(57)【要約】  基板を備えたヨーレートセンサを提案する。基板は、主要延在面と、基板に対して可動の構造体とを有している。ヨーレートセンサは、静止位置から構造体を、主要延在面に対して平行に延在している第１の軸に対して実質的に平行に変位させる第１の励起ユニットを、構造体が第１の周波数のもとで振動するように、第１の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で励起可能であるよう備えており、ヨーレートセンサは、静止位置から構造体を、主要延在面に対して平行に延在し、かつ、第１の軸に対して垂直に延在している第２の軸に対して実質的に平行に変位させる第２の励起ユニットを、構造体が第２の周波数のもとで振動するように、第２の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で励起可能であるように備えている。
2018522242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（３）を備えたヨーレートセンサ（１）であって、
前記基板（３）は、主要延在面（１００）と、前記基板（３）に対して可動の構造体（５）とを有しており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、静止位置から前記構造体（５）を、前記主要延在面（１００）に対して平行に延在している第１の軸（Ｘ）に対して実質的に平行に変位させる第１の励起ユニットを、前記構造体（５）が第１の周波数のもとで振動するように、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で励起可能であるように備えており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、静止位置から前記構造体（５）を、前記主要延在面（１００）に対して平行に延在し、かつ、前記第１の軸（Ｘ）に対して垂直に延在している第２の軸（Ｙ）に対して実質的に平行に変位させる第２の励起ユニットを、前記構造体（５）が第２の周波数のもとで振動するように、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で励起可能であるように備えている、
ことを特徴とするヨーレートセンサ（１）。
【請求項２】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数での、前記主要延在面（１００）に対して実質的に垂直に延在している第３の軸（Ｚ）に対して実質的に平行な方向に沿った、前記構造体（５）への力作用を検出する第１の検出ユニット（２９）を有している、請求項１に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項３】
前記ヨーレートセンサ（１）は、静止位置から前記構造体（５）を、前記主要延在面（１００）に対して垂直に延在している第３の軸（Ｚ）に対して実質的に平行に変位させる第３の励起ユニットを、前記構造体（５）が第３の周波数のもとで振動するように、前記第３の軸（Ｚ）に対して実質的に平行な方向に沿った運動成分で励起可能であるように備えている、請求項１又は２に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項４】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第２の軸（Ｙ）に対して実質的に平行な方向に沿った、前記構造体（５）への力作用を検出する第２の検出ユニット（３１）を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項５】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第１の軸（Ｘ）に対して実質的に平行な方向に沿った、前記構造体（５）への力作用を検出する第３の検出ユニット（３３）を有している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項６】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記基板（３）に対して可動な、前記構造体（５）の懸架のために、少なくとも１つの第１の懸架手段（３５）及び／又は少なくとも１つの第２の懸架手段（３７）及び／又は少なくとも１つの第３の懸架手段（３９）を、前記構造体（５）が、第１の周波数のもとで振動するように、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、前記構造体（５）が第２の周波数のもとで振動するように、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、前記構造体（５）が第３の周波数のもとで振動するように、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、励起可能であるように備えている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項７】
前記第１の検出ユニット（２９）は、少なくとも１つの第１の電極（４１）を備えており、前記第１の電極（４１）は実質的にプレート状に形成されており、前記第１の電極（４１）は、前記第１の軸（Ｘ）及び前記第２の軸（Ｙ）を含んでいる面に対して実質的に平行に延在しており、
前記第２の検出ユニット（３１）は、少なくとも１つの第２の電極（４３）を備えており、前記第２の電極（４３）は実質的にプレート状に形成されており、前記第２の電極（４３）は、前記第１の軸（Ｘ）及び前記第３の軸（Ｚ）を含んでいる面に対して実質的に平行に延在しており、
前記第３の検出ユニット（３３）は、少なくとも１つの第３の電極（４５）を備えており、前記第３の電極（４５）は実質的にプレート状に形成されており、前記第３の電極（４５）は、前記第２の軸（Ｙ）及び前記第３の軸（Ｚ）を含んでいる面に対して実質的に平行に延在している、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項８】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記基板（３）に対して可動の別の構造体を備えており、前記別の構造体は、前記第１の周波数のもとでの、前記構造体（５）に対して逆位相の振動に、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、前記第２の周波数のもとでの、前記構造体（５）に対して逆位相の振動に、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、前記第３の周波数のもとでの、前記構造体（５）に対して逆位相の振動に、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、励起可能である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項９】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数での、前記第３の軸（Ｚ）に対して実質的に平行な方向に沿った、前記別の構造体への力作用を検出する、別の第１の検出ユニットを有しており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第２の軸（Ｙ）に対して実質的に平行な方向に沿った、前記別の構造体への力作用を検出する、別の第２の検出ユニットを有しており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第１の軸（Ｘ）に対して実質的に平行な方向に沿った、前記別の構造体への力作用を検出する、別の第３の検出ユニットを有している、請求項８に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）の動作方法であって、
・第１のステップにおいて、前記構造体（５）及び／又は前記別の構造体が、前記構造体（５）の静止位置から及び／又は前記別の構造体の静止位置から、少なくとも１つの駆動信号を用いて、前記構造体（５）及び／又は前記別の構造体が、前記第１の周波数のもとで振動するように又は相互に実質的に逆位相で振動するように、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第２の周波数のもとで振動するように又は相互に実質的に逆位相で振動するように、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第３の周波数のもとで振動するように又は相互に実質的に逆位相で振動するように、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、励起されるように変位され、
・第２のステップにおいて、前記第１の検出ユニット（２９）及び／又は前記第２の検出ユニット（３１）及び／又は前記第３の検出ユニット（３３）を用いて、及び／又は、前記別の第１の検出ユニット及び／又は前記別の第２の検出ユニット及び／又は前記別の第３の検出ユニットを用いて、少なくとも１つの検出信号が検出され、
・第３のステップにおいて、前記少なくとも１つの検出信号が、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数での同期復調を用いて、かつ、ローパスフィルタリングを用いて処理され、
・第４のステップにおいて、処理された前記少なくとも１つの検出信号から、少なくとも１つの、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数に割り当て可能なヨーレートが求められる、
ことを特徴とする、ヨーレートセンサ（１）の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載されているヨーレートセンサに基づく。
【背景技術】
【０００２】
この種のヨーレートセンサは、一般的に既知である。このようなヨーレートセンサは通常、固定された駆動方向に沿って、特定の周波数及び特定の振幅で振動する少なくとも１つの構造体を有している。
【０００３】
種々の回転軸を中心としたヨーレートの検出を可能にするために、通常、既知のヨーレートセンサにおいては、複数の別個の、直線振動させることが可能な複数の構造体が相互に結合される。ここでは通常、各構造体は、それぞれ、特定の回転軸を中心としたヨーレートを検出する役割を有している。これは次のことを意味する。即ち、多チャンネルヨーレートセンサ即ち複数のヨーレートを相互に直交する各軸を中心に測定することができるヨーレートセンサの場合には、マイクロメカニカル構造体に対する必要な基板面積が、相応に、それを中心にヨーレートが検出されるべき回転軸の数とともに増大してしまう、ということを意味する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の開示
本発明に係るヨーレートセンサ及び他の独立請求項に記載されている、本発明に係る、ヨーレートセンサの動作方法は、従来技術に対して次のような利点を有している。即ち、従来技術に比べて小さい基板面積上に多チャンネルヨーレートセンサが実現される、という利点を有している。なぜなら、マイクロメカニカル構造体の場合には、従来技術と比べて小さい基板面積しか、多数の回転軸を中心としたヨーレートを検出するために必要としないからである。ここでは、それぞれ複数の回転軸を中心とした複数のヨーレートを検出するために複数の構造体を使用することが省かれる。むしろ、相互に鉛直に延在している３つまでの回転軸を中心としたヨーレートが、基板領域において検出される。さらに、従来技術と比べて特に頑強なヨーレートセンサが提供される。有利な作用は次のことによって得られる。即ち、本発明に係るヨーレートセンサが、従来技術とは異なり、静止位置から構造体を、主要延在面に対して平行に延在しかつ第１の軸に対して垂直に延在している第２の軸に対して実質的に平行に変位（Ａｕｓｌｅｎｋｅｎ）させる第２の励起ユニットを、構造体が第２の周波数のもとで振動するように、第２の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で励起可能であるように備えている。
【０００５】
本発明の有利な構成及び発展形態を、従属請求項及び明細書から、図面を参照して読み取ることができる。
【０００６】
有利な発展形態においては、ヨーレートセンサは、第１の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、及び／又は、第２の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、第１の周波数及び／又は第２の周波数での、主要延在面に対して実質的に垂直に延在している第３の軸に対して実質的に平行な方向に沿った、構造体への力作用を検出する第１の検出ユニットを有している。これによって、有利には、従来技術と比べて小さい基板面積上で、１つよりも多くの回転軸を中心としたヨーレートを基板領域内で検出する多チャンネルのヨーレートセンサが提案される。さらに、有利には、１つの検出ユニットだけを用いて、１つよりも多くの回転軸を中心としたヨーレートが検出される。
【０００７】
有利な発展形態においては、ヨーレートセンサは、静止位置から構造体を、主要延在面に対して垂直に延在している第３の軸に対して実質的に平行に変位させる第３の励起ユニットを、構造体が第３の周波数のもとで振動するように、第３の軸に対して実質的に平行な方向に沿った運動成分で励起可能であるように備えている。第３の周波数のもとでの振動における構造体の励起を用いて、有利には、それぞれ第１の軸に対して実質的に平行に延在している、かつ、第２の軸に対して実質的に平行に延在しているそれぞれ２つの軸を中心とした２つのヨーレートの検出が、第３の周波数に基づいて可能になる。
【０００８】
有利な発展形態においては、ヨーレートセンサは、第１の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、及び／又は、第３の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、第１の周波数及び／又は第３の周波数での、第２の軸に対して実質的に平行な方向に沿った、構造体への力作用を検出する第２の検出ユニットを有している。有利には、これによって、それぞれ相互に鉛直に延在している軸を中心とした３つまでのヨーレートを測定する多チャンネルヨーレートセンサが、機械的に頑強に、低コストでかつ特に容易に提供される。さらにこれによって、有利には、複数の測定信号を、それぞれ少なくとも１つのヨーレートに対して求めることが可能であり、これによって、ヨーレートセンサのエラーの無い動作が検査可能になる。有利な発展形態においては、ヨーレートセンサは、第２の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、及び／又は、第３の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、第２の周波数及び／又は第３の周波数での、第１の軸に対して実質的に平行な方向に沿った、構造体への力作用を検出する第３の検出ユニットを有している。これによって、有利には、複数の測定信号を、相互に鉛直に延在している３つの軸を中心とした少なくとも３つのヨーレートに対して求めることが可能であり、これによって、３つの軸のヨーレートセンサのエラーの無い動作が検査可能になる。
【０００９】
有利な発展形態においては、ヨーレートセンサは、基板に対して可動な、構造体の懸架のために、少なくとも１つの第１の懸架手段及び／又は少なくとも１つの第２の懸架手段及び／又は少なくとも１つの第３の懸架手段を、次のように備えている。即ち、構造体が第１の周波数のもとで振動するように、第１の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、構造体が第２の周波数のもとで振動するように、第２の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、構造体が第３の周波数のもとで振動するように、第３の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、励起可能であるように備えている。これによって、有利には、構造体を基板に対して相対的に次のように可動に懸架することが可能である。即ち、本発明に係るヨーレートセンサの振動特性が実現されるように、懸架することが可能である。
【００１０】
有利な発展形態においては、第１の検出ユニットは、少なくとも１つの第１の電極を備えている。この第１の電極は、実質的にプレート状に形成されている。この第１の電極は、第１の軸及び第２の軸を含んでいる面に対して実質的に平行に延在している。第２の検出ユニットは、少なくとも１つの第２の電極を備えている。この第２の電極は、実質的にプレート状に形成されている。この第２の電極は、第１の軸及び第３の軸を含んでいる面に対して実質的に平行に延在している。第３の検出ユニットは、少なくとも１つの第３の電極を備えている。この第３の電極は、実質的にプレート状に形成されている。この第３の電極は、第２の軸及び第３の軸を含んでいる面に対して実質的に平行に延在している。有利にはこれによって、構造体に作用する力が容量的に検出可能になる。
【００１１】
有利な発展形態においては、ヨーレートセンサは、基板に対して可動の別の構造体を備えている。この別の構造体は、第１の周波数のもとでの、構造体に対して逆位相の振動に、第１の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、第２の周波数のもとでの、構造体に対して逆位相の振動に、第２の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、及び／又は、第３の周波数のもとでの、構造体に対して逆位相の振動に、第３の軸に対して平行な方向に実質的に沿った運動成分で、励起可能である。有利には構造体と別の構造体とは、相互に機械的に結合されている。これによって有利には、従来技術と比べて小さい基板面積上で、１つの回転軸及び／又は相互に鉛直な２つの回転軸及び／又は相互に鉛直な３つの回転軸を中心としたヨーレートを、基板領域において、振動する質量体の力の分離の低減を含めて、かつ、線形加速度に対してロバストに、検出することが可能になる。
【００１２】
有利な発展形態においては、ヨーレートセンサは、第１の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、及び／又は、第２の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、第１の周波数及び／又は第２の周波数での、第３の軸に対して実質的に平行な方向に沿った、別の構造体への力作用を検出する、別の第１の検出ユニットを有している。ヨーレートセンサは、第１の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、及び／又は、第３の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、第１の周波数及び／又は第３の周波数での、第２の軸に対して実質的に平行な方向に沿った、別の構造体への力作用を検出する、別の第２の検出ユニットを有している。ヨーレートセンサは、第２の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、及び／又は、第３の軸に対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサのヨーレートに基づく、第２の周波数及び／又は第３の周波数での、第１の軸に対して実質的に平行な方向に沿った、別の構造体への力作用を検出する、別の第３の検出ユニットを有している。これによって、有利には、複数の測定信号を、相互に鉛直に延在している３つの軸を中心とした３つのヨーレートに対して求めることが可能であり、これによって、３つの軸のヨーレートセンサのエラーの無い動作を、振動する質量体の低減された力の分離を含めて、かつ、線形加速度に対してロバストに、検査することが可能になる。
【００１３】
本発明の別の対象は、本発明に係るヨーレートセンサの動作方法であり、ここでは、
・第１のステップにおいて、構造体及び／又は別の構造体が、構造体の静止位置から及び／又は別の構造体の静止位置から、少なくとも１つの駆動信号を用いて次のように変位される。即ち、構造体及び／又は別の構造体が、第１の周波数のもとで振動するように又は相互に実質的に逆位相で振動するように、第１の軸に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、第２の周波数のもとで振動するように又は相互に実質的に逆位相で振動するように、第２の軸に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、第３の周波数のもとで振動するように又は相互に実質的に逆位相で振動するように、第３の軸に対して平行な方向に沿った運動成分で、励起されるように変位される。ここで、
・第２のステップにおいて、第１の検出ユニット及び／又は第２の検出ユニット及び／又は第３の検出ユニットを用いて、及び／又は、別の第１の検出ユニット及び／又は別の第２の検出ユニット及び／又は別の第３の検出ユニットを用いて、少なくとも１つの検出信号が検出される。ここで、
・第３のステップにおいて、少なくとも１つの検出信号が、第１の周波数及び／又は第２の周波数及び／又は第３の周波数での同期復調を用いて、かつ、ローパスフィルタリングを用いて処理され、
・第４のステップにおいて、処理された少なくとも１つの検出信号から、少なくとも１つの、第１の周波数及び／又は第２の周波数及び／又は第３の周波数に割り当て可能なヨーレートが求められる。これによって有利には、従来技術と比べて小さい基板面積上で、複数の測定信号を、１つの回転軸及び／又は相互に鉛直な２つの回転軸及び／又は相互に鉛直な３つの回転軸を中心としたヨーレートに対して、基板領域において求めることが可能であり、これによって、３つの軸のヨーレートセンサのエラーの無い動作が検査可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の例示的な実施形態に従った、ヨーレートセンサの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明の実施形態
同等の部分には常に同一の参照番号が付されており、通常は、それぞれ一度しか挙げられず又は言及されない。
【００１６】
図１には、本発明の例示的な実施形態に従った、ヨーレートセンサ１の概略図が示されている。ここで、このヨーレートセンサ１は、基板結合部を用いて暗示されている基板３を有している。この基板は、主要延在面１００と、基板３に対して可動の構造体５とを備えている。図示されていない第１の励起ユニットは、構造体５を変位させるために設けられており、この構造体５は、図１に示されている静止位置から、第１の軸Ｘに対して平行な方向に沿った運動成分で、第１の周波数のもとで振動するように励起可能である。さらに、図１に示されたヨーレートセンサ１は、図示されていない第２の励起ユニットを備えている。この第２の励起ユニットは、構造体５を静止位置から、第２の軸Ｙに対して平行な方向に沿った運動成分で、第２の周波数のもとで振動するように励起させる。さらに、図１に示されているヨーレートセンサ１は、図示されていない第３の励起ユニットを備えている。この第３の励起ユニットは、構造体５を第３の周波数のもとで振動するように、第３の方向Ｚに対して平行な方向に沿った運動成分で励起させる。有利には、この構造体５は、容量性の力を介して励起される。さらに有利には、容量性のセンサを介して、振動振幅が、３つの空間方向において測定され、エレクトロニクスを用いて、有利には、自動利得制御（ＡＧＣ）及び位相同期ループ（ＰＬＬ）を用いて、一定の振動振幅が調整される。有利には、容量性の力を介して、構造体５は、３つの空間方向において、自身の固有周波数で振動するように励起される。例えばここで、この３つの空間方向における振動振幅は容量性のセンサを介して特定される。
【００１７】
上述した、構造体５の励起が可能になるように、図１に示されたヨーレートセンサ１は、第１の懸架手段３５と、第２の懸架手段３７と、第３の懸架手段３９とを備えている。有利には、懸架手段はばねである。
【００１８】
第１の軸Ｘに対して平行の軸を中心とした、及び／又は、第２の軸Ｙに対して平行な軸を中心とした、及び／又は、第３の軸Ｚに対して平行な軸を中心とした、ヨーレートセンサ１のヨーレートに基づいて、第１の周波数及び／又は第２の周波数及び／又は第３の周波数のもとでの、構造体５への力作用を検出するために、図１に示されたヨーレートセンサ１はさらに、第１の検出ユニット２９と、第２の検出ユニット３１と、第３の検出ユニット３３とを備えている。第１の検出ユニット２９は第１の電極４１を備えており、第２の検出ユニット３１は第２の電極４３を備えており、第３の検出ユニット３３は第３の電極４５を備えている。
【００１９】
例えば、第１の軸Ｘに対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサ１のヨーレートは、第３の周波数のもとで第２の軸Ｙに対して平行な方向に沿った構造体５のコリオリ偏向に導き、第２の周波数のもとで第３の軸Ｚに対して平行な方向に沿った構造体５のコリオリ偏向に導く。例えば、第１の軸Ｘに対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサ１のヨーレートは、構造体５に作用する、第３の周波数のもとで第２の軸Ｙに対して平行な方向に沿った、かつ、第２の周波数のもとで第３の軸Ｚに対して平行な方向に沿ったコリオリ加速度に導く。
【００２０】
第２の軸Ｙに対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサ１のヨーレートと、第３の軸Ｚに対して平行な軸を中心としたヨーレートセンサ１のヨーレートは、例えば、対応する周波数のもとで対応する方向に沿った、構造体５の対応するコリオリ偏向に導く、又は、構造体５に作用する対応するコリオリ加速度に導く。ここで、このコリオリ偏向又はコリオリ加速度は、例えば容量性に検出され、各周波数で復調及びローパスフィルタリングされる。このように処理された信号は、加えられているヨーレートに対する尺度である。検出されたコリオリ偏向又はコリオリ加速度は、この方向における励起振動の信号とは異なる周波数を有している。対応する固有周波数による復調によって、コリオリ力及び対応するヨーレートが検出可能である。
【００２１】
従って、図１に示されているヨーレートセンサ１は、種々の空間方向におけるヨーレートの測定に対して同じ質量体を使用することができるという利点を有している。さらなる利点は、２つの周波数のもとで求められたコリオリ加速度の評価によって、ヨーレートの測定時のロバスト性が上昇するということである。エラーが存在しない場合には、求められたこれら２つのヨーレートは同じ値を示すはずである。
【００２２】
図１に示されたヨーレートセンサは、構造体５しか有していない。しかし、特に、ヨーレートセンサ１が、付加的に、有利には構造体５に機械的に結合された別の構造体を備えているように設定することができる。この場合にはこの別の構造体は、第１の周波数のもとでの、第２の周波数のもとでの、及び第３の周波数のもとでの、構造体５に対して逆位相の振動に、第１の軸Ｘに対して平行な、第２の軸Ｙに対して平行な、及び、第３の軸Ｚに対して平行な各方向における各運動成分で励起される。この別の構造体に対して設けられている別の励起ユニットと別の検出ユニットは、実質的に、構造体５に対して設けられている励起ユニットと検出ユニットに相当する。これによって、振動する質量体の力の分離の低減及び線形加速度に対するロバスト性の上昇が可能になる。
【図１】
2018522242.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月2日(2018.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（３）を備えたヨーレートセンサ（１）であって、
前記基板（３）は、主要延在面（１００）と、前記基板（３）に対して可動の構造体（５）とを有しており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、静止位置から前記構造体（５）を、前記主要延在面（１００）に対して平行に延在している第１の軸（Ｘ）に対して平行に変位させる第１の励起ユニットを、前記構造体（５）が第１の周波数のもとで振動するように、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った運動成分で励起可能であるように備えており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、静止位置から前記構造体（５）を、前記主要延在面（１００）に対して平行に延在し、かつ、前記第１の軸（Ｘ）に対して垂直に延在している第２の軸（Ｙ）に対して平行に変位させる第２の励起ユニットを、前記構造体（５）が第２の周波数のもとで振動するように、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った運動成分で励起可能であるように備えている、
ことを特徴とするヨーレートセンサ（１）。
【請求項２】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数での、前記主要延在面（１００）に対して垂直に延在している第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った、前記構造体（５）への力作用を検出する第１の検出ユニット（２９）を有している、請求項１に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項３】
前記ヨーレートセンサ（１）は、静止位置から前記構造体（５）を、前記主要延在面（１００）に対して垂直に延在している第３の軸（Ｚ）に対して平行に変位させる第３の励起ユニットを、前記構造体（５）が第３の周波数のもとで振動するように、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った運動成分で励起可能であるように備えている、請求項１又は２に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項４】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った、前記構造体（５）への力作用を検出する第２の検出ユニット（３１）を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項５】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った、前記構造体（５）への力作用を検出する第３の検出ユニット（３３）を有している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項６】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記基板（３）に対して可動な、前記構造体（５）の懸架のために、少なくとも１つの第１の懸架手段（３５）及び／又は少なくとも１つの第２の懸架手段（３７）及び／又は少なくとも１つの第３の懸架手段（３９）を、前記構造体（５）が、第１の周波数のもとで振動するように、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記構造体（５）が第２の周波数のもとで振動するように、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記構造体（５）が第３の周波数のもとで振動するように、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、励起可能であるように備えている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項７】
前記第１の検出ユニット（２９）は、少なくとも１つの第１の電極（４１）を備えており、前記第１の電極（４１）はプレート状に形成されており、前記第１の電極（４１）は、前記第１の軸（Ｘ）及び前記第２の軸（Ｙ）を含んでいる面に対して平行に延在しており、
前記第２の検出ユニット（３１）は、少なくとも１つの第２の電極（４３）を備えており、前記第２の電極（４３）はプレート状に形成されており、前記第２の電極（４３）は、前記第１の軸（Ｘ）及び前記第３の軸（Ｚ）を含んでいる面に対して平行に延在しており、
前記第３の検出ユニット（３３）は、少なくとも１つの第３の電極（４５）を備えており、前記第３の電極（４５）はプレート状に形成されており、前記第３の電極（４５）は、前記第２の軸（Ｙ）及び前記第３の軸（Ｚ）を含んでいる面に対して平行に延在している、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項８】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記基板（３）に対して可動の別の構造体を備えており、前記別の構造体は、前記第１の周波数のもとでの、前記構造体（５）に対して逆位相の振動に、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第２の周波数のもとでの、前記構造体（５）に対して逆位相の振動に、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第３の周波数のもとでの、前記構造体（５）に対して逆位相の振動に、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、励起可能である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項９】
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数での、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った、前記別の構造体への力作用を検出する、別の第１の検出ユニットを有しており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第１の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った、前記別の構造体への力作用を検出する、別の第２の検出ユニットを有しており、
前記ヨーレートセンサ（１）は、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、及び／又は、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な軸を中心とした前記ヨーレートセンサ（１）のヨーレートに基づく、前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数での、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った、前記別の構造体への力作用を検出する、別の第３の検出ユニットを有している、請求項８に記載のヨーレートセンサ（１）。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のヨーレートセンサ（１）の動作方法であって、
・第１のステップにおいて、前記構造体（５）、前記構造体（５）の静止位置から、少なくとも１つの駆動信号を用いて、前記構造体（５）、前記第１の周波数のもとで振動するように又は相互に逆位相で振動するように、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第２の周波数のもとで振動するように又は相互に逆位相で振動するように、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第３の周波数のもとで振動するように又は相互に逆位相で振動するように、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、励起されるように変位され、
・第２のステップにおいて、前記第１の検出ユニット（２９）及び／又は前記第２の検出ユニット（３１）及び／又は前記第３の検出ユニット（３３）を用いて、少なくとも１つの検出信号が検出され、
・第３のステップにおいて、前記少なくとも１つの検出信号が、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数での同期復調を用いて、かつ、ローパスフィルタリングを用いて処理され、
・第４のステップにおいて、処理された前記少なくとも１つの検出信号から、少なくとも１つの、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数に割り当て可能なヨーレートが求められる、
ことを特徴とする、ヨーレートセンサ（１）の動作方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のヨーレートセンサ（１）の動作方法であって、
・第１のステップにおいて、前記構造体（５）及び／又は前記別の構造体が、前記構造体（５）の静止位置から及び／又は前記別の構造体の静止位置から、少なくとも１つの駆動信号を用いて、前記構造体（５）及び／又は前記別の構造体が、前記第１の周波数のもとで振動するように又は相互に逆位相で振動するように、前記第１の軸（Ｘ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第２の周波数のもとで振動するように又は相互に逆位相で振動するように、前記第２の軸（Ｙ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、及び／又は、前記第３の周波数のもとで振動するように又は相互に逆位相で振動するように、前記第３の軸（Ｚ）に対して平行な方向に沿った運動成分で、励起されるように変位され、
・第２のステップにおいて、前記第１の検出ユニット（２９）及び／又は前記第２の検出ユニット（３１）及び／又は前記第３の検出ユニット（３３）を用いて、及び／又は、前記別の第１の検出ユニット及び／又は前記別の第２の検出ユニット及び／又は前記別の第３の検出ユニットを用いて、少なくとも１つの検出信号が検出され、
・第３のステップにおいて、前記少なくとも１つの検出信号が、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数での同期復調を用いて、かつ、ローパスフィルタリングを用いて処理され、
・第４のステップにおいて、処理された前記少なくとも１つの検出信号から、少なくとも１つの、前記第１の周波数及び／又は前記第２の周波数及び／又は前記第３の周波数に割り当て可能なヨーレートが求められる、
ことを特徴とする、ヨーレートセンサ（１）の動作方法。
【国際調査報告】
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