JP2007155408A - 荷重感知システム及び集積回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度センサを回転による加重感知として使用可能な荷重感知システム及び集積回路装置を提供する。
【解決手段】本荷重感知システム１０は、回転角速度を検出し、回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力する角速度センサ２０と、角速度センサ２０から出力されるアナログ電圧値を受け取り、デジタル電圧値に変換して出力するアナログ処理回路３０と、アナログ処理回路３０から出力されるデジタル電圧値を受け取り、デジタル電圧値と基準データとを比較して、比較結果に基づき制御信号を生成する制御信号生成手段４０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷重感知システム及び集積回路装置に関する。

ジャイロはある一定の回転軸を中心とした回転運動に対する回転の速さ（回転角速度）を計測するセンサである。今日広く使われているのは「振動ジャイロセンサ」であり「コリオリの力」を利用して回転角速度を検出する。

例えば圧電効果を利用して動作する振動ジャイロスコープでは、ジャイロ素子（水晶等の振動体）に交流電圧を加えるとコリオリ力が発生し、回転率や角速度に応じて電流が発生する。電流信号をジャイロセンサ内部で増幅し、角速度に比例した電圧が出力される。

最近では超小型で低消費電力のジャイロセンサが開発され、アナログフロントエンド回路やＡ／Ｄ変換回路とともにパッケージ化され携帯電話やデジタルカメラ等に搭載され、手ぶれ補正などにも用いられている。
特開平８−１８４４４５号

ここで回転部を有し回転を利用して加重する構成を有する装置では、加重する力が一定であったため、回転が対象物ごとに変化することがあった。

本願発明者は、かかる装置において加速度センサーを用いて回転角速度の調整が行えるとより利便性に富んだ装置を提供できると考えた。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加速度センサを回転による加重感知として使用可能な荷重感知システム及び集積回路装置を提供することである。

（１）本発明は、
荷重感知システムであって、
回転角速度を検出し、回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力する角速度センサと、
角速度センサから出力されるアナログ電圧値を受け取り、デジタル電圧値に変換して出力するアナログ処理回路と、
アナログ処理回路から出力されるデジタル電圧値を受け取り、デジタル電圧値と基準データとを比較して、比較結果に基づき制御信号を生成する制御信号生成手段と、
を含むことを特徴とする。

角速度センサは、ある一定の回転軸を中心とした回転運動に対する回転の速さ（回転角速度）を計測して、回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力するもので、例えばジャイロセンサでもよい。ここでジャイロの種類は任意である。

アナログ処理回路は、例えばアナログフロントエンド回路であり、ローパスフィルタやオペアンプ、Ａ／Ｄコンバータ等を含む場合でもよい。

制御信号生成手段は、例えばＣＰＵやＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等で所定のプログラムを実行させることにより実現してもよいし、専用の回路として実現してもよい。

本実施の形態の荷重感知システムまたはその角速度センサにあたる部分を回転機構を有するデバイスや電子機器の回転部に装着することにより、回転部の回転角速度に応じた電圧値を得て、この電圧値を基準データと比較して制御信号を出力することで回転の荷重感知を行うことができるので、出力される制御信号を利用して回転の負荷を自動調整することが可能となる。

（２）本発明の荷重感知システムは、
制御信号生成手段は、
複数の基準データ保持部を含み、
受け取ったデジタル電圧値を各基準データと比較して、各基準データ毎の比較結果に基づき各基準データに対応した制御信号を生成することを特徴とする。

（３）本発明の荷重感知システムは、
制御信号生成手段は、
上限基準データ保持部を含み、
受け取ったデジタル電圧値を上限基準データと比較して、デジタル電圧値が上限基準データを上回った場合に所定の制御信号を生成することを特徴とする。

デジタル電圧値が上限基準データを上回った場合とは、例えば回転角速度があがりすぎた場合であり、回転角速度を一定に保つ観点からは、かかる場合に回転角速度を下げるように回転機構に与える負荷を調整してもよい。

（４）本発明の荷重感知システムは、
制御信号生成手段は、
下限基準データ保持部を含み、
受け取ったデジタル電圧値を下限基準データと比較して、デジタル電圧値が下限基準データを下回った場合に所定の制御信号を生成することを特徴とする。

デジタル電圧値が下限基準データを下回った場合とは、例えば回転角速度が落ちてきた場合であり、回転角速度を一定に保つ観点からは、かかる場合に回転角速度をあげるように回転機構に与える負荷を調整してもよい。

また回転角速度が落ちるのは非常事態であると考えて、かかる場合には回転を緊急停止させるように回転機構に与える負荷を調整してもよい。

（５）本発明の荷重感知システムは、
制御信号生成手段は、
デジタル電圧値の受け取り開始から所定時間の間は、制御信号の出力を行わないように制御する回路を含むことを特徴とする。

本発明によれば、回転動作が安定状態に達してから荷重感知に基づく回転の負荷制御を行うようにしてもよい。

（６）本発明の荷重感知システムは、
制御信号生成手段は、
書き換え可能なメモリを含み、外部からの入力に基づき、前記書き換え可能なメモリに基準データが設定されることをことを特徴とする。

（７）本発明は、
ＣＰＵを含み、ＣＰＵが所定のマイクロプログラムを実行することにより上記のいずれかに記載の荷重感知システムの制御信号生成手段として機能することを特徴とする集積回路装置である。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

図１は、本実施の形態の荷重感知システムの構成について説明するための図である。

本実施の形態の荷重感知システム１０は、角速度センサ（ジャイロ）２０を含む。角速度センサ２０は、ある一定の回転軸を中心とした回転運動に対する回転の速さ（回転角速度）を計測して、回転角速度に応じたアナログ電圧値２２を出力する。角速度センサ２０は、例えばジャイロセンサでもよい。ジャイロは、例えば圧電効果を利用して動作する振動ジャイロスコープでもよく、このタイプではジャイロ素子（水晶等の振動体）に交流電圧を加えるとコリオリ力が発生し、回転率や角速度に応じて電流が発生する。電流信号をジャイロセンサ内部で増幅し、角速度に比例した電圧が出力される。なおジャイロの種類は任意であり、例えばＭＥＭＳ（micro eiectro mechanical system）技術を応用したジャイロセンサでもよい。

本実施の形態の荷重感知システム１０は、アナログ処理回路（アナログフロントエンド回路）３０を含む。アナログ処理回路３０は、ローパスフィルタ／オペアンプ３２、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換器）３４を含み、アナログ電圧値２２を入力し、対応するデジタル電圧値３６を出力する。

本実施の形態の荷重感知システム１０は、制御信号生成手段４０を含む。制御信号生成手段４０は、Ａ／Ｄコンバータ３４から出力されるデジタル電圧値を受け取り、デジタル電圧値と基準データとを比較して、比較結果に基づき回転角速度調整用制御信号７２を生成するもので、例えばＣＰＵやＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等で実現することができる。

制御信号生成手段４０は、取り込みデータ保持部６０と、基準データ保持部５０と、比較回路７０とを含む。

取り込みデータ保持部６０は、入力されたデジタル電圧値を保持する。

基準データ保持部５０は、比較対象や閾値となる基準電圧値を保持する。

比較回路７０は、取り込みデータ保持部７０に保持されたデジタル電圧値と基準データ保持部５０に保持された基準電圧値を受け取り、両者の比較結果に基づき制御信号を生成する。比較回路７０は、例えばデジタル電圧値＞基準電圧値の場合に制御信号を生成する（例えば制御信号を第１のレベル（例えばＨレベル）にするようにしてもよいし、電圧値＜基準電圧値の場合に制御信号を生成する（例えば制御信号を第１のレベル（例えばＨレベル）にする）ようにしてもよい。

なお制御信号生成手段４０は、複数の基準データ保持部と複数の比較回路を含むように構成しても良い。そして各基準データ保持部の値と取り込みデータ保持部の値を各比較回路で比較して、複数の制御信号（各基準データ毎の比較結果に基づき各基準データに対応した制御信号）を生成するようにしてもよい。

また例えば基準データ保持部５０を、上限の基準データを規定する電圧値を保持するための上限基準データ保持部として構成し、比較回路７０で受け取ったデジタル電圧値（取り込みデータ保持６０部の値）と上限基準データ（基準データ保持部５０の値）とを比較して、デジタル電圧値が上限基準データを上回った場合に、制御信号を生成する（例えば制御信号を第１のレベル（例えばＨレベル）にする）ようにしてもよい。

また例えば基準データ保持部５０を、下限の基準データを規定する電圧値を保持するための下限基準データ保持部として構成し、比較回路７０で受け取ったデジタル電圧値（取り込みデータ保持６０部の値）と下限基準データ（基準データ保持部５０の値）とを比較して、デジタル電圧値が下限基準データを下回った場合に、制御信号を生成する（例えば制御信号を第１のレベル（例えばＨレベル）にする）ようにしてもよい。

また制御信号生成手段は、デジタル電圧値３６の受け取り開始から所定時間の間は、回転角速度調整用制御信号の出力を行わないように制御する回路を含むようにしてもよい。

また基準データ保持部５０をフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能なメモリで構成し、外部からの入力に基づき、前記書き換え可能なメモリに基準データを設定できるように構成してもよい。

ここで本実施の形態の回転角速度制御装置１０は回転機能を有するデバイスや電子機器１２０の回転機構に装着される。回転機能を有するデバイスや電子機器１２０は、回転機構の回転を制御するための回転負荷調整部１２０を含む。

回転負荷調整部１２０は、制御信号７２を受け取り、制御信号７２に基づき、回転機構にかかる負荷を調整する。

図２は本実施の形態の処理の流れについて説明するためのフローチャート図である。

まずジャイロセンサーで回転角速度を検出する（ステップＳ１０）。ジャイロセンサーは回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力する。

次にアナログ処理回路は、ジャイロセンサーが出力したアナログ電圧値を受け取りデジタル電圧値に変換する（ステップＳ２０）。

ＣＰＵは、デジタル電圧値を入力して、基準データと比較する（ステップＳ３０）。

そして、デジタル電圧値＜基準データの場合（デジタル電圧値が基準データを下回った場合）には制御信号の値が第１のレベル（例えばＨレベル）になるように制御する（ステップＳ４０、Ｓ５０）。

またデジタル電圧値＜基準データでない場合には制御信号の値が第２のレベル（例えばＬレベル）になるように制御する（ステップＳ４０、Ｓ６０）。

図３は回転機能を有するデバイスや電子機器の回転負荷調整部の処理の一例を示すフローチャート図である。

受け取った制御信号が第１のレベル（例えばＨレベル）であるか否か判断し、第１のレベル（例えばＨレベル）である場合には、回転角速度を上げるように負荷を調整する（ステップＳ１１０、Ｓ１２０）。

例えばデジタル電圧値が基準データを下回った場合（回転角速度が落ちた場合）に制御信号の値が第１のレベル（例えばＨレベル）になるように設定されている場合には、デジタル電圧値が基準データを下回った場合には、回転角速度を上げるように負荷を調整することで回転角速度を一定に保つことができる。

例えば回転機構を有するデバイスである電動ミシンは回転部（プーリー）を利用し、針を上下に振動させている。そこで、本実施の形態の荷重感知システムを回転部に装着し（なお回転部に装着するのは荷重感知システムのジャイロの部分又はジャイロとアナログ信号処理部でもよい）、ジャイロの検出値に基づき回転部の回転角速度を検出する。そして検出された回転各速度に基づいて出力される制御信号に基づき、布の厚み等を想定して、針への加圧を調整し、回転角速度を一定に保つように制御してもよい。

例えば回転機構を有するデバイスである自転車の場合には、自転車のペダル回転部に装着し（なお回転部に装着するのは荷重感知システムのジャイロの部分又はジャイロとアナログ処理部でもよい）、ジャイロの検出値に基づき回転角速度をモニタし、検出された回転各速度に基づいて出力される制御信号に基づき、自動でギアの調整を行い一定の速度を保ちやすくサポートするようにしてもよい。

図４は複数の基準データを有し、複数の制御信号を生成する場合について説明するためのフローチャート図である。

まずジャイロセンサーで回転角速度を検出する（ステップＳ２１０）。ジャイロセンサーは回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力する。

次にアナログ処理回路は、ジャイロセンサーが出力したアナログ電圧値を受け取りデジタル電圧値に変換する（ステップＳ２２０）。

ＣＰＵは、デジタル電圧値を入力して、第１の基準データと比較する（ステップＳ２３０）。

そして、デジタル電圧値＜第１の基準データの場合（デジタル電圧値が第１の基準データを下回った場合）には第１の制御信号の値が第１のレベル（例えばＨレベル）になるように制御する（ステップＳ２４０、Ｓ２５０）。

またデジタル電圧値＜第１の基準データでない場合には第１の制御信号の値が第２のレベル（例えばＬレベル）になるように制御する（ステップＳ２４０、Ｓ２６０）。

次にデジタル電圧値を第２の基準データと比較する（ステップＳ２７０）。

そして、デジタル電圧値＞第２の基準データの場合（デジタル電圧値が第２の基準データを上回った場合）には第２の制御信号の値が第１のレベル（例えばＨレベル）になるように制御する（ステップＳ２８０、Ｓ２９０）。

またデジタル電圧値＞第２の基準データでない場合には第２の制御信号の値が第２のレベル（例えばＬレベル）になるように制御する（ステップＳ２８０、Ｓ３００）。

ここで第１の基準データには下限値を設定し、第２の基準データには上限値を設定するようにしてもよい。このようにするとデジタル電圧値が下限値を下回った場合（回転角速度が下限値を下回った場合）には第１の制御信号が第１のレベルになり、デジタル電圧値が上限値を上回った場合（回転角速度が上限値を上回った場合）には第２の制御信号が第１のレベルになる。

図５は回転機能を有するデバイスや電子機器の回転負荷調整部が複数の制御信号を受け取った場合の処理の一例を示すフローチャート図である。

受け取った第１の制御信号が第１のレベル（例えばＨレベル）であるか否か判断し、第１のレベル（例えばＨレベル）である場合には、回転角速度を上げるように負荷を調整する（ステップＳ４１０、Ｓ４２０）。

例えばデジタル電圧値が基準データを下回った場合（回転角速度が落ちた場合）に第１の制御信号の値が第１のレベル（例えばＨレベル）になるように設定されている場合には、デジタル電圧値が基準データを下回った場合には、回転角速度を上げるように負荷を調整することで回転角速度を一定に保つことができる。

受け取った第２の制御信号が第１のレベル（例えばＨレベル）であるか否か判断し、第１のレベル（例えばＨレベル）である場合には、回転角速度を下げるように負荷を調整する（ステップＳ４３０、Ｓ４４０）。

例えばデジタル電圧値が基準データを上回った場合（回転角速度があがりすぎた場合）に第２の制御信号の値が第１のレベル（例えばＨレベル）になるように設定されている場合には、デジタル電圧値が基準データを上回った場合には、回転角速度を下げるように負荷を調整することで回転角速度を一定に保つことができる。

なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば上記実施の形態では、デジタル電圧値の受け取り開始から所定時間の間は、制御信号の出力を行わないように制御する回路を含み、回転が安定してから荷重感知による負荷制御を行う場合について説明したが、例えば外部入力をトリガとして荷重感知による負荷制御を行うようにしてもよい。

本実施の形態の荷重感知システムの構成について説明するための図。 本実施の形態の処理の流れについて説明するためのフローチャート図。 回転機能を有するデバイスや電子機器の回転負荷調整部の処理の一例を示すフローチャート図。 複数の基準データを有し、複数の制御信号を生成する場合について説明するためのフローチャート図。 回転機能を有するデバイスや電子機器の回転負荷調整部が複数の制御信号を受け取った場合の処理の一例を示すフローチャート図。

符号の説明

１０ 荷重感知システム、２０ 角速度センサ、２２ アナログ電圧値、３０ アナログ処理回路、３２ ローパスフィルタ／オペアンプ、３４ Ａ／Ｄコンバータ、３６ デジタル電圧値、４０ 制御信号生成手段、５０ 基準データ保持部、６０ 取り込みデータ保持部、７０ 比較回路、７２ 制御信号、１００ 回転負荷調整部、１２０ 回転機構を有するデバイスや電子機器

Claims (7)

1. 荷重感知システムであって、
   回転角速度を検出し、回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力する角速度センサと、
   角速度センサから出力されるアナログ電圧値を受け取り、デジタル電圧値に変換して出力するアナログ処理回路と、
   アナログ処理回路から出力されるデジタル電圧値を受け取り、デジタル電圧値と基準データとを比較して、比較結果に基づき制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   を含むことを特徴とする荷重感知システム。
2. 請求項１において、
   制御信号生成手段は、
   複数の基準データ保持部を含み、
   受け取ったデジタル電圧値を各基準データと比較して、各基準データ毎の比較結果に基づき各基準データに対応した制御信号を生成することを特徴とする荷重感知システム。
3. 請求項１乃至２のいずれかにおいて、
   制御信号生成手段は、
   上限基準データ保持部を含み、
   受け取ったデジタル電圧値を上限基準データと比較して、デジタル電圧値が上限基準データを上回った場合に所定の制御信号を生成することを特徴とする荷重感知システム。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   制御信号生成手段は、
   下限基準データ保持部を含み、
   受け取ったデジタル電圧値を下限基準データと比較して、デジタル電圧値が下限基準データを下回った場合に所定の制御信号を生成することを特徴とする荷重感知システム。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   制御信号生成手段は、
   デジタル電圧値の受け取り開始から所定時間の間は、制御信号の出力を行わないように制御する回路を含むことを特徴とする荷重感知システム。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   制御信号生成手段は、
   書き換え可能なメモリを含み、外部からの入力に基づき、前記書き換え可能なメモリに基準データが設定されることをことを特徴とする荷重感知システム。
7. ＣＰＵを含み、ＣＰＵが所定のマイクロプログラムを実行することにより請求項１乃至６のいずれかに記載の荷重感知システムの制御信号生成手段として機能することを特徴とする集積回路装置。

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