JPH099134A - 増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサの出力電圧の直流成分が検出を目的と
しない外因により変動を生じた場合でも、安定した増幅
信号が得られる増幅回路。 【構成】 複数のセンサ１と１′の各増幅回路２と２′
の出力３と３′と基準電圧４３，４４を比較する各比較
手段４と４′と、比較手段の出力より所定の直流電圧を
発生する各カウンタ８と８′及びＤ／Ａコンバータ９と
９′等で構成する直流電圧発生手段と、増幅回路出力３
と３′の電圧の変動を検出する各電圧変化検出手段５と
５′と、各電圧変化検出手段の状態によるＡＮＤゲート
６の出力に基づき、直流電圧発生手段の出力電圧の変化
を制限する制御手段と、各直流発生手段からの直流電圧
と各センサ出力を加算してＤＣオフセットを補正するオ
ペアンプ２１の回路で構成する各加算回路を有し、電圧
変化検出手段の状態が検出動作中以外の期間にＤＣオフ
セットを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種センサ出力の増幅
回路に関し、特に角速度あるいは加速度センサを複数使
用して揺れを補正する機能を持つビデオカメラ等におけ
る揺れ補正装置のセンサ信号等の増幅回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば角速度センサあるいは加速
度センサ等の増幅装置は、図４、図５の従来の増幅回路
に示すようなオペアンプ（あるいはトランジスタ等）を
用いた回路構成が一般的であった。

【０００３】図４において、センサ１より出力されたセ
ンサ出力信号１１を、オペアンプ２１と帰還抵抗２２、
入力抵抗２３で構成する電圧増幅回路で増幅し増幅回路
出力３を得ていた。また、この回路の増幅率は、抵抗２
２と２３の抵抗値の比によって定まり理想的には、 増幅率＝帰還抵抗／入力抵抗 （１） で示すことができる。

【０００４】しかし、この回路では増幅率を大きく設定
すると、センサ出力信号１１の直流分がグランド電圧
（増幅基準電圧）近傍よりはずれた場合、出力信号が不
図示の電源電圧でクリップされて、正確な増幅信号が得
られなくなる。また、センサの出力電圧の直流成分が検
出を目的としない外因（例えば、温度、湿度あるいはセ
ンサに供給する電源電圧の変動等）により変動してしま
う場合も、同様に不都合な状態を生ずる。

【０００５】これを解決するために図５に示すような、
センサ出力の直流分をあらかじめ遮断し、直流電圧を印
加し直す回路構成が考えられている。図５の増幅回路
は、センサ１より出力されたセンサ信号１１から、例え
ばコンデンサ２６及び抵抗２７で構成されたハイパスフ
ィルタにより、直流電圧分をカットしグランド電圧を印
加された後、図４の回路と同様にオペアンプ２１と抵抗
２２，２３で構成された電圧増幅回路で増幅して、増幅
回路出力３を得るものである。

【０００６】また、抵抗２２，２３のインピーダンスに
対しハイパスフィルタ（コンデンサ２６、抵抗２７）の
インピーダンスが無視できるくらい小さければ、増幅率
も前例で示した（１）式と等しくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、センサ出力１１をコンデンサ２６と抵抗２７で構成
するハイパスフィルタでフィルタリングしてしまうの
で、直流成分に近い信号周波数も同時に減衰あるいは遮
断してしまう。また、ハイパスフィルタのカットオフ周
波数近傍の位相が進む弊害が生じるという問題がある。
かといってこれを避けるため、低い周波数成分まで透過
するハイパスフィルタを用いることは、電源投入時にお
けるハイパスフィルタの安定時間（＝コンデンサの充電
時間）が長くなり、非実用的であって採用できない。

【０００８】本発明の目的とするところは、センサの出
力電圧の直流成分が検出を目的としない外因により変動
が生じた場合でも、安定した増幅信号が得られ、且つ位
相特性のフラットな増幅信号が得られる増幅回路を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本出願に係る
発明の目的を実現する構成は、請求項１に記載のよう
に、複数の電気信号を増幅する装置の増幅回路におい
て、各々の増幅回路の出力と基準電圧を比較する比較手
段と、前記各々の比較手段の出力に基づき所定の直流電
圧を発生する直流電圧発生手段と、前記各々の増幅回路
出力の電圧の変動を検出する電圧変化検出手段と、前記
各々の電圧変化検出手段の状態により前記各々の直流電
圧発生手段の出力電圧の変化を制限する制御手段と、前
記直流電圧発生手段より出力された直流電圧とセンサ出
力を加算する加算回路を備えたことを特徴とする増幅回
路にある。

【００１０】この構成によれば、制御手段が直流電圧発
生手段の出力電圧の変化を制限しない場合に、比較手段
による増幅出力と増幅基準電圧の比較結果に基づき、直
流電圧発生手段の電圧を可変し増幅回路出力を基準電圧
に近付ける方向に補正するので、各センサの出力電圧の
直流成分が検出を目的としない外因により変動した場合
に確実に補正して安定な動作を行うことができる。

【００１１】本出願に係る発明の目的を実現する具体的
な構成は、請求項２に記載のように、前記増幅回路は複
数の角速度センサ、加速度センサあるいは速度センサの
出力を増幅する回路であることを特徴とする請求項１記
載の増幅回路にある。

【００１２】この構成によれば、角速度あるいは加速度
センサ等を複数使用して揺れを補正する揺れ補正装置等
におけるセンサ出力の増幅回路で、各センサの出力電圧
の直流成分が検出を目的としない外因により変動した場
合に確実に補正して安定な動作を行うことができる。

【００１３】本出願に係る発明の目的を実現する他の具
体的な構成は、請求項３に記載のように、前記増幅回路
は同一部材上に固定された複数のセンサの増幅回路であ
ることを特徴とする請求項１記載の増幅回路にある。

【００１４】この構成によれば、同一部材上に固定し揺
れ検出等の同一目的に使用する複数のセンサの増幅回路
で、各センサの出力電圧の直流成分が検出を目的としな
い外因により変動した場合に確実に補正して安定な動作
を行うことができる。

【００１５】本出願に係る発明の目的を実現する他の具
体的な構成は、請求項４に記載のように、前記制御手段
は電圧変化検出手段により検出される変動分を所定値と
比較して検出状態にあると判断した場合に前記直流発生
手段の出力電圧の変化を制限することを特徴とする請求
項１記載の増幅回路にある。

【００１６】この構成によれば、各増幅回路出力の変化
を電圧変化検出手段にて検出し、各増幅回路出力の変動
分が所定値以下の場合にのみ検出状態ではないと判断し
て、直流発生手段の出力電圧の変化を許可し増幅回路の
補正を行うようにすることができる。

【００１７】

【実施例】

（第１の実施例）以下、本発明の一実施例を図に基づい
て説明する。図１は本発明の第１実施例に係る増幅回路
のブロック図である。

【００１８】図１において、１は例えば角速度センサあ
るいは加速度センサで、１１は出力されたセンサ出力信
号である。２は増幅回路であり、２１はオペアンプ、２
２は帰還抵抗、２３は入力抵抗である。３は増幅回路２
の増幅出力、４は増幅出力と基準電圧を比較する比較手
段であり、コンパレータ４１，４２及び基準電圧源４
３，４４により構成されている。

【００１９】５は電圧変化検出手段で、ハイパスフィル
タを構成するコンデンサ５１と抵抗５２、コンパレータ
５３，５４と基準電圧源５５，５６で構成される。６は
制御手段を構成するＡＮＤ（アンド）ゲート、７は基準
タイミング信号を発振する発振器、８は入力信号をアッ
プあるいはダウンカウントするカウンタ、９はデジタル
量をアナログ電圧に変換するＤ／Ａコンバータである。
カウンタ８、Ｄ／Ａコンバータ９等で直流電圧発生手段
を構成し、加算回路はオペアンプ回路２１と兼用であ
る。

【００２０】１′は複数のセンサ中の他のセンサであ
り、図１には取り敢えず複数構成として２個の場合を図
示している（２個と限定はしない）。以下は同じ回路構
成となって、２′は増幅回路、３′は増幅出力、４′は
比較手段、５′は電圧変化検出手段、８′はカウンタ、
９′はＤ／Ａコンバータである。

【００２１】つぎに動作について説明する。なお、セン
サ１とセンサ１′とは同一動作となるので、センサ１の
回路を例にとり説明する。

【００２２】センサ１より出力されたセンサ出力信号１
１は、オペアンプ２１と帰還抵抗２２、入力抵抗２３の
電圧増幅回路により増幅し増幅出力３を得る。この増幅
回路２の増幅率は、従来例の場合と同様に抵抗２２と２
３の抵抗値の比によって定まり、理想的には、 増幅率＝帰還抵抗／入力抵抗 で示される。

【００２３】続いて、増幅出力３は比較手段４および電
圧変化検出手段５に入力し、比較手段４では、コンパレ
ータ４１，４２により基準電圧４３，４４と比較され、
比較結果を誤差信号４５，４６としてカウンタ８へ入力
する。

【００２４】ここで、基準電圧４３と４４の関係は、 基準電圧４３＝基準電圧４４ と設定することにより、コンパレータ４１，４２はグラ
ンド電圧に対して正負同電圧の変化を検出する。

【００２５】電圧変化検出回路５では、コンデンサ５１
と抵抗５２によって構成されるハイパスフィルタによ
り、低周波成分をカットし更にグランド電圧を印加さ
れ、コンパレータ５３，５４にて基準電圧源５５，５６
と比較される。ここで、基準電圧源５５と５６の関係
を、 基準電圧源５５＝基準電圧源５６ と設定することにより、コンパレータ５３，５４は正負
同電圧の変化を検出する。

【００２６】この比較結果はアンドゲート６に入力し、
全ての入力論理がＨｉとなったときのみＨｉ出力を得
る。アンドゲート６からのＨｉ出力はカウンタ８のカウ
ントを許可し、誤差信号４５，４６の論理に基づいて発
振器７の周期により「アップカウント」、「ダウンカウ
ント」あるいは「カウントを行わない」の３種類の制御
を行う。カウンタ８のカウンタ値はＤ／Ａコンバータ９
に入力し、アナログ電圧に変換され、アンプ回路２内の
オペアンプ２１の非反転入力端子に入力して、直流成
分、ＤＣオフセット等の補正を行われ、良好なネガティ
ブ・フィードバック系が保持されて位相特性のフラット
な増幅信号が得られる。

【００２７】次に制御内容の詳細について説明する。

【００２８】条件１、増幅出力３がグランド電位近傍で
あって、比較手段４の基準電圧源４３，４４の範囲内の
場合。

【００２９】この場合は、カウンタ８への入力信号４
５，４６は各々Ｌｏｗとなり、カウンタ８のカウント動
作は行わない。

【００３０】条件２、増幅出力３がグランド電位より正
側にずれた場合。

【００３１】カウンタ８への入力信号は、誤差信号４５
がＨｉ、誤差信号４６がＬｏｗとなり、カウンタ８は発
振器７の出力信号の周期に基づいてダウンカウント動作
を行い、Ｄ／Ａコンバータ出力電圧もこれに伴い電圧が
負方向に変動する。

【００３２】条件３、逆に増幅出力３がグランド電位よ
り負側にずれた場合。

【００３３】カウンタ８への入力信号は、誤差信号４５
がＬｏｗ、誤差信号４６がＨｉとなり、カウンタ８は発
振器７の出力信号の周期に基づいてアップカウント動作
を行い、Ｄ／Ａコンバータ出力電圧もこれに伴い電圧が
正方向に変動し反対動作になる。以上の場合の論理とカ
ウンタ動作をまとめると以下のようになる。

【００３４】 正電圧の比較出力４５ Ｌｏｗ Ｈｉ Ｌｏｗ 負電圧の比較出力４６ Ｌｏｗ Ｌｏｗ Ｈｉ カウンタ動作 停止 ダウン アップ 条件４、センサ出力がセンシング（検出）を行い変動し
ている場合。

【００３５】電圧変化検出手段５には、信号の変動分の
みがコンパレータ５３，５４に入力し、変動量が基準電
圧源５５より大きくなった場合は、コンパレータ５３の
出力はＬｏｗを示し、また、変動量が基準電圧源５６よ
り低い値をとると、コンパレータ５４の出力もＬｏｗと
なる。この電圧変化検出手段５の出力信号はアンドゲー
ト６に入力し、アンドゲート６のいずれかの入力（本実
施例では電圧変化検出手段５と５′）がＬｏｗの時、ア
ンドゲート６の出力もＬｏｗレベルとなる。

【００３６】アンドゲート６の出力がＬｏｗになると、
カウンタ８、８′はカウントを停止しカウンタ値が保持
される。よって、Ｄ／Ａコンバータ９、９′の出力も変
動しないので、増幅出力３、３′の直流的変化はない。
これは、センサ１、１′が検出（センシング）状態にあ
るとき不用意に直流分の誤差を補正しないようにするた
めに設けた回路であり、検出（センシング）中はＤＣ補
正が禁止される。

【００３７】以上説明した本実施例を用いることで、セ
ンサの出力電圧の直流成分が検出を目的としない外因に
より変動を生じた場合でも、複数のセンサ出力が変動し
ていない状態の時に増幅回路のオフセット電圧を補正す
ることにより、安定した位相特性のフラットな増幅信号
を得ることが可能になる。

【００３８】（第２の実施例）次に制御用にマイクロコ
ンピュータを使用して、回路構成を簡単にした第２実施
例について説明する。

【００３９】図２は本発明の第２実施例に係る増幅回路
のブロック図である。図２において、１と１′は複数の
センサとしての角速度センサあるいは加速度センサ、１
１はそのセンサ出力信号、２と２′は増幅回路で、夫々
のオペアンプ２１、帰還抵抗２２、入力抵抗２３とで構
成されている。３と３′は増幅出力、９と９′はデジタ
ル量をアナログ量に変換するＤ／Ａコンバータ、１０と
１０′はアナログ量をデジタル量に変換するＡ／Ｄコン
バータ、１０１はマイクロコンピュータである。

【００４０】つぎに動作について説明する。

【００４１】センサ１を例にとると、センサ１より出力
されたセンサ出力信号１１はオペアンプ２１と、帰還抵
抗２２、入力抵抗２３で構成する電圧増幅回路２により
増幅し増幅出力３を得る。この増幅回路２の増幅率は、
前実施例と同様に抵抗２２と２３の抵抗値の比によって
定まり、理想的には、増幅率＝帰還抵抗／入力抵抗、で
示される。

【００４２】増幅出力３はＡ／Ｄコンバータ１０に入力
し、アナログ量からデジタル量に変換後、マイクロコン
ピュータ１０１に入力する。マイクロコンピュータ１０
１では、デジタル変換された増幅出力１０２を演算処理
して、その結果に基づき、増幅出力３の直流成分を制御
する直流電圧補正信号１０３を出力する。

【００４３】図３は図２に示すマイクロコンピュータの
処理のフローチャートである。図３を参照してマイクロ
コンピュータ１０１の信号処理アルゴリズムについて説
明する 先ず、タイマ値が所定の値になったらＳ２へ進む（Ｓ
１）。Ａレジスタの値（過去のＡ／Ｄ値）をＢレジスタ
に入れる（Ｓ２）。Ａ／Ｄ変換値をＡレジスタに入れる
（Ｓ３）。（Ａ−Ｂ）の絶対値をＣレジスタに入れる
（Ｓ４）。この場合の、Ｃレジスタの値はセンサ増幅出
力の変化分である。

【００４４】Ｃの値が「α」より大きければ、つまり変
化分が大きい場合はＳ１の処理へ戻り、Ｃの値が「α」
より小さいかあるいは等しく、変化分が小さい時はＳ６
へ進む（Ｓ５）。なお、ここで「α」は所定値である。

【００４５】このＳ５の判定処理が制御手段の禁止処理
に相当し、Ｃの値が「α」より大きい場合は、センサが
検出中と判定してＤＣオフセットの補正動作を禁止し、
センサ出力の変化分より、例えば、手振れ補正分を演算
して揺れ補正を行う通常の検出（センシング）処理が行
われる。

【００４６】もしＣの値が「α」より小さい場合は、Ａ
レジスタの値と（基準値±β）を比較する。

【００４７】Ａの値が（基準値−β）より大きければＳ
７へ進み、Ａの値が（基準値＋β）より大きければＳ８
へ進み、Ａの値が（基準値−β）より大きく、且つ、
（基準値＋α）より小さければＳ１へ進む（Ｓ６）。

【００４８】ここで、基準値は増幅回路の基準電圧、
「β」「α」は所定値である。マイクロコンピュータ１
０１内のカウンタをインクリメントする（Ｓ７）。マイ
クロコンピュータ１０１内のカウンタをデクリメントす
る（Ｓ８）。カウンタの値をＤ／Ａ変換回路９、９′に
て出力し、ＤＣオフセット補正を行う（Ｓ９）。

【００４９】以上説明した本実施例を用いることで、揺
れ量の少ないときのみに増幅出力の基準値に対する直流
的ずれ量を補正する方向に、マイクロコンピュータ１０
１内のカウンタを増減させ、アナログ電圧に変換した電
圧をオペアンプ２１の非反転入力に加えることにより、
直流電圧の補正が可能となる。

【００５０】なお、これまで揺れ補正装置の角速度セン
サ（あるいは加速度センサ）の増幅回路として説明して
きたが、角速度あるいは加速度センサに限定するもので
はなく、複数のセンサを使用して他の圧力、光、音等を
検出する際の増幅装置にも適用可能なものである。特
に、被検出対象の変化分を検出するセンサの増幅装置に
用いて効果的である。

【００５１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、複数の
電気信号を増幅する装置の増幅回路において、各々の増
幅回路の出力と基準電圧を比較する比較手段と、各々の
比較手段の出力に基づき所定の直流電圧を発生する直流
電圧発生手段と、各々の増幅回路出力の電圧の変動を検
出する電圧変化検出手段と、各々の電圧変化検出手段の
状態により各々の直流電圧発生手段の出力電圧の変化を
制限する制御手段と、直流電圧発生手段からの直流電圧
とセンサ出力を加算する加算回路を備えたので、センサ
の出力電圧の直流成分が検出を目的としない外因により
変動を生じた場合でも、位相特性のフラットな安定した
増幅信号が得られる。

【００５２】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の増幅回路を複数の角速度センサ、加速度センサあるい
は速度センサの出力の増幅回路に適用したので、例え
ば、角速度センサあるいは加速度センサ等を複数使用し
て揺れを補正する揺れ補正装置等のセンサ出力の増幅回
路において、各センサの出力電圧の直流成分が検出を目
的としない外因により変動を生じた場合でも、位相特性
のフラットな安定した増幅信号が得られる。

【００５３】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
の増幅回路を同一部材上に固定された複数のセンサの増
幅回路に適用したので、例えば、同一部材上に固定し揺
れ検出等の同一目的に使用する複数のセンサの増幅回路
において、各センサの出力電圧の直流成分が検出を目的
としない外因により変動が生じた場合でも、位相特性の
フラットな安定した増幅信号が得られる。

【００５４】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
の増幅回路で、制御手段は電圧変化検出手段により検出
される変動分を所定値と比較して検出状態にあると判断
した場合は、直流発生手段の出力電圧の変化を制限する
ように制御するので、センサが検出動作中以外の期間に
ＤＣオフセットの補正を行うようにして安定した増幅信
号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る増幅回路のブロック
図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る増幅回路のブロック
図である。

【図３】図２に示すマイクロコンピュータの処理のフロ
ーチャートである。

【図４】従来の増幅回路のブロック図である。

【図５】従来のハイパスフィルタ付き増幅回路のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 角速度センサあるいは加速度センサ ２ 増幅回路 ３ 増幅出力 ４ 比較手段 ５ 電圧変化検出手段 ６ ＡＮＤゲート ７ 発振器 ８ カウンタ ９ Ｄ／Ａコンバータ １０ Ａ／Ｄコンバータ １１ センサ出力信号 ２１ オペアンプ ２２ 帰還抵抗 ２３ 入力抵抗 ４１，４２，５３，５４ コンパレータ ４３，４４，５５，５６ 基準電圧源 ４５，４６ 誤差信号 ５１ コンデンサ ５２ 抵抗 １０１ マイクロコンピュータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電気信号を増幅する装置の増幅回
   路において、各々の増幅回路の出力と基準電圧を比較す
   る比較手段と、前記各々の比較手段の出力に基づき所定
   の直流電圧を発生する直流電圧発生手段と、前記各々の
   増幅回路出力の電圧の変動を検出する電圧変化検出手段
   と、前記各々の電圧変化検出手段の状態により前記各々
   の直流電圧発生手段の出力電圧の変化を制限する制御手
   段と、前記直流電圧発生手段より出力された直流電圧と
   センサ出力を加算する加算回路を備えたことを特徴とす
   る増幅回路。
2. 【請求項２】 前記増幅回路は複数の角速度センサ、加
   速度センサあるいは速度センサの出力を増幅する回路で
   あることを特徴とする請求項１記載の増幅回路。
3. 【請求項３】 前記増幅回路は同一部材上に固定された
   複数のセンサの増幅回路であることを特徴とする請求項
   １記載の増幅回路。
4. 【請求項４】 前記制御手段は電圧変化検出手段により
   検出される変動分を所定値と比較して検出状態にあると
   判断した場合に前記直流発生手段の出力電圧の変化を制
   限することを特徴とする請求項１記載の増幅回路。