JP6471806B2 - マイクロメカニカル角速度センサ - Google Patents
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Description
Claims (17)
- 角速度を検出するためのマイクロメカニカルデバイスであって、
各々が半開放エンクロージャを形成する4つの開放駆動フレームと、
それぞれの前記開放駆動フレームによって形成される前記半開放エンクロージャ内に各々が配置されている4つの検出質量であって、前記4つの検出質量が、前記デバイスの平面と整列した単一の回転軸を中心とした角速度を二重差動的に検出するように構成されており、前記平面は、いかなる運動をするようにも励起されていないときに前記デバイスの構造要素によって形成される、4つの検出質量と、
前記4つの検出質量を、それぞれの前記4つの検出質量が本質的に直線的な検出運動を有する同期逆相検出運動をするように結合するための内側結合レバーシステムと、
前記4つの開放駆動フレームが、それぞれの前記4つの開放フレームが本質的に直線的な駆動運動を有する同期逆相駆動運動で駆動されるように構成される、前記4つの開放駆動フレームに結合された結合フレームシステムとを備え、
第1のばねが、前記4つの検出質量の各々を、前記4つの開放駆動フレームのそれぞれに結合し、前記第1のばねは、各開放駆動フレームの前記本質的に直線的な駆動運動を、前記ばねに結合されている検出質量に中継するように構成されており、前記検出質量の各々について、前記検出質量をそれぞれの前記開放駆動フレームに結合する複数の第1のばねが、前記本質的に直線的な駆動運動と整列する軸に対して対称に配置されることを特徴とする、マイクロメカニカルデバイス。 - 前記検出質量の前記本質的に直線的な検出運動の軸は、互いに整列している、請求項1に記載のマイクロメカニカルデバイス。
- 前記開放駆動フレームの前記本質的に直線的な駆動運動の軸は整列している、請求項1〜2のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
- 前記4つの開放駆動フレームは4つの部分から成る対称構成に配置され、4対の隣接する開放駆動フレームの各々において、前記隣接する開放駆動フレームは互いに反対の位相において同期して動くように構成されており、
前記4つの開放駆動フレームの各々はばねによって前記結合フレームシステムに結合され、前記結合フレームシステムは、前記マイクロメカニカルデバイスの平面内での同期逆相駆動運動を可能にし、同相および異相駆動運動を防止し、
前記4つの検出質量は、4つの部分から成る対称構成に配置され、4対の隣接する検出質量の各々における2つの隣接する検出質量は、互いに反対の位相で同期して動くように構成され、
前記4つの検出質量の各々は、少なくとも1つのばねによって前記内側結合レバーシステムに結合され、前記内側結合レバーシステムは、前記デバイスの平面に垂直な同期逆相検出運動を可能にし、同相および異相検出運動を防止し、
前記同期逆相駆動運動の方向は前記同期逆相検出運動の方向に直交する、請求項3に記載のマイクロメカニカルデバイス。 - 前記4つの開放駆動フレームは互いに等しい駆動振幅を有するように構成されており、前記4つの検出質量は互いに等しい駆動振幅を有するように構成されており、かつ/または、
前記4つの開放駆動フレームの前記同期逆相駆動運動は、前記4つの検出質量の同期逆相主運動に中継される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。 - 前記内側結合レバーシステムは、第1の共通回転軸を有する2つの第1のレバーを含み、前記2つの第1のレバーの各々は、前記2つの第1のレバーの各々の反対側で前記第1の共通回転軸に沿って配置された2つのねじりばねと結合され、前記2つのねじりばねは、前記2つの第1のレバーの各々を、少なくとも2つの懸架構造に結合し、前記2つの第1のレバーの各々は、異なる2つの検出質量にさらに結合され、前記2つの第1のレバーは、それぞれの前記2つの検出質量の検出運動を反対の位相に結合するように構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
- 前記2つの第1のレバーの各々は、第1のビームと第2のビームとを備え、
前記第1のビームの第1の端部は、前記第2のビームの長さの半分のところで前記第2のビームの第1の側に取り付けられており、
前記第1のビームの第2の端部は、第1のねじりばねによって、2つの第1のレバーの両方に共通の第1の懸架構造に結合されており、
前記第2のビームの各端部は、少なくとも1つの第4のばねによってそれぞれの検出質量に結合されており、
前記第2のビームは、前記第2のビームの、前記第1のビームを取り付ける前記側とは反対の側で、前記第2のビームの長さの半分のところで、第2のねじりばねによって第2の懸架構造に結合されている、請求項6に記載のマイクロメカニカルデバイス。 - 前記2つの第1のレバーの各々の前記第2のビームの各端部は、前記それぞれの検出質量内のエンクロージャ内にパターン形成された少なくとも1つの検出ばね構造に結合され、前記少なくとも1つの検出ばねの他方の端部が、第3の懸架構造に結合されている、請求項7に記載のマイクロメカニカルデバイス。
- 前記内側結合レバーシステムは、前記第1の共通回転軸に直交する第2の共通回転軸を有する2つの第2のレバーを含み、前記第1の共通回転軸および前記第2の共通回転軸は、前記マイクロメカニカルデバイスの平面内に共通の交差点を有し、前記2つの第2のレバーの各々は、前記2つの第2のレバーの各々の反対側で前記2の共通回転軸に沿って配置された2つのねじりばねと結合され、前記2つのねじりばねは、前記2つの第2のレバーの各々を、少なくとも2つの懸架構造に結合する、請求項6〜8のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
- 前記2つの第1のレバーは、4つのばねによって前記2つの第2のレバーに結合され、1つのばねは各2つの隣接する第1のレバーおよび第2のレバーを結合し、前記ばねの第1の端部は、前記第1の共通回転軸から第1の等距離をおいて各それぞれの第1のレバーに対称に取り付けられており、前記ばねの第2の端部は、前記第2の共通回転軸から第2の等距離をおいて各それぞれの第2のレバーに対称に取り付けられている、請求項9に記載のマイクロメカニカルデバイス。
- 前記結合フレームシステムは、
前記マイクロメカニカルデバイスの第1の対向する側に配置された2つの第3のレバーであって、各第3のレバーは、2つの第2のばねによって異なる2つの隣接する開放駆動フレームと結合され、各開放駆動フレームは、単一の結合点において正確に1つの第3のレバーに結合され、結合点は、それぞれの前記開放駆動フレームの対称軸上に配置される、2つの第3のレバーと、
2つの隣接する第4のレバーからなる対になるように構成されている4つの第4のレバーであって、前記第4のレバーの各対は、前記マイクロメカニカルデバイスの第2の対向する側に配置されており、第4のレバーの各対のうちのレバーは、2つの長い平行ビームと、相互接続する短いビームとを備えるループと、2つの傾斜ばねとを備える第1のばね構成と相互に結合されており、前記傾斜ばねは、前記ループの前記2つの長い平行ビームに対して斜めになっており、前記第1のばね構成は、2つの隣接する前記第4のレバーが反対の位相で動くことを可能にし、前記2つの隣接する第4のレバーが同相で動くのを防止する、4つの第4のレバーとを備え、
前記第3のレバーおよび前記第4のレバーの隣接する端部は、前記それぞれのレバーの前記隣接する端部においてまたはその付近で互いに結合されており、
前記2つの第3のレバーの各々は、第3のばねによって、前記第3のレバーの長さの半分のところで懸架構造に結合されており、前記第3のレバーは、前記懸架構造への前記結合点を中心として前記デバイスの高さで回転するように構成されている、請求項3〜10のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。 - 各検出質量は、それぞれの前記開放駆動フレーム内のエンクロージャ内に配置され、各検出質量は、第2のばね構成を介して前記それぞれの開放駆動フレームに結合され、前記第2のばね構成内の前記ばねは、前記駆動運動の方向においてより高いばね定数を有し、前記検出運動の方向においてより低いばね定数を有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
- 角速度を検出するためのマイクロメカニカルデバイスを動作させるための方法であって、
各々が半開放エンクロージャを形成する4つの開放駆動フレームと、それぞれの前記開放駆動フレームによって形成される前記半開放エンクロージャ内に各々が配置されている4つの検出質量とを含むマイクロメカニカルデバイスを提供するステップであって、前記4つの検出質量が、前記デバイスの平面と整列した単一の回転軸を中心とした角速度を二重差動的に検出するように構成されており、前記平面は、いかなる運動をするようにも励起されていないときに前記デバイスの構造要素によって形成される、提供するステップと、
内側結合レバーシステムによって、前記4つの検出質量を、それぞれの前記4つの検出質量が本質的に直線的な検出運動を有する同期逆相検出運動するように結合するステップと、
前記4つの開放駆動フレームに結合されている結合フレームシステムによって、前記4つの開放駆動フレームを、それぞれの前記4つの開放フレームが本質的に直線的な駆動運動を有する同期逆相駆動運動をするように結合するステップであって、前記結合フレームシステムは、前記開放駆動フレームを、同期逆相駆動運動をするように駆動されるようにする、結合するステップとを含むことを特徴とし、
第1のばねによって前記4つの検出質量の各々が、前記4つの開放駆動フレームのそれぞれに結合されることを特徴とし、前記第1のばねは、各開放駆動フレームの前記本質的に直線的な駆動運動を、前記ばねに結合されている検出質量に中継するように構成されており、前記検出質量の各々について、前記検出質量をそれぞれの前記開放駆動フレームに結合する複数の第1のばねが、前記本質的に直線的な駆動運動と整列する軸に対して対称に配置されている、方法。 - 前記同期逆相検出運動において、前記検出質量の各々の検出運動の軸が整列しており、2つの隣接する検出質量からなる4つの各対において、前記2つの隣接する検出質量が互いに反対の位相で運動する、請求項13に記載の方法。
- 前記開放駆動フレームの駆動運動の軸が整列され、隣接する開放駆動フレームの各4対において、前記2つの隣接する開放駆動フレームは、互いに反対の位相で運動する、請求項14に記載の方法。
- 前記4つの開放駆動フレームを、4つの部分から成る対称構成において逆相駆動運動をするように励起するステップと、
4つの前記開放駆動フレームの各々を、ばねを用いて前記結合フレームシステムに結合するステップであって、前記結合フレームシステムは、前記マイクロメカニカルデバイスの平面内での前記同期逆相駆動運動を可能にし、同相および異相駆動運動を防止する、結合するステップと、
4つの部分から成る対称構成における前記4つの検出質量の前記逆相駆動運動を引き起こすステップと、
前記4つの検出質量の各々を、少なくとも1つのばねによって前記内側結合レバーシステムに結合するステップであって、前記内側結合レバーシステムは、前記マイクロメカニカルデバイスの平面に垂直な同期逆相検出運動を可能にし、同相および異相検出運動を防止し、前記同期逆相駆動運動の方向は前記同期逆相検出運動の方向に直交する、結合するステップとをさらに含む、請求項15に記載の方法。 - 前記4つの開放駆動フレームを励起することは、前記開放駆動フレームを、互いに等しい駆動振幅で前記同期逆相駆動運動をするように動かし、前記4つの検出質量を、互いに等しい駆動振幅で逆相主運動をするように動かし、かつ/または、
前記方法は、前記4つの検出質量の同期逆相主運動を引き起こすために、前記4つの開放駆動フレームの前記同期逆相駆動運動を、前記4つの検出質量の同期逆相主運動に中継するステップを含む、請求項14〜16のいずれか一項に記載の方法。
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