(57)【要約】【課題】サイズ、複雑度、コストを低減するＭＥＭＳデバイスを提供する。【解決手段】第１速度センサと、第１速度センサおよび第２速度センサが平坦な表面に平行に振動するように構成される第２速度センサと、駆動周波数を示す駆動信号を提供するために第１速度センサおよび第２速度センサのうちの少なくとも１つと通信する駆動要素と、第１速度センサおよび第２速度センサを相互接続する第１結合バネ構造体であって、第１結合バネ構造体によって、第１速度センサおよび第２速度センサが、結合バネ構造体によって決定付けられる駆動方向において駆動周波数で振動する、第１結合バネ構造体とを備え、第１速度センサの駆動方向は、第１軸と関連付けられた第１駆動方向であり、第２速度センサの駆動方向は、第２軸と関連付けられた第２駆動方向であり、第２の軸は第１軸に対して垂直である、ＭＥＭＳデバイス。【選択図】図９
2014182133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスであって、
第１の速度センサと、
第２の速度センサであって、前記第１の速度センサおよび該第２の速度センサは平坦な表面に平行に振動するように構成されている、第２の速度センサと、
駆動周波数を示す駆動信号を提供するために前記第１の速度センサおよび前記第２の速度センサのうちの少なくとも１つと通信する駆動要素と、
前記第１の速度センサおよび前記第２の速度センサを相互接続する第１の結合バネ構造体であって、該第１の結合バネ構造体によって、前記第１の速度センサおよび前記第２の速度センサが、該第１の結合バネ構造体によって決定付けられる駆動方向において前記駆動周波数で振動する、第１の結合バネ構造体とを備え、前記第１の速度センサの前記駆動方向は、第１の軸と関連付けられた第１の駆動方向であり、前記第２の速度センサの前記駆動方向は、第２の軸と関連付けられた第２の駆動方向であり、前記第２の軸は前記第１の軸に対して垂直である、デバイス。
【請求項２】
前記第１の速度センサおよび前記第２の速度センサの各々は、
中央開口を有する駆動フレームと、
前記中央開口内に位置づけられ、前記駆動フレームに可撓性結合されている感知質量部とを備え、前記第１の結合バネ構造体は、前記第１の速度センサおよび前記第２の速度センサの各々の駆動フレームと相互接続されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の軸は前記平坦な表面に垂直であり、前記第１の駆動方向は回転駆動方向であり、前記第１の速度センサは前記第１の軸を中心として前記回転駆動方向に駆動され、
前記第２の軸は前記平坦な表面に平行であり、前記第２の駆動方向は並進駆動方向であり、前記第２の速度センサは前記第２の軸に平行な前記並進駆動方向に駆動され、
前記第１の速度センサおよび前記第２の速度センサを相互接続する前記第１の結合バネ構造体は前記並進駆動方向において剛直であり、前記第１の軸および前記第２の軸の各々に直交する第３の軸に対して柔軟である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２の速度センサの隣に配置されている第３の速度センサと、
前記第２の速度センサおよび前記第３の速度センサを相互接続する第２の結合バネ構造体であって、該第２の結合バネ構造体によって、前記第３の速度センサが、該第２の結合バネ構造体によって決定付けられる前記駆動方向において前記駆動周波数で振動する、第２の結合バネ構造体とをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第３の速度センサの前記駆動方向は前記第２の駆動方向であり、前記第２の結合バネ構造体によって、前記第２の速度センサの振動と前記第３の速度センサの振動とが逆相運動に制約される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第３の速度センサの前記駆動方向は前記第２の駆動方向であり、前記第２の結合バネ構造体によって、前記第２の速度センサの振動と前記第３の速度センサの振動とが同相運動に制約される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第３の速度センサの隣に配置されている第４の速度センサと、
前記第３の速度センサおよび前記第４の速度センサを相互接続する第３の結合バネ構造体であって、該第３の結合バネ構造体によって、前記第４の速度センサが、該第３の結合バネ構造体によって決定付けられる前記駆動方向において前記駆動周波数で振動する、第３の結合バネ構造体とをさらに備える、請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の速度センサ、前記第２の速度センサ、前記第３の速度センサ、および前記第４の速度センサは一列に配列されている、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の速度センサ、前記第２の速度センサ、前記第３の速度センサ、および前記第４の速度センサは前記平坦な表面の中央部の周囲に配列されており、
前記ＭＥＭＳデバイスは、前記第１の速度センサと前記第４の速度センサとの間に相互接続されている第４の結合バネ構造体をさらに備える、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の結合バネ構造体は、
前記第１の速度センサに結合されている第１のバネ要素と、
前記第２の速度センサに結合されている第２のバネ要素と、
前記平坦な表面に結合されているアンカを有する旋回レバーであって、該旋回レバーは、旋回軸を中心として振動するように構成されており、該旋回軸は前記アンカの中心であり前記平坦な表面に垂直であり、前記第１のバネ要素は該旋回レバーに結合されており、前記第２のバネ要素は該旋回レバーに結合されている、旋回レバーとを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の速度センサは前記平坦な表面に平行に方向付けられている第１の中心線を示し、前記第１のバネ要素は、前記第１の中心線からずらされたロケーションにおいて前記第１の速度センサと結合されており、
前記第２の速度センサは第２の中心線を示しており、該第２の中心線は前記平坦な表面に平行に、かつ、前記第１の中心線に平行に方向付けられており、前記第２のバネ要素は、該第２の中心線に沿った第２のロケーションにおいて前記第２の速度センサと結合されている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１の軸は前記平坦な表面に垂直であり、前記第１の駆動方向は回転駆動方向であり、
前記第２の軸は前記平坦な表面に平行であり、前記第２の駆動方向は並進駆動方向であり、
前記第１のバネ要素および前記第２のバネ要素は前記並進駆動方向において剛直であり、前記第１の軸および前記第２の軸の各々に直交する第３の軸に対して柔軟である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の速度センサの隣に配置されている第３の速度センサと、
前記第２の速度センサと前記第３の速度センサとを相互接続する第２の結合バネ構造体であって、該第２の結合バネ構造体によって、前記第３の速度センサが、該第２の結合バネ構造体によって決定付けられる前記駆動方向において前記駆動周波数で振動する、第２の結合バネ構造体とをさらに備え、前記第２の結合バネ構造体は、
前記第２の速度センサに結合されている第１のバネ要素と、
前記第３の速度センサに結合されている第２のバネ要素と、
前記平坦な表面に結合されているアンカを有する旋回レバーであって、該旋回レバーは、旋回軸を中心として振動するように構成されており、該旋回軸は前記アンカの中心であり前記平坦な表面に垂直であり、前記第１のバネ要素は該旋回レバーに結合されており、前記第２のバネ要素は該旋回レバーに結合されている、旋回レバーとを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第２の軸は前記平坦な表面に平行であり、前記第２の駆動方向は並進駆動方向であり、
前記第３の速度センサの前記駆動方向は前記第２の駆動方向であり、
前記第１のバネ要素および前記第２のバネ要素は前記並進駆動方向において剛直であり、前記第１の軸および前記第２の軸の各々に直交する第３の軸に対して柔軟である、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第３の速度センサの隣に配置されている第４の速度センサであって、前記前記第１の速度センサ、前記第２の速度センサ、前記第３の速度センサ、および前記第４の速度センサは一列に配列される、第４の速度センサと、
前記第３の速度センサおよび前記第４の速度センサを相互接続する第３の結合バネ構造体であって、該第３の結合バネ構造体によって、前記第４の速度センサが、該第３の結合バネ構造体によって決定付けられる前記駆動方向において前記駆動周波数で振動する、第３の結合バネ構造体とをさらに備え、
前記第２の結合バネ構造体は、第３のバネ要素と第４のバネ要素とをさらに含み、前記第３のバネ要素は前記第１の速度センサおよび前記旋回レバーの各々に結合されており、前記第４のバネ要素は前記第４の速度センサおよび前記旋回レバーの各々に結合されている、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスであって、
平坦な表面に平行に振動するように構成されている複数の速度センサと、
駆動周波数を示す駆動信号を提供するために前記速度センサのうちの少なくとも１つと通信する駆動要素と、
前記複数の速度センサを相互接続する結合バネ構造体であって、該結合バネ構造体によって、前記複数の速度センサの各々が、該結合バネ構造体によって決定付けられる駆動方向において前記駆動周波数で振動する、結合バネ構造体とを備え、
前記速度センサの第１のサブセットの前記駆動方向は、前記平坦な表面に垂直である第１の軸と関連付けられる回転駆動方向であり、前記速度センサの前記第１のサブセットは、前記第１の軸を中心として回転振動するように駆動され、
前記速度センサの第２のサブセットの前記駆動方向は、前記平坦な表面に平行である第２の軸と関連付けられる並進駆動方向であり、前記速度センサの前記第２のサブセットは、前記第２の軸に平行に並進振動するように駆動される、デバイス。
【請求項１７】
前記複数の速度センサは、
第１の速度センサと、
前記結合バネ構造体のうちの第１の結合バネ構造体を通じて前記第１の速度センサと相互接続されている第２の速度センサと、
前記結合バネ構造体のうちの第２の結合バネ構造体を通じて前記第２の速度センサと相互接続されている第３の速度センサと、
前記結合バネ構造体のうちの第３の結合バネ構造体を通じて前記第３の速度センサと相互接続されている第４の速度センサとを備え、前記第１の速度センサおよび第４の速度センサは、前記回転振動をするように構成されている前記速度センサの前記第１のサブセットを形成し、前記第２の速度センサおよび第３の速度センサは、前記並進振動をするように構成されている前記速度センサの前記第２のサブセットを形成する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記結合バネ構造体のうちの前記第２の結合バネ構造体によって、前記第２の速度センサの並進振動と前記第３の速度センサの並進振動とが逆相運動に制約される、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスであって、
第１の速度センサと、
第２の速度センサと、
第３の速度センサと、
第４の速度センサであって、前記第１の速度センサ、前記第２の速度センサ、前記第３の速度センサ、および前記第４の速度センサは平坦な表面に平行に振動するように構成されている、第４の速度センサと、
駆動周波数を示す駆動信号を提供するために、前記第１の速度センサ、前記第２の速度センサ、前記第３の速度センサ、および前記第４の速度センサのうちの少なくとも１つと通信する駆動要素と、
前記第１の速度センサおよび前記第２の速度センサを相互接続する第１の結合バネ構造体、前記第２の速度センサおよび前記第３の速度センサを相互接続する第２の結合バネ構造体、前記第３の速度センサおよび前記第４の速度センサを相互接続する第３の結合バネ構造体、ならびに前記第１の速度センサおよび前記第４の速度センサを相互接続する第４の結合バネ構造体を含む複数の結合バネ構造体であって、該複数の結合バネ構造体によって、前記複数の速度センサの各々が、該結合バネ構造体によって決定付けられる駆動方向において前記駆動周波数で振動する、複数の結合バネ構造体とを備え、前記第１の速度センサおよび前記第４の速度センサの前記駆動方向は、第１の軸と関連付けられる第１の駆動方向であり、前記第２の速度センサおよび前記第３の速度センサの前記駆動方向は、第２の軸と関連付けられる第２の駆動方向であり、前記第２の軸は前記第１の軸に対して垂直である、デバイス。
【請求項２０】
前記第１の結合バネ構造体は、前記第１の速度センサと結合されている第１のバネ要素と、前記第２の速度センサと結合されている第２のバネ要素と、前記平坦な表面に結合されている第１のアンカを有する第１の旋回レバーであって、該第１の旋回レバーは、第１の旋回軸を中心として振動するように構成されており、該第１の旋回軸は前記第１のアンカの中心であり前記平坦な表面に垂直であり、前記第１のバネ要素および前記第２のバネ要素の各々は該第１の旋回レバーに結合されている、第１の旋回レバーとを備え、
前記第３の結合バネ構造体は、前記第３の速度センサと結合されている第３のバネ要素と、前記第４の速度センサと結合されている第４のバネ要素と、前記平坦な表面に結合されている第２のアンカを有する第２の旋回レバーであって、該第２の旋回レバーは、第２の旋回軸を中心として振動するように構成されており、該第２の旋回軸は前記第２のアンカの中心であり前記平坦な表面に垂直であり、前記第３のバネ要素および前記第４のバネ要素の各々は該第２の旋回レバーに結合されており、該第２の旋回レバーは、前記第１の旋回レバーと同期して振動するように構成されている、第２の旋回レバーとを備える、請求項１９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には速度センサに関する。より具体的には、本発明は、少なくとも２つの軸を中心とした角運動を感知するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術は、非常に小さな機械構造体を作成し、従来のバッチ半導体処理技法を使用して単一の基板上に電気デバイスとこれらの構造体を集積する方法を提供するため、近年において広く高い評判を勝ち得ている。ＭＥＭＳの１つの一般的な用途が、センサデバイスの設計および製造である。ＭＥＭＳセンサデバイスは、自動車、慣性誘導システム、家庭電化製品、ゲームデバイス、さまざまなデバイスのための保護システム、ならびに、多くの他の産業、科学、および工学システムなどの用途に広く使用されている。ＭＥＭＳセンサの一例は、ジャイロスコープとも称されるＭＥＭＳ角速度センサである。角速度センサは、１つ以上の軸を中心とした角速度または運動速度を感知する。
【０００３】
なお、二軸速度センサについて、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，４６１，５５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
角速度センサは概して、センサを第１の運動をするように駆動し、当該第１の運動および感知されるべき角運動速度の両方に応答したセンサの第２の運動を測定することによって機能する。容量感知ＭＥＭＳデバイスの低い温度感度、小型サイズ、低コストでの大量生産に適していることに起因して、角速度センサのための容量感知ＭＥＭＳデバイス設計は小型デバイスの動作にとって大いに望ましい。
【０００６】
ＭＥＭＳ角速度センサの使用は増大し、および多様化し続けているため、複数の回転軸を中心とした角速度を感知することが可能なデバイスの開発に一層重点が置かれるようになってきている。加えて、製造コストおよび複雑度を増大させることなく、また部品性能を犠牲にすることなく多軸感知能力を達成するＭＥＭＳ角速度センサの作製方法に一層重点が置かれるようになってきている。これらの取り組みは、自動車、医療、商用、および消費者製品における既存のおよび将来の高容量用途によって主に推し進められている。
【０００７】
一般的な多軸速度感知構成は、直交構成において方向付けられた、同一基板上の２つ以上の別個の速度センサを含み得る。そのような多軸ＭＥＭＳデバイスは、駆動電極およびモニタ電極から成る複数のセットを必要とする場合があり、駆動電極およびモニタ電極から成る各セットは、角速度センサの１つと関連付けられる。さらに、このような構成は、複数の周波数生成器を有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を必要とする場合があり、各周波数生成器は角速度センサの１つと関連付けられており、それによって、各速度センサは異なる周波数で駆動される。複数の周波数生成器から速度センサに提供されている駆動信号の周波数は、それらがプロセス変動に起因して互いに一致しないように、十分に離間されているべきである。したがって、別個の速度センサ、および、複数の周波数生成器を有する関連ＡＳＩＣを有するＭＥＭＳダイは、望ましくないことに大きく、複雑で、コストがかかる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態は、多軸感知のために複数の個々の速度センサアセンブリを含むＭＥＭＳデバイス構造を含む。速度センサアセンブリは結合バネ構造体を通じてともに連結されており、結合バネ構造体の構成が、速度センサアセンブリの各々の駆動方向を決定付ける。加えて、速度センサアセンブリの各々は同一駆動周波数で振動するように駆動される。速度センサアセンブリが同一駆動周波数で振動するように駆動されるため、それらの運動が同期される必要がある。すなわち、速度センサアセンブリの駆動質量部が機械的に同期されていない場合、駆動信号は異なる位相および駆動振幅を有するおそれがあり、この結果として感知信号が不正確になり得る。したがって、結合バネ構造体は、速度センサアセンブリが、関連ＡＳＩＣにおける共通の復調を可能にするために同期した運動によって同一駆動周波数で振動するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な速度センサアセンブリの上面図。
【図２】図１の速度センサアセンブリの側面図。
【図３】図１の速度センサアセンブリの記号表現の図。
【図４】別の例示的な速度センサアセンブリの上面図。
【図５】図４の速度センサアセンブリの側面図。
【図６】図４の速度センサアセンブリの記号表現の図。
【図７】一実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリを結合するための結合バネ構造体の図。
【図８】一実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリを結合するための別の結合バネ構造体の図。
【図９】一実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリを結合するための別の結合バネ構造体の図。
【図１０】一実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリを結合するためのさらに別の結合バネ構造体の図。
【図１１】一実施形態に応じた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを示す図。
【図１２】一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイスを示す図。
【図１３】一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイスを示す図。
【図１４】一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイスを示す図。
【図１５】一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイスを示す図。
【図１６】一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイスを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付の図面（必ずしも原寸に比例して描かれてはいない）と併せて考察して詳細な説明および請求項を参照することで、より完全に本発明を理解することができ、図面全般に亘り同様の参照符号は類似の項目を示している。
【００１１】
下記により詳細に説明するように、図１〜図３は面内軸を中心とした回転を感知するための速度センサアセンブリの一例を示すために提供されており、これらの速度センサアセンブリは図１１〜図１６に関連して説明されるさまざまな例の多軸速度センサ実施形態に組み込まれてもよい。同様に、図４〜図６は面に直交する軸を中心とした回転を感知するための別の例の速度センサアセンブリを示すために提供されており、これらの速度センサアセンブリは図１１〜図１６に関連して説明されるさまざまな例の多軸速度センサ実施形態に組み込まれてもよい。本明細書において２つの速度センサアセンブリが示されているが、実施形態はこれらの特定の速度センサ設計には限定されないことを理解されたい。代替えとして、実施形態は、複数の速度センサ設計が包含されることを含み、それらの各々が特定の角入力を感知するように最適化されてもよい。複数の速度センサが、それらの駆動方向を決定付けるための結合バネ構造体（本明細書に記載）を通じて適切に連結される。
【００１２】
ここで図１〜図３を参照すると、図１は一例である速度センサアセンブリ２０の上面図を示しており、図２は速度センサアセンブリ２０の側面図を示しており、図３は速度センサアセンブリ２０の記号表現を示している。一般には、角速度センサ２０は、Ｘ−Ｙ平面２２内においてほぼ平坦な構造体を有するものとして示されており、３次元座標系におけるＸ軸２４およびＹ軸２６はＸ−Ｙ平面２２に平行であり、Ｚ軸２８は、図１中のＸ−Ｙ平面２２に対して垂直に、図面外に延在している。本実施形態において、速度センサアセンブリ２０は概して、入力軸（本実施形態ではＸ軸２４）について発生する角速度を感知するように構成されている。しかしながら、この設計は容易に、示されている構成に速度センサアセンブリを直角に向けることによって、別の入力軸、すなわちＹ軸２６を中心として発生する角速度を感知するように実装され得る。
【００１３】
速度センサアセンブリ２０は、基板３０と、本明細書において駆動質量部３２と称する懸垂質量部と、本明細書において感知質量部３４と称する別の懸垂質量部と、下記に詳細に記載されるさまざまな機械的連結機構とを含む。図１の例において、感知質量部３４は駆動質量部３２を貫通して延在する中央開口３６内に存在している。この構成は、「外側駆動、内側感知」センサ設計と称される。
【００１４】
ねじりバネ３８の形態の可撓性支持要素が、駆動質量部３２の内周に結合されている。ねじりバネ３８は、駆動質量部３２を、同様に中央開口３６内に存在するアンカ４２を通じて基板３０の平坦な表面４０に接続し、それによって、駆動質量部３２は基板３０の上に懸垂される。ねじりバネ３８は主にＸ−Ｙ平面２２において可撓性であり、それによって、駆動質量部３２はＺ軸２８を中心とする面内振動軸回転について大きく制約される。すなわち、駆動質量部３２の駆動方向はＺ軸２８に関連付けられる。振動回転駆動運動は曲線矢印４３（図１および図３）によって表されており、本明細書においては回転駆動方向４３とも称する。感知質量部３４は、駆動質量部３２の内周に結合しているトーションビーム４４によって基板３０の上に懸垂されている。トーションビーム４４はＹ軸２６に平行に伸張し、感知質量部３４を、Ｙ軸２６を中心とした面外回転について制約する。ここでも、この設計は、これを、トーションビーム４４がＸ軸２４に平行に伸張し、感知質量部３４を、Ｘ軸２４を中心とした面外回転について制約するように向けることによって、Ｙ軸２６を中心として発生する角速度を感知するように実装され得る。
【００１５】
速度センサアセンブリ２０および他の例の実施形態（後述）の要素は、角速度センサ２０の他の要素「に固定される（ａｎｃｈｏｒｅｄ  ｔｏ）」、「に取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ  ｔｏ）」、「と取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ  ｗｉｔｈ）」、「に結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」、「に接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」または「と相互接続される（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｗｉｔｈ）」ものとしてさまざまに記載されている。これらの用語は、速度センサアセンブリ２０の特定の要素の、ＭＥＭＳ作製のパターニングおよびエッチング工程を通じてそれらが形成されている間に発生する直接または間接的な物理的接続を指していることを理解されたい。加えて、速度センサアセンブリ２０および他の例の実施形態（後述）のさまざまな要素は、堆積、パターニング、エッチングなどの、現行のおよび近い将来の表面マイクロマシニング技法を利用して生成されることができる。したがって、図解において種々の陰影および／または網掛けが利用されている場合があるが、構造層内の種々の要素は一般的に、ポリシリコン、単結晶シリコンなどのような同一材料から形成される。
【００１６】
さまざまな導電板、または電極が、速度センサアセンブリ２０の他の固定構成要素とともに基板３０の表面４０上に形成されてもよい。この単純化された図解において、電極は、入力軸、すなわちＸ軸２４を中心とした速度センサアセンブリ２０の回転を感知するのに使用される感知電極４６および４８を含む。ＡＳＩＣから電極４６および４８ならびに感知質量部３２までの別個の電気接続を提供するために導体（図示せず）が基板３０上に形成されることができる。感知質量部３２の面外運動をモニタリングするために、回転は、感知質量部３２と電極４６および４８との間のキャパシタンスの変化として感知されることができる。電極４６および４８は、図１においては上に重なっている感知質量部３４によって隠れている。したがって、図１においては、電極４６および４８は、感知質量部３４に対するそれらの物理的配置を示すために破線形式で表されている。
【００１７】
一般には、速度センサアセンブリ２０は、駆動質量部３２に取り付けられている電極板と交互配置されている固定平行板アクチュエータを有する駆動動作ユニット（図示せず）を含んでもよい。概して、交流電流（ＡＣ）駆動信号がＡＳＩＣ、すなわち、駆動回路（図示せず）を通じて平行板アクチュエータに印加されてもよい。駆動信号は、駆動質量部３２を、回転駆動方向４３によって表されているように、Ｘ−Ｙ平面２２内でＺ軸２８を中心として振動させる。速度センサアセンブリ２０がＸ軸２４を中心とした入力、すなわち、角運動（図１によって矢印５０によって表されている）を受けると、角運動５０によって生成されるコリオリの力が、感知質量部３４を、Ｙ軸２６を中心として回転するようにし（図１および図２において矢印５２によって表されている）、以下、この運動を感知運動５２と称す。Ｙ軸２６を中心とした感知質量部３４の面外感知運動５２、および、従って入力軸、すなわちＸ軸２４を中心とした速度センサアセンブリ２０の回転は、当業者に知られているように、電極４６および４８におけるキャパシタンスを感知することによって検出される。
【００１８】
図３に示す速度センサアセンブリ２０の記号表現は、駆動質量部がＺ軸２８を中心として振動回転運動するように駆動されている速度センサアセンブリを表している。速度センサアセンブリ２０の記号表現内に示されている曲線矢印は、振動回転駆動方向４３を表している。上述のように、速度センサアセンブリ２０の感知質量部は、Ｘ軸２４を中心とした、またはＹ軸２６を中心とした角速度を上述のようなコリオリの力を通じて感知するように構成されている。したがって、速度センサアセンブリ２０について、以下Ｘ−Ｙセンサアセンブリ２０と称す。繰り返しておくが、Ｘ−Ｙセンサアセンブリ２０は任意のさまざまな速度センサ設計を表しており、それらの速度センサの各々が、回転駆動方向４３に駆動されながらＸ軸２４またはＹ軸２６を中心として発生する角速度を感知するように最適化されてもよい。図３に示す矢印４３は、角速度センサ２０がＸ軸２４を中心とした、またはＹ軸２６を中心とした入力角速度を感知するのに使用されているかにかかわらず、Ｚ軸２８を中心とした振動回転駆動運動を表す。
【００１９】
ここで図４〜図６を参照すると、図４は別の例の速度センサアセンブリ５０の上面図を示しており、図５は速度センサアセンブリ５０の側面図を示しており、図６は速度センサアセンブリ５０の記号表現を示している。速度センサアセンブリ２０（図１）と同様に、速度センサアセンブリ５０は、Ｘ−Ｙ平面２２内においてほぼ平坦な構造体を有するものとして示されている。本実施形態において、速度センサアセンブリ５０は概して、Ｘ−Ｙ平面２２に垂直である入力軸、すなわちＺ軸２８を中心とした、曲線矢印５２によって表されている角運動を感知するように構成されている。
【００２０】
速度センサアセンブリ５０は、基板３０から離間した関係にある、すなわち、基板３０の上に懸垂されている駆動質量部５４および感知質量部５６を含む。図４の例において、感知質量部５６は駆動質量部５４を貫通して延在する中央開口５８内に存在している。速度センサアセンブリ２０と同様に、この構成も、「外側駆動、内側感知」センサ設計と称されることがある。
【００２１】
一実施形態において、可撓性支持要素６０が駆動質量部５４の外周に結合されている。可撓性支持要素６０は、駆動質量部５４を、アンカ６２を通じて基板３０の平坦な表面４０に接続し、それによって、駆動質量部５４は基板３０の上に懸垂される。可撓性支持要素６０は、長手方向においてＸ軸２４に実質的に平行に向いている。可撓性支持要素６０は主にＹ方向において可撓性であり、すなわち、柔軟であり、それによって、駆動質量部５４はＹ軸２６に平行な面内並進運動について大きく制約される。すなわち、駆動質量部５４の駆動方向はＹ軸２６に関連付けられる。この振動並進駆動運動は、Ｙ軸２６に平行に向いている直線矢印６４（図４および図６）によって表されており、本明細書において並進駆動方向６４と称す。本明細書において使用される場合、「並進駆動運動」という語句は、回転のない一定の駆動運動を指す。
【００２２】
感知質量部５６は、駆動質量部５４の内周に結合している可撓性支持要素６６によって基板３０の上に懸垂されている。可撓性支持要素６６は、長手方向においてＹ軸２６に実質的に平行に向いている。可撓性支持要素６６は主にＸ方向において可撓性であり、すなわち、柔軟であり、それによって、感知質量部５６はＸ軸２４に平行な面内振動並進運動について大きく制約される。この並進感知方向はＸ軸２４に平行に向いている双頭矢印６８（図４および図５）によって表されており、本明細書において感知運動６８と称す。
【００２３】
当業者には知られているように、さまざまな固定電極は、速度センサアセンブリ５０の他の固定構成要素とともに感知質量部５６と同一の高さに、基板３０の表面４０にマウントされ形成されてもよい。この単純化された図解において、電極は、入力軸、すなわちＺ軸２８を中心とした速度センサアセンブリ５０の回転を感知するのに使用される感知電極７０および７２を含む。特に、感知電極７０および７２は、感知質量部５６の並進運動を検知するが、それは、この運動が、感知質量部５６と固定感知電極７０および７２との間のキャパシタンスを変化させるためである。したがって、入力軸、すなわち、Ｚ軸２８を中心とした速度センサアセンブリ５０の回転が、感知質量部５６と電極７０および７２との間のキャパシタンスの変化として感知されることができる。ＡＳＩＣから電極７０および７２ならびに感知質量部５６までの別個の電気接続を提供するために導体（図示せず）が基板３０上に形成されることができる。
【００２４】
一般には、速度センサアセンブリ５０は、駆動質量部５４に取り付けられている電極板とともに適切に配列されている固定平行板アクチュエータを有する駆動動作ユニット（図示せず）を含んでもよい。概して、交流電流（ＡＣ）駆動信号がＡＳＩＣ、すなわち、駆動回路（図示せず）を通じて平行板アクチュエータに印加されてもよい。駆動信号は、駆動質量部５４を、並進駆動方向６４によって表されているように、Ｘ−Ｙ平面２２内でＹ軸２６に平行に振動させる。速度センサアセンブリ５０がＺ軸２８を中心とした入力、すなわち角運動５２を受けると、角運動５２によって生成されるコリオリの力によって、感知質量部５６がＸ軸２４に実質的に平行に並進し（図４および図５において矢印６８によって表されている）、この運動を以下感知運動６８と称す。Ｘ軸２４に平行な感知質量部５６の面内感知運動６８、および、従って入力軸、すなわちＺ軸２８を中心とした速度センサアセンブリ５０の回転は、当業者に知られているように、電極７０および７２におけるキャパシタンスを感知することによって検出される。
【００２５】
図６に示す速度センサアセンブリ５０の記号表現は、駆動質量部がＸ軸２４およびＹ軸２６のうちの一方に平行に振動並進運動するように駆動されている速度センサアセンブリを表している。速度センサアセンブリ５０の記号表現内に示されている直線矢印は、並進駆動方向６４を表している。上述のように、速度センサアセンブリ５０の感知質量部は、Ｚ軸２８を中心とした角速度を上述のようなコリオリの力を通じて感知するように構成されている。したがって、速度センサアセンブリ５０について、以下Ｚセンサアセンブリ５０と称す。ここでも、速度センサアセンブリ５０は任意のさまざまな速度センサ設計を表しており、それらの速度センサの各々が、並進駆動方向６４に駆動されながらＺ軸２８を中心として発生する角速度を感知するように最適化されてもよいことが容易に理解されるであろう。さらに、並進駆動運動６４は、図示のようにＹ軸２６に平行に向けられてもよく、Ｘ軸２４に平行に向けられてもよい。言い換えれば、図６に示す矢印６４は、Ｙ軸２６に平行な振動並進駆動運動を表している。しかしながら、速度センサアセンブリ５０は、図示の矢印に直交して向けられてもよい。そのような実施形態において、並進駆動運動６４はＸ軸２４に平行になり、感知質量部５６は、同一入力軸、すなわちＺ軸２８を中心とした入力角回転に応答してＹ軸２６に平行な面内振動並進運動について制約されることになる。
【００２６】
後述の実施形態に応じて、Ｘ−Ｙセンサアセンブリ２０（図１）およびＺセンサアセンブリ５０は、多軸速度センサデバイスを形成するために適切な結合バネ設計を使用して相互接続され、結合バネの構成が速度センサアセンブリの各々の駆動方向（たとえば、回転駆動方向４３または並進駆動方向６４）を決定付ける。さらに、結合バネによって、多軸感知デバイスのさまざまな速度センサアセンブリ２０、５０が、同一駆動周波数で、同期した運動によって振動するように駆動されることが可能になり、ＡＳＩＣにおいて共通の復調が可能になる。ここで、図７〜図１０は、多軸ＭＥＭＳデバイスを形成するために複数の速度センサアセンブリを連結するために実装されてもよいさまざまな結合バネ設計を示す。
【００２７】
ここで図７を参照すると、図７は、一実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリ２０を結合するための結合バネ構造体８０を示す。結合バネ構造体８０は一対の結合バネ８２を含み、結合バネ８２の各々は第１の軸に対して可撓性、すなわち柔軟であり、第２の軸に対し概して非可撓性、すなわち剛直である。図７に示す特定の向きにおいて、結合バネ８２の各々のそれぞれの折れによって、結合バネ８２がＹ軸２６に実質的に平行に伸長および収縮することが可能になる。しかしながら、結合バネ８２のそれぞれの折れの構成は概して、結合バネ８２がＸ軸２４に平行に伸長および収縮することを妨げる。
【００２８】
図７は、それらを相互接続している結合バネ構造体８０によって互いの隣に配置されているＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０をさらに示している。特に、明瞭にするためにＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａと称するＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０のうちの一方の端部８４は、明瞭にするためにＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ｂと称する他方のＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０の端部８６に隣接しているが、接触していない。結合バネ８２の一方の終端部８８はＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａの端部８４の各終端部に結合されており、同じ結合バネ８２の反対の終端部９０はＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ｂの端部８６の各終端部に結合されている。したがって、一実施形態において、両方の結合バネ８２の全体がＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａと２０Ｂとの間に挟まれている。
【００２９】
結合バネ構造体８０の２重結合バネ構成、および、結合バネ８２がＸ方向ではなくＹ方向において柔軟であることによって、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂの振動は逆相運動に制約される。すなわち、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０ＢはＺ軸２８を中心とした回転駆動方向４３に駆動されるとき、それらは反対の方向、すなわち逆相（反対に向いた矢印４３によって表されている）に振動し、駆動周波数で同期されている。Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂならびに結合バネ構造体８０の構成は、図７に示す構成に対して直角に向けられてもよく、それによって、結合バネ８２はＸ軸２４に対して柔軟になり、Ｙ軸２６に対して剛直になる。それにもかかわらず、結合バネ構造体８０の２重結合バネ構成によって、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂの振動が、回転駆動方向４３における逆相運動に制約される。Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂのいずれかは、図１〜図３に関連して上述したように、感知質量部３４の向きに応じて、Ｘ軸２４またはＹ軸２６のいずれかを中心とした入力角速度を感知するように構成されてもよい。
【００３０】
図８は、別の実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリ２０を結合するための結合バネ構造体９２を示す。結合バネ構造体９２は一対の結合バネ９４を含み、結合バネ９４の各々は第１の軸に対して可撓性、すなわち柔軟であり、第２の軸に対し概して非柔軟性、すなわち剛直である。図８に示す特定の向きにおいて、結合バネ９４の各々のそれぞれの折れによって、結合バネ９４がＸ軸２４に実質的に平行に伸長および収縮することが可能になる。しかしながら、結合バネ９４のそれぞれの折れの構成は概して、結合バネ９４がＹ軸２６に平行に伸長および収縮することを妨げる。
【００３１】
図８は、それらを相互接続している結合バネ構造体９２によって互いの隣に配置されているＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０をさらに示している。特に、明瞭にするためにＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａと称するＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０のうちの一方の端部９６は、明瞭にするためにＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ｂと称する他方のＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０の端部９８に隣接しているが、接触していない。結合バネ９４の一方の終端部１００はＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａの端部９６の各終端部に結合されており、同じ結合バネ９４の反対の終端部１０２はＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ｂの端部９８の各終端部に結合されている。本実施形態においては、両方の結合バネ９４の全体は、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａと２０Ｂとの間に挟まれていない。代わりに、それらは、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａと２０Ｂとの間の空間の外部に位置する。
【００３２】
結合バネ構造体９２の２重結合バネ構成、および、結合バネ９４がＹ方向ではなくＸ方向において柔軟であることによって、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂの振動は、同一方向を向いた矢印４３によって表されている同相運動に制約される。すなわち、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０ＢはＺ軸２８を中心とした回転駆動方向４３に駆動されるとき、それらは同一方向に振動し、駆動周波数で同期されている。ここでも、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂならびに結合バネ構造体９２の構成は、図８に示す構成に対して直角に向けられてもよく、それによって、結合バネ９４はＹ軸２６に対して柔軟になり、Ｘ軸２４に対して剛直になる。それにもかかわらず、結合バネ構造体９２の２重結合バネ構成によって、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂの振動が、回転駆動方向４３における同相運動に制約される。さらに、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｂのいずれかは、図１〜図３に関連して上述したように、感知質量部３４の向きに応じて、Ｘ軸２４またはＹ軸２６のいずれかを中心とした入力角速度を感知するように構成されてもよい。
【００３３】
図９は、一実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリ２０、５０を結合するための別の結合バネ構造体１０４を示す。本実施形態において、結合バネ構造体１０４は、単一の結合バネ１０６を含む。結合バネ１０６は第１の軸に対して可撓性、すなわち柔軟であり、第２の軸に対し概して非柔軟性、すなわち剛直である。図９に示す特定の向きにおいて、結合バネ１０６の折れによって、結合バネ１０６がＹ軸２６に実質的に平行に伸長および収縮することが可能になる。しかしながら、結合バネ１０６の構成は概して、結合バネ１０６がＸ軸２４に平行に伸長および収縮することを妨げる。
【００３４】
図９は、それらを相互接続している結合バネ構造体１０４によって互いの隣に配置されているＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０およびＺ速度センサアセンブリ５０をさらに示している。特に、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０の端部１０８はＺ速度センサアセンブリ５０の端部１１０に隣接しているが、接触していない。結合バネ１０６の終端部１１２はＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０の端部１０８の終端部に結合されており、結合バネ１０６の反対の終端部１１４はＺ速度センサアセンブリ５０の端部１１０の終端部に結合されている。すなわち、結合バネ１０６は、速度センサアセンブリ２０、５０の各々の中心線１１６からずらされて、速度センサアセンブリ２０、５０の各々に取り付けられている。
【００３５】
結合バネ構造体１０４の単一結合バネ構成、結合バネの速度センサアセンブリ２０、５０の各々とのずらされた接続、および、結合バネ１０６が１つの方向（たとえば、Ｙ方向）においては柔軟であるが、反対の方向（たとえば、Ｘ方向）においてはそうでないことによって、回転駆動方向４３におけるＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０の振動駆動運動が促進され、一方で同時に、並進駆動方向６４におけるＺ速度センサアセンブリ５０の振動駆動運動が促進される。さらに、それらが結合バネ構造体１０４を通じて接続されていることによって、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０およびＺ速度センサアセンブリ５０は、単一の駆動周波数における同期した運動をする。速度センサアセンブリ２０および５０ならびに結合バネ構造体１０４の構成は、図示の構成に直交して向けられることができることを理解されたい。
【００３６】
図１０は、一実施形態に応じた、一対の速度センサアセンブリ（破線形式で図示）を結合するためのさらに別の結合バネ構造体１２０を示す。バネ構造１２０は概して、第１のバネ要素１２２と、第２のバネ要素１２４と、旋回レバー１２６とを含む。第１のバネ要素１２２の終端部１２８は旋回レバー１２６に結合されており、第１のバネ要素１２２の反対の終端部１３０は、速度センサアセンブリ２０、５０のうちの一方と相互接続するように構成されている。同様に、第２のバネ要素１２４の終端部１３２は旋回レバー１２６に結合されており、反対の終端部１３４は、速度センサアセンブリ２０、５０のうちのもう一方と相互接続するように構成されている。
【００３７】
図１２、図１３、図１５、および図１６に関連した説明において、結合バネ構造体１２０は、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０同士、Ｚ速度センサアセンブリ５０同士、またはＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０とＺ速度センサアセンブリ５０とを相互接続するように適合されてもよいことが理解されるであろう。したがって、速度センサアセンブリ２０、５０は概して、結合バネ構造体１２０が速度センサアセンブリ２０、５０のいずれかを相互接続するように適合されてもよいことを表すために図１０においては破線形式で図示表現されている。
【００３８】
一実施形態において、旋回レバー１２６は、下方にある基板（図示せず）に取り付けられているアンカ１３６と、アンカ１３６を包囲するフレーム１３８と、フレーム１３８の対向する両側から伸張するアーム１４０、１４２とを含む。ねじりバネ１４４の形態の可撓性支持要素が、フレーム１３８の内周に結合されている。ねじりバネ１４４は、フレーム１３８およびアーム１４０、１４２を、下方にある基板にアンカ１３６を通じて接続し、それによって、旋回レバー１２６は概して基板の上に懸垂されている。ねじりバネ１４４は主にＸ−Ｙ平面２２において可撓性であり、それによって、旋回レバー１２６は、アンカ１３６に中心がある、旋回軸、すなわちＺ軸２８を中心とする面内振動軸回転について大きく制約される。旋回軸を中心とした旋回レバー１２６の振動回転運動は曲線矢印１４６によって表されている。
【００３９】
第１のバネ要素１２２、１２４は第１の軸に対して可撓性、すなわち柔軟であり、第２の軸に対し概して非可撓性、すなわち非柔軟性である。図１０に示される特定の向きにおいて、バネ要素１２２、１２４の各々のそれぞれの折れによって、バネ要素１２２、１２４がＹ軸２６に実質的に平行に伸長および収縮することが可能になる。しかしながら、バネ要素１２２、１２４のそれぞれの折れの構成は概して、バネ要素１０６、１０８がＸ軸２４に平行に伸長および収縮することを妨げる。図１０に示す構成は図示されている構成に直角に向けられてもよいことを理解されたい。
【００４０】
結合バネ構造体８０（図７）、９２（図８）、１０４（図９）、および１２０（図１０）は、さまざまな個々の速度センサアセンブリ２０、５０を相互接続するために選択的に実装される。結合バネ構造体８０、９２、１０４、および１２０は、特定の結合バネ構造体８０、９２、１０４、および１２０およびそれらの特定の柔軟性、すなわち可撓性によって決定付けられる駆動方向（たとえば、回転駆動方向４３および／または並進駆動方向６４）において、単一の駆動周波数で、相互接続された速度センサアセンブリ２０、５０が振動することを可能にする。さらに、速度センサアセンブリ２０、５０が結合バネ構造体８０、９２、１０４、および１２０のいずれかを通じて相互接続される結果として、アセンブリ２０、５０のすべてが同期した振動をし、感知信号の不確かさが制限される。
【００４１】
概して、さまざまな実施形態は、平坦な表面を有する基板と、当該基板から離間した関係にある少なくとも２つの速度センサとを含むＭＥＭＳデバイスを含む。速度センサは、基板の平坦な表面に平行に振動するように構成されている。ＭＥＭＳデバイスは、駆動周波数を示す駆動信号を提供するために速度センサのうちの少なくとも１つと通信する駆動要素をさらに含む。少なくとも１つの結合バネ（たとえば、結合バネ構造体８０、９２、１０４、および１２０）が速度センサを相互接続する。結合バネは、速度センサが、当該結合バネの構成によって決定付けられる駆動方向において、上記駆動周波数で振動するように構成される。速度センサの少なくとも１つの駆動方向は、第１の軸と関連付けられる第１の駆動方向であり、速度センサのもう一方の駆動方向は、第２の軸と関連付けられる第２の駆動方向であり、第２の軸は第１の軸に対して垂直である。速度センサは、逆相に駆動されてもよく、同相に駆動されてもよい。以下の例において、逆相運動は反対に向いた矢印対４３または６４によって記号化され、同相運動は同様に向いた矢印対４３または６４によって例示される。
【００４２】
後述の図１１〜図１６は、例示を目的としてさまざまなＭＥＭＳ多軸速度センサデバイス構成を記載する。結合バネ構造体８０、９２、１０４、および１２０が後述の例の実施形態以外の広範な多軸速度センサデバイスを生成するように適合されてもよいことは容易に理解されるであろう。さらに、多軸速度センサデバイス構成は、下記に図１１〜図１６が示すような４つの速度センサアセンブリに限定される必要はない。代替えとして、より多くの速度センサアセンブリが多軸速度センサデバイスに組み込まれてもよい。
【００４３】
図１１は、一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイス１５０を示す。ＭＥＭＳデバイス１５０は、一対のＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０と、一対のＺ速度センサアセンブリ５０とを含む。より詳細には、ＭＥＭＳデバイス１５０は、ここではＸ−Ｙ速度センサ２０Ａと称する第１の速度センサアセンブリと、ここではＺ速度センサ５０Ｂと称する第２の速度センサアセンブリと、ここではＺ速度センサ５０Ｃと称する第３の速度センサアセンブリと、ここではＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄと称する第４の速度センサアセンブリとを含む。本明細書において使用される「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」などという用語は、数えられる一連の要素の中での要素の順序付けまたは優先順位付けを指すものではない。代わりに、「第１の」、「第２の」、「第３の」、および「第４の」という用語は、説明を明瞭にするために特定の要素を区別するために使用される。
【００４４】
さまざまな実施形態において、図１〜図３に関連して説明したように、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの両方がＸ軸２４を中心とした角入力を感知するように構成されてもよく、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの両方がＹ軸２６を中心とした角入力を感知するように構成されてもよく、または、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡがＸ軸２４を中心とした角入力を感知するように構成されてもよく、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤがＹ軸２６を中心とした角入力を感知するように構成されてもよい。したがって、ＭＥＭＳデバイス１５０は２軸ＭＥＭＳ速度センサデバイスとして構成されてもよく、または３軸ＭＥＭＳ速度センサデバイスとして構成されてもよい。
【００４５】
Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、下方にある基板３０から離間した関係にある。加えて、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、基板３０の中央部１５２の周囲に配置されている。中央部１５２は必ずしも、基板３０の各外縁から等距離にある基板３０の中心を指してはいない。代わりに、中央部１５２は、その周囲にＸ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄの各々がその位置から外方におおよそ等しい距離で側方に離間されている、基板３０上のおおよその位置を指す。
【００４６】
Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡおよびＺ速度センサ５０Ｂは互いの隣に配置されており、結合バネ構造体１０４の単一のバネ構成を通じて相互接続されている。Ｚ速度センサ５０ＢおよびＺ速度センサ５０Ｃは互いの隣に配置されており、結合バネ構造体８０の２重バネ構成を通じて相互接続されている。Ｚ速度センサ５０ＣおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは互いの隣に配置されており、もう１つの結合バネ構造体１０４を通じて相互接続されている。そして、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ａは互いの隣に配置されており、もう１つの結合バネ構造体８０を通じて相互接続されている。
【００４７】
図１１に示す構成において、結合バネ構造体１０４の結合バネ１０６は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟、すなわち、可撓性であり、Ｙ軸２６に平行な方向において剛直であるように、Ｘ−Ｙ平面２２内で適切に方向付けられている。結合バネ構造体８０の結合バネ８２は、Ｙ軸２６に平行な方向において柔軟であり、Ｘ軸２４に平行な方向において剛直であるように、Ｘ−Ｙ平面２２内で適切に方向付けられている。
【００４８】
ＭＥＭＳデバイス１５０は、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａ、２０ＤおよびＺ速度センサ５０Ｂ、５０Ｃのそれぞれの駆動質量部３２（図１）および５４（図４）を駆動するための駆動系をさらに含む。図示の実施形態において、駆動系は、固定駆動要素１５６および可動駆動要素１５８を有する２つの駆動アクチュエータユニット１５４を含む。固定駆動要素１５６は、基板３０と結合されてもよく、可動駆動要素１５８はＸ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２（図１）に取り付けられてもよい。固定駆動要素１５６は、可動駆動要素１５８から離間され、互い違いの配列に位置づけられる。Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２にそれらが取り付けられることによって、可動駆動要素１５８は駆動質量部３２とともに運動可能である。逆に、基板３０にそれらが固定されて取り付けられていることによって、固定駆動要素１５６は、可動駆動要素１５８に対して固定である。例示を簡潔にするため、少数の固定駆動要素１５６および可動駆動要素１５８のみを示す。固定駆動要素および可動駆動要素の数量および構造は設計要件に応じて変化することになることを当業者は容易に認識するであろう。
【００４９】
ＭＥＭＳデバイス１５０の駆動系は、駆動質量部の運動をモニタリングするための駆動モニタユニット１６０をさらに含んでもよい。示されている実施形態において、駆動モニタユニット１６０は、固定モニタ要素１６２と可動モニタ要素１６４とを含む。固定モニタ要素１６２は基板３０と結合されており、一実施形態において、可動モニタ要素１６４は、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃの駆動質量部５４（図４）に取り付けられている。固定モニタ要素１６２は、可動モニタ要素１６４から離間され、互い違いの配列に位置づけられる。Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃの駆動質量部５４にそれらが取り付けられることによって、可動モニタ要素１６４は駆動質量部５４とともに運動可能である。逆に、基板３０にそれらが固定されて取り付けられていることによって、固定モニタ要素１６２は、可動モニタ要素１６４に対して固定である。ここでも、例示を簡潔にするため、少数の固定モニタ要素１６２および可動モニタ要素１６４のみを示す。固定モニタ要素および可動モニタ要素の数量および構造は設計要件に応じて変化することができることを当業者は容易に認識するであろう。代替的に、いくつかのシステム設計では、駆動モニタユニット１６０を含むことを必要としない場合がある。
【００５０】
概して、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１６６が、駆動信号１６８を駆動アクチュエータユニット１５４に供給する。駆動信号１６８は、駆動周波数を有する波形（一般的には正弦波）である。一般的に、ＡＳＩＣ１６６は、ＭＥＭＳデバイスの共振周波数で駆動が行われるように、駆動信号１６８の駆動周波数を調整する。いくつかの実施形態において、この調整は、位相ロックループ（ＰＬＬ）システム（図示せず）を用いて行われてもよい。示されている例において、駆動アクチュエータユニット１５４を通じて駆動信号１６８を印加することによって、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｄの各々の駆動質量部３２は、駆動信号１６８の駆動周波数で回転駆動方向４３において振動するようになる。加えて、Ｚ速度センサアセンブリ５０Ｂおよび５０Ｃの各々の駆動質量部５４は、それらが結合バネ構造体１０４を通じてＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｄと相互接続されていることに起因して、駆動信号１６８の駆動周波数で並進駆動方向６４において振動することになる。ＡＳＩＣ１６６は、駆動周波数１６８が速度センサアセンブリ２０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および２０Ｄに印加されるのに応答して、駆動モニタユニット１６０からモニタ信号１７０を受信する。モニタ信号１７０は、ＡＳＩＣ１６６が、駆動質量部３２および５４の駆動変位および位相をモニタリングするのに使用される。
【００５１】
示されている例において、２つの駆動アクチュエータユニット１５４が、４つの速度センサアセンブリ２０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および２０Ｄを駆動するのに利用されている。このタイプの構成によって、空間効率を達成することができる。しかしながら、他の実施形態において、速度センサアセンブリあたり１つ以上の駆動アクチュエータユニット１５４を用いて、さらなる駆動アクチュエータユニット１５４が実装されてもよい。たとえば、本実施形態において、速度センサアセンブリあたり２つの駆動アクチュエータユニット１５４を用いて、２つの駆動アクチュエータユニット１５４が実装されてもよい。駆動アクチュエータユニット１５４は、広範な駆動系構成および技法を表している。それにもかかわらず、さまざまな実施形態において、駆動系はすべての駆動アクチュエータユニットに特定の駆動周波数で同じ駆動信号を供給する。
【００５２】
Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄが結合バネ構造体８０を通じて相互接続されていることに起因して、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２は、その駆動周波数で互いに対して逆相に振動することになる。同様に、Ｚ速度センサ５０Ｃおよび５０Ｄがもう１つの結合バネ構造体８０を通じて相互接続されていることに起因して、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２も、同様にその駆動周波数で互いに対して逆相に振動することになる。この逆相運動は、反対に向いた矢印対４３および６４によって表されている。Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡとＺ速度センサ５０Ｂとが結合バネ構造体１０４を通じて相互接続されていること、および、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤとＺ速度センサ５０Ｃとがもう１つの結合バネ構造体１０４を通じて相互接続されていることによって、直線加速度成分が強制的に排除される。すなわち、Ｘ軸２４に平行な方向および／またはＹ軸２６に平行な方向における直線加速の下で、システムは、加速度成分に応答しないように平衡である。
【００５３】
図１２は、一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイス１７２を示す。ＭＥＭＳデバイス１７２は、下方にある基板３０から離間した関係にあるＸ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄを含み、それらが基板３０の中央部１５２の周囲に配置されているという点において、ＭＥＭＳデバイス１５０に類似している。Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡおよびＺ速度センサ５０Ｂは、結合バネ構造体１２０の旋回レバーバネ構成を通じて相互接続されている。Ｚ速度センサ５０ＢおよびＺ速度センサ５０Ｃは、結合バネ構造体８０の２重バネ構成を通じて相互接続されている。Ｚ速度センサ５０ＣおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、もう１つの結合バネ構造体１２０を通じて相互接続されている。そして、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ａは、もう１つの結合バネ構造体８０を通じて相互接続されている。
【００５４】
さまざまな実施形態において、図１〜図３に関連して説明されたように、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの両方がＸ軸２４を中心とした角入力を感知するように構成されてもよく、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの両方がＹ軸２６を中心とした角入力を感知するように構成されてもよく、または、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡがＸ軸２４を中心とした角入力を感知するように構成され、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤがＹ軸２６を中心とした角入力を感知するように構成されてもよい。したがって、ＭＥＭＳデバイス１７２は２軸ＭＥＭＳ速度センサデバイスとして構成されてもよく、または３軸ＭＥＭＳ速度センサデバイスとして構成されてもよい。
【００５５】
図１２に示す構成において、結合バネ構造体１２０の第１のバネ要素１２２および第２のバネ要素１２４は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟、すなわち、可撓性であり、Ｙ軸２６に平行な方向において非柔軟性、すなわち、剛直であるように、Ｘ−Ｙ平面２２内で適切に方向付けられている。結合バネ構造体８０の結合バネ８２は、Ｙ軸２６に平行な方向において柔軟であり、Ｘ軸２４に平行な方向において非柔軟性、すなわち、剛直であるように、Ｘ−Ｙ平面２２内で適切に方向付けられている。
【００５６】
ＭＥＭＳデバイス１５０と同様に、ＭＥＭＳデバイス１７２は、固定駆動要素１５６および可動駆動要素１５８を有する駆動アクチュエータユニット１５４をさらに含む。示されている実施形態において、固定駆動要素１５６は基板３０と結合されてもよく、可動駆動要素１５８は、各結合バネ構造体１２０の旋回レバー１２６に取り付けられてもよい。それらが旋回レバー１２６に取り付けられていることによって、可動駆動要素１５８は、旋回レバー１２６とともに運動可能である。逆に、基板３０にそれらが固定されて取り付けられていることによって、固定駆動要素１５６は、可動駆動要素１５８に対して固定である。ＭＥＭＳデバイス１５０と同様に、ＭＥＭＳデバイス１７２は、上述のように、固定モニタ要素１６２および可動モニタ要素１６４を有する駆動モニタユニット１６０をさらに含む。
【００５７】
概して、ＡＳＩＣ１６６は、所定の駆動周波数を有する駆動信号１６８を駆動アクチュエータユニット１５４に供給する。示されている例において、駆動信号１６８を駆動アクチュエータユニット１５４を通じて印加することによって、結合バネ構造体１２０の旋回レバー１２６は、アンカ１３６に中心があるそれらのそれぞれの旋回軸を中心として逆相に旋回するようになる。旋回レバー１２６の運動によって、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｄの各々の駆動質量部３２（図１）は、駆動信号１６８の駆動周波数で回転駆動方向４３において振動するようになる。同様に、Ｚ速度センサアセンブリ５０Ｂおよび５０Ｃの各々の駆動質量部５４（図４）は、それらが結合バネ構造体１２０を通じてＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｄと相互接続されていることに起因して、駆動信号１６８の駆動周波数で並進駆動方向６４において振動することになる。
【００５８】
Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄが結合バネ構造体８０を通じて相互接続されていることに起因して、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２は、その駆動周波数で互いに対して逆相に振動することになる。同様に、Ｚ速度センサ５０Ｃおよび５０Ｄがもう１つの結合バネ構造体８０を通じて相互接続されていることに起因して、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２も、同様にその駆動周波数で互いに対して逆相に振動することになる。Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡとＺ速度センサ５０Ｂとが結合バネ構造体１２０を通じて相互接続されていること、および、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤとＺ速度センサ５０Ｃとがもう１つの結合バネ構造体１２０を通じて相互接続されていることによって、直線加速度成分が強制的に排除される。
【００５９】
ＭＥＭＳデバイス１７２に関連して図示されているように、結合バネ構造体１２０に関連付けられるバネ要素のうちの第１のバネ要素１２２は、旋回レバー１２６のアーム１４０およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ａに結合されている。同じ結合バネ構造体１２０の第２のバネ要素１２４は、旋回レバー１２６のアーム１４２およびＺ速度センサ５０Ｂに結合されている。同様に、結合バネ構造体１２０の他方の第２のバネ要素１２４は、旋回レバー１２６のアーム１４２およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄに結合されており、同じ結合バネ構造体１２０の第１のバネ要素１２２は、旋回レバー１２６のアーム１４０およびＺ速度センサ５０Ｂに結合されている。
【００６０】
Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの各々は中心線１７４を示し、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃの各々も中心線１７６を示す。一実施形態において、第１のバネ要素１２２は中心線１７４からずらされてＸ−Ｙ速度センサ２０Ａに結合されており、第２のバネ要素１２４は中心線１７６に沿って、または当該中心線においてＺ速度センサ５０Ｂに結合されており、同様に、第２のバネ要素１２４は中心線１７４からずらされてＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄに結合されており、第１のバネ要素１２２は中心線１７６に沿って、または当該中心線においてＺ速度センサ５０Ｃに結合されている。バネ要素１２２および１２４が中心線１７４に対してずらされて取り付けられる結果として、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２（図１）が回転駆動方向４３において運動することになる。さらに、バネ要素１２４および１２２が中心線１７６に対して中心線で取り付けられる結果として、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃの駆動質量部５４（図４）が並進駆動方向６４において運動するようになる。
【００６１】
加えて、回転駆動方向４３におけるＸ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄの駆動質量部３２の運動と、並進駆動方向６４におけるＺ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃの駆動質量部５４（図４）の運動との比は、連結バネ、たとえば、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａに取り付けられる第１のバネ要素１２２およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄに取り付けられる第２のバネ要素１２４を適切に配置することによって調整されることができる。
【００６２】
図１３〜図１６は、ＭＥＭＳ多軸速度センサデバイスのさらなる例を提供する。以下の図解において、駆動アクチュエータユニット１５４、駆動モニタユニット１６０、ＡＳＩＣ１６６、および駆動信号１６８は、単純化するために図示されていない。しかしながら、これらの要素は以下に提供するＭＥＭＳデバイス例に関連して容易に実装されることができることを理解されたい。加えて、以下の図解の各々は２つのＸ−Ｙ速度センサアセンブリ２０を示す。さまざまな実施形態において、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０の両方が、２軸速度センサを形成するために、同じ軸（たとえば、Ｘ軸２４またはＹ軸２６）を中心とした角入力を感知するように方向付けられてもよい。代替的に、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリは、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０の各々が、３軸速度センサを形成するために、異なる軸（たとえば、Ｘ軸２４およびＹ軸２６）を中心とした角入力を感知するように適切に方向付けられてもよい。
【００６３】
図１３は、一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイス１７８を示す。ＭＥＭＳデバイス１７８は、下方にある基板３０から離間した関係にあるＸ−Ｙ速度センサ２０Ａと、Ｚ速度センサ５０Ｂと、Ｚ速度センサ５０Ｃと、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ｄとを含む。結合バネ構造体１２０が各対または速度センサアセンブリの間に位置する。そのため、結合バネ構造体１２０は、Ｘ−Ｙ速度センサアセンブリ２０Ａおよび２０Ｄを含む速度センサアセンブリの対と、Ｚ速度センサアセンブリ５０Ｂおよび５０Ｃを含む速度センサアセンブリの他方の対との間に位置する。
【００６４】
Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡおよびＺ速度センサ５０Ｂは、結合バネ構造体１２０の旋回レバーバネ構成を通じて相互接続されている。具体的には、結合バネ構造体１２０は、アーム１４０およびＺ速度センサ５０Ｂの各々に結合されている第３のバネ要素１８０をさらに含む。したがって、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡおよびＺ速度センサ５０Ｂは、第１のバネ要素１２２、旋回レバー１２６、および第３のバネ要素１８０によって結合されている。Ｚ速度センサ５０ＢおよびＺ速度センサ５０Ｃも、結合バネ構造体１２０の旋回レバーバネ構成を通じて相互接続されている。具体的には、結合バネ構造体１２０は、旋回レバー１２６のアーム１４２およびＺ速度センサ５０Ｃの各々に結合されている第４のバネ要素１８２をさらに含む。したがって、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃは、第３のバネ要素１８０、旋回レバー１２６、および第４のバネ要素１８２によって結合されている。Ｚ速度センサ５０ＣおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、結合バネ構造体１２０の旋回レバーバネ構成を通じて相互接続されている。具体的には、Ｚ速度センサ５０ＣおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、第４のバネ要素１８２、旋回レバー１２６、および第２のバネ要素１２４によって結合されている。そして最後に、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ａは、結合バネ構造体８２を通じて相互接続されている。
【００６５】
第１のバネ要素１２２、第２のバネ要素１２８、第３のバネ要素１８０、および第４のバネ要素１８２は、Ｙ軸２６に平行な方向において柔軟であり、Ｘ軸２４に平行な方向において非柔軟性、すなわち、剛直である。結合バネ構造体８２のバネ９４は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟であり、Ｙ軸２６に平行な方向において非柔軟性、すなわち、剛直である。駆動系（図示せず）によって作動されると、アンカ１３６に中心がある旋回軸を中心とした旋回レバー１２６の旋回運動、および、バネ要素１２２、１２４、１８０、および１８２がＹ軸２６に平行に柔軟であることによって、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃの駆動質量部５４（図４）は、並進駆動方向６４における運動をするようになる。加えて、駆動系によって作動されると、旋回レバー１２６の旋回運動、および、結合バネ９４がＸ軸２４に平行な方向において柔軟であることによって、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄが、回転駆動方向４３における運動をするようになる。
【００６６】
Ｘ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃの並進駆動方向６４は、バネ要素１２２、１２８、１８０、および１８２の柔軟性に対して垂直である。したがって、並進駆動方向６４は、Ｘ軸２４に平行な方向にある。結合バネ構造体１２０の旋回レバー構成によって、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃは、同一駆動周波数で、しかし互いに対して逆相に振動するようになる。一方で、結合バネ構造体８２の２重バネ構成、および、結合バネ９４がＸ軸２４に平行な方向において柔軟であることによって、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄは同一駆動周波数で、互いに対して同相に振動する。
【００６７】
図１４は、一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイス１８６を示す。ＭＥＭＳデバイス１８６は、下方にある基板３０から離間した関係にあるＸ−Ｙ速度センサ２０Ａと、Ｚ速度センサ５０Ｂと、Ｚ速度センサ５０Ｃと、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ｄとを含む。しかしながら、前述した実施形態とは異なり、ＭＥＭＳデバイス１８６のＸ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、単一の列１８８に配列されている。すなわち、Ｚ速度センサ５０ＢはＸ−Ｙ速度センサ２０Ａの隣に配置されており、Ｚ速度センサ５０ＣはＺ速度センサ５０Ｂの隣に配置されており、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤはＺ速度センサ５０Ｃの隣に配置されている。
【００６８】
示されている本実施形態において、結合バネ構造体８２（図８）からの結合バネ９４のうちの片方が、Ｘ速度センサ２０ＡおよびＺ速度センサ５０Ｂを相互接続する。Ｚ速度センサ５０ＢおよびＺ速度センサ５０Ｃは、結合バネ構造体８０の２重バネ構成を通じて相互接続されている。Ｚ速度センサ５０ＣおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、結合バネ構造体８２からの結合バネ構造体９４のうちの片方を通じて相互接続されている。ＭＥＭＳデバイス１８６のＸ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、列１８８に配列されているため、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤをＸ−Ｙ速度センサ２０Ａと相互接続する結合バネ構造体は存在しない。
【００６９】
結合バネ９４は、Ｙ軸２６に平行な方向において柔軟であり、Ｘ軸２４に平行な方向において実質的に非柔軟性、すなわち、剛直であるように方向付けられている。逆に、結合バネ構造体８０の結合バネ８２は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟であり、Ｙ軸２６に平行な方向において実質的に非柔軟性、すなわち、剛直であるように方向付けられている。したがって、駆動系（図示せず）によって作動されると、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄは回転駆動方向４３において同一駆動周波数で、しかし互いに対して逆相に振動することになる。加えて、駆動系によって作動されると、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃは並進駆動方向６４において、同一駆動周波数であるが、互いに対して逆相に振動することになる。
【００７０】
図１５は、一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイス１８８を示す。ＭＥＭＳデバイス１８８は、下方にある基板３０から離間した関係にあるＸ−Ｙ速度センサ２０Ａと、Ｚ速度センサ５０Ｂと、Ｚ速度センサ５０Ｃと、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ｄとを含む。加えて、ＭＥＭＳデバイス１８６のＸ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、互いの隣に配置されており、列１８８に配列されている。
【００７１】
この示されている実施形態において、結合バネ構造体８０の２重バネ構成が、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡとＺ速度センサ５０Ｂとを相互接続する。Ｚ速度センサ５０ＢおよびＺ速度センサ５０Ｃは、結合バネ構造体１２０の旋回レバー構成を通じて相互接続されている。Ｚ速度センサ５０ＣおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、もう１つの結合バネ構造体８０の２重バネ構成を通じて相互接続されている。ここでも、ＭＥＭＳデバイス１８６のＸ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、列１８８に配列されているため、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＤをＸ−Ｙ速度センサ２０Ａと相互接続する結合バネ構造体は存在しない。
【００７２】
結合バネ構造体８０の結合バネ８２は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟であり、Ｙ軸２６に平行な方向において実質的に非柔軟性、すなわち、剛直であるように方向付けられている。加えて、結合バネ構造体１２０の第１のバネ要素１２２および第２のバネ要素１２４は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟であり、Ｙ軸２６に平行な方向において実質的に非柔軟性、すなわち、剛直であるように方向付けられている。駆動系（図示せず）によって作動されると、アンカ１３６に中心がある旋回軸を中心とした旋回レバー１２６の旋回運動によって、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄは回転駆動方向４３において同一駆動周波数で、互いに対して同相に振動するようになる。加えて、駆動系によって作動されると、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃは並進駆動方向６４において、Ｙ軸２６に平行に、同一駆動周波数で、互いに対して逆相に振動することになる。
【００７３】
図１６は、一実施形態に応じたＭＥＭＳデバイス１９２を示す。ＭＥＭＳデバイス１８８は、下方にある基板３０から離間した関係にあるＸ−Ｙ速度センサ２０Ａと、Ｚ速度センサ５０Ｂと、Ｚ速度センサ５０Ｃと、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ｄとを含む。加えて、ＭＥＭＳデバイス１８６のＸ−Ｙ速度センサ２０Ａ、Ｚ速度センサ５０Ｂ、Ｚ速度センサ５０Ｃ、およびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、互いの隣に配置されており、列１８８に配列されている。
【００７４】
この示されている実施形態において、結合バネ構造体８０の２重バネ構成が、Ｘ−Ｙ速度センサ２０ＡとＺ速度センサ５０Ｂとを相互接続する。Ｚ速度センサ５０ＢおよびＺ速度センサ５０Ｃは、結合バネ構造体１２０の旋回レバー構成を通じて相互接続されている。Ｚ速度センサ５０ＣおよびＸ−Ｙ速度センサ２０Ｄは、もう１つの結合バネ構造体８０の２重バネ構成を通じて相互接続されている。加えて、結合バネ構造体１２０は、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａと旋回レバー１２６のアーム１４２との間に相互接続されている第３のバネ要素１９４と、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ｄと旋回レバー１２６のアーム１４０との間に相互接続されている第４のバネ要素１９６とを含む。
【００７５】
結合バネ構造体８０の結合バネ８２は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟であり、Ｙ軸２６に平行な方向において実質的に非柔軟性、すなわち、剛直であるように方向付けられている。加えて、結合バネ構造体１２０の第１のバネ要素１２２、第２のバネ要素１２４、第３のバネ要素１９４、および第４のバネ要素１９６は、Ｘ軸２４に平行な方向において柔軟であり、Ｙ軸２６に平行な方向において実質的に非柔軟性、すなわち、剛直であるように方向付けられている。駆動系（図示せず）によって作動されると、アンカ１３６に中心がある旋回軸を中心とした旋回レバー１２６の旋回運動によって、Ｘ−Ｙ速度センサ２０Ａおよび２０Ｄは回転駆動方向４３において同一駆動周波数で、互いに対して逆相に振動するようになる。加えて、駆動系によって作動されると、Ｚ速度センサ５０Ｂおよび５０Ｃは並進駆動方向６４において、Ｙ軸２６に平行に、同一駆動周波数で、互いに対して逆相に振動することになる。
【００７６】
一実施形態において、ＭＥＭＳデバイスは、平坦な表面を有する基板と、第１の速度センサと、第２の速度センサとを備える。第１の速度センサおよび第２の速度センサは基板から離間した関係にあり、第１の速度センサおよび第２の速度センサは、平坦な表面に平行に振動するように構成されている。ＭＥＭＳデバイスは、駆動周波数を示す駆動信号を提供するために第１の速度センサおよび第２の速度センサのうちの少なくとも１つと通信する駆動要素と、第１の速度センサおよび第２の速度センサを相互接続する第１の結合バネとをさらに備える。第１の結合バネによって、第１の速度センサおよび第２の速度センサが、当該結合バネによって決定付けられる駆動方向において上記駆動周波数で振動し、第１の速度センサの駆動方向は、第１の軸と関連付けられる第１の駆動方向であり、第２の速度センサの駆動方向は、第２の軸と関連付けられる第２の駆動方向であり、第２の軸は第１の軸に対して垂直である。
【００７７】
別の実施形態において、ＭＥＭＳデバイスは、平坦な表面を有する基板と、複数の速度センサとを備える。速度センサは基板から離間した関係にあり、速度センサの各々は、平坦な表面に平行に振動するように構成されている。ＭＥＭＳデバイスは、駆動周波数を示す駆動信号を提供するために速度センサのうちの少なくとも１つと通信する駆動要素と、複数の速度センサを相互接続する結合バネとをさらに含む。結合バネによって、複数の速度センサの各々が、当該結合バネによって決定付けられる駆動方向において、上記駆動周波数で振動する。速度センサの第１のサブセットの駆動方向は、基板の表面に垂直である第１の軸と関連付けられる回転駆動方向であり、それによって、速度センサの第１のサブセットは、第１の軸を中心として回転振動するように駆動される。速度センサの第２のサブセットの駆動方向は、基板の表面に平行である第２の軸と関連付けられる並進駆動方向であり、それによって、速度センサの第２のサブセットは、第２の軸に平行に並進振動するように駆動される。
【００７８】
したがって、さまざまな実施形態は、多軸感知のために複数の個々の速度センサアセンブリを含むＭＥＭＳデバイス構造を含む。速度センサアセンブリは結合バネを通じてともに連結されており、結合バネの構成が、速度センサアセンブリの各々の駆動方向を決定付ける。加えて、速度センサアセンブリの各々は同一駆動周波数で振動するように駆動される。結合バネは、速度センサアセンブリが、関連ＡＳＩＣにおける共通の復調を可能にするために同期した運動によって同一駆動周波数で振動することを可能にする。結合バネを通じてともに連結され、同一駆動周波数である同じ駆動信号によって駆動される複数の速度センサアセンブリを含むＭＥＭＳデバイス構造によって、センサのサイズ、複雑度、およびコストの低減が達成される。
【００７９】
本発明の主題の原理が特定のデバイスに関連して上記で説明されてきたが、この説明は例示のみを目的として為されており、本発明の主題に対する限定としてではないことは明瞭に理解されたい。さらに、本明細書において採用されている表現または専門用語は説明を目的としており、限定ではない。
【００８０】
特定の実施形態の上記の記載は、他者が、現在の知識を適用することによって、一般的な概念から逸脱することなくさまざまな用途のためにそれを容易に改変および／または適合することができるだけ十分に本発明の主題の一般的性質を公開している。したがって、このような適合は開示されている実施形態の均等物の意図および範囲内にある。本発明の主題は、すべてのこのような代替形態、改変形態、均等物、および変形形態を、特許請求の範囲の精神および広い範囲内に入るものとして包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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