角速度传感器、电子设备以及角速度的检测方法技术

公开了一种角速度传感器、电子设备以及角速度的检测方法，其允许在平面内高精度地检测绕厚度方向上的轴的角速度。具体公开了一种角速度传感器，包括环形框架（１０）、驱动部以及检测部。该框架包括第一梁的组（１１ａ，１１ｂ）和第二梁的组（１２ａ，１２ｂ）。第一梁的组在ａ轴方向上延伸并在与ａ轴方向正交的ｂ轴方向上彼此相对。第二梁的组在ｂ轴方向上延伸并在ａ轴方向上彼此相对。该驱动部使该框架在ａ轴和ｂ轴所属的ＸＹ平面内以当第一和第二梁的组中的一组彼此靠近时另一组彼此分开的振动模式振动。该检测部基于以振动模式振动的框架在ＸＹ平面内的变形量，检测绕正交于ＸＹ平面的Ｚ轴方向上的轴的角速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于(例如)摄像机上的震动检测、虚拟现实设备上的移动检测以及汽车导航系统上的方向检测的角速度传感器、电子设备以及检测角速度的方法。
技术介绍
振动式陀螺传感器广泛地用作消费者使用的角速度传感器。这些振动式陀螺传感器使振动器以预定的频率振动，并使用压电元件等来感测振动器上产生的科里奥利力，从而检测角速度。这种振动式陀螺传感器安装在例如摄像机、虚拟现实设备以及汽车导航系统的电子设备内，分别用作用于振动检测、移动检测和方向检测的传感器。为了在使用这种陀螺传感器的空间内检测姿态变化，存在一种已知的设备，其中， 陀螺传感器设置在两个或三个彼此正交的轴方向上。例如，专利文献1公开了一设备，其中，三个陀螺仪具有安装在柔性基板上的振动器，并且折叠该柔性基板使得这三个振动器彼此正交，从而实现三维角速度检测。类似地，专利文献2公开了三维角速度传感器，该传感器以三脚音叉振动器在三个轴方向彼此正交的这种方式设置在基底上。专利文献1 日本专利申请公开号11-211481 (段和图1)。专利文献2 日本专利申请公开号2000-283765 (WO 19]段和图8)。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题近年来，随着电子设备的提早小型化，越来越要求在电子设备上安装更小更薄的电子元件。在专利文献1和专利文献2所公开的两个设置中，三个振动器中的其中一个在垂直方向(厚度方向)上纵向地设置。这就导致了传感器厚度增加的问题。此外，可理解的是，通过缩短设置在垂直方向上的振动器，可减小传感器的厚度。 然而，在这种情况下，存在另一个问题，即，很难高精度地检测绕厚度方向上的轴的角速度。考虑到这种情况，本专利技术的目的在于提供允许传感器做得更薄的角速度传感器、 电子设备以及检测角速度的方法。本专利技术的另一个目的在于提供允许在平面内高精度地检测绕厚度方向上的轴的角速度的角速度传感器、电子设备以及检测角速度的方法。解决这些问题的手段为达到前述目的，本专利技术的一个实施方式中的角速度传感器包括环形框架、驱动部、第一检测部以及支撑部。该环形框架具有第一梁的组、第二梁的组以及多个连接部。该第一梁的组在第一方向上延伸并在与第一方向正交的第二方向上彼此相对。该第二梁的组在第二方向上延伸并在第一方向上彼此相对。该多个连接部连接第一梁和第二梁。该驱动部使该框架在第一方向和第二方向所属的第一平面内以当第一梁的组和第二梁的组中的一组彼此靠近时另一组彼此分开、而当一组彼此分开时另一组彼此靠近的振动模式来振动。该第一检测部基于以该振动模式振动的框架在第一平面内的变形量，检测绕与第一和第二方向正交的第三方向上的轴的角速度。该支撑部连接至连接部以支撑该框架。驱动部在第一平面内以该振动模式激励该框架。此时，第一和第二梁(以连接部作为支撑点(振动节点)，其两端被支撑)以梁形式振动。在这种情形下，当绕第三方向的轴的角速度作用在框架上时，在梁上生成正交于此刻的振动方向的方向上(单方向)的科里奥利力。科里奥利力作用在第一梁的组和第二梁的组上使得框架在第一平面内变形为近似平行四边形。第一检测部感测框架在第一平面内的应变变形，然后基于变形量检测作用在框架上的角速度。该支撑部连接至框架的连接部，因此可以在不抑制振动模式或应变变形的情况下支撑框架。根据前述角速度传感器，基于在正交于第三方向的平面内振动的框架在该平面内的变形量，可检测绕第三方向上的轴的角速度。因此，振动梁的纵向不需要对准要检测的旋转的旋转轴方向。具体地说，如果要检测绕垂直方向(厚度方向)上的轴的角速度，梁的纵向不需要对准垂直方向(厚度方向)。这就可以高精度地检测绕厚度方向上的轴的角速度， 而不增加传感器的厚度，并允许传感器做得更薄。角速度传感器可进一步包括第一振子部、第二振子部以及第二检测部。第一振子部设置在连接部处，以在第一平面内的与第一和第二方向相交的第四方向上延伸，并且与框架的振动同步地在第一平面内振动。第二振子部设置在连接部处，以在第一平面内的与第一、第二和第四方向相交的第五方向上延伸，并且与框架的振动同步地在第一平面内振动。第二检测部基于第一振子部和第二振子部在正交于第一平面的方向上的变形量， 检测绕第一平面内的两个预定方向上的轴的角速度。在角速度传感器中，第一和第二振子部与框架的振动同步地在第一平面内振动。 在这种情形下，当绕平行于第一平面的轴的角速度作用在第一和第二振子部时，在与此刻的振动方向正交的方向上(单方向)，在第一和第二振子部上生成科里奥利力。科里奥利力作用在第一和第二振子部上使得在正交于第一平面的方向(第三方向)上使第一和第二振子部变形(振动)。第二检测部感测第一和第二振子部在正交于第一平面的方向(第三方向)上的变形，并基于变形量检测作用于第一和第二振子部的角速度。因此，根据角速度传感器，不仅能检测绕第三方向上的轴的角速度，并且能够检测绕第一平面内的两个预定方向上的轴的角速度。第一检测部可设置在第一梁和第二梁中的至少一个上。当角速度绕第三方向上的轴作用时，科里奥利力使包括第一和第二梁的整个框架在第一平面内经受应变变形。因此，通过设置具有用于检测梁的应变变形的检测部的至少一个梁，可检测角速度。第一检测部可包括用于电检测梁的变形的压电层。同时，角速度传感器可进一步包括第一振子部和第三检测部。第一振子部设置在连接部处，以在第一平面内的与第一和第二方向相交的第四方向上延伸。第一振子部与框架的振动同步地在第一平面内振动。第三检测部基于第一振子部在正交于第一平面的方向上的变形量，检测绕第四方向上的轴的角速度。在这种情况下，角速度传感器可进一步包括第二振子部和第四检测部。第二振子部设置在连接部处，以在第一平面内的与第一、第二和第四方向相交的第五方向上延伸。第二振子部与框架的振动同步地在第一平面内振动。第四检测部基于第二振子部在正交于第一平面的方向上的变形量，检测绕第五方向上的轴的角速度。同时，第三检测部可包括设置在第一振子部上的压电层，从而电检测第一振子部在正交于第一平面的方向上的变形。类似地，第四检测部可包括设置在第二振子部上的压电层，从而电检测第二振子部在正交于第一平面的方向上的变形。此外，第二检测部还可包括设置在第一振子部和第二振子部上的压电层，从而电检测第一和第二振子部在正交于第一平面的方向上的变形。可形成多个第一和第二振子部。在这种情况下，在框架的连接部处形成第一振子部以在第四方向上彼此相对。在框架的连接部处形成第二振子部以在第五方向上彼此相对。第一和第二振子部可朝框架外侧延伸或者朝框架内侧延伸。在这种情况下，多个第一和第二振子部可全都具有压电层，或者第一和第二振子部可分别地具有至少一个压电层。支撑部设置在连接部处，该连接部作为以该振动模式振动的框架的振动节点。该支撑部具有基底和耦合部。基底机械地固定于固定部。耦合部以可变形的方式构造以使该基底和该连接部耦合。该设置可将框架固定在固定部上，而不会抑制框架以该振动模式振动，也不会抑制科里奥利力造成的框架和振子部的应变变形。该基底可形成为围绕框架外部的框状。这允许框架稳定地固定至该固定部。该框架进一步具有在第一和第二梁中的至少一个上形成的重锤部。这就允许容易地调整第一和第二梁的振幅、共振频率、失谐程度等等。本专利技术的另一个实施方式中的角速度传感器包括环形框架、驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种角速度传感器，包括：环形框架，具有在第一方向上延伸并在与所述第一方向正交的第二方向上彼此相对的第一梁的组、在所述第二方向上延伸并在所述第一方向上彼此相对的第二梁的组以及连接所述第一梁和所述第二梁的多个连接部；驱动部，使所述框架在所述第一方向和所述第二方向所属的第一平面内以当所述第一梁的组和所述第二梁的组中的一组彼此靠近时另一组彼此分开、而当一组彼此分开时另一组彼此靠近的振动模式来振动；第一检测部，基于以所述振动模式振动的所述框架在所述第一平面内的变形量，检测绕与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上的轴的角速度；以及支撑部，连接至所述连接部以支撑所述框架。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥和夫，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP