JP2012233887A - 温度で変化するバイアスを低減するためのｍｅｍｓ姿勢制御装置の調整 - Google Patents

Abstract

【課題】温度で変化するバイアスを低減するために、振動構造姿勢制御装置を調整するための方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）振動構造姿勢制御装置を較正するための方法が、提供される。方法は、少なくとも１つの駆動電極に対する少なくとも１つのプルーフマスの位置の示度を取得するステップと、少なくとも１つのプルーフマスを少なくとも１つの駆動電極に対する第１の位置に配置するように構成された静電力を、少なくとも１つのプルーフマスに、示度の関数として加えるステップとを含む。
【選択図】図１

Description

[0001]本出願は、参照によりその全体を本明細書に組み込まれた、２０１１年４月２７日に出願した米国仮出願第６１／４７９，７６５号の利益を主張するものである。

[0002]微小電気機械システム（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）（ＭＥＭＳ）姿勢制御装置（ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ）は、温度の関数であるバイアス（例えば、温度で変化するバイアス）を有することができる。このバイアスは、特に、大きな温度変化または温度勾配が存在するときに、性能を制限する可能性がある。通常、温度で変化するバイアスは、出力信号を、数学的モデルによるデータおよび実験的データに基づいて調整するソフトウェアの後処理によって補償される。

[0003]本出願は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）振動構造（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）姿勢制御装置を較正するための方法に関する。方法は、少なくとも１つの駆動電極（ｄｒｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）に対する少なくとも１つのプルーフマス（ｐｒｏｏｆ ｍａｓｓ）の位置の示度（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を得るステップと、少なくとも１つのプルーフマスを、少なくとも１つの駆動電極に対する第１の位置に配置するように構成された静電力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）を、少なくとも１つのプルーフマスに、示度の関数として加えるステップとを含む。

[0004]特許請求される本発明の種々の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の記載の中で説明される。他の特徴および利点は、説明、図面および特許請求の範囲によって明らかとなろう。

[0005]温度で変化するバイアスを低減するように調整されうる姿勢制御装置を有する慣性測定ユニット（ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ）（ＩＭＵ）を含むシステムの一例のブロック図である。 [0006]図１のＩＭＵ内の姿勢制御装置などの振動構造姿勢制御装置の一例の斜視図である。 [0007]図２の振動構造姿勢制御装置の側面図／ブロック図である。 [0008]駆動櫛（ｄｒｉｖｅ ｃｏｍｂ）に対するプルーフマス櫛（ｐｒｏｏｆ ｍａｓｓ ｃｏｍｂ）のオフセットを示す、図２の姿勢制御装置の一部の一例の斜視図である。 [0009]駆動櫛に対するプルーフマス櫛のオフセットを示す、図２の姿勢制御装置の一例の断面図である。 [0010]駆動櫛と整合されたプルーフマス櫛を示す、図２の姿勢制御装置の一例の断面図である。 [0011]駆動櫛と整合されたプルーフマス櫛を示す、図２の姿勢制御装置の一部の一例の斜視図である。 [0012]温度で変化するバイアスを低減するために、図２の姿勢制御装置を調整するための方法の一例の流れ図である。

[0013]種々の図面において、同じ参照番号および参照記号は、同じ要素を表す。
[0014]本明細書で説明される実施形態は、温度で変化するバイアスを低減するために、振動構造姿勢制御装置を調整するための方法およびシステムに関する。静電的に駆動される面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）姿勢制御装置に対して、温度で変化するバイアスに対する大きな寄与因子は、駆動櫛で生成される面外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）駆動力である。これらの面外力は、駆動櫛が、プルーフマス上の対応する櫛と整合されない（例えば、完全には噛み合わされない）ときに発生する。この整合不足は、合力（ｎｅｔ ｆｏｒｃｅ）をプルーフマスに加える非対称静電フリンジ場（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｒｉｎｇｅ ｆｉｅｌｄ）を引き起こす可能性がある。合力は、電動機周波数（ｍｏｔｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で、感知軸（ｓｅｎｓｅ ａｘｉｓ）に沿って時間的に変動するプルーフマスの運動を誘導することができる。駆動電圧は温度の関数であるので、プルーフマス上の合力もまた、温度の関数である。この運動は、温度の関数であり、感知電極（ｓｅｎｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）で感知されるバイアスをもたらす。したがって、本明細書で説明される実施形態は、プルーフマスの櫛を駆動電極の櫛と整合させるために、静電力をプルーフマスに加えることができる。

[0015]図１は、温度で変化するバイアスを低減するために調整されうる姿勢制御装置を有する、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１０２を含むシステム１００の一例のブロック図である。システム１００は、１つまたは複数のメモリ装置１０６およびＩＭＵ １０２に結合された、１つまたは複数の処理装置１０４を含んでよい。１つまたは複数のメモリ装置は、１つまたは複数の処理装置１０４で実行されるときに、１つまたは複数の処理装置１０４に１つまたは複数の活動を遂行させる命令を含んでよい。一例では、システム１００は、航行システム（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）として構成され、命令は、入力／出力ポート１０８を介して他の装置に供給されてよい航行解（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を計算するステップを含む航行手順（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を遂行するための命令を含む。例えば、１つまたは複数の処理装置１０４は、航行解を、ＩＭＵ １０２によって取得され、ＩＭＵ １０２から受信される慣性測定データに基づいて計算されてよい。

[0016]一例では、１つまたは複数の処理装置１０４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ（例えば、ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ））、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または他の処理装置を含んでよい。１つまたは複数のメモリ装置１０６は、プロセッサ可読の命令またはデータ構造を記憶するために使用される、任意の適切なプロセッサ可読媒体を含んでよい。適切なプロセッサ可読媒体は、磁気媒体または光媒体など、有形の媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｍｅｄｉａ）を含んでよい。例えば、有形の媒体は、伝統的なハードディスクと、コンパクトディスク（例えば、読み出し専用または書換可能な）と、同期形ダイナミックランダムアクセスメモリ（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ｄｏｕｂｌｅ ｄａｔａ ｒａｔｅ）（ＤＤＲ）ＲＡＭ、ＲＡＭＢＵＳダイナミックＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、他を限定されずに含むランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュメモリ、他、などの揮発性または不揮発性の媒体とを含んでよい。また、適切なプロセッサ可読媒体は、ネットワークリンクおよび／または無線リンクなど、通信媒体を介して伝達される電気信号、電磁信号、およびディジタル信号など、伝送媒体を含んでよい。

[0017]ＩＭＵ １０２は、温度で変化するバイアスを低減するために調整を行うように構成されてよい。一例では、調整は、ＩＭＵ １０２に対する較正手順として、またはその一部として、遂行されてよい。例えば、システム１００の起動と同時に、１つまたは複数のプロセッサ１０４が、起動を表す信号をＩＭＵ １０２に送ってよい。他の例では、ＩＭＵ １０２が、起動を、例えばシステム１００の電源投入に基づいて自己認識してよい。いずれの場合でも、信号を１つまたは複数のプロセッサ１０４から受信するか、またはそれ以外のやり方で起動を認識すると同時に、ＩＭＵ １０２が、温度で変化するバイアスを低減するための調整を含む較正手順を遂行してよい。いくつかの例では、ＩＭＵ １０２が、ＩＭＵ １０２の動作の中断中に、較正手順を遂行してよい。例えば、起動後で動作中のＩＭＵ １０２が、較正手順を遂行するために動作を中断してよい。いくつかの例では、ＩＭＵ １０２が、（例えば、動作中に周期的に中断することによって）較正手順を周期的に遂行してよい。さらに他の例では、ＩＭＵ １０２が、顧客に出荷される前に、工場内で較正を遂行してよい。いずれの場合でも、ＩＭＵ １０２が、その性能を改良するために、温度で変化するバイアスを低減するための調整を含む、較正手順を遂行してよい。

[0018]図２は、温度で変化するバイアスを低減するために調整を行うことができる、ＩＭＵ １０２内の姿勢制御装置など、振動構造姿勢制御装置２００の一例の斜視図である。姿勢制御装置２００は、コリオリの効果（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ Ｅｆｆｅｃｔ）によって動くように構成された、少なくとも１つのプルーフマス２０２（本明細書では単に「プルーフマス２０２」とも呼ばれる）を含んでよい。また、姿勢制御装置２００は、駆動力をプルーフマス２０２に加えるように構成された、少なくとも１つの駆動電極２０４（本明細書では単に「駆動電極２０４」とも呼ばれる）を含んでよい。プルーフマス２０２は、少なくとも１つの櫛２０６（本明細書では「プルーフマス櫛２０６」とも呼ばれる）を平坦構造の１つまたは複数の縁部に有する、全体的に平坦な構造を備えてよい。一例では、プルーフマス２０２は、コリオリの効果がプルーフマスを、平坦構造に垂直な方向に、すなわちプルーフマス２０２の感知軸（Ｚ）２０８が、平坦構造に垂直な方向に動かすような、「面内」センサとして構成されてよい。

[0019]また、駆動電極２０４は、プルーフマス櫛２０６と噛み合うように構成され、かつ駆動力をプルーフマス櫛２０６に加えるように構成された、少なくとも１つの櫛２１０（本明細書では「駆動櫛２１０」とも呼ばれる）を含んでよい。また、姿勢制御装置２００は、プルーフマス２０２の感知軸２０８に沿った運動を確定するために使用されうる、第１の感知電極２１２および第２の感知電極２１３を含んでよい。プルーフマス２０２は、感知電極２１２と２１３との間に配列されてよく、それにより、感知電極２１２がプルーフマス２０２の平坦面（ｐｌａｎａｒ ｓｉｄｅ）２１４に、感知電極２１３がプルーフマス２０２の平坦面２１５に、対向して配列される。

[0020]一例では、感知軸２０８に沿った運動が、静電場（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）（本明細書では「感知場（ｓｅｎｓｅ ｆｉｅｌｄ）」とも呼ばれる）をプルーフマス２０２の周りに加えるように感知電極２１２、２１３を構成することによって、かつ感知場内のプルーフマス２０２の運動によって引き起こされる、プルーフマス２０２の電圧における変化を感知することによって確定されてよい。例えば、プルーフマス２０２（所与のＤＣ電位を有する）が、感知軸２０８に沿って動くにつれて、感知場によってプルーフマス上に誘導される電荷が感知されてよく、感知軸に沿った運動の大きさを確定するために使用されてよい。他の例では、プルーフマス２０２の運動は、感知電極２１２、２１３上に誘導されるＡＣ信号を測定するステップを含む他のやり方で確定されてよい。

[0021]図３は、振動構造姿勢制御装置２００の側面図／ブロック図である。図示のように、信号発生器２１８は、駆動信号を駆動電極２０４に供給することができ、感知ピックオフ（ｓｅｎｓｅ ｐｉｃｋｏｆｆ）が、プルーフマス２０２に結合される、増幅器２２０（例えば、電荷増幅器）の出力２２２から取得されうる。感知場は、適切な電圧を入力２２４、２２５に加えることによって、第１の感知電極２１２および第２の感知電極２１３によってプルーフマス２０２に加えられてよい。

[0022]動作中、駆動信号が、信号発生器２１８で生成され、駆動電極２０４に加えられる。駆動信号を駆動電極２０４に加えることで、駆動櫛２１０に、対応する駆動力をプルーフマス櫛２０６に加えさせることができる。この駆動力は、プルーフマス２０２を、駆動軸（Ｘ軸）２０９に沿って振動させることができる。駆動力で誘導されて振動している間に入力軸（Ｙ軸）２１６周りに回転することで、コリオリの効果によって、プルーフマス２０２を、感知軸（Ｚ軸）２０８に沿って電動機周波数（駆動信号の周波数の２倍）で振動させることができる。感知軸２０８に沿ったこの振動は、プルーフマス２０２が感知電極２１２、２１３に、それぞれより近く、またより遠く、動くという結果をもたらす。プルーフマス２０２によるこの振動は、感知電極２１２、２１３によって生み出される感知場によってプルーフマス２０２内に誘導される電流に基づいて、出力２２２において感知されうる。

[0023]図４は、プルーフマス２０２、駆動電極２０４、およびそれらそれぞれの櫛２０６、２１０を示す姿勢制御装置２００の一部の斜視図である。図４は、駆動櫛２１０から感知軸２０８に沿ってオフセットされた（例えば、部分的に噛み合いが外れた（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ））プルーフマス櫛２０６を示す。オフセットは、製作中に、駆動櫛２１０および／またはプルーフマス櫛２０６における変形および／または応力によって引き起こされる可能性がある。

[0024]図５は、駆動櫛２１０に対するプルーフマス櫛２０６のオフセットを示す、姿勢制御装置２００の断面図である。図示のように、このオフセットは、駆動力が加えられると、駆動櫛２１０によって、非対称「フリンジ」電場がプルーフマス櫛２０６に加えられることを引き起こす可能性がある。非対称電場は、合力が、駆動櫛２１０によって感知軸２０８に沿って加えられることを引き起こす。駆動櫛２１０によって加えられる駆動力は交番している（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）ので、合力は、駆動櫛２１０に対する、プルーフマス櫛２０６の感知軸２０８に沿った振動を、結果としてもたらす。さらに、この振動は、回転信号が現れるのと同じ周波数、電動機周波数、において発生することができる。したがって、この発振は、偽回転信号（ｆａｌｓｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）（例えば、バイアス）として感知されうる。加えて、上述のように、非対称電場の強度は、温度の関数である、駆動櫛２１０によって加えられる駆動力に基づいているので、オフセットもまた温度の関数であり、温度で変化するバイアスを、結果としてもたらす。

[0025]姿勢制御装置２００を調整して温度で変化するバイアスを低減するために、姿勢制御装置２００は、静電力をプルーフマス２０２に加えて、プルーフマス２０２を、所望の（例えば、最小の）温度で変化するバイアスを生み出す位置に設置するように構成されてよい。とりわけ、静電力は、プルーフマス櫛２０６の位置を、駆動櫛２１０の位置に対して感知軸２０８に沿って調整するように構成されてよい。一例では、静電力は、プルーフマス櫛２０６を駆動櫛２１０に対して整合させるように構成されてよい。一例では、姿勢制御装置２００は、静電力を確定し、静電力をプルーフマス２０２に加えるように構成された制御回路を含んでよい。

[0026]上述のように、静電力は、プルーフマス２０２の位置を調整するために、プルーフマス２０２に加えられてよい。一例では、静電力は、プルーフマス２０２の平坦面２１４、２１５にそれぞれ対向する、２つ以上の電極によって加えられてよい。静電力をプルーフマス２０２上に生み出すために、適切な直流（ＤＣ）の電圧を２つ以上の電極に加えることによって、静電力が生み出されてよい。とりわけ、力を生み出すために、プルーフマス２０２の電圧に相対的に、２つ以上の電極に加えられるＤＣ電圧が構成される。例えば、正のＤＣ電圧が、プルーフマス２０２の上方の第１の電極に加えられ、負のＤＣ電圧が、プルーフマス２０２の下方の第２の電極に加えられるならば、正および負の電圧の値は、力を生み出すために、プルーフマス２０２の電圧に基づいて設定されてよい。例えば、プルーフマス２０２がＤＣ接地電位（０ｖ）であり、第１および第２の電極が、プルーフマス２０２から等距離にあるならば、第１の電極に加えられる正の電圧を、第２の電極に加えられる負の電圧より大きい相対値に設定することによって、静電力は、上の方向に加えられうる。例えば、＋６ボルトを第１の電極に、−４ボルトを第２の電極に加えることによって、上向きの力が加えられうる。プルーフマス２０２は０ボルトであるので、第１および第２の電極に加えられるこれらの電圧は、プルーフマス上に、第１の電極に向かう静電力を生み出す。このようにして、プルーフマス２０２に加えられる静電力の量および方向が、適切な電圧を第１および第２の電極に加えることによって設定されうる。一例では、静電力を加えるために使用される２つ以上の電極が、感知電極２１２、２１３を備えてよい。したがって、駆動櫛２１０に対して感知軸２０８に沿ってプルーフマス櫛２０６の位置を調整するために、適切なＤＣ電圧が、感知電極２１２、２１３に加えられてよい。以下により詳細に説明されるように、感知電極２１２、２１３に加えられる電圧は、所望の目盛係数（ｓｃａｌｅ ｆａｃｔｏｒ）をもたらす（例えば、維持する）ために選択されてよい。他の例では、専用の電極（すなわち、感知電極２１２、２１３以外の電極）が、静電力を加えるために使用されてよい。

[0027]図６は、駆動櫛２１０と整合されたプルーフマス櫛２０６を示す姿勢制御装置２００の断面図である。感知電極２１２、２１３のＤＣ電圧を、プルーフマス２０２と相対的に制御することによって、プルーフマスを感知電極２１２または感知電極２１３のいずれかに向かって動かすように、静電力がプルーフマス２０２に加えられてよい。プルーフマス櫛２０６の位置を感知軸２０８に沿って調整することで、電場の非対称性を低減し、それゆえ、感知軸２０８に沿った合力を低減することができる。

[0028]図７は、それらそれぞれの櫛２０６、２１０が整合されたプルーフマス２０２および駆動電極２０４を示す、姿勢制御装置２００の一部の斜視図である。
[0029]図８は、温度で変化するバイアスを低減するように姿勢制御装置２００を調整するための方法７００の一例の流れ図である。プルーフマス櫛２０６を調整するために、プルーフマス２０２に加えられるべき静電力の量が確定されてよい。静電力の量は、駆動櫛２１０に対して感知軸２０８に沿ったプルーフマス櫛２０６の位置の示度を取得することによって確定されてよい。プルーフマス２０２を要望通りに配置するために、位置の示度の関数として、静電力が、プルーフマス２０２に加えられてよい。

[0030]一例では、プルーフマス櫛２０６の所与の位置に対して加える静電力の量は、実験的根拠に基づくことができる。例えば、プルーフマス櫛２０６の特定の位置を、加えられるべき静電力と関連づけるために、表が参照されてよい。

[0031]別の例では、加える静電力の量は、異なる試験静電力をプルーフマス２０２に系統的に加えること、および異なる試験静電力に対して、駆動櫛２１０に対するプルーフマス櫛２０６の位置の示度を取得することによって確定されうる。次いで、最も望ましい位置に対応する試験静電力が選択されてよく、姿勢制御装置の動作中に、プルーフマス２０２に加えられてよい。

[0032]駆動櫛２１０に対するプルーフマス櫛２０６の位置の示度が、異なるやり方で取得されてよい。一例では、駆動櫛２１０に対するプルーフマス櫛２０６の位置の示度が、試験信号をプルーフマス２０２に加えるステップ（図８のブロック７０２）、および駆動電極２０４とプルーフマス２０２との間のキャパシタンスを測定するステップによって、取得されてよい。試験信号が、プルーフマス２０２における運動をほとんどまたは全く誘導しないように、試験信号は、プルーフマス２０２の共振周波数から離れた周波数に設定された交流電流（ＡＣ）信号であってよい。すなわち、試験信号は、プルーフマス２０２の運動を制限する周波数を有してよい。一例では、プルーフマス２０２の共振周波数は、１０ｋＨｚであってよく、試験信号は、２０〜３０ｋＨｚで加えられてよい。

[0033]試験信号が加えられる間、駆動電極２０４とプルーフマス２０２との間のキャパシタンスは、駆動櫛２１０とプルーフマス櫛２０６との間の噛み合わせの量に対応する。とりわけ、プルーフマス櫛２０６が駆動櫛２１０から遠ざかるほど、キャパシタンスは小さくなる。したがって、より大きなキャパシタンスは、駆動櫛２１０とより多く噛み合ったプルーフマス櫛２０６に対応する。キャパシタンスは、増幅器２２０の出力２２２からの信号を、試験信号の周波数で復調することによって測定されてよい。とりわけ、駆動力によってプルーフマス２０２内に誘導された電流は、キャパシタンスと、駆動信号のＡＣ電圧の時間微分との積に等しい。したがって、キャパシタンスは、出力２２２における信号および駆動信号のＡＣ電圧に基づいて取得されうる。

[0034]一例では、複数の異なる試験静電力が、プルーフマス２０２に加えられてよく（図８のブロック７０４）、駆動櫛２１０に対するプルーフマス櫛２０６の位置の複数の示度が、異なる試験静電力に対して、駆動電極２０４とプルーフマス２０２との間の複数のキャパシタンスを測定することによって取得されうる（図８のブロック７０６）。次いで、最も望ましい位置に対応する試験静電力が選択されてよく、動作中に、プルーフマス２０２に加えられてよい（図８のブロック７０８）。一例では、最も望ましい位置は、最大のキャパシタンスを有する試験静電力に対応する。したがって、最大のキャパシタンスに対応する試験静電力が選択されてよく、姿勢制御装置２００の動作中に加えられてよい（図８のブロック７１０）。

[0035]別の例では、駆動櫛２１０に対するプルーフマス櫛２０６の位置の示度が、姿勢制御装置２００の感知出力におけるバイアス分解（ｂｉａｓ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）に基づいて取得されてよい。バイアス分解は、少なくとも４つの測定値を含むことができる。これらの４つの測定値は、駆動櫛２１０に対するプルーフマス櫛２０６の噛み合い外れ（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）に起因する、感知出力におけるバイアスを推定するために使用されてよい。感知出力におけるこのバイアスは、本明細書では、運動駆動の（ｍｏｔｉｏｎ ｄｒｉｖｅｎ）（ＭＤ）バイアスと呼ばれる。

[0036]４つの測定値は、１）加えられた駆動信号および加えられた感知場を有する測定値、２）加えられた駆動信号を有さず、かつ加えられた感知場を有する測定値、３）加えられた駆動信号を有し、かつ加えられた感知場を有さないか、もしくは１）において加えられる感知場の反転（ｉｎｖｅｒｓｅ）を有する測定値、ならびに４）加えられた駆動信号を有さず、かつ加えられた感知場を有さないか、もしくは１）において加えられる感知場の反転を有する測定値、を含む。

[0037]例えば、駆動信号は、少なくとも１つのプルーフマスに加えられてよい。理解されるように、駆動は、プルーフマス２０２を共振させないように構成された、上述の試験信号とは反対に、プルーフマス２０２を共振させるように構成される。したがって、駆動信号は、プルーフマス２０２の共振周波数に相当する周波数を有してよい。

[0038]上で説明された第１の１）測定値は、駆動信号が加えられる間で、かつ感知場が加えられる間に取得される。この第１の測定値は、固有の（ｎａｔｕｒａｌ）（駆動信号によって誘導されない）電気現象（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）によって引き起こされるバイアス（本明細書では「電気固有の（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｎａｔｕｒａｌ）」バイアスもしくは「ＥＮ」バイアスとも呼ばれる）＋駆動信号によって誘導された、意図されない電気信号によって引き起こされるバイアス（本明細書では「電気駆動の（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅｎ）」バイアスもしくは「ＥＤ」バイアスとも呼ばれる）＋駆動運動によって誘導された信号によって引き起こされるバイアス（本明細書では「運動駆動の（Ｍｏｔｉｏｎ Ｄｒｉｖｅｎ）」バイアスもしくは「ＭＤ」バイアスとも呼ばれる）＋固有の（駆動信号によって誘導されない）運動によって引き起こされるバイアス（本明細書では「運動固有の（Ｍｏｔｉｏｎ Ｎａｔｕｒａｌ）」バイアスもしくは「ＭＮ」バイアスとも呼ばれる）、を含む。他の３つ（または４つ以上）の測定値は、ＭＤバイアスが単離されうるように、上のバイアスのうちの１つまたは複数のバイアスを除去することができ、または反転させることができる。

[0039]上で説明された第２の２）測定値は、駆動信号を加えられず、かつ感知場を加えられる状態で取得される。この第２の測定値は、ＥＮバイアス＋ＭＮバイアスを含む。
[0040]第３の３）測定値および第４の４）測定値は、感知場が、第１および第２の測定値における感知場に対して反転された状態か、または感知場が加えられない状態で取得されてよい。したがって、第３の３）測定値は、駆動信号が加えられる間で、かつ感知場が加えられない状態で取得されてよい。この第３の測定値は、ＥＮバイアス＋ＥＤバイアスを含む。第４の４）測定値は、駆動信号が加えられず、かつ感知場が加えられない状態で取得されてよい。この第４の測定値は、ＥＮバイアスを含む。

[0041]代替の一例では、第３の３）測定値は、駆動信号が加えられる間で、かつ第１の１）測定値および第２の２）測定値の間に加えられる感知場の反転である感知場が加えられる状態で、取得されてよい。第１の１）測定値および第２の２）測定値の間に加えられる感知場の反転である感知場は、例えば、感知電極２１２、２１３に加えられる電圧の極性を逆にする（例えば、第１の感知電極２１２の＋５および第２の感知電極２１３の−５から、第１の感知電極２１２の−５および第２の感知電極２１３の＋５にする）ことによって生成されてよい。この代替の第３の測定値は、ＥＮバイアス＋ＥＤバイアス−ＭＮバイアス−ＭＤバイアスを含む。第４の４）測定値は、駆動信号が加えられず、かつ反転感知場が加えられる状態で取得されてよい。この代替の第４の測定値は、ＥＮバイアス−ＭＮバイアスを含む。さらに別の例では、代替の第３の測定値および／または代替の第４の測定値は、（元の）第３の測定値および（元の）第４の測定値のうちの一方または両方に加えて取得されてよい。

[0042]駆動信号が加えられない状態で採取される測定値は、プルーフマス２０２が、駆動信号が加えられた後、振動を弱めていく（ｂｅ ｒｉｎｇｉｎｇ ｄｏｗｎ）間に採取されてよい。すなわち、駆動信号が停止された直後は、プルーフマス２０２は、ある期間の間、振幅を減少させながら振動を継続する。この期間の間、振動に基づく信号が、感知出力において取得されうる。プルーフマス２０２は、駆動信号が加えられない状態で振動しているので、プルーフマス２０２の運動は、理想的には、駆動信号を介して誘導される力に基づかない。したがって、この時間の間に採取されたバイアス測定値は、駆動信号によって誘導される成分（例えば、ＥＤバイアスおよびＭＤバイアス）を含まない。これらの測定値は、プルーフマス２０２が、駆動信号が加えられるときのプルーフマス２０２の振幅と同様の振幅にある状態で、採取されうる。これらの測定値を同様の振幅で採取するために、プルーフマス２０２の振幅は、正常な駆動信号に対するその振幅以上に大きくされてよく、次いで駆動信号が停止されてよい。プルーフマス２０２が振動を弱めるにつれて、プルーフマス２０２の振動は、振幅が小さくなる。振動が、正常な駆動信号の振幅とほぼ同じ振幅になったときに、測定値が採取されてよい。

[0043]いずれの場合でも、これらの４つ以上の測定値から、ＭＤバイアスが取得されてよく、ＭＤバイアスは、それらの測定値に基づいて確定されてよい。いくつかの例では、上のバイアス分解は、複数の異なる試験静電力に対して繰り返されてよい。次いで、最小ＭＤバイアスに対応する試験静電力が選択されてよく、姿勢制御装置２００の動作中に、プルーフマス２０２に加えられてよい。

[0044]静電力が、プルーフマス２０２の平坦面２１４、２１５にそれぞれ対向する２つ以上の電極（例えば、感知電極２１２、２１３）を介して加えられる例では、異なる試験ＤＣ電圧を（例えば、制御回路によって）２つ以上の電極に加えることによって、異なる試験静電力が加えられてよい。さらに、感知電極２１２、２１３に加えられたＤＣ電圧は、目盛係数を考慮に入れることができる。すなわち、感知電極２１２、２１３に加えられるＤＣ電圧は、第１の感知電極２１２と第２の感知電極２１３との間に所望の電圧差をもたらすことができると同時に、接地（０ボルト）に対して一方向に、静電合力（ｎｅｔ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）をもたらすことができる。接地に対して静電合力をもたらしながら、所望の目盛係数をもたらすために、電極２１２、２１３にそれぞれ加えられる電圧が、第１の感知電極２１２と第２の感知電極２１３との間に所望の電圧差が達成されるように設定されてよい。

[0045]以下は、試験ＤＣ電圧を系統的に加えながら、電極２１２と２１３との間に１０ｖの差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）（目盛係数のため）を維持するステップの一例である。第１に１）＋３ボルトが第１の感知電極２１２に、かつ−７ボルトが第２の感知電極２１３に加えられてよい；第２に２）＋４ボルトが第１の感知電極２１２に、かつ−６ボルトが第２の感知電極２１３に加えられてよい；第３に３）＋５ボルトが第１の感知電極２１２に、かつ−５ボルトが第２の感知電極２１３に加えられてよい；第４に４）＋６ボルトが第１の感知電極２１２に、かつ−４ボルトが第２の感知電極２１３に加えられてよい；第５に５）＋７ボルトが第１の感知電極２１２に、かつ−３ボルトが第２の感知電極２１３に加えられてよい。感知電極２１２および２１３に試験ＤＣ電圧を系統的に加える他の方法が、可能である。

[0046]一例では、プルーフマス２０２に加えられる静電力は、所与の領域に、より大きいかまたはより小さい力をもたらすために、プルーフマス２０２にわたって変化することができる。このことは、対応する駆動櫛２１０に対して異なるオフセットを有する複数の櫛２０６を、プルーフマス２０２が有するときに使用されてよい。例えば、プルーフマス２０２の少なくとも１つの櫛２０６が、第１の櫛と第２の櫛とを含んでよく、駆動電極２０４の少なくとも１つの櫛２１０が、第３の櫛と第４の櫛とを含んでよい。第３の櫛が、第１の櫛と噛み合って駆動信号を第１の櫛に加えるように構成されてよく、第４の櫛が、第２の櫛と噛み合って駆動信号を第２の櫛に加えるように構成されてよい。第１の静電力が、第１の櫛２０６に加えられてよく、第２の静電力が、第２の櫛２０６に加えられてよい。したがって、プルーフマス２０２の櫛２０６は、異なる櫛２０６に対する異なるオフセットに基づいて、個別に調整されてよい。

[0047]特別な一例では、プルーフマスの異なる櫛２０６（例えば、第１および第２の櫛）が、個別に調整されてよい。異なる櫛２０６を個別に調整するために、各櫛２０６は、試験駆動信号を、その特別な櫛に加え、他の櫛２０６には加えないことによって、個別に試験されうる。例えば、第１の櫛２０６に加えられるべき静電力の量を確定するために、試験駆動信号が、プルーフマス２０２の第１の櫛２０６に加えられてよいが、第２の櫛２０６に加えてはならない。次いで、加えられるべき静電力の量が、対応する第３の駆動櫛２１０に対する、感知軸２０８に沿った第１の櫛２０６の位置の示度に基づいて確定されてよい。同様に、第２の櫛２０６に加えられるべき静電力の量が、試験駆動信号を、プルーフマス２０２の第２の櫛２０６に加えるが、第１の櫛２０６には加えないことによって、確定されてよい。次いで、対応する第４の駆動櫛２０６に対する、感知軸２０８に沿った第２の櫛２０６の位置の示度に基づいて、静電力の量が確定されてよい。したがって、異なる静電力が確定されてよく、プルーフマス２０２の異なる（例えば、第１および第２の）櫛２０６に加えられてよい。一例では、異なる静電力が、異なるＤＣ電圧を異なる電極対（ｐａｉｒｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）（異なる感知電極対）に加えることによって加えられてよい。

[0048]大部分の例では、加えるべき静電力の上の確定は、図１に対して上で述べたような較正手順の間に行われてよい。いくつかの例では、駆動櫛２１０と整合されたプルーフマス櫛２０６を調整し維持するために、制御回路は、動作中に、振動の振幅の示度を連続的に取得し、かつ静電力をプルーフマス２０２に実時間で連続的に加えるために、制御ループを実施することができる。

[0049]いくつかの（例えば、工場で較正中の）例では、異なる温度が系統的に加えられてよく、振動の振幅の示度が、異なる温度に対して取得されてよい。したがって、異なる静電力が、異なる動作温度に対して加えられてよい。

[0050]以下の特許請求の範囲で定義される本発明のいくつかの実施形態が、説明された。それにもかかわらず、説明された実施形態に対する種々の改変形態が、特許請求される本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、作成されうることが理解されよう。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内に存在する。

１００ システム
１０２ 慣性測定ユニット
１０４ 処理装置
１０６ メモリ装置
１０８ 入力／出力ポート
２００ 振動構造姿勢制御装置
２０２ プルーフマス
２０４ 駆動電極
２０６ プルーフマス櫛
２０８ 感知軸（Ｚ軸）
２０９ 駆動軸（Ｘ軸）
２１０ 駆動櫛
２１２ 第１の感知電極
２１３ 第２の感知電極
２１４、２１５ プルーフマスの平坦面
２１６ 入力軸（Ｙ軸）
２１８ 信号発生器
２２０ 増幅器
２２２ 増幅器の出力
２２４、２２５ 感知電極の入力

Claims (3)

1. 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）振動構造姿勢制御装置を較正するための方法であって、
   少なくとも１つの駆動電極に対する少なくとも１つのプルーフマスの位置の示度を取得するステップと、
   前記少なくとも１つのプルーフマスを少なくとも１つの駆動電極に対する第１の位置に配置するように構成された静電力を、前記少なくとも１つのプルーフマスに、前記示度の関数として加えるステップとを含む、方法。
2. 第１の少なくとも１つの櫛を有し、感知軸に直交して配列された平坦構造を有する、少なくとも１つのプルーフマスと、
   前記第１の少なくとも１つの櫛と噛み合うように構成された第２の少なくとも１つの櫛を有する、少なくとも１つの駆動電極と、
   前記少なくとも１つのプルーフマスの第１の面に対向する第１の電極、および前記少なくとも１つのプルーフマスの第２の面に対向する第２の電極であって、前記少なくとも１つのプルーフマスの前記第１の面および前記第２の面が、前記感知軸に直交する、電極と、
   前記少なくとも１つの駆動電極の前記少なくとも１つの櫛の前記感知軸に沿った位置に対して、前記少なくとも１つのプルーフマスの前記少なくとも１つの櫛の前記感知軸に沿った位置を調整するために、第１の直流（ＤＣ）電圧を前記第１の電極に、かつ第２のＤＣ電圧を前記第２の電極に加えるように
   構成された制御回路とを備える、振動構造姿勢制御装置。
3. 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）振動構造姿勢制御装置を較正するための方法であって、
   試験信号を少なくとも１つの駆動電極に加えるステップと、
   異なる試験静電力を少なくとも１つのプルーフマスに系統的に加えるステップと、
   前記異なる試験静電力に対応する複数のキャパシタンスを取得するために、前記少なくとも１つの駆動電極と前記少なくとも１つのプルーフマスとの間のキャパシタンスを測定するステップと、
   前記異なる静電力のうちの、前記キャパシタンスのうちの最大のキャパシタンスに対応する第１の静電力を選択し、前記少なくとも１つのプルーフマスの動作中に、前記第１の静電力を前記少なくとも１つのプルーフマスに加えるステップとを含む、方法。

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