DE102017130384A1

DE102017130384A1 - Gyroscope with synchronized mass

Info

Publication number: DE102017130384A1
Application number: DE102017130384.7A
Authority: DE
Inventors: Igor P. Prikhodko; Jeffrey A. Gregory; John A. Geen
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: CN108204806B; DE102017130384B4; CN108204806A; JP2018100966A; JP6640176B2

Abstract

Es werden mikrobearbeitete Trägheitsbauelemente vorgestellt, die mehrere sich linear bewegende Massen aufweisen, welche durch Koppler miteinander gekoppelt sind, die sich linear bewegen, wenn die gekoppelten Massen eine Gegenphasenbewegung zeigen. Die Koppler bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen, so dass sich ein Koppler auf einer Seite der beweglichen Massen in eine erste lineare Richtung bewegt und sich ein anderer Koppler auf der gegenüberliegenden Seite der beweglichen Massen in eine der ersten linearen Richtung entgegengesetzte zweite lineare Richtung bewegt. Die Koppler gewährleisten eine ordnungsgemäße Gegenphasenbewegung der Massen.There are presented micromachined inertial devices having a plurality of linearly moving masses which are coupled together by couplers that move linearly when the coupled masses exhibit antiphase motion. The couplers move in opposite directions so that a coupler on one side of the moving masses moves in a first linear direction and another coupler on the opposite side of the movable masses moves in a second linear direction opposite the first linear direction. The couplers ensure a proper antiphase movement of the masses.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung betrifft MEMS-Bauelemente (MEMS - mikroelektromechanisches System) mit mehreren sich bewegenden Massen.The present disclosure relates to MEMS devices (MEMS - microelectromechanical system) having a plurality of moving masses.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Gyroskope (manchmal einfach als „Gyros“ bezeichnet) sind drehsensitive Bauelemente und können deshalb zum Detektieren von Drehung verwendet werden. MEMS-Gyroskope enthalten in der Regel einen beweglichen Körper, manchmal als „Prüfmasse“ bezeichnet, an den ein elektrisches Signal angelegt wird, um eine Bewegung in erster Linie entlang einer bestimmten Achse zu erzeugen. Dies wird als Antreiben der Prüfmasse bezeichnet, und die Achse, entlang der die Prüfmasse angetrieben wird, wird manchmal als die „Antriebsachse“ bezeichnet. Wenn das Gyroskop eine Drehung erfährt, bewegt sich die Prüfmasse darüber hinaus entlang einer anderen Achse als die Antriebsachse, die manchmal als die Messachse bezeichnet wird. Bei einigen MEMS-Gyroskopen bewirkt eine Drehung, dass sich die Prüfmasse linear entlang der Messachse bewegt. Bei anderen bewirkt eine Drehung, dass sich die Prüfmasse dreht. Die Bewegung der Prüfmasse entlang der Messachse wird detektiert, wodurch eine Anzeige der von dem Gyroskop erfahrenen Drehung bereitgestellt wird.Gyroscopes (sometimes simply referred to as "gyros") are rotationally sensitive devices and therefore can be used to detect rotation. MEMS gyroscopes typically include a movable body, sometimes referred to as a "proof mass," to which an electrical signal is applied to produce motion primarily along a particular axis. This is referred to as driving the proof mass, and the axis along which the proof mass is driven is sometimes referred to as the "drive axis". In addition, as the gyroscope undergoes a rotation, the proof mass moves along an axis other than the drive axis, sometimes referred to as the measurement axis. In some MEMS gyroscopes, rotation causes the proof mass to move linearly along the measurement axis. In others, rotation causes the proof mass to rotate. The movement of the proofmass along the measurement axis is detected, thereby providing an indication of the rotation experienced by the gyroscope.

Einige MEMS-Gyroskope enthalten mehrere Prüfmassen, die mechanisch miteinander gekoppelt sind. Die Prüfmassen können in einem Versuch, eine synchrone Bewegung bereitzustellen, während eine unerwünschte Bewegung entlang entweder der Mess- oder Antriebsachse gesperrt wird, miteinander gekoppelt sein.Some MEMS gyroscopes contain multiple proof masses that are mechanically coupled together. The proof masses may be coupled together in an attempt to provide synchronous motion while inhibiting unwanted movement along either the measuring or drive axis.

KURZFASSUNG DER OFFENBARUNGBRIEF SUMMARY OF THE REVELATION

Es werden mikrobearbeitete Trägheitsbauelemente vorgestellt, die mehrere sich linear bewegende Massen aufweisen, welche durch Koppler miteinander gekoppelt sind, die sich linear bewegen, wenn die gekoppelten Massen eine Gegenphasenbewegung zeigen. Die Koppler bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen voneinander, so dass sich ein Koppler auf einer Seite der beweglichen Massen in eine erste lineare Richtung bewegt, und sich ein anderer Koppler auf der gegenüberliegenden Seite der beweglichen Massen in eine der ersten linearen Richtung entgegengesetzte zweite lineare Richtung bewegt. Die Koppler gewährleisten eine ordnungsgemäße Gegenphasenbewegung der Massen.There are presented micromachined inertial devices having a plurality of linearly moving masses which are coupled together by couplers that move linearly when the coupled masses exhibit antiphase motion. The couplers move in opposite directions from each other so that a coupler moves on one side of the moving masses in a first linear direction and another coupler on the opposite side of the movable masses moves in a second linear direction opposite the first linear direction , The couplers ensure a proper antiphase movement of the masses.

Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein ausgeglichenes Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement bereitgestellt, das ein Substrat, eine erste Prüfmasse, die durch ein erstes Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist, und eine zweite Prüfmasse, die durch ein zweites Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist, aufweist. Das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement weist ferner einen ersten Koppler auf, der die erste und die zweite Prüfmasse miteinander koppelt und zur linearen Bewegung, wenn sich die erste Prüfmasse in eine erste Richtung bewegt und sich die zweite Prüfmasse in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewegt, ausgebildet ist.In certain embodiments, a balanced bulk MEMS device is provided that includes a substrate, a first proof mass coupled to the substrate by a first strap and configured for linear motion, and a second proof mass connected to the second strap by a second strap Substrate is coupled and is designed for linear movement has. The balanced bulk MEMS device further includes a first coupler coupling the first and second proof masses together and for linear motion when the first proof mass moves in a first direction and the second proof mass moves in a second opposite to the first direction Direction moves, is formed.

Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Betreiben eines ausgeglichenen Mehrfachmassen-MEMS-Bauelements bereitgestellt, das lineares Bewegen einer ersten Prüfmasse und einer zweiten Prüfmasse in einer Gegenphasenbewegung und lineares translatorisches Bewegen eines die erste und die zweite Prüfmasse koppelnden ersten Kopplers, wenn sich die erste und die zweite Prüfmasse in einer Gegenphasenbewegung linear bewegen, aufweist.In certain embodiments, a method of operating a balanced bulk MEMS device is provided by linearly moving a first proof mass and a second proof mass in antiphase motion and linear translationally moving a first coupler coupling the first and second proof masses the second proof mass in a counterphase move linearly, has.

Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein ausgeglichenes Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement bereitgestellt, das ein Substrat, eine erste Prüfmasse, die durch ein erstes Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist, und eine zweite Prüfmasse, die durch ein zweites Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist, aufweist. Das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement weist ferner ein Mittel zum Blockieren einer Inphasenbewegung der ersten und der zweiten Prüfmasse.In certain embodiments, a balanced bulk MEMS device is provided that includes a substrate, a first proof mass coupled to the substrate by a first strap and configured for linear motion, and a second proof mass connected to the second strap by a second strap Substrate is coupled and is designed for linear movement has. The balanced bulk MEMS device further includes means for blocking in-phase movement of the first and second proof masses.

Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein MEMS-Bauelement mit synchronisierter Masse bereitgestellt, das ein Substrat, eine erste Prüfmasse, die durch ein erstes Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung parallel sowohl zur ersten als auch zweiten Querachse ausgebildet ist, und eine zweite Prüfmasse, die durch ein zweites Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung parallel sowohl zur ersten als auch zweiten Querachse ausgebildet ist, eine dritte Prüfmasse, die durch ein drittes Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung parallel sowohl zur ersten als auch zweiten Querachse ausgebildet ist, und eine vierte Prüfmasse, die durch ein viertes Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung parallel sowohl zur ersten als auch zweiten Querachse ausgebildet ist, aufweist. Ferner weist das Bauelement einen ersten Koppler auf, der die erste und die zweite Prüfmasse miteinander koppelt und zur linearen Bewegung parallel zur ersten Achse, wenn sich die erste Prüfmasse in eine erste Richtung parallel zur zweiten Achse bewegt und sich die zweite Prüfmasse in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung parallel zur zweiten Achse bewegt, ausgebildet ist.In certain embodiments, a synchronized-mass MEMS device is provided that includes a substrate, a first proof mass coupled to the substrate by a first strap and configured to linearly move parallel to both the first and second transverse axes, and a second proof mass coupled to the substrate by a second tether and configured to linearly move parallel to both the first and second transverse axes, a third proof mass coupled to the substrate by a third tether and parallel to both the first and the second linear motion second transverse axis is formed, and a fourth proof mass, which is coupled by a fourth strap to the substrate and is designed for linear movement parallel to both the first and second transverse axis has. Furthermore, the device has a first coupler, which couples the first and the second proof mass together and for linear movement parallel to the first axis, when the first proof mass in a moves first direction parallel to the second axis and the second proof mass moves in a direction opposite to the first direction second direction parallel to the second axis is formed.

Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Betreiben eines MEMS-Bauelements mit synchronisierter Masse, das vier miteinander gekoppelte Prüfmassen aufweist, bereitgestellt, wobei das Verfahren Bewegen der vier Prüfmassen in einer linearen Gegenphasenbewegung parallel zu einer ersten Achse, lineares translatorisches Bewegen eines die erste und die zweite Prüfmasse der vier Prüfmassen koppelnden ersten Kopplers, wenn sich die vier Prüfmassen in einer linearen Gegenphasenbewegung parallel zur ersten Achse bewegen, und lineares translatorisches Bewegen eines die dritte und die vierte Prüfmasse der vier Prüfmassen koppelnden zweiten Kopplers, wenn sich die vier Prüfmassen in einer linearen Gegenphasenbewegung parallel zur ersten Achse bewegen, aufweist.In certain embodiments, there is provided a method of operating a synchronized mass MEMS device having four test masses coupled to each other, the method moving the four proof masses in a linear antiphase motion parallel to a first axis, translating linearly one of the first and the first second proof mass of the four proof masses coupling first coupler when the four proof masses move in a parallel phase parallel movement to the first axis, and linear translational moving a third and fourth proof mass of the four proof masses coupling second coupler when the four proof masses in a linear Moving antiphase movement parallel to the first axis has.

Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein ausgeglichenes MEMS-Gyroskop mit synchronisierter Masse bereitgestellt, das ein erstes Substrat, eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Prüfmasse, die über dem Substrat aufgehängt und damit gekoppelt sind und jeweils zum translatorischen linearen Bewegen parallel zur ersten und zweiten Achse ausgebildet sind, und ein Mittel zum Erzwingen einer linearen Gegenphasenbewegung der vier Prüfmassen parallel zur ersten Achse aufweist.In certain embodiments, a synchronized-mass balanced MEMS gyroscope is provided that includes a first substrate, first, second, third, and fourth proof mass suspended over and coupled to the substrate and translationally linear parallel to the first and second axis, and having means for forcing a linear antiphase movement of the four proof masses parallel to the first axis.

Figurenlistelist of figures

Es werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der Anmeldung beschrieben. Es sollte auf der Hand liegen, dass die Figuren nicht zwangsweise maßstäblich gezeichnet sind. In mehreren Figuren erscheinende Objekte werden in all den Figuren, in denen sie erscheinen, mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet.

1A ist eine Blockdiagrammdarstellung eines MEMS-Bauelements mit mehreren durch sich linear bewegende Läufer miteinander gekoppelten Prüfmassen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
Die 1B-1E stellen vier Zustände eines antisymmetrischen (oder Gegenphasen-)Betriebs des MEMS-Bauelements von 1A dar.
1F ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Gyroskops mit mehreren durch sich linear bewegende Läufer miteinander gekoppelten Prüfmassen, das mehrere sich entgegengesetzt bewegende Läufer auf einer gleichen Seite der Prüfmassen enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
2A stellt ein Gyroskop mit mehreren durch sich linear bewegende Läufer der in 1A dargestellten Art miteinander gekoppelten Prüfmassen dar.
2B ist eine Nahansicht eines Haltebands der in dem Gyroskop von 2A enthaltenen Art zur Kopplung einer Prüfmasse mit einem beweglichen Schieber.
2C ist eine Nahansicht eines Ankers und Schwenkpunkts der in dem Gyroskop von 2A enthaltenen Art.
2D ist eine Nahansicht eines Scharniers der in dem Gyroskop von 2A enthaltenen Art.
2E-1 ist eine Darstellungsskizze eines schwenkbaren Gelenks der in dem Gyroskop von 2A enthaltenen Art.
2E-2 stellt einen ersten Verformungszustand der Struktur von 2E-1 dar, in dem die schwenkbaren Gelenksegmente in entgegengesetzte Richtungen schwenken.
2E-3 stellt einen zweiten Verformungszustand der Struktur von 2E-1 dar, in dem die schwenkbaren Gelenksegmente jeweils in die gleiche Richtung schwenken.
2F-1 ist eine Nahansicht eines Kastenfederverbinders zur Kopplung benachbarter Prüfmassen in dem Gyroskop von 2A.
2F-2 stellt eine gestattete Bewegung der Struktur von 2F-1 da.
2F-3 stellt eine verhinderte Bewegung der Struktur von 2F-1 dar.
2G ist eine Nahansicht eines die linearen Läufer mit einem schwenkbaren Gelenk des Gyroskops von 2A koppelnden Kopplers.
2H stellt ein Gyroskop mit mehreren durch sich linear bewegende Läufer der in 1F dargestellten Art miteinander gekoppelten Prüfmassen dar.
2I stellt einen Verformungszustand des Gyroskops von 2H dar, in dem die Prüfmassen eine Gegenphasenbewegung in die y-Richtung zeigen.
2J ist eine Darstellungsskizze von zwei ausgeglichenen Läufern des Gyroskops von 2I, die einen Verformungszustand zeigt.
2K stellt eine Alternative zu der Konfiguration von 2J dar, bei der die ausgeglichenen Läufer eines Gyroskops durch ein Gelenk, das sich im Wesentlichen senkrecht zu den Längen der Läufer erstreckt, miteinander gekoppelt sind.
2L stellt eine alternative Läuferkonfiguration zu der in 2H gezeigten dar, bei der mehrere linear angeordnete Läufer an ihren Innen- und Außenrändern zurückgehalten werden.
2M stellt eine Alternative zu der Konfiguration von 2L dar, bei der mehrere linear angeordnete Läufer direkt miteinander gekoppelt sind.
2N stellt einen Verformungszustand einer Struktur wie der in 2M gezeigten dar.
3A ist eine Blockdiagrammdarstellung eines MEMS-Bauelements mit vier durch sich linear bewegende Läufer miteinander gekoppelten Prüfmassen.
Die 3B-3E stellen vier Zustände eines antisymmetrischen Betriebs des MEMS-Bauelements von 3A dar.
4A stellt einen ersten Verformungszustand eines MEMS-Gyroskops mit einer Prüfmassenanordnung von vier gekoppelten Prüfmassen und die Prüfmassen koppelnden, sich linear bewegenden Läufern dar.
4B stellt einen zweiten Verformungszustand des MEMS-Gyroskops von 4A dar.
4C stellt ein Gyroskop mit synchronisierter Masse gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung dar.
5 stellt ein Automobil dar, das MEMS-Bauelemente der hierin beschriebenen Arten gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung einsetzen kann.

Various aspects and embodiments of the application will be described with reference to the following figures. It should be obvious that the figures are not necessarily drawn to scale. Objects appearing in several figures are designated by the same reference number in all the figures in which they appear.

1A FIG. 10 is a block diagram representation of a MEMS device having a plurality of proof masses coupled together by linearly moving sliders in accordance with an embodiment of the present application. FIG.
The 1B - 1E represent four states of antisymmetric (or antiphase) operation of the MEMS device 1A represents.
1F FIG. 10 is a block diagram representation of a gyroscope having a plurality of proof masses coupled together by linearly moving sliders, which includes a plurality of oppositely moving sliders on a same side of the proof masses, according to an embodiment of the present application.
2A represents a gyroscope with several linearly moving runners in 1A shown type coupled test masses.
2 B FIG. 12 is a close-up view of a tether of the gyroscope of FIG 2A included type for coupling a test mass with a movable slide.
2C FIG. 12 is a close-up view of an armature and pivot point in the gyroscope of FIG 2A included type.
2D is a close-up view of a hinge in the gyroscope of 2A included type.
2E - 1 is a representation sketch of a pivotable joint in the gyroscope of 2A included type.
2E - 2 represents a first deformation state of the structure of 2E - 1 in which the pivotable joint segments pivot in opposite directions.
2E - 3 represents a second state of deformation of the structure of 2E - 1 in which the pivotable joint segments each pivot in the same direction.
2F - 1 FIG. 11 is a close-up view of a box spring connector for coupling adjacent proof masses in the gyroscope of FIG 2A ,
2F - 2 represents a permitted movement of the structure of 2F - 1 there.
2F - 3 represents a prevented movement of the structure of 2F - 1 represents.
2G is a close up view of one of the linear runners with a pivoting joint of the gyroscope 2A coupling coupler.
2H represents a gyroscope with several linearly moving runners in 1F shown type coupled test masses.
2I represents a deformation state of the gyroscope of 2H in which the test masses show a counterphase movement in the y direction.
2J is a representation sketch of two balanced runners of the gyroscope of 2I showing a deformation state.
2K represents an alternative to the configuration of 2J in which the balanced rotors of a gyroscope are coupled together by a hinge that extends substantially perpendicular to the lengths of the rotors.
2L provides an alternative runner configuration to that in 2H shown, in which several linearly arranged runners are retained at their inner and outer edges.
2M represents an alternative to the configuration of 2L in which a plurality of linearly arranged runners are directly coupled together.
2N represents a deformation state of a structure like that in FIG 2M shown dar.
3A is a block diagram representation of a MEMS device with four coupled by linearly moving rotor test masses.
The 3B - 3E represent four states of antisymmetric operation of the MEMS device of FIG 3A represents.
4A FIG. 12 illustrates a first deformation state of a MEMS gyroscope with a proof mass arrangement of four coupled proof masses and test masses coupling linearly moving runners. FIG.
4B represents a second deformation state of the MEMS gyroscope of 4A represents.
4C FIG. 12 illustrates a synchronized mass gyroscope according to a non-limiting embodiment of the present application. FIG.
5 FIG. 10 illustrates an automobile that may employ MEMS devices of the types described herein in accordance with a non-limiting embodiment of the present application.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Aspekte der vorliegenden Offenbarung stellen mikrobearbeitete oder MEMS-Bauelemente mit mehreren Prüfmassen, die durch sich linear bewegende mechanische Koppler miteinander gekoppelt sind, welche die Bewegung der gekoppelten Prüfmassen auf eine synchrone, lineare Gegenphasenbewegung beschränken, bereit. Die Koppler bewegen sich linear, während die Prüfmassen eine lineare Gegenphasenbewegung zeigen, anstatt zu schwenken oder sich zu drehen. Somit werden sie hierin bei mindestens einigen Ausführungsformen als „Läufer“ bezeichnet und dienen als Kopplungs- und Bewegungsübertragungsmechanismen.Aspects of the present disclosure provide microfabricated or multi-proofed MEMS devices coupled together by linearly moving mechanical couplers that restrict movement of the coupled proof masses to synchronous, inverse phase, linear motion. The couplers move linearly while the proof masses show a linear antiphase motion rather than pivoting or rotating. Thus, in at least some embodiments, they are referred to herein as "runners" and serve as coupling and motion transmitting mechanisms.

Bei einigen Ausführungsformen enthält das MEMS-Bauelement mehrere solche Läufer, die dahingehend ausgebildet sind, sich in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen, wodurch ein ausgeglichener Betrieb ohne Nettoimpuls von der linearen Bewegung der Läufer bereitgestellt wird. Dies kann eine unerwünschte Bewegung der Prüfmassen verhindern, wodurch ein Sperren von Linear- und Winkelbeschleunigungen gewährleistet wird. Die sich entgegengesetzt bewegenden Läufer können im Wesentlichen die gleichen Massen und/oder Verschiebungen aufweisen.In some embodiments, the MEMS device includes a plurality of such rotors that are configured to move in opposite directions, thereby providing balanced operation with no net pulse from the linear motion of the rotors. This can prevent unwanted movement of the proof masses, thereby ensuring locking of linear and angular accelerations. The oppositely moving runners may have substantially the same masses and / or displacements.

Bei einigen Ausführungsformen sind zwei oder mehr Prüfmassen eines MEMS-Bauelements in einer Prüfmassenanordnung angeordnet, wobei Läufer auf einander gegenüberliegenden Seiten der Prüfmassenanordnung positioniert sind. Die Läufer auf einander gegenüberliegenden Seiten der Prüfmassenanordnung können sich linear in entgegengesetzte Richtungen bewegen, wodurch ein ausgeglichener Betrieb bereitgestellt wird. Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere sich entgegengesetzt bewegende Läufer sowohl auf der gleichen Seite der Prüfmassenanordnung als auch auf gegenüberliegenden Seiten der Prüfmassenanordnung vorgesehen. Somit können bei einigen Ausführungsformen vier oder mehr Läufer in einem MEMS-Bauelement vorgesehen sein.In some embodiments, two or more proof masses of a MEMS device are arranged in a proof mass arrangement, wherein runners are positioned on opposite sides of the proof mass arrangement. The runners on opposite sides of the proof mass arrangement can move linearly in opposite directions, thereby providing balanced operation. In some embodiments, a plurality of oppositely-moving runners are provided on both the same side of the proof mass assembly and on opposite sides of the proof mass assembly. Thus, in some embodiments, four or more runners may be provided in a MEMS device.

Verschiedene Arten von MEMS-Bauelementen können Läufer der hierin beschriebenen Arten enthalten. Zum Beispiel können MEMS-Gyroskope, -Beschleunigungsmesser und -Resonatoren zwei oder mehr Prüfmassen enthalten, die durch ausgeglichene Läufer der hierin beschriebenen Arten gekoppelt sind. Es sind auch andere mikrobearbeitete Bauelemente möglich.Various types of MEMS devices may include runners of the types described herein. For example, MEMS gyroscopes, accelerometers, and resonators may include two or more proof masses coupled by balanced runners of the types described herein. There are also other micromachined components possible.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind Läufer der hierin beschriebenen Arten in einem MEMS-Gyroskop enthalten und koppeln zwei sich linear bewegende Prüfmassen des MEMS-Gyroskops. Die Koppler können dahingehend ausgebildet sein, sich linear zu bewegen, wenn die Prüfmassen entlang einer Antriebsachse angetrieben werden und/oder beim Erfassen von Bewegung der Prüfmassen entlang einer Messachse. Die Koppler können zum Beispiel dahingehend angeordnet sein, sich als Reaktion darauf, dass das Gyroskop eine Drehung erfährt, linear zu bewegen. Die Läufer können einer Bewegung widerstehen, wenn das Gyroskop einen Stoß oder andere Formen von Beschleunigung (zum Beispiel eine Linear- oder Winkelbeschleunigung) erfährt, und deshalb können solche Koppler einsetzende Gyroskope eine reduzierte Beschleunigungsempfindlichkeit zeigen und können als beschleunigungsunempfindliche Gyroskope bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Läufer dahingehend angeordnet, eine synchrone Bewegung sowohl im Antriebs- als auch im Messmodus des Gyroskops oder des anderen MEMS-Sensors bereitzustellen.In one aspect of the present disclosure, runners of the types described herein are included in a MEMS gyroscope and couple two linearly moving proof masses of the MEMS gyroscope. The couplers may be configured to move linearly as the proof masses are driven along a drive axis and / or upon detection of movement of the proof mass along a measurement axis. For example, the couplers may be arranged to linearly move in response to the gyroscope undergoing rotation. The rotors can withstand movement when the gyroscope experiences shock or other forms of acceleration (for example, linear or angular acceleration), and therefore gyroscopes employing such couplers can exhibit reduced acceleration sensitivity and can be termed acceleration insensitive gyroscopes. In some embodiments, the runners are arranged to provide synchronous motion in both the drive and measurement modes of the gyroscope or other MEMS sensor.

Bei einigen Ausführungsformen wird ein Gyroskop mit synchronisierter Masse bereitgestellt, das vier durch Läufer der hierin beschriebenen Arten gekoppelte Prüfmassen enthält. Die Läufer können dahingehend ausgebildet sein, eine lineare Gegenphasenbewegung der vier gekoppelten Prüfmassen zu erzwingen. Dies kann einen impulsausgeglichenen Betrieb des Gyroskops mit synchronisierter Masse erleichtern. Darüber hinaus können die Läufer selbst impulsausgeglichen sein, so dass ihre eigene Bewegung das Gyroskop nicht mit einem Nettoimpuls beaufschlagt.In some embodiments, a synchronized mass gyroscope is provided that includes four test masses coupled by runners of the types described herein. The runners may be configured to allow linear antiphase motion of the four coupled proof masses force. This can facilitate pulse balanced operation of the gyroscope with synchronized mass. In addition, the runners themselves can be momentum balanced so that their own motion does not impart a net pulse to the gyroscope.

1A stellt eine vereinfachte Form eines MEMS-Bauelements gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung mit zwei durch sich linear bewegende Koppler („Läufer“), die einer symmetrischen Bewegung (auch als „Inphasenbewegung“ bezeichnet) der Prüfmassen widerstehen (oder sie blockieren) und eine antisymmetrische Bewegung (auch als „Gegenphasenbewegung“ bezeichnet) der Prüfmassen gestatten, miteinander gekoppelten Prüfmassen. Das MEMS-Bauelement 100 enthält eine erste Prüfmasse 102a, eine zweite Prüfmasse 102b, ein Substrat 104, Haltebänder 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f, Läufer 108a und 108b und einen Koppler 114. 1A FIG. 12 illustrates a simplified form of MEMS device according to one aspect of the present application having two linearly moving couplers ("runners") that resist (or block) symmetric motion (also referred to as "in-phase motion") of the proof masses and an antisymmetric one Motion (also referred to as "antiphase motion") of the proof masses allow coupled proof masses. The MEMS device 100 contains a first proof mass 102 , a second proof mass 102b , a substrate 104 , Straps 106a . 106b . 106c . 106d . 106e and 106f , Runner 108a and 108b and a coupler 114 ,

Die Prüfmassen 102a und 102b werden in vereinfachter Blockdiagrammform gezeigt, sie können jedoch eine beliebige geeignete Größe und Form aufweisen und können aus irgendeinem geeigneten Material bzw. irgendwelchen geeigneten Materialien gebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen sind die Prüfmassen 102a und 102b im Wesentlichen rechtwinklig, wie beispielsweise im Wesentlichen quadratisch. Sie können aus Silizium oder einem anderen geeigneten Material gebildet sein. Die Prüfmassen 102a und 102b können bei mindestens einigen Ausführungsformen im Wesentlichen identisch sein.The test masses 102 and 102b are shown in simplified block diagram form, but may be of any suitable size and shape, and may be formed of any suitable material or materials. In some embodiments, the proof masses are 102 and 102b substantially rectangular, such as substantially square. They may be formed of silicon or other suitable material. The test masses 102 and 102b may be substantially identical in at least some embodiments.

Das Substrat 104 kann ein Siliziumsubstrat (zum Beispiel ein aus einem Siliziumwafer ausgeschnittenes Silizium-Die) oder ein anderes Substrat sein, das mit Mikrobearbeitungstechniken kompatibel ist. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 104 aus dem gleichen Material wie die Prüfmassen 102a und 102b gebildet. Die Prüfmassen 102a und 102b können durch geeignete Mikrobearbeitungstechniken, wie zum Beispiel durch Lithographie- und Ätzprozesse, aus dem Substrat 104 gebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Bildung der Prüfmassen 102a und 102b einen Löseschritt aufweisen, bei dem die Prüfmassen aus dem Substrat 104 gelöst und somit durch einen Spalt (oder einen Hohlraum) von dem Substrat getrennt werden.The substrate 104 For example, a silicon substrate (for example, a silicon die cut out of a silicon wafer) or another substrate that is compatible with micromachining techniques. In some embodiments, the substrate 104 is of the same material as the proof masses 102 and 102b educated. The proof masses 102a and 102b may be removed from the substrate by suitable micromachining techniques, such as lithography and etching processes 104 be formed. In some embodiments, the formation of the proof masses 102 and 102b have a loosening step, wherein the test masses from the substrate 104 dissolved and thus separated from the substrate by a gap (or cavity).

Wie gezeigt sind die Prüfmassen 102a und 102b durch Haltebänder 106a-106f, die irgendeine geeignete Form annehmen können, mit dem Substrat 104 gekoppelt. Ein nicht einschränkendes Beispiel für eine geeignete Haltebandstruktur ist ein gefaltetes Halteband, von dem ein Beispiel unten in Verbindung mit 2B beschrieben wird. Die Haltebänder gestatten, dass sich die Prüfmassen 102a und 102b bezüglich des Substrats 104 bewegen. Die Prüfmassen können zwei Freiheitsgrade haben, was bedeutet, dass sie sich allgemein entlang mindestens zwei Achsen bewegen können. Dies gestattet, dass die Prüfmassen sowohl in einem Antriebsmodus, in dem sie durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Signals aktiv angetrieben werden, als auch in einem Messmodus, in dem sie sich als Reaktion auf das Erfahren eines Zustands, wie zum Beispiel einer Coriolis-Kraft (im Falle eines Gyroskops), bewegen, betrieben werden können. Die Prüfmassen können auch dahingehend ausgebildet sein, als Reaktion auf eine Beschleunigung (im Falle eines Beschleunigungsmessers) symmetrisch mit unabhängigen Reaktionen in den zwei Freiheitsgraden zu reagieren. Als nicht einschränkendes Beispiel können die Prüfmassen 102a und 102b in Anbetracht der Situation, in der es sich bei dem MEMS-Bauelement 100 um ein Gyroskop handelt, so ausgebildet und mit dem Substrat 104 gekoppelt sein, dass sie sich sowohl entlang der x- als auch der y-Achse bewegen können. Zum Beispiel können die Prüfmassen 102a und 102b entlang der x-Achse angetrieben werden und sich als Reaktion auf eine Drehung R des MEMS-Bauelements um einen Punkt 112 entlang der y-Achse bewegen. Die Haltebänder 106a-106f können eine geeignete Konfiguration aufweisen, um solch eine Bewegung zu gestatten. Des Weiteren können alternative oder zusätzliche Haltebänder enthalten sein, um solch eine Bewegung zu gestatten. Somit sollte auf der Hand liegen, dass die Darstellung der Haltebänder 106a-106f eine Verallgemeinerung zur Kopplung der Prüfmassen 102a und 102b mit dem Substrat 104 darstellt und dass verschiedene Anbindeanordnungen gemäß Aspekten der vorliegenden Anmeldung implementiert werden können. Die unten beschriebene 2A stellt ein Beispiel für eine geeignete Anbindeanordnungen bereit.As shown, the test masses 102 and 102b by straps 106a - 106f , which may take any suitable form, with the substrate 104 coupled. A non-limiting example of a suitable tether structure is a folded tether, an example of which is described below in connection with FIG 2 B is described. The straps allow the test masses 102 and 102b with respect to the substrate 104 move. The proof masses can have two degrees of freedom, meaning that they can move generally along at least two axes. This allows the proof masses to be actively driven both in a drive mode in which they are actively driven by applying a suitable electrical signal and in a measurement mode in which they react in response to experiencing a condition such as a Coriolis force (FIG. in the case of a gyroscope), move, operate. The proof masses may also be configured to react symmetrically with independent responses in the two degrees of freedom in response to acceleration (in the case of an accelerometer). As a non-limiting example, the proof masses 102a and 102b may be given the situation where the MEMS device is concerned 100 is a gyroscope, so formed and with the substrate 104 be coupled so that they can move along both the x and the y axis. For example, the test masses 102 and 102b along the x-axis and in response to a rotation R of the MEMS device about a point 112 move along the y-axis. The straps 106a - 106f may have a suitable configuration to allow such movement. Furthermore, alternative or additional straps may be included to allow such movement. Thus, it should be obvious that the representation of the straps 106a - 106f a generalization to the coupling of the test masses 102 and 102b with the substrate 104 and that various tethering arrangements may be implemented in accordance with aspects of the present application. The one described below 2A provides an example of suitable tying arrangements.

Der Koppler 114 stellt eine Verallgemeinerung eines Mechanismus zum Miteinanderkoppeln der Prüfmassen 102a und 102b dar. Der Koppler 114 kann eine Rahmenfederverbindung, eine Verbindung mit geradem Träger oder irgendein anderer geeigneter Koppler sein. Alternative Kopplungssysteme von Prüfmasse zu Prüfmasse können implementiert werden, darunter die Verwendung von zusätzlichen Kopplern. Einige Beispiele werden unten in Verbindung mit 2A beschrieben. Der Koppler 114 kann in einem Versuch der Bereitstellung einer synchronen Bewegung der Prüfmassen 102a und 102b verwendet werden. Ein Beispiel für solch eine Bewegung wird unten in Verbindung mit den 1B-1E beschrieben.The coupler 114 provides a generalization of a mechanism for coupling the proof masses together 102 and 102b dar. The coupler 114 may be a frame spring connection, a straight carrier connection or any other suitable coupler. Alternative coupling systems from proof mass to proof mass can be implemented, including the use of additional couplers. Some examples will be discussed below 2A described. The coupler 114 may be in an attempt to provide a synchronous movement of the proof masses 102 and 102b. An example of such a movement will be discussed below in connection with the 1B - 1E described.

Die Prüfmassen 102a und 102b sind darüber hinaus durch Läufer 108a und 108b gekoppelt, die sich linear oder translatorisch bewegen, wenn die Prüfmassen 102a und 102b eine antisymmetrische (oder „Gegenphasen“-)Bewegung in der y-Richtung zeigen. Die Läufer sind dahingehend ausgebildet, sich linear in die durch die Pfeile 110a und 110b dargestellten Richtungen, in diesem Fall die positive und die negative x-Richtung, zu bewegen. Insbesondere schränken die Läufer 108a und 108b die Prüfmassen 102a und 102b auf eine lineare Gegenphasenbewegung ein, wobei sie sich selbst linear bewegen, wenn sich die Prüfmassen 102a und 102b auf antiparallele Weise entlang der y-Richtung bewegen, aber einer Bewegung widerstehen oder diese blockieren, bei der sich die Prüfmassen auf parallele Weise entlang der y-Richtung bewegen. Somit verläuft bei mindestens einigen Ausführungsformen die lineare Bewegung der Läufer in einer senkrecht zu der entsprechenden Bewegung der Prüfmassen verlaufenden Richtung. In der nicht einschränkenden Situation, in der es sich bei dem MEMS-Bauelement 100 um ein Gyroskop handelt, kann die y-Richtung die Antriebs- oder Messrichtung darstellen, und somit können die Läufer 108a und 108b die Prüfmassen im Antriebs- oder Messmodus auf eine lineare Gegenphasenbewegung beschränken. Wie weiter unten beschrieben wird, können zusätzliche Läufer vorgesehen sein, um eine lineare Gegenphasenbewegung sowohl im Antriebs- als auch Messmodus zu gewährleisten, und bei mindestens einigen Ausführungsformen kann die Kombination aus Läufern sowohl im Antriebs- als auch im Messmodus eine lineare Gegenphasenbewegung mit null Nettoimpuls gewährleisten.The test masses 102 and 102b are beyond that by runners 108a and 108b coupled, which move linearly or translationally when the test masses 102 and 102b an antisymmetric (or "antiphase") motion in the y- Show direction. The runners are designed to be linear in the direction indicated by the arrows 110a and 110b shown directions, in this case the positive and the negative x-direction to move. In particular, the runners restrict 108a and 108b the test masses 102 and 102b for a linear antiphase motion, moving linearly themselves as the proof masses move 102 and 102b move in antiparallel fashion along the y-direction, but resist or block motion in which the proof masses move in a parallel fashion along the y-direction. Thus, in at least some embodiments, the linear motion of the runners is in a direction perpendicular to the corresponding motion of the proof masses. In the non-limiting situation where the MEMS device is concerned 100 Being a gyroscope, the y-direction can represent the drive or measurement direction, and thus the runners can 108a and 108b limit the test masses in the drive or measurement mode to a linear antiphase movement. As will be described below, additional runners may be provided to provide linear antiphase motion in both the drive and measurement modes, and in at least some embodiments, the combination of runners in both the drive and the measurement modes may have a linear antiphase motion with zero net momentum guarantee.

Die Läufer 108a und 108b bewegen sich bei mindestens einigen Ausführungsformen in entgegengesetzte Richtungen. Wenn sich der Läufer 108a zum Beispiel entlang der Richtung der x-Achse nach rechts bewegt, kann sich der Läufer 108b entlang der Richtung der x-Achse nach links bewegen, und umgekehrt. Diese lineare Bewegung der Läufer kann durch eine geeignete Konfiguration des Läufers selbst und/oder der Art und Weise, auf die er mit den Prüfmassen gekoppelt ist, erreicht werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Läufer starre Stäbe, die mit schwenkbaren Gelenken gekoppelt sind, welche wiederum mit den Prüfmassen 102a und 102b gekoppelt sind. Die Schwenkbewegung der schwenkbaren Gelenke kann zu einer linearen Bewegung der Läufer 108a und 108b führen. Ein Beispiel wird unten in Verbindung mit 2A beschrieben.The runners 108a and 108b in at least some embodiments move in opposite directions. If the runner 108a For example, moving along the x-axis direction to the right, the runner may become 108b move to the left along the x-axis direction, and vice versa. This linear motion of the runners can be achieved by suitable configuration of the runner itself and / or the manner in which it is coupled to the proof masses. In some embodiments, the runners are rigid rods that are coupled to pivotable joints, which in turn are connected to the proof masses 102 and 102b are coupled. The pivotal movement of the pivotal joints can lead to a linear movement of the runners 108a and 108b to lead. An example will be discussed below 2A described.

Die Läufer 108a und 108b können aus irgendeinem geeigneten Material gebildet sein. Bei mindestens einigen Ausführungsformen sind die Läufer 108a und 108b aus dem gleichen Material wie die Prüfmassen 102a und 102b gebildet und sind durch geeignete Mikrobearbeitung (zum Beispiel Lithographie und Ätzen) aus dem Substrat 104 gebildet. Die Läufer 108a und 108b können im Wesentlichen identisch sein, einschließlich im Wesentlichen identische Massen aufweisen, um dem MEMS-Bauelement 100 Symmetrie zu verleihen. Die Läufer 108a und 108b können Längen parallel zur x-Achse und Breiten parallel zur y-Achse haben, wobei die Längen als nicht einschränkendes Beispiel zwischen dem 2-Fachen und dem 100-Fachen größer als die Breiten (oder irgendein Wert innerhalb dieses Bereichs) sind.The runners 108a and 108b may be formed of any suitable material. In at least some embodiments, the runners are 108a and 108b from the same material as the test masses 102 and 102b formed and are by suitable micromachining (for example, lithography and etching) from the substrate 104 educated. The runners 108a and 108b may be substantially identical, including substantially identical masses, to the MEMS device 100 To give symmetry. The runners 108a and 108b may have lengths parallel to the x-axis and widths parallel to the y-axis, with the lengths being greater than the widths (or any value within this range) between 2 times and 100 times as a non-limiting example.

Obgleich 1A in vereinfachter Form zwei Läufer 108a und 108b darstellt, sollte auf der Hand liegen, dass mehr als zwei Läufer enthalten sein können und bei einigen Ausführungsformen sind. Bei einigen Ausführungsformen sind mehr als zwei Läufer auf einer gegebenen Seite der Prüfmassen 102a und 102b vorgesehen. Die mehreren Läufer auf einer gegebenen Seite können dahingehend ausgebildet sein, sich in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, wobei eine impulsausgeglichene Konfiguration bereitgestellt wird. Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Läufer auf mehreren Seiten einer Anordnung von Prüfmassen enthalten, wobei sich eine gleiche Anzahl der Läufer in entgegengesetzte Richtungen bewegt, um eine ausgeglichene Bewegung bereitzustellen und somit das MEMS-Bauelement mit keinem Nettoimpuls zu beaufschlagen. Ein Beispiel wird unten in Verbindung mit 1F beschrieben.Although 1A in simplified form, two runners 108a and 108b It should be appreciated that more than two runners may be included and in some embodiments. In some embodiments, more than two runners are on a given side of the proof masses 102 and 102b intended. The plurality of runners on a given side may be configured to move in opposite directions providing a pulse balanced configuration. In some embodiments, a plurality of runners are included on multiple sides of an array of proof masses, with an equal number of runners moving in opposite directions to provide balanced motion and thus not subjecting the MEMS device to a net pulse. An example will be discussed below 1F described.

Es sollte auf der Hand liegen, dass das MEMS-Bauelement 100 wahlweise Merkmale zusätzlich zu den dargestellten enthalten kann und dass die Beschaffenheit jeglicher solcher zusätzlichen Merkmale von der Art des Bauelements (zum Beispiel Gyroskop, Beschleunigungsmesser, Resonator) abhängen kann. Zum Beispiel können ein oder mehrere Anker enthalten sein, um Komponenten, wie zum Beispiel die Prüfmassen 102a und 102b, mit dem Substrat 104 zu verankern. Elektrische Merkmale, die Ansteuer- und Messelektroden aufweisen, können enthalten sein und können irgendeine Form zur Bereitstellung eines Ansteuer- und Messbetriebs annehmen. Es können auch andere Merkmale enthalten sein.It should be obvious that the MEMS device 100 may optionally include features in addition to those illustrated, and that the nature of any such additional features may depend on the type of device (eg, gyroscope, accelerometer, resonator). For example, one or more anchors may be included to components such as the proof masses 102 and 102b , with the substrate 104 to anchor. Electrical features having drive and sense electrodes may be included and may take any form for providing drive and sense operation. Other features may be included.

Wie oben beschrieben, kann ein MEMS-Bauelement (zum Beispiel ein Gyroskop) bei mindestens einigen Aspekten der vorliegenden Anmeldung mehrere Prüfmassen enthalten, die dahingehend ausgebildet sind, eine synchrone, antisymmetrische Bewegung zu zeigen. Zum Beispiel können die Prüfmassen 102a und 102b des Gyroskops 100 miteinander gekoppelt sein, um eine synchrone, antisymmetrische Bewegung bereitzustellen. Die 1B-1E stellen Zustandsdiagramme einer solchen antisymmetrischen Bewegung dar. In diesen Figuren weisen die x- und y-Achsen die gleiche Ausrichtung wie in 1A auf.As described above, in at least some aspects of the present application, a MEMS device (eg, a gyroscope) may include a plurality of proof masses configured to exhibit a synchronous, antisymmetric motion. For example, the test masses 102 and 102b of the gyroscope 100 be coupled together to provide a synchronous, antisymmetric motion. The 1B - 1E represent state diagrams of such antisymmetric motion. In these figures, the x and y axes have the same orientation as in FIG 1A on.

Zur Erläuterung wird angenommen, dass es sich bei dem MEMS-Bauelement 100 um ein Gyroskop handelt und dass die x-Achse die Richtung der Antriebsbewegung darstellt. Das heißt, die Prüfmassen 102a und 102b werden entlang der x-Achse angetrieben. Die y-Achse stellt die Richtung der Reaktion auf eine Drehung dar und kann in diesem Beispiel somit als die Messachse betrachtet werden.For explanation, it is assumed that the MEMS device 100 is a gyroscope and that the x-axis represents the direction of the drive movement. That is, the proof masses 102 and 102b are driven along the x-axis. The y-axis represents the direction of the response to a rotation and thus may be considered as the measuring axis in this example.

Die 1B und 1C stellen die Bewegung der Prüfmassen 102a und 102b im Antriebsmodus dar und zeigen, dass die Bewegung antisymmetrisch ist. Wie in 1B gezeigt, bewegt sich die Prüfmasse 102b, wenn sich die Prüfmasse 102a nach links (in die negative x-Richtung) bewegt, nach rechts (in die positive x-Richtung). Wie in 1C gezeigt, bewegt sich die Prüfmasse 102b, wenn sich die Prüfmasse 102a nach rechts (in die positive x-Richtung) bewegt, nach links (in die negative x-Richtung). Die Bewegung kann insofern synchron sein, als die Bewegung einer der Prüfmassen eine Bewegung der anderen bewirken kann.The 1B and 1C represent the movement of the test masses 102 and 102b in the drive mode and show that the movement is antisymmetric. As in 1B shown, the proof mass moves 102b when the proof mass 102 moved to the left (in the negative x-direction), to the right (in the positive x-direction). As in 1C shown, the proof mass moves 102b when the proof mass 102 moved to the right (in the positive x-direction), to the left (in the negative x-direction). The movement may be synchronous in that the movement of one of the proof masses can cause the other to move.

Die 1D und 1E stellen eine antisymmetrische Bewegung der Prüfmassen 102a und 102b im Messmodus dar. Wie in 1D gezeigt, bewegt sich die Prüfmasse 102b, wenn sich die Prüfmasse 102a nach oben (in die positive y-Richtung) bewegt, nach unten (in die negative y-Richtung). Wie in 1E gezeigt, bewegt sich die Prüfmasse 102b, wenn sich die Prüfmasse 102a nach unten (in die negative y-Richtung) bewegt, nach oben (in die positive y-Richtung). Die Bewegung kann wieder insofern synchron sein, als die Bewegung einer der Prüfmassen eine Bewegung der anderen bewirken kann.The 1D and 1E represent an antisymmetric movement of the proof masses 102a and 102b in the measurement mode 1D shown, the proof mass 102b moves when the proof mass 102 moves upwards (in the positive y-direction), down (in the negative y-direction). As in 1E shown, the proof mass moves 102b when the proof mass 102 moved down (in the negative y direction), up (in the positive y direction). The movement may again be synchronized in that the movement of one of the test masses can cause the other to move.

Obgleich die 1B-1E eine Linearbewegung in von oben nach unten und von links nach rechts verlaufenden Richtungen darstellen, sollte auf der Hand liegen, dass jegliche Kombination einer solchen Bewegung durch ein MEMS-Bauelement implementiert werden kann. Zum Beispiel kann die Bewegung der Massen unter anderem stattdessen entlang einer diagonalen Richtung (zum Beispiel in einem Winkel von 45 Grad zu der x- und y-Achse) verlaufen. Zum Beispiel kann die Antriebsachse in einem Winkel von 45° zur x-Achse liegen, und die Messachse kann in einem Winkel von 135° zur x-Achse liegen. Es sind auch andere Ausrichtungen möglich. Obgleich die 1B-1C als einen Antriebsmodus des Betriebs und die 1D-1E als einen Messmodus betreffend beschrieben werden, sollte auf der Hand liegen, dass die Antriebs- und Messrichtungen auch umgedreht sein können. Im Allgemeinen sollte auf der Hand liegen, dass die 1B-1E lediglich ein Beispiel für eine Gegenphasenbewegung darstellen, die durch ein MEMS-Bauelement mit zwei beweglichen Massen implementiert werden kann, und dass die Bewegungsrichtungen und Bezeichnung des Antriebs- und Messmodus verschiedene Formen annehmen können. Zum Beispiel können der Antriebs- und Messmodus im Vergleich zu dem Beschriebenen umgedreht sein.Although the 1B - 1E represent linear motion in top-to-bottom and left-to-right directions, it should be understood that any combination of such movement through a MEMS device can be implemented. For example, among other things, the movement of the masses may instead proceed along a diagonal direction (for example, at an angle of 45 degrees to the x and y axes). For example, the drive axis may be at an angle of 45 ° to the x-axis, and the measurement axis may be at an angle of 135 ° to the x-axis. There are also other orientations possible. Although the 1B - 1C as a drive mode of operation and the 1D - 1E As to a measuring mode, it should be obvious that the driving and measuring directions may also be reversed. In general, it should be obvious that the 1B - 1E represent only an example of a reverse phase motion that can be implemented by a MEMS device with two moving masses, and that the directions of movement and designation of the drive and measurement mode can take various forms. For example, the drive and measurement modes may be reversed compared to that described.

Die in den 1B-1E dargestellte antisymmetrische (oder „Gegenphasen-‟)Bewegung kann bei mindestens einigen Ausführungsformen wünschenswert sein. Die Läufer 108a und 108b sind bei mindestens einigen Ausführungsformen dahingehend ausgebildet, die Prüfmassen auf eine Gegenphasenbewegung entlang mindestens einer der Achsen (zum Beispiel einer senkrecht zur Bewegungsrichtung der Läufer verlaufenden Achse) zu beschränken. Zum Beispiel können die Läufer eine lineare Gegenphasenbewegung der Prüfmassen im Antriebsmodus, im Messmodus oder in beiden erzwingen. Dies wird bei einigen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass die Läufer einer symmetrischen Bewegung widerstehend ausgeführt werden. Ein Beispiel für eine geeignete Läuferkonfiguration, die einer solchen symmetrischen Bewegung widersteht und diese deshalb blockiert, wird in 2A dargestellt und weiter unten beschrieben.The in the 1B - 1E illustrated antisymmetric (or "antiphase") motion may be desirable in at least some embodiments. The runners 108a and 108b are configured in at least some embodiments to restrict the proof masses to antiphase movement along at least one of the axes (eg, an axis perpendicular to the direction of travel of the runners). For example, the runners may force a linear antiphase movement of the proof masses in the drive mode, in the gauge mode, or both. This is achieved in some embodiments by making the runners resistant to symmetrical movement. An example of a suitable rotor configuration which resists and therefore blocks such symmetrical movement is disclosed in U.S. Patent No. 5,429,074 2A shown and described below.

Wie oben beschrieben, kann das MEMS-Bauelement bei einigen Ausführungsformen mehrere Läufer auf einer einzigen Seite der gekoppelten Prüfmassen enthalten. Erneut auf 1A Bezug nehmend, kann eine Bewegung der Läufer 108a und 108b in entgegengesetzte Richtungen die gewünschte antisymmetrische Bewegung der Prüfmassen 102a und 102b bereitstellen, kann aber unerwünschterweise eine symmetrische Bewegung der Prüfmassen durch Bereitstellung eines nichtlinearen Nettoimpulses zwischen den Läufern gestatten. Somit stellen Aspekte der vorliegenden Anmeldung Gyroskope mit ausgeglichenen Läuferkonfigurationen bereit, bei denen kein Nettoimpuls und keine andere Form von Ungleichgewicht, der bzw. das sich aus der linearen Bewegung der Läufer ergibt, vorliegt. 1F stellt ein Beispiel dar.As described above, in some embodiments, the MEMS device may include multiple runners on a single side of the coupled proof masses. Up again 1A Referring to, a movement of the runners 108a and 108b in opposite directions may provide the desired antisymmetric motion of the proof masses 102a and 102b, but may undesirably permit symmetrical movement of the proof masses by providing a net nonlinear momentum between the runners. Thus, aspects of the present application provide gyroscopes with balanced rotor configurations in which there is no net momentum or other form of imbalance resulting from the linear motion of the runners. 1F is an example.

Das MEMS-Bauelement 120 von 1F, bei dem es sich um irgendeine der zuvor beschriebenen Arten von MEMS-Bauelementen handeln kann, enthält viele der gleichen Komponenten wie das MEMS-Bauelement 100 von 1A, unterscheidet sich aber darin, dass mehrere Läufer auf den gleichen Seiten der Prüfmassen 102a und 102b vorgesehen sind. Das heißt, zusätzlich zu den Läufern 108a und 108b sind Läufer 122a und 122b enthalten. Wie die Läufer 108a und 108b können die Läufer 122a und 122b zur linearen Bewegung ausgebildet sein und können eine antisymmetrische Bewegung der Prüfmassen 102a und 102b entlang der y-Achse gestatten oder diese erzwingen, während eine symmetrische Bewegung entlang der y-Achse verhindert wird. Des Weiteren kann der Läufer 122a dahingehend ausgebildet sein, sich in eine entgegengesetzte Richtung zu der des Läufers 108a zu bewegen, und der Läufer 122b kann dahingehend ausgebildet sein, sich in eine entgegengesetzte Richtung zu der des Läufers 108b zu bewegen. Auf diese Weise wird das MEMS-Bauelement 120 durch die lineare Bewegung der Läufer 108a, 108b, 122a und 122b mit keinem Nettoimpuls beaufschlagt. Darüber hinaus können die Läufer 122a und 122b Massen aufweisen, die im Wesentlichen gleich sind und denen der Läufer 108a und 108b im Wesentlichen entsprechen, wodurch eine ausgeglichene Konfiguration bereitgestellt wird, die keinen mit der linearen Bewegung der Läufer verbundenen linearen Nettoimpuls hat, weil sie gleiche Massen aufweisen, die sich im gleichen Ausmaß in entgegengesetzte Richtungen bewegen.The MEMS device 120 from 1F , which may be any of the previously described types of MEMS devices, includes many of the same components as the MEMS device 100 from 1A , but differs in that several runners on the same sides of the test masses 102 and 102b are provided. That is, in addition to the runners 108a and 108b are runners 122a and 122b contain. Like the runners 108a and 108b can the runners 122a and 122b be designed for linear movement and may allow or force an antisymmetric movement of the proof masses 102a and 102b along the y-axis, while preventing a symmetrical movement along the y-axis. Further, the slider 122a may be formed to be in an opposite direction to that of the slider 108a to move, and the runner 122b may be designed to be in an opposite direction to that of the runner 108b to move. In this way, the MEMS device 120 through the linear motion of the runners 108a . 108b . 122a and 122b with no net pulse applied. In addition, the runners can 122a and 122b have masses that are substantially the same and which the runner 108a and 108b substantially, providing a balanced configuration having no linear net momentum associated with the linear motion of the runners because they have equal masses moving in opposite directions to the same extent.

Die Läufer 122a und 122b können aus dem gleichen Material wie die Läufer 108a und 108b gebildet sein und können auf im Wesentlichen gleiche Weise gebildet sein, indem sie zum Beispiel während der gleichen Lithographie- und Ätzschritte wie zur Bildung der Läufer 108a und 108b verwendet gebildet werden.The runners 122a and 122b can be made of the same material as the runners 108a and 108b may be formed in a substantially similar manner, for example during the same lithographic and etching steps as forming the runners 108a and 108b used to be formed.

2A stellt ein Gyroskop mit mehreren durch sich linear bewegende Läufer der in 1A dargestellten Art miteinander gekoppelten Prüfmassen dar. Obgleich ein Gyroskop gezeigt und beschrieben wird, versteht sich, dass andere Arten von MEMS-Bauelementen die hierin dargestellten Läufer und Strukturen verwenden können, wie zum Beispiel Resonatoren und Beschleunigungsmesser, aber nicht darauf beschränkt. Das Gyroskop 200 enthält Prüfmassen 202a und 202b, die durch sich linear bewegende Läufer 208a und 208b gekoppelt sind. Darüber hinaus enthält das Gyroskop 200 Schieber 204a und 204b, die den Prüfmassen 202a bzw. 202b entsprechen, und mehrere schwenkbare Gelenke 206a-206h. Die schwenkbaren Gelenke 206a, 206b, 206c und 206d entsprechen der Prüfmasse 202a, und die schwenkbaren Gelenke 206e, 206f, 206g und 206h entsprechen der Prüfmasse 202b. Des Weiteren enthält das Gyroskop Haltebänder 212, die die Prüfmassen 202a und 202b mit den jeweiligen Schiebern 204a und 204b koppeln. In diesem nicht einschränkenden Beispiel sind acht Haltebänder 212 vorgesehen, die jede der Prüfmassen mit ihrem jeweiligen Schieber koppeln. Anker 210 stützen die schwenkbaren Gelenke 206a - 206h und somit die Schieber 204a und 204b, wobei die schwenkbaren Gelenke und Schieber durch Scharniere 214 verbunden sind. In diesem Beispiel sind acht Anker 210 jeder der Prüfmassen zugeordnet. Elektrodenbereiche 216 können Elektroden zum Ansteuern der Prüfmassen 202a und 202b entlang der x-Achse enthalten oder aufnehmen, und Elektrodenbereiche 218 können Elektroden zum Messen einer Bewegung der Prüfmassen 202a und 202b entlang der y-Achse als Reaktion auf eine Drehung des Gyroskops in der Ebene der Seite enthalten oder aufnehmen. 2A represents a gyroscope with several linearly moving runners in 1A Although a gyroscope is shown and described, it is understood that other types of MEMS devices may use the runners and structures illustrated herein, such as, but not limited to, resonators and accelerometers. The gyroscope 200 contains test masses 202a and 202b moving through linearly moving runners 208a and 208b are coupled. In addition, the gyroscope contains 200 pusher 204a and 204b that the test masses 202a respectively. 202b correspond, and several hinged joints 206a - 206h , The hinged joints 206a . 206b . 206c and 206d correspond to the test mass 202a , and the hinged joints 206e . 206f . 206g and 206h correspond to the proof mass 202b. Furthermore, the gyroscope contains straps 212 containing the test masses 202a and 202b with the respective sliders 204a and 204b couple. In this non-limiting example are eight straps 212 provided that couple each of the test masses with their respective slide. anchor 210 support the hinged joints 206a - 206h and thus the slides 204a and 204b , where the hinged joints and slides by hinges 214 are connected. In this example, there are eight anchors 210 assigned to each of the test masses. electrode regions 216 can electrodes for controlling the test masses 202a and 202b along the x axis, and electrode areas 218 For example, electrodes may include or receive electrodes for measuring movement of the proof masses 202a and 202b along the y-axis in response to rotation of the gyroscope in the plane of the page.

Die Schieber 204a und 204b sind beweglich und sind ferner optional. Wie gezeigt, ist jeder der Schieber 204a und 204b in diesem nicht einschränkenden Beispiel segmentiert. Anders ausgedrückt, die dargestellten Schieber können als mehrteilige Schieber betrachtet werden, oder die Schieber 204a und 204b könnten ebenso jeweils als vier getrennte Schieber betrachtet werden. Zur Beschreibung wird der Schieber 204a hierin als vier Segmente (oder Teile) 205a, 205b, 205c und 205d enthaltend beschrieben. Der Schieber 204b wird hierin als vier Segmente (oder Teile) 205e, 205f, 205g und 205h enthaltend beschrieben. Mehrteilige Schieber dieser Art gestatten, dass sich ein Abschnitt (oder Teil) des Schiebers im Antriebsmodus und ein anderer Abschnitt im Messmodus bewegt.The sliders 204a and 204b are movable and are also optional. As shown, each is the slider 204a and 204b segmented in this non-limiting example. In other words, the slides shown can be considered as multi-part slides, or the slides 204a and 204b could also be considered as four separate sliders respectively. For description, the slider 204a described herein as including four segments (or parts) 205a, 205b, 205c and 205d. The slider 204b is described herein as including four segments (or parts) 205e, 205f, 205g and 205h. Multi-part slides of this type allow one section (or part) of the slider to move in drive mode and another section in measurement mode.

Wie beschrieben sind die Schieber optional. Sie können dazu enthalten sein, eine Fehlausrichtung der Antriebskraft und/oder eine Fehlausrichtung der Messkraft zu unterdrücken, indem sie einer orthogonal zu der gewünschten Bewegung verlaufenden Bewegung widerstehen. Jedoch enthalten nicht alle Ausführungsformen solche Schieber. Einige Ausführungsformen enthalten Prüfmassen, schwenkbare Gelenke und Läufer, aber keine Schieber. Die Prüfmasse kann bei solchen Ausführungsformen direkt mit dem schwenkbaren Gelenk gekoppelt sein.As described, the slides are optional. They may be included to suppress misalignment of the driving force and / or misalignment of the measuring force by resisting movement orthogonal to the desired movement. However, not all embodiments include such sliders. Some embodiments include proof masses, hinged joints and runners, but no sliders. The proof mass may be directly coupled to the pivotable joint in such embodiments.

Die schwenkbaren Gelenke 206a-206h sind dazu enthalten, eine Phasenquadratur zu reduzieren oder vollständig zu beseitigen. Eine Phasenquadratur ist die Bewegung der Prüfmassen in die orthogonal zur Antriebsbewegung, die idealerweise 90° außer Phase mit der Coriolis-Reaktion ist, verlaufende Richtung. In der Regel ist eine Phasenquadratur unerwünscht, da das Gyroskop möglicherweise nicht dazu in der Lage ist, zwischen sich aus der Phasenquadratur ergebenden elektrischen Signalen im Gegensatz zu jenen, die aus Drehung resultieren, zu unterscheiden, und somit kann die Genauigkeit des Gyroskops beim Detektieren von Drehung durch das Auftreten von Phasenquadratur beeinträchtigt werden.The hinged joints 206a - 206h are included to reduce or completely eliminate phase quadrature. A phase quadrature is the movement of the proof masses in the direction orthogonal to the drive motion, which is ideally 90 ° out of phase with the Coriolis reaction. Typically, phase quadrature is undesirable because the gyroscope may not be able to distinguish between phase quadrature-derived electrical signals as opposed to those resulting from rotation, and thus the accuracy of the gyroscope in detecting Rotation can be affected by the occurrence of phase quadrature.

Jedes der dargestellten schwenkbaren Gelenke enthält zwei Segmente, die durch einen Verbinder 217 verbunden sind, von dem ein Beispiel unten in Verbindung mit den 2E-1, 2E-2 und 2E-3 beschrieben wird. Die beiden Segmente des schwenkbaren Gelenks können im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen. In diesem Betriebszustand, der bei allen schwenkbaren Gelenken dem in 2A gezeigten Zustand entspricht, bilden die beiden Segmente des schwenkbaren Gelenks zusammen einen im Wesentlichen starren Stab in einer Gleichgewichtsposition. Wenn sich ein Schieber linear von einem gegebenen schwenkbaren Gelenk weg bewegt, kann sich das schwenkbare Gelenk durchbiegen (oder krümmen), da sich der Verbinder biegen kann. Der Verbinder 217 kann jedoch einer Torsion und/oder einer Scherung widerstehen, wodurch ein Kippen des schwenkbaren Gelenks blockiert und eine Drehung des Schiebers (und der damit verbundenen Masse) verhindert wird. Das schwenkbare Gelenk reduziert oder verhindert vollständig eine Phasenquadraturbewegung des Gyroskops, indem es eine unerwünschte Drehung oder ein Kippen des Schiebers (und der damit verbundenen Masse) blockiert, während die gewünschte Linearbewegung gestattet wird.Each of the illustrated hinged joints contains two segments that pass through a connector 217 of which an example below in connection with the 2E - 1 . 2E - 2 and 2E - 3 is described. The two segments of the pivotable joint may have substantially the same length. In this operating condition, which in all swivel joints the in 2A As shown, the two segments of the pivotable joint together form a substantially rigid rod in an equilibrium position. When a slider moves linearly away from a given pivotable hinge, the pivotable hinge can flex (or bend) as the connector can flex. The connector 217 However, it may resist torsion and / or shear, thereby blocking tilting of the pivotable joint and preventing rotation of the slider (and the mass associated therewith) is prevented. The pivotable joint reduces or completely prevents phase quadrature movement of the gyroscope by blocking unwanted rotation or tilting of the slider (and associated mass) while permitting the desired linear motion.

Die schwenkbaren Gelenke sind an Drehpunkten mit den Ankern 210 verbunden und sind durch die Scharniere 214 an den Schiebern angelenkt. Auf diese Weise können die schwenkbaren Gelenke als Reaktion darauf, dass die Schieber 204a und 204b angetrieben werden, sowie als Reaktion darauf, dass sich die Schieber 204a und 204b infolge des Erfahrens einer Coriolis-Kraft bewegen, um die Anker 210 schwenken.The hinged joints are at pivot points with the anchors 210 connected and are through the hinges 214 hinged to the sliders. In this way, the hinged joints can react in response to the sliders 204a and 204b be driven, as well as in response to that the slider 204a and 204b as a result of experiencing a Coriolis force move to the anchors 210 swing.

Das nicht einschränkende Beispiel von 2A stellt ein MEMS-Bauelement dar, dass eine Symmetrie zeigt. Nicht alle Ausführungsformen sind in dieser Hinsicht beschränkt.The non-limiting example of 2A represents a MEMS device that shows symmetry. Not all embodiments are limited in this regard.

2B stellt eine Nahansicht des Haltebands 212 des Gyroskops 200 von 2A dar. In diesem nicht einschränkenden Beispiel ist das Halteband 212 ein doppelt gefaltetes Halteband, das an einem einzigen Punkt mit dem Schieber 204a (oder 204b) und an zwei Punkten mit der Prüfmasse 202a (oder 202b) verbunden ist. Die Form des Haltebands ist nicht einschränkend, da verschiedene geeignete Haltebandkonfigurationen verwendet werden können, um eine Bewegung der Prüfmasse bezüglich des Schiebers zu gestatten. 2 B provides a close-up view of the tether 212 of the gyroscope 200 from 2A In this non-limiting example is the tether 212 a double-folded tether attached to a single point with the slider 204a (or 204b) and at two points with the proof mass 202a (or 202b) is connected. The shape of the tether is not limiting, as various suitable tether configurations can be used to allow movement of the proof mass with respect to the slider.

2C ist eine Nahansicht eines Ankers 210 und Schwenkpunkts der in dem Gyroskop von 2A enthaltenen Art. In diesem nicht einschränkenden Beispiel stützt der Anker 210 das schwenkbare Gelenk 206a am Drehpunkt 223. Der Schieber 204a weist eine Form auf, die der Form des Ankers 210 allgemein entspricht, aber nicht direkt oder starr mit dem Acker 210 verbunden ist und sich somit bezüglich des Ankers 210 bewegen kann. Angesichts der dargestellten verschachtelten Anordnung des Ankers 210 und des Schiebers 204a sollte auf der Hand liegen, dass sich der Schieber deutlich mehr in die durch den Pfeil 220 dargestellte Richtung als in die durch den Pfeil 222 dargestellte Richtung bewegen kann. Bei einigen Ausführungsformen kann sich der Schieber überhaupt nicht in die Richtung von Pfeil 222 bewegen. Die anderen Anker des Gyroskops 200 können bezüglich der schwenkbaren Gelenke, mit denen sie verbunden sind, im Wesentlichen die gleiche Ausführung und Anordnung aufweisen. 2C is a close up view of an anchor 210 and pivot point of the in the gyroscope of 2A In this non-limiting example, the anchor will support 210 the pivoting joint 206a at the fulcrum 223 , The slider 204a has a shape that is the shape of the anchor 210 generally, but not directly or rigidly with the field 210 is connected and thus with respect to the anchor 210 can move. In view of the illustrated nested arrangement of the anchor 210 and the slider 204a should be obvious, that the slider much more in the direction indicated by the arrow 220 than in the direction indicated by the arrow 222 can move shown direction. In some embodiments, the slider may not be in the direction of arrow at all 222 move. The other anchors of the gyroscope 200 may have substantially the same construction and arrangement with respect to the pivotal joints to which they are connected.

2D ist eine Nahansicht eines Scharniers der in dem Gyroskop 200 von 2A enthaltenen Art. Das Scharnier 214 enthält einen L-förmigen Biegeträger 224 in dem schwenkbaren Gelenk 206a (oder anderen schwenkbaren Gelenk des Gyroskops), der ein Schwenken gestattet und ein translatorisches Bewegen des schwenkbaren Gelenkssegments bezüglich des Drehpunkt 225 verhindert. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen möglich. Das schwenkbare Gelenk 206a verbindet den Schieber 204a in diesem nicht einschränkenden Beispiel an einer einzigen Ecke 225. Gemäß einer Ausführungsform weisen alle Scharniere des Gyroskops 200 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration auf. 2D is a close-up view of a hinge in the gyroscope 200 from 2A included type. The hinge 214 contains an L-shaped bending beam 224 in the pivoting joint 206a (or other pivotable joint of the gyroscope), which allows pivoting and a translational movement of the pivotable articulation segment with respect to the pivot point 225 prevented. However, other configurations are possible. The hinged joint 206a connects the slider 204a in a non-limiting example, on a single corner 225 , According to one embodiment, all hinges of the gyroscope 200 essentially the same configuration on.

2E-1 ist eine Darstellungsskizze eines mittleren Teils eines schwenkbaren Gelenks, der einen Verbinder 217 der die Segmente eines schwenkbaren Gelenks verbindenden Art enthält, wie er durch jegliche und alle der schwenkbaren Gelenke 206a-206h eingesetzt werden kann. Der Verbinder 217 ist in 2E-1 insbesondere bezüglich des schwenkbaren Gelenks 206a und der Segmente 207a und 207b dargestellt, aber die gleiche Konfiguration kann auch auf die anderen schwenkbaren Gelenke des Gyroskops 200 angewandt werden. Das schwenkbare Gelenk 206a enthält die Segmente 207a und 207b. Der Verbinder 217 kann ein relativ schmaler und kurzer Träger sein, der die beiden Segmente 207a und 207b miteinander koppelt. Der Verbinder 217 kann sich durchbiegen, wenn die beiden Segmente 207a und 208b um ihre jeweiligen Drehpunkte an den Ankern 210 in entgegengesetzte Richtungen schwenken, können aber Scherung oder Torsion widerstehen. Somit kann der Verbinder 217 ein Schwenken der beiden Segmente 207a und 207b in die gleiche Richtung verhindern. 2E-2 und 2E-3 stellen eine gestattete und gesperrte Bewegung der Struktur von 2E-1 dar. 2E - 1 Fig. 3 is an illustration sketch of a middle part of a pivotable joint which is a connector 217 containing the segments connecting the segments of a hinged joint, as through any and all of the hinged joints 206a -206h can be used. The connector 217 is in 2E - 1 in particular with regard to the pivotable joint 206a and the segments 207a and 207b shown, but the same configuration can also be applied to the other hinged joints of the gyroscope 200 be applied. The hinged joint 206a contains the segments 207a and 207b , The connector 217 may be a relatively narrow and short carrier, covering the two segments 207a and 207b coupled with each other. The connector 217 can bend if the two segments 207a and 208b but can pivot about their respective pivots on the anchors 210 in opposite directions, but can withstand shear or torsion. Thus, the connector 217 a pivoting of the two segments 207a and prevent 207b in the same direction. 2E - 2 and 2E - 3 make a permitted and locked movement of the structure of 2E - 1 represents.

In 2E-2 schwenken die Segmente 207a und 207b in voneinander entgegengesetzte Richtungen um ihre Drehpunkte, die von ihren jeweiligen Ankern 210 gestützt werden, wie durch die kreisförmigen Pfeile gezeigt. Der Verbinder 217 biegt sich durch, um dieses Schwenken zu gestatten. Es kommt zu dem dargestellten Verformungszustand, wenn sich das Schiebersegment 205a in der Figur translatorisch nach unten bewegt. 2E-3 stellt eine Verformung dar, die dem Schwenken der Segmente 207a und 207b in die gleiche Richtung um ihre jeweiligen Drehpunkte zugeordnet ist. Wie gezeigt würde dies der Tatsache entsprechen, dass das Schiebersegment 205a eine Kippbewegung zeigt und würde ein Scheren des Verbinders 217 aufweisen. Der Verbinder widersteht dieser Bewegung jedoch, und deshalb wird das in 2E-3 dargestellte Kippen durch die schwenkbare Gelenkkonfiguration, die den Verbinder 217 enthält, verhindert. Wenn die Masse oder der Schieber an den entgegengesetzt schwenkenden Segmenten (zum Beispiel durch Scharniere oder andere Biegungsarten) befestigt ist, gewährleistet somit das schwenkbare Gelenksystem eine lineare Bewegung der Masse (oder des Schiebers) und reduziert eine dadurch, dass zwei Segmente in die gleiche Richtung schwenken, verursachte unerwünschte Drehung. Infolgedessen kann das schwenkbare Gelenk mit dem ordnungsgemäß ausgeführten Verbinder 217 eine unerwünschte Phasenquadraturbewegung verhindern.In 2E - 2 swing the segments 207a and 207b in opposite directions about their fulcrums from their respective anchors 210 be supported as shown by the circular arrows. The connector 217 flexes to allow this panning. It comes to the illustrated deformation state when the slide segment 205a moved translationally down in the figure. 2E - 3 represents a deformation associated with the pivoting of the segments 207a and 207b in the same direction about their respective pivot points. As shown, this would correspond to the fact that the slider segment 205a shows a tilting movement and would cause a shearing of the connector 217 exhibit. However, the connector resists this movement, and therefore the in 2E - 3 shown tilting by the pivotable joint configuration, the connector 217 contains, prevents. Thus, when the mass or slider is attached to the oppositely pivoting segments (for example, by hinges or other types of flexures), the pivotal articulation system ensures linear motion of the mass (or mass) Slider) and reduces one unwanted rotation caused by two segments pivoting in the same direction. As a result, the pivotable joint with the properly executed connector 217 prevent unwanted phase quadrature movement.

2F-1 ist eine Nahansicht eines Kastenfederverbinders 219 zur Kopplung benachbarter Prüfmassen in dem Gyroskop von 2A. Insbesondere koppelt der Kastenfederverbinder 219, der ein nicht einschränkendes Beispiel für den Verbinder 114 von 1A ist, schwenkbare Gelenke der benachbarten Prüfmassen, in diesem Fall die schwenkbaren Gelenke 206d und 206f. Der Kastenfederverbinder 219 kann eine beliebige geeignete Größe und Form aufweisen. Er kann dahingehend positioniert sein, eine Drehung der verbundenen schwenkbaren Gelenke 206d und 206f in entgegengesetzte Richtungen zu gestatten. Die Kastenfeder kann einer Scherbewegung widerstehen und somit ein Drehen der schwenkbaren Gelenke 206d und 206f in die gleiche Richtung verhindern. Auf diese Weise können die durch die Kastenfeder verbundenen schwenkbaren Gelenke eine Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 202a und 202b gestatten oder erzwingen, wären sie eine Inphasenbewegung in Richtung der x-Achse bezüglich der Anordnung von 2F-1 sperren. Beispiele für eine gestattete und verhinderte Bewegung werden in den 2F-2 bzw. 2F-3 gezeigt. 2F - 1 is a close-up view of a box spring connector 219 for coupling adjacent test masses in the gyroscope of 2A , In particular, the box spring connector couples 219 , which is a non-limiting example of the connector 114 from 1A is, hinged joints of the adjacent test masses, in this case, the pivotal joints 206d and 206f , The box spring connector 219 may be of any suitable size and shape. It may be positioned to rotate the connected hinged joints 206d and 206f to allow in opposite directions. The box spring can withstand a shearing motion and thus turning the hinged joints 206d and 206f in the same direction. In this way, the hinged joints connected by the box spring can cause a counterphase movement of the test masses 202a and 202b permit or force, they would be an in-phase movement in the direction of the x-axis with respect to the arrangement of 2F - 1 lock. Examples of a permitted and prevented movement are in the 2F - 2 or 2F-3.

In 2F-2 schwenken die schwenkbaren Gelenke 206d und 206f um die durch ihre jeweiligen Anker 210 gestützten Drehpunkte in entgegengesetzte Richtungen. Der Kastenfederverbinder 219 gestattet solch eine Bewegung durch Dehnung in die Vertikalrichtung der Figur. 2F-3 stellt hingegen einen Zustand dar, in dem die schwenkbaren Gelenke 206d und 206f um die durch ihre jeweiligen Anker gestützten Drehpunkte in die gleiche Richtung schwenken. Um diese Bewegung zu gestatten, würde sich der Kastenfederverbinder 219 selbst in die Richtung, die der Richtung entgegengesetzt ist, in die die schwenkbaren Gelenke 206d und 206f schwenken, im Gegenuhrzeigersinn drehen. Die Kastenfeder 219 widersteht solch einer Bewegung, wodurch die gewünschte Bewegung von 2F-2 erzwungen wird.In 2F - 2 swing the hinged joints 206d and 206f around those by their respective anchors 210 supported pivot points in opposite directions. The box spring connector 219 allows such movement by stretching in the vertical direction of the figure. 2F - 3 On the other hand, it represents a condition in which the hinged joints 206d and 206f pivot the fulcrums supported by their respective anchors in the same direction. To allow this movement, the box spring connector would 219 even in the direction opposite to the direction in which the hinged joints 206d and 206f turn, turn counterclockwise. The box spring 219 resists such a movement, causing the desired movement of 2F - 2 is enforced.

Der Kastenfederverbinder 219 ist ein nicht einschränkendes Beispiel für einen geeigneten Verbinder zum Koppeln der benachbarten schwenkbaren Gelenke des Gyroskops 200. Als Alternative kann ein gerader Trägerverbinder verwendet werden.The box spring connector 219 is a non-limiting example of a suitable connector for coupling the adjacent pivotal joints of the gyroscope 200 , Alternatively, a straight carrier connector may be used.

2G ist eine Nahansicht eines die Läufer mit dem Schieber des Gyroskops 200 von 2A koppelnden Kopplers 221. Wie gezeigt, kann der Koppler 221 ein Halbkastenfederverbinder sein. Es kann jedoch irgendein anderer geeigneter Verbinder implementiert werden, der bewirkt, dass sich der Läufer 208a als Reaktion auf ein Schwenken des schwenkbaren Gelenks 206e linear bewegt. Das heißt, bezüglich der Anordnung von 2G bewirkt der Koppler 221, dass sich der Läufer 208a nach rechts (Pfeil 226a) bewegt, wenn sich die rechte Seite des schwenkbaren Gelenks nach unten bewegt (Pfeil 228a), und bewirkt, dass sich der Läufer nach links (Pfeil 226b) bewegt, wenn sich die rechte Seite des schwenkbaren Gelenks nach oben bewegt (Pfeil 228b). 2G is a close up view of a runner with the slider of the gyroscope 200 from 2A coupling coupler 221 , As shown, the coupler can 221 be a Halbkastenfederverbinder. However, any other suitable connector that causes the runner to be implemented 208a in response to pivoting of the pivotable joint 206e moved linearly. That is, regarding the arrangement of 2G causes the coupler 221 that's the runner 208a to the right (arrow 226a ) moves when the right side of the pivoting joint moves downwards (arrow 228a ), and causes the runner to move to the left (arrow 226b ) moves when the right side of the pivoting joint moves upward (arrow 228b ).

Erneut auf 2A Bezug nehmend, kann das Gyroskop 200 im Betrieb eine synchrone Gegenphasenbewegung zeigen. Wenn sich die Schiebersegmente 205b und 205d nach rechts in die positive x-Richtung bewegen, schwenken das obere Segment des schwenkbaren Gelenks 206b und das obere Segment des schwenkbaren Gelenks 206d im Uhrzeigersinn, während das untere Segment des schwenkbaren Gelenks 206b und das untere Segment des schwenkbaren Gelenks 206d im Gegenuhrzeigersinn schwenken. Die Schiebersegmente 205f und 205h bewegen sich nach links in die negative x-Richtung. Insbesondere schwenken das obere Segment des schwenkbaren Gelenks 206f und das obere Segment des schwenkbaren Gelenks 206h im Gegenuhrzeigersinn, während das untere Segment des schwenkbaren Gelenks 206f und das untere Segment des schwenkbaren Gelenks 206h im Uhrzeigersinn schwenken.Up again 2A Referring to, the gyroscope 200 show a synchronous antiphase movement during operation. When the slider segments 205b and moving 205d to the right in the positive x-direction, pivot the upper segment of the pivoting joint 206b and the upper segment of the hinged joint 206d clockwise while the lower segment of the pivoting joint 206b and the lower segment of the pivoting joint 206d swivel counterclockwise. The slider segments 205f and 205h move to the left in the negative x-direction. In particular, pivot the upper segment of the pivoting joint 206f and the upper segment of the hinged joint 206h in the counterclockwise direction, while the lower segment of the pivoting joint 206f and the lower segment of the pivoting joint 206h pan clockwise.

Im Messmodus schwenken das linke Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und das linke Segment des schwenkbaren Gelenks 206c als Reaktion auf die Drehung des Gyroskops 200 im Gegenuhrzeigersinn, wenn sich die Schiebersegmente 205a und 205c nach unten in die negative y-Richtung bewegen, während das rechte Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und das rechte Segment des schwenkbaren Gelenks 206c im Uhrzeigersinn schwenken. Die Schiebersegmente 205e und 205g bewegen sich aufgrund der Läufer 208a und 208b nach oben in die positive y-Richtung. Das linke Segment des schwenkbaren Gelenks 206e und das linke Segment des schwenkbaren Gelenks 206g schwenken im Uhrzeigersinn, und das rechte Segment des schwenkbaren Gelenks 206e und das rechte Segment des schwenkbaren Gelenks 106g schwenken im Gegenuhrzeigersinn. Die Läufer 208a und 208b beschränken die Prüfmassen und Schieber auf solch eine Bewegung. Das heißt, der Läufer 208a zwingt das rechte Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und das linke Segment des schwenkbaren Gelenks 206e zur Drehung in die gleiche Richtung (im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn), indem er sich selbst linear nach rechts oder links bewegt. Auf ähnliche Weise zwingt der Läufer 208b das rechte Segment des schwenkbaren Gelenks 206c und das linke Segment des schwenkbaren Gelenks 206g zur Drehung in die gleiche Richtung, indem er sich selbst linear nach rechts oder links in die entgegengesetzte Richtung von Läufer 208a bewegt. Da die Läufer 208a und 208b jedoch starre Stäbe oder andere starre Koppler sein können, verhindern sie eine Drehung der gekoppelten Segmente der schwenkbaren Gelenke in entgegengesetzte Richtungen. Somit sperren die Läufer 208a und 208b eine Inphasenbewegung der Schieber 204a und 204b im Messmodus oder verhindern diese vollständig. Deshalb wird keine Beschleunigung einer Art detektiert, die tendenziell eine Inphasenbewegung der Schieber 204a und 204b erzeugt. Demgemäß stellen die Läufer 208a und 208b ein beschleunigungsunempfindliches Gyroskop bereit.In measurement mode, pivot the left segment of the pivoting joint 206a and the left segment of the hinged joint 206c in response to the rotation of the gyroscope 200 counterclockwise when the slider segments 205a and 205c move down in the negative y direction while the right segment of the pivoting joint 206a and the right segment of the pivoting joint 206c pan clockwise. The slider segments 205e and 205g are moving due to the runners 208a and 208b up in the positive y-direction. The left segment of the hinged joint 206e and the left segment of the hinged joint 206g pivot in a clockwise direction, and the right segment of the pivoting joint 206e and the right segment of the pivoting joint 106g swing counterclockwise. The runners 208a and 208b limit the test masses and slides on such a movement. That is, the runner 208a forces the right segment of the swivel joint 206a and the left segment of the hinged joint 206e to rotate in the same direction (clockwise or counterclockwise) by moving itself linearly to the right or left. Similarly, the runner forces 208b the right segment of the pivoting joint 206c and the left segment of the hinged joint 206g to turn in the same direction, turning himself linearly to the right or left in the opposite direction of runner 208a emotional. Because the runners 208a and 208b However, if they are rigid rods or other rigid couplers, they prevent rotation of the coupled segments of the pivotal joints in opposite directions. Thus, the runners lock 208a and 208b an in-phase movement of the slides 204a and 204b in the measuring mode or prevent them completely. Therefore, no acceleration of a kind that tends to generate in-phase movement of the sliders 204a and 204b is detected. Accordingly, the runners 208a and 208b an acceleration-insensitive gyroscope.

Wie oben in Verbindung mit 1F beschrieben, kann ein MEMS-Bauelement, wie zum Beispiel MEMS-Gyroskop, bei einigen Ausführungsformen eine ausgeglichene Läuferkonfiguration aufweisen, bei der mehrere Läufer auf einer gleichen Seite der gekoppelten Prüfmassen enthalten sind. 2H stellt ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Implementierung solch eines Gyroskops dar. Das Gyroskop 250 enthält viele der der gleichen in Verbindung mit 2A bereits dargestellten und beschriebenen Komponenten, und somit werden sie hier nicht erneut ausführlich beschrieben. Das Gyroskop 250 unterscheidet sich jedoch insofern von dem Gyroskop 200, dass es eine ausgeglichene Läuferkonfiguration mit zwei sich linear bewegenden Läufern auf jeder Seite der gekoppelten Prüfmassen enthält. Insbesondere enthält das Gyroskop 250 die Läufer 252a, 252b, 254a und 254b.As above in connection with 1F For example, a MEMS device, such as a MEMS gyroscope, in some embodiments, may have a balanced rotor configuration in which multiple runners are contained on a same side of the coupled proof masses. 2H represents a non-limiting example of an implementation of such a gyroscope. The gyroscope 250 contains many of the same in connection with 2A already shown and described components, and thus they will not be described again in detail here. The gyroscope 250 However, it differs from the gyroscope 200 in that it includes a balanced rotor configuration with two linearly moving blades on each side of the coupled proof masses. In particular, the gyroscope contains 250 the runners 252a . 252b . 254a and 254b ,

Der Läufer 252a ist durch einen Koppler 256a mit dem sich am weitesten links befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und durch einen Koppler 256b mit dem sich am weitesten rechts befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206e gekoppelt. Auf ähnliche Weise ist der Läufer 252b durch einen Koppler 256c mit dem sich am weitesten links befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206c und durch den Koppler 256d mit dem sich am weitesten rechts befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206g gekoppelt. Die Koppler 256a-256d können einander gleich sein und können die in 2G gezeigte Art von Koppler oder irgendein anderer geeigneter Koppler, der eine lineare Bewegung der Läufer 252a und 252b in entgegengesetzte Richtungen gestattet, sein.The runner 252a is through a coupler 256a with the leftmost segment of the pivoting joint 206a and through a coupler 256b with the rightmost segment of the pivoting joint 206e coupled. Similarly, the runner 252b through a coupler 256c with the leftmost segment of the pivoting joint 206c and through the coupler 256d with the rightmost segment of the pivoting joint 206g coupled. The couplers 256a - 256d can be equal to each other and can be used in 2G shown type of coupler or any other suitable coupler, which is a linear movement of the rotor 252a and 252b be allowed in opposite directions.

Der Läufer 254a ist durch einen Koppler 258a mit dem sich am weitesten rechts befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und durch einen Koppler 258b mit dem sich am weitesten links befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206e gekoppelt. Der Läufer 254b ist durch einen Koppler 258c mit dem sich am weitesten rechts befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206c und durch einen Koppler 258d mit dem sich am weitesten links befindenden Segment des schwenkbaren Gelenks 206g gekoppelt. Die Koppler 258a-258d können einander gleich sein und können die in 2G gezeigte Art von Koppler oder irgendein anderer geeigneter Koppler, der eine lineare Bewegung der Läufer 254a und 254b in entgegengesetzte Richtungen gestattet, sein.The runner 254a is through a coupler 258a with the rightmost segment of the pivoting joint 206a and through a coupler 258b with the leftmost segment of the pivoting joint 206e coupled. The runner 254b is through a coupler 258c with the rightmost segment of the pivoting joint 206c and through a coupler 258d with the leftmost segment of the pivoting joint 206g coupled. The couplers 258a - 258d can be equal to each other and can be used in 2G shown type of coupler or any other suitable coupler, which is a linear movement of the rotor 254a and 254b be allowed in opposite directions.

Da die Läufer 252a und 254a mit verschiedenen Segmenten des schwenkbaren Gelenks 206a und 206e gekoppelt sind und da sich diese verschiedenen Segmente in entgegengesetzte Richtungen drehen, bewegen sich die Läufer 252a und 254a während des Betriebs in entgegengesetzte lineare Richtungen, wie weiter unten in Verbindung mit 2I beschrieben wird. Da gleichermaßen die Läufer 252b und 254b mit verschiedenen Segmenten des schwenkbaren Gelenks 206c und 206g gekoppelt sind und da sich diese verschiedenen Segmente in entgegengesetzte Richtungen drehen, bewegen sich die Läufer 252b und 254b während des Betriebs in entgegengesetzte Richtungen. Insgesamt bewegen sich die Läufer 252a und 252b dann in entgegengesetzte Richtungen, und die Läufer 254a und 254b bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen. Somit geht von der Kombination der Läufer 252a-252b und 254a-254b im Wesentlichen kein linearer Nettoimpuls aus, solange ihre Massen und Geschwindigkeiten gleich sind, was als Impulsgleichgewicht bezeichnet wird. Dies stellt dann eine ausgeglichene Läuferkonfiguration bereit, die die Prüfmassen mit keiner unerwünschten Inphasenbewegung (symmetrischen Bewegung) beaufschlagt.Because the runners 252a and 254a with different segments of the pivoting joint 206a and 206e coupled and as these different segments rotate in opposite directions, the runners move 252a and 254a during operation in opposite linear directions as discussed below 2I is described. Because equally the runners 252b and 254b with different segments of the pivoting joint 206c and 206g are coupled and as these various segments rotate in opposite directions, the runners 252b and 254b move in opposite directions during operation. Overall, the runners are moving 252a and 252b then in opposite directions, and the runners 254a and 254b move in opposite directions. Thus, from the combination of runners 252a - 252b and 254a - 254b essentially no net linear momentum as long as their masses and velocities are the same, which is referred to as momentum balance. This then provides a balanced rotor configuration that does not impart any unwanted in-phase motion (symmetric motion) to the proof masses.

Die Läufer 252a und 252b sind genauso wie die Läufer 254a und 254b im Wesentlichen identisch. Alle vier Läufer können im Wesentlichen die gleiche Masse aufweisen, wodurch sie eine ausgeglichene Konfiguration bereitstellen. In dem dargestellten Beispiel sind die Läufer 252a und 252b (in der x-Richtung) länger als die Läufer 254a und 254b. Die Läufer 254a und 254b können in der y-Richtung breiter als die Läufer 252a und 252b sein, um im Wesentlichen gleiche Massen bereitzustellen, oder sie können irgendeine andere geeignete Konfiguration aufweisen. Es ist zu sehen, dass in diesem Beispiel alle vier Läufer in der x-Richtung länger als in der y-Richtung sind. Die Längen in der x-Richtung können zwischen dem 2-Fachen und dem 100-Fachen der Breiten in der y-Richtung betragen oder irgendein Wert innerhalb dieses Bereichs sein. Es sind auch alternative Abmessungen möglich.The runners 252a and 252b are just like the runners 254a and 254b essentially identical. All four runners may have substantially the same mass, thereby providing a balanced configuration. In the example shown, the runners 252a and 252b (in the x direction) longer than the runners 254a and 254b. The runners 254a and 254b can be wider in the y-direction than the runners 252a and 252b to provide substantially equal masses, or they may have any other suitable configuration. It can be seen that in this example all four runners are longer in the x-direction than in the y-direction. The lengths in the x-direction may be between 2 times and 100 times the widths in the y-direction, or any value within this range. There are also alternative dimensions possible.

Weiterhin ist aus 2H ersichtlich, dass die Läufer 252a und 254a bei dem nicht einschränkenden Beispiel eine verschachtelte Konfiguration einnehmen. Der Läufer 254a befindet sich nahe den Prüfmassen, während sich der Läufer 252a distal der Prüfmassen befindet. Das gleiche gilt für die Läufer 254b bzw. 252b. Es sind auch andere Konfigurationen möglich.Furthermore, it is off 2H you can see that the runners 252a and 254a in the non-limiting example assume a nested configuration. The runner 254a is located near the proof masses while the runner 252a located distal to the test masses. The same goes for the runners 254b respectively. 252b , Other configurations are possible.

2I stellt einen Betriebszustand des Gyroskops 250 von 2H dar und zeigt den ausgeglichenen Betrieb der Läufer 252a, 252b, 254a und 254b. Bei dem dargestellten Betriebszustand, der einen Zustand des Messbetriebsmodus darstellen kann, bewegen sich die Prüfmasse 202a und die Schiebersegmente 205a und 205c in die positive y-Richtung nach oben. Die Prüfmasse 202b und die Schiebersegmente 205e und 205g bewegen sich in die negative y-Richtung nach unten. Das sich am weitesten links befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und das sich am weitesten rechts befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206e schwenken um ihren jeweiligen Drehpunkt im Uhrzeigersinn, so dass sich der Läufer 252a in die positive x-Richtung nach rechts bewegt. Das sich am weitesten links befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206c und das sich am weitesten rechts befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206g schwenken im Uhrzeigersinn um ihren jeweiligen Drehpunkt, so dass sich der Läufer 252b in die negative x-Richtung nach links und deshalb entgegengesetzt der Richtung des Läufers 252a bewegt. 2I represents an operating state of the gyroscope 250 from 2H and shows the balanced operation of the runners 252a . 252b . 254a and 254b , In the illustrated operating state, which may represent a state of the measurement mode of operation, the proof masses move 202a and the slider segments 205a and 205c in the positive y-direction upwards. The proof mass 202b and the slider segments 205e and 205g move down in the negative y direction. The leftmost segment of the pivoting joint 206a and the rightmost segment of the pivoting joint 206e pivot around their respective pivot in a clockwise direction so that the runner 252a moved to the right in the positive x-direction. The leftmost segment of the pivoting joint 206c and the rightmost segment of the pivoting joint 206g pivot clockwise around their respective pivot so that the runner 252b in the negative x-direction to the left and therefore opposite to the direction of the runner 252a emotional.

Das sich am weitesten rechts befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und das sich am weitesten links befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206e drehen sich um ihren jeweiligen Drehpunkt im Gegenuhrzeigersinn, so dass sich der Läufer 254a in die negative x-Richtung linear nach links bewegt. Das sich am weitesten rechts befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206c und das sich am weitesten links befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206g drehen sich im Uhrzeigersinn, so dass sich der Läufer 254b in die positive x-Richtung nach rechts und deshalb entgegengesetzt zum Läufer 254a bewegt. Somit wird aufgrund der Läufer eine symmetrische Bewegung (Inphasenbewegung) der Prüfmassen gesperrt.The rightmost segment of the pivoting joint 206a and the leftmost segment of the pivotable joint 206e rotate counterclockwise about their respective pivot point so that the rotor 254a moves linearly to the left in the negative x direction. The rightmost segment of the pivoting joint 206c and the leftmost segment of the pivotable joint 206g turn clockwise, making the runner 254b in the positive x-direction to the right and therefore opposite to the runner 254a emotional. Thus, a symmetrical movement (in-phase movement) of the test masses is blocked due to the runners.

Somit ist anhand des Betriebszustands in 2I zu sehen, dass eine ausgeglichene Läuferkonfiguration bereitgestellt wird, bei der sich die vier Läufer linear bewegen, aber einen Nettoimpuls von null haben. Dadurch wird dann die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass das Gyroskop 250 mit einer unerwünschten Bewegung beaufschlagt wird.Thus, based on the operating state in 2I to see that a balanced rotor configuration is provided where the four runners move linearly but have zero net momentum. This will then reduce the likelihood that the gyroscope 250 is subjected to an undesired movement.

2J stellt eine Nahdarstellungsskizze eines Teils des Gyroskops 250 dar, wobei sie eine andere Darstellung der Bewegung der Läufer bereitstellt. Insbesondere stellt 2I einen Betriebszustand dar, in dem sich das Schiebersegment 205a in die negative y-Richtung nach unten bewegt und sich das Schiebersegment 205e in die positive y-Richtung nach oben bewegt. Es ist zu sehen, dass das sich am weitesten links befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und das sich am weitesten rechts befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206e im Gegenuhrzeigersinn schwenken, so dass sich der Läufer 252a in die negative x-Richtung nach links bewegt. Das sich am weitesten rechts befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206a und das sich am weitesten links befindende Segment des schwenkbaren Gelenks 206e schwenken im Uhrzeigersinn, so dass sich der Läufer 254a in die positive x-Richtung linear nach rechts bewegt. 2J provides a close-up sketch of a portion of the gyroscope 250 it provides a different representation of the movement of the runners. In particular, presents 2I an operating condition in which the slide segment 205a moves in the negative y-direction down and the slider segment 205e moved up in the positive y-direction. It can be seen that the leftmost segment of the hinged joint 206a and the rightmost segment of the pivoting joint 206e pivot counterclockwise so that the runner 252a moved in the negative x-direction to the left. The rightmost segment of the pivoting joint 206a and the leftmost segment of the pivotable joint 206e pivot in a clockwise direction so that the runner 254a moved in the positive x-direction linearly to the right.

Bei einigen Ausführungsformen können mehrere Läufer auf einer gleichen Seite gekoppelter Prüfmassen eines Gyroskops miteinander gekoppelt sein. 2K stellt ein nicht einschränkendes Beispiel dar, das eine Variation der Konfiguration von 2J darstellt. In 2K sind die Läufer 252a und 254a durch einen Koppler oder ein Gelenk 260 miteinander gekoppelt. Der Koppler 260 kann allgemein senkrecht zu beiden Läufern 252a und 254a ausgerichtet sein und kann eine Länge aufweisen, die zur Bereitstellung eines gewünschten Grads an Flexibilität/Starrheit ausgewählt ist. Der Koppler 260 kann bei einigen Ausführungsformen im Vergleich zu den Längen der Läufer in der x-Richtung relativ kurz sein, obgleich nicht alle Ausführungsformen in dieser Hinsicht beschränkt sind.In some embodiments, multiple runners may be coupled together on a same side of coupled proof masses of a gyroscope. 2K illustrates a non-limiting example that is a variation of the configuration of 2J represents. In 2K are the runners 252a and 254a coupled by a coupler or joint 260. The coupler 260 may be generally perpendicular to both runners 252a and 254a and may have a length selected to provide a desired degree of flexibility / rigidity. The coupler 260 may be relatively short in some embodiments as compared to the lengths of the runners in the x-direction, although not all embodiments are limited in this regard.

Obgleich die 2H-2K Beispiele darstellen, in denen mehrere Läufer auf einer Seite gekoppelter Prüfmassen nebeneinander angeordnet sind, sind auch andere Konfigurationen zur Bereitstellung ausgeglichener Läufer möglich. Gemäß einigen Ausführungsformen sind mehrere Läufer linear auf einer Seite gekoppelter Prüfmassen angeordnet. Die mehreren Läufer können auf mehreren Seiten eingeschränkt sein. Ein Beispiel wird in 2L gezeigt.Although the 2H - 2K Examples in which several runners are arranged side by side on one side of coupled test masses, other configurations for providing balanced runners are also possible. According to some embodiments, a plurality of runners are arranged linearly on one side of coupled test masses. The multiple runners may be restricted on multiple pages. An example will be in 2L shown.

2L zeigt eine Teilansicht eines Gyroskops mit mehreren linear angeordneten Läufern als eine Alternative zu den Läufern 252a und 254a. Die Teilansicht zeigt einen Teil der zuvor beschriebenen Schiebersegmente 205a und 205e, lässt aber der einfachen Darstellung halber den Rest der Schieber und Prüfmassen aus. Einige der Komponenten sind zuvor in Verbindung mit anderen Ausführungsformen beschrieben worden und werden somit hier nicht ausführlich beschrieben. Wie gezeigt, kann das Bauelement mehrere linear angeordnete Läufer 270a, 270b und 270c enthalten, die entlang einer gemeinsamen Achse (oder Linie) P-P angeordnet sind. Darüber hinaus sind schwenkbare Gelenke 272a und 272b enthalten und sind genauso wie die schwenkbaren Gelenke 206a und 206e mit gegenüberliegenden Seiten der Läufer 270a-270c gekoppelt. Die schwenkbaren Gelenke 272a und 272b können die gleiche Art von schwenkbaren Gelenken wie die schwenkbaren Gelenke 206a und 206e sein und können auf die gleiche Weise, wie die schwenkbaren Gelenke 206a und 206e mit den Ankern 210 gekoppelt sind, mit Ankern 274 gekoppelt sein. Die Anker 274 und 210 weisen bei einigen Ausführungsformen die gleiche Ausführung auf, einschließlich Drehzapfen, wie zuvor in Verbindung mit den Ankern 210 beschrieben. 2L shows a partial view of a gyroscope with several linearly arranged runners as an alternative to the runners 252a and 254a , The partial view shows part of the slide segments described above 205a and 205e However, for the sake of simplicity, omits the rest of the slides and proof masses. Some of the components have previously been described in connection with other embodiments and thus will not be described in detail here. As shown, the device may have several linearly arranged runners 270a . 270b and 270c included, which are arranged along a common axis (or line) PP. In addition, there are hinged joints 272a and 272b are included and are the same as the hinged joints 206a and 206e with opposite sides of the runners 270a - 270c coupled. The pivotal joints 272a and 272b may be the same type of pivotal joints as the pivotal ones joints 206a and 206e be and can work in the same way as the hinged joints 206a and 206e with the anchors 210 coupled with anchors 274 be coupled. The anchors 274 and 210 have the same design in some embodiments, including trunnions, as previously in connection with the anchors 210 described.

Der Läufer 270a kann auf einer Seite durch einen Koppler 276a mit dem schwenkbaren Gelenk 272a und auf der anderen Seite durch einen Koppler 276b mit dem schwenkbaren Gelenk 206a gekoppelt sein. Der Läufer 270b kann durch einen Koppler 276c auf einer Seite mit dem schwenkbaren Gelenk 272a und auf der anderen Seite durch einen Koppler 276d mit dem schwenkbaren Gelenk 206a gekoppelt sein. Des Weiteren kann der Läufer 270b durch einen Koppler 276e auf einer Seite mit dem schwenkbaren Gelenk 272b und durch einen Koppler 276f auf der anderen Seite mit dem schwenkbaren Gelenk 206e gekoppelt sein. Der Läufer 270c kann durch einen Koppler 276g auf einer Seite mit dem schwenkbaren Gelenk 272b und durch einen Koppler 276h auf der anderen Seite mit dem schwenkbaren Gelenk 206e gekoppelt sein. Die Koppler 276a-276h können von der zuvor in Verbindung mit 2G dargestellten und beschriebenen Art sein, oder sie können von irgendeiner anderen geeigneten Art von Koppler sein, die als Reaktion auf ein Schwenken des schwenkbaren Gelenks 206a, 206e, 272a und 272b eine lineare Bewegung der Läufer 270a-270c bereitstellt.The runner 270a can be on one side through a coupler 276a with the swivel joint 272a and on the other side through a coupler 276b with the swivel joint 206a be coupled. The runner 270b can through a coupler 276c on one side with the pivoting joint 272a and on the other side through a coupler 276d with the swivel joint 206a be coupled. Furthermore, the runner 270b through a coupler 276e on one side with the pivoting joint 272b and through a coupler 276f on the other side with the pivoting joint 206e be coupled. The runner 270c can through a coupler 276g on one side with the pivoting joint 272b and through a coupler 276 H on the other side with the pivoting joint 206e be coupled. The couplers 276a - 276 H can from the previously in conjunction with 2G and may be of any other suitable type of coupler, in response to pivoting of the pivotable joint 206a . 206e . 272a and 272b provides a linear movement of the runners 270a-270c.

Im Betrieb bewegen sich die Läufer 270a und 270c in die entgegengesetzte Richtung von der des Läufers 270b. Die Läufer 270a und 270c können eine kombinierte Masse, die im Wesentlichen gleich der des Läufers 270b ist, aufweisen, wodurch sie eine ausgeglichene Konfiguration bereitstellen, bei der der lineare Nettoimpuls der Läufer null ist und die Läufer deshalb die Schieber und/oder Prüfmassen mit keiner unerwünschten Bewegung beaufschlagen. Deshalb sind bei einigen Ausführungsformen die Läufer 270a und 270c kürzer als der Läufer 270b. Bei einigen solchen Ausführungsformen weisen die Läufer 270a und 270c eine Länge auf, die ungefähr gleich der Hälfte der Länge des Läufers 270b ist.In operation, the runners move 270a and 270c in the opposite direction of the runner 270b , The runners 270a and 270c can have a combined mass that is essentially the same as that of the runner 270b , thus providing a balanced configuration in which the linear net momentum of the runners is zero and therefore the runners will not subject the slides and / or proof masses to any undesired movement. Therefore, in some embodiments, the runners 270a and 270c shorter than the runner 270b , In some such embodiments, the runners have 270a and 270c a length equal to about half the length of the runner 270b is.

Es sollte auf der Hand liegen, dass 2L zwar eine Teilansicht eines Gyroskops darstellt, die linear angeordneten Läufer aber spiegelbildlich auf den gegenüberliegenden Seiten der Schieber und Prüfmassen des Gyroskops angeordnet sein können. Das heißt, die Läufer 252b und 254b in 2I können durch eine Konfiguration wie die von 2L ersetzt werden.It should be obvious that 2L Although represents a partial view of a gyroscope, the linearly arranged rotor but can be arranged in mirror image on the opposite sides of the slides and proof masses of the gyroscope. That is, the runners 252b and 254b in 2I can through a configuration like that of 2L be replaced.

Die Läufer 270a-270c erzwingen eine antisymmetrische Bewegung der Schiebersegmente 205a und 205e im Messbetriebsmodus und verhindern eine symmetrische Bewegung. Somit können die Gyroskope (oder andere MEMS-Bauelemente), die die Läuferkonfiguration von 2L implementieren, im Vergleich zu Gyroskopen ohne solche Läufer eine reduzierte Beschleunigungsempfindlichkeit aufweisen.The runners 270a - 270c force an antisymmetric movement of the slider segments 205a and 205e in measurement mode and prevent symmetrical movement. Thus, the gyroscopes (or other MEMS devices) that control the runner configuration of 2L implement, compared to gyroscopes without such runners have a reduced acceleration sensitivity.

2M stellt eine Alternative zu der Konfiguration von 2L dar, bei der die Läufer direkt miteinander verbunden sind. Nur ein Teil der Struktur von 2L wird gezeigt, wobei der Fokus auf der Verbindung zwischen dem Läufer 270a und 270b liegt. Wie gezeigt, können diese beiden Läufer durch einen Koppler 278 an ihren nebeneinanderliegenden Enden miteinander verbunden werden. In der Darstellung enthält der Koppler 278 eine T-Verbindung am Ende jedes der Läufer 270a und 270b, es sind aber auch alternative Kopplungskonfigurationen möglich. Der Koppler 278 ist biegefähig, wodurch sich die Läufer 270a und 270b bezüglich einander bewegen können. Ebenso können die Läufer 270b und 270c auf die gleiche Weise direkt miteinander gekoppelt sein, obgleich sie in 2M nicht gezeigt werden. 2M represents an alternative to the configuration of 2L in which the runners are directly connected. Only part of the structure of 2L is shown, with the focus on the connection between the runner 270a and 270b lies. As shown, these two runners can through a coupler 278 be connected together at their adjacent ends. In the illustration, the coupler contains 278 a T-connection at the end of each of the runners 270a and 270b but alternative coupling configurations are also possible. The coupler 278 is bendable, allowing runners 270a and 270b to move relative to each other. Likewise, the runners 270b and 270c are directly coupled to each other in the same way, although they are in 2M not shown.

2N stellt einen Verformungszustand einer Struktur der in 2M dargestellten Art dar. In dieser Figur werden mehr der Komponenten von 2L reproduziert, als in 2M gezeigt werden. Zum Beispiel werden das Schiebersegment 205e, das schwenkbare Gelenk 206e, der Läufer 270c und das schwenkbare Gelenk 272b zusätzlich dargestellt. Die Läufer 270b und 270c sind durch einen Koppler 280, der von der gleichen Art wie der in Verbindung mit 2M beschriebene Koppler 278 sein kann, an benachbarten Enden direkt miteinander gekoppelt. 2N represents a deformation state of a structure of 2M In this figure, more of the components of 2L reproduced as in 2M to be shown. For example, the slider segment 205e , the pivoting joint 206e , the runner 270c and the hinged joint 272b additionally shown. The runners 270b and 270c are through a coupler 280 which is of the same kind as the one associated with 2M described coupler 278 may be directly coupled together at adjacent ends.

In 2N ist zu sehen, dass, wenn sich die Schiebersegmente 205a und 205e in einer linearen Gegenphasenbewegung bewegen (hier bewegt sich das Schiebersegment 205a in der Figur linear nach oben, während sich das Schiebersegment 205e linear nach unten bewegt), sich die Läufer 270a und 270c linear in die gleiche Richtung (in diesem Beispiel nach rechts) und in entgegengesetzter Richtung zu dem Läufer 270b (der sich in dieser Figur nach links bewegt) bewegen. Die Koppler 278 und 280 können sich biegen, wodurch solch eine Bewegung gestattet wird.In 2N can be seen that when the slider segments 205a and 205e move in a linear antiphase movement (here the slide segment 205a moves linearly in the figure, while the slider segment 205e moved linearly down), the runners 270a and 270c linear in the same direction (in this example to the right) and in the opposite direction to the rotor 270b (which moves to the left in this figure). The couplers 278 and 280 can bend, allowing such a movement.

Man kann sagen, dass die Konfigurationen der 2L, 2M und 2N ein MEMS-Bauelement (zum Beispiel ein Gyroskop) mit eingeschränkten Läufern darstellen. Die Läufer 270a-270c werden auf zwei gegenüberliegenden Seiten (nahe und distal der Prüfmassen/Schieber) entlang ihrer Länge eingeschränkt. Dies steht im Gegensatz zu der Konfiguration von 2H, bei der die Läufer auf einer einzigen Seite entlang ihrer Länge mit schwenkbaren Gelenken gekoppelt sind.It can be said that the configurations of 2L . 2M and 2N a MEMS device (for example, a gyroscope) with limited runners represent. Runners 270a-270c are constrained along their length on two opposite sides (near and distal of the proof masses / slides). This is in contrast to the configuration of 2H in which the runners are coupled on a single side along their length with hinged joints.

Wie oben beschrieben, kann die Verwendung von zwei oder mehr Prüfmassen in einem MEMS-Bauelement, wie zum Beispiel einem MEMS-Gyroskop, bestimmte Vorteile mit sich bringen. Die Verwendung von vier Prüfmassen kann eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Schwingungskorrektur (oder g-×-g-Empfindlichkeit) und Linearbeschleunigung (oder g-Empfindlichkeit) durch mechanisches Aufheben von Gleichtaktsignalen bereitstellen. Die Verwendung von vier Prüfmassen kann auch ein Impulsungleichgewicht von null bereitstellen, das wiederum Empfindlichkeit gegenüber Paketmodi reduzieren kann, wodurch Übersprechen zwischen mehreren Gyroskopkernen eliminiert werden kann. Die geometrische Symmetrie der Verwendung von vier Prüfmassen kann auch die Verwendung eines Gyroskops in einem modenangepassten Betrieb gestatten, wodurch der Rauschabstand (SNR - signal-to-noise ratio) verbessert wird sowie eine fliegende Selbstkalibrierung des Gyroskops (ohne Unterbrechung seines normalen Betriebs) gestattet wird. Somit können der Skalierungsfaktor und die Offsetstabilität verbessert werden, und eine Nachkalibrierung unter Verwendung eines Rüttel- oder Klassifizierungstisches im Labor kann vermieden werden. Um solche Vorzüge zu realisieren, können die vier Massen mechanisch gekoppelt sein, um eine synchrone Bewegung zu gewährleisten. Des Weiteren kann die Verwendung von sich linear bewegenden Kopplern der hierin beschriebenen Arten ein Erzwingen der Gegenphasenbewegung der vier Prüfmassen erleichtern, während einer unerwünschten translatorischen Bewegung, die empfindlich für Schwingungen (zum Beispiel Inphasenbewegung) ist, entgegengewirkt wird. As described above, the use of two or more proof masses in a MEMS device, such as a MEMS gyroscope, may provide certain advantages. The use of four proof masses may provide reduced sensitivity to vibration correction (or g-x-g sensitivity) and linear acceleration (or g-sensitivity) by mechanical cancellation of common-mode signals. The use of four proof masses can also provide a zero impulse imbalance, which in turn can reduce sensitivity to packet modes, thereby eliminating crosstalk between multiple gyroscope cores. The geometric symmetry of using four proof masses may also allow the use of a gyroscope in a mode-matched operation, thereby improving signal-to-noise ratio (SNR), as well as allowing flying gyroscope self-calibration (without interrupting its normal operation) , Thus, the scaling factor and offset stability can be improved, and recalibration using a laboratory shaking or classifying table can be avoided. To realize such benefits, the four masses can be mechanically coupled to ensure synchronous motion. Furthermore, the use of linearly moving couplers of the types described herein may facilitate forcing the antiphase motion of the four proof masses against undesirable translational motion that is susceptible to vibration (eg, in-phase motion).

Somit verwenden Aspekte der vorliegenden Anmeldung sich linear bewegende Koppler der hierin beschriebenen Arten zum Miteinanderkoppeln von vier Prüfmassen zur Bildung eines Gyroskops mit synchronisierter Masse. Die architektonische Herausforderung für MEMS-Gyroskope besteht darin, zwei Freiheitsgrade zu bewahren, da ein Gyroskopbetrieb sowohl den Resonatormodus (Antriebsmodus) als auch den Coriolisempfindlichen Modus (Messmodus) verwendet. Die hierin beschriebenen Gyroskope mit synchronisierter Masse können sich linear bewegende Koppler enthalten, die eine lineare Gegenphasenbewegung der vier gekoppelten Prüfmassen im Antriebsmodus, im Messmodus oder in beiden erzwingen, ohne eine Störung zwischen den beiden zu verursachen. Darüber hinaus sind die Koppler dahingehend angeordnet, bei mindestens einigen Ausführungsformen einen Nettoimpuls von null bereitzustellen.Thus, aspects of the present application utilize linearly moving couplers of the types described herein for coupling four proof masses together to form a synchronized mass gyroscope. The architectural challenge for MEMS gyroscopes is to maintain two degrees of freedom, as a gyroscope operation uses both the resonator mode (drive mode) and the coriolis-sensitive mode (measurement mode). The synchronized mass gyroscopes described herein may include linearly moving couplers that force linear antiphase motion of the four coupled proof masses in drive mode, in gauge mode, or both, without causing interference between the two. In addition, the couplers are arranged to provide a net zero pulse in at least some embodiments.

3A stellt in vereinfachter Form ein MEMS-Bauelement gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung mit vier Prüfmassen dar, die durch Läufer der zuvor hierin beschriebenen Arten gekoppelt sind, die dahingehend ausgebildet sind, einer symmetrischen Bewegung jedes benachbarten Paars der Prüfmassen zu widerstehen (oder diese zu blockieren) und eine lineare Gegenphasenbewegung der Prüfmassen zu gestatten oder zu erzwingen. Das MEMS-Bauelement 300 stellt eine Erweiterung des MEMS-Bauelements 100 von 1A dar, mit dem Zusatz von zwei Prüfmassen 102c und 102d und verschiedenen Kopplern, die die vier Prüfmassen koppeln. Insbesondere enthält das MEMS-Bauelement 300 die erste Prüfmasse 102a und die zweite Prüfmasse 102b, eine dritte Prüfmasse 102c, eine vierte Prüfmasse 102d, das Substrat 104, Haltebänder 306a-306h, Läufer 108a, 108b, 108c, 108d, 122a, 122b, 122c und 112d und Koppler 114a, 114b, 114c und 114d. Die Haltebänder 306a-306h können von der gleichen Art wie zuvor in Verbindung mit den Haltebändern 106a-106f beschrieben oder von irgendeiner anderen geeigneten Art sein. Die Koppler 114a-114d können von der gleichen Art wie der zuvor in Verbindung mit 1A beschriebene Koppler 114 oder von irgendeiner anderen geeigneten Art sein. Die Läufer 108a-108d und 122a-122d können beliebige der hierin beschriebenen Arten von Läufern sein. 3A illustrates in simplified form a MEMS device according to an aspect of the present application with four proof masses coupled by runners of the types previously described herein that are configured to resist (or block) symmetrical movement of each adjacent pair of proof masses ) and to allow or force a linear antiphase motion of the proof masses. The MEMS device 300 represents an extension of the MEMS device 100 from 1A with the addition of two test masses 102c and 102d and various couplers that couple the four proof masses. In particular, the MEMS device 300 contains the first proof mass 102 and the second proof mass 102b , a third proof mass 102c , a fourth proof mass 102d , the substrate 104 , Straps 306a - 306h , Runner 108a . 108b , 108c, 108d, 122a, 122b, 122c and 112d and couplers 114a . 114b . 114c and 114d , The straps 306a - 306h can be of the same type as before in conjunction with the straps 106a - 106f described or of any other suitable type. The couplers 114a - 114d can be of the same kind as previously associated with 1A described coupler 114 or of any other suitable kind. The runners 108a-108d and 122a-122d may be any of the types of runners described herein.

Die Läufer 108a-108d und 122a-122d können eine lineare Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 102a-102d parallel zu der x- und y-Richtung erzwingen. Zum Beispiel können die Läufer 108a, 108b und 122a und 122b eine lineare Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 102a-102d parallel zur y-Richtung erzwingen. Die Läufer 108c, 108d, 122c und 122 können eine lineare Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 102a-102d parallel zur x-Richtung erzwingen. Die Bewegung der Prüfmassen entlang der x- und y-Richtung kann jedoch voneinander entkoppelt sein.The runners 108a - 108d and 122a - 122d can be a linear antiphase movement of the test masses 102 - 102d force parallel to the x and y directions. For example, the runners 108a . 108b and 122a and 122b a linear antiphase movement of the test masses 102 - 102d force parallel to the y direction. The runners 108c . 108d . 122c and 122 may be a linear antiphase motion of the proof masses 102 - 102d force parallel to the x direction. However, the movement of the proof masses along the x and y directions may be decoupled from each other.

3A stellt dar, dass bei einigen Ausführungsformen ein Gyroskop mit einer Prüfmassenanordnung, die vier Prüfmassen enthält, sich linear bewegende ausgeglichene Läufer auf einander gegenüberliegenden Seiten der Anordnung enthalten kann. Die Läufer können sich, wie dargestellt, in die durch die Pfeile 110a, 110b, 110c und 110d angezeigten Richtungen bewegen. Ein impulsausgeglichener Betrieb kann durch geeignete Auswahl der Massen, derart, dass die kombinierten Impulse der einzelnen Massen voneinander versetzt sind, realisiert werden. Zum Beispiel können die Läufer 108a, 122a, 108b und 122b im Wesentlichen gleiche Massen aufweisen und können zur translatorischen Bewegung in entgegengesetzte Richtungen (zum Beispiel 108a entgegengesetzt zu 122a und 108b entgegengesetzt zu 122b) angeordnet sein, so dass sie sich mit gleichen und entgegengesetzten Impulsen bewegen und sich deshalb gegenseitig aufheben. Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass nicht alle Ausführungsformen in dieser Hinsicht beschränkt sind, da ein MEMS-Gyroskop gemäß alternativen Ausführungsformen vier Massen aufweisen kann, die durch Läufer der hierin beschriebenen Arten gekoppelt sind, die nicht impulsausgeglichen sind. Zum Beispiel können bei einem MEMS-Gyroskop einer Ausführungsform die Läufer 122a-122d weggelassen sein. 3A 5 illustrates that in some embodiments, a gyroscope having a proof mass assembly containing four proof masses may include linearly moving balanced runners on opposite sides of the assembly. The runners can, as shown, in by the arrows 110a . 110b . 110c and 110d moving directions. A pulse balanced operation can be realized by properly selecting the masses such that the combined pulses of the individual masses are offset from one another. For example, the runners 108a . 122a . 108b and 122b have substantially equal masses and may be arranged to translate in opposite directions (e.g., 108a opposite to 122a and 108b opposite to 122b) so that they move with equal and opposite pulses and therefore cancel each other out. It should be understood, however, that not all embodiments are limited in this respect as a MEMS gyroscope is alternative Embodiments may include four masses coupled by sliders of the types described herein that are not pulse balanced. For example, in a MEMS gyroscope of one embodiment, the runners 122a - 122d be omitted.

Die 3B-3E stellen in Blockdiagrammform verschiedene Zustände einer Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 102a-102d von 3A gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dar. Für Zwecke der Erörterung wird angenommen, dass das MEMS-Bauelement 300 ein Gyroskop sowohl mit Antriebs- als auch Messmodus ist. 3B stellt in Blockdiagrammform einen ersten Zustand einer linearen Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 102a-102d in einem Antriebsbetriebsmodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dar. Wie dargestellt, verläuft die Bewegung der Prüfmassen 102a-102d insofern gegenphasig, als die Bewegung irgendeiner gegebenen Masse von den vier in einer entgegengesetzten Richtung zu der der beiden direkt benachbarten Massen verläuft. In dem dargestellten nicht einschränkenden Beispiel bewegen sich die Prüfmassen 102a und 102d linear in die negative x-Richtung, während sich die Prüfmassen 102b und 102c linear in die positive x-Richtung bewegen. Die Bewegung kann insofern synchron sein, als die Bewegung einer der Prüfmassen eine Bewegung der anderen bewirken kann.The 3B - 3E represent in block diagram form various states of antiphase motion of the proof masses 102 - 102d from 3A according to a non-limiting embodiment. For purposes of discussion, it is assumed that the MEMS device 300 is a gyroscope with both drive and measurement modes. 3B illustrates in block diagram form a first state of linear antiphase motion of the proof masses 102 - 102d in a drive mode of operation according to one non-limiting embodiment. As shown, the movement of the proof masses is proceeding 102 - 102d in antiphase, in that the motion of any given mass extends from the four in an opposite direction to that of the two directly adjacent masses. In the non-limiting example shown, the proof masses move 102 and 102d linear in the negative x-direction while the proof masses 102b and 102c move linearly in the positive x-direction. The movement may be synchronous in that the movement of one of the proof masses can cause the other to move.

3C stellt einen zweiten Zustand der Gegenphasenbewegung des Antriebsmodus dar. In diesem Zustand haben die Prüfmassen 102a-102d im Vergleich zu 3B eine umgekehrte Richtung. Die Prüfmassen 102a und 102d bewegen sich linear in die x-Richtung, während sich die Prüfmassen 102b und 102c linear in die negative x-Richtung bewegen. 3C represents a second state of the anti-phase motion of the drive mode. In this state, the proof masses have 102 - 102d compared to 3B a reverse direction. The test masses 102 and 102d move linearly in the x-direction while the proof masses 102b and 102c move linearly in the negative x-direction.

3D stellt einen Zustand der Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 102a-102d in einem Messbetriebsmodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dar. In diesem nicht einschränkenden Beispiel bewegen sich die Prüfmassen 102a und 102d linear in die y-Richtung, während sich die Prüfmassen 102b und 102c linear in die negative y-Richtung bewegen. Die Bewegung kann wieder insofern synchron sein, als eine der Prüfmassen eine Bewegung der anderen bewirken kann. 3D represents a state of antiphase movement of the proof masses 102 In a non-limiting example, the proof masses move 102 and 102d linear in the y-direction while the proof masses 102b and 102c move linearly in the negative y-direction. The movement may again be synchronized in that one of the proof masses can cause the other to move.

3E stellt einen zweiten Zustand der Gegenphasenbewegung im Messmodus dar. In diesem Zustand bewegen sich die Prüfmassen 102a und 102d linear in die negative y-Richtung, während sich die Prüfmassen 102b und 102c in die y-Richtung bewegen. 3E represents a second state of the antiphase movement in the measuring mode. In this state, the test masses move 102 and 102d linear in the negative y-direction while the proof masses 102b and 102c move in the y direction.

Obgleich die 3B-3E eine lineare Bewegung der Prüfmassen in die von oben nach unten und von links nach rechts verlaufenden Richtungen darstellen, sollte auf der Hand liegen, dass durch einen MEMS-Bauelement jegliche Kombination einer solchen Bewegung implementiert werden kann. Zum Beispiel kann die Bewegung der Prüfmassen stattdessen unter anderem entlang einer diagonalen Richtung (zum Beispiel in einem Winkel von 45 Grad zu der x- und y-Achse) verlaufen. Zum Beispiel kann sich die Antriebsachse in einem Winkel von 45° zu der x-Achse befinden, und die Messachse kann sich in einem Winkel von 135° zu der x-Achse befinden. Es sind auch andere Ausrichtungen möglich. Obgleich die 3B-3C als sich auf einen Antriebsbetriebsmodus beziehend und die 3D-3E als sich auf einen Messmodus beziehend beschrieben werden, sollte ferner auf der Hand liegen, dass die Antriebs- und Messrichtung umgekehrt sein können. Im Allgemeinen sollte auf der Hand liegen, dass die 3B-3E lediglich ein Beispiel für eine lineare Gegenphasenbewegung darstellen, die durch ein MEMS-Bauelement mit vier beweglichen Massen implementiert werden kann, und dass die Bewegungsrichtungen und Bezeichnung der Antriebs- und Messmodi verschiedene Formen annehmen können.Although the 3B - 3E illustrate a linear movement of the proof masses in the top-to-bottom and left-to-right directions, it should be understood that any combination of such motion can be implemented by a MEMS device. For example, instead, the movement of the proof masses may inter alia proceed along a diagonal direction (for example, at an angle of 45 degrees to the x and y axes). For example, the drive axle may be at an angle of 45 ° to the x-axis, and the measurement axis may be at an angle of 135 ° to the x-axis. There are also other orientations possible. Although the 3B - 3C when referring to a drive mode of operation and the 3D - 3E should be described as referring to a measuring mode, it should also be obvious that the driving and measuring directions can be reversed. In general, it should be obvious that the 3B - 3E represent only an example of a linear antiphase motion that can be implemented by a MEMS device with four moving masses, and that the directions of movement and designation of the drive and measurement modes can take various forms.

Die Läufer 108a-108d und 122a-122d priorisieren eine Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 102a-102d, während Störmodi, die durch Linearbeschleunigung und Winkelbeschleunigung erregt werden können, gesperrt werden. Insbesondere priorisieren die Läufer 108a-108b und 122a-122d eine Gegenphasenbewegung in die y-Richtung, während die Läufer 108c-108d und 122c-122d eine Gegenphasenbewegung in die x-Richtung priorisieren. Dabei kann das MEMS-Bauelement 300 im Wesentlichen unempfindlich oder immun gegenüber Linearbeschleunigung und Winkelbeschleunigung sein, wodurch ein genauerer Betrieb des MEMS-Bauelements als Gyroskop gewährleistet wird. Die Läufer können die lineare Gegenphasenbewegung durch Modenordnung der Modi des MEMS-Bauelements derart, dass sich jene Modi, die für äußere Kräfte empfindlich sind, auf wesentlich höheren Frequenzen als die gewünschten Betriebsmodi befinden, erzwingen. Auf diese Weise können Störmodi gesperrt werden.The runners 108a - 108d and 122a - 122d prioritize a counterphase movement of the proof masses 102 - 102d while jamming modes that can be excited by linear acceleration and angular acceleration are locked. In particular, the runners prioritize 108a - 108b and 122a - 122d a counterphase movement in the y direction while the runners 108c - 108d and 122c - 122d prioritize antiphase motion in the x-direction. In this case, the MEMS device 300 be substantially insensitive or immune to linear acceleration and angular acceleration, thereby ensuring more accurate operation of the MEMS device as a gyroscope. The runners can force linear antiphase motion by modal ordering of the modes of the MEMS device such that those modes that are sensitive to external forces are at much higher frequencies than the desired operating modes. In this way, interference modes can be disabled.

Die 4A-4B stellen ein Beispiel für ein vier Prüfmassen enthaltendes Gyroskop mit synchronisierter Masse in zwei Verformungszuständen gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dar. 4A stellt einen Verformungszustand dar, bei dem die Prüfmassen des MEMS-Gyroskops 400 eine lineare Gegenphasenbewegung parallel zur x-Achse erfahren, während 4B einen Verformungszustand darstellt, bei dem die Prüfmassen des MEMS-Gyroskops 400 eine lineare Gegenphasenbewegung parallel zur y-Achse erfahren.The 4A - 4B Figure 4 illustrates an example of a four proof mass gyroscope with synchronized mass in two states of deformation according to one non-limiting embodiment. 4A represents a deformation state in which the test masses of the MEMS gyroscope 400 undergo a linear antiphase motion parallel to the x-axis, while 4B represents a deformation state in which the test masses of the MEMS gyroscope 400 undergo a linear antiphase motion parallel to the y-axis.

Das MEMS-Gyroskop 400 mit synchronisierter Masse enthält die Prüfmassen 402a-402d, die mit jeweiligen Schiebern 404 gekoppelt sind. Es werden vier schwenkbare Gelenke 406 für jede der vier Prüfmassen bereitgesellt. Insgesamt werden acht Läufer bereitgestellt, die vier Läufer 408 und vier Läufer 410 aufweisen. Die Läufer 408 sind von der zuvor in Verbindung mit den Läufern 252a und 252b beschriebenen Art, und die Läufer 410 sind von der zuvor in Verbindung mit den Läufern 254a und 254b beschriebenen Art.The MEMS gyroscope 400 with synchronized mass contains the test masses 402a -402d that with respective sliders 404 are coupled. Four hinged joints 406 are provided for each of the four proof masses. A total of eight runners are provided, the four runners 408 and four runners 410 exhibit. The runners 408 are from the previously in association with the runners 252a and 252b described type, and the runners 410 are from the previously in association with the runners 254a and 254b described type.

In 4A wird das MEMS-Gyroskop mit synchronisierter Masse in Verbindung mit einer linearen Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 402a-402d parallel zur x-Achse verformt. Insbesondere werden die Prüfmassen 402a und 402d aus ihren Gleichgewichtspositionen in die negative x-Richtung verschoben, und die Prüfmassen 402b und 402c werden in die x-Richtung verschoben. Diese Bewegung kann als ein nicht einschränkendes Beispiel einem Antriebsbetriebsmodus des MEMS-Gyroskops zugeordnet werden. In diesem Zustand werden die Läufer 408 und 410 auf der linken und rechten Seite der Prüfmassenanordnung in die durch die fett gedruckten Pfeile angezeigten Richtungen verschoben. Insbesondere werden die die Prüfmasse 402a mit 402c und die Prüfmasse 402b mit 402d koppelnden Läufer 408 in die negative y-Richtung verschoben, und die diese Prüfmassen koppelnden Läufer 410 werden in die y-Richtung verschoben. Die die Prüfmasse 402a mit 402b und die Prüfmasse 402c mit 402d koppelnden Läufer 408 und 410 werden in diesem Betriebszustand nicht verschoben.In 4A becomes the synchronized mass MEMS gyroscope in conjunction with a linear antiphase motion of the proof masses 402a - 402d deformed parallel to the x-axis. In particular, the test masses 402a and 402d shifted from their equilibrium positions in the negative x-direction, and the test masses 402b and 402c are moved in the x direction. This movement may be assigned, as a non-limiting example, to a drive mode of operation of the MEMS gyroscope. In this state, the runners 408 and 410 shifted on the left and right side of the Prüfmassenanordnung in the directions indicated by the bold arrows. In particular, the test mass 402a with 402c and the proof mass 402b with 402d coupling runner 408 shifted in the negative y-direction, and the runners coupling these test masses 410 are moved in the y direction. The the proof mass 402a with 402b and the proof mass 402c with 402d coupling runner 408 and 410 are not moved in this operating state.

In 4B wird das MEMS-Gyroskop mit synchronisierter Masse in Verbindung mit einer linearen Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 402a-402d parallel zur y-Achse verformt. Insbesondere werden die Prüfmassen 402a und 402d aus ihren Gleichgewichtspositionen in die y-Richtung verschoben, und die Prüfmassen 402b und 204c werden in die negative y-Richtung verschoben. Diese Bewegung kann als ein nicht einschränkendes Beispiel einem Messbetriebsmodus des MEMS-Gyroskops zugeordnet werden. In diesem Zustand werden die die Prüfmasse 402a mit 402b und die Prüfmasse 402c mit 402d koppelnden Läufer 408 und 410 in die durch die fettgedruckten Pfeile angezeigten Richtungen verschoben. Insbesondere werden die Läufer 408 in die x-Richtung verschoben, und die Läufer 410 werden in die negative x-Richtung verschoben. Die die Prüfmasse 402a mit 402c und die Prüfmasse 402b mit 402d koppelnden Läufer 408 und 410 werden in diesem Betriebszustand nicht verschoben.In 4B becomes the synchronized mass MEMS gyroscope in conjunction with a linear antiphase motion of the proof masses 402a - 402d deformed parallel to the y-axis. In particular, the test masses 402a and 402d shifted from their equilibrium positions in the y-direction, and the test masses 402b and 204c are shifted in the negative y-direction. This movement may be assigned as a non-limiting example to a measurement mode of operation of the MEMS gyroscope. In this state, the test mass 402a with 402b and the proof mass 402c with 402d coupling runner 408 and 410 shifted in the directions indicated by the bold arrows. In particular, the runners 408 moved in the x-direction, and the runners 410 are shifted in the negative x-direction. The the proof mass 402a with 402c and the proof mass 402b with 402d coupling runner 408 and 410 are not moved in this operating state.

Aus den 4A-4B sollte hervorgehen, dass die Läufer 408 und 410 eine lineare Gegenphasenbewegung der Prüfmassen 402a-402d sowohl in die x- als auch in die y-Richtung erzwingen können, aber dass die Bewegung der Prüfmassen in diese beiden Richtungen entkoppelt ist. Somit werden zwei Freiheitsgrade bereitgestellt, wodurch ein genauer Betrieb der Vorrichtung als Gyroskop gewährleistet wird.From the 4A - 4B should emerge that the runners 408 and 410 a linear antiphase movement of the test masses 402a - 402d in both the x and y directions, but that the movement of the proof masses is decoupled in these two directions. Thus, two degrees of freedom are provided, thereby ensuring accurate operation of the device as a gyroscope.

Obgleich das MEMS-Gyroskop 400 mit synchronisierter Masse Läufer der zuvor in Verbindung mit den 2H und 2I beschriebenen Art darstellt, sollte auf der Hand liegen, dass jegliche der hierin beschriebenen Läuferarten verwendet werden können. Zum Beispiel können stattdessen anstelle der Läufer 408 und 410 die eingeschränkten Läufer der 2L und 2M implementiert werden. Somit ist die spezielle Ausführung des MEMS-Gyroskops 400 ein nicht einschränkendes Beispiel eines Gyroskops mit synchronisierter Masse.Although the MEMS gyroscope 400 with synchronized mass runner previously used in conjunction with the 2H and 2I It should be understood that any of the types of runners described herein may be used. For example, instead of the runner 408 and 410 the restricted runners of the 2L and 2M be implemented. Thus, the special design of the MEMS gyroscope 400 a non-limiting example of a gyroscope with synchronized mass.

4C zeigt eine alternative Konfiguration eines Gyroskops mit synchronisierter Masse. Das Gyroskop 420 mit synchronisierter Masse enthält vier Prüfmassen 402a-402d, die Haltebänder 212, die schwenkbaren Gelenke 406, die Läufer 408 und 410, den Koppler 260 und den Schieber 422. In diesem nicht einschränkenden Beispiel sind die Läufer 408 durch die Koppler 260 mit jeweiligen Läufern 410 gekoppelt. Die Koppler 260 sind von der in 2K dargestellten Art und wurden zuvor in Verbindung mit dieser Figur beschrieben. Sie können relativ kurz sein, gestatten aber den Läufern 408 und 410, sich bezüglich einander zu bewegen. In 4C ist jeder Läufer 408 durch drei Koppler 260 mit einem jeweiligen Läufer 410 gekoppelt. Es können jedoch auch andere Anzahlen von Kopplern 260 verwendet werden, darunter ein einziger Koppler 260, der einen Läufer 408 mit einem entsprechenden Läufer 410 koppelt. 4C shows an alternative configuration of a gyroscope with synchronized mass. The gyroscope 420 with synchronized mass contains four proof masses 402a - 402d , the retaining straps 212 , the hinged joints 406 , the runners 408 and 410 , the coupler 260 and the slider 422 , In this non-limiting example are the runners 408 through the couplers 260 with respective runners 410 coupled. The couplers 260 are from the in 2K and previously described in connection with this figure. They can be relatively short, but allow the runners 408 and 410 to move relative to each other. In 4C is every runner 408 through three couplers 260 with a respective runner 410 coupled. However, there may be other numbers of couplers 260 be used, including a single coupler 260 who is a runner 408 with a corresponding runner 410 coupled.

Bei dem Gyroskop 420 mit synchronisierter Masse von 4C sind die schwenkbaren Gelenke 406 direkt mit den Prüfmassen gekoppelt anstatt über einen Schieber. Hier ist der Schieber 422 kleiner als die Schieber 404 der 4A-4B ausgeführt, wodurch dem Gyroskop 420 eine größere Winkelverstärkung bereitgestellt wird. Winkelverstärkung ist das Verhältnis der auf die Winkeldrehung reagierenden Masse zu der gesamten modalen Masse des Messmodus.At the gyroscope 420 with synchronized mass of 4C are the hinged joints 406 directly coupled to the proof masses instead of a slider. Here is the slider 422 smaller than the sliders 404 of the 4A - 4B running, causing the gyroscope 420 a larger angle gain is provided. Angular gain is the ratio of mass responsive to angular rotation to total modal mass of the measurement mode.

Aus dem Vorhergehenden sollte hervorgehen, dass Aspekte der vorliegenden Anmeldung Gyroskope mit synchronisierter Masse bereitstellen. Die Gyroskope mit synchronisierter Masse können vier gekoppelte Prüfmassen, die dahingehend ausgebildet sind, sich entlang Querrichtungen linear zu bewegen, und mehrere Läufer, die an einem Umfang der Prüfmassenanordnung angeordnet sind und eine lineare Gegenphasenbewegung der Prüfmassen erzwingen, aufweisen. Die Läufer selbst bewegen sich linear und tun dies auf eine impulsausgeglichene Weise, derart, dass sie einen Nettoimpuls von im Wesentlichen null haben. Die Läufer können eine Bewegung der Prüfmassen parallel zu einer Bewegungsachse der Prüfmassen parallel zu einer zweiten Achse entkoppeln. Somit bleiben der Antriebs- und Messmodus voneinander entkoppelt, während beide Modi die eine lineare Gegenphasenbewegung zeigen.From the foregoing, it should be apparent that aspects of the present application provide synchronized mass gyroscopes. The synchronized mass gyroscopes may include four coupled proof masses that are configured to linearly move along transverse directions, and a plurality of runners that are disposed on a circumference of the proof mass assembly and force a linear antiphase motion of the proof masses. The runners themselves move linearly and do so in a pulse-balanced manner such that they have a net momentum of substantially zero. The runners can get one Decouple movement of the test masses parallel to a movement axis of the test masses parallel to a second axis. Thus, the drive and measurement modes remain decoupled from each other, while both modes show a linear antiphase movement.

Wie beschrieben worden ist, stellen Aspekte der vorliegenden Anmeldung MEMS-Bauelemente bereit, die mehrere bewegliche Prüfmassen enthalten, welche durch Koppler gekoppelt sind, die die Prüfmassen auf eine lineare Gegenphasenbewegung beschränken, und bei denen sich die Koppler selbst linear bewegen. Die Bauelemente können unter anderen möglichen Bauelementen Resonatoren, Gyroskope oder Beschleunigungsmesser sein. Verschiedene Systeme können solche Bauelemente einsetzen. Demgemäß stellen verschiedene Aspekte der vorliegenden Anmeldung MEMS-Bauelemente mit Läufern der hierin beschriebenen Arten bereit, wobei die Bauelemente in verschiedenen Bereichen zur Detektion von Drehung verwendet werden, darunter unter anderem Sport, Gesundheitswesen, Militär und industrielle Anwendungen. Es werden nunmehr einige nicht einschränkende Beispiele beschrieben.As has been described, aspects of the present application provide MEMS devices that include a plurality of movable proof masses coupled by couplers that restrict the proof masses to linear antiphase motion and in which the couplers themselves move linearly. Among other possible components, the components may be resonators, gyroscopes or accelerometers. Various systems can use such devices. Accordingly, various aspects of the present application provide MEMS devices with runners of the types described herein, wherein the devices are used in various areas for detecting rotation, including, but not limited to, sports, healthcare, military, and industrial applications. Some non-limiting examples will now be described.

Ein System, das ein MEMS-Bauelement der hierin beschriebenen Arten einsetzt, kann eine mit dem Bauelement gekoppelte Energiequelle, eine Verarbeitungsschaltungsanordnung (zum Beispiel eine Messschaltungsanordnung) die dahingehend ausgebildet ist, durch das Bauelement erzeugte elektrische Signale zu verarbeiten, um ein Merkmal, das von Interesse ist, wie zum Beispiel Drehung, zu bewerten, und/oder eine Kommunikationsschaltungsanordnung zur Kommunikation mit externen Bauelementen, drahtlos oder durch eine verdrahtete Verbindung, enthalten. Solche Komponenten können in einem einzigen Gehäuse kombiniert sein, wodurch sie ein integriertes Produkt bereitstellen.A system employing a MEMS device of the types described herein may include a power source coupled to the device, processing circuitry (eg, sensing circuitry) configured to process electrical signals generated by the device to a characteristic that is derived from Interest is to evaluate such as rotation, and / or contain communication circuitry for communication with external devices, wirelessly or through a wired connection. Such components may be combined in a single housing, thereby providing an integrated product.

MEMS-Bauelemente der hierin beschriebenen Arten können in den verschiedensten Vorrichtungen, Produkten und Bereichen verwendet werden. Ein solcher Bereich ist in Fahrzeugen, wie zum Beispiel Automobilen, in Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen. 5 stellt ein Beispiel dar, in dem ein MEMS-Bauelement der hierin beschriebenen Arten in einem Auto eingesetzt wird. In dem Beispiel von 5 enthält ein Automobil 500 eine Steuereinheit 502, die durch eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung 506 mit einem Bordcomputer 504 des Autos gekoppelt ist. Die Steuereinheit 502 kann einen MEMS-Sensor oder ein MEMS-Bauelement der hierin beschriebenen Arten, wahlweise zusammen mit einer Energiequelle, einer Verarbeitungsschaltung, einer Interface-Schaltungsanordnung zur Kommunikation über die Verbindung 506 oder irgendwelchen anderen geeigneten Komponenten aufweisen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Steuereinheit 502 ein MEMS-Gyroskop der hierin beschriebenen Arten enthalten. Das MEMS-Gyroskop kann als Beispiel ein Gieren des Automobils 500 erfassen. Die Steuereinheit 502 kann ein Package oder ein Gehäuse aufweisen, das an einem geeigneten Teil des Automobils 500 mit dem MEMS-Bauelement darin befestigt ist. Die Steuereinheit 502 kann Energie und Steuersignale von dem Bordcomputer 504 empfangen und dem Bordcomputer 504 Messsignale zu führen.MEMS devices of the types described herein can be used in a variety of devices, products, and fields. One such area is in vehicles such as automobiles, watercraft and aircraft. 5 illustrates an example in which a MEMS device of the types described herein is used in a car. In the example of 5 contains an automobile 500 a control unit 502 through a wired or wireless connection 506 with an on-board computer 504 coupled with the car. The control unit 502 may include a MEMS sensor or a MEMS device of the types described herein, optionally together with a power source, processing circuitry, interface circuitry for communication over the link 506 or any other suitable components. As a non-limiting example, the control unit may 502 a MEMS gyroscope of the types described herein. The MEMS gyroscope can exemplify a yaw of the automobile 500 to capture. The control unit 502 may include a package or housing attached to a suitable part of the automobile 500 fixed therein with the MEMS device. The control unit 502 can power and control signals from the onboard computer 504 received and the on-board computer 504 Lead measuring signals.

Ein anderer Bereich, in dem MEMS-Bauelemente der hierin beschriebenen Arten verwendet werden können, sind Sensorbauelemente für Sportanwendungen, wie zum Beispiel unter anderem Tennis, Schwimmen, Laufen, Baseball oder Hockey. Bei einigen Ausführungsformen kann ein MEMS-Gyroskop der hierin beschriebenen Arten Teil eines tragbaren Fitnessgeräts sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Sensor Teil eines Sportausrüstungsteils, wie zum Beispiel Teil eines Tennisschlägers, Baseballschlägers oder Hockeyschlägers, sein. Messdaten von dem Sensor können zur Bewertung der Leistung des Benutzers verwendet werden.Another area in which MEMS devices of the types described herein can be used are sensor devices for sports applications, such as, but not limited to, tennis, swimming, running, baseball, or hockey. In some embodiments, a MEMS gyroscope of the types described herein may be part of a portable fitness device. In other embodiments, the sensor may be part of a sports equipment part, such as part of a tennis racket, baseball bat or hockey stick. Measurement data from the sensor can be used to evaluate the performance of the user.

Verschiedene bis hierher beschriebene Ausführungsformen haben den Betrieb von Gyroskopen in Bezug auf das Detektieren von Drehung in der Ebene der Prüfmassen dargestellt. Solche Gyroskope werden als Giergyroskope bezeichnet. Die Verwendung von Läufern, wie hierin beschrieben, kann jedoch auch auf Gyroskope angewandt werden, die zusätzlich oder als Alternative zu dem Detektieren von Gieren andere Formen von Drehung detektieren. Zum Beispiel können Gyroskope, die sowohl Gieren als auch Nicken, sowohl Rollen als auch Nicken oder alle drei, Gieren, Rollen und Nicken, detektieren, Läufer der hierin beschriebenen Arten verwenden, die mehrere Prüfmassen miteinander koppeln und sich als Reaktion auf eine Gegenphasenbewegung der Prüfmassen linear translatorisch bewegen. Somit sollte auf der Hand liegen, dass diese hierin beschriebenen Ausführungsformen, die Gyroskope betreffen, nicht hinsichtlich der bereitgestellten Gyroskopart eingeschränkt sind.Various embodiments described so far have illustrated the operation of gyroscopes with respect to detecting rotation in the plane of the proof masses. Such gyroscopes are referred to as yaw gyroscopes. However, the use of runners as described herein can also be applied to gyroscopes that detect additional forms of rotation in addition to or as an alternative to detecting yaws. For example, gyroscopes that detect both yaw and pitch, both roll and pitch or all three, yaw, roll and pitch, may use runners of the types described herein that couple multiple proof masses together and in response to antiphase movement of the proof masses move linearly translationally. Thus, it should be understood that these embodiments described herein, which relate to gyroscopes, are not limited in the type of gyroscope provided.

Verschiedene bis hierher beschriebene Ausführungsformen stellen MEMS-Gyroskope mit sich linear bewegenden Kopplern bereit, die zwei oder mehr Prüfmassen des Gyroskops miteinander koppeln. Solche Koppler können mit Mehrfachmassenresonatoren verwendet werden. Somit stellen Aspekte der vorliegenden Anmeldung Resonatoren mit mehreren durch sich linear bewegende Koppler miteinander gekoppelten Prüfmassen bereit.Various embodiments described heretofore provide MEMS gyroscopes with linearly moving couplers that couple two or more proof masses of the gyroscope. Such couplers can be used with multiple mass resonators. Thus, aspects of the present application provide resonators having a plurality of proof masses coupled together by linearly moving couplers.

Aspekte der vorliegenden Anmeldung stellen MEMS-Bauelemente (zum Beispiel Gyroskope, Beschleunigungsmesser und Resonatoren) bereit, die verschiedene günstige Eigenschaften besitzen, von denen zumindest einige bereits beschrieben worden sind. Es sollte auf der Hand liegen, dass nicht alle Aspekte der Anmeldung zwangsweise jeden Vorteil bereitstellen, noch sind die Vorzüge auf die hierin beschriebenen beschränkt. Es werden nunmehr einige Beispiele beschrieben.Aspects of the present application provide MEMS devices (eg, gyroscopes, accelerometers, and resonators) having various beneficial properties, at least some of which have already been described are. It should be understood that not all aspects of the application compulsorily provide any benefit, nor are the benefits limited to those described herein. Some examples will now be described.

Gemäß Aspekten der vorliegenden Anmeldung werden Mehrfachprüfmassen-MEMS-Bauelemente bereitgestellt, die einen geringen Grad an Beschleunigungsempfindlichkeit besitzen (was auch als beschleunigungsunempfindlich beschrieben werden kann). Somit können Gyroskope zum Beispiel bezüglich Drehungsdetektion eine äußerst genaue Leistung besitzen. Einige Aspekte der vorliegenden Anmeldung stellen MEMS-Gyroskope bereit, die sowohl im Antriebs- als auch Messmodus auf eine antisymmetrische Weise arbeiten. Aspekte der vorliegenden Anmeldung stellen MEMS-Gyroskope bereit, die zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorzügen relativ unempfindlich gegenüber Phasenquadratur sind. Des Weiteren kann die Herstellung von solchen Bauelementen, einschließlich von Läufern, im Vergleich zu der Herstellung von anderen Arten von Kopplern relativ einfach und genau sein. Somit können hochgenaue MEMS-Bauelemente, die eine hochgenaue synchrone Gegenphasenbewegung besitzen, selbst bei mit typischen Mikrofertigungstechniken verbundenen Herstellungsfehlern, realisiert werden.In accordance with aspects of the present application, multiple test mass MEMS devices are provided which have a low degree of acceleration sensitivity (which may also be described as insensitive to acceleration). Thus, for example, gyroscopes can have extremely accurate performance in terms of rotation detection. Some aspects of the present application provide MEMS gyroscopes that operate in an antisymmetric manner in both the drive and measurement modes. Aspects of the present application provide MEMS gyroscopes that are relatively insensitive to phase quadrature in addition to the advantages described above. Furthermore, the fabrication of such devices, including runners, can be relatively simple and accurate compared to the fabrication of other types of couplers. Thus, highly accurate MEMS devices that have highly accurate synchronous antiphase motion can be realized even with manufacturing errors associated with typical microfabrication techniques.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein ausgeglichenes MEMS-Gyroskop mit synchronisierter Masse bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Substrat, eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Prüfmasse, die über dem Substrat aufgehängt und damit gekoppelt sind und jeweils dahingehend ausgebildet sind, sich translatorisch linear parallel zu der ersten und zweiten Achse zu bewegen; und Mittel zum Erzwingen einer linearen Gegenphasenbewegung der vier Prüfmassen parallel zur ersten Achse.According to one embodiment, there is provided a balanced synchronized ground MEMS gyroscope comprising: a substrate, first, second, third, and fourth proof mass suspended over and coupled to the substrate and each formed thereon to translate linearly parallel to the first and second axes; and means for forcing a linear antiphase motion of the four proof masses parallel to the first axis.

Das ausgeglichene MEMS-Gyroskop mit synchronisierter Masse weist bei einigen Ausführungsformen ein Mittel zum Erzwingen einer linearen Gegenphasenbewegung der vier Prüfmassen parallel zur zweiten Achse auf.The balanced synchronized mass MEMS gyroscope, in some embodiments, includes means for forcing a linear antiphase motion of the four proof masses parallel to the second axis.

Das Mittel zum Erzwingen einer linearen Gegenphasenbewegung der vier Prüfmassen parallel zur ersten Achse und das Mittel zum Erzwingen einer linearen Gegenphasenbewegung der vier Prüfmassen parallel zur zweiten Achse enthält bei einigen Ausführungsformen ein Mittel zur Bereitstellung eines impulsausgeglichenen Betriebs des ausgeglichene MEMS-Gyroskops mit synchronisierter Masse.The means for forcing a linear antiphase motion of the four proof masses parallel to the first axis and the means for forcing a linear antiphase motion of the four proof masses parallel to the second axis, in some embodiments, includes means for providing a pulse balanced operation of the synchronized mass balanced MEMS gyroscope.

Das ausgeglichene MEMS-Gyroskop mit synchronisierter Masse weist bei einigen Ausführungsformen ferner ein Mittel zum Blockieren einer Phasenquadratur der vier Prüfmassen auf.The balanced synchronized mass MEMS gyroscope further includes means for blocking phase quadrature of the four proof masses in some embodiments.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein ausgeglichenes Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Substrat, eine erste Prüfmasse, die durch ein erstes Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist; eine zweite Prüfmasse, die durch ein zweites Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist; und einen ersten Koppler, der die erste und die zweite Prüfmasse miteinander koppelt und zur linearen Bewegung, wenn sich die erste Prüfmasse in eine erste Richtung bewegt und sich die zweite Prüfmasse in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewegt, ausgebildet ist.According to one embodiment, there is provided a balanced bulk MEMS device comprising: a substrate, a first proof mass coupled to the substrate by a first strap and configured for linear motion; a second proof mass coupled to the substrate by a second tether and configured for linear motion; and a first coupler coupling the first and second proof masses and configured for linear motion when the first proof mass moves in a first direction and the second proof mass moves in a second direction opposite the first direction.

Bei einigen Ausführungsformen definieren die erste und die zweite Prüfmasse zumindest teilweise eine Prüfmassenanordnung, wobei der erste Koppler auf einer ersten Seite der Prüfmassenanordnung angeordnet ist, und wobei das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement ferner einen zweiten Koppler aufweist, der auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Prüfmassenanordnung angeordnet ist und zur linearen Bewegung entgegengesetzt zu dem ersten Koppler, wenn die erste und die zweite Prüfmasse eine lineare Gegenphasenbewegung zeigen, ausgebildet ist.In some embodiments, the first and second proof masses at least partially define a proof mass arrangement, wherein the first coupler is disposed on a first side of the proof mass assembly, and wherein the balanced bulk MEMS device further comprises a second coupler located on one of the first side second side of the Prüfmassenanordnung is arranged and for the linear movement opposite to the first coupler, when the first and the second proof mass show a linear anti-phase motion is formed.

Das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement weist bei einigen Ausführungsformen ferner einen zweiten Koppler auf, der die erste und die zweite Prüfmasse miteinander koppelt und zur linearen Bewegung entgegengesetzt zu dem ersten Koppler, wenn sich die erste Prüfmasse in die erste Richtung bewegt und sich die zweite Prüfmasse in die der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewegt, ausgebildet ist. Bei einigen Ausführungsformen sind der erste und der zweite Koppler auf der gleichen Seite der ersten Prüfmasse gekoppelt.The balanced bulk MEMS device further includes, in some embodiments, a second coupler coupling the first and second proof masses together and for linear movement opposite the first coupler as the first proof mass moves in the first direction the second proof mass is moved in the second direction opposite the first direction. In some embodiments, the first and second couplers are coupled on the same side of the first proof mass.

Bei einigen Ausführungsformen definieren die erste und die zweite Prüfmasse zumindest teilweise eine Prüfmassenanordnung und weist das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement ferner einen dritten und einen vierten Koppler auf einer dem ersten und dem zweiten Koppler gegenüberliegenden Seite der Prüfmassenanordnung auf, wobei der dritte Koppler dahingehend ausgebildet ist, sich in eine gleiche Richtung wie der erste Koppler linear zu bewegen, und der vierte Koppler dahingehend ausgebildet ist, sich in eine gleiche Richtung wie der zweite Koppler linear zu bewegen, wenn sich die erste Prüfmasse in die erste Richtung bewegt und sich die zweite Prüfmasse in die der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung bewegt.In some embodiments, the first and second proof masses at least partially define a proof mass arrangement, and the balanced bulk MEMS device further includes third and fourth couplers on a side of the proof mass arrangement opposite the first and second couplers, the third coupler being configured is to move linearly in a same direction as the first coupler and the fourth coupler is adapted to move linearly in a same direction as the second coupler when the first proof mass moves in the first direction and the second Test mass moved in the first direction opposite to the second direction.

Bei einigen Ausführungsformen sind der erste und der zweite Koppler bezüglich einander linear angeordnet.In some embodiments, the first and second couplers are arranged linearly with respect to each other.

Bei einigen Ausführungsformen befindet sich der erste Koppler nahe der ersten und der zweiten Prüfmasse und befindet sich der zweite Koppler distal der ersten und der zweiten Prüfmasse.In some embodiments, the first coupler is proximate to the first and second proof masses and the second coupler is distal to the first and second proof masses.

Bei einigen Ausführungsformen weist das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement ferner ein schwenkbares Gelenk auf, das zwischen dem ersten Koppler und der ersten Prüfmasse gekoppelt ist, wobei der erste Koppler dahingehend ausgebildet ist, sich linear zu bewegen, wenn das schwenkbare Gelenk schwenkt.In some embodiments, the balanced bulk MEMS device further includes a pivotable joint coupled between the first coupler and the first proof mass, the first coupler being configured to linearly move as the pivotable hinge pivots.

Bei einigen solchen Ausführungsformen weist das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement ferner einen beweglichen Schieber auf, der an dem schwenkbaren Gelenk angelenkt und zwischen dem schwenkbaren Gelenk und der ersten Prüfmasse angeordnet ist.In some such embodiments, the balanced bulk MEMS device further includes a movable slider hinged to the pivotable joint and disposed between the pivotable joint and the first proof mass.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines ausgeglichenen Mehrfachmassen-MEMS-Bauelements bereitgestellt, das Folgendes aufweist: lineares Bewegen einer ersten Prüfmasse und einer zweiten Prüfmasse in einer Gegenphasenbewegung; und lineares translatorisches Bewegen eines die erste und die zweite Prüfmasse koppelnden ersten Kopplers, wenn sich die erste und die zweite Prüfmasse in einer Gegenphasenbewegung linear bewegen.According to one embodiment, there is provided a method of operating a balanced bulk MEMS device, comprising: linearly moving a first proof mass and a second proof mass in a counterphase motion; and linear translational movement of a first coupler coupling the first and second proof masses when the first and second proof masses move linearly in antiphase motion.

Bei einigen Ausführungsformen definieren die erste und die zweite Prüfmasse zumindest teilweise eine Prüfmassenanordnung, wobei der erste Koppler auf einer ersten Seite der Prüfmassenanordnung angeordnet ist, und wobei das Verfahren ferner lineares translatorisches Bewegen eines zweiten Kopplers in eine dem ersten Koppler entgegengesetzte Richtung, wenn sich die erste und die zweite Prüfmasse linear in einer Gegenphasenbewegung bewegen, aufweist, wobei der zweite Koppler auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Prüfmassenanordnung angeordnet ist.In some embodiments, the first and second proof masses at least partially define a proof mass assembly, wherein the first coupler is disposed on a first side of the proof mass assembly, and wherein the method further linearly translates a second coupler in a direction opposite the first coupler as the first coupler moves move the first and the second proof mass linearly in a counter-phase motion, wherein the second coupler is disposed on a first side opposite the second side of the Prüfmassenanordnung.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren zum Betreiben des ausgeglichenen Mehrfachmassen-MEMS-Bauelements ferner lineares translatorisches Bewegen eines die erste und die zweite Prüfmasse koppelnden zweiten Kopplers in eine dem ersten Koppler entgegengesetzte Richtung auf, wenn sich die erste und die zweite Prüfmasse linear in einer Gegenphasenbewegung bewegen.In some embodiments, the method of operating the balanced bulk MEMS device further comprises linearly translating a second coupler coupling the first and second proof masses in a direction opposite the first coupler when the first and second proof masses linearly move in antiphase move.

Bei einigen Ausführungsformen definieren die erste und die zweite Prüfmasse zumindest teilweise eine Prüfmassenanordnung, und wobei das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement ferner einen dritten und einen vierten Koppler auf einer dem ersten und dem zweiten Koppler gegenüberliegenden Seite der Prüfmassenanordnung aufweist, und wobei das Verfahren ferner lineares translatorisches Bewegen des dritten Kopplers in die gleiche Richtung wie der erste Koppler und lineares translatorisches Bewegen des vierten Kopplers in eine gleiche Richtung wie der zweite Koppler, wenn sich die erste und die zweite Prüfmasse in einer linearen Gegenphasenbewegung bewegen, aufweist.In some embodiments, the first and second proof masses at least partially define a proof mass assembly, and wherein the balanced bulk MEMS device further comprises third and fourth couplers on a side of the proof mass assembly opposite the first and second couplers, and wherein the method further comprises linear translational movement of the third coupler in the same direction as the first coupler and linear translational movement of the fourth coupler in a same direction as the second coupler when the first and second proof mass move in a linear antiphase motion.

Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens weist lineares translatorisches Bewegen des ersten und des zweiten Kopplers lineares translatorisches Bewegen des ersten und des zweiten Kopplers entlang einer gemeinsamen Achse auf.In some embodiments of the method, linear translational movement of the first and second couplers comprises linear translational movement of the first and second couplers along a common axis.

Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens zum Betreiben des ausgeglichenen Mehrfachmassen-MEMS-Bauelements weist lineares translatorisches Bewegen des ersten und des zweiten Kopplers lineares translatorisches Bewegen des ersten Kopplers entlang einer Achse nahe der ersten und der zweiten Prüfmasse und des zweiten Kopplers entlang einer Achse distal der ersten und der zweiten Prüfmasse auf.In some embodiments of the method of operating the balanced bulk MEMS device, linear translational movement of the first and second couplers comprises linear translational movement of the first coupler along an axis proximate the first and second proof masses and the second coupler along an axis distal to the first coupler and the second proof mass.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner Schwenken eines zwischen dem ersten Koppler und der ersten Prüfmasse schwenkbaren Gelenks auf, während sich der erste Koppler linear translatorisch bewegt.In some embodiments, the method further includes pivoting a hinge pivotable between the first coupler and the first proof mass while the first coupler moves linearly translationally.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner lineares translatorisches Bewegen eines Schiebers auf, der an dem schwenkbaren Gelenk angekoppelt und zwischen dem schwenkbaren Gelenk und der ersten Prüfmasse angeordnet ist.In some embodiments, the method further comprises linear translational movement of a slider coupled to the pivotable hinge and disposed between the pivotable hinge and the first proof mass.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein ausgeglichenes Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Substrat; eine erste Prüfmasse, die durch ein erstes Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist; eine zweite Prüfmasse, die durch ein zweites Halteband mit dem Substrat gekoppelt ist und zur linearen Bewegung ausgebildet ist; und ein Mittel zum Blockieren einer linearen Inphasenbewegung der ersten und der zweiten Prüfmasse.According to one embodiment, there is provided a balanced bulk MEMS device comprising: a substrate; a first proof mass coupled to the substrate by a first tether and configured for linear motion; a second proof mass coupled to the substrate by a second tether and configured for linear motion; and means for blocking linear in-phase motion of the first and second proof masses.

Bei einigen Ausführungsformen beschränkt das Mittel zum Blockieren einer linearen Inphasenbewegung der ersten der zweiten Prüfmasse die erste und die zweite Prüfmasse auf eine lineare Gegenphasenbewegung.In some embodiments, the in-phase linear motion blocking means of the first of the second proof mass restricts the first and second proof masss to linear antiphase motion.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Mittel zum Blockieren einer linearen Inphasenbewegung der ersten und zweiten Prüfmasse ein Mittel zum Blockieren einer Drehung der ersten und der zweiten Prüfmasse auf.In some embodiments, the means for blocking linear in-phase motion of the first and second proof masses includes means for blocking rotation of the first and second proof masses.

Bei einigen Ausführungsformen weist das ausgeglichene Mehrfachmassen-MEMS-Bauelement ferner ein Mittel zum Blockieren einer Phasenquadratur auf, das mit dem Mittel zum Blockieren einer linearen Inphasenbewegung der ersten der zweiten Prüfmasse gekoppelt ist.In some embodiments, the balanced bulk MEMS device further comprises phase quadrature blocking means coupled to the in-phase linear motion blocking means of the first of the second proof mass.

Die Begriffe „ungefähr“ und „ca.“ können so verwendet werden, dass sie bei einigen Ausführungsformen innerhalb von ± 20% eines Zielwertes, bei einigen Ausführungsformen innerhalb von ± 10% eines Zielwertes, bei einigen Ausführungsformen innerhalb von ± 5% eines Zielwertes und dennoch bei einigen Ausführungsformen innerhalb von ± 2% liegen. Die Begriffe „ungefähr“ und „ca.“ können den Zielwert beinhalten.The terms "about" and "about" may be used to within a range of ± 20% of a target value, in some embodiments within ± 10% of a target value, in some embodiments within ± 5% of a target value, and in some embodiments nevertheless be within ± 2% in some embodiments. The terms "approximately" and "approx." May include the target value.

Claims

A synchronized mass MEMS device comprising a substrate; a first proof mass coupled to the substrate by a first tether and configured to linearly move parallel to both the first and second transverse axes; a second proof mass coupled to the substrate by a second tether and configured to linearly translate parallel to both the first and second transverse axes; a third proof mass coupled to the substrate by a third strap and configured to linearly move parallel to both the first and second transverse axes; a fourth proof mass coupled to the substrate by a fourth tether and configured to linearly translate parallel to both the first and second transverse axes; and a first coupler coupling the first and second proof masses and for linear movement parallel to the first axis when the first proof mass moves in a first direction parallel to the second axis and the second proof mass is parallel in a second direction opposite the first direction moved to the second axis, is formed.

MEMS device after Claim 1 further comprising a second coupler coupling the third and fourth proof masses and configured to move linearly parallel to the first axis as the third proof mass moves in the second direction parallel to the second axis and the fourth proof mass engages moves the first direction parallel to the second axis.

MEMS device after Claim 2 wherein the first and second couplers are adapted to move linearly in opposite directions.

MEMS device after Claim 2 wherein the first and second couplers are adapted to move linearly in the same direction.

MEMS device after Claim 2 , further comprising a third coupler coupling the first and third proof masses together, and a fourth coupler coupling the second and fourth proof masses, the third and fourth couplers being configured to linearly parallel to the second axis move when the four proof masses move linearly in a counterphase motion parallel to the first axis.

MEMS device after Claim 2 . 3 . 4 or 5 , further comprising a third coupler coupling the first and second proof masses, the first and third couplers being linearly aligned with each other.

MEMS device after Claim 1 wherein the MEMS device has a plurality of couplers having the first coupler, and wherein the plurality of couplers are configured to coactively force a linear antiphase motion of the four proof masses parallel to the first and second axes, and wherein the couplers are the plurality of couplers are designed to move linearly when the four proof masses show a counterphase movement.

MEMS device after Claim 7 wherein the couplers of the plurality of couplers comprise masses selected to collectively provide a net pulse of substantially zero as they translate linearly.

A method of operating a synchronized mass MEMS device having four test masses coupled together, the method comprising: moving the four Test masses in a linear antiphase motion parallel to a first axis; linear translational movement of a first coupler coupling the first and second proof masses of the four proof masses as the four proof masses move in a linear antiphase motion parallel to the first axis; and linear translational movement of a second coupler coupling the third and fourth proof masses of the four proof masses as the four proof masses move in a linear antiphase motion parallel to the first axis.

Method according to Claim 9 wherein linear translational movement of the first coupler and linear translational movement of the second coupler comprise linear translational movement of the first and second couplers parallel to a second axis transverse to the first axis.

Method according to Claim 9 wherein linear translational movement of the first coupler and linear translational movement of the second coupler have linear translational movement of the first and second couplers in opposite directions.

Method according to Claim 9 further comprising moving the four proof masses in a linear antiphase motion parallel to a second axis transverse to the first axis, linear translationally moving a third coupler coupling a third proof mass of the four proof masses to the first proof mass when the four proof masses are in a linear Moving antiphase movement parallel to the second axis, and linear translational movement of a fourth coupler coupling a fourth proof mass of the four proof masses with the second proof mass when the four proof masses move in a parallel phase parallel motion parallel to the second axis.

Method according to Claim 9 comprising linear translationally moving a plurality of couplers comprising the first and second couplers in a pulse balanced operation.

Method according to Claim 9 . 10 . 11 or 12 wherein moving the four proof masses in a linear antiphase motion parallel to the first axis comprises driving the four proof masses, the method further comprising detecting rotation of the synchronized mass MEMS device by moving the four proof masses in a linear antiphase motion parallel to a transverse axis to the first axis extending second axis, and wherein the method further comprises forcing a linear antiphase motion of the four proof masses along both the first and second axes using a plurality of linear translationally moving couplers.

Method according to Claim 9 . 10 or 11 , further comprising linear translational movement of a third coupler coupling the first and second proof masses in a direction opposite to that in which the first coupler is translationally moved.