陀螺传感器、电子设备以及移动体的制作方法_4

文档序号:9862762阅读:来源:国知局
陀螺传感器100的结构部件相同功能的部件,标记相同的符号,并省略其详细的说明。
[0123]如图1以及图2所示,上述的陀螺传感器100为,对绕Z轴的角速度ω z进行检测的陀螺传感器。相对于此,如图9以及图10所示,陀螺传感器200为对绕Y轴的角速度coy进行检测的陀螺传感器。
[0124]如图9以及图10所示,陀螺传感器200包括基板10、盖体20、功能元件102。功能元件102包括第一结构体112a、第二结构体112b和连结弹簧60。
[0125]第一结构体112a具有固定部30、第一悬架弹簧32a、固定驱动电极部34、36、第一振动体40a、固定检测电极部150。
[0126]第一振动体40a具有振动部42、可动驱动电极部43、可动部140、梁部142、可动检测电极部144。
[0127]可动部140经由成为旋转轴的梁部142而被支承于振动部42上。可动部140在俯视观察时被设置于框状的振动部42的内侧。可动部140具有板状的形状。
[0128]梁部(扭簧)142被设置于从可动部140的重心偏离的位置。在图示的示例中,梁部142沿着X轴设置。梁部142能够扭转变形。通过该梁部142的扭转变形,从而能够围绕被梁部142规定的旋转轴,而使可动部140旋转。由此,能够使可动部140在Z轴方向上进行位移。
[0129]可动检测电极部144被设置于可动部140上。可动检测电极部144为,在可动部140中,在俯视观察时与固定检测电极部150重叠的部分。可动检测电极部144能够在其与固定检测电极部150之间形成静电电容。
[0130]固定检测电极部150被固定于基板10上,并以与可动检测电极部144对置的方式设置。固定检测电极部150被设置于凹部16的底面上。在图示的示例中,固定检测电极部150的平面形状为长方形。
[0131]第二结构体112b具有固定部30、第二悬架弹簧32b、固定驱动电极部34、36、第二振动体40b、固定检测电极部150。
[0132]在第二结构体112b中,固定部30、第二悬架弹簧32b、固定驱动电极部34、36、固定检测电极部150的结构分别与第一结构体112a的、固定部30、第一悬架弹簧32a、固定驱动电极部34、36、固定检测电极部50的结构相同。另外,第二结构体112b的第二振动体40b的结构与第一结构体112a的第一振动体40a的结构相同,省略其说明。
[0133]固定部30、悬架弹簧32a、32b、振动体40a、40b、以及连结弹簧60被一体设置。固定部30、悬架弹簧32a、32b、振动体40a、40b、以及连结弹簧60的材质例如为,通过掺杂磷、硼等的杂质而被赋予导电性的娃。
[0134]固定检测电极部150的材质例如为铝、金、ΙΤ0。作为固定检测电极部150,通过使用ITO等的透明电极材料,能够从基板10的第二面14侧容易对固定检测电极部150上存在的异物等进行目视确认。
[0135]陀螺传感器200的机械结构的模型与上述的图3所示的陀螺传感器100的机械结构的模型相同。即,在陀螺传感器200中,将对第一振动体40a进行支承的第一悬架弹簧32a的弹簧常数以及对第二振动体40b进行支承的第二悬架弹簧32b的弹簧常数设为K1,将连结弹簧60的弹簧常数设为K2时,满足2K2 ( Kl的关系。S卩,连结弹簧60为,在X轴方向上,与悬架弹簧32a、32b相比较柔软的弹簧、或者与悬架弹簧32a、32b相同软度的弹簧。
[0136]接下来,对陀螺传感器200的动作进行说明。
[0137]当在第一振动体40a以及第二振动体40b在相互以反相在X轴方向上进行振动的状态下在陀螺传感器200上施加有绕Y轴的角速度ω y时,科里奥利力发挥作用,第一振动体40a的可动部140和第二结构体112b的可动部140在Z轴方向上(沿着Z轴)下相互在相反方向上进行位移。可动部140在受到科里奥利力的期间内反复进行该动作。
[0138]通过可动部140在Z轴方向上进行位移,可动检测电极部144和固定检测电极部150之间的距离发生变化。因此,可动检测电极部144和固定检测电极部150之间的静电电容发生变化通过对该电极部144、150间的静电电容的变化量进行检测,能够求出绕Y轴的角速度《y。
[0139]根据陀螺传感器200,能够起到与陀螺传感器100同样的作用效果。
[0140]在此,对绕Y轴的角速度coy进行检测的陀螺传感器由于为可动部140在Z轴方向(上下方向)进行位移的襟翼板结构,因此,与对绕Z轴的角速度ωZ进行检测的陀螺传感器相比,容易受到正交相位的影响,但根据陀螺传感器200,即使在对绕Y轴的角速度coy进行检测的陀螺传感器中,也能够降低正交相位的影响。
[0141]并且,在上述内容中,对陀螺传感器200为可对绕Y轴的角速度wy进行检测的陀螺传感器的情况进行说明,但本发明所涉及的陀螺传感器也可以为可对绕X轴的角速度ωX进行检测的陀螺传感器。
[0142]另外,在上述的陀螺传感器200中,如图9所示,虽然结构为,振动部42和可动部140通过梁部(扭簧)142而被连结,对应于绕Y轴的角速度coy,可动部140绕由梁部142规定的旋转轴进行旋转,从而向Z轴方向位移,但是,本发明所涉及的陀螺传感器并不限定于该结构。
[0143]例如,在本发明所涉及的陀螺传感器中,可以设为如下的结构,S卩,将对振动部42和可动部140进行支承的梁部142设为,具有与梁部33或连结弹簧60同样的蜿蜒形状的弹簧结构,对应于绕Y轴的角速度coy,在可动部140(可动检测电极部144)的下表面保持与固定检测电极部150的上表面平行的同时,在Z轴方向上进行位移。由此,与可动部140进行旋转运动的情况相比,能够增大可动检测电极部144与固定检测电极部150之间的静电电容的变化。
[0144]2.2.陀螺传感器的制造方法
[0145]接下来,参照附图,对第二实施方式所涉及的陀螺传感器200的制造方法进行说明。如图10所示,第二实施方式所涉及的陀螺传感器200的制造方法例如通过溅射法或CVD (Chemical Vapor Deposit1n)法的成膜、以及图案形成从而在凹部16的底面上形成固定检测电极部150以外,基本上与第一实施方式所涉及的陀螺传感器100的制造方法相同。因此,省略其详细的说明。
[0146]2.3.实验例
[0147]以下,表示实验例,更加具体对本发明进行说明。并且,本发明丝毫未被以下的实验例限定。
[0148]首先,在本实验例中,对于对具备两个振动体、对各振动体进行支承的悬架弹簧、连结两个振动体的连结弹簧的绕Y轴的角速度《7进行检测的陀螺传感器,实施模拟。具体而言,对于该陀螺传感器,实施有限要素法的模拟,求出反相模式的固有振动数、以及同相模式的固有振动数。
[0149]图11为,表示成为模拟的模型的本实施例所涉及的陀螺传感器M200的图。并且,在图11中,在本实施例所涉及的陀螺传感器M200中,对于与图9所示的陀螺传感器200对应的部分,标记相同的符号。
[0150]如图11所示,陀螺传感器M200具备两个振动体40a、40b、对第一振动体40a进行支承的第一悬架弹簧32a、对第二振动体40b进行支承的第二悬架弹簧32b、连结两个振动体40a、40b的连结弹簧60。悬架弹簧32a、32b分别由四个梁部33而对振动体40a、40b进行支承。另外,对一个振动体的振动产生作用的连结弹簧60与梁部33的两个分(两单元量)对应。即,当将梁部33的弹簧常数设为kl时,对一个振动体的振动产生作用的悬架弹簧32a、32b的弹簧常数为4 X kl,连结弹簧60的弹簧常数为2 X kl。将悬架弹簧32a、32b的弹簧常数设为Kl,将连结弹簧60的弹簧常数设为K2,满足2K2 < Kl。即,连结弹簧60与悬架弹簧32a、32b相比较柔软。
[0151]另外,作为比较例,使用了不具有连结弹簧而经由连结质量体来连结对第一振动体进行支承的悬架弹簧的梁部和对第二振动体进行支承的悬架弹簧的梁部的陀螺传感器。
[0152]图12为表示成为模拟的模型的比较例所涉及的陀螺传感器M200D的图。并且,在图12中,在比较例所涉及的陀螺传感器M200D中,对于与图9所示的陀螺传感器200对应的部分,标记相同的符号。
[0153]在比较例所涉及的陀螺传感器M200D中,通过由连结质量体70来连接第一振动体40a的第一悬架弹簧32a的梁部33、第二振动体40b的第二悬架弹簧32b的梁部33,从而对两个振动体40a、40b进行连结。连结质量体70利用悬架弹簧72而与支承体(固定部)74连结。用于连结振动体40a、40b的梁部33的一端与振动体40a(振动体40b)连接,另一端与连结质量体70连接。悬架弹簧32a、32b分别由四个梁部33而对振动体40a、40b进行支承。这样,在比较例中,通过连结质量体70和梁部33,连结了第一振动体40a和第二振动体40bο即为不具有本实施方式所具有的连结弹簧60的结构。
[0154]在陀螺传感器M200中,将一个梁部33的量的长度设为L = 56,在陀螺传感器M200D中,将一个梁部33的量的长度设为L = 49,以驱动振动(反相模式)的频率成为相同程度的方式进行调节。比较例所涉及的陀螺传感器M200D的其他结构与陀螺传感器M200的结构相同。
[0155]利用有限要素法实施模拟。
[0156]以这种方式实施模拟的结果为,在本实施例所涉及的陀螺传感器M200中,反相模式的固有振动数为16.25KHz,同相模式的固有振动数为13.24KHz。因此,在本实施例所涉及的陀螺传感器M200中,反相模式的固有振动数与同相模式的固有振动数之差为Af =3.0 IKHz ο
[0157]相对于此,在比较例所涉及的陀螺传感器M200D中,反相模式的固有振动数为16.09KHz,同相模式的固有振动数为13.84KHzo因此,在比较例所涉及的陀螺传感器M200D中,反相模式的固有振动数与同相模
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