(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射形対称であり、平面（ｘｙ）内にほぼ延在する駆動質量（３）であって、当該駆動質量（３）から外部へ向かって延在する駆動装置（４）によって、前記平面（ｘｙ）に垂直の回転軸（ｚ）を中心に回転運動するように設計され、中心に空所（６）を有し、当該空所（６）の内部に延在する弾性アンカー要素（８）によって前記回転軸（ｚ）に沿って配置されたアンカー（７）に固定された駆動質量（３）と、前記駆動質量（３）の内部に設けられた第１貫通孔（９ａ）内に配置され、第１外部応力の存在時に第１検知運動を行うように第１弾性支持要素（２０）によって前記駆動質量（３）に接続された第１のタイプの第１センサ質量（１６ａ）とを備え、前記第１弾性支持要素（２０）および前記弾性アンカー要素（８）は、前記第１のタイプの第１センサ質量（１６ａ）が前記回転運動時に前記駆動質量（３）に固定され、前記第１検知運動時に前記駆動質量（３）から分離されるように構成されている集積微小電気機械構造（１）であって、当該集積微小電気機械構（１）はさらに、
前記駆動質量（３）内に設けられた第２貫通孔（２６ａ）の内部に配置され、前記回転運動時に、前記駆動質量（３）に固定されるように、且つ、第２外部応力の存在時に、前記駆動質量（３）から分離された第２検知運動を行うように第２弾性支持要素（２８）によって前記駆動質量（３）に接続された少なくとも１つの第２のタイプの第１センサ質量（２５ａ）
を備え、
前記第１検知運動が、前記平面（ｘｙ）に垂直な方向に働くコリオリ力に応答する、前記平面（ｘｙ）内の軸を中心とする回転運動であり、前記第２検知運動が、前記平面（ｘｙ）内の第１半径方向（ｒ）に働くコリオリ力に応答する、前記第１半径方向（ｒ）の線形運動である
ことを特徴とする集積微小電気機械構造（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の構造であって、前記アンカー（７）が前記駆動質量（３）のほぼ中心（Ｏ）に配置されている集積微小電気機械構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の構造であって、さらに、前記第１のタイプの第１センサ質量（１６ａ）と前記平面（ｘｙ）内の検知軸（ｘ）の方向に整列され、前記駆動質量（３）内に設けられた対応する貫通孔（９ｂ）に配置された第１のタイプの第２センサ質量（１６ｂ）を備え、前記第１のタイプの第１および第２センサ質量（１６ａ、１６ｂ）が前記平面（ｘｙ）内の前記駆動質量（３）の全体寸法内に内包されており、さらに前記第１検知運動を検知するための前記第１のタイプの第１および第２センサ質量（１６ａ、１６ｂ）に関連する検知手段（２２、２３）を備え、前記第１検知運動が前記平面（ｘｙ）内にあり前記第１検知軸（ｘ）と直角の軸を中心とする回転運動である集積微小電気機械構造。
【請求項４】
請求項３に記載の構造であって、前記第１のタイプの第１センサ質量（１６ａ）に関連する検知手段（２２、２３）を前記第１のタイプの第２センサ質量（１６ｂ）の検知手段に電気的に接続するように構成された接続手段（２４、３６−３９）を備え、前記接続手段（２４、３６−３９）が、特定の動作条件において、差分検知法を実行するように構成されている集積微小電気機械構造。
【請求項５】
請求項４に記載の構造であって、前記接続手段（２４、３６−３９）がさらに、前記微小電気機械構造（１）の動作モードを、ジャイロスコープモードと加速度計モードとの間で切り替えるよう構成されている集積微小電気機械構造。
【請求項６】
請求項４もしくは５に記載の構造であって、前記検知手段が、それぞれ前記第１のタイプの第１および第２センサ質量（１６ａ、１６ｂ）と向かい合うように設置された第１検知電極（２２）および第２検知電極（２３）を備え、前記接続手段が、前記第１のタイプの第１および第２センサ質量と向かい合った前記第１検知電極（２２）と前記第２検知電極（２３）をそれぞれ互いに接続する第１スイッチ要素および第２スイッチ要素（３６、３７）と、前記第１のタイプの第１センサ質量（１６ａ）と向かい合った前記第１および第２検知電極（２２、２３）をそれぞれ前記第１のタイプの第２センサ質量（１６ｂ）と向かい合った前記第２および第１検知電極（２３、２２）に接続する第３スイッチおよび第４スイッチ要素（３８、３９）を備え、前記第１および第２スイッチ要素（３６、３７）が開状態で前記第３および第４スイッチ要素（３８、３９）が閉状態のとき前記ジャイロスコープモードを実行するよう構成され、前記第１および第２スイッチ要素（３６、３７）が閉状態で前記第３および第４スイッチ要素（３８、３９）が開状態のとき前記加速度計モードを実行するように構成された集積微小電気機械構造。
【請求項７】
請求項１−６のいずれかに記載の構造であって、さらに、前記第１のタイプの第１センサ質量（１６ａ）とともに、前記平面（ｘｙ）内の第１検知軸（ｘ）方向に前記アンカー（７）に対して両側に整列配置された第１対の第１のタイプのセンサ質量を構成する第１のタイプの第２センサ質量（１６ｂ）と、前記平面（ｘｙ）内にあり第１検知軸（ｘ）と直角の第２検知軸（ｙ）方向に前記アンカーに対して両側に整列配置された第２対の第１のタイプのセンサ質量（１６ｃ、１６ｄ）を備える集積微小電気機械構造。
【請求項８】
請求項７に記載の構造であって、さらに、第１半径方向（ｒ）に前記アンカー（７）の両側に整列配置された１対の第２のタイプのセンサ質量（２５ａ、２５ｂ）を備え、前記第２のタイプのセンサ質量（２５ａ、２５ｂ）の対が、第２外部応力の存在時に第２検知運動を行うようにそれぞれ第２弾性支持要素（２８）によって前記駆動質量（３）に接続されている集積微小電気機械構造。
【請求項９】
請求項８に記載の構造であって、第１対および第２対の第１のタイプのセンサ質量（１６ａ−１６ｂ、１６ｃ−１６ｄ）がそれぞれ、前記第１および第２検知軸（ｘ、ｙ）を中心とする第１外部角速度（Ωx→）および第２外部角速度（Ωｙ→）を検知するように構成されており、前記第２のタイプのセンサ質量の対（２５ａ、２５ｂ）が前記平面（ｘｙ）に垂直な第３検知軸（ｚ）を中心とする第３外部角速度（Ωz→）を検知するように構成されている、３軸型のジャイロスコープを規定する集積微小電気機械構造。
【請求項１０】
請求項１−９のいずれかに記載の構造であって、さらに、前記第１のタイプの第１センサ質量（１６ａ）とともに、前記平面（ｘｙ）内の第１検知軸の両側に前記アンカー（７）に対して対称に整列配置された第１対の第１のタイプのセンサ質量を構成する第１のタイプの第２センサ質量（１６ｂ）と、前記平面（ｘｙ）内にあり第１検知軸（ｘ）と直角の第２検知軸（ｙ）の両側に前記アンカー（７）に対して対称に配置された第２対の第１のタイプのセンサ質量（１６ｃ、１６ｄ）と、前記第１および第２検知軸（ｘ、ｙ）の各々に関して、前記第１対および第２対の第１のタイプのセンサ質量に対して前記第１および第２検知軸（ｘ、ｙ）の各々の両側に前記アンカー（７）に対して対称に配置された他対の第１のタイプのセンサ質量（１６ｅ−１６ｆ、１６ｇ−１６ｈ）を備え；同じ検知軸に関連する対応した第１対および第２対のセンサ質量が、前記それぞれの検知軸に関してそれぞれ互いに向かい合っており、前記それぞれの検知軸に沿って互い違いの位置に第１弾性支持要素（２０）を有する集積微小電気機械構造。
【請求項１１】
請求項７−１０のいずれかに記載の構造であって、さらに、使用時にそれぞれ異なる電圧にバイアスされる前記駆動質量（３）の駆動部分（３ｃ）と検知部分（３ａ、３ｂ）を電気的に絶縁する電気絶縁領域（３４ａ、３４ｂ）を備え、前記電気絶縁領域（３４ａ、３４ｂ）が、前記センサ質量の一部を囲む第１環（３４ａ）および前記センサ質量の他の部分を囲む第２環（３４ｂ）を備え、前記第１および第２環（３４ａ、３４ｂ）が前記空所（６）において開口し、その内側で前記検知部分（３ａ、３ｂ）を、その外側で前記駆動部分（３ｃ）を規定する集積微小電気機械構造。
【請求項１２】
請求項１−１１のいずれかに記載の構造であって、前記駆動質量（３）は、前記平面（ｘｙ）において第１対称軸および第２対称軸（Ａ、Ｂ）を有するとともに前記アンカー（７）に対応する位置に中心点（Ｏ）を持つ前記空所（６）を規定する円形形状を有する集積微小電気機械構造。
【請求項１３】
請求項１−１２のいずれかに記載の微小電気機構造（１）を備えるセンサ装置（４０）。
【請求項１４】
請求項１３に記載のセンサ装置であって、さらに、前記微小電気機械構造（１）の動作モードをジャイロスコープモードと加速度計モードとの間で切り替えるように構成された読み取り段（４２）を備えるセンサ装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のセンサ装置であって、前記微小電気機械構造（１）が、前記第１検知運動を検知するための検知手段（２２、２３）、および前記検知手段（２２、２３）の電気接続を確立するための接続手段（２４、３６−３９）を備え、前記読み取り段（４２）が、前記微小電気機械構造（１）の前記動作モードの切り替えを行うために前記接続手段と相互作用するよう構成されているセンサ装置。
【請求項１６】
アンカーと、
弾性アンカー要素と、
回転軸に中心に回転運動可能な駆動質量であって、回転軸に沿って配置されたアンカーに前記弾性アンカー要素によって取り付けられ、回転軸に垂直な平面内にほぼ延在している駆動質量と、
前記駆動質量内に配置された第１貫通孔および第２貫通孔と、
第１弾性支持要素と、
第１貫通孔内に配置され、第１外部応力に応答して第１検知運動を行うことができるように第１弾性支持要素によって駆動質量に接続された第１のタイプの第１センサ質量と、
第２弾性支持要素と、
第２貫通孔内に配置され、第２外部応力に応答して第２検知運動を行うことができるように第２弾性支持要素によって駆動質量に接続された第２のタイプの第１センサ質量と
を備え、
前記第１弾性支持要素および前記弾性アンカー要素は、前記第１のタイプの前記第１センサ質量が、前記回転運動時に前記駆動質量に固定され、前記第１検知運動時に前記駆動質量からほぼ分離されるように構成されていて、
前記第１のタイプの前記第１センサ質量によって検知される前記第１検知運動は前記平面内の軸に関する回転運動であり、前記第２のタイプの前記第１センサ質量によって検知される前記第２検知運動は前記平面内の軸に平行な線形運動である
微小電機機械装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の微小電気機械装置であって、第２外部応力は第１半径方向に働くコリオリ力であり、前記線形運動は前記第１半径方向の運動である微小電気機械装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の微小電気機械装置であって、駆動質量がさらに：
前記第１のタイプの前記第１センサ質量と前記平面内の第１検知軸方向に整列され且つ前記駆動質量に設けられた少なくとも第１の貫通孔のそれぞれ１つに配置された前記第１のタイプの第２センサ質量を備え、前記第１のタイプの第１および第２センサ質量が前記平面内における前記駆動質量の全体寸法内に内包されており、
さらに、第１外部応力に応答して生じる前記第１のタイプの第１および第２センサ質量の第１検知運動の検知を実行する検知手段を備え、第１検知運動の検知は前記平面内にあり第１検知軸に直角の軸を中心とする回転運動の検知である微小電気機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転駆動運動を用いる微小電気機械集積センサ構造に関する。特に、以下の明細書の記載においては、加速度計(単軸型、２軸型、３軸型のいずれでもよい)として動作させることができるジャイロスコープ(単軸型、２軸型、３軸型のいずれでもよい)について説明する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野においては既知のように、マイクロプロセス技術によって半導体材料層内に微小電気機械構造もしくはシステム（いわゆるＭＥＭＳ）を形成することが可能になっており、これらの半導体材料層は、化学エッチングによって除去される犠牲層の上部に蒸着（例えば、多結晶シリコン層の場合）、もしくは成長（例えば、エピタキシャル層の場合）されている。前記技術によって実現された慣性センサ、加速度計およびジャイロスコープは、例えば自動車分野や慣性航法もしくは携帯機器産業において、より一層の成功を収めている。
【０００３】
特に、ＭＥＭＳ技術を用いて製作された半導体集積ジャイロスコープが知られている。前記ジャイロスコープは、コリオリ加速度を利用し、相対加速度の定理に従って作動する。ある線速度で移動している可動質量にある角速度が与えられた場合、可動質量はコリオリ力と呼ばれる見かけ上の力を“感じる”ため、このコリオリ力から物体の線速度方向および回転軸方向に垂直な方向への変位を決定することができる。この可動質量は、見掛けの力の方向の変位を可能にするバネによって支持されている。フックの法則によると、前記変位は見掛けの力の大きさに比例するため、可動質量の変位からコリオリ力およびそれを生じさせる角速度の大きさを検知することができる。可動質量の変位は、例えば、固定電極と歯合する可動質量に一体に固定されたくし歯状の可動電極の運動によって生じる電気容量の変化を共振条件において測定することによって容量的に検知することができる。
【０００４】
ＭＥＭＳ型の集積ジャイロスコープの例は、本願出願人によって出願された、直線駆動運動を用いるジャイロスコープに関する特許文献１および特許文献２に、あるいは、回転駆動運動を用いるジャイロスコープに関する特許文献３記載されている。
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１２５３３９９号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１３６５２１１号明細書
【特許文献３】米国特許第６０６２０８２号明細書
【０００６】
一般に、周知のタイプのジャイロスコープは、その製造単純性、寸法縮小性、能率性、外乱に対する耐性を考慮すると、完全に満足のいくものではない。加えて、周知のタイプの微小電気機械構造は、設計可能性が限定され、さらに、外部妨害（例えば、スプリアス線加速度もしくは角加速度による）の除去にも限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述の欠点および問題点を克服することが可能な集積微小電気機械構造、特には小型で製造容易であり、高い検知効率および設計可能性を有する集積微小電気機械構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明によれば、請求項１に特定された集積電気機械構造を提供する。
【０００９】
本発明のより一層の理解のために、好適な実施形態を純粋に非限定的な例として添付図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一態様による微小電機機械センサ構造は、１つの駆動質量を備えており、この駆動質量は単一中心点で支持体に固定され、中心点を通る駆動質量の平面に垂直な軸を中心とする回転運動によって駆動される。特に、駆動質量の回転が駆動質量の平面内に駆動速度の互いに直交する２つの成分を発生しうる。駆動質量内にはセンサ質量が配置された少なくとも１つの貫通孔が設けられ、センサ質量は駆動質量内に封入され、基板に対して懸垂支持され、駆動質量に柔軟性要素によって接続されている。センサ質量はその回転運動中駆動質量に固定され、センサに働く外部応力、特にコリオリ力の関数として他の運動の自由度をする。柔軟性要素は、これらの特定の構造によって、センサ質量が、センサ平面内にある軸を中心とする検知用の回転運動、もしくは、センサ平面に垂直な方向に働くコリオリ加速度または前記平面内の方向に働くコリオリ加速度に応答して生ずるセンサ平面にある軸に沿う検知用の線形運動をすることができるようにする。前記運動は、いずれの場合にも駆動質量の運動とはほぼ分離される。後に詳しく記載しているように、微小電気機械構造は、コンパクトである上に（１つ以上のセンサ質量をその全寸法内に内包するただ１つの駆動質量を想定する限りにおいては）、構造上の少しの変更によって、単軸型、２軸型、３軸型のジャイロスコープ（および／または実行する電気的接続によって加速度計）を構成することが可能であり、同時に検知運動時に駆動質量とセンサ質量との非常によい分離を得ることができる。
【００１１】
より詳しくは、図１につき説明すると、本発明の第１の実施形態による微小電気機械センサ構造は、駆動質量３および駆動装置４によって構成される駆動構造を備えている。駆動質量３は、例えば放射形対称のほぼ円形形状であり（他の形状も可能）、第１軸ｘおよび第２軸ｙによって規定される平面（以下では“センサ平面ｘｙ”という）に広がる主寸法を有し、第３軸と平行な方向（以下では“垂直軸ｚ”という）の寸法は主寸法に対して無視できる寸法である。この垂直軸ｚと第１軸ｘ、第２軸ｙは、センサ構造に対して固定された１組の３方向直交軸を形成している。特に、駆動質量３はセンサ平面ｘｙにほぼ環形の形状を有し、その中心部に、駆動質量３の重心および対称中心に一致する中心点Ｏを持つ空所６を形成している。駆動質量３は、中心点Ｏに配置されたアンカー７によって基板２（図２ａ）に固定され、アンカー7に弾性アンカー要素８によって接続される。弾性アンカー要素８は例えば、駆動質量３の第１対称軸Ａおよび第２対称軸Ｂに沿って中心点Ｏから交差するように出ている。上記対称軸は、それぞれ第１軸ｘおよび第２軸ｙに対して平行である。弾性アンカー要素８は、後に明らかにされるように、中心点Ｏを通り垂直軸ｚに平行でセンサ平面ｘｙに垂直な駆動軸を中心とする駆動質量の回転運動を可能とする。
【００１２】
駆動質量３はさらに、第２軸ｙに平行な方向に細長いほぼ長方形の細長い形状をもち、直径方向に沿う第１対称軸Ａの方向に整列され且つ空所６に対して両側に配置された第１対の第１の貫通孔９ａおよび９ｂを有している。特に、後に明らかにされるように、第１の貫通孔９ａおよび９ｂの配列方向は、微小電気機械センサ構造１の検知方向に対応している（図示の例では第１軸ｘと一致する）。
【００１３】
駆動装置４は、駆動質量３から外部へ向かって放射方向に延び、等角距離ずつ離れている複数の被動アーム１０（例えば、８個）と、被動アーム１０の両側に被動アーム10と平行に延在する複数の第１および第２の駆動アーム１２ａおよび１２ｂとを備えている。各被動アーム１０は、被動アームに垂直な方向に被動アームの両側に延在する複数の第１の電極１３を備えている。さらに、第１および第２の駆動アーム１２ａおよび１２ｂはそれぞれ、それぞれの被動アーム１０に向かって延在し、対応する第１の電極１３と歯合するくし歯状の第２の電極１４ａおよび１４ｂを備えている。第１の駆動アーム１２ａはすべて、それぞれの被動アーム１０の同じ側に配置されており、第１電圧にバイアスされている。同様に、第２の駆動アーム１２ｂはすべて、それぞれの被動アーム１０の反対側に配置されており、第２電圧にバイアスされている。図示されてはいないがそれ自体は周知の方法によって、第１および第２電圧を供給し、電極の相互および交互引力によって駆動軸を中心とする駆動質量３の特定の振動周波数の振動回転運動を決定するために、第２の電極１４ａおよび１４ｂに駆動回路が接続されている。
【００１４】
微小電気機械センサ構造１はさらに、垂直軸ｚに平行な軸を持つ第１対の加速度センサを備えており、特に、それぞれ第１の貫通孔９ａおよび第２の貫通孔９ｂの内に配置され、センサ平面ｘｙ内に駆動質量３の全体寸法内に完全に囲まれかつ含まれる第１対のセンサ質量１６ａ、１６ｂを備えている。第１のセンサ質量１６ａ、１６ｂは、一般に長方形であり、ｘ軸に沿う方向において幅の広い第１長方形部１７および幅の狭い第２の長方形部１８から形成されており、これらは第２軸ｙに平行な方向において第１および第２長方形部よりも短い接続部１９によって接続されている。第１センサ質量１６ａ、１６ｂはそれぞれの第１長方形部１７内に位置する重心Ｇを有しており、接続部１９から駆動質量３へと第２軸ｙに平行に延在する、接続部１９に接続された１対の第１弾性支持要素２０によって支持されている。第１弾性支持要素２０は、それぞれのセンサ質量１６ａ、１６ｂの重心から少し離れた位置を延在し、駆動質量３の回転運動に対して剛性のトーションバネを形成しているとともに、センサ平面ｘｙ内に位置する第２軸ｙに平行な回転軸を中心とする第１センサ質量の回転運動も可能にしている（なお、結果としてこれらの運動はセンサ平面ｘｙ外となる）。
【００１５】
第１対の第１および第２の検知電極２２、２３が、センサ質量の第１および第２長方形部１７、１８の下部に配置されている（図２ａ参照）。この検知電極は例えば、基板２上に形成され、上部にある長方形部１７、１８とほぼ同じ寸法をもつ多結晶シリコン領域によって構成されている。第１および第２の検知電極２２、２３はそれぞれ、第１および第２長方形部１７、１８から、空隙を介して離れており、また読み取り回路に接続されている。このように第１および第２検知電極２２、２３は、第１および第２長方形部１７、１８と共にそれぞれ検知キャパシタＣ１、Ｃ２を形成している（図２ａにのみ示されている）。
【００１６】
駆動質量３も第１センサ質量１６ａ、１６ｂも既知の方法によって穿孔されるため、製造プロセス中に下部の犠牲層を化学エッチングして、そして基板２から犠牲層を取り除くことが可能となる。
【００１７】
使用の際には、微小電気機械センサ構造１は、第１軸ｘを中心とする角速度Ωｘ→（図１においては反時計回りの角速度を想定している）を検知するように設計した１軸型のジャイロスコープとして作動させることができる。尚、本明細書において、右肩の矢印はベクトルを表す。
【００１８】
図２ｂを参照し、第１センサ質量１６ａ、１６ｂに小さな変位が生じており、駆動質量３に小さな回転が生じている場合を仮定すると、駆動質量３および第１センサ質量１６ａ、１６ｂの駆動軸を中心とする回転運動は、その軌道を描く外周の接線方向の駆動速度ベクトルＶa→を用いて表すことができる。第１軸ｘを中心とする角速度Ωｘ→の回転運動によって、構造全体にかかるコリオリ力（Ｆc→で表される）として知られる力が決定する。特にコリオリ力Ｆc→は、角速度Ωx→と駆動速度Ｖa→のベクトル積の大きさに比例するため、垂直軸ｚと平行な方向に向いており、駆動速度Ｖa→が第１軸ｘと平行である点においては０になり、したがってコリオリ力は中心Ｏからの距離に応じて大きくなる。構造が単一剛体であると考えると、構造全体を通して、中心Ｏからの距離の変化につれて変化するコリオリ力の分布を決定することが可能である。第１センサ質量１６ａ、１６ｂのそれぞれの重心Ｇにかかるコリオリ力Ｆc→の合力によって第１センサ質量１６ａ、１６ｂは、第２軸ｙに平行で第１弾性支持要素２０を通る軸を中心に回転し、センサ平面ｘｙ外へと動くことになる。前記運動は、第１弾性支持要素２０がねじれることによって可能となる。代わりに、弾性アンカー要素８の構成は、駆動質量３のセンサ平面ｘｙへの運動を良好に禁止し、これにより駆動運動から第１センサ質量の検知を行うための運動を効果的に分離することができる。第１センサ質量１６ａ、１６ｂのセンサ平面ｘｙ外への変位によって、角速度Ωｘ→に比例する検知キャパシタＣ１、Ｃ２の差分容量変化が生じ、この容量変化は、意図的に設けた読み取り回路によって、周知の方法を用いて決定することができる。
【００１９】
特に、読み取り方法は差分法であるため（後続の図７参照）、１対の第１センサ質量を用いることにより、垂直軸ｚに沿うスプリアス線形加速度を自動的に取り除くことが可能となる。実際、前記加速度は検知キャパシタＣ１、Ｃ２の同じ方向に変位を生じさせ、この変化は差分読み取りによって打ち消される。また、弾性アンカー要素８の集合が軸ｘ、ｙ方向に非常に剛性であり、それゆえセンサ質量に変位が生じることがないとすると、中心アンカーの存在によって、軸ｘ、ｙに沿うスプリアス線形加速度を取り除くことが可能になる。さらに、センサの周波数応答は非常に選択性の高いフィルタとしてモデル化できるため、上述の構造は垂直軸ｚを中心とするスプリアス角加速度を機械的に取り除くことができる。
【００２０】
記載された構造の対称性を考慮すると、第２軸ｙを中心とする回転を検知するための１軸型ジャイロスコープを提供できることは明らかである。特に（図３参照）、この場合、微小電気機械センサ構造１は、第２対の第１貫通孔９ｃ、９ｄを（第１対の第１貫通孔９ａ、９ｂの代わりとして）有しており、これらは第２対称軸Ｂに沿って配置されており、第１軸ｘに平行な方向に延在するほぼ長方形の形状をしており、および空所６に対して両側に配置されている。さらに、この場合、微小電気機械センサ構造１は、垂直軸ｚに平行な軸を中心とする第２対の加速度センサ、特に第２対の第１センサ質量１６ｃ、１６ｄを（第１対の第１センサ質量１６ａ、１６ｂの代わりとして）備えており、これらセンサ質量は貫通孔９ｃ、９ｄ内に格納されており、駆動質量３内に完全に囲まれかつ含まれている。センサ質量１６ｃ、１６ｄは、センサ質量１６ａ、１６ｂを９０°回転させることにより得ることができ、したがって対応する弾性支持要素２０は、第１軸ｘに平行に延在し、また対応するセンサ質量は第１軸ｘに平行な回転軸を中心に回転することが可能になる。第２対の第１および第２検知電極２２、２３は、第１センサ質量１６ｃ、１６ｄの下部に配置されており、上述の場合全く同様の方法でそれぞれ検知キャパシタＣ１、Ｃ２を形成している。実際には、微小電気機械センサ構造１は、第２軸ｙを中心とする角速度Ωｙ→（図３においては反時計回りを仮定している）を検知するための単軸ジャイロスコープとして機能することができる。第２軸ｙを中心とする回転運動により同様に垂直軸ｚに沿ったコリオリ力が生じ、これにより第１軸ｘに平行な回転軸を中心とする第１センサ質量１６ｃ、１６ｄの回転が生じ、結果として検知キャパシタに反対方向の不平衡が生じる。
【００２１】
同様に明らかな方法によって（図４参照）、第１軸ｘおよび第２軸ｙを中心とする回転を検知する２軸のジャイロスコープを構成することができる。この場合、微小電気機械センサ構造１は、第１対の第１センサ質量１６ａ、１６ｂおよび第２対のセンサ質量１６ｃ、１６ｄを備えている。特に、第１軸ｘを中心とする回転は、生じるコリオリ力Ｆc→がゼロである（角速度Ωx→と対応する駆動速度Ｖa→とのベクトル積がゼロであるため）限り、第２対の第１センサ質量１６ｃ、１６ｄによっては検知されない。同様に、第２軸ｙを中心とする回転は、同様の理由によって第１対の第１センサ質量１６ａ、１６ｂによっては検知されず、結果として両検知軸は影響せず、互いに分離している。
【００２２】
上述の解決法は、多くの観点からみても十分なものであるにも関わらず、検知軸を中心とするスプリアス角加速度を取り除くことができない。例えば、図１の構造においては、第１弾性支持要素２０が剛性であるために、第１軸ｘのスプリアス角加速度は第１センサ質量１６ａ、１６ｂに検知できる程度の容量不平衡を生じないのに対して、第２軸ｙのスプリアス角加速度は、第１軸ｘの回転によるコリオリ力として、同様の効果（検知キャパシタの差分容量変化）を生ずる。
【００２３】
前記問題点を解決するために、本発明の第３の実施形態（図５に示されている）には、垂直軸ｚに平行な軸に対してさらなる加速度センサの対を使用することが示されており、それゆえ各検知軸ごとに第１センサ質量を使用することが示されている（すなわち２軸のジャイロスコープの場合、合計８つの第１センサ質量が使用される）。この場合、微小電気機械センサ構造１は、第１軸ｘの角加速度を検知する際に第１対の第１センサ質量１６ａ、１６ｂと協働する、第３対の第１貫通孔９ｅ、９ｆに配置された第３対の第１センサ質量１６ｅ、１６ｆ；および第２軸ｙに関する角加速度を検知する際に第２対の第１センサ質量１６ｃ、１６ｄと協働する、第４対の第１貫通孔９ｇ、９ｈに配置された第４対の第１センサ質量１６ｇ、１６ｈを備えている。上述の場合同様の方法によって、第３対および第４対の第１センサ質量に対応して、第３対および第４対の第１および第２電極２２、２３が、センサ平面ｘｙの下部に検知キャパシタを形成するように配置されている。
【００２４】
詳しくは、この場合、第１センサ質量１６ａ、１６ｂは整列させないで中心点Ｏに関して対称となるように第１対称軸Ａに対して互いに反対側に配置される。第１センサ質量１６ｅ、１６ｆも同様に配置され、第１センサ質量１６ａ、１６ｂと第１対称軸Ａに関して向かい合っている。さらに、それぞれの弾性支持要素２０は、第１軸ｘに沿って互い違いに配置されているため、一つのセンサ質量の幅の広い第１方形部１７は、対向するセンサ質量の第２方形部１８と向かい合っている。同様に、第１センサ質量１６ｃ、１６ｄは、第２対称軸Ｂに対して互いに反対側に配置され且つ中心点Ｏに関して対称に配置されている。第１センサ質量１６ｇ、１６ｈは、第２対称軸Ｂの反対側に第１センサ質量１６ｃ、１６ｄと向かい合う位置に配置されており、対応する弾性支持要素は第２軸ｙに沿って互い違いに配置されている。
【００２５】
使用の際には、上記の構成によれば、軸ｘ、ｙのスプリアス角加速度を取り除くことができる。例えば、第２軸ｙのスプリアス角加速度が存在する場合、第２対の第１センサ質量１６ｃ、１６ｄおよび第４対の第１センサ質量１６ｇ、１６ｈには、対応する第１弾性支持要素２０が剛性のために、（上述の場合と同様に）検知できる程度の容量不平衡は生じない。さらに、第１対の第１センサ質量１６ａ、１６ｂおよび第３対の第１センサ質量１６ｅ、１６ｆは、電気的に適切に接続されている場合（後に詳しく説明する）、同相モード信号を生じる容量不平衡を生じるので、この容量不平衡はコリオリ力による有用な差分信号と区別することができる。
【００２６】
詳しくは（図６ａ）、上述の場合と同様に、第１軸ｘを中心とする角速度Ωx→の反時計回りの回転は、第１対の第１センサ質量１６ａ、１６ｂおよび第３対の第１センサ質量１６ｅ、１６ｆに反対方向の勾配を生じさせるコリオリ力Ｆc→を発生する。一方（図６ｂ）、第２軸ｙを中心とする角速度Ωy→のスプリアス角回転は、上記の第１センサ質量と同じ方向の勾配を生じ、これにより結果として同相モードの容量変化を生じる。前記同相モード変化は、コリオリ力に起因する差分容量変化と区別することができ、それゆえ意図的に設けた読み取り回路によって容易に抑制できる。構造の対称性を考慮すると、第２軸ｙに関する検知にも全く同様の考察が適用できることは明らかである。
【００２７】
図７は、センサ質量に取り付けられた検知キャパシタ間の電気接続２４の可能な実施形態を示しており、これにより上述の差分読取り方法が可能になる。特に、互いに向かい合ったセンサ質量の第１電極２２と第２電極２３を互いに接続し、同一の対に属するセンサ質量のそれぞれの第１電極２２とそれぞれの第２電極２３を互いに接続する。
【００２８】
図８は、図７と類似する接続方法を示しているが、しかしながら、第１および第２検知電極２２、２３がほぼ同じ大きさを持っている場合に対応している。スプリアス角加速度が生じる場合、読み取り回路の明らかな単純化により、同相モード信号の代わりにゼロ信号が得られ、読み取り回路の簡単化が得られること明らかである。
【００２９】
前述の記載においては、第１センサ質量に作用する駆動速度Ｖa→が第１軸ｘもしくは第２軸ｙに平行な方向を向いているという第１の近似を仮定しており、したがって第１センサ質量は点状であって、構造の対称軸Ａ、Ｂの一つの上に配置されていると見なされる。この近似を行わない場合、駆動質量３により付与される第１センサ質量の回転駆動運動により外乱を生じ、特に、本質的に運動力学に関連するスプリアス角速度を生じる。またこの場合、互いに適切に接続された８つの第１センサ質量を使用することで、妨害を取り除くことができる。
【００３０】
詳しくは、駆動軸を中心とする反時計回りの回転駆動運動をしている図９を参照し、第１軸ｘを中心とする角速度Ωx→の反時計回りの回転運動を検知するものと仮定する。構造の各回転点は、その回転中心点Ｏからの距離が固定されると、その軌道を描く外周の接線方向の駆動速度Ｖa→を持ち、この駆動速度は２つの成分のベクトル和、即ち第１軸ｘに沿う方向の第１成分Ｖax→と第２軸ｙに沿う方向の第２成分Ｖaｙ→とのベクトル和で表せる。第１対の第１センサ質量１６ａ、１６ｂおよび第３対の第１センサ質量１６ｅ、１６ｆにおいては、それぞれの第２成分Ｖay→は、検知目的に有用なコリオリ力Ｆc→を決定するが、それぞれの第１成分Ｖax→は角速度Ωx→方向に平行である限りコリオリ力には全く寄与しない。その代わりに第２対の第１センサ質量１６ｃ、１６ｄおよび第４対のセンサ質量１６ｇ、１６ｈに関しては、それぞれの第１成分Ｖax→は、角速度Ωx→の方向に平行であるためにコリオリ力に全く寄与しないが、それぞれの第２成分Ｖay→が垂直軸ｚに沿う方向に力を生じさせる。さらに前記力は、上述のセンサ質量に変位を生じさせるが、これは第１軸ｘにおけるスプリアス角加速度によって生じる変位に類似する（図６ｃ〜６ｄ参照）。それゆえ、差分読み取りによって前記寄与分を取り除くことが可能となる。同様の論理を、第２軸ｙにおける角加速度の検知に適用することができる。
【００３１】
４つのセンサ質量のみが使用される場合（もしくは単軸ジャイロスコープの場合には２つのセンサ質量のみ）には、同じ動的条件（図１０）において、第２成分Ｖay→は、センサ質量を第２対称軸Ｂで分割した場合のセンサ質量１６ｄの右半分に上方向の力を、左半分に下方向の力を生じさせる（同様のことがセンサ質量１６ｃにも起こる）。結果として、前記力は対応する第１弾性支持要素２０の曲げを生じさせようとするが、第１弾性支持要素はその設計を考慮すると曲げに対して極めて剛固である。それゆえ全体の構造は、適切な大きさに設計されていれば、４つ（または２つ）のセンサ質量しか使用しない場合でも、前記外乱に感応しない。
【００３２】
本発明の第４の実施形態は、垂直軸ｚの周りの角速度を検知するための微小電気機械構造を示している。前記構造は、上述のものと類似しているが（ゆえに類似する部分は同じ参照番号によって表示する）、センサ質量の配置（および弾性支持要素により許されるセンサ質量の運動）に関して、および採用した検知原理に関して異なっている。特に、この場合には、駆動質量３に形成した貫通孔に、センサ平面ｘｙ内に位置する軸（例えば、第１軸ｘもしくは第２軸ｙに平行な軸）を持つ加速度センサを設ける。
【００３３】
詳しくは（図１１参照）、微小電気機械センサ構造１は、センサ平面ｘｙ内に位置する軸を有する１対の加速度計、特に第１対の第２の貫通孔２６ａ、２６ｂ内に配置された第１対のセンサ質量２５ａ、２６ｂを備えている。第２貫通孔２６ａ、２６ｂは、長方形であって、第１半径方向（図１１の例では第２軸ｙに沿う方向）に整列され、その長手方向が第１半径方向に直角の方向になっている。第２センサ質量２５ａ、２６ｂは、各辺が第２貫通孔２６ａ、２６ｂの対応する辺に平行なほぼ長方形の形状を持ち、基板２に対して懸垂支持され、駆動質量３に第２弾性支持要素２８を介して接続されている。第２弾性支持要素２８は、第２センサ質量の主表面のほぼ中心の位置の点から出て、第１半径方向に延びている。特に、第２弾性支持要素２８は駆動質量３の駆動運動に関して剛固であり、対応するセンサ質量の半径方向の運動のみ可能となっており、他の方向への運動は妨げるようになっている（言い換えると、第２弾性支持要素２８は第１半径方向にのみ弾性である）。さらに第２センサ質量２５ａ、２５ｂは、第１半径方向に垂直な方向（図中では第１軸ｘに沿う方向）に、その短い辺のほぼ中心から延びる延長部２９を有している。延長部２９は、延長部２９と平行に向かい合っている基板に固定された固定電極と共に、平面平行板を持つ検知キャパシタを形成している。例えば、それぞれの延長部２９は、それぞれの第２センサ質量２５ａ、２５ｂのそれぞれの短い辺から延びており、２つの固定電極と向かい合っており、その２つの電極の間に取り付けられている。すでに記載したのと同様に、中心から見て半径方向の外側部分に配置された固定電極は、第１検知電極２２とみなすことができ、中心から見て半径方向の内側部分に配置された固定電極は、第２検知電極２３とみなすことができる。代わりに、互いに歯合する多数の電極を設けることができる。いずれにしても、この場合には検知電極はセンサ平面ｘｙ内にある。
【００３４】
使用の際には、駆動質量３は、垂直軸ｚを中心に駆動角速度Ωx→（例えば反時計回り）で回転し、一緒に第２センサ質量２５ａ、２５ｂを回転させる。同様に垂直軸ｚの周りに作用する検知すべき外部角速度Ωe→は、第２センサ質量２５ａ、２５ｂに半径方向（すなわち同質量に働く遠心力の方向）にコリオリ力Ｆc→が発生し、検知キャパシタに電気容量の変化を生じる。
【００３５】
さらに詳しくは、慣性基準系Ｏ’Ｘ’Ｙ’Ｚ’を考えると、駆動質量３が振動する基板に固定された基準系ＯＸＹＺが基準系ＯＸＹＺは慣性基準系Ｏ’Ｘ’Ｙ’Ｚ’に対して外部角速度Ωe→で回転する。結果として微小電気機械構造は、慣性基準系Ｏ’Ｘ’Ｙ’Ｚ’に対して、外部角速度と駆動角速度のベクトル和に等しい合成角速度Ωr→＝Ωe→+Ωa→を持つ。特にこの場合、駆動角速度Ωa→および外部角速度Ωe→は、同じ方向である。慣性基準系Ｏ’Ｘ’Ｙ’Ｚ’において、微小電気機械構造は、ａcfg＝Ωr→2・ｒの大きさを持つ半径方向の遠心加速度を受ける。ここで、ｒは回転軸からの距離（すなわち中心Ｏからの距離）である。前記加速の方向は、常に回転の中心から半径方向に外を向いている。仮に定式化すると、遠心加速度ａcfgは、慣性基準系Ｏ’Ｘ’Ｙ’Ｚ’に関して以下のように表す事ができる。
ａcfg=Ωr→2・ｒ＝（Ωa→+Ωe→）2・ｒ＝（Ωa→2+２・Ωa→・Ωe→+Ωe→2）・ｒ
【００３６】
遠心加速度ａcfgの式を構成する３つの項は以下の通りである。
Ωa→2・ｒ：基準系ＯＸＹＺに対して回転している質量の相対加速度；
Ωe→2・ｒ：慣性基準系Ｏ’Ｘ’Ｙ’Ｚ’に対する基準系ＯＸＹＺの抗力加速度；
２・Ωa→・Ωe→・ｒ：コリオリ加速度；実際にはこの項は２・Ωe→・（Ωa→・ｒ）と書き換えることができ、（Ωa→・ｒ）＝Ｖa→であるので、これはベクトル積２・Ωe→×Ｖa→と書き換えることができる。
【００３７】
加速度の合成の一般法則を上記のシステム用に書き換えることによって同じ結果を得る事ができる。周知のように、既知の２つの基準系、すなわち絶対系Ｏ’Ｘ’Ｙ’Ｚ’および相対系ＯＸＹＺを考えると、以下の式が当てはまる：
0005319891.tif 000002
【００３８】
接線加速度を表す項は、センサ質量が半径方向にしか運動することができない限り、駆動質量に対するセンサ質量の運動に何も影響しない。したがって、一般式は以下の式と等価である。
ａcfg=Ωr→2・ｒ＝（Ωa→+Ωe→）2・ｒ＝（Ωa→2+２・Ωa→・Ωe→+Ωe→2）・ｒ
【００３９】
意図的に設けた読み取り回路を用いる場合（例えば本願出願人によって２００４年８月３日に出願された欧州特許出願０４４２５６００．６に記載されている）、外部角速度Ωｅ→に比例する容量信号を駆動角速度Ωa→に対して復調することができる。この場合、復調器の帯域幅内に入る有用信号のみが２・Ωa→・Ωe→の項に関係し、これは復調されると２・Ωe→に等しくなるため、外部角速度Ωe→のみに比例し、その値が決定すべきものとなる。他の項（これらは２乗されているので）は簡単に復調器の下流でフィルタをかけることができる（元の周波数の２倍であれば）。それゆえ、これらは出力に大きな外乱を生じさせることはない。出願人は、上述の事項をＭＡＴＬＡＢ“ｓｉｍｕｌｉｎｋ”モデルを用いて検証している。要するに、微小電気機械センサ構造１は、上述のように駆動力学が実行される結果として、遠心加速度を同じ方向を持つコリオリ加速度を変調する。
【００４０】
第２軸ｙにおけるスプリアス加速度については（ただし、同様の考察が第１軸ｘにおける検知の場合にも適用される）、これらは読み取りを差分方式によって行う限りにおいては自動的に取り除かれる。実際、コリオリ有用信号は第２センサ質量２５ａ、２５ｂを（２・Ωa→・Ωe→・ｒの項においてベクトルr→が反対方向を向いている限りにおいては）反対半径方向に不釣合いにする傾向があるのに対して、スプリアス角加速度は同方向に寄与する。２つの加速度センサによって発生された２つの加速度信号を互いに差し引くことによって、コリオリ寄与分を測定し、第２軸ｙにおけるスプリアス加速度を取り除く事ができる。
【００４１】
軸ｚにおけるスプリアス角加速度は接線加速度を生じるが、これらは第２軸ｙにおける検知に外乱を生じさせるものではない。
【００４２】
代わりに、第１軸ｘにおける角加速度もしくは第２軸ｙにおける角加速度が装置にかかっていると仮定すると、構造の中心にある弾性アンカー要素８が平面ｘｙからの駆動質量の曲り強く抵抗するため、駆動質量３は少しねじれる。軸ｘもしくはｙに沿う小さな回転の場合、これは加速度計に軸ｚに沿う変位およびスプリアス信号を生ずるのみであり、これは平面ｘｙ内のセンサの差分読み取りによって本質的に取り除くことができる。
【００４３】
垂直軸ｚの回転駆動運動に由来するスプリアス信号に関しては、図１２を参照することができ、ここでは駆動角速度Ωa→と検出すべき外部角速度Ωe→が垂直軸ｚを中心に反時計回りの方向であるものと仮定している。この場合、駆動角速度と外部角速度の寄与の和に起因する、回転中心からの距離を半径として持つそれぞれの第２センサ質量の軌道を決定する外周の接線方向の第２センサ質量に働く駆動速度Ｖa→は２つの成分に分解することができる：第１の成分は第１軸ｘに沿う方向を向いており（Ｖax→で表される）、第２の成分は第２軸ｙに沿う方向を向いている（Ｖay→で表される）。第１成分Ｖax→は、以下のコリオリ項を生む項を生じるのに対し、
ａcfg=Ωr→2・ｒ＝（Ωa→+Ωe→）2・ｒ＝（Ωa→2+２・Ωa→・Ωe→+Ωe→2）・ｒ
第２成分Ｖay→は、ベクトル和Ωr→＝Ωe→＋Ωa→の外積によって第１軸ｘに沿う力を生じさせる。第２弾性支持要素２８が前記方向に堅固であると仮定すると、センサは好ましくない前記速度成分を取り除くことができる。
【００４４】
センサ平面ｘｙ内にある外部角速度の場合、駆動速度Ｖa→の成分は駆動運動のみに起因する。これらのセンサ平面ｘｙ内にある外部角速度とのベクトル積によって、センサ平面ｘｙの外に向かうコリオリ項が生じる。またこの場合、第２弾性支持要素２８は、少なくとも第１の近似においては、平面外変位を生じることはできない。したがって、センサは軸ｚ方向を向いていない角速度も取り除くことができる。
【００４５】
本発明の第５の実施形態は、上述の構造を組み合わせることによって達成できる３軸センサ構造（特にジャイロスコープ）を想定している。
【００４６】
詳しくは（図１３参照）、微小電気機械センサ構造１はこの場合、４対の第１センサ質量１６ａ−１６ｈを備えており、これらによって上述のように第１軸および第２検知軸（第１及び第２軸ｘ，ｙ）を中心とする回転に対応する角速度を検知し、また第２センサ質量２５ａ、２５ｂの対によって上述のように第３検知軸（垂直軸ｚ）を中心とする回転に対応する角速度を検知する。第２センサ質量２５ａ、２５は、センサ平面ｘｙ内の任意の方向に整列させることができこと明らかであり、第３検知軸はセンサ平面ｘｙに垂直であって、センサ平面外のヨー軸を構成する。
【００４７】
図１４に示されているように、構造全体を中心点Ｏに関して対称とするために、さらに第２対の貫通孔２６ｃ、２６ｄとともに第２対の第２センサ質量２５ｃ、２５ｄを設けることができる。この第２対の第２センサ質量２５ｃ、２５ｄは、第１対の第２センサ質量２５ａ、２５ｂの配置の第１半径方向に直角の第２半径方向に配置する。
【００４８】
さらに、例えば欧州特許１６１７１７８もしくは２００４年１２月２９日に本願出願人によって出願された欧州特許出願０４４２５９５７．０に記載されているように、駆動質量をセンサ質量から電気的に分離するために絶縁領域を設けることができる。この分離によって、駆動構造と検知構造で異なるバイアス電圧を用いることができるようになり、また読み取り段階においてクロストークや干渉を防ぐことができるようになる。
【００４９】
図１５に図式的に示したように、この場合微小電気機械センサ構造１は、例えば酸化ケイ素からなる第１絶縁領域３４ａおよび第２絶縁領域３４ｂを備えている。これら絶縁領域は中心点Ｏに関して対象であり、それぞれ第１センサ質量および第２センサ質量の第１の半分および第２の半分を囲んでいる（この図示の例では、各絶縁領域はそれぞれ第１センサ質量を４つ、および第２センサ質量を２つ囲んでいる）。第１および第２絶縁領域３４ａ、３４ｂは、空所６に対応する部分が開口した環の形状をしており、接触点や交差点はない。特に、駆動質量およびセンサ質量が同一の構造層（エピタキシャル層もしくは擬似エピタキシャル層）から形成されているとすると、絶縁領域は、駆動質量３の厚さ全体に亘ってセンサ平面ｘｙを横断する方向に延在し、上部および底部でプラグによって閉じられ、これにより望ましい電気的絶縁が保障される一方で、製造処理中、特に構造を確定するトレンチエッチング（エピタキシャルシリコンのディープ反応性イオンエッチングまたはＤＲＩＥ）および犠牲層の除去のためのエッチング中における絶縁の保護が保障される。
【００５０】
駆動質量３の絶縁領域３４ａ、３４ｂ内にある検知部分３ａ、３ｂとして参照されている部分は、検知構造の一部を構成し、検知電圧にバイアスされるが、駆動質量３の前記絶縁領域３４ａ、３４ｂ外の駆動部分３ｃとして参照されている部分は、駆動構造の一部を構成し（同時に他の要素のうちの被動アーム１０の一部も構成している）、駆動電圧にバイアスされる。特に、検知電圧および駆動電圧は、それぞれ第１電極３５ａおよび第２電極３５ｂによって供給される。第１電極３５ａおよび第２電極３５ｂは、互いに絶縁され、アンカー７に相当する位置に配置され、それぞれ２つの弾性アンカー要素８に固定されており、弾性アンカー要素８がこれらの電極をそれぞれ駆動質量３の検知部分および駆動部分に接続する。絶縁領域３４ａ、３４ｂが開口した環形状であるが、この“開口”部分（即ち環を閉じる部分）は絶縁環全体の大きさに比べると小さくなっているため、その漏損への寄与は無視することができる。
【００５１】
本発明の他の態様によると、微小電気機械センサ構造１は、検知キャパシタ間、特には第１電極２２および第２電極２３の間の電気接続２４に簡単な変更を加えることで、ジャイロスコープ（単軸型、２軸型、３軸型のいずれでもよい）および加速度計（単軸型、２軸型、３軸型のいずれでもよい）として選択的に使用することができる。特にこの場合、上述の電気接続２４は設計段階においては構築せず、例えば制御スイッチなどの意図的に設けた読み取り回路によって変更することができる。
【００５２】
例として、図１６ａ−１６ｂに、１対の第１センサ質量および第２センサ質量（例えば第２対の第１センサ質量１６ｃ、１６ｄおよび第１対の第２センサ質量２５ａ、２５ｂ）に関する検知キャパシタの接続を図示する。特に、読み取り回路によって適切に制御される４つのスイッチ要素を設ける。第１スイッチ要素３６および第２スイッチ要素３７は、それぞれ第１電極２２同士および第２電極２３同士を互いに接続し、第３スイッチ要素３８および第４スイッチ要素３９は、同一対の各センサ質量の第１電極２２および第２電極２３をそれぞれ互いに接続する。
【００５３】
詳しくは、読み取り回路は、単に第３スイッチ要素３８および第４スイッチ要素３９を閉じ、第１スイッチ要素３６および第２スイッチ要素３７を開くことでセンサ構造のジャイロスコープ動作モードを制御し；単に第１スイッチ要素３６および第２スイッチ要素３７を閉じ、第３スイッチ要素３８および第４スイッチ要素３９を開くことでセンサ構造の加速度計動作モードを制御する。上述の制御は、全く同様に他のセンサ質量の対、および記載した任意の検知構造（単軸型、２軸型、３軸型にかかわらず）に適用することができる。
【００５４】
本発明による微小電気機械センサ構造の利点は、以上の記載から明らかである。
【００５５】
どのような場合においても、検知用に設計されたセンサ質量をその全体寸法内に内包する１つの駆動質量の存在によって、単軸型、２軸型、特には３軸型の寸法の小さいジャイロスコープを提供することができることを再度強調しておく。駆動質量の回転運動によって、センサ平面内に互いに直交する２つの駆動速度成分を自動的に得ることができ、それゆえ２軸検知を効果的に行うことができる。さらに、半径方向に自由に動き、遠心加速度と同じ方向を持つコリオリ力に応答するセンサ質量の存在によって３軸の検知が可能となる。
【００５６】
駆動質量に対する１つの中心アンカーの存在によって、前述の回転運動が可能であることに加えて、熱機械応力を低減することができる（これ自体は周知であり、例えば当該出願人によって出願された微小電気機械加速度計に関する欧州特許１０８３１４４参照）。
【００５７】
駆動力学および検知力学は、弾性支持要素および弾性アンカー要素を特定の位置に配置することで、互いに明確に区別することができる。
【００５８】
記載した構造は、検知方向によらず、スプリアス線加速度および角加速度および角直交速度を良好に除去することができる。
【００５９】
加えて、微小電気機械構造の動作モードは、単に検知キャパシタの接続を変更するだけで（切り替えは意図的に設けた読み取り回路によって行われる）加速度計モードとジャイロスコープモードとの間で切り替えることができる。この接続に関して、図１７は、微小電気機械センサ構造１；駆動装置４に接続され駆動質量３に回転駆動運動を伝えるための駆動回路４１；および検知電極２２、２３およびスイッチ要素３６−３９に接続されセンサ質量の変位を検知するとともに微小電気機械構造の動作モードを切り替えるための読み取り回路４２を備えたセンサ装置４０を示している。
【００６０】
最後に、本明細書において記載および図示された事項については、付属の請求項によって特定される本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、修正もしくは変更を加えることができることは明らかである。
【００６１】
特に、駆動質量３は、円形以外にも例えば閉じた多角形などの形状とすることができる。さらに、有利でないにしても、前記形状は完全な放射形対称（もしくは概してす任意の他の形式の対称）にしくともよい。
【００６２】
センサ質量の変位は、周知のように、電気容量以外の方法、例えば磁力を検知することによって検出することもできる。
【００６３】
また、第１センサ質量対および第２センサ質量対を適切に組み合わせることによって、図示の構造と異なる他の構造、例えば検知軸ｘ−ｚもしくはｙ−ｚを持つような２軸ジャイロスコープを得ることができる。
【００６４】
さらに、駆動質量を回転運動によって振動させるねじりモーメントは、例えば平行板電極もしくは磁気駆動などの他の方法によっても生じさせることができる。
【００６５】
最後に、微小電気機械構造は、その最も簡単な実施形態では、単一の（第１もしくは第２の）センサ質量を備えることができるが、検知方向の線加速度を除去できないという欠点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による微小電気機械構造の概略平面図である。
【図２】図２ａおよび２ｂは、それぞれコリオリ力がない場合とある場合の図１の構造の一部の概略側面図である。
【図３】図３は、図１の構造の変形例を示した概略平面図である。
【図４】図４は、微小電気機械構造の第２の実施形態の概略平面図である。
【図５】図５は、微小電気機械構造の第３の実施形態の概略平面図である。
【図６】図６ａ〜ｄは、センサ質量の変位を示す図５の構造の一部の概略側面図である。
【図７】図７は、キャパシタ間の接続を示す図５の構造のレイアウト図である。
【図８】図８は、図５の構造の変形例を示す図７と同様のレイアウト図である。
【図９】図９は、それぞれのセンサ質量における駆動速度を示す図５の構造の概略平面図である。
【図１０】図１０は、図９と同様に、センサ質量における駆動速度を示す図４の構造の一部の概略平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４の実施形態による微小電気機械構造の概略平面図である。
【図１２】図１２は、それぞれのセンサ質量における駆動速度を示す図１１の構造の概略平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５の実施形態による微小電気機械構造の概略平面図である。
【図１４】図１４は、図１３の構造の変形例を示す概略平面図である。
【図１５】図１５は、電気絶縁構造を示す、図１３の構造の他の変形例の概略平面図である。
【図１６】図１６ａおよび１６ｂは、ジャイロスコープ動作モードと加速度計動作モードとの間で切り替えることができる、図１３の構造の一部のキャパシタの接続方法を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明による微小電気機械構造を備えたセンサ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    集積微小電気機械構造
２    基板
３    駆動質量
４    駆動装置
６    空所
７    アンカー
８    弾性アンカー要素
９a,b,,c,d,e,f,g    第１貫通孔
１０  被動アーム
１２a,b  第２駆動アーム
１３  第１電極
１４a,b  第２電極
１６a,b,c,d,e,f,g  第１センサ質量
２０  第１弾性指示要素
２２、２３  第１、第２検知電極
２５a,b,c,d  第２センサ質量
２６a,b,c,d  第２貫通孔
２８  第２弾性支持要素
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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