CN1811338B - 振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构以及陀螺传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了抑制泄漏到基部上的驱动振动、并且防止角速度的误检测的振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构以及陀螺传感器。在同一平面上具有：基部(10)；从基部(10)开始以直线状向两侧延伸的1对检测用振动臂(11a、11b)；从基部(10)开始沿着与检测用振动臂(11a、11b)垂直的方向向两侧延伸的1对连接臂(13a、13b)；从各连接臂(13a、13b)的末端部开始与其垂直地向两侧延伸的各1对驱动用振动臂(14a、14b、15a、15b)；从基部(10)开始延伸的4根梁(20a、20b、21a、21b)；以及与各梁(20a、20b、21a、21b)的末端连接的支撑部(22a、22b、23a、23b)，各梁(20a、20b、21a、21b)从基部(10)先向与所述驱动用振动臂(14a、14b、15a、15b)的延伸方向大致正交的方向延伸。

Description

振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构以及陀螺传感器

技术领域

本发明涉及用于检测角速度的振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构以及陀螺传感器。

背景技术

近年来，在摄像装置的手抖动校正、和使用GPS卫星信号的车辆等的移动体导航***的姿势控制中，多使用将振动陀螺元件收纳在容器中的陀螺传感器。

作为振动陀螺元件，例如公知有：将从中央基部延伸出来的检测振动***和大致T字型的驱动振动***配置为相对于中央基部左右对称的所谓的双T型振动陀螺元件(专利文献1，参照图1)。

[专利文献1]日本特开2001-12955号公报(图1)

在这种双T型振动陀螺元件中，存在如下的问题，即：因驱动振动泄漏到基部而给从基部延伸的检测振动***带来微小的振动，即使在不施加角速度的状态下，也会将由该振动引起的变形作为角速度而检测出来。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种在振动陀螺元件中抑制泄漏到基部的驱动振动而防止角速度的误检测的振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构以及陀螺传感器。

为了解决上述课题，本发明的振动陀螺元件的特征在于，在同一平面上具有：基部；从所述基部以直线状向两侧延伸的1对检测用振动臂；从所述基部沿着与所述检测用振动臂正交的方向向两侧延伸的1对连接臂；从所述各连接臂的前端部(tip portion)与各连接臂正交地向两侧延伸的各1对驱动用振动臂；从所述基部延伸的4根梁；以及在所述同一平面上与各个所述梁的前端连接的支撑部，各个所述梁具有从所述基部向与所述驱动用振动臂的延伸方向正交的方向延伸的呈S字状的部分。

根据该结构，通过从基部向与驱动用振动臂所延伸的方向大致正交的方向延伸的梁，可以抑制泄漏的驱动振动，并且可以防止角速度的误检测。

本发明的振动陀螺元件优选的是，所述梁和所述支撑部设置在相对于振动陀螺元件的重心旋转对称的位置上。

根据该结构，可以确保振动陀螺元件的平衡，并且可以保持稳定的姿势。

本发明的振动陀螺元件的支撑结构的特征在于，具有：所述的振动陀螺元件；载置所述振动陀螺元件的支撑台；以及用于固定所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台的固定部件。

根据该支撑结构，可以抑制泄漏的驱动振动，并且可以防止角速度的误检测。

在本发明的振动陀螺元件的支撑结构中，优选的是，所述固定部件是具有弹性的材料。

根据该结构，由于固定部件具有弹性，所以能够缓和来自外部的振动或冲击，并且可以稳定地保持振动陀螺元件的驱动振动和检测振动。并且，对于泄露到支撑部上的微小振动，固定部件作为缓冲材料来发挥作用，从而可以降低对驱动振动和检测振动的影响。

另外，本发明的陀螺传感器的特征在于，具有：所述的振动陀螺元件；载置所述振动陀螺元件的支撑台；用于固定所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台的固定部件；用于使所述振动陀螺元件驱动振动的驱动电路；以及检测当所述振动陀螺元件具有角速度时所述振动陀螺元件中产生的检测振动的检测电路。

根据该结构，可以通过搭载有抑制泄露到基部上的驱动振动并防止角速度的误检测的振动陀螺元件的陀螺传感器，其特性优良。

附图说明

图1是表示本实施方式的振动陀螺元件的概略平面图。

图2是说明振动陀螺元件的驱动振动状态的示意平面图。

图3是说明振动陀螺元件的检测振动状态的示意平面图。

图4是表示陀螺传感器的概略截面图。

图5是表示振动陀螺元件的变型例的概略平面图。

图6是表示振动陀螺元件的变型例的概略平面图。

图7是表示振动陀螺元件的变型例的概略平面图。

图8是表示振动陀螺元件的变型例的概略平面图。

图9是表示振动陀螺元件的变型例的概略平面图。

符号说明

1、2、3、4、5、6：振动陀螺元件；10：基部；11a、11b：检测用振动臂；13a、13b：连接臂；14a、14b：驱动用振动臂；15a、15b：驱动用振动臂；20a、20b、21a、21b：梁；22a、22b、23a、23b：支撑部；80：陀螺传感器；82：支撑台；83：固定部件；84：包含驱动电路和检测电路的IC；G：重心

具体实施方式

以下，参照附图对将本发明具体化的实施方式进行说明。

(实施方式)

图1是表示本实施方式的振动陀螺元件的概略平面图。

振动陀螺元件1由作为压电材料的水晶(crystal)构成。水晶具有被称为电轴的X轴、被称为机械轴的Y轴以及被称为光学轴的Z轴。并且，振动陀螺元件1在XY平面内形成，且在Z轴方向上具有预定的厚度。

振动陀螺元件1具有：从基部10向图中上下两侧呈直线状延伸的1对检测用振动臂11a、11b；从基部10沿着与该检测用振动臂11a、11b正交的方向向图中左右两侧延伸的1对连接臂13a、13b；以及从各连接臂13a、13b的前端部与检测用振动臂11a、11b平行地向图中上下两侧延伸的左右各1对驱动用振动臂14a、14b、15a、15b。

另外，检测用振动臂11a、11b表面形成有检测电极(未图示)，驱动用振动臂14a、14b、15a、15b表面形成有驱动电极(未图示)。这样，由检测用振动臂11a、11b构成检测角速度的检测振动***，由连接臂13a、13b和驱动用振动臂14a、14b、15a、15b构成驱动振动陀螺元件的驱动振动***。

另外，在检测用振动臂11a、11b的各个前端部形成有附重部(weightportion)12a、12b，驱动用振动臂14a、14b、15a、15b的各个前端部形成有附重部16a、16b、17a、17b。由此，可以实现振动陀螺元件的小型化并可提高角速度的检测灵敏度。另外，此处，检测用振动臂11a、11b是分别包含附重部12a、12b在内的名称，驱动用振动臂14a、14b、15a、15b是分别包含附重部16a、16b、17a、17b在内的名称。

另外，形成有从基部10先沿着与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向图中左右两侧延伸、在中途与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b平行地延伸的L字状的梁20a、20b、21a、21b，梁20a、20b、21a、21b的前端分别与支撑部22a、22b、23a、23b连接。

并且，通过支撑粘接该支撑部22a、22b、23a、23b，实现了振动陀螺元件1的支撑。

另外，该梁20a、20b、21a、21b和支撑部22a、22b、23a、23b配置在相对于振动陀螺元件1的重心G旋转对称的位置上。

接着，对振动陀螺元件1的动作进行说明。

图2和图3是说明振动陀螺元件1的动作的示意平面图。图2示出了驱动振动状态，图3示出了施加角速度的状态下的检测振动状态。另外，在图2和图3中，为了简单表现振动形式，用线表示各振动臂和各梁。

在图2中，说明振动陀螺元件1的驱动振动状态。振动陀螺元件1在不施加角速度的状态下，驱动用振动臂14a、14b、15a、15b在箭头E所示的方向上进行弯曲振动。该弯曲振动以预定的频率反复进行实线所示的振动状态和双点划线所示的振动状态。此时，如箭头F所示的力作用于基部10。即，随着驱动用振动臂14a、14b、15a、15b的弯曲振动，向基部10施加了用于交替地施加拉伸力和压缩力的振动。该振动与驱动用振动臂14a、14b、15a、15b的弯曲振动相比是微小的振动。

该微小的振动在左右驱动振动平衡被破坏的情况下，用于使基部10旋转，并使检测振动臂11a、11b微小地振动。但是通过从基部10先沿着与驱动用振动臂14a、14b、15a、15b正交的方向延伸的梁20a、20b、21a、21b抑制了基部10的振动。因此，检测用振动臂11a、11b不会振动。

接着，在进行该驱动振动的状态下，当向振动陀螺元件1施加绕Z轴方向的角速度ω时，进行图3所示的振动。首先，如图3(a)所示，箭头B方向的科里奥利力(Coriolis Force)作用于构成驱动振动***的驱动用振动臂14a、14b、15a、15b和连接臂13a、13b上。另外，同时，检测用振动臂11a、11b响应箭头B的科里奥利力而在箭头C方向上产生变形。然后，如图3(b)所示，返回到箭头B′方向的力作用于驱动用振动臂14a、14b、15a、15b和连接臂13a、13b上。同时，检测用振动臂11a、11b响应箭头B′方向的力而在箭头C′方向上产生变形。通过反复交替进行该动作，激发了新的振动。

另外，箭头B、B′方向的振动是相对于重心G的圆周方向上的振动。并且，通过由在检测用振动臂11a、11b上形成的检测电极检测由振动而产生的压电材料的变形来求出角速度。

另外，在该检测振动状态下，在基部10的周缘部弯有梁20a、20b、21a、21b而沿着箭头D、D′的方向，在相对于重心G的圆周方向上振动。这是因为：检测振动不仅是驱动振动***和检测用振动臂11a、11b之间的平衡振动，而且还是包含基部10在内的平衡振动。

该箭头D、D′所示的基部10的周缘部的振动振幅与箭头B、B′所示的驱动振动***的振动振幅、或者箭头C、C′所示的检测用振动臂11a、11b的振动振幅相比是微小的，但是例如在固定了基部10的情况下，由于该固定而抑制了基部10的周缘部的振动，也抑制了检测振动。由此，固定基部10可以降低角速度的检测灵敏度。

然后，使用图4，对振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器进行说明。图4是表示陀螺传感器的概略剖面图，将振动陀螺元件1作为沿着图1的A-A截线的截面来表示。

陀螺传感器80具有振动陀螺元件1、IC 84、收容器81、以及盖体86。在由陶瓷等形成的收容器81的底面配置有IC 84，其通过Au等的线85与在收容器81上形成的布线(未图示)电连接。在IC 84中包含了用于使振动陀螺元件1驱动振动的驱动电路、以及检测施加角速度时在振动陀螺元件1中产生的检测振动的检测电路。振动陀螺元件1通过导电性粘合剂等的固定部件83，粘接支撑在收容器81中形成的支撑台82和振动陀螺元件1的支撑部22a、22b、23a、23b。另外，在支撑台82表面形成有布线(未图示)，通过固定部件83实现了振动陀螺元件1的电极和布线之间的导通。该固定部件83最好是具有弹性的材料。作为具有弹性的固定部件83，已知有以硅为基材的导电性粘合剂等。并且，在收容器81的上部将收容器81内保持为真空氛围、并利用盖体86进行密封。

如上所述，本实施方式的振动陀螺元件1和振动陀螺元件1的支撑结构通过从基部10先向与驱动用振动臂14a、14b、15a、15b的延伸方向大致正交的方向延伸的梁20a、20b、21a、21b，可以抑制所泄漏的驱动振动，并且可以防止角速度的误检测。

另外，在检测振动中，从基部10延伸的梁20a、20b、21a、21b由于由水晶形成，因此具有弹性，不会抑制基部10的周缘部的振动，也不会降低角速度的检测灵敏度。

另外，由于梁20a、20b、21a、21b和支撑部22a、22b、23a、23b相对于振动陀螺元件1的重心G设置在旋转对称的位置上，因此，可以确保振动陀螺元件1的平衡，可以保持稳定的姿势，并可获得良好的特性。

另外，在振动陀螺元件1的支撑结构中，由于固定部件83由具有弹性的材料构成，因此，能够缓和来自外部的振动和冲击，可以稳定地保持驱动振动和检测振动。并且，对于泄漏到支撑部22a、22b、23a、23b上的微小振动，固定部件83作为缓冲材料而发挥作用，从而可以降低对驱动振动和检测振动的影响。

另外，搭载了由上述支撑结构支撑的振动陀螺元件1的陀螺传感器80可通过搭载防止角速度误检测的振动陀螺元件1而提供特性优良的陀螺传感器80。

(振动陀螺元件的变型例)

图5至图9是表示振动陀螺元件的变型例的概略平面图。在这些变型例中，特征在于图1所示的梁和支撑部的形状上，对于与图1相同的结构部件，标以相同的标号，并省略说明。

在图5中，在振动陀螺元件2上设置有从基部10的4个角部先向大致与各驱动用振动臂14a、14b、15a、15b正交的方向延伸的、大致呈S字状的梁30a、30b、31a、31b。梁30a、30b、31a、31b的前端分别与支撑部32a、32b、33a、33b连接。

并且，振动陀螺元件2使用与上述实施方式相同的支撑结构，通过导电性粘合剂等固定部件将支撑部32a、32b、33a、33b粘接支撑在支撑台上。

接着，在图6中，在振动陀螺元件3上设置有从基部10的4个角部沿着与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向图中左右两侧延伸、在中途与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b大致平行地延伸的L字状的梁40a、40b、41a、41b。梁40a、40b的前端均与支撑部42连接，梁41a、41b均与支撑部43连接。

并且，振动陀螺元件3使用与上述实施方式相同的支撑结构，通过导电性粘合剂等的固定部件将支撑部42、43粘接支撑在支撑台上。

图7是更短地形成图6中的检测用振动臂11a、11b时的变型例。在图7中，在振动陀螺元件4上设置有从基部10的4个角部沿着与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向图中左右两侧延伸、并且在中途与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b大致平行地延伸的L字状的梁50a、50b、51a、51b。梁50a、50b的前端与支撑部52连接，梁51a、51b与支撑部53连接。

该1对支撑部52、53在各检测用振动臂11a、11b的延伸方向上配置在检测用振动臂11a、11b的外侧、并且在驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间。

并且，振动陀螺元件4使用与上述实施方式相同的支撑结构，通过导电性粘合剂等的固定部件将支撑部52、53粘接支撑在支撑台上。

在图8中，在振动陀螺元件5上设置有从基部10的4个角部沿着与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向图中左右两侧延伸、并且在中途与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b平行地延伸的L字状的梁60a、60b、61a、61b。梁60a、60b、61a、61b分别与支撑部62a、62b、62c、62d连接。另外，支撑部62a、62b、62c、62d与框部62连接，该框部62形成为包围基部10、检测用振动臂11a、11b、以及驱动用振动部14a、14b、15a、15b。

并且，振动陀螺元件5使用与上述实施方式相同的支撑结构，通过导电性粘合剂等的固定部件来至少将支撑部62a、62b、62c、62d或框部62粘接支撑在支撑台上。

图9是未在图1所说明的振动陀螺元件1中设置附重部12a、12b、16a、16b、17a、17b的形式。

在图9中，在振动陀螺元件6上设置有从基部10的4个角部沿着与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向图中左右两侧延伸、并且在中途与该驱动用振动臂14a、14b、15a、15b平行地延伸的L字状的梁70a、70b、71a、71b。梁70a、70b、71a、71b分别与支撑部72a、72b、73a、73b连接。

并且，振动陀螺元件6使用与上述实施方式相同的支撑结构，通过导电性粘合剂等的固定部件将支撑部72a、72b、73a、73b粘接支撑在支撑台上。

在以上的振动陀螺元件的变型例中，也通过从基部10先向驱动用振动臂以大致正交的方向延伸的梁，可以抑制所泄漏的驱动振动，并且可以防止角速度的误检测。

另外，作为振动陀螺元件的材料的水晶具有固有的弹性，但是可以通过适当改变从基部10延伸的梁的长度和形状，调整梁的弹性。由此，可以调整对传到基部10上的振动的抑制，可以获得稳定的驱动振动和检测振动。

这样，在振动陀螺元件的变型例中，也具有与在本实施方式中说明的实施例相同的作用，可以获得同样的效果。

另外，本实施方式的振动陀螺元件可以通过使用了光刻技术的蚀刻加工形成为一体，另外，可以由1枚水晶晶片形成多个振动陀螺元件。

另外，在本实施方式中，从基部与驱动用振动臂大致正交地延伸、并且从中途与驱动用振动臂平行地设置了梁，但是，也可以构成为从该中途不与驱动用振动臂平行而带有某角度地设置梁，使得具有作为梁的弹性。

另外，作为振动陀螺元件的材料，也可以利用作为其它压电材料的钽酸锂(LiTaO₃)或铌酸锂(lithium niobate，LiNbO₅)等。另外，不仅可以使用压电材料来实施，也可以使用以镍铬恒弹性钢材料为代表的恒弹性材料来实施。

Claims (5)

1.一种振动陀螺元件，其特征在于，

在同一平面上具有：

基部；

从所述基部以直线状向两侧延伸的1对检测用振动臂；

从所述基部沿着与所述检测用振动臂正交的方向向两侧延伸的1对连接臂；

从所述各连接臂的前端部与所述连接臂正交地向两侧延伸的各1对驱动用振动臂；

从所述基部延伸的4根梁；

在所述同一平面上与各个所述梁的前端连接的支撑部，

各个所述梁具有从所述基部向与所述驱动用振动臂的延伸方向正交的方向延伸的呈S字状的部分。

2.根据权利要求1所述的振动陀螺元件，其特征在于，所述梁和所述支撑部设置在相对于振动陀螺元件的重心旋转对称的位置上。

3.一种振动陀螺元件的支撑结构，其特征在于，具有：

权利要求1或2所述的振动陀螺元件；

载置所述振动陀螺元件的支撑台；以及

用于固定所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台的固定部件。

4.根据权利要求3所述的振动陀螺元件的支撑结构，其特征在于，所述固定部件是具有弹性的材料。

5.一种陀螺传感器，其特征在于，具有：

权利要求1或2所述的振动陀螺元件；

载置所述振动陀螺元件的支撑台；

用于固定所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台的固定部件；

用于使所述振动陀螺元件驱动振动的驱动电路；以及

检测当所述振动陀螺元件具有角速度时在所述振动陀螺元件中产生的检测振动的检测电路。

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