336)는 구동부(329, 330)와 동일한 구조를 가지며, 아암(322~324)의 상면에 설치되어 있다. 또한, 도 24에 나타낸 바와 같이, 구동부(329~336)는, 아암(321~324)에서의 추(325~328)측, 즉 연장부(321E~324E)에 각각 설치되어 있다. 이것에 의해, 아암(321~324)에서의 가로빔(320)측의 부분의 면적을 검출부(341~348)를 설치하기 위해 확보할 수 있다. 한편, 구동부(329~336)를 아암(321~324)에서의 가로빔(320)측, 즉 연장부(321C~324C)에 각각 설치한 경우는, 구동부(329~336)는 효율적으로 아암(321~324)을 구동하여 진동시킬 수 있다. 이 경우는, 구동부(329~336)는 큰 면적을 가질 수 있으므로, 아암(321~324)의 진동의 진폭을 크게 할 수 있어, 각속도 센서(316)의 감도를 높게 할 수 있다.
도 26은, 구동부(329~336)에 부여되는 구동 신호의 위상과, 아암(321~324)의 진동의 위상을 나타낸 도이다. 구동부(329, 331, 333, 335)에는 동위상(+)의 구동 신호가 부여되고, 구동부(330, 332, 334, 336)에는 이것과 역위상(-)의 구동 신호가 부여된다. 이것에 의해, 아암(321)과 아암(323)은 동위상(+)으로 X축 방향으로 진동하고, 아암(322)과 아암(324)은 아암(321)과 아암(323)에 역위상(-)으로 X축 방향으로 진동한다.
검출부(341~348)는, 아암(321~324)의 Y축 방향의 변위 또는 Z축 방향의 변위를 검출한다. 검출부(341~348)는 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
검출부(341~348)는, 도 25에 나타낸 구동부(329, 330)와 마찬가지로, 피에조 소자를 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워 형성되며, 아암(321~324)의 상면에 설치되어 있다. 또한, 검출부(341~348)는, 아암(321~324)에서의 가로빔(320)측, 즉 연장부(321C~324C)에 설치되어 있다. 이것에 의해, 검출부(341~348)는 효율적으로 변위를 검출할 수 있다. 이 경우, 검출부(341~348)는 큰 면적을 가질 수 있으므로, 각속도 센서(316)의 감도를 높게 할 수 있다. 한편, 검출부(341~348)를 아암(321~324)에서의 추(325~328)측, 즉 연장부(321E~324E)에 설치한 경우는, 아암(321~324)에서의 가로빔(320)측의 부분의 면적을 구동부(329~336)를 설치하기 위해 확보할 수 있다.
모니터부(337~340)는, 아암(321~324)의 X축 방향의 변위를 검출한다. 실시의 형태 6에서는, 모니터부(337~340)는 피에조 소자를 이용한 압전 방식을 채용하고 있지만, 전극 간의 정전 용량을 이용한 정전 방식을 이용할 수도 있다.
모니터부(337~340)는, 도 25에 나타낸 구동부(329, 330)와 마찬가지로, 피에조 소자를 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워 형성되며, 아암(321~324)의 상면에 설치되어 있다. 또, 모니터부(337~340)는, 도 26에 나타낸 아암(321~324)의 진동의 위상에 대해, 동위상의 모니터 신호가 얻어지는 위치에 설치되어 있다. 또한, 모니터부(337~340)는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 아암(321~324)에서의 가로빔(320)측, 즉 연장부(321C~324C)에 각각 설치되어 있다. 이것에 의해, 모니터부(337~340)는 작은 면적으로 효율적으로 변위에 의한 아암(321~324)의 변형을 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 검출부(341~348)를 설치하는 부분의 면적을 확보하기 위해, 모니터부(337~340)의 면적은 검출부(341~348)보다도 작게 하는 것이 바람직하다.
도 24에 나타낸 바와 같이, 모니터부(337)와 모니터부(338)는, Y축과 평행한 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 모니터부(339)와 모니터부(340)는, 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 모니터부(337)와 모니터부(339)는, X축과 평행한 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 모니터부(338)와 모니터부(340)는, 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 이와 같이 모니터부(337~340)를 가지는 모니터 유닛(392)을 축 AY31 및 축 AX31에 관해서 대칭으로 설치함으로써, 가속도나 충격 등의 외란에 기인하는 불필요 신호를 상쇄할 수 있어, 각속도 센서(316)는 각속도를 고정밀도로 검출할 수 있다.
도 27은, 각속도 센서(316)에 접속된 구동 회로(350)의 회로도이다. 복수의 전극 패드(349)의 일부인 전극 패드(349A~349H)는, 구동부(329~336)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 전극 패드(349)의 일부인 전극 패드(349I~349L)는, 모니터부(337~340)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 전극 패드(349I~349L)에 접속된 신호선은 접속점(396)에서 접속되어 있다. 전극 패드(349I~349L)로부터 출력된 모니터 신호인 전류는 접속점(396)에서 합계되어 IV변환 앰프(351)에 입력되고 전압으로 변환된다. 그 전압은, 자동 이득 제어기(AGC)(352)로 일정 진폭의 전압으로 조정되어 출력된다. AGC(352)로부터 출력된 전압의 불필요 주파수 성분이 필터(353)에서 제거된다. 필터(353)로부터 출력된 전압은 드라이브 앰프(354)에서 반전 증폭되어 전극 패드(349B, 349D, 349F, 349H)에 공급되어 있다. 또, 드라이브 앰프(354)로부터 출력된 구동 신호는, 드라이브 앰프(355)에서 반전 증폭되어 전극 패드(349A, 349C, 349E, 349G)에 공급되어 있다. 이 구성에 의해, 구동 회로(350)는, 도 26에 나타낸 위상을 가지는 구동 신호를 구동부(329~336)에 부여하여, 아암(321~324)을 도 26에 나타낸 위상으로 진동시킬 수 있다.
도 28a와 도 28b는 각속도 센서(316)에 각속도가 가해진 경우의 동작을 나타낸 모식 평면도이다.
도 28a는, Z축 둘레의 각속도(357)를 검출하는 경우의 각속도 센서(316)의 평면도이다. 구동 회로(350)로부터 구동부(329~336)에 대해 구동 신호가 부여됨으로써, 추(325~328)에는 X축 방향의 고유의 구동 진동 주파수로 구동 진동(356)이 발생한다. 각속도 센서(316)에 Z축 둘레의 각속도(357)가 부여되면, 코리올리 힘이 Y축 방향으로 발생하여, 추(325~328)에 검출 진동(358)이 발생한다. 추(325~328)에 Y축 방향의 검출 진동(358)이 발생하는 결과, 아암(321~324)은 X축 방향으로 진동한다. 또한, 아암(321, 323)과 아암(322, 324)은 서로 역위상으로 구동 진동하고 있으므로, 아암(321, 323)의 검출 진동과 아암(322, 324)의 검출 진동은 서로 역위상이 된다.
검출 진동(358)에 의해 검출부(341~348)로부터 출력되는 검출 신호는, 구동 진동(356)과 동일한 주파수이며, 또한, 각속도(357)에 의존한 진폭을 가진다. 따라서, 이 검출 신호의 크기를 측정함으로써, 각속도(357)의 크기 ωz를 검출할 수 있다.
도 28b는, Y축 둘레의 각속도(359)를 검출하는 경우의 각속도 센서(316)의 평면도이다. Y축 둘레의 각속도(359)가 입력되면, 코리올리 힘에 의해 추(325~328)에는 Z축 방향으로 검출 진동(360)이 발생한다. 또한, 아암(321, 323)과 아암(322, 324)은, 역위상으로 구동 진동하고 있으므로, 아암(321, 323)의 검출 진동과 아암(322, 324)의 검출 진동은 서로 역위상이 된다.
검출 진동(360)에 의해 검출부(341~348)로부터 출력되는 검출 신호는, 구동 진동(356)과 동일한 주파수이며, 또한, 각속도(359)에 의존한 진폭을 가진다. 따라서, 이 검출 신호의 크기를 측정함으로써, 각속도(359)의 크기 ωy를 검출할 수 있다.
도 29는, 검출부(341~348)로부터 각각 출력되는 신호 S301~S308을 나타내고, 구체적으로는, 신호 S301~S308 각각의 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, X축, Y축 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 나타내고 있다.
도 29로부터, Z축 둘레의 각속도(357)의 크기 ωz는, 이하의 식 9에 의해 얻을 수 있다
ωz={(S302+S305)+(S303+S308)}-{(S301+S306)+(S304+S307)}…(식 9)
또, Y축 둘레의 각속도(359)의 크기 ωy는, 이하의 식 10에 의해 얻을 수 있다
ωy={(S302+S305)+(S301+S306)}-{(S303+S308)+(S304+S307)}…(식 10)
도 29에 있어서, 각 유닛(391~393)의 대칭성에 의해, 예를 들면 구동 신호에 기인하는 성분의 크기는 신호 S301~S308에 있어서 동일하다. 또, X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 크기는 신호 S301~S308에 있어서 동일하며, 다른 각속도에 대해서도 동일하다. 각속도(357)의 크기 ωz를 얻기 위한 식 9에 대해, 구동 신호에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 10의 값은 0이 된다. 즉, 검출부(341~348)에는 구동 신호에 기인하는 성분이 불필요 신호로서 혼입되지만, 이 신호는 식 9의 연산에 의해 서로 상쇄된다. 마찬가지로, 식 9에 X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 9의 값은 0이 된다. 마찬가지로, Y축 둘레의 각속도가 가해진 경우의 위상을 대입하면, 식 9의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 구동 신호, X축 둘레의 각속도 및 Y축 둘레의 각속도에 의한 불필요 신호가 혼입되어도, 식 9의 연산에 의해 상쇄된다.
마찬가지로, Y축 둘레의 각속도(359)의 크기 ωy를 얻기 위한 식 10에 대해, 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, X축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상 및 Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분의 위상을 대입하면, 식 10의 값은 0이 된다. 즉, 불필요 신호인 구동 신호, X축 둘레의 각속도 및 Z축 둘레의 각속도에 의한 불필요 신호가 혼입되어도, 식 10의 연산에 의해 상쇄된다.
이와 같이, 각속도 센서(316)는, 검출부(341~348)로 이루어지는 검출 유닛(393)으로 Z축 둘레의 각속도 및 Y축 둘레의 각속도를 고정밀도로 검출할 수 있다.
도 30은, 각속도 센서(316)에 접속된 검출 회로(361)의 회로도이다. 복수의 전극 패드(349)의 일부인 전극 패드(349-1~349-8)는, 검출부(341~348)와 각각 전기적으로 접속되어 있다. 식 9 및 식 10의 연산은, 도 30에 나타낸 검출 회로(361)로 행할 수 있다.
전극 패드(349-2)에 접속된 신호선과 전극 패드(349-5)에 접속된 신호선은 접속점(396A)에서 접속되어 있다. 전극 패드(349-2)로부터 출력되는 전류인 신호 S302와 전극 패드(349-5)로부터 출력되는 전류인 신호 S305는 접속점(396A)에서 합계되고 결선되어 IV변환 앰프(362A)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(349-3)에 접속된 신호선과 전극 패드(349-8)에 접속된 신호선은 접속점(396B)에서 접속된다. 전극 패드(349-3)로부터 출력되는 전류인 신호 S303과 전극 패드(349-8)로부터 출력되는 전류인 신호 S308은 접속점(396B)에서 합계되어 IV변환 앰프(362B)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(349-1)에 접속된 신호선과 전극 패드(349-6)에 접속된 신호선은 접속점(396C)에 접속되어 있다. 전극 패드(349-1)로부터 출력되는 전류인 신호 S301과 전극 패드(349-6)로부터 출력되는 전류인 신호 S306은 접속점(396C)에서 합계되어 IV변환 앰프(362C)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다. 전극 패드(349-4)에 접속된 신호선과 전극 패드(349-7)에 접속된 신호선은 접속점(396D)에서 접속되어 있다. 전극 패드(349-4)로부터 출력되는 전류인 신호 S304와 전극 패드(349-7)로부터 출력되는 전류인 신호 S307은 접속점(396D)에서 합계되어 IV변환 앰프(362D)에 입력되고, 전압으로 변환되어 출력된다.
Z축 둘레의 각속도(357)의 크기 ωz는 이하의 구성으로 산출된다. IV변환 앰프(362A)로부터의 출력과 IV변환 앰프(362B)로부터의 출력이 각각 저항(RA31)과 저항(RB31)을 개재하여 결선되고, IV변환 앰프(362C)로부터의 출력과 IV변환 앰프(362D)로부터의 출력이 각각 저항(RC31)과 저항(RD31)을 개재하여 결선되어, 이들이 차동 앰프(363Z)에 입력된다. 실시의 형태 6에서는, 저항(RA31, RB31)은 동일한 저항값을 가지며, 저항(RC31, RD31)은 동일한 저항값을 가진다. 또한 차동 앰프(363Z)로부터 출력된 신호를 구동 회로(350)로부터 출력된 신호를 이용하여 검파 회로(364Z)로 검파한다. 검파된 신호로부터 로우패스 필터(365Z)에서 추출한 신호를 Z축 둘레의 각속도(357)의 크기 ωz로서 출력 단자(366Z)로부터 출력하고 있다.
Y축 둘레의 각속도(359)의 산출은 이하의 구성으로 산출된다. IV변환 앰프(362A)로부터의 출력과 IV변환 앰프(362C)로부터의 출력이 각각 저항(RA32)과 저항(RC32)을 개재하여 결선되고, IV변환 앰프(362B)로부터의 출력과 IV변환 앰프(362D)로부터의 출력이 각각 저항(RB32)과 저항(RD32)을 개재하여 결선되어, 이들이 차동 앰프(363Y)에 입력된다. 실시의 형태 6에서는, 저항(RA32, RC32)은 동일한 저항값을 가지며, 저항(RB32, RD32)은 동일한 저항값을 가진다. 또한 차동 앰프(363Y)로부터 출력된 신호를 구동 회로(350)로부터 출력된 신호를 이용하여 검파 회로(364Y)로 검파한다. 검파된 신호로부터 로우패스 필터(365Y)에서 추출한 신호를 Y축 둘레의 각속도(359)의 크기 ωy로서 출력 단자(366Y)로부터 출력하고 있다.
도 29 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 구동 신호에 기인하는 성분은, IV변환 앰프(362A~362D)로 입력되기 전에, 전극 패드(349-1~349-8)의 결선에 의해, 상쇄되어 있다. 따라서, IV변환 앰프(362A~362D)에서 증폭되기 전에, 구동 신호에 기인하는 성분을 상쇄할 수 있다.
또, Y축 둘레의 각속도(359)에 기인하는 성분은, Z축 둘레의 각속도(357)의 크기 ωz를 검출하기 위한 차동 앰프(363Z)로 입력되기 전에, IV변환 앰프(362A~362D)의 결선에 의해 상쇄되어 있다. 따라서, 차동 앰프(363Z)에서 증폭되기 전에, Y축 둘레의 각속도(359)에 기인하는 성분을 상쇄할 수 있다.
또, Z축 둘레의 각속도에 기인하는 성분은, Y축 둘레의 각속도(359)의 크기 ωy를 검출하기 위한 차동 앰프(363Y)로 입력되기 전에, IV변환 앰프(362A~362D)의 결선에 의해 상쇄되어 있다.
도 31은 각속도 센서(316)의 신호의 위상을 나타내고, 특히, 모니터부(337~340)로부터 각각 출력되는 신호 M301~M304의 구동 회로(350)로부터 부여되는 구동 신호에 기인하는 성분의 위상과, 모니터 신호 M301~M304의 위상, X축, Y축 방향의 가속도에 기인하는 성분의 위상을 나타낸다.
도 31에 있어서, 예를 들면 모니터하는 진동에 기인하는 성분의 크기는 신호 M301~M304에 있어서 동일하며, 다른 가속도에 대해서도 동일하다. 도 27에 나타낸 전극 패드(349I~349L) 즉 모니터부(337~340)로부터 출력되는 전류인 신호 M301~304는 접속점(396)에서 합계되어, 도 31에 나타낸 바와 같이, 모니터 신호 M301~304의 합계치는 4+가 된다. 한편, X축 방향의 가속도 즉 X축의 양의 방향으로부터 음의 방향으로 가속도가 가해진 경우에는, 아암(321~324) 모두가 X축의 음의 방향으로 휘므로, 신호 M301~M304의 위상은 도 31에 나타낸 바와 같이 각각 -, +, -, +가 된다. 따라서, X축 방향의 가속도에 기인하는 성분인 이 불필요 신호는, 모니터부(337~340)로부터 출력되는 신호선을 결선함으로써 상쇄된다.
마찬가지로, Y축 방향으로 가속도 즉, Y축의 양의 방향으로부터 음의 방향으로 가속도가 가해진 경우에 생기는 불필요 신호도, 모니터부(337~340)로부터 출력되는 신호선을 결선함으로써 상쇄된다.
이상과 같이, 모니터부(337~340)로 이루어지는 모니터 유닛(392)을 Y축에 평행한 축 AY31 및 X축에 평행한 축 AX31에 관해서 대칭으로 설치한 것에 의해, 불필요 신호인 가속도의 성분을 서로 상쇄시킬 수 있어, 각속도의 검출 정밀도를 높게 하는 것이 가능해진다.
도 32는 실시의 형태 6에 의한 다른 각속도 센서(316A)의 평면도이다. 도 32에 있어서, 도 24에 나타낸 각속도 센서(316)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙인다. 도 32에 나타낸 각속도 센서(316A)의 구동 유닛(391)은, 아암(321)의 연장부(321D)에 설치된 구동부(367, 368)와, 아암(322)의 연장부(322D)에 설치된 구동부(369, 370)와, 아암(323)의 연장부(323D)에 설치된 구동부(371, 372)와, 아암(324)의 연장부(324D)에 설치된 구동부(373, 374)를 더 가진다. 이것에 의해, 아암(321~324)을 Y축 방향으로도 진동시킬 수 있어, X축 둘레의 각속도도 검출하는 것이 가능해진다. 이 경우, X축 둘레의 각속도의 크기 ωx는, 이하의 식 11에 의해 얻을 수 있다
ωx=(S301+S302+S303+S304)-(S305+S306+S307+S308)…(식 11)
구동부(367, 368)는 축 AX31에 평행한 축 AX32에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(369, 370)는 축 AX32에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(371, 372)는, 축 AX31과 평행한 축 AX33에 관해서 대칭으로 설치되어 있다. 축 AX33은 축 AX31에 관해서 축 AX32에 대칭이다. 구동부(373, 374)는, 축 AX33에 관해서 대칭으로 설치되어 있다.
또, 구동부(367, 371)는 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(368, 372)는 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(369, 373)는 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(370, 374)는 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
또, 구동부(367, 369)는 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(368, 370)는 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(371, 373)는 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다. 구동부(372, 374)는 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 설치되어 있다.
구동부(367~374)에 의해, 3축의 각속도를 동시에 검출할 수 있음과 함께, 불필요 신호인 가속도에 기인하는 성분을 상쇄함으로써, 각속도의 검출 정밀도를 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 실시의 형태 6에서의 각속도 센서(316A)에서는, 모니터부(337~340)는 아암(321~324)의 J자 형상의 내주측에 설치되어 있지만, J자 형상의 외주측에 설치되어 있어도 된다.
도 33은 실시의 형태 6에 의한 또 다른 각속도 센서(316B)의 평면도이다. 도 33에 있어서, 도 31에 나타낸 각속도 센서(316A)와 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙인다. 도 33에 나타낸 각속도 센서(316B)의 모니터 유닛(392)은, 아암(321~324)의 연장부(321C~324C)에 각각 설치된 모니터부(375~378)를 더 가진다. 모니터부(337)와 모니터부(338)가, 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다. 모니터부(375)와 모니터부(376)가, 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다. 모니터부(339)와 모니터부(340)가, 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다. 모니터부(377)와 모니터부(378)가, 축 AY31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다. 모니터부(337)와 모니터부(339)가, 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다. 모니터부(375)와 모니터부(377)가, 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다. 모니터부(338)와 모니터부(340)가, 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다. 모니터부(376)와 모니터부(378)가, 축 AX31에 관해서 서로 대칭으로 되어 있다.
또, 모니터부(337)와 모니터부(375)는, 아암(321)의 Y축 방향의 중심선인 축 AY32에 관해서 대칭으로 되어 있다. 모니터부(338)와 모니터부(376)는, 아암(322)의 Y축 방향의 중심선인 축 AY33에 관해서 대칭으로 되어 있다. 모니터부(339)와 모니터부(377)는, 아암(323)의 Y축 방향의 중심선인 축 AY32에 관해서 대칭으로 되어 있다. 모니터부(340)와 모니터부(378)는, 아암(324)의 Y축 방향의 중심선인 축 AY33에 관해서 대칭으로 되어 있다.
이 경우, 구동 회로(350)에 있어서, 모니터부(337~340)의 가산 신호로부터 모니터부(375~378)의 가산 신호를 감산한 값을 이용함으로써, 구동 진동 상태를 얻을 수 있음과 함께, 가속도에 의한 불필요 신호를 상쇄할 수 있다.
또한, 실시의 형태 6에서의 각속도 센서(316, 316A, 316B)에서는, 추(325~328)가 접속된 아암(321~324)이 가로빔(320)으로 지지되고, 가로빔(320)이 세로빔(318, 319)으로 지지되며, 또한 세로빔(318, 319)이 지지체(317)로 지지되어 있다. 이 구조에 의해, 각속도 센서(316, 316A, 316B)는 3축의 각속도를 동시에 검출할 수 있지만, 가속도나 충격 등의 영향을 받기 쉬워진다. 따라서, 이 구조에 있어서 특히, 각속도 센서(316, 316A, 316B)의 타축 둘레의 각속도 및 가속도를 서로 상쇄시키는 효과가 현저해진다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명의 각속도 센서는 고정밀도로 각속도를 검출할 수 있으므로, 휴대단말이나 차량 등의 가동인 장치에 있어서 유용하다.
116: 각속도 센서 117: 지지체
118, 119: 세로빔 120: 가로빔
121~124: 아암 121F: 내주연(제1 내주연)
121G: 외주연(제1 외주연) 121H: 중심선(제1 중심선)
125~128: 추 129~136: 구동부
137~140: 모니터부 141~148: 검출부
167~174: 구동부 175: 각속도 센서
176~179: 검출부 180: 각속도 센서
181~184: 검출부 191: 구동 유닛
192: 모니터 유닛 193: 검출 유닛
216: 각속도 센서 217: 지지체
218, 219: 세로빔 220: 가로빔
221~224: 아암 225~228: 추
229~236: 구동부 237~240: 모니터부
241~248: 검출부 267~274: 구동부
291: 구동 유닛 292: 모니터 유닛
293: 검출 유닛 316: 각속도 센서
317: 지지체 318, 319: 세로빔
320: 가로빔 321~324: 아암
325~328: 추 329~336: 구동부
337~340: 모니터부 341~348: 검출부
367~374: 구동부 375~378: 모니터부
391: 구동 유닛 392: 모니터 유닛
393: 검출 유닛 429~436: 검출부
441~448: 구동부 AX11: 축(제1 축)
AX21: 축(제1 축) AX22: 축(제3 축)
AX23: 축(제4 축) AX31: 축(제1 축)
AY11: 축(제2 축) AY12: 축(제3 축)
AY13: 축(제4 축) AY21: 축(제2 축)
AY24: 축(제3 축) AY25: 축(제4 축)
AY31: 축(제2 축) AY32: 축(제3 축)
AY33: 축(제4 축) B101: 중간선

Claims (19)

  1. 서로 직교하는 X축, Y축, Z축에 있어서,
    지지체와,
    상기 지지체에 결합하는 유지부와,
    제1 내지 제4 추와,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제1 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 양의 방향으로 연장되는 제1 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제2 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 양의 방향으로 연장되는 제2 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제3 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 음의 방향으로 연장되는 제3 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제4 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 음의 방향으로 연장되는 제4 아암과,
    상기 제1 내지 제4 아암을, 상기 X축과 상기 Y축을 포함하는 XY평면과 평행하게 구동시키는 구동 유닛과,
    상기 제1 내지 제4 아암의 상기 XY평면과 평행한 방향의 변위를 검출하는 모니터 유닛과,
    상기 제1 내지 제4 아암의 변위를 검출하는 검출 유닛을 구비하고,
    상기 검출 유닛은 상기 X축과 평행한 제1 축에 관해 대칭으로 설치되어 있으며 또한 상기 Y축에 평행한 제2 축에 관해 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출 유닛은,
    상기 제1 아암 상에 설치된 제1, 제2 검출부와,
    상기 제2 아암 상에 설치된 제3, 제4 검출부와,
    상기 제3 아암 상에 설치된 제5, 제6 검출부와,
    상기 제4 아암 상에 설치된 제7, 제8 검출부를 가지며,
    상기 제1 검출부와 상기 제3 검출부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 검출부와 상기 제4 검출부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제5 검출부와 상기 제7 검출부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제6 검출부와 상기 제8 검출부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 검출부와 상기 제5 검출부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 검출부와 상기 제6 검출부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제3 검출부와 상기 제7 검출부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제4 검출부와 상기 제8 검출부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 검출부와 상기 제2 검출부는, 상기 Y축과 평행한 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제3 검출부와 상기 제4 검출부는, 상기 제2 축에 관해 상기 제3 축과 대칭인 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제5 검출부와 상기 제6 검출부는, 상기 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제7 검출부와 상기 제8 검출부는, 상기 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 아암은, 내주측에 위치하는 제1 내주연과, 외주측에 위치하는 제1 외주연을 가지도록 구부러져 있고,
    상기 제1 검출부와 상기 제2 검출부는 상기 제1 아암을 따라 연장되어 있으며,
    상기 제1 검출부와 상기 제2 검출부 사이의 정중앙의 중간선은, 상기 제1 내주연과 상기 제1 외주연 사이의 정중앙으로 연장되는 제1 중심선과, 상기 제1 내주연 사이에 위치하는, 각속도 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 아암은 구부러져 있고,
    상기 제1 검출부와 상기 제2 검출부는 상기 제1 아암을 따라 구부러져 연장되어 있는, 각속도 센서.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 아암은, 내주측에 위치하는 제2 내주연과, 외주측에 위치하는 제2 외주연을 가지도록 구부러져 있고,
    상기 제3 검출부와 상기 제4 검출부는 상기 제2 아암을 따라 연장되어 있으며,
    상기 제3 검출부와 상기 제4 검출부 사이의 정중앙의 중간선은, 상기 제2 내주연과 상기 제2 외주연의 정중앙으로 연장되는 제2 중심선과 상기 제2 내주연 사이에 위치하며,
    상기 제3 아암은, 내주측에 위치하는 제3 내주연과, 외주측에 위치하는 제3 외주연을 가지도록 구부러져 있고,
    상기 제5 검출부와 상기 제6 검출부는 상기 제3 아암을 따라 연장되어 있으며,
    상기 제5 검출부와 상기 제6 검출부 사이의 정중앙의 중간선은, 상기 제3 내주연과 상기 제3 외주연의 정중앙으로 연장되는 제3 중심선과 상기 제3 내주연 사이에 위치하며,
    상기 제4 아암은, 내주측에 위치하는 제4 내주연과, 외주측에 위치하는 제4 외주연을 가지도록 구부러져 있고,
    상기 제7 검출부와 상기 제8 검출부는 상기 제4 아암을 따라 연장되어 있으며,
    상기 제7 검출부와 상기 제8 검출부 사이의 정중앙의 중간선은, 상기 제4 내주연과 상기 제4 외주연의 정중앙으로 연장되는 제4 중심선과 상기 제4 내주연 사이에 위치하는, 각속도 센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제1 세로빔과,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제2 세로빔과,
    상기 제1 세로빔과 상기 제2 세로빔 사이에 현가된 가로빔을 더 구비하고,
    상기 가로빔은 상기 유지부를 가지며,
    상기 검출 유닛은,
    상기 제1 세로빔 상에 설치된 제1, 제2 검출부와,
    상기 제2 세로빔 상에 설치된 제3, 제4 검출부를 가지며,
    상기 제1 검출부와 상기 제3 검출부는, 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 검출부와 상기 제4 검출부는, 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 검출부와 상기 제2 검출부는, 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제3 검출부와 상기 제4 검출부는, 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 내지 제4 검출부로부터 출력된 신호에 기초하여 상기 X축 둘레의 각속도를 검출하는, 각속도 센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제1 세로빔과,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제2 세로빔과,
    상기 제1 세로빔과 상기 제2 세로빔 사이에 현가된 가로빔을 더 구비하고,
    상기 가로빔은 상기 유지부를 가지며,
    상기 검출 유닛은, 상기 가로빔 상에 설치된 제1 내지 제4 검출부를 더 가지며,
    상기 제1 검출부와 상기 제2 검출부는, 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제3 검출부와 상기 제4 검출부는, 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 검출부와 상기 제3 검출부는, 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 검출부와 상기 제4 검출부는, 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 내지 제4 검출부로부터 출력된 신호에 기초하여 상기 Y축 둘레의 각속도를 검출하는, 각속도 센서.
  9. 서로 직교하는 X축, Y축, Z축에 있어서,
    지지체와,
    상기 지지체에 결합하는 유지부와,
    제1 내지 제4 추와,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제1 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 양의 방향으로 연장되는 제1 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제2 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 양의 방향으로 연장되는 제2 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제3 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 음의 방향으로 연장되는 제3 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제4 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 음의 방향으로 연장되는 제4 아암과,
    상기 제1 내지 제4 아암을, 상기 X축과 상기 Y축을 포함하는 XY평면과 평행하게 구동시키는 구동 유닛과,
    상기 제1 내지 제4 아암의 상기 XY평면과 평행한 방향의 변위를 검출하는 모니터 유닛과,
    상기 제1 내지 제4 아암의 변위를 검출하는 검출 유닛을 구비하고,
    상기 구동 유닛은, 상기 X축에 평행한 제1 축에 관해 대칭이며 또한 상기 Y축에 평행한 제2 축에 관해 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 제1 아암 상에 설치된 제1, 제2 구동부와,
    상기 제2 아암 상에 설치된 제3, 제4 구동부와,
    상기 제3 아암 상에 설치된 제5, 제6 구동부와,
    상기 제4 아암 상에 설치된 제7, 제8 구동부를 가지며,
    상기 제1 구동부와 상기 제3 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 구동부와 상기 제4 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제5 구동부와 상기 제7 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제6 구동부와 상기 제8 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 구동부와 상기 제5 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 구동부와 상기 제6 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제3 구동부와 상기 제7 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제4 구동부와 상기 제8 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부는, 상기 Y축과 평행한 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제3 구동부와 상기 제4 구동부는, 상기 제2 축에 관해 상기 제3 축에 대칭인 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제5 구동부와 상기 제6 구동부는, 상기 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제7 구동부와 상기 제8 구동부는, 상기 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 제1 아암 상에 설치된 제9, 제10 구동부와,
    상기 제2 아암 상에 설치된 제11, 제12 구동부와,
    상기 제3 아암 상에 설치된 제13, 제14 구동부와,
    상기 제4 아암 상에 설치된 제15, 제16 구동부를 더 가지며,
    상기 제9 구동부와 상기 제11 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제10 구동부와 상기 제12 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제13 구동부와 상기 제15 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제14 구동부와 상기 제16 구동부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제9 구동부와 상기 제13 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제10 구동부와 상기 제14 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제11 구동부와 상기 제15 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제12 구동부와 상기 제16 구동부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제9 구동부와 상기 제10 구동부는, 상기 X축과 평행한 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제11 구동부와 상기 제12 구동부는, 상기 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제13 구동부와 상기 제14 구동부는, 상기 제1 축에 관해 상기 제3 축에 대칭인 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제15 구동부와 상기 제16 구동부는, 상기 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제1 세로빔과,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제2 세로빔과,
    상기 유지부가 설치되며, 상기 제1 세로빔과 상기 제2 세로빔 사이에 현가된 가로빔을 더 구비하고,
    상기 가로빔은 상기 유지부를 가지는, 각속도 센서.
  15. 서로 직교하는 X축, Y축, Z축에 있어서,
    지지체와,
    상기 지지체에 결합하는 유지부와,
    제1 내지 제4 추와,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제1 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 양의 방향으로 연장되는 제1 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제2 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 양의 방향으로 연장되는 제2 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제3 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 음의 방향으로 연장되는 제3 아암과,
    상기 유지부에 지지된 일단과, 상기 제4 추에 접속된 타단을 가지며, 상기 일단으로부터 상기 Y축의 음의 방향으로 연장되는 제4 아암과,
    상기 제1 내지 제4 아암을, 상기 X축과 상기 Y축을 포함하는 XY평면과 평행하게 구동시키는 구동 유닛과,
    상기 제1 내지 제4 아암의 상기 XY평면과 평행한 방향의 변위를 검출하는 모니터 유닛과,
    상기 제1 내지 제4 아암의 변위를 검출하는 검출 유닛을 구비하고,
    상기 모니터 유닛은, 상기 X축에 관해 대칭으로 설치되어 있으며 또한 상기 Y축에 관해 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 모니터 유닛은,
    상기 제1 아암 상에 설치된 제1 모니터부와,
    상기 제2 아암 상에 설치된 제2 모니터부와,
    상기 제3 아암 상에 설치된 제3 모니터부와,
    상기 제4 아암 상에 설치된 제4 모니터부를 가지며,
    상기 제1 모니터부와 상기 제3 모니터부는, 상기 X축과 평행한 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 모니터부와 상기 제4 모니터부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 모니터부와 상기 제2 모니터부는, 상기 Y축에 평행한 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제3 모니터부와 상기 제4 모니터부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 모니터 유닛은,
    상기 제1 아암 상에 설치된 제1, 제2 모니터부와,
    상기 제2 아암 상에 설치된 제3, 제4 모니터부와,
    상기 제3 아암 상에 설치된 제5, 제6 모니터부와,
    상기 제4 아암 상에 설치된 제7, 제8 모니터부를 가지며,
    상기 제1 모니터부와 상기 제5 모니터부는, 상기 X축과 평행한 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 모니터부와 상기 제6 모니터부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제3 모니터부와 상기 제7 모니터부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제4 모니터부와 상기 제8 모니터부는 상기 제1 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제1 모니터부와 상기 제3 모니터부는, 상기 Y축에 평행한 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제2 모니터부와 상기 제4 모니터부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제5 모니터부와 상기 제7 모니터부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제6 모니터부와 상기 제8 모니터부는 상기 제2 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 모니터부와 제2 모니터부는, 상기 Y축과 평행한 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제3 모니터부와 제4 모니터부는, 상기 제2 축에 관해 상기 제3 축에 대칭인 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치되며,
    상기 제5 모니터부와 제6 모니터부는, 상기 제3 축에 관해 서로 대칭으로 설치되고,
    상기 제7 모니터부와 제8 모니터부는, 상기 제4 축에 관해 서로 대칭으로 설치된, 각속도 센서.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제1 세로빔과,
    상기 지지체에 상기 Y축과 평행하게 현가된 제2 세로빔과,
    상기 유지부가 설치되며, 상기 제1 세로빔과 상기 제2 세로빔 사이에 현가된 가로빔을 더 구비하고,
    상기 가로빔은 상기 유지부를 가지는, 각속도 센서.
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