(57)【要約】      （修正有）【課題】確実に機能し、正確な、小型のマイクロジャイロスコープを提供する。【解決手段】基板上の第１センサー部１と第２センサー部とが、基板に平行に配置された少なくとも１つの駆動質量体１．２と、駆動質量体１．２を基板に取り付けるアンカー４０と、駆動質量体１．２をＸ軸方向に直線的に変位可能に、かつ、Ｙ軸とＺ軸方向に堅固に配設する、アンカー４０と駆動質量体１．２との間に配置されたアンカーバネ１．３と、駆動質量体１．２をＸ軸方向に振動するように駆動可能である駆動手段と、センサー質量体１．５を駆動質量体１．２にＹ軸方向に変位可能に、かつ、Ｘ軸方向とＺ軸方向に堅固に連結する連結バネ１．６によって駆動質量体１．２に連結されたセンサー質量体１．５と、センサー質量体１．５のＹ軸方向での偏向を検出するセンサー素子とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配設された第１センサー部（１）と第２センサー部（２）とを有し、Ｚ軸回りの回転速度を測定するためのマイクロジャイロスコープにおいて、
前記第１センサー部（１）と第２センサー部（２）とが、
前記基板に平行に配置された駆動質量体（１．２、２．２）と、
前記駆動質量体（１．２、２．２）を基板に取り付けるアンカー（４０）と、
前記アンカー（４０）と駆動質量体（１．２、２．２）との間に配置され、前記駆動質量体（１．２、２．２）をＸ軸方向に直線的に変位可能に、かつ、Ｙ軸方向とＺ軸方向とに堅固にするアンカーバネ（１．３、２．３）と、
前記駆動質量体（１．２、２．２）をＸ軸方向に振動するように駆動する駆動手段と、
前記駆動質量体（１．２、２．２）に対して移動自在なセンサー質量体（１．５、２．５）と、
前記センサー質量体（１．５、２．５）と駆動質量体（１．２、２．２）とを連結して、センサー質量体（１．５、２．５）を駆動質量体（１．２、２．２）に対してＹ軸方向に変位可能に、かつ、Ｘ軸方向とＺ軸方向とに堅固に連結する連結バネ（１．６、２．６）と、
前記センサー質量体（１．５、２．５）のＹ軸方向での偏向を検出するセンサー素子とをそれぞれ備え、
前記第１センサー部（１）と第２センサー部（２）とが、互いに平行に、かつ、Ｚ軸方向に上下に配置され、
前記第１センサー部（１）の駆動質量体（１．２）である第１駆動質量体（１．２）および第２センサー部（２）の駆動質量体（２．２）である第２駆動質量体（２．２）が、結合バネ（１．９、２．９）によって互いに連結されていることを特徴とするマイクロジャイロスコープ。
【請求項２】
前記第１駆動質量体（１．２）および第２駆動質量体（２．２）が、前記基板上の同じアンカー（４０）に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロジャイロスコープ。
【請求項３】
前記第１駆動質量体（１．２）および第２駆動質量体（２．２）が、前記センサー質量体（１．５、２．５）をそれぞれに囲む枠であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロジャイロスコープ。
【請求項４】
前記センサー素子が、電極対（１．７、１．８；２．７、２．８）であり、
前記電極対（１．７、１．８；２．７、２．８）の一方の電極（１．７、２．７）が、前記基板に固定状態で連結されており、他方の電極（１．８、２．８）が、前記センサー質量体（１．５、２．５）にＹ軸方向に変位可能に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のマイクロジャイロスコープ。
【請求項５】
前記第１センサー部（１）の電極対（１．７、１．８）が、前記第２センサー部（２）の電極対（２．７、２．８）とは反対の極性の関係を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のマイクロジャイロスコープ。
【請求項６】
前記第１センサー部（１）および第２センサー部（２）と同様に構成された第３センサー部（３）と第４センサー部（４）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のマイクロジャイロスコープ。
【請求項７】
前記第３センサー部（３）および第４センサー部（４）が、前記第１センサー部（１）および第２センサー部（２）と同じ平面に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロジャイロスコープ。
【請求項８】
前記第１センサー部（１）および第２センサー部（２）が、前記結合バネ（１．９、２．９、３．９、４．９）によって第３センサー部（３）および第４センサー部（４）と連結されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のマイクロジャイロスコープ。
【請求項９】
基板に配置された第１センサー部（１）と第２センサー部（２）とを有し、Ｚ軸回りの回転速度を測定するための請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載のマイクロジャイロスコープの制御方法において、
前記第１センサー部（１）と第２センサー部（２）とが、前記駆動質量体（１．２、２．２）と、前記駆動手段と、前記センサー質量体（１．５、２．５）と、前記センサー素子とを備え、前記上下に配置された第１駆動質量体（１．２）と第２駆動質量体（２．２）とを駆動手段により逆位相の関係で振動するように駆動させ、
前記基板がＺ軸回りに回転するとき、前記第１センサー部（１）のセンサー質量体（１．５）および第２センサー部（２）のセンサー質量体（２．５）が、関連する第１駆動質量体（１．２）および第２駆動質量体（２．２）のそれぞれの平面内で前記逆位相の振動中にコリオリ力により偏向することを特徴とするマイクロジャイロスコープの制御方法。
【請求項１０】
前記第１センサー部（１）および第２センサー部（２）と同様に構成された第３センサー部（３）と第４センサー部（４）とを備えている場合、１つの平面に隣接して配置された第１センサー部（１）の駆動質量体（１．２）およびセンサー質量体（１．５）と第４センサー部（４）の駆動質量体（４．２）およびセンサー質量体（４．５）とを、前記第２センサー部（２）の駆動質量体（２．２）およびセンサー質量体（２．５）と第３センサー部（３）の駆動質量体（３．２）およびセンサー質量体（３．５）との位相に対して逆位相で振動させることを特徴とする請求項９に記載のマイクロジャイロスコープの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に配設された第１センサー部と第２センサー部とを有し、Ｚ軸回りの回転速度を測定するためのマイクロジャイロスコープにおいて、各センサー部が、基板に平行に配置された少なくとも１つの駆動質量体と、駆動質量体を基板に取り付ける少なくとも１つのアンカーとを備えるマイクロジャイロスコープに関する。
少なくとも１つのアンカーバネは、駆動質量体をＸ軸方向に直線的に変位可能に、かつ、Ｙ軸とＺ軸方向に堅固に配設するために、アンカーと駆動質量体との間に配置されている。
また、駆動質量体をＸ軸方向に振動するように駆動可能である駆動手段と、センサー質量体を駆動質量体にＸ軸方向とＺ軸方向に堅固に、かつ、Ｙ軸方向に変位可能に連結するために、連結バネによって駆動質量体に連結された少なくとも１つのセンサー質量体と、センサー質量体のＹ軸方向での偏向を検出するためのセンサー素子（電極）とが存在する。
【背景技術】
【０００２】
同一の複数のセンサー部が互いに隣接して配置されており、それらセンサー部の駆動質量体が互いに結合された一般的なマイクロジャイロスコープが知られている（例えば、特許文献１）。
通常、複数のセンサー質量体が存在し、回転速度が生じるときにこれらのセンサー質量体を偏向させるため、１つのセンサー部に対する信頼性の高いデータ取得が行われる。
２つのセンサー質量体の測定値を比較することにより、取得した測定信号の正確性に関する結論を導き出す。
この種のマイクロジャイロスコープの欠点は、基板に互いに隣接して配置される２つのセンサー部に大きな設置スペースが必要となることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１８０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、確実に機能し、かつ、重複する測定結果を提供できるマイクロジャイロスコープであって、測定の正確性に関する結論を導き出すことを可能にし、その上、小さなスペースに設置するマイクロジャイロスコープを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の特徴を有するマイクロジャイロスコープおよびマイクロジャイロスコープの対応する制御方法により目的を達成する。
Ｚ軸回りの回転速度を測定するための本発明によるマイクロジャイロスコープは、基板ならびに第１センサー部および第２センサー部を備えている。
各センサー部は、基板に平行に配置された少なくとも１つの駆動質量体と、この駆動質量体を基板に取り付ける少なくとも１つのアンカーとを有している。
駆動質量体は、アンカーと駆動質量体との間に配置された少なくとも１つのアンカーバネによって、Ｘ軸方向に直線的に変位可能に、かつ、Ｙ軸とＺ軸方向に堅固に設けられている。
【０００６】
また、駆動質量体をＸ軸方向に振動するように駆動可能である駆動手段と、センサー質量体を駆動質量体に対してＸ軸方向とＺ軸方向とに堅固に、かつ、Ｙ軸方向に変位可能に連結するために、連結バネによって駆動質量体に連結された少なくとも１つのセンサー質量体とを備えている。
センサー質量体のＹ軸方向での偏向は、センサー素子によって検出される。
【０００７】
本発明によれば、２つのセンサー部は、互いに平行に、かつ、Ｚ軸方向に上下に配置されている。
第１センサー部および第２センサー部の駆動質量体（以下、第１駆動質量体および第２駆動質量体と呼ぶ）は、結合バネによって互いに連結されている。
２つセンサー部の駆動質量体を同期して駆動させることによって、回転速度が生じるときに、２つのセンサー素子のセンサー質量体の同期偏向もまた予期される。
したがって、各センサー質量体と関連するセンサー素子は、同一の信号を出力する。
信号が一致しないのであれば、例えば、センサーに障害が発生したか、あるいは、センサーに衝撃が加えられたと結論付けることができる。
その場合は直ちに、受信した信号を補正または破棄しなければならない。
【０００８】
本発明の実質的な利点は、センサー質量体が、駆動質量体も配置されるＸ−Ｙ平面の範囲内で偏向することである。
Ｘ−Ｙ平面より外側の設置スペースは、このセンサーには必要ない。
これにより、本発明によるマイクロジャイロスコープに必要な基板上の小面積に加えて、マイクロジャイロスコープにより極めて低い設置高さを実現する。
構成要素は、第１センサー部および第２センサー部が配置される２つの平面から外には変位しないので、これらの平面を互いに極めて近接させることができる。
したがって、本発明によるセンサーは、構成上極めて小型であるにもかかわらず、このセンサーが生成する測定値に関して信頼性が高い。
【０００９】
第１駆動質量体および第２駆動質量体は、基板上の同じアンカーに取り付けられていることが好ましい。
第１センサー部および第２センサー部の駆動質量体は、少なくとも部分的に同じ台を使用するので、小型設計もまた可能である。
したがって、１つのアンカーが、いわば、Ｚ軸方向に複数の平面に渡って延在している。
アンカーは、その一端が基板に取り付けられており、センサー部の個々の駆動質量体が基板から異なる距離で配置されることを可能にする。
なお、当然ながら、各センサー部が、専用の台とアンカーとを有してもよい。
【００１０】
本発明の有利な実施例では、センサー素子は、一方の電極が固定状態で基板に連結されており、他方の電極がＹ軸方向に変位可能なセンサー質量体に配置されている電極対である。
したがって、固定電極を固定状態にして、基板と第１センサー部との間、第１センサー部と第２センサー部との間、および／または、第２センサー部より上に配置された更なる層（マイクロジャイロスコープのカバーなど）と第２センサー部との間に配置することができる。
【００１１】
駆動質量体を互いに逆位相で動作させるときに、第１センサー部の電極対が第２センサー部の電極対とは反対の極性を有している場合、特に有利である。
駆動質量体を反対方向に変位させる場合でＺ軸回りの回転速度が生じたときに２つのセンサー質量体を互いに反対方向に偏向させた場合、電極対各々もまた反対の極性を有している場合、有利である。
これにより、センサー質量体の正確な偏向を示す、互いに殆ど一致する比較信号が発生する。
【００１２】
本発明によるマイクロジャイロスコープを更に改良するために、更なるセンサー部を第１センサー部および第２センサー部に関連させることもできる。
それゆえ、マイクロジャイロスコープは、第１センサー部および第２センサー部と同様に実装された第３センサー部と第４センサー部とを備えていることが有利である。
２つの平面のみでなく、複数のセンサー部の平面が存在するように、第３センサー部と第４センサー部とをいずれも第１センサー部および第２センサー部より上に配置することができる。
なお、第３センサー部および第４センサー部が、第１センサー部および第２センサー部の平面に配置されている場合、特に有利である。
実際、これにより基板上のセンサー部に必要となる面積は増加するが、これにより信号の取得および駆動質量体の駆動が簡略化される。
【００１３】
更なるセンサー部により回転速度を追加で取得できる、あるいは、特に有利には、センサー信号の更なる検証およびセンサーの堅牢性が向上する。
これは特に、第１センサー部および第２センサー部が結合バネによって第３センサー部および第４センサー部に連結されている場合に当てはまる。
したがって、１つの平面に互いに隣接して配置された駆動質量体は、同様にまたは反対に振動し、互いに対角線方向に配置された駆動質量体は、同様にまたは反対に、すなわち、同相でまたは逆位相で駆動させることができる。
それにより、互いに比較可能または微分可能である複数のセンサー信号が取得され、その結果、マイクロジャイロスコープの精度が大幅に向上する。
【００１４】
前述のマイクロジャイロスコープの１つまたは複数の特徴によるマイクロジャイロスコープの本発明による制御方法では、Ｚ軸回りの回転速度を測定する。
本発明によれば、上下に配置されるとともに駆動手段を有している駆動質量体を逆位相で振動するように駆動させる。
基板がＺ軸回りに回転すると、センサー質量体は、コリオリ力により関連する駆動質量体の平面内で逆位相の振動で偏向する。
マイクロジャイロスコープの逆位相での動作は、特に安定しており、内部干渉が殆どない。
それにより、非常に明確なセンサー信号が取得される。
【００１５】
４つのセンサー部については、１つの平面に互いに隣接して配置された駆動質量体およびセンサー質量体を逆位相で変位させる場合も有利である。
この動作モードもまた、極めて信頼性の高いセンサー信号を保証する。
【００１６】
本発明の更なる利点を以下の例示的な実施例で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１センサー部の平面図の概略図。
【図２】第２センサー部の概略の平面図。
【図３】図１の第１センサー部および図２の第２センサー部の断面の概略図。
【図４】更なるセンサー部の平面図の概略図。
【図５】図４の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、第１センサー部１を示す概略平面図である。
第１センサー部１は、アンカーバネ１．３によってアンカー４０に取り付けられた枠状の駆動質量体１．２を備えている。
そして、アンカー４０は、駆動質量体１．２の下の基板（図示せず）に取り付けられている。
駆動質量体１．２を櫛歯電極などの駆動手段（図示せず）によってＸ軸方向に振動するように駆動させるように構成されている。
センサー質量体１．５は、駆動質量体１．２の枠の内側に配置されている。
センサー質量体１．５は、連結バネ１．６によって駆動質量体１．２に連結されている。
【００１９】
アンカーバネ１．３は、駆動質量体１．２のＸ軸方向での変位性を実現するが、駆動質量体はＹ軸方向とＺ軸方向に剛結されている。
その一方で連結バネ１．６は、実際にセンサー質量体１．５を駆動質量体１．２と共にＸ軸方向に移動させるように設けられているが、コリオリ力が発生するときには、センサー質量体１．５をＹ軸方向に偏向させることができる。
連結バネ１．６もまたＺ軸方向に剛固であり、それゆえ、センサー質量体１．５はＸ−Ｙ平面の範囲内でのみ変位可能である。
【００２０】
センサー質量体１．５のＹ軸方向での変位を取得するために、センサー電極１．７およびセンサー電極１．８が設けられている。
センサー電極１．７およびセンサー電極１．８は、例えば、センサー電極１．７が正電荷を有し、センサー電極１．８が負電荷を有するような反対の極性を有している。
対応する電極からセンサー質量体１．５までの距離は、センサー質量体１．５のＹ軸方向での変位により変化し、それによって信号変化が生じる。
この信号変化後に、Ｚ軸回りの回転速度に関する結論が導き出される。
つまり、マイクロジャイロスコープ（すなわち、アンカー４０が配設された基板）がＺ軸回りに回転しているということである。
【００２１】
結合バネ１．９および連結部１０は、駆動質量体１．２に配置されている。
図１の第１センサー部１は、（駆動質量体１．２の両側に設けられた）結合バネ１．９および連結部１０によって図２の第２センサー部２に連結されている。
特に、連結部１０は、結合バネ１．９と結合バネ２．９とを連結している。
そして、結合バネ２．９は、第２センサー部２の駆動質量体２．２の枠に配設されている。
駆動質量体２．２もまた４つのアンカーバネ２．３に取り付けられており、これにより駆動質量体２．２はアンカー４０に配設されている。
【００２２】
第２センサー部２は、第１センサー部１に平行な、かつ、基板に平行な第２平面に配置されている。
第２センサー部２は、第１センサー部１と同様に構成されている。
第２センサー部２もまた、Ｚ軸回りの回転速度によりコリオリ力が発生するとすぐに、Ｙ軸方向に偏向可能であるセンサー質量体２．５を駆動質量体２．２の枠の内側に備えている。
その一方で、センサー質量体２．５と関連するセンサー電極２．７およびセンサー電極２．８は、第１センサー部１のセンサー電極１．７およびセンサー電極１．８の極性とは反対の極性を有している。
つまり、センサー電極２．７は負極を有し、センサー電極２．８は正極を有している。
これは、２つの駆動質量体１．２および駆動質量体２．２が逆位相で動作しているとき、センサー質量体１．５およびセンサー質量体２．５もまた逆位相で偏向させ、対応する正確な信号を分析装置に出力できることを保証するためである。
なお、センサー電極が同じ極性を有していてもよい。
また、電子分析装置での対応分析により、その信号を正確に処理することもできる。
【００２３】
図３は、センサー部１およびセンサー部２を示す断面図である。
矢印Ｐは、駆動質量体１．２および駆動質量体２．２の逆位相の変位を示している。
駆動質量体１．２および駆動質量体２．２は、Ｘ軸方向に前後に移動する。
これらの駆動質量体１．２、駆動質量体２．２は、結合バネ１．９および結合バネ２．９ならびに連結部１０によって互いに連結されている。
連結部１０は駆動質量体１．２および駆動質量体２．２の逆位相で同期した振動に対して静止したままである一方、結合バネ１．９および結合バネ２．９は交互に伸縮する。
【００２４】
図４には本発明の更なる例示的な実施例が示されている。
図４の概略平面図は、第１センサー部１および第３センサー部３がＸ−Ｙ平面に互いに隣接して配置されていることを示している。
そして、第１センサー部１および第３センサー部３は、同様に構成されている。
第１センサー部１および第３センサー部３は、駆動質量体１．２と駆動質量体３．２とを備え、それら駆動質量体１．２、駆動質量体３．２の枠にセンサー質量体１．５、センサー質量体３．５がそれぞれ配置されている。
連結バネ１．６および連結バネ３．６は、センサー質量体１．５およびセンサー質量体３．５のＹ軸方向での変位を可能にするように構成されている。
【００２５】
駆動質量体１．２および駆動質量体３．２は、アンカーバネ１．３およびアンカーバネ３．３によってアンカー４０に対してＸ軸方向に変位可能に取り付けられている。
センサー電極１．７およびセンサー電極１．８ならびにセンサー電極３．７およびセンサー電極３．８は、反対の極性を有している。
つまり、センサー電極１．７は正極を有し、センサー電極３．７は負極を有している。
その一方でセンサー電極１．８は負極を有し、センサー電極３．８は正極を有している。
それにより、駆動質量体１．２および駆動質量体３．２の逆位相の変位に対応するセンサー質量体１．５およびセンサー質量体３．５の逆位相の偏向を、正確に取得することができる。
【００２６】
第１センサー部１もまた、図１の例示的な実施例と同様に結合バネ１．９を有している。
これに対応するように、第３センサー部３は、結合バネ３．９を備えている。
２つの駆動質量体１．２と駆動質量体３．２との間に配置された結合バネ１．９および結合バネ３．９は、上下に配置されているとともに連結部１０を共有している。
第１センサー部１と第３センサー部３とを駆動手段（図示せず）によって逆位相で同期して振動するように駆動させる。
【００２７】
図５には図４の例示的な実施例の断面図が示されている。
これにより、駆動質量体１．２と駆動質量体３．２とを互いに逆位相で駆動させることが明らかである。
これは、それら駆動質量体１．２、駆動質量体３．２の下に配置される第２センサー部２と第４センサー部４とにも当てはまる。
矢印Ｐはまた、互いに対角線方向に配置された第１センサー部１および第４センサー部４ならびに第２センサー部２および第３センサー部３を、各々、互いに同相で同期して動作させることを示している。
第１センサー部１と第３センサー部３とを有し、第２センサー部２と第４センサー部４とを有する２つの平面は、連結部１０によって互いに連結されている。
それにより、２つの平面の互いに対する同期動作もまた保証される。
【００２８】
本発明は、示された例示的な実施例に限定されるものではない。
特に、個々の質量体または電極の形状、ならびにアンカーおよび連結バネ、における逸脱は、適宜可能であり、個々の要件を満たすように変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ・・・  第１センサー部
１．２・・・  駆動質量体
１．３・・・  アンカーバネ
１．５・・・  センサー質量体
１．６・・・  連結バネ
１．７・・・  センサー電極
１．８・・・  センサー電極
１．９・・・  結合バネ
２    ・・・  第２センサー部
２．２・・・  駆動質量体
２．３・・・  アンカーバネ
２．５・・・  センサー質量体
２．７・・・  センサー電極
２．８・・・  センサー電極
２．９・・・  結合バネ
３    ・・・  第３センサー部
３．２・・・  駆動質量体
３．３・・・  アンカーバネ
３．５・・・  センサー質量体
３．６・・・  連結バネ
３．７・・・  センサー電極
３．８・・・  センサー電極
３．９・・・  結合バネ
４    ・・・  第４センサー部
１０  ・・・  連結部
４０  ・・・  アンカー
【図１】
2013145232.tif 000003
【図２】
2013145232.tif 000004
【図３】
2013145232.tif 000005
【図４】
2013145232.tif 000006
【図５】
2013145232.tif 000007
【外国語明細書】
2013145232000001.pdf