JPH09325031A - Vibration type angular velocity sensor - Google Patents
Vibration type angular velocity sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は振動型角速度セン
サの構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the structure of a vibration type angular velocity sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の振動型角速度センサの構造を図３
及び図４に示す。なお、図４は各部を分解して示したも
のである。基板１１上に、基板１１と対向して振動体１
２が配設される。振動体１２は方形状の質量部１３と、
その質量部１３の４隅からそれぞれ延長されて質量部１
３を支持するヒンジ状支持部１４と、その各支持部１４
の先端に設けられたワイヤ（リード線）接続用のパッド
を兼ねる固定部１５とよりなり、各固定部１５は絶縁層
１６を介して基板１１に固定されている。従って、この
絶縁層１６の厚さ分、質量部１３及び支持部１４は基板
１１から離間されており、支持部１４が弾性変形するこ
とによって質量部１３は変位可能とされている。なお、
質量部１３の互いに対向する二辺にはそれぞれ後述する
駆動電極及びモニタ電極と対向するくし歯状の電極１７
及び１８が形成されている。2. Description of the Related Art The structure of a conventional vibration type angular velocity sensor is shown in FIG.
And shown in FIG. Note that FIG. 4 is an exploded view of each part. The vibrating body 1 is provided on the substrate 11 so as to face the substrate 11.
2 are provided. The vibrating body 12 has a rectangular mass portion 13,
The mass part 1 extends from the four corners of the mass part 13
3, a hinge-shaped support portion 14 for supporting the
Each of the fixing portions 15 is fixed to the substrate 11 via an insulating layer 16 and is provided at the tip of the fixing portion 15 which also serves as a pad for connecting a wire (lead wire). Therefore, the mass portion 13 and the supporting portion 14 are separated from the substrate 11 by the thickness of the insulating layer 16, and the supporting portion 14 is elastically deformed so that the mass portion 13 can be displaced. In addition,
On the two sides of the mass portion 13 that face each other, comb-shaped electrodes 17 that face a drive electrode and a monitor electrode, which will be described later, respectively.
And 18 are formed.
【０００３】質量部１３に形成された電極１７と対向す
るくし歯状の駆動電極１９は絶縁層２１を介して基板１
１上に設けられ、一方電極１８と対向するくし歯状のモ
ニタ電極２２が同様に絶縁層２３を介して基板１１上に
設けられる。駆動電極１９及びモニタ電極２２にはそれ
ぞれワイヤ接続用のパッド２４及び２５が形成されてい
る。The comb-teeth-shaped drive electrode 19 facing the electrode 17 formed on the mass portion 13 is provided on the substrate 1 via an insulating layer 21.
1, a comb-teeth shaped monitor electrode 22 facing the one electrode 18 is also provided on the substrate 11 via an insulating layer 23. Pads 24 and 25 for wire connection are formed on the drive electrode 19 and the monitor electrode 22, respectively.
【０００４】基板１１の、振動体１２の質量部１３と対
向する板面には検出電極２６が配設され、質量部１３と
検出電極２６とは平行対向されて、それら間に静電容量
を有する構成とされる。検出電極２６はこの例では基板
１１の板面に埋め込まれており、その一端が質量部１３
の外側に位置するように導出されて、その導出部分にパ
ッド２７が設けられている。A detection electrode 26 is provided on a plate surface of the substrate 11 facing the mass portion 13 of the vibrating body 12, and the mass portion 13 and the detection electrode 26 are parallelly opposed to each other, and a capacitance is provided therebetween. It is configured to have. The detection electrode 26 is embedded in the plate surface of the substrate 11 in this example, and one end of the detection electrode 26 is provided at the mass portion 13
Is led out so as to be located outside, and the pad 27 is provided at the leading portion.
【０００５】この振動型角速度センサ２８は固定部１５
及びパッド２４、２５、２７にそれぞれ所要の配線が施
されて使用される。以下、その動作を説明する。駆動電
極１９と振動体１２との間に、電圧を印加し、振動体１
２を基板１１に対して平行に振動させる。この振動状態
をモニタ電極２２及び振動体１２間の静電容量を検出す
ることによってモニタし、静電容量の変化量が一定にな
るように、即ち振動振幅が一定になるように、駆動電極
１９及び振動体１２間の印加電圧を制御する。図５Ａ，
Ｂはこの印加電圧及びモニタ静電容量を示したものであ
る。The vibrating angular velocity sensor 28 has a fixed portion 15
The pads 24, 25, and 27 are provided with required wirings and used. The operation will be described below. A voltage is applied between the drive electrode 19 and the vibrating body 12 so that the vibrating body 1
2 is oscillated parallel to the substrate 11. This vibration state is monitored by detecting the electrostatic capacitance between the monitor electrode 22 and the vibrating body 12, and the drive electrode 19 is controlled so that the variation amount of the electrostatic capacitance becomes constant, that is, the vibration amplitude becomes constant. And the applied voltage between the vibrating bodies 12 is controlled. FIG. 5A,
B shows the applied voltage and the monitor capacitance.
【０００６】振動体１２が基板１１と平行方向に振動し
ている状態で、角速度Ωが入った場合、振動体１２は基
板１１と垂直方向に、駆動電極１９による駆動周波数に
同期したコリオリ力を受けて変位し、検出電極２６及び
振動体１２間のギャップが変動する。従って、検出電極
２６及び振動体１２間の静電容量の変化を検出すること
によって、入力角速度に比例した出力を得ることがで
き、この出力から入力角速度を検知することができる。
図５Ｃはこの検出静電容量の一例を示したものであり、
図中ΔＣが角速度入力によるコリオリ出力となる。When the vibrating body 12 vibrates in the direction parallel to the substrate 11 and an angular velocity Ω is entered, the vibrating body 12 exerts a Coriolis force in the direction perpendicular to the substrate 11 in synchronization with the drive frequency by the drive electrode 19. When it is received and displaced, the gap between the detection electrode 26 and the vibrating body 12 changes. Therefore, an output proportional to the input angular velocity can be obtained by detecting the change in the capacitance between the detection electrode 26 and the vibrating body 12, and the input angular velocity can be detected from this output.
FIG. 5C shows an example of this detection capacitance,
In the figure, ΔC is the Coriolis output due to the angular velocity input.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構造の
振動型角速度センサ２８では、加速度入力によっても振
動体１２の変位が発生するため、検出静電容量は角速度
入力によるコリオリ出力ΔＣと加速度入力によるバイア
ス成分を含んだものとなり、検出感度がこのバイアス成
分の変動の影響を受け、つまり入力加速度の変動の影響
を受けるため、検出感度の安定性に欠けるものとなって
いた。By the way, in the vibration type angular velocity sensor 28 having the above structure, the displacement of the vibrating body 12 also occurs due to the acceleration input, so that the detected capacitance depends on the Coriolis output ΔC due to the angular velocity input and the acceleration input. Since the bias sensitivity is included, the detection sensitivity is affected by the fluctuation of the bias component, that is, the fluctuation of the input acceleration, so that the stability of the detection sensitivity is lacking.
【０００８】また、加速度入力によって振動体１２が変
位した場合に、最悪、振動体１２と検出電極２６とが接
触することがないように、検出電極２６及び振動体１２
間のギャップ量を、想定される加速度入力に応じて所要
量確保しておく必要があり、その分ギャップを小さくす
ることができないものとなっているため、静電容量検出
において十分な検出感度を得るのが困難となっていた。Further, when the vibrating body 12 is displaced by an acceleration input, the detecting electrode 26 and the vibrating body 12 are prevented from contacting the vibrating body 12 and the detecting electrode 26 in the worst case.
It is necessary to secure the required amount of gap between them according to the assumed acceleration input, and the gap cannot be reduced by that amount, so sufficient detection sensitivity for capacitance detection is required. It was difficult to get.
【０００９】この発明の目的は上述した従来の問題点に
鑑み、十分で、かつ安定した検出感度を得ることができ
る振動型角速度センサを提供することにある。In view of the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide a vibration type angular velocity sensor capable of obtaining a sufficient and stable detection sensitivity.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、基板上に、その基板と対向して配設された振動体を
基板と平行方向に振動させ、角速度入力によって発生す
るコリオリ力による振動体の、基板と垂直方向の変位を
検出して入力角速度を検知する振動型角速度センサにお
いて、振動体を上記垂直方向に変位させることができる
復元手段が設けられる。According to the invention of claim 1, a Coriolis force generated by an angular velocity input by vibrating a vibrating body disposed on the substrate so as to face the substrate in a direction parallel to the substrate. In the vibrating angular velocity sensor for detecting the input angular velocity by detecting the displacement of the vibrating body in the direction perpendicular to the substrate, the restoring means capable of displacing the vibrating body in the vertical direction is provided.
【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、復元手段が振動体と、振動体に対向する復元用電
極とで構成され、それら振動体及び復元用電極間の静電
気力を用いるものとされる。請求項３の発明では、請求
項２の発明において、振動体の変位の検出が静電容量に
よるものであって、その検出手段が振動体と、振動体に
対向する検出電極とで構成され、その検出電極と復元用
電極とが同一平面上に位置される。According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the restoring means is composed of a vibrating body and a restoring electrode facing the vibrating body, and the electrostatic force between the vibrating body and the restoring electrode is used. To be taken. According to the invention of claim 3, in the invention of claim 2, the displacement of the vibrating body is detected by electrostatic capacitance, and the detecting means is composed of the vibrating body and a detection electrode facing the vibrating body. The detection electrode and the restoration electrode are located on the same plane.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図１はこの発明の一実施
例を示したものであり、図２は各部を分解して示したも
のである。なお、図３及び４と対応する部分には同一符
号を付し、その説明を省略する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows each part in a disassembled state. The parts corresponding to those in FIGS. 3 and 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００１３】この例では図２に示すように、振動体１２
の質量部１３と対向する基板１１の板面に、検出電極２
６と共に復元用電極３１が設けられる。検出電極２６と
復元用電極３１とは基板１１の板面に埋め込まれて同一
平面上に位置され、共に質量部１３と平行対向される。
復元用電極３１はこの例では検出電極２６を囲むように
コ字状に配されており、その一端が質量部１３の外側に
位置するように、検出電極２６とは反対方向に導出され
て、その導出部分にパッド３２が設けられている。In this example, as shown in FIG.
On the plate surface of the substrate 11 facing the mass portion 13 of the detection electrode 2
A restoring electrode 31 is provided together with the electrode 6. The detection electrode 26 and the restoration electrode 31 are embedded in the plate surface of the substrate 11 and positioned on the same plane, and both face the mass portion 13 in parallel.
In this example, the restoration electrode 31 is arranged in a U shape so as to surround the detection electrode 26, and is led out in the opposite direction to the detection electrode 26 so that one end thereof is located outside the mass portion 13, A pad 32 is provided on the leading portion.
【００１４】この復元用電極３１はパッド３２に配線が
施され、振動体１２との間に電位を有するように電圧が
印加されるもので、これにより振動体１２及び復元用電
極３１間に静電気力が発生する構成とされており、即ち
図３に示した従来の振動型角速度センサ２８に対して、
この例では振動体１２と復元用電極３１とよりなる復元
手段が設けられ、静電気力によって振動体１２を基板１
１と垂直方向に変位させることができるものとなってい
る。The restoring electrode 31 has wirings applied to the pad 32, and a voltage is applied to the vibrating body 12 so as to have a potential between the pad 32 and the restoring electrode 31. As a result, electrostatic charges are applied between the vibrating body 12 and the restoring electrode 31. A force is generated, that is, in comparison with the conventional vibration type angular velocity sensor 28 shown in FIG.
In this example, a restoring unit including the vibrating body 12 and the restoring electrode 31 is provided, and the vibrating body 12 is moved to the substrate 1 by electrostatic force.
It can be displaced in the vertical direction with respect to 1.
【００１５】上記のような構成を有する振動型角速度セ
ンサ３３は例えば以下のようにして作製される。基板１
１にはシリコンウェハが用いられる。検出電極２６及び
復元用電極３１はこのシリコンウェハ上に拡散層を形成
することによって作製でき、絶縁層１６、２１及び２３
は酸化膜によって形成される。また、振動体１２、駆動
電極１９及びモニタ電極２２は、ポリシリコン膜からフ
ォトリソグラフィによって形成される。なお、パッド２
７及び３２にはアルミニウムや金などの金属が用いられ
る。The vibration type angular velocity sensor 33 having the above structure is manufactured, for example, as follows. Board 1
A silicon wafer is used for 1. The detection electrode 26 and the restoration electrode 31 can be manufactured by forming a diffusion layer on this silicon wafer, and the insulating layers 16, 21 and 23 can be formed.
Is formed by an oxide film. The vibrating body 12, the drive electrode 19 and the monitor electrode 22 are formed by photolithography from a polysilicon film. Note that pad 2
Metals such as aluminum and gold are used for 7 and 32.
【００１６】次に、この振動型角速度センサ３３による
角速度の検出について説明する。振動体１２と復元用電
極３１との間に予め電位を与え、振動体１２を基板１１
に近接する方向に所定量変位させておく。この状態で駆
動電極１９と振動体１２との間に電圧を印加して振動体
１２を基板１１と平行方向に振動させ、角速度Ωの入力
による振動体１２の基板１１と垂直方向の変位を、検出
電極２６及び振動体１２間の静電容量の変位として検出
する。Next, the detection of the angular velocity by the vibration type angular velocity sensor 33 will be described. A potential is applied in advance between the vibrating body 12 and the restoration electrode 31, and the vibrating body 12 is attached to the substrate 11
It is displaced by a predetermined amount in the direction close to. In this state, a voltage is applied between the drive electrode 19 and the vibrating body 12 to vibrate the vibrating body 12 in the direction parallel to the substrate 11, and the displacement of the vibrating body 12 in the direction perpendicular to the substrate 11 due to the input of the angular velocity Ω, It is detected as the displacement of the electrostatic capacitance between the detection electrode 26 and the vibrating body 12.
【００１７】この時、検出静電容量が駆動周波数以外に
おいて一定となるように、つまり図５Ｃにおけるバイア
ス成分ＣB が一定となるように、復元用電極３１及び振
動体１２間の印加電圧を制御する。これにより、検出感
度はバイアス成分ＣB の変動の影響を受けないものとな
り、よって安定した検出感度を得ることができる。つま
り、この振動型角速度センサ３３によれば復元手段によ
って検出電極２６及び振動体１２間のギャップの加速度
入力による変動を防止することができるため、入力加速
度の影響を受けない安定したコリオリ出力を得ることが
でき、また加速度入力によってギャップが変動しないた
め、その分ギャップを小さく設定でき、よって検出感度
の向上を図ることができる。At this time, the applied voltage between the restoring electrode 31 and the vibrating body 12 is controlled so that the detected capacitance becomes constant except for the driving frequency, that is, the bias component C B in FIG. 5C becomes constant. To do. As a result, the detection sensitivity is not affected by the fluctuation of the bias component C B , so that stable detection sensitivity can be obtained. That is, according to the vibration type angular velocity sensor 33, the restoration means can prevent the gap between the detection electrode 26 and the vibrating body 12 from being changed due to the acceleration input, so that a stable Coriolis output which is not affected by the input acceleration is obtained. Further, since the gap does not change due to the acceleration input, the gap can be set smaller accordingly, and the detection sensitivity can be improved.
【００１８】なお、上述した例では構成の簡易化を図る
べく、検出電極２６と復元用電極３１とを基板１１の同
一平面上に設けているが、この構成に限らず、例えば検
出電極２６と復元用電極３１とを振動体１２の質量部１
３を挟んで質量部１３の両側に設ける構成としてもよ
い。この場合は検出電極２６及び復元用電極３１の振動
体１２との対向面積をそれぞれ大きくすることができ
る。In the above example, the detection electrode 26 and the restoration electrode 31 are provided on the same plane of the substrate 11 in order to simplify the structure. However, the present invention is not limited to this structure, and the detection electrode 26 and the detection electrode 26, for example. The restoring electrode 31 and the mass part 1 of the vibrating body 12
It may be configured so as to be provided on both sides of the mass portion 13 with sandwiching 3 therebetween. In this case, the facing areas of the detection electrode 26 and the restoration electrode 31 with the vibrating body 12 can be increased.
【００１９】また、振動体１２を変位させる復元手段は
この例では静電気力を用いる構成としているが、例えば
ローレンツ力を利用する構成とすることも可能である。Further, although the restoring means for displacing the vibrating body 12 is configured to use electrostatic force in this example, it may be configured to use Lorentz force, for example.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、この発明では振動
体１２を基板１１と垂直方向、つまりコリオリ力の検出
方向に変位可能な復元手段を設けたことにより、加速度
入力による振動体１２の変位を防止することができるた
め、検出感度は入力加速度の変動の影響を受けないもの
となり、よって安定した検出感度を得ることができる。As described above, according to the present invention, since the vibrating body 12 is provided with the restoring means that can be displaced in the direction perpendicular to the substrate 11, that is, in the direction of detecting the Coriolis force, the vibrating body 12 is displaced by the acceleration input. Therefore, the detection sensitivity is not affected by the fluctuation of the input acceleration, so that the stable detection sensitivity can be obtained.
【００２１】また、加速度入力による振動体１２の変位
を考慮しなくてもよいため、振動体１２のコリオリ力に
よる変位を例えば静電容量により検出する場合に、その
ギャップを小さく設定することができ、よって検出感度
の向上を図ることができる。従って、この発明によれば
入力加速度の影響を受けることなく、入力角速度を精度
良く検出することができる。Further, since it is not necessary to consider the displacement of the vibrating body 12 due to the acceleration input, when the displacement of the vibrating body 12 due to the Coriolis force is detected by, for example, the capacitance, the gap can be set small. Therefore, the detection sensitivity can be improved. Therefore, according to the present invention, the input angular velocity can be accurately detected without being affected by the input acceleration.
【図１】この発明の実施例を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１を各部に分解して示した斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing FIG. 1 in an exploded manner.
【図３】従来の振動型角速度センサを示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a conventional vibration type angular velocity sensor.
【図４】図３を各部に分解して示した斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing FIG. 3 in an exploded manner.
【図５】Ａは振動体駆動印加電圧を示す図、Ｂはモニタ
静電容量を示す図、Ｃは検出静電容量を示す図。5A is a diagram showing a voltage applied to drive a vibrating body, FIG. 5B is a diagram showing monitor capacitance, and C is a diagram showing detected capacitance.
Claims (3)
た振動体を上記基板と平行方向に振動させ、角速度入力
によって発生するコリオリ力による上記振動体の、上記
基板と垂直方向の変位を検出して入力角速度を検知する
振動型角速度センサにおいて、 上記振動体を上記垂直方向に変位させることができる復
元手段を設けたことを特徴とする振動型角速度センサ。1. A vibrating body disposed on a substrate so as to face the substrate is vibrated in a direction parallel to the substrate, and the vibrating body in a direction perpendicular to the substrate due to Coriolis force generated by an angular velocity input. A vibrating angular velocity sensor for detecting a displacement to detect an input angular velocity, wherein the vibrating angular velocity sensor is provided with a restoring means capable of displacing the vibrating body in the vertical direction.
いて、上記復元手段が上記振動体と、上記振動体に対向
する復元用電極とで構成され、それら振動体及び復元用
電極間の静電気力を用いるものであることを特徴とする
振動型角速度センサ。2. The vibration type angular velocity sensor according to claim 1, wherein the restoring means includes the vibrating body and a restoring electrode facing the vibrating body, and an electrostatic force between the vibrating body and the restoring electrode. A vibration-type angular velocity sensor characterized by using.
いて、上記振動体の変位の検出が静電容量によるもので
あって、その検出手段が上記振動体と、上記振動体に対
向する検出電極とで構成され、その検出電極と上記復元
用電極とが同一平面上に位置されていることを特徴とす
る振動型角速度センサ。3. The vibration type angular velocity sensor according to claim 2, wherein the displacement of the vibrating body is detected by capacitance, and the detecting means is the vibrating body and a detection electrode facing the vibrating body. And a detection electrode and the above-mentioned restoration electrode are located on the same plane.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8142937A JPH09325031A (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Vibration type angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8142937A JPH09325031A (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Vibration type angular velocity sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09325031A true JPH09325031A (en) | 1997-12-16 |
Family
ID=15327120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8142937A Pending JPH09325031A (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Vibration type angular velocity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09325031A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100493149B1 (en) * | 1999-01-15 | 2005-06-02 | 삼성전자주식회사 | Symmetrical Z-axis gyroscope and fabricating method thereof |
| KR100506071B1 (en) * | 1998-03-11 | 2005-09-26 | 삼성전자주식회사 | A vertical driving two axis microgyroscope and a fabricating method thereof |
| JP2007304099A (en) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Honeywell Internatl Inc | Use of electrode for negating lift effect of inertial sensor |
| KR100839870B1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-06-19 | 한국과학기술원 | micro inertial sensor |
-
1996
- 1996-06-05 JP JP8142937A patent/JPH09325031A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100506071B1 (en) * | 1998-03-11 | 2005-09-26 | 삼성전자주식회사 | A vertical driving two axis microgyroscope and a fabricating method thereof |
| KR100493149B1 (en) * | 1999-01-15 | 2005-06-02 | 삼성전자주식회사 | Symmetrical Z-axis gyroscope and fabricating method thereof |
| JP2007304099A (en) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Honeywell Internatl Inc | Use of electrode for negating lift effect of inertial sensor |
| KR100839870B1 (en) * | 2006-09-18 | 2008-06-19 | 한국과학기술원 | micro inertial sensor |
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