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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelgeschwindigkeitsdetektor,
welcher eine Trägheitsmasse
aufweist, die in ihrer Rotationsrichtung oszilliert.
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Der
Winkelgeschwindigkeitsdetektor dieses Typs erfasst eine Winkelgeschwindigkeit,
die sich um eine Erfassungsachse herum zeigt, welche senkrecht zu
einer Rotationsachse einer Trägheitsmasse ausgerichtet
ist. Die Trägheitsmasse
wird durch eine Coriolis-Kraft verschoben, welche der Trägheitsmasse
aufgebracht wird, wenn die Trägheitsmasse
um ihr Rotationszentrum herum oszilliert. Ein Beispiel des Winkelgeschwindigkeitsdetektors
dieses Typs ist in der JP-A-2001-99855 offenbart.
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Es
gibt noch einen anderen Typ des Winkelgeschwindigkeitsdetektors,
welcher die Coriolis-Kraft verwendet und bei welchem eine Trägheitsmasse entlang
einer geraden Linie schwingt bzw. vibriert (vibrates). Bei dem Winkelgeschwindigkeitsdetektor dieses
Typs wird die Trägheitsmasse
durch eine Winkelgeschwindigkeit in einer Richtung senkrecht zu der
geraden Linie verschoben, entlang der die Trägheitsmasse vibriert. Bei diesem
Typ des Detektors wird jedoch eine Winkelgeschwindigkeit falsch
erfasst, wenn eine lineare Beschleunigung in der Erfassungsrichtung
sogar dann aufgebracht wird, wenn keine Winkelgeschwindigkeit auftritt.
Um die falsch erfasste lineare Beschleunigung aufzuheben, werden
zwei Trägheitsmassen
verwendet, welche mit entgegengesetzten Phasen schwingen. Es kann
jedoch nicht vermieden werden, dass die Struktur des Winkelgeschwindigkeitsdetektors
komplex wird.
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Als
dem Winkelgeschwindigkeitsdetektor gegenüberliegend, welcher die Trägheitsmassen
aufweist, die entlang der geraden Linie schwingen, benötigt der
Detektor, welcher die Trägheitsmasse
aufweist, die um ihr Rotationszentrum herum schwingt, keine Mittel
zum Aufheben der linearen Beschleunigung. Die wesentliche Struktur
eines herkömmlichen Detektors
mit der Trägheitsmasse,
welche um das Rotationszentrum herum schwingt, ist in 3A und 3B dargestellt, die hier beigefügt sind.
Der Winkelgeschwindigkeitsdetektor J100 enthält eine Trägheitsmasse 30, welche
auf einem Substrat 10 getragen wird. Die Trägheitsmasse 30 oszilliert
um eine Mittelachse z herum, welche senkrecht zu einer Ebene des Substrats 10 verläuft.
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Der
Winkelgeschwindigkeitsdetektor J100 wird durch Ätzen einer dreischichtigen
Halbleiterplatte hergestellt, welche sich aus einem Substrat 10,
einer Opferschicht 11 und einer Halbleiterschicht 12 zusammensetzt,
die in dieser Reihenfolge aufgeschichtet sind. Eine scheibenförmige Trägheitsmasse 30,
Ansteuerungs- bzw. Erregungsbalken oder Ansteuerungs- bzw. Erregungsausleger
(driving beams) 40, Ansteuerungs- bzw. Erregungselektroden (driving
electrodes) 60, 61 und andere in 3A dargestellte Komponenten werden durch
Strukturieren der Halbleiterschicht 12 gebildet. Danach
wird die Trägheitsmasse 30 von
dem Substrat 10 durch teilweises Entfernen der Opferschicht 11 entfernt.
Die Trägheitsmasse 30 ist
elastisch mit einem Träger 20, welcher
aus der Opferschicht 11 gebildet ist, über die Ansteuerungsbalken 40 verbunden.
Die Ansteuerungsbalken 40 sind derart gestaltet, dass es
der Trägheitsmasse 30 möglich ist,
um die Mittelachse z herum zu oszillieren, und dass es ihr möglich ist,
sich in die Richtung parallel zu der Mittelachse z zu bewegen, wenn
die Winkelgeschwindigkeit Ωx
um eine Erfassungsachse x herum aufgebracht wird, welche parallel
zu der Ebene des Substrats 10 und senkrecht zu der Mittelachse
z verläuft.
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Die
Ansteuerungselektroden 60, 61 für eine Oszillation
der Trägheitsmasse 30 um
die Mittelachse z herum sind an dem Substrat 10 über die
Opferschicht 11 befestigt. Ansteuerungssignale, welche entgegengesetzte
Wechselstromphasen besitzen, werden den ersten Ansteuerungselektroden 60 bzw. den
zweiten Ansteuerungselektroden 61 derart zugeführt, dass
die Trägheitsmasse 30 um
die Mittelachse z herum oszilliert. Jede Ansteuerungselektrode 60, 61 ist
mit stationären
Elektroden 60a, 61a verbunden, welche beweglichen
Elektroden 31a zugewandt sind, die mit der Trägheitsmasse 30 verbunden
sind. Wenn den Ansteuerungselektroden 60, 61 eine
Ansteuerungsenergie bzw. – spannung
zugeführt
wird, oszilliert die Trägheitsmasse 30 um
die Mittelachse z herum durch eine elektrostatische Kraft zwischen
den stationären
Elektroden 60a, 61a und den beweglichen Elektroden 31a,
wie mit einem Pfeil in 3A dargestellt,
hin und her. Um eine höhere
Oszillationskraft aus einer kleineren Ansteuerungsenergie zu erlangen,
wird eine Resonanzfrequenz der Trägheitsmasse 30 derart
ausgelegt, dass sie mit der Frequenz der Ansteuerungsenergie übereinstimmt.
Die Resonanzfrequenz der Trägheitsmasse 30 wird durch
ein Elastizitätsmodul
(Young's modulus)
der Ansteuerungsbalken 40 und die Masse der Trägheitsmasse 30 bestimmt.
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Wenn
eine Winkelgeschwindigkeit Ωx
um die Erfassungsachse x herum während
einer Periode aufgebracht wird, in welcher die Trägheitsmasse 30 oszilliert,
werden äußere Randabschnitte
der Trägheitsmasse 30 in
der Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats 10 (in
der Richtung parallel zu der Mittelachse z) durch die Coriolis-Kraft,
wie in 3B dargestellt,
deformiert. Daher ändert
sich ein Abstand (eine Kapazität)
zwischen den äu ßeren Randabschnitten
der Trägheitsmasse 30 und
auf dem Substrat 10 gebildeten Erfassungselektroden 70 entsprechend
der Winkelgeschwindigkeit Ωx.
Die Winkelgeschwindigkeit Ωx
wird auf der Grundlage der Kapazität zwischen den Erfassungselektroden 70 und
den äußeren Randabschnitten
der Trägheitsmasse 30 erfasst.
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Da
die Winkelgeschwindigkeit bei dem oben beschriebenen herkömmlichen
Detektor J100 auf der Grundlage des Betrags einer Deformierung der
Trägheitsmasse 30 in
der Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats 10 erfasst
wird, müssen
die Ansteuerungsbalken 40 derart ausgebildet sein, dass
es der Trägheitsmasse 30 gestattet
wird, sich in beiden Richtungen zu bewegen, d.h. in der Rotationsrichtung
und in der Axialrichtung (in Richtung der Mittelachse z). Daher
müssen
die Ansteuerungsbalken 40 sorgfältig entworfen und hergestellt
werden, wobei die Resonanzfrequenzen in der Rotationsrichtung und
in der axialen Richtung zu berücksichtigen
sind. Es ist insbesondere schwierig, die Ansteuerungsbalken mit
genauen Dimensionen auszubilden, wodurch gewünschte Resonanzfrequenzen in
beiden Richtungen realisiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Schwierigkeiten
gemacht, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten
Winkelgeschwindigkeitsdetektor mit Ansteuerungsbalken bzw. Ansteuerungsauslegern zu
schaffen, welche auf einfache Weise entworfen und hergestellt werden
können.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Der
Winkelgeschwindigkeitsdetektor setzt sich hauptsächlich zusammen aus einer scheibenförmigen Trägheitsmasse,
welche auf einem Substrat über
Ansteuerungsbalken getragen wird, und einer zweiten Masse, die über Erfassungsbalken
mit der Trägheitsmasse
verbunden ist. Die Trägheitsmasse oszilliert
in ihrer Rotationsrichtung um eine Mittelachse (z) herum durch eine
daran angelegte elektrostatische Kraft. Die Ansteuerungsbalken sind
elastisch ausgebildet, um die Oszillation der Trägheitsmasse lediglich in der
Rotationsrichtung zu ermöglichen.
Die Erfassungsbalken, welche die zweite Masse mit der Trägheitsmasse
verbinden, sind elastisch ausgebildet, um es der zweiten Masse zu
ermöglichen,
sich lediglich in der axialen Richtung zu verschieben, welche senkrecht
zu der Ebene der Trägheitsmasse
und parallel zu der Mittelachse (z) verläuft.
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Der
Winkelgeschwindigkeitsdetektor wird aus einer dreischichtigen Platte
hergestellt, welche sich aus einem Substrat, einer Opferschicht
und einer Halbleiterschicht zusammensetzt, die jeweils in dieser
Reihenfolge aufgeschichtet sind. Die scheibenförmige Trägheitsmasse ist von dem Substrat durch
Entfernen der Opferschicht durch Ätzen getrennt, um auf dem Substrat
lediglich durch die Ansteuerungsbalken getragen zu werden. Die Ansteuerungsbalken,
die zweite Masse und die Erfassungsbalken sind ebenfalls von der
Halbleiterschicht durch Ätzen
gemustert bzw. strukturiert (patterned).
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Wenn
eine Winkelgeschwindigkeit um eine Erfassungsachse (x) herum aufgebracht
wird, welche parallel zu der Ebene der Trägheitsmasse und senkrecht zu
der Mittelachse (z) verläuft,
während
die Trägheitsmasse
um die Mittelachse (z) herum hin und her oszilliert, verschiebt
sich die zweite Masse, welche mit der Trägheitsmasse über die
Erfassungsbalken verbunden ist, in der Richtung parallel zu der Mittelachse
(z). Eine zwischen der zweiten Masse und einer auf dem Substrat
gebildeten Erfassungselektrode gebildete Kapazität ändert sich entsprechend der
Verschiebung der zweiten Masse. Die Winkelgeschwindigkeit um die
Erfassungsachse (x) herum wird auf der Grundlage der Änderungen
der Kapazität
erfasst.
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Ein
Paar von den zweiten Massen kann symmetrisch bezüglich der Mittelachse (z) positioniert sein,
um irgendwelche Beschleunigungskomponenten, welche in der Richtung
der Mittelachse (z) von der erfassten Winkelgeschwindigkeit aus
um die Erfassungsachse (x) herum aufgebracht werden, aufzuheben.
Die Aufhebung der Beschleunigungskomponenten wird dadurch realisiert,
dass eine Verschiebungsdifferenz zwischen dem Paar der zweiten Massen
vorgesehen wird. Zwei Paare der zweiten Massen können derart verwendet werden,
dass eine Winkelgeschwindigkeit um die Erfassungsachse (x) herum
durch ein Paar erfasst wird und eine andere Winkelgeschwindigkeit
um die Achse (y) herum, welche senkrecht zu der Erfassungsachse
(x) verläuft,
durch das andere Paar erfasst wird.
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Bei
dem Winkelgeschwindigkeitsdetektor der vorliegenden Erfindung ermöglichen
die Ansteuerungsbalken, welche die Trägheitsmasse mit dem Substrat
verbinden, eine Oszillation der Trägheitsmasse lediglich in ihrer
Rotationsrichtung, während die
Erfassungsbalken, welche die zweite Masse mit der Trägheitsmasse
verbinden, es der zweiten Masse ermöglichen, sich lediglich in
der axialen Richtung zu verschieben. Daher werden die beiden Balken ohne
Einschränkung
durch verschiedene Faktoren einfach entworfen und hergestellt. Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den bevorzugten Ausführungsformen
ersichtlich, welche unten unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren
beschrieben sind.
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1A zeigt
eine Draufsicht, welche einen Winkelgeschwindigkeitsdetektor einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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1B zeigt
eine Querschnittsansicht, welche den Winkelgeschwindigkeitsdetektor
entlang der in 1A dargestellten Linie 1B-1B
darstellt;
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2A zeigt
eine Draufsicht, welche einen Winkelgeschwindigkeitsdetektor einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2B zeigt
eine Querschnittsansicht, welche den Winkelgeschwindigkeitsdetektor
entlang der in 2A dargestellten Linie IIB-IIB
darstellt;
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3A zeigt
eine Draufsicht, welche einen herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitsdetektor
darstellt; und
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3B zeigt
eine Querschnittsansicht, welche den herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitsdetektor
entlang der in 3A dargestellten Linie IIIB-IIIB
darstellt.
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Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben,
welche eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Winkelgeschwindigkeitsdetektors 100 der
vorliegenden Erfindung darstellen. Schraffierungen in 1A bedeuten keinen
Querschnitt, sondern stellen eine obere Ebene von Komponenten dar.
Um eine Trägheitsmasse (inertial
mass) 30 von Ansteuerungselektroden 60, 61 deutlich
zu unterscheiden, ist das zuerst genannte schraffiert und das zuletzt
genannte gestrichelt dargestellt.
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Der
Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 wird aus einer dreischichtigen
Platte hergestellt, welche sich aus einem Substrat 10,
einer Opferschicht 11 wie einer Siliziumoxidschicht und
einer Halbleiterschicht 12 wie einer epitaxialen Polysiliziumschicht zusammensetzt,
die in dieser Reihenfolge aufgeschichtet sind. Der Detektor 100 wird
durch bekannte Halbleiterbearbeitungstechnologien hergestellt. Abschnitte
der Opferschicht 11 werden durch Ätzen entfernt, um eine Trägheitsmasse 30 von
dem Substrat 10 abzutrennen. Alternativ kann der Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 aus
einem SOI-Substrat (Silizium auf isolierendem Substrat) hergestellt
werden. Es wird in dem Fall eines SOI bevorzugt, die obere Halbleiterschicht
durch diffundierende Verunreinigungen hochleitfähig zu machen.
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Der
Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 wird beispielsweise
als eine auf einem Automobil angebrachte Vorrichtung wie einem Gierratensensor, einem
Querneigungsratensensor (roll rate sensor) oder einem Längsneigungssensor
(pitch rate sensor) verwendet. Um den Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 als
Gierratensensor zu verwenden, wird er auf dem Fahrzeug derart angebracht,
dass die Ebene des Substrats 10 vertikal verläuft. Um
ihn als Quer- oder Längsneigungsratensensor
zu verwenden, wird die Ebene des Substrats 10 horizontal
verlaufend positioniert.
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Der
Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 wird aus der dreischichtigen
Platte beispielsweise auf die folgende Weise hergestellt. Zuerst
werden Komponenten wie eine Trägheitsmasse 30,
Ansteuerungsbalken bzw. -ausleger (driving beams) 40, Erfassungsbalken
bzw. -ausleger (detecting beams) 50 und Ansteuerungselektroden 60, 61 auf
der Halbleiterschicht 12 durch Ätzen strukturiert. Danach wird ein
Träger
bzw. eine Stütze 20 auf
dem Substrat 10 durch Entfernen von Abschnitten der Opferschicht 11 gebildet.
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Der
aus der Opferschicht 11 hergestellte Träger 20 ist auf dem
Substrat 10 befestigt, und es wird die Trägheitsmasse 30 auf
dem Träger 20 über vier Ansteuerungs balken 40 getragen.
Der Träger 20 ist quadratisch
geformt und auf der Mitte des Substrats 10 positioniert.
Ein Ende der Ansteuerungsbalken 40 ist an dem Träger 20 befestigt,
und das andere Ende davon ist mit einem inneren Durchmesser der
Trägheitsmasse 30 verbunden.
Die Ansteuerungsbalken 40 sind elastisch, so dass die Trägheitsmasse 30 um eine
Mittelachse z rotieren oder oszillieren kann, welche senkrecht zu
der Ebene des Substrats 10 ausgerichtet ist. Die Ansteuerungsbalken 40 ermöglichen es
der Trägheitsmasse 30,
sich im Wesentlichen lediglich in der Rotationsrichtung zu bewegen,
und sie gestatten es der Trägheitsmasse 30 nicht,
sich in der axialen Richtung zu bewegen, d.h. in der Richtung parallel
zu der Mittelachse z.
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Die
Trägheitsmasse 30 ist
in Form einer Scheibe ausgestaltet, welche ein zentrales Loch dort aufweist,
wo die Ansteuerungsbalken 40 positioniert sind. Die Trägheitsmasse 30 setzt
sich aus einer ersten Masse 31 und einem Paar von zweiten
Massen 32 zusammen, welche symmetrisch zu der Mittelachse
z in Ausschnittsabschnitten (cutout portions) der ersten Masse 31,
wie in 1A dargestellt, positioniert
sind. Durch Platzieren der zweiten Massen 32 in die Ausschnittsabschnitte
der ersten Masse 31 wird ein Ansteigen der Größe des Detektors 100 vermieden.
Die zweite Masse 32 ist mit der ersten Masse 31 über Erfassungsbalken
bzw. -ausleger (detecting beams) 50 verbunden, welche im Wesentlichen
lediglich in der axialen Richtung elastisch deformierbar sind. Die
Trägheitsmasse 30 als
Ganzes einschließlich
der ersten Masse 31 und dem Paar zweiter Massen 32 kann
um die Mittelachse z herum oszillieren, während lediglich die zweiten
Massen 32 sich in der axialen Richtung verschieben können.
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Damit
die Trägheitsmasse 30 in
der Rotationsrichtung um die Mittelachse z herum oszillieren kann,
sind beweg liche Elektroden 31a mit der ersten Masse 31 an
ihren vier Positionen, wie in 1A dargestellt,
verbunden. Stationäre
Elektroden 60a, welche mit der ersten Ansteuerungselektrode 60 verbunden
sind, und stationäre
Elektroden 61a, welche mit der zweiten Ansteuerungselektrode 61 verbunden sind,
sind den beweglichen Elektroden 31a zugewandt gebildet.
Elektrische Energie, welche Wechselstromkomponenten in entgegengesetzten
Phasen aufweist, wird der ersten Ansteuerungselektrode 60 bzw.
der zweiten Elektrode 61 zugeführt, um die Oszillationsbewegung
der Trägheitsmasse 30 um
die Mittelachse z hervorzurufen. Die Trägheitsmasse 30 oszilliert
in der Rotationsrichtung durch eine elektrostatische Kraft zwischen
den beweglichen Elektroden 31a und den stationären Elektroden 60a, 61a.
Vorzugsweise ist die Frequenz der Ansteuerungsenergie bzw. -spannung
(driving power) derart festgelegt, dass sie mit der Resonanzfrequenz
der Trägheitsmasse 30 übereinstimmt,
um die Ansteuerungsenergie zu minimieren. Die Resonanzfrequenz der
zweiten Masse 32 unterscheidet sich natürlich von derjenigen der Trägheitsmasse 30.
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Ein
Paar von Erfassungselektroden 70 ist auf dem Substrat 10 an
Positionen gebildet, welche den zweiten Massen 32 zugewandt
sind. Ein Kondensator ist zwischen der Erfassungselektrode 70 und
der zweiten Masse 32 gebildet. Wenn sich die zweite Masse 32 in
der axialen Richtung, wie in 1B durch
gestrichelte Linien dargestellt, verschiebt, ändert sich eine Kapazität des Kondensators.
Die Erfassungselektroden 70 sind mit einem (nicht dargestellten)
Schaltkreis zum Erfassen von Änderungen
der Kapazität
verbunden. Die Ansteuerungselektroden 60, 61 sind
mit einer Strom- bzw. Energiequelle zum Zuführen der Ansteuerungsenergie
verbunden. Dieser Erfassungsschaltkreis und die Stromquelle bzw. der
Stromquellenschaltkreis (power source circuit) können auf einem anderen Chip
als dem Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 gebildet sein.
Al ternativ können
diese Schaltkreise auf demselben Chip gebildet sein, auf welchem
der Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 gebildet ist.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des Winkelgeschwindigkeitsdetektors 100 beschrieben.
Eine erste Ansteuerungsenergie, welche Wechselstromelemente aufweist,
wird der ersten Ansteuerungselektrode 60 zugeführt, und
eine zweite Ansteuerungsenergie, welche Wechselstromelemente mit
einer Phase entgegengesetzt zu derjenigen der ersten Ansteuerungsenergie
aufweist, wird der zweiten Ansteuerungselektrode 61 zugeführt. Die
Trägheitsmasse 30 oszilliert,
wie in 1A mit einem Pfeil dargestellt, um
die Mittelachse z durch eine elektrostatische Kraft zwischen den
stationären
Elektroden 60a, 61a und den beweglichen Elektroden 31,
hin und her.
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Wenn
eine Winkelgeschwindigkeit Ωx
um die Erfassungsachse x herum, welche parallel zu der Ebene des
Substrats 10 und senkrecht zu der Mittelachse z verläuft, dem
Winkelgeschwindigkeitsdetektor 100 aufgebracht wird, während die
Trägheitsmasse 30 um
die Mittelachse z herum oszilliert, verschieben sich die zweiten
Massen 32 in der Richtung parallel zu der Mittelachse z
durch die Coriolis-Kraft. Die Kapazität zwischen der zweiten Masse 32 und
der Erfassungselektrode 70 ändert sich entsprechend der
Winkelgeschwindigkeit Ωx.
Durch Erfassen der Änderungen
der Kapazität
wird die Winkelgeschwindigkeit Ωx
erfasst. Bei dieser Ausführungsform
sind zwei zweite Massen 32 symmetrisch zu der Mittelachse
z positioniert, und es verschieben sich beide zweite Massen 32 in
entgegengesetzten Richtungen zueinander. Daher wird bei dieser Ausführungsform der
Betrag der Winkelgeschwindigkeit Ωx auf der Grundlage einer Differenz
zwischen Ausgängen
von beiden Erfassungselektroden 70 erfasst.
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Im
Folgenden werden Vorteile zusammengefasst, welche bei der oben beschriebenen
ersten Ausführungsform
erzielt werden. Da die Trägheitsmasse 30,
welche die erste Masse 31 und die zweiten Massen 32 enthält, in der
Rotationsrichtung oszilliert, während
sich die zweiten Massen 32 in der axialen Richtung (in
der Richtung senkrecht zu der Ebene des Substrats 10) verschieben,
sind die Erfassungsbalken 50 unabhängig von den Ansteuerungsbalken 40 derart
entworfen und hergestellt, dass sie lediglich in der axialen Richtung
deformiert werden. Demgegenüber
sind die Ansteuerungsbalken 40 derart entworfen und hergestellt,
dass sie lediglich in der Rotationsrichtung oszillieren. Daher können die
Ansteuerungsbalken 40 und die Erfassungsbalken 50 leicht
entworfen und hergestellt werden. Insbesondere wird es nicht erfordert,
die Balken 40, 50 mit sehr genauen Dimensionen
bzw. Größen auszugestalten.
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Da
die Ansteuerungsbalken 40 entworfen werden, dass sie nicht
in der axialen Richtung (der Richtung parallel zu der Mittelachse
z) vibrieren bzw. schwingen, wird die Oszillation nicht in der Rotationsrichtung
zu dem Erfassungssignal in der axialen Richtung entweichen bzw.
streuen (leak). Daher kann die Erfassungsgenauigkeit des Winkelgeschwindigkeitsdetektors
verbessert werden. Da zwei Massen 32 symmetrisch zu der
Mittelachse z vorgesehen sind, können
Ausgangsignale infolge einer linearen Beschleunigung in der Richtung
der Mittelachse z zwischen zwei zweiten Massen 32 aufgehoben
werden. Daher kann die Winkelgeschwindigkeit Ωx sicher von der linearen Beschleunigung
getrennt werden.
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben.
Die zweite Ausführungsform
200 ist ähnlich
wie die oben beschriebene erste Ausführungsform 100 mit der Ausnahme,
dass ein weiteres Paar von zweiten Massen 32 zusätzlich vorgesehen
ist, um die Winkelgeschwindigkeit Ωy um eine Achse y herum zu
erfassen, welche parallel zu der Ebene des Substrats 10 und
senkrecht zu der Erfassungsachse x verläuft. Mit anderen Worten, es wird
bei der zweiten Ausführungsform
die Winkelgeschwindigkeit Ωy
um die Achse y zusätzlich
zu der Winkelgeschwindigkeit Ωx
um die Achse x herum erfasst. Das zusätzliche Paar von zweiten Massen 32 ist
entlang der Achse y positioniert. Sämtliche zweite Massen 32 sind
in den Ausschnitten der ersten Masse 31 lokalisiert, und
es ist die Größe des Winkelgeschwindigkeitsdetektors 200 wegen
des zusätzlichen Paars
von zweiten Massen 32 nicht erhöht.
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Wenn
der Winkelgeschwindigkeitsdetektor 200 in einem Automobil
derart platziert ist, dass die Ebene des Substrats 10 horizontal
verläuft
und die Richtung y die Ansteuerungsrichtung ist, kann das Drehen
um die Querachse (das Längsneigen,
pitching) als die Winkelgeschwindigkeit Ωx und das Drehen um die Längsachse
(das Querneigen, rolling) als die Winkelgeschwindigkeit Ωy erfasst
werden. Es werden bei dieser zweiten Ausführungsform ebenfalls ähnliche
Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform
erzielt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern sie kann verschiedenartig modifiziert werden. Obwohl die
zweiten Massen 32 als ein Paar bei den obigen Ausführungsformen
beispielsweise vorgesehen sind, kann die Winkelgeschwindigkeit um
eine Achse durch eine zweite Masse 32 erfasst werden. Obwohl
der Winkelgeschwindigkeitsdetektor aus einer dreischichtigen Platte
bei den obigen Ausführungsformen
hergestellt wird, ist es möglich,
ihn aus anderen unbearbeiteten Materialien herzustellen. Die Form
der Trägheitsmasse 30,
welche die erste Masse 31 und die zweite Masse 32 enthält, kann
verschiedenartig modi fiziert werden, solange wie die oben erwähnten Funktionen
realisiert werden. Des weiteren kann die Form der Ansteuerungsbalken 40 und
der Erfassungsbalken 50 verschiedenartig modifiziert werden,
so lange wie die Ansteuerungsbalken 40 im Wesentlichen
in der Rotationsrichtung und die Erfassungsbalken 50 im
Wesentlichen in der axialen Richtung deformiert werden. Die Formen
der Ansteuerungselektroden 60, 61, der stationären Elektroden 60a, 61a und
der beweglichen Elektroden 31a können verschiedenartig modifiziert werden,
so lange wie sie eine geeignete Rotationsoszillation der Trägheitsmasse 30 liefern
können.
Der Winkelgeschwindigkeitsdetektor der vorliegenden Erfindung kann
bei verschiedenen Vorrichtungen neben dem Automobil verwendet werden.
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Während die
vorliegende Erfindung in Bezug auf die obigen bevorzugten Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich,
dass Änderungen
in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung
abzuweichen, welche durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Vorliegend
wurde ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor mit einer Trägheitsmasse
offenbart, welche in einer Rotationsrichtung oszilliert. Ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor
(100) enthält
eine scheibenförmige
Trägheitsmasse
(30), welche auf einem Substrat (10) über Ansteuerungsbalken
(40) und eine zweite Masse (32) getragen wird,
welche über
Erfassungsbalken (50) mit der Trägheitsmasse verbunden ist.
Die Trägheitsmasse
(30) oszilliert in ihrer Rotationsrichtung um eine Mittelachse
(z) durch eine elektrostatische Kraft. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit (Ωx) um eine
Erfassungsachse (x), welche senkrecht zu der Mittelachse (z) verläuft, der
zweiten Masse (32) aufgebracht wird, während die Trägheitsmasse (30)
oszilliert, verschiebt sich die zweite Masse (32) in der
Rich tung parallel zu der Mittelachse (z). Es ändert sich eine Kapazität zwischen
der zweiten Masse (32) und dem Substrat (10) entsprechend
der Verschiebung der zweiten Masse. Es wird die Winkelgeschwindigkeit
(Ωx) auf
der Grundlage der Änderungen
der Kapazität
erfasst. Da die Ansteuerungsbalken (40) es der Trägheitsmasse
(30) gestatten, lediglich in der Rotationsrichtung zu oszillieren,
können die
Ansteuerungsbalken (40) leicht entworfen und hergestellt
werden.