(57)【要約】      （修正有）【課題】ライフサイクルコストを実質的に減少させ、衝撃抵抗を増加させ、低い出力雑音及び大きなダイナミックレンジを有し、宇宙衛星等の要求の厳しい用途に適する共振器ジャイロスコープを提供する。【解決手段】共振器ジャイロスコープ１００は、中央ポスト１７４と、中央ポスト１７４に結合した共振器１５０と、共振器１５０に結合した振動板１６０と、を備え、振動板１６０及び中央ポスト１７４のうちの少なくとも一方は、振動板１６０の平面内の軸１７６、１８０における共振器１５０の回転に適応する。駆動運動が起こる駆動軸１８０は、検知軸１７６に直交し、また同様に、入力軸１１５に直交する。【選択図】図１
2014029331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器ジャイロスコープであって、
中央ポストと、
前記中央ポストに結合した共振器と、
前記共振器に結合した振動板と、を備え、
前記中央ポスト及び前記振動板のうちの少なくとも一方は、前記振動板の平面内の軸における前記共振器の運動に適応する、共振器ジャイロスコープ。
【請求項２】
前記共振器は概ね円柱形である、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項３】
前記振動板は、前記共振器を前記中央ポストに結合する、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項４】
前記振動板は弾性がある、請求項３に記載のジャイロスコープ。
【請求項５】
前記中央ポストは弾性があり、ケースに固定される、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項６】
前記ケースは、上部カバー及び下部カバーのうちの少なくとも一方を備える、請求項５に記載のジャイロスコープ。
【請求項７】
１つ又は複数の電極が前記上部カバー及び前記下部カバーのうちの少なくとも一方に含まれる、請求項６に記載のジャイロスコープ。
【請求項８】
前記電極のうちの少なくとも１つは制御エレクトロニクスに結合される、請求項７に記載のジャイロスコープ。
【請求項９】
前記電極は、前記上部カバー及び前記下部カバーのうちの少なくとも一方の回りにほぼ等間隔に配置される、請求項７に記載のジャイロスコープ。
【請求項１０】
前記１つ又は複数の電極のうちの少なくとも１つは誘電的に絶縁される、請求項７に記載のジャイロスコープ。
【請求項１１】
前記１つ又は複数の電極のうちの少なくとも１つは前記共振器の端面に面する、請求項７に記載のジャイロスコープ。
【請求項１２】
前記電極のうちの少なくとも１つは、チューニング電極、ピックオフ電極、及びフォーサー電極のうちの少なくとも１つを構成する、請求項７に記載のジャイロスコープ。
【請求項１３】
前記チューニング電極は、前記上部カバー及び前記下部カバーのうちの少なくとも一方の回りに交互に存在する、請求項１２に記載のジャイロスコープ。
【請求項１４】
前記上部カバー及び前記下部カバーのうちの少なくとも一方は、４つのフォーサー電極を備える、請求項１２に記載のジャイロスコープ。
【請求項１５】
少なくとも１つのフォーサー電極は、ピックオフ電極に対角線状に対向する、請求項１２に記載のジャイロスコープ。
【請求項１６】
前記ピックオフ電極のうちの少なくとも１つは、制御エレクトロニクスに結合される、請求項１５に記載のジャイロスコープ。
【請求項１７】
前記制御エレクトロニクスは、該制御エレクトロニクスが結合される前記少なくとも１つのピックオフ電極によって提供される情報を使用して、前記共振器をロッキングモードで駆動する、請求項１６に記載のジャイロスコープ。
【請求項１８】
前記制御エレクトロニクスは、該制御エレクトロニクスが結合される前記少なくとも１つのピックオフ電極によって提供される前記情報を使用して、前記フォーサー電極のうちの少なくとも１つにフィードバックを提供して、前記共振器を、ほぼロッキングモード共振周波数のロッキングモードで駆動する、請求項１７に記載のジャイロスコープ。
【請求項１９】
前記制御エレクトロニクスは、静電力及び該制御エレクトロニクスが結合される前記少なくとも１つのピックオフ電極によって提供される前記情報を使用して、前記フォーサー電極のうちの少なくとも１つにフィードバックを提供して、前記共振器を、ほぼロッキングモード共振周波数かつ特定の振幅のロッキングモードで駆動する、請求項１８に記載のジャイロスコープ。
【請求項２０】
前記共振器は、ほぼ前記共振器の基本ロッキングモード共振周波数で駆動される、請求項１９に記載のジャイロスコープ。
【請求項２１】
前記共振器は、前記基本ロッキングモード共振周波数のほぼ高調波で駆動される、請求項１９に記載のジャイロスコープ。
【請求項２２】
前記共振器は、前記基本ロッキングモード共振周波数のほぼ低調波で駆動される、請求項１９に記載のジャイロスコープ。
【請求項２３】
閉ループモードで動作する、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項２４】
前記制御エレクトロニクスは、駆動周波数位相ロックループ（ＰＬＬ）、駆動振幅制御ループ、直交位相制御ループ、及び角速度制御ループのうちの１つ又は複数を備える、請求項１６に記載のジャイロスコープ。
【請求項２５】
前記上部カバー及び前記下部カバーのうちの少なくとも一方は、４つのピックオフ電極を備える、請求項１２に記載のジャイロスコープ。
【請求項２６】
前記ピックオフ電極のうちの少なくとも１つは、前記共振器の振動の位相、方向、及び振幅のうちの少なくとも１つを検知する、請求項２５に記載のジャイロスコープ。
【請求項２７】
前記ピックオフ電極のうちの少なくとも１つは、制御エレクトロニクスに結合される、請求項１２に記載のジャイロスコープ。
【請求項２８】
前記制御エレクトロニクスに結合された前記ピックオフ電極のうちの少なくとも１つは、サーボに、前記共振器の振動の位相、方向、及び振幅のうちの少なくとも１つを提供する、請求項２７に記載のジャイロスコープ。
【請求項２９】
前記制御エレクトロニクスは、静電力及び該制御エレクトロニクスが結合される前記少なくとも１つのピックオフ電極によって提供される情報を使用して、前記駆動されるロッキングモードに直交する検知モードの前記振幅を実質的にゼロにする、請求項２８に記載のジャイロスコープ。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのピックオフ電極はピックオフ信号を受信し、前記制御エレクトロニクスは、該ピックオフ信号を、前記駆動軸の位相に対して正弦成分と余弦成分に分割する、請求項２９に記載のジャイロスコープ。
【請求項３１】
前記正弦成分及び前記余弦成分が使用されて、前記共振器の角速度と直交位相運動の両方を実質的にゼロにし、それにより、前記検知モードの前記振幅を実質的にゼロにする、請求項３０に記載のジャイロスコープ。
【請求項３２】
前記中央ポストは、前記共振器とほぼ同期して撓む、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項３３】
自己較正が可能である、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項３４】
前記振動板は、前記中央ポストを通して前記ケースに結合される、請求項５に記載のジャイロスコープ。
【請求項３５】
開ループモードで動作することができる、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項３６】
閉ループモードで動作することができる、請求項１に記載のジャイロスコープ。
【請求項３７】
共振器ジャイロスコープであって、
中央ポストと、
前記中央ポストに結合した概ね円柱形の共振器と、
前記共振器に結合した振動板と、
前記共振器の第１の振動を引起す第１のフォーサー構成要素と、
前記振動板の平面内の軸における第２の振動を検知する第１のピックオフ構成要素であって、前記第２の振動は、前記共振器上のコリオリ力によって前記共振器内に誘起され、
前記第２の振動は、前記第１の振動に実質的に直交する、第１のピックオフ構成要素と、
前記第２の振動を実質的にゼロにさせる第２のフォーサー構成要素と、
前記第２の振動の振幅を検知する第２のピックオフ構成要素と、を備える、共振器ジャイロスコープ。
【請求項３８】
前記ピックオフ構成要素は、前記第２の振動を検知して、前記振動する共振器の前記振幅を測定する、請求項３７に記載の共振器ジャイロスコープ。
【請求項３９】
前記第１の振動は、駆動方向への駆動振動を含み、
前記第２の振動は、検知方向へのコリオリ力誘起振動を含む、請求項３７に記載の共振器ジャイロスコープ。
【請求項４０】
前記第１のフォーサー構成要素は、振動の振幅及び振動の位相のうちの少なくとも一方を測定し、
前記第１のピックオフ構成要素は、前記第２の振動の前記振幅を実質的にゼロにする、請求項３７に記載の共振器ジャイロスコープ。
【請求項４１】
共振器ジャイロスコープであって、
上部カバー及び下部カバーのうちの少なくとも一方を備えるケースと、
前記ケースに固定された弾性中央ポストと、
前記中央ポストに結合された概ね円柱形の共振器であって、前記ケースに閉囲される、概ね円柱形の共振器と、
前記共振器を前記中央ポストに結合する振動板と、を備え、
前記上部カバー及び前記下部カバーのうちの少なくとも一方は、ほぼ等間隔に配置される８つの電極を備え、前記電極のうちの少なくとも１つは、ロッキングモードで前記共振器を駆動するように構成された制御エレクトロニクスに結合され、該制御エレクトロニクスは、前記ロッキングモードに直交する検知モードの振幅を実質的にゼロにするように更に構成され、
前記中央ポスト及び前記振動板は、該振動板の平面内の軸における前記共振器の運動に適応する、共振器ジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には共振器ジャイロスコープに関し、より詳細には、クラスＩＩコリオリ振動ジャイロスコープであるロッキングモードジャイロスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
クラスＩＩコリオリ振動ジャイロスコープ（Coriolis Vibratory Gyroscope：ＣＶＧ）は、動作のレート測定閉ループモードで動作すると、ジャイロスコープの入力軸の回りの回転の角速度に関する情報を与え、全角度開ループ動作モードで動作すると、角度変位に関する情報を与えるセンサーである。
【０００３】
ＣＶＧは、クラスＩジャイロスコープとクラスＩＩジャイロスコープとに細分される。クラスＩ  ＣＶＧの例は、チューニングフォークジャイロスコープである。クラスＩＩ  ＣＶＧの例は、ベル型又は半球状共振器ジャイロスコープである。クラスＩＩ  ＣＶＧは、その入力軸に対して幾何学的に対称であり、主弾性軸の振動について縮退したすなわちほぼ同一の共振周波数を有する。
【０００４】
コリオリ加速度は、回転を検知するために振動ジャイロスコープによって使用される。コリオリ加速度は、入力軸の回りの回転の角速度と入力軸に直交する軸に沿う共振器の速度とのクロス積に比例する。多くの用途について、振動ジャイロスコープは、非常に小型にすることができ、微小機械加工式電気機械システム（Micro-machined Electro-Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）技術を使用して大量にバッチ作製され得る。
【０００５】
閉ループモードで動作するクラスＩＩ  ＣＶＧ振動ジャイロスコープでは、ジャイロスコープのレートバイアス及び直交位相（quadrature）レート誤差の極性が不変のままである間に、駆動軸及び検知軸が交換されると、ジャイロスコープのスケールファクタの極性が反転する。クラスＩＩ  ＣＶＧのこの特性は、ジャイロスコープのバイアス及び直交位相レート誤差の自己較正を可能にする。
【０００６】
本明細書で述べるロッキングモードジャイロは、平衡がとられていない。現在の設計の平衡をとることは、少なくとも第２の共振器の付加によって達成され得る。巨視的スケールＣＶＧは、ライフサイクルコストを実質的に減少させ、衝撃抵抗を増加させた。ＣＶＧは、全角度開ループモードで動作すると、低い出力雑音及び大きなダイナミックレンジを有し、宇宙衛星等の要求の厳しい用途に適する。
【発明の概要】
【０００７】
実施の形態の一組では、共振器ジャイロスコープが、
中央ポストと、
中央ポストに結合した共振器と、
共振器に結合した振動板と、を備え、
中央ポスト及び振動板のうちの少なくとも一方は、振動板の平面内の軸における共振器の運動に適応する。
【０００８】
実施の形態の別の組によれば、共振器ジャイロスコープが、
中央ポストと、
中央ポストに結合した概ね円柱形の共振器と、
共振器に結合した振動板と、
共振器の第１の振動を引起す第１のフォーサー構成要素と、
振動板の平面内の軸における第１の振動の振幅を検知する第１のピックオフ構成要素であって、第２の振動が共振器上のコリオリ力によって共振器内に誘起され、
第２の振動は、第１の振動に実質的に直交する、第１のピックオフ構成要素と、
第２の振動を実質的にゼロにさせる第２のフォーサー構成要素と、
第２の振動の振幅を検知する第２のピックオフ構成要素と、を備える。
【０００９】
実施の形態の更に別の組によれば、共振器ジャイロスコープが、
上部カバー及び下部カバーのうちの少なくとも一方を備えるケースと、
ケースに固定された中央ポストと、
中央ポストに結合された概ね円柱形の共振器であって、ケースに閉囲される、概ね円柱形の共振器と、
共振器を中央ポストに結合する振動板と、を備え、
上部カバー及び下部カバーのうちの少なくとも一方は、ほぼ等間隔に配置される８つの電極を備え、電極のうちの少なくとも１つは、ロッキングモードで共振器を駆動するように構成された制御エレクトロニクスに結合され、制御エレクトロニクスは、ロッキングモードに直交する検知モードの振幅を実質的にゼロにするように更に構成され、
振動板は、振動板の平面内の軸における共振器の振動に適応する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】クラスＩＩコリオリ振動ロッキングモードジャイロスコープの一実施態様の切欠き分解図である。
【図２】クラスＩＩコリオリ振動ロッキングモードジャイロスコープの一実施態様の駆動軸に沿う断面図である。
【図３】クラスＩＩコリオリ振動ロッキングモードジャイロスコープの一実施態様の検知軸に沿う断面図である。
【図４】ロッキングモードジャイロスコープ用の閉ループ制御エレクトロニクスの簡略化したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面は、種々の代表的な実施形態をより完全に記述するために使用されることになり、また、本明細書で開示する代表的な実施形態及びその利点をよりよく理解するために当業者によって使用され得る視覚的表現を提供する。これらの図面では、同様の参照符号は対応する要素を識別する。
【００１２】
本発明は、多くの異なる形態の実施形態が可能であるが、本開示が本発明の原理の例示として考えられ、示され述べられる特定の実施形態に本発明を限定することを意図されないという理解で、１つ又は複数の特定の実施形態が、図面に示されており、本明細書で詳細に述べられるであろう。以下の説明及び図面の幾つかの図において、同様の参照符号は、図面の幾つかの図において同じ、類似の、又は対応する部分を述べるために使用される。
【００１３】
ジャイロスコープは、動作原理に基づいて２つのカテゴリに分割され得る。第１のカテゴリにはコリオリベースジャイロスコープが存在し、コリオリベースジャイロスコープは、入力軸に垂直な速度成分を有する回転フレーム内で動く検知本体に作用する力を測定することによって角速度を検知する。検知本体の運動は、スピニングホイールの場合のように連続的か、又はチューニングフォーク若しくはベルの場合のように振動的であるとすることができる。第２のカテゴリにはサニャック（Sagnac）ベースジャイロスコープが存在し、サニャックベースジャイロスコープは、逆伝搬する光信号の伝送時間において光の速度が一定であることによる差を測定することによって角速度を検知する。この相対論的作用は、リングレーザージャイロスコープにおいて逆伝搬光信号の周波数の分割又は光ファイバジャイロスコープにおいて逆伝搬光信号の位相差をもたらす。
【００１４】
コリオリ振動ジャイロスコープ（Coriolis Vibratory Gyroscopes：ＣＶＧ）は、クラスＩジャイロスコープとクラスＩＩジャイロスコープとに更に細分される。クラスＩ  ＣＶＧの例は、チューニングフォークジャイロスコープである。クラスＩＩ  ＣＶＧの例は、ベル型又は半球状共振器ジャイロスコープである。クラスＩＩ  ＣＶＧは、その入力軸に対して幾何学的に対称であり、主弾性軸に沿う振動について縮退したすなわちほぼ同一の共振周波数を有する。
【００１５】
ジャイロスコープは、制御エレクトロニクスを備える。制御エレクトロニクスは、検知要素の共振振動をほぼその自然共振周波数に制御し、また、振動の振幅を制御する。
【００１６】
ジャイロスコープは、閉ループ又は開ループで動作し得る。開ループの場合、ジャイロスコープが回転するにつれて、駆動軸の配向が、ケースを遅らせることになる。閉ループモード及び開ループモードは、異なる方法でこの現象に対処する。
【００１７】
ジャイロスコープが閉ループモードで動作するとき、ジャイロスコープ制御エレクトロニクスに含まれるフォースリバランスサーボループは、回復力を導入して、検知軸における共振器の運動をゼロにする。検知軸ピックオフ信号は、駆動軸の位相に対して正弦成分と余弦成分とに分割される。これらの成分が使用されて、共振器の角速度と直交位相運動の両方がゼロにされ、それにより、結合した振動が検知軸において実質的にゼロにされる。サーボループは、結合した振動を検知軸において実質的にゼロにするために振動の適切な振幅、周波数、及び位相をフォーサー電極が提供することを可能にすることによって、直交方向の結合振動が実質的にゼロにされることを可能にする制御信号を増幅し、変調し、フィードバックする。駆動周波数位相ロックループ（Phase Lock Loop：ＰＬＬ）の制御ループとして知られる第２のサーボループは、共振器の自然共振周波数及び振動をほぼ維持する。
【００１８】
開ループ動作では、ジャイロスコープは、入力角速度に応答するため、そのゼロ位置からはずれて動作することを許容される。開ループモードでは、ケースに対する共振器の相対的な運動は、共振器が共振周波数でパラメータ的に駆動されるため追跡される。駆動信号の振幅及び周波数は、２つの軸に沿う適切なフィードバックによって調整される。
【００１９】
駆動軸は、角回転速度の検知がそれに沿って起こる検知軸に直交する。駆動軸及び検知軸はともに、入力軸に直交する。
【００２０】
ＣＶＧのフォースリバランス信号は、２つの成分に分割され得る交流電圧である。第１の成分は、振動する共振器の速度と同位相であり、入力角速度に比例する振幅を有する。第２の成分は、共振器の変位と同位相であり、第１の成分と９０度位相がずれる、すなわち、直交する。同位相角速度信号及び直交位相信号の大きさは、ジャイロスコープが開ループモードで運転されるときのジャイロスコープピックオフ出力の復調によって、又は、閉ループ動作の場合のフィードバックの正弦位相及び余弦位相の振幅によって導出される。位相は、共振器用の駆動信号に対して決定される。開ループジャイロの場合の復調の位相誤差又は閉ループジャイロの場合の再変調の位相誤差は、直交位相信号の一部分が、角速度と解釈され、ジャイロスコープバイアス誤差に寄与するようにさせる。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、ジャイロスコープは、共振器を含み、共振器は、中央のケース固定式弾性ポストに共振器を結合する振動板によって支持される。好ましくは、振動板は振動板を備える。好ましくは、振動板は弾性がある。共振器は、上部カバー及び下部カバーを有するケース内に閉囲され、ケースは、本発明の実施形態によれば、誘電的に絶縁された電極を含む。本発明の実施形態によれば、電極は、共振器の端面に面し、容量性ピックオフ電極及びフォーサー電極を備える。本発明の実施形態によれば、少なくとも１つのフォーサー電極は、ピックオフ電極に対角線状に対向する。本発明の実施形態によれば、少なくとも１つのピックオフ電極は、フォーサー電極に対角線状に対向する。そのため、共振器は、ピックオフ電極及びフォーサー電極の一セットを使用して、振動板の平面内の軸において、その基本自然周波数に実質的に等しい周波数かつ固定振幅で振動するようにさせられ得る。したがって、第１の振動の大きさに関するフィードバックが、フォーサー構成要素に提供され、第１の振動のフォーサー構成要素による調節を可能にする。
【００２２】
本発明の実施形態によれば、適切に選択された慣性モーメントを有する共振器の使用と組合せた、共振器を弾性中央ポストに結合するための弾性振動板の使用は、増大した信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio：ＳＮＲ）をもたらす場合がある。大きなピックオフキャパシタンスもまた、本発明の実施形態による増大したＳＮＲに寄与する場合がある。大きなフォーサー電極キャパシタンスもまた、本発明の実施形態による増大したＳＮＲに寄与する場合がある。さらに、ロッキングモードジャイロスコープは、ＭＥＭＳバッチ処理を使用して作製され得る。
【００２３】
共振器の入力軸に平行な軸の回りでのジャイロスコープの回転に応答して、共振器のロッキング運動は、振動板の平面内の直交軸におけるロッキング運動に結合される。この結合したロッキング運動は、容量性ピックオフによって検出され得る。
【００２４】
そのため、ジャイロスコープが開ループモードで動作する実施形態では、ピックオフ電極の測定信号は、角度変位に比例し得る。代替的に、直交モードのピックオフは、制御エレクトロニクスに信号を提供することができ、その信号は、その後、フォーサー電極に送信され、フォーサー電極によって使用されて、静電力を使用して直交モードの振幅を実質的にゼロにする。駆動されるロッキングモード周波数及び直交モード周波数は、駆動軸及び検知軸に対して約４５度の軸において負の静電ばねを生成する電圧をチューニング電極に印加することによって、密接に整合され得る。ジャイロスコープの出力信号は、その後、直交位相成分を実質的に全く持たず、ジャイロスコープのケースの角速度に比例することになる。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、ロッキングモードジャイロスコープ（ＲＭＧ）は、クラスＩＩ  ＣＶＧであり、クラスＩＩ  ＣＶＧは、ＲＭＧが、ジャイロスコープのバイアスの自己較正、直交位相、及びおそらくはスケールファクタのために構成されることを可能にする。本発明の実施形態によれば、ＲＭＧは、小型で低電力で低コストのジャイロスコープを提供し、バイアス安定性及び再現性は、タクティカルグレードの慣性測定装置（Inertial Measurement Units：ＩＭＵ）及び慣性航法システム（Inertial Navigation Systems：ＩＮＳ）について１度／時間未満である。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、ＲＭＧ共振器は、中央のケース固定式ポストに結合された振動板によって支持される。本発明の実施形態によれば、共振器は振動板に結合される。本発明の実施形態によれば、共振器は、誘電的に絶縁された電極を含む、上部カバー及び下部カバーを有するケース内に閉囲される。本発明の実施形態によれば、これらの電極は、共振器の端面に面し、容量性ピックオフ電極及びフォーサー電極を形成する。
【００２７】
ジャイロスコープは、共振器の第１の振動をもたらすために共振器に結合したフォーサー構成要素を備える。共振器の入力軸の回りの成分を有する角速度及び第１の振動は、共振器上にコリオリ力を誘起する。コリオリ力は、共振器の第２の振動を引起す。第２の振動は第１の振動に実質的に直交する。例えば、第２の振動は、検知軸において起こる。
【００２８】
入力軸の回りのジャイロスコープの回転に応答して、共振器のロッキング運動は、振動板の平面内の直交軸における運動に結合される。この結合したロッキング運動は、容量性ピックオフ電極によって検出され得る。そのため、ジャイロスコープが全角度の開ループモードで動作するとき、ピックオフ電極の分解された信号は、ジャイロスコープの角度変位に比例し得る。代替的に、直交モードのピックオフは、静電力を使用して直交モードの振幅を実質的にゼロにする信号を制御エレクトロニクスに提供し得る。駆動されるロッキングモード周波数及び直交モード周波数は、チューニング電極に印加される電圧を使用して密接に整合され得る。静電力信号は、直交位相成分を実質的に全く持たず、そしてジャイロスコープの角速度に比例し得る。両方の場合に、実施形態は、共振器のほぼ基本ロッキングモード共振周波数の駆動される振動、基本ロッキングモード共振周波数のほぼ高調波の駆動される振動、及び、基本ロッキングモード共振周波数のほぼ低調波の駆動される振動を伴い得る。
【００２９】
ＲＭＧは、振動板及び堅牢な中央ポストを備えるサスペンションを使用する。ＲＭＧはまた、適切に選択された慣性モーメントを有する共振器を使用して、ロッキングモード周波数より少なくとも約３〜５倍高い面外並進共振周波数を持ちながら、ほぼ所望のロッキングモード周波数を提供する。しかし、ロッキングモード周波数及び並進周波数は、減衰効果、２つのモードの互いに対する干渉、及び他の望ましくない結果をもたらし得るため、ほぼ整数倍であるべきでない。
【００３０】
共振器を備えるジャイロスコープを始動させるため、共振器に結合したフォーサー電極は、共振器の第１の振動を引起す。入力軸の回りの共振器の角速度は、共振器上のコリオリ力を誘起する。コリオリ力は、共振器の第２の振動を引起す。第２の振動は第１の振動に実質的に直行する。第２の振動は、振動板の平面内の検知軸１７６内にある。第１の振動は、駆動方向の駆動振動を含み、第２の振動は、直交する検知方向のコリオリ力誘起振動を含む。フォーサー構成要素は、共振器において第１の振動を引起し、ピックオフ構成要素は、振動の振幅及び振動の位相の少なくとも一方を測定する。ピックオフ構成要素は、共振器上のコリオリ力によって振動する共振器において誘起される第２の振動を検知し、フォーサー構成要素は、第２の振動の振幅を実質的にゼロにする。
【００３１】
図１は、クラスＩＩコリオリ振動ロッキングモードジャイロスコープ（ＲＭＧ）１００の一実施態様の切欠き分解図である。ＲＭＧ１００は、上部電極組立体１０５Ａ、下部電極組立体１０５Ｂ、上部電極絶縁体１２５Ａ、下部電極絶縁体１２５Ｂ、上部共振器絶縁体１３５Ａ、下部共振器絶縁体１３５Ｂ、及び共振器組立体１１０を備える。好ましくは、上部電極絶縁体１２５Ａは、酸化物上部電極絶縁体１２５Ａである。好ましくは、下部電極絶縁体１２５Ｂは、酸化物下部電極絶縁体１２５Ｂである。好ましくは、上部共振器絶縁体１３５Ａは、熱成長した上部酸化物層１３５Ａである。好ましくは、下部共振器絶縁体１３５Ｂは、熱成長した下部酸化物層１３５Ｂである。ＲＭＧ１００は、入力軸１１５の回りに円柱対称である。
【００３２】
上部電極組立体１０５Ａは、上部カバー１２０Ａ、上部電極絶縁体１２５Ａ、上部ガードリング１３０Ａ、及び上部共振器絶縁体１３５Ａを備える。好ましくは、上部電極絶縁体１２５Ａは二酸化シリコンを含む。好ましくは、上部共振器絶縁体１３５Ａは、共振器１５０を上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈから分離し、上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈ用の容量性ギャップを確立する。好ましくは、上部共振器絶縁体１３５Ａは、二酸化シリコン層を備える。
【００３３】
作製中、上部電極組立体１０５Ａ内に含まれるハンドル層及びデバイス層は、パターニングされエッチングされ、それにより、上部カバー１２０Ａ、上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈ、及び上部ガードリング１３０Ａを形成する。
【００３４】
下部電極組立体１０５Ｂは、下部カバー１２０Ｂ、下部電極絶縁体１２５Ｂ、下部ガードリング１３０Ｂ、及び下部共振器絶縁体１３５Ｂを備える。好ましくは、下部電極絶縁体１２５Ｂは二酸化シリコンを含む。好ましくは、下部共振器絶縁体１３５Ｂは、共振器１５０を下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐから分離し、下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐ用の容量性ギャップを確立する。好ましくは、下部共振器絶縁体１３５Ｂは、二酸化シリコン層を備える。
【００３５】
作製中、下部電極組立体１０５Ｂ内に含まれるハンドル層及びデバイス層は、パターニングされエッチングされ、それにより、下部カバー１２０Ｂ、下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐ、及び下部ガードリング１３０Ｂを形成する。
【００３６】
上部電極組立体１０５Ａのデバイス層は、８つの上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈを備える。８つの上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈは、好ましくは、入力軸１１５上で芯出しされた近似円内でほぼ等しい距離だけ分離されるように配列される。作製中、上部電極組立体１０５Ａ内に含まれるデバイス層は、パターニングされエッチングされ、それにより、８つの上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈ及び上部ガードリング１３０Ａを形成する。上部電極絶縁体１２５Ａは、上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈ及び上部ガードリング１３０Ａを上部カバー１２０Ａから絶縁する。
【００３７】
下部電極組立体１０５Ｂのデバイス層は、８つの下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐを備える。８つの下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐは、好ましくは、入力軸１１５上で芯出しされた近似円内でほぼ等しい距離だけ分離されるように配列される。作製中、下部電極組立体１０５Ｂ内に含まれるデバイス層は、パターニングされエッチングされ、それにより、８つの
下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐ及び下部ガードリング１３０Ｂを形成する。下部電極絶縁体１２５Ｂは、下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐ及び下部ガードリング１３０Ｂを下部カバー１２０Ｂから絶縁する。
【００３８】
共振器組立体１１０は、共振器１５０、振動板１６０、ハウジング１７２、及び中央ポスト１７４を備える。共振器１５０は、上部共振器半分１５０Ａ及び下部共振器半分１５０Ｂを備える。振動板は、上部振動板１６０Ａ及び下部振動板１６０Ｂを備える。ハウジング１７２は、上部ハウジング１７２Ａ及び下部ハウジング１７２Ｂを備える。中央ポスト１７４は、上部カバー１２０Ａから下部カバー１２０Ｂまで延在する。中央ポスト１７４は、上部中央ポストセクション１７４Ａ及び下部中央ポストセクション１７４Ｂを備える。
【００３９】
作製中、共振器１５０、振動板１６０、及びハウジング１７２は、共振器組立体１１０から形成される。共振器組立体１１０は、２つのシリコンウェハー、上部共振器組立体ウェハー１１０Ａ、及び下部共振器組立体１１０Ｂを備える。上部共振器組立体１１０Ａは、上部共振器絶縁体１３５Ａ、上部共振器半分１５０Ａ、上部振動板１６０Ａ、上部ハウジング１７２Ａ、及び上部中央ポストセクション１７４Ａを備える。下部共振器組立体１１０Ｂは、下部共振器絶縁体１３５Ｂ、下部共振器半分１５０Ｂ、下部振動板１６０Ｂ、下部ハウジング１７２Ｂ、及び下部中央ポストセクション１７４Ｂを備える。
【００４０】
上部共振器組立体ウェハー１７３Ａ及び下部共振器組立体ウェハー１７３Ｂはそれぞれ、パターニングされエッチングされて、共振器組立体１１０の半分を形成する。共振器１５０をハウジング１７２から分離する環状ギャップは、上部共振器組立体１７３Ａを下部共振器組立体１７３Ｂにボンディングする前は未エッチングのままである。上部共振器組立体１７３Ａ及び下部共振器組立体１７３Ｂのボンディングに続いて、共振器１５０と上部ハウジング１７２Ａとの間の環状ギャップがエッチングされる。共振器１５０Ｂと下部ハウジング１７２Ｂとの間の環状ギャップは未エッチングのままである。共振器組立体１１０は、上部電極組立体１０５Ａに直接ボンディングされる（融解ボンディングされるとしても知られる）。共振器１５０Ｂと下部ハウジング１７２Ｂとの間の環状ギャップはエッチングされ、共振器組立体１１０及び上部電極組立体１０５Ａは、下部電極組立体１０５Ｂに直接ボンディングされる。これによって、ＲＭＧ１００の作製及び組立てが終了する。
【００４１】
中央ポスト１７４は、ジャイロスコープ１００を貫通して垂直に延び、上部カバー１２０Ａ及び上部電極絶縁体１２５Ａに接続され、上部ガードリング１３０Ａ及び上部共振器絶縁体１３５Ａの中央を通過し、振動板１６０及び下部共振器絶縁体１３５Ｂに接続され、下部ガードリング１３０Ｂ及び下部電極絶縁体１２５Ｂの中央を通過し、下部カバー１２０Ｂに接続される。好ましくは、中央ポスト１７４は、上部絶縁体１３５Ａと１３５Ｂとの間に存在する部分で可撓性があり、他の所では剛性がある中央ポスト１７４である。共振器１５０は、好ましくは平面構成を有する。共振器１５０は、好ましくは概ね円柱形の共振器１５０である。代替の実施形態によれば、共振器１５０は、概ね長方形の共振器１５０であり得る。代替の実施形態によれば、共振器１５０は、概ね正方形の共振器１５０であり得る。代替の実施形態によれば、共振器１５０は、入力軸の回りに対称であり、かつ、概ね円柱形でない、概ね長方形でない、又は概ね正方形でない他の形状を有し得る。上部電極組立体１０５Ａ及び下部電極組立体１０５Ｂにボンディングされたハウジング１７２は、共振器１０５の高Ｑ共振に必要とされる真空格納容器を提供する。上部共振器絶縁体１３５Ａは、共振器１５０と上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈとの間に容量性ギャップを確立し、上部ガードリング１３０Ａをハウジング１７２から絶縁する。下部共振器絶縁体１３５Ｂは、共振器１５０と下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐとの間に容量性ギャップを確立し、下部ガードリング１３０Ｂをハウジング１７２から絶縁する。
【００４２】
共振器１５０は、振動板１６０によって中央ポスト１７４に結合される。好ましくは、中央ポスト１７４は、上部カバー組立体１０５Ａに上部中央ポスト固定点１７５Ａでボンディングされる。好ましくは、中央ポスト１７４は、下部カバー組立体１０５Ｂに下部中央ポスト固定点１７５Ｂでボンディングされる。好ましくは、振動板１６０は弾性がある。好ましくは、振動板１６０は、共振器１５０を支持する振動板１６０である。好ましくは、振動板１６０は、共振器１５０を中央ポスト１７４に結合する。好ましくは、中央ポスト１７４は弾性がある。好ましくは、中央ポスト１７４及び振動板１６０は、共振器１５０にほぼ同期して撓み、振動板１６０の平面内の軸において振動する。入力軸１１５は、共振器１５０の平面に直交する。
【００４３】
振動板１６０は、振動板１６０の平面内の検知軸１７６において共振器１５０の運動に適応する。駆動運動が起こる駆動軸１８０は、検知軸１７６に直交し、また同様に、入力軸１１５に直交する。ロッキングモード共振周波数は、共振器１５０の慣性モーメント、及び、サスペンション、すなわち中央ポスト１７４及び振動板１６０の角度運動のばね定数に基づいて決定される。関心の並進モードについての共振周波数は、共振器１５０の質量と、サスペンション、すなわち中央ポスト１７４及び振動板１６０の並進運動のばね定数とに基づいて決定される。
【００４４】
好ましくは、振動板１６０は、中央ポスト１７４と、上部電極組立体１０５Ａと、下部電極組立体１０５Ｂを通ってハウジング１７２に結合される。好ましくは、振動板１６０は、中央ポスト１７４を通してハウジング１７２に機械的に取付けられる。
【００４５】
上部電極組立体１０５Ａは上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈを備える。下部電極組立体１０５Ｂは下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐを備える。電極１４０Ａ〜１４０Ｐは、共振器１５０の端面に面する。
【００４６】
好ましくは、上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈ及び下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐはそれぞれ、４つのチューニング電極を備える。好ましくは、上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈ及び下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐはそれぞれ、２つのピックオフ電極を備える。好ましくは、上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈ及び下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐはそれぞれ、２つのフォーサー電極を備える。
【００４７】
チューニング電極を構成する交互の上部電極１４０Ａ〜１４０Ｈは、同様にチューニング電極を構成する対応する交互の下部電極１４０Ｉ〜１４０Ｐに対角線状に対向する。初期命名規則は任意であるが、この例では、上部電極１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆ、及び１４０Ｈはチューニング電極を構成する。同様に、下部電極１４０Ｊ、１４０Ｌ、１４０Ｎ、及び１４０Ｐはチューニング電極を構成する。
【００４８】
ＤＣ電圧は、チューニング電極１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆ、１４０Ｈ、１４０Ｊ、１４０Ｌ、１４０Ｎ、及び１４０Ｐに印加されて、直交位相を制御し、それを実質的に削除する。チューニング電極１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆ、１４０Ｈ、１４０Ｊ、１４０Ｌ、１４０Ｎ、及び１４０Ｐは、２つの主弾性軸の共振周波数、その結果、検知軸１７６と駆動軸１８０の共振周波数を実質的に等しくさせる適切な負の静電ばねを導入することによって、直交位相の実質的な削除を達成する。
【００４９】
上部電極１４０Ｅ及び１４０Ｇはピックオフ電極を構成し、上部電極１４０Ａ及び１４０Ｃはフォーサー電極を構成する。同様に、下部電極１４０Ｉ及び１４０Ｋはピックオフ電極を構成し、下部電極１４０Ｍ及び１４０Ｏはフォーサー電極を構成する。上部ピックオフ電極の少なくとも一方は、下部ピックオフ電極に対角線状に対向し、上部フォーサー電極の少なくとも一方は、下部フォーサー電極に対角線状に対向する。好ましくは、各上部ピックオフ電極は、下部ピックオフ電極に対角線状に対向し、各上部フォーサー電極は、下部フォーサー電極に対角線状に対向する。好ましくは、ピックオフ電極の１つ又は複数は、容量性ピックオフ電極を備える。
【００５０】
初期命名規則は任意であるが、この例では、上部電極１４０Ａ及び１４０Ｃは、フォーサー電極を構成し、同様にフォーサー電極を構成する下部電極１４０Ｍ及び１４０Ｏにそれぞれ対角線状に対向する。上部電極１４０Ｅ及び１４０Ｇは、ピックオフ電極を構成し、同様にピックオフ電極を構成する下部電極１４０Ｉ及び１４０Ｋにそれぞれ対角線状に対向する。
【００５１】
フォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍの少なくとも一方は、制御エレクトロニクス（図示せず）に結合され、制御エレクトロニクスは、適切な電圧を提供して、駆動軸１８０において共振器１５０の振動のほぼ一定の振幅を維持する。好ましくは、制御エレクトロニクスは、静電力を使用して、ほぼ共振周波数かつ特定の振幅のロッキングモードで共振器１５０を駆動する。例えば、フォーサー電極１４０Ａ、１４０Ｍ、及び制御エレクトロニクスは、フォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍに電圧を印加することによって、ほぼ基本共振周波数かつ特定の振幅のロッキングモードで共振器１５０を駆動する。約１００ボルトのバイアス電圧が共振器１５０に印加される。
【００５２】
ピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉの少なくとも一方は、共振器１５０の振動の位相、方向、及び振幅の少なくとも１つを検知する。ピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉの少なくとも一方は、共振器１５０の振動の位相、方向、及び振幅の少なくとも１つに関する情報を制御エレクトロニクスに提供する。好ましくは、制御エレクトロニクスは、少なくとも一方のピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉによって提供される情報を使用して、ほぼ共振周波数かつ特定の振幅のロッキングモードで共振器１５０を駆動する。
【００５３】
好ましくは、制御エレクトロニクスは、制御エレクトロニクスが結合されるピックオフ電極１４０Ｇ及び１４０Ｋの少なくとも一方によって提供される、共振器１５０の振動の方向及び振幅の少なくとも１つを使用して、検知軸１７６における直交振動モードの直交位相成分の振幅を実質的にゼロにするために信号が印加されることに関する命令を、チューニング電極１４０Ｂ、１４０Ｄ、１４０Ｆ、１４０Ｈ、１４０Ｊ、１４０Ｌ、１４０Ｎ、及び１４０Ｐのうちの１つ又は複数に提供する。
【００５４】
図２は、クラスＩＩコリオリ振動ロッキングモードジャイロスコープ１００の共振駆動の一実施態様の駆動軸１８０に沿う断面２００の図である。対角線状に対向するフォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍ並びに対角線状に対向するピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉが示されている。デバイスの機能に実質的に影響を及ぼすことなく共振器１５０から材料が除去され、円柱体積２１０が生成される。その理由は、その材料が、駆動軸１８０と検知軸１７６との間のエネルギーを結合するコリオリ力にほとんど寄与しないからである。
【００５５】
同様に図２には、上部カバー１２０Ａ、下部カバー１２０Ｂ、上部電極絶縁体１２５Ａ、下部電極絶縁体１２５Ｂ、上部ガードリング１３０Ａ、下部ガードリング１３０Ｂ、上部共振器絶縁体１３５Ａ、下部共振器絶縁体１３５Ｂ、上部共振器半分１５０Ａ、下部共振器半分１５０Ｂ、上部振動板１６０Ａ、下部振動板１６０Ｂ、上部ハウジング１７２Ａ、下部ハウジング１７２Ｂ、上部中央ポストセクション１７４Ａ、及び下部中央ポストセクション１７４Ｂが示される。
【００５６】
コンデンサーは、フォーサー電極１４０Ａと共振器１５０との間に形成される。同様に、コンデンサーは、フォーサー電極１４０Ｍと共振器１５０との間に形成される。コンデンサーは、ピックオフ電極１４０Ｅと共振器１５０との間に形成される。同様に、コンデンサーは、ピックオフ電極１４０Ｉと共振器１５０との間に形成される。
【００５７】
フォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍは、その基本自然周波数に実質的に等しい周波数かつ固定振幅で共振器１５０を駆動する方法に関してフォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍに指示する駆動信号を、制御エレクトロニクス（図示せず）から受信する。
【００５８】
共振器１５０は、実質的に非ゼロ電位を有する中央ポスト１７４に振動板１６０を通して接続される。共振器１５０の振動は、ピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉ内でピックオフ信号を生成し、ピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉは、ピックオフ信号を制御エレクトロニクスに送信する。ピックオフ信号は、共振器１５０の運動の周波数、位相、及び振幅に関する情報を制御エレクトロニクスに提供する。温度が変化するときの共振器１５０の共振周波数の変化は、本発明の実施形態に従って較正され、ジャイロスコープ１００の変動する温度に合わせて調整するための熱的にモデル化された補正を適用するために使用され得る。
【００５９】
図３は、クラスＩＩコリオリ振動ロッキングモードジャイロスコープ１００の一実施態様の共振器１５０の検知軸１７６に沿う断面３００の図である。対角線状に対向するフォーサー電極１４０Ｃ及び１４０Ｏ並びに対角線状に対向するピックオフ電極１４０Ｇ及び１４０Ｋが示される。円柱体積２１０が、共振器１５０から除去される。円柱体積２１０を生成するために除去される材料は、デバイスの機能に実質的に影響を及ぼすことなく安全に除去され得る。その理由は、その材料が、駆動軸１８０と検知軸１７６との間のエネルギーを結合するコリオリ力にほとんど寄与しないからである。
【００６０】
同様に図３には、上部カバー１２０Ａ、下部カバー１２０Ｂ、上部電極絶縁体１２５Ａ、下部電極絶縁体１２５Ｂ、上部ガードリング１３０Ａ、下部ガードリング１３０Ｂ、上部共振器絶縁体１３５Ａ、下部共振器絶縁体１３５Ｂ、上部共振器半分１５０Ａ、下部共振器半分１５０Ｂ、上部振動板１６０Ａ、下部振動板１６０Ｂ、上部ハウジング１７２Ａ、下部ハウジング１７２Ｂ、上部中央ポストセクション１７４Ａ、及び下部中央ポストセクション１７４Ｂが示される。
【００６１】
コンデンサーは、フォーサー電極１４０Ｃと共振器１５０との間に形成される。同様に、コンデンサーは、フォーサー電極１４０Ｏと共振器１５０との間に形成される。コンデンサーは、ピックオフ電極１４０Ｇと共振器１５０との間に形成される。同様に、コンデンサーは、ピックオフ電極１４０Ｋと共振器１５０との間に形成される。
【００６２】
フォーサー電極１４０Ｃ及び１４０Ｏは、共振器１５０の検知モードの振幅を実質的にゼロにする方法に関してフォーサー電極１４０Ｃ及び１４０Ｏに指示する駆動信号を、制御エレクトロニクス（図示せず）から受信する。
【００６３】
共振器１５０は、実質的に非ゼロ電位を有する中央ポスト１７４に振動板１６０を通して接続される。共振器１５０の振動は、ピックオフ電極１  １４０Ｇ及び１４０Ｋ内でピックオフ信号を生成し、ピックオフ電極１  １４０Ｇ及び１４０Ｋは、ピックオフ信号を制御エレクトロニクスに送信する。ピックオフ信号は、共振器１５０の運動の周波数、位相、及び振幅に関する情報を制御エレクトロニクスに提供する。温度が変化するときの共振器１５０の共振周波数の変化は、本発明の実施形態に従って較正され、ジャイロスコープ１００の変動する温度に合わせて調整するための熱的にモデル化された補正を適用するために使用され得る。
【００６４】
図４は、ロッキングモードジャイロスコープ１００用の閉ループ制御エレクトロニクス４１０の簡略化したブロック図である。制御エレクトロニクス４１０は、４つのサーボループ４２０、４３０、４４０、及び４５０を備える。
【００６５】
サーボループ４２０は、駆動周波数ＰＬＬ４２０である。駆動周波数ＰＬＬ４２０は、共振器１５０が実質的にその基本共振周波数で振動することを保証する。
【００６６】
サーボループ４３０は、駆動振幅制御ループ４３０である。駆動振幅制御ループ４３０は、共振器１５０の運動の実質的に一定の振幅を維持する。
【００６７】
サーボループ４４０は、角速度制御ループ４４０である。角速度制御ループ４４０は、入力軸１１５の回りのロッキングモードジャイロスコープ１００の回転の角速度の測定値を提供する。
【００６８】
サーボループ４５０は、直交位相制御ループ４５０である。直交位相制御ループ４５０は、直交位相の大きさの測定値を提供する。
【００６９】
ピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉは、駆動周波数制御ループ４２０及び駆動振幅制御ループ４３０に結合し、駆動周波数制御ループ４２０及び駆動振幅制御ループ４３０は、ロッキングモードジャイロスコープ１００の共振器１５０にフィードバックを提供して、周波数ＰＬＬ制御ループ４２０を駆動し、振幅制御ループ４３０を駆動する。ピックオフ電極１４０Ｅ及び１４０Ｉからのピックオフ信号は、復調され、その正弦成分と余弦成分とに分離される。
【００７０】
ピックオフ信号は、復調され、比例利得及び積分利得で増幅される。駆動周波数ＰＬＬ制御ループ４２０及び駆動振幅制御ループ４３０の出力は、その後、フォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍに印加される。フォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍは、駆動周波数ＰＬＬ制御ループ４２０及び駆動振幅制御ループ４３０から適切な駆動信号を受信する。これらの駆動信号を使用して、フォーサー電極１４０Ａ及び１４０Ｍは、その基本自然周波数に実質的に等しい周波数かつ固定変位振幅で共振器１５０を駆動する。
【００７１】
ピックオフ電極１４０Ｇ及び１４０Ｋは、ロッキングモードジャイロスコープ１００の共振器１５０にフィードバックを提供する角速度制御ループ４４０及び直交位相制御ループ４５０に結合される。ピックオフ電極１４０Ｇ及び１４０Ｋからのピックオフ信号は、復調され、その正弦成分と余弦成分とに分離される。正弦成分は直交位相制御ループ４５０に送信され、余弦成分は角速度制御ループ４４０に送信される。
【００７２】
ピックオフ信号は、角速度制御ループ４４０及び直交位相制御ループ４５０によって比例利得及び積分利得で増幅される。ピックオフ信号は、角速度制御ループ４４０及び直交位相制御ループ４５０によって変調され、加算される。角速度制御ループ４４０及び直交位相制御ループ４５０の加算出力は、その後、フォーサー電極１４０Ｃ及び１４０Ｏに印加される。フォーサー電極１４０Ｃ及び１４０Ｏは、角速度制御ループ４４０及び直交位相制御ループ４５０から適切な駆動信号を受信する。これらの駆動信号を使用して、フォーサー電極１４０Ｃ及び１４０Ｏは、その基本自然周波数に実質的に等しい周波数で共振器１５０を駆動して、検知軸１７６における運動をゼロにする。
【００７３】
上記代表的な実施形態は、例示的な構成の或る特定の構成要素に関して述べられたが、他の代表的な実施形態が、異なる構成及び／又は異なる構成要素を使用して実装され得ることが当業者によって理解されるであろう。例えば、或る特定の作製ステップ及び或る特定の構成要素の順序は、本発明の機能を実質的に損なうことなく変更され得ることが当業者によって理解されるであろう。
【００７４】
例えば、デバイスは、フォーサー電極の不完全なセットを備え得る。例えば、４つのフォーサー電極の１つが欠け得る。別の例として、デバイスは、ピックオフ電極の不完全なセットを備え得る。例えば、４つのピックオフ１８３の１つが欠け得る。別の例として、上部と下部が反転し得る。すなわち、デバイスがひっくり返され得る。更に別の例として、共振器１５０は、ほぼ長方形であり得る。なお別の例として、共振器１５０は、ほぼ正方形でも、概ね円柱形でもない形状を有し得るが、入力軸の回りに対称である別の形状をとり得る。例えば、共振器１５０は、概ね円柱形でない、ほぼ正方形でない、またほぼ長方形でない、例えば円錐状の形状を有し得る。別の例として、デバイスは、電極の拡張セット、例えば図１に示すより多くの電極を備え得る。これらの考えられる付加的な電極は、例えば、上述したものと僅かに異なるフォーシング方式及びピックオフ方式で使用することができる。
【００７５】
本明細書で詳細に述べられた代表的な実施形態及び開示される主題は、制限としてではなく、例示及び例証として提示された。述べた実施形態の形態及び詳細において種々の変更を行うことができ、添付の特許請求の範囲内に留まる等価な実施形態をもたらすことが当業者によって理解されるであろう。例えば、或る特定の作製ステップ及び或る特定の構成要素の順序は、本発明の機能を実質的に損なうことなく変更され得ることが当業者によって理解されるであろう。例えば、上部電極組立体１０５Ａは、下部電極組立体１５０Ｂを２つの共振器組立体ウェハー１７３Ａ及び１７３Ｂにボンディングする前に、共振器組立体１１０に含まれる２つの共振器組立体ウェハー１７３Ａ及び１７３Ｂにボンディングされ得る。
【００７６】
本発明の例示的な実施態様が、本明細書で詳細に示され述べられたが、種々の修正、付加、置換等を、本発明の趣旨から逸脱することなく行うことができ、したがって、これらが、以下の特許請求の範囲で規定される本発明の範囲内にあると考えられることが当業者に明らかであろう。
【図１】
2014029331.tif 000003
【図２】
2014029331.tif 000004
【図３】
2014029331.tif 000005
【図４】
2014029331.tif 000006
【外国語明細書】
2014029331.tif 000007
2014029331.tif 000008
2014029331.tif 000009
2014029331.tif 000010
2014029331.tif 000011
2014029331.tif 000012
2014029331.tif 000013
2014029331.tif 000014
2014029331.tif 000015
2014029331.tif 000016
2014029331.tif 000017
2014029331.tif 000018
2014029331.tif 000019
2014029331.tif 000020
2014029331.tif 000021
2014029331.tif 000022
2014029331.tif 000023
2014029331.tif 000024
2014029331.tif 000025
2014029331.tif 000026
2014029331.tif 000027
2014029331.tif 000028
2014029331.tif 000029
2014029331.tif 000030