JP2007271611A - 回転駆動運動を用いる微小電気機械集積センサ構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1センサ質量16aが、第1外部応力の存在時に第1検知運動を行うように弾性支持要素20によって駆動質量3に接続されている。駆動質量3は、回転軸に沿って配置されたアンカー7に取り付けられており、回転軸z周りに回転運動する。駆動質量内に貫通孔9aが設けられ、第1センサ質量16aが貫通孔内に配置されている。弾性支持要素とアンカーによって、回転運動状態では第1センサ質量が駆動質量3に固定された状態にされ、検知運動状態では第1センサ質量が駆動質量から分離された状態にされる。第2センサ質量25aが、第2外部応力の存在時に第2検知運動を行うように駆動質量に接続されている。第1検知運動は、平面内の軸を中心とする回転運動であり、第2検知運動は、平面内の軸方向の線形動作である。
【選択図】図13
Description
acfg=Ωr →2・r=(Ωa →+Ωe →)2・r=(Ωa →2+2・Ωa →・Ωe →+Ωe →2)・r
Ωa →2・r:基準系OXYZに対して回転している質量の相対加速度;
Ωe →2・r:慣性基準系O’X’Y’Z’に対する基準系OXYZの抗力加速度;
2・Ωa →・Ωe →・r:コリオリ加速度;実際にはこの項は2・Ωe →・(Ωa →・r)と書き換えることができ、(Ωa →・r)=Va →であるので、これはベクトル積2・Ωe →×Va →と書き換えることができる。
acfg=Ωr →2・r=(Ωa →+Ωe →)2・r=(Ωa →2+2・Ωa →・Ωe →+Ωe →2)・r
acfg=Ωr →2・r=(Ωa →+Ωe →)2・r=(Ωa →2+2・Ωa →・Ωe →+Ωe →2)・r
第2成分Vay →は、ベクトル和Ωr →=Ωe →+Ωa →の外積によって第1軸xに沿う力を生じさせる。第2弾性支持要素28が前記方向に堅固であると仮定すると、センサは好ましくない前記速度成分を取り除くことができる。
2 基板
3 駆動質量
4 駆動装置
6 空所
7 アンカー
8 弾性アンカー要素
9a,b,,c,d,e,f,g 第1貫通孔
10 被動アーム
12a,b 第2駆動アーム
13 第1電極
14a,b 第2電極
16a,b,c,d,e,f,g 第1センサ質量
20 第1弾性指示要素
22、23 第1、第2検知電極
25a,b,c,d 第2センサ質量
26a,b,c,d 第2貫通孔
28 第2弾性支持要素
Claims (20)
- 回転軸(z)を中心に回転運動するように設計され、弾性アンカー要素(8)によって前記回転軸(z)に沿って配置されたアンカー(7)に固定された駆動質量(3)と、前記駆動質量(3)の内部に設けられた少なくとも1つの第1貫通孔(9a)と、前記第1貫通孔(9a)内に配置され、第1外部応力の存在時に第1検知運動を行うように第1弾性支持要素(20)によって前記駆動質量(3)に接続された第1のタイプの第1センサ質量(16a)とを備え、前記第1弾性支持要素(20)および前記第1弾性アンカー要素(8)は、前記第1のタイプの第1センサ質量(16a)が前記回転運動時に前記駆動質量(3)に固定され、前記第1検知運動時に前記駆動質量(3)から分離されるように構成されていることを特徴とする集積微小電気機械構造(1)。
- 請求項1に記載の構造であって、前記駆動質量(3)がほぼ平面(xy)内に延在し、前記回転軸(z)が前記平面(xy)に垂直であり、前記アンカー(7)が前記駆動質量(3)のほぼ中心(O)に配置されている集積微小電気機械構造。
- 請求項2に記載の構造であって、さらに、前記駆動質量(3)内に設けられた第2貫通孔(26a)の内部に配置され、第2外部応力の存在時に第2検知運動を行うように第2弾性支持要素(28)によって前記駆動質量(3)に接続された少なくとも1つの第2のタイプの第1センサ質量(25a)を備え、前記第1検知運動が前記平面(xy)内の軸を中心とする回転運動であり、前記第2検知運動が前記平面(xy)内の軸方向の線形運動である集積微小電気機械構造。
- 請求項3に記載の構造であって、前記第2の外部応力が第1半径方向(r)に働くコリオリ力(Fc)であり、前記線形動作が前記第1半径方向(r)に向いている集積微小電気機械構造。
- 請求項1−4のいずれかに記載の構造であって、前記駆動質量(3)がほぼ平面(xy)内に延在しており、さらに、前記第1のタイプの第1センサ質量(16a)と前記平面(xy)内の検知軸(x)の方向に整列され、前記駆動質量(3)内に設けられた対応する貫通孔(9b)に配置された第1のタイプの第2センサ質量(16b)を備え、前記第1のタイプの第1および第2センサ質量(16a、16b)が前記平面(xy)内の前記駆動質量(3)の全体寸法内に内包されており、さらに前記第1検知運動を検知するための前記第1のタイプの第1および第2センサ質量(16a、16b)に関連する検知手段(22、23)を備え、前記第1検知運動が前記平面(xy)内にあり前記第1検知軸(x)と直角の軸を中心とする回転運動である集積微小電気機械構造。
- 請求項5に記載の構造であって、前記第1のタイプの第1センサ質量(16a)に関連する検知手段(22、23)を前記第1のタイプの第2センサ質量(16b)の検知手段に電気的に接続するように構成された接続手段(24、36−39)を備え、前記接続手段(24、36−39)が、特定の動作条件において、差分検知法を実行するように構成されている集積微小電気機械構造。
- 請求項6に記載の構造であって、前記接続手段(24、36−39)がさらに、前記微小電気機械構造(1)の動作モードを、ジャイロスコープモードと加速度計モードとの間で切り替えるよう構成されている集積微小電気機械構造。
- 請求項6もしくは7に記載の構造であって、前記検知手段が、それぞれ前記第1のタイプの第1および第2センサ質量(16a、16b)と向かい合うように設置された第1検知電極(22)および第2検知電極(23)を備え、前記接続手段が、前記第1のタイプの第1および第2センサ質量と向かい合った前記第1検知電極(22)と前記第2検知電極(23)をそれぞれ互いに接続する第1スイッチ要素および第2スイッチ要素(36、37)と、前記第1のタイプの第1センサ質量(16a)と向かい合った前記第1および第2検知電極(22、23)をそれぞれ前記第1のタイプの第2センサ質量(16b)と向かい合った前記第2および第1検知電極(23、22)に接続する第3スイッチおよび第4スイッチ要素(38、39)を備え、前記第1および第2スイッチ要素(36、37)が開状態で前記第3および第4スイッチ要素(38、39)が閉状態のとき前記ジャイロスコープモードを実行するよう構成され、前記第1および第2スイッチ要素(36、37)が閉状態で前記第3および第4スイッチ要素(38、39)が開状態のとき前記加速度計モードを実行するように構成された集積微小電気機械構造。
- 請求項1−8のいずれかに記載の構造であって、さらに、前記第1のタイプの第1センサ質量(16a)とともに、前記平面(xy)内の第1検知軸(x)方向に前記アンカー(7)に対して両側に整列配置された第1対の第1のタイプのセンサ質量を構成する第1のタイプの第2センサ質量(16b)と、前記平面(xy)内にあり第1検知軸(x)と直角の第2検知軸(y)方向に前記アンカーに対して両側に整列配置された第2対の第1のタイプのセンサ質量(16c、16d)を備える集積微小電気機械構造。
- 請求項9に記載の構造であって、さらに、第1半径方向(r)に前記アンカー(7)の両側に整列配置された1対の第2のタイプのセンサ質量(25a、25b)を備え、前記第2のタイプのセンサ質量(25a、25b)の対が、第2外部応力の存在時に第2検知運動を行うようにそれぞれ第2弾性支持要素(28)によって前記駆動質量(3)に接続されている集積微小電気機械構造。
- 請求項10に記載の構造であって、第1対および第2対の第1のタイプのセンサ質量(16a−16b、16c−16d)がそれぞれ、前記第1および第2検知軸(x、y)を中心とする第1外部角速度(Ωx →)および第2外部角速度(Ωy →)を検知するように構成されており、前記第2のタイプのセンサ質量の対(25a、25b)が前記平面(xy)に垂直な第3検知軸(z)を中心とする第3外部角速度(Ωz →)を検知するように構成されている、3軸型のジャイロスコープを規定する集積微小電気機械構造。
- 請求項1−11のいずれかに記載の構造であって、さらに、前記第1のタイプの第1センサ質量(16a)とともに、前記平面(xy)内の第1検知軸の両側に前記アンカー(7)に対して対称に整列配置された第1対の第1のタイプのセンサ質量を構成する第1のタイプの第2センサ質量(16b)と、前記平面(xy)内にあり第1検知軸(x)と直角の第2検知軸(y)の両側に前記アンカー(7)に対して対称に配置された第2対の第1のタイプのセンサ質量(16c、16d)と、前記第1および第2検知軸(x、y)の各々に関して、前記第1対および第2対の第1のタイプのセンサ質量に対して前記第1および第2検知軸(x、y)の各々の両側に前記アンカー(7)に対して対称に配置された他対の第1のタイプのセンサ質量(16e−f、16g−16h)を備え;同じ検知軸に関連する対応した第1対および第2対のセンサ質量が、前記それぞれの検知軸に関してそれぞれ互いに向かい合っており、前記それぞれの検知軸に沿って互い違いの位置に第1弾性支持要素(20)を有する集積微小電気機械構造。
- 請求項9−12のいずれかに記載の構造であって、前記駆動質量(3)が中心に空所(6)を規定し、さらに、使用時にそれぞれ異なる電圧にバイアスされる前記駆動質量(3)の駆動部分(3c)と検知部分(3a、3b)を電気的に絶縁する電気絶縁領域(34a、34b)を備え、前記電気絶縁領域(34a、34b)が、前記センサ質量の一部を囲む第1環(34a)および前記センサ質量の他の部分を囲む第2環(34b)を備え、前記第1および第2環(34a、34b)が前記空所(6)において開口し、その内側で前記検知部分(3a、3b)を、その外側で前記駆動部分(3c)を規定する集積微小電気機械構造。
- 請求項1−13のいずれかに記載の構造であって、前記駆動質量(3)は、前記平面(xy)において第1対称軸および第2対称軸(A、B)を有するとともに前記アンカー(7)に対応する位置に中心点(O)を持つ空所(6)を規定する円形形状を有し、前記弾性アンカー要素(8)が前記空所(6)内に延在する集積微小電気機械構造。
- 請求項1−14のいずれかに記載の微小電気機構造(1)を備えるセンサ装置(40)。
- 請求項15に記載のセンサ装置であって、さらに、前記微小電気機械構造(1)の動作モードをジャイロスコープモードと加速度計モードとの間で切り替えるように構成された読み取り段(42)を備えるセンサ装置。
- 請求項16に記載のセンサ装置であって、前記微小電気機械構造(1)が、前記第1検知運動を検知するための検知手段(22、23)、および前記検知手段(22、23)の電気接続を確立するための接続手段(24、36−39)を備え、前記読み取り段(42)が、前記微小電気機械構造(1)の前記動作モードの切り替えを行うために前記接続手段と相互作用するよう構成されているセンサ装置。
- アンカーと、
弾性アンカー要素と、
回転軸に中心に回転運動可能な駆動質量であって、回転軸に沿って配置されたアンカーに前記弾性アンカー要素によって取り付けられ、回転軸に垂直な平面内にほぼ延在している駆動質量と、
前記駆動質量内に配置された第1貫通孔および第2貫通孔と、
第1弾性支持要素と、
第1貫通孔内に配置され、第1外部応力に応答して第1検知運動を行うことができるように第1弾性支持要素によって駆動質量に接続された第1のタイプの第1センサ質量であって、第1弾性支持要素および弾性アンカー要素が第1のタイプの第1センサ質量を駆動質量に固定するように構成され、第1検知運動時に弾性アンカー要素が駆動質量からほぼ分離されるように構成されている第1のタイプの第1センサ質量と、
第2弾性支持要素と、
第2貫通孔内に配置され、第2外部応力に応答して第2検知運動を行うことができるように第2弾性支持要素によって駆動質量に接続された第2のタイプの第1センサ質量とを備え、
第1センサ質量によって検知される第1検知運動は前記平面内の軸に関する回転運動であり、第2センサ質量によって検知される第2検知運動は前記平面内の軸に平行な線形運動である微小電機機械装置。 - 請求項18に記載の微小電気機械装置であって、第2外部応力は第1半径方向に働くコリオリ力であり、前記線形動作は第1半径方向の運動である微小電気機械装置。
- 請求項18に記載の微小電気機械装置であって、駆動質量がさらに:
第1のタイプの第1センサ質量と前記平面内の第1検知軸方向に整列され且つ駆動質量に設けられた少なくとも第1の貫通孔のそれぞれ1つに配置された第1タイプの第2戦さ質量を備え、第1のタイプの第1および第2のセンサ質量が前記平面内における駆動質量の全体寸法内に内包されており、
さらに、第1外部応力に応答して生じる第1のタイプの第1および第2センサ質量の第1検知運動の検知を実行する検知手段を備え、第1検知運動の検知は前記平面内にあり第1検知軸に直角の軸を中心とする回転運動の検知である微小電気機械装置。
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