(57)【要約】      （修正有）【課題】精度を向上させたシェルタイプジャイロスコープを提供する。【解決手段】シェルタイプジャイロスコープ１００は、共振子面に配置されている共振子１０６であって、共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、共振子面におけるＸ−軸に対して直交するＹ−軸を画定する、共振子１０６と、Ｘ−軸上に、かつ、共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極１１８−１，１１８−２と、Ｙ−軸上に、かつ、共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極と、複数の感知−駆動電極と、複数の感知−コリオリ電極とを含み、複数のＸ−駆動電極１１８−１，１１８−２およびＹ−駆動電極は、共振子面において共振子１０６を差動的に駆動するように構成され、複数の感知−駆動電極は、共振子の面内運動を差動的に検出するように構成されている。【選択図】図１
2014182138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルタイプジャイロスコープであって、該シェルタイプジャイロスコープは、
共振子面に配置されている共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、
該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極と、
複数の感知−駆動電極と、
複数の感知−コリオリ電極と
を含み、
該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面において該共振子を差動的に駆動するように構成され、
該複数の感知−駆動電極は、
該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、
該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極と
を含み、
該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内運動を差動的に検出するように構成され、
該複数の感知−コリオリ電極は、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第１の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルー信号を受け取るように配置されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第２の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極と
を含む、シェルタイプジャイロスコープ。
【請求項２】
前記複数のＸ−感知駆動電極は、前記共振子面内における前記共振子の変位を検出するように構成され、前記複数のＹ−感知駆動電極は、該共振子面内における該共振子の変位を検出するように構成されている、請求項１に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項３】
前記複数のＸ−感知駆動電極は、
前記Ｘ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている第１のＸ−感知駆動電極と、
該Ｘ−駆動電極のうちの該第１の電極に隣接して配置されている第２のＸ−感知駆動電極と
を含み、
それによって、該Ｘ−駆動電極のうちの該第１の電極は、該第１のＸ−感知駆動電極と該第２のＸ−感知駆動電極との間にある、請求項２に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項４】
前記共振子面に配置されている複数の駆動−調整電極をさらに含み、該複数の駆動−調整電極は、前記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、駆動軸を該共振子の波腹と整列させるように構成されている、請求項３に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項５】
前記複数の駆動−調整電極は、
前記Ｘ−駆動電極のうちの第２の電極に隣接して配置されている第１のＸ−軸駆動−調整電極と、
該Ｘ−駆動電極のうちの該第２の電極に隣接して配置されている第２のＸ−軸駆動−調整電極と
を含み、
それによって、該Ｘ−駆動電極のうちの前記第１の電極は、該第１のＸ−軸駆動−調整電極と該第２のＸ−軸駆動−調整電極との間にある、請求項４に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項６】
前記Ｘ−駆動電極と前記Ｙ−駆動電極とは、完全に差動的であり、Ｘ−軸とＹ−軸両方の周りで同時に対称的であるように構成されている、請求項１に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項７】
前記共振子面と平行に配置されている複数の感知−調整電極をさらに含み、該複数の感知−調整電極は、前記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、該共振子を前記感知−コリオリ電極と整列させるように構成されている、請求項１に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項８】
前記複数の感知−調整電極は、
一対のＸ−軸感知−調整電極と、
一対のＹ−軸感知−調整電極と
を含む、請求項７に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項９】
感知−調整フィードバック回路をさらに含み、該感知−調整フィードバック回路は、
前記複数の感知−コリオリ電極と電気的に結合されている感知−調整フィードバック入力部と、
前記感知−調整電極と電気的に結合されている感知−調整フィードバック出力部と
を含み、
該フィードバック回路は、静電気力を前記共振子に対して及ぼすように構成されている、請求項８に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項１０】
基板面を含む基板をさらに含み、前記共振子は、前記共振子面が、該基板面と平行になるように、該基板の上方または下方に吊るされ、前記複数の感知−コリオリ電極は、基板上に配置されている、請求項１に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項１１】
前記複数のＸ−感知−コリオリ電極は、第１のＸ−感知−コリオリ電極と第２のＸ−感知−コリオリ電極とを含み、前記複数のＹ−感知−コリオリ電極は、第１のＹ−感知−コリオリ電極と第２のＹ−感知−コリオリ電極とを含み、
前記ジャイロスコープは、
第１の差動入力部と第２の差動入力部と第１の出力部とを有する第１の差動増幅器であって、該第１の差動入力部は、該第１のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、該第２の差動入力部は、該第２のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第１の差動増幅器は、前記共通のフィードスルー信号を排除する、第１の差動増幅器と、
第３の差動入力部と第４の差動入力部と第２の出力部とを有する第２の差動増幅器であって、該第３の差動入力部は、該第１のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、該第４の差動入力部は、該第２のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第２の差動増幅器は、該共通のフィードスルー信号を排除する、第２の差動増幅器と
をさらに含む、請求項１に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項１２】
ＸＹ−ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法であって、該方法は、
シェルタイプジャイロスコープを提供することであって、
該ジャイロスコープは、
共振子面に配置された共振子表面を有する共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定し、かつ、該共振子面に対して直交するＺ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、
該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極と
複数の感知−駆動電極と、
複数の感知−コリオリ電極と
を含み、
該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面における該共振子を差動的に駆動するように構成され、
該複数の感知−駆動電極は、
該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、
該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極と
を含み、
該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内変位を検出するように構成され、
該複数の感知−コリオリ電極は、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第１の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つからＸ−共通フィードスルーを受け取るように配置され、該Ｙ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第２の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置され、該Ｘ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極と
を含む、ことと、
該Ｘ−駆動電極および該Ｙ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで該共振子を駆動することであって、該面内モードは、ポアソン効果に起因して該Ｚ−軸に沿って変形を有し、該Ｚ−軸において該共振子の表面を変位させる、ことと、
該Ｘ−軸と平行に該共振子に隣接して配置されている基板上の該感知−コリオリ電極を用いて、該面内駆動モードのポアソン効果に起因する該共振子の第１のＺ−軸変位を感知することと、
該Ｙ−軸と平行な該基板上の該感知−コリオリ電極を用いて、該面内駆動モードのポアソン効果に起因する該共振子の第２のＺ−軸変位を感知することと、
該第１のＺ−軸変位と該第２のＺ−軸変位との振幅および位相関係を評価することにより、該ＸＹ−軸ジャイロスコープの直角位相エラーを決定することと
を含む、ＸＹ−ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法。
【請求項１３】
前記Ｘ−軸駆動−調整電極および前記Ｙ−軸駆動−調整電極に調整電圧を印加することにより、前記第１のＺ−軸変位と前記第２のＺ−軸変位との間の振幅差および位相差をゼロに駆動することをさらに含む、請求項１２に記載のＸＹ−軸ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法。
【請求項１４】
ＸＹ−軸ジャイロスコープにいかなる回転速度も適用することなく、該ジャイロスコープにおいて感知コリオリ面外モードを励起する方法であって、該方法は、
シェルタイプジャイロスコープを提供することであって、
該ジャイロスコープは、
共振子面に配置された共振子表面を有する共振子であって、共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、
該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極と
複数の感知−駆動電極と、
複数の感知−コリオリ電極と
を含み、
該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面における該共振子を差動的に駆動するように構成され、
該複数の感知−駆動電極は、
該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、
該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極と
を含み、
該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内変位を差動的に検出するように構成され、
該複数の感知−コリオリ電極は、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第１の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つから共通フィードスルーを受け取るように配置され、該Ｙ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第２の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置され、該Ｘ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極と
を含む、ことと、
該共振子に共振子ＤＣ電圧を提供することと、
該Ｘ−駆動電極および該Ｙ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで該共振子を駆動することであって、該面内モードは、わずかなポアソン変形を有し、Ｚ−軸において該共振子の表面を変位させ、それによって、該Ｚ−軸におけるポアソン変形は、調和励起として用いられることができ、該感知−コリオリ電極によって感知されることができる、ことと、
該感知−コリオリ電極にＤＣ電圧を印加することであって、該ＤＣ電圧は、該共振子ＤＣ電圧とは異なり、かつ、該差動感知−コリオリ電極に対して差動的であり、それによって、該面外モードが、いかなる回転も適用することなく励起されることができる、ことと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記Ｘ−駆動電極および前記Ｙ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで前記共振子を駆動することは、
周期を有する第１の周期的駆動信号により該Ｘ−駆動電極を駆動することと、
周期を有し、かつ、該第１の周期的信号に対して１８０度の位相を有する第２の周期的駆動信号により該Ｙ−駆動電極を駆動することと
を含む、請求項１４に記載の、ＸＹ−軸ジャイロスコープにいかなる回転速度も適用することなく、該ジャイロスコープにおいて感知コリオリ面外モードを励起する方法。
【請求項１６】
前記励起された面外モードの周波数を前記駆動モードの周波数に対して評価することと、
該励起された面外モードの整列を前記感知−コリオリ電極に対して評価することと
をさらに含む、請求項１４に記載の、ＸＹ−軸ジャイロスコープにいかなる回転速度も適用することなく、該ジャイロスコープにおいて感知コリオリ面外モードを励起する方法。
【請求項１７】
シェルタイプジャイロスコープであって、該シェルタイプジャイロスコープは、
共振子面において配置された共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定し、かつ、該Ｘ−軸および該Ｙ−軸に対して相互に直交するＺ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸において該共振子を差動的に駆動するための手段と、
該Ｙ−軸において該共振子を差動的に駆動するための手段と、
軸回りの回転によって引き起こされた共振子の２つの面外屈曲またはバルクモードを用いて、該共振子面における２つの直交する回転軸回りの回転を感知するための手段と
を含む、シェルタイプジャイロスコープ。
【請求項１８】
前記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、駆動軸を該共振子の波腹と整列させるための手段をさらに含む、請求項１７に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項１９】
前記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、該共振子を、２つの直交する回転軸回りの回転を感知するための手段と整列させるための手段をさらに含む、請求項１７に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項２０】
直交位相エラーを検出するための手段をさらに含む、請求項１７に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【請求項２１】
いかなる回転速度も前記ジャイロスコープに適用することなく、該ジャイロスコープにおける感知−コリオリモードである面外モードを励起するための手段をさらに含む、請求項１７に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、シェルタイプジャイロスコープに関し、より詳細には、シェルタイプジャイロスコープの精度を向上させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
静電気力を用いて駆動軸に沿ってシェルタイプジャイロスコープを駆動することは、従来技術において知られている。力は、プルーフマス（ｐｒｏｏｆ  ｍａｓｓ）を共振させる。ジャイロスコープが、駆動軸に対して垂直な軸回りの回転を受ける場合、コリオリの力が、プルーフマスの表面を変形させる。コリオリ誘起変形は、回転を評価するために、測定および処理されることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
最初に、シェルタイプジャイロスコープを提供し、該シェルタイプジャイロスコープは、共振子面に配置されている共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定する、共振子と、該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極とを有し、該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面において該共振子を差動的に駆動するように構成されている。該ジャイロスコープは、また、複数の感知−駆動電極を有し、該複数の感知−駆動電極は、該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極とを含み、該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内運動を差動的に検出するように構成されている。さらに、該ジャイロスコープは、複数の感知−コリオリ電極を有し、該複数の感知−コリオリ電極は、該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルー信号を受け取るように配置されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極とを含む。
【０００４】
一部の実施形態において、複数のＸ−感知駆動電極は、共振子面内における共振子の変位を検出するように構成され、複数のＹ−感知駆動電極は、共振子面内における共振子の変位を検出するように構成されている。
【０００５】
複数のＸ−感知駆動電極は、Ｘ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている第１のＸ−感知駆動電極と、Ｘ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている第２のＸ−感知駆動電極とを含み、それによって、Ｘ−駆動電極のうちの第１の電極は、第１のＸ−感知駆動電極と第２のＸ−感知駆動電極との間にある。一部のそのようなジャイロスコープは、また、共振子面に配置されている複数の駆動−調整電極を含み、該複数の駆動−調整電極は、共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、駆動軸を共振子の波腹と整列させるように構成されている。複数の駆動−調整電極は、Ｘ−駆動電極のうちの第２の電極に隣接して配置されている第１のＸ−軸駆動−調整電極と、Ｘ−駆動電極のうちの第２の電極に隣接して配置されている第２のＸ−軸駆動−調整電極とを含み得、それによって、Ｘ−駆動電極のうちの第１の電極は、第１のＸ−軸駆動−調整電極と第２のＸ−軸駆動−調整電極との間にある。
【０００６】
一部の実施形態において、Ｘ−駆動電極とＹ−駆動電極とは、完全に差動的であり、Ｘ−軸とＹ−軸両方の周りで同時に対称的であるように構成されている。
【０００７】
一部の実施形態において、ジャイロスコープは、また、共振子面と平行に配置されている複数の感知−調整電極を有し、該複数の感知−調整電極は、共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、共振子を感知−コリオリ電極と整列させるように構成されている。複数の感知−調整電極は、一対のＸ−軸感知−調整電極と、一対のＹ−軸感知−調整電極とを含み得る。ジャイロスコープは、また、複数の感知−コリオリ電極と電気的に結合されている感知−調整フィードバック入力部と、感知−調整電極と電気的に結合されている感知−調整フィードバック出力部とを有し得、フィードバック回路は、静電気力を共振子に対して及ぼすように構成されている。
【０００８】
一部のジャイロスコープは、また、基板面を有する基板を含み、共振子は、共振子面が、基板面と平行になるように、基板の上方または下方に吊るされ、複数の感知−コリオリ電極は、基板上に配置される。
【０００９】
さらに他の実施形態において、複数のＸ−感知−コリオリ電極は、第１のＸ−感知−コリオリ電極と第２のＸ−感知−コリオリ電極とを含み、複数のＹ−感知−コリオリ電極は、第１のＹ−感知−コリオリ電極と第２のＹ−感知−コリオリ電極とを含み、ジャイロスコープは、第１の差動入力部と第２の差動入力部と第１の出力部とを有する第１の差動増幅器であって、該第１の差動入力部は、第１のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、第２の差動入力部は、第２のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第１の差動増幅器は、共通のフィードスルー信号を排除する、第１の差動増幅器と、第３の差動入力部と第４の差動入力部と第２とを有する第２の差動増幅器であって、該第３の差動入力部は、第１のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、第４の差動入力部は、第２のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第２の差動増幅器は、共通のフィードスルー信号を排除する、第２の差動増幅器とをさらに含む。
【００１０】
さらに別の実施形態は、ＸＹ−ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法を提供し、該方法は、シェルタイプジャイロスコープを提供するステップを含み、該ジャイロスコープは、共振子面に配置された共振子表面を有する共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定し、かつ、該共振子面に対して直交するＺ−軸を画定する、共振子と、該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極とを含み、該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面における該共振子を差動的に駆動するように構成され、該ジャイロスコープは、また、複数の感知−駆動電極を含み、該複数の感知−駆動電極は、該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極とを有し、該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内変位を検出するように構成されている。そのようなジャイロスコープは、また、複数の感知−コリオリ電極を含み、該複数の感知−コリオリ電極は、該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つからＸ−共通フィードスルーを受け取るように配置され、該Ｙ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置され、該Ｘ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極とを有する。方法は、また、Ｘ−駆動電極およびＹ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで共振子を駆動するステップであって、該面内モードは、ポアソン効果に起因してＺ−軸に沿って変形を有し、Ｚ−軸において共振子の表面を変位させる、ステップと、Ｘ−軸と平行に共振子に隣接して配置されている基板上の感知−コリオリ電極を用いて、面内駆動モードのポアソン効果に起因する共振子の第１のＺ−軸変位を感知するステップと、Ｙ−軸と平行な基板上の感知−コリオリ電極を用いて、面内駆動モードのポアソン効果に起因する共振子の第２のＺ−軸変位を感知するステップと、第１のＺ−軸変位と第２のＺ−軸変位との振幅および位相関係を評価することにより、ＸＹ−軸ジャイロスコープの直角位相エラーを決定するステップとをさらに含む。
【００１１】
一部の実施形態において、ＸＹ−軸ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法は、また、Ｘ−軸駆動−調整電極およびＹ−軸駆動−調整電極に調整電圧を印加することにより、第１のＺ−軸変位と第２のＺ−軸変位との間の振幅差および位相差をゼロに駆動することを含む。
【００１２】
別の実施形態において、ジャイロスコープにいかなる回転速度も適用することなく、ＸＹ−軸ジャイロスコープにおいて感知コリオリ面外モードを励起する方法は、上述のようなジャイロスコープを提供することを含み、さらに、共振子に共振子ＤＣ電圧を提供するステップと、Ｘ−駆動電極およびＹ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで共振子を駆動するステップであって、該面内モードは、わずかなポアソン変形を有し、Ｚ−軸において共振子の表面を変位させ、それによって、Ｚ−軸におけるポアソン変形は、調和励起として用いられることができ、感知−コリオリ電極によって感知されることができる、ステップと、感知−コリオリ電極にＤＣ電圧を印加するステップであって、該ＤＣ電圧は、共振子ＤＣ電圧とは異なり、かつ、差動感知−コリオリ電極に対して差動的であり、それによって、面外モードが、いかなる回転も適用することなく励起されることができる、ステップとを含む。
【００１３】
Ｘ−駆動電極およびＹ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで共振子を駆動するステップは、周期を有する第１の周期的駆動信号によりＸ−駆動電極を駆動することと、周期を有し、かつ、第１の周期的信号に対して１８０度の位相を有する第２の周期的駆動信号によりＹ−駆動電極を駆動することとを含み得る。
【００１４】
方法は、また、励起された面外モードの周波数を駆動モードの周波数に対して評価するステップと、励起された面外モードの整列を感知−コリオリ電極に対して評価するステップとを含み得る。
【００１５】
さらなる実施形態において、シェルタイプジャイロスコープは、共振子面において配置された共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定し、かつ、該Ｘ−軸および該Ｙ−軸に対して相互に直交するＺ−軸を画定する、共振子と、Ｘ−軸において該共振子を差動的に駆動するための手段と、Ｙ−軸において該共振子を差動的に駆動するための手段と、軸回りの回転によって引き起こされた共振子の２つの面外屈曲またはバルクモードを用いて、該共振子面における２つの直交する回転軸回りの回転を感知するための手段とを含む。
【００１６】
そのようなジャイロスコープは、また、共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、駆動軸を共振子の波腹と整列させるための手段を有し得る。一部の実施形態は、共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、共振子を、２つの直交する回転軸回りの回転を感知するための手段と整列させるための手段を含む。様々な実施形態は、直交位相エラーを検出するための手段を含む。最後に、一部の実施形態は、いかなる回転速度もジャイロスコープに適用することなく、ジャイロスコープにおける感知−コリオリモードである面外モードを励起するための手段を含む。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
シェルタイプジャイロスコープであって、該シェルタイプジャイロスコープは、
共振子面に配置されている共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、
該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極と、
複数の感知−駆動電極と、
複数の感知−コリオリ電極と
を含み、
該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面において該共振子を差動的に駆動するように構成され、
該複数の感知−駆動電極は、
該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、
該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極と
を含み、
該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内運動を差動的に検出するように構成され、
該複数の感知−コリオリ電極は、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第１の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルー信号を受け取るように配置されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第２の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極と
を含む、シェルタイプジャイロスコープ。
（項目２）
上記複数のＸ−感知駆動電極は、上記共振子面内における上記共振子の変位を検出するように構成され、上記複数のＹ−感知駆動電極は、該共振子面内における該共振子の変位を検出するように構成されている、上記項目に記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目３）
上記複数のＸ−感知駆動電極は、
上記Ｘ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている第１のＸ−感知駆動電極と、
該Ｘ−駆動電極のうちの該第１の電極に隣接して配置されている第２のＸ−感知駆動電極と
を含み、
それによって、該Ｘ−駆動電極のうちの該第１の電極は、該第１のＸ−感知駆動電極と該第２のＸ−感知駆動電極との間にある、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目４）
上記共振子面に配置されている複数の駆動−調整電極をさらに含み、該複数の駆動−調整電極は、上記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、駆動軸を該共振子の波腹と整列させるように構成されている、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目５）
上記複数の駆動−調整電極は、
上記Ｘ−駆動電極のうちの第２の電極に隣接して配置されている第１のＸ−軸駆動−調整電極と、
該Ｘ−駆動電極のうちの該第２の電極に隣接して配置されている第２のＸ−軸駆動−調整電極と
を含み、
それによって、該Ｘ−駆動電極のうちの上記第１の電極は、該第１のＸ−軸駆動−調整電極と該第２のＸ−軸駆動−調整電極との間にある、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目６）
上記Ｘ−駆動電極と上記Ｙ−駆動電極とは、完全に差動的であり、Ｘ−軸とＹ−軸両方の周りで同時に対称的であるように構成されている、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目７）
上記共振子面と平行に配置されている複数の感知−調整電極をさらに含み、該複数の感知−調整電極は、上記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、該共振子を上記感知−コリオリ電極と整列させるように構成されている、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目８）
上記複数の感知−調整電極は、
一対のＸ−軸感知−調整電極と、
一対のＹ−軸感知−調整電極と
を含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目９）
感知−調整フィードバック回路をさらに含み、該感知−調整フィードバック回路は、
上記複数の感知−コリオリ電極と電気的に結合されている感知−調整フィードバック入力部と、
上記感知−調整電極と電気的に結合されている感知−調整フィードバック出力部と
を含み、
該フィードバック回路は、静電気力を上記共振子に対して及ぼすように構成されている、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目１０）
基板面を含む基板をさらに含み、上記共振子は、上記共振子面が、該基板面と平行になるように、該基板の上方または下方に吊るされ、上記複数の感知−コリオリ電極は、基板上に配置されている、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目１１）
上記複数のＸ−感知−コリオリ電極は、第１のＸ−感知−コリオリ電極と第２のＸ−感知−コリオリ電極とを含み、上記複数のＹ−感知−コリオリ電極は、第１のＹ−感知−コリオリ電極と第２のＹ−感知−コリオリ電極とを含み、
上記ジャイロスコープは、
第１の差動入力部と第２の差動入力部と第１の出力部とを有する第１の差動増幅器であって、該第１の差動入力部は、該第１のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、該第２の差動入力部は、該第２のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第１の差動増幅器は、上記共通のフィードスルー信号を排除する、第１の差動増幅器と、
第３の差動入力部と第４の差動入力部と第２の出力部とを有する第２の差動増幅器であって、該第３の差動入力部は、該第１のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、該第４の差動入力部は、該第２のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第２の差動増幅器は、該共通のフィードスルー信号を排除する、第２の差動増幅器と
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目１２）
ＸＹ−ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法であって、該方法は、
シェルタイプジャイロスコープを提供することであって、
該ジャイロスコープは、
共振子面に配置された共振子表面を有する共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定し、かつ、該共振子面に対して直交するＺ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、
該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極と
複数の感知−駆動電極と、
複数の感知−コリオリ電極と
を含み、
該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面における該共振子を差動的に駆動するように構成され、
該複数の感知−駆動電極は、
該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、
該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極と
を含み、
該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内変位を検出するように構成され、
該複数の感知−コリオリ電極は、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第１の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つからＸ−共通フィードスルーを受け取るように配置され、該Ｙ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第２の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置され、該Ｘ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極と
を含む、ことと、
該Ｘ−駆動電極および該Ｙ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで該共振子を駆動することであって、該面内モードは、ポアソン効果に起因して該Ｚ−軸に沿って変形を有し、該Ｚ−軸において該共振子の表面を変位させる、ことと、
該Ｘ−軸と平行に該共振子に隣接して配置されている基板上の該感知−コリオリ電極を用いて、該面内駆動モードのポアソン効果に起因する該共振子の第１のＺ−軸変位を感知することと、
該Ｙ−軸と平行な該基板上の該感知−コリオリ電極を用いて、該面内駆動モードのポアソン効果に起因する該共振子の第２のＺ−軸変位を感知することと、
該第１のＺ−軸変位と該第２のＺ−軸変位との振幅および位相関係を評価することにより、該ＸＹ−軸ジャイロスコープの直角位相エラーを決定することと
を含む、ＸＹ−ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法。
（項目１３）
上記Ｘ−軸駆動−調整電極および上記Ｙ−軸駆動−調整電極に調整電圧を印加することにより、上記第１のＺ−軸変位と上記第２のＺ−軸変位との間の振幅差および位相差をゼロに駆動することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載のＸＹ−軸ジャイロスコープにおける直角位相エラーを検出する方法。
（項目１４）
ＸＹ−軸ジャイロスコープにいかなる回転速度も適用することなく、該ジャイロスコープにおいて感知コリオリ面外モードを励起する方法であって、該方法は、
シェルタイプジャイロスコープを提供することであって、
該ジャイロスコープは、
共振子面に配置された共振子表面を有する共振子であって、共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＸ−駆動電極と、
該Ｙ−軸上に、かつ、該共振子面において配置されている複数のＹ−駆動電極と
複数の感知−駆動電極と、
複数の感知−コリオリ電極と
を含み、
該複数のＸ−駆動電極およびＹ−駆動電極は、該共振子面における該共振子を差動的に駆動するように構成され、
該複数の感知−駆動電極は、
該共振子面において、かつ、該複数のＸ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＸ感知−駆動電極と、
該共振子面において、かつ、該複数のＹ−駆動電極のうちの第１の電極に隣接して配置されている複数のＹ感知−駆動電極と
を含み、
該複数の感知−駆動電極は、該共振子の面内変位を差動的に検出するように構成され、
該複数の感知−コリオリ電極は、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｘ−軸に沿って配置されている第１の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第１の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｘ−駆動電極のうちの１つから共通フィードスルーを受け取るように配置され、該Ｙ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第１の複数の差動感知−コリオリ電極と、
該共振子面と平行に、かつ、該Ｙ−軸に沿って配置されている第２の複数の差動感知−コリオリ電極であって、該第２の複数の差動感知−コリオリ電極は、対応する該Ｙ−駆動電極のうちの１つから共通のフィードスルーを受け取るように配置され、該Ｘ−軸回りの回転を感知するように構成されている、第２の複数の差動感知−コリオリ電極と
を含む、ことと、
該共振子に共振子ＤＣ電圧を提供することと、
該Ｘ−駆動電極および該Ｙ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで該共振子を駆動することであって、該面内モードは、わずかなポアソン変形を有し、Ｚ−軸において該共振子の表面を変位させ、それによって、該Ｚ−軸におけるポアソン変形は、調和励起として用いられることができ、該感知−コリオリ電極によって感知されることができる、ことと、
該感知−コリオリ電極にＤＣ電圧を印加することであって、該ＤＣ電圧は、該共振子ＤＣ電圧とは異なり、かつ、該差動感知−コリオリ電極に対して差動的であり、それによって、該面外モードが、いかなる回転も適用することなく励起されることができる、ことと
を含む、方法。
（項目１５）
上記Ｘ−駆動電極および上記Ｙ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで上記共振子を駆動することは、
周期を有する第１の周期的駆動信号により該Ｘ−駆動電極を駆動することと、
周期を有し、かつ、該第１の周期的信号に対して１８０度の位相を有する第２の周期的駆動信号により該Ｙ−駆動電極を駆動することと
を含む、上記項目のいずれかに記載の、ＸＹ−軸ジャイロスコープにいかなる回転速度も適用することなく、該ジャイロスコープにおいて感知コリオリ面外モードを励起する方法。
（項目１６）
上記励起された面外モードの周波数を上記駆動モードの周波数に対して評価することと、
該励起された面外モードの整列を上記感知−コリオリ電極に対して評価することと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の、ＸＹ−軸ジャイロスコープにいかなる回転速度も適用することなく、該ジャイロスコープにおいて感知コリオリ面外モードを励起する方法。
（項目１７）
シェルタイプジャイロスコープであって、該シェルタイプジャイロスコープは、
共振子面において配置された共振子であって、該共振子面は、Ｘ−軸を画定し、かつ、該共振子面における該Ｘ−軸に対して直交するＹ−軸を画定し、かつ、該Ｘ−軸および該Ｙ−軸に対して相互に直交するＺ−軸を画定する、共振子と、
該Ｘ−軸において該共振子を差動的に駆動するための手段と、
該Ｙ−軸において該共振子を差動的に駆動するための手段と、
軸回りの回転によって引き起こされた共振子の２つの面外屈曲またはバルクモードを用いて、該共振子面における２つの直交する回転軸回りの回転を感知するための手段と
を含む、シェルタイプジャイロスコープ。
（項目１８）
上記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、駆動軸を該共振子の波腹と整列させるための手段をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目１９）
上記共振子に対して静電気力を制御可能に及ぼすことにより、該共振子を、２つの直交する回転軸回りの回転を感知するための手段と整列させるための手段をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目２０）
直交位相エラーを検出するための手段をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目２１）
いかなる回転速度も上記ジャイロスコープに適用することなく、該ジャイロスコープにおける感知−コリオリモードである面外モードを励起するための手段をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目１１Ａ）
上記複数のＸ−感知−コリオリ電極は、第１のＸ−感知−コリオリ電極と第２のＸ−感知−コリオリ電極とを含み、上記複数のＹ−感知−コリオリ電極は、第１のＹ−感知−コリオリ電極と第２のＹ−感知−コリオリ電極とを含み、
上記ジャイロスコープは、
第１の差動入力部と第２の差動入力部と第１の出力部とを有する第１の差動増幅器であって、該第１の差動入力部は、該第１のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、該第２の差動入力部は、該第２のＸ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第１の差動増幅器は、上記共通のフィードスルー信号を排除する、第１の差動増幅器と、
第３の差動入力部と第４の差動入力部と第２とを有する第２の差動増幅器であって、該第３の差動入力部は、該第１のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、該第４の差動入力部は、該第２のＹ−感知−コリオリ電極と電気的に結合され、それによって、該第２の差動増幅器は、該共通のフィードスルー信号を排除する、第２の差動増幅器と
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープ。
（項目１５Ａ）
上記Ｘ−駆動電極および上記Ｙ−駆動電極からの駆動信号により面内モードで上記共振子を駆動することは、
周期を有する第１の周期的駆動信号により該Ｘ−駆動電極を駆動することと、
周期を有し、かつ、該第１の周期的信号に対して１８０度の位相を有する第２の周期的駆動信号により該Ｙ−駆動電極を駆動することと
を含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープを調整する方法。
（項目１６Ａ）
上記励起された面外モードの周波数を上記駆動モードの周波数に対して評価することと、
該励起された面外モードの整列を上記感知−コリオリ電極に対して評価することと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のシェルタイプジャイロスコープを調整する方法。
（摘要）
様々な実施形態は、シェルタイプジャイロスコープの駆動モードを調整するフィードバック回路を含み、その一方で、他の実施形態は、直角位相エラーを低減または防止するために、シェルタイプジャイロスコープの感知モードを調整する別個の回路を含む。なお、他の実施形態は、感知モードが感知電極と整列されることを確実にするために、ジャイロスコープに回転も適用することなく、ジャイロスコープの感知モード（すなわち、面外モード）を励起する回路を含む。
【００１７】
実施形態の上記特徴は、添付の図面を参照するとともに、以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ジャイロスコープの例示的実施形態の断面を概略的に示している。
【図２】図２は、ジャイロスコープの例示的実施形態において共振子を取り囲む電極のアレイを概略的に示している。
【図３Ａ】図３Ａは、ジャイロスコープの例示的実施形態の共振子の楕円変形を概略的に示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、Ｘ−軸およびＹ−軸駆動信号の実施形態を概略的に示している。
【図４】図４は、ジャイロスコープの例示的実施形態におけるコリオリの加速度を概略的に示している。
【図５】図５は、ジャイロスコープの例示的実施形態における電極の２つの同軸アレイを概略的に示している。
【図６Ａ】図６Ａ〜図６Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態の共振子の楕円変形を概略的に示している。
【図６Ｂ】図６Ａ〜図６Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態の共振子の楕円変形を概略的に示している。
【図６Ｃ】図６Ａ〜図６Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態の共振子の楕円変形を概略的に示している。
【図６Ｄ】図６Ａ〜図６Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態の共振子の楕円変形を概略的に示している。
【図７】図７は、コリオリ−感知電極からの信号を処理することによって回転速度を評価するための回路を概略的に示している。
【図８】図８は、共振子を整列させるための回路を概略的に示している。
【図９Ａ】図９Ａ〜図９Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態における感知モード変形を概略的に示している。
【図９Ｂ】図９Ａ〜図９Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態における感知モード変形を概略的に示している。
【図９Ｃ】図９Ａ〜図９Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態における感知モード変形を概略的に示している。
【図９Ｄ】図９Ａ〜図９Ｄは、ジャイロスコープの例示的実施形態における感知モード変形を概略的に示している。
【図１０Ａ】図１０Ａ〜図１０Ｂは、ジャイロスコープの例示的実施形態における、感知−モードフィードバックを提供するための回路を概略的に示している。
【図１０Ｂ】図１０Ａ〜図１０Ｂは、ジャイロスコープの例示的実施形態における、感知−モードフィードバックを提供するための回路を概略的に示している。
【図１１】図１１は、ジャイロスコープの例示的実施形態の共振子を励起するための回路を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（特定の実施形態の詳細な説明）
様々な実施形態は、有意に増大した精度を備えたジャイロスコープを提供する。例えば、一部の実施形態は、ジャイロスコープの共振子の駆動を改良することを容易にする方法で電極配列を含む。さらに他の実施形態は、シェルタイプジャイロスコープの感知モードを調整することにより直角位相エラーを低減または回避するための回路を含む。さらに他の実施形態は、感知モードが感知電極と整列していることを確実にするために、回転をジャイロスコープに適用する必要なくジャイロスコープの感知モード（すなわち、面外モード）を励起するための回路を含む。
【００２０】
図１は、例示的実施形態に従う、シェルタイプジャイロスコープ１００の概略図である。用語「シェルタイプジャイロスコープ」は、例えば、ディスク、リング、ドーナッツ、円柱、半球、その他のような形をした共振質量を有するシェルのような形をしたジャイロスコープを指す不特定の用語である。
【００２１】
動作において、通常のシェルタイプジャイロスコープの共振質量１０６（または、「共振子」もしくは「本体」もしくは「プルーフマス」）は、例えばその共振周波数で振動するように駆動され、共振子１０６の形状は、共振子１０６が振動するにつれて変化する。共振子１０６の質量の中心の位置は、実質的に変化しないままであり得るが（例えば、基板１０４に対して）、共振子１０６の形状は、有意に変化し得る。例えば、振動している場合、共振子１０６の表面１０６Ｂは、その公称位置から変位させられ得る（例えば、Ｚ−軸に沿って）。そのようなポイントのラインは、波腹ラインと称され得る。しかし、一部のモードにおいて、振動によって変位させられない、質量の表面上のポイントのラインがあり得る。そのようなラインは、「波節ライン」と称され得る。
【００２２】
一般的に、共振している本体の「モード」は、共振中の本体の運動の形状である。同一の共振周波数を有するモードは、「縮退」または「縮退性」モードであると称される。なぜなら、これらのモードでの振動は、周波数によって互いから区別することができないからである。一方、同一でない共振周波数を有するモードは、「非縮退」または「非縮退性」であると称される。
【００２３】
図１のジャイロスコープにおいて、共振子１０６は、上部アンカ１０３によって上部基板１０２に固着され、下部アンカ１０５によって下部基板１０４に固着される。駆動力または回転を受けていない場合、共振子１０６は公称形状を有し、共振子１０６の表面１０６Ｂは、基板１０４からの公称距離またはギャップ１０６Ａを有する。一部の実施形態において、共振子１０６が休止している場合、ギャップ１０６Ａは、ほぼ１０ナノメータ（「ｎｍ」）から数百ｎｍの範囲にあり得る。
【００２４】
（公称動作）
シェルタイプジャイロスコープの動作が、図１〜図５と関連して記述される。以下に記述されている様々な電極が、単一のモードで共振子１０６を駆動する。共振子１０６は、固定ＤＣ電圧に保持され得る。従って、電極に共振子の電圧とは異なる電圧を提供することによって、その電極（例えば、駆動電極１１８−１）により、共振子１０６からのギャップをまたいで共振子に静電気力が印加され得る。
【００２５】
また、共振子が、容量性ギャップをまたいで別の電極（例えば、コリオリ−感知電極１３８−２、または感知−駆動電極１１５−２）から分離している場合、そのギャップの変化は、等式ｉ＝Ｖｄｃ／ｄｔに従って電流を誘起し、ここで、「Ｖ」は、容量性ギャップをまたぐ電圧であり、「ｄｃ／ｄｔ」は、電極間の静電容量の時間変化率である。
【００２６】
単一の駆動モードは、Ｘ軸とＹ軸との両方に沿って静電気力を印加することを含む。駆動モードは、共振子がＸ−軸に沿って、次にＹ−軸に沿って楕円形状に変形される２つの繰り返す周期的位相として説明され得、「差動的駆動」と称され得る。ジャイロスコープの動作は、時として、一方の軸または他方の軸に関連して説明され得るが、しかし、単一の駆動モードのみが存在することが理解されるべきである。その目的のために、Ｘ−軸と整列させられた駆動電極１１８−１および１１８−２は、Ｘ−軸に沿って静電気駆動力を生成し（従って、これらの駆動電極は、Ｄｘとして示される）、面内共振モード（すなわち、共振子面１０８内）で共振子１０６を駆動し、一方、共振子１０６の下にある感知電極１３９−１（「ＳＣｘｐ」としても知られている）および１３９−２（「ＳＣｘｎ」としても知られている）は、コリオリの力（すなわち、面内軸回りの回転速度）によって励起された面外縮退または非縮退モードを感知する。同様に、Ｙ−軸に沿って整列させられた駆動電極１１９−１および１１９−２は、Ｙ−軸に沿って駆動力を生成し（従って、これらの駆動電極は、Ｄｙとして示される）、一方、共振子１０６の下にある感知電極１３８−１（「ＳＣｙｐ」としても知られている）および１３８−２（「ＳＣｙｎ」としても知られている）は、コリオリの力によって励起された面外縮退または非縮退モードを感知する。感知電極は、さらに、または代替として、共振子１０６の上方に配置され得ることに留意されるべきである。同様に、共振子１０６は、上部および下部から支持または固着されているとして示されているが、共振子１０６は、代替として、上部または下部のみから支持され得る。
【００２７】
図２は、一例示的実施形態における、共振子１０６ならびに駆動電極１１８−１および１１８−２の構成を示している。実際、図１の実施形態は、ラインＡ−Ａに沿った図２の実施形態の断面であり得、図２の実施形態は、共振子面１０８における図１の実施形態の断面であり得る。ここで、共振子１０６は、外側リング１２４が多くのスポーク１２８を介して内側ハブ１２６に結合された「ハブおよびスポーク」構成で構成されているとして示されているが、しかし、共振子１０６は、他の実施形態において、他の形状／構成（例えば、中実または有孔ディスクもしくはプレート、ドーナッツ、リング、その他）であり得る。ハブ１２６は、アンカ１０３および１０５を介して基板１０２および１０４それぞれに取り付けられている。
【００２８】
図２の実施形態において、駆動電極（例えば、電極１１８−１、１１８−２）は、図３Ａに示されているように、共振子１０６の面１０８における２つの直交軸（ＸおよびＹ）に沿って、屈曲またはバルクモードで外側リング１２４を同時に駆動する。ここで、実線３００は、その不活性状態におけるリング１２４の幾何学的形状（すなわち、円形）を示し、「ｅ１」として指定されている点線の楕円は、リングの、Ｙ−軸に沿う収縮と同時の、Ｘ−軸に沿う極値拡張（例えば、駆動サイクルの第１の半分における）に対応し、「ｅ２」として指定されている点線の楕円は、リングの、Ｘ−軸に沿う収縮と同時の、Ｙ−軸に沿う極値拡張を示す（すなわち、駆動サイクルの第２の半分における）。ラインｅ１およびｅ２は、駆動サイクル振動の第１の半分および第２の半分における駆動モード（面内屈曲またはバルクモード形状）を表す。共振子１０６の拡張においては、面内変形である。換言すると、共振子１０６の運動は、実質的に共振子面１０８内であるか、または共振子面１０８に平行のままである。理想的には、共振子１０６の運動は、どれも、静電気駆動力に応答してＺ−軸には生じないが、しかし、幾分わずかなＺ−軸運動が生成され得る。
【００２９】
図３Ｂは、ジャイロスコープ１００を駆動すること、および、図３Ａに概略的に示されている変形を公称的に生成することを行うための静電気駆動力を概略的に示している。静電気力３５０は、公称周期（τ；一周期の半分は０．５τである、など）および公称振幅（力）を有する周期的方形波であり、例えば、駆動電極１１８−１および１１８−２を介して印加され得る。一部の実施形態において、駆動信号３５０の静電気力は、本明細書において記述されるように、５ボルトの振幅を有する駆動電圧を駆動電極に印加することによって作成され得る。駆動（すなわち、静電気力）信号３６０は、信号３５０と同じ周期および振幅を公称的に有する周期的方形波であるが、しかし、信号３６０は、駆動信号３５０に対して１８０度位相が異なる。駆動信号３５０が電極１１８−１および１１８−２に適用される場合、駆動信号３６０は、例えば、駆動電極１１９−１および１１９−２に適用され得、従って、これによって、共振子モードは、駆動信号３５０および３６０の周期と等しい周期で、ｅ１からｅ２へ、およびその逆に、形状を周期的に変える。静電気力が印加される周波数は、その共振周波数で振動するように共振子１０６を駆動し得る。
【００３０】
この共振モードにおいて、共振子は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って波腹を本質的に同時に有する（例えば、図６Ａを参照）。すなわち、共振子は、サイクルの第１の半分において、Ｙ−軸に沿った波腹がその最小値にあるときにＸ−軸に沿った波腹がその最大値にある１つの形状（例えば、ｅ１）と、サイクルの第２の半分において、Ｘ−軸に沿った波腹がその最小値にあるときにＹ−軸に沿った波腹がその最大値にある第２の形状（例えばｅ２）との間を交互する。ラインａｂおよびｃｄ（Ｘ軸およびＹ軸に対して４５度オフセットされている）がサークル３００および２つの楕円（ｅ１、ｅ２）と交差するポイントは、共振子の駆動変位が実質的に存在しない波節を表すことに留意されるべきである。本明細書および任意の添付された請求項において使用される場合、「波節」は、力に応答する変位または運動を経験しない、共振子１０６の表面１０６Ｂ上のポイントまたは領域である。用語「波腹」または「波腹ライン」は、力に応答して最大の変位（例えば、表面１０６Ｂ上の他のポイントに対して）を経験する共振子１０６の表面１０６Ｂ上のポイントまたは領域である。例えば、共振子は、駆動信号に応答して１つ以上の波腹（または、波腹ライン）を有し得、コリオリの力に応答して１つ以上の異なる波腹（または、波腹ライン）を有し得る。
【００３１】
ジャイロスコープ１００は、コリオリの力に起因する共振子１０６における変形を感知することによって、駆動面１０８における２つの軸回りの回転を検出する。
【００３２】
図４は、図１、図２および図３の実施形態に対する、面内楕円駆動モード、および、各軸に沿ったコリオリの力２つの面外感知モード（これは、縮退または非縮退、バルクまたは屈曲であり得る）を表現している概略図である。ここで、Ｖｘは、Ｘ−軸に沿った面内の共振子１０６の速度であり、Ｖｙは、Ｙ−軸に沿った面内の共振子の速度であり、Ωｘは、ｘ−軸回りの回転速度であり、Ωｙは、Ｙ−軸回りの回転速度である。この実施形態において、共振子面１０８における２つの垂直な軸（すなわち、Ｘ−軸およびＹ−軸）に対して、各軸におけるｚ方向（例えば、Ｘ−軸およびＹ−軸に対して相互に直交する方向）に沿ったコリオリの加速度は、本質的に、共振子１０６の面における、その軸に沿った速度と他方の軸回りの回転速度とのクロス積である。
【００３３】
１つの面外感知モードは、ｘ−軸に沿ってｚ方向に波腹ラインを有し、Ωｙのみを検出する。すなわち、ｙ−軸回りの回転は、Ｘ−軸に沿って、ｚ方向にコリオリの加速度を生じ（すなわち、ＶｘｘΩｙ＝Ａｚコリオリ（ｙ））、これは、ｘ−軸と整列した面外感知電極を用いて感知されることができるが、しかし、Ｘ−軸回りの回転は、ｘ−軸に沿ってｚ方向にコリオリの加速度を生成しない（すなわち、ＶｘｘΩｘ＝０）。
【００３４】
第２の面外感知モードは、Ｙ−軸に沿ってｚ方向に波腹ラインを有し、Ωｘのみを検出する。すなわち、Ｘ−軸回りの回転は、ｙ−軸に沿って、ｚ方向にコリオリの加速度を生じ（すなわち、ＶｙｘΩｘ＝Ａｚコリオリ（ｘ））、これは、Ｙ−軸と整列した面外感知電極を用いて感知されることができるが、しかし、Ｙ−軸回りの回転は、Ｙ−軸に沿ってｚ方向にコリオリの加速度を生成しない（すなわち、ＶｙｘΩｙ＝０）。
【００３５】
上記において例示されたように、シェルタイプジャイロスコープの理想的な動作は、共振子１０６の駆動力およびコリオリの力に対する応答に依存する。実際には、そのようなジャイロスコープの動作の様々な局面は、電極の配列から、および／または、調節もしくは調整されることから利益を得ることがある。その目的のために、様々な実施形態は、以下により詳細に論議されるように、ジャイロスコープを調節または調整するために、電極およびフィードバック回路を有し得る。
【００３６】
様々な実施形態は、様々な電極を含み得、該様々な電極は、ジャイロスコープの動作を感知し得、かつ、様々な駆動およびフィードバック信号を提供し得る。図５は、ジャイロスコープの例示的な実施形態のための電極の２つのアレイを概略的に示しているが、しかし、様々な実施形態は、より多くのまたはより少ない電極を有し得る。図５において、電極（例えば、１１８−１、１３５−１、その他）の外側リングは、共振子面１０８内にあり（例えば、共振子面１０８によって交差されており）、一方、電極（例えば、１３８−２、１３５−１、その他）の内側リングは、基板面１０９上または基板面１０９内にあり（例えば、基板面１０９によって交差されており）、実際、基板１０４上または基板１０４内にあり得る。円形のアレイの各々における個々の電極は、他の電極に隣接しているとして記述され得る。例えば、電極の外側サークル上の電極１１８−１は、電極１１５−１に隣接しているとして、また、電極１１５−２にも隣接しているとして記述され得る。さらに、電極１１８−１は、共通のサークル上において、電極１１５−１と１１５−２との間にあるとして記述され得る。これらの電極の動作は、以下により詳細に記述される。
【００３７】
（駆動モード）
共振子面１０８において共振している共振子１０６の代替の実例が、図６Ａに概略的に示されている。この実施形態において、共振子１０６は、共振子面１０８において円形断面を公称的に有しているが、しかし、電極１１８−１および１１８−２の各々による（および、同様に、電極１１９−１および１１９−２による）静電気力の印加によって非円形（例えば、楕円）形状に変形される。実際、図６Ａに示されているモード形状は、楕円形モードとして知られていることがある。これは、面内モードである。なぜなら、共振子１０６の動きは、共振子面内であるか、または、共振子面に実質的に平行であるからである。
【００３８】
理想的には、差動的に駆動されることに応答する共振子１０６のモードは、図６Ａに概略的に示されているように、Ｘ−軸と整列しており、かつ、Ｙ−軸と整列している（図６Ｃ）。電極１１９−１および１１９−２は、図３Ａおよび図３Ｂとの関連で記述されたように、Ｙ−軸に沿って共振子１０６を同様に駆動する。換言すると、Ｘ−軸駆動信号に応答する共振子１０６の表面１０６Ｂ１の最大の運動は、波腹ライン６１０に沿って共振子面１０８内において、または、共振子面１０８と平行して生じ、そのようなモードは、Ｘ−軸と「整列させられている」と言われる。別の波腹ライン６１８が、Ｙ−軸に沿って共振子面１０８内において、または、共振子面１０８と平行して生成されることに留意されたい。波腹ライン６１０と波腹ライン６１８との間に、波節ライン６１４が存在する。
【００３９】
しかし、一部の状況においては、駆動モードは、Ｘ−軸および／またはＹ−軸と整列しないことがあり、その場合、駆動モードは、「誤整列」と言われる。例えば、Ｘ−軸と整列していない駆動モードは、図６Ｂに概略的に示されている（すなわち、波腹６１０および６１８は、Ｘ−軸に沿っていない）。図６Ｃは、駆動モード（例えば、ｅ２）がＹ−軸と整列している駆動サイクルの位相を概略的に示しており、一方、駆動モードがＹ−軸と整列していない駆動サイクルの位相は、図６Ｄに概略的に示されている。
【００４０】
モードが誤整列している場合、共振子面１０８における軸回りの回転を正確に感知および測定するジャイロスコープ１００の能力が損なわれ得る。例えば、そのような誤整列は、様々な電極間の、従って、面外モードの様々な位相間のクロストークまたはフィードスルーを増大し得る。従って、一部の実施形態は、駆動モードを調節または調整するために、回路および構造体を含む。
【００４１】
例えば、一部の実施形態は、駆動信号に応答する共振子１０６の変位を感知するために、駆動−感知電極１１５−１（「ＳＤｘ１」または「ＳＤｐ」としても知られていることがある）および１１５−２（「ＳＤｘ２」または「ＳＤｐ」としても知られていることがある）を含む。駆動−感知電極１１５−１および１１５−２は、共振子１０６に隣接して、共振子面１０８に位置しているが、しかし、Ｘ−軸上には存在していない。換言すると、共振モードがＸ−軸と整列している場合、駆動−感知電極１１５−１および１１５−２は、波腹ライン６１０から離れている。駆動感知電極１１１−１（「ＳＤｙ１」または「ＳＤｎ」としても知られていることがある）および１１１−２（「ＳＤｙ２」または「ＳＤｎ」としても知られていることがある）の同様な組が、Ｙ−軸に隣接して（しかし、Ｙ−軸上には存在せず）配置されている。
【００４２】
電極のこの構成は、以下に記述されているように、多くの利益を提供する。
【００４３】
（フィードスルー）
例えば、一部の従来技術Ｘ−Ｙジャイロスコープは、軸に沿って共振子に隣接した単一の駆動電極のみを用いて共振子を駆動し、幾つかの感知電極を用いて共振子のコリオリ運動（すなわち、コリオリの力に応答する共振子の運動）を感知し、それらのうちの１つは、単一の駆動電極に隣接している。単一の駆動電極の、隣接する感知電極（感知−コリオリ電極）との近接は、当該技術分野において「フィードスルー」として知られているプロセスにおいて、駆動電極に対する駆動信号の一部が、隣接する感知電極と結合することを生じる。しかし、他のコリオリ感知電極は、そのようなフィードスルーを受け取らず（または、少なくとも、単一の駆動電極に隣接しているコリオリ感知電極より少ないフィードスルーを受け取り）、コリオリ感知電極からの信号の変形を生じる。
【００４４】
そのような従来技術ジャイロスコープとは対照的に、本実施形態は、上記において説明されたように、Ｘ−軸上の２つの駆動電極（１１８−１および１１８−２）、および、Ｙ−軸上の２つの駆動電極（１１９−１および１１９−２）を用いて共振子１０６を駆動する。駆動電極の各々は、コリオリ感知電極に隣接している。図５の実施形態において、駆動電極１１８−１、１１８−２、１１９−１および１１９−２は、それぞれ、コリオリ感知電極１３８−１、１３８−２、１３９−１および１３９−２に隣接している。実際、軸上の一対の駆動電極（例えば、１１８−１および１１８−２）は、それらの間で中心点を画定すると言われることがあり、同じ軸上のそれらの関連付けられた感知−コリオリ電極（例えば、１３８−１、１３８−２）は、駆動電極間に存在すると言われることがあり、等しく、この中心点を中心として配置され得る。
【００４５】
従って、コリオリ感知電極（１３８−１、１３８−２、１２９−１および１３９−２）の各々は、その隣接する駆動電極（１１８−１、１１８−２、１１９−２および１１９−２）から同様なフィードスルーを受け取り、それによって、Ｘ−軸とＹ−軸との両方に沿った差動感知コリオリ構成（面外モード、縮退または非縮退のいずれか）に対する等しい共通の信号モードを導入する。換言すると、駆動電極１３８−１に対する駆動信号は、コリオリ感知電極１３８−２へフィードスルーし、駆動電極１３８−２に対する駆動信号は、コリオリ感知電極１３８−１へフィードスルーし、駆動電極１１９−１に対する駆動信号は、コリオリ感知電極１３９−１へフィードスルーし、駆動電極１３９−１に対する駆動信号は、コリオリ感知電極１３９−２へフィードスルーする。そのような共通の信号は、コリオリ感知電極のコリオリ感知信号を処理するように構成されている回路７００において排除されることができる。図７は、コリオリ感知電極１３８−１および１３８−２、ならびに、コリオリ感知電極１３９−１および１３９−２の出力を処理するための回路７００を概略的に示している。感知電極（１３８−１および１３８−２、ならびに、１３９−１および１３９−２）からの信号は、それぞれ、差動増幅器７０１および７０２の入力に提供され、差動増幅器７０１および７０２は、トランスインピーダンス増幅器であり得る。差動増幅器７０１、７０２は、フィードスルーによって引き起こされた共通の信号を排除し、それによって、フィードスルー信号は、最小化される。
【００４６】
（整列）
本実施形態から生じる別の利益は、駆動モードを整列させることに関連する。上記において説明されたように、理想的には、共振子のモードは、駆動信号３５０および３６０によって駆動される場合、Ｘ−軸およびＹ−軸と整列する。しかし、常にそのようになるとは限らないことがある。例えば、製造プロセスは、ジャイロスコープ１００の素子の寸法におけるバリエーション、および／または、ジャイロスコープ１００の特徴間のギャップにおけるバリエーションを生じ得、そのようなバリエーションは、共振子１０６のモードの整列に影響を与え得る。
【００４７】
従って、一部の実施形態は、駆動モードの整列を調整するために、フィードバックシステムを含む。ジャイロスコープ１００は、Ｘ−軸に隣接している駆動感知電極１１５−１および１１５−２と、Ｙ−軸に隣接している駆動感知電極１１１−１および１１１−２とを含む。これらの駆動感知電極（１１５−１、１１５−２、１１１−１、１１１−２）は、それぞれ、Ｘ−軸およびＹ−軸から離れているので、駆動モードに対するそれらの感度は、幾分低下させられ得る（例えば、共振子１０６がその上で駆動される軸上にある感知電極と比較して）が、しかし、いかなるそのような低下も、２つのそのような感知電極が、そのような軸各々に沿って存在するという事実によって補正される。
【００４８】
モードが、駆動電極（１１８−１、１１８−２および１１９−１、１１９−２）と整列している軸以外の軸上にある場合、共通のモード電流が、感知電極１１１−１および１１１−２、ならびに、１１５−１および１１５−２に現れる。極端な場合において、駆動電極（１１８−１、１１８−２、１１９−１および１１９−２）によって印加される静電気駆動は、Ｘ−軸およびＹ−軸に対して＋／−４５度で軸に沿って共振子１０６の運動を励起し、この場合、等しい信号（例えば、同一の電流）が、駆動感知電極１１１−１、１１１−２、１１５−１および１１５−２に流れ込み、それによって、これらの電極において、共通のモード電流のみを生成し、差動電流は生成しない。
【００４９】
共通のモード電流の、駆動感知電極における存在は、フィードバック電極１１２−１（Ｔｘ１としも知られている）、１１２−２（Ｔｘ２としも知られている）、１１３−１（Ｔｙ１としも知られている）および１１３−２（Ｔｙ２としも知られている）を用いて共振子モードを静電気的に調整するために用いられることができる。駆動感知電極１１５−１および１１５−２ならびに１１１−１および１１１−２によって感知された信号は、フィードバック回路８００（図８）にインプットされ、フィードバック回路８００は、共振子１０６のモードを静電気的に調整するように構成されており、それによって、モードは、電極１１２−１（「Ｔｘ１」または「Ｔｐ」としても知られている）、１１２−２（「Ｔｘ２」または「Ｔｐ」としても知られている）、１１３−１（「Ｔｙ１」または「Ｔｎ」としても知られている）および１１３−２（「Ｔｙ２」または「Ｔｎ」としても知られている）を介して、共振子１０６に静電気力を印加することによってＸ−軸およびＹ−軸と整列する。本明細書における開示にかんがみて、当業者は、過度の実験を行うことなく、そのような回路８００の準備の仕方を知る。
【００５０】
（直角位相）
図９Ａは、Ｘ−軸に沿って駆動されている差動駆動共振子１０６の応答を概略的に示している。Ｙ−軸回りの回転に応答するコリオリの加速度に起因して、共振子１０６の表面１０６Ｂは、Ｚ−軸におけるギャップ１０６Ａの中に延びる（すなわち、図９Ａ〜図９Ｄにおいて、Ｚ−軸は、頁の面に対して垂直である）。従って、応答は、「面外」応答または運動として記述され得る。図９Ａに示されているように、共振子１０６は、表面１０６Ｂ上の他のポイントにおける変位に対して、Ｚ−軸変位が最大である幾つかの波腹９０１Ａ〜９０１Ｆを生成する。さらに、波腹のうちの２つ、９０１Ａおよび９０１Ｄは、公称的に、Ｘ−軸と整列している。表面１０６Ｂ上の他のポイントにおいて、Ｚ方向の変位は、図９Ａに示されている様々な陰影領域によって示されているように、より小さい。実際、表面１０６Ｂの幾つかの部分は、波節として考えられ得（例えば、９０５Ａ）、該波節において、Ｙ−軸回りの回転に起因する表面１０６Ｂの変位は、存在しない。この実施形態において、各波腹（例えば、９０１Ａ）は、共振子面１０８内において６０度だけその隣接する波腹（例えば、９０１Ｂおよび９０１Ｆ）の各々から変位させられ、各波節（例えば、９０５Ａ）は、共振子面１０８内においてほぼ３０度だけその隣接する波腹（例えば、９０１Ａおよび９０１Ｂ）から変位させられる。
【００５１】
図９Ｃは、Ｙ−軸に沿って駆動されている差動駆動共振子１０６の、Ｘ−軸回りの回転に対する応答を概略的に示しており、図９Ａと同様である。回転に応答するコリオリの加速度に起因して、共振子１０６の表面１０６Ｂは、Ｚ方向に延びる。図９Ｃに示されているように、この本体は、表面１０６Ｂ上の他のポイントにおける変位に対して、Ｚ−軸変位が最大である幾つかの波腹９１１Ａ〜９１１Ｆを生成する。さらに、波腹のうちの２つ、９１１Ａおよび９１１Ｄは、公称的に、Ｙ−軸と整列している。表面１０６Ｂ上の他のポイントにおいて、Ｚ方向の変位は、図９Ｃに示されている様々な陰影領域によって示されているように、より小さい。実際、表面１０６Ｂの幾つかの部分は、波節として考えられ得（例えば、９１５Ａ）、該波節において、Ｘ−軸回りの回転に起因する表面１０６Ｂの変位はほとんどないか、または、全くない。この実施形態において、各波腹（例えば、９１１Ａ）は、共振子面１０８内において６０度だけその隣接する波腹（例えば、９１１Ｂおよび９１１Ｆ）の各々から変位させられ、各波節（例えば、９１５Ａ）は、共振子面１０８内においてほぼ３０度だけその隣接する波腹（例えば、９１１Ａおよび９１１Ｂ）から変位させられる。
【００５２】
図９Ａおよび図９Ｃに概略的に示されているように、共振子１０６のＹ−軸回りの回転に対する応答（すなわち、モード）は、Ｘ−軸と公称的に整列し、共振子１０６のＹ−軸回りの回転に対する応答（すなわち、モード）は、Ｘ−軸と公称的に整列する。従って、Ｘ−軸は、共振子面１０８においてＹ−軸と直交しているので、２つの応答モード（Ｘ−応答モードおよびＹ−応答モード）は、互いと直交している。しかし、幾つかの状況において、応答モードは、Ｘ−軸およびＹ−軸のうちの一方または両方と整列しそこなうことがある。これは、例えば、作成または梱包プロセスに起因するジャイロスコープの構造体におけるバリエーションまたは応力によることがある。
【００５３】
例えば、波節９０１Ａおよび９０１ＤがＸ−軸と整列している場合、共振子１０６のＹ−応答モード（すなわち、Ｙ−軸回りの回転に起因する）は、Ｘ−軸と整列していると言い得る。しかし、幾つかの状況において、波腹９０１Ａおよび９０１Ｄは、例えば、図９Ｂに概略的に示されているように、Ｘ−軸と整列しないことがある。そのような場合において、共振子１０６のＹ−応答モードは、誤整列している（すなわち、Ｘ−軸と）と言われる。
【００５４】
同様に、波腹９１１Ａおよび９１１Ｄ（図９Ｃ）がＹ−軸と整列している場合、共振子１０６のＸ−応答モード（すなわち、Ｘ−軸回りの回転に起因する）は、Ｙ−軸と整列していると言い得る。しかし、幾つかの状況において、波腹９１１Ａおよび９１１Ｄは、例えば、図９Ｄに概略的に示されているように、Ｙ−軸と整列しないことがある。そのような場合において、共振子１０６のＸ−応答モードは、誤整列している（すなわち、Ｙ−軸と）と言われる。
【００５５】
応答モードが誤整列している場合、モードは、「直角位相」から外れていると言われる。モードが直角位相から外れている場合、誤整列は、Ｘ−軸および／またはＹ−軸回りの回転を検出および測定するジャイロスコープの能力、ならびに、そのような回転を区別する能力におけるエラーにおいて現れ得る。このタイプのエラーは、「直角位相エラー」と称され得る。駆動モードを整列させることによって直角位相エラーに対処する構造および方法が、以下にさらに記述されている。
【００５６】
一部の実施形態は、直角位相感知電極を含み、該直角位相感知電極は、共振子１０６の駆動における直角位相エラーを感知し、かつ、フィードバック回路を用いて駆動モードを調整するように構成されている。共振子１０６が、その面内モードで駆動される（すなわち、Ｘ−軸およびＹ−軸に沿って）場合、面内モードのポアソン項（すなわち、面外共通モード信号）は、Ｘ−軸に沿ったコリオリ感知電極１３８−１（「ＳＣｙｐ」としても知られている）および１３８−２（「ＳＣｙｎ」としても知られている）ならびにＹ−軸に沿ったコリオリ感知電極１３９−１（「ＳＣｘｐ」としても知られている）および１３９−２（「ＳＣｘｎ」としても知られている）を用いて検出されることができる。
【００５７】
電極１３８−１は、第１の直角位相信号を生成し、電極１３８−２は、第２の直角位相信号を生成する。共振子１０６が直角位相エラーなく振動している場合、第１の直角位相信号および第２の直角位相信号の共通のモードは、同一の振幅および位相（すなわち、セロ度位相差）を有する。しかし、駆動モードが、駆動電極１１８−１および１１８−２に対してある程度の誤整列を伴って励起された場合、第１の直角位相信号および第２の直角位相信号は、異なった（すなわち、同一でない）振幅および異なった（すなわち、同一でない）位相を有する。
【００５８】
従って、第１の直角位相信号と第２の直角位相信号との間の差は、モードを駆動軸と整列させるために、フィードバックループにおいて処理され得る。
【００５９】
Ｘ−軸に沿って共振子を調整するための例示的フィードバック回路１０００が、図１０Ａに概略的に示されている。回路１０００は、２つの入力部（１００１−１および１００１−２）を有し、該２つの入力部は、それぞれ、コリオリ感知電極１３８−１および１３８−２から差動入力を受け取る。回路１０００は、２つの出力部（１００２−１および１００２−２）を有し、該２つの出力部は、それぞれ、Ｘ−軸調整電極１１２−１および１１２−２に差動調整出力を提供する。フィードバック回路１０００は、第１の直角位相信号および第２の直角位相信号の振幅および位相関係を評価することにより、ＸＹ−軸ジャイロスコープの直角位相エラーを決定するように構成されている。フィードバック回路１０００は、第１の直角位相信号および第２の直角位相信号が同一の振幅および位相を有するまで、静電気力を共振子１０６に印加する電極１１２−１および１１２−２における差動調整出力を調節する。本明細書における開示にかんがみて、当業者は、過度の実験を行うことなく、そのような回路１０００の準備の仕方を知る。
【００６０】
同様に、Ｙ−軸に沿って応答モードを調整するための例示的フィードバック回路１０２０が、図１０Ｂに概略的に示されている。回路１０２０は、２つの入力部（１０２１−１および１０２１−２）を有し、該２つの入力部は、それぞれ、コリオリ感知電極１３９−１および１３９−２から差動入力を受け取る。回路１０２０は、２つの出力部（１０２２−１および１０２２−２）を有し、該２つの出力部は、それぞれ、Ｙ−軸調整電極１１３−１および１１３−２に差動調整出力を提供する。フィードバック回路１０２０は、１３９−１および１３９−２からの直角位相信号が同一の振幅および位相を有するまで、静電気力を共振子１０６に印加する電極１１３−１および１１３−２における差動調整出力を調節する。
【００６１】
（感知モード励起）
一部のジャイロスコープにおいて、適用された回転（または、回転速度）がないときに、感知モードの、Ｘ−軸における感知電極１３８−１および１３８−２と、Ｙ−軸における感知電極１３９−１および１３９−２との整列を評価することが望ましいことがある。例えば、そのような評価は、ジャイロスコープを調整すること、較正すること、または自己試験することのために有用であり得る。
【００６２】
その目的で、一部の実施形態は、共振子１０６の差動的駆動がポアソン変形を引き起こす（しかし、この変形は、駆動電極（例えば、Ｘ−軸において駆動される場合１１８−１および１１８−２、Ｙ−軸に沿って駆動される場合１１９−１および１１９−２）と整列しており、従って、駆動電極に対して９０度の角度で生じるコリオリの力によって引き起こされる変形とは異なる）という観察に基づいて、回転を適用することなく感知モード（すなわち、面外モード）を励起するための回路および構造体を含む。換言すると、面内駆動モードのポアソン項は、調和励起として用いられることができ、差動ＤＣ電圧が電極に印加される場合、コリオリ感知電極（Ｘ−軸における１３８−１および１３８−２、ならびに、Ｙ−軸における１３９−１および１３９−２）によって感知される。
【００６３】
例えば、感知モードを励起する場合、ＤＣ電圧が、電極１３４−１（Ｔｓｃｙｐとも称される）、１３４−２（Ｔｓｃｙｎとも称される）、１３５−１（Ｔｓｃｘｐとも称される）および１３５−２（Ｔｓｃｘｎとも称される）に印加され得る。一部の実施形態において、正ＤＣ電圧が、電極１３４−１に印加され、負ＤＣ電圧が、電極１３４−２に印加され、正ＤＣ電圧が、電極１３５−１に印加され、負ＤＣ電圧が、電極１３５−２に印加される。
【００６４】
駆動される楕円モードに対するポアソン効果から生じる面外偏向は、調整電極（複数可）と共振子１０６との間の静電気力を変調する。そのような静電気力は、各々、駆動されるモード偏向の間接的ではあるがしかし位相の正確な機能であるので、最終結果は、駆動と感知モードとを結合する電圧制御型スプリングエフェクト（ｓｐｒｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）である。これは、ジャイロ１００が、任意の回転速度の適用なく駆動されながら、感知モードを励起することを生じる。感知モードが誤整列していることが観察された場合、フィードバック回路は、モードが整列するまで、関連付けられた調整電極１１２−１（Ｔｘ１またはＴｐとしても知られている）、１１２−２（Ｔｘ２またはＴｐとしても知られている）、１１３−１（Ｔｙ１またはＴｎとしても知られている）および１１３−２（Ｔｙ２またはＴｎとしても知られている）への（調整）電圧を調節する。
【００６５】
適用された回転がないときにジャイロスコープ１００の感知モードを励起するための回路１１００が、図１１に概略的に示されている。本明細書における開示にかんがみて、当業者は、過度の実験を行うことなく、そのような回路１０００の準備の仕方を知る。
【００６６】
本発明の様々な実施形態が、少なくとも部分的に、任意の従来のコンピュータプログラム言語で実装され得る。例えば、一部の実施形態は、手続きプログラム言語（例えば、「Ｃ」）で、またはオブジェクト指向プログラム言語（例えば、「Ｃ＋＋」）で実装され得る。本発明の他の実施形態は、プログラムされたハードウェア素子（例えば、アプリケーション特定集積回路、ＦＰＧＡ、およびデジタル信号プロセッサ）、または他の関連コンポーネントとして実装され得る。
【００６７】
代替の実施形態において、開示された装置および方法は、コンピュータシステムとの使用のためのコンピュータプログラムプロダクトとして実装され得る。そのような実装は、例えば非一過性コンピュータ読み取り可能媒体のような有形媒体（例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、または、固定ディスク）に固定された一連のコンピュータ命令を含み得る。この一連のコンピュータ命令は、システムに関する本明細書に既に記述された機能性の全てまたは一部を具体化することができる。
【００６８】
当業者は、そのようなコンピュータ命令が、多くのコンピュータアーキテクチャまたはオペレーティングシステムとの使用のための多くのプログラム言語で書かれることができることを理解するはずである。さらに、そのような命令は、例えば半導体、磁気、光、または他のメモリデバイスのような任意のメモリデバイスに格納され得、例えば光、赤外線、マイクロ波、または他の送信技術のような任意の通信技術を使用して送信され得る。
【００６９】
他の点ではとりわけ、このようなコンピュータプログラムプロダクトは、添付の印刷文書または電子文書（例えば、収縮包装ソフトウェア）を備えた取り外し可能媒体として配給されるか、コンピュータシステム（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスク上の）に対して予めロードされるか、または、ネットワーク（例えば、インターネットまたはＷｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂ）を介してサーバもしくは電子掲示板から配給される。もちろん、本発明の一部の実施形態は、ソフトウェア（例えば、コンピュータプログラムプロダクト）とハードウェア両方の組み合わせとして実装され得る。本発明のさらに他の実施形態は、全体的にハードウェア、または全体的にソフトウェアとして実装され得る。
【００７０】
上述された本発明の実施形態は、単に、例であることが意図されており、多くの変更および改変が、当業者に明らかである。すべてのそのような変更および改変は、任意の添付の請求項に定義されているとおり、本発明の範囲内であることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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