JP6891932B2

JP6891932B2 - ピエゾｚ軸ジャイロスコープ

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Publication number: JP6891932B2
Application number: JP2019166604A
Authority: JP
Inventors: ヘイッキ・クイスマ
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: JP2020064054A; EP3633316A1; US11280610B2; EP3633316B1; US20200109945A1

Description

本開示は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープに関し、より具体的には、試験質量が一次モードと二次モードの両方でデバイス平面内で運動するピエゾ駆動および検知ｚ軸ジャイロスコープに関する。本開示はさらに、試験質量の周囲にピエゾ駆動およびセンストランスデューサを適切に配置および相互接続することにより、一次モードと二次モードとの間の結合を低減するための構成に関する。

ＭＥＭＳジャイロスコープは、通常、線形振動運動と回転振動運動とのうちのいずれか、またはこれら２つの運動の組み合わせに駆動される試験質量を含む。ｚ軸ＭＥＭＳジャイロスコープでは、駆動トランスデューサによって誘導される一次振動は、基板平面内で発生するように構成される。ジャイロスコープが、基板平面に対して垂直であるｚ軸を中心とした角回転を受ける場合、コリオリ力によって引き起こされる、結果として生じる二次振動も基板平面内で発生することになる。

ジャイロスコープの回転検知要素を構成する部分可動試験質量は、所望の共振周波数で振動駆動運動およびセンス運動を柔軟に許容するように構成された懸架装置によって固定構造から懸架され得る。駆動振動モードおよびセンス振動モードの正味の反力およびトルクは、運動エネルギーがこれらの所望の振動モードから漏れず、外部振動がこれらのモードに結合しないように、好ましくはゼロであるべきである。

相互接続された一対の試験質量が対向する方向に連続的に振動するように同期されているジャイロスコープは、振動試験質量が１つだけのジャイロスコープと比較して、外部振動によって引き起こされる擾乱に対する脆弱性が低いことが知られている。これは、測定信号を差動様式で読み取ることによって、擾乱の影響を自動的に相殺することができるためである。また、第１の試験質量対と直交して振動する追加の試験質量対を用いてさらなる堅牢性を達成することができることも知られている。

ただし、試験質量対同士が結合したｚ軸ジャイロスコープの一般的な問題は、一次振動が二次振動または二次信号に結合され、結果、一次モードの各振動周期が、二次振動を検出するために配置されたトランスデューサ内で同時に二次モードの振動または信号も生成する可能性があることである。ＭＥＭＳジャイロスコープのいずれの部分の非対称性によっても、結合効果が生じる可能性があり、製造公差をゼロに減らすことは決してできないため、ある程度の非対称性は避けられない。したがって、試験質量対がそこから懸架されるサスペンション構成は、好ましくは、一次および二次振動モードの両方を柔軟に許容するが、これら２つのモード間の結合に抵抗するように設計されるべきである。

特許文献１は、交差点の周りで振動する複数対の試験質量を備えたＭＥＭＳジャイロスコープを開示している。この文献に開示されているサスペンション構成の問題は、一次モードと二次モードの間の結合を妨げないことである。

米国特許出願公開第２０１６３４１５５１号明細書

本開示の目的は、上記の不都合を軽減する装置を提供することである。

本開示の目的は、独立請求項に述べられている事項を特徴とする構成によって達成される。本開示の好ましい実施形態が、従属請求項に開示されている。

本開示は、振動する試験質量を部分的に囲む切頭三角形の形状を有する懸架装置上に配置されたピエゾ駆動およびセンストランスデューサを備えたジャイロスコープを形成するという着想に基づいている。

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よって、本開示をより詳細に説明する。

懸架装置上に配置された曲げピエゾトランスデューサの３つの断面図である。１つの試験質量が周辺懸架装置から懸架されたジャイロスコープを示す図である。１つの試験質量が周辺懸架装置から懸架されたジャイロスコープを示す図である。１つの試験質量が周辺懸架装置から懸架されたジャイロスコープを示す図である。１つの試験質量が周辺懸架装置から懸架された別のジャイロスコープを示す図である。１つの試験質量が周辺懸架装置から懸架された別のジャイロスコープを示す図である。１つの試験質量が周辺懸架装置から懸架された別のジャイロスコープを示す図である。２対の試験質量を備えたジャイロスコープを示す図である。２対の試験質量を備えたジャイロスコープを示す図である。２対の試験質量を備えたジャイロスコープを示す図である。中心同期構造を有するジャイロスコープを示す図である。中心同期構造を有するジャイロスコープを示す図である。中心同期構造を有するジャイロスコープを示す図である。試験質量の２つの代替形状のうちの１つを示す図である。試験質量の２つの代替形状のうちの１つを示す図である。周辺懸架装置の固定を示す図である。周辺懸架装置の固定を示す図である。周辺懸架装置の固定を示す図である。周辺同期構造を有するジャイロスコープを示す図である。周辺同期構造を有するジャイロスコープを示す図である。

図１は、懸架装置上に配置された曲げピエゾトランスデューサの３つの断面を示す。トランスデューサは、本開示ではデバイス平面とも称されるｘｙ平面内の曲げ運動を生成または測定することができる。デバイス面内運動は、面内運動と称される場合があり、一方、デバイス平面外への動きは、面外運動と称される場合がある。デバイス平面に垂直なｚ軸は、垂直方向と称される場合がある。

懸架装置は、トランスデューサまたは試験質量の二次振動モードによって生成されるピエゾ応力または歪みによって曲げられるのに十分な幅／長さのアスペクト比を有するシリコンビームであり得る。

一対の第１の電極層１４１および１４２が懸架装置１１上に配置され、一方はピエゾ材料層１２の上側に、他方は下側に配置されている（この場合、上下はｚ軸の方向を指す）。これらの電極は、図示のように、それぞれ第２の電極層１３１、１３２と対になっている。層１４１、１２および１３１はともに第１のピエゾトランスデューサを形成し、層１４２、１２および１３２はともに第２のピエゾトランスデューサを形成する。

反対の極性を有する駆動電圧がこれらの２つのトランスデューサに印加されると、２つのトランスデューサはｘｙ平面内に反対の歪みを生じ、これが懸架装置１１を曲げることができる。トランスデューサがセンストランスデューサとして使用される場合、面内曲げは２つのトランスデューサ間に電荷または電圧差を発生させることになる。

ピエゾトランスデューサを説明するために、本開示全体を通して図１の図面規約を利用する。言い換えれば、反対色の２つの平行な長方形がピエゾトランスデューサを示すために使用される。単純にするために、構造が実際には２つのトランスデューサを含む構築物であるとしても、これら２つの平行な長方形は主に単数形で、単一のトランスデューサと呼ばれる。同様に、１つのトランスデューサに関連する駆動信号およびセンス信号は、実際には２つの電圧を含むが、単数形で、単一の駆動／センス信号と呼ばれる。

白色および黒色はトランスデューサの極性を示す。右側に白い長方形が付いたトランスデューサの極性は、右側に黒い長方形が付いたトランスデューサ（同じ図に表示）の極性と反対である。

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ドープされた窒化アルミニウム（例えば、ＳｃＡｌＮ）またはＰＺＴセラミック層とすることができるピエゾ層１２は、典型的には数マイクロメートル以下の厚さである。シリコン懸架装置１１の厚さは、例えば、４〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍであり得る。

本開示に記載のピエゾトランスデューサがセンスモードで使用されるとき、トランスデューサの静電容量が外部接続の静電容量と増幅器の入力静電容量との合計に等しいときに、トランスデューサの電極間の最大出力電圧が達成され得る。トランスデューサの静電容量は、当該トランスデューサの面積およびピエゾ層の厚さによって決まる。

本開示は、静止位置において第１の軸上に位置合わせされた第１の試験質量を備える微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープについて説明する。

第１の試験質量は、第１の周辺懸架装置および第１の中心懸架装置から懸架されている。第１の周辺懸架装置は、第１のアンカー点から第２のアンカー点まで延伸し、第１の周辺懸架装置は、第１の試験質量を部分的に囲む二等辺三角形の形状を有し、二等辺三角形は、第１のアンカー点および第２のアンカー点において切頭され、第１の周辺懸架装置の第１の等辺は、第１のアンカー点から第１の試験質量の第１の辺を過ぎて、第１の周辺懸架装置上の第１のコーナ点まで延伸する。第１の周辺懸架装置の第２の等辺は、第２のアンカー点から第１の試験質量の第２の辺を過ぎて、第１の周辺懸架装置上の第２のコーナ点へと延伸し、第１の等辺と第２の等辺とをともに接合する第１の周辺懸架装置の底辺は、第１のコーナ点から第１の試験質量の第３の辺を過ぎて第２のコーナ点まで延伸し、第１の周辺懸架装置の底辺は、第１の軸と位置合わせされたコネクタによって、第１の試験質量の第３の辺に取り付けられる。

第１の中心懸架装置は、周辺懸架装置によって形成された二等辺三角形の切頭されたコーナを通り、第１の試験質量に取り付けられる。

第１の試験質量は、第１の周辺懸架装置の第１の等辺および／または第２の等辺に配置された１つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、これによって同時に、第１の周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺が同じ面内方向に曲げられる。

第１の周辺懸架装置の底辺にある１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサは、ジャイロスコープが角回転を受けるとき、底辺の中央を第１の軸に実質的に平行な方向に曲げる、第１の試験質量の二次振動モードを検出するように構成され、これにより、センス振動は、１つまたは複数のセンストランスデューサによってセンス信号に変換される。

第１のアンカー点および第２のアンカー点は、周辺懸架装置によって形成された切頭二等辺三角形の頂点近くにある。第１の試験質量は、周辺懸架装置によって形成された切頭二等辺三角形の頂点近くで第１の中心懸架装置に取り付けられる。

ジャイロスコープが１つの試験質量のみを含む場合、交差点はｘｙ平面内のその試験質量の重心に対応しない。しかし、ジャイロスコープが複数の試験質量を備えた試験質量システムを含む以下に説明する実施形態では、交差点はｘｙ平面内の試験質量システムの重心に対応し得る。

本開示では、ジャイロスコープの一部は、その部分の重心が軸上にある場合、その軸上で「位置合わせ」されていると考えられる。

本開示では、「固定」物体とは、ＭＥＭＳジャイロスコープ構造よりもはるかに大きい物体、または、代替的に、より大きな構造に確実に取り付けられ、結果、振動する慣性質量によって生成される反作用の力によってより大きな構造に対して動くことができない物体を意味する。「アンカー点」という用語は、懸架装置などの部分可動物体が固定物体に取り付けられ得る固定物体の領域を指すために使用される。懸架装置は、一端でアンカー点に固定され、もう一端で部分可動試験質量に取り付けられ得、または、両端がアンカー点に固定されてもよく、その中央が部分可動試験質量に取り付けられてもよい。

本開示で説明されるシリコンベースのＭＥＭＳ用途では、「懸架された」物体は、シリコンビームによって固定底辺に取り付けられた物体を意味する。これらのビームの少なくとも一部は柔軟であり、結果、それらは、物体が回転および／または並進振動を受けることを可能にする。試験質量のサイズに対して適切な寸法に設定されている場合、試験質量の動きによって細長いシリコンビームを十分に柔軟に曲げまたはねじることができる。このような柔軟なビームは、サスペンションスプリングとも呼ばれる場合がある。ピエゾジャイロスコープでは、サスペンションスプリングは、取り付けられた試験質量の動きおよび／またはそれらの上に配置されたピエゾトランスデューサによって曲げられるように十分に柔軟でなければならない。

本開示では、用語「懸架装置」は、例えば同期構造を介して試験質量を固定底辺および／または他の試験質量に取り付けるサスペンションスプリングの短縮用語として使用される。この用語は、柔軟性のために寸法が決められたビームをカバーするが、いずれの方向においても大きな柔軟性を呈することができない寸法のビームもカバーする。言い換えれば、懸架装置の中には柔軟性があるものとそうでないものがある。上部にピエゾトランスデューサがある各懸架装置は柔軟である。

本開示において、周辺懸架装置は、アンカー点において切頭された二等辺三角形の形状を有する。これは、例えば図２ａに示されており、周辺懸架装置２１は、試験質量２３０のほぼ全体にわたって、第１のアンカー点２２１から第２のアンカー点２２２まで延伸している。二等辺三角形の用語に基づいて、周辺懸架装置の辺２１１と２１２はその等辺と呼ばれる場合があり、辺２１３はその底辺と呼ばれる場合がある。アンカー点における切頭は、等辺がアンカー点を過ぎて続く場合、等辺が二等辺三角形の頂点で交わることを意味する。しかし、等辺２１１および２１２は、試験質量２３０がその重量の一部を支持する第３のアンカー点２２３からも懸架されることを可能にするように、アンカー点で終端しなければならない。言い換えれば、第１のアンカー点２２１および第２のアンカー点２２２が二等辺三角形の頂点の「近く」にあるという表記は、これらのアンカー点が、試験質量２３０をアンカー点２２３に接合する中心懸架装置２６２に対して設計上の考慮事項が許す限り近いことを意味する。複数の試験質量を有する一部の実施形態では、交差点の周囲に配置された同期要素は追加のアンカー点を必要とする場合があり、このとき、周辺懸架装置２１の第１のアンカー点２２１および第２のアンカー点２２２を頂点からさらに離れるように動かすことによって、追加のアンカー点のためのスペースを空ける必要がある場合がある。しかし、そのような制限が存在しない場合、第１の等辺２１１および第２の等辺２１２の長さが最大化されるように、第１のアンカー点２２１および第２のアンカー点２２２が中心懸架装置２６２に隣接して配置され得る。

周辺懸架装置によって形成される二等辺三角形は、図２ａに示すように、直角二等辺三角形であり得る。ただし、頂角が９０°より大きい二等辺三角形、または頂角が９０°より小さい二等辺三角形にすることもできる。これは、本開示で説明されるすべての実施形態に適用される。頂角が９０°より大きいことは、等辺に対する底辺の長さの比が２ａと比較して増加することを意味し、一方、頂角が９０°より小さいことは、同比が減少することを意味する。センストランスデューサと駆動トランスデューサとの長さの比も同じ量だけ増減し得る。駆動トランスデューサが生成することができる変位はその長さに比例し、所定の変位量に応じてセンストランスデューサが生成する電気信号の大きさはその長さに比例する。

ジャイロスコープが４つの試験質量を備えた試験質量システムを備える場合、デバイスの幾何学的形態に追加の考慮が必要である。ジャイロスコープの面積が効率的に使用されることを保証するための１つの方法は、周辺懸架装置に直角の二等辺三角形の形状を与えることである。これにより、４つの周辺懸架装置間を密接にすることができる。この代替方法については、以下で詳しく説明するが、４つの質量を有する試験質量システムでは、任意の他の二等辺三角形も使用することができる。

試験質量は、対応する周辺懸架装置の底辺に平行な斜辺と、対応する周辺懸架装置の三角形の等辺に平行な三角形等辺を有する、切頭二等辺直角三角形の形状を有し得る。言い換えれば、試験質量は、図２ａに示すように、周辺懸架装置の内側に収まる直角二等辺三角形のような形状にすることができる。

ただし、試験質量はまた、周辺懸架装置の内側に収まる任意の他の形状を有してもよい。これは、本開示のすべての実施形態に適用される。ここでも、ジャイロスコープが４つの試験質量を備えた試験質量システムを備える場合、周辺懸架装置の内側にちょうど収まる直角二等辺三角形の形状の試験質量を使用すると、最も効率的な面積使用が得られる。

同じ面内方向における第１の周辺懸架装置２１の第１の等辺２１１および第２の等辺２１２の同時曲げの方向は、図２ａの第１のコーナ点２１４および第２のコーナ点２１５に位置する太い黒矢印によって示される。図示された振動位相では、駆動トランスデューサ２４１および２４２は第１の等辺２１１および第２の等辺２１２を曲げ始め、結果、コーナ点２１４および２１５は両方とも、それぞれのアンカー点２２１および２２２を通過する垂直軸に対して反時計回りの方向にデバイス平面内を動く。この曲げ運動は、アンカー点２２３が位置する交差点を通る垂直軸に対して反時計回り方向に試験質量２３０をシフトおよび回転させる。反対の振動位相では、コーナ点と試験質量の両方が、同じ軸に対して時計回りに同時に動く。言い換えると、「同じ面内方向」という表現は、第１の等辺と第２の等辺とが常に同じ方向に同時に曲がるという事実を指す。それにもかかわらず、一次振動は、好ましくは、時計回りおよび反時計回りの方向に交互に曲げることを含み、その結果、等辺は、振動周期の反対位相においては反対方向に曲がる。

第１の実施形態
図２ａは、ジャイロスコープがただ１つの試験質量２３０を含む第１の実施形態を示している。この試験質量は、周辺懸架装置２１および中心懸架装置２６２から懸架され、第１の軸２７１に位置合わせされている。第１の軸２７１は、交差点において第２の軸２７２と交差する。この実施形態では、第３のアンカー点２２３が交差点に配置されている。

第１の周辺懸架装置２１の第１の等辺２１１は、第１のアンカー点２２１から第１の試験質量２３０の第１の辺２３１を過ぎて、第１の周辺懸架装置２１上の第１のコーナ点２１４まで延伸する。第１の周辺懸架装置２１の第２の等辺２１２は、第２のアンカー点２２２から第１の試験質量２３０の第２の辺２３２を過ぎて、第１の周辺懸架装置２１上の第２のコーナ点２１５まで延伸する。試験質量２３１および２３２の第１の辺および第２の辺は、第１の軸２７１を挟んで対向する側にある。

第１のピエゾ駆動トランスデューサ２４１は、周辺懸架装置２１の第１の等辺２１１に配置されている。任意選択の第２のピエゾ駆動トランスデューサ２４２は、第２の等辺２１１に配置されている。ジャイロスコープ制御回路は、駆動トランスデューサに駆動電圧を印加するように構成することができる。

これらの駆動トランスデューサに適切な作動電圧が印加されると、第１の等辺２１１および第２の等辺２１２が同じ方向に同時に曲がって、第１の試験質量が一次振動するように駆動される。この振動は、第２の軸に実質的に平行である。この文脈において、「実質的に平行」とは、第１に、第１の等辺２１１および第２の等辺２１２が（交差点に対して）反時計回りに同時に曲がることによって、試験質量２３０が主に左にシフトし、一方、第１の等辺２１１および第２の等辺２１２が時計回りに同時に曲がることによって、試験質量が主に右にシフトするという事実を指す。しかし、第２に、それらは異なる方向に向けられているため、試験質量を同時に曲げることによって、試験質量内で、（交差点に対して）等辺が反時計回りに曲がるときには交差点に対して反時計回りに、等辺が時計回りに曲がるときには時計回りに、小さな回転も発生する。線形並進と角回転とのこの組み合わせは、試験質量２３０上の２つの矢印によって示されている。換言すれば、試験質量２３０の振動は、その振動がこれらの２つの運動の組み合わせであり、線形並進が支配的であるため、第２の軸に「実質的に平行」と呼ばれ得る。

第１の周辺懸架装置２１の底辺２１３は、第１の等辺２１１と第２の等辺２１２とをともに接合する。底辺２１３は、第１のコーナ点２１４から第１の試験質量２３０の第３の辺２３３を過ぎて、第２のコーナ点２１４まで延伸する。第１の周辺懸架装置２１の底辺２１３は、第１の軸２７１上に位置合わせされたコネクタ２６１により第１の試験質量２３０の第３の辺２３３に取り付けられる。

試験質量２３０は、周辺懸架装置によって形成された切頭二等辺三角形の頂点近くで中心懸架装置２６２に取り付けられる。試験質量２３０は、中心懸架装置２６２によって第３のアンカー点２２３から懸架されている。中心懸架装置２６２は、試験質量２３０が大きな反力なしに二次振動モードにおいて動くことができるように、第１の軸２７１の方向に柔軟性を提供するばね構造２６４を備えることができる。中心懸架装置２６２は、ｘｙ平面から外方への移動に堅固に抵抗するために、デバイス平面に垂直な垂直ｚ方向に十分に厚い。中心懸架装置２６２は、試験質量を大きな反トルクなしに駆動振動において交差点に対して時計回りおよび反時計回りに回転させることを可能にするのに、第２の軸の方向において十分に薄く、また、試験質量の頂点の大幅な直線運動を防止するのに十分に短い。

第１の周辺懸架装置２１の底辺２１３上のピエゾセンストランスデューサ２５１は、ジャイロスコープが角回転を受けるときに第１の軸２７１に実質的に平行に生じる二次振動からセンス電圧信号を生成するように構成される。ジャイロスコープ制御ユニットは、センストランスデューサからこのセンス電圧信号を読み取り、この信号から角回転の速度を計算するように構成することができる。

二次振動の瞬間的な方向は、一次振動の瞬間的な方向に対して常に直交する。したがって、駆動振動のように、「実質的に平行な」センス振動という表現は、例えば製造によって引き起こされる非対称性に起因して小さい逸脱が存在し得る場合であっても、コリオリの力が試験質量２３０を主に第１の軸２７１に沿って前後に動かすという事実を指す。

図２ｂは、二次発振モードを示す。試験質量が第１の軸に沿って前後に運動すると、ピエゾセンストランスデューサ２５１が位置する底辺２１３が中央で曲がる。この曲がりは小さな振幅を有するが、振動周期の一端でピエゾセンストランスデューサがとる形状は、図２ｂの曲線２５１１によって示される。底辺２１３は中央で曲がる。中心懸架装置２６２内のばね２６４は、中心懸架装置２６２がセンストランスデューサ２５１の曲がりを妨げないように、底辺２１３の方向よりも第１の軸の方向により柔軟でなければならない。

しかしながら、図２ｃに示されるように、一次振動はまた、周辺懸架装置２１３の底辺をある程度曲げ得る。これは、曲がっている等辺２１１および２１２が第１のコーナ点２１４および第２のコーナ点２１５において先端で生じさせる（交差点に対する）角変位が、試験質量２３０の角変位よりも大きいためである。

曲がっている等辺２１１および２１２の先端の角変位は、等辺の長さの２／３である有効回転半径に対応する。等辺および底辺２１３は第１のコーナ点および第２のコーナ点において堅固に接続されているため、試験質量の角変位と曲がっている等辺の先端の角変位の不整合は、等辺２１１／２１２における曲がりを低減することを通じて周辺懸架装置によって、および／または、底辺２１３をＳ字状に曲げることによって対応することができる。このＳ字状の曲げは、図２ｃの曲線２５１２によって示される。トランスデューサが第１の軸に関して完全に対称的に配置されている場合、ピエゾセンストランスデューサ２５１内の正味電荷がゼロになる。しかし、この対称性が不完全な場合（たとえば、製造誤差による）、駆動振動によって引き起こされる運動は、センストランスデューサから読み取られるセンス信号に結合され、これは望ましくない。

図２ｃの等辺２１１および２１２の長さが底辺２１３の長さの１．０６倍

であれば、一次振動による周辺懸架装置の底辺２１３の変形を回避することができることがわかる。ただし、三角形の幾何学的形状ではこれは不可能である。

第２の実施形態
図３は、図示された三角形の幾何学形状において周辺懸架装置の底辺の変形が緩和される実施形態を示している。参照符号３１３、３３０、３４１、３４２、３５１、３７１および３７２は、それぞれ図２ａ〜図２ｃの参照符号２１３、２３０、２４１、２４２、２５１、２７１および２７２に対応する。

図３では、周辺懸架装置内の第１の等辺３１１および第２の等辺３１２の幅は、対応するアンカー点に位置する等辺の第１の端部から、周辺懸架装置の対応するコーナ点に位置する等辺の第２の端部に至るまでに増加する。

図３ａでは、第１の等辺３１１および第２の等辺３１２は、等辺の第１の端部（３１１１、３１２１）から等辺の中間点（３１１２、３１２２）まで延伸する狭い区画、および、等辺の中間点（３１１２、３１２２）から等辺の第２の端（３１１３、３１２３）に延伸する広い区画を有し、第１の端部（３１１１）はアンカー点に取り付けられ、等辺の第２の端部（３１１３、３１２３）は周辺懸架装置の底辺３１３に取り付けられている。代替的に、第１の等辺３１１および第２の等辺３１２の幅はまた、第１の端部（３１１１、３１１２）から第２の端部（３１１３、３１２３）まで漸進的に増加してもよい。この選択肢は図示されていない。漸進的な増加は単調であってもよい。

各等辺の幅が周辺懸架装置の対応するコーナ点に向かって大きくなるとき、等辺はアンカー点の近くよりもコーナ点の近くで面内曲げの柔軟性が低下する。これにより、図２ｃよりも、曲がっている等辺の有効回転中心がアンカー点の近くにシフトする。このシフトの大きさは、幅がどれだけ増加するかに依存する。

この第２の実施形態は、本開示で提示される任意の他の実施形態と組み合わせることができる。複数の試験質量を備えたジャイロスコープでは、各周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺は、狭い区画および広い区画を有することができる。

第３の実施形態
有効回転中心は図３に示す幾何学的形状の変更によってシフトすることができるが、特に、以下に提示される実施形態に示されるように、複数の試験質量対が使用され、周辺懸架装置が互いに近接近して配置される応用形態では、周辺懸架装置の等辺を広げる余地が非常に限られていることが多い。また、トランスデューサは、柔軟性が高い等辺の狭い部分で最も効果的であるため、トランスデューサ３４１および３４２が動きを生成する有効性は、等辺の広い部分の幅および／または長さを増加させることにより減少する。

図４は、図示された三角形の幾何学形状において周辺懸架装置の底辺の変形を緩和するための代替的な実施形態を示している。参照符号４１１〜４１５および４３０は、それぞれ図２ａ〜図２ｃの参照符号２１１〜２１５および２３０に対応する。

図４では、周辺懸架装置上の各第１のコーナ点４１４および第２のコーナ点４１５は、周辺懸架装置の底辺４１３を等辺４１１／４１２の１つに接合する屈曲部４８を備え、屈曲部４８は、周辺懸架装置によって形成される切頂二等辺三角形の高さによって規定される方向において底辺４１３よりも狭い。

図４では、二等辺三角形の高さによって規定される方向がｙ方向であり、これは第１の軸に平行である。ジャイロスコープが複数の試験質量を含む実施形態では、周辺懸架装置によって規定される二等辺三角形の一部は、図４に示されているものに直交するため、二等辺三角形の高さによって規定される方向はｘ方向になり、これは、第２の軸に平行である。

屈曲部は、デバイス平面内での柔軟性が底辺４１３の変形を低減するほどに長くする必要がある。しかしながら、底辺４１３と第１の等辺４１１および第２の等辺４１２との間の角度のみが屈曲部に起因するべきである。周辺懸架装置のこれらの３つの部分の間の距離は、好ましくは、第１の等辺および第２の等辺のすべての曲げを試験質量４３０の線形一次振動に変換することができるように、一次振動運動中に変化すべきではない。屈曲部は、デバイス平面に垂直な方向にも厚くする必要があり、これにより、周辺懸架装置によって与えられる面外運動に対するサポートが低下しない。

一次振動による周辺懸架装置の底辺４１３の変形において屈曲部が達成する低減は、図４の曲線４５１３によって示される。

この第３の実施形態は、本開示で提示される任意の他の実施形態と組み合わせることができる。複数の試験質量を備えたジャイロスコープでは、各周辺懸架装置は、各コーナ点に屈曲部を備えることができる。

第４の実施形態
上述のピエゾ駆動およびセンストランスデューサに加えて、ジャイロスコープに補助ピエゾトランスデューサを含めることが有利な場合がある。そのようなトランスデューサは、例えば、駆動振動振幅が一定のままであること、結合されたセンス振動の力フィードバック相殺、または、駆動振動モードとセンス振動モードとの間の任意の望ましくない結合の相殺を保証するために使用され得る。

図５は、周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺（４１１および４１２）が一次振動の振幅を検出するための補助ピエゾセンストランスデューサ（５４３および５４４）も備え、各周辺懸架装置の底辺５１３が、力フィードバック操作、力フィードバック減衰、および／またはセンス振動モードに結合される駆動振動運動の相殺のための１つまたは複数の補助ピエゾトランスデューサ（５５２および５５３）も備える実施形態を示す。

換言すれば、ピエゾ駆動トランスデューサ５４１および５４２に加えて、周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺は、補助ピエゾセンストランスデューサ５４３／５４４を備える。ジャイロスコープ制御ユニットは、対応する等辺が駆動振動運動において曲がるときに、補助ピエゾセンストランスデューサから駆動振幅監視電圧信号を読み取るように構成することができる。この信号の振幅が所定の値から逸脱する場合、制御ユニットは、例えば、駆動振幅が再びその意図された値に達するまで、駆動トランスデューサ５４１および５４２に供給される電圧信号を調整することができる。代替的に、制御ユニットは、逸脱が特定の誤差範囲を超えた場合にエラー信号を報告してもよい。

一次ピエゾ駆動トランスデューサ５４１および５４２を周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺の第１の端部の近くに配置して、対応するアンカー点５２１および５２２の近くに位置させることが有利である。これらのトランスデューサの曲げ効率が、等辺のこの端部で最も高くなるためである。補助トランスデューサ５４３／５４４は、周辺懸架装置上のコーナ点の近くに配置することができる。

制御ユニットは、コリオリ効果により誘導される二次振動モードに起因して曲がるピエゾセンストランスデューサ５５１からセンス電圧信号を読み取るように構成される。このトランスデューサに加えて、周辺懸架装置の底辺５１３は補助ピエゾトランスデューサ５５２および５５３も備えている。これらの補助トランスデューサは、二次振動モードへの積極的な介入のために使用されてもよい。例えば、ジャイロスコープが閉ループサーボモードで使用されるとき、または二次モード共振が閉ループフィードバックによって減衰されるとき、または加えられる電気機械力が使用されて直交信号が相殺されるとき、少なくとも１つの補助ピエゾトランスデューサ５５２または５５３が交流電圧によって駆動され得、結果、一次振動の二次振動への結合を能動的に相殺する。補助トランスデューサ５５２／５５３の長さは、センストランスデューサ５５１の長さと異なってもよい。

センストランスデューサ５５１を周辺懸架装置の底辺の中心近くに、第１の軸に関して可能な限り対称に配置することが有利である。周辺懸架装置の底辺上の補助トランスデューサ５５２および５５３は、周辺懸架装置のコーナ点の近くに位置してもよい。

この第４の実施形態は、本開示で提示される任意の他の実施形態と組み合わせることができる。複数の試験質量を備えたジャイロスコープでは、各周辺懸架装置が、補助トランスデューサを備えることができる。

第５の実施形態
ジャイロスコープは、試験質量が反対方向に移動する逆位相振動をするように駆動される複数の質量を実装することにより、より堅牢にすることができる。差動センス信号読み出しと組み合わせた逆位相振動により、外部振動によって誘発される多くのエラー信号の自動相殺が容易になる。２つの質量が同じ方向に同時に移動しても、互いに対する変位を測定するように構成された差動測定には影響しない。

本開示において説明されるサスペンション構成および作動構成は、２つの試験質量を含む試験質量システムによって実施することができる。ただし、ジャイロスコープの基本単位が三角形の場合、４つの試験質量を有する試験質量システムを実装することはさらにより有益である。したがって、本開示では、後者の代替形態のみを詳細に説明する。

図６ａは、微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープの第５の実施形態を示し、第１の試験質量は、第２の試験質量をも備える試験質量システムの一部であり、結果、第１の試験質量および第２の試験質量が第１の試験質量対を形成し、第２の試験質量は、第１の試験質量から離れて配置され、その静止位置において第１の軸上に位置合わせされる。

試験質量システムは、第２の試験質量対を形成する第３の試験質量および第４の試験質量も備え、第３の試験質量および第４の試験質量は、第１の軸に直交する第２の軸上で互いに離れて配置され、静止位置において第２の軸上に位置合わせされ、第２の試験質量対は、第１の軸が第２の軸と交差する交差点において、第１の試験質量対に相互接続される。

静止位置にある試験質量システムは、第１の軸および第２の軸に関して基本的に対称な質量分布を形成する。

第２の試験質量、第３の試験質量、および第４の試験質量は各々、追加の周辺懸架装置および追加の中心懸架装置から懸架される。

追加の各周辺懸架装置は、追加の第１のアンカー点から追加の第２のアンカー点まで延伸し、追加の周辺懸架装置は、対応する試験質量を部分的に囲み、追加の第１のアンカー点および追加の第２のアンカー点において切頭される二等辺三角形の形状を有する。追加の周辺懸架装置の第１の等辺は、追加の第１のアンカー点から、対応する試験質量の第１の辺を過ぎて、追加の周辺懸架装置の第１のコーナ点まで延伸する。追加の周辺懸架装置の第２の等辺は、追加の第２のアンカー点から対応する試験質量の第２の辺を過ぎて、追加の周辺懸架装置上の第２のコーナ点へと延伸し、第１の等辺と第２の等辺とをともに接合する追加の周辺懸架装置の底辺は、第１のコーナ点から対応する試験質量の第３の辺を過ぎて第２のコーナ点まで延伸し、追加の周辺懸架装置の底辺は、試験質量と同じ軸上に位置合わせされたコネクタによって、対応する試験質量の第３の辺に取り付けられる。

追加の各中心懸架装置は、周辺懸架装置によって形成された二等辺三角形の切頭されたコーナを通り、追加の中心懸架装置は、対応する試験質量に取り付けられる。

第２の試験質量は、対応する追加の周辺懸架装置の第１の等辺および／または第２の等辺に配置された１つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、これによって同時に、追加の周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺が、第１の周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺が曲げられるのと同じ面内方向に曲げられる。第２の試験質量の一次振動は、交差点を通過する垂直軸の周りの第１の試験質量の一次振動モードと同位相で発生する。

対応する追加の周辺懸架装置の底辺にある１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサは、ジャイロスコープが角回転を受けるとき、底辺の中央を第１の軸に実質的に平行な方向に曲げる、第２の試験質量の二次振動モードを検出するように構成され、これにより、第２の試験質量のセンス振動は、１つまたは複数のセンストランスデューサによってセンス信号に変換される。

第２の試験質量対のうちの各試験質量は、対応する追加の周辺懸架装置の第１の等辺および／または第２の等辺に配置された１つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、これによって同時に、追加の周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺が、第１の周辺懸架装置の第１の等辺および第２の等辺が曲げられるのと反対の面内方向に曲げられる。第２の試験質量対の一次振動は、交差点を通過する垂直軸の周りの第１の試験質量対の一次振動モードと逆位相で発生する。

対応する追加の周辺懸架装置の底辺にある１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサは、ジャイロスコープが角回転を受けるとき、底辺の中央を第１の軸に実質的に平行な方向に曲げる、上記試験質量の二次振動モードを検出するように構成され、これにより、センス振動は、１つまたは複数のセンストランスデューサによってセンス信号に変換される。

図６ａでは、ジャイロスコープは第１の試験質量６３０と第２の試験質量６３０１とを備える。これらの２つの質量は、第１の試験質量対を形成する。第１の試験質量６３０および第２の試験質量６３０２は両方とも、それらの静止位置において第１の軸６７１上に位置合わせされている。ジャイロスコープは、第３の試験質量６３０３および第４の試験質量６３０４も備える。これらの２つの質量は、第２の試験質量対を形成する。第３の試験質量６３０３および第４の試験質量６３０４は、それらの静止位置において第２の軸６７２上に位置合わせされている。

中心アンカー点６８が２つの軸の間の交差点に配置されている。アンカー点６８は、対応する中心懸架装置６６２１、６６２２、６６２３または６６２４を介して各試験質量の懸架を可能にする。第１の中心懸架装置は６６２１であり、他の中心懸架装置６６２２、６６２３および６６２４はすべて、追加の懸架装置と呼ばれる場合がある。代替的に、６６２２が、第２の中心懸架装置と呼ばれ、６６２３が第３の中心懸架装置と呼ばれ、６６２４が第４の中心懸架装置と呼ばれる場合がある。各中心懸架装置は、各中心懸架装置に接続されたばね６８１を含むことができる。

各試験質量６３０１、６３０２、６３０３および６３０４は、周辺懸架装置６１１、６１２、６１３および６１４によって部分的に囲まれている。第１の周辺懸架装置が６１１であり、他の周辺懸架装置６１２、６１３、および６１４はすべて、追加の周辺懸架装置と呼ばれる場合がある。代替的に、６１２が第２の周辺懸架装置と呼ばれ、６１３が第３の周辺懸架装置と呼ばれ、６１４が第４の周辺懸架装置と呼ばれてもよい。各周辺懸架装置の構造およびその上のピエゾトランスデューサの位置は、上記の第１の実施形態で説明した周辺懸架装置のものに対応する。明確にするために、ピエゾトランスデューサは図６ａには示されていない。

周辺懸架装置６１１〜６１４は別個の構造である。換言すれば、各周辺懸架装置６１１〜６１４は２つのアンカー点および対応する試験質量に接続されているが、周辺懸架装置は、別の周辺懸架装置に直接接続されない。

第１の試験質量対６３０１〜６３０２は、交差点を通過する垂直軸に対して同位相で振動するように駆動され、結果、両方の試験質量６３０１と６３０２がその軸に対して時計回りおよび反時計回りに同時に動く。この同相振動は、適切な極性の適切に同期された作動電圧を、第１の試験質量対の各周辺懸架装置のピエゾトランスデューサに印加することによって生成される。

第１の試験質量対のセンス振動は、第１の軸に実質的に平行な対向する方向に生じる。試験質量６３０１が図６ａにおいて下に移動すると、試験質量６３０２が上に動き、逆も同様である。

第２の試験質量対６３０３〜６３０４は、周辺懸架装置の駆動トランスデューサによって同様の一次振動モードになるように駆動され、試験質量６３０３と６３０４の両方が同時に、交差点を通過する垂直軸に対して時計回りおよび反時計回りに動く。この試験質量対のセンス振動モードは、第２の軸６７２に実質的に平行であり、結果、試験質量６３０４が右に動くときに試験質量６３０３は左に動き、逆もまた同様である。

さらに第２の試験質量対の一次振動モードは、交差点を通過する垂直軸に関して第１の試験質量対の一次振動モードと逆位相である。たとえば、試験質量６３０１および６３０２が時計回りに動くと、試験質量６３０３および６３０４が同時に反時計回りに移動し、逆もまた同様である。これによりまた、２対の試験質量のセンス振動が、第１の軸と第２の軸との交差点にあるジャイロスコープの中心点に対して逆位相になり、結果、第２の試験質量対が交差点から離れるように動くときに、第１の試験質量対が交差点に近づき、逆もまた同様である。

交差点を通る垂直軸に対する第１の試験質量および第２の試験質量の逆位相駆動振動は、図６ａの太い黒い矢印によって概略的に示される（回転成分は除外される）。ジャイロスコープの中心点に対する対応する逆位相センス振動は、図６ｂの太い黒い矢印によって概略的に示されている。

異なるピエゾセンストランスデューサから得られるセンス信号は、例えば、特定の誤った信号成分が自動的に相殺される差動測定構成において、１つのセンス信号に合成することができる。

上述したように、第２の実施形態、第３の実施形態および第４の実施形態は、この第５の実施形態と組み合わせてもよい。図７は、各周辺懸架装置内の第１の等辺および第２の等辺の幅が、対応するアンカー点に位置する等辺の第１の端部から、周辺懸架装置の対応するコーナ点に位置する等辺の第２の端部に至るまでに増加する、２対の試験質量を有するジャイロスコープを示す。図８ａおよび図８ｂは、各周辺懸架装置上の各第１のコーナ点および第２のコーナ点が、その周辺懸架装置の底辺を等辺の１つに接合する屈曲部を備える、２対の質量を備えたジャイロスコープを示す。

さらに、図８ａは、中心アンカー点の代わりに中心同期要素が利用される代替設計を示す。この図において、第１の試験質量対８３０１＋８３０２および第２の試験質量対８３０３＋８３０４の振動は、ジャイロスコープ中心点に中心を置き、４つの第１の取り付け点８９１を備える、実質的に円形の同期要素８９によって同期させられる。各第１の取り付け点８９１は、実質的に円形の同期要素が第１の軸または第２の軸と交差する点に位置し、各試験質量は、実質的に円形の同期要素８９上の最も近い第１の取り付け点８９１に取り付けられる。実質的に円形の同期要素８９は、２つ以上の第２の取り付け点８９２をさらに備え、実質的に線形の懸架装置が、各第２の取り付け点８９２からジャイロスコープ内の第１のアンカー点または第２のアンカー点のうちの１つまで接線方向に延伸する。

用語「線形懸架装置」は、ｘｙ平面において高いアスペクト比（例えば、長さ対幅の比）を有する構造を指す。言い換えれば、第１の方向における線形懸架装置の長さは、第１の方向に垂直な第２の方向における懸架装置の幅よりもはるかに大きい。垂直方向における懸架装置の高さは通常、ＭＥＭＳジャイロスコープ内の他の要素の高さと同じであり、そのため、懸架装置の長さ対高さのアスペクト比は長さ対幅の比に近くないものであり得る。このような線形懸架装置は、第２の方向に非常に柔軟に屈曲するが、（高さ対幅のアスペクト比に応じて）第１の方向（長手方向）およびまた垂直方向の動きに大きく抵抗する。

図８ｂは、中心同期要素を有する別の設計を示す。この図において、第１の試験質量対８３０１＋８３０２および第２の試験質量対８３０３＋８３０４の振動は、ジャイロスコープ中心点を中心とする４セットの同期スプリングによって同期される。同期スプリングの４つのセットを図８ｃに詳細に示す。各セットは、対角アンカー点８２１〜８２４および２つの試験質量に取り付けられる。

各セットは、対角アンカー点８２１〜８２４からジャイロスコープの中心点に向かって延伸する対角同期スプリング８３１〜８３４と、第１の軸に平行で、第１の試験質量対の１つの試験質量から対角同期スプリング８３１〜８３４の自由端まで延伸する長手方向同期スプリング８５１〜８５４と、第２の軸に平行であり、第２の試験質量対の隣接する試験質量から同じ対角同期スプリング８３１〜８３４の自由端まで延伸する横方向同期スプリング８４１〜８４４とを含む。

同期スプリングの４つのセットは、図８ｂおよび図８ｃに示すように、ジャイロスコープ中心点の周りに編成することができる。同期スプリングはごく狭くなり得るため、周辺懸架装置のアンカー点をジャイロスコープの中心点のごく近くに配置し、周辺懸架装置の等辺を相当に長くすることができる。

追加の実施形態
図９および図１０は、試験質量の２つの代替形を示す。図９では、試験質量９３０はハンマーのような形状をしている。図１０では、試験質量１０３０は、三角形の中空領域を備えた直角二等辺三角形のような形状をしている。これらの形状の質量の近くに提供される空のスペースは、例えば電気配線のための通路を提供するなど、さまざまな追加の目的に利用することができる。他の多くの形状も可能であるが、一般的には、可能な限り多くの質量を周辺懸架装置の底辺近くに集中させることが有利である。

図６ａ〜図８ｂに示されているジャイロスコープでは、隣接する周辺懸架装置は常に、異なる試験質量対の試験質量に結合される。たとえば、図６ａでは、周辺懸架装置６１１は第１の試験質量対の試験質量６３０１に結合され、一方、６１１に隣接する周辺懸架装置６１３および６１４は第２の試験質量対の試験質量６３０３および６３０４に結合される。

第１の試験質量対の各試験質量の周辺懸架装置は、その第１のアンカー点を第２の試験質量対の一方の試験質量の周辺懸架装置と共有し、その第２のアンカー点を第２の試験質量対の他方の試験質量の周辺懸架装置と共有することができ、第２の試験質量対の各試験質量の周辺懸架装置は、その第１のアンカー点を第１の試験質量対の一方の試験質量の周辺懸架装置と共有し、その第２のアンカー点を第１の試験質量対の他方の試験質量の周辺懸架装置と共有することができる。

図１１ａは、周辺懸架装置１１１のこの構成を示す。その第１の等辺１１１１は、右側の隣接する周辺懸架装置の第２の等辺１１３２が取り付けられるのと同じアンカー点である第１のアンカー点１１２１に取り付けられる。周辺懸架装置１１１の第２の等辺１１１２は、第２のアンカー点１１２２に取り付けられ、これに、左側の隣接する周辺懸架装置の第１の等辺も取り付けられる。

隣接する懸架装置の第１の等辺および第２の等辺は、中間体１１６１／１１６２によってともに結合することができる。図１１ｂは、１１１１および１１３２などの懸架装置が下にある基板１１０の表面上に位置し、１１２１のようなアンカー点が基板まで延伸している構成における、アンカー点１１２１、中間体１１６１、ならびに等辺１１１１および１１３２の垂直断面を示す。図１１ｂに示されているように、中間体１１６１は基板まで延伸していない。懸架装置１１１１および１１３２がそれぞれの駆動トランスデューサによって曲げられるときに中間体１１６１に生じる変形は、第１の試験質量対および第２の試験質量対の逆位相振動を単一の共振モードに結合し、同期させる。

代替的に、懸架装置１１１１と１１３２とをともに接合する中間体１１６１を懸架装置の中央近くに配置することができ、結果、これは、２つの懸架装置間の自立ブリッジを模倣する。この構成は、中間体の同期効果を強化することができる。中間体は、懸架装置の曲げを妨げるほどアンカー点１１２１から遠く離れて配置されるべきではない。

代替的に、隣接する懸架装置の第１の等辺および第２の等辺は、上記の図６ａ〜図８ｂのように、中間体なしでアンカー点１１２１において直接接続されてもよい。その場合でも、アンカー点の局所的な変形により、より小さな同期効果が得られる場合がある。

図１１ｃは、隣接する周辺懸架装置のアンカー点が互いに完全に分離され、結果、隣接する等辺１１１１／１１３２と１１１２／１１４１との間の曲げ運動の直接的な結合および同期が低減される代替的な実施形態を示す。この構成は図８ｂでも利用されている。

図１１ｄおよび図１１ｅに示すように、周辺懸架装置をコーナ点において相互接続することにより、試験質量振動の所望の同期を促進することもできる。この周辺同期は、図８ａ〜図８ｃに示すような中央同期要素と組み合わせて、またはいかなる補完的な同期なしで実装することができる。図１１ｄおよび図１１ｅでは、コーナスプリング（１１７１〜１１７２、１１８１〜１１８２）が、各周辺懸架装置上の各コーナ点から、上記周辺懸架装置の底辺によって規定される方向において外側に延伸しており、結果、各コーナスプリング（１１７１〜１１７２、１１８１〜１１８２）の第１の端部は周辺懸架装置に取り付けられ、各コーナスプリング（１１７１〜１１７２、１１８１〜１１８２）の第２の端部は、少なくとも１つのアンカー点（１１１０１、１１１１１、１１１０２、１１１１２）に取り付けられ、第１の軸および第２の軸に対して実質的に４５°の角度に向けられている対角サポートスプリング（１１９１、１１９２）に取り付けられる。

この場合、第１の試験質量対および第２の試験質量対の振動の所望の結合および同期が、以下のように促進される。図６ａに示されている逆位相駆動振動では、コーナスプリング（１１７１〜１１７２、１１８１〜１１８２）は、隣接する試験質量が互いに向かっておよび互いから離れるように回転するときに、対角サポートスプリング１１９１および１１９２をジャイロスコープ中心点に向かっておよびジャイロスコープ中心点から離れるように押し引きする。隣接する試験質量が同時に同じ方向に回転する等位相運動（外部振動によって引き起こされる可能性のある振動モード）は、対角サポートスプリング１１９１および１１９２によって抵抗される。これは、これらのばねが、ばねが取り付けられるアンカー点の方向における並進を受け得ないためである。対角サポートスプリング１１９１および１１９２は、所望の曲げを促進するために十分に狭く柔軟でなければならない。

言い換えると、図１１ｅ〜図１１ｄにおいて、隣接する周辺懸架装置がコーナスプリングおよび固定されている対角スプリングによって互いに接続されており、結果、対応する隣接する試験質量が、同じ方向に回転するよりも、反対方向に回転しやすくなる。コーナスプリングおよび対角スプリングは、周辺懸架装置の等辺および底辺よりもかなり狭くなっている。周辺同期は、所望の駆動振動を促進し、２対の試験質量の同相振動を抑制することができる。これは、外部振動に対する良好な堅牢性を得るために望ましい。さらに、周辺同期により、１１１１、１１１２などの等辺の端部および１１１３などの底辺の面外運動が防止され、外部振動に対する堅牢性がさらに向上する。

Claims

静止位置において第１の軸上に位置合わせされた第１の試験質量を備える微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープであって、
前記第１の試験質量が、第１の周辺懸架装置および第１の中心懸架装置から懸架され、
前記第１の周辺懸架装置は、第１のアンカー点から第２のアンカー点まで延伸し、前記第１の周辺懸架装置は、前記第１の試験質量を部分的に囲む二等辺三角形の形状を有し、前記二等辺三角形は、前記第１のアンカー点および前記第２のアンカー点において切頭されており、前記第１の周辺懸架装置の第１の等辺は、前記第１のアンカー点から前記第１の試験質量の第１の辺を過ぎて、前記第１の周辺懸架装置上の第１のコーナ点まで延伸し、前記第１の周辺懸架装置の第２の等辺は、前記第２のアンカー点から前記第１の試験質量の第２の辺を過ぎて前記第１の周辺懸架装置上の第２のコーナ点まで延伸し、前記第１の等辺と前記第２の等辺とをともに接合する前記第１の周辺懸架装置の底辺は、前記第１のコーナ点から前記第１の試験質量の第３の辺を過ぎて前記第２のコーナ点まで延伸し、前記第１の周辺懸架装置の前記底辺は、前記第１の軸上に位置合わせされたコネクタによって、前記第１の試験質量の前記第３の辺に取り付けられており、
前記第１の中心懸架装置は、前記第１の周辺懸架装置によって形成されている前記二等辺三角形の切頭されたコーナを通って延伸し、前記第１の試験質量に取り付けられており、
前記第１の試験質量は、前記第１の周辺懸架装置の前記第１の等辺および／または前記第２の等辺上に配置された１つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、同時に、前記第１の周辺懸架装置の前記第１の等辺および前記第２の等辺が同じ面内方向に曲げられることを特徴とし、
前記第１の周辺懸架装置の前記底辺上に配置された１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサは、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときに、前記第１の軸に実質的に平行な方向において前記底辺の中央を曲げる前記第１の試験質量の二次振動モードを検出するように構成されており、結果、センス振動が前記１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサによってセンス信号に変換されることを特徴とする、微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープ。
前記第１の試験質量は、第２の試験質量も備える試験質量システムの一部であり、結果、前記第１の試験質量および前記第２の試験質量は第１の試験質量対を形成し、前記第２の試験質量は前記第１の試験質量から離れて配置され、静止位置において前記第１の軸上に位置合わせされ、
前記試験質量システムは、第２の試験質量対を形成する第３のおよび第４試験質量も備え、前記第３の試験質量および前記第４の試験質量は、前記第１の軸に直交する第２の軸上で互いから離れて配置され、静止位置において前記第２の軸上に位置合わせされ、前記第２の試験質量対は、前記第１の軸が前記第２の軸と交差する交差点において前記第１の試験質量対に相互接続され、
結果、静止位置にある前記試験質量システムは、前記第１の軸および前記第２の軸に関して本質的に対称な質量分布を形成することを特徴とし、
前記第２の試験質量、前記第３の試験質量および前記第４の試験質量の各々が、追加の周辺懸架装置および追加の中心懸架装置から懸架され、追加の各周辺懸架装置は、追加の第１のアンカー点から追加の第２のアンカー点まで延伸し、前記追加の周辺懸架装置は、対応する前記試験質量を部分的に囲み、前記追加の第１のアンカー点および前記追加の第２のアンカー点において切頭されている二等辺三角形の形状を有し、前記追加の周辺懸架装置の第１の等辺は、前記追加の第１のアンカー点から対応する前記試験質量の第１の辺を過ぎて、前記追加の周辺懸架装置上の第１のコーナ点まで延伸し、前記追加の周辺懸架装置の第２の等辺は、前記追加の第２のアンカー点から対応する前記試験質量の第２の辺を過ぎて、前記追加の周辺懸架装置の第２のコーナ点まで延伸し、前記第１の等辺と前記第２の等辺とをともに接合する前記追加の周辺懸架装置の底辺は、前記第１のコーナ点から、対応する前記試験質量の第３の辺を過ぎて前記第２のコーナ点へと延伸し、前記追加の周辺懸架装置の前記底辺は、前記試験質量と同じ軸上に位置合わせされているコネクタによって、対応する前記試験質量の前記第３の辺に取り付けられており、
追加の各中心懸架装置は、前記周辺懸架装置によって形成される前記二等辺三角形の切頭されたコーナを通って延伸し、前記追加の中心懸架装置は対応する前記試験質量に取り付けられることを特徴とし、
前記第２の試験質量は、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記第１の等辺および／または前記第２の等辺に配置された１つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、結果、前記第１の周辺懸架装置の前記第１の等辺および前記第２の等辺が曲げられるのと同じ面内方向において、前記追加の周辺懸架装置の前記第１の等辺および前記第２の等辺が同時に曲がり、結果、前記第２の試験質量の一次振動が、前記交差点を通過する垂直軸の周りの前記第１の試験質量の前記一次振動モードと同位相で発生し、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記底辺上に配置された１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサが、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときに前記第１の軸に実質的に平行な方向において前記底辺の中央を曲げる、前記第２の試験質量の二次振動モードを検出するように構成され、結果、前記第２の試験質量のセンス振動が前記１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサによってセンス信号に変換されることを特徴とし、
前記第２の試験質量対の各試験質量が、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記第１の等辺および／または前記第２の等辺に位置する１つまたは複数のピエゾ駆動トランスデューサによって一次振動モードになるように駆動され、結果、前記第１の周辺懸架装置の前記第１の等辺および前記第２の等辺が曲げられるのとは反対の面内方向において、前記追加の周辺懸架装置の前記第１の等辺および前記第２の等辺が同時に曲がり、結果、前記第２の試験質量対の一次振動が、前記交差点を通過する垂直軸の周りの前記第１の試験質量の前記一次振動モードと逆位相で発生し、対応する前記追加の周辺懸架装置の前記底辺上に配置された１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサは、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときに前記第２の軸に実質的に平行な方向において前記底辺の中央を曲げる前記試験質量の二次振動モードを検出するように構成され、結果、センス振動は、前記１つまたは複数のピエゾセンストランスデューサによってセンス信号に変換されることを特徴とする、請求項１に記載の微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープ。
各周辺懸架装置内の各第１の等辺および各第２の等辺の幅が、対応する前記アンカー点に位置する前記等辺の前記第１の端部から、対応する前記周辺懸架装置の対応する前記コーナ点に位置する前記等辺の前記第２の端部に至るまでに増加することを特徴とする、請求項１または２に記載の微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープ。
各周辺懸架装置上の各第１のコーナ点および第２のコーナ点は、前記周辺懸架装置の前記底辺を前記等辺の１つに接合する屈曲部を備え、前記屈曲部は、前記周辺懸架装置によって形成される切頂二等辺三角形の高さによって規定される方向において前記底辺よりも狭いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープ。
各周辺懸架装置の前記第１の等辺および前記第２の等辺が前記一次振動の振幅を検出するための補助ピエゾセンストランスデューサも備え、各周辺懸架装置の前記底辺が、力フィードバック操作、力フィードバック減衰、および／またはセンス振動モードに結合される駆動振動運動の相殺のための１つまたは複数の補助ピエゾトランスデューサも備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープ。
前記第１の試験質量対の各試験質量の前記周辺懸架装置は、前記周辺懸架装置の第１のアンカー点を前記第２の試験質量対の一方の試験質量の前記周辺懸架装置と共有し、前記周辺懸架装置の第２のアンカー点を前記第２の試験質量対の他方の前記試験質量の前記周辺懸架装置と共有し、前記第２の試験質量対の各試験質量の前記周辺懸架装置は、前記周辺懸架装置の第１のアンカー点を前記第１の試験質量対の一方の試験質量の前記周辺懸架装置と共有し、前記周辺懸架装置の第２のアンカー点を前記第１の試験質量対の他方の前記試験質量の前記周辺懸架装置と共有することを特徴とする、請求項２、請求項２を引用する請求項３、請求項２を引用する請求項４、請求項２を引用する請求項５のいずれか一項に記載の微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープ。
コーナスプリングが、各周辺懸架装置上の各コーナ点から、前記周辺懸架装置の前記底辺によって規定される方向において外側に延伸しており、結果、各コーナスプリングの第１の端部は周辺懸架装置に取り付けられ、各コーナスプリングの第２の端部は、少なくとも１つのアンカー点に取り付けられ前記第１の軸および前記第２の軸に対して実質的に４５°の角度に向けられている、対角サポートスプリングに取り付けられることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の微小電気機械ｚ軸ジャイロスコープ。