JP2005514608A6 - 回転速度センサ - Google Patents

Abstract

基板とコリオリ要素（２ａ，２ｂ）とを有している回転速度センサを提案する。ここでコリオリ要素（２ａ，２ｂ）は基板の表面上に配置されており、励振手段（１２ａ，１３ａ，１２ｂ, １３ｂ）が設けられており、この励振手段によってコリオリ要素（２ａ，２ｂ）は第１の軸（Ｘ）に対して平行に振動するように励振される。ここで検出手段（１５ａ，１６ａ，１５ｂ, １６ｂ, １７）が設けられており、この検出手段によって、コリオリ力に基づくコリオリ要素（２ａ，２ｂ）の、第１の軸に対してほぼ垂直方向の第２の軸（Ｙ）への偏移が検出可能であり、第１の軸及び第２の軸（Ｘ, Ｙ） は、基板の表面に対して平行であり、基板に対して少なくとも部分的に可動するように設けられたセンサ素子（１ａ，１ｂ, ２ａ，２ｂ, ３ａ，３ｂ）が設けられており、力伝達手段（１９, ２０）が設けられており、ここでこの手段（１９, ２０）は、基板とセンサ素子（１ａ，１ｂ, ２ａ，２ｂ, ３ａ，３ｂ）のうちの少なくとも１つとの間の静的な力作用を伝達する。

Description

従来技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載された回転速度センサから出発する。

直線振動するバイブレーションジャイロスコープは、一般に公知である。この回転速度センサでは、センサ構造体の部分が、一方向、例えば、基板表面に対して平行に配向された第１の軸（ｘ軸）方向に能動的に振動する（１次振動）。有効な感応軸を中心にして外部回転速度で回転する際、コリオリ力は振動部に作用する。この（１次振動の周波数で周期的に変化する）コリオリ力は、センサ構造体の部分を同様に基板表面に対して平行に、ｘ軸に対して垂直方向に配向された第２の方向乃至第２の軸（ｙ軸）方向に振動させる（２次振動）。センサ構造体に検出手段が設けられており、この検出手段により、２次振動が検出される（コリオリ測定効果）。

発明の利点
回転速度センサの構成では、上述の設計仕様のように（対称性を適切に選択することによって）、基板面内の１次及び２次振動用に周知のデカルト座標系Ｋ＝（ｘ，ｙ）が設けられる。質量及びスプリングの分布は、１次及び２次振動用の質量センサ及びスプリング剛性センサの主軸系が、正確にＫと一致するように構成されている。更に、検出手段を構成する際、（外部回転速度なしの）１次振動でセンサを駆動することによって、コリオリ効果用の検出手段に信号が生じないようにされる。そのために、検出手段は、当該検出手段の有効座標系ＫＤが、同様に機構の座標系Ｋと一致するように、即ち、同様にＫＤ＝（ｘ，ｙ）となるように構成されている。従って、そのような理想的な回転速度センサでは、コリオリ効果用検出装置での１次振動と過結合は生じない。その種の過結合は、クォードレチャ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒ）と呼ばれる。従って、クォードレチャ信号とは、コリオリ効果用検出手段で、センサが１次振動で駆動されている際に、外部慣性系に対してセンサが相対運動しなくても生じる信号のことである。

クォードレチャ信号が生じる理由は、センサ素子機構の座標系Ｋ＝（ｘ，ｙ）が、検出手段の座標系ＫＤ＝（ｘ’，ｙ’）と一致せず、両系が僅かに角度θだけ相互に回転するからである。

このような回転の典型的な原因は、例えば、製造過程での不完全性によるセンサ構造体の非対称性にある。これは、非対称な質量分布又は非対称なスプリング剛性によって示すことができる。その結果、質量センサ又はスプリング剛性センサの主軸系は、ＫＤと一致しない。

クォードレチャの発生は、ここで説明している回転速度センサで使用される、エピタキシャル成長されたポリシリコン製のセンサ構造体を有するシリコン技術にとって特有の現象ではない。結晶シリコン材料又は水晶結晶製のバイブレーションジャイロスコープでも、製造過程での不完全性に基づいて、クォードレチャ信号が生じる。

製造時の不完全性に基づく回転速度センサでのクォードレチャ摂動信号は知られており、種々異なる技術の回転速度センサで生じている。ここでは従来技術によってこのような摂動信号を低減させる種々異なる方法が知られている。

クォードレチャ信号抑制用の従来技術の第１の方法では、回転速度信号とクォードレチャ信号との異なる位相位置が利用される。コリオリ力は１次振動の速度に比例し、それに対してクォードレチャは１次振動の偏移に比例して生じる。従って、回転速度信号とクォードレチャ信号との９０°の位相のずれが生じる。検出手段で、クォードレチャ信号及び回転速度信号が、１次振動の周波数で振幅変調された信号として検出される。例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１９７２６００６号公報又は米国特許第５６７２９４９号明細書に記載されているような同期復調の方法によって、先ず、信号が再度ベースバンドに復調される。付加的に、復調用の基準信号の位相位置を適切に選択することによって、クォードレチャ信号が抑制される。この方法では、センサ素子自体のクォードレチャ信号は影響を受けない。更に、クォードレチャ信号は、検出手段の１次信号変換路も通過する必要があるが、比較的遅延してから信号路内で電子的に抑制してもよい。つまり、回転速度測定領域に比較して大きなクォードレチャ信号では、第１の信号変換段の動的領域に要求される条件が極めて高く、センサのノイズが高くなることが屡々である。

クォードレチャ信号の低減用の従来技術による第２の方法では、機構的なセンサ構造体が物理的に平衡される。その際、第１の方法とは異なり、センサ素子の後処理によって直接的に、クォードレチャの原因を除去することができ、その結果、検出手段にクォードレチャ信号は生じない。精密機構の回転速度センサでは、これは能動的に、センサ素子での種々異なる個所で繰り返し機構的な材料を切除することによって達成される。この方法によって、１次及び２次振動用の質量センサ又はスプリング剛性センサの主軸系は、センサ素子機構の座標系Ｋに生じた回転が検出手段の座標系ＫＤに戻されるように変えられる。結晶化水晶材料製の回転速度センサでは、部分的に、レーザトリミングによって、センサ素子内の周知の個所で材料除去される。ここでも、質量センサ又はスプリング剛性センサは次のように修正される。すなわち最終的にＫがＫＤに対してほぼ戻されるように回転されるように修正される。結晶化シリコン製のマイクロマシニング型回転速度センサでも、レーザトリミングが質量構造体で使用される（例えば、ＶＳＧ乃至ＣＲＳ−０３ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｔｄ．）。更に、一般的な音叉型回転速度センサ用には、センサ構造体内の慣用のスプリング構造体でレーザトリミングを行うことが一般に公知である。この方法では、１次振動でのセンサ素子の作動中、所期のように、スプリング定数センサの主軸系を、ＫとＫＤとが一致する限りで変更することができ、従って、クォードレチャ信号が除去される。ここで説明している方法は、センサ素子自体でのクォードレチャを除去し、従って、センサのパフォーマンスに関しては、第１の方法よりも優れている。しかし平衡調整はコスト高で、繰り返し作業の多い、手間暇のかかる、従って非常に高い費用がかかる処理である。

別の一般に公知の従来技術の方法によると、容量性のマイクロマシニング型回転速度センサで、電子的にクォードレチャ補償が実行される。この際、コリオリ効果用の検出手段で、電子的な変換器ユニットに電気信号を所期のように注入することによってクォードレチャ信号の抑制が達成される。この際、信号の大きさは、クォードレチャによって生じた信号が検出手段で正確に補償されるように選定される。この方法でも（従来技術による第１の方法と同様に）、クォードレチャ信号自体のメカニックな原因は除去されない。しかし第１の方法とは異なり、この方法ではクォードレチャ信号は、１次信号変換前に抑制される。この点は、動的な領域での要件、及び、１次信号変換のノイズを低減することができる。しかし、前述の方法の重大な欠点は、センサ評価電子回路を極めて特殊な構成にした場合にしか適していないという点にある。しかしこの評価方法（ベースバンド評価）は、原理的に制約された重大な欠点（電子的なクロストーク等）を有しており、従って、本発明で説明している回転速度センサには用いることができない。

ＵＳ６０６７８５８には従来技術に相応する、容量性のマイクロマシニング型回転速度センサにおいて電子的にクォードレチャ補償を行う別の方法が記載されている。可動の櫛の歯構造体と固定電極のあいだに種々異なる電位が印加される。

独立請求項の特徴部分の構成を有する本発明の回転速度センサは、従来技術に対して以下の利点を有している。すなわち静的な力の所期の作用に基づく特別な方法によって、クォードレチャ信号が低減されるという利点である。ここでは、センサ構造体の適切な部分に設けられた電極構造体に外部直流電圧を所期のように印加することによって、時間的に一定（静的）な静電気力をセンサ構造体に加えることができる。電極構造体（クォードレチャ補償構造体）を適切に設けることによって、センサ素子機構の主軸系Ｋが外部電圧によって回転させられる。ここで回転角度は、電圧の高さによって調整される。これによってセンサ素子機構の主軸系Ｋが正確に、コリオリ効果用検出手段の主軸系と一致し、これによってクォードレチャが抑制される。従って本発明は、静的な力によってクォードレチャを補償する方法である。ここで力は、センサ構造体の効果的な部分に設けられた電極構造体によって形成され、外部直流電圧が、可動のセンサ構造体に対向して、基板に対して固定して取り付けられた電極に印加されるように構成されている。このような電極構造体（クォードレチャ補償構造体）を適切に設けることによって、センサ素子機構の主軸系Ｋを外部電圧によって次のように回転させることができる。すなわちコリオリ効果用検出手段の主軸系ＫＤと正確に一致し、クォードレチャが抑制されるように回転させることができる。従って本発明は、クォードレチャ補償の静的な方法である。本発明による方法は、センサ構造体のメカニカルな平衡と同様に作用する。しかし、物理的な平衡とは異なり次のような利点を有している。すなわち本願の発明では補償が外部電圧の印加によって（等化によって）行われ、従って高価なプロセスステップをなくすことができるという利点である。さらにこの方法は考え得る全てのセンサ評価電子回路とコンパチブルである。

図面
本発明の実施例を図示し、以下の明細書でより詳細に説明する。図１には本発明による回転速度センサの実施例の概略的な平面図が示されており、図２には本発明による回転速度センサの部分構造体の詳細図が示されており、図３には本発明の代替構成の詳細図が示されている。

実施例の説明
以下では、例えばマイクロマシニング技術による回転速度センサで静的にクォードレチャを補償する本発明による方法の可能な構成を示す。この方法は、回転速度センサの特別なクラスに用いられる。これは直線振動するバイブレーションジャイロスコープのことである。以下で本発明の実施例を説明する。ここでは先ず本発明の作用を理解するために重要な回転速度センサの機能構成要素を図１の概略図に基づいて簡単に説明する。

図１には回転速度センサの構造体の構造化部分乃至は回転速度センサ素子の構造化部分の平面図が示されている。ここで回転速度センサの、殊にマイクロマシニング技術によって構造化された構造体の下に設けられた基板は、見やすくするために詳細には示されていない。

基板及び基板上に配置されたセンサ素子に対して、材料として有利にはシリコンが使用される。ここでこのシリコンは、相応のドーピングによって導電性に構成されている。基板は絶縁層によって、必要な場所で電気的に絶縁される。しかしセラミックス、ガラスまたは金属等の他の材料を本発明の回転速度センサに用いることもできる。

図１に示された回転速度センサは本発明では、殊に表面マイクロメカニックのみで製造されるように構成されている。基板垂線（ｚ軸）、すなわち基板表面上に垂直に延在し、以下で第３の軸とも称される軸を中心とする回転がセンシングされる。この構造体の全ての可動部分は、本発明ではほぼ完全に電荷伝導性、すなわち導電性である。

このセンサ構造体は本発明では、有利には対称に構成されている２つの部分構造体を有している。これらの部分構造体は、図１の左側部分乃至は右側部分に示されており、参照番号５０ａ及び５０ｂで示されている。しかし本発明では、本発明によるセンサ構造体がこのような部分構造体５０ａのみを有していてもよい。

各部分構造体５０ａ及び５０ｂは、基準座標系の基板に対して可動する３つの個別質量体を有している。ここでは部分構造体内に、第１の質量体が駆動質量体１ａ、１ｂとして１つずつ設けられている。これらはスプリング５ａ、５ｂと取付手段１８ａ、１８ｂによって次のように基板に取付けられている。すなわち駆動質量体が有利には、第１の方向における乃至は第１の軸（Ｘ軸）に従った平面内運動（基板に対して平行）のみ行い、第１の軸に対して垂直な第２の軸（Ｙ軸）における平面内運動は抑制されるように取付けられている。このためにスプリング１８ａ、１８ｂはｘ方向で軟であり、ｙ方向で硬である。第１の軸は駆動軸Ｘとも称される；第２の軸は検出軸Ｙとも称される。部分構造体５０ａ、５０ｂ内にはさらに、以下で検出要素３ａ、３ｂとも称される第３の質量体がスプリング６ａ、６ｂによって次のように基板に対して取付けられている。すなわちこれらが有利には検出方向Ｙのみにおいて平面内運動を行い、駆動方向Ｘにおける運動が抑制されるように取付けられている。このためにスプリング６ａ、６ｂはＹ方向において軟であり、Ｘ方向において硬である。

部分構造体５０ａ、５０ｂ内には第２の質量体が１つずつ、コリオリ要素２ａ、２ｂとして、第１の質量体１ａ、１ｂ及び第３の質量体３ａ、３ｂに、スプリング７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂによって次のように接続されている。すなわちコリオリ要素２ａ、２ｂが駆動質量体１ａ、１ｂに対しては有利には検出方向のみにおける平面内相対運動を実行し、駆動方向における相対運動は抑制されるように接続されている。さらにコリオリ要素２ａ、２ｂは、検出要素３ａ、３ｂに対しては有利にはｘ方向のみにおいて平面内相対運動を実施することができ、ｙ方向における相対運動は抑制されるように接続されており、コリオリ要素２ａ、２ｂは、駆動方向における運動も検出方向における運動も行うことができる。このためにコリオリ要素２ａ、２ｂと検出要素３ａ、３ｂとのあいだのスプリング７ａ、７ｂはＸ方向において軟に設けられており、Ｙ方向において硬に設けられている。コリオリ要素２ａ、２ｂと駆動質量体１ａ、１ｂとのあいだのスプリング８ａ、８ｂは、ｙ方向において軟に設けられており、ｘ方向において硬に設けられている。

駆動質量体１ａ、１ｂ、コリオリ要素２ａ、２ｂ及び検出要素３ａ、３ｂは以下では全体的に可動センサ素子１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂとも称される。なぜならこれらは基板に対して、スプリング要素によって制限されているある程度の可動性を有しているからである。センサ素子１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、本発明と相応に殊に実質的に長方形の、枠型構造体として設けられている。ここでコリオリ要素２ａ、２ｂは検出要素３ａ、３ｂを包囲しており、駆動質量体１ａ、１ｂはコリオリ要素２ａ、２ｂを包囲している。

２つの部分構造体５０ａ、５０ｂを有する本発明のセンサ構造体では、２つのコリオリ要素２ａ、２ｂはスプリング１１を介して、２つの部分構造体５０ａ、５０ｂが駆動方向にも検出方向にも次のように直接的に機械的に結合されるように接続されている。すなわちｘ方向における平行な振動モード及び逆平行の振動モードが形成され（駆動質量体１ａ、１ｂ及びコリオリ要素２ａ、２ｂの関与の下で）（使用モードは駆動、１次振動）、ｙ方向における平行な平面内振動モード及び逆平行の平面内振動モードが形成される（コリオリ要素２ａ、２ｂ及び検出要素３ａ、３ｂの関与の下で）（使用モードは検出、２次振動）ように接続されている。構造体の励振乃至駆動（１次振動）は、有利には逆平行の駆動モードにおいて行われる（第１の部分構造体５０ａの第１の質量体１ａが、第２の部分構造体５０ｂの第１の質量体１ｂに対してプッシュ／プルで動く）。この場合に、ｚ軸を中心とした外部回転速度のもとで生じるコリオリ加速度は同じようにプッシュ／プルであり、各構造体が適切に構成されている場合には逆平行検出モードで励振する（２次振動）。これによって生じる所望の測定効果は適切な評価によって、２つの部分構造体の検出の際に同相で作用するｙ方向における外部直線加速度によって生じる（不所望）の測定効果と直接的に区別される。

１次振動の励振は、インターデジタルに構成された櫛の歯構造状駆動部（櫛形ドライブ）を介して駆動質量体１ａ、１ｂで行われる；駆動運動の検出も同じである。このために本発明では、第１の電極１２ａ、１２ｂ及び第２の電極１３ａ、１３ｂが設けられる。これらの電極は１次振動を生じさせる。第１の電極１２ａ、１２ｂは、基板と固定して接続されているが、電気的に絶縁されている。第２の電極１３ａ、１３ｂは、駆動質量体１ａ、１ｂと機械的に固定して導電接続されている。第１の電極１２ａ、１２ｂ及び第２の電極１３ａ、１３ｂはここでは相互に指状にかみ合っており、櫛形構造体を形成している。この電極間に電圧を印加することによって、基板から駆動質量体１ａ、１ｂへ力が作用する。

コリオリ加速度の検出は、検出手段で行われる。この検出手段は殊に、検出要素３ａ、３ｂ内の第３及び第４の電極の形をしている。検出要素３ａ、３ｂはこのために次のように構成されている。すなわち第４の電極が、プレート状コンデンサ装置の可動部分１６ａ、１６ｂとして構成されるように構成されている。第３の電極としてはプレート状コンデンサ装置の固定部分１５ａ、１６ｂが示されており、機械的に固定されて（しかし電気的に絶縁されて）基板と接続されている。ここで固定部分は分割された電極として構成されているので、装置全体は差動のプレート状コンデンサ（Differenz-Plattenkondensator）を構成する。

このセンサ構造体では、検出は静止している構造体で行われる（「静止状態」での検出）。これは、プレート状コンデンサ装置の検出要素３ａ、３ｂ、従って可動電極１６ａ、１６ｂが実質的に駆動運動を行っていないことを意味する。回転速度センサの部分構造体５０ａ、５０ｂを、駆動質量体１ａ、１ｂ、コリオリ要素２ａ、２ｂ及び検出要素３ａ、３ｂに分割することによって、検出運動は駆動運動から２倍減結合される。

図２には、本発明による回転速度センサの、図１に示された左側の部分構造体５０ａが詳細に示されている。見やすくするためにここではセンサ素子の１つの部分構造体（左側）しか示していない。

回転速度センサの構成時に設計仕様毎に（適切な対称性の選択によって）、基板内の１次振動及び２次振動に対して前述のようなデカルト座標系Ｋ＝（ｘ, ｙ）が設けられる。質量分布及びスプリングの分布は、理想的には次のように設計される。すなわち１次振動及び２次振動に対する質量センサ及びスプリングの剛性センサの主軸系が正確にＫと一致するように設計される。さらに、検出手段の構成時には次のことに注意される。すなわち１次振動におけるセンサの作動によって（外部回転速度なしに）、コリオリ効果用検出手段で信号が生じないように注意される。このために検出手段は次のように構成されるべきである。すなわち検出手段の前述の座標系ＫＤが同じように機構の座標系Ｋと一致するように、すなわちＫＤ＝（ｘ, ｙ）があてはまるように構成されるべきである。

座標系Ｋ及びＫＤが、例えば製造変動によって完全には一致しない場合、クォードレチャ信号が生じる。

正のクォードレチャ信号と負のクォードレチャ信号のあいだに、コリオリ測定効果に関して差が生じている場合：図２に示された左側の部分構造体５０ａが１次振動で正のｘ方向に運動し、かつｚ軸を中心とした正の外部回転速度で運動している場合、コリオリ加速度は負のｙ方向に作用する。正のクォードレチャ信号は同じ方向に作用し、負のクォードレチャ信号は反対方向に作用する。

本発明の回転速度センサでは、センサ構造体の適切な部分（殊に駆動質量体１ａ、１ｂ、コリオリ要素２ａ、２ｂ及び検出要素３ａ、３ｂ）に設けられた電極構造体を介して、外部直流電圧を所期のように印加することによって、時間的に一定の（静的な）静電気力がセンサ構造体に作用する。以下でクォードレチャ補償構造体乃至は補償構造体とも称されるこのような電極構造体を適切に設けることによって、センサ素子機構の主軸系Ｋが外部電圧によって回転させられる。ここで回転角度は電圧の高さによって調整される。これによってセンサ素子機構の主軸系Ｋは正確に、コリオリ効果用検出手段の主軸系ＫＤと一致し、クォードレチャは抑制される。従って本発明は、クォードレチャ補償の静的な方法である。

図２では、静電気的なクォードレチャ補償構造体１９、２０が例示的にコリオリ要素２ａ内に示されている。補償構造体は本発明と相応に２つのサブストラクチュアの形で設けられている。ここで第１のサブストラクチュア１９は、正のクォードレチャ信号を補正し、第２のサブストラクチュアは負のクォードレチャ信号を補正する。この種の２つのサブストラクチュアは殊に有利である。なぜなら本発明では静電気的な力を介して、殊に吸引力が加えられ、座標系Ｋが正方向にも負方向にも回転させられるからである。

図３には、補償構造体１９、２０の詳細図が、コリオリ要素２ａで実現された例に即して示されている。図３ａは、コリオ要素２ａを有している補償構造体１９、２０をあらわしている。ここでこのコリオ要素２ａは、自身の平衡位置からの偏移（すなわちコリオリ要素２ａのＸ方向での偏移）を有していない。すなわちＸ＝０である。図３ｂには、コリオリ要素２ａを有する補償構造体１９、２０が示されている。ここでこのコリオリ要素２ａは、自身の平衡位置から正のＸ方向に偏移している。すなわちＸ＝＋Ｘｏである。図３ｃはコリオ要素２ａを有している補償構造体１９、２０をあらわしている。ここでこのコリオリ要素２ａは、自身の平衡位置から負のＸ方向に偏移している。すなわちＸ＝−Ｘｏである。補償構造体の各サブストラクチュア１９、２０は本発明では殊に第５の電極及び第６の電極を有するコンデンサ装置として設けられている。コリオリ要素２ａから、適切な領域６０を取り出し、これを以下で部分６０とも称す。取り出し領域６０は、本発明では殊に長方形の部分６０として設けられている。このような部分６０の側壁は、それぞれ、静電気式補償構造体１９、２０の第６の電極（１９ｂ, ２０ｂ）を構成する。部分６０内には第５の電極として、基板と機械的に固定して取付けられた対向電極（平板乃至プレート状コンデンサ構造体）（１９ａ, ２０ａ）が設けられている。第５の電極１９ａ及び同様に第５の電極２０ａは本発明では殊に回転速度センサの可動構造体の下側の導体路を介して、それぞれ相互に電気的に接続されている。しかし基板に対しては絶縁して構成されており、その結果、この電極１９ａ、２０ａには、可動センサ構造体に対する外側からの所望の電位を印加することができる。固定されている第５の電極（１９ａ, ２０ａ）は非対称に取り出し領域内に存在する。これは次のことを意味する。すなわち補償構造体の第１のサブストラクチュア１９に関して第５の電極１９ａが例えば相応する部分６０の右端近くに設けられており、補償構造体の第２のサブストラクチュア２０に関して第６の電極２０ａが例えば相応する部分６０の左端近くに設けられていることを意味する。これによってコリオリ要素２ａの静止位置では、第５及び第６の電極１９ａ、２０ａ、１９ｂ、２０ｂ間に外部クォードレチャ補償電圧（直流電圧）が印加された場合、静的な力がコリオリ要素２ａにｙ方向に加わる。この力の大きさは本発明では、第５及び第６の電極間の直流電圧を介して殊に連続的に変えられる。この力の方向は、装置構成の非対称性によって設定される。ここで図３に示された補償構造体の第１のサブストラクチュア１９は本発明によると、力を左側に加えるようになっている。これは図３ａに、参照番号１９の領域に属している湾曲した括弧の領域内で左側を向いた矢印によって示されている。図３に示された補償構造体の第２のサブストラクチュア２０は本発明によると、力を右側へ加えるようになっている。これは図３ａに、参照番号２０の領域に属している湾曲した括弧の領域内で右側を向いた矢印によって示されている。センサ素子内のクォードレチャ信号を補償するために本発明では、サブストラクチュア１９、２０のうちの１つに、例えばコリオリ要素２ａに対する電気的な補償電圧を印加し、コリオリ要素２ａへの静的な力作用を得ることができる。しかし本発明では、補償構造体１９、２０を次のように設けることもできる。すなわち他のセンサ構造体または複数のセンサ構造体への静的な力作用が得られるように設けることもできる。

補償構造体１９、２０の力作用によって、振幅ｘ_Ｏを伴う１次振動でのコリオリ要素２ａの運動時に、構造体へ結果的に生じている力は変化しない。それ故にこのような力は静的な補償力とも称される。

図２でこの補償力の作用をより詳細に説明する。ここでは静的な補償力の方向は同じように、第１のサブストラクチュア１９の領域内の左側を向いた矢印と、第２のサブストラクチュア２０の領域内の右側を向いた矢印によって示されている。補償構造体（１９, ２０）を適切に配置することによって、結果的にコリオリ質量体（２ａ）に力が加わることによって、図２に参照符号Ｓで示されたコリオリ要素２ａの重心を中心にするトルクが生じる。しかしｙ方向での直線力成分は生じない。本発明によると、補償構造体に印加される電圧による力作用は、考察している例では、基板に対するコリオリ要素２ａの回転、従ってコリオリ要素２ａの主軸系の回転も生じるように行われる。図２では、コリオリ要素２ａの第１の側（これは図２では上方の図面領域に示されている）上の第１のサブストラクチュア１９は、図の右側よりの領域内に設けられ、第２のサブストラクチュア２０は第１の側上で図２の左側よりの領域内に設けられている。第１の側と対向している、コリオリ要素２ａの第２の側（これは図２では下方の図面領域に示されている）上ではこれは逆である：すなわち、第１のサブストラクチュア１９は図２の左側よりの領域内に設けられ、第２のサブストラクチュア２０は図２の右側よりの領域内に設けられている。それ故に、電圧を第１のサブストラクチュア１９に印加することによって、図２の時計針方向にコリオリ要素２ａが回転したり、コリオリ要素２ａ上にトルクが生じたりする。また電圧を第２のサブストラクチュア２０に印加することによって、図２の時計針方向とは反対方向にコリオリ要素２ａが回転したり、コリオリ要素２ａ上にトルクが生じたりする。これによって本発明では有利には製造上の不完全性等によって生じる、センサ素子機構の主軸系Ｋと検出手段の主軸系ＫＤとのあいだの回転を補償することができる。この回転は殊にクォードレチャ補償につながる。

第２の部分構造体（図１の右側）上の補償構造体の配置は、第１の構造体を対称に操作すること（有利には全体的な重心を中心として１８０°を回転させること）によって生じる。

本発明に対する別の実施例を以下で簡単に記載する。別の実施例は基本的に、図示の実施例と同じであるので、以下では図によって説明しない：補償構造体１９、２０を検出要素３ａ、３ｂ内に設けることによって以下の利点が得られる。すなわち補償構造体内での運動が１次振動中に生じないという利点である。補償構造体１９、２０を駆動質量体１ａ、１ｂ内に設けることによって説明した実施例と同じように補償構造体内の運動は１次振動中に生じる。しかし有利には、トルク調達に対するより大きな応力中心距離（Hebelarm）が得られ、ひいては電位が同じ場合により高い補償能力が得られる。

本発明の回転速度センサは、殊に以下の利点を有している：すなわち本発明ではクォードレチャ補償を、手間暇がかかり（繰り返し作業の多い）、コスト高の物理的な平衡方法とは異なり電気的な調整によって行うことができるという利点である。クォードレチャの低減は、センサ素子自体で行われる。従ってコリオリ効果用検出手段ではクォードレチャ信号は生起せず、主たるセンサ信号評価への条件が格段に低減し、センサのパフォーマンスが改善される。本発明は静的な力の作用に基づいている。これによって表面マイクロマメカニックに容易に置き換えることができる。本発明は、１次振動及び２次振動が基板面内で行われる全てのバイブレーションジャイロスコープに使用可能である。さらに本発明は種々異なるセンサ評価回路の技術構想とコンパチブルである。

本発明による回転速度センサの実施例の概略的な平面図である。

本発明による回転速度センサの部分構造体の詳細図である。

本発明の代替構成の詳細図である。

Claims (8)

1. 回転速度センサであって、
   基板と、基板の表面上に配置されているコリオリ要素（２ａ，２ｂ）とを有しており、
   前記コリオリ要素（２ａ，２ｂ）は、第１の軸（Ｘ）に対して平行に振動するように励振され、
   前記コリオリ要素（２ａ，２ｂ）が、コリオリ力に基づいて、第１の軸（Ｘ）に対してほぼ垂直方向の第２の軸（Ｙ）に偏移することが検出され、
   前記第１の軸及び第２の軸（Ｘ, Ｙ） は、基板の表面に対して平行である形式のものにおいて、
   基板に対して少なくとも部分的に可動するように設けられたセンサ素子（１ａ，１ｂ, ２ａ，２ｂ, ３ａ，３ｂ）が設けられており、
   力伝達手段（１９, ２０）が設けられており、当該手段（１９, ２０）は、基板と少なくとも１つのセンサ素子（１ａ，１ｂ, ２ａ，２ｂ, ３ａ，３ｂ）との間の静的な力作用を伝達するために設けられている、
   ことを特徴とする、回転速度センサ。
2. 前記力作用は前記コリオリ要素（２ａ，２ｂ）に作用する、請求項１記載の回転速度センサ。
3. 前記力作用は駆動質量体（１ａ，１ｂ）に作用する、請求項１記載の回転速度センサ。
4. 前記力作用は検出要素（３ａ，３ｂ）に作用する、請求項１記載の回転速度センサ。
5. 前記手段（１９, ２０）は、静的な力作用が、基板の表面上にほぼ垂直に延在する第３の軸（Ｚ）に関するトルクに相当するように設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の回転速度センサ。
6. 前記手段（１９, ２０）として、第１のサブストラクチュア（１９）および第２のサブストラクチュア（２０）を有している補償構造体が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の回転速度センサ。
7. 前記サブストラクチュア（１９, ２０）は非対称に設けられている、請求項６記載の回転速度センサ。
8. 駆動手段（１２ａ，１３ａ, １２ｂ，１３ｂ）が設けられており、当該駆動手段によってコリオリ要素（２ａ，２ｂ）は第１の軸（Ｘ）に対して平行に振動するように励振され、
   検出手段（１５ａ，１６ａ, １５ｂ，１６ｂ, １７）が設けられており、当該検出手段によってコリオリ要素（２ａ，２ｂ）の、コリオリ力に基づいた、第２の軸（Ｙ）への偏移が検出される、請求項１から７までのいずれか１項記載の回転速度センサ。

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