(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーレートセンサ（１００）であって、
基板表面（１９０）を有する基板を備えており、
前記基板表面（１９０）上に配置されている、駆動フレーム（１２０，５２０）と第１の検出質量体（１３０）とを有する第１の可動の素子（１１０）を備えており、
前記第１の検出質量体（１３０）の下側に離間して配置されていてかつ前記基板表面（１９０）に接合されている第１の電極（２１０）と、前記第１の検出質量体（１３０）の上側に離間して配置されていてかつ前記基板表面（１９０）に接合されている第２の電極（２２０）とを備えており、
前記駆動フレーム（１２０，５２０）は少なくとも１つの駆動ばね（１４０）を介して前記基板に接合されており、
前記検出質量体（１３０）は少なくとも１つの検出ばね（１８０，６８０）を介して前記駆動フレーム（１２０，５２０）に接合されており、
前記第１の可動の素子（１１０）は前記基板表面（１９０）に対して平行な駆動振動をするように励振可能であり、
前記第１の検出質量体（１３０）は前記基板表面（１９０）に対して垂直に変位可能であり、
導体路平面（２３０）と、第１の機能平面（２４０）と、第２の機能平面（２５０）とが積層されて重畳して配置されており、
前記導体路平面（２３０）は前記基板表面（１９０）に接合されており、
前記駆動フレーム（１２０）は前記第１の機能平面（２４０）及び前記第２の機能平面（２５０）に配置されており、
前記第１の検出質量体（１３０）は少なくとも部分的に前記第１の機能平面（２４０）に配置されており、
前記第１の電極（２１０）は前記導体路平面（２３０）に配置されており、
前記第２の電極（２２０）は前記第２の機能平面（２５０）に配置されていることを特徴とする、ヨーレートセンサ。
【請求項２】
前記ヨーレートセンサ（１００）は第２の検出質量体（２７０）を備えた第２の可動の素子（２６０）を有しており、
前記第１及び第２の検出質量体（１３０，２７０）は連結ばね（１７０，５７０）を介して互いに接合されており、
前記第１及び第２の可動の素子（１１０，２６０）は、前記基板表面（１９０）に対して平行な、連結された駆動振動をするように励振可能であることを特徴とする、請求項１記載のヨーレートセンサ。
【請求項３】
前記第１及び第２の可動の素子（１１０，２６０）は、前記第１及び第２の可動の素子（１１０，２６０）の逆平行の変位に伴う連結された駆動振動をするように励振可能であることを特徴とする、請求項２記載のヨーレートセンサ。
【請求項４】
前記第１の可動の素子（１１０）は前記第２の機能平面（２５０）に少なくとも部分的に配置されている安定化フレーム（２９０）を有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載のヨーレートセンサ。
【請求項５】
前記第１の可動の素子（１１０）は前記第１の機能平面（２４０）及び前記第２の機能平面（２５０）に、第１の機能平面（２４０）に配置されている底部と前記安定化フレーム（２９０）により形成されている縁部とを備えた槽形状を有していることを特徴とする、請求項４記載のヨーレートセンサ。
【請求項６】
前記第１の可動の素子（１１０）は少なくとも１つの貫通部（２８０）を有しており、
前記第２の電極（２２０）は前記貫通部（２８０）を通じて固定点（２８５）において前記基板表面（１９０）に接合されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載のヨーレートセンサ。
【請求項７】
前記第１の可動の素子（１１０）を駆動振動するように励振するために、少なくとも１つの駆動櫛形構造体（１５０）が設けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載のヨーレートセンサ。
【請求項８】
前記第１の可動の素子（１１０）は少なくとも１つの外側ばね（１６０）を介して前記基板表面（１９０）に接合されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載のヨーレートセンサ。
【請求項９】
前記第１の機能平面（２４０）と前記第２の機能平面（２５０）とは伝導性のシリコンから成っていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項記載のヨーレートセンサ。
【請求項１０】
少なくとも１つの他の電極（３１０，３２０）が前記第１の検出質量体（１３０）の下側及び／又は上側に配置されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項記載のヨーレートセンサ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの他の電極（３１０，２２０）は前記第１の検出質量体（１３０）の静電気的な正帰還、前記第１の検出質量体（１３０）の位置制御及び／又は直交位相補償のために形成されていることを特徴とする、請求項１０記載のヨーレートセンサ。
【請求項１２】
前記第１の検出質量体（１３０）と前記第１及び第２の電極（２１０，２２０）との間の容量の変化から、前記基板表面（１９０）に対して垂直な前記第１の検出質量体（１３０）の変位を推定し、前記第１の検出質量体（１３０）の変位から、前記ヨーレートセンサ（１００）に作用するヨーレートを推定するために形成されている評価回路に、前記ヨーレートセンサ（１００）は接続されていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項記載のヨーレートセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載のヨーレートセンサに関する。
【０００２】
先行技術
マイクロマシニング技術によるヨーレートセンサが先行技術において公知になっている。このようなヨーレートセンサは種々異なる応用分野及び自動車領域において、例えばＥＳＰシステム、ロールオーバセンシング又はナビゲーションの目的のために使用される。
【０００３】
上述のヨーレートセンサにおいてセンサ構造体の複数の部分には、例えば基板表面に対して平行に方向付けられた第１の方向に沿った駆動振動が積極的にもたらされる。第１の方向に対して垂直にかつ、例えば基板表面に対して同様に平行に方向付けられている検出軸線を中心とした外部のヨーレートが発生した場合、コリオリ力がセンサ構造体の振動する部分に作用する。駆動振動の周波数と共に周期的に変化する上述のコリオリ力は、駆動方向及び検出軸線に対して垂直に方向付けられている第３の方向に沿った、センサ構造体の複数の部分の周期的な変位をもたらす。第３の方向は、例えば基板表面に対して垂直に方向付けられていてよい。センサ構造体には複数の検出手段が取り付けられており、これらの検出手段により、センサ構造の複数の部分の変位が電極を介して容量式に検出される。
【０００４】
公知のヨーレートセンサは、可動なセンサ構造体ごとに、基板に不動に接合されている単に１つの検出電極しか有していない。このことは、検出電極と可動なセンサ構造体との間の有効容量が少ないという欠点を有している。さらに可動なセンサ素子の変位の差動検出は、可動なセンサ素子ごとの単に１つの固定型の検出電極では可能でない。
【０００５】
米国特許出願公開第２００８０１６８８３８号明細書に、全差動型の電極配置を備えたヨーレートセンサが開示されている。このヨーレートセンサにおいて上側の対応電極として適切に構造化され、電気的に接触接続されている領域がセンサキャップに使用される。いずれにしてもこの構成において、可動のセンサ構造体と上側の固定電極との間の間隔を、あらゆる製造公差にもかかわらず、可動のセンサ構造体及び下側の固定電極との間の間隔と同じ大きさに正確に調節することは極めて困難である。
【０００６】
先行技術から、連結された２つの可動なセンサ構造体を備えたヨーレートセンサが同じく公知になっている。これらのセンサ構造体は可動な部分構造体の逆平行の変位と連結された駆動振動をするように励振可能である。２つの部分構造体の逆平行の駆動振動により、ヨーレートセンサに作用するヨーレートは、２つの部分構造体の逆平行の変位をもたらす。複数の可動な部分構造体と、これらの部分構造体に夫々対応配置されている固定電極との間の容量変化の評価は、作用するヨーレートの差動検出を可能にする。この公知のヨーレートセンサの欠点はヨーレートセンサの振動感度にあり、また容易に抑制することのできない平行モードの励振に対する感度にある。
【０００７】
発明の開示
本発明の目的は、改良されたヨーレートセンサを提供することである。この目的は、請求項１の特徴を備えたヨーレートセンサにより達成される。
【０００８】
本発明の本質は、センサコアにおいてマイクロマシニング技術による付加的な機能平面を使用することにある。この機能平面は、機能平面の下側にある導体路平面、及び機能平面の上側にある他の機能平面から独立してサーフェスマイクロマシニングプロセスによって構造化することができる。三層配置により、ヨーレートセンサの各センサ構造体のための全差動型の電極配置を実現することができる。
【０００９】
本発明に係るヨーレートセンサは基板表面を備えた基板と、基板表面上に配置されている、駆動フレーム及び第１の検出質量体を備えた第１の可動の素子と、第１の検出質量体の下側に離間して配置されていてかつ基板表面に接合されている第１の電極と、第１の検出質量体の上側に離間して配置されていてかつ基板表面に接合されている第２の電極とを有している。本構成において駆動フレームは、少なくとも１つの駆動ばねを介して基板に接合されており、検出質量体は少なくとも１つの検出ばねを介して駆動フレームに接合されており、第１の可動の素子は、基板表面に対して平行な駆動振動するように励振可能であり、かつ、第１の検出質量体は基板表面に対して垂直に変位可能である。
【００１０】
有利には本発明に係るヨーレートセンサにより、基板表面に対して垂直な可動の素子の変位の差動評価が可能になる。両側の電極配置によりヨーレートセンサの全共振型の運転が可能になる。この運転において駆動振動と検出振動との周波数は、静電気的な正帰還電圧を電極に印加することにより互いに適合させられる。このことが可動の素子と電極との間隔に影響を与えることはない。これにより可動の素子と電極との接触（スナップ式接触）は防がれる。本発明に係るヨーレートセンサの別の利点は、ヨーレートセンサの振動しやすさが減じられている点にある。
【００１１】
有利な構成において、導体路平面と第１の機能平面と第２の機能平面とは、積層されて上下に配置されていて、導体路平面は基板表面に接合されている。本構成において駆動フレームは第１の機能平面及び第２の機能平面に配置されており、第１の検出質量体は少なくとも部分的に第１の機能平面に配置されており、第１の電極は導体路平面に配置されており、第２の電極は第２の機能平面に配置されている。これにより有利には両側の電極配置を簡単に達成することができる。
【００１２】
特に有利な構成において、ヨーレートセンサは第２の検出質量体を備えた第２の可動の素子を有している。第１及び第２の検出質量体は連結ばねを介して互いに接合されており、第１及び第２の可動の素子は、基板表面に対して平行な連結された駆動振動するように励振可能である。このことは有利には、ヨーレートセンサの正確性及び雑音に対する鈍感性を高める。
【００１３】
本発明の改良形において、第１及び第２の可動の素子は、第１及び第２の可動の素子の逆平行の変位に連結された駆動振動をするように励振可能である。これにより有利には、ヨーレートによりもたらされる基板平面に対して垂直な検出質量体の逆平行の変位は、直線加速度によりもたらされる基板表面に対して垂直な検出質量体の平行な変位とは異なることになる。
【００１４】
少なくとも部分的に第２の機能平面に配置されている安定化フレームを第１の可動の素子が有していると有利である。有利には、第１の可動の素子は、第１の機能平面に配置されている底部と安定化フレームにより形成されている縁部とを備えた槽形状を、第１の機能平面及び第２の機能平面に有している。これにより第１の可動の素子に十分な安定性が保証される。
【００１５】
有利には、第１の可動の素子は少なくとも１つの貫通部を有している。この構成において、第２の電極は上述の貫通部を通って固定点において基板表面に接続されている。
【００１６】
有利には、駆動振動するように第１の可動の素子を励振するために、少なくとも１つの駆動櫛形構造体が設けられている。さらに有利には、第１の可動の素子は少なくとも１つの外側ばねを介して基板表面に接合されている。
【００１７】
第１の機能平面と第２の機能平面とが伝導性のシリコンから成っていると有利である。
【００１８】
本発明の別の改良形において、少なくとも１つの他の電極は、第１の検出質量体の下側及び／又は上側に配置されている。有利には、駆動振動の周波数と、基板表面に対して垂直な可動の素子の変位の周波数との一致を保証するために、上述の他の電極は第１の検出質量体の静電気的な正帰還を許容する。択一的には、他の電極は直交位相補償のために使用することもできる。他の電極は第１の検出質量体の位置制御のために働くこともできる。
【００１９】
さらに別の改良形において、ヨーレートセンサは評価回路に接続されている。この評価回路は、第１の検出質量体と第１及び第２の電極との間の容量の変化から、基板表面に対して垂直な第１の検出質量体の変位を推定し、第１の検出質量体の変位からヨーレートセンサに作用するヨーレートを推定する。有利にはこのことにより所定のヨーレートの自動的な測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ヨーレートセンサの第１の実施の形態を示す概略的な平面図である。
【図２】ヨーレートセンサの第１の実施の形態を示す第１の断面図である。
【図３】ヨーレートセンサの第１の実施の形態を示す第２の断面図である。
【図４】ヨーレートセンサの第２の実施の形態を示す図である。
【図５】ヨーレートセンサの第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】ヨーレートセンサの第３の実施の形態を示す図である。
【図７】ヨーレートセンサの第３の実施の形態を示す断面図である。
【図８】ヨーレートセンサの第４の実施の形態を示す図である。
【図９】ヨーレートセンサの第４の実施の形態を示す断面図である。
【図１０】ヨーレートセンサの第５の実施の形態を示す図である。
【図１１】ヨーレートセンサの第５の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】ヨーレートセンサの第６の実施の形態を示す図である。
【図１３】ヨーレートセンサの第６の実施の形態を示す断面図である。
【００２１】
本発明を添付の図面に基づいて詳細に説明する。同一の部分又は同一の作用を有する部分には統一した符号を用いる。
【００２２】
本発明の実施の形態
図１に、ヨーレートセンサ１００の第１の実施の形態の概略的な平面図を示す。ヨーレートセンサ１００は基板から製造されており、図１の図平面に位置する基板表面１９０上のｘ−ｙ平面に配置されている。基板は、例えばシリコン基板から成っていてよい。ヨーレートセンサ１００は第１の可動の素子１１０と、第２の可動の素子２６０とを有している。第１の可動の素子１１０と第２の可動の素子２６０とは互いに対称的に形成されており、ｙ方向に相並んで配置されている。以下に、第１の可動の素子１１０について記載する。この記載は第２の可動の素子２６０に対応する。
【００２３】
第１の可動の素子１１０は駆動フレーム１２０を有している。図１の実施の形態において、駆動フレーム１２０は２つのＵ字形の部品を有している。これらのＵ字形の部品の開口は互いに向かい合っているので、ｘ−ｙ平面にある面区分をほぼ取り囲んでいる。駆動フレーム１２０により取り囲まれている面区分には、第１の検出質量体１３０が配置されている。
【００２４】
駆動フレーム１２０は４つの駆動ばね１４０を介して基板表面１９０に接合されている。各駆動ばね１４０は、駆動フレーム１２０の２つのＵ字形の部品の各脚部に配置されている。各駆動ばね１４０はＵ字形に成形された基板梁（Substratbalken）から成っている。この基板梁の一方の端部は基板表面１９０に接合されており、他方の端部は駆動フレーム１２０に接合されている。各駆動ばね１４０はｙ方向において弾性的に形成されているが、ｘ方向及びｚ方向においては実質的に非弾性的に形成されている。さらに駆動フレーム１２０は４つの駆動櫛形構造体１５０と接合されている。駆動フレーム１２０の２つのＵ字形の部品の各脚部には、駆動櫛形構造体１５０が夫々配置されている。各駆動櫛形構造体１５０は、駆動フレーム１２０を向いた一列の平行な櫛形の歯を有している、基板表面１９０に接合された区分と、基板表面１９０に接合されている駆動櫛形構造体１５０の区分の櫛形の歯に係合している一列の平行な櫛形の歯を有している、駆動フレーム１２０に接合された区分とから成っている。４つの駆動櫛形構造体１５０は、適切な電圧の印加による駆動フレーム１２０のｙ軸方向への振動を許容する。本実施の形態において、駆動櫛形構造体１５０を変位させ、駆動ばね１４０を戻す力がもたらされる。４つより少ない又は４つより多い駆動ばね１４０及び駆動櫛形構造体１５０が夫々、可動の素子１１０，２６０ごとに設けられていてもよい。
【００２５】
第１の検出質量体１３０は全部で８個の検出ばね１８０を介して駆動フレーム１２０に接合されている。第１の検出質量体１３０の４つ全ての外側エッジの両端部に検出ばね１８０が夫々配置されている。各検出ばね１８０はＵ字形に構成された基板梁から成っている。この基板梁の一方の端部は駆動フレーム１２０に接合されており、他方の端部は第１の検出質量体１３０に接合されている。複数の検出ばね１８０は一緒になって駆動フレーム１２０に対するｚ方向における第１の検出質量体１３０の変位を許容する一方で、駆動フレーム１２０に対するｘ方向及びｙ方向における第１の検出質量体１３０の変位を実質的に防ぐ。これによりｙ方向における駆動フレーム１２０の駆動運動は、第１の検出質量体１３０に伝達される。
【００２６】
第２の可動の素子２６０は第２の検出質量体２７０を有している。第１の検出質量体１３０と第２の検出質量体２７０とは、連結ばね１７０を介して互いに接合されている。この連結ばね１７０は方形の、基板梁から成るｘ方向に延びているリングから成っている。このリングは２つの他の基板梁を介して第１及び第２の検出質量体１３０，２７０に接合されている。連結ばね１７０はｙ方向及びｚ方向に規定可能な（wohldefiniert）弾性を有している一方で、ｘ方向に高い剛性を有している。これにより、検出質量体１３０，２７０の振動の連結がｙ方向及びｚ方向にもたらされる。
【００２７】
さらに第１の検出質量体１３０は、第２の検出質量体２７０とは反対の側において、外側ばね１６０を介して基板表面１９０に接合されている。外側ばね１６０は、細長く引き伸ばされた、ｘ方向に方向付けられている方形の外側エッジを有し、ウェブを介して第１の検出質量体１３０に接合されている基板梁により形成される。外側ばね１６０はｙ方向及びｚ方向において規定可能な弾性を有している一方で、ｘ方向において実質的に高い剛性を有している。第２の検出質量体２７０は、第１の検出質量体１３０とは反対の側において、他の外側ばねを介して同様に基板表面１９０に接合されている。択一的な実施の形態において、外側ばね１６０を省くことができる。
【００２８】
図２に、図１のヨーレートセンサ１００のｙ−ｚ平面に対して平行な断面を概略的に示す。図３に、図１のヨーレートセンサ１００のｘ−ｚ平面に対して平行な断面を概略的に示す。図２，３から、ヨーレートセンサ１００がｚ方向に重畳している３つの層から製造されていることが看取可能である。最下部又は基板表面１９０に、例えば隠されたポリシリコンから成っていてよい導体路平面２３０が設けられている。この導体路平面２３０の上に、例えば厚さ２μｍであり、エピタキシャル成長させられた伝導性のシリコンから成っていてよい第１の機能平面２４０が配置されている。第１の機能平面２４０の上に、例えば厚さ１０μｍ又は２０μｍであり、エピタキシャル成長させられた伝導性のシリコンから成っていてよい第２の機能平面２５０が配置されている。導体路平面２３０、第１の機能平面２４０及び第２の機能平面２５０は、空間により部分的に互いに分離されている。
【００２９】
図２，３から、第１の検出質量体１３０は槽形状の横断面を有していることが明らかである。本実施の形態において、第１の機能平面２４０の一領域により形成された、第１の検出質量体１３０の底部は、第１の機能平面２４０及び第２の機能平面２５０において形成されている安定化フレーム２９０によって取り囲まれている。この安定化フレーム２９０は第１の検出質量体１３０を安定させる。
【００３０】
第１の検出質量体１３０の下側の導体路平面２３０には、第１の電極２１０が設けられている。第２の機能平面２５０において、第１の検出質量体１３０の上側において、及び第１の検出質量体１３０の安定化フレーム２９０により取り囲まれて、第２の電極２２０が設けられている。第１の電極２１０及び第２の電極２２０は、有利には横方向のｘ−ｙ方向における類似の寸法を有している。
【００３１】
第１の電極２１０と、第１の機能平面２４０にある、第１の検出質量体１３０の底部領域とは貫通部２８０を有している。このことは図３から看取可能である。貫通部２８０の領域には第２の電極２２０が、柱状の固定点２８５を介して基板表面１９０に接合されている。したがって、図３に示すようにｘ−ｚ平面に対して平行な断面図において、第２の電極２２０はＴ字形の横断面を有している。第１の電極２１０及び第２の電極２２０は、導体路平面２３０を介して電気的に制御・評価電子機器（図示せず）に接続されていてよい。
【００３２】
図２に示したように、第１の検出質量体１３０の下側の導体路平面２３０に、ｙ方向において第１の電極２１０の両側に２つの第１の他の電極３１０が配置されている。さらに第１の検出質量体１３０の上側の第２の機能平面２５０に、ｙ方向において第２の電極２２０の両側に２つの第２の他の電極３２０が配置されている。第２の他の電極３２０は同様に貫通部２８０の領域において基板表面１９０と接合されている。
【００３３】
駆動ばね１４０、外側ばね１６０、連結ばね１７０及び検出ばね１８０は、有利には第１の機能平面２４０及び第２の機能平面２５０の材料により形成される。
【００３４】
ヨーレートセンサ１００の第１の可動の素子１１０と第２の可動の素子２６０とを、可動の素子１１０，２６０のｙ軸に沿った逆平行の変位と連結された駆動振動へ駆動櫛形構造体１５０により励振することができる。ｘ軸を中心としたヨーレートが発生する場合、コリオリ力は第１の検出質量体１３０及び第２の検出質量体２７０に作用し、ｚ方向における検出質量体１３０，２７０の逆平行の変位をもたらす。ｚ方向における第１の検出質量体１３０の変位は、第１の電極２１０及び第２の電極２２０により検出することができる。このために、例えば第１の電極２１０は第１の電位（ＣＮ電位）にすることができ、かつ第２の電極２２０は第２の電位（ＣＰ電位）にすることができる。固定型の電極２１０，２２０に対して検出質量体１３０のｚ方向における変位により、第１の検出質量体１３０と第１の電極２１０と第２の電極２２０との間の容量は、逆の符号を持って変化する。これにより、第１の検出質量体１３０の変位の全差動的な測定が行われる。第２の可動の素子２６０の第１及び第２の電極は、例えば第１の可動の素子１１０に対して鏡面逆転して第１及び第２の電位にすることができる。これにより第２の検出質量体２７０の変位の全差動的な評価も可能である。さらに２つの可動の素子１１０，２６０は合わせて、ヨーレートセンサ１００に作用するヨーレートの全差動的な規定を可能にする。
【００３５】
第１の他の電極３１０と第２の他の電極３２０とは、例えば検出質量体１３０，２７０の位置の制御のために働く。また、検出質量体１３０，２７０の検出振動及び駆動振動の周波数の全共振的な一致を保証するために、他の電極３１０，３２０は静電気的な正帰還のために使用することもできる。検出質量体１３０，２７０の両側においてｚ方向に取り付けられている他の電極３１０，３２０により、静電気的な正帰還は検出質量体１３０，２７０のｚ位置の変化なしで行うことができる。これにより、静電引力が機械的な戻し力を超えて、ヨーレートセンサ１００の電気機械的な不安定さにつながる臨界電圧の低下は回避される。電極を両側に配置するさらなる利点は、両側に電極を配置することで可能になる差動信号評価により、ヨーレートセンサ１００の振動感度が著しく減じられているという点である。
【００３６】
図４に、第２の実施の形態のヨーレートセンサ２００の平面図を示す。図５に、ヨーレートセンサ２００のｙ−ｚ平面に対して平行な断面を示す。ヨーレートセンサ２００は図１〜３に示したヨーレートセンサ１００とは、第１の検出質量体１３０が安定化フレーム２９０に加えて、ｘ方向に延在している２つの他の安定化ステー２９５を第２の機能平面２５０に有している点において異なる。各安定化ステー２９５は、安定化フレーム２９０の互いに相対する２つのエッジの間の槽状の第１の検出質量体１３０の中間領域に延在している。安定化ステー２９５は、第１の検出質量体１３０に付加的な剛性を付与する。
【００３７】
図６に、第３の実施の形態のヨーレートセンサ３００の平面図を示す。図７に、ヨーレートセンサ３００のｙ−ｚ平面に対して平行な断面を示す。ヨーレートセンサ３００は図１〜３に示したヨーレートセンサ１００とは、第１の検出質量体１３０が安定化フレーム２９０に加えて、ｙ方向に延在している２つの他の安定化ステー２９６を第２の機能平面に有している点において異なる。安定化ステー２９６は、安定化フレーム２９０の相対する２つのエッジの間の槽状の第１の検出質量体１３０の中間領域に延在しており、また槽状の第１の検出質量体１３０に付加的な安定性を付与する。ｙ方向に延在している安定化ステー２９６により、第１の検出質量体１３０の上側に配置されている第２の電極２２０は３つの区分に分割されている。第２の電極２２０の真ん中の区分は、貫通部２８０の領域における固定点２８５において基板表面１９０と接合されている。第２の電極２２０の２つの他の領域は、２つの他の貫通部２８１において、第１の検出質量体１３０及び第１の電極２１０により付加的な固定点２８５を介して基板表面１９０に接合されている。このことは相応に第２の他の電極３２０にも当てはまる。
【００３８】
図８に、第４の実施の形態のヨーレートセンサ４００の平面図を示す。図９に、ヨーレートセンサ４００のｙ−ｚ平面に対して平行な断面を示す。図１〜３のヨーレートセンサ１００とは異なり、ヨーレートセンサ４００の第１の可動の素子１１０の第１の検出質量体１３０は、ｘ方向に延在している２つのスリット４３０を有している。各スリット４３０は、貫通部２８０の両側でｙ方向において中央に配置されている。
【００３９】
ヨーレートセンサ１００に対するヨーレートセンサ４００のさらなる相違点は、第１の可動の素子１１０の第１の検出質量体１３０の下側に、第１の電極２１０及び第１の他の電極３１０の代わりに、全部で６つの下側の電極４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６が設けられている点にある。これに応じて、第２の機能平面２５０において、第１の可動の素子１１０の第１の検出質量体１３０の上側に、第２の電極２２０及び第２の他の電極３２０の代わりに、全部で６つの上側の電極４２１，４２２，４２３，４２４，４２５，４２６が設けられている。下側の電極４１１〜４１６と上側の電極４２１〜４２６とは、ｘ方向に方向付けられている狭幅なストリップの相並ぶ形状を有している。最も外側の２つの上側の電極４２１，４２６と、最も外側の２つの下側の電極４１１，４１６は、図１〜３の第１及び第２の他の電極３１０，３２０のように、第１の検出質量体１３０の位置制御ために又は静電気的な正帰還のために働くことができる。第２及び第５の上側の電極４２２，４２５と第２及び第５の下側の電極４１２，４１５とは、図１〜３の第１及び第２の電極２１０，２２０のように、第１の検出質量体１３０のｚ方向における変位の全差動検出のために働く。内側に位置する２つの上側の電極４２３，４２４と、内側に位置する２つの下側の電極４１３，４１４とは、第１の検出質量体１３０のスリット４３０に部分的に重なる。スリット４３０の一方の側における上側の電極４２３とスリット４３０の他方の側における下側の電極４１４とは、第１の対を形成する。第１の対に対応して、他の２つの内側の電極４１３，４２４は第２の対を形成する。電極の一方の対に直流電圧を印加することにより、第１の検出質量体１３０の変位に対する比例的な力を、ｚ方向に第１の検出質量体１３０に加えることができる。上述の比例的な力は直交力の補償のために働くことができる。つまり、検出通路への駆動運動の機械的及び／又は電気的なクロストークが補償されることを意味する。クロストークは同様に、第１の検出質量体１３０の変位に対して比例的であるので、クロストークは変位比例的な力により補償することができる。電極４２３，４１４の第１の対は、例えば正の直交位相の抑制のために働き、第２の対は負の直交位相の抑制のために働く。
【００４０】
図１０に、第５の実施の形態のヨーレートセンサ５００の概略的な平面図を示す。図１１に、ヨーレートセンサ５００のｙ−ｚ平面に対して平行な断面を示す。図１〜３のヨーレートセンサ１００とは異なりヨーレートセンサ５００、つまり第１の可動の素子１１０は変更した駆動フレーム５２０を有している。ヨーレートセンサ５００の第１の可動の素子１００の駆動櫛形構造体１５０は、駆動フレーム５２０のｙ軸線に対して平行な２つの外側エッジに配置されていて、さらに、ｘ軸に対して平行な変位によって振動するように第１の可動の素子１１０を励振するように形成されている。第１の可動の素子１１０の駆動ばね１４０は、駆動フレーム５２０によって箱状に取り囲まれている、第１の可動の素子１１０の領域に配置されていて、かつ第１の可動の素子１１０のｘ方向における運動を許容するが、ｙ方向及びｚ方向には高い剛性を有しているように形成されている。またヨーレートセンサ５００の第２の可動の素子２６０は、第１の可動の素子１１０に対して対称的に構成されており、ｙ方向において第１の可動の素子１１０に並んで基板表面１９０上に配置されている。ヨーレートセンサ５００における第１の検出質量体１３０及び第２の検出質量体２７０は、図１〜３に示したヨーレートセンサ１００における第１の検出質量体１３０及び第２の検出質量体２７０とは異なり、外側ばね１６０を介して基板表面１９０に接合されていない。第１の検出質量体１３０と第２の検出質量体２７０とは、図４，５に示したヨーレートセンサ２００の実施の形態のように、ｘ方向に延在する安定化ステー２９５を有している。択一的な実施の形態においては安定化ステー２９５を省略することができる。
【００４１】
第１の可動の素子１１０の第１の検出質量体１３０と、第２の可動の素子２６０の第２の検出質量体２７０とは、連結ばね５７０を介して互いに接合されている。連結ばね５７０は図１の連結ばね１７０とは、３つの全空間方向において規定の弾性を有している点において異なる。連結ばね５７０は、例えばｙ軸及びｘ軸に対して平行な区分を備えたメアンダ形状の領域を有している多重に折り畳まれた基板梁から成っていてよい。
【００４２】
ヨーレートセンサ５００の第１の可動の素子１１０と第２の可動の素子２６０とは、駆動櫛形構造体１５０により、ｘ軸に沿った可動の素子１１０，２６０の逆平行の変位と連結された駆動振動をするように励振することができる。ｙ軸を中心としたヨーレートの発生時に、コリオリ力が第１の検出質量体１３０及び第２の検出質量体２７０に作用し、ｚ方向における検出質量体１３０，２７０の逆平行の変位をもたらす。変位の検出は、上記図面に基づいて説明したように行われる。
【００４３】
図１２に、第６の実施の形態のヨーレートセンサ６００の概略的な平面図を示す。図１３に、ヨーレートセンサ６００のｙ−ｚ平面に対して平行な断面を示す。図１２のヨーレートセンサ６００は図１に示したヨーレートセンサ１００とは、第１の検出質量体１３０が検出ばね１８０を介してではなく、検出ばね６８０を介して駆動フレーム１２０に接合されている点において異なる。図１３に示すように、検出ばね６８０は、単に第１の機能平面２４０にのみ構成されている。第２の機能平面２５０に対して第１の機能平面２４０の厚さが著しく小さいことにより、検出ばね６８０は、図１〜３に示した検出ばね１８０よりもｚ方向において著しく低い剛性を有している。これにより、ｚ方向において同じ剛性を得るために検出ばね６８０は、検出ばね１８０よりも短く形成することができる。したがって、ｘ方向及びｙ方向における検出ばね６８０の著しく高い剛性がもたらされる。こうして、例えばｚ軸線を中心とした検出質量体１３０の回転モードといった、起こる可能性のある外乱モードは効果的に抑制され、先行技術よりも明らかに高い周波数において初めて発生する。
【００４４】
ヨーレートセンサ１００，２００，３００，４００，５００，６００は、制御・評価電子機器（図示せず）に接続されていてよい。これらの電子機器は駆動櫛形構造体に適切な駆動電圧を形成し、ヨーレートセンサに作用するヨーレートを規定するために、電極の容量信号を評価する。電子機器は、検出質量体の上述の位置制御、静電気的な正帰還又は直交位相補償を実施することもできる。
【００４５】
図１〜１３の実施の形態は、ほぼ任意の形式において当業者により組み合わすことができる。
【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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【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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