(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサであって、
前記加速度センサは、ハウジング（５８）と第１の振動質量体（８０）とを有しており、
前記第１の振動質量体（８０）は第１の非対称揺動台として構成されており、前記ハウジング（５８）に関する前記第１の振動質量体（８０）の位置が、第１のばね（５４）のトーション軸（６０）を中心に可変であるように、少なくとも１つの第１のばね（５４）を介して前記ハウジング（５８）内に配置されている形式のものにおいて、
第２の振動質量体（８２）を有しており、前記第２の振動質量体（８２）は第２の非対称揺動台として構成されており、前記ハウジング（５８）に関する前記第２の振動質量体（８２）の位置が、第２のばね（５４）のトーション軸（６０）を中心に可変であるように、少なくとも１つの第２のばね（５４）を介して前記ハウジング（５８）内に配置されており、
前記第１のばね（５４）のトーション軸（６０）と離れている、前記第１の振動質量体（８０）の少なくとも１つの終端部分（８４）が、少なくとも、前記第２の振動質量体（８２）にわたって延在している間隙（８６）内に突出するように、前記第１の振動質量体（８０）と前記第２の振動質量体（８２）が構成され、少なくとも１つの位置で相互に配置されており、
前記第１の振動質量体（８０）は少なくとも１つの歯を備えた第１の櫛状部分を有しており、前記第２の振動質量体（８２）は、少なくとも２つの歯を備えた第２の櫛状部分を有しており、
前記第１の櫛状部分の少なくとも１つの歯が、前記第２の櫛状部分の少なくとも２つの歯の少なくとも１つの間隙内に突出するように、前記第１の振動質量体（８０）が少なくとも１つの位置において、前記第２の振動質量体（８２）に対して配置されており、
前記第１の振動質量体（８０）は少なくとも１つの第３の櫛状部分を有しており、前記第２の振動質量体（８２）は少なくとも１つの第４の櫛状部分（９０）を有しており、
センサおよび評価装置（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）を有しており、前記センサおよび評価装置は、前記ハウジング（５８）に関する前記第１の振動質量体（８０）および前記第２の振動質量体（８２）の対応する回転運動に関する情報を求め、前記求められた情報を考慮して前記加速度センサの加速（６９）に関する加速度情報を定める、
ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記第１のばね（５４）のトーション軸（６０）は、前記第１の振動質量体（８０）を、前記第１のばね（５４）のトーション軸（６０）の第１の側にある第１の部分質量体（８０ａ）と、前記第１のばね（５４）のトーション軸（６０）の第２の側にある第２の部分質量体（５０ｂ、８０ｂ）とに分け、前記第２の部分質量体は前記第１の部分質量体（８０ａ）よりも軽く、
前記第２のばね（５４）のトーション軸（６０）は、第２の振動質量体（８２）を、前記第２のばね（５４）のトーション軸（６０）の第１の側にある第３の部分質量体（８２ａ）と、前記第２のばね（５４）のトーション軸（６０）の第２の側にある第４の部分質量体（８２ｂ）とに分け、前記第４の部分質量体は前記第３の部分質量体（８２ａ）よりも重い、
請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記第１の振動質量体（８０）は、前記第１のばね（５４）のトーション軸（６０）の第１の側に配置された第１の電極と、前記第１のばね（５４）のトーション軸（６０）の第２の側に配置された第２の電極とを有しており、
前記第２の振動質量体（８２）は、前記第２のばね（５４）のトーション軸（６０）の第１の側に配置された第３の電極と、前記第２のばね（５４）のトーション軸（６０）の第２の側に配置された第４の電極とを有しており、
前記センサおよび評価装置（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）は、前記ハウジング（５８）に関して固定的に配置されている４つの対抗電極（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）を含んでいる、
請求項１または２記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記第１の電極と前記第１の電極に属する、４つの対抗電極（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）のうちの第１の対抗電極（９２ａ）との間の第１の静電容量（Ｃ１Ａ）と、前記第４の電極と前記第４の電極に属する、４つの対抗電極（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）のうちの第４の対抗電極（９４ｂ）との間の第４の静電容量（Ｃ２Ｂ）とが、第１の和を形成するために相互に接続され、
前記第２の電極と前記第２の電極に属する、４つの対抗電極（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）のうちの第２の対抗電極（９２ｂ）との間の第２の静電容量（Ｃ１Ｂ）と、前記第３の電極と前記第３の電極に属する、４つの対抗電極（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）のうちの第３の対抗電極（６８ａ、９４ａ）との間の第３の静電容量（Ｃ２Ａ）とが、第２の和を形成するために相互に接続されるように、前記センサおよび評価装置（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）が構成されている、請求項３記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記第１の和と前記第２の和との差を求め、前記求められた差に基づいて、前記加速度センサの加速度（６９）に関する加速度情報を定めるように、前記センサおよび評価装置（９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ）が構成されている、
請求項４記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記第１のばね（５４）の前記トーション軸（６０）は、前記第２のばね（５４）の前記トーション軸（６０）の上に位置している、
請求項１から５までのいずれか１項記載の加速度センサ。
【請求項７】
ハウジング（５８）と、第１の振動質量体（８０）と、第２の振動質量体（８２）とを備えた加速度センサの作動方法であって、
前記第１の振動質量体（８０）は第１の非対称揺動台として構成されており、前記ハウジング（５８）に関する前記第１の振動質量体（８０）の位置が、第１のばね（５４）のトーション軸（６０）を中心に可変であるように、少なくとも１つの第１のばね（５４）を介して前記ハウジング（５８）内に配置されており、
前記第２の振動質量体（８２）は第２の非対称揺動台として構成されており、前記ハウジング（５８）に関する前記第２の振動質量体（８２）の位置が、第２のばね（５４）のトーション軸（６０）を中心に可変であるように、少なくとも１つの第２のばね（５４）を介して前記ハウジング（５８）内に配置されており、
前記第１のばね（５４）のトーション軸（６０）と離れている、前記第１の振動質量体（８０）の少なくとも１つの終端部分（８４）が、少なくとも、前記第２の振動質量体（８２）にわたって延在している間隙（８６）内に突出するように、前記第１の振動質量体（８０）と前記第２の振動質量体（８２）が構成され、少なくとも１つの位置で相互に配置されており、
前記第１の振動質量体（８０）は少なくとも１つの歯を備えた第１の櫛状部分を有しており、前記第２の振動質量体（８２）は、少なくとも２つの歯を備えた第２の櫛状部分を有しており、
前記第１の櫛状部分の少なくとも１つの歯が、前記第２の櫛状部分の少なくとも２つの歯の少なくとも１つの間隙内に突出するように、前記第１の振動質量体（８０）が少なくとも１つの位置において、前記第２の振動質量体（８２）に対して配置されており、
前記第１の振動質量体（８０）は少なくとも１つの第３の櫛状部分を有しており、前記第２の振動質量体（８２）は少なくとも１つの第４の櫛状部分（９０）を有しており、
前記方法は以下のステップを有している：すなわち、
前記ハウジング（５８）に関する、前記第１の振動質量体（８０）および前記第２の振動質量体（８２）の対応する回転運動に関する情報を求めるステップを有している、
ことを特徴とする、加速度センサの作動方法。
【請求項８】
前記回転に関する情報が、前記第１の振動質量体（８０）が、前記第２の振動質量体（８２）に対して変化する情報であった場合、前記回転に基づいて、加速度を検出する、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記回転に関する情報が、前記第１の振動質量体（８０）が、前記第２の振動質量体（８２）に対して変化しない情報であった場合、前記回転に関する情報が、加速によるものではなく、機械的ストレスと判断する、
請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、請求項１および１０の上位概念に記載された、加速度センサと、加速度センサの作動方法に関する。これはＥＰ０７７３４４３Ａ１号から公知である。
【０００２】
先行技術
従来の加速度センサはしばしば、容量性加速度センサとして構成されている。容量性加速度センサの振動質量体は、非対称の揺動台として構成される。非対称揺動台として構成された振動質量体を備えた、マイクロメカニカル技術によって製造された加速度センサは、例えばＥＰ０７７３４４３Ａ１号に開示されている。
【０００３】
揺動台として構成された振動質量体は、車両の傾斜角度を特定するセンサにも使用される。車両の傾斜角度を特定するこのようなセンサは例えば、ＥＰ０２４４５８１Ａ１号に記載されている。
【０００４】
図１Ａ〜１Ｃは、従来の加速度センサをあらわす、１つの断面図と２つの平面図を示している。
【０００５】
図１Ａにおいて断面図で示されている容量加速度センサは、加速度センサの、ウェハ１０に対して垂直な（ｚ方向）加速度を識別し、この加速度に相応する量を定めるように構成されている。このために、ウェハ１０上には、非対称揺動台として構成された振動質量体１２が位置可変に配置されている。この振動質量体１２は、２つのねじりばね１４を介して（図１Ｂを参照）、係留部１６と接続されている。この係留部は、ウェハ１０上に固定的に配置されている。図１Ａに図示されていないねじりばね１４は長手軸１８に沿って延在している。長手軸１８を中心として、揺動台として構成された振動質量体１２の位置が変化する。
【０００６】
振動質量体１２は、長手軸１８の第１の側に配置された第１の電極２０ａと、長手軸１８の第２の側に配置された第２の電極２０ｂとを有している。付加質量体２２が設けられているので、第２の電極２０ｂは、第１の電極２０ａよりも重い。
【０００７】
電極２０ａおよび２０ｂに対する対抗電極２４ａと２４ｂが、固定的にウェハ１０に配置されている。従って加速度センサのセンサ原理は、ばね質量系に基づいている。ここでは可動振動質量体１２が、ウェハ１０上に固定されている対抗電極２４ａおよび２４ｂとともに、２つのプレートコンデンサを形成している。ここで図１Ｃにおいて平面図で示されている対抗電極２４ａおよび２４ｂは、振動質量体１２の電極２０ａおよび２０ｂに関して次のように配置されている。すなわち、電極２０ａと、これに属する第１の対抗電極２４ａとの間の第１の静電容量の評価、および電極２０ｂと、これに属する第２の対抗電極２４ｂとの間の第２の静電容量の評価を介して、ウェハ１０に対抗する振動質量体１２の位置が求められるように配置されている。
【０００８】
図２は、図１Ａ〜Ｃに示された従来の加速度センサの断面図を、その作動様式を説明するために示している。
【０００９】
図２に示されているように、加速度センサがｚ方向における加速度２６を受けると、第２の電極２０ｂには付加質量体２２によって、ウェハ１０方向の力が作用する。従ってこの加速２６によって、揺動台として構成されている振動質量体１２の位置は、図示されていない長手軸を中心に次のように変わる。すなわち、第１の電極２０ａと第１の対抗電極２４ａとの間の第１の中央間隔ｄ１が増大し、第２の電極２０ｂと第１の対抗電極２４ｂとの間の第２の中央間隔ｄ２が低減するように変わる。
【００１０】
次に、電極２０ａおよび２０ｂおよび対抗電極２４ａおよび２ｂから形成された２つのコンデンサのこの静電容量変化（これは間隔ｄ１とｄ２の変化に相応する）が、加速度２６を決定するために評価される。静電容量変化を評価する方法は従来技術から既知であるので、ここで詳細に説明しない。
【００１１】
図３は、図１Ａ〜１Ｃの従来の加速度センサの断面図を示している。ここでは、加速度センサに機械的なストレスが加わっている。
【００１２】
図３では、ウェハ１０に機械的なストレスが作用している。このストレスによってウェハ１０は、ｙ軸に沿って非対称に撓んでいる。ウェハ１０のこのような非対称の撓みによって、例えば、第１の電極２０ａと第１の対抗電極２４ａとの間の第１の中央間隔ｄ１が変わる。同じように、第２の電極２０ｂと第２の対抗電極２４ｂとの間の第２の中央間隔ｄ２も、機械的なストレスの影響を受けて、増大または低減する。
【００１３】
従って、従来の加速度センサでは、機械的なストレス（これは例えば力または圧力を介して、加速度センサの少なくとも一部、殊にハウジングの下方ユニットに課せられる）が、電極２０ａおよび２０ｂおよび対抗電極２４ａおよび２４ｂから成るコンデンサの静電容量を変化させてしまうことがある。通常は、加速度センサの（図示されていない）評価装置が、ストレスの影響によって生じる静電容量変化と、加速度センサの加速度によって生じる静電容量変化とを区別する。この結果、加速度センサは、機械的なストレスを、加速度と解し、相応の誤った通知を出力してしまう。これは、測定された加速度の、ハウジング影響によるオフセットとも称される。
【００１４】
加速度センサが、加速度センサに課せられた機械的ストレスに対してそれほど敏感でない、加速度センサを作動させる方法を実現することが望まれている。
【００１５】
発明の概要
本発明によって、請求項１の特徴を有する加速度センサおよび請求項１０の特徴を有する加速度センサ作動方法が実現される。
【００１６】
本願発明は、次のような見識に基づいている。すなわち、ハウジングへのストレス作用によって生じる、ハウジングに関する第１の振動質量体の第１の位置の変化をそのようなものとして識別する、フィルタリングして除去するおよび／または補償することが可能である、という見識に基づいている。これは、ハウジングに対する、第１の振動質量体および第２の振動質量体の対応する回転運動に関する情報を求め、加速度センサの加速度に関する加速度情報を、この求められた情報を考慮して確定することができるように、センサおよび評価装置が構成されることによって行われる。加速度センサの加速は、自身のばねのトーション軸を中心とした２つの振動質量体の対応する回転運動を生じさせる。例えば、２つの振動質量体の非対称の方向は次のように定められる。すなわち、加速度センサの加速の場合に、第１の振動質量体が第１の回転方向において位置変化し、第２の振動質量体が、この第１の回転方向とは異なる第２の回転方向において位置変化するように定められる。ここで第１の振動質量体の位置は、第２の振動質量体に関して、変化する。第２の回転方向は有利には、第１の回転方向に対向して配向される。これに対して、ストレス影響に起因する、２つの振動質量体の位置の変化は不規則である。ここでは殊に、第１の振動質量体の位置は、第２の振動質量体に関して変化しない。従って、センサおよび評価装置は、加速度に起因しない変化を識別する、フィルタリングして除去する、および／または補償することができる。
【００１７】
ハウジングの撓みは例えば、少なくとも１つの、ハウジングに関する、２つの振動質量体のうちの１つの位置の変化を生じさせる。しかしセンサおよび評価装置は、１つの振動質量体の位置変化に基づいて加速度情報を定めることができないので、センサおよび評価装置が従来のように設計されている場合および加速度センサに振動質量体が１つだけしか設けられていない場合に生じるエラーに対して脆弱ではない。
【００１８】
可能な実施形態においては、センサおよび評価装置は、第１の振動質量体の第１の位置の変化を、同時に生じ得る、第２の振動質量体の第２の位置の変化と比較する。以降でより詳細に説明するように、センサおよび評価装置の作動様式は、このような実施形態に制限されない。
【００１９】
従って本願発明は、機械的なストレスに対して格段に鈍感な加速度センサを実現することができる。これによって、加速度センサに対して低コストのハウジングタイプを使用することが可能になる。これは、低コストのハウジングタイプ自体が、機械的なストレスに敏感に反応する場合にも可能である。なぜなら、加速度センサは、ハウジングが変形されても、自身の機能を確実に遂行するからである。従って加速度センサに対して、例えば、プレモールドハウジングの代わりに、モールドハウジングを使用することができる。
【００２０】
付加的に本発明は、表面負荷作用を補償することができる。この表面負荷作用は、ハウジングコンポーネント、電極および／または揺動台の種々異なる材料の種々異なるポテンシャルが原因で生じ得る。このようにして、従来においてしばしば生じているように、表面負荷作用によって、加速度センサの加速度に関する決定された加速度情報が誤ったものにならないことが保証される。
【００２１】
有利な実施形態では、第１のばねのトーション軸は第１の振動質量体を、第１のばねのトーション軸の第１の側にある第１の部分質量体と、第１のばねのトーション軸の第２の側にある第２の部分質量体とに分ける。第２の部分質量体は、第１の部分質量体よりも軽い。ここで第２のばねのトーション軸は、第２の振動質量体を、第２のばねのトーション軸の第１の側にある第３の部分質量体と、第２のばねのトーション軸の第２の側にある第４の部分質量体とに分ける。第４の部分質量体は、第３の部分質量体よりも重い。第２の部分質量体に関する第１の部分質量体の付加質量体および／または第３の部分質量体に関する第４の部分質量体の付加質量体は、例えば、第１の部分質量体および／または第４の部分質量体をマイクロメカニカル技術によって製造された機能層からより大きく構造化すること、および／または第１の部分質量体および／または第４の部分質量体を付加的にコーティングすることによって実現される。これによって、第１の非対称揺動台と第２の非対称揺動台とを備えた加速度センサを低コストに製造することが可能になる。
【００２２】
有利には、第１の振動質量体は第１のばねのトーション軸の第１の側に配置された第１の電極と、第１のばねのトーション軸の第２の側に配置された第２の電極とを有しており、第２の振動質量体は第２のばねのトーション軸の第１の側に配置された第３の電極と、第２のばねのトーション軸の第２の側に配置された第４の電極とを有している。ここでセンサおよび評価装置は、ハウジングに関して固定的に配置されている４つの対抗電極を含んでいる。このようにセンサおよび評価装置は容易に、従来の方法によって低コストで製造される。
【００２３】
例えば、センサおよび評価装置は次のように構成されている。すなわち、第１の電極とこれに属する、４つの対抗電極の第１の対抗電極との間の第１の静電容量と、第４の電極とこれに属する、４つの対抗電極の第４の対抗電極との間の第４の静電容量とが、第１の和を形成するために相互に接続され、第２の電極とこれに属する、４つの対抗電極の第２の対抗電極との間の第２の静電容量と、第３の電極とこれに属する、４つの対抗電極の第３の対抗電極との間の第３の静電容量とが、第２の和を形成するために相互に接続されるように構成されている。さらに、センサおよび評価装置は付加的に、次のように構成されている。すなわち、第１の和と第２の和との差を求め、この求められた差に基づいて、加速度センサの加速度に関する加速度情報を定めるように構成されている。このようにして、ストレスの影響によって生じた、第１の位置および／または第２の位置の変化が確実に、かつ僅かな手間で補償される。
【００２４】
殊に、第１のばねのトーション軸は、第２のばねのトーション軸上に位置する。従って加速度センサは、極めて非対称な構造を有する。基板と、電極と第２の非対称揺動台との間の表面負荷作用は、このような対称化の場合には、センサ特性にほぼ影響を与えない。
【００２５】
有利な発展形態では、第１の振動質量体と第２の振動質量体は次のように構成され、少なくとも１つの位置で次のように相互に配置されている。すなわち、第１のばねのトーション軸とは離れている、第１の振動質量体の少なくとも１つの終端部分が、少なくとも、第２の振動質量体にわたって延在している間隙内に突出するように構成および配置されている。このような場合には加速度センサでは、非対称揺動台として構成されている２つの振動質量体が相互に交差し、基板の非対称の撓みが確実に補償される。電極が付加的に、上述したように相互に接続されているのは特に有利である。
【００２６】
例えば、第１の振動質量体は少なくとも１つの歯を備えた第１の櫛状の部分を有しており、第２の振動質量体は、少なくとも２つの歯を備えた第２の櫛状の部分を有している。ここで第１の振動質量体は少なくとも１つの位置において、第２の振動質量体に対して次のように配置されている。すなわち、第１の櫛状部分の少なくとも１つの歯が、第２の櫛状部分の少なくとも２つの歯の少なくとも１つの間隙内に突出するように配置されている。ここに記載されている２つの振動質量体の構成は、極めて対称な構造を有している。これは、上述された表面負荷作用に関する利点に対して付加的である。
【００２７】
さらに、第１の振動質量体は少なくとも１つの第３の櫛状部分を有しており、第２の振動質量体は少なくとも１つの第４の櫛状部分を有している。振動質量体のこのような構成によって、ハウジングの非対称の変形作用が付加的に低減される。
【００２８】
上方の段落において記載された利点は、加速度センサを作動させる相応の方法においても保証される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１Ａ〜１Ｃは、従来の加速度センサをあらわす、１つの断面図と２つの平面図である
【図２】作動様式を説明するための、図１Ａ〜Ｃに示された従来の加速度センサの断面図である
【図３】加速度センサに機械的なストレスが加えられている、図１Ａ〜１Ｃの従来の加速度センサの断面図である
【図４】図４Ａ〜４Ｃは、加速度センサの第１の実施形態をあらわす、１つの断面図と２つの平面図である
【図５】作動様式を説明するための、図４Ａ〜４Ｃの加速度センサの断面図である
【図６】加速度センサに機械的なストレスが加えられている、図４Ａ〜４Ｃの加速度センサの断面図である
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、加速度センサの第２の実施形態をあらわす平面図である
【００３０】
本発明の実施形態
図４Ａ〜４Ｃは、加速度センサの第１の実施形態をあらわす、１つの断面図と２つの平面図を示している。
【００３１】
概略的に表されている加速度センサは、第１の振動質量体５０と第２の振動質量体５２とを有している。第１の振動質量体５０は少なくとも１つのばね５４（図４Ｂを参照）を介して、少なくとも１つの係留部５６と接続されている。ここでこの係留部５６は固定的に、基本基板５８上に配置されている。これに相応して、少なくとも１つの別のばね５４は第２の振動質量体５２を、基本基板５８に固定された少なくとも１つの係留部５６と接続させる。２つの振動質量体５０および５２が、少なくとも２つのばね５４を介して、少なくとも１つの共通の係留部５６と接続されてもよい。
【００３２】
少なくとも２つのばね５４は、ねじりばねとして構成され得る。例えばばね５４が、以降で回転軸６０と称される共通の長手軸に沿って延在することが可能である。しかし、本願発明が共通の回転軸６０上に位置しているばね５４に制限されないことに留意されたい。第１の振動質量体５０の少なくとも１つばね５４は、本願発明では、第２の振動質量体５２の少なくとも１つのばね５４とは異なるトーション軸も有することができる。さらに、ばね５４および係留部５６の数並びに、ばね５４および係留部５６に関する振動質量体５０、５２の配置も、ここに記載された実施形態に制限されない。
【００３３】
２つの振動質量体５０および５２は、次のように加速度センサ内に配置されている。すなわち、加速度センサが加速されていない場合には、基本基板５８に関して自身の基本位置にあるように配置されている。例えば、２つの振動質量体５０および５２は、自身の基本位置において相互に平行に配置されている。殊に、２つの振動質量体５０および５２は、自身の基本位置において、共通のレベルに位置する。これは有利には、基本基板５８と平行に配向されている。これによって、加速度センサの製造が容易になる。なぜならこの場合には、振動質量体５０および５２は自身の基本位置において、マイクロメカニカル技術によって製造された機能層から、有利にはばね５４とともに構造化されるからである。従って振動質量体５０および５２のアライメントは不必要である。回転軸６０は、第１の振動質量体５０を、第１の部分質量体５０ａと、第２の部分質量体５０ｂとに分ける。ここで、回転軸６０の第１の側に配置された第１の部分質量体５０ａは、回転軸６０の第２の側に配置された第２の部分質量体５０ｂよりも重い。第１の振動質量体５０は、２つの部分質量体５０ａと４０ｂの重さが異なるので、非対称の揺動台として構成される。この揺動台は基本基板５８および回転軸６０に関して可変に配置されている。
【００３４】
第２の振動質量体５２も非対称の揺動台として構成されている。ここで回転軸６０は、第２の振動質量体５２を、第３の部分質量体５２ａと第４の部分質量体５２ｂとに分ける。回転軸６０の第１の側に配置されている第３の部分質量体５２ａは、回転軸６０の第２の側に配置されている第２の部分質量体５２ｂよりも軽い。第２の振動質量体５２の「揺動運動」とは、回転軸６０を中心とした第２の振動質量体５２の回転である。第２の部分質量体５０ｂに関する第１の部分質量体５０ａの付加質量体および／または第３の部分質量体５２ａに関する第４の部分質量体５２ｂの付加質量体は、例えば、マイクロメカニカル技術によって製造された機能層から、第１の部分質量体５０ａおよび／または第４の部分質量体５２ｂを、より大きく構造化することによって定められる。これに対して択一的または付加的に、不均等な質量配分を、第１の部分質量体５０ａおよび／または第４の部分質量体５２ｂの付加的なコーティングを介して実現することもできる。
【００３５】
部分質量体５０ａ、５０ｂ、５２ａおよび５２ｂは少なくとも部分的に電極として構成されている。しかし見やすくするために、部分質量体５０ａ、５０ｂ、５２ａおよび５２ｂの電極として機能する領域は図１Ａ〜１Ｃにおいてマークされていない。
【００３６】
有利には、第１の部分質量体５０ａの第１の電極の面は、第２の部分質量体５０ｂの第２の電極の面に等しい。これと相応に、第２の質量振動体５２も次のように構成される。すなわち、第３の部分質量体５２ａの第３の電極の面が、第４の部分質量体５２ｂの第４の電極の面と等しくなるように構成される。これに対して付加的に、第３の電極の面を、第１の電極の面と等しくすることができる。４つの電極の面を同じに構成することの利点を以下でより詳細に述べる。
【００３７】
振動質量体５０または５２の少なくとも１つを付加的に次のように構成することができる。すなわち、自身の電極の少なくとも１つが、相互に別個に配置された少なくとも２つの電極領域から成るように構成することができる。例えば、第３の電極と第４の電極はそれぞれ２つの、相互に別個に配置された電極領域を含む。電極の面とはこの場合には、少なくとも２つの電極領域の面の和である。
【００３８】
ここに記載されている、加速度センサの実施形態では、２つの振動質量体５０および５２は、相互に交差している２つの揺動台として構成されている。相互に交差している２つの揺動台とは例えば、２つの振動質量体５０および５２が次のように構成され、少なくとも１つの位置で次のように相互に配置されていることである。すなわち第１の振動質量体５０の第２の部分質量体５０ｂの、回転軸６０から離れている少なくとも１つの終端部分６２が、少なくとも１つの間隙６４内に突出するように構成および配置されていることである。ここでこの間隙は、第２の振動質量体５２の第４の部分質量体５２ｂにわたって延在している。２つの振動質量体５０および５２のこの少なくとも１つの位置は有利には、２つの振動質量体５０および５２の基本位置である。
【００３９】
例えば、第１の部分質量体５０ａは最大幅ｂ１を有している。これは、第３の部分質量体の最大幅ｂ３よりも大きい。ここで２つの幅ｂ１およびｂ３は、回転軸６０に対して垂直に配向されている。これと相応に、第４の部分質量体５２ｂは、回転軸６０に対して垂直に延在する最大幅ｂ４を有している。これは、回転軸６０に対して垂直な第２の部分質量体５０ｂの最大幅ｂ２よりも大きい。
【００４０】
ここに記載された実施形態では、第１の振動質量体５０の全体的な第２の部分質量体５０ｂは、第２の振動質量体５２の第４の部分質量体５２ｂにわたって延在している間隙６４内に突出している。従って、第１の振動質量体５０の第２の部分質量体５０ｂの端面は少なくとも１つの位置において、二次元で、間隙６４を形成している第２の振動質量体５２の第４の部分質量体５２ｂの内面と、回転軸６０とによって縁どりがされている。
【００４１】
２つの振動質量体５０および５２の構造を次のようにあらわすこともできる。すなわち、第１の振動質量体５０が、１つの歯を備えた櫛状に形成されており、第２の振動質量体５２が、２つの歯を備えた櫛状に形成されている、とあらわすこともできる。第１の振動質量体５０は、ｘ軸に対して平行に延在している接続箇所と、ｙ方向に配向されている歯から成る。これに相応して、第２の振動質量体５２は、ｘ軸に沿って配向されている接続箇所と、この接続箇所に対して垂直に延在している２つの歯を有している。第１の振動質量体５０の歯は、２つの振動質量体５０および５２の少なくとも１つの位置において、第２の振動質量体５２の少なくとも２つの歯の間隙内に突出している。
【００４２】
ここで、図４Ｂの構造形態を変えることが可能である、ということに留意されたい。これは第１の振動質量体５０が少なくとも２つの歯を有し、第２の振動質量体５２が２つまたはそれよりも多くの歯を有することによって行われる。ここで、第１の振動質量体５０の複数の歯が、少なくとも１つの位置において、第２の振動質量体５２の歯の間の少なくとも２つの間隙に突出することも可能である。この場合にはばね５４および係留部５６の数は、相応に合わせられる。このような変更の利点を以下で詳細に説明する。
【００４３】
図４Ｃは、２つの振動質量体５０および５２の４つの電極の、基本基板５８に固定して配置された対抗電極６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂの平面図を示している。第１の対抗電極６６ａと、第１の振動質量体５０の第１の電極は、静電容量Ｃ１Ａを有している第１のコンデンサを形成する。これと相応に、第２の対抗電極６６ｂは第１の振動質量体５０の第２の電極とともに、静電容量Ｃ１Ｂを備えた第２のコンデンサとして機能する。第２の振動質量体５２の第３の電極と第３の対抗電極６８ａは、静電容量Ｃ２Ａを備えた第３のコンデンサを形成する。さらに、この加速度センサは第４のコンデンサを含んでおり、これは第２の振動質量体５２の第４の電極と、第４の対抗電極６８ｂとから成り、静電容量Ｃ２Ｂを有している。
【００４４】
有利には、対抗電極６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂの配置は、２つの振動質量体５０および５２の４つの電極の配置に相応する。例えば第３の対抗電極６８ａは別個にされた２つの電極面を含み、この間に第１の対抗電極６６ａが位置している。これと相応に、第４の対抗電極６８ｂも、別個にされた２つの電極面に分けられる。これらの間には、第２の対抗電極６６ｂが位置する。しかしここで次のことに留意されたい。すなわち、対抗電極６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂの構成が、図４Ｃの実施例に限定されない、ということに留意されたい。例えば、第３の対抗電極６８ａおよび／または第４の対抗電極６８ｂがそれぞれ、連続した電極面として構成されてもよい。有利には、対抗電極６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂは同じ大きさの全体面積で構成される。これを以下でより詳細に説明する。
【００４５】
上述のように、第１の振動質量体５０を、少なくとも２つの歯を備えた櫛として構成し、第２の振動質量体５２を、２つまたはそれより多くの歯を備えた櫛として構成することができる。この場合には、対抗電極６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂを相応に、４つの電極の構造および配置に合わせることができる。
【００４６】
有利には、静電容量Ｃ１Ａを備えたコンデンサと静電容量Ｃ２Ｂを備えたコンデンサは次のように相互に接続される。すなわち、静電容量Ｃ１ＡとＣ２Ｂの第１の和Ｃ１Ａ＋Ｃ２Ｂが計算されるように接続される。これに相応に、静電容量Ｃ１Ｂを備えたコンデンサと静電容量Ｃ２Ａを備えたコンデンサは次のように相互に接続される。すなわち、静電容量Ｃ１ＢとＣ２Ａの第２の和Ｃ１Ｂ＋Ｃ２Ａが計算されるように接続される。さらに有利には、加速度センサの電子回路は次のように設計される。すなわち、第１の和Ｃ１Ａ＋Ｃ２Ｂと第２の和Ｃ１Ｂ＋Ｃ２Ａの差Δｇｅｓが、以下の式１によって求められるように設計される。
【００４７】
（式１）Δｇｅｓ＝（Ｃ１Ａ＋Ｃ２Ｂ）−（Ｃ１Ｂ＋Ｃ２Ａ）
この加速度センサが受ける加速度はこの場合には、評価装置によって、差Δｇｅｓに基づいて定められる。差Δｇｅｓを考慮して加速度を定める方法は従来技術から公知であり、ここでは詳細に記載しない。
【００４８】
図５は、作動様式を説明するために、図４Ａ〜４Ｃの加速度センサの断面図を示している。
【００４９】
加速度センサが、基本基板５８に対して垂直に延在し、かつ基本基板５８から２つの振動質量体５０および５２へと向けられた方向（正のｚ方向）で延在する加速度成分６９を備えた加速度を受けると、揺動台として構成された２つの振動質量体５０および５２は、相互に対向して設定された、非対称な質量配分によって、対抗して配向された回転方向７０および７２において、自身の基本位置から、（図示されていない）回転軸を中心に動く。すなわち、このような加速度成分６９では、回転軸の異なる面に置かれているより重い部分質量体５０ａおよび５２ｂが基本基板５８に近づく。より軽量の部分質量体５０ｂおよび５２ａは、基本基板５８から離れる方向に動く。従って２つの振動質量体５０および５２は、相応の回転運動を行う。
【００５０】
加速度センサの上述した作動様式は当然ながら、２つの振動質量体５０および５２が異なる回転軸を中心に可動に支承されている場合にも保証される。
【００５１】
対向している回転方向７０および７２における２つの振動質量体５０および５２の回転運動によって、加速度センサの４つのコンデンサの静電容量Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂ、Ｃ２ＡおよびＣ２Ｂの信号Δｇｅｓに変化が生じる。これによって、信号Δｇｅｓに基づいて、加速度成分６９に相応する値が定められる。
【００５２】
同様に、基本基板５８に対して垂直に延在し、かつ２つの振動質量体５０および５２から基本基板５８へと向かう方向（負のｚ方向）で延在する加速度成分は、信号Δｇｅｓの変化を生じさせる。このようにして、ここで記載された加速度センサは、負のｚ方向における加速度成分に対しても、大きさを定めることができる。
【００５３】
図６は、加速度センサに機械的なストレスが加えられている、図４Ａ〜４Ｃの加速度センサの断面図を示している。
【００５４】
図６では、加速度センサに機械的なストレスが作用している。この機械的ストレスによって、基本基板５８はｙ軸に沿って非対称に撓む。基本基板５８の非対称の撓みによって、ｙ軸に沿って、例えば、第１の電極と第１の対向電極６６ａとの間の間隔、並びに第３の電極と第３の対向電極６８ａとの間の間隔が変化する。これに相応して、基本基板５８の非対称の撓みによって、静電容量Ｃ１ＡおよびＣ２Ａが変化する。
【００５５】
殊に第１の電極および第３の電極の面積が同じ場合、並びに第１の対向電極６６ａと第３の対向電極６８ａの面積が同じ場合には、静電容量Ｃ１ＡおよびＣ２Ａはそれぞれ、同じ差分静電容量Δｃだけ変化する。従って第１のコンデンサおよび第３のコンデンサの静電容量Ｃ１ＡおよびＣ２Ａは、機械的なストレスが生じる前の、ストレスの無い基本静電容量Ｃ１Ａ０またはＣ２Ａ０から成る：
ここで
（式２）Ｃ１Ａ＝Ｃ１Ａ０＋Δｃおよび
（式３）Ｃ２Ａ＝Ｃ２Ａ０＋Δｃである。
【００５６】
上述の方法に相応して、計算された第１の和Ｃ１Ａ＋Ｃ２Ｂと第２の和Ｃ１Ｂ＋Ｃ２Ａは同じように、差分静電容量ΔＣだけ変化する。
ここで、
（式４）Ｃ１Ａ＋Ｃ２Ｂ＝Ｃ１Ａ０＋Δｃ＋Ｃ２Ｂ０および
（式５）Ｃ１Ｂ＋Ｃ２Ａ＝Ｃ１Ｂ０＋Ｃ２Ａ０＋Δｃである。
【００５７】
しかし差Δｇｅｓを計算する際に、差分静電容量Δｃは再び役を担う。
【００５８】
（式６）Δｇｅｓ＝（Ｃ１Ａ＋Ｃ２Ｂ）−（Ｃ１Ｂ＋Ｃ２Ａ）＝（Ｃ１Ａ０＋Ｃ２Ｂ０）−（Ｃ１Ｂ０＋Ｃ２Ａ０）
従ってｙ軸に沿った基本基板５８の撓みは、差Δｇｅｓを変化させない。このようにして次のことが保証される。すなわち、ｙ軸に沿った基本基板５８の非対称の撓みが、ｚ方向における加速度センサによって求められる加速度成分に影響を与えないことが保証される。
【００５９】
基本基板５８の非対称の撓みは、２つの振動質量体５０および５２の対応する回転運動を生じさせないので、これは差Δｇｅｓの変化も生じさせない。従って、基本基板５８の非対称の撓みによって、加速度センサの生じていない加速度が、誤った測定値として出力されることが阻止される。
【００６０】
図４Ｃの実施例では、対向電極６６ａ、６６ｂ、６８ａおよび６８ｂ（並びに電極）のセグメント化がｘ方向において行われている。このようにして、ｙ軸に沿った基本基板５８の非対称の撓みが、上述のように、完全に補償される。ｘ軸に沿った非対称の撓みは、ｘ方向における三重のセグメント化によって同じように、その作用において強く制限される。
【００６１】
加速度センサの上述の実施形態は、ｘ方向におけるセグメント化に制限されないことを明記しておく。ハウジングの影響に応じて、ｙ方向におけるセグメント化、または任意の別の特別に、ハウジングに合わせられた方向におけるセグメント化を行うことも有利であり得る。
【００６２】
有利には、ばね５４の懸架は２つの揺動台に対して対称に構成され、これによって、基板撓みの確実な補償が改善される。さらに、ばね５４は、少なくとも１つの係留部５６への結合に関して同様に構成される。これによって付加的に、基板撓みの補償が改善される。
【００６３】
以降の図面に基づいて、高められたセグメント化を介してどのように、ｘ軸に沿った非対称の撓みの作用もさらに制限されるのかを説明する。高められたセグメント化に対する例として、上述の加速度センサが挙げられる。これは、少なくとも２つの歯を備えた櫛として構成された第１の振動質量体５０と、２つまたはそれよりも多くの歯を備えた櫛として構成された第２の振動質量体５２とを備えている。同じように、ダブル揺動台の代わりにより多くの倍数の揺動台を使用することが、揺動台懸架の必要面積および特性に応じて有利であり得る。より多くの倍数の揺動台に対する例を、以降の段落に基づいて説明する。
【００６４】
図７Ａおよび７Ｂは、加速度センサの第２の実施形態をあらわす平面図である。
【００６５】
図７Ａおよび７Ｂに概略的に示された加速度センサの２つの振動質量体８０および８２は、上述のばね５４を介して、（図示されていない）基本基板に固定された係留部５６と、回転軸を中心に回転可能に支承される。回転軸は、第１の振動質量体８０を、第１の部分質量体８０ａと第２の部分質量体８０ｂとに分け、第２の振動質量体８２を、第３の部分質量体８２ａと第４の部分質量体８２ｂとに分ける。ここで第１の部分質量体８０ａと第３の部分質量体８２ａは回転軸の第１の側に配置され、第２の部分吾質量体８０ｂと第４の部分質量体８２ｂは回転軸の第２の側に配置される。
【００６６】
図示の実施例では、第１の振動質量体８０の第２の部分質量体８０ｂは、回転軸から離れる方向に配向された３つの終端部分８４を有している。これらの終端部分は、第４の部分質量体８２ｂにわたって延在している間隙８６内に突出している。殊に、２つの振動質量体８０と８２は次のように相互に構成される。すなわち、第２の部分質量体８０ｂの端面が、第４の部分質量体８２ｂの内部空間全体を制限している内面および回転軸によって縁取られるように相互に構成される。
【００６７】
これを次のように表現することもできる。すなわち第２の部分質量体８０ｂが、接続部分および３つの歯を備えた第１の櫛状の区間を有しており、第４の部分質量体８２ｂが、接続部分および４つの歯を備えた第２の櫛状の区間を有している、と表現することもできる。ｙ軸に平行に配向されている第１の櫛状部分の３つの歯は、第２の櫛状部分の、ｙ軸に平行に延在している４つの歯の３つの間隙内に突出する。２つの接続箇所は、ｘ軸に対して平行に配向されている。
【００６８】
第１の部分質量体８０ａは同じように、１つの接続部分と３つの歯を備えた第３の櫛状部分を含んでいる。ここでこの第３の櫛状部分の中央の歯には付加質量体８８が固定されている。この付加質量体８８と接続部分はｘ軸に平行に配向されており、３つの歯がｙ軸に沿って延在している。第３の部分質量体８２ａは２つの櫛状部分９０を有しており、これはそれぞれ１つの接続部分と２つの歯を備えている。第１の部分質量体８０ａの第３の櫛状部分の２つの外側の歯はそれぞれ、第３の部分質量体８２ａの２つの別の櫛状部分９０の２つの歯の間隙内に突出している。
【００６９】
部分質量体８０ａ、８０ｂ、８２ａおよび８２ｂの下方ユニットは、上述の方法に相応して電極として用いられる。共働する対向電極９２ａ、９２ｂ、９４ａおよび９４ｂは、基本基板に関して固定的に配置されている。電極および９２ａ、９２ｂ、９４ａおよび９４ｂから成るコンデンサの接続は、上述の例に相応する。加速度センサに作用する加速度を求めるコンデンサの相互作用は当業者にとって容易に想到可能であるので、ここでは詳細に説明しない。
【００７０】
電極および対向電極９２ａ、９２ｂ、９４ａおよび９４ｂの高められたセグメント化に基づいて、ｘ軸に沿った非対称の撓みの影響が付加的に最小化される。ここに記載された実施形態の発展形態では、電極および対向電極９２ａ、９２ｂ、９４ａおよび９４ｂのセグメント化の数が、さらに増やされる。
【００７１】
加速度センサの上述した実施形態では、２つの振動質量体５０および５２ないし８０および８２は、相互に交差する２つの揺動台として構成されている。しかし、本願発明は、振動質量体５０および５２ないしは８０および８２としての相互に交差している揺動台に制限されないことに留意されたい。相互に交差している揺動台の代わりに、振動質量体５０および５２ないし８０および８２を分割し、相互に間隔を空けて配置することが可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0005553846.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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