JP4819832B2 - 閉ループ面内memsデバイスにおける低振動整流 - Google Patents
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Description
したがって、現状技術におけるMEMS加速度計のこれら及びその他の欠点を克服するデバイス及び方法が望まれている。
加速度計の入力軸に沿って振動を加えると、この入力振動により、振動整流誤差である時間平均出力の誤差が最少に抑えられるか、又は解消する。本発明の実施によって得られた幾何学的形状は、振動整流を最少に抑える又は解消しつつ駆動力が最大になるので、空間効率が高い。
図面は、整流(rectification)を最少に抑えるか又は完全に解消し、同時に所与の駆動区域及び印加電圧に対して十分に大きな力を供給する横櫛駆動幾何学的形状を決定する、本発明の方法を示す。
ブロック201において、初期横型櫛歯幾何学的形状、すなわち、歯の厚さ120及び長さ122、横方向即ち側方間隙118、並びに歯重複部分114の寸法を、全体的な設計要件及び当技術分野において一般に周知である従来からの製作設計ルールの関数として選択する。あるいは、本発明の方法は、既存の設計において、整流を最少に抑えるか又は解消するためにも有用である。つまり、実際の代表的な部品が入手可能であれば、これらの部品を測定することによって、歯の幾何学的形状を得る。櫛歯の幾何学的形状が現在設計されたものであっても、以前より既存の設計されたものであっても、分析は同一である。
つまり、グラフ142は、小さな係合範囲に対する、容量対歯重複114の量の関係のプロットである。当技術分野では周知であるが、2つのキャパシタ面間の力(force)は、次の式で表される。
力=0.5dC/dx*V2
ここで、dC/dxは容量の重複距離114に対する導関数であり、Vは2つの櫛106、108間の電位差である。
以上、本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく種々の変更が本発明において可能であることは明らかであろう。
Claims (9)
- マイクロ電気機械システム(MEMS)静電櫛駆動の閉ループ面内デバイスにおいて整流誤差を低減する方法であって、
初期櫛歯重複寸法を選択するステップ(201)と、
前記初期櫛歯重複寸法を有する選択された初期櫛歯幾何学的形状の有限要素モデルを構築するステップ(202)と、
前記選択された初期櫛歯重複寸法、及び該初期櫛歯重複寸法に隣接する1つ以上の異なる重複寸法の各々の双方について、容量の有限要素分析計算を実行するステップ(203)と、
容量対重複寸法の関係のモデルを構築するステップ(204)と、
容量対重複寸法の三次導関数がゼロとなる重複寸法を選択するステップ(205)と、
櫛歯を有する可動基準質量を静止櫛歯枠に向かわせることによりMEMS静電櫛駆動を行うステップであって、前記櫛歯及び前記静止櫛歯枠は前記選択された重複寸法だけ重複する、ステップと
からなることを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、前記選択された初期櫛歯重複寸法、及び該初期櫛歯重複寸法に隣接する1つ以上の異なる重複寸法の各々の双方について、容量の有限要素分析計算を実行するステップは、更に、前記初期櫛歯重複寸法より大きいものと小さいものの両方を含む複数の異なる重複寸法の各々について、容量の有限要素分析計算を実行するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項1記載の方法において、容量対重複寸法の関係のモデルを構築する前記ステップ(204)は、更に、数学的モデルを構築することを特徴とする方法。
- 請求項3記載の方法において、容量対重複寸法の関係のモデルを構築する前記ステップ(204)は、数値方法を用いることを特徴とする方法。
- 請求項4記載の方法において、容量対重複寸法の関係のモデルを構築する前記ステップ(204)は、曲線を前記関係に数学的に当てはめることを特徴とする方法。
- 請求項5記載の方法において、曲線を前記関係に数学的に当てはめることによって容量対重複寸法の関係のモデルを構築する前記ステップ(204)は、前記容量対重複寸法の関係をモデル化するために多項式当てはめを用いることを特徴とする方法。
- 請求項6記載の方法において、前記容量対重複寸法の関係をモデル化するために多項式当てはめを用いることによって容量対重複寸法の関係のモデルを構築する前記ステップ(204)は、少なくとも四次多項式当てはめを用い、前記容量の有限要素分析計算を実行するステップは、前記選択された初期櫛歯重複寸法、及び該初期櫛歯重複寸法に隣接する4つ以上の異なる重複寸法の各々の双方について、容量の有限要素分析計算を実行することを特徴とする方法。
- マイクロ電気機械システム(MEMS)静電櫛駆動の閉ループ面内デバイスにおいて整流誤差を低減する方法であって、
初期櫛歯幾何学的形状を選択するステップであって、初期歯幅及び長さ寸法と、初期横方向間隙寸法と、初期歯重複寸法とを選択することを含む、ステップ(301)と、
比較的静止した枠に対して可動に懸垂された基準質量を有し、前記初期選択した櫛歯幾何学的形状を間に有する第1検査試料デバイスと、複数の第2検査試料とを構築するステップであって、前記第2検査試料の各々は、比較的静止した枠に対して可動に懸垂された基準質量を有し、これらの間に前記初期櫛歯幾何学的形状の振動があり、前記第2検査試料の各々の櫛歯幾何学的形状は、前記初期櫛歯幅、長さ、及び横方向間隙寸法と同じ歯幅、長さ、及び横方向間隙寸法を有し、更に、前記初期選択した歯重複寸法とは異なり、更に他の第2検査試料の1つ以上の歯重複寸法とも異なる歯重複寸法を有する、ステップ(302)と、
前記第1及び第2検査試料の各々をその入力軸に沿って振動させ、加速度計の振動の間に、前記第1及び第2検査試料の各々について整流データを収集するステップ(303)と、
前記収集した整流データに基づいて、最小の整流誤差を生成する歯重複寸法を決定するステップ(304)と
からなることを特徴とする方法。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の方法において、該方法は、整流誤差を除去するために較正するステップ(400)を有することを特徴とする方法。
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