(57)【要約】微小電気機械センサ（３０）は、少なくとも１つの移動可能な電極（２９）と、個別に駆動可能であり、対応する電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）が供給されるための複数の電極を備え、上記移動可能な電極（２９）と離間して配置されている電極構成（３１1−３１4）とを備え、上記電極信号は、力の適用、ばね定数及び上記移動可能な電極（２９）の読み取り係数の、設定または変更のために静電気的に用いることが可能であり、上記電極構成（３１1−３１4）に接続され、上記力の適用に関する信号（ｆ）、上記ばね定数に関する信号（Δω）、及び上記読み取り係数に関する信号（ｍ）を供給され、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関してもたらされる設定及び／または変更を定義する電極信号生成ユニット（３２）をさらに備え、上記電極信号生成ユニット（３２）は、上記力の適用に関する信号，上記ばね定数に関する信号及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関する信号（ｆ，Δω，ｍ）に依存して各々の電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）を生成し、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記共振器の上記読み取り係数が、互いに独立して特定の所望値に設定及び／または変更されるように、複数の上記電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）を互いに整合させる。
2010502998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの移動可能な電極（２９）と、
個別に駆動可能であり、対応する電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）が供給されるための複数の電極を備え、上記移動可能な電極（２９）と離間して配置されている電極構成（３１1−３１4）とを備え、
上記電極信号は、力の適用、ばね定数及び共振器の読み取り係数の、設定または変更のために静電気的に用いることが可能であり、
−上記電極構成（３１1−３１4）に接続され、上記力の適用に関する信号（ｆ）、上記ばね定数に関する信号（Δω）、及び上記読み取り係数に関する信号（ｍ）を供給され、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関してもたらされる設定及び／または変更を定義する電極信号生成ユニット（３２）をさらに備え、
上記電極信号生成ユニット（３２）は、上記力の適用に関する信号，上記ばね定数に関する信号及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関する信号（ｆ，Δω，ｍ）に依存して各々の電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）を生成し、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記共振器の上記読み取り係数が、互いに独立して特定の所望値に設定及び／または変更されるように、複数の上記電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）を互いに整合させることを特徴とする微小電気機械センサ（３０）。
【請求項２】
上記移動可能な電極（２９）において生じる電荷の転送を検出する電荷転送ユニットと、
検出された上記電荷の転送に基づき、上記移動可能な電極の瞬時の動きを決定する評価ユニットとを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項３】
上記電極信号生成ユニットは、上記電荷の転送が、上記移動可能な電極（２９）の動きと上記読み取り係数の値とから生じるただ１つの電荷転送成分を含むような方法で、いわば上記力の適用に関する信号，上記ばね定数に関する信号，及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関する信号（ｆ，Δω，ｍ）に依存して各々の電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）を生成することを特徴とする請求項２に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項４】
上記電極構成（３１1−３１4）は、４つの電極を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項５】
上記４つの電極（３１1−３１4）は、２つの電極対（３１1，３１3，３１2，３１4）に分類され、
複数の上記電極は、第１の軸（Ｂ）に関して軸方向に対称に構成され、
上記第１の軸（Ｂ）は、第２の軸（Ａ）に関して軸方向に対称に、かつ互いに２つの上記電極対（３１1，３１3，３１2，３１4）を分離し、
上記第２の軸（Ａ）は、各々の電極対（３１1，３１3，３１2，３１4）の、複数の上記電極を互いに分離することを特徴とする請求項４に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項６】
上記移動可能な電極（２９）は、対称である２つの軸（Ａ，Ｂ）の交点（Ｓ）に関して中心対称に構成されることを特徴とする請求項５に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項７】
上記電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）は、以下の方程式
【数１】
2010502998.tif 000014
【数２】
2010502998.tif 000015
【数３】
2010502998.tif 000016
【数４】
2010502998.tif 000017
により与えられ、
（Δω）は上記ばね定数に関する信号の値を表し、（ｍ）は上記読み取り係数に関する信号の値を表し、（ｆ）は上記力の適用に関する信号の値を表し、
（ｕo1，ｕo2）は、上記第２の軸の上方に横たわっている上記電極信号の値を表し、（ｕu1，ｕu2）は、上記第２の軸の下方に横たわっている上記電極信号の値を表すことを特徴とする請求項５に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項８】
【数５】
2010502998.tif 000018
が成立することを特徴とする請求項７に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項９】
上記移動可能な電極（２９）が共振器の一部として表現されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項１０】
少なくとも１つの上記移動可能な電極（２９）と電気的に接続される第２の移動可能な電極（５０）により特徴付けられ、
−上記第２の移動可能な電極（５０）から離間して配置されている第２の電極構成（５１1〜５１4）を備え、
上記第２の電極構成（５１１〜５１４）は、個別に駆動可能であり、対応する電極信号（バーｕo1，バーｕo2，バーｕu1，バーｕu2）が供給されるための他の複数の電極を有し、
上記電極信号は、力の適用、ばね定数及び上記第２の移動可能な電極（５０）の読み取り係数の、設定または変更のために静電気的に用いることが可能であり、
−上記第２の電極構成（５１１〜５１４）に接続されており、第２の力の適用に関する信号（ｆ2）、第２のばね定数に関する信号（Δω2）、及び第２の読み取り係数に関する信号（ｍ2）を供給され、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記共振器の上記読み取り係数に関してもたらされる設定及び／または変更を定義する第２の電極信号生成ユニット（５２）をさらに備え、
上記電極信号生成ユニット（５２）は、上記第２の力の適用に関する信号，上記第２のばね定数に関する信号及び上記第２の読み取り係数に関する信号（ｆ2，Δω2，ｍ2）に依存して各々の電極信号（バーｕo1，バーｕo2，バーｕu1，バーｕu2）を生成し、上記第２の力の適用、上記第２のばね定数、及び上記第２の移動可能な電極（５０）の上記第２の読み取り係数が、互いに独立し、かつ上記力の適用、上記ばね定数、及び少なくとも１つの上記移動可能な電極（２９）の上記読み取り係数から独立して特定の所望値に設定及び／または変更されるように、複数の上記電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）を互いに整合させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の微小電気機械センサ（３０）。
【請求項１１】
少なくとも１つの移動可能な電極（２９）と、個別に駆動可能であり、対応する電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）が供給されるための複数の電極を備え、上記移動可能な電極（２９）と離間して配置されている電極構成（３１1−３１4）とを備える微小電気機械センサ（３０）の操作方法であり、
−力の適用に関する信号（ｆ）、ばね定数に関する信号（Δω）及び読み取り係数に関する信号（ｍ）に依存し、上記力の適用、上記ばね定数及び上記移動可能な電極（２９）の上記読み取り係数に関して行われる設定及び／または変更を定義する電極信号を生成する工程と、
−上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極（２９）の上記読み取り係数を静電気的に設定及び／または変更するために、対応する上記電極に上記電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）を適用する工程とを含み、
複数の上記電極信号（ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2）が、上記力の適用に関する信号（ｆ）、上記ばね定数に関する信号（Δω）、及び上記読み取り係数に関する信号（ｍ）に依存して生成され、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極（２９）の上記読み取り係数が、互いに独立して特定の所望値に設定及び／または変更されるように、複数の上記電極信号を互いに整合することを特徴とする微小電気機械センサ（３０）の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電気機械センサ及び上記センサの操作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械センサは、多くの技術製品の基礎となる。微小電気機械センサは、例えば航行の分野において価値があり、コリオリの角速度計として用いられている。微小電気機械センサの機能性は、コリオリの角速度計についての例を介して以下に示されるだろう。
【０００３】
コリオリの角速度計は、振動をもたらされる質点系を有している。上記質点系は一般的に、最初に互いに独立している複数の振動モードを有している。コリオリの角速度計の操作状態において、即ち微小電気機械センサの操作状態において、質点系特有の振動モードは人工的に励起される。この振動モードを以下では“励起振動”と称する。
【０００４】
コリオリの角速度計が回転すると、質点系の上記励起振動からエネルギを取り出してそれを上記質点系のさらに別の振動モードに伝達するコリオリ力が発生する。上記さらに別の振動モードを以下では“読み取り振動”と称する。
【０００５】
コリオリの角速度計の回転運動を決定するために、上記読み取り振動は受け取られ（tapped off）、対応する読み取り信号は、コリオリの角速度計の回転に関する測定値を表す、生じた読み取り振動の振幅で変化するか否かを確かめるために審査される。コリオリの角速度計は、開ループ系及び閉ループ系の両方として実行されてもよい。閉ループ系では、上記読み取り振動の振幅は、対応する制御ループにより絶えず固定された値−好ましくは０に再設定され、復帰力が測定される。
【０００６】
コリオリの角速度計の（より一般には微小電気機械センサの）質点系（これ以降はさらに“共振器”と称する）は、この事例においては様々な方法で構成されてもよい。例えば、１つの構成要素で具現化された質点系を用いることが出来る。代りとして、ばね系を介して互いに連結された２つの振動器に上記質点系を分けることも出来、互いに相対的な動きを行ってもよい。
【０００７】
周知の実施形態にかかるコリオリの角速度計２０は、図１において概略を示される。コリオリの角速度計２０は、電荷増幅器１、アナログ−デジタル変換器２、信号分離箇所３、復調器４，５、制御系６、変調器７、ドライバ８，９、共振器１０及び電極系１１を備えている。電極系１１は、４つの電極１１１〜１１４を有している。
【０００８】
共振器１０は、電極１１１〜１１４による振動効果で励起されることが可能である。その上、共振器１０のばね定数は、共振器１０に設けられる電極（“移動可能な中央電極”）における電荷転送量Δｑを測定することにより決定される。電荷の転送は、電極１１１〜１１４により生成される電界の中での共振器１０の動きにより引き起こされる。上記電荷転送量に比例する信号Ｓ7は、電荷増幅器１によりアナログ−デジタル変換器２へ出力され、アナログ−デジタル変換器２により対応する信号Ｓ8に変換される。信号Ｓ8は、信号分離箇所３へ供給される。この信号から、復調器４，５、制御系６、変調器７及びドライバ８，９が動作することにより信号Ｓ3〜Ｓ6が生成される。信号Ｓ3〜Ｓ6は、電極１１１〜１１４へ供給され、補償されるコリオリ力により引き起こされる共振器１０のゆがみを確実なものとする。コリオリの角速度計２０の詳細な機能性に関しては、例えば特許明細書ＤＥ  １０３  ２０  ６７５が参照される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
基礎となる本発明の目的は、例えば静電センサまたは圧電センサである微小電気機械センサの具体例を挙げることである。上記微小電気機械センサは、センサ電極が少数であるにもかかわらず広い機能性を有することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は請求項１に係る微小電気機械センサを提供する。その上本発明は、請求項１１に係る微小電気機械センサの操作方法を提供する。本発明の好ましい構成及び開発概念は、独立請求項において示される。
【００１１】
本発明の微小電気機械センサは、
−少なくとも１つの移動可能な電極と、
−個別に駆動可能であり、対応する電極信号が供給されるための複数の電極を備え、移動可能な電極と離間して配置されている電極構成とを備え、
上記電極信号は、力の適用、ばね定数及び上記移動可能な電極の読み取り係数の、設定または変更のために静電気的に用いることが可能であり、
−上記電極構成に接続され、上記力の適用に関する信号、上記ばね定数に関する信号、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関する信号を供給され、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関してもたらされる設定及び／または変更を定義する電極信号生成ユニットをさらに備え、
上記電極信号生成ユニットは、いわば上記力の適用に関する信号、上記ばね定数に関する信号、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関する信号に依存して各々の電極信号を生成し、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数が、互いに独立して特定の所望値に設定及び／または変更されるように、複数の上記電極信号を互いに整合させる。
【００１２】
本発明の基礎となる本質的な見識は、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数が、互いに独立して特定の所望値に設定及び／または変更されるように、任意の所望の電極構成に関する上記電極信号が互いに整合され、これにより上記微小電気機械センサに最大限の融通性を与えるということである。これに関連して、“任意の所望の電極構成”は、少なくとも３つの電極に関する、任意の所望の空間的な構成を意味する。
【００１３】
既に上述したように、上記微小電気機械センサの上記質点系（これ以降はさらに“共振器”と称する）は、様々な方法で構成されてもよい。例えば、１つの構成要素で具現化された質点系を用いることが出来る。代りとして、ばね系を介して互いに連結された２つの振動器に上記質点系を分けることも出来、互いに相対的な動きを行ってもよい。
【００１４】
一実施形態において、本発明の微小電気機械センサは、上記移動可能な電極において生じる電荷の転送を検出する電荷転送ユニットが設けられており、上記移動可能な電極の瞬時の動きは、検出された上記電荷の転送に基づき評価ユニットにより決定される。
【００１５】
一実施形態において、上記電極信号生成ユニットは、上記移動可能な電極において検出された上記電荷の転送が、上記移動可能な電極の動きと上記読み取り係数の値とから生じるただ１つの電荷転送成分を含むような方法で、いわば上記力の適用に関する信号、上記ばね定数に関する信号、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関する信号に依存して各々の電極信号を生成する。この事例において、上記読み取り係数は、上記移動可能な電極の動きの読み取りに関するゲイン係数として解釈されるべきである。
【００１６】
上記電極構成は、偶数の電極または奇数の電極を含んでもよい。その上、個々の電極の寸法及び構成は、互いに異なってもよい。１つの好ましい実施形態において、上記電極構成は、例えば２つの電極対に分類される４つの（好ましくは同一の）電極を含んでいる。
複数の上記電極は、第１の軸に関して軸方向に対称に構成される。上記第１の軸は、第２の軸に関して軸方向に対称に、かつ互いに２つの上記電極対を分離する。上記第２の軸は、各々の電極対の、複数の上記電極を互いに分離する。有利な方法では、上記移動可能な電極は、対称である２つの軸の交点に関して中心対称に構成される。
【００１７】
上記移動可能な電極が共振器の一部として表現される実施形態において、上記移動可能な電極は、振動効果で励起されることが可能であり、上記微小電気機械センサは、例えばコリオリの角速度計として用いることが可能である。
【００１８】
２つの移動可能な電極、２つの電極構成及び２つの電極信号生成ユニットを含む実施形態において、両方の移動可能な電極は、２つの読み取り係数の内、対応する選ばれたものにより、互いに個別に読み取られ、（力の適用による影響を受ける）動き及びばね定数を、互いに個別に設定することが出来る。
【００１９】
本発明はさらに、移動可能な電極と、移動可能な電極と離間して配置され、個別に駆動可能であり、対応する電極信号が供給されるための複数の電極を備えている電極構成とを備える微小電気機械センサの操作方法を提供する。本発明の微小電気機械センサの操作方法は、
−いわば、力の適用に関する信号、ばね定数に関する信号及び読み取り係数に関する信号に依存し、上記力の適用、上記ばね定数及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関して行われる設定及び／または変更を定義する電極信号を生成する工程と、
−上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数を静電気的に設定及び／または変更するために、対応する上記電極に上記電極信号を適用する工程とを含み、
複数の上記電極信号が、いわば上記力の適用に関する信号、上記ばね定数に関する信号、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数に関する信号に依存して生成され、上記力の適用、上記ばね定数、及び上記移動可能な電極の上記読み取り係数が、互いに独立して特定の所望値に設定及び／または変更されるように、複数の上記電極信号を互いに整合させる。
【００２０】
本発明は、図面を参照した以下の典型的な実施形態においてよりに詳細に示される。
【００２１】
図１は、周知の微小電気機械センサ（コリオリの角速度計）の基礎外略図である。
【００２２】
図２は、本発明に係る、１つの移動可能な電極を備える微小電気機械センサの実施形態を示す図である。
【００２３】
図３ａは、本発明に係る、２つの移動可能な電極を備える微小電気機械センサの他の実施形態を示す図である。
【００２４】
図３ｂは、２つの読み取り係数の適用に関する時間特性の概略を示すタイミングチャートである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】周知の微小電気機械センサ（コリオリの角速度計）の基礎外略図である。
【図２】本発明に係る、１つの移動可能な電極を備える微小電気機械センサの実施形態を示す図である。
【図３ａ】本発明に係る、２つの移動可能な電極を備える微小電気機械センサの他の実施形態を示す図である。
【図３ｂ】２つの読み取り係数の適用に関する時間特性の概略を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図２は、本発明に係る微小電気機械センサ３０の好ましい実施形態からの抜粋である。図２に示される抜粋は、変調器７、ドライバ８，９、共振器１０及び電極１１１〜１１４を備える図１のコリオリの角速度計２０の“全体像（ensemble）”と概要を比較される。
【００２７】
図２は、移動可能な電極２９と離間して配置された電極構成３１を示す。移動可能な電極２９は、例えば図示しない共振器の一部であってもよく、上記電極構成は、第１〜第４の電極３１１〜３１４を含んでいる。第１及び第３の電極３１1，３１3、並びに第２及び第４の電極３１2，３１4は、それぞれが電極対を形成している。電極対の複数の電極は、軸Ａに関して軸方向に対称に構成される。複数の上記電極対は、軸Ａと垂直である軸Ｄにより、互いに関して軸方向に対称かつ互いに分離される。移動可能な電極２９は、例えば図２における対称な２つの軸Ａ，Ｂの交点Ｓに関して中心対称に配置されている。
【００２８】
電極信号生成ユニット３２がさらに示されてもよい。電極信号生成ユニット３２は、（さらに“ｆ”として示される）力の適用に関する信号Ｓ20、（さらに“Δω”として示される）ばね定数に関する信号Ｓ21、及び（さらに“ｍ”として示される）読み取り係数に関する信号Ｓ22を供給される。読み取り係数に関する信号Ｓ22は、２乗ユニット３３により２乗され、これにより得られた信号Ｓ23が、第１の加算器３４に負の符号を付されて供給される。上記信号Ｓ23は、ばね定数に関する信号Ｓ21と加算される。第１の加算器３４の出力信号Ｓ24は、第２及び第３の加算器３５，３６に供給される。第２の加算器３５において、出力信号Ｓ24は力の適用に関する信号Ｓ20と加算されるが、第３の加算器３６において、負の符号を付された力の適用に関する信号Ｓ20は、出力信号Ｓ24と加算される。第２及び第３の加算器３５，３６の出力信号Ｓ25，Ｓ26は、根ユニット３７，３８に供給される。根ユニット３７，３８はそれぞれ、第２及び第３の加算器３５，３６の出力信号Ｓ25，Ｓ26の内の１つから根を算出する。根ユニット３７，３８の出力信号Ｓ27，Ｓ28は、第４〜第７の加算器３９〜４２に供給される。第４〜第７の加算器３９〜４２により、根ユニット３７，３８の出力信号Ｓ27，Ｓ28は、それぞれ読み取り係数に関する信号Ｓ22と一度加算されると共にそれぞれ読み取り係数に関する信号Ｓ22と一度減算される。対応する出力信号Ｓ29〜Ｓ32は、デジタル−アナログ変換器４３〜４６に供給される。デジタル−アナログ変換器４３〜４６は、（これまではデジタルであった）信号をアナログ信号ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2に変換し、アナログ信号ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2を対応する電極３１１〜３１４に供給する。アナログ信号ｕo1，ｕo2，ｕu1，ｕu2は、本発明の意図する電極信号を表し、力の適用に関する信号Ｓ20（＝ｆ）、ばね定数に関する信号Ｓ21（＝Δω）、及び読み取り係数に関する信号Ｓ22（＝ｍ）により以下に示す（１）式〜（４）式で表される。
【００２９】
【数１】
2010502998.tif 000003
【００３０】
【数２】
2010502998.tif 000004
【００３１】
【数３】
2010502998.tif 000005
【００３２】
【数４】
2010502998.tif 000006
【００３３】
それ故に、電極信号ｕo1，ｕo2は、軸Ａの上方に位置する電極３１1，３１2で示される電極信号を表し、電極信号ｕu1，ｕu2は、軸Ａの下方に位置する電極３１3，３１4で示される電極信号を表す。移動可能な電極２９は仮想接地に接続され、移動可能な電極２９からの電荷の転送が測定される。
【００３４】
図３は、移動可能であり、電気的に接続された２つの電極２９，５０が、どのようにして多様な方法で結合されるかを示している。図３ｂにおいて示されるタイミングにおいて切り替えられる制御信号ｍ1，ｍ2は、複数の移動可能な電極２９，５０が電荷増幅器７０に交互に接続されるようにする。そのために、力の影響ｆ1，ｆ2及び整合Δω1，Δω2は独立して選択される。
【００３５】
図３は、第２の移動可能な電極５０に対して離間して配置された電極構成５１を示す。第２の移動可能な電極５０は、少なくとも１つの移動可能な電極２９と電気的に接続されている。上記電極構成は、第１〜第４の電極５１１〜５１４を含んでいる。第１及び第３の電極５１1，５１3、並びに第２及び第４の電極５１2，５１4は、それぞれが電極対を形成している。電極対の複数の電極は、軸Ａ2に関して軸方向に対称に構成される。複数の上記電極対は、軸Ａ2と垂直である軸Ｄ2により、互いに関して軸方向に対称かつ互いに分離される。
【００３６】
第２の電極信号生成ユニット３２がさらに示されてもよい。電極信号生成ユニット３２は、（さらに“ｆ2”として示される）第２の力の適用に関する信号バーＳ20、（さらに“Δω2”として示される）第２のばね定数に関する信号バーＳ21、及び（さらに“ｍ2”として示される）第２の読み取り係数に関する信号バーＳ22を供給される。第２の読み取り係数に関する信号バーＳ22は、２乗ユニット５３により２乗され、これにより得られた信号バーＳ23が、第８の加算器５４に負の符号を付されて供給される。上記信号バーＳ23は、第２のばね定数に関する信号バーＳ21と加算される。第８の加算器５４の出力信号バーＳ24は、第９及び第１０の加算器５５，５６に供給される。第９の加算器５５において、出力信号バーＳ24は第２の力の適用に関する信号バーＳ20と加算されるが、第１０の加算器５６において、負の符号を付された力の適用に関する信号バーＳ20は、出力信号バーＳ24と加算される。第９及び第１０の加算器５５，５６の出力信号バーＳ25，バーＳ26は、
根ユニット５７，５８に供給される。根ユニット５７，５８はそれぞれ、第９及び第１０の加算器５５，５６の出力信号バーＳ25，バーＳ26の内の１つから根を算出する。根ユニット３７，３８の出力信号バーＳ27，バーＳ28は、第１１〜第１４の加算器５９〜６２に供給される。第１１〜第１４の加算器５９〜６２により、根ユニット５７，５８の出力信号バーＳ27，バーＳ28は、それぞれ読み取り係数に関する信号バーＳ22と一度加算されると共にそれぞれ読み取り係数に関する信号バーＳ22と一度減算される。対応する出力信号バーＳ29〜バーＳ32は、デジタル−アナログ変換器６３〜６６に供給される。デジタル−アナログ変換器６３〜４６は、（これまではデジタルであった）信号をアナログ信号バーｕo1，バーｕo2，バーｕu1，バーｕu2に変換し、アナログ信号バーｕo1，バーｕo2，バーｕu1，バーｕu2を対応する電極５１１〜５１４に供給する。アナログ信号バーｕo1，バーｕo2，バーｕu1，バーｕu2は、本発明の意図する電極信号を表し、力の適用に関する信号バーＳ20、ばね定数に関する信号バーＳ21、及び読み取り係数に関する信号バーＳ22により以下に示す（５）式〜（８）式で表される。
【００３７】
【数５】
2010502998.tif 000007
【００３８】
【数６】
2010502998.tif 000008
【００３９】
【数７】
2010502998.tif 000009
【００４０】
【数８】
2010502998.tif 000010
【００４１】
それ故に、電極信号バーｕo1，バーｕo2は、軸Ａ2の上方に位置する電極５１1，５１2で示される電極信号を表し、電極信号バーｕu1，バーｕu2は、軸Ａ2の下方に位置する電極５１3，５１4で示される電極信号を表す。
【００４２】
本発明のさらに別の実施形態は、以下の記載により示される。
【００４３】
回転の加速度または回転速度の測定に関して、（これらを測定可能である）微小電気機械センサの動作中に、以下の要求が満足される場合は、上記測定に有利である。
１．定義され、電気的に生成された力を、移動可能な電極に及ぼすことが出来るように意図されている（トルカ（torquer）機能）。
２．定義され、電気的に生成されたばね力を、上記同一の移動可能な電極に及ぼすことが出来るように意図されている。ばね定数は一般に負であり、機械的な振動器の固有振動を定義されたように同調させることを可能にするために、正のばね特性を有する（positive）機械的なばねをある程度まで“よりソフトに（softer）”するように意図されている。
３．上記移動可能な電極のゆがみは、設定される読み取り係数により測定可能となるように意図されている（もぎ取り（pick-off）機能）。
４．１つの意図は、測定中に測定信号が、上記ゆがみ及び上記読み取り係数に依存する成分以外のさらに別のいかなる成分も含まないことを可能とすることである。
【００４４】
移動可能な電極を有している容量が設けられると考える。上記移動可能な電極は、作動点におけるゆがみｘにより移動できる。このとき上記容量はゆがみｘに依存し、Ｃ＝Ｃ（ｘ）となる。上記作動点において上記容量に電圧Ｕが供給される事例において、以下に示す（９）式で表される静電力Ｆは、その効果を生じる。
【００４５】
【数９】
2010502998.tif 000011
【００４６】
別の容量は、共通の作動点を備える２つの容量である。ここで、以下に示す（１０）式が成立する。
Ｃ1（ｘ）＝Ｃ2（−ｘ）    （１０）
上記事例においては、以下に示す近似式（１１）が成立する。
Ｃ1（ｘ）＝Ｃ0（１＋ａ1ｘ＋ａ2ｘ2）    （１１）
そして以下に示す近似式（１２）が成立する。
Ｃ2（ｘ）＝Ｃ0（１−ａ1ｘ＋ａ2ｘ2）    （１２）
複数の上記容量において電圧Ｕ1，Ｕ2が印加されており、上記移動可能な電極の上記作用点における静電力Ｆは、以下に示す（１３）式で示される。
【００４７】
【数１０】
2010502998.tif 000012
【００４８】
近似式（１１），（１２）を（１３）式に代入すると以下に示す（１４）式となる。
Ｆ＝（Ｕ12−Ｕ22）ａ1Ｃ0＋２ｘ（Ｕ12＋Ｕ22）ａ2Ｃ0    （１４）
従って、上記静電力Ｆは、ｘから独立している部分とｘに比例しばね定数に対応する部分とから成り立つ。ｘから独立している上記部分はＵ12−Ｕ22に比例し、上記ばね定数はＵ12＋Ｕ22に比例する。
【００４９】
容量が４つの場合は、以下に示す近似式（１５），（１６）が成立する。
Ｃo1（ｘ）＝Ｃo2（ｘ）＝Ｃo（１＋ａ1ｘ＋ａ2ｘ2）    （１５）
Ｃu1（ｘ）＝Ｃu2（ｘ）＝Ｃu（１−ａ1ｘ＋ａ2ｘ2）    （１６）
同様に、静電力Ｆに関して以下に示す（１７）式が成立する。
Ｆ＝（Ｕo12＋Ｕo22−Ｕu12−Ｕu22）ａ1Ｃ0＋２ｘ（Ｕo12＋Ｕo22−Ｕu12−Ｕu22）ａ2Ｃ0    （１７）
従って、距離から独立した項は、（Ｕo12＋Ｕo22−Ｕu12−Ｕu22）    （１８）に比例する。そしてばね定数は、（Ｕo12＋Ｕo22＋Ｕu12＋Ｕu22）    （１９）に比例する。
【００５０】
距離から独立した上記項は、所望の力（復帰力、トルク）を加えるのに適切である。また、ばね定数は、ばね質量系との相互作用において、所望の回転周波数において上記ばね質量系を回転させることを可能とする。
【００５１】
電荷Ｑについて以下に示す（２０）式が成立する。
Ｑ＝Ｃo1Ｕo1＋Ｃo2Ｕo2＋Ｃu1Ｕu1＋Ｃu2Ｕu2    （２０）
近似式（１５），（１６）を（２０）式に代入すると、以下の式で示されるように、無視する項及び２次の項が生じる。
Ｑ＝２Ｃ0（Ｕo1＋Ｕo2＋Ｕu1＋Ｕu2）    （２１）
＋２Ｃ0（Ｕo1＋Ｕo2−Ｕu1−Ｕu2）ａ1ｘ    （２２）
上記式の第１の項（２１）は、ｘから独立した漏話であり、一般に望ましくない。第２の部分（２２）はｘに比例し、それ故にゆがみｘの読み取りに適切である。上記２次の項を考慮に入れると、電荷Ｑは以下の式で表される。
Ｑ＝２Ｃ0（Ｕo1＋Ｕo2＋Ｕu1＋Ｕu2）（１＋ａ2ｘ2）    （２３）
＋２Ｃ0（Ｕo1＋Ｕo2−Ｕu1−Ｕu2）ａ1ｘ    （２４）
上記２次の項は、（漏話を０にする場合、即ち（Ｕo1＋Ｕo2＋Ｕu1＋Ｕu2）＝０とする場合）、定数項と共に消滅する。
【００５２】
上述した要求１〜３は、本発明に係る微小電気機械センサ及び本発明に係る微小電気機械センサを用いて互いに独立して満足することが出来る。それ故に、読み取り信号を生成せずに力を加えることと、逆に読み取り信号を生成せずに０ではない読み取り係数を加えることとの両方が可能である。但し、必要な結果でなければならない力が加えられることはない。
【００５３】
一般的な電極構成に関して、以下に示す規定が考慮に入れられる場合に、類似した系を方程式で確立することが出来る。
【００５４】
全ての電極における電荷は、常に以下の規定を満足するような大きさを有している。
１．電荷増幅器の入力における電荷の大きさの総和に関して、ゆがみｘから独立した項が無い。
２．電荷増幅器の入力における電荷の大きさの総和に関して、ゆがみｘに依存し、ゲイン係数を設定可能な部分が有る。
３．上記移動可能な電極において設定可能であり、ゆがみｘから独立した力の効果が有る。
４．上記移動可能な電極においてばね定数を設定可能である静電ばねがある。
【００５５】
例えば上記読み取り係数が上記移動可能な電極の振動による同一の周波数を有する正弦波状の搬送波として構成されている場合を考える。この場合、上記読み取り係数は設定可能であり、例えば“ダウンコンバートを行う検出器”を実現するために用いられる。この事例において、上記振動の周波数は０ヘルツにダウンコンバートされ、位相検波器を導く。その上、設定される読み取り係数により、複数の振動器の読み取り機能は、以下の処理により時分割多重方式で読み込むことが出来る。複数の振動器それぞれが有する移動可能な電極は、電気的に接続される。上記処理とは、１つの振動器の読み取り係数だけが、０ではない値に常に設定される事例における処理である。上記事例は、唯一の振動器の動きが共通の電荷増幅器により時間的連続において常に検出される事例である。
【００５６】
容量の測定に基づく上記読み取り機能は以下に示す（２５）式で表され、上記読み取り係数が電圧Ｕにより切り替えられる場合に、ゆがみΔｘに依存する成分が生じるだけでなく、静止した容量Ｃ0に依存する相当大きい部分を同時に生じるという効果をかなり一般的に有している。
【００５７】
【数１１】
2010502998.tif 000013
【００５８】
本発明に係る微小電気機械センサの操作方法は、図２の学術用語を元に以下に示されるように、この望ましく無い部分を抑制する。
【００５９】
方程式（１８）に係る、移動可能な電極２９において作用する力は、Ｕo12＋Ｕo22−Ｕu12−Ｕu22＝４ｆ    （２６）に比例する。その結果要求１が満足される。
【００６０】
方程式（１９）に係る、静電ばねによる微調整（detuning）は、Ｕo12＋Ｕo22＋Ｕu12＋Ｕu22＝４Δω    （２７）に比例する。その結果要求２が満足される。
【００６１】
方程式（２１）に係る、上記読み取り係数は、Ｕo1＋Ｕo2−Ｕu1−Ｕu2＝４ｍ    （２８）に比例する。その結果要求３が満足される。
【００６２】
方程式（２２）により、Ｕo1＋Ｕo2＋Ｕu1＋Ｕu2＝０    （２９）となり、第４の要求が最後に満足される。
【００６３】
補正機能に関して、設計は常に｜ｆ｜＜Δω−ｍ2    （３０）となるように行われる。
【００６４】
それ故に、本発明は、分離された電極を備える微小電気機械センサ（ＭＥＭＳセンサ）の操作方法を示す。本発明に係る微小電気機械センサの操作方法は、複数の電気的に結合された移動可能な電極を含んでいる系において、励起力、振動の調整及び読み取り係数を互いに個別に設定することが可能である。それ故に、多重化操作中の読み取り処理は、励起処理（励起振動の生成）及び（双共振子の共振器を得るために、例えば励起振動の周波数を読み取り振動の周波数へ調整する）調整処理と完全に独立させることが可能である。
【図１】
2010502998.tif 000019
【図２】
2010502998.tif 000020
【図３ａ】
2010502998.tif 000021
【図３ｂ】
2010502998.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月12日(2009.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
【数１０】
2010502998.tif 000023
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
容量が４つの場合は、以下に示す近似式（１５），（１６）が成立する。
Ｃo1（ｘ）＝Ｃo2（ｘ）＝Ｃ0（１＋ａ1ｘ＋ａ2ｘ2）    （１５）
Ｃu1（ｘ）＝Ｃu2（ｘ）＝Ｃ0（１−ａ1ｘ＋ａ2ｘ2）    （１６）
同様に、静電力Ｆに関して以下に示す（１７）式が成立する。
Ｆ＝（Ｕo12＋Ｕo22−Ｕu12−Ｕu22）ａ1Ｃ0＋２ｘ（Ｕo12＋Ｕo22＋Ｕu12＋Ｕu22）ａ2Ｃ0    （１７）
従って、距離から独立した項は、（Ｕo12＋Ｕo22−Ｕu12−Ｕu22）    （１８）に比例する。そしてばね定数は、（Ｕo12＋Ｕo22＋Ｕu12＋Ｕu22）    （１９）に比例する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
上述した要求１〜３は、本発明に係る微小電気機械センサ及び本発明に係る操作方法を用いて互いに独立して満足することが出来る。それ故に、読み取り信号を生成せずに力を加えることと、逆に読み取り信号を生成せずに０ではない読み取り係数を加えることとの両方が可能である。但し、必要な結果でなければならない力が加えられることはない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
例えば上記読み取り係数が上記移動可能な電極の振動による同一の周波数を有する正弦波状の搬送波として構成されている場合を考える。この場合、上記読み取り係数は設定可能であり、例えば“ダウンコンバートを行う検出器”を実現するために用いられる。この事例において、上記振動の周波数は０ヘルツにダウンコンバートされ、位相検波器を導く。その上、設定される読み取り係数により、複数の振動器の複数の読み取り機能は、以下の処理により時分割多重方式で読み込むことが出来る。複数の振動器それぞれが有する移動可能な電極は、電気的に接続される。上記処理とは、１つの振動器の読み取り係数だけが、０ではない値に常に設定される事例における処理である。上記事例は、唯一の振動器の動きが共通の電荷増幅器により時間的連続において常に検出される事例である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010502998.tif 000024
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2010502998.tif 000025
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３ａ】
2010502998.tif 000026
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３ｂ】
2010502998.tif 000027
【国際調査報告】
2010502998.tif 000028
2010502998.tif 000029
2010502998.tif 000030
2010502998.tif 000031