(57)【要約】【課題】本発明は、慣性センサー及びこれを用いた角速度検出方法に関する。【解決手段】本発明による慣性センサーは、支持体により変位可能に支持された駆動部と、前記駆動部を振動させる駆動電極と、前記駆動部に作用する所定方向の力を検出する検出電極と、を含み、前記駆動部は、慣性センサーの中央に位置したセンター駆動マスと、前記センター駆動マスに連結及び連動され、センター駆動マスを中心に四方に位置するサイド駆動マスと、前記センター駆動マス、前記サイド駆動マス及び前記支持体を連結する連結ブリッジと、を含む。【選択図】図３
2013024859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体により変位可能に支持された駆動部と、前記駆動部を振動させる駆動電極と、前記駆動部に作用する所定方向の力を検出する検出電極と、を含む慣性センサーであって、
前記駆動部は、
慣性センサーの中央に位置したセンター駆動マスと、
前記センター駆動マスに連結及び連動され、センター駆動マスを中心に四方に位置するサイド駆動マスと、
前記センター駆動マス、前記サイド駆動マス及び前記支持体を連結する連結ブリッジと、を含むことを特徴とする慣性センサー。
【請求項２】
前記連結ブリッジは、
前記センター駆動マスを支持体に連結する駆動ブリッジと、
前記センター駆動マスと前記サイド駆動マスを連結するカップリングブリッジと、
前記サイド駆動マスを支持体に連結する検出ブリッジと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項３】
前記駆動ブリッジは、検出ブリッジに比べて幅が広いことを特徴とする請求項２に記載の慣性センサー。
【請求項４】
前記駆動ブリッジには駆動電極と検出電極が形成され、
前記検出ブリッジには検出電極が形成されることを特徴とする請求項２に記載の慣性センサー。
【請求項５】
前記サイド駆動マスは、前記センター駆動マスを中心に四方に対称し、等間隔で４個が備えられることを特徴とする請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項６】
前記サイド駆動マスは、前記センター駆動マスを中心に両側に等間隔で一つずつ備えられることを特徴とする請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項７】
前記センター駆動マスは、前記サイド駆動マスに比べて大きいことを特徴とする請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項８】
支持体により変位可能に支持された駆動部と、前記駆動部を振動させる駆動電極と、前記駆動部に作用する所定方向の力を検出する検出電極と、を含む慣性センサーであって、
前記駆動部は、
慣性センサーの中央に位置したセンター駆動マスと、
前記センター駆動マスに連結及び連動され、センター駆動マスを中心に四方に位置されるサイド駆動マスと、
前記センター駆動マス、前記サイド駆動マス及び前記支持体を連結する連結ブリッジと、を含み、
前記連結ブリッジは、
前記センター駆動マスと前記サイド駆動マス及び前記支持体を順に連結する駆動ブリッジと、前記サイド駆動マスを支持体に連結する検出ブリッジと、からなることを特徴とする慣性センサー。
【請求項９】
請求項１に記載の慣性センサーによる角速度検出方法であって、
センター駆動マスをＺ軸方向に加振するセンター駆動マスの駆動段階と、
前記センター駆動マスによりサイド駆動マスがＸ／Ｙ軸方向に連動するサイド駆動マスの駆動段階と、
前記センター駆動マスの加振によりＸ軸及びＹ軸の角速度を検出するセンター駆動マスの角速度検出段階と、
前記サイド駆動マスの駆動によりＺ軸の角速度を検出するサイド駆動マスの角速度検出段階と、を含むことを特徴とする角速度検出方法。
【請求項１０】
前記センター駆動マスの角速度検出段階は、
前記センター駆動マスが連結された駆動ブリッジの検出電極でＸ軸及びＹ軸の角速度を検出することを特徴とする請求項９に記載の角速度検出方法。
【請求項１１】
前記サイド駆動マスの角速度検出段階は、
前記サイド駆動マスに連結された検出ブリッジの検出電極でＺ軸の角速度を検出することを特徴とする請求項９に記載の角速度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサー及びこれを用いた角速度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた小型及び軽量の慣性センサーの製造が容易になるにつれて、既存の市場を越えてモバイル機器を含む家電製品にまで応用分野が拡大している。また、センサー機能も持続的発展に伴って、一つのセンサーで一つの軸に対する慣性力のみ検出できる単軸センサーから、一つのセンサーで２軸以上の多軸に対する慣性力を検出できる多軸センサーにその機能が進化し、性能が向上している傾向である。
【０００３】
前記のように一つのセンサーを用いて多軸の慣性力、即ち、３軸の加速度及び３軸の角速度を検出する６軸センサーを具現するためには、正確で効果的な時分割駆動及び制御が要求される。
また、従来技術による慣性センサーの場合、一つの駆動マスを用いて３軸の角速度を検出するために、時分割方式を用いて、Ｘ／Ｙ軸方向とＺ軸方向に順に駆動し、Ｚ軸方向の角速度とＸ、Ｙ軸方向の角速度を順に検出する。
【０００４】
このように一つの慣性センサーを用いて３軸の角速度を検出するために時分割方式が用いられるため、一定時間駆動及び検知のためのＯＤＲ（ｏｕｔｐｕｔ  ｄａｔａ  ｒａｔｅ）が要求され、駆動回路が非常に複雑となり、停止及び再駆動のための追加の消費電流が要求されるという問題点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記のような問題点を解決するためのものであって、センサーの駆動マスとしてセンター駆動マスと、前記センター駆動マスに連結されたサイド駆動マスと、を備え、前記センター駆動マスが３軸の一方向に駆動する時にサイド駆動マスが３軸の他の方向に連動することにより時分割駆動なしに３軸の角速度を検出できる慣性センサー及びこれを用いた角速度検出方法を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例による慣性センサーは、支持体により変位可能に支持された駆動部と、前記駆動部を振動させる駆動電極と、前記駆動部に作用する所定方向の力を検出する検出電極と、を含み、前記駆動部は、慣性センサーの中央に位置したセンター駆動マスと、前記センター駆動マスに連結及び連動され、センター駆動マスを中心に四方に位置するサイド駆動マスと、前記センター駆動マス、前記サイド駆動マス及び前記支持体を連結する連結ブリッジと、を含む。
【０００７】
また、前記連結ブリッジは、前記センター駆動マスを支持体に連結する駆動ブリッジと、前記センター駆動マスと前記サイド駆動マスを連結するカップリングブリッジと、前記サイド駆動マスを支持体に連結する検出ブリッジと、を含む。
また、前記駆動ブリッジは、検出ブリッジに比べて幅が広い。
また、前記駆動ブリッジには駆動電極と検出電極が形成され、前記検出ブリッジには検出電極が形成される。
【０００８】
また、前記サイド駆動マスは、前記センター駆動マスを中心に四方に対称し、等間隔で４個が備えられる。
また、前記サイド駆動マスは、前記センター駆動マスを中心に両側に等間隔で一つずつ備えられる。
また、前記センター駆動マスは、前記サイド駆動マスに比べて大きい。
【０００９】
本発明の他の実施例による慣性センサーは、支持体により変位可能に支持された駆動部と、前記駆動部を振動させる駆動電極と、前記駆動部に作用する所定方向の力を検出する検出電極と、を含み、前記駆動部は、慣性センサーの中央に位置したセンター駆動マスと、前記センター駆動マスに連結及び連動され、センター駆動マスを中心に四方に位置されるサイド駆動マスと、前記センター駆動マス、前記サイド駆動マス及び前記支持体を連結する連結ブリッジと、を含み、前記連結ブリッジは、前記センター駆動マスと前記サイド駆動マス及び前記支持体を順に連結する駆動ブリッジと、前記サイド駆動マスを支持体に連結する検出ブリッジと、からなる。
【００１０】
本発明による慣性センサーを用いた角速度検出方法は、センター駆動マスをＺ軸方向に加振するセンター駆動マスの駆動段階と、前記センター駆動マスによりサイド駆動マスがＸ／Ｙ軸方向に連動するサイド駆動マスの駆動段階と、前記センター駆動マスの駆動によりＸ軸及びＹ軸の角速度を検出するセンター駆動マスの角速度検出段階と、前記サイド駆動マスの駆動によりＺ軸の角速度を検出するサイド駆動マスの角速度検出段階と、を含む。
また、前記センター駆動マスの角速度検出段階は、前記センター駆動マスが連結された駆動ブリッジの検出電極でＸ軸及びＹ軸の角速度を検出する。
また、前記サイド駆動マスの角速度検出段階は、前記サイド駆動マスに連結された検出ブリッジの検出電極でＺ軸の角速度を検出する。
【００１１】
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、センサーの駆動マスとしてセンター駆動マスと、前記センター駆動マスに連結されたサイド駆動マスと、を備え、前記センター駆動マスが３軸の一方向に駆動する時にサイド駆動マスが３軸の他の方向に連動することにより、時分割駆動なしに３軸の角速度を検出できる慣性センサー及びこれを用いた角速度検出方法を提供する効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例による慣性センサーについてを詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施例による慣性センサーの概略的な構成図であり、図２は、図１に図示した慣性センサーの概略的な断面図であり、より具体的にはＡ−Ａ’の断面図である。本発明は、支持体により変位可能に支持された駆動部と、前記駆動部を振動させる駆動電極と、前記駆動部に作用する所定方向の力を検出する検出電極と、を含む慣性センサーに関するものであって、図示したように、前記慣性センサー１００は、センター駆動マス１１０、サイド駆動マス１２０、連結ブリッジ１３０及び支持体１４０を含む。
より具体的に、前記センター駆動マス１１０は、慣性センサーの中央に位置し、加振電極（不図示）により駆動され、検出電極（不図示）により移動が検知されて慣性力を検出する。
【００１５】
前記サイド駆動マス１２０は、連結ブリッジ１３０により前記センター駆動マス１１０に連結され、前記センター駆動マス１１０の移動に連動して前記センター駆動マス１１０と異なる方向に駆動させるためのものである。また、第１実施例による慣性センサー１００の前記サイド駆動マス１２０は、前記センター駆動マス１１０を中心に四方に対称して等間隔に位置されるように４個が備えられる。
【００１６】
このために前記連結ブリッジ１３０は、駆動ブリッジ１３１、カップリングブリッジ１３２及び検出ブリッジ１３３を含む。また、前記駆動ブリッジ１３１は、前記センター駆動マス１１０を支持体１４０に連結し、駆動電極（不図示）と検出電極（不図示）が形成される。また、前記カップリングブリッジ１３２は、前記センター駆動マス１１０と前記サイド駆動マス１２０を連結する。また、前記検出ブリッジ１３３は、前記サイド駆動マス１２０を支持体１４０に連結し、検出電極（不図示）が形成される。
【００１７】
前記支持体１４０は、前記センター駆動マス１１０、サイド駆動マス１２０及び連結ブリッジ１３０を支持し、前記センター駆動マス１１０とサイド駆動マス１２０が浮遊状態で自由移動できるように支持する。
また、本発明の第１実施例による慣性センサー１００の前記センター駆動マス１１０は、サイド駆動マス１２０に比べて大きく形成され、これはセンター駆動マス１１０の駆動によりサイド駆動マス１２０が円滑に連動するように設計されたものである。
【００１８】
また、前記連結ブリッジ１３０は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなるため、駆動ブリッジ１３１、カップリングブリッジ１３２及び検出ブリッジ１３３の厚さが全て同一である。また、図示されたように、前記連結ブリッジ１３０の幅（Ｗｉｄｔｈ）において、駆動ブリッジ１３１は検出ブリッジ１３３に比べて広く形成される。これは、それぞれのブリッジに形成される電極とこれらの機能及び効果を考慮して設計されたものである。
【００１９】
図３は、図１に図示した慣性センサーの使用状態に対するＡ−Ａ’断面図であり、図４は、図１に図示した慣性センサーの使用状態に対するＢ−Ｂ’断面図であり、図５は、図１に図示した慣性センサーの使用状態に対するＣ−Ｃ’断面図であり、図６は、図１に図示した慣性センサーを用いた角速度検出方法を概略的に示したフローチャートである。
より具体的に、図３に図示したように、前記センター駆動マス１１０は、矢印で図示したように、上方向、即ち、Ｚ軸方向に加振される場合、前記センター駆動マス１１０を中心に４側に連結された４個の前記サイド駆動マス１２０は、前記カップリングブリッジ１３２により前記センター駆動マス１１０と連動して、Ｘ／Ｙ軸方向に加振される。
【００２０】
この場合、図６に図示したように、前記センター駆動マス１１０をＺ軸方向に加振する場合、前記センター駆動マス１１０に加えられるＸ／Ｙ軸方向のコリオリの力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ  ｆｏｒｃｅ）を前記駆動ブリッジ１３１に形成された検出電極（不図示）により検知し、これによりＹ／Ｘ軸方向の角速度（Ωｙ、Ωｘ）を検出する。また、前記サイド駆動マス１２０は、前記センター駆動マス１１０と連動して、Ｘ／Ｙ軸方向に加振され、前記サイド駆動マス１２０に加えられるＸ／Ｙ方向コリオリの力を前記検出ブリッジ１３３に形成された検出電極（不図示）により検知し、それぞれの検出電極から検知された値の合計によりＺ軸方向角速度（Ωｚ）を検出する。
【００２１】
結果、前記センター駆動マス１１０をＺ軸方向に加振する場合、前記サイド駆動マス１２０がＸ／Ｙ軸方向に連動されることにより、それぞれの軸を駆動するための時分割駆動なしに同時に、Ｚ、Ｙ、Ｘ軸方向の角速度（Ωｚ、Ωｙ、Ωｘ）を検出することができる。
図７は、本発明の第２実施例による慣性センサーの概略的な構成図である。図示したように、前記慣性センサー２００は、センター駆動マス２１０、サイド駆動マス２２０、連結ブリッジ２３０及び支持体２４０を含み、図１に図示した第１実施例による慣性センサー１００と比較して連結ブリッジ２３０のみが異なって構成される。
【００２２】
より具体的に、前記連結ブリッジ２３０は、駆動／カップリングブリッジ２３１及び検出ブリッジ２３２を含む。また、前記駆動／カップリングブリッジ２３１は、前記センター駆動マス１１０、前記サイド駆動マス２２０を支持体２４０に順に連結し、駆動電極（不図示）と検出電極（不図示）が形成される。
また、前記検出ブリッジ２３２は、前記サイド駆動マス２２０を支持体２４０に連結し、検出電極（不図示）が形成される。
【００２３】
このよう構成され、図１に図示した第１実施例による慣性センサーと同一の方式を用いて、前記センター駆動マス２１０の加振によるサイド駆動マス２２０の連動により時分割駆動なしに、Ｚ、Ｙ、Ｘ軸方向の角速度（Ωｚ、Ωｙ、Ωｘ）を検出することができる。
図８は、本発明の第３実施例による慣性センサーの概略的な構成図である。図示したように、前記慣性センサー３００は、センター駆動マス３１０、サイド駆動マス３２０、連結ブリッジ３３０及び支持体３４０を含み、図１に図示した第１実施例による慣性センサー１００と比較して、支持体３４０に結合される連結ブリッジの方向と、前記センター駆動マス３１０に連結されたサイド駆動マス３２０の位置のみが相異している。
【００２４】
また、前記連結ブリッジ３３０は、駆動ブリッジ３３１、カップリングブリッジ３３２及び検出ブリッジ３３３を含む。また、前記駆動ブリッジ３３１は、前記センター駆動マス３１０を支持体３４０に連結し、駆動電極（不図示）と検出電極（不図示）が形成される。また、前記カップリングブリッジ３３２は、前記センター駆動マス３１０と前記サイド駆動マス３２０を連結する。また、前記検出ブリッジ３３３は、前記サイド駆動マス３２０を支持体３４０に連結し、検出電極（不図示）が形成される。
【００２５】
また、１に図示した第１実施例による慣性センサーと同一の方式を用いて、前記センター駆動マス３１０の加振によるサイド駆動マス３２０の連動により時分割駆動なしに、Ｚ、Ｙ、Ｘ軸方向の角速度（Ωｚ、Ωｙ、Ωｘ）を検出することができる。
図９は、本発明の第４実施例による慣性センサーの概略的な構成図である。図示したように、前記慣性センサー４００は、センター駆動マス４１０、サイド駆動マス４２０、連結ブリッジ４３０及び支持体４４０を含み、図１に図示した第１実施例による慣性センサー１００と比較して、前記センター駆動マス４１０に連結されたサイド駆動マス４２０の数のみが相異している。
【００２６】
より具体的に、前記センター駆動マス４１０を中心に、両側に前記サイド駆動マス４２０が一つずつ位置し、連結ブリッジ４３０によりセンター駆動マス４１０に連結される。
また、前記連結ブリッジ４３０は、駆動ブリッジ４３１、カップリングブリッジ４３２及び検出ブリッジ４３３を含む。また、前記駆動ブリッジ４３１は、前記センター駆動マス４１０を支持体４４０に連結し、駆動電極（不図示）と検出電極（不図示）が形成される。また、前記カップリングブリッジ４３２は、前記センター駆動マス４１０と前記サイド駆動マス４２０を連結する。また、前記検出ブリッジ４３３は、前記サイド駆動マス１２０を支持体４４０に連結し、検出電極（不図示）が形成される。
【００２７】
また、図１に図示した第１実施例による慣性センサーと同一の方式を用いて、前記センター駆動マス４１０の加振によるサイド駆動マス４２０の連動により時分割駆動なしに、Ｚ、Ｙ、Ｘ軸方向の角速度（Ωｚ、Ωｙ、Ωｘ）を検出することができる。
【００２８】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による慣性センサー及びこれを用いた角速度検出方法はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施例による慣性センサーの概略的な構成図である。
【図２】図１に図示した慣性センサーの概略的な断面図である。
【図３】図１に図示した慣性センサーの使用状態に対するＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図１に図示した慣性センサーの使用状態に対するＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】図１に図示した慣性センサーの使用状態に対するＣ−Ｃ’断面図である。
【図６】図１に図示した慣性センサーを用いた角速度検出方法を概略的に示した構成図である。
【図７】本発明の第２実施例による慣性センサーの概略的な構成図である。
【図８】本発明の第３実施例による慣性センサーの概略的な構成図である。
【図９】本発明の第４実施例による慣性センサーの概略的な構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００、２００、３００、４００  慣性センサー
１１０、２１０、３１０、４１０  センター駆動マス
１２０、２２０、３２０、４２０  サイド駆動マス
１３０、２３０、３３０、４３０  連結ブリッジ
１３１、３３１、４３１  駆動ブリッジ
１３２、３３２、４３２  カップリングブリッジ
１３３、３３３、４３３  検出ブリッジ
１４０、２４０、３４０、４４０  支持体
【図１】
2013024859.tif 000003
【図２】
2013024859.tif 000004
【図３】
2013024859.tif 000005
【図４】
2013024859.tif 000006
【図５】
2013024859.tif 000007
【図６】
2013024859.tif 000008
【図７】
2013024859.tif 000009
【図８】
2013024859.tif 000010
【図９】
2013024859.tif 000011