JP3135721B2 - Excitation type light detection angular velocity sensor - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は励振した振動体及びバネ
を利用して振動体に角速度によるコリオリ力を作用さ
せ、振動体の変位を光導電膜で検知し、変位を角速度に
変換する角速度センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity for applying a Coriolis force based on an angular velocity to a vibrating body using an excited vibrating body and a spring, detecting a displacement of the vibrating body with a photoconductive film, and converting the displacement into an angular velocity. It concerns a sensor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、角速度センサは通常特公平２−５
１０６６号公報等に記載されているように、棒状の振動
体表面に励振及び検知のための圧電素子をそれぞれ接着
し、そして振動体のノード点で振動体を支持部材に溶接
する構造から成っており、角速度が生じた時、発生した
コリオリ力で振動体を屈曲させ、屈曲量に比例した電圧
を出力として圧電素子から検知する様に構成されてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, an angular velocity sensor has been generally used in Japanese Patent Publication 2-5.
As described in Japanese Patent No. 1066, etc., a piezoelectric element for excitation and detection is adhered to the surface of a rod-shaped vibrator, and the vibrator is welded to a support member at a node point of the vibrator. When an angular velocity occurs, the vibrating body is bent by the generated Coriolis force, and a voltage proportional to the amount of bending is detected as an output from the piezoelectric element.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では振動体棒の断面を多角形に加工し、該振動体棒
の面に励振するための圧電素子を、他の面にそれぞれ検
知するための圧電素子を接着し、かつ振動体を振動体の
ノード部で溶接によって支持固定する構成であるため次
の様な欠点があった。 （１）振動体となる多角柱を微小にかつ寸法精度よく加
工することは困難である。 （２）微小振動体の振動を犠牲にしないで、微小振動体
をそのノード点で溶接によって支持部材に固定すること
は困難である。 （３）検知するための２枚の圧電素子で、励振振動によ
って生ずる屈曲量、及びコリオリ力によって生ずる屈曲
量を同時に検出し、２枚の圧電素子間の電圧差をコリオ
リ力で生じた屈曲量としてみなす構成であるため、電圧
差が零の時、コリオリ力は零（角速度零）、逆に言うと
電圧差が零でない時、コリオリ力は生じていることにな
る（角速度が生じている）。このため、２枚の圧電素子
の特牲の同じものを用い、また、振動体となる多角柱を
励振方向に対して対称形にする必要性が生じてくる。However, in the above prior art, the cross section of the vibrating rod is processed into a polygon, and the piezoelectric elements for exciting the vibrating rod surface are detected on the other surfaces. Since the piezoelectric element is bonded and the vibrating body is supported and fixed by welding at the node part of the vibrating body, there are the following disadvantages. (1) It is difficult to finely process the polygonal column serving as the vibrating body with high dimensional accuracy. (2) It is difficult to fix the micro-vibration body to the support member by welding at the node point without sacrificing the vibration of the micro-vibration body. (3) The amount of bending generated by the excitation vibration and the amount of bending generated by the Coriolis force are simultaneously detected by the two piezoelectric elements for detection, and the voltage difference between the two piezoelectric elements is detected by the Coriolis force. Therefore, when the voltage difference is zero, the Coriolis force is zero (the angular velocity is zero). Conversely, when the voltage difference is not zero, the Coriolis force is generated (the angular velocity is generated). . For this reason, it becomes necessary to use two piezoelectric elements having the same characteristics and to make the polygonal prism serving as a vibrating body symmetrical with respect to the excitation direction.

【０００４】すなわち、圧電素子特性を同じにするため
には次の様なことに、特に留意する必要がある。That is, in order to make the piezoelectric element characteristics the same, it is necessary to pay particular attention to the following points.

【０００５】（ａ）２枚の圧電素子の接着状態を同じに
すると共に長期間、この接着特性を保持する必要があ
る。(A) It is necessary that the two piezoelectric elements have the same bonding state and that the bonding characteristics be maintained for a long period of time.

【０００６】（ｂ）振動体となる多角柱が励振方向に対
して、わずかに非対称であった場合、コリオリ力が生じ
ていない時にも２枚の圧電素子間には電圧差が生じるた
め、不都合となる。 （４）コリオリ力が生じていない時、２枚の圧電素子間
の電圧差を零にするため、圧電素子に生ずる電圧波形を
同じに、かつ互いの位相のズレを１８０°に保持しなけ
ればならない。 （５）１つの素子で、同時に２軸の角速度を検知するこ
とは困難である。 （６）振動体が真空雰囲気中に保持されていないため、
振動体のＱ値を大きくすることは困難である。(B) When the polygonal prism serving as the vibrating body is slightly asymmetric with respect to the excitation direction, a voltage difference is generated between the two piezoelectric elements even when Coriolis force is not generated. Becomes (4) When the Coriolis force is not generated, in order to reduce the voltage difference between the two piezoelectric elements to zero, the voltage waveforms generated in the piezoelectric elements must be kept the same, and the phase shift between them must be maintained at 180 °. No. (5) It is difficult to detect angular velocity of two axes simultaneously with one element. (6) Since the vibrator is not held in a vacuum atmosphere,
It is difficult to increase the Q value of the vibrator.

【０００７】そこで、本願発明は、上記の点に鑑みてな
されたものであり、小型で寸法精度が高く良好な検出感
度を有する角速度センサを得ることを目的としている。Accordingly, the present invention has been made in view of the above points, and has as its object to obtain a small angular velocity sensor having high dimensional accuracy and good detection sensitivity.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば振動源と
なる励振子、励振子に接合により連結している振動子、
振動子の周囲に配置した複数のバネ、該バネの一端を振
動子に、他端を固定子に連結した系から成る振動体を設
け、振動体に角速度が生じた時、発生したコリオリ力に
相当するバネの撓み量を該振動子の変位量として検出す
ることにより、振動子の変位量から角速度を検知する構
成としたものである。ここで、励振子を除いて、振動
子、バネ及び固定子は全て同一Ｓｉ基板上に一体成形で
加工しているため、接着等の継目は存在しない。さら
に、振動体が角速度を受けた時、検知感度を良くするた
めに、振動体に作用するコリオリ力を出来るだけ大きく
する必要があることから、励振子を振動子に接着し、一
体化した。すなわち、励振子と振動子とが同時に質量錘
として作用することになる。ここで、According to the present invention, an exciter serving as a vibration source, a vibrator connected to the exciter by bonding,
A plurality of springs arranged around the vibrator, a vibrating body comprising a system in which one end of the spring is connected to the vibrator and the other end is connected to the stator, and when an angular velocity is generated in the vibrating body, the generated Coriolis force is reduced. The angular velocity is detected from the amount of displacement of the vibrator by detecting the corresponding amount of deflection of the spring as the amount of displacement of the vibrator. Here, except for the exciter, the vibrator, the spring and the stator are all integrally formed on the same Si substrate, so that there is no seam such as adhesion. Further, when the vibrator receives an angular velocity, it is necessary to increase the Coriolis force acting on the vibrator as much as possible in order to improve the detection sensitivity. Therefore, the exciter is bonded to the vibrator and integrated. That is, the exciter and the vibrator simultaneously act as masses. here,

【０００９】[0009]

【外１】 は次式で示される。[Outside 1] Is represented by the following equation.

【００１０】[0010]

【数１】 従って、振動体の質量錘ｍはそれぞれ励振子及び振動子
の質量の和となり、励振子が同時に質量錘として作用す
ることになるので、コリオリ力を有効に発生させること
が可能となる。(Equation 1) Accordingly, the mass m of the vibrator is the sum of the masses of the exciter and the vibrator, and the exciter simultaneously acts as a mass, so that Coriolis force can be effectively generated.

【００１１】[0011]

【作用】さらに、上式からコリオリ力は振動体の速度ベ
クトルの大きさすなわち、振動系の振動数と振幅との積
に依存することから、振動数を一定とした場合、振幅を
大きくすることがコリオリ力の増加となる。本発明の振
動構造体の場合、振動部分とバネとの系から成る振動系
の共振点で、振幅が最大になる。振動系の共振点は、振
動系の質量錘、振動系のバネ定数及び振動系の粘性係数
に依存するので、粘性係数を無視できる程小さい（振動
系が真空中で可動する場合）とし、振動系の質量を一定
とした時、振動系のバネのバネ定数にのみに依存するこ
とになる。従って、振動系のバネのバネ定数を変えて行
った時、振動系の振動数と振幅との積、すなわち振動系
の速度ベクトルのスカラー量を最大にすることが可能で
ある。よって、微小な振動体の場合に於いても、振動体
に受けるコリオリ力を有効に発生させることが可能とな
る。According to the above equation, the Coriolis force depends on the magnitude of the velocity vector of the vibrating body, that is, the product of the vibration frequency and the amplitude of the vibration system. Increases the Coriolis force. In the case of the vibration structure of the present invention, the amplitude becomes maximum at the resonance point of the vibration system including the vibration part and the spring. Since the resonance point of the vibration system depends on the mass of the vibration system, the spring constant of the vibration system, and the viscosity coefficient of the vibration system, the viscosity coefficient is set to be negligibly small (when the vibration system moves in a vacuum). Assuming that the mass of the system is constant, it depends only on the spring constant of the spring of the vibration system. Therefore, when the spring constant of the vibration system is changed, the product of the vibration frequency and the amplitude of the vibration system, that is, the scalar amount of the velocity vector of the vibration system can be maximized. Therefore, even in the case of a minute vibrating body, it becomes possible to effectively generate the Coriolis force applied to the vibrating body.

【００１２】次に、振動体にコリオリ力が作用した場
合、振動体の受ける力の方向は、振動体を振動させてい
る強制力（速度ベクトル）とコリオリ力との合成ベクト
ル方向である。従って、コリオリ力が作用している間、
振動体の振動方向は合成ベクトル方向となる。Next, when the Coriolis force acts on the vibrating body, the direction of the force received by the vibrating body is a combined vector direction of the forcing force (velocity vector) vibrating the vibrating body and the Coriolis force. Therefore, while Coriolis force is acting,
The vibration direction of the vibrating body is the combined vector direction.

【００１３】この速度ベクトルの方向とコリオリ力の作
用方向との間の角度は、互いに直交しているので、もし
振動体の振動の速度ベクトルの方向が紙面に対して垂直
方向ならば、コリオリ力の作用方向は紙面に平行とな
る。従って、今、紙面に対して垂直方向に慣性運動して
いる振動系が角速度を受けた時、振動系に生ずるコリオ
リ力の作用方向及び大きさは、振動系のコリオリ力によ
る変位を紙面に対して法線方向に投影したものとなる。
そこで、振動系に作用するコリオリ力のベクトル、すな
わち大きさと方向は、振動系の励振方向から、固定子に
固定した光源の光を入射し、質量錘の中心部の孔を通過
した光を励振方向に対して直角となる面で受光すること
によって、合成ベクトル方向に振動している振動体の質
量錘の変位量の中に含まれるコリオリ力に相当する変位
量のみを検知可能とする。従って、また、一つの振動系
に於いて、コリオリ力のベクトルを検知するための受光
検知部を、２個それぞれ受光面に平行にかつ互いに直角
に設けることによって、２軸の角速度を同時に検知可能
となる。さらに、同等な２個の振動系を互いに同一方向
で積層し、かつ１８０°位相をズラした同一波形の入力
電圧を振動源に入力することによって、重力によって生
ずる質量錘の変位の影響を相殺することが可能となる。
そして、振動系を真空に保持することによって、振動系
のＱ値を大きくすることが可能となり、角速度の検出感
度をさらに良くすることが可能となる。（ここで、質量
錘は励振子及び振動子の合体したものである。）Since the angle between the direction of the velocity vector and the direction of action of the Coriolis force is orthogonal to each other, if the direction of the velocity vector of the vibration of the vibrating body is perpendicular to the paper, the Coriolis force Is parallel to the paper surface. Therefore, when an oscillating system that is inertially moving in a direction perpendicular to the plane of the paper receives an angular velocity, the action direction and magnitude of the Coriolis force generated in the oscillating system are as follows. Projected in the normal direction.
Therefore, the vector of the Coriolis force acting on the vibrating system, that is, the magnitude and direction, are such that the light of the light source fixed to the stator is incident from the excitation direction of the vibrating system, and the light that has passed through the hole in the center of the mass is excited By receiving light on a surface perpendicular to the direction, only the displacement corresponding to the Coriolis force included in the displacement of the mass of the vibrating body vibrating in the combined vector direction can be detected. Therefore, in one vibration system, two light receiving detectors for detecting the Coriolis force vector are provided in parallel with the light receiving surface and at right angles to each other, so that the angular velocities of two axes can be simultaneously detected. Becomes Further, by laminating two equivalent vibration systems in the same direction and inputting an input voltage having the same waveform shifted by 180 ° to the vibration source, the influence of the displacement of the mass caused by gravity is offset. It becomes possible.
By maintaining the vibration system in a vacuum, the Q value of the vibration system can be increased, and the detection sensitivity of the angular velocity can be further improved. (Here, the mass is a combination of the exciter and the vibrator.)

【００１４】[0014]

【実施例】図１乃至図９は本発明の第１の実施例を示
し、図１は本発明の特徴を最も良く表わす分解斜視図、
図２は、断面図である。これらの図に於いて、１ａ，１
ｂは圧電素子から成る振動源であるところの励振子、２
ａ，２ｂは振動子４ａ及び４ｂの間の相対的投影変位量
を検出するために、励振子１ａ，１ｂの重心点に明けた
検出用光線２０を通過させるための光通過孔、３ａ，３
ｂはＳｉ基板から成る固定子、４ａ，４ｂはＳｉ基板に
作製されコリオリ力を作用させるための振動子、５ａ，
５ｂ（図２）は振動子４ａ，４ｂの重心部に明けた貫通
しない補助溝、６ａ，６ｂは振動子４ａ，４ｂの重心部
にあり、かつ補助溝５ａ，５ｂの底部に明けた、振動子
４ａ及び４ｂの間の相対的投影変位量を検出するために
検出用光線２０を通過させる光通過孔、９ａ，９ｂはＳ
ｉ基板に作製され、振動子４ａ，４ｂと固定子３ａ，３
ｂとの間を連結しており、かつ振動子４ａ，４ｂの重心
点に点対称であるところのバネ、１０は振動子４ａある
いは４ｂの振動を妨害しない様に固定子３ａと３ｂとの
間を適当な間隔に保持し、かつ固定子３ａと３ｂを互い
に接着するためのガラスから成るスペーサ、１１は振動
子４ａ及び４ｂの間の相対的投影変位量を検知するため
に光線２０を受光するための受光素子を成膜してあるガ
ラスから成る変位検出用基板、１２は振動子４ａ及び４
ｂの間の相対的投影変位量を検知するための光導電材料
から成る受光素子、１３は受光素子１２に電気的に連結
しているＡｌから成る電極、１４は検出用光線２０以外
の外からの光を遮断するための遮蔽膜、１５はＳｉ膜か
ら成り、変位検出用基板１１とガラスから成るスペーサ
１６との間を接着するための接着用補助膜、１６は振動
子４ｂの振動を妨害しない様に固定子３ｂと変位検出用
基板１１との間に適当な間隔に保持し、同時に固定子３
ｂと変位検出用基板１１との間を互いに接着させるため
のガラスから成るスペーサ、１７はコリオリ力を検出す
るための振動系を真空封止するための真空封止用蓋、１
８は検出用光線２０以外の外からの光を遮断するために
真空封止用蓋の内側に成膜したＡｌから成る遮蔽膜、１
９は振動子４ａ及び４ｂの間の相対的変位を検出するた
めの光線を通過させる光通過孔、２０は振動子４ａ及び
４ｂの間の相対的投影変位量を検出するためのレーザ発
振素子（図示なし）から照射した検出用光線、２１はそ
れぞれ光通過孔１９，２ａ，６ａ，２ｂ，６ｂを通過
し、受光素子１２に照射した検出用光線２０であるとこ
ろの検出光面積、２２は真空封止用蓋１７に形成した逃
げ用溝である。1 to 9 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the features of the present invention best.
FIG. 2 is a sectional view. In these figures, 1a, 1
b is an exciter which is a vibration source composed of a piezoelectric element, 2
Reference numerals a and 2b denote light passing holes for passing the detection light beam 20 formed at the center of gravity of the exciters 1a and 1b in order to detect a relative projection displacement amount between the transducers 4a and 4b.
b is a stator made of a Si substrate, 4a and 4b are vibrators made on the Si substrate for applying Coriolis force, 5a and
5b (FIG. 2) is a non-penetrating auxiliary groove formed in the center of gravity of the vibrators 4a and 4b, and 6a and 6b are provided in the center of gravity of the vibrators 4a and 4b and formed in the bottom of the auxiliary grooves 5a and 5b. The light passing holes through which the detection light beam 20 passes to detect the relative projection displacement amount between the daughters 4a and 4b, 9a and 9b are S
vibrators 4a and 4b and stators 3a and 3
b, and a spring, which is point-symmetric with respect to the center of gravity of the vibrators 4a and 4b, is connected between the stators 3a and 3b so as not to disturb the vibration of the vibrator 4a or 4b. , And a spacer 11 made of glass for bonding the stators 3a and 3b to each other, and receives a light beam 20 for detecting a relative projection displacement between the transducers 4a and 4b. Detecting substrate 12 made of glass on which a light receiving element for forming a light receiving element is formed.
b, a light receiving element made of a photoconductive material for detecting a relative projection displacement amount between b, 13 is an electrode made of Al electrically connected to the light receiving element 12, and 14 is an outside electrode other than the detection light beam 20. A shielding film 15 for blocking light from the substrate, a bonding film 15 for bonding between the displacement detecting substrate 11 and the spacer 16 made of glass, and a barrier film 15 for preventing vibration of the vibrator 4b. So that the distance between the stator 3b and the displacement detection substrate 11 is maintained at a suitable distance.
a spacer made of glass for bonding the substrate b to the displacement detection substrate 11; a vacuum sealing lid 17 for vacuum-sealing a vibration system for detecting Coriolis force;
Reference numeral 8 denotes a shielding film made of Al formed on the inside of a vacuum sealing lid to block external light other than the detection light beam 20;
Reference numeral 9 denotes a light passing hole through which a light beam for detecting a relative displacement between the transducers 4a and 4b passes, and reference numeral 20 denotes a laser oscillation element (for detecting a relative projection displacement between the transducers 4a and 4b). (Not shown), a detecting light beam 21 passes through the light passing holes 19, 2a, 6a, 2b, 6b, and is a detecting light area where the detecting light beam 20 irradiates the light receiving element 12, and 22 denotes a vacuum. This is an escape groove formed in the sealing lid 17.

【００１５】つぎに上記構成に於いて、励振子１ａの両
面に交番電圧Ｅ₁ を、励振子１ｂの両面に交番電圧Ｅ₂
をそれぞれ印加する（配線の図示なし）。ここでＥ₁ と
Ｅ₂との間の位相差は１８０°にする。すなわち、Next, in the above configuration, the alternating voltage E ₁ is applied to both surfaces of the exciter 1a, and the alternating voltage E _{2 is} applied to both surfaces of the exciter 1b.
(Not shown). Here, the phase difference between E ₁ and E ₂ is set to 180 °. That is,

【００１６】[0016]

【数２】 ここで、Ｖ₁ ＝Ｖ₂ ，ω₀：交番電圧の角周波数、π：
位相差、従って、交番電圧Ｅ₁ 及びＥ₂ の電圧がそれぞ
れ励振子１ａ及び１ｂに印加した時、図２に於いて励振
子１ａが上方に対して凸に変形するならば、励振子１ｂ
は上方に対して凹に変形することになる。今、励振子１
ａ及び１ｂの圧電特性、振動子４ａ及び４ｂの振動特
性、バネ９ａ及び９ｂのバネ特性、及び振動系の質量が
いずれも同様であるとした場合、接着によって合体して
いる励振子１ａと振動子４ａの変位ｘ₁ と、同様に接着
によって合体している励振子１ｂと振動子４ｂの変位ｘ
₂ はそれぞれ次の様になる。すなわち(Equation 2) Here, V ₁ = V ₂ , ω ₀ : angular frequency of the alternating voltage, π:
When the phase difference, and thus the alternating voltages E ₁ and E ₂ , are applied to the exciters 1a and 1b, respectively, if the exciter 1a in FIG.
Is deformed concavely upward. Now, exciter 1
Assuming that the piezoelectric characteristics a and 1b, the vibration characteristics of the vibrators 4a and 4b, the spring characteristics of the springs 9a and 9b, and the mass of the vibration system are all the same, the vibration of the exciter 1a united by bonding and the vibration the displacement x ₁ of the child 4a, are united by an adhesive in the same manner exciters 1b and displacement x of the oscillator 4b
₂ is as follows. Ie

【００１７】[0017]

【数３】 従って、変位ｘ₁ 及びｘ₂ の時間ｔに於ける速度ｖ₁ 及
びｖ₂ はそれぞれ次の様になる。すなわち、(Equation 3) Thus, each at the speed v ₁ and v ₂ is the time displacement x ₁ and x ₂ t become as follows. That is,

【００１８】[0018]

【数４】 従って、ｖ₁ とｖ₂ との間の関係は図１に見る様に、(Equation 4) Thus, the relationship between v ₁ and v ₂ , as seen in FIG.

【００１９】[0019]

【数５】 である。(Equation 5) It is.

【００２０】今、これらの振動系に、同時にNow, these vibration systems are simultaneously

【００２１】[0021]

【外２】 が生じたならば、振動系に作用する[Outside 2] Acts on the vibration system if

【００２２】[0022]

【外３】 は、すなわち、図１に於いて上方の振動系（以後、第１
の振動系と呼ぶ）の[Outside 3] In other words, the upper vibration system in FIG.
Of the vibration system)

【００２３】[0023]

【外４】 及び下方の振動系（以後、第２の振動系と呼ぶ）の[Outside 4] And a lower vibration system (hereinafter referred to as a second vibration system)

【００２４】[0024]

【外５】 は、それぞれ[Outside 5] Respectively

【００２５】[0025]

【数６】 となる（ここでｍ：振動系の質量）。従って、(Equation 6) (Where m: mass of the vibration system). Therefore,

【００２６】[0026]

【数７】 であることから上記の２つの振動系に作用するコリオリ
力は、図１に見る様に、常に同じ大きさで、かつ反対向
きのベクトルとなる。(Equation 7) Therefore, the Coriolis forces acting on the above-mentioned two vibration systems always have the same magnitude and opposite vectors as shown in FIG.

【００２７】そこで、本発明は上記現象を利用して、次
の様な角速度の検知手法を採った。今、図１に於いて第
１及び第２の振動系の励振中（励振子の印加電圧Ｅ₁ ＝
Ｅ₂≠０）、これらの振動系に角速度が生じない時Therefore, the present invention employs the following angular velocity detecting method utilizing the above phenomenon. Now, in FIG. 1, during the excitation of the first and second vibration systems (the applied voltage E ₁ of the exciter =
E ₂ ≠ 0), when there is no angular velocity in these vibration systems

【００２８】[0028]

【外６】 検出光面積２１の大きさは、光通過孔６ａ及び６ｂの大
きさに等しく（予め、角速度が生じない時、検出光面積
２１の大きさが最も大きくなる様に、すなわち光通過孔
６ａ及び６ｂの大きさに等しくなる様に第１及び第２の
振動系、検出用基板１１の軸及び検出用光線２０のそれ
ぞれ軸を合わせておく）、図５（ａ）の状態であり、か
つ受光素子の抵抗ｒは図７（ａ）に見る様にｒ＝Ｒ₀ で
一定である。[Outside 6] The size of the detection light area 21 is equal to the size of the light passing holes 6a and 6b (when the angular velocity does not occur, the size of the detection light area 21 is maximized, that is, the light passing holes 6a and 6b The axes of the first and second vibration systems, the axis of the detection substrate 11 and the axis of the detection light beam 20 are aligned so as to be equal to the size of the light-receiving element. Is constant at r = R _{0 as} shown in FIG. 7A.

【００２９】次に上記同様にして、上記これらの振動系
に角速度が生じた時Next, in the same manner as above, when an angular velocity is generated in these vibration systems,

【００３０】[0030]

【外７】 すなわち[Outside 7] Ie

【００３１】[0031]

【外８】 が生じた時、検出光面積２１の大きさは、図５（ｂ）に
見る様に、それぞれ光通過孔６ａ及び６ｂの軸心がズレ
るため、図５（ａ）の場合に比較して小さくなる。ここ
で、第１の振動系及び第２の振動系に於いて、[Outside 8] 5A, the size of the detection light area 21 is smaller than that in FIG. 5A because the axes of the light passing holes 6a and 6b are shifted as shown in FIG. 5B. Become. Here, in the first vibration system and the second vibration system,

【００３２】[0032]

【外９】 は（８），（９）式に従って図５（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に見る様に励振用交番電圧の角周波数ω₀ で、か
つ互いに位相差πでそれぞれ振動子４ａ及び４ｂに周期
的に作用するため、受光素子の抵抗ｒは図７（ｂ）に見
る様に、角周波数２ω ₀で周期的に変化する（ここで、
θ：センサに依存する定数）が、[Outside 9]Are calculated according to equations (8) and (9), as shown in FIGS.
As shown in (d), the angular frequency ω of the alternating voltage for excitation₀ And
Period of the oscillators 4a and 4b with a phase difference of π
7B, the resistance r of the light receiving element is shown in FIG.
So that the angular frequency 2ω ₀Changes periodically (where
θ: constant depending on the sensor)

【００３３】[0033]

【外１０】 （Ｒ：最大抵抗値）となる。ここで、図５，６に示した
振動系の状態を図７（ｂ）の受光素子の抵抗ｒの線図上
で見た場合、次の様になる。すなわち、図５，６の
（ａ）の状態の時、図７（ｂ）の（１），図５，６の
（ｂ）の状態の時、図７（ｂ）の（２），図５，６の
（ｃ）の状態の時、図７（ｂ）の（３），図５，６の
（ｄ）の状態の時、図７（ｂ）の（４）にそれぞれ相当
する。[Outside 10] (R: maximum resistance value). Here, when the state of the vibration system shown in FIGS. 5 and 6 is viewed on the diagram of the resistance r of the light receiving element in FIG. 7B, it is as follows. That is, in the state of (a) of FIGS. 5 and 6, (1) of FIG. 7B, and in the state of (b) of FIGS. 5 and 6, (2) of FIG. 7, 6 (c) respectively correspond to (3) of FIG. 7 (b), and the states of FIGS. 5, 6 (d) correspond to (4) of FIG. 7 (b).

【００３４】次に、Next,

【００３５】[0035]

【外１１】 が作用している環境下で、第１の振動系及び第２の振動
系に[Outside 11] Under the environment where the first vibration system and the second vibration system

【００３６】[0036]

【外１２】 が生じた場合、[Outside 12] Occurs,

【００３７】[0037]

【外１３】 に何ら関係なく、[Outside 13] Regardless of

【００３８】[0038]

【外１４】 によって生ずる受光素子の抵抗ｒは上記と同様に図７
（ｂ）で示される。すなわち、[Outside 14] The resistance r of the light receiving element caused by the
It is shown in (b). That is,

【００３９】[0039]

【外１５】 の作用の有無にかかわらず、受光素子の抵抗ｒは[Outside 15] Irrespective of the action of

【００４０】[0040]

【外１６】 にのみ依存する。このことは次の様に説明できる。今、
第１の振動系及び第２の振動系に[Outside 16] Only depends on This can be explained as follows. now,
For the first vibration system and the second vibration system

【００４１】[0041]

【外１７】 が生じている間、[Outside 17] While

【００４２】[0042]

【外１８】 が同時に、これらの２つの振動系に作用している場合
と、そうでない場合を考えて見る。ここで、[Outside 18] At the same time acts on these two vibrating systems and does not. here,

【００４３】[0043]

【外１９】 の時の検出光面積２１は図８（ａ）であり、[Outside 19] FIG. 8A shows the detection light area 21 at the time of.

【００４４】[0044]

【外２０】 が作用している時の検出光面積２１は図８（ｂ）であ
る。上記に述べた様に、第１の振動系及び第２の振動系
の質量及びバネ定数は、いづれも等価であるため、第１
の振動系及び第２の振動系の振動子４ａ及び４ｂは[Outside 20] FIG. 8 (b) shows the detection light area 21 when is acting. As described above, since the mass and the spring constant of the first vibration system and the second vibration system are all equivalent,
And the vibrators 4a and 4b of the second vibration system

【００４５】[0045]

【外２１】 方向に同じ距離だけ変位するので、第１の振動系及び第
２の振動系の光通過孔６ａ及び６ｂの間の相対変位は零
となり、従って図８（ａ），（ｂ）に見る様に検出光面
積２１の大きさは、いずれの場合に於いても同じであ
る。すなわち、本発明の振動系の構造及び光による検出
法を用いることによって、重力加速度の影響を皆無にす
ることが可能である。[Outside 21] 8A, the relative displacement between the light passing holes 6a and 6b of the first vibration system and the second vibration system becomes zero, and therefore, as shown in FIGS. 8A and 8B. The size of the detection light area 21 is the same in any case. That is, by using the structure of the vibration system and the detection method using light according to the present invention, it is possible to eliminate the influence of the gravitational acceleration.

【００４６】さらに本発明の場合、２軸の角速度を検知
することが可能である。今、図９（ａ）〜（ｃ）に見る
様に、第１及び第２の振動系にFurther, in the case of the present invention, it is possible to detect the angular velocity of two axes. Now, as shown in FIGS. 9A to 9C, the first and second vibration systems

【００４７】[0047]

【外２２】 が生じた場合を考えて見る。[Outside 22] Let's look at what happens.

【００４８】[0048]

【外２３】 は[Outside 23] Is

【００４９】[0049]

【数８】 に分解できる。(Equation 8) Can be decomposed into

【００５０】従って、Therefore,

【００５１】[0051]

【外２４】 によって生ずる[Outside 24] Caused by

【００５２】[0052]

【外２５】 及び同様に[Outside 25] And similarly

【００５３】[0053]

【外２６】 によって生ずる[Outside 26] Caused by

【００５４】[0054]

【外２７】 は、それぞれ振動子４ａ及び４ｂに上記同様、角周波数
ω₀で、かつ互いに位相差πで作用する（ここで、上記
の様に[Outside 27] Acts on the vibrators 4a and 4b at the angular frequency ω ₀ and the phase difference π with each other (here, as described above,

【００５５】[0055]

【外２８】 従って、[Outside 28] Therefore,

【００５６】[0056]

【外２９】 はＺ方向に変化する検出光面積２１に対応する受光素子
の抵抗から上記同様にして、検知できる。他方、[Outside 29] Can be detected in the same manner as described above from the resistance of the light receiving element corresponding to the detection light area 21 changing in the Z direction. On the other hand,

【００５７】[0057]

【外３０】 は上記した[Outside 30] Is mentioned above

【００５８】[0058]

【外３１】 を求める手法で同様に検知できる。すなわち、第１及び
第２の振動系に２つの受光検出系を設け、図９（ｄ）〜
（ｆ）及び（ｇ）〜（ｉ）に見られるように、互いに直
角方向の検出光面積変化を、受光素子の抵抗変化として
検知できる様に、受光素子１２ａ及び１２ｂを互いに直
角に配置する。上記述べた手法によって、本発明は２軸
に生ずる角速度を同時に検知することが出来た。[Outside 31] Can be detected in the same manner by the method of obtaining. That is, two light receiving detection systems are provided in the first and second vibration systems,
As shown in (f) and (g) to (i), the light receiving elements 12a and 12b are arranged at right angles to each other so that a change in the detected light area in a direction perpendicular to each other can be detected as a resistance change of the light receiving element. According to the method described above, the present invention was able to simultaneously detect the angular velocities occurring on the two axes.

【００５９】本実施例に於いて、半導体製造に用いられ
るマスクパターン転写及び高分子あるいはＳｉ₃ Ｎ₄ 膜
をレジスト材としたウエットあるいはドライエッチング
技術を用いて、すなわちマイクロマシーニング技術を用
いて、それぞれ、２枚のＳｉ基板上に同一形状、同一大
きさの振動子４、バネ９、固定子３及び光通過孔６を一
体成型し、その後予め所用の大きさの、かつ所定の位置
に光通過孔２を設けたＰＺＴ薄板を、それぞれ振動子４
ａ及び４ｂに接着し、その後２枚のＳｉ基板を、Ｐｙｒ
ｅｘガラス１０を介して互いに陽極接合した。そして、
予めアモルファスＳｉ薄膜から成る受光素子１２、Ａｌ
薄膜から成る電極１３及びＡｌ薄膜から成る遮蔽膜１４
をそれぞれ成膜したＰｙｒｅｘガラス１１を、パイレッ
クス薄板１６及びＳｉから成る補助膜１５を介して上記
Ｓｉ基板の所定の位置に、位置決め後、陽極接合した。
さらに、感光性ガラス１７に溝２２を形成後、光通過孔
１９を除く、溝２２の底面にＡｌ薄膜１８を成膜し、そ
の後、感光性ガラス１７とＳｉ基板３との間の接着を真
空中で行った。In this embodiment, a mask pattern transfer used in semiconductor manufacturing and a wet or dry etching technique using a polymer or a Si ₃ N ₄ film as a resist material, that is, a micromachining technique is used. A vibrator 4, a spring 9, a stator 3, and a light passage hole 6 having the same shape and the same size are integrally formed on two Si substrates, respectively. The PZT thin plate provided with the through holes 2 is respectively
a and 4b, and then the two Si substrates are
Anodically bonded to each other via the ex glass 10. And
A light-receiving element 12 made of an amorphous Si thin film in advance, Al
Electrode 13 composed of a thin film and shielding film 14 composed of an Al thin film
Was positioned at a predetermined position on the Si substrate via a Pyrex thin plate 16 and an auxiliary film 15 made of Si, and then anodically bonded.
Further, after forming the groove 22 in the photosensitive glass 17, an Al thin film 18 is formed on the bottom surface of the groove 22 excluding the light passage hole 19, and then the bonding between the photosensitive glass 17 and the Si substrate 3 is performed under vacuum. Went inside.

【００６０】尚、本実施例で作成した図１の様な励振動
型光検出角速度センサにω＝１度／秒の角速度を作用し
たところ、出力として５ｍＶのピーク電圧を得た。When an angular velocity of ω = 1 ° / sec was applied to the excitation vibration type light detection angular velocity sensor as shown in FIG. 1 produced in this embodiment, a peak voltage of 5 mV was obtained as an output.

【００６１】尚、励振子１の圧電材料が、チタン酸バリ
ウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ＺｎＯ、光通過孔６
ａ，６ｂの形状が長方形、円形、多角形、受光素子１２
ａ，１２ｂの光導電材料がＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，
Ｐ₆ Ｓ，Ｐ₆ Ｓｅ，Ｓｉ，Ｇｅ，及び検出用光線２０は
該受光素子１２ａ，１２ｂで検知可能な波長帯の光であ
っても、本発明の意図する効果は変らない。The piezoelectric material of the exciter 1 is made of barium titanate, lead titanate, lead zirconate, ZnO, light passing hole 6
a, 6b are rectangular, circular, polygonal, light receiving element 12
a, 12b are CdS, CdSe, ZnS,
Even if P ₆ S, P ₆ Se, Si, Ge, and the detection light beam 20 are light in a wavelength band that can be detected by the light receiving elements 12a and 12b, the intended effect of the present invention does not change.

【００６２】さらに、励振子の振動駆動源として、圧電
素子の代りに静電力を用いた場合に於いても、本発明の
意図する効果は変らない。Furthermore, the effect intended by the present invention does not change when electrostatic force is used instead of the piezoelectric element as the vibration drive source of the exciter.

【００６３】［他の実施例］図１０，図１１，図１２は
本発明の第２の実施例を示し、図１０は本発明の特徴を
最も良く表わす図面であり、これらの図に於いて、１
ａ，１ｂは圧電素子から成る振動源であるところの励振
子、２ａ，２ｂは振動子４ａ及び４ｂの間の相対的投影
変位量を検出するために、励振子１ａ，１ｂの重心点に
明けた検出用光線２０を通過させるための光通過孔、３
ａ，３ｂはＳｉ基板から成る固定子、４ａ，４ｂはＳｉ
基板から成りコリオリ力を発生するための振動子、５
ａ，５ｂは振動子４ａ，４ｂの重心部に明けた貫通しな
い補助溝、６ａ，６ｂは振動子４ａ，４ｂの重心部にあ
り、かつ補助溝５ａ，５ｂの底部に明けた、振動子４ａ
及び４ｂの間の相対的投影変位量を検出するために検出
用光線２０を通過させるための光通過孔、７ａ，７ｂは
一種のバネの働きをさせるために振動子４ａ，４ｂに形
成したバネ用溝、８ａ，８ｂはバネ用溝７ａ，７ｂをバ
ネとしての働きをさせるために、振動子１ａ，１ｂと振
動子４ａ，４ｂの間の接着を一部分回避するための接着
回避溝、９ａ，９ｂはＳｉ基板から成り振動子４ａ，４
ｂと固定子３ａ，３ｂとの間を連結しているバネ、１０
は振動子４ａあるいは４ｂの振動を妨害しない様に固定
子３ａと３ｂを互いに接着するためのガラスから成るス
ペーサ、１１は振動子４ａ及び４ｂの間の相対的投影変
位量を検知するために検出用光線２０を受光するための
受光素子を成膜してあるガラスから成る変位検出用基
板、１２は振動子４ａ及び４ｂの間の相対的投影変位量
を検知するための光導電材料から成る受光素子、１３は
受光素子１２に電気的に連結しているＡｌから成る電
極、１４は検出用光線２０以外の外からの光を遮断する
ための遮蔽膜、１５はＳｉ膜から成り、変位検出用基板
１１とガラスから成るスペーサ１６との間を接着するた
めの接着用補助膜、１６は振動子４ｂの振動を妨害しな
い様に、固定子３ｂと変位検出用基板１１との間に適当
な間隔に保持し、同時に固定子３ｂと変位検出用基板１
１との間を互いに接着させるためのガラスから成るスペ
ーサ、１７はコリオリ力を検出するための振動系を真空
封止するための真空封止用蓋、１８は検出用光線２０以
外の外からの光を遮断するために真空封止用蓋１７の内
側に成膜したＡｌから成る遮蔽膜、１９は振動子４ａ及
び４ｂの間の相対的投影変位量を検出するために、検出
用光線２０を通過させる光通過孔、２０は振動子４ａ及
び４ｂの間の相対的投影変位量を検出するためのレーザ
発振素子（図示なし）から照射した検出用光線、２１は
それぞれ光通過孔１９，２ａ，６ａ，２ｂ，６ｂを通過
し、受光素子１２に投影した検出用光線２０の検出光面
積、２２は真空封止用蓋１７に形成した逃げ用溝であ
る。[Other Embodiments] FIGS. 10, 11, and 12 show a second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a drawing showing the features of the present invention best. , 1
The exciters a and 1b are vibrating sources composed of piezoelectric elements, and the exciters 2a and 2b open at the center of gravity of the exciters 1a and 1b to detect the relative projection displacement between the vibrators 4a and 4b. Light passing hole for passing the detected light beam 20;
a and 3b are stators made of a Si substrate, and 4a and 4b are Sis.
A vibrator made of a substrate for generating Coriolis force, 5
Reference numerals a and 5b denote auxiliary grooves formed at the centers of gravity of the vibrators 4a and 4b, and reference numerals 6a and 6b denote vibrators 4a formed at the centers of gravity of the vibrators 4a and 4b and formed at the bottoms of the auxiliary grooves 5a and 5b.
The light passing holes 7a and 7b through which the detection light beam 20 passes to detect the relative projection displacement amount between the first and second projections 4a and 4b are formed in the vibrators 4a and 4b to act as a kind of spring. The grooves 8a and 8b serve as springs so that the spring grooves 7a and 7b function as springs. The adhesion avoiding grooves 9a and 9a for partially avoiding adhesion between the vibrators 1a and 1b and the vibrators 4a and 4b. 9b is a vibrator 4a, 4
b and the stator connecting the stators 3a and 3b, 10
Is a spacer made of glass for bonding the stators 3a and 3b to each other so as not to disturb the vibration of the vibrator 4a or 4b, and 11 is a detector for detecting a relative projection displacement amount between the vibrators 4a and 4b. A displacement detection substrate 12 made of glass on which a light receiving element for receiving the light beam 20 is formed, and 12 is a light receiving material made of a photoconductive material for detecting a relative projection displacement amount between the vibrators 4a and 4b. An element, 13 is an electrode made of Al electrically connected to the light receiving element 12, 14 is a shielding film for blocking external light other than the detection light beam 20, and 15 is a Si film, for detecting displacement. An auxiliary bonding film for bonding between the substrate 11 and the spacer 16 made of glass is provided at an appropriate distance between the stator 3b and the displacement detecting substrate 11 so as not to disturb the vibration of the vibrator 4b. Hold at the same time Substrate for displacement detection and the stator 3b 1
1 is a spacer made of glass for bonding to each other, 17 is a vacuum sealing lid for vacuum-sealing a vibration system for detecting Coriolis force, and 18 is an external A shielding film 19 made of Al formed on the inside of the vacuum sealing lid 17 to block light, and 19 is a detecting film 20 for detecting a relative projection displacement amount between the vibrators 4a and 4b. A light passing hole to be passed, 20 is a detection light beam emitted from a laser oscillation element (not shown) for detecting a relative projection displacement amount between the transducers 4a and 4b, and 21 is a light passing hole 19, 2a, respectively. A detection light area of the detection light beam 20 that has passed through 6a, 2b, 6b and projected on the light receiving element 12, and 22 is an escape groove formed in the lid 17 for vacuum sealing.

【００６４】つぎに上記構成に於いて、励振子１ａの両
面に交番電圧Ｅ₁ を、励振子１ｂの両面に交番電圧Ｅ₂
をそれぞれ印加する（配線の図示なし）。すなわち、実
施例１と同様に、（１），（２）式で示す様な交番電圧
Ｅ₁ ，Ｅ₂ である。該交番電圧Ｅ₁ ，Ｅ₂ の印加によっ
て図１０に於いて励振子１ａが上方に対して凸に変形す
るならば、励振子１ｂは上方に対して凹に変形すること
になる。Next, in the above configuration, the alternating voltage E ₁ is applied to both surfaces of the exciter 1a, and the alternating voltage E _{2 is} applied to both surfaces of the exciter 1b.
(Not shown). That is, similarly to the first embodiment, the alternating voltages E ₁ and E ₂ as shown by the equations (1) and (2) are used. If exciters 1a In Figure 10 is deformed to project against the upper by the application of the alternating voltage E _1, E _2, exciters 1b will be deformed in a concave relative to the upper.

【００６５】今、励振子１ａ及び１ｂの圧電特性、振動
子４ａ及び４ｂの振動特性、バネ用溝７ａ及び７ｂのバ
ネ特性、バネ９ａ及び９ｂのバネ特性及び振動系の質量
がいずれも同様であるとした場合、振動系に作用するNow, the piezoelectric characteristics of the exciters 1a and 1b, the vibration characteristics of the vibrators 4a and 4b, the spring characteristics of the spring grooves 7a and 7b, the spring characteristics of the springs 9a and 9b, and the mass of the vibration system are all the same. Acts on the vibration system, if any

【００６６】[0066]

【外３２】 は、すなわち図１０に於いて、上方の振動系（以後、第
１の振動系と呼ぶ）の[Outside 32] That is, in FIG. 10, the upper vibration system (hereinafter referred to as the first vibration system)

【００６７】[0067]

【外３３】 及び下方の振動系（以後、第２の振動系と呼ぶ）の[Outside 33] And a lower vibration system (hereinafter referred to as a second vibration system)

【００６８】[0068]

【外３４】 とすると、それぞれ（８），（９）式となる。[Outside 34] Then, equations (8) and (9) are obtained, respectively.

【００６９】さて、ここでNow, here

【００７０】[0070]

【外３５】 を一定とした時、検出感度、すなわち[Outside 35] Is constant, the detection sensitivity, that is,

【００７１】[0071]

【外３６】 を大きくするためには、振動系の質量を増し、かつ[Outside 36] In order to increase the mass of the vibration system, and

【００７２】[0072]

【外３７】 を大きくすることが必要である。しかし、振動系の質量
を増すことは角速度センサの容積の増大につながること
から不都合である。そこで、本実施例の場合、図１０，
図１１，図１２に見られる様に、バネ溝７ａ，７ｂを形
成することによって、振動系の質量の減少を出来るだけ
少なくし、同時に振動子４ａ，４ｂの剛性を減少させる
ことによって、すなわち振動子４ａ，４ｂの変形能を高
めることによって、（３），（４）式の振動振幅Ａを高
めることにつながり、同時に、（５），（６）式の変位
速度ｖ₁ ，ｖ₂ を大きくし、結果として（８），（９）
式で示した[Outside 37] It is necessary to increase. However, increasing the mass of the vibration system is disadvantageous because it leads to an increase in the volume of the angular velocity sensor. Therefore, in the case of this embodiment, FIG.
As shown in FIGS. 11 and 12, by forming the spring grooves 7a and 7b, the mass of the vibration system is reduced as little as possible, and at the same time, the rigidity of the vibrators 4a and 4b is reduced. By increasing the deformability of the subunits 4a and 4b, the vibration amplitude A of the equations (3) and (4) is increased, and at the same time, the displacement speeds v ₁ and v ₂ of the equations (5) and (6) are increased. And, as a result, (8), (9)
Expression

【００７３】[0073]

【外３８】 を大きくすることになる。[Outside 38] Will be increased.

【００７４】本実施例に於いては、振動子４ａ，４ｂに
バネ用溝７ａ，７ｂ及び、接着回避溝８ａ，８ｂを設
け、これにより振動子４ａ，４ｂの剛性を変化させ、任
意の角周波数ω₀ で第１の振動系及び第２の振動系を励
振する手法により、振動系に生じた角速度ωを実施例１
に比較して感度良く検知出来た。In the present embodiment, the vibrators 4a and 4b are provided with spring grooves 7a and 7b and adhesion avoidance grooves 8a and 8b, thereby changing the rigidity of the vibrators 4a and 4b so that the desired angle can be obtained. Example 1 A method of exciting the first vibration system and the second vibration system at the frequency ω ₀ to calculate the angular velocity ω generated in the vibration system according to the first embodiment
Was detected with high sensitivity compared to.

【００７５】本実施例に於ける励振動型光検出角速度セ
ンサを実施例１と殆んど同様な手法で製作した。The excitation vibration type light detecting angular velocity sensor in this embodiment was manufactured by almost the same method as in the first embodiment.

【００７６】尚、本実施例で作製した励振動型光検出角
速度センサにω＝１度／秒の角速度を作用したところ、
出力として８ｍＶのピーク電圧を得た。When an angular velocity of ω = 1 ° / sec was applied to the excitation type light detection angular velocity sensor manufactured in this embodiment,
A peak voltage of 8 mV was obtained as an output.

【００７７】尚、第２の振動系の励振子１ｂに電圧Ｅ₂
を印加しない場合に於いても、実施例１，２と同様に角
速度ωに対応するピーク電圧の検知が可能であった。The voltage E ₂ is applied to the exciter 1b of the second vibration system.
In the case where is not applied, the peak voltage corresponding to the angular velocity ω can be detected as in the first and second embodiments.

【００７８】尚、２つの振動系の代りに、１つだけの振
動系で角速度を検出する場合に於いても、感度を犠牲に
するならば、図１３に見る様に、受光素子の形状及び光
通過孔の形状はそれぞれテーパ状及び細長状にすること
によって、本発明の意図する効果を得ることができるの
は言うまでもない。In the case where the angular velocity is detected using only one vibration system instead of the two vibration systems, if the sensitivity is sacrificed, as shown in FIG. It is needless to say that the effects intended by the present invention can be obtained by making the shape of the light passage hole tapered and elongated, respectively.

【００７９】[0079]

【発明の効果】以上説明したように、本願発明は、励振
子と振動子を接合により一体化し、振動子の周囲に、振
動子の重心に点対称な複数のバネを配置し、該バネの一
端を振動子に、他端を固定子にそれぞれ連結した、すな
わち、振動子、バネ及び固定子を同一Ｓｉ基板上にエッ
チングによって形成したものであり、コリオリ力を励振
子及び振動子の合体した質量錘に作用させ、励振方向か
ら入射した光を質量錘を通過後、励振方向に対して直角
な面で受光することによって、質量錘の変位量からコリ
オリ力によって生じた変位量のみを検知可能とする効果
がある。As described above, according to the present invention, the exciter and the vibrator are integrated by joining, and a plurality of springs which are point-symmetric with respect to the center of gravity of the vibrator are arranged around the vibrator. One end is connected to the vibrator and the other end is connected to the stator, that is, the vibrator, spring and stator are formed by etching on the same Si substrate, and the Coriolis force is combined with the exciter and the vibrator. By acting on the mass and receiving light incident from the excitation direction on the surface perpendicular to the excitation direction after passing through the mass, only the displacement caused by Coriolis force can be detected from the displacement of the mass Has the effect.

【００８０】さらに同等な振動体を２個、同一方向で積
層し、かつ１８０°の位相ズレした同様な振動を振動体
にそれぞれ生じさせることによって、重力によって生ず
る該質量錘の変位を相殺可能とする効果がある。Further, by disposing two equivalent vibrators in the same direction and laminating the same vibrations 180 ° out of phase in the vibrators, the displacement of the mass caused by gravity can be offset. Has the effect of doing

【００８１】又、振動系に於いては、受光面に平行なＹ
−Ｚ方向の変位成分を検出可能な２個の受光検知系を設
けることにより、同時に２軸の角速度を検出可能とす
る。そして、振動系は真空雰囲気に保持可能であるた
め、振動系のＱ値を大きくすることが可能となり角速度
の検出感度を高める効果がある。In the vibration system, Y parallel to the light receiving surface
By providing two light receiving detection systems capable of detecting a displacement component in the −Z direction, it is possible to simultaneously detect angular velocities of two axes. Further, since the vibration system can be maintained in a vacuum atmosphere, the Q value of the vibration system can be increased, and there is an effect of increasing the detection sensitivity of the angular velocity.

【００８２】さらに、平板同士の接着工程を除いて、全
てＳｉの半導体プロセス技術及びプレーナ技術で作製可
能なため、製作コストの低減化及び角速度センサの微小
化に効果がある。Further, except for the step of bonding flat plates, all can be manufactured by Si semiconductor process technology and planar technology, which is effective in reducing the manufacturing cost and miniaturizing the angular velocity sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明を実施した励振動型光検出角速度センサ
の分解斜視図。FIG. 1 is an exploded perspective view of an excitation type light detection angular velocity sensor embodying the present invention.

【図２】図１のＡ₁ 線断面図。[2] A ₁ line sectional view of FIG.

【図３】図２のＣ₁ 線及び図１１のＣ₂ 線の断面図。3 is a cross-sectional view of C _2-wire C ₁ line and 11 of Figure 2.

【図４】図２のＤ₁ 線断面図。[4] D ₁ line sectional view of FIG.

【図５】（ａ）〜（ｄ）：図１のＢ₁ 線より見た、コリ
オリ力による２つの振動子の変位と、それに伴う通過光
量の変化を示す図。[5] (a) ~ (d): viewed from the B ₁ line in FIG. 1, the displacement of the two oscillators caused by the Coriolis force, shows a change in the amount of transmitted light associated with it.

【図６】（ａ）〜（ｄ）：受光素子１２上に照射した光
線２０の光検出面積２１の変化を示す図。FIGS. 6A to 6D are diagrams showing changes in a light detection area 21 of a light beam 20 irradiated on the light receiving element 12. FIG.

【図７】角速度の有無の違いによって生ずる受光素子の
抵抗変化を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing a change in resistance of a light receiving element caused by a difference in presence or absence of an angular velocity.

【図８】（ａ），（ｂ）：励振動型光検出角速度センサ
に対する重力ｇの作用の有無によって光検出面積及び受
光素子の抵抗に変化が無いことを示す図。8A and 8B are diagrams showing that the light detection area and the resistance of the light receiving element do not change depending on the presence or absence of the action of gravity g on the excitation vibration type light detection angular velocity sensor.

【図９】２組の振動・受光検出系における２軸変位（ａ
〜ｃ）とそれに伴う光検出面積（ｄ〜ｉ）の変化を示す
図。FIG. 9 shows a biaxial displacement (a) in two sets of vibration / light receiving detection systems.
FIGS. 7A to 7C are diagrams showing changes in the light detection area (d to i) associated therewith.

【図１０】本発明の第２の実施例である励振動型光検出
角速度センサの分解斜視図。FIG. 10 is an exploded perspective view of an excitation type light detection angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図１１】図１０のＡ₂ 線断面図。[11] ₂ cross-sectional view taken along line A in FIG. 10.

【図１２】図１１のＤ₂ 線断面図。FIG. 12 is a sectional view taken along line D _{2 of} FIG. 11;

【図１３】１つだけの振動系で角速度を検出する場合の
受光素子形状を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing the shape of a light receiving element when angular velocity is detected by only one vibration system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ａ，１ｂ 励振子 ２ａ，６ａ，１９，２ｂ，６ｂ 光通過孔 ３ａ，３ｂ 固定子 ４ａ，４ｂ 振動子 ５ａ，５ｂ 補助溝 ７ａ，７ｂ バネ用溝 ８ａ，８ｂ 接着回避溝 ９ａ，９ｂ バネ １０，１６ スペーサ １１ 変位検出用基板 １２ 受光素子 １３ 電極 １４，１８ 遮蔽膜 １５ 接着用補助膜 １７ 真空封止用蓋 ２０ 検出用光線 ２１ 検出光面積 ２２ 逃げ用溝 1a, 1b Exciter 2a, 6a, 19, 2b, 6b Light passing hole 3a, 3b Stator 4a, 4b Vibrator 5a, 5b Auxiliary groove 7a, 7b Spring groove 8a, 8b Adhesion avoiding groove 9a, 9b Spring 10, DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Spacer 11 Displacement detection board 12 Light receiving element 13 Electrode 14, 18 Shielding film 15 Adhesive auxiliary film 17 Vacuum sealing lid 20 Detecting light beam 21 Detecting light area 22 Escape groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−72011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−235717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−235716（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−100608（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−62714（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 9/04 G01C 19/56 G01P 3/36 G01P 15/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP 1-72011 (JP, A) JP 61-235717 (JP, A) JP 61-235716 (JP, A) JP 61-235 187610 (JP, A) JP-A-61-100608 (JP, A) JP-A-63-62714 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) G01P 9/04 G01C 19 / 56 G01P 3/36 G01P 15/10

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 中心に孔を設けた振動子、該振動子を取
囲む固定子、及び前記振動子を固定子に支持する複数の
バネのそれぞれを同一基板で一体に形成したＳｉ基板
と、前記振動子上に面接合され、中心に孔を設けた電歪
材料からなる励振子とで振動体を形成するとともに、前
記励振子、振動子それぞれの中心に設けた孔を通過する
照射光を受光する光導電膜を形成配置した変位検出用基
板を前記Ｓｉ基板の固定子に面接合して一体に構成され
る励振動型光検出角速度センサ。An Si substrate in which a vibrator provided with a hole in the center, a stator surrounding the vibrator, and a plurality of springs supporting the vibrator on the stator are integrally formed on the same substrate; A vibrator is formed with an exciter made of an electrostrictive material having a hole at the center, which is surface-bonded on the vibrator, and the exciting light passing through the hole provided at the center of each of the exciter and the vibrator is irradiated with light. An excitation-type photodetection angular velocity sensor integrally formed by surface-bonding a displacement detection substrate on which a photoconductive film for receiving light is formed and arranged to a stator of the Si substrate. 【請求項２】 請求項１記載の振動体にもう一つの振動
体を重ね合せにして互いに固定子に面接合した振動体部
を形成することを特徴とする励振動型光検出角速度セン
サ。2. An excitation type light detecting angular velocity sensor, wherein another vibrating body is superimposed on the vibrating body according to claim 1 to form a vibrating body part which is surface-joined to a stator. 【請求項３】 請求項２記載の変位検出用基板にもう一
つの変位検出用基板を検出方向が直交するように重ね合
せにした２軸変位検出部を一体に構成することを特徴と
する励振動型光検出角速度センサ。3. An exciter comprising a displacement detecting board according to claim 2, and a two-axis displacement detecting section in which another displacement detecting board is superposed so that the detecting directions are orthogonal to each other. Vibration type light detection angular velocity sensor. 【請求項４】 ２つの振動体が互いに逆位相の振動を与
えられることを特徴とする請求項２又は３記載の励振動
型光検出角速度センサ。4. An excitation-vibration-type light detection angular velocity sensor according to claim 2, wherein the two vibrators are given vibrations having phases opposite to each other. 【請求項５】 励振子、振動子及びバネの平面形状が重
心に対して点対称で、かつ線対称であることを特徴とす
る請求項１、２又は３記載の励振動型光検出角速度セン
サ。5. The excitation type light detecting angular velocity sensor according to claim 1, wherein the planar shapes of the exciter, the vibrator and the spring are point-symmetric and line-symmetric with respect to the center of gravity. . 【請求項６】 互いに面接合している振動子及び励動子
のいずれか一方の中心部に振動周波数調整用の凹溝を設
けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の励振動
型光検出角速度センサ。6. The exciting device according to claim 1, wherein a concave groove for adjusting a vibration frequency is provided at a central portion of one of the vibrator and the exciter which are surface-joined to each other. Vibration type light detection angular velocity sensor. 【請求項７】 ２つの外蓋で両側から挟み、Ｓｉ基板の
固定子部に接合して励振子、振動子及び複数のバネの可
動空間を密閉構造としたことを特徴とする請求項１，２
又は３記載の励振動型光検出角速度センサ。7. The movable space for an exciter, a vibrator and a plurality of springs is sandwiched between two outer lids from both sides and joined to a stator portion of a Si substrate to form a sealed structure. 2
Or the excitation vibration type light detection angular velocity sensor according to 3. 【請求項８】 密閉された可動空間が真空雰囲気に保持
されていることを特徴とする請求項７記載の励振動型光
検出角速度センサ。8. The excited vibration type light detection angular velocity sensor according to claim 7, wherein the closed movable space is maintained in a vacuum atmosphere.