Датчик угловой скорости

Датчик угловой скорости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 вибр