DE19959369A1 - Winkelgeschwindigkeitssensor - Google Patents
WinkelgeschwindigkeitssensorInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kompakten Winkelgeschwindigkeitssensor mit einem verbesserten Signal/Rausch-Verhältnis. Der Winkelgeschwindigkeitssensor enthält ein SOI-Substrat, vier Oszillationsmassen, welche beweglich auf dem SOI-Substrat getragen werden, und vier Erfassungselektroden, welche an der äußeren Seite der Oszillationsmassen zur Erfassung von Verschiebungen der Oszillationsmassen vorgesehen sind. Die Oszillationsmassen sind punktsymmetrisch bezüglich eines vorbestimmten Punkts K in einer flachen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat angeordnet. Jede der vier zueinander benachbarten Oszillationsmassen oszilliert in einer umgekehrten Phase in einer zufälligen Richtung um den vorbestimmten Punkt K entlang der flachen Ebene. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit OMEGA um den vorbestimmten Punkt K erzeugt wird, werden Erfassungsgewichte der Oszillationsmassen entlang einer Richtung senkrecht zu der Oszillationsrichtung in der flachen Ebene verschoben. Kapazitätsänderungen zwischen den Erfassungsgewichten der Erfassungselektroden werden in einem Schaltungsteil verarbeitet, um ein Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal S1 infolge einer Corioliskraft unter Aufhebung einer externen Beschleunigung und einer Zentrifugalkraft auszugeben, welche auf die Erfassungsgewichte der Oszillationsmassen wirkt.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Winkelge
schwindigkeitssensoren und insbesondere auf einen Winkelge
schwindigkeitssensor (beispielsweise einen Gyrosensor, ei
nen Gierratensensor), welcher eine Corioliskraft erfassen
kann, die auf einen beweglichen Teil einwirkt, der auf ei
nem Substrat entlang einer flachen Ebene parallel zu dem
Substrat vorgesehen ist, wenn eine Winkelgeschwindigkeit
über eine senkrechte Achse des Substrats als Ergebnis einer
Oszillation des beweglichen Teils erzeugt wird.
Herkömmlicherweise sind Winkelgeschwindigkeitssensoren
eines Kapazitätserfassungstyps, welche für Fahrzeuge, Arka
denangelegenheiten (arcade games) und so weiter verwendet
wurden, im Hinblick auf eine Verringerung der Größe weiter
entwickelt worden, um den Anbringungsraum oder die Kosten
zu reduzieren. Jedoch werden Ausgangssignale auf der Grund
lage von Kapazitätsänderungen infolge einer Aktion der Win
kelgeschwindigkeit notwendigerweise klein, wenn ein Kapazi
tätserfassungsteil bezüglich seiner Größe verringert wird.
Es ist schwierig eine Verarbeitungsschaltung zu entwerfen,
bei welcher lediglich gewünschte Signale aus derart kleinen
Ausgangssignalen unter Entfernen eines Rauschens entnommen
werden.
Ein derartiger Winkelgeschwindigkeitssensor ist in der
JP A 8-220125 offenbart. Dieser herkömmliche Winkelge
schwindigkeitssensor besitzt zwei Oszillationsmassen
(Oszillatoren), welche in entgegengesetzten Phasen zueinan
der in einem Rahmen oszillieren, und eine Berechnungsein
heit, welche gemessene Signale von dem Winkelgeschwindig
keitssensor verarbeitet. Die Berechnungseinheit filtert von
den Oszillationsmassen erzeugte Störgrößen heraus. Dieser
herkömmliche Winkelgeschwindigkeitssensor kann Signale auf
der Grundlage von im wesentlichen zwei Kapazitätsänderungen
ausgegeben und Rauschen relativ leicht entfernen.
Da jedoch bei dem herkömmlichen Winkelgeschwindigkeits
sensor die Oszillationsmassen, welche eine rechteckige Form
besitzen, lediglich parallel zueinander angeordnet sind,
neigt die Größe eines vollständigen Winkelgeschwindigkeits
sensors dazu massig zu werden. Daher erscheint eine Verrin
gerung der Größe als unangebracht.
Bei diesem herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensor
kann daran gedacht werden des weiteren die Oszillationsmas
sen hinzuzufügen, um die gemessenen Signale von dem Winkel
geschwindigkeitssensor zum Zwecke des Verbesserns eines
S/N-Verhältnisses (Signal/Rausch-Verhältnis, signal/noise
ratio) zu vergrößern.
Jedoch kann das bloße Hinzufügen der Oszillationsmassen
Nachteile dahingehend hervorrufen, dass die Größe des ge
samten Winkelgeschwindigkeitssensors massig wird und dass
das Rauschen nicht angemessen entfernt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Winkel
geschwindigkeitssensor zu schaffen, welcher zur Verringe
rung der Größe geeignet ist.
Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung
einen kompakten Winkelgeschwindigkeitssensor zu schaffen,
bei welchem das S/N-Verhältnis verbessert ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der
nebengeordneten unabhängigen Ansprüche.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor der vorliegenden Er
findung enthält eine Mehrzahl beweglicher Teile, die auf
dem Substrat beweglich getragen werden, punktsymmetrisch
zueinander hinsichtlich eines vorbestimmten Punkts angeord
net und in einer zufälligen Richtung um den vorbestimmten
Punkt beweglich sind; und einen den beweglichen Teilen ge
genüberstehenden Erfassungsteil zum Erfassen einer Ver
schiebung der beweglichen Teile.
Entsprechend dieser Struktur kann eine der Coriolis
kraft und einer externen Kraft wie eine externe Beschleuni
gung dieselbe Richtung unter den punktsymmetrisch angeord
neten beweglichen Teilen annehmen, und die andere der Co
rioliskraft und der äußeren Kraft kann eine umgekehrte
Richtung unter den punktsymmetrisch angeordneten bewegli
chen Teilen annehmen. Daher kann ein Signal infolge einer
Corioliskraft unter leichtem Aufheben der äußeren Kraft
leicht entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be
schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In
den Figuren sind dieselben Teile oder entsprechende Teile
mit denselben Bezugszeichen versehen, um eine redundante
Erklärung zu vermeiden.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Winkelgeschwin
digkeitssensor der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II
von Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Winkel
geschwindigkeitssensors;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche eine
Trage- und Befestigungsstruktur einer Oszillationsmasse
veranschaulicht;
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, welches
einen Schaltungsteil veranschaulicht;
Fig. 6A bis 6H zeigen Querschnittsansichten, welche
Herstellungsschritte des Winkelgeschwindigkeitssensors ver
anschaulichen;
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, welches den Betrieb des Win
kelgeschwindigkeitssensors veranschaulicht; und
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, welches den Betrieb eines
modifizierten Winkelgeschwindigkeitssensors veranschau
licht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren er
läutert. Bei dieser Ausführungsform wird die vorliegende
Erfindung unter Veranschaulichung eines Winkelgeschwindig
keitssensors zur Anbringung auf einem Fahrzeug für eine La
geregelung erklärt, welcher eine Corioliskraft erfassen
kann, die auf einen beweglichen Teil einwirkt, der auf ei
nem Substrat entlang einer flachen Ebene parallel zu dem
Substrat vorgesehen ist, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um
eine senkrechte Achse des Substrats als Ergebnis einer Os
zillation des beweglichen Teils erzeugt wird.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Winkelgeschwin
digkeitssensor 100 dieser Ausführungsform, Fig. 2 zeigt ei
ne Querschnittsansicht entlang Linie II-II von Fig. 1, und
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht, welche eine
Struktur eines beweglichen Teils veranschaulicht. Der Win
kelgeschwindigkeitssensor 100 ist durch eine Bearbeitung
eines SOI-Substrats 4 (Substrat) unter Verwendung eines
Mikro-Materialbearbeitungsverfahrens gebildet, wobei eine
Halbleiterherstellungstechnologie verwendet wird. Hier ent
hält das SOI-Substrat 4 (Substrat) eine aus einkristallinem
Silizium gebildete erste Halbleiterschicht 1, eine aus ein
kristallinem Silizium gebildete Halbleiterschicht 2 und ei
ne aus einer Oxidschicht gebildete Isolierschicht 3, die
zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht 1, 2 an
geordnet ist. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 100 ist auf
dem Fahrzeug derart anzubringen, dass eine Hauptoberflä
chenseite der Zeichnung in Normalrichtung von Fig. 1 als
Oberseite festgelegt ist und eine untere Oberflächenseite
der Zeichnung als Unterseite festgelegt ist.
Die erste Halbleiterschicht 1 und die Isolierschicht 3
auf dem SOI-Substrat 4 sind teilweise in einer rechteckigen
Form entfernt, so dass die zweite Halbleiterschicht 2 teil
weise an einem Teil bloßgelegt ist, wo ein Hauptteil dieses
Sensors zu bilden ist. Der entfernte Teil bildet einen Öff
nungsteil 1a (durch eine gestrichelte Linie in Fig. 1 dar
gestellt) der ersten Halbleiterschicht 1. Die zweite Halb
leiterschicht 2, welche an einem Teil entsprechend dem Öff
nungsteil 1a positioniert ist, wird auf der ersten Halblei
terschicht 1 über die Isolierschicht 3 an einem äußeren
Randteil des Öffnungsteils 1a getragen und steht dem Öff
nungsteil 1a gegenüber.
Bei diesem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 ist ein
Sensorhauptteil, welcher vier Oszillationsmassen 10, 11,
12, 13, vier Erfassungselektroden 30, 31, 32, 33 und An
steuerungselektroden 35, 36 enthält, durch Teilen der zwei
ten Halbleiterschicht 2, welche an dem Öffnungsteil 1a po
sitioniert ist, durch Gräben gebildet. Es wird festge
stellt, dass Störstellen vorher in das einkristalline Sili
zium implantiert worden sind, welches die erste und zweite
Halbleiterschicht 1, 2 bildet, um den spezifischen Wider
stand davon zu reduzieren.
Die vier Oszillationsmassen (beweglicher Teil) 10-13
sind punktsymmetrisch bezüglich einem vorbestimmten Punkt K
auf der flachen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat 4 ange
ordnet. Jede Oszillationsmasse 10-13 enthält ein Erfas
sungsgewicht 20, 21, 22, 23 (in Fig. 3 durch überkreuztes
Schraffieren dargestellt), einen aufgehängten Oszillations
teil (Oszillationsteil) 20a, 21a, 22a, 23a (in Fig. 3 durch
Schraffieren mit geneigten Linien dargestellt), welcher an
einem Umgebungsteil des Erfassungsgewichts 20-23 positio
niert ist, und ein Erfassungsausleger bzw. -balken 20b,
21b, 22b, 23b zum Aufhängen des Erfassungsgewichts 20-23 an
dem aufgehängten Oszillationsteil 20a-23a.
Der Erfassungsausleger 20b-23b (zweites elastisches
Teil) besitzt eine Elastizität derart, dass die Erfassungs
gewichte 20-23 in eine radiale Richtung des vorbestimmten
Punkts K entlang der flachen Ebene parallel zu dem SOI-
Substrat 4 (Richtung senkrecht zu einer Oszillationsrich
tung) bezüglich der aufgehängten Oszillationsteile 20a-23a
oszillieren können. Diese Struktur kann realisiert werden
durch beispielsweise Erhöhen eines Längenverhältnisses, um
in Oszillationsrichtung weich und in andere Richtungen hart
bzw. fest zu werden.
Fig. 4 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht,
welche eine Trage- und Befestigungsstruktur der Oszillati
onsmassen 10-13 veranschaulicht, und stellt lediglich einen
Trage- und Befestigungsteil dar. Jede der Oszillationsmas
sen 10-13 wird von vier Oszillationsmassentrageteilen 40
getragen, welche an äußeren Randteilen des Öffnungsteils 1a
vorgesehen sind. Hier sind die Oszillationsmassentrageteile
40 aus der zweiten Halbleiterschicht 2 gebildet, die auf
der ersten Halbleiterschicht 1 über der Isolierschicht 3
getragen wird, und zwischen jeden Oszillationsmassen 10-13
positioniert (siehe Fig. 1).
Wie in Fig. 4 dargestellt ist jede der Oszillationsmas
sen 10-13 an einem Ringausleger bzw. -balken 42 mit einer
Ringform über einen individuellen ausleger- bzw. balkenför
migen Oszillationsausleger bzw. -balken 41 aufgehängt und
erstreckt sich von dem aufgehängten Oszillationsteil 20a-23a.
Die Mitte des Ringauslegers 42 entspricht im wesentli
chen dem vorbestimmten Punkt K. Der Ringausleger 42 ist an
den Oszillationsmassentrageteilen 40 über ausleger- bzw
balkenförmige Trageausleger bzw. -balken 43 aufgehängt,
welche zwischen jeder Oszillationsmasse 10-13 vorgesehen
sind.
Daher ist jede der Oszillationsmassen 10-13 an den Os
zillationsmassentrageteilen 40 über jeden Ausleger 41-43,
welche miteinander verbunden sind, aufgehängt und wird von
der ersten Halbleiterschicht 1 über die Isolierschicht 3
getragen. Daher stehen jede Oszillationsmasse 10-13 und je
der Ausleger 41-43 dem Öffnungsteil 1a der ersten Halblei
terschicht 1 gegenüber.
Hier können die Oszillationsausleger 41 (erstes elasti
sches Teil), welche jede der Oszillationsmassen 10-13 ver
binden, und der Ringausleger 42 eine Elastizität derart be
sitzen, dass jede der Oszillationsmassen 10-13 in eine Um
fangsrichtung (Oszillationsrichtung) um den vorbestimmten
Punkt K entlang der flachen Ebene parallel zu dem SOI-
Substrat 4 oszillieren kann. Diese Struktur wird beispiels
weise durch Erhöhen eines Längenverhältnisses oder durch
Verwenden einer unelastischen Rahmenstruktur realisiert, um
in Oszillationsrichtung weich und in den anderen Richtungen
hart bzw. fest zu werden.
Des weiteren ist jede der vier Erfassungselektroden 30-33
(Erfassungsteil) an der äußeren Seite (weg von dem vor
bestimmten Punkt K) der Oszillationsmassen 10-13 in der
flachen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat 4 positioniert
und steht dem Erfassungsgewicht 20-23 gegenüber.
Jede der Erfassungselektroden 30-33 ist aus einem Aus
leger- bzw. Balkenteil 30a-33a und einem Elektrodenteil
(befestigte Elektrode) 30b-33 gebildet. Jeder der Ausleger
teile 30a-33a erstreckt sich zu dem Erfassungsgewicht 20-23
von dem Trageteil 50, welcher an der ersten Halbleiter
schicht 1 über die Isolierschicht 3 befestigt ist. Jeder
der Elektrodenteile 30b-33b ist an einer Spitze des Ausle
gerteils 30a-33a vorgesehen und steht dem Öffnungsteil 1a
der ersten Halbleiterschicht 1 gegenüber. Jede der Erfas
sungselektroden 30-33 wird von dem Trageteil 50 mit einer
Seite ähnlich wie ein Ausleger getragen und steht dem Öff
nungsteil 1a der ersten Halbleiterschicht 1 gegenüber.
Des weiteren sind Kontaktstellenelektroden 30c, 31c,
32c, 33c zur Entnahme von Ausgangssignalen auf den Trage
teilen 50 gebildet, welche die Erfassungselektroden 30-33
tragen. Jede der Elektroden 30c, 31c, 32c, 33c entspricht
jeder der Erfassungselektroden 30, 31, 32, 33.
Trageteile 35a, 36a sind für Ansteuerungselektroden 35,
36 vorgesehen, welche zwischen den Oszillationsmassen 10-13
und den Trageauslegern 41 positioniert sind und von der
Halbleiterschicht 1 über die Isolierschicht 3 wie ein Aus
leger getragen werden und daran befestigt sind. Elektroden
teile 35b, 36b, welche eine Kammform aufweisen, sind für
die Trageteile 35a, 36a vorgesehen, denen die aufgehängten
Oszillationsteile 20a-23a der Oszillationsmassen 10-13 ge
genüberstehen. Diese Ansteuerungselektroden 35, 36 sind aus
den Trageteilen 35a, 36a gebildet, und die Elektrodenteile
35b, 36b stehen dem Öffnungsteil 1a der ersten Halbleiter
schicht 1 gegenüber.
Kammförmige Elektroden (gegenüberstehende Elektrode)
20c, 21c, 22c, 23c sind für jeden der aufgehängten Oszilla
tionsteile 20a-23a der Oszillationsmassen 10-13 vorgesehen,
denen die Elektrodenteile 35b, 36b der Ansteuerungselektro
den 35, 36 gegenüberstehen. Jede der kammförmigen Elektro
den 20c, 21c, 22c, 23c ist in einer Kammform gebildet, um
mit Elektrodenteilen 35b, 36b der Ansteuerungselektroden
35, 36 verzahnt zu sein (vgl. Fig. 1, 3).
Im folgenden wird ein Schaltungsteil
(Schaltungseinrichtung) 101 für den Betrieb des Winkelge
schwindigkeitssensors 100 unter Bezugnahme auf ein in Fig. 5
dargestelltes schematisches Blockdiagramm erklärt. Der
Schaltungsteil 101 betätigt jede der Oszillationsmassen 10-13
und verarbeitet Signale auf der Grundlage der Verschie
bung der Oszillationsmassen 10-13 entlang der flachen Ebene
parallel zu dem SOI-Substrat und ist mit einer Ansteue
rungsschaltung 102 und einer Erfassungs-/Ver
arbeitungsschaltung 103 versehen. Die Ansteuerungs
schaltung 102 ist mit den Trageteilen 35a, 36a der Ansteue
rungselektroden 35, 36 und einem der vier Oszillationsmas
sentrageteile 40 verbunden. Die Erfassungs-/Ver
arbeitungsschaltung 103 ist mit den Kontaktstellenelek
troden 30c-33c und einem der vier Oszillationsmassentrage
teile 40 verbunden.
Die Ansteuerungsschaltung 102 wendet ein Ansteuerungs
signal auf die Ansteuerungselektroden 35, 36 an, um die Os
zillationsmassen 10-13 oszillieren zu lassen. Die Erfas
sungs-/Verarbeitungsschaltung 103 enthält vier Kapazitäts
spannungsumwandlungsschaltungen 104 (in Fig. 5 als C/V dar
gestellt) wie geschaltete Kondensatoren, welche Kapazitäts
änderungen zwischen den Erfassungsgewichten 20-23 der Os
zillationsmassen 10-13 und Erfassungselektroden 30-35 in
Spannungsänderungen umwandelt, und eine Verarbeitungsschal
tung 105, welche Spannungswerte von den Kapazitätsspan
nungsumwandlungsschaltungen 104 verarbeitet und die verar
beiteten Spannungswerte als Winkelgeschwindigkeitserfas
sungssignal S1 ausgibt.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 100 mit der oben be
schriebenen Struktur wird durch die folgenden Schritte her
gestellt. Fig. 6A bis 6H zeigen Querschnittsansichten,
welche die Herstellungsschritte des Winkelgeschwindigkeits
sensors entlang der Linie II-II von Fig. 1 darstellen.
Wie in Fig. 6A dargestellt wird das SOI-Substrat be
reitgestellt, welches ie erste und zweite Halbleiterschicht
1, 2 und die Isolierschicht 3 aufweist. Wie oben beschrie
ben wird jede der ersten und zweiten Halbleiterschicht 1, 2
aus dem einkristallinen Silizium hergestellt, welches eine
Kristallausrichtung von (100) aufweist. Die Isolierschicht
3 wird aus einer Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von
etwa 1 µm beispielsweise gebildet und zwischen der ersten
und zweiten Halbleiterschicht 1, 2 angeordnet. Störstellen
wie Phosphor (P) werden implantiert und in die gesamte
Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 2 eindiffundiert
(N+-Diffusion), um den Oberflächenwiderstand der zweiten
Halbleiterschicht 2 und einen Kontaktwiderstand an einem
Kontaktteil zwischen der Oberfläche und den Kontaktstellen
elektroden 30c-33c zu verringern, welche später aus Alumi
nium gebildet werden.
In einem in Fig. 6B dargestellten Schritt wird Elektro
denmaterial wie Aluminium auf die Oberfläche (zweite Halb
leiterschicht 2) des SOI-Substrats 4 beispielsweise um lpm
aufgetragen. Danach wird das aufgetragene Aluminium unter
Verwendung sowohl von Lithographie als auch von Ätzen der
art strukturiert, dass die Kontaktstellenelektroden 30c-33c
zur Entnahme der Signale gebildet werden.
In einem in Fig. 6 dargestellten Schritt wird das SOI-
Substrat 4 auf eine vorbestimmte Dicke (beispielsweise
300 µm) durch Polieren einer unteren Oberfläche (erste Halb
leiterschicht 1) des SOI-Substrats 4 verdünnt, und die Un
terseitenoberfläche wird hochglanzverchromt.
In einem in Fig. 6D dargestellten Schritt wird eine
Plasma-SiN-Schicht 200 (Siliziumnitrid) auf die Untersei
tenoberfläche (erste Halbleiterschicht 1) des SOI-Substrats
4 beispielsweise auf 0,5 µm aufgetragen. Danach wird die
aufgetragene Plasma-SiN-Schicht 200 unter Verwendung sowohl
von Fotolithographie als auch von Ätzen strukturiert, um
eine Öffnung an einem vorbestimmten Gebiet zu bilden.
In einem in Fig. 6E dargestellten Schritt wird ein Re
sist mit einer Struktur, welche die Oszillationsmassen 10-13,
jede Elektrode 30-36, jeden Ausleger 41-43 usw. defi
niert, auf der Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 2
gebildet. Danach werden Gräben durch Trockenätzen gebildet,
welche vertikal die Isolierschicht 3 erreichen.
In einem in Fig. 6F dargestellten Schritt wird die er
ste Halbleiterschicht 1 unter Verwendung eines Ätzmittels
wie einer KOH-Lösung unter Verwendung der Plasma-SiN-
Schicht 200 als Maske geätzt. Wenn in diesem Schritt bzw.
dieser Stufe das Ätzen bis zur Isolierschicht 3
fortschreitet, kann die Isolierschicht 3 durch den Druck
des Ätzmittels gespalten werden und das SOI-Substrat 4 kann
gebrochen werden. Daher wird die Ätzzeit derart gesteuert,
dass das Ätzen gestoppt wird, wenn verbleibendes Silizium
auf der ersten Halbleiterschicht beispielsweise eine Dicke
von 10 µm annimmt, wodurch verhindert wird, dass die Iso
lierschicht 3 gespalten wird.
In einem in Fig. 6G dargestellten Schritt wird das Si
lizium der ersten Halbleiterschicht 1, welches in dem in
Fig. 6F dargestellten Schritt verblieben ist, unter Verwen
dung von Plasmatrockenätzen entfernt. Bei diesem Ätzen wird
die Plasma-SiN-Schicht 200 auf der unteren Oberfläche des
SOI-Substrats 4 entfernt.
Schließlich wird in einem in Fig. 6H dargestellten
Schritt die Isolierschicht 3 unter Durchführung eines
Trockenätzens von der unteren Oberfläche des SOI-Substrats
4 entfernt, so dass die Oszillationsmassen 10-13, die Elek
troden 30-36 und die Ausleger 41-43 gebildet werden. Danach
wird jedes Teil mit dem Schaltungsteil 101 durch Verdrah
tung elektrisch verbunden, um den in Fig. 2 dargestellten
Winkelgeschwindigkeitssensor 100 fertigzustellen.
Als nächstes wird der Betrieb des Winkelgeschwindig
keitssensors 100 unter Bezugnahme auf ein in Fig. 7 darge
stelltes Modell entsprechend Draufsicht von Fig. 1 erklärt.
Entsprechend Fig. 7 wird in eine zufällige Richtung um den
vorbestimmten Punkt K die Richtung im Uhrzeigersinn als po
sitive Richtung definiert, und die Richtung gegen den Uhr
zeigersinn wird als negative Richtung definiert. Des weite
ren wird in Radialrichtung eine Richtung fern von dem vor
bestimmten Punkt K als positive Richtung definiert, und ei
ne Richtung nahe dem vorbestimmten Punkt K wird als negati
ve Richtung definiert.
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 werden Span
nungssignale (Ansteuerungssignale) mit einer Rechteckswelle
oder einer Sinuswelle an die Ansteuerungselektrode 35 und
die Ansteuerungselektrode 36 über einen Inverter 101a ange
legt, so dass jedes Spannungssignal in einer umgekehrten
(entgegengesetzten) Phase an die Ansteuerungselektroden 35,
36 jeweils angelegt wird. Beispielsweise wird ein Span
nungssignal von 2,5 V an die Oszillationsmassentrageteile 40
angelegt, und es werden rechteckige Spannungssignale mit
einer Amplitude von 5 V bezüglich eines Pegels von 2,5 V an
die Ansteuerungselektroden 35, 36 in der umgekehrten Phase
angelegt. Als Ergebnis werden elektrostatische Kräfte zwi
schen den Elektrodenteilen 35b, 36b der Ansteuerungselek
troden 35, 36 und den kammförmigen Elektroden 20c-23c der
Oszillationsmassen 10-13 erzeugt.
Zu dieser Zeit oszilliert wie durch die gestrichelten
Linien in Fig. 7 dargestellt jede der vier Oszillationsmas
sen 10-13 benachbart zueinander in umgekehrter Phase in die
zufällige Richtung um den vorbestimmten K entlang der fla
chen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat 4 durch die Elasti
zitätskraft der Oszillationsausleger 41 (erstes elastisches
Teil).
Bei dieser Oszillation oszillieren die Oszillationsmas
sen 10-12, welche einander bezüglich des vorbestimmten, da
zwischen angeordneten Punkts K gegenüberstehen (d. h.
punktsymmetrisch bezüglich des vorbestimmten Punkts K), in
derselben Phase (derselben Oszillationsphase zwischen den
zwei gegenüberstehenden beweglichen Teilen). Die Oszillati
onsmassen 11, 13, welche bezüglich des dazwischen befindli
chen vorbestimmten Punkts K sich gegenüberstehen, oszillie
ren ebenfalls in derselben Phase. Jedoch ist die Phase
(beispielsweise die negative Richtung) der zwei Oszillati
onsmassen 10-12 eine umgekehrte Phase der Phase
(beispielsweise die positive Richtung) der zwei oszillie
renden Massen 11, 13 (eine halb und halb Umkehrphasenoszil
lation).
Wenn die Oszillationsmassen 10-13 in der flachen Ebene
parallel zu dem SOI-Substrat 4 oszillieren, wird eine Win
kelgeschwindigkeit Ω über eine senkrechte Achse des SOI-
Substrats 4 erzeugt (durch Bezugszeichen J in Fig. 1 darge
stellt). Als Ergebnis wirkt die Corioliskraft (Fc) auf die
Oszillationsmassen 10-13 in die zufällige Richtung über den
vorbestimmten Punkt K in der flachen Ebene. Wenn beispiels
weise wie in Fig. 7 dargestellt die Winkelgeschwindigkeit
Ω in Uhrzeigerrichtung über den vorbestimmten Punkt K er
zeugt wird, wird die Corioliskraft (-Fc) auf die Oszillati
onsmassen 10, 12 aufgebracht, deren Phasen negativ sind,
und die Corioliskraft (+Fc) wird den Oszillationsmassen 11,
13 aufgebracht, deren Phasen positiv sind.
Wenn die Corioliskraft wie in Fig. 7 dargestellt ein
wirkt, oszilliert (verschiebt sich) jedes Erfassungsgewicht
20-23 in Radialrichtung des vorbestimmten Punkts K (einer
Richtung senkrecht zu der Oszillationsrichtung) entlang der
flachen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat 4 durch die Ela
stizitätskraft der Erfassungsausleger (zweites elastisches
Teil) 20b-23b. Die Verschiebungen der Erfassungsgewichte
20-23 werden als Kapazitätsänderungen zwischen den Erfas
sungsgewichten 20-23 und den Elektrodenteilen 30b-33b der
Erfassungselektroden 30-33 erfasst. Hier wird in Radial
richtung wie in Fig. 7 dargestellt eine Richtung, in welche
die Kapazität sich erhöht, als positive Richtung definiert,
und eine Richtung, in welche sich die Kapazität verringert,
wird als negative Richtung definiert.
Die Kapazitätsänderungen werden wie folgt erfasst. Die
Kapazitätswerte werden der Kapazitätsspannungswandlerschal
tung 104 von den Erfassungselektroden 30-33 durch die Kon
taktstellenelektroden 30c-33c eingegeben und werden in die
Spannungswerte in der Kapazitätsspannungswandlerschaltung
104 umgewandelt. Die Spannungswerte werden in der Verarbei
tungsschaltung 105 berechnet und verarbeitet und als Win
kelgeschwindigkeitserfassungssignal S1 ausgegeben.
Die oben beschriebenen Operationen sind grundlegende
Operationen des Winkelgeschwindigkeitssensors 100. Da die
Oszillationsmassen 10-13 in der zufälligen Richtung als Ge
samtheit oszillieren, wirkt die Zentrifugalkraft auf die
Erfassungsgewichte 20-23 in die Richtung, auf welche die
Corioliskraft wirkt, und eine externe Beschleunigung (eine
externe Kraft, externes G) wirkt auf die Erfassungsgewichte
20-23 in die Richtung, auf welche die Corioliskraft als Er
gebnis eines starken Stoppens, einer starken Beschleunigung
oder dergleichen wirkt.
Es ist nötig die Zentrifugalkraft ("Fa" in Fig. 7) oder
die externe Beschleunigung ("FG" in Fig. 7) zu entfernen,
da diese Kräfte als Rauschkomponenten auf den Ausgang ein
wirken. Bei dieser Ausführungsform wird die Zentrifugal
kraft und die externe Beschleunigung unter Durchführung der
folgenden Berechnungen in der Verarbeitungsschaltung 105
aufgehoben. Des weiteren kann die Verarbeitungsschaltung
105 Signale infolge der Corioliskraft multipliziert mit der
Anzahl der Oszillationsmassen ausgeben (bei dieser Ausfüh
rungsform im wesentlichen vier).
Wenn wie in Fig. 7 dargestellt die Winkelgeschwindig
keit Ω auf den Winkelgeschwindigkeitssensor 100 aufge
bracht wird, während vier Oszillationsmassen 10-13 oszil
lieren, werden Kräfte F10, F11, F12, F13, welche auf die Er
fassungsgewichte 20-23 wirken, entsprechend der folgenden
Gleichungen (1) bis (4) berechnet.
Oszillationsmasse 10: F10 = -Fc +Fa + FGy (1)
Oszillationsmasse 11: F11 = +Fc +Fa + FGx (2)
Oszillationsmasse 12: F12 = -Fc +Fa - FGy (3)
Oszillationsmasse 13: F13 = +Fc +Fa - FGx (4)
wobei Fc die Corioliskraft darstellt, Fa die Zentrifu
galkraft darstellt und FGx, FGy die x-Komponente und die y-
Komponente der externen Beschleunigung darstellen.
Da dabei das gewünschte Signal lediglich Fc ist und die
anderen Signale Rauschkomponenten sind, wird in der Verar
beitungsschaltung 105 die folgende Berechnung (5) durchge
führt.
F = -F10 + F11 - F12 + F13 = 4Fc (5)
Da auf diese Weise der Berechnungsprozess in dem Schal
tungsteil 101 alle Rauschkomponenten (Fa, FG) aufheben kann
und die Signale (Winkelgeschwindigkeitssignal S1) auf der
Grundlage der Corioliskraft multipliziert mit vier ausgibt,
kann das S/N-Verhältnis des Winkelgeschwindigkeitssensors
100 verbessert werden. Da des weiteren die Berechnungspro
zesse durch Addition und Subtraktion durchgeführt werden,
kann eine Schaltungsstruktur vereinfacht und erzielt werden
unter Verwendung eines herkömmlichen Rechners.
Fig. 8 stellt einen Winkelgeschwindigkeitssensor dar,
bei welchem die Anzahl von Oszillationsmassen 10-15, welche
punktsymmetrisch bezüglich des vorbestimmten Punkts K ange
ordnet sind, gleich sechs ist. Dabei sind die positive
Richtung und die negative Richtung in der zufälligen Rich
tung und die radiale Richtung um den vorbestimmten Punkt K
dieselben wie jene in Fig. 7.
Bei diesem Winkelgeschwindigkeitssensor sind sechs Os
zillationsmassen 10-15 punktsymmetrisch bezüglich des vor
bestimmten Punkts K in der flachen Ebene parallel zu dem
SOI-Substrat 4 angeordnet. Dabei sind die sechs Oszillati
onsmassen 10-15 derart konstruiert, dass zwei Oszillations
massen 10-13 (positive Richtung), zwei Oszillationsmassen
11-14 (negative Richtung) und zwei Oszillationsmassen 12-15
(positive Richtung), welche sich einander bezüglich des
vorbestimmten Punkts K gegenüberstehen, jeweils in densel
ben Phasen in derselben zufälligen Richtung wie durch die
gestrichelten Linien in Fig. 8 dargestellt oszillieren.
Wenn wie in Fig. 8 dargestellt die Winkelgeschwindig
keit Q entlang der Uhrzeigerrichtung um den vorbestimmten
Punkt K und die externe Beschleunigung FG1 von der Seite
der Oszillationsmasse 13 zu der Oszillationsmasse 10 dem
Winkelgeschwindigkeitssensor 100 aufgebracht werden, wäh
rend sechs Oszillationsmassen 10-15 oszillieren, werden die
Kräfte F10, F11, F12, F13, F14, F15, welche auf nicht darge
stellten sechs Erfassungsgewichte wirken, entsprechend den
folgenden Gleichungen (6) bis (11) berechnet.
Oszillationsmasse 10: F10 = +Fc +Fa + FG1 (6)
Oszillationsmasse 11: F11 = -Fc +Fa + FG2 (7)
Oszillationsmasse 12: F12 = +Fc +Fa - FG3 (8)
Oszillationsmasse 13: F13 = +Fc +Fa - FG1 (9)
Oszillationsmasse 13: F13 = +Fc +Fa - FG1 (9)
Oszillationsmasse 14: F14 = -Fc +Fa - FG2 (10)
Oszillationsmasse 15: F15 = +Fc +Fa + FG3 (11)
wobei Fc die Corioliskraft darstellt, Fa die Zentrifu
galkraft darstellt, und FG2, FG3 jeweils FG1.cos(π/3) bzw.
FG1.sin(π/3) darstellen.
Dabei wird entsprechend der folgenden Gleichung (12)
eine Addition und Subtraktion durchgeführt, um das ge
wünschte Signal Fc zu entnehmen.
F = F10 - F11 + F12 + F13 - F14 + F15 = 6Fc + 2Fa (12)
Da auf diese Weise der Berechnungsprozess in dem Schal
tungsteil 101 die gesamte externe Beschleunigung aufheben
und das Winkelgeschwindigkeitssignal S1 auf der Grundlage
der Corioliskraft multipliziert mit 6 ausgeben kann, kann
das S/N-Verhältnis des Winkelgeschwindigkeitssensors 100
verbessert werden. Dabei verbleibt die Zentrifugalkraft Fa
in dem Winkelgeschwindigkeitssignal S1 als Offsetkomponen
te, jedoch kann die Zentrifugalkraft Fa in dem Berechnungs
prozess in dem Schaltungsteil 101 durch vorausgehende Be
rechnung als Offsetkomponente aufgehoben werden.
Wie oben beschrieben ist eine gerade Anzahl (wenigstens
2) von Oszillationsmassen punktsymmetrisch bezüglich des
vorbestimmten Punkts K in der flachen Ebene parallel zu dem
SOI-Substrat 4 angeordnet, es wird dieselbe Phasenoszilla
tion zwischen den zwei sich gegenüberstehenden beweglichen
Teilen durchgeführt, und es werden Berechnungsprozesse
(Addition und Subtraktion), welche durch die Gleichungen
(1) bis (12) dargestellt werden, durchgeführt. Als Ergebnis
ergibt sich das Ausgangssignal infolge der Corioliskraft
multipliziert mit der Anzahl der Oszillationsmassen unter
Aufhebung der externen Beschleunigung. Wenn insbesondere
die Anzahl der Oszillationsmassen einen geraden Wert von
mehr als vier aufweist, kann das S/N-Verhältnis im Ver
gleich mit dem Fall verbessert werden, bei welchem die An
zahl der Oszillationsmassen zwei beträgt. Es wird bevorzugt
die Anzahl der Oszillationsmassen auf eine gerade Anzahl
festzulegen, da in dem Fall einer ungeraden Anzahl ein
nicht aufhebbarer Anteil der externen Beschleunigung in dem
Winkelgeschwindigkeitssignal S1 verbleibt.
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 mit vier Os
zillationsmassen 10-13 oszillieren zwei Oszillationsmassen
10, 12, welche sich einander (punktsymmetrisch angeordnet)
bezüglich des vorbestimmten Punkts K gegenüberstehen, in
derselben Phase. In diesem Fall kann die externe Beschleu
nigung FGy, welche auf beide Oszillationsmassen 10, 12 ein
wirkt, die umgekehrte Richtung (positiv und negativ) dazu
annehmen, und die dort wirkende Corioliskraft kann dieselbe
Richtung dazu annehmen (jeweils negativ). Operationen der
zwei Oszillationsmassen 11, 13 sind dieselben wie die oben
beschriebenen Operationen.
Wenn daher der Winkelgeschwindigkeitssensor 100 wenig
stens ein Paar von Oszillationsmassen (bewegliche Teile)
besitzt (beispielsweise die Oszillationsmasse 10 als der
erste bewegliche Teil und die Oszillationsmasse 12 als der
zweite bewegliche Teil), welche in derselben Phase oszil
lieren, kann die externe Beschleunigung leicht durch einfa
che Berechnungen (Addition und Subtraktion) aufgehoben wer
den, und es können lediglich die Signale infolge der Corio
liskraft ausgegeben werden.
Es versteht sich des weiteren durch einen Vergleich des
Typs mit vier Oszillationsmassen mit dem Typ mit sechs Os
zillationsmassen, dass die Zentrifugalkraft zusätzlich zu
der externen Beschleunigung mit einer einfachen Schaltung
augehoben werden kann durch 1) Festlegen der Anzahl der Os
zillationsmassen auf das Vielfache von vier; 2) punktsymme
trisches Anordnen der Oszillationsmassen; 3) Oszillation
der Oszillationsmassen in derselben Phase und der umgekehr
ten Phase (die Oszillation in derselben Phase zwischen den
sich gegenüberstehenden zwei beweglichen Teilen und die Os
zillation in der halb und halb umgekehrten Phase); und 4)
Durchführen von Berechnungsprozessen (Addition und Subtrak
tion) auf der Grundlage der Gleichungen (1) bis (5), um je
des der Signale infolge der Verschiebungen der Oszillati
onsmassen aufzusummieren (Berechnung von F).
Wenn dabei die Anzahl der Oszillationsmassen eine ge
rade Anzahl außer dem Vielfachen von vier ist
(beispielsweise 2, 6, 10, 14 . . . 2(2n + 1)), verbleibt die
Zentrifugalkraftkomponente in dem Winkelgeschwindigkeitssi
gnal S1 als Ergebnis der Aufhebung der externen Beschleuni
gungskomponente. Jedoch kann die derartige Zentrifugalkraft
komponente als Offset durch einen Berechnungsprozess in dem
Schaltungsteil entfernt werden.
Wenn die Oszillationsmassen durch das Vielfache von
vier (beispielsweise 4, 8, 12, 16 . . . 4n) punktsymmetrisch
angeordnet sind, kann "dieselbe Phasenoszillation zwischen
den sich gegenüberstehenden zwei Teilen" und die
"Oszillation in der halb und halb umgekehrten Phase" der
Oszillationsmassen (der beweglichen Teile) benachbart zu
einander in der umgekehrten Phase in der zufälligen Rich
tung um den vorbestimmten Punkt K passend ausgeführt wer
den.
Des weiteren wird bei dieser Ausführungsform der ge
samte Sensor durch Anordnen einer geraden Anzahl (von zwei
oder mehr) Oszillationsmassen (der beweglichen Teile) 10-15
punktsymmetrisch bezüglich des vorbestimmten Punkts K in
der flachen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat 4 und durch
eine Oszillation davon in der zufälligen Richtung um den
vorbestimmten Punkt K für eine Verringerung der Größe
kreisförmig.
Die Erfassungselektroden (Erfassungsteile) 30-33 zur
Erfassung der Corioliskraft sind an der äußeren Seite der
Oszillationsmassen 10-13 bezüglich des vorbestimmten Punkts
K in der flachen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat 4 ange
ordnet, jedoch können die Erfassungselektroden 30-33 an der
hinteren Seite der Oszillationsmassen 10-13 angeordnet
sein. D. h. es wird bevorzugt alle Erfassungselektroden
(Erfassungsteile) 10-13 entweder an der äußeren Seite oder
der inneren Seite bezüglich der Oszillationsmassen 10-13
anzuordnen, da Vorzeichen der Corioliskraft und der exter
nen Beschleunigung wichtig für die Durchführung des Berech
nungsprozesses sind und da das Vorzeichen der Coroliskraft
von den Positionen der Erfassungselektroden abhängt.
Dabei sind die Erfassungsteile derart konstruiert, dass
sie Kapazitätsänderungen erfassen, jedoch können die Erfas
sungsteile derart konstruiert sein, dass sie die Verschie
bung der Erfassungsgewichte als elektromagnetische Änderun
gen erfassen. Des weiteren kann der Schaltungsteil
(Schaltungseinrichtung) 101 auf demselben SOI-Substrat 4
wie bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 oder auf dem
anderen Substrat gebildet sein.
Vorstehend wurde ein kompakter Winkelgeschwindigkeits
sensor mit einem verbesserten Signal/Rausch-Verhältnis of
fenbart. Der Winkelgeschwindigkeitssensor (100) enthält ein
SOI-Substrat (4), vier Oszillationsmassen (10-13), welche
beweglich auf dem SOI-Substrat getragen werden, und vier
Erfassungselektroden (30-33), welche an der äußeren Seite
der Oszillationsmassen zur Erfassung von Verschiebungen der
Oszillationsmassen vorgesehen sind. Die Oszillationsmassen
sind punktsymmetrisch bezüglich eines vorbestimmten Punkts
K in einer flachen Ebene parallel zu dem SOI-Substrat ange
ordnet. Jede der vier zueinander benachbarten Oszillations
massen oszilliert in einer umgekehrten Phase in einer zu
fälligen Richtung um den vorbestimmten Punkt K entlang der
flachen Ebene. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω um den
vorbestimmten Punkt K erzeugt wird, werden Erfassungsge
wichte (20-23) der Oszillationsmassen entlang einer Rich
tung senkrecht zu der Oszillationsrichtung in der flachen
Ebene verschoben. Kapazitätsänderungen zwischen den Erfas
sungsgewichten der Erfassungselektroden werden in einem
Schaltungsteil (101) verarbeitet, um ein Winkelgeschwindig
keitserfassungssignal S1 infolge einer Corioliskraft unter
Aufhebung einer externen Beschleunigung und einer Zentrifu
galkraft auszugeben, welche auf die Erfassungsgewichte der
Oszillationsmassen wirkt.
Claims (13)
1. Winkelgeschwindigkeitssensor mit:
einem Substrat (4);
einer Mehrzahl von beweglichen Teilen (10, 11, 12, 13), welche beweglich auf dem Substrat getragen werden, punktsymmetrisch zueinander bezüglich eines vorbestimmten Punkts angeordnet und in eine zufällige Richtung um den vorbestimmten Punkt beweglich sind; und
einem Erfassungsteil (30-33), welcher den beweglichen Teilen zur Erfassung einer Verschiebung der beweglichen Teile gegenübersteht.
einem Substrat (4);
einer Mehrzahl von beweglichen Teilen (10, 11, 12, 13), welche beweglich auf dem Substrat getragen werden, punktsymmetrisch zueinander bezüglich eines vorbestimmten Punkts angeordnet und in eine zufällige Richtung um den vorbestimmten Punkt beweglich sind; und
einem Erfassungsteil (30-33), welcher den beweglichen Teilen zur Erfassung einer Verschiebung der beweglichen Teile gegenübersteht.
2. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die beweglichen Teile (10, 11, 12, 13)
einen ersten beweglichen Teil (10, 11) und einen zweiten
beweglichen Teil (12, 13) enthalten, der dem ersten
beweglichen Teil mit dem dazwischen befindlichen
vorbestimmten Punkt gegenübersteht, wobei der erste
bewegliche Teil und der zweite bewegliche Teil in derselben
Phase oszillieren.
3. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der beweglichen
Teile (10, 11, 12, 13) aus einer geraden Anzahl gewählt
wird oder mehr als vier beträgt.
4. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Anzahl der beweglichen Teile (10, 11, 12, 13) aus dem Vielfachen von vier gewählt wird,
jeweils zwei bewegliche Teile (10, 12; 11, 13), welche punktsymmetrisch zueinander bezüglich des vorbestimmten Punkts angeordnet sind, in derselben Phase oszillieren, und
eine Hälfte der beweglichen Teile (10, 12) und eine andere Hälfte der beweglichen Teile (11, 13) in umgekehrter Phase oszillieren.
die Anzahl der beweglichen Teile (10, 11, 12, 13) aus dem Vielfachen von vier gewählt wird,
jeweils zwei bewegliche Teile (10, 12; 11, 13), welche punktsymmetrisch zueinander bezüglich des vorbestimmten Punkts angeordnet sind, in derselben Phase oszillieren, und
eine Hälfte der beweglichen Teile (10, 12) und eine andere Hälfte der beweglichen Teile (11, 13) in umgekehrter Phase oszillieren.
5. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass jedes der beweglichen Teile (10-13)
benachbart zueinander in umgekehrter Phase oszilliert.
6. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsteil
(30-33) an der äußeren Seite der beweglichen Teile (11-13)
in Radialrichtung bezüglich des vorbestimmten Punkts ange
ordnet ist.
7. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche
1 bis 6, gekennzeichnet durch:
einen Schaltungsteil (101) zur Eingabe eines Winkelge schwindigkeitssignals (S1) von dem Erfassungsteil (30-33) für eine Verarbeitung zur Ausgabe eines Signals infolge ei ner Corioliskraft, welche auf die beweglichen Teile (10-13) wirkt.
einen Schaltungsteil (101) zur Eingabe eines Winkelge schwindigkeitssignals (S1) von dem Erfassungsteil (30-33) für eine Verarbeitung zur Ausgabe eines Signals infolge ei ner Corioliskraft, welche auf die beweglichen Teile (10-13) wirkt.
8. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (101) eine Verar
beitung zur Ausgabe eines Signals infolge einer auf die be
weglichen Teile (10-13) wirkenden Corioliskraft arbeitet,
wobei im wesentlichen eine externe Kraft aufgehoben wird,
die auf die beweglichen Teile wirkt.
9. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil
(30-33) festgelegte Elektroden (30b-33b), welche an dem
Substrat (4) befestigt sind, um den beweglichen Teilen (10-13)
gegenüberzustehen, zur Erfassung von Kapazitätsänderun
gen zwischen den festgelegten Elektroden und den bewegli
chen Elektroden als Ergebnis einer Verschiebung der beweg
lichen Teile entlang einer flachen Ebene parallel zu dem
Substrat aufweist.
10. Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Teile
(10-13)
ein erstes elastisches Teil (41), welches entlang ei ner Oszillationsrichtung elastisch deformierbar ist;
einen Oszillationsteil (20a-23a), welcher auf dem Substrat (4) über das erste elastische Teil getragen wird;
ein zweites elastisches Teil (20b-23b), welches mit dem Oszillationsteil verbunden ist und entlang einer Rich tung senkrecht zu der Oszillationsrichtung in einer flachen Ebene parallel zu dem Substrat elastisch deformierbar ist; und
ein Erfassungsgewicht (20-23) aufweist, welches von dem Oszillationsteil über das zweite elastische Teil getra gen wird.
ein erstes elastisches Teil (41), welches entlang ei ner Oszillationsrichtung elastisch deformierbar ist;
einen Oszillationsteil (20a-23a), welcher auf dem Substrat (4) über das erste elastische Teil getragen wird;
ein zweites elastisches Teil (20b-23b), welches mit dem Oszillationsteil verbunden ist und entlang einer Rich tung senkrecht zu der Oszillationsrichtung in einer flachen Ebene parallel zu dem Substrat elastisch deformierbar ist; und
ein Erfassungsgewicht (20-23) aufweist, welches von dem Oszillationsteil über das zweite elastische Teil getra gen wird.
11. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass
das Substrat (4) eine Ansteuerungselektrode (35, 36) mit einer Kammform für eine Gegenüberstellung gegenüber dem Oszillationsteil (201-23a) besitzt;
der Oszillationsteil eine Gegenüberstellungselektrode (20c-23c) mit einer Kammform für eine Gegenüberstellung ge genüber der Ansteuerungselektrode aufweist, um mit der Kammform der Ansteuerungselektrode verzahnt zu sein, und
die Ansteuerungselektrode zur Erzeugung einer elektro statischen Kraft zwischen der Ansteuerungselektrode und der Gegenüberstellungselektrode dient, um den beweglichen Teil (10-13) durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen der Ansteuerungselektrode und der Gegenüberstellungselektrode oszillieren zu lassen.
das Substrat (4) eine Ansteuerungselektrode (35, 36) mit einer Kammform für eine Gegenüberstellung gegenüber dem Oszillationsteil (201-23a) besitzt;
der Oszillationsteil eine Gegenüberstellungselektrode (20c-23c) mit einer Kammform für eine Gegenüberstellung ge genüber der Ansteuerungselektrode aufweist, um mit der Kammform der Ansteuerungselektrode verzahnt zu sein, und
die Ansteuerungselektrode zur Erzeugung einer elektro statischen Kraft zwischen der Ansteuerungselektrode und der Gegenüberstellungselektrode dient, um den beweglichen Teil (10-13) durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen der Ansteuerungselektrode und der Gegenüberstellungselektrode oszillieren zu lassen.
12. Winkelgeschwindigkeitssensor mit:
einem Substrat (4);
einer Mehrzahl von beweglichen Teilen, die beweglich auf dem Substrat getragen werden, einschließlich einem er sten beweglichen Teil (10) und einem zweiten beweglichen Teil (12), welcher punktsymmetrisch mit dem ersten bewegli chen Teil bezüglich eines vorbestimmten Punkts (K) angeord net ist, wobei der erste und zweite bewegliche Teil in ei ner zufälligen Richtung um den vorbestimmten Punkt in der selben Phase zueinander oszillieren können;
einem Erfassungsteil (30-33), welcher an der äußeren Seite der beweglichen Teile vorgesehen ist, zur Erfassung einer Verschiebung der beweglichen Teile; und
einer Verarbeitungsschaltung (101) zur Verarbeitung von Signalen von dem Erfassungsteil und zur Ausgabe eines Winkelgeschwindigkeitssignals infolge einer Corioliskraft, welche auf die beweglichen Teile in einer flachen Ebene parallel zu dem Substrat als Ergebnis der Oszillation der beweglichen Teile wirkt.
einem Substrat (4);
einer Mehrzahl von beweglichen Teilen, die beweglich auf dem Substrat getragen werden, einschließlich einem er sten beweglichen Teil (10) und einem zweiten beweglichen Teil (12), welcher punktsymmetrisch mit dem ersten bewegli chen Teil bezüglich eines vorbestimmten Punkts (K) angeord net ist, wobei der erste und zweite bewegliche Teil in ei ner zufälligen Richtung um den vorbestimmten Punkt in der selben Phase zueinander oszillieren können;
einem Erfassungsteil (30-33), welcher an der äußeren Seite der beweglichen Teile vorgesehen ist, zur Erfassung einer Verschiebung der beweglichen Teile; und
einer Verarbeitungsschaltung (101) zur Verarbeitung von Signalen von dem Erfassungsteil und zur Ausgabe eines Winkelgeschwindigkeitssignals infolge einer Corioliskraft, welche auf die beweglichen Teile in einer flachen Ebene parallel zu dem Substrat als Ergebnis der Oszillation der beweglichen Teile wirkt.
13. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die beweglichen Teile einen dritten
beweglichen Teil (11) und einen zweiten beweglichen Teil
(13) enthalten, welcher punktsymmetrisch mit dem ersten be
weglichen Teil bezüglich des vorbestimmten Punkts (K) ange
ordnet ist, wobei der erste und zweite bewegliche Teil für
eine Oszillation in eine zufällige Richtung um den vorbe
stimmten Punkt in derselben Phase zueinander und in umge
kehrter Phase bezüglich der Phase der ersten und zweiten
beweglichen Teile (10, 12) vorgesehen sind.
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