(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
六自由度型マルチセンサであって、
第１の基板と、
第２の基板と、
第１のマルチセンササブ構造体と、
第２のマルチセンササブ構造体とを備え、
前記第１のマルチセンササブ構造体は、前記第１の基板上に製作され、該第１の基板の面内で相互に直交した第１及び第２の軸に対する加速度検知を示す共に該第１及び第２の軸に垂直な第３の軸に対する角速度検知を示す第１の複数の検知信号を与えるように動作し、
前記第２のマルチセンササブ構造体は、前記第２の基板上に製作され、該第２の基板の面内で相互に直交した第４及び第５の軸に対する角速度検知を示すと共に該第４及び第５の軸に垂直な第６の軸に対する加速度検知を示す第２の複数の検知信号を与えるように動作し、
前記第１のマルチセンササブ構造体は、
実質的に平面的な加速度計フレームと、
このフレームに結合された第１の慣性質量と、
前記フレームに結合された第２の慣性質量と、
前記フレームに結合されると共に前記第１の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第１の対と、
前記フレームに結合されると共に前記第２の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第２の対とを有し、
前記第１及び第２の慣性質量は、振動軸に沿って逆相で振動するように構成され、該振動軸は、前記第１及び第２の軸によって規定される面内にあり、
前記各加速度検知電極構造体は、前記第１の複数の検知信号のそれぞれの検知信号を生成するように構成され、該各検知信号は、残りの検知信号から電気的に独立していることを特徴とする六自由度型マルチセンサ。
【請求項２】
前記第１及び第２の軸に沿った加速度検知に属する情報を抽出すると共に、前記第３の軸に対する角速度検知に属する情報を抽出するように構成された信号処理ユニットを更に備える請求項１に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項３】
前記第１の慣性質量と第２の慣性質量を弾性的に結合する弾性部材を更に備える請求項１に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項４】
前記加速度検知電極構造体の第１の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第１の検知信号を生成するように構成された第１の増幅器と、前記加速度検知電極構造体の第１の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第２の検知信号を生成するように構成された第２の増幅器とを更に備える請求項１に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項５】
前記第１及び第２の検知信号を受信すると共に該第１及び第２の検知信号の和である第３の検知信号を生成するように構成された第３の増幅器を更に備え、前記第３の検知信号は、前記第１の軸に沿った加速度検知を示すものである請求項４に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項６】
前記加速度検知電極構造体の第２の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第１の検知信号を生成するように構成された第１の増幅器と、前記加速度検知電極構造体の第２の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第２の検知信号を生成するように構成された第２の増幅器とを更に備える請求項１に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項７】
前記第１及び第２の検知信号を受信すると共に該第１及び第２の検知信号の和である第３の検知信号を生成するように構成された第３の増幅器を更に備え、前記第３の検知信号は、前記第２の軸に沿った加速度検知を示すものである請求項６に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項８】
前記加速度検知電極構造体の第１の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第１の検知信号を生成するように構成された第１の増幅器と、前記加速度検知電極構造体の第１の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第２の検知信号を生成するように構成された第２の増幅器と、前記加速度検知電極構造体の第２の対の一方から差分検知信号を受信すると共に第３の検知信号を生成するように構成された第３の増幅器と、前記加速度検知電極構造体の第２の対の他方から差分検知信号を受信すると共に第４の検知信号を生成するように構成された第４の増幅器とを更に備える請求項１に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項９】
前記第１及び第２の検知信号を受信すると共に該第１及び第２の検知信号の差である第５の検知信号を生成するように構成された第５の増幅器と、前記第３及び第４の検知信号を受信すると共に該第３及び第４の検知信号の差である第６の検知信号を生成するように構成された第６の増幅器とを更に備える請求項８に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１０】
前記第５及び第６の検知信号を受信すると共に該第５及び第６の検知信号の和である第７の検知信号を生成するように構成された第７の増幅器を更に備え、前記第７の検知信号は、前記第３の軸に沿った角速度検知を示すものである請求項９に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１１】
速度検知信号を生成するように構成された速度検知電極構造体を更に備え、該速度検知信号は、前記第１及び第２の慣性質量の振動速度と同相であり、且つ該第１及び第２の慣性質量の線形加速度と非同期である請求項１０に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１２】
第７の検知信号及び速度検知信号を受信すると共に前記第３の軸に対する角速度検知を示す第８の検知信号を生成するように構成された位相復調器を更に備える請求項１１に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１３】
六自由度型マルチセンサであって、
第１の基板と、
第２の基板と、
第１のマルチセンササブ構造体と、
第２のマルチセンササブ構造体とを備え、
前記第１のマルチセンササブ構造体は、前記第１の基板上に製作され、該第１の基板の面内で相互に直交した第１及び第２の軸に対する加速度検知を示す共に該第１及び第２の軸に垂直な第３の軸に対する角速度検知を示す第１の複数の検知信号を与えるように動作し、
前記第２のマルチセンササブ構造体は、前記第２の基板上に製作され、該第２の基板の面内で相互に直交した第４及び第５の軸に対する角速度検知を示すと共に該第４及び第５の軸に垂直な第６の軸に対する加速度検知を示す第２の複数の検知信号を与えるように動作し、
前記第２のマルチセンササブ構造体は、
少なくとも１つの第１の質量と、
少なくとも１つの第２の質量と、
少なくとも１つの駆動構造体と、
正反対に対向する加速度検知構造体の第１及び第２の対と、
正反対に対向する加速度検知構造体の第３及び第４の対とを有し、
前記第１の質量は、前記第２の基板に結合されてその上に懸架され、関連する縦及び横軸と、縦及び横軸に垂直な関連する回転軸とを有し、
前記第２の質量は、前記第２の基板に結合されてその上に懸架され、関連する縦及び横軸と、縦及び横軸に垂直な関連する回転軸とを有し、該第２の質量は、前記第１の質量に隣接し、
前記駆動構造体は、前記第１及び第２の質量に結合され、該第１及び第２の質量をそれぞれの回転軸を中心として逆相で振動させるように構成され、
前記第１及び第２の加速度検知構造体対は、前記第１の質量に結合され、該第１の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
前記第３及び第４の加速度検知構造体対は、前記第２の質量に結合され、該第２の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
前記それぞれの縦軸は、第４の軸と平行であり、また前記それぞれの横軸は、第５の軸と平行であり、
前記各加速度検知構造体は、それぞれの検知信号を生成するように構成され、該それぞれの検知信号は、第４及び第５の軸に対する角速度検知を示すものであり、また第６の軸に対する加速度検知を更に示すものであることを特徴とする六自由度型マルチセンサ。
【請求項１４】
前記加速度検知構造体の第１及び第３の対によって生成されたそれぞれの検知信号の各々は、第６の軸に対する線形成分と、第４の軸に対する回転成分とを有し、また前記加速度検知構造体の第２及び第４の対によって生成されたそれぞれの検知信号の各々は、第６の軸に対する線形成分と、第５の軸に対する回転成分とを有する請求項１３に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１５】
前記加速度検知構造体の第１、第２、第３及び第４の対によって生成されたそれぞれの線形検知信号成分を組み合わせるように構成された信号処理ユニットを更に備えて、第６の軸に対する加速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する請求項１４に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１６】
前記加速度検知構造体の第１及び第３の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を組み合わせるように構成された信号処理ユニットを更に備えて、第４の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する請求項１４に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１７】
前記加速度検知構造体の第２及び第４の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を組み合わせるように構成された信号処理ユニットを更に備えて、第５の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する請求項１４に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１８】
前記第１の質量を第２の質量に結合する弾性部材を更に備え、該弾性部材は、それぞれの質量の逆相振動移動を許容すると共に同相振動移動に抵抗するように構成されている請求項１３に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項１９】
前記加速度検知構造体の第１の対から第１の検知信号の対を受信するように構成された第１の増幅器と、前記加速度検知構造体の第３の対から第３の検知信号の対を受信するように構成された第３の増幅器とを更に備え、該第１及び第３の増幅器は更に、それぞれ第１の検知信号の対の差と第３の検知信号の対の差である第１及び第３の出力信号を生成するように構成され、該第１及び第３の出力信号は、第４の軸に対する角速度検知を示すものである請求項１３に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項２０】
前記加速度検知構造体の第２の対から第２の検知信号の対を受信するように構成された第２の増幅器と、前記加速度検知構造体の第４の対から第４の検知信号の対を受信するように構成された第４の増幅器とを更に備え、該第２及び第４の増幅器は更に、それぞれ第２の検知信号の対の差、及び第４の検知信号の対の差である第２及び第４の出力信号を生成するように構成され、該第２及び第４の出力信号は、第５の軸に対する角速度検知を示すものである請求項１３に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項２１】
前記加速度検知構造体の第１の対から第１の検知信号の対を受信するように構成された第１の増幅器と、前記加速度検知構造体の第２の対から第２の検知信号の対を受信するように構成された第２の増幅器と、前記加速度検知構造体の第３の対から第３の検知信号の対を受信するように構成された第３の増幅器と、前記加速度検知構造体の第４の対から第４の検知信号の対を受信するように構成された第４の増幅器とを更に備え、該第１、第２、第３及び第４の増幅器は、それぞれ第１の検知信号の対の和、第２の検知信号の対の和、第３の検知信号の対の和、及び第４の検知信号の対の和である第１、第２、第３及び第４の出力信号を生成するように構成され、該第１、第２、第３及び第４の出力信号は、第６の軸に対する加速度検知を示すものである請求項１３に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項２２】
前記基板上に懸架された２つの第１の質量と２つの第２の質量とを備え、これら４つの質量は、各質量が他の２つの質量に隣接するように配置され、前記駆動構造体は、４つの質量をそれぞれの回転軸を中心として逆相で振動させるように構成され、各質量は隣接する質量に対して同等に逆の挙動で移動する請求項１３に記載の六自由度型マルチセンサ。
【請求項２３】
六自由度型マルチセンサを動作させる方法であって、
第１のマルチセンササブ構造体によって第１の複数の検知信号を与える工程と、
第２のマルチセンササブ構造体によって第２の複数の検知信号を与える工程と、
第１の慣性質量と第２の慣性質量を駆動電極構造体によって振動軸に沿って逆相で振動させる工程と、
フレームに結合されると共に第１の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第１の対によってそれぞれの第１の加速度計検知信号を生成する工程と、
フレームに結合されると共に第２の軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第２の対によってそれぞれの第２の加速度計検知信号を生成する工程とを備え、
前記第１の複数の検知信号を与える工程において、第１の複数の検知信号は、第１の基板の面内で相互に直交した第１及び第２の軸に対する加速度検知を示す共に該第１及び第２の軸に垂直な第３の軸に対する角速度検知を示すものであり、第１のマルチセンササブ構造体は、第１の基板上に実装され、
前記第２の複数の検知信号を与える工程において、第２の複数の検知信号は、第２の基板の面内で相互に直交した第４及び第５の軸に対する角速度検知を示すと共に該第４及び第５の軸に垂直な第６の軸に対する加速度検知を示すものであり、第２のマルチセンササブ構造体は、第２の基板上に実装され、
前記逆相で振動させる工程において、第１の慣性質量は、加速度計フレームに結合され、また第２の慣性質量は、加速度計フレームに結合され、
前記第２の加速度計検知信号を生成する工程において、第１及び第２の慣性質量、駆動電極構造体、及び加速度検知電極構造体の第１及び第２の対は、第１のマルチセンサ構造体に含まれ、
前記第１及び第２の複数の検知信号を与える工程で生成される各検知信号は、残りの検知信号から電気的に独立していることを特徴とする方法。
【請求項２４】
信号処理ユニットによって、前記第１及び第２の軸に沿った加速度検知に属する情報を抽出する工程と、前記第３の軸に対する角速度検知に属する情報を抽出する工程とを更に備える請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
六自由度型マルチセンサを動作させる方法であって、
第１のマルチセンササブ構造体によって第１の複数の検知信号を与える工程と、
第２のマルチセンササブ構造体によって第２の複数の検知信号を与える工程と、
少なくとも１つの第１の質量と少なくとも１つの第２の質量を駆動構造体によってそれぞれの回転軸を中心として逆相で振動させる工程と、
前記第１の質量に結合された正反対に対向する加速度検知構造体の第１及び第２の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程と、
前記第２の質量に結合された正反対に対向する加速度検知構造体の第３及び第４の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程とを備え、
前記第１の複数の検知信号を与える工程において、第１の複数の検知信号は、第１の基板の面内で相互に直交した第１及び第２の軸に対する加速度検知を示す共に該第１及び第２の軸に垂直な第３の軸に対する角速度検知を示すものであり、第１のマルチセンササブ構造体は、第１の基板上に実装され、
前記第２の複数の検知信号を与える工程において、第２の複数の検知信号は、第２の基板の面内で相互に直交した第４及び第５の軸に対する角速度検知を示すと共に該第４及び第５の軸に垂直な第６の軸に対する加速度検知を示すものであり、第２のマルチセンササブ構造体は、第２の基板上に実装され、
前記逆相で振動させる工程において、第１及び第２の質量は互いに隣接し第２の基板に結合されてその上に懸架され、各質量は、それぞれの回転軸に垂直な関連する縦及び横軸を有し、それぞれの縦軸は、第４の軸と平行であり、またそれぞれの横軸は、第５の軸と平行であり、
前記第１及び第２の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程において、第１及び第２の加速度検知構造体の対は、それぞれ第１の質量の縦及び横軸に沿って配設され、
前記第３及び第４の対によってそれぞれの検知信号を生成する工程において、第３及び第４の加速度検知構造体の対は、それぞれ第２の質量の縦及び横軸に沿って配設され、第１及び第２の質量、駆動構造体、並びに第１、第２、第３及び第４の加速度検知構造体の対は、第２のマルチセンササブ構造体に含まれ、
前記第１及び第２の複数の検知信号を与える工程で生成されるそれぞれの検知信号は、第４及び第５の軸に対する角速度検知を示し、更に第６の軸に対する加速度検知を示すものであることを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記加速度検知構造体の第１、第２、第３及び第４の対によって生成されたそれぞれの線形検知信号成分を信号処理ユニットによって組み合わせて、第６の軸に対する加速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する工程を更に備える請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記加速度検知構造体の第１及び第３の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を信号処理ユニットによって組み合わせて、第４の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する工程を更に備える請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記加速度検知構造体の第２及び第４の対によって生成されたそれぞれの回転検知信号成分を信号処理ユニットによって組み合わせて、第５の軸に対する角速度検知に属する情報を含んだ出力信号を生成する工程を更に備える請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２の基板は組み合わされて単一の基板を形成する請求項１に記載の六自由度型マルチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
この出願は、「六自由度型微細加工マルチセンサ」なる名称で２００３年４月２８日に出願された米国仮出願第６０／４６６，０８３号に基づく優先権を主張する。
連邦補助研究又は開発に関する表明
適用なし
【０００２】
背景技術
本発明は、一般的に集積化された角速度及び加速度センサ（“マルチセンサ”）に関し、特に３軸の加速度検知及び３軸の角速度検知を与えることが可能な六自由度型微細加工マルチセンサ装置に関する。
【０００３】
微細加工マルチセンサは、単一のマルチセンサ装置で加速度検知及び角速度検知の示度を与えるための少なくとも１つの加速度計を備えるものとして知られている。「微細加工加速度計ジャイロスコープ」なる名称で１９９５年２月２８日に発行された米国特許第５，３９２，６５０号に開示されているような従来の微細加工マルチセンサは、一対の加速度計を備え、各加速度計は、基板に固定された堅固な加速度計フレームと、複数の撓み体によって堅固なフレームから懸架された慣性質量（プルーフマス）とを有する。微細加工マルチセンサは典型的に、それに関連した単一の加速度検知軸と、この加速度軸に垂直な単一の回転検知軸とを有する。更に微細加工マルチセンサは典型的に、複数の慣性質量を加速度及び回転軸に垂直な振動軸に沿って逆相で同時に振動させるように構成されている。
【０００４】
慣性質量が同時に逆相の挙動で振動させる間に線形及び回転運動を受ける従来の微細加工マルチセンサの場合、線形及びコリオリ加速度の力が発生されて、慣性質量を基板に対して偏向させる。マルチセンサは、それぞれの慣性質量の偏向を検知すると共に、その偏向の大きさに比例する値を有した対応する加速度検知信号を生成するように構成されている。線形加速度に対する振動中の慣性質量の応答は同相であり、またコリオリ加速度に対する慣性質量の応答は逆相であるので、検知信号の線形加速度成分（加速度検知情報を含む）と回転加速度成分（角速度検知情報を含む）は、それらの信号を好適に加算又は減算して回転又は線形成分をキャンセルすることによって分離できる。
【０００５】
上述した従来の微細加工マルチセンサの１つの欠点は、それが典型的には１軸だけの加速度検知と、１軸だけの角速度検知とを与える点である。しかしながら、単一の微細加工マルチセンサ装置において、１軸より多い加速度検知及び／又は角速度検知を与えることはしばしば有利である。
【０００６】
２つの回転検知軸に対する回転の速度を測定可能な第２の従来の微細加工センサが、「回転振動型質量を有する微細加工装置」なる名称で１９９９年２月９日に発行された米国特許第５，８６９，７６０号に記載されている。この微細加工センサは、一対の加速度計を備える。各加速度計は、複数の撓み体によって基板上に懸架された円形ビームの形状の質量と、加速度検知電極の隣接する対とを有する。この微細加工センサに関連した２つの回転検知軸は基板の面内にある。更に、この微細加工センサは、円形ビームを逆相の挙動で回転振動させるように、即ち一方の円形ビームを時計方向／反時計方向に交互に回転させる間に、他方の円形ビームを逆方向に実質的に同じ量だけ回転させるように構成されている。
【０００７】
円形ビームが同時に逆相の挙動で振動させられる間に線形及び回転運動を受ける第２の従来の微細加工センサの場合、線形及びコリオリ加速度の力が発生されて、ビームを基板に対して偏向させる。加速度検知電極は、それぞれのビームの偏向を検知すると共に、偏向の大きさと回転検知軸に対する回転の速度に比例した対応する加速度検知信号を生成する。検知信号の回転加速度成分（角速度検知情報を含む）の符号は円形ビームの回転の方向に対応しているので、回転成分は、それらの信号を好適に減算して線形成分をキャンセルすることによって、検知信号の線形加速度成分から分離され得る。しかしながら、この微細加工センサは、１軸より多い角速度検知を与えることが可能であるが、典型的にそれが加速度検知情報を与えないという欠点を有する。
【０００８】
それ故、単一のマルチセンサ装置において、１軸より多い加速度検知及び１軸より多い角速度検知を与える微細加工マルチセンサを有することが望ましい。そのような微細加工マルチセンサは、上述した従来の微細加工センサ装置の欠点を回避することになる。
【０００９】
発明の簡単な要約
本発明によれば、単一のマルチセンサ装置において、３軸の加速度検知及び３軸の角速度検知を与える六自由度型微細加工マルチセンサが開示される。ここで開示される微細加工マルチセンサは、２つのマルチセンササブ構造体を備え、各サブ構造体は、３軸の加速度検知及び角速度検知を与える。
【００１０】
１つの実施形態の六自由度型微細加工マルチセンサは、第１のマルチセンササブ構造体と、第２のマルチセンササブ構造体とを備える。第１のマルチセンササブ構造体は、堅固な加速度計フレームと、第１の慣性質量と、第２の慣性質量と有し、それぞれは第１のシリコン基板上に形成される。第１のマルチセンササブ構造体は、それに関連して、第１の基板の面内で相互に直交した第１及び第２の加速度検知軸と、この第１及び第２の加速度軸に垂直な第１の回転検知軸とを有する。第１及び第２の慣性質量は、第１の回転軸に垂直な振動軸に沿う共通の対称軸を有する。更に、第１及び第２の慣性質量は、振動軸に沿って互いに弾性的に結合されている。第１及び第２の慣性質量は、それぞれの複数の撓み体によって堅固なフレームから懸架され、そして堅固なフレームは、複数の撓み体によって第１の基板に固定されている。撓み体は、第１及び第２の慣性質量が堅固なフレームに対して容易に振動軸の線形方向に移動するように、また堅固なフレームが第１の基板に対して実質的に回転挙動だけで移動するように強制するものとして構成されている。
【００１１】
ここに開示された実施形態において、第１のマルチセンササブ構造体は、第１及び第２の慣性質量を振動軸に沿って逆相で線形に振動させるように構成された駆動電極構造体を有する。第１のマルチセンササブ構造体は更に、堅固なフレームに結合されると共に第１の加速度軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第１の対と、堅固なフレームに結合されると共に第２の加速度軸に沿って配設された正反対に対向する加速度検知電極構造体の第２の対とを有する。第１のマルチセンササブ構造体は、六自由度型マルチセンサ装置の、（１）第１の加速度検知電極対によって生成された検知信号を合計して、第１の加速度軸に沿った加速度検知に属する情報を抽出するように、また（２）第２の加速度検知電極対によって生成された検知信号を合計して、第２の加速度軸に沿った加速度検知に属する情報を抽出するように、更に（３）第１の加速度検知電極対によって生成された検知信号の差と第２の加速度検知電極対によって生成された検知信号の差を加算して、第１の加速度軸に対する角速度検知に属する情報を抽出するように構成されている。
【００１２】
第２のマルチセンササブ構造体は、第２のシリコン基板上に形成された第３の慣性質量と第４の慣性質量を有する。第３及び第４の慣性質量は、それぞれの複数の撓み体によって第２の基板上に懸架され、そこに固定されている。第２のマルチセンササブ構造体は、それに関連して、第２の基板の面内で相互に直交する第２及び第３の回転検知軸と、この第２及び第３の回転軸に垂直な第３の加速度検知軸とを有する。更に、第３及び第４の慣性質量の各々は、それに関連して、横及び縦の対称軸と、この横及び縦軸に垂直な駆動回転軸とを有する。加速度検知電極構造体のそれぞれの第３の対は、それぞれの第３及び第４の慣性質量の横軸に沿って配設され、また加速度検知電極構造体のそれぞれの第４の対は、それぞれの第３及び第４の慣性質量の縦軸に沿って配設されている。第２のマルチセンササブ構造体は更に、第３及び第４の慣性質量を結合して、これら質量の相対的な逆相移動を許容すると共に同相移動には抵抗するように構成されたフォーク部材を有する。第３及び第４の慣性質量を第２の基板に固定する複数の撓み体は、これら質量が第２の基板に対して実質的に回転挙動でのみ移動するように強制するものとして構成されている。
【００１３】
ここに開示されている実施形態において、第２のマルチセンササブ構造体は、第３及び第４の慣性質量を逆相で回転振動させるように、即ち一方の質量をその回転軸を中心として時計方向／反時計方向に交互に回転させる間に、他方の質量をその回転軸を中心として逆方向に実質的に同じ量だけ回転させるように構成された駆動電極構造体を有する。回転振動する質量を有した第２のマルチセンササブ構造体が線形及び／又は回転運動を受ける場合、加速度検知電極の第３及び第４の対は、電気的に独立した検知信号を第３及び第４の慣性質量に加わる線形及びコリオリ加速度の力に基づいて生成する。第２のマルチセンササブ構造体は、六自由度型マルチセンサ装置の、（１）第３の慣性質量に関連した加速度検知電極の第３の対によって検知された加速度の差を、第４の慣性質量に関連した加速度検知電極の第３の対によって検知された加速度の差に加算して、第２の回転軸に対する角速度検知に属する情報を得るように、また（２）第３の慣性質量に関連した加速度検知電極の第４の対によって検知された加速度の差を、第４の慣性質量に関連した加速度検知電極の第４の対によって検知された加速度の差に加算して、第３の回転軸に対する角速度検知に属する情報を得るように、更に（３）第３の慣性質量に関連した加速度検知電極の第３の対によって検知された加速度の和と、第４の慣性質量に関連した加速度検知電極の第３の対によって検知された加速度の和と、第３の慣性質量に関連した加速度検知電極の第４の対によって検知された加速度の和と、第４の慣性質量に関連した加速度検知電極の第４の対によって検知された加速度の和を合計して、第３の加速度軸に対する加速度検知に属する情報を得るように構成されている。
【００１４】
２軸の加速度検知並びに１軸の角速度検知を与える第１のマルチセンササブ構造体と、第３軸の加速度検知並びに第２及び第３軸の角速度検知を与える第２のマルチセンササブ構造体とを有する六自由度型マルチセンサ装置を提供することによって、単一のマルチセンサ装置において、３軸の加速度検知及び３軸の角速度検知が得られる。
この発明の他の特徴、機能及び形態は、後続の発明の詳細な説明から明らかになる。
【００１５】
図面の簡単な説明
この発明は、図面に関連してなされる以下の発明の詳細な説明を参照することによって、より十分に理解される。図面において、
図１は、本発明に係るシリコン微細加工マルチセンサ装置の概念的斜視図、
図２は、図１のシリコン微細加工マルチセンサに含まれた第１のマルチセンササブ構造体の平面図、
図３は、図２の第１のマルチセンササブ構造体の模式図、
図４は、図２の第１のマルチセンササブ構造体を動作させる方法のフロー図、    
図５は、図１のシリコン微細加工マルチセンサに含まれた第２のマルチセンササブ構造体のブロック図、
図６は、図５の第２のマルチセンササブ構造体の詳細平面図、
図７は、図５の第２のマルチセンササブ構造体用の加速度検知信号処理回路の模式図、
図８は、図５の第２のマルチセンササブ構造体の代替実施形態のブロック図、
図９は、図８の第２のマルチセンササブ構造体の代替実施形態の詳細平面図、
図１０は、図５の第２のマルチセンササブ構造体を動作させる方法のフロー図である。
【００１６】
発明の詳細な説明
「六自由度型微細加工マルチセンサ」なる名称で２００３年４月２８日に出願された米国仮出願第６０／４６６，０８３号は、参照によりここに組み込まれる。
【００１７】
単一のマルチセンサ装置において、３軸の加速度検知及び３軸の角速度検知を与える六自由度型マルチセンサ装置が開示される。ここで開示される微細加工マルチセンサは、２つの三自由度型マルチセンササブ構造体を備え、各々は、それぞれのダイ上に対称的に置かれる。これは、歩留まりを改良すると共に、マルチセンサ装置全体の性能を改良するためである。
【００１８】
図１は、本発明による六自由度型微細加工マルチセンサ１００の概念図を示している。ここに開示された六自由度型微細加工マルチセンサ１００は、基板１０２を含んだ第１の三自由度型マルチセンササブ構造体１０２と、基板１０８を含んだ第２の三自由度型マルチセンササブ構造体１０５とを備える。基板１０２及び１０８の各々は、シリコン基板でよい。この基板は、任意の好適なバルク微細加工プロセスを経て、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）のマルチセンサ装置を形成する。
【００１９】
図１に示されるように、ＭＥＭＳサブ構造体１０３は、センサ１０１を有し、このセンサは、基板１０２の面内に配設された２つの関連する相互に直交した加速度検知軸ＸＡ及びＹＡと、この加速度軸ＸＡ及びＹＡに垂直な１つの関連する回転検知軸ＺＲとを有している。ＭＥＭＳサブ構造体１０３は、加速度軸ＸＡ及びＹＡに沿った加速度検知の２つの示度と、回転軸ＺＲに対する角速度検知の１つの示度を与えるように構成されている。ＭＥＭＳサブ構造体１０５は、センサ１０４を有し、このセンサは、基板１０８の面内で相互に直交した２つの関連する回転検知軸ＸＲ及びＹＲと、この回転軸ＸＲ及びＹＲに垂直な１つの関連する加速度検知軸ＺＡとを有している。ＭＥＭＳサブ構造体１０５は、回転軸ＸＲ及びＹＲに対する角速度検知の２つの示度と、加速度軸ＺＡに対する加速度検知の１つの示度を与えるように構成されている。
【００２０】
ここで認められるべき点は、六自由度型マルチセンサ装置１００全体は事実上、装置の面内で相互に直交した２つの関連したＸ及びＹ軸（図示せず）と、これらＸ及びＹ軸に垂直な１つの関連したＺ軸（図示せず）とを有する、ということである。例えば、基板１０２及び１０８は共平面的であって、Ｘ及びＹ軸は基板１０２及び１０８の面内にあることができる。更に、六自由度型マルチセンサ装置１００は、３軸Ｘ，Ｙ及びＺの各々に対する加速度検知の示度と角速度検知の示度を与えるように構成されている。センサ１００に含まれたＭＥＭＳサブ構造体１０３及び１０５は、論議を明瞭にするために、２組の軸ＸＡ，ＹＡ，ＺＡ及びＸＲ，ＹＲ，ＺＲをそれぞれ有するように図示されている。
【００２１】
図２は、ＭＥＭＳサブ構造体１０３に含まれたセンサ１０１（図１参照）の図解的実施形態２０１を図示している。この図解的実施形態のセンサ２０１は、基板２０２上に形成された堅固な加速度計フレーム２３０と、慣性質量２３２．１〜２３２．２及び２３４．１〜２３４．２とを有する。慣性質量２３２．１〜２３２．２は、それぞれ共振器撓み体２３６．１〜２３６．２によって堅固なフレーム２３０から懸架されている。また、慣性質量２３４．１〜２３４．２は、それぞれ共振器撓み体２３８．１〜２３８．２によって堅固なフレームから懸架されている。更に、堅固なフレーム２３０は、基板２０２上に対角的に配設された加速度計撓み体２４４．１〜２４４．４によって基板に固定されている。
【００２２】
センサ２０１は更に、駆動電極構造体２４６．１〜２４６．２及び２４８．１〜２４８．２と、加速度検知電極構造体Ａ〜Ｄとを有する。図２に示されているように、駆動電極構造体２４６．１〜２４６．２及び２４８．１〜２４８．２は、互いに平行で噛み合わされたそれぞれの複数の駆動電極（“指”）を有する。交流電圧である駆動信号（図示せず）に応答して、駆動電極構造体２４６．１〜２４６．２は、それぞれ静電力を慣性質量２３２．１〜２３２．２に加えるように構成され、また駆動電極構造体２４８．１〜２４８．２は、それぞれ静電力を慣性質量２３４．１〜２３４．２に加えるように構成されている。ここで理解されるべき点は、駆動電極構造体２４６．１〜２４６．２及び２４８．１〜２４８．２は、その代わりに、交流電流信号に応答して、それぞれ電磁力を慣性質量２３２．１〜２３２．２及び２３４．１〜２３４．２に加えるように構成された電磁駆動構造体でもよい、ということである。ここでまた理解されるべき点は、いくつかの駆動電極は、駆動電子回路用のフィードバックとコリオリ信号処理用の基準とを与える速度信号を出力する代替用法に向けられてもよい、ということである。
【００２３】
図２に更に示されているように、加速度検知電極構造体Ａ〜Ｄは、互いに平行に噛み合わされたそれぞれの複数の検知電極（“指”）を有する。具体的に、検知電極構造体Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、堅固なフレーム２３０に一体的に結合された検知指のそれぞれの第１の組と、基板２０２に固定された検知指の対応する第２の組とを有する。例えば、センサ２０１が線形及び／又は回転運動を受ける場合、結果として生ずる線形加速度及び／又はコリオリの力に応答して、堅固なフレーム２３０は基板２０２に対し偏向する。堅固なフレーム２３０と、検知電極構造体Ａ〜Ｄに関連した検知指の第１の組（例えば、検知電極構造体Ｂに関連した検知指２５０を参照されたい）は、堅固なフレーム２３０が偏向するときにそれと共に移動するが、このとき検知指の第２の組（例えば、検知電極構造体Ｂに関連した検知指２５２を参照されたい）は、基板２０２に固定されたままなので、検知電極構造体Ａ〜Ｄは、検知指の第１及び第２の組の相対移動を検知することによってフレーム２３０の偏向を検知して、その偏向の大きさに比例した大きさの検知信号Ａ’〜Ｄ’（図３参照）を生成する。ここで認められるべき点は、検知電極構造体Ａ，Ｃ及びＤは、検知電極構造体Ｂの指構成と同様の指構成を有する、ということである。
【００２４】
センサ２０１は更に、堅固なフレーム２３０から懸架された複数のレバー２４０．１〜２４０．４と、レバー２４０．１〜２４０．４用の駆動電極構造体２４０．５〜２４０．６とを有する。具体的に、レバー２４０．１は慣性質量２３２．１とレバー２４０．３との間に弾性的に結合され、レバー２４０．２は慣性質量２３２．２とレバー２４０．４との間に弾性的に結合され、レバー２４０．３は慣性質量２３２．１とレバー２４０．１との間に弾性的に結合され、レバー２４０．４は慣性質量２３２．２とレバー２４０．２との間に弾性的に結合されている。レバー２４０．１〜２４０．４の目的は、慣性質量の運動を結合して、それらが単一の共振として発振するようにすることである。更に、駆動電極構造体２４０．５〜２４０．６は、平行に配設され互いに噛み合わされたそれぞれの複数の駆動指を有する。駆動電極構造体２４０．５はレバー２４０．１及び２４０．３に静電力を加えるように構成され、また駆動電極構造体２４０．６はレバー２４０．２及び２４０．４に静電力を加えるように構成されている。ここで理解されるべき点は、駆動電極構造体２４０．５〜２４０．６は、その代わりに、それぞれの電磁駆動構造体でもよい、ということである。
【００２５】
慣性質量２３２．１は慣性質量２３２．２と機械的に結合され、その結果、慣性質量２３２．１〜２３２．２は実質的に一緒になって単一の質量として移動する、という点に留意されたい。同様に、慣性質量２３４．１は慣性質量２３４．２と機械的に結合され、その結果、慣性質量２３４．１〜２３４．２は実質的に一緒になって単一の質量として移動する。更に、慣性質量２３２．１〜２３２．２を堅固なフレーム２３０から懸架している撓み体２３６．１〜２３６．２の構成は、慣性質量２３２．１〜２３２．２がフレーム２３０に対して軸ＸＡの方向にのみ移動するように強制するものである。同様に、慣性質量２３４．１〜２３４．２を堅固なフレーム２３０から懸架している撓み体２３８．１〜２３８．２の構成は、慣性質量２３４．１〜２３４．２がフレーム２３０に対して軸ＸＡの方向にのみ移動するように強制するものである。堅固なフレーム２３０を基板２０２に固定している撓み体２４４．１〜２４４．４の構成は、堅固なフレーム２３０が基板２０２に対するフレーム２３０のコリオリ検知用回転移動を許容するように強制するものである。
【００２６】
対角的撓み体２４４．１〜２４４．４は、折り畳れた対を形成する。この結果、それらは、対角的スポークとして配置された単一の撓み体とは異なり、ある程度の平行移動運動を許容する。これは、表面微細加工に使用される堆積膜の応力を軽減すると共に、ＸＡ及びＸＢ軸に沿った線形加速度検知を許容するためである。コリオリの加速度は、検知される線形加速度よりも一般にはるかに小さいので、撓み体２４４．１〜２４４．４を、ＸＡ及びＸＢ軸に沿うよりも回転運動に対して従順にさせることが望ましい。望ましいコンプライアンスの比は、撓み体長さと折り目分離線との適切な比を使用することによって作ることができる。
【００２７】
ここで更に留意されるべき点は、堅固なフレーム２３０と、慣性質量２３２．１〜２３２．２及び２３４．１〜２３４．２と、駆動電極構造体２４６．１〜２４６．２，２４８．１〜２４８．２及び２４０．５〜２４０．６と、加速度検知電極構造体Ａ〜Ｄと、レバー２４０．１〜２４０．２と、撓み体２３６．１〜２３６．２，２３８．１〜２３８．２及び２４４．１〜２４４．４は、センサ２０１の横対称軸の各側に、また縦対称軸の各側に、鏡像式に配置されている、ということである。従って、センサ２０１は、２つの直交するミラー対称性を有し、対称的にダイ（図示せず）上で中心決めされて、センサの性能に対するダイ表面積歪み及び勾配の有害な影響を低減することができる。
【００２８】
図３は、図１のＭＥＭＳサブ構造体１０３の図解的実施形態３０３の模式図である。この図解的実施形態のＭＥＭＳサブ構造体３０３は、センサ３０１と、トランスレジスタンス増幅器３０４と、複数の差動増幅器３０６，３０８，３１０，３１２，３１６及び３２０と、複数の加算増幅器３１４，３１８及び３２２と、位相復調器３２４とを備える。上述したように、慣性質量２３２．１〜２３２．２（図２参照）は互いに結合されて単一の質量として移動する。同様に、慣性質量２３４．１〜２３４．２（図２参照）は互いに結合されて単一の質量として移動する。従って、センサ３０１は、堅固なフレーム２３０（図２参照）を表す堅固な加速度計フレーム３３０と、慣性質量２３２．１〜２３２．２を表す第１の慣性質量３３２と、慣性質量２３４．１〜２３４．２を表す第２の慣性質量３３４とを有する。
【００２９】
具体的に、第１の慣性質量３３２は、撓み体２３６．１〜２３６．２（図２参照）を表す共振器撓み体３３６によって堅固なフレーム３３０から懸架され、また第２の慣性質量３３４は、撓み体２３８．１〜２３８．２（図２参照）を表す共振器撓み体３３８によって堅固なフレーム３３０から懸架されている。更に、堅固なフレーム３３０は、複数の加速度計撓み体（例えば、撓み体２４４．１〜２４４．４、図２を参照）によって基板（例えば、基板２０２、図２を参照）に固定されている。
【００３０】
センサ３０１（図３参照）は更に、レバー及び駆動電極構造体２４０．１〜２４０．２（図２参照）を表す弾性部材３４０を有する。この弾性部材３４０は、第１の慣性質量３３２と第２の慣性質量３３４を弾性的に相互接続する。更に、センサ３０１は、慣性質量３３２及び３３４を振動させるための駆動電極構造体（例えば、駆動電極構造体２４６．１〜２４６．２及び２４８．１〜２４８．２、図２を参照）と、図２の検知電極構造体Ａ〜Ｄを表す加速度検知電極構造体Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤとを有する。
【００３１】
具体的に、駆動電極構造体は、それぞれの第１及び第２の慣性質量３３２及び３３４を同時に機械的共振で振動させるように構成されている。また弾性部材３４０は、慣性質量３３２及び３３４を振動軸に沿って逆相で（即ち、１８０°位相ずれして）移動させるように構成されている。この振動軸は、ここで開示されている実施形態では加速度軸ＸＡに対して平行である。正反対に対向する加速度検知電極構造体Ａ〜Ｂは、加速度軸ＹＡに沿って配設され、また堅固なフレーム３３０に結合されている。正反対に対向する加速度検知電極構造体Ｃ〜Ｄは、加速度軸ＸＡに沿って配設され、また堅固なフレーム３３０に結合されている。それぞれの検知電極構造体Ａ〜Ｄは、それぞれ電気的に独立した検知信号Ａ’，Ｂ’，Ｃ’及びＤ’を生成するように構成されている。この代わりに、フレームを基板に取り付ける撓み体２４４．１〜２４４．４の偏向によるスプリング力を使用して、コリオリの力と、それらの偏向を検知することに使用される構造体Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤとをバランスさせることができる。表面微細加工に使用される構造膜がポリシリコンである場合、撓み体の偏向は、これらの力に対して非常に線形な関係を有するので、電気的復元力の複雑性を導入することは非経済的である。
【００３２】
当業者が認めるように、慣性質量３３２及び３３４が振動軸に沿って振動する一方で、堅固なフレーム３３０が回転軸ＺＲを中心に回転するときに、慣性質量３３２及び３３４の各々は、加速度軸ＸＡ及びＹＡによって規定される面内でコリオリ加速度を受ける。更に、慣性質量３３２及び３３４は逆相で振動するので、それぞれの慣性質量３３２及び３３４はコリオリ加速度を逆方向に受ける。この結果、見かけ上のコリオリの力は、慣性質量３３２及び３３４に加えられて、加速度軸ＸＡ及びＹＡによって規定される面内で慣性質量３３２及び３３４を逆方向に偏向する。
【００３３】
従って、回転軸ＺＲに関するコリオリ加速度に対して慣性質量３３２及び３３４の応答は逆相になるが、加速度軸ＸＡ及びＹＡに関する線形加速度に対して慣性質量３３２及び３３４の応答は同相になる。それ故、電気的に独立した検知信号Ａ’，Ｂ’，Ｃ’及びＤ’は、好適に加算及び／又は減算されて、線形加速度に対応する情報（即ち、加速度検知情報）を抽出し、またコリオリ加速度に対応する情報（即ち、角速度検知情報）を抽出する。例えば、電気的復元力の第１の組（図示せず）は、線形加速度の力をバランスさせることに使用でき、また電気的復元力の第２の組（図示せず）は、コリオリ加速度の力をバランスさせることに使用できる。更に、それぞれの検知電極構造体Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、電気的に独立した検知信号Ａ’，Ｂ’，Ｃ’及びＤ’を電気的復元力の大きさに基づいて生成するように構成され得る。
【００３４】
具体的に、差動増幅器３０６は、差分検知信号Ｂ’を検知電極構造体Ｂから受信して、対応する検知信号ｂを加算増幅器３１４と差動増幅器３１６に与えるように構成されている。同様に、差動増幅器３０８は、差分検知信号Ａ’を検知電極構造体Ａから受信して、対応する検知信号ａを加算増幅器３１４と差動増幅器３１６に与えるように構成されている。更に、差動増幅器３１０は、差分検知信号Ｄ’を検知電極構造体Ｄから受信して、対応する検知信号ｄを加算増幅器３１８と差動増幅器３２０に与えるように構成されている。また、差動増幅器３１２は、差分検知信号Ｃ’を検知電極構造体Ｃから受信して、対応する検知信号ｃを加算増幅器３１８と差動増幅器３２０に与えるように構成されている。
【００３５】
加算増幅器３１４は、検知信号ａ及びｂを加算して、加速度軸ＸＡに沿った加速度検知に属した情報（“Ｘ−加速度”）を含む検知信号の和ａ＋ｂを生成するように構成されている。同様に、加算増幅器３１８は、検知信号ｃ及びｄを加算して、加速度軸ＹＡに沿った加速度検知に属した情報（“Ｙ−加速度”）を含む検知信号の和ｃ＋ｄを生成するように構成されている。当業者は、加速度検知情報を抽出するために、追加の位相同期キャリアも必要であることを認めるであろう。
【００３６】
差動増幅器３１６は、検知信号ａ及びｂを減算して、検知信号の差ａ−ｂを加算増幅器３２２に与えるように構成されている。同様に、差動増幅器３２０は、検知信号ｃ及びｄを減算して、検知信号の差ｃ−ｄを加算増幅器３２２に与えるように構成されている。更に、加算増幅器３２２は、検知信号ａ−ｂ及びｃ−ｄを加算して、和ａ＋ｃ−ｂ−ｄを位相復調器３２４に与えるように構成されている。検知信号ａ＋ｃ−ｂ−ｄは、回転軸ＺＲに対する角速度検知に属する情報（“Ｚ−角速度”）を含んでいる。しかしながら、ここで留意されるべき点は、検知信号ａ＋ｃ−ｂ−ｄが加速度軸ＸＡ及びＹＡの一方又は双方に沿った加速度検知に属する少なくともある程度の情報を含むことがある、ということである。従って、位相復調器３２４は、ジャイロスコープ的検知信号ａ＋ｃ−ｂ−ｄ内の加速度情報を抑制するように構成されている。
【００３７】
具体的に、位相復調器３２４は、ジャイロスコープ的検知信号ａ＋ｃ−ｂ−ｄを速度検知信号Ｖに対して復調する。この速度検知信号は、慣性質量３３２及び３３４の振動速度と同相であり、且つ慣性質量の加速度と非同期である。図３に示されているように、センサ３０１は、トランスレジスタンス増幅器３０４に対して速度検知信号Ｖ（電流信号）を与えるように構成された速度検知電極構造体３４２を有する。トランスレジスタンス増幅器は、その電流信号を対応する電圧信号ｖに変換するものである。速度検知電極構造体３４２は、慣性質量３３２及び３３４に結合された電極と基板に固定された電極の相対移動を検知することによって、慣性質量３３２及び３３４の振動速度を検知し、そして振動速度と同相の速度検知信号Ｖを生成する。次に、トランスレジスタンス増幅器３０４は、電圧信号ｖを位相基準として位相復調器３２４に与える。速度検知信号Ｖは加速度信号ａ＋ｂ及びｃ＋ｄと非同期であるので、加算増幅器３２２の出力における加速度情報は位相復調器３２４によって抑制され、これにより位相復調器出力におけるジャイロスコープ的信号対雑音比（ＳＮＲ）を増加する。
【００３８】
ここで認められるべき点は、差動容量によって加速度電極Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの静的偏向を検知するためには、交流電圧をフレーム３３０に与えること、並びにその電圧に対して信号を同期復調することが必要である、ということである。そのような復調は、差動増幅器３０６，３０８，３１０及び３１２、又は加算増幅器３１４，３１６，３１８及び３２２のいずれかにおいて行われる。感度を改善するために、交流電圧は、実際にそうであるように高い周波数であるべきである。相対周波数ドリフトによる誤差を防止するために、交流電圧は、当業者には周知の位相同期ループを使用して、速度信号に関係付けられるべきである。ここでまた留意されるべき点は、ここでは説明を容易にするために離散的に示されている種々の増幅器が、集積回路におけるトランジスタのより効率的な配置中に組み合わされ得るということ、そして機能全体は保存されながらも、動作の精密な順序は失われることになるということである。特に、連続的時間（即ち、増幅器ベース）の実施が選択され場合、プロセスの一体性は、差分信号経路を位相復調器まで遠くに維持することによって最もよく保存される。離散的時間（即ち、デジタル）の解決法が使用される場合、加算、減算、復調、及び／又はフィルタ処理の動作を併合することがしばしば効率的である。
【００３９】
ここに開示されたマルチセンササブ構造体３０３（図３参照）を動作させる方法が、図４を参照することによって図解されている。ステップ４０２に示されているように、マルチセンササブ構造体３０３に含まれた２つの慣性質量は、振動軸に沿って逆相で振動させられる。このとき、マルチセンサは回転軸ＺＲを中心として回転させられる。ここで理解されるべき点は、振動軸はマルチセンサの基板の面内にあり（即ち、加速度軸ＸＡに平行であり）、そして回転軸ＺＲは振動軸及びマルチセンサ基板の双方に垂直である、ということである。次に、マルチセンサの加速度検知電極構造体Ａ及びＢによって生成された差分検知信号Ａ’及びＢ’は、ステップ４０４に示されるように、それぞれ検知信号ａ及びｂに変換される。同様に、マルチセンサの加速度検知電極構造体Ｃ及びＤによって生成された差分検知信号Ｃ’及びＤ’は、ステップ４０６に示されるように、それぞれ検知信号ｃ及びｄに変換される。加速度検知電極構造体Ａ及びＢは、加速度軸ＸＡに沿って配設されている。更に加速度検知電極構造体Ｃ及びＤは、加速度軸ＹＡに沿って配設されている。加速度軸ＹＡは、基板の面内にあって、加速度軸ＸＡに垂直である。それからステップ４０８に示されるように、検知信号ａ及びｂは加算され、加速度軸ＸＡに沿った加速度検知に属する情報（Ｘ−加速度）を含んだ検知信号の和ａ＋ｂを生成する。同様にステップ４１０に示されるように、検知信号ｃ及びｄは加算され、加速度軸ＹＡに沿った加速度検知に属する情報（Ｙ−加速度）を含んだ検知信号の和ｃ＋ｄを生成する。次にステップ４１２に示されるように、検知信号ａ及びｂは減算され、検知信号の差ａ−ｂを生成する。同様にステップ４１４に示されるように、検知信号ｃ及びｄは減算され、検知信号の差ｃ−ｄを生成する。それからステップ４１６に示されるように、検知信号ａ−ｂ及びｃ−ｄは加算され、回転軸ＺＲに対する角速度検知に属する情報（Ｚ−角速度）を含んだ検知信号の和（ａ−ｂ）＋（ｃ−ｄ）を生成する。最後に、ステップ４１８に示されるように、ジャイロスコープ的検知信号ａ＋ｃ−ｂ−ｄに含まれることがある加速度情報は随意的に抑制されて、ジャイロスコープ的ＳＮＲを増加する。信号処理の当業者によって認められるように、図４の図解的アルゴリズムは、所望の最終結果を生じさせる唯一のものではなく、他の離散的時間の実施も機能的に等価になりうる。例えば、加算、減算、及び復調の順序は好適に相互変換又は併合され得る。
【００４０】
図５は、ＭＥＭＳサブ構造体１０５（図１参照）に含まれたセンサ１０４の図解的実施形態５０４を示している。この図解的実施形態のセンサ５０４は、一対の加速度計５０５〜５０６を備える。加速度計５０５〜５０６は、実質的に円形である質量５０９及び５０７をそれぞれ有する。その代わりに、質量５０７及び５０９は、実質的に四角形、六角形、八角形、又は他の好適な幾何学的形状でもよい。円形質量５０７及び５０９は、複数の撓み体（図示せず）によって基板５０８に固定され、その上に懸架されている。センサ５０４は更に、フォーク部材５１０を有する。このフォーク部材は、２つの円形質量５０７及び５０９を結合して、これら質量の相対的な逆相移動を許容すると共に同相移動に抵抗するように構成されている。円形質量５０７及び５０９を固定しそれらを基板５０８上に懸架する複数の撓み体の構成は、これら質量が基板と平行な面内では実質的に回転挙動でのみ移動するが、基板５０８に垂直な傾斜又は平行移動モードでも移動するように強制するものである。
【００４１】
例えば基板５０８は、シリコン基板や、他の好適なタイプの基板でよい。更に基板５０８は、好適なバルク微細加工プロセスを経て、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）のマルチセンサを形成することができる。円形質量５０７及び５０９とセンサ５０４の結合フォーク５１０は、従来の好適なプロセスによって形成することができる。
【００４２】
図５に示されるように、センサ５４０は、基板５０８の面内で相互に直交した２つの関連する回転検知軸ＸＲ及びＹＲと、この回転軸ＸＲ及びＹＲに垂直な（即ち、基板５０８に垂直な）１つの関連する加速度検知軸ＺＡとを有している。このセンサ５４０は、回転軸ＸＲ及びＹＲに対する角速度検知の２つの示度と、加速度軸ＺＡに対する加速度検知の１つの示度を与えるように構成されている。更に、円形質量５０７及び５０９の各々は、それに関連して、横及び縦の対称軸（符号なし）と、この横及び縦軸に垂直な回転軸（即ち、それぞれ回転軸５８２及び５８４）とを有する。
【００４３】
センサ５０４はまた、それぞれの円形質量５０７及び５０９の横及び縦軸に沿って配設された加速度検知電極構造体５１２〜５１９を有する。具体的に、加速度検知電極構造体５１２〜５１３及び５１６〜５１７は、円形質量５０７のそれぞれ横及び縦軸に沿って互いに正反対に対向し、また加速度検知電極構造体５１４〜５１５及び５１８〜５１９は、円形質量５０９のそれぞれ横及び縦軸に沿って互いに正反対に対向する。加速度検知電極構造体５１２〜５１９の各構造体は、それぞれの円形質量の表面上に配設された第１の電極と、この第１の電極に対向して基板５０８の表面上に配設された第２の電極とを有して、第１及び第２の電極間の距離に基づいて増減する容量値を持つ差動容量を形成する。センサ５０４は、容量値の変化を検知して、電気的に独立した加速度検知信号を与えるように構成された回路を有する。これら加速度検知信号は、それぞれ回転軸ＸＲ，ＹＲ及び加速度軸ＺＡに対する角速度検知及び加速度検知に属する情報を含んでいる。例えば加速度検知電極構造体５１２〜５１９の第１及び第２の電極の各々は、多結晶シリコン（“ポリシリコン”）、拡散領域、金属、または他の好適な材料によって作ることができる。
【００４４】
図６は、センサ１０４（図１参照）の詳細平面図６０４を示している。図６に示されているように、微細加工マルチセンサ６０４は、一対の加速度計６０５〜６０６を有する。加速度計６０５〜６０６は、実質的に円形の質量６０９及び６０７をそれぞれ有する。これら質量は、複数の撓み体によって基板６０８例えばシリコン基板に固定され、その上に懸架されている。円形質量６０７を固定し懸架する複数の撓み体の各々は、アンカー６７０と、応力軽減部材６６０とを有し、また円形質量６０９を固定し懸架する複数の撓み体の各々は、アンカー６７２と、応力軽減部材６６２とを有する。この図解的実施形態において、応力軽減部材６６０及び６６２の各々は、応力を軽減するように中心を自由にして半分に折り畳まれている。この構成は、復元力およびモーメントの局部的非対称性を幾分生じさせるので、折り畳まれた部材６６０及び６６２は、対として配置されてバランスを維持する（図６参照）。
【００４５】
センサ６０４は更に、フォーク部材６１０と、加速度検知電極構造体６１２〜６１９とを有する。フォーク部材６１０は、従来既知であるように、２つの円形質量６０７及び６０９を結合して、これら質量の相対的な逆相回転移動を許容すると共に同相回転移動に抵抗するように構成されている。加速度検知電極構造体６１２〜６１９は、それぞれの円形質量６０７及び６０９の縦及び横軸に沿って配設されている。
【００４６】
ここで留意されるべき点は、円形質量６０７及び６０９と、フォーク部材６１０と、加速度検知電極構造体６１２〜６１９は、それぞれセンサ５０４の円形質量５０７及び５０９と、フォーク部材５１０と、加速度検知電極構造体５１２〜５１９（図５参照）と実質的に等価である、ということである。更に、図６に示されているように、回転検知軸ＸＲ及びＹＲと加速度検知軸ＺＡは、図５を参照して上述された回転検知軸ＸＲ及びＹＲと加速度検知軸ＺＡに対応している。
【００４７】
図６に示されているように、センサ６０４は、基板６０８に固定された複数の駆動電極構造体６４０及び６４２を有する。これら駆動電極構造体は、円形質量６０７及び６０９を逆相で回転振動させるように、即ち一方の質量をその回転軸を中心として時計方向／反時計方向に交互に回転させる間に、他方の円形質量をその回転軸を中心として逆方向に実質的に同じ量だけ回転させるように構成されている。具体的に、駆動電極構造体６４０は、円形質量６０７を回転軸６８２を中心として回転振動させるために使用され、駆動電極構造体６４２は、円形質量６０９を回転軸６８４を中心として回転振動させるために使用される。ここで開示された実施形態において、駆動電極構造体６４０及び６４２は、円形質量６０７及び６０９の半径軸に沿ってそれぞれ配設されている。駆動電極構造体６４０及び６４２の各々は、円形質量６０７及び６０９の少なくとも１つの半径エッジからそれぞれ延びた対応する複数の指と噛み合わされた複数の電極（“指”）を有する。駆動電極構造体６４０及び６４２は、信号源（図示せず）に結合されている。この信号源は、方向性のある矢印６８０によって示されるように、円形質量６０７及び６０９を逆相の発振挙動で回転振動させるように動作する駆動信号を発生するためのものである。
【００４８】
ここで留意されるべき点は、この回路幾何学の主目的は、正反対に対向する質量セグメントの逆平行の線形運動をフォークと結合するに好適な運動に変換するためのピボット及びレバーを提供することにある、ということである。従って、コリオリの力を発生するに有用な質量セグメントの運動は、支配的な線形成分であって、回転それ自体ではない。
【００４９】
センサ６０４は更に、基板６０８に固定されると共に円形質量６０７及び６０９の振動速度をそれぞれ検知するように構成された複数の速度検知電極構造体６５０及び６５２を有する。ここで開示された実施形態において、速度検知電極構造体６５０及び６５２は、円形質量６０７及び６０９の半径軸に沿ってそれぞれ配設されている。更に、速度検知電極構造体６５０及び６５２は、円形質量６０７及び６０９の半径エッジからそれぞれ延びた対応する複数の指と噛み合わされた複数の指を有する。速度検知電極構造体６５０及び６５２の噛み合わされた指は、円形質量６０７及び６０９が時計方向に回転しているか反時計方向に回転しているかに基づいて増減する容量値を持つ差動容量を形成する。センサ６０４は、容量値のこれらの変化を検知すると共に、円形質量６０７及び６０９の振動速度を示す速度検知信号を変化する容量値に基づいて与えるように構成された回路（図示せず）を有する。
【００５０】
当業者が認めるように、円形質量６０７及び６０９が回転軸６８２及び６８４を中心として振動する間に、センサ６０４が質量６０７及び６０９の半径軸（符号なし）を中心として回転すると、質量６０７及び６０９はコリオリ加速度を受ける。更に、円形質量６０７及び６０９は逆相で振動するので、コリオリ加速度はそれぞれの質量に逆方向に加えられる。その結果、見かけ上のコリオリの力は円形質量６０７及び６０９に加えられて、質量６０７及び６０９を基板６０８に対し逆方向に偏向する。
【００５１】
例えば、図６において“＋”及び“−”符号は、加えられたコリオリの力に起因する円形質量６０７及び６０９の偏向の相対方向を示すことに使用されている。図６に示されるように、質量６０７の加速度検知電極構造体６１２〜６１３及び６１６〜６１７には、それぞれ符号−，＋，−，＋が付されている。また、質量６０９の対応する加速度検知電極構造体６１４〜６１５及び６１８〜６１９には、それぞれ符号＋，−，＋，−が付されている。これは、加えられたコリオリの力が質量６０７及び６０９のこれら対応する領域を基板６０８に対し偏向することを示すためである。
【００５２】
ここで留意されるべき点は、円形質量６０７の縦軸に沿った加速度検知電極構造体６１２〜６１３と横軸に沿った加速度検知電極構造体６１６〜６１７には、それぞれ逆の符号−及び＋が付されている、ということである。同様に、円形質量６０９の縦軸に沿った加速度検知電極構造体６１４〜６１５と横軸に沿った加速度検知電極構造体６１８〜６１９には、それぞれ逆の符号＋及び−が付されている。これは、ここで開示されている実施形態では、円形質量６０７及び６０９が、加えられたコリオリの力に応答して基板６０８に対し傾斜するように構成された堅固な構造体だからである。
【００５３】
更に、加えられたコリオリの力は円形質量６０７及び６０９を逆方向に偏向するので、回転軸ＸＡ及びＹＲについてのコリオリ加速度に対する質量６０７及び６０９の応答は逆相となる。これに対し、加速度軸ＺＡについての線形加速度に対する円形質量６０７及び６０９の応答は同相となる。従って、加速度検知電極構造体６１２〜６１９を介して与えられた電気的に独立した検知信号は好適に加算及び／又は減算されて、検知信号から線形加速度に対応する情報（即ち、加速度検知情報）を抽出すると共にコリオリ加速度に対応する情報（即ち、角速度検知情報）を抽出することができる。
【００５４】
図７は、加速度検知信号処理回路７００の図解的実施形態を示している。この回路は、加速度検知電極構造体６１２〜６１９（図６参照）によって与えられる加速度検知信号から加速度検知情報及び角速度検知情報を抽出するように構成されている。例えば、信号処理回路７００は、センサ６０４と同じ基板上に実装できる。この図解的実施形態の検知信号処理回路７００は、複数の加算増幅器７０２〜７０６と、複数の差動増幅器７０８〜７０９とを有する。これらは、加速度検知電極構造体６１２〜６１９によって検知された加速度を加減算して、加速度検知及び角速度検知情報を抽出する。
【００５５】
具体的に、加速度検知電極構造体６１２〜６１３によって検知された加速度は、加速度軸ＺＡに対する線形成分Ａｚと、回転軸ＹＲに対する経時変化性の回転成分ａｙ（ｗ）とを含み、また加速度検知電極構造体６１４〜６１５によって検知された加速度は、加速度軸ＺＡに対する線形成分Ｂｚと、回転軸ＹＲに対する経時変化性の回転成分ｂｙ（ｗ）とを含む。ここで留意されるべき点は、回転成分ａｙ（ｗ）及びｂｙ（ｗ）は角振動周波数ｗで変化するもので、振動速度ベクターに垂直な半径軸を中心とした回転の速度に比例している。質量６０７及び６０９の振動速度は対照的であるので、加速度検知電極構造体６１２〜６１３によって検知された加速度は、それぞれＡｚ＋ａｙ（ｗ）及びＡｚ−ａｙ（ｗ）となり、また加速度検知電極構造体６１４〜６１５によって検知された加速度は、それぞれＢｚ＋ｂｙ（ｗ）及びＢｚ−ｂｙ（ｗ）となる。同様に、加速度検知電極構造体６１６〜６１７によって検知された加速度は、それぞれＡｚ＋ａｘ（ｗ）及びＡｚ−ａｘ（ｗ）となり、また加速度検知電極構造体６１８〜６１９によって検知された加速度は、それぞれＢｚ＋ｂｘ（ｗ）及びＢｚ−ｂｘ（ｗ）となる。
【００５６】
上述したように、回転軸ＸＡ及びＹＲについてのコリオリ加速度に対する円形質量６０７及び６０９（図６参照）の応答は逆相となるのに対し、加速度軸ＺＡについての線形加速度に対する円形質量６０７及び６０９の応答は同相となる。従って、回転軸ＸＡ及びＹＲについてのコリオリ加速度に対する円形質量６０７及び６０９の応答は、加速度ａｙ（ｗ）及び−ａｙ（ｗ）と、ｂｙ（ｗ）及び−ｂｙ（ｗ）と、ａｘ（ｗ）及び−ａｘ（ｗ）と、ｂｘ（ｗ）及び−ｂｘ（ｗ）とによって表されるように、逆相となるのに対し、加速度軸ＺＡについての線形加速度に対する質量６０７及び６０９の応答は、加速度ＡｚとＢｚとによって表されるように、同相となる。
【００５７】
図７に示されているように、電極構造体６１６及び６１８によって検知された加速度Ａｚ＋ａｘ（ｗ）及びＢｚ＋ｂｘ（ｗ）を表す信号は、これらの加速度を加算するように構成された加算増幅器７０２に供給される。同様に、電極構造体６１７及び６１９によって検知された加速度Ａｚ−ａｘ（ｗ）及びＢｚ−ｂｘ（ｗ）を表す信号は、これらの加速度を加算するように構成された加算増幅器７０３に供給される。次に、加算増幅器７０２〜７０３は、それらのそれぞれの出力に生ずる信号を差動増幅器７０８に供給する。この差動増幅器は、これらの信号を減算して線形成分Ａｚ及びＢｚをキャンセルし、回転軸ＸＲに対する角速度検知（“Ｘ−角速度”）を示す回転成分２ａｘ（ｗ）＋２ｂｘ（ｗ）を残すように構成されている。
【００５８】
更に、電極構造体６１２及び６１４によって検知された加速度Ａｚ＋ａｙ（ｗ）及びＢｚ＋ｂｙ（ｗ）を表す信号は、これらの加速度を加算するように構成された加算増幅器７０４に供給される。同様に、電極構造体６１３及び６１５によって検知された加速度Ａｚ−ａｙ（ｗ）及びＢｚ−ｂｙ（ｗ）を表す信号は、これらの加速度を加算するように構成された加算増幅器７０５に供給される。次に、加算増幅器７０４〜７０５は、それらのそれぞれの出力に生じた信号を差動増幅器７０９に供給する。この差動増幅器は、これらの信号を減算して線形成分Ａｚ及びＢｚをキャンセルし、回転軸ＹＲに対する角速度検知（“Ｙ−角速度”）を示す回転成分２ａｙ（ｗ）＋２ｂｙ（ｗ）を残すように構成されている。
【００５９】
更に、加算増幅器７０２〜７０５は、それらのそれぞれの出力に生じた信号を加算増幅器７０６に供給する。この加算増幅器は、これらの信号を加算して回転成分ａｘ（ｗ），ｂｘ（ｗ），ａｙ（ｗ）及びｂｙ（ｗ）をキャンセルし、加速度軸ＺＡに対する加速度検知（“Ｚ−加速度”）を示す線形成分４Ａｚ＋４Ｂｚを残すように構成されている。
【００６０】
図８は、センサ１０４（図１参照）の第２の図解的実施形態８０４を示している。この図解的実施形態のセンサ８０４は、四角形を形成するように配置された加速度計８０１，８０２，８９１及び８９２を備える。この加速度計８０１，８０２，８９１及び８９２は、各々が実質的に四角形状にされた質量８０３，８０５，８０７及び８０９をそれぞれ有する。しかしながら、ここで理解されるべき点は、質量８０３，８０５，８０７及び８０９は、円形、六角形、八角形、又は他の好適な幾何学的形状でもよい、ということである。
【００６１】
四角形の質量８０３，８０５，８０７及び８０９は、複数の撓み体（図示せず）によって基板８０８に固定され、その上に懸架されている。センサ８０４は更に、隣接する質量８０３及び８０５を結合するフォーク部材８１０と、隣接する質量８０３及び８０７を結合するフォーク部材８１２と、隣接する質量８０７及び８０９を結合するフォーク部材８１４と、隣接する質量８０５及び８０９を結合するフォーク部材８１６とを有する。フォーク部材８１０，８１２，８１４及び８１６は、質量８０３，８０５，８０７及び８０９を結合して、回転軸８５２，８５４，８５６及び８５８を中心とした隣接する質量の相対的な逆相回転移動を許容すると共に同相回転移動に抵抗する。
【００６２】
センサ６０４の基板６０８（図６参照）と同様に、センサ８０４の基板８０８（図８参照）は、シリコン基板、または他の好適なタイプの基板で構成される。更に、基板８０８は、好適なバルク微細加工プロセスを経て、ＭＥＭＳマルチセンサ装置を形成することができる。
【００６３】
図８に示されるように、センサ８０４は、基板８０８の面内で相互に直交した２つの関連する回転検知軸ＸＲ及びＹＲと、この回転検知軸ＸＲ及びＹＲに垂直な１つの関連する加速度検知軸ＺＡとを有している。センサ６０４（図６参照）と同様に、センサ８０４は、回転軸ＸＲ及びＹＲに対する角速度検知の２つの示度と、加速度軸ＺＲに対する加速度検知の１つの示度を与える。
【００６４】
センサ８０４はまた、質量８０３，８０５，８０７及び８０９の縦及び横軸に沿ってそれぞれ正反対に配設された加速度検知電極構造体８１８〜８２１，８２６〜８２９及び８２２〜８２５，８３０〜８３３を有する。加速度検知電極構造体８１８〜８３３の各々は、それぞれの質量の表面上に配設された第１の電極と、この第１の電極に対向する基板８０８の表面上に配設された第２の電極とを有して、第１及び第２の電極間の距離に基づいて変化する容量値を持つ差動容量を形成する。そのような容量値は、それぞれ回転軸ＸＲ，ＹＲ及び加速度軸ＺＡに対する角速度検知及び加速度検知に属する情報を含んだ電気的に独立した加速度信号を与えることに使用される。
【００６５】
例えば、加速度検知電極構造体８１８〜８１９と、８２０〜８２１と、８２６〜８２７と、８２８〜８２９は、それぞれ加速度の示度Ａｚ＋ａｙ（ｗ）及びＡｚ−ａｙ（ｗ）と、Ｂｚ＋ｂｙ（ｗ）及びＢｚ−ｂｙ（ｗ）と、Ｃｚ＋ｃｙ（ｗ）及びＣｚ−ｃｙ（ｗ）と、Ｄｚ＋ｄｙ（ｗ）及びＤｚ−ｄｙ（ｗ）とを与えることに使用される。ここで、Ａｚ，Ｂｚ，Ｃｚ及びＤｚは、加速度軸ＺＡに対する線形加速度成分であり、またａｙ（ｗ），ｂｙ（ｗ），ｃｙ（ｗ）及びｄｙ（ｗ）は、回転軸ＹＲに対する経時変化性の回転加速度成分である。更に、加速度検知電極構造体８２２〜８２３と、８３０〜８３１と、８２４〜８２５と、８３２〜８３３は、それぞれ加速度の示度Ａｚ＋ａｘ（ｗ）及びＡｚ−ａｘ（ｗ）と、Ｂｚ＋ｂｘ（ｗ）及びＢｚ−ｂｘ（ｗ）と、Ｃｚ＋ｃｘ（ｗ）及びＣｚ−ｃｘ（ｗ）と、Ｄｚ＋ｄｘ（ｗ）及びＤｚ−ｄｘ（ｗ）を与えることに使用される。ここで、ａｘ（ｗ），ｂｘ（ｗ），ｃｘ（ｗ）及びｄｘ（ｗ）は、回転軸ＸＲに対する経時変化性の回転加速度成分である。それぞれの加速度を好適に減算することによって、線形成分をキャンセルして、回転軸ＸＲ及びＹＲに対する角速度検知に属する情報を含んだ回転成分を残すことになる。更に、それぞれの加速度を好適に加算することによって、回転成分をキャンセルして、加速度軸ＺＡに対する加速度検知に属する情報を含んだ線形成分を残すことになる。
【００６６】
図９は、センサ８０４（図８参照）の詳細平面図９０４を示している。図９に示されるように、センサ９０４は、加速度計９０１，９０２，９９１及び９９２を備える。加速度計９０１，９０２，９９１及び９９２は、複数の撓み体によって基板９０８に固定されると共に、その上に懸架された実質的に四角形状の質量９０３，９０５，９０７及び９０９をそれぞれ有する。具体的に、質量９０３を固定及び懸架する撓み構造体の各々は、アンカー９７０のようなアンカーと、応力軽減部材９６０のような応力軽減部材とを有する。質量９０５を固定／懸架する各撓み体は、アンカー９７２のようなアンカーと、応力軽減部材９６２のような応力軽減部材とを有する。質量９０７を固定／懸架する各撓み体は、アンカー９７４のようなアンカーと、応力軽減部材９６４のような応力軽減部材とを有する。質量９０９を固定／懸架する各撓み体は、アンカー９７６のようなアンカーと、応力軽減部材９６６のような応力軽減部材とを有する。ここで留意されるべき点は、アンカー／応力軽減部材の対は、それぞれの質量９０３，９０５，９０７及び９０９の縦及び横軸に沿って配設されている、ということである。センサ９０４は更に、従来既知であるように、隣接する質量を結合して、これら質量の相対的な逆相回転移動は許容し、同相回転移動には抵抗するように構成されたフォーク部材９１０，９１２，９１４及び９１６を備える。
【００６７】
ここで留意されるべき点は、質量９０３，９０５，９０７及び９０９と、フォーク部材９１０，９１２，９１４及び９１６は、センサ８０４（図８参照）の質量８０３，８０５，８０７及び８０９と、フォーク部材８１０，８１２，８１４及び８１６とそれぞれ実質的に等価である、ということである。更に、図９に示されているように、回転検知軸ＸＲ及びＹＲと加速度検知軸ＺＡは、図８を参照して上述された回転検知軸ＸＲ及びＹＲと加速度検知軸ＺＡに対応する。
【００６８】
センサ９０４（図９参照）は、基板９０８に固定された複数の駆動電極構造体９４０，９４２，９４４及び９４６を有する。これら駆動電極構造体は、質量９０３，９０５，９０７及び９０９をそれぞれ回転振動させて、隣接する質量が逆相で振動するように構成されている。駆動電極構造体９４０，９４２，９４４及び９４６の各々は、質量の半径軸に沿って配設されると共に質量の少なくとも１つの半径エッジから延びた対応する複数の指と噛み合わされた複数の指を有する。好ましい実施形態では、駆動電極構造体９４０，９４２，９４４及び９４６は、それぞれ質量９０３，９０５，９０７及び９０９上に対角的に配設されている。
【００６９】
センサ９０４はまた、基板９０８に固定されると共に質量９０３，９０５，９０７及び９０９の振動速度をそれぞれ検知するように構成された複数の速度検知電極構造体９５０，９５２，９５４及び９５６を有する。駆動電極構造体９４０，９４２，９４４及び９４６と同様に、速度検知電極構造体９５０，９５２，９５４及び９５６の各々は、質量の半径軸に沿って配設されると共に質量の少なくとも１つの半径エッジから延びた対応する複数の指と噛み合わされた複数の指を有する。好ましい実施形態では、速度検知電極構造体９５０，９５２，９５４及び９５６は、質量９０３，９０５，９０７及び９０９の横軸に沿ってそれぞれ配設されている。ここで留意されるべき点は、図９において“＋”及び“−”符号は、センサ９０４が質量の半径軸（符号なし）を中心として回転するときに、質量に加えられたコリオリの力に起因して振動する質量９０３，９０５，９０７及び９０９の偏向の相対方向を示すことに使用されている、ということである。
【００７０】
ここで認められるべき点は、加速度計９０１，９０２，９９１及び９９２と、フォーク部材９１０，９１２，９１４及び９１６は、センサ９０４の横対称軸の各側に、また縦対称軸の各側に、鏡像式に配置されている、ということである。従って、センサ９０４は、対称的にダイ（図示せず）上で中心決めされて、センサの性能に対するダイ表面積歪み及び勾配の有害な影響を低減することができる。
【００７１】
ここに開示されたセンサ６０４（図６参照）を含むマルチセンサ１０５（図１参照）を動作させる方法が、図１０を参照することによって説明される。ステップ１００２に示されているように、質量６０７及び６０９は、それぞれ回転軸６８２及び６８４を中心として逆相で回転振動させられる。この間、センサ６０４は線形／回転運動を受ける。ここで理解されるべき点は、回転の軸ＸＲ及びＹＲはセンサ基板６０８の面内にあり、そして線形加速度の軸ＺＡは回転軸に垂直である、ということである。次に、ステップ１００４に示されているように、加速度検知電極構造体６１２〜６１３によってそれぞれ発生された加速度検知信号Ａｚ＋ａｙ（ｗ）及びＡｚ−ａｙ（ｗ）は減算され、検知信号の差２ａｙ（ｗ）を生成する。また、ステップ１００４に示されているように、加速度検知電極構造体６１４〜６１５によってそれぞれ発生された加速度検知信号Ｂｚ＋ｂｙ（ｗ）及びＢｚ−ｂｙ（ｗ）は減算され、検知信号の差２ｂｙ（ｗ）を生成する。それから、ステップ１００６に示されているように、信号２ａｙ（ｗ）及び２ｂｙ（ｗ）は加算されて、信号の和２ａｙ（ｗ）＋２ｂｙ（ｗ）を生成する。この和は、回転軸ＹＲに対する角速度検知に属する情報（Ｙ−角速度）を含んでいる。次に、ステップ１００８に示されているように、加速度検知電極構造体６１６〜６１７によってそれぞれ発生された加速度検知信号Ａｚ＋ａｘ（ｗ）及びＡｚ−ａｘ（ｗ）を減算して２ａｘ（ｗ）を生成する。また、ステップ１００８に示されているように、加速度検知電極構造体６１８〜６１９によってそれぞれ発生されたＢｚ＋ｂｘ（ｗ）及びＢｚ−ｂｘ（ｗ）を減算して２ｂｘ（ｗ）を生成する。それから、ステップ１０１０に示されているように、信号２ａｘ（ｗ）及び２ｂｘ（ｗ）は加算されて、信号の和２ａｘ（ｗ）＋２ｂｘ（ｗ）を生成する。この和は、回転軸ＸＲに対する角速度検知に属する情報（Ｘ−角速度）を含んでいる。最後に、ステップ１０１２に示されているように、信号Ａｚ＋ａｙ（ｗ），Ａｚ−ａｙ（ｗ），Ｂｚ＋ｂｙ（ｗ），Ｂｚ−ｂｙ（ｗ），Ａｚ＋ａｘ（ｗ），Ａｚ−ａｘ（ｗ），Ｂｚ＋ｂｘ（ｗ）及びＢｚ−ｂｘ（ｗ）は加算されて、和４Ａｚ＋４Ｂｚを生成する。この和は、加速度軸ＺＡに対する加速度検知に属する情報（Ｚ−加速度）を含んでいる。
【００７２】
上述したように、センサ２０１（図２参照）及びセンサ９０４（図９参照）は、対称的にそれぞれのダイ（図示せず）上で中心決めされて、センサの性能に対するダイ表面積歪み及び勾配の有害な影響を低減することができる。ここで認められるべき点は、センサ２０１及び９０４は、六自由度型微細加工マルチセンサ１００（図１参照）内でそれぞれのダイ上に実装されているので、歩留まりは増加され、センサ間のジャイロスコープ的干渉は低減される、ということである。
【００７３】
上述した六自由度型微細加工マルチセンサに対して修正や変形がなされ得る点は、当業者によって更に認められるであろう。例えば、基板１０２及び１０８は共平面的であり、またＸ及びＹ軸は基板１０２及び１０８の面内にあることが図１を参照して説明された。基板１０２及び１０８はまた、それに対応するそれぞれのセンサが四辺形の対称性を有するように組み合わされてもよい。更に具体的には、センサ２０１（図２参照）及びセンサ９０４（図９参照）は、センサ構造体を中心決めすることなく表面応力効果がキャンセルされるように、１つのダイを二等分する軸上に位置決めされてもよい。更には、応力アイソレータ（図示せず）は、対称性要求を容易にするように好適に構成され得る。上述したマルチセンサに対する修正や変形は、ここに開示された発明の概念を逸脱することなくなされる。従って、この発明は、添付の請求の範囲の精神及び範囲による以外には限定されるものではない、とみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係るシリコン微細加工マルチセンサ装置の概念的斜視図
【図２】図１のシリコン微細加工マルチセンサに含まれた第１のマルチセンササブ構造体の平面図
【図３】図２の第１のマルチセンササブ構造体の模式図
【図４】図２の第１のマルチセンササブ構造体を動作させる方法のフロー図
【図５】図１のシリコン微細加工マルチセンサに含まれた第２のマルチセンササブ構造体のブロック図
【図６】図５の第２のマルチセンササブ構造体の詳細平面図
【図７】図５の第２のマルチセンササブ構造体用の加速度検知信号処理回路の模式図
【図８】図５の第２のマルチセンササブ構造体の代替実施形態のブロック図
【図９】図８の第２のマルチセンササブ構造体の代替実施形態の詳細平面図
【図１０】図５の第２のマルチセンササブ構造体を動作させる方法のフロー図
【符号の説明】
【００７５】
１００              六自由度型微細加工マルチセンサ
１０２、１０８      基板
１０２              第１の三自由度型マルチセンササブ構造体
１０５              第２の三自由度型マルチセンササブ構造体
【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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