(57)【要約】  微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージが、ジャイロスコープと加速度計を含む。ジャイロスコープは、外部圧力から密閉された低圧キャビティ内にある。加速度計は、キャビティ内にあり、加速度計キャビティのシールは、完全にジャイロスコープキャビティ内にある。通常動作条件下で、加速度計シールは、加速度計キャビティを密閉ジャイロスコープキャビティの圧力より高い圧力に維持する。ジャイロスコープシール又は加速度計シールの一方が破損した場合、ジャイロスコープは圧力の変化を検出し、故障が識別される。
2019505770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージであって、
第１のキャビティシールによって密閉された第１のキャビティであって、前記第１のキャビティシールが、前記第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力との間の障壁を提供する第１のキャビティと、
第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティであって、前記第２のキャビティシールが、完全に前記第１のキャビティシール内にあり、前記第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と前記第１のキャビティ圧力との間の障壁を提供する第２のキャビティと、
前記第２のキャビティ内にあり、１つ以上の直線加速度を測定するように構成されたＭＥＭＳ加速度計と、
前記第１のキャビティ内にあり、１つ以上の角速度を測定するように構成されたＭＥＭＳジャイロスコープであって、更に、前記第１のキャビティシール又は前記第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに前記第１のキャビティ内の圧力の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳジャイロスコープと、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープに結合され、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された前記圧力の変化に基づいて故障を識別する処理回路とを含む、
微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージ。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、
複数の可動マスと、前記複数の可動マスを駆動する１つ以上の駆動アクチュエータとを含み、前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、前記第１のキャビティ内の前記圧力の変化を、前記複数の可動マスのうちの１つ以上の可動マスの運動に基づいて識別する、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、前記１つ以上の可動マスの運動に基づいて１つ以上のセンス信号を出力するように構成された１つ以上のセンス電極を含み、前記処理回路が、前記圧力の変化を前記センス信号に基づいて識別する、
請求項２に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項４】
前記１つ以上の駆動アクチュエータが、前記複数の可動マスのうちの１つ以上の駆動マスを駆動し、前記１つ以上のセンス電極が、前記駆動マスの運動に基づいて前記センス信号を出力するように構成された駆動センス電極を有する、
請求項３に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項５】
前記処理回路は、前記センス信号が前記センス信号の運動しきい値より小さいときに前記圧力の変化を識別するように構成された、
請求項４に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項６】
前記運動しきい値が、前記第１のキャビティ圧力の初期圧力の下での前記駆動マスの運動より１０％少ない、
請求項５に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは、前記駆動アクチュエータに印加された駆動電圧が電圧しきい値を超えるときに前記圧力の変化を識別するように構成された、
請求項２に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項８】
前記電圧しきい値が、前記第１のキャビティ圧力の初期圧力下で所定の運動を生成するために印加された初期駆動電圧との駆動電圧差に基づく、
請求項７に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項９】
前記駆動電圧差が、前記初期駆動電圧より１０％高い、
請求項８に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１０】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、前記ＭＥＭＳジャイロスコープのQ値を決定し、前記Q値がQ値しきい値より小さいときに前記圧力の変化を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１１】
温度センサを更に含み、前記Q値しきい値が、前記温度センサの測定温度に基づく、
請求項１０に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１２】
前記Q値しきい値が、前記第１のキャビティ圧力の初期圧力下での前記ＭＥＭＳジャイロスコープのQ値より１０％少ない、
請求項１１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１３】
前記処理回路が、故障が識別されたときに通知を生成するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１４】
前記第２のキャビティ圧力の初期圧力が、大気圧より少なくとも１桁低い、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１５】
前記第１のキャビティ圧力の初期圧力が、前記第２のキャビティの前記初期圧力より約１桁低い、
請求項１４に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１６】
前記処理回路が、更に、前記検出圧力と圧力しきい値との比較に基づいて前記故障を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１７】
前記処理回路が、更に、ある時間にわたる前記検出圧力と変化率しきい値との比較に基づいて前記故障を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１８】
前記処理回路は、更に、ある時間にわたる前記検出圧力と変化率しきい値との比較と、前記検出圧力と圧力しきい値との比較に基づいて前記故障を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１９】
微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージ内の圧力の変化を検出する方法であって、
ＭＥＭＳジャイロスコープから１つ以上の角速度を決定するステップ、ここで、前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、第１のキャビティ内にあり、前記第１のキャビティが、第１のキャビティシールによって密閉され、前記第１のキャビティシールが、前記第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力の間に障壁を提供する、と、
ＭＥＭＳ加速度計から１つ以上の直線加速度を決定するステップ、ここで、前記ＭＥＭＳ加速度計が、第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティ内にあり、前記第２のキャビティシールが、完全に前記第１のキャビティシール内にあり、前記第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と前記第１のキャビティ圧力との間に障壁を提供する、と、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって、前記第１のキャビティシール又は前記第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに前記第１のキャビティ内の圧力の変化を検出するステップと、
処理回路によって、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された前記圧力の変化に基づいて故障を識別するステップと
を含む
方法。
【請求項２０】
マルチセンサ微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージであって、
１つ以上の回転軸のまわりの角速度を測定するように構成されたジャイロスコープであって、
複数のジャイロスコープ可動マスと、
前記複数のジャイロスコープ可動マスのうちの１つ以上を駆動する１つ以上の駆動電極であって、駆動電圧によって駆動される１つ以上の駆動電極と、
前記ジャイロスコープセンス電極のセンス電圧に基づいて、前記複数のジャイロスコープ可動マスのうちの１つ以上のジャイロスコープ可動マスの運動を検出する１つ以上のジャイロスコープセンス電極と
を含むジャイロスコープと、
１つ以上の軸に沿った直線加速度を測定するように構成された加速度計であって、
１つ以上の加速度計可動マスと、
前記１つ以上の加速度計可動マスの運動を検出する１つ以上の加速度計センス電極と
を含む加速度計と、
前記加速度計を密閉する加速度計シールリングであって、前記加速度計シールリング内の加速度計キャビティの加速度計圧力を提供する加速度計シールリングと、
前記ジャイロスコープと前記加速度計シールリングの全体とを密閉するジャイロスコープシールリングであって、前記ジャイロスコープシールリングが、前記ジャイロスコープシールリング内にジャイロスコープキャビティのジャイロスコープ圧力を提供し、前記加速度計シールリングが、前記加速度計圧力と前記ジャイロスコープ圧力の間に障壁を提供するジャイロスコープシールリングと、
少なくとも前記駆動電圧又は前記センス電圧に基づいて前記ジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化を検出し、前記圧力の変化に基づいて故障を識別するように構成された処理回路とを含む、
マルチセンサ微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、自動車、ドローン、電気器具、航空機、運動支援装置、ゲームコントローラなどの多くの物品は、その操作中に運動センサを利用できる。多くの用途では、加速度計やジャイロスコープなどの様々なタイプの運動センサが、特定用途の様々な情報を決定するために個別又は一緒に分析されうる。例えば、ジャイロスコープと加速度計は、ゲーム用途（例えば、スマートフォン又はゲームコントローラ）でユーザによる複雑な運動を取得するために使用されることがあり、ドローンや他の航空機は、ジャイロスコープ測定値（例えば、ロール、ピッチ及びヨー）に基づいて向きを決定でき、車両は、方向（例えば、推測航法のため）と安全性（例えば、スリップ又はロールオーバ状態の認識）の決定のために測定値を利用できる。
【０００２】
加速度計やジャイロスコープなどの運動センサは、半導体製造技術を使用して作製された微小電気機械（ＭＥＭＳ）センサとして製造されうる。ＭＥＭＳセンサは、直線加速度（例えば、ＭＥＭＳ加速度計の場合）や角速度（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープの場合）などの力に応答できる可動マスを含みうる。可動マスに対するそのような力の作用は、力に応じたマスの運動に基づいて測定されうる。幾つかの実施態様では、この運動は、可動マスとセンス電極の間の距離に基づき、各可動マスとそのそれぞれの電極によって構成された静電容量の変化に基づいて測定される。
【０００３】
典型的なＭＥＭＳ加速度計の可動マスは、直線加速度に応じて撓む１つ以上の懸架マスを含みうる。ＭＥＭＳ加速度計の構成要素は、水分などの外部汚染物質によるＭＥＭＳ加速度計の環境の汚染を防ぐために密閉されうる。そのような汚染物質は、動作（例えば、直線加速度に応じた可動マスの運動）に影響を及ぼすか、あるいはＭＥＭＳ加速度計の構成要素を破損しうる。ＭＥＭＳ加速度計のシールが破損された場合、汚染物質がキャビティに入り、加速度計が故障しうる。また、ＭＥＭＳ加速度計のシールは、加速度計の可動マスを制動するのに十分な圧力を維持できる。
【０００４】
ＭＥＭＳジャイロスコープは、また、密封環境内で動作できる。ＭＥＭＳジャイロスコープは、高周波数で駆動される可動マスの１つ以上を必要とし、ジャイロスコープの動作特性（例えば、「クオリティファクタ」又は「Q値」）は、ジャイロスコープが動作している環境に依存しうる。例えば、Q値は、温度に基づいて変化することがあり、極めて圧力に依存しうる。多くのＭＥＭＳジャイロスコープは、正常に動作するために高真空環境などの低い圧力を必要としうる。圧力が上昇するとQ値が低下しうる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一実施形態では、微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージは、第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力との間の障壁を提供する第１のキャビティシールによって密閉された第１のキャビティと、完全に第１のキャビティシール内にあり、第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と第１のキャビティ圧力との間に障壁を提供する第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティとを含む。一実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、第２のキャビティ内にあり、１つ以上の直線加速度を測定するように構成され、ＭＥＭＳジャイロスコープが、第１のキャビティ内にあり、１つ以上の角速度を測定するように構成される。一実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープは、更に、第１のキャビティシール又は第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに第１のキャビティ内の圧力の変化を検出するように構成され、処理回路が、ＭＥＭＳジャイロスコープに結合されて、ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された圧力の変化に基づいて故障を識別する。
【０００６】
本開示の一実施形態では、微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージ内の圧力の変化を検出する方法が、ＭＥＭＳジャイロスコープから１つ以上の角速度を決定することを含み、ＭＥＭＳジャイロスコープが、第１のキャビティ内にあり、第１のキャビティが、第１のキャビティシールによって密閉され、第１のキャビティシールが、第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力との間に障壁を提供する。一実施形態では、方法は、更に、ＭＥＭＳ加速度計から１つ以上の直線加速度を決定することを含み、ＭＥＭＳ加速度計が、第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティ内にあり、第２のキャビティシールが、完全に第１のキャビティシール内にあり、第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と第１のキャビティ圧力との間の障壁を提供する。一実施形態では、方法は、更に、ＭＥＭＳジャイロスコープによって、第１のキャビティシール又は第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに第１のキャビティ内の圧力の変化を検出することと、処理回路によって、ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された圧力の変化に基づいて故障を識別することを含む。
【０００７】
本開示の一実施形態では、マルチセンサ微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージが、１つ以上の回転軸のまわりの角速度を測定するように構成されたジャイロスコープと、１つ以上の軸に沿った直線加速度を測定するように構成された加速度計とを含む。一実施形態では、ジャイロスコープは、複数のジャイロスコープ可動マスと、複数のジャイロスコープ可動マスの１つ以上を駆動する１つ以上の駆動電極であって、駆動電圧によって駆動される１つ以上の駆動電極と、ジャイロスコープセンス電極のセンス電圧に基づいて複数のジャイロスコープ可動マスのうちの１つ以上の運動を検出する１つ以上のジャイロスコープセンス電極とを含む。一実施形態では、加速度計は、１つ以上の加速度計可動マスの運動を検出するために１つ以上の加速度計可動マスと１つ以上の加速度計センス電極とを含む。一実施形態では、加速度計シールリングが、加速度計キャビティを密閉し、加速度計シールリング内の加速度計キャビティの加速度計圧力を提供し、ジャイロスコープシールリングが、ジャイロスコープと、加速度計シールリングの全体を封止し、その結果、ジャイロスコープシールリングが、ジャイロスコープシールリング内のジャイロスコープキャビティのジャイロキャビティ圧力を提供し、その結果、加速度計シールリングが、加速度計圧力とジャイロスコープ圧力の間に障壁を提供する。一実施形態では、処理回路は、少なくとも駆動電圧又はセンス電圧に基づいてジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化を検出し、圧力の変化に基づいて故障を識別するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の以上その他の特徴、及びその本質及び様々な利点は、添付図面と関連して行われる以下の詳細な記述を検討することにより明らかになる。
【０００９】
【図１】本開示の幾つかの実施形態による典型的な運動処理システムを示す図である。
【図２】本開示の幾つかの実施形態による典型的なジャイロスコープ設計を示す図である。
【図３】本開示の幾つかの実施形態による典型的な密封ＭＥＭＳパッケージを示す図である。
【図４】本開示の幾つかの実施形態による破損シールによる故障を識別するための典型的ステップを示す図である。
【図５】本開示の幾つかの実施形態によるＭＥＭＳセンサの動作において補償するための典型的ステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
運動処理システムは、直線加速度を測定する加速度計や角速度を測定するジャイロスコープなどの複数のセンサを含みうる。幾つかの例では、これらのセンサは、検出に使用されるきわめて小さい可動マスを有するＭＥＭＳセンサとして実現されうる。直線加速度と角速度は、そのような可動マスの運動に基づいて測定され、この運動は、電極が可動マスの隣りに配置されるような方法によって検出されうる。
【００１１】
ＭＥＭＳ加速度計は、特定の圧力条件下で最適に動作する。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、典型的には大気圧より低いが可動マスの運動を減衰させるのに十分に高い環境で動作することが望ましい。低すぎる圧力下では、ＭＥＭＳ加速度計のQ値が高くなり、その結果、直線加速度に応じて運動が過度又は予測不能になる。
【００１２】
ＭＥＭＳジャイロスコープは、特定の圧力条件下で最適に動作する。典型的には、ＭＥＭＳジャイロスコープには高いQ値が提供され、これは、ＭＥＭＳジャイロスコープを、典型的なＭＥＭＳ加速度計圧力から一桁以上にずれた圧力を有する高真空環境内に配置することによって達成される。そのような圧力を達成するため、ＭＥＭＳ加速度計とＭＥＭＳジャイロスコープは両方とも密閉される。所望の圧力を維持することに加えて、シールは、汚染物質がＭＥＭＳ装置の環境に入るのを防ぐ。
【００１３】
一実施形態では、ジャイロスコープシールは、ジャイロスコープが入れられるジャイロスコープ体積を規定するジャイロスコープキャビティを作成する。加速度計シールは、全体がジャイロスコープキャビティ内にある。このようにして、加速度計シールが破損すると、２つのキャビティ間の圧力が等しくなろうとするので、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が上昇する。
【００１４】
ジャイロスコープは、Q値、駆動電圧、センス電圧及び圧力を示す他の特性の変化に基づいて、そのような圧力の変化を測定するために使用されうる。圧力の変化又は圧力の変化率に応じて、加速度計とジャイロスコープの一方又は両方の故障が示されることがあり、幾つかの実施形態では、装置の一方又は両方が動作し続けることを可能にするために補償が適用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープによって決定された測定値は、加速度計シール又はジャイロスコープシールのどちらが破損したかの決定など、様々な故障状態を決定するために使用されうる。
【００１５】
図１は、本開示の幾つかの実施形態による典型的な運動処理システム１００を示す。図１に特定の構成要素が示されているが、センサ、処理構成要素、メモリ及び他の回路の任意の適切な組み合わせが、必要に応じて様々な用途及びシステムに利用されうることを理解されよう。本明細書に記載されたような一実施形態では、運動処理システムは、ＭＥＭＳセンサ１２０と、処理回路１４０やメモリ１６０などの支援回路を含みうる。幾つかの実施形態では、統合運動処理ユニット（「ＭＰＵ」）（例えば、３軸のＭＥＭＳジャイロスコープ検出、３軸のＭＥＭＳ加速度計検出、マイクロフォン、圧力センサ、及びコンパスを含む）を提供するために、運動処理システム１００内に１つ以上の追加のＭＥＭＳ装置１８０（例えば、ＭＥＭＳマイクロフォン、ＭＥＭＳ圧力センサ及びコンパス）が含まれうる。
【００１６】
一実施形態では、ＭＥＭＳセンサ１２０は、直線加速度と１つ以上の軸のまわりの角速度の両方を検出するセンサパッケージを含みうる。直線加速度は、特定の軸に沿った直線加速度に応じて動く（例えば、撓む）ように懸架された可動マスを有する１つ以上のＭＥＭＳ加速度計によって検出されうる。ＭＥＭＳ加速度計は、可動マスと固定電極が容量電極として働くように固定位置にある電極などの検出技術を利用して可動マスの運動を検出できる。可動マスと固定電極はそれぞれ特定の電圧であり、その結果、可動マスが固定電極に対して動くときにセンス電圧が決定されうる。実施形態では、「センス電圧」は、可動マスとセンス電極によって構成されたキャパシタの電圧でもよく、電荷増幅器を使用して読み取られ可動マスと固定電極の間の静電容量に比例する、電流に比例する電圧でもよく、可動マスと固定検出構成要素の間の距離の変化に基づく他の適切な電圧値でもよい。
【００１７】
典型的実施形態では、複数のＭＥＭＳ加速度計がそれぞれ、ＭＥＭＳ加速度計の可動マスが特定の軸に沿った直線加速度に対応するように構成されうる（例えば、Ｘ軸に沿った直線加速度を検出するＸ軸ＭＥＭＳ加速度計、Ｙ軸に沿った直線加速度を検出するＹ軸ＭＥＭＳ加速度計、及びＺ軸に沿った直線加速度を検出するＺ軸ＭＥＭＳ加速度計）。
【００１８】
ＭＥＭＳセンサ１２０のセンサパッケージは、また、１つ以上の軸のまわりの角速度を検出するための１つ以上のＭＥＭＳジャイロスコープを含みうる。典型的ＭＥＭＳジャイロスコープは、ＭＥＭＳジャイロスコープが１つ以上の軸のまわりの回転（例えば、ピッチ、ロール、及び／又はヨー）を測定できるようにばねによって懸架された微小機械マスを含みうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープは、複数軸のまわりの角速度を単一ＭＥＭＳジャイロスコープ（例えば、２軸又は３軸ＭＥＭＳジャイロスコープ）によって検出できるように設計され、他の実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープが、単一軸のまわりの角速度を検出できる。
【００１９】
動作では、ＭＥＭＳジャイロスコープの可動マスの１つ以上（例えば、１つ以上の駆動マスなどの駆動振動子）は、典型的には駆動電極や駆動櫛歯などの静電駆動システムによって、駆動周波数で振動させられる。構成要素（例えば、駆動マスなどの駆動振動子）は、駆動方向に駆動周波数で振動させられる。幾つかの実施形態では、駆動センス電極は、例えばキャパシタを運動駆動振動子で構成することによって、駆動マスの運動を検出できる。駆動センス電極によって検出される電圧は、駆動力に応じた駆動振動子の運動に比例してもよく、静電駆動システムによって加えられえる駆動力を制御して所望の駆動運動を維持するようにフィードバックシステム（例えば、クローズドループ又はオープンループ）で使用されてもよい。
【００２０】
駆動振動子から回転を測定できるが、多くのジャイロスコープでは、センス振動子（例えば、コリオリマス、プルーフマス、センスマスなど）が、ばねによって駆動振動子に結合され、このばねは、多くの場合、ばねの設計と配置に基づいて、マスの運動自由度を特定方向に制限する。駆動方向に振動しているマス（例えば、コリオリマス又はセンス振動子のセンスマス）は、軸のまわりのジャイロスコープの回転の結果として力を受けうる。このコリオリの力は、マスに対して、駆動方向とジャイロスコープがまわりを回転している軸の両方に対して垂直の方向（即ち、センス方向）に加えられる。コリオリの力を受けるマス（例えば、センス振動子のセンスマス）が、センス方向に自由に動くとき（例えば、センス振動子の構成に基づいて）、このマスは、センス方向に駆動周波数で振動する。
【００２１】
幾つかの実施形態では、角速度は、センス振動子（例えば、センスマス）のこの運動を検出することによって測定されうる。運動は任意の適切な方法（例えば、光学、圧電気、など）で検出されうるが、一実施形態では、運動は、センスマスの運動電極と固定センス電極の間の相対距離に基づいて検出されうる。幾つかの実施形態では、センス電極は、センスマス（例えば、センス電極として）の下に平行基板に取り付けられてもよく、基板に固定されセンスマス（例えば、センス電極又はセンス櫛歯として）の平面内にあってもよい。センスマスとその反対側のセンス電極は、実質的にキャパシタを構成し、その値は、センスマスとセンス電極の間の距離によって変化する。静電容量変化の大きさは、コリオリ力の大きさによって変化し、角速度を決定するために使用される（例えば、処理回路１４０の処理によって）。
【００２２】
処理回路１４０は、運動処理システム１００の要件に基づいて必要な処理を提供する１つ以上の構成要素を含みうる。幾つかの実施形態では、処理回路１４０は、ＭＥＭＳセンサ１２０の動作を制御しかつＭＥＭＳセンサ１２０の処理の一部を実行するために、ＭＥＭＳセンサ１２０などのセンサパッケージのチップ内（例えば、ＭＥＭＳセンサパッケージの基板若しくはキャップ上、又はセンサパッケージに対するチップの隣接部分上）に組み込まれうるハードウェア制御ロジックを含みうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳセンサ１２０は、（例えば、レジスタの値を修正することによって）ハードウェア制御ロジックの動作の一部（例えば、駆動大きさ、測定信号に適用される利得係数など）を修正することを可能にする１つ以上のレジスタを含みうる。他のＭＥＭＳ装置１８０は、同じように動作できる。幾つかの実施形態では、処理回路１４０は、例えばメモリ１６０に記憶されたソフトウェア命令を実行するマイクロプロセッサなどのプロセッサを含みうる。マイクロプロセッサは、ハードウェア制御ロジックと相互作用することによってＭＥＭＳセンサ１２０の動作を制御し、ＭＥＭＳセンサ１２０から受け取った測定信号を処理できる。マイクロプロセッサは、他のセンサと同じように相互作用できる。
【００２３】
幾つかの実施形態（図１に示されていない）では、ＭＥＭＳセンサ１２０又は他のＭＥＭＳ装置１８０は、外部回路と（例えば、シリアルバスを介して又はセンサ出力及び制御入力への直接接続によって）直接通信してもよく、一実施形態では、処理回路１４０は、ＭＥＭＳセンサ１２０及び他のＭＥＭＳ装置１８０から受け取ったデータを処理し、通信インタフェース１１０（例えば、ＳＰＩ又はＩ２Ｃバス、或いは、自動車アプリケーション、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）又はローカルインターコネクトネットワーク（ＬＩＮ）バス）を介して外部構成要素と通信できる。処理回路１４０は、ＭＥＭＳセンサ１２０及び他のＭＥＭＳ装置１８０から受け取った信号を適切な測定ユニットに変換し（例えば、通信バス１１０によって通信する他の計算処理ユニットによって提供される設定に基づいて）、より複雑な処理を実行して向きやオイラー角度などの測定値を決定し、幾つかの実施形態では、特定の活動（例えば、徒歩、走行、制動、滑り、ローリングなど）が行われているかどうかをセンサデータから決定できる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、特定のタイプの情報は、複数のジャイロスコープ１２０とＭＥＭＳ装置１８０からのデータに基づいて、センサフュージョンと呼ばれうるプロセスで決定されうる。様々なセンサからの情報を組み合わせることによって、画像安定化、ナビゲーションシステム、自動車制御及び安全性、推測航法、リモート制御及びゲーム装置、活動センサ、三次元カメラ、産業オートメーション、及び多数の他の用途など、様々な用途に役立つ情報を正確に決定できる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、１つ以上のＭＥＭＳ加速度計が、加速度計キャビティを構成するように密閉されうる。加速度計キャビティの内部体積は、１つ以上のＭＥＭＳ加速度計の動作に適した圧力でよい。加速度計キャビティのシールが、任意の適切な方法で形成されうるが、幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、キャップ層、ＭＥＭＳ層（例えば、ＭＥＭＳ加速度計の可動マスやばねなどを含む）、及びＣＭＯＳ層（例えば、処理回路、固定構成要素の固定点などを含む）などの複数の半導体層を含みうる。層は、これらの層によって構成された加速度計キャビティの内部体積が、任意の外部容積から分離されるように積み重ねられ接合されうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計を破損しうる汚染（例えば、水分、微粒子など）を防ぎ、また加速度計キャビティの内部体積内で規定圧力を維持するために、ＭＥＭＳ加速度計の内部体積を外部供給源から分離することが望ましいことがある。
【００２６】
幾つかの実施形態では、内部加速度計キャビティ体積内の規定圧力が、大気圧より低くかつ真空圧力より高くてもよい。幾つかの実施形態では、規定圧力が、ほぼ大気圧の大きさの範囲内でよい。規定圧力は、例えばＭＥＭＳ加速度計の可動マスの望ましい制動を確立するようにシステム内の可動マスの運動を最適化し、同時に可動マスの応答が過度、不安定及び／又は予測不能になりうる低圧力及び高Q値状態を回避するように選択されうる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、１つ以上のＭＥＭＳジャイロスコープが、ジャイロスコープキャビティを構成するように密閉されうる。ジャイロスコープキャビティの内部体積は、１つ以上のＭＥＭＳジャイロスコープの動作に適した圧力でよい。キャビティのシールは、任意の適切な方法で形成されうるが、幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープが、キャップ層、ＭＥＭＳ層（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープの可動マスやばねなどを含む）、及びＣＭＯＳ層（例えば、処理回路、固定構成要素のアンカー点などを含む）などの複数の半導体層を含みうる。層は、これらの層によって構成されたキャビティの内部体積が、任意の外部体積から分離されるように積み重ねられ接合されうる。一実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープを破損しうる汚染（例えば、水分、微粒子など）を防ぎ、またジャイロスコープキャビティの内部体積内で規定圧力を維持するために、ＭＥＭＳジャイロスコープの内部体積を外部供給源から分離することが望ましいことがある。
【００２８】
幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープの内部キャビティ体積の規定圧力が、大気圧より２桁以上低い真空に近い圧力でよい。所定のＭＥＭＳジャイロスコープのQ値要素は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が低くなるほど大きくなり、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が高くなるほど小さくなりうる。このように、特定のジャイロスコープ設計のための駆動振動子やセンス振動子などの構成要素の動作及び応答は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力によって異なりうる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、圧力とQ値のこの関係は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化を識別するために利用されうる。幾つかの実施形態では、１つ以上の構成要素（例えば、駆動振動子の１つ以上の駆動マス、又はセンス振動子の１つ以上のセンスマス）のQ値は、例えば、マスが動かされた後で振動減衰時間を測定することによって、直接決定されうる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープの構成要素の他の動作特性、例えばQ値と関連しうるか同様に圧力の変化による影響を受けうる動作特性が測定されうる。一実施形態では、Q値が変化すると、それに対応して、駆動振動子を駆動するために必要な駆動電圧が変化しうる。本明細書に記載されたように、駆動センス電極は、駆動電極によって与えられた特定の駆動力に応じて、駆動マスの運動を検出できる。幾つかの実施形態では、クローズドループシステムは、（例えば、駆動センス電極によって検出されるときに）均一な駆動運動が維持されるように駆動電圧を変化させうる。したがって、この駆動電圧は、圧力の上昇によって駆動運動を維持するために必要な駆動電圧が高くなることがあり、一方、圧力の低下によって駆動運動を維持するために必要な駆動電圧が低くなりうるので、圧力と関連付けられうる。幾つかの実施形態では、駆動センス電極によって検出される電圧は直接測定され、圧力の変化と関連付けられてもよく、駆動電極の駆動電圧と駆動センス電極の検出電圧の比率は、圧力の変化と関連付けられうる（例えば、圧力が上昇すると、駆動センス電圧に対する駆動電圧の比率が高くなる）。
【００３１】
幾つかの実施形態では、１つ以上の補助駆動電極は、システムの１つ以上の構成要素に結合されて、補助駆動電極に印加された電圧によって１つ以上の可動マスの運動を引き起こしうる。補助駆動電極は、ジャイロスコープ設計のセンスマスやコリオリマスなどの任意の適切な可動マスの近くにあってもよい。補助駆動電極は、ジャイロスコープが他の状況では駆動されていない間、あるいは幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープの通常動作中（例えば、駆動電圧が駆動振動子に印加されている間）、運動を引き起こすことがある。補助駆動電極によって引き起こされる運動は、他の電極（例えば、補助駆動電極によって駆動されたセンスマスに隣接したセンス電極）によって検出されることがあり、センス電圧、補助駆動電圧、及び／又は補助駆動電圧又はセンス電圧の比率は、本明細書に記載された駆動マスと同じように、ジャイロスコープキャビティ内の圧力変化などの変化によるＭＥＭＳジャイロスコープの動作の変化を検出するために使用されうる。
【００３２】
他の要素もジャイロスコープのQ値又は他の動作特性に影響を与えうる。一実施形態では、Q値又は他の動作特性は、ＭＥＭＳジャイロスコープの温度により変化できる。従って、幾つかの実施形態では、温度センサなどの追加センサからの情報が、Q値又は他の動作特性の変化の原因の決定を支援するために利用されうる。
【００３３】
前述のように、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープキャビティの規定圧力がほぼ真空でよく（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープの効率的動作にQ値を最適化するために）、加速度計キャビティの規定圧力は１桁以上大きくてもよい（例えば、ＭＥＭＳ加速度計の可動マスに適切な制動を提供するために）。ＭＥＭＳジャイロスコープは、ジャイロスコープ規定圧力より大きい圧力で動作し続けることができるが、性能は、駆動運動の減少、駆動力を提供するために必要とされる消費電力の過剰、及びセンス運動の減少の結果として損なわれうる。それにもかかわらず、幾つかの例では、ＭＥＭＳジャイロスコープの動作パラメータを修正することによって、例えば、駆動電圧の調整（例えば、上昇）、センス電極のスケールファクタの修正（例えば、センス振動子の運動の減少も考慮）、任意の適切な修正、又はこれらの任意の適切な組み合わせによって、ジャイロスコープキャビティ内の非理想的圧力を補償できる。
【００３４】
一実施形態では、特定のＭＥＭＳジャイロスコープ設計（例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、駆動比率、センス振動子応答などを測定することによって決定されたような）のためのジャイロスコープキャビティの第１のしきい値圧力を超えた後、補償を利用して、ＭＥＭＳジャイロスコープが非理想的圧力条件下で動作することを可能にできる。最終的に補償技術が無効になることがあり、その結果、ジャイロスコープは、角速度を測定するために動作し続けなくなるはずである。幾つかの実施形態では、この点は、第２のしきい値（例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、駆動比率、センス振動子応答などの測定によって決定されるような）を超えるジャイロスコープキャビティの圧力に基づいて識別されうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープは、角速度を決定するためには使用されないことがあるが、マスは、ジャイロスコープキャビティ内の圧力を測定し続けるように駆動され検出されうる。
【００３５】
幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、加速度計の規定圧力より小さい圧力でも大きい圧力でも動作し続けうるが、加速度計設計の過度のQ値によって生じる減衰の制限によって、直線加速度に応じた可動マスの過度又は予測不能な運動の結果として性能が損なわれることがあり、その結果、検出精度が低下し外部衝撃阻止能力が低下する。それにもかかわらず、幾つかの例では、ＭＥＭＳ加速度計の動作パラメータを修正することによって、例えば、センス電極のスケールファクタの修正、補償減衰力を提供するようにセンス電極又は追加電極（例えば、センス電極に隣接する補償電極）による可動マスへの補償力の適用、任意の他の適切な修正、又はこれらの任意の適切な組み合わせによって、加速度計キャビティ内の非理想的圧力を補償できる。一実施形態では、加速度計キャビティ内の圧力が、特定のＭＥＭＳ加速度計設計の圧力しきい値（例えば、後述されるような、加速度計キャビティを密閉するジャイロスコープキャビティ内のジャイロスコープからの測定によって決定された）より上昇又は低下した後、ＭＥＭＳ加速度計が非理想的圧力条件下で動作できるように補償が利用されうる。最終的に補償技術が無効になることがあり、その結果、加速度計は、動作し続けなくなるはずである。幾つかの実施形態では、この点は、しきい値（例えば、後述されるようなジャイロスコープによって決定された）より高いか低い加速度計キャビティの圧力、しきい値を超える補償減衰電圧／電流／電力、しきい値より低いセンス分解能、他の適切な基準、又はこれらの任意の適切な組み合わせに基づいて識別されうる。
【００３６】
図２は、本開示により利用される典型的なジャイロスコープ設計を示す。特定のジャイロスコープ設計は、本明細書では、例示のために描かれ述べられるが、本開示に述べるシステム及び方法が、例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、駆動比率、センス電圧などの、圧力に関連した測定を行うことができる限り、様々なジャイロスコープ設計で利用されうることを理解されよう。したがって、本明細書に示された考察が、ジャイロスコープ設計に一般的であり、特定の設計が単に説明のために提供されることを理解されよう。図２の典型的実施形態では、ジャイロスコープは、Ｙ軸のまわりのピッチ回転とＺ軸のまわりのヨー回転を検出するための、単一駆動運動を有する２軸ジャイロスコープとして描かれ述べられる。しかしながら、本開示のシステム及び方法が、ジャイロスコープキャビティ圧力に関連したQ値や他の動作特性を測定するための適切な構成要素及び処理（例えば、フィードバック用センス電極、センス振動子試験用の補助駆動電極、センス電極、本明細書に記載されたような関連処理）を含む任意の適切なジャイロスコープ設計（例えば、単一軸、３軸）によって実現されうることが理解されよう。例えば、様々なセンス軸と関連付けられた複数の駆動及びセンスマスの単一駆動運動を有する３軸ジャイロスコープの典型的実施形態では、駆動センス電極は、駆動マスのどれか又は全てに取り付けられてもよく、補助駆動電極は、センスマス（及び、幾つかの実施形態では、コリオリマス）のどれか又は全てに取り付けられてもよい。
【００３７】
典型的なジャイロスコープ２００は、基板２０１に平行なＸ−Ｙ平面内に配置される。Ｚ方向は、Ｘ−Ｙ平面に垂直であり、基板２０１は、Ｚ方向のジャイロスコープ２００の下にある。ジャイロスコープ２００は、少なくとも１つのアンカー点２０６ａによって、ばね２０８ａ及び２０８ｂによって基板２０１に柔軟に結合されたガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂを有する。２つのガイドアーム２０４ａと２０４ｂは、ばね２０３ａ及び２０３ｂを介してピッチマス２０２に柔軟に結合される。一実施形態では、ピッチマス２０２は、駆動振動子とセンス振動子の両方として機能できる。ピッチマス２０２は、ばね２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ及び２２０ｄを介してヨーマス２１２などの別のセンス振動子に次には結合される。
【００３８】
ピッチマス２０２、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂ、アンカー点２０６ａ、及びばね２０３ａ、２０３ｂ、２０８ａ及び２０８ｂは、平面４棒リンク機構を構成する。各ばね２０３ａ、２０３ｂ、２０８ａ及び２０８ｂは、軸のまわりにＺ方向に平面内で従順であり、それにより、各ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂは、平面内で回転でき、同時に、ピッチマス２０２が、例えばＹ軸のまわりのピッチ回転によって引き起こされるＺ方向のコリオリ力に応じて、Ｘ方向に並進する。
【００３９】
ばね２０８ａ及び２０８ｂは、Ｘ方向にピッチセンス軸のまわりに従順であり、したがって、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂは、平面外で回転できる。ばね２０３ａと２０３ｂは、Ｚ方向に堅く、それにより、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂの平面外回転によって、ピッチマス２０２が、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂによって平面外で動く。
【００４０】
櫛歯駆動２１１ａ及び２１１ｂなどの静電アクチュエータが、アンカー２０９ａ及び２０９ｂ並びにピッチマス２０２に接続される。櫛歯駆動２１１ａ及び２１１ｂは集合的に、ピッチマス２０２をＸ軸に沿ってＸ方向に駆動する。この実施形態では、２つの静電アクチュエータが利用される。しかしながら、当業者は、１つの静電アクチュエータを提供でき、１つの静電アクチュエータの使用が、本発明の趣旨及び範囲内にあり、追加の静電アクチュエータが、ピッチマス２０２に関連した様々な位置に配置されうることを容易に理解する。更に、図２の典型的実施形態に示されていないが、一実施形態では、１つ以上の駆動マスが、ピッチピッチマス２０２に結合されてもよく、その結果、駆動マスが、櫛歯駆動２１１ａ及び２１１ｂによって駆動され、駆動マスとピッチマス２０２の間に結合されＸ方向に剛性である追加ばね（図２に示されていない）によって、駆動運動がピッチマス２０２に与えられる。
【００４１】
更に、静電アクチュエータは、本明細書全体にわたって、ガイドマスシステムを駆動するために使用されるアクチュエータとして述べられるが、当業者は、この機能のために様々なアクチュエータを利用でき、使用が本発明の趣旨及び範囲内にあることを理解する。例えば、アクチュエータは、圧電式、温度式又は電磁気式などでよい。
【００４２】
一実施形態では、ジャイロスコープ２００は、ピッチマス２０２の駆動運動を検出するための構成要素を含みうる。駆動検出は、任意の適切な方式（例えば、光学検出、（電極（容量）検出など）で実行されてもよく、典型的実施形態では、駆動検出は、対になった駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂによって実行されうる。駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂは、様々な方式（例えば、容量電極として）で実現されうるが、図２のジャイロスコープ２００の典型的実施形態では、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂが、駆動ピッチマス２０２（例えば、駆動センス櫛歯２３４ａ／２３４ｂ）にそれぞれ取り付けられ、基板２０１（例えば、駆動センス櫛歯２３６ａ／２３６ｂ）にしっかり固定された対応櫛歯として実現されうる。
【００４３】
一実施形態では、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂは、駆動軸（即ち、Ｘ軸）に沿ったピッチマス２０２の駆動運動を検出して、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって加えられる力に応じてピッチマス２０２の運動の指示を提供できる。幾つかの実施形態では、この検出電圧は、フィードバックシステムで使用されてもよく、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂの駆動電圧は、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂの一定応答によって示されるような一定駆動運動を維持するように調整される。幾つかの実施形態では、ピッチマス２０２の同じ運動を生成するために高い駆動電圧が必要とされるとき、これは、（例えば、圧力上昇の結果として）駆動システムのQ値の変化（例えば、低下）を示しうる。本明細書に記載されたように、幾つかの実施形態では、駆動比率は、それぞれの駆動及びセンス電圧に基づいて決定され、圧力の変化などの因子に応じるQ値や他の動作特性を計算するために使用されうる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、駆動システムの応答は、ジャイロスコープ２００の通常動作外で印加／測定された駆動及びセンス電圧に基づいて測定されうる。例えば、１つ以上の駆動試験電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって様々な時間（例えば、ジャイロスコープ２００の起動中、又は動作中定期的に）に印加されてもよく、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂによって測定される応答運動が、圧力と関連したQ値や他の測定特性を決定するために使用されうる。典型的実施形態では、様々な値を有する一連の試験駆動電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂに印加されることがあり、応答は、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂによって測定されうる。このようにして、ジャイロスコープ２００の動作に対する変化を識別するために異なる応答のプロファイルが測定され分析されうる（例えば、圧力又は温度の変化などの変化の様々な原因を区別することによって）。一実施形態では、そのような検査プロファイルは、動作中に定期的に、またジャイロスコープ２００が使用中でないときに、ジャイロスコープ２００に適用されうる。
【００４５】
ジャイロスコープ２００が駆動されるとき、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂは、平面内で回転し、ピッチマス２０２は平面内でＸ方向に並進する。基板の平面内にありかつＸ方向に直角なＹ方向のピッチ入力軸のまわりの角速度は、コリオリ力をＺ方向のピッチマス２０２に作用させる。コリオリ力は、ジャイロスコープピッチマス２０２並びにガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂを平面外で回転させる。ジャイロスコープ２００の回転の振幅は、ピッチ入力軸のまわりの角速度に比例する。ピッチ変換器２１０は、センスマスの運動を検出でき、容量式、圧電式、光学トランスデューサなどの任意の適切なピッチ変換器２１０でよい。一実施形態では、ピッチマス２０２の下のセンス電極２１０は、ピッチマス２０２（例えば、運動電極を含むか運動電極として働く）とセンス電極２１０との距離の変化による静電容量の変化に基づいて、ピッチセンス軸のまわりのジャイロスコープ２００の回転を検出するために使用される。静電容量のこの変化は、ピッチ入力軸のまわりの角速度の大きさを提供する。
【００４６】
ジャイロスコープ２００は、また、Ｚ軸のまわりの回転に対応するヨーマス２１２などのヨーセンス振動子を含む。一実施形態では、ヨーマス２１２はばね２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ及び２２０ｄによってピッチマス２０２に結合されるかもしれない。図２には４つのばね２２０ａ〜２２０ｄが示されているが、本開示によれば、任意の適切な数のばねが、駆動力をヨーマス２１２に伝達できることが理解されよう。一実施形態では、ばね２２０ａ〜２２０ｄが、駆動方向（即ち、Ｘ方向）に剛性でセンス方向（即ち、Ｙ方向）に柔軟になるように構成されうる。更に、幾つかの実施形態（図２に示されていない）では、ヨー振動子は、ピッチマス２０２から駆動力を受け取るように結合されたコリオリマスと、ヨー回転によりコリオリマスに与えられコリオリ力の方向（例えば、Ｙ方向）に剛性である追加ばねによってコリオリマスに接続された追加プルーフマスなどの、複数のマスとして実現されうることを理解されよう。
【００４７】
本明細書に記載されたように、駆動櫛歯２１１ａ及び２１１ｂは、ピッチマス２０２をＸ方向に振動させる。このＸ方向振動は、Ｘ方向に剛性のばね２２０ａ〜２２０ｄによってヨーマス２１２に伝達される。一実施形態では、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂは、ヨーマス２１２の駆動方向（例えば、Ｘ方向）に、ヨーマス２１２の隣り（例えば、平面内）に配置されうる。ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂは、その駆動軸（即ち、Ｘ軸）に沿ったヨーマス２１２の駆動運動を検出して、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって加えられる力（例えば、ピッチマス２０２及びばね２２０ａ／２２０ｂ／２２０ｃ／２２０ｄによってヨーマス２１２に伝達されるような）に応じて、ヨーマス２１２の運動の指示を提供できる。幾つかの実施形態では、この検出電圧は、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって与えられる特定の駆動電圧に対するヨーマス２１２の応答運動を測定するためにするために使用され、駆動力に対するピッチマス２０２、ばね２２０ａ／２２０ｂ／２２０ｃ／２２０ｄ及びヨーマス２１２の全体的応答の測定値を提供し、この測定値は、（例えば、圧力上昇の結果として）駆動システムのQ値の変化（例えば、低下）を示すことがある。
【００４８】
幾つかの実施形態では、駆動比率は、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂの駆動電圧と、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂによって検出された電圧に基づいて決定され、圧力の変化などの因子に反応することがあるQ値や他の動作特性を計算するために使用されうる。幾つかの実施形態では、ヨーマス２１２の応答は、ジャイロスコープ２００の通常動作外で印加／測定された駆動及びセンス電圧に基づいて測定されうる。例えば、１つ以上の駆動試験電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって様々な時間（例えば、ジャイロスコープ２００の起動中、又は動作中定期的）に印加されることがあり、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂによって測定される応答運動は、圧力と関連したQ値や他の測定特性を決定するために使用されうる。典型的実施形態では、異なる値を有する一連の試験駆動電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂに印加され、応答は、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂによって測定されうる。このようにして、ジャイロスコープ２００の動作に対する変化を識別するために異なる応答のプロファイルが測定され分析されうる（例えば、圧力又は温度の変化などの変化の様々な原因を区別することによって）。一実施形態では、そのような試験プロファイルは、動作中定期的に、又はジャイロスコープ２００が使用中でないときに、ジャイロスコープ２００に適用されうる。
【００４９】
ヨーマス２１２がＸ軸に沿って振動し、ジャイロスコープ２００がＺ軸のまわりに回転するとき、その結果として、ヨーマス２１２上に、駆動周波数のＹ軸振動を引き起こすＹ軸コリオリ力が生じる。ばね２２０ａ〜２２０ｄがＹ方向に柔軟なので、ヨーマス２１２は、コリオリ力及びしたがって角速度に比例する大きさでＹ方向に振動する。ヨーセンス電極２１４は、センスマスの運動を検出でき、容量式、圧電式、光学トランスデューサなどの任意の適切なヨー変換器２１０でよい。一実施形態では、ヨーセンス電極２１４は、ヨーマス２１２（例えば、移動電極を含むか移動電極として機能する）とヨーセンス電極２１４との距離の変化による静電容量の変化に基づいて、ヨーセンス軸のまわりのジャイロスコープ２００の回転を検出するためにヨーマス２１２（例えば、基板にしっかり固定され、アンカー２１５を介してセンス回路に電気的に接続された）と共に平面内にある平板電極（幾つかの実施形態では、櫛歯電極などの様々な電極がヨーセンス電極２１４に利用されうるが）でよい。幾つかの実施形態（図２には示されていない）では、ヨーセンス電極２１４は、ヨーマス２１２の内部キャビティ内に配置されてもよい。しかしながら、ヨーセンス電極２１４は、ヨーセンス電極２１４とヨーマス２１２の間の相対運動による静電容量の変化が、ヨー入力軸のまわりの角速度の大きさを提供するように、実現され配置される。
【００５０】
一実施形態では、ヨーマス２１２は、直接駆動されてセンス方向のヨーマス２１２の応答を試験するように構成されうる。幾つかの実施形態（図２に示されていない）では、ヨーマス２１２の駆動は、ヨーセンス電極２１４によってヨーマス２１２に与えられうる。ヨーセンス電極２１４は、試験信号の提供、試験応答の測定及びコリオリ力の測定を能動的に切り替えるように機能的に多重化されうる。コリオリ力と試験応答を受け取り処理するように設計されたセンス回路に加えて、センス電極は、また、ヨーマス２１２に試験信号を加えるために必要な電圧を提供する駆動回路を含みうる。
【００５１】
一実施形態では、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、ヨーマス２１２の試験運動を引き起こしうる。補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、ヨーマス２１２を動かす任意の適切な方式（例えば、圧電式、温度式、電磁式など）を利用でき、一実施形態では、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、平面内かつヨーマス２１２の周囲にある静電気櫛歯アクチュエータでよい。他の実施形態では、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、ヨーマス２１２の内部キャビティ内などの他の適切な場所に配置されうる。
【００５２】
一実施形態では、櫛歯補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、それぞれのアンカー２３０ａ〜２３０ｄを介して、基板にしっかり固定され、駆動及び／又はセンス回路に接続されうる。図２には４つのアクチュエータが示されているが、様々な実施形態では、センス方向（即ち、Ｙ方向）のヨーマス２１２の試験振動を引き起こすために、任意の適切な数のアクチュエータが利用されうる。幾つかの実施形態では、ヨーセンス電極２１４でヨーマス２１２の応答運動を検出するのではなく、櫛歯電極２３２ａ〜２３２ｄの１つ以上が、専用又は多重式（例えば、試験信号の作動及び／又は他の試験応答の測定と多重化される）に、センス櫛歯として機能できる。
【００５３】
櫛歯補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄによってヨーマス２１２に加えられる力は、Ｙ軸に沿って印加され検出され、これは、Ｙ軸方向のばね２２０ａ〜２２０ｄの柔軟性により可能にされる。本明細書に記載されたように、センス軸（即ち、Ｙ軸）に沿ったヨーマス２１２の運動は、ヨーセンス電極２１４及び／又は１つ以上の補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄでの電圧に基づいて検出されうる。幾つかの実施形態では、この検出電圧は、（例えば、ヨーセンス電極２１４及び／又は補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄによって）ヨーマス２１２に加えられる特定電圧に対するヨーマス２１２の応答運動を測定するために使用されうる。幾つかの実施形態では、この運動の変化は、例えば圧力上昇の結果として、ヨーマス２１２及び関連構成要素（例えば、ばね２２０ａ／２２０ｂ／２２０ｃ／２２０ｄ）のQ値の変化（例えば、低下）又は他の特性の変化を示しうる。幾つかの実施形態では、駆動比率は、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄの駆動電圧と、ヨーセンス電極２１４によって検出された電圧とに基づいて決定され、圧力の変化などの因子に反応しうるQ値や他の動作特性を計算するために使用されうる。
【００５４】
幾つかの実施形態では、ヨーマス２１２の応答は、ジャイロスコープ２００の通常動作外で印加／測定された駆動及びセンス電圧に基づいて測定されうる。例えば、１つ以上の駆動試験電圧が、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄによって様々な時間（例えば、ジャイロスコープ２００の起動中、又は動作中定期的）に印加され、ヨーセンス電極２１４によって測定された応答運動は、圧力と関連したQ値や他の測定特性を決定するために使用されうる。典型的実施形態では、様々な値を有する一連の試験駆動電圧が、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄに印加され、応答が、ヨーセンス電極２１４によって測定されうる。このようにして、ジャイロスコープ２００の動作に対する変化を識別するために異なる応答のプロファイルが測定され分析されうる（例えば、圧力又は温度の変化などの変化の様々な原因を区別することによって）。一実施形態では、そのような試験プロファイルは、動作中定期的に、又はジャイロスコープ２００が使用中でないときに、ジャイロスコープ２００に適用されうる。
【００５５】
本明細書に記述された試験応答は、ジャイロスコープ２００の回路と、幾つかの実施形態では処理回路１４０によって処理されうる。試験応答の分析に基づいて、ジャイロスコープ２００が故障したかどうか、又はジャイロスコープ挙動の変化を補償できるかどうかが決定されうる。本明細書に記述されたような幾つかの実施形態では、圧力の変化は、ジャイロスコープキャビティ内に封止された加速度計キャビティの破損シールと関連して決定されうる。そのような実施形態では、加速度計の動作を補償するかどうか、又は加速度計が故障したかどうかが決定されうる。ジャイロスコープ２００と加速度計のいずれか又は両方の補償が可能な場合、ジャイロスコープ２００又は加速度計の１つ以上の動作パラメータが修正されうる。
【００５６】
ジャイロスコープ２００の補償の一実施形態では、典型的な修正には、櫛歯電極２１１ａ及び２１１ｂによって提供される駆動信号の大きさの修正、アナログ検出回路（例えば、ジャイロスコープ２００のセンス回路の１つ以上の増幅器）の動作、又は１つ以上のデジタルスケールファクタ（例えば、ジャイロスコープ２００又は処理回路１４０における）が含まれうる。加速度計の補償の一実施形態では、典型的な修正には、加速度計の１つ以上の可動電極に隣接した１つ以上の電極から補償減衰力の提供、アナログ検出回路（例えば、加速度計のセンス回路の１つ以上の増幅器）の動作の修正、又は１つ以上のデジタルスケールファクタ（例えば、加速度計又は処理回路１４０における）が含まれうる。
【００５７】
図３は、本開示の幾つかの実施形態による典型的な密封ＭＥＭＳパッケージを示し、このパッケージは、モノリシックＭＥＭＳダイなどのＭＥＭＳ構成要素の適切な集合でよい。図３は、ＭＥＭＳパッケージの構成要素を機能ブロック図として示し、ＭＥＭＳパッケージは、ジャイロスコープ３０８（例えば、図２に描かれ示されたような多軸ＭＥＭＳジャイロスコープ）を中に有するジャイロスコープキャビティ３０２を規定するＭＥＭＳパッケージのジャイロスコープシール３０３を含む。一実施形態では、加速度計シール３０４は、完全にジャイロスコープキャビティ３０２内にあり、１つ以上の加速度計３１０（例えば、本明細書に記載されたような加速度計）が入った加速度計キャビティ３０４を規定できる。外部圧力ＰＩ（例えば、大気圧）を有する外部圧力領域３００が、ジャイロスコープキャビティ３０２の外にあり、ジャイロスコープシール３０３によってジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力Ｐ２から分離されてもよい。加速度計シール３０５は、加速度計キャビティ３０４内の圧力Ｐ３を、ジャイロスコープキャビティ３０２内のジャイロスコープ圧力Ｐ２から分離できる。加速度計キャビティ３０４は、加速度計体積Ｖ３を有してもよく、ジャイロスコープキャビティ３０２は、ジャイロスコープ体積Ｖ２を有してもよく、ジャイロスコープ体積Ｖ２は、ジャイロスコープキャビティの全体積から、加速度計体積Ｖ３と、加速度計シール３０５によって占有された体積を引いたものに等しい。
【００５８】
図３のＭＥＭＳセンサが、任意の適切な方法で構成されうることが理解されるが、一実施形態では、図３のＭＥＭＳセンサは、ジャイロスコープシール３０３と加速度計シール３０５を構成するために、単一キャップ層及び単一ＣＭＯＳ層、並びに間で結合された加速度計領域３１０とジャイロスコープ領域３０８のそれぞれの独立ＭＥＭＳ層によって導通されてもよい。典型的実施形態では、処理回路１４０の態様は、ＣＭＯＳ基板内に（例えば、ハードウェアロジックとして）、処理の一部を実行しかつ／又は他の処理（例えば、処理回路１４０のマイクロプロセッサ）と通信して前記処理を実行するように実現されうる。一実施形態では、温度センサ３０４は、ＭＥＭＳセンサ又はその近くの温度を決定するために提供されうる。温度センサ３０４は、ＭＥＭＳセンサの外部（例えば、ジャイロスコープシール３０３の外側）に描かれているが、幾つかの実施形態では、温度センサが、ジャイロスコープキャビティ３０２内に配置されてもよいことを理解されよう。
【００５９】
図３に示されたように、加速度計キャビティ３０４は、完全にジャイロスコープキャビティ３０２内にあり、通常動作条件下では、加速度計シール３０５によってジャイロスコープキャビティ３０２から分離されてもよい。典型的実施形態では、通常動作条件下で、加速度計圧力Ｐ３は、ジャイロスコープ圧力Ｐ２よりも、例えば少なくとも１桁大きくてもよい。加速度計シール３０５が破損した場合、加速度計キャビティ３０４とジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力は、加速度計キャビティ３０４内の加速度計圧力Ｐ３が、ジャイロスコープキャビティ３０２内のジャイロスコープ圧力Ｐ２と等しくなるまで、加速度計シールの破損の重大さに基づく速度で等化し始めうる。得られた等化圧力ＰEは、初期ジャイロスコープ圧力Ｐ２、初期ジャイロスコープ体積Ｖ２、初期加速度計圧力Ｐ３及び初期ジャイロスコープ体積Ｖ３に基づきうる。
【００６０】
本明細書に記載されているように、ジャイロスコープ領域３０８内のジャイロスコープのQ値又は他の動作特性は、ジャイロスコープの動作中、又は不定期若しくは定期試験によって決定されうる。処理回路１１４は、これらの測定値を利用してジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力を推定し、その推定圧力に基づいて、ジャイロスコープの１つ以上及び１つ以上の加速度計の修正処置を取りうる。幾つかの実施形態では、温度センサ３０４からの温度測定は、また、処理回路１１４によって、圧力ではなく温度の結果であるQ値又はジャイロスコープ動作の変化を識別するように考慮されうる。温度によるQ値の予想変化を設計段階で決定でき、処理回路に基準依存曲線を埋め込むことができる。他の実施形態では、各装置を様々な温度で測定し（生産での調整中）、得られたQ値を処理回路に記憶することによって、推定精度を最大化でき、このQ値は、チェック中に基準として使用される。
【００６１】
幾つかの実施形態では、ジャイロスコープからの測定値によって、ジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力の変化が、初期値の１０％などのしきい値（例えば、Q値しきい値、駆動電圧しきい値、又はセンス電圧しきい値）を超えることが示されるときは、ジャイロスコープと加速度計両方の動作を停止させたいことがある。例えば、幾つかの安全用途では、加速度計シール３０５又はジャイロスコープシール３０３のいずれかが破損すると、加速度計とジャイロスコープの両方をすぐに遮断することが望ましいことがある。このようにして、ジャイロスコープ又は加速度計測定を利用するシステムは、間違った値がシステムの他の構成要素に提供されるリスクを最小化できる。幾つかの実施形態では、センサパッケージのセンサの故障を示すために、外部回路に通知又は警告が提供されうる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、測定値は、均等化された圧力より小さい圧力変化を示しうる。これらの測定された変化を利用して、例えば、駆動電圧、センススケールファクタ又は利得を修正するか、減衰力を加速度計の可動マスに適用することによって、そのような条件下で加速度計又はジャイロスコープの１つ以上の動作を補償したいことがある。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープ又は加速度計の１つ以上を補償すべきかどうかの決定は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化率（例えば、Q値、駆動電圧、センス電圧などの測定値に基づいて決定されるような）に基づいてもよい。
【００６３】
幾つかの実施形態では、ジャイロスコープキャビティ内の圧力又は圧力変化率が、しきい値を超えるとき、ジャイロスコープは、角速度を測定する通常機能を停止するが、例えば、試験駆動力を駆動振動子及び／又はセンス振動子に加え、駆動センス電極及び／又はセンス電極によって応答運動を測定することによって、圧力の変化を示すQ値又は他の動作特性を測定し続けることができる。幾つかの実施形態では、圧力の様々なしきい値又は圧力の変化率が、様々な修正処置と関連付けられてもよく、その結果、（例えば、圧力と変化率の両方がそれぞれのしきい値より小さい場合に）環境下で補償が行われてもよく、（例えば、圧力又は変化率のどちらかがそれぞれのしきい値より大きい場合に）ある特定の環境下で故障が起こることがある。一実施形態では、様々なしきい値が、ジャイロスコープと加速度計のそれぞれに適用されてもよく、幾つかの実施形態では、様々な補償技術が、様々なしきい値と関連付けられてもよい。幾つかの実施形態では、センサのシールが破損したこと及び補償又は故障が発生したことを示すために、通知又は警告が外部回路に提供されうる。
【００６４】
一実施形態では、ジャイロスコープによって決定された測定値は、例えば、既知の等化圧力と、ジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力の変化率がゼロに近づくことに基づいて、加速度計キャビティ３０４とジャイロスコープキャビティ３０２間で圧力が等化されたことを示しうる。等化圧力での安定化は、内部加速度計シール３０５が破損しているが、外部ジャイロスコープシール３０３が破損していないことを示しうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープシール３０３が、加速度計とジャイロスコープを外部汚染物から守り続けるので、加速度計とジャイロスコープの一方又は両方が動作し続けることができる。典型的な加速度計又はジャイロスコープの場合、等化圧力での加速度計又はジャイロスコープの動作機能に基づいて、本明細書で述べたように補償が実行されうる。
【００６５】
一実施形態では、等化圧力の状況下で、ジャイロスコープは、角速度を測定する通常機能を停止するが、例えば、試験駆動力を駆動振動子及び／又はセンス振動子に加え、駆動センス電極及び／又はセンス電極によって応答運動を測定することによって、圧力の変化を示すQ値又は他の動作特性を測定し続けることができる。このようにして、ジャイロスコープが、より高い等化圧力で角速度を測定できない場合でも、ジャイロスコープは、ジャイロスコープシール３０３が破損しないようにジャイロスコープキャビティ内の圧力を監視し続けることができる。加速度計は、等化圧力で動作し続けることができるが、圧力が低下したときの減衰の減少を補償できる。幾つかの実施形態では、圧力が等化されたことと補償又は故障が発生したことを示すために、通知又は警告が外部回路に提供されうる。
【００６６】
ジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力が等化圧力を超えることをジャイロスコープの測定値が示す場合、これは、ジャイロスコープキャビティ３０２が外部圧力ＰＩに晒されていることを示すことがある。幾つかの実施形態では、加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方の動作を一時的に補償できるが（例えば、圧力しきい値又は変化率しきい値以内）、外部圧力への露出は、最終的にジャイロスコープ又は加速度計の一方又は両方を劣化させ、この両方が動作を停止し故障が示されうる。幾つかの実施形態では、（例えば、測定値が等化圧力を超える圧力を示すことに基づいて）ジャイロスコープシール３０３が破損したことが分かるが、加速度計シール３０５が破損したことが分からないことがある。一実施形態では、加速度計は、動作し続けることができるが、加速度計キャビティ３０４内の汚染による破損を示す不規則パターンや、Q値変動又は汚染の可能性を示す他の利用可能な自己診断回路からの異常出力など、加速度計シール３０５の破損を示す値に関して、加速度計からの測定値を監視すべきであることを示す警告が提供されうる。この監視に基づいて、処理回路１１４は、加速度計を動作し続けるか、加速度計の故障が起きたことを示すかを決定できる。
【００６７】
図４〜図５は、本開示の幾つかの実施形態によるジャイロスコープによって圧力を決定するための典型的ステップを示す。図４〜図５は、本開示の文脈（例えば、図１〜図３に示されたような、運動処理システム１００、センサ１１２、ジャイロスコープ２００、並びに密封されたジャイロスコープ及び加速度計）で記述されるが、図４〜図５に示された方法及びステップが、様々なジャイロスコープ設計、加速度計設計及び密閉構成に適用されうることを理解されよう。図４〜図５に特定の順序及び流れのステップが示されているが、幾つかの実施形態では、ステップの１つ以上が、修正、移動、除去又は追加されてもよく、図４〜図５に示された流れが修正されてもよいことを理解されよう。
【００６８】
図４〜図５の実施形態が、ジャイロスコープキャビティ内の圧力上昇の監視について述べるが、本開示に記述されるジャイロスコープ圧力測定技術が、例えばゲッタリング効果の結果として圧力の低下を測定できることを理解されよう。幾つかの実施形態では、圧力の低下又は圧力の低下率の１つ以上のしきい値が利用されてもよく、補償又は故障分析は、本明細書に記載されているように実行されうる。
【００６９】
図４は、本開示の幾つかの実施形態による破損したシールによる故障を識別する典型的ステップを示す。ステップ４０２で、処理回路１４０は、（例えば、完全にジャイロスコープシール３０３内にある加速度計シール３０５によって）全体的に封止された加速度計を有するジャイロスコープ（例えば、ジャイロスコープ２００）によって圧力測定に使用されるしきい値に（例えば、メモリ１６０又はＭＥＭＳセンサのレジスタから）アクセスできる。本明細書に記述されるように、圧力しきい値（例えば、変化率、補償しきい値、故障しきい値、等化圧力）、測定値しきい値（例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、補助駆動電圧、センス電圧）、及び圧力しきい値と測定値しきい値の間のスケールファクタなど、幾つかのパラメータを測定するために、幾つかのしきい値が提供されうる。しきい値の幾つか又は全てが絶対値でもよく、幾つか又は全てのしきい値が、部分的にジャイロスコープの初期ベースライン測定値に基づいてもよい（例えば、試験中又は起動時）。しきい値がアクセスされた後、処理は、ステップ４０４に進むことができる。
【００７０】
ステップ４０４で、ジャイロスコープの特性が測定され、圧力関連しきい値と比較されうる。測定された特性には、Q値、駆動電圧、駆動センス電極の電圧、補助駆動電極の駆動電圧、センス電圧、駆動比率、任意の他の適切な特性、又はこれらの任意の組み合わせなど、任意の適切な値が含まれうる。幾つかの実施形態では、気温測定などの圧力の変化による影響を直接受けない追加測定が、例えば、圧力に関連した効果を温度などの他の効果と区別するために行われうる。ジャイロスコープ特性が測定された後、処理は、ステップ４０６に進むことができる。
【００７１】
ステップ４０６で、ステップ４０４からの測定値、又はそれから計算された値（例えば、Q値又は圧力）が、ステップ４０２からのアクセスしきい値と比較されうる。幾つかの実施形態では、測定値又はしきい値の１つ又は両方が、温度などの他の測定値又は既知の値に基づいて補償されうる。本明細書に記述されたように、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープキャビティ内の圧力を示すしきい値がしきい値を超えない場合、又はジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化率がしきい値を超える場合、これは、外部ジャイロスコープシールも内部加速度計シールも破損されていないことを示す。これらのどのしきい値も超えない場合、処理は、ステップ４０４に戻ってジャイロスコープ特性を測定し続けることができる。しきい値のどれかを超えた場合、処理は、ステップ４０８に進むことができる。
【００７２】
ステップ４０８で、任意の条件下で圧力の変化を補償できるかどうかが決定されうる。幾つかの典型的な用途では、ジャイロスコープ又は加速度計の一方又は両方が、ある一定の条件下で（例えば、ジャイロスコープキャビティ内の全圧力低下が比較的少ない場合、又は外部ジャイロスコープシールが機能したままであることを圧力読取り値が示す場合）動作し続けることができる。他の用途では、ジャイロスコープシール又は加速度計シールのどちらかが破損したことが示された場合、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作を停止させたいことがある。補償が可能かもしれない場合、処理は、図５に進むことができる。補償が可能でない場合、処理は、ステップ４１０に進むことができる。
【００７３】
ステップ４１０で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧がジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されることがある。次に、処理が、ステップ４１２に進むことができる。
【００７４】
ステップ４１２で、処理回路又は外部回路に、ジャイロスコープと加速度計が故障したことを示す通知が提供されうる。幾つかの実施形態では、通知は、測定圧力、Q値、電圧、駆動比率、シールのどれが破損したか、又は故障に関する他の適切な情報など、故障に関する情報も含みうる。次に、図４の処理が終了されうる。
【００７５】
図５は、本開示の幾つかの実施形態によるＭＥＭＳセンサの動作における補償の典型的ステップを示す。本明細書に記述されたように、図５のステップは、図４のステップ４０６で１つ以上のしきい値を超えたこと、及び特定の状況下で補償が許可されうることの指示に基づいて開始されうる。図５の典型的実施形態では、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が、ジャイロスコープ及び加速度計キャビティ間の等化圧力より小さいか、この等化圧力と等しいか、この等化圧力より大きいかにより、様々な補償ステップがとられうる。しかしながら、補償技術が、任意の適切な圧力しきい値又は組になったしきい値に基づきうることを理解されよう。
【００７６】
ステップ５０２で、圧力（又は、圧力に関連した測定値）が、ジャイロスコープ及び加速度計キャビティ間の等化圧力より小さいかどうか決定されうる。一実施形態では、そのような圧力は、外部ジャイロスコープシールが破損していないこと、圧力の変化が比較的遅い速さで起こりうることを示すことがある。圧力が等化圧力以上の場合、処理は、ステップ５１０に進むことができる。圧力が等化圧力よい小さい場合、処理は、ステップ５０４に進むことができる。
【００７７】
ステップ５０４で、圧力（又は、測定値）が、１つ以上のしきい値と比較されうる。一実施形態では、しきい値は、測定圧力が等化圧力より小さい状況に固有でよい。一実施形態では、圧力の変化率が、変化率しきい値と比較されてもよく、しきい値より低い変化率は、加速度計又はジャイロスコープの１つ以上が動作し続けうる状況を示す。幾つかの実施形態では、様々な補償技術が利用されうるとき、又は様々な警告又は通知が提供されうる（例えば、測定値が低い分解能を有する）とき、複数の圧力しきい値が、加速度計又はジャイロスコープの１つ以上が動作し続けうるしきい値を提供できる。しきい値との比較に基づいて、加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方の動作を補償できるかどうか、又は故障によって両方の動作の停止が必要とされるかどうかが決定されうる。補償が可能な場合、処理は、ステップ５０６に進むことができる。補償が可能でない場合、処理は、ステップ５０８に進むことができる。
【００７８】
ステップ５０６で、本明細書に記述されたような加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方に補償技術が使用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープが、通常動作（例えば、角速度の測定）を停止すべきであるが、圧力を測定するために動作され続けうることを決定できる。補償技術が、加速度計とジャイロスコープに適用された後、処理は、通知を提供するためにステップ５２６に進むことができる。
【００７９】
ステップ５０８で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧は、ジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されることがある。次に、処理は、通知を提供するステップ５２６に進むことができる。
【００８０】
ステップ５１０で、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が等化圧力より低いことを事前に決定されてもよい。ステップ５１０で、圧力（又は、圧力と関連した測定値）が、ジャイロスコープ及び加速度計キャビティ間の等化圧力と等しいか（例えば、予想された等化圧力より低いか高いしきい値内）どうかが決定されうる。一実施形態では、この決定は、ジャイロスコープ内の圧力の変化率が、ジャイロスコープキャビティ内の定常状態を示すしきい値より低いことに基づいてもよい。一実施形態では、そのような圧力は、外部ジャイロスコープシールが破損していないこと、内部加速度計シールが破損していること、及びキャビティ間の圧力が定常状態に達したことを示しうる。圧力が等化圧力と等しくない場合、処理は、ステップ５１８に進むことができる。圧力が等化圧力と等しい場合、処理は、ステップ５１２に進むことができる。
【００８１】
ステップ５１２で、圧力（又は、測定値）が、１つ以上のしきい値と比較されうる。幾つかの実施形態では、補償が許可されうる唯一の圧力が、等化圧力より低い圧力でよい。幾つかの実施形態では、しきい値を超える任意の変化率が、等化圧力が定常状態にないことを示しうる。そのような状況では、現在の等化圧力は、故障を示すことがあり、処理は、ステップ５１６に進むことができる。ジャイロスコープキャビティ内の圧力が等化され、補償が許可された場合、処理は、ステップ５１４に進むことができる。
【００８２】
ステップ５１４で、本明細書に記述されたような加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方に補償技術が使用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープが、通常動作（例えば、角速度の測定）を停止すべきであるが、圧力を測定するために動作され続けうることを決定できる。補償技術が、加速度計とジャイロスコープに適用された後、処理は、通知を提供するためのステップ５２６に進むことができる。
【００８３】
ステップ５１６で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧は、ジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されうる。次に、処理は、通知を提供するステップ５２６に進むことができる。
【００８４】
ステップ５１８では、事前に、ステップ５０２で、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が等化圧力以上であることが決定され、ステップ５１０で、圧力が等化圧力と等しくないことが決定された。幾つかの実施形態では、等化圧力より大きい圧力が、ジャイロスコープシールが破損したことを示しうる。本明細書に記述されたように、幾つかの実施形態では、加速度計シールが破損していないという仮定に基づいて加速度計を動作させ続けたいことがある。そのような場合、処理は、ステップ５２０に進むことができる。故障が示される場合、処理は、ステップ５２２に進むことができる。
【００８５】
ステップ５２０で、本明細書に記述されたように加速度計に補償技術が使用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープが圧力を測定するために操作され続けうることを決定できる。次に、処理が、ステップ５２４に進むことができる。
【００８６】
ステップ５２４で、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が変化する前、又は変化がしきい値を超える前に、加速度計測定値が、前の加速度計測定値と比較されうる。しきい値を超える測定値の変化が、加速度計キャビティが破損されたことを示すことがあり、処理は、ステップ５２２に進むことができる。しきい値を超えない場合、処理は、通知を提供するためのステップ５２６に進むことができる。
【００８７】
ステップ５２２で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧は、ジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されることがある。次に、処理は、通知を提供するステップ５２６に進みうる。
【００８８】
ステップ５２６で、ジャイロスコープと加速度計が故障したこと、又は補償が行われていることを示す通知が、処理回路又は外部回路に提供されうる。幾つかの実施形態では、通知は、補償技術に関する情報、又は測定圧力、Q値、電圧、駆動比率、シールのどれが破損したか、又は故障に関する他の適切な情報などの故障に関する情報も含みうる。次に、図５の処理が終了できる。
【００８９】
以上の説明は、本開示による典型的実施形態を含む。これらの例は、説明のためのものであり、限定するためのものではない。本開示が、本明細書に明示的に記述され描かれた形態と異なる形態で実施されてもよく、以下の特許請求の範囲と一致する様々な修正、最適化及び変形が、当業者によって実現されうることを理解されよう。
【図１】
2019505770.tif 000003
【図２】
2019505770.tif 000004
【図３】
2019505770.tif 000005
【図４】
2019505770.tif 000006
【図５】
2019505770.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月9日(2018.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、自動車、ドローン、電気器具、航空機、運動支援装置、ゲームコントローラなどの多くの物品は、その操作中に運動センサを利用できる。多くの用途では、加速度計やジャイロスコープなどの様々なタイプの運動センサが、特定用途の様々な情報を決定するために個別又は一緒に分析されうる。例えば、ジャイロスコープと加速度計は、ゲーム用途（例えば、スマートフォン又はゲームコントローラ）でユーザによる複雑な運動を取得するために使用されることがあり、ドローンや他の航空機は、ジャイロスコープ測定値（例えば、ロール、ピッチ及びヨー）に基づいて向きを決定でき、車両は、方向（例えば、推測航法のため）と安全性（例えば、スリップ又はロールオーバ状態の認識）の決定のために測定値を利用できる。
【０００２】
加速度計やジャイロスコープなどの運動センサは、半導体製造技術を使用して作製された微小電気機械（ＭＥＭＳ）センサとして製造されうる。ＭＥＭＳセンサは、直線加速度（例えば、ＭＥＭＳ加速度計の場合）や角速度（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープの場合）などの力に応答できる可動マスを含みうる。可動マスに対するそのような力の作用は、力に応じたマスの運動に基づいて測定されうる。幾つかの実施態様では、この運動は、可動マスとセンス電極の間の距離に基づき、各可動マスとそのそれぞれの電極によって構成された静電容量の変化に基づいて測定される。
【０００３】
典型的なＭＥＭＳ加速度計の可動マスは、直線加速度に応じて撓む１つ以上の懸架マスを含みうる。ＭＥＭＳ加速度計の構成要素は、水分などの外部汚染物質によるＭＥＭＳ加速度計の環境の汚染を防ぐために密閉されうる。そのような汚染物質は、動作（例えば、直線加速度に応じた可動マスの運動）に影響を及ぼすか、あるいはＭＥＭＳ加速度計の構成要素を破損しうる。ＭＥＭＳ加速度計のシールが破損された場合、汚染物質がキャビティに入り、加速度計が故障しうる。また、ＭＥＭＳ加速度計のシールは、加速度計の可動マスを制動するのに十分な圧力を維持できる。
【０００４】
ＭＥＭＳジャイロスコープは、また、密封環境内で動作できる。ＭＥＭＳジャイロスコープは、高周波数で駆動される可動マスの１つ以上を必要とし、ジャイロスコープの動作特性（例えば、「クオリティファクタ」又は「Q値」）は、ジャイロスコープが動作している環境に依存しうる。例えば、Q値は、温度に基づいて変化することがあり、極めて圧力に依存しうる。多くのＭＥＭＳジャイロスコープは、正常に動作するために高真空環境などの低い圧力を必要としうる。圧力が上昇するとQ値が低下しうる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一実施形態では、微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージは、第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力との間の障壁を提供する第１のキャビティシールによって密閉された第１のキャビティと、完全に第１のキャビティシール内にあり、第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と第１のキャビティ圧力との間に障壁を提供する第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティとを含む。一実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、第２のキャビティ内にあり、１つ以上の直線加速度を測定するように構成され、ＭＥＭＳジャイロスコープが、第１のキャビティ内にあり、１つ以上の角速度を測定するように構成される。一実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープは、更に、第１のキャビティシール又は第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに第１のキャビティ内の圧力の変化を検出するように構成され、処理回路が、ＭＥＭＳジャイロスコープに結合されて、ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された圧力の変化に基づいて故障を識別する。
【０００６】
本開示の一実施形態では、微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージ内の圧力の変化を検出する方法が、ＭＥＭＳジャイロスコープから１つ以上の角速度を決定することを含み、ＭＥＭＳジャイロスコープが、第１のキャビティ内にあり、第１のキャビティが、第１のキャビティシールによって密閉され、第１のキャビティシールが、第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力との間に障壁を提供する。一実施形態では、方法は、更に、ＭＥＭＳ加速度計から１つ以上の直線加速度を決定することを含み、ＭＥＭＳ加速度計が、第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティ内にあり、第２のキャビティシールが、完全に第１のキャビティシール内にあり、第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と第１のキャビティ圧力との間の障壁を提供する。一実施形態では、方法は、更に、ＭＥＭＳジャイロスコープによって、第１のキャビティシール又は第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに第１のキャビティ内の圧力の変化を検出することと、処理回路によって、ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された圧力の変化に基づいて故障を識別することを含む。
【０００７】
本開示の一実施形態では、マルチセンサ微小電気機械センサ（ＭＥＭＳ）パッケージが、１つ以上の回転軸のまわりの角速度を測定するように構成されたジャイロスコープと、１つ以上の軸に沿った直線加速度を測定するように構成された加速度計とを含む。一実施形態では、ジャイロスコープは、複数のジャイロスコープ可動マスと、複数のジャイロスコープ可動マスの１つ以上を駆動する１つ以上の駆動電極であって、駆動電圧によって駆動される１つ以上の駆動電極と、ジャイロスコープセンス電極のセンス電圧に基づいて複数のジャイロスコープ可動マスのうちの１つ以上の運動を検出する１つ以上のジャイロスコープセンス電極とを含む。一実施形態では、加速度計は、１つ以上の加速度計可動マスの運動を検出するために１つ以上の加速度計可動マスと１つ以上の加速度計センス電極とを含む。一実施形態では、加速度計シールリングが、加速度計キャビティを密閉し、加速度計シールリング内の加速度計キャビティの加速度計圧力を提供し、ジャイロスコープシールリングが、ジャイロスコープと、加速度計シールリングの全体を封止し、その結果、ジャイロスコープシールリングが、ジャイロスコープシールリング内のジャイロスコープキャビティのジャイロキャビティ圧力を提供し、その結果、加速度計シールリングが、加速度計圧力とジャイロスコープ圧力の間に障壁を提供する。一実施形態では、処理回路は、少なくとも駆動電圧又はセンス電圧に基づいてジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化を検出し、圧力の変化に基づいて故障を識別するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の以上その他の特徴、及びその本質及び様々な利点は、添付図面と関連して行われる以下の詳細な記述を検討することにより明らかになる。
【０００９】
【図１】本開示の幾つかの実施形態による典型的な運動処理システムを示す図である。
【図２】本開示の幾つかの実施形態による典型的なジャイロスコープ設計を示す図である。
【図３】本開示の幾つかの実施形態による典型的な密封ＭＥＭＳパッケージを示す図である。
【図４】本開示の幾つかの実施形態による破損シールによる故障を識別するための典型的ステップを示す図である。
【図５】本開示の幾つかの実施形態によるＭＥＭＳセンサの動作において補償するための典型的ステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
運動処理システムは、直線加速度を測定する加速度計や角速度を測定するジャイロスコープなどの複数のセンサを含みうる。幾つかの例では、これらのセンサは、検出に使用されるきわめて小さい可動マスを有するＭＥＭＳセンサとして実現されうる。直線加速度と角速度は、そのような可動マスの運動に基づいて測定され、この運動は、電極が可動マスの隣りに配置されるような方法によって検出されうる。
【００１１】
ＭＥＭＳ加速度計は、特定の圧力条件下で最適に動作する。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、典型的には大気圧より低いが可動マスの運動を減衰させるのに十分に高い環境で動作することが望ましい。低すぎる圧力下では、ＭＥＭＳ加速度計のQ値が高くなり、その結果、直線加速度に応じて運動が過度又は予測不能になる。
【００１２】
ＭＥＭＳジャイロスコープは、特定の圧力条件下で最適に動作する。典型的には、ＭＥＭＳジャイロスコープには高いQ値が提供され、これは、ＭＥＭＳジャイロスコープを、典型的なＭＥＭＳ加速度計圧力から一桁以上にずれた圧力を有する高真空環境内に配置することによって達成される。そのような圧力を達成するため、ＭＥＭＳ加速度計とＭＥＭＳジャイロスコープは両方とも密閉される。所望の圧力を維持することに加えて、シールは、汚染物質がＭＥＭＳ装置の環境に入るのを防ぐ。
【００１３】
一実施形態では、ジャイロスコープシールは、ジャイロスコープが入れられるジャイロスコープ体積を規定するジャイロスコープキャビティを作成する。加速度計シールは、全体がジャイロスコープキャビティ内にある。このようにして、加速度計シールが破損すると、２つのキャビティ間の圧力が等しくなろうとするので、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が上昇する。
【００１４】
ジャイロスコープは、Q値、駆動電圧、センス電圧及び圧力を示す他の特性の変化に基づいて、そのような圧力の変化を測定するために使用されうる。圧力の変化又は圧力の変化率に応じて、加速度計とジャイロスコープの一方又は両方の故障が示されることがあり、幾つかの実施形態では、装置の一方又は両方が動作し続けることを可能にするために補償が適用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープによって決定された測定値は、加速度計シール又はジャイロスコープシールのどちらが破損したかの決定など、様々な故障状態を決定するために使用されうる。
【００１５】
図１は、本開示の幾つかの実施形態による典型的な運動処理システム１００を示す。図１に特定の構成要素が示されているが、センサ、処理構成要素、メモリ及び他の回路の任意の適切な組み合わせが、必要に応じて様々な用途及びシステムに利用されうることを理解されよう。本明細書に記載されたような一実施形態では、運動処理システムは、ＭＥＭＳセンサ１２０と、処理回路１４０やメモリ１６０などの支援回路を含みうる。幾つかの実施形態では、統合運動処理ユニット（「ＭＰＵ」）（例えば、３軸のＭＥＭＳジャイロスコープ検出、３軸のＭＥＭＳ加速度計検出、マイクロフォン、圧力センサ、及びコンパスを含む）を提供するために、運動処理システム１００内に１つ以上の追加のＭＥＭＳ装置１８０（例えば、ＭＥＭＳマイクロフォン、ＭＥＭＳ圧力センサ及びコンパス）が含まれうる。
【００１６】
一実施形態では、ＭＥＭＳセンサ１２０は、直線加速度と１つ以上の軸のまわりの角速度の両方を検出するセンサパッケージを含みうる。直線加速度は、特定の軸に沿った直線加速度に応じて動く（例えば、撓む）ように懸架された可動マスを有する１つ以上のＭＥＭＳ加速度計によって検出されうる。ＭＥＭＳ加速度計は、可動マスと固定電極が容量電極として働くように固定位置にある電極などの検出技術を利用して可動マスの運動を検出できる。可動マスと固定電極はそれぞれ特定の電圧であり、その結果、可動マスが固定電極に対して動くときにセンス電圧が決定されうる。実施形態では、「センス電圧」は、可動マスとセンス電極によって構成されたキャパシタの電圧でもよく、電荷増幅器を使用して読み取られ可動マスと固定電極の間の静電容量に比例する、電流に比例する電圧でもよく、可動マスと固定検出構成要素の間の距離の変化に基づく他の適切な電圧値でもよい。
【００１７】
典型的実施形態では、複数のＭＥＭＳ加速度計がそれぞれ、ＭＥＭＳ加速度計の可動マスが特定の軸に沿った直線加速度に対応するように構成されうる（例えば、Ｘ軸に沿った直線加速度を検出するＸ軸ＭＥＭＳ加速度計、Ｙ軸に沿った直線加速度を検出するＹ軸ＭＥＭＳ加速度計、及びＺ軸に沿った直線加速度を検出するＺ軸ＭＥＭＳ加速度計）。
【００１８】
ＭＥＭＳセンサ１２０のセンサパッケージは、また、１つ以上の軸のまわりの角速度を検出するための１つ以上のＭＥＭＳジャイロスコープを含みうる。典型的ＭＥＭＳジャイロスコープは、ＭＥＭＳジャイロスコープが１つ以上の軸のまわりの回転（例えば、ピッチ、ロール、及び／又はヨー）を測定できるようにばねによって懸架された微小機械マスを含みうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープは、複数軸のまわりの角速度を単一ＭＥＭＳジャイロスコープ（例えば、２軸又は３軸ＭＥＭＳジャイロスコープ）によって検出できるように設計され、他の実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープが、単一軸のまわりの角速度を検出できる。
【００１９】
動作では、ＭＥＭＳジャイロスコープの可動マスの１つ以上（例えば、１つ以上の駆動マスなどの駆動振動子）は、典型的には駆動電極や駆動櫛歯などの静電駆動システムによって、駆動周波数で振動させられる。構成要素（例えば、駆動マスなどの駆動振動子）は、駆動方向に駆動周波数で振動させられる。幾つかの実施形態では、駆動センス電極は、例えばキャパシタを運動駆動振動子で構成することによって、駆動マスの運動を検出できる。駆動センス電極によって検出される電圧は、駆動力に応じた駆動振動子の運動に比例してもよく、静電駆動システムによって加えられえる駆動力を制御して所望の駆動運動を維持するようにフィードバックシステム（例えば、クローズドループ又はオープンループ）で使用されてもよい。
【００２０】
駆動振動子から回転を測定できるが、多くのジャイロスコープでは、センス振動子（例えば、コリオリマス、プルーフマス、センスマスなど）が、ばねによって駆動振動子に結合され、このばねは、多くの場合、ばねの設計と配置に基づいて、マスの運動自由度を特定方向に制限する。駆動方向に振動しているマス（例えば、コリオリマス又はセンス振動子のセンスマス）は、軸のまわりのジャイロスコープの回転の結果として力を受けうる。このコリオリの力は、マスに対して、駆動方向とジャイロスコープがまわりを回転している軸の両方に対して垂直の方向（即ち、センス方向）に加えられる。コリオリの力を受けるマス（例えば、センス振動子のセンスマス）が、センス方向に自由に動くとき（例えば、センス振動子の構成に基づいて）、このマスは、センス方向に駆動周波数で振動する。
【００２１】
幾つかの実施形態では、角速度は、センス振動子（例えば、センスマス）のこの運動を検出することによって測定されうる。運動は任意の適切な方法（例えば、光学、圧電気、など）で検出されうるが、一実施形態では、運動は、センスマスの運動電極と固定センス電極の間の相対距離に基づいて検出されうる。幾つかの実施形態では、センス電極は、センスマス（例えば、センス電極として）の下に平行基板に取り付けられてもよく、基板に固定されセンスマス（例えば、センス電極又はセンス櫛歯として）の平面内にあってもよい。センスマスとその反対側のセンス電極は、実質的にキャパシタを構成し、その値は、センスマスとセンス電極の間の距離によって変化する。静電容量変化の大きさは、コリオリ力の大きさによって変化し、角速度を決定するために使用される（例えば、処理回路１４０の処理によって）。
【００２２】
処理回路１４０は、運動処理システム１００の要件に基づいて必要な処理を提供する１つ以上の構成要素を含みうる。幾つかの実施形態では、処理回路１４０は、ＭＥＭＳセンサ１２０の動作を制御しかつＭＥＭＳセンサ１２０の処理の一部を実行するために、ＭＥＭＳセンサ１２０などのセンサパッケージのチップ内（例えば、ＭＥＭＳセンサパッケージの基板若しくはキャップ上、又はセンサパッケージに対するチップの隣接部分上）に組み込まれうるハードウェア制御ロジックを含みうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳセンサ１２０は、（例えば、レジスタの値を修正することによって）ハードウェア制御ロジックの動作の一部（例えば、駆動大きさ、測定信号に適用される利得係数など）を修正することを可能にする１つ以上のレジスタを含みうる。他のＭＥＭＳ装置１８０は、同じように動作できる。幾つかの実施形態では、処理回路１４０は、例えばメモリ１６０に記憶されたソフトウェア命令を実行するマイクロプロセッサなどのプロセッサを含みうる。マイクロプロセッサは、ハードウェア制御ロジックと相互作用することによってＭＥＭＳセンサ１２０の動作を制御し、ＭＥＭＳセンサ１２０から受け取った測定信号を処理できる。マイクロプロセッサは、他のセンサと同じように相互作用できる。
【００２３】
幾つかの実施形態（図１に示されていない）では、ＭＥＭＳセンサ１２０又は他のＭＥＭＳ装置１８０は、外部回路と（例えば、シリアルバスを介して又はセンサ出力及び制御入力への直接接続によって）直接通信してもよく、一実施形態では、処理回路１４０は、ＭＥＭＳセンサ１２０及び他のＭＥＭＳ装置１８０から受け取ったデータを処理し、通信インタフェース１１０（例えば、ＳＰＩ又はＩ２Ｃバス、或いは、自動車アプリケーション、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）又はローカルインターコネクトネットワーク（ＬＩＮ）バス）を介して外部構成要素と通信できる。処理回路１４０は、ＭＥＭＳセンサ１２０及び他のＭＥＭＳ装置１８０から受け取った信号を適切な測定ユニットに変換し（例えば、通信バス１１０によって通信する他の計算処理ユニットによって提供される設定に基づいて）、より複雑な処理を実行して向きやオイラー角度などの測定値を決定し、幾つかの実施形態では、特定の活動（例えば、徒歩、走行、制動、滑り、ローリングなど）が行われているかどうかをセンサデータから決定できる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、特定のタイプの情報は、複数のジャイロスコープ１２０とＭＥＭＳ装置１８０からのデータに基づいて、センサフュージョンと呼ばれうるプロセスで決定されうる。様々なセンサからの情報を組み合わせることによって、画像安定化、ナビゲーションシステム、自動車制御及び安全性、推測航法、リモート制御及びゲーム装置、活動センサ、三次元カメラ、産業オートメーション、及び多数の他の用途など、様々な用途に役立つ情報を正確に決定できる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、１つ以上のＭＥＭＳ加速度計が、加速度計キャビティを構成するように密閉されうる。加速度計キャビティの内部体積は、１つ以上のＭＥＭＳ加速度計の動作に適した圧力でよい。加速度計キャビティのシールが、任意の適切な方法で形成されうるが、幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、キャップ層、ＭＥＭＳ層（例えば、ＭＥＭＳ加速度計の可動マスやばねなどを含む）、及びＣＭＯＳ層（例えば、処理回路、固定構成要素の固定点などを含む）などの複数の半導体層を含みうる。層は、これらの層によって構成された加速度計キャビティの内部体積が、任意の外部容積から分離されるように積み重ねられ接合されうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計を破損しうる汚染（例えば、水分、微粒子など）を防ぎ、また加速度計キャビティの内部体積内で規定圧力を維持するために、ＭＥＭＳ加速度計の内部体積を外部供給源から分離することが望ましいことがある。
【００２６】
幾つかの実施形態では、内部加速度計キャビティ体積内の規定圧力が、大気圧より低くかつ真空圧力より高くてもよい。幾つかの実施形態では、規定圧力が、ほぼ大気圧の大きさの範囲内でよい。規定圧力は、例えばＭＥＭＳ加速度計の可動マスの望ましい制動を確立するようにシステム内の可動マスの運動を最適化し、同時に可動マスの応答が過度、不安定及び／又は予測不能になりうる低圧力及び高Q値状態を回避するように選択されうる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、１つ以上のＭＥＭＳジャイロスコープが、ジャイロスコープキャビティを構成するように密閉されうる。ジャイロスコープキャビティの内部体積は、１つ以上のＭＥＭＳジャイロスコープの動作に適した圧力でよい。キャビティのシールは、任意の適切な方法で形成されうるが、幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープが、キャップ層、ＭＥＭＳ層（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープの可動マスやばねなどを含む）、及びＣＭＯＳ層（例えば、処理回路、固定構成要素のアンカー点などを含む）などの複数の半導体層を含みうる。層は、これらの層によって構成されたキャビティの内部体積が、任意の外部体積から分離されるように積み重ねられ接合されうる。一実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープを破損しうる汚染（例えば、水分、微粒子など）を防ぎ、またジャイロスコープキャビティの内部体積内で規定圧力を維持するために、ＭＥＭＳジャイロスコープの内部体積を外部供給源から分離することが望ましいことがある。
【００２８】
幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープの内部キャビティ体積の規定圧力が、大気圧より２桁以上低い真空に近い圧力でよい。所定のＭＥＭＳジャイロスコープのQ値要素は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が低くなるほど大きくなり、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が高くなるほど小さくなりうる。このように、特定のジャイロスコープ設計のための駆動振動子やセンス振動子などの構成要素の動作及び応答は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力によって異なりうる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、圧力とQ値のこの関係は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化を識別するために利用されうる。幾つかの実施形態では、１つ以上の構成要素（例えば、駆動振動子の１つ以上の駆動マス、又はセンス振動子の１つ以上のセンスマス）のQ値は、例えば、マスが動かされた後で振動減衰時間を測定することによって、直接決定されうる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープの構成要素の他の動作特性、例えばQ値と関連しうるか同様に圧力の変化による影響を受けうる動作特性が測定されうる。一実施形態では、Q値が変化すると、それに対応して、駆動振動子を駆動するために必要な駆動電圧が変化しうる。本明細書に記載されたように、駆動センス電極は、駆動電極によって与えられた特定の駆動力に応じて、駆動マスの運動を検出できる。幾つかの実施形態では、クローズドループシステムは、（例えば、駆動センス電極によって検出されるときに）均一な駆動運動が維持されるように駆動電圧を変化させうる。したがって、この駆動電圧は、圧力の上昇によって駆動運動を維持するために必要な駆動電圧が高くなることがあり、一方、圧力の低下によって駆動運動を維持するために必要な駆動電圧が低くなりうるので、圧力と関連付けられうる。幾つかの実施形態では、駆動センス電極によって検出される電圧は直接測定され、圧力の変化と関連付けられてもよく、駆動電極の駆動電圧と駆動センス電極の検出電圧の比率は、圧力の変化と関連付けられうる（例えば、圧力が上昇すると、駆動センス電圧に対する駆動電圧の比率が高くなる）。
【００３１】
幾つかの実施形態では、１つ以上の補助駆動電極は、システムの１つ以上の構成要素に結合されて、補助駆動電極に印加された電圧によって１つ以上の可動マスの運動を引き起こしうる。補助駆動電極は、ジャイロスコープ設計のセンスマスやコリオリマスなどの任意の適切な可動マスの近くにあってもよい。補助駆動電極は、ジャイロスコープが他の状況では駆動されていない間、あるいは幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープの通常動作中（例えば、駆動電圧が駆動振動子に印加されている間）、運動を引き起こすことがある。補助駆動電極によって引き起こされる運動は、他の電極（例えば、補助駆動電極によって駆動されたセンスマスに隣接したセンス電極）によって検出されることがあり、センス電圧、補助駆動電圧、及び／又は補助駆動電圧又はセンス電圧の比率は、本明細書に記載された駆動マスと同じように、ジャイロスコープキャビティ内の圧力変化などの変化によるＭＥＭＳジャイロスコープの動作の変化を検出するために使用されうる。
【００３２】
他の要素もジャイロスコープのQ値又は他の動作特性に影響を与えうる。一実施形態では、Q値又は他の動作特性は、ＭＥＭＳジャイロスコープの温度により変化できる。従って、幾つかの実施形態では、温度センサなどの追加センサからの情報が、Q値又は他の動作特性の変化の原因の決定を支援するために利用されうる。
【００３３】
前述のように、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープキャビティの規定圧力がほぼ真空でよく（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープの効率的動作にQ値を最適化するために）、加速度計キャビティの規定圧力は１桁以上大きくてもよい（例えば、ＭＥＭＳ加速度計の可動マスに適切な制動を提供するために）。ＭＥＭＳジャイロスコープは、ジャイロスコープ規定圧力より大きい圧力で動作し続けることができるが、性能は、駆動運動の減少、駆動力を提供するために必要とされる消費電力の過剰、及びセンス運動の減少の結果として損なわれうる。それにもかかわらず、幾つかの例では、ＭＥＭＳジャイロスコープの動作パラメータを修正することによって、例えば、駆動電圧の調整（例えば、上昇）、センス電極のスケールファクタの修正（例えば、センス振動子の運動の減少も考慮）、任意の適切な修正、又はこれらの任意の適切な組み合わせによって、ジャイロスコープキャビティ内の非理想的圧力を補償できる。
【００３４】
一実施形態では、特定のＭＥＭＳジャイロスコープ設計（例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、駆動比率、センス振動子応答などを測定することによって決定されたような）のためのジャイロスコープキャビティの第１のしきい値圧力を超えた後、補償を利用して、ＭＥＭＳジャイロスコープが非理想的圧力条件下で動作することを可能にできる。最終的に補償技術が無効になることがあり、その結果、ジャイロスコープは、角速度を測定するために動作し続けなくなるはずである。幾つかの実施形態では、この点は、第２のしきい値（例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、駆動比率、センス振動子応答などの測定によって決定されるような）を超えるジャイロスコープキャビティの圧力に基づいて識別されうる。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳジャイロスコープは、角速度を決定するためには使用されないことがあるが、マスは、ジャイロスコープキャビティ内の圧力を測定し続けるように駆動され検出されうる。
【００３５】
幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、加速度計の規定圧力より小さい圧力でも大きい圧力でも動作し続けうるが、加速度計設計の過度のQ値によって生じる減衰の制限によって、直線加速度に応じた可動マスの過度又は予測不能な運動の結果として性能が損なわれることがあり、その結果、検出精度が低下し外部衝撃阻止能力が低下する。それにもかかわらず、幾つかの例では、ＭＥＭＳ加速度計の動作パラメータを修正することによって、例えば、センス電極のスケールファクタの修正、補償減衰力を提供するようにセンス電極又は追加電極（例えば、センス電極に隣接する補償電極）による可動マスへの補償力の適用、任意の他の適切な修正、又はこれらの任意の適切な組み合わせによって、加速度計キャビティ内の非理想的圧力を補償できる。一実施形態では、加速度計キャビティ内の圧力が、特定のＭＥＭＳ加速度計設計の圧力しきい値（例えば、後述されるような、加速度計キャビティを密閉するジャイロスコープキャビティ内のジャイロスコープからの測定によって決定された）より上昇又は低下した後、ＭＥＭＳ加速度計が非理想的圧力条件下で動作できるように補償が利用されうる。最終的に補償技術が無効になることがあり、その結果、加速度計は、動作し続けなくなるはずである。幾つかの実施形態では、この点は、しきい値（例えば、後述されるようなジャイロスコープによって決定された）より高いか低い加速度計キャビティの圧力、しきい値を超える補償減衰電圧／電流／電力、しきい値より低いセンス分解能、他の適切な基準、又はこれらの任意の適切な組み合わせに基づいて識別されうる。
【００３６】
図２は、本開示により利用される典型的なジャイロスコープ設計を示す。特定のジャイロスコープ設計は、本明細書では、例示のために描かれ述べられるが、本開示に述べるシステム及び方法が、例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、駆動比率、センス電圧などの、圧力に関連した測定を行うことができる限り、様々なジャイロスコープ設計で利用されうることを理解されよう。したがって、本明細書に示された考察が、ジャイロスコープ設計に一般的であり、特定の設計が単に説明のために提供されることを理解されよう。図２の典型的実施形態では、ジャイロスコープは、Ｙ軸のまわりのピッチ回転とＺ軸のまわりのヨー回転を検出するための、単一駆動運動を有する２軸ジャイロスコープとして描かれ述べられる。しかしながら、本開示のシステム及び方法が、ジャイロスコープキャビティ圧力に関連したQ値や他の動作特性を測定するための適切な構成要素及び処理（例えば、フィードバック用センス電極、センス振動子試験用の補助駆動電極、センス電極、本明細書に記載されたような関連処理）を含む任意の適切なジャイロスコープ設計（例えば、単一軸、３軸）によって実現されうることが理解されよう。例えば、様々なセンス軸と関連付けられた複数の駆動及びセンスマスの単一駆動運動を有する３軸ジャイロスコープの典型的実施形態では、駆動センス電極は、駆動マスのどれか又は全てに取り付けられてもよく、補助駆動電極は、センスマス（及び、幾つかの実施形態では、コリオリマス）のどれか又は全てに取り付けられてもよい。
【００３７】
典型的なジャイロスコープ２００は、基板２０１に平行なＸ−Ｙ平面内に配置される。Ｚ方向は、Ｘ−Ｙ平面に垂直であり、基板２０１は、Ｚ方向のジャイロスコープ２００の下にある。ジャイロスコープ２００は、少なくとも１つのアンカー点２０６ａによって、ばね２０８ａ及び２０８ｂによって基板２０１に柔軟に結合されたガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂを有する。２つのガイドアーム２０４ａと２０４ｂは、ばね２０３ａ及び２０３ｂを介してピッチマス２０２に柔軟に結合される。一実施形態では、ピッチマス２０２は、駆動振動子とセンス振動子の両方として機能できる。ピッチマス２０２は、ばね２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ及び２２０ｄを介してヨーマス２１２などの別のセンス振動子に次には結合される。
【００３８】
ピッチマス２０２、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂ、アンカー点２０６ａ、及びばね２０３ａ、２０３ｂ、２０８ａ及び２０８ｂは、平面４棒リンク機構を構成する。各ばね２０３ａ、２０３ｂ、２０８ａ及び２０８ｂは、軸のまわりにＺ方向に平面内で従順であり、それにより、各ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂは、平面内で回転でき、同時に、ピッチマス２０２が、例えばＹ軸のまわりのピッチ回転によって引き起こされるＺ方向のコリオリ力に応じて、Ｘ方向に並進する。
【００３９】
ばね２０８ａ及び２０８ｂは、Ｘ方向にピッチセンス軸のまわりに従順であり、したがって、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂは、平面外で回転できる。ばね２０３ａと２０３ｂは、Ｚ方向に堅く、それにより、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂの平面外回転によって、ピッチマス２０２が、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂによって平面外で動く。
【００４０】
櫛歯駆動２１１ａ及び２１１ｂなどの静電アクチュエータが、アンカー２０９ａ及び２０９ｂ並びにピッチマス２０２に接続される。櫛歯駆動２１１ａ及び２１１ｂは集合的に、ピッチマス２０２をＸ軸に沿ってＸ方向に駆動する。この実施形態では、２つの静電アクチュエータが利用される。しかしながら、当業者は、１つの静電アクチュエータを提供でき、１つの静電アクチュエータの使用が、本発明の趣旨及び範囲内にあり、追加の静電アクチュエータが、ピッチマス２０２に関連した様々な位置に配置されうることを容易に理解する。更に、図２の典型的実施形態に示されていないが、一実施形態では、１つ以上の駆動マスが、ピッチマス２０２に結合されてもよく、その結果、駆動マスが、櫛歯駆動２１１ａ及び２１１ｂによって駆動され、駆動マスとピッチマス２０２の間に結合されＸ方向に剛性である追加ばね（図２に示されていない）によって、駆動運動がピッチマス２０２に与えられる。
【００４１】
更に、静電アクチュエータは、本明細書全体にわたって、ガイドマスシステムを駆動するために使用されるアクチュエータとして述べられるが、当業者は、この機能のために様々なアクチュエータを利用でき、使用が本発明の趣旨及び範囲内にあることを理解する。例えば、アクチュエータは、圧電式、温度式又は電磁気式などでよい。
【００４２】
一実施形態では、ジャイロスコープ２００は、ピッチマス２０２の駆動運動を検出するための構成要素を含みうる。駆動検出は、任意の適切な方式（例えば、光学検出、（電極（容量）検出など）で実行されてもよく、典型的実施形態では、駆動検出は、対になった駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂによって実行されうる。駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂは、様々な方式（例えば、容量電極として）で実現されうるが、図２のジャイロスコープ２００の典型的実施形態では、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂが、駆動ピッチマス２０２（例えば、駆動センス櫛歯２３４ａ／２３４ｂ）にそれぞれ取り付けられ、基板２０１（例えば、駆動センス櫛歯２３６ａ／２３６ｂ）にしっかり固定された対応櫛歯として実現されうる。
【００４３】
一実施形態では、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂは、駆動軸（即ち、Ｘ軸）に沿ったピッチマス２０２の駆動運動を検出して、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって加えられる力に応じてピッチマス２０２の運動の指示を提供できる。幾つかの実施形態では、この検出電圧は、フィードバックシステムで使用されてもよく、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂの駆動電圧は、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂの一定応答によって示されるような一定駆動運動を維持するように調整される。幾つかの実施形態では、ピッチマス２０２の同じ運動を生成するために高い駆動電圧が必要とされるとき、これは、（例えば、圧力上昇の結果として）駆動システムのQ値の変化（例えば、低下）を示しうる。本明細書に記載されたように、幾つかの実施形態では、駆動比率は、それぞれの駆動及びセンス電圧に基づいて決定され、圧力の変化などの因子に応じるQ値や他の動作特性を計算するために使用されうる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、駆動システムの応答は、ジャイロスコープ２００の通常動作外で印加／測定された駆動及びセンス電圧に基づいて測定されうる。例えば、１つ以上の駆動試験電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって様々な時間（例えば、ジャイロスコープ２００の起動中、又は動作中定期的に）に印加されてもよく、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂによって測定される応答運動が、圧力と関連したQ値や他の測定特性を決定するために使用されうる。典型的実施形態では、様々な値を有する一連の試験駆動電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂに印加されることがあり、応答は、駆動センス電極２３４ａ／２３６ａ及び２３４ｂ／２３６ｂによって測定されうる。このようにして、ジャイロスコープ２００の動作に対する変化を識別するために異なる応答のプロファイルが測定され分析されうる（例えば、圧力又は温度の変化などの変化の様々な原因を区別することによって）。一実施形態では、そのような検査プロファイルは、動作中に定期的に、またジャイロスコープ２００が使用中でないときに、ジャイロスコープ２００に適用されうる。
【００４５】
ジャイロスコープ２００が駆動されるとき、ガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂは、平面内で回転し、ピッチマス２０２は平面内でＸ方向に並進する。基板の平面内にありかつＸ方向に直角なＹ方向のピッチ入力軸のまわりの角速度は、コリオリ力をＺ方向のピッチマス２０２に作用させる。コリオリ力は、ジャイロスコープピッチマス２０２並びにガイドアーム２０４ａ及び２０４ｂを平面外で回転させる。ジャイロスコープ２００の回転の振幅は、ピッチ入力軸のまわりの角速度に比例する。ピッチ変換器２１０は、センスマスの運動を検出でき、容量式、圧電式、光学トランスデューサなどの任意の適切なピッチ変換器２１０でよい。一実施形態では、ピッチマス２０２の下のセンス電極２１０は、ピッチマス２０２（例えば、運動電極を含むか運動電極として働く）とセンス電極２１０との距離の変化による静電容量の変化に基づいて、ピッチセンス軸のまわりのジャイロスコープ２００の回転を検出するために使用される。静電容量のこの変化は、ピッチ入力軸のまわりの角速度の大きさを提供する。
【００４６】
ジャイロスコープ２００は、また、Ｚ軸のまわりの回転に対応するヨーマス２１２などのヨーセンス振動子を含む。一実施形態では、ヨーマス２１２はばね２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ及び２２０ｄによってピッチマス２０２に結合されるかもしれない。図２には４つのばね２２０ａ〜２２０ｄが示されているが、本開示によれば、任意の適切な数のばねが、駆動力をヨーマス２１２に伝達できることが理解されよう。一実施形態では、ばね２２０ａ〜２２０ｄが、駆動方向（即ち、Ｘ方向）に剛性でセンス方向（即ち、Ｙ方向）に柔軟になるように構成されうる。更に、幾つかの実施形態（図２に示されていない）では、ヨー振動子は、ピッチマス２０２から駆動力を受け取るように結合されたコリオリマスと、ヨー回転によりコリオリマスに与えられコリオリ力の方向（例えば、Ｙ方向）に剛性である追加ばねによってコリオリマスに接続された追加プルーフマスなどの、複数のマスとして実現されうることを理解されよう。
【００４７】
本明細書に記載されたように、駆動櫛歯２１１ａ及び２１１ｂは、ピッチマス２０２をＸ方向に振動させる。このＸ方向振動は、Ｘ方向に剛性のばね２２０ａ〜２２０ｄによってヨーマス２１２に伝達される。一実施形態では、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂは、ヨーマス２１２の駆動方向（例えば、Ｘ方向）に、ヨーマス２１２の隣り（例えば、平面内）に配置されうる。ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂは、その駆動軸（即ち、Ｘ軸）に沿ったヨーマス２１２の駆動運動を検出して、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって加えられる力（例えば、ピッチマス２０２及びばね２２０ａ／２２０ｂ／２２０ｃ／２２０ｄによってヨーマス２１２に伝達されるような）に応じて、ヨーマス２１２の運動の指示を提供できる。幾つかの実施形態では、この検出電圧は、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって与えられる特定の駆動電圧に対するヨーマス２１２の応答運動を測定するためにするために使用され、駆動力に対するピッチマス２０２、ばね２２０ａ／２２０ｂ／２２０ｃ／２２０ｄ及びヨーマス２１２の全体的応答の測定値を提供し、この測定値は、（例えば、圧力上昇の結果として）駆動システムのQ値の変化（例えば、低下）を示すことがある。
【００４８】
幾つかの実施形態では、駆動比率は、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂの駆動電圧と、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂによって検出された電圧に基づいて決定され、圧力の変化などの因子に反応することがあるQ値や他の動作特性を計算するために使用されうる。幾つかの実施形態では、ヨーマス２１２の応答は、ジャイロスコープ２００の通常動作外で印加／測定された駆動及びセンス電圧に基づいて測定されうる。例えば、１つ以上の駆動試験電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂによって様々な時間（例えば、ジャイロスコープ２００の起動中、又は動作中定期的）に印加されることがあり、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂによって測定される応答運動は、圧力と関連したQ値や他の測定特性を決定するために使用されうる。典型的実施形態では、異なる値を有する一連の試験駆動電圧が、駆動櫛歯２１１ａ／２１１ｂに印加され、応答は、ヨー駆動センス電極２３８ａ／２３８ｂによって測定されうる。このようにして、ジャイロスコープ２００の動作に対する変化を識別するために異なる応答のプロファイルが測定され分析されうる（例えば、圧力又は温度の変化などの変化の様々な原因を区別することによって）。一実施形態では、そのような試験プロファイルは、動作中定期的に、又はジャイロスコープ２００が使用中でないときに、ジャイロスコープ２００に適用されうる。
【００４９】
ヨーマス２１２がＸ軸に沿って振動し、ジャイロスコープ２００がＺ軸のまわりに回転するとき、その結果として、ヨーマス２１２上に、駆動周波数のＹ軸振動を引き起こすＹ軸コリオリ力が生じる。ばね２２０ａ〜２２０ｄがＹ方向に柔軟なので、ヨーマス２１２は、コリオリ力及びしたがって角速度に比例する大きさでＹ方向に振動する。ヨーセンス電極２１４は、センスマスの運動を検出でき、容量式、圧電式、光学トランスデューサなどの任意の適切なヨー変換器２１０でよい。一実施形態では、ヨーセンス電極２１４は、ヨーマス２１２（例えば、移動電極を含むか移動電極として機能する）とヨーセンス電極２１４との距離の変化による静電容量の変化に基づいて、ヨーセンス軸のまわりのジャイロスコープ２００の回転を検出するためにヨーマス２１２（例えば、基板にしっかり固定され、アンカー２１５を介してセンス回路に電気的に接続された）と共に平面内にある平板電極（幾つかの実施形態では、櫛歯電極などの様々な電極がヨーセンス電極２１４に利用されうるが）でよい。幾つかの実施形態（図２には示されていない）では、ヨーセンス電極２１４は、ヨーマス２１２の内部キャビティ内に配置されてもよい。しかしながら、ヨーセンス電極２１４は、ヨーセンス電極２１４とヨーマス２１２の間の相対運動による静電容量の変化が、ヨー入力軸のまわりの角速度の大きさを提供するように、実現され配置される。
【００５０】
一実施形態では、ヨーマス２１２は、直接駆動されてセンス方向のヨーマス２１２の応答を試験するように構成されうる。幾つかの実施形態（図２に示されていない）では、ヨーマス２１２の駆動は、ヨーセンス電極２１４によってヨーマス２１２に与えられうる。ヨーセンス電極２１４は、試験信号の提供、試験応答の測定及びコリオリ力の測定を能動的に切り替えるように機能的に多重化されうる。コリオリ力と試験応答を受け取り処理するように設計されたセンス回路に加えて、センス電極は、また、ヨーマス２１２に試験信号を加えるために必要な電圧を提供する駆動回路を含みうる。
【００５１】
一実施形態では、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、ヨーマス２１２の試験運動を引き起こしうる。補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、ヨーマス２１２を動かす任意の適切な方式（例えば、圧電式、温度式、電磁式など）を利用でき、一実施形態では、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、平面内かつヨーマス２１２の周囲にある静電気櫛歯アクチュエータでよい。他の実施形態では、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、ヨーマス２１２の内部キャビティ内などの他の適切な場所に配置されうる。
【００５２】
一実施形態では、櫛歯補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄは、それぞれのアンカー２３０ａ〜２３０ｄを介して、基板にしっかり固定され、駆動及び／又はセンス回路に接続されうる。図２には４つのアクチュエータが示されているが、様々な実施形態では、センス方向（即ち、Ｙ方向）のヨーマス２１２の試験振動を引き起こすために、任意の適切な数のアクチュエータが利用されうる。幾つかの実施形態では、ヨーセンス電極２１４でヨーマス２１２の応答運動を検出するのではなく、櫛歯電極２３２ａ〜２３２ｄの１つ以上が、専用又は多重式（例えば、試験信号の作動及び／又は他の試験応答の測定と多重化される）に、センス櫛歯として機能できる。
【００５３】
櫛歯補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄによってヨーマス２１２に加えられる力は、Ｙ軸に沿って印加され検出され、これは、Ｙ軸方向のばね２２０ａ〜２２０ｄの柔軟性により可能にされる。本明細書に記載されたように、センス軸（即ち、Ｙ軸）に沿ったヨーマス２１２の運動は、ヨーセンス電極２１４及び／又は１つ以上の補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄでの電圧に基づいて検出されうる。幾つかの実施形態では、この検出電圧は、（例えば、ヨーセンス電極２１４及び／又は補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄによって）ヨーマス２１２に加えられる特定電圧に対するヨーマス２１２の応答運動を測定するために使用されうる。幾つかの実施形態では、この運動の変化は、例えば圧力上昇の結果として、ヨーマス２１２及び関連構成要素（例えば、ばね２２０ａ／２２０ｂ／２２０ｃ／２２０ｄ）のQ値の変化（例えば、低下）又は他の特性の変化を示しうる。幾つかの実施形態では、駆動比率は、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄの駆動電圧と、ヨーセンス電極２１４によって検出された電圧とに基づいて決定され、圧力の変化などの因子に反応しうるQ値や他の動作特性を計算するために使用されうる。
【００５４】
幾つかの実施形態では、ヨーマス２１２の応答は、ジャイロスコープ２００の通常動作外で印加／測定された駆動及びセンス電圧に基づいて測定されうる。例えば、１つ以上の駆動試験電圧が、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄによって様々な時間（例えば、ジャイロスコープ２００の起動中、又は動作中定期的）に印加され、ヨーセンス電極２１４によって測定された応答運動は、圧力と関連したQ値や他の測定特性を決定するために使用されうる。典型的実施形態では、様々な値を有する一連の試験駆動電圧が、補助アクチュエータ２３２ａ〜２３２ｄに印加され、応答が、ヨーセンス電極２１４によって測定されうる。このようにして、ジャイロスコープ２００の動作に対する変化を識別するために異なる応答のプロファイルが測定され分析されうる（例えば、圧力又は温度の変化などの変化の様々な原因を区別することによって）。一実施形態では、そのような試験プロファイルは、動作中定期的に、又はジャイロスコープ２００が使用中でないときに、ジャイロスコープ２００に適用されうる。
【００５５】
本明細書に記述された試験応答は、ジャイロスコープ２００の回路と、幾つかの実施形態では処理回路１４０によって処理されうる。試験応答の分析に基づいて、ジャイロスコープ２００が故障したかどうか、又はジャイロスコープ挙動の変化を補償できるかどうかが決定されうる。本明細書に記述されたような幾つかの実施形態では、圧力の変化は、ジャイロスコープキャビティ内に封止された加速度計キャビティの破損シールと関連して決定されうる。そのような実施形態では、加速度計の動作を補償するかどうか、又は加速度計が故障したかどうかが決定されうる。ジャイロスコープ２００と加速度計のいずれか又は両方の補償が可能な場合、ジャイロスコープ２００又は加速度計の１つ以上の動作パラメータが修正されうる。
【００５６】
ジャイロスコープ２００の補償の一実施形態では、典型的な修正には、櫛歯電極２１１ａ及び２１１ｂによって提供される駆動信号の大きさの修正、アナログ検出回路（例えば、ジャイロスコープ２００のセンス回路の１つ以上の増幅器）の動作、又は１つ以上のデジタルスケールファクタ（例えば、ジャイロスコープ２００又は処理回路１４０における）が含まれうる。加速度計の補償の一実施形態では、典型的な修正には、加速度計の１つ以上の可動電極に隣接した１つ以上の電極から補償減衰力の提供、アナログ検出回路（例えば、加速度計のセンス回路の１つ以上の増幅器）の動作の修正、又は１つ以上のデジタルスケールファクタ（例えば、加速度計又は処理回路１４０における）が含まれうる。
【００５７】
図３は、本開示の幾つかの実施形態による典型的な密封ＭＥＭＳパッケージを示し、このパッケージは、モノリシックＭＥＭＳダイなどのＭＥＭＳ構成要素の適切な集合でよい。図３は、ＭＥＭＳパッケージの構成要素を機能ブロック図として示し、ＭＥＭＳパッケージは、ジャイロスコープ３０８（例えば、図２に描かれ示されたような多軸ＭＥＭＳジャイロスコープ）を中に有するジャイロスコープキャビティ３０２を規定するＭＥＭＳパッケージのジャイロスコープシール３０３を含む。一実施形態では、加速度計シール３０４は、完全にジャイロスコープキャビティ３０２内にあり、１つ以上の加速度計３１０（例えば、本明細書に記載されたような加速度計）が入った加速度計キャビティ３０４を規定できる。外部圧力ＰＩ（例えば、大気圧）を有する外部圧力領域３００が、ジャイロスコープキャビティ３０２の外にあり、ジャイロスコープシール３０３によってジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力Ｐ２から分離されてもよい。加速度計シール３０５は、加速度計キャビティ３０４内の圧力Ｐ３を、ジャイロスコープキャビティ３０２内のジャイロスコープ圧力Ｐ２から分離できる。加速度計キャビティ３０４は、加速度計体積Ｖ３を有してもよく、ジャイロスコープキャビティ３０２は、ジャイロスコープ体積Ｖ２を有してもよく、ジャイロスコープ体積Ｖ２は、ジャイロスコープキャビティの全体積から、加速度計体積Ｖ３と、加速度計シール３０５によって占有された体積を引いたものに等しい。
【００５８】
図３のＭＥＭＳセンサが、任意の適切な方法で構成されうることが理解されるが、一実施形態では、図３のＭＥＭＳセンサは、ジャイロスコープシール３０３と加速度計シール３０５を構成するために、単一キャップ層及び単一ＣＭＯＳ層、並びに間で結合された加速度計領域３１０とジャイロスコープ領域３０８のそれぞれの独立ＭＥＭＳ層によって導通されてもよい。典型的実施形態では、処理回路１４０の態様は、ＣＭＯＳ基板内に（例えば、ハードウェアロジックとして）、処理の一部を実行しかつ／又は他の処理（例えば、処理回路１４０のマイクロプロセッサ）と通信して前記処理を実行するように実現されうる。一実施形態では、温度センサ３０４は、ＭＥＭＳセンサ又はその近くの温度を決定するために提供されうる。温度センサ３０４は、ＭＥＭＳセンサの外部（例えば、ジャイロスコープシール３０３の外側）に描かれているが、幾つかの実施形態では、温度センサが、ジャイロスコープキャビティ３０２内に配置されてもよいことを理解されよう。
【００５９】
図３に示されたように、加速度計キャビティ３０４は、完全にジャイロスコープキャビティ３０２内にあり、通常動作条件下では、加速度計シール３０５によってジャイロスコープキャビティ３０２から分離されてもよい。典型的実施形態では、通常動作条件下で、加速度計圧力Ｐ３は、ジャイロスコープ圧力Ｐ２よりも、例えば少なくとも１桁大きくてもよい。加速度計シール３０５が破損した場合、加速度計キャビティ３０４とジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力は、加速度計キャビティ３０４内の加速度計圧力Ｐ３が、ジャイロスコープキャビティ３０２内のジャイロスコープ圧力Ｐ２と等しくなるまで、加速度計シールの破損の重大さに基づく速度で等化し始めうる。得られた等化圧力ＰEは、初期ジャイロスコープ圧力Ｐ２、初期ジャイロスコープ体積Ｖ２、初期加速度計圧力Ｐ３及び初期ジャイロスコープ体積Ｖ３に基づきうる。
【００６０】
本明細書に記載されているように、ジャイロスコープ領域３０８内のジャイロスコープのQ値又は他の動作特性は、ジャイロスコープの動作中、又は不定期若しくは定期試験によって決定されうる。処理回路１１４は、これらの測定値を利用してジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力を推定し、その推定圧力に基づいて、ジャイロスコープの１つ以上及び１つ以上の加速度計の修正処置を取りうる。幾つかの実施形態では、温度センサ３０４からの温度測定は、また、処理回路１１４によって、圧力ではなく温度の結果であるQ値又はジャイロスコープ動作の変化を識別するように考慮されうる。温度によるQ値の予想変化を設計段階で決定でき、処理回路に基準依存曲線を埋め込むことができる。他の実施形態では、各装置を様々な温度で測定し（生産での調整中）、得られたQ値を処理回路に記憶することによって、推定精度を最大化でき、このQ値は、チェック中に基準として使用される。
【００６１】
幾つかの実施形態では、ジャイロスコープからの測定値によって、ジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力の変化が、初期値の１０％などのしきい値（例えば、Q値しきい値、駆動電圧しきい値、又はセンス電圧しきい値）を超えることが示されるときは、ジャイロスコープと加速度計両方の動作を停止させたいことがある。例えば、幾つかの安全用途では、加速度計シール３０５又はジャイロスコープシール３０３のいずれかが破損すると、加速度計とジャイロスコープの両方をすぐに遮断することが望ましいことがある。このようにして、ジャイロスコープ又は加速度計測定を利用するシステムは、間違った値がシステムの他の構成要素に提供されるリスクを最小化できる。幾つかの実施形態では、センサパッケージのセンサの故障を示すために、外部回路に通知又は警告が提供されうる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、測定値は、均等化された圧力より小さい圧力変化を示しうる。これらの測定された変化を利用して、例えば、駆動電圧、センススケールファクタ又は利得を修正するか、減衰力を加速度計の可動マスに適用することによって、そのような条件下で加速度計又はジャイロスコープの１つ以上の動作を補償したいことがある。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープ又は加速度計の１つ以上を補償すべきかどうかの決定は、ジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化率（例えば、Q値、駆動電圧、センス電圧などの測定値に基づいて決定されるような）に基づいてもよい。
【００６３】
幾つかの実施形態では、ジャイロスコープキャビティ内の圧力又は圧力変化率が、しきい値を超えるとき、ジャイロスコープは、角速度を測定する通常機能を停止するが、例えば、試験駆動力を駆動振動子及び／又はセンス振動子に加え、駆動センス電極及び／又はセンス電極によって応答運動を測定することによって、圧力の変化を示すQ値又は他の動作特性を測定し続けることができる。幾つかの実施形態では、圧力の様々なしきい値又は圧力の変化率が、様々な修正処置と関連付けられてもよく、その結果、（例えば、圧力と変化率の両方がそれぞれのしきい値より小さい場合に）環境下で補償が行われてもよく、（例えば、圧力又は変化率のどちらかがそれぞれのしきい値より大きい場合に）ある特定の環境下で故障が起こることがある。一実施形態では、様々なしきい値が、ジャイロスコープと加速度計のそれぞれに適用されてもよく、幾つかの実施形態では、様々な補償技術が、様々なしきい値と関連付けられてもよい。幾つかの実施形態では、センサのシールが破損したこと及び補償又は故障が発生したことを示すために、通知又は警告が外部回路に提供されうる。
【００６４】
一実施形態では、ジャイロスコープによって決定された測定値は、例えば、既知の等化圧力と、ジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力の変化率がゼロに近づくことに基づいて、加速度計キャビティ３０４とジャイロスコープキャビティ３０２間で圧力が等化されたことを示しうる。等化圧力での安定化は、内部加速度計シール３０５が破損しているが、外部ジャイロスコープシール３０３が破損していないことを示しうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープシール３０３が、加速度計とジャイロスコープを外部汚染物から守り続けるので、加速度計とジャイロスコープの一方又は両方が動作し続けることができる。典型的な加速度計又はジャイロスコープの場合、等化圧力での加速度計又はジャイロスコープの動作機能に基づいて、本明細書で述べたように補償が実行されうる。
【００６５】
一実施形態では、等化圧力の状況下で、ジャイロスコープは、角速度を測定する通常機能を停止するが、例えば、試験駆動力を駆動振動子及び／又はセンス振動子に加え、駆動センス電極及び／又はセンス電極によって応答運動を測定することによって、圧力の変化を示すQ値又は他の動作特性を測定し続けることができる。このようにして、ジャイロスコープが、より高い等化圧力で角速度を測定できない場合でも、ジャイロスコープは、ジャイロスコープシール３０３が破損しないようにジャイロスコープキャビティ内の圧力を監視し続けることができる。加速度計は、等化圧力で動作し続けることができるが、圧力が低下したときの減衰の減少を補償できる。幾つかの実施形態では、圧力が等化されたことと補償又は故障が発生したことを示すために、通知又は警告が外部回路に提供されうる。
【００６６】
ジャイロスコープキャビティ３０２内の圧力が等化圧力を超えることをジャイロスコープの測定値が示す場合、これは、ジャイロスコープキャビティ３０２が外部圧力ＰＩに晒されていることを示すことがある。幾つかの実施形態では、加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方の動作を一時的に補償できるが（例えば、圧力しきい値又は変化率しきい値以内）、外部圧力への露出は、最終的にジャイロスコープ又は加速度計の一方又は両方を劣化させ、この両方が動作を停止し故障が示されうる。幾つかの実施形態では、（例えば、測定値が等化圧力を超える圧力を示すことに基づいて）ジャイロスコープシール３０３が破損したことが分かるが、加速度計シール３０５が破損したことが分からないことがある。一実施形態では、加速度計は、動作し続けることができるが、加速度計キャビティ３０４内の汚染による破損を示す不規則パターンや、Q値変動又は汚染の可能性を示す他の利用可能な自己診断回路からの異常出力など、加速度計シール３０５の破損を示す値に関して、加速度計からの測定値を監視すべきであることを示す警告が提供されうる。この監視に基づいて、処理回路１１４は、加速度計を動作し続けるか、加速度計の故障が起きたことを示すかを決定できる。
【００６７】
図４〜図５は、本開示の幾つかの実施形態によるジャイロスコープによって圧力を決定するための典型的ステップを示す。図４〜図５は、本開示の文脈（例えば、図１〜図３に示されたような、運動処理システム１００、センサ１１２、ジャイロスコープ２００、並びに密封されたジャイロスコープ及び加速度計）で記述されるが、図４〜図５に示された方法及びステップが、様々なジャイロスコープ設計、加速度計設計及び密閉構成に適用されうることを理解されよう。図４〜図５に特定の順序及び流れのステップが示されているが、幾つかの実施形態では、ステップの１つ以上が、修正、移動、除去又は追加されてもよく、図４〜図５に示された流れが修正されてもよいことを理解されよう。
【００６８】
図４〜図５の実施形態が、ジャイロスコープキャビティ内の圧力上昇の監視について述べるが、本開示に記述されるジャイロスコープ圧力測定技術が、例えばゲッタリング効果の結果として圧力の低下を測定できることを理解されよう。幾つかの実施形態では、圧力の低下又は圧力の低下率の１つ以上のしきい値が利用されてもよく、補償又は故障分析は、本明細書に記載されているように実行されうる。
【００６９】
図４は、本開示の幾つかの実施形態による破損したシールによる故障を識別する典型的ステップを示す。ステップ４０２で、処理回路１４０は、（例えば、完全にジャイロスコープシール３０３内にある加速度計シール３０５によって）全体的に封止された加速度計を有するジャイロスコープ（例えば、ジャイロスコープ２００）によって圧力測定に使用されるしきい値に（例えば、メモリ１６０又はＭＥＭＳセンサのレジスタから）アクセスできる。本明細書に記述されるように、圧力しきい値（例えば、変化率、補償しきい値、故障しきい値、等化圧力）、測定値しきい値（例えば、Q値、駆動電圧、駆動センス電圧、補助駆動電圧、センス電圧）、及び圧力しきい値と測定値しきい値の間のスケールファクタなど、幾つかのパラメータを測定するために、幾つかのしきい値が提供されうる。しきい値の幾つか又は全てが絶対値でもよく、幾つか又は全てのしきい値が、部分的にジャイロスコープの初期ベースライン測定値に基づいてもよい（例えば、試験中又は起動時）。しきい値がアクセスされた後、処理は、ステップ４０４に進むことができる。
【００７０】
ステップ４０４で、ジャイロスコープの特性が測定され、圧力関連しきい値と比較されうる。測定された特性には、Q値、駆動電圧、駆動センス電極の電圧、補助駆動電極の駆動電圧、センス電圧、駆動比率、任意の他の適切な特性、又はこれらの任意の組み合わせなど、任意の適切な値が含まれうる。幾つかの実施形態では、気温測定などの圧力の変化による影響を直接受けない追加測定が、例えば、圧力に関連した効果を温度などの他の効果と区別するために行われうる。ジャイロスコープ特性が測定された後、処理は、ステップ４０６に進むことができる。
【００７１】
ステップ４０６で、ステップ４０４からの測定値、又はそれから計算された値（例えば、Q値又は圧力）が、ステップ４０２からのアクセスしきい値と比較されうる。幾つかの実施形態では、測定値又はしきい値の１つ又は両方が、温度などの他の測定値又は既知の値に基づいて補償されうる。本明細書に記述されたように、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープキャビティ内の圧力を示すしきい値がしきい値を超えない場合、又はジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化率がしきい値を超える場合、これは、外部ジャイロスコープシールも内部加速度計シールも破損されていないことを示す。これらのどのしきい値も超えない場合、処理は、ステップ４０４に戻ってジャイロスコープ特性を測定し続けることができる。しきい値のどれかを超えた場合、処理は、ステップ４０８に進むことができる。
【００７２】
ステップ４０８で、任意の条件下で圧力の変化を補償できるかどうかが決定されうる。幾つかの典型的な用途では、ジャイロスコープ又は加速度計の一方又は両方が、ある一定の条件下で（例えば、ジャイロスコープキャビティ内の全圧力低下が比較的少ない場合、又は外部ジャイロスコープシールが機能したままであることを圧力読取り値が示す場合）動作し続けることができる。他の用途では、ジャイロスコープシール又は加速度計シールのどちらかが破損したことが示された場合、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作を停止させたいことがある。補償が可能かもしれない場合、処理は、図５に進むことができる。補償が可能でない場合、処理は、ステップ４１０に進むことができる。
【００７３】
ステップ４１０で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧がジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されることがある。次に、処理が、ステップ４１２に進むことができる。
【００７４】
ステップ４１２で、処理回路又は外部回路に、ジャイロスコープと加速度計が故障したことを示す通知が提供されうる。幾つかの実施形態では、通知は、測定圧力、Q値、電圧、駆動比率、シールのどれが破損したか、又は故障に関する他の適切な情報など、故障に関する情報も含みうる。次に、図４の処理が終了されうる。
【００７５】
図５は、本開示の幾つかの実施形態によるＭＥＭＳセンサの動作における補償の典型的ステップを示す。本明細書に記述されたように、図５のステップは、図４のステップ４０６で１つ以上のしきい値を超えたこと、及び特定の状況下で補償が許可されうることの指示に基づいて開始されうる。図５の典型的実施形態では、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が、ジャイロスコープ及び加速度計キャビティ間の等化圧力より小さいか、この等化圧力と等しいか、この等化圧力より大きいかにより、様々な補償ステップがとられうる。しかしながら、補償技術が、任意の適切な圧力しきい値又は組になったしきい値に基づきうることを理解されよう。
【００７６】
ステップ５０２で、圧力（又は、圧力に関連した測定値）が、ジャイロスコープ及び加速度計キャビティ間の等化圧力より小さいかどうか決定されうる。一実施形態では、そのような圧力は、外部ジャイロスコープシールが破損していないこと、圧力の変化が比較的遅い速さで起こりうることを示すことがある。圧力が等化圧力以上の場合、処理は、ステップ５１０に進むことができる。圧力が等化圧力よい小さい場合、処理は、ステップ５０４に進むことができる。
【００７７】
ステップ５０４で、圧力（又は、測定値）が、１つ以上のしきい値と比較されうる。一実施形態では、しきい値は、測定圧力が等化圧力より小さい状況に固有でよい。一実施形態では、圧力の変化率が、変化率しきい値と比較されてもよく、しきい値より低い変化率は、加速度計又はジャイロスコープの１つ以上が動作し続けうる状況を示す。幾つかの実施形態では、様々な補償技術が利用されうるとき、又は様々な警告又は通知が提供されうる（例えば、測定値が低い分解能を有する）とき、複数の圧力しきい値が、加速度計又はジャイロスコープの１つ以上が動作し続けうるしきい値を提供できる。しきい値との比較に基づいて、加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方の動作を補償できるかどうか、又は故障によって両方の動作の停止が必要とされるかどうかが決定されうる。補償が可能な場合、処理は、ステップ５０６に進むことができる。補償が可能でない場合、処理は、ステップ５０８に進むことができる。
【００７８】
ステップ５０６で、本明細書に記述されたような加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方に補償技術が使用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープが、通常動作（例えば、角速度の測定）を停止すべきであるが、圧力を測定するために動作され続けうることを決定できる。補償技術が、加速度計とジャイロスコープに適用された後、処理は、通知を提供するためにステップ５２６に進むことができる。
【００７９】
ステップ５０８で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧は、ジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されることがある。次に、処理は、通知を提供するステップ５２６に進むことができる。
【００８０】
ステップ５１０で、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が等化圧力より低いことを事前に決定されてもよい。ステップ５１０で、圧力（又は、圧力と関連した測定値）が、ジャイロスコープ及び加速度計キャビティ間の等化圧力と等しいか（例えば、予想された等化圧力より低いか高いしきい値内）どうかが決定されうる。一実施形態では、この決定は、ジャイロスコープ内の圧力の変化率が、ジャイロスコープキャビティ内の定常状態を示すしきい値より低いことに基づいてもよい。一実施形態では、そのような圧力は、外部ジャイロスコープシールが破損していないこと、内部加速度計シールが破損していること、及びキャビティ間の圧力が定常状態に達したことを示しうる。圧力が等化圧力と等しくない場合、処理は、ステップ５１８に進むことができる。圧力が等化圧力と等しい場合、処理は、ステップ５１２に進むことができる。
【００８１】
ステップ５１２で、圧力（又は、測定値）が、１つ以上のしきい値と比較されうる。幾つかの実施形態では、補償が許可されうる唯一の圧力が、等化圧力より低い圧力でよい。幾つかの実施形態では、しきい値を超える任意の変化率が、等化圧力が定常状態にないことを示しうる。そのような状況では、現在の等化圧力は、故障を示すことがあり、処理は、ステップ５１６に進むことができる。ジャイロスコープキャビティ内の圧力が等化され、補償が許可された場合、処理は、ステップ５１４に進むことができる。
【００８２】
ステップ５１４で、本明細書に記述されたような加速度計又はジャイロスコープの一方又は両方に補償技術が使用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープが、通常動作（例えば、角速度の測定）を停止すべきであるが、圧力を測定するために動作され続けうることを決定できる。補償技術が、加速度計とジャイロスコープに適用された後、処理は、通知を提供するためのステップ５２６に進むことができる。
【００８３】
ステップ５１６で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧は、ジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されうる。次に、処理は、通知を提供するステップ５２６に進むことができる。
【００８４】
ステップ５１８では、事前に、ステップ５０２で、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が等化圧力以上であることが決定され、ステップ５１０で、圧力が等化圧力と等しくないことが決定された。幾つかの実施形態では、等化圧力より大きい圧力が、ジャイロスコープシールが破損したことを示しうる。本明細書に記述されたように、幾つかの実施形態では、加速度計シールが破損していないという仮定に基づいて加速度計を動作させ続けたいことがある。そのような場合、処理は、ステップ５２０に進むことができる。故障が示される場合、処理は、ステップ５２２に進むことができる。
【００８５】
ステップ５２０で、本明細書に記述されたように加速度計に補償技術が使用されうる。幾つかの実施形態では、ジャイロスコープが圧力を測定するために操作され続けうることを決定できる。次に、処理が、ステップ５２４に進むことができる。
【００８６】
ステップ５２４で、ジャイロスコープキャビティ内の圧力が変化する前、又は変化がしきい値を超える前に、加速度計測定値が、前の加速度計測定値と比較されうる。しきい値を超える測定値の変化が、加速度計キャビティが破損されたことを示すことがあり、処理は、ステップ５２２に進むことができる。しきい値を超えない場合、処理は、通知を提供するためのステップ５２６に進むことができる。
【００８７】
ステップ５２２で、ジャイロスコープと加速度計の両方の動作が停止されうる。駆動電圧は、ジャイロスコープに提供されなくなることがあり、幾つかの実施形態では、ジャイロスコープと加速度計の両方から電力が除去されることがある。次に、処理は、通知を提供するステップ５２６に進みうる。
【００８８】
ステップ５２６で、ジャイロスコープと加速度計が故障したこと、又は補償が行われていることを示す通知が、処理回路又は外部回路に提供されうる。幾つかの実施形態では、通知は、補償技術に関する情報、又は測定圧力、Q値、電圧、駆動比率、シールのどれが破損したか、又は故障に関する他の適切な情報などの故障に関する情報も含みうる。次に、図５の処理が終了できる。
【００８９】
以上の説明は、本開示による典型的実施形態を含む。これらの例は、説明のためのものであり、限定するためのものではない。本開示が、本明細書に明示的に記述され描かれた形態と異なる形態で実施されてもよく、以下の特許請求の範囲と一致する様々な修正、最適化及び変形が、当業者によって実現されうることを理解されよう。
【符号の説明】
【００９０】
１００  運動処理システム
１２０  ＭＥＭＳセンサ
１４０  処理装置
１６０  メモリ
１８０  追加ＭＥＭＳ
３００  外部圧力領域
３０２  ジャイロスコープキャビティ
３０３  ジャイロスコープシール
３０４  加速度計キャビティ
３０５  加速度計シール
３０８  ジャイロスコープ
３１０  加速度計
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械センサパッケージであるＭＥＭＳパッケージであって、
第１のキャビティシールによって密閉された第１のキャビティであって、前記第１のキャビティシールが、前記第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力との間の障壁を提供する第１のキャビティと、
第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティであって、前記第２のキャビティシールが、完全に前記第１のキャビティシール内にあり、前記第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と前記第１のキャビティ圧力との間の障壁を提供する第２のキャビティと、
前記第２のキャビティ内にあり、１つ以上の直線加速度を測定するように構成されたＭＥＭＳ加速度計と、
前記第１のキャビティ内にあり、１つ以上の角速度を測定するように構成されたＭＥＭＳジャイロスコープであって、更に、前記第１のキャビティシール又は前記第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに前記第１のキャビティ内の圧力の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳジャイロスコープと、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープに結合され、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された前記圧力である検出圧力の変化に基づいて故障を識別する処理回路とを含む、
ＭＥＭＳパッケージ。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、
複数の可動マスと、前記複数の可動マスを駆動する１つ以上の駆動アクチュエータとを含み、前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、前記第１のキャビティ内の前記圧力の変化を、前記複数の可動マスのうちの１つ以上の可動マスの運動に基づいて識別する、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、前記１つ以上の可動マスの運動に基づいて１つ以上のセンス信号を出力するように構成された１つ以上のセンス電極を含み、前記処理回路が、前記圧力の変化を前記センス信号に基づいて識別する、
請求項２に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項４】
前記１つ以上の駆動アクチュエータが、前記複数の可動マスのうちの１つ以上の駆動マスを駆動し、前記１つ以上のセンス電極が、前記駆動マスの運動に基づいて前記センス信号を出力するように構成された駆動センス電極を有する、
請求項３に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項５】
前記処理回路は、前記センス信号が前記センス信号の運動しきい値より小さいときに前記圧力の変化を識別するように構成された、
請求項４に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項６】
前記運動しきい値が、前記第１のキャビティ圧力の初期圧力の下での前記駆動マスの運動より１０％少ない、
請求項５に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープは、前記駆動アクチュエータに印加された駆動電圧が電圧しきい値を超えるときに前記圧力の変化を識別するように構成された、
請求項２に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項８】
前記電圧しきい値が、前記第１のキャビティ圧力の初期圧力下で所定の運動を生成するために印加された初期駆動電圧との駆動電圧差に基づく、
請求項７に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項９】
前記駆動電圧差が、前記初期駆動電圧より１０％高い、
請求項８に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１０】
前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、前記ＭＥＭＳジャイロスコープのQ値を決定し、前記Q値がQ値しきい値より小さいときに前記圧力の変化を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１１】
温度センサを更に含み、前記Q値しきい値が、前記温度センサの測定温度に基づく、
請求項１０に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１２】
前記Q値しきい値が、前記第１のキャビティ圧力の初期圧力下での前記ＭＥＭＳジャイロスコープのQ値より１０％少ない、
請求項１１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１３】
前記処理回路が、故障が識別されたときに通知を生成するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１４】
前記第２のキャビティ圧力の初期圧力が、大気圧より少なくとも１桁低い、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１５】
前記第１のキャビティ圧力の初期圧力が、前記第２のキャビティの前記初期圧力より約１桁低い、
請求項１４に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１６】
前記処理回路が、更に、前記検出圧力と圧力しきい値との比較に基づいて前記故障を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１７】
前記処理回路が、更に、ある時間にわたる前記検出圧力と変化率しきい値との比較に基づいて前記故障を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１８】
前記処理回路は、更に、ある時間にわたる前記検出圧力と変化率しきい値との比較と、前記検出圧力と圧力しきい値との比較に基づいて前記故障を識別するように構成された、
請求項１に記載のＭＥＭＳパッケージ。
【請求項１９】
微小電気機械センサパッケージであるＭＥＭＳパッケージ内の圧力の変化を検出する方法であって、
ＭＥＭＳジャイロスコープから１つ以上の角速度を決定するステップ、ここで、前記ＭＥＭＳジャイロスコープが、第１のキャビティ内にあり、前記第１のキャビティが、第１のキャビティシールによって密閉され、前記第１のキャビティシールが、前記第１のキャビティ内の第１のキャビティ圧力と外部圧力の間に障壁を提供する、と、
ＭＥＭＳ加速度計から１つ以上の直線加速度を決定するステップ、ここで、前記ＭＥＭＳ加速度計が、第２のキャビティシールによって密閉された第２のキャビティ内にあり、前記第２のキャビティシールが、完全に前記第１のキャビティシール内にあり、前記第２のキャビティ内の第２のキャビティ圧力と前記第１のキャビティ圧力との間に障壁を提供する、と、
前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって、前記第１のキャビティシール又は前記第２のキャビティシールの少なくとも一方が破損したときに前記第１のキャビティ内の圧力の変化を検出するステップと、
処理回路によって、前記ＭＥＭＳジャイロスコープによって検出された前記圧力の変化に基づいて故障を識別するステップと
を含む
方法。
【請求項２０】
マルチセンサ微小電気機械センサパッケージであるマルチセンサＭＥＭＳパッケージであって、
１つ以上の回転軸のまわりの角速度を測定するように構成されたジャイロスコープであって、
複数のジャイロスコープ可動マスと、
前記複数のジャイロスコープ可動マスのうちの１つ以上を駆動する１つ以上の駆動電極であって、駆動電圧によって駆動される１つ以上の駆動電極と、
前記ジャイロスコープセンス電極のセンス電圧に基づいて、前記複数のジャイロスコープ可動マスのうちの１つ以上のジャイロスコープ可動マスの運動を検出する１つ以上のジャイロスコープセンス電極と
を含むジャイロスコープと、
１つ以上の軸に沿った直線加速度を測定するように構成された加速度計であって、
１つ以上の加速度計可動マスと、
前記１つ以上の加速度計可動マスの運動を検出する１つ以上の加速度計センス電極と
を含む加速度計と、
前記加速度計を密閉する加速度計シールリングであって、前記加速度計シールリング内の加速度計キャビティの加速度計圧力を提供する加速度計シールリングと、
前記ジャイロスコープと前記加速度計シールリングの全体とを密閉するジャイロスコープシールリングであって、前記ジャイロスコープシールリングが、前記ジャイロスコープシールリング内にジャイロスコープキャビティのジャイロスコープ圧力を提供し、前記加速度計シールリングが、前記加速度計圧力と前記ジャイロスコープ圧力の間に障壁を提供するジャイロスコープシールリングと、
少なくとも前記駆動電圧又は前記センス電圧に基づいて前記ジャイロスコープキャビティ内の圧力の変化を検出し、前記圧力の変化に基づいて故障を識別するように構成された処理回路とを含む、
マルチセンサＭＥＭＳパッケージ。
【国際調査報告】
2019505770.tif 000008
2019505770.tif 000009