STMEMS陀螺仪以一个传感构造实现3轴角速度检测的原理推测

此次能以同一构造检测3轴角速度的陀螺仪像2009年6月发表的技术一样，在普通陀螺仪具备的圆盘状铅锤的内侧，又追加了用于检测Z轴角速度的铅锤……

图1：台湾成功大学在“IEEE Sensors 2008”上发表的、以同一构造检测3轴角速度的陀螺仪。数据由台湾成功大学提供。(点击放大)

图2：根据台湾成功大学的陀螺仪推测的3轴角速度检测原理。X轴和Y轴的角速度通过旋转摆动外侧和内侧两个圆盘状铅锤，根据这两个圆盘状铅锤各自的倾斜来进行检测。而Z轴方向的角速度则根据一个圆盘状内部所形成的四个铅锤向XY轴方向的运动来进行检测。数据由台湾成功大学提供。(点击放大)
意法半导体（STMicroelectronics）推出了能够用一个传感构造检测出3轴角速度的静电容量型MEMS陀螺仪（角速度传感器，参阅本站报道）。不过，该公司并未公布以一个传感构造实现3轴角速度检测的技术手段。因此，本站根据迄今为止学会上发表的同类3轴陀螺仪以及精通MEMS领域的技术人员的意见，对此次陀螺仪的原理和构造进行了推测。

MEMS陀螺仪大多通过摆动铅锤，以静电容量检测从外部施加角速度时引起的铅锤运动变化来算出角速度。比如在Z轴周围使铅锤旋转摆动的方法。该方法虽然可用同一构造检测出X轴及Y轴方向的角速度，但却难以检测Z轴方向的角速度。因此，现有的3轴角速度传感器还需要准备另一个传感构造，以检测Z轴方向的角速度。

对于能以一个构造检测3轴角速度的陀螺仪，意法半导体只透露了两项信息：（1）采用了与现有MEMS传感器相同的工艺技术；（2）传感构造及检测方法等与原来相比没有大的改变。

意法半导体曾在北约（NATO）2009年6月于俄罗斯圣彼得堡举行的、以尖端研发为主题的研讨会“Advanced Materials and Technologies for Micro/Nano-Devices, Sensors and Actuators（NanoDSA’2009）”上发表过该MEMS陀螺仪可能会应用的技术。

当时发表的是通过使圆盘状铅锤在Z轴周围旋转摆动来检测Y轴角速度的单轴陀螺仪的构造及检测方法。具体而言，在通过梳齿状静电致动器旋转摆动的圆盘状铅锤的内部形成了两个沿Z轴方向运动的检测用铅锤。通过使铅锤旋转摆动，以静电容量检测内部两个铅锤沿Z轴方向的倾斜。该方法在（1）与原来相同的工艺技术以及（2）构造及检测方法这两方面均不做大改动的情况下即可实现。

根据这一理由可以推测，此次能以同一构造检测3轴角速度的陀螺仪像2009年6月发表的技术一样，在普通陀螺仪具备的圆盘状铅锤的内侧，又追加了用于检测Z轴角速度的铅锤。在MEMS相关学会上，此前已发表过多例凭借这一结构，以同一构造检测3轴角速度的陀螺仪。有众多推测认为，意法半导体此次推出的陀螺仪采用了与其中台湾成功大学（National Cheng Kung University）的开发相类似的构造及检测方法。其依据是该陀螺仪不仅满足（1）、（2）两项的条件，而且还与北约2009年6月的研讨会上的发表内容接近。

台湾成功大学开发的陀螺仪（图1）在结构上（a）具备外侧和内侧两个圆盘状铅锤，并且（b）一个圆盘状铅锤的内部被分成了八个区域，在其中四个区域又形成了单独的铅锤。X轴和Y轴的角速度（a）通过旋转摆动外侧和内侧两个圆盘状铅锤，根据这两个圆盘状铅锤各自的倾斜来进行检测。而Z轴方向的角速度则（b）根据一个圆盘状内部所形成的四个铅锤向XY轴方向的运动来进行检测（图2）

采用该方法时，估计难点在于如何穿过起“扭簧”作用的梁架构造，从驱动部分取出众多布线。（记者：加藤 伸一）