JP4830757B2 - 角速度センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
加振力∝(駆動電極の重なり)/ギャップ・電位差 2
このように、左右振動子それぞれの加振力に差が生じると、左右振動子の振動軌跡の変化に差が生じることになる。例えば、図10に示す左右振動子の振動軌跡の模式図から判るように、左右振動子それぞれの振動軌跡が加速度が印加されていない時(図中破線)には左右対称であったのに、加速度が印加された時(図中太線)には左右非対称となる。このため、左右振動子の容量変化の差動出力が変化し、外部加速度出力を十分にキャンセルできず、加速度に起因する出力を発生させてしまうのである。
例えば、a.第1電圧の直流成分となるAと第2電圧の直流成分となるCとを第1、第2電圧の直流成分の中心値に対して逆方向に同じ変化量だけ変化させる、b.第1電圧の交流成分となるBと第2電圧の交流成分となるDとを第1、第2電圧の交流成分の中心値に対して逆方向に同じ変化量だけ変化させる、c.第1電圧および第2電圧が矩形波とされ矩形波のデューティ比の中心値に対して第1電圧および第2電圧のデューティ比を逆方向に同じ変化量だけ変化させると好ましい。
該第1電圧を、直流成分がA[V]で交流成分がB[V]となるA±B[V]の電圧に設定すると共に、左側振動子(3)における右半分側に位置する駆動用の固定電極(30)に対して印加する駆動電圧と、右側振動子(4)における左半分側に位置する駆動用の固定電極(40)に対して印加する駆動電圧とを第2電圧として、該第2電圧を、直流成分がC[V]で交流成分がD[V]となるC±D[V]の電圧に設定し、かつ、第1電圧における交流成分となるB[V]と第2電圧における交流成分となるD[V]とを互いに逆位相として、該第1、第2電圧を駆動用固定電極(30)に印加することで左右振動子(3、4)を駆動させる駆動工程と、駆動工程を行っている状態で一定の加速度を印加しながらセンサ出力のモニタを行うモニタ工程とを行う。そして、モニタ工程を行いながら、a.第1、第2電圧における直流成分となるAとCの少なくとも一方を予め決められた該直流成分の中心値に対して変化させる、b.第1、第2電圧における交流成分となるBとDの少なくとも一方を予め決められた該交流成分の中心値に対して変化させる、c.第1、第2電圧が矩形波とされる場合に第1電圧と第2電圧を構成する矩形波のデューティ比を少なくとも一方を予め設定された該デューティ比の中心値に対して変化させる、のうちの少なくとも1つを行う電圧変化工程と、モニタしているセンサ出力が最も小さくなるときの変化量を記憶部(142)に記憶させる記憶工程と、を含んでいる。
本発明の一実施形態を適用した容量型の角速度センサとしての静電駆動・容量検出型マイクロジャイロセンサ(以下、単にジャイロセンサと省略する)の模式図を図1に示すと共に、図2にジャイロセンサにおける駆動電圧の印加状態を示す。また、図3に、図1のA−A断面図を示す。以下、これらの図を参照して、本実施形態のジャイロセンサについて説明する。
加振力∝(駆動電極の重なり)/ギャップ・電位差2
そして、駆動電極に相当する駆動用の固定電極30および可動電極31における重なりとギャップが左右振動子3、4の出来映えのバラツキに起因するものである。このため、加振力を決定する3つ目のパラメータとなる電位差、つまり固定電極30および可動電極31の間の電位差を調整することで、左右振動子3、4の変位量が揃うように加振力をバランスさせられる。
上記実施形態では、駆動電圧として第1、第2電圧における直流成分である定電圧A、Cのみを変化させる場合について説明したが、交流成分である電圧B、Dに関しても変化させることが可能である。すなわち、交流成分である電圧Bと電圧Dの少なくとも一方を変化させることで、調整を行うことができる。このとき、好ましくは、電圧Bと同様に、電圧Dに関しても電圧Bと逆に変化させると良い。このようにすれば、調整効果を2倍にすることが可能となるため、電圧B(または電圧D)のみを変化させるよりも調整効果を向上させるとともに、調整可能な範囲を広げることが可能となる。また、上記実施形態では駆動電圧が正弦波である場合について示しているが、矩形波としても良く、その場合には矩形波のデューティ比を変化させるという手法も用いることができる。
Claims (7)
- 支持基板(2)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に支持されるように形成され、前記支持基板(2)における基板面と水平方向に変位可能となっている駆動用の可動電極(31、41)と角速度検出用の可動電極(38、48)とを有する可動部(31、34、35、36、38、41、44、45、46、48)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に固定されて支持され、前記駆動用の可動電極(31、41)に対向する駆動用の固定電極(30、40)と、前記角速度検出用の可動電極(38、48)に対向する角速度検出用の固定電極(37、47)とを有する固定部(30、38、40、48)と、を備えた1対の左右振動子(3、4)を含み、
前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)は共に、これら左右振動子(3、4)を構成する各構成要素が左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されており、
前記左右振動子(3、4)それぞれにおける前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に駆動電圧を印加することにより、前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を前記支持基板(2)における前記基板面と水平な一方向に振動させると共に、
前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)に対して角速度が印加されたときに、この角速度によって発生するコリオリ力によって前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44)を前記振動方向と垂直な一方向に振動させることで、前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量を変化させ、この容量の変化に基づいて前記角速度に応じたセンサ出力を発生させるように構成された角速度センサであって、
前記左側振動子(3)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第1電圧とすると、該第1電圧は、直流成分がA[V]で交流成分がB[V]となるA±B[V]の電圧であり、
前記左側振動子(3)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第2電圧とすると、該第2電圧は、直流成分がC[V]で交流成分がD[V]となるC±D[V]の電圧であり、
前記第1電圧における交流成分となるB[V]と前記第2電圧における交流成分となるD[V]とは、互いに逆位相となっており、さらに、
a.前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)とが逆位相で駆動するように、前記第1電圧の直流成分となるAと前記第2電圧の直流成分となるCとのうち少なくとも一方を変化させる、
b.前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)とが逆位相で駆動するように、前記第1電圧の交流成分となるBと前記第2電圧の交流成分となるDとのうち少なくとも一方を変化させる、
c.前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)とが逆位相で駆動するように、前記第1電圧および前記第2電圧が矩形波とされ該矩形波のデューティ比の中心値に対して前記第1電圧および前記第2電圧のデューティ比のうち少なくとも一方を変化させる、の少なくとも1つの調整が為されていると共に、
a.前記第1電圧の直流成分となるAと前記第2電圧の直流成分となるCとは、前記第1、第2電圧の直流成分の中心値に対して逆方向に同じ変化量だけ変化させられている、
b.前記第1電圧の交流成分となるBと前記第2電圧の交流成分となるDとは、前記第1、第2電圧の交流成分の中心値に対して逆方向に同じ変化量だけ変化させられている、
c.前記第1電圧および前記第2電圧が矩形波とされ該矩形波のデューティ比の中心値に対して前記第1電圧および前記第2電圧のデューティ比が逆方向に同じ変化量だけ変化させられているの少なくとも1つの調整が為されていることを特徴とする角速度センサ。 - 前記変化量に対応するアドレスを記憶する記憶部(142)と、
前記記憶部(142)に記憶されたアドレスを読み出すことにより、前記駆動用の固定電極(30)に対して、前記変化量分の調整を行った前記第1、第2電圧を印加させる記憶部制御回路(141)と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。 - 支持基板(2)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に支持されるように形成され、前記支持基板(2)における基板面と水平方向に変位可能となっている駆動用の可動電極(31、41)と角速度検出用の可動電極(38、48)とを有する可動部(31、34、35、36、38、41、44、45、46、48)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に固定されて支持され、前記駆動用の可動電極(31、41)に対向する駆動用の固定電極(30、40)と、前記角速度検出用の可動電極(38、48)に対向する角速度検出用の固定電極(37、47)とを有する固定部(30、38、40、48)と、を備えた1対の左右振動子(3、4)を含み、
前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)とを共に、これら左右振動子(3、4)を構成する各構成要素が左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されており、
前記左右振動子(3、4)それぞれにおける前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に駆動電圧を印加することにより、前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を前記支持基板(2)における前記基板面と水平な一方向に振動させると共に、
前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)に対して角速度が印加されたときに、この角速度によって発生するコリオリ力によって前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44)を前記振動方向と垂直な一方向に振動させることで、前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量を変化させ、この容量の変化に基づいて前記角速度に応じたセンサ出力を発生する角速度センサの製造方法であって、
前記左側振動子(3)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第1電圧として、該第1電圧を、直流成分がA[V]で交流成分がB[V]となるA±B[V]の電圧に設定すると共に、前記左側振動子(3)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第2電圧として、該第2電圧を、直流成分がC[V]で交流成分がD[V]となるC±D[V]の電圧に設定し、かつ、前記第1電圧における交流成分となるB[V]と前記第2電圧における交流成分となるD[V]とを互いに逆位相として、該第1、第2電圧を前記駆動用の固定電極(30)に印加することで前記左右振動子(3、4)を駆動させる駆動工程と、
前記駆動工程を行っている状態で一定の加速度を印加しながら前記センサ出力のモニタを行うモニタ工程と、
前記モニタ工程を行いながら、
a.前記第1、第2電圧における直流成分となるAとCの少なくとも一方を予め決められた該直流成分の中心値に対して変化させる、
b.前記第1、第2電圧における交流成分となるBとDの少なくとも一方を予め決められた該交流成分の中心値に対して変化させる、
c.前記第1、第2電圧が矩形波とされる場合に前記第1電圧と前記第2電圧を構成する矩形波のデューティ比を少なくとも一方を予め設定された該デューティ比の中心値に対して変化させる、のうちの少なくとも1つを行う電圧変化工程と、
前記モニタしている前記センサ出力が最も小さくなるときの変化量に関する情報を記憶部(142)に記憶させる記憶工程と、を含んでおり、
前記電圧変化工程では、
a.前記第1、第2電圧における直流成分となるAとCの双方を前記直流成分の中心値に対して互いに逆方向に同じ変化量分だけ変化させる、
b.前記第1、第2電圧における交流成分となるBとDの双方を前記交流成分の中心値に対して互いに逆方向に同じ変化量分だけ変化させる、
c.前記第1電圧と前記第2電圧を構成する矩形波の双方を前記デューティ比の中心値に対して互いに逆方向に同じ変化量分だけ変化させる、のいずれか1つを行うことを特徴とする角速度センサの製造方法。 - 支持基板(2)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に支持されるように形成され、前記支持基板(2)における基板面と水平方向に変位可能となっている駆動用の可動電極(31、41)と角速度検出用の可動電極(38、48)とを有する可動部(31、34、35、36、38、41、44、45、46、48)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に固定されて支持され、前記駆動用の可動電極(31、41)に対向する駆動用の固定電極(30、40)と、前記角速度検出用の可動電極(38、48)に対向する角速度検出用の固定電極(37、47)とを有する固定部(30、38、40、48)と、を備えた1対の左右振動子(3、4)を含み、
前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)とを共に、これら左右振動子(3、4)を構成する各構成要素が左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されており、
前記左右振動子(3、4)それぞれにおける前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に駆動電圧を印加することにより、前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を前記支持基板(2)における前記基板面と水平な一方向に振動させると共に、
前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)に対して角速度が印加されたときに、この角速度によって発生するコリオリ力によって前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44)を前記振動方向と垂直な一方向に振動させることで、前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量を変化させ、この容量の変化に基づいて前記角速度に応じたセンサ出力を発生する角速度センサの製造方法であって、
前記左側振動子(3)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第1電圧として、該第1電圧を、直流成分がA[V]で交流成分がB[V]となるA±B[V]の電圧に設定すると共に、前記左側振動子(3)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第2電圧として、該第2電圧を、直流成分がC[V]で交流成分がD[V]となるC±D[V]の電圧に設定し、かつ、前記第1電圧における交流成分となるB[V]と前記第2電圧における交流成分となるD[V]とを互いに逆位相として、該第1、第2電圧を前記駆動用の固定電極(30)に印加することで前記左右振動子(3、4)を駆動させる駆動工程と、
前記駆動工程を行っている状態で一定の加速度を印加しながら前記センサ出力のモニタを行うモニタ工程と、
前記モニタ工程を行いながら、
a.前記第1、第2電圧における直流成分となるAとCの少なくとも一方を予め決められた該直流成分の中心値に対して変化させる、
b.前記第1、第2電圧における交流成分となるBとDの少なくとも一方を予め決められた該交流成分の中心値に対して変化させる、
c.前記第1、第2電圧が矩形波とされる場合に前記第1電圧と前記第2電圧を構成する矩形波のデューティ比を少なくとも一方を予め設定された該デューティ比の中心値に対して変化させる、のうちの少なくとも1つを行う電圧変化工程と、
前記モニタしている前記センサ出力が最も小さくなるときの変化量に関する情報を記憶部(142)に記憶させる記憶工程と、を含んでおり、
前記電圧変化工程では、前記第1、第2電圧における直流成分となるAとCの少なくとも一方を前記直流成分の中心値に対して変化させたのちに、前記第1、第2電圧における交流成分となるBとDの少なくとも一方を前記交流成分の中心値に対して変化させることを特徴とする角速度センサの製造方法。 - 支持基板(2)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に支持されるように形成され、前記支持基板(2)における基板面と水平方向に変位可能となっている駆動用の可動電極(31、41)と角速度検出用の可動電極(38、48)とを有する可動部(31、34、35、36、38、41、44、45、46、48)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に固定されて支持され、前記駆動用の可動電極(31、41)に対向する駆動用の固定電極(30、40)と、前記角速度検出用の可動電極(38、48)に対向する角速度検出用の固定電極(37、47)とを有する固定部(30、38、40、48)と、を備えた1対の左右振動子(3、4)を含み、
前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)とを共に、これら左右振動子(3、4)を構成する各構成要素が左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されており、
前記左右振動子(3、4)それぞれにおける前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に駆動電圧を印加することにより、前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を前記支持基板(2)における前記基板面と水平な一方向に振動させると共に、
前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)に対して角速度が印加されたときに、この角速度によって発生するコリオリ力によって前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44)を前記振動方向と垂直な一方向に振動させることで、前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量を変化させ、この容量の変化に基づいて前記角速度に応じたセンサ出力を発生する角速度センサの製造方法であって、
前記左側振動子(3)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第1電圧として、該第1電圧を、直流成分がA[V]で交流成分がB[V]となるA±B[V]の電圧に設定すると共に、前記左側振動子(3)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第2電圧として、該第2電圧を、直流成分がC[V]で交流成分がD[V]となるC±D[V]の電圧に設定し、かつ、前記第1電圧における交流成分となるB[V]と前記第2電圧における交流成分となるD[V]とを互いに逆位相として、該第1、第2電圧を前記駆動用の固定電極(30)に印加することで前記左右振動子(3、4)を駆動させる駆動工程と、
前記駆動工程を行っている状態で一定の加速度を印加しながら前記センサ出力のモニタを行うモニタ工程と、
前記モニタ工程を行いながら、
a.前記第1、第2電圧における直流成分となるAとCの少なくとも一方を予め決められた該直流成分の中心値に対して変化させる、
b.前記第1、第2電圧における交流成分となるBとDの少なくとも一方を予め決められた該交流成分の中心値に対して変化させる、
c.前記第1、第2電圧が矩形波とされる場合に前記第1電圧と前記第2電圧を構成する矩形波のデューティ比を少なくとも一方を予め設定された該デューティ比の中心値に対して変化させる、のうちの少なくとも1つを行う電圧変化工程と、
前記モニタしている前記センサ出力が最も小さくなるときの変化量に関する情報を記憶部(142)に記憶させる記憶工程と、を含んでおり、
前記電圧変化工程では、前記第1、第2電圧における直流成分となるAとCの少なくとも一方を前記直流成分の中心値に対して変化させたのちに、前記第1電圧と前記第2電圧を構成する矩形波の少なくとも一方を前記デューティ比の中心値に対して変化させることを特徴とする角速度センサの製造方法。 - 支持基板(2)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に支持されるように形成され、前記支持基板(2)における基板面と水平方向に変位可能となっている駆動用の可動電極(31、41)と角速度検出用の可動電極(38、48)とを有する可動部(31、34、35、36、38、41、44、45、46、48)と、
前記支持基板(2)上において、前記支持基板(2)に固定されて支持され、前記駆動用の可動電極(31、41)に対向する駆動用の固定電極(30、40)と、前記角速度検出用の可動電極(38、48)に対向する角速度検出用の固定電極(37、47)とを有する固定部(30、38、40、48)と、を備えた1対の左右振動子(3、4)を含み、
前記左側振動子(3)と前記右側振動子(4)とを共に、これら左右振動子(3、4)を構成する各構成要素が左半分と右半分とで対称となる左右対称構造で構成されており、
前記左右振動子(3、4)それぞれにおける前記駆動用の固定電極(30、40)と前記駆動用の可動電極(31、41)との間に駆動電圧を印加することにより、前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)を前記支持基板(2)における前記基板面と水平な一方向に振動させると共に、
前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44、)に対して角速度が印加されたときに、この角速度によって発生するコリオリ力によって前記可動部の少なくとも一部(31、34、41、44)を前記振動方向と垂直な一方向に振動させることで、前記角速度検出用の可動電極(38、48)および固定電極(37、47)との間に形成される容量を変化させ、この容量の変化に基づいて前記角速度に応じたセンサ出力を発生する角速度センサの製造方法であって、
前記左側振動子(3)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第1電圧として、該第1電圧を、直流成分がA[V]で交流成分がB[V]となるA±B[V]の電圧に設定すると共に、前記左側振動子(3)における右半分側に位置する前記駆動用の固定電極(30)に対して印加する前記駆動電圧と、前記右側振動子(4)における左半分側に位置する前記駆動用の固定電極(40)に対して印加する前記駆動電圧とを第2電圧として、該第2電圧を、直流成分がC[V]で交流成分がD[V]となるC±D[V]の電圧に設定し、かつ、前記第1電圧における交流成分となるB[V]と前記第2電圧における交流成分となるD[V]とを互いに逆位相として、該第1、第2電圧を前記駆動用の固定電極(30)に印加することで前記左右振動子(3、4)を駆動させる駆動工程と、
前記駆動工程を行っている状態で一定の加速度を印加しながら前記センサ出力のモニタを行うモニタ工程と、
前記モニタ工程を行いながら、
a.前記第1、第2電圧における直流成分となるAとCの少なくとも一方を予め決められた該直流成分の中心値に対して変化させる、
b.前記第1、第2電圧における交流成分となるBとDの少なくとも一方を予め決められた該交流成分の中心値に対して変化させる、
c.前記第1、第2電圧が矩形波とされる場合に前記第1電圧と前記第2電圧を構成する矩形波のデューティ比を少なくとも一方を予め設定された該デューティ比の中心値に対して変化させる、のうちの少なくとも1つを行う電圧変化工程と、
前記モニタしている前記センサ出力が最も小さくなるときの変化量に関する情報を記憶部(142)に記憶させる記憶工程と、を含んでおり、
前記電圧変化工程では、前記第1、第2電圧における交流成分となるBとDの少なくとも一方を前記交流成分の中心値に対して変化させたのちに、前記第1電圧と前記第2電圧を構成する矩形波の少なくとも一方を前記デューティ比の中心値に対して変化させることを特徴とする角速度センサの製造方法。 - 前記記憶工程では、前記記憶部(142)に前記第1、第2電圧の変化量に対応するアドレスを記憶させ、前記第1、第2電圧を前記中心値に対して逆方向に同じ変化量分だけ変化させたときに、前記第1、第2電圧双方の変化量に対応する1つのアドレスを記憶することを特徴とする請求項3に記載の角速度センサの製造方法。
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