改进的陀螺仪结构和陀螺仪的制作方法
【专利摘要】一种具有驱动结构和感测结构以及耦合弹簧结构的特定布置的陀螺仪结构，该特定布置允许较大尺度的驱动结构和感测结构在非常有限的表面区域中的正交定向的运动。
【专利说明】
改进的陀螺仪结构和陀螺仪
技术领域
[0001]本发明涉及微电子机械装置，并且特别是涉及在独立权利要求的前序部分中限定的陀螺仪结构和陀螺仪。
【背景技术】
[0002 ]微电子机械系统或MEMS可以被定义为其中至少一些元件具有机械功能的小型化机械和电子机械系统。因为利用用于创建集成电路的相同的工具来创建MEMS装置，所以可以在相同的娃片上制造微机械元件和微电子元件以实现先进的机械。
[0003]可以应用MEMS结构来快速和准确地检测物理性质的非常小的变化。例如，可以应用微电子机械陀螺仪来快速和准确地检测非常小的角位移。运动具有六个自由度:沿三个正交方向的平移以及绕三个正交轴的旋转。后三者可以通过角速率传感器(又被称为陀螺仪)来进行测量。MEMS陀螺仪使用科里奥利效应来测量角速率。当质量件(mass)沿一个方向移动并且施加了旋转角速度时，质量件由于科里奥利力而经受沿正交方向的力。然后，由科里奥利力引起的最终的物理位移可以从例如电容式、压电式或压阻式感测结构来读取。
[0004]在MEMS陀螺仪中，由于缺少适当的轴承而使得主运动不能像在传统陀螺仪中那样是连续的旋转。替代地，可以将机械振荡用作主运动。当振荡的陀螺仪经受与主运动的方向正交的角运动时，产生波动的科里奥利力。这产生了与主运动和与角运动的轴正交的并且处于主振荡的频率下的副振荡。该耦合振荡的幅度可以用作对于角速率的度量。
[0005]陀螺仪是非常复杂的惯性MEMS传感器，并且趋势仍是朝着越来越紧凑的结构。陀螺仪设计中的基本挑战在于:因为科里奥利力非常小，所以生成的信号与陀螺仪中存在的其它电信号相比往往非常小。像传统音叉结构一样，对振动的假响应和敏感性困扰许多紧凑MEMS陀螺仪设计。
[0006]减小对于外部振动的敏感性的一个已知方法是平衡环结构:该平衡环结构包括具有环形或圈形结构的平面振动共振器，其中，所述环形或圈形结构具有绕着公共轴延伸的内边缘或外边缘。平面共振器通常被激励成作为具有45°的夹角的振动模式的简并对而存在的cos20共振模式。这些模式中的一个模式被激励作为载波模式。当结构绕着垂直于环的平面的轴旋转时，科里奥利力将能量耦合到响应模式中。响应模式的运动幅度给出对于施加的旋转速率的直接度量。
[0007]环形结构的缺点在于部分地震质量件和它们的位移相对较小，从而导致低的信号水平。此外，部分驱动和感测结构的尺寸使得功能不能区分并且因此被妥协。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供对外部冲击不敏感的紧凑的陀螺仪结构。本发明的目的利用根据独立权利要求的特征部分的陀螺仪结构来实现。
[0009]权利要求限定了一种微电子机械陀螺仪结构，其包括第一对驱动结构、第二对驱动结构、第一对感测结构以及第二对感测结构。驱动结构耦合到地震质量件并且包括被配置成诱发地震质量件的主振荡的换能器。一对驱动结构的地震质量件被耦合成按相反相位振荡并且与公共的主振荡轴对准。第一对驱动结构的主振荡轴和第二对驱动结构的主振荡轴沿着振荡平面正交地延伸。另一方面，感测结构包括感测装置和耦合弹簧结构。耦合弹簧结构将感测装置连接到第一对驱动结构的地震质量件并且连接到第二对驱动结构的地震质量件。耦合弹簧结构被配置成向感测装置传递地震质量件中的每个地震质量件的沿与其主振荡轴垂直的方向的运动分量、并且吸收地震质量件中的每个地震质量件的沿其主振荡轴的方向的运动分量。感测装置被配置成沿相对于第一对驱动结构的主振荡轴对角并且相对于第二对驱动结构的主振荡轴对角的方向振荡。
[0010]权利要求还限定了一种陀螺仪，其包括上述微电子机械陀螺仪结构。在从属权利要求中公开了本发明的有益实施方式。
[0011]本发明还基于驱动结构和感测结构以及耦合弹簧结构的特定布置，该特定布置允许较大尺度的驱动结构和感测结构在非常有限的表面区域中的正交定向的运动。
[0012]用下文的实施方式来更详细地讨论本发明的另外的优点。
【附图说明】
[0013]在下文中，将参照附图关于优选实施方式来更详细地描述本发明，在附图中:
[0014]图1示出陀螺仪结构的实施方式；以及
[0015]图2示出示例性驱动结构；
[0016]图3示出示例性中心弹簧结构；
[0017]图4示出陀螺仪结构的驱动模式运动；
[0018]图5示出示例性感测结构；
[0019]图6示出陀螺仪结构的感测模式运动；
[0020]图7示出另一示例性感测结构；
[0021 ]图8示出陀螺仪的元件。
【具体实施方式】
[0022]下面的实施方式是示例性的。虽然说明书可能提及“一个”或“一些”实施方式，但是这并不一定意味着每个这样的提及均针对相同的(一个或多个)实施方式或者并不一定意味着特征仅适用于单个实施方式。可以组合不同实施方式的单一特征以提供另外的实施方式。
[0023]在下文中，将利用装置架构的简单示例来描述本发明的特征，其中，在所述装置架构中可以实现本发明的各个实施方式。仅详细描述了与说明实施方式相关的元件。在本文中可能不会具体描述本领域的技术人员通常已知的陀螺仪结构的各个实现方式。
[0024]图1示出根据本发明的陀螺仪结构的实施方式。所示结构包括:四个地震质量件100、102、104、106;驱动结构 120、122、124、126;以及感测结构 170、172、174、176。两个驱动结构120和122形成第一对驱动结构，而另外两个驱动结构124和126形成第二对驱动结构。图2更详细地示出图1的示例性驱动结构120。
[0025]驱动结构200在此处指的是悬挂地震质量件202并且将其诱发出驱动模式主振荡的元件的组合。术语地震质量件在此处指的是可以悬挂到静态支承件以提供惯性运动的质量体。地震质量件202可以具有平面形式。这意味着地震质量件的体积的至少一部分沿二维(长度、宽度)平面延伸并且在其中形成平面表面。在公差内，可以认为地震质量件的平面表面包含连接其上任意两个点的直线。然而，可理解的是，表面可以包括在地震质量件上形成图案的突出，或者在地震质量件中形成图案的凹进。
[0026]对于主振荡，驱动结构200可以通过第一弹簧结构206、220来使地震质量件202悬挂到陀螺仪的另一本体元件，其中，第一弹簧结构206、220允许地震质量件202在振荡平面内具有两个自由度。第一弹簧结构可以包括用于第一自由度的主元件206和用于第二个自由度的副元件220。主元件206可以包括锚定元件208和悬挂弹簧210。锚定元件208可以提供与静态(非振荡)支承件(通常是与另一本体元件)的连接。如果陀螺仪结构是MEMS结构晶片，则可以例如通过陀螺仪管芯的底层处理晶片或包覆盖晶片来提供另外的本体元件。悬挂弹簧210可以以定向方式在地震质量件202与锚定元件208之间延伸，使得悬挂弹簧210在一个方向上非常有弹性而在与其垂直的另一方向是刚性的。这意味着悬挂弹簧210所施加的与其沿一个方向的位移相反的力是悬挂弹簧210所施加的与其沿垂直于悬挂弹簧210的方向的位移相反的力的多倍。悬挂弹簧210以及因此主元件206有弹性的方向可以对应于第一自由度，即，地震质量件202的主振荡的方向。主振荡在此处指的是因地震质量件202的激励而产生的定向往复运动。
[0027]副元件220可以以定向方式且正交地布置在地震质量件202与主元件206之间，使得副元件具有弹性的方向可以对应于第二自由度，即，地震质量件202的副振荡的方向。副振荡在此处指的是因科里奥利力而产生的定向往复运动，而科里奥利力因针对陀螺仪结构所诱发的角运动而产生。副元件可以包括弯曲梁，该弯曲梁被定位成使得其纵向尺寸初始地沿地震质量件202的主振荡的方向，并且直接或间接耦合地震质量件202中的横向点和主元件206的横向点。图2示出包括刚性斜延伸的间接耦合，其中，刚性斜延伸偏移振荡平面中的耦合点。可以在范围内应用用于布置定向振荡的其它弹簧结构。作为组合主元件206和副元件220的结果，地震质量件202具有沿主振荡方向和沿副振荡方向的自由度。
[0028]驱动结构200还可以包括换能器204，换能器204将输入的电能变换成地震质量件的机械能。图2的示例性驱动结构利用梳状驱动来施加静电驱动，在梳状驱动中成对的定子梳212和转子梳214之间的电容随着转子梳的位移而线性变化。在范围内可以应用其它形式的电容性驱动。例如，可以使用组合了平行板电容器和纵向电容器的特征的平行板梳或混合梳。也可以施加压电激励。对应的激励方法对于本领域技术人员而言是周知的，并且在本文中将不会更详细地讨论对应的激励方法。
[0029]返回图1，在第一对驱动结构120、122和第二对驱动结构124、126中，地震质量件被分别耦合用于沿公共的主振荡轴128、130的方向进行反相主振荡。主振荡轴在此处指的是与主振荡的方向对准并且与地震质量件相交的轴。有益地，地震质量件具有对称轴并且主振荡轴与地震质量件的对称轴重合。与一对驱动结构120、122或一对驱动结构124、126耦合的两个地震质量件100、102或104、106的主振荡被分别配置成沿公共的主振荡轴128或130的方向而发生。
[0030]图1的构造被示为与方向X和方向Y相关联，方向X和方向Y在本文中将被称为水平方向和竖直方向。第一对驱动结构中的一个驱动结构可以称为第一竖直驱动结构120，而第一对驱动结构中的相对驱动结构可以称为第二竖直驱动结构122 ο相对应地，第二对驱动结构可以包括第一水平驱动结构124和第二水平驱动结构126。在主运动中，竖直驱动结构120、122中的每个竖直驱动结构中的地震质量件沿主振荡的竖直轴128的方向往复振荡。相对应地，水平驱动结构124、126中的每个水平驱动结构中的地震质量件沿主振荡的水平轴130的方向往复振荡。
[0031 ]在一对驱动结构中的地震质量件的主振荡是反相运动。这意味着:例如，第一竖直驱动结构120的地震质量件的振荡具有与第二竖直驱动结构122的地震质量件的振荡相同的频率并且在时间上以同一个点为基准，但是它们之间的相位差为180度(31弧度)。因此，地震质量件以相同的速率朝着彼此或者远离彼此进行移动。水平驱动结构的地震质量件的主振荡是类似的，但是沿水平方向。
[0032]地震质量件的主振荡的方向取决于驱动结构的几何结构。可以利用提高反相驱动运动的频率和方向的精确度的驱动耦合弹簧结构来加强方向。图3更详细地示出图1的用于这样的驱动耦合的示例性中心弹簧结构300。弹簧结构300包括若干细长的梁，可以认为若干细长的梁沿它们的纵向尺寸的方向刚性地传递运动但是沿与它们的纵向方向垂直的方向挠曲。弹簧结构可以包括四个对角梁302、304、306、308。对角梁302、304、306、308中的每个对角梁的一端可以锚定到第一对驱动结构的地震质量件与第二对驱动结构的地震质量件之间的锚定点310、312、314、316中的静态支承件。对角梁302、304、306、308可以从它们各自的锚定点向内延伸，意味着朝着陀螺仪结构内的中心点318延伸，其中，在中心点318处主振荡的竖直轴128和主振荡的水平轴130交叉。对角梁302、304、306、308的另一端可以连接到从连接点延伸穿过驱动结构至相邻地震质量件的两个耦合梁。
[0033]例如，图3的对角梁302被支承到锚定点310并且从其向内延伸。在中心点318之前的连接点320处，对角梁302连接到两个耦合梁322、324。第一耦合梁322的一端连接到第二耦合梁324的一端并且至对角梁302的一端，而第一耦合梁322的另一端被连接以随着第一竖直驱动结构120的主振荡而移动。第一耦合梁322的另一端可以连接到第一竖直驱动结构120的移动部分，有益地，连接到第一竖直驱动结构120的主振荡轴128上的点。第二耦合梁324的一端连接到第一耦合梁322的一端并且至对角梁302的一端，而第二耦合梁324的另一端被连接以随着第一水平驱动结构124而移动。第二耦合梁324的另一端可以类似地连接到第一水平驱动结构124的主振荡轴上的点。
[0034]如图3所示，可以将类似的耦合梁对布置成向内连接对角梁302、304、306、308中的每个对角梁的指向端。由于对角梁302及其两个耦合梁322、324的连接点320处于在中心点318之前的位置，所以连接到第一竖直驱动结构120的耦合梁322、324与第一竖直驱动结构120的主振荡轴128初始地形成小的锐角。对于所有驱动结构，耦合梁的相同的取向可以重复。
[0035]图4示出在结构在操作中时图1的驱动结构构造在主运动期间的操作。当第一竖直驱动结构120沿主运动的轴128的方向向外移动时，耦合梁322和耦合梁326随主振荡一起移动，并且朝着轴128挠曲。此外，对角梁302、306的耦合端随着主振荡朝着轴128挠曲，耦合梁322和耦合梁326关于第一竖直驱动结构120的主振荡轴128的锐角减小。对应的耦合梁与轴128之间的锐角的对应的挠曲和减小在相反侧在第二竖直驱动结构122中发生。然而，与此同时，对应耦合梁与相邻水平驱动结构124、126中的轴130之间的锐角增大。
[0036]另一方面，当竖直驱动结构120、122向内移动(未示出)时，相邻的驱动结构124、126处于向外的运动中。第一竖直驱动结构120的耦合梁322、326之间的锐角增大。对应的耦合梁与轴128之间的锐角的对应的挠曲和减小在相反侧在第二竖直驱动结构122中发生。对角梁302、306的耦合端随着主振荡而远离轴128而挠曲。水平驱动结构124、126的对应耦合梁与轴130之间的锐角减小，并且它们的对角梁的耦合端朝着轴130挠曲。
[0037]对角梁和耦合梁的所述组合形成驱动耦合弹簧结构，该驱动耦合弹簧结构非常有效地迫使每个相对对的驱动结构的主振荡为反相模式，并且迫使两对驱动结构的主振荡为公共的主振荡轴128、130的两个正交方向。
[0038]驱动结构还可以包括用于由陀螺仪结构提供的其它特性的另外的原件。例如，图1的竖直驱动结构120、122被示为包括另外的梳状结构160、162以用于驱动机构感测信号。这样的信号可以应用于驱动结构内的受控力反馈操作。作为另一示例，图1的水平驱动结构124、126可以包括另外的梳状结构164、166以用于静电正交补偿。
[0039]感测结构在此处指的是被布置成感测至少一个地震质量件的具体运动并且生成与感测的运动相对应的信号的元件。在陀螺仪结构中，感测的运动因由陀螺仪结构的角运动所引起的科里奥利力而产生。陀螺仪结构可以包括第一对感测结构170、172和第二对感测结构174、176。
[0040]图5更详细地示出图1的示例性感测结构170。感测结构500可以包括感测装置502和感测耦合弹簧结构504。感测装置502可以包括将输入机械能变换成电能的换能器。输入机械能因感测装置所耦合到的一个或更多个地震质量件的运动而产生。换能器可以包括定子506和转子508。感测装置502还可以包括第二弹簧结构530，第二弹簧结构530被布置成将转子悬挂到静态支承件使得其能够沿相对于竖直对驱动结构的主振荡轴128对角并且相对于水平对驱动结构的轴130对角的方向振荡。对角方向在此上下文中意味着与轴形成45ο(V4)角的方向。在图1的结构中，可以看出第二弹簧结构530在所述对角方向上非常有弹性而在除了对角方向以外的方向上是非常刚性的。
[0041]感测耦合弹簧结构504可以使转子508与两个地震质量件耦合:竖直对驱动结构的相邻驱动结构120的地震质量件100和水平对驱动结构的相邻驱动结构126的地震质量件106。感测耦合弹簧结构504可以被配置成向转子508传递竖直对驱动结构中的相邻驱动结构120的地震质量件100的沿与驱动结构120的主振荡轴128垂直的方向的运动分量，并且向驱动结构120的主振荡轴128的方向偏转。相应地，感测耦合弹簧结构504可以被配置成向转子508传递水平对驱动结构中的相邻驱动结构126的地震质量件106的沿与驱动结构126的主振荡轴130垂直的方向的运动分量，并且向驱动结构126的主振荡轴130的方向偏转。
[0042]在图5的示例性结构中，感测耦合弹簧结构504可以包括第一感测梁510和第二感测梁512。转子508可以经由延伸梁514延伸到耦合点516。第一感测梁510可以在耦合点516与竖直驱动结构120的地震质量件100之间延伸，而第二感测梁512可以在耦合点516与水平驱动结构126的地震质量件106之间延伸。在感测时，地震质量件100、106的运动分量累积并且引起沿以图5的箭头所示的对角方向的直线振荡。元件的配置可以在图1所示的所有感测结构170、172、176、174中对称地重复。
[0043]图6示出陀螺仪结构的所述结构的感测模式运动(副振荡)。当主模式运动如图4所述发生时，陀螺仪结构的角运动可以产生沿与陀螺仪结构的地震质量件的主振荡垂直的方向落在陀螺仪结构的地震质量件上的科里奥利力。作为示例，假设图1的结构暴露于沿ζ方向的角运动。在图6所示的某一时间点处，可以认为科里奥利力使耦合到第一竖直驱动结构120的地震质量件100向正X方向移位，使第二竖直驱动结构122的地震质量件102向负X方向移位，使第一水平驱动结构124的地震质量件104向正y方向移位，并且使第二水平驱动结构126的地震质量件106向负y方向移位。
[0044]感测耦合弹簧结构504将这些位移传递至第一感测结构170的耦合点516，并且诱发第一感测结构170的转子进入沿以箭头示出的方向的直线运动。所示方向相对于第一竖直驱动结构120的主振荡轴128对角并且相对于第二水平驱动结构126的主振荡轴130对角。在图6的特定时间点，可以认为地震质量件100、106的位移使得第一感测结构170的转子对角地向内朝着中心点318移动。同时，可以认为地震质量件102、104的位移使得第一对感测结构中的第二感测结构172的转子类似地对角地向内移动。另一方面，地震质量件100、104的位移被传递至第二对感测结构中的第一感测结构174的转子，从而诱发该转子从中心点318对角地向外移开。类似地，可以认为地震质量件102、106使得第二对感测结构中的第二感测结构176的转子对角地向外移动。
[0045]当地震质量件的位移方向相反(未示出)时，可以认为地震质量件100、106的位移使得第一感测结构170的转子对角地向外移动，地震质量件102、104的位移将第一对感测结构中的第二感测结构172的转子对角地向外拉，地震质量件100、104的位移将第二对感测结构中的第一感测结构174的转子对角地向内推，并且地震质量件102、106的位移将第二对感测结构中的第二感测结构176的转子对角地向内推。因此，结构的角运动诱发出正交指向的的感测结构170、172、174、176的转子的对角周期振荡。该振荡为可以被转化成电信号的副振荡，其中，电信号表现由陀螺仪结构经历的角运动。
[0046]由于地震质量件100、102、104和106、驱动结构120、122、124和126以及感测结构170、172、174和176的所述对称且正交的布置，在振荡周期期间在主振荡中和在副振荡中移动的元件的总的线动量和角动量实际上为零。这显著地减小了驱动模式和感测模式与线加速度和角加速度耦合的程度。另外，元件的布置导致平衡惯性力。这减小了能量向周围环境的耗散，并且从而实现了以该构造实现的共振器的高品质因数。平衡惯性力还提供相对于外部振动的强健性。
[0047]此外，在所述配置中，驱动模式和感测模式的共振频率是最低的频率。所有其它模式与驱动模式和感测模式相比在频率上可以至少为两倍高。在微尺度元件中，制造公差是不可避免的。在传统结构中，外部冲击和振动因此可能引起趋向于与驱动或感测运动耦合的共模运动。这些模式通常在以下的频率发生:所述频率接近于驱动运动的频率或感测模式的共振频率并且低于它们中至少一个。由于非期望的共模频率显著较高，所以模式还较僵硬并且由外部振动引起的运动的幅度较小。请求保护的驱动和感测结构的构造提供强的耦合(即，共模振动和差模振动的频率差很大，大约达到差模振动的频率)，这使得陀螺仪结构相对于外部振动异常强健。
[0048]由于驱动结构和感测结构以及耦合弹簧结构的特定布置，感测结构在驱动模式下不必需移位并且驱动结构在感测模式下不必需移位。因为感测结构在驱动模式下的位移被有效地最小化，所以来自一对感测结构的共模误差信号非常小。另外，可以通过应用本身对于本领域技术人员而言周知的差分测量原理来进一步减小误差。
[0049]在微电子机械结构中，可能存在二阶效应，像由移动元件的非直线和/或旋转位移引起的谐波信号。在所述构造中，驱动结构和感测结构的位移是并且保持直线的，甚至具有多达10微米的高的幅度。
[0050]图7示出适用于微电子机械陀螺仪结构中的替选感测结构。在该解决方案中，从机械领域到电领域的转变应用了压电性。感测结构可以包括压电感测装置702和第二弹簧结构730，第二弹簧结构730被布置成将感测装置702悬挂到静态支承件使得其能够沿相对于竖直对驱动结构的主振荡轴对角并且相对于水平对驱动结构的轴对角的方向移动。
[0051]如图5所示，感测耦合弹簧结构704可以使感测装置702与两个地震质量件耦合，其中，所述两个地震质量件向感测装置传递两个地震质量件的运动分量。感测装置702可以经由延伸结构714延伸到耦合点716以与耦合弹簧结构704相连。在感测时，地震质量件的运动分量累积并且引起沿以图7的箭头所示的对角方向的直线振荡。
[0052]压电感测装置702可以包括至少一个检测元件740。检测元件可以是被布置成根据耦合点的运动而偏转的检测梁。检测梁740可以从其两端耦合到可移动的延伸结构714并且从其中心耦合到锚或锚定结构。图7示出以下示例:在该示例中感测装置包括第一梁740和第二梁742。第一梁740可以从其两端耦合到可移动的延伸结构740，并且从其中心耦合到第二梁742的中心。第二梁742可以从其每一端被锚定到支承结构。借助于此，耦合梁740、742被布置成根据耦合点的运动而偏转。检测梁740、742可以包括随着检测梁的偏转而偏转的压电膜。最终的电荷可以被读取并且用作用于表示感测的运动的信号。
[0053]图8示出包括第一部分800和第二部分802的陀螺仪的元件。第一部分800可以包括图1的陀螺仪结构，并且第二部分802可以包括被连接以与陀螺仪结构交换电信号的电路。如图2所示，信号Si可以从感测结构输入至电路802，或者从电路输入至陀螺仪结构。可以根据信号Si来计算与检测的角运动相对应的输出信号S。
[0054]陀螺仪可以包括在以下的组合传感器元件中:所述组合传感器元件包括例如各种传感器元件，有线或移动计算、游戏或通信装置，测量装置，呈现装置或车辆功能控制单元。
[0055]对于本领域技术人员而言明显的是，随着技术进步，本发明的基本思想可以利用各种方式进行实现。因此，本发明及其实施方式不限于上述示例，而是它们可以在权利要求书的范围内变化。
【主权项】
1.一种微电子机械陀螺仪结构，包括: 第一对驱动结构； 第二对驱动结构； 第一对感测结构； 第二对感测结构，其中， 驱动结构耦合到地震质量件并且包括被配置成诱发所述地震质量件的主振荡的换能器； 一对驱动结构的地震质量件被耦合成按相反的相位振荡并且与公共的主振荡轴对准；所述第一对驱动结构的主振荡轴和所述第二对驱动结构的主振荡轴沿着振荡平面正交地延伸； 感测结构包括感测装置和耦合弹簧结构； 所述耦合弹簧结构将所述感测装置连接到所述第一对驱动结构的地震质量件并且连接到所述第二对驱动结构的地震质量件； 所述耦合弹簧结构被配置成向所述感测装置传递所述地震质量件中的每个地震质量件的沿与其主振荡轴垂直的方向的运动分量、并且吸收所述地震质量件中的每个地震质量件的沿其主振荡轴的方向的运动分量； 所述感测装置被悬挂到静态支承件并且被配置成沿相对于所述第一对驱动结构的主振荡轴对角并且相对于所述第二对驱动结构的主振荡轴对角的方向振荡。2.根据权利要求1所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于: 所述第一对驱动结构包括耦合到第一地震质量件的第一竖直驱动结构和耦合到第二地震质量件的第二竖直驱动结构； 所述第二对驱动结构包括耦合到第三地震质量件的第一水平驱动结构和耦合到第四地震质量件的第二水平驱动结构； 所述第一对感测结构包括第一感测结构和第二感测结构； 所述第二对感测结构包括第三感测结构和第四感测结构； 所述第一感测结构耦合到所述第一地震质量件和所述第四地震质量件； 所述第二感测结构耦合到所述第二地震质量件和所述第三地震质量件； 所述第三感测结构耦合到所述第一地震质量件和所述第三地震质量件； 所述第四感测结构耦合到所述第二地震质量件和所述第四地震质量件。3.根据权利要求1或2所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于:相对于主振荡轴对角的方向与主振荡轴形成45° (V4)角。4.根据前述权利要求中的任一项所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于:所述驱动结构中的每个驱动结构包括允许被耦合的地震质量件具有两个自由度的第一弹簧结构。5.根据权利要求4所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于: 所述第一弹簧结构包括用于第一自由度的主元件(206)和用于第二自由度的副元件(220); 所述主元件(206)包括销定元件(208)和在地震质量件(202)与所述销定元件(208)之间延伸的悬挂弹簧(210); 所述悬挂弹簧(210)在所述地震质量件的主振荡的方向上有弹性； 所述副元件(220)耦合所述地震质量件(202)和所述主元件(206)并且在所述地震质量件(202)的副振荡的方向上有弹性，其中，所述地震质量件(202)的副振荡的方向与所述地震质量件(202)的主振荡的方向正交。6.根据权利要求4或5所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于:所述驱动结构中的至少一个驱动结构包括用于激励驱动结构(200)进行主振荡的换能器。7.根据前述权利要求中的任一项所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于:所述结构包括被布置成迫使相对对的驱动结构的主振荡为反相模式的驱动耦合弹簧。8.根据权利要求7所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于: 所述驱动耦合弹簧包括四个对角梁(302、304、306、308); 所述对角梁(302、304、306、308)中的每个对角梁的一端被锚定到第一对驱动结构(120,122)的地震质量件与相邻的第二对驱动结构(I 24、126)的地震质量件之间的锚定点(310、312、314、316); 所述对角梁(302、304、306、308)从它们各自的锚定点朝着所述陀螺仪结构内的中心点(318)延伸; 所述对角梁(302、304、306、308)的另一端在连接点处连接到两个耦合梁，所述两个耦合梁中的一个耦合梁从所述连接点延伸到所述第一对驱动结构(120、122)的地震质量件，并且所述两个耦合梁中的另一个耦合梁从所述连接点延伸到所述相邻的第二对驱动结构(124、126)的地震质量件。9.根据前述权利要求中的任一项所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于:在所述感测结构中的每个感测结构中， 耦合弹簧结构(504)包括第一感测梁(510)和第二感测梁(512); 所述感测装置包括经由延伸梁(514)延伸到耦合点(516)的转子(508); 所述第一感测梁(510)在所述耦合点(516)与所述第一对驱动结构的地震质量件(100)之间延伸;并且 所述第二感测梁(512)在所述耦合点(516)与所述第二对驱动结构的地震质量件(106)之间延伸。10.根据前述权利要求中的任一项所述的微电子机械陀螺仪结构，其特征在于: 所述感测装置包括耦合到耦合点并且被布置成根据所述耦合点的运动而偏转的至少一个挠性检测元件， 所述挠性检测元件中的一个或更多个挠性检测元件包括随着所述检测元件的偏转而偏转的压电膜。11.微电子机械陀螺仪，其特征在于:所述陀螺仪包括根据权利要求1至10中的任一项所述的微电子机械陀螺仪结构。
【文档编号】G01C19/574GK105934651SQ201580005959
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】亚科·罗希奥, 安斯·布卢姆奎斯特
【申请人】株式会社村田制作所