KR101163826B1

KR101163826B1 - 각속도 센서

Info

Publication number: KR101163826B1
Application number: KR1020097004843A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 간도리; 마사오 마지마; 겐이찌 나가에
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2012-07-09
Also published as: US20090193893A1; JP2008039669A; US8336380B2; CN101501446A; BRPI0715477A2; JP5159062B2; KR20090042301A; WO2008018347A2; RU2009108316A; WO2008018347A3; CN101501446B; RU2405126C1; EP2052206A2

Abstract

제1 회전축을 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시키도록 지지된 참조 진동자; 상기 제1 회전축과 다른 제2 회전축을 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시키도록 상기 참조 진동자에 의해 지지된 검출 진동자; 상기 참조 진동자가 왕복 회전 진동을 발생시키게 하는 참조 진동 발생 수단; 및 상기 검출 진동자의 왕복 회전 진동과 관련되는, 상기 검출 진동자의 상기 참조 진동자에 대한 변위량을 검출하는 검출 수단을 포함하는 각속도 센서가 제공된다.

각속도 센서, MEMS(micro-electro-mechanical systems), 참조 진동자, 검출 진동자

Description

각속도 센서{ANGULAR VELOCITY SENSOR}

본 발명은 각속도를 검출하는 센서에 관한 것이다.

지금까지, MEMS(micro-electro-mechanical systems)를 이용한 진동형 각속도 센서가 제안되었다. 이 진동형 각속도 센서는, 진동자가 소정의 진폭을 갖는 참조 진동을 발생하게 되어 있는 사이, 검출 대상인 각속도가 외부로부터 센서로 입력될 때 발생된 코리올리 힘(Coriolis force)("편향력"이라고도 함; 이하, "코리올리 힘"이라고 함)이 진동자의 진동의 변위로서 검출되는 방식을 이용한다. 코리올리 힘의 방향은 참조 진동의 방향에 의해 그리고 각속도의 방향에 의해 결정된다. 따라서, 진동자는 참조 진동의 방향으로 그리고 코리올리 힘의 방향(검출 방향)으로도 용이하게 진동을 발생시킬 수 있는 구조를 가질 필요가 있다. 이 때문에, 참조 진동을 위한 진동자(참조 진동자)와 검출을 위한 진동자(검출 진동자)가 개별적으로 제공되는 소위 더블 프레임 방식이 제안되었다.

일본 특허 3,336,730호는, 더블 프레임 방식의 각속도 센서의 하나의 형태로서, 검출 진동자가 참조 진동자에 의해 지지되고, 검출 진동자와 참조 진동자 사이의 상대적인 변위를 검출하는 검출 수단이 제공되는 구조를 개시하고 있다. 따라서, 검출 방향으로 발생되는 참조 진동자의 진동의 성분이 검출 수단의 검출 신호 와 중첩되는 문제가 경감된다.

또한, 미국 특허 6,374,672호는 디스크형 검출 진동자를 지지하는 도넛형 참조 진동자가 왕복 회전 진동을 발생시키게 함으로써 각속도에 대응하는 검출 진동자의 기울기가 검출되는 구조를 개시하고 있다. 그 결과, 참조 진동자의 진동으로 인해 검출 진동자의 진동에 의해 야기되는 검출 신호의 정확도가 열화하는 문제가 경감된다.

진동형 각속도 센서에서, 각속도를 검출하기 위한 검출 진동자의 변위량은 일반적으로 참조 진동자의 변위량의 약 수백분의 1 내지 약 수천분의 1에 불과하다. 이 때문에, 참조 진동자의 큰 운동에서 검출 진동자의 작은 운동을 검출할 필요가 있다. 따라서, 참조 진동에 의해 진동의 노이즈 성분(예를 들면, 참조 진동의 방향과 다른 방향으로 야기되는 진동)이 발생되는 경우, 노이즈 성분은 검출 수단에 의해 검출된다. 각속도 검출이 높은 정확도로 수행되는 경우, 노이즈 성분은 각속도의 검출의 정확도의 열화의 주요 요인일 수 있다.

일반적으로, 참조 진동자는, 참조 진동자의 구조, 참조 진동자를 지지하는 부재의 구조, 참조 진동자의 구동 수단에 의해 가해지는 구동력 등에 대하여, 제조 공정 중의 가공 정확도의 오차에 의해 야기되는 비대칭 특성을 갖는다. 이 때문에, 참조 진동자는 소정의 참조 진동의 방향과는 다른 방향으로 워블링 성분(wobbling component)을 갖는 진동을 발생시킨다. 이는 더블 프레임의 각속도 센서에도 해당된다.

참조 진동에 의해 발생된 노이즈의 원인들은 다음의 2가지 원인들로 대별될 수 있다. 즉, (1) 참조 진동의 진동 자체가 검출 수단에 의해 검출 신호로서 잘못 검출되고; (2) 참조 진동에 의해(예를 들면, 각속도 ω가 입력되지 않는 경우에도) 여기된 검출 진동자의 진동이 검출 수단에 의해 검출 신호로서 잘못 검출된다.

상기 원인들에 대하여 상기 인용 참조 문헌들에 따른 각속도 센서에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 일본 특허 3,336,730호에 개시된 각속도 센서에서는, 도 7B 및 7C에 도시된 바와 같이, 참조를 위한 진동체(10)와 검출을 위한 진동체(16)가 개별적으로 제공되고, 각속도는 참조를 위한 진동체(10)와 검출을 위한 진동체(16) 사이의 상대적인 위치의 변화에 기초하여 검출 수단(15)에 의해 검출된다. 도 7C는 도 7B의 라인 7C-7C를 따라서 절취한 단면도이다. 이 구조에서는, 참조를 위한 진동체(10)가 원하는 방향과 다른 방향(예를 들면, 도 7B의 X축 방향)으로 진동을 발생시키는 경우에도, 검출 수단(15)은 참조를 위한 진동체와 검출을 위한 진동체 사이의 상대적인 위치를 검출한다. 따라서, 검출 신호에서 노이즈는 거의 발생되지 않는다. 즉, 상기 원인 (1)로 인한 노이즈가 저감될 수 있다.

그러나, 각속도에 대응하는 코리올리 힘을 검출하기 위하여, 검출을 위한 진동체(16)는 검출 방향(도 7B의 X축 방향)을 향한 진동이 용이하게 발생되는 구조에 의해 지지된다. 따라서, 검출 방향을 갖는 평면에서 직선 왕복 진동의 방향을 갖는 참조 진동이 검출 방향을 향한 직선 왕복 진동의 성분을 가질 경우, 각속도가 입력되지 않는 경우에도 검출을 위한 진동체에서 작은 진동(진동의 노이즈 성분)이 발생될 수 있다. 그 결과, 각속도가 높은 정확도로 검출되는 경우에, 상기 원인 (2)에 의해 검출 신호에서 발생된 작은 노이즈는 검출 정확도를 열화시킬 수 있다.

도 7A에 도시된, 미국 특허 6,374,672호에 개시된 각속도 센서는, 참조 진동자(76)는 기판(68)에 수직인 회전축을 갖고, 검출 진동자(70)는 기판(68)에 평행인 회전축들(72 및 74)을 가짐으로써, 각각의 회전축들을 중심으로 그 주위로 왕복 회전 운동을 수행한다. 이 구조에서는, 참조 진동자 및 검출 진동자는 상이한 회전축들 주위로 왕복 회전 운동을 수행한다. 따라서, 검출 진동자(70)의 노이즈 성분의 진동은 거의 전달되지 않음으로써, 검출 진동자(70)의 노이즈 성분의 진동을 발생시키는 것을 어렵게 한다. 이 때문에, 일본 특허 3,336,730호와 비교하여, 검출 진동자에 대한 참조 진동자의 영향이 대폭 저감될 수 있다. 즉, 상기 원인 (2)로 인한 노이즈가 저감될 수 있다.

한편, 검출 수단은 양쪽 진동자들에 고정된 기판의 측면에 제공되는(기판(68)에 접합됨) 한 쌍의 반원 검출 전극들(도시되지 않음)과 이 한 쌍의 전극들과 대향하는 검출 진동자(70) 사이의 정전 용량을 검출한다. 그 반원 검출 전극들에 의해, 고정된 기판과 검출 진동자(70) 사이의 위치 관계가 검출될 수 있다.

그러나, 참조 진동자(76)가 회전축으로부터 일탈하는 왕복 회전 진동을 발생시키는 경우, 또는 참조 진동자(76)가 고정된 기판에 대하여 기울기를 갖는 운동 성분을 갖는 경우, 검출 진동자(70)가 진동되지 않는 경우에도, 참조 진동자(76)와 상기 한 쌍의 반원 전극들의 대향 면적들 사이의 관계가 변경된다. 이 때문에, 상기 원인 (1)에 의해, 검출 신호에 작은 노이즈가 발생될 수 있다. 따라서, 각속도가 높은 정확도로 검출되는 경우에, 상기 원인 (1)로 인한 작은 노이즈는 검출 정확도를 열화시킬 수 있다.

또한, 미국 특허 6,374,672호에 개시된 각속도 센서에서는, 참조 진동자(76)의 참조 진동에 의해 회전축들(72 및 74)이 일탈된다. 구체적으로, 검출 진동자(70)의 고정된 기판에 대한 각속도 센서에 대응하는 기울기를 검출하는 경우, 검출 진동자(70)의 회전축이 고정된 기판 측면 상에 제공된 상기 한 쌍의 반원 검출 전극들을 분리하는 평행선으로부터 일탈된다. 따라서, 엄밀히 말하면, 참조 진동자(76)의 워블링 성분이 검출 수단에 의해 검출되는 검출 진동자(70)의 기울기 성분에 혼합될 수 있다. 이것은 각속도가 높은 정확도로 검출되는 경우 검출 정확도의 열화의 원인이 될 수 있다(상기 원인 (1)에 대한 하나의 이유).

[발명의 개시]

상기 문제들을 고려하여, 본 발명에 따르면, 제1 회전축을 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시키도록 지지된 참조 진동자; 상기 제1 회전축과 다른 제2 회전축을 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시키도록 상기 참조 진동자에 의해 지지된 검출 진동자; 상기 참조 진동자가 왕복 회전 진동을 발생시키게 하는 참조 진동 발생 수단; 및 상기 검출 진동자의 왕복 회전 진동과 관련되는, 상기 검출 진동자의 상기 참조 진동자에 대한 변위량을 검출하는 검출 수단을 포함하는 각속도 센서가 제공된다.

본 발명의 추가 특징들은 첨부 도면들을 참조하여 예시적인 실시예들에 관한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1A 및 1B는 본 발명의 실시예 1에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분 해 사시도이다.

도 2의 (A), (B), 및 (C)는 본 발명의 실시예 2에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 3A 및 3B는 본 발명의 실시예 3에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 4A, 4B, 및 4C는 본 발명의 실시예 4에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 5A 및 5B는 본 발명의 실시예 5에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 6은 본 발명의 실시예 5에 따른 검출 진동자의 지지 부재의 단면을 도시하는 단면도이다.

도 7A, 7B, 및 7C는 종래의 각속도 센서를 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 각속도 센서는 후술되는 참조 진동자, 검출 진동자, 참조 진동 발생 수단, 및 검출 수단을 포함한다. 참조 진동자는 제1 회전축을 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시키도록 지지 기판에 의해 지지된다. 검출 진동자는 참조 진동자의 왕복 회전 운동 및 외부로부터 입력된 각속도에 대응하여 발생되는 코리올리 힘에 의해, 예를 들면, 제1 회전축과 직교하는 제2 회전축 주위로 회전하도록 왕복 회전 진동을 발생시키도록 참조 진동자에 의해 지지된다. 참조 진동 발생 수단은, 예를 들면, 정전기력에 의해, 참조 진동자가 제1 회전축을 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시키게 한다. 검출 수단은 참조 진동자와 검출 진동자 간의 상대적인 위치를, 예를 들면, 그들 사이의 정전 용량에 의해 검출하고, 제2 회전축을 중심으로 그 주위로의 검출 진동자의 회전의 크기에 대응하는 코리올리 힘을 검출함으로써, 각속도를 검출한다.

검출 진동자를 유지하기 위한 부재로서 기능하는 참조 진동자는, 예를 들면, 실리콘으로 형성된다. 참조 진동자를 그의 외부 에지의 외측으로부터 유지하기 위한 부재로서 기능하는 지지 기판도, 예를 들면, 실리콘으로 형성된다.

이 실시예를 포함하는 본 발명에 다른 각속도 센서의 상기 문제를 해결하는 원리는 다음과 같이 설명된다. 참조 진동에 의해 검출 신호에 발생된 노이즈가 저감되는 각속도 센서를 제공하기 위하여, 본 발명자들은 "(1) 참조 진동자 및 검출 진동자의 진동 방향" 및 "(2) 검출 진동자의 진동을 검출하는 검출 수단"에 초점을 맞추었다. 본 발명에 따르면, "(1) 참조 진동자 및 검출 진동자의 진동 방향"은 그의 각 회전축을 중심으로 그 주위로의 왕복 회전 진동에 의해 결정되고, "(2) 검출 진동자의 진동을 검출하는 검출 수단"은 참조 진동자와 검출 진동자 간의 상대적인 위치를 검출하는 수단이다. 그 결과, 진동자들은 각각 상이한 회전축 주위로 왕복 회전 운동을 수행하므로, 참조 진동자의 진동 성분이 검출 진동자에 거의 전달되지 않고, 따라서 상기 원인 (2)가 극복될 수 있다. 또한, 참조 진동자와 검출 진동자 간의 상대적인 위치를 검출하는 검출 수단에서는, 그 검출 수단도 워블링 성분에 따라서 변위되므로, 참조 진동자의 왕복 진동 성분 또는 진동 워블링 성분이 거의 검출되지 않고, 따라서 상기 원인 (1)이 극복될 수 있다.

이하에서는, 도면들을 참조하여 본 발명을 설명한다.

(실시예 1)

도 1A 및 1B는 본 발명의 실시예 1에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 각속도 센서는 지지 기판(1), 참조 진동자(2), 참조 진동자(2)를 지지하는 지지 부재(3), 검출 진동자(4), 검출 진동자(4)를 지지하는 지지 부재(5), 참조 진동자(2)를 구동하는 구동 수단(6)(참조 진동 발생 수단), 및 검출 진동자(4)의 진동을 검출하는 검출 수단(7)을 포함한다.

이 실시예에서는, 도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 각속도 센서는 2개의 개별 부재들로 형성된 참조 진동자(2)를 포함한다. 이 실시예의 각속도 센서는 도 1B에 도시된 참조 진동자(2)의 부분을 도 1A에 도시된 참조 진동자(2)의 하부에 접합함으로써 제조될 수 있다.

고리 모양 참조 진동자(2)는 회전축 A 주위로 같은 각도 간격으로 형성된 4개의 부분을 갖는 지지 부재(3)를 갖는 기판(1)에 의해 지지되어 있다. 축 A는 검출 진동자에 아무런 힘도 가해지지 않는 중립 위치에 검출 진동자가 위치할 때 그 디스크형 검출 진동자(4)에 대하여 수직인 제1 회전축이다. 참조 진동자(2)는 지지 부재(3)에 의해 지지되면서, 제1 회전축 A를 중심으로 그 주위로 화살표 C가 나타내는 방향으로 왕복 회전 진동을 발생시킬 수 있다.

검출 진동자(4)는 소정의 직선(축 B)을 따라서 연장하는 2개의 부분을 갖는 지지 부재(5)를 갖는 참조 진동자(2)에 의해 지지되어 있다. 축 B는 기판(1)과 평행이고 축 A와 직교하는 제2 회전축이다. 검출 진동자(3)는 스프링으로서 기능하는 지지 부재(5)에 의해 지지되면서, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 화살표 D가 나타내는 방향으로 왕복 회전 진동을 발생시킬 수 있다.

구동 수단(6)은 제1 회전축 A를 중심으로 그 주위로 화살표 C의 방향으로의 왕복 회전 진동(참조 진동)을 참조 진동자(2)가 발생시키게 한다. 센서의 검출 동작 중에는, 소정의 참조 진동이 항시 발생된다. 그 결과, 축 A 및 축 B와 직교하는 축 E를 중심으로 그 주위로 각속도 성분을 갖는 각속도 ω가 센서에 입력되는 경우, 참조 진동 및 상기 각속도 ω의 각속도 성분의 크기에 대응하는 코리올리 힘이 화살표 D의 방향으로 발생된다. 그 코리올리 힘에 의해, 검출 진동자(4)는 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 화살표 D의 방향으로 왕복 회전 진동을 발생시킨다.

검출 수단(7)은 참조 진동자(2)와 검출 진동자(4) 간의 상대적인 위치를 검출함으로써, 검출 진동자(4)의 진동의 변위를 측정한다. 그렇게 측정된 진동 변위의 크기로부터, 입력된 각속도 ω에 대하여 축 E를 중심으로 그 주위로의 각속도 성분의 크기가 검출된다. 구체적으로, 검출 수단(7)은 도 1B에 도시된 참조 진동자(2)의 부분에 제공된 2개의 개별 부분을 갖는 검지 전극(7)과, 검출 진동자(4)의 이면에 제공된 검지 전극(7)(도 1A에서 파선으로 지시됨) 간의 정전 용량을 측정하는 수단이다. 검지 전극(7)은 참조 진동자(2) 상에 배치되는 평판 부분을 가지므 로, 검지 전극(7)은 쉽게 형성될 수 있다. 각속도 ω가 입력되지 않는 경우, 도 1B의 검지 전극들(7)이 형성되어 있는 참조 진동자(2)의 부분에 대응하는 평면은 검지 전극(7)이 형성되어 있는 검출 진동자(4)에 대응하는 평면과 어떤 갭을 두고 평행이다. 이 경우, 도 1B에 도시된 참조 진동자(2)의 부분에 대응하는 고리 모양 주변부가 중심부보다 높아져서 스페이서로서 기능함으로써 갭을 얻는다. 도 1B에 도시된 참조 진동자(2)에 제공된 검지 전극(7)은 검출 진동자(4)에 대향하는 참조 진동자(2)의 부분에 대응하는 면 상에 배치되어 있고, 축 B와 평행인 직선 F에 의해 반원 형상으로 둘로 분할되어 있다.

이 실시예에 따른 각속도 센서의 동작을 설명한다. 여기서, 제1 회전축 A를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동 방향 C로 참조 진동이 발생되는 경우를 고려한다. 검출 진동자(4)는 지지 부재(5)를 갖는 참조 진동자(2)에 의해 지지되므로, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 화살표 D가 나타내는 방향으로의 왕복 회전 진동이 가장 발생되기 쉽고, 다른 방향들로의 진동은 거의 발생되지 않는다. 이 때문에, 검출 진동자(4)는, 참조 진동자(2)의 운동과 함께, 제1 축 A를 중심으로 그 주위로 방향 C로 왕복 회전 진동을 발생시킨다. 따라서, 검출 진동자(4)와 참조 진동자(2) 간의 상대적인 관계는 변하지 않는다. 유사하게, 제2 회전축 B와 검지 전극(7)의 중심선 F 간의 위치 관계도 고정되고, 이에 따라 그들 사이의 평행 관계가 유지된다.

이 상태에서, 각속도 ω가 센서에 입력되는 경우를 고려한다. 발생된 코리올리 힘에 따라서, 축 B를 중심으로 그 주위로, 검출 진동자(4)는 화살표 D의 방향 으로 왕복 회전 진동을 발생시킨다. 여기서, 회전축 A와 회전축 B는 서로 직교하므로, 코리올리 힘으로 인한 진동은 회전축 B 주위로 더 효율적으로 발생된다. 이 경우, 회전축 B와 검지 전극(7)의 중심선 F 간의 위치 관계는 고정되므로, 참조 진동자(2)의 부분 상에 형성된 검지 전극(7)과 검출 진동자(4) 상에 형성된 검지 전극(7) 간의 정전 용량의 변화는 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 검출 진동자(4)의 기울기의 각도만의 함수로서 표현될 수 있다. 구체적으로, 검출 수단(7)은 제2 회전축을 중심으로 그 주위로 검출 진동자(4)에 의해 발생되는 화살표 D의 방향으로의 왕복 회전 진동의 크기를 참조 진동에 의해 영향을 받지 않고 정확하게 검출할 수 있다. 즉, 검출 진동자의 참조 진동자에 대한 변위량이 얻어질 수 있다. 그 결과, 코리올리 힘 및 각속도가 높은 정확도로 검출될 수 있어, 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있는 각속도 센서를 실현할 수 있다.

또한, 발생된 코리올리 힘의 크기는 참조 진동의 크기에 대응한다. 여기서, 감도를 증가시킬 목적으로 보다 큰 코리올리 힘을 발생시키기 위하여 참조 진동의 크기가 증가되는 경우에도, 축 B와 검지 전극(7)의 중심선 F 간의 위치 관계는 변하지 않는다. 따라서, 각속도 ω에 대하여 보다 높은 감도를 얻을 수 있고, 보다 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있는 센서를 제공하는 것이 가능하다.

이 실시예에 따른 구조 이외의 구조에서는, 참조 진동이 발생될 때, 회전축 B와 검지 전극(7)의 중심선 F 간의 위치 관계가 변화된다. 즉, 보다 큰 코리올리 힘을 발생시키기 위하여 참조 진동의 크기가 증가될 때, 축 B와 검지 전극(7)의 중심선 F 간의 위치 관계가 대응하여 변화된다. 그 결과, 참조 진동의 크기에 따라 서 검출 진동이 더 커지는 효과가 검출 정확도의 향상으로 거의 이어지지 않는다. 이는 특히 각속도를 높은 정확도로 검출하고자 하는 경우에 문제가 될 수 있다.

다음으로, 각속도 ω가 센서에 입력되지 않고, 참조 진동자(2)가 제1 회전축 A를 중심으로 그 주위로의 왕복 회전 진동 방향으로 참조 진동을 발생시키고, 그 참조 진동에 진동 워블(진동의 노이즈 성분)이 포함되는 경우를 고려한다.

이 실시예에서, 검출 진동자(4)는 검출 진동자(4)가 왕복 회전 운동을 수행할 수 있도록 지지되고, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 왕복 회전 진동 방향 이외의 방향으로는 진동을 거의 발생시키지 않는 구조를 갖는다. 그 결과, 참조 진동자(2)의 진동 워블링 성분에 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 회전 방향의 성분이 거의 포함되지 않는 경우, 참조 진동자(2)와 검출 진동자(4) 간의 위치 관계는 실질적으로 변하지 않는다(상대적인 관계가 유지된다). 이 경우, 참조 진동자(2)는 4개의 지지 부재(3)에 의해 주변부로부터 지지되고, 이에 따라 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 진동 방향으로 진동이 거의 발생되지 않는 구조가 실현된다.

따라서, 검출 수단(7)은 참조 진동자(2)와 검출 진동자(4) 간의 위치 관계를 검출하므로, 참조 진동자(2)의 진동 워블은 신호로서 검출되지 않는다. 그 결과, 참조 진동자에 대한 검출 진동자의 변위량을 얻을 수 있다. 즉, 참조 진동자(2)의 워블링 성분이 존재하는 경우에도 검출 신호의 정확도가 거의 저하되지 않는 각속도 센서를 제공할 수 있다.

또한, 이 실시예에서는, 도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 참조 진동자(2)가 그의 주변부로부터 지지 부재(3)에 의해 지지됨으로써, 참조 진동자(2)가 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 회전 방향으로 진동 워블을 일으키는 것이 극도로 어려워진다. 따라서, 검출 신호의 정확도가 거의 저하되지 않는 각속도 센서를 제공할 수 있다.

또한, 이 실시예의 구조를 이용함으로써, 기판(1)의 수직 방향에 대한 참조 진동의 진동 워블로 인한 간섭을 고려하지 않고 검출 수단의 검지 전극(7)을 배치할 수 있다. 이 실시예의 구조 이외의 구조에서는, 수직 방향으로 야기되는 진동 워블로 인한 기계적 간섭을 피하기 위하여, 참조 진동자와 검지 전극 간에 거리를 둘 필요가 있고, 입력되는 각속도에 대한 검출 신호의 감도가 쉽게 저하된다.

즉, 상술한 바와 같이, 이 실시예의 구조에서는, 참조 진동에 진동 워블이 야기되는 경우에도, 검출 진동자(4)와 참조 진동자(2) 간의 상대적인 위치 관계가 변하지 않는다. 그 결과, 참조 진동자에 대한 검출 진동자의 변위량을 얻을 수 있다. 따라서, 참조 진동자(2)의 부분에 배치된 검지 전극(7), 및 검출 진동자(4)에 배치된 검지 전극(7)을 그들 사이에 작은 거리를 두고 제공할 수 있다. 그러므로, 검출 수단(7)에 의한 검출에 이용되는 매우 큰 정전 용량의 값을 취할 수 있고, 매우 큰 검출 신호를 얻을 수 있다. 따라서, 매우 높은 감도로 각속도 ω를 검출할 수 있다. 즉, 노이즈가 일정하다고 가정하면, 동일한 각속도에서 큰 신호가 검출될 수 있으므로, 높은 정확도로 각속도를 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 실시예를 이용함으로써, 참조 진동에 의해 검출 신호에 발생된 노이즈를 저감할 수 있고, 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있는 센서 를 실현할 수 있다.

(실시예 2)

도 2의 (A), (B), 및 (C)는 본 발명의 실시예 2에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 이 실시예에서는, 참조 진동이 발생되는 방향(제1 회전축 A의 방향)이 제1 실시예와 상이하다. 실시예 2는 그 점을 제외하면 실시예 1과 유사하다.

도 2의 (A), (B), 및 (C)에 도시된 바와 같이, 각속도 센서는 지지 기판(1), 참조 진동자(2), 참조 진동자(2)를 지지하는 지지 부재(3), 검출 진동자(4), 검출 진동자(4)를 지지하는 지지 부재(5), 참조 진동자(2)를 구동하는 구동 수단(6), 및 검출 진동자(4)의 진동을 검출하는 검출 수단(7)을 포함한다.

이 실시예에서도, 도 2의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 참조 진동자(2)는 2개의 개별 부재를 포함한다. 그 구조는 도 2의 (B)에 도시된 참조 진동자(2)의 부분을 도 2의 (A)에 도시된 참조 진동자(2)의 하부에 접합하고, 또한 도 2의 (C)의 지지 기판(2)을 접합된 지지 기판(1)의 하부에 접합함으로써 얻어질 수 있다.

디스크형 검출 진동자(4)와 평행인 축 A를 중심으로 그 주위로, 참조 진동자(2)는 화살표 C의 방향으로 왕복 회전 진동을 발생시킨다. 구동 수단(6)은 참조 진동자(2)가 제1 축 A를 중심으로 그 주위로 화살표 C의 방향으로 왕복 회전 진동을 참조 진동으로서 발생시키게 한다. 구체적으로, 도 2의 (B)의 참조 진동자(2)의 하면에는, 회전축 A와 평행인 직선에 의해 둘로 분할된 반원 구동 전극(6)(파선으로 표시됨)이 형성되어 있다. 또한, 도 2의 (C)의 지지 기판 상에는, 마찬가지 로 회전축 A와 평행인 직선에 의해 둘로 분할된 반원 구동 전극(6)이 형성되어 있다. 이 구동 전극들(6) 사이에 정전 인력이 발생됨으로써, 구동 수단(6)을 구성한다.

이 실시예에서는, 축 E를 중심으로 그 주위로 각속도 ω가 입력되는 경우, 참조 진동 및 각속도 ω의 크기에 대응하는 코리올리 힘이 화살표 D의 방향으로 발생된다. 그 코리올리 힘으로 인해, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 화살표 D의 방향으로 참조 진동자(3)의 왕복 회전 진동이 발생된다. 검출 수단(7)에 의한 검출의 원리는 실시예 1에서 설명된 바와 같다.

이 실시예를 이용함으로써, 평판형 검출 진동자(4)에 대해 수직인 축 E 주위의 각속도를 높은 정확도를 검출하는 센서를 실현할 수 있다.

(실시예 3)

도 3A 및 3B는 본 발명의 실시예 3에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 실시예 3은 검출 진동자(4)가 오목부(recessed portion) 또는 관통홀(through-hole)을 갖는다는 점에서 실시예 1과 상이하다. 실시예 3은 그 점을 제외하면 실시예 1과 유사하다.

이 실시예를 이용한 각속도 센서에 대해서도, 참조 진동자(2)의 진동 워블로 인한 간섭을 고려할 필요가 없다. 따라서, 도 3B의 참조 진동자(2)의 부분과 검출 진동자(4)를 그들 사이에 작은 거리를 두고 배치할 수 있다. 그 결과, 검출 수단(7)에 정전 용량 검출을 위한 방식이 이용되는 경우, 동일한 각속도 ω가 센서에 입력될 때 얻어지는 검출 감도가 대폭 향상될 수 있다.

그러나, 참조 진동자(2)와 검출 진동자(4) 사이의 갭이 작아질 경우, 갭 내의 공기의 영향에 의해 진동 운동을 방해하는 에어 댐핑(air damping)의 문제가 발생한다. 그 결과, 코리올리 힘을 검출하는 검출 진동자(4)의 진동 운동을 방해하는 힘이 발생되고, 이에 따라 코리올리 힘에 의한 검출을 위한 진동 자체가 감소된다. 따라서, 갭의 크기 또는 진동자의 형상에 따라서는, 참조 진동자(2)와 검출 진동자(4)를 그들 사이에 작은 거리를 두고 배치함으로써 정전 용량을 검출하는 감도가 증가되는 한편, 에어 댐핑의 영향에 의해 검출 감도가 저하되어, 전체 감도의 저하로 이어질 수도 있다. 이 실시예는 그 점을 고려하여 얻어진 구조를 포함한다.

도 3A 및 3B에 도시된 바와 같이, 각속도 센서는 지지 기판(1), 참조 진동자(2), 참조 진동자(2)를 지지하는 지지 부재(3), 검출 진동자(4), 검출 진동자(4)를 지지하는 지지 부재(5), 참조 진동자(2)를 구동하는 구동 수단(6), 및 검출 진동자(4)의 진동을 검출하는 검출 수단(7)을 포함한다. 이 실시예에 따른 각속도 센서도 도 3B에 도시된 참조 진동자(2)의 부분을 도 3A에 도시된 참조 진동자(2)의 하부에 접합함으로써 제조될 수 있다.

이 실시예에 따른 검출 진동자(4)에는 복수의 관통홀(10)이 형성되어 있다. 검출 진동자(4)가 제2 회전축 B로부터 더 멀리 있을수록, 관통홀(10)이 더 높은 밀도로 제공된다.

여기서, 코리올리 힘을 검출하는 검출 진동자(4)의 진동이 고려된다. 외부로부터의 입력인 각속도에 대응하는 코리올리 힘이 발생되는 경우, 검출 진동자(4) 는 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시킨다. 여기서, 회전축 B에 가까운 점은 U1으로 표현되고, 회전축 B로부터 멀리 있는 점은 U2로서 표현된다. 이 경우, 검출 진동자(4)는 회전축 B에 가까이 있는 점 U1에서보다 회전축 B로부터 멀리 있는 점 U2에서 더 큰 변위를 발생시킨다. 즉, 검출 진동자(4)가 왕복 회전 운동을 수행하는 경우, 점 U2는 검출 진동자(4)와 도 3B의 참조 진동자(2) 부분 사이에 야기된 에어 댐핑에 의해 영향을 많이 받는다. 이에 반하여, 점 U1은, 검출 진동자(4)가 진동을 크게 발생시키더라도 포인트 U1에서의 변위가 너무 커지지 않기 때문에, 에어 댐핑에 의해 영향을 적게 받는다.

검출 진동자(4)에 관통홀(10)이 균일하게 형성되어 있는 경우, 에이 댐핑은 균일하게 저감되고, 이에 따라 검출 진동자(4)가 제1 회전축 A의 축 방향으로 수직 운동을 수행하기기 용이해진다. 한편, 이 실시예는 검출 진동자(4)의 중심부에서 에어 댐핑의 영향이 비교적 커지는 구조를 가지므로, 수직 방향으로의 검출 진동자(4)의 진동이 거의 발생되지 않는다.

따라서, 이 실시예의 구조에서는, 회전축 B로부터 떨어져 있는 위치들에서 관통홀(10)에 의해 에어 댐핑이 더 많이 저감된다. 즉, 이 실시예는 검출 진동자(4)가 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 발생시킬 때 특히 에어 댐핑에 의해 영향을 받기(공기 저항에 의해 진동 상태가 변하기) 쉬운 영역(큰 변위를 갖는 영역)에서 에어 댐핑이 저감될 수 있는 구조를 갖는다.

상술한 바와 같이, 이 실시예에 따르면, 검출 진동자(4)가 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 용이하게 발생시키고 수직 운동을 거의 수행 하지 않도록 에어 댐핑의 영향을 분포시킬 수 있다. 이 때문에, 검출 진동자(4)는 원하는 왕복 회전 진동을 용이하게 발생시킬 수 있고, 원하는 것 이외의 진동을 거의 발생시키지 않는다. 따라서, 검출 감도가 높고 노이즈가 낮은 각속도 센서를 제공할 수 있다.

한편, 관통홀(10)을 제공함으로써, 검지 전극(7)의 표면 면적이 작아지므로, 검출 감도가 약간 저하되는 것이 예상된다. 그러나, 관통홀(10)의 각각의 크기가 미소하다면, 검출 감도의 감소율은 표면 면적의 감소율보다 더 작다. 또한, 관통홀(10)의 크기에 따라서, 에어 댐핑의 영향 정도가 변할 수 있다. 이에 대처하기 위하여, 검출 감도 및 에어 댐핑의 영향 정도를 고려하여, 관통홀(10)의 크기 및 형상이 최적화될 수 있다.

상기 실시예에서는, 관통홀(10)이 검출 진동자(4)에 제공되지만, 다른 영역에 제공될 수도 있다. 관통홀(10)은 검출 진동자(4)에 대향하는 참조 진동자(2)의 부분의 영역에 제공될 수 있다. 각속도 ω의 검출 감도는 검출 진동자(4)의 중량이 커질수록 증대될 수 있다. 그 결과, 참조 진동자(2)에 관통홀(10)을 형성함으로써, 검출 진동자(4)의 중량을 감소시키지 않고, 즉, 검출 감도를 저하시키지 않고 각속도 ω를 검출할 수 있다.

또한, 관통홀(10)이 검출 진동자(4)의 영역에 제공되는 형태와 관통홀(10)이 검출 진동자(4)에 대향하는 참조 진동자(2)의 영역에 제공되는 형태 양쪽 모두에서, 관통홀(10)이 구비되어 있고 검지 전극(7)이 구비되어 있지 않은 진동자에 측정용의 전위를 인가하는 것이 바람직하다. 그 결과, 관통홀(10)을 제공함으로써 저감된 감도의 양만큼 인가되는 전위가 증가됨으로써, 검지 전극(7)에서의 검출 감도가 유지된 채로 에어 댐핑의 영향을 분포시킬 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있다.

또한, 관통홀(10)은 검출 진동자(4)의 영역 및 검출 진동자(4)에 대향하는 참조 진동자(2)의 영역 양쪽 모두에 제공될 수도 있다. 그 결과, 에어 댐핑의 영향은 대폭 저감될 수 있고, 검출 진동자(4)는 더 용이하게 왕복 회전 진동을 발생시킬 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있다.

또한, 관통홀(10)이 검출 진동자(4)의 영역 및 검출 진동자(4)에 대향하는 참조 진동자(2)의 영역 양쪽 모두에 제공되는 경우, 그 진동자들 각각의 관통홀(10)이 서로 중첩되지 않도록 관통홀(10)을 제공하는 것이 바람직하다. 그 결과, 검출 감도를 크게 저하시키지 않고 에어 댐핑의 영향을 분포시킬 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 검출 진동자(4) 또는 참조 진동자(2)에 관통홀(10)이 제공되지만, 에어 댐핑의 영향은 관통홀(10) 대신에 오목부를 사용하는 것에 의해서도 저감될 수 있다. 그 결과, 오목부는 관통홀보다 더 용이하게 제조된다. 복수의 오목부는 서로 분리될 수 있지만, 그 오목부들을 횡방향으로 연결하기 위해 홈이 사용되고 그 홈이 개방된 단부를 갖는다면, 에어 댐핑의 영향은 더 효과적으로 저감될 수 있다.

(실시예 4)

도 4A, 4B, 및 4C는 본 발명의 실시예 4에 따른 각속도 센서를 설명하기 위 한 분해 사시도이다. 실시예 4는 복수의 검출 진동자들이 제공되고 회전축들이 서로 직교한다는 점에서 실시예 1과 상이하다. 이와 관련하여, 참조 진동자는 3개의 고리 모양 부분을 포함하고, 검출 수단의 검지 전극이 참조 진동자에 제공되지 않는다. 실시예 4는 그 점을 제외하면 실시예 1과 유사하다.

도 4A, 4B, 및 4C에 도시된 바와 같이, 각속도 센서는 지지 기판(1), 참조 진동자(2), 참조 진동자(2)를 지지하는 지지 부재(3), 검출 진동자(4), 검출 진동자(4)를 지지하는 지지 부재(5), 참조 진동자(2)를 구동하는 구동 수단(6), 제2 검출 진동자(8), 제2 검출 진동자(8)를 지지하는 지지 부재(9), 검출 진동자(4) 및 제2 검출 진동자(8)의 진동을 검출하는 검출 수단(7)을 포함한다.

이 실시예에서는, 도 4A, 4B, 및 4C에 도시된 바와 같이, 참조 진동자(2)는 3개의 개별 부재를 포함한다. 이 실시예에 따른 각속도 센서도 도 4A에 도시된 참조 진동자(2)의 부분을 도 4B에 도시된 참조 진동자(2)의 상부에 접합하고, 또한 도 4C에 도시된 참조 진동자(2)의 부분을 도 4B에 도시된 참조 진동자(2)의 하부에 접함으로써 제조될 수 있다.

또한, 이 실시예에서는, 제2 검출 진동자(8)과 검출 진동자(4)는 제1 회전축 A의 방향으로 적층되어 있다. 제2 검출 진동자(8)는 축 A 및 축 B와 직교하는 제3 회전축 G를 중심으로 그 주위로 화살표 H가 나타내는 방향으로 왕복 회전 운동을 수행한다. 축 B와 평행인 축 I 주위의 각속도 ω가 입력되는 경우, 발생된 코리올리 힘에 의해, 제2 검출 진동자(8)는 제3 회전축 G를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 운동을 수행한다. 제1 검출 진동자(4)의 왕복 회전 운동은 실시예 1에서 설명 된 바와 같다. 구체적으로, 축 E는 검출 진동자(4)에 의해 검출되는 각속도의 중심축을 나타낸다.

검출 수단(7)은 검출 진동자(4) 및 제2 검출 진동자(8) 상에 각각 검지 전극을 포함한다. 검지 전극은 회전축 B 및 회전축 G와 평행인 직선들에 의해 원을 동등하게 분할하여 얻어지는 형상(검지 전극 W, X, Y, 및 Z)을 갖는다. 서로 대향하는 검지 전극들 X, Y, Z, 및 W는 쌍을 이루어 정전 용량을 형성한다. 따라서, 검출 수단(7)은 검지 전극들 X, Y, Z, 및 W 각각의 정전 용량을 검출할 수 있다. 이 검지 전극의 형상을 이용함으로써, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 검출 진동자(4)의 왕복 회전 운동, 및 제3 회전축 G를 중심으로 그 주위로의 제2 검출 진동자(8)의 왕복 회전 운동을 동시에 검출할 수 있다. 구체적으로, 검지 전극들 W 및 X의 정전 용량을 가산하여 얻어지는 값과, 검지 전극들 Y 및 Z의 정전 용량을 가산하여 얻어지는 값 간의 차이를 계산함으로써, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 검출 진동자(4)의 왕복 회전 운동을 검출할 수 있다. 또한, 검지 전극들 W 및 Y의 정전 용량을 가산하여 얻어지는 값과, 검지 전극들 X 및 Z의 정전 용량을 가산하여 얻어지는 값 간의 차이를 계산함으로써, 제3 회전축 G를 중심으로 그 주위로의 제2 검출 진동자(8)의 왕복 회전 운동을 검출할 수 있다. 또한, 그렇게 검출된 왕복 회전 운동으로부터 참조 진동자에 대한 검출 진동자의 변위량을 얻을 수 있다. 그 결과, 검출 원리는 참조 진동자(2)의 부분에 검지 전극이 제공되는 제1 실시예의 검출 원리와 동일하다.

이 실시예에 따르면, 도 1A 및 1B에 도시된 구조와 동일한 칩 면적으로 2축 각속도를 검출할 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 2축 각속도를 검출할 수 있는 소형 센서를 제공할 수 있다.

또한, 도 1A 및 1B에 도시된 구조와 달리, 이 실시예의 구조에서는, 참조 진동자(2) 및 검출 수단(7)이 검출 진동자를 둘러싸지 않는다. 따라서, 검출 진동자의 왕복 회전 운동이 에어 댐핑에 의해 방해받는 영향을 저감할 수 있다.

또한, 이 실시예는 축 A의 방향에 대하여 대칭 구조(도 1B는 대칭 구조의 중심면임)를 가지므로, 참조 진동자의 진동 워블 자체의 발생이 저감될 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있다.

실시예 3에서와 같이, 이 실시예에 따른 검출 진동자(4) 및 제2 검출 진동자(8)에는 다음과 같이 오목부 또는 관통홀이 제공될 수 있다. 즉, 검출 진동자(4)에는 제2 회전축 B로부터의 거리에 비례하는 밀도로 관통홀이 제공된다. 또한 제2 검출 진동자(8)에는 제3 회전축 G로부터의 거리에 비례하는 밀도로 관통홀이 제공된다. 이 구조에 의하여, 검출 진동자(4) 및 제2 검출 진동자(8)가 원하는 방향으로 왕복 회전 운동을 용이하게 수행할 수 있도록 진동에 대한 에어 댐핑의 영향을 저감할 수 있다.

또한, 검출 진동자(4)에 제공된 관통홀 및 제2 검출 진동자(8)에 제공된 관통홀은 서로 중첩되지 않도록 배치된다. 그 결과, 검지 전극의 검출 감도를 크게 저하시키지 않고 진동에 대한 에어 댐핑의 영향을 저감할 수 있다.

상기 구조에 의하여, 크기가 저감되고, 높은 정확도로 2축 각속도를 검출할 수 있고, 에어 댐핑으로 인한 검출 감도의 저하를 저감할 수 있고, 검출 방향의 진 동을 용이하게 발생시키고, 높은 감도를 갖는 각속도 센서를 실현할 수 있다.

(실시예 5)

도 5A 및 5B는 본 발명의 실시예 5에 따른 각속도 센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 실시예 5는 검출 진동자(4)의 지지 부재(5)의 단면이 X 형상을 갖는다는 점에서 실시예 1과 상이하다. 실시예 5는 그 점을 제외하면 실시예 1과 유사하다.

도 5A 및 5B는 검출 진동자(4)의 지지 부재(5)의 단면의 형상을 제외하면 도 1과 유사하다. 도 6은 검출 진동자(4)의 지지 부재(5)의 단면의 형상을 도시하는 도이다. 검출 진동자(4)의 지지 부재(5)의 단면을 X 형상을 갖고, 그의 기계적 특성은 복수의 판 형상 스프링을 조합하여 얻어지는 구조의 기계적 특성과 동등하다. 도 6에서, 각각의 판 형상 스프링이 가장 구부러지기 쉬운 방향은 화살표 J로 표시되어 있다. 이 판 형상 스프링들은 화살표 J가 서로 교차하도록 배치되어 있다.

검출 진동자(4)가 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 운동을 수행하는 경우, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 화살표 J의 방향으로의 구부러짐이 원주로 발생된다. 즉, 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 왕복 회전 운동에서는, 지지 부재(5)가 가장 구부러지기 쉬운 방향의 구부러짐만이 발생된다. 그 결과, 검출 진동자(4)는 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 운동을 용이하게 발생시킨다.

한편, 검출 진동자(4)가 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 왕복 회전 운동의 방향 이외의 방향으로 이동되려고 하면, 화살표 J가 서로 교차하므로, 각 판 형상 스프링이 다른 판 형상 스프링의 구부러짐을 억제한다. 즉, 검출 진동자(4)가 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로의 왕복 회전 운동의 방향 이외의 방향으로 진동을 발생시키는 것이 극히 어렵다.

이 실시예를 이용함으로써, 지지 부재(5)는 X 형상의 단면을 가지므로, 검출 진동자(4)는 제2 회전축 B를 중심으로 그 주위로 왕복 회전 진동을 용이하게 발생시킨다. 따라서, 다른 방향으로의 진동을 저감할 수 있다. 그 결과, 단위 각속도마다 검출 진동자(4)의 검출 진동의 크기가 증가되고, 각속도에 대한 검출의 감도가 향상된다. 또한, 참조 진동 및 진동 워블로 인한 검출 진동 이외의 검출 진동자(4)의 진동이 거의 발생되지 않으므로, 진동자에 의해 발생되는 검출 노이즈가 저감될 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 실시예에 따르면, 검출 감도가 높고 노이즈가 낮은 각속도 센서를 실현할 수 있다.

(그 밖의 실시예)

MEMS를 이용하여 본 발명에 따른 각속도 센서의 형상을 얻을 수 있다. 예를 들면, 복수의 기판들이 MEMS를 이용하여 가공되고, 그 기판들은 서로 접합됨으로써, 각속도 센서의 구조를 달성한다. MEMS에 종종 이용되는 실리콘은 통상의 기계적 특성이 금속에 비하여 우수하다. 또한, 미세구조 및 미소한 갭을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 극히 큰 Q 값을 갖는 보다 큰 참조 진동을 얻을 수 있으므로, 높은 감도를 가진 각속도 센서를 실현할 수 있는 가능성이 있다.

한편, 실리콘의 격자 방위로 인한 물리적 특성 간의 차이가 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있다. MEMS를 이용한 두꺼운 입체 구조의 가공의 정확도는 일반적인 기계 가공의 정확도보다 낮은 경향이 있다. 따라서, MEMS를 이용한 각속도 센서에서는, 참조 진동으로 인한 워블이 쉽게 발생된다.

MEMS를 이용한 각속도 센서에 본 발명을 적용함으로써, 참조 진동으로 인한 워블이 발생되는 경우에도, 워블에 기인하는 노이즈가 저감될 수 있다. 따라서, 높은 감도의 특성을 유지하면서, 참조 진동으로 인한 워블에 기인하는 노이즈가 낮고 높은 정확도를 갖는 각속도 센서를 실리콘 등을 이용하여 실현할 수 있다. 또한, 검출 수단(7)에 정전 용량을 이용한 검출 기법이 적용되는 경우, 진동 워블로 인한 기계적 간섭을 고려할 필요가 없으므로, 전극들을 그들 사이에 작은 거리를 두고 제공할 수 있고 MEMS를 이용하여 작은 갭을 제공할 수 있다. 따라서, 보다 높은 감도 및 보다 높은 정확도를 가진 각속도 센서를 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 MEMS를 이용한 각속도 센서의 문제들을 해결할 수 있고, 높은 정확도를 갖는 각속도 센서를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 검출 수단에 의해 검출되는 대상은 참조 진동자에 대한 검출 진동자의 변위량이다.

상기 실시예들에서는, 평판 전극들(도 2의 (A), (B), 및 (C) 참조) 간에, 그리고 인터디지털(interdigital) 전극들(예를 들면, 도 1A 및 1B 참조) 간에 발생된 정전 인력이 구동 수단(6)으로서 이용되지만, 구동 수단(6)은 그것에 한정되지 않는다. 참조 진동자(2)가 원하는 방향으로 참조 진동을 발생시키게 할 수 있다면 어떤 구동 수단이라도 사용될 수 있다.

또한, 상기 실시예들의 다수에서는, 검출 수단(7)의 반원 검지 전극이 참조 진동자 상에 제공되지만, 그 구조는 그것에 한정되지 않는다. 검지 전극은 검출 진동자(4) 상에(또는 제2 검출 진동자(8) 상에) 제공될 수도 있다.

실시예들에서는, 평행 전극들 간의 정전 용량의 변화를 검출함으로써, 검출 수단(7)이 참조 진동자에 대한 검출 진동자의 변위량을 검출하지만, 그 구조는 그것에 한정되지 않는다. 참조 진동자의 회전축 주위로의 운동을 검출할 수 있다면 어떤 수단이라도 사용될 수 있다. 예를 들면, 정전 용량에 의한 검출의 경우와 비교하여 감도는 저하되지만, 검출 진동자의 지지 부재를 위해 피에조 저항 효과를 이용한 피에조 저항 소자(piezoresistor) 또는 압전 효과를 이용한 압전 소자(piezoelectric element)를 포함하는 변형 검출 수단(strain detection unit)이 제공되는 형태를 채택할 수 있다.

또한, 실시예에서는, 참조 진동자, 검출 진동자, 및 지지 부재들이 도면들에 도시된 바와 같이 구성되지만, 그의 구조들은 그것에 한정되지 않는다. 참조 진동자 및 검출 진동자가 원하는 상이한 축을 중심으로 그 주위로 왕복 회전을 수행할 수 있게 한다면 어떤 구조라도 이용될 수 있다. 예를 들면, 참조 진동자가 정전 부상(electrostatic levitation) 방법 또는 자기 부상(magnetic levitation) 방법에 의해 부상되는 상태에서, 참조 진동 발생 수단으로서 다른 힘에 의해 참조 진동자가 왕복 회전 진동을 발생시키게 되는 구조를 이용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 각속도 센서는 높은 정확도로 각속도를 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 각속도 센서를 이용함으로써, 예를 들면, 높은 정확도를 갖 는 자세 검출 장치 및 자세 제어 장치를 실현하는 것이 가능하다. 여기서, 자세 검출 장치는, 예를 들면, 카메라의 손떨림으로 인한 블러링의 검출 및 보정, 및 카 내비게이션에 이용될 수 있다. 또한, 자세 제어 장치는, 예를 들면, 자세 제어 기능을 갖는 로봇에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 각속도 센서의 구조를 이용함으로써, 참조 진동에 의해 검출 신호에 발생된 노이즈를 저감할 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 각속도를 검출하는 센서를 제공할 수 있다.

구체적으로, 참조 진동자가 참조 진동 이외의 진동 성분(진동 워블링 성분)을 갖는 경우에도, 검출 신호에 발생된 노이즈를 저감할 수 있다. 본 발명의 구조를 이용함으로써, 검출 수단에서는, 참조 진동의 왕복 회전 성분 또는 진동 워블링 성분이 거의 검출되지 않으므로(상기 원인 (1)이 극복되므로), 검출 신호 내의 노이즈가 저감될 수 있다. 또한, 예를 들면, 센서에 각속도가 입력되지 않는 경우, 참조 진동의 워블로 인한 검출 진동자의 진동의 발생을 억제할 수 있다(상기 원인 (2)가 극복된다). 따라서, 검출 신호 내의 노이즈가 저감될 수 있다.

예시적인 실시예들에 관련하여 본 발명이 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 모든 그러한 변형들 및 등가의 구조들 및 기능들을 포함하도록 다음의 청구항들에는 가장 폭넓은 해석이 주어져야 한다.

이 출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고로 통합되는, 2006년 8월 9일 출원된, 일본 특허 출원 번호 2006-216694의 권리를 주장한다.

Claims

제1 회전축을 중심으로 왕복 회전 진동 가능하게 참조 진동자를 지지하는 지지 부재에 의해 지지된 참조 진동자;

상기 참조 진동자에 의해 상기 제1 회전축과는 상이한 제2 회전축을 중심으로 왕복 회전 진동 가능하게 검출 진동자를 지지하는 지지 부재에 의해 지지된 검출 진동자;

상기 참조 진동자를 왕복 회전 진동시키는 참조 진동 발생 수단; 및

상기 검출 진동자의 왕복 회전 진동에 따른, 상기 검출 진동자의 상기 참조 진동자에 대한 변위량을 상기 검출 진동자에 배치된 전극과 상기 참조 진동자에 배치된 전극 사이의 용량을 이용하여 검출하는 검출 수단을 포함하고,

상기 검출 진동자를 지지하는 지지 부재는 상기 참조 진동자에 연결되고,

상기 검출 수단은 상기 참조 진동자와 함께 왕복 회전 가능하도록 구성되는 각속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축은 서로 직교하는 각속도 센서.
제2항에 있어서,

상기 검출 진동자는 평판 형상을 갖고,

상기 제1 회전축은 상기 검출 진동자가 중립 위치에 있을 때 상기 검출 진동자의 평면에 수직인 각속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 검출 수단은 상기 참조 진동자와 상기 검출 진동자 간의 정전 용량을 검출하는 수단을 포함하는 각속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 검출 수단은 상기 검출 진동자를 지지하는 지지 부분에 제공되는 피에조 저항 소자(piezoresistor) 및 압전 소자(piezoelectric element) 중 하나를 포함하는 변형 검출 수단(strain detection unit)을 포함하는 각속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 참조 진동자 및 상기 검출 진동자 중 적어도 하나는, 상기 참조 진동자와 상기 검출 진동자가 서로 대향하는 그의 표면 상에 관통홀(through-hole) 및 오목부(recessed portion) 중 적어도 하나를 갖는 각속도 센서.
제6항에 있어서,

상기 관통홀 및 상기 오목부 중 적어도 하나는 상기 제2 회전축으로부터 멀리 있을수록 더 높은 밀도로 제공되는 각속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 검출 진동자를 지지하는 지지 부재는 단면 형상이 X자 형상인 각속도 센서.
제1항에 있어서,

상기 제2 회전축과 직교하는 제3 회전축을 중심으로 왕복 회전 진동을 발생시키도록 상기 참조 진동자에 의해 지지된 제2 검출 진동자를 더 포함하고,

상기 검출 수단은 상기 제1 검출 진동자 및 상기 제2 검출 진동자 중 하나의 상기 참조 진동자에 대한 변위량을 검출하는 각속도 센서.