JP2014174165A - 改善されたオフセットおよびノイズ性能を有する傾斜モード加速度計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単一の軸に沿った加速度を測定するための単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造は、単一の軸に実質的に垂直な平面を規定している上面を有する基板であって、基板は、第1の端と第2の端とを有する、基板と、基板の上方に懸架された第1の非対称形状マスであって、第1の非対称形状マスは、第1の端と第2の端との間に位置する第1の旋回軸まわりに旋回可能である、第1の非対称形状マスと、基板の上方に懸架された第2の非対称形状マスであって、第2の非対称形状マスは、第1の端と第2の端との間に位置する第2の旋回軸まわりに旋回可能である、第2の非対称形状マスと、基板上および第1の非対称形状マスの下方に配置された電極の第1の組と、基板上および第2の非対称形状マスの下方に配置された電極の第2の組とを含む。
【選択図】図5
Description
本発明は、一般に、傾斜モードタイプのMEMS加速度計に関連し、その傾斜モードタイプのMEMS加速度計において、2つの傾斜モードMEMS加速度計が、単一の基板上に作成される。
加速度計は、加速度を電気信号に変換するタイプの変換器である。加速度計は、広範な種々のデバイスにおいて、広範な種々の用途のために使用される。例えば、加速度計は、しばしば、例えばエアバッグ展開および転覆検出のための種々の自動車システムに含まれる。加速度計はまた、しばしば、例えば運動に基づいた感知(例えば、落下検出)および制御(例えば、ゲームを行うための、運動に基づいた制御)のための種々のコンピュータデバイスに含まれる。
(項目1)
単一の軸に沿った加速度を測定するための単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造であって、該単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造は、
該単一の軸に実質的に垂直な平面を規定している上面を有する基板であって、該基板は、第1の端と第2の端とを有する、基板と、
該基板の上方に懸架された第1の非対称形状マスであって、該第1の非対称形状マスは、該第1の端と該第2の端との間に位置する第1の旋回軸まわりに旋回可能である、第1の非対称形状マスと、
該基板の上方に懸架された第2の非対称形状マスであって、該第2の非対称形状マスは、該第1の端と該第2の端との間に位置する第2の旋回軸まわりに旋回可能である、第2の非対称形状マスと、
該基板上および該第1の非対称形状マスの下方に配置された電極の第1の組と、
該基板上および該第2の非対称形状マスの下方に配置された電極の第2の組と
を含む、単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目2)
前記第1の非対称形状マスのための前記第1の旋回軸は、前記基板の前記第1の端と前記第2の端との間の中心に置かれ、該基板の前記平面に実質的に平行である、上記項目に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目3)
前記第2の非対称形状マスのための前記第2の旋回軸は、前記基板の前記第1の端と前記第2の端との間の中心に置かれ、該基板の前記平面に実質的に平行である、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目4)
前記第1の非対称形状マスおよび前記基板に機械的に結合された第1のねじりばねをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目5)
前記第2の非対称形状マスおよび前記基板に機械的に結合された第2のねじりばねをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目6)
前記基板の前記第1の端および前記第2の端に対して中心に配置された第1のアンカーであって、該第1のアンカーは、前記第1の非対称形状マスに機械的に結合されている、第1のアンカーと、
該基板の該第1の端および該第2の端に対して中心に配置された第2のアンカーであって、該第2のアンカーは、前記第2の非対称形状マスに機械的に結合されている、第2のアンカーと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目7)
前記第1のマスは、1つのアンカーを使用して前記基板の上方に懸架されている、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目8)
前記第2のマスは、1つのアンカーを使用して前記基板の上方に懸架されている、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目9)
前記第1のマスおよび前記第2のマスは、各々、別個の傾斜モード加速度計を規定している、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目10)
前記電極の第1の組は、前記基板において前記第1の旋回軸から等しく配置された複数の電極を含む、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目11)
前記電極の第2の組は、前記基板において前記第2の旋回軸から等しく配置された複数の電極を含む、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目12)
前記第1の旋回軸および前記第2の旋回軸は、同等である、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目13)
前記電極の第1の組は、少なくとも2つの電極を含み、該少なくとも2つの電極は、各々、前記旋回軸に関して対向する側に等しく配置され、前記電極の第2の組は、少なくとも2つの電極を含み、該少なくとも2つの電極は、各々、該旋回軸に関して対向する側に等しく配置され、該電極の第1の組のうちの1つの電極は、該旋回軸に関して反対側における、該電極の第2の組のうちの1つの電極と交差結合されている、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目14)
前記電極の第1の組および前記電極の第2の組は、差動モードで電気的に結合されている、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目15)
第1の軸および第2の横軸を規定している上面を有する基板であって、該上面は、該第1の軸の方向に規定された長さと、該第2の軸の方向に規定された幅とを有する、基板と、
アンカーによって該基板に結合された非対称形状マスを有する第1の傾斜モードセンサーであって、該アンカーは、該基板の該長さの実質的に中心に置かれている、第1の傾斜モードセンサーと、
アンカーによって該基板に結合された非対称形状マスを有する第2の傾斜モードセンサーであって、該アンカーは、該基板の該長さの中心に置かれている、第2の傾斜モードセンサーと
を含む、単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目16)
前記第1の傾斜モードセンサーのプルーフマスは、前記第2の軸に沿った前記アンカーまわりに回転し、該プルーフマスは、該第2の軸について非対称である、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目17)
前記第1の傾斜モードセンサーの前記アンカーは、外部刺激に応答した前記第1の軸まわりの回転を低減するように配置されている、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目18)
電極の第1の組と、電極の第2の組と、前記第1のマスと、前記第2のマスとに電気的に結合された回路をさらに含み、
該回路は、該第1のマスと対応する前記電極の第1の組との間の静電容量の変化によって、Z軸加速度によってもたらされた該第1のマスの回転運動を感知することと、該第2のマスと対応する前記電極の第2の組との間の静電容量の変化によって、Z軸加速度によってもたらされた該第2のマスの回転運動を感知することとを行うように構成されている、上記項目のいずれかに記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
(項目19)
単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造を使用する方法であって、該方法は、
該微小電気機械加速度計構造を外部刺激にさらすことと、
該外部刺激が、該微小電気機械加速度計構造の基板に結合された、非対称形状マスを有する第1の傾斜モードセンサーを、中心に位置するアンカー点まわりに回転させることと、
電極において、該第1の傾斜モードセンサーの該非対称形状マスと該電極との間の静電容量の変化を表す第1の電気信号を受信することと、
該外部刺激が、該微小電気機械加速度計構造の該基板に結合された、非対称形状マスを有する第2の傾斜モードセンサーを、中心に位置するアンカー点まわりに回転させることと、
第2の電極において、該第2の傾斜モードセンサーの該非対称形状マスと該第2の電極との間の静電容量の変化を表す第2の電気信号を受信することと、
該第1の電気信号と第2の電気信号とを組み合わせることにより、加速度信号を生成することと
を含む、方法。
(項目20)
前記加速度信号は、差動信号である、上記項目のいずれかに記載の方法。
単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。その構造は、第1の端と第2の端とによって規定された上面を有する基板を含む。基板の上方に懸架された第1の非対称形状マスが基板に結合され、その第1の非対称形状マスは、第1の端と第2の端との間の基板に対する第1の旋回点まわりに旋回可能であり、基板の上方に懸架された第2の非対称形状マスが基板に結合され、その第2の非対称形状マスは、第1の端と第2の端との間の基板に対する第2の旋回点まわりに旋回可能である。その構造はまた、基板上および第1の非対称形状マスの下方に配置された電極の第1の組と、基板上および第2の非対称形状マスの下方に配置された電極の第2の組とを含む。
単一の軸についての加速度を測定するための単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造および使用方法が開示される。一実施形態において、加速度計構造は、その単一の軸に実質的に垂直な平面を規定する上面を有する基板を含み、基板は、第1の端と第2の端とを有する。加速度計構造は、基板の上方に懸架された複数の非対称形状マスを含む。第1の非対称形状マスは、第1の端と第2の端との間に位置する第1の旋回軸まわりに旋回可能であり、第2の非対称形状マスは、第1の端と第2の端との間に位置する第2の旋回軸まわりに旋回可能である。各非対称形状マスは、電極の組を含む。電極の第1の組は、基板上および第1の非対称形状マスの下方に配置される。電極の第2の組は、基板上および第2の非対称形状マスの下方に配置される。
本明細書において規定される場合、用語「電極」は、文脈が別様に規定しないかぎり、信号を感知するための感知電極か、または信号を駆動するための駆動電極かのいずれかを表し得る。そのうえ、用語「アンカー」は、マスを懸架するための「懸架構造」の一部を表すものとする。懸架構造は、マスが回転軸まわりに回転することを可能にするねじりばねのような、1つまたは複数の屈曲部を含み得る。懸架構造のアンカーは、MEMSデバイスの基板と機械的に結合する。
20 マス
21 基板
22 回転軸
24 電極
28 電極
29 ブロック
Claims (20)
- 単一の軸に沿った加速度を測定するための単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造であって、該単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造は、
該単一の軸に実質的に垂直な平面を規定している上面を有する基板であって、該基板は、第1の端と第2の端とを有する、基板と、
該基板の上方に懸架された第1の非対称形状マスであって、該第1の非対称形状マスは、該第1の端と該第2の端との間に位置する第1の旋回軸まわりに旋回可能である、第1の非対称形状マスと、
該基板の上方に懸架された第2の非対称形状マスであって、該第2の非対称形状マスは、該第1の端と該第2の端との間に位置する第2の旋回軸まわりに旋回可能である、第2の非対称形状マスと、
該基板上および該第1の非対称形状マスの下方に配置された電極の第1の組と、
該基板上および該第2の非対称形状マスの下方に配置された電極の第2の組と
を含む、単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。 - 前記第1の非対称形状マスのための前記第1の旋回軸は、前記基板の前記第1の端と前記第2の端との間の中心に置かれ、該基板の前記平面に実質的に平行である、請求項1に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記第2の非対称形状マスのための前記第2の旋回軸は、前記基板の前記第1の端と前記第2の端との間の中心に置かれ、該基板の前記平面に実質的に平行である、請求項2に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記第1の非対称形状マスおよび前記基板に機械的に結合された第1のねじりばねをさらに含む、請求項2に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記第2の非対称形状マスおよび前記基板に機械的に結合された第2のねじりばねをさらに含む、請求項4に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記基板の前記第1の端および前記第2の端に対して中心に配置された第1のアンカーであって、該第1のアンカーは、前記第1の非対称形状マスに機械的に結合されている、第1のアンカーと、
該基板の該第1の端および該第2の端に対して中心に配置された第2のアンカーであって、該第2のアンカーは、前記第2の非対称形状マスに機械的に結合されている、第2のアンカーと
をさらに含む、請求項1に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。 - 前記第1のマスは、1つのアンカーを使用して前記基板の上方に懸架されている、請求項1に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記第2のマスは、1つのアンカーを使用して前記基板の上方に懸架されている、請求項1に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記第1のマスおよび前記第2のマスは、各々、別個の傾斜モード加速度計を規定している、請求項1に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記電極の第1の組は、前記基板において前記第1の旋回軸から等しく配置された複数の電極を含む、請求項2に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記電極の第2の組は、前記基板において前記第2の旋回軸から等しく配置された複数の電極を含む、請求項3に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記第1の旋回軸および前記第2の旋回軸は、同等である、請求項3に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記電極の第1の組は、少なくとも2つの電極を含み、該少なくとも2つの電極は、各々、前記旋回軸に関して対向する側に等しく配置され、前記電極の第2の組は、少なくとも2つの電極を含み、該少なくとも2つの電極は、各々、該旋回軸に関して対向する側に等しく配置され、該電極の第1の組のうちの1つの電極は、該旋回軸に関して反対側における、該電極の第2の組のうちの1つの電極と交差結合されている、請求項12に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記電極の第1の組および前記電極の第2の組は、差動モードで電気的に結合されている、請求項1に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 第1の軸および第2の横軸を規定している上面を有する基板であって、該上面は、該第1の軸の方向に規定された長さと、該第2の軸の方向に規定された幅とを有する、基板と、
アンカーによって該基板に結合された非対称形状マスを有する第1の傾斜モードセンサーであって、該アンカーは、該基板の該長さの実質的に中心に置かれている、第1の傾斜モードセンサーと、
アンカーによって該基板に結合された非対称形状マスを有する第2の傾斜モードセンサーであって、該アンカーは、該基板の該長さの中心に置かれている、第2の傾斜モードセンサーと
を含む、単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。 - 前記第1の傾斜モードセンサーのプルーフマスは、前記第2の軸に沿った前記アンカーまわりに回転し、該プルーフマスは、該第2の軸について非対称である、請求項15に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 前記第1の傾斜モードセンサーの前記アンカーは、外部刺激に応答した前記第1の軸まわりの回転を低減するように配置されている、請求項16に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。
- 電極の第1の組と、電極の第2の組と、前記第1のマスと、前記第2のマスとに電気的に結合された回路をさらに含み、
該回路は、該第1のマスと対応する前記電極の第1の組との間の静電容量の変化によって、Z軸加速度によってもたらされた該第1のマスの回転運動を感知することと、該第2のマスと対応する前記電極の第2の組との間の静電容量の変化によって、Z軸加速度によってもたらされた該第2のマスの回転運動を感知することとを行うように構成されている、請求項16に記載の単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造。 - 単軸傾斜モード微小電気機械加速度計構造を使用する方法であって、該方法は、
該微小電気機械加速度計構造を外部刺激にさらすことと、
該外部刺激が、該微小電気機械加速度計構造の基板に結合された、非対称形状マスを有する第1の傾斜モードセンサーを、中心に位置するアンカー点まわりに回転させることと、
電極において、該第1の傾斜モードセンサーの該非対称形状マスと該電極との間の静電容量の変化を表す第1の電気信号を受信することと、
該外部刺激が、該微小電気機械加速度計構造の該基板に結合された、非対称形状マスを有する第2の傾斜モードセンサーを、中心に位置するアンカー点まわりに回転させることと、
第2の電極において、該第2の傾斜モードセンサーの該非対称形状マスと該第2の電極との間の静電容量の変化を表す第2の電気信号を受信することと、
該第1の電気信号と第2の電気信号とを組み合わせることにより、加速度信号を生成することと
を含む、方法。 - 前記加速度信号は、差動信号である、請求項19に記載の方法。
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