KR100616641B1

KR100616641B1 - 튜닝포크형 진동식 ｍｅｍｓ 자이로스코프

Info

Publication number: KR100616641B1
Application number: KR1020040100878A
Authority: KR
Inventors: 박규연; 김용식
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-08-28
Also published as: JP4214123B2; KR20060062131A; US20060117852A1; US7191653B2; JP2006162584A

Abstract

본 발명은 이동체의 회전에 따른 각속도 및 각가속도를 감지하기 위한 MEMS 자이로스코프를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 튜닝포크형 진동식 MEMS 자이로스코프는, 기판(210)상에 형성된 외측 고정 지지부(220), 복수개의 외부 탄성 부재(310~360), 가진코움(415,425)을 각각 갖는 제1 및 제2 외부 프레임(410,420), 코움가진기(515,525)를 각각 갖는 제1 및 제2 가진 전극(510,520), 복수의 내부 스프링 부재를 포함하는 제1 및 제2 내부 탄성부재(610,620), 감지코움(715,725)을 각각 갖는 제1 및 제2 내부 프레임(710,720), 코움감지기(815,825)를 각각 갖는 제1 및 제2 감지전극(810,820)을 구비한다.

이러한 본 발명에 의하면, 주변의 음향 노이즈에 강한 튜닝 포크형 진동식 자이로스코프에서, 내부 프레임 외부에서 가진되고, 내부 프레임 내부에서 감지되도록 구현하고, 와인(wine)잔 형상의 탄성 부재를 이용하여 보다 안정적인 동작을 수행할 수 있다.

수평형, 튜닝포크, 진동식, MEMS, 마이크로 자이로스코프

Description

튜닝포크형 진동식 ＭＥＭＳ 자이로스코프{HORIZONTAL, VERTICAL, AND TUNING FORK VIBRATORY MEMS GYROSCOPE}

도 1은 종래의 수평형 및 튜닝포크형 진동식 자이로스코프의 평면도이다.

도 2는 도 1의 자이로스코프의 튜닝포크 모드시, 파이형 스프링의 형상이다.

도 3의 (a)는 본 발명에 따른 튜닝포크형 진동식 MEMS 자이로스코프의 전체 평면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에서의 A1-A2선 단면도이다.

도 4는 본 발명의 외측 고정 지지부의 평면도이다.

도 5의 (a),(b)는 본 발명의 제1 내지 제4 외부 탄성 부재의 확대도이다.

도 6은 본 발명의 제5 및 감지전극패드(811) 외부 탄성 부재의 확대도이다.

도 7은 본 발명의 제1 및 제2 외부 프레임의 평면도이다.

도 8은 본 발명의 제1 및 제2 가진 전극의 평면도이다.

도 9는 본 발명의 제1 및 제2 내부 탄성 부재의 평면도이다.

도 10은 본 발명의 제1 및 제2 내부 프레임의 평면도이다.

도 11은 본 발명의 제1 및 제2 감지 전극의 평면도이다.

도 12는 본 발명의 피드백 전극의 평면도이다.

도 13은 본 발명의 자이로스코프의 튜닝포크 모드시, 파이형 스프링의 형상이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

210 : 기판 220 : 외측 고정 지지부

310~360 : 외부 탄성 부재 410,420 : 제1 및 제2 외부 프레임

415,425 : 가진코움 510,520 : 제1 및 제2 가진 전극

515,525 : 가진코움 610,620 : 제1 및 제2 내부 탄성부재

710,720 : 제1 및 제2 내부 프레임 715,725 : 감지코움

810,820 : 제1 및 제2 감지전극 815,825 : 감지코움

900: 피드백 전극

본 발명은 이동체의 회전에 따른 각속도 및 각가속도를 감지하기 위한 MEMS 자이로스코프에 관한 것으로, 특히 주변의 음향 노이즈에 강한 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프에서, 내부 프레임 외부에서 가진되고, 내부 프레임 내부에서 감지되도록 구현하고, 와인(wine)잔 형상의 탄성 부재를 이용하여 보다 안정적인 동작을 수행할 수 있는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프에 관한 것이다.

일반적으로, 자이로스코프(Gyroscope)는 이동체의 회전에 따른 각속도 또는 각가속도를 감지하기 위한 센서로 이용되고 있는데, 이러한 자이로스코프의 종류에 는, 작용하는 힘의 종류에 따라 기계식 자이로(mechanical Gyro)와 진동식 자이로(vibrating Gyro)로 구분될 수 있고, 또한, 상기 진동식 자이로는 제조공정에 따라 세라믹 자이로(Ceramic Gyro)와, 반도체 제조공정을 이용하는 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 자이로가 있다. 그리고, 진동식 자이로 중에서 작용하는 힘의 방향에 따라 수평 자이로(Lateral Gyro)와 수직 자이로(Vertical Gyro)로 구분되는데, 상기 수평 자이로는 속도의 수평면과 수평 방향으로 코리올리힘을 이용하고, 상기 수직 자이로는 속도의 수평면과 수직 방향으로 코리올리힘을 이용한다.

상기 진동식 자이로에 이용되는 코리올리힘(Koriolri-force)은 "Fc = 2mΩ·V "식에 의해 구해질 수 있으며, 여기서, "m"은 이동체의 무게이고, "Ω"는 각속도이며, "V"는 속도이다. 상기 코리올리힘(Fc)의 방향은 속도(V)축 및 각속도(Ω)의 회전축에 의해 결정된다. 이러한 진동식 자이로는 흔히 흔들림(예,손떨림)을 감지하여 보상하기 위한 장치에 적용될 수 있다.

이러한 진동식 자이로의 구조물을 살펴보면, 진동식 자이로는 고정 구조물과 진동 구조물로 크게 이루어지는데, 여기서 진동 구조물은 가진을 위한 구조 및 감지를 위한 구조를 포함하며, 상기 가진 구조는 가진모드에서 감지조건을 형성하기 위해 진동 구조물을 자력 발진으로 공진시키기 위한 구조이고, 상기 감지 구조는 이동체의 흔들림(예,디지탈카메라의 손떨림)에 해당하는 가속도 또는 각가속도에 수직하는 방향으로 작용하는 코리올리힘(F)에 의해 진동 구조물을 공진시키기 위한 구조이다. 여기서, 가진모드의 공진과 감지모드의 공진은 서로 수직방향으로 이루어지며, 상기 코리올리힘(Fc)의 크기, 즉 이동체의 흔들림 정도에 따른 커패시터의 크기를 측정한다.

이러한 자이로에서의 감지모드에서, 자이로스코프의 전압 검출 방식으로는 코리올리힘에 해당하는 커패시턴스를 측정하여 전압으로 변화하는 방식과, 코리올리힘에 의한 움직임을 억제하는데 필요한 전압을 측정하는 리밸런스(rebalance) 방식이 있다.

또한, 이러한 진동식 자이로에서 감지능력을 향상시키기 위해서, 가진모드에서의 움직임을 크도록 하고, 감지모드에서의 감도를 양호하게 하여야 한다.

한편, 진동식 자이로는 캠코더의 손떨림방지 장치, 자동차용 에어백(Roll-over airbag) 장치, 장난감 등의 무인 비행기, 그리고 가상 표시 안경(HMD: Head Mount Display) 등에 적용된다.

이러한 부품에 적용하기 위해 진동형 자이로를 실제 구현하는 경우, 자이로는 일정방향의 각속도를 측정하는 센서이므로 측정하고자 하는 방향이외의 각속도나 운동에 대하여 반응이 둔감하여야 하는데, 이러한 측정하고자 하는 방향이외의 운동에 대한 민감도를 크로스 토크(Cross Talk) 혹은 크로스 센시티비티(Cross Sensitivity)라고 정의하며, 물리량을 측정하는 센서에서 그 값을 최소화하여 제품의 사양에서 어느 일정한 값 이하로 규제하고 있다.

종래의 마이크로 자이로스코프(또는 MEMS 자이로스코프)중 US특허 제5747690A호에 개시된 마이크로 자이로스코프는, 수평방향(X)으로 코움을 이용하여 가진하게 되고, 이와 마찬가지로 수직방향(Y)으로 유발되는 진동구조의 코리올리의 진동을 감지전극을 통하여 감지할 수 있도록 하는데, 즉, 부유질량의 양면에 위치한 코움에 교류의 전압을 인가하여 부유질량이 X축 방향으로 진동하고 있을 경우, Z축 방향의 각속도가 인가되면, 코리올리의 힘에 의하여 질량은 진동하는 주파수로 Y축 방향으로 진동하게 되며, 이때 상기 진동범위는 인가된 각속도에 비례하여 질량의 Y축 방향 진동을 감지전극을 이용하여 진동 주파수로 검출함으로써 각속도 신호를 얻을 수 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프에서, 진동모드를 보면 X방향으로 초기 진동하며 외부의 각속도가 인가되어 발생된 코리올리 운동에 의하여 질량체는 Y방향으로 진동하여 각속도를 감지하므로, 이러한 방식에 의해 각속도를 검출할 때 X, Y 방향으로, 특히 민감한 Y방향으로의 진동이 전달되면 영향이 곧바로 출력으로 나타나는 현상이 발생하는데, 외부의 진동 중에 특히 고유진동수 근처의 진동에는 취약하며 다른 주파수 대역은 전기적인 필터를 설치하여 감소시킬 수 있으나 자이로의 원리상 고유진동수(공진주파수)의 신호에 변조 (modulation)되어 각속도 신호가 발생되므로 전기적으로도 상쇄하기 불가능한 성분이 존재하여 감지능력을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

또한, 종래의 마이크로 자이로스코프중 US특허 제5349855A호에 개시된 튜닝 포크형 마이크로 자이로스코프는, 튜닝 포크(Tuning Fork : 소리굽쇠)형 진동모드를 사용하고 있는데, 이 튜닝포크 모드에서, 감지(Sensing)하는 모드가 바닥과 수직인 방향으로 이루어진다. 이러한 마이크로 자이로스코프는 구동모드의 방향은 수평방향이고 감지모드의 방향이 수직인 특성을 갖는 구조물을 포함하며, 이러한 구조물에서는 상기 두 방향의 주파수가 동일할 때 가장 큰 출력이 발생하므로 제작공정 후 전기적으로나 재공정을 통하여 동일하게 혹은 비슷하게 공진주파수를 맞추는 튜닝작업을 수행한다.

그런데, 수평방향과 수직방향의 공진주파수를 동일하게 맞추어야 하는데, 감지모드와 가진모드의 방향이 서로 수평 및 수직이므로 이러한 수평 및 수직방향으로 진동하는 스프링 등의 탄성체의 높이 및 두께를 동일하게 제작하여야 하므로 이는 주파수 튜닝(Tuning) 작업을 어렵게 하는 요인으로 작용하며, 또한, 수평방향의 주파수는 구조물의 식각공정에 민감하며 수직방향의 공진주파수는 구조물의 두께를 결정짓는 증착이나 도금이나 연마(Polishing)공정에 의하여 결정되므로 두 공정의 관리를 철저히 해야 하나 실제로 공정관리가 상당히 어려우며, 감지전극이 한쪽으로 형성되어 있으므로 큰 각속도가 인가되어 수직방향의 진동의 크기가 커지면 측 정에서의 비선형성이 나타난다는 문제점이 있다.

전술한 바와 같은 종래의 자이로에서는 외부의 진동이나 음향노이즈에 의하여 자이로 구조물에 진동이 전달되어 측정하고자 하는 각속도 이외의 신호가 문제가 될 정도로 크게 나타남을 알 수 있었으며 실제의 용도에서 이러한 진동이나 음향노이즈에 의한 이상신호발생은 제품으로서의 기능에 치명적인 악 영향으로 나타난다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같은 수평형 및 튜닝포크형 진동식 자이로스코프가 제안된바 있다.

도 1의 종래의 수평형 및 튜닝포크형 진동식 자이로스코프는 기판(105), 고정부(110), 외부 탄성부재(120), 외부 프레임부(130), 감지 전극부(140), 내부 탄성부재(150), 빗살구조의 가진코움을 각각 갖는 한쌍의 제1 및 제2 내부 질량체를 포함하는 내부 질량부(160), 빗살구조의 코움가진기(comb drive)를 포함하는 가진전극부(170)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 가진전극부(170)에 가진 신호가 공급되면, 상기 가진전극부(170)와 내부 질량부(160)사이에 정전력이 발생하여 이 정전력에 의해 상기 내부 질량부(160)의 제1 및 제2 내부 질량체가 Y축 방향으로 서로 마주보면서 "가까워 졌다 멀어 졌다"하는 왕복 운동을 하는 수평 튜닝 포크 모드로 가진된다.

이때, 도 1의 자이로스코프에 X축 및 Y축에 수직하는 회전축을 갖는 각속도가 발생되면, 상기 한쌍의 내부 질량체는 X축 방향중 서로 역방향의 코리올리힘을 받아 진동하게 되고, 이러한 진동체의 진동은 내부 탄성부재에 의해 외부 프레임부에 전달되어 이 외부 프레임부(130)가 진동한다.

이 경우, 상기 외부 프레임부(130)와 상기 감지 전극부(140)간의 간격 변화에 따른 커패시턴스를 상기 감지전극부(140)가 검출하여 외력의 크기 또는 자체 흔들림 등을 감지할 수 있게 된다.

이와 같은 수평형 및 튜닝포크형 진동식 자이로스코프에 대한 구체적인 설명은 일본특허공개 제2004-205492호에 개시되어 있다.

이러한 종래의 튜닝 포크 자이로에서는, 감지모드의 공진방향과 가진모드의 공진방향이 동일 평면상에서 이루어지는 수평형 모드로 동작하여, 공정상에서 결정되는 수직방향의 두께 변화에 둔감하여 감지 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

그런데, 도 1의 종래 수평형 및 튜닝포크형 진동식 자이로스코프는 하기 와 같은 문제점을 갖는다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 수평형 및 튜닝포크형 진동식 자이로스코프에서는, 상기 외부 프레임부(130)와 상기 내부 질량부(160)의 제1 및 제2 내부 질량체가 파이형 스프링으로 연결되어 있는데, 상기 자이로스코프가 튜닝포크 모드로 동작시, 상기 파이형 스프링은 도 2에 도시한 바와 같이, 그 바디부에 불안정한 변형이 발생되고, 이에 따라 상기 자이로스코프가 불안정한 튜닝포크 동작을 일으키는 문제점이 있다. 심한 경우에는 이상 발진을 일으킬 염려가 있다.

또한, 도 1에 도시된 종래의 수평형 및 튜닝포크형 진동식 자이로스코프에서는, 모두 정밀가공을 필요로 하는 복수의 소형 구조물로 이루어진 관계로, 제작이 어렵게 됨은 물론, 고가의 비용이 소요되는 단점이 있으며, 특히 상기와 같은 자이로스코프는 다수의 기계부품으로 이루어져 있기 때문에, 회로 일체형으로 적용하기가 곤란하게 되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 이동체의 회전에 따른 각속도 및 각가속도를 감지하고, 주변의 음향 노이즈에 강한 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프에서, 내부 프레임 외부에서 가진되고, 내부 프레임 내부에서 감지되도록 구현 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 와인(wine)잔 형상의 탄성 부재를 이용하여 보 다 안정적인 동작을 수행할 수 있는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 와인잔 형상의 탄성 부재 사이의 공간에 피드백 전극을 형성하여 사용공간 효율을 높여 사이즈를 줄일 수 있는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 수평형 및 튜닝포크형 진동식 MEMS 자이로스코프는,

서로 수직인 X축 및 Y축에 의한 수평방향으로의 평면구조를 갖는 기판상에 형성된 외측 고정 지지부;

상기 외측 고정 지지부의 내측에 연결되어 Y축 방향으로 탄성을 갖는 복수개의 외부 탄성 부재;

상기 기판으로부터 일정 간격 떠서, 상기 복수개의 외부 탄성 부재에 의해 탄성 지지되며, Y축 상에서 서로 상하로 이격 배치되며, 그 각 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 가진코움을 각각 갖는 제1 및 제2 외부 프레임;

상기 기판상에 고정되어, 상기 제1 및 제2 외부 프레임부의 각 내부에 이들로부터 이격 형성되고, 상기 각 가진코움에 설정간격 이격되어 서로 맞물린 빗살구조의 코움가진기를 각각 갖는 제1 및 제2 가진 전극;

상기 제1 및 제2 외부 프레임의 각 내측에 연결되어 X축 방향으로 탄성을 갖는 제1 및 제2 내부 탄성부재;

상기 기판으로부터 일정 간격 떠서, 상기 제1 및 제2 외부 프레임부의 각 내부에 이들로부터 이격 형성되고, 상기 제1 및 제2 내부 탄성부재 각각에 의해 탄성 지지되며, 그 각 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 감지코움을 각각 갖는 제1 및 제2 내부 프레임; 및

상기 기판상에 고정되어, 상기 제1 및 제2 내부 프레임의 각 내부에 이들로부터 이격 형성되며, 상기 각 감지코움에 설정간격 이격되어 맞물린 빗살구조의 코움감지기를 각각 갖는 제1 및 제2 감지전극

를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

본 발명의 MEMS 자이로스코프는 주변의 음향 노이즈 등의 외부 진동에 의한 영향에 둔감한 튜닝포크 모드를 이용하고, 또한, 와인잔 형상의 외부 탄성부재를 사용하여 튜닝포크 모드에서 보다 안정된 진동을 보장할 수 있으며, 와인잔 형상의 탄성 부재 사이의 공간에 피드백 전극을 형성하여 사용공간 효율을 높여 사이즈를 줄일 수 있다.

특히, 본 발명의 MEMS 자이로스코프에서, 외부 프레임과 내부 프레임은 복수개의 외부 탄성부재 및 내부 탄성부재에 의하여 탄성 지지되어 있으며, 이와 동시에 기판으로부터 일정간격 떠 있어 진동이 허락되는 구조이며, 상기 외부 프레임과 내부 프레임의 크기와 밀도, 각 탄성부재의 강성을 조절하여 외부 프레임 및 내부 프레임의 진동 모드 및 공진주파수를 결정할 수 있다.

또한, 기판에 고정되어 외부 프레임에 연결되는 외부 탄성 부재의 형상과, 외부 프레임부에 연결되면서 내부 프레임부를 연결하는 내부 탄성부재의 형상, 특히 기판의 중심 부분에서 기판과 외부 프레임을 연결하여 튜닝포크 모드를 발생시키는 와인잔 모양의 탄성부재 형상은 본 발명의 중요한 사항이다. 이러한 자이로의 구성에 대한 바람직한 실시형태를 제시하여 하기에 설명한다.

도 3의 (a),(b)를 참조하면, 본 발명의 튜닝포크형 진동식 MEMS 자이로스코프는, 외측 고정 지지부(220)와, 외부 탄성 부재(310~360)와, 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)과, 제1 및 제2 가진 전극(510,520)과, 제1 및 제2 내부 탄성부재(610,620)와, 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)과, 제1 및 제2 감지전극(810,820) 을 포함한다. 또한, 본 발명의 MEMS 자이로스코프는 피드백 전극(900)을 더 포함할 수 있다.

도 3의 (a),(b)를 참조하면, 상기 외측 고정 지지부(220)는 서로 수직인 X축 및 Y축에 의한 수평방향으로의 평면구조를 갖는 기판(210)상에 형성된다. 상기 외측 고정 지지부(220)에 의해 실질적으로 사각형상의 내부 공간이 마련되고, 이 내부공간에 가진 구조물과 감지 구조물이 배치된다. 이 외측 고정 지지부(220)에 대해서는 도 4를 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

상기 외부 탄성 부재(310~360)는 상기 외측 고정 지지부(220)의 내측에 연결되어 Y축 방향으로 탄성을 갖는 복수개의 외부 탄성 부재로 이루어지는데, 이러한 외부 탄성 부재(310~360)는 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)이 Y축 방향으로 진동할 수 있도록, Y축 방향으로 탄성을 갖으며, X축 방향으로 탄성은 거의 갖지 않는다.

이에 따라, 상기 외부 탄성 부재(310~360)에 연결된 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)이 Y축 방향으로의 진동이 허용되고, X축 방향으로의 진동은 억제된다. 이 외부 탄성 부재(310~360)에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

상기 제1 외부 프레임(410)은 상기 기판(210)으로부터 일정 간격 떠서, 상기 복수개의 외부 탄성 부재(310~360)에 의해 탄성 지지되며, Y축 상의 상부에 배치되며, 그 각 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 가진코움(415)을 포함한다.

상기 제2 외부 프레임(420)은 상기 기판(210)으로부터 일정 간격 떠서, 상기 복수개의 외부 탄성 부재(310~360)에 의해 탄성 지지되며, Y축 상의 하부에 상기 제1 외부 프레임(410)과 이격되어 배치되며, 그 각 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 가진코움(425)을 포함한다. 이러한 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)에 대해서는 도 7을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

상기 제1 가진 전극(510)은 상기 기판(210)상에 고정되어, 상기 제1 외부 프레임부(410)의 내부에 이로부터 이격 형성되고, 상기 제1 외부 프레임부(410)의 각 가진코움(415)에 설정간격 이격되어 서로 맞물린 빗살구조의 코움가진기(515)를 포함한다.

상기 제2 가진 전극(520)은 상기 기판(210)상에 고정되어, 상기 제2 외부 프레임(420)으로부터 설정간격 이격되어 상기 제2 외부 프레임부(420)의 내부에 형성되고, 상기 제2 외부 프레임부(420)의 가진코움(425)에 설정간격 이격되어 서로 맞물린 빗살구조의 코움가진기(525)를 포함한다.

이러한 제1 및 제2 가진 전극(510,520)에 대해서는 도 8을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

여기서, 본 발명에서, 코움(comb)이란 복수개의 핑거가 일렬로 반복적으로 배열되어 빗살구조로 이루어진 형태로 정의되며, 또한 코움감지기도 상기 코움과 마찬가지로, 복수개의 핑거로 일렬로 반복적으로 배열되어 빗살구조로 이루어진 형태로 정의된다.

이때, 상기 제1 및 제2 가진 전극(510,520)에 미도시된 가진회로부에서 가진 신호가 인가되면, 상기 제1 및 제2 가진 전극(510,520)의 코움가진기(515,525)와 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)의 가진코움(415,425)사이에 전위차에 의한 정전력이 발생되어, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)이 상기 외부 탄성 부재(310~360)에 의해 탄성 지지된 채로 가진되어, Y축 방향으로 서로 반대 방향으로 "멀어졌다 가까워 졌다"하는 튜닝포크모드로 진동한다.

또한, 도 3의 (a),(b)를 참조하면, 상기 제1 내부 탄성부재(610)는 상기 제1 외부 프레임(410)의 각 내측에 연결되어 X축 방향으로 탄성을 갖도록 이루어지고, 이는 X축 방향으로 탄성을 갖으며, Y축 방향으로 탄성을 거의 갖지 않는다, 이에 따라, 상기 제1 내부 탄성부재(610)에 의해, 상기 제1 외부 프레임(410)의 Y축 진동에 상기 제1 내부 프레임(710)이 연동되어 Y축으로 진동된다.

그리고, 상기 제2 내부 탄성부재(620)는 상기 제2 외부 프레임(420)의 각 내측에 연결되어 X축 방향으로 탄성을 갖도록 이루어지고, 이는 X축 방향으로 탄성을 갖으며, Y축 방향으로 탄성을 거의 갖지 않는다, 이에 따라, 상기 제2 내부 탄성부재(620)에 의해, 상기 제2 외부 프레임(420)의 Y축 진동에 상기 제2 내부 프레임 (720)이 연동되어 Y축으로 진동된다.

이러한 제1 및 제2 내부 탄성부재(610,620)에 대해서는 도 9를 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

전술한 제1 및 제2 내부 탄성부재(610,620)에 의해, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)이 Y축 방향으로 튜닝포크모드로 진동하는 경우, 이에 연동하여 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)도 Y축 방향으로 튜닝포크모드로 진동하게 된다.

그 다음, 상기 제1 내부 프레임(710)은 상기 기판(210)으로부터 일정 간격 떠서, 상기 제1 외부 프레임부(410)의 각 내부에 이로부터 이격 형성되고, 상기 제1 내부 탄성부재(610)에 의해 탄성 지지되며, 그 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 감지코움(715)을 갖는다.

상기 제2 내부 프레임(720)은 상기 기판(210)으로부터 일정 간격 떠서, 상기 제2 외부 프레임부(420)의 각 내부에 이로부터 이격 형성되고, 상기 제2 내부 탄성부재(620)에 의해 탄성 지지되며, 그 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 감지코움(725)을 갖는다.

이러한 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)에 대해서는 도 10을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

이때, 상기한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)이 Y축 방향으로 튜닝포크모드로 진동하는 동안에, 본 발명의 MEMS 자이로스코프에 X축 및 Y축에 수직하는 회전축을 갖는 가속도 또는/ 및 각속도가 발생되면, 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)은 X축 방향중 서로 역방향의 코리올리힘을 받아 진동하게 된다. 즉, 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)은 기판의 중심을 기준으로 2차 공진 주파수 만큼 서로 반대 방향으로 X축 방향으로 운동을 하게 된다.

이러한 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)의 진동은 하기에 설명되는 바와 같이 제1 및 제2 감지전극(810,820)에 의해 감지될 것이다.

또한, 도 3의 (a),(b)를 참조하면, 상기 제1 감지전극(810)은 상기 기판(210)상에 고정되어, 상기 제1 내부 프레임(710)의 각 내부에 이로부터 이격 형성되며, 상기 감지코움(715)에 설정간격 이격되어 맞물린 빗살구조의 코움감지기(815)를 갖는다.

상기 제2 감지전극(820)은 상기 기판(210)상에 고정되어, 상기 제2 내부 프레임(720)의 각 내부에 이로부터 이격 형성되며, 상기 감지코움(725)에 설정간격 이격되어 맞물린 빗살구조의 코움감지기(825)를 갖는다.

이러한 상기 제1 및 제2 감지전극(810,820)에 대해서는 도 11을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

전술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)은 X축 방향중 서 로 역방향으로 진동하는 경우, 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)의 감지코움(715,725)과, 상기 제1 및 제2 감지전극(810,820)의 코움감지기(815,825)간의 간격변화에 해당되는 커패시턴스, 즉 이동체의 흔들림이 상기 제1 및 제2 감지전극(810,820)에 의해 감지될 수 있다.

이하, 본 발명의 MEMS 자이로스코프의 각 구성요소에 대해서 도 4 내지 도 13을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 외측 고정 지지부의 평면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 외측 고정 지지부(220)는 서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바(221,222)와, 상기 제1 및 제2 Y축 프레임바(221,222)의 각 단부에 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바(223,224)를 포함한다.

이러한 상기 외측 고정 지지부(220)의 제1 및 제2 Y축 프레임바(221,222) 및 제1 및 제2 X축 프레임바(223,224)에 의해 실질적으로 사각형상의 내부 공간이 마련되고, 이 내부공간에 제1 및 제2 가진 전극(510,520) 및 제1 및 제2 외부 프레임(410,420) 등의 가진 구조물과, 제1 및 제2 감지 전극(810,820) 및 제1 및 제2 내부 프레임(710,720) 등의 감지 구조물이 배치된다.

도 5의 (a),(b)는 본 발명의 제1 내지 제4 외부 탄성 부재의 확대도이고, 도 6은 본 발명의 제5 및 제6 외부 탄성 부재의 확대도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 외부 탄성 부재는 제1 내지 제6 외부 탄성 부재(310~360)를 포함한다.

도 5의 (a),(b)를 참조하면, 상기 제1 및 제2 외부 탄성 부재(310,320)는 X축 방향으로 소정 길이를 갖는 탄성바로 이루어지고, 이 탄성바의 일단은 상기 외측 고정 지지부(220)의 내측에 연결되고, 상기 탄성바의 타단은 상기 제1 외부 프레임(410)에 연결되어 이루어진다.

상기 제3 및 제4 외부 탄성 부재(330,340)는 X축 방향으로 소정 길이를 갖는 탄성바로 이루어지고, 이 탄성바의 일단은 상기 외측 고정 지지부(220)의 내측에 연결되고, 상기 탄성바의 타단은 상기 제2 외부 프레임(420)에 연결되어 이루어진다.

도 6을 참조하면, 상기 제5 외부 탄성 부재(350)는 우측으로 누운 와인잔 형상의 탄성체로 이루어지고, 이 탄성체의 좌측 양단은 상기 외측 고정 지지부(220)의 제1 Y축 프레임바(221)의 내측 중앙 부근에 연결되고, 상기 탄성체의 우측 양단은 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420) 각각에 연결되어 이루어진다.

그리고, 상기 제6 외부 탄성 부재(360)는 좌측으로 누운 와인잔 형상의 탄성체로 이루어지고, 이 탄성체의 우측 양단은 상기 외측 고정 지지부(220)의 제2 Y축 프레임바(222)의 내측 중앙 부근에 연결되고, 상기 탄성체의 좌측 양단은 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420) 각각에 연결되어 이루어진다.

또한, 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 제1 외부 탄성 부재(310)는 상기 외측 고정 지지부(220)의 제1 Y축 프레임바(221) 내측 상단에 그 일단이 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장된 제1 X축 바(311)와, 상기 제1 X축 바(311)의 타단에서 Y축 하방으로 절곡되어 연장된 절곡부(312)와, 상기 절곡부(312)에 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장되어 상기 제1 외부 프레임(410)의 좌측 상단에 연결된 제2 X축 바(313)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 X축바(311,313)의 길이는 상기 절곡부(312)의 Y축 길이보다 훨씬 길게 형성하여 상기 제1 외부 프레임(410)에 대한 Y축 방향으로의 진동을 원활하게 허용한다.

상기 제2 외부 탄성 부재(320)는 상기 외측 고정 지지부(220)의 제2 Y축 프레임바(222) 내측 상단에 그 일단이 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장된 제1 X축 바(321)와, 상기 제1 X축 바(321)의 타단에서 Y축 하방으로 절곡되어 연장된 절곡부(322)와, 상기 절곡부(322)에 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장되어 상기 제1 외부 프레임(410)의 우측 상단에 연결된 제2 X축 바(323)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 X축바(321,323)의 길이는 상기 절곡부(322)의 Y축 길이보다 훨씬 길게 형성하여 상기 제1 외부 프레임(410)에 대한 Y축 방향으로의 진동을 원활하게 허용한다.

이러한 상기 제1 및 제2 외부 탄성 부재(310,320)는 하기에 설명되는 제5 및 제6 외부 탄성 부재(350,360)와 협력하여, 상기 제1 외부 프레임(410)이 좌우 균형잡힌 튜닝포크모드로 진동하도록, Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 5의 (b)를 참조하면, 상기 제3 외부 탄성 부재(330)는 상기 외측 고정 지지부(220)의 제1 Y축 프레임바(221) 내측 하단에 그 일단이 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장된 제1 X축바(331)와, 상기 제1 X축 바(331)의 타단에서 Y축 상방으로 절곡되어 연장된 절곡부(332)와, 상기 절곡부(332)에 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장되어 제2 외부 프레임(420)의 좌측 하단에 연결된 제2 X축바(333)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 X축바(331,333)의 길이는 상기 절곡부(332)의 Y축 길이보다 훨씬 길게 형성하여 상기 제2 외부 프레임(420)에 대한 Y축 방향으로의 진동을 원활하게 허용한다.

상기 제4 외부 탄성 부재(340)는 상기 외측 고정 지지부(220)의 제2 Y축 프레임바(222) 내측 하단에 그 일단이 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장된 제1 X축바(341)와, 상기 제1 X축 바(341)의 타단에서 Y축 상방으로 절곡되어 연장된 절곡부(342)와, 상기 절곡부(342)에 연결되어 X축 방향으로 소정 길이 연장되어 제2 외부 프레임(420)의 우측 하단에 연결된 제2 X축바(343)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 X축바(341,343)의 길이는 상기 절곡부(342)의 Y축 길이보다 훨씬 길게 형성하여 상기 제2 외부 프레임(420)에 대한 Y축 방향으로의 진동을 원활하게 허용한다.

여기서, 상기 제3 및 제4 외부 탄성 부재(330,340)는 하기에 설명되는 제5 및 제6 외부 탄성 부재(350,360)와 협력하여 상기 제2 외부 프레임(420)이 좌우 균형잡힌 튜닝포크모드로 진동하도록, Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 상기 제1 외부 프레임(410) 및 제2 외부 프레임(420) 각각이 좌우 균형잡인 튜닝포크모드로의 진동을 위해서는, 상기 제1 및 제2 외부 탄성 부재(310,320)가 Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지고, 상기 제3 및 제4 외부 탄성 부재(330,340)는 Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 MEMS 자이로스코프에서, 대칭적인 구조는 프레임의 형성, 크기, 밀도 및 강성이 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다.

또한, 상기 제1 외부 프레임(410)과 제2 외부 프레임(420)이 서로 보다 확실한 동기되어 튜닝포크모드로 진동하기 위해서는, 상기 제1 및 제3 외부 탄성 부재(310,330)는 X축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지고, 상기 제2 및 제4 외부 탄성 부재(320,340)는 X축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 복수의 외부 탄성 부재중 제5 및 제6 외부 탄성 부재(350,360)는 상기 제1 내지 제4 외부 탄성 부재(310~340)와 협력하여 상기 제1 외 부 프레임(410) 및 제2 외부 프레임(420)이 보다 안정된 튜닝포크모드로의 진동을 보장하기 위해서, 와인잔 형상으로 이루어지는데, 이에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6을 참조하면, 상기 제5 외부 탄성 부재(350)의 탄성체는 상기 외측 고정 지지부(220)의 제1 Y축 프레임바(221)측으로 개방된 컵(CUP)형상으로 이루어져, 상기 제1 Y축 프레임바(221)의 내측 중앙 부근에 연결된 제1 연결부(351)와, 상기 외측 고정 지지부(220)의 제2 Y축 프레임바(222)측으로 개방된 컵(CUP)형상으로 이루어져, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)에 각 단부가 연결되는 제2 연결부(352)와, 상기 제1 연결부(351)의 중앙과 상기 제2 연결부(352)의 중앙을 연결하는 제3 연결부(353)를 포함한다.

또한, 도 6을 참조하면, 상기 제6 외부 탄성 부재(360)의 탄성체는 상기 제2 Y축 프레임바(222)측으로 개방된 컵(CUP)형상으로 이루어져, 상기 제2 Y축 프레임바(222)의 내측 중앙 부근에 연결된 제1 연결부(361)와, 상기 외측 고정 지지부(220)의 제1 Y축 프레임바(221)측으로 개방된 컵(CUP)형상으로 이루어져, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)에 각 단부가 연결되는 제2 연결부(362)와, 상기 제1 연결부(361)의 중앙과 상기 제2 연결부(362)의 중앙을 연결하는 제3 연결부(363)를 포함한다.

여기서, 상기 제5 외부 탄성 부재(350)와 상기 제6 외부 탄성 부재(360)는 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420) 각각의 좌우 균형잡힌 튜닝포크모드로의 진 동을 위해, Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제5 및 제6 외부 탄성 부재(350,360) 각각은 상기 제1 외부 프레임(410)과 제2 외부 프레임(420)이 서로 정확하게 동기된 튜닝포크모드로의 진동을 위해, X축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같은 상기 제5 및 제6 외부 탄성 부재(350,360)에 의해서, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)이 보다 안정된 튜닝포크모드로 진동을 할 수 있게 되는데, 이에 대해서는 도 13을 참고하여 설명될 것이다.

도 7은 본 발명의 제1 및 제2 외부 프레임의 평면도이다.

도 7을 참조하면, 상기 제1 외부 프레임(410)은 서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바(411,412)와, 상기 제1 및 제2 Y축 프레임바(411,412)의 단부에 각각 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바(413,414)를 포함한다.

또한, 상기 제2 외부 프레임(420)은 서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바(421,422)와, 상기 제1 및 제2 Y축 프레임바(421,422)의 단부에 각각 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바(423,424)를 포함한다.

이러한 상기 제1 외부 프레임(410)과 제2 외부 프레임(420)은 X축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어진다.

도 8은 본 발명의 제1 및 제2 가진 전극의 평면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 제1 외부 프레임(410)의 가진코움(415)은 상기 제1 외부 프레임(410)의 제1 X축 프레임바(413)에 형성되고, 상기 제2 외부 프레임(420)의 가진코움(425)은 상기 제2 외부 프레임(420)의 제2 X축 프레임바(424)에 형성되어 이루어질 수 있다.

이때, 상기 제1 및 제2 가진 전극(510,520)은 상기 기판(210)상에 고정 지지된 가진전극패드(511,521)와, 상기 가진전극패드(511,521) 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 가진전극빔(512,522)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 가진 전극(510,520)의 각 코움가진기(515,525)는 상기 가진전극패드 및 가진전극빔에 형성되어 이루어질 수 있다.

이와 달리, 상기 제1 외부 프레임(410)의 가진코움(415)은 상기 제1 외부 프레임(410)의 제2 X축 프레임바(414)에 형성되고, 상기 제2 외부 프레임(420)의 가진코움(425)은 상기 제2 외부 프레임(420)의 제1 X축 프레임바(423)에 형성되어 이루어질 수도 있다.

도 9는 본 발명의 제1 및 제2 내부 탄성 부재의 평면도이다.

도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 제1 내부 탄성부재(610)는 Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제1 외부 프레임(410)의 제1 X축 프레임바(413)에 연결되고, 그 타단은 상기 제1 내부 프레임(710)에 연결된 제1 내지 제2 내부 스프링 부재(611,612)와, Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제1 외부 프레임(410)의 제2 X축 프레임바(414)에 연결되고, 그 타단은 상기 제1 내부 프레임(710)에 연결된 제3 내지 제4 내부 스프링 부재(613,614)를 포함한다.

상기 제1 및 제2 내부 스프링 부재(611,612)는 Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고, 상기 제3 및 제4 내부 스프링 부재(613,614)는 Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진다.

또한, 상기 제1 및 제3 내부 스프링 부재(611,613)는 X축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고, 상기 제2 및 제4 내부 스프링 부재(612,614)는 Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진다.

이러한 상기 제1 내부 탄성 부재(610)에 의해, 상기 제1 내부 프레임(710)은 1차 공진 모드인 가진모드에서는 상기 제1 외부 프레임(410)과 연동되어 Y축 방향으로 진동되고, 또한, 2차 공진모드인 감지모드에서는 X축 방향으로 진동될 수 있다.

또한, 도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 제2 내부 탄성부재(620)는 Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제2 외부 프레임(420)의 제1 X축 프레임바(423)에 연결되고, 그 타단은 상기 제2 내부 프레임(720)에 연결된 제1 내지 제2 내부 스프링 부재(621,622)와, Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제2 외부 프레임(420)의 제2 X축 프레임바(424)에 연결되고, 그 타단은 상기 제2 내부 프레임(720)에 연결된 제3 내지 제4 내부 스프링 부재(623,624)를 포함한다.

상기 제1 및 제2 내부 스프링 부재(621,622)는 Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고, 상기 제3 및 제4 내부 스프링 부재(623,624)는 Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진다.

또한, 상기 제1 및 제3 내부 스프링 부재(621,623)는 X축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고, 상기 제2 및 제4 내부 스프링 부재(622,624)는 X축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진다.

이러한 상기 제2 내부 탄성 부재(620)에 의해, 상기 제2 내부 프레임(720)은 1차 공진 모드인 가진모드에서는 상기 제2 외부 프레임(420)과 연동되어 Y축 방향으로 진동되고, 또한, 2차 공진모드인 감지모드에서는 X축 방향으로 진동될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제1 및 제2 내부 프레임의 평면도이고, 도 11은 본 발명 의 제1 및 제2 감지 전극의 평면도이다.

도 10을 참조하면, 상기 제1 내부 프레임(710)은 서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바(711,712)와, 상기 Y축 프레임바(711,712)의 단부에 각각 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바(713,714)를 포함한다.

또한, 상기 제2 내부 프레임(720)은 서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바(721,722)와, 상기 Y축 프레임바(721,722)의 단부에 각각 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바(723,724)를 포함한다.

또한, 도 10을 참조하면, 상기 제1 내부 프레임(710)의 가진코움(715)은 상기 제1 내부 프레임(710)의 제1 및 제2 X축 프레임바(713,714) 각각에 형성되고, 상기 제2 내부 프레임(720)의 가진코움(725)은 상기 제2 내부 프레임(720)의 제1 및 제2 X축 프레임바(723,724) 각각에 형성되어 이루어질 수 있다.

이때, 도 11을 참조하면, 상기 제1 감지전극(810)은 상기 기판(210)상에 고정 지지된 감지전극패드(811)와, 상기 감지전극패드(811) 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바(812)를 포함하고, 상기 제1 감지 전극(810)의 코움감지기(815)는 상기 감지전극패드(811) 및 감지전극바(812)에 형성되어 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2 감지 전극(820)은 상기 기판(210)상에 고정 지지된 가진전극패드(821)와, 상기 감지전극패드(821) 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바(822)를 포함하고, 상기 제2 감지 전극(820)의 복수의 코움감지기(825)는 상기 감지전극패드(821) 및 가지전극바(822)에 형성되어 이루어질 수 있다.

이와 같은 구조는 감지능력을 최대한 향상시킬 수 있으며, 이와 달리 하기에 설명되는 바와 같이 다양한 변형이 가능하다.

이와 다른 변형예로서, 상기 제1 내부 프레임(710)의 가진코움은 상기 제1 내부 프레임(710)의 제1 X축 프레임바에(713)만 형성되고, 상기 제2 내부 프레임(720)의 가진코움은 상기 제2 내부 프레임(720)의 제2 X축 프레임바(724)에만 형성되어 이루어질 수 있다.

이와 또 다른 변형예로서, 상기 제1 내부 프레임(710)의 가진코움은 상기 제1 내부 프레임(710)의 제2 X축 프레임바(714)에만 형성되고, 상기 제2 내부 프레임(720)의 가진코움은 상기 제2 내부 프레임(720)의 제1 X축 프레임바(723)에만 형성되어 이루어질 수 있다.

이때, 상기 제1 및 제2 내부 프레임(710,720)이 X축 방향으로 2차 진동을 하는 경우, 상기 제1 내부 프레임(710)의 감지코움(715)과 상기 제1 감지 전극(810)의 코움감지기(815)간의 간격변화가 발생되고, 또한 상기 제2 내부 프레임(720)의 감지코움(725)과 상기 제2 감지 전극(820)의 코움감지기(825)간의 간격변화가 발생되는데, 상기 제1 및 제2 감지 전극(810,820)은 상기 간격변화에 해당되는 커패시턴스를 검출하여 디지털 카메라의 손떨림 등의 이동체의 흔들림을 감지할 수 있다.

도 12는 본 발명의 피드백 전극의 평면도이다.

도 12를 참조하면, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)은 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410)의 X축 프레임바중 서로 인접한 두 X축 프레임바(414)(423) 각각에 Y축 방향으로 배열된 복수의 피드백 감지코움(416,426)을 더 포함한다.

이때, 상기 MEMS 자이로스코프는 상기 제1 및 제2 외부 프레임 사이에 형성되고, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)의 피드백 감지코움(416,426)과의 이격 거리에 따른 커패시턴스를 감지하는 피드백 전극부(900)를 더 포함할 수 있다.

상기 피드백 전극부(900)는 상기 기판에 고정되는 피드백 전극패드(910)와, 상기 피드백 전극패드(910)의 양측에서 X축 방향으로 연장된 피드백 전극빔(920)과, 상기 피드백 전극패드(910) 및 피드백 전극빔(920)에 Y축 방향으로 연속 배열되고, 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)의 피드백 감지코움(416,426) 각각에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 피드백 코움감지기(925)를 포함한다.

이러한 피드백 전극부(900)는 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)의 피드 백 감지코움(416,426)과 피드백 코움감지기(925)간의 이격간격 변화에 해당하는 커패시턴스를 감지하여 상기 제1 및 제2 외부 프레임(410,420)의 가진 동작을 검출할 수 있다.

도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 MEMS 자이로스코프가 1차 공진모드인 튜닝포크모드시에, 본 발명의 와인잔 형상의 외부 탄성부재의 중간부 변형은, 도 2에 보인 종래의 파이형 탄성부재의 중간부의 변형에 비해 작음을 알 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 와인잔 형상의 외부 탄성부재에 의해서 보다 정확한 튜닝포크모드의 진동이 보장된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 이동체의 회전에 따른 각속도 및 각가속도를 감지하고, 주변의 음향 노이즈에 강한 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프에서, 내부 프레임 외부에서 가진되고, 내부 프레임 내부에서 감지되도록 구현하고, 와인잔 형상의 탄성 부재 사이의 공간에 피드백 전극을 형성하여 사용공간 효율을 높여 사이즈를 줄일 수 있으며, 와인(wine)잔 형상의 탄성 부재를 이용하여 보다 안정적인 동작을 수행할 수 있다.

Claims

서로 수직인 X축 및 Y축에 의한 수평방향으로의 평면구조를 갖는 기판상에 형성된 외측 고정 지지부;

상기 외측 고정 지지부의 내측에 연결되어 Y축 방향으로 탄성을 갖는 복수개의 외부 탄성 부재;

상기 기판으로부터 일정 간격 떠서, 상기 복수개의 외부 탄성 부재에 의해 탄성 지지되며, Y축 상에서 서로 상하로 이격 배치되며, 그 각 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 가진코움을 각각 갖는 제1 및 제2 외부 프레임;

상기 기판상에 고정되어, 상기 제1 및 제2 외부 프레임부의 각 내부에 이들로부터 이격 형성되고, 상기 각 가진코움에 설정간격 이격되어 서로 맞물린 빗살구조의 코움가진기를 각각 갖는 제1 및 제2 가진 전극;

상기 제1 및 제2 외부 프레임의 각 내측에 연결되어 X축 방향으로 탄성을 갖는 제1 및 제2 내부 탄성부재;

상기 기판으로부터 일정 간격 떠서, 상기 제1 및 제2 외부 프레임부의 각 내부에 이들로부터 이격 형성되고, 상기 제1 및 제2 내부 탄성부재 각각에 의해 탄성 지지되며, 그 각 내측 일부에서 Y축 방향으로 소정 길이를 갖는 빗살구조의 감지코움을 각각 갖는 제1 및 제2 내부 프레임; 및

상기 기판상에 고정되어, 상기 제1 및 제2 내부 프레임의 각 내부에 이들로 부터 이격 형성되며, 상기 각 감지코움에 설정간격 이격되어 맞물린 빗살구조의 코움감지기를 각각 갖는 제1 및 제2 감지전극

를 구비한 튜닝포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 외측 고정 지지부는

서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바; 및

상기 제1 및 제2 Y축 프레임바의 각 단부에 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바

을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제2항에 있어서, 상기 외부 탄성 부재는

X축 방향으로 소정 길이를 갖는 탄성바로 이루어지고, 이 탄성바의 일단은 상기 외측 고정 지지부의 내측에 연결되고, 상기 탄성바의 타단은 상기 제1 외부 프레임에 연결된 제1 및 제2 외부 탄성 부재;

X축 방향으로 소정 길이를 갖는 탄성바로 이루어지고, 이 탄성바의 일단은 상기 외측 고정 지지부의 내측에 연결되고, 상기 탄성바의 타단은 상기 제2 외부 프레임에 연결된 제3 및 제4 외부 탄성 부재;

우측으로 누운 와인잔 형상의 탄성체로 이루어지고, 이 탄성체의 좌측 양단은 상기 외측 고정 지지부의 제1 Y축 프레임바의 내측 중앙 부근에 연결되고, 상기 탄성체의 우측 양단은 상기 외측 고정 지지부의 제1 및 제2 외부 프레임 각각에 연결된 제5 외부 탄성 부재; 및

좌측으로 누운 와인잔 형상의 탄성체로 이루어지고, 이 탄성체의 우측 양단은 상기 외측 고정 지지부의 제2 Y축 프레임바의 내측 중앙 부근에 연결되고, 상기 탄성체의 좌측 양단은 상기 외측 고정 지지부의 제1 및 제2 외부 프레임 각각에 연결된 제6 외부 탄성 부재

를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외부 탄성 부재는

Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제4항에 있어서, 상기 제3 및 제4 외부 탄성 부재는

Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제5항에 있어서, 상기 제5 및 제6 외부 탄성 부재는

Y축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제6항에 있어서, 상기 제1 및 제3 외부 탄성 부재는

X축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제7항에 있어서, 상기 제2 및 제4 외부 탄성 부재는

X축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제8항에 있어서, 상기 제5 및 제6 외부 탄성 부재 각각은

X축을 기준으로 서로 대칭적인 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제9항에 있어서, 상기 제5 외부 탄성 부재의 탄성체는

상기 외측 고정 지지부의 제1 Y축 프레임바측으로 개방된 컵형상으로 이루어져, 상기 제1 Y축 프레임바의 내측 중앙 부근에 연결된 제1 연결부;

상기 외측 고정 지지부의 제2 Y축 프레임바측으로 개방된 컵형상으로 이루어져, 상기 제1 및 제2 외부 프레임에 각 단부가 연결되는 제2 연결부; 및

상기 제1 연결부의 중앙과 상기 제2 연결부의 중앙을 연결하는 제3 연결부

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제9항에 있어서, 상기 제6 외부 탄성 부재의 탄성체는

상기 외측 고정 지지부의 제2 Y축 프레임바측으로 개방된 컵형상으로 이루어져, 상기 제2 Y축 프레임바의 내측 중앙 부근에 연결된 제1 연결부;

상기 외측 고정 지지부의 제1 Y축 프레임바측으로 개방된 컵형상으로 이루어져, 상기 제1 및 제2 외부 프레임에 각 단부가 연결되는 제2 연결부; 및

상기 제1 연결부의 중앙과 상기 제2 연결부의 중앙을 연결하는 제3 연결부

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외부 프레임은

서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바; 및

상기 제1 및 제2 Y축 프레임바의 단부에 각각 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바

을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제12항에 있어서, 상기 제1 외부 프레임의 가진코움은

상기 제1 외부 프레임의 제1 X축 프레임바에 형성되고,

상기 제2 외부 프레임의 가진코움은

상기 제2 외부 프레임의 제2 X축 프레임바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가진 전극은

상기 기판상에 고정 지지된 가진전극패드; 및

상기 가진전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 가진전극빔을 포함하고,

상기 제1 및 제2 가진 전극의 각 코움가진기는

상기 가진전극패드 및 가진전극빔에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제12항에 있어서, 상기 제1 외부 프레임의 가진코움은

상기 제1 외부 프레임의 제2 X축 프레임바에 형성되고,

상기 제2 외부 프레임의 가진코움은

상기 제2 외부 프레임의 제1 X축 프레임바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가진 전극은

상기 기판상에 고정 지지된 가진전극패드; 및

상기 가진전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 가진전극빔을 포함하고,

상기 제1 및 제2 가진 전극의 각 코움가진기는

상기 가진전극패드 및 가진전극빔에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제12항에 있어서, 상기 제1 내부 탄성부재는

Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제1 외부 프레임의 제1 X축 프레임바에 연결되고, 그 타단은 상기 제1 내부 프레임에 연결된 제1 내지 제2 내부 스프링 부재; 및

Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제1 외부 프레임의 제2 X축 프레임바에 연결되고, 그 타단은 상기 제1 내부 프레임에 연결된 제3 내지 제4 내부 스프링 부재

를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 내부 스프링 부재는

Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고,

상기 제3 및 제4 내부 스프링 부재는

Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제17항에 있어서, 상기 제1 및 제3 내부 스프링 부재는

X축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고,

상기 제2 및 제4 내부 스프링 부재는

X축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제12항에 있어서, 상기 제2 내부 탄성부재는

Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제2 외부 프레임의 제1 X축 프레임바에 연결되고, 그 타단은 상기 제2 내부 프레임에 연결된 제1 내지 제2 내부 스프링 부재; 및

Y축 방향으로 소정의 길이를 갖는 Y축 바로 이루어지고, 상기 Y축 바의 일단은 상기 제2 외부 프레임의 제2 X축 프레임바에 연결되고, 그 타단은 상기 제2 내부 프레임에 연결된 제3 내지 제4 내부 스프링 부재

를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 내부 스프링 부재는

Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고,

상기 제3 및 제4 내부 스프링 부재는

Y축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 제1 및 제3 내부 스프링 부재는

X축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어지고,

상기 제2 및 제4 내부 스프링 부재는

X축을 기준으로 서로 대칭구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 내부 프레임은

서로 이격되어 Y축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 Y축 프레임바; 및

상기 Y축 프레임바의 단부에 각각 연결되고, 서로 이격되어 X축 방향으로 서로 나란히 형성된 제1 및 제2 X축 프레임바

을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제23항에 있어서, 상기 제1 내부 프레임의 감지코움은

상기 제1 내부 프레임의 제1 X축 프레임바에 형성되고,

상기 제2 내부 프레임의 감지코움은

상기 제2 내부 프레임의 제2 X축 프레임바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제24항에 있어서, 상기 제1 감지전극은

상기 기판상에 고정 지지된 감지전극패드; 및

상기 감지전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바

를 포함하고,

상기 제1 감지 전극의 코움감지기는

상기 감지전극패드 및 감지전극바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제25항에 있어서, 상기 제2 감지 전극은

상기 기판상에 고정 지지된 감지전극패드; 및

상기 감지전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바

를 포함하고,

상기 제2 감지 전극의 코움감지기는

상기 감지전극패드 및 감지전극바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제23항에 있어서, 상기 제1 내부 프레임의 가진코움은

상기 제1 내부 프레임의 제2 X축 프레임바에 형성되고,

상기 제2 내부 프레임의 가진코움은

상기 제2 내부 프레임의 제1 X축 프레임바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제27항에 있어서, 상기 제1 감지전극은

상기 기판상에 고정 지지된 감지전극패드; 및

상기 감지전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바

를 포함하고,

상기 제1 감지 전극의 코움감지기는

상기 감지전극패드 및 감지전극바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제28항에 있어서, 상기 제2 감지 전극은

상기 기판상에 고정 지지된 감지전극패드; 및

상기 감지전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바

를 포함하고,

상기 제2 감지 전극의 코움감지기는

상기 감지전극패드 및 가지전극바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제23항에 있어서, 상기 제1 내부 프레임의 가진코움은

상기 제1 내부 프레임의 제1 및 제2 X축 프레임바 각각에 형성되고,

상기 제2 내부 프레임의 가진코움은

상기 제2 내부 프레임의 제1 및 제2 X축 프레임바 각각에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제30항에 있어서, 상기 제1 감지전극은

상기 기판상에 고정 지지된 감지전극패드; 및

상기 감지전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바

를 포함하고,

상기 제1 감지 전극의 코움감지기는

상기 감지전극패드 및 감지전극바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제31항에 있어서, 상기 제2 감지 전극은

상기 기판상에 고정 지지된 감지전극패드; 및

상기 감지전극패드 양측에서 X축 방향으로 소정길이 연장된 감지전극 바

를 포함하고,

상기 제2 감지 전극의 복수의 코움감지기는

상기 감지전극패드 및 감지전극바에 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외부 프레임은

상기 제1 및 제2 외부 프레임의 X축 프레임바중 서로 인접한 두 X축 프레임바 각각에 Y축 방향으로 배열된 복수의 피드백 감지코움을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제33항에 있어서, 상기 MEMS 자이로스코프는

상기 제1 및 제2 외부 프레임 사이에 형성되고, 상기 제1 및 제2 외부 프레임의 피드백 감지코움과의 이격 거리에 따른 커패시턴스를 감지하는 피드백 전극부

를 더 구비한 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.
제34항에 있어서, 상기 피드백 전극부는

상기 기판에 고정되는 피드백 전극패드;

상기 피드백 전극패드의 양측에서 X축 방향으로 연장된 피드백 전극빔; 및

상기 피드백 전극패드 및 피드백 전극빔에 Y축 방향으로 연속 배열되고, 상 기 제1 및 제2 외부프레임의 피드백 감지코움 각각에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 피드백 코움감지기

을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜닝 포크형 진동식 MEMS 자이로스코프.