JP2013205413A - 慣性センサ及びこれを用いた角速度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】3軸の角速度を測定するためのX軸及びY軸の駆動を位相差をおいて同時に行うことにより、一つの質量体を用いて3軸の角速度を測定することができる慣性センサ及びこれを用いた角速度測定方法を提供する。
【解決手段】本発明による慣性センサ100は、板状のメンブレイン110と、メンブレイン110の下部に備えられた質量体120と、メンブレイン110の外側端下部に備えられ、質量体120を囲むポスト130と、メンブレイン110上に形成される圧電体140と、圧電体140上に形成される検知電極150と、検知電極150の外縁上に離隔されて形成される駆動電極160と、質量体120のX軸方向の振動のための第1駆動電圧及びY軸方向の振動のための第2駆動電圧を印加する駆動制御部と、を含み、前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、90度の位相差を有するように駆動電極160に同時に印加されるAC駆動電圧であるものである。
【選択図】図1
【解決手段】本発明による慣性センサ100は、板状のメンブレイン110と、メンブレイン110の下部に備えられた質量体120と、メンブレイン110の外側端下部に備えられ、質量体120を囲むポスト130と、メンブレイン110上に形成される圧電体140と、圧電体140上に形成される検知電極150と、検知電極150の外縁上に離隔されて形成される駆動電極160と、質量体120のX軸方向の振動のための第1駆動電圧及びY軸方向の振動のための第2駆動電圧を印加する駆動制御部と、を含み、前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、90度の位相差を有するように駆動電極160に同時に印加されるAC駆動電圧であるものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、慣性センサ及びこれを用いた角速度測定方法に関する。
近年、慣性センサは、人工衛星、ミサイル、無人航空機などの軍需用を始め、エアバッグ(Air Bag)、ESC(Electronic Stability Control)、車両用ブラックボックス(Black Box)などの車両用、カムコーダの手振れ防止用、携帯電話やゲーム機のモーションセンシング用、ナビゲーション用など、様々な用途に用いられている。
このような慣性センサは、加速度と角速度を測定するために、通常、メンブレイン(Membrane)などの弾性基板に質量体を接着した構成を採用している。上記の構成により慣性センサは、質量体に印加される慣性力を測定して加速度を算出したり、質量体に印加されるコリオリ力を測定して角速度を算出することができる。
慣性センサを用いて加速度及び角速度を測定する過程を具体的に説明すると、以下のとおりである。まず、加速度は、ニュートンの運動法則「F=ma」式によって求めることができる。ここで、「F」は質量体に作用する慣性力、「m」は質量体の質量、「a」は測定しようとする加速度である。このうち、質量体に作用する慣性力(F)を検知して、一定値である質量体の質量(m)で割ることで加速度(a)を求めることができる。また、角速度は、コリオリ力(Coriolis Force)「F=2mΩ×v」式によって求めることができる。ここで、「F」は質量体に作用するコリオリ力、「m」は質量体の質量、「Ω」は測定しようとする角速度、「v」は質量体の運動速度である。このうち、質量体の運動速度(v)と質量体の質量(m)は既に認知している値であるため、質量体に作用するコリオリ力(F)を検知することで角速度(Ω)を求めることができる。
従来、3軸の角速度を測定するためには、一つのマス(Mass)を使用する際に時分割を利用したり、特許文献1に開示されたように二つのマス(Mass)を活用していた。特に、時分割を利用して3軸の角速度を測定する場合、X軸駆動−>停止−>Y軸駆動−>停止を繰り返すことにより軸を変換させる区間でクロストーク(crosstalk)が発生するという問題点があった。また、このようなクロストークを防止するためには、二つの軸の駆動時間差が十分広くなければならないが、これにより、センサのサンプリングレート(Sampling rate)が低下するという問題点があった。
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明の一側面は、3軸の角速度を測定するためのX軸及びY軸の駆動を位相差をおいて同時に行うことにより、一つの質量体を用いて3軸の角速度を測定することができる慣性センサ及びこれを用いた角速度測定方法を提供することをその目的とする。
本発明の一実施例による慣性センサは、板状のメンブレインと、前記メンブレインの下部に備えられた質量体と、前記メンブレインの外側端下部に備えられ、前記質量体を囲むポストと、前記メンブレイン上に形成される圧電体と、前記圧電体上に形成される検知電極と、前記検知電極の外縁上に離隔されて形成される駆動電極と、前記質量体のX軸方向の振動のための第1駆動電圧及びY軸方向の振動のための第2駆動電圧を印加する駆動制御部と、を含み、前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、90度の位相差を有するように前記駆動電極に同時に印加されるAC駆動電圧であることを特徴とする。
一実施例による慣性センサにおいて、前記第1駆動電圧は正弦(sine)波形態のAC駆動電圧であり、前記第2駆動電圧は余弦(cosine)波形態のAC駆動電圧であることを特徴とする。
一実施例による慣性センサにおいて、前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、前記駆動制御部により、前記駆動電極に時分割なしに持続的に印加されることを特徴とする。
一実施例による慣性センサにおいて、前記質量体は、単一の質量体で形成されることを特徴とする。
一実施例による慣性センサにおいて、前記検知電極は、前記駆動電極に比べ前記圧電体の中心に近いことを特徴とする。
一実施例による慣性センサにおいて、前記検知電極は、前記駆動電極に比べ前記圧電体の中心から遠いことを特徴とする。
一実施例による慣性センサにおいて、前記検知電極は前記メンブレイン上に円弧状に形成され、前記駆動電極は前記検知電極の外縁上に対応する円弧状に形成されることを特徴とする。
本発明の一実施例による角速度測定方法は、駆動制御部が、AC駆動電圧である第1駆動電圧及び前記第1駆動電圧と90度の位相差を有する第2駆動電圧を駆動電極に同時に印加する段階と、前記第1駆動電圧はX軸駆動部に印加され、前記第2駆動電圧はY軸駆動部に印加される段階と、前記X軸駆動部及びY軸駆動部による質量体のX軸及びY軸方向の振動を機械的センサ部が検知する段階と、前記機械的センサ部により検知されたX軸方向の振動を検知してY軸またはZ軸の角速度を第1検知部が検知し、前記Y軸方向の振動を検知してX軸またはZ軸の角速度を第2検知部が検知する段階と、前記第1検知部及び第2検知部の検知信号を復調して、前記第1検知部によるY軸及びZ軸の角速度を抽出し、前記第2検知部によるX軸及びZ軸の角速度を抽出して、各軸の角速度信号を出力部が出力する段階と、を含むことができる。
一実施例による角速度測定方法において、前記第1駆動電圧は正弦(sine)波形態のAC駆動電圧であり、前記第2駆動電圧は余弦(cosine)波形態のAC駆動電圧であることを特徴とする。
一実施例による角速度測定方法において、前記機械的センサ部は、前記X軸駆動部による振動と前記Y軸駆動部による振動の物理的な力の大きさ及び方向の和を算出して、X軸方向の振動の最大値、またはY軸方向の振動の最大値をセンシングすることを特徴とする。
一実施例による角速度測定方法において、前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、前記駆動電極に時分割なしに持続的に印加されることを特徴とする。
本発明によると、角速度測定のための時分割時に発生するクロストークを防止することができる効果がある。
また、直進する正弦波及び余弦波のX軸及びY軸の駆動電圧を同時に印加することにより、信号処理を単純化して慣性センサの角速度測定の信頼性を増大させることができる効果がある。
また、同時に印加される二つの軸の駆動電圧と前記駆動電圧によって運動する質量体との間の同期化によるサンプリングレートを増加することができる効果がある。
また、90度の位相差を有する二つの軸の駆動のためのAC(Alternating voltage)駆動電圧を印加することにより、質量体の安定的かつ持続的な振動によって3軸の角速度測定の信頼性を確保することができる効果がある。
また、一つの質量体を用いても時分割なしに3軸の角速度を円滑に測定することができるため、構造を単純化し、慣性センサを含むモジュールの生産性を向上させることができる効果がある。
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第1」、「第2」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例による慣性センサの断面図であり、図2は、本発明の他の実施例による慣性センサの平面図であり、図3は、図1の慣性センサのメンブレインの変位が発生する過程を図示した断面図である。
本発明の一実施例による慣性センサ100は、板状のメンブレイン110と、前記メンブレイン110の下部に備えられた質量体120と、前記メンブレイン110の外側端下部に備えられ、前記質量体120を囲むポスト130と、前記メンブレイン110上に形成される圧電体140と、前記圧電体140上に形成される検知電極150と、前記検知電極150の外縁上に離隔されて形成される駆動電極160と、前記質量体120のX軸方向の振動のための第1駆動電圧及びY軸方向の振動のための第2駆動電圧を印加する駆動制御部(不図示)と、を含み、前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、90度の位相差を有するように前記駆動電極160に同時に印加されるAC(Alternating voltage)駆動電圧であることを特徴とする。
特に、本発明の慣性センサ100は、駆動電極160に電圧を印加する駆動制御部(不図示)により、交流電圧として、90度の位相差を有する第1駆動電圧及び第2駆動電圧を同時に印加することにより、時分割なしに3軸の加速度を測定することを特徴とする。
以下、一実施例による慣性センサ100の構成及びその慣性センサ100を用いた角速度の測定方法について説明する。
前記メンブレイン110は、板状に形成され、質量体120が振動するように弾性を有する。ここで、メンブレイン110の境界は、正確に区画されないが、メンブレイン110の中央に備えられたメンブレインの中央部分113と、メンブレイン110の外側に沿って備えられたメンブレインの縁115とに区画することができる。この際、メンブレインの中央部分113の下部には、質量体120が配置されるため、メンブレインの中央部分113には、質量体120の動きに対応する変位が発生する。また、メンブレインの縁115の下部には、ポスト130が配置され、メンブレインの中央部分113を支持する役割を遂行する。一方、メンブレイン110の材質は、特に限定されるものではないが、両面に酸化膜119が形成されたシリコン基板117を採用することができる。
前記質量体120は、慣性力やコリオリ力によって変位が発生するものであり、メンブレイン110の外側端下部に備える。特に、図1に図示されたように、メンブレインの中央部113の下部に備えることが好ましい。また、前記ポスト130は、中空状に形成されてメンブレイン110を支持することにより、質量体120を変位させることができる空間を確保する役割をするものであり、メンブレインの縁115の下部に備える。ここで、質量体120は、例えば、円柱状に形成することができ、ポスト130は、中心に四角の空洞が形成された四角柱状に形成することができる。即ち、横断面を基準として、質量体120は、円形に形成され、ポスト130は、中央に四角の開口が備えられた四角形に形成される。但し、上述の質量体120及びポスト130の形状は、例示的なものにすぎず、必ずしもこれに限定されるものではなく、当業界にて公知された全ての形状の質量体120及びポスト130を用いることができる。一方、上述のメンブレイン110、質量体120及びポスト130は、SOI(Silicon On Insulator)基板などのシリコン基板117を選択的にエッチングして形成することができる。
メンブレイン110には、圧電体140を備え、質量体120を駆動させたり、質量体120の変位を検知することができる。ここで、圧電体140は、PZT(Lead zirconate titanate)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸塩(PbTiO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、または二酸化ケイ素(SiO2)などで形成することができる。具体的には、圧電体140に電圧が印加されると、圧電体140が膨張及び縮小する逆圧電効果が発生し、このような逆圧電効果を利用して、メンブレイン110の下部に備えられた質量体120を駆動することができる。一方、圧電体140に応力が加えられると、電位差が現われる圧電効果が発生し、このような圧電効果を利用して、メンブレイン110の下部に備えた質量体120の変位を検知することができる。また、圧電体140の逆圧電効果及び圧電効果を領域毎に利用するために、圧電体140は、複数個にパターニングされて形成することができる。例えば、図2に図示された検知電極150及び駆動電極160に対応する位置に、夫々パターニングされて形成することができる。
前記検知電極150には、メンブレイン110の変位によって電圧が発生し、制御部(不図示)がメンブレイン110の変位を検知できるようにする。図3に図示されたように、メンブレイン110に変位が発生すると、圧電体140に電気的分極が生じて、これにより検知電極150には、電圧が発生する。従って、制御部は、検知電極150に発生した電圧に基づいて、メンブレイン110の変位を測定することができる。
前記駆動電極160は、圧電体140に電圧を印加して、圧電体140がメンブレイン110を振動させることができるようにする役割を遂行する。具体的には、駆動電極160に電圧を印加すると、圧電体140に電気的エネルギーが加えられて駆動力が発生し、これによりメンブレイン110を振動させることができる。特に、本発明では、駆動制御部により、第1駆動電圧及び第2駆動電圧が同時に駆動電極160に印加させることを特徴とする。第1駆動電圧及び第2駆動電圧は、90度の位相差を有する交流電圧であるAC駆動電圧を用いることが好ましい。これについての詳細な説明は後述する。
共通電極170は、前記検知電極150及び駆動電極160に対応するように圧電体140の反対面に配置される。図1に図示されたように、圧電体140の一面上の全面に配置することができるが、検知電極150及び駆動電極160に対応するように、パターニングされて形成することもできる。共通電極170は、検知電極150または駆動電極160に含まれるものであり、電位差の発生のために形成される。従って、共通電極170は、検知電極150または駆動電極160と実質的に同様の作用をすることができる。
一方、メンブレインの中央部分113とメンブレインの縁115との間が弾性変形するため、検知電極150及び駆動電極160は、メンブレインの中央部分113とメンブレインの縁115との間に対応する部分に備えることが好ましい。但し、検知電極150及び駆動電極160は、必ずしもメンブレインの中央部分113とメンブレインの縁115との間に対応する部分に備えなければならないのではなく、一部がメンブレインの中央部分113やメンブレインの縁115に対応する部分に備えることができる。ここで、検知電極150及び駆動電極160の位置は、圧電体の中心Cを基準として互いに変更することができる。即ち、検知電極150が駆動電極160に比べ、圧電体の中心Cに近く備えたり(図2参照)、検知電極150が駆動電極160に比べ、圧電体の中心Cから遠く備えることができる。
駆動制御部(不図示)は、質量体120のX軸方向の振動のための第1駆動電圧と質量体120のY軸方向の振動のための第2駆動電圧を駆動電極160に同時に印加する。第1駆動電圧及び第2駆動電圧は、90度の位相差を有するように印加されるAC駆動電圧であることが好ましい。ここで、第1駆動電圧を正弦(sine)波形態のAC駆動電圧とし、第2駆動電圧を余弦(cosine)波形態のAC駆動電圧として90度の位相差を有する交流電圧を印加することができる。X軸方向及びY軸方向の振動のための第1駆動電圧及び第2駆動電圧を同時に印加しても、各位相差によってX軸方向の振動が最大となる時、Y軸方向の振動がほぼゼロに近くなるため、実質的には、夫々の軸駆動のための電圧が印加されるようになり、時分割を利用して他の軸駆動のために駆動電圧を印加することと同様の効果が得られる。また、本発明では、時分割なしにX軸及びY軸を振動させて3軸の角速度を測定することにより、軸変換区間の間に発生するクロストーク(Crosstalk)を防止することができるという利点がある。また、第1駆動電圧と第2駆動電圧は、位相差によってX軸の振動及びY軸の振動信号が持続的に印加され、このような信号とX軸及びY軸の運動が同期化されることにより、信号処理の単純化が可能である。また、上記のような信号と運動の同期化により、サンプリングレート(Sampling rate)が増加するという効果が得られる。また、X軸駆動及びY軸駆動のための駆動電圧を同時に印加することにより、一つの質量体120を用いても、時分割なしに3軸の角速度を測定することができる。角速度の測定方法についての詳細な内容は後述する。
図4A及び図4Bは、本発明の駆動電極に印加される駆動電圧の位相差及び各軸の変位を示すグラフであり、図5は、本発明の一実施例による慣性センサの角速度測定による駆動電極の振動方向を時間の流れ方向に図示した平面図である。
図4Aに図示されたように、本発明は、駆動制御部により、X軸駆動電圧である第1駆動電圧とY軸駆動電圧である第2駆動電圧を90度の位相差を有する交流電圧で同時に印加する。図4Aに示すように、第1駆動電圧及び第2駆動電圧が印加される最初時点A地点では、第1駆動電圧がゼロとなり、90度の位相差を有する第2駆動電圧は最大電圧を印加する。即ち、図4Bにおいて、X軸変位は前記A地点に対応するa地点でゼロとなり、Y軸変位はa地点で最大変位を示す。従って、Y軸駆動が最大となり、X軸駆動は、ほぼゼロに近いため、真のY軸駆動による振動を検知してX軸またはZ軸の角速度を算出することができる。
次に、図4AのB地点では、X軸駆動による第1駆動電圧が最大に印加され、Y軸駆動による第2駆動電圧は最小に印加される。同様に、対応する図4BのX軸変位はb地点で最大となり、Y軸変位はb地点でほぼゼロに近くなるため、この場合は、真のX軸駆動による振動を検知してY軸またはZ軸の角速度を算出することができる。
第1駆動電圧及び第2駆動電圧が90度の位相差を有するように印加されることにより、図4AのA、B、C、Dの各地点から図4Bのa、b、c、dのX軸またはY軸の最大変位が交互に現われるため、各軸の振動を時分割なしに測定することができる。
図5は、実質的に駆動制御部によって第1駆動電圧及び第2駆動電圧が印加される場合、質量体120の振動運動を図式的に示した図面である。
図4AのA、B、C、D地点の間での振動は、X軸振動とY軸振動が共存する。従って、各振動の大きさと方向のベクトル和に応じて質量体120が運動するため、実質的には、図5に図示されたように、質量体120は持続的に円運動をする。図4Bのa地点では、図5のa´地点のようにY軸変位が最大に振動し、図4Bのb地点にいくほどY軸変位は減少してX軸変位が増加し、b地点でX軸変位が最大となって、図5のb´地点のようにX軸変位が最大に振動する。このような過程を持続的に繰り返すことにより、時分割によるクロストークが発生することなく、3軸の角速度を安定して測定することができる。結局、第1駆動電圧及び第2駆動電圧を持続的に印加することにより、質量体は、図5に図示されたように回転運動をする。
図6は、本発明の一実施例による慣性センサの角速度測定方法を説明するためのフローチャートである。
本発明の一実施例による角速度測定方法は、駆動制御部が、AC駆動電圧である第1駆動電圧及び前記第1駆動電圧と90度の位相差を有する第2駆動電圧を駆動電極160に同時に印加する段階(S10)と、前記第1駆動電圧はX軸駆動部に印加され(S20)、前記第2駆動電圧はY軸駆動部に印加される段階(S30)と、前記X軸駆動部及びY軸駆動部による質量体120のX軸及びY軸方向の振動を機械的センサ部が検知する段階(S40)と、前記機械的センサ部により検知されたX軸方向の振動を検知してY軸またはZ軸の角速度を第1検知部が検知し(S50)、前記Y軸方向の振動を検知してX軸またはZ軸角速度を第2検知部が検知する段階(S60)と、前記第1検知部及び第2検知部の検知信号を復調して、前記第1検知部によるY軸及びZ軸角速度を抽出し、前記第2検知部によるX軸及びZ軸の角速度を抽出して、各軸の角速度信号を出力部が出力する段階(S70)と、を含むことができる。
まず、駆動制御部が、AC駆動電圧である第1駆動電圧及び前記第1駆動電圧と90度の位相差を有する第2駆動電圧を駆動電極160に同時に印加する段階(S10)である。ここで、第1駆動電圧及び第2駆動電圧は、上述したようにAC駆動電圧であり、第1駆動電圧は正弦(sine)波形態のAC駆動電圧、前記第2駆動電圧は余弦(cosine)波形態のAC駆動電圧であることが好ましい。第1駆動電圧及び第2駆動電圧は、時分割なしに駆動電極160に持続的に印加されることを特徴とする。
次に、前記第1駆動電圧はX軸駆動部に印加され(S20)、前記第2駆動電圧はY軸駆動部に印加される段階(S30)である。第1駆動電圧及び第2駆動電圧がX軸駆動部及びY軸駆動部に印加されると、前記X軸駆動部及びY軸駆動部による質量体120のX軸及びY軸方向の振動を機械的センサ部が検知する(S40)。質量体120の変位が発生すると、上述したように、メンブレイン110の変位によって圧電体140の電気的分極が生じ、これにより検知電極150に電圧が発生する。これにより、後述する第1検知部及び第2検知部により、3軸の角速度信号を検知することができる。機械的センサ部は、X軸駆動部による振動と前記Y軸駆動部による振動の物理的な力の大きさ及び方向の和を算出してX軸方向の振動の最大値またはY軸方向の振動の最大値をセンシングする。これにより、後述する第1検知部及び第2検知部によって3軸の角速度を算出することができる。
次に、前記機械的センサ部により検知されたX軸方向の振動を検知してY軸またはZ軸の角速度を第1検知部が検知し(S50)、前記Y軸方向の振動を検知してX軸またはZ軸角速度を第2検知部が検知する段階(S60)である。図4A及び図4Bのグラフから分かるように、第1駆動電圧及び第2駆動電圧が90度の位相差を有するAC駆動電圧で印加されることにより、Y軸変位が最大である時(Y軸変位グラフのa地点)、X軸変位がほぼゼロに近くなるため(X軸変位グラフのa地点)、時分割なしにY軸の振動及び変位を検知してX軸とZ軸の角速度を算出することができる。同様に、X軸変位が最大である時(X軸変位グラフのb地点)、Y軸変位はほぼゼロに近くなるため(Y軸変位グラフのb地点)、時分割なしに真のY軸を駆動させることにより、X軸とZ軸の角速度を算出することができる。
次に、前記第1検知部及び第2検知部の検知信号を復調して、前記第1検知部によるY軸及びZ軸角速度を抽出し、前記第2検知部によるX軸及びZ軸の角速度を抽出して、各軸の角速度信号を出力部が出力する段階(S70)である。第1検知部及び第2検知部により3軸の角速度が求められると、これを3次元的に解釈して最終的な角速度を総合し、出力部を介して出力する。この過程で、第1検知部及び第2検知部により検知された3軸の角速度を抽出する時、復調によって各軸の角速度を抽出することができる。復調は、通常、変調されている高周波から信号をより分けることであり、ここでは、第1検知部及び第2検知部により算出される各軸の角速度を夫々抽出し、これを総合する過程で復調過程を経る。
ここでは、本発明の一実施例による角速度測定方法を説明したが、特に、第1駆動部及び第2駆動部が時分割なしに持続的に印加されることは、上記の一実施例による慣性センサについての説明と重複されるため、詳細な説明は省略する。また、角速度が測定される各段階の具体的な説明は、上記の一実施例による慣性センサの構成及び作動についての説明と重複されるため、省略する。
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
本発明は、3軸の角速度を測定するためのX軸及びY軸の駆動を位相差をおいて同時に行うことにより、一つの質量体を用いて3軸の角速度を測定することができる慣性センサ及びこれを用いた角速度測定方法に適用可能である。
100 慣性センサ
110 メンブレイン
113 メンブレインの中央部分
115 メンブレインの縁
117 シリコン基板
119 酸化膜
120 質量体
130 ポスト
140 圧電体
150 検知電極
160 駆動電極
170 共通電極
C 圧電体の中心
110 メンブレイン
113 メンブレインの中央部分
115 メンブレインの縁
117 シリコン基板
119 酸化膜
120 質量体
130 ポスト
140 圧電体
150 検知電極
160 駆動電極
170 共通電極
C 圧電体の中心
Claims (11)
- 板状のメンブレインと、
前記メンブレインの下部に備えられた質量体と、
前記メンブレインの外側端下部に備えられ、前記質量体を囲むポストと、
前記メンブレイン上に形成される圧電体と、
前記圧電体上に形成される検知電極と、
前記検知電極の外縁上に離隔されて形成される駆動電極と、
前記質量体のX軸方向の振動のための第1駆動電圧及びY軸方向の振動のための第2駆動電圧を印加する駆動制御部と、を含み、
前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、90度の位相差を有するように前記駆動電極に同時に印加されるAC駆動電圧であることを特徴とする慣性センサ。 - 前記第1駆動電圧は正弦(sine)波形態のAC駆動電圧であり、前記第2駆動電圧は余弦(cosine)波形態のAC駆動電圧であることを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。
- 前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、前記駆動制御部により、前記駆動電極に時分割なしに持続的に印加されることを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。
- 前記質量体は、単一の質量体で形成されることを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。
- 前記検知電極は、前記駆動電極に比べ前記圧電体の中心に近いことを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。
- 前記検知電極は、前記駆動電極に比べ前記圧電体の中心から遠いことを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。
- 前記検知電極は前記メンブレイン上に円弧状に形成され、前記駆動電極は前記検知電極の外縁上に対応する円弧状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。
- 駆動制御部が、AC駆動電圧である第1駆動電圧及び前記第1駆動電圧と90度の位相差を有する第2駆動電圧を駆動電極に同時に印加する段階と、
前記第1駆動電圧はX軸駆動部に印加され、前記第2駆動電圧はY軸駆動部に印加される段階と、
前記X軸駆動部及びY軸駆動部による質量体のX軸及びY軸方向の振動を機械的センサ部が検知する段階と、
前記機械的センサ部により検知されたX軸方向の振動を検知してY軸またはZ軸の角速度を第1検知部が検知し、前記Y軸方向の振動を検知してX軸またはZ軸の角速度を第2検知部が検知する段階と、
前記第1検知部及び第2検知部の検知信号を復調して、前記第1検知部によるY軸及びZ軸の角速度を抽出し、前記第2検知部によるX軸及びZ軸の角速度を抽出して、各軸の角速度信号を出力部が出力する段階と、を含む角速度測定方法。 - 前記第1駆動電圧は正弦(sine)波形態のAC駆動電圧であり、前記第2駆動電圧は余弦(cosine)波形態のAC駆動電圧であることを特徴とする請求項8に記載の角速度測定方法。
- 前記機械的センサ部は、前記X軸駆動部による振動と前記Y軸駆動部による振動の物理的な力の大きさ及び方向の和を算出して、X軸方向の振動の最大値またはY軸方向の振動の最大値をセンシングすることを特徴とする請求項8に記載の角速度測定方法。
- 前記第1駆動電圧及び前記第2駆動電圧は、前記駆動電極に時分割なしに持続的に印加されることを特徴とする請求項8に記載の角速度測定方法。
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