JPH11337345A - 振動するマイクロジャイロメータ - Google Patents
振動するマイクロジャイロメータInfo
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- JPH11337345A JPH11337345A JP10330254A JP33025498A JPH11337345A JP H11337345 A JPH11337345 A JP H11337345A JP 10330254 A JP10330254 A JP 10330254A JP 33025498 A JP33025498 A JP 33025498A JP H11337345 A JPH11337345 A JP H11337345A
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- microgyrometer
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- seismic mass
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- forming
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Links
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
- G01C19/5733—Structural details or topology
- G01C19/5755—Structural details or topology the devices having a single sensing mass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0814—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 瞬間的な振動状態に対応でき、従来のジャイ
ロメータよりも低精度レベルで且つ低コストである機械
的ジャイロメータを提供する。 【解決手段】 基板表面上に位置付けられ、互いに直交
し且つ該マイクロジャイロメータの測定軸線に直交する
２つの方向に、該基板に相対して移動する地震質量体を
有効にするように配列された弾性手段と、該振動するマ
イクロジャイロメータに対する地震質量体の励振手段
と、該地震質量体で及ぼされるコリオリの力の検出手段
とによって該表面に取り付けられた地震質量体を有する
振動するマイクロジャイロメータにおいて、励振手段
は、互いに直交する２つの方向に地震質量体を励振する
ことが可能であり、検出手段は、互いに直交する２つの
方向にコリオリの力の成分を検出することが可能となる
ものである。
ロメータよりも低精度レベルで且つ低コストである機械
的ジャイロメータを提供する。 【解決手段】 基板表面上に位置付けられ、互いに直交
し且つ該マイクロジャイロメータの測定軸線に直交する
２つの方向に、該基板に相対して移動する地震質量体を
有効にするように配列された弾性手段と、該振動するマ
イクロジャイロメータに対する地震質量体の励振手段
と、該地震質量体で及ぼされるコリオリの力の検出手段
とによって該表面に取り付けられた地震質量体を有する
振動するマイクロジャイロメータにおいて、励振手段
は、互いに直交する２つの方向に地震質量体を励振する
ことが可能であり、検出手段は、互いに直交する２つの
方向にコリオリの力の成分を検出することが可能となる
ものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動するマイクロ
ジャイロメータに関し、より詳細にはシリコン上にマイ
クロ機械加工されたマイクロジャイロメータに関する。
ジャイロメータに関し、より詳細にはシリコン上にマイ
クロ機械加工されたマイクロジャイロメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、クオーツ及びシリコンの加速時計
は、センサ及びアクチュエータとして商用で入手でき
る。マイクロメータ構造が、結果として低コストで且つ
小寸法にする既存の要求に適合するように表されてい
る。しかしながら、このような慣性センサは航法には不
十分であり、任意の特性の移動対象の角速度又は速度
で、情報を測定し又は得るための小さいセンサを開発す
ることが、現在のところ必要である。これらセンサは、
ジャイロメータとして公知である。
は、センサ及びアクチュエータとして商用で入手でき
る。マイクロメータ構造が、結果として低コストで且つ
小寸法にする既存の要求に適合するように表されてい
る。しかしながら、このような慣性センサは航法には不
十分であり、任意の特性の移動対象の角速度又は速度
で、情報を測定し又は得るための小さいセンサを開発す
ることが、現在のところ必要である。これらセンサは、
ジャイロメータとして公知である。
【０００３】回転速度情報について、ジャイロスコープ
は、ジンバル組立体につるされたスピニングホイールの
運動モーメントを維持する原理に基づいて公知であり、
その高精度にしばし驚かされるが、結果として非常に高
コストとなるジャイロスコープは、所望の多くの用途に
それらの統合を可能としない。
は、ジンバル組立体につるされたスピニングホイールの
運動モーメントを維持する原理に基づいて公知であり、
その高精度にしばし驚かされるが、結果として非常に高
コストとなるジャイロスコープは、所望の多くの用途に
それらの統合を可能としない。
【０００４】ジャイロレーザとして公知の他のジャイロ
スコープもまた、既存である。それらは、コヒーレント
光学特性を用いており、不動機械部品である。
スコープもまた、既存である。それらは、コヒーレント
光学特性を用いており、不動機械部品である。
【０００５】しかしながら、前述のジャイロメータより
も低精度レベルで且つ低コストである機械的ジャイロメ
ータが要求される。これら条件は、振動するジャイロメ
ータによって十分満足される。
も低精度レベルで且つ低コストである機械的ジャイロメ
ータが要求される。これら条件は、振動するジャイロメ
ータによって十分満足される。
【０００６】これら動作の原理は、以下のコリオリの力
である、ガリレイ参考システム（少なくとも実験中に固
定されたように考慮され得る参考システム）に関連する
移動フレームに結合された固体の加速度の成分に起因す
る。この原理は、シリコン又はクオーツのマイクロ構造
に十分に適しており、それらのインプリメンテーション
に用いられた技術は、マイクロ加速度計を製造するため
に用いられたものと同様にできる。多くのジャイロメー
タは、この原理、及びしばしば用いられる検出タイプに
依存して用いられる。
である、ガリレイ参考システム（少なくとも実験中に固
定されたように考慮され得る参考システム）に関連する
移動フレームに結合された固体の加速度の成分に起因す
る。この原理は、シリコン又はクオーツのマイクロ構造
に十分に適しており、それらのインプリメンテーション
に用いられた技術は、マイクロ加速度計を製造するため
に用いられたものと同様にできる。多くのジャイロメー
タは、この原理、及びしばしば用いられる検出タイプに
依存して用いられる。
【０００７】どのような幾何学であっても、これら計器
は、互いにであるが、測定すべき角速度の回転軸線に対
して、即ち情報が要求されるものに対して、直交する２
つの自由度を有する機械的オシレータである。これら２
つの自由度は、同一性質周波数又は同一共振周波数にさ
らされなければならず、重要な制約を構成する。
は、互いにであるが、測定すべき角速度の回転軸線に対
して、即ち情報が要求されるものに対して、直交する２
つの自由度を有する機械的オシレータである。これら２
つの自由度は、同一性質周波数又は同一共振周波数にさ
らされなければならず、重要な制約を構成する。
【０００８】これら計器の進展の原理は、以下のコリオ
リの力のベクタ式である。
リの力のベクタ式である。
【０００９】
【数１】
【００１０】ｍは弾性動作によって移動対象物につなが
る地震質量体(seismic mass)である。
る地震質量体(seismic mass)である。
【外２】 は、移動対象物の角速度のベクタ表現である。Ｖ
relativeは、移動対象物に相対する質量ｍの速度のベク
タ表現である。
relativeは、移動対象物に相対する質量ｍの速度のベク
タ表現である。
【００１１】力
【外３】 は２つの速度
【外４】 に直交しており、これらが共直線でない場合にのみ存在
することを表している。従って、
することを表している。従って、
【外５】 に比例すべき信号を発生するために、
【外６】 に非共直線の方向につるされた質量体を移動するため
に、及びそれらに起因する信号を、これら２つの速度に
直交する方向で測定するために、十分となる。最良の信
号は、
に、及びそれらに起因する信号を、これら２つの速度に
直交する方向で測定するために、十分となる。最良の信
号は、
【外７】 について得られるであろうことに注目することが重要で
ある。この信号は、出力で測定することが望まれる物理
量に依存する。多くの設計者は、以下の振幅比を用いる
回転速度
ある。この信号は、出力で測定することが望まれる物理
量に依存する。多くの設計者は、以下の振幅比を用いる
回転速度
【外８】 における情報を得るように解決している。
【００１２】
【数２】
【００１３】Ωは回転速度であり、Ｑは機械的品質係数
であり、ｆ0 は２つの方向の自然周波数であり、ｐ＝ｆ
／ｆ0 は励振周波数／自然周波数比である。
であり、ｆ0 は２つの方向の自然周波数であり、ｐ＝ｆ
／ｆ0 は励振周波数／自然周波数比である。
【００１４】この振幅比は、２つの自由度を有するオシ
レータの励振に対応しており、それらの一方の自由度
は、外部力によって励振される。最良比は、共振周波数
ｆr での励振によって得られる。
レータの励振に対応しており、それらの一方の自由度
は、外部力によって励振される。最良比は、共振周波数
ｆr での励振によって得られる。
【００１５】 Ａoutput／Ａinput ＝Ｒ＝（Ω・Ｑ）／（π・ｆr ） （３）
【００１６】この信号の最適化は、品質係数を改善し且
つ共振周波数を最小にするために合計される。
つ共振周波数を最小にするために合計される。
【００１７】多数の文献は、前述した方法に基づいた振
動するマイクロジャイロメータを記載している。これら
振動するマイクロジャイロメータは、常に、２つの自由
度を有する構造であり、それらの一方のパスは１つの外
部励振力を用いる一方の速度に制限されており、コリオ
リの力によって励振された他方のパスは、検出に用いら
れる。図１は、従来技術のマイクロ整合によって得られ
た振動するマイクロジャイロメータの平面図である。マ
イクロジャイロメータは、基板１から作られており、該
基板１の上部で且つ平行に配置された移動要素２を有す
る。該移動要素２は、該基板のプレーンに平行なビーム
３によって基板１の上部に維持され、アンカポイントに
よって該基板に接続される。その方向が軸線ｙに平行で
ある移動要素２及びビーム３が、基板を覆う犠牲層の除
去に続いて得られる。ビーム３は、移動要素の矩形フレ
ーム５の角に取り付けられており、第２のオシレータと
して公知の矩形部分６をそのセンタで支持する。第２の
オシレータは、ビーム７によってフレーム５に接続され
ており、その方向は軸線ｘに平行である。フレーム５及
び第２のオシレータ６を合体する移動要素２は、従って
軸線ｘ及びｙのプレーンに平行で且つ軸線ｚに垂直なプ
レーンの中にある。
動するマイクロジャイロメータを記載している。これら
振動するマイクロジャイロメータは、常に、２つの自由
度を有する構造であり、それらの一方のパスは１つの外
部励振力を用いる一方の速度に制限されており、コリオ
リの力によって励振された他方のパスは、検出に用いら
れる。図１は、従来技術のマイクロ整合によって得られ
た振動するマイクロジャイロメータの平面図である。マ
イクロジャイロメータは、基板１から作られており、該
基板１の上部で且つ平行に配置された移動要素２を有す
る。該移動要素２は、該基板のプレーンに平行なビーム
３によって基板１の上部に維持され、アンカポイントに
よって該基板に接続される。その方向が軸線ｙに平行で
ある移動要素２及びビーム３が、基板を覆う犠牲層の除
去に続いて得られる。ビーム３は、移動要素の矩形フレ
ーム５の角に取り付けられており、第２のオシレータと
して公知の矩形部分６をそのセンタで支持する。第２の
オシレータは、ビーム７によってフレーム５に接続され
ており、その方向は軸線ｘに平行である。フレーム５及
び第２のオシレータ６を合体する移動要素２は、従って
軸線ｘ及びｙのプレーンに平行で且つ軸線ｚに垂直なプ
レーンの中にある。
【００１８】マイクロジャイロメータは、インターデジ
タルなトランスデューサの形態で、電極を用いて容量性
励振手段を有しており、基板１は固定された励振電極８
を支持し、一方でフレーム２は移動する励振電極９を支
持する。マイクロジャイロメータはまた、インターデジ
タルなトランスデューサの形態で、電極を通って容量性
検出手段を有する。基板１は、固定された検出電極１０
を支持しており、一方で第２のオシレータは、移動する
検出電極１１を支持する。
タルなトランスデューサの形態で、電極を用いて容量性
励振手段を有しており、基板１は固定された励振電極８
を支持し、一方でフレーム２は移動する励振電極９を支
持する。マイクロジャイロメータはまた、インターデジ
タルなトランスデューサの形態で、電極を通って容量性
検出手段を有する。基板１は、固定された検出電極１０
を支持しており、一方で第２のオシレータは、移動する
検出電極１１を支持する。
【００１９】図１のマイクロジャイロメータは、２つの
自由度を有するオシレータを構成しており、一方のパス
自由度を有するオシレータを構成しており、一方のパス
【外９】 は、エアギャップ変化によって静電検出（容量測定）に
用いられる。他のパス
用いられる。他のパス
【外１０】 は、エアギャップ変化によって静電検出（キャパシタン
ス測定）に用いられる。組立体は、軸線
ス測定）に用いられる。組立体は、軸線
【外１１】 に対して回転速度Ωにさらされる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】このタイプのマイクロ
ジャイロメータは、以下の欠点を有する。それは、小さ
い回転速度に対して非常に弱い信号を供給する。関連式
（３）によって表された比は周波数に反比例し、これが
欠点となる。装置の応答は、瞬間的な振動状態に対して
満足されない。
ジャイロメータは、以下の欠点を有する。それは、小さ
い回転速度に対して非常に弱い信号を供給する。関連式
（３）によって表された比は周波数に反比例し、これが
欠点となる。装置の応答は、瞬間的な振動状態に対して
満足されない。
【００２１】これら欠点を取り除くために、本発明は、
以下の検討点に基づいた振動するジャイロメータを提案
する。
以下の検討点に基づいた振動するジャイロメータを提案
する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】コリオリの力は、ガリレ
イ参考システム（又は実験中のこのような結果として考
慮されて）に対して参考の移動フレームに結合された固
体の加速度の成分に起因する。互いに、及び測定すべき
回転速度の軸に、即ち情報が所望されるところに、直交
する２つの自由度を有するオシレータで相互作用するコ
リオリの力を開始点として用いることにおいて、２つの
自由度によって構成された２つのパスに従って移動する
質量体速度に分け与えることを妨げることなく、相対速
度で２つの成分を与えて合計しており、即ちＶx 及びＶ
y は、軸線
イ参考システム（又は実験中のこのような結果として考
慮されて）に対して参考の移動フレームに結合された固
体の加速度の成分に起因する。互いに、及び測定すべき
回転速度の軸に、即ち情報が所望されるところに、直交
する２つの自由度を有するオシレータで相互作用するコ
リオリの力を開始点として用いることにおいて、２つの
自由度によって構成された２つのパスに従って移動する
質量体速度に分け与えることを妨げることなく、相対速
度で２つの成分を与えて合計しており、即ちＶx 及びＶ
y は、軸線
【外１２】 に沿うそれぞれ前記２つの成分である。参考の固定フレ
ームに対する参照の移動フレームが軸線
ームに対する参照の移動フレームが軸線
【外１３】 について回転速度Ωを有するように想定される。続い
て、コリオリの力は、パス
て、コリオリの力は、パス
【外１４】 に沿ったＦx Coriolis＝−２・ｍ・Ω・Ｖy と、パス
【外１５】 に沿ったＦy Coriolis＝２・ｍ・Ω・Ｖx との２つの成
分を有することになる。それゆえ、パス
分を有することになる。それゆえ、パス
【外１６】 に沿った振幅は、それを減少しようとする力によって逆
となり、その一方でパス
となり、その一方でパス
【外１７】 は増加される。
【００２３】２つのパス
【外１８】 の各々が外部で励振されるならば、励振力及び結果とし
て生じる振幅は、パスの各々で測定され（装置は回転速
度にさらされる）、振幅比
て生じる振幅は、パスの各々で測定され（装置は回転速
度にさらされる）、振幅比
【数３】 は、以下の式にもたらされ得る。
【００２４】
【数４】
【００２５】ｆはパス
【外１９】 の自然周波数及び共振周波数であり、Ｑは機械的品質係
数であり、Ωは測定すべき回転速度である。
数であり、Ωは測定すべき回転速度である。
【００２６】高係数Ｑを得るために高真空にすることが
必要となる。同じ低回転速度について、本発明によって
提案されたように、２つの励振されたパスを有する動作
に対して検出された信号は、振動するジャイロメータ
を、従来技術で供給されたおよそ２倍の値を有する。加
えて、安定状態形態の発展したオシレータと共に、それ
は、ストレス又は動作（回転速度）に瞬間に応答し、こ
れは特定の利点となる。
必要となる。同じ低回転速度について、本発明によって
提案されたように、２つの励振されたパスを有する動作
に対して検出された信号は、振動するジャイロメータ
を、従来技術で供給されたおよそ２倍の値を有する。加
えて、安定状態形態の発展したオシレータと共に、それ
は、ストレス又は動作（回転速度）に瞬間に応答し、こ
れは特定の利点となる。
【００２７】従って、本発明は、振動するマイクロジャ
イロメータに関しており、基板表面上に位置付けられ、
互いに直交し且つ該マイクロジャイロメータの測定軸線
に直交する２つの方向に、該基板に相対して移動する地
震質量体を有効にするように配列された弾性手段と、該
振動するマイクロジャイロメータに対して地震質量体の
励振手段と、該地震質量体で及ぼされるコリオリの力の
検出手段とによって該表面に取り付けられた地震質量体
を有する振動するマイクロジャイロメータにおいて、励
振手段は、互いに直交する２つの方向に地震質量体を励
振することが可能であり、検出手段は、互いに直交する
２つの方向にコリオリの力の成分を検出することが可能
となることを特徴とする。
イロメータに関しており、基板表面上に位置付けられ、
互いに直交し且つ該マイクロジャイロメータの測定軸線
に直交する２つの方向に、該基板に相対して移動する地
震質量体を有効にするように配列された弾性手段と、該
振動するマイクロジャイロメータに対して地震質量体の
励振手段と、該地震質量体で及ぼされるコリオリの力の
検出手段とによって該表面に取り付けられた地震質量体
を有する振動するマイクロジャイロメータにおいて、励
振手段は、互いに直交する２つの方向に地震質量体を励
振することが可能であり、検出手段は、互いに直交する
２つの方向にコリオリの力の成分を検出することが可能
となることを特徴とする。
【００２８】有利な点として、励振手段は静電励振手段
であり、検出手段は容量性検出手段である。
であり、検出手段は容量性検出手段である。
【００２９】有利な点として、弾性手段は、２つの相互
に直交方向に同一機械硬度を有するように設計されてい
る。
に直交方向に同一機械硬度を有するように設計されてい
る。
【００３０】地震質量体及び弾性手段は、基板の前記表
面に平行で且つ該基板の上部に位置付けられたプレート
に作られた凹部によって規定される。また、弾性手段は
可撓ストリップである。
面に平行で且つ該基板の上部に位置付けられたプレート
に作られた凹部によって規定される。また、弾性手段は
可撓ストリップである。
【００３１】励振手段は静電励振キャパシタを含むこと
ができ、各キャパシタは、基板の要素をなす電極と、地
震質量体の要素をなす電極を形成する手段とを合体す
る。検出手段は、キャパシタを含むことができ、各キャ
パシタは、基板の要素をなす電極と、地震質量体の要素
をなす電極を形成する手段とを有する。電極を形成する
手段は、導電材料であるならば、地震質量体の材料によ
って作ることができる。基板の要素をなす電極は、基板
が空洞又は凹部内で分散され得る。
ができ、各キャパシタは、基板の要素をなす電極と、地
震質量体の要素をなす電極を形成する手段とを合体す
る。検出手段は、キャパシタを含むことができ、各キャ
パシタは、基板の要素をなす電極と、地震質量体の要素
をなす電極を形成する手段とを有する。電極を形成する
手段は、導電材料であるならば、地震質量体の材料によ
って作ることができる。基板の要素をなす電極は、基板
が空洞又は凹部内で分散され得る。
【００３２】有利な点として、静電スクリーンは、基板
の要素をなす各電極が、地震質量体の要素をなす電極を
形成し且つそれに対向する単一手段を有するキャパシタ
を形成するように提供される。
の要素をなす各電極が、地震質量体の要素をなす電極を
形成し且つそれに対向する単一手段を有するキャパシタ
を形成するように提供される。
【００３３】地震質量体は、該地震質量体によって占有
された表面の外側に配置されたアンカポイントによって
基板に取り付けられることができる。それはまた、該地
震質量体によって占有された表面のセンタに配置された
アンカポイントによって該基板に取り付けられることも
できる。
された表面の外側に配置されたアンカポイントによって
基板に取り付けられることができる。それはまた、該地
震質量体によって占有された表面のセンタに配置された
アンカポイントによって該基板に取り付けられることも
できる。
【００３４】本発明によるマイクロジャイロメータは、
例えばシリコン基板である、半導体基板から製造され得
る。
例えばシリコン基板である、半導体基板から製造され得
る。
【００３５】本発明はすぐに理解され、他の効果及び特
徴は、添付された図面を参照して、限定されない模範的
な方法で与えられた以下の説明を読むことによって明確
となる。
徴は、添付された図面を参照して、限定されない模範的
な方法で与えられた以下の説明を読むことによって明確
となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明によるマイクロジャイロメ
ータの第１の実施形態は、図２において平面図で表され
ている。マイクロジャイロメータは、例えばｎ型にドー
プされた単結晶質シリコン層でマイクロ機械加工されて
いる。この単結晶質の絶縁層上のシリコン層は、１９８
６年１０月１５日のＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，第６０
巻（８）に記載されたＭ．ＳＨＩＭＢＯらによる「シリ
コン対シリコンの直接ボンディング方法」の文献を含む
多数の文献に説明されたウェーハボンディングによって
得られる。例えばシリコンプレートの酸化物インプラン
テーションである絶縁層上のシリコン層を得るために、
又は単に犠牲層上の単結晶質又は多結晶質のシリコン層
をデポジットするために、他の方法を用いることが可能
となる。
ータの第１の実施形態は、図２において平面図で表され
ている。マイクロジャイロメータは、例えばｎ型にドー
プされた単結晶質シリコン層でマイクロ機械加工されて
いる。この単結晶質の絶縁層上のシリコン層は、１９８
６年１０月１５日のＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，第６０
巻（８）に記載されたＭ．ＳＨＩＭＢＯらによる「シリ
コン対シリコンの直接ボンディング方法」の文献を含む
多数の文献に説明されたウェーハボンディングによって
得られる。例えばシリコンプレートの酸化物インプラン
テーションである絶縁層上のシリコン層を得るために、
又は単に犠牲層上の単結晶質又は多結晶質のシリコン層
をデポジットするために、他の方法を用いることが可能
となる。
【００３７】このマイクロジャイロメータは、基板１５
の上側表面上につるされた地震質量体１６を含んでお
り、２つのアンカポイント２０及び３０によって該表面
に平行に維持される。アンカポイント２０及び３０は、
単結晶質シリコン層でエッチされた構造を維持する。支
持基板から単結晶質シリコン層を分離する犠牲層の除去
に続いて、単結晶質シリコン層又はプレートは、図２に
表された構造を与えるようにエッチされる。
の上側表面上につるされた地震質量体１６を含んでお
り、２つのアンカポイント２０及び３０によって該表面
に平行に維持される。アンカポイント２０及び３０は、
単結晶質シリコン層でエッチされた構造を維持する。支
持基板から単結晶質シリコン層を分離する犠牲層の除去
に続いて、単結晶質シリコン層又はプレートは、図２に
表された構造を与えるようにエッチされる。
【００３８】各アンカポイント２０及び３０は、そのセ
ンタで、ビーム２１及び３１のそれぞれを支持する。そ
の端の間で、各ビーム２１及び３１が、スプリング２２
及び３２それぞれを形成する可撓ストリップに対する。
可撓ストリップ又はスプリング２２及び３２は、方向
ンタで、ビーム２１及び３１のそれぞれを支持する。そ
の端の間で、各ビーム２１及び３１が、スプリング２２
及び３２それぞれを形成する可撓ストリップに対する。
可撓ストリップ又はスプリング２２及び３２は、方向
【外２０】 に平行となる。可撓ストリップ２２は、そのセンタで、
ビーム２１に平行なビーム２４を、横部分２３を用いて
支持する。同じ方法で、可撓ストリップ３２は、そのセ
ンタで、ビーム３１に平行なビーム３４を、横部分３３
を用いて支持する。
ビーム２１に平行なビーム２４を、横部分２３を用いて
支持する。同じ方法で、可撓ストリップ３２は、そのセ
ンタで、ビーム３１に平行なビーム３４を、横部分３３
を用いて支持する。
【００３９】地震質量体１６は、４つの可撓ストリッ
プ、即ちビーム２４の端に接続されたストリップ２５及
び２６と、ビーム３４の端に接続されたストリップ３５
及び３６とによって、ビーム２４及び３４の端で保持さ
れる。これら可撓ストリップ２５、２６、３５及び３６
は、方向
プ、即ちビーム２４の端に接続されたストリップ２５及
び２６と、ビーム３４の端に接続されたストリップ３５
及び３６とによって、ビーム２４及び３４の端で保持さ
れる。これら可撓ストリップ２５、２６、３５及び３６
は、方向
【外２１】 に平行となる。これら可撓性は、ストリップ２２及び３
２が方向
２が方向
【外２２】 に可撓である際に、方向
【外２３】 に作用を及ぼす。従って、地震質量体１６は、基板１５
の上側表面に垂直に規定通りの全ての方向に、即ち方向
の上側表面に垂直に規定通りの全ての方向に、即ち方向
【外２４】 に規定通りの全ての方向に、配置される。
【００４０】これら可撓ストリップによって構成された
弾性移動体は、これらに係合する機械的硬度が、可能と
なる範囲で同一自然周波数を方向
弾性移動体は、これらに係合する機械的硬度が、可能と
なる範囲で同一自然周波数を方向
【外２５】 に与えるように設計される。
【００４１】この実施形態において、地震質量体１６は
十字に形成され、その各ブランチは、一連の曲がった部
分によって、隣接するブランチに接続される。２つの連
続する曲がった部分の間の各空間は、凹部又は空洞を構
成する。
十字に形成され、その各ブランチは、一連の曲がった部
分によって、隣接するブランチに接続される。２つの連
続する曲がった部分の間の各空間は、凹部又は空洞を構
成する。
【００４２】基板１５の要素は、マイクロジャイロメー
タのエッチング中に取り残される。地震質量体１６の周
囲に、分散した第１の励振電極４０がある。各電極４０
は、ドープされた単結晶質シリコン即ち電気的導電材料
から形成された地震質量体１６の対応する部分に対向
し、他のキャパシタ電極を構成する。これら励振キャパ
シタ電極４０もまた、方向
タのエッチング中に取り残される。地震質量体１６の周
囲に、分散した第１の励振電極４０がある。各電極４０
は、ドープされた単結晶質シリコン即ち電気的導電材料
から形成された地震質量体１６の対応する部分に対向
し、他のキャパシタ電極を構成する。これら励振キャパ
シタ電極４０もまた、方向
【外２６】 に分散される。
【００４３】次に、検出電極として公知の他の電極４１
がある。それらは、地震質量体１６の凹部内に配置され
る。励振電極４０に関して、各電極４１は、他のキャパ
シタ電極を形成する地震質量体１６を、単結晶質シリコ
ンの対応する部分に対向する。電極４１もまた、方向
がある。それらは、地震質量体１６の凹部内に配置され
る。励振電極４０に関して、各電極４１は、他のキャパ
シタ電極を形成する地震質量体１６を、単結晶質シリコ
ンの対応する部分に対向する。電極４１もまた、方向
【外２７】 に従って分散される。それらは、方向
【外２８】 に対して回転速度で情報を提供するパス
【外２９】 に沿って振幅の全時間で測定のために用いられる。
【００４４】電極４０及び４１は、例えばシリカ層のよ
うな、絶縁層によって基板５０から分離される。それら
はドープされた単結晶質シリコンにできる。
うな、絶縁層によって基板５０から分離される。それら
はドープされた単結晶質シリコンにできる。
【００４５】マイクロジャイロメータもまた、例えば、
単結晶質シリコンの静電スクリーン４２を有しており、
基板１５によって直接支持される。これら静電スクリー
ン４２は、検出電極４１の分散の作用として分散され
る。従って、各電極だけが、対向する地震質量体１６の
一部分で単一キャパシタを形成する。従って、電極４０
及び４１の各々は、一方の影響の及ぶ方向だけを有す
る。
単結晶質シリコンの静電スクリーン４２を有しており、
基板１５によって直接支持される。これら静電スクリー
ン４２は、検出電極４１の分散の作用として分散され
る。従って、各電極だけが、対向する地震質量体１６の
一部分で単一キャパシタを形成する。従って、電極４０
及び４１の各々は、一方の影響の及ぶ方向だけを有す
る。
【００４６】励振電極４０は、パス
【外３０】 に沿って励振振動を供給することが可能となる。方向電
極４１は、アナライザにそれを転送するために、パス
極４１は、アナライザにそれを転送するために、パス
【外３１】 に沿って信号を補正することが可能となる。そして、マ
イクロジャイロメータに備えられた本体の軸線
イクロジャイロメータに備えられた本体の軸線
【外３２】 に対して回転速度の情報を提供する。マイクロジャイロ
メータの振幅ロッキングが所望され、回転速度の作用と
して機械的特徴を修正することは可能ではない。それゆ
え、前記速度の情報は、励振電極に供給された静電電位
の情報によって提供される。
メータの振幅ロッキングが所望され、回転速度の作用と
して機械的特徴を修正することは可能ではない。それゆ
え、前記速度の情報は、励振電極に供給された静電電位
の情報によって提供される。
【００４７】本発明によるマイクロジャイロメータの第
２の実施形態が、図３及び図４に説明されており、該図
３は平面図であり、該図４は断面図である。マイクロジ
ャイロメータは、例えばｎ型にドープされたシリコン基
板５０上にマイクロ機械加工される。それは、弾性移動
体５３を用いる中央のアンカポイント５２によって、基
板５０の上側表面上で且つ該表面に平行につるされた地
震質量体５１を備えている。第１の実施形態に関して、
振動構造は、基板の上側表面上に予めデポジットされた
犠牲層上にｎ型にドープされた微小結晶質シリコンをデ
ポジットすることによって得られたプレートにエッチさ
れる。
２の実施形態が、図３及び図４に説明されており、該図
３は平面図であり、該図４は断面図である。マイクロジ
ャイロメータは、例えばｎ型にドープされたシリコン基
板５０上にマイクロ機械加工される。それは、弾性移動
体５３を用いる中央のアンカポイント５２によって、基
板５０の上側表面上で且つ該表面に平行につるされた地
震質量体５１を備えている。第１の実施形態に関して、
振動構造は、基板の上側表面上に予めデポジットされた
犠牲層上にｎ型にドープされた微小結晶質シリコンをデ
ポジットすることによって得られたプレートにエッチさ
れる。
【００４８】弾性移動体５３は、地震質量体５１と同時
にエッチされた弾性ストリップである。それらは、地震
質量体の励振が、軸線
にエッチされた弾性ストリップである。それらは、地震
質量体の励振が、軸線
【外３３】 によって規定されたプレーンの全ての方向に一様に起こ
るように分散される。
るように分散される。
【００４９】エッチングは、基板５０の他の要素、即ち
励振電極５４及び検出電極５５を残す。これら電極は、
地震質量体に対して交互に分散される。各電極５４又は
５５は、地震質量体５１の対応する部分に対向し、他の
キャパシタ電極を構成する。電極５４及び５５は、例え
ばシリカ層のような、絶縁層５６によって基板５０に対
して覆われて動作する。
励振電極５４及び検出電極５５を残す。これら電極は、
地震質量体に対して交互に分散される。各電極５４又は
５５は、地震質量体５１の対応する部分に対向し、他の
キャパシタ電極を構成する。電極５４及び５５は、例え
ばシリカ層のような、絶縁層５６によって基板５０に対
して覆われて動作する。
【００５０】前述した他の実施形態に関して、励振電極
５５は、パス
５５は、パス
【外３４】 に沿った励振信号を供給することが可能となる。検出電
極５５は、アナライザにそれを転送するために、パス
極５５は、アナライザにそれを転送するために、パス
【外３５】 に沿った信号を補正することが可能となり、マイクロジ
ャイロメータに備えられた本体の軸線
ャイロメータに備えられた本体の軸線
【外３６】 に対する回転速度の情報を提供する。
【００５１】本発明によるマイクロジャイロメータにつ
いて、検出された信号は、従来技術によって検出される
およそ２倍である同一低回転速度について、振動するマ
イクロジャイロメータである。更に、オシレータが安定
した状態の形態において発展したように、回転速度によ
って構成されたストレス又は動作に瞬間的に応答するこ
とができる。
いて、検出された信号は、従来技術によって検出される
およそ２倍である同一低回転速度について、振動するマ
イクロジャイロメータである。更に、オシレータが安定
した状態の形態において発展したように、回転速度によ
って構成されたストレス又は動作に瞬間的に応答するこ
とができる。
【００５２】本発明の見地は、説明された例えば圧電励
振手段以外の励振の手段の使用を含む。
振手段以外の励振の手段の使用を含む。
【図１】従来技術によるマイクロジャイロメータの平面
図である。
図である。
【図２】本発明によるマイクロジャイロメータの第１の
実施形態の平面図である。
実施形態の平面図である。
【図３】本発明によるマイクロジャイロメータの第２の
実施形態の平面図である。
実施形態の平面図である。
【図４】図３の軸線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【符号の説明】 １、１５、５０ 基板 ２ 移動要素 ３、７、２１、２４、３１、３４ ビーム ４、２０、３０、５２ アンカポイント ５ 矩形フレーム ６ 矩形部分 ８、９、４０、５４ 励振電極 １０、１１ 検出電極 １６、５１ 地震質量体 ２２、３２ スプリング ２３、３３ 横方向部分 ２５、２６、３５、３６ ストリップ ４１、５５ 検出電極 ４２ 静電スクリーン ５３ 弾性移動体 ５６ 絶縁層
Claims (16)
- 【請求項１】 基板表面上に位置付けられ、互いに直交
し且つマイクロジャイロメータの測定軸線に直交する２
つの方向 【外１】 に、該基板に相対して移動する地震質量体を有効にする
ように配列された弾性手段と、振動するマイクロジャイ
ロメータに対する地震質量体の励振手段と、該地震質量
体で及ぼされるコリオリの力の検出手段とによって該表
面に取り付けられた地震質量体を有する振動するマイク
ロジャイロメータにおいて、 前記励振手段は、互いに直交する前記２つの方向に地震
質量体を励振することが可能であり、前記検出手段は、
互いに直交する前記２つの方向に前記コリオリの力の成
分を検出することが可能となることを特徴とするマイク
ロジャイロメータ。 - 【請求項２】 前記励振手段は、静電励振手段であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のマイクロジャイロメー
タ。 - 【請求項３】 前記検出手段は、容量性検出手段である
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロジャイロメ
ータ。 - 【請求項４】 前記弾性手段は、前記２つの相互に直交
方向に同一機械硬度を有するように設計されていること
を特徴とする請求項１に記載のマイクロジャイロメー
タ。 - 【請求項５】 前記地震質量体及び弾性手段は、前記基
板の前記表面に平行で且つ該基板の上部に位置付けられ
たプレートに作られた凹部によって規定されることを特
徴とする請求項１に記載のマイクロジャイロメータ。 - 【請求項６】 前記弾性手段は、可撓手段であることを
特徴とする請求項５に記載のマイクロジャイロメータ。 - 【請求項７】 前記励振手段は、静電励振キャパシタを
含んでおり、各キャパシタは、前記基板の要素をなす電
極と、前記地震質量体の要素をなす電極を形成する手段
とを有することを特徴とする請求項５に記載のマイクロ
ジャイロメータ。 - 【請求項８】 前記電極を形成する手段は、導電材料で
ある前記地震質量体の材料によって作られていることを
特徴とする請求項７に記載のマイクロジャイロメータ。 - 【請求項９】 前記基板の要素をなす前記電極は、前記
凹部内で分散されていることを特徴とする請求項７に記
載のマイクロジャイロメータ。 - 【請求項１０】 前記検出手段はキャパシタを含んでお
り、各キャパシタは、前記基板の要素をなす電極と、前
記地震質量体の要素をなす電極を形成する手段とを含む
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロジャイロメ
ータ。 - 【請求項１１】 前記電極を形成する手段は、導電材料
である前記地震質量体の材料によって作られていること
を特徴とする請求項１０に記載のマイクロジャイロメー
タ。 - 【請求項１２】 前記基板の要素をなす前記電極は、前
記凹部内で分散されていることを特徴とする請求項１０
に記載のマイクロジャイロメータ。 - 【請求項１３】 前記基板の要素をなす各電極が、前記
地震質量体の要素をなす電極を形成し且つそれに対向す
る単一手段を有するキャパシタを形成するように、静電
スクリーンがあることを特徴とする請求項１２に記載の
マイクロジャイロメータ。 - 【請求項１４】 前記地震質量体は、該地震質量体によ
って占有された表面の外側に配置されたアンカポイント
によって基板に取り付けられていることを特徴とする請
求項１に記載のマイクロジャイロメータ。 - 【請求項１５】 前記地震質量体は、該地震質量体によ
って占有された表面のセンタに配置されたアンカポイン
トによって該基板に取り付けられていることを特徴とす
る請求項１に記載のマイクロジャイロメータ。 - 【請求項１６】 半導体基板から製造されることを特徴
とする請求項１に記載のマイクロジャイロメータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9714041 | 1997-11-07 | ||
| FR9714041A FR2770899B1 (fr) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | Microgyrometre vibrant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337345A true JPH11337345A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=9513173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10330254A Withdrawn JPH11337345A (ja) | 1997-11-07 | 1998-11-06 | 振動するマイクロジャイロメータ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6089088A (ja) |
| EP (1) | EP0915323B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11337345A (ja) |
| DE (1) | DE69822756T2 (ja) |
| FR (1) | FR2770899B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2009531707A (ja) * | 2006-03-27 | 2009-09-03 | ジョージア テック リサーチ コーポレーション | 容量式バルク超音波ディスク・ジャイロスコープ |
| US9939269B2 (en) | 2014-09-05 | 2018-04-10 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor element, physical quantity sensor, electronic equipment, and movable body |
| US9939268B2 (en) | 2014-09-05 | 2018-04-10 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor element, physical quantity sensor, electronic equipment, and movable body |
| US9939270B2 (en) | 2014-09-05 | 2018-04-10 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor element, physical quantity sensor, electronic equipment, and movable body |
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| KR100363786B1 (ko) * | 1999-05-13 | 2002-12-11 | 삼성전기주식회사 | 마이크로 자이로스코프 |
| KR100363785B1 (ko) * | 1999-06-04 | 2002-12-11 | 삼성전기주식회사 | 마이크로 자이로스코프 |
| FR2798993B1 (fr) | 1999-09-28 | 2001-12-07 | Thomson Csf Sextant | Gyrometre de type diapason |
| JP3525862B2 (ja) * | 2000-05-22 | 2004-05-10 | トヨタ自動車株式会社 | センサ素子及びセンサ装置 |
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| FR2945621B1 (fr) * | 2009-05-15 | 2011-08-26 | Commissariat Energie Atomique | Structure de couplage pour gyrometre resonnant |
| CN102042829B (zh) * | 2009-10-10 | 2012-06-20 | 北京理工大学 | 全顺向电容式微机械陀螺 |
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|---|---|---|---|---|
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