(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじれ型ジャイロスコープにおいて、
圧電材料で構成して第１軸線に沿う長さを有する駆動タインと、
圧電材料で構成して第２軸線に沿う長さを有するピックアップタインであって、前記駆動タインに交差する方向に延在し、前記駆動タインが前記ピックアップタインに取付ける第１端部を有する、該ピックアップタインと、
前記ピックアップタインに沿って配置した複数個のピックアップ電極と、
前記駆動タインに沿って配置した複数個の駆動電極と、及び
前記駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記駆動タインの第２端部に取付けた駆動質量と
を備え、
前記駆動電極及び前記駆動タインは、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記駆動タインが前記第１軸線周りに回転し、前記駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成し、また
前記駆動質量が第３軸線周りに角回転することにより前記ピックアップタインにトルクを誘発し、これにより前記ピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記複数個のピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項２】
請求項１記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動タイン及び前記ピックアップタインのうち少なくとも一方を構成する圧電材料はクオーツとする、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項３】
請求項１記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動タインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の駆動電極における各駆動電極は、前記直線で囲まれた断面の各コーナーに配置する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項４】
請求項３記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動タイン及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインを構成する圧電材料に機械的剪断を誘発するよう構成する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項５】
請求項４記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動タイン及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインの断面の重心周りにおける前記駆動タインの回転を誘発するよう構成する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項６】
請求項１記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記ピックアップタインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個のピックアップ電極における各ピックアップ電極は、前記ピックアップタインの前記直線で囲まれた断面の各側辺に配置する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項７】
請求項６記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記ピックアップタイン及び前記駆動タインは、前記第３軸線周りに前記駆動質量が角回転することにより前記ピックアップタインの角回転を誘発し、これにより前記ピックアップタインに電界変位場を誘導するよう構成する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項８】
請求項１記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記ピックアップタインは、前記複数個のピックアップ電極に誘導される電荷が、前記第３軸線周りの前記駆動質量の角回転速度に比例するよう構成する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項９】
平面状３次元慣性センサシステムにおいて、
第１回転軸線周りの回転を測定するよう構成した第１ジャイロセンサと、
第２回転軸線周りの回転を測定するよう構成した第２ジャイロセンサと、
第３回転軸線周りの回転を測定するよう構成したねじれ型ジャイロセンサと
を備え、
前記第１ジャイロセンサ、前記第２ジャイロセンサ及び前記ねじれ型ジャイロセンサを同一平面上に配置し、
前記ねじれ型ジャイロセンサは、
圧電材料で構成して第１軸線に沿う長さを有する駆動タインと、
圧電材料で構成して第２軸線に沿う長さを有するピックアップタインであって、前記駆動タインに交差する方向に延在し、前記駆動タインが前記ピックアップタインに取付ける第１端部を有する、該ピックアップタインと、
前記ピックアップタインに沿って配置した複数個のピックアップ電極と、
前記駆動タインに沿って配置した複数個の駆動電極と、及び
前記駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記駆動タインの第２端部に取付けた駆動質量と
を備え、
前記駆動電極及び前記駆動タインは、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記駆動タインが前記第１軸線周りに回転し、前記駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成し、また
前記駆動タインが第３軸線周りに角回転することによりピックアップタインにトルクを誘発し、これによりピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記複数個のピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する、平面状３次元慣性センサシステム。
【請求項１０】
ねじれ型ジャイロスコープにおいて、
中心開口を有するピックアップフレームと、
前記ピックアップフレームの前記中心開口内に配置したアンカーポイントと、
前記ピックアップフレームを前記アンカーポイントに連結する複数個のピックアップビームであって、圧電材料により構成した、該ピックアップビームと、
前記ピックアップビームに取付けた複数個のピックアップ電極と、
中心開口を有する駆動フレームであって、前記駆動フレームの前記中心開口内に前記ピックアップフレームを配置する、該駆動フレームと、
前記駆動フレームを前記ピックアップフレームに連結する複数個の駆動ビームであって、圧電材料により構成する、該駆動ビームと、及び
前記駆動ビームに配置する複数個の駆動電極と
を備え、
前記駆動ビーム及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動ビームの回転振動を誘発し、前記駆動ビームの回転が前記駆動フレームの前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成し、また
前記駆動フレームが第３軸線周りに角回転することにより第２軸線周りのトルクを誘発し、前記トルクがピックアップフレームに加わってピックアップタインにひずみを誘発し、ピックアップタインに電界変位場を誘導し、この電界変位場が前記複数個のピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１１】
請求項１０記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動タイン及び前記ピックアップタインのうち少なくとも一方を構成する圧電材料はクオーツとする、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１２】
請求項１０記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動ビームは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の駆動電極における各駆動電極は、前記直線で囲まれた断面の各コーナーに配置する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１３】
請求項１２記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動ビーム及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動ビームを構成する圧電材料に機械的剪断を誘発するよう構成する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１４】
請求項１３記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記駆動ビーム及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記各駆動タインの断面の重心周りにおける前記駆動ビームの回転を誘発するよう構成する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１５】
請求項１０記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記ピックアップビームは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個のピックアップ電極における各ピックアップ電極は、前記ピックアップビームの前記直線で囲まれた断面の各側辺に配置する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１６】
請求項１５記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記ピックアップビーム及び前記駆動フレームは、前記第３軸線周りに前記駆動フレームが角回転することにより前記ピックアップタインの角回転を誘発し、これによりピックアップビームに電界変位場を誘導するよう構成する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１７】
請求項１０記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記ピックアップビームは、前記ピックアップビームを構成する圧電材料の結晶構造に従って配向する複数個のビームを有する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１８】
請求項１７記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記複数個のビームは、ビームを構成する圧電材料の異方特性の少なくとも一部を相殺するよう指向する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項１９】
請求項１７記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、前記複数個のビームはクオーツで構成し、前記ビームは結晶クオーツのＸ結晶軸に沿って指向する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項２０】
請求項１７記載のねじれ型ジャイロスコープにおいて、交差部材を前記クオーツの結晶構造に整列させ、前記交差部材の前記第２回転軸線に沿うねじれを減少する、ねじれ型ジャイロスコープ。
【請求項２１】
差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、
第１圧電材料で構成して第１軸線に沿う長さを有する第１駆動タインと、
第２圧電材料で構成して第２軸線に沿う長さを有する第１ピックアップタインであって、前記第１駆動タインに交差する方向に延在し、前記第１駆動タインが前記第１ピックアップタインに取付ける第１端部を有する、該第１ピックアップタインと、
前記第１ピックアップタインに沿って配置した複数個の第１ピックアップ電極と、
前記第１駆動タインに沿って配置した複数個の第１駆動電極と、
前記１駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記第１駆動タインの第２端部に取付けた第１駆動質量と、
第３圧電材料で構成して前記第１軸線に沿う長さを有する第２駆動タインと、
第４圧電材料で構成して前記第２軸線に沿う長さを有する第２ピックアップタインであって、前記第２駆動タインに交差する方向に延在し、前記第２駆動タインが前記第２ピックアップタインに取付ける第１端部を有する、該第２ピックアップタインと、
前記第２ピックアップタインに沿って配置した複数個の第２ピックアップ電極と、
前記第２駆動タインに沿って配置した複数個の第２駆動電極と、及び
前記２駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記第２駆動タインの第２端部に取付けた第２駆動質量と、
を備え、
前記第１ピックアップタイン及び前記第２ピックアップタインは共通のアンカーポイントを共有し、
前記第１駆動電極及び前記第１駆動タインは、前記第１駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記第１駆動タインが前記第１軸線周りに回転し、前記第１駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成し、
前記第１駆動タインが第３軸線周りに角回転することにより前記第１ピックアップタインにトルクを誘発し、これにより前記第１ピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記第１ピックアップ電極に帯電する電荷を誘導し、
前記第２駆動電極及び前記第２駆動タインは、前記第２駆動電極に印加する電界が前記第２駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記第２駆動タインが前記第１軸線周りに回転し、前記第２駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成し、また
前記第２駆動タインが第３軸線周りに変位することにより前記第２ピックアップタインにトルクを誘発し、これにより前記第２ピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記第２ピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【請求項２２】
請求項２１記載の差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、前記第１、第２、第３及び第４の圧電材料は同一圧電材料とする、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【請求項２３】
請求項２１記載の差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、前記第１駆動タインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の第１駆動電極における各駆動電極は、前記直線で囲まれた断面の各コーナーに配置する、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【請求項２４】
請求項２３記載の差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、前記第１駆動タイン及び前記第１駆動電極は、前記第１駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインを構成する圧電材料に機械的剪断を誘発するよう構成する、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【請求項２５】
請求項２４記載の差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、前記第１駆動タイン及び前記第１駆動電極は、前記第１駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインの断面の重心周りにおける前記第１駆動タインの回転を誘発するよう構成する、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【請求項２６】
請求項２１記載の差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、前記第１ピックアップタインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の第１ピックアップ電極における各ピックアップ電極は、前記第１ピックアップタインの前記直線で囲まれた断面の各側辺に配置する、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【請求項２７】
請求項２６記載の差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、前記第１ピックアップタイン及び前記第１駆動タインは、前記第３軸線周りに前記第１駆動質量が角回転することにより前記第１ピックアップタインの角回転を誘発し、これにより前記第１ピックアップタインに電界変位場を誘導するよう構成する、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【請求項２８】
請求項２１記載の差動ねじれ型ジャイロスコープセンサにおいて、前記第１駆動タイン及び前記第２駆動タインは、前記第１駆動電極及び前記第２駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインの第１方向への回転振動及び前記第２駆動タインの前記第１方向とは逆の第２方向への回転振動を誘発するよう構成する、差動ねじれ型ジャイロスコープセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじれ速度測定ジャイロスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小ジャイロスコープは一般的に向き及び／又は運動を検出するセンサに使用される。例えば、微小電気機械システム（MEMS：microelectromechanical system）のジャイロスコープは、小型ジャイロセンサを生産する費用効果的解決法を提供する。微小ジャイロスコープは慣性測定ユニット（IMUs：inertial measurement units）に使用される。ＩＭＵｓは、速度、向き、及び重力を検出するのに使用できる電子デバイスである。ＩＭＵｓは、ジャイロスコープ及び加速度計の双方を含むことができる。ＩＭＵは、代表的には３個のジャイロスコープを有し、各ジャイロスコープは１つの入力軸線周りの回転を測定するよう構成する。例えば、ＩＭＵにおける１つのジャイロスコープは航空機のピッチを検出し、ＩＭＵにおける第２のジャイロスコープはロールを検出し、またＩＭＵにおける第３のジャイロスコープはヨーを検出することができる。ＩＭＵｓは、自動車、静止フレーム及びビデオカメラシステム、ビデオゲームコントローラ、タブレットコンピュータ又は他の携帯コンピュータシステム、及び携帯電話ハンドセットを含む多数の用途に使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
音叉型ジャイロスコープは、しばしばＩＭＵｓに使用される１つのジャイロスコープであって、音叉につき１つの入力軸線周りの回転を測定する。２つの軸線周りの回転測定は、同一平面上において２つの音叉型ジャイロスコープセンサを互いに直交するよう取付けることによって行うことができる。しかし、第３軸線周りの測定を実現するには、第３音叉型ジャイロスコープを、他の２つの音叉型ジャイロスコープの平面から外れた平面に取付ける必要がある。この構成は、ＩＭＵをより大型化する形状因子となり、このことは幾つかの空間が制約された用途にＩＭＵを使用することを妨げる。例えば、タブレットコンピュータ又は携帯電話ハンドセットの形状因子は、ＩＭＵの形状因子を収容するのに利用可能な十分な空間を有していない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によるねじれ型ジャイロスコープの実施形態は、ピックアップタインと、複数個のピックアップ電極と、駆動タインと、複数個の駆動電極と、及び駆動質量とを有する。駆動タインは、圧電材料で構成して第１軸線に沿う長さを有する。ピックアップタインは、圧電材料で構成して第２軸線に沿う長さを有する。ピックアップタインは前記駆動タインに交差する方向に延在し、また前記駆動タインは、前記ピックアップタインに取付ける第１端部を有する。複数個のピックアップ電極は前記ピックアップタインに沿って配置し、また複数個の駆動電極は前記駆動タインに沿って配置する。駆動質量は、前記駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記駆動タインの第２端部に取付ける。前記駆動電極及び前記駆動タインは、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記駆動タインが前記第１軸線周りに回転し、前記駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成する。前記駆動質量が第３軸線周りに角回転することにより前記ピックアップタインにねじれ歪みを誘発する第２軸線（本明細書中ピックアップ軸線とも称する）周りのトルクを誘発し、これにより前記ピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記複数個のピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する。
【０００５】
このようなねじれ型ジャイロスコープの実施形態は、付加的に又は代替的に以下の特徴のうち１つ又は複数を有する。前記駆動タイン及び前記ピックアップタインのうち少なくとも一方を構成する圧電材料はクオーツとする。前記駆動タインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の駆動電極における各駆動電極は、前記直線で囲まれた断面の各コーナーに配置する。前記駆動タイン及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインを構成する圧電材料に機械的剪断を誘発するよう構成する。前記駆動タイン及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインの断面の重心周りにおける前記駆動タインの回転を誘発するよう構成する。この駆動タインの回転は、駆動質量を第１軸線周りの振動運動として駆動する。前記ピックアップタインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個のピックアップ電極における各ピックアップ電極は、前記ピックアップタインの前記直線で囲まれた断面の各側辺に配置する。前記ピックアップタイン及び前記駆動タインは、前記第３軸線周りに前記駆動質量が角回転することにより前記ピックアップタインの角回転を誘発し、これにより前記ピックアップタインに電界変位場を誘導するよう構成する。前記ピックアップタインは、前記複数個のピックアップ電極に誘導される電荷が、前記第３軸線周りの角回転速度に比例するよう構成する。
【０００７】
本発明による平面状３次元慣性センサシステムの実施形態は、第１ジャイロセンサ、第２ジャイロセンサ、及びねじれ型ジャイロセンサを有する。第１ジャイロセンサは第１回転軸線周りの回転を測定するよう構成する。第２ジャイロセンサは第２回転軸線周りの回転を測定するよう構成する。ねじれ型ジャイロセンサは第３回転軸線周りの回転を測定するよう構成する。前記第１ジャイロセンサ、前記第２ジャイロセンサ及び前記ねじれ型ジャイロセンサを同一平面上に配置する。ねじれ型ジャイロセンサは、ピックアップタイン、複数個のピックアップ電極、駆動タイン、複数個の駆動電極、及び駆動質量を有する。駆動タインは、圧電材料で構成して第１軸線に沿う長さを有する。ピックアップタインは、圧電材料で構成して第２軸線に沿う長さを有する。該ピックアップタインは前記駆動タインに交差する方向に延在し、また前記駆動タインは前記ピックアップタインに取付ける第１端部を有する。複数個のピックアップ電極は前記ピックアップタインに沿って配置する。複数個の駆動電極は前記駆動タインに沿って配置する。駆動質量は、前記駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記駆動タインの第２端部に取付ける。前記駆動電極及び前記駆動タインは、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記駆動タインが前記第１軸線周りに回転し、前記駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成する。前記駆動タインが第３軸線周りに角回転することによりピックアップタインにトルクを誘発し、これによりピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記複数個のピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する。
【０００８】
本発明によるねじれ型ジャイロスコープの実施形態は、ピックアップフレーム、アンカーポイント、複数個のピックアップビーム、複数個のピックアップ電極、駆動フレーム、複数個の駆動ビーム、及び複数個の駆動電極を有する。ピックアップフレームは中心開口を有し、またアンカーポイントは前記ピックアップフレームの前記中心開口内に配置する。複数個のピックアップビームは、前記ピックアップフレームを前記アンカーポイントに連結し、またピックアップビームは圧電材料により構成する。複数個のピックアップ電極は前記ピックアップビームに取付ける。駆動フレームは中心開口を有し、また前記駆動フレームの前記中心開口内に前記ピックアップフレームを配置する。複数個の駆動ビームは前記駆動フレームを前記ピックアップフレームに連結し、また駆動ビームは圧電材料により構成する。複数個の駆動電極は前記駆動ビームに配置する。前記駆動ビーム及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動ビームの回転振動を誘発するよう構成する。前記駆動ビームの回転が前記駆動フレームの前記第１軸線周りの回転を誘発する。前記駆動フレームが第３軸線周りに角回転することによりピックアップフレームにトルクを誘発し、前記トルクがピックアップフレームに加わってピックアップタインにねじれひずみを誘発する。このピックアップタインにおけるねじれひずみがピックアップタインに電界変位場を誘導し、この電界変位場が前記複数個のピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する。測定される電荷は第３軸線周りの入力角回転に比例する。
【０００９】
このようなねじれ型ジャイロスコープの実施形態は、付加的に又は代替的に以下の特徴のうち１つ又は複数を有する。前記駆動タイン及び前記ピックアップタインのうち少なくとも一方を構成する圧電材料はクオーツとする。前記駆動ビームは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の駆動電極における各駆動電極は、前記直線で囲まれた断面の各コーナーに配置する。前記駆動ビーム及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記駆動ビームを構成する圧電材料に機械的剪断を誘発するよう構成する。前記駆動ビーム及び前記駆動電極は、前記駆動電極に印加する電界が前記各駆動タインの断面の重心周りにおける前記駆動ビームの回転を誘発するよう構成する。前記ピックアップビームは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個のピックアップ電極における各ピックアップ電極は、前記ピックアップビームの前記直線で囲まれた断面の各側辺に配置する。前記ピックアップビーム及び前記駆動フレームは、前記第３軸線周りに前記駆動フレームが角回転することにより前記ピックアップタインの角回転を誘発し、これによりピックアップビームに電界変位場を誘導するよう構成する。前記ピックアップビームは、前記ピックアップビームを構成する圧電材料の結晶構造に従って配向する複数個のビームを有する。前記複数個のビームは、ビームを構成する圧電材料の異方特性の少なくとも一部を相殺するよう指向する。前記複数個のビームはクオーツで構成し、前記ビームは結晶クオーツのＸ結晶軸に沿って指向する。交差部材を前記クオーツの結晶構造に整列させ、前記交差部材の前記第２回転軸線に沿うねじれを減少する。
【００１０】
本発明による差動ねじれ型ジャイロスコープセンサの実施形態は、第１ピックアップタイン、第２ピックアップタイン、複数個の第１ピックアップ電極、複数個の第２ピックアップ電極、第１駆動タイン、第２駆動タイン、複数個の第２駆動電極、複数個の第２駆動電極、第１駆動質量、及び第２駆動質量を有する。第１駆動タインは第１圧電材料で構成して第１軸線に沿う長さを有する。第１ピックアップタインは第２圧電材料で構成して第２軸線に沿う長さを有する。該第１ピックアップタインは前記第１駆動タインに交差する方向に延在し、また前記第１駆動タインは前記第１ピックアップタインに取付ける第１端部を有する。複数個の第１ピックアップ電極は前記第１ピックアップタインに沿って配置する。複数個の第１駆動電極は前記第１駆動タインに沿って配置する。第１駆動質量は、前記１駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記第１駆動タインの第２端部に取付ける。第２駆動タインは第３圧電材料で構成して前記第１軸線に沿う長さを有する。第２ピックアップタインは第４圧電材料で構成して前記第２軸線に沿う長さを有する。第２ピックアップタインは前記第２駆動タインに交差する方向に延在し、また前記第２駆動タインは前記第２ピックアップタインに取付ける第１端部を有する。複数個の第２ピックアップ電極は前記第２ピックアップタインに沿って配置する。複数個の第２駆動電極は前記第２駆動タインに沿って配置する。第２駆動質量は前記２駆動タインの前記第１端部とは反対側の前記第２駆動タインの第２端部に取付ける。前記第１ピックアップタイン及び前記第２ピックアップタインは共通のアンカーポイントを共有する。前記第１駆動電極及び前記第１駆動タインは、前記第１駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記第１駆動タインが前記第１軸線周りに回転し、前記第１駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成する。前記第１駆動質量が第３軸線周りに角回転することにより前記第１ピックアップタインにトルクを誘発し、これにより前記第１ピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記第１ピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する。前記第２駆動電極及び前記第２駆動タインは、前記第２駆動電極に印加する電界が前記第２駆動タインの回転振動を誘発し、これにより前記第２駆動質量が前記第２軸線周りに回転し、前記第２駆動質量の前記第１軸線周りの回転を誘発するよう構成する。前記第２駆動質量が第３軸線周りに変位することにより前記第２ピックアップタインにトルクを誘発し、これにより前記第２ピックアップタインに電界を誘導し、この電界が前記第２ピックアップ電極に帯電する電荷を誘導する。
【００１１】
このような差動ねじれ型ジャイロスコープセンサの実施形態は、付加的に又は代替的に以下の特徴のうち１つ又は複数を有する。前記第１、第２、第３及び第４の圧電材料は同一圧電材料とする。前記第１駆動タインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の第１駆動電極における各駆動電極は、前記直線で囲まれた断面の各コーナーに配置する。前記第１駆動タイン及び前記第１駆動電極は、前記第１駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインを構成する圧電材料に機械的剪断を誘発するよう構成する。前記第１駆動タイン及び前記第１駆動電極は、前記第１駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインの断面の重心周りにおける前記第１駆動タインの回転を誘発するよう構成する。前記第１ピックアップタインは直線で囲まれた断面を有し、また前記複数個の第１ピックアップ電極における各ピックアップ電極は、前記第１ピックアップタインの前記直線で囲まれた断面の各側辺に配置する。前記第１ピックアップタイン及び前記第１駆動タインは、前記第３軸線周りに前記第１駆動質量が角回転することにより前記第１ピックアップタインの角回転を誘発し、これにより前記第１ピックアップタインに電界変位場を誘導するよう構成する。前記第１駆動タイン及び前記第２駆動タインは、前記第１駆動電極及び前記第２駆動電極に印加する電界が前記第１駆動タインの第１方向への回転振動及び前記第２駆動タインの前記第１方向とは逆の第２方向への回転振動を誘発するよう構成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ねじれ型ジャイロセンサを有する平面型３次元測定システムの斜視図である。
【図２】ねじれ型ジャイロセンサの実施形態の斜視図である。図２に
【図３Ａ】図２に示したねじれ型ジャイロセンサの駆動タインの断面図であって、印加電界を示す断面図である。
【図３Ｂ】図２に示したねじれ型ジャイロセンサの駆動タインの断面図であって、印加電界を示す断面図である。
【図４Ａ】圧電ビーム（梁）の斜視図であって、ビームをひねることによって生ずる潜在的な電界を示す。
【図４Ｂ】圧電ビームの断面図であって、ビームをひねることによって生ずる潜在的な電界を示す。
【図５Ａ】ねじれ型ジャイロセンサの斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示したねじれ型ジャイロセンサの一部分を拡大して示す斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ａ及び５Ｂに示したねじれ型ジャイロセンサの頂面図である。
【図６Ａ】図５Ａ〜５Ｃに示すねじれ型ジャイロセンサの駆動タインの断面図であり、駆動タインにおける駆動電極の構成を示す断面図である。
【図６Ｂ】図５Ａ〜５Ｃに示すねじれ型ジャイロセンサのピックアップタインの断面図であり、ピックアップタインにおける駆動電極の構成を示す断面図である。
【図７Ａ】図５Ａ〜５Ｃに示すねじれ型ジャイロセンサの斜視図であり、ねじれ型ジャイロセンサの駆動動作を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図５Ａ〜５Ｃに示すねじれ型ジャイロセンサの正面図であり、ねじれ型ジャイロセンサの駆動動作を示す正面図である。
【図７Ｃ】図５Ａ〜５Ｃに示すねじれ型ジャイロセンサの斜視図であり、ねじれ型ジャイロセンサのピックアップ動作を示す斜視図である。
【図７Ｄ】図５Ａ〜５Ｃに示すねじれ型ジャイロセンサの側面図であり、ねじれ型ジャイロセンサの駆動動作を示す側面図である。
【図８Ａ】差動ねじれ型ジャイロセンサの実施形態の斜視図である。
【図８Ｂ】差動ねじれ型ジャイロセンサの実施形態の頂面図である。
【図９】ねじれ型ジャイロセンサの実施形態の斜視図である。
【図１０】図９に示すねじれ型ジャイロセンサの頂面図である。
【図１１】ピックアップフランジをアンカーに連結するシザーヒンジを有するねじれ型ジャイロセンサの実施形態の斜視図である。
【図１２】図１１に示すねじれ型ジャイロセンサの頂面図である。
【図１３】ピックアップフレームをアンカーに連結するピックアップビームのための真直ぐなビームを使用するねじれ型ジャイロセンサのモード解析である。
【図１４】ピックアップフレームをアンカーに連結する、図１１に使用したのと同様なシザーヒンジを使用するねじれ型ジャイロセンサのモード解析である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書にはねじれ速度測定ジャイロセンサを記載する。ねじれ型（トーショナル）ジャイロセンサの実施形態は、駆動軸線の周りに回転振動を生ずる圧電駆動機構と、駆動軸線及びピックアップ軸線に対して互いに直交する軸線の周りの回転によって誘発されるジャイロ動作を検出する圧電ピックアップ機構とを有する。圧電機構は、クオーツ又は他の圧電材料から形成することができる。ねじれ型ジャイロセンサは、完全平面型の３次元慣性速度測定システム（ＩＭＵｓ：inertial rate measurement systems）に統合化することができ、このＩＭＵｓは、従来型ＩＭＵｓよりも小さい形状因子を生ずる。
【００１４】
図１は、３つの回転軸線周りの回転を測定できる平面型３次元慣性センサシステム１００を示す図である。この慣性センサシステム１００を使用して、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）又は複数回転軸線の周りの運動を測定する他のセンサシステムを実現することができる。慣性センサシステム１００は、回転軸線周りの回転を測定するよう構成した３つのジャイロセンサ１０５，１１０及び１１５を有し、これらジャイロセンサによって慣性センサシステム１００は３次元の回転運動を測定できる。慣性センサシステム１００は、さらに、３次元慣性センサシステム１００の加速度を検出するのに使用できる１個又はそれ以上の加速度計を有することができる。
【００１５】
慣性センサシステム１００は、多数の用途で向き及び／又は速度を決定するのに使用する信号を発生することができる。例えば、慣性センサシステム１００は、多くのデバイス、例えば、携帯電話又はタブレットコンピュータに統合化又は固定して、デバイスのピッチ、ロール及びヨーを測定し、またデバイスに出力を供給してデバイスの向き及び運動を測定するのにデバイスを使用することができるようにする。センサシステム１００は、さらに、他のタイプのデバイス、例えば、ビデオゲームコントローラにも使用でき、また自動車、航空機、船舶、及び／又は他のタイプの乗り物のためのナビゲーションシステムに使用することができる。
【００１６】
慣性センサシステム１００は、音叉型ジャイロセンサ１０５、音叉型ジャイロセンサ１１０、及びねじれ型ジャイロセンサ１１５を有する。図１に示す実施形態において、音叉型ジャイロセンサ１０５はＸ軸周りの回転を測定するよう構成し、音叉型ジャイロセンサ１１０はＹ軸周りの回転を測定するよう構成し、ねじれ型ジャイロセンサ１１５はＺ軸周りの回転を測定するよう構成する。音叉型ジャイロセンサ１０５及び音叉型ジャイロセンサ１１０は、クオーツ製音叉型ジャイロスコープを使用して実現することができる。音叉型ジャイロセンサ１０５及び１１０は、駆動モード及びピックアップモードで動作することができる。駆動モードにおいて、音叉型ジャイロセンサにおける１組の試験質量セットが共振するよう駆動する。ピックアップモードにおいて、試験質量の振動平面からの変位を測定して信号を発生し、この信号を、音叉型ジャイロセンサ１０５又は音叉型ジャイロセンサ１１０が測定するよう構成した回転軸線周りの回転速度に変換することができる。
【００１７】
ねじれ型ジャイロセンサ１１５は、駆動ねじれモードとピックアップねじれモードとの間におけるジャイロ作用モーメントを使用し、Ｚ軸周りの入力回転速度に比例する信号出力を発生する。音叉型ジャイロセンサ１０５及び１１０とは対比的に、ねじれ型ジャイロセンサ１１５は、駆動モード及びピックアップモードで回転振動を使用する。ねじれ型ジャイロセンサ１１５はクオーツのような圧電材料により構成する。駆動モードにおいて、ねじれ型ジャイロセンサ１１５に電界を加えることにより、駆動部材の回転軸線周りにおける回転振動を誘発する。これら駆動部材は駆動質量又は駆動フレームを駆動して回転振動させることができる。ピックアップモードにおいて、Ｚ軸線周りの回転は、ねじれ型ジャイロセンサ１１５の圧電ピックアップ部材におけるねじれを誘発する。これらねじれはピックアップ部材の圧電材料にねじり応力を生じ、このことは圧電材料に電界を発生させる。この電界は、ピックアップ部材に沿って配置したピックアップ電極に電荷を帯電させる。ねじれ型ジャイロセンサ１１５は信号を出力することができ、この信号はＺ軸線周りの回転入力速度を表す。ねじれ型ジャイロセンサ１１５を実現するのに使用できる種々の実施形態によるねじれ型ジャイロセンサを以下に説明する。
【００１８】
ねじれ型ジャイロセンサ１１５によれば、慣性センサシステム１００における３つのすべてのジャイロスコープを平面形態に配置できる。この結果、慣性センサシステム１１００は、３個のリニア振動センサを含む従来型３次元慣性センサシステムでの形状因子よりも小型の形状因子をもたらすことができる。３個のリニア振動センサを含む従来型３次元慣性センサシステムにおいては、センサが３個すべての回転軸線周りの回転を測定できるようにするため、３個のリニア振動センサのうち１個は、他の２個のセンサを取付ける平面に対して直交するよう取付けておかねばならなかった。慣性センサシステム１００の小さい形状因子は、とくに、例えば、デバイスの向きを利用するアプリケーションを含む携帯電話、携帯コンピュータ、及びタブレットコンピュータのような携帯電子デバイス、向き及び／又は速度情報を取得するビデオゲームコントローラ、並びに小さい形状因子であることが望ましい他の携帯デバイスに有用である。
【００１９】
図２はねじれ型ジャイロセンサ２００の実施形態を示す図である。図２に示すねじれ型ジャイロセンサ２００は、図１に示す３次元慣性センサシステム１００に設けるねじれ型ジャイロセンサ１１５を実現するのに使用できる。ねじれ型ジャイロセンサ２００は、ジャイロ作用モーメントを使用して回転軸線周りの回転速度を決定することができる。図２に示す実施形態において、ねじれ型ジャイロセンサ２００は、Ｚ軸周りの回転速度を測定するよう構成する。
【００２０】
ねじれ型ジャイロセンサ２００は、端部ポイント２１５ａ，２１５ｂで堅固に固定するピックアップタイン２０５（ピックアップ部材とも称する）と、ピックアップタイン２０５に対して交差する方向に延在するよう連結した駆動タイン２２５とを有する。幾つかの実施形態において、駆動タイン２２５はピックアップタイン２０５に対して直交させるが、駆動タイン２２５はピックアップタイン２０５に対して必ずしも直交させる必要はない。駆動タイン２２５は駆動質量２３０を支持する。ピックアップタイン２０５及び駆動タイン２２５は、クオーツのような圧電材料により構成する。
【００２１】
図２に示す実施形態において、駆動タイン２２５はＸ軸に沿う向きとし、１組の駆動電極２３５によるセットを駆動タイン２２５に取付ける。駆動タイン２２５はほぼ直線で囲まれた断面を有し、駆動電極２３５は駆動タイン２２５における直線で囲まれた断面のコーナーに配置する。駆動電極２３５を使用して、Ｙ軸に沿って駆動タイン２２５に電界を印加し、駆動タイン２２５の断面にＸＹ剪断を誘発することができる。駆動電極２３５は、印加電界が断面の重心周りの剪断偶力を生じ、駆動タイン２２５を回転させ、この回転が駆動質量２３０を回転させるよう設計する。これにより、駆動質量２３０は振動するよう駆動される。
【００２２】
慣性を有する駆動タイン２２５及び駆動質量２３０のねじれ振動は、Ｘ軸周りの変調角運動量Ｈ（ｔ）＝（ｗｄｒｖ（ｔ）*Ｊｔ）を発生する。Ｚ軸周りに入力角度回転Ωｚが存在すると、構体に加わるトルクτは、角運動量における変化から見出される。
【数１】
0006010690.tif 000002
ここで、τＰＵはＹ方向に沿って指向するピックアップタイン２０５の周りに加わるトルクである。したがって、ピックアップ応答は、駆動タイン２２５及び駆動質量２３０と結合したピックアップタイン２０５のＹ軸周りのねじれ振動である。ピックアップタイン２０５がよじれるとき、機械的に誘発される剪断は、潜在的電界内で圧電的に結合する。
【００２３】
図３Ａ及び３Ｂは、駆動タイン２２５の断面を示し、どのように印加した電界が駆動タイン２２５の断面重心周りにおける剪断偶力を発生し、駆動タイン２２５の回転を生ずるかを示す。全電界は、(ａ)平行プレート電極（図３Ａ参照）及び(ｂ)同一平面電極間のフリンジング（図３Ｂ参照）の重ね合わせである。Ｙ方向（図３Ａの左右方向）に沿う電界ラインは、電界ベクトルに対する逆極性のＸＹ剪断を発生する。この形態の電極では、駆動ビーム（梁）２２５に対して駆動ビームの回転軸線周りのトルクを付与する剪断偶力を生ずる。
【００２４】
ピックアップタイン２０５がピックアップタイン及び／又は駆動質量のＺ軸線に沿って変位するのに応答してよじれるとき、機械的に誘発される剪断は潜在的電界内で圧電的に結合し、電気変位場を生ずる。電気変位は、駆動振動及び入力角速度に比例してピックアップ電極に帯電した電荷を誘導する。図４Ａは、ピックアップタイン２０５のような圧電ビーム内に発生するＹ軸に沿う潜在的電界を示し、この場合、圧電ビームの４つの側面すべてを接地する。図４Ｂは、図４Ａに示す圧電ビームの断面に誘導される電気変位（Ｄ）電界を示す。図４Ｂに示すビームの頂部及び底部は類似の電荷を有し、またビーム側面は類似の電荷を有し、これら電荷はビームの頂部と底部とで逆極性の電荷である。
【００２５】
図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃはねじれ型ジャイロセンサ５００の実施形態を示す。図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに示すねじれ型ジャイロセンサ５００を使用して、図１に示す３次元慣性センサシステム１００に設けるねじれ型ジャイロセンサ１１５を実現することができる。ねじれ型ジャイロセンサ５００の平面構成によれば、Ｘ軸及びＹ軸周りの回転を測定するセンサとともに平面形態となるようセンサを設置することができる。
【００２６】
図５Ａはねじれ型ジャイロセンサ５００の斜視図、図５Ｂはねじれ型ジャイロセンサ５００の頂面図、及び図５Ｃはねじれ型ジャイロセンサ５００の一部の拡大斜視図である。ピックアップ電極５２０をピックアップタイン（本明細書でピックアップ部材とも称する）５０５上に配置し、また駆動電極５３５を駆動タイン（本明細書で駆動部材とも称する）５２５上に配置する。駆動タイン５２５はピックアップタイン５０５に対して結合して交差方向に延在させ、また駆動タイン５２５及びピックアップタイン５０５は同一平面上に配置する。幾つかの実施形態において、駆動タイン５２５はピックアップタイン５０５に対して直交させるが、駆動タイン５２５は、必ずしもピックアップタイン５０５に対して直交させる必要はない。駆動タイン５２５は駆動質量５３０を支持する。
【００２７】
駆動タイン５２５は、図２に示すねじれ型ジャイロセンサ２００の駆動タイン２２５と同様の動作原理を有する。駆動タイン５２５はＸ軸に沿って指向して、Ｙ軸に沿う電界成分が駆動タイン５２５の断面でＸＹ剪断を誘発する。駆動電極５３５は、印加電界が断面の重心周りの剪断偶力を生じ、駆動タイン５２５を回転させるよう設計する。
【００２８】
慣性を有する駆動タイン５２５及び駆動質量５３０のねじれ振動は、Ｘ軸周りの変調角運動量Ｈ（ｔ）＝（ｗｄｒｖ（ｔ）*Ｊｔ）を発生する。Ｚ軸周りに入力角度回転Ωｚが存在すると、構体に加わるトルクτは、角運動量における変化から見出される。
【数２】
0006010690.tif 000003
ここで、τＰＵはＹ方向に沿って指向するピックアップタイン５０５の周りに加わるトルクである。したがって、ピックアップ応答は、駆動タイン５２５及び駆動質量５３０と結合したピックアップタイン５０５のＹ軸周りのねじれ振動である。
【００２９】
図６Ａは駆動タイン５２５の断面であって、駆動タイン５２５の駆動電極５３５の構成を示す。図６Ｂはピックアップタイン５０５の断面であって、ピックアップタイン５０５のピックアップ電極５２０の構成を示す。
【００３０】
図７Ａ及び７Ｂはねじれ型ジャイロセンサ５００の駆動動作を示す。図７Ａはねじれ型ジャイロセンサ５００の斜視図であって、駆動タイン５２５はＸ軸周りに回転している。図７ＢはＸ軸に沿うねじれ型ジャイロセンサ５００であって、駆動タイン５２５がＸ軸周りに回転するときの駆動質量５３０の回転状況を示す図である。駆動電極５３５に電界を印加することによって、駆動タイン５２５が軸線における断面の重心周りの回転振動を誘発する。駆動タイン５２５の回転は駆動質量５３０を回転振動させるよう駆動する。
【００３１】
図７Ｃ及び７Ｄはねじれ型ジャイロセンサ５００のピックアップ動作を示す。図７Ｃはねじれ型ジャイロセンサ５００の斜視図であって、駆動質量５３０及び駆動タイン５２５のＺ軸周りの変位に応答して駆動質量５３０及び駆動タイン５２５がＺ軸周りに角回転する状況を示す。この角回転によりピックアップタイン５０５をひねり、ピックアップタイン５０５を含む圧電材料に電界を誘導する。
【００３２】
図７Ｄはねじれ型ジャイロセンサ５００の側面図であって、駆動質量５３０及び駆動タイン５２５のＺ軸周りの回転に応答した駆動質量５３０及び駆動タイン５２５のＺ軸周りの角回転によって生じたピックアップタイン５０５のねじれ回転を示す。駆動タイン５２５及び駆動質量５３０のＺ軸周りの角回転はピックアップタイン５０５のひねりを誘発し、これによりピックアップタイン５０５の圧電材料に電界を誘導する。ピックアップタイン５０５がよじれるとき、機械的に誘発される剪断が潜在的電界内で圧電的に結合し、電気変位場を生ずる。電気変位場は、ピックアップタイン５０５のＹ軸周りにおけるねじれ振動の駆動振動及び入力角速度に比例してピックアップ電極５２０に電荷の帯電を誘導する。ピックアップ電極５２０に帯電される電荷を測定して、Ｙ軸周りのねじれ速度を決定し、またＺ軸周りの動きの速度を決定することができる。センサはＺ軸周りの入力回転速度の割合に比例する信号を出力することができる。出力信号は、Ｚ軸周りの入力回転速度に比例することができる。
【００３３】
図８Ａ及び８Ｂは、差動ねじれ型ジャイロセンサ８００の実施形態を示す。図８Ａ及び８Ｂに示す差動ねじれ型ジャイロセンサ８００を使用して、図１に示す３次元慣性センサシステム１００に設けるねじれ型ジャイロセンサ１１５を実現することができる。差動ねじれ型ジャイロセンサ８００は、２個のピックアップタイン８０５ａ及び８０５ｂ、２個の駆動タイン８２５ａ及び８２５ｂ、並びに２個の駆動質量８３０ａ及び８３０ｂを有する。この差動ねじれ型ジャイロセンサ８００の本体は、さらに、差動ねじれ型ジャイロセンサ８００を固定する共通アンカーポイント８５０を有する。アンカー８５０を使用して、差動ねじれ型ジャイロセンサ８００をデバイスに取付けることができる。例えば、アンカー８５０は、ねじれ型ジャイロセンサ８００を平面状３次元慣性センサシステム１００の基板に取付けるのに使用できる。差動ねじれ型ジャイロセンサ８００の本体は、ピックアップタイン８０５ａによって片側が画定される開口８７５ａ及びピックアップタイン８０５ｂによって片側が画定される開口８７５ｂを有する。
【００３４】
ねじれ型ジャイロセンサ８００は、改善された共通モード拒否を行うことができる差動モードで動作することができる。電流を駆動タイン８２５ａ及び８２５ｂの駆動電極（図示せず）に加えることにより駆動タイン８２５ａ及び８２５ｂの圧電材料を変形させて、駆動タイン８２５ａ及び８２５ｂをＸ軸周りに回転させることができる。ピックアップタイン８０５ａ及び８０５ｂは、ピックアップタイン８０５ａ及び８０５ｂに沿って配置したピックアップ電極（図示せず）を有し、これらピックアップ電極はねじれ型ジャイロセンサ５００で示したピックアップ電極５２０と同様に動作する。
【００３５】
Ｚ軸周りの動きによりピックアップタイン８０５ａ及び８０５ｂをＹ軸周りに回転させる。ピックアップタイン８０５ａ及び８０５ｂの圧電構体に機械的に誘発される剪断は、ピックアップタイン８０５ａ及び８０５ｂに配置したピックアップ電極に帯電される電荷を誘導する。ピックアップ電極５２０に帯電する電荷を測定して、Ｙ軸受周りのねじれ速度及びＺ軸周りの動きの速度を決定することができる。さらに、ピックアップタイン８０５ａ及び８０５ｂそれぞれの電極から受取る信号を個別にモニタリングし、また比較してより明瞭な信号を生成することができる。差動構成によれば、例えば、単一終端構成では誤出力を生じるおそれのある線形加速度のような共通モード偏差を排除することができる。さらに、２個の駆動質量が逆位相で動作し、この場合、２個の質量からの運動量がアンカー取付けポイント８５０で打ち消し合い、振動減衰損失を減少することができる。
【００３６】
図９はねじれ型ジャイロセンサ９００の実施形態を示す図である。図９に示すねじれ型ジャイロセンサ９００を使用して、図１に示す３次元慣性センサシステム１００に設けるねじれ型ジャイロセンサ１１５を実現することができる。図１０は、図９に示すねじれ型ジャイロセンサ９００の頂面図である。図９に示すねじれ型ジャイロセンサ９００の実施形態
【００３７】
図９に示すねじれ型ジャイロセンサ９００において、駆動フレーム９２５（駆動質量とも称する）は、図９においてＸ軸である駆動軸線とした回転軸線を有する圧電力を使用してねじれ振動を生ずるよう駆動する。図９に示すねじれ型ジャイロセンサ９００は、駆動電極９２０に電圧を加えることによって生ずる特別に規定した電界により誘発される剪断圧電係数を使用する。
【００３８】
ねじれ型ジャイロセンサ９００は、このねじれ型ジャイロセンサ９００を基板に取付け、またねじれ型ジャイロセンサ９００を所定位置に保持するのに使用できるアンカー９０５を有する。ねじれ型ジャイロセンサ９００は、ピックアップフレーム９１５及び駆動フレーム９２５を有する。ピックアップフレーム９１５は中心開口を有し、またアンカー９０５は、ピックアップフレーム９１５の中心開口内に配置する。ピックアップフレーム９１５は１組のピックアップビーム９１３のセットによってアンカー９０５に連結する。ピックアップビーム９１３は、圧電材料、例えばクオーツとする。ピックアップフレーム９１５及び／又はアンカー９０５は、ピックアップビーム９１３と同一の圧電材料で構成する、又はピックアップビーム９１３とは異なる材料で構成することができる。ピックアップ電極９１０をピックアップビーム９１３に取付ける。ピックアップビーム９１３のねじれはビームに圧電効果を誘導し、これは圧電電極９１０に電荷を帯電させる。
【００３９】
ねじれ型ジャイロセンサ９００は、さらに、駆動フレーム９２５を有する。駆動フレーム９２５は中心開口を有し、またピックアップフレーム９１５を駆動フレーム９２５の中心開口内に配置する。駆動フレーム９２５は駆動ビーム９２３によってピックアップフレーム９１５に連結する。駆動ビーム９２３はピックアップフレーム９１３に対して交差する。幾つかの実施形態において、駆動ビーム９２３はピックアップビーム９１３に対して直交させるが、必ずしもピックアップビーム９１３に対して直交させる必要はない。
【００４０】
駆動ビーム９２３は、圧電材料、例えばクオーツとする。駆動電極９２０を駆動ビーム９２３に取付ける。駆動電極９２０に電界を加えることによって、駆動ビーム９２３に剪断力を誘発し、駆動ビーム９２３をねじれ型ジャイロセンサ９００のＸ軸周りに回転振動させる。
【００４１】
構体に直交する軸線周りの入力回転は、駆動軸線（この実施形態ではＸ軸）及び入力軸線（この実施形態ではＹ軸）に対して互いに直交する軸線周りのジャイロ的トルクを生ずる。このトルクは、駆動モードから二次的ピックアップモードへの動きと結合する。二次的ピックアップモードは、ピックアップフレームのピックアップ軸線（図９におけるＹ軸）周りの回転である。この動きは、アンカーをピックアップフレーム９１５に連結するピックアップビーム９１３にひずみを誘発し、このひずみは、ピックアップ電極９１０を使用して圧電的に感知される。
【００４２】
ピックアップ電極９１０を配置するピックアップフレーム９１５にアンカー９０５を連結するビーム部材９１３は、ビーム部材９１３を構成するクオーツ結晶のＹ軸に沿って指向することができる。クオーツ結晶のＹ軸に沿って指向するビームは内部剛性結合を有し、このことはビームがＹトルクに応答してＹ軸周りによじれるとき、ビームはＺ軸周りにもよじれることを意味する。同様に、Ｚ軸周りのトルクは、Ｙ軸周りのよじれを生ずることができる。この結果、望ましくない交差結合（cross-coupling）エラーを幾つかの状況で誘発するおそれがある。
【００４３】
図１１は、図９に示すねじれ型ジャイロセンサ９００のおけるようなビームの代わりに、ピックアップフレーム１１１５をアンカー１１０５にレベル結合するシザーヒンジ１１２２を有するねじれ型ジャイロセンサ１１００の実施形態の斜視図である。図１２は図１１に示すねじれ型ジャイロセンサ１１００の頂面図である。シザーヒンジ１１２２はクオーツ結晶のＸ軸に沿って延在するビームを有する。クオーツは、１２０゜毎に指向する３つの異なるＸ軸を有する三方晶系結晶構造を有する。これら軸に沿うビームは、直線的ビームに存在する結合因子を持たない。シザーヒンジ１１２２のＸ結晶指向ビームは、Ｙ結晶指向ビームに内在する構造的結合がない。この構成は、ピックアップビームを構成するクオーツの異方特性のうち幾つかを相殺し、Ｙ軸周りのトルクがもたらすＺ軸に沿う偏位を排除又は大幅に減少することができる。
【００４４】
ねじれ型ジャイロセンサ１１００はアンカー１１０５を有し、このアンカー１１０５を使用してねじれ型ジャイロセンサ１１００を基板に取付けて、ねじれ型ジャイロセンサ１１００を所定位置に保持することができる。ピックアップフレーム１１１５は中心開口を有し、またアンカー１１０５はピックアップフレーム１１１５の中心開口内に配置する。ピックアップフレーム１１１５はシザーヒンジ１１２２によってアンカー１１０５に連結する。ピックアップ電極１１１０はシザーヒンジ１１２２に取付ける。シザーヒンジ１１２２のねじれは、シザーヒンジ１１２２のビームにおける圧電効果を誘発し、この圧電効果によりピックアップ電極１１１０に電荷の帯電を誘導する。ピックアップ電極１１１０に帯電する電荷を測定して、Ｙ軸周りのねじれ速度（割合）を決定し、またＺ軸に沿う動きの速度を決定することができる。センサはＺ軸周りの入力回転速度の割合に比例する信号を出力することができる。
【００４５】
図１３は、ピックアップフレームをアンカーに連結するピックアップビームのための真直ぐなビームを使用するねじれ型ジャイロセンサのモード解析である。図１４は、ピックアップフレームをアンカーに連結する、図１１に使用したのと同様なシザーヒンジを使用するねじれ型ジャイロセンサのモード解析である。図１３及び１４における陰影付けはＺ線形偏位を表す。これら実施例から、Ｙ軸ねじれ運動の他に、図１３に示す真直ぐなビームはＺ軸周りにもよじれる。これに対比して図１４のねじれ型ジャイロセンサに使用するシザーヒンジは、Ｙ軸ねじれ運動のみを呈する。
【００４６】
様々な改変及び変更を、本発明の範囲、又は特許請求の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に対して行うことができる。例えば、要素は単数形で記載又は特許請求するが、複数形も含まれる。さらに、態様及び／又は実施形態のすべて若しくはその一部を他の態様及び／又は実施形態に用いることができる。
【００４７】
特許請求の範囲を含めて本明細書中、「少なくとも１つ」が前置される項目リストに使用される「又は」は離接的リストを示し、例えば、「Ａ，Ｂ又はＣのうち少なくとも１つ」のリストは、Ａ若しくはＢ若しくはＣ、又はＡＢ若しくはＡＣ若しくはＢＣ、又はＡＢＣ（すなわち、Ａ及びＢ及びＣ）を意味する。
【００４８】
他の実施例及び実施形態は、本明細書及び特許請求の範囲における範囲及び精神内で存在する。機能を実現する特徴も様々な場所に物理的に配置することができ、機能部分を異なる物理的場所で実現するよう、分布させることができる。特許請求の範囲を含めて本明細書中、「少なくとも１つ」が前置される項目リストに使用される「又は」は離接的リストを示し、例えば、「Ａ，Ｂ又はＣのうち少なくとも１つ」のリストは、Ａ若しくはＢ若しくはＣ、又はＡＢ若しくはＡＣ若しくはＢＣ、又はＡＢＣ（すなわち、Ａ及びＢ及びＣ）、又は１つの特徴より多い組合せ（例えば、ＡＡ，ＡＡＢ，ＡＢＢＣ等）を意味する。
【００４９】
さらに、１つより多い発明を開示することができる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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