(57)【要約】      （修正有）【課題】検出回路において電源電圧の制限を受けずに検波前利得を高め、検出信号の波形歪みの発生を避ける。【解決手段】振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極で検出される検出信号から角速度信号を生成する検出回路２０を備える。検出回路は、電源電圧に依存する信号処理を電流モードで行い、信号処理を電圧モードに代えて電流モードで行うことによって電源電圧による影響を避け、検波前利得を高めて、出力信号の雑音を低下させてＳ／Ｎ比を向上させ、検出回路の信号処理において電源電圧の制限による検出信号の波形歪みの発生を避ける。【選択図】図１
2010256117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極で検出される検出信号から角速度信号を生成する検出回路を備え、前記検出回路は振幅が電源電圧によって制限を受ける信号処理を電流モードで行うことを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項２】
前記検出回路は、前記電流モードによって取得した角速度電流信号の出力を電流電圧変換して角速度電圧信号として出力することを特徴とする、請求項１に記載の振動型ジャイロセンサ。
【請求項３】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極から検出される検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、
前記電流増幅して得られた角速度電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号からの交流成分の除去を電流モードで行って直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項４】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電圧信号を生成し、
前記差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項５】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成し、
前記差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項６】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項７】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、
前記電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項８】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号の電流に他方の検出信号の電流の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、
前記一対の差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項９】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、
前記電流増幅した一対の増幅電流信号について、互いに一方の増幅電流信号に他方の増幅電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、
前記一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項１０】
前記角速度電流信号を電流電圧変換し、前記直流成分を角速度電圧信号として出力することを特徴とする、請求項３から９の何れか一つに記載の振動型ジャイロセンサ。
【請求項１１】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
振動子の検出電極対の出力から検出した一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相の一対の差分信号を生成する差動回路と、
前記差分信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記電流変換した一対の差分電流信号を電流モードで増幅する電流増幅回路と、
前記一対の差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項１２】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成する差動回路と、
前記差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項１３】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号について、一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項１４】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と
前記電流増幅した一方の検出電流信号に、前記電流増幅した他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項１５】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記一対の差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項１６】
振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記電流増幅した一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
【請求項１７】
前記角速度電流信号を電流電圧変換し、前記直流成分を角速度電圧信号として出力する電流電圧変換回路を備えることを特徴とする、請求項１１から１６の何れか一つに記載の振動型ジャイロセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、ロボット等の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用いられる角
速度センサとしての振動型ジャイロセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から圧電振動子等を用いた角速度を検出する振動型ジャイロセンサは、自動車やロボット等の姿勢制御等を行うために不可欠なセンサであり、カーナビゲーション・システムやロボット等の需要が増加するに従って、高精度な振動型ジャイロセンサが益々要求されている。
【０００３】
しかしながら、振動型ジャイロセンサは、複数の要因によって検出信号にもれ信号成分等のノイズ信号成分が重畳し、角速度の検出精度を低下させる要因となっている。
【０００４】
検出信号からノイズ信号成分を除去することによって角速度の検出精度の低下を抑制する技術は、例えば、特許文献１に記載されている。この特許文献１では、振動子に各速度が生じていない場合に、各速度が生じていると誤って検出した検出信号の信号成分をノイズ信号成分として除去する補正信号を生成する点が開示されている。 
【０００５】
図１４は、従来の振動型ジャイロセンサの一構成例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、水晶振動子などによって成る振動子（図示していない）と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。 
【０００６】
振動子は、例えば、対となる駆動電極および対となる検出電極を備える。制御回路は、振動子を発振させる発振回路１００と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路２００を備える。 
【０００７】
発振回路１００は、電流電圧変換回路１０１（以下、Ｉ／Ｖ変換回路１０１と略す）、移相回路１０２、振幅検出回路１０３、利得可変増幅器１０４等によって構成される。ここで、Ｉ／Ｖ変換回路１０１は、振動子の振動に応じて一方の駆動電極１１１から流れ出す帰還信号Ｐ１０１を受け、電流電圧変換を行って帰還電圧信号Ｐ１０２を出力する。 
【０００８】
移相回路１０２は帰還電圧信号Ｐ１０２を入力して、振動子が発振するための条件に合うように帰還電圧信号Ｐ１０２の位相を移動させて、移相信号Ｐ１０３を出力する。振幅検出回路１０３は帰還電圧信号Ｐ１０２を入力し、帰還電圧信号Ｐ１０２の振幅に応じたＡＧＣ信号Ｐ１０４を出力する。利得可変増幅器１０４はＡＧＣ信号Ｐ１０４に応じて利得を調整し、入力する移相信号Ｐ１０３ を可変増幅して振動子の駆動電極１１２に駆動信号Ｐ１０５を印加する。これにより、発振回路１００は振動子を発振させ、帰還信号Ｐ１０１に応じて駆動信号Ｐ１０５の大きさを調整し、振動子の振動振幅を常に一定状態に保持する。 
【０００９】
検出回路２００は２つの電流電圧変換回路２０１ａ、２０１ｂ（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２０１ａ，２０１ｂと略す）、差動増幅回路２０３、同期検波回路２０５、ローパスフィルタ２０６（以下、ＬＰＦ２０６と略す）、増幅回路２０８、移相回路２０９等によって構成される。
【００１０】
２つのＩ／Ｖ変換回路２０１ａ、２０１ｂは、それぞれ振動子の検出電極１２１ａ，１２１ｂに接続され、検出信号Ｐ２０ａ、Ｐ２０ｂを入力して、電圧値である検出電圧Ｐ２１ａ、Ｐ２１ｂを出力する。差動増幅回路２０３は検出電圧Ｐ２１ａ、Ｐ２１ｂを入力して差動増幅を行い、差分出力Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂを出力する。 
【００１１】
また、同期検波回路２０５は差分出力Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂを入力し、発振回路１００から出力され移相回路２０９を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行って検波出力Ｐ２３を出力する。検波出力Ｐ２３はＬＰＦ２０６で高周波成分をカットし増幅回路２０８で増幅して、印加された角速度に応じた角速度出力Ｐｏを出力する、これにより、検出回路２００は、振動子からの検出信号Ｐ２０ａ、Ｐ２０ｂを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０８０９１９号パンフレット（第１０図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
振動型ジャイロは、振動子の変位を電流で取り出し、電圧電流変換回路あるいは電荷電圧変換回路で電圧に変換し、検波前において差動増幅回路で増幅し、検波回路で同期検波し、ＬＰＦで交流成分をカットし、さらに、検波後の増幅回路で増幅することによって、直流信号として取り出している。
【００１４】
ここで、増幅に必要な利得が定まっている場合、検波前の増幅回路に高い利得を割り当てることが、低雑音化にとって有利となる。
【００１５】
しかしながら、検波前信号の振幅は電源電圧を超えることはできないため、信号成分に漏れ信号等の振幅の大きな雑音成分が重畳している場合には検波前利得は制限を受け、低雑音化に支障をきたすという問題がある。
【００１６】
図１５は、電源電圧による信号増幅の制限を説明するための図である。図１５（ａ）中の符号Ａで示す破線はノイズ信号成分を含まない場合の角速度出力を示している。この角速度出力Ａは、出力電圧は電源電圧Ｖdd，Ｖssで制限される。また、図１５（ａ）中のＢで示す実線はノイズ信号成分を含む場合の角速度出力を示している。この角速度出力Ｂは、ノイズ信号成分によって図１５（ａ）中のＣの点で飽和するため、出力電圧は電源電圧Ｖdd，Ｖssにいたる前に出力電圧は制限される。
【００１７】
図１５（ｂ）はＣの点より角速度が小さい時の差分出力を示す。図１５（ｃ）は角速度がＣの点の時の差分出力を示し、図１５（ｄ）はＣの点より角速度が大きい時の差分出力を示している。図１５（ｂ），（ｃ）に示す出力は、ピークが電源電圧以下であるため、電源電圧の制限による歪を生じない。一方、更に角速度が上がった時にノイズ信号成分が大きいと、図１５（ｄ）の破線に示すように、ピークが電源電圧を超えるため、電源電圧の制限を受け、出力に歪が生じることになる。
【００１８】
このように、電圧信号の振幅は電源電圧によって制限を受けるため、検波前の回路においては増幅率を高くすることができない。増幅に必要な利得が定まっている場合には、検波後利得を高めざるを得ず、検波後利得によって雑音成分が増幅され、雑音が増大する。
【００１９】
この電源電圧による出力制限は、増幅回路に限らず、検出回路中で信号処理が電源電圧に依存する部分においても同様の影響を受ける。図１６は、従来の振動型ジャイロの検出回路の概略構成のブロック図を示している。図１６において、増幅回路２１３、検波回路２１４、ローパスフィルタ２１５（ＬＰＦ２１５）の各回路は、信号処理を電圧モードで行っているため、電源電圧の影響を受けることになる。
【００２０】
そこで本発明は、上記した課題を解決して、検出回路において電源電圧の制限を受けずに検波前利得を高めることを目的とする。
【００２１】
また、本発明は、出力信号の雑音を低下させてＳ／Ｎ比を向上させることを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、検出回路における電源電圧の制限を受けないことによって、検出信号の波形歪みの発生を避けることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極で検出される検出信号から角速度信号を生成する検出回路を備える。本発明の検出回路は、振幅が電源電圧によって制限を受ける信号処理を電流モードで行う。信号処理を電圧モードに代えて電流モードで行うことによって電源電圧による影響を避け、検波前利得を高めて、出力信号の雑音を低下させてＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、検出回路の信号処理において電源電圧の制限による検出信号の波形歪みの発生を避けることができる。
【００２４】
本発明の検出回路は、電流モードによって取得した角速度電流信号の出力を電流電圧変換して角速度電圧信号とし、電圧信号で出力することができる。
【００２５】
本発明の振動型ジャイロセンサは、電流モードによる信号処理において、振動子の検出電極から検出される検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、電流増幅して得られた角速度電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、検波電流信号からの交流成分の除去を電流モードで行って直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。電流モードによる信号処理は、電源電圧の影響を受けることがないため、信号の振幅が電源電圧に制限されるといった影響を受けることなく、信号処理を行うことができる。
【００２６】
本発明の振動型ジャイロセンサは、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、２つの検出信号を検出し、検出信号について増幅と検波と直流成分の抽出の各処理を電流モードで行うことを共通の構成とし、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行うか電流モードで行うかの点、差動動作を電流モードで行う場合において差動動作と電流増幅とを何れを先に行うかの動作順の点、および、検波を２つの検出信号を用いて行うかあるいは１つの検出信号を用いて行うかの点の組み合わせによって、複数の形態の構成とすることができる。
【００２７】
本発明の振動型ジャイロセンサの第１の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第２の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第３の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第４の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第５の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第６の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
【００２８】
本発明の第１の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電圧信号を生成し、この差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００２９】
本発明の第１の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対の出力から検出した一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相の一対の差分信号を生成する差動回路と、差分信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、電流変換した一対の差分電流信号を電流モードで増幅する電流増幅回路と、一対の差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
【００３０】
本発明の第２の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成し、この差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００３１】
本発明の第２の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成する差動回路と、差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
【００３２】
本発明の第３の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００３３】
本発明の第３の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号について、一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
【００３４】
本発明の第４の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００３５】
本発明の第４の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した一方の検出電流信号に、前記電流増幅した他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
【００３６】
本発明の第５の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号の電流に他方の検出信号の電流の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００３７】
本発明の第５の形態による回路構成は、振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、一対の差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
【００３８】
本発明の第６の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、この電流増幅した一対の増幅電流信号について、互いに一方の増幅電流信号に他方の増幅電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００３９】
本発明の第６の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
【００４０】
本発明の第１〜６の形態において、角速度電流信号を電流電圧変換し、角速度電圧信号として出力する。本発明の各形態の回路構成は、角速度電流信号を電流電圧変換し、角速度電圧信号として出力する電流電圧変換回路を備える。
【００４１】
本発明の態様によれば、検出回路の増幅、検波、および直流分の抽出を電流モードで行い、電圧モードで行う際に必要とされる高電圧が不要となり、低電圧化することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、検出回路において電源電圧の制限を受けずに検波前利得を高めることができる。
【００４３】
本発明によれば、検出回路における電源電圧の制限を受けないことによって、検出信号の波形歪みの発生を避けることができる。
【００４４】
また、本発明によれば、出力信号の雑音を低下させてＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の振動型ジャイロセンサの検出回路の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の振動型ジャイロセンサの第１の形態例を説明するための図である。
【図３】本発明の振動型ジャイロセンサの第２の形態例を説明するための図である。
【図４】本発明の振動型ジャイロセンサの第３の形態例を説明するための図である。
【図５】本発明の振動型ジャイロセンサの第４の形態例を説明するための図である。
【図６】本発明の振動型ジャイロセンサの第５の形態例を説明するための図である。
【図７】本発明の振動型ジャイロセンサの第６の形態例を説明するための図である。
【図８】本発明の振動型ジャイロセンサに用いられる振動子の一例を説明するための図である。
【図９】本発明の振動型ジャイロセンサに用いられる振動子の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の振動型ジャイロセンサに用いるＶ／Ｉ変換回路および加算回路の一例を説明するための図である。
【図１１】本発明の振動型ジャイロセンサに用いる電流増幅回路の一例を説明するための図である。
【図１２】本発明の振動型ジャイロセンサに用いる検出回路、電流ＬＰＦ回路、およびＩ／Ｖ変換回路の一連の回路構成例を説明するための図である。
【図１３】本発明の振動型ジャイロセンサに用いる検出回路、電流ＬＰＦ回路、およびＩ／Ｖ変換回路の一連の回路構成例を説明するための図である。
【図１４】従来の振動型ジャイロセンサの一構成例を説明するための図である。
【図１５】電源電圧による信号増幅の制限を説明するための図である。
【図１６】従来の振動型ジャイロの検出回路の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００４７】
図１は本発明の振動型ジャイロセンサの検出回路の構成を説明するための図である。以下の各図面において、電圧信号を実線の矢印で示し、電流信号を破線の矢印で示す。
【００４８】
本発明の振動型ジャイロセンサの検出回路２０は、電流電圧変換回路２１（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１と略す）、電圧電流変換回路２２（以下、Ｖ／Ｉ変換回路２２と略す）、電流増幅回路２３、電流検波回路２５、ローパスフィルタ２６（以下、ＬＰＦ２６と略す）、電流電圧変換回路２７（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２７と略す）によって構成される。
【００４９】
Ｉ／Ｖ変換回路２１は、振動子の検出電極（図示していない）に接続され、検出信号Ｐ１を入力して電圧値である検出電圧Ｐ２を出力する。Ｖ／Ｉ変換回路２２は検出電圧Ｐ２を入力して電流値である検出電流Ｐ３を出力する。なお、Ｉ／Ｖ変換回路２１とＶ／Ｉ変換回路２２とを設けることによって、入力インピーダンスを小さくし、出力インピーダンスを大きくして次段の状態変化が前段に影響を及ぼすことを防ぐ効果を奏することができる。
【００５０】
なお、図１に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号Ｐ１をＩ／Ｖ変換回路２１で電圧に変換し、さらにＶ／Ｉ変換回路２２によって電流に戻した後に電流増幅回路２３に入力しているが、Ｉ／Ｖ変換回路２１およびＶ／Ｉ変換回路２２を用いることなく、検出電極から出力された検出信号Ｐ１を電流増幅回路２３に直接に入力する構成としてもよい。
【００５１】
以後、電流増幅回路２３と電流検波回路２５とＬＰＦ２６は電流モードによって電源電圧に影響を受けることなく信号処理を行う。
【００５２】
電流増幅回路２３は検出電流Ｐ３を信号増幅して検出電流Ｐ４を出力する。電流検波回路２５は検出電流Ｐ４を入力し、検波を行って検波電流信号Ｐ５を出力する。なお、電流検波回路２５は、発振回路（図示していない）から出力される検波制御信号に基づいて同期検波を行うことができる。ＬＰＦ２６は検波電流信号Ｐ５を入力し、高周波成分をカットして直流電流の角速度電流信号Ｐ６を出力する。
【００５３】
Ｉ／Ｖ変換回路２７は、角速度電流信号Ｐ６を電流電圧変換して角速度電圧信号とし、振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
【００５４】
本発明の検出回路は、振動子に２つの検出電極を設けることによって２つの検出信号を検出し、この２つの検出信号を用いて角速度信号を検出する構成とすることもできる。この場合には、電流増幅回路２３を差動増幅回路とし、２つの検出信号を用いて差分信号を出力する構成とすることができる。 
【００５５】
本発明の検出回路は、電流増幅回路２３と電流検波回路２５とＬＰＦ２６を電流モードで行うことによって信号振幅が電源電圧で制限されることがないため、電源電圧の影響を受けることなく信号処理を行うことができる。
【００５６】
［本発明の第１の形態］
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第１の形態について図２を用いて説明する。本発明の第１の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
【００５７】
図２は、本発明の振動型ジャイロセンサの第１の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、水晶振動子などによって成る振動子（図示していない）と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。 
【００５８】
振動子は、例えば、対となる駆動電極および対となる検出電極を備える。制御回路は、振動子を発振させる発振回路１０と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路２０を備える。 
【００５９】
発振回路１０は、電流電圧変換回路１１（以下、Ｉ／Ｖ変換回路１１と略す）、移相回路１２、振幅検出回路１３、利得可変増幅器１４等によって構成される。ここで、Ｉ／Ｖ変換回路１１は、振動子の振動に応じて一方の駆動電極１１１から流れ出す帰還信号Ｐ１を受け、電流電圧変換を行って帰還電圧信号Ｐ２を出力する。Ｉ／Ｖ変換回路１１で位相が反転するため、帰還電圧信号Ｐ１は帰還信号Ｐ２に対して逆位相の信号となる。 
【００６０】
移相回路１２は帰還電圧信号Ｐ２を入力して、振動子が発振するための条件に合うように帰還電圧信号Ｐ２の位相を移動させて、移相信号Ｐ３を出力する。振幅検出回路１３は帰還電圧信号Ｐ２を入力し、帰還電圧信号Ｐ２の振幅に応じたＡＧＣ信号Ｐ４を出力する。利得可変増幅器１４はＡＧＣ信号Ｐ１４に応じて利得を調節し、入力する移相信号Ｐ３ を可変増幅して振動子の駆動電極１１２に駆動信号Ｐ５を印加する。これにより、発振回路１０は振動子を発振させ、帰還信号Ｐ１に応じて駆動信号Ｐ５の大きさを調整し、振動子の振動振幅を常に一定状態に保持する。 
【００６１】
検出回路２０は２つの電流電圧変換回路２１ａ、２１ｂ（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂと略す）、差動回路２４ａ，２４ｂ，電圧電流変換回路２２ａ，２２ｂ（以下、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂと略す）、電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、電流検波回路２５、ローパスフィルタ２６（以下、ＬＰＦ２６と略す）、電流電圧変換回路２７（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２７と略す）、増幅回路２８、移相回路２９等によって構成される。
【００６２】
ここで、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂよりも後段の電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、電流検波回路２５、ＬＰＦ２６を電流モードで信号処理を行い、ＬＰＦ２６で得られた直流電流を電流電圧変換回路２７で電圧信号に変換した後に出力する。
【００６３】
２つのＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂは、それぞれ振動子の検出電極１２１ａ，１２１ｂに接続され、検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して、電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂを出力する。差動回路２４ａ，２４ｂは検出電圧Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂを入力して互いに差分をとった差分信号Ｐ１９ａ，Ｐ１９ｂを出力する。 
【００６４】
Ｖ／Ｉ変換回路２２ａは電圧信号である差分信号Ｐ１９ａを電流信号の差分信号Ｐ１３ａに変換して電流増幅回路２３ａに入力する。また、Ｖ／Ｉ変換回路２２ｂは電圧信号である差分信号Ｐ１９ｂを電流信号の差分信号Ｐ１３ｂに変換して電流増幅回路２３ｂに入力する。電流増幅回路２３ａは差分信号Ｐ１３ａを電流増幅して電流信号Ｐ１４ａを電流検波回路２５に入力し、電流増幅回路２３ｂは差分信号Ｐ１３ｂを電流増幅して電流信号Ｐ１４ｂを電流検波回路２５に入力する。電流検波回路２５は、電流信号Ｐ１４ａと電流信号Ｐ１４ｂを用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路１０から移相回路２９を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
【００６５】
電流検波回路２５は検波電流信号Ｐ１５をＬＰＦ２６に入力し、ＬＰＦ２６は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号Ｐ１６を出力する。Ｉ／Ｖ変換回路２７は、直流電流信号Ｐ１６を電流電圧変換して角速度電圧信号Ｐ１７を出力する。増幅回路２８はこの角速度電圧信号Ｐ１７を増幅して出力する。これにより、検出回路２０は、振動子からの検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
【００６６】
［本発明の第２の形態］
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第２の形態について図３を用いて説明する。本発明の第２の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
【００６７】
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成し、この差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００６８】
図３は、本発明の振動型ジャイロセンサの第２の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第１の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子（図示していない）と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路１０と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路２０を備える。 
【００６９】
発振回路１０は第１の形態例と同様であるため、ここでは検出回路２０について説明する。
【００７０】
第２の形態例の検出回路２０は、２つの電流電圧変換回路２１ａ、２１ｂ（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂと略す）、差動回路２４，一つの電圧電流変換回路２２（以下、Ｖ／Ｉ変換回路２２と略す）、電流増幅回路２３、電流検波回路２５、ローパスフィルタ２６（以下、ＬＰＦ２６と略す）、電流電圧変換回路２７（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２７と略す）、増幅回路２８、移相回路２９等によって構成される。
【００７１】
ここで、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂよりも後段の電流増幅回路２３、電流検波回路２５、ＬＰＦ２６を電流モードで駆動し、ＬＰＦ２６で得られた直流電流を電流電圧変換回路２７で電圧信号に変換した後に出力する。
【００７２】
２つのＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂは、それぞれ振動子の検出電極１２１ａ，１２１ｂに接続され、検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して、電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを出力する。差動回路２４は検出電圧Ｐ１２ａから検出電圧Ｐ１２ｂを減算した差分信号Ｐ１９を出力する。 
【００７３】
Ｖ／Ｉ変換回路２２は電圧信号である差分信号Ｐ１９を電流信号の差分信号Ｐ１３に変換して電流増幅回路２３に入力する。電流増幅回路２３は差分信号Ｐ１３を電流増幅して電流信号Ｐ１４を電流検波回路２５に入力する。電流検波回路２５は、電流信号Ｐ１４を用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路１０から移相回路２９を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
【００７４】
電流検波回路２５は検波電流信号Ｐ１５をＬＰＦ２６に入力し、ＬＰＦ２６は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号Ｐ１６を出力する。検波電流信号Ｐ１５は、片方の極側の電流信号のみを用いて（図では正側の電流）検波を行っているため、直流電流信号Ｐ１６の出力レベルは第１の形態と比較して低くなる。
【００７５】
Ｉ／Ｖ変換回路２７は、直流電流信号Ｐ１６を電流電圧変換して角速度電圧信号Ｐ１７を出力する。増幅回路２８はこの角速度電圧信号Ｐ１７を増幅して出力する。これにより、検出回路２０は、振動子からの検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
【００７６】
［本発明の第３の形態］
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第３の形態について図４を用いて説明する。本発明の第３の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
【００７７】
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００７８】
図４は、本発明の振動型ジャイロセンサの第３の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第１，２の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子（図示していない）と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路１０と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路２０を備える。 
【００７９】
発振回路１０は第１，２の形態例と同様であるため、ここでは検出回路２０について説明する。
【００８０】
第３の形態例の検出回路２０は、２つの電流電圧変換回路２１ａ、２１ｂ（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂと略す）、２つの電圧電流変換回路２２（以下、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂと略す）、差動回路２４、電流増幅回路２３、電流検波回路２５、ローパスフィルタ２６（以下、ＬＰＦ２６と略す）、電流電圧変換回路２７（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２７と略す）、増幅回路２８、移相回路２９等によって構成される。
【００８１】
ここで、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂよりも後段の差動回路２４、電流増幅回路２３、電流検波回路２５、ＬＰＦ２６を電流モードで駆動し、ＬＰＦ２６で得られた直流電流を電流電圧変換回路２７で電圧信号に変換した後に出力する。
【００８２】
２つのＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂは、それぞれ振動子の検出電極１２１ａ，１２１ｂに接続され、検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して、電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを出力する。
【００８３】
Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂは電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを検出電流Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂに変換し、差動回路２４は検出電流Ｐ１２ａから検出電流Ｐ１２ｂを減算した差分信号Ｐ１９を出力する。
【００８４】
電流増幅回路２３は差分信号Ｐ１９を電流増幅して電流信号Ｐ１４を電流検波回路２５に入力する。電流検波回路２５は、電流信号Ｐ１４を用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路１０から移相回路２９を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
【００８５】
電流検波回路２５は検波電流信号Ｐ１５をＬＰＦ２６に入力し、ＬＰＦ２６は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号Ｐ１６を出力する。検波電流信号Ｐ１５は、片方の極側の電流信号のみを用いて（図では正側の電流）検波を行っているため、直流電流信号Ｐ１６の出力レベルは第１の形態と比較して低くなる。
【００８６】
Ｉ／Ｖ変換回路２７は、直流電流信号Ｐ１６を電流電圧変換して角速度電圧信号Ｐ１７を出力する。増幅回路２８はこの角速度電圧信号Ｐ１７を増幅して出力する。これにより、検出回路２０は、振動子からの検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
【００８７】
なお、図４に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂをＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂで電圧に変換し、さらにＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂによって電流に戻した後に差動回路２４に入力しているが、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂおよびＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂを用いることなく、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを差動回路２４に直接に入力する構成としてもよい。
【００８８】
［本発明の第４の形態］
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第４の形態について図５を用いて説明する。本発明の第４の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、１つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
【００８９】
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【００９０】
図５は、本発明の振動型ジャイロセンサの第４の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第１〜３の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子（図示していない）と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路１０と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路２０を備える。 
【００９１】
検出回路２０は第１〜３の形態例と同様であるため、ここでは検出回路２０について説明する。
【００９２】
第４の形態例の検出回路２０は、２つの電流電圧変換回路２１ａ，２１ｂ（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂと略す）、２つの電圧電流変換回路２２ａ，２２ｂ（以下、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂと略す）、２つの電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、差動回路２４、電流検波回路２５、ローパスフィルタ２６（以下、ＬＰＦ２６と略す）、電流電圧変換回路２７（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２７と略す）、増幅回路２８、移相回路２９等によって構成される。
【００９３】
ここで、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂよりも後段の電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、差動回路２４、電流検波回路２５、ＬＰＦ２６を電流モードで駆動し、ＬＰＦ２６で得られた直流電流を電流電圧変換回路２７で電圧信号に変換した後に出力する。
【００９４】
２つのＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂは、それぞれ振動子の検出電極１２１ａ，１２１ｂに接続され、検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して、電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを出力する。
【００９５】
Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂは電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを検出電流Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂに変換し、電流増幅回路２３ａ，２３ｂは検出電流Ｐ１３ａ，１３ｂをそれぞれ電流増幅して電流信号Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを差動回路２４に入力する。差動回路２４は検出電流Ｐ１２ａから検出電流Ｐ１２ｂを減算した差分信号Ｐ１９を出力する。
【００９６】
電流検波回路２５は、差分信号Ｐ１９を用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路１０から移相回路２９を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
【００９７】
電流検波回路２５は検波電流信号Ｐ１５をＬＰＦ２６に入力し、ＬＰＦ２６は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号Ｐ１６を出力する。検波電流信号Ｐ１５は、片方の極側の電流信号のみを用いて（図では正側の電流）検波を行っているため、直流電流信号Ｐ１６の出力レベルは第１の形態と比較して低くなる。
【００９８】
Ｉ／Ｖ変換回路２７は、直流電流信号Ｐ１６を電流電圧変換して角速度電圧信号Ｐ１７を出力する。増幅回路２８はこの角速度電圧信号Ｐ１７を増幅して出力する。これにより、検出回路２０は、振動子からの検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
【００９９】
なお、図５に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂをＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂで電圧に変換し、さらにＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂによって電流に戻した後に電流増幅回路２３ａ，２３ｂに入力しているが、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂおよびＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂを用いることなく、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを電流増幅回路２３ａ，２３ｂに直接に入力する構成としてもよい。
【０１００】
［本発明の第５の形態］
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第５の形態について図６を用いて説明する。本発明の第５の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
【０１０１】
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号の電流に他方の検出信号の電流の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【０１０２】
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【０１０３】
図６は、本発明の振動型ジャイロセンサの第５の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第１〜４の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子（図示していない）と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路１０と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路２０を備える。 
【０１０４】
検出回路２０は第１〜４の形態例と同様であるため、ここでは検出回路２０について説明する。
【０１０５】
第５の形態例の検出回路２０は、２つの電流電圧変換回路２１ａ，２１ｂ（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂと略す）、２つの電圧電流変換回路２２ａ，２２ｂ（以下、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂと略す）、差動回路２４ａ，２４ｂ、２つの電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、電流検波回路２５、ローパスフィルタ２６（以下、ＬＰＦ２６と略す）、電流電圧変換回路２７（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２７と略す）、増幅回路２８、移相回路２９等によって構成される。
【０１０６】
ここで、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂよりも後段の差動回路２４ａ，２４ｂ、電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、電流検波回路２５、ＬＰＦ２６を電流モードで駆動し、ＬＰＦ２６で得られた直流電流を電流電圧変換回路２７で電圧信号に変換した後に出力する。
【０１０７】
２つのＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂは、それぞれ振動子の検出電極１２１ａ，１２１ｂに接続され、検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して、電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを出力する。
【０１０８】
Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂは電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを検出電流Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂに変換し、差動回路２４ａ，２４ｂに入力する。差動回路２４ａは検出電流Ｐ１３ａから検出電流Ｐ１３ｂを減算した差分信号Ｐ１９ａを出力し、差動回路２４ｂは検出電流Ｐ１３ｂから検出電流Ｐ１２ａを減算した差分信号Ｐ１９ｂを出力する。
【０１０９】
電流増幅回路２３ａ，２３ｂは差分信号Ｐ１９ａ，１９ｂをそれぞれ電流増幅して電流信号Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを出力する。電流検波回路２５は、差分信号Ｐ１４ａ，１４ｂを用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路１０から移相回路２９を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
【０１１０】
電流検波回路２５は検波電流信号Ｐ１５をＬＰＦ２６に入力し、ＬＰＦ２６は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号Ｐ１６を出力する。
【０１１１】
Ｉ／Ｖ変換回路２７は、直流電流信号Ｐ１６を電流電圧変換して角速度電圧信号Ｐ１７を出力する。増幅回路２８はこの角速度電圧信号Ｐ１７を増幅して出力する。これにより、検出回路２０は、振動子からの検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
【０１１２】
なお、図６に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂをＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂで電圧に変換し、さらにＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂによって電流に戻した後に差動回路２４ａ，２４ｂに入力しているが、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂおよびＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂを用いることなく、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを差動回路２４ａ，２４ｂに直接に入力する構成としてもよい。
【０１１３】
［本発明の第６の形態］
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第６の形態について図７を用いて説明する。本発明の第６の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、２つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
【０１１４】
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、この電流増幅した一対の増幅電流信号について、互いに一方の増幅電流信号に他方の増幅電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【０１１５】
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
【０１１６】
図７は、本発明の振動型ジャイロセンサの第６の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第１〜５の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子（図示していない）と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路１０と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路２０を備える。 
【０１１７】
検出回路２０は第１〜５の形態例と同様であるため、ここでは検出回路２０について説明する。
【０１１８】
第６の形態例の検出回路２０は、２つの電流電圧変換回路２１ａ，２１ｂ（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂと略す）、２つの電圧電流変換回路２２ａ，２２ｂ（以下、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂと略す）、２つの電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、差動回路２４、電流検波回路２５、ローパスフィルタ２６（以下、ＬＰＦ２６と略す）、電流電圧変換回路２７（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２７と略す）、増幅回路２８、移相回路２９等によって構成される。
【０１１９】
ここで、Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂよりも後段の電流増幅回路２３ａ，２３ｂ、差動回路２４、電流検波回路２５、ＬＰＦ２６を電流モードで駆動し、ＬＰＦ２６で得られた直流電流を電流電圧変換回路２７で電圧信号に変換した後に出力する。
【０１２０】
２つのＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂは、それぞれ振動子の検出電極１２１ａ，１２１ｂに接続され、検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して、電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを出力する。
【０１２１】
Ｖ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂは電圧値である検出電圧Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを検出電流Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂに変換する。電流増幅回路２３ａ，２３ｂは差分信号Ｐ１９ａ，１９ｂをそれぞれ電流増幅して電流信号Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを差動回路２４ａ，２４ｂに入力する。差動回路２４ａ，２４ｂは電流信号Ｐ１４ａから電流信号Ｐ１４ｂを減算した差分信号Ｐ１９ａと、電流信号Ｐ１４ｂから電流信号Ｐ１２ａを減算した差分信号Ｐ１９ｂを出力する。
【０１２２】
電流検波回路２５は、差分信号Ｐ１９ａ，１９ｂを用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路１０から移相回路２９を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
【０１２３】
電流検波回路２５は検波電流信号Ｐ１５をＬＰＦ２６に入力し、ＬＰＦ２６は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号Ｐ１６を出力する。
【０１２４】
Ｉ／Ｖ変換回路２７は、直流電流信号Ｐ１６を電流電圧変換して角速度電圧信号Ｐ１７を出力する。増幅回路２８はこの角速度電圧信号Ｐ１７を増幅して出力する。これにより、検出回路２０は、振動子からの検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
【０１２５】
なお、図７に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂをＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂで電圧に変換し、さらにＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂによって電流に戻した後に電流増幅回路２３ａ，２３ｂに入力しているが、Ｉ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂおよびＶ／Ｉ変換回路２２ａ，２２ｂを用いることなく、検出電極から出力された検出信号Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを電流増幅回路２３ａ，２３ｂに直接に入力する構成としてもよい。
【０１２６】
［振動子の構成］
次に、本発明の振動型ジャイロセンサに用いられる振動子の一例を図８および図９に基づいて説明する。なお、図８の斜視図は電極を省略している。図８および図９において、振動子１はＳｉＯ２の単結晶である水晶によって成る水晶振動子であって、２つの駆動脚２ａ，２ｂと一つの検出脚２ｃの３本の脚、及び基部８と支持部９を有する三脚音叉型振動子である。
【０１２７】
また、駆動脚２ａ，２ｂには対となる駆動電極３，４が形成されており、駆動電極３は、駆動脚２ａの対向する２面に形成される駆動電極３ａ，３ｂと、駆動脚２ｂの対向する２面に形成される駆動電極３ｃ，３ｄによって成る。 
【０１２８】
また、駆動電極４は、駆動脚２ａの対向する他の２面に形成される駆動電極４ａ，４ ｂと、駆動脚２ｂの対抗する他の２面に形成される駆動電極４ｃ，４ｄによって成る。これらの駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ電気的に接続されて外部と接続され、また、駆動電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄも、それぞれ電気的に接続されて外部と接続される。 
【０１２９】
また、検出脚２ｃには、その角の部分に対となる検出電極５，６が形成され、それぞれ外部に接続される。また、検出電極５，６に対向する面の電極は、回路のＧＮＤに接続される。また、振動子１の構造は、図８，図９で示すような三脚音叉型振動子には限定されず、例えば、二脚の音叉型振動子でも良い。 
【０１３０】
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの角速度検出動作を図１及び図９に基づいて説明する。ここで、前述した如く、振動子１は、制御回路の発振回路１０によって一定振幅での発振が継続されている。このとき、振動子１が角速度ωで回転されたとすると、図９で示す矢印Ｘ方向の振動に対して直角なＺ方向に角速度ωに比例したコリオリの力Ｆが働く。  
【０１３１】
このコリオリの力Ｆは、
Ｆ＝２・ｍ・ω・Ｖ    （式１）
で表される。
【０１３２】
ここで、ｍは駆動脚２ａ，２ｂ、または検出脚２ｃの等価質量であり、Ｖは共振周波数ｆ０（Ｈｚ）で振動する速度である。このコリオリの力Ｆによる応力によって振動子１は、図９で示すＺ方向に共振周波数に等しい周波数で振動が励起され、この振動によって検出脚２ｃに形成された検出電極５，６に圧電効果による電荷が発生する。 
【０１３３】
この発生した電荷により、検出電極５，６に微小な逆相の検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂが発生する。検出回路２０のＩ／Ｖ変換回路２１ａ，２１ｂは、この検出信号Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂをそれぞれ電流電圧変換して検出電圧Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂを出力し、差動回路２４は、検出電圧Ｐ１２ａ、Ｐ１１ｂの差分を求めて差分信号Ｐ１９ａ，Ｐ１９ｂを出力する。
【０１３４】
電圧電流変換回路２２ａ，２２ｂは、差分信号Ｐ１９ａ，Ｐ１９ｂを電流信号に変換して検出電流Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを出力する。電流検波回路２５は、差分信号Ｐ１９ａ，Ｐ１９ｂを入力して発振回路１０から出力される検波制御信号のタイミングに合わせて同期検波を行い、直流に変換された検波電流信号Ｐ１６を出力する。電流検波回路２５は交流成分をカットし、角速度に応じた直流電圧である角速度出力Ｐｏを出力する。
【０１３５】
ＬＰＦ２６から出力された検波電流信号Ｐ１６をＩ／Ｖ変換回路２７で電圧に変換して角速度電圧出力Ｐ１７を出力する。増幅回路２８は、角速度電圧出力Ｐ１７を増幅して出力信号Ｐ１８を出力する。
【０１３６】
［Ｖ／Ｉ変換回路および加算回路］
図１０を用いてＶ／Ｉ変換回路および加算回路の一例について説明する。図１０に示す回路構成は、Howland型電流ポンプ回路の例を示している。この回路構成はv１、v２の２つの電圧入力を加算して出力電流ｉｏとして出力する。
【０１３７】
この回路構成では、出力電流ｉｏは
ｉｏ＝（v１−v２）／Ｒ１      （式２）
で表され、v１とv２の電位差に比例する電流が出力される。
【０１３８】
図１０に示す回路構成は、例えば、図２中のＶ／Ｉ変換回路２１ａ，２１ｂと差動回路２４を組み合わせた回路に相当する。図１０に示す回路構成においては、オペアンプの振幅を抑えるため、Ｒ１＞Ｒ２とすることが望ましい。
【０１３９】
［電流増幅回路］
図１１を用いて電流増幅回路の一例について説明する。図１１に示す回路構成は、オペアンプを用いた電流増幅回路の例を示している。この回路構成はｉ１の入力電流を増幅して出力電流ｉｏを出力する。
【０１４０】
この回路構成では、出力電流ｉｏは
ｉｏ＝（１＋Ｒ２／Ｒ１）・ｉ１      （式３）
で表され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗比によって増幅率が定まる。
【０１４１】
［検出回路、電流ＬＰＦ回路、Ｉ／Ｖ変換回路］
図１２，図１３を用いて検出回路、電流ＬＰＦ回路、およびＩ／Ｖ変換回路の一連の回路構成例について説明する。
【０１４２】
図１２に示す回路構成は、２つの入力電流信号をスイッチで切り換えて出力する検波回路と、オペアンプの帰還回路に抵抗とコンデンサの並列回路を接続することによって構成したＬＰＦとＩ／Ｖ回路の例を示している。
【０１４３】
図１３に示す回路構成は、２つの入力電流信号をスイッチで切り換えて出力する検波回路と、抵抗とコンデンサによるＬＰＦ兼Ｉ／Ｖ回路に、オペアンプによるボルテージフォロアを組み合わせた回路の例を示している。
【０１４４】
上記した回路構成は一例であって上記回路の限られるものではなく、他の回路構成を用いて検出回路を構成することもできる。
【符号の説明】
【０１４５】
１  振動子
２ａ，２ｂ  駆動脚
２ｃ  検出脚
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  駆動電極
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  駆動電極
５，６  検出電極
８  基部
９  支持部
１０  発振回路
１１  電流電圧変換回路
１２  移相回路
１３  振幅検出回路
１４  利得可変増幅器
２０  検出回路
２１，２１ａ，２１ｂ  電流電圧変換回路（Ｉ／Ｖ変換回路）
２２，２２ａ，２２ｂ  電圧電流変換回路（Ｖ／Ｉ変換回路）
２３，２３ａ，２３ｂ  電流増幅回路
２４，２４ａ，２４ｂ  差動回路
２５  電流検波回路
２６  ローパスフィルタ
２７  電流電圧変換回路
２８  増幅回路
２９  移相回路
１００  発振回路
１０１  電流電圧変換回路
１０２  移相回路
１０３  振幅検出回路
１０４  利得可変増幅器
１１１  駆動電極
１１２  駆動電極
１２１ａ，１２１ｂ  検出電極
２００  検出回路
２０１，２０２  電流電圧変換回路
２０３  差動増幅回路
２０５  同期検波回路
２０６  ローパスフィルタ
２０８  増幅回路
２１３  増幅回路
２１４  検波回路
２１５  ローパスフィルタ
【図１】
2010256117.tif 000003
【図２】
2010256117.tif 000004
【図３】
2010256117.tif 000005
【図４】
2010256117.tif 000006
【図５】
2010256117.tif 000007
【図６】
2010256117.tif 000008
【図７】
2010256117.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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