陀螺传感器、电子设备以及移动体的制作方法_3

文档序号:9862762阅读:来源:国知局
>[0089]在可动驱动电极部43和固定驱动电极部34、36之间,通过未图示的电源,当施加电压时,能够使可动驱动电极部43和固定驱动电极部34、36之间产生静电。由此,能够在X轴方向上使悬架弹簧32a、32b以及连结弹簧60进行伸缩的同时,在X轴方向上使振动体40a、40b进行振动。
[0090]如图1所示,在第一结构体112a中,固定驱动电极部34被配置于可动驱动电极部43的一 X轴方向侧,固定驱动电极部36被配置于可动驱动电极部43的+X轴方向侧。在第二结构体112b中,固定驱动电极部34被配置于可动驱动电极部43的+X轴方向侧,固定驱动电极部36被配置于可动驱动电极部43的一 X轴方向侧。因此,通过在可动驱动电极部43和固定驱动电极部34之间施加第一交流电压,在可动驱动电极部43和固定驱动电极部36之间施加与相位与第一交流电压偏离180度的第二交流电压,从而能够在X轴方向上使第一振动体40a和第二振动体40b相互以反向且以预定的频率进行振动(音叉型振动)。
[0091]在振动体40a、40b实施了上述的振动的状态下,当绕Z轴的角速度ωζ施加于陀螺传感器100上时,科里奥利力发挥作用,第一振动体40a的可动部46、和第二振动体40b的可动部46在Y轴方向上(沿着Y轴)相互向相反方向位移。可动部46在接受科里奥利力的期间内反复进行该动作。
[0092]通过可动部46在Y轴方向上进行位移,可动检测电极部48和固定检测电极部50之间的距离发生变化。因此,可动检测电极部48和固定检测电极部50之间的静电电容发生变化。通过对该电极部48、50间的静电电容的变化量进行检测,从而能够求取绕Z轴的角速度ωζ。
[0093]并且,在上述内容中,对通过静电而使振动体40a、40b驱动的方式(静电驱动方式)进行说明,但是对振动体40a、40b进行驱动的方法并未被特别限定,能够应用压电驱动方式、或利用了磁场的洛伦兹力的电磁驱动方式等。
[0094]陀螺传感器100例如具有以下的特征。
[0095]在陀螺传感器100中,当将对第一振动体40a进行支承的第一悬架弹簧32a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Kl,将连结弹簧60的弹簧常数设为K2时,满足2K2 ( Kl。S卩,连结弹簧60在以同相进行驱动振动的情况下与悬架弹簧32a、32b相比而较柔软,在以反相进行驱动振动的情况下,与悬架弹簧32a、32b相比而较柔软或者是相同的硬度。因此,在陀螺传感器100中,与连结弹簧60硬于悬架弹簧32a、32b的情况相比,能够减少受到正交相位的影响的振动体40a、40b在检测方向(Y轴方向)上的位移。而且,在陀螺传感器100中,与连结弹簧60硬于悬架弹簧32a、32b的情况相比,受到在一方的振动体(例如第一振动体40a)中产生的正交相位的影响的振动能够降低给另一方的振动体(例如第二振动体40b)带来的影响。因此,在陀螺传感器100中,能够降低正交相位的影响。
[0096]而且,在陀螺传感器100中,如后文所述的“1.3.实施例”中所说明的那样,能够使反相模式的固有振动数和同相模式的固有振动数分离。因此,在陀螺传感器100中,能够降低驱动系中的同相模式对振动模式(反相模式)的影响,并能够实现传感器灵敏度特性的提尚。
[0097]并且,在上述的陀螺传感器100中,对悬架弹簧32a、32b的弹簧常数Kl和连结弹簧60的弹簧常数K2满足2K2 < Kl的情况进行说明,但也可以为2K2 < Kl。S卩,连结弹簧60也可以与悬架弹簧32a、32b相比较柔软。由此,同样,能够降低正交相位的影响,并且,能够使反相模式的固有振动数和同相模式的固有振动数分离。
[0098]1.2.陀螺传感器的制造方法
[0099]接下来,参照附图,对第一实施方式所涉及的陀螺传感器100的制造方法进行说明。图4为表示第一实施方式所涉及的陀螺传感器100的制造方法的一个示例的流程图。图5以及图6为模式化表示第一实施方式所涉及的陀螺传感器100的制造工序的剖视图。
[0100]形成具有第一振动体40a、第二振动体40b、以及连结弹簧60的功能元件102 (SI)。具体而言,首先,如图5所示,准备玻璃基板,对当该玻璃基板进行图案形成,从而形成凹部16。图案形成例如通过光刻以及蚀刻而进行。通过本工序,能够获得设置有凹部16的基板10。
[0101]如图6所示,在基板10的第一面12上,接合硅基板4。基板10和硅基板4的接合例如通过阳极接合而被实施。由此,能够对基板10和硅基板4进行牢固的接合。
[0102]如图2所示,在例如研磨机而对硅基板4进行研磨从而使其薄膜化之后,以预定的形状进行图案形成,从而形成功能元件102。图案形成通过光刻以及蚀刻(干法蚀刻)而被实施,作为具体的蚀刻,能够使用博世(Bosch)法。
[0103]通过以上的工序,能够形成具有第一振动体40a、第二振动体40b、以及连结弹簧60的功能元件102。
[0104]接下来,对基板10和盖体20进行接合,从而在由基板10和盖体20形成的空腔2中,对第一振动体40a、第二振动体40b、以及具有连结弹簧60的功能元件102进行收纳
(S2)。基板10和盖体20的接合例如通过阳极接合而被实施。由此,能够对基板10和盖体20进行牢固的接合。
[0105]通过以上的工序,能够制造陀螺传感器100。
[0106]1.3.实验例
[0107]以下,示出实验例,并更加具体地对本发明进行说明。并且,本发明丝毫未被以下的实验例限定。
[0108]首先,在本实验例中,模拟了对具备两个振动体、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Z轴的角速度ω z进行检测的陀螺传感器。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。
[0109]图7为表示成为模拟的模型的本实施例所涉及的陀螺传感器MlOO的图。并且,在图7中,在本实施例所涉及的陀螺传感器MlOO中,对与图1所示的陀螺传感器100对应的部分标记相同的符号。
[0110]如图7所示,陀螺传感器MlOO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分别通过四个梁部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的弹簧常数为4 Xkl,连结弹簧60的弹簧常数为2Xkl。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相比而较柔软。
[0111]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。
[0112]图8为表示成为模拟的模型的比较例所涉及的陀螺传感器M100D的图。并且,在图8中,在比较例所涉及的陀螺传感器M100D中,在与图1所示的陀螺传感器100对应的部分上标记相同的符号。
[0113]在比较例所涉及的陀螺传感器M100D中,通过由连结质量体70来对第一振动体40a的第一悬架弹簧32a的梁部33、和第二振动体40b的第二悬架弹簧32b的梁部33进行连接,从而对两个振动体40a、40b进行连结。连结质量体70使用悬架弹簧72而与支承体(固定部)74连结。用于对振动体40a、40b进行连结的的梁部33的一端与振动体40a(或者振动体40b)连接,另一端与连结质量体70连接。悬架弹簧32a、32b分别通过两个梁部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而连结了第一振动体40a和第二振动体40b。S卩,为具有本实施方式所具有的连结弹簧60的结构。
[0114]在陀螺传感器MlOO中,将一个梁部33的量的长度设为L = 71,在陀螺传感器M100D中,将一个梁部33的量的长度设为L = 62,驱动振动(反相模式)的频率以成为相同程度的方式进行了调节。比较例所涉及的陀螺传感器M100D的其他结构与陀螺传感器MlOO的结构相同。
[0115]通过使用有限要素法而实施模拟。
[0116]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MlOO中,反相模式的固有振动数为22.05KHz,同相模式的固有振动数为17.94KHz。因此,在本实施例所涉及的陀螺传感器MlOO中,反相模式的固有振动数和同相模式的固有振动数之差为Af =
4.1 IKHz ο
[0117]相对于此,在比较例所涉及的陀螺传感器M100D中,反相模式的固有振动数为22.12KHz,同相模式的固有振动数为19.36KHz。因此,在比较例所涉及的陀螺传感器M100D中,反相模式的固有振动数和同相模式的固有振动数之差为Af = 2.76KHz。
[0118]根据该结果,可知,在本实施例所涉及的陀螺传感器MlOO中,与比较例所涉及的陀螺传感器M100D相比,能够使反相模式的固有振动数和同相模式的固有振动数分离。
[0119]2.第二实施方式
[0120]2.1.陀螺传感器
[0121]接下来,利用附图,对第二实施方式所涉及的陀螺传感器进行说明。图9为模式化表示第二实施方式所涉及的陀螺传感器200的俯视图。图10为模式化表示第二实施方式所涉及的陀螺传感器200的剖视图。并且,为了方便,在图9中,省略基板10以及盖体20,并进行图示。另外,在图10中,简化图示了功能元件102。另外,在图9以及图10中,作为相互正交的三个轴,图示了 X轴、Y轴、以及Z轴。
[0122]以下,在第二实施方式所涉及的陀螺传感器200中,对于具有与第一实施方式所涉及的
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