JP2017514123A - 改良されたジャイロスコープ構造体及びジャイロスコープデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小電気機械デバイスに関し、特に、独立請求項のプリアンブルに定義されているように、微小電気機械ジャイロスコープ構造体及びジャイロスコープデバイスに関する。
微小電気機械構造体は、迅速かつ正確に非常に小さな物理的特性の変化を検出するために用いることができる。例えば、微小電気機械ジャイロスコープは、迅速かつ正確に、非常に小さな角度変位を検出するのに用いることができる。運動は、6自由度、すなわち、3つの直交方向における並進、及び3つの直交軸周りの回転、を有している。後者の3つは、ジャイロスコープとしても公知な角速度センサによって測定することができる。微小電気機械ジャイロスコープは、角速度を測定するためにコリオリ効果を用いている。質量が一方向に動かされ、回転角速度が与えられたとき、質量は、コリオリ力の結果、垂直方向の力を受ける。よって、コリオリ力によって引き起こされる結果として生じる物理的な変位は、例えば、静電容量、圧電又はピエゾ抵抗によるセンシング構造体で読み取ることができる。
本発明の目的は、外的状況の変化による影響が最小化されるように構造的に最適化されたジャイロスコープの設計を提供することである。
以下の実施の形態は例示的なものである。明細書では、「ある」、「一つの」、又は、「いくつかの」実施の形態を参照するが、このことは、必ずしも、各参照が同じ実施の形態への参照を意味したり、その特徴が一つの実施の形態だけに適用されたりすることを意味するものではない。異なる実施の形態における各個別の特徴は、さらなる実施の形態を提供するために組み合わされてもよい。
Claims (15)
- 角運動軸周りの角運動を検出するための微小電気機械ジャイロスコープ構造体であって、
前記角運動軸に直交する駆動軸の方向における一次元運動用に懸架された駆動素子と、
1以上の検知ロータ電極を担持し、第1指向性バネ構造体によって前記駆動素子に連結された検知本体とを備え、
前記第1指向性バネ構造体は、前記検知本体を前記駆動素子と共に動かし、かつ、前記角運動軸及び前記駆動軸の両方に垂直な検知軸の方向に運動の優先方向を有するものであって、
前記駆動素子は、作動本体と駆動フレームとを含み、前記第1バネ構造体は前記検知本体を前記駆動フレームに対して指向的に連結し、
前記駆動素子は、前記駆動フレームを前記作動本体に連結し、かつ、前記検知軸の方向に運動の優先方向を有する第2指向性バネ構造体を含み、
前記作動本体は、1以上の駆動電極を担持し、前記駆動軸の方向に運動の優先方向を有する第3指向性バネ構造体によって1以上の第1アンカーポイントに連結され、
前記駆動素子は、前記駆動軸の方向に運動の優先方向を有する第4バネ構造体によって1以上の第2アンカーポイントに連結されている
ことを特徴とする微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 検知ステータ及び検知ロータを含む検知素子であって、前記検知ロータは前記検知本体を含む
ことを特徴とする請求項1記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記検知ステータは、ステータ櫛を含み、前記検知ロータは、ロータ櫛を含み、前記ステータ櫛及び前記ロータ櫛の櫛フィンガは、インターレースされている
ことを特徴とする請求項2記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記駆動素子は、駆動ステータ及び駆動ロータを含み、前記駆動ロータは前記作動本体を含む
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記駆動ステータは、ステータ櫛を含み、前記駆動ロータは、ロータ櫛を含み、前記ステータ櫛及び前記ロータ櫛の櫛ファインガは、インターレースされている
ことを特徴とする請求項4記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記第1アンカーポイントは、前記作動本体の反対側に位置する一対の第1アンカーポイントを含み、前記駆動軸は、前記一対の第1アンカーポイントを結ぶ線と一致する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記第3バネ構造体は、撓み方向が前記駆動軸と一致する共通軸に位置合わせされるように配向された2つのバネを含む
ことを特徴とする請求項6記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記第2アンカーポイントは、前記検知本体の反対側に位置する第1の一対の第2アンカーポイントを含み、
前記第1の一対の第2アンカーポイントを結ぶ線は、前記駆動軸に平行である
ことを特徴とする請求項7記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記第2アンカーポイントは、前記検知本体の反対側に位置する第2の一対の第2アンカーポイントを含み、
前記第2の一対の第2アンカーポイントを結ぶ線は、前記駆動軸に平行であり、前記駆動軸と前記第1の一対の第2アンカーポイントを結ぶ線との間に位置する
ことを特徴とする請求項8記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 第1レイヤー素子及び第2レイヤー素子であって、それぞれ、前記駆動素子及び前記検知素子を備え、
前記第1レイヤー素子及び前記第2レイヤー素子は、前記検知本体が前記レイヤー素子の横方向の両端に位置するように、対称軸に関して対称的に配置されている
ことを特徴とする請求項4〜9のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記第1レイヤー素子及び前記第2レイヤー素子のための前記第3指向性バネ構造体は、2つの端部を有する少なくとも1つの、共通の、剛性を有するレバー素子を含み、
前記レバー素子の一方の端部は、前記第1レイヤー素子の前記作動本体に連結され、前記レバー素子の他方の端部は、前記第2レイヤー素子の前記作動本体に連結され、
前記レバー素子は、第1アンカーポイントを支点とするシーソー型運動のために前記第1アンカーポイントに対して中央で回動する
ことを特徴とする請求項10記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記第1レイヤー素子及び前記第2レイヤー素子のための前記第3指向性バネ構造体は、2つの、共通の、剛性を有するレバー素子を含み、前記レバー素子のそれぞれは、前記対称軸と一致する個別の第1アンカーポイントに懸架されている
ことを特徴とする請求項11記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記レバー素子のそれぞれは、第1アンカーポイントから前記レバー素子内の距離で組み込まれた接続点まで前記対称軸に沿って延びるビームバネによってアンカーポイントに懸架されている
ことを特徴とする請求項12記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 前記レバー素子のそれぞれは、前記レバー素子の端部の弱い曲線部と前記作動本体の直線運動とを前記駆動軸の方向に連結する対角線状バネによって前記作動本体と連結されている
ことを特徴とする請求項12又は13記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ構造体を含む微小電気機械ジャイロスコープデバイス。
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