KR20230151758A - 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자에 관한 것으로, 마이크로폰 소자에 있어서, 음의 파동(진동)을 집음하는 가속도 센서를 수용하는 공간부가 마련된 본체를 포함하는 마이크로폰 소자, 상기 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하여 증폭된 신호를 출력하도록 구성하되, 상기 마이크로폰소자 본체 외측으로 GAIN 신호를 제어할 수 있는 게인제어수단을 구성하고, 상기 게인제어수단을 외부 조작을 통해 상기 마이크로폰 소자의 출력신호값을 설정할 수 있도록 구성하며, 상기 증폭앰프 IC와 게인제어수단이 일체로 구비된 상기 마이크로폰 소자의 게인값을 설정하기 위해 표준음을 발생시키는 표준스피커가 내부에 마련된 무향박스 내부에 상기 마이크로폰 소자를 투입시키고, 상기 게인제어수단을 조작하는 튜닝수단에 의해 게인값을 조정하면서 출력되는 신호값이 임의의 출력값으로 설정되면 상기 게인제어수단의 제어를 종료하도록 측정시스템을 포함하는 세팅수단을 통해 측정하여 마이크로폰 소자의 출력 신호값을 제어하도록 구성된다.

Description

가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자{Microphone device using acceleration sensor}

본 발명은 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖도록 하기 위해 가속도 센서를 적용함으로써 수음 성능과 방수, 방진 설계에 최적화된 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로폰 소자는 외부의 음성신호를 전기신호로 변환하는 장치로써 주로 핸드폰, 스마트폰, MP3, 전화기 등의 통신기기와 보청기 등의 의료기기 또는 소형화된 다기능 스마트 센서에 내장되어 사용되고 있다.

상기 마이크로폰은 구체적인 구성의 차이에 따라 일렉트릭 콘덴서 마이크로폰(electret condenser microphone), 디지털 마이크로폰(digital microphone), 멤스(MEMS) 실리콘 마이크로폰 등 다양한 종류로 나뉜다.

이러한 마이크로폰은 그 종류에 무관하게, 인쇄회로기판과 이러한 인쇄회로기판에 결합되어 내부공간을 형성하는 커버를 포함하여 구성된다. 이러한 내부공간에는 소리를 전기신호로 변환하는데 필요한 전자부품들, 예컨대 콘덴서, 각종 반도체 칩(chip), 멤스다이(MEMS DIE), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 증폭기, 필터 등의 전자부품들이 구비된다. 통상 이러한 전자부품들은 인쇄회로기판에 실장되어 있다.

그리고, 마이크로폰의 종류에 무관하게 대부분의 마이크로폰에 사용되는 인쇄회로기판의 하측면에는 외부와의 전기적 연결을 위한 패드(pad)가 다수 구비되어 있다. 이러한 패드는 단자라고도 불린다. 다수의 패드는 접지, 전원 입력단 데이터 출력 등을 위한 용도이다.

즉, 통상의 마이크로폰은, 마이크로폰의 인쇄회로기판의 하측면에 구비된 패드를 사용자 제품의 기판에 솔더링함으로써, 사용자 제품과 전기적인 연결이 이루어지는 것은, 물론 사용자 제품에 고정도 되는 것이다.

한편, 지향성 Microphone은 기본적으로 음유입구를 전면과 후면에 구비되어 있고, 전면에서 유입되는 음과 후면으로 유입되는 음의 위상 차이를 두어 후면에서 들어오는 음을 상쇄시키는 효과를 가지는 Microphone으로써, 잡음이 많은 구역에서 주로 사용한다.

무지향성 Microphone은 음유입구가 전면에만 구비되어 있어 사방에서 들어오는 음을 충실히 집음할 수 있다. 하지만 잡음이 많은 구역에서 비교적 원하는 음질만을 집음하기 어렵다. 특히 차량용 마이크로폰의 경우 대부분 운전자 지향의 단일지향성 MICROPHONE이 탑재된 MICROPHONE MODULE을 장착하여 사용하게 된다.

이때, 지향성 Microphone은 전면과 후면의 위상차로 성능을 구현하기 때문에 상대적으로 일률적인 특성 구현이 어렵다.

도 1은 종래 일반적인 따른 마이크로폰소자 및 증폭을 위한 모듈로 구성되는 마이크로폰의 구성도이다. 마이크로폰(10)은 커버(11)와 인쇄회로기판(12)을 구비하고 있다. 커버(11)에는 음향홀(13)이 구비되어 있고, 커버(11)는 인쇄회로기판(12)에 에폭시와 같은 접착제에 결합되어 있다.

또한, 종래 마이크로폰을 동작을 위해서는 마이크로폰 소자(10)와 여기서 출력된 신호를 2차적으로 증폭시키기 위한 증폭모듈(20)을 구성하고 있으며, 1차적으로 증폭된 미약한 신호는 2차로 증폭하기 위하여 상기 증폭모듈(20)을 통해 증폭하여 출력 신호가 인터페이스를 통해 전송되는 구조를 갖는데, 이러한 종래 기술의 경우 2차 증폭 모듈을 구현하는 모듈 구성을 통해 부피가 증가한다.

또한, 마이크로폰소자를 구성함에 있어 완제품상태에서 출력 신호값(게인값)을 세팅하기 위하여 2차 증폭소자만 구현되어 왔기 때문에 공간의 제약적 문제뿐만 아니라, 앞서 언급한 바와 같이 지향성 마이크로폰소자의 경우 전면과 후면의 위상차로 성능을 구현하기 때문에 소자 자체에서 일률적인 특성 구현이 어려워 완제품에 대한 수율이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

최근 사용자 제품이 점차 소형화됨에 따라, 내부의 기판 역시 얇아지고 있는 추세이기 때문에 소자의 소형과, 슬림화, 집적화에 대한 개발 실정이 점차 높아지고 있으며, 대량 생산에 따른 수율개선을 위한 마이크로폰 소자 개발이 절실히 필요한 실정이다.

즉, 통상의 마이크로폰은, 마이크로폰의 인쇄회로기판의 하측면에 구비된 패드를 사용자 제품의 기판에 솔더링함으로써, 사용자 제품과 전기적인 연결이 이루어지는 것은, 물론 사용자 제품에 고정도 되는 것이다.

한편, 구성차이에 따라 기존방식에는 음향홀에 별도로 존재하여 완전 밀폐구조에 구현이 어려워 방수기능에 취약하게 된다. 이때, 가속도 센서를 이용하여 완전 밀폐구조를 구현하기 때문에 상대적으로 방수 기능 구현이 가능하게 된다.

종래의 마이크로폰은 커버와 인쇄회로기판을 구비하고 있다. 커버에는 음향홀이 구비되어 있고, 커버는 인쇄회로기판에 에폭시와 같은 접착제에 결합되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이 기존 마이크로폰소자의 경우 음향홀이 존재함에 따라 완전 밀폐 구현이 어려워 완제품 기능이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

이에 따라 상기 음향홀로 수분이 내부로 들어가 수명단축이나 오작동의 원인이 되는 문제점이 발생한다.

최근 사용자 제품이 점차 외부 장착됨에 따라, 방수 구조가 필수인 추세이기 때문에, 소자의 밀폐구조에 대한 개발 실정이 점차 높아지고 있으며, 대량생산에 따른 수율 개선을 위한 마이크로폰 소자 개발이 필요한 실정이다.

KR 10-1149894호 KR 10-2018-0124421호 KR 10-1605476호 KR 10-1469606호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 기존에 음향홀로 구성된 마이크로폰 소자에 방수, 방진 기능 구현의 어려움으로 인한 산업 적용의 어려움을 극복할 수 있도록 방수가 가능한 마이크로폰 소자를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 마이크로폰 소자를 제조함에 있어 방수기능에 특화하여 불용을 최소화 시킬 수 있는 기능을 제공하는데 목적이 있다

또한, 본 발명은 음의 파동이 유입되는 홀(음유입홀)을 별도로 구성하지 않고 마이크로폰 소자를 개발함에 따라 상기 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭 IC(AMP IC)를 구성하여 증폭된 신호를 출력하도록 하되 마이크로폰 소자를 방수 구조를 강화시키고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 마이크로폰 소자에 있어서, 음의 파동(진동)을 집음하는 가속도 센서를 수용하는 공간부가 마련된 본체를 포함하는 마이크로폰 소자, 상기 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하여 증폭된 신호를 출력하도록 구성하되, 상기 마이크로폰소자 본체 외측으로 GAIN 신호를 제어할 수 있는 게인제어수단을 구성하고, 상기 게인제어수단을 외부 조작을 통해 상기 마이크로폰 소자의 출력신호값을 설정할 수 있도록 구성하며, 상기 증폭앰프 IC와 게인제어수단이 일체로 구비된 상기 마이크로폰 소자의 게인값을 설정하기 위해 표준음을 발생시키는 표준스피커가 내부에 마련된 무향박스 내부에 상기 마이크로폰 소자를 투입시키고, 상기 게인제어수단을 조작하는 튜닝수단에 의해 게인값을 조정하면서 출력되는 신호값이 임의의 출력값으로 설정되면 상기 게인제어수단의 제어를 종료하도록 측정시스템을 포함하는 세팅수단을 통해 측정하여 마이크로폰 소자의 출력 신호값을 제어하도록 구성된다.

또한, 상기 본체는, 상기 가속도 센서를 수용하는 소정의 공간부가 마련되고, 상기 본체는 외부에서 발생되는 음을 상기 가속도 센서로 전달하기 위하여 상기 본체 일측으로 음파전달부재를 포함하여 구성되며, 상기 음파전달부재로 전달된 외부 음은 코어를 통해 상기 가속도 센서로 전달되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세팅수단은, 상기 증폭앰프 IC와 게인제어수단이 일체로 구비된 상기 마이크로폰소자의 게인값을 설정하기 위해 구비되며, 소리가 외부로 전달되는 것을 밀폐시키는 무향박스, 상기 무향박스 내부에서 표준음을 발생시키는 표준스피커, 상기 마이크로폰 소자에서 출력되는 출력값을 측정하는 측정시스템, 상기 측정시스템의 측정값을 분석하여 상기 게인조절부를 조절하는 세팅부; 및 상기 마이크로폰 소자를 상기 무향박스 내에서 출력값 세팅을 위하여 무향박스 내에 자동방식으로 투입 및 배출되도록 구동하는 투입배출라인을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 게인제어수단은, 상기 마이크로폰 소자의 본체의 후면상에 PCB 기판상에 게인조절부를 집적화하여 외부에서 게인값을 설정할 수 있도록 구성되며, 상기 게인조절부는 물리적 조작력을 가하여 출력 게인값을 제어하며, 상기 게인조절부가 회전각을 이용하여 아날로그 방식의 게인제어수단을 제어하고, 아날로그 방식의 회전각에 대한 저항값을 계산하여 이 저항값에 대한 레벨값을 설정하여 아날로그 방식의 게인제어수단을 제어하며, 상기 세팅수단은, 상기 마이크로폰 소자를 무향박스에 투입한 후 스피커를 통해 세팅 음을 발생시켜 얻어지는 출력 신호값을 측정시스템에서 검출한 후 게인값을 설정하여 원하는 출력 신호값을 획득하면 투입배출라인을 통해 배출시키고, 게인값 조정이 필요한 경우 세팅부로 제어신호를 발생시켜 원하는 게인값이 얻어질 때까지 스피커에서 음을 발생시키고 출력 신호값을 측정하는 과정을 반복수행하여 원하는 게인값이 측정되는 세팅된 마이크로폰 소자를 배출시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세팅수단은, 상기 측정시스템을 통해 측정된 출력값을 기준으로 일정 출력값 이하의 범위를 갖도록 1차 출력값을 상기 세팅부를 통해 조절한 후 다시 측정된 출력값을 기준으로 2차 출력값을 갖도록 상기 세팅부를 통해 출력값을 조절하는 단계적 세팅을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세팅수단은, 상기 마이크로폰 소자의 기준값(A)을 세팅하기 위하여 기준값을 설정한 후 현재 출력값(bi)값을 검출한 후 1차 증폭을 실시하여 상기 기준값과 출력값이 세팅 조건에 맞는지 여부를 검출하고, 세팅 조건에 기준값에 맞으면 상기 마이크로폰 소자의 세팅을 종료하고, 세팅 조건이 기준값에 맞지 않으면 1차 증폭에 증폭된 값에 해당하는 증폭값(Vi)과 현재 출력값(bi)을 산출하여 2차 증폭을 실시한 후 출력값(A)을 검출하여 세팅 조건에 맞는 여부를 검출하며 아래 수학식을 통해 상기 마이크로폰 소자의 세팅을 진행하는 것을 특징으로 한다.

<수학식 1>

이때,

= 0.8 ~ 0.9이며, bi는 0.9A < bi < 1.05A 이고 Ci 는 출력값bi와 기준값 A와의 차이로서 즉 Ci= A- bi이다.

또한, 상기 마이크로폰 소자는, 증폭된 신호를 얻기 위해 마이크로폰 소자 내부에서 출력되는 미세전류를 1차 증폭한 다음 이를 다시 2차 증폭하는 구성없이 상기 마이크로폰 소자에서 출력되는 상기 미세전류를 1회 증폭하여 상기 마이크로폰 소자의 출력 신호값을 설정하기 위하여 입력신호와 연결되며 입력신호의 전압레벨로부터 설정된 전압레벨범위까지 입력신호의 전압을 증폭하기 위한 증폭블록을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 마이크로폰 소자는, 상기 증폭앰프 IC(AMP IC)로부터 전원을 공급받아 외부에서 입력되는 신호를 수신받아 별도의 전원공급부 구성없이 전원을 공급받도록 구성된다.

또한, 상기 증폭블록은, FUSE 방식 연산증폭기로 구성되고, 외부에서 전기적 신호를 인가하여 입력신호의 전압을 증폭시키기 위한 게인(GAIN)신호의 디지털값(데이터값)을 출력 세팅값(dB)에 따라 변경함으로써 증폭값이 결정되도록 조정된다.

또한, 상기 음파전달부재는 상기 본체의 일부가 음파에 민감한 박판으로 제작되며 상기 박판의 두께는 상기 박판주변의 본체두께에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 외부의 음파를 상기 가속도센서에 전달하여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음파전달부재는 상기 본체와 다른 재질을 사용하되 음파에 민감한 박판으로 제작되며 상기 박판의 두께는 상기 박판주변의 본체두께에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 외부의 음파를 상기 가속도센서에 전달하여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음파전달부재는 합성수지, 고무, 금속박막 중의 하나로 형성되며 상기 음파전달부재와 상기 본체사이에는 실링을 통해 밀폐함에 따라 방수기능을 구비하여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은, 종래의 마이크로폰 모듈(Microphone + Module)은 마이크로폰 소자에서 음향홀을 방수 매쉬 또는 발수 매쉬를 통한 방수 구조를 구현하는 반면에, 본 발명은 가속도 센서를 적용한 완전 밀폐 모듈 구조를 갖는 마이크로소자 내에서 음의 파동을 인지함으로써, 별도의 음향홀을 구성하지 않고 마이크로소자의 기능을 구현하는 구조로 사용 할 수 있으며, 특히 차량용의 경우 외부 장착 위치에 대한 제한적 요소를 해결할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 종래의 마이크로폰 모듈(Microphone + Module)은 마이크로폰소자에서 1차 증폭된 미약한 신호를 모듈에서 2차로 증폭하여 출력 신호가 인터페이스를 통해 전송되는 반면, 본 발명에 따른 High Gain Module은 마이크로소자 내에서 고 Gain으로 증폭된 신호를 인터페이스를 통해 직접 전송함으로써 별도의 2차 증폭회로를 구성하지 않고도 Module의 기능을 할 수 있으므로 부피와 중량을 최소화 할 수 있고, 특히 차량용의 경우 장착 위치에 대한 제한적 요소를 해결할 수 있다.

또한 본 발명의 마이크로폰 모듈은 외부가 완전히 밀폐되어 음향홀이 존재하지 않아 수분이 내부로 들어가는 것을 방지하고 이에 따라 수분으로 인한 수명단축이나 오작동의 원인이 되는 문제점을 차단하는 현저한 효과가 기대된다.

도 1은 일반적인 마이크로폰 소자의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자의 단면 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크포론 소자의 음파전달부재를 나타낸 단면 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자의 개략적인 회로 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자 제조를 위해 적용되는 세팅장치의 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 마이크폰 소자 세팅 방법의 상세 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 마이크폰의 본체 및 가속도센서와 음파전달부재를 도시한 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 마이크로폰 모듈은 외부가 완전히 밀폐되어 음향홀이 존재하지 않아 수분이 내부로 들어가는 것을 방지하고 이에 따라 수분으로 인한 수명단축이나 오작동의 원인이 되는 문제점을 차단하기 위해 음향을 증폭하는 소자로 가속도센서를 사용하는데 특징이 있다.

이를 위해 본 발명의 마이크로폰 모듈은 본체(110)가 방수 기능을 갖도록 완전 밀폐되는 구조를 갖는데, 이는 성형품으로 제작되는 본체를 준비하고 접합부나 조립부측을 실링 처리함으로써 방수 기능을 구현한다. 이때, 실링 처리의 경우 고무패킹을 적용하거나 실링 소재를 본체에 완전히 커버링되도록 제작될 수 있다.

이에 따라 본 발명의 마이크로폰 모듈은 본체의 내부에 음파를 전기신호로 변환하기 위해 다양한 센서가 배치될 수 있으며 이중의 하나의 센서로서 가속도센서를 채용할 수 있다.

또한 본 발명은 다양한 센서- 예로서 가속도 센서-에 외부 소리의 파동을 전달받기 위하여 외측과 내측을 연통하는 하나의 음파전달부재(112)가 본체 일측으로 구성될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 음파전달부재 하부측으로는 가속도 센서가 위치하여 음파전달부재로부터 전달된 파동을 전기적 신호로 변환된다.

이때 상기 음파전달부재(112)을 설치하기 위해 상기 본체의 일정부위에 관통홀이 설치될 수 있으며 상기 관통홀에 상기 음파전달부재가 설치되되 상기 음파전달부재와 상기 관통홀의 틈새는 별도의 실링이 구비될 수 있다.

여기서 실링은 상기 음파전달부재와 상기 관통홀의 틈새만을 실링하거나 음파전달부재의 표면을 감싸면서 상기 관통홀을 지나 관통홀의 주변까지 확장된 수지필름으로 덮어질 수 있으며 필요에 따라 상기 수지필름은 상기 음파전달부재를 포함하여 본체(110)의 일부 또는 전체를 덮어 실링할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 본체와 상기 음파전달부재가 일체로 형성되되 상기 음파전달부재의 두께를 상기 본체의 두께보다 얇게 형성시킴으로써 본체의 외부에서 생성된 음파가 상기 음파전달부재를 통해 가속도 센서로 음파가 전달될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 음파전달부재(112)의 파동을 상기 가속도 센서(140)에 직접 전달하기 하기 위해 하나의 코어(141)로 연결될 수 있으며 상기 코어는 음파전달부재의 파동을 상기 가속도센서에게 직접 전달하면 되므로 스틱이나 탄성체, 와이드, 형상합금 등 다양한 소재가 형태와 소재가 사용 될 수 있다. 또한 필요에 따라 상기 코어없이 상기 음파전달부재에 상기 가속도 센서가 직접 접촉되도 배치될 수도 있어, 코어없이 상기 음파전달부재의 파동을 가속도 센서에 전달할 수 있다.

이때 상기 가속도센서중 파동에 가장 민감한 부위가 상기 코어의 일측이 접촉하거나 비접촉식으로 연결될 수 있으며, 상기 코어 없이 가속도 센서가 상기 음파전달부재와 직접접촉될 수 있다.

나아가 본 발명에서는 상기 본체에 별도의 음파전달부재가 없이 본체자체가 외부의 음파에 직접반응하여 상기 가속도센서에게 음파를 전달할 수 있다. 이 경우 상기 본체의 전체 또는 일부가 음파에 민감한 박판으로 제작될 수 있으며 상기 박판의 근방에 상기 가속도 센서가 배치되어 외부의 음파가 상기 가속도센서에 전달되도록 형성될 수 있다.

이에 따라 상기 음파전달부재는 상기 본체의 일부가 음파에 민감한 박판으로 제작되며 상기 박판의 두께는 상기 박판주변의 본체두께에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 외부의 음파를 상기 가속도센서에 전달할 수 있다.

또한 상기 음파전달부재는 상기 본체와 다른 재질을 사용하되 음파에 민감한 박판으로 제작되며 상기 박판의 두께는 상기 박판주변의 본체두께에 비해 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 외부의 음파를 상기 가속도센서에 전달할 수 있다.

이때 상기 음파전달부재는 합성수지, 고무, 금속박막 중의 하나로 형성되며 상기 음파전달부재와 상기 본체사이에는 실링을 통해 밀폐함에 따라 방수기능을 구비하는 것이 바람직하다.

이에 따라 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자는, 마이크로폰 소자에 있어서, 음의 파동(진동)을 집음하는 가속도 센서를 수용하는 공간부가 마련된 본체를 포함하는 마이크로폰 소자, 상기 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하여 증폭된 신호를 출력하도록 구성하되, 상기 마이크로폰소자 본체 외측으로 GAIN 신호를 제어할 수 있는 게인제어수단을 구성하고, 상기 게인제어수단을 외부 조작을 통해 상기 마이크로폰 소자의 출력신호값을 설정할 수 있도록 구성하며, 상기 증폭앰프 IC와 게인제어수단이 일체로 구비된 상기 마이크로폰 소자의 게인값을 설정하기 위해 표준음을 발생시키는 표준스피커가 내부에 마련된 무향박스 내부에 상기 마이크로폰 소자를 투입시키고, 상기 게인제어수단을 조작하는 튜닝수단에 의해 게인값을 조정하면서 출력되는 신호값이 임의의 출력값으로 설정되면 상기 게인제어수단의 제어를 종료하도록 측정시스템을 포함하는 세팅수단을 통해 측정하여 마이크로폰 소자의 출력 신호값을 제어하도록 구성된다.

본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자는, 외부로 노출되는 음향홀 구조를 없애고 방수 기능을 갖도록 밀폐 구조를 갖기 위하여 가속도 센서를 적용한 밀폐형 마이크로폰 소자를 제공함에 따라 방수가 요구되는 다양한 산업 분야에 적용할 수 있고 특히, 외부에 설치되는 산업군에 효과적으로 적용될 수 있는 마이크로폰 소자를 제공하고자 하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자의 구성도이다.

본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자(100)는 크게, 소정 크기의 본체(110)와 상기 소자를 외부 장치와 연결하기 위한 소켓부(111) 그리고 외부에서 발생되는 음을 내부에 마련된 가속도 센서로 전달하기 위하여 상기 본체(110)와 일체로 형성되는 음파전달부재(112) 그리고 외부에서 게인값을 제어할 수 있도록 구성되는 게인제어수단(130)을 포함한다.

본 발명의 마이크로폰 소자는 특히 방수 기능을 갖도록 구성되어 임의의 장치에 적용 시 상기 소자를 외부에 설치하여도 내부에 구성된 전자부품들이 외부 환경으로부터 오염되거나 손상되는 것을 방지할 수 있도록 상기 본체(110)는 완전 밀폐되는 구조를 갖는다. 즉 여기서, 본 발명은 기존의 마이크로폰 소자는 외부에서 발생되는 음을 유입시키기 위하여 반드시 음유입구(또는 유입홀)이 마련되어 있기 때문에 방수 기능을 갖지 못하였지만, 본 발명은 이러한 기존의 마이크로폰 소자의 문제를 해결하고자 밀폐 구조를 갖되 우수한 음유입 기능을 갖도록 차별화된 구조를 갖게 되는 것이다.

상기 본체(110)에 일측으로 마련된 음파전달부재(112)은 외부에서 발생되는 음(소리)의 파동(진동)을 집읍하여 내부에 구성된 가속도 센서로 전달하기 위한 주요 구성으로써, 본체와 일체로 형성되거나 또는 밀폐 구조를 갖도록 됨에 따라 방수 기능을 구비한 구조를 특징으로 한다.

아래에서 그 구조를 구체적으로 설명하겠지만, 상기 음파전달부재(112)은 얇은 박막재료로써, 다양한 종류의 합성수지 화학물 계열이나 천연 고무 등과 같은 박막 소재를 적용할 수 있으며, 본 발명에서는 그 재료에 한정되는 것은 아니다.

따라서, 상기 음파전달부재(112)과 가속도 센서의 결합을 통해 외부 음(소리)을 집음하여 전기적 신호로 생성할 수 있는 구조를 갖고 마이크로폰 소자(100)를 구성하게 된다.

또한, 일측으로 연장 형성된 소켓부(111)는 외부 기기에 연결될 수 있는 구조를 갖고 있으며, 상기 소켓부(111)를 통해 전기적 신호를 외부로 제공할 수 있는 단자가 내측에 구성되어 있기 때문에 마이크폰 소자를 외부 장치(또는 케이블 등)와 용이하게 연결시킬 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자의 다면 구성도이다.

상기 본체(110)는 내부에 소정의 공간을 마련하고 있으며, 내측으로는 마이크로폰 소자를 구성하기 위한 다수의 전자부품이 구성된다. 상기 본체(110)는 방수 기능을 갖도록 완전 밀폐되는 구조를 갖는데, 이는 성형품으로 제작되는 본체를 준비하고 접합부나 조립부측을 실링 처리함으로써 방수 기능을 구현한다. 이때, 실링 처리의 경우 고무패킹을 적용하거나 실링 소재를 본체에 완전히 커버링되도록 제작될 수 있다.

한편, 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이 외부 소리의 파동을 전달받기 위하여 외측과 내측을 연통하는 하나의 음파전달부재(112)이 본체 일측으로 구성되고, 상기 음파전달부재 하부측으로는 가속도 센서가 위치하여 음파전달부재로부터 전달된 파동을 전기적 신호로 변환한다.

도 4는 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크포론 소자의 음파전달부재를 나타낸 단면 구성도이다. 도 4에서 상기 음파전달부재(112)과 가속도 센서(140)는 하나의 코어(141)로 접속되어 있으며, 외부 소리에 의한 파동을 상기 가속도 센서(140)로 전달함으로써 소리를 전기적 신호로 변환한다.

확대도에서 도시된 바와 같이 상기 음파전달부재(112)은 밀폐 구조를 갖도록 본체와 완전히 실링되는 형태를 갖는다. 본체 내측을 지지하는 형태로 음파전달부재가 구성되어 있어 끼움 결합되거나 본딩될 수 있는 것이다. 이와 같이 구성되는 음파전달부재를 통해 본 발명에 따른 마이크로폰 소자(100)는 방수 기능을 갖으며, 가속도 센서를 통해 전기적 신호로 변환함으로써 소리를 출력한다.

도 5는 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자의 세부 구성도이다.

한편, 본 발명에 따라 구성된 마이크로폰 소자의 주요 기술적 특징으로 마이크로폰 소자 제조 과정에서 일률적인 출력값 제어를 위하여 게인값 제어를 위한 게인제어수단(130)과 이에 따른 증폭앰프IC(120)를 포함한다.

본 발명에 따른 주요 요지에 해당하는 상기 게인제어수단(130)은 아날로그 방식 또는 디지털 방식으로 구현할 수 있는데, 아날로그 방식의 경우 물리적 조작력(스위치 회전)을 가하여 증폭앰프의 신호값을 조절함으로써 소자의 출력 게인값을 제어하게 되는 것이고, 디지털방식의 게인제어수단의 경우 게인 세팅값을 writing 하여 0점 조정을 하는 것이다. 이때, 상기 게인제어수단을 통해 세팅된 출력값이 변동되지 않도록 상기 마이크로폰소자 내에 구성된 증폭앰프 IC를 OPT(one time programmable) EPROM 방식의 AMP IC로 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 제조되는 마이크로폰 소자(100)는 게인제어수단을 통해 완제품 생산 후 외부에서 게인값을 제어하여 0점 세팅이 가능하기 때문에 일률적인 게인값 설정이 가능한 이점이 있으며, 불용 제품을 최소화시킬 수 있어 수율을 높일 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 마이크로폰소자 내에서 증폭과 게인값 튜닝이 가능한 회로로 소자를 구성하기 때문에 2차 증폭 구현 없이 소자 내에서 게인값 튜닝과 증폭을 모두 구현할 수 있어 결과적으로 회로를 단순화시킬 수 있고, 일체형 구조에 따라 부피를 크게 축소시킬 수 있는 이점이 있는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 마이크로폰 소자 제조를 위해 적용되는 세팅장치의 구성도이다.

세팅수단(200)은 본 발명에 따라 완성된 마이크로폰소자에서 게인제어수단을 자동 제어하고 이것을 통해 출력 신호값을 세팅할 수 있는 자동화 환경이 구성된 장치로써, 도시된 바와 같이 소정크기의 무향박스(220) 내에 음을 발생시키는 스피커(210)가 마련되고 생산된 마이크로폰소자(100)를 일측에서 투입할 수 있는 투입배출라인(240)이 마련되어 있는데, 바람직하게는 생산 자동화를 위하여 자동화 장치(로봇암, 컨베이어 등)를 통해 자동으로 장입/반입이 구현되는 투입배출라인(240)을 구성할 수 있다.

상기 투입배출라인(240)을 통해 마이크로폰소자가 일정 위치에 투입이 되면, 상기 스피커를 통해 세팅 음원을 발생시켜 소자에서 출력되는 게인값을 측정시스템(250)에서 검출하게 되고 여기서 검출된 검출값에 의해 게인값을 조정하게 되는데, 일측에 마련된 튜닝수단(230)이 소자의 게인제어수단(140)을 조작하여 증폭값을 조절하면서 최종 게인값을 검출하면서 마이크로폰소자의 게인값을 세팅하게 된다.

본 발명에서 언급한 바와 같이 상기 게인제어수단(140)은 아날로그 방식 또는 디지털 방식으로 구현될 수 있는 아날로그 방식의 경우 게인제어수단(130)을 회전각에 의해 회전하면서 조절할 수 있도록 구성할 수 있으며, 디지털 방식의 경우 접점방식으로 조작하여 게인값을 조절하게 된다.

앞서 언급한 과정은 자동화 방식으로 통해 제어할 수 있도록 상기 세팅수단이 마련되어 있으며, 그 과정을 다시 설명하면, 마이크로폰소자가 무향박스(220)내에 투입되면 상기 스피커(210)에서 일정 음을 발생시키고 측정시스템에서 출력값을 검출한 후 게인값 조절이 필요할 경우 튜닝수단(230)을 제어하여 소자의 게인값을 조절할 수 있도록 상기 튜닝수단(230)을 조절함으로써 게인값을 세팅하게 되는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 마이크로폰 소자의 출력값 세팅을 위한 세팅 방법의 상세도이다.

마이크로폰의 기준값(세팅값 : A)을 세팅하기 위하여 기준값을 설정한 후 현재 출력값(bi)값과 1차 증폭에 따른 증폭값(Vi)을 검출한다. 이때, 최종 세팅값은 기준값(A)을 만족할 때까지 증폭하여야 하는데, 이를 위하여 마이크로폰의 현재 출력값(bi)을 측정한 후 출력값이 기준값에 만족하는지 여부를 확인하고 만족하지 않을 경우에는 1차 증폭에 따른 증폭값(Vi)을 산출하여 현재 출력값(bi)을 다시 산출한 후 2차 증폭값을 산출하여 증폭시킨다.

이러한 과정은 기준값을 만족할 때 까지 반복 수행한다.

증폭 수행에 따른 증폭값(Vi)은 아래 수학식 1을 만족시킨다.

이때,

= 0.8 ~ 0.9이며, bi는 0.9A < bi < 1.05A 이고 Ci 는 출력값bi와 기준값 A와의 차이로서 즉 Ci= A- bi이다.

bi는 0.9A < bi< 1.05A 값을 만족할 때까지 진행하는데, bi의 값은 작업자의 희망 설정값에 따라 출력값의 오차 범위를 결정할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 1차 증폭을 완료한 후 측정된 값을 통해 기준값을 만족하지 못했을 경우에는 다시 2차 증폭을 위해 반복적으로 수행하여 최종적으로 기준값을 만족할 때까지 증폭함으로써, 생산이 완료된 마이크로폰 소자의 출력값을 일률적으로 세팅할 수 있도록 출력값을 세팅하게 되는 것이다.

따라서, 출력값을 세팅하기 위한 방법은 다음과 같다.

우선, 기준값(A;세팅값)을 결정한 후 현재 마이크로폰의 출력값(bi)을 측정한다. 출력값의 측정은 앞서 설명한 바와 같이 생산이 완료된 마이크로폰 소자를 무향박스에 투입한 후 표준스피커(420)를 이용하여 기준음을 출력시킨 후 측정시스템(430)에서 현재 마이크로폰의 출력값을 측정한다.

여기서 측정된 값이 A와 bi의 값 조건을 만족하면 세팅이 완료된 것으로 하며, 기준값(A)와 출력값(bi)의 값이 조건을 만족하지 못하면 증폭값(Vi)값과 출력값(bi)값을 계산하여 2차 증폭값(Vi)으로 다시 증폭을 시킨 다음 A와 bi의 값이 조건을 만족하는지 측정함으로써 최종적으로 마이크로폰의 출력값을 세팅하게 되는 것이다.

또한, 본 발명에서는 디지털회로블록을 이용하여 증폭하는 방식을 적용하기 때문에 앞서 설명한 바와 같이 연산증폭기(OPAMP)의 디지털출력값에 의해 마이크로폰 소자의 출력값이 결정됨에 따라 출력값을 정밀하게 세팅하기 위하여 출력 전류를 계산하여 연산증폭기를 복수개 연결하여 세팅값을 제어할 수 있다. 이것은 각각의 연산증폭기를 위에서 설명한 바와 같은 세팅 방법을 이용하여 독립적으로 세팅함으로써 보다 정밀한 출력값을 획득할 수 있는 것이다.

도 8은 본 발명의 또다른 실시예로 밀폐된 본체(110)와 음파전달부재(112)와 가속도센서(140)를 도시한 또다른 실시예를 보여준다.

도 8에서 보는 바와 같이 본체는 완전히 밀폐되어 있어 방수기능을 수행하면서 음파전달부재를 통해 외부의 음파를 가속도센서에 전달한다. 이때 음파전달부재에서 발생한 음파가 가속도센서에 안정적으로 전달되기 위해 음파전달부재와 가속도센서 사이에는 음파균일판재(113)를 구비할 수있다.

상기 음파균일판재(113)는 가속도센서의 자세를 안정적으로 유지시키면서 음판전달부재에서 생성된 음파를 가속도센서에 정확히 입력되도록 하여 음파의 손실을 최소화할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 가속도 센서를 적용한 완전 밀폐 모듈 구조를 갖는 마이크로소자 내에서 음의 파동을 인지함으로써, 별도의 음향홀을 구성하지 않고 마이크로소자의 기능을 구현하는 구조로 사용 할 수 있으며, 특히 차량용의 경우 외부 장착 위치에 대한 제한적 요소를 해결할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 마이크로폰 소자 110 : 본체
111 : 소켓부 112 : 음파전달부재
120 : 증폭앰프 IC 130 : 게인제어수단
140 : 가속도 센서 141 : 코어
200 : 세팅수단 210 : 표준스피커
220 : 무향박스 230 : 튜닝수단
240 : 투입배출라인 250 : 측정시스템 260 : 배출부

Claims (9)

1. 마이크로폰 소자에 있어서,
   음의 파동(진동)을 집음하는 가속도 센서를 수용하는 공간부가 마련된 본체를 포함하는 마이크로폰 소자;
   상기 마이크로폰 소자의 본체 내부에 증폭앰프 IC(AMP IC)를 구성하여 증폭된 신호를 출력하도록 구성하되,
   상기 마이크로폰 소자 본체 외측으로 GAIN 신호를 제어할 수 있는 게인제어수단을 구성하고, 상기 게인제어수단을 외부 조작을 통해 상기 마이크로폰 소자의 출력신호값을 설정할 수 있도록 구성하며,
   상기 증폭앰프 IC와 게인제어수단이 일체로 구비된 상기 마이크로폰 소자의 게인값을 설정하기 위해 표준음을 발생시키는 표준스피커가 내부에 마련된 무향박스 내부에 상기 마이크로폰 소자를 투입시키고, 상기 게인제어수단을 조작하는 튜닝수단에 의해 게인값을 조정하면서 출력되는 신호값이 임의의 출력값으로 설정되면 상기 게인제어수단의 제어를 종료하도록 측정시스템을 포함하는 세팅수단을 통해 측정하여 마이크로폰 소자의 출력 신호값을 제어하도록 구성됨에 따라 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 본체는,
   상기 가속도 센서를 수용하는 소정의 공간부가 마련되고,
   상기 본체는 외부에서 발생되는 음을 상기 가속도 센서로 전달하기 위하여 상기 본체 일측으로 음파전달부재를 포함하여 구성되며,
   상기 외부 음은 상기 음파전달부재를 통해 상기 가속도 센서로 전달되여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 세팅수단은,
   상기 증폭앰프 IC와 게인제어수단이 일체로 구비된 상기 마이크로폰소자의 게인값을 설정하기 위해 구비되며,
   소리가 외부로 전달되는 것을 밀폐시키는 무향박스;
   상기 무향박스 내부에서 표준음을 발생시키는 표준스피커;
   상기 마이크로폰 소자에서 출력되는 출력값을 측정하는 측정시스템;
   상기 측정시스템의 측정값을 분석하여 상기 게인조절부를 조절하는 세팅부; 및
   상기 마이크로폰 소자를 상기 무향박스 내에서 출력값 세팅을 위하여 무향박스 내에 자동방식으로 투입 및 배출되도록 구동하는 투입배출라인;을 포함하여 구성됨에 따라 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 게인제어수단은,
   상기 마이크로폰 소자의 본체의 후면상에 PCB 기판상에 게인조절부를 집적화하여 외부에서 게인값을 설정할 수 있도록 구성되며,
   상기 게인조절부는 물리적 조작력을 가하여 출력 게인값을 제어하며, 상기 게인조절부가 회전각을 이용하여 아날로그 방식의 게인제어수단을 제어하고, 아날로그 방식의 회전각에 대한 저항값을 계산하여 이 저항값에 대한 레벨값을 설정하여 아날로그 방식의 게인제어수단을 제어하며, 상기 세팅수단은, 상기 마이크로폰 소자를 무향박스에 투입한 후 스피커를 통해 세팅 음을 발생시켜 얻어지는 출력 신호값을 측정시스템에서 검출한 후 게인값을 설정하여 원하는 출력 신호값을 획득하면 투입배출라인을 통해 배출시키고, 게인값 조정이 필요한 경우 세팅부로 제어신호를 발생시켜 원하는 게인값이 얻어질 때까지 스피커에서 음을 발생시키고 출력 신호값을 측정하는 과정을 반복수행하여 원하는 게인값이 측정되는 세팅된 마이크로폰 소자를 배출시켜 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   
5. 제 3항에 있어서, 상기 세팅수단은,
   상기 측정시스템을 통해 측정된 출력값을 기준으로 일정 출력값 이하의 범위를 갖도록 1차 출력값을 상기 세팅부를 통해 조절한 후 다시 측정된 출력값을 기준으로 2차 출력값을 갖도록 상기 세팅부를 통해 출력값을 조절하는 단계적 세팅을 수행하여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 측정시스템을 통해 측정된 상기 마이크로폰소자 출력 신호값과설정값이 근접하면 배출라인을 통해 배출시키며,
   세팅된 출력값이 변동되지 않도록 기본값으로 OTP EPROM을 진행 후 배출되도록 제어하여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   
7. 제 5항에 있어서, 상기 세팅수단은,
   상기 마이크로폰 소자의 기준값(A)을 세팅하기 위하여 기준값을 설정한 후 현재 출력값(bi)값을 검출한 후 1차 증폭을 실시하여 상기 기준값과 출력값이 세팅 조건에 맞는지 여부를 검출하고,
   세팅 조건에 기준값에 맞으면 상기 마이크로폰 소자의 세팅을 종료하고,
   세팅 조건이 기준값에 맞지 않으면 1차 증폭에 증폭된 값에 해당하는 증폭값(Vi)과 현재 출력값(bi)을 산출하여 2차 증폭을 실시한 후 출력값(A)을 검출하여 세팅 조건에 맞는 여부를 검출하며 아래 수학식을 통해 상기 마이크로폰 소자의 세팅을 진행하여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   <수학식 1>
   

   

   
   이때,

   

   = 0.8 ~ 0.9이며, bi는 0.9A < bi < 1.05A 이고 Ci 는 출력값bi와 기준값 A와의 차이로서 즉 Ci= A- bi이다.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로폰 소자는,
   증폭된 신호를 얻기 위해 마이크로폰 소자 내부에서 출력되는 미세전류를 1차 증폭한 다음 이를 다시 2차 증폭하는 구성없이 상기 마이크로폰 소자에서 출력되는 상기 미세전류를 1회 증폭하여 상기 마이크로폰 소자의 출력 신호값을 설정하기 위하여 입력신호와 연결되며 입력신호의 전압레벨로부터 설정된 전압레벨범위까지 입력신호의 전압을 증폭하기 위한 증폭블록을 포함하여 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.
   
9. 제 8항에 있어서, 상기 마이크로폰 소자는,
   상기 증폭앰프 IC(AMP IC)로부터 전원을 공급받아 외부에서 입력되는 신호를 수신받아 별도의 전원공급부 구성없이 전원을 공급받도록 구성되어 별도의 음향홀이 없이 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 마이크로폰 소자.