KR100858234B1

KR100858234B1 - 모션 센서 및 이를 이용하는 휴대 전화기

Info

Publication number: KR100858234B1
Application number: KR1020060072138A
Authority: KR
Inventors: 요시노부 혼쿠라; 미치하루 야마모토; 마사키 모리; 에이지 카코; 토시로 마츠무라; 준 야마자키; 히로히사 쿠수다; 야수히로 니시데; 다이수케 츠지노
Original assignee: 아이치 세이코우 가부시키가이샤; 보다폰 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-09-12
Also published as: US20070068252A1; DE602006021514D1; CN100496065C; JP2007093448A; ATE507460T1; EP1770361A2; EP1770361B9; US7886600B2; EP1770361B1; EP1770361A3; CN1941802A; KR20070036655A

Abstract

본 발명은 3차원적인 모든 방향의 방위, 자세, 및 가속도를 용이하고 또한 정확하게 검출할 수 있는 모션 센서 및 이를 이용한 휴대 전화기를 제공하고자 하는 것이다. 상기 모션 센서는 서로 직교하는 3축 방향의 자계 강도를 검출하는 3 개의 자기 센싱부들(2)와, 3축 방향의 가속도를 검출하는 3 개의 가속도 센싱부들(3)을 갖는다. 가속도 센싱부(3)는, 가속도에 따라서 변위하도록 구성된 자석체(31)와, 자석체(31)의 변위를 검출하는 자석 변위 검출 헤드(32)로 이루어진다. 3 개의 자기 센싱부들(2)과 3 개의 자석 변위 검출 헤드들(32)은 동작 원리가 공통하는 동일한 종류의 자기 검출 소자(4)로 이루어진다. 이들 총 6 개의 자기 검출 소자(4)를 제어하는 1개의 전자 회로(12)와, 3 개의 자기 센싱부(2)와, 3 개의 가속도 센싱부(32)를, 하나의 패키지에 모듈화한다.

자기 검출 소자, 모션 센서, 자기 변위 검출 헤드, 자계 강도, 가속도

Description

모션 센서 및 이를 이용하는 휴대 전화기{Motion sensor and portable telephone using the same}

도 1은 실시예 1에 있어서의, 모션 센서의 개략을 도시하는 사시도.

도 2는 실시예 1에 있어서의, 모션 센서의 평면도.

도 3은 도 2의 A-A선 화살표로 본 단면도.

도 4는 실시예 1에 있어서의, 가속도 감지부품을 도시하는 사시도.

도 5는 실시예 1에 있어서의, 지지부재를 도시하는 사시도.

도 6은 실시예 1에 있어서의, 자기 검출 소자를 도시하는 정면도.

도 7은 도 6의 B-B선 화살표로 본 단면도.

도 8은 실시예 1에 있어서의, 자기 검출 소자를 설명하는 부분 사시도.

도 9는 실시예 1에 있어서의, 검출 코일을 설명하는 사시도.

도 10은 실시예 1에 있어서의, 6 개의 자기 검출 소자가 공용하는 전자 회로를 도시하는 회로도.

도 11은 실시예 1에 있어서의, 감자체에 통전하는 펄스 전류와, 검출 코일에 발생하는 유기전압의 관계를 도시하는 그래프.

도 12는 실시예 1에 있어서의, 1개의 전자 회로를 사용하여 6 개의 자기 검출 소자를 제어하는 회로 구성을 도시하는 블록도.

도 13은 실시예 2에 있어서의, 차동형의 마그넷·임피던스·센서 소자의 평면도.

도 14는 실시예 2에 있어서의, 마그넷·임피던스·센서 소자의 부분 사시도.

도 15는 실시예 2에 있어서의, 가속도 센싱부의 설명도.

도 16은 실시예 2에 있어서의, 마그넷·임피던스·센서 소자의 주변 자계와 출력 전압의 관계를 도시하는 선도.

도 17은 실시예 2에 있어서의, 감자체에 통전하는 펄스 전류와, 전자 코일에 발생하는 유기전압의 관계를 도시하는 그래프.

도 18은 실시예 4에 있어서의, 휴대 전화기를 도시하는 일부 절단도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 모션 센서 12: 전자 회로

2: 자기 센싱부 3: 가속도 센싱부

31: 자석체 32: 자석 변위 검출 헤드

4: 자기 검출 소자

기술 분야

본 발명은, 방위 및 가속도를 검출하는 모션 센서 및 이를 이용한 휴대 전화 기에 관한 것이다.

종래 기술

종래부터, 방향 검출 및 자세 검출을 가능하게 한 자세 검출 센서로서, 예를 들면, 3축의 자기 센서부와 2축 이상의 가속도 센서부를 조합한 것이 있다. 이러한 자세 검출 센서는, 예를 들면, 홀 소자를 이용한 자기 센서부와, 작용하는 중력에 따라서 변위하는 중량부의 변위를 계측하기 위한 응력 검출 소자를 포함하는 가속도 센서부를 조합하여 구성되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).

그렇지만, 상기 종래의 자세 검출 센서에서는, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 상기 자세 검출 센서에서는, 계측 원리가 전혀 다른 상기 자기 센서부 및 상기 가속도 센서부를 효율 좋게 배치하는 것이 어렵고, 센서 전체의 체격을 충분하게 소형화할 수 없을 우려가 있다. 또한, 상기 자기 센서부 및 상기 가속도 센서부는, 계측 신호를 처리하기 위한 전기 회로로서, 전혀 별개 설계의 전기 회로를 필요로 한다. 그 때문에, 적어도 2종류의 전기 회로가 필요하게 되는 상기 자세 검출 센서는, 충분하게 소형화할 수 없을 우려가 있다.

또한, 가속도 센서가 2축 방향에 밖에 대응하고 있지 않으면, 모든 방향의 가속도를 정확하게 검출하는 것이 곤란해질 우려가 있다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2003-172633호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 3차원적인 모든 방향의 방위, 자세, 및 가속도를, 용이하고 또한 정확하게 검출할 수 있는 모션 센서를 제공하고자 하는 것이다.

제 1 발명은, 서로 직교하는 3축 방향의 자계 강도를 검출하는 3 개의 자기 센싱부와, 상기 3축 방향의 가속도를 검출하는 3 개의 가속도 센싱부를 갖고,

상기 가속도 센싱부는, 가속도에 따라서 변위하도록 구성된 자석체와, 상기 자석체의 변위를 검출하는 자석 변위 검출 헤드로 이루어지고,

상기 3 개의 자기 센싱부와 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드는 동작 원리가 공통하는 동일한 종류의 자기 검출 소자로 이루어지고,

이들 총 6 개의 자기 검출 소자를 제어하는 1개의 전자 회로와, 상기 3 개의 자기 센싱부와, 상기 3 개의 가속도 센싱부를, 하나의 패키지에 모듈화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모션 센서이다(청구항 1).

다음에, 본 발명의 작용 효과에 관하여 설명한다.

상기 모션 센서는, 상기 3 개의 자기 센싱부 및 상기 3 개의 가속도 센싱부를 갖기 때문에, 상기 모션 센서를 설치한 물체의 방위, 자세, 및 가속도의 방향 및 크기를 3차원적으로 검출할 수 있다.

즉, 상기 자기 센싱부에 의해서 지자기를 검출하고, 가속도 센싱부에 의해서 중력 가속도를 검출함으로써, 상기 물체가 향하고 있는 방위 및 자세를 검출할 수 있다. 그리고, 자기 센싱부 및 가속도 센싱부가 각각 3기씩 3축 방향에 배치되어 있기 때문에, 3차원적으로 방위 및 자세를 검출할 수 있다. 또한, 여기에서 자세란, 예를 들면, 상기 물체의 피치, 요(yaw), 롤의 절대각, 상대각을 말한다.

또한, 상기 3 개의 가속도 센싱부에 의해서, 3차원적인 모든 방향의 가속도의 방향 및 크기를 검출할 수 있다.

또한, 상기 3 개의 자기 센싱부와 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드는 동작 원리가 공통하는 동일한 종류의 자기 검출 소자로 이루어진다. 그 때문에, 이들의 자기 검출 소자를 제어하는 전자 회로는 동일 원리로 구동시킬 수 있고, 1개로 충분하다. 그 결과, 모션 센서의 간소화, 소형화를 용이하게 할 수 있다.

그리고, 상기 모션 센서는, 1개의 전자 회로와 3 개의 자기 센싱부와 3 개의 가속도 센싱부를, 하나의 패키지에 모듈화하여 이루어지기 때문에, 모션 센서의 간소화, 소형화를 한층 더 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 모션 센서는, 서로 직교하는 3축 방향의 자계 강도를 검출하는 3 개의 자기 센싱부와, 상기 3축 방향의 가속도를 검출하는 3 개의 가속도 센싱부를 갖기 때문에, 가속도 센싱부로의 주변 자계의 영향을, 용이하게 보상할 수 있다. 즉, 자석체에 기인하는 자기 이외의 지자기 등의 주변 자계가, 가속도 센싱부의 자석 변위 검출 헤드에 작용하거나, 상기 주변 자계의 자력 작용에 의해서 자석체가 변위하는 경우가 있다. 이러한, 자석 변위 검출 헤드에 작용하는 주변 자계나, 주변 자계의 자력 작용에 의한 자석체의 변위에 기초하는, 가속도 센싱부에 의한 가속도의 검출치의 오차를, 상기 3 개의 자기 센싱부의 출력치를 사용하여 보상할 수 있다.

그리고, 자기 센싱부는, 상기 3 개의 가속도 센싱부에 대응하는 방향에 3기 배치되고, 또한, 가속도 센싱부의 자석 변위 검출 헤드와 동작 원리가 공통하는 동 일한 종류의 자기 검출 소자로 이루어진다. 그 때문에, 상기 가속도의 검출치의 보상을 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 자기 센싱부는, 가속도 센싱부와 함께 하나의 패키지에 모듈화하고 있고, 근방에 배치되어 있기 때문에, 정밀도가 높은 보상을 할 수 있다.

또한, 상기 3 개의 가속도 센싱부에 의해 얻어진 자세정보를 기초로, 상기 3 개의 자기 센싱부에 의해 얻어지는 방향의 오차를 보상할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 3차원적인 모든 방향의 방위, 자세, 및 가속도를, 용이하고 또한 정확하게 검출할 수 있는 모션 센서를 제공할 수 있다.

제 2 발명은, 상기 제 1 발명(청구항 1)에 따른 모션 센서를 탑재하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대 전화기에 있다(청구항 10).

본 발명에 의하면, 3차원적인 모든 방향의 방위, 자세, 및 가속도를, 용이하고 또한 정확하게 검출할 수 있는 휴대 전화기를 제공할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

상기 제 1 발명의 모션 센서는, 휴대 전화기 등의 휴대기기 외에, 자동차나, 자율 이동 로봇이나, 로봇의 머니퓰레이터 등의 제어에 이용할 수도 있다.

또한, 상기 자기 검출 소자는, 홀 소자, 마그넷·임피던스·센서 소자, 자기저항 소자, 플럭스(flux) 게이트 등의 자기검출용의 소자로 할 수 있다. 또한, 상기 자석체로서는, 페라이트, 희토류 자석 등에 의해 형성할 수 있다.

또한, 상기 가속도 센싱부에서 검출하는 가속도로서는, 운동 가속도 뿐만 아니라, 중력 가속도도 있다.

또한, 상기 자석체는, 상기 패키지 내에 고정된 지지 포스트에 일단을 고정한 캔틸레버의 타단에 고정되어 있고, 상기 3 개의 가속도 센싱부에서의 상기 캔틸레버는, 그 긴변 방향이 동일한 평면에 대하여 평행하게 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다(청구항 2).

이 경우에는, 소형, 박형의 모션 센서를 용이하게 얻을 수 있다. 이로써, 모션 센서를 소형기기, 박형기기에도 탑재 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 3 개의 자기 센싱부를 구성하는 자기 검출 소자 및 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드를 구성하는 자기 검출 소자는, 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어지는 것이 바람직하다(청구항 3).

이 경우에는, 고정밀도이고 또한 소형인 모션 센서를 용이하게 얻을 수 있다.

즉, 마그넷·임피던스·센서 소자(MI 소자)는, 고감도이기 때문에, 미약한 지자기를 고정밀도로 검출할 수 있는 동시에, 자석체의 미소 변위를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 마그넷·임피던스·센서 소자는 소형이기 때문에, 소형의 모션 센서를 실현할 수 있다.

또한, 상기 자석 변위 검출 헤드는, 상기 자석체에 의한 자기를 검출하는 주검출부와, 상기 자석 변위 검출 헤드에 작용하는 주변 자계를 검출하는 보상용 검출부를 갖고, 상기 주검출부와 상기 보상용 검출부는, 동축 방향의 자기를 검출할 수 있도록 배치되어 있고, 상기 주검출부의 출력으로부터 상기 보상용 검출부의 출력을 감산함으로써, 상기 자석 변위 검출 헤드의 출력 신호를 보상하도록 구성할 수 있다(청구항 4).

이 경우에는, 자석 변위 검출 헤드의 주검출부가 직접 검출한 자기로부터, 노이즈 성분인 주변 자계를 제거하여, 가속도의 검출치를 보상할 수 있다. 그 때문에, 원래의 가속도를 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 자석 변위 검출 헤드는, 상기 자석체에 의한 자기를 검출하는 주검출부와, 상기 자석 변위 검출 헤드에 작용하는 주변 자계를 검출하는 보상용 검출부를 갖고, 상기 주검출부와 상기 보상용 검출부는, 동축 방향의 자기를 검출할 수 있도록 배치되어 있고, 상기 주검출부의 출력으로부터 상기 보상용 검출부의 출력의 미리 결정된 배수를 감산함으로써, 상기 자석 변위 검출 헤드의 출력 신호를 보상하도록 구성할 수도 있다(청구항 5).

이 경우에는, 주변 자계에 기인하는 노이즈 성분을 제거하여, 가속도 센싱부에 의한 가속도의 검출치를 보상할 수 있다. 즉, 주변 자계에 기인하는 노이즈 성분으로서는, 엄밀하게는, 주변 자계가 자석 변위 검출 헤드에 직접 작용하는 것에 의한 노이즈와, 주변 자계의 자력 작용에 의해 자석체가 변위하는 것에 의한 노이즈를 합친 것으로 된다. 이 두개의 노이즈를 합친 노이즈의 크기는, 주변 자계의 크기의 미리 결정된 배수로서 나타낼 수 있다. 그 때문에, 상기 주검출부의 출력으로부터 상기 보상용 검출부의 출력의 미리 결정된 배수를 감산함으로써, 상기 자석 변위 검출 헤드의 출력 신호를 보상할 수 있다.

따라서, 원래의 가속도를 보다 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 자석 변위 검출 헤드는, 하나의 감자체와 상기 감자체에 권취된 제 1 검출 코일 및 제 2 검출 코일로 이루어지는 차동형의 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어지고, 상기 제 1 검출 코일은 상기 주검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 2 검출 코일은 상기 보상용 검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 1 검출 코일의 일단은 상기 제 2 검출 코일의 일단과 접속되어 있고, 상기 제 1 검출 코일과 상기 제 2 검출 코일은, 상기 감자체에 똑같은 자계가 작용하였을 때에 역방향의 동일한 크기의 출력 전압이 생기도록 권취되어 있는 것이 바람직하다(청구항 6).

이 경우에는, 자석 변위 검출 헤드의 소형화, 간소화를 도모할 수 있다.

그리고, 상기 청구항 4의 발명과 마찬가지로, 자석 변위 검출 헤드의 주검출부가 직접 검출한 자기로부터, 노이즈 성분인 주변 자계를 제거하고, 가속도의 검출치를 보상할 수 있다. 그 때문에, 원래의 가속도를 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 자석 변위 검출 헤드는, 하나의 감자체와 상기 감자체에 권취된 제 1 검출 코일 및 제 2 검출 코일로 이루어지는 차동형의 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어지고, 상기 제 1 검출 코일은 상기 주검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 2 검출 코일은 상기 보상용 검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 1 검출 코일의 일단은 상기 제 2 검출 코일의 일단과 접속되어 있고, 상기 제 1 검출 코일과 상기 제 2 검출 코일은, 상기 감자체에 똑같은 자계가 작용하였을 때에, 서로 역 방향인 동시에 한쪽이 다른 쪽의 미리 결정된 배수로 되는 크기의 출력 전압이 생기도록 권취되어 있는 것이 바람직하다(청구항 7).

이 경우에도, 자석 변위 검출 헤드의 소형화, 간소화를 도모할 수 있다.

그리고, 상기 청구항 5의 발명과 마찬가지로, 주변 자계에 기인하는 노이즈 성분을 제거하여, 가속도 센싱부에 의한 가속도의 검출치를 보상할 수 있다. 그 때문에, 원래의 가속도를 보다 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 전자 회로는, 상기 자기 검출 소자의 감자 방향이 서로 동일 방향으로 되는 상기 가속도 센싱부와 상기 자기 센싱부의 각각의 출력에 기초하여, 주변 자계의 영향을 보상 연산하여 가속도를 산출하도록 구성하여도 좋다(청구항 8).

이 경우에는, 상기 자기 센싱부를, 방위 및 자세를 검출하기 위해서 사용할 뿐만 아니라, 가속도의 검출치의 보상용으로서도 사용하는 것으로 되기 때문에, 부품 점수를 삭감하여, 소형 또한 염가인 모션 센서를 얻을 수 있다.

또한, 상기 전자 회로는, 상기 6 개의 자기 검출 소자를 시분할로 제어하도록 구성하고 있는 것이 바람직하다(청구항 9).

이 경우에는, 1개의 상기 전자 회로를 사용하여, 상기 6 개의 자기 검출 소자를 효율적으로 제어할 수 있다. 이로써, 소형 또한 염가인 모션 센서를 얻을 수 있다.

실시예

(실시예 1)

본 발명의 실시예에 따른 모션 센서 및 이것을 사용한 휴대 전화기에 관하여, 도 1 내지 도 12를 사용하여 설명한다. 도 1은, 모션 센서의 개략적인 사시도이다.

본 예의 모션 센서(1)는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 서로 직교 하는 3축 방향의 자계 강도를 검출하는 3 개의 자기 센싱부(2(2x, 2y, 2z))와, 상기 3축 방향의 가속도를 검출하는 3 개의 가속도 센싱부(3(3x, 3y, 3z))를 갖는다.

상기 가속도 센싱부(3)는, 가속도에 따라서 변위하도록 구성된 자석체(31)와, 상기 자석체(31)의 변위를 검출하는 자석 변위 검출 헤드(32)로 이루어진다.

3 개의 자기 센싱부(2)와 3 개의 자석 변위 검출 헤드(32)는 동작 원리가 공통하는 동일한 종류의 자기 검출 소자(11)로 이루어진다.

그리고, 상기 모션 센서(1)는, 이들 총 6 개의 자기 검출 소자(4)를 제어하는 1개의 전자 회로(12; IC 칩)와, 상기 3 개의 자기 센싱부(2)와, 상기 3 개의 가속도 센싱부(3)를, 하나의 패키지에 모듈화하여 이루어진다.

또한, 상기 자석체(31)는, 상기 패키지 내에 고정된 지지 포스트(33)에 일단을 고정한 캔틸레버(34)의 타단에 고정되어 있다. 상기 3 개의 가속도 센싱부(3)에 있어서의 캔틸레버(34)는, 그 긴변 방향이 동일한 평면 즉 기판(13)에 대하여 평행하게 되도록 배치되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판(13)이 직교하는 2변에 따른 축을 X축 및 Y축으로 하고, 기판(13)의 법선방향의 축을 Z축으로 하였다.

3 개의 가속도 센싱부(3)의 캔틸레버(34)는, 각각, 서로 직교하는 3축 방향으로 휘도록 배치되어 있다.

즉, X축 방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센싱부(3x)에서의 캔틸레버(34)는 X축 방향으로 휘도록 배치된다. Y축 방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센싱부(3y)에서의 캔틸레버(34)는 Y축 방향으로 휘도록 배치된다. Z축 방향 의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센싱부(3z)에서의 캔틸레버(34)는 Z축 방향으로 휘도록 배치된다.

그리고, 각각의 캔틸레버(34)의 자유단에 대향하도록, 자석 변위 검출 헤드(32)가 배치되어 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 캔틸레버(34)는 일단을 지지 포스트(33)에 고정된 탄성체로 이루어진다. 본 예의 캔틸레버(34)는, 재질 Ni-P로 이루어지고, 폭 0.3mm, 길이 1.5mm, 두께 5미크론의 직사각형 판형상을 나타내는 것이다. 또한, 본 예에서는, 두께 방향의 힘에 대한 강성을 저하시켜서 자석체(31)의 변위량을 확대할 수 있도록, 지지 포스트(33)측의 밑부분으로부터 자유단의 전방 0.38mm에 도달하는 위치에 걸쳐서, 폭 0.22mm의 긴구멍(340)을 설치하고 있다.

본 예에서는, 상기 긴구멍(340)을 설치함으로써, 캔틸레버(34)의 고유 진동수를 약 50Hz 이상 60Hz 이하의 범위에 설정하였다. 또한, 상기 긴구멍(340)을 설치하지 않은 평판형상의 캔틸레버를 적용할 수도 있다.

자석체(31)는, 캔틸레버(34)의 자유단측의 단부에 배치하고 있다. 본 예에서는, 이 측면에, 자석체 도료를 도포하고, 그 후, 건조 및 경화 후에 착자함으로써 상기 자석체(31)를 형성하였다.

그리고, 캔틸레버(34)가 휨으로써, 캔틸레버(34)의 자유단이 변위하여 각도변화함으로써, 자석체(31)가 변위한다. 또한, 이 캔틸레버(34)의 휘어짐이나 자유단의 변위 등은 약간의 양이며, 예를 들면, 캔틸레버(34)의 자유단의 변위는, 캔틸레버(34)의 길이의 10분의 1정도 이하이다.

또한, 캔틸레버(34)의 고정단을 지지하는 지지 포스트(33)는, 단면이 대략 L자 형상으로 형성되어 있다.

즉, 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상기 지지 포스트(33)는, 상기 고정단을 접합한 기체부(331)와, 상기 캔틸레버(34)의 사이에 틈(339)을 설치하면서 기체부(331)로부터 캔틸레버(34)의 자유단측으로 연장 설치된 연설부(332)를 갖는다. 그리고, 캔틸레버(34)의 자유단에서의, 상기 틈(339)측과 반대측의 면에, 자석체(31)가 배치되어 있다.

지지 포스트(33)와 캔틸레버(34)와 자석체(31)가 결합되고, 도 4에 도시하는 가속도 감지부품(30)이 구성되어 있다.

도 5에 도시하는 지지 포스트(33)의 치수는, 예를 들면, 폭 w가 0.6mm, 길이 a1이 2.0mm이고, 기체부(331)의 높이 h1이 0.4mm, 연설부(332)의 높이 h2가 0.3mm이고, 기체부(331)의 길이 a2가 0.4mm로 할 수 있다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 자석체(31)의 치수는, 예를 들면, 길이 L을 O.2 내지 O.6mm, 폭 W를 0.2 내지 0.8mm, 높이 H를 0.05 내지 0.2mm로 할 수 있다. 여기에서, 길이는, 캔틸레버(34)의 고정단에서 자유단으로 향하는 방향에 따른 길이이다. 또한, 상기 폭 W는, 상기 길이 L의 방향과 직교하는 동시에 캔틸레버(34)의 표면과 평행하게 되는 방향에 대한 길이이다. 또한, 상기 높이 H는, 캔틸레버(34)의 표면과 직교하는 방향의 길이이다.

또한, 캔틸레버(34)의 자유단의 휘어짐 방향의 양측에, 캔틸레버(34)의 과변위를 막는 스토퍼를 배치할 수도 있다(도시 생략). 또한, 지지 포스트(33) 및 스 토퍼는, 예를 들면 Si(실리콘)에 의해서 형성할 수 있다.

또한, 상기 3 개의 자기 센싱부(2)를 구성하는 자기 검출 소자(4) 및 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드(32)를 구성하는 자기 검출 소자(4)는, 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어진다.

도 6 내지 도 9에 도시하는 바와 같이, 마그넷·임피던스·센서 소자(자기 검출 소자(4))는, 감자체(44)와 상기 감자체(44)에 권취된 검출 코일(45)을 갖는다. 감자체(44)는, 절연체(46)의 속을 관통하고, 상기 검출 코일(45)은, 절연체(46)의 외주면에 배치되어 있다.

상기 감자체(44)로서는, 길이 1.0mm, 선직경 20㎛의 Co_68.1Fe_4.4Si_12.5B_15.0 합금으로 이루어지는 어몰퍼스 와이어를 이용한다. 또한, 절연체(46)로서는, 에폭시수지를 사용한다.

상기 마그넷·임피던스·센서 소자는, 상기 감자체(44)에 통전하는 전류의 변화에 따라서, 소자에 작용하는 자계의 크기에 따른 유기전압이 검출 코일(45)에 생기는, 소위 MI(Magneto-impedance) 현상을 이용하여 자기센싱을 하는 것이다. 이 MI 현상은, 공급하는 전류방향에 대하여 둘레 방향에 전자 스핀 배열을 갖는 자성재료로 이루어지는 감자체(44)에 대하여 발생하는 것이다. 이 감자체(44)의 통전 전류를 급격하게 변화시키면, 둘레 방향의 자계가 급격하게 변화하고, 그 자계변화의 작용에 의해서 주변 자계에 따라서 전자의 스핀 방향의 변화가 생긴다. 그리고, 그 때의 감자체(44)의 내부자화 및 임피던스 등의 변화가 생기는 현상이 상 기 MI 현상이다.

또한, 이 마그넷·임피던스·센서 소자 및 MI 현상의 설명에 있어서 사용하는 「주변 자계」에는, 지자기 등의 주변 자계 외, 자석체(31)에 의해서 생기는 자계도 포함한다.

또한, 상기 마그넷·임피던스·센서 소자(자기 검출 소자(4))는, 상기 감자체(44)에 통전하는 전류를 10나노초 이하에서 상승시켰을 때, 또는, 하강시켰을 때에, 상기 검출 코일(45)의 양단에 발생하는 유기전압의 크기를 계측함으로써 작용하는 자계 강도를 계측할 수 있도록 구성하고 있다.

이로써, 상기와 같은 급격한 통전 전류의 변화에 의해, 상기 감자체(44)에 대하여, 전자 스핀 변화의 전파 속도와 가까운 속도에 알맞은 둘레 방향의 자장 변화를 발생시킬 수 있고, 그것에 의해서 충분한 MI 현상을 발현시킬 수 있다.

10나노초 이하로 통전 전류의 상승 또는 하강을 실시하면, 약 0.1 GHz의 고주파 성분을 포함하는 전류 변화를 상기 감자체(44)에 작용할 수 있다. 그리고, 상기 검출 코일의 양단에 발생하는 유기전압을 계측하면, 주변 자계에 따라서 상기 감자체(44)에 생기는 내부 자계 변화를, 상기 유기전압의 크기로서 계측할 수 있고, 더욱 정밀도 좋게 주변 자계의 강도를 계측할 수 있다. 여기에서, 통전 전류의 상승 또는 하강은, 예를 들면, 감자체(44)에 통전하는 전류의 전류값을, 정상 전류값의 10% 이하(90% 이상)로부터 90% 이상(10% 이하)으로 변화시키는 것을 말한다.

또한, 상기 마그넷·임피던스·센서 소자는, 상기 감자체(44)에 통전하는 전 류를 하강시켰을 때에 상기 검출 코일(45)의 양단에 발생하는 유기전압을 계측하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

통전 전류를 상승하는 경우와 비교하여, 통전 전류를 급격하게 하강하는 경우는, 자계의 강도에 대하여 마그넷·임피던스·센서 소자에 의한 계측 신호의 직선성이 양호해진다.

그리고, 본 예에서는, 감자체(44)에 도 11a에 도시하는 펄스형의 전류(이하, 적절하게 펄스 전류라고 기재한다.)를 통전하였을 때에 검출 코일(45)의 양단의 전극(458)과 전극(459)의 사이에 생기는 유기전압(e; 도 11b)을 계측함으로써 자계의 강도를 검출하고 있다.

이 자기 검출 방법은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 감자체(44)에 통전한 펄스 전류(도 11a)의 하강 시에, 검출 코일(45)에 발생하는 유기전압(e; 도 11b)을 계측하는 것이다.

또한, 마그넷·임피던스·센서 소자는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 깊이 5 내지 200㎛의 단면이 대략 직사각형상을 나타내는 홈형의 오목부(470)를 설치한 소자기판상에 형성하고 있다. 이 오목부(470)의 내주면 중의 서로 대면하는 각 홈측면(470a)에는, 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 홈의 깊이 방향의 도전 패턴(45a)을 균일 피치로 복수, 배치하고 있다. 또한, 오목부(470)의 홈 저면(470b)에는, 동일 피치의 도전 패턴(45a)을 전기적으로 접속하는 도전 패턴(45b)을, 홈의 폭 방향에 대하여 약간 비스듬하게 되는 방향에 설치하고 있다.

도 6 내지 도 9에 도시하는 바와 같이, 각 홈 측면(470a) 및 홈 저면(470b) 에 도전 패턴(45a, 45b)을 배치한 오목부(470)의 내부에는, 에폭시로 이루어지는 절연체(46)중에, 감자체(44)를 매설하고 있다. 그리고, 오목부(470)에 충전한 절연체(46)의 외측 표면에는, 서로 대면하는 홈 측면(470a)의 1피치 어긋난 도전 패턴(45a)을 전기적으로 접속하는 도전 패턴(45c)을, 홈의 폭 방향에 대하여 약간 비스듬하게 되는 방향에 설치하고 있다. 이렇게 하여, 도전 패턴(45a, 45b, 45c)이 일체가 됨으로써, 나선형으로 권취된 검출 코일(45)이 형성되어 있다.

또한, 검출 코일(45)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 이하와 같은 방법이 있다. 즉, 오목부(470)의 내주면(470a, 470b)의 전체면에, 도전성의 금속박막을 증착한 후, 에칭처리를 실시하여 도전 패턴(45a 및 45b)을 형성한다. 그리고, 도전 패턴(45c)은, 절연체(46)의 표면 전체면에, 도전성의 금속박막(도시 생략함)을 증착한 후, 에칭 처리를 실시함으로써 형성한다.

본 예의 검출 코일(45)의 코일 내경은, 오목부(470)의 단면적과 동일 단면적을 나타내는 원의 직경인 원상당 내부직경으로서 66㎛를 갖는다. 그리고, 검출 코일(45)의 선폭 및 선간 폭은 모두 25㎛로 되어 있다. 또한, 도 8, 도 9에 있어서는, 편의상 선간 폭을 넓게 그리고 있다.

상기 6 개의 자기 검출 소자(4)를 제어하는 전자 회로(12)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 감자체(44)에 입력하는 펄스 전류를 생성하는 신호 발생기(121)와, 검출 코일(45)의 유기전압(e; 도 11b)에 따른 계측 신호를 출력하는 신호 처리부(122)를 포함하는 전자 회로를 갖고 이루어진다. 신호 발생기(121)는, 통전시간 40nsec, 펄스 간격 5 마이크로초의 펄스 전류를 생성하도록 구성하고 있다. 또한, 본 예의 신호 발생기(121)는, 펄스 전류의 하강에 동기한 트리거 신호를, 신호 처리부(122)의 아날로그 스위치(122a)를 향하여 출력하도록 구성하고 있다.

신호 처리부(122)는, 상기 트리거 신호에 동기하여, 검출 코일(45)과 신호 처리부(122)의 사이의 전기적인 접속을 온 오프하는 아날로그 스위치(122a) 및 상기 아날로그 스위치(122a)를 통하여 검출 코일(45)과 접속한 콘덴서(122c)를 포함하고, 소위 피크 호울드 회로로서 기능하는 동기 검파 회로와, 증폭기(122b)를 조합하여 구성한 것이다.

전자 회로(12)는, 신호 발생기(121)와 각 자기 검출 소자(4)의 감자체(44)의 사이의 전기경로 및, 신호 처리부(122)와 각 검출 코일(45)의 사이의 전기경로를 바꾸는 전자스위치(128)를 설치하고 있다. 이것에 의해, X축, Y축, Z축(도 1 참조)의 각 축에 따른 자계의 강도를 계측하는 3 개의 자기 검출 소자(4; 자기 센싱부(2)), 및 X축, Y축, Z축의 각 축에 따른 가속도의 크기를 계측하는 3 개의 자기 검출 소자(4; 자석 변위 검출 헤드(32))의 총 6 개의 자기 검출 소자(4)에 관해서, 2ms마다 바꾸어 전자 회로(12)를 시분할 공용하고 있다. 또한, 전환시간의 2ms는 일례이고, 2ms보다도 짧거나 길어도 좋다.

여기에서, 본 예의 자기 검출 소자(4)에 의한 자기 검출 방법에 관해서, 간단하게 설명해둔다. 이 자기 검출 방법은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 감자체(44)에 통전한 펄스 전류(도 11a)의 하강시에, 검출 코일(45)에 발생하는 유기전압(e; 도 11b)을 계측하는 것이다. 또한, 본 예에서는, 펄스 전류가, 정상치(전류값 150mA)의 90%로부터 10%로 하강하는 차단시간을 4나노초로 하였다.

즉, 도 11에 도시하는 바와 같이, 자계 중에 있어서의 감자체(44)에 통전한 펄스 전류가 차단된 순간에는, 자계중 감자체(44)의 긴변 방향 성분에 비례한 크기의 유기전압 e가 검출 코일(45)의 양단에 발생한다. 본 예의 전자 회로(12)에서는, 검출 코일(45)의 유기전압 e가, 상기 트리거 신호에 의해 ON으로 된 아날로그 스위치(122a)를 통하여 콘덴서(122c)에 축적되고, 또한, 증폭기(122b)에서 증폭되어 출력단자(125)로부터 출력된다.

본 예의 각 자기 검출 소자(4)는, 이상과 같이, 감자체(44)의 긴변 방향에 작용하는 자계의 강도에 따른 출력 신호를, 전자 회로(12)를 통하여 외부로 출력한다.

다음에, 본 예의 작용 효과에 관하여 설명한다.

상기 모션 센서(1)는, 상기 3 개의 자기 센싱부(2) 및 상기 3 개의 가속도 센싱부(3)를 갖기 때문에, 상기 모션 센서(1)를 설치한 물체 방위, 자세, 및 가속도의 방향 및 크기를 3차원적으로 검출할 수 있다.

즉, 상기 자기 센싱부(2)에 의해서 지자기를 검출하고, 가속도 센싱부(3)에 의해서 중력 가속도를 검출함으로써, 상기 물체가 향하고 있는 방위 및 자세를 검출할 수 있다. 그리고, 자기 센싱부(2) 및 가속도 센싱부(3)가 각각 3기씩 3축 방향에 배치되어 있기 때문에, 3차원적으로 방위 및 자세를 검출할 수 있다. 또한, 여기에서 자세란, 예를 들면, 상기 물체의 피치, 요, 롤의 절대각, 상대각을 말한다.

또한, 상기 3 개의 가속도 센싱부(3)에 의해서, 3차원적인 모든 방향의 가속 도의 방향 및 크기를 검출할 수 있다.

또한, 상기 3 개의 자기 센싱부(2)와 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드(32)는 동작 원리가 공통하는 동일한 종류의 자기 검출 소자(4)로 이루어진다. 그 때문에, 이들의 자기 검출 소자(4)를 제어하는 전자 회로(12)는 동일 원리로 구동시킬 수 있고, 1개로 충분하다. 그 결과, 모션 센서(1)의 간소화, 소형화를 용이하게 할 수 있다.

그리고, 상기 모션 센서(1)는, 1개의 전자 회로(12)와 3 개의 자기 센싱부(2)와 3 개의 가속도 센싱부(3)를, 하나의 패키지에 모듈화하여 이루어지기 때문에, 모션 센서(1)의 간소화, 소형화를 한층 더 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 모션 센서(1)는, 서로 직교하는 3축 방향의 자계 강도를 검출하는 3 개의 자기 센싱부(2)와, 상기 3축 방향의 가속도를 검출하는 3 개의 가속도 센싱부(3)를 갖기 때문에, 가속도 센싱부(3)로의 주변 자계의 영향을, 용이하게 보상할 수 있다. 즉, 자석체(31)에 기인하는 자기 이외의 지자기 등의 주변 자계가, 가속도 센싱부(3)의 자석 변위 검출 헤드(32)에 작용하거나, 상기 주변 자계의 자력 작용에 의해서 자석체(31)가 변위하는 것이 있다. 이러한, 자석 변위 검출 헤드(32)에 작용하는 주변 자계나, 주변 자계의 자력 작용에 의한 자석체(31)의 변위에 기초하는, 가속도 센싱부(3)에 의한 가속도의 검출치의 오차를, 상기 3 개의 자기 센싱부(2)의 출력치를 사용하여 보상할 수 있다.

그리고, 자기 센싱부(2)는, 상기 3 개의 가속도 센싱부(3)에 대응하는 방향에 3기 배치되고, 또한, 가속도 센싱부(3)의 자석 변위 검출 헤드(32)와 동작 원리 가 공통하는 동일한 종류의 자기 검출 소자(6)로 이루어진다. 그 때문에, 상기 가속도의 검출치의 보상을 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 자기 센싱부(2)는, 가속도 센싱부(3)와 함께 하나의 패키지에 모듈화하고 있고, 근방에 배치되어 있기 때문에, 정밀도가 높은 보상을 할 수 있다.

또한, 상기 3 개의 가속도 센싱부(3)에 있어서의 상기 캔틸레버(34)는, 그 긴변 방향이 동일한 평면에 대하여 평행하게 되도록 배치되어 있다. 그 때문에, 소형, 박형의 모션 센서(1)를 용이하게 얻을 수 있다. 이것에 의해, 모션 센서(1)를 소형기기, 박형기기에도 탑재 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 3 개의 자기 센싱부(2)를 구성하는 자기 검출 소자(4) 및 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드(32)를 구성하는 자기 검출 소자(4)는, 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어지기 때문에, 고정밀도이고 또한 소형인 모션 센서(1)를 용이하게 얻을 수 있다.

즉, 마그넷·임피던스·센서 소자는, 고감도이기 때문에, 미약한 지자기를 고정밀도로 검출할 수 있는 동시에, 자석체(31)의 미소 변위를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 마그넷·임피던스·센서 소자는 소형이기 때문에, 소형의 모션 센서(1)를 실현할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 본 예의 자기 센싱부(2)와, 자석 변위 검출 헤드(32)는 동일 사양의 자기 검출 소자(4)로 이루어진다. 특히, 가속도 센싱부(3x, 3z)의 자석 변위 검출 헤드(32)와 자기 센싱부(2y), 또는 가속도 센싱부(3y)의 자석 변위 검출 헤드(32)와 자기 센싱부(2x)는, 감자체(44)의 긴변 방향도 일치하고 있다.

그 때문에, 자기 센싱부(2)에 있어서의 감자체(44)에 권취한 각 검출 코일(45)과, 자석 변위 검출 헤드(32)에 있어서의 감자체(44)에 권취한 각 검출 코일(45)은, 서로 긴변 방향이 일치하는 것에 대해서는, 지자기 등에 의한 주변 자계에 대하여, 일치한 크기의 유기전압을 출력한다.

그래서, 가속도 센싱부(3x)의 자석 변위 검출 헤드(32)의 출력 신호로부터, 자기 센싱부(2y)의 출력 신호를 감산하는 보정을 하면, 가속도 센싱부(3x)의 출력 신호로부터 주변 자계에 의한 영향을 배제하고, 그 검출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

즉, 가속도 센싱부(3x)의 자석 변위 검출 헤드(32)의 출력 Hs는, 가속도 α에 대응하는 자기량 k₁Hα와, 지자기의 Y 방향 성분(자석 변위 검출 헤드(32)의 감도 방향 성분) He의 합이 되고, 이하의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.

Hs= k₁Hα+ k₂He···(식 1)

또한, 상기 자석 변위 검출 헤드(32)와 동일 방향의 자기 센싱부(2y)의 출력 H's는, 이하의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.

H's= k₃He···(식 2)

그래서, k₂= k₃으로 해두면, Hs와 H's의 감산보정(식 1)-(식 2)을 실시하고, 이하의 식 3과 같이 나타낼 수 있다.

Hs-H's= k₁Hα···(식 3)

이렇게 하여, 노이즈인 지자기의 영향을 배제할 수 있다. 여기에서, k₁, k₂, k₃은 자기량에 대한 계수이다.

또한, 가속도 센싱부(3y, 3z)에 대해서도 동일하다.

또한, 전자 회로(12)는, 6 개의 자기 검출 소자(4)를 시분할로 제어하 도록 구성하고 있기 때문에, 1개의 상기 전자 회로(12)를 사용하여, 상기 6 개의 자기 검출 소자(4)를 효율적으로 제어할 수 있다.

즉, 도 10, 도 12에 도시하는 바와 같이, 6채널의 전환스위치(전자스위치(128))를 갖는 전자 회로(12)를 1개 사용하여 시분할하고, 상기 6 개의 자기 검출 소자(4), 즉 3 개의 자기의 자기 센싱부(2)와 3 개의 자석 변위 검출 헤드(32)를 제어하도록 구성할 수 있다.

이것에 의해, 3 개의 자기 센싱부(2)와 3 개의 자석 변위 검출 헤드(32)의 모두가 1개의 전자 회로(12)를 공용하게 되고, 모션 센서(1) 전체의 소형화를 더욱 용이하게 할 수 있는 동시에, 그 소비 전력을 억제할 수 있다.

즉, 상기 전자 회로(12)는, 자기 검출 소자(4)와 회로 본체를 연결하는 접속부를 제외하면, 자기 검출 소자의 구동회로, 신호검출회로, 신호 처리회로, 신호전송회로, 및 센서전원회로로 이루어진다. 그래서, 이들의 회로를, 상기 6 개의 자기 검출 소자(4)의 각각 대하여 설치하는 것은 아니며, 전자스위치(128)를 사용하여, 상기 6 개의 자기 검출 소자(4)의 제어용으로서 하나의 전자 회로(12)를 공용한다. 이것에 의해, 전자 회로(12)의 부분을 대폭 소형화하는 것이 가능해지고, 나아가서는 모션 센서(1)의 소형화가 더욱 가능해진다.

이와 같이, 6축의 전환스위치를 설치하여 1개의 전자 회로(12)에서 6 개의 자기 검출 소자(4)를 제어함으로써, 모션 센서(1)의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 본 예와 같이 상기 자기 검출 소자(4)로서 마그넷·임피던스·센서 소자를 사용하는 경우에 있어서, 상기의 전환스위치(전자스위치(128))를 사용하는 것은 극히 유효하다. 즉, 마그넷·임피던스·센서 소자는, 출력의 직선성 및 추종성이 극히 우수하기 때문에, 전환스위치로써 각 마그넷·임피던스·센서 소자와 전자 회로(12)의 접속을 바꾸었을 때에도 양호한 동작을 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 예에 의하면, 3차원적인 모든 방향의 방위, 자세, 및 가속도를, 용이하고 또한 정확하게 검출할 수 있는 모션 센서를 제공할 수 있다.

(실시예 2)

본 예는, 도 13 내지 도 17에 도시하는 바와 같이, 자석 변위 검출 헤드(32)로서의 자기 검출 소자(40)에, 자석체(31)에 의한 자기를 검출하는 주검출부(41)와, 상기 자석 변위 검출 헤드(32)에 작용하는 주변 자계를 검출하는 보상용 검출부(42)를 설치한 예이다.

상기 주검출부(41)와 상기 보상용 검출부(42)는, 동축 방향의 자기를 검출할 수 있도록 배치되어 있고, 상기 주검출부(41)의 출력으로부터 상기 보상용 검출부(42)의 출력을 감산함으로써, 상기 자석 변위 검출 헤드(32)의 출력 신호를 보상하도록 구성하고 있다.

도 15에 도시하는 바와 같이, 자석 변위 검출 헤드(32)는, 주검출부(41)측을 가속도 센싱부(3)의 자석체(31)에 대향시키도록 배치한다.

상기 자석 변위 검출 헤드(32)는, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 하나의 감자체(44)와 상기 감자체(44)에 권취된 제 1 검출 코일(451) 및 제 2 검출 코일(452)에 의해서 구성되는 차동형의 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어진다. 상기 제 1 검출 코일(451)은 상기 주검출부(41)의 일부를 구성하고, 상기 제 2 검출 코일(452)은 상기 보상용 검출부(42)의 일부를 구성한다. 상기 제 1 검출 코일(451)의 일단은 상기 제 2 검출 코일(452)의 일단과 접속되어 있다. 그리고, 상기 제 1 검출 코일(451)과 상기 제 2 검출 코일(452)은, 상기 감자체(44)에 똑같은 자계가 작용하였을 때에 역방향의 동일한 크기의 출력 전압이 생기도록 권취되어 있다.

구체적으로는, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 제 1 검출 코일(451)과 제 2 검출 코일(452)은, 역방향으로 권취되어 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 검출 코일(451)의 일단과 제 2 검출 코일(452)의 일단의 접속부분이 권취 방향 전환부(453)이고, 이 권취 방향 전환부(453)를 경계로 코일의 권취 방향이 역전하고 있다. 이 권취의 방법은, 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)의 각각 동일한 자계가 작용하였을 때에 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)와 역방향의 출력 전압이 생기는 권취의 방법으로 되어 있다.

본 예에 있어서의 자기 검출 소자(40)는, 기본적으로는 실시예 1에 있어서의 자기 검출 소자(4)와 동일한 구성을 갖는다. 단, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 제 1 검출 코일(451)과 제 2 검출 코일(452)은, 권취 방향 전환부(453)를 경 계로 코일의 권취 방향이 반전하도록 형성되어 있다.

또한, 본 예의 자기 검출 소자(40)는, 실시예 1과 마찬가지로, 감자체(44)에 도 17a에 도시하는 펄스 전류를 통전하였을 때에, 제 1 검출 코일(451) 및 제 2 검출 코일(452)로 이루어지는 검출 코일(450)의 양단에 있어서의 전극(458)과 전극(459)의 사이에 생기는 유기전압 e(도 17b)을 계측함으로써, 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)의 사이의 자계의 강도의 차를 검출하고 있다.

또한, 도 17b에 있어서, 실선의 곡선과 파선의 곡선은, 각각 똑같은 자계가 작용하였을 때의 제 1 검출 코일(451)과 제 2 검출 코일(452)에 생기는 출력 전압을 나타낸다.

또한, 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)에 작용하는 자계의 감자체(44)의 축 방향 성분에 차가 생겼을 때, 연속 형성된 제 1 검출 코일(451)과 제 2 검출 코일(452)로 이루어지는 검출 코일(450)의 양단의 전극(458, 459)에 전위차를 발생하도록 구성하고 있다.

즉, 상기 자기 검출 소자(40)는, 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)를 대칭성을 갖게 한 상태에서 형성하고 있고, 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)와 동일한 자계가 작용하였을 때에는, 연속 형성된 검출 코일(450)의 양단에 있어서의 전극(458)과 전극(459)의 사이에는, 전위차가 생기지 않도록 구성되어 있다.

이것은, 도 16의 파선 B1, B2로 나타내는 바와 같이, 주변 자계가 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)의 각각에 동일하게 작용한 경우에는, 동일한 크기인 동시에 서로 반대부호의 출력 전압이 생긴다. 이들의 출력 전압(B1, B2)은, 각각, 전극(458)과 권취 방향 전환부(453)의 사이, 권취 방향 전환부(453)와 전극(459)의 사이에서 생기는 전압이다.

그런데, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 주검출부(41)의 제 1 검출 코일(451)의 일단과 보상용 검출부(42)의 제 2 검출 코일(452)의 일단이 권취 방향 전환부(453)에 있어서 접속되어 있기 때문에, 상기 두개의 출력 전압은 서로 상쇄되고, 결국, 도 16의 실선 B0로 나타내는 바와 같이, 자기 검출 소자(40) 전체로서의 출력 전압은 생기지 않는 것으로 된다.

그리고, 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)에 작용하는 자계의 감자체(44)의 축 방향 성분에 차가 생겼을 때, 도 13에 도시하는 검출 코일(450)의 양단의 전극(458, 459)에 전위차를 발생한다. 즉, 주변 자계 이외의 자계로서, 계측 대상 자계인 가속도 센싱부(3)의 자석체(31)에 기인하는 자계가, 주검출부(41)에만 작용함으로써, 자기 검출 소자(40)에 있어서의 검출 코일(450)의 양단의 전극(458, 459)에 전위차를 발생한다.

또한, 자기 센싱부(2)에 관해서는, 실시예 1과 동일한 자기 검출 소자(40)를 사용한다. 그 외는 실시예 1과 동일하다.

본 예의 경우에는, 자석 변위 검출 헤드(32)의 주검출부(41)가 직접 검출한 자기로부터, 노이즈 성분인 주변 자계를 제거하여, 가속도의 검출치를 보상할 수 있다. 그 때문에, 원래의 가속도를 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 상기 차동형의 마그넷·임피던스·센서 소자를 사용함으로써, 자석 변위 검출 헤드(32)의 소형화, 간소화를 도모할 수 있다.

그 외, 실시예 1과 동일한 작용 효과를 갖는다.

(실시예 3)

본 예는, 주검출부(41)의 출력으로부터 보상용 검출부(42)의 출력의 미리 결정된 배수를 감산함으로써, 자석 변위 검출 헤드(32)의 출력 신호를 보상하도록 구성한 예이다.

자석 변위 검출 헤드(32)에 있어서의 제 1 검출 코일(451)과 제 2 검출 코일(452)은, 감자체(44)에 똑같은 자계가 작용하였을 때에, 서로 역방향인 동시에 한쪽이 다른 쪽의 미리 결정된 배수가 되는 크기의 출력 전압이 생기도록 권취되어 있다.

구체적으로는, 제 2 검출 코일(452)의 권취수를 제 1 검출 코일(451)의 권취수의 미리 결정된 배수로 하였다.

즉, 상기 자기 검출 소자(40)는, 주검출부(41)와 보상용 검출부(42)를 대칭성을 갖게 하지 않은 상태로 형성하고 있고, 주검출부(41)에 작용하는 자계와 보상용 검출부(42)에 작용하는 자계가 일정한 비율로 되었을 때에, 연속 형성된 검출 코일(450)의 양단에 있어서의 전극(458, 459)에는, 전위차가 생기지 않도록 구성되어 있다.

이것은, 주변 자계가 가속도 센싱부(3)의 자석체(31)에 작용하여 자석체(31)가 변위하는 것에 의한 노이즈를 제거하기 위해서, 이 노이즈분의 차가 생겼을 때에 전위차가 생기지 않도록 한 것이다. 따라서, 상기의 「미리 결정된 배수」로서는, 주변 자계에 의해 자석체(31)가 변위하는 것에 의한 노이즈를 보상할 수 있는 적절한 값에 설정한다.

그 외는 실시예 2와 같다.

본 예의 경우에는, 주변 자계에 기인하는 노이즈 성분을 제거하여, 가속도 센싱부(3)에 의한 가속도의 검출치를 보상할 수 있다. 즉, 주변 자계에 기인하는 노이즈 성분으로서는, 엄밀하게는, 주변 자계가 자석 변위 검출 헤드(32)에 직접 작용하는 것에 의한 노이즈와, 주변 자계의 자력 작용에 의해 자석체(31)가 변위하는 것에 의한 노이즈를 합친 것으로 된다. 이 두개의 노이즈를 합친 노이즈의 크기는, 주변 자계의 크기의 미리 결정된 배수로서 나타낼 수 있다. 그 때문에, 상기 주검출부(41)의 출력으로부터 상기 보상용 검출부(42)의 출력의 미리 결정된 배수를 감산함으로써, 상기 자석 변위 검출 헤드(32)의 출력 신호를 보상할 수 있다.

따라서, 원래의 가속도를 보다 정확하게 검출할 수 있다.

그 외, 실시예 2와 동일한 작용 효과를 갖는다.

(실시예 4)

본 예는, 실시예 1 내지 실시예 3의 어느 하나의 모션 센서(1)를 탑재한 휴대 전화기에 관한 예이다. 이 내용에 관해서, 도 18을 사용하여 설명한다.

본 예의 휴대 전화기(6)는, 무선통신에 의해 쌍방향의 음성 통화를 가능하게 하는 것이다. 그리고, 이 휴대 전화기(6)는, 내부기판(65)에, 모션 센서(1)와, CPU(중앙 연산 처리유닛)를 포함하는 1칩 마이크로컴퓨터(62)와, 동작 프로그램을 격납한 메모리 소자(도시 생략)를 실장하여 이루어진다.

그리고, 모션 센서(1)는, 휴대 전화기(6)를 원점으로서 X축, Y축, Z축의 각 축 주위의 회전각, 즉, 롤각, 피치각, 요각의 자세정보, X축, Y축, Z축 방향의 가속도 정보, 또한 동서남북 방위 정보를 마이크로컴퓨터(62)를 향하여 출력하도록 구성하고 있다.

또한, 본 예의 모션 센서(1)는, 세로 5.5mm, 가로 5.5mm, 높이 1.5mm로, 매우 조밀하게 구성된 것이다.

이 휴대 전화기(6)는, 인터넷 브라우저로서의 기능을 구비하고 있고, 액정화면(61)상에 인터넷상의 각종의 정보를 표시하도록 구성하고 있다. 이 휴대 전화기(6)에서는, 상기 휴대 전화기(6) 자체를 기울임으로써, 그 경사 방향으로 향하여 액정화면(61)에 표시하는 내용을 스크롤할 수 있도록 구성하고 있다. 즉, 마이크로컴퓨터(62)는, 상기 메모리 소자에 격납한 동작 프로그램에 의해, 모션 센서(1)가 출력한 상기 자세 정보에 따른 액정화면(61)의 스크롤량을 연산하도록 구성하고 있다.

본 예의 휴대 전화기(6)에 의하면, 그 조작면(63)에 배치한 조작버튼(630)에의한 조작을 보조하여, 사용자의 조작 부담을 경감시킬 수 있다.

또한, 휴대 전화기(6)를 흔들거나 함으로써, 그 가속도를 검출하여 각종 조작을 할 수 있도록 구성할 수도 있다. 또한, 모션 센서(1)에 의해서 지자기를 검출하여, 방위 정보를 취득할 수도 있다.

또한, 그 밖의 구성 및 작용 효과에 관해서는, 실시예 1 내지 실시예 3과 동일하다.

또한, 본 발명의 모션 센서는, 상술한 휴대 전화기 외에도, 예를 들면, 카 네비게이션 시스템, 게임기 등, 여러가지 기기에 탑재하여 이용할 수 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 3차원적인 모든 방향의 방위, 자세, 및 가속도를, 용이하고 또한 정확하게 검출할 수 있는 모션 센서를 제공한다.

Claims

모션 센서로서:

서로 직교하는 3 축 방향의 자계 강도를 검출하는 3 개의 자기 센싱부들;

상기 3 축 방향의 가속도를 검출하는 3 개의 가속도 센싱부들을 포함하며,

상기 가속도 센싱부는, 가속도에 따라서 변위하도록 구성된 자석체와, 상기 자석체의 변위를 검출하는 자석 변위 검출 헤드로 이루어지고,

상기 3 개의 자기 센싱부들과 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드들은 동작 원리가 공통하는 동일한 종류의 자기 검출 소자로 이루어지고,

이들 총 6 개의 자기 검출 소자들을 제어하는 1 개의 전자 회로와, 상기 3 개의 자기 센싱부들과, 상기 3 개의 가속도 센싱부들을 하나의 패키지에 모듈화하고,

상기 자석 변위 검출 헤드는, 상기 자석체에 의한 자기를 검출하는 주검출부와, 상기 자석 변위 검출 헤드에 작용하는 주변 자계를 검출하는 보상용 검출부를 갖고, 상기 주검출부와 상기 보상용 검출부는, 동축 방향의 자기를 검출할 수 있도록 구성되고,

상기 주검출부의 출력으로부터 상기 보상용 검출부의 출력을 감산하거나 상기 보상용 검출부의 출력의 미리 결정된 배수를 감산함으로써, 상기 자석 변위 검출 헤드의 출력 신호를 보상하도록 구성되는, 모션 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 자석체는, 상기 패키지 내에 고정된 지지 포스트(support post)에 일단을 고정한 캔틸레버(cantilever)의 타단에 고정되어 있고, 상기 3 개의 가속도 센싱부들에서의 상기 캔틸레버는, 그 긴 변 방향이 동일한 평면에 대하여 평행하게 되도록 구성되는, 모션 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 3 개의 자기 센싱부들을 구성하는 상기 자기 검출 소자들 및 상기 3 개의 자석 변위 검출 헤드들을 구성하는 상기 자기 검출 소자들은 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어지는, 모션 센서.
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제 1 항에 있어서,

상기 자석 변위 검출 헤드는, 하나의 감자체와 상기 감자체에 권취된 제 1 검출 코일 및 제 2 검출 코일로 이루어지는 차동형의 마그넷·임피던스·센서 소자(differential magneto-impedance sensor element)로 이루어지고, 상기 제 1 검출 코일은 상기 주검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 2 검출 코일은 상기 보상용 검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 1 검출 코일의 일단은 상기 제 2 검출 코일의 일단과 접속되어 있고, 상기 제 1 검출 코일과 상기 제 2 검출 코일은, 상기 감자체에 동일한 자계가 작용하였을 때에 역 방향의 동일한 크기의 출력 전압이 생기도록 권취되어 있는, 모션 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 자석 변위 검출 헤드는, 하나의 감자체와 상기 감자체에 권취된 제 1 검출 코일 및 제 2 검출 코일로 이루어지는 차동형의 마그넷·임피던스·센서 소자로 이루어지고, 상기 제 1 검출 코일은 상기 주검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 2 검출 코일은 상기 보상용 검출부의 일부를 구성하고, 상기 제 1 검출 코일의 일단은 상기 제 2 검출 코일의 일단과 접속되어 있고, 상기 제 1 검출 코일과 상기 제 2 검출 코일은, 상기 감자체에 동일한 자계가 작용하였을 때에, 서로 역방향인 동시에 한쪽이 다른 쪽의 미리 결정된 배수가 되는 크기의 출력 전압이 생기도록 권취되어 있는, 모션 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 전자 회로는, 상기 자기 검출 소자의 감자 방향이 서로 동일 방향으로 되는 상기 가속도 센싱부와 상기 자기 센싱부 각각의 출력에 기초하여, 주변 자계의 영향을 보상 연산하여 가속도를 산출하도록 구성되는, 모션 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 전자 회로는, 상기 6 개의 자기 검출 소자들을 시분할(time-sharing)로 제어하도록 구성되는, 모션 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 모션 센서를 탑재하여 이루어지는 휴대 전화기.