JP2006525511A - 六自由度型微細加工マルチセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、「六自由度型微細加工マルチセンサ」なる名称で2003年4月28日に出願された米国仮出願第60/466,083号に基づく優先権を主張する。
連邦補助研究又は開発に関する表明
適用なし
本発明は、一般的に集積化された角速度及び加速度センサ(“マルチセンサ”)に関し、特に3軸の加速度検知及び3軸の角速度検知を与えることが可能な六自由度型微細加工マルチセンサ装置に関する。
本発明によれば、単一のマルチセンサ装置において、3軸の加速度検知及び3軸の角速度検知を与える六自由度型微細加工マルチセンサが開示される。ここで開示される微細加工マルチセンサは、2つのマルチセンサ下部構造体を備え、各下部構造体は、3軸の加速度検知及び角速度検知を与える。
この発明の他の特徴、機能及び形態は、後続の発明の詳細な説明から明らかになる。
この発明は、図面に関連してなされる以下の発明の詳細な説明を参照することによって、より十分に理解される。図面において、
図1は、本発明に係るシリコン微細加工マルチセンサ装置の概念的斜視図、
図2は、図1のシリコン微細加工マルチセンサに含まれた第1のマルチセンサ下部構造体の平面図、
図3は、図2の第1のマルチセンサ下部構造体の模式図、
図4は、図2の第1のマルチセンサ下部構造体を動作させる方法のフロー図、
図5は、図1のシリコン微細加工マルチセンサに含まれた第2のマルチセンサ下部構造体のブロック図、
図6は、図5の第2のマルチセンサ下部構造体の詳細平面図、
図7は、図5の第2のマルチセンサ下部構造体用の加速度検知信号処理回路の模式図、
図8は、図5の第2のマルチセンサ下部構造体の代替実施形態のブロック図、
図9は、図8の第2のマルチセンサ下部構造体の代替実施形態の詳細平面図、
図10は、図5の第2のマルチセンサ下部構造体を動作させる方法のフロー図である。
「六自由度型微細加工マルチセンサ」なる名称で2003年4月28日に出願された米国仮出願第60/466,083号は、参照によりここに組み込まれる。
102、108 基板
102 第1の三自由度型マルチセンサ下部構造体
105 第2の三自由度型マルチセンサ下部構造体
Claims (29)
- 六自由度型マルチセンサであって、
第1の基板と、
第2の基板と、
第1のマルチセンサ下部構造体と、
第2のマルチセンサ下部構造体とを備え、
第1のマルチセンサ下部構造体は、第1の基板上に製作され、第1のマルチセンサ下部構造体は、第1の基板の面内で相互に直交した第1及び第2の軸に対する加速度検知を示す共に第1及び第2の軸に垂直な第3の軸に対する角速度検知を示す第1の複数の検知信号を与えるように動作し、
第2のマルチセンサ下部構造体は、第2の基板上に製作され、第2のマルチセンサ下部構造体は、第2の基板の面内で相互に直交した第4及び第5の軸に対する角速度検知を示すと共に第4及び第5の軸に垂直な第6の軸に対する加速度検知を示す第2の複数の検知信号を与えるように動作し、
第1のマルチセンサ下部構造体は、
実質的に平面的な加速度計フレームと、
このフレームに結合された第1の慣性質量と、
前記フレームに結合された第2の慣性質量と、
前記フレームに結合されると共に第1の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第1の対と、
前記フレームに結合されると共に第2の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第2の対とを有し、
第1及び第2の慣性質量は、振動軸に沿って逆相で振動するように構成され、この振動軸は、第1及び第2の軸によって規定される面内にあり、
各加速度検知電極構造体は、前記第1の複数の検知信号のそれぞれの検知信号を生成するように構成され、各検知信号は、残りの検知信号から電気的に独立していることを特徴とする六自由度型マルチセンサ。 - 第1及び第2の軸に沿った加速度検知に属する情報を抽出すると共に第3の軸に対する角速度検知に属する情報を抽出するように構成された信号処理ユニットを更に備える請求項1に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 第1の慣性質量と第2の慣性質量を弾性的に結合する弾性部材を更に備える請求項1に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知電極構造体の第1の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第1の検知信号を生成するように構成された第1の増幅器と、加速度検知電極構造体の第1の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第2の検知信号を生成するように構成された第2の増幅器とを更に備える請求項1に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 第1及び第2の検知信号を受信すると共に第1及び第2の検知信号の和である第3の検知信号を生成するように構成された第3の増幅器を更に備え、第3の検知信号は、第1の軸に沿った加速度検知を示すものである請求項4に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知電極構造体の第2の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第1の検知信号を生成するように構成された第1の増幅器と、加速度検知電極構造体の第2の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第2の検知信号を生成するように構成された第2の増幅器とを更に備える請求項1に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 第1及び第2の検知信号を受信すると共に第1及び第2の検知信号の和である第3の検知信号を生成するように構成された第3の増幅器を更に備え、第3の検知信号は、第2の軸に沿った加速度検知を示すものである請求項6に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知電極構造体の第1の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第1の検知信号を生成するように構成された第1の増幅器と、加速度検知電極構造体の第1の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第2の検知信号を生成するように構成された第2の増幅器と、加速度検知電極構造体の第2の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第3の検知信号を生成するように構成された第3の増幅器と、加速度検知電極構造体の第2の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第4の検知信号を生成するように構成された第4の増幅器とを更に備える請求項1に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 第1及び第2の検知信号を受信すると共に第1及び第2の検知信号の差である第5の検知信号を生成するように構成された第5の増幅器と、第3及び第4の検知信号を受信すると共に第3及び第4の検知信号の差である第6の検知信号を生成するように構成された第6の増幅器とを更に備える請求項8に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 第5及び第6の検知信号を受信すると共に第5及び第6の検知信号の和である第7の検知信号を生成するように構成された第7の増幅器を更に備え、第7の検知信号は、第3の軸に沿った角速度検知を示すものである請求項9に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 速度検知信号を生成するように構成された速度検知電極構造体を更に備え、速度検知信号は、第1及び第2の慣性質量の振動速度と同相であり、且つ第1及び第2の慣性質量の線形加速度と非同期である請求項10に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 第7の検知信号及び速度検知信号を受信すると共に第3の軸に対する角速度検知を示す第8の検知信号を生成するように構成された位相復調器を更に備える請求項11に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 六自由度型マルチセンサであって、
第1の基板と、
第2の基板と、
第1のマルチセンサ下部構造体と、
第2のマルチセンサ下部構造体とを備え、
第1のマルチセンサ下部構造体は、第1の基板上に製作され、第1のマルチセンサ下部構造体は、第1の基板の面内で相互に直交した第1及び第2の軸に対する加速度検知を示す共に第1及び第2の軸に垂直な第3の軸に対する角速度検知を示す第1の複数の検知信号を与えるように動作し、
第2のマルチセンサ下部構造体は、第2の基板上に製作され、第2のマルチセンサ下部構造体は、第2の基板の面内で相互に直交した第4及び第5の軸に対する角速度検知を示すと共に第4及び第5の軸に垂直な第6の軸に対する加速度検知を示す第2の複数の検知信号を与えるように動作し、
第2のマルチセンサ下部構造体は、
少なくとも1つの第1の質量と、
少なくとも1つの第2の質量と、
少なくとも1つの駆動構造体と、
正反対に対向する加速度検知構造体の第1及び第2の対と、
正反対に対向する加速度検知構造体の第3及び第4の対とを有し、
第1の質量は、第2の基板に結合されてその上に懸架され、第1の質量は、関連する縦及び横軸と、縦及び横軸に垂直な関連する回転軸とを有し、
第2の質量は、第2の基板に結合されてその上に懸架され、第2の質量は、関連する縦及び横軸と、縦及び横軸に垂直な関連する回転軸とを有し、第2の質量は、第1の質量に隣接し、
駆動構造体は、第1及び第2の質量に効果的に結合され、駆動構造体は、第1及び第2の質量をそれぞれの回転軸を中心として逆相で振動させるように構成され、
第1及び第2の加速度検知構造体対は、第1の質量に効果的に結合され、第1及び第2の加速度検知構造体対は、第1の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
第3及び第4の加速度検知構造体対は、第2の質量に効果的に結合され、第3及び第4の加速度検知構造体対は、第2の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
それぞれの縦軸は、第4の軸と平行であり、またそれぞれの横軸は、第5の軸と平行であり、
各加速度検知構造体は、それぞれの検知信号を生成するように構成され、それぞれの検知信号は、第4及び第5の軸に対する角速度検知を示すものであり、また第6の軸に対する加速度検知を更に示すものであることを特徴とする六自由度型マルチセンサ。 - 加速度検知構造体の第1及び第3の対によって生成されたそれぞれの検知信号の各々は、第6の軸に対する線形成分と、第4の軸に対する回転成分とを有し、また加速度検知構造体の第2及び第4の対によって生成されたそれぞれの検知信号の各々は、第6の軸に対する線形成分と、第5の軸に対する回転成分とを有する請求項13に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知構造体の第1、第2、第3及び第4の対によって生成されたそれぞれの線形検知信号成分を組み合わせるように構成された信号処理ユニットを更に備えて、第6の軸に対する加速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する請求項14に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知構造体の第1及び第3の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を組み合わせるように構成された信号処理ユニットを更に備えて、第4の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する請求項14に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知構造体の第2及び第4の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を組み合わせるように構成された信号処理ユニットを更に備えて、第5の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する請求項14に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 第1の質量を第2の質量に結合する弾性部材を更に備え、この弾性部材は、それぞれの質量の逆相振動移動を許容すると共に同相振動移動に抵抗するように構成されている請求項13に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知構造体の第1の対から第1の検知信号の対を受信するように構成された第1の増幅器と、加速度検知構造体の第3の対から第3の検知信号の対を受信するように構成された第3の増幅器とを更に備え、第1及び第3の増幅器は更に、それぞれ第1の検知信号の対の差と第3の検知信号の対の差である第1及び第3の出力信号を生成するように構成され、第1及び第3の出力信号は、第4の軸に対する角速度検知を示すものである請求項13に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知構造体の第2の対から第2の検知信号の対を受信するように構成された第2の増幅器と、加速度検知構造体の第4の対から第4の検知信号の対を受信するように構成された第4の増幅器とを更に備え、第2及び第4の増幅器は更に、それぞれ第2の検知信号の対の差、及び第4の検知信号の対の差である第2及び第4の出力信号を生成するように構成され、第2及び第4の出力信号は、第5の軸に対する角速度検知を示すものである請求項13に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 加速度検知構造体の第1の対から第1の検知信号の対を受信するように構成された第1の増幅器と、加速度検知構造体の第2の対から第2の検知信号の対を受信するように構成された第2の増幅器と、加速度検知構造体の第3の対から第3の検知信号の対を受信するように構成された第3の増幅器と、加速度検知構造体の第4の対から第4の検知信号の対を受信するように構成された第4の増幅器とを更に備え、第1、第2、第3及び第4の増幅器は、それぞれ第1の検知信号の対の和、第2の検知信号の対の和、第3の検知信号の対の和、及び第4の検知信号の対の和である第1、第2、第3及び第4の出力信号を生成するように構成され、第1、第2、第3及び第4の出力信号は、第6の軸に対する加速度検知を示すものである請求項13に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 基板上に懸架された2つの第1の質量と2つの第2の質量とを備え、これら4つの質量は、各質量が他の2つの質量に隣接するように配置され、駆動構造体は、4つの質量をそれぞれの回転軸を中心として逆相で振動させるように構成され、各質量は隣接する質量に対して同等に逆の挙動で移動する請求項13に記載の六自由度型マルチセンサ。
- 六自由度型マルチセンサを動作させる方法であって、
第1のマルチセンサ下部構造体によって第1の複数の検知信号を与える工程と、
第2のマルチセンサ下部構造体によって第2の複数の検知信号を与える工程と、
第1の慣性質量と第2の慣性質量を駆動電極構造体によって振動軸に沿って逆相で振動させる工程と、
フレームに結合されると共に第1の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第1の対によってそれぞれの第1の加速度計検知信号を生成する工程と、
フレームに結合されると共に第2の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第2の対によってそれぞれの第2の加速度計検知信号を生成する工程とを備え、
第1の複数の検知信号を与える工程において、第1の複数の検知信号は、第1の基板の面内で相互に直交した第1及び第2の軸に対する加速度検知を示す共に第1及び第2の軸に垂直な第3の軸に対する角速度検知を示すものであり、第1のマルチセンサ下部構造体は、第1の基板上に実装され、
第2の複数の検知信号を与える工程において、第2の複数の検知信号は、第2の基板の面内で相互に直交した第4及び第5の軸に対する角速度検知を示すと共に第4及び第5の軸に垂直な第6の軸に対する加速度検知を示すものであり、第2のマルチセンサ下部構造体は、第2の基板上に実装され、
逆相で振動させる工程において、第1の慣性質量は、加速度計フレームに結合され、また第2の慣性質量は、加速度計フレームに結合され、
第2の加速度計検知信号を生成する工程において、第1及び第2の慣性質量、駆動電極構造体、及び加速度検知電極構造体の第1及び第2の対は、第1のマルチセンサ構造体に含まれ、
第1及び第2の生成する工程で生成される各検知信号は、残りの検知信号から電気的に独立していることを特徴とする方法。 - 信号処理ユニットによって、第1及び第2の軸に沿った加速度検知に属する情報を抽出する工程と、第3の軸に対する角速度検知に属する情報を抽出する工程とを更に備える請求項23に記載の方法。
- 六自由度型マルチセンサを動作させる方法であって、
第1のマルチセンサ下部構造体によって第1の複数の検知信号を与える工程と、
第2のマルチセンサ下部構造体によって第2の複数の検知信号を与える工程と、
少なくとも1つの第1の質量と少なくとも1つの第2の質量を駆動構造体によってそれぞれの回転軸を中心として逆相で振動させる工程と、
第1の質量に効果的に結合された正反対に対向する加速度検知構造体の第1及び第2の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程と、
第2の質量に効果的に結合された正反対に対向する加速度検知構造体の第3及び第4の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程とを備え、
第1の複数の検知信号を与える工程において、第1の複数の検知信号は、第1の基板の面内で相互に直交した第1及び第2の軸に対する加速度検知を示す共に第1及び第2の軸に垂直な第3の軸に対する角速度検知を示すものであり、第1のマルチセンサ下部構造体は、第1の基板上に実装され、
第2の複数の検知信号を与える工程において、第2の複数の検知信号は、第2の基板の面内で相互に直交した第4及び第5の軸に対する角速度検知を示すと共に第4及び第5の軸に垂直な第6の軸に対する加速度検知を示すものであり、第2のマルチセンサ下部構造体は、第2の基板上に実装され、
逆相で振動させる工程において、第1及び第2の質量は、互いに隣接し、そして第2の基板に結合されてその上に懸架され、各質量は、それぞれの回転軸に垂直な関連する縦及び横軸を有し、それぞれの縦軸は、第4の軸と平行であり、またそれぞれの横軸は、第5の軸と平行であり、
第1及び第2の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程において、第1及び第2の加速度検知構造体の対は、それぞれ第1の質量の縦及び横軸に沿って配設され、
第3及び第4の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程において、第3及び第4の加速度検知構造体の対は、それぞれ第2の質量の縦及び横軸に沿って配設され、第1及び第2の質量、駆動構造体、並びに第1、第2、第3及び第4の加速度検知構造体の対は、第2のマルチセンサ下部構造体に含まれ、
第1及び第2の生成する工程で生成されるそれぞれの検知信号は、第4及び第5の軸に対する角速度検知を示し、更に第6の軸に対する加速度検知を示すものであることを特徴とする方法。 - 加速度検知構造体の第1、第2、第3及び第4の対によって生成されたそれぞれの線形検知信号成分を信号処理ユニットによって組み合わせて、第6の軸に対する加速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する工程を更に備える請求項25に記載の方法。
- 加速度検知構造体の第1及び第3の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を信号処理ユニットによって組み合わせて、第4の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する工程を更に備える請求項25に記載の方法。
- 加速度検知構造体の第2及び第4の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を信号処理ユニットによって組み合わせて、第5の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する工程を更に備える請求項25に記載の方法。
- 第1及び第2の基板は組み合わされて単一の基板を形成する請求項1に記載の六自由度型マルチセンサ。
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