JP2002515976A

JP2002515976A - 超小型精密振動レートジャイロスコープ

Info

Publication number: JP2002515976A
Application number: JP54293897A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムエイクラーク; ソアジュノー; ロジャーティーホウエ
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2002-05-28
Also published as: DE69735759T2; WO1997045699A2; EP0902876A4; EP0902876A1; AU3474497A; EP0902876B1; DE69735759D1; US6296779B1; US6067858A; WO1997045699A3; US5992233A

Abstract

(57)【要約】基板の表面に平行な軸の周りでの回転を測定するためのマイクロ製造されたジャイロスコープが提供される。電極フィンガの対間に電圧差が与えられ、直角位相エラーが減少される。マイクロ製造されたジャイロスコープは、振動構造体と、縦横比の大きな櫛型の電極とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】超小型精密振動レートジャイロスコープ発明の背景本発明は一般的には超小型センサーに、より特定すれば超小型ジャイロスコープセンサーに関する。３次元での運動を慣性感知するために多軸センサーが強く求められている。以前は、そのようなセンサーは比較的大きくて高価な電磁装置でできていた。最近では、半導体処理技術を使って超小型精密センサーが組み立てられている。特に、超小型精密加速度計とジャイロスコープが写真石版技術を使ってシリコンウェハから作られるようになってきた。このような精密加工されたセンサーは大量生産が可能で、その為コストも低い。超小型センサーの製作における目的の一つは、感度を上げ、装置のＳＮ比を改善することにある。もう一つの目的は製作工程を簡素化して、コストと煩雑さを下げ生産工程での生産性を上げることにある。３つの別々の軸周りの回転速度を計測するための３つのジャイロスコープセンサーを、３つの軸に沿った加速度を計測するための加速度センサーと連結して単一のチップ上に統合化すれば、チップの全てのあり得る直線移動と回転を計測可能なモノリシックな６自由度系の慣性計測システムが構築できる。ジャイロスコープセンサーが組み込まれた基板の表面に平行な軸周りの回転を計測するためにジャイロスコープセンサーを提供するのは役に立つ。ノイズの少ないジャイロスコープセンサーを提供するのも役に立つことである。発明の概要ある態様では、本発明は、基板と、懸架システムで基板に接続された質量と、基板の表面に実質的に平行な駆動軸に沿って質量を振動させるための駆動システムと、基板の表面に実質的に平行な感知軸に沿って質量の変位を計測するための位置センサーとを含むジャイロスコープセンサーに向けられている。基板の表面に実質的に垂直な回転軸周りの質量の回転と、駆動軸に沿った質量の振動は、質量を感知軸に沿って偏向させるコリオリ力を発生させる。本発明の機器は以下のようになっている。プロセッサーは位置センサーの出力に連結されて、回転軸周りの質量の回転速度と共に変わる信号を生成する。ジャイロスコープセンサーは、質量から突き出た第１感知電極と、基板に接続され、第１電極の第１側に配置されている第２感知電極と、基板に接続され、第１電極の反対の第２側に配置された第３感知電極とを含んでいる。位置センサーは第１電極と第２及び第３電極との間のキャパシタンスの変化を感知する。第１，２，３電極は実質的に同一平面上にあり、各電極は実質的に駆動軸と整列した長手軸を有する。駆動システムは質量から突き出た第１駆動電極と、基板に接続され、第１電極の第１側に配置されている第２駆動電極と、基板に接続され、第１電極の反対の第２側に配置された第３駆動電極とを含んでいる。第１電極と第２及び第３電極との間に交流電圧が掛けられる。電圧源は基板に接続された複数の補正電極の間に電圧を掛け、コリオリ力無しに、より正確には駆動軸に沿って質量を振動させる。電圧源は基板に接続された第１同調電源と質量に接続された第２同調電極の間に電圧を掛け、感知軸に沿った質量の振動の共振周波数を調整する。もう一つの態様では、本発明は、懸架システムで基板に接続された質量を含むジャイロセンサーによって回転を感知する方法に向けられている。質量は回転軸の周りに回転され、実質的に駆動軸に沿って振動する。回転軸周りの質量の回転と駆動軸に沿った質量の振動はコリオリ力を発生させ、質量を感知軸に沿って変位させる。感知軸に沿った質量の変位は計測され、基板に接続された電極指間に電圧が掛けられ、コリオリ力無しに、より正確には駆動軸に沿って質量を振動させる。もう一つの態様では、本発明は、超小型構造に向けられている。この構造は、基板と、懸架システムで基板に接続され、基板の表面に平行な平面内で振動する質量と、３つの複数の電極指とから成っている。第１の複数の電極指は質量から平面内で第１軸に沿って突き出ている。第２及び第３の複数の電極指は電気的に互いに絶縁され、第１の複数の電極指と同一平面にあり、基板に接続され、実質的に第１軸に沿って突き出ている。第１，２，３の複数の電極指は、第１の複数の電極指の各々が、第２の複数の電極指の一つ及び第３の複数の電極指の一つと隣接するように組み合わせられている。本発明の機器は以下の特徴を備えている。電圧源は第２と第３の複数の電極指の間に電圧を掛ける。その構造の中には更に、第１の電極指と同じ平面上にある第４の複数の電極指と、質量から第１軸に沿って突き出ている第２及び第３の複数の電極指と、基板に接続されてはいるが第２及び第３の電極指からは電気的に絶縁されている第５の複数の電極指とを含んでおり、第４と第５の複数の電極指は互いに組み合わされている。第１の複数の電極指の各々は第４の複数の電極指の各々よりも長い。もう一つの態様では、本発明は超小型組立構造に向けられている。本構造は基板と、質量が基板の表面に平行な面内で振動できるようにする懸架システムとから成っている。懸架システムには、第１及び第２の実質的に互いに平行な梁と、第３及び第４の実質的に互いに平行な梁とが含まれており、第１と第２の梁は両端がそれぞれ基板に固定され、第３と第４の梁各々の一端は第１の梁に、他端は第２の梁に接続されている。本機器は以下の特徴を有している。本構造は、実質的に第１と第２の梁に平行な軸に沿って突き出た複数の指を含んでいる。本構造は第５，第６及び第７の梁を含んでおり、第５及び第６の梁の各々の一端は第３の梁に、他端は第４の梁に接続され、第７の梁の一端は第５の梁に、他端は第６の梁にそれぞれ接続されている。本構造は更に、実質的に第１及び第２の梁に平行な軸に沿って、第７の梁から突き出た複数の指を含んでいてもよい。第３及び第４の梁の間に位置する第１及び第２の梁の断面は、質量の回転を防ぐため実質的に剛であってもよい。もう一つの態様では、本発明はセンサーに向けられている。センサーは、基板と、懸架システムにより基板に接続され基板の表面に平行な面内で振動する質量と、３つの複数の電極指から成っている。第１の複数の電極指は第１軸に沿って面内で質量から突き出ている。第２と第３の複数の電極指は基板に接続され、実質的に第１軸に沿って突き出ている。第１，第２及び第３の複数の電極指は、第１の複数の電極指の各々が第２の複数の電極指の１つ及び第３の複数の電極指の１つと隣接するように組まれている。電圧源は第ＩＤＣ電圧を第２と第３の複数の電極指の間に掛け、コリオリ力無しに、より正確には第１軸に沿って質量を振動させる。本機器は以下の特徴を有している。一組の電極指を３つの複数の電極指の反対に配置し、第２電圧源は第２ＤＣ電圧を第５と第６の複数の電極指の間に掛け、コリオリ力無しに、より正確には第１軸に沿って、質量を振動させる。第２ＤＣ電圧は実質的には第１ＤＣ電圧と強さは同じで符号が逆である。第１の複数の電極指は第２の複数の電極指と電気的に接続されている。センサーは、第１及び第３の複数の電極指と第２，第３，第５及び第６の複数の電極指の間に第３ＤＣ電圧を掛け、第１軸に垂直な面内での第２軸に沿った質量の振動の共振周波数を調整する電源を含んでいる。もう一つの態様では、本発明はセンサーに向けられている。センサーは、基板と、懸架システムにより基板に接続され基板の表面に平行な面内で振動する質量と、３つの複数の電極指から成っている。第１の複数の電極指は第１軸に沿って面内で質量から突き出ている。第２と第３の複数の電極指は基板に接続され、実質的に第１軸に沿って突き出ている。第１，第２及び第３の複数の電極指は、第１の複数の電極指の各々が第２の複数の電極指の１つ及び第３の複数の電極指の１つと隣接するように組まれている。電圧源はＤＣ電圧を第１の複数の電極指と第２及び第３の複数の電極指の間に掛け、第１軸に垂直な平面内での第２軸に沿った質量の振動の共振周波数を調整する。もう一つの実施例では、本発明は、Ｚ軸周りの回転を感知するためのジャイロスコープに向けられている。ジャイロスコープは、基板と、懸架システムにより基板に接続され基板の表面に平行な面内で振動する質量と、質量を実質的に第１軸に沿って面内で振動させる駆動システムと、３つの複数の電極指から成っている。第１の複数の電極指は第１軸に沿って面内で質量から突き出ている。第２と第３の複数の電極指は基板に接続され、実質的に第１軸に沿って突き出ている。第１，第２及び第３の複数の電極指は、第１の複数の電極指の各々が第２の複数の電極指の１つ及び第３の複数の電極指の１つと隣接するように組まれている。位置センサーは第１の複数の電極指と接続され、第１軸に垂直な面内での第２軸に沿った質量の変位を計測する。表面に垂直なＺ軸周りの質量の回転と第１軸に沿った質量の振動はコリオリ力を生じさせ、質量を第２軸に沿って変位させる。信号プロセッサーは位置センサーの出力に連結され、Ｚ軸周りの質量の回転速度と共に変動する信号を生成する。本機器は以下の特徴を有する。電圧源は第１周波数を有するＡＣ電圧を、第２と第３の複数の電極指の間に掛ける。電圧は第２と第３の複数の電極指の間に掛けられ、第１の複数の電極と容量ブリッジを形成し、位置センサーは第１の複数の電極と連結され、質量が第２軸に沿って変位したときはキャパシタンスの変化を検知する。センサーは第１の複数の電極指からの信号を積分するための積分器を含んでいる。駆動システムは信号を生成して、質量を第１軸に沿って第２周波数で加振する。駆動システムは信号の位相偏移を防ぐための位相ロックループを含んでいる。センサーは駆動システムからの信号を電圧源からの信号と混合するための第１ミキサーを含んでいる。センサーは第１ミキサーからの信号を位置センサーからの出力信号と混合して位置直角成分信号即ちコリオリ信号を生成するための第２ミキサーを含んでいる。センサーは位置センサーからの出力信号を電圧源からの信号と混合して位置信号を作るためのミキサーを含んでいる。もう一つの態様では、本発明は、入力軸周りの回転を計測するための超小型精密ジャイロスコープセンサーに向けられている。ジャイロスコープセンサーは、基板と、質量と、質量を基板に接続するための懸架システムを含んでいる。駆動システムは質量を実質的に駆動軸周りに加振し、位置センサーは感知軸周りの質量の回転を計測する。入力軸周りの質量の回転と駆動軸周りの質量の振動はコリオリ力を発生させ、質量を感知軸周りに振動させる。電圧源は基板上に設けられた複数の電極間に電圧を掛けて質量を加振し、コリオリ力無しで、より正確には駆動軸周りに質量を振動させる。本発明による機器は以下のようになっている。プロセッサーは位置センサーの出力と連結され、回転軸周りの質量に回転速度と共に変動する信号を生成する。第２電圧源は第２電圧を質量に接続された電極と基板に接続された電極との間に掛け、質量の感知軸周りの振動の共振周波数を調整する。駆動軸は実質的に基板表面に垂直で、回転軸及び感知軸は実質的に基板表面に平行である。質量は実質的に環状である。第１及び第２の複数の電極指は質量から突き出ており、第３及び第４の複数の電極指は基板から突き出て、第１及び第２の複数の電極指と組まれている。第４の複数の電極指は、第１の複数の電極指の反対側に配置されている。第５，第６，第７，第８の複数の電極指は同じように配置され、複数の電極指は実質的に同一平面上にある。電圧源は第１ＤＣ電圧を第３と第４の複数の電圧指の間に掛け、実質的に強さが同じで符号が逆の第２ＤＣ電圧を第７と第８の複数の電極指の間に掛ける。もう一つの態様では、本発明は、懸架システムで基板に接続された質量を含むジャイロスコープセンサーによって回転を感知する方法に向けられている。この方法は、入力軸周りに質量を回転させ、質量を実質的に駆動軸周りに振動させることを含んでいる。入力軸周りの質量の回転と駆動軸周りの質量の振動はコリオリ力を発生させ、質量を感知軸周りに振動させる。感知軸周りの質量の振動は計測され、電圧が基板上に設けられた電極の間に掛けられ、コリオリ力無しで、より正確には駆動軸周りに質量を振動させる。もう一つの態様では、本発明は、超小型精密ジャイロスコープセンサーに向けられている。ジャイロスコープセンサーは第１の複数の電極歯を有する基板と、第１の複数の電極歯と組み合った第２の複数の電極指及び第２の複数の電極歯を基板に接続する懸架システムを含む振動構造と、振動構造を基板に対して振動させる駆動システムと、コリオリ力によって生じる質量の変位を計測するための位置センサーを含んでいる。第１及び第２の複数の電極歯は、厚さが幅よりも実質的に大きい。本発明の機器は以下のようになっている。懸架システムは少なくとも約１０：１の縦横比を有する複数の撓み材を含んでいる。第１及び第２の複数の電極歯は少なくとも５：１の縦横比を持っており、少なくとも１０：１の縦横比を有する間隙で分離されている。もう一つの態様では、本発明は、ジャイロスコープセンサーを制作する方法に向けられている。第１基板上に絶縁層が形成され、第２基板の第１表面に凹所が形成され、第２基板の第１表面が第１基板に接着され、凹所が第１と第２の基板の間に封鎖された空洞を形成する。ジャイロスコープセンサーのための回路が第２基板の第２表面上に形成され、第１基板に接続された振動構造を形成する複数の深い溝が第２基板に第２表面から空洞へエッチングされる。本発明の機器は以下のようになっている。振動構造は少なくとも２５ミクロンの厚さを有し凹所は約１ミクロンの深さを持っている。エッチング段階は深部まで活性のあるイオンエッチングから成っている。本発明の利点は以下のようなものである。ジャイロスコープセンサーは基板表面に平行な軸周りの回転を計測する。ジャイロスコープセンサーは直角成分誤差を低減した。ジャイロスコープセンサーは振動構造と組み合わせられた縦横比の高い電極を持っている。ジャイロスコープセンサーはノイズレベルが相当低減されている。本発明のこの他の利点と特徴は図面と請求項を含め、以下の説明により明らかになるであろう。図面の簡単な説明図１は、静電ジャイロスコープと等価なバネ−マス系の概略図である。図２は、本発明による超小型精密ジャイロスコープセンサーの概略斜視図である。図３は図２のジャイロスコープセンサーの可動要素の概略平面図である。図４は図２のジャイロスコープセンサーの固定要素の概略平面図である。図５は図２のジャイロスコープセンサーの駆動システムの概略平面図である。図６は図２のジャイロスコープセンサーの感知システムの概略平面図である。図７Ａ−７Ｃはコリオリの加速度と直角成分誤差の影響をうける検定質量の運動の概略図である。図８Ａは図２のジャイロスコープセンサーの検定質量の位置を計測するのに使用される積分器の概略回路線図である。図８Ｂは図８Ａの積分器が電圧バッファに置き換えられている概略回路線図である。図８Ｃは図８Ａの積分器が閾下（サブスレッシュホールド）金属酸化物半導体電界効果トランジスターを用いている概略回路線図である。図９は、本発明によるジャイロスコープセンサーの信号処理回路の概略図である。図１０は組み立てられたジャイロスコープセンサーの写真である。図１１はジャイロスコープセンサーのＺ軸周りの回転に対する応答を示すグラフである。図１２は掛けられたバイアス電圧に対するＹ軸共振周波数の応答を示すグラフである。図１３は掛けられた電圧差に対する直角成分誤差の応答を示すグラフである。図１４は感知、駆動、直角成分補正の各機能が異なる電極構造によって実行されているジャイロスコープセンサーの概略平面図である。図１５は図１４のジャイロスコープセンサーの回路の概略図である。図１６は２軸静電ジャイロスコープと等価なバネ−マス系の概略図である図１７Ａは本発明による２軸ジャイロスコープセンサーの概略平面図である。図１７Ｂは組み立てられた２軸ジャイロスコープセンサーの写真である。図１８は、図１７Ａの２軸ジャイロスコープセンサーの電子回路の概略図である。図１９は直角成分補正電極によって作り出されるフィールドラインを概略図示する図４７Ａの１９−１９に沿った断面図である。図２０は直角成分補正システムが電極板を含んでいる２軸ジャイロスコープセンサーの平面図である。図２１は、感知、駆動、直角成分の機能が単一の電極構造に結合されているジャイロスコープセンサーの回路の概略図である。図２２は高縦横比振動構造で構成されたジャイロスコープセンサーの概略斜視図である。図２３は図２２のジャイロスコープセンサーの信号処理回路の概略回路線図である。図２４Ａ−２４Ｇは図２２のジャイロスコープセンサーの製作工程を示す概略断面図である。好適な実施例の説明図１ではＺ軸振動レートジャイロスコープがコリオリの加速度を発生させ検知することにより機能している。本発明のＺ軸振動レートジャイロスコープの機能動作が等価なバネ−マス系で表されている。振動レートジャイロスコープ１０では、検定質量１２が剛体フレーム１６から可撓性懸架部材１４により支持されている。検定質量１２は、フレームがＺ軸周りに回転すると同時に駆動力Ｆ_DによりＸ軸に沿って加振される（駆動モード）。回転と振動が組み合わせられると、振動している検定質量に、Ｙ軸に沿ってコリオリ力Ｆ_Cが生じる。コリオリの加速度は検定質量のＹ軸に沿った変位として検知される（感知モード）。図２に示すように、本発明により設計された超小型精密ジャイロスコープセンサー２０には、剛体フレーム即ち基板２４に接続された超小型電気機械式感知要素即ち検定質量２２が含まれている。ジャイロスコープセンサー２０はＺ軸振動レート、即ち基板２４の精密加工表面２６に直角な軸周りの基板の回転を計測する。超小型精密ジャイロスコープセンサー２０は３つの主要な要素を含んでおりそれは、懸架システム３０と、検定質量２２のＸ軸に沿った振動を持続させるのに使われる駆動システム３２と、検定質量２２のＹ軸に沿った変位を検知するためと、以下に詳細に述べるように、全ての直角成分誤差を相殺するために静電力を掛けるための両方に使われる検知システム３４である。図３では、懸架システム３０が検定質量２２と一体的に形成されている。懸架システム３０は検定質量２２を、それが表面２６に平行な面内で振動できるように支持している。懸架システム３０は検定質量２２を、例えば、基板表面上約２ミクロンに保持している。検定質量２２の合計質量は約０．１ないし０．３マイクログラムである。懸架システム３０は一般的にはＨ型で、通常Ｘ軸に沿って配置された２本の平行な梁４０と４２を持っている。各梁は長さ約５００ないし１０００ミクロンで、代表的には約８００ミクロンである。各梁の端部は、懸架システムを基板に接続するアンカー４４に接続されている（図２参照）。各梁４０の端部は、図２に示すように、折り返された、即ちＪ型の屈曲部４５を持っている（図３参照）。替わりに、梁４０は直線形であってもよい。梁或いはクロスバー４６及び４８は梁４０と梁４２を繋ぐ。クロスバー４６及び４８は長さ約８００ミクロンで、梁４０及び４２を３分割するように配置されている。２本の横断梁５０及び５２がクロスバー４６及び４８を繋ぐ。第３の梁即ちクロスバー５４が横断梁５０の中心と横断梁５２の中心とを繋ぐ。懸架システム３０の可撓要素は、ポリシリコンで出来ており、例えば２ミクロンオーダーの幅と厚みを持っている。アンカーは約８ミクロン角である。懸架システム３０はＸ軸及びＹ軸に沿っては可撓性であるように、他の振動モードに対しては出来るだけ高剛性であるように設計されている。特に懸架システムは、僅かの回転がジャイロスコープの性能を低下させかねないので、Ｚ軸周りの回転に対しては実質的に剛でなければならない。大きな変位も又、可動電極指を固定電極指に衝突させる結果と成りかねない。懸架システムは、クロスバー４６及び４８の間に位置しトラス４１及び４３を形成する梁４０及び４２の一部を厚くすることにより回転剛性を維持しながら、必要な並進コンプライアンスを提供する。トラス４１及び４３の幅は梁の他の部分の３から４倍あり、即ち６ないし８ミクロンである。指が突き出ているクロスバー４６及び４８の部分は幅約４ミクロンである。検定質量２２は又、検定質量をＸ軸及びＹ軸に沿って駆動しその振動を感知するために使用される複数の指電極（又は簡単に指）を含んでいる。複数の長い指３８がＸ軸に沿ってクロスバー４６，４８から外側に向けて突き出ており、複数の短い指即ち短い突出部３９がＸ軸に沿ってクロスバー４６，４８及び５４から内側に向けて突き出ている。クロスバー４６及び４８は背骨を形成し、長い指３８は２つの可動感知電極５６の角を形成する。同様に、クロスバー４６，４８及び５４は背骨を形成し、短い指３９は２つの可動駆動電極５８と２つの可動フィードバック電極５９の角を形成する。短い指３９は長さ約１０ないし２５ミクロン、代表的には１５ミクロンであり、長い指３８は長さ約１００ないし２００ミクロン、代表的には１５０ミクロンである。図４では、１つ又はそれ以上の固定駆動電極、１つ又はそれ以上の固定フィードバック電極及び１つ又はそれ以上の固定感知電極が基板２４に剛接してある。例えば、２つの固定駆動電極６０ａ、６０ｂが互いに反対向きの形で配置されている。同様に、２つの固定フィードバック電極６１ａ，６１ｂが互いに反対向きの形で向かい合っている。各固定駆動電極６０ａ，６０ｂ、及び各固定フィードバック電極６１ａ，６１ｂは複数の短い電極指６６を含んでいる。固定駆動及びフィードバック電極６０ａ，６０ｂ、及び６１ａ，６１ｂは数個ないし数ダースの電極指を持っている。短い電極指６６の長さは約１５ミクロン、幅は約３ないし６ミクロンである。幅は、例えば、４ミクロンであってもよい。固定感知電極６２ａ，６２ｂは逆向きの形で互いに向き合っている。固定感知電極６２ａ，６２ｂは複数の長い指７０を含んでいる。長い指７０は各々ベース７２から突き出ている。固定感知電極６２ａの指は対になって配置され、各対は右指７４ａと左指７６ａを含んでいる。同様に、固定電極６２ｂの指は対になって配置され、各対は右指７４ｂと左指７６ｂを含んでいる。長い指７０は各々、長さ約１５０ミクロンで幅約４ミクロンである。図５では、駆動システム３２が、可動及び固定駆動電極５８及び６０ａ、６０ｂと、可動及び固定フィードバック電極５９及び６１ａ、６１ｂを含んでいる。１セットの短い指３９が固定駆動電極６０ａ、６０ｂの短い指６６と組まれている。もう１セットの短い指３９が固定フィードバック電極６１ａ、６１ｂの短い指６６と組まれている。可動電極５８，５９の短い指３９と、固定電極６０ａ，６０ｂ及び６１ａ，６１ｂの短い指６６は、犠牲層を除去する前にポリシリコンの同じ層から形成され、各指は同一平面にある。駆動システム３２の駆動電極は電気機械式トランスジューサーとして働く。固定駆動電極６０ａ、６０ｂと可動駆動電極５８の間に交流電圧を掛けると、検定質量２２はＸ軸に沿って振動又は往復運動をさせられる。Ｘ軸に沿った運動はクロスバー４６及び４８に曲げを生じさせ、検定質量２は固定駆動電極６０ａ，６０ｂに向かいそして離れるように動く。検定質量２２の振動を持続させるための駆動システム３２を操作する方法については、もっと詳細な説明が、その開示全体をここに参考資料として挙げる、本発明の譲受人に譲渡された、横方向駆動共振超小型構造体と題するタング他に認められた１９９１年６月１８日発行の米国特許第５，０２５，３４６号、及び、その開示全体をここに参考資料として挙げる、本発明の譲受人に譲渡された、Ｑ制御された超小型共振器及びその共振器を使用する同調可能電子フィルターと題するニューエンに認められた１９９６年２月１３日発行の米国特許第５，４９１，６０８号に述べられている。図６では、感知システム３４が固定感知電極６２ａ，６２ｂと、可動感知電極５６とを含んでいる。可動感知電極５６の長い指３８と固定感知電極６２ａ，６２ｂの長い指７０は、長い指３８が右指７４ａ，７４ｂと左指７６ａ，７６ｂの間に配置されるように組まれている。指７０と３８との間の間隙Ｙ₀は約１ミクロンである。指３８と７０とはポリシリコンの同じ層から形成されているので同一平面にある。このように、全ての駆動及び感知要素は同一製作段階で形成される。更に、駆動モード及び感知モードは基板２４の表面に平行なＸ−Ｙ面内で作動する。以下に更に詳しく説明するように、感知システム３４は、検定質量２２のＹ軸に沿った変位を感知し、直角成分誤差と平衡させその影響を取り除くために静電力を掛け、検定質量のＹ軸方向振動の共振周波数を調整するために使われる。先に論議したように、駆動システム３２は検定質量２２をＸ軸に沿って振動させる。検定質量のＸ軸方向の位置ｘ（ｔ）は次の式で与えられる。ｘ（ｔ）＝Ｘ₀ｓｉｎω_xｔ（１）但し、Ｘ₀は振動の振幅、ω_xは駆動電圧の周波数（そして振動周波数）である。駆動電圧の周波数ω_xは７ｋＨｚないし１００ｋＨｚであり、駆動電圧は検定質量に約１ミクロンの最大変位Ｘ₀を起こさせるだけあればよい。コリオリの加速度ｙ”_Coriolisは次の式で与えられる。ｙ”_Coriolis＝２・Ω_z（ｔ）・ｘ’（ｔ）（２）但し、Ω_z（ｔ）は検定質量のＺ軸周りの回転速度、Ｘ’は検定質量のＸ軸方向の速度である。式（１）と（２）を結びつけると以下のようになる。ｙ”_Coriolis＝２・Ω_z（ｔ）・ω_xｔ・ｃｏｓω_xｔ（３）振動振幅Ｘ₀＝１μｍ、振動周波数ω_x＝２０ｋＨｚ、入力回転速度Ω_z＝１度／秒のジャイロスコープセンサーではコリオリの加速度は０．４５ミリＧとなる。コリオリの加速度は、搬送周波数が振動周波数であり、回転速度が振幅を変調する振幅変調信号である。発生するコリオリの加速度は振動周波数を中心とした二重側波帯信号である。図７Ａでは、Ｙ軸方向加速度は速度に比例するので、検定質量２２の運動は楕円となる。検定質量２２のＹ軸方向の最大変位は数ナノメーターである。ジャイロスコープセンサー２０で検知できる変位はピコメーターのオーダーである。理想的な装置では、動いている電極は固定電極と完全に整列しているので、駆動システム３２によって起こされた運動はＸ軸方向だけに生じる。しかし、製作上の誤差の一つの影響として直角成分誤差がある。図７Ｂでは、直角成分誤差が現れ、検定質量２２はＸ軸に正確には平行でない軸方向に振動する。そのような場合、駆動振動Ｘ（ｔ）のＹ軸方向の成分εが現れる。このＹ軸方向の直角成分変位は次の式で与えられる。Ｙ_Quadrature＝−ε・ｘ（ｔ）（４）この変位を２回微分すれば、軸外振動による加速度Ｙ”_Quadratureを求めることができる。以下の式（５）で与えられるこの加速度は直角成分誤差と呼ばれる。Ｙ”_Quadrature＝ε・Ｘ₀・ω² _x・ｓｉｎω_xｔ（５）直角成分誤差とコリオリの加速度の間の類似性に注目する必要があり、両者は共に振動周波数を中心とする正弦波信号である。しかし、これらの信号は被駆動振動に対する位相によって識別できる。特に、コリオリの加速度は被駆動振動ω_x に対し位相が９０度ずれており、一方、直角成分誤差は被駆動振動と同位相である。直角成分誤差は極めて大きくなることがある。事実、直角成分誤差は容易にコリオリの加速度を超える。直角成分誤差とコリオリの加速度の比は式（６）で与えられる。直角成分誤差をコリオリの加速度と同じくらいに小さくするために、先の例を用いて入力回転速度Ω_zを１度／秒、振動周波数ω_xを２０ｋＨｚとすれば、振動の方向は３６０万分の１の係数まで正確になる。製作上の誤差及び他の不均衡によって、直角成分誤差はこれより著しく大きくなることもある。そのため、ジャイロスコープセンサー２０は直角成分誤差を低減或いはゼロにする機構を有している。超小型精密ジャイロスコープセンサー２０は感知システム３４を介して静電力を検証質量２２に掛ける。適当な静電力を選定することによって、直角成分誤差をゼロにすることができる。式５で示すように、直角成分誤差は検証質量のＸ方向の位置に正比例している。この誤差信号をコリオリ信号に影響を与えること無く相殺するためには、これも又検証質量のＸ方向の位置に正比例する平衡力を掛けなければならない。ジャイロスコープセンサー２０は、組まれたＹ軸位置感知指を使って、そのような平衡力を掛ける。図７Ｃでは、検証質量２２は、検証質量２２の互いに反対側から突き出た２本の指３８ａ，３８ｂと共に描かれている。指３８ａは右及び左の指７４ａ及び７６ａに挟まれ、指３８ｂは右及び左の指７４ｂ及び７６ｂに挟まれている。僅かな電圧差２△Ｖが右指７４ａと左指７６ａの間に掛けられる。逆の電圧差−２△ Ｖが右指７４ｂと左指７６ｂの間に掛けられる。この電圧差が平衡力Ｆ_yを作り出し、直角成分誤差を相殺する。平衡力は検証質量２２に働き、コリオリ力無しに、指３９をＸ軸に沿って振動させる。先に述べたように、平衡力は検定質量のＸ軸方向の位置に正確に比例していなければならない。２つの負荷を掛けられた表面の間の静電力は、表面の重なり合う面積に比例する。指３８と指７０の間の重なり合う面積は、検証質量２２のＸ軸方向の位置に正比例するので、検定質量が振動するにつれて、位置検知キャパシタは比例的に変化する。従って、静電平衡力Ｆ_yは検証質量２２の位置に比例することになる。検知システム３４はＤＣバイアス電圧Ｖ_DCを指７４ａ、７４ｂ、７６ａ、７６ｂに掛け、以下の式７で与えられる電圧差Ｚ△Ｖを指７４ａ、７４ｂと７６ａ、７６ｂの間に掛ける。但し、Ｃ_overlapは、構造が振動する際の指７０と指３８の間のキャパシタンスの最大変化であり、ｙ０は指７０と指３８の間の平衡距離である。電圧差△Ｖを適当に選定すれば、直角成分誤差は例えば１０対１００の係数で十分に低減できる。適当な電圧差は式（７）、（５）及びニュートンの法則Ｆ＝ｍａから以下のように計算できる。但し、Ｍは検定質量２２の質量である。直角成分誤差は製作誤差の結果であるから、適当な電圧差の値はその特定の構造に依存し、装置毎に異なる。１ｍＶから１００ｍＶの範囲の電圧差が適当であろう。直角成分誤差を相殺するための最適の電圧差は実験的に求められる（以下に論じる図１３を参照）。直角成分誤差を相殺することに加えて、ジャイロスコープセンサー２０の感知システム３４は、検定質量２２のＹ軸方向共振周波数ω_yを駆動加振周波数ω_yに合わせるのにも利用できる。ジャイロスコープセンサー２０はハイＱセカンドオーダーシステムなので、コリオリの加速度に対する検定質量２２の応答を高めることができる。式３で示すように、コリオリの加速度は加振周波数ω_xを中心とする信号である。それ故、加振周波数ω_xと共振周波数ω_yの相対値は感知モードの応答、従ってセンサーの感度に劇的な影響を及ぼす。Ｙ軸方向共振周波数が加振周波数と一致すれば、装置はシステム応答においてＱのケインを経験することになる。しかし、センサーの帯域幅はω_y／Ｑに制限される。システムが真空中で稼働しており、Ｑが一般的に１０，０００以上であると仮定すれば、ω_x＝ω_y に対するシステムの帯域幅はほんの数ヘルツである。帯域幅を広げ、且つ感度を上げるためには、ジャイロスコープセンサー２０は共振周波数ω_yと加振周波数ω_xを少しずらせて作動させねばならない。コリオリの加速度によるＹ軸変位のシステム応答は次の式で与えられる。Ｙ軸方向共振周波数を調整する手段があれば、ジャイロスコープセンサーを△ω ／ω_xで５−１０％周波数をずらせて作動させ、感度で５−１０％のゲインを生み出すのが望ましい。例えば、ω_xが約１２ｋＨｚであれば、ω_yは約１２．５ｋＨｚとするのである。替わりに、周波数のずれを約１−２％に減らしてもよい。ずれを更に減らすと、感度は上がるが、ジャイロスコープセンサーの温度が変化するにつれ共振周波数も変化するので、任意の時間維持するのが難しくなる。感度を改善するためにＹ軸方向共振を調整するには、静電「負」ばねを使用すれば、即ち検証質量２２と固定感知電極６２の間にＤＣバイアス電圧Ｖ_DCを掛ければよい。動いている検定質量と固定感知電極の間にＤＣ電圧が確立されれば、結果として生じる吸引力は全体バネ定数を下げ、それによって共振周波数を調整する。平行プレートキャパシターに対する１次モデルを使えば、静電力による線形化されたバネ力は次の式で与えられる。ただし、ｙは検定質量のＹ軸方向の平衡位置からの変位である。Ｙ軸方向共振周波数ω_yは次の式で与えられる。但し、ｋ_yは純粋に機械的なバネ定数、ｋ_eは静電バネ定数、Ｍは検定質量２２の質量である。機械的バネ定数ｋ_yは本質的には懸架システム３０の剛性の関数である。電磁バネ定数、ｋ_eは、次の式で与えられる。但し、Ｃ_sは、ジャイロスコープセンサーの感知キャパシタンス、ｙ₀は、指３８と７０間の距離である（図７Ａ参照）。Ｃ_sは、指の総数と重なり合う面積によって変わるが、少なくとも３０フェムトファラド（ｆＦ）なければならない。指の数を増やすことによって、Ｃ_sは約１ピコファラド（ｐＦ）まで増加する。先に述べた様に、指の間の間隔ｙ₀は約１ミクロンである。ｋ_eは負の数値であり、そのためＶ_DCが増加するにつれてω_yは減少することに留意すべきである。システムは、ω_xよりもω_yが大きい状態でスタートし、望ましいずれ△ω／ω_yに達するまでバイアス電圧Ｖ_DCが上げられ、それによってω_yが減少する。Ｖ_DCに対する補正値は実験に基づいて決められるが(以下で論議される図１２参照)、１から１０ボルトの範囲にある。直角要素誤差の相殺とＹ軸共振周波数の調整に加えて、感知システム３４は、遠心力ないし求心力の効果を無効にするためにも使用できる。ジャイロスコープセンサーがＺ軸周りに回転するにつれ、遠心力が検定質量を外側に押し出す（回転軸が検定質量の質量中心を正確に通ってないと仮定する）。対抗する固定感知電極６２ａと６２ｂの間に電圧差Ｖ_Cが掛けられる。コリオリの力の周波数と比較すると、遠心力は低周波数で変化するため、出力からの遠心力の効果を取り除くために高域フィルターを使用することもできる。ジャイロスコープセンサー２０は、容量偏向感知によってＹ軸に沿って検定質量２２の位置を測定する。感知システム３４の互いに組み合う指（図２に図示）は、Ｙ軸に沿う検定質量の変位を感知するために使用される。指はコンデンサーブリッジ状に配置されているので、検定質量の変位は全てコンデンサーの相対的サイズにおける計測可能な変化となる。１次モデルでは、平行板コンデンサーのキャパシタンスは、プレート間の距離に逆比例する。図６と８Ａでは、可動感知電極５６の指３８と感知電極６２ａ、６２ｂの右指７４ａ、７４ｂ間の間隙は、第一コンデンサーＣ₁を形成し、指３８と左指７６ａ、７６ｂ間の間隙は第二コンデンサーＣ₂を形成する。可動感知電極５６がＹ軸に沿って撓むにつれて、Ｃ₁とＣ₂が変化する。例えば、感知電極５６が左方向に撓むと、指３８と右指７４ａ、７４ｂ間の距離が伸び、それによってＣ₁は減少し、一方指３８と左指７６ａ、７６ｂ間の距離が縮むと、それによってＣ₂が増加する。キャパシタンスの変化は、増幅器８２を含む積分器又は電圧バッファの様な位置センサー８０によって感知される。指３８は、増幅器８２の負入力に接続される。増幅器８２の出力は、積分器を形成するために積分コンデンサー８４を経て増幅器の負入力に接続される。増幅器８２の負入力は、寄生コンデンサー８３を経て接地される。増幅器８２の正入力は、直接接地してもよい。キャパシタンスはＤＣ電圧では計測できないため、電圧源９０は指７４ａ、７４ｂと７６ａ、７６ｂの間にＡＣ電圧Ｖ_Sを掛ける。電圧Ｖ_Sは約０．１から５．０ボルトであり、約１ボルトが好ましく、駆動周波数ω_xよりもかなり高い周波数を有する。例えば、電圧源９０の周波数は、約１メガヘルツでもよい。図８Ａに示される積分器は、積分コンデンサーサイズを変化させることによって帯域幅を感度と交換する柔軟性を提供する。積分器は更に、より低い歪みを提供する。超小型電子機械システムに含まれる寄生コンデンサーの幾つかは、バッファのゲインを変化させ、それによって歪みを生じさせる結果となる非線形であり、ブートストラップ方式の寄生キャパシタンスを作動させることは、増幅器歪みを悪化させる正のフィードバックの形態となる。しかしながら、積分器は、固定された線形コンデンサーを使用するため、歪みは最小限に維持される。容量位置感知に使用されるもう一つの一般的な増幅器構成を図８に示すが、増幅器８２の出力はその負入力に接続され、感知電極５６は電圧バッファを形成するために増幅器の正入力に接続されている。不都合なことに、積分器は困難なバイアス問題点を提示する。理想的には、非常に大きな抵抗器を積分コンデンサーに平行に置くことにより、バイアスをかけることができる。しかしながら、実際の大きな抵抗器の機器は全て、結果としてかなりの寄生キャパシタンスとなる。ダイオードは更に、積分キャパシタンスに平行して使用可能であるが、それは非線形キャパシタンスを積分キャパシタンスに加え、歪みを生む結果となるる。図８Ｃでは、このバイアスをかける問題点が閾下金属酸化物半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）８８の使用によって解決されている。ＭＯＳＦＥＴ装置は、積分コンデンサー８４と平行に接続されているため、ＭＯＳＦＥＴ８８のソースは、増幅器８２の出力に、ドレーンは増幅器８２の負入力に、ゲートはアースに接続されている。増幅器８２の負入力はダイオード８６によってアースに、増幅器８２の正入力は直接アースに接続してもよい。閾下方式においては、ＭＯＳＦＥＴ装置は極端に低い相互コンダクタンスを示し、ソースツードレーン・キャパシタンスは示さない。閾下ＭＯＳＦＥＴ装置を使用した結果、バイアス回路に起因する追加のノイズないし歪み無しに、５０Ｆ積分コンデンサーで１ｋＨｚまで作動可能な良好な挙動をする積分器となった。図９では、ジャイロスコープセンサー２０は、信号処理を行うための位相ロックループ（ＰＬＬ）と数個の同期復調器ないしミキサーを含んでいる。位相ロックループ１００は、約７ｋＨｚと１００ｋＨｚの間に駆動周波数ω_xを有する極めて正確なデジタル信号を作り出す。駆動周波数ω_xは、電圧源９０からの信号を分割することによって生成することもできる。位相ロックループは、位置信号が検定質量２２の位置と正確に位相が合っていることを保証する。位相ロックループ１００は更に、ライン１１０上の位置信号とは位相が正確に９０度違う速度信号をライン１０８上に生成する。反対の振幅を有するライン１０２と１０４上の位置信号が、位相ロックループ１００によって、トランス抵抗増幅器１０６の正と負の出力に各々供給される。対抗する固定駆動電極６０ａ及び６０ｂは又、トランス抵抗増幅器１０６の正と負の出力に接続される。対抗するフィードバック電極６１ａ及び６１ｂは、トランス抵抗増幅器１０６の正と負の入力に接続される。トランス抵抗増幅器１０６の出力の一つは、ミキサー１１２によって速度信号と混合される。ミキサー１１２の結合された出力はトランス抵抗増幅器１０６に掛けられ、Ｘ軸に沿った検定質量２２の振動の振幅を制御するため自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路に提供される。位相ロックループの位相精度は、いかなる位相誤差もコリオリと直角成分信号間の漏話を生じる結果となるので、ジャイロスコープセンサー２０の作動にとっては非常に重要である。位相誤差θ_n（ｔ）が位相ロックループで位相ノイズによって生成されると仮定すると、回転速度Ω での誤差は、以下に示す式１３−１５から導き出せる。位相ロックループ１００は極めて正確なため、位相ノイズは最小となり、種々の漏話は極めて小さい。加えて、直角成分誤差補正は、漏話と位相ノイズを低減する。対抗する固定感知電極６２ａ、６２ｂの指７０に適切な電圧を掛ければ、直角成分誤差をゼロとし、Ｙ軸共振周波数を調整し、遠心力を平衡させることができる。特に、ジャイロスコープセンサー２０は４個のバイアスＤＣ電圧源１２０、１２２、１２４、１２６を含んでいる。電圧源１２０は、合計電圧Ｖ_t＝Ｖ_DC＋ △Ｖ＋Ｖ_Cを感知電極６２ａの右指７４ａに掛ける。電圧源１２２は、Ｖ_DC−△ Ｖ−Ｖ_Cの合計電圧を左指７６ａに掛ける。電圧源１２４は、Ｖ_DC−△Ｖ＋Ｖ_Cの合計電圧を感知電極６２ｂの右電極指７４ｂに掛ける。電圧源１２６は、Ｖ_DC＋ △Ｖ−Ｖ_Cの合計電圧を左指７６ｂに掛ける。この様に、電圧源１２０、１２２、１２４、１２６は、直角成分誤差をゼロにし、望ましいＹ軸共振周波数を選択し、全ての遠心力ないし他の低周波数力も相殺するために、必要なバイアス電圧を全て提供する。もちろん、同様の効果的な合計電圧を感知電極指に提供する電圧源の他の組み合わせ全てを使用してよい。更に、異なるセットの固定感知電極の指を使って電圧を掛けてもよく、例えば、Ｖ_DCを一つのセットの指に掛け、△Ｖをもう一つのセットの指に掛けることもできる。容量位置センサー８０から、位置、コリオリ効果、直角成分信号を引き出すために、増幅器８２からの信号は振動増幅器１３０によって増幅され、出力信号をライン１３２上に作り出す。この出力信号は、変調機ないしクロックからの信号及び位相ロックループ１００からの位置及び速度の信号と混合される。電圧源９０は高い周波数、例えば１メガヘルツクロックの信号をライン１３４上に作り出す。位置信号を生成するために、このクロック信号は、ミキサー１３６によってライン１３２上の出力信号と混合される。コリオリ信号を作り出すために、ライン１３４上のクロック信号は、ミキサー１４０によってライン１０８上の速度信号と混合され、ライン１４２上に結合された信号を作り出す。ライン１４２上の結合された信号は、次にミキサー１４４によってライン１３２上の出力信号と混合され、コリオリ信号を作り出す。最終的に、直角成分信号を作り出すために、ライン１３４上のクロック信号はミキサー１５０によってライン１１０上の位置信号と混合され、ライン１５２上に結合された信号を作り出す。ライン１５２上の結合された信号は、次にミキサー１５４によってライン１３２上の出力信号と混合され、直角成分信号を作り出す。位置、コリオリ、直角成分信号は、高周波数成分を取り除くために低域フィルターに通される。図１０では、ジャイロスコープセンサー２０は、金属酸化物半導体と超小型電子機械組み立て技術の組み合わせを使ってシリコン基板２４上に組み立てられている。トランス抵抗増幅器と積分器は、同じ型板上に組み立てられ、残りの電子部品は、チップの外側に取り付けられる。機械的感知要素は、直径約１ミリメートルである。ジャイロスコープセンサー２０には多くの起こりうるノイズ源がある。これらの主なものは、ブラウンノイズ、積分器の演算増幅ノイズ、位相ロックループ位相ノイズである。ブラウンノイズΩ_nＢは、角速度分解能における基本的限界を示し以下の式で与えられる。但し、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｍは検定質量の質量、ＢＷはジャイロスコープセンサーの帯域幅、ＱはＱ因子である。一例として質量Ｍ＝０．２μｇ、振動振幅Ｘ₀＝１μｍ、Ｑ因子Ｑ＝１０、０００、帯域幅ＢＷ＝１００Ｈｚ、駆動周波数ω_x＝２０ｋＨｚＮ共振周波数ωｙ＝２０ｋＨｚであるジャイロスコープセンサーを考えてみる。この例で、ブラウンノイズ最低値Ω_nB＝０．０６度／秒であることがわかる。ジャイロスコープセンサーは真空中で使用され、高いＱ値を有しているため、ブラウンノイズは主なノイズ源ではない。方程式１５で示す様に、θ_n（ｔ）で示される位相ロックループにおける位相ノイズは、直角成分信号とコリオリ信号との間に多様な漏話を引き起こす。ジャイロスコープセンサー２０では、この効果は、位相ロックループにおける低位相ノイズとゼロにされた直角成分誤差によって最小に維持されている。積分器演算増幅ノイズは、ジャイロスコープセンサー２０における主要ノイズ源である。演算増幅ノイズの入力参照ノイズΩ_Eは、積分器の加算節点に取り付けられる合計キャパシタンスＣ_Tの関数であり、次の式で与えられる。但し、ｆ_Tはジャイロスコープセンサー２０内のトランジスターの最大作動可能周波数である。電子ノイズは、ｆ_T＝２５０ＭＨＺ、周波数ミスマッチ△ω＝１ｋＨｚ、感知電圧Ｖ_S＝１ボルト、感知キャパシタンスＣ_S＝１００ｆＦ、振動振幅と指間隔がＸ₀＝ｙ₀＝１μｍを有する並のＣＭＯＳ処理では、せいぜいΩ_nB ＝０．０８度／秒である。ジャイロスコープセンサー応答の初期特性を図１１に示す。図１１は、Ｘ軸上に周波数を取り、その関数として、Ｙ軸上にコリオリ信号の出力電圧の対数を取ったグラフである。グラフは、１Ｈｚ、５度／秒正弦波回転に応じる出力コリオリ信号を測定することによって作った。ジャイロスコープセンサーは、１２ｋＨｚの振動周波数ω_xと約１２．５ｋＨｚの共振周波数ω_yで作動させた。Ｚ軸振動レートジャイロスコープセンサーのこの仕様に対するノイズ最低値は、１度／秒／Ｈｚ^1/2である。図１２に、位置感知指に掛けられたＤＣバイアス電圧の関数として、検定質量２２の測定された機械共振周波数を示す。図１２は、指３８と指７０の間に掛けられるＲＭＳ電圧（グラフのＸ軸上）の関数としての検定質量２２の共振周波数（グラフのＹ軸上）のグラフを示す。ＲＭＳ電圧は、ＤＣバイアス電圧と電圧源９０によって生成されたＡＣ電圧の組み合わせである。結果として生じる静電気バネは、感知モード（ωｙ）の共振周波数を下げ、平面外モードの共振周波数を上げ、駆動モード（ωｘ）を変化を受けない様にする。予想される様に、バイアス電圧が上がるにつれて、Ｙ軸共振周波数は低下し、検定質量２２の振動周波数は１２ｋＨｚで一定のままである。垂直及び傾斜モードの共振周波数は、静電浮揚効果によってＤＣバイアスと共に増加する。先に論議したように、ジャイロスコープセンサー２０は、直角成分誤差をゼロにする手段を含んでいる。図１３は、右指７４ａ、７４ｂと左指７６ａ、７６ｂの間に掛けられた電圧差△ＶをＸ軸上に取り、その関数として、計測された電圧Ｖ_outをＹ軸上に取ったグラフを示す。直角成分と回転速度信号の両方が、△ｖが調整されたゼロ回転速度に対してプロットされている。直角成分誤差と回転速度信号の計測結果は、直角成分誤差信号がコリオリ信号とは無関係に制御できることを示している。感知及び直角成分補正電圧が異なる電極指によって掛けられる、ジャイロスコープセンサーのもう一つの実施例を図１４に示す。図１４では、超小型精密ジャイロスコープセンサー２００は、懸架システム２０６によって基板２０４に接続されている検定質量２０２を含む。ジャイロスコープセンサー２００は三つの主要電子成分を含み、それは、Ｘ軸に沿った検定質量２０２の振動を持続するために使用される駆動システム２１０、Ｙ軸に沿った検定質量２０２の変位を検知するために使用される感知システム２１２、全ゆる直角成分誤差を相殺するために使用される直角成分補正システム２１４である。検定質量２０２は、方形の外側段２２０と方形の内側段２２２を含む。外側段２２０の各々の角は、折り返された即ちＪ型の第一屈曲部２２４によって、検定質量２０２と懸架システム２０６を基板２０４に固定するアンカー２２６に接続されている。同様に、内側段２２２の各々の角は、第二屈曲部２２８によって外側段２２０に接続されている。第一屈曲部２２４は、外側段２２０が基板２０４に関して主としてＹ軸に沿って振動できる様に設計されており、それに対し第二屈曲部２２８は、内側段２２２が外側段２２０に関して実質的にＸ軸に沿って振動できる様に設計されている。数本の梁ないしクロスバー２３０は、内側段２２２の反対側を互いに接続する。ジャイロスコープセンサー２００の物理的特性は、ジャイロスコープセンサー２０の特性と同様である。センサーは一片が約０．５から２．０ミリメートル、検定質量の総質量は約０．１から０．５マイクログラム、懸架システムの可撓要素はポリシリコンで出来ており、幅と厚さは２ミクロンのオーダーである。部品全体は、従来型の集積回路組み立て技術を使って組み立てられる。図１４において、駆動システム２１０は、二つの駆動電極２３２ａ、２３２ｂと、二つのフィードバック電極２３４ａ、２３４ｂを含んでおり、全て基板２０４に接続されている。複数の電極指２３６が各フィードバック電極及び各駆動電極からＸ軸に沿って突き出ている。複数の電極指２３８は、Ｘ軸に沿って検定質量２０２の内側段２２２から突き出ており、感知及び駆動電極の電極指２３６と互いに組み合っている。図１５に示す様に、フィードバック電極２３４ａと２３４ｂはトランス抵抗増幅器２４０の正と負の入力にそれぞれ接続されている。駆動電極２３２ａと２３２ｂは、図９に関して以前に説明した様に、トランス抵抗増幅器２４０の正と負の出力に各々接続されており、又位相ロックループ２４２にも接続されている。感知システム２１２はＸ軸と整列した感知電極指の複数のペアを含んでいる。感知電極指の各対は、右指２４４と左指２４６を含む。複数の電極指２４８は外側段２２０に接続され、各電極指２４８が一つの右指２４４と一つの左指２４６間に配置されるように組み合わされている。感知電圧源２５０（図１５参照）は右指２４４と左指２４６の間にＡＣ電圧を掛ける。直角成分補正システム２１４は、センサーの中心線近くに配置され基板に接続されている補正電極を数セット含んでいる。補正電極の各セットは、上部左電極２６０、上部右電極２６２、下部左電極２６４、下部右電極２６６を含む。上部右電極２６２と下部左電極２６４は、図示の様に単一電極でもよく、或いは別々の電極であってもよい。複数の電極指２６８は、クロスバー２３０から伸び、接続電極と互いに組み合わされている。とりわけ、各電極指２６８はクロスバー２３０からＸ軸に沿って伸びており、上部左電極２６０と上部右電極２６２の間に配置されている。同様に、各電極指２６８はクロスバー２３０からＸ軸に沿って伸び、下部左電極２６４と下部右電極２６６の間に配置されている。上部左電極２６０は下部右電極２６６に電気的に接続され、上部右電極２６２は下部左電極２６４に電気的に接続されている。電圧源２７０（図１５）は、補正電極２６０、２６６と２６２、２６４の間にＤＣバイアス電圧を掛ける。左右電極間の電圧差は、図７Ｃに関して論議した様に直角成分誤差を打ち消すための平衡力を作り出す。積分器２８０とミキサー２８２−２８６を含む回路の残りの部分は、図９に関して先に論議した回路と同様の方法で組み立てられ、機能する。図１６において、直角成分補正は、Ｘ軸及びＹ軸ジャイロスコープセンサーの様な他の種類のジャイロスコープセンサーの組み立てで生じる製造上の欠点を補うために使用することができる。二軸振動ジャイロスコープは、コリオリの加速度を生じさせ、感知することによって機能する。二軸振動ジャイロスコープの機能作動を、等価なバネ−マス系によって示している。二軸ジャイロスコープセンサー２９０において、検定質量２９２はフレーム２９６からの可撓性懸架材２９４によって支持される。検定質量は、一般的に円盤型で、基板の表面に概ね平行な面に置かれている。検定質量は、Ｚ軸（基板の表面に垂直な軸）周りに、駆動トルクＦ_dによって周波数ω_zで加振される。フレームが、基板の表面に平行な第一軸、例えばＹ軸周りに回転度Ω_Yで回転すると、この回転と振動の組み合わせにより、基板の表面に平行で、第一軸に垂直な第二軸、即ちＸ軸周りに振動するコリオリトルクＦ_Cが発生する。このコリオリの作用トルクは検定質量を、周波数ω_xでＸ軸周りに加振する傾向がある。この様に、検定質量のＹ軸周りの回転は、検定質量をＸ軸周りに「シーソー」運動させる。同様に、Ｘ軸周りの回転はＹ軸周りにコリオリ振動を引き起こす。検定質量のＹ軸周りの回転によって発生するＸ軸周りのコリオリの加速度は次の式によって与えられる。但し、θ_xは感知軸の傾斜角度、Ｉ_xxはＸ軸周りの慣性モーメント、Ｃ_xは減衰係数、Ｋ_xはバネ定数、ω_zはＺ軸周りの振動の周波数、Ｉ_zzはＺ軸周りの慣性モーメント、Ω_yはＹ軸回りの検定質量の回転速度である。コリオリの加速度によって生じるローターの角振動は、搬送周波数ω_zの振幅変調信号と考えることができる。変調された信号の振幅は、Ｙ軸回転速度Ω_yに正比例する。Ｙ軸周りのコリオリの加速度に関する方程式は、添え字ｘとｙが反対で、方程式の右側が正であることを除いて本質的に同一である。図１７Ａにおいて、二軸ジャイロスコープセンサー３００は、懸架システム３０６によって剛体フレーム即ち基板３０４に接続された概ね環状の検定質量３０２を含んでいる。二軸ジャイロスコープセンサー３００は、Ｘ軸及びＹ軸周りの回転速度、即ち基板３０４の表面に平行な軸回りの基板の回転を計測する。二軸ジャイロスコープセンサー３００は三つの主要電子要素を含んでおり、それは、Ｚ軸周りの検定質量３０２の振動を持続するために使用される駆動システム３１０と、Ｘ軸及びＹ軸周りの検定質量３０２の変位を感知するために使用される感知システム３１２と、全ての直角成分誤差を相殺するために使用される直角成分補正システム３１４である。二軸ジャイロスコープセンサー３００は標準的集積回路技術を使って組み立てることができる。検定質量３０２は、概ね環状のローター３１６を含んでいる。ローター３１６は、約２５０ミクロンの外側半径と約２００ミクロンの内側半径を有する２ミクロンの厚さのポリシリコンの環である。検定質量３０２はＸ軸とＹ軸に関し実質的に対称である。懸架システム３０６は、検定質量の内側端３２２を、ローター３１６を基板３０４に固定しているアンカー３２４に接続する４個の梁を含んでいる。梁３２０もポリシリコンから作られ、２ミクロンオーダーの幅と厚さを有する。替わりに、懸架システムは、折り重ねられた梁を有する波状懸架システムを含んでいてもよい。もう一つの案では、検定質量は、ローターの外側端に接続された４個の梁によって吊されている。波状の懸架システムでは固有周波数は低くなり、ローターの歪みに適応できる。懸架システム３０６は、ローター３１６が互いに直交する３軸周りに回転ができる様に、捻り懸架システムを提供するために設計されている。しかしながら、懸架システム３０６は、Ｘ軸とＹ軸に沿う並進加速に対しては剛である様に設計されている。ローター３１６はＺ軸に沿った並進加速を受けるが、以下で論議される差動感知方法はその様な加速への感度を実質的に取り消す。機械的感度を最大とするために、懸架システムは、全ての三つの回転モードの周波数に十分調和する様に設計されているので、ジャイロスコープセンサーの製造の間の過程変動を静電同調が補償している。特に、感知軸固有周波数は駆動固有周波数の約１０％上になる様に設計されているので、感知周波数は駆動周波数に合わせるためには下向きに調整される。複数の内側の櫛３３０ａ―３３０ｄは、ロータ３１６の内縁３２２から内方に突出する。各内側の櫛は、背骨３３２と、背骨の両側から突出する複数の歯３３４とを含む。図１７Ａに示す内側の櫛の個数及び形状は、単なる例示に過ぎない。二重軸のジャイロスコープは、各々５つの歯をもつ１２個の内側の櫛を含む。４つの外側の櫛３４０ａ―３４０ｄは、ロータ３１６の外縁３２６から外方に突出する。各外側の櫛は、背骨３４２と、背骨の両側から突出する複数の歯３４４とを含む。図１７Ａの派３４及び３４４は、直線として示されているが、図１７Ｂに示すように、同心円からの弧の一部分として歯を構成するのが効果的である。既に述べたように、駆動システム３１０は、Ｚ軸の周りで保証質量(proofmass )３０２の振動を誘起する。駆動システム３１０は、１つ以上の駆動電極３５０ａ―３５０ｂと、基板３０４に接続された１つ以上のフィードバック電極３５２ａ―３５２ｂとを備えている。好ましくは、これらの駆動及びフィードバック電極は、各内側の櫛３３０ａ―３３０ｄの各側に配置された対向対として配列される。各フィードバック及び駆動電極は、隣接する内側の櫛のは３３４と指を組む構成にされた複数の歯３５４を備えている。歯３５４は、弧の長さが約２０ミクロンであり、そして巾が約２０ミクロンである。駆動システム３１０の駆動電極は、電気的機械的トランスジューサとして働く。駆動電極と保証質量との間に交流電圧を印加することにより、保証質量は、Ｚ軸の周りで強制的に振動される。より詳細には、ビーム３２０が撓むか又は曲がり、ロータ３１６が回転できる。図１８を参照すれば、二重軸ジャイロスコープセンサ３００は、約２０ないし３０ＫＨｚの駆動周波数ω_zを有する駆動信号３６２及び３６４を発生するトランスレジスタンス増幅器３６６を備えている。駆動信号３６２及び３６４は、大きさが等しく、符号が逆である。位相固定ループ３６０は、保証質量の回転率と同相の非常に正確なデジタル出力信号をライン３６８に発生する。対向するフィードバック電極３５２ａ及び３５２ｂは、トランスレジスタンス増幅器３６６の正及び負の入力に接続される。対向する駆動電極３５０ａ及び３５０ｂは、トランスレジスタンス増幅器３６６の正及び負の出力３６２及び３６４と、位相固定ループ３６０とに接続される。トランスレジスタンス増幅器３６６の正及び負の出力は、ミクサ３７０によりライン３６８のデジタル出力信号と混合される。ミクサ３７０の出力は、次いで、トランスレジスタンス増幅器３６６を変調するのに使用される。この変調は、自動利得制御回路が保証質量３０２の振動の振幅を制御するようにする。従って、駆動システム３１０は、一定振幅の位相固定振動を保証質量に与えると共に、コリオリ復調のためのクリーンな信号を与える。図１７Ａに戻ると、感知システム３１２は、４つの感知電極３７４ａ―３７４ｄ（ロータ３１６の下に配置されているので仮想線で示されている）を含む。各感知電極は、パイの四半分の形状であり、基板３０４におけるｎ＋拡散領域で形成される。感知電極３７４ａ及び３７４ｃはＸ軸に沿って配置され、一方、感知電極３７４ｂ及び３７４ｄはＹ軸に沿って配置される。コリオリ振動は、ロータ３１６と感知電極３７４ａ―３７４ｄとの間のキャパシタンスの変化を感知することにより測定される。例えば、ジャイロスコープのセンサがＹ軸の周りで回転するときには、コリオリの力がロータ３１６の右部分を感知電極３７４ｂへ接近するよう移動させ、そしてロータ３１６の左部分を感知電極３７４ｄから離れるように移動させる。従って、感知電極３７４ｂとロータ３１６との間のキャパシタンスは増加するが、感知電極３７４ｄとロータ３１６との間のキャパシタンスは減少する。各対の対向する感知電極が差動感知を与えるので、Ｚ軸に沿ったロータの上下の並進移動が感知出力に変化を生じることはない。図１８を参照すれば、第１の感知電圧源３７６は、対向する感知電極３７４ａ及び３７４ｃを接続し、そして第２の感知電圧源３７８は、対向する感知電極３７４ｂ及び３７４ｄを接続する。感知電圧源３７６及び３７８は、異なる変調周波数をもつＡＣ電圧を発生する。例えば、一方の電圧源は、２００ＫＨｚで動作し、そして他方の電圧源は、３００ＫＨｚで動作する。Ｘ軸及びＹ軸の周りのロータ３１６の角度位置を示す位置信号を抽出するために、保証質量３０２は、積分器３８０に電気的に接続される。積分器３８０は、約５０フェムトファラッドのキャパシタンスを有するキャパシタ３８１を含む。積分器３８０の利点は直線性を改善することである。積分器３８０の出力は、ミクサ３８２により感知電圧源３７６からの信号で復調される。又、積分器３８０からの出力は、ミクサ３８４により感知電圧源３７８からの信号で復調される。ミクサ３８２及び３８４の出力は、次いで、ミクサ３８６及び３８８により、位相固定ループ３６０からのライン３６８上の信号で復調される。ミクサ３８６の出力は、Ｘ軸の周りでのジャイロスコープセンサの角度回転率を与え、そしてミクサ３８８の出力は、Ｙ軸の周りでのジャイロスコープセンサの回転率を与える。二重軸ジャイロスコープセンサ３００の機械的及び電気的な合成感度は、次の式に基づいて計算される。ここで、Ｖ_sは感知電圧であり、Ｃ_iは積分キャパシタのキャパシタンスであり、Ｑ_xは逆制動係数の質であり、そしてＶ_outはミクサからの電圧信号である。この感知システムの１つの欠点は、駆動周波数の２倍の周波数において小さな固有電圧が発生されることである。しかしながら、この電圧は、感知変調周波数から離れている。上述したように、二重軸ジャイロスコープセンサ３００が基板の表面に平行な軸の周りで回転する場合には、Ｚ軸の周りでのロータ３１６の振動が、コリオリの力によりＸ軸又はＹ軸の周りの振動を誘起する。理想的な装置においては、駆動システム３１０により生じる唯一の運動がＸ―Ｙ平面内となるようにロータ３１６が完全に整列される。しかしながら、製造の不完全さにより、ロータ３１６は、Ｚ軸の周りで回転を受けるときに揺れることがある。より詳細には、たとえジャイロスコープセンサ３００がＸ軸又はＹ軸の周りで回転しない場合でも、ロータ３１６がＺ軸の周りで回転するときには、Ｘ―Ｙ平面から外れて振動又は揺れることがある。製造の不完全さにより生じる揺れは、直角位相エラーと称する偽の回転率測定値を発生する。二重軸ジャイロスコープセンサ３００の直角位相エラーは、Ｚ軸ジャイロスコープセンサ２０の直角位相エラーに類似しており、即ち直角位相エラー及びコリオリ加速度は、両方とも、発振周波数を中心としそして９０°位相ずれした正弦波信号である。理想的には、復調は、位相ずれした直角位相エラーを排除する。しかしながら、電子部品は、小さな位相遅れを有するので、直角位相エラーのある割合が回転率測定値を悪化させる。図１７Ａに戻ると、直角位相修正システム３１４は、８個の修正電極３９０ａ ―３９０ｈを備えている。これらの修正電極は、２つの対向する修正電極により取り巻かれた各外側の櫛３４０ａ―３４０ｄと対に配列される。例えば、外側の櫛３４０ａは、修正電極３９０ａ及び３９０ｂが側部に設けられる。各修正電極は、複数の歯３９２を有し、これらは、外側の櫛の歯と指を組んだ状態にされる。直角位相修正システム３１４は、修正電極３９０ａ―３９０ｈに電圧を印加して、外側の櫛の歯３４４を浮かせ、直角位相エラーを打ち消す。図１８に戻ると、各対の対向する修正電極は、ＤＣオフセット電圧源に接続することができる。更に、ロータの両側の修正電極を接続することができる。例えば、修正電極３９０ａを修正電極３９０ｆに電気的に接続することができる。第１のＤＣ電圧源３９４は、電極３９０ａを電極３９０ｂに接続し、そして第２のＤＣ電圧源３９６は、修正電極３９０ｃ及び３９０ｄを接続する。ＤＣオフセットは、外側の櫛３４０ａ―３４０ｄを静電気的に浮かせ、それにより、直角位相エラーを打ち消すように選択される。図１９を参照すれば、歯３４４及び３９２の下の基板３０４の部分は、制御パッド電極３９８を与えるためのｎ＋拡散領域である。制御パッド電極３９８は、保証質量３０２に電気的に接続される。歯３９２に一般的に正の電圧を印加しそして歯３４４及び制御パッド電極３９８に一般的に負の電圧を印加することにより、電界（電界線３９９で示す）が歯３４４に上向きの力Ｆ_zを発生する。図１７Ａに戻ると、修正電極３９０ａ及び３９０ｆは、ロータの左側の歯に上向きの力を発生し、これは、電極３９０ｂ及び３９０ｅによりロータの右側の歯に発生される上向きの力より強い。この力の不平衡によりロータを回転しようとするバランストルクが発生し、従って、コリオリの力がないと、Ｘ―Ｙ平面のみにおいて振動することになる。直角位相エラーは、直線変位を生じるので、バランス力は、Ｚ軸の周りでの保証質量の位置に比例することが必要となる。バランストルクＦ_zは、歯３４４と歯３９２との間の重畳面積に比例する。歯３４４と歯３９２との間の重畳面積は、ロータ３１６の角度位置に正比例するので、バランストルクも、ロータの角度位置に比例する。図２０を参照すれば、二重軸ジャイロスコープセンサ３００’の別の実施形態は、変形された直角位相修正システム３１４’を備えている。この直角位相修正システム３１４’において、４つの一般的に長方形又はくさび型のプレート３４０ａ’―３４０ｄ’がロータ３１６の外縁３２６に接続される。２つの固定電極パッド３９０ａ’及び３９０ｂ’は、各プレートの下で基板３０４に配置される。これらの固定電極パッド３９０ａ’及び３９０ｂ’は、基板のｎ＋拡散領域で形成される。直角位相エラーを修正するために各対の電極パッド間にＤＣオフセット電圧が印加される。例えば、電極パッド３９０ｂ’の電圧が電極パッド３９０ａ’の電圧より高くなるように正のオフセット電圧が印加される。ロータ３１６が反時計方向に回転しそしてプレート３４０ａ’が右方向に移動するときには、プレートのより多くの部分が電極パッド３９０ｂ’に重畳し、従って、プレートの右側がプレートの左側よりも基板に強く吸引される。これは、ロータ３１６をＸ軸の周りで回転しようとするトルクを発生する。二重軸のジャイロスコープセンサ３００’は、その他の点では、二重軸ジャイロスコープ３００と同様に機能する。図２１を参照すれば、ジャイロスコープセンサ４００において、駆動システム、感知システム及び直角位相修正システムは、１組の電極を使用する。ジャイロスコープセンサ４００は、柔軟なサスペンション４０６により基板４０４に接続された保証質量４０２を備えている。複数の対向する電極フィンガ４１０ａ及び４１０ｂ（２つの対向するフィンガしか示されていない）が保証質量４０２からＸ軸に沿って突出する。各電極フィンガ４１０ａは、各固定電極フィンガ４１２ａ及び４１４ａがその側部の設けられる。同様に、各電極フィンガ４１０ｂには、固定電極フィンガ４１２ｂ及び４１４ｂがその側部に設けられる。Ｙ軸に沿った保証質量の位置を感知するために、電源４２０が上部電極フィンガ４１２ａ、４１２ｂと下部電極フィンガ４１４ａ、４１４ｂとの間に高周波数（例えば、１ＭＨｚ）のＡＣ電圧を印加する。保証質量４０２は、積分器４２２に電気的に接続される。積分器４２２の出力は、正の信号を発生する。保証質量をＸ軸に沿って駆動するために、電圧制御発振器４２６が、周波数ω のＡＣ電圧を対向する電極フィンガ４１２ａ、４１４ａと４１２ｂ、４１４ｂとの間に印加するように接続される。積分器４２２の出力は、位相感知回路４２８に送られ、そして位相感知回路４２８の出力は、電圧制御発振器４２６を制御する。積分器４２２からの出力電圧Ｖ_outは、次のように表わされる。但し、Ｑ_structは保証質量の電荷であり、そしてＣ_Iは積分器４２２のキャパシタンスである。Ｑ_structは次の式で与えられる。但し、Ｖ_F（ｔ）は強制電圧のＡＣ部分であり、Ｃ_x（ｔ）は、構造体がＸ軸に沿って変位するときの強制電極の変化するキャパシタンスであり、そしてＶ_sense は電源４２０により印加される感知電圧である。式２０及び２１を結合すると、次のようになる。強制電圧Ｖ_F（ｔ）がＶ_Fｓｉｎ（ωｔ）である場合には、得られる変位ｘ（ｔ）が次の式で与えられる。ｘ（ｔ）＝Ｘ₀（ω、ω_x）ｓｉｎ（ωｔ＋φ（ω、ω_x））（２３）ここで、ωは駆動周波数であり、ω_xは駆動モード共振周波数であり、Ｘ₀（ω、 ω_x）は振幅であり、そしてφ（ω、ω_x）は位相差である。△Ｃ_x（ｔ）はｘ（ｔ）に比例するので、次のようになる。それ故、次のようになる。駆動周波数ωが共振周波数ω_xに等しいときには、位相φが９０°となる。式２５のｃｏｓ（φ（ω、ω_x）項は、ＤＣオフセットを生じるので、位相感知回路４２８は、ＤＣオフセットがないときを感知することにより電圧制御発振器４２６の周波数ωを共振周波数ω_xに駆動することができる。従って、駆動電圧は、保証質量の位置に位相固定されたままとなる。直角位相エラー修正は、電極フィンガ４１２ａと４１４ａとの間にＤＣ電圧を印加すると共に、電極フィンガ４１２ｂと４１４ｂとの間に等しいが逆のＤＣ電圧を印加することにより、ジャイロスコープセンサ４００において達成することができる。図２２を参照すれば、マイクロ加工されたジャイロスコープセンサ５００は、非常に厚いデバイスを形成するための高縦横比の単結晶シリコンマイクロ加工技術を用いて製造される。ジャイロスコープセンサ５００は、アンカーポイント５１１において堅牢なフレーム又は基板５０４に接続された振動構造体５０２を備えている。この構造体５０２は、基板の表面５０５に平行な平面内で振動するように構成される。従って、約０．５ないし４．０ミクロンのギャップ、例えば、約１．０ミクロンのギャップが振動構造体を表面５０５から分離する。構造体５０２は、一般的にＨ字型であり、保証質量部分５０６と、柔軟なサスペンション部分５０８とを備えている。サスペンション部分は、２つの平行なクロスビーム５１６と、Ｘ軸に沿って一般的に配置された４つの平行な撓み部５１０とを含む。各撓み部の一端は、アンカー５１１に接続され、このアンカーは、構造体５０２を基板に接続する。各撓み部の他端は、クロスビーム５１６の１つに接続される。１つのクロスビーム５１６及び２つの撓み部５１０の全長は、長さが約２００ないし１５００ミクロンであり、好ましくは、約１２５０ミクロンである。保証質量部分５０６は、一般的に方形の構成となるように２つのビーム５１４に接続された２つのクロスバー５１２を備えている。３つの付加的なクロスバー５１２もビーム５１４間に接続される。複数の電極歯又はフィンガがクロスバー５１２からＸ軸に沿って突出する。４つの付加的な５１８は、撓み部５１０を保証質量部分５０６に接続する。構造体５０２は、単結晶シリコンで形成される。構造体５０２は、少なくとも２５ミクロンの厚みＴを有し、この厚みＴは少なくとも５０ミクロンであるのが効果的である。厚みは、約５０ないし１００ミクロンであるが、ある用途では、２５０ミクロンである。構造体の撓み部は、巾Ｗ_Fが約２ないし５ミクロンである。撓み部の縦横比、即ち巾と厚みの比は、１０：１より大きくなければならず、そして縦横比は２０：１より大きいのが効果的である。縦横比は、５０：１以上であってもよい。保証質量部分のビーム及びクロスバーは、巾Ｗ_Bが約５ないし１０ミクロンである。構造体５０２の全質量は、約１０ないし５０マイクログラムである。サスペンション部分５０８は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って柔軟性がありそして他の振動モードに対して堅牢であるように設計される。特に、撓み部の高い縦横比は、ねじれ及びＺ軸加速度に対して非常に堅牢な構造体を生じる。図２３を参照すれば、マイクロ加工されたジャイロスコープセンサ５００は、４つの重要な電子的要素、即ちＸ軸に沿った構造体５０２の振動を維持するのに使用される駆動システム５２０と、Ｙ軸に沿った構造体５０２のそりを検出するのに使用される感知システム５４０と、Ｙ軸に沿った構造体５０２の共振周波数を調整するのに使用される感知同調システム５６０と、直角位相エラーを打ち消すための静電気力を付与するのに使用される直角位相修正システム５８０とを備えている。図１５及び１６に示すように、駆動システム５２０は、２つの対向する駆動電極櫛５２２ａ及び５２２ｂと、２つのフィードバック電極櫛５２４ａ及び５２４ｂとを備え、これらは全て基板５０４に接続される。各駆動電極櫛及びフィードバック電極櫛は、複数の電極歯即ちフィンガ５２６を備え、これらは、駆動軸に沿って突出すると共に、構造体５０２から突出する電極歯またはフィンガ５２８と指を組む状態にされる。電極歯５２６及び５２８は、その長さＬが約１５ミクロンであり、そしてその巾Ｗ_Eが約２ないし６ミクロンである。電極歯５２６は、約２．５ミクロンのギャップにより電極歯５２８から分離される。電極歯５２６及び５２８は、単結晶シリコンの同じ層から形成され、約１００ミクロンの厚みを有する。フィードバック電極櫛５２４ａ及び５２４ｂは、トランスレジスタンス増幅器５３０の正及び負の入力に電気的に接続される。駆動電極櫛５２２ａ及び５２２ｂは、トランスレジスタンス増幅器の正及び負の入力と、位相固定ループ回路５３２とに接続される。トランスレジスタンス増幅器５３０からの出力の少なくとも１つは、ミクサ５３４により位相固定ループ５３２からの速度信号と混合される。ミクサ５３４の出力は、次いで、トランスレジスタンス増幅器５３０を変調するのに使用され、自動利得制御回路が構造体５０２の振動振幅を制御できるようにする。感知システム５４０は、左側感知電極櫛５４２ａ及び５４２ｂと、右側感知電極櫛５４４ａ及び５４４ｂとを含む対向する一対の感知電極櫛を含む。左側の感知電極櫛５４２ａ、５４２ｂは、複数の「左側」電極歯５４６を含み、そして右側感知電極歯５４４ａ、５４４ｂは、複数の「右側」の電極歯５４８を含む。これらの電極歯５４６及び５４８は、構造体５０２から突出する電極歯５５０と指を組む状態にされ、各電極歯５５０が１つの左の歯５４６と１つの右の歯５４８との間に配置される。電極歯５４６、５４８及び５５０は、その長さＬが約１５ミクロンであり、そしてその巾Ｗ_Eが約２ないし６ミクロンである。電極歯５４６、５４８及び５５０は、厚みが少なくとも２５ミクロンであり、そしてこの厚みは約５０ないし１００ミクロンであってもよい。電極歯の縦横比は、少なくとも約５：１でなければならない。この縦横比は、少なくとも１０：１であって、そして約１０：１ないし２０：１であればよい。電極歯５５０は、巾Ｗ_Gが約０．５ないし４．０ミクロンで、例えば、２．５ミクロンのギャップにより電極歯５４６及び５４８から分離される。ギャップの縦横比は、少なくとも１０：１でなければならず、そして２０：１より大きく、又は５０：１より大きくてもよい。電極歯５４６、５４８及び５５０は、これらの歯が同一平面となるように、同じ製造段階において単結晶シリコンの同じ層から形成される。第１の感知電圧源５５２は、左側の感知電極櫛５４２ａ及び５４２ｂにＡＣ電圧を印加する。第２の感知電圧源５５４は、第１の感知電圧と１８０°位相ずれしたＡＣ電圧を右側の感知電極櫛５４４ａ及び５４４ｂに印加する。感知電圧源は、最大電圧が約０．１ないし５．０ボルトで且つ周波数が約０．１ないし５．０ＭＨｚのＡＣ信号を発生することができる。このＡＣ信号は、電圧振幅が１ボルトで、周波数が１ＭＨｚである。コリオリ信号Ω_zを測定するために、構造体５０２は、積分器５５６に電気的に接続され、そして積分器５５６の出力は、ＡＣ増幅器５５８により増幅される。感知電圧源の１つからの信号は、ミクサ５３６により位相固定ループ５３２からの位置信号と混合される。ミクサ５３６の出力は、次いで、ミクサ５３８により増幅器５５８の出力と混合され、コリオリ信号を発生する。Ｙ軸共振信号の同調は、感知同調システム５６０により、１組の内側同調電極５６２と外側同調電極５６４との間にＤＣバイアス電圧を印加することにより行われる。電極５６６は構造体５０２から突出し、そして内側同調電極５６２及び外側同調電極５６４と指を組んだ状態にされる。同調電圧源５６８は、内側同調電極５６２と外側同調電極５６４との間にバイアス電圧Ｖ_Δfyを印加する。或いは又、振動構造体と同調電極との間にＤＣバイアスを印加することによりＹ軸共振信号を同調することもできる。直角位相エラーの打消しは、電極の対角対間に電圧を印加することにより行われる。直角位相エラー修正システム５８０は、左下電極５８２ａと、左上電極５８２ｂと、右下電極５８４ａと、右上電極５８４ｂとを含む。左下電極５８２ａは右上電極５８４ｂに接続され、そして左上電極５８２ｂは右下電極５８４ａに接続される。直角位相修正電圧源５８６は、電極対５８２ａ、５８４ｂと５８２ｂ、５８４ａとの間にバイアス電圧２Ｖ_Quadを印加する。バイアス電圧は、Ｘ軸に沿った保証質量の位置に比例するバランス力を形成する。このバイアス電圧は、実験で決定され（図１３に示すように）、そして１ｍＶないし１００ｍＶの範囲内である。更に、直角位相エラー修正システム５８０は、バイアス電圧を自動的に調整するためのフィードバックループを備えている。位相固定ループ５３２からの速度信号は、ミクサ５９０により感知電圧源の１つからの信号と混合される。ミクサ５９０の出力は、ミクサ５９２により増幅器５５８の出力と混合される。ミクサ５９２の出力は、電圧源５８６を制御するのに使用される。構造体５０２の質量Ｍが３６マイクログラムであり、駆動及び感知周波数ω_x 及びω_yが各々６３ＫＨｚであり、単結晶の質係数Ｑが２００，０００（多結晶よりも約３ないし４倍大きい）であり、そして駆動モードの振幅Ｘ₀が５ミクロンであると仮定すれば、式１６から、室温において、６０Ｈｚの帯域巾（ＢＷ）に対するブラウンノイズΩ_nBが約２ｄｅｇ／ｈｒであると計算される。電子ノイズフロアは、電荷積分器５５６の熱ノイズレベルによって決定される。感知周波数ω_yが駆動周波数ω_x＋オフセット周波数Δωに静電気的に同調される場合には、電子ノイズΩ_nBを次の式から計算することができる。但し、ｇ₀は感知キャパシタのギャップ巾であり、Ｘ₀は振動振幅であり、Ｖ_sは感知電圧であり、ｋ_Bはボルツマン定数であり、Ｔは温度であり、Ｃ_Sは感知キャパシタンスであり、Ｃ_pは寄生キャパシタンスであり、ｆ_TはＣＭＯＳ遷移周波数であり、そしてＢＷは帯域巾である。感知キャパシタギャップｇ₀が２．５ミクロンであり、感知電圧Ｖ_sが１Ｖであり、感知キャパシタンスＣ_sが１．２５ｐＦであり、寄生キャパシタンスＣ_pが０．２５ｐＦであり、そしてＣＭＯＳ遷移周波数ｆ_Tが１ＧＨｚであると仮定すれば、式１８から、電子ノイズフロアを２．５ｄｅｇ／ｈｒに等しくするためには２Π（１７５Ｈｚ）の周波数オフセットΔωが必要とされることが計算される。この同調度は、測定帯域巾が約６０Ｈｚであるから原理的に実現可能である。電極歯５４６、５４８及び５５０の厚みを増加することにより、固定電極と可動電極との間の表面積が増加され、大きな感知キャパシタンスが得られる。大きな感知キャパシタンスは、電子ノイズを減少する。同様に、構造体が厚いほど、質量が増し、従って、ブラウン運動を受け難くなる。手短に述べると、縦横比の大きい単結晶シリコンの構造体を用いるジャイロスコープセンサは、薄い多結晶シリコン層で形成された構造体を用いるジャイロスコープセンサよりも約１００倍も感度が高い。ジャイロスコープセンサ５００の製造は、６つの基本的な段階、即ちハンドルウェハ処理、デバイスウェハ処理、ボンディング、ボンディングされた構造体のＣＭＯＳ処理、振動構造体及び固定電極を形成するためのエッチング、及びキャッピングを含む。図２４Ａを参照すれば、下部基板６００の処理は、単結晶シリコン基板であるハンドルウェハ６０２で開始される。ハンドルウェハ６０２は、酸化物層６０４を形成するように酸化され、そして多結晶シリコン層６０６が酸化物層６０４に付着される。多結晶シリコン層６０６は、次いで、ジャイロスコープセンサの電気的に分離された電極５２２ａ、５２２ｂ、５２４ａ、５２４ｂ、５４２ａ、５４２ｂ、５４４ａ、５４４ｂ、５６２、５６４、５８２ａ及び５８４ｂ、そして５８２ｂ、５８４ａに対する相互接続部を形成するようにドープされ、研磨されそしてパターン化される。図２４Ｂを参照すれば、上部基板６１０の処理は、絶縁体上にシリコンのある（ＳＯＩ）基板のようなデバイスウェハで開始される。デバイスウェハは、２つの単結晶シリコン層６１４と６１８との間にサンドイッチされた酸化物層６１６を含む。浅い溝６２０は、領域６２４を除き、単結晶シリコン層の表面６２２に形成される。領域６２４は、振動構造体５０２を基板５０４に接続するアンカー５１１を形成する。溝６２０は、ホトレジストマスクを付着し、単結晶シリコン層６１４の露出部分をエッチングし、そしてマスクを除去することにより形成される。或いは又、溝６２０は、機械的な薄膜化によって形成されてもよい。単結晶シリコン層６１４の厚みは、振動構造体５０２の厚みを定め、そして溝６２０の深さは、振動構造体と基板との間の間隔を定める。好ましくは、単結晶シリコン層６１４は約１００ミクロンの厚みであり、そして溝６２０は約１ミクロンの深さである。図２４Ｃを参照すれば、下部基板６００及び上部基板６１０は、上部基板６１０の表面６２２が下部基板６００のパターン化された多結晶シリコン層６０６に当接するように整列される。上部及び下部基板は、溝６２０が２つの基板間にシールされた空洞６２６を形成するようにボンディングされる。次いで、図２４Ｄを参照すれば、上部基板６１０は、単結晶シリコン層６１８のエツチング又は機械的な除去により薄膜化されて、酸化物層６１６を露出し、そして酸化物層６１６が剥離される。この点において、ボンディングされた組立体が標準的なＣＭＯＳ処理のために準備される。シールされた空洞６２６は完全に内部であるから、ボンディングされた組立体は、見掛け上は未処理のシリコンウェハであり、従来の技術で処理することができる。図２４Eを参照すれば、ジャイロスコープセンサ５００の集積回路は、単結晶シリコン層６１４の露出面６３０においてデバイス領域６３２に製造される。回路の製造に続いて、熱圧縮ボンド層６３４が付着されてパターン化される。このボンド層６３４は、金のような導電性金属である。図２４Fを参照すれば、ジャイロスコープセンサの構造体は、単結晶シリコン層６１４に形成される。ボンド層６３４及び露出面６３０上にホトレジストマスクが付着され、そしてこのホトレジストマスクは、振動構造体５０２と固定電極（この断面図には図示されず）との間にギャップを画成するようにパターン化される。単結晶シリコン層６１４は、空洞６２６が露出されるまで、誘導結合されるプラズマベースの深部反応イオンエッチングを用いてエッチングされる。エッチング段階は溝６３６を形成し、これは、ジャイロスコープセンサの自立型振動構造体及び種々の電極構造体を形成する。反応性イオンエッチングの後に、酸素プラズマを用いてホトレジストマスクを除去すると共に、組立体は、uvオゾン清掃を受ける。最後に、図２４Ｇを参照すれば、キャッピングウェハ６４０が上部基板６１０に整列されて接合される。キャッピングウェハ６４０は、ガラス又は酸化シリコンである。キャッピングウェハの下面６４２は、パターン化された熱圧縮ボンド層６４４を含む。ボンド層６３４は、このボンド層６４４と整列され、そして熱圧縮ボンドは、約２０ＰＳＩの圧力及び約３００−３５０℃の温度を数分間与えることにより形成できる。又、キャッピングウェハは、デバイス領域６３２においてボンディングパッド６４８にアクセスできるようにするエッチングホール６４６も含む。以上、好ましい実施形態について本発明を詳細に説明した。しかしながら、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、請求の範囲によって限定されるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者ジュノーソアアメリカ合衆国カリフォルニア州 94709 バークレイデラウェアストリート＃201―1812 (72)発明者ホウエロジャーティーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94549 ラファイエットスウィートブライアサークル 3139

Claims

【特許請求の範囲】１．基板と、上記基板の表面に平行な平面内で振動するようにサスペンションシステムにより上記基板に接続された質量と、上記平面内で上記質量から第１の軸に沿って突出する第１の複数の電極フィンガと、上記第１の複数の電極フィンガと同一平面であって、上記基板に接続され、そして実質的に上記第１の軸に沿って突出する第２の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されるが、上記第２の複数の電極フィンガから電気的に分離される第３の複数の電極フィンガとを備え、この第３の複数の電極フィンガは、上記第１及び第２の複数の電極フィンガと同一平面であって、実質的に上記第１の軸に沿って突出し、上記第２及び第３の複数の電極フィンガは、上記第１の複数の電極フィンガと指を組んだ状態にされて、上記第１の複数の電極フィンガの各々が上記第２の複数の電極フィンガの１つ及び上記第３の複数の電極フィンガの１つに隣接されることを特徴とするマイクロ製造された構造体。２．上記第２と第３の複数の電極フィンガの間に電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項１に記載の構造体。３．上記第１、第２及び第３の複数の電極フィンガと同一平面であり、上記第１の軸に沿って上記質量から突出する第４の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されるが、上記第２及び第３の複数の電極フィンガから電気的に分離される第５の複数の電極フィンガとを更に備え、これら第４及び第５の複数の電極フィンガは、指を組んだ状態にされる請求項１に記載の構造体。４．上記第１の複数の電極フィンガの各々は、第１の長さを有し、そして上記第４の複数の電極フィンガの各々は、第２の長さを有する請求項３に記載の構造体。５．上記第１の長さは上記第２の長さより大きい請求項４に記載の構造体。６．基板と、上記基板の表面に平行な平面内で質量を振動できるようにするサスペンションシステムとを備え、このサスペンションシステムは、上記基板に両端が各々固定される第１及び第２の実質的に平行なビームと、上記第１ビームに一端がそして上記第２ビームに他端が接続される第３及び第４の実質的に平行なビームと、を含むことを特徴とするマイクロ製造された構造体。７．上記第１及び第２のビームに実質的に平行な軸に沿って突出する複数のフィンガを更に備えた請求項６に記載の構造体。８．上記第３ビームに一端がそして上記第４ビームに他端が各々接続された第４及び第５のビームと、上記第５ビームに一端がそして上記第６ビームに他端が接続された第７のビームとを更に備えた請求項６に記載の構造体。９．上記第１及び第２のビームに実質的に平行な軸に沿って上記第７ビームから突出する複数のフィンガを更に備えた請求項８に記載の構造体。１０．上記第３ビームと第４ビームとの間に位置する上記第１及び第２ビームの区分は、上記質量の回転を防止するように実質的に堅牢である請求項６に記載の構造体。１１．基板と、上記基板の表面に平行な平面内で振動するようにサスペンションシステムにより上記基板に接続された質量と、上記平面内で上記質量から第１の軸に沿って突出する第１の複数の電極フィンガと、上記基板に接続され、そして実質的に上記第１の軸に沿って突出する第２の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されるが、上記第２の複数の電極フィンガから電気的に分離される第３の複数の電極フィンガとを備え、この第３の複数の電極フィンガは、実質的に上記第１の軸に沿って突出し、上記第２及び第３の複数の電極フィンガは、上記第１の複数の電極フィンガと指を組んだ状態にされ、上記第１の複数の電極フィンガ各々が上記第２の複数の電極フィンガの１つ及び上記第３の複数の電極フィンガの１つに隣接するようにされ、更に、上記平面内における上記質量のそりを測定するための位置センサと、コリオリの力のないときに上記質量をより正確に上記第１の軸に沿って振動させるように上記第２と第３の複数の電極フィンガ間に第１のＤＣ電圧を印加するための電圧源とを備えたことを特徴とするセンサ。１２．上記平面内で上記質量から第１の軸に沿って突出しそして上記第１の複数の電極フィンガに対向して配置される第４の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されそして実質的に上記第１の軸に沿って突出する第５の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されるが、上記第５の複数の電極フィンガから電気的に分離される第６の複数の電極フィンガとを備え、この第６の複数の電極フィンガは、実質的に上記第１の軸に沿って突出し、上記第５及び第６の複数の電極フィンガは、上記第３の複数の電極フィンガと指を組んだ状態にされ、上記第４の複数の電極フィンガの各々は、上記第５の複数の電極フィンガの１つ及び上記第６の複数の電極フィンガの１つに隣接される請求項１１に記載のセンサ。１３．コリオリの力のないときに上記質量をより正確に上記第１の軸に沿って振動させるように上記第５と第６の複数の電極フィンガ間に第２のDC電圧を印加するための第２の電圧源を更に備えた請求項１２に記載のセンサ。１４．上記第２のＤＣ電圧は、上記第１のＤＣ電圧と実質的に大きさは等しいが符号が逆である請求項１３に記載のセンサ。１５．上記第１の複数の電極フィンガは、上記第２の複数の電極フィンガに電気的に接続される請求項１３に記載のセンサ。１６．上記第１の軸に垂直な上記平面内の第２の軸に沿った上記質量の振動の共振周波数を調整するために上記第１及び第３の複数の電極フィンガと上記第２、第３、第５及び第６の複数の電極フィンガとの間に第３のＤＣ電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項１３に記載のセンサ。１７．上記位置センサは、上記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸に沿った上記質量のそりと、上記表面に垂直なＺ軸に周りでの上記質量の回転とを測定し、上記第１の軸に沿った上記質量の振動は、上記第２の軸に沿って上記質量をそらせるコリオリの力を発生し、そして上記センサは、更に、Ｚ軸の周りでの上記質量の回転率と共に変化する信号を発生するために上記位置センサの出力に接続された信号プロセッサを備えている請求項１１に記載のセンサ。１８．上記第２と第３の複数の電極フィンガの間にＡＣ電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項１７に記載のセンサ。１９．上記第２と第３の複数の電極フィンガの間に電圧が印加されて、上記第１の複数の電極とで容量性ブリッジが形成され、そして上記位置センサは、上記質量が上記第２軸に沿ってそったきに容量の変化を検出するために上記第１の複数の電極に接続される請求項１８に記載のセンサ。２０．基板と、上記基板の表面に平行な平面内で振動するようにサスペンションシステムにより上記基板に接続された質量と、上記平面内で上記質量から第１の軸に沿って突出する第１の複数の電極フィンガと、上記基板に接続され、そして実質的に上記第１の軸に沿って突出する第２の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されるが、上記第２の複数の電極フィンガから電気的に分離される第３の複数の電極フィンガとを備え、この第３の複数の電極フィンガは、実質的に上記第１の軸に沿って突出し、上記第２及び第３の複数の電極フィンガは、上記第１の複数の電極フィンガと指を組んだ状態にされ、上記第１の複数の電極フィンガ各々が上記第２の複数の電極フィンガの１つ及び上記第３の複数の電極フィンガの１つに隣接するようにされ、更に、上記第１の軸に垂直な上記平面内の第２の軸に沿って上記質量の振動の共振周波数を調整するために上記第１の複数の電極フィンガと上記第２及び第３の複数の電極フィンガとの間にＤＣ電圧を印加するための電圧源を備えたことを特徴とするセンサ。２１．Ｚ軸の周りの回転を感知するためのマイクロ製造されたジャイロスコープセンサにおいて、基板と、上記基板の表面に平行な平面内で振動するようにサスペンションシステムにより上記基板に接続された質量と、実質的に上記平面内の第１の軸に沿って上記質量を振動させるための駆動システムと、上記質量から実質的に上記第１の軸に沿って突出する第１の複数の電極フィンガと、上記基板に接続され、そして実質的に上記第１の軸に沿って突出する第２の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されそして実質的に上記第１の軸に沿って突出する第３の複数の電極フィンガとを備え、上記第２及び第３の複数の電極フィンガは、上記第１の複数の電極フィンガと指を組んだ状態にされ、上記第１の複数の電極フィンガ各々が上記第２の複数の電極フィンガの１つ及び上記第３の複数の電極フィンガの１つに隣接するようにされ、更に、上記第１の軸に垂直な上記平面内の第２の軸に沿った上記質量のそりを測定するために上記第１の複数の電極フィンガに接続される位置センサを備え、上記表面に垂直なＺ軸の周りでの上記質量の回転及び上記第１の軸に沿った上記質量の振動が上記第２の軸に沿って上記質量をそらせるコリオリの力を発生し、そして上記位置センサの出力に接続されて、Ｚ軸の周りでの上記質量の回転率と共に変化する信号を発生するための信号プロセッサを供えたことを特徴とするジャイロスコープセンサ。２２．上記第２と第３の複数の電極フィンガ間に第１周波数を有するＡＣ電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項２１に記載のセンサ。２３．上記第２と第３の複数の電極フィンガ間に電圧が印加されて、上記第１の複数の電極との容量性ブリッジが形成され、そして上記位置センサは、上記質量が上記第２の軸に沿ってそったときにキャパシタンスの変化を検出するために上記第１の複数の検出器に接続される請求項２２に記載のセンサ。２４．上記位置センサは、更に、上記第１の複数の電極フィンガからの信号を積分するための積分器を含む請求項２３に記載のセンサ。２５．上記駆動システムは、第２の周波数において上記第１の軸に沿って上記質量を振動させるための信号を発生する請求項２４に記載のセンサ。２６．上記駆動システムは、上記信号を発生する請求項２５に記載のセンサ。２７．上記駆動システムからの信号を上記電圧源からの信号と混合するための第１ミクサを更に備えた請求項２５に記載のセンサ。２８．上記第１ミクサからの信号を上記位置センサからの出力信号と混合して位置直角位相信号を発生するための第２のミクサを更に備えた請求項２７に記載のセンサ。２９．上記第１ミクサからの信号を上記位置センサからの出力信号と混合してコリオリ信号を発生するための第２のミクサを更に備えた請求項２７に記載のセンサ。３０．上記位置センサからの出力信号を上記電圧源からの信号と混合して位置信号を発生するためのミクサを更に備えた請求項２５に記載のセンサ。３１．基板と、サスペンションシステムにより上記基板に接続された質量と、上記基板の表面に実質的に平行な駆動軸に沿って上記質量を振動させる駆動システムと、上記基板の表面に実質的に平行な感知軸に沿った上記質量のそりを測定するための位置センサとを備え、基板の表面に実質的に垂直な回転軸の周りでの質量の回転及び上記駆動軸に沿った質量の振動が、上記感知軸に沿って質量をそらせるコリオリの力を発生することを特徴とするマイクロ製造されたジャイロスコープセンサ。３２．上記位置センサの出力に接続され、回転軸の周りでの質量の回転率と共に変化する信号を発生するためのプロセッサを更に備えた請求項３１に記載のセンサ。３３．上記位置センサは、上記質量から突出する第１感知電極と、上記基板に接続されそして上記第１電極の第１の側に配置された第２感知電極と、上記基板に接続されそして上記第１電極の反対の第２の側に配置された第３感知電極とを備えた請求項３１に記載のセンサ。３４．上記位置センサは、上記第１電極と第２及び第３電極との間のキャパシタンスの変化を感知する請求項３３に記載のセンサ。３５．上記第１、第２及び第３電極は、実質的に同一平面にあって、各電極の長手方向軸は駆動軸に実質的に整列される請求項３３に記載のセンサ。３６．上記駆動システムは、上記質量から突出する第１駆動電極と、上記基板に接続されそして上記第１電極の第１の側に配置された第２駆動電極と、上記基板に接続されそして上記第１電極の反対の第２の側に配置された第３駆動電極とを備えた請求項３１に記載のセンサ。３７．上記駆動システムは、上記第１電極と上記第２及び第３電極との間に交流電圧を印加する請求項３５に記載のセンサ。３８．上記第１、第２及び第３電極は、実質的に同一平面にあって、各電極の長手方向軸は駆動軸に実質的に整列される請求項３３に記載のセンサ。３９．コリオリの力がないときにより正確に駆動軸に沿って質量を振動させるために基板に接続された複数の修正電極間に電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項３１に記載のセンサ。４０．上記感知軸に沿った質量の振動の共振周波数を調整するために、基板に接続された第１の同調電極と、質量に接続された第２の同調電極との間に電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項３１に記載のセンサ。４１．基板と、サスペンションシステムにより上記基板に接続された質量と、実質的に駆動軸に沿って上記質量を振動させる駆動システムと、感知軸に沿った上記質量のそりを測定するための位置センサとを備え、回転軸の周りでの質量の回転及び駆動軸に沿った質量の振動が、上記感知軸に沿って質量をそらせるコリオリの力を発生し、そして更に、コリオリの力がないときにより正確に駆動軸に沿って質量を振動させるために基板に接続された電極間に電圧を印加するための電圧源を備えたことを特徴とするマイクロ製造されたジャイロスコープセンサ。４２．上記回転軸の周りの質量の回転率と共に変化する信号を発生するために上記位置センサの出力に接続されたプロセッサを更に備えた請求項４１に記載のセンサ。４３．上記感知軸に沿った質量の振動の共振周波数を調整するために、質量に接続された電極と、基板に接続された電極との間に第２の電圧を印加するための第２の電圧源を更に備えた請求項４１に記載のセンサ。４４．上記位置センサは、基板に接続された電極間にＡＣ電圧を印加する請求項４１に記載のセンサ。４５．上記駆動軸及び感知軸は基板の表面に実質的に平行であり、そして上記回転軸は基板の表面に実質的に垂直である請求項４１に記載のセンサ。４６．実質的に上記駆動軸に沿って上記質量から突出する第１の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されそして実質的に上記駆動軸に沿って突出する第２の複数の電極フィンガと、上記基板に接続されそして実質的に上記駆動軸に沿って突出する第３の複数の電極フィンガととを備え、これら第２及び第３の複数の電極フィンガは、上記第１の複数の電極フィンガと指を組んだ状態にされて、上記第１の複数の電極フィンガの各々が第２の複数の電極フィンガの１つ及び第３の複数の電極フィンガの１つに隣接するようにされることを特徴とする請求項４１に記載のセンサ。４７．実質的に駆動軸に沿って上記質量から突出しそして第１の複数の電極フィンガに対向して配置された第４の複数の電極フィンガと、上記基板に接続され、実質的に上記駆動軸に沿って突出し、そして第２の複数の電極フィンガに対向して配置された第５の複数の電極フィンガと、上記基板に接続され、実質的に上記駆動軸に沿って突出し、そして第３の複数の電極フィンガに対向して配置された第６の複数の電極フィンガとを更に備え、これら第５及び第６の複数の電極フィンガは、第４の複数の電極フィンガと指を組んだ状態にされて、第４の複数の電極フィンガ各々が第５の複数の電極フィンガの１つ及び第６の複数の電極フィンガの１つに隣接するようにされる請求項４６に記載のセンサ。４８．第１、第２、第３、第４、第５及び第６の複数の電極フィンガは、実質的に同一平面である請求項４７に記載のセンサ。４９．上記電圧源は、第２と第３の複数の電極フィンガ間に第１のＤＣ電圧を印加し、そして第５と第６の複数の電極フィンガ間に第２のＤＣ電圧を印加する請求項４８に記載のセンサ。５０．上記第２のＤＣ電圧は、上記第１のＤＣ電圧と大きさが実質的に等しく且つ符号が逆である請求項４９に記載のセンサ。５１．上記第２の軸に沿った質量の振動の共振周波数を調整するために、第１の複数の電極フィンガと第２及び第３の複数の電極フィンガとの間にＤＣ電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項２１に記載のセンサ。５２．コリオリの力がないときにより正確に第１の軸に沿って上記質量を振動させるために第２と第３の複数の電極フィンガ間に第１のＤＣ電圧を印加するための電圧源を更に備えた請求項２１に記載のセンサ。５３．サスペンションシステムにより基板に接続された質量を含むジャイロスコープセンサで回転を感知する方法において、上記基板の表面に実質的に垂直な回転軸の周りで上記質量を回転し、上記基板の表面に実質的に平行な駆動軸に実質的に沿って上記質量を振動させ、回転軸の周りでの上記質量の回転と、駆動軸に沿った質量の振動は、上記基板の表面に実質的に平行な感知軸に沿って質量をそらせるコリオリの力を発生し、そして上記感知軸に沿った質量のそりを測定する、という段階を含むことを特徴とする方法。５４．サスペンションシステムにより基板に接続された質量を含むジャイロスコープセンサで回転を感知する方法において、回転軸の周りで上記質量を回転し、実質的に駆動軸に沿って上記質量を振動させ、回転軸の周りでの上記質量の回転と、駆動軸に沿った質量の振動は、感知軸に沿って質量をそらせるコリオリの力を発生し、上記感知軸に沿った質量のそりを測定し、そして、コリオリの力がないときにより正確に第１の軸に沿って上記質量を振動させるために、基板に接続された電極フィンガ間に電圧を印加する、という段階を含むことを特徴とする方法。５５．入力軸の周りでの回転を測定するためのマイクロ製造されたジャイロスコープセンサにおいて、基板と、質量と、上記質量を基板に接続するサスペンションシステムと、実質的に駆動軸の周りで質量を振動させる駆動システムと、感知軸の周りでの質量の回転を測定するための位置センサとを備え、入力軸の周りでの質量の回転と、駆動軸の周りでの質量の振動は、感知軸の周りで質量を振動させるコリオリの力を発生し、更に、上記基板に関連した複数の電極と、コリオリの力がないときにより正確に駆動軸の周りで質量を振動させるために電極間に電圧を印加するための電圧源を備えたことを特徴とするジャイロスコープセンサ。５６．入力軸の周りの質量の回転率と共に変化する信号を発生するために位置センサの出力に接続されたプロセッサを更に備えた請求項５５に記載のセンサ。５７．上記感知軸の周りでの質量の振動の共振周波数を調整するために、質量に接続された電極と基板に接続された電極との間に第２の電圧を印加するための第２の電圧源を更に備えた請求項５５に記載のセンサ。５８．上記位置センサは、基板に接続された電極間にＡＣ電圧を印加する請求項５５に記載のセンサ。５９．上記駆動軸は、基板の表面に実質的に垂直であり、そして上記入力軸及び感知軸は、基板の表面に実質的に平行である請求項５５に記載のセンサ。６０．上記質量から突出する第１の複数の電極フィンガと、上記質量から突出する第２の複数の電極フィンガと、上記基板から突出し、そして上記第１の複数の電極フィンガと指を組む状態にされた第３の複数の電極フィンガと、上記基板から突出し、そして上記第１の複数の電極フィンガに対向して配置された第４の複数の電極フィンガとを更に備え、この第４の複数の電極フィンガは、上記第２の複数の電極フィンガと指を組む状態にされる請求項５９に記載のセンサ。６１．上記質量から突出する第５の複数の電極フィンガと、上記質量から突出する第６の複数の電極フィンガと、上記基板から突出し、そして上記第５の複数の電極フィンガと指を組む状態にされた第７の複数の電極フィンガと、上記基板から突出し、そして上記第７の複数の電極フィンガに対向して配置された第８の複数の電極フィンガとを更に備え、この第８の複数の電極フィンガは、上記第６の複数の電極フィンガと指を組む状態にされる請求項６０に記載のセンサ。６２．上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の複数の電極フィンガは、実質的に同一平面である請求項６１に記載のセンサ。６３．上記電圧源は、第３と第４の複数の電極フィンガ間に第１のＤＣ電圧を印加し、そして第７と第８の複数の電極フィンガ間に第２のＤＣ電圧を印加する請求項６２に記載のセンサ。６４．上記第２のＤＣ電圧は、第１のＤＣ電圧と大きさが実質的に等しく且つ符号が逆である請求項６３に記載のセンサ。６５．質量から突出する第１電極と、構造体に接続されそして第１電極の第１位置の下に配置された第２電極と、構造体に接続されそして第１電極の第１位置の下に配置された第３電極とを備えた請求項５５に記載のセンサ。６６．上記質量は、実質的にリング形状である請求項５５に記載のセンサ。６７．サスペンションシステムにより基板に接続された質量を含むジャイロスコープセンサで回転を感知する方法において、入力軸の周りで質量を回転し、実質的に駆動軸の周りで質量を振動させ、入力軸の周りでの質量の回転と、駆動軸の周りでの質量の信号は、感知軸の周りで質量を振動させるコリオリの力を発生し、感知軸の周りでの質量の振動を測定し、そしてコリオリの力が存在しないときにより正確に駆動軸の周りで質量を振動させるように、基板に接続された電極間に電圧を印加する、という段階を備えたことを特徴とする方法。６８．第１の複数の電極歯を有する基板と、第２の複数の電極歯及びこの第２の複数の電極歯を基板に接続するサスペンションシステムを含む振動構造体とを備え、この第２の複数の電極歯は、第１の複数の電極歯と指を組んだ状態にされ、更に、上記振動構造体を基板に対して振動させる駆動システムと、コリオリの力により生じる質量のそりを測定するための位置センサとを備え、上記第１及び第２の複数の電極歯の厚みは、それらの巾より実質的に大きいことを特徴とするマイクロ製造されたジャイロスコープセンサ。６９．上記サスペンションシステムは、少なくとも約１０：１の縦横比を有する複数の撓み部を有する請求項６８に記載のセンサ。７０．上記第１及び第２の複数の電極歯は、縦横比が少なくとも５：１である請求項６８に記載のセンサ。７１．第１と第２の複数の電極歯間のギャップは、縦横比が少なくとも１０：１である請求項６８に記載のセンサ。７２．ジャイロスコープセンサを製造する方法において、第１基板上に絶縁層を形成し、第２基板の第１表面にくぼみを形成し、上記第２基板の第１表面を第１基板に接合して、上記くぼみが第１基板と第２基板との間に包囲された空洞を画成するようにし、第２基板の第２表面にジャイロスコープセンサの回路を形成し、そして第２基板においてその第２表面から空洞へと複数の溝をエッチングし、これら複数の溝は、第１基板に接続された振動構造体を画成する、ことを特徴とする方法。７３．上記振動構造体は、少なくとも２５ミクロンの厚みを有する請求項７２に記載の方法。７４．上記くぼみは、約１ミクロンの深さを有する請求項７２に記載の方法。７５．上記エッチング段階は、深い反応性イオンエッチングより成る請求項７２に記載の方法。