KR19980086521A - 단일결정 진동 비임 각속도 센서 - Google Patents

Abstract

단일결정 각속도 센서가 공동의 평면 실리콘 기부로부터 형성된다. 기다란 비임을 포함하는 센서 요소가 공동 기부내에 형성된 프레임 구멍내에서 메달려 있다. 횡단 부재, 또는 귀부(ear)는 기다란 비임(들)을 프레임 그리고 비임의 노드 포인트에 고정시킨다. 단일 비임 및 다수 비임 배열 센서 모두는 공동 실리콘 기부내에 형성될 수 있다. 한 공동 기부내에 형성된 직교하여 구성된 비임 또는 비임들의 배열이 두 직교축을 중심으로 하는 각속도 측정을 허용하게 한다.

Description

단일결정 진동 비임 각속도 센서.

본 발명은 각속도 센서에 대한 것이다. 특히, 본 발명은 코리올리 감지 방법을 기초로 한 배치 처리 실리콘 비임 배열 각속도 센서에 대한 것이다.

관성 공간내 사전 선택 축둘레에서 회전속도를 측정하기 위한 다양한 장치가 존재한다. 자이로스코프(gyroscope)라 하는 이같은 장치는 관성 항해 장치의 기본 요소를 형성시킨다. 자이로스코프는 가령 링 레이저와 광섬유 자이로스코프와 같은 복잡하고 생산하기가 곤란한 짐벌(gimballed) 스핀닝 회전자, 스트랩다운 센서를 형성시킨다. 상기 거론된 모든 속도 감지 장치는 제조비용이 비싸고, 크기가 크며, 전력소모가 크고, 제조하기가 복잡하고 유지비가 비싼 문제점이 있다.

일백년전에 개발된 포코울트(Focoult) 진자 원리를 기초로 한 선택된 축을 중심으로 입력 회전 속도를 측정하기 위한 다른 시스템이 존재한다. GYROTRON(자이로트론)이라는 상표로 상용되는 이같은 원리를 기초로한 속도 센서가 스페리 자이로스코프 회사에 의해 개발되었다. 밸런스된 공진 센서 또는 소리굽쇠 타입의 모든 자이로스코프들이 상기 설명한 타입보다 기계적으로 크게 단순함을 제공하기 때문에 소리굽쇠가 중앙축을 중심으로 회전되는때 회전 속도와 관성 회전 모멘트의 곱과 같은 각 모멘트를 갖는 원리로 동작한다. 소리굽쇠 살의 움직임은 관성 운동을 주기적으로 변경시킨다. 결과적으로, 회전 속도는 각 모멘트를 보전하기 위해 주기적으로 상보적으로 변경되어야 한다. 따라서, 소리굽쇠 타입 센서의 물리적인 동작은 손을 안으로 당기므로써 더욱더 빨리 회전하고 손을 뻗으므로써 느리게 회전하는 스파이닝(회전하는) 아이스 스케이터의 동작과 유사하다. 결과적으로, 소리굽쇠 센서에서, 살(tines)들의 바깥을 향하고 안쪽을 향하는 방사상의 진동은 회전 진동으로 변환되며 그 진폭은 입력속도에 비례한다. 폐쇄된 루우프 진동 회전 속도 센서는 압전기 진동 속도 센서라는 명칭의 Samuel N. Fersht 등의 미국 특허 제 5,056,366 호에서 공개된다.

자이로스코프 정확성을 필요로 하지 않는 각속도 센서에 대한 많은 유용한 응용이 존재한다. 이같은 응용은 플라이트 제어 시스템, 자동차 스키드 제어시스템, 비디오 카메라 안정화 및 가상 현실 시스템에서 이용된다.

동작이 코리올리 작용 측정을 기초로 한 복잡성이 덜한 한 타입의 각속도 감지장치가 고체 상태 각속도 감지장치라는 명칭으로 Stephen W. Tehon 의 미국 특허 제 3,520,195 호에서 공개되며, Electronics, p130-134 (1968년 6월 10일)에서 진동하는 각속도 센서가 자이로스코프를 위협할 수 있다라는 문헌에서 윌리암 디. 게이트에 의해 논의된다. 이같은 장치는 금속 프레임으로부터 노드 지지부에서 지지되는 정사각 금속 봉을 포함한다. 상기 금속 봉은 한 표면에 고정된 압전 구동 전극에 의해 기본 주파수로 구동되며 출력 신호의 픽오프(pickoff)로서 사용되는 압전 변환기는 직교 표면에 고정된다. 디자인등이 단순한 한편, 이같은 장치는 일괄 처리에는 적합하지 않다. 특히 구동 및 픽오프 전극은 유기적 접착제에 의해 진동하는 봉의 금속 표면에 접착된다. 이같은 접착제는 에너지를 흡수하며, 진동 봉 Q의 감소를 발생시킨다. 결과적으로, 더욱더 많은 에너지가 진동 구동력을 억제하는 댐핑 작용력을 극복하는 목적으로 봉내로 입력되어야 한다.

VYRO 의 진동은 디자인 뉴스 p113, 114 (9/20/93)에서 콤팩트 자이로스코프를 위한 압전 세라믹 요소라는 명칭으로 Brian Dance라는 문헌에서 공개된다. 상기 설명된 장치는 감지요소가 ELINVAR, 니켈-크롬 강철 합금으로 형성된 영국 Murata Ltd.의 각속도 센서를 포함한다. 상기의 봉은 원형이거나 등변 삼각형 단면을 갖는다. 다수의 압전 요소들은 감지 요소에 고정된다. 다시 한 번, 상기의 장치는 일괄 처리에는 적합하지 않으며, 압전 변환기 요소를 진동 센서에 결합시키기 위한 유기재의 존재로 인해 성능 저하가 있게 된다.

본 발명에 의해 종래의 단점을 해결하는 각속도 감지기가 제공된다. 이같은 센서는 길다란 비임을 포함한다. 한 프레임이 상기 비임을 수용하기 위한 내측의 한 구멍을 갖는다. 상기 비임을 구멍내에 지지하기 위한 수단이 제공된다. 비임에 고정된 수단은 비임을 유연하게 구동시키고 비임에 가해진 코리올리 존재와 작용력 크기의 진폭을 탐지하기 위해 제공된다. 비임, 이를 지지시키기 위한 수단 그리고 프레임은 실리콘을 포함하는 한 일체의 구조이다.

두 번째 특징에서, 본 발명은 단결정으로된 각속도 센서로 구성된다. 이같은 센서는 평면 실리콘 기질내에 형성된 다수의 센서 요소를 포함한다. 이같은 센서 요소는 한 기다란 비임을 포함한다. 센서 요소들의 긴 비임 주축은 서로 평행하도록 정렬된다.

세 번째 특징에서, 본 발명은 두 직교축 둘레에서 회전축을 감지하기 위한 단일 결정의 각속도 센서를 제공한다. 상기의 센서는 실리콘 기질내에 형성된 첫 번째 감지요소와 두 번째 감지요소를 포함한다. 이같은 감지요소 각각은 한 긴 비임을 포함한다. 상기 센서 요소들의 긴 비임 주축은 서로 직교하도록 정렬된다.

네 번째 특징에서, 본 발명은 두 직교축을 중심으로 하는 회전을 감지하기 위한 단일결정 각속도 센서를 제공한다. 센서요소들의 첫 번째 배열은 서로 평행하게 정렬된 첫 번째 다수의 긴 비임들을 포함한다. 두 번째 배열은 서로 평행하게 정렬된 두 번째로 다수의 긴 비임을 포함한다. 첫 번째 배열 비임의 축들은 두 번째 배열 비임들과 직교하여 정렬된다. 각 배열은 실리콘 기질과 일체를 이룬다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 진동 각속도 센서의 각속도 사시도를 도시한 도면.

도 2(a) 및 2(b) 는 2(a)-2(a)선 단면도이고, 도 1 의 비임에 대한 평면도.

도 3(a) 및 3(b) 는 구동신호 입력으로 그리고 회전-유도 코리올리 작용력으로의 기다란 비임의 진동 응답을 설명하기 위해 도 1 의 센서에 대한 측면도와 평면도를 도시한 도면.

도 4 는 직교축을 중심으로 한 각속도를 감지하기 위해 본 발명에 따른 단일결정의 각속도 센서 평면도를 도시한 도면.

도 5 는 직교축을 중심으로 하는 회전을 감지하기 위한 진동 비임 센서들의 직교 배열을 포함하는 단일결정 각속도 감지기 평면도를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 각속도 센서 12 : 비임

14 : 구멍 16 : 프레임

18, 18', 20, 20' : 횡단부재(귀부) 22, 22' : 중앙 전극

24, 24', 26, 26' : 가장자리 전극 28 : 입력축

30, 30', 32, 32' : 금속층 36, 36', 38, 38', 40, 40' : 세그먼트

42, 44 : 직교축 46 : 실리콘 기질

48, 50 : 비임 56 : 윤곽선 영역

58, 60 : 축 62 : 기부

64, 66 : 구멍

본 발명은 마이크로 전자-기계 시스템(MEMS) 타입의 실리콘을 기초로 한 장치를 포함한다. 이같은 장치는 내장 전자-장치와 일체인 것이 바람직하다. 하기에서 설명되는 바와 같은 다양한 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 공지의 벌크 및 표면 마이크로머시닝(미세 기계 가공) 처리 기술에 의해 형성될 수 있다.

도 1 에서, 본 발명에 따른 각속도 센서(10)는 실리콘 웨이퍼로부터 미세 기계가공된 단일 결정 구조로 되어있다. 이같은 웨이퍼들은 통상 약 6-8인치 또는 그이상의 직경을 갖는 디스크와 같은 표면을 갖도록 된다. 공지된 미세기계가공 기술을 사용하므로써 본 발명에 따른 100개 이상의 각속도 센서가 단일의 그같은 웨이퍼로부터 형성될 수 있다. 이는 실리콘 제조 기술에 의해 제공된 생산 효율을 이용하지 않는 종래 기술에 따른 각속도 센서의 크기와 산출률 그리고 이를 위한 제조공정과 크게 대비된다.

센서(10)는 프레임(16)의 내부 구멍(14)내에 메달려있는 긴 비임(12)을 포함한다. 구멍(14)의 측면에 고정되며 쌍으로 정렬되어있는 횡단부재(18, 18', 20, 20') 그리고 바아는 비임(12)을 지지하여 준다. 기다란 전극들은 비임(12)의 상측과 하측 표면에 고정된다. 전극의 동일한 배열은 기다란 비임(12)의 상부와 저부 표면에 고정되며, 각각이 중앙의 전극(22, 22') 그리고 이로부터 떨어져 있으며 대칭으로 배열된 가장자리 전극(24, 24' 및 26, 26')을 포함한다. 중앙 전극(22, 22')은 아래에 놓인 압전 요소(하기에서 설명됨)와 협력하여 자연 주파수로 기다란 비임(12)을 진동시키도록 작용하는 전기 신호를 수신하기 위해 제공되며 가장자리 전극(24, 24' 및 26, 26')은 횡단 평면내 코리올리-작용력 유도 구부림 또는 진동으로부터 기인된 아래에 오는 압전요소내에서 발생된 전하를 수신하기 위한 픽오프로 사용된다. 이같은 코리올리 작용력은 센서(10)의 입력축(28)을 중심으로 각 Q의 존재에 비례한다. 설명된 바와 같이 각속도 센서(10)의 입력 축은 비임(12)의 세로에 정렬된다. 상기 설명된 동작에 영향을 미치기 위한 전기 전도체 및 회로의 배치는 상기 설명 및 다음의 설명으로부터 당해분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 것이다.

도 2(a) 및 2(b) 는 각각 2(a)-2(a) 선 단면도와 도 1 의 비임(12) 평면도이다. 도 2(a)에서, 쌍을 이루는 전극 세트(24, 24', 22, 22' 및 26, 26')는 비임(12)을 샌드위치시킨다. 전극은 아래에 놓인 세그먼트(36, 36', 38, 38' 및 40, 40')를 포함하는 능동적인 압전 전기세라믹 재의 패턴이 정해진 얇은 필름층 상부에서 용착된 금속층(30, 30', 32, 32')을 포함한다. 전기 세라믹재의 세그먼트는 솔-겔 용착과 평면 메그네트론 스퍼터링을 포함하는 다수의 처리에 의해 실리콘 비임(12)상에 용착된다. 본 발명에 따른 장치를 형성시키기 위해 실리콘웨이퍼의 벌크 및 표면 미세 기계가공에 적절한 재료뿐 아니라 전기세라믹 압전재의 얇은 필름층을 용착시키기 위해 사용된 다양한 처리가 전기세라믹 박판의 과학과 기술(Science and Technology of Electroceramic Thin Films) 413페이지에서 426페이지까지에서 D.L. Polla의 집적된 강유전성 마이크로 전기기계 시스템, 제 7 회 고체 상태 센서 및 액추에이터에 대한 국제 회의 154페이지에서 157페이지까지에서 D.L. Polla의 PIT 박판을 이용한 집적된 압전 마이크로엑추에이터, 그리고 제 8 회 고체-상태 센서와 엑추에이터, 그리고 유도센서 IX에 대한 국제 회의(1995년 6월 25-29일) 397페이지에서 400페이지까지에서 P. Muralt, A. Kholkin, M. Kholi, T. Maeder, K.G. Brooks, R. Luthier 및 N. Setter의 마이크로모터용 PIT 박판의 생산 및 특징에서 설명된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 전극(24-26')은 기다란 비임(12) 상부와 저부 표면에서 만들어진다. 이들의 위치는 다수의 각속도 센서들을 형성시키기 위한 일괄 처리 방법의 사용을 용이하게 한다. 가령 이온 에칭과 사진석판을 포함하는 다양한 실리콘 반도체 처리기술은 크게 후속 처리단계를 위한 수평 평면표면의 패턴닝에 의존한다. 또한, 실리콘 베이스 장치의 벌크 미세가공 처리(가령, 유도 결합 플라즈마 반응 이온 에칭)는 정사각-오프 형상을 하는 구조를 특징으로 하는 본 발명과 같은 장치의 형성을 더욱더 허용한다.

도 2(b) 에서는, 기다란 비임(12)의 평면도에 대한 것으로서, 프레임(16)내에서 기다란 바아(12)를 메달도록 하는 횡단부재 또는 귀부(18, 18', 20 및 20')는 비임(12)의 대향하는 단부로부터 거리 d만큼 떨어져 정렬된다. 본 발명에 따라, 거리 d는 귀부의 횡단 쌍들이 노드 포인트에서 기다란 비임(12)을 메달게 하도록 하는 거리이다. 즉, 공지의 기하학 구조와 재료 조성비를 갖는 비임(12)의 경우, 정렬된 귀부의 쌍들이 비임 진동이 제로이거나 노드 포인트인 곳에서 비임을 지지한다. 지지 포인트를 그와 같이 위치시키므로써 최대의 Q 값이 얻어진다. 또한, 유기적 접착제에 의해서 보다는 일체로 형성된 (20')를 통해서 비임(12)이 횡단 실리콘 귀부(18)에 의해 지지되는 실리콘(Q가 큰 재료) 단일결정 장치를 제공하므로써 진동 손실과 결과로 발생된 Q 값의 감쇄가 피하여진다.

앞서 언급한 바와 같이, 비임이 장착된 전극과 관련된 전기적 연결은 하기에서 설명된 동작에 영향을 미치기 위해 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 이해되는 바이므로 그 설명을 생략한다. 관련된 회로의 장치와 배열(구동과 감지 모두)에 대한 특정 배선은 기다란 비임의 상측과 하측 표면에서 (40')를 통해 대향된 PIT 세그먼트(36)의 폴링을 포함하는 다양한 요소들에 따라 변경될 수 있다.

도 3(a) 및 도 3(b) 는 본 발명에 따라 센서에 의해 경험된 코리올리 작용력 유도 비임 진동과 가해진 구동 신호에 대한 기다란 비임(12)의 진동응답을 설명하기 위한 도 1 의 센서에 대한 측면도와 평면도이다. 도 3(a)에서 알 수 있는 바와 같이, 비임(12)은 반복해서 교대하거나 진동하는 전기세라믹 PIT 재료(38, 38') 세그먼트의 동시 수축 및 팽창에 영향을 미치는 전극(22, 22')으로 적용되는 신호에 의해 자연 주파수로 진동하도록 구동된다. 세그먼트(38, 38')가 동일한 수직 방향으로 막대기로 받쳐지는 경우에, 비임(12)의 상측과 하측에서 중복되는 전극 금속화에 대한 동일한 파형의 응용은 수직 평면내에서 비임(12)의 구부림을 발생시키기 위해 접촉하는 PIT 세그먼트를 교대로 압축시키고 팽창시키는 바람직한 협력을 발생시킬 것이다. 상기에서 지적한 바와 같이, 비임(12)의 노드 포인트에 위치하는 횡단 귀부(18)(20)는 상기 구부림에 의해 단지 최소로 스트레스된다.

도 3(b) 와 관련하여서, 센서(10)의 상측 평면이 도시되며, 코리올리 작용력으로 인한 비임(12)의 각속도-유도 빗나감이 비임(12)이 구동되는 평면을 가로지른다. 수평면내 비임(12)의 자연 주파수로 구부림은 긴장중인 전극(24)과 압축중인 전극(26)을 동시에 스트레스시킨다. 상기 전기세라믹 섹션위에 오게 되는 금속화부분(30, 34)은 전기세라믹 세그먼트(36, 40)의 내부의 쌍극자 모멘트 변경을 측정하기 위해 측정 회로(도시되지 않음)를 통해 전기적으로 연결된다. 한 유사한 배치장치가 비임(12)의 하측에 위치한 픽오프 전극(24')(26')의 전기세라믹 세그먼트의 스트레스-유도 구부림을 측정한다. 이에 의해 기다란 비임에 가해진 각속도 유도 코리올리 작용력의 측정이 이루어진다.

도 4 는 직교축(42)(44) 둘레에서 각 회전을 감지하기 위한 단일결정 각속도 센서의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 두 축의 각속도 센서는 실리콘 기질(46)상에 형성된다. 직교하도록 방향이 결정된 기다란 비임(48, 50)은 구멍(52, 54) 각각내에서 메달려 있게 된다. 기다란 비임(48, 50) 각각은 상기에서 설명된 단일-비임 예를 가만하여 설명된 전극의 배치를 포함한다. 가상의 윤곽선으로 표시된 영역(56)은 구동 및 픽오프 장치 모두의 칩내장 집적을 위해 실리콘 기질내에 제공될 수 있다.

도 5 는 직교축(58)(60) 둘레에서 회전을 감지하기 위한 진동하는 비임 센서의 직교 배열로 구성된 단일 결정 각속도 센서의 평면도이다. 다시 한 번, 이같은 장치는 실리콘 기질(62)과 일체인 단일결정 디자인을 갖는다. 횡단 귀부에 의해 노드 포인트에서 각각 지지되며 상기에서 논의된 기다란 비임(12)으로서 동작하는 기다란 비임은 고유 진동수로 구동되며 코리올리 작용력 유도 횡단 구부림에 의해 빗나가게 되어 입력축을 중심으로 각속도를 나타내는 신호를 제공하도록 하며, 기부(62)의 첫 번째 구멍(64)내에서 형성된다. 상기 구멍(64)내의 비임의 배열은 축(58)을 중심으로 하는 각회전을 감지하기 위해 배열되고, 기부(62)의 두 번째 구멍(66)내에 형성된 두 번째 배열은 축(60)을 중심으로 각속도를 감지하도록 정렬된다.

기존의 실리콘 제조 기술에 의해 용이하게 형성된 비임의 배열을 제공하므로써, 축(58)(60)을 중심으로 각속도를 나타내는 다수의 신호들을 동시에 발생시키고 얻을 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 명백한 신호 처리 기술을 사용하므로써 정확도와 신뢰도가 증가된 각속도 측정을 밝히기 위해 축마다 그와 같은 다수의 출력들을 사용할 수 있다.

따라서 본 발명은 일괄 제조에 적합한 MEM 기술을 바탕으로 하여 각속도 센서를 제공하는 것이다. 이들 장치들은 기존 장치에 비해 생산비가 훨씬 낮기 때문에 과거에는 경제적으로 이치에 맞지 않는 응용에 이들 장치를 사용할 수 있게 되었다. 기존의 실리콘 장치 제조 기술을 사용하므로써, 종래 기술의 진동 비임-타입 각회전 센서보다 민감도가 훨씬 높으며 크기와 생산비가 작으며 높은 Q를 갖는 각속도 센서를 발생시킬 수 있다. 또한, 실리콘-베이스 마이크로전기기계 시스템으로써, 본 발명 장치는 칩내장 전자장치와 일체이도록 하는 것이 적합하며 칩상에서 내장된 시스템을 가능하게 한다.

Claims (23)

1. a) 기다란 비임, b) 상기 비임을 수용하기 위한 내부 구멍을 갖는 프레임, c) 상기 구멍내에 상기 비임을 메달기 위한 수단, d) 상기 비임을 융통성있게 구동시키기 위해 상기 비임에 고정된 수단, e) 상기 비임에 가해진 코리올리 작용력의 존재 및 그 크기를 탐지하기 위해 상기 비임에 고정된 수단을 포함하며, f) 상기 비임, 비임을 메달기 위한 수단 그리고 상기 프레임이 실리콘으로 구성된 일체의 구조임을 특징으로 하는 각속도 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비임을 메달기 위한 수단이 a) 두쌍의 일렬로 정렬된 횡단부재를 더욱더 포함하며, b) 상기 일렬로 정렬된 횡단 부재 각각이 대향된 단부에서 상기 프레임의 내측 가장자리와 상기 비임의 주요 가장자리에 고정되고, 그리고 c) 상기 횡단 부재 각각이 상기 비임의 노드 포인트에 고정됨을 특징으로 하는 각속도 센서.
3. 제 1 항에 있어서, a) 융통성있게 구동시키기 위한 상기 수단이 한층의 전기 세라믹층을 더욱더 포함하며, b) 상기 탐지를 위한 수단이 두 번째 층의 전기세라믹 재를 포함하고, c) 상기 프레임과 상기 비임의 상측과 하측 표면이 평행하며, 그리고 d) 상기 전기세라믹 재의 층이 상기 비임의 상측과 하측 표면에 고정됨을 특징으로 하는 각속도 센서.
4. 제 3 항에 있어서, a) 상기 비임의 상측과 하측 표면에 위치하는 구동 전극과 한쌍의 픽오프 전극을 더욱더 포함하며, b) 상기 전극 각각이 상기 전기세라믹재 층에 의해 상기 비임의 표면으로부터 분리되고, c) 상기 전극 각각과 그 아래에 놓이는 전기 세라믹재 층이 동일한 형상을 하도록 됨을 특징으로 하는 각속도 센서.
5. 제 4 항에 있어서, a) 상기 구동 전극 각각이 상기 비임의 주요 축을 따라 정렬되고, 그리고 b) 한쌍의 상기 픽오프 전극이 상기 구동 전극 각각에 대하여 일렬로 대칭하여 정렬됨을 특징으로 하는 각속도 센서.
6. a) 평면 실리콘 기부내에 형성된 다수의 센서 요소를 포함하며, b) 상기 센서요소 각각이 기다란 비임을 포함하고, 그리고 c) 상기 센서 요소들의 주요축들이 서로 평행하게 정렬됨을 특징으로 하는 단일결정의 각속도 센서.
7. 제 6 항에 있어서, a) 상기 센서 요소를 수용하기 위해 내부 구멍을 갖는 프레임, b) 상기 비임을 상기 구멍내에 메달리도록 하여 이에 의해 상기 비임의 몇몇이 상기 구멍의 내측 가장자리에 인접해 있게 되며 나머지들은 다른 비임에만 인접해 있게 하도록 하는 수단, c) 상기 구멍에 상기 비임이 메달리도록 하기 위해 상기 비임 각각에 고정된 수단, d) 상기 비임을 융통성있게 구동시키기 위해 상기 비임 각각에 고정된 수단, e) 코리올리 작용력을 탐지하기 위해 상기 비임 각각에 고정된 수단을 포함하며, 그리고 f) 상기 비임, 상기 프레임 그리고 비임을 메달리도록 하기 위한 수단이 일체의 구조로 구성되는 단일결정의 각속도 센서.
8. 제 7 항에 있어서, 메달기 위한 상기 수단 각각이 a) 두쌍의 정렬된 횡단부재를 포함하며, b) 상기 정렬된 횡단부재 각각의 한 단부가 한 노드 포인트에서 비임의 주요측에 고정되고, 그리고 c) 상기 구멍의 내측 가장자리에 인접한 비임의 횡단부재 대향 단부가 고정되어 있음을 특징으로 하는 단일결정의 각속도 센서.
9. 제 7 항에 있어서, a) 융통성있게 구동하기 위한 상기 수단이 한 층의 전기 세라믹재를 포함하고, b) 탐지를 위한 상기 수단이 한 층의 전기 세라믹재를 포함하며, c) 상기 프레임과 상기 비임의 상측 및 하측 표면이 평행하고, 그리고 d) 상기 전기세라믹재 층들이 상기 비임의 상측과 하측 표면에 고정됨을 특징으로 하는 단일 결정의 각속도 센서.
10. 제 9 항에 있어서, a) 구동시키기 위한 상기 수단이 한 구동 전극을 추가로 포함하고 탐지하기 위한 상기 수단이 상기 비임의 상측과 하측 표면에 위치하는 한쌍의 픽오프 전극을 추가로 포함하며, b) 상기 전극이 전기세라믹재의 상기 층에 의해 상기 비임 표면으로부터 분리되고, 그리고 c) 상기 전극과 아래에 놓인 전기세라믹재 층 각각이 동일한 크기를 가짐을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
11. 제 10 항에 있어서, a) 상기 구동 전극 각각이 상기 비임 주요축을 따라 정렬되며, 그리고 b) 상기 픽오프 전극 층이 상기 구동 전극 각각에 대하여 대칭으로 정렬됨을 특징으로 하는 단일 결정 각속도 센서.
12. a) 첫 번째 센서 요소, b) 두 번째 센서 요소, c) 실리콘 기부내에 형성된 상기 첫 번째와 두 번째 센서 요소, d) 기다란 비임을 포함하는 상기 센서 요소 각각, 그리고 e) 서로 직교하여 정렬되는 상기 센서 요소들의 주요축을 조합적으로 포함하는 두 직교축을 중심으로 회전하는 회전속도를 감지하기 위한 단일결정 각속도 센서.
13. 제 12 항에 있어서, a) 상기 실리콘 기부내에 형성된 프레임, b) 상기 기다란 비임 각각을 독립적으로 수용하기 위해 상기 프레임내에 형성된 구멍, c) 상기 비임 각각을 한 관련 구멍내에 메달기 위한 수단, d) 상기 비임을 융통성있게 구동시키기 위해 상기 비임 각각에 고정된 수단, 그리고 e) 코리올리 작용력의 존재와 크기를 탐지하기 위해 상기 비임 각각에 고정된 수단을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
14. 제 13 항에 있어서, a) 두쌍의 정렬된 횡단부재를 더욱더 포함하며, b) 상기 정렬된 횡단부재 각각이 상기 대향된 단부에서 상기 프레임의 내측 가장자리와 상기 비임의 주요 측면에 고정되고, 그리고 c) 상기 횡단 부재 각각이 상기 비임의 노드 포인트에 고정됨을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
15. 제 13 항에 있어서, a) 융통성있게 구동하기 위한 상기 수단이 한층의 전기세라믹재 층을 포함하며, b) 탐지하기 위한 수단이 전기세라믹재 층을 포함하고, c) 상기 프레임과 상기 비임의 상측 및 하측 표면이 평행하고, 그리고 d) 상기 전기세라믹재 층들이 상기 비임의 상측과 하측 표면에 고정됨을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
16. 제 15 항에 있어서, a) 구동을 위한 상기 수단이 한 구동 전극을 포함하고 탐지를 위한 수단이 상기 비임의 상측과 하측 표면에 위치하는 픽오프 전극쌍을 더욱더 포함하며, b) 상기 전극 각각이 전기세라믹재 층에 의해 상기 비임의 표면으로부터 분리되고, 그리고 c) 상기 전극과 그 아래에 놓인 전기 세라믹재 층 각각이 동일한 크기를 가짐을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
17. 제 16 항에 있어서, a) 상기 구동 전극 각각이 상기 비임의 주축을 따라 정렬되며, 그리고 b) 한쌍의 상기 픽오프 전극이 상기 구동 전극에 대하여 대칭으로 정렬됨을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
18. a) 첫 번째 배열의 센서요소를 포함하고, b) 상기 첫 번째 배열이 서로 평행하게 정렬된 첫 번째 다수의 기다란 비임을 포함하며, c) 센서 요소들의 두 번째 배열이 서로 평행하게 정렬된 두 번째 다수의 기다란 비임을 포함하고, d) 첫 번째 배열 비임의 축이 두 번째 배열 비임의 축과 직교하여 정렬되며, e) 상기 배열 각각이 실리콘 기부와 일체임을 특징으로 하는 두 직교축을 중심으로 하는 회전을 감지하기 위한 단일결정 각속도 센서.
19. 제 18 항에 있어서, a) 상기 센서 요소들을 수용하기 위해 두 개의 내부 구멍을 갖는 프레임, b) 상기 구멍들중 한 구멍내에 상기 첫 번째 배열의 비임을 그리고 상기 구멍들중 다른 한 구멍내에 상기 두 번째 배열의 비임을 메달아서 이에 의해 상기 비임중 몇 개가 한 구멍의 내측 가장자리에 인접해있고 상기 비임중 나머지는 다른 비임에만 인접해있도록 하기 위한 상기 비임 각각에 고정된 수단, c) 상기 비임을 융통성있게 구동시키기 위한 상기 비임 각각에 고정된 수단, d) 코리올리 작용력을 탐지하기 위해 상기 비임 각각에 고정된 수단, 그리고 e) 메달리도록 하기 위한 상기 비임, 상기 프레임 그리고 상기 수단을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
20. 제 19 항에 있어서, 메달리도록 하기 위한 상기 수단 각각이 a) 두쌍의 정렬된 횡단부재, b) 상기 정렬된 횡단부재 각각의 한 단부가 한 노드 포인트에서 한 비임의 주측면에 고정되고, c) 한 구멍 내측 가장자리에 인접하여 위치한 비임 횡단 부재의 대향 단부들이 이에 고정됨을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
21. 제 19 항에 있어서, a) 융통성있게 구동하기 위한 수단이 한 층의 전기 세라믹재를 포함하며, b) 탐지를 위한 상기 수단이 한 층의 전기세라믹 재를 포함하고, c) 상기 프레임과 상기 비임의 상측과 하측 표면이 평행하며, 그리고 d) 전기세라믹재의 층들이 상기 비임의 상측과 하측 표면에 고정됨을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
22. 제 21 항에 있어서, a) 구동을 위한 상기 수단이 한 구동 전극을 추가로 포함하며, 탐지를 위한 상기 수단이 상기 비임의 상측과 하측 표면에 위치한 한쌍의 픽오프 전극을 추가로 포함하고, b) 상기 전극들이 상기 전기세라믹재 층에 의해 상기 비임의 표면으로부터 분리되며, 그리고 c) 상기 전극 각각과 아래에 놓인 전기세라믹재 층이 크기가 같음을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.
23. 제 22 항에 있어서, a) 상기 구동 전극 각각이 상기 비임의 주축을 따라 정렬되며, 그리고 b) 상기 픽오프 전극 쌍이 상기 구동 전극 각각에 대하여 대칭으로 정렬하여 위치함을 특징으로 하는 단일결정 각속도 센서.