JP2010286477A - ジャイロスコープおよび回転検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ジャイロスコープ10は、駆動軸102の周りを動くよう駆動されるように構成された構造体100を含む。構造体はさらに、駆動軸の周りを動きつつ、回転軸の周りの構造体の回転によって生じるコリオリの力に応じて検知軸104の周りを動くように構成される。ジャイロスコープはさらに、検知軸の周りの構造体の移動を光学的に測定するように構成された光センサシステムを含む。いくつかの実施例では、ジャイロスコープはMEMS(microelectromechanical system)ジャイロスコープである。
【選択図】図1a
Description
本願は、2009年5月1日に出願された米国仮特許出願番号第61/174,969号の利益を主張し、この米国仮特許出願番号第61/174,969号は、全文が引用によって本明細書に援用される。
L′N=Larmφ′N=1.27×10-13m=1.27×10-4nm
であり、式中、Larm=1400μmが用いられた。この結果は、我々の以前の音響センサ作業において以前に検出されたものよりも1桁大きい(O. Kilic, M. Digonnet, G. Kino, and O. Solgaard,“External fibre Fabry-Perot acoustic sensor based on a photonic-crystal mirror,” Meas. Sci. Technol. 18, 3049 (2007)を参照)。これに対して、O. Kilic,“Fiber based photonic-crystal acoustic sensor,” Ph.D. Thesis, Stanford University (2008)によると、光電ノイズは1Hz帯域幅にあり、
L′N=2.25×10-8nm(ショットノイズ制限検出、ミラーR=0.99)
L′N=2.07×10-7nm(相対強度ノイズまたはRIN制限検出、ミラーR=0.99)
L′N=2.36×10-7nm(ショットノイズ制限検出、ミラーR=0.90)
L′N=2.17×10-6nm(RIN制限検出、ミラーR=0.90)
である。
いくつかの実施例では、柱構造体310がベースプレート105の中心にうまく配置されていない場合、駆動揺れは純粋に捩じりモードではなく、構造体100を上下に動かす成分も有する。この運動は通常ロッキングモードと称される。構造体100のこのロッキングモードは本明細書中に説明される差動検知によってフィルタにかけられて除去することができるが、これによって回転信号内に歪みが生じてダイナミックレンジが減少してしまう。いくつかの実施例ではロッキングモードを減少または除去するため、柱構造体310はより正確にベースプレート105の中心に配置され得る。以下に、本明細書中に説明されるいくつかの実施例に従った、ミラーの中心を見つける例示的な方法を説明する。
図8は、本明細書中に説明されるいくつかの実施例に従った例示的な回転検出方法2000のフローチャートである。方法2000は、図8の動作ブロック2010に示されるように、駆動軸102の周りを動き、かつ駆動軸102の周りを動きつつ、回転軸zの周りの構造体100の回転によって生じるコリオリの力1000に応じて検知軸104の周りを動くよう駆動されるように構成された構造体100を提供するステップを含む。方法2000はまた、動作ブロック2020に示されるように、構造体100が駆動軸102の周りを動くように構造体100を駆動するステップと、動作ブロック2030に示されるように、構造体100が駆動軸102の周りを動く間に構造体100を回転軸zの周りを回転させるステップとを含む。方法2000はさらに、図8の動作ブロック2040に示されるように、検知軸104の周りの構造体100の移動を光学的に測定するステップを含む。
検知軸104に対して実質的に垂直である。また、いくつかの実施例では、回転軸zは、駆動軸102および検知軸104の少なくとも一方に対して実質的に垂直である。いくつかの実施例では、動作ブロック2040において移動を光学的に測定するステップは、図9の動作ブロック2041に示されるように、構造体100の少なくとも部分630に電磁放射を照射するステップと、図9の動作ブロック2042に示されるように、構造体100の部分630から反射された電磁放射を受けるステップとを含む。いくつかの実施例では、動作ブロック2040において移動を光学的に測定するステップはさらに、図9の動作ブロック2043に示されるように、受けた反射電磁放射の少なくとも一部を検出するステップと、図9の動作ブロック2044に示されるように、受けた反射電磁放射の検出された部分に応じて1つ以上の信号を生成するステップとを含む。
Claims (27)
- ジャイロスコープであって、
駆動軸の周りを動くよう駆動されるように構成された構造体を備え、前記構造体はさらに、前記駆動軸の周りを動きつつ、回転軸の周りの前記構造体の回転によって生じるコリオリの力に応じて検知軸の周りを動くように構成され、前記ジャイロスコープはさらに、
前記検知軸の周りの前記構造体の移動を光学的に測定するように構成された光センサシステムを備える、ジャイロスコープ。 - 前記ジャイロスコープは、MEMS(microelectromechanical system)ジャイロスコープである、請求項1に記載のジャイロスコープ。
- 前記構造体は、全体的に平面の部分と、前記駆動軸に全体的に沿って延在し、かつ前記全体的に平面の部分を支持構造体に操作可能に結合する少なくとも1つの第1の捩じりバネと、前記検知軸に全体的に沿って延在し、かつ前記全体的に平面の部分を前記支持構造体に操作可能に結合する少なくとも1つの第2の捩じりバネとを含む、請求項1に記載のジャイロスコープ。
- 前記全体的に平面の部分は、前記検知軸に全体的に沿って互いに反対方向に延在する少なくとも2本の駆動アームを含み、少なくとも第2の駆動捩じりバネは、前記少なくとも2本の駆動アームを前記支持構造体に操作可能に結合する、請求項3に記載のジャイロスコープ。
- 前記全体的に平面の部分は、前記駆動軸に全体に沿って互いに反対方向に延在する少なくとも2本の検知アームを含み、前記少なくとも1つの第1の捩じりバネは、前記少なくとも2本の検知アームを前記支持構造体に操作可能に結合する、請求項3に記載のジャイロスコープ。
- 前記構造体は、前記全体的に平面の部分から離れるように全体的に垂直に延在する柱部を含む、請求項3に記載のジャイロスコープ。
- 前記回転軸は、前記駆動軸および前記検知軸の少なくとも一方に対して実質的に垂直である、請求項1に記載のジャイロスコープ。
- 前記光センサシステムは、前記構造体の少なくとも一部に電磁放射を照射し、かつ前記構造体の前記一部から反射された電磁放射を受けるように構成された1本以上の光ファイバを含む、請求項1に記載のジャイロスコープ。
- 前記1本以上の光ファイバおよび前記構造体の前記一部は、自身同士の間に少なくとも1つのファブリーペロー共振器を形成する、請求項8に記載のジャイロスコープ。
- 前記光センサシステムはさらに、前記1本以上の光ファイバと光通信する1つ以上の光学検出器を含み、前記1つ以上の光学検出器は、前記構造体の前記一部から反射されて前記1本以上の光ファイバによって伝送される電磁放射を受け、かつ受けた前記電磁放射に応じて1つ以上の信号を生成するように構成される、請求項8に記載のジャイロスコープ。
- 前記構造体の前記一部は、1つ以上のフォトニック結晶構造体を含む、請求項8に記載のジャイロスコープ。
- 前記構造体が前記駆動軸の周りを揺れるよう前記構造体を駆動するように構成された駆動システムをさらに備える、請求項1に記載のジャイロスコープ。
- 前記駆動システムは、前記構造体の少なくとも一部に十分な放射圧を有する電磁放射を照射して、前記構造体が前記駆動軸の周りを揺れるよう前記構造体を駆動するように構成された、1本以上の光ファイバを含む、請求項12に記載のジャイロスコープ。
- 前記1本以上の光ファイバおよび前記構造体の前記一部は、自身同士の間に少なくとも1つのファブリーペロー共振器を形成する、請求項13に記載のジャイロスコープ。
- 前記駆動システムは、前記構造体の少なくとも一部に十分な静電力を印加して、前記構造体が前記駆動軸の周りを揺れるよう前記構造体を駆動するように構成された、1つ以上の電極を含む、請求項12に記載のジャイロスコープ。
- 回転を検出する方法であって、
駆動軸の周りを動き、かつ前記駆動軸の周りを動きつつ、回転軸の周りの構造体の回転によって生じるコリオリの力に応じて検知軸の周りを動くよう駆動されるように構成された構造体を提供するステップと、
前記構造体が前記駆動軸の周りを動くように前記構造体を駆動するステップと、
前記構造体が前記駆動軸の周りを動く間、前記構造体を前記回転軸の周りを回転させるステップと、
前記検知軸の周りの前記構造体の移動を光学的に測定するステップとを備える、方法。 - 前記構造体は、全体的に平面の部分と、前記駆動軸に全体的に沿って延在し、かつ前記全体的に平面の部分を支持構造体に操作可能に結合する少なくとも1つの第1の捩じりバネと、前記検知軸に全体的に沿って延在し、かつ前記全体的に平面の部分を前記支持構造体に操作可能に結合する少なくとも1つの第2の捩じりバネとを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記全体的に平面の部分は、前記検知軸に全体的に沿って互いに反対方向に延在する少なくとも2本の駆動アームを含み、前記少なくとも1つの第2の捩じりバネは、前記少なくとも2本の駆動アームを前記支持構造体に操作可能に結合する、請求項17に記載の方法。
- 前記全体的に平面の部分は、前記駆動軸に全体的に沿って互いに反対方向に延在する少なくとも2本の検知アームを含み、前記少なくとも1つの第1の捩じりバネは、前記少なくとも2本の検知アームを前記支持構造体に操作可能に結合する、請求項17に記載の方法。
- 前記構造体は、前記全体的に平面の部分から離れるように全体的に垂直に延在する柱部を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記構造体は微細加工され、シリコン、ポリシリコン、シリカ、または石英を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記構造体を駆動する前記ステップは、前記構造体の少なくとも一部に十分な放射圧を有する電磁放射を照射して、前記構造体が前記駆動軸の周りを揺れるように前記構造体を駆動するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記構造体を駆動する前記ステップは、前記構造体の少なくとも一部に十分な静電力を加えて、前記構造体が前記駆動軸の周りを揺れるように前記構造体を駆動するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記構造体の移動を光学的に測定する前記ステップは、前記構造体の少なくとも一部に電磁放射を照射するステップと、前記構造体の前記一部から反射された電磁放射を受けるステップとを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記構造体の移動を光学的に測定するステップはさらに、受けた反射電磁放射の少なくとも一部を検出するステップと、受けた反射電磁放射の検出された前記一部に応じて1つ以上の信号を生成するステップとを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記柱部を前記構造体の中心に配置するステップをさらに備える、請求項16に記載の方法。
- 前記柱部を中心に配置する前記ステップは、
センサを前記検知軸上に配置するステップと、
検知モードの共振周波数で第1のピークを有する第1のノイズスペクトルを測定するステップと、
前記センサを前記駆動軸上に配置するステップと、
駆動モードの共振周波数で第2のピークを有する第2のノイズスペクトルを測定するステップと、
前記第1および第2のピークが減少する前記構造体上の前記柱部の位置を決定するステップとを備える、請求項26に記載の方法。
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