JP7276377B2 - 補助マスを有する多軸ジャイロスコープ - Google Patents

Description

本開示は、微小電気機械ジャイロスコープに関し、より詳細には、振動マス系が複数の回転軸を中心とした角回転を測定するために使用されるジャイロスコープに関する。

微小電気機械（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープにおいて、試験マスは好ましくは、一次振動モード（駆動振動モードとも呼ばれ得る）において振動するように容易に設定されるべきであり、またコリオリの力によって誘発される二次振動モード（センス振動モードとも呼ばれ得る）における振動を容易に受けるべきである。ジャイロスコープ設計における一般的な問題は、これら２つのモードにおける試験マスの振動が、好ましくは、外乱、例えば周囲の要素の振動によって乱されるべきではないことである。ジャイロスコープは、好ましくは、その出力信号が、ジャイロスコープが意図された周波数範囲において受ける角回転速度によってのみ決定されるように、線形振動および回転振動の両方によって乱されるべきではない。例えば、自動車用途では、通常、可能性のある擾乱は０～５０ｋＨｚの周波数範囲にあり、一方、入力周波数範囲は通常１ｋＨｚ未満である。

１つの振動試験マスのみを利用して単純なＭＥＭＳジャイロスコープを構築することができるが、動作周波数に近い周波数の外部振動が存在する場合、そのようなジャイロスコープの出力信号は通常非常にノイズが多くなる。単マスジャイロスコープは、５０ｋＨｚを超える振動周波数でのみ実用的であるが、これらの周波数ではジャイロスコープの感度が非常に低くなり得、製造の不完全性から生じる直交信号などの他の妨害効果が非常に顕著になることが多い。また、単マス駆動の不平衡な駆動モードは、駆動振動の反力に起因して駆動モードからのエネルギー漏れを引き起こす。これはあらゆる種類の問題を引き起こす。すなわち、動作に必要な駆動力、安定性の問題、および硬質ダイアタッチメントに対する要件などを増大させる。

２つまたは４つの試験マスが逆相で振動する試験マス系は、単マスジャイロスコープよりも振動に対してはるかにロバストにすることができることが知られている。２つまたは４つの試験マスの同相運動を誘発する振動から生じる信号成分は、差分測定によってある程度自動的に相殺することができる。さらに、差動共振周波数に影響を与えることなく同位相共振周波数を５０ｋＨｚより高くすることができる場合、外乱振動は典型的には共振増幅を生じない。

一部のＭＥＭＳジャイロスコープは、デバイス基板に垂直な１つの軸を中心とした角回転速度を測定するように設計されている。上記のようなジャイロスコープは、ｚ軸ジャイロスコープと呼ばれる場合がある。他のＭＥＭＳジャイロスコープは、基板平面内にある２つの垂直軸のいずれかを中心とした角回転速度を測定するように設計されている。上記のようなジャイロスコープは、ｘ軸ジャイロスコープおよび／またはｙ軸ジャイロスコープと呼ばれる場合がある。振動試験マスの同じセットを用いてｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を中心とした角回転速度を測定するように設計されたジャイロスコープは、多軸ジャイロスコープと呼ばれる場合がある。マス系は、３つの垂直な軸のいずれかを中心とする回転に応答するために複数の自由度を必要とするため、外部振動に対してロバストな多軸ジャイロスコープを設計することは困難である。

本開示の目的は、ロバストな多軸ジャイロスコープ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、コリオリマスのカルテットが中心点の周りに配置され、各コリオリマスが、コリオリマスカルテットの周縁近くで、ここでは細長いマス要素および細長い同期バーと呼ばれる２つの補助マスに結合されるマス系を使用するという着想に基づいている。この構成の利点は、各コリオリマスが２つの二次振動モードで振動するにもかかわらず、各補助マスが１つの二次振動モードでのみ振動することである。これにより、各二次振動モードからより強い検出信号を検知することができる。この構成はまた、コリオリマスを所望の動作振動モードに対して弾性的に懸架することができるため、振動ロバスト性を改善する。

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。

本開示における一次振動モードおよび二次振動モードを示す記号を示す図である。 第１の実施形態における補助マスを有するジャイロスコープを示す図である。 第１の実施形態における補助マスを有するジャイロスコープを示す図である。 第１の実施形態における補助マスを有するジャイロスコープを示す図である。 第１の実施形態の振動モードを示す図である。 第１の実施形態の振動モードを示す図である。 第１の実施形態の振動モードを示す図である。 第１の実施形態の振動モードを示す図である。 第１の実施形態の振動モードを示す図である。 第１の実施形態の振動モードを示す図である。 第２の実施形態における補助マスを有するジャイロスコープを示す図である。 第２の実施形態における補助マスを有するジャイロスコープを示す図である。 第２の実施形態の振動モードを示す図である。 第２の実施形態の振動モードを示す図である。 第２の実施形態の振動モードを示す図である。 第２の実施形態の振動モードを示す図である。 第２の実施形態の振動モードを示す図である。 第１の例示的なジャイロスコープを示す図である。 第１の例示的なジャイロスコープを示す図である。 第１の例示的なジャイロスコープを示す図である。 第２の例示的なジャイロスコープを示す図である。 第３の例示的なジャイロスコープを示す図である。

（第１の実施形態）
図２ａは、静止位置においてデバイス平面内にある第１のコリオリマスカルテットを含む微小電気機械ジャイロスコープを示す。ジャイロスコープはまた、横軸２９１がデバイス平面内で第１の交差軸２９２と直交して交差する第１のカルテット中心点を備える。ジャイロスコープは、第１のカルテット中心点に位置する第１の中央アンカー点２８１を備える。

第１のコリオリマスカルテットは、第１のコリオリマス（２１１）および第２のコリオリマス（２１２）が横軸２９１上に位置整合し、第３のコリオリマス（２１３）および第４のコリオリマス（２１４）が第１の交差軸２９２上に位置整合するように、静止位置において第１のカルテット中心点の周りに対称に配置された、第１のコリオリマス（２１１）、第２のコリオリマス（２１２）、第３のコリオリマス（２１３）および第４のコリオリマス（２１４）を含む。

ジャイロスコープはまた、その静止位置においてデバイス平面内にある第２のコリオリマスカルテットと、横軸２９１がデバイス平面内で第２の交差軸２９３と直交して交差する第２のカルテット中心点とを備える。ジャイロスコープは、第２のカルテット中心点に位置する第２の中央アンカー点２８２を備える。

第２のコリオリマスカルテットは、第５のコリオリマス（２１５）および第６のコリオリマス（２１６）が横軸２９１上に位置整合し、第７のコリオリマス（２１７）および第８のコリオリマス（２１８）が第２の交差軸２９３上に位置整合するように、第２のカルテット中心点の周りに対称に配置された、静止位置にある第５のコリオリマス（２１５）、第６のコリオリマス（２１６）、第７のコリオリマス（２１７）および第８のコリオリマス（２１８）を含む。ジャイロスコープは、第１のカルテット中心点と第２のカルテット中心点との間のほぼ中間で横軸２９１と交差する第３の交差軸２９４をさらに備える。

第２のカルテット中心点に対する第５のコリオリマス（２１５）、第６のコリオリマス（２１６）、第７のコリオリマス（２１７）および第８のコリオリマス（２１８）の静止位置は、それぞれ第１のカルテット中心点に対する第１のコリオリマス（２１１）、第２のコリオリマス（２１２）、第３のコリオリマス（２１３）および第４のコリオリマス（２１４）の静止位置と同じであり、その結果、第３のコリオリマス（２１３）および第７のコリオリマス（２１７）は横軸２９１の第１の側に位置し、第４のコリオリマス（２１４）および第８のコリオリマス（２１８）は横軸２９１の第２の側に位置する。第２のコリオリマス（２１２）および第５のコリオリマス（２１５）は、第３の交差軸２９４の対向する両側で互いに隣接している。

ジャイロスコープはまた、第１のコリオリマスカルテット２１１～２１４を第１の中央アンカー点２８１から懸架するための第１の中央サスペンション構成２７１を備える。第１の中央サスペンション構成２７１は、第１のコリオリマスカルテット２１１～２１４の内側の第１のカルテット中心点を中心とする。ジャイロスコープは、第２のコリオリマスカルテット２１５～２１８を第２の中央アンカー点２８２から懸架するための第２の中央サスペンション構成２７２をさらに備える。第２の中央サスペンション構成２７２は、第２のコリオリマスカルテット２１５～２１８の内側の第２のカルテット中心点を中心とする。

ジャイロスコープは、第１のコリオリマス２１１の外側の横軸２９１の対向する両側に交差方向に位置整合した第１の細長いマス要素（２２１１）および第２の細長いマス要素（２２１２）と、第２のコリオリマス２１２の外側の横軸２９１の対向する両側に交差方向に位置整合した第３の細長いマス要素（２２２１）および第４の細長いマス要素（２２２２）とをさらに備える。ジャイロスコープはまた、第５のコリオリマス２１５の外側の横軸２９１の対向する両側に交差方向に位置整合した第５の細長いマス要素（２２３１）および第６の細長いマス要素（２２３２）と、第６のコリオリマス２１６の外側の横軸２９１の対向する両側に交差方向に位置整合した第７の細長いマス要素（２２４１）および第８の細長いマス要素（２２４２）とを備える。上記位置整合は、各細長いマス要素がその静止位置にあるときに行われる。

第１の細長いマス要素、第２の細長いマス要素、第３の細長いマス要素、第４の細長いマス要素、第５の細長いマス要素、第６の細長いマス要素、第７の細長いマス要素、および第８の細長いマス要素２２１１～２２４２の各々は、横軸２９１により近い第１の端部２２１１１～２２４２１と、横軸２９１からより離れた第２の端部２２１１２～２２４２２とを有する。これらの細長いマス要素の各々の第１の端部２２１１１～２２４２１は、上記細長いマス要素の内側に隣接する対応するコリオリマスに、接続要素２４１によって取り付けられている。

ジャイロスコープは、第９の細長いマス要素（２２５１）、第１０の細長いマス要素（２２５２）、第１１の細長いマス要素（２２６１）、および第１２の細長いマス要素（２２６２）をさらに備え、ジャイロスコープはまた、第３の交差軸２９４と交差する第１の細長い同期バー（２５１）および第２の細長い同期バー（２５２）を備える。第１の細長い同期バー２５１は、第３のコリオリマス２１３の外側で、第１の交差軸２９２の対向する両側で第９の細長いマス要素２２５１と横方向に位置整合している。第１の細長い同期バー２５１は、第７のコリオリマス２１７の外側で、第２の交差軸２９３の対向する両側で第１０の細長いマス要素２２５２と横方向に位置整合している。第２の細長い同期バー２５２は、第４のコリオリマス２１４の外側で、第１の交差軸２９２の対向する両側で第１１の細長いマス要素２２６１と横方向に位置整合している。第２の細長い同期バー２５２は、第８のコリオリマス２１８の外側で、第２の交差軸２９３の対向する両側で第１２の細長いマス要素２２６２と横方向に位置整合している。上記位置整合は、各細長いマス要素および細長い同期バーがその静止位置にあるときに行われる。

第９の細長いマス要素（２２５１）および第１１の細長いマス要素（２２６１）の細長いマス要素は、第１の交差軸２９２により近い第１の端部（２２５１１，２２６１１）と、第１の交差軸２９２からより遠い第２の端部（２２５１２，２２６１２）とを有する。第１０の細長いマス要素（２２５２）および第１２の細長いマス要素（２２６２）の細長いマス要素は、第２の交差軸２９３により近い第１の端部（２２５２１，２２６２１）と、第２の交差軸２９３からより遠い第２の端部（２２５２２，２２６２２）とを有する。これらの細長いマス要素の各々の第１の端部（２２５１１，２２６１１，２２５２１，２２６２１）は、上記細長いマス要素の内側に隣接する対応するコリオリマス（２１３，２１４，２１７，２１８）に、接続要素２４１によって取り付けられている。

第１の細長い同期バーおよび第２の細長い同期バー（２５１，２５２）は、第１の交差軸２９２により近い第１の端部（２５１１，２５２１）と、第２の交差軸（２９３）により近い第２の端部（２５１２，２５２２）とを有し、各細長い同期バー（２５１，２５２）の各第１の端部および第２の端部は、上記第１の端部または第２の端部の内側に隣接して位置する対応するコリオリマスに、接続要素（２４１）によって取り付けられている。

ジャイロスコープは、第１のコリオリマスカルテットおよび第２のコリオリマスカルテットの外側の周縁アンカー点（２３１～２３６）のセットをさらに備え、各細長いマス要素（２２１１～２２４２，２２５１～２２５２，２２６１～２２６２）は、上記細長いマス要素が実質的にその第２の端部を中心としたデバイス平面内およびデバイス平面外の両方の回転運動を受けることを可能にするマス要素サスペンション構成によって周縁アンカー点（２３１～２３６）から懸架される。各細長い同期バー（２５１，２５２）は、上記細長い同期バー（２５１，２５２）が実質的にその中点を中心としたデバイス平面内およびデバイス平面外の両方の回転運動を受けることを可能にする同期バーサスペンション構成によって周縁アンカー点（２３２，２３５）から懸架される。

ジャイロスコープは、第１のコリオリマスカルテットおよび第２のコリオリマスカルテット、上記細長いマス要素の各々、および上記細長い同期バーの両方を一次振動運動に設定するための１つまたは複数の駆動トランスデューサ（図２ａには図示せず）をさらに備える。ジャイロスコープはまた、ジャイロスコープが角回転を受けるときにコリオリの力によって誘発される、第１のコリオリマスカルテットおよび第２のコリオリマスカルテット、ならびに／または細長いマス要素、ならびに／または細長い同期バーの二次振動運動を検出するための１つまたは複数のセンストランスデューサ（図２ａには図示せず）を備える。

本開示のすべての実施形態では、各細長いマス要素および細長い同期バーは、デバイス平面内でより長い寸法およびより短い寸法を有する。より長い寸法が延在する方向は、上記細長いマス要素の長手方向と呼ぶことができる。「横方向に位置整合」という表現は、細長いマス要素の一対を形成する２つの細長いマス要素が、両方の細長いマス要素の長手方向が実質的に一致し、これらの長手方向が横方向になるように端から端まで配置されることを意味する。「交差方向に位置整合された」という表現は、一対の長手方向が交差方向である、同じ端から端までの位置整合を指す。同じ考慮事項が、細長い同期バーと細長いマス要素との位置整合に適用される。

「横／交差軸上に位置整合された」という表現は、上記軸が上記コリオリマスの中点と実質的に交差するようなコリオリマスの配置を指す。コリオリマスは、上記軸に関して対称であり得、および／または軸は、上記コリオリマスの重心と交差し得る。

本開示のすべての実施形態に記載された中央サスペンション構成は、それらの一次および二次振動運動に柔軟に適応しながら、本開示に記載されたコリオリマスおよび細長いマス要素の構造的支持を提供する。マス要素サスペンション構成もまた、特に細長いマス要素の構造的支持を提供し、一次および二次振動運動に柔軟に適応する。接続要素２４１は、細長いマス要素と対応するコリオリマスとの間の一次振動運動を結合し、以下でより詳細に説明する方法で二次振動運動にも柔軟に適応する。

センストランスデューサが誘発されたコリオリ力を検出することができる信号対雑音比は、二次振動の振幅に依存する。前の段落で説明したサスペンションおよび結合構成は、好ましくは、コリオリマスおよび細長いマス要素が所望の一次および二次振動モードにおいて振動することを柔軟に可能にする一方で、望ましくない振動モードにおけるこれらのマスの振動に堅固に抵抗するべきである。所望の発振モードの例を以下に示す。

本開示では、デバイス平面が例示され、ｘｙ平面として参照される。ｘ方向を横方向として参照し、ｙ方向を交差方向として参照する。デバイス平面は、水平面と呼ばれる場合もある。ｚ軸はｘｙ平面に垂直である。ｚ軸はまた、垂直軸と呼ばれる場合もある。試験マスが、静止位置から外方に動くと、デバイス平面内で水平に維持される線形および／または回転運動は、「面内」運動または「デバイス平面内の運動」として参照され、一方、試験マスが垂直方向において静止位置から外方に動く線形および／または回転運動は、「面外」運動または「デバイス平面から外方への運動」として参照される。

本開示において、「水平」および「垂直」という用語は、単にそれぞれデバイス平面およびデバイス平面に垂直な方向を指す。デバイス平面は、典型的には、微小機械構造が作成される基板によって規定される。「水平」および「垂直」という言葉は、製造中または使用中にデバイスをどのように方向付けるべきかについて何も暗示しない。「上方（ａｂｏｖｅ）」および「下方（ｂｅｌｏｗ）」という単語は、図を説明するときの垂直ｚ座標の差を指し、「上（ｕｐ）」および「下（ｄｏｗｎ）」という単語は、２つの対向する垂直方向を指す。

デバイス平面に垂直な任意の軸を中心とした回転は、ｚ軸を中心とした回転として参照される。同様に、例示されているｘ軸に平行な軸を中心とした回転はｘ軸を中心とした回転として参照され、例示されているｙ軸に平行な軸を中心とした回転はｙ軸を中心とした回転として参照される。これら３種類の回転におけるコリオリ力によって誘発される二次振動モードは、それぞれ、ｚ軸二次振動モード、ｘ軸二次振動モードおよびｙ軸二次振動モードとして参照される。

本開示において、「ばね」という用語は、少なくとも１つの方向に可撓性であるデバイス部分を指す。「懸架装置」という用語は、固定部分（アンカー点など）と、デバイスが動作するときに振動するデバイス部分との間に（場合によっては他のデバイス部分と共に）配置されるばねを指す。「サスペンション構造」および「サスペンション構成」という用語は、共に可動マスに構造的支持を提供する部分のより複雑な組み合わせを指す。サスペンション構造および構成は、所望の振動モードに適応するために必要な可撓性を提供する少なくとも１つの可撓性懸架装置を含む。それらは多くの懸架装置を含むことができ、剛性部分を含むこともできる。懸架装置は、典型的には、懸架された可動マスが運動しているときに屈曲しまたはねじれる。

サスペンション構造／構成の剛性部分は、（１つまたは複数の可撓性懸架装置が上記剛性部分と対応するアンカー点との間にあると仮定して）可動マスが運動しているときに動くことが多い。いくつかのばねは同期構造を形成することができ、またはそれらは剛性部分と組み合わされて同期構造を形成することができる。同期構造は、サスペンション構造としても機能し得る。あるいは、同期構造は、構造的支持を提供することなく同期を提供することができる。より一般的には、マス要素を互いに接続し、かつ１つのマス要素から別のマス要素に振動を伝達するばねが、結合ばねまたは接続ばねと呼ばれることもある。運動を伝達することは、典型的には、結合／接続ばねの主要な機能であるが、同期機能を実行するように設計されることも多い。そのようなばねが含まれる構造は、結合構造または接続構造と呼ばれることがある。

本開示全体を通して、「同期させる（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅ）」という用語、および「構造Ａが振動モードＸを同期させる」などの語句は、以下の意味を有する。構造Ａは、好ましくは所望のモードＸで振動すべきであるが、好ましくは望ましくないモードＹでは振動すべきではない相互接続されたマス要素の系における機械的接続を構成する。構造Ａは、剛性と柔軟性との有益な組み合わせを呈し、結果、構造Ａの存在により、システム内のモードＸの共振周波数Ｆ_ＸとモードＹの共振周波数Ｆ_Ｙとの間の関係が改善される。

構造Ａの存在は、例えば、比Ｆ_Ｙ／Ｆ_Ｘおよび／または差Ｆ_Ｙ－Ｆ_Ｘを増加させることができる。この改善が測定される基準状態は、場合によっては、構造Ａのないマス要素の同じシステムである場合がある。この場合、構造Ａは同期にのみ必要である。他の場合、構造Ａがマス要素の重量を支えるためにも必要であるとき、同期改善が測定される基準状態は、Ａが、構造的な支持のみを提供する代替の構造Ｂに置き換えられたマス要素から成る同じシステムであってもよい。

一般に、すべてのサスペンション、同期および結合構成は、支持、ならびに、特定の方向の柔軟性および他の方向の剛性のために最適化されている。当該３つの変数は互いに競合する可能性があるため、最適化は、適切な妥協案を見つけることを意味する。ジャイロスコープのすべての要素が当該妥協に影響を与える可能性がある。

本開示では、「半径方向」振動は、ｘｙ平面内の、中心点から外方への線形運動および中心点に向かう線形運動を指す。「接線方向」振動とは、中心点を中心とした仮想円の接線に沿ったｘｙ平面、ｘｚ平面（横方向－垂直）、またはｙｚ平面（交差方向－垂直）内の動きを指す。ｘｙ平面における接線方向振動は、面内接線方向振動と呼ばれる場合があり、ｘｚ平面およびｙｚ平面における接線方向振動は、面外接線方向振動と呼ばれる場合がある。接線方向振動は、実際には線形運動と回転との混合である場合がある。サスペンション構成は、典型的には、コリオリマスが接線方向にどのように動くかを決定する。

本開示の図では、特に明記しない限り、コリオリマスの配置はそれらの静止位置に対応する。本開示の異なる実施形態における試験マスの振動方向、および、振動間の位相関係は、図１に提示される記号を使用して示される。行１１に示されている白矢印は、デバイス平面内で発生する一次振動モードを示している。行１２の黒矢印は、ジャイロスコープがｚ軸を中心とした回転を受けるときにデバイス平面内で発生し得る二次モードを示している。行１３に示されている記号の一対は、ジャイロスコープがｘ軸を中心とした回転を受けるときの試験マスの一対の面外運動を示すために、同時に使用される。行１４に示されている記号の一対は、ジャイロスコープがｙ軸を中心とした回転を受けるときの試験マスの一対の面外運動を示すために、同時に使用される。行１３および１４の両方において、十字は観察者から外方への動きを示し、点は観察者に向かう動きを示す。

本開示において提示される任意の実施形態において、容量性駆動トランスデューサが、例えば、１つまたは複数のコリオリマス内に形成される開口部内に実装されてもよい。容量性センストランスデューサが、ｚ軸二次振動モードを検出するために、１つまたは複数のコリオリマスの開口部内に、または１つまたは複数のコリオリマスに隣接して実装されてもよい。容量性ｘ軸およびｙ軸センストランスデューサが、それぞれｘ軸および／またはｙ軸二次振動モードを検出するために、１つまたは複数のコリオリマス、および／または細長いマス要素および／または細長い同期バーの上方および／または下方に実装されてもよい。

本開示において、「コリオリマスカルテットの内側」という表現は、上記カルテット中心点を取り囲むコリオリマスカルテットよりもカルテット中心点に近い位置を指す。「第ｎのコリオリマスの外側」などの表現は、第ｎのコリオリマスよりも対応するカルテット中心点から離れており、第ｎのコリオリマスと少なくともほぼ同じ半径（対応するカルテット中心点から外側に延在する）にある位置を指す。これに関連して、第ｎのコリオリマスに対応するカルテット中心点は、第ｎのコリオリマスを有するコリオリマスカルテットがその周りに配置されたカルテット中心点である。同様に、「細長いマス要素の内側に隣接するコリオリマス」などの表現は、細長いマス要素に最も近く、上記細長いマス要素と対応するカルテット中心点との間に少なくともほぼ位置するコリオリマスを指す。

言い換えれば、「内側」および「外側」という表現は、所与のカルテット中心点に関して定義された位置を指すために使用される。デバイスが２つのカルテット中心点を含む場合、これらの表現はそのデバイスにおいて２つの異なる基準を有し、意図された意味は文脈から明らかである。「周縁」という用語は、同様に各周縁アンカー点が少なくとも、アンカー点を取り囲むコリオリマスの外側に位置するように使用される。

図２ａでは、周縁アンカー点２３１～２３６のセットは、横軸２９１の第１の側で実質的に横方向に位置整合した第１のサブセット２３１～２３３と、横軸２９１の第２の側で実質的に横方向に位置整合した第２のサブセット２３４～２３６とを含む。この場合、各細長いマス要素の第２の端部は、要素が取り付けられている周縁アンカー点に隣接しており、マス要素サスペンション構成は単純に、細長いマス要素が曲げによってデバイス平面内で回転し、ねじりを受けることによってデバイス平面外で回転することを可能にする比較的短いばね２８４を含む。同様に、同期バーサスペンション構成２８８もまた、ばねのねじりによる面外運動およびばねの曲げによる面内運動を可能にする短いばねである。

代替的な構成を図２ｂに示す。ここでは、８つの周縁アンカー点２３１～２３８が存在する。アンカー点２３１および２３６は横軸２９１上にあり、２３３、２３７は第１の交差軸２９２上にあり、２３４および２３８は第２の交差軸２９３上にあり、２３２および２３５は図２ａと同じように配置される。この場合、アンカー点２３２および２３５に接続されたマス要素サスペンション構成は、図２ａのように比較的短いばね２８４を備えるが、他の周縁アンカー点に接続されたマス要素サスペンション構成は、上記周縁アンカー点から隣接する細長いマス要素の第２の端部に向かって、および／または隣接する細長い同期バー２５１～２５２の中央に向かって延在する１つまたは複数の剛性バー２８５を備える。この場合、短い柔軟なばね２８６が、１つまたは複数の剛性バー２８５の端部に取り付けられて、細長いマス要素の面内および面外の回転を容易にするねじりおよび曲げの柔軟性を提供する。同様に、細長い同期バーのそれらの中点を中心とした面内および面外の回転は、ここでは剛性バー２８５と共に同期バーサスペンション構成を形成するばね２８９のねじれおよび曲げによって容易になる。周縁アンカー点の数および配置はまた、図２ａ～図２ｂの例が示すもの以外のものであってもよい。

２つの細長いマス要素の第１の端部を隣接するコリオリマスに結合する接続要素は、図２ａの接続要素２４１によって示されるように、これらの第１の端部を共に結合する要素であってもよい。あるいは、接続要素は、図２ｂの接続要素２４２によって示されるように、１つの細長いマス要素の第１の端部と隣接するコリオリマスとの間にのみ取り付けられてもよい。図２ｂの一対２２２１＋２２２２および２２３１＋２２３２およびいくつかの他のものについて示されるように、細長いマス要素の各対の第１の端部の間に追加の同期ばね２８７を追加することが任意選択的に可能である。第３の交差軸２９４と交差する追加の同期ばね２７３が、これらの追加の同期ばねの間に任意選択的に実装されてもよい。このとき、ばね２７３および２８７は、一次振動モードおよびｙ軸二次振動モードにおいてこれらの細長いマス要素の運動を同期させる。図２ａは、２つの対２２２１＋２２２２および２２３１＋２２３２の接続要素２４１の間に延在する追加の同期ばねを示す。

第１の細長いマス要素、第２の細長いマス要素、第３の細長いマス要素、第４の細長いマス要素、第５の細長いマス要素、第６の細長いマス要素、第７の細長いマス要素、および第８の細長いマス要素２２１１～２２４２の交差方向の長さはすべて実質的に等しくてもよい。横方向における第９の細長いマス要素、第１０の細長いマス要素、第１１の細長いマス要素、および第１２の細長いマス要素２２５１～２２６２の長さはすべて、交差方向における第１の細長いマス要素２２１１の長さに実質的に等しくてもよい。第１の細長い同期バー２５１および第２の細長い同期バー２５２の横方向の長さは両方とも、第１の細長いマス要素２２１１の交差方向の長さの実質的に２倍であってもよい。

第３の細長いマス要素２２２１は、第５の細長いマス要素２２３１に取り付けられてもよく、または組み込まれてもよく、結果、それらは共に第１の一体型の細長いマス要素を形成する。第４の細長いマス要素２２２２は、第６の細長いマス要素２２３２に取り付けられてもよく、または組み込まれてもよく、結果、それらは共に第２の一体型の細長いマス要素を形成する。

図２ｃは、上述の細長いマス要素が互いに組み込まれて、それぞれ第１の一体型の細長いマス要素２６１および第２の一体型細長いマス要素２６２を形成しているデバイスを示す。これらの２つの要素は、細長いマス要素と同様に第１の端部２６１１および２６２１ならびに第２の端部２６１２および２６２２を有し、これらの一体型の細長いマス要素をそれぞれの周縁アンカー点から懸架するマス要素サスペンション構成は、デバイス平面内およびデバイス平面外の両方でそれらの第２の端部を中心とした要素２６１および２６２の回転を容易にする。一体型の細長いマス要素２６１および２６２の振動運動は、一次振動モードとｙ軸二次振動モードの両方における細長いマス要素２２２１～２２２２および２２３１～２２３２の運動に対応する。

これらのマス要素懸架装置、接続ばね構成、および中央サスペンション構成の実際の例を以下に示す。

（第１の実施形態における振動モード）
図３ａは、図２ａに示すデバイスの第１の一次振動モードを示す。参照符号３１１～３１８および３９１～３９４は、それぞれ図２ａの参照符号２１１～２１８および２９１～２９４に対応する。本開示では、図示された部分は、振動モードを示す図においてそれらの静止位置に示されていない場合がある。第１の一次振動モードでは、コリオリマス３１１～３１８はすべて、それらの対応するカルテット中心点に対して半径方向に線形に振動する。一次振動サイクルの図示された半分では、コリオリマス３１１，３１２，３１７および３１８は、それらの対応するカルテット中心点に向かって線形並進運動し、一方、コリオリマス３１３～３１６は、それらの対応するカルテット中心点から外方に線形並進運動する。一次振動サイクルの反対の半分（図示せず）では、各コリオリマスの運動は、反対の半径方向に動くように逆転される。各コリオリマスに結合された細長いマス要素は、図に示すようにそれらの第２の端部を中心とした回転面内運動を受け、細長い同期バーはそれらの中点を中心とした面内回転を受ける。ここでも、一次振動サイクルの反対の半分では、これらの動きは逆になる。細長い同期バーは、デバイス平面内で剛性であり、そのため、それらの面内回転は、コリオリマスの一対３１３＋３１７および３１４＋３１８の動きを効果的に同期させる。各中央サスペンション構成も各コリオリマスカルテットの運動を効果的に同期させる場合（そのような構成の実際の例は下記に示す）、第１のカルテットおよび第２のカルテット内のすべてのコリオリマスの一次振動運動は良好に同期される。一次振動における細長いマス要素および同期バーの回転角度は、例示目的のために図３ａでは誇張されている。

コリオリマス３１１～３１８は、ジャイロスコープがｚ軸を中心に回転するときに二次振動を受ける。中央サスペンション構成および接続要素は、一次振動モードが第１の一次振動モードであり、かつジャイロスコープが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誘発される第１のｚ軸二次振動モードに柔軟に適応する。第１のｚ軸二次振動モードが図３ｂに示されている。

この二次振動モードでは、コリオリマス３１１～３１８はすべて、図に示す方向においてそれぞれのカルテット中心点に対して接線方向に動く。振動サイクルの反対の半分では、これらのコリオリマスの各々が反対の接線方向に動く。ｚ軸回転を検出するために、ジャイロスコープは、コリオリマス３１１～３１８の図示された振動を検出するためのセンストランスデューサを備えるべきである。

しかしながら、中央サスペンション構成および周縁結合がどのように構成されるかに応じて、コリオリマス３１１～３１８の接線方向振動は、並進運動と回転運動との混合であり得る。これは、場合によっては、これらのマスの運動からｚ軸二次振動振幅を正確に検出することを困難にすることがある。第１のｚ軸二次振動モードのより容易な検出を促進するために、追加の（および任意選択の）検出マス３５１～３５８をジャイロスコープに追加することができる。検出マスは、第１のｚ軸二次振動モードにおいてそれぞれのカルテット中心点に対して対角方向に動く。

図３ｂに示すジャイロスコープは、第１の検出マスカルテットを共に形成する第１の検出マス、第２の検出マス、第３の検出マスおよび第４の検出マス３５１～３５４を備え、第１の検出マスカルテットは、その静止位置において、第１のカルテット中心点の周りに対称に配置される。第１の検出マス３５１および第２の検出マス３５２は、４５度の角度において横軸３９１および第１の交差軸３９２と交差し、第１のカルテット中心点と交差する第１の対角軸３９５上で位置整合される。第３の検出マス３５３および第４の検出マス３５４は、第１の対角軸３９５に直交し、第１のカルテット中心点と交差する第２の対角軸３９６上で位置整合される。検出マス３５５～３５８は、同じ原理に従って第２のコリオリマスカルテットの周りに配置され、第３の対角軸３９７および第４の対角軸３９８上に位置整合される。

横方向に隣接するコリオリマスから各検出マス（それぞれ３５１～３５８）まで、横方向コーナばね３６１～３６８が延在する。交差方向に隣接するコリオリマスから各検出マス（それぞれ３５１～３５８）まで、交差方向コーナばね３７１～３７８が延在する。

コリオリマス３１１～３１８が第１のｚ軸二次振動モードにおいて接線方向に振動すると、当該接線振動は、横方向コーナばねおよび交差方向コーナばねによって検出マスに伝達される。例えば、試験マス３１１および３１３の対向する接線方向の振動は、検出マス３５１を第１のカルテット中心点に向かって引っ張り、一方、試験マス３１２および３１３の対向する方向の振動は、検出マス３５３を第１のカルテット中心点から押し離す。検出マスは、半径方向の動きを可能にするサスペンション構成によって懸架することができ、横方向および交差方向においてコーナばねによって与えられる運動量は等しい（または等量に極めて近い）ため、図３ｂ示すように、検出マスは対角軸に沿って半径方向振動において動く。

横方向コーナばねは、横方向に剛性であり、交差方向に可撓性であり、一方、交差方向コーナばねは、交差方向に剛性であり、横方向に可撓性である。言い換えれば、それらの寸法のために、すべてのコーナばねは、第１の一次振動モードに柔軟に適応するために必要な半径方向の可撓性を有するが、接線方向でははるかに剛性が高い。

これは、コリオリマスカルテットが、検出マス３５１～３５８を第１の一次振動モードで運動させないことを意味する。代わりに、検出マス３５１～３５８は、ジャイロスコープがｚ軸を中心とした回転を受けるまで実質的に静止したままである。

各検出マスは、当該検出マスが位置整合される、対角方向に配置されている対角アンカー点（図示せず）から懸架することができる。対角アンカー点は、例えば、上記検出マス内に形成された開口部内に位置してもよい。容量性センストランスデューサが、第１のｚ軸二次振動モードにおける半径方向の動きを検出するために、１つまたは複数の検出マスの開口部内に、または１つまたは複数の検出マスに隣接して実装されてもよい。

図３ｃは、ジャイロスコープが第１の一次振動モードにおいて駆動され、ｘ軸を中心とした回転を受けるときにコリオリ力によって誘発される第１のｘ軸二次振動モードと、ジャイロスコープが第１の一次振動モードにおいて駆動され、ｙ軸を中心とした回転を受けるときにコリオリ力によって誘発される第１のｙ軸二次振動モードとを示す（これらの回転は、ここでは同じ図に示されているが、必ずしも同時に発生するとは限らない）。コリオリマス、細長いマス要素および細長い同期バーは、ここでは、第１の一次振動モードが使用されるときに得られる位置において、ｘｙ平面内のそれらの静止位置から離れて示されているが、図１の記号のみが、面外運動を含む第１のｘ軸およびｙ軸二次振動モードを示している。

第１のｙ軸二次振動モードでは、コリオリマス３１２および３１５ならびにそれらに結合された細長いマス要素の第１の端部が１つの面外方向に運動し、一方、コリオリマス３１１および３１６ならびにそれらに結合された細長いマス要素の第１の端部が反対の面外方向に運動する。細長いマス要素は、それらの第２の端部を中心とした面外回転を受ける。

第１のｘ軸二次振動モードでは、コリオリマス３１３および３１８ならびにそれらに結合された細長いマス要素の第１の端部が１つの面外方向に運動し、一方、コリオリマス３１４および３１７ならびにそれらに結合された細長いマス要素の第１の端部が反対の面外方向に運動する。細長いマス要素は、それらの第２の端部を中心とした面外回転を受け、一方、２つの細長い同期バーは、シーソー運動において第３の交差軸３９４を中心として反対の位相で回転し、これはｘ軸二次振動モードの同期に寄与する。

細長いマス要素の第１の端部を隣接するコリオリマスに取り付ける各接続要素は、それらの動きが強く結合されるように、垂直方向に剛性であり得る。ここで参照番号３８３によって示されている任意選択の追加の同期ばねは、コリオリマス３１２および３１５ならびに隣接する細長いマス要素の運動がｙ軸二次振動モードにおいても強く結合されるように、垂直方向において比較的剛性であってもよい。それにもかかわらず、追加の同期ばねは、コリオリマス３１２および３１５（ならびに対応する細長いマス要素）が典型的には図示のｙ軸二次振動モードにおいて反対方向に傾くため、それらが互いに対して回転することを可能にすべきである。接続要素および追加の同期ばねに関するこれらの考慮事項は、以下の図３ｆにも適用される。

両方のコリオリマスカルテットの中央サスペンション構成は、対応するカルテット中心点に交差する横軸３９１および交差軸（３９２または３９３）を中心として柔軟に回転することによって、各カルテット内のｘ軸およびｙ軸二次振動モードに適応し、同期させる。これは、例えばジンバル構造を備えるサスペンション構成を用いて達成することができる。実際の例を以下に示す。

ｘ軸およびｙ軸二次振動モードは、面外運動コリオリマス、細長いマス要素および／または細長い同期バーを測定する１つまたは複数のセンストランスデューサによって検出することができる。専らｘ軸およびｙ軸の周りの振動を測定するためのこれらのセンストランスデューサは、例えば、コリオリマス、細長いマス要素または細長い同期バーを第１の容量性電極として使用し、かつデバイスパッケージ（または他の筐体）の基板または内面上の垂直方向に隣接する固定電極を第２の容量性電極として使用することによって構築することができる。ｘ軸およびｙ軸回転を測定するためのセンストランスデューサに関するこれらの考慮事項は、本開示において提示されるすべての実施形態および例に適用される。

図３ｄは、第１の一次振動モードの代替である第２の一次振動モードを示す。いずれの一次振動モードも使用することができるが、第１の一次振動に適応して同期させる中央サスペンション構成は、典型的には、第２の一次振動モードに適応して同期させることができない。ジャイロスコープの他の部分も、典型的には、選択される一次振動モードに基づいて最適化されなければならない。

第２の一次振動モードでは、コリオリマス３１１～３１８はまた、カルテット中心点に対して半径方向に線形に振動する。しかしながら、図３ａとは異なり、一次振動サイクルの図示された半分では、第１のコリオリマスカルテット３１１～３１４内のすべてのマスが同時に第１のカルテット中心点から外方に線形並進運動し、一方、第２のコリオリマスカルテット内のすべてのマスは第２のカルテット中心点に向かって運動する。一次振動サイクルの反対の半分（図示せず）において、３１１～３１４は、第１のカルテット中心点に向かって内側に動き、３１５～３１８は第２のカルテット中心点から外側に動く。各コリオリマスに結合された細長いマス要素および細長い同期バーは、図３ｄが示すように、それらが結合されているコリオリマスの運動によって決定される回転運動を受ける。

図３ｅは、第１および第２のコリオリマスカルテットが第２の一次振動モードにおいて駆動され、ジャイロスコープがｚ軸を中心とした回転を受けるときにコリオリ力によって誘発される第２のｚ軸二次振動モードを示す。この場合、コリオリマス３１１～３１４は、第１のカルテット中心点に対して接線方向に時計回りの向きに運動し、一方、コリオリマス３１５～３１８は、第２のカルテット中心点に対して反時計回りに運動する。振動サイクルの反対の半分では、これらのコリオリマスの各々が反対の接線方向に動く。容量性センストランスデューサが、第２のｚ軸二次振動モードにおける動きを検出するために、コリオリマス３１１～３１８の開口部内に、または１つまたは複数のこれらのコリオリマスに隣接して実装されてもよい。図３ｅでは、図３ｂの３５１～３５８などの追加の検出マスを利用し、それらにセンストランスデューサを接続することも可能である。

接続要素（図２ａの２４１および２４２など）は、好ましくは、コリオリマス３１１～３１８の二次振動がこれらのコリオリマスに結合されている細長いマス要素に伝達されないように、第１のｚ軸二次振動モードおよび第２のｚ軸二次振動モードに対して可撓性を示すべきである。接続要素の実際の例を下記に示す。

図３ｆは、ジャイロスコープが第２の一次振動モードにおいて駆動され、それぞれｘ軸およびｙ軸を中心とした回転を受けるときにコリオリ力によって誘発される第２のｘ軸およびｙ軸二次振動モードを示す。コリオリマス、細長いマス要素および細長い同期バーは、ここでは、再び、第２の一次振動モードが使用されるときに得られる位置において、ｘｙ平面内のそれらの静止位置から離れて示されているが、図１の記号のみが、面外運動を含む第２のｘ軸およびｙ軸二次振動モードを示している。第２のｘ軸およびｙ軸二次振動モードは、それぞれ第１のｘ軸およびｙ軸二次振動モードに等しいことが分かる。したがって、図３ｃを参照して上述した第１のｘ軸およびｙ軸二次振動モードの説明は、図３ｆにも適用される。

（第２の実施形態）
図４ａは、微小電気機械ジャイロスコープを示し、ジャイロスコープは、静止位置においてデバイス平面内にあるコリオリマスカルテットと、横軸４９１がデバイス平面内で交差軸４９２と直交して交差するカルテット中心点とを備える。ジャイロスコープは、カルテット中心点に位置する中央アンカー点４８１を備え、コリオリマスカルテットは、それらの静止位置においてカルテット中心点の周りに対称に配置されている４つのコリオリマス４１１～４１４を備える。コリオリマスカルテット内の第１のコリオリマスおよび第２のコリオリマス（４１１，４１２）は、それらの静止位置において横軸４９１上で位置整合している。コリオリマスカルテット内の第３のコリオリマスおよび第４のコリオリマス（４１３，４１４）は、それらの静止位置において交差軸４９２上で位置整合している。

ジャイロスコープは、コリオリマスカルテット４１１～４１４を中央アンカー点４８１から懸架するための中央サスペンション構成４７５をさらに備える。中央サスペンション構成４７５は、コリオリマスカルテット４１１～４１４の内側のカルテット中心点を中心とする。

ジャイロスコープは、第１のコリオリマス４１１の外側の横軸４９１の対向する両側に交差方向に位置整合した第１の細長いマス要素（４２１１）および第２の細長いマス要素（４２１２）と、第２のコリオリマス４１２の外側の横軸４９１の対向する両側に交差方向に位置整合した第３の細長いマス要素（４２２１）および第４の細長いマス要素（４２２２）とをさらに備える。ジャイロスコープはまた、第３のコリオリマス４１３の外側の交差軸４９２の対向する両側に横方向に位置整合した第５の細長いマス要素（４２３１）および第６の細長いマス要素（４２３２）と、第４のコリオリマス４１４の外側の交差軸４９２の対向する両側に横方向に位置整合した第７の細長いマス要素（４２４１）および第８の細長いマス要素（４２４２）とを備える。

この第２の実施形態で説明する第５の細長いマス要素、第６の細長いマス要素、第７の細長いマス要素、および第８の細長いマス要素は、第１の実施形態で説明した第５の細長いマス要素、第６の細長いマス要素、第７の細長いマス要素、および第８の細長いマス要素と混同されるべきではない。この第２の実施形態では、１つのコリオリマスカルテットのみを画定するため、細長い同期バーは必要とされず、したがって、すべてのコリオリマスは、単純に２つの隣接する細長いマス要素に結合される。

第１の細長いマス要素４２１１の第１の端部４２１１１は、第２の細長いマス要素４２１２の第１の端部４２１２１に隣接しており、第３の細長いマス要素４２２１の第１の端部４２２１１は、第４の細長いマス要素４２２２の第１の端部４２２２１に隣接している。第５の細長いマス要素４２３１の第１の端部４２３１１は、第６の細長いマス要素４２３２の第１の端部４２３２１に隣接しており、第７の細長いマス要素４２４１の第１の端部４２４１１は、第８の細長いマス要素４２４２の第１の端部４２４２１に隣接している。上記細長いマス要素の各々は、第１の端部とは反対側の第２の端部（４２１１２，４２１２２，４２２１２，４２２２２，４２３１２，４２３２２，４２４１２，４２４２２）を有する。これらの細長いマス要素の各々の第１の端部（４２１１１，４２１２１，４２２１１，４２２２１，４２３１１，４２３２１，４２４１１，４２４２１）は、上記細長いマス要素の内側に隣接する対応するコリオリマス４１１～４１４に、接続要素４４１によって取り付けられている。

ジャイロスコープは、コリオリマスカルテットの外側にある周縁アンカー点４３１～４３４のセットをさらに備える。各細長いマス要素（４２１１，４２１２，４２２１，４２２２，４２３１，４２３２，４２４１，４２４２）は、上記細長いマス要素が実質的にその第２の端部を中心としてデバイス平面内およびデバイス平面外の両方で回転運動を受けることを可能にするマス要素サスペンション構成４８４によって周縁アンカー点（４３１～４３４）から懸架される。

ジャイロスコープは、コリオリマスカルテット４１１～４１４および上記細長いマス要素（４２１１，４２１２，４２２１，４２２２，４２３１，４２３２，４２４１，４２４２）の各々に一次振動運動をさせるための１つまたは複数の駆動トランスデューサ（図４ａには図示せず）と、ジャイロスコープが角回転を受けるときにコリオリの力によって誘発される、第１のコリオリマスカルテットおよび／または細長いマス要素の二次振動運動を検出するための１つまたは複数のセンストランスデューサ（図４ａには図示せず）とをさらに備える。

図４ａでは、周縁アンカー点４３１～４３４のセットは、横軸４９１の第１の側で実質的に横方向に位置整合した第１のサブセット４３１～４３２と、横軸４９１の第２の側で実質的に横方向に位置整合した第２のサブセット４３３～４３４とを含む。この場合、各細長いマス要素の第２の端部は、要素が取り付けられている周縁アンカー点に隣接しており、マス要素サスペンション構成は、細長いマス要素がデバイス平面内で回転することおよびデバイス平面外で回転することを可能にする比較的短いばね４８４を含む。他のマス要素サスペンション構成も可能である。この場合、図２ｂに示された周縁アンカー点の代替構成も使用することができる。同様に、図４ａに示す接続要素４４１は、図２ｂに示す要素２４２と同じであり、これは１つの細長いマス要素の第１の端部と隣接するコリオリマスとの間にのみ取り付けられている。図４ｂは、隣接する細長いマス要素の第１の端部を共に接合し、それらの両方を隣接するコリオリマスに結合する代替の接続要素４４２を示す。

任意選択的に、図２ｂの２８７など、図４ａの細長いマス要素の各対の第１の端部の間に追加の同期ばねを追加することが可能である。マス要素懸架装置、接続ばね構成、および中央サスペンション構成の実際の例を以下に示す。

第１の細長いマス要素、第２の細長いマス要素、第３の細長いマス要素、および第４の細長いマス要素の交差方向の長さはすべて実質的に等しくてもよく、第５の細長いマス要素、第６の細長いマス要素、第７の細長いマス要素、および第８の細長いマス要素の横方向の長さはすべて、第１の細長いマス要素の交差方向の長さと実質的に等しくてもよい。

第１の実施形態および第２の実施形態の両方において、上述の細長いマス要素は、代替的に、マスバー、細長いマスバー、または細長いバーと呼ばれてもよい。

（第２の実施形態における振動モード）
この第２の実施形態において使用することができる一次および二次振動モードは、上記の第１の実施形態について提示された一次および二次振動モードと直接的に類似している。第１の実施形態と同様に、所与のコリオリマスに結合された２つの細長いマス要素の第１の端部は、この第２の実施形態では、すべての一次および二次振動モードにおいて、デバイス平面内およびデバイス平面外の両方でそのコリオリマスと共に動く。

図４ｃは、すべてのコリオリマス４１１～４１４がカルテット中心点に対して半径方向に線形並進運動する第１の一次振動モードを示す。マス４１３～４１４がカルテット中心点から外方に動くとき、マス４１１～４１２はカルテット中心点に向かって動き、逆もまた同様である。図４ｄは、カルテット内の４つすべてのコリオリマス４１１～４１４が同時にカルテット中心点から外方に動き、次いで、振動サイクルの反対側の半分において同時にカルテット中心点に向かって動く第２の一次振動モードを示す。

図４ｅは、ジャイロスコープが第１の一次振動モードまたは第２の一次振動モードのいずれかにおいて駆動され、ジャイロスコープがｘ軸を中心とした回転を受けるときに得られるｘ軸二次振動モードと、ジャイロスコープが第１の一次振動モードまたは第２の一次振動モードのいずれかにおいて駆動され、ジャイロスコープがｙ軸を中心とした回転を受けるときに得られるｙ軸二次振動モードとを示す。これらの回転は、ここでは同じ図に示されているが、必ずしも同時に行われるとは限らない。

コリオリマスおよび細長いマス要素は、図４ｅではｘｙ平面内でそれらの静止位置に示されているが、図３ｃおよび図３ｆに例示されているように、第１の一次振動モードまたは第２の一次振動モードにおいて得られる任意の他の平面内位置にも同様に良好に示すことができる。ｘ軸を中心とした回転に応答して、コリオリマス４１３～４１４は、デバイス平面外に反対方向に動く。ｙ軸を中心とした回転に応答して、コリオリマス４１１～４１２は、デバイス平面外に反対方向に動く。

コリオリマスカルテットの中央サスペンション構成は、横軸４９１および交差軸４９２を中心として柔軟に回転することによって、ｘ軸およびｙ軸二次振動モードに適応し、同期させる。これは、例えばジンバル構造を備えるサスペンション構成を用いて達成することができる。実際の例を以下に示す。

図４ｆは、ジャイロスコープが第１の一次振動モードにおいて駆動され、ジャイロスコープがｚ軸を中心に回転するときに得られる第１のｚ軸二次振動モードを示す。コリオリマス４１１～４１４は、図３ｂのコリオリマス３１１～３１４と同じように接線方向に動く。検出マス４５１～４５４ならびにコーナばね４６１～４６４および４７１～４７４もまた、それぞれ図３ｂの検出マス３５１～３５４ならびにコーナばね３６１～３６４および３７１～３７４に対応し、その図を参照して説明した技術的機能を実行する。

図４ｇは、ジャイロスコープが第２の一次振動モードにおいて駆動され、ジャイロスコープがｚ軸を中心に回転するときに得られる第２のｚ軸二次振動モードを示す。容量性センストランスデューサが、第２のｚ軸二次振動モードにおける動きを検出するために、コリオリマス４１１～４１４の開口部内に、または１つまたは複数のこれらのコリオリマスに隣接して実装されてもよい。ここでも、図において、図３ｂの３５１～３５４などの追加の検出マスを利用し、それらにセンストランスデューサを接続することも可能である。

（実際の例）
図５ａは、第１の実施形態に対応する第１の例示的なジャイロスコープを示す。参照符号５１１～５１４，５２１１～５２１２，５２２１～５２２２，５２３１～５２３２，５２５１，５２６１，５３１，５３５，５５１～５５２，５７３および５９１～５９４は、それぞれ図２ａおよび図２ｂの参照符号２１１～２１４，２２１１～２２１２，２２２１～２２２２，２２３１～２２３２，２２５１，２２６１，２３１，２３５，２５１～２５２，２７３および２９１～２９４に対応する。参照符号５５５～５５８は、それぞれ図３ｂの参照符号３５５～３５８に対応する。コリオリマス、細長いマス要素、細長い同期バー、ｚ軸モードを検出するための検出マスおよび中央サスペンション構成は、ここでは、第１のカルテット中心点および第２のカルテット中心点の両方を中心とした同じレイアウトおよび対称性を有して実装されている。

図５ａに示すジャイロスコープは、図３ａに示す第１の一次振動モードにおいて駆動することができる。各中央サスペンション構成は、２つの同心ジンバルフレームが、共に横軸および交差軸の両方を中心とした回転を容易にする一対の横方向トーションバーおよび一対の交差方向トーションバーによって中央アンカー点から懸架されている中央ジンバル構造５７１１を備える。

中央サスペンション構成はまた、中央ジンバル構造５７１１の２つの横方向端部から実質的に２つの対向する交差方向に延在する２つの剛性連続バー５７１２を備える。中央サスペンション構成はまた、第１の一次振動モードにおけるコリオリマスの運動に適応し、同期させる中央同期構造を備える。

中央同期構造は、上記剛性連続バー５７１２の端部に取り付けられた４つのコーナ要素５７１３を備える。各コーナ要素の取り付け点は、実質的に対応する対角軸上にあり得る。コーナ要素５７１３は、それらの静止位置において対応するジャイロスコープ中心点の周りにほぼ正方形の形状を共に形成することができる。各コーナ要素５７１３の隣接する端部は、コーナ要素５７１３がデバイス平面内で互いに対して回転することを可能にする端部接続ばね５７１４によって共に接合される。バー５７１２、コーナ要素５７１３、および端部接続ばね５７１４は、ｘ軸およびｙ軸二次振動モードにおけるコリオリマスの面外運動を中央ジンバル構造５７１１を介して効果的に同期させることができるように、デバイス平面外運動において剛性であり得る。

図５ｂは、アンカー点５３５の周りのマス要素サスペンション構成および同期バーサスペンション構成をより詳細に示す。参照符号５８４および５８８はここでは、それぞれ図２ａの参照符号２８４および２８８に対応する。ばね５８４および５８８は、依然として構造的支持を提供しながら、第１の一次振動モードにおいて適切な程度の面内曲げを受け、ｘ軸およびｙ軸二次振動モードにおいて適切な程度のねじりを受けるように寸法決めされている。

細長いマス要素５２２１および５２２２を互いに接合する接続要素は、これらの２つの対応する細長いマス要素の第１の端部の間に（図５ｂのｙ方向に）延在する蛇行ばね５４１と、蛇行ばねに対して直交して（図５ｂのｘ方向に）、蛇行ばね５４１から対応するコリオリマス５１２まで延在する直線ばね５４２とからなる。第１の一次振動モードおよび第２の一次振動モードの両方において、直線ばね５４２は、コリオリマス５１２の運動によって横方向に前後に押し引きされる。蛇行ばね５４１は、この運動を細長いマス要素５２２１および５２２２に伝達し、それによってそれらはコリオリマスと共に振動する。蛇行ばね５４１はまた、ｙ軸二次振動モードにおける２つの細長いマス要素５２２１および５２２２の動きを同期させる。蛇行ばね５４１は、細長いマス要素５２２１および５２２２がデバイス平面外に回転するときに互いに対して回転することを可能にするのに十分なねじり可撓性を有する。図５ａに示す他のすべての接続要素も、同じ構造および機能を有する。ｙ軸二次振動モードを同期させる任意選択の追加の同期ばね５７３もまた、２つの蛇行ばねを互いに接合し、それによって一対５２２１＋５２２２を一対５２３１＋５２３２に接続し、第１のコリオリマスカルテットを第２のコリオリマスカルテットに接続する。

図５ｃは、コリオリマス、検出マス、および中央サスペンション構造の開口部にどのように容量性トランスデューサを実装することができるかを示す。これらのトランスデューサは、一次振動の生成、二次振動または一次振動の検出、または他の目的のために使用されてもよい。トランスデューサは、本開示に提示される任意の実際の例示的なデバイスにおいて同様の方法で実装することができる。

より一般的には、図３ａまたは図４ｃに示す第１の一次振動モードが使用される任意の実施形態では、中央サスペンション構造は、各カルテット中心点の周りに、対応する中央アンカー点に固定され、かつ対応するコリオリマスカルテット内の各マスに結合された、デバイス平面内の対称な閉じたパターンを含むサスペンション構成を含むことができ、それにより、対称な閉じたパターンは、対応する交差軸上の一致する強制的な拡張によって横軸上で容易に収縮し、逆もまた同様である。

図６は、第２の実施形態に対応する第２の例示的なジャイロスコープを示す。参照符号６１１～６１４，６２１１～６２４２および６５１～６５４は、それぞれ図４ａ～図４ｃおよび図４ｅ～図４ｆの参照符号４１１～４１４，４２１１～４２４２および４５１～４５４に対応する。

図６に示すジャイロスコープは、図４ｃに示す第１の一次振動モードにおいて駆動することができる。図６の中央サスペンション構成は、図５ａに示される中央サスペンション構成と同一であり、そのため、その図を参照して説明された、論じられている説明およびオプションは、図６の中央サスペンション構成にも適用される。

図６のマス要素サスペンション構成および接続要素も図５ａのマス要素サスペンション構成および接続要素と同一であり、そのため、その図を参照して提示された説明およびオプションは、図６のマス要素サスペンション構成および接続要素にも適用される。

図７は、第１の実施形態に対応する第３の例示的なジャイロスコープを示す。参照符号７１１～７１４および７９１～７９２は、図３ｄ～図３ｆの参照符号７１１～７１４および３９１～３９２に対応している。図７に示すジャイロスコープは、図３ｄに示す第２の一次振動モードにおいて駆動することができる。各中央サスペンション構成は、２つの同心ジンバルフレームが、共に横軸７９１および第１の交差軸７９２または第２の交差軸７９３の両方を中心とした回転を容易にする一対の横方向トーションバーおよび一対の交差方向トーションバーによって中央アンカー点から懸架されている中央ジンバル構造７３１を備える。

第１のカルテットを例にとると、各中央サスペンション構造は、中央ジンバル構造７３１から対角方向、すなわち図７の対角軸７９９によって規定される方向に外向きに延在する４つの剛性支持体７７１１を備える。各剛性支持体は、半径方向に可撓性であるが接線方向に剛性の第１の同期ばね７７１２に接続され、これはボックススプリングであってもよく、一次振動モードにおけるコリオリマス７１１～７１４の同時の外向きおよび内向きの動きに柔軟に適応する。２つの接線方向に可撓性であるが半径方向に剛性の第２の同期ばね７７１３が、各第１の同期ばね７７１２から隣接するコリオリマスの各々まで延在する。第２の同期ばねは、第２のｚ軸二次振動モードにおけるコリオリマス７１１～７１４の同時接線方向運動に柔軟に適応する。

コリオリマス７１１～７１４は、追加の中間サスペンション構造によって支持される。４つの対角アンカー点７３８が、対角軸７９９上の第１の中心点に対して対称に配置されている。半径方向懸架装置７５１が、これらの対角アンカー点７３８の各々から外側に延在する。これらの半径方向懸架装置は、対応するコリオリマス７１１および７１３の外縁に沿って延在する周縁懸架装置７４１に接合される。半径方向懸架装置７５１は、半径方向に剛性であるが、接線方向に可撓性であり、そのため、第２のｚ軸二次振動モードにおけるコリオリマス７１１～７１４の同時接線方向運動に柔軟に適応する。周縁懸架装置７４１は、この接線方向振動を同期させ、それらは共に接合されてそれらの内側にあるコリオリマス７１１～７１４の周りにフレームを形成することができる。

より一般的には、図３ｄに示す第２の一次振動モードが使用される任意の実施形態では、同期サスペンション構造は、各カルテット中心点の周りに、任意選択的にコリオリマスカルテットの周囲に向かって延在するサスペンション構成を含むことができ、当該サスペンション構成は、接線方向に可撓性のばねと直列に結合された半径方向に可撓性のばねを含み、接線方向に可撓性のばねは、対応する中央アンカー点に固定され、対応するコリオリマスカルテットの各マスに結合されている。コリオリマスは、任意選択的に、カルテット内の４つすべてのコリオリマスが半径方向および接線方向に同時に動くように傾斜するように、周縁懸架装置と直列に結合された半径方向懸架装置と相互接続されてもよい。

Claims (5)

1. 微小電気機械ジャイロスコープであって、前記ジャイロスコープは、静止位置においてデバイス平面内にある第１のコリオリマスカルテットと、横軸が前記デバイス平面内で第１の交差軸と直交して交差する第１のカルテット中心点とを備え、前記ジャイロスコープは、前記第１のカルテット中心点に位置する第１の中央アンカー点を備え、
   前記第１のコリオリマスカルテットは、第１のコリオリマスおよび第２のコリオリマスが前記横軸上に位置整合し、第３のコリオリマスおよび第４のコリオリマスが前記第１の交差軸上に位置整合するように、静止位置において前記第１のカルテット中心点の周りに対称に配置された、前記第１のコリオリマス、前記第２のコリオリマス、前記第３のコリオリマスおよび前記第４のコリオリマスを含み、
   前記ジャイロスコープはまた、静止位置において前記デバイス平面内にある第２のコリオリマスカルテットと、前記横軸が前記デバイス平面内で第２の交差軸と直交して交差する第２のカルテット中心点とを備え、前記ジャイロスコープは、前記第２のカルテット中心点に位置する第２の中央アンカー点を備え、
   前記第２のコリオリマスカルテットは、第５のコリオリマスおよび第６のコリオリマスが前記横軸上に位置整合し、第７のコリオリマスおよび第８のコリオリマスが前記第２の交差軸上に位置整合するように、静止位置において前記第２のカルテット中心点の周りに対称に配置されている前記第５のコリオリマス、前記第６のコリオリマス、前記第７のコリオリマスおよび前記第８のコリオリマスを含み、前記ジャイロスコープは、前記第１のカルテット中心点と前記第２のカルテット中心点との間の実質的に中間で前記横軸と交差する第３の交差軸をさらに備え、
   前記第２のカルテット中心点に対する前記第５のコリオリマス、前記第６のコリオリマス、前記第７のコリオリマスおよび前記第８のコリオリマスの静止位置は、それぞれ前記第１のカルテット中心点に対する前記第１のコリオリマス、前記第２のコリオリマス、前記第３のコリオリマスおよび前記第４のコリオリマスの静止位置と同じであり、結果、前記第３のコリオリマスおよび前記第７のコリオリマスは前記横軸の第１の側に位置し、前記第４のコリオリマスおよび前記第８のコリオリマスは前記横軸の第２の側に位置し、前記第２のコリオリマスおよび前記第５のコリオリマスは前記第３の交差軸の対向する両側で互いに隣接し、
   前記ジャイロスコープは、前記第１のコリオリマスカルテットを前記第１の中央アンカー点から懸架するための第１の中央サスペンション構成を備え、前記第１の中央サスペンション構成は、前記第１のコリオリマスカルテットの内側で前記第１のカルテット中心点を中心とし、前記ジャイロスコープは、前記第２のコリオリマスカルテットを前記第２の中央アンカー点から懸架するための第２の中央サスペンション構成をさらに備え、前記第２の中央サスペンション構成は、前記第２のコリオリマスカルテットの内側で前記第２のカルテット中心点を中心とし、
   前記ジャイロスコープは、前記第１のコリオリマスの外側で前記横軸の対向する両側に交差方向に位置整合した第１の細長いマス要素および第２の細長いマス要素と、前記第２のコリオリマスの外側で前記横軸の対向する両側に交差方向に位置整合した第３の細長いマス要素および第４の細長いマス要素と、前記第５のコリオリマスの外側で前記横軸の対向する両側に交差方向に位置整合した第５の細長いマス要素および第６の細長いマス要素と、前記第６のコリオリマスの外側で前記横軸の対向する両側に交差方向に位置整合した第７の細長いマス要素および第８の細長いマス要素とをさらに備え、前記位置整合は、各細長いマス要素が静止位置にあるときに行われ、
   前記第１の細長いマス要素、前記第２の細長いマス要素、前記第３の細長いマス要素、前記第４の細長いマス要素、前記第５の細長いマス要素、前記第６の細長いマス要素、前記第７の細長いマス要素、および前記第８の細長いマス要素の各々は、前記横軸により近い第１の端部と、前記横軸からより離れた第２の端部とを有し、前記細長いマス要素の各々の前記第１の端部は、前記細長いマス要素の内側に隣接する対応する前記コリオリマスに接続要素によって取り付けられ、
   前記ジャイロスコープは、第９の細長いマス要素、第１０の細長いマス要素、第１１の細長いマス要素および第１２の細長いマス要素をさらに備え、前記ジャイロスコープはまた、前記第３の交差軸と交差する第１の細長い同期バーおよび第２の細長い同期バーを備え、前記第１の細長い同期バーは、前記第３のコリオリマスの外側で前記第１の交差軸の対向する両側に前記第９の細長いマス要素と横方向に位置整合し、前記第１の細長い同期バーは、前記第７のコリオリマスの外側で前記第２の交差軸の両側に前記第１０の細長いマス要素と横方向に位置整合し、前記第２の細長い同期バーは、前記第４のコリオリマスの外側で前記第１の交差軸の対向する両側に前記第１１の細長いマス要素と横方向に位置整合し、前記第２の細長い同期バーは、前記第８のコリオリマスの外側で前記第２の交差軸の両側に前記第１２の細長いマス要素と横方向に位置整合し、前記位置整合は、各細長いマス要素および細長い同期バーが静止位置にあるときに行われ、
   前記第９の細長いマス要素および前記第１１の細長いマス要素は、前記第１の交差軸により近い第１の端部と、前記第１の交差軸からより離れた第２の端部とを有し、前記第１０の細長いマス要素および前記第１２の細長いマス要素は、前記第２の交差軸により近い第１の端部と、前記第２の交差軸からより離れた第２の端部とを有し、前記細長いマス要素の各々の前記第１の端部は、前記細長いマス要素の内側に隣接して位置する対応する前記コリオリマスに接続要素によって取り付けられ、
   前記第１の細長い同期バーおよび前記第２の細長い同期バーは、前記第１の交差軸により近い第１の端部と、前記第２の交差軸により近い第２の端部とを有し、各細長い同期バーの各第１の端部および第２の端部は、前記第１の端部または前記第２の端部の内側に隣接して位置する対応する前記コリオリマスに、接続要素によって取り付けられ、
   前記ジャイロスコープは、前記第１のコリオリマスカルテットおよび前記第２のコリオリマスカルテットの外側の周縁アンカー点のセットをさらに備え、各細長いマス要素は、前記細長いマス要素が実質的に前記細長いマス要素の第２の端部の周りで前記デバイス平面内および前記デバイス平面外の両方で回転運動を受けることを可能にするマス要素サスペンション構成によって周縁アンカー点から懸架され、各細長い同期バーは、前記細長い同期バーが実質的に前記細長い同期バーの中点の周りで前記デバイス平面内および前記デバイス平面外の両方で回転運動を受けることを可能にする同期バーサスペンション構成によって周縁アンカー点から懸架され、
   前記ジャイロスコープは、前記第１のコリオリマスカルテットおよび前記第２のコリオリマスカルテット、前記細長いマス要素の各々ならびに前記細長い同期バーの両方に一次振動運動をさせるための１つまたは複数の駆動トランスデューサと、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときにコリオリの力によって誘発される、前記第１のコリオリマスカルテットおよび前記第２のコリオリマスカルテット、ならびに／または前記細長いマス要素、ならびに／または前記細長い同期バーの二次振動運動を検出するための１つまたは複数のセンストランスデューサとをさらに備え、
   前記第１の中央サスペンション構成および前記第２の中央サスペンション構成は、前記第１のコリオリマスカルテットおよび前記第２のコリオリマスカルテットの一次振動運動および二次振動運動に柔軟に適応することを特徴とする、
   微小電気機械ジャイロスコープ。
2. 前記第１の細長いマス要素、前記第２の細長いマス要素、前記第３の細長いマス要素、前記第４の細長いマス要素、前記第５の細長いマス要素、前記第６の細長いマス要素、前記第７の細長いマス要素、および前記第８の細長いマス要素の前記交差方向の長さはすべて実質的に等しく、前記第９の細長いマス要素、前記第１０の細長いマス要素、前記第１１の細長いマス要素、および前記第１２の細長いマス要素の前記横方向の長さはすべて前記第１の細長いマス要素の前記交差方向の長さに実質的に等しく、前記第１の細長い同期バーおよび前記第２の細長い同期バーの前記横方向の長さは両方とも前記第１の細長いマス要素の前記交差方向の長さの実質的に２倍であることを特徴とする、
   請求項１に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
3. 前記第３の細長いマス要素が、前記第５の細長いマス要素に取り付けられているか、または前記第５の細長いマス要素と共に組み込まれており、結果、共に第１の一体型の細長いマス要素を形成し、前記第４の細長いマス要素が、前記第６の細長いマス要素に取り付けられているか、または前記第６の細長いマス要素と共に組み込まれており、結果、共に第２の一体型の細長いマス要素を形成することを特徴とする、
   請求項１に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。
4. 微小電気機械ジャイロスコープであって、前記ジャイロスコープが、静止位置においてデバイス平面内にあるコリオリマスカルテットと、横軸が前記デバイス平面内で交差軸と直交して交差するカルテット中心点とを備え、前記ジャイロスコープが、前記カルテット中心点に位置する中央アンカー点を備え、前記コリオリマスカルテットが、静止位置において前記カルテット中心点の周りに対称に配置された４つのコリオリマスを備え、結果、前記コリオリマスカルテットの前記第１のコリオリマスおよび前記第２のコリオリマスが、静止位置において前記横軸上に位置整合し、前記コリオリマスカルテットの前記第３のコリオリマスおよび前記第４のコリオリマスが、静止位置において前記交差軸上に位置整合し、
   前記ジャイロスコープは、前記コリオリマスカルテットを前記中央アンカー点から懸架するための中央サスペンション構成をさらに備え、前記中央サスペンション構成は、前記コリオリマスカルテットの内側の前記カルテット中心点を中心とし、
   前記ジャイロスコープは、前記第１のコリオリマスの外側で前記横軸の対向する両側に交差方向に位置整合した第１の細長いマス要素および第２の細長いマス要素と、前記第２のコリオリマスの外側で前記横軸の対向する両側に交差方向に位置整合した第３の細長いマス要素および第４の細長いマス要素と、前記第３のコリオリマスの外側で前記交差軸の対向する両側に横方向に位置整合した第５の細長いマス要素および第６の細長いマス要素と、前記第４のコリオリマスの外側で前記交差軸の対向する両側に横方向に位置整合した第７の細長いマス要素および第８の細長いマス要素とをさらに備え、
   前記第１の細長いマス要素の第１の端部が、前記第２の細長いマス要素の第１の端部に隣接し、前記第３の細長いマス要素の第１の端部が、前記第４の細長いマス要素の第１の端部に隣接し、前記第５の細長いマス要素の第１の端部が、前記第６の細長いマス要素の第１の端部に隣接し、前記第７の細長いマス要素の第１の端部が、前記第８の細長いマス要素の第１の端部に隣接し、前記細長いマス要素の各々が、前記第１の端部とは反対側の第２の端部を有し、前記細長いマス要素の各々の前記第１の端部が、前記細長いマス要素の内側に隣接して位置する対応する前記コリオリマスに接続要素を用いて取り付けられ、
   前記ジャイロスコープは、前記コリオリマスカルテットの外側の周縁アンカー点のセットをさらに備え、各細長いマス要素は、前記細長いマス要素が実質的に前記細長いマス要素の第２の端部を中心とした前記デバイス平面内および前記デバイス平面外の両方の回転運動を受けることを可能にするマス要素サスペンション構成によって周縁アンカー点から懸架され、
   前記ジャイロスコープは、前記コリオリマスカルテットおよび前記細長いマス要素の各々に一次振動運動をさせるための１つまたは複数の駆動トランスデューサと、前記ジャイロスコープが角回転を受けるときにコリオリ力によって誘発される、前記コリオリマスカルテットおよび／または前記細長いマス要素の二次振動運動を検出するための１つまたは複数のセンストランスデューサとをさらに備え、
   前記中央サスペンション構成は、前記コリオリマスカルテットの一次振動運動および二次振動運動に柔軟に適応することを特徴とする、
   微小電気機械ジャイロスコープ。
5. 前記第１の細長いマス要素、前記第２の細長いマス要素、前記第３の細長いマス要素、および前記第４の細長いマス要素の前記交差方向の長さはすべて実質的に等しく、前記第５の細長いマス要素、前記第６の細長いマス要素、前記第７の細長いマス要素、および前記第８の細長いマス要素の前記横方向の長さはすべて、前記第１の細長いマス要素の前記交差方向の長さと実質的に等しいことを特徴とする、
   請求項４に記載の微小電気機械ジャイロスコープ。

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