前回は、MEMSジャイロの優れた製法であるエピポリシリコンプロセスのキーポイントを解説しました。今回は最終回です。MEMSジャイロの高性能化について紹介します。
第6回「MEMSジャイロの高性能化」を解説していきます。
1. 高性能MEMSジャイロが必要な訳
第1回で説明したように、さまざまなジャイロがある中でMEMSジャイロはローエンドに位置します（図1）。MEMSジャイロは小さく、大量生産によって安価でもあるため、スマートフォンやゲーム機器、自動車など、身の回りの製品に広く使われています。このように身近なMEMSジャイロがより高性能になれば、さまざまな未来が広がります。
高い性能が要求される用途には、光学式ジャイロがよく使われます。近年、開発が盛んな自動運転車にも、おそらく光学式ジャイロが使われていると思われます。実際、自動運転車にはバイアス不安定性（どのくらいゆっくりとした回転を検出できるかを評価軸に選んだ性能）が0.1°/h以下でなくてはならないといわれています。これは、光学式ジャイロの性能レンジです。
一方、光学式ジャイロは、一般的に3軸で100万円台にもなり、実験車ならともかく、大衆車に採用するにはあまりにも高額です。自動運転車をリーズナブルな価格で普及させるには、一つ一つの構成部品を技術革新によって低コスト化しなくてはならず、他の高性能ジャイロも同様です。そのためには、2つの考え方があります。一つは、光学式ジャイロを低コスト化する方法。もう一つは、安価なMEMSジャイロを高性能化する方法です。筆者は、後者が有望だと思っています。
2. MEMSジャイロの高性能化の方法
どうしたらMEMSジャイロを高性能化できるでしょうか。ここでは、第2回で説明した原理に基づいて考えてみましょう。改めて、振動式ジャイロの原理を図2に示します。x軸に沿ってその固有周波数 fxで振動させると、ジャイロの角速度に比例して、コリオリ力が y方向に働きます。y軸の固有周波数 f y は f x と異なるものの、スケールファクタ（感度）を高くするためには、数%以内の違いにしておくべきです。
高性能化に有望な方法は、f x とf y を一致させることです。これをモードマッチといいます。さらに、Q値を大きくすれば、スケールファクタをより大きくできます。では、そうすればよいではないか、と思うかもしれません。しかし、実際はそう簡単ではありません。確かに、f x =f y とするだけなら、MEMS構造をかなり精密に作り、それでも一致しないところは後で調整して、モードマッチさせることは可能です。
3. 高性能化の難しさ
4. フーコーの振り子をMEMSで実現
全6回で下記の内容を解説しています。
- 第1回 ジャイロセンサとは
- 第2回 MEMSジャイロの原理
- 第3回 MEMSジャイロのメカニズム
- 第4回 MEMSジャイロの作り方（前編）
- 第5回 MEMSジャイロの作り方（後編）
- 第6回 MEMSジャイロの高性能化
