JP2018036265A - Micromechanical sensor device for detecting external magnetic field, sensor device, and method of operating micromechanical sensor device - Google Patents
Micromechanical sensor device for detecting external magnetic field, sensor device, and method of operating micromechanical sensor device Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、外部磁界を検出するマイクロメカニカルセンサデバイス、マイクロメカニカルセンサ装置及びマイクロメカニカルセンサデバイスの動作方法に関する。 The present invention relates to a micromechanical sensor device for detecting an external magnetic field, a micromechanical sensor device, and a method for operating the micromechanical sensor device.
従来技術
磁界の強さ又は三次元の配向を特定する種々の測定方法が公知である。例えば、独国特許出願公開第102010061780号明細書(DE102010061780A1)では、3つのセンサ素子を含んでいるマイクロメカニカル磁界センサが開示されている。これら3つのセンサ素子は、三次元の磁界の配向を特定することができるように配置されている。
Prior art Various measuring methods are known for specifying the strength of a magnetic field or three-dimensional orientation. For example, DE 102010061780 A1 (DE 102010061780 A1) discloses a micromechanical magnetic field sensor including three sensor elements. These three sensor elements are arranged so that the orientation of the three-dimensional magnetic field can be specified.
しばしば使用される磁気抵抗性センサ、特にホールセンサの製造コストは極めて低いが、感度のために不十分であることがしばしばある。これとは逆に、比較的感度の高いセンサはしばしば、外部からの衝撃又は振動の影響を受けやすい。 The manufacturing costs of frequently used magnetoresistive sensors, especially Hall sensors, are very low but are often insufficient for sensitivity. In contrast, relatively sensitive sensors are often susceptible to external shocks or vibrations.
本発明の開示
本発明は、請求項1の特徴部分に記載されている構成を有する、外部磁界を検出するマイクロメカニカルセンサデバイスと、請求項8の特徴部分に記載されている構成を有するマイクロメカニカルセンサ装置と、請求項10の特徴部分に記載されている構成を有する、マイクロメカニカルセンサデバイスの動作方法とを開示する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a micromechanical sensor device for detecting an external magnetic field having the configuration described in the characterizing portion of claim 1 and a micromechanical device having the configuration described in the characterizing portion of claim 8. A sensor device and a method of operating a micromechanical sensor device having the configuration described in the characterizing part of claim 10 are disclosed.
従って、本発明は、第1の態様では、外部磁界を検出するマイクロメカニカルセンサデバイスに関する。このマイクロメカニカルセンサデバイスは、基板と、第1の担体機構と、第2の担体機構と、結合機構とを有している。第1の担体機構は、磁石機構を含んでおり、かつ、外部磁界と磁石機構との相互作用によって、第1の担体機構が基板に対して相対的に第1の回動軸線を中心に回動可能であるように基板に取り付けられている。第2の担体機構も、基板に取り付けられており、かつ、基板に対して相対的に第2の回動軸線を中心に回動可能である。ここで、第2の回動軸線は、第1の回動軸線に対して平行である。結合機構は、第1の担体機構を第2の担体機構と次のように接続している。即ち、第1の回動軸線を中心とした第1の担体機構の回動と、第2の回動軸線を中心とした第2の担体機構の回動とが、反対の回動方向においては可能であり、同一の回動方向においては阻止されるように、接続している。 Accordingly, in a first aspect, the present invention relates to a micromechanical sensor device that detects an external magnetic field. This micromechanical sensor device has a substrate, a first carrier mechanism, a second carrier mechanism, and a coupling mechanism. The first carrier mechanism includes a magnet mechanism, and the first carrier mechanism rotates about the first rotation axis relative to the substrate by the interaction between the external magnetic field and the magnet mechanism. It is attached to the substrate so as to be movable. The second carrier mechanism is also attached to the substrate and is rotatable about the second rotation axis relative to the substrate. Here, the second rotation axis is parallel to the first rotation axis. The coupling mechanism connects the first carrier mechanism with the second carrier mechanism as follows. In other words, the rotation of the first carrier mechanism about the first rotation axis and the rotation of the second carrier mechanism about the second rotation axis are in the opposite rotation directions. It is possible and connected so as to be prevented in the same rotation direction.
従って、本発明は、別の態様では、マイクロメカニカルセンサ装置に関する。このマイクロメカニカルセンサ装置は、少なくとも3つのマイクロメカニカルセンサデバイスを有している。これらのマイクロメカニカルセンサデバイスはそれぞれ、各磁石機構の配向及び/又は各第1の回動軸線の配向において相違している。 Accordingly, the present invention in another aspect relates to a micromechanical sensor device. This micro mechanical sensor device has at least three micro mechanical sensor devices. Each of these micromechanical sensor devices differs in the orientation of each magnet mechanism and / or the orientation of each first pivot axis.
従って、本発明は、別の態様では、外部磁界を検出するマイクロメカニカルセンサデバイスの動作方法に関する。ここでは、第1の担体機構の回動角度及び/又は第2の担体機構の回動角度を測定し、測定されたこの回動角度に基づいて、外部磁界の強さ及び/又は配向を特定する。 Accordingly, the present invention, in another aspect, relates to a method of operating a micromechanical sensor device that detects an external magnetic field. Here, the rotation angle of the first carrier mechanism and / or the rotation angle of the second carrier mechanism is measured, and the strength and / or orientation of the external magnetic field is specified based on the measured rotation angle. To do.
有利な実施形態は、各従属請求項の構成要件である。 Advantageous embodiments are the constituent features of the respective dependent claims.
本発明の利点
外部からの衝撃又は振動は回転モーメントを生じさせ、この回転モーメントは、第1の担体機構と第2の担体機構とに同様に作用する。即ち、結合機構が無い場合、同一の回動方向における、第1の回動軸線又は第2の回動軸線を中心にした第1の担体機構の回動と第2の担体機構の回動が引き起こされるだろう。しかし、このような回動運動は、結合機構によって阻止される。このようにして、外部からの衝撃又は振動による、第1の担体機構若しくは第2の担体機構の回動は阻止され、又は、少なくとも抑制される。従って、外部からの衝撃又は振動が、外部磁界の作用として解釈されなくなり、また、誤った信号も生成しなくなる。
Advantages of the Invention External impacts or vibrations produce a rotational moment that acts in a similar manner on the first carrier mechanism and the second carrier mechanism. That is, when there is no coupling mechanism, the rotation of the first carrier mechanism and the rotation of the second carrier mechanism around the first rotation axis or the second rotation axis in the same rotation direction are performed. Will be caused. However, such rotational movement is prevented by the coupling mechanism. In this way, the rotation of the first carrier mechanism or the second carrier mechanism due to external impact or vibration is prevented or at least suppressed. Therefore, external shocks or vibrations are not interpreted as an action of an external magnetic field, and erroneous signals are not generated.
これとは逆に、外部磁界によって第1の担体機構が変位することがある。この際に有利には、回動が、第2の担体機構に反対の回動方向において結合機構を介して伝達され又は仲介される。従って、外部磁界は、第1又は第2の担体機構の回動を生じさせ、この回動が測定され、これによって、外部磁界の大きさ又は配向を特定することができる。 Conversely, the first carrier mechanism may be displaced by an external magnetic field. In this case, the rotation is advantageously transmitted or mediated via a coupling mechanism in the direction of rotation opposite to the second carrier mechanism. Thus, the external magnetic field causes a rotation of the first or second carrier mechanism, and this rotation is measured, whereby the magnitude or orientation of the external magnetic field can be specified.
本発明は、これによって、外部からの振動又は衝撃の影響を抑制し、センサデバイスの正確さ及び頑強性を高めることを可能にする。 The invention thereby makes it possible to suppress the influence of external vibrations or shocks and to increase the accuracy and robustness of the sensor device.
マイクロメカニカルセンサデバイスの有利な発展形態では、結合機構は、収縮不可能かつ有利には延伸も不可能な接続区間を有している。この接続区間は、第1の担体機構及び第2の担体機構と旋回可能に接続されている。有利には、この接続区間は、第1の回動軸線に対して垂直に配向されている。接続区間は、収縮不可能又は延伸不可能なので、同一の回動方向における回動が阻止される。なぜなら、このような回動は、収縮不可能な接続区間を押しつぶしてしまう又は引き離してしまうであろうからである。これとは逆に、この旋回可能な懸架は、ある程度の変位は可能にするので、反対の回動方向における回動は可能である。 In an advantageous development of the micromechanical sensor device, the coupling mechanism has a connection section that cannot be shrunk and advantageously cannot be stretched. This connection section is pivotally connected to the first carrier mechanism and the second carrier mechanism. Advantageously, this connection section is oriented perpendicular to the first pivot axis. Since the connection section cannot be contracted or stretched, rotation in the same rotation direction is prevented. This is because such a rotation will crush or pull away the non-shrinkable connection section. On the contrary, this pivotable suspension allows a certain amount of displacement, so that it can be rotated in the opposite direction of rotation.
マイクロメカニカルセンサデバイスの別の実施形態では、結合機構は、第1の回動軸線に対して平行に配向されている接続区間を有している。この接続区間は、捻れ可能であるが、逸れることはなく又は曲がることはない。 In another embodiment of the micromechanical sensor device, the coupling mechanism has a connection section oriented parallel to the first pivot axis. This connecting section can be twisted but does not deviate or bend.
有利には、結合機構は、次のように構成されている。即ち、外部磁界と磁石機構との相互作用による第1の担体機構の回動が、第2の担体機構に伝達されるように構成されている。ここで、第2の担体機構の回動方向は、第1の担体機構の回動方向と反対である。従って、第1又は第2の担体機構の回動角度を測定することによって、外部磁界の大きさ又は配向を特定することができる。 Advantageously, the coupling mechanism is configured as follows. That is, the rotation of the first carrier mechanism due to the interaction between the external magnetic field and the magnet mechanism is transmitted to the second carrier mechanism. Here, the rotation direction of the second carrier mechanism is opposite to the rotation direction of the first carrier mechanism. Therefore, the magnitude or orientation of the external magnetic field can be specified by measuring the rotation angle of the first or second carrier mechanism.
マイクロメカニカルセンサデバイスの有利な発展形態では、第1の担体機構と第2の担体機構とが変位させられていない静止位置にある場合、非接続区間は、第1の担体機構の第1の回動中心と第2の担体機構の第2の回動中心との間の接続線に対して垂直な面に位置している。このような配置構成に基づいて、同一の回動方向での回動運動時には、収縮力が接続区間に作用する。しかし、接続区間は収縮も延伸も可能ではないので、同一の回動方向での回動は阻止される。反対の回動方向での第1又は第2の担体機構の回動運動時には、結合機構は、静止位置に対して相対的に振り動かされるが、収縮又は延伸されないので、このような回動運動は可能に保たれる。 In an advantageous development of the micromechanical sensor device, when the first carrier mechanism and the second carrier mechanism are in a non-displaced stationary position, the unconnected section is the first rotation of the first carrier mechanism. It lies in a plane perpendicular to the connecting line between the center of movement and the second center of rotation of the second carrier mechanism. Based on such an arrangement, the contraction force acts on the connection section during the rotational movement in the same rotational direction. However, since the connection section cannot be contracted or stretched, rotation in the same rotation direction is prevented. During the pivoting movement of the first or second carrier mechanism in the opposite pivoting direction, the coupling mechanism is swung relative to the rest position but is not contracted or extended, so Is kept possible.
有利な発展形態では、マイクロメカニカルセンサデバイスは測定装置を有している。この測定装置は、第1の担体機構及び/又は第2の担体機構の回動角度を測定するように構成されている。この測定装置は、有利には、測定されたこの回動角度に基づいて、外部磁界の大きさ及び/又は配向を特定するように構成されている。 In an advantageous development, the micromechanical sensor device has a measuring device. The measuring device is configured to measure the rotation angle of the first carrier mechanism and / or the second carrier mechanism. The measuring device is advantageously configured to determine the magnitude and / or orientation of the external magnetic field based on the measured rotation angle.
マイクロメカニカルセンサデバイスの有利な実施形態では、測定装置は、少なくとも部分的に、第1の担体機構及び/又は第2の担体機構に配置されている。 In an advantageous embodiment of the micromechanical sensor device, the measuring device is at least partly arranged on the first carrier mechanism and / or the second carrier mechanism.
マイクロメカニカルセンサデバイスの別の実施形態では、測定装置は、基板に配置されている電極と、第1の担体機構及び/又は第2の担体機構に配置されている対向電極とを含んでいる。電極と対向電極との間の電位差の変化を測定することによって、第1の担体機構又は第2の担体機構の回動角度又は外部磁界の大きさ又は配向を特定することができる。 In another embodiment of the micromechanical sensor device, the measuring device includes an electrode disposed on the substrate and a counter electrode disposed on the first carrier mechanism and / or the second carrier mechanism. By measuring the change in potential difference between the electrode and the counter electrode, the rotation angle of the first carrier mechanism or the second carrier mechanism or the magnitude or orientation of the external magnetic field can be specified.
マイクロメカニカルセンサデバイスの有利な実施形態では、磁石機構のN極S極軸線は、基板に対して平行に配向されている。 In an advantageous embodiment of the micromechanical sensor device, the N pole S pole axis of the magnet mechanism is oriented parallel to the substrate.
マイクロメカニカルセンサ装置の有利な実施形態では、マイクロメカニカルセンサ装置は、評価機構を有している。この評価機構は、少なくとも3つのマイクロメカニカルセンサデバイスの第1の担体機構及び/又は第2の担体機構の各回動角度を測定し、測定されたこの回動角度に基づいて、外部磁界の強さ及び/又は配向を特定するように構成されている。従って、本発明は、三次元の磁気センサを提供する。 In an advantageous embodiment of the micromechanical sensor device, the micromechanical sensor device has an evaluation mechanism. The evaluation mechanism measures the respective rotation angles of the first carrier mechanism and / or the second carrier mechanism of at least three micromechanical sensor devices, and based on the measured rotation angles, the strength of the external magnetic field is measured. And / or to identify the orientation. Accordingly, the present invention provides a three-dimensional magnetic sensor.
全ての図面では、同一の又は機能的に同等の素子及びデバイスには、同一の参照番号が付けられている。それが有利である限りでは、異なる実施形態が任意に相互に組み合わせ可能である。 In all the drawings, identical or functionally equivalent elements and devices are given the same reference numerals. Different embodiments can be arbitrarily combined with each other as long as it is advantageous.
実施例の説明
本発明のある実施形態に即したマイクロメカニカルセンサデバイス1aが、図1においては概略的な平面図で、図2においては概略的な斜視図で示されている。マイクロメカニカルセンサデバイス1aは、有利にはケイ素から成る基板2を有しており、ここで、第1の担体機構3は、第1のスプリングビーム(Federbalken)8aを用いて、第1の柱状接続区間又は第1の基板アンカー7aに取り付けられており、さらに第1の基板アンカー7aを介して基板2に接続されており、基板2から間隔を空けて取り付けられている。
Description of Examples A
さらに、第2の担体機構5が、第2のスプリングビーム8bを介して、第2の柱状接続区間又は第2の基板アンカー7bに固定されており、さらに第2の基板アンカー7bを介して基板2に接続されており、基板2から間隔を空けて配置されている。第1の担体機構3又は第2の担体機構5は、第1の基板アンカー7a又は第2の基板アンカー7bを通って延在する第1の回動軸線A1又は第2の回動軸線A2を中心に回動可能又は変位可能である。第1の回動軸線A1は、第2の回動軸線A2に対して平行に、z軸線に沿って延在し、かつ、x−y平面に延在する、基板2の基板表面に対して垂直に延在している。第1の基板アンカー7aは、第1の担体機構3の第1の回動中心を形成し、第2の基板アンカー7bは、第2の担体機構5の対応する第2の回動中心7bを形成する。
Further, the
第1の担体機構3は、磁石機構4を有している。この磁石機構4のN極S極軸線は、x軸線に沿って延在している。x軸線は、基板に対して平行に延在しており、変位させられていない静止位置においては、第2の担体機構5に対して平行に延在している。第1の基板アンカー7aと第2の基板アンカー7bとの間の接続線は、y軸線に対して平行に延在しており、かつ、x軸線に対して垂直に延在している。
The
第1の担体機構3は、第1の突出部10aを有しており、第2の担体機構5は、第2の突出部10bを有している。これらの突出部は、第1の基板アンカー7aと第2の基板アンカー7bとの間の接続線に対して平行に突出している。収縮不可能かつ延伸不可能な接続区間の形態の結合機構6が、第1の突出部10a及び第2の突出部10bと接続されている。ここで、この結合機構6は、第1の突出部10a又は第2の突出部10bに対して相対的に旋回可能又は撓み可能である。結合機構6は、基板2の基板表面に対して平行に延在し、かつ、第1の基板アンカー7aと第2の基板アンカー7bとの間の接続線に対して垂直に延在している。従って、結合機構6は、第1の基板アンカー7aと第2の基板アンカー7bとの間の接続線に対して垂直に延在する面に位置する。
The
マイクロメカニカルセンサデバイスはさらに、測定装置を含んでいる。この測定装置は、第2の担体機構5に配置されている第1の櫛の歯状構造体9aと第2の櫛の歯状構造体9bとを含んでいる。第2の回動軸線A2を中心とした第2の担体機構5の回動角度に関連して、第1の櫛の歯状構造体又は第2の櫛の歯状構造体の容量が変化する。この容量変化がこの測定装置によって測定され、この測定装置は、対応する測定信号を出力する。第2の回動軸線A2を中心とした第2の担体機構5の回動角度を、この測定信号に基づいて、測定装置によって特定することができる。
The micromechanical sensor device further includes a measuring device. This measuring device includes a first comb tooth-
別の実施形態では、基板2に電極が配置されている。また、第1の担体機構3及び/又は、第2の担体機構5に対向電極が配置されている。従って、第1の担体機構3又は第2の担体機構5の回動角度を、電極と対向電極との間の電位差を測定することによって特定することができる。
In another embodiment, electrodes are disposed on the
マイクロメカニカルセンサデバイス1aの作用原理を以下で、図3及び図4を参照してより詳細に説明する。図3には、マイクロメカニカルセンサデバイス1aへの外部磁界Bの影響が示されている。y方向における外部磁界Bの成分は、磁石機構4との相互作用に基づいて、第1の回転モーメントMaを生成する。この第1の回転モーメントは、第1の回動軸線A1を中心とした第1の担体機構3の回動運動を生じさせる。結合機構6は、x方向において硬く、即ち、収縮不可能又は延伸不可能であるが、y方向においては、変形可能又は旋回可能であるので、第1の担体機構3の回動によって、第2の回転モーメントMbが生成される。この第2の回転モーメントは、第2の回動軸線A2を中心とした第2の担体機構5の回動運動を生じさせる。第1の担体機構3の回動方向又は回動角度は、第2の担体機構5の回動方向又は回動角度とは反対である。従って、結合機構6は、第1の担体機構3の回動運動を第2の担体機構5に伝達するように構成されており、第2の担体機構5の回動方向は、第1の担体機構3の回動方向と反対である。
The principle of operation of the
有利には、第1の担体機構3の質量及び第2の担体機構5の質量、及び/又は、第1の担体機構3の慣性モーメント及び第2の担体機構5の慣性モーメントは、実質的に同等の大きさであるので、回動角度は同等の大きさであるが、符号は反対である。回動角度の大きさは、外部磁界Bの強さ及び/又は配向に関連している。従って、測定装置は、この回動角度を測定することによって、外部磁界Bの強さ及び/又は配向を特定することができる。
Advantageously, the mass of the
図4には、マイクロメカニカルセンサデバイス1aの衝撃又は振動の作用が示されている。第1の回転モーメントMaは第1の担体機構3に作用し、第2の回転モーメントMbは第2の担体機構5に作用する。第1の回転モーメントMa及び第2の回転モーメントMbは、第1の回動軸線又は第2の回動軸線に沿って、即ち、このケースでは、z軸線に沿って同一の方向を指し示している。第1の回転モーメントMaと第2の回転モーメントMbとはそれぞれ力を形成し、これらの力は、第1の突出部10a又は第2の突出部10bに、反対方向において作用する。第1の突出部10aは、第2の突出部10bと接続区間6を介して接続されているので、同一の回動方向における第1の担体機構3の回動運動及び第2の担体機構5の回動運動は阻止される。従って、マイクロメカニカルセンサデバイス1aの振動又は衝撃は、第1又は第2の担体機構3、5に回動運動を伝達しない。結合機構6は、同一の回動方向における第1の担体機構3又は第2の担体機構5の回動を阻止する。
FIG. 4 shows the impact or vibration action of the
図1乃至図4に示されたマイクロメカニカルセンサデバイスが、y軸線に沿った外部磁界Bの成分の検出を可能にし、又は、マイクロメカニカルセンサデバイス1aを90°回転させることによってx軸線に沿った外部磁界Bの成分の検出も可能にし、即ち、基板2の基板面における磁界Bの成分の検出を可能にするのに対して、図5には、z軸線に沿った外部磁界Bの成分の検出を可能にするマイクロメカニカルセンサデバイス1bの概略的な平面図が示されている。磁石機構4のN極S極軸線は、ここではy軸線に沿って、即ち、第1の基板アンカー7aと第2の基板アンカー7bとの間の接続線に沿って配置されている。第1の担体機構3及び第2の担体機構5は、第1の回動軸線A1又は第2の回動軸線A1を中心に回動可能である。この回動軸線は、x軸線に沿って、即ち、基板2の基板面に対して平行に延在している。外部磁界Bのz成分は、回転モーメントを生成する。この回転モーメントは、第1の担体機構3を第1の回動軸線A1を中心に変位させる。ここで、第2の担体機構5は、結合機構6との結合によって反対の回動方向において変位させられる。従って、第1の突出部10a又は第2の突出部10bは、z軸線に沿って同一の方向において変位させられる。マイクロメカニカルセンサデバイスの振動又は衝撃は、同一の回転モーメントを第1の担体機構3及び第2の担体機構5上に生成するので、第1の突出部10a及び第2の突出部10bは異なる方向においてz軸線に沿って変位させられる。しかし、このような運動は、結合機構6によって阻止される。結合機構6は、このために、次のように構成されている。即ち、結合機構6は、x軸線に沿って捻れ可能であるが、z軸線に沿って、第1の突出部又は第2の突出部10a、10bに対して相対的に逸らされない又は変位させられないように構成されている。
The micromechanical sensor device shown in FIGS. 1 to 4 allows detection of the component of the external magnetic field B along the y-axis, or along the x-axis by rotating the
図6には、マイクロメカニカルセンサ装置11の概略的な平面図が示されている。これは、第1のマイクロメカニカルセンサデバイス12と、第2のマイクロメカニカルセンサデバイス13と、第3のマイクロメカニカルセンサデバイス14とを有している。第1のマイクロメカニカルセンサデバイス12と第2のマイクロメカニカルセンサデバイス13とは、90°だけ相互に回転して、共通の基板2上に配置されており、図1乃至図4に示された実施形態に対応しており、かつ、外部磁界Bのy又はx成分を測定するように設計されている。第3のマイクロメカニカルセンサデバイス14も、基板2上に配置されており、図5に示された実施形態に対応しており、かつ、外部磁界Bのz成分を測定するように構成されている。マイクロメカニカルセンサ装置11はさらに、評価機構12を含んでいる。評価機構は、第1乃至第3のセンサデバイス12、13、14の第1の担体機構3及び/又は第2の担体機構5の各回動角度を測定し、測定された回動角度に基づいて、外部磁界Bの強さ及び/又は配向を特定するように構成されている。マイクロメカニカルセンサ装置11は、これによって、外部磁界Bの三次元の経過を検出することができる。
FIG. 6 shows a schematic plan view of the
さらに、本発明は、上述した実施形態のうちの1つに従った、マイクロメカニカルセンサデバイス1a、1bの動作方法又はマイクロメカニカルセンサ装置11に関する。ここでは、第1の担体機構3及び/又は第2の担体機構5の回動角度が測定され、測定された回動角度に基づいて、外部磁界の強さ及び/又は配向が特定される。
Furthermore, the invention relates to a method of operating the
マイクロメカニカルセンサデバイスの有利な発展形態では、第1の担体機構と第2の担体機構とが変位させられていない静止位置にある場合、収縮不可能かつ延伸不可能な接続区間は、第1の担体機構の第1の回動中心と第2の担体機構の第2の回動中心との間の接続線に対して垂直な面に位置している。このような配置構成に基づいて、同一の回動方向での回動運動時には、収縮力が接続区間に作用する。しかし、接続区間は収縮も延伸も可能ではないので、同一の回動方向での回動は阻止される。反対の回動方向での第1又は第2の担体機構の回動運動時には、結合機構は、静止位置に対して相対的に振り動かされるが、収縮又は延伸されないので、このような回動運動は可能に保たれる。 In an advantageous development of the micromechanical sensor device, when the first carrier mechanism and the second carrier mechanism are in a non-displaced stationary position, the non-shrinkable and non-stretchable connecting section is the first It is located on a plane perpendicular to the connecting line between the first rotation center of the carrier mechanism and the second rotation center of the second carrier mechanism. Based on such an arrangement, the contraction force acts on the connection section during the rotational movement in the same rotational direction. However, since the connection section cannot be contracted or stretched, rotation in the same rotation direction is prevented. During the pivoting movement of the first or second carrier mechanism in the opposite pivoting direction, the coupling mechanism is swung relative to the rest position but is not contracted or extended, so Is kept possible.
さらに、第2の担体機構5が、第2のスプリングビーム8bを介して、第2の柱状接続区間又は第2の基板アンカー7bに固定されており、さらに第2の基板アンカー7bを介して基板2に接続されており、基板2から間隔を空けて配置されている。第1の担体機構3又は第2の担体機構5は、第1の基板アンカー7a又は第2の基板アンカー7bを通って延在する第1の回動軸線A1又は第2の回動軸線A2を中心に回動可能又は変位可能である。第1の回動軸線A1は、第2の回動軸線A2に対して平行に、z軸線に沿って延在し、かつ、x−y平面に延在する、基板2の基板表面に対して垂直に延在している。第1の基板アンカー7aは、第1の担体機構3の第1の回動中心7aを形成し、第2の基板アンカー7bは、第2の担体機構5の対応する第2の回動中心7bを形成する。
Further, the
図1乃至図4に示されたマイクロメカニカルセンサデバイスが、y軸線に沿った外部磁界Bの成分の検出を可能にし、又は、マイクロメカニカルセンサデバイス1aを90°回転させることによってx軸線に沿った外部磁界Bの成分の検出も可能にし、即ち、基板2の基板面における磁界Bの成分の検出を可能にするのに対して、図5には、z軸線に沿った外部磁界Bの成分の検出を可能にするマイクロメカニカルセンサデバイス1bの概略的な平面図が示されている。磁石機構4のN極S極軸線は、ここではy軸線に沿って、即ち、第1の基板アンカー7aと第2の基板アンカー7bとの間の接続線に沿って配置されている。第1の担体機構3及び第2の担体機構5は、第1の回動軸線A1又は第2の回動軸線A2を中心に回動可能である。この回動軸線は、x軸線に沿って、即ち、基板2の基板面に対して平行に延在している。外部磁界Bのz成分は、回転モーメントを生成する。この回転モーメントは、第1の担体機構3を第1の回動軸線A1を中心に変位させる。ここで、第2の担体機構5は、結合機構6との結合によって反対の回動方向において変位させられる。従って、第1の突出部10a又は第2の突出部10bは、z軸線に沿って同一の方向において変位させられる。マイクロメカニカルセンサデバイスの振動又は衝撃は、同一の回転モーメントを第1の担体機構3及び第2の担体機構5上に生成するので、第1の突出部10a及び第2の突出部10bは異なる方向においてz軸線に沿って変位させられる。しかし、このような運動は、結合機構6によって阻止される。結合機構6は、このために、次のように構成されている。即ち、結合機構6は、x軸線に沿って捻れ可能であるが、z軸線に沿って、第1の突出部又は第2の突出部10a、10bに対して相対的に逸らされない又は変位させられないように構成されている。
The micromechanical sensor device shown in FIGS. 1 to 4 allows detection of the component of the external magnetic field B along the y-axis, or along the x-axis by rotating the
図6には、マイクロメカニカルセンサ装置11の概略的な平面図が示されている。これは、第1のマイクロメカニカルセンサデバイス12と、第2のマイクロメカニカルセンサデバイス13と、第3のマイクロメカニカルセンサデバイス14とを有している。第1のマイクロメカニカルセンサデバイス12と第2のマイクロメカニカルセンサデバイス13とは、90°だけ相互に回転して、共通の基板2上に配置されており、図1乃至図4に示された実施形態に対応しており、かつ、外部磁界Bのy又はx成分を測定するように設計されている。第3のマイクロメカニカルセンサデバイス14も、基板2上に配置されており、図5に示された実施形態に対応しており、かつ、外部磁界Bのz成分を測定するように構成されている。マイクロメカニカルセンサ装置11はさらに、評価機構15を含んでいる。評価機構15は、第1乃至第3のセンサデバイス12、13、14の第1の担体機構3及び/又は第2の担体機構5の各回動角度を測定し、測定された回動角度に基づいて、外部磁界Bの強さ及び/又は配向を特定するように構成されている。マイクロメカニカルセンサ装置11は、これによって、外部磁界Bの三次元の経過を検出することができる。
FIG. 6 shows a schematic plan view of the
Claims (10)
基板(2)と、
磁石機構(4)を有する第1の担体機構(3)であって、前記外部磁界(B)と前記磁石機構(4)との相互作用によって、当該第1の担体機構(3)が前記基板(1)に対して相対的に第1の回動軸線(A1)を中心に回動可能であるように前記基板(2)に取り付けられた第1の担体機構(3)と、
前記基板(2)に取り付けられた第2の担体機構(5)であって、前記基板(1)に対して相対的に第2の回動軸線(A2)を中心に回動可能であり、前記第2の回動軸線(A2)は前記第1の回動軸線(A1)に対して平行である、第2の担体機構(5)と、
前記第1の回動軸線(A1)を中心とした前記第1の担体機構(3)の回動と、前記第2の回動軸線(A2)を中心とした前記第2の担体機構(5)の回動とが、反対の回動方向においては可能であり、同一の回動方向においては阻止されるように、前記第1の担体機構(3)と前記第2の担体機構(5)とを接続している結合機構(6)と、
を備えているマイクロメカニカルセンサデバイス(1a;1b)。 In the micro mechanical sensor device (1a; 1b) for detecting the external magnetic field (B),
A substrate (2);
A first carrier mechanism (3) having a magnet mechanism (4), wherein the first carrier mechanism (3) is caused to interact with the substrate by an interaction between the external magnetic field (B) and the magnet mechanism (4). A first carrier mechanism (3) attached to the substrate (2) so as to be rotatable about a first rotation axis (A1) relative to (1);
A second carrier mechanism (5) attached to the substrate (2), which is rotatable about a second rotation axis (A2) relative to the substrate (1); A second carrier mechanism (5), wherein the second pivot axis (A2) is parallel to the first pivot axis (A1);
Rotation of the first carrier mechanism (3) about the first rotation axis (A1) and second carrier mechanism (5) about the second rotation axis (A2) ) Rotation is possible in the opposite rotation direction and is prevented in the same rotation direction, the first carrier mechanism (3) and the second carrier mechanism (5) A coupling mechanism (6) connecting
A micromechanical sensor device (1a; 1b) comprising:
請求項1乃至7のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルセンサデバイス(1a;1b)を少なくとも3つ有しており、前記マイクロメカニカルセンサデバイスはそれぞれ、前記磁石機構(4)の配向及び/又は前記第1の回動軸線(A1)の配向において相違している、
マイクロメカニカルセンサ装置(11)。 A micromechanical sensor device (11) comprising:
It has at least three micromechanical sensor devices (1a; 1b) according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the micromechanical sensor devices has an orientation of the magnet mechanism (4) and / or The orientation of the first pivot axis (A1) is different,
Micromechanical sensor device (11).
当該評価機構(12)は、少なくとも3つの前記マイクロメカニカルセンサデバイスの前記第1の担体機構(3)及び/又は前記第2の担体機構(5)の各回動角度を測定し、測定された当該回動角度に基づいて、前記外部磁界(B)の強さ及び/又は配向を特定するように構成されている、請求項8に記載のマイクロメカニカルセンサ装置(11)。 Has an evaluation mechanism (12),
The evaluation mechanism (12) measures and measures each rotation angle of the first carrier mechanism (3) and / or the second carrier mechanism (5) of at least three of the micromechanical sensor devices. The micromechanical sensor device (11) according to claim 8, wherein the micromechanical sensor device (11) is configured to specify the strength and / or orientation of the external magnetic field (B) based on a rotation angle.
前記第1の担体機構(3)及び/又は前記第2の担体機構(5)の回動角度を測定し、測定された当該回動角度に基づいて、前記外部磁界の強さ及び/又は配向を特定する、
マイクロメカニカルセンサデバイス(1a;1b)の動作方法。 A method for operating a micromechanical sensor device (1a; 1b) for detecting an external magnetic field (B) according to any one of claims 1 to 8,
The rotation angle of the first carrier mechanism (3) and / or the second carrier mechanism (5) is measured, and the strength and / or orientation of the external magnetic field is based on the measured rotation angle. Identify
A method of operating the micromechanical sensor device (1a; 1b).
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