JP2008527318A - 角速度についての振動マイクロ−メカニカルセンサー - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本発明は、角速度の測定において用いられる測定デバイスに関し、より詳細には、角速度についての、振動マイクロ−メカニカルセンサー(oscillating micro-mechanical sensor)に関する。本発明は、とりわけ、コンパクトな振動マイクロ−メカニカル角速度センサーのソリューションにおいて、信頼性を有しかつ効率的な測定を可能とする改善されたセンサー構造を提供することを目的とする。
振動センサーに基づいた角速度の測定は、単純な原理を有し、そして、角速度の測定の信頼できるやり方を提供するとが示されている。角速度の振動センサーにおいて最も一般的に用いられている動作原理は、所謂、音叉の原理(turning fork principle)である。
本発明の目的は、とりわけコンパクトな角速度の振動センサーソリューションにおいて、信頼性が高くかつ効率的な測定が可能であり、しかも従来技術によるソリューションと比較して機械的な干渉のリンクに対して充分に感度が低い、改善された角速度の振動センサーを提供することにある。
角速度についての当該センサーには、生成されるべき主運動は、支持領域に関する、2つの震動質量部の逆位相の角振動であり、
これら震動質量部は、互いに少なくとも1つの曲がりバネによって接続されており、そのことが、それら質量部の主運動を機械的に同期させており、
これら震動質量部は、バネによってまたはバネと剛性を有する補助構造によって支持領域に接続されており、そのことが、震動質量部に、それらによって形成されるディスクの平面に垂直な回転の軸に関する自由度と、該ディスクの平面の方向を向いた少なくとも1つの回転の軸に関する自由度とを与えている。
主運動のための回転バネを有し、これらバネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
検出運動のための捩りバネを有し、これらバネは、外部からの角速度によって導入されるトルクモーメントによって生じる捩り振動に関して、柔軟性を持つものである。
主運動のための回転バネを有し、これら回転バネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
第1の方向における検出運動のための捩りバネを有し、これら捩りバネは、第1の方向における検出運動に関して柔軟性を持っており、
第2の方向における検出運動のための捩りバネを有し、これら捩りバネは、第2の方向における検出運動に関して柔軟性を持っている。
本発明による、角速度についてのセンサーでは、発生させられるべき主運動(primary motion)は、少なくとも2つの可動の震動質量部(seismic masses)の角振動であって、該主運動は、これら質量部をセンサー構成部品(センサーコンポーネント)の本体(ボディ)に取り付ける支持領域について、反対の位相となっている。各質量部のための支持領域が少なくとも1つ存在し、それらは、バネによって、または、バネと堅固な補助構造によって、それらの周囲の質量部に接続されており、ウェハーの平面に垂直な回転軸に関して、および、ウェハーの平面と同一方向の少なくとも1つの回転軸に関して、それら質量部に自由度を与えている。それら質量部は互いに少なくとも1つの曲がりバネ(bending spring)によって接続され、該曲がりバネが、それらの主運動を機械的に同期させる。当分野において知られている構造は、該運動を生成するために用いることができる。
Claims (22)
- 角速度についての振動マイクロ−メカニカルセンサーであって、
当該センサーは、2つの震動質量部(1)、(2)、(36)、(37)を有し、これら質量部は、センサー構成部品の本体に支持領域の所で取り付けられ、かつ、当該センサーは、該質量部(1)、(2)、(36)、(37)の間にある接続バネを有し、
角速度についての当該センサーの、生じるべき主運動は、支持領域に関する、2つの震動質量部(1)、(2)、(36)、(37)の逆位相の角振動であり、
該震動質量部(1)、(2)、(36)、(37)は、互いに少なくとも1つの曲がりバネ(11)、(50)によって接続されており、そのことが、それら質量部の主運動を機械的に同期させており、
該震動質量部(1)、(2)、(36)、(37)は、バネによってまたはバネと剛性を有する補助構造によって支持領域に接続されており、そのことが、震動質量部(1)、(2)、(36)、(37)に、それら質量部によって形成されるウェハーの平面に垂直な回転の軸に関する自由度と、前記ウェハーの平面の方向を向いた少なくとも1つの回転の軸に関する自由度とを与えている
ことを特徴とする、前記角速度についての振動マイクロ−メカニカルセンサー。 - 角速度についての当該センサーが、1つの軸に関して角速度を測定する角速度についてのセンサーであって、当該センサーが、2つの震動質量部(1)、(2)を持っており、これら質量部が、少なくとも2つの取付けスポット(3)、(4)の所で、センサー構成部品の本体に取り付けられることを特徴とする、請求項1記載の角速度についてのセンサー。
- 曲がりバネ(11)が、幅が広いことよりも、実質的により高いことを特徴とする、請求項2記載の角速度についてのセンサー。
- 角速度についての当該センサーが、
主運動のための回転バネ(5)、(6)を有し、これらバネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
検出運動のための捩りバネ(7)〜(10)を有し、これらバネは、外部からの角速度によって生成されるトルクモーメントによって生じる捩り振動に関して、柔軟性を持つものであることを特徴とする、請求項2または3記載の角速度についてのセンサー。 - 外部からの角速度によって生じる振動が、質量部(1)、(2)の上方または下方に配置された電極によって、静電容量的手法で検出されることを特徴とする、請求項2、3または4記載の角速度についてのセンサー。
- 電極が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側の面に成長していることを特徴とする、請求項5記載の角速度についてのセンサー。
- 角速度についての当該センサーが、第2の曲がりバネを有し、該バネが、角速度についての当該センサーの質量部同士を接続するバネ(11)と、実質的に同じ方向に延びており、かつ、その中央ポイントの所に取り付けられていることを特徴とする、請求項2〜6のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 質量部(1)、(2)が、取付けスポット(3)、(4)によって、および、付加的には中央に設けられた取付けスポット(12)、(13)によって、該本体に取り付けられることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 質量部(1)、(2)が、取付けスポット(3)、(4)によって、および、付加的にはコーナーまたは端部に設けられた取付けスポット(14)〜(17)によって、該本体に取り付けられることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 質量部(1)、(2)が、取付けスポット(18)、(19)によって、該本体に取り付けられ、該取付けスポット(18)、(19)の一方の側が、設計された剛性を有する補助構造によって、質量部(1)、(2)に取り付けられていることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 質量部(1)、(2)が、取付けスポット(18)、(19)によって、該本体に取り付けられ、該取付けスポット(18)、(19)の一方の側が、バネによって、質量部(1)、(2)に取り付けられていることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 質量部(1)、(2)が、取付けスポット(24)、(25)によって該本体に取り付けられ、これら取付けスポットは、端部の中央の所に設けられており、かつ、付加的には、取付けスポット(20)、(21)によって該本体に取り付けられ、これら取付けスポット(20)、(21)の一方の側が、バネ(22)、(23)によって質量部(1)、(2)に取り付けられていることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 角速度についての当該センサーが、歪緩和構造(26)、(27)を有することを特徴とする、請求項2から12のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 角速度についての当該センサーが、クシ形の構造(28)、(29)を有することを特徴とする、請求項2から13のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 角速度についての当該センサーが、放射状のクシ形構造(34)、(35)を有することを特徴とする、請求項2から14のいずれか1つに記載の角速度についてのセンサー。
- 角速度についての当該センサーが、2つの軸に関する角速度を測定する角速度についてのセンサーであって、当該センサーは、2つの震動質量部(36)、(37)を含んでおり、該質量部が、2つの取付けスポット(38)、(39)によって、センサー構成部品の本体に取り付けられることを特徴とする、請求項1記載の角速度についてのセンサー。
- 曲がりバネ(50)が、幅が広いことよりも、実質的により高いことを特徴とする、請求項16記載の角速度についてのセンサー。
- 角速度についての当該センサーが、
主運動のための回転バネ(40)、(41)を有し、これら回転バネは、主運動に関して柔軟性を持っており、
第1の方向における検出運動のための捩りバネ(42)〜(45)を有し、これら捩りバネは、第1の方向における検出運動に関して柔軟性を持っており、
第2の方向における検出運動のための捩りバネ(46)〜(49)を有し、これら捩りバネは、第2の方向における検出運動に関して柔軟性を持っている
ことを特徴とする、請求項16または17記載の角速度についてのセンサー。 - 外部からの角速度によって生じる振動が、質量部(36)、(37)の上方または下方に配置された電極によって、静電容量的手法で検出されることを特徴とする、請求項16〜18のいずれかに記載の角速度についてのセンサー。
- 電極が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーの内側の面に成長していることを特徴とする、請求項19記載の角速度についてのセンサー。
- 取付けスポット(3)、(4)、(14)〜(19)、(20)、(21)、(24)、(25)、(30)、(31)が、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに、陽極的手法によって接合されることを特徴とする、請求項2〜20のいずれかに記載の角速度についてのセンサー。
- 取付けスポット(3)、(4)、(14)〜(19)、(20)、(21)、(24)、(25)、(30)、(31)は、センサー構造を密封的に閉じるウェハーに溶融接合を介して接合される、ことを特徴とする、請求項2から20のいずれかに記載の角速度についてのセンサー。
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