复合传感器的制作方法

专利名称：复合传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合传感器，尤其是涉及具有能够沿驱动方向及检测方向进行位移的振动器的复合传感器。
背景技术：
一直以来，已知有如下的角速度传感器四个振动器关于基板的水平面内的规定呈点对称地配置，且在各振动器上设有检测电极(参照专利文献1)。在上述角速度传感器中，驱动相邻的全部振动器，使它们彼此按照以规定点为中心的圆周方向上的相反相位进行振动，在绕与基板垂直的轴产生角速度时，各振动器的检测锤沿与驱动振动方向正交的方向进行位移。对由该位移所引起的检测锤与振动器之间的电容变化进行运算处理，对各检测锤消除作用在基板的水平面内的外部加速度，读取由科氏力产生的信号。
专利文献1 日本特开2000-180174号公报
然而，在上述的专利文献1所记载的结构中，由于离心力作用于检测轴方向，因此为了检测出准确的角速度，需要消除离心力，但对于这一点并未施行任何对策，存在难以检测出准确的角速度的问题。
而且，角速度传感器多搭载于车辆等移动体上进行使用，但为了从检测成分中除去与车辆运动不同的振动等，多设置在减振器等弹性部件上。这种情况下，若减振器发生变形，则角速度传感器本身进行振动、旋转，会检测出多余的角加速度，仍然存在难以检测出准确的角速度的问题。发明内容
因此，本发明目的在于提供一种可排除检测目的以外的惯性力而能够以高精度检测出检测目的的成分的复合传感器。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方式，提供一种复合传感器，其具有第一单元，其包括相互对称地配置、且能够沿驱动方向及检测方向进行位移的第一及第二振动器；第二单元，其包括相互对称地配置、且能够沿与所述驱动方向及所述检测方向相同的轴向进行位移的第三及第四振动器；驱动部，其驱动所述第一、第二、第三及第四振动器，以使所述第一及第二振动器彼此、所述第三及第四振动器彼此以相互相反的相位进行振动，并使所述第一单元及所述第二单元彼此也以相互相反的相位进行振动；以及检测部，其检测所述第一、第二、第三及第四振动器的所述检测方向的位移。
根据本发明，能够将作为检测目的的成分与其他成分分离而高精度地进行检测。


图1是表示本发明的实施例1的复合传感器的整体结构的一例的图。
图2是比图1简化地表示实施例1的复合传感器的图。
图3A是说明实施例1的复合传感器的驱动方法及检测方法的图。4
图;3B是表示根据图3A的合力Fl F4算出角速度、加速度、角加速度的产生力及离心力的计算方法的表。
图4A是表示作为比较参考例的现有复合传感器的结构的一例的图。
图4B是以与图4A同样的形式表示实施例1的复合传感器的图。
图5是实施例1的复合传感器中发生上下偏差引起的倾斜振动的情况的动作说明图。
图6是实施例1的复合传感器中发生左右偏差引起的倾斜振动的情况的动作说明图。
图7是表示本发明的实施例2的复合传感器的结构的一例的图。
图8是表示本发明的实施例3的复合传感器的结构的一例的图。
图9是表示本发明的实施例4的复合传感器的结构的一例的图。
图IOA是表示本发明的实施例5的复合传感器的结构的一例的立体图。
图IOB是表示实施例5的复合传感器的剖视结构的一例的图。
图11是表示本发明的实施例6的复合传感器的结构的一例的图。
图12是表示本发明的实施例7的复合传感器的整体结构的一例的图。
图13A是表示现有的具备两个振动器的角速度/加速度传感器的整体结构作为比较参考例的图。
图1 是表示从图13A的角速度/加速度传感器增加了振动器数量的复合传感器的整体结构的图。
图14A是放大表示图13A的角速度/加速度传感器的检测部的结构的一部分的图。
图14B是表示可动部从图14A的平衡状态位移后的状态的图。
图14C是说明减少了检测部的电极数时的现象的图。
图15是本发明的实施例8的复合传感器的检测部的一部分的放大结构图。
图16是本发明的实施例9的复合传感器的检测部的一部分的放大结构图。
图17是本发明的实施例10的复合传感器的检测部的一部分的放大结构图。
图18是本发明的实施例11的复合传感器的检测部的一部分的放大结构图。
附图标记说明
10,11 14、lla、12a、12b、14b、llc Hc、lld 14d、lle 14e、15、16 振动器
20,21 24、21a 24a、21b 24b、21c 24c 检测部
30,31 34、31a 34a 驱动部
40、41 44驱动弹簧
50、51 54驱动监控部
60、61 64检测弹簧
70、71 74 端子
80 配线
90运算处理部
100 框架
IllUlla IllcU 112、112a 112d 单元
120支承基板具体实施方式
以下，参照附图，说明用于实施本发明的方式。
实施例1
图1是表示本发明的实施例1的复合传感器的整体结构的一例的俯视图。在图1 中，实施例1的复合传感器具备振动器10、检测部20、驱动部30、驱动弹簧40、驱动监控部 50、检测弹簧60、端子70、配线80、运算处理部90及框架100。
振动器10对称地具备四个振动器11 14，具体而言，在图1的左上侧的位置上设有第一振动器11，在右上侧的位置上设有第二振动器12，在左下侧的位置上设有第三振动器13，在右下侧的位置上设有第四振动器14。在此，检测部20、驱动部30、驱动弹簧40、 驱动监控部50、检测弹簧60、端子70分别与第一、第二、第三及第四振动器11 14对应地设置。即，检测部20分别与第一至第四振动器11 14对应地包括第一至第四检测部21、 22、23、对。同样地，驱动部30包括第一至第四驱动部31 34，驱动弹簧40包括第一至第四驱动弹簧41 44，驱动监控部50包括第一至第四驱动监控部51 M，检测弹簧60包括第一至第四检测弹簧61 64，端子70包括第一至第四检测端子71 74。此外，并未对所有的端子，而仅对与检测部21 M连接的检测端子71 74标注了附图标记。
另外，在以后的说明中，分别规定第一、第二、第三及第四振动器11、12、13、14时， 使用各自标注的附图标记11 14，但在未特别规定位置而是总称为振动器、或不特别指定单个振动器时，可以表示为振动器10。对于其他的检测部20、驱动部30、驱动弹簧40、驱动监控部50、检测弹簧60也适用同样的表示方法。而且，关于与振动器10、检测部20、驱动部 30及监控部50的部件对应的更详细的结构要素，由于纸面的关系，仅对图1中的左上侧的第一振动器11、第一检测部21、第一驱动部31及第一监控部51标注附图标记。虽然未对第二至第四的各对应结构要素标注附图标记，但第二至第四的各对应结构要素也具备同样的部件的结构要素。
振动器10在内部包括检测部20，通过检测弹簧60进行连接支撑。检测弹簧60由驱动梁39进行连接支撑。驱动梁39与驱动部30的可动部35连接而一体构成，且与驱动监控部50的可动部51也连接而整体上一体构成。而且，在驱动部30与驱动监控部50之间设有驱动弹簧40。另一方面，振动器10内的检测部20与端子70连接，端子70经由配线 80与运算处理部90连接。并且，复合传感器的整体成为由框架100包围的结构。
另外，本实施例的复合传感器可以由各种材料构成，但也可以例如使用半导体基板，构成作为MEMS (Micro Electronic Mechanical Systems 微电子机械系统)的微小结构体。
接下来，说明各结构要素。
振动器10是用于检测角速度、加速度、角加速度、离心力这些物理量的质量体。在图1中，第一至第四振动器被沿横向驱动，以检测纵向的位移。这样，驱动方向和位移方向是不同的方向，例如，如图1所示，设定为相互正交的方向。振动器10能够沿驱动方向和检测方向这两个方向进行位移，被沿驱动方向驱动，并且沿检测方向位移而检测规定的物理量。实施例1的复合传感器例如搭载于车辆等移动体，检测移动体的角速度、加速度、角加速度、离心力，但可以确定规定的检测方向而对检测方向上的物理量成分进行检测。
振动器10在内部包括检测部，包括检测部20在内的整体作为质量体而发挥作用。 振动器10具有可动部17和固定部18。可动部17是能够位移的部分。另一方面，固定部 18是固定于框架100的部分。由此，振动器10的外框由可动部17包围，整体能够位移。
振动器10具有第一至第四振动器11 14，分别对称地配置。其具体的动作在后面叙述，但具备四个振动器11 14，通过适当地设定它们的驱动方向的相位，在检测角速度时，能够将因复合传感器本身的振动所产生的角加速度等分离，能够分别对角速度、加速度、角加速度及离心力的各个成分独立地进行检测。
检测部20是对振动器10的检测方向上的位移进行检测的检测机构。在此，在图 1中，检测方向是纵向。检测部20分别对应于第一至第四振动器11 14，将第一至第四检测部21 M这四个检测部设置在各振动器11 14内。各个检测部21 M具备检测电极25。检测电极25具有与振动器11 14的可动部17连接的可动电极27和与固定部18 连接的固定电极观。可动电极27及固定电极观这两种电极均存在多个，分别相向并重叠地配置。若可动电极27向远离相向的固定电极观的方向移动，则检测电极25的静电电容减少，若可动电极27向接近相向的固定电极观的方向移动，则检测电极25的静电电容增加。并且，通过检测该静电电容的变化，能够检测第一至第四振动器11 14的位移。而且， 基于检测到的第一至第四振动器11 14的位移，能够求出施加给第一至第四振动器11 14的检测方向的力。
在各检测部21 M内，检测电极25具备四个块。检测电极25的电极数越多，S/ N(Signal/Noise 信噪比)越提高，空间越增大。由此，检测电极25的数量可以按照S/N与空间的关系来设定成适当的数值。
在各检测部21 M内，可动电极27与固定电极28的检测方向上的配置关系恒定。即，在第一检测部21中，可动电极27全部都比固定电极观靠近上侧(里侧)地配置。 由此，当第一振动器11向检测方向的一方位移时，在全部的可动电极27和固定电极28的对中，发生静电电容产生增加或减少的变化。关于这一点的详细情况，利用放大图在后面叙述，通过上述配置关系，形成了节省空间且能得到高S/N的结构。另外，与第一检测部21同样地，第二检测部22中，可动电极27也全部都比固定电极观靠近上侧(里侧)，相反地，在第三检测部23及第四检测部M中，固定电极28全部都比可动电极27靠近上侧(里侧) 地配置。
通过将这样的电极配置和驱动方向适当地组合，能够高精度地求出角速度，关于该点的详细情况，在后面叙述。
驱动部30是用于使振动器10沿驱动方向振动的驱动机构。驱动部30与第一至第四振动器11 14对应地设有四个第一至第四驱动部30，但只要能够以适当的相位驱动第一至第四振动器11 14即可，也可以不分成四个而一体构成。但是，在本实施例中，说明驱动部30分别对应于第一至第四振动器11 14而设置为第一至第四驱动部31 34 的例子。
第一至第四驱动部31 ；34分别具备可动部35和固定部36。而且，在可动部35 上设置可动电极37，在固定部36上设置固定电极38。处于可动部35的两侧的可动电极37 和从两侧夹持可动部35的固定部36的固定电极38彼此相向并沿纵向相互夹持，通过对左右的固定电极38施加相位相反的交流，交替产生向左右方向的吸引力，从而使可动部35沿横向移动。可动部35与上述的驱动梁39连接，因此传递给驱动梁39的振动经由检测弹簧 60向第一至第四振动器11 14传递，从而分别被驱动而进行振动。
驱动弹簧40是用于辅助驱动部30对振动器10的驱动的弹簧。沿与纸面垂直的方向以板状延伸，构成板簧。另外，驱动弹簧40也可以对应于第一至第四振动器11 14 及第一至第四驱动部31 34而具有第一至第四驱动弹簧41 44。
驱动监控部50是用于监控驱动方向上的位移的机构。在本实施例的复合传感器中，驱动时的相位会影响到物理量的检测，因此一边监控驱动方向的位移一边进行检测动作。
驱动监控部50也可以对应于第一至第四振动器11 14及第一至第四驱动部 31 34而具备第一至第四驱动监控部51 M。第一至第四驱动监控部51 M分别具备可动部55、固定部56、与可动部55连接的可动电极57、与固定部56连接的固定电极58， 根据电容变化而检测并监控驱动位移的方向和量。
检测弹簧60是用于使振动器10能够沿检测方向进行位移的弹簧。检测弹簧60 是沿与纸面垂直的方向以板状延伸的板簧，因此具有弹性，以能够使振动器10向检测方向 (纵向)移动的状态对振动器10进行弹性支撑。而且，检测弹簧60还起到将驱动部30产生的振动从驱动梁39向振动器10传递的作用。
检测弹簧60也对应于第一至第四振动器11 14而具备第一至第四检测弹簧60。
端子70是用于与外部进行电连接的电极。由于需要从外部对复合传感器供给电力，并将检测到的结果向外部输出，因此设置了端子70，以与外部进行连接。
另外，在第一至第四检测部21 M上连接有第一至第四检测端子71 74，能够将各检测部21 M所检测出的电信号向外部输出。
运算处理部90是用于根据第一至第四检测部21 M所检测到的检测结果而算出角速度、加速度、角加速度及离心力的各物理量的运算处理机构。运算处理机构90 只要能够进行规定的运算处理即可，可以使用电子电路，还可以使用具备CPU (Central Processing Unit，中央处理器)并根据程序进行工作的微型计算机。
运算处理部90通过配线80与第一至第四检测端子71 74连接，被输入第一至第四检测部21 M的检测结果。
另外，在图1中，运算处理部90设置在框架100的外部，即设置在复合传感器的外部，但也可以设置在例如复合传感器的基板上。而且，也可以形成为例如在复合传感器的外部设置E⑶(Electro Control Unit，电子控制单元)而利用设置在外部的E⑶内的运算处理部90进行运算处理的结构。而且，若框架100内存在空间，则也可以在框架100的内部设置运算处理部90。这样一来，运算处理部90可以根据用途而设置在各个场所。
框架100是作为复合传感器的支撑台的外框。例如，可以使用半导体基板的较厚地构成的部分等。
接下来，使用图2 图4B，说明实施例1的复合传感器的动作。图2是比图1简化地表示实施例1的复合传感器的图。以下，为了容易理解纸面的内容，使用此种简化的附图进行说明。而且，图2的复合传感器的第一至第四振动器lie He成为比图1的复合传感器的第一至第四振动器11 14大的形状。这是因为，图2的复合传感器的第一至第四振动器lie 14e的内部的检测电极的数量比图1的复合传感器的第一至第四振动器11 14的内部的检测电极25的数量多。图2的复合传感器与图1的复合传感器的电极配置不同，在一个检测部的内部包括因可动电极17位移而电容增加的电极和电容减少的检测电极25这两种电极，但即使在这样的电极配置的结构中，也是只要具备四个第一至第四振动器lie 14e，即可构成作为实施例1的复合传感器。即，实施例1的复合传感器能够与第一至第四振动器11 14、lle 14e的内部的检测部20的结构无关地构成。由此，在实施例1中，代表性地使用第一至第四振动器11 14进行说明，但也可以说明能够适用于具有包括各种检测部20的振动器10的复合传感器。另外，关于其他的各结构要素，在图1中进行了说明，因此标注相同的附图标记而省略其说明。
图3A是用于说明实施例1的复合传感器的驱动方法及检测方法的图。在图3A中， 抽出第一至第四振动器11 14，进行简化表示。第一至第四振动器11 14这四个振动器对称配置。在此，将第一振动器11和第二振动器12的组合作为第一单元111，将第三振动器13和第四振动器14的组合作为第二单元112。而且，驱动方向为横向，右方为正向，左方为负向。同样地，检测方向为纵向，上方(里侧方向)为正向，下方(近前方向)为负向。 在以后的实施例中，只要未作特别说明，就以相同的坐标系进行说明。
另外，在第一至第四振动器11 14的驱动方向上，第一振动器11的振动产生的驱动的方向为VI，第二振动器12的振动驱动的方向为V2，第三振动器13的振动驱动的方向为V3，第四振动器14的振动驱动的方向为V4。同样地，在第一至第四振动器11 14的检测方向上，作用于第一振动器11的产生力由Fl表示，作用于第二振动器12的产生力由 F2表示，作用于第三振动器13的产生力由F3表示，作用于第四振动器14的产生力由F4表7J\ ο
在图3A中，第一单元111内包括的第一振动器11和第二振动器12被以彼此相反的相位进行振动驱动。具体而言，第一振动器11向左方移动时，第二振动器12向右方移动， 向彼此远离的方向移动。同样地，第二单元112内包括的第三振动器13和第四振动器14 也被以彼此相反的相位进行振动驱动。具体而言，第三振动器13向右方移动时，第四振动器14向左方移动，向彼此接近的方向移动。并且，当第一单元111内的第一振动器11和第二振动器12彼此向远离的方向移动时，第二单元112内包括的第三振动器13和第四振动器14彼此接近，因此，第一单元111与第二单元112彼此的相位也为彼此相反的相位。其结果是，第一振动器11和第四振动器14成为相同相位，第二振动器12和第三振动器13彼此成为相同相位。
这样，在实施例1的复合传感器中，第一单元111内的振动器11、12彼此被以相反相位进行振动驱动，第二单元112内的振动器13、14彼此被以相反相位进行振动驱动，并且第一单元111与第二单元112彼此也被以相反相位进行振动驱动。
在进行上述的振动器11 14的驱动时，在第一振动器11产生力F1，在第二振动器12产生力F2，在第三振动器13产生力F3，在第四振动器14产生力F4。此时，角速度产生的科氏力为Fr，加速度产生的惯性力为Fa，角加速度产生的惯性力为Fra，离心力为时，各力的成分相对于第一至第四振动器11 14分别作用于图3A所示的方向上。S卩，在图3A中，作用在第一至第四振动器上的角速度产生的科氏力Fr由Frl Fr4表示，加速度产生的惯性力1 由Fal Fa4表示，角加速度产生的惯性力Fra由Fral Fra4表示，离9心力Fc由Fcl Fc4表不。
在此，当运动的物体的质量为m，运动速度为V时，角速度ω产生的科氏力Fr由ω 与V的向量积得到，成为Fr = 2mω XV,因此与从V向量向ω的方向右旋旋转时的螺纹的前进方向一致。由此，如图3Α所示，作用于第一至第四振动器11 14的科氏力Frl Fr4 成为由第一至第四振动器11 14被驱动而运动的方向Vl V4与作用于各振动器11 14的力Fl F4的向量积所确定的方向。具体而言，科氏力Frl处于检测方向的正向，科氏力Fr2处于检测方向的负向，科氏力Fr3处于检测方向的负向，科氏力Fr4处于检测方向的正向。
另外，加速度的产生力!^对全部的振动器11 14施加相同方向的力，因此作用于第一至第四振动器11 14的加速度的产生力Fal Fa4都为相同方向且处于检测方向的正向。
角加速度的产生力Fra是与振动器11 14的运动方向无关地施加的旋转力，因此全部作用于各振动器11 14的合力Fl F4成为相同方向的力Fral Fra4。具体而言，惯性力Fral处于检测方向的正向，惯性力Fra2处于检测方向的负向，惯性力Fra3处于检测方向的正向，惯性力Fra4处于检测方向的负向。
同样地，离心力也是与各振动器11 14的驱动的方向无关地始终从中心向外侧作用的力，因此如图3A所示的Fcl Fc4那样，处于从第一至第四振动器11 14的中心 C朝向外侧的力的方向。具体而言，从中心C朝向外侧的力在左上侧的第一振动器11上从中心C向左上方作用，在右上侧的第二振动器12上从中心C向右上方作用，在左下侧的第三振动器13上从中心C向左下方作用，在右下侧的第四振动器14上从中心C向右下方作用。由此，检测方向的成分中，离心力Fcl为正，离心力Fc2为正，离心力Fc3为负，离心力 Fc4为负。
图;3B是表示根据图3A的作用于各振动器11 14的合力Fl F4而算出角速度的产生力Fr、加速度的产生力Fa、角加速度的产生力Fra及离心力的产生力Fc的合力的计算方法的表。
如图;3B所示，角速度的产生力Fr以图3A所示的Frl Fr4的方向对力Fl F4 进行加法运算即可，如(1)式所示。
[式1]
Fr = (F1+F4)-(F2+F3) ...(1)
同样地，加速度的产生力Fa以图3A所示的Fal Fa4的方向对Fl F4进行加法运算，如(2)式所示。
[式2]
Fa= (F1+F2) + (F3+F4) — (2)
同样地，角加速度的产生力Fra如⑶式所示。
[式3]
Fra= (F1+F3) - (F2+F4) ...(3)
另外，离心力产生的Fc如(4)式所示。
[式4]
Fc = (F1+F2)-(F3+F4) — (4)
这样，根据实施例1的复合传感器，能够根据作用于第一至第四振动器11 14的力Fl F4从作为检测对象的力中抵消除去不必要的力的成分。并且，能够将角速度的产生力Fr、加速度的产生力Fa、角加速度的产生力Fra及离心力的产生力Fc全部分离地进行检测，能够对各物理量进行高精度的检测。另外，检测部20检测的是能够换算成力的位移， 因此基于位移进行抵消除去这种不必要的惯性力的运算处理。
图4A是表示以往的角速度/加速度传感器的结构的一例作为比较参考例的图。 以往的角速度/加速度传感器中，对于驱动部231 234、驱动弹簧241 M4、驱动监控部 251 2M及检测弹簧261 264分别各设有四个，但对于振动器，仅设有第一振动器211 和第二振动器212这两个。在该结构中，在第一振动器211和第二振动器212被以相位相反的驱动方向VI、V2进行振动驱动的状态下来检测物理量。如图4A所示，从第一振动器 211检测力Fl并从第二振动器212检测力F2时，作用于第一振动器211的角速度产生的科氏力Frl和角加速度产生的惯性力Fral都处于检测方向的正向。而且，作用于第二振动器212的角速度产生的科氏力Fr2和角加速度产生的惯性力Fra2都处于检测方向的负向。 由此，角速度Fra的合力成为Fr = F1+F2，但这其中也包括角加速度的成分，结果是角速度产生的科氏力Fra仅能算出也包括角加速度产生的惯性力的成分的Fr+Fra = F1+F2。由此，在与作为检测对象的车辆的运动不同地，多个复合传感器本身进行旋转而产生角加速度时，无法将角加速度分离而检测出准确的角速度。即，以往的角速度/加速度传感器无法像本实施例的复合传感器那样将角速度与角加速度分离而独立地进行检测。而且，在以往角速度/加速度传感器中，也无法检测出离心力。
另外，同样地，在以往的角速度/加速度传感器中，关于加速度产生的惯性里Fa， 成为1 = F1-F2，能够不包括其他成分地求出。
图4B是以与图4A同样的形式表示实施例1的复合传感器的图。关于各结构要素，与图1相同，因此对与图1同样的结构要素标注相同的附图标记而省略其说明。而且， 驱动力在驱动第一振动器11的驱动力的方向Vl与驱动第二振动器12的驱动力的方向V2 为相反相位、且驱动第三振动器13的驱动力的方向V3与驱动第四振动器14的驱动力的方向V4为相反相位这一点以及第一及第二振动器11、12与第三及第四振动器13、14彼此被以相反相位驱动这一点上，与图3A相同。而且，各振动器11 14上作用有力Fl F4。
在图4B中，角速度产生的科氏力Fr的各振动器11 14中的成分Frl Fr4和角加速度产生的惯性力Fra的各振动器11 14中的成分Fral Fra4在第二振动器12 及第三振动器13上为彼此不同的方向。而且，从其他全部的组合来看，在第一振动器11 第四振动器14中，全部处于相同方向的力的成分不存在。由此可知，能够全部独立地求出角速度产生的科氏力、加速度产生的惯性力Fa、角加速度产生的惯性力Fra、离心力Fe。实际上，各力如图3A、图;3B中说明所述，成为(1) (4)式，不存在重复的式子，因此对于全部的成分，能够从其他成分分离而分别独立地进行检测。
另外，作用于第一至第四振动器11 14的力或与力成正比例的位移只要利用检测部20检测即可，图3A 图4B中说明的运算处理也可以利用运算处理部90来进行。
另外，在图1中的第一至第四检测部21 M中，列举了梳状的梳齿电极产生的可变电容的检测示例来说明利用检测部20进行的位移检测，但除此之外，也可以使用压电材料的方法或使用光学性的位移检测方法等其他方法。
这样，根据实施例1的复合传感器，关于角速度、加速度、角加速度及离心力这四个物理量，能够将各个成分分离而独立地进行检测，且能够使检测精度非常高。
接下来，使用图5及图6说明实施例1的复合传感器的其他功能。具体而言，实施例1的复合传感器能够提高对制造偏差的稳健性。
图5是用于说明实施例1的复合传感器的第一至第四振动器11 14中发生上下偏差引起的倾斜振动的情况的动作的图。如图5所示，考虑因制造偏差导致第一振动器Ila 和第二振动器1 稍微包括上下检测方向成分而不是横向成分地进行倾斜振动的情况。在图5中，驱动第一振动器Ila的倾斜的振动驱动力为Via，由此在第一检测部21的检测方向上产生负的微小位移(-S Y)。而且，驱动第二振动器1 的倾斜的振动驱动力为V2a，由此在第一检测部22的检测方向上产生正的微小位移δ Y。此外，科氏力产生的位移为Y。
这种情况下，科氏力产生的位移Y和倾斜振动产生的微小位移δ Y由于作用于相反方向，因而相抵消，第一振动器Ila和第二振动器12a的位移减小。具体而言，当第一振动器Ila的位移为Y1，第二振动器12a的位移为Y2，第三振动器13的位移为Y3，第四振动器14的位移为W时，Yl W如下所示。
Yl = Y-δ Y
Υ2 = (-Y+ δ Y)
Υ3 = (-Y)
Y4 = Y
接下来，将F替换成Y而执行⑴式的读取角速度成分的运算时，成为 (Υ1+Υ4)-(Υ2+Υ3) = (2Υ-δΥ)-(-2Υ+δΥ) = 4Υ。即，上下方向(检测方向)的制造偏差产生的位移(SY)相抵消，从而能够仅读取角速度成分。
另外，仅下侧的第三振动器13及第四振动器14产生偏差时，或者上下的第一振动器11及第二振动器12和第三振动器13及第四振动器14双方均产生上下偏差的情况下， 也能够以同样的考虑方法来抵消微小位移S Y。
图6是用于说明实施例1的复合传感器的第一至第四振动器11 14中因左右偏差产生倾斜振动时的动作的图。如图6所示，考虑因制造偏差导致第二振动器12b和第四振动器14b稍微包括上下检测方向成分而不是横向成分地进行倾斜振动的情况。在图6中表示了如下状态通过第二振动器12b的倾斜振动驱动V2b，在检测方向的正向上产生微小位移δ Y，并且，通过第四振动器14b的倾斜振动驱动V4b，而在检测方向的负向上产生微小位移(-δ Y)。
这种情况下，科氏力产生的位移为Y，第一、第二、第三及第四振动器ll、12b、13、 14b的位移分别为Y1、Y2 J3、Y4时，各振动器11、12b、13、14b的位移如下所示。
Yl = Y
Y2 = (-Y+ δ Y)
Υ3 = (-Υ)
Υ4 = Y- δ Y
将F替换成Y而将它们代入到读取角速度成分的⑴式中时，成为 (Υ1+Υ4)-(Υ2+Υ3) = 2Υ-δΥ_(-2Υ+δΥ) = 4Υ。即，左右方向(驱动方向)的制造偏差产生的位移(SY)相抵消，从而能够仅读取角速度成分。
另外，仅左侧产生偏差时，或者左右两方都产生相同的偏差时，也能够以同样的考虑方法来消除微小位移(S Y)。
这样，根据实施例1的复合传感器，即使在产生了因制造引起的芯片内的上下偏差或左右偏差时，也能够消除对角速度检测造成的影响。由此，能够提高相对于制造偏差的稳健性。
实施例2
图7是表示本发明的实施例2的复合传感器的结构的一例的图。在图7中，仅抽出表示第一振动器11、第二振动器12、第三振动器13和第四振动器14。另外，对于与实施例1的复合传感器相同的结构要素标注相同的附图标记。而且，在实施例2中，如图2中所说明的那样，不管第一至第四振动器11 14内部的检测部20的配置结构如何，只要例如为图2的第一至第四振动器lie He那样的结构即可。而且，考虑方法也同样地可适用于实施例3 7。
在实施例2的复合传感器中，第一振动器11和第二振动器12对称地相向配置而构成第一单元111a、且第三振动器13和第四振动器14对称地相向配置而构成第二单元 11 这一点与实施例1的复合传感器相同。然而，实施例2的复合传感器的第一单元Illa 和第二单元11 彼此未相互接近地配置这一点与实施例1的复合传感器不同。
这样，各单元111111 彼此可以不相互接近地配置，也可以不沿上下左右成列地配置。这种结构中，第一单元Illa内的第一振动器11和第二振动器12彼此及第二单元 112a内的第三振动器13和第四振动器14彼此对称配置，且被以彼此相反的相位进行振动驱动，而且第一单元Illa和第二单元11 彼此也被以相反的相位驱动，只要这样，就能够根据第一至第四振动器11 14检测出的位移而分别算出四个不同成分。即，能够高精度地检测角速度、加速度、角加速度及离心力。
另外，关于检测部20、驱动部30等结构要素，只要构成作为对应于第一至第四振动器11 14的配置而移动的配置即可，能够与实施例1同样地使复合传感器动作。
根据实施例2的复合传感器，即使将第一单元Illa及第二单元11 根据用途进行各种配置，也能够高精度地检测角速度、加速度、角加速度及离心力，从而能够对应于各种用途而灵活地使用复合传感器。
实施例3
图8是表示本发明的实施例3的复合传感器的结构的一例的图，实施例3的复合传感器具有将第一至第四振动器11 14沿点对称的十字方向配置的结构。另外，第一至第四振动器11 14本身也可以与实施例1的第一至第四振动器11 14为相同的结构， 因此对与实施例1对应的结构要素标注与实施例1相同的附图标记。而且，在图8中省略了第一至第四振动器11 14的结构要素。
在图8中，实施例3的复合传感器的第一振动器11和第二振动器12在略微分离的位置上，沿横向对称(既可以是线对称，也可以是点对称)地相向配置。而且，第三振动器13和第四振动器在略微分离的位置上，沿纵向对称地相向配置。并且，整体成为关于中心C相互点对称的十字配置。
第一及第二振动器11、12彼此在驱动方向上被以相互相反的相位进行振动驱动。 而且，虽然第三及第四振动器13、14彼此相对于驱动方向并未配置于同一直线上，但驱动方向本身处于同一轴向上，且在横向上共同。并且，第三及第四振动器13、14也被以相互相反的相位进行振动驱动。而且，包括第一及第二振动器11、12的第一单元Illb和包括第三及第四振动器13、14的第二单元112b彼此也被以相反相位进行振动驱动。
由此，在这样的整体呈点对称的十字配置中，也能够使用实施例1中说明的(1) (4)式来将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而独立地检测出各物理量。
另外，关于检测部20，与实施例1同样地，能够将第一至第四检测部21 M配置在第一至第四振动器11 14的内部，关于驱动部30，也能够设置在适合于驱动第一至第四振动器11 14的位置。
这样，根据实施例3的复合传感器，通过将第一至第四振动器11 14整体呈点对称地以十字状配置，并将第一单元Illb和第二单元112b正交配置，能够将整体构成为正方形或近似钻石型的形状，能够满足此种形状的要求。
实施例4
图9是表示本发明的实施例4的复合传感器的结构的一例的图。实施例4的复合传感器整体类似于实施例3的复合传感器，第一至第四振动器11 14成为关于中心C呈点对称地配置的平面结构。然而，实施例4的复合传感器中，被以相反相位驱动的组合的第一振动器11和第二振动器12相互倾斜配置，同样地被以相反相位驱动的组合的第三振动器13和第四振动器14也相互倾斜配置，在这一点上与实施例3的复合传感器不同。
这样，只要第一及第二振动器11、12彼此、第三及第四振动器13、14彼此的驱动方向在同一轴向上平行即可，也可以形成为倾斜的配置。这种情况下，第一振动器11和第二振动器12具有点对称的关系，而且，也可以说是倾斜地相向配置。驱动方向在横向上共同， 且以相反相位进行驱动，因此满足对称配置而被以相反相位进行振动驱动这样的条件。同样地，关于第三振动器13和第四振动器14，驱动方向也是横向的同一轴向、且以相反相位进行振动驱动，因此也满足对称配置而以相反相位被振动驱动这样的条件。而且，当第一单元Illc内的第一及第二振动器11、12远离时，第二单元112c内的第三及第四振动器13、14 接近，因此第一单元Illc和第二单元112c彼此也满足不同的单元的相位彼此相反这样的条件。由此，根据实施例1的⑴ ⑷式，能够将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而独立地进行检测。
这样，根据实施例3的复合传感器，使用在各单元lllc、112c内倾斜配置的振动器 11 14，能够将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而独立地进行检测，即使在仅容许这样的配置的情况下，也能够进行高精度的物理量检测。
另外，在实施例1 4的复合传感器中，第一至第四振动器11 14、lla 14、 11 14b全部配置在同一基板面内。这样，第一至第四振动器11 14、Ila 14、11 14b 在同一基板面内能够根据用途而采取各种配置结构。
实施例5
图IOA是表示本发明的实施例5的复合传感器的结构的一例的立体图。图IOB是表示本发明的实施例5的复合传感器的截面结构的一例的图。实施例5的复合传感器形成将第一至第四振动器11 14立体配置在支承基板120上的结构。
在图IOA及图IOB中，在支承基板120上，第一振动器Ilc及第二振动器12c对称地相向配置，而且，在其上方，第三振动器13c及第四振动器13d对称地相向配置。第一振动器Ilc及第二振动器12c构成第一单元llld，第三振动器13c及第四振动器Hc构成第二单元112d。S卩，第一单元Illd所包括的第一及第二振动器llc、12c彼此和第二单元112d 所包括的第三及第四振动器13c、Hc彼此处于同一基板面内，但第一单元Illd和第二单元 112d也可以不在同一基板面内，而形成在第一单元Illd上存在第二单元112d的结构。
这样，同一单元内的振动器11 14只要在同一基板面内即可，单元彼此未必非要存在于同一基板面内。成为基本的相位相反的对的第一及第二振动器11、12和第三及第四振动器13、14彼此同时协同工作而检测平面上的科氏力，因此需要成对地检测平面内的旋转性的位移。然而，单元llld、112d彼此的组合所使用的值是用于检测后的运算处理的值， 因此未要求直接的物理性测定所要求的水平的严密性。
另外，在实施例5的复合传感器中，检测部20也能够将第一至第四检测部21 M 分别配置在第一至第四振动器Ilc Hc的内部，关于驱动部30，也能够根据用途设置在支承基板120内的适当位置上。
这样，只要同一单元llld、112d内的振动器lie Hc彼此处于同一平面内，就可以在单元llld、112d之间也立体性地形成各种配置结构。
实施例6
图11是表示本发明的实施例6的复合传感器的平面结构的一例的图。在实施例 11的复合传感器中，除了第一至第四振动器11 14之外，还具备第五振动器15和第六振动器16。并且，通过第一、第二及第五振动器11、12、15构成第一单元llle，通过第三、第四及第六振动器13、14、16构成第二单元11加。
这样，振动器11 16也可以设置成多于四个。这种情况下，追加的振动器15、16 按相同数量追加于第一单元Ille和第二单元11加。在图11中，在第一单元Ille中追加一个第五振动器15，在第二单元11 中追加一个第六单元16。通过在两单元llle、112e同时追加相同数量的振动器15、16，求出角速度等各成分的力的运算处理不会变得复杂化，能够构成复合传感器。
另外，追加的振动器15、16以与接近的已设振动器11 14在同一单元IlleUUe 内保持对称的关系的方式配置。由此，能够维持相同的关系并增加来自对称配置的振动器 10的检测值，从而能够提高力的检测精度。
此外，在追加振动器15、16时，在同一单元llle、112e内，若存在两个相位中的较小相位，则驱动部30对以该相位追加的振动器15、16进行驱动。即，包括追加的振动器15、 16在内的同一单元llle、112e内为偶数时，对于所追加的振动器15、16，以同一单元llle、 112e内的相位相反的振动器10的数量相同的方式驱动所追加的振动器15、16。而且，在同一单元11 le、11 内，当已设的振动器11 14的两个相位的数量相同时，驱动部30对所追加的振动器15、16进行振动驱动，使得所追加的该振动器15、16的相位与在同一单元llle、 112e内最接近所追加的该振动器15、16地配置的振动器12、14的相位在驱动方向上相反。 由此，良好地保持包括各单元llle、112e内的振动器10的相位平衡在内的驱动平衡，单元 llleU12e整体能够发挥作为通过相反相位的振动来检测科氏力这一振动型的加速度传感器的功能。并且，为了获得产生力Fr、Fa、Fra、FC的各成分，能够增加有用的检测值的数量， 且能够进一步提高检测精度。
另外，在图11中，关于第一单元llle，第一振动器11和第二振动器12被以相反相15位进行驱动，两个相位为相同数量，因此所追加的第五振动器15被驱动，使所追加的该第五振动器15的相位以与最接近该第五振动器15地配置的第二振动器12的相位相反。同样地，关于第二单元112e，已设的第三及第四振动器13、14彼此也被以相反相位进行驱动， 因此所追加的第六振动器16被驱动，使所追加的该第六振动器16的相位与最接近该第六振动器16地配置的第四振动器14的相位相反。
另外，在图11中，举例说明了在第一单元Ille及第二单元11 上各追加一个振动器15、16的情况，但也可以追加更多的振动器。例如，在图11中，在第一单元Ille及第二单元11 中进一步追加振动器10时，在第一单元Ille内，第一及第五振动器11、15在驱动方向上的负向上相位相同，第二振动器12在驱动方向上的正向上与第一及第五振动器11、15的相位相反，因此为了取得平衡，追加的振动器以与第二振动器12相同的相位进行驱动。该点对于第二单元11 也同样，在从图11的状态进一步追加振动器10的情况下， 与第四振动器14相位相同地进行驱动。
这样，考虑相位平衡的同时，对第一单元Ille和第二单元11 各按相同数量增加振动器10，整体上维持为偶数个振动器10，从而能够提高单元llle、112e内的检测精度，能够更高精度地检测角速度、加速度、角加速度及离心力。
实施例7
图12是表示本发明的实施例7的复合传感器的整体结构的一例的图。实施例7 的复合传感器具备第一至第四振动器Ild 14d、第一至第四检测部21a Ma、第一至第四驱动部31a 34a、第一至第四连接弹簧131 134。实施例7的复合传感器中，第一至第四检测部21a 2 不是设置在第一至第四振动器Ild 14d的内部，而是设置在外部， 在这一点上与实施例1 6的复合传感器不同。
在实施例7的复合传感器中，第一至第四检测部21a 2 设置在第一至第四振动器Ild 14d的外侧。并且，第一至第四振动器Ild 14d通过第一至第四连接弹簧 131 134与第一至第四检测部21a 2 连接。通过上述结构，第一至第四振动器Ild 14d的检测方向的位移经由第一至第四连接弹簧131 134由第一至第四检测部21a Ma 检测。
在上述结构的复合传感器中，通过将四个第一至第四振动器Ild 14d对称地设置，能够将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而独立地进行检测。即，如图12所示，第一驱动部31a及第二驱动部32a以相反相位来驱动构成第一单元的第一振动器Ild和第二振动器12d，第三驱动部33a及第四驱动部34a以相反相位来驱动构成第二单元的第三振动器13d和第四振动器14d，并且以相反相位来驱动第一单元和第二单元，由此，与实施例1 同样地进行运算处理，从而能够将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而独立地进行检测。
这样，根据实施例7的复合传感器，即使在分别设置检测部20a和振动器IOd的情况下，也能够将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而高精度地进行检测。
另外，在配置四个以上位移检测部、质量体部、驱动部的传感器结构中，也可以对驱动方向相同的驱动部彼此进行刚性的机械连接。由此，能够减小驱动位移时的因制造偏差引起的位移量的偏差，从而能够提供更高精度的复合传感器。
实施例8
在本发明的实施例8的复合传感器中，对检测部20的内部结构进行说明。实施例8的复合传感器的整体结构可以与实施例1中说明的图1的复合传感器的结构相同。在实施例1 7中，说明了第一至第四振动器11 14、lla、12a、12b、14b、llc 14c、lld 14d、lle 14e的动作，但在实施例8以后，对检测部20的结构和动作进行详细说明。
图13A是表示在图4A中作为比较参考例说明的以往的具备两个振动器211、212 的角速度/加速度传感器的整体结构的图。
图1 是表示从图13A所示的以往的角速度/加速度传感器直接增加振动器数量时的复合传感器的整体结构的图。如图13B所示可知，简单地在四个振动器lie 14e中增加两个振动器211、212时，横向宽度会相应地增加所增加的两个振动器13e、He的量，从而整体的芯片尺寸增加。如实施例1 7中所说明的那样，在图13B的结构中，能够将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而独立地进行检测，但由于复合传感器的芯片尺寸增大，因此在希望获得小型复合传感器时，增加的芯片尺寸会产生问题。
图14A是放大表示图13A的以往的角速度/加速度传感器的检测部220的内部结构的一部分的图。如图14A所示，由可动部217支撑的可动电极227和由固定部218支撑的固定电极2 中的梳齿状的电极彼此具有规定的间隔，并相向配置。而且，固定部218分割成上侧的固定部218a和下侧的固定部218b，但可动部217形成整个连成一体的结构。在此，若着眼于相向的可动电极227与固定电极228的配置关系，则由上侧的固定部218a支撑的固定电极228a配置得比可动电极227靠近下侧，由下侧的固定部218b支撑的固定电极228b配置得比可动电极227靠近上侧。换言之，固定电极228a及固定电极228b这两个电极均配置得比可动电极227靠近内侧。另外，图14A表示可变电容变化为零的平衡状态。
图14B是表示可动部217从图14A所示的平衡状态向下方位移了 ΔΥ后的状态的图。这种情况下，上侧的固定电极228a与可动电极217的间隔变窄，静电电容增加。另一方面，下侧的固定电极228b与可动电极217的间隔变宽，静电电容减少。此时，电容变化为 AC时，上侧的固定电极228a和可动电极227成为(+AC士 δ c)，下侧的固定电极228b和可动电极227成为(-AC士 δ c)，双方都产生噪声成分(士 Sc)。上述噪声成分(士 Sc)在电容增加侧和电容减少侧这两侧分别产生，因此若考虑噪声成分，则计算会变得非常复杂。 而且，由于在计算电容变化时，也分别计算电容的增加量和电容的减少量，进而求出它们的静电电容，因此其本身的运算处理变得复杂。尤其是如实施例1 7所说明的那样，振动器 10成为四个时，整体的计算相应地变得复杂。
作为参考，介电常数为ε、电极的厚度为Τ、电极间隔为d、电极的长度为L、电极个数为N时，可动部217的位移ΔΥ和电容变化AC的关系式如(5)式所示。
[式5]
图14C是用于说明减少检测部220的电极数以免发生图13B中说明的空间增加时的现象的图。如图14C所示，减少电极228的数量时，信号成分的AC变为1/2而变为 1/2AC，但噪声本身维持(士 Sc)的状态，相对于信号成分，噪声成分变大，会产生S/N下降的问题。
因此，实施例8的复合传感器考虑到检测部20中的图13A 图14C中说明的问题点，实现了在节省空间的同时不会导致S/N下降的结构。
图15是本发明的实施例8的复合传感器的整体结构和放大检测部20的一部分而表示结构的图。在图15中，实施例8的复合传感器的整体结构与图1的结构相同，是简化了图1的图，对与图1同样的结构要素标注相同的附图标记而省略其说明。
在图15中，在整体结构图的周围示出了第一至第四检测部21 M的一部分的放大结构图。首先，在实施例8的位移传感器中，固定部18在一个振动器11 14内未被沿检测方向分割，而仅设置一个。由此，固定部18和可动部17 —一对应，因此，固定电极18 和可动电极17也一一对应。这表示当可动部17向上下任一方位移时，全部的可动电极17 和固定电极18的静电电容向增加或减少的一方变化。
而且，在图15中，第一检测部21中，可动电极27比固定电极观在检测方向上靠近上侧(正侧)，第二检测部22中也为同样的配置。另一方面，第三检测部23中，固定电极观比可动电极27在检测方向上靠近上侧(正侧)，第四检测部M也为同样的配置。即，第一检测部21和第二检测部22的对、第三检测部23和第四检测部M的对彼此为相同的电极配置，并且第一及第二检测部21、22与第三及第四检测部23、M彼此为不同的电极配置。
并且，与实施例1中的说明同样地，驱动部30对第一振动器11和第二振动器12 以相反相位进行振动驱动，并且对第三振动器13和第四振动器14以相反相位进行振动驱动。此时，第一振动器11和第二振动器12为第一单元111，且第三振动器13和第四振动器 14为第二单元112时，第一单元111和第二单元112彼此也以成为相反相位的方式进行驱动。
在此，若考虑由角速度产生的科氏力Fr，则如实施例1中所说明的那样，第一振动器11的可动部17上作用有向上的力，第二振动器12的可动部17上作用有向下的力，第三振动器13的可动部17上作用有向下的力，第四振动器14的可动部17上作用有向上的力。 由此，如图15所示，在第一检测部21中，可动电极27向远离固定电极观的方向变化，因此电容减少；在第二检测部22中，可动电极27向接近固定电极观的方向变化，因此电容增加。同样地，在第三检测部23中，可动电极27远离固定电极观，因此电容减少；在第四检测部M中，可动电极27接近固定电极28，因此电容增加。
在此，第一至第四振动器11 14的电容变化量表示为Cl C4，电容减少量表示为(_△()，电容增加量表示为(+AC)时，整体的电容变化量成为(C1+C3)-(C2+C4)= (-2Δ0-(2Δ0 =_4AC。即，施加科氏力时的复合传感器整体的电容变化量为(-4AC)， 与图13A所示的以往的振动器211、212为两个的情况相同，不会使计算复杂化，即能够算出与角速度对应的电容变化，从而能够检测角速度。这是因为，与以相反相位被驱动、且被施加反向的科氏力的第一及第二振动器11、12对应的第一及第二检测部21、22彼此形成为相同的电极配置的对，同样地第三及第四检测部23、对彼此也形成为相同的电极配置的对， 且对彼此形成为不同的电极配置，从而驱动方向左侧的第一及第三检测部21、23彼此产生相同符号的电容变化，驱动方向右侧的第二及第四检测部22、M彼此产生相同符号的电容变化。
另外，在一个振动器10内，全部的可动电极17与固定电极18的对仅有助于电容的增加或减少的任一方，因此电容的增加和减少不会抵消，即使电极数比以往的检测部220 减少，也能够维持必要的信号量，从而能够实现与以往一样高的S/N。
另外，由于图1所示的检测部20的第一至第四检测部21 M具有与图15说明的可动电极27和固定电极观的配置相同的配置关系，因此可以利用图1的复合传感器直接执行图15中说明的内容。
根据实施例8的复合传感器，能够节省空间，且能够以高S/N来检测各种物理量， 从而能够形成小型且高精度的复合传感器。
实施例9
图16是本发明的实施例9的复合传感器的整体结构和将检测部的一部分的结构放大而示出的图。在图16中，简化表示了实施例9的复合传感器的第一至第四振动器11 14，并放大表示了第一至第四检测部20a的一部分的结构。
在实施例9的复合传感器中，第一振动器11的内部的检测部21a形成固定电极观在检测方向上比可动电极27靠近上侧的配置结构，第二振动器12的内部的检测部2 也形成固定电极观比可动电极27靠近上侧的配置结构。这是上下关系与实施例8的情况相反的配置结构。另一方面，第三振动器13的内部的第三检测部23a形成在检测方向上可动电极27比固定电极观靠近上侧的配置关系，第四振动器14的内部的第四检测部2 也同样地形成可动电极27比固定电极观靠近上侧的配置关系。这也是上下关系与实施例8的情况相反的配置结构。即，第一检测部21a和第二检测部22a以与实施例8相反的配置关系构成对，第三检测部23a和第四检测部2 也以与实施例8相反的配置关系构成对。
这种情况下，观察驱动部20以与实施例1相同的相位驱动第一至第四振动器 11 14并检测角速度的例子。由于驱动部20进行的驱动方向与实施例1相同，因此角速度产生的科氏力与实施例1的方向相同，如图16所示，第一可动部17在检测方向上成为向上方向，第二可动部17成为向下方向，第三可动部17成为向下方向，第四可动部17成为向上方向。由此，对应它们的移动方向，第一检测部21a的电容增加，第二检测部22a的电容减少，第三检测部23a的电容增加，第四检测部Ma的电容减少。
在此，第一至第四检测部21a Ma的电容变化为Cl C4，电容增加量为Δ C， 电容减少量为(-ΔΟ，则检测角速度时的整体的电容变化成为(C1+C3)-(C2+C4)= 2 Δ C-(-2 Δ C) = 4AC，仅符号与实施例8相反。
根据实施例9的复合传感器，虽然固定电极观和可动电极27的配置关系与实施例1不同，但能够同时实现空间的节省和高S/N并求出角速度、加速度、角加速度及离心力。
实施例10
图17是本发明的实施例10的复合传感器的整体结构和将检测部的一部分的结构放大而示出的图。在图17中，表示实施例10的复合传感器的第一至第四振动器11 14 的简要结构的点与实施例9相同。而且，驱动部20的驱动方向也与实施例9同样地设定。
在实施例10的复合传感器中，第一检测部21b和第三检测部2 具有可动电极27 比固定电极观靠近上侧这一相同的配置结构。另一方面，第二检测部22b和第四检测部 24b具有固定电极观比可动电极27靠上侧这一相同的配置结构。并且，第一及第三检测部21b、23b的对和第二及第四检测部22b 的对彼此形成不同的电极配置结构。这样， 也可以将第一检测部21b和第三检测部2 形成为一对，将第二检测部22b和第四检测部 24b形成为另一对。
如图17所示，第一振动器11和第三振动器13的驱动方向的方向为相反方向，被以相反相位驱动。由此，角速度产生的科氏力也成为相反方向，因此第一检测部21b和第三检测部23b能够以相同的电极配置结构来检测不同的电容变化，这一点与实施例8中说明的状态相同。同样地，第二振动器12和第四振动器也被以相反相位驱动，科氏力成为相反方向，因此具有相同的电极配置结构，能够检测不同的电容变化。这样，这种情况下，第一检测部21b和第二检测部23b的电容减少，第三检测部2 和第四检测部Mb的电容增加。
这种情况下，第一至第四检测部21b Mb的电容变化由Cl C4表示，电容增减量由AC、(-AC)表示，则整体的电容变化成为(C1+C2)-(C3+C4) = (_2 Δ CH2 Δ C)= (-4 Δ C)，与实施例8及实施例9同样地能够容易算出角速度。
这样，只要能够由被以相反相位驱动的振动器11 14彼此组成同一电极配置的对、且该对彼此能够构成为不同的电极配置即可，未必非要使驱动的单元与对一致。
根据实施例10的复合传感器，形成与驱动的单元不同的对配置，且能够同时实现空间的节省和高S/N。
实施例11
图18是本发明的实施例11的复合传感器的整体结构和将检测部的一部分的结构放大而示出的图。关于整体结构图，包括驱动的相位及科氏力的方向在内，与实施例9及实施例10相同，因此省略其说明。
在实施例11的复合传感器中，第一检测部21c和第三检测部23c形成固定电极18 在检测方向上比可动电极17靠近上侧这一相同的电极配置结构，并且第二检测部22c和第四检测部2 形成可动电极17在检测方向上比固定电极18靠近上侧这一相同的电极配置结构。而且，第一及第三检测部21c、23c和第二及第四检测部22c、2k彼此形成不同的电极配置结构。
S卩，实施例11的复合传感器在第一检测部21c和第三检测部23c彼此构成对，第二检测部22c和第四检测部2 彼此构成对，这一点上与实施例10的复合传感器相同，但在相互的对内，可动电极17和固定电极18的配置关系相反，这一点与实施例10的复合传感器不同。
这样，可动电极27和固定电极观的上下关系可以根据用途进行各种变更。
另外，与实施例10同样地规定Cl C4及士 AC时，整体的电容变化的总量成为 (C1+C2)-(C3+C4) = 2AC-(-2AC) = 4 Δ C，可知仍然能够容易地检测出角速度。
这样，根据实施例11的复合传感器，设定与驱动的单元不同的对，且能够同时实现空间的节省和高S/N。
以上，如实施例1 11中所说明的那样，根据本发明的复合传感器，能够将角速度、加速度、角加速度及离心力分离而独立地进行检测，能够进行高精度的物理量检测。
另外，上述高精度的检测能够在确保节省空间的同时以高S/N进行。
另外，实施例1 11的实施例能够在不矛盾的范围内相互组合，例如，能够将实施例2 7所示的各种配置与实施例8 11所示的检测部20、20a 20c的内容相互组合来实施。
工业实用性
本发明能够适用于测定物理量的传感器，尤其是能够适用于搭载在车辆等移动体上并检测移动体的角速度、加速度、角加速度或离心力的复合传感器。
权利要求
1.一种复合传感器，具有第一单元，其包括相互对称地配置、且能够沿驱动方向及检测方向进行位移的第一及第二振动器；第二单元，其包括相互对称地配置、且能够沿与所述驱动方向及所述检测方向相同的轴向进行位移的第三及第四振动器；驱动部，其驱动所述第一、第二、第三及第四振动器，以使所述第一及第二振动器彼此、 所述第三及第四振动器彼此以相互相反的相位进行振动，并使所述第一单元及所述第二单元彼此也以相互相反的相位进行振动；以及检测部，其检测所述第一、第二、第三及第四振动器的所述检测方向的位移。
2.根据权利要求1所述的复合传感器，其中，从由所述检测部检测出的所述第一、第二、第三及第四振动器的所述位移中抵消除去不必要的惯性力成分，并分别独立地检测加速度、角速度、角加速度及离心力。
3.根据权利要求1所述的复合传感器，其中，所述驱动部及所述检测部与所述第一、第二、第三及第四振动器各自对应地分别具有第一、第二、第三及第四驱动部和第一、第二、第三及第四检测部。
4.根据权利要求1所述的复合传感器，其中，所述第一单元和所述第二单元相向配置在呈线对称的位置上。
5.根据权利要求1所述的复合传感器，其中，所述第一、第二、第三及第四振动器分别配置在呈点对称的位置上。
6.根据权利要求1所述的复合传感器，其中，所述第一、第二、第三及第四振动器配置在同一基板上。
7.根据权利要求1所述的复合传感器，其中，所述第一单元和所述第二单元重叠地配置。
8.根据权利要求1所述的复合传感器，其中，所述第一单元和所述第二单元除了所述第一、第二、第三及第四振动器之外，还分别包括相同数量的追加振动器。
9.根据权利要求8所述的复合传感器，其中，所述驱动部，在追加所述追加振动器的情况下，当所述第一单元内及所述第二单元内的振动器整体为偶数时，对所述追加振动器进行驱动，使得相位相反的振动器的数量相同， 并且，当所述第一单元内及所述第二单元内的振动器整体为奇数时，使所述追加振动器进行振动，该追加振动器的相位与所述第一单元内及所述第二单元内的最接近该追加振动器的振动器的相位相反。
10.根据权利要求3所述的复合传感器，其中，所述第一、第二、第三及第四检测部分别具有检测电极，该检测电极使固定在支撑体上的梳齿状的多个固定电极和多个可动电极彼此交替地相向配置，并通过电容的增减来检测所述位移；所述固定电极与所述可动电极的在所述检测方向上的交替配置的位置关系为配置成，当发生所述位移时在各个所述检测部内所述多个固定电极和所述多个可动电极仅产生电容的增加变化或减少变化，并且，所述第一、第二、第三及第四振动器中、由所述驱动部驱动的驱动方向为相反相位的所述振动器所对应的所述检测部彼此构成具有共同配置的对， 且该对彼此具有不同的配置。
11.根据权利要求10所述的复合传感器，其中，在所述第一、第三振动器彼此在所述驱动方向上配置在同侧、所述第二、第四振动器彼此在所述驱动方向上配置在同侧、且所述第一、第二检测部彼此和所述第三、第四检测部彼此分别构成所述对的情况下，所述第一、第三检测部的所述检测电极配置成在所述第一、第三振动器位移时电容增加或减少；所述第二、第四检测部的所述检测电极配置成在所述第二、第四振动器位移时产生与所述第一、第三检测部的所述检测电极的电容变化相反的电容变化。
12.根据权利要求10所述的复合传感器，其中，在所述第一、第三振动器彼此在所述驱动方向上配置在同侧、所述第二、第四振动器彼此在所述驱动方向上配置在同侧、且所述第一、第二检测部彼此和所述第三、第四检测部彼此分别构成所述对的情况下，所述第一、第二检测部的所述检测电极配置成在所述第一、第三振动器位移时电容增加或减少；所述第三、第四检测部的所述检测电极配置成在所述第三、第四振动器位移时产生与所述第一、第二检测部的所述检测电极的电容变化相反的电容变化。
全文摘要
本发明的复合传感器，具有第一单元，其包括相互对称地配置且能够沿驱动方向及检测方向进行位移的第一及第二振动器；第二单元，其包括相互对称地配置且能够沿与所述驱动方向及所述检测方向相同的轴向进行位移的第三及第四振动器；驱动部，其驱动所述第一、第二、第三及第四振动器，以使所述第一及第二驱动件彼此、所述第三及第四振动器彼此以相互相反的相位进行振动，并使所述第一单元及所述第二单元彼此也以相互相反的相位进行振动；以及检测部，其检测所述第一、第二、第三及第四振动器的所述检测方向的位移。
文档编号G01P15/14GK102510995SQ20108004018
公开日2012年6月20日 申请日期2010年6月16日 优先权日2010年6月16日
发明者山冈英彦, 成田胜俊 申请人:丰田自动车株式会社