KR20040057182A

KR20040057182A - 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프

Info

Publication number: KR20040057182A
Application number: KR1020020083639A
Authority: KR
Inventors: 박규연
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: US7004024B1; US20060053885A1; US20050109107A1; KR100476562B1; DE10335783B4; US6918298B2; JP2004205492A; DE10335783A1

Abstract

본 발명은 이동체의 회전에 따른 각속도 및 각가속도를 감지하기 위한 마이크로 자이로스코프에 관한 것으로, 특히 튜닝 포크 자이로에서 감지모드의 공진방향과 가진모드의 공진방향이 동일 평면상에서 이루어지는 수평형 모드로 구현한 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프에 관한 것이다.

본 발명은 기판(105); 고정부(110); 외부 탄성부재(120); 외부 프레임부(130); 감지 전극부(140); 내부 탄성부재(150); 빗살구조의 가진코움을 각각 갖는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체를 포함하는 내부 질량부(160); 빗살구조의 코움가진기(comb drive)를 포함하는 가진전극부(170); 을 구비함을 요지로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 튜닝 포크 자이로에서 감지모드의 공진방향과 가진모드의 공진방향이 동일 평면상에서 이루어지는 수평형 모드로 구현함으로서, 공정상에서 결정되는 수직방향의 두께 변화에 둔감하여 감지 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프{HORIZONTAL AND TUNING FORK VIBRATORY MICRO GYROSCOPE}

본 발명은 이동체의 회전에 따른 각속도 및 각가속도를 감지하기 위한 마이크로 자이로스코프에 관한 것으로, 특히 튜닝 포크 자이로에서 감지모드의 공진방향과 가진모드의 공진방향이 동일 평면상에서 이루어지는 수평형 모드로 구현함으로서, 공정상에서 결정되는 수직방향의 두께 변화에 둔감하여 감지 특성을 향상시킬 수 있는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프에 관한 것이다.

일반적으로, 자이로스코프(Gyroscope)는 이동체의 회전에 따른 각속도 또는 각가속도를 감지하기 위한 센서로 이용되고 있는데, 이러한 자이로스코프의 종류에는, 작용하는 힘의 종류에 따라 기계식 자이로(mechanical Gyro)와 진동식 자이로(vibrating Gyro)로 구분될 수 있고, 또한, 상기 진동식 자이로는 또한 제조공정에 따라 세라믹 자이로(Ceramic Gyro)와, 반도체 제조공정 이용하는 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)형 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 흔들림을 감지하여 보상하기 위한 장치에 적용될 수 있다.

한편, 이러한 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 흔들림에 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 크기에 따라 커패시터의 크기를 측정한다. 이러한 진동식 자이로에서 감지능력을 향상시키기 위해서, 가진모드에서의 움직임을 크도록 하고, 감지모드에서의 감도를 양호하게 하여야 한다.

상기 가진모드에서, 자이로스코프의 전압 검출 방식으로는 코리올리힘에 해당하는 커패시턴스를 측정하여 전압으로 변화는 방식과, 코리올리힘에 의한 움직임을 억제하는데 필요한 전압을 측정하는 리밸런스(rebalance) 방식이 있다.

이러한 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.

다른 한편, 진동형 자이로를 구성함에 있어서, 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.

이하, 종래의 마이크로 자이로스코프에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프의 평면도로서, 도 1을 참조하면, 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프(10)는 기판과, 서로 병렬로 배치되는 제1 및 제2 스트라이프 포션(stripe portion)(15,15')을 포함하고 이들 스트라이프 포션(15,15')의 일측에 각각 형성된 제1 및 제2 코움(combs)(20,21)을 포함하며 상기 제1 및 제2 스트라이프 포션(15,15')을 연결하기 위한 연결 포션(16)을 포함하는 진동구조(30)와, 상기 기판으로부터 설정 갭만큼 이격되도록 상기 진동수단(30)을 탄성적으로 지지하는 탄성수단(11,12,12')과, 탄성력에 기인하는 일 방향으로 상기 진동수단(30)을 적용하기 위해 상기 제1 스트라이프 포션(15)의 제1 코움(20) 사이에 삽입된 제3 코움(19)을 포함하는 구동수단(13)과, 커패시턴스의 변화를 통해 상기 구동수단(13)에 의해 구동되는 상기 진동구조(30)의 움직임을 감지하기 위해, 상기 제2 스트라이프(15')의 제2 코움(22) 사이에 삽입된 제4 코움(21)을 포함하는 감지수단(14)과, 커패시턴스의 변화를 통해 코리올리힘에 기인하는 상기 진동구조(30)의 위치변경을 감지하기 위해, 설정된 갭만큼 상기 진동구조(30)로부터 이격되도록 된 상기 진동구조(30)와 동일한 면상에 상기 진동구조(30)의 연결 포션(16) 사이에 배치된 복수의 감지전극(18)으로 이루어져 있다. 이에 대한 상세한 설명은 US특허 제5747690A호에 기재되어 있다.

이와 같은 기술과 관련된 종래의 마이크로 자이로스코프는 도 1에 나타낸 바와 같이, 수평방향(X)으로 코움(21)을 이용하여 가진하게 되고, 이와 마찬가지로 수직방향(Y)으로 유발되는 진동구조(30)의 코리올리의 진동을 감지전극(18)을 통하여 감지할 수 있도록 하는데, 즉, 부유질량(30)의 양면에 위치한 코움(19)(20)(21)(22)에 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 감지전극(18)을 이용하여 진동 주파수로 검출함으로써 각속도 신호를 얻을 수 있는 것이다.

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.

도 2는 종래의 튜닝 포크형 마이크로 자이로스코프의 평면도로서, 도 2를 참조하면, 종래의 튜닝 포크형 마이크로 자이로스코프는 제1 축 주위를 회전하도록 매달려 실질적으로 상기 제1 축에 수직하는 방향으로 진동하도록 적용된 가중 질량체(64,66)와, 진동 방향으로 상기 가중 질량체(64,66)에서 돌출된 한쌍의 구동 전극(driven electrodes)(36,38)과, 상기 한쌍의 구동 전극(36,38)과 자유롭게 맞물린 한쌍의 구동 전극(drive electrodes)(51,52)과, 상기 가중 질량체(64,66)의 진동을 유도하는 신호와 반대 극을 갖고 상기 가중 질량체(64,66)와 상기 한쌍의 구동되는 전극(36,38) 및 한쌍의 구동 전극(51,52)을 통해 접촉하는 구동전자회로(71)와, 상기 가중 질량체(64,66)와 마주 보는 위치에 설치된 복수의 위치 센서(41,42,43,44)와, 상기 복수의 위치 센서중 적어도 하나의 서브세트에 응답하는 감지 전자회로(72)를 포함한다. 이에 대한 상세한 설명은 US특허 제5349855A호에 기재되어 있다.

이와 같은 종래의 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 측정에서의 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.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 감지모드의 공진방향과 가진모드의 공진방향이 동일 평면상에서 이루어지는 수평형 모드로 구현함으로서, 공정상에서 결정되는 수직방향의 두께 변화에 둔감하여 감지 특성을 향상시킬 수 있는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부의 진동이나 음향노이즈에 의한 영향을 최소화할 수 있는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 수평형 마이크로 자이로스코프의 평면도이다.

도 2는 종래의 튜닝 포크형 마이크로 자이로스코프의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프의 평면도이다.

도 4의 (a),(b)는 도 3의 내부 탄성부재의 확대도이다.

도 5의 (a),(b)는 도 3의 내부 질량부 및 가진 전극부의 확대도이다.

도 6은 도 3의 감지 전극부의 확대도이다.

도 7은 도 3의 피드백 전극부의 확대도이다.

도 8은 도 3의 A-A'선 단면도이다.

도 9의 (a)는 마이크로 자이로스코프의 동력학적 모델링도이고, 도 9의 (b) 및 (c)는 1차, 2차 공진모드시의 마이크로 자이로스코프 상태도이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프의 평면도이다.

도 11의 (a),(b)는 도 10의 가진 전극부의 확대도이다.

도 12의 (a),(b)는 도 10의 내부 탄성부재의 확대도이다.

도 13의 (a),(b)는 도 10의 내부 질량부 및 감지 전극부의 확대도이다.

도 14는 도 10의 피드백 감지 전극부의 확대도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

105 : 기판(substrate) 110 : 고정부(anchors)

120 : 외부 탄성부재 121-124 : 제1-제4 외부 탄성체

130 : 외부 프레임부(outer frame) 140 : 감지 전극부

141-144 : 제1-제4 감지전극 150 : 내부 탄성부재(inter spring elements)

151-156 : 제1-제6 내부 탄성체 160 : 내부 질량부(inter weighted elements)

161,162 : 제1,제2 내부 질량체 170 : 가진 전극부

171,172 : 가전전극 180 : 피드백 전극부

205 : 기판(substrate) 210 : 고정부(anchors)

220 : 외부 탄성부재(outer spring elements)

221-223 : 외부 탄성체

230 : 외부 프레임부(outer frame) 240 : 가진 전극부

241,242 : 제1, 제2 가진 전극

250 : 내부 탄성부재(inter spring elements)

251-254 : 제1-제4 내부 탄성체 260 : 내부 질량부(inter weighted elements)

261,262 : 제1,제2 내부 질량체 270 : 감지 전극부

271,272 : 감지전극

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서, 본 발명의제1 특징은 X축 및 Y축에 의한 평면과 실질적으로 평행한 평면구조를 갖는 기판; 상기 기판에 고정되는 복수의 고정패드를 포함하는 고정부; 상기 고정부의 각 고정패드 각각에 일단이 연결된 복수의 외부 탄성체를 포함하는 외부 탄성부재; 실질적으로 사각형상으로 이루어지며, 상기 외부 탄성부재의 복수의 외부 탄성체의 각 타단에 연결되어 상기 기판으로부터 일정간격 떠 있으며, 그 외측에 형성된 빗살구조의 진동 전극 핑거를 갖는 가긴 전극을 포함하는 외부 프레임부; 상기 외부 프레임부의 빗살구조의 진동 전극 핑거에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 복수의 감지전극을 포함하는 감지 전극부; 상기 외부 프레임의 내측에 연결된 복수의 내부 탄성체를 포함하는 내부 탄성부재; 상기 내부 탄성부재의 복수의 내부 탄성체에 연결되며, 빗살구조의 가진코움을 각각 갖는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체를 포함하는 내부 질량부; 및 상기 내부 질량부의 각 내부 질량체의 가진코움 각각에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 코움가진기를 갖는 제1,제2 가진 전극을 포함하는 가진전극부; 을 구비함을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프를 제공하는 것이다.

또한, 발명의 제2 특징은 실질적으로 수직인 X축 및 Y축에 의한 수평방향으로의 평면구조를 갖는 기판; 상기 기판에 고정되는 복수의 고정패드를 포함하는 고정부; 상기 고정부의 각 고정패드 각각에 일단이 연결된 복수의 외부 탄성체를 포함하는 외부 탄성부재; 실질적으로 원형상으로 이루어지며, 상기 외부 탄성부재의 복수의 외부 탄성체의 각 타단에 연결되어 상기 기판으로부터 일정간격 떠 있으며,그 외측에 형성된 빗살구조의 가진 전극 핑거를 갖는 가긴 전극을 포함하는 외부 프레임부; 상기 외부 프레임부의 빗살구조의 가진 전극 핑거에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 가진 전극 핑거를 갖는 가진 전극부; 상기 외부 프레임의 내측에 연결된 복수의 내부 탄성체를 포함하는 내부 탄성부재; 상기 내부 탄성부재의 복수의 내부 탄성체에 연결되며, 빗살구조의 진동 전극 핑거를 각각 갖는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체를 포함하는 내부 질량부; 및 상기 내부 질량부의 각 내부 질량체의 진동 전극 핑거에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 감지 전극 핑거를 포함하는 제1,제2 감지전극을 포함하는 감지 전극부; 을 구비함을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 각 실시형태에 따른 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 한쌍의 질량체가 서로 반대방향으로 마주보는 운동을 하는 튜닝포크 모드를 이용하는데, 이러한 튜닝포크 모드의 장점은 질량체가 서로 마주보는 운동을 하므로 외부의 진동에 의한 영향에 둔감하다는 것이다. 그리고, 감지모드로 사용하는 2차의 공진 모드도 회전방향의 운동을 하므로 선형적인 외부진동에 의한 영향을 최소화할 수 있고, 또한, 튜닝포크모드를 사용하기 위해서는 내부의 2개의 질량체가 보다 정확하게 연동(Coupling)되어 운동하여야 한다. 이러한 자이로의 구성에 대한 몇 가지 실시형태를 제시하여 하기에 설명한다.

본 발명의 외부 프레임부와 한쌍의 내부 질량체는 외부 탄성부재 및 내부 탄성부재에 의하여 탄성 지지되어 운동이 허락되어 있으며, 상기 질량체들의 크기와 각 탄성체의 강성을 조정하여 질량체의 운동에 대한 진동 모드와 공진주파수를 결정할 수 있다. 특히 외부 프레임부에 연결되면서 한쌍의 내부 질량체를 연결하는 내부 탄성부재의 형상은 본 발명의 중요한 사항으로 한쌍의 내부 질량체가 튜닝포크 모드로 공진될 수 있도록 두 질량체에 연동된 형태로 구성된다. 하기에 설명될 외부 및 내부 탄성부재의 형상은 큰 변위의 진동을 하는 방향으로는 꺾인 모양(Folded)의 탄성체 구조를 형성하였으며 비교적 크지 않은 진동을 하는 방향은 직선의 탄성체 구조를 형성하여 이러한 구조의 결합으로 탄성부재가 이루어진다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프의 평면도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명의 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프는 X축 및 Y축에 의한 평면과 실질적으로 평행한 평면구조를 갖는 기판(105)과, 상기 기판에 고정되는 복수의 고정패드(111-114)를 포함하는 고정부(110)와, 상기 고정부(110)의 각 고정패드(111-114) 각각에 일단이 연결된 복수의 외부 탄성체(121-124)를 포함하는 외부 탄성부재(120)와, 실질적으로 사각형상으로 이루어지며, 상기 외부 탄성부재(120)의 복수의 외부 탄성체(121-124)의 각 타단에 연결되어 상기 기판(105)으로부터 일정간격 떠 있으며, 그 외측에 형성된 빗살구조의 진동 전극 핑거(135)를 갖는 외부 프레임부(130)와, 상기 외부 프레임부(130)의 빗살구조의 진동 전극 핑거(135)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 복수의 감지전극(141-144)을 포함하는 감지 전극부(140)와, 상기 외부 프레임(130)의 내측에 연결된 복수의 내부 탄성체(151-156)를 포함하는 내부 탄성부재(150)와, 상기 내부 탄성부재(150)의 복수의 내부 탄성체(151-156)의 각 타단에 연결되며, 빗살구조의 가진코움을 각각 갖는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(161,162)를 포함하는 내부 질량부(160)와, 상기 내부 질량부(160)의 각 내부 질량체(161,162)의 가진코움 각각에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 코움가진기를 갖는 제1,제2 가진 전극(171,172)을 포함하는 가진전극부(170)를 구비한다.

상기 외부 탄성부재(120)는 상기 외부 프레임부(130)의 각 변의 외측 중앙에 각각 연결되는 제1-제4 외부 탄성체(121-124)를 포함하고, 상기 각 탄성체들은 실질적으로 동일한 구조로 이루어진다.

상기 외부 프레임부(130)는 서로 이격된 X축 방향의 2개의 변(131,132)과, 서로 이격된 Y축 방향의 2개의 변(133,134)을 포함하는 실질적인 사각형상으로 이루어지고, 상기 외부 프레임부(130)의 진동 전극 핑거는 상기 X축 방향의 2개의 각 변(131,132)의 외측 일부에 Y축 방향으로 배열된 빗살구조로 형성된다.

상기 내부 탄성부재(150)의 복수의 내부 탄성체는 상기 외부 프레임부(130)의 변중 Y축 방향의 두 변(133,134) 각각의 양 단부에서 내측으로 연장되는 제1-4 내부 탄성체(151-154)와, 상기 외부 프레임부(130)의 변중 Y축 방향의 두 변(133,134) 각각의 중앙에서 내측으로 연장되는 제5,제6 내부 탄성체(155,156)를 포함한다. 그리고, 도 의 피드백 전극부(180)는 상기 내부 질량부(160)의 한쌍의 내부 질량체(161,162) 사이에 형성되어 있다.

도 4의 (a),(b)는 도 3의 내부 탄성부재의 확대도로서, 도 3 및 도 4의 (a)를 참조하면, 상기 제1-제4 내부 탄성체(151-154) 각각은 서로 대응되는 실질적인 동일구조로 이루어지며, 상기 제1-제4 내부 탄성체(151-154)중 제1 내부 탄성체(151)는 상기 외부 프레임부(130)의 Y축 방향의 두 변(133,134) 내측에 X축 방향으로 연결되는 외측 연결부(151A)와, 상기 내부 질량부(160)의 외측에 연결되어 Y축 방향으로 연결되는 내측 연결부(151B)와, 상기 내측 연결부(151B)의 단부에서 X축 방향으로 연장되는 연장부(151C)와, 상기 외측 연결부(151A)와 연장부(151C)를 연결하기 위한 절곡형상의 연결부(151D)를 포함한다.

또한, 상기 제2 - 제4 내부 탄성체(152-154)도 상기 제1 내부 탄성체(151)와 같은 외측 연결부, 내측 연결부, 연장부 및 절곡형상의 연결부를 각각 포함하며, 그 기본적인 구조는 내부 질량부(150)를 균형 있게 탄성 지지하기 위해 상기 제1 내부 탄성체(151)와 실질적으로 동일하며, 단지 설치되는 위치에 따라 설치되는 방향 및 연결되는 위치가 다르다. 이와 같이 내부 탄성부재에 포함되는 외측 연결부는 연장부의 길이보다 길고, 또한, 상기 연장부는 내측 연결부의 길이보다 길도록 형성된다. 그리고, 상기 외측 연결부와 연장부는 X축 방향으로 서로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따른 상기 제1-제4 내부 탄성부재(151-154)의 구조는 X축 방향으로는 진동이 억제되고, 반면 Y축 방향으로는 상대적으로 큰 진동이 발생될 수 있도록 형성된 것이다.

도 3 및 도 4의 (b)를 참조하면, 상기 제5, 제6 내부 탄성체(155,156) 각각은 서로 대응되는 실질적인 동일구조로 이루어지며, 상기 제5, 제6 내부 탄성체(155,156)중 제5 내부 탄성체(155)는 상기 외부 프레임부(130)의 변중 Y축 방향의 두 변(133,134) 각각의 중앙 내측에 형성된 바디부(body portion)(155A)와, 상기 바디부(155A)에서 각각 그 일단이 연결되고, 상기 한쌍의 내부 질량체(161,162) 각각에 그 타단이 각각 연결되는 한쌍의 암부(155B,155C)(arm portion)를 포함한다. 또한, 상기 바디부(155A)는 "ㄷ"자 형상으로 이루어지고, 그 양단부가 상기 외부 프레임(130)의 내측에 연결된다.

상기 한쌍의 암부(155B,155C)의 각 암부는 X축을 중심으로 서로 대칭구조로 이루어지며, 이 한쌍의 암부(155B,155C)중 어느 하나(155B)는 상기 바디부(155A)에연결되어 X축 방향으로의 길이를 갖는 외측 연결부(155B-1)와, 상기 내부 질량부(160)의 외측에 연결되어 X축 방향의 길이를 갖는 내측 연결부(155B-2)와, 상기 내측 연결부(155B-2)와 상기 외측 연결부(155B-1)를 연결하기 위한 절곡형상의 연결부(155B-3)를 포함한다. 상기 외측 연결부(155B-1)는 내측 연결부(155B-2)의 길이보다 길도록 형성된다. 또한, 상기 제5,제6 내부 탄성체(155,156)의 한쌍의 암부는 연결된 한쌍의 내부 질량체(161,162)가 서로 연동되어 튜닝포크 모드로 동작하도록 동일한 폭 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제5,제6 내부 탄성체(155,156) 각각은 자기 바디부와 한쌍의 암부에 의해 π형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 따른 상기 제5,제6 내부 탄성부재(155,156)의 구조는 X축 방향으로는 진동이 억제되고, 반면 Y축 방향으로는 상대적으로 큰 진동이 발생될 수 있도록 형성된 것임을 알 수 있고, 따라서, 전술한 본 발명의 내부 탄성부재(151-156)의 구조는 Y축 방향으로 큰 진동을 허용하여 수평방향중 Y축 방향으로 한쌍의 내부 질량체가 튜닝포크 모드로 가진될 수 있다.

도 5의 (a),(b)는 도 3의 내부 질량부(160) 및 가진 전극부(170)의 확대도로서, 도 3 및 도 5의 (a),(b)를 참조하면, 상기 내부 질량부(160)는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(161,162)를 포함하는데, 이 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(161,162)는 보다 정확한 가진 및 감지를 위해 상호 대칭구조의 실질적인 동일 구조로 형성되는것이 바람직하다.

도 3 및 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 제1 내부 질량체(161)는 상기 내부 탄성부재(150)의 제5 및 제6 내부 탄성체(155,156) 각각의 하나의 암부에 각 일단이 연결되고, 상기 제1 및 제2 내부 탄성체(151,152)에 각 타단이 연결되며, 서로 이격된 Y축 방향의 2개의 질량체 프레임(161A,161B)과, 상기 2개의 질량체 프레임(161A,161B) 사이에서 X축 방향으로 연장되는 프레임 가진빔(161C,161D)과, 상기 프레임 가진빔(161C,161D)을 따라 X축 방향으로 반복 배열된 빗살구조의 가진코움(DC1,DC2)과, 상기 2개의 질량체 프레임(161A,161B)을 X축 방향으로 서로 연결하며, 상기 프레임 가진빔(161C,161D)과 일정간격 이격되어 설치되는 프레임 감지빔(161E)과, 상기 프레임 가진빔(161E)에 X축 방향으로 반복 배열된 피드백 코움(FC1)을 포함한다. 여기서, 상기 프레임 가진빔(161C,161D)중의 하나(161C)는 상기 2개의 질량체 프레임(161A,161B)을 X축 방향으로 연결하는 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 도 3 및 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 가진 전극부(170)의 제1 가진 전극(171)은 상기 기판에 고정되고, 상기 제1 질량체(161)의 양측의 질량체 프레임(161A,161B) 사이에 설치되는 가진 전극 패드(171A)와, 상기 가진 전극 패드(171A)에서 상기 프레임 가진 빔(161C,161D)과 일정 간격 이격되어 X축 방향으로 일정 길이를 갖도록 연장되는 가진 전극 빔(171B,171C)과, 상기 가진 전극빔(171B,171C)의 길이방향에 따라 반복 배열되는 빗살구조의 코움 가진기(CD1,CD2)를 포함한다.

도 3 및 도 5의 (b)를 참조하면, 상기 제2 내부 질량체(162)는 상기 내부 탄성부재(150)의 제5 및 제6 내부 탄성체(155,156) 각각의 다른 하나의 암부에 각 일단이 연결되고, 상기 제3 및 제4 내부 탄성체에 각 타단이 연결되며, 서로 이격된 Y축 방향의 2개의 질량체 프레임(162A,162B)과, 상기 2개의 질량체 프레임(162A,162B) 사이에서 X축 방향으로 연장되는 프레임 가진빔(162C,162D)과, 상기 프레임 가진빔(162C,162D)에 X축 방향으로 반복 배열된 가진코움(DC3,DC4)과, 상기 2개의 질량체 프레임(162A,162B)을 X축 방향으로 서로 연결하며, 상기 프레임 가진빔(162C,162D)과 일정간격 이격되어 설치되는 프레임 감지빔(162E)과, 상기 프레임 가진빔(162E)에 X축 방향으로 반복 배열된 피드백 코움(FC2)을 포함한다. 여기서, 상기 프레임 가진빔(162C,162D)중의 하나(162C)는 상기 2개의 질량체 프레임(162A,162B)을 X축 방향으로 연결하는 구조로 이루어질 수 있다.

그리고, 도 3 및 도 5의 (b)를 참조하면, 상기 가진 전극부(170)의 제2 가진 전극(172)은 상기 기판에 고정되고, 상기 제2 질량체(162)의 양측의 질량체 프레임(162A,162B) 사이에 설치되는 가진 전극 패드(172A)와, 상기 가진 전극 패드(172A)에서 상기 프레임 가진 빔(162C,162D)과 일정 간격 이격되어 X축 방향으로 일정 길이를 갖도록 연장되는 가진 전극 빔(172B,172C)과, 상기 가진 전극빔(172B,172C)의 길이방향에 따라 반복 배열되는 빗살구조의 코움 가진기(CD3,CD4)를 포함한다.

전술한 본 발명의 마이크로 자이로스코프의 가진 전극부(170)에 가진 회로부에 의해 공진주파수를 갖는 가진 신호가 공급되면, 상기 가진 전극부(170)와 내부 질량부(160)사이에 정전력이 발생하고, 이 정전력에 의해서 상기 제1 내부 질량체(161)가 Y축 방향으로 상기 가진 신호의 공진주파수에 동기되어 가진되고, 또한, 상기 정전력에 의해서 상기 제2 내부 질량체(162)가 Y축 방향으로 공진주파수로 가진되며, 이때, 이러한 제1 내부 질량체(161)의 공진과 연동하여, 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(161,162)가 Y축 방향으로 서로 마주보면서 "가까워 졌다 멀어 졌다"하는 왕복 운동을 하는 수평 튜닝 포크 모드로 가진된다. 이 경우, 본 발명의 내부 탄성부재(151-156)의 구조에 의해서, 상기 제1,제2 내부 질량체(161,162)는 보다 정확하게 연동된다.

도 6은 도 3의 감지 전극부의 확대도로서, 도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 감지 전극부(140)의 제1-제4 감지전극(141-144) 각각은 Y축 및 X축 중심으로 각각 대칭구조의 실질적인 동일 구조로 이루어지며, 상기 복수의 감지전극(141-144)중 제1 감지 전극(141)은 상기 기판에 고정된 감지 전극패드(141A)와, 상기 감지 패드(141A)에서 X축 방향으로 연장되는 감지 전극빔(141B)과, 상기 감지빔(141B)에 X축 방향으로 배열되고, 상기 외부 프레임부(130)의 빗살구조의 진동전극핑거(135)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 복수의 감지전극 핑거(141C)를 포함하여, 상기 감지전극 핑거(141C)와 상기 외부 프레임부(130)의 진동 전극 핑거(135)와의 이격거리에 따른 커패시턴스를 감지한다.

상기와 같이, 상기 한쌍의 제1,제2 질량체(161,162)가 수평방향의 Y축 방향으로 튜닝포크 모드로 가진되는 동안, 본 발명의 마이크로 자이로스코프에 X축 및 Y축에 수직하는 회전축을 갖는 각속도가 발생되면, 상기 한쌍의 내부 질량체(161,162)는 X축 방향중 서로 역방향의 코리올리힘을 받아 진동하게 되고, 이러한 진동체(161,162)의 진동은 내부 탄성부재(150)에 의해 외부 프레임부(130)에 전달되어 상기 외부 프레임부(130)가 상기 내부 질량체(161,162)와 연동하여 진동하게 된다.

이러한 외부 프레임부(130)의 진동에 따라, 상기 외부 프레임부(130)의 진동 전극 핑거(135)와 상기 감지 전극부(140)의 감지 전극 핑거(141C)간의 간격이 변하게 되고, 이 변하는 간격에 해당하는 커패시턴스를 검출하여 외력의 크기 또는 자체 흔들림 등을 감지할 수 있게 된다.

한편, 도 7은 도 3의 피드백 전극부의 확대도로서, 도 7을 참조하면, 상기 마이크로 자이로스코프는 상기 내부 질량부(160)의 가진 주파수를 검출하여 정확한 고유주파수로의 진동을 제어하기 위해, 피드백 전극부(180)를 포함할 수 있으며,이 피드백 전극부(180)는 상기 한쌍의 내부 질량체(161,162) 사이에 형성되고, 상기 내부 질량체(161,162)의 피드백 코움(feedback combs)(FC1,FC2)과의 이격 거리에 따른 커패시턴스를 감지한다.

상기 피드백 전극부(180)는 상기 기판에 고정되는 피드백 전극패드(181)와, 상기 피드백 전극패드(181)의 Y축 상의 양단부에서 X축 방향으로 연장된 피드백 전극빔(182,183)과, 상기 피드백 전극빔(182,183)에 X축 방향으로 연속 배열되고, 상기 한쌍의 내부 질량체(161,162)의 피드백코움(FC1,FC2) 각각에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 코움감지기(CS1,CS2)(comb sensor)를 포함한다. 이러한 피드백 전극부(180)는 상기 코움감지기(CS1,CS2)와 피드백코움(FC1,FC2)간의 이격간격 변화에 해당하는 커패시턴스를 감지하여 상기 내부 질량부(160)의 가진 동작을 검출할 수 있다.

도 8은 도 3의 A-A'선 단면도로서, 도 3 및 도 8을 참조하면, 상기한 본 발명의 구성에서, 상기 고정부(110)의 4개의 고정패드(111-114), 4개의 감지 전극부(140)의 패드, 가진전극부(170)의 가전전극(171,172) 및 피드백 전극부(180)의 피드백 전극패드(181)는 각각 웨이퍼(Wafer) 기판(105)의 표면에 부착 고정되어 마이크로 자이로스코프의 구조물을 지지하며, 그 나머지 다른 구성요소들은 자유로운 운동을 할 수 있도록 기판으로부터 일정간격 이격되어 있음을 알 수 있다.

도 9의 (a)는 마이크로 자이로스코프의 동력학적 모델링도이고, 도 9의 (b) 및 (c)는 1차 및 2차 공진모드시의 마이크로 자이로스코프 상태도이다.

도 9의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 자이로스코프에 있어서, 가진측은 내부의 질량체를 운동시키기 위한 코움 가진기(Comb Drive)가 반복되어 설치되어 있으며, 자려발진(Self Oscillation)을 위한 가진측 감지전극이 마찬가지로 코움 형상으로 배열되어 있다. 자려발진이 인가된 상태가 되면 상하 질량에 인가되는 전압은 같은 신호로 1차의 모드에 해당되는 공진주파수의 신호가 인가된다. 질량체의 운동은 가진측 감지전극의 정전용량(Capacitance)의 변화를 유발하고 이 변화는 회로적으로 감지되어 일정조건으로 가진 전극에 피드백(Feed back)되는데, 이때, 본 발명의 마이크로 자이로스코프를 도 9의 (a)와 같이 동력학적 모델링하면, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 Y축 방향으로 수평 왕복 운동을 하는 1차 공진모드의 자려발진이 발생된다.

또한, 발진하는 질량체에 외부 각속도가 인가되면 자이로 구조물은 공진주파수에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로의 회전 운동이 유도되는데, 이는 본 발명의 내부 질량부(160)의 2개의 제1,제2 내부 질량체(161,162)가 X축 방향으로 서로 교차하는 진동을 하고, 이 진동은 외부 탄성부재(120)에 의해 억제되며, 이 억제된 진동 력에 의해서 상기 외부 프레임부재(130)가 시계 방향 또는 반시계방향으로 움직이게 된다. 일 예로 도 9의 (c)에는 시계방향의 회전 운동상태가 도시되어 있다.

이에 따라 상기 외부 프레임부(130)의 진동 전극 핑거(135)와 감지전극(감지 +, 감지 -)사이에 간격변화에 따른 정전용량 변화가 유발된다. 이 운동은 각속도에 비례하고 공진주파수에 변조(Modulation)된 신호로 나타나므로 자려발진의 신호를 이용하여 검파(Demodulation)하면 각속도를 감지할 수 있다. 전기적으로 접지를 형성하는 기판의 접지면은 상기 고정부와 전기적으로 연결되며, 이러한 고정부는 기구적으로는 자이로 구조물을 탄성체를 통하여 지지하는 역할을 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에서, 질량체의 가진방향 및 감지방향 모두가 수평방향에서 이루어지므로, 본 발명의 외부 및 내부 탄성체 구조는 수평면상에서의 동일한 폭을 갖도록 구현되는 것만으로 정확하게 연동하는 튜닝 포크 동작이 보장되며, 이러한 동일한 폭은 동일한 제조공정에 의해서 쉽게 달성된다. 이러한 내용은 하기에 설명되는 본 발명의 제2 실시예에서도 적용된다.

도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프의 평면도로서, 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프는 실질적으로 서로 수직인 X축 및 Y축에 의한 수평방향으로의 평면구조를 갖는 기판(205)과, 상기 기판에 고정되는 복수의 고정패드(211-213)를 포함하는 고정부(210)와, 상기 고정부(210)의 각 고정패드(211-213) 각각에 일단이 연결된 복수의 외부 탄성체(221-223)를 포함하는외부 탄성부재(220)와, 실질적으로 원형상으로 이루어지며, 상기 외부 탄성부재(220)의 복수의 외부 탄성체(221-223)의 각 타단에 연결되어 상기 기판(205)으로부터 일정간격 떠 있으며, 그 외측에 형성된 빗살구조의 가진 전극 핑거(232)를 갖는 가긴 전극을 포함하는 외부 프레임부(230)와, 상기 외부 프레임부(230)의 빗살구조의 가진 전극 핑거(232)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 가진 전극 핑거(241C)를 갖는 가진 전극부(240)와, 상기 외부 프레임(230)의 내측에 일단이 연결된 복수의 내부 탄성체(251-254)를 포함하는 내부 탄성부재(250)와, 상기 내부 탄성부재(250)의 복수의 내부 탄성체(251-254)의 각 타단에 연결되며, 빗살구조의 진동 전극 핑거(261C,262C)를 각각 갖는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(261,262)를 포함하는 내부 질량부(260)와, 상기 내부 질량부(260)의 각 내부 질량체(261,262)의 진동 전극 핑거(261C,262C)에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 감지 전극 핑거(271C,272C)를 포함하는 제1,제2 감지전극(271,272)을 갖는 감지 전극부(270)를 구비한다.

상기 외부 탄성부재(220)는 상기 외부 프레임부(230)를 균형적으로 탄성 지지하도록 상기 고정부(210)의 복수의 고정패드(211-213) 각각에 연결된 제1-제3 외부 탄성체(221-223)를 포함하고, 상기 각 탄성체들은 실적으로 동일한 구조로 이루어진다.

상기 외부 프레임부(230)는 가진 전극을 포함하는데, 이 가진 전극은 그 외측의 설정위치에 프레임에 실질적으로 수직하는 방향으로 일정 길이를 갖도록 형성된 복수의 가진 전극빔(231)과, 상기 복수의 전극빔(231) 각각의 길이방향에 따라 배열된 빗살구조의 가진 전극 핑거(232)를 포함한다.

도 11의 (a),(b)는 도 10의 가진 전극부의 확대도로서, 도 10 및 도 11의 (a)를 참조하면, 상기 가진 전극부(240)는 복수의 가진 전극(241,242)을 포함하는데, 이들 가진 전극중 제1 가진 전극(241)은 상기 기판(205)에 고정된 가진 전극 패드(241A)와, 상기 가진 전극 패드(241A)로부터 상기 외부 프레임부(230)의 가진 전극 빔(231A)과 일정간격 이격되면서 연장되고, 일정 길이를 갖는 가진 전극 빔(241B)과, 상기 가진 전극 빔(241B)에서 배열되고, 상기 외부 프레임부(230)의 빗살구조의 가진 전극 핑거(232A)(driven electrode fingers)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 가진 전극 핑거(241C)를 포함한다.

다음, 도 10 및 도 11의 (b)를 참조하면, 상기 가진 전극부(240)는 복수의 가진 전극(241,242)을 포함하는데, 이들 가진 전극중 제2 가진 전극(242)은 상기 기판(205)에 고정된 가진 전극 패드(242A)와, 상기 가진 전극 패드(242A)로부터 상기 외부 프레임부(230)의 가진 전극 빔(231B)과 일정간격 이격되면서 연장되고, 일정 길이를 갖는 가진 전극 빔(241B)과, 상기 가진 전극 빔(241B)에서 배열되고, 상기 외부 프레임부(230)의 빗살구조의 가진 전극 핑거(232B)(driven electrode fingers)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 가진 전극핑거(241C)를 포함한다.

전술한 본 발명의 마이크로 자이로스코프의 가진 전극부(240)에 가진 회로부로부터 공진주파수를 갖는 가진 신호가 공급되면, 상기 가진 전극부(240)와 외부 프레임부(230)의 가진전극 사이에 정전력이 발생하고, 이 정전력에 의해서 상기 외부 프레임부(230)가 원주 방향으로 상기 가진 신호의 공진주파수에 동기되어 가진되고, 이 외부 프레임부(230)의 가진력은 내부 탄성부재(250)를 통해 내부 질량부(260)로 전달되므로, 이 내부 질량부(260)도 상기 외부 프레임부(230)의 공진과 연동하여, 한쌍의 내부 질량체(261,262)가 가진된다. 이 경우, 본 발명의 내부 탄성부재(251-254)의 구조에 의해서, 상기 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(261,262)는 보다 정확하게 연동된다.

또한, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 내부 탄성부재(250)의 복수의 내부 탄성체는 상기 외부 프레임부(230)의 내측면중 Y축상에서 서로 마주보는 내측면 각각에서 내측으로 연장되는 제1,제2 내부 탄성체(251,252)와, 상기 외부 프레임부(230)의 내측면중 X축상에서 서로 마주보는 내측면 각각에서 내측으로 연장되는 제3,제4 내부 탄성체(253,254)를 포함한다.

도 12의 (a),(b)는 도 10의 내부 탄성부재의 확대도로서, 도 10 및 도 12의 (a)를 참조하면, 상기 제1,제2 내부 탄성체(251,252) 각각은 서로 대칭적이고 실질적으로 동일 구조로 이루어지며, 이들 제1,제2 내부 탄성체(251,252)중 제1 내부 탄성체(251)는 상기 외부 프레임부(230)의 내측에 Y축 방향으로 연결된 외측 연결부(251A)와, 상기 내부 질량부(260)의 외측에 Y축 방향으로 연결된 내측 연결부(251B)와, X축 방향으로의 일정 길이를 갖고, 상기 외측 연결부(251A)와 내측 연결부(251B)를 연결하는 상호 연결부(251C)를 포함한다. 상기 상호 연결부(251C)는 상기 외측 및 내측 연결부(251A,251B)의 길이보다 길도록 형성된다. 이러한 제1,제2 내부 탄성체(251,252)의 구조는 외부 프레임부(230)의 움직임이 내부 질량부(260)로 전달할 수 있는 구조이고, 반면 상기 내부 질량부(260)가 Y축 방향으로 진동될 수 있도록 형성된 것임을 알 수 있다.

도 10 및 도 12의 (b)를 참조하면, 상기 제3,제4 내부 탄성체(253,254) 각각은 서로 대칭적이고 실질적으로 동일 구조로 이루어지며, 이들 제5,제6 내부 탄성체(253,254)중 제5 내부 탄성체(253)는 상기 외부 프레임부(230)의 내측면중 X축상에서 서로 마주보는 내측면에 각각 형성된 바디부(253A)와, 상기 각 바디부(253A)에서 X축 방향의 일정 길이를 갖도록 각각 연장되어 상기 한쌍의 내부 질량체(261,262) 각각으로 연결되는 한쌍의 암부(253B,253C)로 이루어진다. 상기 제3,제4 내부 탄성체(253,254)의 한쌍의 암부는 동일한 폭 구조를 갖으며, 상기 제3,제4 내부 탄성체(253,254) 각각은 자신의 바디부와 한쌍의 암부에 의해 π형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 따른 상기 제3,제4 내부 탄성체(253,254)의 구조는 X축 방향으로는 진동이 억제되고, 반면 Y축 방향으로는 상대적으로 큰 진동이 발생될 수 있도록 형성된 것임을 알 수 있고, 이러한 본 발명의 내부 탄성부재(250)의 구조는 Y축 방향으로 큰 진동을 허용하여 수평방향중 Y축 방향으로 한쌍의 내부 질량체(261,262)가 감지모드에서 튜닝포크 모드로 공진될 수 있다.

또한, 도 10 및 도 12를 참조하면, 상기 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(261,262)는 상기 외부 프레임부(230)의 내측에, Y축상에서 일정간격 서로 이격되어 배열되고, X축을 중심으로 서로 대칭 구조의 반원 형상으로 이루어지며, 또한, 실질적으로 서로 동일한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 13의 (a),(b)는 도 10의 내부 질량부 및 감지 전극부의 확대도로서, 도 10 및 도 13의 (a)를 참조하면, 상기 제1 내부 질량체(261)는 Y축상의 일측에 설치되어 내부공간을 포함하고, 상기 외부 프레임부(230)의 내측면과 일정 간격 이격되면서 나란한 방향으로 이루어진 반원 프레임(261A-1)과, 상기 제2 내부 질량체(262)와 일정 간격 이격되면서 X축 방향으로 형성된 선형 프레임(261A-2)을 포함하는 질량체 프레임(261A)을 포함하고, 또한, 상기 질량체 프레임(261A)에 형성되어 내부 공간으로 일정 길이를 갖는 질량체빔(261B)과, 상기 질량체빔(261B)의 길이 방향에 따라 배열되고, 상기 질량체 프레임(261A)의 반원 프레임(261A-1)에 나란한 방향으로 일정 길이를 갖는 빗살구조의 질량체 핑거(261C)를 포함한다.

도 10 및 도 13의 (b)를 참조하면, 상기 제2 내부 질량체(262)는 Y축상의 다른 일측에 설치되어 내부공간을 포함하고, 상기 외부 프레임부(230)의 내측면과 일정 간격 이격되면서 나란한 방향으로 이루어진 반원 프레임(262A-1)과, 상기 제1 내부 질량체(261)의 선형 프레임(261A-2)과 일정 간격 이격되면서 X축 방향으로 형성된 선형 프레임(262A-2)을 포함하는 질량체 프레임(262A)을 포함하고, 또한, 상기 질량체 프레임(262A)에 형성되어 내부 공간으로 일정 길이를 갖는 질량체빔(262B)과, 상기 질량체빔(262B)의 길이 방향에 따라 배열되고, 상기 질량체 프레임(262A)의 반원 프레임(262A-1)에 나란한 방향으로 일정 길이를 갖는 빗살구조의 질량체 핑거(262C)를 포함한다.

또한, 도 10 및 도 13의 (a)를 참조하면, 상기 감지 전극부(270)의 제1 감지전극(271)은 상기 제1 내부 질량체(261)의 내부공간에 각각 배치되고, 상기 기판에 고정되는 감지 전극 패드(271A)와, 상기 감지전극 패드(271A)에서 상기 제1 질량체(261)의 질량체빔(261B) 사이로 연장되는 감지 전극 빔(271B)과, 상기 감지 전극 빔(271B)에서 상기 제1 질량체(261)의 질량체 핑거(261C) 사이로 연장되는 감지 전극 핑거(271C)를 포함한다.

그리고, 도 10 및 도 13의 (b)를 참조하면, 상기 감지 전극부(270)의 제2 감지전극(272)은 상기 제2 내부 질량체(262)의 내부공간에 각각 배치되고, 상기 기판에 고정되는 감지 전극 패드(272A)와, 상기 감지전극 패드(272A)에서 상기 제2 질량체(262)의 질량체빔(262B) 사이로 연장되는 감지 전극 빔(272B)과, 상기 감지 전극 빔(272B)에서 상기 제2 질량체(262)의 질량체 핑거(262C) 사이로 연장되는 감지 전극 핑거(272C)를 포함한다.

상기와 같이, 상기 한쌍의 제1,제2 질량체(261,262)가 수평방향중 원주방향으로 가진되는 동안, 본 발명의 마이크로 자이로스코프에 X축 및 Y축에 수직하는 회전축을 갖는 각속도가 발생되면, 상기 한쌍의 내부 질량체(261,262)는 Y축 방향중 서로 역방향으로의 코리올리힘을 받아 튜닝 포크 모드로 진동하게 되고, 이러한 진동체의 진동은 감지 전극부(270)에 의해 감지되는데, 이때, 상기 튜닝 포크로 진동하는 질량체의 핑거와 상기 감지 전극부의 감지 전극 핑거간의 간격이 변하게 되고, 이 변하는 간격에 해당하는 커패시턴스를 검출하여 외력의 크기 또는 자체 흔들림 등을 감지할 수 있게 된다.

도 14는 도 10의 피드백 감지 전극부의 확대도로서, 도 10 및 도 14를 참조하면, 상기 외부 프레임부(230)는 그 외측에 형성된 빗살구조의 피드백 전극(driven electrodes)을 포함하는데, 상기 피드백 전극은 상기 외부 프레임부(230)의 외측의 설정위치에 프레임에 실질적으로 수직하는 방향으로 일정 길이를 갖도록 형성된 피드백 전극빔(233)과, 상기 피드백 전극빔(233)의 길이방향에 따라 배열된 빗살구조의 피드백 전극 핑거(234)를 포함한다.

상기 마이크로 자이로스코프는 상기 외부 프레임부(230)의 피드백 전극 핑거(234)와의 이격거리에 따라 커패시턴스를 감지하는 피드백 전극부(280)를 더 포함할 수 있고, 상기 피드백 전극부(280)는 상기 기판(205)에 고정된 피드백 전극 패드(281)와, 상기 피드백 전극 패드(281)로부터 상기 외부 프레임부(230)의 피드백 전극 빔(233)과 일정간격 이격되면서 연장되고, 일정 길이를 갖는 피드백 전극 빔(282)과, 상기 피드백 전극 빔(282)에서 배열되고, 상기 외부 프레임부(230)의 빗살구조의 피드백 전극 핑거(234)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 피드백 전극 핑거(283)를 포함한다.

이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 자이로스코프에 있어서, 진동모드 중에서 2차의 모드의 공진주파수를 하향 조정하여, 즉 1차와 2차의 모드를 바꾸어 가진 모드로 사용하는 예로서, 결과적으로 회전방향의 모드를 상대적으로 변위가 큰 가진 모드로 사용하므로 원주방향으로 코움을 배열하여 회전방향의 가진을 하며 가진측 감지 또한 원주방향으로 배열하여 자려발진(Self Oscillation)을 유도한다. 내부의 질량과 외부프레임은 전술한 본 발명의 제1 실시형태와 같이 π형상의 탄성체로 연결되어 있으며 단지 본 발명의 제2 실시형태의 경우, 감지 측의 변위가 상대적으로 크지 않기 때문에 꺾인(Folded) 부분이 생략된 형상을 갖는다. 내부의 질량이 상하 방향 마주보는 모드로 운동하며 전술한 본 발명의 제1 실시형태와 같이 감지전극에 각속도에 비례하고 발진주파수에 변조된 정전용량의 변화를 유발되고 이를 검파하여 각속도를 측정한다. 감지모드가 대칭인 방향으로 운동하므로 외부의 진동에 대한 영향을 상쇄시키는 기본적인 구조를 갖고 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 가진 및 감지 방향 모두 수평방향으로 이루어지므로, 가진모드와 감지모드의 주파수를 결정하는 탄성체와 질량의 동력학적인 특성이 한번의 공정에 의하여 결정되고 공정에서 선폭의 변화가 같은 방향으로 나타나므로, 공정의 변화에 둔감하게 특성이 변화한다. 공정에서 선폭이 줄어들거나 늘어나는 결과에 있어서 가진모드와 감지모드가 동일하게 나타나고 동력학적인 특성인 탄성체의 강성, 질량의 크기가 동일하게 감소 혹은 증가한다. 이때, 공진주파수는 구조물 두께의 함수가 아니므로 구조물의 두께변화에 대한 특성의 변화는 실제 공정에서도 거의 없게 된다.

또한, 가진 및 감지 모드에서 튜닝포크 모드를 사용하므로 외부의 진동이나 음향노이즈에 의한 영향을 최소화할 수 있으며, 서로 마주보는 두 질량의 운동을 튜닝포크 모드로 사용하므로 외부의 진동에 대해 둔감하며 외부진동에 의한 변위가 발생해도 전기적으로 감지전극에서 상쇄되는 효과를 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서 제시된 내부 탄성체의 구조를 두 질량체의 연동을 보장할 수 잇는 π형상으로 구현하여 안정적인 튜닝포크의 모드로 질량을 운동시키며, 이에 따라 π형상의 탄성체의 형상에서 얻을 수 있는 장점으로 내부의 질량을 연동하여 안정적인 튜닝포크 모드로 질량을 운동시키며 동역학적으로 노달 포인트(Nodal Point)(진동모드에서 움직이지 않는 점)를 지지하는 구조이므로 외부의 진동에 대하여 튜닝포크 모드는 이론적으로 전혀 영향을 받지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims

X축 및 Y축에 의한 평면과 실질적으로 평행한 평면구조를 갖는 기판(105);

상기 기판에 고정되는 복수의 고정패드를 포함하는 고정부(110);

상기 고정부의 각 고정패드 각각에 일단이 연결된 복수의 외부 탄성체를 포함하는 외부 탄성부재(120);

실질적으로 사각형상으로 이루어지며, 상기 외부 탄성부재의 복수의 외부 탄성체의 각 타단에 연결되어 상기 기판으로부터 일정간격 떠 있으며, 그 외측에 형성된 빗살구조의 진동 전극 핑거를 갖는 외부 프레임부(130);

상기 외부 프레임부의 빗살구조의 진동 전극 핑거에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 복수의 감지전극을 포함하는 감지 전극부(140);

상기 외부 프레임의 내측에 연결된 복수의 내부 탄성체를 포함하는 내부 탄성부재(150);

상기 내부 탄성부재의 복수의 내부 탄성체에 연결되며, 빗살구조의 가진코움을 각각 갖는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체를 포함하는 내부 질량부(160); 및

상기 내부 질량부의 각 내부 질량체의 가진코움 각각에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 코움가진기를 갖는 제1,제2 가진 전극을 포함하는 가진전극부(170)

을 구비함을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 외부 탄성부재(120)는

상기 외부 프레임부(130)의 각 변의 외측 중앙에 각각 연결되는 제1-제4 외부 탄성체(121-124)를 포함하고,

상기 각 탄성체들은 실질적으로 동일한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 외부 프레임부(130)는

서로 이격된 X축 방향의 2개의 변과, 서로 이격된 Y축 방향의 2개의 변을 포함하는 사각형상으로 이루어지고,

상기 외부 프레임부(130)의 진동 전극 핑거는

상기 X축 방향의 2개의 각 변의 외측 일부에 Y축 방향으로 배열된 빗살구조인 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 감지 전극부(140)는

상기 기판에 고정된 감지 전극패드;

상기 감지 패드에서 X축 방향으로 연장되는 감지 전극빔;

상기 감지빔에 X축 방향으로 배열되고, 상기 외부 프레임부의 빗살구조의 진동전극에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 복수의 감지전극 핑거(sense electrode fingers)를 포함하고,

상기 감지전극 핑거와 상기 외부 프레임의 진동 전극과의 이격거리에 따른 커패시턴스를 감지하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제3항에 있어서, 상기 내부 탄성부재(150)의 복수의 내부 탄성체는

상기 외부 프레임부(130)의 변중 Y축 방향의 두 변 각각의 양 단부에서 내측으로 연장되는 제1-4 내부 탄성체(151-154); 및

상기 외부 프레임부(130)의 변중 Y축 방향의 두 변 각각의 중앙에서 내측으로 연장되는 제5,제6 내부 탄성체(155,156) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제5항에 있어서, 상기 제1-제4 내부 탄성체(151-154) 각각은

상기 외부 프레임부(130)의 Y축 방향의 두 변 내측에 X축 방향으로 연결되는 외측 연결부;

상기 내부 질량부(160)의 외측에 연결되어 Y축 방향으로 연결되는 내측 연결부;

상기 내측 연결부의 단부에서 X축 방향으로 연장되는 연장부;

상기 외측 연결부와 연장부를 연결하기 위한 절곡형상의 연결부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제6항에 있어서, 상기 외측 연결부는 연장부의 길이보다 길고,

상기 연장부는 내측 연결부의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제5항에 있어서, 상기 제5, 제6 내부 탄성체(155,156) 각각은

상기 외부 프레임부(130)의 변중 Y축 방향의 두 변 각각의 중앙 내측에 형성된 바디부; 및

상기 바디부에서 각각 그 일단이 연결되고, 상기 한쌍의 내부 질량체중 서로 다른 내부 질량체에 그 타단이 각각 연결되는 한쌍의 암부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제8항에 있어서, 상기 각 암부는

상기 바디부에 연결되어 X축 방향으로의 길이를 갖는 외측 연결부;

상기 내부 질량부(160)의 외측에 연결되어 X축 방향의 길이를 갖는 내측 연결부;

상기 내측 연결부의 단부에 연결되어 X축 방향으로의 길이를 갖는 연장부;및

상기 외측 연결부와 연장부를 연결하기 위한 절곡형상의 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제9항에 있어서, 상기 외측 연결부는 연장부의 길이보다 길고,

상기 연장부는 내측 연결부의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제8항에 있어서, 상기 제5,제6 내부 탄성체의 한쌍의 암부는

동일한 폭 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제8항에 있어서, 상기 제5,제6 내부 탄성체는

상기 바디부와 한쌍의 암부에 의해 π형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제5항에 있어서, 상기 제1 내부 질량체(161)는

상기 내부 탄성부재(150)의 제5 및 제6 내부 탄성체(155,156) 각각의 하나의 암부에 각 일단이 연결되고, 상기 제1 및 제2 내부 탄성체에 각 타단이 연결되며, 서로 이격된 Y축 방향의 2개의 질량체 프레임;

상기 2개의 질량체 프레임 사이에서 X축 방향으로 연장되는 프레임 가진빔;

상기 프레임 가진빔을 따라 X축 방향으로 반복 배열된 빗살구조의 가진코움;

상기 2개의 질량체 프레임을 X축 방향으로 서로 연결하며, 상기 프레임 가진빔과 일정간격 이격되어 설치되는 프레임 감지빔;및

상기 프레임 가진빔에 X축 방향으로 반복 배열된 피드백 코움 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제13항에 있어서, 상기 제2 내부 질량체(162)는

상기 내부 탄성부재(150)의 제5 및 제6 내부 탄성체(155,156) 각각의 다른 하나의 암부에 각 일단이 연결되고, 상기 제3 및 제4 내부 탄성체에 각 타단이 연결되며, 서로 이격된 Y축 방향의 2개의 질량체 프레임;

상기 2개의 질량체 프레임 사이에서 X축 방향으로 연장되는 프레임 가진빔;

상기 프레임 가진빔에 X축 방향으로 반복 배열된 가진코움;

상기 2개의 질량체 프레임을 X축 방향으로 서로 연결하며, 상기 프레임 가진빔과 일정간격 이격되어 설치되는 프레임 감지빔; 및

상기 프레임 가진빔에 X축 방향으로 반복 배열된 피드백 코움 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 한쌍의 내부 질량체들은

실질적으로 서로 동일한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 가진 전극부(170)의 제1 가진 전극은

상기 기판에 고정되고, 상기 제1 질량체의 양측의 질량체 프레임 사이에 설치되는 가진 전극 패드;

상기 가진 전극 패드에서 상기 프레임 가진 빔과 일정 간격 이격되어 X축 방향으로 일정 길이를 갖도록 연장되는 가진 전극 빔; 및

상기 가진 전극 빔의 길이방향에 따라 반복 배열되는 빗살구조의 코움 가진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 가진 전극부(170)의 제2 가진 전극은

상기 기판에 고정되고, 상기 제2 질량체의 양측의 질량체 프레임 사이에 설치되는 가진 전극 패드;

상기 가진 전극 패드에서 상기 프레임 가진 빔과 일정 간격 이격되어 X축 방향으로 일정 길이를 갖도록 연장되는 가진 전극 빔; 및

상기 가진 전극 빔의 길이방향에 따라 반복 배열되는 빗살구조의 코움 가진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 자이로스코프는

상기 한쌍의 내부 질량체 사이에 형성되고, 상기 내부 질량체의 피드백 코움(feedback combs)과의 이격거리에 따른 커패시턴스를 감지하는 피드백 전극부(180); 를 더 구비한 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제18항에 있어서, 상기 피드백 전극부(180)는

상기 기판에 고정되는 피드백 전극패드;

상기 피드백 전극패드의 Y축 상의 양단부에서 X축 방향으로 연장된 피드백 전극빔; 및

상기 피드백 전극빔에 X축 방향으로 연속 배열되고, 상기 한쌍의 내부 질량체의 피드백코움(feedback combs) 각각에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 코움감지기(comb sensor) 를 포함한 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
실질적으로 수직인 X축 및 Y축에 의한 수평방향으로의 평면구조를 갖는 기판(205);

상기 기판에 고정되는 복수의 고정패드를 포함하는 고정부(210);

상기 고정부의 각 고정패드 각각에 일단이 연결된 복수의 외부 탄성체를 포함하는 외부 탄성부재(220);

실질적으로 원형상으로 이루어지며, 상기 외부 탄성부재의 복수의 외부 탄성체의 각 타단에 연결되어 상기 기판으로부터 일정간격 떠 있으며, 그 외측에 형성된 빗살구조의 가진 전극 핑거를 갖는 가긴 전극을 포함하는 외부 프레임부(230);

상기 외부 프레임부의 빗살구조의 가진 전극 핑거에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 가진 전극 핑거를 갖는 가진 전극부(240);

상기 외부 프레임의 내측에 연결된 복수의 내부 탄성체를 포함하는 내부 탄성부재(250);

상기 내부 탄성부재의 복수의 내부 탄성체에 연결되며, 빗살구조의 진동 전극 핑거를 각각 갖는 한쌍의 제1,제2 내부 질량체를 포함하는 내부 질량부(260); 및

상기 내부 질량부의 각 내부 질량체의 진동 전극 핑거에 설정간격 이격되어 맞물려 있는 빗살구조의 감지 전극 핑거를 포함하는 제1,제2 감지전극을 포함하는 감지 전극부(270)

을 구비함을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 외부 탄성부재(220)는

상기 외부 프레임부(230)를 균형적으로 탄성 지지하도록 배열된 제1-제3 외부 탄성체(221-223)를 포함하고,

상기 각 탄성체들은 실질적으로 동일한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 외부 프레임부(230)의 가진전극은

그 외측의 설정위치에 프레임에 실질적으로 수직하는 방향으로 일정 길이를갖도록 형성된 가진 전극빔;

상기 복수의 전극빔(231) 각각의 길이방향에 따라 배열된 빗살구조의 가진 전극 핑거를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 가진 전극부(240)는

상기 기판에 고정된 가진 전극 패드;

상기 가진 전극 패드로부터 상기 외부 프레임부(230)의 가진 전극 빔과 일정간격 이격되면서 연장되고, 일정 길이를 갖는 가진 전극 빔; 및

상기 가진 전극 빔에서 배열되고, 상기 외부 프레임부의 빗살구조의 가진 전극 핑거(driven electrode fingers)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 가진 전극 핑거를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제22항에 있어서, 상기 내부 탄성부재(250)의 복수의 내부 탄성체는

상기 외부 프레임부(230)의 내측면중 Y축상에서 서로 마주보는 내측면 각각에서 내측으로 연장되는 제1,제2 내부 탄성체(251,252); 및

상기 외부 프레임부(230)의 내측면중 X축상에서 서로 마주보는 내측면 각각에서 내측으로 연장되는 제3,제4 내부 탄성체(253,254); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제22항에 있어서, 상기 제1,제2 내부 탄성체(251,252) 각각은

서로 대칭구조로 이루어진 한쌍의 탄성체를 포함하고,

상기 한쌍의 탄성체 각각은

상기 외부 프레임부(230)의 내측에 Y축 방향으로 연결된 외측 연결부;

상기 내부 질량부(260)의 외측에 Y축 방향으로 연결된 내측 연결부;

X축 방향으로의 일정 길이를 갖고, 상기 외측 연결부와 내측 연결부를 연결하는 상호 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제25항에 있어서, 상기 상호 연결부는

상기 외측 및 내측 연결부의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프
제22항에 있어서, 상기 제3,제4 내부 탄성체(253,254) 각각은

상기 외부 프레임부(230)의 내측면중 X축상에서 서로 마주보는 내측면에 각각 형성된 바디부;

상기 각 바디부에서 X축 방향의 일정 길이를 갖도록 각각 연장되어 상기 한쌍의 내부 질량부 각각으로 연결되는 한쌍의 암부; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제27항에 있어서, 상기 제3,제4 내부 탄성체의 한쌍의 암부는

동일한 폭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제27항에 있어서, 상기 제3,제4 내부 탄성체 각각은

상기 바디부와 한쌍의 암부에 의해 π형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 한쌍의 제1,제2 내부 질량체(261,262)는

상기 외부 프레임부(230)의 내측에, Y축상에서 일정간격 서로 이격되어 배열되고, X축을 중심으로 서로 대칭 구조의 반원 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제30항에 있어서, 상기 제1 내부 질량체(261)는

Y축상의 일측에 설치되어 내부공간을 포함하고, 상기 외부 프레임부(230)의 내측면과 일정 간격 이격되면서 나란한 방향으로 이루어진 반원 프레임과, 상기 제2 내부 질량체와 일정 간격 이격되면서 X축 방향으로 형성된 선형 프레임을 포함하는 질량체 프레임;

상기 질량체 프레임에 형성되어 내부 공간으로 일정 길이를 갖는 질량체빔; 및

상기 질량체빔의 길이 방향에 따라 배열되고, 상기 질량체 프레임의 반원 프레임에 나란한 방향으로 일정 길이를 갖는 빗살구조의 질량체 핑거; 를 포함함을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제31항에 있어서, 상기 제2 내부 질량체(262)는

Y축상의 다른 일측에 설치되어 내부공간을 포함하고, 상기 외부 프레임부(230)의 내측면과 일정 간격 이격되면서 나란한 방향으로 이루어진 반원 프레임과, 상기 제1 내부 질량체의 선형 프레임과 일정 간격 이격되면서 X축 방향으로 형성된 선형 프레임을 포함하는 질량체 프레임;

상기 질량체 프레임에 형성되어 내부 공간으로 일정 길이를 갖는 질량체빔; 및

상기 질량체빔의 길이 방향에 따라 배열되고, 상기 질량체 프레임의 반원 프레임에 나란한 방향으로 일정 길이를 갖는 빗살구조의 질량체 핑거; 를 포함함을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 한쌍의 내부 질량체들(261,262)은

실질적으로 서로 동일한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 감지 전극부(270)의 제1 감지전극(271)은

상기 제1 내부 질량체(261)의 내부공간에 각각 배치되고, 상기 기판에 고정되는 감지 전극 패드;

상기 감지전극 패드에서 상기 제1 질량체의 질량체빔 사이로 연장되는 감지 전극 빔;

상기 감지 전극 빔에서 상기 제1 질량체의 질량체 핑거 사이로 연장되는 감지 전극 핑거; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 감지 전극부(270)의 제2 감지전극(272)은

상기 제2 내부 질량체(262)의 내부공간에 각각 배치되고, 상기 기판에 고정되는 감지 전극 패드;

상기 감지전극 패드에서 상기 제2 질량체의 질량체빔 사이로 연장되는 감지 전극 빔;

상기 감지 전극 빔에서 상기 제2 질량체의 질량체 핑거 사이로 연장되는 감지 전극 핑거; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제20항에 있어서, 상기 외부 프레임부(230)는

그 외측에 형성된 빗살구조의 피드백 전극(driven electrodes)을 포함하고,

상기 피드백 전극은

상기 외부 프레임부의 외측의 설정위치에 프레임에 실질적으로 수직하는 방향으로 일정 길이를 갖도록 형성된 피드백 전극빔;

상기 피드백 전극빔의 길이방향에 따라 배열된 빗살구조의 피드백 전극 핑거; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제36항에 있어서, 상기 마이크로 자이로스코프는

상기 외부 프레임의 피드백 전극 핑거와의 이격거리에 따라 커패시턴스를 감지하는 피드백 전극부(280); 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.
제37항에 있어서, 상기 피드백 전극부(280)는

상기 기판에 고정된 피드백 전극 패드;

상기 피드백 전극 패드로부터 상기 외부 프레임부(230)의 피드백 전극 빔과 일정간격 이격되면서 연장되고, 일정 길이를 갖는 피드백 전극 빔; 및

상기 피드백 전극 빔에서 배열되고, 상기 외부 프레임부의 빗살구조의 피드백 전극 핑거(driven electrode fingers)에 설정간격 이격되어 서로 맞물려 빗살구조로 형성된 피드백 전극 핑거; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프.