JP6372566B2 - 改善された直交補償 - Google Patents
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Description
本発明は、微小電気機械デバイスに関するものであり、特に、独立請求項の前段部分に規定されたとおり、微小電気機械センサーデバイスに関するものである。
微小−電気−機械システム(Micro-Electro-Mechanical Systems)、即ち、MEMSは、少なくともいくつかの要素が機械的な機能を持っている、小型化された機械的および電気機械的なシステムであると規定することができる。MEMS構造体は、物理的な性質(properties)における非常に小さい変化を、早くかつ正確に検出するように適用することができる。一例として、微小電気機械ジャイロスコープは、非常に小さい角変位を、早くかつ正確に検出するように適用することができる。
本発明の目的は、微小電気機械的な感知(センシング)における直交補償(quadrature compensation)を高めることにある。本発明の目的は、独立請求項の特徴部分に従った微小電気機械センサーデバイスによって達成される。
以下に、添付の図面を参照し、好ましい態様に関連付けて、本発明をより詳細に説明する。
以下の実施形態は、例示的なものである。明細書は、「ある(an)」、「1つの(one)」、または、「いくつかの(some)」実施形態に言及するであろうが、それは、そのような言及それぞれが、同じ実施形態を指すことや、その特徴が単一の実施形態だけに適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施形態の単一の特徴は、さらなる実施形態を提供するべく、組み合わせられ得る。
キャパシタンスのこの変化は、また、ステーター表面とローター表面との間の静電力を変調するように構成されたものでもよく、それは、該静電力が直交誤差運動に反対し、それによって、できるだけ初期にその効果を減じるといったようになっていてもよい。
ここで、Ciは、ステーターとローターのペアによって形成されたキャパシターであり、かつ、Viは、それらの間の電圧である。このトータルの力は、符号が負でありかつ駆動変位Xを含んでいる。従って、当該静電容量性トランスデューサー構造は、駆動方向Dへの変位Xと同位相である感知方向Sへの変位Yに抗する力を作り出す。
Claims (13)
- 微小電気機械センサーデバイスであって、当該微小電気機械センサーデバイスは:
振動質量体(20)を有し;
該振動質量体(20)を固定支持構造に懸架するためのバネ構造を有し、該バネ構造は、該振動質量体に対して、駆動方向(D)と、該駆動方向(D)に直角な感知方向(S)とを定めており;
該振動質量体を直線的な駆動振動へと駆動するための励起要素を有し、該直線的な駆動振動は、前記駆動方向の一次成分と前記感知方向の直交誤差による二次成分とを持った方向を有するものであり;
当該微小電気機械センサーデバイスの角運動によってもたらされたコリオリの力による前記振動質量体の移動を感知するための、感知要素を有し;
静電容量性トランスデューサー構造を有し、該静電容量性トランスデューサー構造は、
固定支持構造に係留される、第1のステーター(22b)と第2のステーター(22a)とを有し、前記第1のステーター(22b)は、第1のステーター表面(26)を有し、前記第2のステーター(22a)は、第2のステーター表面(28)を有し、
前記振動質量体に機械的に接続された、第1のローター(21b)と第2のローター(21a)とを有し、前記第1のローター(21b)は、前記第1のステーター(22b)の前記第1のステーター表面(26)に向かい合って位置する第1のローター表面(25)を含んでおり、前記第2のローター(21a)は、前記第2のステーター(22a)の前記第2のステーター表面(28)に向かい合って位置する第2のローター表面(29)を含んでおり、
前記第1のステーター(22b)と前記第1のローター(21b)との間、および、前記第2のステーター(22a)と前記第2のローター(21a)との間に電圧を作り出すように接続された電気的エネルギー源を有し;
当該微小電気機械センサーデバイスの特徴は、
前記第1のローター表面(25)と前記第1のステーター表面(26)とが第1の静電容量性トランスデューサーを形成し、該第1の静電容量性トランスデューサーでは、前記駆動方向の振動の変位と同じ位相にてキャパシタンスが増大し、かつ、前記第2のローター表面(29)と前記第2のステーター表面(28)とが第2の静電容量性トランスデューサーを形成し、該第2の静電容量性トランスデューサーでは、前記駆動方向の振動の変位と逆の位相にてキャパシタンスが増大し、
前記直線的な駆動振動の二次成分に抗する方向を向いた第1の静電力が、前記の第1の静電容量性トランスデューサーの第1のステーター表面と第1のローター表面との間に作り出され、かつ、前記直線的な駆動振動の二次成分に抗する方向を向いた第2の静電力が、前記の第2の静電容量性トランスデューサーの第2のステーター表面と第2のローター表面との間に作り出され、かつ、該第1の静電力は、該第2の静電力に対して反対向きであり、
前記の第1の静電容量性トランスデューサーと第2の静電容量性トランスデューサーは、傾斜した配向にて配置され、前記駆動方向と前記傾斜した前記第1のステーター表面の接線との間にゼロでない角度αが形成され、前記駆動方向と前記傾斜した前記第2のステーター表面の接線との間に該ゼロでない角度αが形成され、かつ、前記傾斜した前記第1のステーター表面と前記傾斜した前記第2のステーター表面とは平行であり、それにより、前記の直線的な駆動振動の二次成分に抗する前記第2の静電力が、該直線的な駆動振動の変位と逆の位相にてギャップ変調される、
前記微小電気機械センサーデバイス。 - 前記第1の静電容量性トランスデューサーの第1のステーター表面(26)と第1のローター表面(25)が、平坦であるかまたは湾曲しているか、または、
前記第2の静電容量性トランスデューサーの第2のステーター表面と第2のローター表面が、平坦であるかまたは湾曲している
ことを特徴とする、請求項1に記載の微小電気機械センサーデバイス。 - 前記第1のローター表面(25)と、前記第2のローター表面が、前記第1のステーター表面と、前記第2のステーター表面に平行であることを特徴とする、請求項1または2に記載の微小電気機械センサーデバイス。
- 前記第1の静電容量性トランスデューサーまたは前記第2の静電容量性トランスデューサーが、細長いローター表面(25)を含んだ少なくとも1つのローター櫛状部フィンガー(21b)を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の微小電気機械センサーデバイス。
- 前記第1の静電容量性トランスデューサーまたは前記第2の静電容量性トランスデューサーが、ステーター櫛状部フィンガー(22b)を有し、
該ステーター櫛状部フィンガーは細長いステーター表面(26)を含み、該細長いステーター表面(26)が前記細長いローター表面(25)に向かい合って延びるように、該ステーター櫛状部フィンガーが配置されていることを特徴とする、
請求項4に記載の微小電気機械センサーデバイス。 - 前記第1の静電容量性トランスデューサーと前記第2の静電容量性トランスデューサーのそれぞれが、ローター櫛状部フィンガーを少なくとも1つ有し、かつ、第1の静電容量性トランスデューサーのローター櫛状部フィンガー(21a)と第2の静電容量性トランスデューサーのローター櫛状部フィンガー(21b)とのペア(21a、21b)が、振動質量体(20)から互いに反対の方向へと突き出していることを特徴とする、請求項4に記載の微小電気機械センサーデバイス。
- 前記第1の静電容量性トランスデューサーが、複数のローター櫛状部フィンガー(21b)のうちの1つのローター櫛状部フィンガーの第1のローター表面(25)に対して、第1のステーター表面(26)を提供する1つのステーター櫛状部フィンガー(22b)を有し、かつ、
前記第2の静電容量性トランスデューサーが、前記振動質量体の一次運動における反対側の横方向ポジションにあるローター櫛状部フィンガー(21a)のうちの1つのローター櫛状部フィンガーの第2のローター表面に対して、第2のステーター表面(28)を提供する他のステーター櫛状部フィンガー(22a)を有する、
請求項6に記載の微小電気機械センサーデバイス。 - 前記ローター櫛状部フィンガーのペアの、前記第1のローター表面(25)と前記第2のローター表面(29)が、互いに平行になっている、請求項7に記載の微小電気機械センサーデバイス。
- 前記静電容量性トランスデューサー構造が、第3の静電容量性トランスデューサーを有し、
前記第1の静電容量性トランスデューサーが、ステーターとローターの櫛状部フィンガー(50、52;63、60)からなる第1ペアを有し、
前記第3の静電容量性トランスデューサーが、ステーターとローターの櫛状部フィンガー(51、53;64、60)からなる第3ペアを有し、
前記第1の静電容量性トランスデューサーの前記ステーター櫛状部フィンガー(50;63)の前記ステーター表面と、該第1の静電容量性トランスデューサーの前記ローター櫛状部フィンガー(52;60)のローター表面とが、平行であり、かつ、前記駆動方向に対して、ゼロでない正の角度(+α)だけ傾斜しており、
前記第3の静電容量性トランスデューサーの前記ステーター櫛状部フィンガー(51;64)のステーター表面と、該第3の静電容量性トランスデューサーのローター櫛状部フィンガー(53;60)のローター表面とが、平行であり、かつ、前記駆動方向(D)に対して、ゼロでない負の角度(−α)だけ傾斜している
ことを特徴とする、請求項5に記載の微小電気機械センサーデバイス。 - 前記静電容量性トランスデューサー構造が、第4の静電容量性トランスデューサーを有し、
前記第2の静電容量性トランスデューサーが、ステーターとローターの櫛状部フィンガー(57、58)からなる第2ペアを有し;
前記第4の静電容量性トランスデューサーが、ステーターとローターの櫛状部フィンガー(55、56)からなる第4ペアを有し;
同様に傾斜している、前記第1の静電容量性トランスデューサーと、前記第4の静電容量性トランスデューサーとが、前記振動質量体の一次運動における一方の横方向ポジションにあり、かつ、
同様に傾斜している、前記第2の静電容量性トランスデューサーと、前記第3の静電容量性トランスデューサーとが、前記振動質量体の一次運動における他方の横方向ポジションにある
ことを特徴とする、請求項9に記載の微小電気機械センサーデバイス。 - 前記第1の静電容量性トランスデューサーおよび第3の静電容量性トランスデューサーのローター櫛状部フィンガーが、1つのテーパーになったローター櫛状部フィンガー要素(60)によって形成され、
該ローター櫛状部フィンガー要素が、前記駆動方向に対してゼロでない正の角度だけ傾斜したローター表面と、前記駆動方向に対してゼロでない負の角度だけ傾斜したローター表面とを含んでいる
ことを特徴とする、請求項9に記載の微小電気機械センサーデバイス。 - 前記第1の静電容量性トランスデューサーにおいて、または、前記第2の静電容量性トランスデューサーにおいて、前記ステーターとローターの櫛状部フィンガーが、複数ペアで、傾斜した配向となって配置されており:
ステーターとローターの櫛状部フィンガーのペアの、ステーター櫛状部フィンガー(43)では、駆動方向に対してゼロでない角度の一辺を形成するステーター表面が、平坦であって、かつ、ステーター櫛状部フィンガー(43)の長さ全体に広がっており;
ステーターとローターの櫛状部フィンガーのペアの、ローター櫛状部フィンガー(41)では、ローター表面が、平坦であって、かつ、前記ステーター表面に平行に位置合わせされており;
前記ステーター櫛状部フィンガー(43)と前記ローター櫛状部フィンガー(41)の互いに反対になっている側は、駆動方向に合せられており、非対称的なノコギリ歯形状の補償構造を形成していることを特徴とする、
請求項5に記載の微小電気機械センサーデバイス。 - 前記ゼロでない角度が、0.5〜2°の範囲にあることを特徴とする、請求項1または2に記載の微小電気機械センサーデバイス。
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