JP2022089171A - 同期４質量ジャイロスコープ - Google Patents

Abstract

【課題】正確度、ノイズ性能を向上させた逆相同期を有する４質量ジャイロスコープを提供する。【解決手段】第１の横軸上に位置合わせされた第１の試験質量４１１および第２の試験質量４１２と、第２の横軸上に位置合わせされた第３の試験質量４１３および第４の試験質量４１４と、４質量システムにおいて第１の振動モードおよび第２の振動モードを同期させる中央逆相結合構造および周縁逆相結合構造とを備えるジャイロスコープ。各中央ｘ軸逆相構造および各中央ｙ軸逆相構造は、中央長尺バーを有する面内シーソーを備え、中央長尺バーは、中央長尺バーがデバイス平面に垂直な軸を中心にデバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの中央シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの中央アンカー点から懸架されている。【選択図】図４ａ

Description

本開示は、微小電気機械ジャイロスコープに関し、より詳細には、４つの試験質量がデバイス平面（ｘｙ平面）内で振動し、回転速度が、当該デバイス平面に垂直な入力軸（ｚ軸）を中心として測定されるｚ軸ジャイロスコープに関する。

微小電気機械（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープでは、試験質量は、好ましくは、一次振動モード（駆動振動モードとも呼ばれる場合がある）で振動するように容易に設定されるべきである。試験質量はまた、コリオリの力によって誘発される二次振動モード（センス振動モードとも呼ばれる場合がある）の振動を容易に受けるはずである。ジャイロスコープ設計における一般的な問題は、一次振動モードおよび二次振動モードにおける試験質量の振動が、好ましくは、外乱によって乱されるべきではないことである。ジャイロスコープは、好ましくは、その出力信号が、ジャイロスコープが意図された周波数範囲において受ける角回転速度によってのみ決定されるように、線形振動および回転振動の両方によって乱されるべきではない。例えば、自動車用途では、通常、可能性のある擾乱は０～５０ｋＨｚの周波数範囲にあり、一方、入力周波数範囲は通常１ｋＨｚ未満である。

１つの振動試験質量のみを利用して単純なＭＥＭＳジャイロスコープを構築することができるが、動作周波数に近い周波数の外部振動が存在する場合、そのようなジャイロスコープの出力信号は通常ノイズが多くなる。単質量ジャイロスコープは、５０ｋＨｚを超える動作周波数でのみ実用的であるが、そのような周波数では、製造の不完全性から生じる直交信号などの他の妨害効果が非常に顕著になることが多い。

４つの試験質量が逆相で振動する系は、単質量ジャイロスコープよりも振動に対してはるかにロバストにすることができることが知られている。試験質量の任意の対の同相運動を誘発する振動から生じる信号成分は、当該系において、差分測定によって少なくともある程度自動的に相殺することができる。さらに、４つの試験質量の逆相振動が効果的に同期される場合、すべての同相共振周波数は、逆相共振周波数に影響を及ぼすことなく５０ｋＨｚを超えることができる。次いで、妨害振動は、典型的には共振増幅を生じず、以て、デバイスへの妨害振動の影響が大幅に低減される。

デバイス基板に垂直な１つの軸を中心とした角回転速度を測定するように設計されているＭＥＭＳジャイロスコープは、ｚ軸ジャイロスコープと呼ばれ得る。当該事例におけるコリオリの力はデバイス平面の方向に作用するため、試験質量の一次振動および二次振動の両方がデバイス平面内で発生するように、ｚ軸ジャイロスコープを設計することができる。

米国特許第１０４１５９６８号明細書および論文Ｚｏｔｏｖ他「Ｈｉｇｈ－Ｒａｎｇｅ Ａｎｇｕｌａｒ Ｒａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２，ｐ．３９８－４０５，Ａｐｒｉｌ ２０１２）は、４つの試験質量が逆相運動を促進し、同相運動に抵抗する配置において互いに結合されているｚ軸ジャイロスコープを開示している。しかしながら、当該ジャイロスコープにおいて使用される同期および懸架構成のいくつかは、非線形であることが知られている両持ち梁ばね構造に基づいている。非線形ばねは、ジャイロスコープの質量振動振幅を低いレベルに制限し、以て、ジャイロスコープの正確度およびノイズ性能を制限する。

本開示の目的は、上記の問題が軽減された逆相同期を有する４質量ジャイロスコープを提供することである。

本開示の目的は、独立請求項に述べられている事項を特徴とする構成によって達成される。本開示の好ましい実施形態が、従属請求項に開示されている。

本開示は、ｘ方向の力を対応する試験質量に伝達するすべての同期構造を、ｘ方向に剛性であるがｙ方向に可撓性である結合要素を用いて結合し、ｙ方向の力を対応する試験質量に伝達するすべての同期構造を、ｙ方向に剛性であるがｘ方向に可撓性である結合要素を用いて結合するという着想に基づく。本開示は、中央同期のために面内シーソー同期構造を利用するという考えにさらに基づいている。

本開示の構成の利点は、各試験質量が大きな振幅で振動することができ、ｘ方向の各試験質量の振動が、ｙ方向のその振動から独立するようになる一方で、両方向の他の試験質量の振動と依然として同期していることである。

以下において、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態によって、本開示をより詳細に説明する。
４質量ジャイロスコープにおける望ましい横方向振動を示す図である。 ４質量ジャイロスコープにおける望ましくない横方向振動を示す図である。 ４質量ジャイロスコープにおける望ましくない横方向振動を示す図である。 ４質量ジャイロスコープにおける望ましくない横方向振動を示す図である。 ４質量ジャイロスコープにおける望ましい交差方向振動を示す図である。 ４質量ジャイロスコープにおける望ましくない交差方向振動を示す図である。 ４質量ジャイロスコープにおける望ましくない交差方向振動を示す図である。 ４質量ジャイロスコープにおける望ましくない交差方向振動を示す図である。 振動周期の異なる位相における質量中心の動きを示す図である。 振動周期の異なる位相における質量中心の動きを示す図である。 振動周期の異なる位相における質量中心の動きを示す図である。 振動周期の異なる位相における質量中心の動きを示す図である。 試験質量の外側に懸架および同期構造を有する４質量ジャイロスコープを示す図である。 試験質量の外側に懸架および同期構造を有する４質量ジャイロスコープを示す図である。 試験質量の外側に懸架および同期構造を有する４質量ジャイロスコープを示す図である。 圧電トランスデューサを用いて駆動することができるジャイロスコープを示す図である。 容量性力トランスデューサを用いて駆動することができるジャイロスコープを概略的に示す図である。 各試験質量の開口部内の懸架構造と、圧電トランスデューサを用いて駆動することができる試験質量の外側の同期構造とを有する４質量ジャイロスコープを示す図である。

本開示は、第１の横軸および第２の横軸が第１の交差軸および第２の交差軸と直交して交差するデバイス平面を備えるジャイロスコープを説明する。ジャイロスコープはまた、第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量を備える。第１の試験質量および第２の試験質量は第１の横軸上に位置合わせされ、第３の試験質量および第４の試験質量は第２の横軸上に位置合わせされ、第１の試験質量および第３の試験質量は第１の交差軸上に位置合わせされ、第２の試験質量および第４の試験質量は第２の交差軸上に位置合わせされる。

第１の試験質量および第２の試験質量は、第１の中央ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第１の中央ｘ軸逆相結合構造は、第１の試験質量および第２の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第１の試験質量および第２の試験質量の同じ横方向における同時運動には剛性に抵抗する。

第３の試験質量および第４の試験質量は、第２の中央ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第２の中央ｘ軸逆相結合構造は、第３の試験質量および第４の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第３の試験質量および第４の試験質量の同じ横方向における同時運動には剛性に抵抗する。

第１の試験質量および第３の試験質量は、第１の中央ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第１の中央ｙ軸逆相結合構造は、第１の試験質量および第３の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第１の試験質量および第３の試験質量の同じ交差方向における同時運動には剛性に抵抗する。

第２の試験質量および第４の試験質量は、第２の中央ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第２の中央ｙ軸逆相結合構造は、第２の試験質量および第４の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第２の試験質量および第４の試験質量の同じ交差方向における同時運動には剛性に抵抗する。

第１の試験質量および第２の試験質量は、第１の周縁ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第１の周縁ｙ軸逆相結合構造は、第１の試験質量および第２の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第１の試験質量および第２の試験質量の同じ交差方向における同時運動には剛性に抵抗する。

第３の試験質量および第４の試験質量は、第２の周縁ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第２の周縁ｙ軸逆相結合構造は、第３の試験質量および第４の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第３の試験質量および第４の試験質量の同じ交差方向における同時運動には剛性に抵抗する。

第１の試験質量および第３の試験質量は、第１の周縁ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第１の周縁ｘ軸逆相結合構造は、第１の試験質量および第３の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第１の試験質量および第３の試験質量の同じ横方向における同時運動には剛性に抵抗する。

第２の試験質量および第４の試験質量は、第２の周縁ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第２の周縁ｘ軸逆相結合構造は、第２の試験質量および第４の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第２の試験質量および第４の試験質量の同じ横方向における同時運動には剛性に抵抗する。

ジャイロスコープは、第１の試験質量に隣接する第１のアンカー点のセットと、第２の試験質量に隣接する第２のアンカー点のセットと、第３の試験質量に隣接する第３のアンカー点のセットと、第４の試験質量に隣接する第４のアンカー点のセットとをさらに備え、第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量および第４の試験質量の各々は、１つまたは複数の懸架構造によって第１のアンカー点、第２のアンカー点、第３のアンカー点および第４のアンカー点の対応するセットから懸架されている。

各中央および周縁ｘ軸逆相結合構造は、交差方向に可撓性であり、横方向に剛性であるｘ軸結合要素を用いて、対応する試験質量に結合されている。各中央および周縁ｙ軸逆相結合構造は、横方向に可撓性であり、交差方向に剛性であるｙ軸結合要素を用いて、対応する試験質量に結合されている。

各中央ｘ軸逆相構造および各中央ｙ軸逆相構造は、中央長尺バーを有する面内シーソーを備え、中央長尺バーは、中央長尺バーがデバイス平面に垂直な軸を中心にデバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの中央シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの中央アンカー点から懸架されている。

本開示では、デバイス平面が例示され、ｘｙ平面と称される。ｘ方向を横方向と称し、ｙ方向を交差方向と称する。デバイス平面は、水平面と呼ばれる場合もある。ｚ軸はｘｙ平面に垂直である。ｚ軸はまた、垂直軸と呼ばれる場合もある。試験質量が静止位置から外方に離れると、デバイス平面内で水平のままである線形運動および／または回転運動は、「面内」運動または「デバイス平面内の運動」として参照される。

本開示において、「水平」および「垂直」という用語は、それぞれデバイス平面およびデバイス平面に垂直な方向を指す。デバイス平面は、典型的には、微小機械構造が作成される基板によって規定される。「水平」および「垂直」という言葉は、製造中または使用中にデバイスをどのように方向付けるべきかについて何も暗示しない。

「第１の横軸上に位置合わせされた」などの表現は、デバイス要素を、上記軸が上記デバイス要素の中点に実質的に交差するように配置することを指す。試験質量は、例えば、上記軸に関して対称であり得、および／または軸は、上記試験質量の重心と交差し得る。しかしながら、完璧な位置合わせは必ずしも常に必要ではない。

本開示において、「ばね」という用語は、少なくとも１つの方向に可撓性であるデバイス部分を指す。「懸架装置」または「懸架要素」という用語は、固定部分（アンカー点など）と、デバイスが動作するときに動くデバイス部分との間に（場合によっては他のデバイス部分と共に）配置される要素を指す。「懸架構造」という用語は、共に可動質量に構造的支持を提供する懸架装置のより多くの組み合わせを指す。懸架構造は、連結方式で互いに接続された懸架装置を含むことができる。懸架装置のいくつかは剛性であってもよく、他のものは可撓性であってもよい。懸架構造は、所望の振動に適応するために必要な可撓性を提供する少なくとも１つの可撓性懸架装置を含む。

懸架構造は、試験質量のための構造的支持を提供する。下記により詳細に説明するように、第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量は、当該懸架構造を介して互いに結合されてもよい（ただし、必ずしもそうである必要はない）。言い換えれば、中央結合構造および周縁結合構造は、同じ軸上に位置合わせされた２つの試験質量の懸架構造の間に延在することができる。あるいは、中央結合構造および周縁結合構造は、同じ軸上に位置合わせされた２つの試験質量の間に延在してもよく、懸架構造は、結合構造と試験質量との間に存在しない別個の構造であってもよい。

中央および周縁逆相結合構造は、上述した方法で試験質量の横方向および交差方向の振動運動の両方を同期させる。本開示全体を通して、「同期させる（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅ）」という用語、および「構造Ａが振動モードＸを同期させる」などの語句は、以下の意味を有する。構造Ａは、好ましくは所望のモードＸにおいて振動すべきであるが、好ましくは望ましくないモードＹにおいては振動すべきでない、相互接続された質量要素のシステムにおいて機械的接続を構成する。構造Ａは、剛性と柔軟性との有益な組み合わせを呈し、結果、構造Ａの存在はシステムにおけるモードＸの共振周波数Ｆ_ＸとモードＹの共振周波数Ｆ_Ｙとの間の関係を改善する。

構造Ａの存在は、例えば、比Ｆ_Ｙ／Ｆ_Ｘおよび／または差Ｆ_Ｙ－Ｆ_Ｘを増加させることができる。この改善が測定される基準状態は、場合によっては、構造Ａのない質量要素の同じシステムである場合がある。当該事例において、構造Ａは同期にのみ必要である。他の場合、構造Ａが質量要素の重量を支えるためにも必要であるとき、同期改善が測定される基準状態は、Ａが、構造的な支持のみを提供する代替の構造Ｂに置き換えられた質量要素から成る同じシステムであってもよい。

一般に、すべての懸架、同期および結合構成は、支持、ならびに、特定の方向の柔軟性および他の方向の剛性のために最適化されている。当該３つの変数は互いに競合する可能性があるため、当該変数の最適化は、適切な妥協案を見つけるべきであることを意味することが多い。ジャイロスコープのすべての要素が当該妥協に影響を与える可能性がある。

図１ａは、本開示に記載のジャイロスコープにおける所望の振動モードである第１の振動モードを黒色実線矢印で概略的に示す。図１ａは、第１の横軸（１０１）および第２の横軸（１０２）、第１の交差軸（１０３）および第２の交差軸（１０４）、ならびに第１の試験質量（１１１）、第２の試験質量（１１２）、第３の試験質量（１１３）および第４の試験質量（１１４）を示している。図１ａはまた、第１の中央ｘ軸逆相結合構造１２１、第２の中央ｘ軸逆相結合構造１２２、第１の中央ｙ軸逆相結合構造１２３、第２の中央ｙ軸逆相結合構造１２４、第１の周縁ｙ軸逆相結合構造１３１、第２の周縁ｙ軸逆相結合構造１３２、第１の周縁ｘ軸逆相結合構造１３３、および第２の周縁ｘ軸逆相結合構造１３４を概略的に示す。

中央および周縁ｘ軸逆相結合構造１２１～１２２および１３３～１３４は、質量１１３および１１４が第２の横軸１０２上で互いから離れるように同時に動くときに、質量１１１および１１２が第１の横軸１０１上で互いに向かって動く第１の振動モードを促進する。振動周期の反対の半部では、質量１１１および１１２は互いから離れるように動き、一方で、質量１１３および１１４は互いに向かって動く。

図１ｂ、図１ｃおよび図１ｄは、同相振動が発生する３つの望ましくない振動モードを模様付き矢印で示している。周縁ｘ軸逆相結合構造１３３～１３４は、試験質量対１１１＋１１２および１１３＋１１４の両方が同時に互いに向かって振動する、図１ｂに示されている同相振動に抵抗する。中央ｘ軸逆相結合構造１２１～１２２は、角加速度によって誘発され得る、図１ｃに示される同相振動に抵抗する。試験質量１１１および１１２は、一方の横方向に同時に動き、一方で１１３および１１４は、他方の横方向に同時に動く。そして最後に、中央結合構造１２１～１２２および周縁結合構造１３３～１３４の両方が、４つの試験質量１１１～１１４のすべてが同じ方向に動く図１ｄの線形加速によって誘発される同相振動に抵抗する。

図２ａは、所望の振動モードである第２の振動モードを実線矢印で概略的に示す。参照符号２０１～２０４、２１１～２１４、２２１～２２４および２３１～２３４は、それぞれ図１ａ～図１ｃの参照符号１０１～１０４、１１１～１１４、１２１～１２４および１３１～１３４に対応する。

中央および周縁ｙ軸逆相結合構造２２３～２２４および２３１～２３２は、質量２１２および２１４が第２の交差軸２０４上で互いに向かって同時に動くときに、質量２１１および２１３が第１の交差軸２０３上で互いから離れるように動く第２の振動モードを促進する。振動周期の反対の半部では、質量２１１および２１３は互いに向かって動き、一方で、質量２１２および２１４は互いから離れるように動く。

図２ｂ、図２ｃおよび図２ｄは、同相振動を伴う３つの望ましくない振動モードを示す。周縁ｙ軸逆相結合構造２３１～２３２は、試験質量対２１１＋２１３および２１２＋２１４の両方が同時に互いに向かって振動する、図２ｂに示されている同相振動に抵抗する。中央ｙ軸逆相結合構造２２３～２２４は、角加速度によって誘発され得る、図２ｃに示される同相振動に抵抗する。試験質量２１１および２１３は、一方の交差方向に同時に動き、一方で２１２および２１４は、他方の交差方向に同時に動く。そして最後に、中央結合構造２２３～２２４および周縁結合構造２３１～２３２の両方が、４つの試験質量２１１～２１４のすべてが同じ方向に動く図２ｄの線形加速によって誘発される同相振動に抵抗する。

中央ｘ軸逆相結合構造（１２１、１２２、２２１、２２２）および周縁ｘ軸逆相結合構造（１３３、１３４、２３３、２３４）が、交差方向に可撓性であり、横方向に剛性であるｘ軸結合要素を用いて対応する試験質量（１１１～１１４、２１１～２１４）に結合されると、各ｘ軸結合要素は横方向にのみ力を伝達し、方向に作用する力を散逸させる。対応して、中央ｙ軸逆相結合構造（１２３、１２４、２２３、２２４）および周縁ｙ軸逆相結合構造（１３１、１３２、２３１、２３２）が、横方向に可撓性であり、交差方向に剛性であるｙ軸結合要素を用いて対応する試験質量（１１１～１１４、２１１～２１４）に結合されると、各ｙ軸結合要素は交差方向にのみ力を伝達し、横方向に作用する力を散逸させる。

本開示に記載されているすべての中央および周縁ｘ軸逆相結合構造の技術的目的は、図１ｂ～図１ｃに示されているような望ましくない振動モードの共振周波数を増加させることである。同様に、本開示に記載されているすべての中央および周縁ｙ軸逆相結合構造は、図２ｂ～図２ｃに示されているような望ましくない振動モードの共振周波数を増加させる。

本開示に記載されている結合構成の利点は、依然として各試験質量において互いに独立したままでありながら、第１の振動モードおよび第２の振動モードを効果的に同期させることができることである。試験質量（１１１～１１４、２１１～２１４）間の中心および周縁ｘ軸結合は、図１ａに示される第１の振動モードを促進し、図１ｂ～図１ｃに示される望ましくない振動モードに抵抗する。試験質量（１１１～１１４、２１１～２１４）間のｙ軸結合は、図２ａに示される第２の振動モードを促進し、図２ｂおよび図２ｃに示される望ましくない振動モードに抵抗する。したがって、試験質量システムは、外部振動によって容易に妨害されないロバストな第１の振動モードおよび第２の振動モードを取得し、第１の振動モードにおける各試験質量の振動は、第２の振動モードにおける各試験質量の振動とは無関係に発生する。

第１の振動モードおよび第２の振動モードは、中央長尺バーを有する面内シーソーを備える中央ｘ軸逆相構造および中央ｙ軸逆相構造を用いて特に効果的に互いから独立して行うことができ、中央長尺バーは、中央長尺バーがデバイス平面に垂直な軸を中心にデバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの中央シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの中央アンカー点から懸架されている。これは、横／交差方向の試験質量の動きを同期させる各中央長尺バーを、同じ（横／交差）方向に剛性であるが、直交する（交差／横）方向に可撓性である結合要素に容易に接合することができるためである。シーソー構造は、主に所望の逆相運動に対する質量負荷効果を有し、逆相運動共振周波数を低下させる。同相運動はシーソーの変形を必要とし、以て同相共振周波数を上昇させる。当該複合効果は、逆相共振周波数と同相共振周波数とを分離し、所望の逆相運動は最も低い共振周波数を有する。

ジャイロスコープは、駆動トランスデューサが、試験質量１１１～１１４／２１１～２１４を作動させて図１ａに示す第１の振動モードに対応する一次振動モードにする振幅変調ジャイロスコープとして動作することができる。一次振動は、可能な限り一定に保たれる所定の振幅を有する。ジャイロスコープが角回転を受けると、コリオリの力が試験質量を、図２ａに示す第２の振動モードに対応する二次振動モードにおいても振動するように設定する。二次振動の振幅は、一次振動の角回転速度および振幅に比例する。当該振幅は、試験質量の交差方向変位に比例するセンス信号を生成するように構成されたセンストランスデューサを用いて測定することができる。外部振動によって生成される外乱は、反対方向に動く試験質量から測定されるセンス信号が互いに減算される差分読み出しによって効果的に相殺することができる。

あるいは、ジャイロスコープは、駆動トランスデューサが試験質量１１１～１１４／２１１～２１４を同時に作動させて第１の振動モードおよび第２の振動モードの両方にする周波数変調ジャイロスコープとして動作してもよい。振動振幅は、第１の振動モードおよび第２の振動モードにおいて実質的に同じであってもよく、結果、駆動トランスデューサは、各試験質量を実質的に円形の運動に作動させる。当該運動は、各々が振動周期における位相を示している図３ａ～図３ｄに示されている。各試験質量の質量中心は点で示されており、当該点の配置は、各試験質量の円運動を他の試験質量の円運動とどのように同期させることができるかを示している。

円運動の方向および振動および振動周波数は、各試験質量について同じである。ジャイロスコープが角回転を受けると、コリオリの力は円運動の振動周波数を減少または増加させる。

第１の振動モードおよび第２の振動モードがわずかに異なる共振周波数を有する場合、ジャイロスコープをリサジューモードパターンで動作させることも可能である。

同期４質量設計の主な利点は、加速効果に対する非感受性である。当該ロバスト性は、２つの手段によって達成される。すなわち、第１に、加速が、結合構造によって機械的に抑制される同相質量運動をもたらす。第２に、質量変位が、４つの質量から差動的に測定される。センストランスデューサは、差動検知において同相運動が相殺される間に逆相運動を合成するように構成される。

ジャイロスコープが振幅変調ジャイロスコープとして動作する場合、第１の振動モードと第２の振動モードとが独立しているということは、高振幅駆動振動が低振幅センス振動モードにおいて誤った測定信号を引き起こさないことを意味する。ジャイロスコープが周波数変調ジャイロスコープとして動作する場合、第１の振動モードと第２の振動モードとが独立しているということは、試験質量が、信頼できる周波数測定に特に適した円形またはリサジューパターンで確実に駆動され得ることを意味する。

図４ａは、ジャイロスコープを示し、参照符号４０１～４０４、４１１～４１４、４２１～４２４および４３１～４３４がそれぞれ図１ａ～図１ｃの参照符号１０１～１０４、１１１～１１４、１２１～１２４および１３１～１３４に対応する。図４ａはまた、第１の試験質量４１１に隣接する第１のアンカー点のセット４９１～４９４、および他の３つの試験質量の各々に隣接する対応するアンカー点のセットを示す。図４ａはまた、ｘ軸結合要素４４１～４４８およびｙ軸結合要素４５１～４５８を示す。

図示されているジャイロスコープにおいて、第１のアンカー点のセットは、第１の試験質量の周りに対称に配置された４つの第１のアンカー点からなり、第２のアンカー点のセットは、第２の試験質量の周りに対称に配置された４つの第２のアンカー点からなり、第３のアンカー点のセットは、第３の試験質量の周りに対称に配置された４つの第３のアンカー点からなり、第４のアンカー点のセットは、第４の試験質量の周りに対称に配置された４つの第４のアンカー点からなる。

対応する第１のアンカー点のセット、第２のアンカー点のセット、第３のアンカー点のセット、および第４のアンカー点のセットから第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量を懸架する１つまたは複数の懸架構造の各々は、対応する試験質量の横方向に対向する両側に２つのｘ軸懸架構造を含む。各ｘ軸懸架構造は、上記ｘ軸結合要素のうちの１つと、横方向に可撓性であるｘ軸懸架ばねとを備える。対応する第１のアンカー点のセット、第２のアンカー点のセット、第３のアンカー点のセット、および第４のアンカー点のセットから第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量を懸架する１つまたは複数の懸架構造の各々はまた、試験質量の交差方向に対向する両側に２つのｙ軸懸架構造も含む。各ｙ軸懸架構造は、上記ｙ軸結合要素のうちの１つと、交差方向に可撓性であるｙ軸懸架ばねとを備える。

言い換えれば、図４では、ｘ軸およびｙ軸結合要素は、対応するアンカー点のセットから試験質量を懸架し、試験質量の重量を支持する懸架構造の一部を形成する。中央および周縁逆相結合構造は、当該例では、懸架構造の一部を形成する横方向および交差方向延長要素（４８１～４８４）に接続されている。

図４ａの対応するアンカー点のセット（４９１～４９４）から第１の試験質量４１１を懸架する１つまたは複数の懸架構造は、２つのｘ軸懸架構造および２つのｙ軸懸架構造を含む。ｘ軸懸架構造は、横方向に可撓性であるが交差方向に剛性であるｘ軸懸架ばね（４６１、４６２）を備える。図４ａでは、当該ｘ軸懸架ばね（４６１、４６２）は、対応する試験質量（４１１）の横方向に対向する両側に位置するが、これはすべての実施形態において必要な特徴ではない。各ｘ軸懸架ばねは、対応するアンカー点（４９１、４９２）から対応する横方向延長要素（４８１、４８２）まで延在する。ｘ軸主ばね（４６１、４６２）が接続される２つのアンカー点（４９１、４９２）は、必ずしもそうである必要はないが、対応する試験質量（４１１）の横方向に対向する両側に位置することができる。同様に、ｘ軸主ばねが接続される横方向延長要素（４８１、４８２）は、必ずしもそうである必要はないが、対応する試験質量の横方向に対向する両側に位置することができる。横方向延長要素は、横方向および交差方向の両方において剛性であることができる。

試験質量４１１を懸架するｙ軸懸架構造は、交差方向には可撓性であるが、横方向には剛性であるｙ軸懸架ばね（４７１、４７２）を備える。当該ｙ軸懸架ばね（４７１、４７２）は、対応する試験質量（４１１）の交差方向に対向する両側に位置するが、これはすべての実施形態において必要な特徴ではない。各ｙ軸懸架ばねは、対応するアンカー点（４９３、４９４）から対応する交差方向延長要素（４８３、４８４）まで延在する。ｙ軸主ばね（４７１、４７２）が接続される２つのアンカー点（４９３、４９４）は、必ずしもそうである必要はないが、対応する試験質量（４１１）の交差方向に対向する両側に位置することができる。同様に、ｙ軸主ばねが接続される交差方向延長要素（４８３、４８４）は、必ずしもそうである必要はないが、対応する試験質量（４１１）の交差方向に対向する両側に位置することができる。交差方向延長要素は、横方向および交差方向の両方において剛性であることができる。ｘ軸およびｙ軸懸架構造に関する上記の考慮事項は、図４ａに示すすべての試験質量４１１～４１４に適用される。

各ｘ軸懸架構造が横方向に可撓性であるが交差方向に剛性であり、各ｙ軸懸架構造が交差方向に可撓性であるが横方向に剛性である、図４ａに示す懸架構造の技術的利点は、図１ａに示す第１の振動モードが、懸架構造を介して図２ａに示す第２の振動モードにも結合されないことである。したがって、試験質量は、第１の振動モードが第２の振動モードから独立したままであることを可能にするようにアンカー点から懸架される。前述のように、これは、振幅変調ジャイロスコープにおけるセンス振動モードおよび周波数変調ジャイロスコープにおける円形またはリサジュー駆動振動の正確な測定を容易にする。

図４ａにおいて、各中央ｘ軸逆相構造（４２１、４２２）および各中央ｙ軸逆相構造（４２３、４２４）は、中央長尺バーを有する面内シーソーを備え、中央長尺バーは、中央長尺バーがデバイス平面に垂直な軸を中心にデバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの中央シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの中央アンカー点から懸架されている。各周縁ｘ軸逆相構造（４３３、４３４）および各周縁ｙ軸逆相構造（４３１、４３２）もまた、周縁長尺バーを有する面内シーソーを備え、周縁長尺バーは、周縁長尺バーがデバイス平面に垂直な軸を中心にデバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの周縁シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの周縁アンカー点から懸架されている。しかしながら、面内シーソーではない代替的な周縁逆相構造も使用することができる。

図４ａは、各周縁シーソー懸架装置－周縁アンカー点対を参照符号４９９によって示す。周縁アンカー点から懸架されている周縁長尺バーは、符号４３１１、４３２１、４３３１、および４３４１によって示されている。図４ａはまた、各中央シーソー懸架装置－中央アンカー点対を参照符号４９８によって示す。中央アンカー点から懸架されている中央長尺バーは、符号４２１１、４２２１、４２３１、および４２４１によって示されている。各周縁および中央シーソー懸架装置は、懸架されたバーが下記の図４ｂおよび図４ｃに示すようにデバイス平面内で回転することを可能にする任意の種類のばねシステムであってもよい。

すべての部品が図４ａで符号を付された部品に対応する図４ｂは、第１の振動モードにおける中央および周縁ｘ軸逆相構造の同期作用を示す。また、図４ｂは、うちいくつかが図４ａにおいて参照符号４５１～４５８を用いてマークされているｙ軸結合要素が、第１の振動モードにおいて試験質量の運動を柔軟に吸収し、結果、第１の振動モードでは運動エネルギーがほとんど交差方向延長要素（４８３、４８４など）に伝達されず、ｙ軸懸架構造およびｙ軸逆相構造に向かって伝達される様子も示されている。ｙ軸結合要素は、当該事例において、交差方向延長要素（４８３、４８４）から対応する試験質量（４１１）内の突出部の両側へと延伸するばねである。交差方向延長要素（４８３、４８４）は、この両側取り付けを容易にするように寸法決めされている。しかしながら、ｙ軸結合要素は、逆相結合構造と試験質量との間に可撓性および剛性の前述の組み合わせを生成する任意の種類のばね構成であってもよい。上記の考慮事項は、４４１～４４８などのｘ軸結合要素および横方向延長要素（４８１、４８２）にも適用される。

ここでも、すべての図示されている部品が図４ａで符号を付された部品に対応する図４ｃは、第２の振動モードにおける中央および周縁ｙ軸逆相構造の同期作用を示す。また、図４ｃは、うちいくつかが図４ｂにおいて参照符号４４１～４４８を用いてマークされているｘ軸結合要素が、第２の振動モードにおいて試験質量の運動を柔軟に吸収し、結果、第２の振動モードでは運動エネルギーがほとんど横方向延長要素（４８１、４８２など）に伝達されず、ｘ軸懸架構造およびｘ軸逆相構造に向かって伝達される様子も示されている。

図５は、圧電トランスデューサを用いて駆動することができるジャイロスコープを示す。参照符号５０１～５０４、５１１、５２１１～５２４１、５３１１～５３４１、５４１～５４２、５５１～５５２、５６１～５６２、５７１～５７２、５８１～５８４、５９１～５９４および５９８～５９９は、参照符号４０１～４０４、４１１、４２１１～４２４１、４３１１～４３４１、４４１～４４２、４５１～４５２、４６１～４６２、４７１～４７２、４８１～４８４、４９１～４９４および４９８～４９９に対応する。

ｘ軸懸架ばね５６１～５６２は、試験質量の横方向に対向する両側に沿って対応する第１のアンカー点５９１～５９２から交差方向に延在する。他方、ｙ軸懸架ばね５７１～５７２は、試験質量の交差方向に対向する両側に沿って対応する第１のアンカー点５９３～５９４から横方向に延在する。図５では、第１のアンカー点５９１～５９２は、当該事例において、第１の横軸５０１上に位置合わせされていなくてもよく、第１のアンカー点５９３～５９４は、第１の交差軸５０３上に位置合わせされていなくてもよいことが分かる。試験質量の各側に１つまたは複数の平行なｘ軸／ｙ軸懸架ばねがあってもよい。図５は、各側に２つのｘ軸／ｙ軸懸架ばねを有するデバイスを示す。

圧電トランスデューサは、ｘ軸懸架ばね５６１～５６２およびｙ軸懸架ばね５７１～５７２上に構築することができる。当該トランスデューサは、上記懸架ばねをデバイス平面内で曲げて横方向および交差方向の駆動力を発生させるために使用することができ、または、試験質量５１１の横方向および交差方向の動きを測定するために使用することができる。

１つまたは複数の懸架構造の各々は、ｘ軸懸架ばね上の少なくとも１つの圧電トランスデューサと、ｙ軸懸架ばね上の少なくとも１つの圧電トランスデューサとを備えることができる。

横方向延長要素５８１～５８２は、当該事例において、試験質量の交差方向に対向する両側に沿って横方向に延在する剛性バーである。横方向延長要素は、ｘ軸懸架ばね５６１～５６２と試験質量５１１との間で横方向の力を伝達する。同様に、交差方向延長要素５８３～５８４は、試験質量の横方向に対向する両側に沿って交差方向に延在する剛性バーである。交差方向延長要素は、ｙ軸懸架ばね５７１～５７２と試験質量５１１との間で交差方向の力を伝達する。

ｘ軸懸架ばね（５６１～５６２）およびｙ軸懸架ばね（５７１～５７２）は、図５に短く細いバーとして示されている屈曲部を有する対応する横方向／交差方向懸架ばね（５８１～５８４）に取り付けることができる。当該屈曲部が取り付け点において提供する可撓性は、ｘ軸およびｙ軸懸架ばねが、ばねの実質的に全長に沿って均一な湾曲を有する片持ち梁ばねとして曲がることを可能にする。ｘ軸懸架ばねおよびｙ軸懸架ばねは、両端において固定アタッチメントを用いてクランプされる場合、Ｓ字形状に曲がる。

各横方向延長要素（５８１～５８２）は、１つまたは複数のｘ軸結合要素（５４１～５４２）によって試験質量に取り付けることができる。各交差方向延長要素（５８３～５８４）は、１つまたは複数のｙ軸結合要素（５５１～５５２）によって試験質量に取り付けることができる。ｘ軸結合要素は、例えば、交差方向に可撓性であるように構成されたボックスばねであってもよく、ｙ軸結合要素は、横方向に可撓性であるように構成されたボックスばねであってもよい。

各周縁長尺バー（５３１１、３２１、５３３１、５３４１）は、試験質量を囲む横方向／交差方向延長要素（５８１～５８４）を介して対応する試験質量に結合することができる。同様に、各中央長尺バー（５２１１、２２１、５２３１、５２４１）は、横方向／交差方向延長要素（５８１～５８４）を介して対応する試験質量に結合することができる。

図６は、容量性力トランスデューサを用いてジャイロスコープをどのように駆動することができるかを示す。図示されたデバイス部品は、図４ａに示されたデバイス部品に対応する。図６に示す追加のデバイス部品は、ステータフィンガ電極（６１２など）のセットと互いに噛み合うロータフィンガ電極（６１１など）のセットを備える力トランスデューサを含む。ロータフィンガ電極６１１の各セットは、交差方向延長要素６８３などの可動デバイス部品に取り付けられる。ステータフィンガ電極６１２の各セットは、隣接する固定構造に取り付けられている。力トランスデューサ６１１＋６１２、および交差方向延長要素に取り付けられた他の力トランスデューサは、交差方向の試験質量運動を作動させることができ、および／または交差方向の隣接する試験質量の運動を測定することができる。横方向延長要素に取り付けられた力トランスデューサは、横方向の試験質量運動を作動させることができ、および／または横方向の隣接する試験質量の運動を測定することができる。

図４ａおよび図５のように、図６の第１のアンカー点のセットは、第１の試験質量の周りに対称に配置された４つの第１のアンカー点からなり、第２のアンカー点のセットは、第２の試験質量の周りに対称に配置された４つの第２のアンカー点からなり、第３のアンカー点のセットは、第３の試験質量の周りに対称に配置された４つの第３のアンカー点からなり、第４のアンカー点のセットは、第４の試験質量の周りに対称に配置された４つの第４のアンカー点からなる。

対応する第１のアンカー点のセット、第２のアンカー点のセット、第３のアンカー点のセット、および第４のアンカー点のセットから第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量を懸架する、図６の１つまたは複数の懸架構造の各々は、対応する試験質量の横方向に対向する両側に２つのｘ軸懸架構造を含む。各ｘ軸懸架構造は、上記ｘ軸結合要素（４４１、４４２）のうちの１つと、横方向に可撓性であるｘ軸懸架ばね（４６１、４６２）とを備える。対応する第１のアンカー点のセット、第２のアンカー点のセット、第３のアンカー点のセット、および第４のアンカー点のセットから第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量を懸架する１つまたは複数の懸架構造の各々はまた、対応する試験質量の交差方向に対向する両側に２つのｙ軸懸架構造も含む。各ｙ軸懸架構造は、上記ｙ軸結合要素（４５１、４５２）のうちの１つと、交差方向に可撓性であるｙ軸懸架ばね（４７１、４７２）とを備える。

容量性力トランスデューサは、上述したように、横方向および交差方向延長要素に結合することができる。

図７は、ジャイロスコープを示し、参照符号７１１、７２１、７２３、７３１および７３３がそれぞれ図４ａの参照符号４１１、４２１１、４２３１、４３１１および４３３１に対応する。

図７に示されているジャイロスコープでは、第１のアンカー点のセットは第１の試験質量の中央開口部内にあり、第２のアンカー点のセットは第２の試験質量の中央開口部内にあり、第３のアンカー点のセットは第３の試験質量の中央開口部内にあり、第４のアンカー点のセットは第４の試験質量の中央開口部内にある。

対応する第１のアンカー点のセット、第２のアンカー点のセット、第３のアンカー点のセット、および第４のアンカー点のセットから第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量を懸架する１つまたは複数の懸架構造の各々は、対応するアンカー点のセットの横方向に対向する両側に２つのｘ軸懸架構造を含む。各ｘ軸懸架構造は、横方向に可撓性であるｘ軸懸架ばねを備える。対応する第１のアンカー点のセット、第２のアンカー点のセット、第３のアンカー点のセット、および第４のアンカー点のセットから第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量を懸架する１つまたは複数の懸架構造の各々はまた、対応するアンカー点のセットの交差方向に対向する両側に２つのｙ軸懸架構造も含む。各ｙ軸懸架構造は、交差方向に可撓性であるｙ軸懸架ばねを備える。

各ｘ軸懸架構造は、対応するアンカー点から対応するｘ軸懸架ばねまで延在する１つまたは複数の横方向バーをさらに備える。各ｙ軸懸架構造は、対応するアンカー点から対応するｙ軸懸架ばねまで延在する１つまたは複数の交差方向バーをさらに備える。１つまたは複数の懸架構造の各々は、横方向バー上の少なくとも１つの圧電トランスデューサと、交差方向バー上の少なくとも１つの圧電トランスデューサとを備える。

図７では、第１のアンカー点のセットは、第１の試験質量７１１の開口部の中心に位置する１つの第１のアンカー点７９９を含む。第１の試験質量７１１が懸架される懸架構造は、横方向バーの第１のセット７８１と、第１の横方向に可撓性のｘ軸懸架ばね７６１とを含む第１のｘ軸懸架構造を含む。横方向バーの第１のセット７８１は、第１のアンカー点７９９から第１のｘ軸懸架ばね７６１まで第１の横方向に延在する。第１のｘ軸懸架ばね７６１は、横方向バーの第１のセット７８１から試験質量７１１まで延在する。横方向バーの第１のセット７８１は、交差方向に可撓性の屈曲部７８５を用いて第１のｘ軸懸架ばね７６１に取り付けることができる。当該屈曲部が取り付け点において提供する可撓性は、横方向バー７８１が、ばねの実質的に全長に沿って均一な湾曲を有する片持ち梁ばねとして曲がることを可能にする。横方向バーは、両端において固定アタッチメントを用いてクランプされる場合、Ｓ字形状に曲がる。

第１の試験質量７１１が懸架される懸架構造はまた、横方向バーの第２のセット７８２と、第２の横方向に可撓性のｘ軸懸架ばね７６２とを含む第２のｘ軸懸架構造をも含む。横方向バーの第２のセット７８２は、第１のアンカー点７９９から第２のｘ軸懸架ばね７６２まで第１の横方向と反対の第２の横方向に延在する。第２のｘ軸懸架ばね７６２は、横方向バーの第２のセット７８２から試験質量７１１まで延在する。横方向バーの第２のセット７８２はまた、上述の機能を果たす交差方向に可撓性の屈曲部７８５を用いて第２のｘ軸懸架ばね７６２に取り付けられてもよい。

第１の試験質量７１１が懸架される懸架構造はまた、交差方向バーの第１のセット７９１および第１の交差方向に可撓性のｙ軸懸架ばね７７１を含む第１のｙ軸懸架構造と、交差方向バーの第２のセット７９２および第２の交差方向に可撓性のｙ軸懸架ばね７７２を含む第２のｙ軸懸架構造とを含む。交差方向バーの第１のセット７９１は、第１のアンカー点７９９から第１のｙ軸懸架ばね７７１まで第１の交差方向に延在し、交差方向バーの第２のセット７９２は、第１のアンカー点７９９から第２のｙ軸懸架ばね７７２まで第１の交差方向とは反対の第２の交差方向に延在する。

第１のｙ軸懸架ばね７７１は、交差方向バーの第１のセット７９１から試験質量７１１まで延在し、第２のｙ軸懸架ばね７７２は、交差方向バーの第２のセット７９２から試験質量７１１まで延在する。交差方向バーの当該セット７９１～７９２の各々は、横方向に可撓性の屈曲部７８６を用いて、対応するｙ軸懸架ばね７７１～７７２に取り付けることができる。前述のように、当該屈曲部が取り付け点においてもたらす可撓性は、交差方向バー７９１～７９２が片持ち梁ばねとして曲がることを可能にする。

あるいは、第１のアンカー点のセットは、複数の第１のアンカー点を含んでもよい。各横方向バー７８１～７８２および交差方向バー７９１～７９２は、それ自体の第１のアンカー点を有することができる。第１の横方向バー７８１の数は、例えば、１つであってもよく、２つであってもよく、または２つより多くてもよい。第２の横方向バー７８２の数は、同様に、１つであってもよく、２つであってもよく、または２つより多くてもよい。第１の交差方向バー７９１の数は、例えば、１つであってもよく、２つであってもよく、または２つより多くてもよく、第２の横方向バー７９２の数は、同様に、１つ、２つ、または２つより多くてもよい。

圧電トランスデューサは、横方向バー７８１～７８２および交差方向バー７９１～７９２上に構築することができる。横方向バー７８１～７８２は、交差方向の可撓性を有するように寸法決めされており、横方向バー上のトランスデューサによって生成される力は、横方向バーを曲げることができ、試験質量の動きによって生成される曲げを、バー上のトランスデューサによって測定することができる。対応して、交差方向バー７９１～７９２は、横方向の可撓性を有するように寸法決めされる。言い換えれば、トランスデューサは、上記懸架ばねをデバイス平面内で曲げて横方向および交差方向の駆動力を発生させるために使用することができ、または、試験質量７１１の横方向および交差方向の動きを測定するために使用することができる。

周縁ｘ軸逆相構造７３３および中央ｘ軸逆相構造７２１は、それぞれｘ軸結合要素７４１および７４２を介して試験質量７１１に直接結合される。当該ｘ軸結合要素は、それぞれの逆相構造から試験質量７１１まで延在する。ｘ軸結合要素７４１および７４２は、当該事例において、横方向に配向された長尺バーであってもよい。ｘ軸結合要素の（横方向の）長さ／（交差方向の）幅のアスペクト比は、長尺バーに交差方向の可撓性を与えるのに十分な大きさである。他方、ｘ軸結合要素７４１および７４２は、中央ｘ軸逆相構造７２１および周縁ｘ軸逆相構造７３３の横方向のプッシュ／プル運動を試験質量７１１に堅固に伝達する。

対応して、周縁ｙ軸逆相構造７３１および中央ｙ軸逆相構造７３１は、それぞれｙ軸結合要素７５１および７５２を介して試験質量７１１に直接結合される。当該ｙ軸結合要素は、それぞれの逆相構造から試験質量７１１まで延在する。ｙ軸結合要素７５１および７５２は、交差方向に配向された長尺バーであってもよい。ｙ軸結合要素の（交差方向の）長さ／（横方向の）幅のアスペクト比は、長尺バーに横方向の可撓性を与えるのに十分な大きさである。他方、ｙ軸結合要素７５１および７５２は、中央ｙ軸逆相構造７２３および周縁ｙ軸逆相構造７３１の交差方向のプッシュ／プル運動を試験質量７１１に堅固に伝達する。

各中央ｘ軸逆相構造（７２１）および各中央ｙ軸逆相構造（７２３）は、中央長尺バーを有する面内シーソーを備え、中央長尺バーは、中央長尺バーがデバイス平面に垂直な軸を中心にデバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの中央シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの中央アンカー点から懸架されている。各周縁ｘ軸逆相構造（７３３）および各周縁ｙ軸逆相構造（７３１）もまた、周縁長尺バーを有する面内シーソーを備え、周縁長尺バーは、周縁長尺バーがデバイス平面に垂直な軸を中心にデバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの周縁シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの周縁アンカー点から懸架されている。しかしながら、面内シーソーではない代替的な周縁逆相構造も使用することができる。

第１の試験質量７１１の懸架、ならびに中央および周縁逆相構造と試験質量７１１との間の結合に関する上記考慮事項はすべて、図７に見られるように、他の試験質量７１２～７１４の懸架／結合にも当てはまる。各ｘ軸およびｙ軸懸架構造における交差方向および横方向の可撓性の組み合わせは、各試験質量が第２の振動モードにおける試験質量の振動とは無関係に第１の振動モードで振動することを可能にし、逆もまた同様である。ｘ軸結合要素７４１および７４２の交差方向の可撓性ならびにｙ軸結合要素７５１および７５２の横方向の可撓性は、両方のモードが振動する４質量システムにわたって同期している場合でも、各試験質量の第１の振動モードが当該試験質量の第２の振動モードから独立したままであることを保証する。

Claims (5)

1. 第１の横軸および第２の横軸が第１の交差軸および第２の交差軸と直交して交差するデバイス平面を備えるジャイロスコープであって、前記ジャイロスコープは第１の試験質量、第２の試験質量、第３の試験質量および第４の試験質量も備え、前記第１の試験質量および前記第２の試験質量は前記第１の横軸上に位置合わせされ、前記第３の試験質量および前記第４の試験質量は前記第２の横軸上に位置合わせされ、前記第１の試験質量および前記第３の試験質量は前記第１の交差軸上に位置合わせされ、前記第２の試験質量および前記第４の試験質量は前記第２の交差軸上に位置合わせされ、
   前記第１の試験質量および前記第２の試験質量は、第１の中央ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、前記第１の中央ｘ軸逆相結合構造は、前記第１の試験質量および前記第２の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、前記第１の試験質量および前記第２の試験質量の同じ交差方向における同時運動には剛性に抵抗し、
   前記第３の試験質量および前記第４の試験質量は、第２の中央ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、前記第２の中央ｘ軸逆相結合構造は、前記第３の試験質量および前記第４の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、前記第３の試験質量および前記第４の試験質量の同じ横方向における同時運動には剛性に抵抗し、
   前記第１の試験質量および前記第３の試験質量は、第１の中央ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、前記第１の中央ｙ軸逆相結合構造は、前記第１の試験質量および前記第３の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、前記第１の試験質量および前記第３の試験質量の同じ交差方向における同時運動には剛性に抵抗し、
   前記第２の試験質量および前記第４の試験質量は、第２の中央ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、前記第２の中央ｙ軸逆相結合構造は、前記第２の試験質量および前記第４の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、前記第２の試験質量および前記第４の試験質量の同じ交差方向における同時運動には剛性に抵抗し、
   前記第１の試験質量および前記第２の試験質量は、第１の周縁ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、前記第１の周縁ｙ軸逆相結合構造は、前記第１の試験質量および前記第２の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、前記第１の試験質量および前記第２の試験質量の同じ交差方向における同時運動には堅固に抵抗し、
   第３の試験質量および第４の試験質量は、第２の周縁ｙ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第２の周縁ｙ軸逆相結合構造は、第３の試験質量および第４の試験質量の反対の交差方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第３の試験質量および第４の試験質量の同じ交差方向における同時運動には堅固に抵抗し、
   第１の試験質量および第３の試験質量は、第１の周縁ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、第１の周縁ｘ軸逆相結合構造は、第１の試験質量および第３の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、第１の試験質量および第３の試験質量の同じ横方向における同時運動には堅固に抵抗し、
   前記第２の試験質量および前記第４の試験質量は、第２の周縁ｘ軸逆相結合構造を用いて互いに結合され、前記第２の周縁ｘ軸逆相結合構造は、前記第２の試験質量および前記第４の試験質量の反対の横方向における同時運動を柔軟に可能にするが、前記第２の試験質量および前記第４の試験質量の同じ横方向における同時運動には剛性に抵抗し、
   前記ジャイロスコープは、前記第１の試験質量に隣接する第１のアンカー点のセットと、前記第２の試験質量に隣接する第２のアンカー点のセットと、前記第３の試験質量に隣接する第３のアンカー点のセットと、前記第４の試験質量に隣接する第４のアンカー点のセットとをさらに備え、前記第１の試験質量、前記第２の試験質量、前記第３の試験質量および前記第４の試験質量の各々は、１つまたは複数の懸架構造によって前記第１のアンカー点、前記第２のアンカー点、前記第３のアンカー点および前記第４のアンカー点の対応するセットから懸架されており、
   各中央ｘ軸逆相結合構造および周縁ｘ軸逆相結合構造は、交差方向に可撓性であり、横方向に剛性であるｘ軸結合要素を用いて対応する前記試験質量に結合され、各中央ｙ軸逆相結合構造および周縁ｙ軸逆相結合構造は、横方向に可撓性であり、交差方向に剛性であるｙ軸結合要素を用いて対応する前記試験質量に結合されること、および
   各中央ｘ軸逆相構造および各中央ｙ軸逆相構造は、中央長尺バーを有する面内シーソーを備え、前記中央長尺バーは、前記中央長尺バーが前記デバイス平面に垂直な軸を中心に前記デバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの中央シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの中央アンカー点から懸架されていることを特徴とする、ジャイロスコープ。
2. 各周縁ｘ軸逆相構造および各周縁ｙ軸逆相構造は、周縁長尺バーを有する面内シーソーを備え、前記周縁長尺バーは、前記周縁長尺バーが前記デバイス平面に垂直な軸を中心に前記デバイス平面内で回転することを可能にする少なくとも１つの周縁シーソー懸架装置を用いて少なくとも１つの周縁アンカー点から懸架されていることを特徴とする、任意の請求項１に記載のジャイロスコープ。
3. 前記第１のアンカー点のセットは、前記第１の試験質量の周りに対称に配置された４つの第１のアンカー点からなり、前記第２のアンカー点のセットは、前記第２の試験質量の周りに対称に配置された４つの第２のアンカー点からなり、前記第３のアンカー点のセットは、前記第３の試験質量の周りに対称に配置された４つの第３のアンカー点からなり、前記第４のアンカー点のセットは、前記第４の試験質量の周りに対称に配置された４つの第４のアンカー点からなり、
   対応する前記第１のアンカー点のセット、前記第２のアンカー点のセット、前記第３のアンカー点のセット、および前記第４のアンカー点のセットから前記第１の試験質量、前記第２の試験質量、前記第３の試験質量、および前記第４の試験質量を懸架する前記１つまたは複数の懸架構造の各々は、対応する前記試験質量の横方向に対向する両側に２つのｘ軸懸架構造を含み、各ｘ軸懸架構造は、前記ｘ軸結合要素のうちの１つと、横方向に可撓性であるｘ軸懸架ばねとを備え、対応する前記第１のアンカー点のセット、前記第２のアンカー点のセット、前記第３のアンカー点のセット、および前記第４のアンカー点のセットから前記第１の試験質量、前記第２の試験質量、前記第３の試験質量、および前記第４の試験質量を懸架する前記１つまたは複数の懸架構造の各々は、前記試験質量の交差方向に対向する両側に２つのｙ軸懸架構造も含み、各ｙ軸懸架構造は、前記ｙ軸結合要素のうちの１つと、交差方向に可撓性であるｙ軸懸架ばねとを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のジャイロスコープ。
4. 前記１つまたは複数の懸架構造の各々は、ｘ軸懸架ばね上の少なくとも１つの圧電トランスデューサと、ｙ軸懸架ばね上の少なくとも１つの圧電トランスデューサとを備えることを特徴とする、請求項３に記載のジャイロスコープ。
5. 前記第１のアンカー点のセットは前記第１の試験質量の中央開口部内にあり、前記第２のアンカー点のセットは前記第２の試験質量の中央開口部内にあり、前記第３のアンカー点のセットは前記第３の試験質量の中央開口部内にあり、前記第４のアンカー点のセットは第４の試験質量の中央開口部内にあり、
   対応する前記第１のアンカー点のセット、前記第２のアンカー点のセット、前記第３のアンカー点のセット、および前記第４のアンカー点のセットから前記第１の試験質量、前記第２の試験質量、前記第３の試験質量、および前記第４の試験質量を懸架する前記１つまたは複数の懸架構造の各々は、対応する前記アンカー点のセットの横方向に対向する両側に２つのｘ軸懸架構造を含み、各ｘ軸懸架構造は、横方向に可撓性であるｘ軸懸架ばねを備え、対応する前記第１のアンカー点のセット、前記第２のアンカー点のセット、前記第３のアンカー点のセット、および前記第４のアンカー点のセットから前記第１の試験質量、前記第２の試験質量、前記第３の試験質量、および前記第４の試験質量を懸架する前記１つまたは複数の懸架構造の各々は、対応する前記アンカー点のセットの交差方向に対向する両側に２つのｙ軸懸架構造も含み、各ｙ軸懸架構造は、交差方向に可撓性であるｙ軸懸架ばねを備え、
   各ｘ軸懸架構造は、対応する前記アンカー点から対応する前記ｘ軸懸架ばねまで延在する１つまたは複数の横方向バーをさらに備え、各ｙ軸懸架構造は、対応する前記アンカー点から対応する前記ｙ軸懸架ばねまで延在する１つまたは複数の交差方向バーをさらに備え、前記１つまたは複数の懸架構造の各々は、横方向バー上の少なくとも１つの圧電トランスデューサと、交差方向バー上の少なくとも１つの圧電トランスデューサとを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のジャイロスコープ。

Images