DE69726631T2

DE69726631T2 - Winkelgeschwindigkeitsaufnehmer

Info

Publication number: DE69726631T2
Application number: DE69726631T
Authority: DE
Inventors: Kazufumi Nagaokakyo-shi Moriya; Tomoyasu Nagaokakyo-shi Hasegawa; Eiichi Nagaokakyo-shi Takata; Tomio Nagaokakyo-shi Shibano; Tetsuo Nagaokakyo-shi Osawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: EP0795737A1; US6070463A; DE69726631D1; JP3039364B2; JPH09243374A; EP0795737B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der für die Verwendung beim Erfassen der Winkelgeschwindigkeit von beispielsweise einem Rotator geeignet ist.
Im allgemeinen erfüllt ein Winkelgeschwindigkeitssensor die folgende Funktion. Während eine konstante Oszillation (Erregung) in den Richtungen der drei Achsen, d. h. X-, Y- und Z-Achse über eine bestimmte Achse, beispielsweise die X-Achse, an eine oszillierende Platte geliefert wird, wird von außen eine Kraft um die Z-Achse angelegt, und bewirkt, daß sich die oszillierende Platte dreht. Dann wirkt eine Corioliskraft (Trägheitskraft) auf die oszillierende Platte und bewirkt, daß dieselbe in die Richtung der Y-Achse oszilliert. Eine Verschiebung der oszillierenden Platte in der Y-Achsenrichtung aufgrund dieser Corioliskraft kann durch den Winkelgeschwindigkeitssensor als eine Änderung bei dem piezoelektrischen Widerstand oder der piezoelektrischen Kapazität erfaßt werden. Als ein Beispiel eines solchen Sensors ist der Winkelgeschwindigkeitssensor, der an seinen vier Ecken durch Balken getragen wird, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 6-123632 offenbart ist, gut bekannt.
Dieser Winkelgeschwindigkeitssensor des Stands der Technik wird nun mit Bezugnahme auf 7 und 8 erklärt.
In 7 und 8 ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor gezeigt, der im allgemeinen mit 1 bezeichnet ist, und ein rechteckig gebildetes Substrat, das beispielsweise aus einem hochwiderstandsfähigen Siliziummaterial gebildet ist und die Haupteinheit des Sensors 1 bildet. Ein bewegliches Teil 3, das aus einem Polysilikon mit geringem Widerstand gebildet ist, das mit P, B und Sb oder einem Einzelkristallsilizium dotiert ist, ist auf dem Substrat 2 gebildet.
Das bewegliche Teil 3 besteht aus vier Trageabschnitten 4, die an den vier Ecken des Substrats 2 angeordnet sind, vier Tragebalken 5 und einer rechteckig gebildeten oszillierenden Platte 6. Die Tragebalken 5 sind jeweils gebildet, um sich, von jedem Trageabschnitt 4 zu der Mitte des Sensors 1 in einer L-Form zu biegen, um einen Abschnitt parallel zu der X-Achse und einen Abschnitt parallel zu der Y-Achse zu bilden. Die oszillierende Platte 6 ist verschiebbar durch die vier Tragebalken 5 getragen, in den Richtungen der X- und Y-Achse, auf solche Weise, daß dieselbe von der Oberfläche des Substrats 2 gelöst werden kann. Kammartige Elektroden 7, 7, die als oszillierende Elektroden dienen, die in der Nähe des beweglichen Teils 3 angeordnet sind (die hierin nachfolgend als die „Bewegliches-Teil-Oszillationselektroden" bezeichnet sind), sind auf eine vorstehende Weise an der Vorder- und Rückseite der oszillierenden Platte 6 entlang der X-Achse gebildet, wobei jede Elektrode 7 aus vier Elektrodenplatten 7A gebildet ist. Ferner sind kammartige Elektroden 8, 8, die als Verschiebungserfassungselektroden dienen, die nahe zu dem beweglichen Teil 3 positioniert sind (die hierin nachfolgend als die „Bewegliches-Teil-Erfassungselektroden" bezeichnet sind), an der rechten und linken Seite der oszillierenden Platte 6 entlang der Y-Achse angeordnet, wobei jede Elektrode 8 aus vier Elektrodenplatten 8A gebildet ist.
Von den Elementen des beweglichen Teils 3 sind nur die Trageabschnitte 4 auf dem Substrat 2 befestigt, und die Tragebalken 5 und die oszillierende Platte 6 werden an den vier Ecken getragen, um über einen vorbestimmten Zwischenraum von dem Substrat 2 getrennt zu sein. Da die Tragebalken 5 in einer L-Form gebildet sind, kann die oszillierende Platte 6 entlang der X-Achse verschoben werden, durch Ablenken des Abschnitts der Tragebalken 5 parallel zu der Y-Achse, und kann entlang der Y-Achse verschoben werden durch Ablenken des Abschnitts parallel zu der X-Achse.
Ein Paar von kammartigen Elektroden 9, 9, die als oszillierende Elektroden wirken (hierin nachfolgend als die „Stationäres-Teil-Oszillationselektroden" bezeichnet), sind auf dem Substrat 2 gebildet, um die oszillierende Platte 6 zwischen den Elektroden 9, 9 von deren Vorder- und Hinterabschnitten anzuordnen. Die Elektroden 9, 9 bestehen aus stationären Teilen 9A, 9A, die an der Vorder- und Rückseite der oszillierenden Platte 6 auf dem Substrat 2 angeordnet sind, und vier Elektrodenplatten 9B, die von jedem der stationären Teile 9A, 9A hervorstehen, um abwechselnd den jeweiligen Elektrodenplatten 7A der vorher beschriebenen Bewegliches-Teil-Oszillations-Kammartigen-Elektrode 7 mit einem Zwischenraum gegenüberzuliegen.
Ein Paar von kammartigen Elektroden 10, 10, die als Verschiebungserfassungselektroden wirken (hierin nachfolgend als die „Stationäres-Teil-Erfassungselektrode" bezeichnet), sind auf dem Substrat 2 angeordnet, um die oszillierende Platte 6 zwischen den Elektroden 10, 10 von deren rechten und linken Seite anzuordnen. Die Elektroden 10, 10 sind aus stationären Teilen 10A, 10A gebildet, die auf der rechten und linken Seite der oszillierenden Platte 6 auf dem Substrat 2 angeordnet sind, und vier Elektrodenplatten 10B, die von jeder der stationären Platten 10A hervorstehen, um abwechselnd den jeweiligen Elektrodenplatten 8A der oben beschriebenen Bewegliches-Teil-Erfassungselektrode 8 über Zwischenräume gegenüberzuliegen.
Die Oszillationserzeugungsabschnitte 11, 11, die als Oszillationserzeugungseinrichtung dienen, bestehen jeweils aus einem Paar der Bewegliches-Teil-Oszillationselektrode 7 und der Stationäres-Teil-Oszillationselektrode 9, und die jeweiligen Elektrodenplatten 7A und die Elektrodenplatten 9A sind über gleich große Zwischenräume voneinander beabstandet. Oszillationsantriebssignale, 180° phasenverschoben mit einer Frequenz f, werden an die jeweiligen Oszillationserzeugungsabschnitte 11, 11 zwischen den Bewegliches-Teil-Oszillationselektroden 7 und den Stationäres-Teil- Oszillationselektroden 9 angelegt, um abwechselnde elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 7A und 9A zu erzeugen, und dadurch zu bewirken, daß dieselben in jedem Oszillationserzeugungsabschnitt 11 wiederholt sich den stationären Teilen 9 nähern und von denselben wegbewegen. Das Nettoergebnis ist, daß die oszillierende Platte 6 in der Richtung oszilliert, die durch den Pfeil a angezeigt ist, d. h. in der X-Achsen-Richtung.
Die Verschiebungserfassungsabschnitte 12, 12, die als Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, sind jeweils aus einer der Bewegliches-Teil-Erfassungselektroden 8 und einer der Stationäres-Teil-Erfassungselektroden 10 gebildet, wobei die jeweiligen Elektrodenplatten 8A und die Elektrodenplatten 10A voneinander über gleich große Zwischenräume getrennt sind. Die Elektroden 8 und 10 sind als planparallele Kondensatoren aufgebaut, die für eine Verschiebungserfassung verwendet werden. Jeder Verschiebungserfassungsabschnitt 12 kann somit eine Änderung in den effektiven Bereichen zwischen den Elektrodenplatten 8A und 10B als eine Änderung der Kapazität erfassen.
Gemäß dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, werden 180° phasenverschobene Oszillationsantriebssignale mit einer Frequenz f an die jeweiligen Oszillationserzeugungsabschnitte 11, 11 angelegt, um elektrostatische Anziehungskräfte zu erzeugen, um abwechselnd zwischen den jeweiligen Elektrodenplatten 7A und 9B zu wirken und ferner die Oszillationserzeugungsabschnitte 11, 11 zu treiben. Als Folge kann sich die oszillierende Platte 6 wiederholt den stationären Teilen 9 nähern und von denselben wegbewegen, und in der Richtung oszillieren, die durch den Pfeil a von 7 und 8 angezeigt ist, d. h. entlang der X-Achse.
Falls in diesem Zustand eine Winkelgeschwindigkeit Ω, die sich aus einer Kraft um die Z-Achse ergibt, in dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1 erzeugt wird, wird eine Corio liskraft (Trägheitskraft) in der Y-Achsenrichtung erzeugt, wodurch bewirkt wird, daß die oszillierende Platte 6 entlang der Y-Achse oszilliert, aufgrund dieser Corioliskraft, die durch die unten beschriebene Gleichung 2 ausgedrückt wird.
Die Verschiebung x und die Geschwindigkeit V zum Verschieben der oszillierenden Platte 6 entlang der X-Achse, die durch die Bewegung der oszillationserzeugenden Abschnitte 11, 11 bewirkt wird, kann durch die folgende Gleichung 1 ausgedrückt werden: x = Asinω1t V = Aω1cosω1t (1)wobei A die Amplitude der oszillierenden Platte 6 anzeigt; ω₁ die Winkelfrequenz des Antriebsmodus darstellt; und t die Zeit bezeichnet. Ferner kann die Corioliskraft F in der Y-Achsenrichtung, die von der Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse erzeugt wird, wenn die oszillierende Platte 6 mit einer Verschiebung x entlang der X-Achse mit der Geschwindigkeit V oszilliert, durch die folgende Gleichung 2 ausgedrückt werden: F = 2 mΩV (2)wobei m die Masse der oszillierenden Platte 6 anzeigt; und Ω die Winkelgeschwindigkeit darstellt.
Die oszillierende Platte 6 oszilliert somit entlang der Y-Achse aufgrund der Corioliskraft F, die durch die obige Gleichung (2) ausgedrückt wird. Eine Verschiebung der oszillierenden Platte 6 aufgrund der Oszillation kann durch die jeweiligen Verschiebungserfassungsabschnitte 12, 12 als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden, die zwischen den Bewegliches-Teil-Erfassungselektroden 8 und den Stationäres-Teil-Erfassungselektroden 10 erzeugt wird. Die Winkel geschwindigkeit Ω um die Z-Achse kann ebenfalls erfaßt werden.
Da die jeweiligen Oszillationserzeugungsabschnitte 11, 11 aus den Bewegliches-Teil-Oszillationselektroden 7, die aus den Elektrodenplatten 7A gebildet sind, und den Stationäres-Teil-Oszillationselektroden 9, die aus den Elektrodenplatten 9A gebildet sind, aufgebaut sind, kann ein großer effektiver Bereich zwischen den entgegengesetzt gegenüberliegenden Elektroden 7 und 9 sichergestellt werden. Dies macht es möglich, große elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Elektrodenplatten 7A und 9A zu erzeugen, auf das Anlegen eines Oszillationsantriebssignals an die oszillationserzeugenden Abschnitte 11 hin, wodurch die oszillierende Platte 6 mit einer großen Amplitude in der Richtung oszilliert wird, die durch den Pfeil a in 7 und 8 angezeigt ist.
Da darüber hinaus die jeweiligen Verschiebungserfassungsabschnitte 12, 12 aus den Bewegliches-Teil-Erfassungselektroden 8 bestehen, die aus den Elektrodenplatten 8A gebildet sind, und den Stationäres-Teil-Erfassungselektroden 10, die aus den Elektrodenplatten 10A gebildet sind, kann der effektive Bereich zwischen den entgegengesetzt gegenüberliegenden Elektroden 8 und 10 vergrößert werden. Somit kann eine Verschiebung der oszillierenden Platte 6 entlang der Y-Achse, d. h. eine Änderung in dem effektiven Bereich zwischen den Elektrodenplatten 8A und 10B, durch die Verschiebungserfassungsabschnitte 12, 12 als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden.
Da bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1 gemäß dem vorher beschriebenen bekannten Typ die Amplitude in der Erfassungsrichtung proportional zu einer Corioliskraft ist, ist es erforderlich, daß die Masse (m) der oszillierenden Platte 6 so groß wie möglich erhöht wird, auf der Basis der Gleichung 2 (F = 2 mΩV), von der bisher ausgegangen war, daß dieselbe erfordert, daß die oszillierende Platte 6 so groß wie möglich gebildet wird. Dies hat wiederum die Position der Bewegliches-Teil-Oszillationselektroden 7 und der Bewegliches-Teil-Erfassungselektroden 8, die beide vorgesehen sind, um die Erfassungsempfindlichkeit zu verbessern, auf der Gesamtperipherie der oszillierenden Platte 6 erfordert, d. h. an der vorderen und hinteren und an der linken und rechten Seite der oszillierenden Platte 6. Dies erhöht die Gesamtgröße des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 nachteilhaft.
Die EP 0 709 653 A1 , die ein herkömmliches Dokument unter Art. 54(3 und Art. 54(4) EPÜ ist, bezieht sich auf einen Mikrogyrometer zum Erfassen einer Drehung um eine erste Richtung. Der Mikrogyrometer umfaßt eine Platte, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, in einem festen Rahmen schwebt und bei der Resonanzfrequenz desselben entlang einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erregt wird. Eine Drehung um die erste Richtung bewirkt, daß die Platte um eine dritte Richtung orthogonal zu den ersten beiden Richtungen in Schwingung versetzt wird. Die Platte umfaßt Zähne, die sich jeweils entlang der zweiten und dritten Richtung erstrecken und ohne Kontakt in Rillen Eingriff nehmen, die einstückig mit dem Rahmen sind. Jeder Zahn trägt laterale Metallisierungen, die mit zugewandten Metallisierungen der Rillen Kondensatoren bilden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verkleinerten Winkelgeschwindigkeitssensor zu schaffen, auf der Basis der Tatsache, daß die Masse einer oszillierenden Platte unerheblich für die Verschiebung derselben in einer Erfassungsrichtung ist, wobei der Oszillator konfiguriert ist, um eine hohle Region aufzuweisen, wo eine Verschiebungserfassungseinrichtung angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1 gelöst.
Durch intensive Studien der Erfinder wurde die vorliegende Erfindung auf der Basis der folgenden Tatsache, die durch die Erfinder entdeckt wurde, fertiggestellt: Die Masse eines Oszillators ist unerheblich für eine Verschiebung des Oszillators in einer Erfassungsrichtung.
Auf das Erfahren einer Corioliskraft hin wird ein Oszillator in einer Erfassungsrichtung verschoben. Diese Corioliskraft F kann durch die folgende Gleichung 3 gemäß dem Hookeschen Gesetz ausgedrückt werden: F = K2y (3)wobei K₂ eine Federkonstante darstellt; und y eine Verschiebung des Oszillators in einer Erfassungsrichtung anzeigt.
Die Federkonstante K₂ in einer Erfassungsrichtung kann durch die folgende Gleichung 4 ausgedrückt werden: K2 = mω22 (4)wobei ω₂ die Winkelfrequenz des Erfassungsmodus bezeichnet.
Dann kann eine Verschiebung y des Oszillators in einer Erfassungsrichtung aufgrund einer Corioliskraft durch die folgende Gleichung 5 ausgedrückt werden, abgeändert von der Gleichung 3:
Ferner werden die Gleichungen 2 und 4 in die Gleichung 5 eingesetzt, um zu der folgenden Gleichung 6 zu führen.
Die Gleichung 6 offenbart, daß die Masse des Oszillators für eine Verschiebung y des Oszillators in einer Erfassungsrichtung aufgrund einer Corioliskraft unerheblich ist. Somit ist es nur notwendig, daß die Geschwindigkeit V erhöht wird, und die Winkelfrequenz ω₂ des Erfassungsmodus kann verringert werden, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen.
Auf diese Weise wurde die vorliegende Erfindung auf der Basis der oben beschriebenen Entdeckung fertiggestellt.
Genauer gesagt, ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der bestimmte Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellt, umfaßt ein Substrat und einen Oszillator mit einer mittleren oder hohlen Region, wobei der Oszillator für eine Bewegung entlang zweier horizontaler Achsen auf dem Substrat getragen wird. Ein Oszillationsgenerator ist zum Oszillieren des Oszillators entlang einer ersten der horizontalen Achsen vorgesehen, und ein Verschiebungsdetektor ist in der hohlen Region des Oszillators positioniert, zum Erfassen der Verschiebung des Oszillators entlang einer zweiten der horizontalen Achsen, wenn der Oszillator entlang der ersten horizontalen Achse oszilliert wird und einer Winkelgeschwindigkeit um eine vertikale Achse unterworfen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor vorgesehen, der folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat; einen Tragebalken, der an seinem Basisende an dem Substrat befestigt ist; einen Oszillator, der an dem vorderen Ende des Tragebalkens angeordnet ist und verschiebbar entlang zweier horizontaler Achsen vorgesehen ist, auf eine solche Weise, daß der Oszillator von der Oberfläche des Substrats gelöst ist; eine Oszillationserzeugungseinrichtung zum Oszillieren des Oszillators entlang einer ersten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen; und eine Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verschiebung des Oszillators, wobei die Verschiebung auf das Erzeugen einer Winkelgeschwindigkeit um eine vertikale Achse hin bewirkt wird, während der Oszillator durch die Oszillationserzeugungseinrichtung entlang der ersten horizontalen Achse oszilliert wird, wobei der Oszillator entlang einer zweiten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen verschoben wird, aufgrund einer Corioliskraft, die einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit entspricht, wobei der Oszillator zwei stabartige Bauglieder, die sich entlang der zweiten horizontalen Achse erstrecken, und einen Verbindungsabschnitt umfaßt, der sich zum Verbinden der beiden stabartigen Bauglieder entlang der ersten horizontalen Achse erstreckt, und wobei die Verschiebungserfassungseinrichtung zumindest teilweise zwischen den beiden stabartigen Baugliedern des Oszillators positioniert ist.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit bei diesem Aufbau um eine vertikale Achse erzeugt wird, während bewirkt wird, daß ein Oszillator oszilliert, beispielsweise durch eine Oszillationserzeugungseinrichtung entlang einer Achse, d. h. einer ersten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen, kann eine Corioliskraft erzeugt werden, um den Oszillator entlang der anderen Achse zu verschieben, d. h. einer zweiten horizontalen Achse. Eine Verschiebung des Oszillators aufgrund dieser Corioliskraft kann durch die Verschiebungserfassungseinrichtung als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden. Darüber hinaus ist eine hohle Region zwischen jedem der stabartigen Bauglieder und dem Verbindungsabschnitt des Oszillators gebildet, und die Verschiebungserfassungseinrichtung kann zumindest teilweise in der hohlen Region positioniert sein und verbessert dadurch das Verkleinern des Winkelgeschwindigkeitssensors.
Bei dem obigen Winkelgeschwindigkeitssensor kann die Oszillationserzeugungseinrichtung eine kammartige Bewegliches-Teil-Elektrode, die eine Mehrzahl von Elektrodenplatten aufweist, die in der Nähe von zumindest einem der stabartigen Bauglieder des Oszillators angeordnet sind und sich entlang der ersten horizontalen Achse erstrecken, und eine kammartige Stationäres-Teil-Elektrode umfassen, die nahe zu dem Substrat angeordnet ist, um der kammartigen Bewegliches-Teil-Elektrode mit einem Zwischenraum gegenüberzuliegen, und die Verschiebungserfassungseinrichtung kann eine antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrode und eine antennenartige Stationäres-Teil-Elektrode umfassen, wobei die antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrode eine Mehrzahl von säulenförmigen Abschnitten, die an zumindest einer Seite des Verbindungsabschnitts des Oszillators angeordnet sind, um sich axial in einer Richtung orthogonal zu der Achse zu erstrecken, in der die kammartigen Elektroden angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektrodenplatten aufweist, die für die säulenförmigen Abschnitte vorgesehen sind, um sich koaxial mit den kammartigen Elektroden zu erstrecken, und die antennenartige Stationäres-Teil-Elektrode eine Mehrzahl von säulenförmigen Abschnitten, die nahe zu dem Substrat angeordnet sind, um sich koaxial mit den säulenförmigen Abschnitten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode zu erstrecken, und eine Mehrzahl von Elektrodenplatten aufweist, die für die säulenförmigen Abschnitte vorgesehen sind, um den Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode mit Zwischenräumen gegenüberzuliegen.
Mit dieser Anordnung erstrecken sich die Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode und diejenigen der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode der Verschiebungserfassungseinrichtung koaxial mit der kammartigen Bewegliches-Teil-Elektrode der Oszillationserzeugungseinrichtung. Dies kann eine Beschränkung der Amplitude des Oszillators eliminieren, die andernfalls durch die Verschiebungserfassungseinrichtung begrenzt wäre, und dadurch wird eine Oszillation mit einer großen Amplitude erreicht. Außerdem kann der effektive Bereich zwischen der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode und der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode vergrößert werden.
Ferner kann die Verschiebungserfassungseinrichtung auf solche Weise angeordnet sein, daß die Zwischenräume zwischen den Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode und der Elektrodenplatten der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode abgemessen sein können, um zwischen unterschiedlichen Abmessungen zu wechseln. Dies macht es möglich, eine Verschiebung des Oszillators entlang der zweiten horizontalen Achse in der Form einer Änderung der Kapazität zwischen benachbarten Elektrodenplatten zu erfassen.
Alternativ kann die Verschiebungserfassungseinrichtung auf solche Weise aufgebaut sein, daß die vorderen Enden der Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode und der vorderen Enden der Elektrodenplatten der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode gebildet sind, um scharf zu sein.
Folglich können die Zwischenräume zwischen den vorderen Enden der jeweiligen Elektrodenplatten vergrößert werden, was Austrittslöcher für Luft sicherstellt, die erforderlich sind, während der Oszillator oszilliert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor vorgesehen, der folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat; einen Tragebalken, der an seinem Basisende an dem Substrat befestigt ist; einen Oszillator, der an dem vorderen Ende des Tragebalkens angeordnet ist und verschiebbar entlang dreier horizontaler Achsen vorgesehen ist, die aus zwei horizontalen Achsen und einer vertikalen Achse gebildet sind, auf solch eine Weise, daß der Oszillator von der Oberfläche des Substrats gelöst ist; eine Oszillationserzeugungseinrichtung zum Oszillieren des Oszillators entlang einer ersten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen; eine erste Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verschiebung des Oszillators, wobei die Verschiebung bewirkt wird auf das Erzeu gen einer Winkelgeschwindigkeit um die vertikale Achse hin, während der Oszillator durch die Oszillationserzeugungseinrichtung entlang der ersten horizontalen Achse oszilliert wird, wobei der Oszillator aufgrund einer Corioliskraft, die einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit entspricht, entlang einer zweiten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen verschoben wird,; und eine zweite Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verschiebung des Oszillators, wobei die Verschiebung auf das Erzeugen einer Winkelgeschwindigkeit um die zweite Achse hin bewirkt wird, während der Oszillator durch die Oszillationserzeugungseinrichtung entlang der ersten horizontalen Achse oszilliert wird, wobei der Oszillator aufgrund einer Corioliskraft, die einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit entspricht, entlang der vertikalen Achse verschoben wird, wobei der Oszillator zwei stabartige Bauglieder, die sich entlang der zweiten horizontalen Achse erstrecken, und einen Verbindungsabschnitt umfaßt, der sich zum Verbinden der beiden stabartigen Bauglieder entlang der ersten horizontalen Achse erstreckt, und wobei die erste und zweite Verschiebungserfassungseinrichtung zumindest teilweise zwischen den beiden stabartigen Baugliedern des Oszillators positioniert sind.
Auf das Erzeugen einer Winkelgeschwindigkeit um die vertikale Achse hin, bei diesem Aufbau, während beispielsweise durch die Oszillationserzeugungseinrichtung bewirkt wird, daß der Oszillator entlang einer Achse, d. h. einer ersten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen oszilliert, verschiebt eine Corioliskraft auf den Oszillator denselben entlang der anderen Achse, d. h. einer zweiten horizontalen Achse. Eine Verschiebung des Oszillators entlang der zweiten horizontalen Achse aufgrund dieser Corioliskraft kann durch die erste Verschiebungserfassungseinrichtung als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden. Im Gegensatz dazu, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die zweite horizontale Achse erzeugt wird, verschiebt eine resultierende Corioliskraft den Oszillator entlang der vertikalen Achse. Eine Verschiebung des Oszillators aufgrund dieser Corioliskraft kann durch die zweite Verschiebungserfassungseinrichtung als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden. Wenn im Gegensatz dazu die Winkelgeschwindigkeit um die zweite Achse erzeugt wird, verschiebt eine resultierende Corioliskraft den Oszillator entlang der vertikalen Achse. Eine Verschiebung des Oszillators aufgrund dieser Corioliskraft kann durch die zweite Verschiebungserfassungseinrichtung als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden. Außerdem ist eine hohle Region zwischen dem stabartigen Bauglied und dem Verbindungsabschnitt des Oszillators gebildet, und somit ist die Verschiebungserfassungseinrichtung zumindest teilweise in der hohlen Region plaziert, und erfüllt dadurch das Verkleinern des Winkelgeschwindigkeitssensors.
Bei dem oben beschriebenen Sensor kann die Oszillationserzeugungseinrichtung eine kammartige Bewegliches-Teil-Elektrode, die eine Mehrzahl von Elektrodenplatten aufweist, die in der Nähe von zumindest einem der stabartigen Bauglieder des Oszillators angeordnet sind, und sich entlang der ersten horizontalen Achse erstrecken, und eine kammartige Stationäres-Teil-Elektrode umfassen, die in der Nähe des Substrats angeordnet ist, um der kammartigen Bewegliches-Teil-Elektrode mit einem Zwischenraum gegenüberzuliegen, und die erste Verschiebungserfassungseinrichtung kann eine antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrode und eine antennenartige Stationäres-Teil-Elektrode umfassen, wobei die antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrode eine Mehrzahl von säulenförmigen Abschnitten, die an zumindest einer Seite des Verbindungsabschnitts des Oszillators angeordnet sind, um sich axial in einer Richtung orthogonal zu der Achse zu erstrecken, in der die kammartigen Elektroden angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektrodenplatten aufweist, die für die säulenförmigen Abschnitte vorgesehen sind, um sich koaxial mit den kammartigen Elektroden zu erstrecken, und die antennenartige Stationäres-Teil-Elektrode eine Mehrzahl von säulenförmigen Abschnitten, die nahe zu dem Substrat angeordnet sind, um sich koaxial mit den säulenförmigen Abschnitten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode zu erstrecken, und eine Mehrzahl von Elektrodenplatten aufweist, die für die säulenförmigen Abschnitte der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode vorgesehen sind, um den Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode mit Zwischenräumen gegenüberzuliegen.
Mit dieser Anordnung erstrecken sich die Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektroden und diejenigen der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektroden der Verschiebungserfassungseinrichtung koaxial mit den kammartigen Bewegliches-Teil-Elektroden der Oszillationserzeugungseinrichtung. Dies kann eine Beschränkung der Frequenz des Oszillators aufheben, die andernfalls durch die Verschiebungserfassungseinrichtung begrenzt wäre, wodurch Oszillationen mit einer großen Amplitude erreicht werden. Außerdem kann der effektive Bereich zwischen den Bewegliches-Teil-Elektroden und den Stationäres-Teil-Elektroden erhöht werden. Ferner, während bewirkt wird, daß der Oszillator durch die Oszillationserzeugungseinrichtung entlang einer Achse der beiden horizontalen Achsen, d. h. einer ersten horizontalen Achse, oszilliert, wird eine Kraft angelegt, um eine Winkelgeschwindigkeit um die andere Achse, d. h. eine zweite horizontale Achse, zu erzeugen. Dies erzeugt eine Corioliskraft, die einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit entspricht. Dann wird eine Verschiebung des Oszillators in der vertikalen Richtung, die durch diese Corioliskraft bewirkt wird, erfaßt. Während dieser Erfassung können die Zwischenräume zwischen den Bewegliches-Teil-Elektroden und den Stationäres-Teil-Elektroden als Austrittslöcher für Luft dienen.
Die oben beschriebene erste Verschiebungserfassungseinrichtung kann auf solche Weise angeordnet werden, daß die Zwischenräume zwischen benachbarten Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode und der Elektro denplatten der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode abgemessen sein können, um zwischen unterschiedlichen Abmessungen zu wechseln. Somit ist es möglich, eine Verschiebung des Oszillators entlang der zweiten horizontalen Achse als eine Änderung der Kapazität zu erfassen, die bei benachbarten Elektrodenplatten erzeugt wurde.
Alternativ kann die erste Verschiebungserfassungseinrichtung auf solche Weise aufgebaut werden, daß die vorderen Enden der Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode und die vorderen Enden der Elektrodenplatten der Stationäres-Teil-Elektrode gebildet sein können, um scharf zu sein. Somit können die Zwischenräume zwischen den vorderen Enden der Elektrodenplatten vergrößert werden und stellen somit Austrittslöcher für Luft sicher, die während der Oszillation erforderlich sind.
Die zweite Verschiebungserfassungseinrichtung kann eine Kombination des Oszillators und der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode und eine Substratelektrode umfassen, die auf dem Substrat angeordnet ist. Dies kann den effektiven Bereich aufgrund der Bereitstellung der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode erhöhen.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht des in 1 gezeigten Winkelgeschwindigkeitssensors von oben gesehen;
3 ist eine Draufsicht, die den vergrößerten wesentlichen Teil des in 1 gezeigten Winkelgeschwindigkeitssensors darstellt;
4 ist eine Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von oben gesehen;
5 ist eine longitudinale Schnittansicht entlang der Linie V-V von 4;
6 ist eine Draufsicht des vergrößerten wesentlichen Abschnitts eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors eines bekannten Typs; und
8 ist eine Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors eines bekannten Typs von oben gesehen.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, d. h. 1 bis 6.
Zunächst wird auf 1 bis 3 Bezug genommen, um einen Winkelgeschwindigkeitssensor zu erklären, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. In 1 bis 3 ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor gezeigt, der im allgemeinen mit 21 angezeigt ist, der ein rechteckig gebildetes Substrat 22, das aus einem hochwiderstandsfähigen Siliziummaterial gebildet ist und die Haupteinheit des Sensors 21 bildet, und ein bewegliches Teil 23 umfaßt, das auf dem Substrat 21 angeordnet ist und aus Polysilizium mit geringem Widerstand oder Einzelkristallsilizium gebildet ist.
Das bewegliche Teil 23 besteht aus vier Trageabschnitten 24, die jeweils an den vier Ecken des Substrats 22 befestigt sind, vier Tragebalken 25, die gebildet sind, um sich im allgemeinen in einer U-Form von den jeweiligen Trageabschnitten 24 zu biegen, und einem Oszillator 26, der verschiebbar durch den Tragebalken 25 entlang der X- und Y- Achse auf solche Weise getragen wird, daß derselbe von der Oberfläche des Substrats 22 entfernt werden kann.
Die Tragebalken erstrecken sich jeweils, wie es in 2 gezeigt ist, von dem entsprechenden Trageabschnitt 24 und sind gebildet, um sich im allgemeinen in einer U-Form zu biegen, um einen Abschnitt parallel zu der X-Achse und einen Abschnitt parallel zu der y-Achse zu bilden. Die X-Achsen-Parallelabschnitte des Tragebalkens 25 können abgelenkt werden, um den Oszillator 26 entlang der Y-Achse zu verschieben, während die Y-Achsen-Parallelabschnitte abgelenkt werden können, um den Oszillator 26 entlang der X-Achse zu verschieben. Auf diese Weise kann der Oszillator 26 durch die jeweiligen Tragebalken 25 verschiebbar entlang der X- und Y-Achse in Bezug zu dem Substrat 22 getragen werden.
Der Oszillator 26 ist im allgemeinen in einer H-Form gebildet und ist aus zwei stabartigen Baugliedern 26A, 26A und einem Verbindungsabschnitt 26B aufgebaut. Die stabartigen Bauglieder 26A, 26A erstrecken sich in der Y-Achsenrichtung und sind fest mit ihren Enden an dem vorderen Ende der entsprechenden Tragebalken 25 verbunden. Der Verbindungsabschnitt 26B, der sich in der X-Achsenrichtung erstreckt, dient dazu, die stabartigen Bauglieder 26A, 26A an ihren Mittelabschnitten miteinander zu verbinden. Hohle Regionen sind an beiden Seiten des Verbindungsabschnitts 26B zwischen jedem der stabartigen Bauglieder 26A, 26A und dem Verbindungsabschnitt 26B gebildet. Kammartige Bewegliches-Teil-Elektroden 27, 27 bestehen jeweils aus einer Mehrzahl von Elektrodenplatten, die sich von jedem stabartigen Bauglied 26A entlang der X-Achse nach außen erstrecken.
Eine Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 28, 28, die ein antennenartiges Bewegliches-Teil-Elektrodenarray bilden, sind an einem vorbestimmten Intervall entlang dem longitudinal verbindenden Abschnitt 26B des Oszillators 26 angeordnet. Die antennenartigen Elektroden 28 bestehen jeweils aus einem säulenförmigen Abschnitt 28A, der sich von dem Verbindungsabschnitt 26B des Oszillators entlang der Y-Achse erstreckt, und einer Mehrzahl von Elektrodenplatten 28B, die auf der linken und rechten Seite von jedem der säulenförmigen Abschnitte 28A entlang der X-Achse angeordnet sind. Es sollte angemerkt werden, daß die antennenartigen Elektroden 28, die an den distalen Enden des longitudinalen Verbindungsabschnitts 26B angeordnet sind, jeweils entlang nur einer Seite des säulenförmigen Abschnitts 28A mit den Elektrodenplatten 28B versehen sind.
Ein Paar von stationären Teilen 29, 29, die für Oszillationen verwendet werden, sind auf dem Substrat 22 angeordnet, um den Oszillator 26 zwischen beiden Teilen 29, 29 von dem vorderen und hinteren Abschnitt anzuordnen. Ein Paar von stationären Teilen 30, 30, die für eine Verschiebungserfassung verwendet werden, sind auf dem Substrat 22 gebildet, um den Oszillator 26 zwischen beiden Teilen 30, 30 von der linken und rechten Seite anzuordnen. Für jedes der stationären Erfassungsteile 30 ist eine Basis 30A vorgesehen, die sich entlang der X-Achse erstreckt, die näher zu der Mitte positioniert ist als jeder Tragebalken 25.
Die kammartigen Stationäres-Teil-Elektroden 31, 31 sind benachbart zu den jeweiligen stationären oszillierenden Teilen 29, 29 angeordnet, die an der Vorder- und Rückseite des Oszillators 26 positioniert sind. Die Elektroden 31, 31 bestehen jeweils aus einer Mehrzahl von Elektrodenplatten 31A, die in einer vorstehenden Weise gebildet sind, um abwechselnd den jeweiligen Elektrodenplatten 27A der vorher beschriebenen Bewegliches-Teil-Elektroden 27 mit Zwischenräumen gegenüberzuliegen.
Eine Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 32, 32, ..., die ein antennenartiges Stationäres-Teil-Elektrodenarray bilden, sind entlang den longitudinalen Basen 30A in einem regelmäßigen Intervall angeordnet. Die antennenartigen Elektroden 32 sind jeweils aus einem säulenförmigen Ab schnitt 32A, der sich entlang der Y-Achse erstreckt, und einer Mehrzahl von Elektrodenplatten 32B gebildet, die von der linken und rechten Seite des säulenförmigen Abschnitts 32A vorstehen. Die Elektrodenplatten 32B sind vorgesehen, um abwechselnd den jeweiligen Elektrodenplatten 28B der oben angemerkten antennenartigen Elektroden 28 gegenüberzuliegen. Eine Elektrodenplatte 32C, die an dem vorderen Ende von jeder der Elektroden 32 positioniert ist, ist in der Breitenrichtung vergrößert, um als ein Anker zu dienen.
Die Oszillationserzeugungsabschnitte 33, 33, die als Oszillationserzeugungseinrichtung dienen, bestehen jeweils aus den Bewegliches-Teil-Elektroden 27 und den Stationäres-Teil-Elektroden 31. Gleich große Zwischenräume sind, wie es in 3 dargestellt ist, zwischen den Elektrodenplatten 27A der Elektrode 27 und den entsprechenden Elektrodenplatten 31A der Elektrode 31 gebildet. Mit diesem Aufbau werden 180° phasenverschobene Oszillationstreibersignale mit einer Frequenz f an die Oszillationserzeugungsabschnitte 33 zwischen den Bewegliches-Teil-Elektroden 27 und den Stationäres-Teil-Elektroden 31 angelegt, um elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Elektrodenplatten 27A und 31A, die entlang der X-Achse gebildet sind, zu erzeugen, und dadurch den Oszillator 26 in der Richtung zu oszillieren, die durch den Pfeil A angezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das bewegliche Teil 23 gebildet, so daß die natürliche Frequenz des Oszillators 26 mit der Frequenz eines Oszillationsantriebssignals zusammenfallen kann. Dies erzeugt eine Resonanz in dem Oszillator 26 und erhöht dadurch die Amplitude des Oszillators 26 in der X-Achsen-Richtung.
Verschiebungserfassungsabschnitte 34, 34, die als Verschiebungserfassungseinrichtungen verwendet werden, sind jeweils in der vorher beschriebenen hohlen Region positioniert, die zwischen jedem der stabartigen Bauglieder 26A und dem Verbindungsabschnitt 26B des Oszillators 26 definiert ist.
Die Abschnitte 34, 34 bestehen jeweils aus einer Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 28, die das antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrodenarray bilden, und einer Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 32, die das antennenartige Stationäres-Teil-Elektrodenarray bilden. Jede der Elektrodenplatten 28A der Elektroden 28 ist von jeder der Elektrodenplatten 32B der Elektrode 32 getrennt, mit einem Abstand zwischen denselben, wobei die Elektroden 28 und 32 als planparallele Kondensatoren für eine Verschiebungserfassung gebildet sind.
Die Elektrodenplatten 28B und 32B sind angeordnet, um einander gegenüberzuliegen, wie es in 3 dargestellt ist, so daß die oben beschriebenen Zwischenräume zwischen den benachbarten Platten 28B und 32B dimensioniert sind, um zwischen einer kleineren Abmessung d1 und einer größeren Abmessung d2 zu wechseln. Bei dieser Anordnung sind die Beziehungen zwischen den Abmessungen d1 und d2 der Zwischenräume zwischen den benachbarten Elektrodenplatten 28B und 32B der oberen und unteren Erfassungsabschnitte 34 symmetrisch zueinander bezüglich des Verbindungsabschnitts 26B. Folglich führt die Beziehung zwischen der Kapazität C1 des planparallelen Kondensators, der in dem Zwischenraum mit der Abmessung d1 gebildet ist, und der Kapazität C2 des planparallelen Kondensators, der in dem Zwischenraum mit der Abmessung d2 gebildet ist, zu C1 >> C2, und nur Zwischenräume mit der kleineren Abmessung d1 können als planparallele Kondensatoren dienen. Als Folge kann der Verschiebungserfassungsabschnitt 34 eine Verschiebung des Oszillators 26 entlang der Y-Achse in der Form einer Änderung der Kapazität bewirken, die durch Schwankungen in der Abmessung d1 bewirkt wird.
Ferner sind die Verschiebungserfassungsabschnitte 34, 34 miteinander verbunden, um eine Differenz zwischen einem Ausgangssignal von dem Erfassungsabschnitt 34, der über dem Verbindungsabschnitt 26B positioniert ist, und einem Ausgangssignal von dem Erfassungsabschnitt 34, der unter dem Verbindungsabschnitt 26B positioniert ist, zu berechnen. Folglich können Schwankungen bei den Abmessungen der Zwischenräume zwischen den Elektrodenplatten 28B und 32B als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden, und die Differenz zwischen den Erfassungssignalen von den jeweiligen unteren und oberen Erfassungsabschnitten 34 wird berechnet. Dies macht es möglich, eine Änderung der Kapazität in der Form eines Hochpegelsignals zu erfassen.
Genauer gesagt, in 3, wenn sich der Oszillator 26 in der Richtung entlang der Y-Achse (in 3 nach unten) verschiebt, wird ein Signal, das eine Kapazität +ΔC darstellt, aufgrund einer Verringerung Δd1 der Messung d1, von dem oberen Verschiebungserfassungsabschnitt 34 ausgegeben, während ein Signal, das eine Kapazität –ΔC darstellt, die durch eine Erhöhung Δd1 der Abmessung d1 bewirkt wird, von dem unteren Erfassungsabschnitt 34 ausgegeben wird. Da die Erfassungsabschnitte 34 miteinander verbunden sind, so daß eine Differenz zwischen den Erfassungssignalen, die von den jeweiligen Erfassungsabschnitten 34 ausgegeben werden, berechnet werden kann, kann das resultierende Signal gemäß der Gleichung erfaßt werden, die durch +ΔC – (–ΔC) = 2ΔC ausgedrückt wird. Somit kann eine Verschiebung des Oszillators 26 in der Form eines Signals erfaßt werden, das einen höheren Pegel aufweist. Gleichartig dazu, wenn sich der Oszillator 26 in der umgekehrten Richtung verschiebt, d. h. in der Plusrichtung entlang der Y-Achse (in 3 nach oben), kann eine Erfassungsoperation, die ähnlich ist wie die oben beschriebene Operation, durchgeführt werden.
Nach der Beschreibung des Aufbaus des Winkelgeschwindigkeitssensors 21 dieses Ausführungsbeispiels folgt nun eine Erklärung der Erfassungsoperation der Winkelgeschwindigkeit 21.
Oszillationsantriebssignale werden zunächst an die Oszillationserzeugungsabschnitte 33, 33 angelegt, um elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Elektrodenplatten 27A der Bewegliches-Teil-Elektroden 27 und den Elektrodenplatten 31A der Stationäres-Teil-Elektroden 31 zu erzeugen, und dadurch den Oszillator 26 in der X-Achsen-Richtung zu oszillieren, wie es durch den Pfeil A angezeigt ist.
In diesem Zustand wird auf das Erzeugen der Winkelgeschwindigkeit ΩZ hin, beispielsweise um die Z-Achse, eine Corioliskraft proportional zu der Größe der Winkelgeschwindigkeit ΩZ und der Amplitude des Oszillators 26 entlang der Y-Achse erzeugt und wirkt auf den Oszillator 26, der in der Y-Achsen-Richtung verschiebbar ist. Somit wird bewirkt, daß der Oszillator 26 oszilliert und aufgrund dieser Corioliskraft entlang der Y-Achse verschoben wird, und ändert somit die Abmessungen d1 und d2 der Zwischenräume zwischen den Elektrodenplatten 28B der Elektroden 28, die das antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrodenarray bilden, und den Elektrodenplatten 32B der Elektroden 32, die das antennenartige Stationäres-Teil-Elektrodenarray bilden. Dies ermöglicht ferner, daß die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 eine Änderung bei den Zwischenräumen zwischen den Elektrodenplatten 28B und 32B in der Form einer Änderung der Kapazität erfassen. Somit kann die Winkelgeschwindigkeit ΩZ um die Z-Achse erfaßt werden.
Außerdem ist der Oszillator 26 so aufgebaut, um den Verbindungsabschnitt 26B und eine Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 28, die das antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrodenarray bilden, die auf der linken und rechten Seite des Verbindungsabschnitts 26B gebildet sind, aufzuweisen. Folglich kann die Fläche des Oszillators 26 reduziert werden, und die Zwischenräume zwischen den Elektrodenplatten 28B der Elektroden 28 können als Auslaßventile für Luft dienen, die während der Oszillation erforderlich sind. Es ist somit möglich, die Luftdämpfung zu reduzieren, die in dem bekannten Typ von oszillierender Platte mit einer größeren Fläche auftritt, was andernfalls die Oszillationsbeschränkungen erhöhen würde, die dem Oszillator 26 in der Richtung auferlegt sind, die durch den Pfeil A von 1 angezeigt ist. Somit kann der Oszillator 26 mit einer größeren Amplitude oszilliert werden.
Außerdem bestehen die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 jeweils aus dem antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrodenarray, das aus einer Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 28 gebildet ist, und dem antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrodenarray, das aus einer Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 32 gebildet ist. Somit kann die Anzahl der Elektrodenplatten 28B und 32B der jeweiligen Elektroden 28 und 32 erhöht werden, um den effektiven Bereich zu vergrößern, der durch die Platten 28B und 32B gebildet wird. Dies macht es möglich, einen größeren Änderungsbetrag der Kapazität durch die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 zu erfassen, wenn die Winkelgeschwindigkeit ΩZ erzeugt wird, wodurch die Empfindlichkeit der Erfassungsabschnitte 34 verbessert wird.
Die Beziehungen zwischen den Abmessungen d1 und d2 der Zwischenräume, die zwischen den Elektrodenplatten 28B und 32B der oberen und unteren Erfassungsabschnitte 34 gebildet sind, sind bezüglich des Verbindungsabschnitts 26B symmetrisch zueinander. Aufgrund der Beziehung zwischen den Abmessungen d1 und d2, die durch d1 << d2 angezeigt ist, können die jeweiligen Verschiebungserfassungsabschnitte 34 Verschiebungen des Oszillators 26 entlang der Y-Achse in der Form einer Änderung der Kapazität aufgrund von Schwankungen bei der Abmessung d1 erfassen. Außerdem können Verschiebungen des Oszillators 26 entlang der Y-Achse durch die Erfassungsabschnitte 34, 34, die an der linken und rechten Seite des Verbindungsabschnitts 26B des Oszillators 26 positioniert sind, in der Form einer Differenzkapazität erfaßt werden. Somit kann auf der Basis einer Differenzkapazität ein Signal mit höherem Pegel ausgegeben werden, um dadurch eine Hochempfindlichkeitserfassung zu ermöglichen.
Darüber hinaus offenbart dieses Ausführungsbeispiel, daß die Masse des Oszillators 26 beim Erhöhen der Verschiebung des Oszillators 26 entlang der Y-Achse gemäß den Gleichungen 3 bis 6, die oben gezeigt sind, unerheblich ist. Folglich können die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 jeweils in der hohlen Region zwischen jedem der stabartigen Bauglieder 26A und dem Verbindungsabschnitt 26B untergebracht werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist somit vorteilhaft, weil das Substrat 22 kleiner gemacht werden kann und der Winkelgeschwindigkeitssensor 21 verkleinert werden kann, im Vergleich zu dem bekannten Typ von Winkelgeschwindigkeitssensor, bei dem es erforderlich ist, daß die Verschiebungserfassungsabschnitte 12 um die oszillierende Platte 6 angeordnet sind.
Gemäß der obigen Beschreibung ist der Oszillator 26 bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 21 dieses Ausführungsbeispiels im allgemeinen in einer H-Form gebildet, um die Fläche desselben zu verringern. Außerdem sind eine Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 28, die das antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrodenarray bilden, auf der linken und rechten Seite des Verbindungsabschnitts 26B des Oszillators 26 angeordnet, so daß die Zwischenräume zwischen den Elektrodenplatten 28B als Austrittslöcher für Luft verwendet werden können, und somit Luftdämpfung, die die Oszillation des Oszillators 26 beschränkt, reduziert werden kann. Dies ermöglicht es dem Oszillator 26, mit einer großen Amplitude in der Richtung zu oszillieren, die durch den Pfeil A angezeigt ist, die durch die oszillationserzeugenden Abschnitte 33 bewirkt wird. Zusätzlich kann eine Kapazität, die zwischen den Elektroden 28 und 32 des jeweiligen antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrodenarrays und des antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrodenarrays erzeugt wird, die beide die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 bilden, erhöht werden, um ein Signal mit höherem Pegel zu erfassen, das der Winkelgeschwindigkeit ΩZ um die Z-Achse entspricht. Als Folge kann die Empfindlichkeit des gesamten Winkelgeschwindigkeitssensors 21 zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit ΩZ wesentlich verbessert werden. Ferner können die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 jeweils in eine hohle Region des Oszillators 26 plaziert werden, der zwischen jedem der stabartigen Bauglieder 26A und dem Verbindungsabschnitt 26B definiert ist, wodurch das Verkleinern des gesamten Winkelgeschwindigkeitssensors 21 verbessert wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch charakterisiert, daß eine Elektrode (die hierin nachfolgend einfach als die „Substratelektrode" bezeichnet wird) auf einem Substrat gebildet ist, die einem Oszillator und antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektroden gegenüberliegt. Die Substratelektrode und die antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrode bilden eine zweite Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Verschiebung des Oszillators entlang der vertikalen Achse aufgrund einer Änderung der Kapazität, die durch einen Zwischenraum zwischen der Substratelektrode und dem antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrodenarray erzeugt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die gleichen Elemente wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine Erklärung derselben wird somit ausgelassen. Es sollte angemerkt werden, daß das Bezugszeichen 34, das die Verschiebungserfassungsabschnitte des ersten Ausführungsbeispiels anzeigt, erste Verschiebungserfassungsabschnitte 34 darstellt, die als eine erste Verschiebungserfassungseinrichtung dienen, und der Oszillator 26 dieses Ausführungsbeispiels angepaßt ist, um entlang drei Achsen, d. h. X-, Y- und Z-Achse, verschiebbar zu sein.
Obwohl mit Bezugnahme auf 4 und 5, ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der im allgemeinen mit 41 bezeichnet ist, auf eine Weise aufgebaut ist, die ähnlich ist wie der Winkelgeschwindigkeitssensor 21, der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gebildet ist, ist eine Elektrode 43 (eine detaillierte Erklärung wird nachfolgend gegeben) auf der Oberfläche des Substrats 22 (die Substratelektrode) in einer Position angeordnet, die dem Oszillator 26 und den Elektroden 28, die das antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrodenarray bilden, gegenüberliegt.
Eine Bewegliches-Teil-Elektrode 42 besteht aus dem Oszillator 26 und einer Mehrzahl von Elektroden 28, die in dem ersten Ausführungsbeispiel erklärt sind. Die Substratelektrode 43, die der Bewegliches-Teil-Elektrode 42 entgegengesetzt gegenüberliegt, kann durch Ionenimplantieren von Störstellen, wie z. B. P, B und Sb, in eine vorbestimmte Position auf dem Substrat 22 gebildet werden. Ein zweiter Verschiebungserfassungsabschnitt 44, der als zweite Verschiebungserfassungseinrichtung dient, ist aus der Bewegliches-Teil-Elektrode 42 und der Substratelektrode 43 aufgebaut. Ein Zwischenraum mit einer Abmessung d3 ist zwischen der Bewegliches-Teil-Elektrode 42 (aus dem Oszillator 26 und den antennenartigen Elektroden 28 gebildet) und der Substratelektrode 43 gebildet. Dieser Zwischenraum kann als planparalleler Kondensator dienen. Dieser effektive Bereich kann nämlich zwischen einer Kombination des Oszillators 26 und der Mehrzahl von Elektroden 28 und der Substratelektrode 43 sichergestellt werden.
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 41, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, und auch bei dem Sensor 21 des ersten Ausführungsbeispiels, kann eine hochgenaue Erfassung auf eine ähnliche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel implementiert werden, und genauer gesagt kann eine hochempfindliche Erfassungsoperation durch die ersten Verschiebungserfassungsabschnitte 34, 34 durchgeführt werden, auf das Erzeugen der Winkelgeschwindigkeit um die Z-Achse hin, während bewirkt wird, daß der Oszillator 26 durch die oszillationserzeugenden Abschnitte 33 in der Richtung oszilliert, die durch den Pfeil A angezeigt ist. Außerdem kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine Verschiebung des Oszillators 26 entlang der Z-Achse aufgrund der Winkelgeschwindigkeit, die um die Y-Achse erzeugt wird, durch die zweiten Verschiebungserfassungsabschnitte 44 erfaßt werden. Das heißt, die Winkelgeschwindigkeiten um die zwei Achsen, d. h. die Y- und Z-Achsen, können lediglich durch die Verwendung eines einzigen Winkelgeschwindigkeitssensors 41 erfaßt werden.
Außerdem sind der Oszillator 26 und die antennenartigen Elektroden 28 konfiguriert, so daß Zwischenräume zwischen den Elektrodenplatten 28B gebildet werden können. Mit dieser Anordnung kann eine Luftdämpfung, die die Bewegung des Oszillators 26 beschränkt, reduziert werden, während der effektive Bereich sichergestellt wird, und außerdem können der Oszillator 26 und die Elektroden 28 glatt entlang der Z-Achse angeordnet werden. Bei den zweiten Verschiebungserfassungsabschnitten 44 und auch in den ersten Verschiebungserfassungsabschnitten 34 kann der effektive Bereich zwischen der Substratelektrode 43 und der Bewegliches-Teil-Elektrode 42 erhöht werden, wodurch die Empfindlichkeit zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit um die Y-Achse verbessert wird.
Außerdem ist die Masse des Oszillators 26 beim Erhöhen der Verschiebung des Oszillators 26 entlang der Y- und Z-Achse unerheblich. Außerdem sind die ersten Verschiebungserfassungsabschnitte 34 jeweils in der hohlen Region angeordnet, die zwischen jedem der stabartigen Bauglieder 26A und dem Verbindungsabschnitt 26B des Oszillators 26 definiert sind, während die zweiten Verschiebungserfassungsabschnitte 44 jeweils aus der Bewegliches-Teil-Elektrode 42 (dem Oszillator 26 und der Mehrzahl von antennenartigen Elektroden 28) und der Substratelektrode 43 bestehen. Mit diesem Aufbau können sowohl die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 als auch 44 in dieser Region des Oszillators 26 untergebracht werden, wodurch das Verkleinern des Winkelgeschwindigkeitssensors 41 erfüllt wird.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 6 näher erklärt. Dieses Aus führungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten 28B der antennenartigen Elektroden 28, die Elektrodenplatten 32B der antennenartigen Elektroden 32, die Elektrodenplatten 27A der kammartigen Bewegliches-Teil-Elektroden 27 und die Elektrodenplatten 31A der kammartigen Stationäres-Teil-Elektroden 31 mit scharfen vorderen Enden gebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die gleichen Elemente wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und eine Erklärung derselben ist somit ausgelassen. Die Merkmale dieses Ausführungsbeispiels sind durch markierte Bezugszeichen gekennzeichnet.
Genauer gesagt, bei diesem Ausführungsbeispiel sind die vorderen Enden der Elektrodenplatten 28B' der jeweiligen antennenartigen Elektroden 28, der Elektrodenplatten 32B' der jeweiligen antennenartigen Elektroden 32, der Elektrodenplatten 27A' der kammartigen Bewegliches-Teil-Elektroden 27 und der Elektrodenplatten 31A' der kammartigen Stationäres-Teil-Elektroden 31 jeweils als scharfe Enden 28B1', 32B1', 27A1' und 31A1' gebildet. Folglich können die Austrittslöcher für Luft, die erforderlich sind, während der Oszillator 26 oszilliert, größer sein als bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Dies kann den nachteiligen Einfluß von Luftdämpfung weiter reduzieren und dadurch die Empfindlichkeit des Sensors verbessern.
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden die Oszillationserzeugungsabschnitte 33, die als die Oszillationserzeugungseinrichtung dienen, durch die Erzeugung der elektrostatischen Anziehungskräfte betätigt. Dies ist jedoch nicht ausschließlich und andere Einrichtungen, beispielsweise ein piezoelektrisches Material, können verwendet werden, um Oszillationen zu erzeugen. Ferner, obwohl bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel die Verschiebungserfassungsabschnitte 34 an beiden Seiten des Verbindungsabschnitts 26B des Oszillators 26 angeordnet sind, kann der Erfassungsabschnitt 34 an nur einer Seite des Verbindungsabschnitts 26B gebildet sein. Ferner kann der Erfassungsabschnitt 34 angeordnet sein, um sich über die hohle Region zu erstrecken, die zwischen jedem der stabartigen Bauglieder 26A und dem Verbindungsabschnitt 26B definiert ist.
Wie es von der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.
Wenn gemäß einer Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung die Winkelgeschwindigkeit um eine vertikale Achse erzeugt wird, während durch eine Oszillationserzeugungseinrichtung bewirkt wird, daß ein Oszillator entlang einer Achse, d. h. einer ersten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen, oszilliert, kann eine Corioliskraft erzeugt werden, um den Oszillator entlang der anderen Achse, d. h. einer zweiten horizontalen Achse, zu verschieben. Eine Verschiebung des Oszillators aufgrund dieser Corioliskraft kann durch die Verschiebungserfassungseinrichtung als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden. Darüber hinaus ist eine hohle Region zwischen jedem der stabartigen Bauglieder und einem Verbindungsabschnitt des Oszillators gebildet, und die Verschiebungserfassungseinrichtung kann zumindest teilweise in der hohlen Region positioniert sein, und dadurch das Verkleinern des Winkelgeschwindigkeitssensors verbessern.
Gemäß einer weiteren Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektroden und diejenigen der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektroden der Verschiebungserfassungseinrichtung koaxial mit den kammartigen Bewegliches-Teil-Elektroden der Oszillationserzeugungseinrichtung. Dies kann eine Beschränkung der Amplitude des Oszillators eliminieren, die andernfalls durch die Verschiebungserfassungseinrichtung begrenzt wäre, wodurch eine Oszillation mit einer großen Amplitude erreicht wird.
Außerdem kann der effektive Bereich zwischen den antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektroden und den antennenartigen Stationäres-Teil-Elektroden vergrößert werden, wodurch die Empfindlichkeit der Verschiebungserfassungseinrichtung verbessert wird.
Gemäß noch einer weiteren Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung sind die Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektroden und die Elektrodenplatten der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektroden angeordnet, um einander gegenüberzuliegen, so daß die Zwischenräume zwischen benachbarten Platten abgemessen sind, um zwischen einer kleineren Abmessung und einer größeren Abmessung zu wechseln. Dies macht es möglich, eine Verschiebung des Oszillators entlang der zweiten horizontalen Achse in der Form einer Änderung der Kapazität zwischen benachbarten Elektrodenplatten zu erfassen.
Gemäß einer weiteren Form eines Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung ist die Verschiebungserfassungseinrichtung auf solche Weise aufgebaut, daß die vorderen Enden der Bewegliches-Teil-Elektroden und diejenigen der Stationäres-Teil-Elektroden gebildet sind, um scharf zu sein. Mit dieser Anordnung können die Zwischenräume zwischen den vorderen Enden der jeweiligen Elektrodenplatten vergrößert werden. Dies kann Austrittslöcher für Luft sicherstellen, die erforderlich ist, während der Oszillator oszilliert, um eine Luftdämpfung zu verringern, wodurch die Erfassungsempfindlichkeit erhöht wird.
Gemäß einer weiteren Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung, auf das Erzeugen der Winkelgeschwindigkeit um die vertikale Achse hin, während der Oszillator, beispielsweise durch eine Oszillationserzeugungseinrichtung, entlang einer Achse, d. h. einer ersten horizontalen Achse der beiden horizontalen Achsen, oszilliert wird, verschiebt eine Corioliskraft, die auf den Oszillator wirkt, denselben entlang der anderen Achse, d. h. einer zweiten horizontalen Achse. Eine Verschiebung des Oszillators entlang der zweiten horizontalen Achse aufgrund dieser Corioliskraft kann durch die erste Verschiebungserfassungseinrichtung als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden. Im Gegensatz dazu, wenn die Winkelgeschwindigkeit um die zweite horizontale Achse erzeugt wird, verschiebt eine resultierende Corioliskraft den Oszillator entlang der vertikalen Achse. Eine Verschiebung des Oszillators aufgrund dieser Corioliskraft kann durch eine zweite Verschiebungserfassungseinrichtung als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden. Eine hohle Region kann zwischen dem stabartigen Bauglied und dem Verbindungsabschnitt des Oszillators gebildet werden, und somit kann die Verschiebungserfassungseinrichtung zumindest teilweise in der hohlen Region plaziert sein, wodurch das Verkleinern des Winkelgeschwindigkeitssensors erfüllt wird.
Gemäß einer weiteren Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Elektrodenplatten der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektroden und diejenigen der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektroden der Verschiebungserfassungseinrichtung koaxial mit den kammartigen Bewegliches-Teil-Elektroden der Oszillationserzeugungseinrichtung. Dies kann eine Beschränkung bei der Frequenz des Oszillators aufheben, die andernfalls durch die Verschiebungserfassungseinrichtung begrenzt wäre, wodurch Oszillationen mit einer großen Amplitude erreicht werden. Außerdem kann der effektive Bereich zwischen den Bewegliches-Teil-Elektroden und den Stationäres-Teil-Elektroden erhöht werden. Ferner, während bewirkt wird, daß der Oszillator durch die Oszillationserzeugungseinrichtung entlang einer Achse der beiden horizontalen Achsen, d. h. einer ersten horizontalen Achse, oszilliert wird, wird eine Kraft angelegt, um eine Winkelgeschwindigkeit um die andere Achse zu erzeugen, d. h. eine zweite horizontale Achse. Dies erzeugt eine Corioliskraft, die einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit entspricht. Dann wird eine Verschiebung des Oszillators in der vertikalen Richtung aufgrund dieser Corioliskraft erfaßt. Während dieser Erfassung können die Zwischenräume zwischen den Bewegliches-Teil-Elektroden und den Stationäres-Teil-Elektroden als Austrittslöcher für Luft dienen, um Luftdämpfung zu reduzieren. Somit kann eine hochgenaue Erfassung der Winkelgeschwindigkeit erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung ist die erste Verschiebungserfassungseinrichtung auf die folgende Weise aufgebaut. Die Elektrodenplatten der Bewegliches-Teil-Elektroden und diejenigen der Stationäres-Teil-Elektroden sind angeordnet, so daß die Zwischenräume zwischen benachbarten Platten alternativ abgemessen sein können, um eine größere Abmessung und eine kleinere Abmessung aufzuweisen. Somit kann eine Verschiebung des Oszillators entlang der zweiten horizontalen Achse als eine Änderung der Kapazität erfaßt werden, die in benachbarten Elektrodenplatten erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung ist die erste Verschiebungserfassungseinrichtung auf solche Weise aufgebaut, daß die vorderen Enden der Elektrodenplatten der Bewegliches-Teil-Elektroden und diejenigen der Stationäres-Teil-Elektroden gebildet sind, um scharf zu sein. Somit können die Zwischenräume zwischen den vorderen Enden der Elektrodenplatten größer gemacht werden und Austrittslöcher für Luft, die während der Oszillation erforderlich sind, können sichergestellt werden, wodurch eine Luftdämpfung reduziert wird.
Gemäß einer weiteren Form des Winkelgeschwindigkeitssensors der vorliegenden Erfindung können die zweite Verschiebungserfassungseinrichtung, die die Substratelektrode und eine Kombination der Bewegliches-Teil-Elektroden und des Oszillators umfaßt, eine Verschiebung des Oszillators in der vertikalen Richtung in der Form einer Änderung der Kapazität erfassen, und dadurch den effektiven Bereich erhöhen, durch die Bereitstellung der antennenartigen Bewegliches- Teil-Elektroden. Somit kann eine hochgenaue Erfassung für eine Winkelgeschwindigkeit implementiert werden.

Claims

Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (21; 41), der folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat (22); einen Oszillator (26), der zwei stabartige Bauglieder (26A) und einen Verbindungsabschnitt (26B) umfaßt, wobei eine hohle Region zwischen den beiden stabartigen Baugliedern (26A) und dem Verbindungsabschnitt (26) gebildet ist, wobei der Oszillator (26) auf dem Substrat (22) getragen wird, für eine Bewegung entlang zweier horizontaler Achsen parallel zu dem Substrat (22); eine Oszillationsgeneratoreinrichtung (33), die außerhalb der hohlen Region des Oszillators (26) positioniert ist, zum Oszillieren des Oszillators (26) entlang einer ersten der horizontalen Achsen; und eine erste Verschiebungsdetektoreinrichtung (34), die zumindest teilweise in der hohlen Region des Oszillators (26) positioniert ist, zum Erfassen der Verschiebung des Oszillators (26) entlang einer zweiten der horizontalen Achsen, wenn der Oszillator entlang der ersten horizontalen Achse oszilliert wird und einer Winkelgeschwindigkeit um eine vertikale Achse unterworfen ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (21; 41) gemäß Anspruch 1, bei dem die Oszillationsgeneratoreinrichtung (33) eine kammartige Bewegliches-Teil-Elektrode (27), die eine Mehrzahl von Elektrodenplatten (27A) aufweist, die sich entlang der ersten horizontalen Achse erstrecken, und eine kammartige Stationäres-Teil-Elektrode (31) umfaßt, die nahe dem Substrat (22) angeordnet ist, um der kammartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (27) mit einem Zwischenraum gegenüber zu liegen; und wobei die erste Verschiebungserfassungseinrichtung (34) eine antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrode (28) und eine antennenartige Stationäres-Teil-Elektrode (32) umfaßt, wobei die antennenartige Bewegliches-Teil-Elektrode (28) eine Mehrzahl von säulenförmigen Abschnitten (28A) aufweist, die angeordnet sind, um sich axial in einer Richtung orthogonal zu der Achse zu erstrecken, entlang der die kammartigen Elektroden (28, 32) angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektrodenplatten (28B), die für die säulenförmigen Abschnitte (28A) vorgesehen sind, um sich koaxial mit den kammartigen Elektroden (28, 32) zu erstrecken, und die antennenartige Stationäres-Teil-Elektrode (32) eine Mehrzahl von säulenförmigen Abschnitten (32A), die nahe zu dem Substrat (22) angeordnet sind, um sich koaxial mit den säulenförmigen Abschnitten (28A) der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (28) zu erstrecken, und eine Mehrzahl von Elektrodenplatten (32B) aufweist, die für die säulenförmigen Abschnitte (32A) vorgesehen sind, um den Elektroden (28B) der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (28) mit Zwischenräumen zwischen denselben gegenüber zu liegen.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (21; 41) gemäß Anspruch 2, bei dem die erste Verschiebungserfassungseinrichtung (34) auf solche Weise angeordnet ist, daß die Zwischenräume zwischen den Elektrodenplatten (28B) der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (28) und der Elektrodenplatten (32B) der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode (32) abgemessen sind, um zwischen unterschiedlichen Abmessungen zu wechseln, die in einer Richtung parallel zu dem Substrat (22) gemessen werden.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (41) gemäß Anspruch 2, bei dem die erste Verschiebungserfassungseinrichtung (34) auf solche Weise aufgebaut ist, daß die vorderen Enden der Elektrodenplatten (28B') der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (28) und die vorderen Enden der Elektrodenplatten (32B') der antennenartigen Stationäres-Teil-Elektrode (32) so gebildet sind, daß dieselben scharf sind.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (41) gemäß Anspruch 2, bei dem die erste Verschiebungserfassungseinrichtung (34) ferner eine Substratelektrode (43) umfaßt, die gegenüber und beabstandet von der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (28) positioniert ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (21; 41) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der folgende Merkmale umfaßt: einen Tragebalken (25), der an seinem Basisende an dem Substrat (22) befestigt ist; wobei der Oszillator (26) an dem vorderen Ende des Tragebalkens (25) angeordnet ist und verschiebbar entlang den beiden horizontalen Achsen vorgesehen ist, auf solche Weise, daß der Oszillator (26) von der Oberfläche des Substrats (22) abgetrennt ist; und wobei sich die beiden stabartigen Bauglieder (26A) entlang der zweiten horizontalen Achse erstrecken, und sich der Verbindungsabschnitt (26B) entlang der ersten horizontalen Achse erstreckt, zum Verbinden der beiden stabartigen Bauglieder (26A), und wobei die erste Verschiebungserfassungseinrichtung (34) zumindest teilweise zwischen den beiden stabartigen Baugliedern (26A) des Oszillators (26) positioniert ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (41) gemäß Anspruch 6, bei dem die Mehrzahl von Elektrodenplatten (27A) in der Nähe zumindest eines der stabartigen Bauglieder (26A) des Oszillators (26) angeordnet ist und sich entlang der ersten horizontalen Achse erstreckt, und wobei die Mehrzahl von säulenartigen Abschnitten (28A) zumindest an einer Seite des Verbindungsabschnitts (26B) des Oszillators (26) angeordnet ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (21; 41) gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem der Oszillator (26) ferner entlang einer vertikalen Achse verschiebbar ist; wobei der Winkelgeschwindigkeitssensor (21; 41) ferner folgende Merkmale umfaßt: eine zweite Verschiebungserfassungseinrichtung (44) zum Erfassen einer Verschiebung des Oszillators (26), wobei die Verschiebung auf das Erzeugen einer Winkelgeschwindigkeit um die zweite Achse hin bewirkt wird, während der Oszillator (26) entlang der ersten horizontalen Achse durch die Oszillationserzeugungseinrichtung (33) oszilliert wird, wobei der Oszillator (26) aufgrund einer Coriolis-Kraft, die einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit entspricht, entlang der vertikalen Achse verschoben wird, wobei die erste und die zweite Verschiebungserfassungseinrichtung (34, 44) zumindest teilweise zwischen den zwei stabartigen Baugliedern (26A) des Oszillators (26) positioniert sind.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (41) gemäß Anspruch 8, bei dem die Mehrzahl von säulenartigen Abschnitten (28A) der ersten Verschiebungserfassungseinrichtung (34) zumindest an einer Seite des Verbindungsabschnitts (26B) des Oszillators (26) angeordnet ist.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor (41) gemäß Anspruch 9, bei dem die zweite Verschiebungserfassungseinrichtung (44) eine Kombination der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (42) und eine Substratelektrode (43) umfaßt, die auf dem Substrat (22) angeordnet ist, um gegenüberliegend zu und beabstandet von der antennenartigen Bewegliches-Teil-Elektrode (28) zu sein.