JP2023008854A - ２つのシーソーを有する加速度計 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度測定を妨げる不都合を軽減する装置を提供すること。【解決手段】ｘｙ平面に垂直なｚ軸の方向の加速度を測定するための加速度計であって、第１の試験質量は、第１の試験質量が第１の回転軸を中心とした回転を受けることを可能にする第１の懸架構造を用いて第１の側部アンカー点から懸架される、加速度計。第２の試験質量は、第２の懸架構造によって第２の側部アンカー点から懸架される。第２の懸架構造は、第２の試験質量が第２の回転軸を中心とした回転を受けることを可能にする。第１の懸架構造及び第２の懸架構造内のねじれ要素は、質量が懸架される対応する側部アンカー点よりも加速度計の中心から離れて位置する。【選択図】図１ａ

Description

本開示は、加速度を測定するための微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスに関し、より詳細には、加速度計がデバイス平面に垂直な方向に加速度を受けたときにデバイス平面外でシーソー運動において回転することができる試験質量を備える加速度計に関する。

ＭＥＭＳ加速度計は、典型的には、エッチングによって微小機械構造が形成される基板上に堆積されたデバイスウェハ又は代替的にデバイス層を備える。デバイスウェハ又は層は、デバイス平面を画定する。本開示では、デバイス平面をｘｙ平面として例示する。

デバイスウェハ又は層内に形成された試験質量は、ｘｙ平面内にある回転軸を中心にシーソー運動において回転することによって、（ｘｙ平面に垂直な）ｚ軸の方向の加速度に応答するように構成することができる。試験質量は、その質量中心が回転軸上に存在しないように、この回転軸に対して非対称である必要がある。試験質量は、加速度計がｚ方向の加速度を受け、試験質量がｘｙ平面外に回転し始めたときにねじれ捻転を受けるのに十分に薄い懸架装置によって固定アンカー点から懸架することができる。

微小電気機械デバイスにおける一般的な問題は、特定の運動モードを可能にするように設計された懸架構成が他のモードも可能にすることである。これらの追加のモードの多くは、加速度測定を妨げるため、望ましくない。

特許文献１は、２つの試験質量が並んで懸架されてシーソー運動においてデバイス平面外に回転する加速度計を開示している。この懸架構成では、試験質量は、外部振動の影響により寄生振動を受けやすい。このような寄生振動は、面外測定を妨げる可能性がある。

米国特許第８５３９８３６号明細書

本開示の目的は、上記の不都合を軽減する装置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、互いに離れているねじれ要素を用いて面外シーソー運動のために２つの隣接する試験質量を懸架するという着想に基づいている。この構成の利点は、懸架構造がデバイス平面内の振動により強く抵抗することができることである。

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。

２つの異なる設計のうちの１つを有する加速度計を示す図である。 ２つの異なる設計のうちの１つを有する加速度計を示す図である。 第１の回転軸及び第２の回転軸が一致する加速度計及び対応する中央固定構成を示す図である。 第１の回転軸及び第２の回転軸が一致する加速度計及び対応する中央固定構成を示す図である。 加速度計の様々な寸法を示す図である。 第１の回転軸のｙ座標が第２の回転軸のｙ座標よりも大きい加速度計及び対応する中央固定構成を示す図である。 第１の回転軸のｙ座標が第２の回転軸のｙ座標よりも大きい加速度計及び対応する中央固定構成を示す図である。 代替的な中央固定構成を示す図である。 代替的な中央固定構成を示す図である。 代替的な中央固定構成を示す図である。 ｘ軸及び／又はｙ軸の方向の加速度を測定するための追加の要素を有する加速度計を示す図である。 ｘ軸及び／又はｙ軸の方向の加速度を測定するための追加の要素を有する加速度計を示す図である。 第１の回転軸及び第２の回転軸が一致しない場合に使用することができる測定幾何形状を示す図である。 第１の回転軸及び第２の回転軸が一致しない場合に使用することができる測定幾何形状を示す図である。 第１の回転軸及び第２の回転軸が一致しない場合に使用することができる測定幾何形状を示す図である。

本開示は、ｘｙ平面に垂直なｚ軸の方向の加速度を測定するための加速度計を説明する。加速度計は、第１の試験質量と、第２の試験質量とを備える。第１の試験質量は、第２の試験質量に隣接している。加速度計は、実質的に第１の試験質量と第２の試験質量との間に位置する１つ以上の中央アンカー点をさらに備える。加速度計は、第１の側部アンカー点及び第２の側部アンカー点をさらに備える。

第１の試験質量は、第１の懸架構造によって第１の側部アンカー点及び１つ以上の中央アンカー点から懸架される。第１の懸架構造は、第１の試験質量が第１の回転軸を中心とした回転を受けることを可能にする。第２の試験質量は、第２の懸架構造によって１つ以上の中央アンカー点及び第２の側部アンカー点から懸架される。第２の懸架構造は、第２の試験質量が第２の回転軸を中心とした回転を受けることを可能にする。第１の回転軸及び第２の回転軸は互いに平行であり、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行なｘ方向及びｘ方向に垂直なｙ方向を規定する。

第２の側部アンカー点のｘ座標は、第１の側部アンカー点のｘ座標よりも大きい。第１の試験質量の質量中心のｙ座標は、第１の回転軸のｙ座標よりも大きい。第２の試験質量の質量中心のｙ座標は、第２の回転軸のｙ座標よりも小さい。

第１の懸架構造は、第１の側部アンカー点と第１の試験質量との間に取り付けられた第１のねじれ要素を備える。第１の懸架構造はまた、１つ以上の中央アンカー点のうちの１つと第１の試験質量との間に取り付けられた第２のねじれ要素も備える。

第２の懸架構造は、１つ以上の中央アンカー点のうちの１つと第２の試験質量との間に取り付けられた第３のねじれ要素を備える。第２の懸架構造はまた、第２の側部アンカー点と第２の試験質量との間に取り付けられた第４のねじれ要素も備える。

第１のねじれ要素の中心のｘ座標は、第１の側部アンカー点のｘ座標よりも小さい。第４のねじれ要素の中心のｘ座標は、第２の側部アンカー点のｘ座標よりも大きい。

本開示では、デバイス平面が例示され、ｘｙ平面と称される。デバイス平面は、試験質量及び懸架構造がエッチングによって形成されるデバイスウェハ又は層によって決定される。垂直ｚ軸はｘｙ平面に垂直である。試験質量の重心が垂直方向に移動する運動は、面外運動又はデバイス平面外運動として参照される場合がある。試験質量の重心がｘｙ平面内で移動する運動は、面内運動又はデバイス平面内運動として参照される場合がある。各試験質量の重心は、試験質量がその静止位置にあるときにデバイス平面内にあり得る。

加速度計の可動部分（試験質量及び可撓性懸架装置など）を形成する微小機械構造は、ウェハをエッチングすることによってデバイスウェハ内に作成することができる。構造が完成すると、デバイスウェハの固定部分は、典型的にはデバイス平面内で可動部分を取り囲む支持体を形成する。デバイスウェハは、シリコンウェハであってもよい。部分的に可動な部分は、ウェハをエッチングすることによってデバイスウェハから製造することができる。デバイスウェハは、製造中及び／又は完成した構成要素内で、別個のはるかに厚いウェハからの構造的支持を必要とする場合がある。これらのより厚いウェハは、ハンドルウェハ又は支持ウェハと呼ばれる場合がある。デバイス層がエッチングされるとき、同様の構成を使用することができる。

第１の試験質量及び第２の試験質量の各々はシーソーを形成し、シーソーはティータトッタとも呼ばれ得る。各シーソーは、面外回転によるｚ軸方向の加速度に応答する。シーソーが互いに結合されていない場合、各シーソーの応答は、他方の応答から独立している。加速度計は、それらがｚ軸に沿った加速度に応答して一斉に動くように、２つを互いに結合することによってより堅牢にすることができる。

アンカー点は、デバイスが加速を受けるときに加速度計の固定された周囲に対していかなる動きも受けない固定構造である。試験質量は、懸架構造によってこれらのアンカー点から懸架される。これらの懸架構造は、ねじり方向に可撓性のねじれ要素などの少なくともいくつかの可撓性部分を含む。懸架構造はまた、一端をアンカー点に固定することができる実質的に剛性の延長部分も含むことができる。延長バーは、デバイスが作動しているときに可撓性部分よりもはるかに少ない弾性変形を受けるように寸法決めされる。

面外運動を柔軟に可能にする懸架構造の部分は、本開示において、ねじれ要素として参照される。本開示の図に示すように、それらは、対応する回転軸に垂直な方向に狭いトーションバーであってもよい。例えば蛇行ばねのような他のねじり可撓性構造を代替的に使用することができる。本開示の図では、懸架構造内の各ねじれ要素は、対応する回転軸上にある。しかしながら、ねじれ要素は、代替的に、軸の異なる側に２つ以上のねじり可撓性部分を備えてもよく、その場合、これらの部分のいずれも回転軸上に正確に位置する必要はない。この選択肢は図示されていないが、任意のねじれ要素に対して実施されてもよい。

第１のねじれ要素は第１の回転軸上に整列されてもよく、第２のねじれ要素は第１の回転軸上に整列されてもよく、第３のねじれ要素は第２の回転軸上に整列されてもよく、第４のねじれ要素は第２の回転軸上に整列されてもよい。しかしながら、上に提示した理由から、これらの整列は任意選択である。これらのねじれ要素のいずれも、代替的に、対応する回転軸上に整列しないように実装されてもよい。各試験質量の重心は、その回転軸から離れている。懸架装置は、回転軸を中心としたねじれ捻転を可能にするように構成することができる。懸架装置を適切に寸法決めすることにより、所与の最小量のｚ軸加速度を超えたときに試験質量が回転することが可能になる。試験質量は、特定の大きさのｚ軸加速度に応答して、予め設計された量の面外回転を受ける。懸架装置のねじり剛性は、センサが動作すると予測されるｚ軸加速度値の範囲内で適切な傾斜角が得られるように選択することができる。試験質量の傾斜角は、試験質量及び対向する固定構造に取り付けられた検知電極を用いて容量的に測定することができる。この測定値から加速度の大きさを算出することができる。

図１ａは、加速度計を示す。図示のｘ軸は、ここでは正のｘ方向、すなわちｘ座標が増加する方向を示す。第１の試験質量１１が、第１の側部アンカー点１７１及び中央アンカー点１４５から懸架されている。第２の試験質量１２が、第２の側部アンカー点１７２及び中央アンカー点１４５から懸架されている。図１ａには１つの中央アンカー点１４５のみが示されているが、複数の中央アンカー点が代替的に使用されてもよく、第１の試験質量１１及び第２の試験質量１２を異なる中央アンカー点から懸架してもよい。加速度計が２つ以上の中央アンカー点を備える場合、当該２つ以上の中央アンカー点は互いに隣接していてもよく、それらは第１の試験質量と第２の試験質量との間に位置してもよい。

図１ａでは、ｙ軸は正のｙ方向、すなわちｙ座標が増加する方向を示す。したがって、第１の試験質量１１の質量中心１１１のｙ座標は、第１の回転軸１９１のｙ座標よりも大きく、一方、第２の試験質量１２の質量中心１２１のｙ座標は、第２の回転軸１９２のｙ座標よりも小さい。したがって、加速度計がｘｙ平面に垂直なｚ方向に加速度を受けると、第１の試験質量及び第２の試験質量は反対の面外方向に回転する。

ここで第１の試験質量を懸架する第１の懸架構造は、第１の側部アンカー点１７１と第１の試験質量１１との間に延在する第１のねじれ要素１３１を備える。第１の懸架構造はまた、中央アンカー点１４５と第１の試験質量１１との間に延在する第２のねじれ要素１３２も備える。

第２の試験質量を懸架する第２の懸架構造は、それに対応して、中央アンカー点１４５と第２の試験質量１２との間に延在する第３のねじれ要素１３３を備える。第２の懸架構造はまた、第２の側部アンカー点１７２と第２の試験質量１２との間に取り付けられた第４のねじれ要素１３４も備える。

図１ａはまた、第１の試験質量１１の質量中心１１１及び第２の試験質量１２の質量中心１２１を示す。第１の回転軸及び第２の回転軸は、それぞれ参照番号１９１及び１９２で示されている。

第１のねじれ要素１３１の中心のｘ座標は、第１の側部アンカー点１７１のｘ座標よりも小さい。第４のねじれ要素１３４の中心のｘ座標は、第２の側部アンカー点１７２のｘ座標よりも大きい。これには、第１のねじれ要素１３１を第２のねじれ要素１３２からｘ方向に遠くに配置することができ、第３のねじれ要素１３３を第４のねじれ要素１３４からｘ方向に遠くに配置することができるという利点がある。これらの部分を互いに遠くに配置すると、寄生振動モード、例えば試験質量がｚ軸又はｙ軸を中心に回転するモードの共振周波数が上昇する。また、それによって、加速度計がｙ方向又はｚ方向の運動を受けるときに試験質量に生じる可能性がある曲げも低減する。これにより、外乱又は試験質量の曲げがｚ加速度測定に影響を及ぼすリスクが低減される。

典型的には、第１の側部アンカー点及び第２の側部アンカー点並びに１つ以上の中央アンカー点を互いに近接して配置することが有利である。このとき、機械的応力が、ほぼ同じ様式で試験質量に影響を及ぼす。このとき、このような応力の影響は、多くの場合、差分測定において（少なくともある程度）相殺することができる。

第１の懸架構造は、第１の側部アンカー点から第１のねじれ要素まで延在する実質的に剛性の第１の延長バーを備えることができる。第２の懸架構造は、第２の側部アンカー点から第４のねじれ要素まで延在する実質的に剛性の第２の延長バーを備えることができる。図１ｂは、第１の懸架構造が、第１の回転軸１９１上にあり、第１の側部アンカー点１７１から第１のねじれ要素１３１まで延在する実質的に剛性の延長バー１５１を備える加速度計を示す。第２の懸架構造はまた、第２の回転軸１９２上にあり、第２の側部アンカー点１７２から第４のねじれ要素１３４まで延在する第２の実質的に剛性の延長バー１５２を備える。側部アンカー点及び延長バーは、図１ａのように、対応する試験質量の開口１６１／１６２内に配置することができる。より一般的には、第１の懸架構造の一部は、第１の試験質量１１の開口１６１内に配置されてもよく、第２の懸架構造の一部は、第２の試験質量１２の開口１６２内に配置されてもよい。代替的に、第１の試験質量１１及び第２の試験質量１２は、試験質量が対応する懸架構造を完全には取り囲んでいなくても、ねじれ要素１３１及び１３４が回転軸上に配置されることを可能にする形状を有することができる。

図１ｂはまた、延長バーとは独立して実施することができる別の選択肢をも示しており、第１の懸架装置及び第２の懸架装置は、１辺、２辺、３辺、又は４つすべての辺において１つ以上の中央アンカー点１４５に隣接する追加の剛性バー１５３～１５４を備えてもよい。これらの追加の剛性バー１５３から１５４は、それぞれ第２のねじれ要素１３２及び第３のねじれ要素１３３に接続されてもよい。これらのねじれ要素は、それぞれの第１の試験質量１１及び第２の試験質量１２内の突出部１１２及び１２２に接続されてもよい。各突出部１１２及び１２２は、他方の試験質量に向かって延在する。

図１ａでは、第３のねじれ要素１３３の中心のｘ座標は、第２のねじれ要素１３２の中心のｘ座標よりも大きい。図１ｂは、追加の剛性バー１５３から１５４並びに突出部１１２及び１２２を用いることによって、第３のねじれ要素１３３の中心のｘ座標を、代替的に、第２のねじれ要素１３２の中心のｘ座標よりも小さくすることができることを示している。

図１ｂはまた、第１の懸架構造及び第２の懸架構造の、１つ以上の中央アンカー点の周りに位置する半分が追加の延長バー及び突出部を含む場合、第１の回転軸１９１及び第２の回転軸１９２が必ずしも一致する必要はないことを示す。

追加の延長バー及び突出部が使用されない場合でも、第１の回転軸１９１及び第２の回転軸１９２は、第１の回転軸１９１上の第１の中央アンカー点１９（第１の懸架構造のための）及び第２の回転軸１９２上の第２の中央アンカー点（第２の懸架構造のための）を実装することによって、依然として異なるｙ座標に設定され得る。この選択肢は図示されていない。

第１の回転軸は、第１の試験質量及び第２の試験質量の両方と交差してもよい。同様に、第２の回転軸は、第２の試験質量及び第１の試験質量の両方と交差してもよい。

図１ａ及び図１ｂを参照して上述した選択肢は、以下に提示するすべての実施形態に適用される。

図２ａは、加速度計を示し、参照符号２１，２１１，２１２，２２，２２１，２２２，２３１～２３４，２５１～２５２，２７１～２７２，２９１～２９２がそれぞれ図１ａ及び図１ｂの参照符号１１，１１１，１１２，１２，１２１，１２２，１３１～１３４，１５１～１５２，１７１～１７２，１９１～１９２に対応する。

図２ａでは、１つ以上の中央アンカー点は１つの中央アンカー点２４１を含み、１つの中央アンカー点２４１のｘ座標は、第２のねじれ要素２３２の中心のｘ座標と第３のねじれ要素２３３の中心のｘ座標との間にある。第３のねじれ要素２３３の中心のｘ座標は、第２のねじれ要素２３２の中心のｘ座標よりも小さいが、代替的に、第２のねじれ要素２３２の中心のｘ座標よりも大きくてもよい。この後者の選択肢は図２ｂに示されている。さらに、１つ以上の中央アンカー点は、代替的に、２つの中央アンカー点を含んでもよく、その結果、第２のねじれ要素及び第３のねじれ要素は、異なるアンカー点に取り付けられる。当該選択肢は別個には示されていない。

さらに、図２ａでは、第１の回転軸（２９１）と第２の回転軸（２９２）とが一致している。第１の試験質量２１は、第２の試験質量２２に向かって、中央アンカー点２４１を過ぎて第１の回転軸２９１へと延在する突出部２１２を備える。第２の試験質量２２は、第１の試験質量２１に向かって、中央アンカー点２４１を過ぎて第２の回転軸２９２へと延在する突出部２２２を備える。しかしながら、突出部は必ずしも必要ではなく、これは試験質量のサイズ及び形状、並びにそれらの間の開口に依存する。

第１の側部アンカー点、第２の側部アンカー点、及び１つの中央アンカー点はすべて、図２ａの第１の回転軸及び第２の回転軸上にある。代替的に、第１の側部アンカー点２７１及び第２の側部アンカー点２７２は、第１の回転軸２９１及び第２の回転軸２９２から離れて配置されてもよく、ただし、剛性延長バー２５１及び２５２は、図２ａのように、第１のねじれ要素２３１及び第４のねじれ要素２３４が依然として第１の回転軸２９１及び第２の回転軸２９２上に位置するように成形されてもよい。この代替案は、本開示に記載された任意の実施形態で採用することができる。

図２ｃは、距離を示す。第１のねじれ要素２３１から第２のねじれ要素２３２までのｘ方向の距離２３８は、第１の試験質量２１の最大幅２１９と比較することができる。これに対応して、第３のねじれ要素２３３から第４のねじれ要素２３９までのｘ方向の距離２３９は、第２の試験質量２２の最大幅２２９と比較することができる。比２３８／２１９及び２３９／２２９は、例えば、０．５より大きくてもよく、０．７５より大きくてもよく、又は１より大きくてもよい。さらに、幅２１９の、第１のねじれ要素２３１のｘ座標と第２のねじれ要素２３２のｘ座標との間に入る部分は、５０％より大きくてもよく、７５％より大きくてもよく、又は９０％より大きくてもよい。同様に、幅２２９の、第３のねじれ要素２３３のｘ座標と第４のねじれ要素２３４のｘ座標との間に入る部分は、５０％より大きくてもよく、７５％より大きくてもよく、又は９０％より大きくてもよい。これらの距離の選択肢は、本開示で提示されるすべての実施形態に適用される。

剛性延長バー２５１及び２５２は、第１の側部アンカー点２７１及び第２の側部アンカー点２７２を１つ以上の中央アンカー点からそれほど遠くに配置する必要なく、距離２３８及び２３９を増加させることを可能にする。図２ｃに示す、第１の側部アンカー点２７１と第２のアンカー点２７２との間の距離２４８は、例えば、第１の側部アンカー点２７１と回転軸上の第１の試験質量の縁部との間の距離２４９、及び第２の試験質量と第２の側部アンカー点との間の対応する距離よりも小さくてもよい。代替的に、距離２４８は、距離２４９の２倍未満又は３倍未満であってもよい。

第１の試験質量２１の左縁から第２の試験質量２２の右縁までのｘ方向における加速度計構造全体の幅は、図２ｃにおいて参照番号２５９で示されている。この図では、両方の試験質量の左縁及び右縁が一致するため、幅２５９は、両方の試験質量の最大幅２１９及び２２９に等しいが、試験質量縁がこのように一致しない場合、幅２５９は幅２１９及び２２９の各々よりも大きくもなり得る。比２４８／２５９は、例えば、７０％未満、６０％未満、５０％未満、４０％未満、又は４０％未満であってもよい。

上記で提示したすべての距離の選択肢は、本開示で提示されるすべての実施形態に適用可能である。

図３は加速度計を示し、参照符号３１，３１１，３２，３２１，３３１～３３４，３５１～３５２，３７１～３７２及び３９１～３９２は、それぞれ図１ａ～図１ｂの参照符号１１，１１１，１２，１２１，１３１～１３４，１５１～１５２，１７１～１７２，１９１～１９２に対応する。

図２ａにあるように、１つ以上の中央アンカー点は１つの中央アンカー点３４１を含み、１つの中央アンカー点３４１のｘ座標は、第２のねじれ要素３３２の中心のｘ座標と第３のねじれ要素３３３の中心のｘ座標との間にある。第３のねじれ要素３３３の中心のｘ座標は、第２のねじれ要素３３２の中心のｘ座標よりも小さいが、代替的に、（図１ａにあるように）第２のねじれ要素３３２の中心のｘ座標よりも大きくてもよい。

図３の装置は、第１の回転軸３９１のｙ座標が第２の回転軸３９２のｙ座標よりも大きいという点で、図２ａの装置とは異なる。中央アンカー点３４１のｙ座標は、第１の回転軸３９１のｙ座標と第２の回転軸３９２のｙ座標との間にある。第１の懸架装置は、中央アンカー点３４１から第１の回転軸３９１まで延在する剛性の第３の延長バー３５３を備える。第２のねじれ要素３３２は、第３の延長バー３５３から第１の試験質量３１まで延在する。これに対応して、第２の懸架装置は、中央アンカー点３４１から第２の回転軸３９２まで延在する剛性の第４の延長バー３５４を備える。第３のねじれ要素３３３は、第４の延長バー３５４から第２の試験質量３２まで延在する。

第１の回転軸のｙ座標が第２の回転軸のｙ座標よりも小さくなるように回転軸を配置することも可能である。この選択肢は図４に示されており、参照符号４１，４１１，４２，４２１，４３１～４３４，４７１～４７２及び４９１～４９２がそれぞれ図１ａ～図１ｂの参照符号１１，１１１，１２，１２１，１３１～１３４，１７１～１７２及び１９１～１９２に対応する。正のｙ方向は、この図では下方向である。この配置では、中央アンカー点４４１のｙ座標は、回転軸４９１～４９２のｙ座標の間にあり得る。第１の懸架装置及び第２の懸架装置は、上述したように、第１の試験質量及び第２の試験質量内の対応する回転軸及び突出部へと延在する第３の延長バー及び第４の延長バーを備えることができる。

一般に、第１の側部アンカー点は第１の回転軸上にあり得、第２の側部アンカー点は第２の回転軸上にあり得、１つの中央アンカー点のｙ座標は、第１の回転軸のｙ座標と第２の回転軸のｙ座標との間にあり得る。

図５ａ～図５ｃは加速度計を示し、参照符号５１～５２，５１１，５２１，５３２～５３３，５７１～５７２及び５９１～５９２は、それぞれ図１ａの参照符号１１～１２，１１１，１２１，１３２～１３３，１７１～１７２及び１９１～１９２に対応する。これらの図のすべてにおいて、１つ以上の中央アンカー点は、第１の中央アンカー点５４１及び第２の中央アンカー点５４２を含む。第２のねじれ要素５３２は、第１の中央アンカー点５４１と第１の試験質量５１との間に取り付けられている。第３のねじれ要素５３３は、第２の中央アンカー点５４２と第２の試験質量５２との間に取り付けられている。

図５ａでは、第１の回転軸５９１及び第２の回転軸５９２は一致している。第１の側部アンカー点５７１、第２の側部アンカー点５７２、第１の中央アンカー点５４１及び第２の中央アンカー点５４２はすべて、第１の回転軸５９１及び第２の回転軸５９２上にある。第２のねじれ要素５３２のｘ座標は、第１の中央アンカー点５４１のｘ座標よりも小さく、第３のねじれ要素５３３のｘ座標は、第２の中央アンカー点５４２のｘ座標よりも大きい。代替的に、第１の中央アンカー点及び第２の中央アンカー点は、第１の回転軸５９１及び第２の回転軸５９２から離れて配置されてもよく、剛性延長バーは、これらの中央アンカー点から第１の回転軸及び第２の回転軸まで延在してもよい。

図５ｂでは、第１の回転軸５９１のｙ座標は、第２の回転軸５９２のｙ座標よりも大きい。図５ｃでは、第１の回転軸のｙ座標は、第２の回転軸のｙ座標よりも小さい。両方の図において、第１の側部アンカー点５７１は第１の回転軸５９１上にあり、第２の側部アンカー点５７２は第２の回転軸５９２上にあり、第１の中央アンカー点（５４１）及び第２の中央アンカー点（５４２）のｙ座標は、第１の回転軸５９１のｙ座標と第２の回転軸５９２のｙ座標との間にある。延長バーは、これらの中央アンカー点から対応する回転軸まで延在する。さらに、図５ｂと図５ｃの両方において、第２のねじれ要素５３２のｘ座標は、第１の中央アンカー点５４１のｘ座標よりも小さく、第３のねじれ要素５３３のｘ座標は、第２の中央アンカー点５４２のｘ座標よりも大きい。

図５ｂ及び図５ｃに示される配置の代わりに、第１の中央アンカー点５４１が第１の回転軸５９１上に配置されてもよく、第２のねじれ要素５３２が第１の中央アンカー点５４１と第１の試験質量５１との間に直接取り付けられてもよく、第２の中央アンカー点５４２が第２の回転軸５９２上に配置されてもよく、第３のねじれ要素５３３が第２の中央アンカー点５４２と第２の試験質量５２との間に直接取り付けられてもよい。

図６ａは、ｘ軸及び／又はｙ軸の方向の加速度を測定するための第１の要素（６８１）及び第２の要素（６８２）を備える加速度計を示す。第１の要素６８１は、第１の試験質量６１の第１の開口内に配置されてもよく、第２の要素（６８２）は、第２の試験質量６２の第１の開口内に配置されてもよい。言い換えれば、第１の試験質量６１は、すべての辺上で第１の要素６８１を取り囲み、第２の試験質量６２は、すべての辺上で第２の要素６８２を取り囲んでいる。第１の要素６８１は、第１の試験質量６１の外（左）縁の近くに位置してもよく、第１の試験質量６１は、ｘ方向に狭く、第１の要素６８１の外側に延在し、第１の試験質量（第１の回転軸の近くにある）の中間部を第１の試験質量６１の一端に接続する接続部６１４を備えてもよい。第２の要素６８２は、対応して、第２の試験質量６２の外（右）縁の近くに位置してもよく、第２の試験質量６２は、第２の要素６８２の外側に延在し、第２の試験質量の中間部を第２の試験質量の一端に接続する接続部６２４を備えてもよい。第１の要素６８１及び第２の要素６８２は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、又はこれらの両方の方向の加速度を測定するように構成された任意の種類の加速度センサであってもよい。

図６ｂは、ｘ軸及び／又はｙ軸の方向の加速度を測定するための第３の要素（６８３）及び第４の要素（６８４）を備える加速度計を示す。第３の要素（６８３）は、第１の試験質量６１の第２の開口内に位置している。第４の要素（６８４）は、第２の試験質量６２の第２の開口内に位置している。言い換えれば、第１の試験質量６１は、すべての辺上で第３の要素６８３を取り囲み、第２の試験質量６２は、すべての辺上で第４の要素６８４を取り囲んでいる。第１の要素６８１及び第３の要素６８３は、第１の試験質量６１の外（左）縁の近くに位置してもよく、第１の試験質量６１は、ｘ方向に狭く、それぞれ第１の要素６８１及び第３の要素６８３の外側に延在し、第１の試験質量６１の中間部を第１の試験質量の２つの対向する端部に接続する接続部６１４～６１５を備えてもよい。第２の要素６８２及び第４の要素６８４は、第２の試験質量６２の外（右）縁の近くに位置してもよく、第２の試験質量６２は、それぞれ第２の要素６８２及び第４の要素６８４の外側に延在し、第２の試験質量６２の中間部を第２の試験質量の２つの対向する端部に接続する接続部６２４～６２５を備えてもよい。第３の要素６８３及び第４の要素６８４も、ｘ軸方向、ｙ軸方向、又はこれらの両方の方向の加速度を測定するように構成された任意の種類の加速度センサであってもよい。図６ａ～図６ｂに示す実施形態は、本開示で提示される任意の他の実施形態と組み合わせることができる。

上記で言及したように、試験質量の傾斜角は、試験質量及び対向する固定構造７９５に取り付けられた検知電極（中央電極と呼ばれる場合もある）を用いて容量的に測定することができる。図７ａ～図７ｂは、第１の回転軸及び第２の回転軸が一致しない任意の実施形態において、検出電極を試験質量に対してどのように配置することができるかについての１つの代替案を示している。アンカー点及び懸架構造は省略されており、試験質量の幾何学的形状は明確にするために単純化されている。参照符号７１，７２，７９１及び７９２は、それぞれ図１ｂの参照符号１１，１２，１９１及び１９２に対応する。図７ｂは、図７ａの線Ａ－Ａに沿ったｙｚ断面を示す。

図７ａ～図７ｂでは、第１の回転軸７９１のｙ座標は、非ゼロ距離Ｄだけ第２の回転軸７９２のｙ座標よりも大きい。加速度計は、ｚ方向において第１の試験質量７１に隣接する第１の対電極７７１及び第２の対電極７７２を備える。第１の対電極７７１のサイズ及び幾何学的形状は、第１の回転軸７９１の第１の側の第１の試験質量７１上に第１の測定領域７１１を画定する。第２の対電極７７２のサイズ及び幾何学的形状は、第１の回転軸７９１の第２の側の第１の試験質量７１上に第２の測定領域７１２を画定する。

加速度計はまた、第２の試験質量７２にｚ方向に隣接する第３の対電極及び第４の対電極（図示せず）を備える。第３の対電極のサイズ及び幾何学的形状は、第２の回転軸７９２の第１の側の第２の試験質量７２上に第３の測定領域７２１を画定する。第４の対電極のサイズ及び幾何学的形状は、第２の回転軸７９２の第２の側の第２の試験質量７２上に第４の測定領域７２２を画定する。

第１の測定領域、第２の測定領域、第３の測定領域及び第４の測定領域７１１～７１２及び７２１～７２２の面積及び形状は、すべてｘｙ平面において実質的に等しくてもよい。第１の測定領域７１１及び第２の測定領域７１２は、第１の回転軸７９１に対して実質的に反射対称であってもよい。回転軸から２つの対応する測定領域の縁部までの図７ｂに示される距離７６１及び７６２は、等しくてもよい。第３の測定領域７２１及び第４の測定領域７２２は、第２の回転軸７９２に対して実質的に反射対称であってもよい。第１の測定領域７１１の中心のｙ座標（線７５１で示す）は、第３の測定領域７２１の中心のｙ座標（線７５３で示す）よりも距離Ｄだけ大きくてもよい。

図７ｃは、図６ｂに示す実施形態において測定領域７１１～７１２及び７２１～７２２をどのように配置することができるかを示している。他の実施形態でも同様の構成を使用することができる。図７ａ～図７ｃに示す幾何学的形状は、例えば、出力信号が二重示差測定（各対７１１＋７１２及び７２１＋７２２内の、及びまた２つの対の間の示差測定）において測定される用途において有益であり得る。

回転軸間の距離Ｄは、測定領域を回転軸から遠くに配置することができ、試験質量がそれぞれの回転軸に対して非対称であるが、試験質量が依然として可能な限り表面積をほとんど消費しない配置を容易にする。

測定領域７１１～７１２及び７２１～７２２は、試験質量上に堆積された電極を含むことができる。各電極は、隣接する対電極と同じサイズ及び形状を有することができる。しかしながら、試験質量は、シリコンなどの半導体材料から作成することができ、この場合、測定は、追加の電極を使用せずに質量自体を介して直接行うことができる。このとき、対電極のサイズ及び形状が、試験質量上の測定領域のサイズ及び形状を決定する。

Claims (15)

1. ｘｙ平面に垂直なｚ軸の方向の加速度を測定するための加速度計であって、第１の試験質量及び第２の試験質量を備え、前記第１の試験質量は前記第２の試験質量に隣接し、前記加速度計は、前記第１の試験質量と前記第２の試験質量との間に実質的に位置する１つ以上の中央アンカー点をさらに備え、前記加速度計が、第１の側部アンカー点及び第２の側部アンカー点をさらに備え、
   前記第１の試験質量が、第１の懸架構造によって前記第１の側部アンカー点及び前記１つ以上の中央アンカー点から懸架され、前記第１の懸架構造が、前記第１の試験質量が第１の回転軸を中心とした回転を受けることを可能にし、
   前記第２の試験質量が、第２の懸架構造によって前記１つ以上の中央アンカー点及び前記第２の側部アンカー点から懸架され、前記第２の懸架構造が、前記第２の試験質量が第２の回転軸を中心とした回転を受けることを可能にし、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸が互いに平行であり、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行なｘ方向、及び、前記ｘ方向に垂直なｙ方向を画定し、
   前記第２の側部アンカー点のｘ座標が、前記第１の側部アンカー点のｘ座標よりも大きく、前記第１の試験質量の質量中心のｙ座標が、前記第１の回転軸のｙ座標よりも大きく、前記第２の試験質量の質量中心のｙ座標が、前記第２の回転軸のｙ座標よりも小さく、
   前記第１の懸架構造が、前記第１の側部アンカー点と前記第１の試験質量との間に取り付けられた第１のねじれ要素を備え、前記第１の懸架構造がまた、前記１つ以上の中央アンカー点のうちの１つと前記第１の試験質量との間に取り付けられた第２のねじれ要素を備え、
   前記第２の懸架構造が、前記１つ以上の中央アンカー点のうちの１つと前記第２の試験質量との間に取り付けられた第３のねじれ要素を備え、前記第２の懸架構造がまた、前記第２の側部アンカー点と前記第２の試験質量との間に取り付けられた第４のねじれ要素を備え、
   前記第１のねじれ要素の中心のｘ座標が、前記第１の側部アンカー点のｘ座標よりも小さく、前記第４のねじれ要素の中心のｘ座標が、前記第２の側部アンカー点のｘ座標よりも大きいことを特徴とする、加速度計。
2. 前記第１の懸架構造がまた、前記第１の側部アンカー点から前記第１のねじれ要素まで延在する実質的に剛性の第１の延長バーを備え、前記第２の懸架構造が、前記第２の側部アンカー点から前記第４のねじれ要素まで延在する実質的に剛性の第２の延長バーを備えることを特徴とする、請求項１に記載の加速度計。
3. 前記第３のねじれ要素の中心のｘ座標が、前記第２のねじれ要素の中心のｘ座標よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の加速度計。
4. 前記第３のねじれ要素の中心のｘ座標が、前記第２のねじれ要素の中心のｘ座標よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の加速度計。
5. 前記１つ以上の中央アンカー点が１つの中央アンカー点を含み、前記１つの中央アンカー点のｘ座標が、前記第２のねじれ要素の中心のｘ座標と前記第３のねじれ要素の中心のｘ座標との間にあることを特徴とする、請求項３又は４に記載の加速度計。
6. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸が一致することを特徴とする、請求項３又は４に記載の加速度計。
7. 前記第１の側部アンカー点、前記第２の側部アンカー点、及び前記１つの中央アンカー点がすべて、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸上にあることを特徴とする、請求項６に記載の加速度計。
8. 前記１つ以上の中央アンカー点が、第１の中央アンカー点及び第２の中央アンカー点を含み、前記第２のねじれ要素が、前記第１の中央アンカー点と前記第１の試験質量との間に取り付けられ、前記第３のねじれ要素が、前記第２の中央アンカー点と前記第２の試験質量との間に取り付けられることを特徴とする、請求項３又は４に記載の加速度計。
9. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸が一致することを特徴とする、請求項８に記載の加速度計。
10. 前記第１の側部アンカー点、前記第２の側部アンカー点、前記第１の中央アンカー点及び前記第２の中央アンカー点がすべて、前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸上にあることを特徴とする、請求項９に記載の加速度計。
11. 前記第１の回転軸のｙ座標が前記第２の回転軸のｙ座標よりも大きいことを特徴とする、請求項８に記載の加速度計。
12. 前記第１の回転軸のｙ座標が前記第２の回転軸のｙ座標よりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載の加速度計。
13. 前記第１の側部アンカー点が前記第１の回転軸上にあり、前記第２の側部アンカー点が前記第２の回転軸上にあり、前記第１の中央アンカー点及び前記第２の中央アンカー点のｙ座標が、前記第１の回転軸のｙ座標と前記第２の回転軸のｙ座標との間にあることを特徴とする、請求項８に記載の加速度計。
14. 前記加速度計が、ｘ軸及び／又はｙ軸の方向の加速度を測定するための第１の要素及び第２の要素をさらに備え、前記第１の要素が前記第１の試験質量の第１の開口内に配置され、前記第２の要素が前記第２の試験質量の第１の開口内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の加速度計。
15. 前記加速度計が、前記ｘ軸及び／又は前記ｙ軸の方向の加速度を測定するための第３の要素及び第４の要素をさらに備え、前記第３の要素が前記第１の試験質量の第２の開口内に配置され、前記第４の要素が前記第２の試験質量の第２の開口内に配置されることを特徴とする、請求項１４に記載の加速度計。

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