(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性が高くかつ効率的な測定が、とりわけコンパクトな信頼性を有しかつ効率的な測定を可能とする、振動マイクロ−メカニカルセンサーを提供する。【解決手段】震動質量１、２がバネによってまたはバネと堅固な補助構造によって支持領域に接続され、これによって、震動質量によって形成されるウェハーの平面に垂直な回転軸に関する自由度、および、該ウェハーの平面に平行な少なくとも１つの回転軸に関する自由度が、震動質量１、２に与えられる。【選択図】図１
2011149944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度についての振動マイクロ−メカニカルセンサーであって、
当該センサーは、２つの震動質量部（１）、（２）、（３６）、（３７）を有し、これら質量部は、センサー構成部品の本体に支持領域の所で取り付けられ、かつ、当該センサーは、該質量部（１）、（２）、（３６）、（３７）の間にある接続バネを有し、
角速度についての当該センサーの、生じるべき主運動は、支持領域に関する、２つの震動質量部（１）、（２）、（３６）、（３７）の逆位相の角振動であり、
該震動質量部（１）、（２）、（３６）、（３７）は、互いに少なくとも１つの曲がりバネ（１１）、（５０）によって接続されており、そのことが、それら質量部の主運動を機械的に同期させており、
該震動質量部（１）、（２）、（３６）、（３７）は、バネによってまたはバネと剛性を有する補助構造によって支持領域に接続されており、そのことが、震動質量部（１）、（２）、（３６）、（３７）に、それら質量部によって形成されるウェハーの平面に垂直な回転の軸に関する自由度と、前記ウェハーの平面の方向を向いた少なくとも１つの回転の軸に関する自由度とを与えている
ことを特徴とする、前記角速度についての振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項２】
角速度についての当該センサーが、１つの軸に関して角速度を測定する角速度についてのセンサーであって、当該センサーが、２つの震動質量部（１）、（２）を持っており、これら質量部が、少なくとも２つの取付けスポット（３）、（４）の所で、センサー構成部品の本体に取り付けられることを特徴とする、請求項１記載の角速度についてのセンサー。
【請求項３】
曲がりバネ（１１）が、幅が広いことよりも、実質的により高いことを特徴とする、請求項２記載の角速度についてのセンサー。
【請求項４】
角速度についての当該センサーが、
主運動のための回転バネ（５）、（６）を有し、これらバネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
検出運動のための捩りバネ（７）〜（１０）を有し、これらバネは、外部からの角速度によって生成されるトルクモーメントによって生じる捩り振動に関して、柔軟性を持つものであることを特徴とする、請求項２または３記載の角速度についてのセンサー。
【請求項５】
外部からの角速度によって生じる振動が、質量部（１）、（２）の上方または下方に配置された電極によって、静電容量的手法で検出されることを特徴とする、請求項２、３または４記載の角速度についてのセンサー。
【請求項６】
電極が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側の面に成長していることを特徴とする、請求項５記載の角速度についてのセンサー。
【請求項７】
角速度についての当該センサーが、第２の曲がりバネを有し、該バネが、角速度についての当該センサーの質量部同士を接続するバネ（１１）と、実質的に同じ方向に延びており、かつ、その中央ポイントの所に取り付けられていることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項８】
質量部（１）、（２）が、取付けスポット（３）、（４）によって、および、付加的には中央に設けられた取付けスポット（１２）、（１３）によって、該本体に取り付けられることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項９】
質量部（１）、（２）が、取付けスポット（３）、（４）によって、および、付加的にはコーナーまたは端部に設けられた取付けスポット（１４）〜（１７）によって、該本体に取り付けられることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１０】
質量部（１）、（２）が、取付けスポット（１８）、（１９）によって、該本体に取り付けられ、該取付けスポット（１８）、（１９）の一方の側が、設計された剛性を有する補助構造によって、質量部（１）、（２）に取り付けられていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１１】
質量部（１）、（２）が、取付けスポット（１８）、（１９）によって、該本体に取り付けられ、該取付けスポット（１８）、（１９）の一方の側が、バネによって、質量部（１）、（２）に取り付けられていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１２】
質量部（１）、（２）が、取付けスポット（２４）、（２５）によって該本体に取り付けられ、これら取付けスポットは、端部の中央の所に設けられており、かつ、付加的には、取付けスポット（２０）、（２１）によって該本体に取り付けられ、これら取付けスポット（２０）、（２１）の一方の側が、バネ（２２）、（２３）によって質量部（１）、（２）に取り付けられていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１３】
角速度についての当該センサーが、歪緩和構造（２６）、（２７）を有することを特徴とする、請求項２から１２のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１４】
角速度についての当該センサーが、クシ形の構造（２８）、（２９）を有することを特徴とする、請求項２から１３のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１５】
角速度についての当該センサーが、放射状のクシ形構造（３４）、（３５）を有することを特徴とする、請求項２から１４のいずれか１つに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１６】
角速度についての当該センサーが、２つの軸に関する角速度を測定する角速度についてのセンサーであって、当該センサーは、２つの震動質量部（３６）、（３７）を含んでおり、該質量部が、２つの取付けスポット（３８）、（３９）によって、センサー構成部品の本体に取り付けられることを特徴とする、請求項１記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１７】
曲がりバネ（５０）が、幅が広いことよりも、実質的により高いことを特徴とする、請求項１６記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１８】
角速度についての当該センサーが、
主運動のための回転バネ（４０）、（４１）を有し、これら回転バネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
第１の方向における検出運動のための捩りバネ（４２）〜（４５）を有し、これら捩りバネは、第１の方向における検出運動に関して柔軟性を持っており、
第２の方向における検出運動のための捩りバネ（４６）〜（４９）を有し、これら捩りバネは、第２の方向における検出運動に関して柔軟性を持っている
ことを特徴とする、請求項１６または１７記載の角速度についてのセンサー。
【請求項１９】
外部からの角速度によって生じる振動が、質量部（３６）、（３７）の上方または下方に配置された電極によって、静電容量的手法で検出されることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項２０】
電極が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側の面に成長していることを特徴とする、請求項１９記載の角速度についてのセンサー。
【請求項２１】
取付けスポット（３）、（４）、（１４）〜（１９）、（２０）、（２１）、（２４）、（２５）、（３０）、（３１）が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに、陽極的手法によって接合されることを特徴とする、請求項２〜２０のいずれかに記載の角速度についてのセンサー。
【請求項２２】
取付けスポット（３）、（４）、（１４）〜（１９）、（２０）、（２１）、（２４）、（２５）、（３０）、（３１）は、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに溶融接合を介して接合される、ことを特徴とする、請求項２から２０のいずれかに記載の角速度についてのセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、角速度の測定において用いられる測定デバイスに関し、より詳細には、角速度についての、振動マイクロ−メカニカルセンサー(oscillating micro-mechanical sensor)に関する。本発明は、とりわけ、コンパクトな振動マイクロ−メカニカル角速度センサーのソリューションにおいて、信頼性を有しかつ効率的な測定を可能とする改善されたセンサー構造を提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
振動センサーに基づいた角速度の測定は、単純な原理を有し、そして、角速度の測定の信頼できるやり方を提供するとが示されている。角速度の振動センサーにおいて最も一般的に用いられている動作原理は、所謂、音叉の原理(turning fork principle)である。
【０００３】
角速度についての振動センサーでは、ある既知の主運動(primary motion)がセンサー内に生成されかつ維持される。他方、該センサーを用いて測定されるべき所望の運動は、主運動からの偏差(deviation)として検出される。音叉の原理では、主運動は、２つの震動(vibrating)する直線的な共振器の逆位相の振動(oscillation)である。
【０００４】
該共振器の運動の方向に対して垂直な方向にて、該センサーに作用する外部の角速度は、複数の質量部(masses)上に、反対方向に、コリオリの力を誘導する。該コリオリの力は、角速度に比例し、それら質量部から直接的に検出され、即ち、それら質量部は、同じ回転シャフトに接続され、そして、検出運動は角速度軸の方向における角振動である。
【０００５】
震動および衝撃に対する抵抗は、角速度についてのセンサーに要求される中心的な特徴である。とりわけ、ある要求での用途、例えば、自動車産業における電子的な安定性プログラムにおいては、これら要求は極めて厳しい。例えば、石によって引き起こされる外部からの衝撃などの、ハードな一撃、または、車のオーディオプレイヤーによって引き起こされる震動でさえも、角速度についてのセンサーの出力に影響を及ぼしてはならない。
【０００６】
音叉の原理に従った測定では、検出運動は、角振動または微分直線状振動であり、このため、いかなる外部の直線状の加速度も、理想構造における検出共振器に結合(link)することはない。しかしながら、不可否的に、角速度についてのセンサーの検出の軸に対する角加速度も、材料および支持体内の震動に起因して、衝撃および震動から生成される。こうして、検出する共振器の運動は不可否的に妨害を受け、そして、それが、角速度についてのセンサーの出力信号に、とりわけ妨害(interference)の周波数がセンサーの作動周波数に近いときには、偏差を生じさせる。
【０００７】
従来技術による角速度についてのセンサーも開発されており、これらのセンサーでは、主運動と検出運動の両方が角振動(angular oscillation)である。角速度についてのセン
サーに対するそのような従来技術によるソリューション（解決策）が、例えば、Ｕ．Ｓ．特許第６，３４９，５９７号において説明されている。このＵ．Ｓ．特許において述べられている角速度のセンサーに対するソリューションでは、主運動は、そのウェハーの平面内に存在するＺ軸についての角振動として実現される。角速度検出運動もこれと対応するように、Ｚ平面に対するウェハーの勾配として測定される。この提案されているソリューションでは、角速度に起因するモーメントは、その振動構造の質量部に比例することに加えて、角速度の軸の方向における質量部の長さの二乗に比例する。
【０００８】
上記で述べられた従来技術のソリューションは、しかしながら、外部からの機械的な妨害に対して、音叉の原理に基づく構造とほとんど同程度の感度を示している。主運動だけが、角振動であって、直線状(linear)の加速度に対する感度が劣り、しかし、該主運動は、どうしても、検出運動よりも、外部の力に対して感度が明らかに劣る。
【０００９】
現時点において一般的に知られている角速度のマイクロ−メカニカルセンサーの測定原理は、振動に対する感度の観点からは最良のものではない。こうして、本発明の目的は、角速度の振動センサーに対する構造を提供することにあり、従来技術によるソリューションと比較して機械的な妨害のリンクに対して明らかに感度が低いものである。
【発明の概要】
【００１０】
発明の概要
本発明の目的は、とりわけコンパクトな角速度の振動センサーソリューションにおいて、信頼性が高くかつ効率的な測定が可能であり、しかも従来技術によるソリューションと比較して機械的な干渉のリンクに対して充分に感度が低い、改善された角速度の振動センサーを提供することにある。
【００１１】
本発明によると、角速度についての振動マイクロ−メカニカルセンサーが提供され、当該センサーは、２つの震動質量部を有し、これら質量部は、センサー構成部品の本体に支持領域の所で取り付けられ、かつ、当該センサーは、該質量部の間に位置する接続バネを有し、
角速度についての当該センサーには、生成されるべき主運動は、支持領域に関する、２つの震動質量部の逆位相の角振動であり、
これら震動質量部は、互いに少なくとも１つの曲がりバネによって接続されており、そのことが、それら質量部の主運動を機械的に同期させており、
これら震動質量部は、バネによってまたはバネと剛性を有する補助構造によって支持領域に接続されており、そのことが、震動質量部に、それらによって形成されるディスクの平面に垂直な回転の軸に関する自由度と、該ディスクの平面の方向を向いた少なくとも１つの回転の軸に関する自由度とを与えている。
【００１２】
好ましくは、角速度についての当該センサーは、１つの軸に関して角速度を測定する角速度についてのセンサーであって、当該センサーでは、２つの震動質量部が、少なくとも２つの取付けスポットの所で、センサー構成部品の本体に取り付けられる。さらに、好ましくは、曲がりバネは、幅が広いことよりも、実質的により高いものである。
【００１３】
好ましくは、角速度についての当該センサーは、
主運動のための回転バネを有し、これらバネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
検出運動のための捩りバネを有し、これらバネは、外部からの角速度によって導入されるトルクモーメントによって生じる捩り振動に関して、柔軟性を持つものである。
【００１４】
好ましくは、外部からの角速度によって生じる振動は、質量部の上方または下方に配置された電極によって、静電容量的に検出される。さらに、好ましくは、これら電極は、センサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側の面に成長している。
【００１５】
好ましくは、角速度についての当該センサーが、角速度についての当該センサーの質量部同士を接続するバネの中央ポイントの所に取り付けられている、第２の曲がりバネを有し、該バネが、実質的に同じ方向に延びている。
【００１６】
好ましくは、質量部は、取付けスポットによって、および、付加的には、中央に設けられた取付けスポットによって、該本体に取り付けられる。代替的には、質量部は、取付けスポットによって、および、付加的には、コーナーまたは端部に設けられた取付けスポットによって、該本体に取り付けられる。さらに、代替的には、質量部は、取付けスポットによって、該本体に取り付けられ、該取付けスポットが、一方の側で、設計された剛性を有する補助構造によって、質量部に取り付けられている。さらに、代替的には、質量部は、取付けスポットによって、該本体に取り付けられ、該取付けスポットは、一方の側で、バネによって、質量部に取り付けられている。さらに、代替的には、質量部は、取付けスポットによって該本体に取り付けられ、これら取付けスポットは、端部の中央の所に設けられており、付加的には、取付けスポットによって該本体に取り付けられ、これら取付けスポットが、一方の側で、バネによって質量部に取り付けられている。
【００１７】
好ましくは、角速度についての当該センサーは、歪緩和構造を有する。好ましくは、角速度についての当該センサーは、クシ形の構造を有する。好ましくは、角速度についての当該センサーは、放射状のクシ形構造を有する。
【００１８】
好ましくは、角速度についての当該センサーは、２つの軸に関する角速度を測定する角速度についてのセンサーであって、当該センサーには、２つの震動質量部が取り付けられており、これら質量部が、２つの取付けスポットにおいて、センサー構成部品の本体に取り付けられる。好ましくは、その曲がりバネは、幅が広いことよりも、実質的により高いものである。
【００１９】
好ましくは、角速度についての当該センサーは、
主運動のための回転バネを有し、これら回転バネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
第１の方向における検出運動のための捩りバネを有し、これら捩りバネは、第１の方向における検出運動に関して柔軟性を持っており、
第２の方向における検出運動のための捩りバネを有し、これら捩りバネは、第２の方向における検出運動に関して柔軟性を持っている。
【００２０】
好ましくは、外部からの角速度によって生じる振動は、質量部の上方または下方に配置された電極によって、静電容量的に検出される。さらに、好ましくは、これら電極は、そのセンサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側面に成長している。
【００２１】
好ましくは、取付けスポットは、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに、陽極的手法によって接合される。代替的には、これら取付けスポットは、そのセンサー構造を密封的に閉じるウェハーに溶融接合によって接合される。
【００２２】
以下では、本発明およびこの好ましい実施例が添付の図面を例示的に参照しながら詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部の構造の斜視図を示している。
【図２】図２は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部を、主運動状態で示している。
【図３】図３は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部を、検出運動状態で示している。
【図４】図４は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部の１つの代替的な構造を示している。
【図５】図５は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部の第２の代替的な構造を示している。
【図６】図６は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部の第３の代替的な構造を示している。
【図７】図７は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部の第４の代替的な構造を示している。
【図８】図８は、本発明による、第５の代替的な角速度の振動センサーの、可動の質量部が主運動の状態になっているのを示している。
【図９】図９は、本発明による、第５の代替的な角速度の振動センサーの、可動の質量部が検出運動の状態になっているのを示している。
【図１０】図１０は、本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーの、可動の質量部の構造の斜視図を示している。
【図１１】図１１は、本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーの、可動の質量部が、Ｙ軸に関する角速度で生じた検出運動の状態にあるのを示している。
【図１２】図１２は、本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーの、可動の質量部が、Ｘ軸に関する角速度で生じた検出運動の状態にあるのを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
発明の詳細な説明
本発明による、角速度についてのセンサーでは、発生させられるべき主運動(primary motion)は、少なくとも２つの可動の震動質量部(seismic masses)の角振動であって、該主運動は、これら質量部をセンサー構成部品（センサーコンポーネント）の本体（ボディ）に取り付ける支持領域について、反対の位相となっている。各質量部のための支持領域が少なくとも１つ存在し、それらは、バネによって、または、バネと堅固な補助構造によって、それらの周囲の質量部に接続されており、ウェハーの平面に垂直な回転軸に関して、および、ウェハーの平面と同一方向の少なくとも１つの回転軸に関して、それら質量部に自由度を与えている。それら質量部は互いに少なくとも１つの曲がりバネ(bending spring)によって接続され、該曲がりバネが、それらの主運動を機械的に同期させる。当分野において知られている構造は、該運動を生成するために用いることができる。
【００２５】
図１は、本発明による、角速度の振動センサーの可動の質量部の構造の斜視図を示している。本発明による角速度についてのセンサーは、２つの震動質量部１、２を有し、これらは、センサー構成部品の本体に、２つの取付けスポット３、４の所で取り付けられる。該取付けスポット３、４は、質量部１、２の中央の所で、該構成部品の本体に、例えば、陽極的手法(anodic manner)によってまたは溶融接合によって接合することができる。
【００２６】
本発明による角速度についてのセンサーは、さらに、主運動のための回転バネ(rotary spring)５、６と、検出運動のための捩りバネ(torsion spring)７〜１０と、震動質量部
１、２を互いに接続する曲がりバネ１１とを有する。
【００２７】
図２は、本発明による角速度の振動センサーの可動の質量部が、主運動の状態にあるのを示している。本発明による角速度についてのセンサーは、主運動の状態になるように作動させられ、生成された主運動は、２つの震動質量部１、２の、反対の位相の角振動であって、センサー構成部品の本体に震動質量部１、２を取り付ける取付けスポット３、４についての角振動である。
【００２８】
中央に位置する長いバネ１１は、これら共振器を接続しており、質量部１、２の運動を、互いに反対の位相へと同期させる。さらに、その接続するバネ１１は、本質的に幅よりも高さが大きく、取付けスポット３、４を取り巻くフレームのＹ軸の方向への捩りモードを阻止し、こうして、それらフレームは、実質的にＺ軸の方向のみの自由度を有する。
【００２９】
本発明による角速度の振動センサーの質量部１、２は、両方とも、Ｘ軸の方向に延びる２つの捩りバネ７〜１０によって、取付けスポット３、４を取り巻くフレームに取り付けられる。こうして、これら震動質量部１、２は、２つの自由度を有し、即ち、一方は、Ｚ軸に関する自由度であり、他方は、Ｘ軸に関する自由度であり、これらが、角速度についてのセンサーとしての動作を可能にする。
【００３０】
図３は、本発明による角速度の振動センサーの可動の質量部が、検出運動状態にあるのを示している。本発明による、角速度についての当該振動センサーでは、Ｙ軸に関する外部からの角速度が、Ｚ軸の方向における、質量部１、２の反対の位相の主運動を、Ｘ軸について反対に向けられたトルクモーメントへとリンクさせる。これら回転モーメントは、主運動と同一周波数の、反対の位相の捩り振動を生じさせ、その振動は、Ｘ軸の方向における質量部の質量部１、２の検出軸についてのものである。本発明によるこの角速度の振動センサーでは、検出運動のための捩りバネ７〜１０は、捩り振動に関して柔軟性を有する。
【００３１】
本発明によるこの角速度の振動センサーでは、外部の角速度に起因する振動の振幅は、その角速度に正比例し、そしてこれは、例えば、これら質量部１、２の上方または下方に配置された電極によって静電容量的手法(capacitive manner)で検出することができ、こ
れら電極は、例えば、このセンサー構造を密封的（ハーメチック）に閉じるウェハーの内面上に成長させても良い。
【００３２】
図４は、本発明による角速度の振動センサーの可動の質量部の代替的な構造を示している。本発明による、この代替的な角速度の振動センサーでは、接続バネのあらゆる捩じれ（ツイスティング）が、中央の所において、付加的な曲がりバネによって低減される。この接続バネの捩り剛性の増加によって、この構造は、外部からの干渉によって生成される質量部の共通モード運動の観点からは、より剛性を有するものとなり、主モードのまたは検出モードを剛性化することは実質的にはない。
【００３３】
本発明による代替的な角速度の振動センサーでは、質量部１、２は、取付けスポット３、４によって、そして、付加的には、中央に位置した取付けスポット１２、１３によって、該本体に取付けられている。これら取付けスポット１２、１３は、該構成部品の本体に、例えば、陽極的手法によってまたは溶融接合によって接合しても良い。
【００３４】
図５は、本発明による角速度の振動センサーの可動の質量部の第２の代替構造を示している。本発明によるこの第２の代替的な角速度の振動センサーでは、接続バネのあらゆる捩じれが、該接続バネの中央から各コーナーへと延びている付加的な曲がりバネによって低減される。この接続バネの捩り剛性の増加によって、この構造は、外部からの干渉によって生成される質量部の共通のモードの運動の観点からは、より剛性を有するものとなり、主モードのまたは検出モードを剛性化することは実質的にはない。
【００３５】
本発明による第２の代替的な角速度の振動センサーでは、質量部１、２は、取付けスポット３、４によって、そして、付加的には、中央にコーナの所に位置した取付けスポット１４〜１７によって、該本体に取付けられる。これら取付けスポット１４〜１７は、エッジ領域の所で直接的に該本体に一体化してもよいし、または、これらは、該構成部品の該本体に、例えば、陽極的手法によってまたは溶融接合によって接合しても良い。
【００３６】
図６は、本発明による角速度の振動センサーの可動の質量部の、第３の代替的な構造を示している。本発明による、この第３の代替的な角速度の振動センサーでは、質量部１、２は、取付けスポット１８、１９によって該本体に取り付けられ、これら取付けスポット１８、１９は、一方の側において、バネによって質量部１、２に取り付けられている。これら取付けスポット１８、１９は、該構成部品の該本体に、例えば、陽極的手法によってまたは溶融接合によって接合しても良い。
【００３７】
本発明による角速度の振動センサーのこれら可動の電極の第３の代替的な構造は、バネの寸法の設計の観点で少し複雑であり、さらにこれは、同じバネが、主(primary)と検出
の両方のモードの関与するので、これらモード間の結合を増加させる。他方、上記で説明した第３の代替的構造は、空間の効率的な利用の長所を有し、かつ、より単純である。
【００３８】
図７は、本発明による角速度の振動センサーの可動の質量部の、第４の代替的な構造を示している。本発明による、この第４の代替的な角速度の振動センサーでは、質量部１、２は、取付けスポット２０、２１によって、そして、付加的には、端部の中央に位置した取付けスポット２４、２５によって、該本体に取り付けられる。これら取付けスポット２０、２１は、一方の側において、バネ２２、２３によって質量部１、２に取り付けらていれる。これら取付けスポット２０、２１、２４、２５は、該構成部品の該本体に、例えば、陽極的手法によってまたは溶融接合によって接合しても良い。本発明による、この第４の代替的な角速度の振動センサーには、さらに、これらバネの非線形的な特徴を低減させるための歪緩和構造２６、２７があり、かつ、静電気発生、維持、または、主運動の検出のためのクシ（櫛）形構造２８、２９がある。
【００３９】
図８は、本発明による第５の代替的な角速度の振動センサーの、可動の質量部が、主運動状の状態にあるのを示している。本発明による、この第５の代替的な角速度の振動センサーでは、質量部１、２は、取付けスポット３０、３１によって該本体に取り付けられ、これら取付けスポット３０、３１は、一方の側において、剛性を有する補助構造３２、３３によって質量部１、２に取り付けられている。これら取付けスポット３０、３１は、該構成部品の該本体に、例えば、陽極的手法によってまたは溶融接合によって接合しても良い。本発明による、この第５の代替的な角速度の振動センサーには、付加的に、放射状のクシ形構造３４、３５があり、震動質量部１、２を互いに接続する曲がりバネ１１がある。
【００４０】
図９は、本発明による第５の代替的な角速度の振動センサーの、可動の質量部が、検出運動の状態にあるのを示している。
【００４１】
上に説明された構造に加えて、質量部に２つの自由度を作り出すための多くの他のやり方が存在し、これら自由度は、本発明に従って角速度を測定するために必要とされるものである。
【００４２】
図１０は、本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーの、可動の質量部の構造の斜視図を示している。本発明による、２つの軸に関して角速度を測定する、この角速度についてのセンサーは、２つの震動質量部３６、３７を有しており、これらは、２つの取付けスポット３８、３９によってセンサー構成部品の本体に取り付けられている。本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーは、主運動のための回転バネ４０、４１と、第１の方向における検出運動のための捩りバネ４２〜４５と、第２の方向における検出運動のための捩りバネ４６〜４９と、２つの震動質量部３６、３７を互いに接続する曲がりバネ５０とを有する。
【００４３】
共振体(resonator)３６、３７を接続している、中央に位置する長いバネ５０は、それ
ら質量部の運動を、互いに反対の位相の運動へと同期させる。加えて、該接続バネ５０は、広さよりも実質的に高く、それが、取付けスポット３８、３９の周りのフレームのＹ軸の方向における捩れモードを妨害し、それによって、フレームは、実質的にＺ軸方向の自由度を有する。
【００４４】
前に説明した１つの軸を持った構造と比較すると、本発明によるこの２つの軸を有する角速度の振動センサーの構造は、付加的な剛性を有する補助構造を有し、これら補助構造は、バネによって、Ｙ軸の方向に延びる捩りバネ４６〜４９のペアによって、質量部３６、３７に懸架される。本発明による、この２つの軸を持った角速度の振動センサーの構造は、震動質量部３６、３７に、主運動に対して垂直な第２の自由度を与え、当該センサーが同一の主運動を利用して２つの軸を持った角速度についてのセンサーとして作動することを可能にしている。
【００４５】
図１１は、本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーの、可動の質量部が、Ｙ軸に関する角速度で生じた検出運動の状態にあるのを示している。本発明による、この２つの軸を持った角速度の振動センサーでは、Ｙ軸に関する外部からの角速度（これが測定されるべきものである）が、質量部３６、３７のＺ軸に関する逆位相の主運動を、Ｘ軸に関する逆位相のトルクモーメントに結合する。該トルクモーメントは、Ｘ軸に平行な検出軸に関しての、質量部の質量部３６、３７の逆位相の捩り振動を生成させる。本発明による、この２つの軸を持った角速度についてのセンサーでは、検出運動のための捩りバネ４２〜４５が、この捩り振動に関して柔軟性を有する。
【００４６】
図１２は、本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーの、可動の質量部が、Ｘ軸に関する角速度で生じた検出運動の状態にあるのを示している。本発明による、この２つの軸を持った角速度の振動センサーでは、Ｘ軸に関する、測定すべきアイテムに対する角速度が、質量部３６、３７のＺ軸の方向における逆位相の主運動を、Ｙ軸に関する逆位相のトルクモーメントに結合させる。該トルクモーメントは、質量部の逆位相の捩り振動を生成させ、該捩り振動は、主運動と同じ周波数であり、質量部の質量部３６、３７の検出軸についてのものであり、Ｙ軸に平行である。本発明による、この２つの軸を持った角速度についてのセンサーでは、検出運動のための捩りバネ４６〜４９が、この捩り振動に関して柔軟性を有する。
【００４７】
本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーでは、外部からの角速度で生じた振動は、角速度に正比例し、そしてこれは、例えば、質量部３６、３７の上方または下方に配置された電極によって静電容量的手法で検出することができ、これら電極は、例えば、このセンサー構造を密封的に閉じるウェハーの内面上に成長させることができる。
【００４８】
例示する構造に加えて、２つの軸を持った角速度についてのセンサーの多数のバリエーションを、本発明の範囲内で示すことができる。
【００４９】
従来技術によるセンサー構造と比較した、本発明による角速度の振動センサーの最も重要な長所は、その周囲からの震動および衝撃に対する、角速度信号における本質的に改善された抵抗である。本発明による、この角速度についてのセンサーでは、角速度が、共通の検出軸に関して質量部に逆位相の運動を生じさせ、それが、質量部のための差分検出回路(differential detection circuit)によって検出される。
【００５０】
本発明による、２つの軸を持った角速度の振動センサーでは、外部からの角加速度によって生じた、および、質量部のあらゆる質量非対称性によって生じた、リニアな加速度が、質量部に、同じ位相になったモーメントを生じさせる。同じ位相になった運動で生じた信号は、差分検出において相殺され、こうして、理想的な対称構造の場合には、外部からの機械的な妨害は、完全に過負荷な状況においてしか、出力に影響を与えることはない。
【００５１】
本発明による角速度の振動センサーは、また、運動の方向が注意深く考慮されているので、極めて高い信号レベルを可能にしている。この大きな慣性モーメントは、震動質量部の長さによってもたらされ、例えば、その質量部の上方または下方に配置された大きな電極によって、効率的に利用することができる。
【００５２】
本発明による、この角速度の振動センサーの構造の長所は、また、バネの変形の種々のモードにおける、とりわけ、フレームを持ったタイプの構造における特殊性(distinctiveness)であり、これらバネは、運動のモードの周波数と方向を本質的に決定する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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