(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサーであって、
当該センサーは、基準とすべき仮想の平面上に配置された少なくとも１つの震動質量部（１）、（９）、（１０）、（２０）、（３０）、（３１）、（４５）、（４６）を有し、該震動質量部は、支持領域を有し、かつ、センサー構成部品の本体に該支持領域の所で取り付けられ、該震動質量部には、前記仮想の平面に沿った表面に可動電極が設けられ、
角速度のための当該センサーにおいて、前記震動質量部に生じさせるべき一次運動は、前記仮想の平面に対して垂直な軸を中心とした、該震動質量部の角振動であり、
該一次運動に加えて、前記震動質量部は、一次運動に対して垂直な検出軸を中心とした第２の自由度を有し、かつ、
前記震動質量部の少なくとも１つの端部に沿って、かつ該震動質量部の前記表面に対向して、少なくとも２つの固定電極が備えられ、その２つの固定電極は、それぞれに前記可動電極と共に、２つのキャパシターを形成しており、
２つのキャパシターのうち、一方のキャパシターが、該震動質量部の一次運動の回転の角度に応じて電極の対向面積が増加しそれによってそのキャパシタンスが増加し、かつ、他方のキャパシターが、該震動質量部の一次運動の回転の角度に応じて電極の対向面積が減少しそれによってキャパシタンスが減少するように、前記の２つの固定電極が配置されていることを特徴とする、前記角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項２】
上記２つのキャパシターの電極となっている各固定電極が、検出軸の両側に等距離に配置されている、請求項１記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項３】
上記震動質量部（１）、（９）、（１０）、（２０）、（３０）、（３１）、（４５）、（４６）の電位に対して、上記２つのキャパシターの電極となっているそれぞれの固定電極の電位が互いに同じ大きさとなるように、両方の固定電極が電気的に接続されている、請求項１または２記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項４】
当該センサーが、
上記センサー構成部品の本体に、上記支持領域としての取付けスポット（２）の所で取り付けられた上記震動質量部（１）と、該震動質量部に設けられた可動電極（１）とを有し、
該震動質量部は、一次運動のための曲がりバネ（３）〜（６）と、前記取付けスポットを枠状に取り囲む剛性を有する枠状構造とを有し、該曲がりバネは、前記取付けスポット（２）を、前記枠状構造に接続し、かつ、該震動質量部（１）の一次運動を、上記仮想の平面に垂直な軸を中心とした角振動に制限するものであり、
該震動質量部は、検出運動のための捩りバネ（７）、（８）を有し、該捩りバネは、前記枠状構造と前記震動質量部とを接続し、かつ、一次運動を前記震動質量部に伝達し、かつ同時に、前記震動質量部に検出運動のための第２の自由度を与えるものであり、該検出運動は一次運動の軸に垂直な検出軸を中心とした角振動である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項５】
当該センサーが、
２つの震動質量部（９）、（１０）を有し、かつ、それぞれの震動質量部の上記表面に設けられた可動電極（９）、（１０）を有し、これら２つの震動質量部は、上記センサー構成部品の本体に、それぞれの支持領域としての取付けスポット（１１）、（１２）の所で取り付けられており、
前記２つの震動質量部は、それぞれ、一次運動のための曲がりバネ（１３）、（１４）を有し、これらの曲がりバネは、前記２つの震動質量部のそれぞれの取付けスポットと、該スポットを枠状に取り囲む剛性を有する枠状構造とを接続するか、または、それぞれの取付けスポットと、それぞれの震動質量部とを直接的に接続するものであり、
前記２つの震動質量部は、それぞれ、検出運動のための捩りバネ（１５）〜（１８）を有し、
当該センサーは、さらに、
前記２つの震動質量部を互いに接続する曲がりバネ（１９）を有し、
前記２つの震動質量部のそれぞれの一次運動が互いに逆位相の運動となり、かつ、それぞれの検出運動が互いに逆位相の運動となるように、これら２つの震動質量部が互いに接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項６】
外部からの角速度によって生じる振動が、該質量部（１）、（９）、（１０）の上方または下方に配置された検出用の電極を用いて静電容量的に検出される、請求項４〜５のいずれか１項に記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項７】
当該センサーが、さらに、上記の震動質量部を有してなるセンサー構造全体を密封的に囲んで閉じこめるウェハーを有しており、
該ウェハーの内側の面に上記検出用の電極が成長していることを特徴とする、請求項６記載の振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項８】
角速度のための当該センサーが、２つの軸に関して角速度を測定する、角速度のためのセンサーであって、当該センサーは、
センサー構成部品の本体に取付けスポット（２１）の所で取付けられた、震動質量部（２０）および上記表面に設けられた可動電極（２０）を有し、
該震動質量部は、一次運動のための曲がりバネ（２２）〜（２５）と、前記取付けスポットを挟んで位置する一対の剛性を有する構造片とを有し、該曲がりバネは、前記取付けスポット（２１）を、前記構造片に接続し、かつ、該震動質量部（２０）の一次運動を、上記仮想の平面に垂直な軸を中心とした角振動に制限するものであり、
該震動質量部は、前記構造片をさらに外側で取り囲む剛性を有する枠状構造を有し、かつ、第１の方向における検出運動のための捩りバネ（２６）、（２７）を有し、該捩りバネは、前記構造片と前記枠状構造とを接続し、一次運動を該震動質量部（２０）に伝達し、かつ同時に、該震動質量部（２０）に第１の方向における検出運動のための自由度を与え、その検出運動は、一次運動の軸に垂直な第１の検出軸を中心とした角振動であり、
該震動質量部は、第２の方向における検出運動のための捩りバネ（２８）、（２９）を有し、該捩りバネは、前記枠状構造と前記震動質量部とを接続し、一次運動を震動質量部（２０）に伝達し、かつ同時に、該震動質量部（２０）に第２の方向における検出運動のための自由度を与え、その検出運動は、一次運動の軸および第１の検出軸に垂直な第２の検出軸を中心とした角振動である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項９】
当該センサーが、２つの軸に関して角速度を測定する、角速度のためのセンサーであって、当該センサーが、
２つの震動質量部（３０）、（３１）を有し、かつ、それぞれの震動質量部に設けられた可動電極（３０）、（３１）を有し、これら２つの震動質量部は、センサー構成部品の本体に、それぞれの支持領域としての２つの取付けスポット（３２）、（３３）の所で取付けられており、
前記２つの震動質量部は、それぞれ、一次運動のための曲がりバネ（３４）、（３５）を有し、これらの曲がりバネは、前記２つの震動質量部のそれぞれの取付けスポット（３２）、(３３)と、該スポットを枠状に取り囲む剛性を有する内側の枠状構造とを接続するものであり、
前記２つの震動質量部は、それぞれ、第１の方向における検出運動のための捩りバネ（３６）〜（３９）を有し、これら捩りバネは、それぞれ、前記内側の枠状構造と、それを取り巻く剛性を有する外側の枠状構造とを接続し、一次運動を該震動質量部に伝達し、かつ同時に、該震動質量部に、第１の方向における検出運動のための自由度を与えるものであり、
前記２つの震動質量部は、それぞれ、第２の方向における検出運動のための捩りバネ（４０）〜（４３）を有し、これら捩りバネは、それぞれ、前記外側の枠状構造とその外側の震動質量部とを接続し、一次運動を該震動質量部に伝達し、かつ同時に、該震動質量部に、第２の方向における検出運動のための自由度を与えるものであり、かつ、
当該センサーは、さらに、
前記２つの震動質量部（３０）、（３１）を互いに接続する曲がりバネ（４４）を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項１０】
取付けスポット（２）、（１１）、（１２）、（２１）、（３２）、（３３）が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに陽極的手法にて接合される、請求項４〜９のいずれか１項に記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【請求項１１】
取付けスポット（２）、（１１）、（１２）、（２１）、（３２）、（３３）が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに溶融接合によって接合される、請求項４〜９のいずれか１項に記載の角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、角速度の測定において用いられる測定デバイスに関し、より詳細には、角速度のための、振動マイクロ−メカニカルセンサー(oscillating micro-mechanical sensor)に関する。本発明は、とりわけ、コンパクトな振動マイクロ−メカニカルセンサーのソリューションにおいて、信頼性が高くかつ効率的な測定が可能な改善されたセンサー構造を提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
角速度のための振動センサーに基づいた測定は、原理が単純であるとともに、角速度を測定するための信頼性の高い方法であることが示されている。角速度のための振動センサーでは、ある既知の主運動が生成され維持される。運動（センサーが測定するために設計される運動）は、この主運動からの偏差(deviation)として検出される。
【０００３】
共振器の運動の方向に対し垂直な方向にセンサーに影響を及ぼす外部からの角速度は、運動のその方向に対して垂直に、コリオリの力を震動質量部に誘導する。このコリオリの力は、その角速度に比例し、該質量部の振動から、例えば、静電容量的手法(capacitive manner)にて検出される。
【０００４】
角速度のためのマイクロ−メカニカル振動センサーに関する最大の問題は、所謂、直交信号(quadrature signal)であって、それは、構造の貧弱な寸法精度に起因している。マイクロメカニクスの方法にて製造された共振器は、運動方向の直交性において不完全な許容誤差を有することがあり、それが直交信号と呼ばれる信号を発生させる原因となり、それは、最悪の場合、角速度信号のフルスケール指示の強さの何百倍にも達することがある。
【０００５】
測定されるべき角速度信号は、該信号は質量の速度に比例し、幸いなことに直交信号に対して９０度だけ位相がシフトしており、そのため直交信号は、理想的な復調においては消失する。しかしながら、該信号は、測定されるべき信号よりもかなり大きいために、信号のダイナミクスを制限する。加えて、この直交信号の最も大きな短所は、補償されないならば、電子的な信号の位相シフトのせいで、センサーの零点(null point)の安定性を損なうということである。
【０００６】
従来技術による角速度のためのセンサーも設計されており、直交信号を補償する試みがなされている。従来技術による、角速度のためのセンサーに対する１つの直交信号補償のソリューション（解決策）は、所謂、フィード−フォワード(feed-forward)補償であり、この方法によると、検出される主運動によって変調される力が、直交信号に対して逆位相にて検出共振器内に送られる。この補償のやり方はそれほど有益ではない。それは、電子機器の厳しい位相安定性の要求を、復調から補償ブロックへと単にシフトするだけだからである。
【０００７】
この振動構造は、また、静電的な(static)力によって曲げられることがあり、この場合もこれらエレクトロニクスの位相安定性の要求は本質的に減じられる。とりわけ、Ｕ．Ｓ．特許第６，３７０，９３７号は、従来技術による角速度についてのセンサーのための、そのようなソリューションを述べている。このＵ．Ｓ．特許において述べられている角速度のためのセンサーに対するソリューションでは、静電的な(electrostatic)捩り共振器の傾斜が、静電的な(electrostatic)力によって調節可能である。
【０００８】
角速度のためのセンサーの直交信号を補償するために、上記方法よりもより現実的な、従来技術による他の方法は、静電的な(static)量によって、運動で変調された力を生成することから成り、この力がバネの力の残りによって生じる直交信号を補償するものである。このような補償方法は、構造を静電的に捩れさせるやり方よりも、かなり高い剛性を有する機械的構造が可能となるので優れている。そのようなソリューションにおける補償する力は、常にその運動と同位相(in phase)になっているので、このやり方ではその電子機器の位相制御への付加的な要求は課されない。
【０００９】
Ｕ．Ｓ．特許第５，８６６，８１６号は、従来技術による角速度のためのセンサーに対する１つのソリューションを述べている。このＵ．Ｓ．特許で述べられている角速度についてのセンサーに対するソリューションでは、圧電バー(piezoelectric bar)共振器の直交信号が、静電バイアス電圧を用いることによって、圧電的な力で補償される。これに加えて、運動の方向において非対称的な電場を提供できる場合には、上で説明されたようなやり方にて静電的な力を利用することもできる。
【００１０】
直交信号の静電的な補償は、直線的に振動するクシ（櫛）形共振器と関連した従来技術とみなすこともできる。Ｕ．Ｓ．特許第５，９９２，２３３号は、角速度のためのセンサーに対する１つの従来技術によるソリューションについて述べている。このＵ．Ｓ．特許で述べられている角速度のためのセンサーのソリューションでは、クシ形電極(electrode combs)が、運動の方向に対して平行になっており、次のようにバイアスされている。即ち、該クシ形構造に対して横向き（該Ｕ．Ｓ．特許ではＹ方向）の共振器の運動が、該クシ形構造のキャパシタープレートの面積を変化させ、それが、直交方向（該Ｕ．Ｓ．特許ではＸ方向）での線形的な振幅の従属的な力を発生させるようにである。
【００１１】
この静電的な直交の補償の最も大きな長所の１つは、電子機器によって適応させ得ることである。Ｕ．Ｓ．特許第５，６７２，９４９号は、従来技術による角速度のためのセンサーに対する１つのソリューションについて述べている。該Ｕ．Ｓ．特許では、機械的な捩れ、エージング、または、種々の温度依存性によって生じる、直交信号の変化が、該センサーの検出信号に基づいて絶えず補償される。
【００１２】
上記の従来技術による構造は、しかしながら、主運動が回転振動の１つであるような、角速度のためのセンサーへの用途には適当ではない。この種の構造は、特に、震動(vibration)および衝撃(impact)に対して良好な抵抗を要求するソリューションにおいて適している。
【００１３】
本発明の目的は、即ち、角速度のための振動センサーの構造を提供することにあり、とりわけ、従来技術のソリューションと比較して、角速度についてのマイクロ−メカニカル回転振動センサーに充分に好ましいように、直交信号の静電的な補償が実施されるものをを提供することにある。
【発明の開示】
【００１４】
発明の概要
本発明の目的は、とりわけ、コンパクトな角速度についてのセンサーにおいて、信頼性がありかつ効率的な測定を可能にし、かつ、静電的な直交信号の補償が実現され、とりわけ、従来技術のソリューションと比較して、角速度のためのマイクロ−メカニカル回転振動センサーのために充分に適した、角速度のための振動センサーを提供することにある。
【００１５】
本発明によると、角速度のための振動マイクロ−メカニカルセンサーが提供され、当該センサーは、センサー構成部品の本体に支持領域の所で取り付けられた、少なくとも１つの震動質量部および関連する可動電極を有し、
角速度のための当該センサーの、生成されるべき主運動は、生成されるべき主運動は、ウェハーの平面に対して垂直な軸の周りの、少なくとも１つの震動質量部および関連する可動電極の角振動であり、
該主運動に加えて、震動質量部は、主運動に対して垂直な検出軸に関して、第２の自由度を有し、かつ、
震動質量部の少なくとも１つの端部には、少なくとも１対の電極が備えられ、その１対の電極は、該質量部の表面と共に、２つのキャパシタンスを形成し、該１対の電極の一方のキャパシタンスが、該質量部の主運動の回転の角度に応じて増加し、かつ、該１対の電極の第２のキャパシタンスが減少するようになっている、
【００１６】
好ましくは、複数対の電極となっている各電極は、検出の軸の両側に等距離に配置されている。好ましくは、１対の電極の両方の電極は、質量部の電位に対して同じ大きさの電圧に接続されている。
【００１７】
好ましくは、角速度のための当該センサーは、
震動質量部および関連する可動電極を有し、該質量部は、センサー構成部品の本体に取付けスポットの所で取り付けられ、
主運動のための曲がりバネを有し、該曲がりバネは、取付けスポットを、周囲の剛性を有する補助構造に接続し、かつ、該質量部の主運動を、ウェハーの平面に垂直な軸の周りの角振動に実質的に制限するものであり、
検出運動のための捩りバネを有し、該捩りバネは、主運動を震動質量部に伝達し、かつ同時に、該質量部に検出運動のための第２の自由度を与えるものであり、該検出運動は主運動の軸に垂直な検出軸の周りの回転振動を引き起こす。
【００１８】
代替的には、角速度のための当該センサーは、
センサー構成部品の本体に２つの取付けスポットによって取り付けられた、２つの震動質量部および関連する可動電極を有し、
主運動のための曲がりバネを有し、該曲がりバネは、取付けスポットを、周囲の硬直な補助構造に、または、直接的に震動質量部に接続するものであり、
検出運動のための捩りバネを有し、
震動質量部を互いに接続する曲がりバネを有し、
該質量部の主運動と、検出運動とが、両方共に、２つの可動電極の逆位相の運動を引き起こすように、共振器が接続されている。
【００１９】
好ましくは、外部からの角速度によって生じる振動は、質量部の上方または下方に配置された電極を用いて静電容量的手法で検出される。さらに、好ましくは、電極は、センサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側の面上に成長している。
【００２０】
好ましくは、角速度のための当該センサーは、２つの軸に関して角速度を測定する、角速度のためのセンサーであって、当該センサーは、
震動質量部および関連する可動電極を有し、該質量部は、センサー構成部品本体に取付けスポットによって取付けられており、
主運動のための曲がりバネを有し、該曲がりバネは、取付けスポットを、周囲の剛性を有する補助構造に接続し、かつ、該質量部の主運動を、実質的に、ウェハーの平面に垂直な軸の周りの角振動に制限するものであり、
第１の方向における検出運動のための捩りバネを有し、該捩りバネは、主運動を震動質量部に伝達し、かつ同時に、該質量部に第１の方向における検出運動のための自由度を与え、その検出運動は、主運動の軸に実質的に垂直な第１の検出軸の周りの回転振動を引き起こすものであり、
第２の方向における検出運動のための捩りバネを有し、該捩りバネは、主運動を震動質量部に伝達し、かつ同時に、該質量部に第２の方向における検出運動のための自由度を与え、その検出運動は、主運動の軸および第１の検出軸に実質的に垂直な第２の検出軸の周りの回転振動を引き起こすものである。
【００２１】
代替的には、角速度のための当該センサーは、２つの軸に関して角速度を測定する、角速度のためのセンサーであって、当該センサーは、
センサー構成部品の本体に、２つの取付けスポットによって取付けられた、２つの震動質量部および関連する可動電極を有し、
主運動のための曲がりバネを有し、該曲がりバネは、取付けスポットを、周囲の剛性を有する補助構造に接続するものであり、
第１の方向における検出運動のための捩りバネを有し、該捩りバネは、主運動を震動質量部に伝達し、かつ同時に、該質量部に、第１の方向における検出運動のための自由度を与えるものであり、
第２の方向における検出運動のための捩りバネを有し、該捩りバネは、主運動を震動質量部に伝達し、かつ同時に、該質量部に、第２の方向における検出運動のための自由度を与えるものであり、かつ、
震動質量部を互いに接続する曲がりバネを有する。
【００２２】
好ましくは、取付けスポットは、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに陽極的手法にて接合される。代替的には、取付けスポットは、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに溶融接合によって接合される。
【００２３】
以下に、本発明およびその好ましい態様を、添付の図面を例示的に参照しながら詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
発明の詳細な説明
本発明による、角速度のための振動センサーでは、発生させられるべき一次運動(primary motion、本明細書では「主運動」ともいう）は、少なくとも１つの震動質量部(seismic mass)および関連する可動電極の、ウェハーの面に対して垂直な軸についての回転振動である。この主運動に加えて、震動質量部は、主運動に対して垂直な検出軸に関する第２の自由度を有する。
【００２５】
少なくとも一対の電極が、震動質量部の少なくとも１つの端部（エッジ）の下方または上方に設けられ、その一対の電極は、該質量部の表面と一緒になって、２つのキャパシタンスを形成する。これらキャパシタンスは、主運動の回転の角度に応じて変化し、一方の電極では正に、他方では負に変化する。この一対の電極は、検出軸の各々の側に、等距離に配置され得る。該質量部の電位に対して同一の大きさの電圧が、該一対の電極の両方に加えられ得、主運動と同調して変化する正味のモーメントを達成しながら、静電モーメントをキャンセルしている。
【００２６】
図１は、本発明による角速度のための振動センサーの、震動質量部およびその表面に設けられた可動電極の構造の斜視図を示している。
本発明による角速度のためのセンサーの構造は、震動質量部１を有し、かつ、関連する可動電極を有し、該震動質量部は、センサー構成部品（センサーコンポーネント）の本体（ボディ）に対し、取付けスポット２の所で取り付けられている。可動電極は、例えば、震動質量部１の導電性表面またはその上に成長した導体であってもよい。
本発明による角速度のためのセンサーは、さらに、主運動のための曲がりバネ(bending spring)３〜６と、検出運動のための捩りバネ(torsion spring)７〜８とを有する。図では、角速度に感度をもった軸をΩで示している。
【００２７】
本発明による構造（図１に示され、Ｚ軸について振動している）が、Ｙ軸について回転される場合は、この質量部の主運動の一部は、運動量モーメント(moment of momentum)の保存に従って、検出軸（Ｘ）の周りの回転振動へとリンクされる。この振動の振幅は、その回転(turning)の角速度Ωに正比例する。
【００２８】
角速度のための当該センサーの可動部分１、３〜８は、シリコンウェハー内にパターン化され得、センサー構造は、その上方または下方に取り付けられたウェハーによって密封的に閉じられる。このセンサー構造の中央領域の所には、取付けスポット２が存在し、このスポットは、上面または裏面の所でウェハーに固定される。
【００２９】
この取付けスポット２は、２つあるいはそれより多くの曲がりバネ３〜６によって、該スポットの周囲にある剛性を有する補助構造に接続され、これらバネは、主運動を、実質的に該ウェハーの面に垂直な軸の周りの角振動へと制限する。２つの捩りバネ７〜８が、この主運動を震動質量部１へ伝達し、同時に、該質量部１に検出運動のための第２の自由度を与え、その検出運動はＸ軸の周りの回転振動である。
【００３０】
図２は、本発明による、角速度のための振動センサーの、震動質量部と関連する可動電極の代替的な構造の斜視図を示している。本発明による角速度のためのセンサーの該代替的な構造は、センサー構成部品の本体に２つの取付けスポット１１、１２の所で取り付けられた、２つの震動質量部および関連する可動電極９、１０を有する。これら質量部９、１０の中央の所にある取付けスポット１１、１２は、ウェハーに接合されてよく、該ウェハーは、このセンサー構造を、例えば、陽極的手法(anodic manner)によってまたは溶融接合によって、密封的に閉じている。本発明による角速度のためのセンサーは、さらに、主運動のための曲がりバネ１３、１４と、検出運動のための捩りバネ１５〜１８と、２つの震動質量部９、１０を互いに接続する曲がりバネ１９とを有する。
【００３１】
図２に示される、本発明による代替的な角速度のためのセンサーの動作原理は、上記で説明したものと異なっており、主運動および検出運動の両方の点が、共振器の結合に起因して、２つの可動電極９、１０と逆位相の運動となっている。
【００３２】
図３は、本発明による、２つの軸を持った角速度のための振動センサー振動センサーの、震動質量部および関連する可動電極の構造の斜視図を示している。本発明による２つの軸を持った角速度のためのセンサーの構造は、センサー構成部品の本体に、取付けスポット２１の所で取り付けられる震動質量部および関連する可動電極２０を有する。本発明による角速度のための該センサーは、さらに、主運動のための曲がりバネ２２〜２５と、第１の方向における検出運動のための捩りバネ２６〜２７と、第２の方向における検出運動のための捩りバネ２８〜２９とを有する。
【００３３】
図４は、本発明による、２つの軸を持った角速度のための振動センサーの、震動質量部およびそれに関連する可動電極の、代替的な構造の斜視図を示している。本発明による２軸に関して角速度を測定する角速度のためのセンサーの構造は、センサー構成部品の本体に、２つの取付けスポット３２、３３の所で取り付けられる２つの震動質量部および関連する可動電極３０、３１を有する。本発明による、この角速度のためのセンサーは、さらに、主運動のための曲がりバネ２２〜２５と、第１の方向における検出運動のための捩りバネ２６〜２７と、第２の方向における検出運動のための捩りバネ２８〜２９とを有する。
【００３４】
図４は、本発明による、２つの軸を持った角速度のための振動センサーの、震動質量部およびそれに関連する可動電極の代替的な構造の斜視図を示している。本発明による角速度のための２つの軸を持ったセンサーは、センサー構成部品の本体に２つの取付けスポット３２、３３の所で取り付けられる２つの震動質量部および関連する可動電極３０、３１を有する。本発明による２つの軸を持った角速度のための振動センサーは、さらに、主運動のための曲がりバネ３４、３５と、第１の方向における検出運動のための捩りバネ３６〜３９と、第２の方向における検出運動のための捩りバネ４０〜４３と、震動質量部３０、３１を互いに接続する曲がりバネ４４とを有する。
【００３５】
本発明による、２つの軸を持った角速度のための振動センサーの構造には、上記で説明した１つの軸を有する構造と比較して、付加的な剛性を有する補助構造が存在し、該補助構造は、Ｙ軸の方向に延びる複数対の捩りバネ４０〜４３によって、質量部３０、３１に対して懸架されている。本発明による２つの軸を持った角速度のためのセンサーの構造は、震動質量部３０、３１に、主運動に垂直な第２の自由度を提供しており、それによって、当該センサーは、同じ主運動を利用する、２つの軸を持った角速度のためのセンサーとして動作することが可能になる。
【００３６】
本発明による、角速度のためのセンサーの直交信号を静電的に補償するためのソリューションは、例えば、上記で説明したタイプの構造の全てにおいて直交信号を補償するために用いることができる。本発明は、また、角速度のためのセンサーの他の構造（主運動が、ウェハーの平面に垂直な軸の周りの回転振動を引起こすような構造）においても、直交信号を補償するために用いることができる、。
【００３７】
図５は、本発明による補償原理の簡略化した図を示している。本発明による構造は、該図に示されているように、震動質量部と、関連する可動電極４５、４６と、これら可動電極４５、４６の上方または下方に設けられた固定電極４７〜５０とを有する。
【００３８】
本発明による該ソリューションでは、角速度を検出するための電極、例えば、固定電極４７〜５０が、質量部４５、４６の領域の所に位置し、これら質量部は、２つの回転の自由度、即ち、主運動の方向における第１の自由度（ｚ）と、検出運動の方向における第２の自由度（ｘ）とを有する。
【００３９】
本発明による該ソリューションでは、可動電極は、例えば、質量部４５、４６の端部(エッジ)を使って提供されることができ、固定電極は、該エッジを超えて延びている。こうして、質量部の同じエッジが、固定電極の両方の対の電極４７、４８および４９、５０を横切る(bisect)。
【００４０】
質量部４５、４６が回転すると、固定電極に対する主運動の回転の角度θは、図５に示されるように、平面キャパシターの面積を変化させる。回転が正の角度では、左エッジにおける電極４７の面積は増加し、他方では同時に、同じエッジにおける電極４８の面積は、回転の角度θに比例して減少する。
【００４１】
補償においては、図５の左側の電極４７および４８が、右側の電極４９および５０に関して、そして同じ電位に接続されている質量部４５、４６に関して、静電電圧Ｕcompにバイアスがかけられる。こうして、回転の角度に起因したキャパシタープレートの面積の変化が、バイアスされた電極４７および４８と、グラウンド電位に接続された質量部４５、４６との間に、静電的な力の比例的な変化を引き起こす。
【００４２】
両方の電極に対しては、静電的な力の変化は回転の角度θに比例するが、しかしながら、電極４７に対しては、それは正であり、そして、電極４８に対しては、それは負である。これら反対方向の力の変化が、検出軸Ｘに関する運動量に対して、同一のそれらの方向に変化を生じさせる。しかしながら、直線的な運動における直交補償の静電的原理とは逆に、電圧Ｕcompによって誘導される静電的な運動量は相殺される。
【００４３】
この運動量は、主運動の回転の角度θに線形的に依存し、補償電圧Ｕcompの二乗に比例する変化を生じさせ、それが、正しい極性と大きさを持って、直交信号を補償する。
【００４４】
電極４７および４８を質量部４５、４６の電位に接続することによって、そして、それに対応して、電極４９および５０を電圧Ｕcompに接続することによって、補償モーメントの方向を逆転させることができる。
【００４５】
本発明によるこのソリューションは、全ての角速度のためのセンサーにおいて、即ち、主運動がＺ軸に関する角振動であり、電極が質量部の上方または下方に適当な間隙だけ離して配置されているようなセンサーにおいて、直交信号を補償するために用いることができる。これら電極は、例えば、センサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側の面上に、成長させ、または、パターン化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明による角速度のための振動センサーの震動質量部および関連する可動電極の構造の斜視図を示している。
【図２】図２は、本発明による角速度のための振動センサーの震動質量部および関連する可動電極の代替的な構造の斜視図を示している。
【図３】図３は、本発明による、２つの軸を持った、角速度のための振動センサーの震動質量部および関連する可動電極の構造の斜視図を示している。
【図４】図４は、本発明による、２つの軸を持った、角速度のための振動センサーの震動質量部および関連する可動電極の、代替的な構造の斜視図を示している。
【図５】図５は、本発明による補償原理の簡略化された図を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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