KR101944235B1 - 진동 내성 가속도 센서 구조체 - Google Patents

진동 내성 가속도 센서 구조체 Download PDF

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Abstract

MEMS 구조체는 고정구(1), 스프링(2) 및 스프링을 통해 고정구(1)에 현수되어 회전축 주위에서 피벗하는 진동 질량체(3)를 포함한다. 원하지 않는 진동 모드들로부터의 에러들은 진동 질량체(3)로부터 고정구(1)로 연장되는 스프링 구조체(2, 4, 6)를 MEMS 구조체 내에 포함함으로써 감소된다. 상기 스프링 구조체(2, 4, 6)는 진동 질량체(3) 또는 고정구(1)에 연결된 측부 아암(4)을 포함한다. 스프링 구조체(2, 4, 6)의 적어도 일부는 진동 질량체의 회전축에 평행한 방향으로 스프링 구조체 내에서 연장되는 측부 아암(4)에 의해 형성되고; 상기 스프링(2)의 일 단부에 부착된다.

Description

진동 내성 가속도 센서 구조체{A VIBRATION TOLERANT ACCELARATION SENSOR STRUCTURE}
본 발명은 일반적으로, MEMS(마이크로-전기-기계 시스템들)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 독립 청구항의 전제부에 규정된 바와 같은 개량된 MEMS 구조체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 개량된 MEMS 구조체를 포함하는 가속기 센서, 가속도 센서 매트릭스, 디바이스 및 시스템에 관한 것이다.
작용력들의 영향 하에서 본체의 동적 상태에 의존하는 신호를 제공하기 위해 본체의 가속도를 감지하는 것은 본체의 이동 및 배향들을 검출하기 위해 널리 적용된 방식이다. 이 목적으로, 다양한 센서들이 사용될 수 있지만, MEMS 구조체들은 이들의 소형 크기에 기인하여 다수의 용례들에 적합하다. 마이크로일레트로닉스에서, 증가하는 수요는 특허 분류들이 MEMS 관련 가속도 센서들을 포함할 수 있는 몇몇 응용 분야들에서 예를 들면 차량들, 가정용 가전 기기들, 의복들, 신발들에 관련한 다수의 분야들에서 직면하는 목적들을 위해 더욱 더 양호한 구조체들을 개발하는 것을 가능하게 한다.
가속도 또는 관련 힘들을 측정하기 위해 MEMS 구조체들을 사용하는 용례들은 또한 에러 신호들을 적절하게 제어할 필요가 있다. 이들 에러 신호들은 갑작스런 과도력들(transient forces)에 의해, 뿐만 아니라 그들 중 과도 신호가 있을 수도 있는 다양한 성분들로부터 중첩된 주기적인 힘들에 의해 발생할 수 있다. 따라서, 어려운 조건들에서, 원하는 신호는 노이즈로 압도될 수 있고 또는 구조체 내의 진동들은 매우 강해질 수 있다. 따라서 MEMS 구성 요소의 작동은 방해될 수 있고, 또는 신호 처리에 의한 신호들의 적당한 해석은, 완전히 불가능하지 않으면 매우 느리고 지루하게 될 수도 있다.
MEMS 구조체들의 일 유형은 회전 스프링에 의해 지지되고 이에 의해 회전축 주위로 피벗하도록 배열된 평면형 감지 요소를 포함한다. 기계적 요소는 기계적 요소의 피벗을 따라 시소(see-saw) 또는 "티터-토터(teeter-totter)" 종류의 이동에서 피벗을 따라 이동하는 전극들을 지지한다. 감지 정전극들은 이동 전극들과 상호 작용하도록 배열되고, 출력 신호들은 이동 전극들과 정전극들 사이의 변화하는 캐패시턴스들로부터 발생된다.
도 1은 공지의 기술들에 따른 피벗 기계적 요소를 개략적으로 도시한다. 평면형 기계적 요소는 진동 질량체(seismic mass)(100) 및 그 이동들이 검출될 본체에 고정될 수 있는 고정구(103)에 진동 질량체를 지지하는 스프링들(101, 102)을 포함한다. 도 1의 예시적인 종래의 구성에서, 스프링들(101, 102)은 진동 질량체(100)가 흑색 직선으로서 도시된 현수 스프링들을 둘러싸도록 고정된다.
도 1의 구조체는 이와 같이 표준 양호하게 작용하는 구조체이다. 그러나, 구조체들은 더 새롭게 이상적이고, 진동 질량체는 주위 진동 질량체의 중간에 또는 본질적으로 중간에 있는 고정구를 둘러싸고, 진동 질량체는 도 1에 도시된 정확한 특정 정렬을 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있는 스프링들에 의해 고정구에 연결된다. 따라서 진동 질량체는 원하는 것들 이외의 방향들에서 진동할 수도 있다.
원하는 이동 방향은 도 1에 국부적으로 지시된 X-축 주위에 있을 수도 있는데, 이는 각각의 지시들에 따라 Y 및 Z 방향들에서의 이동들이 통상적으로 요구되는 것이 아니라는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 것은 몇몇 정도로 존재할 수도 있다. 임의의 결과적인 불안정성은 힘, 이동 또는 이들 중 어느 하나의 변화를 측정하기 위해 MEMS 가속도 센서들을 사용하는 용례들에서의 작동을 위해 성가실 수도 있다.
따라서, 구조체는 다수의 방향들에서 기계적으로 진동할 수 있고, 과도 신호들 뿐만 아니라 비교적 작은 진동들이 진동 질량체에 원하지 않게 연결되어 에러들을 발생할 수 있다. 이동은 또한 원하는 신호와 간섭할 수도 있어 에러로부터 신호를 구별하는 것이 더 어려워지게 되는데, 즉 진동의 모드가 명료하지 않다. 따라서, 구조체는 이와 같이 특정 용례들을 위한 원하지 않는 특성일 수도 있지만, 몇몇 다른 용례들에서는 원할 수도 있는 진동들의 다중-양식을 겪게될 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 단점들 중 적어도 하나를 극복하거나 완화시키기 위한 해결책을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적들은 청구항 1의 특징부에 따른 MEMS 구조체로 성취된다. 본 발명의 목적들은 다른 독립 청구항들의 특징부들에 따른 가속기 센서, 가속도 센서 매트릭스, 디바이스 및 시스템으로 더 성취된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 개시되어 있다.
이하, 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 동일한 도면 부호들은 유사한 부분들 또는 물체들에 사용될 수 있지만, 당 기술 분야의 숙련자가 문맥으로부터 이해하는 바와 반드시 서로 동일하지 않다.
도 1은 공지의 기술들에 따른 피벗 기계적 요소를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 센서 구조체 구성의 실시예를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 스프링들이 단일 고정구에 지지되는 센서 구조체 실시예들을 도시하는 도면.
도 4는 운동의 용량성 검출이 2개의 상이한 질량체-부분들(Z1, Z2)로 구현되는 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 요소(Z1, Z2)가 동일한 회전축 주위로 피벗되도록 지지되는 실시예를 도시하는 도면.
도 6은 부가의 지지 구조체를 갖는 센서 구조체의 다른 유리한 실시예를 도시하는 도면.
도 7은 3d 가속도 센서의 실시예를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 센서 매트릭스, 디바이스, 장치 및 시스템의 실시예를 도시하는 도면.
이하의 실시예들은 예시적이다. 명세서가 "일", "하나의" 또는 "몇몇" 실시예(들)를 언급할 수도 있지만, 이는 각각의 이러한 언급이 동일한 실시예(들)이거나 특징이 단지 단일의 실시예에 적용되는 것을 반드시 의미하는 것은 아니다. 상이한 실시예들의 단일의 특징들은 다른 실시예들을 제공하도록 조합될 수도 있다.
본 발명의 특징들은 본 발명의 다양한 실시예들이 구현될 수 있는 센서 구조체들의 간단한 예로 설명될 것이다. 단지 실시예들을 예시하기 위해 관련된 요소들만이 상세히 설명된다. 본 발명의 방법들 및 디바이스들의 다양한 구현예들은 당 기술 분야의 숙련자에게 일반적으로 공지된 요소들을 포함하고 본 명세서에 구체적으로 설명되지 않을 수도 있다.
회전 스프링들에 의해 지지된 진동 질량체의 구성에서, 연관 공진 주파수(fres) 및 관성 모멘트(J)는 회전축으로부터의 진동 질량체의 거리에 의존한다. 의존성은 이하와 같이 추정될 수 있고,
Figure 112014075102149-pct00001
(1)
Figure 112014075102149-pct00002
(2)
여기서, Kres는 기생 회전 모드의 스프링 상수에 대응하고, J는 관성 모멘트이고, w는 회전 진동 질량체의 폭이고, l은 진동 질량체의 길이이고, r은 진동 질량체의 중심을 통해 통과하는 평행축으로부터 회전축의 거리이다.
기생 모드의 스프링 상수(Kres)는 회전된 굴곡형 스프링(meander spring)의 y-방향 스프링 상수(ky)로 추정될 수 있고,
Figure 112014075102149-pct00003
(3)
여기서, d는 스프링의 단부로부터 기생 모드의 회전축까지의 거리이다. 회전된 굴곡형 스프링의 경우에, ky는 이하와 같이 추정될 수 있고,
Figure 112014075102149-pct00004
(4)
여기서, E는 탄성 계수이고, h는 두께이고, w는 폭이고, l은 스프링의 길이이다. N은 스프링 내의 굴곡부들(meanders)의 수이다.
측정 모드의 스프링 상수는 이하와 같이 추정될 수 있고,
Figure 112014075102149-pct00005
(5)
여기서, G는 스프링 재료의 전단 계수이다. 측정 모드 및 기생 모드의 공진 모드들의 비는 따라서 이하와 같이 추정될 수 있다.
Figure 112014075102149-pct00006
(6)
거리(d)가 작을 때(0에 접근함), 식 (3)은 보정항으로 보충되어야 한다.
Figure 112014075102149-pct00007
(7)
이는 제 1 기생 공진의 총 스프링 상수가 이하의 식으로 추정될 수도 있다는 것을 의미한다.
Figure 112014075102149-pct00008
(8)
몇몇 시소 유형의 센서 구조체 구성들에서, 몇몇 기생 공진 모드들은 매우 낮고 따라서 측정된 모드들에 너무 가깝다는 것이 주목되어 왔다. 이상적인 구조체들에서, 이러한 모드들은 측정들을 방해하지 않을 것이지만, 실제로 어떠한 구조체도 완전히 대칭적이지 않고 측정된 신호들은 기생 공진 모드들에 의해 용이하게 방해된다.
도 2의 블록 차트는 고정구(1)에 스프링 구조체(2, 4, 5, 6)에 의해 현수된 진동 질량체(3)를 갖는 단순화된 센서 구조체 구성을 도시한다. 스프링 구조체는 진동 질량체(3)로부터 고정구(1)로 연장하고, 스프링 구조체의 적어도 일부는 진동 질량체의 회전축에 평행한 방향으로 스프링 구조체 내에서 연장하고 스프링의 일 단부에 부착되는 측부 아암(4)에 의해 형성된다.
기생 공진들의 모드는 상당히 증가될 수 있고, 따라서 식 (8)의 파라미터 d를 증가시킴으로써 측정 모드들로부터 효과적으로 격리된다는 것이 주목되어야 한다. 도 2의 구성의 견지에서, 이는 스프링들(2) 중 적어도 하나의 단부와 기생 모드의 회전축 사이의 거리가 측부 아암(4)과 숄더 수단(6)의 도움으로 증가된다는 것을 의미한다. 상기 측부 아암(4) 및 숄더 수단(6)은 스프링(2) 및 진동 질량체(3)에 부착되어, 숄더 수단(6)은 이와 같이 설계된 측부 아암(4)과 함께 구조체를 진동들의 원하지 않는 모드들에 대해 더 강성이 되게 한다. 측부 아암(4)과 숄더 수단(6)의 단지 하나의 조합만이 도 2에 도시되어 있지만, 당 기술 분야의 숙련자는 측부 아암 및/또는 숄더 수단의 적어도 2개의 세트들이 구조체를 원하지 않는 진동들에 대해 더욱 더 강성이 되게 하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해한다. 일 실시예에서, 이는 상기 측부 아암(4) 및/또는 숄더 수단(6)의 치수들의 제 1 세트로 성취될 수 있고, 다른 실시예 변형예에서 상기 측부 아암(4) 및/또는 숄더 수단(6)의 치수들의 제 2 세트로 성취될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 치수들의 제 1 및 제 2 세트는 유사한 방식으로 파라미터화될 수 있고, 다른 실시예에서 상기 치수들의 제 1 및 제 2 세트는 원하지 않는 진동들의 상이한 모드들을 소멸시키기 위해 상이하게 파라미터화될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 숄더 수단(6)과 측부 아암(4)의 제 2 세트는 제 1 쌍과 관련하여 대칭으로, 다른 실시예에서는 비대칭으로 진동 질량체에 부착될 수 있다. 숄더 수단(6)은 도 2에 숄더 수단(6)으로 도시된 바와 같이, 예를 들어 반대 방향으로 측부 아암으로부터 이격되어 지향될 수 있다.
L-형 측부 아암(4) 및 숄더 수단(6) 조합이 지시되고 도시되어 있지만, 당 기술 분야의 숙련자는 다른 형상들, 예를 들어 T-형상이 또한 이용 가능하다는 것을 실시예로부터 이해한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 숄더 수단(6) 및 측부 아암(4)은 하나의 구조체 내에 일체화되어 L의 형상이 J의 형상을 닮게 할 수 있다. 실시예에 따르면, 또한 스프링(2)은 일체형 구조체의 더 얇은 부분으로서 스프링 구조체 내에 일체화될 수 있다. 이들 종류들의 변형예들은 또한 진동 질량체(3)에 대칭 방식으로 이루어질 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 대칭적으로 부착된 세트들(4, 6)은 이들의 기계적 길이, 폭 및 두께(도면에는 도시되지 않음)에 대해 상이하게 치수 설정될 수 있어 스프링 구조체들(2, 4, 6)의 강성을 특징화하는 스프링 상수를 생성하여, 원하지 않는 진동 모드들로부터 측정된 진동을 명료화한다.
도 2의 구체화된 구조체에서, 측부 아암(4)은 스프링의 단부로부터 더 멀리 이격하여 기생 회전 이동축을 이송하는 레버 아암 내로 연장한다. 따라서, 운동량이 증가하고 스프링 구조체는 원하지 않는 방향들로 진동들을 더 효과적으로 저지한다. 측부 아암이 더 길수록, 제 1 기생 모드는 더 효과적으로 증가될 수 있고, 이에 의해 진동 모드를 발생하는 신호로부터 분리된다. 스프링들은 진동 질량체의 회전축과 정렬되어야 하고, 따라서 숄더 수단의 역할은 고정이 측부 아암을 스프링과 정렬되게 하지 않을 때 측부 아암을 스프링의 단부에 연결하는 것이라는 것이 명백하다. 바람직하게는, 공간을 절약하기 위해, 숄더 수단은 고정구(1)에 접촉하지 않고 측부 아암의 이동을 허용하는 거리로만 연장하도록 치수 설정된다.
도 3a 및 도 3b는 스프링들이 단일의 고정구(1)에 지지되는 실시예들을 갖는 센서 구조체들 및 상이한 고정 기구들의 다른 실시예들을 도시한다. 도 3a에서, 측부 아암(4)은 도 2에서와 같이 피벗 진동 질량체와 스프링의 단부 사이로 연장하고, 숄더 수단(6)은 스프링(2)을 측부 아암(4)에 부착하기 위해, 측부 아암(4)으로부터 그에 수직인 다른 방향으로 회전하도록 사용되고, 그에 따라 강성 스프링 구조체(2, 4, 6)를 형성한다. 고정구는 회전축을 따라 진동 질량체(3) 내부에서 연장되는 세장형 요소이다.
도 3b는 숄더 수단(6)이 필요하지 않도록 고정이 측부 아암을 스프링들과 정렬되게 하는 대안 실시예를 도시한다. 기생 회전 이동축과 스프링(2)의 단부 사이의 거리는 도 3b에 도시된 바와 같이, 측부 아암(4)의 일 단부를 고정구(1)에 그리고 다른 단부를 스프링에 고정함으로써 증가될 수 있다. 대안적으로, 측부 아암의 일 단부는 고정구에 고정될 수 있고 다른 단부는 스프링(2)의 단부에 고정될 수도 있다. 도 3b에서, 고정구(1)의 다른 측에서 점선 측부 아암(4) 및 점선 스프링(2)은 요소들이 이들의 각각의 실시예들에서 서로 선택적이라는 것을 나타낸다. 도 3b의 센서 구조체는 고정구(1)의 대향 측면들에 관하여 대칭으로 설정된 2개의 측부 아암들을 포함할 수 있다. 고정구의 상이한 측면들에서 측부 아암 구성들은 또한 서로 상이할 수 있다. 또한, 단일의 측부 아암(4) 구성들이 사용될 수 있고, 여기서 고정구의 일 측면에는 측부 아암이 있고 다른 측면에는 스프링(2)이 있다.
도 4는 운동의 용량성 검출이 2개의 상이한 진동 질량체들(Z1, Z2)로 구현되는 실시예를 도시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 요소들(Z1, Z2)은 차등 구조체들로서 구현될 수 있고 이중 차등 검출 구조체를 구현하기 위해 특정 대칭으로 배열될 수 있다. 이들 실시예들에 있어서 용어 차등은, 예를 들어 차등 작동이 동일한 작동에 기인하여 이러한 감소 및 증가가 발생하도록 결합된 제 1 위치에서 감소하는 제 1 양 및 제 2 위치에서 증가하는 제 2 양을 포함하는 것을 의미한다. 차등 검출에서, 제 1 양 및 제 2 양의 모두는 작동의 검출 결과들을 발생하는데 사용된다.
이러한 구조체의 예는 각각의 전위의 2개의 전극들 및 접지 전위의 공통 전극을 갖는 캐패시터쌍이다. 전극들은 2개의 전극들이 축 주위로 피벗할 때 공통 접지 전극으로의 이들 전극들의 거리가 변화하고, 하나의 캐패시턴스가 증가하고 다른 캐패시턴스는 감소하도록 배열될 수 있다. 이러한 구성은 기계적 결합이 2개의 피벗 전극들에 공통인 강성 물체로 이루어질 때 성취된다.
이들 실시예에 있어서 용어 이중 차등은, 예를 들어 제 1 위치에서 제 1 양 및 제 2 위치에서 증가하는 제 2 양에 대해 차등적인 관계로 설명된 바와 동일한 방식으로 거동하지만, 제 1 양과 제 2 양의 쌍에 관련하여 위상 시프트를 갖는 제 3 위치에서의 제 3 양 및 제 4 위치에서의 증가하는 제 4 양과 같은 다른 상이하게 결합된 양들의 쌍이 존재한다는 것을 의미한다. 이중 차등 검출에서, 제 1 양, 제 2 양, 제 3 양 및 제 4 양은 작동의 검출 결과들을 발생하도록 쌍들로 사용된다.
도 4의 구조체에서, 요소들(Z1, Z2)은 개별 회전축들을 제공하기 위해 각각의 스프링 구조체를 각각 갖는 단일 고정구에 지지된다. 제 1 및 제 2 이중 차등 검출량들은 이동 요소(Z1) 상에 전극들에 의해 생성된 캐패시턴스들을 칭하고, 제 3 및 제 4 이중 차등 검출량들은 이동 요소(Z2) 상에 전극들에 의해 생성된 캐패시턴스들을 칭한다.
도 4의 실시예에서, 진동 질량체들 중 적어도 하나의 스프링들 중 적어도 하나는 측부 아암(4) 및 숄더 수단(6)을 포함하는 스프링 지지 구조체를 통해 진동 질량체에 연결된다. 진동 질량체의 다른 단부에서, 점선으로 도시된 요소는 도 3b에 개시된 바와 같이, 다른 스프링이 일반 스프링일 수도 있고 또는 스프링 지지체를 더 강성이 되게 하도록 스프링을 따라 연장되는 다른 측부 아암을 포함할 수 있다는 것을 도시한다.
도 5는 요소들(Z1, Z2)이 스프링 구조체를 통해 3개의 고정구들에 지지되고(1로 각각 나타냄) 스프링들과 정렬된 동일한 회전축 주위로 피벗하는(2로 각각 나타냄) 다른 실시예를 도시한다. 요소들(Z1, Z2)은 이중 차등 검출을 구현하기 위해 조합하여 적용될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 요소들(Z1, Z2)의 진동 질량체와 요소를 고정구에 연결하는 적어도 하나의 스프링의 단부 사이에는 측부 아암(4)과 숄더 수단(6)을 포함하는 구조체가 있다. 본 실시예에서, 측부 아암 및 숄더 수단은 피벗 요소(Z1, Z2)의 일체형 부분들이다. 측부 아암(4)은 유리하게는 스프링(2)의 방향으로, 즉 회전축에 평행하게 연장하고, 숄더 수단(6)은 스프링(2)으로부터 이격하는 방향으로, 바람직하게는 스프링(2)에 수직으로 연장한다. 도 5의 구조체는 측정된 회전과는 다른 방향들에서 강성이고 측정된 회전의 검출 중에 원하지 않는 진동의 모드들을 효과적으로 배제한다. 이중 차등 검출의 일 요소(Z1)의 측부 아암 및 숄더 수단은 이중 차등 검출의 다른 요소(Z2)의 치수들 내에 포개지고, 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 연장된 스프링 구조체의 장점은 요소들의 평면에서 공간의 최소 사용으로 성취된다.
도 6은 전술된 바와 같이, 이중 차등 검출을 위한 요소들(Z1, Z2)로 구현된 대칭 시소형 센서 구조체의 다른 유리한 실시예를 도시한다. 요소들(Z1, Z2)은 스프링 구조체를 통해 단일 고정구(1)에 지지되고, 스프링들(2)과 정렬된 동일한 회전축 주위에서 피벗하도록 배열된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 요소들(Z1)은 재차 측부 아암(4) 및 숄더 수단(6)을 포함하고, 이들에 의해 요소들의 진동 질량체의 중심과 요소들을 지지하는 스프링들(2)의 단부들 사이의 거리가 증가되고, 구조체는 원하지 않는 진동들의 방향들에서 더 강성이 된다. 거리를 더 증가시키기 위해, 스프링들(2)은 고정점의 외향으로 연장하고 회전축을 따른 스프링들로의 정적 현수점을 제공하는 세장형 스프링 지지체(7)로 고정구(1)에 지지된다.
도 7은 전술된 임의의 시소형 MEMS 구조체들을 포함할 수 있는 3d 가속도 센서의 실시예를 도시한다. 센서는 MEMS 센서들의 분야의 숙련자에게 잘 알려진 방식으로 구현될 수 있는 X- 및/또는 Y-방향 검출 셀들을 또한 포함할 수 있다. 도 7에서, 2개의 진동 질량체들(Z1, Z2)은 또한 진동 질량체들이 요소들의 평면 내에서 연장되는 구성을 갖는 이중 차등 검출을 위해 적용 가능하다. 이러한 구성은 이동을 강화하고 이에 의해 검출의 감도를 향상시킨다.
도 8은 전술된 임의의 시소형의 MEMS 구조체들을 포함할 수 있는 상이한 종류의 실시예들을 도시한다. 문자 S는 센서 또는 센서 구조체를 나타낸다. 문자 M은 구체화된 바와 같이 센서 또는 센서 구조체를 포함하는 센서 매트릭스를 나타낸다. 예로서 일 유형의 4개의 센서들이 하나의 위치에 도시되어 있고, 다른 유형의 2개의 센서들이 다른 위치에 도시되어 있지만, 센서들 또는 이들의 유형들(X, Y, Z 또는 이들의 조합)의 수는 지시된 예에만 한정되는 것은 아니다. 문자 D는 구체화된 바와 같은 센서 또는 센서 매트릭스를 포함하는 디바이스를 나타낸다. 예로서 하나의 위치의 3개의 센서, 상기 제 1 위치와는 상이한 다른 위치의 1개의 센서와 같은 예시적인 4개의 센서들이 지시되어 있지만, 센서들의 수 또는 이들의 유형은 단지 지시된 예에만 한정되는 것은 아니다. 디바이스 내의 센서 매트릭스들의 수 및/또는 위치는 단지 도시된 예에만 한정되는 것은 아니다. 문자 조합 Ar은 본 발명의 실시예에 따른 디바이스(D) 및/또는 디바이스(G) 내의 구체화된 센서 구조체들 중 적어도 하나를 포함하는 장치 또는 시스템을 나타낸다. 몇몇 실시예들에서 문자들 S 및 M의 예외적인 위치는 다양한 실시예들에서 센서 구조체들이 마스터 디바이스의 진정한 위치에 독립적으로 작동될 수 있고, 마스터 디바이스의 가속도는 센서(S) 내에 셀들 및/또는 플립-플롭들을 포함하는 센서 구조체로 모니터링된다는 것을 당 기술 분야의 숙련자에게 예시한다.
기술적인 진보들로서, 본 발명의 기본 사상은 다양한 방식들로 구현될 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자에게 명백하다. 따라서, 본 발명 및 그 실시예들은 상기 예들에 한정되는 것은 아니라, 청구범위의 범주 내에서 다양할 수도 있다.

Claims (17)

  1. 고정구(1), 스프링(2), 및 상기 스프링을 통해 상기 고정구(1)에 현수되어 회전축 주위에서 피벗하는 진동 질량체(seismic mass)(3)를 포함하는 MEMS 구조체에 있어서,
    상기 MEMS 구조체는 상기 진동 질량체(3)로부터 상기 고정구(1)로 연장하는 스프링 구조체(2, 4, 6)를 포함하고;
    상기 스프링 구조체(2, 4, 6)의 적어도 일부는 상기 진동 질량체의 회전축에 평행한 방향으로 상기 스프링 구조체 내에서 연장하는 측부 아암(4)에 의해 형성되고; 상기 측부 아암은 상기 스프링(2)의 일 단부에 부착되는 것을 특징으로 하는 MEMS 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측부 아암(4)은 상기 진동 질량체(3)에 연결되고, 상기 MEMS 구조체는 상기 측부 아암(4)을 상기 스프링(2)의 일 단부에 부착하기 위해 상기 측부 아암(4)의 일 단부 및 상기 스프링(2)의 일 단부에 연결된 숄더 수단(6)을 포함하는 MEMS 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 숄더 수단(6)은 상기 회전축의 방향에 수직인 방향으로 연장하는 MEMS 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측부 아암(4)은 상기 진동 질량체(3)에 연결되고, 상기 고정구(1)는 상기 회전축을 따라 상기 진동 질량체(3) 내로 적어도 부분적으로 연장하는 세장형 요소인 MEMS 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 측부 아암(4)은 상기 진동 질량체(3)의 회전축에 정렬된 상기 진동 질량체(3)로부터 연장되는 MEMS 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MEMS 구조체는 상기 진동 질량체(3)의 반대편 측면들에 2개의 측부 아암들(4)을 포함하는 MEMS 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 측부 아암들 중 하나는 원하지 않는 진동들에 대한 상이한 강성 모드들을 위하여 다른 측부 아암과는 상이한 MEMS 구조체.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 MEMS 구조체는 2개의 숄더 수단들(6)을 포함하고, 상기 숄더 수단들(6) 중 하나는 원하지 않는 진동들에 대한 상이한 강성 모드들을 위하여 다른 숄더 수단(6)과는 상이한 길이를 갖는 MEMS 구조체.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MEMS 구조체는 이중 차등 검출을 위해 사용되는 2개의 진동 질량체들(Z1, Z2)을 포함하는 MEMS 구조체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 2개의 진동 질량체들(Z1, Z2)은 동일한 회전축 주위로 피벗하도록 배열되는 MEMS 구조체.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 2개의 진동 질량체들(Z1, Z2) 각각은 측부 아암 및 숄더 수단을 포함하고, 상기 진동 질량체들 중 하나(Z1; Z2)의 측부 아암 및 숄더 수단은 상기 진동 질량체들 중 다른 하나(Z2; Z1)의 치수들 내로 포개지는 MEMS 구조체.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 2개의 진동 질량체들(Z1, Z2)은 단일의 고정구(1)로 지지되는 MEMS 구조체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 2개의 진동 질량체들(Z1, Z2)은 상기 단일의 고정구(1)의 외향으로 연장하는 세장형 스프링 지지체(7)를 통해 상기 단일의 고정구(1)에 지지되는 MEMS 구조체.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 구조체를 포함하는 MEMS 구조체 매트릭스.
  15. 제 14 항에 따른 MEMS 구조체 매트릭스를 포함하는 가속도 센서.
  16. 제 15 항에 따른 가속도 센서를 포함하는 디바이스(D).
  17. 제 16 항에 따른 디바이스를 포함하는 시스템.
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