JP3078331B2 - ２軸のナビゲーショングレードのミクロ機械加工回転センサシステム - Google Patents

２軸のナビゲーショングレードのミクロ機械加工回転センサシステム

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JP3078331B2 JP08506629A JP50662996A JP3078331B2 JP 3078331 B2 JP3078331 B2 JP 3078331B2 JP 08506629 A JP08506629 A JP 08506629A JP 50662996 A JP50662996 A JP 50662996A JP 3078331 B2 JP3078331 B2 JP 3078331B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は包括的にナビゲーションなどの応用例におい
て使用するための回転センサに関する。本発明は具体的
には、再突入飛翔体などの加速度および振動が大きな環
境で動作する際でも非常に正確性の高い回転センサシス
テムに関する。本発明はより具体的には、２つの直交す
る検出軸に関する回転速度を測定するためのコリオリ加
速度センサを含むシリコンチップに基づいた回転センサ
システムに関する。
既知のミクロ機械加工されたコリオリ回転センサシス
テムのバイアス再現性は10゜ないし1000゜／時間の範囲
である。この概念の分析によれば、このシステムの性能
が３ないし５オーダ向上し非常に正確なナビゲーション
グレード装置が生み出され、一方では本発明の回転セン
サシステムに対し設定されているコストが低くかつ信頼
性が高いという目的を達成することは確実性がないよう
に思われる。
発明の概要 本発明に従う回転センサの設計は、共振ロータジャイ
ロの多数の性能上の利点を含み入れる一方で、ミクロ機
械加工の低コストおよび信頼性という利点を利用するも
のである。実際回転センサは、「ロータ（回転子）」が
「スピン軸」に関し一定に回転するのではなくスピン軸
に関して角度的に振動するということを除き、２軸チュ
ーンドロータジャイロスコープとしてみることができ
る。角運動量ベクトルは一定のままではなく正弦状に振
動する。ロータは、スピン速度でではなく振動周波数で
その出力軸に関し共振するように同調された慣性同調検
出素子である。
回転センサは、ディジタルデルタシータ出力信号を与
える２軸閉ループ角速度センサである。本発明に従うマ
イクロ慣性回転センサは、揚抗比が高い再突入飛翔体お
よび超音速の補助的軍需品に関連する加速度および振動
が大きな環境で動作する一方で、1nm/時間のナビゲーシ
ョンシステムをサポートするように設計されている。本
発明に従う回転センサは、少なくとも１つの固体のミク
ロ機械加工された検出素子を含む。本発明はまた、小
型、軽量、低コスト、低電力であり、信頼性が高く、か
つ商用および軍用双方の応用例において使用されるよう
に設計されている。
本発明に従う回転センサは、ベースと、ベースに装着
され、対向する１対の平坦な表面を有する１つのシリコ
ンウェハからなる駆動部材とを含む。駆動部材はフレー
ムとフレームに接続される駆動部材中央部分とを含み、
駆動部材中央部分はシリコンウェハの平坦な表面に垂直
な軸に関しフレームと中央部分との間で回転のコンプラ
イアンスを有するように配置される。駆動部材はさら
に、中央部分の少なくとも一方側に形成される複数の電
極と、駆動信号を複数の電極に与えるための駆動装置と
を含む。電極は、駆動信号によりシリコンウェハの平坦
な表面に垂直な駆動軸に関し駆動部材中央部分の回転振
動が生じるように配置される。
本発明に従う回転センサはさらにシリコン検出部材を
含み、シリコン検出部材は検出部材中央サポート部材を
含み、検出部材中央サポート部材は駆動部材中央部分の
回転振動が検出部材中央部分に伝達されるように駆動部
材中央部分に接続される。検出部分が検出部材中央サポ
ート部材に接続され、検出部分が駆動軸に関して振動す
ること、および駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度
により検出部分の面外振動が発生することが可能にな
る。信号処理装置が、入力回転速度を検出部分の面外振
動の周波数の関数として示す信号を発生するために検出
部分に接続される。
好ましくは本発明に従う回転センサはさらに、フレー
ムと駆動部材中央部分との間に接続された複数のフレク
シャビームを含む。
好ましくは本発明に従う回転センサはさらに、複数の
一般に平坦な板ばねを含み、板ばねは、検出部分におけ
る面外振動が板ばね部材の面に垂直となるように検出部
材中央サポート部材と検出部分との間に接続される。好
ましくは、容量性ピックオフが、検出部分の面外振動が
容量性ピックオフにおいて容量の変化をもたらすように
検出部分に形成される。
好ましくは本発明に従う回転センサはさらに、ベース
と駆動部材のフレームとの間に接続される複数のベース
マウントを含む。各ベースマウントは好ましくは、回転
センサにおける単一の機械的共振周波数発生および外部
振動入力減衰のための減衰コンプライアント素子を含む
ように形成される。
信号処理装置は、容量性ピックオフに接続され入力回
転速度を示す信号を受取るように配置される第１の加算
回路を含んでもよい。第１の変調回路が第１の加算装置
に接続され、入力回転速度信号を駆動信号周波数の余弦
を示す信号で変調するために配置されてもよい。第２の
変調回路が、四分円動的誤差を駆動信号周波数の正弦を
示す信号で変調するために配置されてもよい。第２の加
算回路が接続され、第１および第２の変調回路からの信
号出力を加算し、駆動部材にフィードバック信号を与え
てもよい。第１の復調器回路が、センサ素子応答信号を
駆動周波数の余弦で復調するために容量性ピックオフに
接続されてもよい。第１の補償回路が接続されて第１の
復調器回路から出力された信号を受取り、第２の復調器
回路がセンサ素子応答信号を駆動周波数の正弦で復調す
るために容量性ピックオフに接続されてもよい。第２の
補償回路が接続されて第２の復調器回路からの信号出力
を受取ってもよい。第１のトルキング変調器回路が第１
の補償回路に接続され、第２のトルキング変調器回路が
第２の補償回路に接続されてもよい。信号処理装置はさ
らに、第１および第２のトルキング変調器回路から出力
された信号を加算するための第３の加算回路を含んでも
よく、第３の加算回路は駆動部材の複数の電極に入力さ
れるフィードバック信号を発生する。
本発明に従う２軸回転センサはまた、向かい合う関係
でともに装着される１対の同一の駆動部材／検出部分の
組合せを含んでもよい。各駆動部材および検出部分は上
記の態様で形成される。駆動信号により検出部分は反対
方向に振動する。
好ましくは信号処理装置は、第１の容量性ピックオフ
を含み、第１の容量性ピックオフは第１の検出部分の面
外振動が第１の容量性ピックオフにおける容量の変化を
生じさせるように検出部分に形成され、信号処理装置は
さらに第２の容量性ピックオフを含み、第２の容量性ピ
ックオフは第２の検出部分の面外振動が第２の容量性ピ
ックオフにおいて容量の変化を発生させるように検出部
分に形成される。信号処理装置はさらに、第１の検出部
分に接続されそこから出力された回転応答信号を増幅す
る第１の増幅器と、第２の検出部分に接続されそこから
出力される回転応答信号を増幅する第２の増幅器とを含
む。第１の加算回路が第１および第２の増幅器に接続さ
れ、増幅された回転信号の総和を示す和信号を発生する
ように配置される。第２の加算回路が第１および第２の
増幅器に接続され、増幅された回転信号の差を示す差信
号を発生するように配置される。変調回路が、和および
差信号の同相および直角位相変調のために第１および第
２の加算回路に接続される。サーボ補償回路が変調回路
に接続され、そこから同相および直角位相変調された和
および差信号を受取り、第１の軸に関する入力回転のた
めの測定された速度信号を発生する。同相および直角位
相トルク変調および加算回路がサーボ補償回路に接続さ
れてそこからの信号を受取る。発振器サーボが、自動利
得制御を与えるために、同相および直角位相トルク変調
および加算回路、ならびに同相および直角位相復調回路
に接続される。第３の加算回路が同相および直角位相ト
ルク変調および加算回路にそこからの変調された信号を
受取るために接続される。
本発明の目的の理解、ならびにその構造および動作方
法のより完璧な理解は、以下の好ましい実施例の説明に
ついて考察し、添付の図面を参照することによりもたら
されるであろう。
図面の簡単な説明 図1Aは本発明に従う固体２軸回転センサの分解斜視図
である。
図1Bは、図1Aの回転センサに含まれ得る速度検出素子
の斜視図である。
図２は、図１の装置に含まれ得る駆動部材の一部の斜
視図である。
図３は図２の装置に含まれ得るフレクシャビームの断
面図である。
図４は図１の装置に含まれ得る駆動部材、センサピッ
クオフおよびトルキング電極の下面平面図である。
図５は図１および４の駆動部材の上面平面図である。
図６は、図１の装置に含まれ得る容量性信号ピックオ
フを含む回転センサアセンブリの図４の線６−６に沿う
断面図である。
図７は図６の装置のためのバイアスおよび電気信号ピ
ックオフを概略的に示す。
図８は各軸に対し独立してキャプチャリングされる各
検出素子を備えるコリオリ回転センサから出力された信
号を処理するための回路を示す。
図９は図８の回路のさらなる特徴を示すブロック図で
ある。
図10は、コリオリ回転センサから出力される信号を処
理するための回路の一般化されたブロック図であり、検
出素子はどちらも各軸に対する１つのキャプチュアルー
プで組合されている。
好ましい実施例の説明 図1Aを参照して、本発明に従う回転センサ20は、下部
カバー23と好ましくは下部カバー23と実質的に同一であ
る上部カバー（図示せず）とを備えるベース22を含む。
ベース22の断面は一般には矩形である。ベース22はコー
ナー28−31でそれぞれベース22の内側に装着されたベー
スマウント24−27を含む。
回転センサ20は好ましくは同一である１対の速度検出
部材34および36を含む。速度検出部材34および36の各々
は好ましくは、ミクロ機械加工処理によって単一シリコ
ン結晶から形成される。回転センサ20はさらに、同一で
ありかつ各々が単一シリコン結晶から形成される１対の
駆動部材38および40を含む。
図1Aは速度検出部材34および36それぞれの対向面42お
よび44を示す。図１に示されるように、回転センサ20を
組立てるときには速度検出部材34の表面42は駆動部材38
の下面に結合される。同様に、速度検出部材36の下面は
駆動部材40に結合される。
駆動部材38は図示の便宜上一般に矩形として示される
周辺フレーム50を含む。フレーム50はその他の形状であ
ってもよい。図２を参照して、駆動部材38の上面54の中
央部分52はフレーム50よりも薄い。図１および２を参照
して、中央部分52はフレクシャビーム60−63によりフレ
ーム50に接続されるサイドエッジ55−58を有する。フレ
クシャビーム60−63は好ましくはサイドエッジ55−58の
中央部からフレーム50へと延在する。図２では、駆動部
材38の一部は省略されており、中央部分52およびフレク
シャビーム60−63がより明確に示されている。図３はシ
リコン結晶をエッチングすることにより形成されるフレ
クシャビーム60の断面を示す。好ましくは、図１−３お
よび６で示されるようにフレクシャビーム60−63は同一
であり垂直面における曲げへの抵抗が大きい。フレクシ
ャビーム60−63は水平の面における曲げに対する抵抗は
小さいため、中央部分52はその幾何学的中心を通る垂直
軸に関し小さな振幅の回転運動で振動し得る。
図1Aおよび５を参照して、駆動部材38を形成する結晶
の一部の適切なドーピングにより、４つのグループの電
極アセンブリ70−73が駆動部材38に形成される。電極ア
センブリはフレクシャビーム60−63間で中央部分52に接
続される。図５を参照して、たとえば電極アセンブリ70
の網状の陰影をつけた部分は別個の電極80−88を示して
いる。電極80−88は、同一の駆動部材40内では対応する
電極が互いに角度的に変位するように、電極アセンブリ
70のコーナー90に関して位置決めされる。
対応する電極間の変位は、同一の駆動部材40を裏返
し、電極アセンブリが向かい合うように配置したときに
生じる。２つの駆動部材38および40における電極の角変
位により、電極は与えられた周波数の２倍の周波数で振
動の態様で互いに反発し、駆動部材の電極および対応す
る中央部分の反対方向の回転振動が生じる。電気信号ソ
ースが２つの駆動部材に接続されて電極に駆動信号を与
える。好ましくは、駆動信号は共振周波数で各駆動部材
を駆動する。好ましくは駆動部材38および40の共振周波
数は同一であり一般には約5kHzである。
２つの中央の駆動部材38および40はともに逆回転捩じ
れ共振機械的発振器を形成する。２つの外側の速度検出
部材34および36はともに、２軸同調慣性速度検出素子を
形成する。
図1A、1Bおよび６を参照して、駆動部材38の中央部分
52の厚みはフレーム50の厚みよりも小さい。駆動部材40
の中央部分150はまたそのフレーム100よりも薄い。中央
部分とフレームとの厚みの違いにより、駆動部材38のフ
レーム50と駆動部材40のフレーム100とを結合したとき
に中央部分間に小さな空隙が生じる。
図1A、1Bおよび６を参照して、速度検出部材34および
36はそれぞれ検出素子110および112を備える。速度検出
部材34は中央部分120と、中央部分120から検出素子110
へと延在する複数のコンプライアント板ばね122−125を
含む。同様に、速度検出部材36は中央部分121から検出
素子112へと延在する板ばね130−133を含む。検出素子1
12は好ましくは、一般的に矩形の中央の空き113を有す
る概して薄い矩形構造として形成される。図1Bおよび６
で示されるように、中央部分121は検出素子112よりも厚
みが大きく、検出素子112は板ばね130−133よりも厚み
が大きい。
図６は、駆動部材38および40を結合し次に速度検出部
材34および36をそれぞれ駆動部材38および40の後面の中
央部分に結合した結果としての構造を示す。速度検出部
材34および36の最も厚みの大きな中央部分120および121
のみがそれぞれ対応する駆動部材38および40に結合され
る。このようにして板ばね121−125および130−133は、
図1Aおよび1Bで示されるようにＺ軸に沿い、かつ図６で
示されるようにこの紙面で小さな振幅で自由に振動す
る。
図１および６を参照して、駆動部材38および40ならび
に速度検出部材34および36は結合された後にベース22に
配置され、駆動部材38および40のコーナーがベースマウ
ント24−27に接触する。好ましくは、ベースマウント24
−27は各々、機械的発振器サポートベース22と駆動部材
38のフレーム50との間で減衰コンプライアント素子を含
むように形成される。このコンプライアント素子は、逆
回転機械的発振器が１つの共振周波数を有することを確
実とするために必要である。コンプライアント素子はま
た外部振動入力を減衰するというさらなる利点をもたら
す。
回転センサ20が完全に組立られ、駆動電圧が双方の駆
動部材38および40の電極アセンブリに与えられると、回
転センサ20は図1AのＸおよびＹで示された面内の軸に関
する回転の検出に使用できる。ＸまたはＹ軸に関する回
転入力によって、速度検出素子110および112において面
外振動が発生する。この面外振動は、面における軸に関
する物体の回転により面において振動する物体で発生す
る面外のコリオリ力により生じるものである。板ばね12
2−125および130−133により、入力回転に応答し面内の
軸に関する適量の面外振動が生じる。好ましくは、２つ
の速度検出部材34および36は実質的に等しいＸ軸共振周
波数を有する。同様に、好ましくは、速度検出部材34お
よび36のＹ軸共振周波数は同じである。これら共振周波
数は好ましくは駆動部材の振動周波数と等しい。
ＸまたはＹ軸いずれかに関する入力回転速度により生
じる面外振動は、駆動部材38および40と対応する速度検
出部材34および36との間の相対的変位を変化させる。こ
の変化する変位は容量における変化として考えることが
でき、以下で説明される容量性ピックオフがもたらされ
る。
図1Aおよび６において、駆動部材40の中央部分は参照
番号150で示される。駆動部材40はまた、駆動部材38の
フレクシャビーム61および63にそれぞれ対応するフレク
シャビーム152および154を有するものとして示される。
図７は概略的に容量性信号ピックオフを示す。発振器
160は速度検出部材34および36に基準励振信号を与え
る。基準励振の電圧は約10ボルトであり、周波数は約25
0kHzである。キャパシタ162および164が駆動部材38と速
度検出部材34との間に形成される。キャパシタ166およ
び168は駆動部材40と速度検出部材36との間に形成され
る。約＋10ボルトの駆動電圧がキャパシタ162および166
に与えられる。約−10ボルトの駆動電圧がキャパシタ16
4および168に与えられる。電気リード線170−173は回転
速度を示す振動性信号を以下で述べる信号処理回路に運
ぶ。
図８を参照して、信号処理は基本的な形式として、速
度検出部材34および36双方についてのＸおよびＹ軸に関
する回転速度を示す信号からなるセンサ入力を受取る。
センサ入力はそれぞれ第１および第２のＸ軸センサキャ
プチュアループ回路200および202に、かつそれぞれ第１
および第２のＹ軸センサキャプチュアループ回路204お
よび206に与えられる。第１および第２のＸ軸センサキ
ャプチュアループ回路200および202の出力はそれぞれ加
算器208に入力される。同様に、第１および第２のＹ軸
センサキャプチュアループ回路204および206の出力はそ
れぞれ加算器210に入力される。加算器208および210は
量子化器212にＸおよびＹ軸回転信号を与える。
センサ回路200−206は同一でもよい。４つのセンサ回
路200−206各々についての構造が図９に示される。角速
度入力信号および同位相動的誤差を示す信号が加算器22
0で組合される。加算器220の出力は周波数ωＤで逆回転
駆動振動からのコリオリ発生力により動的に変調される
入力を表わす。この同位相信号は任意的に駆動信号の余
弦関数として示すことができる。四分円動的誤差を示す
信号は駆動信号の正弦関数として特徴づけることができ
る。ブロック222および224は振動周波数での入力速度信
号の動的変調を表わす。ブロック222および224からの信
号の総和は加算器226によって示される。
加算器226の出力は角速度入力へのセンサ素子応答を
示すブロック228によって示される回路に入力される。
ブロック228の出力は増幅器230により増幅される。増幅
器230は信号をcosωDtおよびsinωDtでそれぞれ復調す
る１対の復調器232および236への出力をもたらす。復調
器232および233の出力はそれぞれ対応するサーボ補償回
路234および233に入力される。サーボ補償回路234の信
号出力は図８の適切な加算器208または210に送られる角
速度信号である。サーボ補償回路234および236からの信
号出力はまた、入力された信号をそれぞれcosωDtおよ
びsinωDtで変調するトルキング変調器回路238および24
0に入力される。トルキング変調器回路238および240か
ら出力された信号は加算器242に入力される。加算器242
の出力は検出素子トルキング電極227a−227dに与えら
れ、加算器226を通して検出素子にフィードバックトル
クを与える。
図10は、双方の検出素子からの信号が１つのキャプチ
ュアループで組合される信号処理回路を示す。Ｘブロッ
ク252へのＸ速度入力信号は、駆動周波数ωＤでコリオ
リ力によって変調される。ブロック252の出力はトルキ
ング加算器250への入力として示される。ピックオフ回
路254および256は周波数ωＤで第１および第２の速度検
出部材34および36の振幅応答を発生する。増幅器260お
よび262はそれぞれ回路254および256から出力された信
号を増幅する。加算器264は回路254および256から出力
された信号の総和を示す信号を発生し、加算器266は回
路254および256から出力された信号の差を示す信号を発
生する。和および差信号は次に、同位相および直角復調
を行なう復調器270に入力される。復調器270の出力はサ
ーボ補償回路272に入力され、Ｘ軸に関する測定された
回転速度がもたらされる。
駆動部材のサーボ発振器274からの信号は、復調器270
と、同位相および直角トルク変調および加算をもたらす
変調および加算回路276とに接続される。変調および加
算回路276はサーボ補償回路272から信号を受取り、加算
器250にフィードバックトルキング信号を与える。
図10の回路は、Ｘ軸について上述した構成要素と同一
の構成要素を有するＹ軸についての第２の部分280を含
む。図10では、双方の部材からの信号については、フィ
ードバックトルクが与えられる前に総和および差分がと
られる。この方策により、出力軸同調のＱが向上する。
各検出部材が独立してキャプチャリングされるならば、
各部材に対する反作用トルクの釣り合いが互いにとれて
いる逆振動モードでフィードバックトルクを位相同期さ
せないことにより、Ｑは減衰するであろう。各部材が独
立してキャプチャリングされるならばベースマウントで
エネルギが浪費されるであろう。センサの偏向を完全に
キャプチャリングするためには、和および差信号だけで
なく、同位相および直角信号をともに０にしなければな
らない。速度を表わす信号は、差分をとられた信号の同
位相成分である。他のフィードバックトルクは、望まし
くないクロス結合入力および角加速度入力からの同相お
よび直角トルクを補正する。
回転センサ20についての性能および環境に関する詳細
な必要条件は、0.01゜／時間のバイアス再現性、20PPM
のスケールファクタ誤差、 の角度ランダムウォーク、および0.01゜／時間/G未満の
感度である。
本発明に従う回転センサ20には、振動整流誤差を減少
させバイアス再現性を向上させるといういくつかの重要
で独自の特徴がある。第１に、両方の軸についての線形
的な振動の同相除去は、検出素子の重心をその懸垂中心
と一致させることにより可能となる。振動速度センサの
その他の機械化において使用されるような、独立した加
速度センサの位相および利得の整合およびトラッキング
の心配はない。第２の、慣性速度検出素子は、バイアス
誤差をもたらす面外の駆動力からは機械的に分離されて
いる。第３に、各駆動部材および関連する検出素子は単
一のユニットとして一緒に移動するため、慣性速度検出
素子とそのピックオフとの間には相対運動は生じない。
第４に、捩じり機械的発振器アセンブリは釣り合ってい
るので、バイアス誤差に至る可能性がある外部機械的イ
ンピーダンスにおける変化への感度が減じられる。
機械的発振器は、２軸コリオリ角速度検出に必要な振
動速度励起をもたらす。４つのフレクシャ素子60−63の
ばね定数、駆動部材40のその他の４つのフレクシャ素子
と結合する振動素子52および34の慣性、ならびに振動素
子36および150の慣性により発振器の共振周波数が確立
され、一方ピーク速度振幅は発振器のピックオフにより
検出され、信号を発振プレートの対向する面の駆動電極
に与える駆動エレクトロニクスにより制御される。振動
プレートの対向面には、慣性速度検出素子の各々の軸を
再び釣り合わせるのに用いられるピックオフ／強制電極
がある。なお、すべての駆動、ピックオフ／強制電極お
よび電気コンタクトは機械的発振器に限られる。
機械的発振器の固有周波数は５キロヘルツのオーダで
あり、全回転センサチップおよびベースマウントのコン
プライアイント素子の共振周波数は１キロヘルツのオー
ダである。したがって、500ヘルツという所望の帯域幅
を容易に達成することができる。
動作においては、上側の速度検出部材36と下側の速度
検出部材34とは機械的発振器素子38および40により180
゜相が異なるように駆動される。速度検出素子の上側お
よび下側の速度検出部材には、入力軸および機械的発振
器双方に垂直である軸に関する振動により、機械的発振
器の軸に垂直な軸に関する角速度の入力に応答する。速
度検出素子のこのコリオリにより誘起される振動の成分
が、ＸおよびＹ軸容量性ピックオフにより検出される。
このピックオフ信号は、電圧をフィードバックして速度
検出素子を静電的に０に強制する回転センササーボエレ
クトロニクスのＸおよびＹチャネルに与えられる。各軸
についての電圧フィードバックの大きさは、入力角速度
のＸおよびＹ成分に線形的に比例する。
信号処理回路は、角速度に比例するDC信号を与える一
方でループが機械的発振器周波数ωＤで積分利得を有す
ることを可能にする態様で、同位相および直角信号双方
をサーボする。
図８の量子化器212を参照して、高速のオーバーサン
プリングを伴う２重レンジ変換方法が用いられる。ダイ
ナミックレンジが高い、４次デルタ−シグマ変調器はア
ナログ速度信号を直列ビットストリームに変換し、各ビ
ットはデルタシータを表わしている。このデルタシータ
は次に、10のファクタ分帯域幅よりも高い5kHzでプロセ
ッサにより加算およびサンプリングされ、高速平均化が
行なわれる。信号は雑音を含んでいるため、このプロセ
スの結果分解能が向上する。オーバーサンプリング後の
1.5arc−secという分解能を伴う180゜/secという精密な
範囲が達成される。精密でない範囲は４倍に増大して72
0゜/secとなり、分解能は6.0arc−secである。
この回転センサの評価は基本的には同じ理論を用い、
チューンドロータジャイロ（TRG）と同じ伝達関数を有
する。検出素子振動のＱはTRC動的時定数に類似し、駆
動周波数とセンサ出力固有周波数との差は、同調された
速度と異なるTRGのスピン速度に等しい。
本発明のいくつかの重要な特徴について以下に述べ
る。センサ20は閉ループモードで動作して検出軸を同調
させ、開ループ装置に対しランダムウォークを何オーダ
も減じることができる。たとえば開ループの音叉ジャイ
ロのランダムウォークはその帯域幅に比例して劣化す
る、というのも音叉の振動周波数から離れるようにさら
に同調されより大きな帯域幅が得られるにつれてピック
オフ感度は減少し続けるからである。
駆動力は感応素子に直接作用しない。感応素子を直接
駆動することは、シャフトおよびジンバル構造を通して
駆動する代わりにTRGのモータを直接ロータ素子に装着
することと同じである。感応素子そのものが駆動される
場合、振動のための駆動力がコリオリ検出軸の方向にわ
ずかな量だけでも不整合になっているならば、バイアス
誤差の直接の源が生じるだろう。クロス結合される力の
位相は速度入力により発生されるものと等しく、したが
って実際の速度入力と区別することができない。この力
は、圧力、アライメント、またはヒステリシス損失が変
化すれば時間および温度とともに変化するだろう。セン
サが懸垂を通して駆動される設計においてさえ、検出軸
方向におけるスチフネスが高くなければ、通常の力は検
出素子に伝達される。これは「表面」ミクロ機械加工方
法を適用する設計の場合であろう、というのも懸垂では
「深さ」というものはもたらされずクロス面の方向では
スチフネスが高くなるからである。
振動駆動運動、または結果として生じる応力はピック
オフには現れない。変位ピックオフのベースが検出素子
とともに動くようにすることによって、最も被害を大き
くする誤差の源の１つが完璧に排除できる。全体として
この特徴は、感応素子がピックオフの上で振動する際の
感応素子の振動面での不完全性のコヒーレント結合を排
除する。ミクロ機械加工されたシリコンの表面仕上げが
0.02マイクロインチのオーダであっても、0.01度／時間
の性能に対し分解するのに必要な運動の振幅よりも何オ
ーダも大きい。この移動ピックオフ技術はまた、ミクロ
機械加工中の感応素子の何らかの公称のチルトによる効
果を排除する。このようなチルトからの信号はチルトお
よび角度振動振幅の積に比例する出力に結合するだろ
う。その他多くのコリオリ検出装置では、コリオリ力を
検出するためにピエゾ抵抗、または圧電応力検出変換器
を用いる。不運にもこうしたピックオフは、0.01度／時
間の分解に必要な応力よりも数十億倍も大きい駆動振動
の全応力を反結合しなければならない。
本発明により線形の振動の固有の同相除去がもたらさ
れる。各検出素子は、重心が懸垂中心にあるように本来
釣り合わされている。大抵のその他の設計のように片持
ち梁形式のものではない。したがって線形の振動入力に
対しては出力は発生されない。片持ち梁形式の耐性の高
い固まりについては、２つの出力からの信号の差分がと
られて振動への感度が除去される。このことはこうした
消去のためには利得および位相の整合に優れることが重
要であることを示している。
5000Hzの共振周波数および0.5メートル／秒のピーク
速度に対し、ピークコリオリ加速度は0.01゜／時間入力
速度に対して0.005マイクロＧである。5000Hzでのこの
加速度に対するピーク出力軸偏位軸変位は、5.1×10-11
ミクロンである。出力軸に関する500という控えめなＱ
の値に対し、この運動は増幅して2.5×10-8ミクロンと
なる。公称のギャップが10ミクロンというピックオフ
は、５ボルトのブリッジソースに対し1.2nV、およびギ
ャップ容量の５倍もの推定される浮遊およびバックプレ
ーン容量を発生する。これにより゜／時間につき120nV
のスケールファクタが生じる。
の雑音よりも優れた現在の計測増幅器では、回転センサ
の白色雑音は よりも優れており、RMSへの変換および全波復調が可能
であろう。この雑音は よりも優れたランダムウォークに変換する。Ｑがより高
くされれば、この数字は比例して小さくなるであろう。
動作については、振動の軸に垂直な軸に関し速度が与
えられるとコリオリ力が発生し、これが感応素子に面外
で角度的に振動させる。この運動を測定する検出素子に
近接してプレートに設けられたピックオフからの信号が
増幅され、フィードバックトルクを発生させてコリオリ
力の効果を打消すのに用いられる。検出素子を０に保つ
のに必要なトルクは、入力速度の尺度である。
ベースをシステムに追従するように装着し、センサを
外部振動から分離することが所望されるならば、２つの
感応素子をともに位相同期がとられるループにキャプチ
ャリングすることにより、出力軸に関し高いＱを維持す
ることが重要である。そのためには、フィードバックト
ルクが与えられる前に双方の検出素子からのピックオフ
信号について総和および差分がとられる。各検出素子が
独立してキャプチャリングされたならば、各素子に対す
る反作用トルクが互いに釣り合っている平衡モードにお
いてフィードバックトルクの位相同期が行なわれるよう
にすることによってＱは減衰されるだろう。この技術は
２つの検出素子がコンプライアントフレームマウントを
通して結合されることにより１つの独自の振動周波数に
駆動される駆動メカニズムと等価である。
本明細書で開示する構造および方法は本発明の原理を
示している。本発明をその精神または本質的な特性から
逸脱させることなくその他の具体的な形式で実現するこ
とができる。ここで説明された実施例はすべての観点に
おいて制限的なものではなく例示的なものであると考え
られるべきである。したがって、前述の説明よりも添付
の請求の範囲が本発明の範囲を規定するものである。ク
レームの等価物の意味および範囲内である本明細書で説
明した実施例のすべての変形例が、本発明の範囲におい
て包含される。
フロントページの続き (72)発明者 ワイズ，スタンリー・エフ アメリカ合衆国、91316 カリフォルニ ア州、エンシーノ、アロンゾ・アベニ ュ、4610 (72)発明者 ファーシュト，サミュエル・エイチ アメリカ合衆国、91604 カリフォルニ ア州、ステューディオ・シティー、ブエ ナ・パーク・ドライブ、3749 (56)参考文献 特開 平５−248875（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160410（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開2113842（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転センサであって、 ベースと、 駆動装置とを含み、駆動装置は、 ベースに装着された第１のフレームを有する第１の駆動
    部材を含み、第１の駆動部材は第１の１対の対向する平
    坦な表面を備える単一のシリコンウエハから形成され、
    第１の駆動部材はさらに、フレームに接続される第１の
    駆動部材中央部分を有し、シリコンウエハの平坦な表面
    に垂直な軸に関しフレームと中央部分との間で回転のコ
    ンプライアンスが存在するようにされ、第１の駆動部材
    はさらに第１の駆動部材中央部分の少なくとも片側に形
    成される第１の複数の電極を有し、駆動装置はさらに、 第１のフレームに装着される第２のフレームを有する第
    ２の駆動部材を含み、第２の駆動部材は第２の１対の対
    向する平坦な表面を備える単一のシリコンウエハで形成
    され、第２の駆動部材はさらに、フレームに接続される
    第２の駆動部材中央部分を有し、シリコンウエハの平坦
    な表面に垂直な軸に関しフレームと中央部分との間で回
    転のコンプライアンスが存在するようにされ、第２の駆
    動部材はさらに第２の駆動部材中央部分の少なくとも片
    側に形成される第２の複数の電極を有し、回転センサは
    さらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を複数の電極に与える
    ための駆動信号装置を含み、複数の電極は、駆動信号に
    よりシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関し
    駆動部材中央部分の回転振動が生じるように配置され、
    回転センサはさらに、 シリコン検出部材を含み、シリコン検出部材は、 第２の駆動部材中央部分に接続される検出部材中央サポ
    ート部材を有し、それにより第２の駆動部材中央部分の
    回転振動が検出部材中央部分に伝達され、シリコン検出
    部材はさらに 検出部材中央サポート部材に接続された検出部分を有
    し、前記検出部分は駆動軸に関して振動し、駆動軸に垂
    直である軸に関する入力回転速度が検出部分の面外振動
    を発生させ、回転センサはさらに、 検出部分に接続され検出部分の面外振動の振幅の関数と
    して入力回転速度を示す信号を発生するための信号処理
    装置を含む、回転センサ。
  2. 【請求項２】第１の駆動部材はさらに第１のフレームと
    第１の駆動部材中央部分との間に接続される第１のフレ
    クシャビームを含み、第２の駆動部材はさらに第２のフ
    レームと第２の駆動部材中央部分との間に接続される第
    ２の複数のフレクシャビームを含む、請求項１に記載の
    回転センサ。
  3. 【請求項３】検出部材中央サポート部材と検出部分との
    間に接続される複数の一般的に平坦な板ばね部材をさら
    に含み、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に
    垂直となる、請求項１に記載の回転センサ。
  4. 【請求項４】第２の駆動部材と検出部分との間に形成さ
    れる容量性ピックオフをさらに含み、検出部分の面外振
    動により容量性ピックオフの容量に変化が生じセンサ素
    子応答信号が形成される、請求項３に記載の回転セン
    サ。
  5. 【請求項５】検出部材中央サポート部材と検出部分との
    間に接続される複数の一般的に平坦な板ばね部材をさら
    に含み、検出部分における面外振動が板ばね部材の面に
    垂直となる、請求項２に記載の回転センサ。
  6. 【請求項６】第２の駆動部材と検出部分との間に形成さ
    れる容量性ピックオフをさらに含み、検出部分の面外振
    動により容量性ピックオフの容量に変化が生じセンサ素
    子応答信号が形成される、請求項５に記載の回転セン
    サ。
  7. 【請求項７】ベースと駆動部材のフレームとの間に接続
    される複数のベースマウントをさらに含み、各ベースマ
    ウントは回転センサにおいて単一の機械的共振周波数を
    与えるためかつ外部振動入力を減衰させるための減衰コ
    ンプライアント素子を含むように形成される、請求項５
    に記載の回転センサ。
  8. 【請求項８】信号処理装置は、 容量性ピックオフに接続され入力回転速度を示す信号を
    受取るように配置される第１の加算回路と、 第１の加算装置に接続され駆動信号周波数の余弦を示す
    信号で入力回転速度信号を変調するために配置される第
    １の変調回路と、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変
    調するために配置される第２の変調回路と、 第１および第２の変調回路から出力された信号を加算し
    検出部材の電極にフィードバック信号を与えるように接
    続される第２の加算回路と、 容量性ピックオフに接続され駆動周波数の余弦でセンサ
    素子応答信号を復調するための第１の復調器回路と、 第１の復調器回路から出力された信号を受取るように接
    続される第１の補償回路と、 容量性ピックオフに接続され駆動周波数の正弦でセンサ
    素子応答信号を復調するための第２の復調器回路と、 第２の復調器回路から出力された信号を受取るように接
    続される第２の補償回路と、 第１の補償回路に接続される第１のトルキング変調器回
    路と、 第２の補償回路に接続される第２のトルキング変調器回
    路と、 第１および第２のトルキング変調器回路から出力された
    信号を加算するための第３の加算回路とを含み、第３の
    加算回路は検出部材の複数の電極に入力されるフィード
    バック信号を発生する、請求項６に記載の回転センサ。
  9. 【請求項９】信号処理装置は、 入力回転速度を示す信号を受取るように配置される第１
    の加算回路と、 第１の加算装置に接続され駆動信号周波数の余弦を示す
    信号で入力回転速度信号を変調するために配置される第
    １の変調回路と、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変
    調するために配置される第２の変調回路と、 第１および第２の変調回路から出力された信号を加算し
    検出部材にフィードバック信号を与えるように接続され
    る第２の加算回路と、 検出部分に接続され駆動周波数の余弦でセンサ素子応答
    信号を復調するための第１の復調器回路と、 第１の復調器回路から出力される信号を受取るように接
    続される第１の補償回路と、 検出部分に接続され駆動周波数の正弦でセンサ素子応答
    信号を復調するための第２の復調器回路と、 第２の復調器回路から出力される信号を受取るように接
    続される第２の補償回路と、 第１の補償回路に接続される第１のトルキング変調器回
    路と、 第２の補償回路に接続される第２のトルキング変調器回
    路と、 第１および第２のトルキング変調器回路から出力される
    信号を加算するための第３の加算回路とを含み、第３の
    加算回路は検出部材の複数の電極に入力されるフィード
    バック信号を発生する、請求項１に記載の回転センサ。
  10. 【請求項１０】回転センサであって、 ベースと、 ベースに装着され、第１の１対の対向する平坦な表面を
    備える第１の単一のシリコンウエハから形成される第１
    の駆動部材とを含み、第１の駆動部材は、 第１のフレームと、 第１のフレームに接続される第１の駆動部材中央部分と
    を備え、前記第１の駆動部材中央部分は第１のシリコン
    ウエハの平坦な表面に垂直な軸に関し第１のフレームと
    第１の駆動部材中央部分との間で回転のコンプライアン
    スを有するように配置され、第１の駆動部材はさらに 第１の中央部分の少なくとも一方側に形成される第１の
    複数の電極を備え、回転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第１の複数の電極に
    与えるための第１の駆動信号装置を含み、第１の複数の
    電極はシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関
    し駆動信号により第１の駆動部材中央部分の回転振動が
    生じるように配置され、回転センサはさらに、 第１のシリコン検出部材を含み、第１のシリコン検出部
    材は、 第１の駆動部材中央部分に接続される第１の検出部材中
    央サポート部材を備え、それにより第１の駆動部材中央
    部分の回転振動が第１の検出部材中央部分に伝達され、
    第１のシリコン検出部材はさらに 第１の検出部材中央サポート部材に接続された第１の検
    出部分を備え、前記第１の検出部分は駆動軸に関して振
    動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度が第１の
    検出部分の面外振動を生じさせ、回転センサはさらに、 第１の駆動部材に装着され、第２の１対の対向する平坦
    な表面を備える第２の単一のシリコンウエハで形成され
    る第２の駆動部材を含み、第２の駆動部材は、 第２のフレームと、 第２のフレームに接続される第２の駆動部材中央部分と
    を備え、第２の駆動部材中央部分は第２のシリコンウエ
    ハの平坦な表面に垂直な軸に関し第２のフレームと第２
    の駆動部材中央部分との間で回転のコンプライアンスを
    有するように配置され、第１および第２の駆動部材中央
    部分は対向する関係で接続され、第２の駆動部材はさら
    に、 第２の中央部分の少なくとも一方側に形成される第２の
    複数の電極を備え、回転センサはさらに、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第２の複数の電極に
    与えるための第２の駆動信号装置を含み、第２の複数の
    電極は駆動信号によりシリコンウエハの平坦な表面に垂
    直な駆動軸に関し第２の駆動部材中央部分の回転振動が
    生じるように配置され、回転センサはさらに、 第２のシリコン検出部材を含み、第２のシリコン検出部
    材は、 第２の駆動部材中央部分に接続される第２の検出部材中
    央サポート部材を備え、それにより第２の駆動部材中央
    部分の回転振動が第２の検出部材中央部分に伝達され、
    第２のシリコン検出部材はさらに 第２の検出部材中央サポート部材に接続された第２の検
    出部分を備え、前記第２の検出部分は駆動軸に関して振
    動し、駆動軸に垂直な軸に関する入力回転速度により第
    ２の検出部分の面外振動が生じ、回転センサはさらに、 第１および第２の検出部分に接続され検出部分の面外振
    動の振幅の関数として入力回転速度を示す信号を発生す
    るための信号処理装置を含む、回転センサ。
  11. 【請求項１１】第１および第２の検出部分は入力回転速
    度に応答して反対方向に振動するように配置される、請
    求項10に記載の回転センサ。
  12. 【請求項１２】第１および第２の駆動部材各々はフレー
    ムと駆動部材中央部分との間に接続される複数のフレク
    シャビームを含む、請求項10に記載の回転センサ。
  13. 【請求項１３】第１および第２の検出部分の各々は検出
    部材中央サポート部材と検出部分との間に接続される複
    数の一般に平坦な板ばね部材を含み、検出部分の面外振
    動が板ばね部材の面に垂直となるようにされる、請求項
    12に記載の回転センサ。
  14. 【請求項１４】検出部分に形成される第１の容量性ピッ
    クオフさらに含み、第１の検出部分の面外振動が第１の
    容量性ピックオフの容量の変化を生じさせ、さらに、 検出部分に形成される第２の容量性ピックオフを含み、
    第２の検出部分の面外振動により第２の容量性ピックオ
    フに容量の変化が生じる、請求項13に記載の回転セン
    サ。
  15. 【請求項１５】第１の検出部材中央サポート部材と第１
    の検出部分との間に接続される第１の複数の一般に平坦
    な板ばね部材をさらに含み、第１の検出部分における面
    外振動が第１の板ばね部材の面に垂直となるようにさ
    れ、さらに 第２の検出部材中央サポート部材と第２の検出部分との
    間に接続される第２の複数の一般に平坦な板ばね部材を
    含み、第２の検出部分における面外振動が第２の板ばね
    部材の面に垂直となるようにされる、請求項10に記載の
    回転センサ。
  16. 【請求項１６】第１の検出部分と第１の駆動部材との間
    に形成される第１の容量性ピックオフさらに含み、第１
    の検出部分の面外振動が第１の容量性ピックオフの容量
    に変化を生じさせ、さらに 第２の検出部分と第２の駆動部材との間に形成される第
    ２の容量性ピックオフを含み、第２の検出部分の面外振
    動が第２の容量性ピックオフの容量に変化を生じさせ
    る、請求項15に記載の回転センサ。
  17. 【請求項１７】ベースと第１の駆動部材のフレームとの
    間に接続される複数のベースマウントをさらに含み、各
    ベースマウントは回転センサにおいて単一の機械的共振
    周波数を与えるためかつ外部振動入力を減衰するための
    減衰コンプライアント素子を含むように形成される、請
    求項15に記載の回転センサ。
  18. 【請求項１８】信号処理装置は、 第１の検出部分に接続されそこから出力される回転応答
    信号を増幅する第１の増幅器と、 第２の検出部分に接続されそこから出力される回転応答
    信号を増幅する第２の増幅器と、 第１および第２の増幅器に接続され、増幅された回転信
    号の総和を示す和信号を発生するように配置される第１
    の加算回路と、 第１および第２の増幅器に接続され、増幅された回転信
    号の差を示す差信号を発生するように配置される第２の
    加算回路と、 第１および第２の加算回路に接続され和および差信号の
    同相および直角位相変調を与えるための変調回路と、 変調回路に接続されそこからの同相および直角位相変調
    された和および差信号を受取るためかつ第１の軸に関す
    る入力回転のための測定された速度信号を発生するため
    のサーボ補償回路と、 サーボ補償回路に接続されそこからの信号を受取る同相
    および直角位相トルク変調および加算回路と、 同相および直角位相トルク変調および加算回路ならびに
    同相および直角位相復調回路に接続され自動利得制御を
    与えるための発振器サーボと、 同相および直角位相トルク変調および加算回路に接続さ
    れそこからの変調された信号を受取るための第３の加算
    回路とを含む、請求項10に記載の回転センサ。
  19. 【請求項１９】回転センサを動作させるための方法であ
    って、 ベースを与えるステップと、 駆動装置を形成するステップとを含み、駆動装置を形成
    する方法は、 ベースに装着される第１のフレームを形成することによ
    り第１の１対の対向する平坦な表面を備える単一のシリ
    コンウエハから第１の駆動部材を形成し、フレームに接
    続される第１の駆動部材中央部分をさらに含むように第
    １の駆動部材を形成し、シリコンウエハの平坦な表面に
    垂直な軸に関しフレームと中央部分との間で回転のコン
    プライアンスが存在するようにし、第１の駆動部材中央
    部分の少なくとも一方側に第１の複数の電極を形成する
    ステップと、 ベースに装着される第２のフレームを形成することによ
    り第２の１対の対向する平坦な表面を備える単一のシリ
    コンウエハから第２の駆動部材を形成し、フレームに接
    続される第２の駆動部材中央部分をさらに含むように第
    ２の駆動部材を形成し、シリコンウエハの平坦な表面に
    垂直な軸に関しフレームと中央部分との間で回転のコン
    プライアンスが存在するようにし、第２の駆動部材中央
    部分の少なくとも一方側に第２の複数の電極を形成する
    ステップと、 第２の駆動部材のフレームを第１の駆動部材のフレーム
    に装着するステップとを含み、回転センサを動作させる
    ための方法はさらに、 第１および第２のシリコンウエハの平坦な表面に垂直な
    駆動軸に関する第１および第２の駆動部材中央部分の回
    転振動を駆動信号が生じさせるように第１および第２の
    駆動部材の電極を配置するステップと、 駆動信号周波数を有する駆動信号を複数の電極に与える
    ステップと、 シリコン検出部材を与えるステップとを含み、シリコン
    検出部材を与えるプロセスは、 検出部材中央サポート部材を駆動部材中央部分に接続
    し、駆動部材中央部分の回転振動が検出部材中央部分に
    伝達されるようにするステップと、 検出部分を検出部材中央サポート部材に接続して、検出
    部分が駆動軸に関し振動し、駆動軸に垂直な軸に関する
    入力回転速度が検出部分の面外振動を生じさせるように
    するステップとを含み、回転センサを動作させるための
    方法はさらに、 検出部分から出力された信号を処理し、検出部分の面外
    振動の振幅の関数として入力回転速度を示す信号を発生
    するために信号処理装置を検出部分に接続するステップ
    を含む、回転センサを動作させるための方法。
  20. 【請求項２０】フレームと駆動部材中央部分との間に複
    数のフレクシャビームを接続するステップをさらに含
    む、請求項19に記載の方法。
  21. 【請求項２１】検出部材中央サポート部材と検出部分と
    の間に複数の一般に平坦な板ばね部材を接続し、検出部
    分における面外振動が板ばね部材の面に垂直となるよう
    にするステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
  22. 【請求項２２】検出部分に形成される容量性ピックオフ
    をさらに含み、検出部分の面外振動が容量性ピックオフ
    における容量の変化を生じさせセンサ素子応答信号が形
    成されるようにする、請求項３に記載の方法。
  23. 【請求項２３】検出部材中央サポート部材と検出部分と
    の間に複数の一般に平坦な板ばね部材を接続し、検出部
    分における面外振動が板ばね部材の面に垂直となるよう
    にするステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。
  24. 【請求項２４】検出部分と複数の電極との間に容量性ピ
    ックオフを接続し、検出部分における面外振動が容量性
    ピックオフにおける容量の変化を生じさせセンサ素子応
    答信号が形成されるようにするステップをさらに含む、
    請求項19に記載の方法。
  25. 【請求項２５】ベースと駆動部材のフレームとの間に複
    数のベースマウントを接続するステップと、 回転センサにおける単一の機械的共振周波数を与えるた
    めおよび外部振動入力を減衰するために減衰コンプライ
    アント素子を含むように各ベースマウントを形成するス
    テップとをさらに含む、請求項19に記載の方法。
  26. 【請求項２６】信号処理ステップは、 第１の加算回路を容量性ピックオフに接続して入力回転
    速度を示す信号を受取るステップと、 駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信号を
    変調するために第１の変調回路を第１の加算回路に接続
    するステップと、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変
    調するために配置される第２の変調回路を与えるステッ
    プと、 第２の加算回路を与えて第１および第２の変調回路から
    出力された信号を加算し、検出部材にフィードバック信
    号を与えるステップと、 駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するため
    に第１の復調器回路を容量性ピックオフに接続するステ
    ップと、 第１の補償回路を与えて第１の復調器回路から出力され
    る信号を受取るステップと、 駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するため
    に第２の復調器回路を容量性ピックオフに接続するステ
    ップと、 第２の補償回路を与えて第２の復調器回路から出力され
    る信号を受取るステップと、 第１のトルキング変調器回路を第１の補償回路に接続す
    るステップと、 第２のトルキング変調器回路を第２の補償回路に接続す
    るステップと、 第１および第２のトルキング変調器回路から出力された
    信号を加算し、検出部材の複数の電極に入力されるフィ
    ードバック信号を発生するための第３の加算回路を与え
    るステップとを含む、請求項23に記載の方法。
  27. 【請求項２７】信号処理ステップは、 第１の加算回路を容量性ピックオフに接続して入力回転
    速度を示す信号を受取るステップと、 駆動信号周波数の余弦を示す信号で入力回転速度信号を
    変調するために第１の変調回路を第１の加算回路に接続
    するステップと、 駆動信号周波数の正弦を示す信号で四分円動的誤差を変
    調するために配置される第２の変調回路を与えるステッ
    プと、 第２の加算回路を与えて第１および第２の変調回路から
    出力される信号を加算し検出部材にフィードバック信号
    を与えるステップと、 駆動周波数の余弦でセンサ素子応答信号を復調するため
    に第１の復調器回路を容量性ピックオフに接続するステ
    ップと、 第１の補償回路を与えて第１の復調器回路から出力され
    る信号を受取るステップと、 駆動周波数の正弦でセンサ素子応答信号を復調するため
    に第２の復調器回路を容量性ピックオフに接続するステ
    ップと、 第２の補償回路を与えて第２の復調器回路から出力され
    る信号を受取るステップと、 第１のトルキング変調器回路を第１の補償回路に接続す
    るステップと、 第２のトルキング変調器回路を第２の補償回路に接続す
    るステップと、 第１および第２のトルキング変調器回路から出力される
    信号を加算するための第３の加算回路を与えるステップ
    とを含み、第３の加算回路は検出部材の複数の電極に入
    力されるフィードバック信号を発生する、請求項19に記
    載の方法。
  28. 【請求項２８】回転センサを動作させるための方法であ
    って、 ベースを与えるステップと、 第１の１対の対向する平坦な表面を備える第１の単一の
    シリコンウエハの第１の駆動部材を形成するステップと
    を含み、第１の駆動部材を形成する方法は、 第１のフレームを与えるステップと、 第１の駆動部材中央部分を第１のフレームに接続するス
    テップと、 第１の駆動部材を配置し第１のシリコンウエハの平坦な
    表面に垂直な軸に関し第１のフレームと第１の駆動部材
    中央部分との間に回転のコンプライアンスが生じるよう
    にするステップと、 第１の中央部分の少なくとも一方側に第１の複数の電極
    を形成するステップとを含み、回転センサを動作させる
    ための方法はさらに、 第１の駆動部材をベースに装着するステップと、 駆動信号周波数を有する駆動信号を第１の複数の電極に
    与えるステップとを含み、第１の複数の電極は駆動信号
    によりシリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関
    する第１の駆動部材中央部分の回転振動が生じるように
    配置され、回転センサを動作させるための方法はさら
    に、 第１のシリコン検出部材を形成するステップを含み、第
    １のシリコン検出部材を形成する方法は、 第１の検出部材中央サポート部材を第１の駆動部材中央
    部分に接続し、第１の駆動部材中央部分の回転振動が第
    １の検出部材中央部分に伝達されるようにするステップ
    と、 第１の検出部分を第１の検出部材中央サポート部材に接
    続して第１の検出部分が駆動軸に関して振動し、駆動軸
    に垂直な軸に関する入力回転速度が第１の検出部分の面
    外振動を生じさせるようにするステップとを含み、回転
    センサを動作させるための方法はさらに、 第１の駆動部材に第１の駆動部材と同じ第２の駆動部材
    を装着するステップと、 信号周波数を有する駆動信号を第２の駆動部材に与えて
    シリコンウエハの平坦な表面に垂直な駆動軸に関する振
    動を生じさせるステップと、 第２の駆動部材に第１の検出部材と同じ第２のシリコン
    検出部材を装着するステップと、 検出部分の面外振動の振幅の関数として入力回転速度を
    示す信号を発生するために第１および第２の検出部分か
    ら出力される信号を処理するステップとを含む、回転セ
    ンサを動作させるための方法。
  29. 【請求項２９】第１および第２の検出部分を配置して入
    力回転速度に応答して反対方向に振動させるステップを
    含む、請求項28に記載の方法。
  30. 【請求項３０】フレームと駆動部材中央部分との間に複
    数のフレクシャビームを含むように第１および第２の駆
    動部材を形成するステップを含む、請求項29に記載の方
    法。
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