TWI583922B - 偵測角速度的微機械感測器 - Google Patents

Description

偵測角速度的微機械感測器

本發明係關於用於偵測角速度之微機械裝置，且尤其係關於如申請專利範圍獨立項1之前言部分所界定的用於偵測圍繞與微機械裝置之平面對準之單個旋轉軸線的角速度之包括四個偵測質量塊之微機械裝置。本發明進一步係關於用於操作用於偵測角速度之微機械裝置之方法，且更特定地係關於如申請專利範圍獨立項12之前言部分中所界定的用於操作包括四個開放式驅動框架及四個偵測質量塊之微機械裝置之方法，該微機械裝置用於偵測圍繞與微機械裝置之平面對準之單個旋轉軸線之角速度。

可將微機電系統或MEMS界定為小型化機械及機電系統，其中至少一些元件具有機械功能性。由於MEMS裝置係藉由用於產生積體電路之相同或類似工具產生，因此可在同一矽片上製造微機械及微電子元件。

可應用MEMS結構以快速且準確地偵測物理性質之極小改變。舉例而言，可應用微電子陀螺儀以快速且準確地偵測極小角位移。

運動具有六個自由度：在三個正交方向上之平移及環繞三個正交軸線之旋轉。後三者可由亦被稱作陀螺儀之角速率感測器來量測。在 MEMS陀螺儀中，將科氏效應(Coriolis Effect)用於量測角速率。當質量塊在被稱為主要運動之一個方向上移動且施加旋轉角速度時，質量塊由於科氏力(Coriolis force)而在正交方向上經受力。接著可自(例如)電容、壓電或壓阻式感測結構讀取由科氏力引起之所得實體位移。歸因於科氏效應之位移亦可被稱為感測模式。或者，主要運動可被稱為驅動運動、主要模式或驅動模式。

陀螺儀為用於偵測角速度之裝置。在MEMS陀螺儀中，機械振盪用作主要運動。當振盪陀螺儀經受與主要運動之方向正交的角運動時，產生波狀科氏力。此產生次級振盪，亦被稱作感測模式或偵測運動，其正交於主要運動且正交於角運動之軸線，且處於主要振盪之頻率。此耦合振盪之振幅可用作角速率之量度，此術語可指代角速度之絕對值。

美國專利7,421,897呈現具有四個諧振器元件之交叉四邊(cross-quad)組態的慣性感測器。相鄰諧振器元件之框架彼此耦接以便迫使該等框架進行反相移動。諧振器懸置在框架內。

美國專利8,261,614呈現包括兩個電容驅動諧振器元件之旋轉速度感測器，其中耦接桿置放在兩個震動質量塊之間以用於抑制在讀取模式下震動質量塊之平移偏轉。

本發明之具體實例之目標為藉由將四個偵測質量塊經由耦接槓桿系統適當地彼此耦接而提供一種改良諧振器結構，從而允許偵測質量塊之反相移動，且防止偵測質量塊之同相移動及異相移動且改良偵測質量塊之間的平衡及均衡。

本發明之另一目標為提供克服先前技術缺點之方法及設備。藉由根據申請專利範圍第1項之特性部分之設備來實現本發明之目標。進一步藉由根據申請專利範圍第12項之特性部分之方法來實現本發明之目標。

本發明之較佳具體實例在申請專利範圍附屬項中揭示。

本發明係基於雙槓桿系統之想法，該系統包括促進四個慣性驅動元件之反相驅動運動之外部槓桿系統及促進四個偵測質量塊之反相偵測運動之內部槓桿系統。外部槓桿系統可耦合在驅動運動中之該等元件之相位及振幅兩者。

一般而言，線性四質量塊陀螺儀提供振動穩固裝置。本發明提供外部槓桿系統迫使四個慣性元件進行相等的主要運動之優點，該等慣性元件中之每一者具有相對於任何相鄰慣性元件之反相方向，且在該等四個慣性元件中的對應功能元件之間甚至可具有相等驅動振幅。此種相等的主要運動抑制(例如)由製造程序之非理想性引起之裝置幾何形狀之缺陷之影響。

另一優點為亦迫使偵測質量塊之偵測運動為同步且反相的。此使得所獲得之偵測信號之位準及因此偵測之準確度能夠最大化。另一優點為使用內部耦接槓桿系統將偵測質量塊之偵測運動之振幅設定為相等可改良所獲得之雙重差動偵測結果之準確度及線性。又一優點為由於不同移動部分之動量基本上彼此相消，由裝置引起之總動量最小化，以使得裝置自身引起最小振動。

100‧‧‧驅動諧振器/開放式驅動框架/開放式框架/驅動框架

100 A‧‧‧開放式驅動框架

100 B‧‧‧開放式驅動框架

100 C‧‧‧開放式驅動框架

100 D‧‧‧開放式驅動框架

101‧‧‧驅動彈簧

101 A‧‧‧驅動彈簧

101 B‧‧‧開放式驅動框架/驅動彈簧

101 C‧‧‧驅動彈簧

101 D‧‧‧驅動彈簧

105‧‧‧偵測諧振器/偵測質量塊

105 A‧‧‧開放式驅動框架/偵測質量塊

105 B‧‧‧偵測質量塊

105 C‧‧‧偵測框架/偵測質量塊

105 D‧‧‧偵測框架/偵測質量塊

106‧‧‧第一彈簧

110‧‧‧垂直槓桿

110 L‧‧‧垂直槓桿

110 R‧‧‧垂直槓桿

111‧‧‧水平槓桿

111 A‧‧‧水平槓桿

111 B‧‧‧水平槓桿

111 C‧‧‧水平槓桿

111 D‧‧‧水平槓桿

112‧‧‧環

113‧‧‧第三彈簧

115‧‧‧耦接槓桿/T形耦接大型槓桿/T形大型槓桿/大型槓桿

115 U‧‧‧大型槓桿/第一大型槓桿

115 D‧‧‧大型槓桿

116‧‧‧小型槓桿

116 L‧‧‧小型槓桿

116 R‧‧‧小型槓桿

118‧‧‧第四彈簧

119‧‧‧偵測彈簧

120‧‧‧第一耦接彈簧

120 A‧‧‧第一耦接彈簧

120 B‧‧‧第一耦接彈簧

120 C‧‧‧第一耦接彈簧

120 D‧‧‧第一耦接彈簧

121‧‧‧第二耦接彈簧

121 L‧‧‧第二耦接彈簧

121 R‧‧‧

122‧‧‧傾斜彈簧

127‧‧‧第一扭轉彈簧/第一旋轉彈簧

128‧‧‧第二扭轉彈簧

129‧‧‧第三扭轉彈簧

A‧‧‧慣性元件

B‧‧‧慣性元件

C‧‧‧慣性元件

D‧‧‧慣性元件

Susp‧‧‧懸置結構

在下文中，將參看附圖結合較佳具體實例更詳細地描述本發明，其中圖1展示例示性陀螺儀結構之示意性圖示。

圖2說明驅動運動。

圖3說明偵測運動。

圖1展示例示性陀螺儀結構之示意性圖示。

為了簡化描述，可將座標置於圖式上。可認為原點置於結構之中間，在對稱點中，且在裝置之平面中x軸橫貫左側及右側，在裝置之平面中y軸橫貫上下，且z軸方向垂直於x軸及y軸兩者，橫穿裝置之平面。裝置之平面指代當裝置之結構元件處於靜止、未被激發而進行任何運動時該等結構元件形成之平面。

對於「耦接」在兩個結構元件之間的表達可指代直接耦接或與一或複數個中間元件(諸如，橫桿或彈簧)之耦接。

相對於軸線之對準指示對稱軸線或指示運動方向之軸線的幾何及/或功能對準，其在裝置之實務實施所允許之正常容差(例如，製造容差)內。此種對準亦可被稱作軸線基本上經對準。

當運動被稱作基本上為線性的時，此指示該運動意欲為線性的，以使得移動質量塊可被視為沿著直軸線或線移動。術語線性或基本上線性可互換使用。

陀螺儀結構包括驅動諧振器、偵測諧振器、外部耦接槓桿系統(其亦被稱為耦接框架系統或簡稱為耦接框架)及內部耦接槓桿系統。 如名稱所指示，內部耦接槓桿系統位於陀螺儀結構內部、在由驅動諧振器及/或偵測諧振器之外部邊緣形成之周邊內。耦接框架系統形成環繞驅動及偵測諧振器之可撓性框架。主要慣性驅動及偵測系統包括按對配置的四個驅動及偵測諧振器，其基本上處於類似運動中，但在相對於彼此之經設定之相位中。此等驅動諧振器(開放式驅動框架)(100)及偵測諧振器(偵測質量塊)(105)之對連同所附接之彈簧組合起來被稱為慣性元件。四個慣性元件中之每一者已被指派參考字母(A、B、C、D)。稍後吾人可用此等參考字母指代特定慣性元件整體或此等慣性元件中的特定開放式驅動框架或特定偵測質量塊。可注意到，慣性元件A及B形成關於y軸對稱之對，且慣性元件C及D形成同樣關於y軸對稱之另一相似對。另一方面，慣性元件A及C形成關於x軸對稱之對，類似於由慣性元件B及D形成之相似對。共同地，四個慣性元件形成四邊形、四重對稱組態，其關於裝置之x軸及y軸兩者對稱。四個慣性元件經建構以偵測圍繞相同、單軸之角運動。慣性元件形成兩個差動偵測對，該等兩個差動偵測對兩者均經建構以提供差動偵測信號。共同地，兩對元件提供對圍繞相同軸線之角速度之雙重差動偵測。較佳地，四邊形組態具有被劃分成四個域之矩形之形式，其中慣性元件各自置於四個矩形域中之一者中。更佳地，慣性元件之兩側基本上與該等元件之運動軸線(諸如，驅動運動之軸線)對準。根據一具體實例，四邊形形式為正方形。陀螺儀結構包括複數個懸置結構(Susp)，其亦可被稱為錨，其並不被個別地編號，但在圖式中可容易地辨別，同時由深色圖案化矩形標記，而裝置之能夠移動及/或變形之結構件由淺灰色標記。此等懸置結構將陀螺儀結構與裝置基礎元件耦接，且鑒於另外包含能夠相對於 彼此移動及/或變形之部分的陀螺儀結構而可被視為固定區域或點。

驅動諧振器包括連接至驅動構件之四個開放式驅動框架(100)，在此實例中該等驅動構件包括驅動彈簧(101)。在圖1中僅慣性元件B之驅動諧振器之驅動彈簧已經編號，但可以看出所有四個慣性元件具有相同驅動彈簧。在此圖中未標記座標以便保持結構件可見，但應被理解為類似於圖2及3中所標記之座標，x軸水平地橫貫，y軸垂直地橫貫且z軸垂直於裝置之平面。原點可置於裝置之中心。驅動諧振器之框架結構為開放式的，指示框架並不形成閉合的封閉區域，而是框架結構具有開口，因此形成(例如)C狀或U狀之形狀。開放式框架結構中之此開口允許耦接槓桿(115)與駐留在由框架形成之半開放式封閉區域內之結構耦接。四個開放式驅動框架(100)形成四重對稱組態。經由激發驅動彈簧，開放式驅動框架(100)經激發以進行基本上線性的主要運動，亦被稱為驅動運動。驅動彈簧(101)可由壓電致動器激發。如熟習此項技術者已知，替代驅動彈簧(101)之壓電致動，其他方法及結構可用於引起驅動構件驅動開放式驅動框架(100)，諸如藉由驅動梳狀物之靜電致動。已發現，當預期小陀螺儀結構時，壓電驅動有益。驅動彈簧可關於至少一個對稱軸線(其可與驅動運動之軸線對準)對稱地置放，但亦可不對稱地置放。驅動彈簧(101)之對稱置放通常可改良開放式驅動框架(100)之驅動運動之線性。在此實例中，每一驅動彈簧(101 A、B、C、D)之一端連接至各別開放式驅動框架(100 A、B、C、D)，而另一端連接至懸置結構。驅動元件之致動之細節對於熟習此項技術者為已知的，且因此省略。應注意到，開放式驅動框架並非閉合的封閉區域，而是半開放式結構。所有四個開放式驅動框架(100) 均經建構以用於在與裝置之單個對稱軸線(在當前實例中，此為x軸)對準之方向上進行線性驅動運動。因此，開放式驅動框架(100)之驅動運動之軸線對準。就此而言，基本上指示軸線之對準在由實務實施所允許之正常容差(例如，製造容差)內。

偵測質量塊(105)藉由將基本上線性的驅動運動接續至偵測質量塊之第一彈簧(106)而連接至開放式驅動框架。因此，當各別開放式驅動框架(100)經激發以進行驅動運動時，偵測質量塊(105)亦經激發以進行基本上線性的驅動運動。在此實例中，每一偵測質量塊(105)懸置在各別開放式驅動框架(100)內。四個偵測質量塊(105)形成四重對稱組態。類似於開放式驅動框架，所有四個偵測質量塊(105)均經建構以用於在與裝置之對稱軸線(在當前實例中，為x軸)對準之方向上進行線性驅動運動。換言之，四個偵測質量塊(105)之驅動運動之軸線對準。就此而言，基本上指示軸線之對準或沿著軸線之運動之對準係在由實務實施允許之正常容差(例如，製造容差)內。在此具體實例中，對於每一偵測質量塊，存在在開放式驅動框架的四個轉角中之每一者附近的四個第一彈簧(106)以將偵測質量塊(105)與開放式驅動框架(100)連接。四個第一彈簧(106)之配置可相對於與驅動運動對準之軸線(在此狀況下與x軸平行之軸線)對稱。第一彈簧(106)允許偵測質量塊(105)在陀螺儀裝置之平面中在y軸方向上移動，且甚至在陀螺儀之平面之外在z軸方向上移動，但第一彈簧(106)在x軸方向上相對剛性，因此使得偵測質量塊在驅動運動之方向上沿著各別開放式驅動框架移動。第一彈簧(106)之確切數目可根據設計改變，但第一彈簧(106)之對稱置放增強驅動運動之線性。第一 彈簧(106)在驅動運動之方向上應為剛性的，具有較高彈簧常數；而其至少在偵測運動之方向上應為較鬆弛且可撓性的，具有較低彈簧常數。在本具體實例中，第一彈簧(106)形成為曲折彈簧。儘管相較於(例如)簡單橫桿彈簧，此彈簧類型在x軸方向上較不剛性，但其為偵測質量塊(105)提供偵測運動所需之在z軸方向上移動的自由度。然而，任何其他合適形式之彈簧可用作第一彈簧(106)而不會脫離範圍。

T形大型槓桿包含兩個橫桿，第一橫桿及第二橫桿，其以T狀之形式配置，使得第一橫桿之第一端在第二橫桿之長度之一半處附接至第二橫桿之側部。亦可將第一橫桿稱為T形耦接槓桿之垂直橫桿且第二橫桿稱為T形耦接槓桿之水平橫桿。就此而言，一半指示附接點實質上在一半處，在結構之中間，但位置可在製造容差內稍微改變。兩個T形耦接大型槓桿(115)為內部耦接槓桿系統之一部分。在本具體實例中，存在對稱地沿著x方向軸線附接至T形大型槓桿(115)中之每一者之第二橫桿之各端的兩個偵測彈簧(119)。在此例示性具體實例中，偵測彈簧(119)懸置於每一偵測質量塊(105)內之半開放式封閉區域中，以使得偵測質量塊(105)中之開口允許T形大型槓桿到達在偵測質量塊之平面中(亦在裝置之平面中)之封閉區域。每一偵測彈簧(119)之一端固定至懸置點，而另一端耦接至大型槓桿(115)。當僅存在驅動運動時，偵測彈簧(119)並不移動。當偵測質量塊之偵測運動發生時，大型槓桿(115)(連同附接至其之偵測質量塊(105))開始按蹺板移動在z軸方向上移動，偵測彈簧(119)開始移動，且同時此移動引起偵測彈簧(119)之變形，可電偵測到該移動。在此實例中，偵測係基於與偵測彈簧(119)相關之壓電現象。偵測彈簧(119) 之對稱結構進一步改良基本上線性的偵測運動之線性及穩定性，但對於達成所主張之本發明之功能性並非必要的。可進一步注意到，開放式驅動框架並非閉合框架，而是具有開口之開放式框架，從而允許大型槓桿(115)與置於開放式驅動框架內之封閉區域中的偵測質量塊(105)耦接，以使得耦接結構處於裝置之平面中。因此，開放式框架(100)中之開口使得能夠使用T形大型槓桿(115)在偵測運動時將偵測質量塊(105)之相位及振幅彼此耦合。開放式驅動框架可表徵為U形或C形框架。

外部槓桿系統(被稱為耦接框架系統)包括槓桿及彈簧，外部槓桿系統環繞四個慣性元件。較佳地，外部槓桿系統之槓桿形成為橫桿，但其亦可具有其他形式。耦接框架系統適當地耦接至開放式驅動框架以用於導引耦接框架系統之移動且亦促使開放式驅動框架按相反相位移動。耦接框架系統將所有四個開放式驅動框架彼此耦接，且允許該等驅動框架按經界定之相位(當相互比較時)移動，同時防止按其他相對相位之驅動運動。開放式驅動框架之移動將參考圖2進一步論述。耦接框架系統進一步平衡及均衡開放式驅動框架之間的驅動運動。垂直槓桿(110)耦接在y軸方向上彼此相鄰之兩個開放式驅動框架(100)(在此實例中為開放式驅動框架A與C及開放式驅動框架B與D)，且垂直槓桿(110)藉由第一耦接彈簧(120)耦接至兩個相鄰開放式驅動框架(100)。應注意到，關於開放式驅動框架(100)，使用了術語相鄰，即使在兩個質量塊之間可能存在一些結構件。就此而言，術語相鄰實際上應被理解為描述兩個開放式驅動框架為相鄰慣性元件之一部分。確切地，一個彈簧將每一開放式驅動框架耦接至一個垂直槓桿(110)。第一耦接彈簧(120)在x軸方向上，在驅動運 動之方向上較佳地為剛性。垂直槓桿(110)進一步藉由在y軸方向上置放在垂直槓桿(110)之長度之一半處的第二耦接彈簧(121)耦接至懸置結構。就此而言，一半指示附接點實質上在一半處，在結構之中間，但位置可在製造容差內稍微改變。此彈簧將垂直槓桿(110)之中間約束在大致固定位置中，但允許垂直槓桿(110)環繞此固定點在陀螺儀裝置之平面中進行旋轉運動。此運動將參考圖2進一步論述。在當前具體實例中，第一耦接彈簧(120)及第二耦接彈簧(121)形成為相對細的橫桿。可使用任何形式之彈簧，只要第一耦接彈簧(120)及第二耦接彈簧(121)在驅動運動之方向上具有相對高彈簧常數便可，但該等彈簧應允許垂直槓桿(110)之所需旋轉。

外部耦接槓桿系統進一步包括將兩個垂直槓桿(110)彼此耦接之兩對水平槓桿(111)。具有環(112)(U形形式)及兩個傾斜彈簧(122)之第二彈簧配置耦接每一對水平槓桿(111)，且允許耦接至第二彈簧配置之相鄰垂直槓桿(110)按相反相位移動，同時使同相移動衰減。第二彈簧配置藉由與水平槓桿(111)對準之兩個水平窄橫桿連接在兩個水平槓桿(111)之間。環(112)包含正交於兩個水平槓桿(111)之兩個相對長的、平行的橫桿，及連接兩個平行橫桿之相對短的橫桿。傾斜彈簧(122)定位於環(112)與水平槓桿(111)之間，每一者自一端在環之根(例如，環(112)連接至水平窄橫桿之點)中或附近與環(112)連接。在所提供之實例中，環(112)與傾斜彈簧之間的角度為約45度，但此角度可自由選擇。傾斜彈簧(122)亦形成具有兩個長的平行橫桿及一互連短橫桿之環狀形狀。每一傾斜彈簧(122)之另一端連接至懸置結構(Susp)，在此實例中經由附接至 各別懸置結構的剛性槓桿結構。第三彈簧(113)將耦接框架系統耦接至外部耦接框架系統之轉角附近的另外的懸置點。第三彈簧(113)限制垂直槓桿(110)在z方向上之不合需要之移動。

耦接框架系統之槓桿可較佳地形成為相對寬且穩固的橫桿，以使得外部耦接框架系統之槓桿可被視為剛性結構。

所有四個偵測質量塊(105)經由內部耦接槓桿系統互連。內部耦接槓桿系統包括兩個大型槓桿(115)、兩個小型槓桿(116)及複數個彈簧。大型槓桿(115)經由第四彈簧(118)將兩個相鄰偵測質量塊(105)彼此耦接。應注意到，即使在兩個偵測質量塊之間可存在一些結構件，換言之，該等偵測質量塊並不直接相鄰的情況下，仍關於偵測質量塊(105)使用術語相鄰。就此而言，術語相鄰應被理解為描述兩個偵測質量塊為相鄰慣性元件之一部分。在當前例示性設計中，對於每一偵測質量塊(105)，存在關於x軸方向(偵測質量塊(105)之對稱軸線)呈對稱配置置放的兩個第四彈簧(118)。在一替代性具體實例中，第四彈簧(118)並不對稱地置放。第四彈簧(118)在x方向上具有相對低彈簧常數以允許偵測質量塊(105)進行驅動運動，其中偵測質量塊(105)在x方向上相對於耦接槓桿移動，但第四彈簧(118)在z方向上仍足夠剛性(具有較高彈簧常數)以用於使得偵測質量塊(105)在z方向上與大型槓桿(115)同相移動，以使得引起經由大型槓桿(115)耦接之兩個偵測質量塊(105)在z方向上按相反相位移動。此耦接導引偵測質量塊(105)在偵測運動時與彼此呈相反相位移動。在當前具體實例中，兩對偵測質量塊經由各別大型槓桿(115)之此等耦接在x方向上沿著兩個不同軸線延伸，以非零距離分開，且亦與陀 螺儀裝置之對稱軸線(x軸)分開非零距離。較佳地，兩對偵測質量塊藉由大型槓桿的連接關於陀螺儀裝置之x軸對稱地定位。

每一大型槓桿(115)進一步藉由第一扭轉彈簧(127)耦接至至少兩個懸置點，從而允許大型槓桿(115)僅具有一個旋轉軸線(在此狀況下為y軸)。小型槓桿(116)中之每一者(較佳地形成為橫桿)亦藉由第二扭轉彈簧(128)連接至至少兩個懸置點，從而允許小型槓桿(116)僅具有一個旋轉軸線，其垂直於大型槓桿(115)之旋轉軸線。在此例示性配置中，小型槓桿(116)經建構以圍繞x軸旋轉。大型槓桿(115)及小型槓桿(116)進一步經由第三扭轉彈簧(129)彼此耦接，第三扭轉彈簧(129)與x軸相距非零距離而相對於x軸對稱地置放。因此，第三扭轉彈簧(129)中之每一者之耦接點距小型槓桿(116)之共同旋轉軸線(x軸)之距離相等。對稱耦接改良小型槓桿(116)之運動之均衡。第三扭轉彈簧(129)在各別槓桿之轉角處或附近將大型槓桿(115)及小型槓桿(116)之相鄰邊緣彼此附接。可以看出，例示性設計包括四個第三扭轉彈簧(129)。第三扭轉彈簧(129)之目的為將大型槓桿(115)及小型槓桿(116)之相對相位固定於雙重反向蹺板運動中，此將參考圖3進一步加以描述。在當前具體實例中，第一、第二及第三扭轉彈簧被形成為相對長且窄的橫桿。大型槓桿(115)及小型槓桿(116)亦形成為橫桿或橫桿之組合，但較佳地，其相較於扭轉彈簧為明顯較寬且更為穩固的橫桿，以使得此等槓桿實際上可被視為非可撓性的。內部耦接槓桿系統平衡且均衡偵測諧振器之線性偵測運動。

圖2說明主要運動，亦稱為驅動運動。構建部分將藉由與圖 1中之元件符號相同的元件符號標記，但出於明晰之目的僅此等部分中之一些被添加至圖2，且將額外字母用於識別個別結構件。在圖2中，可看見驅動運動之一個相位，其可說明當驅動運動在一個方向上已達到開放式驅動框架(100)之最大位移時結構元件之位置。驅動運動接著將反向，直至在相反方向上達到最大位移。此另一最大位移位置可藉由相對於x軸鏡像處理圖2而說明。圖2中該等元件之位移經略微誇示以便使運動形象化，在實際裝置中，位於相同平面中之結構元件可不彼此重疊。

在此實例中，驅動構件可包括驅動彈簧(101)，其將開放式驅動框架(100)激發以進行在x軸方向上之驅動運動。經由壓電致動在驅動彈簧(101)中產生驅動力。在一替代性具體實例中，驅動構件可包括用於靜電致動之驅動梳狀物。開放式驅動框架100 A及100 B經激發至相反相位：接著開放式驅動框架105 A在x軸方向上移至右側，開放式驅動框架101 B在x軸方向上移至左側，且反之亦然。類似地，開放式驅動框架100 C及100 D在驅動運動時配對至相反相位。儘管驅動驅動彈簧之電信號較佳地在正確相位中產生，但機械槓桿用於確保開放式驅動框架100 A、100 B、100 C及100 D之驅動運動具有所意欲之相對相位。出於此目的，引入外部耦接槓桿系統(亦稱為耦接框架系統)。另外，經由由耦接框架系統提供之機械耦接，甚至可將開放式驅動框架之驅動運動之振幅(驅動振幅)設定為互相相等。具有互相相等的驅動振幅之開放式驅動框架(100)之此驅動運動進一步經由第一彈簧(106)耦合朝向偵測質量塊(105)，從而引起偵測質量塊(105)之反相驅動運動。此耦合可使得偵測質量塊(105)具有互相相等的驅動振幅。

耦接框架系統包括兩個垂直槓桿(110)。垂直槓桿(110)兩者分別經由第一耦接彈簧(120)將兩個相鄰開放式驅動框架彼此耦接：開放式驅動框架100 A及100 C藉由垂直槓桿110 L耦接，且開放式驅動框架100 B及100 D藉由垂直槓桿110 R耦接。在實例中，在開放式驅動框架100 A在x軸方向上向右朝向開放式驅動框架100 B移動的同時，經由第一耦接彈簧120 A耦接至開放式驅動框架100 A的駐留於開放式驅動框架100 A及100 C之左側上之垂直槓桿110 L之末端亦將移動至右側。同時，開放式驅動框架100 C在x軸方向上向左移動，且與開放式驅動框架100 C相鄰之垂直槓桿110 L之末端在x軸方向上向左移動，同時其藉由另一第一耦接彈簧120 C與開放式驅動框架100 C耦接。在第二耦接彈簧121 L將垂直槓桿110 L耦接至固定結構的同時，垂直槓桿110 L變得傾斜，且其將開放式驅動框架100 A及100 C之移動接續至彼此，從而確保開放式驅動框架100 A及100 C按相反相位移動。藉由陀螺儀元件外部之虛線箭頭而使驅動框架(100)之線性移動之方向形象化。此等方向在相反相位中將反向。垂直槓桿110 L使附接至其之開放式驅動框架之移動均衡。第一耦接彈簧120 A、120 C較佳地沿著以非零距離分開的兩個x軸方向線耦接至開放式驅動框架100 A、100 C，該等x軸方向線橫穿開放式驅動框架之對稱線(即，在x軸方向上)。此增強所描述之垂直槓桿移動之線性及亦增強開放式驅動框架移動之線性。在耦接至開放式驅動框架100 B及100 D的結構右側之垂直槓桿110 R以類似於另一垂直槓桿110 L之方式移動，但按相反相位。換言之，儘管兩個垂直槓桿110 L及110 R之第一端在x軸方向上朝向彼此移動，但其他端將在x軸方向上遠離彼此移動。可注意到，第一耦接彈簧120 A及 120 B處於經由共同直線橫穿開放式驅動框架100 A及100 B以及偵測質量塊105 A及105 B之相同線上。在所呈現之實例中，此共同直線與開放式驅動框架100 A及100 B以及偵測質量塊105 A及105 B之對稱軸線對準，從而促進移動之對稱且使驅動運動穩定且均衡。在一替代性具體實例中，開放式驅動框架100 A及100 B或偵測質量塊105 A及105 B可經設計以具有相對於此線的非對稱設計。類似地，第一耦接彈簧120 C及120 D置於在x軸方向上的直線上，該直線沿著開放式驅動框架100 C及100 D以及偵測框架105 C及105 D之對稱軸線橫穿開放式驅動框架100 C及100 D以及偵測框架105 C及105 D。

實際上，垂直槓桿110中之每一者均處於可被視為在xy平面中(在裝置之平面中)之旋轉運動的運動中。然而，儘管傾斜之量極小，但垂直槓桿(110)之各端之移動及尤其第一耦接彈簧(120)之移動可被視為在x軸方向上近似線性的。出於視覺目的，在此圖中誇示陀螺儀結構之各種結構組件之移動，且實體組件之實際移動可小於所展示之移動。

耦接框架系統進一步包括四個水平槓桿(111)。垂直槓桿110 L及110 R與水平槓桿111 A、111 B、111 C及111 D耦接。存在耦接在兩個垂直槓桿110之各別端兩者之間，與包括環(112)及兩個傾斜彈簧(122)之另一彈簧配置耦接之兩個水平槓桿(111)。可分別在水平槓桿111 A與111 B之間以及水平槓桿111 C與111 D之間發現類似的其他彈簧配置。在驅動運動時，水平槓桿具有在x軸方向上的移動分量，以使得當垂直槓桿(110)之各別端朝向彼此移動時，兩個相鄰水平槓桿(111)在x軸方向上朝向彼此移動，且當垂直槓桿(110)之各別端遠離彼此移動時，水平槓桿 (111)在x軸方向上遠離彼此移動。可以看出，水平槓桿亦可具有在y軸方向上的移動分量，以使得該等水平槓桿在驅動運動期間經歷一定傾斜。水平槓桿(111)之目的為將垂直槓桿(110)彼此耦接，且將兩個垂直槓桿(110)之移動彼此接續，以使得兩個垂直槓桿按相反相位移動。此配置促進開放式驅動框架移動之進一步均衡，以使得在驅動運動時，甚至開放式驅動框架100 A及100 D之相位以及開放式驅動框架100 B及100 C之相位亦彼此耦合且處於相同相位：當開放式驅動框架100 A移至左側時，開放式驅動框架100 D亦移至左側；且當開放式驅動框架100 B移至右側時，開放式驅動框架100 C亦移至右側，且反之亦然。換言之，耦接框架系統將每一對不相鄰開放式驅動框架(100 A與100 D；100 B與100 C)之驅動運動耦合至相等相位中(同相運動)，而將每一對相鄰開放式驅動框架(100 A與100 B；100 B與100 D；100 A與100 C；100 C與100 D)耦合至相反相位中(反相運動)。亦可注意到，當開放式驅動框架100 A及100 B朝向彼此移動時，開放式驅動框架100 C及100 D遠離彼此移動，以使得兩對開放式驅動框架可被視為彼此按相反相位移動。可將如上文所描述之四個開放式驅動框架的此種類之驅動運動(其中設定開放式驅動框架之相對相位以使得每一相鄰開放式驅動框架具有與相鄰開放式驅動框架之相位相反的相位且兩個開放式驅動框架對均具有與另一開放式驅動框架對相反之相位)稱為同步反相驅動運動。換言之，在四對相鄰開放式驅動框架(100 A，100 B；100 A，100 C；100 C，100 D；100 B，100 D)中之每一對中，兩個相鄰開放式驅動框架按相反相位移動。除經建構以提供差動偵測信號之兩對慣性元件之外，此同步因此亦關於不同的兩對慣性元件之相鄰開放式驅動框 架。在允許開放式驅動框架(100)之反相驅動運動的同時，耦接框架系統亦防止同相驅動運動及異相驅動運動。異相指並非同相或反相(相反相位)，但兩個元件之間的相位差為除0度(同相)或180度(反相)以外之任何值的任何運動。舉例而言，關於此種同步反相驅動運動之益處為由於不同部分之動量彼此相消，裝置之總動量最小化。開放式驅動框架(100)之同步反相驅動運動經由第一彈簧(106)進一步接續至各別偵測質量塊(105)，以使得偵測質量塊(105)將同步進入相對於彼此的反相主要運動(驅動運動)中。第一彈簧(106)在驅動運動之方向上為剛性(具有高彈簧常數)，以使得偵測質量塊(105)之相位遵循各別開放式驅動框架(100)之相位，換言之，開放式驅動框架(100)之反相驅動運動經由第一彈簧(106)接續至偵測質量塊(105)，從而引起偵測質量塊(105)之反相主要運動，其進一步與開放式驅動框架(100)之反相驅動運動同步。耦接框架系統不僅耦合開放式驅動框架(100)之相互相位，而且耦合開放式驅動框架(100)以使其具有互相相等的驅動振幅(驅動運動之振幅)。驅動框架(100)之互相相等的驅動振幅經由第一彈簧(106)進一步接續至偵測質量塊(105)，從而亦使得偵測質量塊(105)具有互相相等的驅動振幅，此確保在感測元件(偵測質量塊105)處引起相等科氏力。互相相等的驅動振幅指在主要運動期間功能上類似的元件之振幅之在正常製造容差內的基本上相等的量值。驅動框架(100)之同步反相驅動運動及偵測質量塊(105)之同步反相主要運動促成相同的技術益處，使得當裝置經激發以進行主要運動中時其總動量最小化。

圖3說明次級、偵測運動。構建部分將藉由與圖1中之元件 符號相同的元件符號標記，但出於明晰之目的僅此等部分中之一些被添加至圖式，且額外字母用於識別個別結構件。在圖3中，可看見偵測運動之一個相位，其可說明當偵測運動已達到偵測質量塊在一個方向上之最大位移時結構元件之位置。偵測運動接著將反向，直至在相反方向上達到最大位移。此另一最大位移位置可藉由相對於y軸鏡像處理圖3而說明。圖3中該等元件之位移略微經誇示以便使運動形象化。

儘管此陀螺儀裝置經設計以偵測及量測圍繞y軸之角速度，但偵測質量塊之基本上線性的偵測運動發生在z軸方向上。換言之，所有四個偵測質量塊之偵測運動之軸線對準。稍微旋轉圖3中所呈現之裝置以形成透視圖，以使得xy平面並非在圖紙之平面中。藉由在裝置之平面內將裝置轉向90度，裝置之量測軸線可容易地改變至x軸。當此圖中所呈現之陀螺儀裝置經歷圍繞y軸之角速度時，科氏力使得偵測質量塊(105)獲得在z軸方向上之振盪偵測運動。大型槓桿115 U耦接相鄰偵測質量塊105 A與105 B之對，且大型槓桿115 D將相鄰偵測質量塊105 C與105 D之對彼此耦接。大型槓桿(115)變為處於圍繞與第一旋轉彈簧(127)對準，且亦與整個陀螺儀裝置之y軸對準之旋轉軸線的反向蹺板運動中。該運動被稱為反向的，由於兩個大型槓桿之蹺板運動發生在相反相位中。第一大型槓桿115 U將偵測質量塊105 A及105 B彼此耦接以使得偵測質量塊在z軸方向上之移動相位相反。當第一大型槓桿115 U之一端自陀螺儀裝置之xy平面向上上升時，相反端將下降而低於xy平面。在此圖中，可看到偵測質量塊105 A在z軸方向上基本上向上移動，而偵測質量塊105 B在z軸方向上基本上向下移動。另一大型槓桿115 D耦接偵測質量塊105 C及105 D， 且變為處於圍繞第一共同旋轉軸線以及第一大型槓桿之旋轉軸線的蹺板運動中。具有共同旋轉軸線指代兩個大型槓桿115 U及115 D之旋轉軸線對準在相同直線上，在此例示性狀況中為y軸。在藉由大型槓桿(115 U、115 D)連接之每一對偵測質量塊(105 A，105 B；105 C，105 D)中具有相反相位之偵測質量塊(105)移動之益處為：當與偵測質量塊之移動並非為同相之系統相比時，可使自偵測彈簧所獲得之偵測信號之位準最大化，且因此改良量測之準確度。獲得均表示相同的所偵測到的角運動之兩個帶相反符號之信號(在陀螺儀之狀況下)之原理在此項技術中已知為差動偵測。因此，兩對偵測質量塊(105 A，105 B；105 C，105 D)可被稱為偵測質量塊的差動對。

小型槓桿(116)將大型槓桿(115)進一步彼此耦接以使得大型槓桿在偵測運動時之相位相反。換言之，當大型槓桿115 U之左側連同偵測質量塊105 A向上上升時，較低大型槓桿115 D之左側以及偵測質量塊105 C變得向下，且反之亦然。此配置確保所有四個偵測質量塊之偵測運動之相位在實務中亦彼此同步。當當前裝置具有兩個偵測質量塊差動對，每一對經建構以用於差動偵測，且其中每一對經配置以具有呈互相相反的相位之偵測運動時，該配置可被稱為執行雙重差動偵測。四個偵測質量塊中之每一者均經建構以偵測圍繞相同單軸(在當前實例中為y軸)之相同角運動。此軸線可被稱為偵測軸線。當存在偵測運動時，小型槓桿(116)變為處於圍繞x軸之反向蹺板運動中，此由第二扭轉彈簧(128)促進。將蹺板運動稱為反相的，此係由於兩個小型槓桿(116)之運動具有相反相位。在小型槓桿(116)經由第三扭轉彈簧(129)與大型槓桿115耦接的同時， 亦耦合大型槓桿及小型槓桿之相對移動。舉例而言，當小型槓桿116 L之「較高」側部(朝向正y軸)在z軸方向上向上上升時，大型槓桿115 U之左側將在z軸方向上向上上升，而同時小型槓桿116 L之「較低」側部(朝向負y軸)在z軸方向上向下移動且大型槓桿115 D之左側在z軸方向上亦向下移動。在原點右側之小型槓桿116 R以類似方式工作，但與小型槓桿116 L呈相反相位。由於此內部耦接槓桿系統(其亦可表徵為雙重反向蹺板槓桿及彈簧結構)，除藉助於大型槓桿115 U使偵測質量塊105 A之偵測運動之相位同步成與偵測質量塊105 B之偵測運動之相位相反之外，小型槓桿(116)亦使得將偵測質量塊105 C之偵測運動之相位同步成與偵測質量塊105 A之偵測運動之相位相反，且將偵測質量塊105 D之偵測運動之相位同步成與偵測質量塊105 B之偵測運動之相位相反。換言之，兩對偵測質量塊，第一對105 A與105 B及第二對105 C與105 D藉由小型槓桿(116)耦合成相對於彼此之反相偵測運動。將四個偵測質量塊之此種類之次級或偵測運動(其中設定偵測質量塊(105)中之每一者之相對相位以使得每一偵測質量塊之偵測運動具有與相鄰偵測質量塊兩者之相位相反的相位)稱為同步反相偵測運動。換言之，在四對兩個相鄰偵測質量塊(105 A，105 B；105 C，105 D；105 A，105 C；105 B，105 D)中之每一對中，兩個相鄰偵測質量塊在同步反相偵測運動時具有彼此相反的相位。另外，經由由內部耦接槓桿系統提供之耦合，可使得偵測質量塊(105)之振幅在偵測運動時相等。以類似於大型槓桿之方式，小型槓桿(116)亦變為處於圍繞第二共同旋轉軸線之蹺板運動中。具有共同旋轉軸線指代兩個小型槓桿(116)之旋轉軸線對準在相同直線上，在此例示性狀況中為x軸。另外，大型槓桿 (115)及小型槓桿(116)之共同旋轉軸線為垂直的且其在裝置之原點交叉，該原點處於裝置之平面中。在允許偵測質量塊(105)之反相偵測運動的同時，內部槓桿系統亦防止同相偵測運動及任何異相偵測運動。經由使偵測質量塊(105)之偵測運動之相位同步，當與偵測質量塊之移動並不同步的系統相比時，可使自偵測彈簧所獲得之偵測信號之位準最大化，且因此改良量測之準確度。另外，使用內部槓桿系統以用於均衡甚至偵測質量塊(105)之偵測運動之振幅進一步改良了雙重差動偵測結果之準確度及線性。另外，由於不同部分之動量彼此相消，整個裝置之總動量最小化，使得裝置自身引起最小振動。因此，可使由由裝置自身引起之振動引起的錯誤感測信號最小化。出於視覺目的，在此圖中誇示陀螺儀結構之組件之移動，且實體組件之實際移動可小於所展示之移動。

應理解，儘管圖2及圖3分開地呈現驅動及偵測運動，但當陀螺儀元件在量測軸線之方向上經受角速度時，此等運動同時發生。上文所描述之不同結構元件之振盪線性或旋轉運動可包含除純的、期望的驅動或偵測運動之外的額外運動分量。此等分量常常為可由製造程序之非理想性及/或由設計約束所強加之一些可接受的非理想性引起的不合需要之運動分量。此等基於設計之非理想性之實例為彈簧之一些非對稱配置或非對稱槓桿或質量塊結構。因此，應理解，在實際實施之驅動運動或偵測運動中，任何結構元件之移動可與結構元件之運動之理想方向稍微偏離，且/或驅動及偵測運動之相對方向可與確切垂直配置偏離。當該等方向在正常誤差容差內實質上垂直時，就使用術語垂直。

對於熟習此項技術者顯而易見，隨著技術進展，本發明之基 本想法可以各種方式來實施。本發明及其具體實例因此不限於以上實例，而是可在申請專利範圍之範圍內變化。

100‧‧‧驅動諧振器/開放式驅動框架/開放式框架/驅動框架

100 A‧‧‧開放式驅動框架

101‧‧‧驅動彈簧

105‧‧‧偵測諧振器/偵測質量塊

106‧‧‧第一彈簧

110‧‧‧垂直槓桿

111‧‧‧水平槓桿

112‧‧‧環

113‧‧‧第三彈簧

115‧‧‧耦接槓桿/T形耦接大型槓桿/T形大型槓桿/大型槓桿

116‧‧‧小型槓桿

118‧‧‧第四彈簧

119‧‧‧偵測彈簧

120‧‧‧第一耦接彈簧

121‧‧‧第二耦接彈簧

122‧‧‧傾斜彈簧

127‧‧‧第一扭轉彈簧/第一旋轉彈簧

128‧‧‧第二扭轉彈簧

129‧‧‧第三扭轉彈簧

A‧‧‧慣性元件

B‧‧‧慣性元件

C‧‧‧慣性元件

D‧‧‧慣性元件

Susp‧‧‧懸置結構

Claims (17)

1. 一種用於偵測角速度之微機械裝置，該裝置包含：四個開放式驅動框架；及四個偵測質量塊，其特徵在於該等四個偵測質量塊經建構以雙重差動偵測圍繞與該裝置之一平面對準之一單個旋轉軸線的角速度，該裝置進一步包含一耦接框架系統，其係耦接至該等四個開放式驅動框架，該耦接框架系統係經建構以迫使該等四個開放式驅動框架進行一同步反相線性驅動運動；第一彈簧，其係將該等四個偵測質量塊中之每一者耦接至該等四個開放式驅動框架中之各別一者，該等第一彈簧係經建構以將該等四個開放式驅動框架中之每一者的線性驅動運動接續至耦接至該等四個開放式驅動框架的各別偵測質量塊；及一內部耦接槓桿系統，其係耦接至該等四個偵測質量塊，該內部耦接槓桿系統係經建構以迫使該等四個偵測質量塊進行一同步反相偵測運動。
2. 如申請專利範圍第1項之微機械裝置，其中該等偵測質量塊之基本上線性偵測運動之軸線為互相對準。
3. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之微機械裝置，其中該等開放式驅動框架之基本上線性驅動運動之軸線為經對準的。
4. 如申請專利範圍第3項之微機械裝置，其中該等四個開放式驅動框架以一四重對稱組態安置，且其中在四對相鄰開放式驅動框架的每一對中，該等相鄰開放式驅動框架經建構以按彼此相 反之相位以同步方式移動；其中該等四個開放式驅動框架中之每一者藉由一彈簧耦接至該耦接框架系統，該耦接框架系統允許在該微機械裝置之該平面中之該同步反相線性驅動運動且防止同相驅動運動及異相驅動運動；其中該等四個偵測質量塊以一四重對稱組態置放，其中在四對相鄰偵測質量塊的每一對中之兩個相鄰偵測質量塊經建構以按彼此相反之相位以同步方式移動；其中該等四個偵測質量塊中之每一者藉由至少一個彈簧耦接至該內部耦接槓桿系統，該內部耦接槓桿系統允許垂直於該裝置之該平面之該同步反相偵測運動且防止同相偵測運動及異相偵測運動；且其中該同步反相線性驅動運動之方向係垂直於該同步反相偵測運動之方向。
5. 如申請專利範圍第1項之微機械裝置，其中該等四個開放式驅動框架經建構以具有互相相等的驅動振幅且該等四個偵測質量塊經建構以具有互相相等的驅動振幅；且/或其中該同步反相線性驅動運動接續成該等四個偵測質量塊之一同步反相主要運動；且/或其中該同步反相線性驅動運動藉由相對於與該驅動運動對準之一軸線對稱地置放之複數個第一彈簧而自該等四個開放式驅動框架中之每一者接續至該各別偵測質量塊。
6. 如申請專利範圍第1項之微機械裝置，其中該內部耦接槓桿系統包括具有一第一共同旋轉軸線之兩個第一槓桿，該等兩個第一槓桿中之每一者與沿著該第一共同旋轉軸線置放在該等兩個第一槓桿中之每一者 之相反側上的兩個扭轉彈簧耦接，且該等兩個扭轉彈簧將該等兩個第一槓桿中之每一者耦接至至少兩個懸置結構，其中該等兩個第一槓桿中之每一者進一步與不同的兩個偵測質量塊耦接，且該等兩個第一槓桿經配置以將該等各別兩個偵測質量塊之該偵測運動耦合至相反相位。
7. 如申請專利範圍第6項之微機械裝置，其中該等兩個第一槓桿中之每一者包含一第一橫桿及一第二橫桿，且其中該第一橫桿之一第一端在該第二橫桿之長度之一半處附接至該第二橫桿之一第一側；其中該第一橫桿之一第二端藉由一第一扭轉彈簧耦接至對於兩個第一槓桿共同之一第一懸置結構；其中該第二橫桿之各端藉由至少一個第一彈簧耦接至一各別偵測質量塊；以及其中該第二橫桿藉由一第二扭轉彈簧在該第二橫桿之長度之一半處、在與附接有該第一橫桿之該側部相反的該第二橫桿之該側部上耦接至一第二懸置結構。
8. 如申請專利範圍第7項之微機械裝置，其中該等兩個第一槓桿中之每一者之該第二橫桿之各端耦接至在該各別偵測質量塊內之一封閉區域中經圖案化之至少一個偵測彈簧結構，且其中該至少一個偵測彈簧之另一端耦接至一懸置結構。
9. 如申請專利範圍第6項之微機械裝置，其中該內部耦接槓桿系統進一步包括具有垂直於該第一共同旋轉軸線之一第二共同旋轉軸線之兩個 第二槓桿，且該第一共同旋轉軸線及該第二共同旋轉軸線在該微機械裝置之該平面中具有一共同交叉點，該等兩個第二槓桿中之每一者與沿著該第二共同旋轉軸線置放在該等兩個第二槓桿中之每一者之相反側上的兩個扭轉彈簧耦接，且該等兩個扭轉彈簧將該等兩個第一槓桿中之每一者耦接至至少兩個懸置結構。
10. 如申請專利範圍第9項之微機械裝置，其中該等兩個第一槓桿藉由四個彈簧與該等兩個第二槓桿耦接，一個彈簧耦接每兩個相鄰第一槓桿及第二槓桿，該等彈簧之第一端與該第一共同旋轉軸線相距一相等距離地對稱附接至每一各別第一槓桿，且該等彈簧之該第二端與該第二共同旋轉軸線相距一相等距離地對稱附接至每一各別第二槓桿。
11. 如申請專利範圍第3項之微機械裝置，其中該耦接框架系統包含：置於該微機械裝置之第一相反側上之兩個長槓桿，每一長槓桿藉由兩個第二彈簧與不同的兩個相鄰開放式驅動框架耦接，其中每一開放式驅動框架在一單耦接點與正好一個長槓桿耦接，其中一耦接點置於該各別開放式驅動框架之一對稱軸線上；及四個短槓桿，其以兩個相鄰短槓桿的對配置，每一對該等短槓桿置於該微機械裝置之第二相反側上，其中在每一對短槓桿中之槓桿藉由包含一環及兩個傾斜彈簧之一第一彈簧配置而互相耦接，該第一彈簧配置允許該等兩個相鄰短槓桿按相反相位移動且防止該等兩個相鄰短槓桿按相同相位移動，其中該等長槓桿及短槓桿之相鄰端在該等各別槓桿之該等相鄰端處或附近彼此耦接，且 其中該等兩個長槓桿中之每一者藉由一第三彈簧在該長槓桿之長度之一半處與一懸置結構耦接，其中該長槓桿經建構以圍繞耦接至該懸置結構之該點在該裝置之水平面中旋轉。
12. 如申請專利範圍第1項之微機械裝置，其中每一偵測質量塊安置於該各別開放式驅動框架內之一封閉區域中，且每一偵測質量塊經由一第二彈簧配置而與該各別開放式驅動框架耦接，在該第二彈簧配置中之該等彈簧具有在該驅動運動之方向上之一較高彈簧常數及在該偵測運動之方向上之一較低彈簧常數。
13. 一種用於操作用於偵測角速度之一微機械裝置之方法，其特徵在於該方法包含：提供包括四個開放式驅動框架及四個偵測質量塊之一微機械裝置，其用於雙重差動偵測圍繞與該微機械裝置之平面對準之一單個旋轉軸線的角速度；藉由一耦接框架系統而耦接該等四個開放式驅動框架使之進行一同步反相線性驅動運動，該耦接框架系統係耦接至該等四個開放式驅動框架，其中該耦接框架系統迫使該等四個開放式驅動框架經驅動而進行該同步反相線性驅動運動；藉由第一彈簧而將該等四個偵測質量塊中之每一者耦接至該等四個開放式驅動框架中之各別一者，該等第一彈簧係經建構以將該等四個開放式驅動框架中之每一者的線性驅動運動接續至耦接至該等四個開放式驅動框架的各別偵測質量塊；及藉由一內部耦接槓桿系統而耦接該等四個偵測質量塊使之進行一同步 反相偵測運動，其中該內部耦接槓桿系統迫使該等四個偵測質量塊進行該同步反相偵測運動。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中在該同步反相偵測運動中，該等偵測質量塊中之每一者之偵測運動之軸線對準，且其中在四對兩個相鄰偵測質量塊的每一對中，該等兩個相鄰偵測質量塊按彼此相反之相位移動。
15. 如申請專利範圍第14項之方法，其進一步包含：其中該等開放式驅動框架之驅動運動之軸線為經對準的，且其中在四對相鄰開放式驅動框架的每一對中，該等兩個相鄰開放式驅動框架按彼此相反之相位移動。
16. 如申請專利範圍第15項之方法，其進一步包含：在一四重對稱組態中將該等四個開放式驅動框架激發以進行該反相驅動運動；將該等四個開放式驅動框架中之每一者藉由一彈簧耦接至該耦接框架系統，該耦接框架系統允許在該微機械裝置之平面中之該同步反相線性驅動運動，且防止同相驅動運動及異相驅動運動；引起以一四重對稱組態置放之該等四個偵測質量塊之該反相驅動運動；以及將該等四個偵測質量塊中之每一者藉由至少一個彈簧耦接至該內部耦接槓桿系統，該內部耦接槓桿系統允許垂直於該微機械裝置之平面之該同步反相偵測運動，且防止同相偵測運動及異相偵測運動，其中該同步反相線性驅動運動之方向垂直於該同步反相偵測運動之方 向。
17. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項之方法，其中：該等四個開放式驅動框架之該激發使得該等開放式驅動框架按具有互相相等的驅動振幅之該反相驅動運動移動且該等四個偵測質量塊按具有互相相等的驅動振幅之反相主要運動移動；且/或該方法包含將該同步反相線性驅動運動接續至該等四個偵測質量塊以用於引起該等四個偵測質量塊之一同步反相主要運動；且/或該方法包含藉由相對於與該同步反相線性驅動運動對準之一軸線對稱地配置之複數個第一彈簧而將該驅動運動自該等四個開放式驅動框架中之每一者接續至該各別偵測質量塊。