(57)【要約】  加速、回転、磁場などの物理的パラメータを測定するためのセンサーは、基板平面を画定している基板と、検知方向に少なくとも第１の要素を有している運動を実施するために基板上に懸架された少なくとも１枚の検知プレートを含む。検知方向は、基板平面に対して直角である。基板平面に平行な回転軸に対して回転運動を実施するために基板上に懸架された少なくとも１つの検出アームがある。面外結合構造は、検出アームの回転運動を発生させるために検知プレートの運動の第１の要素を検出アームに結合させるように使用される。回転検出構造は、基板平面に対する検出アームの回転運動を検出するために、検出アームと連携している。ピボット要素は面外結合構造から少し離れて配置されており、検知プレートが傾動面外運動を実施するように、ピボット要素は、検知プレートを基板上で一定の距離にある幾何学的な基準面に結合させる。
2016519320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速、回転、磁場などの物理的パラメータを測定するためのセンサーであって、
ａ）基板平面を画定している基板（１３）と、
ｂ）前記基板平面に直角である検知方向において少なくとも第１の要素を有している運動を実施するために前記基板（１３）上に懸架された少なくとも１つの検知プレート（１１、１２）と、
ｃ）前記基板平面に平行な回転軸に対する回転運動を実施するために、前記基板（１３）上に懸架された少なくとも１つの検出アーム（１４．１、１４．２）と、
ｄ）前記検出アーム（１４．１、１４．２）の前記回転運動を発生させるために、前記検知プレート（１１、１２）の前記運動の前記第１の要素を、前記検出アーム（１４．１、１４．２）に結合させるための面外結合構造（１７．１、１７．４）と、
ｅ）前記基板平面に対して前記検出アーム（１４．１、１４．２）の前記回転運動を検出するために、前記検出アーム（１４．１、１４．２）と連携する回転検出構造と、
を含み、
ｆ）ピボット要素（１７．２、１７．３）が前記面外結合構造（１７．１、１７．４）からある距離を置いて配置され、前記検知プレート（１１、１２）が傾動面外運動を実施するように、前記ピボット要素（１７．２、１７．３）は、前記検知プレートを、前記基板上で一定の距離にある幾何学的な基準面（１９）に結合していることを特徴とする、センサー。
【請求項２】
前記基板平面に平行な駆動方向（ｘ）における運動を実施するために懸架された駆動質量体（５０）、及び駆動方向に前記駆動質量体（５０）を作動させるための駆動構造（５９．１、・・・、５９．４）をさらに含む、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記駆動質量体（５０）は、前記ピボット要素（４９．１、４９．２）によって前記検知プレート（４１）に結合されている、請求項２に記載のセンサー。
【請求項４】
前記ピボット要素（４９．１、４９．２）は、ｖ字形であり、ｙ方向に尖っている、請求項３に記載のセンサー。
【請求項５】
前記ピボット要素（４９．１、４９．２）は、柔軟なシート状の要素（８３．１）である、請求項３に記載のセンサー。
【請求項６】
前記検出アーム（４４．１、４４．２）は、前記検知プレート（４１）を取り囲むフレーム（４３）の形状を有している検出構造の一部である、請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項７】
前記検出アーム（９３）は、前記検知プレート（９１）の開口内に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項８】
前記検知プレート（４１）、前記駆動質量体（５０）、及び前記検出アーム（４４．１）は、基板平面に平行であり、且つ前記検出アーム（４４．１）の前記回転軸（ｙ）に対して直角である軸（ｘ）に関して対称である請求項１から７のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項９】
前記駆動質量体（５０）は、フレームの形状（５０．１、・・・、５０．５）を有している、請求項２から８のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記面外結合構造（４７．１、４７．２）は、前記駆動質量体（５０）に取り囲まれた領域の外側にある、請求項２から９のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記面外結合構造（９７．１、９７．２）は、前記駆動質量体（１００）に取り囲まれた領域の内側にある、請求項２から９のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記駆動運動を発生させるための静電駆動ユニットが、前記検出構造に取り囲まれた前記領域の内側に配置されている、請求項２から１１のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１３】
前記駆動運動を発生させるための静電駆動ユニット（９４．１、・・・、９４．３）が、前記駆動質量体（１００）に取り囲まれた前記領域の外側に配置されている、請求項２から１１のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１４】
第２の検知プレートと、前記検出アームの回転運動を発生させるために前記第２の検知プレートの前記運動の前記第１の要素を前記検出アームに結合させるための第２の面外結合構造と、をさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記第１及び第２の検知プレート（４１、４２）の駆動方向における前記運動の逆位相結合のための逆位相結合構造（５３）をさらに含む、請求項２から１４いずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１６】
前記逆位相結合構造（５３）は、前記基板に固定されている、請求項１５に記載のセンサー。
【請求項１７】
前記駆動質量体は、前記駆動質量体（５０）に取り囲まれた前記領域の外側、及び前記検知プレート（４１）に取り囲まれた前記領域の内側に配置されたアンカー（４８．１、４８．２）に柔軟に接続されている、請求項２から１６のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１８】
前記駆動質量体（１００）は、前記駆動質量体（１００）に取り囲まれた前記領域の外側に配置されたアンカーに柔軟に接続されている、請求項２から１７のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項１９】
前記面外結合構造（４７．１、４７．２）は、前記回転軸に関して前記検知プレート（４１）の外側端部に配置されている、請求項１から１８のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項２０】
前記回転検出構造は、ピエゾ抵抗ナノワイヤゲージまたは共鳴器ゲージを含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載のセンサー。
【請求項２１】
前記回転検出構造は、前記検出アームの面外変位を電気信号に変換するピエゾ抵抗阻止として機能する柔軟な層（８３）を含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載のセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速、回転、磁場などの物理的パラメータを測定するためのセンサーに関連しており、
ａ）基板平面を画定している基板と、
ｂ）基板平面に対して直角である検知方向において少なくとも第１の構成要素を有する運動を実施するために基板上に懸架された少なくとも１つの検知プレートと、
ｃ）基板平面に平行な回転軸に対して回転運動を実施するために、基板上に懸架された少なくとも１つの検出アームと、
ｄ）検出アームの回転運動を引き起こすために、検知プレートの動きの第１の構成要素を検出アームに結合させるための面外結合構造と、
ｅ）基板平面に対して検出アームの回転運動を検出するために、アームと連携している回転検出構造と、
を含む。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（仏国特許出願公開第２  ９５１  ８２６  Ａ号明細書（ＣＥＡ））及び特許文献２（仏国特許出願公開第２  ９５７  ４１４  Ａ号明細書（ＣＥＡ））は、ｘ方向で作用し、且つｙ方向でコリオリの力によってそらされる矩形の振動質量体で力を検出するためのセンサーを開示している。振動質量体は、ｚ軸に対して振動質量体の回転を可能にしているヒンジによって懸架されている。ヒンジに対する回転は、ピエゾ抵抗ゲージによって検出されている。
【０００３】
特許文献３（仏国特許出願公開第２  ９６２  ５３２  Ａ号明細書（ＣＥＡ））は、回転の２つの異なる方向におけるコリオリの力を検出するためのセンサーを開示している。センサーは、３つの異なる振動質量体を含む。励起の軸はｚに平行であり、検出方向はｘ及びｙ軸に対応している。励起質量体は円形リングの形状を有しており、センサーの中心にある検出質量体を取り囲む。
【０００４】
特許文献４（仏国特許出願公開第２  ９６３  ０９９  Ａ号明細書（ＣＥＡ））及び特許文献５（仏国特許出願公開第２  ９６３  １９２  Ａ１号明細書（ＣＥＡ））は、動圧力を検出し、及び発生させるためのＭＥＭＳセンサー（マイク、スピーカー）を開示している。圧力変化は、ピボット要素の回転運動を生じさせ、運動はピエゾ抵抗ゲージワイヤによって検出される。別の実施形態は、検出質量体及び容量検出システム（コーム電極）の線形運動を利用している。
【０００５】
特許文献６（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５３４  Ａ号明細書（ＣＥＡ））は、ヒンジによりアンカーに軸接している可動質量体を有する磁気センサーを開示している。質量体は、外部の磁場において質量体を回転させる力を引き起こす磁性層を備えている。
【０００６】
特許文献７（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５３３  Ａ号明細書（ＣＥＡ））は、可動質量体の面外運動を検出するためのゲージを含むＭＥＭＳ構造を開示している。
【０００７】
特許文献８（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５２５  Ａ号明細書（ＣＥＡ））は、２つのアームによって結合された２つの質量体を有するＭＥＭＳ構造を開示している。アームは、面内軸に対して回転可能である。２つの質量体は面内で作動し、アームの平衡運動へ変換する面外運動を実施する。
【０００８】
特許文献９（仏国特許出願公開第２  ９２４  ４２２  Ａ号明細書（ＣＥＡ））は、ピエゾ抵抗ゲージワイヤのための増幅器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２  ９５１  ８２６  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献２】仏国特許出願公開第２  ９５７  ４１４  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献３】仏国特許出願公開第２  ９６２  ５３２  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献４】仏国特許出願公開第２  ９６３  ０９９  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献５】仏国特許出願公開第２  ９６３  １９２  Ａ１号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献６】仏国特許出願公開第２  ９４１  ５３４  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献７】仏国特許出願公開第２  ９４１  ５３３  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献８】仏国特許出願公開第２  ９４１  ５２５  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【特許文献９】仏国特許出願公開第２  ９２４  ４２２  Ａ号明細書（ＣＥＡ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
最初に述べた技術分野に関するセンサーを提供することが本発明の目的であり、センサーは高感度を有しており、且つより少ないチップ領域を用いる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の解法は、請求項１の特徴によって定義されている。本発明によると、加速、回転、磁場、または圧力などの物理的パラメータを測定するためのセンサーは、
ａ）基板平面を画定している基板と、
ｂ）基板平面に直角である検知方向において少なくとも第１の要素を有している運動を実施するために基板上に懸架された少なくとも１つの検知プレートと、
ｃ）基板平面に平行な回転軸に対して回転運動を実施するために基板上に懸架された少なくとも１つの検出アームと、
ｄ）検出アームの回転運動を発生させるために、検知プレートの運動の第１の要素を、検出アームに結合させるための面外結合構造と、
ｅ）基板平面に対して検出アームの回転運動を検出するために、検出アームと連携する回転検出構造と、
ｆ）面外結合構造からある距離を置いて配置されたピボット要素と、を含み、ピボット要素は、検知プレートを基板上に一定の距離にある幾何学的な基準面に結合させ、その結果検知プレートは傾動面外運動を実施する。
【００１２】
基板は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を実装するのに適した如何なる基板（機械的キャリヤ）であり得る。好ましくは、基板は、ＮＥＭＳ（ナノ電気機械システム）に適している。例えば、基板は単結晶シリコンまたはガラスから成り得る。基板は平板であり得る。基板の表面は、平面（ｘ−ｙ面）を画定している。平面に平行な如何なる方向は「面内」と呼ばれ、基板平面に平行でない如何なる方向は「面外」と呼ばれる。
【００１３】
センサーは、基板上に懸架された少なくとも１つの検知プレートを有している。懸架は、面外運動を可能にする構造によって達成される。検知プレートは、従って、検知方向において少なくとも１つの要素を有する方向において運動を実施することができ、検知方向（ｚ軸）は基板平面に対して直角である。検知プレートの懸架構造は、基板平面に平行な方向の要素を有する運動を可能にし得る。検知プレートは、基板平面に平行な、最小寸法より小さい厚さを有している構造である。
【００１４】
センサーは、基板平面に平行な回転軸に対して回転運動を実施するために、基板上に懸架された少なくとも１つの検出アームを有している。一般的に言うと、検出アームは、基板平面に平行な面において如何なる形状を有し得る。しかしながら、検出アームは、検知プレートの質量体と比較して小さい質量体を有していることが好ましい。アームは、面外で振れることのできる固いレバーを形成している（すなわち、アームは基板平面に対して直角な方向にベクトル要素を有する運動を実行することができる）。アームの振れる運動は、基板平面に平行な軸に対しての回転である。
【００１５】
面外結合構造は、検知プレートの運動の第１の要素の方向における検出アームへの結合を提供する。結果として、検知プレートの面外運動は、アームに伝達され、アームをその回転軸に対して回転させる。
【００１６】
アームの回転は、回転検出構造で検出される。この構造はアームと連携して、基板平面に関して検出アームの回転運動を検出する。検出構造は、検出アームの面外変位を電気信号に変換する、静電またはピエゾ抵抗素子を含み得る。
【００１７】
検知プレートを幾何学的な基準面に結合させるためのピボット要素は、面外結合構造からある距離を置いて配置される。前記ピボット要素はまた、センサーのｙ軸から（すなわち検出アームの回転軸から）、特定の半径方向距離を有している。
【００１８】
一方の面外結合構造と、他方のピボット要素との間の距離に起因して、基板平面に垂直な力が検知プレート上に作用するとき、検知プレートは基板平面に関して傾動運動を実施している。検出アームの回転軸とピボット要素との間の距離が小さければ小さいほど、検知プレートと検出アームとの間の傾斜角度は小さくなる。一般的に言うと、小さな傾斜角を有することは有利である。ピボット要素は、好ましくは検出アームの回転軸に近い。
【００１９】
利点：
本発明のセンサーは、従来技術のセンサーより小さい領域上に実装されることができる。センサーは、構造要素の懸架のため、且つ結合のための複雑なスプリングを必要としない。本発明の更なる利点は、検知プレートの運動が検出アームに直接伝達されるということである。従って、検知プレートの面外運動のエネルギーがより効果的に使用され、且つセンサーの感度は従来技術と比較して増大している。
【００２０】
駆動質量体：
センサーはさらに、基板平面に平行な駆動方向における運動を実施するために懸架された駆動質量体と、駆動方向に駆動質量体を作動させるための駆動構造と、を含み得る。駆動質量体は、（検出アームの回転軸に直角である）ｘ方向で振動することができるような方法で懸架され得る。好ましくは、駆動質量体の懸架は、駆動方向に対して直角の運動を防ぐ。すなわち、駆動質量体は面内を動いているだけであり、ｚ方向（面外）において動かない。
【００２１】
特許文献８（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５２５  Ａ１号明細書）と比較すると、ｘ方向の運動とｚ方向の運動との間のクロストークは除かれる。
【００２２】
静電手段（くし電極）により、別個の駆動質量体無しで、検知プレートを駆動することができる。特許文献８（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５２５  Ａ１号明細書（ＣＥＡ））の図１Ａで示したような類似した方法でその作用は起こり得る。
【００２３】
物理的パラメータを検出するために特定の周波数で作動される２つの質量体（バイマスセンサー）を含むセンサーは、音叉センサーと呼ばれている。
【００２４】
非共鳴の応用のため、検知プレートから分離する駆動質量体は必要ではない。
【００２５】
駆動質量体の結合：
本発明の特定の実施形態によると、駆動質量体は、ピボット要素によって検知プレートに結合されている。駆動質量体が懸架され、その結果、基板平面に垂直ではなく、平行でのみに可動であるとき、検知プレートの１つの軸（すなわち、ピボット要素によって定義された回転軸）は、基準面に維持されている。検知プレートの面外運動は、ピボット要素からある距離を置いて起こる。
【００２６】
ピボット要素が旋回軸に対して検知プレートの回転を可能にするだけであることが好ましいと同時に、ピボット要素がまた検出アームの回転軸に対して直角である同一の復元力を有することが代わりに容認され得る。ｚ方向において特定の（しかし、小さな）復元力さえ有し得る。
【００２７】
本発明の特定の実施形態によると、前記ピボット要素はｖ字形であり得る。例えば、ピボット要素は実質的に２つのビームからなり、それらは、それらの端部の一方で互いに接合され、且つ、０°より大きく９０°未満の角度でそれらの端部の他方で互いから離れるように走る。ｖ字形のピボット要素の分離した端部は、駆動質量体に接続されてもよく、ピボット要素の接合した端部は検知プレートに接続されてもよい。ｖ字形のピボット要素の対称軸が旋回軸を定義するように、好ましくは２つのビームは互いに関して対称である。ｖ字形のピボットの配向は、反対方向となり得る。
【００２８】
ピボットのビームは、（基板平面に対して直角である）ｚ方向における変形に対して好ましくは固い。各ビームがその縦軸に対して横方向に柔軟であり、その縦軸に対して回転可能であるにもかかわらず、ピボット要素は旋回軸に対して要求された回転の自由度だけを有している。
【００２９】
異なる構造、例えばｘとｚ方向における変形に対して十分に堅く、ｙ方向におけるねじれに対して柔軟である真っ直ぐなビームを使用することも可能である。
【００３０】
別の好ましい実施形態によると、ピボット要素は、柔軟なシート状の要素である。それは薄層の一部であってもよく、薄層は一方の側で駆動質量体に、他方の側で検知プレートに接続されている、駆動質量体から検知プレートに伸長している。
【００３１】
検出アーム：
特定の実施形態において、検出アームは、検知プレートを取り囲むフレーム構造の一部である。すなわち、アームはフレームの一側を作る。実際、フレームは一般的に、その対称軸の１つに対して回転可能となるように懸架された矩形である。もちろん、フレームの他の形状（六角形、部分的な円）は可能であるが、より複雑である。
【００３２】
好ましくは、フレームはｘ及びｙ方向において対称であり、フレームの両側の２つの点に懸架されている。２つの両側の各々は、検出アームを示しており、回転検出構造は各側に対して提供され得る。
【００３３】
別の好ましい実施形態によると、検出アームは、検知プレートの開口内に配置されている。検出アームは、検出アーム、検知プレート及び駆動質量体の３つの要素の最内部要素であり得る。
【００３４】
対称性：
検知プレート、駆動質量体及び検出アームは、基板平面に平行であり、且つ検出アームの回転軸に直角である軸（ｘ軸）に関して対称であることが最も好ましい。対称性の設計は、非対称の設計より安定である。そのうえ、対称性の設計は、好ましい逆位相作動の基礎となる。従って、ｘ及びｙ方向で対称であるＭＥＭＳ構造を有することは好ましい。
【００３５】
駆動質量体：
特定の実施形態において、駆動質量体は、（上面図において）フレームの形状を有している微細加工構造である。それは、駆動要素（例えば電極）、アンカー、スプリング要素、結合要素またはピボット要素を配置するために使用され得る駆動質量体内部の自由領域があることを意味している。例えば、駆動質量体は、４つの真っすぐなビームから実質的に成る矩形の形状を有し得る。開口またはギャップが存在するように、ビームの１つは２つの区分に分離されてもよく、トランシットとして働くことができる。
【００３６】
検出構造のフレームは、検知プレートを取り囲み得る。特に、前記フレームは、検知プレートを取り囲み得る。しかしながら、検知プレートを取り囲まない、または、検知プレートの内部でさえあるフレーム形状の検出構造を有することも可能である。検出構造は、単一の真っ直ぐなビームであり得る。
【００３７】
好ましい実施形態によると、面外結合構造は、駆動質量体に取り囲まれた領域の外側にある。つまり、駆動質量体がフレームである場合、面外結合構造はフレームの内部ではなく外側にある。
【００３８】
面外結合要素は、駆動方向（ｘ軸）に関して、検出アームと検知質量体との間の分離を可能にしている。
【００３９】
別の実施形態によると、面外結合構造は、駆動質量体に取り囲まれた領域内部にある。すなわち、駆動質量体は、結合構造が位置する開口を有し得る。
【００４０】
好ましい実施形態によると、駆動運動を起こすための静電駆動ユニットが、検出フレームに取り囲まれた領域の内部に配置される。特に、駆動ユニットはまた、駆動質量体に取り囲まれた領域の内部にある。そのような形状の主な利点は、駆動質量体がより小型になることである。
【００４１】
別の特定の実施形態において、駆動運動を起こすための静電駆動ユニットが、駆動質量体に取り囲まれた領域の外側に配置される。駆動ユニットは、駆動質量体の（検出構造の旋回軸に対して）最外端にあり得る。
【００４２】
逆位相作用：
逆位相作用は、検出信号上の摂動の効果、例えば、ｘ、ｙまたはｚ方向における線形加速の望ましくない影響を減少させる。従って、第２の検知プレートと、前記第２の検知プレートの運動の第１の要素を検出アームの回転運動を起こすための前記検出アームに結合させるための第２の面外結合構造と、を提供することが好ましい。
【００４３】
さらに、センサーは、駆動方向において第１及び第２の検知プレートの動きの逆位相結合のための逆位相結合構造を好ましくは含む。
【００４４】
逆位相結合構造は、基板に固定され得る。これは、振動システムの安定性を増大する。
【００４５】
アンカー：
本発明の特定の実施形態によると、駆動質量体は、検出質量体に取り囲まれた領域の外側、且つ検知プレートに取り囲まれた領域の内側に配置されたアンカーに柔軟に接続されている。あるいは、アンカーは、駆動質量体に取り囲まれた領域の外側にあり得る。駆動質量体を、駆動質量体に取り囲まれた領域の外側に配置されたアンカーに柔軟に接続することも可能である。
【００４６】
検出構造：
検出構造は、検出アームの面外変位を電気信号に変換するピエゾ抵抗素子として機能する柔軟な層を含み得る。好ましくは、回転検出構造は、ピエゾ抵抗ナノワイヤゲージを含む。そのようなゲージは、小領域上に実装され得る。従って、ナノワイヤゲージを含むセンサーによって消費されるチップ全体の領域は、静電検出手段を含むセンサーで消費される領域よりも小さい。しかしながら、検出アームの運動は、静電構造または共鳴器ゲージで選択的に検出され得る。
【００４７】
ナノワイヤゲージは、例えば、特許文献９（仏国特許出願公開第２  ９２４  ４２２  Ａ１号明細書（ＣＥＡ））から、及び特許文献８（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５２５  Ａ１号明細書（ＣＥＡ））からの電子増幅器から知られている。
【００４８】
本発明のセンサー設計は、ｙ軸ジャイロスコープに好ましくは使用される。しかしながら、それは線形のｚ軸加速に対して有利となり得る。さらに、その設計は磁場検出に適切ともなり得る。または、適切な空洞が検知プレートの下に提供され、その結果、空洞内の圧力が検知プレート上の圧力に対して増加するとき、検知プレートはｚ方向に押される場合、圧力変化さえ検出され得る。空洞は基板の背面に通じていてもよく、その結果、背面の圧力が決定される。
【００４９】
磁力計、加速度計及び圧力センサー装置に対して、一般的に言って、活性化電極、または、逆位相結合装置の必要がないことに注意すべきである。
【００５０】
他の有利な実施形態及び特徴の組合せは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲の全体から明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
実施形態を説明するために用いられる図面は、以下を示している。
【００５２】
【図１】従来技術による音叉センサーの面外運動の略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による音叉センサーの面外運動の略図である。
【図３】面外加速検出、または、磁場検出のための本発明の別の実施形態の略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態の上面図である。
【図５】検出構造に関する部分の上面図である。
【図６】検知プレートが駆動質量体の外側にある実施形態の上面図である。
【図７ａ】Ｖ字形ピボットがＮＥＭＳ層接続によって置き換えられた図６の別の実施形態である。
【図７ｂ】Ｖ字形ピボットがＮＥＭＳ層接続によって置き換えられた図６の別の実施形態である。
【図７ｃ】Ｖ型字ピボットがＮＥＭＳ層接続によって置き換えられた図６の別の実施形態である。
【図８】検出アームが駆動質量の内部にある実施形態の上面図である。
【００５３】
図において、同一の構成要素は、同一の参照符号で示される。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、特許文献８（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５２５号明細書（ＣＥＡ））で開示されたセンサーの面外運動を示している。基板３上に懸架された２枚の検知プレート１、２がある。２つの検知プレートは、２本のアーム４．１、４．２を有するレバー４によって結合されている。レバー４は、ｙ方向において基板３に平行な回転軸を画定しているピボット６を経てアンカー５に接続されている。２つの検知プレート１、２は、スプリング７．１、・・・、７．４によりアーム４．１、４．２に結合されており、これらはレバー４に平行な方向において柔軟であるが、ピボット６の回転軸（ｙ方向）に平行な方向及び、ｚ方向において固い。静電駆動体（図示せず）が、検知プレート１、２に結合されており、ｘ方向における振動運動８．１、８．２を発生させる。
【００５５】
角速度（またはコリオリの力）が無いとき、レバー４及びプレート１、２は、基板３に平行な基準面９にある。ｙ方向の力を検出するために、プレートはｘ方向（８．１、８．２）において振動するように駆動される。回転速度がセンサーに影響を及ぼす場合、コリオリの力１０．１、１０．２がｚ方向に採用し、且つ検知プレート１、２の面外運動をもたらす。この運動は、アーム４．１、４．２に結合され、且つアーム４のプレート角度の外は、ナノワイヤゲージによって感知される。
【００５６】
図２は、本発明の概念の好ましい実施形態を示している。基板１３上に懸架された２つの検知プレート１１、１２がある。２つの検知プレート１１、１２は、ピボット１６の対辺上に２つのアーム１４．１、１４．２を有するレバー１４によって結合されている。レバー１４は、ｙ方向において基板１３に平行な回転軸を画定しているピボット１６を経てアンカー１５に接続されている。２つの検知プレート１１、１２はそれぞれ、ピボット１７．１、１７．４によって、アーム１４．１、１４．２の外側端部に結合されている。２つの追加のピボット１７．２、１７．３は、検知プレート１１、１２の各々の内側端部を基準面１９に結合させるのに用いられる。図２で示された概念によると、検知プレート１１、１２の内側端部を基準面１９に結合させる構造は、ピボット１７．２、１７．３を、アンカー２２．１、２２．２へそれぞれ接続するスプリング２１．１、２１．２を含む。
【００５７】
従って、検知プレートの各々は、２つの異なるピボットによって懸架されている。内側のピボット１７．２よりもピボット１６の回転軸からさらに離れている外側のピボット１７．１は、検知プレートの面外（ｚ軸）運動を検出アーム１４．１に伝達する。検知プレート１１に作用している面外力がある場合、ピボット１７の回転軸に近い内側のピボット１７．２は、検知プレートが傾動プレート運動を起こす作用を有している。
【００５８】
静電駆動体（図示せず）が検知プレート１、２に結合され、ｘ方向にある振動運動１８．１、１８．２を引き起こす。
【００５９】
プレート１１、１２に作用している力が無いとき、レバー１４及びプレート１１、１２は基板１３に平行な基準面１９にある。ｚ方向における加速を検出するために、プレートは（図示されない駆動システムによって）ｘ方向に振動するよう駆動にされる。ｚ方向において十分に高い力を発生させるために検知プレート１１、１２が十分に高い質量を有するように設計されている場合、装置はｙ軸回転率を検出するために使用され得る。
【００６０】
加速がセンサーに影響を与える場合、コリオリの力２０．１、２０．２がｚ方向に作用し、検知プレート１１、１２の面外傾動運動をもたらす。この運動は、アーム１４．１、１４．２に伝達され、レバー１４の面外角度はナノワイヤゲージ（図示せず）によって検出される。
【００６１】
図２に示される基本的なシステムはまた、磁場を検出するために用いられ得る。この目的のために、プレート１１、１２は、例えば特許文献６（仏国特許出願公開第２  ９４１  ５３４号明細書（ＣＥＡ））で開示されているような磁性材料の層を備えている必要がある。ｚ方向における磁場は、図２に示されるコリオリの力に類似したプレート１１、１２を回転させる力を発生させる。磁場またはｚ軸加速を検出するために、非対称の構造を使用することもできる。そのような構造において、駆動手段は必要でない。
【００６２】
図２の右側に示される要素（検知プレート１２、アーム１４．２、ピボット１６、１７．３、１７．４、スプリング２１．１、アンカー１５及び２２）だけを含むセンサーは、線形のｚ軸加速に対して特に、十分であり得る。そのように変更されたセンサーは非対称である。
【００６３】
図３は、検知プレートの傾斜角に対してより高い感度を提供する本発明の実施形態を示している。これは、検出アーム３２よりもｘ方向においてより長い検知プレート３１を提供することによって達成される。検出アーム３２の一端はピボット３６によってアンカー３５に接続しており、検出アーム３２の（ｘ方向における）他端はピボット３７．２によって検知プレート３１の第１端部に接続している。検知プレート３１の第２の端部は、ピボット３７．１によって基準面３９に結合している。ピボット３７．１は、スプリング３４を経てアンカー３８に結合している。スプリング３４はｘ方向において柔軟であるが、ｙ及びｚ方向において固い。
【００６４】
アンカー３５、３８は、基板３３に固定されている。それらは、マイクロ機械加工された層（例えば、ＳＯＩ層＝シリコンオンインシュレータ）の不動部分であり得る。基板は表面３３．１を有している。検知プレートの面外運動のための空間を提供するために、基板３３において空洞があり得る。
【００６５】
基準面３９は、（面外結合である）ピボット３６及び（検出アームの回転軸である）ピボット３７．１の軸によって定義されている。
【００６６】
プレート３１が永久磁石として作用する磁性層を保有する場合、そして、ｚ方向において磁場がある場合、プレート３１は面外力４０を経験し、面外傾動運動を実施する。ピボット３７．１及び３７．２は検出アームのピボット３９の両側にあるので、アーム３２の傾斜角は検知プレート３１の傾斜角より大きい。これは、検知プレート１１のピボット１７．１及び１７．２が検出アーム１４．１のピボット１６の同じ側にある図２と異なる。
【００６７】
図３に示される構造は、磁気検知器またはＺ加速度計を実装するために好ましくは使用される。磁場センサーは音叉型である必要がない点に注意すべきである。
【００６８】
図４は、本発明の特定の実施形態による、好ましいｙ軸ジャイロスコープのＭＥＭＳ構造の上面図を示している。幾何学的な設計は、ｘ及びｙ方向に対して対称である。従って、以下の説明は、対称的な設計の一側に限定されている。
【００６９】
音叉型のセンサーの検知質量体を定義している２つの検知プレート４１、４２がある。検知プレート４１、４２は、長方形の検出フレーム４３内部に取り囲まれている。フレーム４３の長い側面は、ｘ方向に平行しており、且つ各検出レバー４４．１、４４．２を画定している。検出レバー４４．１、４４．２の自由端は、２つの接続ビーム４４．３、４４．４によって接続されており、これらはｙ方向に平行であり、検出レバー４４．１、４４．２と共に閉じた矩形を画定している。検出フレーム４３は２つのアンカー４５．１、４５．２に接続されており、これらはフレーム４３の両側に配置されている。ｙ方向に平行な回転軸を有するピボット４６．１は、検出レバー４４．１をアンカー４５．１に接続する。レバー４４．２とアンカー４５．２またはピボット４６．２との間の接続は、センサーのｘ軸に対して鏡面対称である。従って、検出フレーム４３はｙ軸に対して振動することができる。
【００７０】
検知プレート４１は、面外結合構造４７．１、４７．２によってそれぞれ、検出レバー４４．１、４４．２の各々の外側端部に結合される。前記面外結合構造４７．１、４７．２は、ｙ方向に伸長し、センサーのｘ軸に対して鏡面対称である。ｙ方向におけるそれらの長さは、ｙ方向における検知プレート４１の幅の約半分である。
【００７１】
面外結合構造は、ｙ方向に配向された４つの平行な主ビームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含んでいてもよく、（主ビームに対して直角の）短い横ビームによってそれらの第１端部で互いに接続されている。４つのビームのうち２つの内側の主ビームＢ、Ｃの第２端部は、検出レバー４４．１に取り付けられており、２つの外側の主ビームＡ、Ｄの第２端部は、検知プレート４１に取り付けられている。
【００７２】
検知プレート４１は、３つのプレート部４１．１、・・・、４１．３を含む。
【００７３】
第１部４１．１は、ｙ方向に延長した矩形の全体形状を有している。第１部４１．１は、ピボット４６の軸（ｙ軸）から、全ての３つのプレート部の最長距離を有している。第１部４１．１は、その矩形の全体形状において四つの凹部、すなわち、面外結合構造４７．１、４７．２を収納するための２つの凹部、及び２つのアンカー４８．１、４８．２を収納するための２つの凹部を有している。アンカー４８．１、４８．２は、面外結合構造４７．１、４７．２よりｙ軸に近い。
【００７４】
第２プレート部４１．２はｘ方向に伸長しており、そのｙ方向における寸法は、ｙ方向における第１部４１．１の寸法より小さい（例えば５から１０倍程より小さい）。第１及び第２プレート部４１．１、４１．２は合わせて「Ｔ」の形状を示している。
【００７５】
第３プレート部４１．３は、センサーのｙ軸に最も近いものである。それは、ｙ方向に伸長しているが、第１プレート部４１．１ほどｙ方向において長くない。それはまた、ｘ方向において第１プレート部４１．１より小さい。検知プレート４１を駆動質量体５０に接続するピボット要素４９．１、４９．２のための二つの凹部が第３プレート部４１．３にある。第３および第２プレート部４１．３、４１．２は合わせて「逆Ｔ」の形状を示している。
【００７６】
駆動質量体５０は、フレームビーム５０．１、・・・、５０．５によって画定された全体的に矩形形状を有している。フレーム５０は閉じておらず、センサーのｙ軸に最も遠いフレームビーム５０．１、５０．５の間で開口を有している。ｘ方向に伸長するプレート部４１．２は、駆動質量体フレームにおける開口部を通り抜ける。従って、検知プレート４１は、部分的に駆動質量体フレームの内側にあり、且つ部分的に外側にある。
【００７７】
面外結合構造から（ｘ方向に）一定距離で配置されるピボット要素４９．１、４９．２は、検知プレート４１を、基板平面上に一定の距離にある幾何学的な基準面に結合しており、その結果検知プレートは傾動面外運動を実施する。
【００７８】
駆動質量体５０は、ｙ方向またはｚ方向に動くことなくｘ方向に振動することができるように懸架されれている。駆動質量体（すなわち、フレームビーム５０．１及び５０．５）の外側端部は、ｘスプリング５１．１、５１．２によって、アンカー４８．１及び４８．１にそれぞれ接続されている。ｘスプリング５１．１、５１．２は、ｘ方向において柔軟であるが、ｙ及びｚ方向において固い。本発明の特定の実施形態によると、前記ｘスプリング５１．１、５１．２は、折り畳まれたビーム構造からなり、すなわち、ｙ方向に伸長する少なくとも２つの細長いビームから成り、それらの端部の一方で互いに対で接続されている。実際に、如何なる蛇行状形状は、ｘスプリングとして作用するのに有用である。図４は、伸長側の中心で互いに接続された、いくつかの０形状（または細長い矩形）からなる構造を示している：「０−０−０−０」形状（４重の０形状）。
【００７９】
内部フレームビーム５０．３（すなわちｙ軸に最も近い駆動質量体５０の部分）は、２つのｘスプリング５１．３、５１．４によってｙ方向に延びる結合プレート５２に接続されている。ｘスプリング５１．３、５１．４は、ｘスプリング４１．１、５１．２に類似している。特定の実施形態において、それらは３重の０形状を有している：「０−０−０」形状。
【００８０】
結合プレート５２は、（ｙ方向における）その中心で逆位相結合スプリング５３に接続される。逆位相結合スプリング５３の機能は、逆位相運動が強化され、同位相運動が抑えられるように、検知プレート４１及び４２のｘ方向の運動を結合することである。好ましい実施形態によると、逆位相結合スプリング５３は、菱形の形状を有している。それは好ましくはｙ方向に伸びている。ｙ方向におけるその長さは、ｙ方向における検知プレート４１の寸法とほぼ同じである。結合プレート５２は、９０°より大きい角度を有している菱形スプリング５３のその角５３．１に接続されている。９０°未満の角度を有している菱形スプリング５３のとがった角５３．２、５３．３は、ｙ方向に配向され、且つ細長いビーム５４．１、５４．２の中心にそれぞれ接続されている。ビーム５４．１、５４．２は、ｘ方向に配向されており、両端でアンカー５５．１、５５．２にそれぞれ取り付けられている。アンカー５５．１、５５．２は、矩形の全体的な形状を有しているが、ビーム５４．１、５４．２に対する、且つ菱形スプリング５３のとがった角５３．２、５３．３に対する開口（自由領域）を備えている。
【００８１】
図５は、回転検出構造の拡大上面図を示している。検出レバー４４．１は、突出バット要素５７を有している。ピボット４６．１は、バット要素５７に接続されている（ピボット４６．１は、十分なねじれ反発力を有するｙ方向において真っ直ぐなビームによって現実化され得る）。バット要素５７はｙ方向に突出し、ｙ軸から一定の距離で２つの側面ショルダを提供する。２つのナノワイヤゲージ５６．１、５６．２は、２つの側面ショルダと２つのアンカー５８．１、５８．２との間に提供される。３つのアンカー４５．１、５８．１、５８．２はそれぞれ、レバー４４．１の面外振動運動に起因するピエゾ抵抗ナノワイヤゲージ５６．１、５６．２の抵抗変化を判断するために、コンタクトのための電極層を保有している。
【００８２】
図４はまた、駆動質量体５０に対する静電駆動手段を示している。４つの駆動電極５９．１、・・・、５９．４が、駆動質量体５０に提供される自由領域内部に配置されている。好ましい実施形態によると、２つのフレームビーム５０．６、５０．７が、駆動質量体５０の矩形形状内部にある。前記フレームビーム５０．６、５０．７は、フレームビーム５０．２、５０．４に接続されており、ｘ軸に対する鏡面対称な方法でｙ方向に配向されている。駆動電極５９．１、５９．２は、フレームビーム５０．１と５０．５との間、すなわち検出プレート４１のプレート部４１．３よりも（ピボット４６．１、４６．２により画定される）ｙ軸からさらに離れている領域に配置されている。
【００８３】
図４、５によるセンサーは、ｘ及びｙ軸に対して鏡面対称である。アンカー４５．１、４５．２、５５．１、５５．２、ピボット４６．１、４６．２、及び逆位相結合スプリング５３のとがった角５３．２、５３．３が、センサーのｙ軸上に配置されている。アンカー５５．１、５５．２の間に位置する結合プレート５２は、ｙ軸から短い距離にある。結合プレート５２は、それ故、ｙ軸までの距離に対して最内部の要素である。
【００８４】
−結合プレート        ５２（最内部＝ｙ軸に最も近い）
−ｘスプリング        ５１．３、５１．４
−フレームビーム      ５０．３（駆動質量体５０の最内部分）
−プレート部          ４１．３（検知プレート４１の最内部分）
−ピボット要素        ４９．１、４９．２
−フレームビーム      ５０．６、５０．７
−駆動電極            ５９．１、・・・、５９．４
−フレームビーム      ５０．１、５０．５
−ｘスプリング        ５１．１、５１．２
−アンカー            ４８．１、４８．２
−プレート部          ４１．１（検知プレート４１の最外部分）
−結合構造            ４７．１、４７．２
−接続ビーム          ４４．３、４４．４（最外部＝ｙ軸から最も遠い距離）
【００８５】
上記のリストは、例えば、フレームビーム５０．１、５０．５はアンカー４８．１、４８．２よりもｙ軸により近い；または結合構造４７．１、４７．２はピボット要素４９．１、４９．２よりもｙ軸からより離れている；等を示している。
【００８６】
作用：
電極５９．１、・・・、５９．４は、駆動質量体５０がｘ方向において所定の振動数で振動するように力を及ぼす電気駆動信号が供給される。ｘスプリング５１．１、・・・、５１．４による懸架に起因して、駆動質量体５０は、ｘ方向にだけ移動でき、ｙ方向またはｚ方向においては移動できない。駆動質量体５０の運動が検知プレート４１に伝達されるように、２つのピボット要素４９．１、４９．２はｘ及びｙ方向において固い。面外結合構造４７．１、４７．２は柔軟（ソフト）であり、且つ検出フレーム４３はｘ及びｙ方向において可動ではないので、検知プレートのｘ方向の振動は、検出フレーム４３に伝達されない。
【００８７】
センサーの回転速度がｙ方向において起こる場合、検知プレート４１、４２は同様にｚ方向において運動している。検知プレートの特定の懸架に起因して、それらは面外で傾斜し始める。プレート部４１．３は最初に、ピボット要素４６．１、４６．２によって定義された基準面に維持されると同時に、プレート部４１．１は基準面の実質的に外側で移動する。この面外運動は、検出フレーム４３に結合され、その結果レバー４４．１はピボット４６によって定義されたｙ軸に対して振動し始める。
【００８８】
図６は、本発明の別の実施形態のＭＥＭＳ構造の上面図を示している。その構造は、ｙ軸ジャイロスコープとして使用され得る。幾何学的な設計は、ｘ及びｙ方向に対して対称的である。従って、以下の説明は対称的な設計の一方に限られる。
【００８９】
音叉型センサーの検知質量体を画定する２つの検知プレート６１、６２がある。検知プレート６１、６２は、矩形の検出フレーム６３内部に取り囲まれている。フレーム６３の長い側面は、ｘ方向に平行であり、検出レバー６４．１、６４．２の各々を画定している。検出レバー６４．１、６４．２の自由端は、ｙ方向に平行であり、且つ検出レバー６４．１、６４．２と共に閉じた矩形を画定する２つの接続ビーム６４．３、６４．４によって接続される。検出フレーム６３は、フレーム６３の両側に配置されている２つのアンカー６５．１、６５．２に接続されている（注意：ｘ軸に対して両側）。ｙ方向に平行な回転軸を有するピボット６６．１は、検出レバー６４．１をアンカー６５．１に接続する。レバー６４．２とアンカー６５．２とピボット６６．２との間の接続は、センサーのｘ軸に対して、アンカー６５．１、レバー６４．２及びピボット６６．２に鏡面対照である。従って、検出フレーム６３は、ｙ軸に対して振動することができる。
【００９０】
検知プレート６１は、面外結合構造６７．１、６７．２によってそれぞれ、検出レバー６４．１、６４．２の各々の外側端部に結合される。前記面外結合構造６７．１、６７．２は、ｙ方向に延びており、且つセンサーのｘ軸に対して、互いに鏡面対称で配置されている。（ｙ方向における）それらの長さは、（ｙ方向における）検知プレート６１の幅の約半分である。それらはプレート部６１．１の外側端部の領域にある。
【００９１】
これまでの図６に示された設計は、図４に示されたものに類似している。面外結合構造６７．１、６７．２が図６において真っ直ぐなビームとして示されるが、それは図４における構造４７．１と同じ方法で設計され得ることが述べられている。重要なことは、Ｘに沿ったその柔軟さ及びＹ及びＺに沿った高い固さである。
【００９２】
図４に示された面外結合構造に対して、図６の面外結合構造６７．１は真っ直ぐなビームであり、ビームの一端は（検出レバー６４．１の外側端部で）検出フレーム６３の内側に接続され、ビームの他端は（検知プレートの外側端部で）検知プレート６１に接続されている。本実施形態において、検知プレート６１は、面外結合構造６７．１、６７．２を収納するためにｙ方向に延びる２つのスロットを有している。検知プレート６１のｘ軸（＝対称の中心軸）上で、スロットの端部を互いに分離するための、検知プレート６１の架橋プレート部６１．４がある。
【００９３】
検知プレート６１は、５つのプレート部６１．１、・・・、６１．５を含む。検知質量体の主要な部分は、２つの検出レバー６４．１、６４．２の間に延びる矩形のプレート部６１．１によって画定されている。２つのプレート部６１．３、６１．４は、検出レバー６４．１、６４．２に平行に延び、前記レバーに隣接している。これらの２つのプレート部６１．３、６１．４は、プレート部６１．１の内側端部からピボット要素６９．１、６９．２まで伸長し、前記ピボット要素６９．１、６９．１は（プレート部６１．１の重心と比較して）ｙ軸に近接している。
【００９４】
検知プレート６１の外側端部は、プレート部６１．１と比較してｘ方向に細いプレート部６１．５によって形成されている。プレート部６１．５は省略され得る。
【００９５】
プレート部６１．１、６１．２及び６１．３は、駆動構造に対して実質的に矩形の（内部）領域を取り囲んでいる。すなわち、駆動構造は、検知プレート６１によって取り囲まれた領域の内側にある。
【００９６】
駆動構造は、いくつかの（例えば３つの）アンカー６８．１、・・・、６８．３を含み、各々が、駆動質量体７０の外端に提供される対応したフィンガー電極と連携する駆動電極７９．１、・・・、７９．３を有している。駆動質量体７０は、実質的にＣ形状であり、ｙ軸に平行に延びるビーム７０．１及びｘ軸に平行に延びる２つのアーム７０．２、７０．３を有している。２つのアームの各々の内側端部は、ピボット要素６９．１、６９．２に接続されている。
【００９７】
駆動質量体７０は、例えば二重の０形状：「０−０」を有しているｘスプリング７１によって懸架されている。ｘスプリング７１は、Ｃ形状駆動質量体７０によって取り囲まれた領域内部にある。ｘスプリング７１の内側端部は、図４に示された逆位相結合スプリング５３と同じように設計されている、逆位相結合スプリング７３に接続されている。逆位相結合バネ７３のとがった端部７４．１、７４．２の各々は、ｘ方向に配向された柔軟なビームの中間に接続されている。柔軟なビームの各々の２つの端は、２つのアンカー７５．１、７５．３及び７５．２、７５．４にそれぞれ接続されている。２つの前記アンカー７５．１、・・・、７５．２は、駆動質量体７０に取り囲まれている領域内部にある。本実施形態において、前記アンカー７５．１、・・・、７５．２は、ｘスプリング７１とアーム７０．２、７０．３との間にある。
【００９８】
図６によるセンサーは、ｘ軸及びｙ軸に対して鏡面対称である。アンカー６５．１、６５．２、ピボット６６．１、６６．２、及び逆位相結合スプリング７３のとがった端部７４．１、７４．２は、センサーのｙ軸に配置されている。アンカー７５．１、７５．２の間に位置するｘスプリング７１は、ｙ軸から短い距離にある。ｘスプリング７１は、従って、ｙ軸上ではないが、他の全ての要素の（ｙ軸への距離に対して）最内部の要素である。
−ピボット要素              ６９．１、６９．２（最内部＝ｙ軸に最も近い）
−ｘスプリング              ７１
−駆動質量体の主ビーム      ７０．１（駆動質量体７０の最外部分）
−駆動電極                  ７９．１、・・・、７９．３
−アンカー                  ６８．１、・・・、６８．３
−プレート部（主質量体）  ６１．１
−結合構造                  ６７．１、６７．２
−プレート部              ６１．５（検知プレート６１の最外部分）
−接続ビーム                ６４．３
【００９９】
上記リストは、例えば駆動質量体の主ビーム７０．１がプレート部６１．１よりもｙ軸により近く；または、ｘスプリング７１が駆動質量体７０内部にあると同時に、駆動電極７９．１、・・・、７９．３は駆動質量体７０．１の外側にあることを述べている。結合構造６７．１、６７．２は、ピボット要素６９．１、６９．２よりもｙ軸から非常に大きな距離を有している。
【０１００】
作用：
作用は、図４のものと基本的に同じである。駆動質量体７０は、ｘ方向で振動するよう作動させられる。ｘスプリング７１、逆位相結合スプリング７３、及びアンカー７５．１、・・・、７５．４を経た懸架に起因して、駆動質量体７０は、ｘｙ平面内部で振動するだけである（平面内振動）。この振動は、ピボット６９．１、６９．２を経て検知プレート６１に伝達される。面外力（コリオリの力）がある場合、検知プレート６１の外側端部は傾動面外運動を実施する。この運動のｚ要素は、結合構造６７．１、６７．２を経て検出フレーム６３に伝達される。フレーム６３のｙ軸についての回転は、ナノワイヤゲージによって（またはいくつかの他の適切な検出手段によって）で検知される。
【０１０１】
図７ａ、ｂ、ｃは、駆動質量体７０と検知プレート６１との間で異なる種類のピボット要素を有する図６のセンサー設計を示している。図６のＶ字形の構造６９．１、６９．２の代わりに、シート状の要素を形成している柔軟な層がある。図７ｂ、ｃは、検知プレート部分の内側端部、すなわち（検知プレート部分６１．３に対応する）アーム８１．３が、（アーム７０．３に対応する）駆動質量体部分８０．３の内側端部に接続されている。検知プレート８１、及び駆動質量体８０の主要な体積は、例えば数１００ミクロンの厚さの結晶質シリコン層からなる。この層は、（例えば図４または６で示されるような）好ましい幾何学的なセンサー設計が達成されるように、標準的な手段（従来技術）によって機械加工される。本発明の好ましい実施形態によると、結晶質上部層８２は、一般的に１ミクロン未満の厚さ（例えば２５０から５００ナノメートル）を有している薄い結晶質層８３の上部に配置される。薄層８３は、ナノワイヤゲージ（図５における５６．１、５６．２）を実装するために使用される。上部層８２がギャップ８４を形成するために駆動質量体８０と検知プレート８１との間で除去されるという事実に起因して、駆動質量体８０と検知プレート８１との間の接続は、ｚ方向において薄く柔軟なシート状要素８３．１である。薄い結晶質層８３は、一側面上で駆動質量体に、他側面上で検知プレートに接続されている。
【０１０２】
従って、ｘ軸またはｚ軸についての回転が阻止されると同時に、図７ｃで示されるようなｙ軸についての振動運動が可能である。
【０１０３】
図８は、更なる実施形態を示している。図４の実施形態に対する第１の相違は、駆動質量体１００が検知プレート９１を取り囲んでいるフレームの形状を有していることである。第２の相違は、駆動電極が駆動質量体フレームの外側に位置しているということである。実際、駆動質量体１００の最外部分は、ｘ方向に延びるフィンガー電極を備えており、フィンガー電極の反対側は、アンカー９８．１、・・・、９８．３に取り付けられた固定電極９４．１、・・・、９４．３である。
【０１０４】
第３の相違は、検出レバー９３が２つの検知プレート９１、９２の中央においてｘ軸上に位置していることである。検出レバー９３は、（センサーの中央にある）アンカー９５及び２つのナノワイヤゲージ構造１０６．１、１０６．２のために、その中心に開口を有している。ｙ方向に伸長し、且つ検出レバー９３をアンカー９５に接続している２つのピボット９６．１、９６．２がある。検出レバーがｙ軸に対して振動しているとき、ｘ方向に延びる２つのナノワイヤゲージ構造１０６．１、１０６．２は交互に引張される。従って、異なる検出スキームを実施することができる。
【０１０５】
検出レバー９３は、検知プレート９１の傾動運動の面外要素を検出レバー９３に結合させるために、２つの結合構造９７．１、９７．２によって検知プレート９１に結合されている。図８で示すように、面外結合構造は、ｙ方向に延びる真っ直ぐなビームであり得る。真っ直ぐなビームはｘ方向において柔軟であり、ｙ及びｚ方向において固い。
【０１０６】
検知プレート９１の内側端部（すなわちｙ軸に最も近い端部）は、ｙ方向に配向された２つのピボット要素９９．１、９９．２により、駆動質量体１００に接続される。
【０１０７】
駆動質量体１００のフレームは、全ての４つの側面で検知プレート９１を包囲している。フレーム１００は１つだけ開口を有しており、これは検出レバー９３が（駆動質量フレームの外側にある）アンカー９５から駆動質量体１００の内部に延びることができるように、ｘ軸の領域に配置されている。駆動質量体１００の２つのフレーム区域１００．１、１００．２は、２つのｘスプリング１０１．１、１０１．２、２つの逆位相結合スプリング１０３、１０４、及び８つのアンカーによって懸架されている。ｘスプリング１０１．１、逆位相結合スプリング１０３、及び対応する４つのアンカーは実質的に、図６で示されたｘスプリング７１、逆位相結合７３、及び４つのアンカー７５．１、・・・、７５．４と同じ設計である。
【０１０８】
作用は、図４および６のものと実質的に同じである。駆動電極９４．１、．．．、９４．４はｘ方向において駆動質量体１００の振動を発生させる。ピボット９９．１、９９．２は、振動を検知プレート６１に伝達する。コリオリの力がｚ方向に作用する場合、検知プレートの傾動面外運動がもたらされる。傾動運動のｚ要素は、結合構造９７．１、９７．２を経て、中心にある検出レバー９３に伝達される。
【０１０９】
図面に示された実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなく、異なる方法で修正され得る。
【０１１０】
ピボット要素を駆動質量体５０によって包囲された領域の内側に配置する代わりに、外側に配置してもよい。例えば、空間がレバー４４．１とフレームビーム５０．２との間に提供される場合、検知プレートのプレート部は前記空間内に配置され、且つ、ピボット４９．１は、（図４で示すようなｘ軸の方を向いた矢印の代わりに）ｘ軸から離れる方を向いた矢印であり得る。
【０１１１】
検知プレート４１が駆動質量体５０によって取り囲まれた領域に伸長することは必要ではない。検知プレート４１は、駆動質量体を取り囲み得る。
【０１１２】
基準面で駆動質量体５０を支持しているアンカー４８．１、４８．２は、駆動質量体５０の内側（すなわち、それによって取り囲まれた領域）に置かれることもできる。そのような場合、駆動質量体は、（図４で示されたようなＣ形状構造の代わりに）閉じたフレームであるか、またはリングであり得る。
【０１１３】
２つの検知プレート４１、４２の逆位相結合は、図４で示されたものよりも、他のスプリング構造によって達成されることができる。
【０１１４】
検出フレームまたは検知プレートの形状は、矩形である必要はない。多角形、菱形、または円形形状がまた、可能である。
【０１１５】
検出レバー４４．１、４４．２の面外運動は、静電電極によって測定され得る。
【０１１６】
本発明は、ｘ方向の作用を必要とする音叉センサーに限定されていない。特に、図２または３で示されるような傾動面外運動を発生させる懸架が、線形のｚ方向加速を検出するために使用され得る。検知プレート上に磁性材料を提供すること、及びｚ方向の磁場を検出することも可能である。
【０１１７】
面外結合のためのピボットは、検出アームの端部と検知プレートの外側端部を必ずしも接続しているわけではない。検知プレートまたは検出アームは、前記ピボットを越えて伸長し得る。同様の方法で、検知プレートを基準面に結合させるためのピボットは、必ずしも検知プレートの内側端部にある必要はない。
【０１１８】
本発明のセンサーは、センサー装置に９つの自由度、すなわち、３つの線形加速、３つの磁気方向、及び３つの回転率（３Ａ＋３Ｍ＋３Ｇ）を提供するために、他のセンサーと共に一つのチップ上に実装されてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１、２  検知プレート
３  基板
４  レバー
４．１、４．２  アーム
５  アンカー
６  ピボット
７．１、７．２、７．３、７．４  スプリング
８．１、８．２  振動運動
９  基準面
１０．１、１０．２  コリオリの力
１１、１２  検知プレート
１３  基板
１４  レバー
１４．１、１４．２  アーム
１５  アンカー
１６  ピボット
１７．１、１７．２、１７．３、１７．４  ピボット
１８．１、１８．２  振動運動
１９  基準面
２０．１、２０．１  コリオリの力
２１．１、２１．２  スプリング
２２．１、２２．２  アンカー
３１  検知プレート
３２  検出アーム
３３  基板
３３．１  基板平面
３４  スプリング
３５  アンカー
３６  ピボット
３７．１、３７．２  ピボット
３８  アンカー
３９  基準面
４０  面外力
４１  検知プレート
４１．１、４１．２、４１．３  プレート部
４２  検知プレート
４３  検出フレーム
４４．１、４４．２  検出レバー
４４．３、４４．４  接続ビーム
４５．１、４５．２  アンカー
４６．１、４６．２  ピボット
４７．１、４７．２  結合構造
４８．１、４８．２  アンカー
４９．１、４９．２  ピボット要素
５０  駆動質量体
５０．１、５０．２、５０．３、５０．４、５０．５、５０．６、５０．７  フレームビーム
５１．１、５１．２、５１．３、５１．４  ｘスプリング
５２  結合プレート
５３  逆位相結合スプリング
５３．１、５３．２、５３．３  角
５４．１、５４．２  ビーム
５５．１、５５．２  アンカー
５６．１、５６．２  ナノワイヤゲージ
５７  バット要素
５８．１、５８．２  アンカー
５９．１、５９．２、５９．３、５９．４  駆動電極
６１、６２  検知プレート
６１．１、６１．２、６１．３、６１．４、６１．５  プレート部
６３  検出フレーム
６４．１、６４．２  検出レバー
６４．３、６４．４  接続ビーム
６５．１、６５．２  アンカー
６６．１、６６．２  ピボット
６７．１、６７．２  結合構造
６８．１、６８．２、６８．３  アンカー
６９．１、６９．２  ピボット要素
７０  駆動質量体
７０．１  主ビーム
７０．２、７０．３  アーム
７１  ｘスプリング
７４．１、７４．２  とがった角
７５．１、７５．２、７５．３、７５．４  アンカー
７９．１、７９．２、７９．３  駆動電極
８０  駆動質量体
８０．３  アーム
８１  検知プレート
８１．３  プレート部
８２、８３  層
８３．１  シート状の要素
８４  ギャップ
９１、９２  検知プレート
９３  検出レバー
９４．１、９４．２、９４．３  電極
９５  アンカー
９６．１、９６．２  ピボット
９７．１、９７．２  結合構造
９８．１、９８．２、９８．３  アンカー
９９．１、９９．２  ピボット要素
１００  駆動質量体
１００．１、１００．２  フレーム区域
１０１．１、１０１．２  ｘスプリング
１０３、１０４  逆位相結合スプリング
１０６．１、１０６．２  ナノワイヤゲージ
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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