(57)【要約】【解決手段】１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与える微細加工マルチセンサである。このマルチセンサは、複数の加速度計を備え、各加速度計は、複数の撓み体によって基板に固定され、その上に懸架された質量を有する。各加速度計は更に、それぞれの質量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を有する。このマルチセンサは、質量を結合して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音叉部材と、質量を逆相で振動させる駆動電極構造体とを有する。このマルチセンサは、それぞれの質量の横及び縦軸に沿う電気的に独立した加速度検知信号を与える。これら検知信号は、１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を得るために加算及び／又は減算される。
2006525514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチセンサであって、
基板と、
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の対とを備え、
第１の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第１の質量は、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、
第２の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第２の質量は、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、第２の質量は、第１の質量に隣接し、
駆動構造体は、第１及び第２の質量に効果的に結合され、駆動構造体は、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、
加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、
それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、それぞれの検知信号は、第１及び第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
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、加速度検知軸に対する線形成分と、第１の回転検知軸に対する回転成分とを有し、また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、加速度検知軸に対する線形成分と、第２の回転検知軸に対する回転成分とを有し、
前記マルチセンサは更に、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備えて、加速度検知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ことを特徴とするマルチセンサ。
【請求項２】
信号処理ユニットは更に、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、第１の回転検知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１に記載のマルチセンサ。
【請求項３】
信号処理ユニットは更に、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、第２の回転検知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１に記載のマルチセンサ。
【請求項４】
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、この弾性部材は、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１に記載のマルチセンサ。
【請求項５】
マルチセンサであって、
基板と、
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の対とを備え、
第１の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第１の質量は、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、
第２の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第２の質量は、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、第２の質量は、第１の質量に隣接し、
駆動構造体は、第１及び第２の質量に効果的に結合され、駆動構造体は、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、
加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、
それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、それぞれの検知信号は、第１及び第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
前記マルチセンサは更に、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、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の増幅器とを備え、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、第１及び第３の出力信号は、第１の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含んでいることを特徴とするマルチセンサ。
【請求項６】
マルチセンサであって、
基板と、
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の対とを備え、
第１の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第１の質量は、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、
第２の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第２の質量は、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、第２の質量は、第１の質量に隣接し、
駆動構造体は、第１及び第２の質量に効果的に結合され、駆動構造体は、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、
加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、
それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、それぞれの検知信号は、第１及び第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
前記マルチセンサは更に、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、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、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と第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、第２及び第４の出力信号は、第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含んでいることを特徴とするマルチセンサ。
【請求項７】
マルチセンサであって、
基板と、
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の対とを備え、
第１の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第１の質量は、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、
第２の質量は、前記基板に結合されてその上に懸架され、第２の質量は、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、第２の質量は、第１の質量に隣接し、
駆動構造体は、第１及び第２の質量に効果的に結合され、駆動構造体は、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、
加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第１及び第２の対は、第１の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量に効果的に結合され、加速度検知構造体の第３及び第４の対は、第２の質量の縦及び横軸にそれぞれ沿って配設され、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、
それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、それぞれの検知信号は、第１及び第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
前記マルチセンサは更に、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、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、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、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の増幅器とを備え、第１、第２、第３及び第４の増幅器は更に、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、第１、第２、第３及び第４の出力信号は、加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含んでいることを特徴とするマルチセンサ。
【請求項８】
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、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１に記載のマルチセンサ。
【請求項９】
少なくとも第１及び第２の質量は基板上に微細加工され、第１及び第２の回転検知軸は、微細加工された基板の面内にある請求項１に記載のマルチセンサ。
【請求項１０】
マルチセンサを動作させる方法であって、
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、
第１の質量に効果的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、
第２の質量に効果的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、
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、そして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、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、
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の生成する工程で生成されるそれぞれの検知信号は、第１及び第２の角速度検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
第１及び第２の生成する工程において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、加速度検知軸に対する線形成分と、第１の回転検知軸に対する回転成分とを有し、また第１及び第２の生成する工程において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、加速度検知軸に対する線形成分と、第２の回転検知軸に対する回転成分とを有し、
前記方法は更に、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、加速度検知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備えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
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１の回転検知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１０に記載の方法。
【請求項１２】
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２の回転検知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１０に記載の方法。
【請求項１３】
マルチセンサを動作させる方法であって、
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、
第１の質量に効果的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、
第２の質量に効果的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、
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、そして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、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、
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の生成する工程で生成されるそれぞれの検知信号は、第１及び第２の角速度検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
前記方法は更に、加速度検知構造体の第１の対から第１の増幅器によって第１の検知信号の対を受信する工程と、加速度検知構造体の第３の対から第３の増幅器によって第３の検知信号の対を受信する工程と、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の出力信号を第１及び第３の増幅器によって生成する工程とを備え、第１及び第３の出力信号は、第１の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１４】
マルチセンサを動作させる方法であって、
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、
第１の質量に効果的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、
第２の質量に効果的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、
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、そして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、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、
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の生成する工程で生成されるそれぞれの検知信号は、第１及び第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
前記方法は更に、加速度検知構造体の第２の対から第２の増幅器によって第２の検知信号の対を受信する工程と、加速度検知構造体の第４の対から第４の増幅器によって第４の検知信号の対を受信する工程と、それぞれ第２の検知信号の対の差と第４の検知信号の対の差である第２及び第４の出力信号を第２及び第４の増幅器によって生成する工程とを備え、第２及び第４の出力信号は、第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１５】
マルチセンサを動作させる方法であって、
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、
第１の質量に効果的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、
第２の質量に効果的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、
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、そして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、
第１及び第２の質量に関連したそれぞれの縦及び横軸は、基板面と実質的に平行な面を規定し、それぞれの縦軸は第１の回転検知軸と平行であり、またそれぞれの横軸は第２の回転検知軸と平行であり、第１及び第２の回転検知軸は実質的に基板面内にあり、
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、
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の生成する工程で生成されるそれぞれの検知信号は、第１及び第２の回転検知軸に対する角速度検知に属する情報を含み、更に基板面に垂直な加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含み、
前記方法は更に、加速度検知構造体の第１の対から第１の増幅器によって第１の検知信号の対を受信する工程と、加速度検知構造体の第２の対から第２の増幅器によって第２の検知信号の対を受信する工程と、加速度検知構造体の第３の対から第３の増幅器によって第３の検知信号の対を受信する工程と、加速度検知構造体の第４の対から第４の増幅器によって第４の検知信号の対を受信する工程と、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の出力信号を第１、第２、第３及び第４の増幅器によってそれぞれ生成する工程とを備え、第１、第２、第３及び第４の出力信号は、加速度検知軸に対する加速度検知に属する情報を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１６】
振動させる工程は、２つの第１の質量と２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を含み、これら４つの質量は、基板の上に懸架され、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、４つの質量は、駆動構造体によって振動され、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１０に記載の方法。
【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、「１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与える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特許出願第６０／４６６，０９０号の優先権を主張する。
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１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与えることが可能な微細加工マルチセンサに関する。
【０００３】
微細加工マルチセンサは、単一の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、２つの加速度計を備え、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られ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、２つ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。
それ故、加速度検知及び角速度検知の双方を与えると共に、上述した従来の微細加工センサ装置の欠点を回避する微細加工マルチセンサを有することが望ましい。
【０００８】
発明の簡単な要約
本発明によれば、１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与える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、すくなくとも一対の加速度計を備え、各加速度計は、１以上の検知軸に対する加速度検知及び角速度検知に属する情報を含んだ電気的に独立した検知信号を与える。
【０００９】
第１の実施形態において、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、複数の撓み体によって基板に固定されると共に、その上に懸架された質量を有する。このマルチセンサは、基板の面内で相互に直交した２つの関連する回転検知軸と、この２つの回転軸に垂直な１つの関連した加速度検知軸とを有する。更に、各質量は、それに関連した横及び縦の対称軸と、この横及び縦の対称軸に垂直な回転軸とを有する。各加速度計は更に、それぞれの質量の横軸に沿って配設された加速度検知電極構造体の第１の対と、縦軸に沿って配設された加速度検知電極構造体の第２の対とを有する。マルチセンサは更に、音叉（フォーク）部材を有する。この音叉部材は、２つの質量を結合して、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。質量を基板に固定する複数の撓み体の構成は、質量が基板に対して回転挙動でのみ移動するように強制するものである。
【００１０】
ここに開示されている実施形態において、微細加工マルチセンサは、駆動電極構造体を有する。この駆動電極構造体は、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ている。回転振動する質量を有したマルチセンサが線形及び／又は回転運動を受ける場合、加速度検知電極の第１及び第２の対は、電気的に独立した検知信号を、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。マルチセンサは、（１）第１の加速度計の加速度検知電極の第１の対によって検知された加速度の差を、第２の加速度計の加速度検知電極の第１の対によって検知された加速度の差に加算して、マルチセンサの横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１の加速度計の加速度検知電極の第２の対によって検知された加速度の差を、第２の加速度計の加速度検知電極の第２の対によって検知された加速度の差に加算して、マルチセンサの縦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１の加速度計の加速度検知電極の第１の対によって検知された加速度の和と、第２の加速度計の加速度検知電極の第１の対によって検知された加速度の和と、第１の加速度計の加速度検知電極の第２の対によって検知された加速度の和と、第２の加速度計の加速度検知電極の第２の対によって検知された加速度の和を合計して、マルチセンサ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。
【００１１】
第２の実施形態において、微細加工マルチセンサは、四角形を形成するように配置された４つの加速度計を備える。各加速度計は、基板上に懸架されると共に、そこに固定された質量を有する。このマルチセンサは更に、質量の隣接する対を結合して、隣接する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それぞれの音叉部材を有する。このマルチセンサは、基板の面内で相互に直交した２つの関連する回転検知軸と、この２つの回転検知軸に垂直な１つの関連した加速度検知軸とを有する。各質量は更に、それぞれの質量の横軸に沿って配設された加速度検知電極構造体の第１の対と、縦軸に沿って配設された加速度検知電極構造体の第２の対とを有する。これら加速度計は、鏡像式にそれぞれの回転軸の逆側に配置されている。微細加工マルチセンサの第２の実施形態の強化された対称性故に、このマルチセンサは、より簡単にダイ上に中心決めされ、これにより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。
【００１２】
上述した微細加工マルチセンサが複数の加速度計を含み、各加速度計が質量を有して、この質量の横及び縦の対称軸に沿う電気的に独立した加速度検知信号の２つの対をそれぞれ与えるように構成し、この加速度検知信号を適切に加算及び／又は減算することによって、１軸の加速度検知と２軸の角速度検知を得ることができる。
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。
【００１３】
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、本発明に係る微細加工マルチセンサの単純化されたブロック図、
図２は、図１の微細加工マルチセンサの詳細平面図、
図３は、図１の微細加工マルチセンサ用の加速度検知信号処理回路の模式図、
図４は、図１の微細加工マルチセンサの代替実施形態の単純化されたブロック図、
図５は、図４の微細加工マルチセンサの詳細平面図、
図６は、図２の微細加工マルチセンサを動作させる方法のフロー図である。
【００１４】
発明の詳細な説明
「１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与える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特許出願第６０／４６６，０９０号は、参照によりここに組み込まれる。
【００１５】
単一のセンサ装置において、１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与える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、ダイ上に対称的に置かれ、これにより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。
【００１６】
図１は、本発明による微細加工マルチセンサ１００の図解的実施形態を示している。この図解的実施形態において、マルチセンサ１００は、複数の加速度計１０２及び１０４を備える。加速度計１０２及び１０４は、それぞれが実質的に円形である質量１０３及び１０５をそれぞれ有する。ここで理解されるべき点は、質量１０３及び１０５はその代わりに、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、ということである。円形質量１０３及び１０５は、複数の撓み体（図示せず）によって基板１０１に固定され、その上に懸架されている。マルチセンサ１００は更に、音叉部材１０６を有する。この音叉部材は、２つの円形質量１０３及び１０５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ている。円形質量１０３及び１０５を固定しそれらを基板１０１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１０１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。
【００１７】
例えば基板１０１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１０１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。ここで留意されるべき点は、円形質量１０３及び１０５とＭＥＭＳマルチセンサ１００の結合音叉１０６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、ということである。
【００１８】
図１に示されるように、マルチセンサ１００は、基板１０１の面内で相互に直交した２つの関連する回転検知軸Ｘ及びＹと、この回転軸Ｘ及びＹに垂直な（即ち、基板１０１に垂直な）１つの関連する加速度検知軸Ｚとを有している。このマルチセンサ１００は、回転軸Ｘ及びＹに対する角速度検知の２つの示度と、加速度軸Ｚ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１０３及び１０５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１４２及び１４４、図１参照）とを有する。
【００１９】
マルチセンサ１００はまた、それぞれの円形質量１０３及び１０５の縦及び横軸に沿って配設された加速度検知電極構造体１０８〜１１５を有する。具体的に、加速度検知電極構造体１０８〜１０９及び１１２〜１１３は、円形質量１０３のそれぞれ縦及び横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１１０〜１１１及び１１４〜１１５は、円形質量１０５のそれぞれ縦及び横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１０８〜１１５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１０１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。マルチセンサ１００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Ｘ，Ｙ及び加速度軸Ｚ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１０８〜１１５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。
【００２０】
図２は、マルチセンサ１００（図１参照）の詳細平面図２００を示している。図２に示されているように、微細加工マルチセンサ２００は、複数の加速度計２０２及び２０４を有する。加速度計２０２及び２０４は、実質的に円形の質量２０３及び２０５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２０１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。具体的に、円形質量２０３を固定し懸架する撓み体の各々は、アンカー２７０と、応力軽減部材２６０とを有し、また円形質量２０５を固定し懸架する撓み体の各々は、アンカー２７２と、応力軽減部材２６２とを有する。
【００２１】
マルチセンサ２００は更に、音叉部材２０６と、加速度検知電極構造体２０８〜２１５とを有する。音叉部材２０６は、従来既知であるように、２つの円形質量２０３及び２０５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は抵抗するように構成されている。加速度検知電極構造体２０８〜２１５は、それぞれの円形質量２０３及び２０５の縦及び横軸に沿って配設されている。
【００２２】
ここで留意されるべき点は、円形質量２０３及び２０５と、音叉部材２０６と、加速度検知電極構造体２０８〜２１５は、それぞれマルチセンサ１００の円形質量１０３及び１０５と、音叉部材１０６と、加速度検知電極構造体１０８〜１１５（図１参照）と実質的に等価である、ということである。更に、図３に示されているように、回転検知軸Ｘ及びＹと加速度検知軸Ｚは、図１を参照して上述された回転検知軸Ｘ及びＹと加速度検知軸Ｚに対応している。
【００２３】
図２に示されているように、マルチセンサ２００は、基板２０１に固定された複数の駆動電極構造体２４０及び２４２を有する。これら駆動電極構造体は、円形質量２０３及び２０５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２４０は、円形質量２０３を回転軸２８２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２４２は、円形質量２０５を回転軸２８４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２４０及び２４２は、円形質量２０３及び２０５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２４０及び２４２の各々は、円形質量２０３及び２０５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２４０及び２４２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２８０によって示されるように、円形質量２０３及び２０５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。
【００２４】
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２０３及び２０５の逆平行の線形運動を音叉２０６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２０３及び２０５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。
【００２５】
マルチセンサ２００は更に、基板２０１に固定されると共に円形質量２０３及び２０５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２５０及び２５２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２５０及び２５２は、円形質量２０３及び２０５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２５０及び２５２は、円形質量２０３及び２０５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２５０及び２５２の噛み合わされた指は、円形質量２０３及び２０５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。マルチセンサ２００は、容量値のこれらの変化を検知すると共に、円形質量２０３及び２０５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。
【００２６】
当業者が認めるように、円形質量２０３及び２０５が回転軸２８２及び２８４を中心として振動する間に、マルチセンサ２００が質量２０３及び２０５の半径軸（符号なし）を中心として回転すると、質量２０３及び２０５はコリオリを受ける。更に、円形質量２０３及び２０５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２０３及び２０５に加えられて、質量２０３及び２０５を基板２０１に対し逆方向に偏向する。
【００２７】
例えば、図２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２０３及び２０５の偏向の相対方向を示すことに使用されている。図２に示されるように、質量２０３の加速度検知電極構造体２０８〜２０９及び２１２〜２１３には、それぞれ−，＋，−，＋が付されている。また、質量２０５の対応する加速度検知電極構造体２１０〜２１１及び２１４〜２１５には、それぞれ逆の符号＋，−，＋，−が付されている。これは、加えられたコリオリの力が質量２０３及び２０５のこれら対応する領域を基板２０１に対し逆方向に偏向することを示すためである。
【００２８】
ここで留意されるべき点は、円形質量２０３の縦軸に沿った加速度検知電極構造体２０８〜２０９と横軸に沿った加速度検知電極構造体２１２〜２１３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２０５の縦軸に沿った加速度検知電極構造体２０１〜２１１と横軸に沿った加速度検知電極構造体２１４〜２１５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２０３及び２０５が、加えられたコリオリの力に応答して基板２０１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。
【００２９】
更に、加えられたコリオリの力は円形質量２０３及び２０５を逆方向に偏向するので、回転軸Ｘ及びＹについてのコリオリ加速度に対する質量２０３及び２０５の応答は逆相となる。これに対し、加速度軸Ｚについての線形加速度に対する円形質量２０３及び２０５の応答は同相となる。従って、加速度検知電極構造体２０８〜２１５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。
【００３０】
図３は、加速度検知信号処理回路３００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２０８〜２１５（図２参照）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３００は、マルチセンサ２００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３００は、複数の加算増幅器３０８〜３０９と、複数の差動増幅器３０２〜３０６とを有する。これらは、加速度検知電極構造体２０８〜２１５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。
【００３１】
具体的に、加速度検知電極構造体２０８〜２０９によって検知された加速度は、加速度軸Ｚに対する線形成分Ａｚと、回転軸Ｙ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２１０〜２１１によって検知された加速度は、加速度軸Ｚに対する線形成分Ｂｚと、回転軸Ｙ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２０３及び２０５の振動速度は対照的であるので、加速度検知電極構造体２０８〜２０９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２１０〜２１１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２１２〜２１３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２１４〜２１５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。
【００３２】
上述したように、回転軸Ｘ及びＹについてのコリオリ加速度に対する円形質量２０３及び２０５（図２参照）の応答は逆相となるのに対し、加速度軸Ｚについての線形加速度に対する円形質量２０３及び２０５の応答は同相となる。従って、回転軸Ｘ及びＹについてのコリオリ加速度に対する円形質量２０３及び２０５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Ｚについての線形加速度に対する質量２０３及び２０５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。
【００３３】
図３に示されているように、電極構造体２０８〜２０９によって検知された加速度Ａｚ＋ａｙ（ｗ）及びＡｚ−ａｙ（ｗ）を表す信号は、加算増幅器３０２〜３０３にそれぞれ供給される。また、電極構造体２１０〜２１１によって検知された加速度Ｂｚ＋ｂｙ（ｗ）及びＢｚ−ｂｙ（ｗ）を表す信号は、加算増幅器３０２〜３０３にそれぞれ供給される。加算増幅器３０２〜３０３は、そこに加えられるそれぞれの信号を加算して、その結果生ずる信号和を差動増幅器３０８に与えるように構成されている。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Ｙに対する角速度検知（“Ｙ−角速度”）を示す信号２ａｙ（ｗ）＋２ｂｙ（ｗ）を発生するように構成されている。
【００３４】
同様に、電極構造体２１２〜２１３によって検知された加速度Ａｚ＋ａｘ（ｗ）及びＡｚ−ａｘ（ｗ）を表す信号は、加算増幅器３０４〜３０５にそれぞれ供給される。また、電極構造体２１４〜２１５によって検知された加速度Ｂｚ＋ｂｘ（ｗ）及びＢｚ−ｂｘ（ｗ）を表す信号は、加算増幅器３０４〜３０５にそれぞれ供給される。加算増幅器３０４〜３０５は、そこに加えられるそれぞれの信号を加算して、その結果生ずる信号和を差動増幅器３０９に与えるように構成されている。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Ｘに対する角速度検知（“Ｘ−角速度”）を示す信号２ａｘ（ｗ）＋２ｂｘ（ｗ）を発生するように構成されている。
【００３５】
図３に示されるように、加算増幅器３０２〜３０５は、それらそれぞれの出力の信号和を加算増幅器３０６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Ｚに対する加速度検知（“Ｚ−加速度”）を示す線形成分４Ａｚ＋４Ｂｚを発生するように構成されている。
【００３６】
図４は、本発明に係る微細加工マルチセンサ４００の第２の図解的実施形態を示している。この図解的実施形態のマルチセンサ４００は、四角形を形成するように配置された複数の加速度計４０２，４０４，４０６及び４０８を備える。この加速度計４０２，４０４，４０６及び４０８は、各々が実質的に四角形状にされた質量４０３，４０５，４０７及び４０９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４０３，４０５，４０７及び４０９は、実質的に円形、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。
【００３７】
四角形の質量４０３，４０５，４０７及び４０９は、複数の撓み体（図示せず）によって基板４０１上に懸架されて、そこに固定されている。マルチセンサ４００は更に、隣接する質量４０３及び４０５を結合する音叉部材４１０と、隣接する質量４０３及び４０７を結合する音叉部材４１２と、隣接する質量４０７及び４０９を結合する音叉部材４１４と、隣接する質量４０５及び４０９を結合する音叉部材４１６とを有する。音叉部材４１０，４１２，４１４及び４１６は、質量４０３，４０５，４０７及び４０９を結合して、回転軸４５２，４５４，４５６及び４５８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。
【００３８】
マルチセンサ２００の基板２０１（図２参照）と同様に、マルチセンサ４００の基板４０１（図４参照）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４０１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。
【００３９】
図４に示されるように、マルチセンサ４００は、基板４０１の面内で相互に直交した２つの関連する回転検知軸Ｘ及びＹと、この回転軸Ｘ及びＹに垂直な１つの関連する加速度検知軸Ｚとを有している。マルチセンサ２００（図２参照）と同様に、マルチセンサ４００は、回転軸Ｘ及びＹに対する角速度検知の２つの示度と、加速度軸Ｚに対する加速度検知の１つの示度を与える。
【００４０】
マルチセンサ４００はまた、質量４０３，４０５，４０７及び４０９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４１８〜４２１，４２６〜４２９及び４２２〜４２５，４３０〜４３３を有する。加速度検知電極構造体４１８〜４３３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４０１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Ｘ，Ｙ及び加速度軸Ｚ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検知信号を与えることに使用される。
【００４１】
例えば、加速度検知電極構造体４１８〜４１９と、４２０〜４２１と、４２６〜４２７と、４２８〜４２９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Ｚ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Ｙ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４２２〜４２３と、４３０〜４３１と、４２４〜４２５と、４３２〜４３３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Ｘ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Ｘ及びＹ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Ｚ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。
【００４２】
図５は、微細加工マルチセンサ４００（図４参照）の詳細平面図５００を示している。図５に示されるように、微細加工マルチセンサ５００は、加速度計５０２，５０４，５０６及び５０８を備える。加速度計５０２，５０４，５０６及び５０８は、複数の撓み体によって基板５０１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５０３，５０５，５０７及び５０９をそれぞれ有する。具体的に、質量５０３を固定及び懸架する撓み構造体の各々は、アンカー５７０のようなアンカーと、応力軽減部材５６０のような応力軽減部材とを有する。質量５０５を固定／懸架する各撓み体は、アンカー５７２のようなアンカーと、応力軽減部材５６２のような応力軽減部材とを有する。質量５０７を固定／懸架する各撓み体は、アンカー５７４のようなアンカーと、応力軽減部材５６４のような応力軽減部材とを有する。質量５０９を固定／懸架する各撓み体は、アンカー５７６のようなアンカーと、応力軽減部材５６６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５０３，５０５，５０７及び５０９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。マルチセンサ５００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音叉部材５１０，５１２，５１４及び５１６を備える。
【００４３】
ここで留意されるべき点は、質量５０３，５０５，５０７及び５０９と、音叉部材５１０，５１２，５１４及び５１６は、マルチセンサ４００（図４参照）の質量４０３，４０５，４０７及び４０９と、音叉部材４１０，４１２，４１４及び４１６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５に示されているように、回転検知軸Ｘ及びＹと加速度検知軸Ｚは、図４を参照して上述された回転検知軸Ｘ及びＹと加速度検知軸Ｚに対応する。
【００４４】
マルチセンサ５００（図５参照）は、基板５０１に固定された複数の駆動電極構造体５４０，５４２，５４４及び５４６を有する。これら駆動電極構造体は、質量５０３，５０５，５０７及び５０９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５４０，５４２，５４４及び５４６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５４０，５４２，５４４及び５４６は、それぞれ質量５０３，５０５，５０７及び５０９上に対角的に配設されている。
【００４５】
マルチセンサ５００はまた、基板５０１に固定されると共に質量５０３，５０５，５０７及び５０９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５５０，５５２，５５４及び５５６を有する。駆動電極構造体５４０，５４２，５４４及び５４６と同様に、速度検知電極構造体５５０，５５２，５５４及び５５６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５５０，５５２，５５４及び５５６は、質量５０３，５０５，５０７及び５０９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５において“＋”及び“−”符号は、マルチセンサ５００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５０３，５０５，５０７及び５０９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。
【００４６】
ここで認められるべき点は、加速度計５０２，５０４，５０６及び５０８と、音叉部材５１０，５１２，５１４及び５１６は、マルチセンサ５００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、マルチセンサ５００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。
【００４７】
ここに開示されたマルチセンサ２００（図２参照）のようなマルチセンサを動作させる方法が、図６を参照することによって説明される。ステップ６０２に示されているように、質量２０３及び２０５は、それぞれ回転軸２８２及び２８４を中心として逆相で回転振動させられる。この間、マルチセンサ２００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Ｘ及びＹはセンサ基板２０１の面内にあり、そして線形加速度の軸Ｚは回転軸に垂直である、ということである。次に、ステップ６０４に示されているように、加速度検知電極構造体２０８〜２０９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６０４に示されているように、加速度検知電極構造体２１０〜２１１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６０６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Ｙに対する角速度検知に属する情報（Ｙ−回転）を含んでいる。次に、ステップ６０８に示されているように、加速度検知電極構造体２１２〜２１３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）を減算して検知信号の差２ａｘ（ｗ）を生成する。また、ステップ６０８に示されているように、加速度検知電極構造体２１４〜２１５によってそれぞれ発生されたＢｚ＋ｂｘ（ｗ）及びＢｚ−ｂｘ（ｗ）を減算して検知信号の差２ｂｘ（ｗ）を生成する。それから、ステップ６１０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Ｘに対する角速度検知に属する情報（Ｘ−回転）を含んでいる。最後に、ステップ６１２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Ｚ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。
【００４８】
上述した１軸の加速度検知及び２軸の角速度検知を与える微細加工マルチセンサに対し、ここで開示された発明的概念を逸脱することなしに、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。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】
【００４９】
【図１】本発明に係る微細加工マルチセンサの単純化されたブロック図
【図２】図１の微細加工マルチセンサの詳細平面図
【図３】図１の微細加工マルチセンサ用の加速度検知信号処理回路の模式図
【図４】図１の微細加工マルチセンサの代替実施形態の単純化されたブロック図
【図５】図４の微細加工マルチセンサの詳細平面図
【図６】図２の微細加工マルチセンサを動作させる方法のフロー図
【符号の説明】
【００５０】
１００                微細加工マルチセンサ
１０１                基板
１０２，１０４        加速度計
１０３，１０５        円形質量
１０６                音叉部材
１０８−１１５        加速度検知電極構造体
１４１，１４４        回転軸
【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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【国際調査報告】
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