JP7298030B2 - マイクロメカニカル角速度センサシステム、角速度センサアレイ及び対応する製造方法 - Google Patents

マイクロメカニカル角速度センサシステム、角速度センサアレイ及び対応する製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、マイクロメカニカル角速度センサシステム、角速度センサアレイ及び対応する製造方法に関する。
DE102017/216010A1及び米国特許出願公開第2019/0078887(A1)号から、マイクロメカニカル角速度センサシステムが公知である。これは、回転駆動可能な第1の角速度センサ装置と、線形振動するように駆動可能な第2の角速度センサ装置とを有する。さらなる角速度センサは、DE102010062095A1、WO96/39615A1、DE102010061755A1及びDE102011006394A1から公知である。
本発明は、請求項1に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム、請求項12に記載のマイクロメカニカル角速度センサアレイ、及び請求項13に記載の対応する製造方法を提供する。
好ましい改善形態は、それぞれの従属請求項を対象とする。
したがって、本発明は、第2の軸周りの第1の外部角速度及び第3の軸周りの第2の外部角速度を検出するための、第1の軸周りを回転振動するように駆動フレーム装置を介した駆動装置によって駆動可能な第1の角速度センサ装置であって、第1の軸、第2の軸及び第3の軸が互いに直角に配置されている第1の角速度センサ装置と、第1の軸周りの第3の外部角速度を検出するための、第3の軸に沿って線形振動するように駆動フレーム装置を介した駆動装置によって駆動可能な第2の角速度センサ装置とを有するマイクロメカニカル角速度センサシステムに関する。第1の角速度センサ装置は、駆動フレーム装置を介して第2の角速度センサ装置に接続されている。駆動フレーム装置は、駆動装置によって第3の軸に沿って逆位相で振動するように駆動可能な第1の駆動フレームと、第2の駆動フレームとを有する。回転駆動可能な第1の角速度センサ装置は、第1の軸周りを振動するように駆動可能な第1のロータ装置と、第1のロータ装置と逆位相で第1の軸周りを振動するように駆動可能な第2のロータ装置とを有する。第1のロータ装置は、第1の外部角速度で第2の軸周りで、及び第2の外部角速度で第3の軸周りで傾斜可能であり、第2のロータ装置は、第1の外部角速度で第2の軸周りで、及び第2の外部角速度で第3の軸周りで、第1のロータ装置と逆平行に傾斜可能である。さらに、回転駆動可能な第1の角速度センサ装置は、第2の軸周りの平行の傾斜が抑制され、第2の軸周りの逆平行の傾斜が可能となるように、第1のロータ装置と第2のロータ装置とを連結する第1のばね装置を有する第1の連結装置を有し、第3の軸周りの平行の傾斜が抑制され、第3の軸周りの逆平行の傾斜が可能となるように、第1のロータ装置と第2のロータ装置とを連結する第2の連結装置を有する。第1の検出装置は、第1及び第2のロータ装置の第2の軸周りの逆平行の傾斜を検出するためのものであり、第2の検出装置は、第1及び第2のロータ装置の第3の軸周りの逆平行の傾斜を検出するためのものである。第2の連結装置は、第1から第3の揺動部を有し、第1の揺動部は、ばね装置を介して第1のロータ装置及び第1の駆動フレームに接続され、第2の揺動部は、ばね装置を介して第2のロータ装置及び第2の駆動フレームに接続され、第1及び第2の揺動部は、ばね装置を介してそれぞれ第3の揺動部に接続されている。第2の連結装置は、第4から第6の揺動部を有し、第4の揺動部は、ばね装置を介して第1のロータ装置と第1の駆動フレームとに接続され、第5の揺動部は、ばね装置を介して第2のロータ装置と第2の駆動フレームとに接続され、第4及び第5の揺動部は、ばね装置を介してそれぞれ第6の揺動部に接続されている。
本発明の基礎となる考え方は、1軸及び2軸角速度センサを、共通の駆動機構を介して組み合わせることにある。その結果生じる3軸角速度センサは、外部の線形加速度及び回転加速度に対して頑強であり、特に自動車周辺環境におけるセーフティ関連の使用方法のための要件を満たしている。
3つの全ての測定軸に共通の駆動機構を備えるマイクロメカニカル角速度センサシステムは、3つの個別の角速度センサに対して複数の利点がある。駆動機構が1つであるため、センサコアにおいて駆動構造並びに接続パッド及び関連する配線を削減することができる。そのため、1つの駆動制御回路のみを用意すればよいため、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)もコンパクトに構成することができる。様々な角速度センサに対する異なる駆動周波数を回避することは、例えば駆動力の寄生クロストークによる相互干渉を回避することができるため、特に有利である。さらに、パッケージがより簡素になり、本発明に係る角速度センサシステムの設計によって、互いに対する個々の角速度センサの考えられる誤配置が除外される。
外力(振動)による(共振)加振や、システムの力学的又は静電学的な非線形クロストークなど、様々な方法で3軸角速度センサのエラー信号につながり得る干渉モードは、回避することができる。これに対し、同一の1軸角速度センサを3つ使用した場合、全ての角速度センサがプロセスによって異なる周波数の同じ干渉モードを持つため、対象となる周波数範囲では干渉モードの数が総じて3倍となる。したがって、多軸角速度センサでは、同一の検出構造が1つより多い測定軸に対して感度を有することで、干渉モードをさらに低減することが可能である。
本発明によれば、3つの揺動部がそれぞれ2つ設けられ、これらは共に、第1のロータ装置、第2のロータ装置、第1の駆動フレーム及び第2の駆動フレームを接続する。揺動部は平行な軸周りを回転可能であり、中央の揺動部は外側の揺動部と逆平行に傾斜する。このような構成は、少数のばね装置で実現することができる。蛇行が少ない構造を有する構成とすることで、角速度センサシステムを小さく構成することができる。さらに、傾斜の周波数をより良好に調整することができる。
好ましい改善形態によれば、線形駆動可能な第2の角速度センサ装置は、第1の部分フレーム及び第2の部分フレームを備えるフレーム装置を有し、第1の部分フレーム及び第2の部分フレームは、第3の軸に沿って振動するように駆動可能である。したがって、第2の角速度センサ装置は、第1の部分フレームと第2の部分フレームとに分割された1つの検出フレームのみを含む。検出フレームは駆動動作時に移動する。第1及び第2の部分フレームは、第3の外部角速度によって、第1の軸周りで、第2の軸に沿って逆位相で振動するように変位可能である。好ましくは、フレーム装置はちょうど2つの部分フレームで構成される。機械的な可動構造を減らすことで、低周波で励起できるモードの数を有利に低減することができる。
さらなる好ましい改善形態によれば、線形駆動可能な第2の角速度センサ装置は、第1のフレームと第2のフレームとを備えるフレーム装置を有し、第2のフレームは少なくとも部分的に第1のフレームに囲まれており、第1のフレームは第3の軸に沿って振動するように駆動可能であり、第2のフレームは第1のフレームと逆位相で第3の軸に沿って振動するように駆動可能であり、第1のフレーム及び第2のフレームは、第3の外部角速度によって第1の軸周りで、第2の軸に沿って逆位相で振動するように変位可能であり、第1のフレームは、第1の部分フレーム及び第2の部分フレームを有し、第2のフレームは、第3の部分フレーム及び第4の部分フレームを有する。第3の軸に沿った第1の部分フレームと第3の部分フレームの同位相の変位が抑制され、第3の軸に沿った第1の部分フレームと第3の部分フレームの逆位相の変位が可能となるように、第1の部分フレームと第3の部分フレームとが連結されている第3の連結装置と、第3の軸に沿った第2の部分フレームと第4の部分フレームの同位相の変位が抑制され、第3の軸に沿った第2の部分フレームと第4の部分フレームの逆位相の変位が可能となるように、第2の部分フレームと第4の部分フレームとが連結されている第4の連結装置と、が設けられている。第3の検出装置は、第2の軸に沿った第1のフレームと第2のフレームとの逆位相の変位を検出するために機能する。このような角速度センサ装置は、回転駆動可能な第1の角速度センサ装置に良好に連結することができる。
さらなる好ましい改善形態によれば、第1の部分駆動フレームと第3の部分駆動フレームとを接続するための連結装置と、第2の部分駆動フレームと第4の部分駆動フレームとを接続するための連結装置とが設けられている。したがって、さらなる部分駆動フレームの効果的な線形連結を達成することができる。
さらなる好ましい改善形態によれば、駆動装置は、第1の駆動フレームを駆動するための第1の駆動部と、第2の駆動フレームを駆動するための第2の駆動部とを有する。これにより、左右対称の駆動が可能となる。
さらなる好ましい改善形態によれば、駆動装置は、第1の駆動フレームを駆動し、かつ第2の駆動フレームを駆動するための単一の共通駆動部を有する。これにより、設計上のスペースが節約される。
さらなる好ましい改善形態によれば、第1及び/又は第2のロータ装置は、その下方にある直交電極と協働するように構成された1つ又は複数の直交電極を有する。これにより、駆動精度が向上する。
さらなる好ましい改善形態によれば、第1及び/又は第2のロータ装置の下方にさらなる電極が配置され、この電極により直交運動を補償し、及び/又は試験信号を出力することができる。このような構成は、特に開ループ制御のために設けることができる。さらに、周波数調整用や駆動動作の検出用の電極を設けてもよい。
さらなる好ましい改善形態によれば、第1の検出装置及び第2の検出装置は、第1及び第2のロータ装置の下方に配置されたそれぞれの複数の容量性プレート電極を有する。したがって、傾斜を確実に検出することができる。
さらなる好ましい改善形態によれば、第3の検出装置は、第1及び第2のフレーム内に配置された複数の容量性櫛形電極を有する。したがって、左右非対称の変位を確実に検出することができる。
さらなる好ましい改善形態によれば、マイクロメカニカル角速度センサシステムは、さらなる第2の角速度センサ装置を有し、第1の角速度センサ装置は、駆動フレーム装置を介してさらなる第2の角速度センサ装置に接続されている。第2の角速度センサ装置とさらなる第2の角速度センサ装置の構成は同一であってもよい。特に、さらなる第2の角速度センサ装置も、第1の軸周りの第3の外部角速度を検出するために、駆動フレーム装置を介した駆動装置によって、第3の軸に沿って線形振動するように駆動可能である。第2の角速度センサ装置及びさらなる第2の角速度センサ装置は、第1の角速度センサ装置に対して好ましくは対称的に取り付けられている。対称性を高めることで、製造公差の影響を低減することができる。角速度センサ装置全体は、その交点が角速度センサ装置の中心にある2本の垂直な軸に対して対称である。
特に有利には、マイクロメカニカル角速度センサアレイは、アレイ状に配置され、互いに相互接続された複数のマイクロメカニカル角速度センサシステムを含み、それぞれ第2の及びさらなる第2の角速度センサ装置を有する。これにより、全体の構成をさらに対称にすることができる。
本発明のさらなる特徴及び利点を、図に関連する実施形態を参照して以下に説明する。
本発明の第1の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。 代替的な第2の角速度センサ装置を説明する概略平面図である。 本発明の第2の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。 本発明の第1の実施形態に係る角速度センサシステムの第1及び第2の駆動フレームの第1の代替的な連結方法を示す拡大断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る角速度センサシステムの第1及び第2の駆動フレームの第2の代替的な連結方法を示す拡大断面図である。 本発明の第3の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。 図7a)は、本発明に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムのための様々なばね懸架装置を説明する概略平面図である。図7b)は、本発明に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムのための様々なばね懸架装置を説明する概略平面図である。図7c)は、本発明に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムのための様々なばね懸架装置を説明する概略平面図である。 本発明の第4の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。 本発明の第5の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。 本発明の一実施形態に係る角速度センサアレイを説明する概略平面図である。
図中、同じ参照符号は、同一又は機能的に同一の要素を示す。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明するための概略平面図である。
図1において、符号100は、第2の軸(y軸)周りの第1の外部角速度及び第3の軸(x軸)周りの第2の外部角速度を検出するために、第1の軸(z軸)周りを回転振動するように駆動可能な第1の角速度センサ装置を表す。第1の軸、第2の軸、第3の軸(z、y、x)は、互いに垂直に配置されている。
回転駆動可能な第1の角速度センサ装置100は、第1の軸(z軸)周りを振動するように駆動可能な第1のロータ装置1aと、第1のロータ装置1aに対して逆位相で第1の軸(z軸)周りを振動するように駆動可能な第2のロータ装置1bとを有する。
本第1の実施形態では、第1のロータ装置1a及び第2のロータ装置1bは、板状の角型に形成されており、それぞれの中央切欠き部に付随する第1の又は第2の懸架装置A1a、A1bが配置され、係止されている。
第1のロータ装置1aは、第2の軸(y軸)周りを第1の外部角速度で傾斜可能であり、第3の軸(x軸)周りを第2の外部角速度で傾斜可能である。第2のロータ装置1bは、第2の軸(y軸)周りの第1の外部角速度と第3の軸(x軸)周りの第2の外部角速度とによって、第1のロータ装置1aに対して逆平行に傾斜可能である。
第1及び第2のロータ装置1a、1bは、異方性ばね定数によって、第2の軸(y軸)周りの平行の傾斜が抑制され、第2の軸(y軸)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、第1の連結装置としての第1のばね装置F13を介して連結されている。
さらに、第2の連結装置K1、K2が設けられ、これを介して、第1のロータ装置1a及び第2のロータ装置1bは、同様に第2の連結装置K1、K2の異方性ばね定数によって、第3の軸(x軸)周りの平行の傾斜が抑制され、第3の軸(x軸)周りの逆平行の傾斜が可能となるように連結されている。
第2の連結装置K1、K2は、第1の揺動部3a1を備える第1の部分K1を有し、この揺動部3a1は、第1のばね装置y3及び接続要素3c1を介して第1のロータ装置1aと接続されている。第2の揺動部3a2は、第2のばね装置y4及び接続要素3c2を介して第2のロータ装置1bに接続されている。第1及び第2の揺動部3a1、3a2は、第3又は第4のばね装置y5、y6を介してそれぞれ第3の揺動部3aに接続されている。第3の揺動部3aは、第1の弾性懸架部A1を介して基板(図示せず)に固定されている。
第2の連結装置K1、K2は、第4から第6の揺動部3b、3b1、3b2をさらに有し、第4の揺動部3b1は、第5のばね装置y9及び接続要素3d1を介して第1のロータ装置1aに接続されている。第5の揺動部3a2は、第6のばね装置y10及び接続要素3d2を介して第2のロータ装置1bに接続されている。第4及び第5の揺動部3b1、3b2は、第7又は第8のばね装置y11、y12を介してそれぞれ第6の揺動部3bに接続されている。第6の揺動部3bは、第2の弾性懸架部A2を介して基板に固定されている。
さらに、第1の揺動部3a1及び第2の揺動部3a2は、第9及び第10のばね装置y1、y2を介して第1の部分駆動フレームRA1a及び第2の部分駆動フレームRA1bに接続され、第1の部分駆動フレームRA1a及び第2の部分駆動フレームRA1bは、第1の駆動フレームRA1a、RA1bの一部である。
最後に、第4の揺動部3b1及び第5の揺動部3b2は、第11及び第12のばね装置y7、y8を介して第3の部分駆動フレームRA2a及び第4の部分駆動フレームRA2bに接続されており、第3の部分駆動フレームRA2a及び第4の部分駆動フレームRA2bは、第2の駆動フレームRA2a、RA2bの一部である。
第1の検出装置CPY、CNY、CPY‘、CNY‘は、第1及び第2のロータ装置1a、1bの第2の軸(y軸)周りの逆平行の傾斜を検出するために機能する。第2の検出装置CPX、CNX、CPX‘、CNX‘は、第1及び第2のロータ装置1a、1bの第3の軸(x軸)周りの逆平行の傾斜を検出するために機能する。
第1の検出装置CPY、CNY、CPY‘、CNY‘及び第2の検出装置CPX、CNX、CPX‘、CNX‘は、例えば、図1にそれぞれの円で概略的に示されているように、直交運動を補償し、及び/又は試験信号を出力することができる、第1及び第2のロータ装置1a、1bの下方に配置されているそれぞれの複数の容量性プレート電極又はさらなる電極を有する。
第3の軸(x軸)に沿って線形振動するように駆動するために、第1の駆動部AT1と第2の駆動部AT2とを有する駆動装置AT1、AT2、例えば(概略的にのみ示す)櫛形駆動装置が設けられている。
第1の駆動部AT1は、第1の駆動フレームRA1a、RA1bに接続されている。
第2の駆動部AT2は、第2の駆動フレームRA2a、RA2bに接続されている。
第1の駆動フレームRA1a、RA1b及び第2の駆動フレームRA2a、RA2bは角状に構成されており、第1のロータ装置1aからその平面内を横方向に延びている。
第1の部分駆動フレームRA1aは、ばねF1、F2を介して基板(図示せず)に接続されている。第2の部分駆動フレームRA1bは、ばねF3、F4を介して基板に接続されている。さらに、第1の部分駆動フレームRA1a及び第2の部分駆動フレームRA1bは、ばねF5を介して相互に接続されている。ばねF1~F5は、第3の軸(x軸)に沿って振動運動することが好ましいように構成されている。
第3の部分駆動フレームRA2aは、ばねF6、F7を介して基板(図示せず)に接続されている。第4の部分駆動フレームRA2bは、ばねF8、F9を介して基板に接続されている。さらに、第3の部分駆動フレームRA2a及び第4の部分駆動フレームRA2bは、ばねF10を介して相互に接続されている。また、ばねF6~F10は、第3の軸(x軸)に沿って振動運動することが好ましいように構成されている。
ばねF10、F14は、第3の部分駆動フレームRA2aと第4の部分駆動フレームRA2bとを接続する。
第3の部分駆動フレームRA2a及び第4の部分駆動フレームRA2bは、第2のロータ装置1bと、以下にさらに説明する第1の軸(z軸)周りの第3の外部角速度を検出するための、第3の軸(x軸)に沿って線形振動するように駆動可能な第2の角速度センサ装置200とを囲んでいる。
さらに、第3の部分駆動フレームRA2a及び第4の部分駆動フレームRA2bは、第1の角速度センサ装置100と第2の角速度センサ装置200との間の介在空間に延在し、ばねF14を介して相互に接続されている。
さらに、第1の部分駆動フレームRA1a及び第3の部分駆動フレームRA2aは、ばねF11を介して相互に接続され、第2の部分駆動フレームRA1b及び第4の部分駆動フレームRA2bは、ばねF12を介して相互に接続されている。ばねF11、F12は、第3の軸(x軸)に沿った逆位相の振動運動が好ましく、同位相の運動が抑制されるように構成されている。第1及び第2の駆動フレームRA1a、RA1b、RA2a、RA2bのそれぞれの駆動動作方向ABは、対応する矢印で示されている。
第2の角速度センサ装置200は、第1のフレームR1a、R1bと第2のフレームR2a、R2bとを備えるフレーム装置を有し、第1のフレームR1a、R1bは、第1の部分フレームR1aと第2の部分フレームR1bとを有し、第2のフレームR2a、R2bは、第3の部分フレームR2aと第4の部分フレームR2bとを有する。第2のフレームR2a、R2bは、隣接する3辺を第1のフレームR1a、R1bに囲まれている。
第1のフレームR1a、R1bは、第3及び第4の部分駆動フレームRA2a、RA2bとばね装置F20~F23、F30~F33とを介して、第2の駆動部AT2により第3の軸xに沿って振動するように駆動可能である。
第3の軸xに沿った第1及び第3の部分フレームR1a、R2aの同位相の変位が抑制され、第3の軸xに沿った第1及び第3の部分フレームR1a、R2aの逆位相の変位が可能となるように、第1の部分フレームR1a及び第3の部分フレームR2aがそれを介して連結されているばね装置F71~F74が設けられているため、第2のフレームR2a、R2bは、間接的に第1のフレームR1a、R1bによって、第3の軸xに沿って第1のフレームR1a、R1bと逆位相で振動するように駆動可能である。第2の部分フレームR1b及び第4の部分フレームR2bとは、第3の軸xに沿った第2及び第4の部分フレームR1b、R2bの同位相の変位が抑制され、第3の軸xに沿った第2及び第4の部分フレームR1b、R2bの逆位相の変位が可能となるように、類似のばね装置F81~F84を介して連結されている。
異方性ばね装置F24、F25、F91、F92は、第3の部分フレームR2aと基板とを接続し、異方性ばね装置F26、F27、F93、F94は、第4の部分フレームR2bと基板とを接続し、異方性ばね装置F15は、基板と第3の部分フレームR2a及び第4の部分フレームR2bとを接続し、第3の部分フレームR2aと第4の部分フレームR2bとを相互に接続する。
第1及び第2のフレームR1a、R1b、R2a、R2bは、第3の外部角速度によって、第1の軸z周りで第2の軸yに沿って逆位相で振動するように変位可能である。駆動動作の方向AB及び検出動作の方向DBは、対応する矢印で示されている。
第3の検出装置EK1、EK2、例えば容量性櫛形構造は、第2の軸yに沿った第1及び第2のフレームR1a、R1b、R2a、R2bの逆位相の変位を検出するために機能し、本例では第3の部分フレームR2a及び第4の部分フレームR2bの相互変位のみが第3の検出装置EK1、EK2により検出される。
図2は、代替的な第2の角速度センサ装置200‘を説明するための概略平面図である。これは、第1の部分フレームR1a‘と第2の部分フレームR1b‘とを備えたフレーム装置R1a‘、R1b‘を含み、第1の部分フレームR1a‘、R1b‘及び第2の部分フレームR1b‘は、第3の軸xに沿って振動するように駆動可能である。第1及び第2の部分フレームR1a‘、R1b‘は、第3の外部角速度によって、第1の軸z周りで第2の軸yに沿って逆位相で振動するように変位可能である。特に、フレーム装置R1a‘、R1b‘は、図1に示した4つの部分フレームR1a、R2a、R1b、R2bの代わりに、ちょうど2つの部分フレームR1a‘、R1b‘で構成されている。
図3は、本発明の第2の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明するための概略平面図である。
第2の実施形態は、図1に従って上述した第1の実施形態と類似して構成されており、第1の部分駆動フレームRA1a及び第3の部分駆動フレームRA2aが互いに直接接続されておらず、第2の部分駆動フレームRA1b及び第4の部分駆動フレームRA2bも互いに直接接続されていない点のみが異なっている。第1の部分駆動フレームRA1aはばねF2aによって基板に接続され、第2の部分駆動フレームRA1bはばねF4aを介して基板に接続され、第3の部分駆動フレームRA2aはばねF7aを介して基板に接続され、第4の部分駆動フレームはばねF9aを介して基板に接続されている。
第1の駆動フレームRA1a、RA1b及び第2の駆動フレームRA2a、RA2bの間接的な接続は、第2の実施形態では、第1の角速度検出装置100の一方の側では上述の部品y1~y6、3a、3a1、3a2を介して、対向側では上述の部品y7~y12、3b、3b1、3b2によって行われる。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る角速度センサシステムの第1及び第2の駆動フレームの第1の代替的な連結方法を示す拡大断面図である。
第1の代替的な連結方法では、第1の部分駆動フレームRA1a及び第3の部分駆動フレームRA2aはそれぞれ角度のついた端部E1、E2を有し、端部E1、E2間に角ばねF12bが挿入されて基板に係止されている。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る角速度センサシステムの第1及び第2の駆動フレームの第2の代替的な連結方法を示す拡大断面図である。
第2の代替的な連結方法では、第1の部分駆動フレームRA1a及び第2の部分駆動フレームRA2aは同様に、それぞれ角度のついた端部E1、E2を有し、端部E1、E2の間にU字型ばねF12cが投入され、基板に係止されている。さらに、基板に係止されたばねF1cが第1の端部E1には設けられ、第2の端部の基板に係止されたばねF2cは基板に設けられている。
図6は、本発明の第3の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。
第3の実施形態では、ばねF5が省略されているため、第1の部分駆動フレームRA1a‘及び第2の部分駆動フレームRA1b‘は角状の構成ではなく、直線状で相互に接続されていない。
特に、この第3の実施形態では、1つの駆動部、ここでは第2の駆動部AT2のみが設けられており、この駆動部は既に上述した。
ちなみに、第1の駆動フレームRA1a、RA1b及び第2の駆動フレームRA2a、RA2bが互いに線形連結されている全ての実施形態において、第1の駆動部AT1は省略してもよい。
さらに、第1のロータ装置1aに取り付けられた直交電極Q1が概略的に示されており、これはその下方にある直交電極Q2と容量的に相互作用し、対応する電圧を印加することでxy平面以外の動きを防止している。当然ながら、このような直交電極を2つのロータ装置1a、1bの異なる位置に設けて、第1の角速度検出装置の動作を安定させてもよい。
図7a)~c)は、本発明に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムのための様々なばね懸架装置を説明するための概略平面図である。
特に、図7a)~c)は、第1及び第2のロータ装置1a、1bの第1及び第2の懸架装置A1a、A1bの3つの異なる実施形態A‘、A‘‘、A‘‘‘を示す。
第1の実施形態は、第1の軸(z軸)周りを回転可能であり、第2の軸(y軸)及び第3の軸(x軸)周りで傾斜可能な第1の折り返しばねL1を有する。
第2の実施形態は、機械的特性が同じである異なる折り返しばねL2を有する。
第3の実施形態A1‘‘‘は、剛性の湾曲円弧要素RK1、RK2を介して互いに接続された弾性ばねL3a、L3b、L3cの組合せを有する。また、第3の実施形態A1‘‘‘は、第1の軸(z軸)周りを回転し、第2の軸(y軸)及び第3の軸(x軸)周りで傾斜可能である。
それぞれ、懸架装置A‘、A‘‘、A‘‘‘は基板(図示せず)中央に係止されている。
図8は、本発明の第4の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。
第4の実施形態は、第1の実施形態に対応し、第2の駆動部AT2‘は、第2の駆動フレームRA2a‘、RA2b‘の外側ではなく、第2の駆動フレームRA2a‘、RA2b‘の内側に配置されている。
さらに、第2の駆動フレームは中断され、端部領域RA2a‘‘、RA2b‘‘は、ばねF7、F9を介してのみ基板に接続され、第2の駆動部AT2‘には直接接続されていない。
図9は、本発明の第5の実施形態に係るマイクロメカニカル角速度センサシステムを説明する概略平面図である。これは、2つの第2の角速度センサ装置200を有し、第1の角速度センサ装置100は、駆動フレーム装置RA1‘、RA2‘を介して第2の角速度センサ装置200に接続されている。2つの第2の角速度センサ装置200は、第1の角速度センサ装置100のロータ装置1a‘、1b‘に対して対称的に配置されている。
図面は概略的に理解されるものである。特に、第1及び第2の角速度センサ装置100、200及び駆動フレーム装置RA1‘、RA2‘は、上記に示した実施形態のうち任意の実施形態であってよい。
図10は、本発明の一実施形態に係る角速度センサアレイを説明する概略平面図である。マイクロメカニカル角速度センサアレイは、図9に示すように、アレイ状に配置され、相互に接続された複数のマイクロメカニカル角速度センサシステムを有する。角速度センサシステムは剛性リンクV1、V2によって相互に接続されている。
以上、本発明を好ましい実施例を参照して記載したが、本発明はこれに限定されるものではない。特に、言及された材料やトポロジーは例示に過ぎず、説明された例に限定されない。
上記実施形態において図示された第1及び第2の角速度センサ装置の幾何学と対称性は例示に過ぎず、必要に応じて変動してよい。

Claims (13)

  1. 第2の軸(y)周りの第1の外部角速度及び第3の軸(x)周りの第2の外部角速度を検出するための、第1の軸(z)周りを回転振動するように駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘)を介した駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)であって、前記第1の軸(z)、第2の軸(y)及び第3の軸(x)が互いに直角に配置されている、第1の角速度センサ装置と、
    前記第1の軸(z)周りの第3の外部角速度を検出するための、前記第3の軸(x)に沿って線形振動するように前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘;RA1‘、RA2‘)を介した前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)と
    を有するマイクロメカニカル角速度センサシステムであって、
    前記第1の角速度センサ装置(100)が、前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘)を介して前記第2の角速度センサ装置(200)に接続されており、
    前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘;RA1‘、RA2‘)が、前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって前記第3の軸(x)に沿って逆位相で振動するように駆動可能な第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RA1‘)と、第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)とを有し、
    前記回転駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)が、
    前記第1の軸(z)周りを振動するように駆動可能な、第1のロータ装置(1a;1a‘)、及び前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆位相で前記第1の軸(z)周りを振動するように駆動可能な第2のロータ装置(1b;1b‘)であって、
    前記第1のロータ装置(1a;1a‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで傾斜可能であり、
    前記第2のロータ装置(1b;1b‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆平行に傾斜可能である、第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1b;1b‘)と、
    前記第2の軸(y)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第1のばね装置(F13)を有する第1の連結装置(F5;F6;SA、SB、F12)と、
    前記第3の軸(x)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第2の連結装置(K1、K2)と、
    前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜を検出するための第1の検出装置(CPY、CNY;CPY‘、CNY‘)と、
    前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜を検出するための第2の検出装置(CPX;CNX;CPX‘、CNX‘)と
    を有するマイクロメカニカル角速度センサシステムにおいて、
    前記第2の連結装置(K1、K2)が、第1の揺動部(3a1)、第2の揺動部(3a2)及び第3の揺動部(3a)を有し、前記第1の揺動部(3a1)が、ばね装置(y3、y1)を介して前記第1のロータ装置(1a)及び前記第1の駆動フレーム(RA1a)に接続され、前記第2の揺動部(3a2)が、ばね装置(y4、y2)を介して前記第2のロータ装置(1b)及び前記第2の駆動フレーム(RA2a)に接続され、前記第1の揺動部(3a1)及び第2の揺動部(3a2)が、ばね装置(y5、y6)を介してそれぞれ前記第3の揺動部(3a)に接続されており、
    前記第2の連結装置(K1、K2)が、第4の揺動部(3b1)、第5の揺動部(3b2)及び第6の揺動部(3b)を有し、前記第4の揺動部(3b1)が、ばね装置(y9、y7)を介して前記第1のロータ装置(1a)と前記第1の駆動フレーム(RA1b)とに接続され、前記第5の揺動部(3b2)は、ばね装置(y10、y8)を介して前記第2のロータ装置(1b)と前記第2の駆動フレーム(RA2b)とに接続され、前記第4の揺動部(3b1)及び第5の揺動部(3b2)は、ばね装置(y11、y12)を介してそれぞれ前記第6の揺動部(3b)に接続されていることを特徴とする、マイクロメカニカル角速度センサシステム。
  2. 前記線形駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)が、
    第1の部分フレーム(R1a‘)及び第2の部分フレーム(R1b‘)を備えるフレーム装置(R1a‘、R1b‘)を有し、前記第1の部分フレーム(R1a)及び前記第2の部分フレーム(R1b‘)が、前記第3の軸(x)に沿って振動するように駆動可能であり、
    前記第1の部分フレーム(R1a‘)及び第2の部分フレーム(R1b‘)が、前記第3の外部角速度によって、前記第1の軸(z)周りで、前記第2の軸(y)に沿って逆位相で振動するように変位可能である、請求項1に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  3. 前記線形駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)が、
    第1のフレーム(R1a、R1b)と第2のフレーム(R2a;R2b)とを備えるフレーム装置(R1a、R1b;R2a、R2b)であって、
    前記第2のフレーム(R2a;R2b)が少なくとも部分的に前記第1のフレーム(R1a、R1b)に囲まれており、
    前記第1のフレーム(R1a、R1b)が前記第3の軸(x)に沿って振動するように駆動可能であり、前記第2のフレーム(R2a;R2b)が前記第1のフレーム(R1a、R1b)と逆位相で前記第3の軸(x)に沿って振動するように駆動可能であり、
    前記第1のフレーム(R1a、R1b)及び第2のフレーム(R2a、R2b)が、前記第3の外部角速度によって前記第1の軸(z)周りで、前記第2の軸(y)に沿って逆位相で振動するように変位可能であり、
    前記第1のフレーム(R1a、R1b)が、第1の部分フレーム(R1a)及び第2の部分フレーム(R1b)を有し、前記第2のフレーム(R2a;R2b)が、第3の部分フレーム(R2a)及び第4の部分フレーム(R2b)を有する、フレーム装置(R1a、R1b;R2a、R2b)と、
    前記第3の軸(x)に沿った前記第1の部分フレーム及び前記第3の部分フレーム(R1a;R2a)の同位相の変位が抑制され、前記第3の軸(x)に沿った前記第1の部分フレーム及び前記第3の部分フレーム(R1a;R2a)の逆位相の変位が可能となるように、前記第1の部分フレーム(R1a)及び前記第3の部分フレーム(R2a)が連結されている、第3の連結装置(F71-F74)と、
    前記第3の軸(x)に沿った前記第2の部分フレーム及び前記第4の部分フレーム(R1b;R2b)の同位相の変位が抑制され、前記第3の軸(x)に沿った前記第2の部分フレーム(R1b)及び前記第4の部分フレーム(R2b)の逆位相の変位が可能となるように、前記第2の部分フレーム(R1b)及び前記第4の部分フレーム(R2b)が連結されている、第4の連結装置(F81-F84)と、
    前記第2の軸(y)に沿った前記第1のフレーム(R1a、R1b)と前記第2のフレーム(R2a、R2b)との逆位相の変位を検出するための第3の検出装置(EK1、EK2)と
    を有する、請求項1に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  4. 前記第3の検出装置(EK1、EK2、EK3)が、前記第1のフレーム(R1a、R1b)及び第2のフレーム(R2a、R2b)内に配置された複数の容量性櫛形電極を有する、請求項3に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  5. 前記第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RA1‘)は第1の部分駆動フレーム(RA1a)と第2の部分駆動フレーム(RA1b)を含み、前記第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)は第3の部分駆動フレーム(RA2a)と第4の部分駆動フレーム(RA2b)を含み、
    前記第1の部分駆動フレーム(RA1a)と前記第3の部分駆動フレーム(RA2a)とを接続するための連結装置(F11)と、前記第2の部分駆動フレーム(RA1b)と前記第4の部分駆動フレーム(RA2b)とを接続するための連結装置(F12)とが設けられている、請求項1~4のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  6. 前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;ATT、AT2‘)は、前記第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RA1‘)を駆動するための第1の駆動部(AT1;AT)と、前記第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)を駆動するための第2の駆動部(AT2;AT2‘)とを有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  7. 前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;ATT、AT2‘)が、前記第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RAT)を駆動するための、及び前記第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b;RA2‘)を駆動するための単一の共通駆動部(AT2)を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  8. 1つ又は複数の試験信号電極が、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び/又は第2のロータ装置(1b;1b‘)の下方に配置されている、請求項1~7のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  9. 前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び/又は第2のロータ装置(1b;1b‘)が、その下方にある直交電極(Q2)と協働するように構成された1つ又は複数の直交電極(Q1)を有する、請求項1~8のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  10. 前記第1の検出装置(CPY、CNY;CPY‘、CNY‘)及び前記第2の検出装置(CPX、CNX;CPX‘、CNX‘)が、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1b;1b‘)の下方に配置されたそれぞれの複数の容量性プレート電極を有する、請求項1~9のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  11. さらなる第2の角速度センサ装置(200)を備え、前記第1の角速度センサ装置(100)が、前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RAT、RA2‘)を介して前記さらなる第2の角速度センサ装置(200)に接続されている、請求項110のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル角速度センサシステム。
  12. アレイ状に配置され、相互に接続された、請求項111のいずれか一項に記載の複数のマイクロメカニカル角速度センサシステムを備えた、マイクロメカニカル角速度センサアレイ。
  13. マイクロメカニカル角速度センサシステムの製造方法であって、
    駆動装置(AT1、AT2;AT1‘、AT2‘)によって、第3の軸(x)に沿って逆位相で振動するように駆動可能な第1の駆動フレーム(RA1a、RA1b;RAT)及び第2の駆動フレーム(RA2a、RA2b)を有する駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RAT、RA2‘)を形成するステップと、
    第2の軸(y)周りの第1の外部角速度及び第3の軸(x)周りの第2の外部角速度を検出するための、前記駆動装置(AT1、AT2;AT2;AT1‘、AT2‘)によって前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘;RA1‘、RA2‘)を介して第1の軸(z)周りで回転振動するように駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)を形成するステップであって、前記第1の軸(z)、第2の軸(y)及び第3の軸(x)が互いに垂直に配置されている、ステップと、
    前記第1の軸(z)周りの第3の外部角速度を検出するための、前記駆動装置(AT1、AT2;AT1‘、AT2‘)によって前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘)を介して前記第3の軸(x)に沿って線形振動するように駆動可能な第2の角速度センサ装置(200)を形成するステップと、
    前記駆動フレーム装置(RA1a、RA1b、RA2a、RA2b;RA1a‘、RA1b‘、RA2a、RA2b;RA1‘、RA2‘)を介して前記第1の角速度センサ装置(100)と前記第2の角速度センサ装置(200)とを接続するステップと
    を含む製造方法であり、
    前記回転駆動可能な第1の角速度センサ装置(100)が、
    前記第1の軸(z)周りで振動するように駆動可能な、第1のロータ装置(1a;1a‘)、及び前記第1の軸(z)周りで前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆位相で振動するように駆動可能な第2のロータ装置(1b;1b‘)であって、
    前記第1のロータ装置(1a;1a‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで傾斜可能であり、
    前記第2のロータ装置(1b;1b‘)が、前記第1の外部角速度で前記第2の軸(y)周りで、及び前記第2の外部角速度で前記第3の軸(x)周りで、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と逆平行に傾斜可能である、第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1b;1b‘)と、
    前記第2の軸(y)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第1のばね装置(F13)を有する第1の連結装置(F5;F6;SA、SB、F12)と、
    前記第3の軸(x)周りの平行の傾斜が抑制され、前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜が可能となるように、前記第1のロータ装置(1a;1a‘)と前記第2のロータ装置(1b;1b‘)とを連結する第2の連結装置(K1、K2)と、
    前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第2の軸(y)周りの逆平行の傾斜を検出するための第1の検出装置(CPY、CNY;CPY‘、CNY‘)と、
    前記第1のロータ装置(1a;1a‘)及び第2のロータ装置(1a‘;1b‘)の前記第3の軸(x)周りの逆平行の傾斜を検出するための第2の検出装置(CPX;CNX;CPX‘、CNX‘)と
    を有する製造方法において、
    前記第2の連結装置(K1、K2)が、第1の揺動部(3a1)、第2の揺動部(3a2)及び第3の揺動部(3a)を有し、前記第1の揺動部(3a1)が、ばね装置(y3、y1)を介して前記第1のロータ装置(1a)及び前記第1の駆動フレーム(RA1a)に接続され、前記第2の揺動部(3a2)は、ばね装置(y4、y2)を介して前記第2のロータ装置(1b)及び前記第2の駆動フレーム(RA2a)に接続され、前記第1の揺動部(3a1)及び第2の揺動部(3a2)が、ばね装置(y5、y6)を介してそれぞれ前記第3の揺動部(3a)に接続されており、
    前記第2の連結装置(K1、K2)が、第4の揺動部(3b1)、第5の揺動部(3b2)及び第6の揺動部(3b)を有し、前記第4の揺動部(3b1)が、前記第1のロータ装置(1a)と前記第1の駆動フレーム(RA1b)とにばね装置(y9、y7)を介して接続され、前記第5の揺動部(3b2)が、前記第2のロータ装置(1b)と前記第2の駆動フレーム(RA2b)とにばね装置(y10、y8)を介して接続され、前記第4の揺動部(3b1)及び第5の揺動部(3b2)が、それぞれ前記第6の揺動部(3b)にばね装置(y11、y12)を介して接続されていることを特徴とする、製造方法。
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