JP2009288247A - 自己較正レーザ半導体加速度計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】動的な動作条件下で、バイアス誤差を加速度測定から連続的に除去する自己較正レーザ加速度計システムは、フレームと、そのフレーム内で位置決めされた、1対の本質的に同一の質量変調加速度計とを有する。各加速度計は、フレクシャ懸架によって検知要素フレームに取り付けられたプルーフ・マスを含む。プルーフ・マスは、入力軸に沿った検知要素フレームの加速度に応答して、出力軸の周りで回転するように構成される。第1のプルーフマスは、第1のプルーフ・マスの質量変調をもたらすように、また入力軸に対する選択的に可逆の極性をもたらすように、またバイアスの自己較正をもたらすように、出力軸の第1の側の第1の安定位置と、出力軸の第2の側の第2の安定位置との間で移動可能である二次質量を含む。
【選択図】図2A
Description
請求項1の発明は、動的な動作条件下で、バイアス誤差を加速度測定から連続的に除去する自己較正加速度計システムにおいて、フレームと、第1のフレクシャ懸架によって検知要素フレームに取り付けられた第1のプルーフ・マスを含む、前記フレーム内で位置決めされた第1の質量変調加速度計であって、前記第1のプルーフ・マスが、前記検知要素フレームの第1の入力軸に沿った加速度に応答して、出力軸の周りで回転するように構成され、前記第1のプルーフマスが、前記第1のプルーフ・マスの質量変調をもたらすように、また前記入力軸に対する選択的に可逆の極性をもたらすように、またバイアスの自己較正をもたらすように、前記出力軸の第1の側の第1の安定位置と、前記出力軸の第2の側の第2の安定位置との間で、選択された周波数で移動可能である第1の二次質量を含む、第1の質量変調加速度計と、第2のフレクシャ懸架によって前記検知要素フレームに取り付けられた第2のプルーフ・マスを含む、前記フレーム内で位置決めされた第2の質量変調加速度計であって、前記第2のプルーフ・マスが、第2の入力軸に沿った前記検知要素フレームの加速度に応答して、前記出力軸の周りで回転するように構成され、前記第2のプルーフ・マスが、前記第2のプルーフ・マスの質量変調をもたらすように、また前記入力軸に対する選択的に可逆の極性をもたらすように、またバイアスの自己較正をもたらすように、前記出力軸の第1の側の第1の安定位置と、前記出力軸の第2の側の第2の安定位置との間で移動可能である第2の二次質量を含む、第2の質量変調加速度計と、前記検知要素フレーム内の前記第1および第2のプルーフ・マスの前記入力軸に沿った直線加速度を示す信号を送るように構成された信号ピックオフシステムとを備え、前記第1および第2の質量変調加速度計が、前記第1および第2の二次質量がそれらのそれぞれの安定位置にあるとき反対の極性を有するように構成される、自己較正加速度計システムである。
請求項2の発明は、前記信号ピックオフシステムが、前記検知要素フレーム内の前記第1のプルーフマスの角度位置によって決定される第1のキャビティ長を有する第1のレーザと、前記検知要素フレーム内の前記第2のプルーフ・マスの角度位置によって決定される第2のキャビティ長を有する第2のレーザと、第3のレーザに対する前記検知要素フレームの位置によって決定されるキャビティ長を有する第3のレーザと、前記第1のレーザの出力を前記第3のレーザの出力と組み合わせ、第1の光出力信号を生成するように構成され、さらに、前記第2のレーザの出力を前記第3のレーザの前記出力と組み合わせ、第2の光出力信号を生成し、かつ前記第1の光出力信号と前記第2の光出力信号との間で干渉パターンを形成するように構成された合成光学系システムとを備える、自己較正加速度計システムである。
固定キャビティ長レーザを使用し、2つの可変キャビティ長レーザと干渉パターンを形成することにより、機械的変形および周囲温度変化による、加速度で誘発されたものでない(non-acceleration induced)キャビティ長レーザの変化の1次コモンモード除去(first order common mode rejection)が実現される。
請求項3の発明は、前記第1および第2の質量変調加速度計が、ハンドル層と、二酸化ケイ素層と、デバイス層とを有するシリコン・オン・インシュレータウェハ内に形成され、前記第1および第2のプルーフ・マスと、前記第1および第2のフレクシャ懸架とが前記ハンドル層内に形成されており、前記第1のプルーフ・マス内で前記第1の二次質量を支持するように構成された第1の座屈ビームフレクシャシステムと、前記第1の二次質量がその第1の安定位置にあるように前記第1の座屈ビームフレクシャシステムを圧縮して保持するように構成された第1の1対の熱アクチュエータビームであって、前記圧縮を前記第1の座屈ビーム懸架から選択的に除去するように構成され、前記第1の二次質量をその第2の安定位置に並進させ、加速度に応答する前記第1のプルーフ・マスの極性のトルクを反転させ、一方、加速度で誘発されたものでないトルクは反転しない、第1の1対の熱アクチュエータビームと、前記第2のプルーフ・マス内で前記第2の二次質量を支持するように構成された第2の座屈ビームフレクシャシステムと、前記第2の二次質量がその第1の安定位置にあるように前記第2の座屈ビームフレクシャシステムを圧縮して保持するように構成された第2の1対の熱アクチュエータビームであって、前記圧縮を前記第2の座屈ビーム懸架から選択的に除去するように構成され、前記第2の二次質量をその第2の安定位置に並進させ、加速度に応答する前記第2のプルーフ・マスの極性のトルクを反転させ、一方、加速度で誘発されたものでないトルクは反転しない、第2の1対の熱アクチュエータビームとを備える、自己較正加速度計システムである。
また、自己較正加速度計システムは、前記信号ピックオフシステムが、前記検知軸の周りでの前記第1および第2のプルーフ・マスの回転を示す信号を生成するように構成された複数のコンデンサを備えることができる。
C1,C2 コンデンサ
CG1,CG2,CGA,CGB 安定位置
IA,IA1,IA2 入力軸
M プルーフ・マス
OA 出力軸
PA 振子軸
10 加速度計
11 フレーム
12 検知要素、プレート
13 光学ピックオフ
14 二次質量
15 加速度計
16 検知要素
17 二次質量
20 自己較正半導体レーザ加速度計システム、面内加速度計
22 第1の検知要素
23 第1の質量変調プルーフ・マス加速度計
24 第2の検知要素、質量変調プルーフ・マス加速度計
25 第2の質量変調プルーフ・マス加速度計
26 検知要素フレーム
28,29,30 ミラー
36,37,38 部分反射表面
40 合成光学系デバイス
42,44 光検出器
50,52 プルーフ・マス
54 フレクシャ、フレクシャ懸架、プルーフ・マス
54A,54B,56 フレクシャ
58,60 三角形
61 自己較正半導体加速度計システム、加速度計
62 シリコンダイ
64 カバー
66 検知要素層
69 シリコンプレート
70 ハンドル層
72 二酸化ケイ素層
74 デバイス層
76 二次質量、プルーフ・マス
76A,76B 端部
77 キャビティ
77A,77B 内壁部分
78 二次質量
79 キャビティ
80 座屈ビーム懸架システム、二次質量
82 座屈ビーム懸架システム
83 座屈ビーム
84,85 座屈ビーム、座屈ビーム懸架
86,87,88,89,90 座屈ビーム
91,92 懸架要素
93,94 可撓性部材
95,96 可撓性部材
97,98 端受け
100 2重熱アクチュエータ
102 アクチュエータビーム、外側領域
103 アクチュエータビーム
104 アクチュエータビーム、外側領域
105 アクチュエータビーム
106,108,110,112 内側領域
124,125,126,127 予荷重ラッチ機構
130 切り欠き
140 レーザアセンブリ
156 合成光学系アセンブリ
160,161,162 レンズ
163 シリカブロック
164,165 回折格子
168 合成光学系アセンブリ
174 回折格子
176 シリカブロック
178 回折格子
Claims (5)
- 動的な動作条件下で、バイアス誤差を加速度測定から連続的に除去する自己較正加速度計システムにおいて、
フレームと、
第1のフレクシャ懸架によって検知要素フレームに取り付けられた第1のプルーフ・マスを含む、前記フレーム内で位置決めされた第1の質量変調加速度計であって、前記第1のプルーフ・マスが、第1の入力軸に沿った前記検知要素フレームの加速度に応答して、出力軸の周りで回転するように構成され、前記第1のプルーフ・マスが、前記第1のプルーフ・マスの質量変調をもたらすように、また前記入力軸に対する選択的に可逆の極性をもたらすように、またバイアスの自己較正をもたらすように、前記出力軸の第1の側の第1の安定位置と、前記出力軸の第2の側の第2の安定位置との間で、選択された周波数で移動可能である第1の二次質量を含む、第1の質量変調加速度計と、
第2のフレクシャ懸架によって前記検知要素フレームに取り付けられた第2のプルーフ・マスを含む、前記フレーム内で位置決めされた第2の質量変調加速度計であって、前記第2のプルーフ・マスが、第2の入力軸に沿った前記検知要素フレームの加速度に応答して、前記出力軸の周りで回転するように構成され、前記第2のプルーフ・マスが、前記第2のプルーフ・マスの質量変調をもたらすように、また前記入力軸に対する選択的に可逆の極性をもたらすように、またバイアスの自己較正をもたらすように、前記出力軸の第1の側の第1の安定位置と、前記出力軸の第2の側の第2の安定位置との間で移動可能である第2の二次質量を含む、第2の質量変調加速度計と、
前記検知要素フレーム内の前記第1および第2のプルーフ・マスの前記入力軸に沿った直線加速度を示す信号を送るように構成された信号ピックオフシステムとを備え、
前記第1および第2の質量変調加速度計が、前記第1および第2の二次質量がそれらのそれぞれの安定位置にあるとき反対の極性を有するように構成される、自己較正加速度計システム。 - 前記信号ピックオフシステムが、
前記検知要素フレーム内の前記第1のプルーフ・マスの角度位置によって決定される第1のキャビティ長を有する第1のレーザと、
前記検知要素フレーム内の前記第2のプルーフ・マスの角度位置によって決定される第2のキャビティ長を有する第2のレーザと、
第3のレーザに対する前記検知要素フレームの位置によって決定されるキャビティ長を有する第3のレーザと、
前記第1のレーザの出力を前記第3のレーザの出力と組み合わせ、第1の光出力信号を生成するように構成され、さらに、前記第2のレーザの出力を前記第3のレーザの前記出力と組み合わせ、第2の光出力信号を生成し、かつ前記第1の光出力信号と前記第2の光出力信号との間で干渉パターンを形成するように構成された合成光学系システムと
を備える、請求項1に記載の自己較正加速度計システム。 - 前記信号ピックオフシステムが、前記検知軸の周りでの前記第1および第2のプルーフ・マスの回転を示す信号を生成するように構成された複数のコンデンサを備える、請求項1に記載の自己較正加速度計システム。
- 前記第1および第2の質量変調加速度計が、ハンドル層と、二酸化ケイ素層と、デバイス層とを有するシリコン・オン・インシュレータウェハ内に形成され、前記第1および第2のプルーフ・マスと、前記第1および第2のフレクシャ懸架とが前記ハンドル層内に形成されており、
前記第1のプルーフ・マス内で前記第1の二次質量を支持するように構成された第1の座屈ビームフレクシャシステムと、
前記第1の二次質量がその第1の安定位置にあるように前記第1の座屈ビームフレクシャシステムを圧縮して保持するように構成された第1の1対の熱アクチュエータビームであって、前記圧縮を前記第1の座屈ビーム懸架から選択的に除去するように構成され、前記第1の二次質量をその第2の安定位置に移動させ、加速度に応答する前記第1のプルーフ・マスの前記極性のトルクを反転させ、一方、加速度で誘発されたものでないトルクは反転しない、第1の1対の熱アクチュエータビームと、
前記第2のプルーフ・マス内で前記第2の二次質量を支持するように構成された第2の座屈ビームフレクシャシステムと、
前記第2の二次質量がその第1の安定位置にあるように前記第2の座屈ビームフレクシャシステムを圧縮して保持するように構成された第2の1対の熱アクチュエータビームであって、前記圧縮を前記第2の座屈ビーム懸架から選択的に除去するように構成され、前記第2の二次質量をその第2の安定位置に移動させ、加速度に応答する前記第2のプルーフ・マスの前記極性のトルクを反転させ、一方、加速度で誘発されたものでないトルクは反転しない、第2の1対の熱アクチュエータビームと
を備える、請求項2または請求項3に記載の自己較正加速度計システム。 - 前記ウェハ内に形成され、前記ウェハの平面内にある第1の検知軸に沿った加速度を測定するように構成された、請求項4に記載の第1の1対の質量変調加速度計と、
前記ウェハ内に形成され、前記ウェハの平面内にある、かつ前記第1の検知軸に対して垂直な第2の検知軸に沿った加速度を測定するように構成された、請求項4に記載の第2の1対の質量変調加速度計と、
前記ウェハ内に形成さ前記ウェハの平面に対して垂直な第3の検知軸に沿った加速度を測定するように構成された、請求項4に記載の第3の1対の質量変調加速度計と
をさらに備える、請求項4に記載の自己較正加速度計システム。
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