(57)【要約】      （修正有）【課題】単純かつロバストなジャイロスコープ構造体を提供する。【解決手段】第１コリオリマス２１１と、第２コリオリマス２１２と、第３コリオリマス２１３と、第４コリオリマス２１４とがｘ軸上に配置され、一次振動モードにおいて、第１コリオリマス２１１および第４コリオリマス２１４が中心点に向かって移動すると、第２コリオリマス２１２および第３コリオリマス２１３は中心点から遠ざかるように移動し、その逆も同様であるように振動する。ジャイロスコープがｘ軸と垂直なｙ軸を中心とする回転を受ける場合、各コリオリマスがｚ軸方向の垂直運動を受け、第２コリオリマス２１２および第４コリオリマス２１４が上がると、第１コリオリマス２１１および第３コリオリマス２１３は下がり、その逆も同様であるように振動する。【選択図】図２ｄ
2022000628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
休止位置において、横ｘ軸および縦ｙ１軸によって定義された水平ｘｙ平面内にあるコリオリマスの第１セットを備える微小電気機械ジャイロスコープであって、前記ｘ軸は、第１中心点で前記ｙ１軸と直交し、垂直ｚ軸は、前記第１中心点で前記ｘ軸および前記ｙ１軸の両方と直交し、
前記コリオリマスの第１セットは、休止位置において前記ｙ１軸の第１側の前記ｘ軸上に並んだ第１コリオリ対を共に形成する第１コリオリマスおよび第２コリオリマスを含み、前記第２コリオリマスは、前記第１コリオリマスよりも前記ｙ１軸側にあり、
前記コリオリマスの第１セットは、休止位置において前記ｙ１軸の第２側の前記ｘ軸上に並んだ第２コリオリ対を共に形成する第３コリオリマスおよび第４コリオリマスを含み、前記第３コリオリマスは、前記第４コリオリマスよりも前記ｙ１軸側にあり、前記ｙ１軸の第２側は、第１側と反対であり、
前記ジャイロスコープは、また、前記ｙ１軸の第１側の第１周囲アンカーポイントセットと、前記第１周囲アンカーポイントセットから前記第１コリオリ対を懸架する第１周囲懸架部とを備え、前記ジャイロスコープは、また、前記ｙ１軸の第２側の第２周囲アンカーポイントセットと、前記第２周囲アンカーポイントセットから前記第２コリオリ対を懸架する第２周囲懸架部とを備え、前記ジャイロスコープは、さらに、実質的に前記第１中心点に位置する１以上の第１中央アンカーポイントから前記第１コリオリ対および前記第２コリオリ対の両方を懸架する第１中央懸架部を備え、
前記ジャイロスコープは、さらに、前記第１コリオリ対および前記第２コリオリ対を一次振動モードで作動させる１以上の駆動変換器と、前記ジャイロスコープが前記ｙ１軸と平行な軸を中心とする角回転を受ける場合にコリオリ力によって引き起こされるｙ軸二次振動モードにおける前記第１コリオリ対および前記第２コリオリ対の振動を検出する１以上のｙ軸センス変換器とを備え、前記第１中央懸架部と、前記第１周囲懸架部および前記第２周囲懸架部とは、前記一次振動モードおよび前記ｙ軸二次振動モードに柔軟に順応し、
前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第１セットは、前記第１コリオリマスおよび前記第４コリオリマスが前記第１中心点に向かって前記ｘ軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第２コリオリマスおよび前記第３コリオリマスは前記第１中心点から遠ざかるように前記ｘ軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、
前記ｙ軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第１セットは、前記第１コリオリマス、前記第２コリオリマス、前記第３コリオリマスおよび前記第４コリオリマスが垂直運動を受け、前記第２コリオリマスおよび前記第４コリオリマスが下がると、前記第１コリオリマスおよび前記第３コリオリマスは上がり、その逆も同様であるように振動する
微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項２】
前記ｙ１軸に対する前記第２コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ１軸に対する前記第３コリオリマスの慣性モーメントを加えたものは、前記ｙ１軸に対する前記第１コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ１軸に対する前記第４コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと実質的に等しい
請求項１に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項３】
前記ｙ１軸に対する前記第１コリオリマス、前記第２コリオリマス、前記第３コリオリマスおよび前記第４コリオリマスの慣性モーメントは、すべて実質的に等しい
請求項２に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項４】
前記第１周囲アンカーポイントセットは、前記ｘ軸から実質的に等距離で前記ｘ軸の両側に配置された２つの第１周囲アンカーポイントを含み、前記第１周囲懸架部は、２つの第１縦シーソーを含み、前記ｘ軸側の端部である各第１縦シーソーの近位端は、前記第２コリオリマスに連結され、前記近位端よりも前記ｘ軸から離れた各第１縦シーソーの遠位端は、前記第１コリオリマスに連結され、
前記第２周囲アンカーポイントセットは、前記ｘ軸から実質的に等距離で前記ｘ軸の両側に配置された２つの第２周囲アンカーポイントを含み、前記第２周囲懸架部は、２つの第２縦シーソーを含み、前記ｘ軸側の端部である各第２縦シーソーの近位端は、前記第３コリオリマスに連結され、前記近位端よりも前記ｘ軸から離れた各第２縦シーソーの遠位端は、前記第４コリオリマスに連結される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項５】
前記第１周囲アンカーポイントセットは、前記ｘ軸から実質的に等距離で前記ｘ軸の両側に配置された２つの第１周囲アンカーポイントを含み、前記第１周囲懸架部は、前記第２コリオリマスに連結された垂直方向に剛性を有する第１縦内側バーを含み、前記第１コリオリマスは、第１部分と第２部分とを含み、前記第１内側バーの第１端部は、前記第１コリオリマスの第１部分の第１端部に連結され、前記第１内側バーの第２端部は、前記第１コリオリマスの第２部分の第１端部に連結され、当該第１部分の第２端部は、横方向に可撓性を有する連結ばねによって当該第２部分の第２端部に連結され、前記第１コリオリマスの当該第１部分および第２部分は、ねじれ可撓性を有する横向きの懸架ばねによってそれぞれの第１周囲アンカーポイントから懸架され、
前記第２周囲アンカーポイントセットは、前記ｘ軸から実質的に等距離で前記ｘ軸の両側に配置された２つの第２周囲アンカーポイントを含み、前記第２周囲懸架部は、前記第３コリオリマスに連結された垂直方向に剛性を有する第２縦内側バーを含み、前記第４コリオリマスは、第１部分と第２部分とを含み、前記第２内側バーの第１端部は、前記第４コリオリマスの第１部分の第１端部に連結され、前記第２内側バーの第２端部は、前記第４コリオリマスの第２部分の第１端部に連結され、前記第４コリオリマスの第１部分の第２端部は、横方向に可撓性を有する連結ばねによって前記第４コリオリマスの第２部分の第２端部に連結され、前記第４コリオリマスの第１部分および第２部分は、ねじれ可撓性を有する横向きの懸架ばねによってそれぞれの第２周囲アンカーポイントから懸架される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項６】
前記ジャイロスコープは、さらに、コリオリマスの第２セットを備え、前記第２セットは、休止位置において前記ｘ軸の第１側の前記ｙ１軸上に並んだ第３コリオリ対を共に形成する第５コリオリマスおよび第６コリオリマスを含み、前記第６コリオリマスは、前記第５コリオリマスよりも前記ｘ軸側にあり、
前記コリオリマスの第２セットは、さらに、休止位置において前記ｘ軸の第２側の前記ｙ１軸上に並んだ第４コリオリ対を共に形成する第７コリオリマスおよび第８コリオリマスを含み、前記第７コリオリマスは、前記第８コリオリマスよりも前記ｘ軸側にあり、前記ｘ軸の第２側は、第１側と反対であり、
前記ジャイロスコープは、また、前記ｘ軸の第１側の第３周囲アンカーポイントセットと、前記第３周囲アンカーポイントセットから前記第３コリオリ対を懸架する第３周囲懸架部とを備え、前記ジャイロスコープは、また、前記ｘ軸の第２側の第４周囲アンカーポイントセットと、前記第４周囲アンカーポイントセットから前記第４コリオリ対を懸架する第４周囲懸架部とを備え、前記第１中央懸架部は、前記第１中央アンカーポイントから前記第３コリオリ対および前記第４コリオリ対の両方を懸架し、
前記１以上の駆動変換器は、また、前記第３コリオリ対および前記第４コリオリ対を前記一次振動モードで作動させ、前記ジャイロスコープは、前記ジャイロスコープが前記ｘ軸を中心とする角回転を受ける場合にコリオリ力によって引き起こされるｘ軸二次振動モードにおける前記第３コリオリ対および前記第４コリオリ対の振動を検出する１以上のｘ軸センス変換器を備え、前記第１中央懸架部と、前記第３周囲懸架部および前記第４周囲懸架部とは、前記一次振動モードおよび前記ｘ軸二次振動モードに柔軟に順応し、
前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第２セットは、前記第５コリオリマスおよび前記第８コリオリマスが前記第１中心点に向かって前記ｙ１軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第６コリオリマスおよび前記第７コリオリマスは前記第１中心点から遠ざかるように前記ｙ１軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、
前記一次振動モードにおいて、前記第１コリオリマスが前記第１中心点に近づくと、前記第５コリオリマスは前記第１中心点から遠ざかり、その逆も同様であるか、または、前記第５コリオリマスおよび前記第１コリオリマスは、同時に前記第１中心点から遠ざかり、そして前記第１中心点に近づき、
前記ｘ軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第２セットは、前記第５コリオリマス、前記第６コリオリマス、前記第７コリオリマスおよび前記第８コリオリマスが同時に生じる垂直平行移動を受け、前記第６コリオリマスおよび前記第８コリオリマスが下がると、前記第５コリオリマスおよび前記第７コリオリマスは上がり、その逆も同様であるように振動する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項７】
前記ｙ１軸に対する前記第２コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ１軸に対する前記第３コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｙ１軸に対する前記第１コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ１軸に対する前記第４コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｘ軸に対する前記第６コリオリマスの慣性モーメントに前記ｘ軸に対する前記第７コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｘ軸に対する前記第５コリオリマスの慣性モーメントに前記ｘ軸に対する前記第８コリオリマスの慣性モーメントを加えたものとは、実質的に等しい
請求項６に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項８】
前記ｙ１軸に対する前記第１コリオリマス、前記第２コリオリマス、前記第３コリオリマスおよび前記第４コリオリマスの慣性モーメントと、前記ｘ軸に対する前記第５コリオリマス、前記第６コリオリマス、前記第７コリオリマスおよび前記第８コリオリマスの慣性モーメントとは、すべて実質的に等しい
請求項７に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項９】
前記ジャイロスコープは、前記コリオリマスの第１セットおよび第２セットを取り囲む周囲ジンバル構造体を備え、前記周囲ジンバル構造体は、内側ジンバルフレームおよび外側ジンバルフレームを含み、前記外側ジンバルフレームは、前記ｘ軸である第１ジンバル軸上の前記コリオリマスの第１セットの両側に並んだ２つのジンバルアンカーポイントから２つのジンバルねじりバーによって懸架され、前記内側ジンバルフレームは、前記ｙ１軸である第２ジンバル軸上の前記コリオリマスの第２セットの両側に並んだ追加の２つのジンバルねじりバーによって前記外側ジンバルフレームから懸架され、前記内側ジンバルフレームは、前記第１ジンバル軸上に並んだ前記コリオリ対と、前記第２ジンバル軸上に並んだ前記コリオリ対とに取り付けられる
請求項６〜８のいずれか１項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項１０】
前記ジャイロスコープは、さらに、休止位置において縦ｙ２軸の第１側の前記ｘ軸上に並んだ第５コリオリ対を共に形成する第９コリオリマスおよび第１０コリオリマスを含むコリオリマスの第３セットを備え、前記第１０コリオリマスは、前記第９コリオリマスよりも前記ｙ２軸側にあり、前記ｘ軸は、第２中心点で前記ｙ２軸と直交し、前記コリオリマスの第３セットは、さらに、休止位置において前記ｙ２軸の第２側の前記ｘ軸上に並んだ第６コリオリ対を共に形成する第１１コリオリマスおよび第１２コリオリマスを含み、前記第１１コリオリマスは、前記第１２コリオリマスよりも前記ｙ２軸側にあり、前記ｙ２軸の第２側は、第１側と反対であり、
前記ジャイロスコープは、さらに、休止位置において前記ｘ軸の第１側の前記ｙ２軸上に並んだ第７コリオリ対を共に形成する第１３コリオリマスおよび第１４コリオリマスを含むコリオリマスの第４セットを備え、前記第１４コリオリマスは、前記第１３コリオリマスよりも前記ｘ軸側にあり、前記コリオリマスの第４セットは、さらに、休止位置において前記ｘ軸の第２側の前記ｙ２軸上に並んだ第８コリオリ対を共に形成する第１５コリオリマスおよび第１６コリオリマスを含み、前記第１５コリオリマスは、前記第１６コリオリマスよりも前記ｙ２軸側にあり、
前記ジャイロスコープは、また、前記ｙ２軸の第１側の第５周囲アンカーポイントセットと、前記第５周囲アンカーポイントセットから前記第５コリオリ対を懸架する第５周囲懸架部と、前記ｙ２軸の第２側の第６周囲アンカーポイントセットと、前記第６周囲アンカーポイントセットから前記第６コリオリ対を懸架する第６周囲懸架部と、前記ｘ軸の第１側の第７周囲アンカーポイントセットと、前記第７周囲アンカーポイントセットから前記第７コリオリ対を懸架する第７周囲懸架部と、前記ｘ軸の第２側の第８周囲アンカーポイントセットと、前記第８周囲アンカーポイントセットから前記第８コリオリ対を懸架する第８周囲懸架部とを備え、
前記ジャイロスコープは、さらに、実質的に前記第２中心点に位置する１以上の第２中央アンカーポイントから前記第５コリオリ対、前記第６コリオリ対、前記第７コリオリ対および前記第８コリオリ対を懸架する第２中央懸架部を備え、前記第２中央懸架部と、前記第５周囲懸架部、前記第６周囲懸架部、前記第７周囲懸架部および前記第８周囲懸架部とは、前記一次振動モードならびに前記ｘ軸二次振動モードおよび前記ｙ軸二次振動モードに柔軟に順応し、
前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第３セットは、前記第９コリオリマスおよび前記第１２コリオリマスが前記第２中心点に向かって前記ｘ軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第１０コリオリマスおよび前記第１１コリオリマスは前記第２中心点から遠ざかるように前記ｘ軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、前記一次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第４セットは、前記第１３コリオリマスおよび前記第１６コリオリマスが前記第２中心点に向かって前記ｙ２軸に沿って線形平行移動で動くと、前記第１４コリオリマスおよび前記第１５コリオリマスは前記第２中心点から遠ざかるように前記ｙ２軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動し、
前記ｙ軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第３セットは、前記第９コリオリマス、前記第１０コリオリマス、前記第１１コリオリマスおよび前記第１２コリオリマスが垂直運動を受け、前記第１０コリオリマスおよび前記第１２コリオリマスが下がると、前記第９コリオリマスおよび前記第１１コリオリマスは上がり、その逆も同様であるように振動し、前記ｘ軸二次振動モードにおいて、前記コリオリマスの第４セットは、前記第１３コリオリマス、前記第１４コリオリマス、前記第１５コリオリマスおよび前記第１６コリオリマスが垂直運動を受け、前記第１３コリオリマスおよび前記第１６コリオリマスが下がると、前記第１４コリオリマスおよび前記第１５コリオリマスが上がり、その逆も同様であるように振動し、
前記一次振動モードにおいて、前記第４コリオリマスが前記第１中心点に近づくと、前記第９コリオリマスは常に前記第２中心点から遠ざかり、その逆も同様であり、前記第９コリオリマスが前記第２中心点に近づくと、前記第１３コリオリマスは前記第１中心点から遠ざかり、その逆も同様であるか、または、前記第１３コリオリマスおよび前記第９コリオリマスは、同時に前記第２中心点から遠ざかり、そして前記第２中心点に近づく
請求項６〜８のいずれか１項に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項１１】
前記ｙ１軸に対する前記第２コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ１軸に対する前記第３コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｙ１軸に対する前記第１コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ１軸に対する前記第４コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｘ軸に対する前記第６コリオリマスの慣性モーメントに前記ｘ軸に対する前記第７コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｘ軸に対する前記第５コリオリマスの慣性モーメントに前記ｘ軸に対する前記第８コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｙ２軸に対する前記第１０コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ２軸に対する前記第１１コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｙ２軸に対する前記第９コリオリマスの慣性モーメントに前記ｙ２軸に対する前記第１２コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｘ軸に対する前記第１４コリオリマスの慣性モーメントに前記ｘ軸に対する前記第１５コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、
前記ｘ軸に対する前記第１３コリオリマスの慣性モーメントに前記ｘ軸に対する前記第１６コリオリマスの慣性モーメントを加えたものとは、実質的に等しい
請求項１０に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【請求項１２】
前記ｙ１軸に対する前記第１コリオリマス、前記第２コリオリマス、前記第３コリオリマスおよび前記第４コリオリマスの慣性モーメントと、前記ｘ軸に対する前記第５コリオリマス、前記第６コリオリマス、前記第７コリオリマスおよび前記第８コリオリマスの慣性モーメントと、前記ｙ２軸に対する前記第９コリオリマス、前記第１０コリオリマス、前記第１１コリオリマスおよび前記第１２コリオリマスの慣性モーメントと、前記ｘ軸に対する前記第１３コリオリマス、前記第１４コリオリマス、前記第１５コリオリマスおよび前記第１６コリオリマスの慣性モーメントとは、すべて実質的に等しい
請求項１１に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、微小電気機械ジャイロスコープに関し、より詳細には、振動プルーフマスシステムを使用して、デバイス面内にある１つの回転軸を少なくとも中心とする角回転を測定するジャイロスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープでは、プルーフマスが、一次振動モード（駆動振動モードとも呼ばれ得る）で振動するように容易に駆動され、また、コリオリ力によって引き起こされる二次振動モード（センス振動モードとも呼ばれ得る）の振動も容易に受けることが好ましい。ジャイロスコープにおける一般的な課題は、これらの２つのモードにおけるプルーフマスの振動が、外部外乱、例えば周囲の要素の振動によって摂動しないことが好ましい。ジャイロスコープは、意図した動作周波数範囲内でジャイロスコープが受ける角回転速度によってのみ出力信号が決定されるように、線形振動と回転振動との両方によって摂動しないことが好ましい。例えば、自動車用途では、潜在的な外乱は通常１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数範囲にあり、一方、入力周波数範囲は通常１ｋＨｚ未満である。
【０００３】
単純なＭＥＭＳジャイロスコープは、１つの振動プルーフマスのみを利用して構成されてもよいが、動作周波数に近い周波数で外部振動が存在する場合、通常、そのようなジャイロスコープの出力信号は非常にノイズが多くなる。１つのマスジャイロスコープは、５０ｋＨｚを超える動作周波数でのみ実用的と考えられるが、これらの周波数では、ジャイロスコープの感度が非常に低くなる可能性があり、製造欠陥から生じる直交信号などの他の妨害作用が非常に顕著になることが多い。また、単一マス駆動における不均衡な駆動モードでは、駆動振動の反力による駆動モードからのエネルギー漏洩が生じる。これは、動作に必要な駆動力の増加、安定性問題、および硬質ダイの取付要件など、あらゆる種類の問題を引き起こす。
【０００４】
２つまたは４つのプルーフマスが逆位相で振動するプルーフマスシステムは、マスが１つのジャイロスコープよりも振動に対してはるかにロバストにし得ることが知られている。２つまたは４つのプルーフマスの同位相運動を引き起こす振動から生じる信号成分は、差動測定によってある程度自動的に相殺することができる。さらに、差動共振周波数に影響を与えることなく同位相共振周波数を５０ｋＨｚよりも高くできる場合、通常、妨害振動により共振増幅は生じない。
【０００５】
いくつかのＭＥＭＳジャイロスコープは、デバイス基板に垂直な１つの軸を中心とする回転速度を測定するように設計されている。そのようなジャイロスコープは、ｚ軸ジャイロスコープと呼ばれてもよい。他のＭＥＭＳジャイロスコープは、基板面内にある２つの垂直軸のどちらかを中心とする回転速度を測定するように設計されている。そのようなジャイロスコープは、ｘ軸ジャイロスコープおよび／またはｙ軸ジャイロスコープと呼ばれてもよい。多軸ＭＥＭＳジャイロスコープは、同じ振動プルーフマスセットを用いてｘ軸、ｙ軸、および／またはｚ軸を中心とする回転速度を測定するように設計されている。
【０００６】
特許文献１は、チェス盤構成の４つのプルーフマスを備えたｘ軸ジャイロスコープを開示している。プルーフマスは、対になって逆位相で振動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／３３０７８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示の目的は、単純かつロバストなジャイロスコープ構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示のその目的は、独立請求項に記載されることを特徴とする構成によって達成される。本開示の好ましい実施形態は、従属請求項に開示する。
【００１０】
本開示は、ｙ軸を中心とする角回転を測定するためにｘ軸上に並んだ４つのコリオリマスを利用し、それらのコリオリマスを結合構造体および懸架構造体によって相互連結させる考えに基づく。開示した構成の利点は、ｙ方向の表面積をほとんど占有せずにｘ軸測定をロバストにできることである。同じ考えを、任意選択でｙ軸にも適用することができ、これにより、小型かつロバストなｘｙジャイロスコープを構成することができる。同じ原理を利用する多軸ジャイロスコープシステムも構成することができ、そのようなシステムが２つ並んで配置される構成を用いて、ジャイロスコープをさらに一層ロバストにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下に、添付図面を参照しながら本開示をより詳細に説明する。
【図１】図１は、異なる振動モードを示すために本開示において使用される記号を示す図である。
【図２ａ】図２ａは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図２ｂ】図２ｂは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図２ｃ】図２ｃは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図２ｄ】図２ｄは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図３ａ】図３ａは、周囲懸架部を示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、周囲懸架部を示す図である。
【図３ｃ】図３ｃは、周囲懸架部を示す図である。
【図４ａ】図４ａもまた、周囲懸架部を示す図である。
【図４ｂ】図４ｂもまた、周囲懸架部を示す図である。
【図４ｃ】図４ｃもまた、周囲懸架部を示す図である。
【図５ａ】図５ａは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図５ｂ】図５ｂは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図５ｃ】図５ｃは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図５ｄ】図５ｄは、ジャイロスコープおよびその振動モードを示す図である。
【図５ｅ】図５ｅは、ジンバル・フレーム構造体を示す図である。
【図５ｆ】図５ｆは、ジンバル・フレーム構造体を示す図である。
【図６】図６は、第１二次振動モードおよび追加の検出マスを示す図である。
【図７】図７は、第２二次振動モードを示す図である。
【図８ａ】図８ａは、両面ジャイロスコープ構造体およびその振動モードを示す図である。
【図８ｂ】図８ｂは、両面ジャイロスコープ構造体およびその振動モードを示す図である。
【図９ａ】図９ａは、第１実施例を示す図である。
【図９ｂ】図９ｂは、第１実施例を示す図である。
【図９ｃ】図９ｃは、第１実施例を示す図である。
【図１０ａ】図１０ａは、第２実施例を示す図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは、第２実施例を示す図である。
【図１０ｃ】図１０ｃは、フレームを備えた構造体例を示す図である。
【図１１ａ】図１１ａは、第３実施例を示す図である。
【図１１ｂ】図１１ｂは、第３実施例を示す図である。
【図１２】図１２は、第４実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示では、休止位置において、横ｘ軸および縦ｙ１軸によって定義された水平ｘｙ平面内にある第１セットのコリオリマスを備える微小電気機械ジャイロスコープについて説明する。ｘ軸は、第１中心点でｙ１軸と直交し、垂直ｚ軸は、第１中心点でｘ軸およびｙ１軸の両方と直交する。
【００１３】
コリオリマスの第１セットは、休止位置においてｙ１軸の第１側のｘ軸上に並んだ第１コリオリ対を共に形成する第１コリオリマスおよび第２コリオリマスを含む。第２コリオリマスは、第１コリオリマスよりもｙ１軸側にある。コリオリマスの第１セットは、また、休止位置においてｙ１軸の第２側のｘ軸上に並んだ第２コリオリ対を共に形成する第３コリオリマスおよび第４コリオリマスを含む。第３コリオリマスは、第４コリオリマスよりもｙ１軸側にあり、ｙ１軸の第２側は、第１側と反対である。
【００１４】
ジャイロスコープは、また、ｙ１軸の第１側の第１周囲アンカーポイントセットと、第１周囲アンカーポイントセットから第１コリオリ対を懸架する第１周囲懸架部とを備える。ジャイロスコープは、また、ｙ１軸の第２側の第２周囲アンカーポイントセットと、第２周囲アンカーポイントセットから第２コリオリ対を懸架する第２周囲懸架部とを備える。ジャイロスコープは、さらに、実質的に第１中心点に位置する１以上の第１中央アンカーポイントから第１コリオリ対および第２コリオリ対の両方を懸架する第１中央懸架部を備える。
【００１５】
ジャイロスコープは、さらに、第１コリオリ対および第２コリオリ対を一次振動モードで作動させる１以上の駆動変換器と、ジャイロスコープがｙ１軸と平行なｙ軸を中心とする角回転を受ける場合にコリオリ力によって引き起こされるｙ軸二次振動モードにおける第１コリオリ対および第２コリオリ対の振動を検出する１以上のｙ軸センス変換器とを備える。第１中央懸架部と、第１周囲懸架部および第２周囲懸架部とは、一次振動モードおよびｙ軸二次振動モードに柔軟に順応する。
【００１６】
一次振動モードにおいて、コリオリマスの第１セットは、第１コリオリマスおよび第４コリオリマスが第１中心点に向かってｘ軸に沿って線形平行移動で動くと、第２コリオリマスおよび第３コリオリマスは第１中心点から遠ざかるようにｘ軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動する。ｙ軸二次振動モードにおいて、コリオリマスの第１セットは、第１コリオリマス、第２コリオリマス、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスが垂直運動を受け、第２コリオリマスおよび第４コリオリマスが下がると、第１コリオリマスおよび第３コリオリマスは上がり、その逆も同様であるように振動する。
【００１７】
本開示において、デバイス面が図示され、ｘｙ平面と称される。デバイス面はまた、水平面と呼ばれてもよい。ｚ軸は、ｘｙ平面に垂直である。ｚ軸はまた、垂直軸と呼ばれてもよい。プルーフマスが休止位置から遠ざかる場合にデバイス面内において水平のままである線形運動および／または回転運動は、「面内」運動または「デバイス面内運動」と称されてもよく、一方、プルーフマスが休止位置から垂直方向に遠ざかる線形運動および／または回転運動は、「面外」運動または「デバイス面外運動」と称されてもよい。
【００１８】
本開示において、「水平」および「垂直」という用語は、単に、それぞれデバイス面およびデバイス面に垂直な方向を指す。デバイス面は、通常、微小機械構造体が作製される基板によって定義される。「水平」および「垂直」という用語は、製造中または使用中にデバイスをどのように方向付けるべきかについては何も示唆していない。「上方」および「下方」という用語は、図を説明する際の垂直ｚ座標の差を指しており、「上に」および「下に」という用語は、逆の２つの垂直方向を指す。
【００１９】
デバイス面に垂直な任意の軸を中心とする回転は、ｚ軸を中心とする回転と称される。同様に、図示したｘ軸と平行な任意の軸を中心とする回転は、ｘ軸を中心とする回転と称され、図示したｙ軸と平行な任意の軸を中心とする回転は、ｙ軸を中心とする回転と称される。これらの３つのタイプの回転でコリオリ力によって引き起こされる二次振動モードは、それぞれｚ軸二次振動モード、ｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードと称される。
【００２０】
本開示において、「ばね」という用語は、少なくとも一方向において可撓性を有するデバイス部品を指す。「サスペンダ」という用語は、固定部（アンカーポイントなど）と、デバイスが動作するときに振動するデバイス部品との間に配置される（場合によっては他のデバイス部品と共に）ばねを指す。「懸架構造体」および「懸架部」という用語は、共に可動マスを構造的に支持する部品のより複雑な組合せを指す。懸架構造体および懸架部は、所望の振動モードに順応するために必要な可撓性を与える少なくとも１つの可撓性サスペンダを含む。懸架構造体および懸架部は、多くのサスペンダを含んでもよく、また、剛性部分を含んでもよい。懸架された可動マスが動いているとき、サスペンダは通常、曲がるか、またはねじれる。
【００２１】
可動マスが動いているとき（当該剛性部分と、対応するアンカーポイントとの間に１以上の可撓性サスペンダがあると仮定する）、懸架構造体／部の剛性部分は動くことが多い。いくつかのばねは、同期構造体を形成してもよく、または、剛性部分と組み合わされて同期構造体を形成してもよい。同期構造体は、また、懸架構造体として機能してもよい。あるいは、同期構造体は、構造的に支持することなく同期を行ってもよい。より一般的には、マス要素を互いに連結し、１つのマス要素から別のマス要素に振動を伝達するばねはまた、結合ばねまたは連結ばねと呼ばれてもよい。動きを伝達することは、通常、結合／連結ばねの主要な機能であるが、同期機能を実施するように設計されることも多い。そのようなばねが含まれる構造体は、結合構造体または連結構造体と呼ばれてもよい。
【００２２】
本開示全体を通して、「同期させる」という用語および「構造体Ａは、振動モードＸを同期させる」などの表現は、以下の意味を有する。構造体Ａは、所望のモードＸで振動することが好ましく、望ましくないモードＹでは振動しないことが好ましい相互連結されたマス要素のシステムにおいて機械的連結を構成する。構造体Ａは、剛性および可撓性の有益な組合せを示し、その結果、構造体Ａの存在により、システムにおけるモードＸの共振周波数ＦＸとモードＹの共振周波数ＦＹとの関係が改善される。
【００２３】
例えば、構造体Ａの存在により、比率ＦＹ／ＦＸおよび／または差ＦＹ−ＦＸが増加してもよい。この改善が測定される基準状態は、場合によっては構造体Ａのない同じマス要素システムであってもよい。この場合、構造体Ａは同期にのみ必要とされる。その他の場合において、マス要素の重量を支持するためにも構造体Ａが必要なときは、同期改善が測定される基準状態は、構造的支持のみを与える代替構造体ＢでＡを置き換えた同じマス要素システムであってもよい。
【００２４】
一般に、懸架部、同期部および結合部はすべて、支持するように、および特定の方向に可撓性、他の方向に剛性を有するように最適化される。これらの３つの変数は互いに相反し得るため、最適化とは、良好な妥協的解決策を見つけることを意味する。ジャイロスコープのすべての要素が、これらの妥協に影響を与える可能性がある。
【００２５】
本開示において、「径方向」振動とは、中心点から離れ、および中心点に向かうｘｙ平面内の線形運動を指す。「接線方向」振動とは、中心点を中心とする仮想円の接線に沿った、ｘｙ平面、ｘｚ平面（横垂直）またはｙｚ平面（縦垂直）内の動きを指す。ｘｙ平面内の接線方向振動は、面内接線方向振動と呼ばれてもよく、一方、ｘｚ平面内およびｙｚ平面内の接線方向振動は、面外接線方向振動と呼ばれてもよい。接線方向振動は、実際には、線形運動と回転との混合物になる場合がある。通常、コリオリマスがどのように接線方向に動くかは、懸架部によって決まる。
【００２６】
本開示のすべての実施形態において、「縦」部品と称されるデバイスの部品は、縦方向により長い寸法と、横方向により短い寸法とを有する。「横」部品は、より長い横寸法と、より短い縦寸法とを有する。「横／縦軸上に並んだ」部品は、当該軸が実質的に当該部品の中点と交わるように配置される。これらの部品は当該軸に対して対称であってもよく、かつ／または、軸は当該部品の重心と交わってもよい。
【００２７】
本開示の図において、別段の記載がない限り、コリオリマスの配置は休止位置に対応する。本開示の様々な実施形態におけるプルーフマスの振動方向、および振動間の位相関係は、図１に示した記号を用いて示す。行１１に示した白矢印は、デバイス面内に生じる一次振動モードを示す。行１２の黒矢印は、ジャイロスコープがｚ軸を中心とする回転を受けたときに（デバイス面内に）生じ得る二次モードを示す。行１３に示した１対の記号は、一緒に用いて、ジャイロスコープがｘ軸を中心とする回転を受けたときのプルーフマス対の面外運動を示す。行１４に示した１対の記号は、一緒に用いて、ジャイロスコープがｙ軸を中心とする回転を受けたときのプルーフマス対の面外運動を示す。行１３および１４の両方において、クロスは観察者から遠ざかる動きを示し、ドットは観察者に向かう動きを示す。
【００２８】
本開示に示すいずれの実施形態においても、例えば、１以上のコリオリマス内に形成された開口部に容量性駆動変換器が実装されてもよい。ｚ軸二次振動モードを検出するために、１以上のコリオリマスの開口部内に、または１以上のコリオリマスに隣接して容量性センス変換器が実装されてもよい。容量性ｘ軸センス変換器および容量性ｙ軸センス変換器が、それぞれｘ軸二次振動モードおよび／またはｙ軸二次振動モードを検出するために１以上のコリオリマスの上方および／または下方に実装されてもよい。
【００２９】
（Ｙ軸の実施形態）
図２ａは、ｘｚ平面におけるジャイロスコープを概略的に示す。ジャイロスコープは、第１コリオリマス２１１および第２コリオリマス２１２と、第３コリオリマス２１３および第４コリオリマス２１４とを含むコリオリマスの第１セットを備える。第１中心点は、第１中央アンカーポイント２２３に位置する。これにより、図２において、ｙ１軸の第１側は、第１中央アンカーポイント２２３の左側に示され、ｙ１軸の第２側は、第１中央アンカーポイント２２３の右側に示される。ジャイロスコープは、ｙ軸を中心とする角回転を測定する。言い換えれば、この場合、ｙ軸は、ジャイロスコープの入力軸または測定軸と呼ばれてもよい。
【００３０】
第１周囲アンカーポイントセットは、ここでは単に１つのアンカーポイント２２１として示すが、実際には複数のアンカーポイントを含んでもよい。第１周囲懸架部２３１は、ここでは単に第１コリオリマス２１１と第２コリオリマス２１２との間の連結バーとして示す。同じ考慮事項が第２周囲アンカーポイントセット（２２２として示す）および第２周囲懸架部２３２に適用される。１つの第１中央アンカーポイント２２３を示すが、代替的に、１以上の第１中央アンカーポイントが、例えば第１中心点に接近して対称構成で位置し得る複数の第１中央アンカーポイントを含むことができるであろう。
【００３１】
図２ｂは、ｘｙ平面における同じデバイスを概略的に示す。コリオリマスは、横ｘ軸２９１上に並び、この場合、ジャイロスコープの入力軸はｙ軸である。縦軸２９２はｙ１軸である。図２ｂは、また、ジャイロスコープの一次振動モードも示す。第１コリオリマス２１１および第２コリオリマス２１２は、ｙ１軸の第１側でｘ軸に沿って逆位相で振動し、第３コリオリマス２１３および第４コリオリマス２１４は、ｙ１軸の第２側でｘ軸に沿って逆位相で振動する。さらに、一次振動は、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスが互いに近づくと第１コリオリマスおよび第２コリオリマスが互いに近づくように、１以上の駆動変換器および／または第１中央懸架部によって同期する。それに対応して、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスが互いに遠ざかると、第１コリオリマスおよび第２コリオリマスが互いに遠ざかる。言い換えれば、第１コリオリマスおよび第４コリオリマスが第１中心点に向かってｘ軸に沿って線形平行移動で動くと、第２コリオリマスおよび第３コリオリマスは第１中心点からｘ軸に沿って線形平行移動で遠ざかるように動き、その逆も同様である。
【００３２】
図２ｃおよび図２ｄは、それぞれｘｙ面およびｘｚ平面におけるｙ軸二次振動モードを示す。図２ｄにおいて、コリオリマスは、休止位置から遠ざかった。ジャイロスコープがｙ軸を中心とする回転を受ける場合、コリオリ力は垂直方向に作用し、各対の２つのコリオリマスを互いに逆方向に変位させる。一次振動モードの同期により、第２コリオリマス２１２および第４コリオリマス２１４が一方の面外方向に動くと、第１コリオリマス２１１および第３コリオリマス２１３は常に逆の面外方向に動く。言い換えれば、第１コリオリマス、第２コリオリマス、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスは同時に生じる垂直運動を受け、第２コリオリマスおよび第４コリオリマスが下がると、第１コリオリマスおよび第３コリオリマスは上がり、その逆も同様である。
【００３３】
第１周囲懸架部および第２周囲懸架部と、第１中央懸架部とにより、図２ｂ〜図２ｄに示した一次振動モードおよび二次振動モードの振動が容易になる。全体として、「懸架」という用語は、本開示において１以上の可撓性ばねの構成を指し、可撓性ばねは、サスペンダとも呼ばれ得、固定支持部からコリオリマスなどの部分可動要素まで延在する。既に言及したように、サスペンダが固定支持部に取り付けられている場所は、アンカーポイントと呼ばれてもよい。「固定支持部」という用語は、支持部が、コリオリマスの振動運動によって動かず、センサが全体として回転を受ける場合に動くことを意味する。サスペンダの可撓性により、コリオリマスは、共振周波数またはその付近で駆動変換器によって一次振動モードに駆動することができるように固定支持部に対して部分的に可動となる。共振周波数は、コリオリマスの慣性および懸架のコンプライアンスによって決まる。
【００３４】
懸架部は、所望の一次振動モードおよび二次振動モードに柔軟に順応し、さらに任意選択でそれらの振動モードを同期させるべきである。懸架部はまた、望ましくない振動モード、例えば一次振動モードに駆動されるコリオリ対の望ましくない同位相振動に抵抗することが好ましい（上述のように、逆位相で生じるべきである）。本明細書において、同位相振動とは、ある軸に沿って常に同じ方向に動くような２つのマスの同時に生じる並進振動を意味する。すべての同位相振動が必ずしも望ましくない訳ではないが、本開示において述べるすべての所望の逆位相振動モードに対して、同位相振動モードの振幅および周波数が所望の逆位相振動モードの振幅および周波数に近づきすぎると測定を妨げるであろう対応する同位相振動モードが存在する。したがって、懸架部は、同位相モードの共振周波数をできるだけ高くシフトさせることによって、それらの同位相振動モードを抑制することが好ましい。
【００３５】
本開示の任意の実施形態では、２３３などの中央懸架部は、ｙ１軸を中心に（図２ｄが示すように）およびｘ軸を中心に剛体として回転してもよい。以下の実施例で説明するように、例えば、剛性回転中央懸架部が、対応する中央アンカーポイントに取り付けられたジンバル構造体と、ジンバルからコリオリマスまで延在する本体と共に実装されてもよい。本体は、面外方向に剛性を有するべきであるが、面内方向には可撓性を示してもよい。
【００３６】
コリオリマス２１１〜２１４の垂直運動は、垂直方向の線形平行移動であってもよい。あるいは、各コリオリ対（２１１＋２１２および２１３＋２１４）は、周囲アンカーポイントの対応するセットを通る軸を中心に回転してもよい。面外運動が純粋な回転である場合、コリオリ対は、面外運動を受けても径方向に並んだまま残る。周囲懸架部の構造体により、コリオリマスが二次振動でどのように動くかがある程度決まる。ほとんどの場合、コリオリマスの面外運動は、線形平行移動と角回転の組合せになるであろう。次に、コリオリ対は通常、図２ｄが示すように、ｘｙ平面外に出た場合、互いに完全に一直線になったままで残らない。
【００３７】
ジャイロスコープは、ｙ１軸２９２に対する第１コリオリマス、第２コリオリマス、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスの慣性モーメントをすべて実質的に等しくすることによってバランスを取ってもよい。言い換えれば、ｙ１軸２９２からのコリオリマスの重心の距離がｒ１１、ｒ１２、ｒ１３およびｒ１４で示された図２ａに戻って参照し、また、第１コリオリマス、第２コリオリマス、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスの重量をそれぞれｍ１１、ｍ１２、ｍ１３およびｍ１４で示すと、コリオリマスは、以下のように配置されてもよい。
【００３８】
【数１】
2022000628.tif 000003
【００３９】
これは、例えば、ｍ１１＝ｍ１４、ｒ１１＝ｒ１４、ｍ１２＝ｍ１３、ｒ１２＝ｒ１３を選択し、上式によって他の関係を寸法付けることによって達成されてもよい。場合によっては、ｙ１軸２９２に対して完全な対称性を有することなく、等しい慣性モーメントを有することが好ましいことがある。中央懸架部および周囲懸架部も、図２ｄに示した二次振動のバランス取りに影響を及ぼす。
【００４０】
より一般的には、ジャイロスコープは、ｙ１軸に対する第２コリオリマス２１２と第３コリオリマス２１３の慣性モーメントの和を、ｙ１軸に対する第１コリオリマス２１１と第４コリオリマス２１４の慣性モーメントの和と実質的に等しくすることによってバランスを取ってもよい。言い換えれば、ｙ１軸に対する第２コリオリマス２１２の慣性モーメントにｙ１軸に対する第３コリオリマス２１３の慣性モーメントを加えたものは、ｙ１軸に対する第１コリオリマス２１１の慣性モーメントにｙ１軸に対する第４コリオリマス２１４の慣性モーメントを加えたものと実質的に等しくてもよい。
【００４１】
【数２】
2022000628.tif 000004
【００４２】
図２ｄに示すように、コリオリマス２１１〜２１４および懸架部は、二次振動モードにおいて、相互連結された３つのシーソーに類似した振動システムを形成する。各コリオリ対と、中央懸架部および周囲懸架部によって設けられる結合部との逆位相駆動振動により、ジャイロスコープは外部外乱に対してロバストになる。
【００４３】
図３ａは、一次振動モードおよびｙ軸二次振動モードに順応することができる周囲懸架部の一例を概略的に示す。参照番号３１１〜３１４、３２３、３３３および３９１〜３９２は、それぞれ図２ａ〜図２ｄの参照番号２１１〜２１４、２２３、２３３および２９１〜２９２に対応する。第１周囲アンカーポイントセットは、ここでは、ｘ軸から実質的に等距離でｘ軸の両側に配置された２つの第１周囲アンカーポイント３２１からなる。第１周囲懸架部は、２つの第１縦シーソー３４１および３４２を含む。ｘ軸側の端部である各第１縦シーソーの近位端は、第２コリオリマス３１２に連結される。近位端よりもｘ軸から離れた各第１縦シーソーの遠位端は、第１コリオリマス３１１に連結される。
【００４４】
それに対応して、第２周囲アンカーポイントセットは、ここでは、ｘ軸から実質的に等距離でｘ軸の両側に配置された２つの第２周囲アンカーポイント３２２からなる。第２周囲懸架部は、２つの第２縦シーソー３４３および３４４を含む。ｘ軸側の端部である各第２縦シーソーの近位端は、第３コリオリマス３１３に連結され、近位端よりもｘ軸から離れた各第２縦シーソーの遠位端は、第４コリオリマス３１４に連結される。縦シーソーの各端部は、連結ばね３５によって対応するコリオリマスに連結されてもよい。これらの連結ばねは、ある程度のねじれ可撓性および面内曲げ可撓性を有してもよい。図３ｂおよび図３ｃは、それぞれ各コリオリ対が互いに最大距離および最小距離動く場合、これらの第１周囲懸架部および第２周囲懸架部がどのように一次振動モードに柔軟に順応するかを示す。図３ｂおよび図３ｃにおいて、コリオリマスは、休止位置から遠ざかった。この動きは、図示した要素のサイズに対して非常に誇張されている。縦シーソー３４１〜３４４は、図示されたように、これらのシーソーがｘｙ平面内で回転することができる十分な面内可撓性を有する固定ばね（図示せず）によって、対応する周囲アンカーポイント３２１／３２２に連結される。縦シーソーの第１対３４１＋３４２は、図３ａが示すように休止位置において縦方向に並んでもよい。縦シーソーの第２対３４３＋３４４も、休止位置において縦方向に並んでもよい。
【００４５】
固定ばねは、縦シーソー３４１〜３４４がｙ軸二次振動モードで横回転軸を中心に回転することができる十分なねじれ可撓性を有する。これらの横回転軸は、対応するシーソーが取り付けられている周囲アンカーポイントを通ってもよい。これにより、第１周囲懸架は、ｙ軸二次振動モードにおける第１コリオリマス３１１および第２コリオリマス３１２の面外振動に順応する。
【００４６】
あるいは、第１周囲懸架部において、各第１縦シーソーの近位端が第１コリオリマス３１１に連結され、各第１縦シーソーの遠位端が第２コリオリマス３１２に連結されるように、シーソーをコリオリマスに結合することができる。それに対応して、第２周囲懸架部において、各第２縦シーソーの近位端が第４コリオリマス３１４に連結され、各第２縦シーソーの遠位端が第３コリオリマス３１３に連結されてもよい。
【００４７】
第１中央懸架部３３３は、一次振動モードにおいて第１中心点から遠ざかり、そして第１中心点に向かう第２コリオリマス３１２および第３コリオリマス３１３の同時に生じる動きと、図２ｄが示すようにマスがｙ軸二次振動モードで振動する場合に縦軸３９２を中心とする第１中央懸架部の回転とに柔軟に順応することができる任意のばねシステムを含んでもよい。
【００４８】
図３ａは、中央懸架部３３３の一例を示し、中央アンカーポイント３２３から軸３９２に沿って剛性支持部３３３１まで互いに逆方向に延在する２つのねじりバーによって二次振動が順応される。一次振動は、共に剛性支持部３３３１を取り囲み、かつばねにより互いに連結される４つのＬ形コーナー要素３３３２によって順応され、そのばねは、コーナー要素がデバイス面内で互いに対して回転するのを可能にする。
【００４９】
図３ｂは、代替中央懸架部３３３を示し、面内可撓性を有する折り曲げ可能なフレーム３３３３が中央アンカーポイント３２３を取り囲む。線形可撓性を有するボックスばね３３４が支持バー３３３５に取り付けられ、マスが一次振動で動く際に、ボックスばね３３４は折り曲げ可能なフレーム３３３３の曲げに順応する。二次振動は、支持バー３３３５をフレーム３３３３に連結するねじりバーによって順応される。
【００５０】
図４ａは、代替周囲懸架部を示す。参照番号４１１〜４１２、４２３および４９１〜４９２は、それぞれ図２ａ〜図２ｄの参照番号２１１〜２１２、２２３および２９１〜２９２に対応する。
【００５１】
図４ａにおいて、第１周囲アンカーポイントセットは、ｘ軸から実質的に等距離でｘ軸の両側に配置された２つの第１周囲アンカーポイント４２１を含む。第１周囲懸架部は、第２コリオリマス４１２に連結された垂直方向に剛性を有する第１縦内側バー４４１を含む。第１コリオリマスは、第１部分４１１１と第２部分４１１２とを含む。第１内側バー４４１の第１端部は、第１コリオリマスの第１部分４１１１の第１端部に連結される。第１内側バー４４１の第２端部は、第１コリオリマスの第２部分４１１２の第１端部に連結される。当該第１部分４１１１の第２端部は、横方向に可撓性を有する連結ばね４７によって当該第２部分４１１２の第２端部に連結される。当該第１部分４１１１および第２部分４１１２は、ねじれ可撓性を有する横向きの懸架ばね４６によってそれぞれの第１周囲アンカーポイント４２１から懸架される。
【００５２】
第２周囲アンカーポイントセットが、ｘ軸から実質的に等距離でｘ軸の両側に配置された２つの第２周囲アンカーポイントを含むように、同じ構成をジャイロスコープの対向端部に実装することができる。そして、第２周囲懸架部は、第２コリオリマスに連結された垂直方向に剛性を有する第２縦内側バーを含む。第４コリオリマスは、第１部分と第２部分とを含む。第２内側バーの第１端部は、第４コリオリマスの第１マス部分の第１端部に連結される。第２内側バーの第２端部は、第４コリオリマスの第２マス部分の第１端部に連結される。第４コリオリマスの第１マス部分の第２端部は、横方向に可撓性を有する連結ばねによって第４コリオリマスの第２マス部分の第２端部に連結される。第４コリオリマスの第１マス部分および第２マス部分は、ねじれ可撓性を有する横向きの懸架ばねによってそれぞれの第２周囲アンカーポイントから懸架される。この構成は、必要な変更を加えた図４ａに示す構成に対応するため、別には図示していない。
【００５３】
連結ばね４５は、図４ａが示すように、第１内側バー４４１を第１コリオリマスの２つの部分４１１１および４１１２に連結する。内側バー４４１は、ｘ軸４９１上に位置合わせされてもよい。第１部分４１１１および第２部分４１１２は、図４ａが示すように縦方向に並んでもよい。
【００５４】
図４ｂは、コリオリ対が互いに最大距離（休止位置から遠ざかって）動く場合、第１周囲懸架部がどのように一次振動モードに柔軟に順応するかを示す。内側バー４４１は、第１端部４１１１１および４１１２１を右に引き、これにより、第２端部４１１１２および４１１２２は左にシフトする。この動きは、図示した要素のサイズに対して非常に誇張されている。連結ばね４７は、第１コリオリマスの２つの部分４１１１および４１１２が互いに対して回転することができる十分な面内および面外可撓性を有する。一次振動周期の逆半分におけるマス要素の位置を図４ｃに示すが、この場合も、マス要素が休止位置から遠ざかっているのを示す。内側バー４４１は、今度は第１端部４１１１１および４１１２１を左に押し、これにより、第２端部４１１１２および４１１２２は右にシフトする。言い換えれば、第１コリオリマスの第１部分４１１１および第２部分４１１２は、図４ｂおよび図４ｃが示すように、一次振動モードにおいて逆位相振動でデバイス面内で回転する。
【００５５】
第１周囲アンカーポイント４２１は、図４ａ〜図４ｃが示すように、第１コリオリマスの２つの部分の第２端部４１１１２および４１１２２よりも第１端部４１１１１側および４１１２１側に配置されてもよい。そして、内側バー４４１の２つの端部もまた、これらの図が示すように第１端部に連結される。別の代替方法（図示せず）としては、第１周囲アンカーポイント４２１は、第１コリオリマスの２つの部分の第１端部４１１１１および４１１２１よりも第２端部４１１１２側および４１１２２側に配置されてもよい。その場合、内側バー（または対応する連結構造体）は、第２端部４１１１２および４１１２２に連結されてもよい。言い換えれば、第１部分４１１１および第２部分４１１２の重心は、一次振動において第１周囲アンカーポイントに対して動くべきである。これは、内側バー（または対応する連結構造体）が、アンカーポイント４２１側である端部に取り付けられる限り、第１周囲アンカーポイント４２１を、第２端部よりも第１端部側に配置する、またはその逆に配置することよって実現することができる。
【００５６】
ｙ軸二次振動モード（図示せず）において、第１コリオリマスの第１部分４１１１および第２部分４１１２の両方は、それぞれのアンカーポイントに対してシーソー運動で傾く。内側バーは、第２コリオリマス４１２の垂直の動きを第１端部４１１１１および４１１２１に伝達し、これによって、第１端部４１１１１および４１１２１は、第２コリオリマス４１２と同じ垂直方向に動く。それぞれの第２端部４１１１２および４１１２２は、逆の垂直方向に動く。そのため、ｙ軸二次振動モードでは、第１部分および第２部分は、逆位相でデバイス面外に回転し、その結果、第２端部４１１１２および４１１２２が下がると、第１端部４１１１１および４１１２１は上がり、その逆も同様である。
【００５７】
表示を簡略化するために、第１コリオリマスおよび第２コリオリマスは、図４ａ〜図４ｃにおいて明らかに異なる要素として示した。しかしながら、上記から、内側バー４４１と、シーソーの第１端部４１１１１および４１１１２とは、一次振動モードにおける第２コリオリマス４１２と同じ水平方向、およびｙ軸二次振動モードにおける第２コリオリマス４１２と同じ垂直方向に動くことを理解することができる。それによって、振動システムのこれらの部分は、第２コリオリマスの一部を有効に形成してもよい。そして、逆の水平方向および垂直方向に動くシーソーの第２端部４１１１２および４１１２２は、有効な第１コリオリマスを形成する。
【００５８】
上で説明したように、アンカーポイント４２１の配置（ならびに、懸架ばね４６および連結ばね４７の特性）は、シーソーの回転に影響を及ぼし、それによって、第１コリオリマスに寄与するシーソーの部分と、第２コリオリマスに寄与する部分との境界線にも影響を与える。それによって、第１コリオリマスおよび第２コリオリマスの慣性モーメントを算出する場合は、シーソーの影響を考慮に入れるべきである。これらの考慮事項も図３ａに適用され、縦シーソー３４１〜３４２の対向端部と縦シーソー３４３〜３４４の対向端部とは、それぞれ第１コリオリマスおよび第２コリオリマスの一部と、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスの一部とを有効に形成する。
【００５９】
第１部分４１１１および第２部分４１１２がシーソー運動でデバイス面外に傾くｙ軸二次振動モードにおいて、４１１１と４１１２とを組み合わせた重心の移動は、縦軸４９２に対するコリオリマス４１２の質量移動によって生成されるトルクと等しく、かつ逆であることが好ましい。このようにして、外部角加速度がｙ軸二次センスについて打ち消される。
【００６０】
図４ａ〜図４ｃにおいて、内側バー４４１はまた、上で説明したように第２コリオリマスの動きを第１コリオリマスの第１部分および第２部分の適切な端部に伝達することができる任意の対応する連結構造体と置き換えられてもよい。
【００６１】
図３ａおよび図４ａに示した周囲懸架部も、第３コリオリ対および第４コリオリ対がｙ１軸上に並び、かつそれぞれ第３周囲懸架部および第４周囲懸架部から懸架される図示した実施形態に実装することができる。
【００６２】
（ＸＹ軸の実施形態）
上記のｙ軸測定について述べた測定原理は、ｘ軸における同時測定まで拡大適用することができる。この場合、ジャイロスコープは、２つの入力軸、ｙ軸およびｘ軸を有する。図５ａは、横ｘ軸および縦ｙ軸の両方を中心とする角回転速度を測定するジャイロスコープを概略的に示す。参照番号５１１〜５１４、５２１〜５２３、５３１〜５３３および５９１〜５９２は、それぞれ図２ａ〜２ｄの参照番号２１１〜２１４、２２１〜２２３、２３１〜２３３および２９１〜２９２に対応する。
【００６３】
既に上で述べた要素に加えて、図５では、ジャイロスコープは、さらに、コリオリマスの第２セットを備え、コリオリマスの第２セットは、休止位置においてｘ軸の第１側のｙ１軸上に並んだ第３コリオリ対を共に形成する第５コリオリマス５１５および第６コリオリマス５１６を含む。第６コリオリマス５１６は、第５コリオリマス５１５よりもｘ軸側にある。
【００６４】
コリオリマスの第２セットは、さらに、休止位置においてｘ軸の第２側のｙ１軸上に並んだ第４コリオリ対を共に形成する第７コリオリマス５１７および第８コリオリマス５１８を含む。第７コリオリマス５１７は、第８コリオリマス５１８よりもｘ軸側にあり、ｘ軸の第２側は、第１側と反対である。
【００６５】
ジャイロスコープは、また、ｘ軸の第１側の第３周囲アンカーポイントセット５２４と、第３周囲アンカーポイントセット５２４から第３コリオリ対を懸架する第３周囲懸架部５３４とを備える。ジャイロスコープは、また、ｘ軸の第２側の第４周囲アンカーポイントセット５２５と、第４周囲アンカーポイントセット５２５から第４コリオリ対を懸架する第４周囲懸架部５３５とを備える。第１中央懸架部５３３は、第１中央アンカーポイント５２３から第３コリオリ対および第４コリオリ対の両方を懸架する。
【００６６】
１以上の駆動変換器（図示せず）は、また、第３コリオリ対および第４コリオリ対を一次振動モードで作動させる。ジャイロスコープは、ジャイロスコープがｘ軸を中心とする角回転を受ける場合にコリオリ力によって引き起こされるｘ軸二次振動モードにおける第３コリオリ対および第４コリオリ対の振動を検出する１以上のｘ軸センス変換器（図示せず）を備える。第１中央懸架部５３３と、第３周囲懸架部５３４および第４周囲懸架部５３５とは、一次振動モードおよびｘ軸二次振動モードに柔軟に順応する。
【００６７】
一次振動モードにおいて、コリオリマスの第２セットは、第５コリオリマス５１５および第８コリオリマス５１８が第１中心点に向かってｙ１軸に沿って線形平行移動で動くと、第６コリオリマス５１６および第７コリオリマス５１７は第１中心点から遠ざかるようにｙ１軸に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動する。
【００６８】
一次振動モードにおいて、第１コリオリマスが第１中心点に近づくと、第５コリオリマスは第１中心点から遠ざかり、その逆も同様であるか（第１コリオリマスが第１中心点から遠ざかると、第５コリオリマスは第１中心点に近づく）、または、第５コリオリマスおよび第１コリオリマスは、同時に第１中心点から遠ざかり、そして第１中心点に近づく。
【００６９】
ｘ軸二次振動モードにおいて、コリオリマスの第２セットは、第５コリオリマス５１５、第６コリオリマス５１６、第７コリオリマス５１７および第８コリオリマス５１８が同時に生じる垂直平行移動を受け、第６コリオリマス５１６および第８コリオリマス５１８が下がると、第５コリオリマス５１５および第７コリオリマス５１７は上がり、その逆も同様であるように振動する。
【００７０】
ｘ軸に対する第６コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第７コリオリマスの慣性モーメントを加えたものは、ｘ軸に対する第５コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第８コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと実質的に等しくてもよい。
【００７１】
ｙ１軸に対する第１コリオリマス、第２コリオリマス、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスの慣性モーメントと、ｘ軸に対する第５コリオリマス、第６コリオリマス、第７コリオリマスおよび第８コリオリマスの慣性モーメントとは、すべて実質的に等しくてもよい。
【００７２】
より一般的には、（１）ｙ１軸に対する第２コリオリマスの慣性モーメントにｙ１軸に対する第３コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（２）ｙ１軸に対する第１コリオリマスの慣性モーメントにｙ１軸に対する第４コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（３）ｘ軸に対する第６コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第７コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（４）ｘ軸に対する第５コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第８コリオリマスの慣性モーメントを加えたものとの４つが、実質的に等しくてもよい。
【００７３】
第１コリオリマス５１１と第５コリオリマス５１５との動きの比較において上述したように、この８マスシステムは、２つの異なる一次振動モードで駆動することができる。図５ａは、第１コリオリマス５１１が第１中心点に近づくと、第５コリオリマス５１５は第１中心点から遠ざかり、その逆も同様である第１一次振動モードを示す。図から分かるように、これはまた、第６コリオリマス５１６が第１中心点に近づくと、第２コリオリマス５１２は第１中心点から遠ざかるなど、一方のマスがｘ軸上に並び、他方のマスがｙ１軸上に並ぶ他の対応する対（５１３および５１７、５１４および５１８）も同様であることを意味する。
【００７４】
各コリオリ対において、対をなす２つのマスは、逆位相で振動する。さらに、この第１一次振動モードにおいて、第３コリオリ対（５１５＋５１６）および第４コリオリ対（５１７＋５１８）におけるそれぞれのアンカーポイントに対する振動位相は、第１コリオリ対（５１１＋５１２）および第２コリオリ対（５１３＋５１４）におけるそれぞれのアンカーポイントに対する振動位相に対して逆位相である。
【００７５】
図３ａに示した第１周囲懸架部および第２周囲懸架部は、第３周囲懸架部５３４および第４周囲懸架部５３５にも用いることができる。
【００７６】
図５ｂは、コリオリマスの第１セットおよび第２セットが第１一次振動モードで駆動され、次にジャイロスコープがそれぞれｘ軸および／またはｙ軸を中心とする角回転を受ける場合に生成されるｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードを示す。
【００７７】
図５ｃは、第１コリオリマス５１１が第１中心点に近づくと第５コリオリマス５１５も第１中心点に近づき、第１コリオリマス５１１が第１中心点から遠ざかると第５コリオリマス５１５も第１中心点から遠ざかる第２一次振動モードを示す。図から分かるように、これもまた、第６コリオリマス５１６が第１中心点から遠ざかると、第２コリオリマス５１２も第１中心点から遠ざかることなどを意味する。
【００７８】
第１一次振動モードのように、この第２一次振動モードにおいて、対をなす２つのマスは、この場合も逆位相で振動する。しかしながら、この第２一次振動モードでは、第１コリオリ対（５１１＋５１２）、第２コリオリ対（５１３＋５１４）、第３コリオリ対（５１５＋５１６）および第４コリオリ対（５１７＋５１８）におけるそれぞれのアンカーポイントに対する振動位相は同じである。言い換えれば、振動周期の図示した瞬間では、すべてのコリオリマスがそれぞれの周囲アンカーポイントに同時に近づき、一方、振動周期の逆側（図示せず）では、すべてのコリオリマスはそれぞれの周囲アンカーポイントから遠ざかる。
【００７９】
図５ｄは、コリオリマスの第１セットおよび第２セットが第２一次振動モードで駆動され、次にジャイロスコープがそれぞれｘ軸および／またはｙ軸を中心とする角回転を受ける場合に生成されるｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードを示す。
【００８０】
ｘ軸５９１に対する第５コリオリマス要素、第６コリオリマス要素、第７コリオリマス要素および第８コリオリマス要素の慣性モーメントはすべて、ｙ１軸５９２に対する第１コリオリマス要素、第２コリオリマス要素、第３コリオリマス要素および第４コリオリマス要素の慣性モーメントと実質的に等しくてもよい。
【００８１】
図５ｂおよび図５ｄに示した二次振動モードを同期させるために、コリオリマスの第１セットおよび第２セットの周りにジンバル構造体が実装されてもよい。図５ｅは、コリオリマスの第１セットおよび第２セットを取り囲む周囲ジンバル構造体を備えるジャイロスコープを示す。周囲ジンバル構造体は、内側ジンバルフレーム５５１および外側ジンバルフレーム５５２を含む。外側ジンバルフレーム５５２は、第１ジンバル軸上のコリオリマスの第１セットの両側に並んだ２つのジンバルアンカーポイント（５７１、５７２）から２つのジンバルねじりバー（５６１、５６２）によって懸架される。第１ジンバル軸は、常にｘ軸またはｙ１軸のうちの一方であり、図示した場合はｘ軸５９１である。内側ジンバルフレーム５５１は、第２ジンバル軸上のコリオリマスの第２セットの両側に並んだ追加の２つのジンバルねじりバー（５６３、５６４）によって外側ジンバルフレーム５５２から懸架される。第２ジンバル軸は、常にｘ軸またはｙ１軸のうちの他方であるため、図示した場合はｙ１軸５９２である。内側ジンバルフレーム５５１は、第１ジンバル軸上に並んだコリオリ対（５１１＋５１２および５１３＋５１４）と、第２ジンバル軸上に並んだコリオリ対（５１５＋５１６および５１７＋５１８）とに取り付けられる。この取付けは、連結バー５８１〜５８４で示した。
【００８２】
第１中央懸架部５３３は、また、図５ｂおよび図５ｄにおけるマス５１２、５１３、５１６および５１７の同時に生じる面外運動を容易にするジンバル構造体であってもよい。そのような中央懸架構造体の例を以下に述べる。
【００８３】
図５ｂおよび図５ｄに示す二次振動モードは、代替的に、図５ｆが示すように周囲ジンバル構造体のないシングルフレーム５５によって同期させることができる。この場合、シングルフレームは、コネクタ５４１〜５４４によって第１コリオリマス５１１、第４コリオリマス５１４、第５コリオリマス５１５および第８コリオリマス５１８に取り付けられてもよい。周囲の固定がなければ、シングルフレーム５５は、図５ｅのジンバル構造体のように、ｚ軸方向に生じる外部振動に対する余分な剛性をもたらさない。しかしながら、シングルフレームは、余分な表面積をほとんど占有することなく二次振動モードを同期させる。図５ｅおよび図５ｆに示したジンバル・フレーム構造体は、以下に述べる実施例のうちのいずれにも実装することができる。
【００８４】
（ＸＹＺ軸の実施形態）
図５ａに示した、コリオリマスの第１セットおよび第２セットが第１一次振動モードで駆動されるＸＹ実施形態は、コリオリマスの第１セットおよび第２セットが図６に示す第１ｚ軸二次振動モードにも柔軟に順応するように中央懸架部および周囲懸架部を構成することによって、ＸＹＺジャイロスコープまで拡大適用することができる。参照番号６１１〜６１８および６９１〜６９２は、それぞれ図５ａの参照番号５１１〜５１８および５９１〜５９２に対応する。この二次振動モードにおいて、コリオリマス６１２、６１３、６１６および６１７はすべて、図に示した方向に第１中心点に対して接線方向に動く。振動周期の逆半分では、これらのコリオリマスの各々は逆方向に動く。
【００８５】
次に、ジャイロスコープは、また、ジャイロスコープがｚ軸を中心とする角回転を受ける場合にコリオリ力によって引き起こされる第１ｚ軸二次振動モードにおけるコリオリマス６１２、６１３、６１６および６１７の振動を検出するセンス変換器も備えるべきである。しかしながら、コリオリマス６１２、６１３、６１６および６１７の接線方向振動は、平行移動と回転運動との混合物になる場合があり、これにより、場合によっては、これらのマスの動きからｚ軸二次振動振幅を正確に検出することが困難になる可能性がある。したがって、追加の検出マス６４１〜６４４がジャイロスコープに加えられてもよい。検出マスの（第１中心点に対する）対角線方向の運動により、第１ｚ軸二次振動モードの検出がより容易になる。
【００８６】
図示したジャイロスコープは、共に検出マスカルテットを形成する第１検出マス６４１と、第２検出マス６４２と、第３検出マス６４３と、第４検出マス６４４とを備え、検出マスカルテットは、休止位置において、ジャイロスコープ第１中心点を中心として対称に配置される。第１検出マス６４１および第２検出マス６４２は第１対角軸６９３上に並び、第１対角軸６９３は、横軸６９１および縦軸６９２と４５度の角度で交差し、ジャイロスコープ第１中心点と交わる。第３検出マス６４３および第４検出マス６４４は第２対角軸６９４上に並び、第２対角軸６９４は、第１対角軸６９３と直交し、ジャイロスコープ第１中心点と交わる。１以上の横コーナーばね６２１〜６２４は、横方向に隣接するコリオリマスから各検出マス（それぞれ６４１〜６４４）まで延在する。１以上の縦コーナーばね６３１〜６３４は、縦方向に隣接するコリオリマスから各検出マス（それぞれ６４１〜６４４）まで延在する。
【００８７】
言い換えれば、第１横コーナーばね６２１および第４横コーナーばね６２４は、図６に示すように、第７コリオリマス６１７から、それぞれ第１検出マス６４１および第４検出マス６４４まで延在する。第２横コーナーばね６２２および第３横コーナーばね６２３は、第６コリオリマス６１６から、それぞれ第２検出マス６４２および第３検出マス６４３まで延在する。第１縦コーナーばね６３１および第３縦コーナーばね６３３は、第２コリオリマス６１２から、それぞれ第１検出マス６４１および第３検出マス６４３まで延在し、一方、第２縦コーナーばね６３２および第４縦コーナーばね６３４は、第３コリオリマス６１３から、それぞれ第２検出マス６４２および第４検出マス６４４まで延在する。
【００８８】
コリオリマス６１２、６１３、６１６および６１７が第１ｚ軸二次振動モードで接線方向に振動する場合、この接線方向振動は、横コーナーばねおよび縦コーナーばねによって検出マスに伝達される。互いに逆の接線方向におけるプルーフマス６１２および６１６の振動により、検出マス６４３はジャイロスコープ第１中心点に向かって引っ張られ、一方、互いに逆方向のプルーフマス６１２および６１７の振動により、検出マス６４１はジャイロスコープ第１中心点から遠ざかるように引っ張られる。検出マス６４１〜６４４は、対角軸６９３および６９４に沿った動きを柔軟に容易にする構成で懸架することができる。コーナーばねによって与えられる横方向および縦方向の運動量は等しい（または、ほぼ等しい）ため、検出マスは、図６に示した方法で径方向振動で動くことができる。
【００８９】
１以上の横コーナーばねは、横方向に剛性を有し、縦方向に可撓性を有し、一方、縦コーナーばねは、縦方向に剛性を有し、横方向に可撓性を有する。言い換えれば、すべてのコーナーばねは、それらの寸法により、第１一次振動モードに柔軟に順応するために必要な径方向の可撓性を有するが、接線方向においては剛性がはるかに高い。
【００９０】
これは、コリオリマスの第１セットおよび第２セットの一次振動モードにより、検出マス６４１〜６４４は作動しないことを意味する。それどころか、検出マス６４１〜６４４は、ジャイロスコープがｚ軸を中心とする回転を受けない限り実質的に静止したままである。
【００９１】
各検出マスは、当該検出マスが並ぶ対角軸（６９３、６９４）上にある対角線上に配置されたアンカーポイント（図示せず）から懸架されてもよい。対角アンカーポイントは、例えば、当該検出マスに形成された開口部内に位置してもよい。縦コーナーばねおよび横コーナーばね（および／または、これらのばねをプルーフマスおよび検出マスに取り付ける締結部）は、ｘ軸二次振動モードまたはｙ軸二次振動モードにおけるコリオリマス６１２、６１３、６１６および６１７の面外運動に順応するのに十分な垂直方向の可撓性（または、締結部の場合は、ねじれ可撓性）を示してもよく、一方、検出マス６４１〜６４４は、ｘｙ平面内にとどまっている。したがって、ｚ軸二次モード測定は、同時に生じるｘ軸二次振動および／またはｙ軸二次振動で生じ得るプルーフマスの動きによって容易に妨害されない。
【００９２】
容量性センス変換器は、第１ｚ軸二次振動モードにおける図示した径方向の動きを検出するために、１以上の検出マスの開口部内に、または１以上の検出マスに隣接して実装されてもよい。
【００９３】
図５ｃに示した、コリオリマスの第１セットおよび第２セットが第２一次振動モードで駆動されるＸＹ実施形態は、コリオリマスの第１セットおよび第２セットが図７に示す第２ｚ軸二次振動モードに柔軟に順応するように中央懸架部および周囲懸架部を構成することによって、ＸＹＺジャイロスコープまで拡大適用することができる。参照番号７１１〜７１８および７９１〜７９２は、それぞれ図５ｃの参照番号５１１〜５１８および５９１〜５９２に対応する。この第２ｚ軸二次振動モードにおいて、コリオリマス７１２、７１３、７１６および７１７はすべて、第１中心点に対して同じ接線方向に動く。振動周期の逆半分では、これらのコリオリマスの各々は逆の接線方向に動く。容量性センス変換器は、第２ｚ軸二次振動モードにおける動きを検出するために、コリオリマス７１２、７１３、７１６および７１７の開口部内に、またはこれらのコリオリマスのうちの１以上に隣接して実装されてもよい。図６の６４１〜６４４などの追加の検出マスを利用し、それらにセンス変換器を連結することも、図７において可能であろう。
【００９４】
（両面の実施形態）
図８ａおよび図８ｂに示す両面構造体を用いて、さらなる安定性およびロバスト性を得ることができる。ここで、参照番号８１１〜８１８および８９１〜８９２は、それぞれ図５ａの参照番号５１１〜５１８および５９１〜５９２に対応する。さらに、図３ａおよび図４ａに示した周囲懸架部は、図８ａ〜図８ｂに示した任意のコリオリ対に実装することができ、図５ａに示した周囲ジンバル構造体は、以下に述べるコリオリマス８１１〜８１８の第１セットおよび第２セットの周りに、またはコリオリマスの第３セットおよび第４セットの周りに実装されてもよい。
【００９５】
図８ａ〜図８ｂは、休止位置において縦ｙ２軸８９３の第１側のｘ軸上に並んだ第５コリオリ対を共に形成する第９コリオリマス８２１および第１０コリオリマス８２２を含むコリオリマスの第３セットを備えるジャイロスコープを示す。第１０コリオリマス８２２は、第９コリオリマス８２１よりもｙ２軸８９３側である。ｘ軸８９１は、第２中心点でｙ２軸８９３と直交する。コリオリマスの第３セットは、さらに、休止位置においてｙ２軸８９３の第２側のｘ軸８９１上に並んだ第６コリオリ対を共に形成する第１１コリオリマス８２３および第１２コリオリマス８２４を含む。第１１コリオリマス８２３は、第１２コリオリマス８２４よりもｙ２軸８９３側である。ｙ２軸の第２側は、第１側と反対である。第９コリオリマス８２１は、任意選択で、横同期バー８３によって第４コリオリマス８１４に連結されてもよい。
【００９６】
ジャイロスコープは、さらに、休止位置においてｘ軸８９１の第１側のｙ２軸８９３上に並んだ第７コリオリ対を共に形成する第１３コリオリマス８２５および第１４コリオリマス８２６を含むコリオリマスの第４セットを備える。第１４コリオリマス８２６は、第１３コリオリマス８２５よりもｘ軸８９１側である。コリオリマスの第４セットは、さらに、休止位置においてｘ軸８９１の第２側のｙ２軸８９３上に並んだ第８コリオリ対を共に形成する第１５コリオリマス８２７および第１６コリオリマス８２８を含む。第１５コリオリマス８２７は、第１６コリオリマス８２８よりもｙ２軸８９３側である。
【００９７】
ジャイロスコープは、また、ｙ２軸８９３の第１側の第５周囲アンカーポイントセットと、第５周囲アンカーポイントセットから第５コリオリ対を懸架する第５周囲懸架部と、ｙ２軸８９３の第２側の第６周囲アンカーポイントセットと、第６周囲アンカーポイントセットから第６コリオリ対を懸架する第６周囲懸架部とを備える。ジャイロスコープは、また、ｘ軸８９１の第１側の第７周囲アンカーポイントセットと、第７周囲アンカーポイントセットから第７コリオリ対を懸架する第７周囲懸架部と、ｘ軸８９１の第２側の第８周囲アンカーポイントセットと、第８周囲アンカーポイントセットから第８コリオリ対を懸架する第８周囲懸架部とを備える。
【００９８】
第５周囲アンカーポイントセット、第６周囲アンカーポイントセット、第７周囲アンカーポイントセットおよび第８周囲アンカーポイントセットは、上記図２ａおよび図５ａの場合と同じ方法で単一のアンカーポイントを用いて図８ａ〜図８ｂに示す。図２ａに関連して言及し、図３ａおよび図４ａに実際示したように、これらの周囲アンカーポイントセットは、各場合において、１つを超えるアンカーポイントを含んでもよい。これは、図８ａ〜図８ｂに示すセットにも適用される。
【００９９】
図８ａ〜図８ｂに示したジャイロスコープは、さらに、実質的に第２中心点に位置する１以上の第２中央アンカーポイント８４から第５コリオリ対、第６コリオリ対、第７コリオリ対および第８コリオリ対を懸架する第２中央懸架部を備える。第２中央懸架部と、第５周囲懸架部、第６周囲懸架部、第７周囲懸架部および第８周囲懸架部とは、一次振動モードならびにｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードに柔軟に順応する。明瞭さを保つために、第２中央懸架部は、図２ａおよび図５ａの第１中央懸架部と同じ概略的な方法で図８ａ〜図８ｂに示す。図２ａに関連して言及したように、１つを超える中央アンカーポイントが存在してもよい。これは、図８ａ〜８ｂに示すセットにも適用される。
【０１００】
図８ａ〜８ｂに示したように、一次振動モードにおいて、コリオリマスの第３セットは、第９コリオリマス８２１および第１２コリオリマス８２４が第２中心点に向かってｘ軸に沿って線形平行移動で動くと、第１０コリオリマス８２２および第１１コリオリマス８２３は第２中心点から遠ざかるようにｘ軸８９１に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様である（図８ａ〜図８ｂに示す振動周期の一部である）ように振動する。一次振動モードにおいて、第４セットコリオリマスは、第１３コリオリマス８２５および第１６コリオリマス８２８が第２中心点に向かってｙ２軸８９３に沿って線形平行移動で動くと、第１４コリオリマス８２６および第１５コリオリマス８２７は第２中心点から遠ざかるようにｙ２軸８９３に沿って線形平行移動で動き、その逆も同様であるように振動する。
【０１０１】
ｙ軸二次振動モードにおいて、コリオリマスの第３セットは、第９コリオリマス８２１、第１０コリオリマス８２２、第１１コリオリマス８２３および第１２コリオリマス８２４が垂直運動を受け、第１０コリオリマス８２２および第１２コリオリマス８２４が下がると、第９コリオリマス８２１および第１１コリオリマス８２３が上がり、その逆も同様であるように振動する。この動きは、図２ｄのマスの第１セットの動きに対応し、ここでは別に示していない。
【０１０２】
ｘ軸二次振動モードにおいて、コリオリマスの第４セットは、第１３コリオリマス８２５、第１４コリオリマス８２６、第１５コリオリマス８２７および第１６コリオリマス８２８が垂直運動を受け、第１４コリオリマス８２６および第１６コリオリマス８２８が下がると、第１３コリオリマス８２５および第１５コリオリマス８２７が上がり、その逆も同様であるように振動する。
【０１０３】
一次振動モードにおいて、第４コリオリマス８１４が第１中心点に近づくと、第９コリオリマス８２１は常に第２中心点から遠ざかり、その逆も同様である。図８ａおよび図８ｂは、第１一次振動モードおよび第２一次振動モードを示す。図８ａにおいて、第９コリオリマス８２１が第２中心点に近づくと、第１３コリオリマス８２５は第１中心点から遠ざかり、その逆も同様である。図８ｂでは、第１３コリオリマス８２５および第９コリオリマス８２１は、同時に第２中心点から遠ざかり、そして第２中心点に近づく。
【０１０４】
言い換えれば、図５ａに導入された第１一次振動モードは、図８ａが示すような、コリオリマスの第１セットおよび第２セットと、コリオリマスの第３セットおよび第４セットとに同時に用いることができる。次に、マス８２６および８２７が第２中心点から遠ざかると、マス８２２および８２３は第２中心点に近づき、その逆も同様である。これは、中央アンカーポイントに対する差動振動と呼ばれてもよく、同じ差動振動が、外側マス８２１、８２４、８２５および８２８にも（逆位相で）生じる。
【０１０５】
差動振動は、図８ａが示すように、マス８１１〜８１８の第１セットおよび第２セットにおいても同様に生じる。この場合、マス８１４および８２１は、横方向に剛性を有する（しかし縦方向には可撓性を有してもよい）横同期バー８３によって連結されているため、これらの２つのマスは常に、同じ横方向（図の左または右）に動く。これにより、第１一次振動モードは、ジャイロスコープの左側の各マス８１１〜８１８がジャイロスコープの右側の対応するマス８２１〜８２８を有しているという場合、互いに対応するマスが常にそれぞれの中央アンカーポイントに対して逆位相に動くように同期する。例えば、８２１が第２中心点から遠ざかると、８１１は第１中心点に近づき、８２２が第２中心点に近づくと、８１２は第１中心点から遠ざかり、８２８が第２中心点に近づくと、８１８は第１中心点から遠ざかるなどである。
【０１０６】
コリオリマスの第１セット、第２セット、第３セットおよび第４セットが、第１一次振動モードで駆動され、次にジャイロスコープがｘ軸および／またはｙ軸を中心とする角回転を受ける場合に生成されるｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードは、第１セットおよび第２セットに関する限り、図５ｂに示したモードに対応し、一方、第３セットおよび第４セットの各マスはそれぞれ、ｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードにおいて、第１セットおよび第２セットの対応するマスとは逆の垂直方向に同時に振動する。
【０１０７】
この逆位相振動は、前の段落に述べた論理に従うものであって、この同期の１つの結果として、ジャイロスコープがｙ軸を中心とする回転を受けたとき、図８ａのマス８１４および８２１は同じ垂直方向に動くことが注目されてもよい。任意選択の横同期バー８３は、ｙ軸二次振動モードにおけるこれらの２つのマスの動きも同期させるように垂直方向に剛性を有してもよい。さらに、以下に図１２において示すように、マス８１５、８１８は、シーソーによってそれぞれマス８２５および８２８に連結されてもよく、そのシーソーは、ｘ軸二次振動モードにおけるそれらの動きを同期させる。８２５が下がると、８１５は上がり、その逆も同様である。マス８１８および８２８も同様に動く。
【０１０８】
上述したように、図８ｂにおいて、第１３コリオリマス８２５および第９コリオリマス８２１は、同時に第２中心点から遠ざかり、そして第２中心点に近づく。
【０１０９】
言い換えれば、図５ｃに導入された第２一次振動モードは、図８ｂが示すような、コリオリマスの第１セットおよび第２セットと、コリオリマスの第３セットおよび第４セットとに同時に用いることができる。このモードでは、マス８２２、８２３、８２６および８２７はすべて、同時に第２中心点に近づき、そして第２中心点から遠ざかる。これは中央アンカーポイントに対する心拍振動と呼ばれてもよく、同じ心拍振動が、外側マス８２１、８２４、８２５および８２８にも（逆位相で）生じる。
【０１１０】
心拍振動はまた、図８ｂが示すように、マス８１１〜８１８の第１セットおよび第２セットにも同様に生じる。マス８１４および８２１は、ここでも再び、横方向に剛性を有する任意選択の横同期バー８３によって連結され、これは、これらの２つのマスが常に同じ横方向（図の左または右）に動くことを意味する。これにより、第２一次振動モードは、ジャイロスコープの左側の各マス８１１〜８１８がこの場合もジャイロスコープの右側のマス８２１〜８２８に対応しているという場合、互いに対応するマスが常にそれぞれの中央アンカーポイントに対して逆位相に動くように同期する。
【０１１１】
コリオリマスの第１セット、第２セット、第３セットおよび第４セットが、第２一次振動モードで駆動され、次にジャイロスコープがｘ軸および／またはｙ軸を中心とする角回転を受ける場合に生成されるｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードは、第１セットおよび第２セットに関する限り、図５ｄに示したモードに対応する。図８ａの場合のように、第３セットおよび第４セットの各マスはそれぞれ、図８ｂでも、ｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードにおいて、第１セットおよび第２セットの対応するマスとは逆の垂直方向に同時に振動する。したがって、ジャイロスコープがｙ軸を中心とする回転を受けたとき、マス８１４および８２１は、図８ｂでも同じ垂直方向に動く。
【０１１２】
ｙ２軸に対する第１０コリオリマスの慣性モーメントにｙ２軸に対する第１１コリオリマスの慣性モーメントを加えたものは、ｙ２軸に対する第９コリオリマスの慣性モーメントにｙ２軸に対する第１２コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと等しくてもよい。
【０１１３】
ｘ軸に対する第１４コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第１５コリオリマスの慣性モーメントを加えたものは、ｘ軸に対する第１３コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第１６コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと等しくてもよい。
【０１１４】
ｙ１軸に対する第１コリオリマス、第２コリオリマス、第３コリオリマスおよび第４コリオリマスの慣性モーメントと、ｘ軸に対する第５コリオリマス、第６コリオリマス、第７コリオリマスおよび第８コリオリマスの慣性モーメントと、ｙ２軸に対する第９コリオリマス、第１０コリオリマス、第１１コリオリマスおよび第１２コリオリマスの慣性モーメントと、ｘ軸に対する第１３コリオリマス、第１４コリオリマス、第１５コリオリマスおよび第１６コリオリマスの慣性モーメントとは、すべて実質的に等しくてもよい。
【０１１５】
より一般的には、（１）ｙ１軸に対する第２コリオリマスの慣性モーメントにｙ１軸に対する第３コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（２）ｙ１軸に対する第１コリオリマスの慣性モーメントにｙ１軸に対する第４コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（３）ｘ軸に対する第６コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第７コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（４）ｘ軸に対する第５コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第８コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（５）ｙ２軸に対する第１０コリオリマスの慣性モーメントにｙ２軸に対する第１１コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（６）ｙ２軸に対する第９コリオリマスの慣性モーメントにｙ２軸に対する第１２コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（７）ｘ軸に対する第１４コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第１５コリオリマスの慣性モーメントを加えたものと、（８）ｘ軸に対する第１３コリオリマスの慣性モーメントにｘ軸に対する第１６コリオリマスの慣性モーメントを加えたものとの８つが、実質的に等しくてもよい。
【０１１６】
図８ａおよび図８ｂに示したｘ軸およびｙ軸の実施形態は、上記にて図６において説明した方法でｚ軸ジャイロスコープまで拡大適用することができる。これについては、以下に図１２の実施例を参照してより詳細に説明する。
【０１１７】
（実施例）
図９ａは、上で述べた特徴のうちのいくつかが実装された第１構造体例を示す。ジャイロスコープは、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を中心とする角回転速度の測定に適しているが、図示した要素を、これらの軸のうちの１つを中心とする回転を測定するためだけに実装することもできるであろう。このことは、以下で述べる他のすべての例にも適用される。参照番号９１１〜９１８および９２１〜９２５は、それぞれ図５ａの参照番号５１１〜５１８および５２１〜５２５に対応する。さらに、参照番号９１１〜９１４、９２１〜９２２、９４１〜９４４および９５は、それぞれ図３ａの参照番号３１１〜３１４、３２１〜３２２、３４１〜３４４および３５に対応し、図３ａに示したものと同じ周囲懸架部が、第３コリオリ対９１５＋９１６および第４コリオリ対９１７＋９１８に対しても実装された。最後に、参照番号９３１〜９３４、９５１〜９５４および９７１〜９７４は、それぞれ図６の参照番号６３１〜６３４、６４１〜６４４および６２１〜６２４に対応する。このジャイロスコープ例は、図５ａに示した第１一次振動モードで駆動することができる。対応するｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードは図５ｂに示し、対応する第１ｚ軸二次振動モードは図６に示した。
【０１１８】
連結ばね９５と、シーソー９４１〜９４４をアンカーポイント９２１〜９２２に取り付ける固定ばねとは、図３ｂおよび図３ｃが示す一次振動運動を容易にするのに十分な面内可撓性を有する。ｙ軸二次振動モードにおいて、シーソー９４１〜９４４の傾きにより、第２コリオリマスおよび第４コリオリマスが下がると第１コリオリマスおよび第３コリオリマスが上がり、その逆も同様である、上記同時に生じる垂直運動が容易になる。この運動は、図２ｄに示した方法で中央懸架構造体９３３によって同期する。
【０１１９】
中央懸架構造体は、第１中央アンカーポイント９２３の周りに構成された中央ジンバル構造体９３３１を含む。このジンバル構造体は、ｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードを同時に容易にするために必要である。ジャイロスコープがこれらの二次振動モードのうちの一方のみを測定する場合、中央懸架構造体は、図２ｄが示すように、代わりにシーソー構造体にすることができるであろう。中央懸架構造体は、また、一次振動モードならびにｙ軸二次振動モードおよびｘ軸二次振動モードにおけるマス要素９１２、９１３、９１６および９１７の動きに順応し、それらの動きを同期させる中央同期構造体を含む。中央同期構造体は、面内可撓性ばねによって当該マス要素および互いに連結される４つのコーナー要素９３３２を含み、面内可撓性ばねは、マス要素が一次振動で動く際、コーナー要素が互いに対して回転することを可能にする。縦バー９３３３は、コーナー要素９３３２を、中央アンカーポイント９２３からジンバルを懸架するねじりばねに連結する。バーは、できるだけ剛性を有することが好ましいが、一次振動を駆動し、制御する駆動構造体のための便利な開口部を残すべきである。コーナー要素９３３２と、それらを共に連結するばねとは、垂直方向に剛性を有し、中央ジンバル構造体を介してｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードの同期を容易にする。
【０１２０】
より一般的には、図５ａまたは図８ａに示した第１一次振動モードが用いられる任意の実施形態では、中央懸架構造体は、対応する中央アンカーポイントに固定され、かつ対応する各内側コリオリマスに結合される対称閉パターンをデバイス面内に有する懸架部を各中心点の周りに含んでもよく、その結果、対称閉パターンは、横軸上で容易に収縮し、それとマッチして、対応する縦軸上で強制的に拡張され、その逆も同様である。
【０１２１】
内側コリオリマス９１２〜９１３および９１６〜９１７の各々は、駆動変換器、求積補償変換器および／または一次センス変換器が配置されてもよい２つの開口部を有する。第１ｚ軸二次振動モードで作動する検出マス９５１〜９５４も、センス変換器、モードマッチング変換器および／またはフォースフィードバック変換器が配置されてもよい開口部を有する。これらのマスが懸架される対角アンカーポイント９６１も、そのような開口部内に位置する。ｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードにおけるコリオリマス９１１〜９１８の動きを検出するセンス変換器は図示していないが、それらは、各コリオリマスの上方および／または下方に、例えばジャイロスコープがパッケージ化される筐体の内壁上または基板上に配置されてもよい。
【０１２２】
図９ｂは、連結ばね９５をより詳細に示す。この例において、連結ばね９５は、ｙ軸方向に比較的広くありつつ、ｘ軸方向に蛇行形状を有する。これにより、連結ばねは、第６コリオリマス９１６から横シーソー９４４および第５コリオリマス９１５に駆動振動運動（この場合、ｙ軸に沿った動きである）を効率的に伝達することができると同時に、これらの要素が駆動振動において互いに対してデバイス面内で回転する、また、例えば図５ｂに示したｘ軸二次振動モードにおいてデバイス面外に回転することを依然として可能にする。この動きを容易にする他の多くの形状も、連結ばね９５において可能である。これらの考慮事項は、図９ａ〜図９ｂに示す周囲懸架構造体が用いられるすべての実施形態に適用される。
【０１２３】
図９ｃは、容量性変換器がどのようにコリオリマス、検出マスおよび中央懸架構造体の開口部に実装され得るのかを示す。これらの変換器は、一次振動の生成、二次振動もしくは一次振動の検出、または他の目的のために用いられてもよい。変換器は、本開示において述べる任意の実施例のデバイスに同様の方法で実装することができる。
【０１２４】
図１０ａは、第２構造体例を示す。このジャイロスコープも、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を中心とする角回転速度の測定に適している。参照番号１０１２〜１０１３、１０１６〜１０１７および１０２１〜１０２２は、それぞれ図５ａの参照番号５１２〜５１３、５１６〜５１７および５２１〜５２２に対応する。参照番号１０１１１および１０１１２は共に、図５ａの５１１に対応し、１０１４１および１０１４２は共に５１４に対応し、１０１５１および１０１５２は共に５１５に対応し、１０１８１および１０１８２は共に５１８に対応する。言い換えれば、図４ａに示した周囲懸架構造体がこの構造体に実装され、その結果、参照番号１０１１１、１０１１２、１０４１、１０５および１０７は、それぞれ図４ａの参照番号４１１１、４１１２、４４１、４５および４７に対応し、構造体内の他のコリオリ対の各々は、対応する周囲懸架構造体から懸架される。
【０１２５】
さらに、周囲ジンバルがこの構造体に実装され、その結果、参照番号１０５１〜１０５２、１０６３〜１０６４および１０７１〜１０７２は、それぞれ図５ｅの参照番号５５１〜５５２、５６３〜５６４および５７１〜５７２に対応する。あるいは、このジャイロスコープは、周囲ジンバル構造体なしで実装することができるであろう。検出マスは、図１０ａに示す構造体にも存在する。このジャイロスコープ例は、図５ａに示した第１一次振動モードで駆動することができる。対応するｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードは図５ｂに示し、対応する第１ｚ軸二次振動モードは図６に示した。
【０１２６】
連結ばね１０５および内側バー１０４１〜１０４４は、図３ｂおよび図３ｃが示す一次振動運動を容易にするのに十分な面内可撓性を有する。ｙ軸二次振動モードにおいて、各外側コリオリマスの第１部分および第２部分（１０１１１＋１０１１２、１０１４１＋１０１４２、１０１５１＋１０１５２および１０１８１＋１０１８２）の傾きにより、第２コリオリマスおよび第４コリオリマスが下がると第１コリオリマスおよび第３コリオリマスが上がり、その逆も同様である、上記同時に生じる垂直運動が容易になる。この運動は、この場合も中央懸架構造体によって同期する。
【０１２７】
中央懸架構造体は、ここでも第１中央アンカーポイントの周りに構成された中央ジンバル構造体１０３３１を含む。中央懸架構造体は、また、一次振動モードならびにｙ軸二次振動モードおよびｘ軸二次振動モードにおけるマス要素１０１２、１０１３、１０１６および１０１７の動きに順応し、それらの動きを同期させる中央同期構造体を含む。この中央同期構造体は、また、面内可撓性ばねによって当該マス要素および互いに連結される４つのコーナー要素１０３３２を含み、面内可撓性ばねは、マス要素が一次振動で動く際、コーナー要素が互いに対して回転することを可能にする。コーナー要素１０３３２と、それらを共に連結するばねとは、垂直方向に剛性を有し、中央ジンバル構造体を介してｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードの同期を容易にする。
【０１２８】
図１０ｂは、連結ばね１０５および連結ばね１０７をより詳細に示す。図示した場合では、連結ばね１０５は、単に、ｙ軸方向に延在し、かつ垂直の動きとｙ軸に沿った動きとを第６コリオリマス１０１６および内側バー１０４３から第５コリオリマス１０１５１の第１部分まで伝達する直線ばねである。連結ばねは、（図４ｂおよび図４ｃに示すような）デバイス面内およびデバイス面外の両方におけるシーソー１０１５１の回転を容易にするのに十分な面内可撓性およびねじれ可撓性を有する。内側バー１０４３は、曲がらないように垂直運動および面内運動の両方を伝達してもよい。
【０１２９】
連結ばね１０７は、（一次振動の）デバイス面内および（図４ａ〜図４ｃを参照して上述したような二次振動モードの）デバイス面外の両方における２つの部分１０１５１および１０１５２の互いに対する回転を容易にするべきである。図示した連結ばね１０７は、これらの動きの両方を共に容易にする２つの矩形側部を含む。特定された動きを容易にする他の多くの形状も、連結ばね１０５および連結ばね１０７において可能である。これらの考慮事項は、図１０ａ〜図１０ｂに示す周囲懸架構造体が用いられるすべての実施形態に適用される。
【０１３０】
図１０ｃは、外側コリオリマスの周りに単純なフレーム１０９を備えた第２構造体例を示す。これは図５ｆに示した構造体に対応し、参照番号１０９は図５ｆの５５に対応する。
【０１３１】
図１１ａは、第３構造体例を示す。このジャイロスコープも、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を中心とする角回転速度の測定に適している。参照番号１１１１〜１１１８は、それぞれ図５ｃの参照番号５１１〜５１８に対応する。このジャイロスコープ例は、図５ｃに示した第２一次振動モードで駆動することができる。対応するｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードは図５ｄに示し、対応する第２ｚ軸二次振動モードは図７に示した。このジャイロスコープに実装された周囲懸架構造体は、図９ａの場合と同じあるため、さらには説明しない。
【０１３２】
図１１ｂは、図１１ａに用いられた中央懸架構造体をより詳細に示す。中央懸架構造体は、上で示したｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードにおける中央懸架構造体の回転を容易にするために中央ジンバル構造体１１３１を含む。中央懸架構造体は、また、中央同期構造体を含む。中央同期構造体のすべての部品は、ｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードが中央ジンバルを介して有効に同期するように垂直方向に剛性を有する。
【０１３３】
中央懸架構造体は、中央ジンバル構造体から対角線方向、すなわち図６の対角軸６９３および６９４によって定義された方向に外側に向かって延在する４つの剛性支持部１１３２を含む。各剛性支持部は、径方向には可撓性を有するが、接線方向には剛性を有する第１同期ばね１１５１に連結され、第１同期ばね１１５１は、一次振動モードにおけるコリオリマス１１１２〜１１１３および１１１６〜１１１７の同時に生じる外側および内側に向かう動きに柔軟に順応する。接線方向には可撓性を有するが径方向には剛性を有する２つの第２同期ばね１１５２が、第１同期ばね１１５１から隣接するコリオリマスの各々まで延在する。例えば、第１同期ばね１１５１の２つの端部は、第２同期ばねによってそれぞれコリオリマス１１１２および１１１６に連結される。第２同期ばねは、第２ｚ軸二次振動モードにおけるコリオリマス１１１２〜１１１３および１１１６〜１１１７の同時に生じる接線方向の動きに柔軟に順応する。
【０１３４】
コリオリマス１１１２〜１１１３および１１１６〜１１１７は、図１１ａ〜図１１ｂにおいて、追加の中間懸架構造体によって支持される。４つの対角アンカーポイント１１２６が、第１対角軸および第２対角軸上に第１中心点に対して対称に配置される。径方向サスペンダ１１４１は、これらの対角アンカーポイント１１２６の各々から外側に向かって延在する。これらの径方向サスペンダは、コリオリマス１１１２〜１１１３および１１１６〜１１１７を取り囲むサスペンダフレーム１１４２に連結される。径方向サスペンダは、径方向には剛性を有するが接線方向には可撓性を有するため、第２ｚ軸二次振動モードにおけるコリオリマス１１１２〜１１１３および１１１６〜１１１７の同時に生じる接線方向の動きに柔軟に順応する。サスペンダフレームは、第２ｚ軸二次振動モードにおいて第１中心点を中心に回転し、コリオリマスの接線モードを同期させる。図１１ａおよび図１１ｂに示した中央懸架構造体は、図９ａおよび図１０ａに示したジャイロスコープにも実装することができるであろう。
【０１３５】
より一般的には、図５ｃまたは図８ｂに示した第２一次振動モードが用いられる任意の実施形態では、中央懸架構造体は、対応する各内側コリオリマスに結合され、かつ当該内部コリオリマスが中心点に向かって、および中心点から遠ざかるように径方向に同時に動くことを可能にする懸架部を各中心点の周りに含んでもよい。ジャイロスコープは、ｚ軸二次振動モードにおける接線方向の動きに対して内側コリオリマス同士を結合する追加の懸架構造体を備えてもよい。
【０１３６】
図１２は、第４構造体例を示す。参照番号１２９１〜１２９３は、図８ａおよび図８ｂの参照番号８９１〜８９３に対応する。先の例のように、このジャイロスコープも、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を中心とする角回転速度の測定に適している。参照番号１２１１〜１２１４および１２２１〜１２２８は、それぞれ図８ａおよび図８ｂの参照番号８１１〜８１４および８２１〜８２８に対応する。中央懸架構造体は、図９ａに示したものに対応し、その結果、図１２に示すジャイロスコープは、図８ａに示した第１一次振動モードで駆動されてもよい（しかし、この構成は、第２一次振動モードでの駆動を容易にしない）。しかしながら、図１２に示す中央懸架構造体は、図１１ａおよび図１１ｂに示した中央懸架構造体に置き換えることができると考えられ、これにより、図８ｂに示す第２一次振動モードでの駆動が容易になるであろう（この構成は、今度は第１一次振動モードでの駆動を容易にしないであろう）。図１２に示す他のすべての構造体は、これらの２つの中央懸架構造体のどちらとも一緒に用いることができる。
【０１３７】
図１２において、参照番号１２４１〜１２４８は、第１周囲アンカーポイントセットから第８周囲アンカーポイントセットを示し、一方、参照番号１２７は、図６を参照して上述した方法でｚ軸二次振動モードを測定するために使用することができる検出マスを示す。図１２に示すように、４つの検出マスが第１コリオリ対および第２コリオリ対に結合され、４つの検出マスが第３コリオリマス対および第４コリオリマス対に結合されてもよい。
【０１３８】
図１２は、さらに、ｘ軸１２９１の両側の縦ｙ３軸１２９４上にある第１シーソーアンカーポイント１２５１および第２シーソーアンカーポイント１２５２を示す。ｙ軸１２９４は、ｙ１軸１２９２とｙ２軸１２９３との略中間にある。第１横周囲シーソー１２６１は、実質的にその中点でねじりバーによって第１シーソーアンカーポイント１２５１に連結され、そのねじりバーは、第１横周囲シーソー１２６１がｙ３軸１２９４を中心に回転することを可能にする。第１横周囲シーソー１２６１の端部は、第５コリオリマス１２１５および第１３コリオリマス１２２５に連結される。
【０１３９】
第２横周囲シーソー１２６２は、実質的にその中点でねじりバーによって第２シーソーアンカーポイント１２５２に連結され、そのねじりバーは、第２横周囲シーソー１２６２がｙ３軸１２９４を中心に回転することを可能にする。第２横周囲シーソー１２６２の端部は、第８コリオリマス１２１８および第１６コリオリマス１２２８に連結される。
【０１４０】
ｘ軸二次振動モードにおいて、第５コリオリマス１２１５および第１３コリオリマス１２２５は、（どの一次振動モードが駆動されているかにかかわらず）互いに逆の垂直方向に動く。第８コリオリマスおよび第１６コリオリマスも、互いに逆の垂直方向に動く。そのため、第１横周囲シーソー１２６１は、第３コリオリ対および第７コリオリ対の振動を同期させることができ、第２横周囲シーソー１２６２は、この二次振動モードにおける第４コリオリ対および第８コリオリ対の振動を同期させることができる。中央懸架構造体は、また、この振動モードにおいて、第３コリオリ対と第４コリオリ対との間の、および第７コリオリ対と第８コリオリ対との間の結合要素および同期要素として機能してもよい。
【０１４１】
第１横周囲シーソー１２６１および第２横周囲シーソー１２６２は、垂直方向に剛性を有してもよいが、一次振動モードにおけるマス要素１２１５、１２２５、１２１８および１２２８の動きに柔軟に順応するのに十分な面内可撓性を有してもよい。
【図１】
2022000628.tif 000005
【図２ａ】
2022000628.tif 000006
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2022000628.tif 000011
【図３ｃ】
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【図４ａ】
2022000628.tif 000013
【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
2022000628.tif 000016
【図５ｂ】
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【図５ｃ】
2022000628.tif 000018
【図５ｄ】
2022000628.tif 000019
【図５ｅ】
2022000628.tif 000020
【図５ｆ】
2022000628.tif 000021
【図６】
2022000628.tif 000022
【図７】
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【図８ａ】
2022000628.tif 000024
【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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