JP2010151808A - 改善された電気的特性を有する、回転駆動運動を用いる微小電気機械ジャイロスコープ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板2a、フレーム2bと、内部に検出領域2cを有し、第1の辺が第1の水平軸xに沿って延在するダイ2と、基板2aに固定され、検出領域2c内に配置され、垂直軸zを中心とする駆動運動により平面xy内で回転するように設計された駆動質量3と、駆動質量3に対して固定され、第1角速度に応答して前記平面xy外への検出運動を行うように、駆動質量3の内部に懸垂され且つ駆動質量3に弾性支持素子20により結合された第1対16a’,16b’及び第2対16c’,16d’のセンサ質量とを備え、第1対のセンサ質量16a’,16b’及び前記第2対のセンサ質量16c’,16d’は第1の水平軸xに対して反対符号の非ゼロ傾斜を有する各別の方向に整列している集積微小電気機械構造30。
【選択図】図4
Description
Ωx=1°/s;Ωy=1°/s
であり、且つ各対の第1センサ質量16a’−16d’が単位感度S:即ち
Vout,x=1mV;Vout,y=1mV
ここで、(従来の解決方法では)Vout,xは第1水平軸xに沿って整列した第1対の第1センサ質量16a−16bに対応する出力電圧であり、Vout,yは第2水平軸yに沿って整列した第2対の第1センサ質量16c−16dに対応する出力電圧である。
いずれにせよ、センサ質量の新しい構成によれば、使用可能な領域を検出のために最適に活用すること、センサの感度を増大すること、電気特性の均一性及び妨害に対するシステムのローバスト性を改善することが可能になることを再度強調したい。さらに一般的には、この構成によれば、微小電気機械ジャイロスコープの特性及び電気的性能を改善することが可能になる。
Claims (15)
- 基板(2a)及びフレーム(2b)を含み、その内部に検出領域(2c)を画成し、その第1の辺が第1の水平軸(x)に沿って延在するダイ(2)と、
前記検出領域(2c)内に設置された弾性アンカー素子(8a,8b)を介して前記基板(2a)に固定され且つ垂直軸(z)を中心とする駆動運動により平面(xy)内で回転するように設計された駆動質量(3)と、
前記駆動運動において前記駆動質量(3)に対して固定され、第1の角速度(Ωx →)に応答して前記平面(xy)外への検出運動を行うように、前記駆動質量(3)の内部に懸垂され且つ前記駆動質量(3)に各別の弾性支持素子(20)により結合された第1対(16a’,16b’)及び第2対(16c’,16d’)の第1センサ質量とを備え、
前記第1対の第1センサ質量(16a’,16b’)及び前記第2対の第1センサ質量(16c’,16d’)は前記第1の水平軸(x)に対して反対符号の非ゼロ傾斜を有する各別の方向(x1,x2)に整列している、
ことを特徴とする集積微小電気機械構造(30)。 - 前記第1対の前記第1センサ質量(16a’,16b’)は前記第1の水平軸(x)に対してある角度(α)だけ傾いた第1の方向(x1)に整列し、前記第2対の前記第1センサ質量(16c’,16d’)は前記第1の水平軸(x)に対して反対側に同じ角度(α)だけ傾いた方向(x2)に整列している、ことを特徴とする請求項1記載の集積微小電気機械構造。
- 前記角度(α)は45°にほぼ等しい値を有し、前記第1の方向(x1)及び前記第2の方向(x2)は互いにほぼ直交する、ことを特徴とする請求項2記載の集積微小電気機械構造。
- 前記フレーム(2b)の前記第1の辺に沿って、第2の水平軸(y)に対して対称に配置された複数のダイパッド(2d)をさらに備え、前記第1対の前記第1センサ質量(16a’,16b’)の各々は前記第2の水平軸(y)に対して前記第2対の前記第1センサ質量(16d’,16c’)の対応する一つと対称に配置されている、ことを特徴とする請求項1−3のいずれかに記載の集積微小電気機械構造。
- 前記第1対の前記第1センサ質量(16a’,16b’)及び前記第2対の前記第1センサ質量(16d’,16c’)の各々と関連してセンサ容量を構成するように設計されたセンサ電極(22,23)と、前記それぞれのセンサ電極(22,23)と前記それぞれのダイパッド(2d)との間の電気接続を備え、前記第1対の前記第1センサ質量(16a’,16b’)に関連する電気接続が前記第2対の前記第1センサ質量(16d’,16c’)に関連する対応する電気接続と前記第2の水平軸(y)に対して対称である、ことを特徴とする請求項4記載の集積微小電気機械構造。
- 前記フレーム(2b)は、前記第2の水平軸(y)に沿って延在し前記第1の辺と縁を形成する第2の辺を有し、前記第1及び第2対の少なくとも1つの第1センサ質量(16a’)がそれぞれ前記第1の方向(x1)及び前記第2の方向(x2)の一つの方向に沿って前記縁の近くまで延在するように形成されている、ことを特徴とする請求項1−5のいずれかに記載の集積微小電気機械構造。
- 前記少なくとも1つの第1センサ質量(16a’)は前記第1の方向(x1)及び前記第2の方向(x2)の一つの方向に沿って前記縁の近くまで引き伸ばされた概してひし形である、ことを特徴とする請求項6記載の集積微小電気機械構造。
- 使用時に前記第1の角速度(Ωx →,Ωy →)が当該構造(30)の第1の検出軸と一致する前記第1の水平軸(x)を中心に印加される、ことを特徴とする請求項1−7のいずれかに記載の集積微小電気機械構造。
- 前記第1対(16a’,16b’)及び第2対(16d’,16c’)の前記第1センサ質量が、使用時に前記第1の水平軸(x)に直角であって当該構造(30)の第2の検出軸と一致する第2の水平軸(y)を中心に印加される第2角速度(Ωy →)に応答して前記平面(xy)外への回転運動の検出も行うように設計された2軸型である、ことを特徴とする請求項8記載の集積微小電気機械構造。
- 前記駆動運動において前記駆動質量(3)に対して固定され、使用時に前記垂直軸(z)を中心に加えられる他の角速度(Ωz →)に応答して前記平面(xy)内の直線検出運動を行うように、前記駆動質量(3)の内部に懸垂され且つ前記駆動質量(3)に各別の弾性支持素子(28)により結合された1対の第2センサ質量(25a’,25b’)をさらに備え、前記第2センサ質量(25a’,25b’)は前記第1の水平軸(x)及び前記第2の水平軸(y)の一つに沿って整列している、ことを特徴とする請求項9記載の集積微小電気機械構造。
- 前記フレーム(2b)は慨して方形又は長方形を有し、第1の辺が前記第1の水平軸(x)に平行であり、第2の辺が前記第1の水平軸(x)に直角の第2の水平軸(y)に平行である、ことを特徴とする請求項1−10のいずれかに記載の集積微小電気機械構造。
- 前記駆動質量(3)は、中心に空所(6)が画成され、前記空所の中心(O)に設置された第1のアンカー(7a)にて前記空所内を延在する第1の弾性アンカー素子(8a)により前記基板(2)に固定されるとともに、前記駆動質量(3)の外部に設置された他のアンカー(7b)にて他の弾性支持素子(8b)により前記基板(2)に固定され、前記弾性支持素子(20)と前記第1及び第2の弾性アンカー素子(8a、8b)は、前記平面(xy)外への前記回転検出運動において前記駆動質量(3)が前記第1センサ質量(16a’−16d’)から減結合されるように構成されている、ことを特徴とする請求項1−11のいずれかに記載の集積微小電気機械構造。
- 前記第1センサ質量(16a’−16d’)は、前記平面(x、y)外への前記回転検出運動の回転軸から、前記駆動質量(3)内に組み込まれ前記回転軸を中心とする回転のために弾性支持素子により支持することができる長方形のセンサ質量の重心(G)より大きく離れた位置に位置する重心(G’)を有するように構成されている、ことを特徴とする請求項1−12のいずれかに記載の集積微小電気機械構造。
- 請求項1−13のいずれかに記載された集積マイクロ微小電気機械構造(30)と、前記構造(30)に動作可能に結合された読取装置(42)とを備える電子デバイス。
- 前記読取装置(42)は、前記第1センサ質量(16a’−16d’)の各々からの電気信号を受信するために前記ダイパッド(2d)に接続され、前記電気信号を合成して、前記第1の水平軸(x)を中心に印加される第1の角速度(Ωx →)及び前記第1の水平軸(x)に直角の第2の水平軸(y)を中心に印加される第2の角速度(Ωy →)の関数である第1の電気出力量(Vout,x)及び第2の電気出力量(Vout,y)を発生するように構成されている、ことを特徴とする請求項14記載の電子デバイス。
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