JPH1026532A - 半導体角速度検出装置 - Google Patents

半導体角速度検出装置

Info

Publication number
JPH1026532A
JPH1026532A JP8183553A JP18355396A JPH1026532A JP H1026532 A JPH1026532 A JP H1026532A JP 8183553 A JP8183553 A JP 8183553A JP 18355396 A JP18355396 A JP 18355396A JP H1026532 A JPH1026532 A JP H1026532A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
detection
electrode
beam portion
angular velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8183553A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuji Kawakami
裕司 川上
Chikafumi Hara
京史 原
Kimiaki Taruya
公昭 樽谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP8183553A priority Critical patent/JPH1026532A/ja
Priority to US08/742,490 priority patent/US6003372A/en
Priority to DE19649420A priority patent/DE19649420C2/de
Publication of JPH1026532A publication Critical patent/JPH1026532A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、検出感度、検出精度を向上させ
ることができる半導体角速度検出装置を得る。 【解決手段】 この発明の半導体角速度検出装置は、第
１の基板２１と、この第１の基板２１に設けられた１１
０面の面方位を有するシリコンからなる検出本体と、第
１の基板２１と協働して検出本体を閉じる第２の基板と
を備え、検出本体は、第１の基板２１に固定された支持
部２５と、この支持部２５に接続され振動駆動源によっ
て第１の基板の面に沿った振動を与える力と第１の基板
に対して垂直方向に働くコリオリ力との合力により先端
部が楕円軌道を描く梁部２６とから構成された振動子２
７を有しており、梁部２７の基端部が支持部２５ととも
に第１の基板２１に固定されているものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等に搭載
され、回転角速度を検知する半導体角速度検出装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１６は従来の半導体角速度検出装置を
示す分解斜視図、図１７は図１６のＡ−Ａ線に沿う断面
分解斜視図、図１８は図１６の半導体角速度検出装置の
内部の平面図、図１９は図１８のＢ−Ｂ線に沿う断面図
である。この半導体角速度検出装置は、振動駆動源であ
る圧電体１と、この圧電体１に接着され絶縁材料のガラ
スからなるとともに矩形状の凹部に設けられた第１基板
検出電極３を有する第１の基板２と、この第１の基板２
に取り付けられ１１０面の面方位を有するシリコン材料
からなる検出本体４と、この検出本体４に取り付けられ
絶縁材料のガラスからなるとともに矩形状の凹部５を有
する第２の基板６とを備えている。検出本体４は、第１
の基板２上に支持部７の両端部が接着されているととも
に撓み変形可能で振動可能な梁部８を有する全体がＴの
字形状の振動子９と、梁部８の両側にそれぞれ梁部８と
並行に配設された第１の検出電極１０および第２の検出
電極１１と、振動子９、第１の検出電極１０および第２
の検出電極１１を囲って設けられたフレーム１２とを備
えている。なお、第１基板検出電極３と梁部８とにより
検出用コンデンサ７０を構成している。
【０００３】図２０は半導体角速度検出装置の電気回路
図であり、インバータ１００と増幅器１０１とが並列に
接続されている。インバータ１００には値が一定の基準
静電容量Ｃ1を有する基準用コンデンサ１０２が直列に
接続されており、増幅器１０１には検出静電容量Ｃ2が
可変の検出用コンデンサ１０３が直列に接続されてい
る。また、基準用コンデンサ１０２および検出用コンデ
ンサ１０３は比較器１０４に接続されている。なお、図
中Ｃｓは寄生静電容量であり、この電気回路にクロック
信号が入力されたとき、（Ｃ1―Ｃ2）／（Ｃ1＋Ｃ2＋２
×Ｃｓ）にほぼ比例した出力電圧が出力される。
【０００４】次に、上記の半導体角速度検出装置の動作
について簡単に説明する。振動駆動源である圧電体１に
より、梁部８が第１の検出電極１０、第２の検出電極１
１の方向（梁部８の幅方向）に駆動励振されると、支持
部７を中心として梁部８が単振動し、梁部８と第１の検
出電極１０との間の第１のギャップ１３および梁部８と
第２の検出電極１１との間の第２のギャップ１４の距離
が変化し、第１のギャップ１３、第２のギャップ１４の
静電容量は変化し、これらの静電容量の値から梁部８の
振動最高速度が一定になるように、即ち梁部８が第１の
検出電極１０、第２の検出電極１１に対して並列の位置
のときの速度が常に一定になるように制御されている。
梁部８が第１の基板２の面に沿って支持部７を中心とし
て単振動しているときに梁部８の長手方向を回転軸系と
した回転角速度が振動子９に加わると、梁部８には第１
の基板２に対して垂直方向に働くコリオリ力が作用す
る。その結果、このコリオリ力と梁部８に働く第１の基
板２に沿って働く力との合力により、梁部８の先端部が
楕円軌道を描いて変位し、そのため梁部８と第１基板検
出電極３との間の第３のギャップ１５の距離が変化す
る、つまり梁部８と第１基板検出電極３とで構成する第
１検出用コンデンサ７０の検出静電容量Ｃ2は変化す
る。一方、外部には一定の基準静電容量Ｃ1を有する誘
電体がセラミックからなる基準静電容量Ｃ1の基準用コ
ンデンサ１０２が備えられており、基準静電容量Ｃ1と
第１検出用コンデンサ７０の検出静電容量Ｃ2との比較
により、（Ｃ1―Ｃ2）／（Ｃ1＋Ｃ2＋２×Ｃｓ）にほぼ
比例した出力電圧が出力され、この出力信号はコンピュ
ータユニットに入力され、そこで振動子９の回転角速度
が検出される。
【０００５】ところで、角速度を検出するに当たり、振
動子９の駆動励振方向の共振周波数と振動子９のコリオ
リ力方向の共振周波数とを近づけることが、回転角速度
の良好な検出感度を確保するための必要条件であること
は周知であり、そのためには、振動子９が所定の形状に
作製されることが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体角速度検
出装置では、振動子９、第１の検出電極１０および第２
の検出電極１１は、第１の基板２上に接合された一枚の
シリコン板に、一点鎖線で示した図２１の矩形状のマス
クを施し、エッチング処理により作製されている。振動
子９が１１０面の面方位を有するシリコン板の異方性エ
ッチングにより作製されたときには、振動子９の駆動励
振方向、即ち梁部８の幅方向の寸法、およびコリオリ力
方向、即ち梁部８の厚み方向の寸法精度は高い精度で管
理できる。しかしながら、その他の箇所である支持部７
では、エッチングレートが大きいため、実際に作製され
る振動子９の形状は図２１の実線で示すように、支持部
７の形状が梁部８の中心軸線に対して左右対称ではな
く、また梁部８の振動起点１６の位置も梁部８の中心軸
線に対して左右対称の位置にはない。このように、エッ
チングにより得られた振動子９の形状寸法が精度よく管
理できず、そのため振動子９の駆動励振方向とコリオリ
力方向とのそれぞれの共振周波数を一致させることが困
難であり、回転角速度の良好な検出感度を得ることがで
きないといった問題点があった。
【０００７】また、基準となる基準静電容量Ｃ1は誘電
体がセラミックの基準用コンデンサ１０２で得られてい
るのに対して、検出用コンデンサ７０の第３のギャップ
１５の検出静電容量Ｃ2は誘電体が空気の検出用コンデ
ンサ７０で得られており、別材料の誘電体で構成されて
いるので、誘電率の温度特性が異なり、精度の高い回転
角速度を得ることができないといった問題点もあった。
【０００８】また、基準用コンデンサ１０２は外部にあ
るため、この基準用コンデンサ１０２と検出用コンデン
サ７０とを電気的に接続する配線が必要となるが、この
配線を通じて信号にノイズが重畳しやすいといった問題
点もあった。
【０００９】この発明は、かかる問題点を解決すること
を課題とするものであって、検出感度および検出精度を
向上させることができる半導体角速度検出装置を得るこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体角
速度検出装置は、振動子の梁部の基端部を第１の基板に
固定したものである。
【００１１】また、第１の基板には、梁部に対向して凹
部が形成されているとともに、その凹部に振動子ととも
に第１検出用コンデンサを構成する第１基板検出電極を
設け、また第２の基板には、梁部に対向して凹部が形成
されているとともに、その凹部に梁部とともに第２検出
用コンデンサを構成する第２基板検出電極を設けたもの
である。
【００１２】また、内部に、ギャップ距離が一定で静電
容量が一定の基準用コンデンサを設けたものである。
【００１３】また、基準用コンデンサは、梁部の基端部
と、この基端部に対向して設けられた基準容量電極とを
備えたものである。
【００１４】また、基準用コンデンサは、梁部の基端部
に対向して設けられた基準容量電極と、この基準容量電
極に対向して第１の基板の凹部に設けられた第１基板基
準電極とを備えたものである。
【００１５】また、基準用コンデンサは、梁部の基端部
に対向して設けられた基準容量電極と、この基準容量電
極に対向して第２の基板の凹部に設けられた第２基板基
準電極とを備えたものである。
【００１６】また、基準用コンデンサは、梁部の長手方
向に延びて梁部と並設された電極と、この電極が梁部に
対向する面と反対側の面と対向して梁部の長手方向に延
びて設けられた基準容量電極とを備えたものである。
【００１７】また、基準用コンデンサは、梁部の長手方
向に延びて梁部と並設された基準容量電極と、この基準
容量電極に対向して梁部の長手方向に延びて第１の基板
に形成された凹部に設けられた第１基板基準電極とを備
えたものである。
【００１８】また、基準用コンデンサは、梁部の長手方
向に延びて梁部と並設された基準容量電極と、この基準
容量電極に対向して梁部の長手方向に延びて第２の基板
に形成された凹部に設けられた第２基板基準電極とを備
えたものである。
【００１９】また、梁部の基端部が、第１の基板と第２
の基板とにより挟まれて固定されているものである。
【００２０】また、第１の基板と第２の基板とにより内
部が真空封止されているものである。
【００２１】また、第１の基板、第２の基板および検出
本体のそれぞれの機械的物性値が実質的に等しいもので
ある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す半
導体角速度検出装置内部の平面図、図２は図１のＣ−Ｃ
線に沿う断面図，図３は図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図で
ある。この半導体角速度検出装置は、振動駆動源である
圧電体１と、この圧電体１に接着され絶縁材料のガラス
からなるとともに矩形状の凹部１８に設けられた第１基
板検出電極２０を有する第１の基板２１と、この第１の
基板２１に取り付けられ１１０面の面方位を有するシリ
コン材料からなる検出本体２２と、この検出本体２２に
取り付けられ絶縁材料がガラスからなるとともに矩形状
の凹部１９に第２基板検出電極２３が設けられた第２の
基板２４とを備えている。なお、第１の基板２１と第２
の基板２３とにより挟まれた検出本体２２の内部は真空
封止されている。検出本体２２は、第１の基板２１上に
支持部２５の全体が接着されているとともに撓み変形可
能で振動可能な梁部２６を有する全体が略Ｔの字形状の
振動子２７と、梁部２６の両側にそれぞれ梁部２６と並
行に配設された第１の検出電極１０および第２の検出電
極１１と、振動子２７、第１の検出電極１０および第２
の検出電極１１を囲って設けられたフレーム１２とを備
えている。なお、梁部２６と第１基板検出電極２０とに
より第１検出用コンデンサ８０を構成しており、また梁
部２６と第２基板検出電極２３とにより第２検出用コン
デンサ８１を構成している。
【００２３】振動子２７は、図１のハッチングで示す支
持部２５および梁部２６の基端部２８が第１の基板２１
に接着されており、また第１の基板２１と第２の基板２
４とで挟まれている。このように、作製される形状精度
の悪い支持部２５の全体が第１の基板２１と第２の基板
２４とで支持固定されているともに、形状精度の高い梁
部２６の基端部２８で凹部１８の縁部（梁部２６の長手
方向に対して垂直方向に延びている。）を振動起点部３
０として梁部２６は振動するようになっている。このよ
うに梁部２６の振動起点部３０は、梁部２６の長手方向
に対して直角方向に延びており、梁部２６の振動する部
分の寸法管理が容易となり、駆動励振方向の共振周波数
とコリオリ力方向の共振周波数とを一致させることが容
易となる。
【００２４】また、第１の基板２１、第２の基板２４
は、シリコンからなる振動子２７の機械的物性値と近似
した値を有する材料を用いている。例えば、ヤング率に
ついては、振動子２７では１．９０×１０11Ｐａである
のに対して、第１の基板２１、第２の基板２４では６．
１７×１０10Ｐａである。従って、第１の基板２１、第
２の基板２４および振動子２７が振動等の外力を受けて
も、振動子２７の第１の基板２１、第２の基板２４に対
する相対的位置ずれは生じにくく、半導体角速度検出装
置を長期にわたって使用しても、振動子２７の駆動励振
方向の共振周波数とコリオリ力方向の共振周波数とのず
れを小さく抑えることができる。
【００２５】次に、上記の半導体角速度検出装置の動作
について簡単に説明する。振動駆動源である圧電体１に
より、梁部２６が第１の検出電極１０、第２の検出電極
１１の方向（梁部２６の幅方向）に駆動励振されると、
振動起点部３０を中心として梁部２６は単振動し、梁部
２６と第１の検出電極１０との間の第１のギャップ１３
および梁部２６と第２の検出電極１１との間の第２のギ
ャップ１４の距離が変化し、各ギャップ１３、１４の静
電容量は変化し、これらの静電容量の値から梁部２６の
駆動励振最高速度（梁部２６が第１の検出電極１０、第
２の検出電極１１に対して並列の位置にあるとき）が常
に一定になるように制御されている。梁部２６が梁部２
６の幅方向に駆動励振しているときに梁部２６の長手方
向を回転軸系とした回転角速度が振動子２７に加わる
と、梁部２６には梁部２６の厚み方向にコリオリ力が作
用し、このコリオリ力方向に梁部２６が変位し、その結
果梁部２６と第１基板検出電極２０との間の第３のギャ
ップ１５の距離および梁部２６と第２基板検出電極２３
との間の第４のギャップ２９の距離が同時に変化し、第
１検出用コンデンサ８０および第２検出用コンデンサ８
１の静電容量は変化する。なお、検出本体２２の内部は
真空封止されているので、例えば空気の干渉を受けてコ
リオリ力に対して所定量梁部２６が変位しないといった
不都合を避けることができる。
【００２６】一方、外部にある基準用コンデンサ１０２
の基準静電容量Ｃ1と、第１検出用コンデンサ８０と第
２検出用コンデンサ８１とから得られた検出静電容量Ｃ
2との比較により、（Ｃ1―Ｃ2）／（Ｃ1＋Ｃ2＋２×Ｃ
ｓ）にほぼ比例した出力電圧が出力され、この出力信号
はコンピュータユニットに入力され、そこで振動子２７
の回転角速度が検出される。このように、コリオリ力方
向の梁部２６の変位は、第１検出用コンデンサ８０と第
２検出用コンデンサ８１とから得られており、従来のも
のが検出用コンデンサ７０のみから検出静電容量を得て
いたものと比較して、二か所から検出静電容量を得てお
り、回転角速度の検出感度がよくなる。
【００２７】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２を示す半導体角速度検出装置内部の平面図、図５は
図４のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。この半導体角速度
検出装置では、梁部２６の基端部２８の両側にそれぞれ
シリコンからなる第１の基準容量電極３１、第２の基準
容量電極３２が設けられている点が実施の形態１と異な
り、他の構成は実施の形態１と同様である。梁部２６と
第１の基準容量電極３１とにより構成された第１基準用
コンデンサ８２は距離が一定の第１の固定ギャップ３３
を有しており、また梁部２６と第２の基準容量電極３２
とにより構成された第２基準用コンデンサ８３は距離が
一定の第２の固定ギャップ３４を有している。また、第
１の基板２１と第２の基板２４とにより挟まれた検出本
体３５は真空封止されている。この実施の形態では、第
１基準用コンデンサ８２の第１の固定ギャップ３３、第
２基準用コンデンサ８３の第２の固定ギャップ３４の距
離が一定であるので、基準静電容量Ｃ1の値は一定であ
る。従って、従来の基準用コンデンサ１０２が外部にあ
ったため、基準用コンデンサ１０２と検出用コンデンサ
７０とを電気的に接続する長い配線が必要であったが、
その配線を極めて短縮でき、配線を通じて信号に重畳す
るノイズは低減される。
【００２８】一方、実施の形態１と同様にして第１検出
用コンデンサ８０と第２検出用コンデンサ８１とから検
出静電容量Ｃ2が得られており、基準用コンデンサ８
２、８３の基準静電容量Ｃ1と、検出用コンデンサ８
０、８１の検出静電容量Ｃ2との比較により、振動子２
７の回転角速度が検出される。なお、検出本体３５の内
部は真空封止されているので、コリオリ力に対して例え
ば空気の干渉を受けて梁部２６が所定量変位しないとい
った不都合を避けることができるとともに、基準用コン
デンサ８２、８３、検出用コンデンサ８０、８１はとも
に誘電体が真空であり、コンデンサの誘電率の温度特性
は同じであり、温度の影響を受けることなく精度の高い
回転角速度を得ることができる。また、梁部２６は基準
用コンデンサ８２、８３の一部を兼ねており、構造を簡
略化することができる。
【００２９】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３を示す半導体角速度検出装置内部の平面図、図７は
図６のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。この実施の形態で
は、実施の形態２と基準用コンデンサの構造が異なる。
ガラスからなる第１の基板３６には一対の凹部が形成さ
れており、この凹部に第１基板基準電極である第１の基
準容量電極３７、第１基板基準電極である第２の基準容
量電極３８がそれぞれ設けられている。また、梁部２６
の両側には、それぞれ第１の基準容量電極３７と対向し
て第３の基準容量電極３９が設けられ、また第２の基準
容量電極３８と対向して第４の基準容量電極４０が設け
られている。また、ガラスからなる第２の基板４１には
一対の凹部が形成されており、この凹部には第２基板基
準電極である第５の基準容量電極４２が第３の基準容量
電極３９と対向して設けられ、また第２基板基準電極で
ある第６の基準容量電極４３が第４の基準容量電極４０
と対向して設けられている。そして、第１の基準容量電
極３７と第３の基準容量電極３９との間には第１の固定
ギャップ４４が形成され、第３の基準容量電極３９と第
５の基準容量電極４２との間には第２の固定ギャップ４
５が形成されている。また、第２の基準容量電極３８と
第４の基準容量電極４０との間には第３の固定ギャップ
４６が形成され、第４の基準容量電極４０と第６の基準
容量電極４３との間には第４の固定ギャップ４７が形成
されている。なお、第１の基準容量電極３７と第３の基
準容量電極３９とにより第１基準用コンデンサ８４が構
成されており、第２の基準容量電極３８と第４の基準容
量電極４０とにより第２基準用コンデンサ８５が構成さ
れている。また、第３の基準容量電極３９と第５の基準
容量電極４２とにより第３基準用コンデンサ８６が構成
されており、第４の基準容量電極４０と第６の基準容量
電極４３とにより第４基準用コンデンサ８７が構成され
ている。そして、これらの固定ギャップ４４、４５、４
６、４７を有する各基準用コンデンサ８４、８５、８
６、８７は電気的に並列に接続されており、各基準用コ
ンデンサ８４、８５、８６、８７から得られた基準静電
容量Ｃ1の値は大きな値となる。
【００３０】この実施の形態では、実施の形態２と比較
して固定ギャップの箇所が増加し、それだけ基準静電容
量が増大し、角速度検出精度が向上する。
【００３１】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４を示す半導体角速度検出装置内部の平面図、図９は
図８のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。実施の形態４で
は、実施の形態３と比較して、さらに第３の基準容量電
極３９と梁部２６とから構成された第５基準用コンデン
サ８８が第５の固定ギャップ４８を有しており、第４の
基準容量電極４０と梁部２６とから構成された第６基準
用コンデンサ８９が第６の固定ギャップ４９を有してい
る点が異なる。また、この実施の形態でも各基準用コン
デンサは電気的に並列に接続されている。この実施の形
態では、実施の形態３と比較して固定ギャップの箇所が
増加し、それだけ基準静電容量が増大し、角速度検出精
度が向上する。また、梁部２６は基準用コンデンサの一
部を兼ねており、構造が簡単化される。
【００３２】実施の形態５．図１０はこの発明の実施の
形態５を示す半導体角速度検出装置内部の平面図、図１
１は図１０のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。この実施の
形態では、第１の検出電極１０の外側に第１の検出電極
１０とともに第１基準用コンデンサ９０を構成する第１
の基準容量電極５０が対向して設けられており、また第
２の検出電極１１の外側にも第２の検出電極１１ととも
に第２基準用コンデンサ９１を構成する第２の基準容量
電極５１が対向して設けられている点が実施の形態１と
異なる。そして、第１の検出電極１０と第１の基準容量
電極５０との間には第１の固定ギャップ５２が形成され
ており、第２の検出電極１１と第２の基準容量電極５１
との間には第２の固定ギャップ５３が形成されている。
【００３３】この実施の形態では、検出電極１０、１１
と基準容量電極５０、５１とがそれぞれ対向する面積が
実施の形態１〜４と比較して増大しており、それだけ基
準静電容量が増大し、角速度検出精度が向上する。ま
た、梁部２６の振動速度を制御するための検出電極１
０、１１は基準用コンデンサ９０、９１の一部を兼ねて
おり、構造が簡略化される。
【００３４】実施の形態６．図１２はこの発明の実施の
形態６を示す半導体角速度検出装置内部の平面図、図１
３は図１２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。この実施の
形態では、ガラスからなる第１の基板５４には凹部が形
成されており、この凹部には第１基板基準電極である第
１の基準容量電極５５が設けられており、また第１基板
基準電極である第２の基準容量電極５６が設けられてい
る。また、第１の検出電極１０とフレーム１２との間に
は第３の基準容量電極５７が設けられており、第２の検
出電極１１とフレーム１２との間には第４の基準容量電
極５８が設けられている。また、ガラスからなる第２の
基板５９の凹部には第２基板基準電極である第５の基準
容量電極６０、第２基板基準電極である第６の基準容量
電極６１が設けられている。そして、第１の基準容量電
極５５と第３の基準容量電極５７とから構成された第１
の基準用コンデンサ９２は第１の固定ギャップ６２を有
している。 第３の基準容量電極５７と第５の基準容量
電極６０とから構成された第２の基準用コンデンサ９３
は第２の固定ギャップ６３を有している。第２の基準容
量電極５６と第４の基準容量電極５８とから構成された
第３の基準用コンデンサ９４は第３の固定ギャップ６４
を有している。第４の基準容量電極５８と第６の基準容
量電極６１とから構成された第４の基準用コンデンサ９
５は第４の固定ギャップ６５を有している。
【００３５】この実施の形態では、各基準容量電極間の
合計の対向面積が実施の形態５と比較してさらに増加
し、それだけ基準静電容量が増大し、角速度検出感度が
向上する。
【００３６】実施の形態７．図１４はこの発明の実施の
形態７を示す半導体角速度検出装置内部の平面図、図１
５は図１４のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。この実施の
形態では、実施の形態６と比較して、さらに第１の検出
電極１０と第３の基準容量電極５７とから構成された第
５の基準用コンデンサ９６は第５の固定ギャップ６６を
有しており、第２の検出電極１１と第４の基準容量電極
５８とから構成された第６の基準用コンデンサ９７は第
６の固定ギャップ６７を有している点が異なる。そのた
め、各基準容量電極間の合計の対向面積が実施の形態６
と比較してさらに増加し、それだけ基準静電容量が増大
し、角速度検出感度が向上する。
【００３７】なお、各実施の形態では１１０面の面方位
を有するシリコンからなる検出本体であったが、各実施
の形態は例えば１００面の面方位を有するシリコンから
なる検出本体にも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
角速度検出装置によれば、振動子の梁部の基端部を第１
の基板に固定したので、梁部の振動する部分の寸法管理
が容易となり、駆動励振方向の共振周波数とコリオリ力
方向の共振周波数とを一致させることが容易となり、検
出感度の高い半導体角速度検出装置を簡単に得ることで
きる。
【００３９】また、第１の基板には、梁部に対向して凹
部が形成されているとともに、その凹部に振動子ととも
に第１検出用コンデンサを構成する第１基板検出電極を
設け、また第２の基板には、梁部に対向して凹部が形成
されているとともに、その凹部に梁部とともに第２検出
用コンデンサを構成する第２基板検出電極を設けたの
で、検出用コンデンサの静電容量が同時に二か所から得
られ、回転角速度の検出感度が向上する。
【００４０】また、内部にギャップ距離が一定で静電容
量が一定の基準用コンデンサを設けたので、従来の基準
用コンデンサが外部にあったため、基準用コンデンサと
検出用コンデンサとを電気的に接続する長い配線が必要
であったが、その配線は極めて短縮でき、配線を通じて
信号に重畳するノイズは低減される。
【００４１】また、梁部の基端部は、第１の基板と第２
の基板とにより挟まれて固定されているので、長期にわ
たって使用しても梁部が第１の基板および第２の基板に
対して、位置ずれを生じることなく、高精度の検出精度
を維持することができる。
【００４２】また、内部は第１の基板と第２の基板とに
より真空封止されているので、例えば空気の干渉により
コリオリ力に対して所定量梁部が変位しないといった不
都合を避けることができるとともに、基準用コンデン
サ、検出用コンデンサともに誘電体は真空であり、コン
デンサの誘電率の温度特性は同じであり、温度の変動の
影響を受けることなく精度の高い回転角速度を得ること
ができる。
【００４３】また、第１の基板、第２の基板および検出
本体のそれぞれの機械的物性値が実質的に等しいので、
第１の基板、第２の基板および振動子が振動等の外力を
受けても、振動子の第１の基板、第２の基板に対する相
対位置は変わらず、長期にわたって駆動励振方向の共振
周波数とコリオリ力方向の共振周波数とのずれを小さく
抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の半導体角速度検出
装置の内部の平面図である。
【図２】 図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図３】 図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の半導体角速度検出
装置の内部の平面図である。
【図５】 図４のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の半導体角速度検出
装置の内部の平面図である。
【図７】 図６のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４の半導体角速度検出
装置の内部の平面図である。
【図９】 図８のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５の半導体角速度検
出装置の内部の平面図である。
【図１１】 図１０のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６の半導体角速度検
出装置の内部の平面図である。
【図１３】 図１２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態７の半導体角速度検
出装置の内部の平面図である。
【図１５】 図１４のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【図１６】 従来の半導体角速度検出装置を示す分解斜
視図である。
【図１７】 図１６のＡ−Ａ線に沿う断面分解斜視図で
ある。
【図１８】 図１６の半導体角速度検出装置の内部の平
面図である。
【図１９】 図１８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２０】 半導体角速度検出装置の電気回路図であ
る。
【図２１】 従来の半導体角速度検出装置の内部の平面
図である。
【符号の説明】
１ 圧電体、１０ 第１の検出電極、１１ 第２の検出
電極、１３ 第１のギャップ、１４ 第２のギャップ、
１５ 第３のギャップ、２０ 第１基板検出電極、２１
第１の基板、２２ 検出本体、２３ 第２基板検出電
極、２４ 第２の基板、２５ 支持部、２６ 梁部、２
７ 振動子、２８ 基端部、２９ 第４のギャップ、３
１ 第１の基準容量電極、３２ 第２の基準容量電極、
３３ 第１の固定ギャップ、３４ 第２の固定ギャッ
プ、３５ 検出本体、３６ 第１の基板、３７ 第１の
基準容量電極（第１基板基準電極）、３８ 第２の基準
容量電極（第１基板基準電極）、３９ 第３の基準容量
電極、４０ 第４の基準容量電極、４１ 第２の基板、
４２ 第５の基準容量電極（第２基板基準電極）、４３
第６の基準容量電極（第２基板基準電極）、４４ 第
１の固定ギャップ、４５ 第２の固定ギャップ、４６
第３の固定ギャップ、４７ 第４の固定ギャップ、４８
第５の固定ギャップ、４９ 第６の固定ギャップ、５
０ 第１の基準容量電極、５１ 第２の基準容量電極、
５２ 第１の固定ギャップ、５３ 第２の固定ギャッ
プ、５４ 第１の基板、５５ 第１の基準容量電極（第
１基板基準電極）、５６ 第２の基準容量電極（第１基
板基準電極）、５７ 第３の基準容量電極、５８ 第４
の基準容量電極、５９ 第２の基板、６０ 第５の基準
容量電極（第２基板基準電極）、６１ 第６の基準容量
電極（第２基板基準電極）、６２ 第１の固定ギャッ
プ、６３ 第２の固定ギャップ、６４ 第３の固定ギャ
ップ、６５ 第４の固定ギャップ、６６ 第５の固定ギ
ャップ、６７ 第６の固定ギャップ、８０ 第１検出用
コンデンサ、８１ 第２検出用コンデンサ、８２第１基
準用コンデンサ、８３ 第２基準用コンデンサ、８４
第１基準用コンデンサ、８５ 第２基準用コンデンサ、
８６ 第３基準用コンデンサ、８７ 第４基準用コンデ
ンサ、８８ 第５基準用コンデンサ、８９ 第６基準用
コンデンサ、９０ 第１基準用コンデンサ、９１ 第２
基準用コンデンサ、９２ 第１基準用コンデンサ、９３
第２基準用コンデンサ、９４ 第３基準用コンデン
サ、９５ 第４基準用コンデンサ、９６ 第５基準用コ
ンデンサ、９７ 第６基準用コンデンサ。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の基板と、この第１の基板に設けら
    れた検出本体と、前記第１の基板と協働して前記検出本
    体を挟む第２の基板とを備え、 前記検出本体は、基端部が前記第１の基板に固定されて
    いるとともに、先端部が振動駆動源によって第１の基板
    の面に沿った振動を与える力と第１の基板に対して垂直
    方向に働くコリオリ力との合力により楕円軌道を描く梁
    部を有する振動子を備えている半導体角速度検出装置。
  2. 【請求項２】 検出本体は１１０面の面方位を有するシ
    リコンから構成されている請求項１記載の半導体角速度
    検出装置。
  3. 【請求項３】 第１の基板と、この第１の基板に設けら
    れた検出本体と、前記第１の基板と協働して前記検出本
    体を挟む第２の基板とを備え、 前記検出本体は、先端部が振動駆動源によって第１の基
    板の面に沿った振動を与える力と第１の基板に対して垂
    直方向に働くコリオリ力との合力により楕円軌道を描く
    梁部を有する振動子を備えており、 前記第１の基板には、前記振動子に対向して凹部が形成
    されているとともに、その凹部に前記梁部とともに第１
    検出用コンデンサを構成する第１基板検出電極が設けら
    れており、 また前記第２の基板には、前記梁部に対向して凹部が形
    成されているとともに、その凹部に前記梁部とともに第
    ２検出用コンデンサを構成する第２基板検出電極が設け
    られており、 前記梁部の変位に伴い、前記梁部と前記第１基板検出電
    極とのギャップ距離に応じて前記第１検出用コンデンサ
    の静電容量が変化するとともに、前記梁部と前記第２基
    板検出電極とのギャップ距離も同時に変化して前記第２
    検出用コンデンサの静電容量も変化するようになってい
    る半導体角速度検出装置。
  4. 【請求項４】 第１の基板には、梁部に対向して凹部が
    形成されているとともに、その凹部に梁部とともに第１
    検出用コンデンサを構成する第１基板検出電極が設けら
    れており、 また第２の基板には、梁部に対向して凹部が形成されて
    いるとともに、その凹部に梁部とともに第２検出用コン
    デンサを構成する第２基板検出電極が設けられている請
    求項１または請求項２記載の半導体角速度検出装置。
  5. 【請求項５】 第１基板検出電極を有する第１の基板
    と、この第１の基板に設けられた検出本体と、前記第１
    の基板と協働して前記検出本体を挟む第２の基板とを備
    え、 前記検出本体は、先端部が振動駆動源によって第１の基
    板の面に沿った振動を与える力と第１の基板に対して垂
    直方向に働くコリオリ力との合力により楕円軌道を描く
    梁部を有する振動子を備えた半導体角速度検出装置であ
    って、 前記梁部とこの梁部に対向した前記第１基板検出電極と
    により、前記第１基板検出電極と前記梁部とのギャップ
    距離に応じて静電容量が変化する検出用コンデンサが構
    成され、 また、ギャップ距離が一定で静電容量が一定の基準用コ
    ンデンサが内部に設けられ、この基準用コンデンサの静
    電容量と前記検出用コンデンサの静電容量とを比較して
    前記振動子の角速度が検出されるようになっている半導
    体角速度検出装置。
  6. 【請求項６】 内部に、ギャップ距離が一定で静電容量
    が一定の基準用コンデンサが設けられ、この基準用コン
    デンサの静電容量と検出用コンデンサの静電容量とを比
    較して振動子の角速度が検出されるようになっている請
    求項３または請求項４記載の半導体角速度検出装置。
  7. 【請求項７】 基準用コンデンサは、梁部の基端部と、
    この基端部に対向して設けられた基準容量電極とを備え
    ている請求項５または請求項６記載の半導体角速度検出
    装置。
  8. 【請求項８】 基準用コンデンサは、梁部の基端部に対
    向して設けられた基準容量電極と、この基準容量電極に
    対向して第１の基板の凹部に設けられた第１基板基準電
    極とを備えた請求項５または請求項６記載の半導体角速
    度検出装置。
  9. 【請求項９】 基準用コンデンサは、梁部の基端部に対
    向して設けられた基準容量電極と、この基準容量電極に
    対向して第２の基板の凹部に設けられた第２基板基準電
    極とを備えた請求項５または請求項６記載の半導体角速
    度検出装置。
  10. 【請求項１０】 基準用コンデンサは、梁部の長手方向
    に延びて梁部と並設された電極と、この電極が梁部に対
    向する面と反対側の面と対向して梁部の長手方向に延び
    て設けられた基準容量電極とを備えた請求項５または請
    求項６記載の半導体角速度検出装置。
  11. 【請求項１１】 基準用コンデンサは、梁部の長手方向
    に延びて梁部と並設された基準容量電極と、この基準容
    量電極に対向して梁部の長手方向に延びて第１の基板に
    形成された凹部に設けられた第１基板基準電極とを備え
    た請求項５または請求項６記載の半導体角速度検出装
    置。
  12. 【請求項１２】 基準用コンデンサは、梁部の長手方向
    に延びて梁部と並設された基準容量電極と、この基準容
    量電極に対向して梁部の長手方向に延びて第２の基板に
    形成された凹部に設けられた第２基板基準電極とを備え
    た請求項５または請求項６記載の半導体角速度検出装
    置。
  13. 【請求項１３】 梁部の基端部が第１の基板に固定され
    ている請求項３ないし請求項１２の何れかに記載の半導
    体角速度検出装置。
  14. 【請求項１４】 梁部の基端部が第１の基板と第２の基
    板とにより挟まれて固定されている請求項１ないし請求
    項１３の何れかに記載の半導体角速度検出装置。
  15. 【請求項１５】 第１の基板および第２の基板により内
    部が真空封止されている請求項１ないし請求項１４の何
    れかに記載の半導体角速度検出装置。
  16. 【請求項１６】 第１の基板、第２の基板および検出本
    体のそれぞれの機械的物性値が実質的に等しい請求項１
    ないし請求項１５の何れかに記載の半導体角速度検出装
    置。
JP8183553A 1996-07-12 1996-07-12 半導体角速度検出装置 Pending JPH1026532A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8183553A JPH1026532A (ja) 1996-07-12 1996-07-12 半導体角速度検出装置
US08/742,490 US6003372A (en) 1996-07-12 1996-11-01 Semiconductor angular velocity determining device
DE19649420A DE19649420C2 (de) 1996-07-12 1996-11-28 Halbleiter-Winkelgeschwindigkeits- Bestimmungsvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8183553A JPH1026532A (ja) 1996-07-12 1996-07-12 半導体角速度検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1026532A true JPH1026532A (ja) 1998-01-27

Family

ID=16137825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8183553A Pending JPH1026532A (ja) 1996-07-12 1996-07-12 半導体角速度検出装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6003372A (ja)
JP (1) JPH1026532A (ja)
DE (1) DE19649420C2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007316056A (ja) * 2006-03-27 2007-12-06 Commissariat A L'energie Atomique 表面加工により形成される可変厚さの共振型マイクロ慣性センサ

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6257058B1 (en) * 1998-04-27 2001-07-10 Alps Electric Co., Ltd. Silicon gyroscope and method of driving the same
DE10349014B4 (de) * 2003-10-17 2014-01-09 Austriamicrosystems Ag Mikroelektromechanischer Drehratensensor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6293668A (ja) * 1985-10-21 1987-04-30 Hitachi Ltd 角速度・加速度検出器
AT399586B (de) * 1991-09-27 1995-06-26 Austria Mikrosysteme Int Kapazitiver sensor sowie sensoranordnung für die erfassung und umwandlung mechanischer grössen in elektrische signale
JP3217849B2 (ja) * 1992-05-20 2001-10-15 多摩川精機株式会社 ジャイロ装置
JP2561040B2 (ja) * 1994-11-28 1996-12-04 日本電気株式会社 容量型センサの容量変化検出回路およびその検出方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007316056A (ja) * 2006-03-27 2007-12-06 Commissariat A L'energie Atomique 表面加工により形成される可変厚さの共振型マイクロ慣性センサ
US8783107B2 (en) 2006-03-27 2014-07-22 Commissariat A L'energie Atomique Resonant inertial microsensor with variable thickness produced by surface engineering

Also Published As

Publication number Publication date
DE19649420A1 (de) 1998-01-22
DE19649420C2 (de) 2001-04-12
US6003372A (en) 1999-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2385873C (en) Microfabricated tuning fork gyroscope and associated three-axis inertial measurement system to sense out-of-plane rotation
JP2000009472A (ja) 角速度センサ
JPH03501529A (ja) 静電的に励振される複式振動ビームの力トランスデューサ
JPH112526A (ja) 振動型角速度センサ
US5912528A (en) Vibrating gyroscope
WO1999019689A1 (fr) Detecteur de vitesse angulaire
JPH1026532A (ja) 半導体角速度検出装置
JP2004245605A (ja) 振動子および物理量測定用信号発生素子
JP2531021B2 (ja) 振動子
JP2508264B2 (ja) 振動ジャイロ
JP3355998B2 (ja) 振動ジャイロ
JPH05322579A (ja) ジャイロ装置
JP2004077351A (ja) 角速度センサ
JP3181368B2 (ja) ジャイロ装置
JP3183339B2 (ja) 音叉型圧電ジャイロセンサ
JP2001241952A (ja) 角速度センサ
JP3230331B2 (ja) 角速度センサ
JPH10246639A (ja) 角速度検出装置
JP2000266547A (ja) 角速度検出装置
JP2000283764A (ja) 角速度検出装置
JP3690448B2 (ja) 圧電振動ジャイロ用圧電振動子
JP2000329561A (ja) 角速度センサ
JP3698840B2 (ja) 圧電振動ジャイロ用圧電振動子
JPH08261766A (ja) 振動ジャイロスコープ
JP2576080Y2 (ja) ジャイロ装置