專利名稱：運(yùn)動(dòng)傳感器、加速計(jì)、傾斜傳感器、壓力傳感器和觸覺控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及可以用作檢測(cè)例如加速度、傾斜和角速度的物理量的 運(yùn)動(dòng)傳感器、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的加速計(jì)、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的傾斜傳感器、 采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的壓力傳感器和采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的觸覺控制器。
背景技術(shù)：
在本申請(qǐng)中在其后引用或提及的所有專利、專利申請(qǐng)、專利公開和科學(xué) 文章等將通過引用的方式全部引入于此，以便更全面地描述本發(fā)明所屬技術(shù) 的狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)傳感器可以用作檢測(cè)物理量，例如加速度、傾斜和角速度。運(yùn)動(dòng)傳感器可以適合于檢測(cè)車輛例如汽車的碰撞或者撞碎，；險(xiǎn)測(cè)HDD降落，并且 實(shí)現(xiàn)游戲機(jī)(gaming machine )。典型類型的運(yùn)動(dòng)傳感器可以包括但不限于壓 阻運(yùn)動(dòng)傳感器、電容運(yùn)動(dòng)傳感器和壓電運(yùn)動(dòng)傳感器。壓阻運(yùn)動(dòng)傳感器和電容 運(yùn)動(dòng)傳感器作為采用MEMS技術(shù)的小型傳感器已經(jīng)被商業(yè)化。通常，壓阻運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)成感測(cè)代表加速度大小的電阻變化大小。壓 阻運(yùn)動(dòng)傳感器還設(shè)計(jì)成將電阻轉(zhuǎn)換成電壓并且從所感測(cè)的代表加速度大小 的電阻變化大小產(chǎn)生輸出信號(hào)。壓阻運(yùn)動(dòng)傳感器需要將電阻轉(zhuǎn)換成電壓的電 路。通常，電容運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)成感測(cè)代表加速度大小的靜電電容的變化 量。電容運(yùn)動(dòng)傳感器還設(shè)計(jì)成將靜電電容轉(zhuǎn)換成電壓并且從所感測(cè)的代表加 速度大小的靜電電容的變化大小產(chǎn)生輸出信號(hào)。電容運(yùn)動(dòng)傳感器也需要將靜 電電容轉(zhuǎn)換成電壓的電路。壓電運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)成感測(cè)加速度的大小并且產(chǎn)生代表所感測(cè)加速度 大小的電壓。壓電運(yùn)動(dòng)傳感器不需要任何電壓轉(zhuǎn)換電路。曰本未審查專利申請(qǐng)首次公開第8-166243披露了兩軸角速度傳感器作 為壓電角速度傳感器。兩軸角速度傳感器具有作為梁的金屬板和帶有多個(gè)電 極圖案的壓電陶瓷。壓電陶瓷由粘接劑粘接到作為梁的金屬板上。壓電陶瓷使梁振動(dòng)并檢測(cè)Coriolis力。曰本未審查專利申請(qǐng)首次公開第8-201067號(hào)披露了另一種壓電角速度 傳感器。重物貼附到梁的中心，以便改善靈敏性。曰本專利第35859S0號(hào)披露了三軸角速度傳感器作為壓電角速度傳感 器，其設(shè)計(jì)成允許重物顯示旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以感測(cè)三軸角速度。曰本未審查專利申請(qǐng)首次公開第2001-124562號(hào)披露了又一種壓電角速 度傳感器。壓電膜不僅用作壓電傳感器而且用作梁。重物提供在壓電膜的上 和下，以改善傳感器的信噪比。上述傳感器具有由陶瓷制成的壓電膜。對(duì)陶瓷壓電膜施加機(jī)械沖擊可以 使陶乾壓電膜變形，從而使陶瓷壓電膜斷裂或者產(chǎn)生裂紋。陶瓷壓電膜在靈 敏度上比所需要的較低。實(shí)際上難于微加工壓電陶瓷。也難于改善壓電陶瓷 的對(duì)準(zhǔn)的的精確度。還難于改善組裝壓電運(yùn)動(dòng)傳感器的精確度?？紤]到上述情況，對(duì)于本公開的領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，存 在對(duì)改善的運(yùn)動(dòng)傳感器、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的加速計(jì)、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的 傾斜傳感器、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的壓力傳感器和采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的觸覺控 制器的需求。本發(fā)明解決了該需求以及本公開的領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易 見的其它需要。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的首要目標(biāo)是提供一種運(yùn)動(dòng)傳感器。 本發(fā)明的另 一個(gè)目標(biāo)是提供一種加速計(jì)。 本發(fā)明的再一個(gè)目標(biāo)是提供一種傾斜傳感器。 本發(fā)明的又一個(gè)目標(biāo)是提供一種壓力傳感器。 本發(fā)明的再另一個(gè)目標(biāo)是提供一種觸覺控制器。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，運(yùn)動(dòng)傳感器可以包括但不限于基板、梁、重物、 壓電膜和第一電極。梁由基板支撐。梁是可彈性變形的。重物連接到梁上。 壓電膜遵循梁的至少一部分并且沿其延伸。壓電膜可以包括但不限于有機(jī)壓 電膜。第一電極設(shè)置在壓電膜上。壓電膜采用有機(jī)材料改善了運(yùn)動(dòng)傳感器的抗震性(shock resistance )。 在某些情況下，運(yùn)動(dòng)傳感器還可以包括在梁上的絕緣膜；以及在絕緣膜 上的第二電極。第二電極由絕緣膜與梁電隔離。第二電極在壓電膜下延伸。壓電膜設(shè)置在第 一和第二電極之間。在其它情況下，梁可以由導(dǎo)電材料制成，從而梁用作第二電極。其中壓 電膜設(shè)置在第一和第二電極之間。在典型的情況下，有機(jī)壓電膜可以包括聚脲。壓電膜可以通過作為干工 藝的氣相沉積聚合工藝形成。該工藝可以使得易于減小壓電膜的厚度。該工 藝也可以使得易于限定壓電膜的形狀或者圖案。該工藝可以允許制成基本上在某些情況下，梁可以由基板在其一側(cè)支撐，以便允許運(yùn)動(dòng)傳感器用作 單軸力口i4^十。在其它情況下，梁可以由基板在其兩側(cè)支撐，以便允許運(yùn)動(dòng)傳感器用作 工4由力口i4^十。在梁在兩側(cè)支撐的情況下，重物可以連接到梁的中心區(qū)域。第一電極可 以包括多個(gè)圍繞重物設(shè)置的電極圖案。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，加速計(jì)可以包括但不限于運(yùn)動(dòng)傳感器和輸出檢 測(cè)單元。運(yùn)動(dòng)傳感器可以包括但不限于基板、梁、重物、壓電膜和第一電極。 梁在其兩側(cè)由基板支撐。梁是可彈性變形的。重物連接到梁的中心區(qū)域。壓 電膜遵循梁的至少 一部分并且沿其延伸。壓電膜可以包括有機(jī)壓電膜或由有 機(jī)壓電膜組成。第一電極設(shè)置在壓電膜上。第一電極可以包括多個(gè)圍繞重物 設(shè)置的電極圖案，或者可以由多個(gè)圍繞重物設(shè)置的電極圖案組成。輸出檢測(cè) 單元連接到至少兩個(gè)電極圖案。輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來自至少兩個(gè)電極圖案的 輸出。輸出檢測(cè)單元可以包括加速檢測(cè)單元，當(dāng)給重物施加加速度時(shí)，其根 據(jù)呈現(xiàn)在至少兩個(gè)電極圖案上的輸出來檢測(cè)加速度。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，傾斜傳感器可以包括但不限于運(yùn)動(dòng)傳感器、激 勵(lì)電壓施加單元和輸出檢測(cè)單元。運(yùn)動(dòng)傳感器可以包括但不限于基板、梁、 重物、壓電膜和第一電極。梁在其兩側(cè)由基板支撐。梁是可彈性變形的。重 物連接到梁的中心區(qū)域。壓電膜遵循梁的至少一部分并且沿其延伸。壓電膜 可以包括有機(jī)壓電膜，或者可以由有機(jī)壓電膜組成。第一電極設(shè)置在壓電膜 上。第一電極可以包括多個(gè)圍繞重物設(shè)置的電極圖案，或者可以由多個(gè)圍繞 重物設(shè)置的電極圖案組成。激勵(lì)電壓施加單元連接到至少兩個(gè)電極圖案。激 勵(lì)電壓施加單元給至少兩個(gè)電極圖案施加激勵(lì)電壓。輸出^^測(cè)單元連接到其 它電極圖案。輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來自其它電極圖案的輸出。輸出檢測(cè)單元可以包括傾斜檢測(cè)單元或者可以由傾斜檢測(cè)單元組成，其根據(jù)共振頻率的變化 來檢測(cè)傾斜傳感器的傾斜角。共振頻率的變化由重物的傾斜而引起。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，壓力傳感器可以包括但不限于運(yùn)動(dòng)傳感器、激 勵(lì)電壓施加單元和輸出檢測(cè)單元。運(yùn)動(dòng)傳感器可以包括但不限于基板、梁、 重物、壓電膜和第一電極。梁在其兩側(cè)由基板支撐。梁是可彈性變形的。重 物連接到梁的中心區(qū)域。壓電膜遵循梁的至少一部分并且沿其延伸。壓電膜 可以包括有機(jī)壓電膜，或者可以由有機(jī)壓電膜組成。第一電極設(shè)置在壓電膜 上。第一電極可以包括多個(gè)圍繞重物設(shè)置的電極圖案，或者可以由多個(gè)圍繞 重物設(shè)置的電極圖案組成。激勵(lì)電壓施加單元連接到至少兩個(gè)電極圖案。激 勵(lì)電壓施加單元給至少兩個(gè)電極圖案施加激勵(lì)電壓。輸出檢測(cè)單元連接到其 它電極圖案。輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來自其它電極圖案的輸出。輸出檢測(cè)單元可來檢測(cè)施加到傾斜傳感器上的外部壓力。共振頻率的變化由將外部壓力施加 到重物而引起。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，觸覺控制器可以包括但不限于運(yùn)動(dòng)傳感器、激 勵(lì)電壓施加單元、輸出檢測(cè)單元和觸覺控制單元。運(yùn)動(dòng)傳感器可以包括但不 限于基板、梁、重物、壓電膜和第一電極。梁在其兩側(cè)由基板支撐。梁是可 彈性變形的。重物連接到梁的中心區(qū)域。壓電膜遵循梁的至少一部分并且沿 其延伸。壓電膜可以包括有機(jī)壓電膜，或者可以由有機(jī)壓電膜組成。第一電 極設(shè)置在壓電膜上。第一電極可以包括多個(gè)圍繞重物設(shè)置的電極圖案，或者 可以由多個(gè)圍繞重物設(shè)置的電極圖案組成。激勵(lì)電壓施加單元連接到至少兩 個(gè)電極圖案。激勵(lì)電壓施加單元給至少兩個(gè)電極圖案施加激勵(lì)電壓。輸出檢 測(cè)單元連接到其它電極圖案。輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來自其它電極圖案的輸出。 觸覺控制單元連接在激勵(lì)電壓施加單元和輸出檢測(cè)單元之間。觸覺控制單元 根據(jù)觸及重物時(shí)^ 1起的共振頻率的變化控制激勵(lì)電壓。通過結(jié)合示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其 它的目標(biāo)、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得更加明顯。


現(xiàn)在參照附圖，其形成該原始公開的一部分。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)傳感器的示意性透視圖；圖2是沿著圖1的X軸剖取的運(yùn)動(dòng)傳感器的截面正視圖； 圖3是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的步驟的局部截 面正一見圖；圖4是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖3步驟后的 步驟的局部截面正視圖；圖5是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖4步驟后的 步驟的局部截面正視圖；圖6是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖5步驟后的 步驟的局部截面正視圖；圖7是示出在形成圖l和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖6步驟后的 步驟的局部截面正一見圖；圖8是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖7步驟后的 步驟的局部截面正視圖；圖9是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖8步驟后的 步驟的局部截面正^L圖；圖IO是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖9步驟后 的步驟的局部截面正視圖；圖ll是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖IO步驟后 的步驟的局部截面正視圖；圖12是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖11步驟后 的步驟的局部截面正視圖；圖13是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖12步驟后 的步驟的局部截面正視圖；圖14是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖13步驟后 的步驟的局部截面正圖；圖15是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖14步驟后 的步驟的局部截面正視圖；圖16是示出在形成圖1和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖15步驟后 的步驟的局部截面正視圖；圖17是示出在形成圖l和2所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖16步驟后 的步驟的局部截面正#見圖；圖18是示出圖17步驟后的步驟的局部截面正視圖；圖19是示出設(shè)計(jì)成沉積聚脲膜和電極膜的沉積系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖20A是示出具有被彎曲以便給壓電膜施加壓應(yīng)力的壓電膜和電極膜的梁的截面正視圖；圖20B是示出具有被彎曲以便給壓電膜施加拉應(yīng)力的壓電膜和電極膜的梁的截面正視圖；圖21A是示出當(dāng)在X軸方向上施加加速度時(shí)的運(yùn)動(dòng)傳感器的截面正視圖；圖21B是表，顯示了當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳感器被在圖21A所示X軸方向上施加加 速度時(shí)電極與呈現(xiàn)在電極上的輸出之間的關(guān)系；圖22A是示出運(yùn)動(dòng)傳感器在Z軸方向上施加加速度時(shí)的截面正視圖；圖22B是表，顯示了當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳感器在圖22A所示Z軸方向上施加加速 度時(shí)電極與呈現(xiàn)在電極上的輸出之間的關(guān)系；圖23是示出檢測(cè)三軸加速度的加速計(jì)的示意圖；圖24是表，顯示了三軸加速度與呈現(xiàn)在圖l運(yùn)動(dòng)傳感器的電極上的輸 出電壓之間的關(guān)系；圖25是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)傳感器的側(cè)視圖； 圖26是示出圖25運(yùn)動(dòng)傳感器的平面圖；圖27是示出極化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的示意圖，該極化系統(tǒng)適合于極 化圖25和26運(yùn)動(dòng)傳感器元件的聚脲壓電膜；圖28是示出測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，該測(cè)量系統(tǒng)用于對(duì)圖25和26所示單 軸運(yùn)動(dòng)傳感器41的運(yùn)行檢查；圖29是示出圖25和26所示的運(yùn)動(dòng)傳感器41當(dāng)在Z軸方向上施加沖擊 加速度時(shí)輸出電壓在時(shí)間上的變化的圖；圖30是示出對(duì)于圖29所示輸出電壓的阻尼振蕩進(jìn)行快速傅立葉變換分 析的結(jié)果的圖；圖31是示出運(yùn)動(dòng)傳感器的頻率特性的圖；圖32是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)傳感器的截面正視圖； 圖33是示出圖32運(yùn)動(dòng)傳感器的平面圖；圖34是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的步驟的局 部截面正^L圖；圖35是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖34步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖36是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖35步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖37是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖36步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖38是示出圖37所示步驟的平面圖；圖39是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖36和37 步驟后的步驟的局部截面正視圖；圖40是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖39步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖41是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖40步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖42是示出圖41所示步驟的平面圖；圖43是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖41和42 步驟后的步驟的局部截面正視圖；圖44是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖43步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖45是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖44步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖46是示出圖45所示步驟的平面圖；圖47是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖45和46 步驟后的步驟的局部截面正視圖；圖48是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖47步驟 后的步驟的局部截面正視圖；圖49是示出圖48所示步驟的平面圖；圖50是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖48和49 步驟后的后續(xù)步驟的局部截面正視圖；圖51是示出圖50所示步驟的平面圖；圖52是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖50和51 步驟后的后續(xù)步驟的局部截面正視圖；圖53是示出圖52所示步驟的平面圖；圖54是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖52和53 步驟后的后續(xù)步驟的局部截面正視圖；圖55是示出圖54所示步驟的平面圖；圖56是示出利用Coriolis力的旋轉(zhuǎn)速度傳感器的示意性透視圖；圖57A是示出當(dāng)給圖56所示旋轉(zhuǎn)速度傳感器施加交流電壓時(shí)具有重物的梁在X軸方向上振蕩的截面正視圖；圖57B是表，顯示了圖57A所示旋轉(zhuǎn)速度傳感器的電極與輸入給電極的交流電壓的關(guān)系；圖58是示出利用運(yùn)動(dòng)傳感器的兩方向傾斜傳感器的示意性透視圖； 圖59是示出當(dāng)給圖58的兩方向傾斜傳感器的電極施加交流電壓時(shí)重物在X軸方向上的振蕩或者擺動(dòng)的截面正視圖；圖60是示出圖58的兩方向傾斜傳感器的共振頻率特性的圖；圖61是示出另一個(gè)利用運(yùn)動(dòng)傳感器的兩方向傾斜傳感器的示意性透視圖；圖63是示出圖62的壓力傳感器的共振頻率特性的圖； 圖64是示出包括運(yùn)動(dòng)傳感器陣列的另一個(gè)壓力傳感器的示意性透視圖；和圖65是示出觸覺控制器的示意性透視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明所選擇的實(shí)施例。本公開的領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明實(shí)施例的下述描述僅是說明性的，而不是對(duì)所附權(quán)利 要求及其等同物所限定的本發(fā)明的限定。第一實(shí)施例[運(yùn)動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)傳感器的示意性透視圖。圖2 沿著圖1的X軸剖取的運(yùn)動(dòng)傳感器的截面正視圖。運(yùn)動(dòng)傳感器1可以用于三 軸加速計(jì)。運(yùn)動(dòng)傳感器1可以包括基板2、梁3、重物4、壓電膜5和電極 6A、 6B、 6C及6D。梁3可以由基板2支撐的平面梁實(shí)現(xiàn)。重物4可以設(shè)置在運(yùn)動(dòng)傳感器1的中心區(qū)域。重物4可以連接到梁3的中心部分。壓電膜5 可以提供在梁3上。在某些情況下，壓電膜5可以提供在梁3的幾乎整個(gè)表 面上，除了梁3的中心區(qū)域外。電極6A、 6B、 6C和6D可以提供在壓電膜 5上。在某些情況下，電極6A、 6B、 6C和6D可以圍繞重物4設(shè)置，并且 設(shè)置在壓電膜5上。典型地，電極6A、 6B、 6C和6D可以設(shè)置成對(duì)稱于運(yùn) 動(dòng)傳感器1的中心。在某些情況下，基板2可以由但不限于硼硅酸鹽玻璃制成?；?形成 方框支座，在其中心具有開口 7。在某些情況下，梁3可以成形為方板，其與基板2具有相同的尺寸，從 而梁3的外邊緣與基板2的外邊緣對(duì)齊。在某些情況下，梁3的厚度可以為 5微米。梁3可以固定到基板2，從而梁3不僅覆蓋基板2而且覆蓋開口 7。 在某些情況下，梁3可以由但不限于Ni或者Ni合金例如NiFe制成。在某些情況下，重物4可以包括但不限于頂重物4A和底重物4B。頂重 物4A可以固定到梁3頂表面的中心區(qū)域。底重物4B可以固定到梁3下表 面的中心區(qū)域。梁3的中心部分可以夾設(shè)在頂、底重物4A和4B之間。在 此情況下，頂、底重物4A和4B可以在質(zhì)量上彼此不同。由頂、底重物4A 和4B構(gòu)成的重物4可以具有重心G,其位于梁3之下，如圖2所示。在某 些情況下，頂、底重物4A和4B彼此可以在材料上或者三維尺寸上或者二 者都不相同，從而它們?cè)谫|(zhì)量上彼此不同。在某些情況下，頂重物4A可以 由但不限于與梁3相同的材料制成，例如Ni或者如NiFe的Ni合金。底重 物4B可以由但不限于與基板2相同的材料制成，例如硼硅酸鹽玻璃。頂重 物4A在平面上看具有方形。X軸、Y軸和Z軸的三軸原點(diǎn)位于頂重物4A 的中心。壓電膜5可以是有機(jī)壓電膜。典型地，有機(jī)壓電膜可以由但不限于聚脲 制成。壓電膜5厚度的典型實(shí)例可以是但不限于約l微米。電極6A、 6B、 6C和6D可以設(shè)置在壓電膜5的頂表面上，并且圍繞頂 重物4。電極6A、 6B、 6C和6D具有對(duì)頂重物4A中心點(diǎn)對(duì)稱的外形。在某 些情況下，每個(gè)電極6A、 6B、 6C和6D都可以具有修改的矩形形狀。電極 6A和6C可以在平行于X軸的方向上隔開。電極6A和6C可以在平行于X 軸的方向上位于頂重物4A的相對(duì)側(cè)上。電極6B和6D可以在平行于Y軸 的方向上隔開。電極6B和6D可以在平行于Y軸的方向上位于頂重物4A的相對(duì)側(cè)上。電極6A、 6B、 6C和6D可以由導(dǎo)電材料制成。電極6A、 6B、 6C和6D的典型實(shí)例可以包括但不限于Al、 Cu、 Au、 Pt、 Ag和AlSi。電極 6A、 6B、 6C和6D的厚度典型地可以是但不限于1000埃。 [形成運(yùn)動(dòng)傳感器的工藝]將描述形成運(yùn)動(dòng)傳感器1的工藝。圖3至18是示出在形成圖1和2所 示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的相續(xù)步驟的局部截面正視圖。 如圖3所示，制備基板2。如圖4所示，將抗蝕劑膜涂敷在基板2的頂表面上。進(jìn)行光刻工藝，以 在基板2上形成第一光致抗蝕劑圖案11。如圖5所示，采用第一光致抗蝕劑圖案11為掩模進(jìn)行蝕刻工藝，由此 選擇性蝕刻基板2,從而基板2具有凹入部分12和由凹入部分12圍繞的升 高部分13。升高部分13通過斜坡壁連接凹入部分12。凹入部分12將變成 開口 7。升高部分13將變成底重物4B。例如，蝕刻工藝可以采用CF,.,氣體 由反應(yīng)離子蝕刻工藝實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)離子蝕刻工藝是各向異性蝕刻工藝之一。蝕 刻深度可以設(shè)定為例如200微米。凹入部分12隨著深度變深而寬度減少。如圖6所示，通過有機(jī)溶劑從基板2上去除第一光致抗蝕劑圖案11。如圖7所示，第一鍍覆籽層14形成在基板2上，從而第一鍍覆籽層14 在凹入部分12的表面上和升高部分13的表面上延伸。例如，第一鍍覆籽層 14可以是Cu層，可以由Cu濺射工藝形成。第一鍍覆籽層14的厚度可以是 但不限于3000埃。如圖8所示，犧牲層15形成在第一鍍覆籽層14上。犧牲層15可以由 Cu制成。犧牲層15可以由電解鍍工藝形成。犧牲層15的厚度可以是但不 限于300微米。如圖9所示，可以進(jìn)行研磨和拋光工藝的至少一種，以選擇性地從基板 2上去除犧牲層15和第一鍍覆籽層14,從而在基板2的凹入部分12內(nèi)留下 犧牲層15和第一鍍覆籽層14。結(jié)果，暴露了基板2的頂表面。如圖10所示，第二鍍覆籽層3形成在基板2、犧牲層15和第一鍍覆籽 層14的暴露表面上。第二鍍覆籽層3將成為梁3。在某些情況下，第二鍍覆 籽層3可以由Ni制成。第二鍍覆籽層3可以通過但不限于Ni濺射工藝形成。 第二鍍覆籽層3的厚度可以是但不限于5微米。第二鍍覆籽層3材料的典型 實(shí)例可以包括但不限于Ni和如NiFe的Ni合金。第二鍍覆籽層3用作梁3。如圖11所示，在設(shè)置第二鍍覆籽層3的該側(cè)的相對(duì)側(cè)可以進(jìn)行研磨和拋光工藝的至少一種，來研磨和/或拋光基板2，從而暴露了第一鍍覆籽層14。 結(jié)果，升高部分13成為底重物4B。在某些情況下，可以繼續(xù)進(jìn)行研磨和拋 光工藝的至少一種，直到暴露犧牲層15。如圖12所示，將光致抗蝕劑膜涂敷在第二鍍覆籽層3上。進(jìn)行光刻工 藝，以在第二鍍覆籽層3上形成第二光致抗蝕劑圖案16。第二光致抗蝕劑圖 案16具有開口 ，其達(dá)到第二鍍覆籽層3的中心部分。第二鍍覆籽層3的中 心部分位于底重物4B上。如圖13所示，頂重物4A選擇性地形成在第二光致抗蝕劑圖案16的開 口中和第二鍍覆籽層3的中心部分上。頂重物4A由第二光致抗蝕劑圖案16 的開口限定。頂重物4A固定到第二鍍覆籽層3。第二鍍覆籽層3構(gòu)成梁3。 頂重物4A可以由Ni制成。頂重物4A材料的典型實(shí)例可以包括但不限于 Ni和如NiFe的Ni合金。頂重物4A的厚度可以是但不限于50微米。如圖14所示，采用有機(jī)溶劑從梁3上去除第二光致抗蝕劑圖案16。如圖15所示，壓電膜5形成在梁3和頂重物4A上。壓電膜5可以由聚 脲制成。由聚脲制成的壓電膜5可以通過氣相沉積聚合工藝形成。由聚脲制 成的壓電膜5的厚度可以是但不限于1微米。如圖16所示，電極層17形成在壓電膜5上。電極層17可以由導(dǎo)電材 料例如A1制成。電極層17材料的典型實(shí)例可以包括但不限于Al、 Cu、 Au、 Pt和AlSi。電極層17的厚度可以是但不限于1000埃。如圖17所示，抗蝕劑膜涂敷在電極層17上。進(jìn)行光刻工藝，以在電極 層17上形成第三抗蝕劑圖案18。如圖18所示，采用第三抗蝕劑圖案18為掩模進(jìn)行各向異性蝕刻工藝以 選擇性去除電極層17，由此在壓電膜5上形成電極6A、 6B、 6C和6D。同 樣，電極層17被選擇性蝕刻，并且分成四個(gè)單獨(dú)的圖案，其用作電極6A、 6B、 6C和6D。去除犧牲層15、第一鍍覆籽層14和第三抗蝕劑圖案18,由 此形成開口 7和底重物4B。底重物4B位于梁3下表面的中心區(qū)域上。如圖 18所示，壓電膜5仍覆蓋了頂重物4A，這不同于圖l所示。梁3的中心部 分夾設(shè)在頂、底重物4A和4B之間?？梢允┘与妶?chǎng)和高溫來極化壓電膜5。例如，可以通過導(dǎo)電膏20將引線 19連接到電極6A、 6B、 6C和6D。 80V的電壓通過引線19施加給電極6A、6B、 6C和6D,同時(shí)加熱壓電膜5至180°C，由此引起壓電膜5的極化。該實(shí)施例的壓電運(yùn)動(dòng)傳感器不需要任何電容運(yùn)動(dòng)傳感器所需的浮置電 極結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例的壓電運(yùn)動(dòng)傳感器可以簡(jiǎn)化MEMS工藝，由此降低制造 成本。在某些情況下，梁3可以由例如Ni的導(dǎo)電材料制成。由導(dǎo)電材料制成 的梁3可以用作壓電膜5的電極。在其它情況下，可以作為修改的是，梁3由例如聚酰亞胺樹脂的絕緣材 料制成。在此情況下，底電極層附加提供在梁3上，而壓電膜5提供在底電 極層上，從而底電極層夾設(shè)在梁3和壓電膜5之間。在某些情況下，底重物4B可以具有漸縮形狀，例如隨著位置接近梁3 其寬度減小。在其它情況下，底重物4B可以具有非漸縮形狀，寬度保持不變?cè)谀承┣闆r下，頂、底重物4A和4B提供在梁3的中心區(qū)域上和下。 在其它情況下，可以作為修改的是，重物4僅由底重物4B構(gòu)成。即作為修 改可能只在梁3的中心區(qū)域下提供底重物4B。[形成聚脲壓電膜的工藝]下面的描述將集中在形成聚脲壓電膜的工藝上，其涉及在形成該實(shí)施例 的運(yùn)動(dòng)傳感器的相續(xù)工藝。典型地，由聚脲制成的壓電膜可以通過氣相沉積 聚合法沉積。芳香二胺(4，4，-二氨基二苯醚(ODA))和二異氰酸鹽(4，4，-二苯曱烷二異氰酸酯(MDI))在真空中被加熱并且蒸發(fā)。下面的化學(xué)式表示在ODA和MDI之間的縮聚反應(yīng)。聚脲為低聚物的形 式，其每個(gè)由幾個(gè)或者幾十個(gè)單體組成，在氣相沉積后立即進(jìn)行聚合工藝。 低聚物被加熱，同時(shí)給低聚物施加電場(chǎng)。低聚物的聚合反應(yīng)在約80。C時(shí)開始。 在給低聚物施加電場(chǎng)下在100。C加熱低聚物幾分鐘，可以大體完成低聚物的 聚合，由此形成具有固定取向的聚合物膜，其顯示出壓電性。化學(xué)式1:<formula>formula see original document page 17</formula>圖19是示出設(shè)計(jì)成依次沉積聚脲膜和電極膜而不破壞真空的沉積系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)的示意圖。沉積系統(tǒng)21可以由包括聚脲沉積室22和電極沉積室23的 雙室沉積系統(tǒng)。雙室沉積系統(tǒng)設(shè)計(jì)成依次沉積聚脲膜和電極膜。在聚脲沉積室22中，ODA和MDI單獨(dú)加熱并且蒸發(fā)，以形成ODA和 MDI氣體。然后，蒸發(fā)的ODA和MDI沉積在基板2上?？梢源_i人的是， 優(yōu)選摩爾比率1: 1的ODA和MDI可以提供在基板2上，以便形成聚脲壓 電膜。還可以確認(rèn)的是，分別在62。C和122。C加熱ODA和MDI可以在基板 2上提供摩爾比率1: 1的ODA和MDI。當(dāng)基板2設(shè)置在聚脲沉積室22中 時(shí)，基板2的溫度可以由PeWer裝置24控制在15。C至18。C的范圍，Peltier 裝置24設(shè)置在基板2上。在電極沉積室23中，電子束輻射以蒸發(fā)鋁，并且在基板2上的聚脲壓 電膜上沉積蒸發(fā)的鋁。在聚脲沉積室22中，采用掩模25可以進(jìn)行選擇性沉積聚脲膜。當(dāng)基板 2設(shè)置在聚脲沉積室22中時(shí)，掩模25位于基板2下。聚脲膜的形狀或者圖 案取決于掩模25的形狀或者圖案。在電極沉積室23中，釆用掩模26可以進(jìn)行選擇性沉積鋁膜。當(dāng)基板設(shè) 置在聚脲沉積室22中時(shí)，掩模26位于基板2下。鋁膜的形狀或者圖案取決 于掩模26的形狀或者圖案。沉積速度可以由任何商業(yè)上可獲得的監(jiān)視器來監(jiān)視。監(jiān)視器的典型實(shí)例 可以是但不限于石英振蕩型沉積控制器，例如可從ULVAC公司商業(yè)獲得的 CRTM-1000。聚脲膜的沉積速度可以控制在2埃/秒至3埃/秒的范圍。鋁膜 的沉積速度可以控制在5埃/秒至10埃/秒的范圍。沉積系統(tǒng)21 -i殳計(jì)成允許 基板2在聚脲沉積室22和電極沉積室23之間移動(dòng)，而不破壞這些室22和 23的真空。沉積系統(tǒng)21可以設(shè)計(jì)成執(zhí)行依次沉積聚脲膜和電極膜，而不破 壞真空。如圖19所示，石英微量天平27分別提供在聚脲沉積室22和電極沉積 室23中的掩模25和26下。用于傳送基板2的傳送裝置28還提供在聚脲沉 積室22和電極沉積室23中。傳送裝置28可以由帶式傳送裝置實(shí)現(xiàn)。沉積 系統(tǒng)21還包括用于載入和載出基板2的裝卸室29。沉積系統(tǒng)21還包括第一和第二擋板30。第一擋板30提供在聚脲沉積室 22和電極沉積室23之間。當(dāng)聚脲沉積工藝在聚脲沉積室22中進(jìn)行時(shí)，第一 擋板30關(guān)閉聚脲沉積室22隔開電極沉積室23。當(dāng)電極沉積工藝在電極沉積 室23中進(jìn)行時(shí)，第一擋板30也關(guān)閉電極沉積室23隔開聚脲沉積室22。第 二擋板30提供在電極沉積室23和裝卸室29之間。當(dāng)在電極沉積室23中進(jìn) 行電極沉積工藝時(shí)，第二擋板30關(guān)閉電極沉積室23隔開裝卸室29。當(dāng)基板 2被載入或載出裝卸室29時(shí)，第二擋板30也關(guān)閉裝卸室29隔開電極沉積室 23。在濕工藝中形成具有壓電性的其他有機(jī)材料，例如聚偏二氟乙烯膜 (polyvinylidine difluoride,PVDF)。難于精確地確定PVDF膜的形狀。PVDF 膜不適合于批量加工。相反，聚脲是具有壓電性的材料之一。聚脲膜可以通過稱為蒸發(fā)沉積聚 合法的干工藝形成。聚脲膜適合于減小其厚度。聚脲膜也適合于精確控制其 厚度。采用聚脲膜可以允許所制成的壓電運(yùn)動(dòng)傳感器基本上與壓阻運(yùn)動(dòng)傳感 器或者電容運(yùn)動(dòng)傳感器的尺寸相同。采用聚脲膜作為壓電膜的運(yùn)動(dòng)傳感器具有很高的靈敏度。聚脲的壓電常 數(shù)"g'，為280E-3[Vm/N]，其比陶瓷壓電膜PZT-4的壓電常數(shù)"g"大至少 一位數(shù)。[才企測(cè)加速度的原理]如上所述的運(yùn)動(dòng)傳感器1包括梁3和基板2。梁3具有側(cè)部分和中心部 分。梁3具有機(jī)械柔性。梁3的部分由基板2支撐。梁3的中心部分相鄰于 基板2的開口 7。梁3的中心部分與頂、底重物4A和4B連接?；?機(jī)械 支撐梁3,從而梁3的側(cè)部分一皮固定，而具有頂、底重物4A和4B的中心部 分是可移動(dòng)的，并且可上下移位。即基板2機(jī)械支撐梁3，以便使得梁3是 可彎曲的。圖20A是示出具有被彎曲的壓電膜5和電極膜6以便給壓電膜5施加壓 應(yīng)力的梁3的截面正視圖。當(dāng)梁3被彎曲從而梁2的中心部分向下位移時(shí)，壓應(yīng)力施加給在梁3上延伸的壓電膜5。給壓電膜5施加壓應(yīng)力在電極6上 產(chǎn)生正電壓。圖20B是示出具有被彎曲的壓電膜5和電極膜6以便給壓電膜5施加拉 應(yīng)力的梁3的截面正視圖。當(dāng)梁3被彎曲從而梁3的中心部分向上位移時(shí)， 給在梁3上延伸的壓電膜5施加拉應(yīng)力。給壓電膜5施加拉應(yīng)力在電極6上 產(chǎn)生負(fù)電壓。下面將描述根據(jù)梁3的變形檢測(cè)三軸加速度的原理。X軸、Y軸和Z軸 設(shè)定到運(yùn)動(dòng)傳感器l上，如圖l所示。X軸、Y軸和Z軸三個(gè)軸的原點(diǎn)位于 頂重物4A的中心。底重物4B具有比頂重物4A更大的質(zhì)量。重心G位于 梁3的中心之下。即重心G位于底重物4B上，如圖2所示。圖21A是示出在X軸方向上施加加速度時(shí)運(yùn)動(dòng)傳感器的截面正視圖。 圖21B是表，顯示了當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳感器在圖21A所示X軸方向上施加加速度時(shí) 電極與呈現(xiàn)在電極上的輸出之間的關(guān)系。梁3包括中心部分和第一至第四部分。梁3的中心部分設(shè)置在頂、底重 物4A和4B之間。梁3的第 一部分設(shè)置在電極6A下。梁3的第二部分設(shè)置 在電極6B下。梁3的第三部分設(shè)置在電極6C下。梁3的第四部分設(shè)置在 電才及6D下。壓電膜5包括中心部分和第一至第四部分。壓電膜5的中心部分設(shè)置在 頂重物4A下。壓電膜5的第一部分設(shè)置在電極6A下。壓電膜5的第二部 分設(shè)置在電極6B下。壓電膜5的第三部分設(shè)置在電極6C下。壓電膜5的 第四部分設(shè)置在電極6D下。當(dāng)加速度施加給在X軸正方向上加速的重物4A和4B時(shí)，梁3被變形， 如圖21A所示。重心G朝著X軸的負(fù)方向移動(dòng)，該負(fù)方向與給重物4A和 4B施加加速度的X軸的正方向相對(duì)。頂重物4A朝著X軸的正方向傾在+， 而底重物4B朝著X軸的負(fù)方向傾斜。梁3的第一部分被彎曲，從而第一部分的中心向下運(yùn)動(dòng)，其中梁3的第 一部分位于電極6A下。梁3的第三部分被彎曲，從而第三部分的中心向上 運(yùn)動(dòng)，其中梁3的第三部分位于電極6C下。梁3的第二和第四部分沒有被 彎曲。壓應(yīng)力施加給壓電膜5的第一部分，而拉應(yīng)力施加給壓電膜5的第三 部分。幾乎沒有應(yīng)力施加給電膜5的第二和第四部分。給壓電膜5的第一部 分施加壓應(yīng)力在電極6A上產(chǎn)生正電荷。給壓電膜5的第三部分施加拉應(yīng)力在電極6C上產(chǎn)生負(fù)電荷。沒有給壓電膜5的第二和第四部分施加應(yīng)力在電極6B和6D上不產(chǎn)生電荷。如圖21B所示，呈現(xiàn)在電極6A上的輸出電壓為 正。呈現(xiàn)在電極6B上的輸出電壓為零。呈現(xiàn)在電極6C上的輸出電壓為負(fù)。 呈現(xiàn)在電極6D上的輸出電壓為零。當(dāng)加速度施加《會(huì)在Y軸正方向加速的重物4A和4B時(shí)，梁3變形。重 心G朝著Y軸的負(fù)方向移動(dòng)，該負(fù)方向與給重物4A和4B施加加速度的X 軸的正方向相對(duì)。頂重物4A朝著Y軸的正方向傾斜，而底重物4B朝著Y 軸的負(fù)方向傾斜。梁3的第二部分被彎曲，從而第二部分的中心向下運(yùn)動(dòng)，其中梁3的第 二部分位于電極6B下。梁3的第四部分被彎曲，從而第四部分的中心向上 運(yùn)動(dòng)，其中梁3的第四部分位于電極6D下。梁3的第一和第三部分沒有被 彎曲。壓應(yīng)力施加給壓電膜5的第二部分，而拉應(yīng)力施加給壓電膜5的第四 部分。幾乎沒有應(yīng)力施加給電膜5的第一和第三部分。給壓電膜5的第二部 分施加壓應(yīng)力在電4及6B上產(chǎn)生正電荷。給壓電膜5的第四部分施加4立應(yīng)力 在電極6D上產(chǎn)生負(fù)電荷。沒有給壓電膜5的第一和第三部分施加應(yīng)力在電 極6A和6C上不產(chǎn)生電荷。呈現(xiàn)在電極6A上的輸出電壓為零。呈現(xiàn)在電極 6B上的輸出電壓為正。呈現(xiàn)在電極6C上的輸出電壓為零。呈現(xiàn)在電極6D 上的輸出電壓為負(fù)。圖22A是示出運(yùn)動(dòng)傳感器在Z軸方向上施加加速度時(shí)的截面正視圖。 圖22B是表，顯示了當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳感器在圖22A所示Z軸方向上施加加速度時(shí) 電極與呈現(xiàn)在電極上的輸出之間的關(guān)系。當(dāng)加速度施加纟合在Z軸正方向加速的重物4A和4B時(shí)，梁3變形，如 圖22A所示。梁3與重物4A和4B的中心向下或者在Z軸的負(fù)方向上運(yùn)動(dòng)， 該負(fù)方向與給重物4A和4B施加加速度的Z軸的正方向相對(duì)。頂、底重物 4A和4B沒有傾斜。梁3的第一至第四部分被彎曲，從而第一至第四部分的中心向下運(yùn)動(dòng)， 其中梁3的第一至第四部分分別位于電極6A、 6B、 6C和6D下。壓應(yīng)力施 加給壓電膜5的第一至第四部分的每一個(gè)上。給壓電膜5的第一至第四部分 施加壓應(yīng)力在電極6A、 6B、 6C和6D上產(chǎn)生正電荷。如圖22B所示，呈現(xiàn) 在電極6A、 6B、 6C和6D上的輸出電壓為正。當(dāng)加速度施加給在Z軸負(fù)方向加速的重物4A和4B時(shí)，梁3變形。梁3與重物4A和4B的中心向上或者在Z軸的正方向上運(yùn)動(dòng)，該正方向相對(duì)于 給重物4A和4B施加加速度的Z軸的負(fù)方向相對(duì)。頂、底重物4A和4B沒有傾斜。梁3的第一至第四部分被彎曲，從而第一至第四部分的中心向上運(yùn)動(dòng)， 其中梁3的第一至第四部分分別位于電極6A、 6B、 6C和6D下。拉應(yīng)力施 加給壓電膜5的第一至第四部分的每一個(gè)上。給壓電膜5的第一至第四部分 施加拉應(yīng)力在電極6A、 6B、 6C和6D上產(chǎn)生負(fù)電荷。呈現(xiàn)在電極6A、 6B、 6C和6D上的輸出電壓為負(fù)。三軸加速度可以通過^f企測(cè)梁3的變形方向和幅度來^r測(cè)。[工軸力口i4^十]圖23是示出檢測(cè)三軸加速度的加速計(jì)的示意圖。圖23的加速計(jì)31可 以包括但不限于圖1的運(yùn)動(dòng)傳感器1和輸出檢測(cè)器38。輸出檢測(cè)器38可以 配置成獨(dú)立地纟全測(cè)X軸加速度、Y軸加速度和Z軸加速度。輸出檢測(cè)器38可以包括但不限于微分電路32和34、加法器36、 X軸 加速度檢測(cè)單元33、 Y軸加速度檢測(cè)單元35和Z軸加速度檢測(cè)單元37。 X 軸加速度檢測(cè)單元33連接到微分電路32的輸出上。微分電路32的輸入連 接到電極6A和6C。 X軸加速度檢測(cè)單元33和微分電路32提供為檢測(cè)X 軸加速度。Y軸加速度檢測(cè)單元35連接到微分電路34的輸出上。微分電路 34的輸入連接到電極6B和6D。 Y軸加速度檢測(cè)單元35和微分電路34提 供為檢測(cè)Y軸加速度。Z軸加速度檢測(cè)單元37連接到加法器36的輸出上。 加法器36的輸入連接到電極6A、 6B、 6C和6D。圖24是表，顯示了三軸加速度與呈現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)傳感器的電極6A、 6B、 6C 和6D上的輸出電壓之間的關(guān)系。當(dāng)在X軸正方向上給運(yùn)動(dòng)傳感器l施加加 速度時(shí)，在電極6A上呈現(xiàn)正電壓輸出，在電極6B上呈現(xiàn)零電壓輸出，在 電極6C上呈現(xiàn)負(fù)電壓輸出，而在電極6D上呈現(xiàn)零電壓輸出。當(dāng)在X軸負(fù) 方向上給運(yùn)動(dòng)傳感器1施加加速度時(shí)，在電極6A上呈現(xiàn)負(fù)電壓輸出，在電 極6B上呈現(xiàn)零電壓輸出，在電極6C上呈現(xiàn)正電壓輸出，而在電極6D上呈 現(xiàn)零電壓輸出。當(dāng)在Y軸正方向上給運(yùn)動(dòng)傳感器1施加加速度時(shí)，在電極 6A上呈現(xiàn)零電壓輸出，在電極6B上呈現(xiàn)正電壓輸出，在電極6C上呈現(xiàn)零 電壓輸出，而在電極6D上呈現(xiàn)負(fù)電壓輸出。當(dāng)在Y軸負(fù)方向上給運(yùn)動(dòng)傳感 器l施加加速度時(shí)，在電極6A上呈現(xiàn)零電壓輸出，在電極6B上呈現(xiàn)負(fù)電壓輸出，在電極6C上呈現(xiàn)零電壓輸出，而在電極6D上呈現(xiàn)正電壓輸出。當(dāng)在Z軸正方向上給運(yùn)動(dòng)傳感器1施加加速度時(shí)，在電極6A、 6B、 6C和 6D上呈現(xiàn)脈沖電壓輸出。當(dāng)在Z軸負(fù)方向上給運(yùn)動(dòng)傳感器1施加加速度時(shí)， 在電極6A、 6B、 6C和6D上呈現(xiàn)負(fù)電壓輸出。第二實(shí)施例[運(yùn)動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)]圖25是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)傳感器的側(cè)視圖。圖26是示 出圖25運(yùn)動(dòng)傳感器的平面圖。運(yùn)動(dòng)傳感器41可以設(shè)計(jì)成檢測(cè)單軸加速度。 運(yùn)動(dòng)傳感器41可以包括但不限于基板42、梁43、絕緣膜48、底電極49、 壓電膜44和頂電極45。梁43由基板42機(jī)械支撐。絕緣膜48設(shè)置在梁43 和部分基板42上。底電極49設(shè)置在絕緣膜48上。壓電膜44延伸在底電極 49和部分絕緣膜48上。頂電極45延伸在壓電膜44和部分絕緣膜48上。頂、 底電極45和49由壓電膜44分隔。壓電膜44夾設(shè)在頂、底電極45和49之 間。梁43具有相對(duì)的第一和第二側(cè)。梁43的第一側(cè)由基板42支撐。梁43 的第二側(cè)為自由側(cè)。即單軸加速計(jì)41具有支撐結(jié)構(gòu)，其中梁43的一側(cè)由基 板42支撐。三軸加速計(jì)1具有不同的支撐結(jié)構(gòu)，其中梁3的相對(duì)兩側(cè)由基 板2支撐?；?2可以由框46構(gòu)成，該框46具有圍繞開口 47的四側(cè)。梁43從 框46的一側(cè)延伸到開口 47。梁43具有與框46的一側(cè)結(jié)合的第一側(cè)，從而 梁43的第一側(cè)由基板42支撐。梁43具有與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)。梁43的 第二側(cè)是自由側(cè)。梁43的第二側(cè)設(shè)置成靠近與框46的該一側(cè)相對(duì)的該側(cè)， 并且與其分隔。絕緣膜48延伸在梁43和框的該一側(cè)上。絕緣膜48的寬度 大于梁43。梁43具有相鄰于自由的第二側(cè)的突起部分43a。突起部分43a 用作重物。絕緣膜48覆蓋梁43,除了突起部分43a外。絕緣膜48可以由聚 酰亞胺膜形成。底電極49由絕緣膜48與梁43分隔。壓電膜44可以由有機(jī)材料制成。 壓電膜44優(yōu)選可以由聚脲制成。壓電膜44提供在底電極49上。頂電極45 提供在壓電膜44上。如圖26所示，梁43具有突起部分43a。突起部分43a沒有被絕緣膜48 覆蓋。突起部分43a用作重物。即梁43具有在自由的并且與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)上的重物，其中梁43由基板42支撐。當(dāng)在垂直方向上給運(yùn)動(dòng)傳感器 41施加加速度時(shí)，梁43的第二側(cè)在垂直方向上是可運(yùn)動(dòng)的。梁43的第二側(cè) 的垂直運(yùn)動(dòng)彎曲了梁43和壓電膜44。梁43的第二側(cè)向下運(yùn)動(dòng)給壓電膜44 施加拉應(yīng)力。梁43的第二側(cè)向上運(yùn)動(dòng)給壓電膜44施加壓應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)傳感器 41設(shè)計(jì)成檢測(cè)垂直加速度分量。壓電膜44可以比梁43寬。底電極49比梁 43窄。壓電膜44可以具有與絕緣膜48相同的寬度。在該實(shí)施例中，突起部分43a用作重物?？梢宰鳛樾薷牡氖?，除了第一 側(cè)外在梁43上提供附加的重物，從而當(dāng)在垂直方向上給該重物施加加速度 時(shí)，梁43的第二側(cè)在垂直方向上是可運(yùn)動(dòng)的。附加重物可以提供在梁43上 和/或下。還可以作為修改的是，梁43沒有突起部分，并且交替的重物提供在梁 43除第一側(cè)以外的部分上，從而當(dāng)在垂直方向上給交替重物施加加速度時(shí)， 梁43的第二側(cè)在垂直方向上是可運(yùn)動(dòng)的。交替的重物可以提供在梁43下和 /或上。[形成運(yùn)動(dòng)傳感器的工藝]將描述形成運(yùn)動(dòng)傳感器41的工藝。運(yùn)動(dòng)傳感器41可以形成如下。底電 極49堆疊在作為絕緣膜的聚酰亞胺膜48上。壓電膜44堆疊在底電極49和 部分聚酰亞胺膜48上。頂電極45堆疊在壓電膜44上，由此形成元件50。 元件50包括絕緣膜48、底電極49、壓電膜44和頂電極45。元件50連接到 具有梁43的基板42。例如，制備厚度為25微米的聚酰亞胺膜48。由鋁制成厚度為0.1微米 的底電極49選擇性地沉積在聚酰亞胺膜48上。厚度為3.5微米的聚脲壓電 膜44選擇性地形成在底電極49和聚酰亞胺膜48上。由鋁制成厚度為1微 米的頂電極45選擇性地沉積在壓電膜44上。聚脲膜具有夾設(shè)的部分，其夾 設(shè)在頂、底電極45和49之間。聚脲膜的夾設(shè)部分用作壓電膜。制備帶有梁 43的基板42。結(jié)果，包括絕緣膜48、底電極49、壓電膜44和頂電極45的 元件50連接到梁4和基板42。梁43具有柔性或者彈力。梁43用作彈簧板。 梁43可以由但不限于鈹銅制成。聚脲壓電膜的極化可以通過駐極體法進(jìn)行。圖27是示出極化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的示意圖，該極化系統(tǒng)適于極化 圖25和26運(yùn)動(dòng)傳感器41的元件50的聚脲壓電膜44。形成的元件50設(shè)置 在絕緣瓦52上。高壓支流電源53用于在頂、底電極45和49之間施加80V/Vm的直流電壓。高壓直流電源53可以由從Agilent technologies Inc可以商業(yè)獲 得的的高電阻器(4339A)實(shí)現(xiàn)。熱電偶54設(shè)置成接觸絕緣瓦52。熱電偶 54連接到溫度控制器55。極化溫度由溫度控制器55控制。考慮到聚脲和聚 酰亞胺的抗熱溫度分別為200。C和400°C，極化溫度可以控制在180。C持續(xù) 10分鐘。
對(duì)運(yùn)動(dòng)傳感器41施加加速度，由此變形梁43和壓電膜44。梁43和壓 電膜44的變形對(duì)壓電膜44施加拉應(yīng)力或者壓應(yīng)力。在頂、底電極45和49 之間產(chǎn)生電壓。進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。
圖28是示出測(cè)量系統(tǒng)的示意圖，該測(cè)量系統(tǒng)用于對(duì)圖25和26所示單 軸運(yùn)動(dòng)傳感器41的運(yùn)行檢查。單軸運(yùn)動(dòng)傳感器41固定在圖28所示的測(cè)量 系統(tǒng)61上。測(cè)量系統(tǒng)61給單軸運(yùn)動(dòng)傳感器41施加沖擊加速度。單軸運(yùn)動(dòng) 傳感器41夾設(shè)在一對(duì)夾具62之間。振動(dòng)發(fā)生器63可以用于振動(dòng)固定單軸 運(yùn)動(dòng)傳感器41的該對(duì)夾具62。振蕩器64通過放大器66連接到振動(dòng)發(fā)生器 63。振蕩器64產(chǎn)生正弦波。放大器66放大正弦波。放大的正弦波提供給振 動(dòng)發(fā)生器63。振動(dòng)發(fā)生器63可以由可從EMIC INc.可商業(yè)獲得的512-D/A 實(shí)現(xiàn)。振蕩器64可以由從NFInc.可商業(yè)獲得的WF1966實(shí)現(xiàn)。激光多普勒 振動(dòng)儀65可以用作測(cè)量固定運(yùn)動(dòng)傳感器41的該對(duì)夾具62的振動(dòng)速度。激 光多普勒振動(dòng)儀65可以由從Polytech Inc.可商業(yè)獲得的CLV1000實(shí)現(xiàn)。振 動(dòng)加速度可以從測(cè)得的該對(duì)夾具62的振動(dòng)速度計(jì)算出來。示波器67可以用 作監(jiān)測(cè)振動(dòng)加速度。調(diào)整振蕩器64和放大器66的輸出，從而所施加的振動(dòng) 加速度變成lg (9.8m/s2)的常數(shù)。
圖29是示出運(yùn)動(dòng)傳感器41在Z軸方向上施加沖擊加速度時(shí)輸出電壓在 時(shí)間上的變化的圖。"A"代表施加給運(yùn)動(dòng)傳感器41的沖擊加速度。從運(yùn)動(dòng) 傳感器41上獲得響應(yīng)施加給運(yùn)動(dòng)傳感器41的沖擊加速度的電壓輸出。觀察 到阻尼振蕩。這意味著運(yùn)動(dòng)傳感器41探測(cè)到了 Z軸方向上的加速度。
圖30是示出對(duì)圖29所示輸出電壓的阻尼振蕩進(jìn)行快速傅立葉變換分析 結(jié)果的圖?？焖俑盗⑷~變換分析對(duì)于圖29所示輸出電壓的阻尼振蕩0.03秒 至0.031秒的范圍進(jìn)行。機(jī)械共振頻率為約320Hz。
圖31是示出運(yùn)動(dòng)傳感器41的頻率特性的圖。共振頻率為313Hz，其接 近于由快速傅立葉變換分析獲得的機(jī)械共振頻率約320Hz。輸出電壓在非共振頻率為約10mV/g。 第三實(shí)施例 [運(yùn)動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)]圖32是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)傳感器的截面正視圖。圖33 是示出圖32運(yùn)動(dòng)傳感器的平面圖。運(yùn)動(dòng)傳感器71可以設(shè)計(jì)成檢測(cè)單軸加速 度。運(yùn)動(dòng)傳感器71可以包括但不限于基板72、梁73、重物74、壓電膜75 和頂電極76。梁73由基板72機(jī)械支撐。梁73具有彼此相對(duì)的第一和第二 側(cè)。梁73的第一側(cè)由基板72支撐。梁73的第二側(cè)是自由的。梁73可以由 導(dǎo)電材料制成。重物74設(shè)置在相鄰于第二側(cè)的第二側(cè)部。梁73的第二側(cè)部 在垂直方向上是可運(yùn)動(dòng)的。壓電膜75沿梁73的第二側(cè)部延伸。頂電極76 設(shè)置在壓電膜75上?；?2具有修改的板形?；?2具有邊框部分和由邊框部分圍繞的中 心凹入部分77?；?2的邊框部分具有四側(cè)。梁73具有相鄰于第一側(cè)的第 一側(cè)部。梁73的第一側(cè)部連接到基板72的邊框部分的一側(cè)。鍍覆籽層78 形成在梁73的底表面上。即鍍覆籽層78在梁73下延伸。梁73的第二側(cè)部 在基板72的中心凹入部分77上延伸。重物74固定到梁73的部分第二側(cè)部 上。壓電膜75至少在梁73的第二側(cè)部上和重物74上延伸。壓電膜75可以 由有機(jī)材料制成。壓電膜75優(yōu)選可以由聚脲制成。頂電極76形成在壓電膜 75上。梁73的第一側(cè)部在平面上看為修改的V形，如圖33所示。即梁73的 第一側(cè)部具有第一和第二分部73a和73b。梁73的第一分部73a沒有由頂電 極76覆蓋。梁73的第二分部73b由頂電極76覆蓋。梁73的第一分部73a 和頂電極76分別通過引線19和導(dǎo)電膏20連接到外部檢測(cè)電路。梁73由導(dǎo) 電材料制成。與鍍覆籽層78結(jié)合在一起的梁73用作壓電膜75的底電極。[形成運(yùn)動(dòng)傳感器的工藝]將描述形成運(yùn)動(dòng)傳感器71的工藝。運(yùn)動(dòng)傳感器71可以形成如下。圖34 至37是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的相續(xù)步驟的局 部截面正視圖。圖38是示出圖37所示步驟的平面圖。圖39至41是示出在 形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖37和38步驟后的相續(xù)步驟 的局部截面正視圖。圖42是示出圖41所示步驟的平面圖。圖43至45是示 出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖41和42步驟后的相續(xù)步驟的局部截面正視圖。圖46是示出圖45所示步驟的平面圖。圖47和48 是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及圖45和46步驟后的相 續(xù)步驟的局部截面正視圖。圖49是示出圖48所示步驟的平面圖。圖50是 示出包括在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖48和49步驟后 的相續(xù)步驟的局部截面正視圖。圖51是示出圖50所示步驟的平面圖。圖52 是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖50和51步驟后的 相續(xù)步驟的局部截面正視圖。圖53是示出圖52所示步驟的平面圖。圖54 是示出在形成圖32和33所示運(yùn)動(dòng)傳感器工藝中涉及的圖52和53步驟后的 相續(xù)步驟的局部截面正視圖。圖55是示出圖54所示步驟的平面圖。
如圖34所示，制備基板72?；?2可以由玻璃陶瓷制成。選擇性地去 除基板72，從而凹入部分77形成在基板72中。基板72具有凹入部分77 和圍繞凹入部分77的邊框部分。
如圖35所示，第一鍍覆籽層81形成在基板72的表面上。第一鍍覆籽 層81覆蓋基板72的邊框部分和凹入部分77的頂表面。可以進(jìn)行濺射工藝 來濺射Cu靶，以在基板72上沉積Cu鍍覆籽層81 。 Cu鍍覆籽層81的厚度 可以是但不限于3000埃。
可以作為修改的是，在第一鍍覆籽層81形成在粘接層上前，粘接層形 成在基板72的表面上。粘接層可以由但不限于Cr制成。粘接層的厚度可以 是但不限于500埃。
如圖36所示，犧牲層82形成在第一鍍覆籽層81上。犧牲層82可以由 Cu制成。犧牲層82可以通過電解鍍工藝形成。犧牲層82的厚度可以是但 不限于300微米。
如圖37和38所示，可以進(jìn)行研磨和拋光工藝的至少一種，以從基板72 上選擇性地去除犧牲層82和第一鍍覆籽層81，從而在基板72的凹入部分 77內(nèi)留下犧牲層82和第一鍍覆籽層81。結(jié)果，暴露了基板72的頂表面。
如圖39所示，第二鍍覆籽層83形成在基板72的暴露表面、犧牲層82 和第一鍍覆籽層81上。在某些情況下，第二鍍覆籽層83可以由Ni制成。 第二鍍覆籽層83可以通過但不限于Ni濺射工藝形成。第二鍍覆籽層83的 厚度可以是但不限于5微米。第二鍍覆籽層83材料的典型實(shí)例可以包括但 不限于Ni和例如NiFe的Ni合金。
如圖40所示，光致抗蝕劑膜涂敷在第二鍍覆籽層83上。進(jìn)行光刻工藝，以在第二鍍覆籽層83上形成第一光致抗蝕劑圖案84。第一光致抗蝕劑圖案 84具有達(dá)到第二鍍覆籽層83的開口 。如圖41和42所示，梁73選"l奪性地形成在第一光致抗蝕劑圖案84的開 口內(nèi)和第二鍍覆籽層83上，而第一光致抗蝕劑圖案84用作掩模。梁73可 以采用第一光致抗蝕劑圖案84為掩模鍍覆在第二鍍覆籽層83上。梁73可 以通過電解鍍工藝形成。梁73的厚度可以是但不限于50微米。梁73材料 的典型實(shí)例可以包括但不限于Ni和例如NiFe的Ni合金。梁73具有第一和 第二部分。梁73的第一部分在基板72的邊框部分上延伸。梁73的第二部 分在基板72的凹入部分77中的犧牲層82上延伸。梁73的第一側(cè)部在平面 上看具有修改的V形，如圖42所示。即梁73的第一側(cè)部具有第一和第二分 部73a和73b。如圖43所示，采用有機(jī)溶劑從梁73上去除第一光致抗蝕劑圖案84。 如圖44所示，抗蝕劑膜涂敷在梁73和第二鍍覆籽層83上。進(jìn)行光刻 工藝，以在梁73和第二鍍覆籽層83上形成第二光致抗蝕劑圖案85。第二光 致抗蝕劑圖案85具有開口，其位于梁73的第二部分的選擇區(qū)域上。該選擇 區(qū)域相鄰于梁73的第二側(cè)。如圖45和46所示，第二光致抗蝕劑圖案85用作掩模，以在第二光致 抗蝕劑圖案85的開口內(nèi)和梁73的第二部分的選擇區(qū)域上形成重物74。重物 74可以通過電解鍍方法形成。重物74的厚度可以是但不限于50微米。重物 74材料的典型實(shí)例可以包括但不限于Ni和例如NiFe的Ni合金。如圖47所示，采用有機(jī)溶劑從基板72上去除第二光致抗蝕劑圖案85。 可以作為〗務(wù)改的是，省略參照?qǐng)D44至47所描述的形成重物74的相續(xù) 步驟。如圖48和49所示，梁73和重物74用作組合的掩模，以選擇性去除第 二鍍覆籽層83,由此形成在梁73下延伸的鍍覆籽層78。如圖50和51所示，進(jìn)行濕蝕刻工藝，用于從基板72的凹入部分77上 去除犧牲層82和第一鍍覆籽層81,從而帶有鍍覆籽層78和重物74的梁73 在凹入部分77上延伸。即梁73具有第一和第二部分。梁73的第一部分由 基板72的邊框部分支撐。重物74和梁73的第二部分在垂直方向上可運(yùn)動(dòng)。 基板72的邊框部分的至少一側(cè)需要支撐梁73。因此，可以作為修改的是， 部分地切掉基板72，以便留下基板72的邊框部分的至少一側(cè)，使得留下的部分基板72支撐梁73。可以采用劃片器(dicer)切除基板72。
如圖52和53所示，掩模86形成為選擇性地覆蓋梁73的第一分部73a。 利用掩模86選擇性地形成壓電膜75，從而壓電膜75至少覆蓋梁73和重物 74。壓電膜可以由聚脲制成。由聚脲制成的壓電膜75可以通過氣相沉積聚 合法形成。由聚脲制成的壓電膜75的厚度可以是但不限于1微米。當(dāng)采用 氣相沉積聚合法時(shí)，壓電膜75不僅形成在梁73和重物74上，而且形成在 基板72的暴露的頂表面上。
如圖54和55所示，電極層76形成在壓電膜75上。電極層76可以由 導(dǎo)電材料例如Al制成。電極層76材料的典型實(shí)例可以包括但不限于Al、 Cu、 Au、 Pt、 Ag和AlSi。電極層76的厚度可以是但不限于IOOO埃。
如圖32和33所示，去除掩模86,從而暴露梁73的第一分部73a。除 第一分部73之外的留下的梁73的部分由電極層76覆蓋。
可以施加電場(chǎng)和高溫來極化壓電膜75 。例如，可以通過導(dǎo)電膏20將引 線19連接到梁73的第一分部73a和電極層76。 80V的電壓通過引線19施 加給梁73的第一分部73a和電極層76,同時(shí)加熱壓電膜75至180°C ，由此 引起壓電膜75的極化。
壓電膜75自對(duì)準(zhǔn)梁73。電極層76也自對(duì)準(zhǔn)梁73。這幾乎沒有導(dǎo)致壓 電膜75和電極層76相對(duì)于梁73的對(duì)準(zhǔn)不良的可能性。
在犧牲層82和第一鍍覆籽層81從基板72的凹入部分上去除后，沒有 進(jìn)行濕工藝而是進(jìn)行干工藝，從而帶有鍍覆籽層78和重物74的梁73在凹 入部分77上延伸。沒有濕工藝可以避免梁73的任何變形。濕工藝可以引起 流體的流動(dòng)而使梁73變形。濕工藝也可以引起會(huì)導(dǎo)致粘連的毛細(xì)現(xiàn)象。
電極膜76的寬度大于壓電膜75。壓電膜75的寬度大于梁73。
當(dāng)質(zhì)量為M的物體以速度V和角速度Q旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，Coriolis力Fc在 垂直于速度V方向的方向上作用在其上。對(duì)在平面中擺動(dòng)的傅科勒特?cái)[施加 外部旋轉(zhuǎn)對(duì)該擺在垂直于擺動(dòng)的方向上施加Coriolis力Fc,由此改變擺動(dòng)平 面的方向。Coriolis力Fc由Fc=2MVQ給出。
圖56是示出利用Coriolis力的轉(zhuǎn)速傳感器的示意性透視圖。轉(zhuǎn)速傳感器 91可以包括但不限于參照?qǐng)D1和2描述的運(yùn)動(dòng)傳感器1。運(yùn)動(dòng)傳感器1具有 電極6A、 6B、 6C和6D。轉(zhuǎn)速傳感器91還可以包括交流電源92和輸出檢測(cè)單元93。輸出檢測(cè)單元93也可以包括但不限于孩i分電路94和轉(zhuǎn)速4全測(cè)單 元95。電極6A和6C在X軸方向上相隔并且對(duì)準(zhǔn)。電極6B和6D在Y軸 方向上相隔并且對(duì)準(zhǔn)。交流電源92連接到電極6A和6C,以便在電極6A 和6C之間施加激勵(lì)電壓。輸出檢測(cè)單元93連接到電極6B和6D。微分電 路94的兩個(gè)輸入連接到電極6B和6D。轉(zhuǎn)速4企測(cè)單元95連接到4啟分電路 94的輸出上。因此，轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元95通過微分電路94連接到電極6B和6D。圖57A是示出當(dāng)給電極6A和6C施加交流電壓時(shí)具有重物的梁在X軸 方向上振蕩的截面正視圖。圖57B是表，顯示了圖57A所示電極與輸入給 電極6A和6C的交流電壓的關(guān)系。壓電膜5包括中心部分和第一至第四部分。壓電膜5的中心部分位于頂 重物4A之下。壓電膜5的第一部分位于電極6A下。壓電膜5的第二部分 位于電極6B下。壓電膜5的第三部分位于電極6C下。壓電膜5的第四部 分位于電才及6D下。輸入S施加到電極6A和6C。當(dāng)給電極6A施加正電壓而給電極6C施 加負(fù)電壓時(shí)，梁3的第一部分被彎曲，從而第一部分的中心向下運(yùn)動(dòng)，其中 梁3的第一部分位于電極6A下。梁3的第三部分被彎曲，從而第三部分的 中心向上運(yùn)動(dòng)，其中梁3的第三部分位于電極6C下。梁3的第二和第四部 分沒有被彎曲。頂重物4A朝著X軸的正方向傾斜。底重物4B朝著X軸的 負(fù)方向傾斜。該梁3的變形和重物4A和4B的傾斜如圖57A中的實(shí)線所示。輸入T施加到電極6A和6C。當(dāng)給電極6A施加負(fù)電壓而給電極6C施 加正電壓時(shí)，梁3的第一部分被彎曲，從而第一部分的中心向上運(yùn)動(dòng)。梁3 的第三部分被彎曲，從而第三部分的中心向下運(yùn)動(dòng)。梁3的第二和第四部分 沒有被彎曲。頂重物4A朝著X軸的負(fù)方向傾斜。底重物4B朝著X軸的正 方向傾^K該梁3的變形和重物4A和4B的傾4+如圖57A中的虛線所示。對(duì)電極6A和6C施加交流電壓引起重物4A和4B在箭頭標(biāo)記"A"所 示X軸的方向上擺動(dòng)或者振蕩和梁3的交替變形。圍繞Z軸的旋轉(zhuǎn)力或者 角度力施加給轉(zhuǎn)速傳感器91,由此引起轉(zhuǎn)速傳感器91圍繞Z軸以旋轉(zhuǎn)速度 "旋轉(zhuǎn)。當(dāng)圍繞Z軸的旋轉(zhuǎn)力或者角度力施加給轉(zhuǎn)速傳感器91而交流電壓 施加給電極6A和6C時(shí)，Coriolis力施加給轉(zhuǎn)速傳感器91，由此引起重物 4A和4B在箭頭標(biāo)記"B，，所示Y軸的方向上的另 一個(gè)振蕩。所施加的Coriolis 力由Fc=2MVQ給出。重物4A和4B在箭頭標(biāo)記"B"所示Y軸方向上振蕩引起梁3的第二和第四部分和壓電膜5的交替變形。壓電膜5的交替變形產(chǎn) 生呈現(xiàn)在電極6B和6D上的交替電壓。所產(chǎn)生的交替電壓可以由輸出檢測(cè) 單元93檢測(cè)。施加給轉(zhuǎn)速傳感器91的Coriolis力可以通過檢測(cè)由輸出檢測(cè) 單元93輸出的該產(chǎn)生的交替電壓來檢測(cè)。旋轉(zhuǎn)速度或角速度可以通過測(cè)量 施加給轉(zhuǎn)速傳感器91的Coriolis力來^r測(cè)。
可以作為修改的是，交流電源92連接到電極6B和6D ，并且輸出檢測(cè) 單元93連接到電極6A和6C。在此情況下，施加給轉(zhuǎn)速傳感器91的Coriolis 力可以通過檢測(cè)由輸出檢測(cè)單元93輸出的該所產(chǎn)生的交替電壓來一全測(cè)。旋 轉(zhuǎn)速度或角速度可以通過測(cè)量施加給轉(zhuǎn)速傳感器91的Coriolis力來一企測(cè)。
圖58是示出采用運(yùn)動(dòng)傳感器的兩方向傾斜傳感器的示意性透視圖。兩 方向傾斜傳感器101可以包括但不限于由參照?qǐng)D1和2描述的運(yùn)動(dòng)傳感器1 修改的運(yùn)動(dòng)傳感器102。運(yùn)動(dòng)傳感器102具有排列在X軸方向上的電極103A、 103B、 103C和103D。電極103A、 103B、 103C和103D和重物4排列在X 軸方向上。例如，電極103A、 103B提供在重物4的第一側(cè)，而電極103C、 103D提供在重物4的第二側(cè)，其中第一和第二側(cè)彼此相對(duì)。電極103B設(shè)置 在電極103A和重物4之間。重物4設(shè)置在電極103B和103C之間。電極 103C^殳置在重物4和電極103D之間。
兩方向傾斜傳感器101還可以包括交流電源92和輸出^r測(cè)單元104。輸 出檢測(cè)單元104也可以包括但不限于微分電路105和傾斜檢測(cè)單元106。交 流電源92連接到電極103A和103D,以便在電極103A和103D之間施加激 勵(lì)電壓。輸出檢測(cè)單元104連接到電極103B和103C。微分電路105的兩個(gè) 輸入連接到電極103B和103C。傾斜檢測(cè)單元106連接到樣i分電路105的輸 出。因此，傾斜檢測(cè)單元106通過微分電路105連接到電極103B和103C。
給電極103A和103D施加交流電壓可以引起頂、底重物4A和4B在X 軸方向上的振蕩或者擺動(dòng)。振蕩或者擺動(dòng)取決于由頂、底重物4A和4B組 成的重物4的旋轉(zhuǎn)慣性和連接到重物4的梁3的彈性。
圖59是示出當(dāng)給電極103A和103D施加交流電壓時(shí)重物在X軸方向上 的振蕩或者擺動(dòng)的截面正視圖。圖60是示出圖58兩方向傾斜傳感器101的 共振頻率特性的圖。
當(dāng)指定基板2朝著X軸的正方向傾斜時(shí)，則在振蕩中心上的軸H從Z軸朝著X軸的正方向傾斜e,如圖59所示，由此給梁3、壓電膜5和電極 103A和103D施加偏置應(yīng)力。偏置應(yīng)力的施加改變了梁3、壓電膜5和電極 103A和103D的彈性，由此將共振頻率從E改變到F，如圖60所示。共振
頻率的變化取決于軸H從Z軸到x軸的正方向的傾斜角e。共振頻率的變化 可以通過檢測(cè)來自電極103B和103C的微分輸出來檢測(cè)。即軸H從Z軸到
檢測(cè)。即兩方向傾斜傳感器101構(gòu)造成檢測(cè)在X軸方向上的傾斜。
圖61是示出采用運(yùn)動(dòng)傳感器的另一個(gè)兩方向傾斜傳感器的示意性透視 圖。兩方向傾斜傳感器107可以包括但不限于由參照?qǐng)D1和2描述的運(yùn)動(dòng)傳 感器l修改的運(yùn)動(dòng)傳感器102。運(yùn)動(dòng)傳感器102具有排列在Y軸方向上的電 極103A、 103B、 103C和103D。電才及103A、 103B、 103C和103D和重物4 排列在Y軸方向上。例如，電極103A、 103B提供在重物4的第一側(cè)，而電 極103C、 103D提供在重物4的第二側(cè)，其中第一和第二側(cè)彼此相對(duì)。電極 103B設(shè)置在電極103A和重物4之間。重物4設(shè)置在電極103B和103C之 間。電極103C設(shè)置在重物4和電極103D之間。
兩方向傾斜傳感器107還可以包括交流電源92和輸出檢測(cè)單元104。輸 出檢測(cè)單元104也可以包括但不限于微分電路105和傾斜4企測(cè)單元106。交 流電源92連接到電極103A和103D，以便在電極103A和103D之間施加激 勵(lì)電壓。輸出檢測(cè)單元104連接到電極103B和103C。微分電路105的兩個(gè) 輸入連接到電極103B和103C。傾斜;險(xiǎn)測(cè)單元106連接到樣吏分電路105的輸 出。因此，傾斜檢測(cè)單元106通過微分電路105連接到電極103B和103C。
給電極103A和103D施加交流電壓可以引起頂、底重物4A和4B在Y 軸方向上的振蕩或者擺動(dòng)。振蕩或者擺動(dòng)取決于由頂、底重物4A和4B組 成的重物4的旋轉(zhuǎn)慣性和連接到重物4的梁3的彈性。
當(dāng)指定基板2朝著Y軸的正方向傾斜時(shí)，則在振蕩中心上的軸H從Z 軸朝著Y軸的正方向傾斜，由此給梁3、壓電膜5和電極103A和103D施 加偏置應(yīng)力。偏置應(yīng)力的施加改變了梁3、壓電膜5和電極103A和103D的 彈性，由此改變了共振頻率。共振頻率的變化取決于軸H從Z軸到Y(jié)軸的 正方向的傾斜角。共振頻率的變化可以通過檢測(cè)來自電極103B和103C的 微分輸出來檢測(cè)。即軸H從Z軸到Y(jié)軸的正方向的傾斜角可以通過檢測(cè)來 自電極103B和103C的微分輸出來檢測(cè)。即兩方向傾斜傳感器101構(gòu)造成檢測(cè)在Y軸方向上的傾斜。 [壓力傳感器]圖62是示出包括運(yùn)動(dòng)傳感器的壓力傳感器的示意性透視圖。壓力傳感 器111具有與參照?qǐng)D56描述的轉(zhuǎn)速傳感器91相同的構(gòu)造，除了輸出檢測(cè)單 元外。壓力傳感器111可以包括但不限于參照?qǐng)D1和2描述的運(yùn)動(dòng)傳感器1。 運(yùn)動(dòng)傳感器1具有電極6A、 6B、 6C和6D。壓力傳感器111還可以包括交 流電源92和輸出檢測(cè)單元112。輸出4全測(cè)單元112也可以包括但不限于孩支分 電路94和壓力檢測(cè)單元113。電極6A和6C在X軸方向上相隔并且對(duì)準(zhǔn)。 電極6B和6D在Y軸方向上相隔并且對(duì)準(zhǔn)。交流電源92連接到電極6A和 6C，以便在電極6A和6C之間施加激勵(lì)電壓。輸出檢測(cè)單元112連接到電 極6B和6D。微分電路94的兩個(gè)輸入連接到電極6B和6D。壓力檢測(cè)單元 113連接到微分電路94的輸出。因此，壓力檢測(cè)單元113通過微分電^各94 連接到電極6B和6D。圖63是示出圖62壓力傳感器111的共振頻率特性的圖。 當(dāng)交流電源92在電極6A和6C之間施加交流電壓時(shí)，具有重物4的梁 3振蕩，這里壓力傳感器111具有在圖63中的實(shí)線表示的共振特性E。盡管 具有重物4的梁3振蕩，但是觸摸重物4可以將共振電流E減少到共振電流 J,并且也可以將共振頻率E改變到共振頻率F。共振頻率和共振電流的改 變?nèi)Q于施加到重物的壓力，即所施加的壓力的的方向和大小。共振頻率和 共振電流的改變可以通過檢測(cè)來自電極103B和103D的微分輸出來檢測(cè)。 即施加給重物的壓力的方向和大小可以通過檢測(cè)來自電極103B和103D的 微分輸出來檢測(cè)。圖64是示出包括運(yùn)動(dòng)傳感器陣列的另 一個(gè)壓力傳感器的示意性透視圖。 壓力傳感器115包括運(yùn)動(dòng)傳感器116的陣列。每個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器具有與上述傳 感器l基本相同的構(gòu)造。壓力傳感器115可以包括但不限于基板2、在基板 2上的壓電膜5和在壓電膜5上的單元的陣列。每個(gè)單元可以包括重物4和 電極6A、 6B、 6C和6D。每個(gè)單元也連接到上述的交流電源和輸出4全測(cè)單 元，但是在圖64中省略了圖示。壓力傳感器115不但可以檢測(cè)施加給重物4 的壓力的方向和大小，而且也可以檢測(cè)在壓力傳感器115上的壓力分布。[觸覺控制器]根據(jù)圖62和64所示的壓力傳感器111和115,觸摸共振重物4可以提供與觸及不共振的重物時(shí)不同的觸感。觸摸共振重物4的觸覺或者感覺可以 取決于共振頻率和輸入電壓的強(qiáng)度。觸摸共振重物4的觸覺或者感覺可以通 過改變共振頻率和輸入交流電壓的強(qiáng)度而改變。
圖65是示出觸覺控制器的示意性透視圖。觸覺控制器121具有與壓力 傳感器lll相同的構(gòu)造，除了作為附加元件的控制單元112外。觸覺控制器 121可以包括但不限于參照?qǐng)D1和2描述的運(yùn)動(dòng)傳感器1。運(yùn)動(dòng)傳感器1具 有電極6A、 6B、 6C和6D。觸覺控制器121還可以包括交流電源92、輸出 檢測(cè)單元112和控制單元122。輸出檢測(cè)單元112也可以包括但不限于微分 電路94和壓力檢測(cè)單元113。電極6A和6C在X軸方向上相隔并且對(duì)準(zhǔn)。 電極6B和6D在Y軸方向上相隔并且準(zhǔn)。交流電源92連接到電極6A和 6C，以便在電極6A和6C之間施加激勵(lì)電壓。輸出4全測(cè)單元112連4妄到電 極6B和6D。微分電路94的兩個(gè)輸入連接到電極6B和6D。壓力檢測(cè)單元 113連接到微分電路94的輸出上。因此，壓力檢測(cè)單元113通過微分電路 94連4妻到電極6B和6D。
控制單元122連接到交流電源92和壓力檢測(cè)單元113之間。控制單元 122接收來自壓力檢測(cè)單元113的壓力檢測(cè)信號(hào)?？刂茊卧?22根據(jù)檢測(cè)到 的壓力信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)?？刂茊卧?22給交流電源92提供控制信號(hào)，以 便控制到電極6A和6C的交流電壓輸入?？刂茊卧?22構(gòu)造成根據(jù)來自壓 力檢測(cè)單元113的檢測(cè)的壓力信號(hào)來控制共振頻率和輸入交流電壓的強(qiáng)度。 控制共振頻率和輸入交流電壓的強(qiáng)度可以控制觸摸共振重物4的觸感或者感 覺。
可以作為修改的是，觸覺控制器121包括圖64所示的運(yùn)動(dòng)傳感器116 的陣列。每個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器具有與上述的運(yùn)動(dòng)傳感器l基本相同的構(gòu)造。觸覺 控制器121可以包括但不限于基板2、在基板2上的壓電膜5和在壓電膜5 上的單元的陣列。每個(gè)單元可以包括重物4和電極6A、 6B、 6C和6D。每 個(gè)單元也連接到上述的交流電源和輸出檢測(cè)單元，如圖65所示?？梢詫?shí)現(xiàn) 二維觸覺控制器。二維觸覺控制器可以應(yīng)用于盲文顯示。
還可以作為修改的是，結(jié)合在沿著X軸和Y軸的方向上的兩個(gè)共振元 件，以便橢圓地共振重物4。觸摸該橢圓共振的重物4提供對(duì)于觸摸的不同 的觸覺或者感覺。
修改運(yùn)動(dòng)傳感器、加速計(jì)、傾斜傳感器、壓力傳感器和觸覺控制器應(yīng)當(dāng)不限 于作為實(shí)施例的上面的描述?；蹇梢杂山^緣體、導(dǎo)體或者半導(dǎo)體制成。用于基板的絕緣體的典型實(shí)例可以包括但不限于硼硅酸鹽玻璃、晶體玻璃、石英、氧化鋁、氮化硅(SiN)、玻璃陶瓷、氧化鋯、晶體和藍(lán)寶石。用于基板的導(dǎo)體的典型實(shí)例可以包括但和碳化硅(SiC )。如上所述，壓電膜可以由有機(jī)材料制成。用于壓電膜的有機(jī)材料的實(shí)例 可以包括但不限于聚脲、壓電聚合物，例如聚偏二氟乙烯膜(PVDF)，以及壓 電陶瓷，例如A1N和ZnO。有才幾壓電膜可以包括下述至少之一聚偏二氟 乙烯膜(PVDF) 、 P(VDF/TrFE)=VDF(偏二氟乙烯vinylidene fluoride)和 TrFE(三氟乙烯trifluoro ethylene)的共聚物、P(VDF/TeFE一VDF(偏二氟乙烯 vinyiidene fluoride) and TeFE(四氟乙彿tetrafluoroethylene)的共聚物、和 P(VDCN/VAc)二VDCN(亞乙烯基二氰vinylidene cyanide) and VAc(醋酸乙烯 酯vinyl acetate)的交替共聚物。如上所述的運(yùn)動(dòng)傳感器適合于減小其尺寸，減少其制造成本，以及改善 其抗震性。如上所述的運(yùn)動(dòng)傳感器對(duì)于檢測(cè)物體的形態(tài)或者運(yùn)動(dòng)有用，所述 物體例如車輛、音樂儀器、蜂窩電話、游戲機(jī)和遙控器。正如在此所-使用的，以下的方向術(shù)語"向前、向后、上、向下、垂直、 水平、下和橫向"以及任何其他類似的方向術(shù)語是指本發(fā)明配備的設(shè)備的方備的設(shè)備。術(shù)語"構(gòu)造"用作描述裝置的組件、部分或者部件，包括硬件和/或軟件， 其構(gòu)造成和/或編程為執(zhí)行希望的功能。此外，在權(quán)利要求中表達(dá)為"裝置加功能"的條款應(yīng)當(dāng)包括能夠用來執(zhí) 行本發(fā)明該部分功能的任何結(jié)構(gòu)。在此所采用的程度術(shù)語，例如"基本上"、"大約"和"大致"意味著所 修改的術(shù)語的偏差的合理，從而最終結(jié)果沒有顯著改變。例如，如果該偏差 不會(huì)否定其所修改詞的意思，則這些術(shù)語可以解釋成包括所修改的術(shù)語至少 ±5%的偏差。盡管上面已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這些僅是本發(fā)明的示例，而不能認(rèn)為是限定。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 的情況下，可以進(jìn)行增加、省略、替代以及其它修改。因此，本發(fā)明不能解 釋成限于前面的描述，而僅由所附權(quán)利要求的范圍限定。本發(fā)明要求2007年1月24日提交的日本專利申請(qǐng)第2007-14334號(hào)的 優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用的方式引入于此。
權(quán)利要求
1、一種運(yùn)動(dòng)傳感器，包括基板；梁，由該基板支撐，該梁是可彈性變形的；重物，連接到該梁；壓電膜，遵循該梁的至少一部分并且沿著其延伸，壓電膜包括有機(jī)壓電膜；以及第一電極，在該壓電膜上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，還包括 絕緣膜，在該梁上；以及第二電極，在該絕緣膜上，該第二電極由該絕緣膜與該梁電隔離，該第 二電極在該壓電膜下，其中該壓電膜設(shè)置在該第 一和第二電極之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中該梁由導(dǎo)電材料制成，并 且該梁用作第二電極，從而該壓電膜設(shè)置在該第一和第二電極之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中該有機(jī)壓電膜包括聚脲。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中該梁由該基板在梁的一側(cè) 支撐。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中該梁由該基板在梁的兩側(cè) 支撐。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的運(yùn)動(dòng)傳感器，其中該重物連接到該梁的中心 區(qū)域，并且該第 一 電極包括圍繞該重物設(shè)置的多個(gè)電極圖案。
8、 一種加速計(jì)，包4舌 運(yùn)動(dòng)傳感器，包括基板；梁，由該基板在梁的兩側(cè)支撐，該梁是可彈性變形的； 重物，連接到該梁的中心區(qū)域；壓電膜，遵循該梁的至少一部分并且沿著其延伸，該壓電膜包括有 機(jī)壓電膜；以及第一電極，在該壓電膜上，該第一電極包括圍繞該重物設(shè)置的多個(gè)電極圖案；以及輸出檢測(cè)單元，其連接到至少兩個(gè)該電極圖案，該輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來 自該至少兩個(gè)電極圖案的輸出，并且該輸出檢測(cè)單元包括加速檢測(cè)單元，當(dāng) 給該重物施加加速度時(shí)，其根據(jù)呈現(xiàn)在該至少兩個(gè)電極圖案上的該輸出來檢 測(cè)加速度。
9、 一種傾斜傳感器，包括 運(yùn)動(dòng)傳感器，包括基板；梁，由該基板在梁的兩側(cè)支撐，該梁是可彈性變形的； 重物，連接到該梁的中心區(qū)域；壓電膜，遵循該梁的至少一部分并且沿著其延伸，該壓電膜包括有 機(jī)壓電膜；以及第一電極，在該壓電膜上，該第一電極包括圍繞該重物設(shè)置的多個(gè) 電極圖案；激發(fā)電壓施加單元，其連接到至少兩個(gè)該電極圖案，該激發(fā)電壓施加單 元給該至少兩個(gè)電極圖案施加激發(fā)電壓；以及輸出檢測(cè)單元，其連接到其它電極圖案，該輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來自該其 它電極圖案的輸出，并且該輸出檢測(cè)單元包括傾斜檢測(cè)單元，其根據(jù)共振頻 率的變化來檢測(cè)該傾斜傳感器的傾斜角，該共振頻率的變化由該重物傾斜引 起。
10、 一種壓力傳感器，包括 運(yùn)動(dòng)傳感器，包括基板；梁，由該基板在梁的兩側(cè)支撐，該梁是可彈性變形的； 重物，連接到該梁的中心區(qū)域；壓電膜，遵循該梁的至少一部分并且沿著其延伸，該壓電膜包括有 機(jī)壓電膜；以及第一電極，在該壓電膜上，該第一電極包括圍繞該重物設(shè)置的多個(gè) 電極圖案；激發(fā)電壓施加單元，其連接到至少兩個(gè)該電極圖案，該激發(fā)電壓施加單 元給該至少兩個(gè)電極圖案施加激發(fā)電壓；以及輸出檢測(cè)單元，其連接到其它電極圖案，該輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來自該其 它電極圖案的輸出，并且該輸出檢測(cè)單元包括壓力檢測(cè)單元，其根據(jù)共振頻 率的變化來一全測(cè)施加到該傾斜傳感器的外部壓力，通過給該重物施加外部壓 力引起該共振頻率的變化。
11、 一種觸覺控制器，包括 運(yùn)動(dòng)傳感器，包括 基板；梁，由該基板在梁的兩側(cè)支撐，該梁是可彈性變形的； 重物，連接到該梁的中心區(qū)域；壓電膜，遵循該梁的至少一部分并且沿著其延伸，該壓電膜包括有 才幾壓電膜；以及第一電極，在該壓電膜上，該第一電極包括圍繞該重物設(shè)置的多個(gè) 電極圖案；激發(fā)電壓施加單元，其連接到至少兩個(gè)該電極圖案，該激發(fā)電壓施加單 元給該至少兩個(gè)電極圖案施加激發(fā)電壓；輸出檢測(cè)單元，其連接到其它電極圖案，該輸出檢測(cè)單元檢測(cè)來自該其 它電極圖案的輸出；以及觸覺控制單元，連接在該激發(fā)電壓施加單元和該輸出檢測(cè)單元之間，該 觸覺控制單元根據(jù)接觸該重物引起的該共振頻率的變化來控制激發(fā)電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種運(yùn)動(dòng)傳感器、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的加速計(jì)、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的傾斜傳感器、采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的壓力傳感器和采用該運(yùn)動(dòng)傳感器的觸覺控制器。該運(yùn)動(dòng)傳感器可以包括但不限于基板、梁、重物、壓電膜和第一電極。梁由基板支撐。梁是可彈性變形的。重物連接到梁。壓電膜遵循梁至少一部分并且沿其延伸。壓電膜可以包括但不限于有機(jī)壓電膜。第一電極設(shè)置在壓電膜上。
文檔編號(hào)G01P15/08GK101236214SQ20081000468
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者中村健太郎, 服部敦夫 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社;國(guó)立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué)