JP6512313B2

JP6512313B2 - Ｍｅｍｓセンサ

Info

Publication number: JP6512313B2
Application number: JP2017567377A
Authority: JP
Inventors: リュトゥコネン・ヴィッレ−ペッカ
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: TWI601958B; WO2016207800A1; CN107771287B; FI20155508A; TW201708821A; CN107771287A; US10024881B2; US20160377649A1; EP3314270A1; FI127000B; JP2018528399A; EP3314270B1

Description

本発明は、ＭＥＭＳセンサに関し、具体的には、独立請求項１の前提部分に定義されているような線形加速度を測定するためのＭＥＭＳセンサに関する。

微小電気機械システム、またはＭＥＭＳは、少なくともいくつかのセンサ素子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、物理的性質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。

ＭＥＭＳデバイスは、測定された機械信号を電気信号に変換する。ＭＥＭＳセンサは、機械的現象を測定し、次に、電子機器が、センサから得る情報を処理し、かつ何らかの意思決定ケイパビリティを介して、アクチュエータに、例えば、移動、位置合わせ、または調整によって応答するように指図し、これにより、所望の結果または目的に沿って環境が制御される。ＭＥＭＳデバイスは、容量性でも、圧電変換を利用するものでもあり得る。

ＭＥＭＳ型加速度計を使用する慣性センサでは、ロータマス、片持ち梁および／または交互嵌合櫛歯のような構造を用いて、これらの構造の変位を検出することができる。

ＭＥＭＳ加速度計の２つの主要コンポーネントは、ロータマスと検出電極対である。ロータマスおよび検出電極対は、基板へ固定される。ロータマスは、基板上の凹部の上へばねによって懸架されることから、外部加速に応答して動くことができる。加速度計に外力が加わると、ロータマスは、慣性力に起因して付勢方向に逆らって動く。この動きは、平行板コンデンサの対を形成する交互嵌合櫛歯間の容量変動を引き起こす。

容量性ＭＥＭＳ加速度計では、静止電極と、懸架された慣性ロータマスへ取り付けられる可動電極との間に、可変コンデンサが形成される。

加速度センサは、加速力を感知し、かつ加速の影響下で弾性的に変位する慣性ロータマスの動きを検出し、かつこれにより、可動電極も加速度計における加速度に応答して偏向する。櫛歯電極間の距離（または間隙）の変化として直に現れる静電容量の変化は、ロータマスの変位に関係する。

偏向は、関連する電子機器によって感知されて電気信号に変換され、次に、電子機器によって外部コンピュータへ送出される。コンピュータは、感知されたデータを処理して、測定される特性を計算する。

加速度計は、適正な加速度、別名ｇ力、を測定するデバイスである。適正な加速度は、物体が経験する物理的加速度であって、測定される物体に対して瞬間的に静止している慣性系観測者（慣性系）に対して測定される。例えば、地球の表面に対して静止状態にある加速度計は、上向きに約１ｇの加速を示す。地球に対する運動に起因する加速度を得るためには、重力オフセットが読取り値から差し引かれ、かつ慣性系に対する地球の回転によって生じる影響を考慮する補正が必要である。多軸加速度計は、適正な加速度の大きさおよび方向をベクトル量として検出し、これは、例えば、抵抗媒体の方向性、座標加速度、振動、衝撃および落下を感知するために使用され得る。

２軸加速度計は、２方向の加速度を測定し、３−５軸加速度計は、３方向の加速度を測定する。また、一方向の加速度を測定する１軸加速度計も存在する。

加速度計の測定範囲は、センサの出力信号仕様でサポートされる加速度レベルであり、典型的には、±ｇで明示される。これは、その部品が測定しかつ出力として正確に表すことができる最大量の加速度である。傾斜計は、重力に対する物体の傾斜角、仰角または俯角を測定するための計器である。検出される加速度値を角度値に変換するための適切な計算が規定されている場合、ＭＥＭＳ加速度計等の加速度計は、傾斜計用のセンサとして使用され得る。傾斜計の測定軸は、典型的には直交するが、この限りではない。

傾きセンサまたはチルトメータは、しばしば２つの軸によって画定される平面に対する傾きを測定する計器である。典型的なチルトメータは、垂直レベルからの変化を測定するように設計される。フルモーションの傾きセンサは、少なくとも３つの軸を使用し得る。検出される加速度値を結果的なベクトル角度値に変換するための適切な計算が規定されている場合、加速度を測定できる加速度計は、チルトメータのセンサとして使用され得る。加速度計は、１軸、２軸または３軸に対する傾きを測定し得る。チルトメータの測定軸は、典型的には直交するが、この限りではない。

以下、傾斜または傾きを測定できる何れのデバイスに対しても、傾斜計という一般用語を用いる。

［関連技術の説明］
使用目的に依存して、傾斜計のオフセット安定性要件は厳しく、機械的に非常に安定したＭＥＭＳ加速度計センサ素子を必要とすることがある。基板におけるアンカ構造体上の加速度計センサ素子の固定、言い替えれば懸架は、ＭＥＭＳセンサ素子の安定性にとって重要な要素である。ＭＥＭＳセンサ素子のパッケージを介する機械的応力によって生じる誤差が何れも最小となることを保証するための周知方法は、ステータとロータのアンカ構造体を互いに近接して配置することである。機械的応力が発生しても、ステータおよびロータは、同様に変形し、このような変形により生じるオフセットが補償される。オフセット安定性は、各次元で複数の検出セルを用いて二重差動自己補償を有効にすることによっても改善されることが可能である。しかしながら、個々のセンサ素子のアンカが互いから遠くにあれば、自己補償は、完全ではない。

米国特許第７３２２２４２号明細書は、単一のフレーム状ロータと、ロータ固定領域の近くにステータ固定領域を伴って配置される４つのステータ構造体とを結合する重心ロータ固定領域を有する微小機械構造体を提示している。この従来技術に関する問題点は、単一ロータの使用により差動検出は有効にされるが、デバイスには、このような単一ロータマスのソリューションでは検出できない同相誤差も生じ得ることにある。したがって、同相誤差の打ち消しも有効にする、二重差動検出を有効にする改善されたＭＥＭＳセンサ設計が必要とされている。

本発明の目的は、従来技術の欠点を克服するようなＭＥＭＳセンサを提供することにある。本発明の目的は、請求項１の特徴記載部分に記載されているＭＥＭＳセンサによって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。

本発明の実施形態は、ＭＥＭＳセンサの２つ以上の独立した差動センサ素子を比較的小さい共通の固定エリア内に固定するという考案を基礎とし、よって、独立したセンサ素子は、ＭＥＭＳセンサのパッケージを通じて略類似する機械的応力を受ける。この配置には、機械的応力に起因する誤差の量が最小限に抑えられるという利点がある。さらに、独立したセンサ素子は、センサ素子対で配置されてもよく、動きの二重差動検出が可能にされる。これは、例えば、同相誤差を除去できるようになるというさらなる利点をもたらし、かつ安全性が重視されるアプリケーションにおいてもデバイスの正しい動作を保証するためのＭＥＭＳセンサの自己テストを有効にする。

第１の態様によれば、線形加速度を測定するための可動および固定コンポーネントを有するＭＥＭＳセンサが提供される。センサは、共通のフレーム構造体内に配置される少なくとも２つの互いに独立した差動センサ素子を含むことができる。フレーム構造体は、ＭＥＭＳセンサを気密封止するための壁を提供する。少なくとも２つの互いに独立した差動センサ素子は、線形加速度の二重差動検出を行うように対で構成される。ＭＥＭＳセンサは、対で構成される差動センサ素子のロータマスおよびステータ構造体が固定される共通の固定エリアを備える。共通の固定エリアは、対で構成される差動センサ素子の重心に位置決めされる。

第２の態様によれば、少なくとも２つの対で構成される相互に独立したセンサ素子の各差動センサ素子は、共通の固定エリア内のアンカ構造体へばねで懸架される可動ロータマスを含む。ばねは、ロータマスがデバイスの平面内で動けるようにする。２つの不動ステータ構造体は、共通の固定エリア内の１つまたは複数のアンカ構造体へ堅固に固定される。各々が規定数のロータマスのロータ歯と、２つのステータ構造体のうちの一方の規定数のステータ歯とで形成される２つの検出電極対は、差動検出信号を提供するように構成される。

第３の態様によれば、少なくとも２つの対で構成される相互に独立したセンサ素子の各差動センサ素子の２つの不動ステータ構造体は、デバイスの平面上で可動ロータマスを懸架するばねの反対の両側に対称的に配置される。

第４の態様によれば、少なくとも２つの対で構成される相互に独立した差動センサ素子の全ての差動センサ素子のロータマスは、共通の固定エリア内の対で構成されるセンサ素子の重心に、またはその近傍に位置決めされる共通のロータアンカ構造体へ懸架される。

第５の態様によれば、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の差動センサ素子のロータマスは、共通の固定エリア内の対で構成される差動センサ素子の重心に、またはその近傍に位置決めされる別々のロータアンカ構造体へ懸架される。

第６の態様によれば、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の差動センサ素子のステータ構造体は、共通の固定エリア内の対で構成される差動センサ素子の重心に、またはその近傍に位置決めされる共通のステータアンカ構造体へ固定される。

第７の態様によれば、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の差動センサ素子のステータ構造体は、共通の固定エリア内の対で構成される差動センサ素子の重心の近傍に位置決めされる幾つかのステータアンカ構造体へ固定される。

第８の態様によれば、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の各差動センサ素子のロータマスは、共通の固定エリア内のアンカ構造体へ、ロータマスがデバイスの平面内で動けるようにするが、ロータマスがデバイスの平面から離れることを防止する直線梁ばねを用いて懸架される。ばねは、センサ素子の懸架軸を画定し、懸架軸は、ばねの長手方向の寸法に沿って横断する。

第９の態様によれば、個々のセンサ素子のロータマスを懸架するばねは、個々のセンサ素子の両方の検出電極対のロータ電極歯として作用するように構成される。

第１０の態様によれば、センサは、各対がセンサ素子の検出軸に対して斜めである共通の懸架軸を有する２対の差動センサ素子を備える。懸架軸は、互いに直交し、かつ差動センサ素子は、各々、互いに直交する２つの検出軸を有するように構成される。

第１１の態様によれば、各差動センサ素子の懸架軸は、両方の前記検出軸に対して４５度の角度を有する。

第１２の態様によれば、センサは、各対が個々のセンサ素子対における両方のセンサ素子の検出軸に直交する共通の懸架軸を有する、２対の差動センサ素子を含む。懸架軸は、相互に直交し、各差動センサ素子は、単一の検出軸を有するように構成される。

第１３の態様によれば、センサは、センサ素子対の検出軸に直交する共通の懸架軸を有する一対の差動センサ素子を備え、各差動センサ素子は、単一の検出軸を有するように構成される。

第１４の態様によれば、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の差動センサ素子の検出電極対は、個々のセンサ素子対の共通の懸架軸に直交する対称軸に対して鏡面位置で構成される。このような鏡面対称センサ素子対の各々は、互いに同じ方向に変化する容量検出値を生成する。

第１５の態様によれば、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の差動センサ素子の検出電極対は、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の幾何学的中心の両側に対称する対で構成される。幾何学的中心の反対の両側にあるこのような検出電極対の各々は、互いに同じ方向に変化する容量検出値を提供する。

第１６の態様によれば、対で構成される相互に独立した差動センサ素子の差動センサ素子の検出値は、自己テストを実行するために使用されてもよい。自己テストは、計算ユニットにおいて全ての差動センサ素子の検出値を合計することを含み、かつ自己テストは、自己テスト検出値の総和がゼロに等しければセンサが正しく動作していることを示す。

第１７の態様によれば、デバイスの平面における共通の固定エリアの横方向サイズは、何れも、同じ方向におけるＭＥＭＳセンサの横方向サイズ合計の２０％を超えない。

第１８の態様によれば、デバイスの平面における共通の固定エリアの横方向サイズは、何れも、同じ方向における対で構成される相互に独立した差動センサ素子の横方向サイズ合計の２０％を超えない。

以下、添付の図面を参照して、本発明を好ましい実施形態に関連してより詳細に説明する。

意図された検出軸に対して斜めの懸架軸を有する４つの差動センサ素子を伴うＭＥＭＳセンサの第１の実施形態を示す。負のｘ軸方向に加速された場合の図１のセンサ素子を示す。斜めの懸架軸を有するＭＥＭＳセンサの第１の実施形態の電気的機能の対称性を示す。意図された検出軸に対して斜めの懸架軸を有する４つの差動センサ素子を伴うＭＥＭＳセンサの第２の実施形態を示す。４つの差動センサを有する２軸ＭＥＭＳセンサの第２の実施形態の電気的機能の対称性を示す。ＭＥＭＳセンサの第３の実施形態を示す。ＭＥＭＳセンサの第４の実施形態を示す。ＭＥＭＳセンサの第５の実施形態を示す。ＭＥＭＳセンサの第６の実施形態を示す。共通の固定エリア内の典型的な１つのアンカ構造体配置を示す。共通の固定エリア内の典型的な１つのアンカ構造体配置を示す。

懸架軸という用語は、ロータマス（別名、ロータ構造体）をアンカ構造体へ懸架するばねの長手方向を指す。

デバイスの平面とは、静止しているとき、即ち、外力によって初期平衡位置から変位していないときのＭＥＭＳデバイスの機能的可動構造体の平面を指す。以下の図面および説明において、デバイスの平面は、ｘｙ平面を含む。このデバイス平面に沿ったＭＥＭＳデバイスの機能構造体のサイズは、横方向サイズと呼ばれることがある。

アンカ構造体は、センサ素子および／またはＭＥＭＳセンサの機能構造体を基板へ固定する構造体を指す。アンカは、デバイスの平面内を水平方向および垂直方向の両方に延びる３次元構造体である。特定の点、例えば構造体の重心、におけるアンカ構造体の位置の言及は、デバイス平面におけるアンカ構造体の投影に一致する。機能構造体がアンカへ固定される場合、機能構造体の懸架は、構造体の意図された機能性に依存して可撓性であっても、剛性であってもよい。機能構造体が可動であることが意図される場合、懸架は、好ましくは、少なくとも一次元において可撓性である。このような可動構造体の一例が、ロータである。機能構造体が安定して１つの場所に固定されることが意図される場合、懸架は、好ましくは剛性であって、機能構造体の移動を許容しない。このような場合、機能構造体は、堅固に固定されると言い得る。このような安定しかつ固定された機能構造体の一例が、ステータである。

検出軸という用語は、センサデバイス、センサ素子または容量性電極対がそれに沿って可動（ロータ）構造体の固定（ステータ）構造体からの変位を検出しかつ変位の方向および量の両方を示す検出値を返すことができる直線軸を指す。検出軸の方向は、デバイス、素子または電極対の個々の懸架軸の方向とは異なる。

差動検出は、反対方向の容量変化を有する２つの容量性電極対による、単一の可動（ロータ）素子の変位の電気的検出を指す。

以下の実施形態では、簡略化したＭＥＭＳセンサを一例として用いる。実際のＭＥＭＳデバイスでは、センサは、さらなるセンサ素子を含んでもよい。

図１は、各々が意図された検出軸に対して斜めの懸架軸を有する４つの差動センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を伴う２軸ＭＥＭＳセンサの第１の実施形態を示す。先に定義したように、懸架軸とは、可動ロータマス（２）を固定エリア（１）へ懸架するばね（３）の長手方向を指す。検出軸は、ｘ軸およびｙ軸方向にあることが意図されている。この例において、４つの差動センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）全てのロータマス（２）は、ＭＥＭＳセンサのほぼ幾何学的中心（重心）に位置決めされる共通の固定エリア（１）へ懸架され、こうして、パッケージから何らかの機械的応力が存在する場合に、４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の全てが類似の応力を受けることになり、よってこれは、センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）により提供される差動検出を利用して補償され得ることが保証される。共通の固定エリア（１）は、ｘｙ平面におけるＭＥＭＳセンサの合計面積のうちの比較的小さいエリアであって、好ましくは、ｘｙ平面における、言い替えればデバイス平面におけるＭＥＭＳセンサの幾何学的中心（重心）に位置決めされる。先に定義したように、幾何学的中心（重心）における配置位置は、ＭＥＭＳセンサの幾何学的中心が共通の固定エリア（１）の面積内に存在することを示す。共通の固定エリア（１）の横方向サイズは、ＭＥＭＳセンサの横方向サイズより小さい。（ｘｙ平面における）共通の固定エリアの任意の最大横方向サイズは、何れも、好ましくは、個々の方向におけるＭＥＭＳセンサの横方向サイズ合計の１／５（２０％）未満である。共通の固定エリア（１）の実際の形状は、適切な如何なる形状であってもよい。共通の固定エリア（１）内には、後述するように、１つまたは複数のアンカ構造体が位置決めされてもよい。共通の固定エリア（１）内にある位置に言及する場合、位置エリアの横方向サイズは、上述したように、共通の固定エリア（１）のサイズに画定される。共通の固定エリア（１）内には、１つまたは幾つかのアンカ構造体が存在してもよい。２つ以上のアンカ構造体が使用される場合、ロータアンカ構造体とステータアンカ構造体との距離は、ＭＥＭＳセンサの横方向サイズより小さい。アンカ構造体の位置に関連する「近傍」という用語は、アンカ構造体が、画定された共通の固定エリア（１）内に存在するが、必ずしもこのエリアの真ん中（重心）とは限らないことも指す。ロータおよびステータのアンカ構造体は、現在の製造プロセスで達成できる略最小の距離を用いることにより、互いに近接して配置されることも可能である。好ましくは、この共通の固定エリア内のアンカ構造体は、センサの如何なる可動構造体によっても分離されない。言い替えれば、センサの可動部分は、共通の固定エリア内に位置決めされず、特に、共通の固定エリア内に配置されるアンカ構造体間には配置されない。したがって、共通の固定エリアは、アンカ構造体およびアンカを互いから電気的かつ機械的に分離するように構成される間隙のみを含む、一体式固定エリアと呼ばれることもある。

各センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、ばね（３）によって共通の固定エリア（１）内のアンカ構造体へ懸架されるロータマス（２）を含む。好ましくは、各センサ素子のロータマス（２）およびばね（３）は、異なる向きで構成されているが、略類似している。ばね（３）は、好ましくは、ロータマス（２）がＭＥＭＳセンサの平面またはデバイス平面と称し得るｘｙ平面内で動くことができるように可撓性に、但しｚ軸方向、言い替えればデバイス平面の外では硬質に作られる。この種のばね（３）は、ｘｙ平面では狭い断面を有するが、ｚ軸のサイズは比較的厚い、長い直線梁として形成されてもよい。厚さを追加すると、個々のサイズにおけるばね係数が増加し、ロータマス（２）のこの方向、この場合はｚ軸方向、の動きが防止される。この懸架ばね（３）は、共通の固定エリア（１）内の固着点へ結合されているが、ロータマス（２）の実際の移動経路は、この結合点を取り巻く円上にあると考えることもできる点は、理解され得る。ばね（３）が長い場合、この円の半径は大きく、よってｘまたはｙ方向の小さい変位は、事実上の線形変位と見なされてもよい。結合点を反転させることに加えて、長いばね（３）は、曲がることもある。幾つかのロータ櫛歯（４ａ、４ｂ）は、ロータマス（２）へ取り付けられる。ロータ櫛歯（４ａ、４ｂ）は、ロータマス（２）の動きを検出するための可動電極を形成する。差動センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を実装するために、２つの別個のステータ構造体（６ａ、６ｂ）へ取り付けられる幾つかの不動ステータ歯（５ａ、５ｂ）によって非可動電極が形成される。これらのステータ構造体（６ａ、６ｂ）は、共通の固定エリア（１）内のアンカ構造体へ堅固に結合され、よって、これらは、固定構造体と見なすことができる。ロータマス（２）および２つのステータ（６ａ、６ｂ）の両方は、同じ共通の固定エリア（１）内で、共通のアンカ構造体または互いに非常に近接して位置決めされるアンカ構造体によって基板へ懸架されるが、パッケージにより生じる機械的応力は何れも、これらのパーツへ同様に影響し、よって、このような応力の効果は、検出精度を高めるために補償されることが可能である。

ロータ櫛歯（４ａ）および第１のステータ歯（５ａ）は、第１の検出電極対（Ａ１）を形成し、ロータ櫛歯（４ｂ）および第２のステータ歯（５ｂ）は、第２の検出電極対（Ａ２）を形成する。さらに、この実施形態において、ばね（３）は、追加のロータ電極歯として使用されてもよく、第１の検出電極対および第２の検出電極対の両方から受信される信号が増える。これは、さらなるステータ歯（５ａ’、５ｂ’）をばね（３）の隣に配置させることによって有効にされる。各センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）におけるロータ櫛歯およびステータ櫛歯は、２つの同様の差動検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｂ１、Ｂ２；Ｃ１、Ｃ２；Ｄ１、Ｄ２）を形成する。

検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｂ１、Ｂ２；Ｃ１、Ｃ２；Ｄ１、Ｄ２）の物理的配置および電気機能的配置は、センサ素子（Ａ、Ｃ；Ｂ、Ｄ）および同時に検出電極対が互いの対の鏡像であること、即ち、センサ素子Ｄおよびその検出電極対（Ｄ１、Ｄ２）が、センサ素子Ａおよびその検出電極対（Ａ１、Ａ２）の鏡像であって、鏡は、センサ素子ＢおよびＣのばね（３）の長手方向に一致する斜めの懸架軸に沿って配置され、言い替えれば、対称軸は、個々のセンサ素子の懸架軸に直交するものと考えられること、を特徴とし得る。同様に、センサ素子ＡおよびＤのばね（３）の長手方向に一致する斜めの懸架軸に沿って鏡が配置される、言い替えれば、対称軸が個々のセンサ素子の懸架軸に直交するものと考えられる場合、センサ素子Ｃおよびその検出電極対は、センサ素子Ｂおよびその検出電極対（Ｂ１、Ｂ２）の鏡像である。この対の鏡像対称性は、検出電極対の電気機能性にも当てはまり、即ち、投影される各検出電極対（Ａ１、Ｄ１；Ａ２、Ｄ２；Ｂ１、Ｃ１；Ｂ２、Ｃ２）の容量変化の方向は、常に同じである。センサ素子によるこのような対の配置により、デバイス内のセンサ素子の数は、好ましくは偶数になる。

４つのばね（３）は全て、好ましくは、ｘ軸方向におけるＭＥＭＳセンサの対称軸、およびｙ軸方向におけるＭＥＭＳセンサの対称軸の両方に対して角度４５゜（４５度）を有するように配置される。言い替えれば、各センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が有する可動（ロータ）素子の懸架軸は、検出される動きの方向に対して斜めである。好ましくは、この実施形態の懸架軸は、検出されるべき加速度／傾斜の好ましくは直交する方向、即ち検出軸、に対して角度４５゜を有する。実際のデバイスにおいて、懸架軸の角度は、範囲を逸脱することなくある程度ずれる可能性があり、よって、懸架軸と検出軸との間の角度は、４０゜〜５０゜の間で変わり得る。センサダイは、典型的には長方形であることから、センサの軸も、ダイのエッジに対して斜めまたは角度４５゜を有するとされ得る。さらなる代替実施形態において、懸架軸と検出軸との間の角度は、４０゜未満である。

先に指摘したように、ＭＥＭＳセンサは、パッケージによって生じる応力の補償を有効にするためにそれらの共通の固定エリア（１）をＭＥＭＳセンサ全体の共通の幾何学的中心（重心）に配置した４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を含む。別の実施形態において、４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、フレームのエンクロージャ内に、４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の重心がＭＥＭＳセンサ素子全体の重心に一致しないように配置される。このような場合、対称配置された４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の共通の幾何学的中心（重心）に配置される４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の共通の固定エリア（１）は、４つの機械的に独立した、但し機能的に対で結合されるセンサ素子のパフォーマンスに類似の利点を提供する。

図１０ａおよび図１０ｂは、図１に記述されているＭＥＭＳセンサの共通の固定エリア（１）内の２つの例示的なアンカ構造体配置を示す。図１０ａに示す実施形態において、ばね（３）は全て、共通の固定エリア（１）内のＭＥＭＳセンサの幾何学的中心（重心）に、またはその近傍に配置される単一の共通のロータアンカ構造体（１０）へ固定され、かつステータ構造体（６）は各々、共通の固定エリア（１）内のＭＥＭＳセンサの幾何学的中心（重心）の近傍に、よって延ては共通のロータアンカ構造体（１０）の近傍にも配置される固有のステータアンカ構造体（１１）を有する。図１０ｂに示す実施形態において、ロータばねは各々、デバイス平面におけるＭＥＭＳセンサの幾何学的重心の近傍において、共通の固定エリア（１）内に固有のロータアンカ構造体（１０）を有し、ステータ構造体は各々、共通の固定エリア（１）内に固有のステータアンカ構造体（１１）を有する。図示されていないさらなる実施形態において、ステータ構造体（６）の一部または全ては、共通のステータアンカ構造体を共有してもよい。さらに別の実施形態において、ロータ懸架ばね（３）の少なくとも幾つかは、共通の固定エリア（１）内のＭＥＭＳセンサの幾何学的中心の近傍に配置される固有のロータアンカ構造体を有し、他のロータは、共通の固定エリア（１）内のアンカ構造体を共有してもよい。さらに別の実施形態において、単一の共通のアンカ構造体は、共通の固定エリアに配置され、共通の固定エリア（１）が単一の共通のアンカ構造体と見なされる場合、これは、例えば図１に示され得る、全てのステータ構造体および複数のセンサ素子のロータマスを懸架する全てのばねに共通である。

次に、図１に戻ると、共通の固定エリア（１）内の共有される可能性のあるアンカ構造体を除いて、４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、互いに独立していて、具体的には、ロータマス（２）は、互いに結合されず、独立して動くことが留意され得る。フレーム構造体（７）は、４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）より成るグループを取り囲み、４つのセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、フレーム構造体（７）により形成されるエンクロージャ内に配置される。フレーム構造体（７）の目的は、ＭＥＭＳセンサの可動部（ステータ、ロータマス）を気密封止するための壁を提供することにある。ＭＥＭＳセンサ素子は、基板上に懸架され、構造体には、封止を完全にするためにキャップが追加されてもよい。

図２は、正のｘ軸方向に加速された場合の図１のセンサ素子を示す。これは、左を指すブロック矢印（ａｃｃ）によって示されている。ここでは、各ロータマス（２）が、ロータマス（２）の慣性によって負のｘ軸方向へと移動していることが分かる。まず、センサ素子Ａおよびその２つの検出電極対（Ａ１、Ａ２）に注目する。センサ素子Ａのロータマス（２）が負のｘ軸へ向かって移動すると、そのロータ歯（４ａ）は、第１のステータ（６ａ）のステータ歯（５ａ）から離れ、かつそのロータ歯（４ｂ）は、第２のステータ（６ｂ）のステータ歯（５ｂ）へ接近する。したがって、第１の検出電極対（Ａ１）における検出容量は、減少し、第２の検出電極対（Ａ２）における検出容量は、増加する。さらに、ばね（３）が、隣の第１のステータのステータ歯（５ａ’）から離れて移動し、かつ隣の第２のステータのステータ歯（５ｂ’）に接近していることも認めることができる。こうして、ばね（３）は、ステータ（６ａ、６ｂ）両方の追加的な共通のロータ歯として出現し、検出電極対（Ａ１、Ａ２）から受信される信号強度が高まる。

センサ素子Ａの第１の検出電極対（Ａ１）の検出容量をＣ_Ａ１、センサ素子Ａの第２の検出電極対（Ａ２）の容量をＣ_Ａ２とする。第１のセンサ素子の差動出力は、Ｃ_Ａ１−Ｃ_Ａ２として計算され得る。同様の方法で、ＭＥＭＳセンサ内の４つのセンサ素子全ての差動出力を合わせると、４つのセンサ素子を有するＭＥＭＳセンサによって与えられる全検出容量は、４つの異なる差動出力から計算され得る。

ｘ軸およびｙ軸に沿った差動出力は、例えば、次のように計算され得る。

Ｃ（ｘ）＝−（Ｃ_Ａ１−Ｃ_Ａ２）＋（Ｃ_Ｂ１−Ｃ_Ｂ２）＋（Ｃ_Ｃ１−Ｃ_Ｃ２）−（Ｃ_Ｄ１−Ｃ_Ｄ２）

Ｃ（ｙ）＝−（Ｃ_Ａ１−Ｃ_Ａ２）−（Ｃ_Ｂ１−Ｃ_Ｂ２）−（Ｃ_Ｃ１−Ｃ_Ｃ２）−（Ｃ_Ｄ１−Ｃ_Ｄ２）

ここで、センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は各々、差動検出結果を提供し、Ｃ（ｘ）は、ｘ軸方向の加速度成分に対応する取得された合計差動容量値を示し、Ｃ（ｙ）は、ｙ軸方向の加速度成分に対応する取得された合計差動容量値を示す。適切な処理により、ｘｙ平面における任意の方向で検出される加速度の方向は、これらの値から計算されてもよく、かつ加速度の量は、数値として受信される。負のｘ軸方向における例示的な動きの場合、センサ素子ＡおよびＤの合計容量変化は、負の値を示すのに対し、センサ素子ＢおよびＣは、正の値を返すことになる。加速が負のｘ軸方向に生じて、ロータ素子が正のｘ軸方向に向かって動けば、センサ素子ＡおよびＤは、正の値を示すのに対し、センサ素子ＢおよびＣは、負の値を返すことになる。静電容量の変化は、各検出電極対（Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２）毎に別々に検出される場合もある。全てのロータマス（２）が負のｘ軸に向かって動かされると、検出電極対Ａ２、Ｂ１、Ｃ１およびＤ２は、電極歯（４ｂ、５ｂ）が互いに接近することによる静電容量の増加を示すのに対し、検出電極対Ａ１、Ｂ２、Ｃ２およびＤ１は、個々の各電極歯（４ａ、５ａ）が互いから離れて移動することによる静電容量の減少を示すことになる。別の例では、ロータマス（２）が例えば負のｙ軸方向の加速に起因して正のｙ軸に向かって動かされると、検出電極対Ａ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１は、静電容量の増加を検出するのに対し、検出電極対Ａ２、Ｂ２、Ｃ２およびＤ２は、静電容量の減少を検出する。異なる検出電極対からの増加する、および減少する容量値の組合わせは、常に動きの方向に固有であり、よって、動きの方向が検出され得るが、容量値の変化は、ロータマス（２）がその平衡位置から離れて２つの検出軸の何れかの方向へ移動する度に、各検出電極対（Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２）内で検出されることは、認められ得る。２つ以上の差動検出電極対を有することにより、二重の差動検出が有効にされる。

四重対称性の二重差動配置は、自己テストの能力も提供する。次式、
Ｃ（自己テスト）＝（Ｃ_Ａ１−Ｃ_Ａ２）＋（Ｃ_Ｂ１−Ｃ_Ｂ２）＋（Ｃ_Ｃ１−Ｃ_Ｃ２）＋（Ｃ_Ｄ１−Ｃ_Ｄ２）
のように、４つの差動出力を合計することにより、センサ素子が正しく動作しなかった場合を除いて、何れの加速化でもゼロ出力が受信される。例えば、ＭＥＭＳセンサ内のマス、ばねまたはマスの電気結合の何れかが壊れると、上述したような自己テスト検出値の加算結果がゼロではなくなる。この特徴は、ＭＥＭＳセンサ素子が正しく機能していることの検出および保証が容易であることから、安全性が重視されるアプリケーションにおいて特に貴重である。

第１の実施形態における検出電極対が対称パターンを有することは、認識され得る。図３は、２軸ＭＥＭＳセンサの第１の実施形態の電気的機能の対称性を示す。ＭＥＭＳセンサは、詳細を省いて外形が示されている。図示されている４つの異なる状況は、各々、異なる方向、即ち正および負のｘ軸方向および正および負のｙ軸方向の加速度を表している。検出された静電容量変化の方向には、「＋」および「−」符号が付され、静電容量が増加する場合にプラス（＋）、静電容量が減少する場合にマイナス（−）符号が付される。この実施形態において、検出される変化の方向は、２つの対角対称線に対して常に鏡面対称であることは、認識され得る。互いに直交して対で交差する点線矢印は、この対称性を示す。４つの差動センサ素子間の変化方向の各組合わせは、一意であり、ｘ軸およびｙ軸によって画定される平面におけるあらゆる加速度方向の検出を有効にする。

図４は、各々が意図された検出軸に対して斜めの懸架軸を有する４つの差動センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を伴う２軸ＭＥＭＳセンサの第２の実施形態を示す。この場合も、ＭＥＭＳセンサは、主として、ｘ軸およびｙ軸方向の加速度（傾斜）を検出するように設計されている。本ＭＥＭＳセンサの基本構造は、先に提示したものに酷似しているが、ある種の違いを識別することができる。検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｂ２、Ｂ２；Ｃ１、Ｃ２；Ｄ１、Ｄ２）は、静電容量変化の方向が第１の実施形態において提示したものとは異なるように再配置されている。今回のセンサ素子の構造配置は、対称性ｙ軸から見て対称であるが、検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｂ１、Ｂ２；Ｃ１、Ｃ２；Ｄ１、Ｄ２）は、第１の実施形態におけるような２つの対称軸に対して鏡面的ではない。代わりに、センサ素子ＡおよびＢは、類似しているように見えるが、後者は、時計方向へ９０゜回転されている。同様に、センサ素子ＣおよびＤも同様に見えるが、後者は、反時計方向へ９０゜回転されている。また、センサ素子ＡおよびＤの静電容量変化の方向も、ステータ（５ａ、５ｂ）およびロータ歯（４ａ、４ｂ）の相互配置をやり直すことによって変更されている。図１および図２に提示されているものとは相違させるための検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｂ１、Ｂ２；Ｃ１、Ｃ２）の順序のこの再配置、およびセンサ素子ＡおよびＢの検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｂ１、Ｂ２）における静電容量変化の方向の変更は、検出電極対（Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２）から受信される検出信号の相互関係を変化させる。それでもなお、各センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、依然として２つの検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｂ１、Ｂ２；Ｃ１、Ｃ２；Ｄ１、Ｄ２）からの差動検出結果を提供する差動センサ素子であり、検出される静電容量変化は、計算ユニットにおいて、検出された加速度および／または傾斜の方向および大きさを計算するために利用され得る。この第２の実施形態によるセンサデバイスは、二重差動検出も実行可能である。図４におけるような「交差結合式」配置は、さらなる利点を提供することがあり、例えば、これは、浮遊容量等のセンサ素子内の所定の誤差ソースを補償する向上した能力を有する場合がある。

一例として、正のｘ軸方向の加速度／傾斜によってロータ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が負のｘ軸方向へと動く場合、検出電極対Ａ２、Ｂ１、Ｃ２およびＤ１の静電容量は、個々のロータ歯（４ｂ）を各ステータ歯（５ｂ）からさらに離すように動かすことによって減少し、かつ検出電極対Ａ１、Ｂ２、Ｃ１およびＤ２の静電容量は、個々のロータ歯（４ａ）が対応するステータ歯（５ａ）から離れて動くことによって増加する。第２の例として、正のｙ軸方向の加速度／傾斜によってロータ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が負のｙ軸方向へと動く場合、検出電極対Ａ１、Ｂ１、Ｃ２およびＤ２の静電容量は、個々のロータ構造体（２）の個々のロータ歯（４ａ）が対応するステータ歯（５ａ）へ向かって動くことによって増加し、かつ検出電極対Ａ２、Ｂ２、Ｃ１およびＤ１の静電容量は、同時に減少することになる。

さらなる相違は、各センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の電極歯の配置、特にステータ電極歯（５ａ、５ｂ）において検出され得る。この実施形態において、ばね（３）は、追加のロータ電極歯として使用されず、よって、ステータ（６ａ、６ｂ）は共に、個々のロータ電極歯（４ａ、４ｂ）と同数の電極歯（５ａ、５ｂ）を有する。

図４におけるＭＥＭＳセンサの配置は、全方向に完全な対称性ではないが、構造体の重心が、図１に提示されている構造体の重心と同様に、共通の固定構造体（１）の中心に位置決めされることは、理解されるべきである。

第２の実施形態における検出電極対が対称性パターンを有することは、認識され得る。図５は、２軸ＭＥＭＳセンサの第２の実施形態の電気的機能の対称性を示す。ＭＥＭＳセンサは、詳細を省いて外形が示されている。図示されている４つの異なる状況は、各々、異なる方向、即ち正および負のｘ軸方向および正および負のｙ軸方向の加速度を表している。検出された静電容量変化の方向には、「＋」および「−」符号が付され、静電容量が増加する場合にプラス（＋）、静電容量が減少する場合にマイナス（−）符号が付される。この実施形態において、検出される変化の方向は、ＭＥＭＳデバイスの幾何学的中心に対して常に鏡面対称であることは、認識され得る。幾何学的中心を横切る点線矢印は、この対称性を示す。４つの差動センサ素子間の変化方向の各組合わせは、一意であり、よって、センサは二重の差動検出が可能である。

図６は、１軸ＭＥＭＳセンサ形式の本発明の第３の実施形態を示す。このセンサは、ｘ軸に沿った加速度／傾斜を検出することができる。センサ素子を共通する１つのアンカ構造体（１）内に懸架する原理は、先の例と同じものが使用され、即ち、固定エリア（１）は、全てのセンサ素子構造体に共通であるが、このエリアは、ＭＥＭＳセンサの幾何学的中心に、またはその近傍に配置される１つまたは複数のアンカ構造体を備えてもよく、各アンカ構造体は、１つまたは複数のセンサ素子構造体を支持する。この配置は、ばね（３）の懸架方向、言い替えれば懸架軸、が検出軸（ｘ軸）と直交することにおいて、先の２つの実施形態より従来的である。

このＭＥＭＳセンサは、先の実施形態と同じパーツ、即ち２つのセンサ素子（Ａ、Ｄ）を支持する共通の固定エリア（１）を有する。各センサ素子は、共通の固定エリア（１）内に位置決めされる１つまたは複数のアンカ構造体へ長いばね（３）で可撓式に懸架されるロータ構造体（２）と、共通の固定エリア（１）内に位置決めされる１つまたは複数のアンカ構造体へ堅固に固定される２つのステータ構造体（６ａ、６ｂ）とを有する。幾つかのロータ歯（４ａ、４ｂ）は、固定式のステータ構造体（６ａ、６ｂ）へ結合される個々のステータ歯（５ａ、５ｂ）と共に、容量性検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｄ１、Ｄ２）を形成する。フレーム構造体（７）は、センサ素子を取り囲む。この実施形態では、検出電極対（Ａ１、Ａ２；Ｄ１、Ｄ２）の合計面積を増加させるために追加のステータ電極歯（５ａ’、５ｂ’）がばね（３）の隣に配置され、よって、より強い検出信号の提供が有効にされる。

ｘ軸方向に加速が発生すると、両方のセンサ素子（Ａ、Ｄ）が差動検出信号を提供する。したがって、この単純な単軸設計でも、自己テスト能力が向上しかつ誤り訂正能力が向上した二重差動検出の使用を有効にする。ロータマス（２）がその慣性により負のｘ軸方向へ動くように正のｘ軸方向に加速が発生すると、個々の電極櫛対（５ａ、４ａ；５ａ’、４ａ）が互いに接近することから検出電極対Ａ１およびＤ１から検出される静電容量が増加するのに対し、検出電極対Ａ２およびＤ２から検出される静電容量は、減少する。この例が、ＭＥＭＳセンサの幾何学的中心を横断するｘ軸およびｙ軸の両方に対して対称性であることは、認識され得る。共通の固定エリア（１）は、ＭＥＭＳセンサの重心に、またはその近傍に配置される２つ以上の複数のアンカ構造体を備えてもよい。ＭＥＭＳセンサの構造に関しては、ｘ軸およびｙ軸方向両方の対称軸について鏡像対称性が検出され得る。構造的および電気的な機能対称性は共に、懸架軸に直交する、よってｘ軸に位置合わせされかつＭＥＭＳセンサの幾何学的中心を通る対称軸から見て鏡面対称である。このタイプの対称性は、ばね（３）をロータ電極歯として利用することにより、余分な電極櫛対の追加を可能にし、電極対から受信される検出信号のレベルを高める。

図７は、１軸ＭＥＭＳセンサ形式の第４の例示的な実施形態を示す。この配置は、図４に提示したものに類似する。ロータ構造体（Ａ、Ｄ）の懸架軸は、検出軸に直交する。しかしながら、検出電極対Ｄ１およびＤ２の電極歯（４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ）の相互配置は、再配置されていて、先の実施形態における、ばね（３）をロータ電極歯として利用するための追加的なステータ電極歯は、省かれている。この構造体は、ＭＥＭＳセンサの幾何学的中心を横断するｙ軸方向の対称軸（懸架軸）に対してのみ幾何学的に対称である。電気機能性の観点から、センサ素子は、検出電極対Ａ１およびＤ２の静電容量が相互に類似して変化し、かつ検出電極対Ａ２およびＤ１の静電容量が同じ方向に変化するように配置されている。この配置は、ＭＥＭＳセンサの幾何学的中心が第２の実施形態と同様の方式であるという観点から、対称とされてもよい。検出電極対をこのように交差する鏡面式に配置することは、パッケージによって引き起こされるある種の応力を補償するために有益であり得る。例えば、ウェーハ変形のキャッピングによって誘起される浮遊容量は、この構造によって、第３の実施形態より効果的に補償され得る。

図８および図９は、２軸ＭＥＭＳセンサ形式の第５および第６の実施形態を示す。ここで、検出軸は、ｘ軸およびｙ軸であり、これらの方向の何れかを差動的に検出するように配置される各センサ素子対は、個々の検出軸に鑑みて直交して懸架される。各センサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の懸架軸は、同じセンサ素子（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の検出軸に直交する。センサ素子Ａ、Ｄは、ｘ軸方向の加速度／傾斜を検出するように配置され、かつセンサ素子Ｂ、Ｄは、ｙ軸方向の加速度／傾斜を検出するように配置される。これまでの全ての実施形態の場合と同様に、４つのセンサ素子は全て、ＭＥＭＳセンサ全体の幾何学的中心に、またはその近傍に配置される共通の固定エリア（１）へ長いばね（３）によって懸架される。この場合もやはり、単一の共通のアンカ構造体または２つ以上のアンカ構造体は、ＭＥＭＳセンサの近傍または幾何学的中心において共通の固定エリア（１）に配置されてもよい。センサ素子ＡおよびＤは、ｘ軸方向の加速度／傾斜を検出するために配置され、かつセンサ素子ＢおよびＣは、ｙ軸方向に沿って加速度／傾斜を検出するために配置される。デバイスは、検出軸を切り替えるために、容易に９０゜回転されてもよい。

図８に提示する第５の実施形態において、構造的および電気的機能配置は共に、ＭＥＭＳセンサの外縁と位置合わせされる、個々のセンサ素子の懸架軸に直交する対称軸に鑑みて、対称性である。追加的なステータ電極歯（５ａ’、６ａ’）は、個々のばね（３）をロータ電極として使用して、検出信号のレベルを高めるように配置される。

検出がｘ軸方向に発生すると、検出電極対Ａ１およびＤ１の静電容量は、互いに同じ方向に変化し、ならびに検出電極対Ａ２およびＤ２の静電容量も、先とは逆方向であるが互いに同じ方向へ変化する。検出がｙ軸方向に発生すると、検出電極対Ｂ１およびＣ１の静電容量は、互いに同じ方向に変化し、かつ検出電極対Ｂ２およびＣ２の静電容量も、先とは逆方向であるが同様にして変化する。したがって、ミラーリングされる各素子対の懸架軸に直交する懸架軸に位置合わせされる２つの対称軸に鑑みて、検出電極対（Ａ１、Ａ２、Ｂ２、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２）の配置は、鏡面対称である。

図９に提示する第６の実施形態では、異なる電極櫛の相対的検出方向を変えるために、厳密で完全な構造対称性が壊されている。この場合、検出電極対（Ａ１、Ａ２、Ｂ２、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２）の検出方向の電気的機能対称性は、ＭＥＭＳセンサの幾何学的中心に対して対で対称である。この第６の実施形態では、追加的なロータ電極櫛としてのばねの使用が省略され、よって、そのためのステータ電極櫛は、追加されていない。

技術の進歩に伴って、本発明の基本的な考案が様々に実装され得ることは、当業者に明らかである。したがって、本発明およびその実施形態は、上術の例に限定されず、特許請求項の範囲内で変化し得る。

Claims

共通のフレーム構造体内部に配置される少なくとも２つの相互に独立した差動センサ素子を備える、線形加速度を測定するための可動および固定式コンポーネントを伴うＭＥＭＳセンサであって、前記フレーム構造体は、前記ＭＥＭＳセンサの気密封止のための壁を提供し、前記少なくとも２つの相互に独立した差動センサ素子は、前記線形加速度の二重差動検出を実行するために対で構成され、前記ＭＥＭＳセンサは、
前記対で構成される差動センサ素子のロータマスおよびステータ構造が固定される共通の固定エリアを備え、前記共通の固定エリアは、前記対で構成される差動センサ素子の重心に位置決めされることを特徴とする、ＭＥＭＳセンサ。
前記少なくとも２つの対で構成される相互に独立した差動センサ素子の各差動センサ素子は、
前記共通の固定エリア内のアンカ構造体へばねで懸架される可動ロータマスであって、前記ばねは、前記ロータマスがデバイス平面内を動けるようにする、可動ロータマスと、
前記共通の固定エリア内の１つまたは複数のアンカ構造体へ堅固に固定される２つの不動ステータ構造体と、を含み、
各々が前記ロータマスの規定数のロータ歯と、前記２つの不動ステータ構造体の一方の規定数のステータ歯とで形成される２つの検出電極対は、差動検出信号を提供するように構成される、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
前記少なくとも２つの対で構成される相互に独立した差動センサ素子の各差動センサ素子の前記２つの不動ステータ構造体は、前記デバイス平面上で前記可動ロータマスを懸架する前記ばねの反対の両側に対称的に配置される、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサ。
前記少なくとも２つの対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記差動センサ素子の前記ロータマスは、前記共通の固定エリア内の前記対で構成される差動センサ素子の前記重心に、またはその近傍に位置決めされる共通のロータアンカ構造体へ懸架される、請求項２〜３の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記差動センサ素子の前記ロータマスは、前記共通の固定エリア内の前記対で構成される差動センサ素子の前記重心に、またはその近傍に位置決めされる別々のロータアンカ構造体へ懸架される、請求項２〜３の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記差動センサ素子のステータ構造体は、前記共通の固定エリア内の前記対で構成される差動センサ素子の前記重心に、またはその近傍に位置決めされる共通のステータアンカ構造体へ固定される、請求項２〜５の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記差動センサ素子のステータ構造体は、前記共通の固定エリア内の前記対で構成される差動センサ素子の前記重心の近傍に位置決めされる幾つかのステータアンカ構造体へ固定される、請求項２〜５の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の各差動センサ素子の前記ロータマスは、前記共通の固定エリア内のアンカ構造体へ、前記ロータマスが前記デバイス平面内で動けるようにするが、前記ロータマスが前記デバイス平面から離れることを防止する直線梁ばねを用いて懸架され、前記ばねは、前記センサ素子の懸架軸を画定し、前記懸架軸
は、前記ばねの長手方向サイズに沿って横断する、請求項２〜７の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記個々のセンサ素子の前記ロータマスを懸架する前記ばねは、前記個々のセンサ素子の両方の検出電極対のロータ電極歯として構成される、請求項２〜８の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
２対の差動センサ素子を備え、各対は、前記センサ素子の検出軸に対して斜めの共通の懸架軸を有し、前記懸架軸は、互いに直交し、
前記差動センサ素子は各々、２つの互いに直交する検出軸を有するように構成される、請求項１〜９の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
各差動センサ素子の前記懸架軸は、両方の前記検出軸に対して４５度の角度を有する、請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
各対が前記個々のセンサ素子対における両方のセンサ素子の検出軸に直交する共通の懸架軸を有する２対の差動センサ素子を備え、前記懸架軸は、互いに直交し、
前記差動センサ素子は各々、単一の検出軸を有するように構成される、請求項１〜９の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記センサ素子対の検出軸に直交する共通の懸架軸を有する一対の差動センサ素子を備え、
前記差動センサ素子は各々、単一の検出軸を有するように構成される、請求項１〜９の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記差動センサ素子の前記検出電極対は、前記個々のセンサ素子対の共通の懸架軸に直交する対称軸に対して鏡面位置で配置され、かつ、このような鏡面対称センサ素子対は各々、互いに同じ方向に変化する容量検出値を生成する、請求項２〜９の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記差動センサ素子の前記検出電極対は、前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の幾何学的中心の反対の両側に対称する対で構成され、かつ、前記幾何学的中心の反対の両側にあるこのような検出電極対は各々、互いに同じ方向に変化する容量検出値を提供する、請求項２〜９の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記差動センサ素子の検出値は、自己テストを実行するために使用されてもよく、前記自己テストは、計算ユニットにおいて全ての差動センサ素子の前記検出値を合計することを含み、かつ前記自己テストは、前記自己テスト検出値の総和がゼロに等しければ前記センサが正しく動作していることを示す、請求項１〜１５の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記デバイスの平面における前記共通の固定エリアの横方向サイズは、何れも、前記横方向と同じ方向における前記ＭＥＭＳセンサの横方向サイズ合計の２０％を超えない、請求項１〜１６の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。
前記デバイスの平面における前記共通の固定エリアの横方向サイズは、何れも、前記横方向と同じ方向における前記対で構成される相互に独立した差動センサ素子の前記横方向サイズ合計の２０％を超えない、請求項１〜１６の何れかに記載のＭＥＭＳセンサ。