JP5690817B2 - 共振ジャイロスコープの連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、平面内の２軸（またはそれ以上）における角速度の測定を意図した慣性センサに関する。これは、ジャイロスコープであり、より具体的にはマイクロジャイロスコープである。

ジャイロスコープには、自動車、航空、ロボット等の分野において多くの用途がある。

費用が主たる要件である自動車などの量販分野において使用される各製品では、このようなマイクロ電子工学の技術の部品の大量生産は非常に魅力である。

シリコンマイクロジャイロスコープの製造はすでに広く行われている。このタイプの部品は、主として平面内にて共振振動する逆位相で連結された２つの移動質量体を含む。質量体は、交差指形のくし型構造(interdigital comb structure)または圧電アクチュエータを通じて加えられる静電力または圧電力によって励起される。

ジャイロスコープがｙ軸（ｘ軸に直交する）周りに一定の角速度にて回転する場合、質量体がｘ軸内に振動することが認められると、強制振動と角速度との合成は、移動質量体にｚの振動を与える力（コリオリの力）を誘起する。そして振動は、移動質量体の上に位置する電極である容量性の手段により検出され、かつｙ軸周りの回転速度の値が得られるようになる。逆位相の質量体連結を有する利点により、ｙ軸またはｚ軸における並進加速効果と、ｙまたはｚにおける回転によって発生したコリオリの効果とを区別することができる。なぜなら前者は、質量体の同相の移動を生じ、かつ後者は、ｙまたはｚ検出方向における質量体の逆位相の移動を生成するためである。

この最先端の技術は２分野に分類される：
− 原則として、自然の（既存の）逆位相を生成することが可能なジャイロスコープシステムがなく、かつ質量体の移動の振幅が、作動領域内において与えられる移動と独立して同時に調整されることができる１軸のジャイロスコープへの適用。
− 完全に同相に連結された２つのジャイロスコープを形成する４つの質量体の励起運動を許容する同じ手段がなく、かつ励起モードにおける移動の振幅が機械的に振幅および逆位相で連結される２−３〜６軸ジャイロスコープへの適用。

１軸ジャイロスコープに関する文献は非常に多くある。特に、検出モードおよび励起モードの質量体間の連結の生成に関する多くの特許がある。逆位相でなされる連結は、強いまたは弱いモード結合（運動の振幅）である。

特許文献１は、基板、対向する面にて好ましい方向および好ましい軸回転にて振動する第１および第２共振質量体、基板および共振器に接続された第１および第２バネを含み、バネは、共振器の振動の所望の方向に、より柔軟性がある共振ジャイロスコープを開示している。検出部材は、測定される振動方向と垂直方向の、共振器に作用するコリオリ効果を有効にする。連結領域では、２つの振動質量体を連結し、かつこの領域は、連結質量体および少なくとも１つの連結共振器を含む。

特許文献２は、周期的に振動する質量体を有する共振器を開示している。これは、正方形または楕円形のビームネットワークを使用することによる逆位相の優先的なモード結合（すなわち数ｋＨｚの位相モードによって起こる逆位相モード）を可能にする構造タイプであり、このネットワークは、２つの直線でつながれたフレックスビームにより両端が保持される。しかし、この構造は、平面外の寄生モードに敏感である。

従来技術において既知の他の構造は、枢動接続および逆位相連結（例えば特許文献３および特許文献４参照）を使用する。しかし、これらの構造は、移動振幅を調整することができない。

平面内の２軸ジャイロスコープの場合、特定の構造についてのいくつかの研究がなされている。知られている第１の研究は、非特許文献１である。この第１の研究に続き、周期的に振動する質量体を有するディスクについての他の研究がなされた。T. Juneau 等の文献に開示されるジャイロスコープは、まさに横の軸（励起および検出方向）間の連結に対して非常に敏感であるという欠陥がある。

周期的に振動する質量体を有するディスクについての研究について、様々な文献がある。非特許文献２、特許文献５、非特許文献３が挙げられる。

これらの文献に記載されている構造においては、異なる質量体間の機械的な連結がない。全ての運動は、静電サーボ制御によって制御される。

４つの音叉の連結に基づく２軸ジャイロスコープがまた知られている。このようなジャイロスコープは、例えば特許文献６、特許文献７、特許文献８、および特許文献９に記載されている。これらのジャイロスコープは、励起モードおよび検出モードにおける中央の固定接続による４つの音叉の強い連結に基づく。１つの音叉が励起されると、他の３つの音叉は、励起された音叉と同じ周波数および同位相にて振動する。これは、運動伝達連結である。これらの構造は、基板を有する共通の中央アンカーを有し、並進動作ではなく回転動作を生じる。

特許文献１０は、ジャイロスコープの２つの検出質量体間の逆位相連結を許容する１組のビーム（連結構造）を含む１軸ジャイロスコープを開示している。連結構造は、バネを形成しているビームを介した基板への間接的な固定を有している。したがって、連結構造（「四辺形ループ」と呼ばれる）はバネ（「バネビーム」と呼ばれる）を介して枠に（「連結枠」と呼ばれる）接続され、かつ枠は、バネ（「バネビーム」と呼ばれる）を介してアンカー（「浮遊アンカー」と呼ばれる）に固定される。

特許文献１１は、支持基板の平面における回転速度ジャイロスコープの連結構造を開示する。連結構造は、励起手段領域のバネを介して固定される。検出方向（ｙ軸回転）に動くことができるバネは、連結構造に含まれる。この構成では、ｚ軸の検出ジャイロスコープの製造が非常に難しい。

米国特許第５，８９５，８５０号明細書 国際公開第２００６／０３７９２８号パンフレット 米国特許出願公開第２００４／１５４３９７号明細書 米国特許出願公開第２００５／０７２２３１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２１０９７８号明細書 米国特許出願公開第２００７／００１３４６４号明細書 国際公開第２００８／０２１５３４号パンフレット 米国特許第５７６３７８１号明細書 国際公開第２００７／１０５２１１号パンフレット 米国特許第６１３４９６１号明細書 米国特許第６３４９５９７号明細書

T. Juneau等著、「Dual axis operation of a micromachined rate gyroscope」Transducers, 1997 International Conference on Solid State Sensors and Actuators, vol. 2, 1997, 883~886ページ W. Geiger等著、「Decoupled microgyros and the design principle DAVED」 Sensors and Actuators A: Physical, vol. 95, no2-3, 2002, 239~249ページ S. An等著、「Dual-axis microgyroscope with closed-loop detection」, The Eleventh Annual International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems, 1998, 328~333ページ

本発明は、従来技術のジャイロ装置を改善するために提案された。この目的を達成するために、例えばひし形、正方形または楕円形のパターンから成ることができるビームの閉じた組立体を有する連結構造が提案され、このビームの閉じた組立体は、例えばいくつかのひし形または楕円（ハイパースタティック（hyperstatic）格子の形の）を有する星形を形成し、基板への固定を必要とすることなく、軸方向の移動を少なくとも４方向の強い連結に変換させることができ、かつ少なくとも一対の質量体に関して対称でありかつ振幅が調整される自然な逆位相の運動を生じさせることができる。

したがって本発明の目的は、基板に作られた共振マイクロジャイロスコープの連結構造であって、連結構造は、励起手段によって与えられた第１軸に沿った振動運動が検出されることを可能にし、かつ振動運動が第１軸を含む平面に載置された振動質量体に伝えられ、連結構造は振動質量体に接続されたビームの閉じた組立体を含み、該ビームは振動質量体のみに接続され、組立体は、励起手段によって提供された振動運動を検出し、かつ少なくとも前記平面に含まれる第２軸に沿って振動質量体に伝達するよう配置され、連結構造は基板に固定される点がないことを特徴としている。

本発明によるジャイロスコープは、励起振幅および質量体の移動振幅間の非相関を許容する。さらに、本発明のジャイロスコープは、１軸または複数の軸が可能である。連結構造の形状は、特に位相および振幅が概ね全く同一の質量体の振動を許容する。

ビームの閉じた組立体はひし形および楕円から選択された形を有する、少なくとも１つの閉じたパターンを含むことができ、パターンはひし形または楕円の一方の軸に沿った振動運動を検出し、かつそれをひし形または楕円の他方の軸に沿って伝達するように配置されている。振動運動は、ひし形または楕円の長軸に沿って検出され、かつひし形または楕円の短軸に沿って伝達されることができる。

閉じたビームの組立体は、正方形を有する少なくとも１つの閉じたパターンを含むことができ、パターンは正方形の一方の対角線に沿った振動運動を検出し、かつそれを正方形の他方の対角線に沿って伝達するように配置されている。

４つの励起手段の効果により少なくとも４つの振動質量体に振動を与えるために、連結構造は４つの閉じたパターンを含むことができ、複数の閉じたパターンは、連結構造の対称中心を構成する点にて頂点の１つによって接続され、２つの対向し整列されたパターンが他の２つの対向し整列されたパターンに直交するような、２つずつ対向し整列されたパターンが存在するようになっており、かつ２つの連続したパターンは、ビームにより前記質量体の１つにそれぞれ接続されるようになっており、これにより２つの対向する振動質量体が、対称中心を通る同軸上に配置される。連結構造の対称中心に対向するパターンの頂点は、それぞれ励起手段にしっかりと連結されることができる。他の２つの振動質量体は、互いに直交し、かつ対向し整列されたパターンに対して４５°オフセットされることができる。

閉じたパターンがひし形の場合、少なくとも４つの励起手段の効果により少なくとも６つの振動質量体に振動を与えるために、連結構造は、８つの並列したひし形パターンを含むことができ、２つずつ対向し、整列されたパターンが存在するようにパターンは連結構造の対称中心を構成する点にてそれらの頂点の１つにより接続され、対称中心に対向するパターンの頂点はそれぞれ前記６つの振動質量体の１つにしっかりと連結されるようになっている。

本発明の他の目的は、基板の表面に形成された共振マイクロジャイロスコープであって、基板に対して移動することができる少なくとも２つの振動質量体含み、かつ少なくとも１つの連結構造を通じて振動質量体に振動を与えるような励起手段を含み、連結構造は上述した構造の１つである。

添付の図に付随する非限定的な例として示された以下の説明により、本発明はより理解され、他の利点および特徴が明らかになるだろう。

本発明による１軸の共振ジャイロスコープの概略図である。 本発明による１軸の共振ジャイロスコープの概略図である。 本発明による１軸の共振ジャイロスコープの概略図である。 本発明による増幅された移動振幅の逆位相連結を有する２軸の共振ジャイロスコープの概略図である。 同じ平面に配置された４つの振動質量体を有し、本発明による対称な連結構造を実現する共振ジャイロスコープの概略図である。 同じ平面に配置された４つの振動質量体を有し、本発明による対称な連結構造を実現する共振ジャイロスコープの概略図である。 同じ平面に配置された４つの振動質量体を有し、本発明による対称な連結構造を実現する共振ジャイロスコープの概略図である。 図３Ａに示される共振ジャイロスコープの変形例である。 同じ平面に配置された６つの振動質量体を有し、本発明による６つの分岐を有する星形の連結構造を実現する共振ジャイロスコープ概略図である。 本発明による３つの連結構造を使った共振ジャイロスコープの概略図である。

下記に説明される全ての図において、それぞれの振動質量体は当業者に既知の留め具によって基板に固定されて表示されている。図において参照符合Ｒで表されるこれらの留め具は、例えばバネである。それらは、振動質量体の一定の運動を制限することができる。振動質量体の作動（または励起）手段は、添付の図面に表される容量性のくし型、または当業者に既知の他のタイプとすることができる。

図１Ａは、本発明による連結構造を使用した共振ジャイロスコープの概略図である。ジャイロスコープは、支持基板に対して第１軸に沿ってそれぞれ図１Ｂおよび図１Ｃの矢印によって示される方向に移動することができる第１振動質量体１および第２振動質量体２を含む。振動質量体１および２は、従来技術でよく知られる交差指形の容量性のくし構造体３および４により振動が与えられる。くし構造体３は、支持基板にしっかりと連結された２つの固定くし３１および３３と、固定くし３１および３３に対して移動することができる移動くし３２とを含む。くし構造体４は、支持基板にしっかりと連結された２つの固定くし４１および４３と、固定くし４１および４３に対して移動することができる移動くし４２とを含む。移動くし３２および４２は、支持基板に対して第２軸に沿って移動する。第１および第２軸は、互いに直交し、かつ基板に平行である。

共振ジャイロスコープは、ひし形を構成するように端と端とを接して配置された４つのビーム５１，５２，５３および５４から形成された連結構造５と、振動質量体１および２の移動軸に一致する第１軸と、移動くし３２および４２の移動軸に一致する第２軸とを含む。連結構造５は、ひし形の対向する角により移動くし３２および４２に取り付けられ、かつ他の２つの対向する角により振動質量体１および２に取り付けられている。

図１Ａは、静止状態の共振ジャイロスコープを表す。図１Ｂは、移動くし３２および４２が互いに近づくように移動する励起状態の共振ジャイロスコープを表す。連結構造５の変形は、質量体１および２を強制的に互いから離れさせる。図１Ｃは、移動くし３２および４２が互いに離れた励起状態の共振ジャイロスコープを表す。連結構造５の変形は、質量体１および２を互いに近付くように強制的に移動させる。

伸ばしたひし形の使用は、調整された（増幅または減衰された）運動を伝達し、自由度を除くことにより直交方向の逆位相（増幅または減衰する方法により）に導く。この接続は、固定点がない。この接続は、例えば鋭角を形成している頂点の軸方向の移動により、励起を生成する。これは、両側に等しく直交方向に増幅され、かつ例えば鈍角を形成している２つの頂点に接続された２つの質量体に、逆位相に調整された運動が伝達されることを可能にする。

これは、質量体の面の動作と切り離すことができ、かつ熱または圧電型の静電デバイスによって生成された励起振幅は各質量体の運動の振幅から切り離すことができ、技術的に二対称性のどのようなでも両方の質量体の運動の位相および振幅が保存されることを保証する。

各質量体の振幅は、
− 励起方向に沿ったシステム全体の全体としての剛性および質量体数との比較
− 中央リンクに加えられる力
− システムの全体としての質係数
によって調節される。

図１に表される連結構造は、ひし形ではなく楕円形状とすることができる。この目的を達成するためには、連結構造のそれぞれのまっすぐなビームを弓なりのビームに単に置き換えることが必要である。

連結構造に正方形、円形、星形等を使用することにより、励起モードにて完全に連結された平面の２軸ジャイロスコープの製造を想定することができる。特に、正対称(orthosymmetrical)な形、または放射対称性を有する形により、いくつかの方向において同じ振幅の移動伝達が可能となる。

星形を使用することにより、励起モードにおいて完全に連結された慣性マトリックスの製造を想定することができる。このタイプの任意の幾何学的な形を使用することにより、質量体を互いに結びつけるこの連結リンクを通じたシステム質量体の動作を想定することができる。直伸のこれら幾何学的な形の構成の寸法により、運動が一の方向に与えられた場合に、他の方向に生成される移動振幅を構成することができる。

本発明によると、共振において２軸に沿った４つの振動質量体の励起、およびこれらの振動軸および両方の回転軸のそれぞれに直交する方向のコリオリ力の発生に伴うジンバル構造タイプのジャイロスコープもまた提案される。

いくつかの形（逆の正方形、円、星）をとることができる固定されていない中央接続により、それぞれの線対称の振動質量体（逆位相の）の強い連結が可能となる。

１つの質量体が励起される場合、他の３つの質量体は、励起された質量体と同じ周波数、同じ振幅および逆位相にて振動する。

したがって、励起のための複数の強い質量体連結により、１つの電子励起の検出ユニット（「フィードバック」による）が必要となる。

２つの質量体のみが励起される場合があり、かつ検出は他の２つの質量体によってなされる。

本発明は、少なくとも２つの対称軸を有する固定されていない中央リンクによってジンバルを伴う振動質量体の２つ以上の励起方向の強い連結が線対称の運動（位相が逆）を生じるという点において最先端の技術と異なる。さらに、この態様は、その領域を可能にする３（６）軸慣性マトリックス生成するための独立した構造の数を減らすことができるという利点を有し、それゆえ製造コストが減少する。

強い連結原理において、ある質量体の運動は、全ての他の質量体と完全に同じように再現される。これにより、電子サーボ−制御の数を減らすことができ、かつ以下の関係式により励起振幅および等しい共振周波数が全ての質量体に伝達される：

ここで、ｍ_ｉおよびｋ_ｉはそれぞれの質量体およびそれぞれの質量体の剛性を表す。

質量体ｍ_ｉおよび相対剛性定数ｋ_ｉがどのような値でも、質量体または相対剛性の障害が想定されている場合、これが再現構造である場合には全質量体の合計により、ジャイロスコープのプログラム化された特性における欠陥の影響を減らすことができる。励起される質量体の移動振幅Ｘ_ｅｘｃは、

である。ここで、
Ｑ_ｅｘｃ＝励起される質量体のＱ値
ｋ_ｅｘｃ＝励起方向における剛性
Ｆ_ｅｘｃ＝励起力
である。

励起移動によって全ての質量体に伝達されるコリオリの力Ｆ_{Ｃｏｒｉｏｌｉｓ}は、分離された検出質量体の障害によってのみ異なる。

ここで、
ｍ_ｄｅｔｉ＝各検出要素の質量体
ω_ｅｘｃ：励起振動
である。

軸間の感度の変化は、もっぱら振動検出質量体の設定に依存することになる。

ここで、
Ｑ_ｄｅｔ：検出Ｑ値
ｋ_ｉ：各検出要素の剛性
である。

異なる寸法のひし形組立体などのより複雑な格子形の使用により、与えられた運動の増幅および各位相の逆の運動の連結が同時に可能となる。

図２は、本発明による連結構造を使用した別の共振ジャイロスコープの概略図である。これは、逆位相連結および増幅された移動振幅を有する２軸ジャイロスコープである。

ジャイロスコープは、支持基板に平行な第１軸上に配置された２つの振動質量体１１および１３と、支持基板に平行かつ第１軸に直交する第２軸上に配置された２つの振動質量体１２および１４を含む。各振動質量体は、配置された軸に沿って移動することができる。

振動は、交差指形の容量性のくし構造体１３０，１４０，１５０および１６０によって振動質量体に与えられる。これらのくしは、図２を必要以上に複雑にしないために簡略に表されている。くし構造体１３０は、支持基板にしっかり連結された固定くし１３１と、固定くし１３１に対して移動することができる移動くし１３２とを含む。くし構造体１４０は、支持基板にしっかり連結された固定くし１４１と、固定くし１４１に対して移動することができる移動くし１４２とを含む。くし構造体１５０は、支持基板にしっかり連結された固定くし１５１と、固定くし１５１に対して移動することができる移動くし１５２とを含む。くし構造体１６０は、支持基板としっかり連結された固定くし１６１と、固定くし１６１に対して移動することができる移動くし１６２とを含む。

共振ジャイロスコープは、複雑な格子からなる連結構造１００を含む。この格子は、それぞれが図１によるビーム組立体からなる４つのひし形１０１，１０２，１０３および１０４を含む。ひし形１０１および１０３は、端と端とを接して配置され、かつこれらの長軸が位置合わせされている。ひし形１０２および１０４はまた端と端とを接して配置され、かつこれらの長軸がまた位置合わせされている。ひし形１０１および１０３の長軸は、ひし形１０２および１０４の長軸に直交する。ひし形１０１〜１０４の交点は、連結構造１００の対称中心を構成する。

連結構造の対称中心に対向するひし形１０１，１０２，１０３および１０４の頂点は、それぞれの移動くし１６２，１３２，１４２および１５２にしっかり連結される。このくし構造体は、移動くしの移動軸がこの移動くしにしっかり連結されたひし形の長軸に一致するように配置される。

したがって質量体１１〜１４の移動軸およびくし構造体１３０，１４０，１５０および１６０の励起軸は４５°オフセットされている。

連結構造１００は、振動質量体１１〜１４に取り付けることができる他のビームを含む。この接続は、各質量体について類似の方法によって移動軸上に配置された質量体の全く同一の点にてなされる。したがって、質量体１１は、ビーム１１１および１１２によって質量体に最も近いひし形、すなわちひし形１０１および１０２に取り付けられる。この接続は、対象のひし形に最も近く、かつ鈍角を形成する頂点にてなされる。

ジャイロスコープには、自動車、航空、ロボット等の分野において多くの用途がある。

費用が主たる要件である自動車などの量販分野において使用される各製品では、このようなマイクロ電子工学の技術の部品の大量生産は非常に魅力である。

シリコンのマイクロジャイロスコープの製造はすでに広く行われている。このタイプの部品は、主として平面にて共振振動する２つの連結された移動質量体（音叉組立体）を含む。質量体は、交差指形のくし構造体を通じて加えられる静電力によって励起される。

ジャイロスコープがｙ軸（ｘ軸に直交する）周りに一定の角速度にて回転する場合、質量体がｘ軸内に振動することが認められると、強制振動と角速度との合成は、移動質量体にｚの振動を与える力（コリオリの力）を誘起する。そして振動は、移動質量体の上に位置する電極である容量性の手段により検出され、かつｙ軸周りの回転速度の値が得られるようになる。

図２の連結構造は、ひし形を使用している。本発明によるこれらのひし形は、楕円に置き換えることができ、対称な連結構造はそのまま提供される。

図３Ａ〜図３Ｃは、同じ平面に配置された４つの振動質量体を有し、対称な連結構造を実現する共振ジャイロスコープの概略図である。

図３Ａは、静止状態の共振ジャイロスコープを表す。ジャイロスコープは、支持基板に平行な第１軸上に配置された２つの振動質量体２１１および２１３と、支持基板に平行、かつ第１軸に直交する第２軸上に配置された２つの振動質量体２１２および２１４とを含む。各振動質量体は、配置された軸に沿って移動することができる。

振動は、交差指形の容量性のくし構造体２３０，２４０，２５０および２６０によって振動質量体に与えられる。くし構造体２３０は、支持基板にしっかり連結された固定くし２３１と、質量体２１１しっかり連結されたくし２３２とを含む。くし構造体２４０は、支持基板にしっかり連結された固定くし２４１と、質量体２１２にしっかり連結されたくし２４２とを含む。くし構造体２５０は、支持基板にしっかり連結された固定くし２５と、質量体２１３にしっかり連結されたくし２５２とを含む。くし構造体２６０は、支持基板にしっかり連結された固定くし２６１と、質量体２１４にしっかり連結されたくし２６２とを含む。

共振ジャイロスコープは、４５°回転した正方形を有する連結構造２００を含む。連結構造を形成している正方形は、質量体２１１および２１２を接続するビーム２０１と、質量体２１２および２１３を接続するビーム２０２と、質量体２１３および２１４を接続するビーム２０３と、質量体２１４および２１１を接続するビーム２０４とを含む。

図３Ｂおよび図３Ｃは、例えば交差指形のくし構造体２３０および２５０に励起信号が伝達された共振ジャイロスコープを表す。連結構造２００は、変形させられ、正方形からひし形に変化する。

図３Ｂは、質量体２１１および２１３が互いに離れた状態を表す。この場合、質量体２１２および２１４は互いに近づく。連結構造２００は、長軸が質量体２１１および２１３の軸と等しく、かつ短軸が質量体２１２および２１４の軸に等しいひし形を形成する。連結構造２００は、変形状態が実線で表され、非変形状態すなわち静止状態が破線で表される。

図３Ｃは、質量体２１１および２１３が互いに近づいた状態を表す。この場合、質量体２１２および２１４は互いに離れる。連結構造２００は、長軸が質量体２１２および２１４の軸と等しく、かつ短軸が質量体２１１および２１３の軸に等しいひし形を形成する。連結構造２００は、変形状態が実線で表され、非変形状態すなわち静止状態が破線で表される。

図３Ａ’は、図３Ａに表される共振ジャイロスコープの変形例である。図３Ａと同一であるこのジャイロスコープの要素は、同じように符号が付与される。このジャイロスコープの２対の質量体が静止状態で表される。この変形例において、１対の質量体、質量体２１２および２１４が励起される。図３Ａと比較すると、質量体２１２がまた容量性のくし構造体２７０によって励起され、かつ質量体２１４がまた容量性のくし構造体２８０によって励起される。構造体２７０は、支持基板にしっかり連結された固定くし２７１と、質量体２１２にしっかり連結されたくし２７２とを含む。構造２８０は、支持基板にしっかり連結された固定くし２８１と、質量体２１４にしっかり連結されたくし２８２とを含む。

図４は、６つの振動質量体が同じ平面に配置され、かつ本発明による８つの分岐を有する星形連結構造を実現する共振ジャイロスコープの概略図である。

連結構造３００は、並置され、かつ連結構造の対称中心を構成する共通の頂点を有する８つの同一のひし形３０１〜３０８を得るように組み立てられたビームからなる。３つの並置されたひし形３０１，３０２および３０３である第１グループのそれぞれの頂点は、振動質量体３１１，３１２および３１３にそれぞれしっかり連結され、これらの頂点は、連結構造の対称中心に対向している。３つの並置されたひし形３０５，３０６および３０７である第２グループのそれぞれの頂点は、振動質量体３１４，３１５および３１６にそれぞれしっかり連結され、これらの頂点は、連結構造の対称中心に対向している。

並置されたひし形の両方のグループは、連結構造３００の対称中心に対して対称である。

図４において、作動デバイスは、長方形によって表される。それらは例えば容量性のくし構造体である。ジャイロスコープは、４つの作動デバイス３３０，３４０，３５０および３６０を含む。作動デバイス３３０および３４０は、ひし形３０８および３０４の対向する頂点に対してそれぞれ作用する。それらは、連結構造の対称中心を通る直線に位置合わせされている。作動デバイス３５０および３６０は、それぞれ質量体３１２および３１５を通じて、ひし形３０２および３０６の対向する頂点にそれぞれ作用する。それらは、連結構造の対称中心を通る直線に沿って、かつ作動デバイス３３０および３４０が位置合わせされた直線に垂直に位置合わせされている。

図４に示されるように、各振動質量体により、ｘ，ｙまたはｚ方向の１つの振動運動が検出されることができる。

図５は、本発明による３つの連結構造を使用した共振ジャイロスコープの概略図である。

この図は、ビームからなり、かつ４５°回転された正方形を有する静止状態の第１連結構造４００を示す。連結構造４００を形成している正方形の第１対角線は、ジャイロスコープの第１軸ｘを構成し、連結構造４００を形成している正方形の第２対角線は、第１軸に直交するジャイロスコープの第２軸ｙを構成する。

連結構造４００は、図１Ａに表されるような２つのデバイス５０１，５０２をｘ軸に沿って連結する。この目的を達成するために、連結構造４００はｘ軸上に配置された正方形の第１頂点によって、図１Ａに表されるような第１デバイスの２つの質量体のうちの１つにしっかり連結される。連結構造４００は、ｘ軸上に配置された正方形の第２頂点によって、図１Ａに表されるような第２デバイスの２つの質量体のうちの１つにまたしっかり連結される。

連結構造４００はまたｙ軸に沿った２つの振動質量体４１１および４１２を連結する。この目的を達成するために、連結構造４００はｙ軸に沿って配置された正方形の第１頂点によって振動質量体４１１にしっかり連結されている。連結構造４００はまたｙ軸に沿って配置された正方形の第２頂点によって振動質量体４１２にしっかり連結されている。

本発明による連結構造を有するこのようなマイクロジャイロスコープは、当業者に知られている技術を使用してＳＯＩ基板上に作られることができる。

他の実施形態の変形例が可能である。格子を構成する８分岐星の形の連結構造により、前述したものと同じ原理によって空間の４方向の運動の増幅が２軸ジャイロスコープの製品と同時に可能となる。４分岐について励起は、制御されなければならないが、中央の固定は必要ない。

少なくとも６分岐の星を有する連結構造は、少なくとも６方向における連結を可能にする；しかし、対面する質量体は、同位相である。

１ 第１振動質量体
２ 第２振動質量体
３、４ くし構造体
１１、１２、１３、１４ 振動質量体
３１、３３、４１、４３ 固定くし
３２、４２ 移動くし
５１、５２、５３、５４ ビーム
１００ 連結構造
１０１、１０２、１０３、１０４ ひし形
１１１、１１２ ビーム
１３０、１４０、１５０、１６０ くし構造体
１３１、１４１、１５１、１６１ 固定くし
１３２、１４２、１５２、１６２ 移動くし

Claims (9)

1. 基板上に作られた共振マイクロジャイロスコープの連結構造であって、
   該連結構造は、固定部分と可動部分とを有してなる励起手段（３，４，１３０，１４０，１５０，１６０）によって与えられた第１軸に沿った振動運動が検出されることを可能にし、かつ該振動運動が前記第１軸を含む平面に載置された振動質量体（１，２，１１，１２，１３，１４）に伝達されることを可能にする連結構造において、
   前記連結構造が、前記振動質量体に接続されたビームの閉じた組立体（５，１００）を含み、該ビームは前記振動質量体に対して固定され、前記振動質量体は、それら自体が、前記基板に対して固定され、
   前記励起手段によって提供された前記振動運動を検出し、かつそれを少なくとも前記平面に含まれる第２軸に沿って前記振動質量体へ伝達するように前記組立体が配置され、
   前記組立体と、前記励起手段の前記可動部分とは、前記基板への固定点を有さない
   ことを特徴とする連結構造。
2. 前記ビームの閉じた組立体は、ひし形および楕円から選択された形を有する少なくとも１つの閉じたパターンを含み、該パターンは、前記ひし形または前記楕円の一方の軸に沿って前記振動運動を検出し、かつ前記ひし形または前記楕円の他方の軸に沿って前記振動運動を伝達するように配置される、請求項１に記載の連結構造。
3. 前記振動運動が前記ひし形または前記楕円の長軸に沿って検出され、かつ前記ひし形または前記楕円の短軸に沿って伝達される、請求項２に記載の連結構造。
4. ビームによって形成された前記組立体が少なくとも１つの正方形の閉じたパターンを含み、該パターンは、前記正方形の一方の対角線に沿って前記振動運動を検出し、かつ前記正方形の他方の対角線に沿って前記振動運動を伝達するように配置される、請求項１に記載の連結構造。
5. ４つの励起手段（１３０，１４０，１５０，１６０）の効果により少なくとも４つの振動質量体（１１，１２，１３，１４）に振動を与えるために、４つの閉じたパターン（１０１〜１０４）を含み、
   対向し、かつ２つずつ整列されたパターンとなるように、前記閉じたパターンは、前記連結構造の対称中心を構成する点において頂点のうちの１つによって接続され、
   対向し、かつ整列された２つのパターンは、対向し、かつ整列された他の２つパターンに直交し、かつ、
   ２つの連続したパターン（１０１，１０２）はそれぞれビーム（１１１，１１２）によって前記質量体（１１）の１つに接続されるようになっており、２つの対向する振動質量体が、前記対称中心を通過する同じ軸に配置される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の連結構造。
6. 前記連結構造の前記対称中心に対向する前記パターンの各前記頂点は、励起手段にしっかり連結されている、請求項５に記載の連結構造。
7. 前記振動質量体の両方の軸は、互いに直交し、かつ前記対向し、かつ整列されたパターンに対して４５°オフセットされている、請求項５または６に記載の連結構造。
8. 前記閉じたパターンがひし形を有する場合、少なくとも４つの励起手段の効果により少なくとも６つの振動質量体に振動を与えるために、前記連結構造は、８つの並置されたひし形パターンを含み、
   対向し、かつ２つずつ整列されたパターンとなるように、前記パターンは、前記連結構造の前記対称中心を構成する点においてそれらの頂点の１つによって接続され、
   かつ前記対称中心に対向する、前記パターンの前記頂点は、それぞれ前記６つの振動質量体のうちの１つにしっかり連結されるようになっている、請求項２に記載の連結構造。
9. 基板表面に形成された共振マイクロジャイロスコープであって、
   前記基板に対して移動することができる少なくとも２つの振動質量体を含み、かつ少なくとも１つの連結構造通じて前記振動質量体に振動を与えることを意図した励起手段を含み、
   前記連結構造が前記請求項１〜８のいずれか一項に記載の構造であることを特徴とする、共振マイクロジャイロスコープ。

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