JP6477918B2 - ３軸ジャイロスコープ - Google Patents

３軸ジャイロスコープ Download PDF

Info

Publication number
JP6477918B2
JP6477918B2 JP2017554263A JP2017554263A JP6477918B2 JP 6477918 B2 JP6477918 B2 JP 6477918B2 JP 2017554263 A JP2017554263 A JP 2017554263A JP 2017554263 A JP2017554263 A JP 2017554263A JP 6477918 B2 JP6477918 B2 JP 6477918B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gyroscope
lever
axis
gyroscope structure
drive mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017554263A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018511808A (ja
Inventor
ピーライネン・トンミ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of JP2018511808A publication Critical patent/JP2018511808A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6477918B2 publication Critical patent/JP6477918B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion
    • G01C19/5747—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion each sensing mass being connected to a driving mass, e.g. driving frames

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Description

本発明は、角運動速度を検出するための微小電気機械デバイスに関し、特に、独立請求項１の前文に定義された３軸ジャイロスコープに関する。
短縮してＭＥＭＳとも呼ばれる微小電気機械システムは、少なくともいくつかの要素が機械的機能を有する小型の機械的および電気機械的システムとして定義することができる。
ＭＥＭＳ構造は、物理的特性の非常に小さな変化を迅速かつ正確に検出するために適用することができる。例えば、マイクロ電子ジャイロスコープを適用して、非常に小さな角変位を迅速かつ正確に検出することができる。
運動には６つの自由度、すなわち、３つの直交方向における平行移動および３つの直交軸を中心とした回転がある。後者は、ジャイロスコープとしても知られる角速度センサによって測定することができる。ＭＥＭＳジャイロスコープでは、角速度を測定するためにコリオリ効果が使用される。質量が主運動と呼ばれる一方向に移動しており、回転角運動速度が加えられると、質量はコリオリの力の結果として直交方向の力を受ける。コリオリの力によって引き起こされる結果的な物理的変位は、その後、例えば容量性、圧電性またはピエゾ抵抗性の検知構造から読み取ることができる。コリオリ効果による変位は、検出モードまたはセンスモードとも呼ばれることがある。主運動は、代替的に、主モードまたは駆動モードと呼ばれることがある。
ＭＥＭＳジャイロスコープでは、機械的振動が主運動として使用される。振動ジャイロスコープが主運動の方向に直交する角運動を受けると、波状のコリオリの力が生じる。これは、主運動に、および角運動の軸に直交する、主振動の周波数における、検出運動とも呼ばれる、二次振動を生成する。この結合された振動の振幅は、角速度、すなわち、角運動速度の絶対値の測度として使用することができる。
国際公開第２０１０／０９７２７５号は、基板のヨーレートベクトルの２つまたは３つの成分を決定するための３つの駆動要素を有する電気機械的マイクロセンサを提示している。３つの駆動要素は、結合デバイスによって駆動運動を同期させるために互いに接続される。提示されている解決策に関する問題は、駆動要素間の回転結合デバイスの反作用力が、駆動運動の最適な相互に垂直な方向から外れる成分を駆動要素の運動に導入することである。
国際公開第２０１０／０９７２７５号
本発明の目的は、従来技術の欠点を克服するための方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、請求項１の特徴部分に記載の装置によって達成される。
本発明の実施形態は、２軸ジャイロスコープおよび１軸ジャイロスコープを、プッシュプル型結合ばねレバー構成を用いて一体化するという着想に基づく。
本発明は、２つのジャイロスコープ間に結合を対称に構成することによって、実現される駆動運動が両方のジャイロスコープに対して線形であるという利点を有する。
３軸ジャイロスコープは任意の方向の角運動速度を検出するように意図されるが、３つの検出軸は互いに垂直であることが重要である。これは、異なる軸に沿って受信される検出信号が相互に独立しているため、信号処理を単純化する。
１次元線形主運動は、２つの垂直軸を中心とした回転速度を測定するために使用することができる。３つの互いに直交する検出軸を達成するためには、少なくとも２つの互いに垂直な線形主運動が必要である。以下の例では、互いに直交する２つの線形駆動モード振動が提供される。第１のジャイロスコープの第１の線形駆動モード振動を第２のジャイロスコープの第２の線形駆動モード振動に結合するために使用されるレバーばねシステムは、２つのジャイロスコープを、互いに直交する同期した線形駆動モード振動をするように励起するだけでなく、振幅も等しくする。振幅の等しい駆動モード振動（主運動）を有する等しいプルーフマスが同じ角運動速度を受けると、等しい強さのコリオリの力が各々に生じる。検出容量が両方のプルーフマスに対して等しく構成されている場合であっても、同等の感度が達成される。
第１の態様によれば、第１のジャイロスコープ構造および第２のジャイロスコープ構造を含む３軸ジャイロスコープが提供され、第１のジャイロスコープ構造および第２のジャイロスコープ構造の一方は２軸ジャイロスコープ構造を含み、第１のジャイロスコープ構造および第２のジャイロスコープ構造の他方は１軸ジャイロスコープ構造を含み、ジャイロスコープは、上記第１のジャイロスコープ構造の第１の線形駆動モード振動と上記第２のジャイロスコープ構造の第２の線形駆動モード振動とを結合して１つの結合された主運動にするレバーばねシステムをさらに備える。
第２の態様によれば、第１のジャイロスコープ構造が、少なくとも２つの駆動アクチュエータによって第１の線形駆動モード振動をするように駆動され、上記第１のジャイロスコープ構造の第１の線形駆動モード振動が、上記第１のジャイロスコープ構造と上記第２のジャイロスコープ構造とを接続するレバーばねシステムによって第２のジャイロスコープ構造の第２の線形駆動モード振動に結合される、３軸ジャイロスコープが提供される。
第３の態様によれば、第１の線形駆動モード振動が、第２の線形駆動モード振動に垂直である、３軸ジャイロスコープが提供される。
第４の態様によれば、上記レバーばねシステムが、上記第１のジャイロスコープ構造および第２のジャイロスコープ構造の駆動質量を相互に結合するように構成された少なくとも２つのレバー・ばね構造から成る対称構成を備え、各レバー・ばね構造は、上記第１のジャイロスコープ構造の第１の線形駆動モード振動と縦方向に整列した上記第１のジャイロスコープ構造に結合された第１のレバーと、上記第２のジャイロスコープ構造の第２の線形駆動モード振動と縦方向に整列した上記第２のジャイロスコープ構造に結合された第２のレバーとを備え、第１のレバーおよび第２のレバーは、レバーの一端において９０度の角度で互いに取り付けられ、上記レバーおよびばね構成は、第１のレバーおよび第２のレバーを第１のレバーおよび第２のレバーに対して４５度の角度で取り付ける点に取り付けられた傾斜ばねをさらに含む、３軸ジャイロスコープが提供される。
第５の態様によれば、上記傾斜ばねが、第１のレバーおよび第２のレバーを、垂直方向においてそれらの平衡位置から外方に等しい長距離だけ移動させるように構成されており、かつ／または、第１のジャイロスコープ構造および第２のジャイロスコープ構造の駆動質量が等しい線形駆動モード振動振幅を有するようにするように構成されている、３軸ジャイロスコープが提供される。
第６の態様によれば、第１のレバーが上記第１のジャイロスコープ構造の駆動質量に結合されており、上記第１のレバーの長手方向の寸法が、上記第１のジャイロスコープ構造の第１の線形駆動モード振動と位置合わせされ、第２のレバーが、上記第２のジャイロスコープ構造の駆動質量に結合されており、上記第２のレバーの長手方向の寸法が、上記第２のジャイロスコープ構造の第２の線形駆動モード振動と位置合わせされる、３軸ジャイロスコープが提供される。
第７の態様によれば、上記レバーばねシステムが、デバイスの平面内でジャイロスコープの対称軸の対向する両側に対称に配置された偶数の上記レバー・ばね構造を備える、３軸ジャイロスコープが提供される。
第８の態様によれば、第２のジャイロスコープ構造が、第１のジャイロスコープ構造の周縁内の開口内に配置されており、レバーばねシステムは、第２のジャイロスコープ構造の対向する両側に対称に配置された偶数のレバー・ばね構造を備え、それによって、第２のジャイロスコープ構造に対して上記レバー・ばね構造によって引き起こされる反対の反作用力が互いに打ち消し合い、上記レバー・ばね構造によって引き起こされる平行な駆動力が互いに合わされ、第１のジャイロスコープ構造の第１の線形駆動モード振動が上記第２のジャイロスコープ構造の第２の線形駆動モード振動に結合される、３軸ジャイロスコープが提供される。
第９の態様によれば、上記第１のジャイロスコープ構造が２軸ジャイロスコープ構造を含み、上記第２のジャイロスコープ構造が１軸ジャイロスコープ構造を含む、３軸ジャイロスコープが提供される。
第１０の態様によれば、上記２軸ジャイロスコープ構造が、２対のプルーフマスを備え、各対は、異なる運動軸上の角運動速度を検出するように構成される、３軸ジャイロスコープが提供される。
第１１の態様によれば、上記第１のジャイロスコープ構造および第２のジャイロスコープ構造の各質量の検出運動が線形振動である、３軸ジャイロスコープが提供される。
第１２の態様によれば、上記２軸ジャイロスコープ構造が、デバイスの平面内でｘ軸方向に第１の線形駆動モード振動をするように励起されることによって駆動されるように構成されており、２軸ジャイロスコープ構造のプルーフマスの第１の対について、ｚ軸を中心とした角運動速度によってｙ軸方向の線形検出運動をさせられるように構成されており、２軸ジャイロスコープ構造のプルーフマスの第２の対は、ｙ軸を中心とした角運動速度によってｚ軸方向における線形検出運動を行うように構成されており、上記１軸ジャイロスコープ構造は、ジャイロスコープ構造の平面内でｙ軸方向の第２の線形駆動モード振動に追従することによって駆動されるように構成されており、１軸ジャイロスコープ構造の一対のプルーフマスは、ｘ軸を中心とした角運動速度によってｚ軸方向に線形検出運動をさせられるように構成されている、３軸ジャイロスコープが提供される。
第１３の態様によれば、少なくとも一対のプルーフマスがレバーを用いて相互に結合されており、それによって、プルーフマスの相互に結合された対の逆位相での線形検出運動が可能になり、プルーフマスの相互に結合された対の同位相での線形検出運動が防止される、３軸ジャイロスコープが提供される。
第１４の態様によれば、プルーフマスのそれぞれの対を結合する上記レバーが、検出運動において、プルーフマスのそれぞれの対の検出軸を中心として回転運動する、３軸ジャイロスコープが提供される。
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関連して、本発明をより詳細に説明する。
図１は、３軸ジャイロスコープの第１の典型的なレイアウトを示す図である。 図２は、３軸ジャイロスコープの第２の典型的なレイアウトを示す図である。 図３は、ジャイロスコープ構造からの詳細を示す図である。 図４ａは、３軸ジャイロスコープの線形駆動モード振動の位相を示す図である。 図４ｂは、３軸ジャイロスコープの線形駆動モード振動の別の位相を示す図である。 図５は、２軸ジャイロスコープ構造の検出運動のプルーフマスの一対の位相を示す図である。 図６は、２軸ジャイロスコープ構造の検出運動のプルーフマスの他の一対の位相を示す図である。 図７は、１軸ジャイロスコープ構造の検出運動の位相を示す図である。
１軸ジャイロスコープは、１軸を中心とした角運動速度を検出することができるジャイロスコープを指す。それに対応して、２軸ジャイロスコープは、２つの軸を中心とした角運動速度を検出することができる。３軸ジャイロスコープは、３つの異なる軸を中心とした角運動速度を検出することができる。
２つの構造要素間の「結合」という表現は、直接結合、またはビームまたはばねなどの１つまたは複数の中間要素を用いた結合を指すことができる。
「駆動アクチュエータ」は、駆動質量および関連する一又は複数のプルーフマスに、主振動をさせるために励起するのに必要な力を生成するために使用される構造を指す。駆動アクチュエータは、例えば、静電駆動を引き起こす駆動コーム構造、または、例えば駆動質量のばね内に配置されたピエゾアクチュエータ、または、同様の適切な力を発生させるのに有用なその他の構造もしくは構成を備えることができる。
「線形振動」は、慣性要素の偏向が直線軸に沿って線形的に生じる並進振動を指す。デバイスの慣性要素がいかなる運動にも励起されないとき、それらはそれらの平衡位置にあると言われる。線形振動では、慣性要素は、振動の各サイクル中に２回、その平衡位置に戻る。理想的な線形振動では、慣性要素を支持するばねによって引き起こされる復元力は、位置、すなわち平衡位置からの距離と共に線形的に変化する。慣性要素が平衡位置から外方に移動するほど、復元力は強くなる。線形振動子の慣性要素が力によって平衡位置から外方に動くと、ある時点で、復元力が十分に強くなることで、運動方向を平衡位置に向けて戻す。実際のＭＥＭＳデバイスでは、常にいくらかの減衰が関与するが、駆動力はシステムにエネルギーをもたらし、それによって、プルーフマスは実際に線形振動する。
「デバイスの平面」は、デバイスの慣性要素が静止しており、すなわち、いかなる運動をするようにも励起されていないときに、ＭＥＭＳデバイスの慣性要素によって形成される平面を指す。この平面は、ｘｙ平面として座標によって記述することもできる。
軸を中心とした駆動質量および／またはプルーフマスの回転振動は、ＭＥＭＳデバイスにおいて、主運動または補助運動として利用され得る。
図１は、３軸ジャイロスコープのレイアウトの典型的な実施形態を示す。このレイアウトは、ジャイロスコープの慣性部分を生成するために使用することができるマスクに対応する。３軸ジャイロスコープは、２つの線形ジャイロスコープ構造を備え、１軸ジャイロスコープ構造（１００）が構造の中央に四角形を成し、２軸ジャイロスコープ構造（２００）が、フレームのように１軸ジャイロスコープ構造（１００）を囲む。この例のようなフレームのような形態の代わりに、駆動質量は、当業者に知られているような様々な形態をとることができる。「線形ジャイロスコープ構造」とは、本明細書においては、回転主運動とは対照的に線形主運動のために構成されたジャイロスコープ構造を指す。本明細書においては、要素（１００、２００）のいずれかを参照するために用語「ジャイロスコープ構造」を使用し、システム全体を参照するために用語「ジャイロスコープ」を使用する。
説明を簡単にするために、図面に座標を配置している場合がある。原点がジャイロスコープの中央に配置され、対称点にあると考えることができ、ｘ軸がデバイスの平面内で左右に延在し、ｙ軸がデバイスの平面内を上下に延在し、ｚ軸方向はｘ軸とｙ軸の両方に垂直であり、デバイスの平面を通して延在する。原点の位置は、必要に応じて異なるように選択することもできるが、軸の方向は本明細書全体を通じて同じままである。図では、見やすさのために、ジャイロスコープ外に座標をマークしている。
図が見やすいように、レイアウト図は、デバイスの構造を説明するために必要なジャイロスコープの機能部分、すなわち慣性部分およびこれらの慣性部分を支持する懸架構造のみを示していることにも留意されたい。例では、櫛型電極の可動部分（ロータ）を表す櫛型電極構造の片方だけがレイアウトに示されている。当業者であれば、実際の構造はこの図では見えない固定電極（ステータ）も含むことを理解する。
この例では、ジャイロスコープは、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の各コーナの近くに配置された櫛型駆動アクチュエータ（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ）によって主運動をするように励起される。駆動アクチュエータ（２０１ａ〜２０１ｄ）は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）が線形駆動モード振動の生成を促進するための対称駆動力を生じるように、好ましくは対称に配置される。このような対称な配置によって、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動モード振動の線形性は改善される。この典型的な構成では、駆動アクチュエータ（２０１ａ〜２０１ｄ）は、２つの駆動質量部分（２０２ａ、２０２ｂ）を含む２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量構造（２０２）と結合されている。駆動質量（２０２）構造は、図では暗い模様付きの矩形として容易に認識されるいくつかの懸架構造（２６１、２６２）に柔軟に結合される。図が見やすいように、図面では、一部の懸架構造にしか符号を付していないが、偶数個の同様の懸架構造（この例では４つ）が駆動質量構造（２０２）を対称に支持するように配置されていることが分かる。懸架構造（１６１、１６２、２６１、２６２）は、設計において複数の役割を有してもよい。それによって、単一の懸架構造が複数の慣性要素を支持してもよい。これに代えて、別個の懸架構造が、一部のまたはすべての目的のために提供されてもよい。
図１の典型的な実施形態では、駆動アクチュエータ（２０１ａ〜２０１ｄ）は、電動櫛型アクチュエータである。これらの駆動アクチュエータ（２０１ａ〜２０１ｄ）は、ｘ軸に沿って生じる２軸ジャイロスコープ（２００）に線形主運動を発生させる。２軸ジャイロスコープ構造（２００）は、デバイスのｙ軸に関して鏡映対称であることが分かる。２軸ジャイロスコープ構造（２００）が線形主運動をするように励起されると、ｙ軸の左にある２軸ジャイロスコープ構造（２００）の部分は、ｙ軸の右にある２軸ジャイロスコープ構造（２００）の部分と反対方向に振動する。この線形主運動を第１の線形駆動モード振動と呼ぶ。駆動質量部分（２０２ａ、２０２ｂ）は、２対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ；２０４ａ、２０４ｂ）と結合される。これらのプルーフマスは、検出質量とも呼ばれる。プルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ）は、第１の線形駆動モード振動の方向において剛性であるビームまたはばね（２１３ａ、２１３ｂ、２１４ａ、２１４ｂ）によって駆動質量部分（２０２ａ、２０２ｂ）に結合されている。それによって、各プルーフマスが、主運動をするように励起されたときに、それぞれの駆動質量部分（２０２ａ、２０２ｂ）とともに動く。したがって、２軸ジャイロスコープ構造（２００）全体が第１の線形駆動モード振動をするように励起されると言うことができる。１つの典型的なビームまたはばねのみが各プルーフマスに対して示されているが、結合構成は実際には２つ以上のビームまたはばねを含むことに留意されたい。好ましくは、駆動質量部分（２０２ａ、２０２ｂ）とそれぞれのプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ）との間の結合構成は、主運動に平行な軸（ｘ軸）に関して、プルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ；２０４ａ、２０４ｂ）の各対に対して対称な構成を形成する。添え字「ａ」が付されたプルーフマス（２０３ａ、２０４ａ）は、添え字「ａ」を有する駆動質量部分（２０２ａ）と結合され、添え字「ｂ」を付されたプルーフマス（２０３ｂ、２０４ｂ）は、添え字「ｂ」を有する駆動質量部分（２０２ｂ）と結合される。駆動質量部分（２０２ａ、２０２ｂ）は、主運動をするように駆動されると反対方向に振動するが、各対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ；２０４ａ、２０４ｂ）も第１の駆動モード振動をしており、ここで、第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の第１の線形駆動モード振動は相互に反対の位相で発生し、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の第１の線形駆動モード振動は互いに反対の位相で生じる。両方の駆動質量部分（２０２ａ、２０２ｂ）は、主運動を検出するために使用され得る検出コームのような検出装置（２０５ａ、２０５ｂ）も有する。この検出は、例えば、駆動アクチュエータ（２０１ａ〜２０１ｄ）によって引き起こされる励起力の大きさおよび位相を調整するためのフィードバック方法として使用することができる。
２軸ジャイロスコープ構造（２００）のプルーフマスの各対（２０３ａ、２０３ｂ；２０４ａ、２０４ｂ）は、異なる方向の角速度を検出するように構成される。
第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）は、第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）が、デバイスの平面からｚ軸の方向に上下に生じる線形検出運動を可能にするように、支持構造に結合される。この検出運動は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）がｙ軸方向に角運動速度を受けるときに生じる。プ第１の対のルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）は逆位相においてｘ軸に沿って第１の線形駆動モード振動をしているが、２つの第１のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の検出運動も逆位相で生じ、それによって、第１のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の一方が、正のｚ軸に向かって上に動くと、他方は負のｚ軸に向かって下に動く。第１のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の各々の検出運動は主に線形であるが、検出運動は全体としてｙ軸を中心としたある種のシーソー運動として記述されてもよい。第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）は、さらに第１の結合レバー（２２３）を用いて互いに結合されてもよい。この第１の結合レバー（２２３）は、第１のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）が逆位相の検出運動を行うことを可能にするが、同位相の検出運動を行うことを防止する。この例では、第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の動きを検出するために、検出コーム（２３３ａ、２３３ｂ）が使用される。
図５は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の検出運動の１つの位相をさらに示す。左側のプルーフマス（２０３ａ）がデバイスの平面から正のｚ軸に向かって「上に」動いており、一方で、右側プルーフマス（２０３ｂ）がデバイスの平面から負のｚ軸に向かって「下に」動いている様子を見ることができる。この動きは、図示されているｙ軸を中心としたシーソー運動として示すことができ、その運動はωｙでマークされ得る。シーソー運動ωｙは、線形成分を含むため、特殊な回転運動として説明することができる。つまり、プルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の運動は主にｚ軸方向の線形振動である。第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）は各々、ビームまたはばね（２１３ａ、２１３ｂ）を用いてそれぞれの駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）と結合される。プルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）と駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）との相互結合に加えて、この結合はプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の回転を阻止し、それによって、それらの検出運動が主にｚ軸方向の線形振動になるように構成されている。第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）を互いに結合する第１の結合レバー（２２３）は、ｙ軸を中心として回転運動する。第１の結合レバー（２２３）は、ねじりばね（参照符号なし）を用いて、ｙ軸に沿って懸架構造（２６２）に結合され、第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の検出運動とともに、第１の結合レバー（２２３）のｙ軸を中心とした回転運動が可能になる。第１の結合レバー（２２３）は、プルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）および第１の結合レバー（２２３）の位相を互いに結合するために、検出運動の方向（ｚ軸）において相対的に剛性であるばねを用いて、第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）と結合される。第１の結合レバー（２２３）は、第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の検出運動が逆位相であることを保証し、第１の対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）の動きを測定する検出電極を用いて得られる検出信号が等しい振幅を有することを保証する。
図１を再び参照すると、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）は、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）がデバイスの平面内でｙ軸に沿って検出運動をすることを可能にするように、支持構造に結合される。この検出運動は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）がｚ軸方向に角運動速度を受けるときに生じる。第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）は逆位相においてｘ軸に沿って第１の線形駆動モード振動をしているが、検出運動も逆位相で生じ、それによって、第２のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の一方が、正のｙ軸に向かって上に動くと、他方は負のｙ軸に向かって下に動く。第２の対のプルーフマスのこの検出運動は、主に、ｙ軸方向の線形振動である。第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）は、さらに第２の結合レバー（２２４）を用いて結合されてもよい。この第２の結合レバー（２２４）は、第２のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）が逆位相の検出運動を行うことを可能にするが、同位相の検出運動を行うことを防止する。この例では、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の動きを検出するために、検出コーム（２３４ａ、２３４ｂ）が使用される。
図６は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の検出運動をさらに示す。第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の検出運動は、デバイスの平面内で生じる。したがって、この検出運動は、例えば、コーム構造を用いた検出に適している。第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）のこの検出運動は、ｙ軸方向において発生する線形振動である。図６では、左側のプルーフマス（２０４ａ）が正のｙ軸に向かって動いており、右側プルーフマス（２０４ｂ）が負のｙ軸に向かって動いていることが分かる。この検出運動は、図示のｚ軸を中心とした回転運動ωｚとして示すことができる。この回転運動ωｚは、回転成分および線形成分の両方を含むため、回転運動と直線運動との混合として記述することができる。第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）は各々、それぞれの駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）と結合される。この結合は、プルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の回転を抑制するために使用される。それによって、それらのプルーフマスの検出運動が主にｙ軸方向の線形振動となる。第２の結合レバー（２２４）は、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）のプルーフマスを互いに結合することができる。この第２の結合レバー（２２４）は、ｚ軸を中心に回転運動する。第２の結合レバー（２２４）は、ｙ軸に沿って懸架構造（２６２）に結合され、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の検出運動とともに、第１の結合レバー（２２４）の回転運動が可能になる。第２の結合レバー（２２４）は、プルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）および第１の結合レバー（２２４）の位相を互いに結合するために、検出運動の方向（ｙ軸）において相対的に剛性であるばねまたはビーム（参照符号は付されていない）を用いて、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）と結合される。第２の結合レバー（２２４）は、同位相における検出運動は抑制するが、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の検出運動が逆位相であることを保証し、第２の対のプルーフマス（２０４ａ、２０４ｂ）の動きを測定する検出電極を用いて得られる検出信号が等しい振幅を有することを保証する。
前述の例では、１軸ジャイロスコープ構造（１００）は、レバーばねシステム（３００）を用いて２軸ジャイロスコープ構造（２００）の主運動に追従することによって、主運動をするように駆動される。まず、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の機能を説明し、次にレバーばねシステム（３００）について説明する。２つの実施形態の違いを説明するとともに、図２に関連して１軸ジャイロスコープ（１００）およびレバーばねシステム（３００）の機能を説明する。
図２は、３軸ジャイロスコープのレイアウトの第２の典型的な実施形態を示す。ジャイロスコープの基本構造は、図１で説明したジャイロスコープの機能と同様である。主な違いは、いくつかのプルーフマスで使用される検出方法にある。
図２に示す２軸ジャイロスコープ（２００）は、図１に関連して説明したものと機能的に類似している。構造の相違は、例えば、第１のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）に関連して見ることができる。この実施形態では、検出コームは、第１のプルーフマス（２０３１、２０３ｂ）から除去されている。代わりに、プルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ）は、検出コームが使用される場合よりも多くの質量を有するより密な質量構造である。この種類のプルーフマスは、プルーフマスの検出運動を検出するための容量性キャップ電極と共に使用され得る。また、この第２の実施形態の１軸ジャイロスコープ構造の検出質量（１０２ａ、１０２ｂ）の構造は、図１と同様にコームを有しないが、容量性キャップ電極とともに使用するように構成されている。
１軸ジャイロスコープ構造（１００）は、２軸ジャイロスコープ構造の主運動の方向に垂直な、ｙ軸方向の主運動を行う。これは、デバイスの平面内で発生する線形振動であり、第２の線形駆動モード振動とも呼ばれる。１軸ジャイロスコープ構造は、２つの駆動質量部分（１０１ａ、１０１ｂ）と２つのプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）とを含む駆動質量（１０１）を含む。駆動質量構造は、駆動フレームと呼ぶ場合もある。プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の第２の線形駆動モード振動の方向（ｙ軸）に剛性であるビームまたはばね（１１２ａ、１１２ｂ）によって駆動質量部分（１０１ａ、１０１ｂ）と結合される。この結果、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は駆動質量部分（１０１ａ、１０１ｂ）に沿って動かされる。２つの駆動質量部分（１０１ａ、１０１ｂ）は、逆位相で第２の線形駆動モード振動をするように駆動される。一方の駆動質量部分（１０１ａ、１０１ｂ）が正のｙ軸に向かって動くと、他方は負のｙ軸に向かって動く。
プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は、ｙ軸方向およびｚ軸方向に動くことができるように、それぞれの駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）に柔軟に結合される。ｙ軸方向において、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）間の結合は比較的剛性であり、各プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）はそれぞれの駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）に沿って動く。したがって、３軸ジャイロスコープが主運動をするように励起されるとき、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）およびプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の両方が第２の線形駆動モード振動にあると言うことができる。ｘ軸方向の角運動速度によって、ｙ軸方向の第２の線形駆動モード振動にあるプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）に対するコリオリの力が生じ、それによって、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）のｚ軸方向の検出運動が引き起こされるプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は逆位相の第２の線形駆動モード振動をするが、検出運動も逆位相で生じ、それによって、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）が、ｘ軸の対向する両側で線形検出運動を行う。この検出運動は、ｘ軸を中心としたシーソー運動として特徴付けることができる。プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は、さらに第３の結合レバー（１２２）を用いて結合されてもよい。この第３の結合レバー（１２２）は、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）が逆位相の検出運動を行うことを可能にするが、同位相の検出運動を行うことを防止する。図２の実施形態では、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の動きを検出するためのキャップ電極とともに使用されるように構成されている。図１に提示された実施形態と比較すると、図１において、プルーフマスは、検出目的のために櫛型電極（１３２ａおよび１３２ｂ）を有することが分かる。
図７は、１軸ジャイロスコープ構造（１００）のプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の検出運動をさらに示す。プルーフマス１０２ａがデバイスの平面から正のｚ軸に向かって「上に」動いており、一方で、プルーフマス１０２ｂがデバイスの平面から負のｚ軸に向かって「下に」動いている様子を見ることができる。プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の動きは、主にｙ軸方向の線形振動であるが、この動きは、図示されたｘ軸を中心としたシーソー運動ωｘとして示すことができる。このシーソー運動ωｘは、線形要素および回転要素の両方を含むことが分かる。プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は各々、それぞれの駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）と結合される。この結合は、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の回転を低減または阻止するために使用され、それによって、各個々のプルーフマスの検出運動が主にｚ軸方向の線形振動になる。プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）はｘ軸の対向する両側において逆位相で振動し、プルーフマスは検出運動方向においてｘ軸に関する運動量を有するため、これは、ｘ軸を中心とした一種の回転運動と考えることができる。プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）のプルーフマスを互いに結合する第３の結合レバー（１２２）は、ｘ軸を中心として回転運動する。第３の結合レバー（１２２）は、ｘ軸に沿って懸架構造（１６１）に結合され、ねじりばねにより、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の検出運動とともに、ｘ軸を中心とした第３の結合レバー（１２２）の回転運動が可能になる。第３の結合レバー（１２２）は、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）および第１の結合レバー（１２２）の位相を互いに結合するために、検出運動の方向（ｚ軸）において相対的に剛性であるばねを用いて、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）と結合される。第３の結合レバー（１２２）は、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の検出運動が逆位相であることを保証し、プルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）の動きを測定する検知電極を用いて得られる検出信号が等しいことを保証する。
引き続き図２を参照すると、１軸ジャイロスコープ構造（１００）は、主運動を行うように１軸ジャイロスコープ構造を励起するためのそれ自体のいかなる駆動アクチュエータも有しないことが分かる。２軸ジャイロスコープ構造（２００）の主運動には、レバーばねシステム（３００）を介して１軸ジャイロスコープ構造（１００）が追従される。このレバーばねシステム（３００）によって、１軸ジャイロスコープ構造（１００）は、３軸ジャイロスコープの共通の主運動の第２の駆動モード振動をするように駆動される。この共通の主運動では、２つのジャイロスコープ構造の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）およびプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ）を含む両方のジャイロスコープ構造（１００、２００）が、等しい駆動モード振動振幅を有してもよい。
１軸ジャイロスコープ構造（１００）は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の周縁内の開口内に配置される。この位置は、３軸ジャイロスコープの対称構造の配置を可能にするため有益である。１軸ジャイロスコープ構造および２軸ジャイロスコープ構造（１００、２００）の配置が対称である場合、次に説明するレバーばねシステム（３００）は、２つのジャイロスコープ構造（１００、２００）の間に対称に配置することができるという利点を有する。したがって、２つのジャイロスコープ構造（３００）の間の駆動力の対称な結合が容易になる。本開示の範囲を逸脱することなく、同様の対称性を有し、利点を得ることができる他の構成であってもよい。
レバーばねシステム（３００）は、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）と２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）とを相互に接続するように構成されたレバー・ばね構造の対称な構成を備える。ばねレバーシステム（３００）の構成は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の対称軸の両方を考慮して鏡映対称性を有することが分かる。例えば、レバーばねシステム（３００）は、デバイスのｘ軸およびｙ軸に関して対称に配置された４つのレバー・ばね構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）を備えてもよい。代替の実施形態では、レバー・ばね構造の数は４以外であってもよいが、好ましくは対称配置を可能にする偶数である。
図３は、図２のジャイロスコープ構造からの詳細を示す。ここで、図３に関連してレバーばねシステム（３００）の機能を説明する。図１の実施形態は、同様のレバーばねシステム（３００）を有するが、図を見やすくするために、レバーばねシステム（３００）の詳細の番号付けは、図１および図２では省略されている。
図３では、基本的に互いに類似するが、２つの対称軸に関する鏡像である４つのレバー・ばね構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）を見ることができる。レバー・ばね構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）は、少なくとも１つの対称軸から非ゼロ距離に配置される。各レバー・ばね構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）は、この例ではｙ軸に沿って、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の第２の線形駆動モード振動と縦方向に整列した第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）を含む。さらに、各レバー・ばね構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第１の線形駆動モード振動と縦方向に整列した第２のレバー（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）を含む。線形振動とレバーの縦方向の整列は、レバーの長い方の辺または長い方の寸法が、それぞれの線形振動が生じる軸の方向に沿って整列していることを意味する。実際には、レバーが動くときにレバーの位置合わせが変化することがあるが、レバーは、いかなる動きをするようにも励起されていないときに位置合わせされていれば、線形振動と位置合わせされていると考えられる。第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）および第２のレバー（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）の各それぞれの対は、それらのレバーの一端で互いに９０度の角度で取り付けられている。傾斜ばね（３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ）が、第１のレバーおよび第２のレバーの動きを誘導する。
第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）の各々は、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）に結合され、それによって、第１のレバーの運動がそれぞれの駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）に結合される。その結果、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第１の線形駆動モード振動の大きさおよび位相が、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の第２の線形駆動モード振動に結合される。この例では、第１のレバー３０２ａおよび３０２ｂは上側の駆動質量（１０１ａ）に結合され、第１のレバー３０２ｃおよび３０２ｄは下側の駆動質量（１０１ｂ）に結合される。それぞれの駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）の対向する両側で第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ；３０２ｃ、３０２ｄ）が対称に配置されることによって、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）の線形駆動モード振動のｙ軸方向を、さらに支持することができる。
傾斜ばね（３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ）は、第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）および第２のレバー（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）のそれぞれの取り付け点に、第１のレバーと第２のレバーの両方に対して４５度の角度で取り付けられる。各傾斜ばね（３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ）の他端は、懸架構造（１６２）に結合されている。傾斜ばね（３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ）は、デバイスの平面内で屈曲することができるビームとして形成されてもよい。同様に、ばね・レバー構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）は、駆動２軸ジャイロスコープ構造（２００）のｘ軸方向の第１の線形駆動モード振動が、ｙ軸方向の第２の線形駆動モード振動として、１軸ジャイロスコープ構造（１００）に結合されるようにする、ばねレバーシステムを形成する。各それぞれの第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）と第２のレバー（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）との間の角度が、（製造公差以内で）直角、すなわち９０度になるように慎重に設定され、傾斜ばね（３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ）が、それぞれの２つのレバーの間に４５度の角度で配置されると、ｘ軸方向における２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第１の駆動モード振動を引き起こす力の方向は、１軸ジャイロスコープ構造の駆動力としてさらに結合されるｙ軸方向の合計力に結合され、それによって、これはｙ軸方向の第２の駆動モード主振動に移行する。ばねレバーシステムは、１軸ジャイロスコープ（１００）の幾何学的中心を通過するｘ方向軸とｙ方向軸の両方を考慮すると鏡映対称であることが分かる。ばねレバーシステムが対称であるとき、１軸ジャイロスコープ構造（１００）に対して引き起こされる、結合された第２の線形駆動モード振動の方向は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第１の線形駆動モード振動に対して正確に垂直である。これは、対向するばね・レバー構造が、互いによって引き起こされる任意の反作用力を相殺し、それによって、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の意図された第２の線形駆動モード振動を引き起こす、第１の駆動モード振動の方向に垂直な平行な駆動力の意図された和のみが残るためである。対向する反作用力の相殺は、１軸ジャイロスコープ（１００）の対向する両側に配置された対向するばね・レバー構造の対（３０１ａ、３０１ｂ；３０１ｃ、３０１ｄ）によって引き起こされる反対方向の反作用力によって引き起こされる。反作用力とは、意図された第２の線形駆動モード振動の方向にない力を意味する。例えば、任意の望ましくない回転成分がこのような反作用力に含まれる。さらに、傾斜ばねの４５度の角度は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第１の線形駆動モード振動の大きさと１軸ジャイロスコープ構造（１００）の第２の線形駆動モード振動の大きさとを等しくさせる。
それぞれの第２のレバー（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ）に結合されていない第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）の各々の端部は、追加の傾斜ばね（３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ）を用いて懸架構造（１６２）にさらに結合することができる。この追加の傾斜ばねは、ビームタイプのばねであってもよい。この追加の傾斜ばね（３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ）の一端は、それぞれの第１のレバー（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）に取り付けることができ、一方で、その追加の傾斜バネの対向端は、懸架構造（１６２）に取り付けることができる。この追加の傾斜ばねの役割は、主に第１のレバーの動きを支持し平衡させることである。
図３では、１軸ジャイロスコープ（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）を懸架構造（１６１、１６２）に結合する支持ビーム（１２４ｄ、１２５ｄ）を見ることもできる。図を見やすくするために、駆動質量１０１ｂの右下半分を支持する支持ビームにしか参照符号を付していないが、両方の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）の両側（左右）に同様の支持ビームが配置されるのが見える。これらの支持ビームは、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）が第２の線形駆動モード振動の方向（ｙ軸）に動くことを可能にするが、ｘ軸方向などの望ましくない方向へ動くことを防止する。
ばね・レバー構造の１つ（３０１ａ）をより詳しく見ることとする。２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量（２０２ａ）は、負のｘ軸方向に左に動くと、駆動質量（２０２ａ）に結合されている第２のレバー（３０３ａ）に沿って引く。傾斜ばね（３０４ａ）は、第１のレバー（３０２ａ）に結合された第２のレバー（３０３ａ）の対向端が直接的に同じ方向に動くのを防止するが、傾斜ばね（３０４ａ）に、それが懸架構造（１６２）と結合される点を中心とした時計回りの回転を開始させる。第２のレバー（３０３ａ）に取り付けられた第１のレバー（３０２ａ）は、その後、負のｙ軸に向かって引っ張られる。傾斜ばね（３０４ａ）の４５度の角度は、第１のレバー（３０２ａ）の動きの大きさを第２のレバー（３０３ａ）の動きの大きさと等しくするが、その方向は直交している。１軸ジャイロスコープ構造（１００）の第１のレバー（３０２ａ）と駆動質量（１０１ａ）との間の結合は、ｙ軸方向において十分に剛性であるため、第１のレバー（３０２ａ）のこの動きをさらに駆動質量（１０１ａ）に結合させる。駆動モード振動運動の方向が逆転すると、運動の力および方向は逆転し、すなわち駆動質量（２０２ａ）が正のｘ軸に向かって右に動くとき、駆動質量は第２のレバー（３０３ａ）を同じ方向に押す。傾斜ばね（３０４ａ）は反時計回りに回転を開始し、第１のレバー（３０２ａ）がｙ軸方向に押し上げられる。各ばね・レバー構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）は、同様の方法で作動するが、１軸ジャイロスコープ（１００）の周りの位置に応じて方向は異なる。単一のばね・レバー構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）は、最適に方向付けられていない反作用力を導入することが分かる。すなわち、第２のレバー（３０３ａ）、第１のレバー（３０２ａ）、およびさらには１軸ジャイロスコープの駆動質量（１０１ａ）の運動に回転成分がある。このような回転運動成分は、懸架構造体（１６２）にばねを接続する点において固定点を中心に回転するときに各それぞれの傾斜ばね（３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ）によって引き起こされる。しかしながら、ばね・レバー構造（３０１ａ、３０１ｂ；３０１ｃ、３０１ｄ）を１軸ジャイロスコープ構造（１００）の対向する両側に対称に対にして配置することにより、結合された第２の線形駆動モード振動の意図された線形方向から逸脱する、ばね・レバー構造（３０１ａ、３０１ｂ；３０１ｃ、３０１ｄ）の対向する対の任意の反作用力が互いに打ち消し合う。このように、結合された対称ばねレバーシステム（３００）は、結果として、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の第１の線形駆動モード振動を、正確に、第１の線形駆動モード振動を生じさせる元の力に直交する所望の方向において、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の第２の線形駆動モード振動に結合する。結果として、３軸ジャイロスコープは、２つの相互に直交する線形主モード振動からなる結合された主運動になる。
図４ａおよび図４ｂは、３軸ジャイロスコープの線形駆動モード振動を示す。
図４ａにおいて、２軸ジャイロスコープ構造（２０２ａ、２０２ｂ）の駆動質量は、それらがｘ軸方向において互いに外方に動いた後の位置にある。これは、おそらくｙ軸方向の対称軸の両側において２軸ジャイロスコープ（２００）の中心線の近くで最もよく見ることができ、ここで、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）を、２軸ジャイロスコープ構造の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）の間で第１の懸架構造（２６２）に結合する第１のばね（２５２）は、対称軸（ｙ軸）から外方に屈曲する。駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）を２軸ジャイロスコープ構造（２００）の慣性部分の周縁の外側に位置する第２の懸架構造（２６１）に結合する第２のばね（２５１）が屈曲して、駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）が、これらの第２のばね（２５１）を用いてそれらが結合されているそれぞれの第２の懸架構造（２６１）のより近くに動くことを可能にする様子も分かる。２軸ジャイロスコープ構造（２００）をこの位置に運んでいる駆動振動モードの位相は、ジャイロスコープの下に黒い破線の矢印で示されている。プルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ）は、第１の線形駆動モード振動における振動のそれらの位相に従って、駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）に沿って運動する。
図４ａは、１軸ジャイロスコープ構造体（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）がばねレバーシステム（３００）によって定位置まで駆動される様子をさらに示しており、ここで、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）は、ｙ軸方向において互いに向かって線形的に動いている。これは、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）を、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）の間に位置する第３の懸架構造（１６１）に結合するばね（１５１）の屈曲位置を通して最もよく見ることができる。好ましくは、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）の平衡位置からの変位は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）の平衡位置からの変位に等しい。１軸ジャイロスコープ構造のプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は、第２の線形駆動モード振動におけるそれらの振動位相に従って、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）に沿って運動する。１軸ジャイロスコープ構造（１００）をこの位置に運んでいる第２の駆動振動モードの位相は、１軸ジャイロスコープの下に描かれている白い破線の矢印で示されている。
図４ｂにおいて、２軸ジャイロスコープ構造の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）は、それらがｘ軸方向に互いに向かって運動した後の位置にあり、すなわち図４ａに示す位相とは逆位相の線形駆動モード振動にある。これは、ｙ軸に沿った２軸ジャイロスコープ（２００）の中心線の近くで最もよく見ることができ、ここで、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）を、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）の間で位置する第１の懸架構造（２６２）に結合する第１のばね（２５２）は、対称軸（ｙ軸）に向かってに屈曲している。駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）を２軸ジャイロスコープ構造（２００）の慣性部分の周縁の外側に位置する第２の懸架構造（２６１）に結合する第２のばね（２５１）が屈曲して、駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）が、第２の懸架構造（２６１）から外方に動くことを可能にする様子も分かる。２軸ジャイロスコープ構造（２００）をこの位置に運んでいる駆動振動モードの位相は、ジャイロスコープの下に黒い破線の矢印で示されている。２軸ジャイロスコープ（２００）の２対のプルーフマスは、第１の線形駆動モード振動において駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）に沿って動く。
図４ｂは、１軸ジャイロスコープ構造体（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）がばねレバーシステム（３００）によって定位置まで駆動される要素をさらに示しており、ここで、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）は、ｙ軸方向において互いから外方に動いている。これは、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）を、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）の間に位置する第３の懸架構造（１６１）に結合するばね（１５１）の屈曲位置を通して最もよく見ることができる。好ましくは、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）の平衡位置からの変位は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）の駆動質量（２０２ａ、２０２ｂ）の平衡位置からの変位に等しい。１軸ジャイロスコープ構造（１００）のプルーフマス（１０２ａ、１０２ｂ）は、第２の線形駆動モード振動において同位相で、駆動質量（１０１ａ、１０１ｂ）に沿って運動する。１軸ジャイロスコープ構造（１００）をこの位置に運んでいる第２の駆動振動モードの位相は、１軸ジャイロスコープの下に描かれている白い破線の矢印で示されている。
駆動アクチュエータ（２０１）が２軸ジャイロスコープ構造（２００）と共に配置されているジャイロスコープの典型的な実施形態を上述した。しかしながら、代替の実施形態では、駆動アクチュエータは、１軸ジャイロスコープ構造（１００）とともに配置されてもよく、ばねレバーシステム（３００）は、１軸ジャイロスコープ構造（１００）の線形駆動モード振動を、２軸ジャイロスコープ構造（２００）に向かって結合するために使用されてもよい。
技術の進歩とともに、本発明の基本的な着想を様々な方法で実施することができることが、当業者には明らかである。それゆえ、本発明およびその実施形態は上記の例には限定されず、特許請求項の範囲内で様々に変化してもよい。

Claims (12)

  1. 第１のジャイロスコープ構造および第２のジャイロスコープ構造を備える３軸ジャイロスコープであって、
    前記第１のジャイロスコープ構造および前記第２のジャイロスコープ構造の一方は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）を備え、
    前記第１のジャイロスコープ構造および前記第２のジャイロスコープ構造のもう一方は、１軸ジャイロスコープ構造（１００）を備え、
    前記２軸ジャイロスコープ構造は、駆動アクチュエータを用いて励起することによって基本的に平坦な前記３軸ジャイロスコープの平面内でｘ軸方向において第１の線形駆動モード振動をするように駆動されるように構成されており、前記２軸ジャイロスコープ構造の第１の対のプルーフマスは、ｚ軸を中心とした角運動速度によってｙ軸方向の線形検出運動をするように駆動されるように構成されており、
    前記１軸ジャイロスコープ構造は、前記３軸ジャイロスコープの平面内でｙ軸方向において第２の線形駆動モード振動に追従することによって駆動されるように構成されており、
    レバーばねシステム（３００）は、前記第１のジャイロスコープ構造の第１の線形駆動モード振動と前記第２のジャイロスコープ構造の第２の線形駆動モード振動とを結合して１つの結合された主運動にする３軸ジャイロスコープにおいて、
    前記２軸ジャイロスコープ構造の第２の対のプルーフマスは、ｙ軸を中心とした角運動速度によってｚ軸方向における線形検出運動をするように駆動されるように構成されており、
    前記１軸ジャイロスコープ構造の一対のプルーフマスは、ｘ軸を中心とした角運動速度によってｚ軸方向に線形検出運動をするように駆動されるように構成されており、少なくとも一対のプルーフマスがレバーを用いて相互に結合されており、前記プルーフマスの相互に結合された対の逆位相での線形検出運動が可能になり、前記プルーフマスの相互に結合された対の同位相での線形検出運動が防止されることを特徴とする、
    ３軸ジャイロスコープ。
  2. 前記第１のジャイロスコープ構造は、少なくとも２つの駆動アクチュエータ（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｃ）によって前記第１の線形駆動モード振動をするように駆動され、
    前記第１のジャイロスコープ構造の前記第１の線形駆動モード振動は、前記第１のジャイロスコープ構造と前記第２のジャイロスコープ構造とを接続する前記レバーばねシステム（３００）によって前記第２のジャイロスコープ構造の前記第２の線形駆動モード振動に結合される、
    請求項１に記載の３軸ジャイロスコープ。
  3. 前記第１の線形駆動モード振動は、前記第２の線形駆動モード振動に垂直である、
    請求項１または請求項２に記載の３軸ジャイロスコープ。
  4. 前記レバーばねシステム（３００）は、前記第１のジャイロスコープ構造および前記第２のジャイロスコープ構造の駆動質量（１０１；２０２）を相互に結合するように構成された少なくとも２つのレバー・ばね構造（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）から成る対称構成を備え、
    各レバー・ばね構造（３０１ａ；３０１ｂ；３０１ｃ；３０１ｄ）は、
    前記第１のジャイロスコープ構造の前記第１の線形駆動モード振動と縦方向に整列した前記第１のジャイロスコープ構造に結合された第１のレバー（３０２ａ；３０２ｂ；３０２ｃ；３０２ｄ）と、
    前記第２のジャイロスコープ構造の前記第２の線形駆動モード振動と縦方向に整列した前記第２のジャイロスコープ構造に結合された第２のレバー（３０３ａ；３０３ｂ；３０３ｃ；３０３ｄ）であって、前記第１のレバーおよび前記第２のレバーは、前記レバーの一端において９０度の角度で互いに取り付けられている、第２のレバー（３０３ａ；３０３ｂ；３０３ｃ；３０３ｄ）と、
    前記第１のレバーおよび前記第２のレバーを前記第１のレバーおよび前記第２のレバーに対して４５度の角度で取り付ける点に取り付けられた傾斜ばね（３０４ａ；３０４ｂ；３０４ｃ；３０４ｄ）と
    を備える、
    請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の３軸ジャイロスコープ。
  5. 前記傾斜ばね（３０４ａ；３０４ｂ；３０４ｃ；３０４ｄ）は、前記第１のレバー（３０２ａ；３０２ｂ；３０２ｃ；３０２ｄ）および前記第２のレバー（３０３ａ；３０３ｂ；３０３ｃ；３０３ｄ）を、垂直方向において前記第１のレバーおよび前記第２のレバーの平衡位置から外方に等しい長距離だけ移動させるように構成されており、かつ／または、前記第１のジャイロスコープ構造および前記第２のジャイロスコープ構造の駆動質量が等しい線形駆動モード振動振幅を有するようにするように構成されている、
    請求項４に記載の３軸ジャイロスコープ。
  6. 前記第１のレバー（３０２ａ；３０２ｂ；３０２ｃ；３０２ｄ）は、前記第１のジャイロスコープ構造の駆動質量に結合されており、
    前記第１のレバーの長手方向の寸法は、前記第１のジャイロスコープ構造の前記第１の線形駆動モード振動と位置合わせされており、
    前記第２のレバー（３０３ａ；３０３ｂ；３０３ｃ；３０３ｄ）は、前記第２のジャイロスコープ構造の駆動質量に結合されており、
    前記第２のレバーの長手方向の寸法は、前記第２のジャイロスコープ構造の前記第２の線形駆動モード振動と位置合わせされている、
    請求項４に記載の３軸ジャイロスコープ。
  7. 前記レバーばねシステム（３００）は、前記３軸ジャイロスコープの平面内で前記ジャイロスコープの対称軸の対向する両側に対称に構成された偶数の前記レバー・ばね構造を備える、
    請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の３軸ジャイロスコープ。
  8. 前記第２のジャイロスコープ構造は、前記第１のジャイロスコープ構造の周縁内の開口内に配置されており、
    前記レバーばねシステム（３００）は、前記第２のジャイロスコープ構造の対向する両側に対称に配置された偶数のレバー・ばね構造（３０１ａ；３０１ｂ；３０１ｃ；３０１ｄ）を備え、
    前記第２のジャイロスコープ構造に対して前記レバー・ばね構造によって引き起こされる反対の反作用力が互いに打ち消し合い、前記レバー・ばね構造によって引き起こされる平行な駆動力が互いに合わされ、前記第１のジャイロスコープ構造の前記第１の線形駆動モード振動は、前記第２のジャイロスコープ構造の第２の線形駆動モード振動に結合される、
    請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の３軸ジャイロスコープ。
  9. 前記第１のジャイロスコープ構造は、２軸ジャイロスコープ構造（２００）を備え、
    前記第２のジャイロスコープ構造が１軸ジャイロスコープ構造（１００）を備える、
    請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の３軸ジャイロスコープ。
  10. 前記２軸ジャイロスコープ構造（２００）は、２対のプルーフマス（２０３ａ、２０３ｂ；２０４ａ、２０４ｂ）を備え、
    前記２対のプルーフマスの各対は、異なる運動軸上の角運動速度を検出するように構成される、
    請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の３軸ジャイロスコープ。
  11. 前記第１のジャイロスコープ構造および前記第２のジャイロスコープ構造の前記２対のプルーフマスの各プルーフマスの検出運動は、線形振動を備える、
    請求項１０に記載の３軸ジャイロスコープ。
  12. 前記少なくとも一対のプルーフマスを相互に結合する前記レバーは、検出運動において、前記少なくとも一対のプルーフマスのそれぞれの検出軸を中心として回転運動する、
    請求項１に記載の３軸ジャイロスコープ。
JP2017554263A 2015-04-16 2016-04-12 ３軸ジャイロスコープ Active JP6477918B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20155282 2015-04-16
FI20155282A FI127202B (en) 2015-04-16 2015-04-16 Three axis gyroscope
PCT/IB2016/052058 WO2016166654A1 (en) 2015-04-16 2016-04-12 Three axis gyroscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018511808A JP2018511808A (ja) 2018-04-26
JP6477918B2 true JP6477918B2 (ja) 2019-03-06

Family

ID=55755623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017554263A Active JP6477918B2 (ja) 2015-04-16 2016-04-12 ３軸ジャイロスコープ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10101159B2 (ja)
EP (1) EP3283845B1 (ja)
JP (1) JP6477918B2 (ja)
FI (1) FI127202B (ja)
TW (1) TWI600882B (ja)
WO (1) WO2016166654A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107192384B (zh) * 2017-07-24 2022-04-05 深迪半导体(绍兴)有限公司 一种mems三轴陀螺仪
DE102020202158A1 (de) * 2020-02-19 2021-08-19 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanische Drehraten-Sensoranordnung, Drehraten-Sensorarray und entsprechendes Herstellungsverfahren
US11519726B2 (en) 2020-06-19 2022-12-06 Analog Devices, Inc. Mechanism for selective coupling in microelectromechanical systems inertial sensors

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5239868A (en) * 1989-05-19 1993-08-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Angular rate detecting device
US5349855A (en) * 1992-04-07 1994-09-27 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Comb drive micromechanical tuning fork gyro
US5635640A (en) * 1995-06-06 1997-06-03 Analog Devices, Inc. Micromachined device with rotationally vibrated masses
DE19530007C2 (de) * 1995-08-16 1998-11-26 Bosch Gmbh Robert Drehratensensor
FR2741151B1 (fr) 1995-11-13 1998-01-30 Sfim Ind Gyrometre a resonateur mecanique
US6257057B1 (en) * 1998-12-16 2001-07-10 L-3 Communications Corporation Epitaxial coriolis rate sensor
FR2821422B1 (fr) 2001-02-23 2003-05-23 Sagem Resonateur mecanique planaire sensible selon un axe perpendiculaire a son plan
US6918297B2 (en) * 2003-02-28 2005-07-19 Honeywell International, Inc. Miniature 3-dimensional package for MEMS sensors
FR2859528B1 (fr) * 2003-09-09 2006-01-06 Thales Sa Gyrometre micro-usine a double diapason et a detection dans le plan de la plaque usinee
US7370530B2 (en) * 2004-09-01 2008-05-13 Honeywell International Inc. Package for MEMS devices
ES2333890T3 (es) * 2004-09-27 2010-03-02 Conti Temic Microelectronic Gmbh Sensor de velocidad angular.
US7421897B2 (en) * 2005-04-14 2008-09-09 Analog Devices, Inc. Cross-quad and vertically coupled inertial sensors
US7617728B2 (en) * 2006-05-17 2009-11-17 Donato Cardarelli Tuning fork gyroscope
US7461552B2 (en) * 2006-10-23 2008-12-09 Custom Sensors & Technologies, Inc. Dual axis rate sensor
DE102007054505B4 (de) * 2007-11-15 2016-12-22 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor
IT1391972B1 (it) * 2008-11-26 2012-02-02 St Microelectronics Rousset Giroscopio microelettromeccanico con movimento di azionamento rotatorio e migliorate caratteristiche elettriche
IT1392741B1 (it) * 2008-12-23 2012-03-16 St Microelectronics Rousset Giroscopio microelettromeccanico con migliorata reiezione di disturbi di accelerazione
DE102009001244A1 (de) * 2009-02-27 2010-09-02 Sensordynamics Ag Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Rotationsbewegungen um eine x-, y- oder z-Achse
DE102009001247A1 (de) * 2009-02-27 2010-09-09 Sensordynamics Ag Mikro-elektro-mechanischer Sensor
US8256290B2 (en) 2009-03-17 2012-09-04 Minyao Mao Tri-axis angular rate sensor
FR2945621B1 (fr) 2009-05-15 2011-08-26 Commissariat Energie Atomique Structure de couplage pour gyrometre resonnant
DE102009046506B4 (de) * 2009-11-06 2024-01-18 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor
ITTO20091042A1 (it) * 2009-12-24 2011-06-25 St Microelectronics Srl Giroscopio integrato microelettromeccanico con migliorata struttura di azionamento
DE102010028005A1 (de) * 2010-04-20 2011-10-20 Sensordynamics Ag Mikro-Gyroskop zur Ermittlung von Bewegungen
FR2969278B1 (fr) 2010-12-20 2013-07-05 Onera (Off Nat Aerospatiale) Structure planaire pour gyrometre tri-axe
JP5822177B2 (ja) * 2011-05-20 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 ジャイロセンサー、電子機器
TWI469254B (zh) * 2011-12-29 2015-01-11 Ind Tech Res Inst 具多重電性通道的微機電裝置及其製作方法
FI125695B (en) * 2013-09-11 2016-01-15 Murata Manufacturing Co Improved gyroscope construction and gyroscope
US9404747B2 (en) * 2013-10-30 2016-08-02 Stmicroelectroncs S.R.L. Microelectromechanical gyroscope with compensation of quadrature error drift

Also Published As

Publication number Publication date
TWI600882B (zh) 2017-10-01
FI20155282A (fi) 2016-10-17
JP2018511808A (ja) 2018-04-26
US20160305781A1 (en) 2016-10-20
FI127202B (en) 2018-01-31
EP3283845B1 (en) 2019-06-26
TW201706566A (zh) 2017-02-16
WO2016166654A1 (en) 2016-10-20
EP3283845A1 (en) 2018-02-21
US10101159B2 (en) 2018-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10365103B2 (en) Gyroscope structure and gyroscope
KR101110462B1 (ko) 회전 속도 센서
US8544594B2 (en) Coupling structure for resonant gyroscope
RU2439495C2 (ru) Кориолисов гироскоп
US8459110B2 (en) Integrated microelectromechanical gyroscope with improved driving structure
JP6973522B2 (ja) 振動に強い多軸ジャイロスコープ
US6860151B2 (en) Methods and systems for controlling movement within MEMS structures
JP6260706B2 (ja) 改良された直交位相補正を有するジャイロスコープ構造体およびジャイロスコープ
JP2016507731A (ja) マイクロメカニカルｚ軸ジャイロスコープ
JP6933240B2 (ja) 同期多軸ジャイロスコープ
JP6973521B2 (ja) 二重入力を有するジャイロスコープ
JP2020091280A (ja) 回転運動検出用微小電気機械デバイス
JP6477918B2 (ja) ３軸ジャイロスコープ
JP2010008300A (ja) 慣性センサ
Seok et al. Design, analysis, and experimental results of micromachined single-structure triaxis vibratory gyroscope with advanced coupling mechanism
JP2019020339A (ja) 振動型角速度センサ
KR101679592B1 (ko) 대칭형 z축 멤스 자이로스코프

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171218

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180904

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181101

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190121

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6477918

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150