KR101717877B1 - Single structure three axis MEMS Gyroscope with Z-shaped coupling spring - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로스코프에 관한 것으로, 더 상세하게는, Z형 커플링 구조를 통하여서 구동 질량부의 거동이 조절되어 기계적인 손실을 방치하고 구동 전극 및 구동감지 전극을 유리하게 배치할 수 있는 자이로 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a monolithic three-axis MEMS gyroscope having a Z-type coupling structure, and more particularly to a Z-type coupling structure in which the behavior of a driving mass portion is controlled through a Z- To a gyro sensor capable of favorably disposing electrodes.
일반적으로 MEMS(micro-electro-mechanical system) 자이로 센서(gyroscope)는 X축, Y축, 및 Z축에 대한 각도의 회전 정도를 측정하기 위한 마이크로 센서다. X축, Y축, 및 Z축 중 적어도 어느 한 축에 대한 각도의 회전을 감지하기 위한 자이로 센서들의 종류로서는 단일축, 2축, 및 3축 MEMS 자이로 센서들이 설계되었다. In general, a micro-electro-mechanical system (MEMS) gyroscope is a microsensor for measuring the degree of angular rotation about X, Y, and Z axes. Single-axis, two-axis, and three-axis MEMS gyro sensors were designed as types of gyro sensors for sensing the rotation of angles relative to at least one of the X, Y, and Z axes.
특히, 일체형 3축 MEMS 자이로 센서는 저전력 소비, 작은 크기, 및 고성능 등의 이점들로 인하여 더 활발하게 개발되고 있다. 이와 같은 이점들로 인하여 다양한 분야에 활용되고 있다. 예를 들면, 모바일 게임, 자동차용 현가장치 또는 에어백 제어 시스템, 비행기용 관성 항법 시스템, 및 이미지 안정화를 위한 카메라용 끌림(blurring) 교정 장치와 같은 다양한 시스템들과 장치들에서 점점 많이 사용되고 있다. In particular, an integrated three-axis MEMS gyro sensor is being developed more actively due to advantages such as low power consumption, small size, and high performance. Because of these advantages, it is used in various fields. For example, in a variety of systems and devices such as mobile games, automotive suspension or airbag control systems, aircraft inertial navigation systems, and blurring calibrators for cameras for image stabilization.
외력으로 인한 각속도가 소정의 이동 속도로 진동되는 질량체(mass body) 상에 작용할 때, 이러한 형태의 자이로 센서는 각속도를 결정하도록 코리올리 힘(Coriolis force)의 합력을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 코리올리 힘은 외력에 의해 야기된 각속도와 질량체의 이동 속도의 외적(vector product)에 비례하며, 따라서 각속도에 대응하는 값은 측정된 코리올리 힘과 알려진 질량체의 이동 속도로부터 구할 수 있다.This type of gyro sensor can be used to measure the resultant Coriolis force to determine the angular velocity when the angular velocity due to the external force acts on a mass body that vibrates at a predetermined moving velocity. In particular, the Coriolis force is proportional to the vector product of the angular velocity caused by the external force and the mass velocity of the mass, and thus the value corresponding to the angular velocity can be obtained from the measured Coriolis force and the moving velocity of the known mass.
통상적으로, 질량체는 네 개의 구동 질량(drive mass)으로 구성되어 네 개의 구동 질량이 동시에 하나의 구동 모드로 거동하기 위한 커플링 스프링 구조가 필요하다. 예를 들면, 미국특허공개공보 제2011-0303007호는 소자의 중앙부에 구동 질량의 거동을 동기화하기 위해 배치되는 U형 커플링 스프링이 개시된다. Typically, the mass is composed of four drive masses, and a coupling spring structure is required for the four drive masses to behave simultaneously in one drive mode. For example, U.S. Patent Publication No. 2011-0303007 discloses a U-shaped coupling spring arranged to synchronize the behavior of a driving mass at the center of a device.
하지만 개시된 U형 커플링 스프링은 구조의 특성상 구동 질량의 일부와 연결되는 지점에서 잔류 응력이 발생할 수 있고, 이로 인하여 기계적 손실이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.However, the disclosed U-shaped coupling spring has a problem that residual stress may be generated at a point where it is connected to a part of the driving mass due to the nature of the structure, and mechanical loss may be caused thereby.
종래 기술에 개시된 U형, 또는 미국특허공개공보 제2011-0154898호에 개시된 접힌 구조의 커플링 스프링은 자이로 센서의 동작에 따라 각 구동 질량의 거동이 용이하게 동기화되도록 구성되고, 커플링 스프링과 구동 질량은 단일 지점에서 연결된 형태를 갖는다. 그러나, 이와 같이 구성된 커플링 스프링은 구동 질량과 연결된 지점에서의 잔류 응력의 영향을 받음으로써 제조 공정 과정에서, 또는 작동하면서 파손될 위험이 있다.The coupling spring of the folded structure disclosed in the prior art U-shaped or U. S. Patent Laid-Open Publication No. 2011-0154898 is configured such that the behavior of each driving mass is easily synchronized with the operation of the gyro sensor, The mass has a shape connected at a single point. However, the coupling spring constructed in this way is subject to the residual stress at the point of connection with the driving mass, which may be damaged during the manufacturing process or during operation.
따라서, 잔류 응력의 영향을 적게 받아 내구성이 양호하며, 구조가 복잡하지 않아 용이하게 제조될 수 있는 일체형 3축 자이로 센서의 커플링 스프링 구조가 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a coupling spring structure of an integrated three-axis gyro sensor which is less influenced by residual stress and has good durability and can be easily manufactured because the structure is not complicated.
본 발명의 주요 목적은 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 커플링 스프링의 구조로 인한 잔류 응력을 최소화하는 Z형 커플링 구조를 제공하는 것이다.It is a principal object of the present invention to provide a Z-shaped coupling structure that minimizes residual stresses due to the structure of the coupling springs of an integrated three-axis MEMS gyro sensor.
또한, 구동 질량의 거동이 자이로 센서의 동작에 따라 용이하게 동기화되는 Z형 커플링 구조를 제공하는 것이다.In addition, a Z-shaped coupling structure in which the behavior of the driving mass is easily synchronized with the operation of the gyro sensor is provided.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서는, 서로 수직인 세 개 방향의 축 중 적어도 어느 하나에 대하여 운동하는 다수 개의 구동 질량부; 및 서로 소정의 간격으로 이격된 상기 다수 개의 구동 질량부 사이에 위치하며 상기 다수 개의 구동 질량부를 선택적으로 연결하는 커플링부;를 포함하며, 상기 커플링부는, 중앙 일부가 분리되고 이격된 Z형의 형상을 가지며 상기 간격을 형성하는 두 개의 상기 측 각각에 위치하는 제1 연결부에서 연결되는 스프링 빔; 상기 간격과 수직인 방향으로 상기 측 각각에 형성된 홈; 상기 스프링 빔을 연결하며 각각의 상기 홈을 형성하는 측 중 적어도 어느 하나에 위치하는 제2 연결부에서 연결되는 스프링 구조체;를 포함하고, 상기 커플링부에 의하여 상기 다수 개의 구동 질량부 중 서로 연결된 구동 질량부들은 상호 반대방향으로 진동되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-shaped coupling structure, including: a plurality of driving mass portions that move with respect to at least one of three axes perpendicular to each other; And a coupling portion located between the plurality of driving mass portions spaced apart from each other by a predetermined distance and selectively connecting the plurality of driving mass portions, wherein the coupling portion includes a Z-shaped A spring beam connected in a first connection part having a shape and located on each of the two sides forming the gap; A groove formed in each of the sides in a direction perpendicular to the gap; And a spring structure connected to the spring beams and connected at a second connecting portion located at least one of the sides forming the grooves, wherein the driving mass connected to the plurality of driving mass portions by the coupling portion And the parts are vibrated in mutually opposite directions.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 커플링부는 상기 홈 또는 상기 간격 중 적어도 어느 하나에 수용되는 스프링 중앙부를 더 포함하고, 상기 스프링 중앙부는 상기 연결된 구동 질량부 각각의 상기 스프링 구조체 사이에 배치되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
Further, the coupling portion according to an embodiment of the present invention may further include a spring center portion received in at least one of the groove or the gap, and the spring center portion is disposed between the spring structures of each of the connected drive mass portions And connected to each other.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술 분야에 속하는 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention and the manner of achieving them will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the exemplary embodiments set forth herein, Are provided to fully disclose the scope of the present invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술되어 있을 수 있음을 알아야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략될 수도 있다.
It is to be understood that the same reference numerals refer to the same components throughout the specification and that the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the invention may be exaggerated for clarity of description. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명에 따르면, Z형 커플링 구조에 의하여 커플링 스프링이 구동 질량과 연결되는 부위에서 발생하는 잔류 응력이 감소하고, 이에 따라 내구성이 향상된 자이로 센서가 간단하게 제작될 수 있다.According to the present invention, a residual stress generated at a portion where a coupling spring is connected to a driving mass by a Z-shaped coupling structure is reduced, and thus a gyro sensor having improved durability can be manufactured easily.
또한, Z형 커플링 구조에 의하여 의도되지 않은 구동 질량부의 거동이 방지되어 더 정확하고 안정적인 검출 값을 얻을 수 있다.Further, the Z-type coupling structure prevents the unintentional movement of the driving mass portion, thereby obtaining a more accurate and stable detection value.
또한, 구동 전극과 구동 감지 전극을 공간적으로 멀리 배치할 수 있어서 기존에 기생 용량에 의한 결합구성들을 제외할 수 있어 구성에 따른 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작이 더 용이하다.In addition, since the driving electrode and the driving sensing electrode can be arranged in a spaced-apart manner, the coupling structures due to the parasitic capacitance can be excluded, thereby reducing the manufacturing cost and facilitating fabrication.
도 1은 본 발명에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 전체 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 Z형 커플링 구조를 설명하기 위한 확대도이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 동작을 설명하기 위한 개략 사시도이다.1 is a plan view for explaining the overall configuration of an integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-type coupling structure according to the present invention.
2 is an enlarged view for explaining a Z-type coupling structure according to the present invention.
3A to 3C are schematic views for explaining the operation of an integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-shaped coupling structure according to the present invention.
4A to 4C are schematic perspective views illustrating the operation of an integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-shaped coupling structure according to the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best way Should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module, "and" device "Lt; / RTI >
이하에서는, 본 발명에 의한 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of an integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-type coupling structure according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1을 참고하여 본 발명에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 전체 구성을 설명한다.First, referring to FIG. 1, the overall configuration of an integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-shaped coupling structure according to the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서는, 제1 내지 제4 구동 질량부(110, 120, 130, 140)를 포함하는 다수 개의 구동 질량부; 및 다수 개의 구동 질량부를 선택적으로 연결하는 커플링부(210, 220, 230, 240)를 포함한다.An integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-type coupling structure according to an embodiment of the present invention includes a plurality of driving mass portions including first to fourth driving
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서는 구동 전극(미도시), 구동감지 전극(미도시), 피치 각속도(pitch rate) 감지부(310, 330)(도3a 참고), 롤 각속도(roll rate) 감지부(320, 340)(도 3b 참고), 및 요 각속도(yaw rate) 감지부(410, 430)(도 3c 참고)를 더 포함할 수 있다. 이외의 구성요소들은 일반적인 3축 MEMS 자이로 센서에 포함된 구성으로서 더 상세한 설명은 생략한다.
The integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-shaped coupling structure according to an embodiment of the present invention includes a driving electrode (not shown), a driving sensing electrode (not shown), a pitch angular
다수 개의 구동 질량부는 모두 관성력 또는 코리올리 힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 정지된 상태에서는 X축 및 Y축으로 구성된 평면에 위치된다. 이때 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)는 X축에 따라 위치되고 제2 구동 질량부(120) 및 제4 구동 질량부(140)는 Y축에 따라 위치되고, X축과 Y축의 교차점에 Z축 및 중앙부(미부호)가 위치되는 것이 바람직하다.The plurality of driving mass portions are displaced by an inertial force or a Coriolis force, and are placed in a plane composed of the X axis and the Y axis in a stopped state. At this time, the first
다수 개의 구동 질량부는 중앙부와 연결되며, 중앙부는 다수 개의 구동 질량부가 정지된 상태에 있을 경우에 다수 개의 구동 질량부와 동일한 평면에 위치되는 것이 바람직하다(도 4c 참고). 이때 제1 내지 제4 구동 질량부(110, 120, 130, 140)는 중앙부를 둘러싸는 형태로 가요성 재질로 구성된 연결 수단으로 중앙부에 연결되어 다수 개의 구동 질량부가 미리 정해진 범위 내에서 운동할 수 있도록 구성된 것이 바람직하다.Preferably, the plurality of driving mass portions are connected to the center portion, and the central portion is located in the same plane as the plurality of driving mass portions when the plurality of driving mass portions are in a stopped state (see FIG. In this case, the first to fourth driving
다수 개의 구동 질량부는 서로에 대하여 모두 수직인 세 개의 방향의 X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나에 대하여 운동할 수 있다. 다수 개의 구동 질량부는 구동 모드 또는 센스 모드로 작동될 수 있으며, 작동되는 모드에 따라 구동 질량부은 다르게 운동하는 것이 바람직하다. The plurality of driving mass portions can move with respect to at least any one of X-axis, Y-axis, and Z-axis in three directions which are all perpendicular to each other. The plurality of driving mass portions may be operated in the driving mode or the sensing mode, and it is preferable that the driving mass portion exercise differently according to the operating mode.
다수 개의 구동 질량부가 구동 모드로 작동되는 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)는 화살표 A 및 A' 방향과 같이 X축 방향으로 구동된다. 이때, 본 발명의 커플링부(210, 220, 230, 240)의 영향으로 각각의 제2 구동 질량부(120) 및 제4 구동 질량부(140)는 화살표 B 및 B' 방향으로 구동된다. 이에 따라 결과적으로는 다수 개의 구동 질량부 중 서로 연결된 구동 질량부들은 상호 반대방향으로 진동된다.As shown in FIG. 1, each of the first
예를 들면, 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130) 각각의 외측과 연결된 구동 전극에 의하여 각각의 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)가 화살표 A 및 A' 방향과 같이 중앙부로 향하는 방향으로 구동되면, 제1 커플링부(210) 및 제4 커플링부(240) 각각에 의하여 제1 구동 질량부(110)에 연결된 제2 구동 질량부(120) 및 제4 구동 질량부(140)는 화살표 B 방향 및 B' 방향과 같이 중앙부로부터 멀어지는 방향으로 구동된다.For example, the first
마찬가지로, 각각의 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)가 중앙부로부터 멀어지는 방향으로 구동되는 경우에는, 제2 구동 질량부(120) 및 제4 구동 질량부(140)는 중앙부로 향하는 방향으로 구동된다. 이와 같이 다수 개의 구동 질량부가 상호 반대방향으로 진동됨으로써, 스퀴즈 필름 감쇄(squeeze film damping)의 발생이 감소하여, 자이로 센서의 성능이 향상될 수 있다.
Similarly, when each of the first
도 2를 더 참고하여 본 발명에 따른 Z형 커플링 구조를 더 상세하게 설명한다. 커플링 구조는 제1 구동 질량부(110)와 제2 구동 질량부(120)를 연결하는 제1 커플링부(210), 제2 구동 질량부(120)와 제3 구동 질량부(130)를 연결하는 제2 커플링부(220), 제3 구동 질량부(130)와 제4 구동 질량부(140)를 연결하는 제3 커플링부, 및 제4 구동 질량부(140)와 제1 구동 질량부(110)를 연결하는 커플링부(240)를 포함한다. The Z-shaped coupling structure according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. The coupling structure includes a
제1 내지 제4 커플링부(210, 220, 230, 240)는 실질적으로 형태 및 작동원리가 유사한 것으로, 도 2를 참고하여 제1 커플링부(210)의 구성을 중점적으로 설명한다. The first to
제1 커플링부(210)는 스프링 빔(213a, 213b), 홈(미부호), 홈에 수용되는 스프링 구조체(214a, 214b), 및 스프링 구조체(214a, 214b)와 연결된 스프링 중앙부(215)를 포함한다.The
스프링 빔(213a, 213b)은 중앙 일부가 분리되고 이격된 Z형의 형상을 가지며, 제1 구동 질량부(110)와 제2 구동 질량부(120) 각각에 위치하는 제1 연결부(211a, 211b)에서 연결된다. Z형의 일부 중 스프링 빔(213a)는 제1 구동 질량부(110)와 제1 연결부(211a)에서 연결되고, Z형의 다른 일부인 스프링 빔(213b)는 제2 구동 질량부(120)와 제1 연결부(211b)에서 연결되는 것이 바람직하다.The
제1 구동 질량부(110) 및 제2 구동 질량부(120) 사이의 간격과 수직인 방향으로 각각의 제1 구동 질량부(110) 및 제2 구동 질량부(120)의 일 측에 형성된 홈은 제1 연결부(211a, 211b) 사이에 형성된 것이 바람직하다.The first
제1 구동 질량부(110)의 홈을 형성하는 측 중 어느 하나에 위치하는 제2 연결부(212a) 및 제2 구동 질량부(120)의 홈을 형성하는 측 중 어느 하나에 위치하는 제2 연결부(212b) 각각에서 스프링 구조체(214a, 214b)가 연결되는 것이 바람직하다. 이때 각각의 스프링 구조체(214a, 214b)는 스프링 빔(213a, 213b)과 연결되어, 각각의 제1 및 제2 구동 질량부(110, 120)의 제1 연결부(211a, 211b)가 제2 연결부(212a, 212b)와 연결된다.A second connecting
각각의 스프링 구조체(214a, 214b)는 스프링 중앙부(215)와 더 연결됨으로써 제1 연결부(211a, 211b), 제2 연결부(212a, 212b), 스프링 빔(213a, 213b), 및 스프링 구조체(214a, 214b)가 연결된다. 이에 따라 연결된 구성요소들의 상호작용에 의하여 제1 및 제2 구동 질량부(120)가 서로 상호 반대방향으로 진동될 수 있다.Each of the
스프링 중앙부(215)는 홈 또는 제1 구동 질량부(110)와 제2 구동 질량부(120) 사이의 간격 중 적어도 어느 하나에 수용되고, 스프링 구조체(214a, 214b) 사이에 배치되어 연결되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 스프링 중앙부(215)는 홈 및 간격 모두에 수용되고 스프링 구조체(214a, 214b)와 양쪽 말단이 연결된 직선형 부재로 구성되었으나, 이로 한정되지 않으며 다른 형태로도 구성될 수 있다.
The spring
도 3a 내지 4c를 참고하여 본 발명에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 센스 모드에서의 동작을 설명한다.3A to 4C, the operation of the integrated three-axis MEMS gyro sensor having the Z-shaped coupling structure according to the present invention in the sense mode will be described.
도 3a 내지 4c에 도시된 각각의 X축, Y축, 및 Z축에 대하여 다수의 구동 질량이 회전운동하는 속도는 롤 각속도(roll rate), 피치 각속도(pitch rate) 및 요 각속도(yaw rate)로 규정될 수 있다. The speed at which a plurality of driving masses rotate with respect to each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis shown in FIGS. 3A to 4C is a roll rate, a pitch rate, and a yaw rate, .
도 3a에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)는 피치 각속도 감지부(310, 330)와 연결된 것이 바람직하다. 도 4a에 도시된 바와 같이 Y축을 중심으로 기울어지는 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)의 기울어지는 정도는 피치 각속도 감지부(310, 330)에 의하여 각속도로 감지된다. 3A, it is preferable that the first driving
도 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 제2 구동 질량부(120) 및 제4 구동 질량부(140)는 롤 각속도 감지부(320, 340)와 연결된 것이 바람직하다. 도 4b에 도시된 바와 같이 X축을 중심으로 기울어지는 제2 구동 질량부(120) 및 제4 구동 질량부(140)의 기울어지는 정도는 롤 각속도 감지부(320, 340)에 의하여 각속도로 감지된다.3B, it is preferable that each of the second driving
도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130) 각각에 요 각속도 감지부(410, 430)가 더 연결된 것이 바람직하다. 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)는 요 각속도 감지부(410, 430)에 의하여 Z축을 중심으로 회전하는 정도가 각속도로 감지된다.
It is preferable that the angular
본 발명의 일 실시예에 따른 Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서의 구동 전극 및 구동감지 전극은 다수 개의 구동 질량부 중에서 적어도 어느 하나와 선택적으로 연결되어 작동할 수 있다. The driving electrode and the driving sensing electrode of the integrated three-axis MEMS gyro sensor having a Z-shaped coupling structure according to an embodiment of the present invention can be selectively connected to at least one of the plurality of driving mass units.
예를 들면, 구동 전극은 각각의 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)의 외측 테두리 일부에 배치되고 연결되는 것이 바람직하며, 이와 같이 구성된 구동 전극은 제1 구동 질량부(110) 및 제3 구동 질량부(130)가 X축 방향으로 진동되도록 유도할 수 있다. For example, it is preferable that the driving electrodes are disposed and connected to a part of the outer frame of each of the first driving
이에 반하여 구동 전극과 상호작용하는 구동감지 전극은 각각의 제2 구동 질량부(120) 및 제4 구동 질량부(140) 상에서 중앙부와 소정의 거리로 이격된 위치에 배치되어 연결되는 것이 바람직하다.In contrast, the driving sensing electrodes, which interact with the driving electrodes, are disposed on the second driving
본 발명에 의한 Z형 커플링 구조에 의하여 기존과 다르게 구동 전극이 모든 구동 질량부 각각에 연결되지 않아도 제1 내지 제4 구동 질량부(110, 120, 130, 140)는 상호 반대방향으로 진동될 수 있다. According to the Z-shaped coupling structure of the present invention, unlike the prior art, the first to fourth driving
또한, 구동 전극이 구동감지 전극과 멀리 배치될 수 있어, 두 가지 전극의 가까운 거리로 인하여 기생용량이 발생하는 문제를 해결하기 위한 결합구성들을 제외할 수 있다. 이에 따라 자이로 센서를 구성하는 부재에 따른 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작이 더 용이하다.
In addition, the driving electrodes can be disposed at a distance from the driving sensing electrodes, thereby eliminating the coupling structures for solving the problem of parasitic capacitance due to the close distance between the two electrodes. As a result, it is possible to reduce the cost of the components constituting the gyro sensor and to manufacture the sensor more easily.
이상과 같이 한정된 실시예와 도면에 의해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 분야에 속하는 통상의 기술자라면 이상의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 잘 알 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 이상의 기재에 포함된 실시예에 국한되는 것은 아니고, 후술하는 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하며, 특허청구범위와 균등하거나 등가적인 변형은 모두 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will know well. Therefore, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments included in the above description, but should be understood only in accordance with the following claims, and equivalents or equivalents of the claims are included in the scope of the present invention I will say.
110 : 제1 구동 질량부
120 : 제2 구동 질량부
130 : 제3 구동 질량부
140 : 제4 구동 질량부
210 : 제1 커플링부
211a, 211b : 제1 연결부
212a, 212b : 제2 연결부
213a, 213b : 스프링 빔
214a, 214b : 스프링 구조체
215 : 스프링 중앙부
220 : 제2 커플링부
230 : 제3 커플링부
240 : 제4 커플링부
310, 330 : 피치 각속도 감지부
320, 340 : 롤 각속도 감지부
410, 430 : 요 각속도 감지부110: first driving mass portion
120: second driving mass portion
130: Third driving mass part
140: fourth driving mass section
210: first coupling portion
211a and 211b:
212a and 212b:
213a, 213b: Spring beam
214a, 214b: spring structure
215: spring center portion
220: second coupling portion
230: third coupling portion
240: fourth coupling portion
310, 330: Pitch angular velocity sensing unit
320, 340: Roll angular velocity sensing unit
410, 430: yaw rate sensing unit
Claims (2)
서로 소정의 간격으로 이격된 상기 다수 개의 구동 질량부 사이에 위치하며 상기 다수 개의 구동 질량부를 선택적으로 연결하는 커플링부;를 포함하며,
상기 커플링부는,
중앙 일부가 분리되고 이격된 Z형의 형상을 가지며 상기 간격을 형성하는 두 개의 측 각각에 위치하는 제1 연결부에서 연결되는 스프링 빔;
상기 간격과 수직인 방향으로 상기 측 각각에 형성된 홈;
상기 스프링 빔을 연결하며 각각의 상기 홈을 형성하는 측 중 적어도 어느 하나에 위치하는 제2 연결부에서 연결되는 스프링 구조체;를 포함하고,
상기 커플링부에 의하여 상기 다수 개의 구동 질량부 중 서로 연결된 구동 질량부들은 상호 반대방향으로 진동되는 것을 특징으로 하는,
Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서.
A plurality of driving mass portions that move with respect to at least one of axes in three directions perpendicular to each other; And
And a coupling portion located between the plurality of driving mass portions spaced apart from each other by a predetermined distance and selectively connecting the plurality of driving mass portions,
The coupling portion includes:
A spring beam having a Z-shaped configuration in which a central portion is separated and spaced apart and connected at a first connection portion located at each of the two sides forming the gap;
A groove formed in each of the sides in a direction perpendicular to the gap;
And a spring connecting the spring beams to each other at a second connecting portion located on at least one side of each of the grooves,
And the driving mass portions connected to each other among the plurality of driving mass portions are vibrated in mutually opposite directions by the coupling portion.
Integral 3 - axis MEMS gyro sensor with Z - type coupling structure.
상기 커플링부는 상기 홈 또는 상기 간격 중 적어도 어느 하나에 수용되는 스프링 중앙부를 더 포함하고,
상기 스프링 중앙부는 상기 연결된 구동 질량부 각각의 상기 스프링 구조체 사이에 배치되어 연결되는 것을 특징으로 하는,
Z형 커플링 구조를 갖는 일체형 3축 MEMS 자이로 센서.The method according to claim 1,
Wherein the coupling portion further includes a spring center portion accommodated in at least one of the groove and the gap,
And the spring center portion is disposed and connected between the spring structures of each of the connected driving mass portions.
Integral 3 - axis MEMS gyro sensor with Z - type coupling structure.
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|---|---|---|---|
| KR1020160008235A KR101717877B1 (en) | 2016-01-22 | 2016-01-22 | Single structure three axis MEMS Gyroscope with Z-shaped coupling spring |
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