Датчик угловой скорости
Изобретение относится к датчику для детектирования угловой скорости. Датчик содержит эталонный вибратор, поддерживаемый таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг первой оси вращения как центра, и детектирующий вибратор, поддерживаемый эталонным вибратором таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг второй оси вращения, которая отличается от первой оси вращения, как центра, а также блок генерации эталонной вибрации для предоставления возможности эталонному вибратору генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию и блок детектирования для детектирования величины смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора, который находится в связи с возвратно-поступательной вращательной вибрацией детектирующего вибратора. Изобретение позволяет повысить точность измерений. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к датчику для детектирования угловой скорости.
Уровень техники
До настоящего времени предлагались датчики угловой скорости вибрационного типа, в которых используются микроэлектромеханические системы (МЭМС). В датчике угловой скорости вибрационного типа применяется система, в которой сила Кориолиса (на которую также ссылаются как на "отклоняющую силу"; далее - "сила Кориолиса"), генерируемая, когда к датчику извне прилагается угловая скорость, которую требуется определить, детектируется как смещение вибрации вибратора, в то время как вибратор генерирует эталонную вибрацию с заранее определенной амплитудой. Направление силы Кориолиса определяется направлением эталонной вибрации и направлением угловой скорости. Соответственно, необходимо, чтобы вибратор имел такую структуру, в которой он мог бы с легкостью генерировать вибрацию в направлении эталонной вибрации, а также в направлении силы Кориолиса (направлении детектирования). По этой причине была предложена так называемая система с двойной рамой, в которой вибратор для эталонной вибрации (эталонный вибратор) и вибратор для детектирования (детектирующий вибратор) предоставлены раздельно.
В японском патенте № 3336730 раскрыта структура - в качестве одного варианта датчика угловой скорости системы с двойной рамой - в которой детектирующий вибратор поддерживается эталонным вибратором, и предоставлен блок детектирования, предназначенный для детектирования относительного смещения между эталонным вибратором и детектирующим вибратором. Соответственно, смягчается такая проблема как то, что компонент вибрации эталонного вибратора, который генерируется в направлении детектирования, накладывается на детектируемый сигнал блока детектирования.
Кроме того, в патенте США № 6374672 раскрыта структура, в которой наклон детектирующего вибратора, соответствующий угловой скорости, детектируется путем предоставления возможности эталонному вибратору тороидального типа, который поддерживает дискообразный детектирующий вибратор, генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию. В результате смягчается такая проблема, как деградация точности детектируемого сигнала, которая вызывается вибрацией детектирующего вибратора из-за вибрации эталонного вибратора.
В датчике угловой скорости вибрационного типа величина смещения детектирующего вибратора для детектирования угловой скорости обычно составляет примерно от нескольких сотых до нескольких тысячных величины смещения эталонной вибрации эталонного вибратора. По этой причине в большом движении эталонного вибратора необходимо детектировать малое движение детектирующего вибратора. Соответственно, когда из-за эталонной вибрации генерируется некоторый шумовой компонент вибрации (например, вибрация в направлении, отличном от направления эталонной вибрации), этот шумовой компонент детектируется блоком детектирования. В случае, когда детектирование угловой скорости выполняется с высокой точностью, упомянутый шумовой компонент может быть главным фактором деградации точности детектирования угловой скорости.
Обычно эталонный вибратор имеет асимметричные свойства, которые обусловлены ошибками обработки в процессе производства. Данные асимметричные свойства относятся к структуре эталонного вибратора, структуре элемента для поддержки эталонного вибратора, силе, прилагаемой приводным блоком эталонного вибратора и т.п. По этой причине эталонный вибратор генерирует вибрацию с некоторым компонентом биения в направлении, отличном от предопределенного направления эталонной вибрации. То же самое относится к датчику угловой скорости по схеме системы с двойной рамой.
Причины шума, генерируемого эталонной вибрацией, могут быть ориентировочно классифицированы по двум следующим причинам. То есть (1) сама эталонная вибрация ошибочно детектируется блоком детектирования как детектируемый сигнал; (2) вибрация детектирующего вибратора, возбужденная эталонной вибрацией (например, когда угловая скорость ω не вводится), ошибочно детектируется блоком детектирования как детектируемый сигнал.
Ниже вышеописанные причины описаны со ссылкой на чертежи датчика угловой скорости согласно вышеупомянутым документам. Как проиллюстрировано на Фиг.7B и 7C, в датчике угловой скорости, раскрытом в японском патенте №3336730, вибрирующее тело 10 для эталона и вибрирующее тело 16 для детектирования предоставлены раздельно, и угловая скорость детектируется блоком 15 детектирования на основании измерения относительного расположения вибрирующего тела 10 для эталона и вибрирующего тела 16 для детектирования. Следует отметить, что Фиг.7C представляет собой вид поперечного сечения по линии 7C-7C с Фиг.7B. В данной структуре даже тогда, когда вибрирующее тело 10 для эталона генерирует вибрацию в направлении (например, в направлении оси X с Фиг.7B), отличном от желаемого направления, блок 15 детектирования детектирует относительное расположение вибрирующего тела для эталона и вибрирующего тела для детектирования. Соответственно, в детектируемом сигнале шум практически не генерируется. Иначе говоря, шум из-за вышеупомянутой причины (1) может быть уменьшен.
Тем не менее, чтобы детектировать силу Кориолиса, соответствующую угловой скорости, вибрирующее тело 16 для детектирования поддерживается структурой, в которой легко генерируется вибрация в направлении детектирования (направлении оси X с Фиг.7B). Соответственно, когда эталонная вибрация с направлением линейной возвратно-поступательной вибрации в плоскости направления детектирования имеет некоторый компонент линейной возвратно-поступательной вибрации в направлении детектирования, в вибрирующем теле для детектирования может генерироваться небольшая вибрация (шумовой компонент вибрации) даже в том случае, когда угловая скорость отсутствует. В результате, в случае детектирования угловой скорости с высокой точностью, небольшой шум, генерируемый в направлении сигнала по вышеупомянутой причине (2), может ухудшить точность детектирования.
Как проиллюстрировано на Фиг.7A, раскрытый в патенте США № 6374672 датчик угловой скорости имеет структуру, в которой ось вращения эталонного вибратора 76 перпендикулярна подложке 68, а оси 72 и 74 вращения детектирующего вибратора 70 параллельны подложке 68, посредством чего выполняется возвратно-поступательное вращательное движение вокруг каждой из осей вращения, в качестве центра. В данной структуре эталонный вибратор и детектирующий вибратор выполняют возвратно-поступательное вращательное движение вокруг разных осей вращения. Соответственно, вибрация шумового компонента детектирующего вибратора 70 практически не передается, что препятствует генерации вибрации шумового компонента детектирующего вибратора 70. Соответственно, по сравнению со структурой, раскрытой в японском патенте №3336730, влияние эталонной вибрации на детектирующий вибратор может быть сокращено в значительной степени. Иначе говоря, шум из-за вышеупомянутой причины (2) может быть уменьшен.
С другой стороны, блок детектирования детектирует электростатическую емкость между парой полукруглых детектирующих электродов (не показаны), которые предоставлены на одной стороне подложки (прикреплены к подложке 68), неподвижной относительно обоих вибраторов, и детектирующим вибратором 70, противостоящим паре электродов. Посредством упомянутых полукруглых детектирующих электродов может быть детектировано взаимное расположение неподвижной подложки и детектирующего вибратора 70.
Тем не менее, в случае если эталонный вибратор 76 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию, отклоняющуюся от оси вращения, или в случае если эталонный вибратор 76 имеет некоторый компонент движения с наклоном относительно неподвижной подложки, то даже когда детектирующий вибратор 70 не вибрирует, взаимное расположение между противоположными областями эталонного вибратора 76 и парой полукруглых детектирующих электродов меняется. По этой причине в сигнале детектирования может генерироваться небольшой шум из-за вышеупомянутой причины (1). Таким образом, когда угловая скорость детектируется с высокой точностью, небольшой шум из-за вышеупомянутой причины (1) может ухудшить точность детектирования.
В добавление, в датчике угловой скорости, раскрытом в патенте США №6374672, оси 72 и 74 вращения отклоняются из-за эталонной вибрации, генерируемой эталонным вибратором 76. В частности, в случае детектирования наклона, соответствующего угловой скорости, относительно фиксированной подложки эталонного вибратора 76, ось вращения детектирующего вибратора 70 отклоняется от параллельной линии, которая разделяет пару полукруглых детектирующих электродов, предоставленных на стороне фиксированной подложки. Точнее говоря, компонент биения эталонного вибратора 76 может смешиваться с компонентом наклона детектирующего вибратора 70, который детектируются блоком детектирования. Это может стать причиной деградации точности детектирования в случае, когда угловая скорость детектируется с высокой точностью (одно из оснований для вышеупомянутой причины (1)).
Раскрытие изобретения
Принимая во внимание вышеупомянутые проблемы, согласно настоящему изобретению предоставлен датчик угловой скорости, содержащий: эталонный вибратор, поддерживаемый таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг первой оси вращения, в качестве центра; детектирующий вибратор, поддерживаемый эталонным вибратором таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг второй оси вращения, которая отличается от первой оси вращения, в качестве центра; блок генерации эталонной вибрации для предоставления возможности эталонному вибратору генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию; и блок детектирования для детектирования величины смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора, который находится в связи с возвратно-поступательной вращательной вибрацией детектирующего вибратора.
Дополнительные отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1A и 1B - перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2A, 2B и 2C - перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно второму примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3A и 3B - перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4A, 4B и 4C - перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно четвертому примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5A и 5B - перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно пятому примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 - вид поперечного сечения, иллюстрирующий поперечное сечение опорного элемента детектирующего вибратора согласно пятому примеру осуществления настоящего изобретения;
Фиг.7A, 7B и 7C - виды, иллюстрирующие обычный датчик угловой скорости.
Лучшие варианты осуществления изобретения
Ниже будет описан вариант осуществления настоящего изобретения. Датчик угловой скорости согласно варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя эталонный вибратор, детектирующий вибратор, блок генерации эталонной вибрации и блок детектирования, которые подробно описаны ниже. Эталонный вибратор поддерживается опорной подложкой таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг первой оси вращения, в качестве центра. Детектирующий вибратор поддерживается эталонным вибратором таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию так, чтобы, например, детектирующий вибратор вращался вокруг второй оси вращения, которая перпендикулярна первой оси вращения, благодаря генерируемой силе Кориолиса, которая соответствует возвратно-поступательной вращательной вибрации эталонного вибратора и угловой скорости, вводимой извне. Блок генерации эталонной вибрации предоставляет возможность эталонному вибратору генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг первой оси вращения в качестве центра, посредством, например, электростатической силы. Блок детектирования детектирует относительное положение между эталонным вибратором и детектирующим вибратором посредством, например, электростатической емкости между ними, и детектирует силу Кориолиса, соответствующую величине вращения детектирующего вибратора вокруг второй оси вращения в качестве центра, таким образом, детектируя угловую скорость.
Эталонный вибратор, служащий в качестве элемента для поддержки детектирующего вибратора, сформирован из, например, кремния. Опорная подложка, служащая в качестве элемента для поддержки эталонного вибратора с внешней стороны его наружной кромки, также может быть сформирована из, например, кремния.
Принципы для разрешения вышеупомянутых проблем датчика угловой скорости согласно настоящему изобретению, включая этот вариант осуществления, описаны ниже. Для того чтобы предоставить датчик угловой скорости, в котором шум, генерируемый в детектируемом сигнале, уменьшается благодаря эталонной вибрации, настоящие изобретатели сконцентрировались на (1) "направлениях вибрации эталонного вибратора и детектирующего вибратора" и (2) "блоке детектирования для детектирования вибрации детектирующего вибратора". Согласно настоящему изобретению предполагается, что (1) "направления вибрации эталонного вибратора и детектирующего вибратора" определяются возвратно-поступательной вращательной вибрацией вокруг их каждой оси вращения в качестве центра и (2) "блок детектирования для детектирования вибрации детектирующего вибратора" представляет собой блок для детектирования относительного положения между эталонным вибратором и детектирующим вибратором. В результате, каждый из вибраторов выполняет возвратно-поступательное вращательное движение вокруг разных осей вращения, так что вибрационный компонент эталонного вибратора практически не передается на детектирующий вибратор, и, таким образом, вышеупомянутая причина (2) может быть устранена. В добавление, в блоке детектирования для детектирования относительного положения между эталонным вибратором и детектирующим вибратором блок детектирования также смещается согласно компоненту биения, так что возвратно-поступательный вибрационный компонент или вибрационный компонент биения эталонного вибратора практически не детектируется, и, таким образом, может быть устранена вышеупомянутая причина (1).
Ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи, подробно описаны примеры осуществления настоящего изобретения.
Пример 1
Фиг.1A и 1B представляют собой перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг.1A и 1B, датчик угловой скорости включает в себя опорную подложку 1, эталонный вибратор 2, опорный элемент 3 для поддержки эталонного вибратора 2, детектирующий вибратор 4, опорный элемент 5 для поддержки детектирующего вибратора 4, приводной блок 6 (блок генерации эталонной вибрации) для возбуждения эталонного вибратора 2 и блок 7 детектирования для детектирования вибрации детектирующего вибратора 4.
В этом примере, как показано на Фиг.1A и 1B, датчик угловой скорости включает в себя эталонный вибратор 2, сформированный из двух отдельных элементов. Датчик угловой скорости этого примера может быть произведен путем сцепления части эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.1B, с нижней частью эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.1A.
Кольцеобразный эталонный вибратор 2 поддерживается подложкой 1 с опорным элементом 3, имеющим четыре части, которые сформированы через равные угловые интервалы вокруг оси A вращения. Ось A является первой осью вращения, которая перпендикулярна дискообразному детектирующему вибратору 4 при нейтральном положении детектирующего вибратора, то есть когда к детектирующему вибратору не прилагается какой-либо силы. Эталонный вибратор 2 может генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию в направлении стрелки C вокруг первой оси A вращения в качестве центра, наряду с тем, что он поддерживается опорным элементом 3.
Детектирующий вибратор 4 поддерживается эталонным вибратором 2 с опорным элементом 5, который имеет две части, протягивающиеся вдоль предопределенной прямой линии (оси B). Ось B является второй осью вращения, которая параллельна подложке 1 и перпендикулярна оси A. Детектирующий вибратор 4 имеет структуру, способную генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию в направлении стрелки D вокруг второй оси B вращения, в качестве центра, наряду с тем, что он поддерживается опорным элементом 5, который служит в качестве пружины.
Приводной блок 6 предоставляет возможность эталонному вибратору 2 генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию (эталонную вибрацию) в направлении стрелки C вокруг первой оси A как центра. В течение выполняемой датчиком операции детектирования непрерывно генерируется предопределенная эталонная вибрация. В результате, в случае если в датчик вводится угловая скорость ω, имеющая компонент угловой скорости вокруг оси E, которая перпендикулярна оси A и оси B, как центра, то в детектирующем вибраторе 4 в направлении стрелки D генерируется сила Кориолиса, соответствующая эталонной вибрации и величине данного компонента угловой скорости ω. Из-за силы Кориолиса детектирующий вибратор 4 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию в направлении стрелки D вокруг второй оси B вращения как центра.
Блок 7 детектирования детектирует относительное положение между эталонным вибратором 2 и детектирующим вибратором 4, таким образом, измеряя смещение вибрации детектирующего вибратора 4. Из измеренной таким образом величины смещения вибрации детектируется величина компонента угловой скорости вокруг оси E как центра, относительно введенной угловой скорости ω. В частности, блок 7 детектирования представляет собой блок для измерения электростатической емкости между детектирующим электродом 7, имеющим две отдельные части, которые предоставлены на части эталонного вибратора 2, показанного на Фиг.1B, и детектирующим электродом 7 (обозначенным пунктирной линией на Фиг.1A), который предоставлен на тыльной поверхности детектирующего вибратора 4. Детектирующий электрод 7 имеет часть в виде плоской пластины, которая должна быть установлена на эталонном вибраторе 2, чтобы детектирующий электрод 7 можно было сформировать простым образом. Когда угловая скорость ω не вводится, плоскость, соответствующая части эталонного вибратора 2, на котором сформированы детектирующие электроды 7 с Фиг.1B, параллельна плоскости, соответствующей детектирующему вибратору 4, на котором сформирован детектирующий электрод 7, и между этими плоскостями присутствует определенный зазор. В этом случае кольцеобразная периферийная часть, соответствующая части эталонного вибратора 2, проиллюстрированного на Фиг.1B, располагается выше центральной части и служит в качестве разделителя, таким образом, формируя зазор. Детектирующий электрод 7, предоставленный на эталонном вибраторе 2, проиллюстрированном на Фиг.1B, располагается на плоскости, соответствующей части эталонного вибратора 2, противолежащей детектирующему вибратору 4, и он разделен на две полукруглые части по прямой линии F, которая параллельна оси B.
Ниже описана работа датчика угловой скорости согласно этому примеру осуществления. Здесь рассматривается случай, когда эталонная вибрация генерируется в направлении C возвратно-поступательной вращательной вибрации вокруг первой оси A вращения, в качестве центра. Детектирующий вибратор 4 поддерживается эталонным вибратором 2 посредством опорного элемента 5, так что наиболее вероятно будет сгенерирована возвратно-поступательная вращательная вибрация по направлению стрелки D вокруг второй оси B вращения как центра, и вибрация в других направлениях практически не генерируется. По этой причине детектирующий вибратор 4 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию в направлении C вокруг первой оси A как центра вместе с движением эталонного вибратора 2. Соответственно, взаимное расположение между детектирующим вибратором 4 и эталонным вибратором 2 остается неизменным. Аналогично, взаимное расположение между второй осью B вращения и центральной линией F детектирующего электрода 7 также остается неизменным, что сохраняет параллельность между ними.
Далее рассматривается случай, когда в этом состоянии в датчик вводится угловая скорость ω. Согласно генерируемой силе Кориолиса, детектирующий вибратор 4 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию в направлении стрелки D вокруг второй оси B вращения в качестве центра. Так, ось A и ось B перпендикулярны друг другу, так что вибрация из-за силы Кориолиса генерируется более эффективно вокруг оси B вращения. В этом случае взаимное расположение между осью B вращения и центральной линией F детектирующего электрода 7 остается неизменным, так что изменение электростатической емкости между детектирующим электродом 7, сформированным на части эталонного вибратора 2, и детектирующим электродом 7, сформированным на детектирующем вибраторе 4, может быть представлено как функция только от угла наклона детектирующего вибратора 4 вокруг оси B вращения как центра. В частности, блок 7 детектирования может точно детектировать величину возвратно-поступательной вращательной вибрации в направлении стрелки D, которая генерируется детектирующим вибратором 4 вокруг второй оси вращения в качестве центра, без какого-либо воздействия от эталонной вибрации. Иначе говоря, может быть получена величина смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора. В результате, сила Кориолиса и угловая скорость могут быть детектированы с высокой точностью, и, таким образом, реализуется датчик угловой скорости, способный детектировать угловую скорость с высокой точностью.
Более того, величина сгенерированной силы Кориолиса соответствует величине эталонной вибрации. Так, даже если величина эталонной вибрации будет увеличена, чтобы генерировать большую силу Кориолиса для целей повышения чувствительности, то взаимное расположение между осью B и центральной линией F детектирующего электрода 7 не изменится. Соответственно, можно предоставить датчик, способный обеспечивать более высокую чувствительность относительно угловой скорости ω и детектировать угловую скорость с более высокой точностью.
В структуре, отличной от структуры согласно данному примеру осуществления, когда генерируется эталонная вибрация, взаимное расположение между осью B вращения и центральной линией F детектирующего электрода 7 меняется. Иначе говоря, если величина эталонной вибрации будет увеличена, чтобы генерировать большую силу Кориолиса, то взаимное расположение между осью B и центральной линией F детектирующего электрода 7 изменится соответствующим образом. В результате вибрация детектирования становится больше в соответствии с изменением величины эталонной вибрации, что едва ли способствует увеличению точности детектирования. В частности, это может вызвать проблему в тех случаях, когда угловую скорость требуется детектировать с высокой точностью.
Далее рассматривается случай, когда угловая скорость ω не вводится в датчик, эталонный вибратор 2 генерирует эталонную вибрацию в направлении возвратно-поступательной вращательной вибрации вокруг первой оси A вращения в качестве центра, и в эталонной вибрации содержится вибрационное биение (шумовой компонент вибрации).
В этом примере детектирующий вибратор 4 имеет структуру, в которой детектирующий вибратор 4 поддерживается таким образом, чтобы иметь возможность выполнять возвратно-поступательное движение, и он практически не генерирует вибрацию в направлении, отличном от направления возвратно-поступательной вращательной вибрации вокруг второй оси B вращения в качестве центра. Как результат, в случае если в компоненте вибрационного биения эталонного вибратора 2 содержится несколько компонентов во вращательном направлении вокруг второй оси B вращения в качестве центра, то взаимное расположение между эталонным вибратором 2 и детектирующим вибратором 4, по существу, не меняется (взаимное положение сохраняется). В этом случае эталонный вибратор 2 поддерживается за периферийную часть четырьмя опорными элементами 3, которые реализуют структуру, в которой вибрация в направлении вращения вокруг второй оси B вращения как центра, практически не генерируется.
Соответственно, блок 7 детектирования детектирует взаимное расположение между эталонным вибратором 2 и детектирующим вибратором 4, так что вибрационное биение эталонного вибратора 2 не детектируется как сигнал. В результате предоставляется возможность получить величину смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора. Иначе говоря, можно предоставить датчик угловой скорости, в котором точность сигнала детектирования практически не деградирует даже тогда, когда присутствует компонент биения эталонного вибратора 2.
Сверх того, в этом примере, как проиллюстрировано на Фиг.1A и 1B, эталонный вибратор 2 удерживается опорным элементом 3 за его периферийную часть, таким образом, крайне усложняя возникновение эффекта вибрационного биения в направлении вращения вокруг второй оси B вращения в качестве центра, который порождается эталонным вибратором 2. Соответственно, можно предоставить датчик угловой скорости, в котором точность сигнала детектирования практически не деградирует.
Дополнительно, путем применения структуры этого примера можно расположить детектирующий электрод 7 блока детектирования, не принимая во внимание помех из-за вибрационного биения эталонной вибрации относительно вертикального направления подложки 1. В структуре, отличной от структуры данного примера, для того чтобы избежать механических помех из-за вибрационного биения, вызываемого в вертикальном направлении, необходимо обеспечить дистанцию между эталонным вибратором и детектирующим электродом, и чувствительность детектируемого сигнала относительно вводимой угловой скорости легко деградирует.
Иначе говоря, как описано выше, в структуре этого примера даже если в эталонной вибрации вызывается вибрационное биение, то относительное взаимное расположение между детектирующим вибратором 4 и эталонным вибратором 2 не меняется. В результате предоставляется возможность получить величину смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора. Соответственно, можно предоставить детектирующий электрод 7, расположенный на части эталонного вибратора 2, и детектирующий электрод 7, расположенный на детектирующем вибраторе 4, с небольшим расстоянием между ними. Следовательно, можно взять чрезвычайно большую величину электростатической емкости, используемой для детектирования блоком 7 детектирования, и получить чрезвычайно сильный сигнал детектирования. Таким образом, можно детектировать угловую скорость ω с крайне высокой точностью. Иначе говоря, если предполагать, что шум имеет постоянное значение, то при той же угловой скорости может быть детектирован сильный сигнал, так что можно предоставить датчик угловой скорости с высокой точностью.
Как описано выше, путем применения этого примера можно реализовать датчик, способный уменьшить шум, генерируемый в детектируемом сигнале эталонной вибрацией, и детектировать угловую скорость с высокой точностью.
Пример 2
Фиг.2A, 2B и 2C представляют собой перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно второму примеру осуществления настоящего изобретения. В этом примере направление (направление первой оси A вращения), в котором генерируется эталонная вибрация, отличается от соответствующего направления первого примера. Второй пример аналогичен первому примеру за исключением этой детали.
Как показано на Фиг.2A, 2B и 2C, датчик угловой скорости включает в себя опорную подложку 1, эталонный вибратор 2, опорный элемент 3 для поддержки эталонного вибратора 2, детектирующий вибратор 4, опорный элемент 5 для поддержки детектирующего вибратора 4, приводной блок 6 для возбуждения эталонного вибратора 2 и блок 7 детектирования для детектирования вибрации детектирующего вибратора 4.
Как показано на Фиг.2A и 2B, в этом примере эталонный вибратор 2 также включает в себя два отдельных элемента. Данная структура может быть получена путем прикрепления части эталонного вибратора 2, показанной на Фиг.2B, к нижней части эталонного вибратора 2, показанной на Фиг.2A, и, кроме того, путем прикрепления опорной подложки 1 с Фиг.2C к нижней части прикрепленной опорной подложки 1.
Эталонный вибратор 2 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию в направлении стрелки C вокруг оси A как центра, которая параллельна дискообразному детектирующему вибратору 4. Приводной блок 6 предоставляет возможность эталонному вибратору 2 генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию (в качестве эталонной вибрации) в направлении стрелки C вокруг первой оси A в качестве центра. В частности, на нижней поверхности эталонного вибратора 2 с Фиг.2B сформирован полукруглый электрод 6 привода (показанный пунктирной линией), который разделен на две части прямой линией, параллельной оси A вращения. В добавление, на опорной подложке 1 с Фиг.2C схожим образом сформирован полукруглый электрод 6 привода, который разделен на две части прямой линией, параллельной оси A вращения. Между этими электродами 6 привода генерируется электростатическое притяжение, и, таким образом, формируется приводной блок 6.
В этом примере, в случае если в датчик вводится угловая скорость ω вокруг оси E как центра, то в направлении стрелки D генерируется сила Кориолиса, соответствующая эталонной вибрации и величине угловой скорости. Из-за силы Кориолиса детектирующий вибратор 4 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию в направлении стрелки D вокруг второй оси B вращения, в качестве центра. Принцип детектирования, выполняемого блоком 7 детектирования, идентичен принципу, описанному в первом примере.
Путем применения этого примера предоставляется возможность реализовать датчик для детектирования с высокой точностью угловой скорости вокруг оси E, перпендикулярной детектирующему вибратору 4 типа плоской пластины.
Пример 3
Фиг.3A и 3B представляют собой перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения. Третий пример отличается от первого примера тем, что детектирующий вибратор 4 имеет углубленные части или сквозные отверстия. Третий пример аналогичен первому примеру за исключением этой детали.
Кроме того, нет необходимости принимать во внимание помехи из-за вибрационного биения эталонного вибратора 2. Соответственно, можно расположить часть эталонного вибратора 2 с Фиг.3B и детектирующий вибратор 4 с небольшим зазором между ними. Как результат, в случае если для блока 7 детектирования используется детектирование электростатической емкости, то чувствительность детектирования, достигаемая когда в датчик вводится такая же угловая скорость ω, может быть улучшена в большой степени.
Тем не менее, когда зазор между эталонным вибратором 2 и детектирующим вибратором 4 становится меньше, возникает проблема воздушного демпфирования, при котором воздух в зазоре препятствует вибрационному движению. В результате генерируется сила для препятствования вибрационному движению детектирующего вибратора 4 для детектирования силы Кориолиса, что уменьшает саму вибрацию для детектирования посредством силы Кориолиса. Соответственно, в зависимости от размера зазора или формы вибратора, когда чувствительность детектирования электростатической емкости повышается путем размещения эталонного вибратора 2 и детектирующего вибратора 4 с небольшим зазором между ними, чувствительность детектирования деградирует из-за влияния воздушного демпфирования, что может привести к деградации общей чувствительности. Этот пример включает в себя структуру, которая образуется с учетом этого аспекта.
Как показано на Фиг.3A и 3B, датчик угловой скорости включает в себя опорную подложку 1, эталонный вибратор 2, опорный элемент 3 для поддержки эталонного вибратора 2, детектирующий вибратор 4, опорный элемент 5 для поддержки детектирующего вибратора 4, приводной блок 6 для возбуждения эталонного вибратора 2 и блок 7 детектирования для детектирования вибрации детектирующего вибратора 4. Датчик угловой скорости согласно этому примеру может быть произведен путем сцепления части эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.3B, с нижней частью эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.3A.
Детектирующий вибратор 4 согласно этому примеру имеет множество сформированных в нем сквозных отверстий 10. Поскольку детектирующий вибратор 4 находится на большем расстоянии от второй оси B вращения, сквозные отверстия 10 предоставлены с большей плотностью.
Ниже рассматривается вибрация детектирующего вибратора 4 для детектирования силы Кориолиса. Когда генерируется сила Кориолиса, соответствующая угловой скорости, вводимой извне, детектирующий вибратор 4 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг второй оси B вращения в качестве центра. Точка, распложенная ближе к оси B вращения, представлена как U1, а точка, расположенная далеко от оси B вращения, представлена как U2. В этом случае детектирующий вибратор 4 генерирует большее смещение в точке U2, которая расположена дальше от оси B вращения, чем в точке U1, которая расположена ближе к оси B вращения. Иначе говоря, в случае если детектирующий вибратор 4 выполняет возвратно-поступательное вращательное движение, то точка U2 подвергается влиянию воздушного демпфирования, которое порождается между детектирующим вибратором 4 и частью эталонного вибратора 2 с Фиг.3B, в большей степени. С другой стороны, точка U1, которая расположена ближе к оси B вращения, подвергается влиянию воздушного демпфирования в меньшей степени, поскольку смещение в точке U1 не становится слишком большим даже тогда, когда детектирующий вибратор 4 генерирует сильную вибрацию.
В случае если сквозные отверстия сформированы в детектирующем вибраторе 4 равномерно, то воздушное демпфирование уменьшается равномерно, что облегчает для детектирующего вибратора 4 выполнение вертикального движения в осевом направлении первой оси A вращения. С другой стороны, этот пример имеет структуру, в которой влияние воздушного демпфирования становится относительно сильным в центральной части детектирующего вибратора 4, так что вибрация детектирующего вибратора 4 в вертикальном направлении практически не генерируется.
Таким образом, в структуре этого примера воздушное демпфирование в большей степени уменьшается благодаря сквозным отверстиям 10 в позициях вне оси B вращения. Иначе говоря, этот пример имеет структуру, в которой воздушное демпфирование может быть уменьшено, в особенности, в области (области с большим смещением), которая наиболее вероятно будет подвержена влиянию воздушного демпфирования (состояние вибрации меняется из-за сопротивления воздуха), когда детектирующий вибратор 4 генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг второй оси B вращения в качестве центра.
Как описано выше, согласно этому примеру предоставляется возможность распределять эффект воздушного демпфирования таким образом, чтобы детектирующий вибратор 4 с легкостью генерировал возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг второй оси B вращения в качестве центра и практически не выполнял вертикального движения. По этой причине детектирующий вибратор 4 может с легкостью генерировать требуемую возвратно-поступательную вращательную вибрацию, и он практически не генерирует вибраций, отличных от требуемой. Соответственно, можно предоставить датчик угловой скорости с высокой точностью детектирования и низким шумом.
С другой стороны, путем предоставления сквозных отверстий 10 площадь поверхности детектирующего электрода 7 становится меньше, так что ожидается, что чувствительность детектирования немного деградирует. Тем не менее, если каждое сквозное отверстие 10 имеет очень малый размер, темп уменьшения чувствительности детектирования будет меньше темпа уменьшения площади поверхности. Сверх того, в зависимости от размера сквозных отверстий 10 степень влияния воздушного демпфирования может меняться. С учетом этого, размер и форма сквозных отверстий могут быть оптимизированы.
В вышеупомянутом примере сквозные отверстия 10 предоставлены в детектирующем вибраторе 4, но они также могут быть предоставлены в других областях. Сквозные отверстия 10 могут быть предоставлены в части эталонного вибратора 2, противолежащей детектирующему вибратору 4. Чувствительность детектирования угловой скорости ω может быть увеличена при увеличении веса детектирующего вибратора 4. Таким образом, путем формирования сквозных отверстий 10 в эталонном вибраторе 2 предоставляется возможность детектировать угловую скорость ω без уменьшения веса детектирующего вибратора 4, то есть без ухудшения чувствительности детектирования.
Кроме того, как в варианте, где сквозные отверстия 10 предоставлены в области детектирующего вибратора 4, так и в варианте, где сквозные отверстия 10 предоставлены в области эталонного вибратора 2, противостоящего детектирующему вибратору 4, желательно прилагать измерительный потенциал к вибратору, который снабжен сквозными отверстиями 10 и не снабжен детектирующим электродом 7. В результате, потенциал, который должен быть приложен, увеличивается на величину чувствительности, уменьшенной из-за сквозных отверстий 10, таким образом, обеспечивается распределение воздействия воздушного демпфирования, между тем как чувствительность детектирования сохраняется. Соответственно, можно детектировать угловую скорость с высокой точностью.
Дополнительно, сквозные отверстия 10 могут быть обеспечиваться как в области детектирующего вибратора 4, так и в области эталонного вибратора 2, противостоящего детектирующему вибратору 4. Как результат, влияние воздушного демпфирования может быть сильно уменьшено, и детектирующий вибратор 4 может с большей легкостью генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию. Соответственно, можно детектировать угловую скорость с высокой точностью.
Более того, в случае если сквозные отверстия 10 обеспечены как в области детектирующего вибратора 4, так и в области эталонного вибратора 2, расположенной напротив детектирующего вибратора 4, то желательно предоставить сквозные отверстия 10 таким образом, чтобы сквозные отверстия 10 каждого из вибраторов не накладывались друг на друга. Как результат, предоставляется возможность распределять воздействие воздушного демпфирования без сильного ухудшения чувствительности детектирования. Соответственно, можно детектировать угловую скорость с высокой точностью.
Более того, в вышеупомянутом примере, где сквозные отверстия 10 предоставлены в детектирующем вибраторе 4 или в эталонном вибраторе 2, воздействие воздушного демпфирования может быть уменьшено также путем использования углубленных частей вместо сквозных отверстий 10. Сделать углубленные части легче, чем сделать отверстия. Множество углубленных частей могут быть отделены друг от друга, но если используется паз, который имеет открытые концы и продольно соединяет углубленные части, то эффект воздушного демпфирования может быть уменьшен более эффективно.
Пример 4
Фиг.4A, 4B и 4C представляют собой перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно четвертому примеру осуществления настоящего изобретения. Четвертый пример отличается от первого примера тем, что предоставлено множество детектирующих вибраторов и оси вращения перпендикулярны друг другу. Эталонный вибратор включает в себя три кольцеобразные части, и детектирующий электрод блока детектирования не предоставлен к эталонному вибратору. Четвертый пример аналогичен первому примеру за исключением этой детали.
Как показано на Фиг.4A, 4B и 4C, датчик угловой скорости включает в себя опорную подложку 1, эталонный вибратор 2, опорный элемент 3 для поддержки эталонного вибратора 2, детектирующий вибратор 4, опорный элемент 5 для поддержки детектирующего вибратора 4, приводной блок 6 для возбуждения эталонного вибратора 2, второй детектирующий вибратор 8, опорный элемент 9 для поддержки второго детектирующего вибратора 8 и блок 7 детектирования для детектирования вибрации детектирующего вибратора 4 и второго детектирующего привода 8.
Как показано на Фиг.4A, 4B и 4C, в этом примере эталонный вибратор 2 также включает в себя три отдельных элемента. Датчик угловой скорости согласно этому примеру может быть изготовлен путем прикрепления части эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.4A, к верхней части эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.4B, и путем прикрепления части эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.4C, к нижней части эталонного вибратора 2, проиллюстрированной на Фиг.4B.
Сверх того, в этом примере второй детектирующий вибратор 8 и детектирующий вибратор 4 расположены друг на друге в направлении первой оси A вращения. Второй детектирующий вибратор 8 выполняет возвратно-поступательное вращательное движение в направлении стрелки H вокруг третьей оси G, которая перпендикулярна оси A и оси B в качестве центра. Когда вводится угловая скорость ω вокруг оси I, которая параллельна оси B, посредством генерируемой силы Кориолиса, второй детектирующий вибратор 8 выполняет возвратно-поступательное вращательное движение вокруг третьей оси G вращения в качестве центра. В данном случае возвратно-поступательное вращательное движение первого детектирующего вибратора 4 соответствует описанию для первого примера. В частности, ось E обозначает центральную ось угловой скорости, которая должна быть детектирована посредством детектирующего датчика 4.
Блок 7 детектирования включает в себя детектирующий электрод на каждом из детектирующего вибратора 4 и второго детектирующего вибратора 8. Детектирующий электрод имеет форму, получаемую путем разделения круга прямыми линиями параллельно оси B вращения и оси G вращения (детектирующие электроды W, X, Y и Z). Детектирующие электроды X, Y, Z и W попарно образуют электростатическую емкость. Соответственно, блок 7 детектирования может детектировать электростатическую емкость каждого из детектирующих электродов X, Y, Z и W. Путем применения данной формы детектирующего электрода предоставляется возможность одновременно детектировать возвратно-поступательное движение детектирующего вибратора 4 вокруг второй оси B вращения в качестве центра и возвратно-поступательное вращательное движение второго детектирующего вибратора 8 вокруг третьей оси G вращения в качестве центра. В частности, путем вычисления разности между величиной, полученной путем суммирования электростатической емкости детектирующих электродов W и X, и величиной, полученной путем суммирования электростатической емкости детектирующих электродов Y и Z, предоставляется возможность детектировать возвратно-поступательное движение детектирующего вибратора 4 вокруг второй оси B вращения как центра. В добавление, путем вычисления разности между величиной, полученной путем суммирования электростатической емкости детектирующих электродов W и X, и величиной, полученной путем суммирования электростатической емкости детектирующих электродов Y и Z, предоставляется возможность детектировать возвратно-поступательное движение второго детектирующего вибратора 8 вокруг третьей оси G вращения как центра. Сверх того, из детектированного таким образом возвратно-поступательного движения можно получить величину смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора. Таким образом, принцип детектирования такой же, как и в первом примере, в котором детектирующий электрод предоставлен на части эталонного вибратора 2.
Согласно этому примеру, предоставляется возможность детектировать угловую скорость по двум осям при том же размере микросхемы, что и в структуре, проиллюстрированной на Фиг.1A и 1B. Соответственно, можно предоставить маленький датчик, способный детектировать угловую скорость по двум осям с высокой точностью.
В добавление, в отличие от структуры, проиллюстрированной на Фиг.1A и 1B, в структуре этого примера эталонный вибратор 2 и блок 8 детектирования не окружают детектирующий вибратор. Соответственно, предоставляется возможность уменьшить эффект торможения возвратно-поступательного вращательного движения детектирующего вибратора из-за воздушного демпфирования.
Сверх того, этот пример имеет симметричную структуру (Фиг.1B представляет собой центральную поверхность симметричной структуры) относительно направления оси A, так что генерация вибрационного биения самого эталонного вибратора может быть уменьшена. Соответственно, можно детектировать угловую скорость с более высокой точностью.
Как и в третьем примере, детектирующий вибратор 4 или второй детектирующий вибратор 8 согласно этому примеру могут быть снабжены углубленными частями или сквозными отверстиями. То есть сквозные отверстия предоставлены в детектирующем вибраторе 4 с плотностью, которая пропорциональная расстоянию от второй оси B вращения. Сверх того, сквозные отверстия предоставлены во втором детектирующем вибраторе 8 с плотностью, которая пропорциональна расстоянию от третьей оси G вращения. Благодаря данной структуре предоставляется возможность уменьшить влияние воздушного демпфирования на вибрацию, так что детектирующий вибратор 4 и второй детектирующий вибратор 8 могут с легкостью выполнять возвратно-поступательное вращательное движение в желаемом направлении.
В добавление, сквозные отверстия, предоставленные в детектирующем вибраторе 4, и сквозные отверстия, предоставленные во втором детектирующем вибраторе 8, располагаются таким образом, чтобы не накладываться друг друга. Как результат, предоставляется возможность уменьшения воздействия воздушного демпфирования без сильного ухудшения чувствительности детектирования.
Благодаря вышеописанной структуре предоставляется возможность реализовать датчик угловой скорости, который имеет меньший размер, способен детектировать угловую скорость в двух осях с высокой чувствительностью, способен уменьшать деградацию чувствительности детектирования из-за воздушного демпфирования, который с легкостью генерирует вибрацию в направлении детектирования и имеет высокую чувствительность.
Пример 5
Фиг.5A и 5B представляют собой перспективные виды с пространственным разделением деталей, иллюстрирующие датчик угловой скорости согласно пятому примеру осуществления настоящего изобретения. Пятый пример отличается от первого примера тем, что поперечное сечение опорного элемента 5 детектирующего вибратора 4 имеет крестообразную форму. Пятый пример аналогичен первому примеру за исключением этой детали.
Фиг.5A и 5B схожи с Фиг.1 за исключением формы поперечного сечения опорного элемента 5 детектирующего вибратора 4. Фиг.6 представляет собой схему, иллюстрирующую форму поперечного сечения опорного элемента 5 детектирующего вибратора 4. Поперечное сечение опорного элемента 5 детектирующего вибратора 4 имеет крестообразную форму, и его механические характеристики эквиваленты характеристикам структуры, получаемой путем комбинирования множества плоских пружин. На Фиг.6 направления, в которых каждая плоская пружина наиболее вероятно будет отклонена, обозначены стрелками J. Плоские пружины размещены таким образом, чтобы стрелки J перекрещивались друг с другом.
Когда детектирующий вибратор 4 выполняет возвратно-поступательное движение вокруг второй оси B вращения как центра, отклонения в направлениях стрелок J генерируются вокруг второй оси B вращения как центра. Иначе говоря, при возвратно-поступательном вращательном движении вокруг второй оси B вращения как центра отклонение генерируется только в тех направлениях, в которых опорный элемент 5 наиболее вероятно будет отклонен. Как результат, детектирующий вибратор 4 с легкостью генерирует возвратно-поступательное вращательное движение вокруг второй оси B вращения как центра.
С другой стороны, когда детектирующий вибратор 4 должен быть перемещен в направлении, отличном от направления возвратно-поступательного вращательного движения вокруг второй оси B вращения как центра, поскольку стрелки J скрещиваются друг с другом, каждая плоская пружина препятствует отклонению другой плоской пружины. Иначе говоря, для детектирующего вибратора 4 крайне сложно генерировать вибрацию в направлении, отличном от направления возвратно-поступательного вращательного движения вокруг второй оси B вращения как центра.
С помощью этого примера, где опорный элемент 5 имеет крестообразную форму в сечении, детектирующий вибратор 4 с легкостью генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг второй оси B вращения как центра. Соответственно, предоставляется возможность уменьшить вибрацию в других направлениях. В результате величина вибрации детектирующего вибратора 4 на единицу угловой скорости увеличивается, и чувствительность детектирования угловой скорости повышается. В добавление, за исключением эталонной вибрации и вибрации детектирования, вибрация детектирующего вибратора 4 из-за вибрационного биения практически не генерируется, так что шум, генерируемый вибратором, может быть уменьшен.
Как описано выше, согласно этому примеру предоставляется возможность реализовать датчик угловой скорости с высокой точностью детектирования и низким шумом.
Другие примеры
Можно получить форму датчика угловой скорости согласно настоящему изобретению путем использования МЭМС. Например, множество подложек обрабатываются путем использования МЭМС, и подложки прикрепляются друг к другу, таким образом, формируя датчик угловой скорости. Кремний, который часто используется для МЭМС, имеет лучшие механические характеристики по сравнению с металлом. В добавление, можно с легкостью получить микроструктуру и очень маленький зазор. Соответственно, можно получить сильную эталонную вибрацию с крайне большой величиной Q, чтобы обеспечить возможность реализации датчика угловой скорости с очень высокой чувствительностью.
С другой стороны, разность между физическими свойствами из-за ориентации кристаллов кремния может повлиять на механические характеристики. Точность обработки толстой трехмерной структуры с использованием МЭМС ниже точности, обеспечиваемой при обычной механической обработке. Соответственно, в датчике угловой скорости по технологии МЭМС легко генерируется биение из-за эталонной вибрации.
Но даже если из-за эталонной вибрации генерируется биение, путем применения настоящего изобретения к датчику угловой скорости по технологии МЭМС, шум, вызываемый биением, может быть уменьшен. Соответственно, предоставляется возможность реализовать угловой датчик с низким уровнем шума, вызываемого биением из-за эталонной вибрации, и с высокой точностью, путем использования кремния или т.п., между тем сохраняя свойство высокой чувствительности. В добавление, когда в блоке 7 детектирования применяется способ детектирования на основе электростатической емкости, отпадает необходимость принимать во внимание механические помехи из-за вибрационного биения, так что можно предоставить электроды с небольшим расстоянием между ними и предоставить небольшой зазор путем использовании МЭМС. Соответственно, можно предоставить датчик угловой скорости с более высокой чувствительностью и более высокой точностью.
Как описано выше, с помощью настоящего изобретению могут быть решены проблемы углового датчика скорости по технологии МЭМС, и можно предоставить датчик угловой скорости с более высокой точностью. В добавление, целью, которая должна быть детектирована блоком детектирования согласно настоящему изобретению, является величина смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора.
В вышеупомянутых примерах электростатическое притяжение, генерируемое между плоскими электродами (см. Фиг.2A, 2B и 2C) или между встречно-гребенчатыми электродами (например, см. Фиг.1A и 1B), используется в качестве приводного блока 6, однако приводной блок 6 не ограничивается этой конструкцией. Может использоваться любой приводной блок, при условии, что он может обеспечить возможность эталонному вибратору 2 генерировать эталонную вибрацию в желаемом направлении.
Сверх того, во многих из вышеописанных примеров на эталонном вибраторе предоставлен полукруглый детектирующий электрод блока 7 детектирования, но данная структура не ограничивается этим. Детектирующий электрод может быть предоставлен на детектирующем вибраторе 4 (или на втором детектирующем вибраторе 8).
В этих примерах путем детектирования изменения электростатической емкости между параллельными электродами блок 7 детектирования детектирует величину смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора, но данная структура не ограничивается этим. Может использоваться любой блок при условии, что он может детектировать движение вокруг оси вращения детектирующего вибратора. Например, несмотря на то, что в таком случае чувствительность деградирует по сравнению со случаем детектирования посредством электростатической емкости, представляется возможным принять вариант, в котором для опорного элемента детектирующего вибратора предоставлен блок детектирования натяжения, включающий в себя пьезорезистор, в котором используется пьезорезистивный эффект, или пьезоэлектрический элемент, в котором используется пьезоэлектрический эффект.
Сверх того, структуры эталонного вибратора, детектирующего вибратора и опорных элементов проиллюстрированы на соответствующих чертежах, однако данные элементы не ограничиваются этим. Может использоваться любая структура, при условии, что она обеспечивает возможность эталонному вибратору и детектирующему вибратору выполнять возвратно-поступательное вращение вокруг желаемой оси. Например, можно использовать структуру, в которой эталонный вибратор генерирует возвратно-поступательную вращательную вибрацию посредством другой силы, в качестве блока генерации эталонной вибрации, между тем как эталонный вибратор приподнимается путем способа электростатической левитации или магнитной левитации.
Датчик угловой скорости согласно настоящему изобретению способен детектировать угловую скорость с более высокой точностью. Соответственно, путем использования датчика угловой скорости согласно настоящему изобретению предоставляется возможность, например, реализовать высокоточное устройство детектирования положения и устройство контроля положения. Так, устройство детектирования положения может использоваться для, например, детектирования и коррекции размывания изображения, возникающего из-за тряски камеры, или в автомобильных навигационных системах. В добавление, устройство контроля положения может быть использовано для, например, робота с функцией контроля положения.
Путем применения структуры датчика угловой скорости согласно настоящему изобретению предоставляется возможность уменьшить шум, генерируемый в детектируемом сигнале из-за эталонной вибрации. Соответственно, можно предоставить датчик для детектирования угловой скорости с высокой точностью.
В частности, в случае если эталонный вибратор имеет вибрационный компонент (компонент вибрационного биения), отличный от эталонной вибрации, то предоставляется возможность уменьшить шум, генерируемый в детектируемом сигнале. Путем применения структуры настоящего изобретения в блоке детектирования практически не детектируется возвратно-поступательный вибрационный компонент или компонент вибрационного биения эталонной вибрации (вышеупомянутая причина (1) устраняется), так что шум в детектируемом сигнале может быть уменьшен. В добавление, например, когда угловая скорость не вводится в датчик, предоставляется возможность подавить генерацию вибрации детектирующего вибратора из-за биения эталонной вибрации (вышеописанная причина (2) устраняется). Соответственно, шум в детектируемом сигнале может быть уменьшен.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано относительно конкретных примеров осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерами осуществления. Объем следующей формулы изобретения должен интерпретироваться в широком смысле, чтобы охватывать все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.
Настоящая заявка притязает на приоритет японской патентной публикации №2006-216694, поданной 9-го августа 2006 г., которая включена в настоящий документ в своей целостности посредством ссылки.
1. Датчик угловой скорости, содержащий:
опорную подложку,
эталонный вибратор, поддерживаемый за периферийную часть электронного вибратора посредством опорного элемента, обеспеченного на опорной подложке, таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг первой оси вращения, как центра;
детектирующий вибратор, поддерживаемый за периферийную часть детектирующего вибратора посредством опорного элемента, обеспеченного на эталонном вибраторе, таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вибрацию вокруг второй оси вращения, которая отличается от первой оси вращения, как центра;
блок генерации эталонной вибрации для предоставления возможности эталонному вибратору генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию; и
блок детектирования для детектирования величины смещения детектирующего вибратора относительно эталонного вибратора, который находится в связи с возвратно-поступательной вращательной вибрацией детектирующего вибратора.
2. Датчик угловой скорости по п.1, в котором первая ось вращения и вторая ось вращения перпендикулярны друг другу.
3. Датчик угловой скорости по п.2, в котором:
детектирующий вибратор имеет форму плоской пластины; и
первая ось вращения располагается перпендикулярно плоскости детектирующего вибратора, когда детектирующий вибратор устанавливается в нейтральное положение.
4. Датчик угловой скорости по п.1, в котором блок детектирования детектирует электростатическую емкость между детектирующим электродом, обеспеченным на эталонном вибраторе, и детектирующим электродом, обеспеченным на детектирующем вибраторе.
5. Датчик угловой скорости по п.1, в котором блок детектирования включает в себя блок детектирования деформации, включающий в себя одно из пьезорезистора и пьезоэлектрического элемента, который предоставлен на опорной части для поддержки детектирующего вибратора.
6. Датчик угловой скорости по п.1, в котором, по меньшей мере, один из эталонного вибратора и детектирующего вибратора имеет, по меньшей мере, одно из сквозного отверстия и углубленной части на своей поверхности, при этом эталонный вибратор и детектирующий вибратор располагаются напротив друг друга.
7. Датчик угловой скорости по п.6, в котором, по меньшей мере, одно из сквозного отверстия и углубленной части предоставлено с большей плотностью, поскольку является отдаленным от второй оси вращения.
8. Датчик угловой скорости по п.1, в котором вторая ось вращения имеет крестообразный вид в поперечном сечении.
9. Датчик угловой скорости по п.1, дополнительно содержащий второй детектирующий вибратор, поддерживаемый за периферийную часть второго детектирующего вибратора посредством опорного элемента, обеспеченного на эталонном вибраторе, таким образом, чтобы генерировать возвратно-поступательную вращательную вибрацию вокруг третьей оси вращения, которая перпендикулярна второй оси вращения, как центра, причем блок детектирования детектирует величину относительного смещения одного из первого детектирующего вибратора и второго детектирующего вибратора относительно опорного вибратора.
