KR101023867B1 - 관성력 센서 - Google Patents

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KR101023867B1 KR1020087019414A KR20087019414A KR101023867B1 KR 101023867 B1 KR101023867 B1 KR 101023867B1 KR 1020087019414 A KR1020087019414 A KR 1020087019414A KR 20087019414 A KR20087019414 A KR 20087019414A KR 101023867 B1 KR101023867 B1 KR 101023867B1
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Abstract

로우패스 필터(36)와 하이패스 필터(38)의 양쪽의 저항(48, 54)에 대해서 각 스위치(64, 66)가 병렬 접속됨과 더불어, 이들 스위치(64, 66)를 도통시켜 저항(48, 54)을 통하지 않고 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)를 급속 충전할 수 있는 관성력 센서를 제공한다.

Description

관성력 센서{INERTIA FORCE SENSOR}
본 발명은, 각종 전자기기에 이용하는 관성력 센서에 관한 것이다.
이하, 종래의 관성력 센서에 대해 설명한다. 관성력 센서로서는 각속도 센서를 들 수 있다.
도 6은 종래의 관성력 센서의 감지 회로의 회로도이다. 도 6에 있어서, 이 각속도 센서는, 음차 형상, H 형상, T 형상, 음편 형상 등, 각종의 형상을 한 진동자(도시 생략)와, 이 진동자를 진동시키기 위한 구동 회로(도시 생략)와, 코리올리력(관성력)에 기인하여 진동자에 생기는 왜곡을 감지하기 위한 감지 회로(2)와, 구동 회로 및 감지 회로(2)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급 회로(도시 생략)를 구비하고 있다.
감지 회로(2)에는, 저항(4)과 콘덴서(6)를 접속해 형성한 로우패스 필터(8)와 하이패스 필터(10)를 설치하고 있다. 이 로우패스 필터(8)와 하이패스 필터(10)를 통해, 왜곡에 기인해 진동자로부터 출력되는 전기적 감지 신호를 평활 처리하고, 각속도 신호가 출력된다.
이러한 각속도 센서는, 예를 들면, 디지털 카메라 등의 흔들림 방지 기능을 구성하는 부품으로서 탑재되어 있다.
또한, 이 출원의 발명에 관한 선행 기술 문헌 정보로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2가 알려져 있다.
상기 구성에 있어서, 감지 회로(2)의 로우패스 필터(8)나 하이패스 필터(10)에 이용하는 콘덴서(6)의 충전이 완료되지 않으면 정상적인 각속도의 검출을 행할 수 없다. 특히, 디지털 카메라에 각속도 센서를 이용하고 있는 경우는, 디지털 카메라의 전원을 투입한 기동 직후, 정상적인 흔들림 보정을 할 수 없다. 이 점에 대해서, 특허 문헌 1과 같이, 하이패스 필터의 저항을 통하지 않고 충전하는 방법도 있지만, 이것만으로는 충분한 충전은 불가능하다.
[특허 문헌 1:일본국 특허공개 평5-207356호 공보]
[특허 문헌 2:일본국 특허공개 2002-243451호 공보]
본 발명은 충분한 충전이 가능하고, 디지털 카메라 등에 이용한 경우는 기동 직후부터 흔들림 보정을 가능하게 하는 관성력 센서를 제공한다.
본 발명에 관한 관성력 센서는, 관성력에 기인하여 왜곡을 일으키는 진동자와, 왜곡에 기인해 진동자로부터 출력되는 감지 신호를 평활 처리해 각속도 신호를 출력하는 감지 회로를 구비한다. 감지 회로는, 저항과 콘덴서를 접속해 형성된 로우패스 필터와 하이패스 필터를 가지며, 로우패스 필터의 저항과 콘덴서의 사이에 하이패스 필터의 콘덴서의 일단이 접속되고, 로우패스 필터와 하이패스 필터를 통해 감지 신호를 평활 처리해 각속도 신호가 출력된다. 그리고, 로우패스 필터와 하이패스 필터 중 어느 한쪽의 저항에 스위치가 병렬 접속됨과 더불어, 스위치를 도통시켜 저항을 통하지 않고 콘덴서를 충전하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 콘덴서의 양단으로부터 충전이 가능해지고, 필요에 따라서 로우패스 필터측으로부터 충전할지 하이패스 필터측으로부터 충전할지를 선택하여, 충전할 수 있다. 특히, 콘덴서의 양단 중, 일단으로부터 충전하는 경우는 타단에 접속된 부하의 영향을 받아서 안정되게 충전을 할 수 없는 경우가 있지만, 콘덴서의 양단으로부터 충전할 수 있으므로, 안정되게 충전이 가능하다. 따라서, 디지털 카메라 등에 이용한 경우에서도, 기동 직후부터 흔들림 보정을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 각속도 센서의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 각속도 센서의 감지 회로의 회로도이다.
도 3은 흔들림 주파수에 대한 게인을 나타내는 특성 파형도이다.
도 4는 도 2의 (A점)~(E점)에 있어서의 특성 파형을 나타내는 특성 파형도이다.
도 5는 각속도 신호의 안정 범위에 이를 때까지의 시간을 나타내는 특성 파형도이다.
도 6은 종래의 관성력 센서의 감지 회로의 회로도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
12:진동자 14:구동 회로
16:모니터 회로 18:감지 회로
20:구동 전극 22:감지 전극
24:모니터 전극 26:AGC 회로
28:BPF 회로 30:증폭 회로
32:차동 증폭 회로 34:동기 검파 회로
36:로우패스 필터 38:하이패스 필터
40:노이즈 필터 42:제1 로우패스 필터
44:제2 로우패스 필터 46, 62:증폭기
48, 54:저항 50, 56:콘덴서
52:제2 전압 58:제3 전압
60:제4 전압 64, 66:스위치
이하, 본 발명의 실시의 형태의 관성력 센서에 있어서의 각속도 센서에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
(실시의 형태)
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 각속도 센서의 블록도이다. 도 1에 있어서, 각속도 센서는, 진동자(12)와, 이 진동자(12)를 진동시키는 구동 회로(14)와, 이 진동자(12)의 진동 상태를 모니터하는 모니터 회로(16)와, 관성력(코리올리력)에 기인한 진동자(12)의 왜곡을 감지하는 감지 회로(18)와, 구동 회로(14) 및 감지 회로(18)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급 회로(도시 생략)를 구 비하고 있다.
진동자(12)는, Ag나 Au 등의 금속 도체로 이루어지는 전극으로 PZT로 이루어지는 압전 박막을 사이에 끼고 형성한 다층 구조의 구동 전극(20), 감지 전극(22), 모니터 전극(24)을, 음차 형상의 실리콘 기판상에 배치해 형성한 것이다. 또한, 실리콘 기판의 형상은 H 형상이나 T 형상이나 음편 형상 등이어도 된다.
구동 회로(14)는, 전압을 제어하는 AGC 회로(26)나 BPF 회로(28)나 구동 전극(20)에 통전하기 위한 전압을 증폭하는 증폭 회로(30)에 의해 구성되어 있다. 그리고, 모니터 회로(16)가 진동자(12)의 진동 상태에 따라서, 진동자(12)의 진동값이 작다고 검지하면, 구동 회로(14)는 AGC 회로(26)를 통해 진동자(12)에 통전하기 위한 전압을 증폭한다. 반대로, 모니터 회로(16)가 진동자(12)의 증폭값이 크다고 검지하면, 구동 회로(14)는 AGC 회로(26)를 통해 진동자(12)에 통전하기 위한 전압을 감소시킨다. 이러한 동작에 의해, 진동자(12)의 진동이 일정한 주기 및 진폭으로 진동하도록, 진동자(12)에 통전하기 위한 전압이 제어되어 있다.
감지 회로(18)는, 관성력에 기인한 진동자(12)의 왜곡을 감지하여 감지 전극(22)으로부터 전기적으로 출력된 감지 신호를 처리한다. 감지 전극(22)으로부터 전기적으로 출력된 2개의 감지 신호는, 차동 증폭 회로(32)와 동기 검파 회로(34)를 통해 출력된다. 또한, 이들 감지 신호는, 로우패스 필터(36)와 하이패스 필터(38)와 노이즈 필터(40)를 통해 평활 처리되고, 각속도 신호로서 출력된다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 각속도 센서의 감지 회로의 회로도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터(36)는, 제1 로우패스 필 터(42)와 제2 로우패스 필터(44)가 접속되어 형성되어 있다.
제1 로우패스 필터(42)는, 필터링한 감지 신호를 출력 단자로부터 출력하는 증폭기(46)를 갖는다. 증폭기(46)의 비반전 입력 단자에는, 입력 저항을 풀어 감지 신호가 입력된다. 또, 증폭기(46)의 반전 입력 단자에는 제1 전압(45)이 인가되어 있다.
제2 로우패스 필터(44)는, 서로 직렬 접속한 저항(48)과 콘덴서(50)를 구비한다. 저항(48)의 일단이 증폭기(46)의 출력 단자에 접속되고, 콘덴서(50)의 일단에는 제2 전압(52)이 인가되어 있다.
로우패스 필터(36)의 후단에는 하이패스 필터(38)가 설치되어 있다. 이 하이패스 필터(38)는, 서로 직렬 접속한 저항(54)과 콘덴서(56)를 구비하고 있다. 제2 로우패스 필터(44)의 저항(48)과 콘덴서(50)의 사이에 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)의 일단이 접속되어 있다. 또, 하이패스 필터(38)의 저항(54)의 일단에는 제3 전압(58)이 인가되어 있다.
하이패스 필터(38)의 후단에는 노이즈 필터(40)가 설치되어 있다. 이 노이즈 필터(40)는, 필터링한 감지 신호를 출력 단자로부터 출력하는 증폭기(62)를 갖는다. 증폭기(62)의 비반전 입력 단자에는, 하이패스 필터(38)의 저항(54)과 콘덴서(56)의 사이로부터 출력되는 감지 신호가 입력된다. 또, 증폭기(62)의 반전 입력 단자에는, 입력 저항을 통해 제4 전압(60)이 인가되어 있다.
여기서, 제2 로우패스 필터(44)의 콘덴서(50)와 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)를 비교하면, 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)의 용량이 10배 정도 크고, 충 전에 시간이 걸린다. 이 때문에, 본 발명에 관한 관성력 센서에서는, 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)를 신속하게 충전하는 충전 수단이 설치되어 있다.
즉, 로우패스 필터(36)와 하이패스 필터(38)의 양쪽의 저항(48, 54)에 대해서, 각 스위치(64, 66)를 병렬 접속시킴과 더불어, 이들 스위치(64, 66)를 도통시켜 저항(48, 54)을 통하지 않고 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)를 충전한다. 또한, 노이즈 필터(40)의 증폭기(62)의 반전 입력 단자에 인가하는 제4 전압(60)의 전압값과 하이패스 필터(38)의 저항(54)의 일단에 인가하는 제3 전압(58)의 전압값을 같게 한다. 이러한 구성에 의해, 콘덴서(56)로의 급속 충전이 가능해진다.
또한, 도 2에 있어서, 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)의 양단 각각에 직렬로 스위치(도시 생략)를 삽입해도 된다. 이러한 구성의 경우, 양단의 스위치를 비도통으로 하면 콘덴서(56)로의 충전 및 방전이 정지한다. 따라서, 미리 콘덴서(56)를 충전 상태로 해 두면, 그 충전 상태를 일정 시간 유지할 수 있다.
그리고, 콘덴서(56)의 충전 상태를 일정 시간 유지함으로써, E점에서의 출력전압값을 조기에 안정시킬 수 있다. 예를 들면, 콘덴서(56)의 양단에 설치된 2개의 스위치에 있어서, 한쪽의 스위치는 전단 회로에 접속되고, 다른 쪽의 스위치는 후단 회로에 접속되어 있다고 한다. 또한, 전단 회로는 하이패스 필터(38)이며, 후단 회로는 노이즈 필터(40)이다. 이 때, 이들 2개의 스위치를 비도통으로 함으로써, 전단 회로 또는 후단 회로로의 전력 공급을 정지시킨다. 2개의 스위치를 비도통으로 한 시점에서의 콘덴서(56)는 충전 상태를 유지하고 있다. 그 후, 2개의 스위치를 도통시키면, 콘덴서(56)가 전단 회로 또는 후단 회로에 방전하므로, C점, D점에서의 전압값이 신속하게 안정된다.
또, 증폭기(46, 62) 및 제2 전압(52), 제3 전압(58), 제4 전압(60)으로의 전원 공급을 정지시키는 스위치를 설치하면, E점에서의 출력 전압값의 조기 안정화를 더 도모할 수 있다.
도 3은 흔들림 주파수에 대한 게인을 나타내는 특성 파형도이다. 도 3에 있어서, 디지털 카메라의 흔들림 방지 기구에 상기의 각속도 센서를 이용한 경우는, 흔들림이 5~20㎐정도에 있어서 발생한다. 그래서, 상기의 로우패스 필터(36)와 하이패스 필터(38)에 의해, 5~20㎐에 있어서의 게인을 감쇠시키지 않도록 하고 있다. 또한, 노이즈 등의 영향을 고려하면, 0.1~200㎐에 있어서의 게인을 감쇠시키지 않도록 하면 된다.
도 4는 도 2에 나타내어지는 각 점 (A점)~(E점)에 있어서의 특성 파형을 나타내는 특성 파형도이다. 감지 신호를 평활 처리해 각속도 신호를 출력할 때까지의 각 점에 있어서의 특성 파형을 나타내고 있다.
A점에 입력되는 감지 신호는, 진동자(12)에서 생기는 정현파 신호를 검파해 얻어진 주기 신호이다. 이 감지 신호는 증폭기(46)에 의해 반전하여 도 4의 B점에 나타내어지는 신호가 된다. 그 후, 평활 처리가 이루어지고, C점, D점을 거쳐 각속도를 나타내는 신호가 E점에 있어서 출력된다.
상기 구성에 의해, 로우패스 필터(36)와 하이패스 필터(38) 중 적어도 어느 한쪽의 저항(48, 54)에 스위치(64, 66)를 병렬 접속시킴과 더불어, 스위치(64, 66)를 도통시켜 저항(48, 54)을 통하지 않고 콘덴서(56)를 충전한다. 이 동작에 의 해, 콘덴서(56)의 양단으로부터 충전이 가능해지므로, 필요에 따라서 로우패스 필터(36)측으로부터 충전할지 하이패스 필터(38)측으로부터 충전할지를 선택하여, 충전할 수 있다. 특히, 콘덴서(56)의 양단 중, 일단으로부터 충전하는 경우는 타단에 접속된 부하의 영향을 받아서 안정되게 충전을 할 수 없는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에 관한 관성력 센서에서는, 콘덴서(56)의 양단으로부터 충전할 수 있으므로, 안정되게 충전할 수 있다.
이와 같이, 로우패스 필터(36)와 하이패스 필터(38)의 양쪽의 저항(48, 54)에 대해서, 각 스위치(64, 66)가 병렬 접속됨과 더불어, 스위치(64, 66)를 도통시켜 저항(48, 54)을 통하지 않고 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)를 충전하면, 안정되게 급속 충전이 가능해진다.
도 5는 정상적인 각속도의 검출을 행할 수 있는 각속도 신호의 안정 범위에 이를 때까지의 시간을 나타내는 특성 파형도이다. 횡축의 시간에 대해서, 종축은 도 4의 E점에 있어서의 각속도 신호를 출력 전압으로서 표시하고 있다. 또, 기준 전압은 증폭기(62)의 다이나믹 레인지의 중점으로 하고 있다. 또한, 안정 범위는 기준 전압으로부터 일정 범위 내에 가까워진 영역이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 본원에 있어서의 각속도 신호의 안정 범위에 이를 때까지의 시간(T1)은, 종래에 있어서의 각속도 신호의 안정 범위에 이를 때까지의 시간(T2)보다 빠르다. 각속도 신호의 안정 범위에 이를 때까지의 시간은, 종래는 몇 초~수십 초 걸리고 있었지만, 본원에서는 1초 이하로 안정 범위에 이를 수 있다.
또, 노이즈 필터(40)의 증폭기(62)의 반전 입력 단자에 인가하는 제4 전압(60)과 하이패스 필터(38)의 콘덴서(56)의 일단에 인가하는 제3 전압(58)을 동등한 전압으로 하고 있으므로, 증폭기(62)에 있어서 각속도 신호에 노이즈 신호가 중첩하는 것을 특히 억제할 수 있다. 따라서, 디지털 카메라 등에 이용한 경우에서도, 기동 직후부터 흔들림 보정을 가능하게 한다.
이상과 같이 본 발명에 관한 관성력 센서는, 감지 회로에 이용하는 하이패스 필터의 콘덴서의 급속 충전이 가능하므로, 각종 전자기기에 유용하다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 진동자와,
    상기 진동자로부터 출력되는 감지 신호를 평활 처리하여 각속도 신호를 출력하는 감지 회로를 구비하고,
    상기 감지 회로는,
    저항과 콘덴서를 접속하여 형성된 로우패스 필터와 하이패스 필터를 가지며,
    상기 로우패스 필터의 저항과 콘덴서의 사이에 상기 하이패스 필터의 콘덴서의 일단(一端)이 접속되고,
    상기 로우패스 필터와 상기 하이패스 필터를 통해 상기 감지 신호를 평활 처리하여 각속도 신호가 출력되고,
    상기 로우패스 필터와 상기 하이패스 필터 중 어느 한쪽의 상기 저항에 스위치가 병렬 접속됨과 더불어, 상기 스위치를 도통시켜 상기 하이패스 필터의 콘덴서를 충전하며,
    상기 감지 회로는 노이즈 필터를 더 구비하고,
    상기 하이패스 필터로부터 출력되는 각속도 신호는 상기 노이즈필터를 통해 출력되고,
    상기 노이즈 필터는, 증폭기를 가지며,
    상기 증폭기의 비반전 입력 단자에는 상기 각속도 신호가 입력되고,
    상기 증폭기의 반전 입력 단자에는 입력 저항을 통해 전압이 인가되고,
    상기 증폭기의 출력 단자로부터 증폭된 상기 각속도 신호가 출력되고,
    상기 증폭기의 상기 반전 입력 단자에 인가하는 상기 전압과 동등한 전압을 상기 하이패스 필터의 콘덴서의 일단에 인가하는 것을 특징으로 하는 관성력 센서.
  4. 진동자와,
    상기 진동자로부터 출력되는 감지 신호를 평활 처리하여 각속도 신호를 출력하는 감지 회로를 구비하고,
    상기 감지 회로는,
    저항과 콘덴서를 접속하여 형성된 로우패스 필터와 하이패스 필터를 가지며,
    상기 로우패스 필터의 저항과 콘덴서의 사이에 상기 하이패스 필터의 콘덴서의 일단(一端)이 접속되고,
    상기 로우패스 필터와 상기 하이패스 필터를 통해 상기 감지 신호를 평활 처리하여 각속도 신호가 출력되고,
    상기 로우패스 필터와 상기 하이패스 필터 중 어느 한쪽의 상기 저항에 스위치가 병렬 접속됨과 더불어, 상기 스위치를 도통시켜 상기 하이패스 필터의 콘덴서를 충전하며,
    상기 하이패스 필터의 상기 콘덴서의 양단(兩端) 각각에 직렬로 다른 스위치를 설치하고,
    상기 다른 스위치를 통해 전단(前段) 회로와 후단(後段) 회로가 접속되는 것을 특징으로 하는 관성력 센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전단 회로 또는 상기 후단 회로로의 전원 공급을 정지하는 기능을 더 구비한 것을 특징으로 하는 관성력 센서.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 로우패스 필터와 상기 하이패스 필터의 양쪽의 상기 저항 각각에 스위치가 병렬 접속되고, 상기 스위치의 각각을 도통시켜 상기 하이패스 필터의 콘덴서를 충전하는 것을 특징으로 하는 관성력 센서.
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