(57)【要約】  中央スプリング構造を有する、２６モードを好み好み、かつそれらの周波数を低くするリングジャイロスコープ構造。外部からの機械的励起に対して連動する傾向の屈曲共振モードは、２６モードよりも明らかに高い。図の構造は、こうして、外部からの機械的衝撃と振動に対して非常に堅牢である。【選択図】図１
2017510795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面の微小電気機械のジャイロスコープ構造であって、
中心点の周りに広がる円形構造と、
中央スプリング構造であって、前記中心点の周りに対称的に位置する４つの中央アンカー点に、前記円形構造を懸架するための前記中央スプリング構造と、
前記円形構造上の４つの中央円周点および前記中央円周点の間の４つの周辺円周点であって、隣接する周辺円周点が周辺円周点のペアを形成し、かつ、隣接する中央円周点が中央円周点のペアを形成する、前記４つの中央円周点および前記４つの周辺円周点とを有し、
前記中央スプリング構造が、前記４つの中央アンカー点の各々を前記円形構造上の中央円周点のペアに接続するように構成されており、
前記中央スプリング構造と前記円形構造との間の前記接続が、周辺または中央円周点のペアの第１の円周点の半径方向の面上の変位を周辺または中央円周点の前記ペアの第２の円周点上の逆の半径方向の面上の力に変換するように構成されており、
前記第１の円周点の前記半径方向の面上の変位の前記方向と、前記第２の円周点上の前記半径方向の面上の力の前記方向とが直交する
平面の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項２】
前記微小電気機械のジャイロスコープ構造が、２つの半径方向を有するものであって、半径方向が、２つの中央アンカー点と前記中心点とを接続する対角線に対して位置合わせされており、
前記中央スプリング構造が、４つの中央部分構造を含むものであって、中央部分構造が前記長手方向において細長くかつ硬い少なくとも３つのスプリングを含んでおり、
前記３つのスプリングの第１のスプリングが、半径方向において、中央アンカー点から接続点に延びており、それが前記３つのスプリングの第２のスプリングと第３のスプリングとに接続しており、
前記第２のスプリングが、前記接続点と前記第１の中央円周点との間に延びており、
前記第３のスプリングが、前記接続点と前記第２の中央円周点との間に延びている
ことを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項３】
前記第１の中央円周点と前記接続点とを接続する線と半径方向との間の角度が、前記第２の中央円周点と前記接続点とを接続する線と前記半径方向との間の角度に等しい
ことを特徴とする請求項２に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項４】
前記中心点の周りに対称的に位置する４つの周辺アンカー点を含む周辺スプリング構造を有する
ことを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項５】
前記周辺アンカー点と前記中央アンカー点とが、前記周辺アンカー点の各々が前記微小電気機械のジャイロスコープ構造の前記対角線の１つと一致するように配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項６】
前記周辺スプリング構造が４つの周辺部分構造を含むものであって、周辺部分構造が、前記円形構造上の周辺アンカー点と周辺円周点とを接続する第４のスプリングを含み、前記周辺アンカー点と前記周辺円周点とを接続する線が半径方向に対して位置合わせされている
ことを特徴とする請求項４または５に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項７】
前記第４のスプリングが、前記半径方向における前記周辺円周点の運動に対して柔軟であり、かつ、接線方向における前記周辺円周点の運動に対抗するものであって、前記接線方向が前記半径方向に垂直である
ことを特徴とする請求項６に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項８】
前記中央円周点の前記半径方向の面上の変位が、前記円形構造の前記円の半径方向における線形の振動を含む
ことを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項９】
前記中央円周点の半径方向の面上の変位を誘導するように構成されている駆動構造を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１０】
前記周辺円周点の半径方向の面上の変位を検出するように構成されている検知構造を有する
ことを特徴とする請求項９に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１１】
前記周辺円周点の半径方向の面上の変位を誘導するように構成されている駆動構造を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１２】
前記中央円周点の半径方向の面上の変位を検出するように構成されている検知構造を有する
ことを特徴とする請求項９に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１３】
前記半径方向の面上の変位が圧電的または容量的に誘導または検出される
ことを特徴とする前記請求項９〜１２のいずれかに記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１４】
前記請求項のいずれかに記載の前記微小電気機械のジャイロスコープ構造を含むジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、微小電気機械デバイス、および、特に独立請求項の前文に記載するジャイロスコープ構造およびジャイロスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
微小電気機械システム（マイクロエレクトロメカニカルシステム；Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、即ち、ＭＥＭＳは、小型化された機械的システムおよび電気機械的システムであって、少なくともいくつかの要素が機械的機能性を有するもの、と定義できる。ＭＥＭＳデバイスは、集積回路の作成に使用するツールと同じものを使って作られるので、複数のマイクロマシンとマイクロエレクトロニクスとを１片のシリコン上に組み立てて、先進のマシンが可能となる。
【０００３】
ＭＥＭＳ構造は、物理的性質（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）におけるごく僅かな変化を迅速かつ正確に検出するために適用できる。例えば、微小電気機械のジャイロスコープは、ごく僅かな角変位を迅速かつ正確に検出するために適用できる。運動（ｍｏｔｉｏｎ）は、３直交方向における並進と３直交軸の周りの回転の、６自由度を有する。後者の３つは、ジャイロスコープとしても知られる角速度センサによって測定され得る。ＭＥＭＳジャイロスコープは、角速度の測定にコリオリの効果を利用する。質量体が１方向において運動中に回転角速度が加えられると、質量体は、コリオリ力の結果として直交方向の力を受ける。そして、コリオリ力によって結果として生じた物理的変位が、例えば、容量型、圧電型または圧抵抗型の検知構造から検出され得る。
【０００４】
ＭＥＭＳジャイロにおいては、適切なベアリングを欠くため、一次運動（ｐｒｉｍａｒｙ  ｍｏｔｉｏｎ）は、通常、従来のジャイロにみられるような連続的な回転にならない。その代わりに、機械的振動（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）が一次運動として利用され得る。振動ジャイロスコープが一次運動の方向に直交する角運動を受けると、波状の（ｕｎｄｕｌａｔｉｎｇ）コリオリ力が生ずる。これが、該一次運動と該角運動の軸とに直交する二次振動を一次振動の周波数にて作り出す。この連動した振動の振幅を角速度の尺度（ｍｅａｓｕｒｅ）に用いることができる。
【０００５】
ジャイロスコープは、非常に複雑な慣性ＭＥＭＳセンサであり、現在もトレンドは更にコンパクトな構造に向かっている。ジャイロスコープの設計における基本的課題は、コリオリ力がごく小さいため、発生する信号が、ジャイロスコープにおいて存在する他の電気信号に比べて極めて小さくなりがちなことである。スプリアス応答と振動の影響を受けやすいことが、従来の音叉型構造のような、多くのコンパクトなＭＥＭＳジャイロ設計における悩みの種である。
【０００６】
外部からの振動に対する感度を低くするための１つの既知のアプローチは、共通軸の周りに延びる内縁または外縁（ｉｎｎｅｒ  ａｎｄ  ｏｕｔｅｒ  ｐｅｒｉｐｈｅｒｉｅｓ）を有する環状または輪状の構造を有する平面状振動共振器を含む平衡リング構造（ｂａｌａｎｃｅｄ  ｒｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。平面状共振器は、典型的に、４５°の相互角度において縮退対の振動モードとして存在するｃｏｓ２θ共振モードに励起される。これらのモードの１つは、キャリアモードとして励起される。構造がリングの平面に垂直な軸の周りに回転するとき、コリオリ力がエネルギーを応答モードに連動させる。応答モードの運動の振幅は、適用回転速度の直接的な尺度を与える。
【０００７】
従来のリング構造の欠点は、典型的には、２つの動作振動モード（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｓ）の周波数よりも低い寄生（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）モードを有していることである。そのような寄生モードは、外部からの衝撃と振動に容易に連動する。
【発明の概要】
【０００８】
発明の概要
本発明の目的は、外部からの衝撃に対する感度がより低いコンパクトなリング型ジャイロスコープ構造を提供することである。本発明の目的は、独立請求項の特徴部分に従うジャイロスコープ構造を用いて達成される。
【０００９】
特許請求の範囲は、平面状の微小電気機械のジャイロスコープ構造であって、中心点の周りに広がる円形構造と、中心点の周りに対称的に位置する４つの中央アンカー点に該円形構造を懸架するための中央スプリング構造と、該円形構造上の４つの中央円周点および該中央円周点の間の４つの周辺円周点とを有する、平面状の微小電気機械のジャイロスコープ構造を規定する。隣接する周辺円周点は、周辺円周点のペアを形成し、かつ、隣接する中央円周点は、中央円周点のペアを形成する。中央スプリング構造は、前記４つの中央アンカー点の各々を円形構造上の中央円周点のペアに接続するように構成されている。中央スプリング構造と円形構造との間の接続は、周辺または中央円周点ペアの第１の円周点の半径方向の面上の変位を周辺または中央円周点ペアの第２の円周点上の、逆の半径方向の面上の力（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｒａｄｉａｌ  ｏｎ−ｐｌａｎｅ  ｆｏｒｃｅ）に変換するように構成されている。第１の円周点の半径方向の面上の変位の方向と、第２の円周点上の半径方向の面上の力の方向とは、直交する。
【００１０】
また、特許請求の範囲は、微小電気機械のジャイロスコープ構造を含むジャイロスコープを規定する。本発明の有利な実施態様は、従属請求項に開示される。
【００１１】
本発明は、ｃｏｓ２θ共振モード（駆動および検知）を最も低い周波数に整える（ａｒｒａｎｇｅ）具体的な中央スプリング構造を規定する。これは、寄生モードの簡易な除去を可能にする。
【００１２】
本発明のさらなる利点を以下の実施態様とともに詳述する。
【００１３】
図面の簡単な説明
以下に、好ましい実施態様に関連して、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ジャイロスコープ構造の実施態様を示す。
【図２】図２は、より詳細に例示的な中央部分構造（ｃｅｎｔｒａｌ  ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を示す。
【図３】図３は、例示的な周辺スプリング部分構造（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｓｐｒｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を示す。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、ジャイロスコープ構造において適用可能な代替的駆動構造を示す。
【図５】図５は、ジャイロスコープ構造を用いて作成した振動シミュレーションを示す。
【図６】図６は、ジャイロスコープの要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
いくつかの実施態様の詳細な説明
下記の各実施態様は例示である。明細書中において「或る」、「１つの」または「いくつかの」実施態様ということがあるが、これは、必ずしもこれらの語による言及が同じ実施態様を意味したり、１つの実施態様にのみ適用される特徴を意味したりするものではない。異なる実施態様の特徴を１つずつ組み合わせて更なる実施態様を提供してもよい。
【００１６】
以下、本発明の様々な実施態様を実施しうるデバイス構成の単純な実施例を用いて本発明の特徴を説明するが、実施態様の描写に関係のある要素のみを詳細に説明する。ジャイロスコープ構造の様々な実装においては、一般的に当業者に知られている要素やここに具体的に記載しない要素を有することがある。
【００１７】
図１は、本発明に従うジャイロスコープ構造１００の実施態様を示す。図１において、支持基板に懸架されているが、これに作用する外部の力が全く加わらない時の、初期状態にあるジャイロスコープ構造が示されている。この構成は、中心点１０４の周りに広がる円形構造１０２を含む。ジャイロスコープ構造１００は、平面の形状（ａ  ｐｌａｎａｒ  ｆｏｒｍ）を有していてもよい。これは、円形構造１０２が、二次元（長さ、幅）における平面に位置合わせされている（ａｌｉｇｎｅｄ）ことを意味する。円形構造１００は、ジャイロスコープに一次運動に励起されていてもよい振動質量体を提供し、コリオリ力の結果として生ずるその二次運動が検出されてもよい。
【００１８】
中央スプリング構造１０６を使用して、円形構造１０２が、固定（共振しない）支持体に、典型的には、ＭＥＭＳジャイロスコープの他の本体要素に、懸架されていてもよい。ジャイロスコープ構造がＭＥＭＳ構造ウェハの場合は、他の本体要素は、例えば、下層のハンドルウェハ、またはジャイロスコープのダイを被覆するキャップウェハによって提供されてもよい。懸架の目的で、ジャイロスコープ構造１００は、中心点１０４の周りに対称的に位置する４つの中央アンカー点１０８、１１０、１１２、１１４を含んでいてもよい。本明細書において、用語「アンカー点（ａｎｃｈｏｒ  ｐｏｉｎｔ）」とは、支持体に対する接続が経由して作られるまたは作られてもよいスプリング構造の部分、多くの場合には極端部分である。ジャイロスコープ構造は、２つの半径方向を有していると考えることができ、各々の半径方向は、２つの中央アンカー点と中心点と（１１０、１１４、１０４、または１０８、１１２、１０４）を接続する対角線１３２または１３４と重なり合う。
【００１９】
中央スプリング構造１０６が構成されて、４つの中央アンカー点１０８、１１０、１１２、１１４の各々を円形構造１０２上の中央円周点のペアに接続するようにしてもよい。この目的のために、中央スプリング構造１０６は、４つの中央部分構造を有していてもよく、これらの各々は、２つの中央円周点と、１つの中央アンカー点とに接続する。図２は、より詳細に、２つの中央円周点１２０、１２２とアンカー点１１２とを接続する、例示的な中央部分構造２００を示す。
【００２０】
本明細書において、「円周点（ｃｉｒｃｌｅ  ｐｏｉｎｔ）」とは、円形構造１２０の極めて小さなセクターであって、そこにスプリング部分構造の要素が取り付け（ａｔｔａｃｈ）られていてもよいものを意味する。接点は、円形構造１０２の内面と外面において生じていてもよい。「内面（ｉｎｎｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）」とは、半径方向内側に面し、中心点１０４の方向に向いている、円形構造１０２の表面の部分を意味する。「外面（ｏｕｔｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）」とは、半径方向外側に面し、中心点１０４から離れる方向に向いている、円形構造１０２の表面の部分を意味する。図１は、接続が円形構造１０２の内面上でされる例示的な構成を示す。図１に示すように、４つの中央円周点１１６、１１８、１２０、１２２は、円形構造１０２の内面上に均等に分配されていてもよい。２つの隣接する中央円周点（例えば、１１６と１１８、１１８と１２０、１２０と１２２、および１２２と１１６）が、中央円周点のペアを形成すると考えてもよい。
【００２１】
中央部分構造は、長手方向に細長くて硬い（ｓｔｉｆｆ）少なくとも３つのスプリング２０２、２０４、２０６を含んでいてもよい。この文脈において、「細長（ｅｌｏｎｇａｔｅ）」とは、円形構造の平面において、スプリングの長さの寸法（その平面における最長の寸法）が、スプリングの（長さの寸法に対して垂直な）幅の寸法の数倍（ｍｕｌｔｉｆｏｌｄ）であることを意味する。その長手方向における細長いスプリングの硬さは、その長さの寸法の方向におけるスプリングの剛性に対応する。この結果、スプリングが長手方向において硬いとき、他の方向におけるよりも何倍もの、長手方向において加えられる力に応答する変形に抵抗する。それゆえ、その長手方向において硬い細長いスプリングは、その他の方向においては柔軟であってもよい。
【００２２】
３つのスプリングのうちの第１のスプリング２０６は、半径方向に、中央アンカー点１１２から接続点２０８に向かって延び、そこで第１のスプリング２０６が、中央部分構造の第２のスプリング２０２と第３のスプリング２０４とに接続する。第２のスプリング２０２は、接続点２０８と第１の中央円周点１２０との間に延びており、第３のスプリング２０４は、接続点２０８と第２の中央円周点１２２との間に延びている。
【００２３】
スプリング部分構造２００は、有利には、それを貫通する対角線１３２に対して対称である。その結果、第１の中央円周点１２０と接続点２０８とを接続する線と、対角線１３２によって定められる半径方向との間の角度は、第２の中央円周点１２２と接続点２０８とを接続する線と半径方向との間の角度に等しい。なお、図２の例示的な構成において、第２のスプリング２０２は、第１の中央円周点１２０の半径方向の振動の方向に平行であり、第３のスプリング２０４は、第２の中央円周点１２２の半径方向の振動の方向に平行である。ただし、これはスプリング部分構造にとって必須ではない。本発明の技術的範囲内において、他の構成も可能であり、例えば、第２のスプリングと第３のスプリングとが接続する点が中央アンカー点の方により近く配置されて、これにより、第２のスプリングと第３のスプリングとが、それらが接続される円周点の半径方向の振動と一直線にならない（ｎｏｎ−ａｌｉｇｎｅｄ）ようにしてもよい。
【００２４】
図２から見て取れるように、３つのスプリング２０２、２０４、２０６と、第１の中央円周点１２０と第２の中央円周点１２２との間の円形の要素１０２の円弧との組み合わせは、第１の中央円周点１２０の半径方向の面上の変位を第２の円周点１２２上の逆の半径方向の面上の力（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｒａｄｉａｌ  ｏｎ−ｐｌａｎｅ  ｆｏｒｃｅ）に変換することができる構造を作り出す。したがって、第１の中央円周点１２０が内向きに、中心点１０４に向かって運動するとき、その運動は、第２の中央円周点１２２から外側に、中心点１０４から離れる方向に、円形構造１０２を押す機械力を作り出す。対応して、第２の中央円周点１２２が内向きに運動するとき、その運動は、第１の中央円周点１２０から外側に、中心点１０４から離れる方向に、円形構造１０２を押す機械力を作り出す。その結果生ずる中央円周点１２０、１２２の半径方向の運動は、第１の中央円周点１２０の振動の方向が、円形構造１２０の平面における第２の中央円周点１２２の振動の方向に対して垂直であるように、振動し、かつ、直交する。
【００２５】
図１を再び参照すると、円形構造１０２の外面上には、４つの周辺円周点１２４、１２６、１２８、１３０があってもよい。周辺円周点１２４、１２６、１２８、１３０は、外面上に均等に分配され、中央円周点１１６、１１８、１２０、１２２の間で交互配置（インターリーブ；ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）されていてもよい。２つの隣接する周辺円周点（例えば、１２４と１２６、１２６と１２８、１２８と１３０、および１３０と１２４）は、周辺円周点のペアを形成すると考えてもよい。ジャイロスコープ構造は、４つの周辺部分構造であって、その各々が周辺アンカー点１４０、１４２、１４４、および１４６を含む周辺スプリング構造を含んでいてもよい。周辺アンカー点１４０、１４２、１４４、および１４６と中央アンカー点１１６、１１８、１２０、１２２とは、周辺アンカー点１４０、１４２、１４４、および１４６の各々が微小電気機械のジャイロスコープ構造の対角線１３２、１３４のいずれかと一致するように、相互に位置合わせされていてもよい。図１の構成において、中央アンカー点１０８と周辺アンカー点１４０、１４４とは、対角線１３２に一致し、中央アンカー点１１０、１１４と周辺アンカー点１４２、１４６とは、対角線１３４に一致する。
【００２６】
図３は、図１の周辺アンカー点１４０を含む例示的な周辺スプリング部分構造をより詳細に示す。周辺スプリング部分構造３００は、周辺アンカー点１４０と円形構造上の周辺円周点１２４とを接続する第４のスプリング３０２を含んでいてもよい。周辺アンカー点１４０と周辺円周点１２４とを接続する線は、有利には、対角線１３２の半径方向Ｒに対して位置合わせされる。第４のスプリング３０２は、有利には、接線方向が円形構造の平面における半径方向に垂直であるとき、半径方向Ｒにおいて周辺円周点の運動に対して柔軟であって、かつ、接線方向Ｔにおいて周辺円周点の運動に対して硬い（ｓｔｉｆｆ）ように配置される。
【００２７】
図３は、例示的なスプリング形状を示すが、対応する方向関数を提供する他のスプリング形状が、本発明の技術的範囲内で適用されてもよい。例えば、周辺アンカー点１４０と第４のスプリングとは、円形構造内の対角線１３２の半径方向Ｒ上に配置されてもよい。これに従い、中央円周点と周辺円周点のそれぞれに対する接点が、円形構造１０２の内面上にあってもよい。
【００２８】
構造の角運動を測定するために、平面の円形構造は、面内一次運動に励起されて、運動する振動質量として作動するようにしてもよい。回転角速度が加えられるとき、一方向に運動する質量体は、コリオリ力の結果として直交方向の力を受ける。そうしてコリオリ力によって結果として生じた物理的変位（二次振動）が、例えば、容量型、圧電型または圧抵抗型の検知構造から検出され得る。リング構造において、半径方向に振動する差分質量が、接線方向におけるコリオリ効果の結果として生ずる力を経験してもよい。
【００２９】
したがって、ジャイロスコープ構造は、円形構造における半径方向の面上の変位を誘導することによって一次運動を励起するように構成されている、１以上の駆動構造を含んでいてもよい。また、ジャイロスコープ構造は、円形構造の半径方向の面上の変位を検知することによって二次運動を検出するように構成されている検知構造も含んでいてもよい。構造の構成に起因して、駆動方向と検知方向とは、２θモードに対応する。これは、仮に、駆動構造が中央円周点の半径方向の振動を駆動するように構成されているとすると、その検出は、周辺円周点の変位を検知することによって行われてもよいこと、あるいはその逆も可能であること、を意味する。
【００３０】
図４Ａ〜図４Ｃは、図１のジャイロスコープ構造において適用できる代替的駆動構造を示す。図４Ａは、励起と検出とが容量的に実現されている例示的な構成を示す。駆動構造４００は、円形構造１０２の外面に面する角度付き電極（ｃｕｒｖｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を含んでいてもよく、また、検知構造は、円形構造１０２の内面に面する他の角度付き電極４０２を含んでいてもよい。電圧差が円形構造１０２と駆動構造４００との間に加えられるとき、中央円周点１１８は、円形構造１０２と駆動電極４００との間の静電力に従って運動するように誘導されてもよい。対応して、角運動は、円形構造１０２と検知電極４０２との間の静電容量の変化として検出されてもよい。
【００３１】
図４Ｂは、駆動構造４００と検知構造４０２とが、円形構造に含まれる圧電要素を用いて実現されている更なる代替的態様を示す。
【００３２】
図４Ｃは、図１のジャイロスコープ構造の中心点１０４の周囲の拡大図を示す。この例示的な構成において、圧電手段は、駆動構造４００を提供するように適用される。図の実施態様において、中央スプリング部分構造の第１のスプリングは、長手方向において、圧電材料の２つの電気的に分離された部分に分割されている。これらの２つの部分は、異なる模様を用いて示されている。作動中は、第１の部分４１０と第２の部分４１２とは、逆位相モードにおいて駆動されてもよい。検知構造は、図４Ａに示す検知電極を用いて容量的に実現されてもよく、または図４Ｂに示す検知要素を用いて圧電的に実現されてもよい。
【００３３】
図５の表は、図１に従うジャイロスコープ構造のために為されたシミュレーションを示す。このシミュレーションにおいて、円形構造１０２の直径は３ｍｍ、円形構造１０２の（円形構造の平面に沿う）幅は３５μｍ、円形構造１０２の厚さは６５μｍであり、中央スプリング構造の第１のスプリング２０６の幅は１７μｍ、中央スプリング構造の第２および第３のスプリング２０２、２０４の幅は１１μｍであり、そして、周辺スプリング構造の第４のスプリングの幅は６μｍであった。表には、振動中の共振モードが示されている。図から分かるように、規定された要素の構成は、２θモードを好み、かつそれらの周波数を低くする。従来のリングジャイロスコープにおいて中心点の周りの円形構造の回転に対応するモードは、周辺スプリング構造によって効果的に除去されている。外部からの機械的励起に対して連動する傾向の屈曲共振モードは、２θモードよりも明らかに高い。このように、図の構造は、外部からの機械的衝撃と振動に対して非常に堅牢である。
【００３４】
また、構成は、高いクオリティーファクターのモードが共振周波数における機械的振動によって励起されるようになるときに起こり得る過剰な振幅を回避することも可能にする。さらに、中央スプリング構造は、無駄を省いて複数の要素を含むことができるので、したがって、非常にコンパクトな要素設計を可能にする。
【００３５】
図６は、第１の部分６００と第２の部分６０２とを含むジャイロスコープの要素を示す。第１の部分６００は、図１のジャイロスコープ構造を含んでいてもよく、第２の部分６０２は、ジャイロスコープ構造からの少なくとも入力電気信号に接続されている電気回路を含んでいてもよい。図６に示すように、１以上の検知構造からの信号は、ジャイロスコープ構造によって検出される角運動を表す出力信号に処理されるべく電気回路６０２に入力されてもよい。
【００３６】
ジャイロスコープは、様々なセンサ要素を含む複合的なセンサ要素に含まれていてもよく、その例を挙げれば、有線または移動コンピューティング、ゲーム用または通信用デバイス、測定デバイス、レンダリングデバイス、または車両用機能制御ユニット等がある。
【００３７】
技術の進歩に従い、本発明の基本概念が様々な方法で実施し得ることは、当業者に自明である。従って、本発明およびその実施態様は、上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の技術的範囲内で変化しうるものである。
【図１】
2017510795.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017510795.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2017510795.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月3日(2016.3.3)
【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】
平面の微小電気機械のジャイロスコープ構造であって、
中心点の周りに広がる円形構造と、
中央スプリング構造であって、前記中心点の周りに対称的に位置する４つの中央アンカー点に、前記円形構造を懸架するための前記中央スプリング構造と、
前記円形構造の表面上の４つの中央円周点および前記中央円周点の間の４つの周辺円周点であって、隣接する周辺円周点が周辺円周点のペアを形成し、かつ、隣接する中央円周点が中央円周点のペアを形成する、前記４つの中央円周点および前記４つの周辺円周点とを有し、
前記中央スプリング構造が、前記４つの中央アンカー点の各々を前記円形構造上の中央円周点のペアに接続しており、
前記中央スプリング構造と前記円形構造との間の前記接続が、中央円周点のペアの第１の円周点の半径方向の面内の変位を中央円周点の前記ペアの第２の円周点の逆の半径方向の面内の変位に変換しており、
前記第１の円周点の前記半径方向の面内の変位の前記方向と、前記第２の円周点の前記半径方向の面内の変位の前記方向とが直交しており、
前記微小電気機械のジャイロスコープ構造が、２つの半径方向を有するものであって、半径方向が、２つの中央アンカー点と前記中心点とを接続する対角線に対して位置合わせされており、
前記中央スプリング構造が４つの中央部分構造を含むものであって、中央部分構造が少なくとも３つのスプリングを含み、それら３つのスプリングの各々がその長手方向において細長くかつ硬いものであり、
前記３つのスプリングが、第１のスプリングと、第２のスプリングと、第３のスプリングとを含んでおり、
第１のスプリングの一端と、第２のスプリングの一端と、第３のスプリングの一端とが、接続点において互いに接続され、前記３つのスプリングの第１のスプリングが、半径方向である第１の方向において、中央アンカー点から前記接続点に延びており、
前記第２のスプリングが、前記接続点と前記第１の中央円周点との間に延びており、
前記第３のスプリングが、前記接続点と前記第２の中央円周点との間に延びていることを有する
微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項２】
前記第１の中央円周点と前記接続点とを接続する線と半径方向との間の角度が、前記第２の中央円周点と前記接続点とを接続する線と前記半径方向との間の角度に等しい
ことを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項３】
前記中心点の周りに対称的に位置する４つの周辺アンカー点を含む周辺スプリング構造を有する
ことを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項４】
前記周辺アンカー点と前記中央アンカー点とが、前記周辺アンカー点の各々が前記微小電気機械のジャイロスコープ構造の前記対角線の１つと一致するように配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項５】
前記周辺スプリング構造が４つの周辺部分構造を含むものであって、周辺部分構造が、前記円形構造上の周辺アンカー点と周辺円周点とを接続する第４のスプリングを含み、前記周辺アンカー点と前記周辺円周点とを接続する線が半径方向に対して位置合わせされている
ことを特徴とする請求項４または４に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項６】
前記第４のスプリングが、前記半径方向における前記周辺円周点の運動に対して柔軟であり、かつ、接線方向における前記周辺円周点の運動に対抗するものであって、前記接線方向が前記半径方向に垂直である
ことを特徴とする請求項５に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項７】
前記中央円周点の前記半径方向の面内の変位が、前記円形構造の前記円の半径方向における線形の振動を含む
ことを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項８】
前記中央円周点の半径方向の面内の変位を誘導するように構成されている駆動構造を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項９】
前記周辺円周点の半径方向の面内の変位を検出するように構成されている検知構造を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１０】
前記周辺円周点の半径方向の面内の変位を誘導するように構成されている駆動構造を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１１】
前記中央円周点の半径方向の面内の変位を検出するように構成されている検知構造を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１２】
前記半径方向の面内の変位が圧電的または容量的に誘導または検出される
ことを特徴とする前記請求項８〜１１のいずれかに記載の微小電気機械のジャイロスコープ構造。
【請求項１３】
前記請求項のいずれかに記載の前記微小電気機械のジャイロスコープ構造を含むジャイロスコープ。
【国際調査報告】
2017510795.tif 000009
2017510795.tif 000010