(57)【要約】【課題】  振動構造の角速度センサ、およびその製造方法を提供する。【解決手段】  振動構造の角速度センサ４００が提供される。この角速度センサ４００は、基板４０６と、基板４０６に固定された複数の可撓性の支持構造４０４ａ、４０４ｂと、基板４０６に対して弾性的に移動するように、複数の支持構造４０４ａ、４０４ｂによって柔軟に支持された環状部材４０２と、共振周波数ｆ1での振動の一次モードで振動するように、環状部材４０２を駆動するように構成された電気駆動システムと、を備えている。複数の支持構造４０４ａ、４０４ｂは、環状部材４０２から駆動システムへのアクティブ電気接続を保持する、少なくとも１つのアクティブ支持構造４０４ａと、環状部材４０２から駆動システムへのアクティブ電気接続を保持しない、少なくとも１つのパッシブ支持構造４０４ｂと、を備えている。【選択図】図４
2019138902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に固定された複数の可撓性の支持構造と、
前記基板に対して弾性的に移動するように、前記複数の支持構造によって柔軟に支持された環状部材と、
共振周波数ｆ1での振動の一次モードで振動するように、前記環状部材を駆動するように構成された電気駆動システムと、を備え、
前記複数の支持構造が、
前記環状部材から前記駆動システムへのアクティブ電気接続を保持する、少なくとも１つのアクティブ支持構造と、
前記環状部材から前記駆動システムへのアクティブ電気接続を保持しない、少なくとも１つのパッシブ支持構造と、を備えている、振動構造の角速度センサ。
【請求項２】
共振周波数ｆ2での振動の二次モードの動きの振幅を判定するように構成されたピックオフシステムをさらに備えている、請求項１に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項３】
ｆ1＝ｆ2であるように、前記アクティブ支持構造と前記パッシブ支持構造との総数ｐが選択される、請求項２に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項４】
振動の前記一次モードがｃｏｓｎθモードであり、振動の前記二次モードがｓｉｎｎθモードであり、ここで、ｎが前記モードの次数であり、かつ任意の正の整数に等しい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項５】
ｋ・ｎ／ｐ≠整数であるように、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造との総数ｐが選択され、ここで、ｋが、１から６の間の整数であり、ｎが、振動の前記一次モードの次数である、請求項４に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項６】
前記環状部材が、その外周周りに配置された複数の変換器を備えている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項７】
前記少なくとも１つのアクティブ支持構造が、前記駆動システムから、前記複数の変換器の各々への、アクティブ電気接続を形成するように配置された複数のアクティブ支持構造を備えている、請求項６に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項８】
前記駆動システムと、前記複数の変換器の各々との間の前記アクティブ電気接続が、前記アクティブ支持構造に配された、導電性トラッキングを備えている、請求項７に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項９】
前記支持構造の１つまたは複数が、第１の半径方向部分であって、前記第１の半径方向部分と角度的に整列した第２の半径方向部分に接続された、第１の半径方向部分を備え、前記第１の半径方向部分と前記第２の半径方向部分とが、Ｕ形状の外周部分によって接続されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのパッシブ支持構造の形状及び／または寸法が、前記少なくとも１つのアクティブ支持構造の形状及び／または寸法と同一である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項１１】
前記アクティブ支持構造と前記パッシブ支持構造とが、前記環状部材の外周周りに、等しい角度で離間している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項１２】
前記アクティブ支持構造及び／または前記パッシブ支持構造の各々が、それぞれのアクティブサブ構造またはパッシブサブ構造の対を備えており、前記サブ構造が、物理的に分離しているが、前記環状部材の外周周りの実質的に同じ角度位置を有するポイントにおいて、前記環状部材に両方とも接触している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項１３】
前記アクティブ支持構造と前記パッシブ支持構造とが、前記環状部材の外周周りで、アクティブ支持構造の各々がパッシブ支持構造と交互になっているように、配置されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項１４】
アクティブ支持構造とパッシブ支持構造との総数が、ｋ・ｎ／ｐ≠整数を満たすｐの最小値であるように選択され、整数の数のアクティブ支持構造及びパッシブ支持構造が、振動の前記一次モードと前記二次モードとの角度のオフセットφ内に等しい角度で配置されていることを許容する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の振動構造の角速度センサ。
【請求項１５】
振動構造の角速度センサの製造方法であって、
前記角速度センサが、基板と、前記基板に固定された複数の可撓性の支持構造と、前記基板に対して弾性的に移動するように、前記複数の支持構造によって柔軟に支持された環状部材と、を備え
前記方法が、
前記環状部材から前記駆動システムへのアクティブ電気接続を保持する、少なくとも１つのアクティブ支持構造と、
前記環状部材から前記駆動システムへのアクティブ電気接続を保持しない、少なくとも１つのパッシブ支持構造と、を含むように、前記複数の支持構造の総数を選択することを含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、振動構造のジャイロスコープ及び角速度センサに関し、より詳細には、環状共鳴体などの振動構造を備えたコリオリタイプの角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの最新の用途のために、振動構造の角速度センサ（ジャイロスコープとしても知られている）が、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）の技術を使用して、ガラス基板層間に挟まれたシリコンウエハから構築されている。通常はリング構造を備えた平滑な環状共鳴体が、シリコン層に形成され、可撓性の支持構造によって下側基板上に支持されている。環状共鳴体は、一次振動モードを励起する一次駆動変換器による共鳴において、振動の一次モードになる。センサが環状共鳴体の平面に垂直な軸の周りに回転すると、コリオリの力が生成される。このコリオリの力は、二次振動モードにエネルギを結合し、このモードにおける振動を生じる。そのようなコリオリによって誘導される環状共鳴体の動きは、測定することができるとともに、速度センサが経る角運動の量を計算するために使用される。リング及びその支持構造は、同じ平面内にあり、シリコン層のエッチングによって製造される。同一の周波数の２つの減衰共鳴モードを利用することにより、環状共鳴体は、平面外に変位することができる振動器に関し、単一の共鳴モードを使用する、質量が移動する構造に比べ、より高い回転の感度を有する。特許文献１により、シリコンで形成された、平滑なリング状の振動構造を備えた、そのような角速度センサの実施例が提供されている。
【０００３】
振動構造の角速度センサでは、コンプライアントであるか可撓性の支持構造（しばしば、「脚部」として知られている）が、構造の残りの部分からリングの振動を絶縁するように設計されている。通常は、８つの脚部が、ｃｏｓ２θモードで、平面内で振動するように駆動される、コリオリタイプのセンサ内で環状共鳴体を弾性的に支持するために使用される。
【０００４】
誘導ジャイロスコープでは、駆動変換器は、環状共鳴体の表面上に配置された金属トラッキングを備えている。使用時には、振動電流が、駆動システムによって供給されて、変換器に沿って、支持脚部の表面上のさらなる金属トラッキングを介して流れる。環状共鳴体は、磁場にさらされており、金属トラッキングに沿って流れる電流により、環状共鳴体が経る力を生じさせる。各セグメントに金属トラッキングを正確に配置すること、及び、各セグメントに供給される電流を慎重に制御することにより、所与の軸に沿って力を生成することができ、また、環状共鳴体は、所望の一次振動モード（たとえば、ｃｏｓ２θ）で振動するように駆動される。
【０００５】
金属トラッキング構成は、誘導環状共鳴体の動きを検知するためにも使用することができる。環状共鳴体の表面に配された金属トラッキングをも備えたピックオフ変換器は、駆動力に起因して、磁場内を移動させられる。金属トラックが磁場内を移動すると、ピックオフ変換器内で電流が誘導され、この電流は、支持脚部の表面上に置かれた金属トラッキングを介してピックオフシステムに流れる。ピックオフシステムは、電流を測定して、環状共鳴体の動きを検知する。
【０００６】
ｃｏｓ２θモードで作動するように設計された慣習的なジャイロスコープでは、環状共鳴体の表面上の金属トラッキングの８つのセグメントが、２つのセットにグループ化されて、（０度及び１８０度に置かれる）一次駆動変換器セット、（９０度及び２７０度に置かれる）一次ピックオフ変換器セット、（４５度及び２２５度に置かれる）二次駆動変換器セット、ならびに、（１３５度及び３１５度に置かれる）二次ピックオフ変換器セットを形成する。これらは、ｃｏｓ２θモードの形状にマッチするように、正確に置かれなければならない。上述のように、電磁的に作動する（すなわち、誘導型）センサでは、駆動変換器に電流が供給され、ピックオフ電流が、ピックオフ変換器から、支持脚部の表面上に置かれた金属トラッキングを介して運ばれる。結果として、変換器の位置と支持脚部の位置とが、直接リンクする。
【０００７】
振動の一次モードと二次モードとは、通常、たとえば、特許文献２に開示のように、レーザバランシングを使用して、使用前に周波数のバランスが取られて、リングの幾何学的な不完全性を補償する。このことは、通常、バランシング設備を変換器に、支持脚部上の金属トラッキングを介して接続することによって達成される。バランシング設備は、一次駆動変換器に振動電流を提供し、かつ、一次ピックアップ変換器を使用して、結果としての動きを検知することにより、一次軸に沿う共振周波数を判定する。二次変換器は、このため、二次軸に沿う共振周波数を励起及び判定するために使用される。レーザは、このため、変換器軸に対する適切な位置における材料を取り除いて、２つの周波数を名目上で同一にするために使用される。いくつかの実施例では、バランシングの後の振動の一次モードの共振周波数と二次モードの共振周波数との間の差が、１Ｈｚ未満であり、好ましくは０．５Ｈｚ未満であり、さらに好ましくは０．１Ｈｚ未満である。
【０００８】
しかし、振動構造の角速度センサの物理的特性（すなわち、リング及び支持脚部）により、一次モードと二次モードとの両方において、振動の振幅が増大するにつれて、振動の共振周波数を変化させる。振幅が小さいと、共振周波数は概して一定であるが、振幅が増大するにつれて、周波数が非線形的に変化し、２つのモードの共振周波数が変化する。正常な動作においては、振動の二次モードにおける振幅が、通常は、一次モードの振幅よりもかなり低くなり、したがって、使用前に各モードのバランスが取られている場合であっても、動作中に周波数の分裂が生じる。たとえば、１４ｋＨｚの通常の共振周波数で作動するジャイロスコープに関し、通常は、バランシングの後でさえも、１Ｈｚまでの、不均一が残ったままである。支持脚部の構成は、センサの幾何学的な非線形性に影響する。８つの支持脚部では、周波数は、振動の間の半径方向の動きと接線方向の動きとの両方に関し、脚部の、３次元の幾何学的な、非線形的な動きに起因して、支配的に分裂する。２つのモードの共振周波数が、この非線形の状況ではもはや同一ではないことから、センサの感度が低下し、測定におけるノイズが増大する。したがって、従来技術に見られる多くの通常の振動構造の角速度センサでは、環状共鳴体が、線形の方式でのみ振動させられて、一次モードの共振周波数と二次モードの共振周波数とが分裂せず、測定に影響しないことを確実にする。
【０００９】
しかし、この非線形性に起因する周波数の分裂が、特定の数の支持構造、たとえば、ｃｏｓ２θモードに関しては１６対の支持脚部を設けることにより、いくらか和らげられ得ることが知られている。しかし、周波数の分裂を和らげるために必須の数の支持構造で速度センサを製造及び実施することには、顕著な課題が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６４７１８８３号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１３／１３６０４９号
【特許文献３】欧州特許第１７７５５５１号明細書
【特許文献４】米国特許第５７３９４１０号明細書
【特許文献５】英国特許第２４６０９３５号明細書
【特許文献６】国際公開第２０１０／００７４０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って本発明は、改良された角速度センサ、およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示は、
基板と、
基板に固定された複数の可撓性の支持構造と、
基板に対して弾性的に移動するように、複数の支持構造によって柔軟に支持された環状部材と、
共振周波数ｆ1での振動の一次モードで振動するように、環状部材を駆動するように構成された電気駆動システムと、を備え、
複数の支持構造が、
環状部材から駆動システムへのアクティブ電気接続を保持する、少なくとも１つのアクティブ支持構造と、
環状部材から駆動システムへのアクティブ電気接続を保持しない、少なくとも１つのパッシブ支持構造と、を備えている、振動構造の角速度センサを提供する。
【００１３】
本開示に従って、パッシブ支持構造及びアクティブ支持構造を使用して、角度共振器を柔軟に支持することにより、非線形性の影響が低減される、角速度センサの製造及びテストのために、既存の構成要素、プロセス、及びテスト設備を使用することが可能になることが、当業者には分かるであろう。少なくとも１つのパッシブ支持構造を使用することにより、環状部材に対するアクティブな電気接続の数を必ずしも変更する必要なく、より容易かつ柔軟に、支持構造の総数を変化させることが可能になる。
【００１４】
電気駆動システムは、たとえば、静電容量性または圧電性の駆動システムなどの、それ自体が当該技術で知られている、任意の適切な駆動システムを備えている場合がある。しかし、好ましい実施例では、電気駆動システムは、誘導性駆動システムを備えている。
【００１５】
環状部材から駆動システムへのアクティブ電気接続によって意味されるのは、電流が駆動システムから環状部材にアクティブ支持構造に沿って流れることができるように、支持構造によって保持され、駆動システムに電気的に接続された、たとえば導電性（たとえば、金属の）トラッキングである、物理的接続である。パッシブ支持構造は、環状部材から駆動システムへのアクティブ電気接続を保持しない構造である。支持構造によって保持されるが、駆動システムには電気的に接続されていないものである、たとえば、導電性（たとえば、金属）トラッキングである、物理的接続が、依然として存在し得る。そのため、電流は、駆動システムから環状部材に、パッシブ支持構造に沿っては流れることができない。アクティブ支持構造とパッシブ支持構造とが、同じ物理的形態を取り得るが、これらが、駆動システムに電気的に接続されている電気接続を保持するか否かに関し、異なっていることを理解されたい。
【００１６】
１つまたは複数の実施例では、アクティブ支持構造及び／またはパッシブ支持構造の各々が、アクティブサブ構造またはパッシブサブ構造の対を備えており、サブ構造が、物理的に分離しているが、両方とも、環状部材の外周周りの実質的に同じ角度位置を有するポイントにおいて、環状部材に接触している（たとえば、各支持構造は、一対の鏡像のサブの構造を備えている場合がある）。そのような実施例は、以下にさらに記載される。
【００１７】
角速度センサは、好ましくは、共振周波数ｆ2での振動の二次モードの動きの振幅を判定するように構成されたピックオフシステムを備えており、環状部材の振動が、角速度センサが経る角速度から生じるコリオリの力によって誘導される。そのようなピックオフシステムにより、（以下に記載するように）角速度測定を行うことが可能になる。
【００１８】
好ましくは、ｆ1＝ｆ2であるように、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造との総数ｐが選択される。ｆ1＝ｆ2であるように、支持構造の総数ｐを選択することにより、環状部材が、振幅が大きい動作で、一次モードで振動する場合であっても、幾何学的な非線形性は、振動の一次モードと二次モードとの間の周波数の分離を生じないことが確実になる。
【００１９】
これにより、環状共鳴体が、大きい振幅で駆動されることを可能にし、ここで、復元力は、動作の振幅に対する非線形の関係を有している。このことは、誘導される二次モードの振動の振幅がより大であり、したがって、二次モードの振動の振幅の測定の不確実性が低減され得ることを意味している。これにより、より感度の高い角速度センサを製造することが可能になる。
【００２０】
本出願人は、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造との両方を設けることにより、センサの部品を著しく再設計する必要なく、支持構造の総数ｐを、ｆ1＝ｆ2であるように選択することが可能になることを理解している。
【００２１】
一次モードの共振周波数と二次モードの共振周波数とが、依然として、より大である振幅でシフトする一方、これらは、ほぼ同じ量だけシフトし、それにより、それらの周波数は分離せず、角速度センサによって行われる測定に影響しないようになっている。複数の支持構造の、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造との数ｐは、センサの動作全体にわたり、ｆ1＝ｆ2であるように選択することができる。
【００２２】
好ましくは、ｎがモードの次数であり、任意の正の整数に等しいものとして、振動の一次モードがｃｏｓｎθモードであり、振動の二次モードがｓｉｎｎθモードである。さらに好ましくは、センサの取得可能な信号対ノイズ比を最大化することから、振動の一次モードがｃｏｓ２θモード（すなわち、楕円形）であるが、ｃｏｓ３θモード及び／またはｃｏｓ４θモードを備える場合がある。振動の二次モードは、好ましくは、ｓｉｎ２θモードであるが、ｓｉｎ３θモードまたはｓｉｎ４θモードを備える場合がある。これら実施例の１つまたは複数では、環状部材は、ｃｏｓｎθモードで、平面内で振動するように駆動される。
【００２３】
実施例のいくつかのセットでは、ｋ・ｎ／ｐ≠整数であるように、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造との総数ｐが選択され、ここで、ｋが、１から６の間の整数であり、ｎが、振動の一次モード、たとえば、ｃｏｓｎθモードの次数である。
【００２４】
上述のように、電気的駆動システムは、誘導駆動システムである場合がある。環状部材は、好ましくは、少なくとも１つの変換器を備えており、たとえば、複数の変換器が、その外周周りに配置されている。複数の変換器は、環状部材の外周周りに均一に離間している場合がある。いくつかの実施例では、少なくとも１つのアクティブ支持構造は、複数の変換器の内の１つから、電気的駆動システムへの、アクティブ電気接続を保持している。好ましくは、少なくとも１つのアクティブ支持構造は、駆動システムから、複数の変換器の各々への、アクティブ電気接続を形成するように配置された、複数のアクティブ支持構造を備えている。駆動システムと、複数の変換器の各々との間のアクティブ電気接続は、アクティブ支持構造に配された、導電性、たとえば金属のトラッキングを備えている場合がある。アクティブ支持構造が、アクティブサブ構造の対を備えている実施例では、アクティブサブ構造の各々は、駆動システムと、複数の変換器の１つとの間に、別々のアクティブ電気接続を保持している場合がある。アクティブサブ構造の所与の対は、駆動システムと、同じ変換器との間、または、駆動システムと、一対の隣接する変換器との間に、別々のアクティブ電気接続の対を保持している場合がある。
【００２５】
好ましい実施例では、少なくとも１つのパッシブ支持構造は、いずれかの変換器から電気駆動システムへのアクティブ電気接続を保持しない。少なくとも１つのパッシブ支持構造が、駆動システムに対する電気接続、及び、少なくともいくつかの実施例では、変換器に対する電気接続を保持していないことから、パッシブ支持構造の数及び位置は、駆動システム及び／または変換器の設計または位置を著しく変更する必要なく、変化させることができ、設計と製造との両方の費用を節約する。
【００２６】
通常の角速度センサでは、支持構造の各々は、「アクティブ」であり、この中で、すべての構造は、環状部材上の駆動システムと変換器との間の電気接続を保持するために使用される。したがって、支持構造の総数を変更することは、以前は、変換器の数及び／または設計を変更し、場合によっては駆動システムに他の電気接続を追加することと、さらにはセンサ上のどこか他の位置で電気接続のレイアウトに変更が必要になることとを要した。既存の高容量の自動化された製造設備は、通常のもののように、これらセンサを製造するために使用され、この再設計のプロセスは、高額で、時間がかかる。
【００２７】
しかし、本出願人は、依然として、非線形性を和らげるために必要な支持構造の数を提供することを確実にしつつ、パッシブ支持構造とアクティブ支持構造とを混合することにより、既存の変換器のレイアウト及び製造方法が役に立つ場合があることを理解している。変換器及び駆動システムは、アクティブ支持構造の決まった数、設計、及び／または位置で使用されるように設計されている場合があり、このため、パッシブ支持構造の数及び／または位置が、こうして、センサの他の構成要素を再設計する必要なく、自在に変更される場合がある。したがって、アクティブ支持構造及びパッシブ支持構造の総数が、さらにより容易に選択される。
【００２８】
たとえば、決まった数の支持構造での使用のために設計された既存の駆動システムは、本明細書に開示の角速度センサ内で著しい変更を伴わずに使用することができ、一方、センサは依然として、１つまたは複数のパッシブ支持構造を利用することにより、支持構造の数の要請を満たしている。パッシブ支持構造は、振動子の駆動においては何の役割もなく、駆動システムと相互作用しない。パッシブの脚部は、非線形性を和らげるために、必要とされる対称性が満たされることを確実にするように、追加の支持ポイントを提供するに過ぎない。
【００２９】
好ましい実施例では、複数の支持構造は、複数のアクティブ支持構造と、少なくとも同数のパッシブ支持構造とを備えている。いくつかの実施例では、同数のパッシブ支持構造とアクティブ支持構造とが提供され、環状部材周りで交互に配置されている。代替的には、任意の数のパッシブ支持構造が、各アクティブ支持構造間に設けられる場合がある。好ましくは、各アクティブ支持構造間に同じ数のパッシブ支持構造が存在する。たとえば、１、２、または３のパッシブ支持構造が、各アクティブ支持構造間に存在する。パッシブ支持構造とアクティブ支持構造とのそれぞれの数は、好ましくは、一次駆動変換器及び駆動システムとの適合性を維持しつつ、支持構造の総数に関する規則を満たすように選択される。
【００３０】
非線形性を和らげるために、支持構造の総数を変更することには、さらなる課題がある。この理由は、このことは、通常の角速度センサの基本的な形状及び設計を変化させることを必要とする場合があるためである。たとえば、増大した数の支持構造、及び／または、センサのレイアウトに対する必要な変更に関する、十分な空間を提供することは、環状部材、または、むしろセンサ全体の全体的な寸法を増大させることを必要とする場合がある。環状部材の寸法（たとえば、半径）を変更することにより、一次モードの共振周波数と二次モードの共振周波数とに影響し、これにより、制御用電子機器及び他の構成要素との適合性に影響する。より大であるセンサには、より大である空間的要請があるが、たとえば、角速度センサ付近またはその周りにタイトにパックされるように設計された構成要素のシステム全体の再設計または再構成を必要とする場合もある。さらに、再設計されたセンサに物理的に適合するように、または、再設計された、及び／または、増大した数の電気接続に繋ぐために、テスト設備及びバランシング設備の修正を行う必要がある。
【００３１】
しかし、本出願人は、特定の形状の支持構造を使用することにより、全体のセンサのサイズを維持しつつ、より大である総数の支持構造が、所与のサイズの環状振動子を支持するように提供され得ることを理解している。
【００３２】
当該技術に一般的に見られる角速度センサでは、支持構造の形状により、基板に対して弾性的に移動することによって環状部材が振動することを可能にするのに必要な柔軟性が与えられる。しばしば、外周部分によって結合した、２つの角度的にオフセットした半径方向部分を含む「ｄｏｇ−ｌｅｇ」形状が使用される。この構成により、必須の柔軟性及び強度が提供されるが、著しい角度的なフットプリントを占める。したがって、本開示のいくつかの実施例では、複数の支持構造の内の１つまたは複数は、低減された角度的なフットプリントを有している。たとえば、１つまたは複数の支持構造が、第１の半径方向部分であって、第１の半径方向部分と角度的に整列した第２の半径方向部分に接続された、第１の半径方向部分を備えている場合がある。第１の半径方向部分と第２の半径方向部分とは、概してＵ形状の外周部分によって接続されている場合がある。支持構造がサブ構造の対を備えている実施例では、サブ構造の各々が、第１の半径方向部分であって、第１の半径方向部分に角度的に整列した第２の半径方向部分に接続された第１の半径方向部分を備えている場合があり、ここで、第１の半径方向部分と第２の半径方向部分とは、概してＵ形状の外周部分によって接続されている場合がある。さらに、サブ構造の対が鏡像のサブ構造である実施例では、概してＵ形状の外周部分が、第１の半径方向部分及び第２の半径方向部分に対して平行な線に沿う鏡像として形成される場合がある。
【００３３】
好ましくは、可撓性の度合い、または、むしろ、複数の支持構造の各々の剛性が等しい。したがって、実施例のいくつかのセットでは、少なくとも１つのパッシブ支持構造の形状及び寸法が、少なくとも１つのアクティブ支持構造の形状及び／または寸法と同一である。金属トラッキングがアクティブ支持構造上に配置された実施例では、金属トラッキングは、パッシブ支持構造上に配置されて、２つのタイプの支持構造の物理的特性が可能な限り類似していることを確実にする場合もある。しかし、そのような実施例では、パッシブ支持構造上の金属トラッキングは、当然、駆動システムに電気的に接続されていない。代替的には、パッシブ支持構造は、部分的または全体的に、金属トラッキングがない場合がある。
【００３４】
上で論じたように、振動の二次モードの動きの振幅は、角速度センサが経る角速度に直接リンクしている。このため、１つまたは複数の実施例では、ピックオフシステムは、振動の二次モードの動きの、判定された振幅を使用して、角速度センサが経る角速度を計算するように構成されている。振動の二次モードの判定された振幅を使用した角速度の計算は、当業者には既知である標準的な技術である。
【００３５】
二次モードの振動の振幅は、二次モードの振動の振幅を直接測定することによって判定され得る（「開ループ」システムとして、当業者に知られている）。いくつかの実施例では、ピックオフシステムは、開ループで、振動の二次モードの動きの振幅を直接測定することにより、角速度センサが経る角速度を計算するように構成されている。代替的には、誘導された二次モードの振動の振幅は、フィードバックの力を環状共鳴体に印加し、二次モードの振動をゼロにするために必要とされるフィードバックの力の大きさを測定することによって判定される（「閉ループ」のシステム）。このことは、一次駆動信号と同じ周波数で、二次モーションをゼロにする二次駆動信号を提供する（閉ループの動作）には一般的である。二次駆動信号はこのため、回転速度の測定値である。
【００３６】
好ましくは、低振幅における一次モードの共振周波数と二次モードの共振周波数とは、実質的に同一、たとえば、１４ｋＨｚである。いくつかの実施例では、振動の一次モードの共振周波数と二次モードの共振周波数との間の差が、１Ｈｚ未満であり、好ましくは０．５Ｈｚ未満であり、さらに好ましくは０．１Ｈｚ未満である。このことは、たとえば特許文献２、特許文献３、特許文献４、または特許文献５に開示のような、任意の適切なバランシング技術を利用して達成され得る。環状共鳴体の固有の感度（この周波数の分離を要因に含めない）は、そのＱの因子または線の幅によって特徴付けることができ、好ましくは、共振周波数間の差が、線の幅の０．１以下である。
【００３７】
好ましくは、柔軟な支持構造は、基板に対して任意の方向に自在に振動できるように、環状部材を柔軟に支持する。複数の支持構造は、任意の適切な構成で基板に固定されている場合がある。支持構造は、環状部材の半径方向内側または外側に延びる場合がある。１つまたは複数の実施例では、複数の支持構造は、環状部材の内側の中心のサポートにおいて、基板に固定されている。
【００３８】
いくつかの実施例では、支持構造は、基板と一体に形成されている。追加的または代替的に、支持構造は、環状部材と一体に形成されている。基板、環状部材、及び支持構造は、好ましくは、同じ材料で形成され、さらに好ましくは、当該技術で既知である技術、たとえば、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して、単一のシリコンウエハから形成される。
【００３９】
実施形態のいくつかのセットでは、支持構造（アクティブとパッシブとの両方）は、環状部材の外周（たとえば、内側または外側の外周）周りに、等しい角度で離間している。支持構造が、サブ構造の対を備えている場合、好ましくは、各対のサブ構造が環状部材に接触するポイントが、環状部材の外周周りに等しい角度で離間している。多くの実施例では、振動の二次モードは、角度φだけ、振動の一次モードからオフセットしており、環状共鳴体が、角度のオフセットφの中で、整数の数の支持構造によって支持されることが望ましい。このことにより、たとえば、駆動及びピックオフシステムの電極の配置が、一次モードと二次モードとの波腹において、支持構造との一致によって妨げられることを防止する。一次モードと二次モードとの波腹における駆動及びピックオフ電極の配置により、角速度センサの感度を増大させる場合があり、また、（一次モードと二次モードとが、各々、単一の駆動変換器の対と整列していることから）より安定した構成を提供する。
【００４０】
好ましくは、支持構造の総数（すなわち、アクティブとパッシブとの両方）が、ｋ・ｎ／ｐ≠整数を満たすｐの最小値であるように選択され、整数の数の支持構造が、振動の一次モードと二次モードとの角度のオフセットφ内に等しい角度で配置されることを許容する。多数の支持構造を伴うセンサは、製造がより困難である場合があり、センサのコストが増大するが、より重要には、増大した数の支持構造が、環状共鳴体の「剛性」を増大させる場合があり、このため、振動の一次モードの共振周波数及び／または二次モードの共振周波数を変化させる。
【００４１】
振動の一次モードがｃｏｓ２θモードである実施例では、振動の二次モードは、ｓｉｎ２θモードであり、一次モードから４５度だけオフセットしている。ｎ＝２であるこれら実施例では、支持構造の総数ｐを、ｐ＝１６＋８×（ｍ−１）であるように選択することが好ましい。ここで、ｍは正の整数であり、たとえば、ｍ＝１、２、３、などである。たとえば、１６の支持構造または２４の支持構造により、周波数の分離を防止する一方、やはり、整数の数の支持構造が、一次モードと二次モードとの間の４５度のオフセットの中で配置されている。振動の一次モードがｃｏｓ２θモードである、１６の支持構造を備えた実施例では、センサは、好ましくは、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造とが、環状部材の周りで交互になっているように配置された、８つのパッシブ支持構造（たとえば、パッシブサブ構造の８つの対）と８つのアクティブ支持構造（たとえば、アクティブサブ構造の８つの対）とを備えている。他の実施例では、センサは、アクティブ支持構造の各々の間に、２つのパッシブ構造が存在するように配置された、１６のパッシブ支持構造と、８つのアクティブ支持構造とを備えている場合がある。
【００４２】
少なくとも１つの実施例では、センサは、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造とが、環状部材の周りで交互になっているように配置された、８つの対のパッシブサブ構造、すなわち、１６のパッシブサブ構造を備えた、８つのパッシブ支持構造と、８つの対のアクティブサブ構造、すなわち、１６のアクティブサブ構造を備えた、８つのアクティブ支持構造とを備えている。この実施例では、総数で３２のサブ構造、及び、環状部材と支持サブ構造との間の１６の接触ポイントが存在する。上述のように、１６の接触ポイントは、環状部材の外周周りに等しい角度で離間している場合がある。
【００４３】
振動の一次モードがｃｏｓ３θモードである実施例では、振動の二次モードは、ｓｉｎ３θモードであり、一次モードから３０度だけオフセットしている。ｎ＝３であるこれら実施例では、支持構造の数ｐを、ｐ＝２４＋１２×（ｍ−１）であるように選択することが好ましい。ここで、ｍは正の整数である。たとえば、２４の支持構造または３６の支持構造が、整数の数の支持構造が、一次モードと二次モードとの間の３０度のオフセットの中で配置されていることを確実にするように選択される場合がある。振動の一次モードがｃｏｓ３θモードである、２４の支持構造を備えた実施例では、センサは、好ましくは、１つのパッシブ構造が、各アクティブ支持構造間に存在するように配置された、１２のパッシブ支持構造と１２のアクティブ支持構造（たとえば、一次駆動、一次ピックオフ、二次駆動、及び二次ピックオフの各々に３つ）とを備えている。
【００４４】
振動の一次モードがｃｏｓ４θモードである実施例では、振動の二次モードは、ｓｉｎ４θモードであり、一次モードから２２．５度だけオフセットしている。ｎ＝４であるこれら実施例では、支持構造の数ｐを、ｐ＝３２＋１６×（ｍ−１）であるように選択することが好ましい。ここで、ｍは正の整数である。たとえば、３２の支持構造または４８の支持構造が、整数の数の支持構造が、一次モードと二次モードとの間の２２．５度のオフセットの中で配置されていることを確実にするように選択される場合がある。振動の一次モードがｃｏｓ４θモードである、３２の支持構造を備えた実施例では、センサは、好ましくは、１つのパッシブ構造が、各アクティブ支持構造間に存在するように配置された、１６のパッシブ支持構造と１６のアクティブ支持構造（たとえば、一次駆動、一次ピックオフ、二次駆動、及び二次ピックオフの各々に４つ）とを備えている。
【００４５】
好ましくは、環状部材はリングを備えているが、環状部材は、任意の概して環状の形状、たとえば、八角形である場合がある。振動のｃｏｓ２θの一次モードに関し、たとえば、構造は、一次モードと二次モードとが縮退したままであることを確実にするように、少なくとも８θの対称性を有していなければならない。
【００４６】
本開示は、レート積分ジャイロに適用可能でもある。
【００４７】
本開示は、振動構造の角速度センサの製造方法であって、角速度センサが、基板と、基板に固定された複数の可撓性の支持構造と、基板に対して弾性的に移動するように、複数の支持構造によって柔軟に支持された環状部材と、を備え、方法が、環状部材から駆動システムへのアクティブ電気接続を保持する、少なくとも１つのアクティブ支持構造と、環状部材から駆動システムへのアクティブ電気接続を保持しない、少なくとも１つのパッシブ支持構造と、を含むように、複数の支持構造の総数を選択することを含む、製造方法に拡大される。
【００４８】
そのような方法は、使用時に、環状部材が、複数の支持構造から復元力を生成する動きの振幅で、共振周波数ｆ1における振動の一次モードで振動するように、環状部材に周期的な駆動力を印加することと、共振周波数ｆ2での振動の二次モードの動きの振幅を判定することであって、環状部材の振動が、角速度センサが経る角速度から生じるコリオリの力によって誘導され、ここで、復元力が、使用時の動きの振幅と非線形の関係を有している、判定することと、使用時に、ｆ1＝ｆ2であるように、複数の支持構造における支持構造の数ｐを選択することと、によって動作するように、センサを設計することをさらに含む場合がある。
【００４９】
本明細書に記載の任意の実施例の特徴は、適切である場合はいつでも、振動構造の角速度センサを形成する開示の方法に適用され得る。様々な実施例または実施例のセットを参照する場合、必ずしも異なるものではなく、重複する場合があることを理解されたい。
【００５０】
本開示は、開示の方法に従って形成された振動構造の角速度センサにもさらに拡大される。
【００５１】
１つまたは複数の非限定的な実施例が、もっぱら実施例として、添付図面を参照して、ここで記載される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】誘導タイプの振動構造の角速度センサの概略断面図である。
【図２】従来技術に一般的な振動構造の角速度センサの平面図である。
【図３ａ】環状共鳴体における一次Ｃｏｓ２θの振動モードを概略的に示す図である。
【図３ｂ】環状共鳴体における二次Ｓｉｎ２θの振動モードを概略的に示す図である。
【図４】本開示に係る、振動構造の角速度センサの平面図である。
【図５】従来技術に見られる、一般的な支持構造の形状を示す図である。
【図６】本開示の実施例に係る、支持構造の形状を示す図である。
【図７】完全な角速度センサシステムの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、誘導タイプの振動構造の角速度センサ１００の概略断面図である。基板は、ベース１０２を備えており、このベース上に、支持ガラス層１０４、下方ポール１０６、磁石１０８、及び上方ポール１１０を含む構成要素のスタックが着座している。台座１１２は、支持ガラス層１０４上に、下方ポール１０６の周囲で着座し、シリコン基板またはダイ１１４を支持している。平らな環状部材（または「リング」）２０２は、複数の支持構造２０４によって柔軟に支持されている。複数の支持構造２０４の各々は、シリコンダイ１１４の一方の端部に固定された、一対の鏡像の脚部を備えている。リング２０２は、このリング２０２が上方ポール１１０と下方ポール１０６との間に置かれるように、かつ、誘導駆動システムが、使用中に周期的な駆動力を印加するように、配置されている。磁石１０８が、リング２０２の領域において垂直方向の磁場を形成し、振動電流が、リング２０２によって保持された金属トラックに沿って接線方向に印加される場合、リング２０２は、一次のｃｏｓ２θモードで半径方向に振動させられる。特許文献６は、金属トラックがどのように、リング２０２の上方表面上の絶縁表面酸化物層上に、かつ、その支持構造２０４に沿って、一般に提供されるかのさらなる詳細を提供しており、ここで、各金属トラックは、単一の駆動またはピックオフ変換器に関連付けられている。特許文献６の内容は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。
【００５４】
図２は、誘導タイプの振動構造の角速度センサ１００の、上方から下方に見た断面図を示している。平らな環状部材２０２は、８つの支持構造２０４によって柔軟に支持されている。支持構造２０４の各々は、一対の鏡像の脚部を備えている。この脚部は、環状部材２０２周りに等角で配置され、基板２０６に接続されている。環状部材２０２は、この環状部材２０２の表面上に配された金属トラッキングを備えた８つの変換器セグメント２０８を備えている。変換器セグメント２０８は、それらの中心が、センサ１００の中心に描かれた概略図によって示すように、一次ｃｏｓ２θモードの振動及び二次ｃｏｓ２θモードの振動の節と整列するように配置されている。複数のボンドパッド２０９は、基板２０６上に配置され、各変換器セグメント２０８は、一対のボンドパッド２０９に、各支持構造２０４の表面に配置された金属トラッキングを介して接続されて、８つの変換器回路を形成している。
【００５５】
変換器回路の各々は、第１のボンドパッド２０９から、第１の支持構造２０４の脚部に沿って、変換器セグメント２０８の端部へと通っている。各回路は次いで、変換器セグメント２０８に沿って続き、第２の支持構造２０４の脚部に沿って第２のボンドパッド２０９に戻る。以下に説明するように、これら回路は、環状部材２０２を振動するように駆動することと、環状部材２０２の振動を検知することとの両方のために使用される。図２では、各支持構造２０４の脚部は、単純な線として示されており、金属トラッキングと、下のシリコンダイとの間は区別されていないことに留意されたい。しかし、実際には、金属トラッキングは、変換器セグメント２０８のように、支持構造２０４の各々の表面上に配置され、基板２０６上をトラッキングしている。このことは、図５により明確に見ることができる。
【００５６】
形成された８つの変換器回路の内、２つが、一次ｃｏｓ２θモードの節（図２の中心及び図３ａに概略的に示す）と整列された一次駆動回路２１０ａ、２１０ｂであり、２つが、二次ｃｏｓ２θモードの節（図３ｂに概略的に示す）と整列された二次駆動回路２１２ａ、２１２ｂであり、２つが、一次ｃｏｓ２θモードの節と整列された一次ピックオフ回路２１４ａ、２１４ｂであり、２つが、二次ｃｏｓ２θモードの節と整列された二次ピックオフ回路２１６ａ、２１６ｂである。
【００５７】
製造の間、センサ１００は、レーザバランシングと呼ばれるプロセスを経る。バランシングシステム（図示せず）は、振動電流を一次駆動回路２１０ａ、２１０ｂに印加して、一次ｃｏｓｎθモードで振動するように環状部材を駆動させる。一次ピックオフ回路２１４ａ、２１４ｂは、この振動を検知し、一次ｃｏｓ２θモードの実際の共振周波数を判定するために使用される。
【００５８】
バランシングシステムは、二次駆動回路２１２ａ、２１２ｂに振動電流を別々に印加し、二次ｃｏｓ２θモードの共振周波数を判定するために、二次ピックオフ回路２１６ａ、２１６ｂを使用して動作を検出する。
【００５９】
２つのモードのバランスを取る（すなわち、それらの共振周波数を等しくする）ために、バランシングシステムは、レーザをも備えている。このレーザは、各モードの共振周波数を調整するように、環状部材２０２から材料を選択的に除去する。バランシング手順が完了すると、２つのモード間の周波数の差（または「分離」）が、１４ｋＨｚの振動子に関し、通常は１Ｈｚ未満になる。
【００６０】
一般的な従来技術の使用においては、角速度センサ１００は、駆動システム（図示せず）を使用して駆動される。ボンドパッド２０９は、駆動システムに接続されており、この駆動システムから、振動電流が、上述のように一次駆動回路２１０ａ、２０１ｂに供給される。これにより、環状部材２０２の異なるセクションに、周期的な半径方向のローレンツ力が課され、角の部材を、平面内の一次ｃｏｓ２θモードで振動させる。
【００６１】
センサ１００が、一次モードの振動の間、環状部材２０２が置かれる平面に垂直な軸の周りの回転を経る場合、コリオリの効果により、振動の一次モードから４５度オフセットしている（図３ｂに概略的に示す）二次ｓｉｎ２θモードでの振動を誘導する。二次モードの振動の振幅は、一次モードの振動の振幅と回転速度との両方に基づくものである。
【００６２】
上述のように、支持構造２０４の各々は、変換器セグメント２０８から駆動システムへの電気接続を保持する。すなわち、換言すると、「アクティブ」な支持構造を備えている。
【００６３】
開ループの動作では、誘導された二次モードの振動の振幅は、二次ピックオフ回路２１６ａ、２１６ｂに接続されたピックオフシステム（図示せず）によって検知され、センサ１００が経る角速度は、検知された二次振幅から計算される。閉ループの動作では、ピックオフシステムは、二次モードにおける振動をゼロにするために、二次駆動回路２１２ａ、２１２ｂを使用して、ゼロにする力を印加する。二次振動をゼロにするために必要な力の大きさは、角速度を計算するために使用される。図７は、駆動及びピックオフシステムを含む、完全な角度センサシステムの実施例を示す図である。
【００６４】
高振幅の振動では、たとえば一次モードにおいて、環状部材２０２は、支持構造２０４からの、非線形の復元力を経て、環状部材２０２の共振周波数のシフトを生じさせる。振動の一次（駆動）モードと二次（誘導）モードとの振動の振幅が異なることから、共振周波数における異なるシフトが、一次モードと二次モードとに見られる。この周波数の分離は、振動子が使用前にレーザバランシングされる場合であっても、ノイズの増大及び感度の低下に繋がる。
【００６５】
図４は、本開示の一実施例に係る、振動構造の角速度センサ４００を示している。この実施例では、非線形性に起因するこの周波数の分離が、アクティブ支持構造とパッシブ支持構造との両方を提供することにより、和らげられる。
【００６６】
角速度センサ４００は、この実施例ではリングの形態である、平坦な環状部材４０２を備えている。環状部材４０２は、８つのアクティブ支持構造４０４ａと、８つのパッシブ支持構造４０４ｂとによって柔軟に支持されている。アクティブ支持構造４０４ａとパッシブ支持構造４０４ｂとの各々は、鏡像の脚部の形態の、それぞれのアクティブまたはパッシブサブ構造の対を備えている。アクティブ支持構造４０４ａとパッシブ支持構造４０４ｂとは、環状部材４０２周りに等しい角度で離間するとともに、交互に並んだタイプ（すなわち、アクティブまたはパッシブ）である。アクティブ支持構造４０４ａとパッシブ支持構造４０４ｂとは、一方の端部において、外側支持フレーム４０６に物理的に接続され、他方の端部で、環状部材４０２上の接触ポイントに接続されている。ここで、各支持構造４０４ａ、４０４ｂを形成する鏡像の脚部の両方が、たとえば環状部材４０２の外周周りで、ほぼ同じ角度位置において、環状部材４０２に接触している。柔軟に支持されている環状部材４０２は、アクティブ支持構造４０４ａ及びパッシブ支持構造４０４ｂが、環状部材４０２が振動すること、たとえば、基板４０６に対して平面内で弾性的に移動することを可能にするように、撓むことができることを意味している。
【００６７】
環状部材４０２は、この環状部材４０２の表面上に配された金属トラッキングを備えた８つの変換器セグメント４０８を備えている。変換器セグメント４０８は、それらの中心が、センサ４００の中心に描かれた概略図によって示すように、一次ｃｏｓ２θモードの振動及び二次ｃｏｓ２θモードの振動の節と整列するように配置されている。複数のボンドパッド４０９は、支持フレーム４０６上に配置され、各変換器セグメント４０８は、一対の複数のボンドパッド４０９に、アクティブ支持構造４０４ａを形成する、アクティブな鏡像の脚部の各々の表面上に配置された金属トラッキングを介して電気的に接続されている。このことは、８つのアクティブ電気接続を形成している。各変換器セグメント４０８は、１つのアクティブ支持構造４０４ａから、次のアクティブ支持構造４０４ａに延び、それらの間に配置されたパッシブ支持構造４０４ｂに架かっている。パッシブ支持構造４０４ｂは、製造を容易にするために、金属トラッキングの保持もする場合があるが、変換器セグメント４０８またはボンドパッド４０９のいずれにも、電気的に接続されていない。
【００６８】
図２に示され、上述された角速度センサ１００と同様に、第１のボンドパッド４０９から、第１のアクティブ支持構造の脚部に沿って、変換器セグメント４０８の第１の端部へ、次いで、変換器セグメント４０８に沿って第２の端部に通り、第２のアクティブ支持構造の脚部に沿って第２のボンドパッドに戻る、電気接続が存在する。第１のボンドパッドと第２のボンドパッドとは、各変換器セグメント４０８に関して一対をなす、複数の対で配置されている。ボンドパッドの各対は、駆動システムに対するアクティブな電気接続を提供している。従来技術のセンサ１００のように、これら電気接続は、環状部材４０２を振動するように駆動することと、やはり、環状部材４０２の振動を検知することとの両方のために使用され得る。
【００６９】
形成された８つのアクティブ電気接続の内、２つが、一次ｃｏｓ２θモードの節（図４の中心及び図３ａに概略的に示す）と整列された一次駆動回路４１０ａ、４１０ｂであり、２つが、二次ｃｏｓ２θモードの節（図３ｂに概略的に示す）と整列された二次駆動回路４１２ａ、４１２ｂであり、２つが、一次ｃｏｓ２θモードの節と整列された一次ピックオフ回路４１４ａ、４１４ｂであり、２つが、二次ｃｏｓ２θモードの節と整列された二次ピックオフ回路４１６ａ、４１６ｂである。
【００７０】
変換器セグメント４０８の角度位置が、図２に示す従来技術の角速度センサ１００に見られる角度位置と同じであることが強調されている。したがって、角速度センサ４００の動作は、従来技術の角速度センサ１００の動作に類似している。センサ４００は、上述のように、一次ｃｏｓ２θモードの共振周波数と二次ｃｏｓ２θモードの共振周波数とをマッチさせるように、使用前にレーザバランシングされる場合がある。
【００７１】
使用時には、振動電流／電圧が、電気駆動システム（図示せず）により、変換器セグメント４０８に、一次駆動回路４１０ａ、４１０ｂ、及び、関連するアクティブ支持構造４０４ａを介して、提供される。これにより、環状部材４０２を一次ｃｏｓ２θモードで振動させる。
【００７２】
センサ４００が、一次ｃｏｓ２θモードで振動している間、環状部材４０２が置かれる平面に垂直な軸の周りの回転を経る場合、コリオリの効果により、振動の一次ｃｏｓ２θモードから４５度オフセットしている（図３ｂに概略的に示す）二次ｓｉｎ２θモードでの振動を誘導する。開ループの動作では、ピックオフシステム（図示せず）は、二次ピックオフ回路４１６ａ、４１６ｂを使用して、この誘導振動の振幅を直接検知し、回転の角速度を計算する。閉ループの動作では、ピックオフシステム（図示せず）は、二次駆動回路４１２ａ、４１２ｂを使用して、この誘導振動の振幅を間接的に検知し、動きをゼロにするために印加された電流／電圧に応じて、回転の角速度を計算する。図７は、電気駆動及びピックオフシステムを含む、完全な角速度センサシステムの実施例を示す図である。
【００７３】
上述のように、センサ４００の動作は、従来技術のセンサ１００の動作に非常に類似している。しかし、１６の（アクティブ）支持構造４０４ａ及び（パッシブ）支持構造４０４ｂの装備に起因して、一次モードと二次モードとの間の周波数の分離が和らげられ、センサの感度が向上する。
【００７４】
環状部材４０２は、既存の製造及び試験設備に適合することを可能にするように、従来技術の環状部材１０２の形状及び寸法と同じ形状及び寸法を有している。しかし、周波数の分離を和らげるために必要な支持構造４０４ａ、４０４ｂの数（この場合では１６）を提供するために、支持構造４０４ａ、４０４ｂの各々は、角度のフットプリントが低減された、特定の形状を備えている。
【００７５】
支持構造の好ましい形状が、図６により詳細に示されている。この図は、２つの支持構造、すなわち、アクティブ支持構造４０４ａと、隣接するパッシブ支持構造４０４ｂとの、拡大した図を示しており、支持構造４０４ａ、４０４ｂの各々が、一対の鏡像の脚部を備えている。鏡像の脚部の各々は、「Ｕ」形状の外周部分６０６によって第２の半径方向部分６０４に接続された第１の半径方向部分６０２を備えている。第１の半径方向部分６０２及び第２の半径方向部分６０４は、角度的に整列しており、支持構造４０４ａ、４０４ｂの各々の角度の大きさＡが、図５に示す従来技術の支持構造２０４の角度の大きさのほぼ半分である結果となる。
【００７６】
この特定の形状により、２つの支持構造４０４ａ、４０４ｂ（鏡像の脚部の２つの対）が、従来技術のただ１つの支持構造２０４（鏡像の脚部の１つの対）と同じ物理的エリアを取ることを可能にし、一方、依然として、効果的な動作に必要な支持及び柔軟性を提供していることを見ることができる。支持構造の角度の大きさを直接比較することを可能にするために、図６は、図５に比べ、わずかな量だけ角度的にオフセットしていることに留意されたい。実際、変換器セグメントは、Ｂとマークされた角度位置の線によって図５及び図６に示す、従来技術と、本開示のセンサとの両方において、同じ位置にある。
【００７７】
図７は、完全な角速度センサシステム７００を示すブロック図である。センサシステム７００は、２つの一次駆動変換器、２つの一次ピックオフ変換器、２つの二次駆動変換器、及び、２つの二次ピックオフ変換器で形成された８つの変換器７０４を備えた、環状共鳴体７０２を備えている。一次駆動変換器は、振幅制御ループ７０８及び振動数制御ループ７１０を備えた一次制御ループ７０６に接続されている。
【００７８】
使用時には、一次制御ループ７０６は、上述のように、共鳴体を、振動の一次ｃｏｓ２θモードで共鳴するように駆動するために、振動電流／電圧を一次駆動変換器に提供する、電気駆動システムとして作用する。一次制御ループ７０６は、一次制御ループにフィードバックを提供し、振動電流／電圧が、共鳴体の共振周波数で送られることを確実にするために、一次ピックオフ変換器にも接続されている。
【００７９】
二次駆動変換器及び二次ピックオフ変換器は、二次制御ループ７１２に接続されている。この二次制御ループ７１２は、ある角速度での回転を経るセンサシステム７００によって生じる二次ｃｏｓ２θモードの振動の振幅を判定するように動作可能である閉ループのピックオフシステムとして作用する。このことは、誘導された二次モードの振動をゼロにするために、二次駆動変換器に振動電流／電圧を印加することによって達成される。二次ピックオフ変換器は、二次制御ループ７１２にフィードバックを提供して、必要とされる、ゼロにする力の正確な量のみが印加されることを確実にする。誘導された二次振動を完全にゼロにするために印加しなければならない振動電流／電圧の量は、このため、誘導された二次モードの振動の振幅、そしてひいては、環状共鳴体７０２が経る角速度を判定するために使用される場合がある。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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