微機械結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微機械結構，特別是轉(zhuǎn)速傳感器，其具有襯底，襯底具有主延伸平面，微機械機構用于探測繞垂直于主延伸平面延伸的第一方向的第一轉(zhuǎn)速、用于探測繞平行于主延伸平面延伸的第二方向的第二轉(zhuǎn)速并且用于探測繞平行于主延伸平面并且垂直于第二方向延伸的第三方向的第三轉(zhuǎn)速，微機械結構具有被驅(qū)動繞平行于第一方向的旋轉(zhuǎn)軸線進行扭轉(zhuǎn)振動的扭轉(zhuǎn)振動元件，微機械結構還具有用于探測第一轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器裝置，扭轉(zhuǎn)振動元件在平行于主延伸平面的平面中完全環(huán)繞轉(zhuǎn)速傳感器裝置，微機械結構具有轉(zhuǎn)速傳感器裝置在扭轉(zhuǎn)振動元件處的至少一個第一連接件，其特征在于，微機械結構具有轉(zhuǎn)速傳感器裝置在襯底處的至少一個第二連接件。
【專利說明】微機械結構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明從一種按照獨立權利要求的前序部分的微機械結構出發(fā)。
【背景技術】
[0002]由現(xiàn)有技術已知了微機械結構或者轉(zhuǎn)速傳感器。這樣的裝置多年以來在批量生產(chǎn)中制造用于多種應用，例如在汽車領域中和在消費電子裝置領域中。近期多軸轉(zhuǎn)速傳感器明顯最多。在消費電子裝置領域中這尤其涉及三軸的或三通道的轉(zhuǎn)速傳感器或者微機械結構。在此，除關于微機械結構的精度和其他性能的方面以外，這樣的微機械轉(zhuǎn)速傳感器的小的結構尺寸以及所伴隨的低成本也是決定性的。在此在技術上能夠?qū)⑷ǖ擂D(zhuǎn)速傳感器(即具有典型地分別相互垂直地設置的三個感測軸線或者感測方向的轉(zhuǎn)速傳感器)或者三個單通道轉(zhuǎn)速傳感器設置在一個殼體中或者一個裝置中，例如放置在一個芯片上。除此以外已知其他解決方案，其中三軸性(例如至少相對于兩個轉(zhuǎn)速軸線的轉(zhuǎn)速靈敏性，即繞平行于和垂直于襯底的主延伸平面延伸的軸線)通過復雜耦合的結構以共同的驅(qū)動模式示出。最后的變型方案能夠?qū)崿F(xiàn)微機械結構或者微機械的或者微機電的構件的減小的結構尺寸，從而可減小結構尺寸并且可實現(xiàn)更簡單的分析處理電路，這尤其對于消費電子裝置應用而言是有利的。文獻DE102008042369A1公開了例如三個并排設置的傳感器結構，其中各一個傳感器結構覆蓋轉(zhuǎn)速傳感器的一個測量軸線或者一個感測方向，其中這些相互并排設置的傳感器結構通過一個共同的驅(qū)動梁相互連接。由于所述設置，微機械結構或者轉(zhuǎn)速傳感器的面積需求相對較高。因此，在盡可能最大程度的微型化方面，這些方案看起來是充滿希望的，其中可以應用用于探測繞多個軸線的轉(zhuǎn)速的各個質(zhì)量。其示例是具有旋轉(zhuǎn)盤的微機械結構或者執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振動的盤，但其功能首先限于兩個平行于襯底的主延伸平面的感測旋轉(zhuǎn)軸線，這通常以下方式表示:感測的旋轉(zhuǎn)軸線或者繞其可以探測轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)軸線以X方向和以y方向識別，其中X方向和I方向相應于傳感器襯底的平面并且繞這兩個相互垂直的軸線的相應轉(zhuǎn)速通常以Qy表示。這樣的微機械結構的繞第三空間方向的附加敏感性——通常稱為Ωζ靈敏度或者Ωζ功能性，即在微機械結構繞垂直于傳感器襯底的平面的Z軸線旋轉(zhuǎn)時的靈敏性——必須通過附加結構確保。為此，文獻ΕΡ1832841Α1和US2010/0154541A1提出一種直線振動器，其設置在盤或者扭轉(zhuǎn)振動裝置的空缺中并且通過彈簧可運動地耦合到所述盤。這樣的結構的重要缺點在于，不僅科里奧利力而且強烈的離心力作用到用于Ωζ探測的探測質(zhì)量上，所述離心力嚴重疊加有用信號一即科里奧利信號?？评飱W利力的值與震動質(zhì)量的質(zhì)量、垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的速度和轉(zhuǎn)速的乘積的兩倍成比例。離心力的值與震動質(zhì)量的質(zhì)量、角頻率的平方以及繞旋轉(zhuǎn)軸線的半徑成比例。如果速度(垂直于旋轉(zhuǎn)軸線)作為較頻率和半徑的積，則作為離心力與科里奧利力的比值得出轉(zhuǎn)速Ω與角頻率的兩倍的比值，即例如在20kHz的驅(qū)動頻率以及已經(jīng)選擇的相當較大的1000度每秒的轉(zhuǎn)速的情況下產(chǎn)生離心力的值與科里奧利力的值的比值為7200。雖然在雙倍頻率下出現(xiàn)離心信號，然而為了避免過調(diào)必須在分析處理電路中維持輸入級的相應較大的動態(tài)范圍，從而由此使傳感器的分辨率惡化。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的任務是提供一種微機械結構或者一種轉(zhuǎn)速傳感器，其不具有現(xiàn)有技術的缺點并且——在或者三軸轉(zhuǎn)速傳感器或者具有平行于襯底的主延伸平面的感測方向和垂直于襯底的主延伸平面的感測方向的兩軸轉(zhuǎn)速傳感器的情況下一尤其具有在繞垂直于主延伸平面的軸線旋轉(zhuǎn)時相對于離心力的更大不敏感性。
[0004]根據(jù)獨立權利要求的按照本發(fā)明的微機械結構或者按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)速傳感器相對于現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點，在繞垂直于主延伸平面的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時可以實現(xiàn)相對于離心力的更大不敏感性。由此，按照本發(fā)明有利地能夠得到傳感器或者微機械結構相對于繞垂直于微機械結構的襯底的主延伸平面的旋轉(zhuǎn)軸線(以下也稱為第一旋轉(zhuǎn)軸線)的旋轉(zhuǎn)的更大敏感性。此外按照本發(fā)明有利地能夠連同三通道(或者兩通道)轉(zhuǎn)速傳感器或者相應的微機械結構的非常緊湊的實現(xiàn)來實現(xiàn)所述優(yōu)點，從而用于實現(xiàn)微機械結構的空間需求特別小并且因此成本可極大地最小化。按照本發(fā)明，由此實現(xiàn)離心力的更小依賴性，即設置在扭轉(zhuǎn)振動元件的內(nèi)部的轉(zhuǎn)速傳感器裝置不僅通過至少一個第一連接件與扭轉(zhuǎn)振動元件連接而且也通過至少一個第二連接件與襯底連接。由此可以決定性地減小或者甚至避免傳感器有用信號(科里奧利信號)通過離心信號或者通過離心加速度效果的影響或者疊加，從而按照本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速信號的更好且更精確的分析處理并且特別是傳感器裝置或者微機械結構具有更高性能。
[0005]本發(fā)明的構型和擴展方案可以由從屬權利要求以及參照附圖的描述得出。
[0006]按照本發(fā)明的一種優(yōu)選擴展方案，轉(zhuǎn)速傳感器裝置具有第一轉(zhuǎn)速傳感器元件和第二轉(zhuǎn)速傳感器元件，其中微機械結構配置成驅(qū)動第一轉(zhuǎn)速傳感器元件和第二轉(zhuǎn)速傳感器元件平行于驅(qū)動方向進行反向的驅(qū)動運動，其中為了實現(xiàn)所述驅(qū)動運動扭轉(zhuǎn)振動元件借助于第一連接件與第一轉(zhuǎn)速傳感器元件連接并且借助于另一第一連接件與第二轉(zhuǎn)速傳感器元件連接。由此按照本發(fā)明有利地能夠?qū)崿F(xiàn)繞垂直于傳感器襯底平面(襯底的主延伸平面)的軸線的旋轉(zhuǎn)運動的特別精確的探測。
[0007]按照本發(fā)明的另一種優(yōu)選擴展方案，所述第一連接件具有第一彈簧并且所述另一第一連接件具有第二彈簧，其中第一彈簧和第二彈簧分別沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動運動的方向具有相比于沿平行于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動運動的方向更小的彈簧剛性。由此按照本發(fā)明有利地能夠通過扭轉(zhuǎn)振動元件的扭轉(zhuǎn)振動運動可實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動元件內(nèi)部的轉(zhuǎn)速傳感器裝置的可靠驅(qū)動并且盡管如此不僅垂直于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動方向(即不僅平行于主延伸平面垂直于驅(qū)動方向而且沿垂直于襯底的主延伸平面的方向)的運動分量的耦合是可避免的并且因此轉(zhuǎn)速傳感器裝置的盡可能純粹的直線驅(qū)動(即使通過扭轉(zhuǎn)振動元件和所伴隨的旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動并且即使由于平行于主延伸平面出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速分量引起的扭轉(zhuǎn)振動元件垂直于主延伸平面的偏移)是可能的。按照本發(fā)明尤其提出，第一彈簧和第二彈簧分別沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動運動的方向具有相比于沿平行于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動方向的方向更小的彈簧剛性，特別是具有以因數(shù)10或以因數(shù)50或以因數(shù)100相比于沿平行于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動方向的方向更小的彈簧剛性。
[0008]按照本發(fā)明的另一種優(yōu)選擴展方案，第一轉(zhuǎn)速傳感器元件借助于第二連接件與襯底連接，并且第二轉(zhuǎn)速傳感器元件借助于另一第二連接件與襯底連接。由此按照本發(fā)明以特別有利的方式能夠減少離心力對轉(zhuǎn)速傳感器或者微機械結構的分析處理的影響，特別是為了分析處理繞垂直于主延伸平面的方向(第一方向)的轉(zhuǎn)速。
[0009]此外，按照本發(fā)明優(yōu)選地，第二連接件具有第三彈簧而另一第二連接件具有第四彈簧，其中第三彈簧和第四彈簧分別沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動運動的方向具有相比于沿平行于轉(zhuǎn)速傳感器裝置的驅(qū)動運動的方向更大的彈簧剛性。由此按照本發(fā)明有利地能夠又使扭轉(zhuǎn)振動元件內(nèi)的轉(zhuǎn)速傳感器裝置的運動與扭轉(zhuǎn)振動元件的運動去f禹合。
[0010]此外，按照本發(fā)明同樣優(yōu)選地，第一轉(zhuǎn)速傳感器元件具有第一探測裝置和第一探測元件，而所述第二轉(zhuǎn)速傳感器元件具有第二探測裝置和第二探測元件。由此按照本發(fā)明有利地能夠?qū)崿F(xiàn)探測元件或者探測裝置與環(huán)繞轉(zhuǎn)速傳感器裝置的扭轉(zhuǎn)振動元件的運動的特別好的去耦合。
[0011]按照本發(fā)明此外還優(yōu)選的是，微機械結構具有用于探測第一探測元件的偏移的第一探測機構和用于探測第二探測機構沿垂直于驅(qū)動方向的方向并且在平行于主延伸平面的平面中的偏移的第二探測機構。此外同樣優(yōu)選地，微機械結構除第一轉(zhuǎn)速和第二轉(zhuǎn)速的探測以外還配置用于探測繞平行于主延伸平面并且垂直于第二方向延伸的第三方向的第三轉(zhuǎn)速。此外也優(yōu)選地，微機械結構具有用于探測平行于第一方向的偏移以及用于探測第二轉(zhuǎn)速的第三探測機構，并且微機械結構具有用于探測平行于第一方向的偏移以及用于探測第三轉(zhuǎn)速的第四探測機構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在以下描述中進一步詳細闡明。
[0013]附圖示出:
[0014]圖1:按照本發(fā)明的微機械結構的原理圖；
[0015]圖2至8:根據(jù)替代實施方式按照本發(fā)明的微機械結構、特別是轉(zhuǎn)速傳感器的示意性原理圖。
【具體實施方式】
[0016]在不同的附圖中相同的部分總是設有相同的附圖標記并且因此通常也分別僅僅命名或提及一次。
[0017]在圖1中示出了按照本發(fā)明的微機械結構、特別是轉(zhuǎn)速傳感器的示意性原理圖。微機械結構總體上以附圖標記I表示。微機械結構I具有襯底，其僅僅示意性地示出并且以附圖標記110表示。襯底110具有主延伸平面100，其在圖1中在右下方示意性地連同第二方向102和第三方向103以及用于第二方向102的軸線名稱X和用于第三方向103的軸線名稱y說明。第一方向101可以考慮為垂直于主延伸平面100延伸并且也設有名稱z。尤其構造為轉(zhuǎn)速傳感器、特別是兩通道轉(zhuǎn)速傳感器或三通道轉(zhuǎn)速傳感器的微機械結構I設置至少用于探測繞垂直于主延伸平面100延伸的第一方向101的第一轉(zhuǎn)速、用于探測繞第二方向102 (其平行于主延伸平面100延伸)的第二轉(zhuǎn)速以及必要時用于探測繞第三方向103的第三轉(zhuǎn)速，所述第三方向同樣平行于主延伸平面100但垂直于第二方向102延伸。在隨后的描述中優(yōu)先探討三通道轉(zhuǎn)速傳感器；然而本發(fā)明也可應用于感測Qx/y和Ωζ轉(zhuǎn)速的兩通道裝置。微機械結構I為此具有扭轉(zhuǎn)振動元件10，其借助于連接點30和彈簧元件40可相對于襯底110旋轉(zhuǎn)地與襯底110連接。在此，扭轉(zhuǎn)振動元件10根據(jù)按照圖1的微機械結構I的構造設置為基本上方形的元件或者方形的環(huán)形元件，其能夠執(zhí)行繞第一方向101的扭轉(zhuǎn)振動，其中旋轉(zhuǎn)軸線位于扭轉(zhuǎn)振動元件10的方形裝置的中心點的區(qū)域中或者中心點處。扭轉(zhuǎn)振動元件10具有凹槽一典型地在扭轉(zhuǎn)振動元件10的中央處或者中間區(qū)域中，從而在扭轉(zhuǎn)振動元件10中或者在扭轉(zhuǎn)振動元件10的凹槽中可以設置轉(zhuǎn)速傳感器裝置12。也稱為振動框架10的扭轉(zhuǎn)振動元件10通過尤其四個彈簧元件40在尤其四個連接點30處與襯底110連接，其中在根據(jù)圖1的實施方式中彈簧元件40基本上相對于扭轉(zhuǎn)振動軸線(第一方向101)徑向走向地設置。
[0018]按照本發(fā)明，微機械結構具有驅(qū)動機構80、81、82，其中驅(qū)動機構能夠驅(qū)動扭轉(zhuǎn)振動元件10繞第一方向或者繞平行于第一方向101的旋轉(zhuǎn)軸線進行扭轉(zhuǎn)振動。為此，特別是存在具有指狀電極的、固定的驅(qū)動梳80、81和可運動的驅(qū)動梳82。固定的驅(qū)動梳80、81分別與襯底Iio連接，而可運動的驅(qū)動梳82與扭轉(zhuǎn)振動元件10連接。按照本發(fā)明，驅(qū)動機構可以具有多個這樣的驅(qū)動梳；在圖2中示出了微機械結構的下部中的三個這樣的驅(qū)動結構和微機械結構I的上部中的三個這樣的驅(qū)動結構。然而按照本發(fā)明也可以提出，在振動框架的左梁或者右梁中設置有相應的驅(qū)動結構。通過驅(qū)動機構可以激勵振動框架10或者扭轉(zhuǎn)振動元件10繞第一軸線(Ζ軸線)進行旋轉(zhuǎn)振動。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式提出，振動框架10多角地、但非方形地而是矩形地或者圓形地構造或具有環(huán)形的或橢圓形的形狀。
[0019]在出現(xiàn)繞第二軸線或者第三軸線102、103 (X軸線或者y軸線)的轉(zhuǎn)速時，振動框架10或者扭轉(zhuǎn)振動元件10的結構繞第三方向103或者繞第二方向102翻轉(zhuǎn)，這導致振動框架10或者扭轉(zhuǎn)振動元件10與襯底110的間距變化。所述間距變化借助于特別是設置在扭轉(zhuǎn)振動元件10或者振動框架10下方的探測電極21、22、23、34探測。在此，設有以附圖標記21和22表不的電極也作為用于探測扭轉(zhuǎn)振動兀件10平行于第一方向的局部偏移的第三探測機構用于探測繞第三方向103的第三轉(zhuǎn)速。此外，設有以附圖標記23和24表示的探測電極以下也作為用于探測扭轉(zhuǎn)振動元件平行于第一方向的局部偏移的第四探測機構用于探測繞第二方向102的第二轉(zhuǎn)速。這相應于振動盤的工作原理，例如根據(jù)專利公開文獻 DE19915257A1 或者 DE102006052522A1。
[0020]轉(zhuǎn)速傳感器裝置12位于振動框架10或者扭轉(zhuǎn)振動元件10內(nèi)，所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置在圖1中示出的實施例中具有第一轉(zhuǎn)速傳感器元件12’和第二轉(zhuǎn)速傳感器元件12’’，它們通過耦合彈簧43相互連接，所述耦合彈簧允許不僅沿X方向而且沿y方向的運動(即沿第二方向和第三方向102、103)。扭轉(zhuǎn)振動元件10通過至少一個連接件31、31’與轉(zhuǎn)速傳感器裝置12連接，尤其借助于第一連接件31與第一轉(zhuǎn)速傳感器元件12’連接而借助于另一第一連接件31’與第二轉(zhuǎn)速傳感器元件12’’連接，其中第一連接件31和另一第一連接件31’關于扭轉(zhuǎn)振動元件設置在不同側(cè)上或者關于轉(zhuǎn)速傳感器裝置12設置在不同側(cè)上。第一連接件31具有第一彈簧41而另一第一連接件31’具有第二彈簧41’，其中第一彈簧和第二彈簧41、41’分別沿平行于第一方向的方向和沿垂直于轉(zhuǎn)速傳感器裝置12的驅(qū)動運動的方向具有比沿平行于轉(zhuǎn)速傳感器裝置12的驅(qū)動運動的方向更小的彈簧剛性。轉(zhuǎn)速傳感器裝置12按照本發(fā)明也還通過第二連接件32、32’與襯底110連接。為此，第二連接件32設為第一轉(zhuǎn)速傳感器裝置12’的襯底錨定件，并且另一第二連接件32’設為第二轉(zhuǎn)速傳感器元件12’ ’與襯底110的連接件。第二連接件32包括第三彈簧42而另一連接件32’包括第四彈簧42’，其中第三彈簧和第四彈簧42、42’分別沿平行于第一方向101的方向和沿垂直于轉(zhuǎn)速傳感器裝置12的驅(qū)動運動的方向具有相比于沿平行于轉(zhuǎn)速傳感器裝置12的驅(qū)動運動的方向更大的彈簧剛性。通過非常局部的第一連接件31或者另一第一連接件31’確保在扭轉(zhuǎn)振動元件10或者振動框架10的旋轉(zhuǎn)運動時僅僅發(fā)生垂直于驅(qū)動方向(在圖1的所不實施方式中，轉(zhuǎn)速傳感器裝置12的驅(qū)動方向與第三方向103 (也稱為y方向)重合)的非常小的橫向力。然而，所述重合按照本發(fā)明不一定是必然的情況。驅(qū)動方向也可以根據(jù)第二方向102設置或者相對于第二方向或者第三方向102、103的角度不等于90°。還剩余的橫向力通過沿垂直于驅(qū)動方向的方向軟的第一彈簧和第二彈簧41和41’基本上接收，因為框架結構14或者驅(qū)動元件14通過垂直于驅(qū)動方向非常硬的第三彈簧和第四彈簧42、42’與襯底110連接，從而框架結構14或者驅(qū)動元件14實際上不可以沿垂直于驅(qū)動方向的方向偏移。相反，第一彈簧和第二彈簧41、41’平行于驅(qū)動方向(在圖1中的第三方向103)非常硬并且沿驅(qū)動方向共同引導框架14或者驅(qū)動元件14。由此形成用于Ωχ探測和Qy探測(即第二轉(zhuǎn)速和第三轉(zhuǎn)速)的擺動框架10或者扭轉(zhuǎn)振動元件的和用于Ωζ探測(gp用于第一轉(zhuǎn)速)的直線振動器12或者轉(zhuǎn)速傳感器裝置12的共同的驅(qū)動模式。在此，轉(zhuǎn)速傳感器裝置的第一驅(qū)動元件和第二驅(qū)動元件14、14’反相地平行于驅(qū)動方向運動，所述驅(qū)動方向在示出的示例中與第三方向103重合。然而，同時有效地抑制轉(zhuǎn)速傳感器裝置12中離心加速度的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)速傳感器裝置12的第一探測裝置和第二探測裝置16、16’在驅(qū)動運動中通過沿驅(qū)動方向硬的彈簧44或者44’ 一起引導(即同樣相互反相地運動)。在出現(xiàn)繞第一方向101的轉(zhuǎn)速時(即在出現(xiàn)相應于第一轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速分量時)，出現(xiàn)平行于第二方向102的科里奧利力，并且探測裝置16、16’相應反相地平行于第二方向102偏移。按照本發(fā)明尤其電容式地由僅僅示例性地說明的可運動的電極25或者固定電極26、27檢測所述偏移，所述可運動的電極25或者固定電極26、27共同形成用于探測第二探測裝置16’的偏移的兩個探測機構。用于第一探測機構(未示出)的相應電極按照本發(fā)明設置用于探測第一探測裝置16的偏移，然而簡明起見沒有示出。第一和第二探測裝置16、16’按照根據(jù)圖1的實施方式構造為科里奧利質(zhì)量，即探測裝置16、16’不僅執(zhí)行驅(qū)動運動(因此科里奧利力作用于它們)而且執(zhí)行探測運動。第一彈簧和第二彈簧41、41’沿驅(qū)動方向必須是硬的并且垂直于驅(qū)動方向必須是軟的，其中它們此外沿第一方向101的方向(ζ方向)也必須是軟的，由此振動框架或者扭轉(zhuǎn)振動元件10在出現(xiàn)Ωχ轉(zhuǎn)速(即繞第二方向102、X方向的第二轉(zhuǎn)速)時可以繞第三方向103翻轉(zhuǎn)。作為示例地以曲折彈簧(Miianderfeder)(例如作為U形彈簧或S形彈簧)的形式實現(xiàn)的第一彈簧和第二彈簧41、41’的變型方案，按照本發(fā)明也可實現(xiàn)構造為板簧的彈簧，即相比于其他傳感器結構具有顯著更小的層厚。
[0021]在圖2至8中示出了根據(jù)一些替代實施方式的按照本發(fā)明的微機械結構、特別是轉(zhuǎn)速傳感器的不意性原理圖。
[0022]圖2示出按照本發(fā)明的三通道轉(zhuǎn)速傳感器的替代優(yōu)選實施方式。與按照圖1的實施方式不同，驅(qū)動框架14或者第一驅(qū)動元件14 (并且相應地第二驅(qū)動元件14’)按照根據(jù)圖1的構造的變型方案構造并且以附圖標記14b表示。在所述替代方案中，第一(或者第二)驅(qū)動元件14在分別位于內(nèi)部的框架邊上是敞開的，從而耦合彈簧43通過連接件33直接將兩個探測框架16、16’(或者第一探測裝置和第二探測裝置16、16’)相互連接。由此確保直線振動結構12 (或者轉(zhuǎn)速傳感器裝置12)的兩個子振動器不僅在驅(qū)動運動中而且在探測運動中強耦合并且因此構成共同的、反平行的探測模式。第一探測裝置和第二探測裝置
16、16’按照根據(jù)圖2的實施方式同樣實施為科里奧利質(zhì)量，即探測裝置16、16’不僅執(zhí)行驅(qū)動運動(因此科里奧利力作用于它們)而且執(zhí)行探測運動。在僅僅弱耦合的探測結構中，如在根據(jù)圖1的實施方式中那樣，相反可以在左側(cè)子振動器和右側(cè)子振動器中形成兩個幾乎獨立的探測振動形式，它們在彈簧和質(zhì)量方面由工藝決定的輕微結構區(qū)別的情況下也可能導致輕微不同的諧振頻率。這可以對轉(zhuǎn)速傳感器的信號質(zhì)量、特別是耐振性具有負面影響。這樣的缺點通過按照根據(jù)圖2的實施方式的探測框架16的耦合避免。
[0023]在圖3至8中示出了按照本發(fā)明的三通道轉(zhuǎn)速傳感器的一些替代實施方式，其替代根據(jù)圖1和2的矩形幾何結構具有圓盤(具有內(nèi)部空缺)形式的外部振動框架或者外部扭轉(zhuǎn)振動元件10。
[0024]按照根據(jù)圖3的實施方式，與按照圖1和2的實施例不同地，驅(qū)動框架14或者第一驅(qū)動元件14 (并且相應地第二驅(qū)動元件14’ )—按照圖3以附圖標記14c表示一不與襯底110連接。由此驅(qū)動框架14c實現(xiàn)科里奧利框架、即不僅沿驅(qū)動方向而且沿探測方向可運動的框架的功能性。所施加的科里奧利力導致結構14c沿X方向的偏移。通過沿X方向硬的彈簧47使探測結構16c (其與圖1中的第一探測裝置16或者第二探測裝置16’相應，但不同地連接)沿X方向共同運動并且因此導致探測信號。探測結構16c在所述配置中在驅(qū)動運動中處于靜止，即其不執(zhí)行沿驅(qū)動方向I的運動。這通過沿y方向硬的彈簧48實現(xiàn)，所述彈簧與襯底110連接。由此實現(xiàn)驅(qū)動運動與探測運動的進一步有利的去耦合。附加地，局部的工藝波動、即以上所述的在彈簧和質(zhì)量方面的輕微結構區(qū)別導致較小的正交(Quadratur)。根據(jù)本發(fā)明按照圖3的實施方式的彈簧48相應于轉(zhuǎn)速傳感器裝置12在襯底110處的第二連接件32、32’。與按照圖1和2的結構的另一拓撲區(qū)別是兩個彈簧40b替代四個錨定彈簧40，其將傳感器在錨定點34處與襯底110連接并且非常類似于振動框架與框架元件14c之間的彈簧41。由此改進用于繞X軸線和y軸線的轉(zhuǎn)速——即振動框架繞y軸線或者X軸線的翻轉(zhuǎn)——的探測偏移的對稱性。
[0025]圖4示出按照本發(fā)明的三通道轉(zhuǎn)速傳感器的一種替代和優(yōu)選的實施方式。與圖1和圖2不同地，在按照圖4的實施方式中如此修改轉(zhuǎn)速傳感器裝置12，使得第一驅(qū)動元件或者第二驅(qū)動元件14、14’分別作為驅(qū)動框架14d減小為一個緊湊結構。在按照圖5至8的實施方式中也設置第一驅(qū)動元件和第二驅(qū)動元件14、14’的所述實現(xiàn)。通過在彈簧31d (其與按照圖1的第一彈簧或者第二彈簧41、41’相應)的作用點以外、特別是上方或者下方彈簧45的襯底連接進一步抑制驅(qū)動運動的X分量過耦合到按照圖4同樣修改的探測結構16d上，從而其沿X方向上實際上不偏移并且因此不導致誤差信號。此外按照根據(jù)圖4的實施方式提出，探測結構16d包含正交補償結構17，其借助于靜電力補償機械正交信號。
[0026]按照圖5的實施方式在驅(qū)動框架14d方面相應于根據(jù)圖4的實施方式，但其中探測結構16d通過沿X和y方向柔性的彈簧49與襯底110連接。由此產(chǎn)生關于ζ通道(即為了感測繞ζ軸線的第一轉(zhuǎn)速Ωζ)的探測頻率的調(diào)節(jié)的附加可能性。
[0027]圖6示出按照本發(fā)明的三通道轉(zhuǎn)速傳感器的另一種替代和優(yōu)選的實施方式。在此，按照根據(jù)圖1的實施方式的耦合結構43的替代實現(xiàn)方案作為兩個探測框架16e之間的耦合結構43e在錨定點35處與襯底110連接。通過這種方式將可以使測量信號失真的干擾模式推移到更高的頻率。
[0028]圖7示出按照本發(fā)明的三通道轉(zhuǎn)速傳感器的一種替代實施方式。與按照圖3、4和5的實施方式不同地，在按照圖6的實施方式中設有科里奧利框架18，其連同驅(qū)動框架14d形成第一驅(qū)動元件或者第二驅(qū)動元件14、14’?？评飱W利框架18不與襯底110連接并且不僅沿驅(qū)動方向而且沿探測方向是可運動的。所施加的科里奧利力導致科里奧利框架18沿X方向的偏移。通過沿X方向硬的彈簧47使探測結構16f (其連同鏡像設置的探測結構充當按照圖1的第一探測裝置和第二探測裝置16、16’的角色)沿X方向一起運動并且因此導致探測信號。探測結構16f在所述配置中在驅(qū)動運動中處于靜止，即它不執(zhí)行沿驅(qū)動方向y的運動。這能夠通過沿y方向硬的彈簧48實現(xiàn)，所述彈簧與襯底110在錨定點處連接。由此導致驅(qū)動運動與探測運動的進一步有利的去耦合。附加地，局部工藝波動僅僅導致小的正交。
[0029]在圖8中示出了按照本發(fā)明的三通道轉(zhuǎn)速傳感器的另一種替代和優(yōu)選的實施方式。在此，相對于根據(jù)圖7的實施方式，耦合結構43g (相應于根據(jù)圖6的實施方式的耦合結構43e)在兩個科里奧利框架18 (其按照根據(jù)圖7的實施方式實現(xiàn))之間在中央在固定點35處與襯底110連接。通過這種方式將可以使測量信號失真的干擾模式推移到更高的頻率。
【權利要求】
1.一種微機械結構(1)，特別是轉(zhuǎn)速傳感器，其具有襯底(110)，所述襯底具有主延伸平面(100)，所述微機械機構用于探測繞垂直于所述主延伸平面(100)延伸的第一方向(101)的第一轉(zhuǎn)速并且用于探測繞平行于所述主延伸平面(100)延伸的第二方向(102)的第二轉(zhuǎn)速，其中，所述微機械結構(I)具有被驅(qū)動繞平行于所述第一方向(101)的旋轉(zhuǎn)軸線進行扭轉(zhuǎn)振動的扭轉(zhuǎn)振動元件(10)，其中，所述微機械結構(I)還具有用于探測所述第一轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)，其中，所述扭轉(zhuǎn)振動元件(10)在平行于所述主延伸平面(100)的平面中完全環(huán)繞所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)，其中，所述微機械結構(I)具有所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)在所述扭轉(zhuǎn)振動元件(10)處的至少一個第一連接件(31，31’)，其特征在于，所述微機械結構(I)具有所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)在所述襯底(110)處的至少一個第二連接件(32，32’)。
2.根據(jù)權利要求1所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)具有第一轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’)和第二轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’ ’)，其中，所述微機械結構(I)配置用于驅(qū)動所述第一轉(zhuǎn)速傳感器元件和所述第二轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’，12’’)平行于驅(qū)動方向進行反向的驅(qū)動運動，其中，為了實現(xiàn)所述驅(qū)動運動，所述扭轉(zhuǎn)振動元件(10 )借助于所述第一連接件(31)與所述第一轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’)連接并且借助于另一第一連接件(31’)與所述第二轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’ ’)連接。
3.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述第一連接件(31)具有第一彈簧(41)并且所述另一第一連接件(31’)具有第二彈簧(41’)，其中，所述第一彈簧和所述第二彈簧(41，41’)分別沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)的驅(qū)動運動的方向具有相比于沿平行于所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)的驅(qū)動運動的方向更小的彈簧剛性。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’)借助于所述第二連接件(32)與所述襯底(110)連接，并且所述第二轉(zhuǎn)速傳感器元件(12 ’ ’)借助于另一第二連接件(32 ’)與所述襯底(110 )連接。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述第二連接件(32)具有第三彈簧(42 )并且所述另一第二連接件(32 ’)具有第四彈簧(42 ’)，其中，所述第三彈簧和所述第四彈簧(42，42’)分別沿平行于第一方向的方向并且沿垂直于所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)的驅(qū)動運動的方向具有相比于沿平行于所述轉(zhuǎn)速傳感器裝置(12)的驅(qū)動運動的方向更大的彈簧剛性。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’)具有第一驅(qū)動元件(14)和第一探測裝置(16)，并且所述第二轉(zhuǎn)速傳感器元件(12’ ’)具有第二驅(qū)動元件(14’)和第二探測裝置(16’)。
7.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述微機械結構(I)具有用于探測所述第一探測裝置(16 )的偏移的第一探測機構(25，26，27 )和用于探測所述第二探測裝置(16’)沿垂直于所述驅(qū)動方向的方向并且在平行于所述主延伸平面(100)的平面中的偏移的第二探測機構。
8.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(1)，其特征在于，所述微機械結構(I)除探測所述第一轉(zhuǎn)速和所述第二轉(zhuǎn)速以外還配置用于探測繞平行于所述主延伸平面(100)并且垂直于所述第二方向(102)延伸的第三方向(103)的第三轉(zhuǎn)速。
9.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述微機械結構(I)具有用于探測平行于所述第一方向(101)的偏移并且用于探測所述第二轉(zhuǎn)速的第三探測機構(21，22)，并且所述微機械結構(I)具有用于探測平行于所述第一方向(101)的偏移并且用于探測所述第三轉(zhuǎn)速的第四探測機構(23，24)。
10.根據(jù)上述權利要求之一所述的微機械結構(I)，其特征在于，所述微機械結構(I)具有驅(qū)動機構(80，81，82 )，其中，所述驅(qū)動機構(80，81，82 )驅(qū)動所述扭轉(zhuǎn)振動元件(10 )繞平行于所述第一方向(101)的`旋轉(zhuǎn)軸線進行扭轉(zhuǎn)振動。
【文檔編號】G01C19/5712GK103776437SQ201310511795
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2012年10月25日
【發(fā)明者】J·克拉森, R·舍本 申請人:羅伯特·博世有限公司