JP7238954B2 - 蛇行電極を有するｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Description

本開示は、微小電気機械デバイスに関し、特に、周囲の固定構造に対して動くことができる可動質量要素を備えるデバイスに関する。本開示はさらに、この動きを測定するために可動質量要素上および固定構造上に作製することができる電極に関する。

微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスは、多くの場合、ロータと呼ばれ得る可動質量要素を備える。ロータは、典型的には、ロータが固定構造に対して動くことを可能にする可撓性懸架装置によって固定構造から懸架される。固定構造は、ステータと呼ばれ得る。ロータの動きは、ステータ上の対応する細長い電極構造のセットと噛み合うロータ上の細長い電極構造のセットを含む容量性トランスデューサを用いて測定することができる。

図１ａおよび図１ｂは、細長い電極を有する容量性トランスデューサを実装する２つの方法を示す。図は、ロータ電極１１１～１１３のセットを有するロータ１１と、ステータ電極１２１～１２３のセットを有するステータ１２とを示している。ロータ１１１の隣の矢印は、その運動方向（ｘ方向）を示す。図１ａでは、ロータ電極およびステータ電極は、ロータ１１が動く方向に垂直な方向（ｙ方向）に延在する。各ロータ電極／ステータ電極間の距離は、ロータが動くにつれてｘ方向に増減する。この測定では、容量性応答はロータの変位に高感度であるが、応答と変位との間の関係は線形ではない。

図１ｂでは、ロータ電極およびステータ電極は、ロータ１１が動く方向（ｘ方向）に延在する。図１ｃは、ロータがその静止位置にあるときの第１のロータ電極１１１および第１のステータ電極１２１の位置を示す。図１ｄは、ロータがその静止位置から左に距離Δｘだけ動いたときの同じ電極の位置を示す。２つの電極間の静電容量は、ｘ方向におけるそれらの重なりが増大すると増大する。この測定では、容量性応答と変位との間の関係は線形であるが、図１ｄで得られる静電容量の増大は、静止位置において測定される静電容量に対して非常に小さいことが多い。したがって、測定信号はあまり感受性ではない。

本開示の目的は、上記の不都合を軽減する装置を提供することである。

本開示の目的は、独立請求項に述べられている事項を特徴とする構成によって達成される。本開示の好ましい実施形態が、従属請求項に開示されている。

本開示は、蛇行形状を有するロータおよびステータおよびステータ電極を利用するという着想に基づく。適切な配置では、そのような電極を使用して、ロータの変位に対する感受性が高く、その変位に対する線形依存性も呈する容量性応答を測定することができる。

以下において、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態によって、本開示をより詳細に説明する。

細長い電極を用いて実装された容量性トランスデューサを示す図である。 細長い電極を用いて実装された容量性トランスデューサを示す図である。 ロータが動くときに静電容量がどのように変化するかを示す図である。 ロータが動くときに静電容量がどのように変化するかを示す図である。 ロータ電極およびステータ電極を示す図である。 ロータ電極およびステータ電極を示す図である。 ロータ電極およびステータ電極を示す図である。 ロータ電極およびステータ電極の蛇行が初期位置において部分的に位置整合している測定における主静電容量の変化を示す図である。 ロータ電極およびステータ電極の蛇行が初期位置において部分的に位置整合している測定における主静電容量の変化を示す図である。 ロータ電極およびステータ電極の蛇行が初期位置において完全に位置整合している測定における主静電容量の変化を示す図である。 ロータ電極およびステータ電極の蛇行が初期位置において完全に位置整合している測定における主静電容量の変化を示す図である。 浮遊容量成分を示す図である。 蛇行電極の設計オプションを示す図である。 蛇行電極の設計オプションを示す図である。 蛇行電極の設計オプションを示す図である。 蛇行ロータ電極が両側で蛇行ステータ電極に隣接している装置を示す図である。 蛇行ロータ電極が両側で蛇行ステータ電極に隣接している装置を示す図である。

本開示は、横軸および交差軸によって画定されるデバイス平面内にある可動ロータおよび固定ステータを備える微小電気機械デバイスについて説明する。交差軸は横軸に直交し、デバイスは、ロータの縁部とステータの縁部とがロータ－ステータ間隙によって互いに分離されている少なくとも１つの測定領域を備える。ロータ電極が、ロータ－ステータ間隙内でロータの縁部からステータに向かって延在する。第１のステータ電極が、ロータ－ステータ間隙内でステータの縁部からロータに向かって延在する。ロータ－ステータ間隙において、ロータ電極と第１のステータ電極とは隣接し、実質的に互いに平行である。

ロータ電極は、第１の横方向ベースライン上にある２つ以上の第１の横方向区画を含む蛇行電極であり、各第１の横方向区画は、第１の横方向間隙によって第１の横方向ベースライン上の隣接する第１の横方向区画から分離されている。

第１のステータ電極は、第２の横方向ベースライン上にある２つ以上の第２の横方向区画を含む蛇行電極であり、各第２の横方向区画は、第２の横方向間隙によって第２の横方向ベースライン上の隣接する第２の横方向区画から分離されている。少なくとも１つの第１の横方向間隙は、少なくとも１つの第２の横方向間隙に隣接し、交差方向において上記少なくとも１つの第２の横方向間隙と少なくとも部分的に位置整合される。

ロータ電極およびステータ電極は、曲がりくねった形状を有する折り畳まれた梁である。言い換えれば、これらの蛇行電極の各々は、連続する折り返しのセットを有する梁である。梁の折り畳みは、例えば、複数の相互に垂直な区画、すなわち交差方向区画によって互いに接続された横方向区画を含むことができる。この場合、第１の横方向ベースライン上にある横方向区画は、交差方向区画によって、異なる横方向ベースライン上にある横方向区画に接続される。それにより、第１のベースライン上の２つの横方向区画を互いに接合する接続構造は、それらの間に追加の横方向区画を有する２つの交差方向区画を含む。それによって、折り畳まれた梁の互いに垂直な部分は、矩形パターンを有する狭い蛇行電極を形成する。

しかしながら、梁の折り目および結果として生じる蛇行電極の折り返しは、必ずしも垂直である必要はない。正方形または長方形の折り畳みによって互いに接続される代わりに、同じ軸上にある横方向区画は、代替的に、下記により詳細に説明および例示されるように、他の何らかの幾何学的形状を有する接続構造と接続されてもよい。

一般的な測定および設計原理は、ロータ電極およびステータ電極の各セットにおける１つまたは２つの細長い電極のみを示す図を参照して下記に説明されるが、セットは、任意の数の電極を含むように拡張することができる。図示のロータ電極－ステータ電極対に適用される任意の原理は、同じ幾何学的形状で互いに隣接して配置される追加のロータ電極－ステータ電極対にも適用される。

図２ａは、ロータ２１およびステータ２２を示す。ロータ電極２１１は、ロータ２１の縁部２１９からステータ２２に向かって延在しており、第１のステータ電極２２１は、ステータ２２の縁部２２９からロータ２１に向かって延在している。ロータ電極およびステータ電極は、蛇行形状を有する。横方向はｘ方向であり、交差方向はｙ方向である。ロータの縁部２１９は、ロータ－ステータ間隙２５によってステータの縁部２２９から分離されている。

ロータ電極２１１は、第１の横方向ベースライン２９１上にある第１の横方向区画２１１１ａおよび２１１１ｂを備える。２つの第１の横方向区画が示されているが、より多くの第１の横方向区画が使用されてもよい。第１の横方向区画の各対（２１１１ａ＋２１１１ｂ）は、第１の横方向間隙２８１によって第１の横方向ベースライン２９１上で互いに分離されている。各第１の横方向区画２１１１ａは、第１の横方向区画２１１１ａと第１の横方向区画２１１１ｂとの間に第１の横方向間隙２８１を残して、第１の横方向ベースライン２９１から外方に延在する第１の接続構造２１３によって、後続の第１の横方向区画２１１１ｂに接続される。これらの第１の接続構造２１３は、所望の第１の横方向間隙２８１によって第１の横方向区画を互いに分離するのに適した任意の形状およびサイズとすることができる。

第１のステータ電極２２１は、第２の横方向ベースライン２９２上にある第２の横方向区画２２１１ａおよび２２１１ｂを備える。第２の横方向区画の各対（２２１１ａ＋２２１１ｂ）は、第２の横方向間隙２８２によって第２の横方向ベースライン２９２上で互いに分離されている。各第２の横方向区画２２１１ａは、第２の横方向ベースライン２９２から外方に延在する第２の接続構造２２３によって後続する第２の横方向区画２２１１ｂに接続されている。これらの第２の接続構造２２３の形状も、所望の第２の横方向間隙２８２によって第２の横方向区画を互いに分離する限り、自由に選択することができる。

図２ａは、ロータ２１１が初期位置にある状況を示す。本開示の任意の実施形態では、初期位置は、例えば、加速度計がｘ軸の方向にいかなる加速度も受けないときにロータが加速度計においてとる静止位置であってもよい。代替的に、ロータおよびステータがジャイロスコープにおいて使用される場合、ロータは、例えば、ｙ軸の方向に線形主振動で駆動されてもよい。ロータは、ジャイロスコープがｘｙ平面に垂直なｚ軸を中心とした回転を受けると、ｘ軸の方向に振動し得る。この場合、初期位置は、ジャイロスコープがｚ軸を中心としたいかなる回転も受けないときのロータのｘ座標によって定義され得る。いずれの場合も、ロータ電極とステータ電極との間で静電容量測定を行うことができる。測定された静電容量は、ｘ軸の方向、すなわち横方向におけるロータの初期位置からの変位を示す。「左」および「右」という用語は、本開示において、図の左側および右側に対応する２つの対向する横方向を指す。

図２ａは、ロータ２１がその初期位置にあるときに、少なくとも１つの第１の横方向間隙２８１が少なくとも１つの第２の横方向間隙２８２と交差方向に部分的に位置整合される配置を示す。これは、間隙の少なくとも１つの側（左側もしくは右側、または両側）の間に横方向のオフセットがあることを意味する。図２ａは、間隙２８１および２８２の幅が等しく、第２の横方向間隙２８２の各側が第１の横方向間隙２８１の対応する側から同じ横方向オフセット距離Ｏだけオフセットされている配置を示す。

横方向間隙が部分的に位置整合される本開示の任意の実施形態では、部分的に位置整合された横方向間隙の各対は、第１の横方向間隙２８１の左側から第２の横方向間隙２８２の左側までの横方向距離（図２ａのオフセット距離Ｏに対応する距離）が、第１の横方向間隙２８１の左側から第２の横方向間隙２８２の右側までの横方向距離（図２ａにおいてＤとして示される距離）よりも小さくなるように配置されてもよい。代替的または相補的に、第２の横方向間隙２８２の右側から第１の横方向間隙２８１の右側までの横方向距離（図２ａには示さず）は、第２の横方向間隙２８２の右側から第１の横方向間隙２８１の左側までの横方向距離（図２ａにＤとして示される）よりも小さくてもよい。しかしながら、これらの距離間の関係は、代替的に反対であってもよい（図２ａにおいてＤがＯ未満であってもよい）。

第１の横方向間隙２８１および第２の横方向間隙２８２は、これらの間隙が部分的に位置整合されている場合、必ずしも同じ幅である必要はない。図２ｂは、幅が互いに異なり、第２の横方向間隙２８２の右側のみが第１の横方向間隙２８１の右側から横方向にオフセットされている代替的な構成を示す。２つの間隙の左側は互いに位置整合している。

ロータ２１がその初期位置にあるときに、少なくとも１つの第１の横方向間隙２８１が、代替的に、少なくとも１つの第２の横方向間隙２８２と交差方向に完全に位置整合されてもよい。このオプションは図２ｃに示されている。この場合、第１の横方向間隙および第２の横方向間隙は同じ横方向幅を有し、２つの間隙の間に横方向のオフセットはない。間隙の左側および右側の両方が、互いに位置整合している。

静電容量測定の原理は、図３ａ～図３ｃを参照して説明され、参照符号３１、３２、３１１および３２１は、それぞれ図２ａ～図２ｃの参照符号２１、２２、２１１および２２１に対応する。

図３ａは、ロータが初期位置にあるときのロータ電極３１１およびステータ電極３２１を示す。ロータ電極内の蛇行部は、ステータ電極上の対応する蛇行部から横方向オフセット距離Ｏだけオフセットされている。図３ａのロータ電極とステータ電極との間の静電容量の主な成分は、互いに最も近い領域から生じる。これらの成分を矢印で示し、それらの総和が主静電容量として参照される。互いに直接隣接していない領域には、追加であるがより小さいが静電容量成分が生じる。これらの成分の総和は浮遊容量として参照される場合がある。

図３ｂは、ロータ３１が初期位置から距離Δｘだけ左に変位した状況を示す。ロータ電極３１１の蛇行とステータ電極３１２の蛇行とが、図３ａに示される初期位置においてオフセット距離Ｏだけ互いにオフセットされていたという事実に起因して、主静電容量は、図３ａよりも図３ｂの方が大きい。ロータ３１のｘ方向への動きが、蛇行部をｙ軸の方向にほぼ位置整合させている。したがって、互いに最も近くに位置する横方向区画間の重なりが増大している。

蛇行部内のすべての横方向区画が主静電容量のさらなる増大に寄与することは重要である。これは、図１ｄに示す動きと概略的に比較することができ、図１ｃと比較して２つの追加の矢印のみで静電容量の増大が示されている。対照的に、図３ｂでは、蛇行電極内の各横方向区画は、図３ａと比較して２つの追加の矢印で主静電容量の増大に寄与する。これにより、図３ａの初期位置の元の１２個の矢印は、図３ｂでは２０個の矢印になっている。したがって、蛇行形状を有する電極は、図１ｄのように電極の先端だけでなく、図３ｂの蛇行の各折り返しにおいて容量面積が増大するため、線形であるとともに高感度でもある容量性応答を生成することができる。

感受性は、各電極内の横方向区画の数を増大させることによって、すなわち蛇行部の折り返し数を増大させることによって増大させることができる。しかしながら、いくつかの実際的な制約が観察されなければならない。図３ａ～図３ｂに示す配置構成では、蛇行形状およびそれらのオフセットは、予測される最大変位Δｘ_ｍａｘ（ここでは図３ｂに示すΔｘにほぼ等しいと仮定する）が図３ａのオフセット距離Ｏ以下になるように設計されている。これが当てはまらず、ロータ３１がオフセット距離を超える距離だけ左に動く場合、隣接する蛇行部折り返し間の重なり（ひいては主静電容量）は、ロータ電極３１１が図３ｂに示されている位置よりもステータ電極３２１を過ぎてさらに動くときに、変位の関数として減少し始める。その場合、測定される静電容量値は変位に対する線形依存性を示さず、いくつかの静電容量値は複数の変位値に対応する。したがって、オフセットは、図２ａおよび図２ｂならびに下記の図５ａおよび図５ｂに示される実施形態において予測される最大変位を超えるべきである。

図３ｃ～図３ｄは、図２ｃのように、第１の横方向間隙および第２の横方向間隙が初期位置において完全に位置整合しているときに実行することができる測定を示す。図３ｃは、ロータ電極およびステータ電極の蛇行曲線が交差方向（ｙ方向）において互いに完全に位置整合している初期位置を示す。主静電容量は、図示の初期位置（２０個の矢印で示す）において最大である。図３ｄは、ロータが初期位置から右へと動いた状況を示す。主静電容量は、１２個の矢印しか残らないように減少している。ロータが左に動くと、対応する静電容量の減少が得られる。ロータ３１の動きは、この実施形態では、初期位置からの右方向の動きまたは左方向の動きのいずれかに制限され得るが、これは、これらの２つの動きを容量測定において互いに区別することができないためである。

図３ｄでは、予測最大変位Δｘ_ｍａｘは、第１の横方向区画および第２の横方向区画の幅ならびに第１の横方向間隙および第２の横方向間隙の幅よりも小さくなければならない。これが当てはまらない場合、隣接する蛇行部間の重なり（ひいては主静電容量）は、変位の一次関数として減少しない。

図３ｅは、図３ａと同じ初期位置にあるロータを示す。参照符号３１３および３２３は、それぞれ図２ａの参照符号２１３および２２３に対応する。参照符号３１１１は、図２ａ～図２ｃの参照符号２１１１ａおよび２１１１ｂに対応し、参照符号３２１１は、２２１１ａおよび２２１１ｂに対応する。ここで、ロータ電極と第１のステータ電極との間の矢印は、浮遊容量に寄与する成分を示している。これらは、任意の第１の横方向区画３１１１または第２の横方向区画３２１１と、対向する接続区画３１３／３２３との間の静電容量、互いに隣接していない第１の横方向区画と第２の横方向区画との間の静電容量、ならびに対向する接続区画３１３／３２３間の静電容量を含み得る。浮遊容量の大きさは、ロータ電極とステータ電極との間の距離、ならびにそれらの幾何学的形状および寸法に依存する。

測定される静電容量は、常に主静電容量と浮遊容量との総和であり、浮遊容量は、一般に、変位に対する完全に線形な依存性を示さない。しかしながら、電極が互いに最も近い領域が間の静電容量に最も寄与するため、主静電容量は浮遊容量よりもはるかに大きくなり得る。浮遊容量が、測定される静電容量に及ぼす影響も、適切な電極設計によって最小限に抑えることができる。

図４ａ～図４ｃは、電極設計のためのいくつかのオプションを示す。参照符号４１、４２、４１１、４１９、４２１、４１３、４２３、４２９、４８１、４８２、４９１および４９２は、それぞれ図２ａ～図２ｃの参照符号２１、２２、２１１、２１９、２２１、２１３、２２３、２２９、２８１、２８２、２９１および２９２に対応する。参照符号４１１１は、図２ａ～図２ｃの参照符号２１１１ａおよび２１１１ｂに対応し、参照符号４２１１は、２２１１ａおよび２２１１ｂに対応する。

図４ａは、４つの第１の横方向区画４１１１と、４つの第２の横方向区画４２１１と、３つの第１の横方向間隙４８１と、３つの第２の横方向間隙４８２とを有するロータ電極を示す。図は、その初期位置にあるロータを示す。各第１の横方向間隙４８１は、図４ａでは、同じ横方向オフセット距離だけ隣接する第２の横方向間隙４８２から横方向にオフセットされている。しかしながら、横方向オフセット距離は、ロータの予測される最大変位が運動方向の最小横方向オフセット未満である限り、第１の横方向間隙および第２の横方向間隙の各対について必ずしも等しい必要はない。

各第１の横方向間隙および各第２の横方向間隙は、図４ａが示すように、同じ横方向幅を有してもよい。代替的に、図４ｂが示すように、いくつかの第１の横方向間隙または第２の横方向間隙の幅は異なっていてもよい。各第１の横方向区画および各第２の横方向区画は、図４ｂが示すように、同じ横方向幅を有してもよい。代替的に、図４ａが示すように、いくつかの第１の横方向区画は、他の第１の横方向区画の幅およびいくつかの第２の横方向区画の幅の両方と異なる幅を有してもよい。

ロータ電極は、ロータの縁部４１９に取り付けられた別個の基部区画を有してもよく、第１の横方向区画４１１１および第１の接続構造４１３は、この基部区画に交互に直列に接続されてもよい。第１のステータ電極は、第２の横方向区画４２１１および第２の接続構造４２３が交互に直列に接続される対応する基部区画を有することができる。これらの基部区画の形状およびサイズは、第１の横方向区画および第２の横方向区画の形状およびサイズとは異なってもよい。基部区画は、図４ａには示されていない。

第１の横方向間隙および第２の横方向間隙の数は、必ずしも等しくなくてもよく、各第１の横方向間隙４８１は、対応する第２の横方向間隙４８２と位置整合していなくてもよい。これは、第１のステータ電極上の第２の横方向間隙がロータ電極上の第１の横方向間隙４８１ｂに隣接していない図４ｃに示されている。第１の横方向区画４１１１ａ～４１１１ｄの数は４つであるが、第２の横方向区画４１１１ａ～４１１１ｃの数は３つである。それにもかかわらず、ロータが左に動き、対４１１１ａ＋４２１１ａ、４１１１ｂ＋４２１１ｂおよび４１１１ｃ＋４２１１ｃの間の重なりが増大すると、ロータ電極４１１と第１のステータ電極４２１との間の静電容量が増大する。追加の第１の横方向区画４１１１ｄおよび追加の第１の横方向間隙４８１ｂは、ロータが左に動くときに長い第２の横方向区画４２１１と完全に整列したままであり、したがって、それらは静電容量の変化に寄与しない。図４ｃはまた、対応する第１の横方向間隙４８１ａおよび４８１ｃからの２つの第２の横方向間隙４８２ａおよび４８２ｂの横方向オフセットＯ_１およびＯ_２が初期位置において等しくないデバイスを示す。

図５ａは、ロータ電極が、第３の横方向ベースライン５９３上にある２つ以上の第３の横方向区画５１１２をさらに備えるデバイスを示す。各第３の横方向区画５１１２は、第３の横方向ベースライン５９３上で第３の横方向間隙５８３によって、隣接する第３の横方向区画５１１２から分離されている。

第２のステータ電極５２２が、ロータ－ステータ間隙内でステータ５２の縁部からロータ５１に向かって延在する。ロータ－ステータ間隙において、ロータ電極５１１と第２のステータ電極５２２とは隣接し、実質的に互いに平行である。

第２のステータ電極５２２は、第４の横方向ベースライン５９４上にある２つ以上の第４の横方向区画５２２１を備える蛇行電極である。各第４の横方向区画５２２１は、第４の横方向ベースライン５９４上で第４の横方向間隙５８４によって、隣接する第４の横方向区画５２２１から分離されている。第２のステータ電極は、曲がりくねった形状を有する折り畳まれた梁である。

第１の横方向ベースライン５９１は、第２の横方向ベースライン５９２と第３の横方向ベースライン５９３との間にある。第３の横方向ベースライン５９３は、第１の横方向ベースライン５９１と第４の横方向ベースライン５９４との間にある。

各第３の横方向間隙５８３は、第４の横方向間隙５８４のうちの１つに隣接している。各第３の横方向間隙５８３は、交差方向において上記第４の横方向間隙５８４と少なくとも部分的に位置整合される。すべての第３の横方向間隙５８３および第４の横方向間隙５８４の横方向幅は、第１の横方向間隙５８１および第２の横方向間隙５８２の横方向幅と等しい。２つ以上の第１の横方向区画５１１１、第２の横方向区画５２１１、第３の横方向区画５１１２および第４の第２の横方向区画５２２１のすべての幅も等しい。

図５ａのロータ電極上の各接続構造は、隣接する第１の横方向区画５１１１の端部に取り付けられた５１３１などの２つの交差方向区画を含む。ロータ電極上の各接続構造はまた、２つの交差方向区画５１３１の間に延在する第３の横方向区画５１１２を備える。第１のステータ電極５２１上の接続構造は、図２ａと同じとすることができ、同様の接続構造を第２のステータ電極５２２に利用することができる。しかしながら、図５ａは、第１のステータ電極および第２のステータ電極上の接続構造が、追加の横方向区画（５２１２および５２２２など）によって互いに接合された２つの交差方向区画（５２３１および５２３２など）を含む電極を示す。

これらの追加の横方向区画の横方向幅は、第１の横方向区画、第２の横方向区画、第３の横方向区画、および第４の横方向区画の横方向幅に等しくてもよい。さらに、交差方向区画５１３１、５２３１、および５２３２の交差方向長は、すべての横方向区画の横方向幅に等しくてもよい。これにより、図５ａに示す正方形の蛇行部が得られ、すべての横方向区画間の間隙は同じ幅を有する。

図２ａのように、図５ａの各第１の横方向間隙５８１は、初期位置において第２の横方向間隙５８２と少なくとも部分的に位置整合される。さらに、各第３の横方向間隙５８３は、初期位置において第４の横方向間隙５８４と少なくとも部分的に位置整合される。これらの位置整合の各々は、図２ｃもしくは図３ｃのように完全であってもよく、または図２ａ～または図２ｃのように部分的であってもよい。

前述のように、部分的な位置整合において、図５ａにおける各第１の横方向間隙５８１は、同じ横方向オフセット距離Ｏだけ対応する第２の横方向間隙５８２から横方向にオフセットされている。さらに、各第３の横方向間隙５８３は、対応する第４の横方向間隙５８４から同じ横方向オフセット距離Ｏだけ横方向にオフセットされてもよい。完全な位置整合では、各第３の横方向間隙５８３は、初期位置において各第４の横方向間隙５８４と完全に位置整合され、各第１の横方向間隙５８１は、各第２の横方向間隙５８２と完全に位置整合される。

上述したように、ロータ／ステータの縁部に最も近いロータ／ステータ電極の部分は、基部区画と呼ばれる場合がある。図５ａは、第１の横方向区画５１１１、第２の横方向区画５２１１、第３の横方向区画５１１１および第４の横方向区画５２２１よりも長い基部区画５１１３、５２１３および５２２３を示す。

図５ｂは、第１の横方向区画５１１１、第２の横方向区画５２１１、第３の横方向区画５１１１および第４の横方向区画５２２１の横方向幅がすべて等しいが、交差方向区画５１３１、５２３１および５２３２の交差方向長が横方向区画の横方向幅よりも大きい代替構成を示す。これにより、図に示す矩形形状の蛇行部が生じる。例えば、ロータ電極上の交差方向区画がステータ電極上の交差方向区画よりも長くなるように、またはその逆になるように、図５ａおよび図５ｂに示す実施形態を組み合わせることもできる。

図５ａおよび図５ｂが示すように、第１のステータ電極５２１の蛇行パターンが第２のステータ電極５２２の蛇行パターンと交差方向に位置整合すると、蛇行ロータ電極の両側５１１１／５１１２がロータ電極とステータ電極との間の主静電容量に寄与する。さらに、これらの図に示す正方形または長方形の蛇行部では、浮遊容量の一部（図３ｅのｙ軸に平行な静電容量の矢印に対応する部分）は、変位に対する線形依存性を示す。ロータおよびステータ電極の数をさらに増やすことができ、すべての追加のロータ電極およびステータ電極の蛇行パターンは、図示のロータ電極およびステータ電極と交差方向に完全に位置整合することができる。追加のロータ電極／ステータ電極蛇行部（図示の蛇行部に関連する）における小さいオフセットも可能である。本開示の任意の実施形態では、微小電気機械デバイスは、ロータ－ステータ間隙内でロータの縁部からステータに向かって延在する蛇行ロータ電極のセットと、ロータ－ステータ間隙内でステータの縁部からロータに向かって延在する蛇行ステータ電極の対応するセットとを備えることができる。

蛇行ロータ電極のセットは、蛇行ステータ電極のセットと噛み合うことができる。各ロータ電極から２つの隣接するステータ電極までの交差方向距離は等しくてもよい。言い換えれば、ベースライン５９１と５９２との間の交差方向距離は、図５ａのベースライン５９３と５９４との間の交差方向距離に等しくてもよく、ベースライン５９５および５９６は、次のロータ電極（図には示されていない）のベースラインから同じ交差方向距離だけ分離されてもよい。

代替的に、ロータ電極およびステータ電極は、各ロータ電極から一方の側のステータ電極までの第１の交差方向距離（例えば、下方の電極までの距離、すなわち図５ａの５９１と５９２との間の距離）がＬ_１であり、同じロータ電極から他方の側のステータ電極までの第２の交差方向距離（上方の電極までの距離、すなわち５９３と５９４との間の距離）がＬ_２であるように、対に編成されてもよい。距離Ｌ_１は、Ｌ_２と異なってもよいが、各ロータ電極は、同じ第１の交差方向距離Ｌ_１および第２の交差方向距離Ｌ_２だけ隣接するステータ電極から分離されてもよい。

本開示に提示されるすべての実施形態では、蛇行ロータ電極および蛇行ステータ電極は、横方向間隙によって分離された横方向区画を含む。いくつかの実施形態では、ロータ電極の横方向区画は、初期位置においてステータ電極の横方向区画と部分的に位置整合され、それらの位置整合の程度は、ロータが変位すると増大する。ロータ電極とステータ電極との間の静電容量もまた、変位の関数として増大する。他の実施形態では、ロータ電極の横方向区画は、初期位置においてステータ電極の横方向区画と完全に位置整合され、それらの位置整合の程度は、ロータが変位すると低減する。ロータ電極とステータ電極との間の静電容量もまた、変位の関数として低減する。

Claims (6)

1. 横軸および交差軸によって画定されるデバイス平面内にある可動ロータおよび固定ステータを備える微小電気機械デバイスであって、以て、前記交差軸は前記横軸に直交し、前記デバイスは、前記ロータの縁部と前記ステータの縁部とがロータ－ステータ間隙によって互いに分離されている少なくとも１つの測定領域を備え、ロータ電極が、前記ロータ－ステータ間隙内で前記ロータの縁部から前記ステータに向かって延在しており、第１のステータ電極が、前記ロータ－ステータ間隙内で前記ステータの縁部から前記ロータに向かって延在しており、前記ロータ－ステータ間隙において、前記ロータ電極と前記第１のステータ電極とは隣接し、実質的に互いに平行である微小電気機械デバイスにおいて、
   前記ロータ電極は、第１の横方向ベースライン上にある２つ以上の第１の横方向区画を含む蛇行電極であり、各第１の横方向区画は、第１の横方向間隙によって前記第１の横方向ベースライン上の隣接する前記第１の横方向区画から分離されており、前記ロータ電極は曲がりくねった形状を有する折り畳まれた梁であり、
   前記第１のステータ電極は、第２の横方向ベースライン上にある２つ以上の第２の横方向区画を含む蛇行電極であり、各第２の横方向区画は、第２の横方向間隙によって前記第２の横方向ベースライン上の隣接する前記第２の横方向区画から分離されており、前記ステータ電極は曲がりくねった形状を有する折り畳まれた梁であり、
   少なくとも１つの第１の横方向間隙は、少なくとも１つの第２の横方向間隙に隣接し、前記交差方向において前記少なくとも１つの第２の横方向間隙と少なくとも部分的に位置整合されていることを特徴とする、微小電気機械デバイス。
2. 前記ロータが初期位置にあるときに、前記少なくとも１つの第１の横方向間隙が前記少なくとも１つの第２の横方向間隙と前記交差方向に部分的に位置整合されることを特徴とする、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
3. 前記ロータが初期位置にあるときに、前記少なくとも１つの第１の横方向間隙が前記少なくとも１つの第２の横方向間隙と前記交差方向に完全に位置整合されることを特徴とする、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
4. 各第１の横方向間隙および各第２の横方向間隙が同じ横方向幅を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の微小電気機械デバイス。
5. 各第１の横方向区画および各第２の横方向区画が同じ横方向幅を有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の微小電気機械デバイス。
6. 前記ロータ電極は、第３の横方向ベースライン上にある２つ以上の第３の横方向区画をさらに備え、各第３の横方向区画は、前記第３の横方向ベースライン上で第３の横方向間隙によって、隣接する前記第３の横方向区画から分離されており、
   第２のステータ電極が、前記ロータ－ステータ間隙内で前記ステータの縁部から前記ロータに向かって延在しており、結果、前記ロータ－ステータ間隙において、前記ロータ電極と前記第２のステータ電極とは隣接し、実質的に互いに平行であり、
   前記第２のステータ電極は、第４の横方向ベースライン上にある２つ以上の第４の横方向区画を備える蛇行電極であり、各第４の横方向区画は、前記第４の横方向ベースライン上で第４の横方向間隙によって、隣接する前記第４の横方向区画から分離されており、前記第２のステータ電極は、曲がりくねった形状を有する折り畳まれた梁であり、
   前記第１の横方向ベースラインは、前記第２の横方向ベースラインと前記第３の横方向ベースラインとの間にあり、前記第３の横方向ベースラインは、前記第１の横方向ベースラインと前記第４の横方向ベースラインとの間にあり、
   各第３の横方向間隙は、前記第４の横方向間隙のうちの１つに隣接しており、各第３の横方向間隙は、前記交差方向において前記第４の横方向間隙と少なくとも部分的に位置整合されており、すべての第３の横方向間隙および第４の横方向間隙の横方向幅は、前記第１の横方向間隙および前記第２の横方向間隙の横方向幅と等しく、２つ以上の前記第１の横方向区画、前記第２の横方向区画、前記第３の横方向区画および前記第４の第２の横方向区画のすべての横方向幅も等しいことを特徴とする、請求項５に記載の微小電気機械デバイス。

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