(57)【要約】  本発明は、Ｘおよび／またはＹおよびＺ軸の運動を検出するためのマイクロジャイロスコープに関し、特に、３Ｄ，５Ｄまたは６Ｄセンサに関する。前記マイクロジャイロスコープは、基板（２）、複数の振動サンプルマス（１）、アンカー (3, 4)、前記基板（２）を前記振動サンプルマス（１）に取り付けるために、前記アンカー（３，４）と前記サンプルマス（１）との間に配置されるアンカースプリング（５，６）、前記基板（２）が回転したときにコリオリの力を発生するためにＸ−Ｙ平面で前記サンプルマス（１）を振動させるドライブ要素（１５）、発生したコリオリの力による前記サンプルマス（１）の撓みをとらえるために、特に前記サンプルマス（１）の下に配置される電極から成るセンサ要素（２２）を備える。前記サンプルマス（１）は、セントラルアンカー（３）に対して均一に配置され、前記セントラルアンカー（３）に対して、径方向に駆動されることができる。前記サンプルマス（１）がＸ−Ｙ平面内の径方向およびＸ−Ｙ平面外の両方で撓むことができるように、前記アンカースプリング（５，６）は設計される。センサマス（２０）は、センサスプリング（２１）により、１つの、特に各前記サンプルマス（１）に配置され、前記センサスプリング（２１）は、前記サンプルマス（１）の面又はＸ−Ｙ平面、および前記サンプルマス（１）の径方向の運動方向に直交する方向の前記センサマス（２０）の撓みを可能にする。
2013525777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘおよび／またはＹおよびＺ軸の運動を検出するためのマイクロジャイロスコープであり、特に、３Ｄ，５Ｄまたは６Ｄセンサであり、
基板（２）と、
複数の振動サンプルマス（１）と、
アンカー（３，４）と、
前記基板（２）に前記振動サンプルマス（１）を取り付けるために前記アンカー（３，４）と前記サンプルマス（１）との間に配置されるアンカースプリング（５，６）と、
前記基板（２）が回転した時にコリオリの力を発生させるために、Ｘ−Ｙ平面で前記サンプルマス（１）を振動させるドライブ要素（１５）と、
発生するコリオリの力による前記サンプルマス（１）の振れを検出するように、前記サンプルマス（１）の下に配置される電極を有するセンサ要素（２２）と、を含み、
前記サンプルマス（１）は、セントラルアンカー（３）に対して均等に配置され、しかも前記セントラルアンカー（３）に対して径方向に駆動されることが可能であり、 
前記サンプルマス（１）がＸ−Ｙ平面内の径方向およびＸ−Ｙ平面外で撓むことができるように、前記アンカースプリング（５，６）が設計されており、 
センサマス（２０）は、センサスプリング（２１）により、前記サンプルマス（１）のそれぞれに配置されており、
前記センサスプリング（２１）は、前記サンプルマス（１）の面またはＸ−Ｙ平面、および前記サンプルマス（１）の径方向の駆動方向に垂直な方向での前記センサマス（２０）の撓みを可能にすることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロジャイロスコープであって、
４つのサンプルマス（１）は、前記セントラルアンカー（３）の周方向に沿って均等に配置されることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロジャイロスコープであって、
弾力性を有するジンバルマウント（７）は、前記セントラルアンカー（３）と前記サンプルマス（１）の前記スプリング（５，６）との間に配置されることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記弾力性を有するジンバルマウント（７）は、互いに距離を離したトーションバネ（１０，１１）により互いに連結される２つのリング（８，９）を備えることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記サンプルマス（１）および／または前記センサマス（２０）はフレーム形状に構成されることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。 
【請求項６】
請求項５に記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記センサマス（２０）は、前記サンプルマス（１）の前記フレーム内に配置されることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。 
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記サンプルマス（１）は、同期スプリング（１６）によって互いに連結されることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記センサ要素（２２）は、Ｚ軸回転速度を検出するために、前記センサマス（２０）に関連付けられることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
垂直なＺ軸方向の個々の撓みを検出するためのセンサ要素は、前記サンプルマス（１）に関連付けられることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項１０】
請求項９に記載のマイクロジャイロスコープであって、
サンプルマス（１）のＺ軸の撓みを検出するためのセンサ要素は、サンプルマス（１）の静電容量およびその下部で前記基板（２）に配置される電極で構成されることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のマイクロジャイロスコープであって、
２つの対向するサンプルマス（１）のＺ軸の撓みを検出するための２つのセンサ要素のそれぞれは、一対のサンプルマス（１）に直交するＸ−Ｙ平面の軸に対する前記基板の回転を検出するための差分センサに組み合わされることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記振動サンプルマス（１）の前記ドライブ要素（１５）は電極であり、特にフォーク型電極であることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記サンプルマス（１）または前記センサマス（２０）の径方向に垂直な撓みを検出するためのセンサ要素（２２）は、前記基板（２）に取り付けられる対向電極（２５）のためのシールド電極（２６）を備える検出ボックス（２３）に配置されることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
前記センサマス（２０） は、Ｚ軸回転速度を得るために、実質的に同じ周方向に同調して撓むことが可能であり、しかも、少なくとも２つのセンサマス（２０）は、Ｘ−Ｙ平面の前記マイクロジャイロスコープの加速度を得るために、時計回り及び反時計回り方向の周方向に互いに撓むことが可能であることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。 
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れかに記載のマイクロジャイロスコープであって、
垂直なＺ軸に沿った前記マイクロジャイロスコープの加速度を得るために、前記サンプルマス（１）は、前記垂直方向に撓むことが可能であり、少なくとも２つのサンプルマス（１）は、Ｚ軸方向に同じ方向に撓むことが可能であることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘおよび／またはＹおよびＺ軸の運動を検出するためのマイクロジャイロスコープに関し、特に、３Ｄ，５Ｄまたは６Ｄセンサに関する。本発明のマイクロジャイロスコープは、基板と、複数の振動サンプルマスと、アンカーと、振動サンプルマスを基板に取り付けるためにアンカーとドライブマスとの間に配置されるアンカースプリングと、基板の回転運動の際にコリオリの力を発生させ、センサ要素を使用してＸまたはＹ軸の回転により発生するコリオリの力によるサンプルマスの撓みを検出するために、Ｘ−Ｙ平面でサンプルマスを振動させるためのドライブ要素とを有し、センサ要素はサンプルマス（１）の下部に配置される電極である。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープは、通常は、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系の軸の回転運動を検出するために使用される。３つの軸のそれぞれの回転運動を測定するために、３つのマイクロジャイロスコープが必要とされる。その制御およびデータの解析は、コストが大きくしかも多大な労力を必要とする。 
【０００３】
３つの軸の全ての回転を検出することができる三次元ジャイロスコープを実現するために、Ｄ． Ｗｏｏｄは、１９９６年の文献“Ａ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｓｉｌｉｃｏｎｅ  ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ  ｃａｐａｂｌｅ  ｏｆ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｂｏｕｔ  ｔｈｒｅｅ  ａｘｅｓ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ”を提案している。すなわち、セントラルアンカーに環状に配置される振動マスを有し、コリオリの力による傾きおよび回転運動を検出するジャイロスコープである。ここでの欠点は、そのようなセンサの製造は、運動マスの駆動とともに、実現することが困難又は不可能なことである。したがって、Ｄ．  Ｗｏｏｄ  ｅｔ  ａｌ．の実施形態は、理論的な問題を残す。
【０００４】
３Ｄジャイロスコープは、Ｎａｎ−Ｃｈｙｕａｎ  Ｔｓａｉによる文献“Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ａｎ  ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏ−ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ  ａｇａｉｎｓｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｓ”にも提案されている。ここでの欠点は、インナープレートおよびアウターリングが４つの運動マスとともに提供されることである。回転に直交する２つの方向に低剛性が必要とされるスプリング構造は、許容範囲が厳格であり、組立が困難である。
【０００５】
提案されている解決方法は、２つ又は３つの直交軸に沿った加速度を同時に検出するのには適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、合理的なコストで製造可能であり、高い検出精度を有し、上記の問題点が解消された３Ｄマイクロジャイロセンサを提供することである。さらに、マイクロジャイロセンサは、２つまたは３つの追加の加速要素が同時に検出されることができるように選択的に設計されることが可能である。
【０００７】
当該目的は、請求項１の特徴を有するマイクロジャイロスコープにより達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るマイクロジャイロスコープは、特に、Ｘおよび／またはＹおよびＺ軸の回転運動を検出するために役立つ。本発明に係るマイクロジャイロスコープは、特に、３Ｄセンサであるが、Ｘおよび／またはＹおよび／またはＺ軸方向の加速度を追加的に検出する５Ｄ又は６Ｄセンサであっても良い。該マイクロジャイロスコープは、基板と複数の振動サンプルマスとアンカーとを有し、振動サンプルマスはアンカーとサンプルマスとの間に配置されるアンカースプリングにより基板に取り付けられる。ドライブ要素を有する少なくとも個々のペアは、好適には全てのサンプルマスであり、基板が回転したときにコリオリの力を受けるように、Ｘ−Ｙ平面の径方向で互いに対向して振動する。センサ要素は、具体的にはサンプルマスの下に配置される電極であり、Ｘおよび／またはＹ軸回転速度および選択的なＺ軸の加速度により発生するコリオリの力によるサンプルマスの撓みを検出する。
【０００９】
本発明では、サンプルマスがセントラルアンカーに対して均一に配置されており、セントラルアンカーに対して径方向に駆動されることができる。サンプルマスがＸ−Ｙ平面内でセントラルアンカーに対して径方向におよびＸ−Ｙ平面外で撓むことが可能なように、アンカースプリングが設計される。センサマスは、センサスプリングにより、１つのサンプルマスに配置され、具体的にはサンプルマスのそれぞれに配置される。センサスプリングは、サンプルマスを含む平面又はＸ−Ｙ平面、及びサンプルマスの径方向の運動方向に直交する方向でセンサマスが撓むことを可能にする。
【００１０】
隣り合う２つのサンプルマスは、サンプルマスペアを構成する。セントラルアンカーに配置されるトーションバネにより、サンプルマスペアはＸまたはＹ軸を含むペア軸に垂直な傾斜軸に傾斜可能である。サンプルマスと中央サスペンションとの間およびサンプルマスとアウターアンカーとの間の適切な程度のアンカースプリングの弾性力により、各サンプルマスは垂直方向に撓むことが可能である。
【００１１】
本発明に係るマイクロジャイロスコープは、製造が非常にシンプルであり、そのため非常に高い精度で製造され且つ動作するという優位性を有する。サンプルマスは、径方向に振動するように駆動される。コリオリの力により引き起こされるサンプルマスの撓みは、解析のために特にシンプルである。Ｘ軸回転速度又はＹ軸回転速度によるサンプルマスペアの複合された傾き撓み運動は、Ｙ軸方向又はＸ軸方向の何れかのみに起こる。その結果、Ｘ軸に配置されるサンプルマスは、Ｘ−Ｙ平面の外でＹ軸回転速度とともに交互にシフトされ、同様にして、Ｘ軸回転速度が発生したときに、Ｙ軸に配置されるサンプルマスはＸ−Ｙ平面の外で交互にシフトする。仮に、Ｚ軸方向の加速度が発生すると、サンプルマスは、同期して平面の外で動く。対向して同期する撓みは、撓みの差および和の測定により、互いに分離することができる。基板とサンプルマスとの間に配置されるセンサ要素は、基板に対するサンプルマスの距離の変化を検出し、その結果、ＸまたはＹ軸回転速度およびＺ軸の加速度の検出を可能にする。
【００１２】
仮にＺ軸回転速度が発生すると、各サンプルマスにコリオリの力が発生し、サンプルマス内のセンサ要素に、径方向の駆動運動に垂直な撓みを引き起こす。当該撓みは、サンプルマス内で対向する。仮にサンプルマスペアの軸に直交する加速度が発生した場合は、２つの組み込まれたセンサ要素は、同じ方向に撓む。当該撓みの差および和の測定は、Ｚ軸回転速度とサンプルマスペアの軸に垂直な加速要素との両方を測定するのに使用することができる。したがって、時計回りまたは反時計回り方向の全てのセンサ要素の撓みの和により回転速度を好適に測定し、サンプルマスペア内の時計回りまたは反時計回り方向の撓みの差分により加速度を好適に測定する。
【００１３】
特に好適なマイクロジャイロスコープの実施形態では、４つのサンプルマスがセントラルアンカーの周方向に均等に配置される。その結果、マイクロジャイロスコープの対称な構造およびそれに対応する回転速度のシンプルな解析が実現される。さらに、対向する振動サンプルマスの駆動運動によりマイクロジャイロスコープに力が作用しないように、対称性は力のバランスを提供する。
【００１４】
仮に弾力性を備えるジンバルマウントがセントラルアンカーとサンプルマスのスプリングとの間に配置されている場合は、Ｘ−Ｙ方向からのサンプルマスの撓みは非常にシンプル且つ確実に利用されることができる。仮に該当するサンプルマスがＸ軸のみに撓む場合は、ジンバルマウントにより、Ｙ軸で撓むサンプルマスには実質的な影響が無く測定可能である。このようにして、予測される撓み運動により、サンプルマスの正確な分離が達成される。ジンバルマウントは、製造することがシンプルな要素であり、マイクロジャイロスコープの精度を大幅に向上させる。
【００１５】
ジンバルマウントの特に好適な実施形態では、オフセットトーションバネにより互いに連結された２つのリングを有する。トーションバネのそれぞれは、２つの振動サンプルマスの運動方向を合わせるように、ここでは互いに９０度オフセットされている。撓み運動の正確な分離は、このようにして達成される。ここでは、シンプルなトーションバネを使うことができる。特に安定した実施形態を得るために且つ意図する方向のみの運動を可能にするために、それぞれのトーションバネは２つに分けられることが好ましく、それぞれについて、２つのトーションバネは好ましい平行又は分岐又は集束スプリングバーが使用される。
【００１６】
サンプルマスおよび／またはセンサマスがフレーム形状に構成されていれば、特にコンパクトな構造が可能になる。サンプルマスがフレーム形状に構成されていれば、ドライブ要素を内側に配置して、サンプルマスで囲むことが可能になる。センサマスのケース内では、フレームタイプ構造がセンサ要素をセンサマス内にコンパクトに配置することを可能にする。電極で作られることが可能なセンサ要素は、基板およびセンサマスに配置される。Ｘ−Ｙ平面又はサンプルマスの平面のＺ軸回転速度によるセンサマスの運動は、基板に固定される電極とセンサマスに配置される電極との間の距離の変化を引き起こし、それによってＺ軸回転速度を得るための電気的信号が生成される。サンプルマスのフレーム構造のために、センサマスの場合と同様にして、固定された電極が基板に配置され、しかも電極がサンプルマスに配置される。サンプルマスは、電極に交流電圧を供給することにより振動される。このようにして、フレーム構造は、電極の非常にコンパクトな配置を可能にし、特に、マイクロジャイロスコープの外形寸法がサンプルマスよりも実質的に大きくなることを防止する。
【００１７】
マイクロジャイロスコープの特にコンパクトな構造を達成するために、好適には、センサマスはサンプルマスのフレーム内に配置される。本実施形態のサンプルマスは、サンプルマスの外形寸法内にあるので、マイクロジャイロスコープは非常に小さく製造される。
【００１８】
サンプルマスの均一な振動を可能にするために、特に好適には、同期スプリングによってサンプルマスが互いに連結される。その結果、同期スプリングは、サンプルマスを径方向に振動駆動する際に発生するいかなる僅かな非同調をも調整する。隣接するサンプルマスは、同期スプリングにより、連続的に均一に振動される。
【００１９】
Ｚ軸回転速度をとらえるために、センサマスはセンサ要素を備える。その結果、センサ要素は、Ｚ軸回転速度に反応する。Ｚ軸回転速度は、センサ要素にサンプルマスの運動方向に垂直な撓みを引き起こすコリオリの力を発生する。この運動は、実質的にセントラルアンカーの接線方向に近い。
【００２０】
サンプルマスは、好適には、垂直なＺ軸方向の個々の撓みをとらえるためのセンサ要素に関連する。その結果として、サンプルマスは、個々に解析が行われるので、回転速度を測定するとともに、Ｚ軸方向の加速度を検出するために使用されることができる。
【００２１】
好適な実施形態では、サンプルマスのＺ軸の撓みを検出するためのセンサ要素は、サンプルマスのキャパシタンスおよびサンプルマスの下で基板に配置される電極により構成される。２つの電極の間の距離の変化は、静電容量の比例変化を引き起こす。
【００２２】
２つの対向するサンプルマスのＺ軸の撓みを検出するための２つのセンサ要素が、Ｘ−Ｙ平面のペアのサンプルマスに垂直な軸に対する基板の回転を検出するための差分センサを構成するように組み合わせられる場合には、個々の測定結果は、回転速度の測定に利用されることができる。
【００２３】
本発明の特に好適な実施形態では、振動サンプルマスのドライブ要素は、電極であり、特にフォーク型電極である。信頼性が高い駆動を実現するために、複数のフォーク電極が配置される。本発明の具体的な実施形態では、サンプルマス毎に、数百個、より具体的には約２００個のフォーク型電極が特に好ましいことが発見された。
【００２４】
いわゆるクアッドバイアス効果（ｑｕａｄ−ｂｉａｓ  ｅｆｆｅｃｔ）を防ぐために、好適には、サンプルマス又はセンサマスの径方向に垂直な撓みを検出するためのセンサ要素は、基板に取り付けられる対向電極のためのシールド電極を備える検出ボックス内に配置され、その結果、径方向の運動による浮遊容量の変化の影響が排除される。このようにして、検出ボックスはシールドを提供し、センサ要素と他の要素との間の意図的ではない接触による誤差信号が防止される。
【００２５】
サンプルマスが垂直方向に撓むことが可能であり且つ少なくとも２つのサンプルマスが垂直なＺ軸に沿って当該Ｚ軸方向に撓むことが可能な場合には、Ｚ軸方向のセンサの加速は単純な方法で検出されることができる。
【００２６】
本発明の更に好適な実施形態であり、実施可能な実施形態では、四角形の４つの領域に配置される４つの同一のフレームを有する。マイクロジャイロスコープの利用可能な領域をより好適に利用するために、平面の速度検出軸であるフレームの対称軸が、基板の座標系のＸおよびＹ軸に対して４５度回転していれば、より好適である。基板の座標系のＸおよびＹ軸に沿う速度信号の強い分離が必要な場合には、サンプルマスのフレームが基板の座標系のＸおよびＹ軸に対して並べられて、全てのセンサが４５度回転されて振動する。
【００２７】
フレームは、中央のジンバルマウントに支持される。フレームは、基板に接続されるための４つのスプリングを有する。４つのスプリングのうちの２つは、セントラルアンカーの近くに配置されてジンバルマウントに接続される。４つのうちの残りの２つのスプリングは、サンプルマスの外端に配置され、その場所でアウターアンカーに接続される。発生するコリオリの力に追従することができるように、インナースプリングおよびアウタースプリングは、径方向のサンプルマスの撓みおよびＸ−Ｙ平面外の運動を可能にする。
【００２８】
引き起こされるＸ軸回転速度およびＹ軸回転速度による信号は、センサ要素の静電容量の変化により測定され、それは、セントラルアンカーに対して対向して配置されるサンプルマスフレームの対向する撓みにより引き起こされる。Ｘ−Ｙ平面外で撓むセグメント又はサンプルマスのためのセンサ電極は、フレームの下に配置される。サンプルマスの対向し対応するフレームをとらえることができるように、２つの対向しフレームに対応するセンサ要素は互いに連結される。
【００２９】
Ｚ軸の回転速度信号は、サンプルマスに組み込まれてサンプルマスのフレームとともに径方向に動く４つのフレームによりもたらされる。Ｚ軸回転速度がコリオリの力を引き起こした場合に、センサマスはマイクロジャイロスコープの径方向に対して適切な角度で動く。端部シールドとしてボックスの端部にシールド電極を備えるセンサおよび検出ボックスは、駆動運動の際のバウンダリ領域（ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｆｉｅｌｄｓ）の変化により引き起こされるクアッドバイアス効果を排除するために使用される。
【００３０】
Ｚ軸回転速度を検出するためのセンサマスの撓みは、時計回り又は反時計回り方向に共通の撓みである。それらは個々に検出される。その結果、マイクロジャイロスコープの加速の影響を排除するために、対向するセンサ要素が解析される。Ｚ軸回転速度の精密測定のために、好適には、センサマス毎の複数のボックスが使用される。センサ要素毎に約１２個の複数のボックスが特に好適であることが分かった。
【００３１】
マイクロジャイロスコープは、好適には、Ｘ，Ｙおよび／またはＺ軸の回転速度を測定するための３Ｄジャイロスコープとして使用される。マイクロジャイロスコープは、特に付加的に、Ｘおよび／またはＹおよび／またはＺ軸方向の加速を測定するためにも用いられる。センサマスは、Ｚ軸回転速度を測定するために、同じ周方向に実質的に同調して撓むことができる。その結果、全てのセンサマスは、セントラルアンカーに対して、同じ時計回り又は反時計回り方向に動く。Ｘ−Ｙ平面のマイクロジャイロスコープの加速度を測定するために、少なくとも２つのセンサマスは、周方向に対して、互いに向き合って撓むことができる。これは、２つの向き合うセンサマスが、ジャイロスコープの周方向に対して、同じ運動方向に互いに向き合って動くことを意味する。その結果、向き合うセンサマスが反時計回り方向に移動する際に、第１のセンサマスが時計回り方向に移動する。このようにして、基板の運動方向について、プラスのＸ方向の運動により、対応するセンサマスがマイナスのＸ方向に撓む。その結果、各センサ要素は、センサマスの運動を示す。
【００３２】
本発明の更なる優位性は、以下の実施形態にて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明に係る３Ｄ、４フレームジャイロスコープを示す。
【図２】図２は、検出ボックスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、４つのフレームを有する３Ｄジャイロスコープを示し、フレームはサンプルマス１で形成されている。サンプルマス１は、基板２上の平面に配置される。該サンプルマス１は、１つのサンプルマス１ごとにセントラルアンカー３および１つのアウターアンカー４により、基板２に接続される。アウターアンカー４への接続は、２つのアウターアンカースプリング５により成される。２つのインナーアンカースプリング６およびジンバルマウント７は、サンプルマス１とセントラルアンカー３との間に配置される。アウターアンカースプリング５およびインナーアンカースプリング６は、図中の平面内、すなわちＸ−Ｙ平面内でアウターアンカー４とセントラルアンカー３との間で振動運動が可能なように設計される。さらに、アンカースプリング５および６は、それらが図中の平面に対して直交する方向に撓むことができるように設計され、その結果、発生するコリオリの力によるＸまたはＹ軸回転速度を示す。運動軸の傾きに対するサンプルマス１の一定水準の安定性を実現するために、インナーアンカースプリング６は、サンプルマス１上で互いに比較的に距離を離して配置される。アウターアンカースプリング５は、アウターアンカー４の領域で互いに比較的に近づいてサンプルマス１に取り付けられる。安定且つ容易なサンプルマス１のスプリング５，６およびアンカー３，４への取り付けは、このようにして達成される。
【００３５】
ＸおよびＹ軸回転速度による撓みの相互作用を防止するとともに、大きな反動力を発生させず且つシンプルに撓むことを可能にするために、ジンバルマウント７がインナーアンカースプリング６とセントラルアンカー３との間に配置され、コリオリの力により引き起こされるサンプルマスペアの傾き運動を支持する。ジンバルマウント７は、インナーリング８およびアウターリング９を含む。インナーリング８およびアウターリング９は、２つのトーションバネ１０により、それぞれが連結される。トーションバネ１０は、２つの対向するサンプルマス１の駆動方向に沿って配置される。２つの更なるトーションバネ1 1は、トーションバネ１０から、９０度傾けられており、インナーリング８をセントラルアンカー３に接続する。当該スプリングは、他の２つのサンプルマス１の駆動運動の方向に沿って配置される。Ｘ−Ｙ平面外での２つの対向するサンプルマス１の旋回または傾きは、それらの間に配置され且つそれらから９０度傾けられた２つのサンプルマス１に実質的に影響することなく実現される。トーションバネ１０，１１は、別の態様で実装されても良い。たとえば、それらのそれぞれは、平行に並ぶ２つのスプリングバーで構成されても良い。それらはそれらの長手軸に沿って回転運動可能であり、しかも他の方向には可能な限り動かないように配置されることが重要である。したがって、２つのスプリングバーの分岐配置または収束配置が考えられる。
【００３６】
サンプルマス１の安定した支持は、２つのアウターアンカースプリング５および２つのインナーアンカースプリング６の使用により実現される。これにより、運動方向または運動軸に対するサンプルマス１の回転が防止される。したがって、コリオリの力が発生したときに、サンプルマス１は、Ｘ−Ｙ平面で非常に安定に駆動され、運動軸に垂直な軸に対して回転する。運動軸に対する回転運動は、サンプルマス１の懸架により発生しない。
【００３７】
サンプルマス１の振動駆動は、ドライブ要素１５により発生する。ドライブ要素１５は、各サンプルマス１に対して配置される。本実施形態では、当該要素は、フォーク型電極であり、交流電圧の使用によってサンプルマス１に振動性の線形運動を引き起こす。サンプルマス１の一定な駆動を達成するために、複数のフォーク型電極、好ましくは、数百個のフォーク型電極が、各サンプルマス１に対して配置される。
【００３８】
また、サンプルマス１の一定な駆動を実現するために、同期スプリング１６が２つの隣接するサンプルマス１の間に配置される。サンプルマス１がセントラルアンカー３とアウターアンカー４との間で同期して振動しない場合に、同期スプリング１６のバネ力がサンプルマス１に作用する。同期駆動は、たった１つの駆動回路の使用を可能にする。また、同期駆動は、解析の際にエラーを引き起こすマイクロジャイロスコープの相互反作用力を防止することを実現する。
【００３９】
各サンプルマス１は、フレーム状に提供される。センサマス２０は、フレーム内に配置される。センサマス２０は、４つのスプリング２１により、サンプルマス１に取り付けられる。スプリング２１は、センサマス２０のコーナーでサンプルマス１に取り付けられる。スプリング２１は、サンプルマス１内でのセンサマス２０の振動運動を可能にする。スプリング２１は、サンプルマス１の平面の外またはＸ−Ｙ平面の外での撓みの大部分を防止する。Ｚ軸回転速度が与えられないときに、センサマス２０は、サンプルマス１とともに移動する。これは、ＸまたはＹ軸回転速度が発生したときに、センサマスがＸ−Ｙ平面でのサンプルマス１の駆動運動に関連すること、およびセンサマス２０がＸ−Ｙ平面の外側でサンプルマス１とともにサンプルマス１と同じ態様で移動することを意味する。マイクロジャイロスコープにＺ軸回転速度が加えられた場合には、センサマス２０は、サンプルマス１に対して、サンプルマス１の運動方向に直交する方向に移動する。当該方向は、スプリング２１が可能にする運動の方向のみである。Ｚ軸回転速度および関連するコリオリの力によるセンサマス２０の運動を検出するために、センサマス２０もフレームとして提供される。センサ要素はフレームに配置されており、センサ要素のいくつかは基板２に固定され、また、いくつかのセンサ要素はセンサマス２０に配置される。固定される電極とセンサマス２０上の電極との間の距離は、サンプルマス１および基板２に対するセンサマス２０の運動により変化し、当該距離は、静電容量の変化により決定されることが可能である。
【００４０】
各センサマス２０は、複数のセンサ要素２２を有する。センサ要素２２は、いわゆる検出ボックス２３に配置される。各センサマス２０は、図示の実施形態の例では、１２個のそのような検出ボックス２３を有する。
【００４１】
仮に、対向するセンサマス２０が、Ｘ−Ｙ平面のマイクロジャイロスコープの直線加速方向とは逆に撓んだ場合には、当該撓みは、センサ要素２２により検出される。その一方で、センサマス２０は、Ｚ軸回転速度を測定するために、同じ周方向に実質的に同調して撓む。このように、マイクロジャイロスコープは、５Ｄセンサとして又はサンプルマスの同期するＺ軸の撓みの測定とともに６Ｄセンサとして使用されることができる。
【００４２】
図２は、ある実施形態の検出ボックス２３を示す。各検出ボックス２３は内壁を有し、移動するセンサマス２０の電極２４を構成する。電極２４は、基板に固定され且つ基板と絶縁された対向電極２５に対向し、サンプルマス１の駆動方向に垂直なセンサの動きの方向の検出ボックス２３の動きは、測定される静電容量の変化を引き起こす。ボックス２３内での変動バウンダリ領域におけるサンプルマス１の右左の径方向初期運動の影響を防止するために、移動するマス２０と同電位のシールド電極２６を使用することが可能であり、その結果、安定バウンダリ領域を保証する。
【００４３】
本発明は、図示の実施形態の例に限定されない。たとえば、同様の原理に基づいて２Ｄセンサを構成することが可能であり、たとえば、Ｚ軸回転速度を検出するために、振動駆動する２つのサンプルマス１を備え、センサマス２０はその中に配置される。センサマス２０が、サンプルマス１内に配置されることも必要とされない。それらは、サンプルマス１の外側に配置されることも可能であるが、この場合には、マイクロジャイロスコープのコンパクトな構造に係る優位性は、もはや提供されていない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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