(57)【要約】【課題】本発明は、第１の振動体および第２の振動体に設けられた検出電極の位置ズレが生じた場合、角速度が生じていないときには、角速度が発生しているような出力信号を誤って出力してしまうということのない出力精度の向上した角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の角速度センサは、第２の振動体２３における第１の振動体２２の第１の駆動電極２５および第２の駆動電極２６を設けた位置と対応する箇所に、第１の電極ズレ量検出電極２８および第２の電極ズレ量検出電極２９を設けたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の駆動電極を振動駆動方向の中立軸から略等距離の位置に略並行に設けるとともに前記一対の駆動電極の間に位置して検出電極を設けた第１の振動体と、この第１の振動体と並設されるとともに検出電極を設けた第２の振動体と、前記第１の振動体の一端と第２の振動体との一端を接続する接続部とを備え、前記第２の振動体における第１の振動体の一対の駆動電極を設けた位置と対応する箇所に一対の電極ズレ量検出電極を設けた角速度センサ。
【請求項２】
第２の振動体における一対の電極ズレ量検出電極に発生する電荷を加算する加算手段を設け、この加算手段により、第１の振動体における検出電極の電極ズレ量を検出するようにした請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
加算手段からの電極ズレ量に応じた出力信号を第１の振動体または第２の振動体のいずれか一方の検出電極に入力することにより、第１の振動体および第２の振動体に設けた検出電極のズレにより発生する出力誤差信号を補正するようにした請求項２記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御に利用する角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度センサは、図８、図９に示すように構成されていた。
【０００３】
図８は従来の角速度センサの斜視図、図９は従来の角速度センサにおける振動子の上面図である。
【０００４】
図８、図９において、１は音叉形状の振動子で、この振動子１はケース２内に収納されるとともに、第１の振動体３および第２の振動体４の一端を接続する接続部５とを設けている。そして、前記振動子１における第１の振動体３および第２の振動体４の双方には一対の駆動電極５を振動駆動方向の中立軸から略等距離の位置に略並行に設けるとともに、一対の駆動電極５の間に位置して、図９に示すように検出電極６を設けており、この検出電極６は第１の振動体３および第２の振動体４の振動駆動の中立軸上に設けられている。そしてまた、前記振動子１における接続部５にはモニタ電極７を設けている。８は電極ランドで、この電極ランド８の各々は、前記駆動電極５、検出電極６およびモニタ電極７と電気的に接続されている。９は温度センサで、この温度センサ９は前記ケース２の内側に収納され、前記振動子１の近傍の温度を検出するものである。１０はペルチェ素子で、このペルチェ素子１０は前記ケース２の上面に設けられている。１１は温度制御手段で、この温度制御手段１１は前記温度センサ９からの出力信号を基に、ペルチェ素子１０に流れる電流の方向および量を制御してケース２内の温度を一定の値に制御するものである。
【０００５】
以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【０００６】
振動子１における駆動電極５に交流電圧を印加することにより、振動子１をＹ軸方向に対称振動させ、そして、その振動状態を維持したまま、振動子１をＺ軸周りに角速度ωで回転させると、振動子１にコリオリ力が発生する。そして、このコリオリ力により振動子１において発生する電荷を出力電圧に変換することによって、角速度を検出するものである。
【０００７】
ここで、角速度センサに角速度が付加されない状態で、振動子１が振動駆動した場合に、検出電極６に発生する電荷について考えてみると、検出電極６は第１の振動体３および第２の振動体４の振動駆動方向の中立軸上に設けられているため、図１０に示すように、中立軸を境に、圧縮側に発生する正の電荷と、引張側に発生する負の電荷の絶対値が略等しくなる。したがって、検出電極６に発生する電荷は略零となるものである。
【０００８】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平５−１８７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した従来の構成においては、振動子１における第１の振動体３および第２の振動体４に設けられた検出電極６の位置ズレが生じると、図１１に示すように、検出電極６が圧縮側（縮み側）に設けられた場合には、正の電荷が発生し、一方、図１２に示すように、検出電極６が引張側（伸び側）に設けられた場合には、負の電荷が発生することになるため、角速度が発生していない場合であっても、あたかも角速度が発生しているような出力信号を出力してしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、第１の振動体および第２の振動体に設けられた検出電極の位置ズレが生じた場合、角速度が生じていないときには、角速度が発生しているような出力信号を誤って出力してしまうということのない出力精度の向上した角速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、一対の駆動電極を振動駆動方向の中立軸から略等距離の位置に略並行に設けるとともに前記一対の駆動電極の間に位置して検出電極を設けた第１の振動体と、この第１の振動体と並設されるとともに検出電極を設けた第２の振動体と、前記第１の振動体の一端と第２の振動体との一端を接続する接続部とを備え、前記第２の振動体における第１の振動体の一対の駆動電極を設けた位置と対応する箇所に一対の電極ズレ量検出電極を設けたもので、この構成によれば、第２の振動体における第１の振動体の一対の駆動電極を設けた位置と対応する箇所に一対の電極ズレ量検出電極を設けているため、振動子における第１の振動体および第２の振動体に設けられた検出電極の位置ズレが生じた場合は、電極ズレ量検出電極によって、その電極ズレ量を検出することができ、これにより、検出電極の位置ズレにより生じた出力信号の誤差を補正することができるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、第２の振動体における一対の電極ズレ量検出電極に発生する電荷を加算する加算手段を設け、この加算手段により、第１の振動体における検出電極の電極ズレ量を検出するようにしたもので、この構成によれば、第２の振動体における一対の電極ズレ量検出電極に発生する電荷を加算する加算手段を設け、この加算手段により、第１の振動体における検出電極の電極ズレ量を検出するようにしているため、電極ズレ量の検出値を容易に増幅することができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、加算手段からの電極ズレ量に応じた出力信号を第１の振動体または第２の振動体のいずれか一方の検出電極に入力することにより、第１の振動体および第２の振動体に設けた検出電極のズレにより発生する出力誤差信号を補正するようにしたもので、この構成によれば、加算手段からの電極ズレ量に応じた出力信号を第１の振動体または第２の振動体のいずれか一方の検出電極に入力することにより、第１の振動体および第２の振動体に設けた検出電極のズレにより発生する出力誤差信号を補正するようにしているため、電極パターンのズレにより発生する誤差信号を容易に補正することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明の角速度センサは、一対の駆動電極を振動駆動方向の中立軸から略等距離の位置に略並行に設けるとともに前記一対の駆動電極の間に位置して検出電極を設けた第１の振動体と、この第１の振動体と並設されるとともに検出電極を設けた第２の振動体と、前記第１の振動体の一端と第２の振動体との一端を接続する接続部とを備え、前記第２の振動体における第１の振動体の一対の駆動電極を設けた位置と対応する箇所に一対の電極ズレ量検出電極を設けているため、振動子における第１の振動体および第２の振動体に設けられた検出電極の位置ズレが生じた場合、電極ズレ量検出電極によって、その電極ズレ量を検出することができ、これにより、検出電極の位置ズレにより生じた出力信号の誤差を補正することができる角速度センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図、図２は同角速度センサにおける振動子の上面図、図３は同角速度センサの回路図である。
【００１８】
図１〜図３において、２１は音叉形状の振動子で、この振動子２１は図２に示すように、第１の振動体２２と、この第１の振動体２２と並設されるように設けた第２の振動体２３と、前記第１の振動体２２の一端と第２の振動体２３の一端を接続する接続部２４とにより構成されている。そして、前記振動子２１を構成する第１の振動体２２の上面には、第１の振動体２２の振動駆動方向の中立軸から略等距離の位置に第１の駆動電極２５と第２の駆動電極２６を略並行に設けている。そしてまた、前記第１の振動体２２における第１の駆動電極２５と第２の駆動電極２６との間に位置して第１の検出電極２７を設けている。さらに、前記振動子２１を構成する第２の振動体２３の上面には、図４に示すように、第２の振動体２３の振動駆動方向の中立軸から略等距離の位置に第１の電極ズレ量検出電極２８と第２の電極ズレ量検出電極２９を略並行に設けている。また、前記第２の振動体２３における第１の電極ズレ量検出電極２８と第２の電極ズレ量検出電極２９との間に位置して第２の検出電極３０を設けているものである。
【００１９】
上記したように本発明の一実施の形態においては、第２の振動体２３における第１の振動体２２の第１の駆動電極２５および第２の駆動電極２６を設けた位置と対応する箇所に、第１の電極ズレ量検出電極２８および第２の電極ズレ量検出電極２９を設けているため、振動子における第１の振動体２２に設けられた第１の検出電極２７および第２の振動体２３に設けられた第２の検出電極３０の位置ズレが生じた場合、第１の電極ズレ量検出電極２８および第２の電極ズレ量検出電極２９によって、その電極ズレ量を検出することができ、これにより、第１の検出電極２７および第２の検出電極３０の位置ズレにより生じた出力信号の誤差を補正することができるものである。
【００２０】
また、前記第１の振動体２２および第２の振動体２３の根元近傍にはモニタ電極３１を設けている。そしてまた、振動子２１における接続部２４の上面には、第１の振動体２２における第１の駆動電極２５と電気的に接続された第１の駆動電極ランド３２を設けるとともに、前記第２の駆動電極２６と電気的に接続された第２の駆動電極ランド３３を設けている。さらに、前記振動子２１における接続部２４には、前記第２の振動体２３における第１の電極ズレ量検出電極２８と電気的に接続された第１の電極ズレ検出ランド３４を設けるとともに、第２の電極ズレ量検出電極２９と電気的に接続された第２の電極ズレ検出ランド３５を設けている。また、前記振動子２１における接続部２４の上面には、第１の振動体２２における第１の検出電極２７と電気的に接続された第１の検出電極ランド３６を設けるとともに、第２の振動体２３における第２の検出電極３０と電気的に接続された第２の検出電極ランド３７を設け、さらに前記モニタ電極３１と電気的に接続されたモニタ電極ランド３８を設けている。
【００２１】
３９はセラミックからなるケースで、このケース３９は内底面から外底面にわたってセラミックと配線用導体の層構造からなる多層回路基板４０を設けており、そしてこの多層回路基板４０の上面には第１の配線用電極４１を設けている。また、前記多層回路基板４０の上面には前記第１の配線用電極４１と金あるいはアルミニウムからなるワイヤー線（図示せず）により電気的に接続されたＩＣ４２を設けている。そして前記ＩＣ４２はケース３９の内側に収納されるとともに、振動子２１を構成する第１の振動体２２の第１の検出電極２７および第２の振動体２３における第２の検出電極３０から出力される出力信号を処理するものである。また、前記ＩＣ４２は駆動回路４３と検出回路４４とで構成されている。そして、このＩＣ４２における駆動回路４３は、振動子２１のモニタ電極３１の電荷を入力する第１の増幅器４５と、この第１の増幅器４５の出力信号を入力するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６と、このバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６の出力信号を入力する整流器４７と、この整流器４７の出力信号を入力する平滑回路４８とにより構成されている。
【００２２】
４９はＡＧＣ回路で、このＡＧＣ回路４９は駆動回路４３における平滑回路４８の出力信号を入力し、かつバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。５０は駆動制御回路で、この駆動制御回路５０はＡＧＣ回路４９の出力信号を入力するとともに、振動子２１における第１の駆動電極２５に駆動信号を入力するものである。５１は反転アンプで、この反転アンプ５１は、前記駆動制御回路５０の出力信号を入力するとともに、振動子２１における第２の駆動電極２６に駆動制御回路５０の出力信号を反転させた駆動信号を入力するものである。
【００２３】
また、前記検出回路４４は第１の振動体２２における第１の検出電極２７にコリオリ力によって発生する電荷を電圧に変換する第２の増幅器５２と、第２の振動体２３における第２の検出電極３０にコリオリ力によって発生する電荷を電圧に変換する第３の増幅器５３と、前記第２の増幅器５２および第３の増幅器５３の出力信号を入力する差動増幅器５４と、この差動増幅器５４の出力信号を入力する位相器５５と、この位相器５５の出力信号を入力する同期検波器５６と、この同期検波器５６の出力信号を入力する平滑回路５７と、この平滑回路５７の出力信号を入力するとともに、増幅して角速度信号を出力する直流アンプ５８とにより構成されている。さらに、前記ＩＣ４２には、第１の電極ズレ量検出電極２８から発生する電荷を増幅する第４の増幅器５９を設けるとともに、第２の電極ズレ量検出電極２９から発生する電荷を増幅する第５の増幅器６０を設け、そして、加算器６１により、前記第４の増幅器５９からの出力信号と第５の増幅器６０からの出力信号とを加算している。
【００２４】
６２はＡＴＴで、このＡＴＴ６２は前記加算器６１からの出力信号を信号処理している。６３は切替スイッチで、この切替スイッチ６３は、前記加算器６１からの出力信号が正の値の場合には、加算器６１からの出力信号を第２の増幅器５２に入力している。また、これと同様に、前記加算器６１からの出力信号が負の値の場合には、加算器６１からの出力信号を第３の増幅器５３に入力している。
【００２５】
また、前記多層回路基板４０の上面には外周にわたってセラミックからなる側壁６４を設けている。さらに、前記ケース３９における内底面には図１に示すように、段差部６５を設けており、かつこの段差部６５には、図２に示す振動子２１における接続部２４を固着するとともに、この接続部２４を固着した両側に位置して第３の配線用電極６６を設けており、そしてこの第３の配線用電極６６は、ワイヤー線（図示せず）を介して振動子２１における第１の駆動電極ランド３２、第２の駆動電極ランド３３、第１の電極ズレ検出ランド３４、第２の電極ズレ検出ランド３５、第１の検出電極ランド３６、第２の検出電極ランド３７およびモニタ電極ランド３８と電気的に接続している。
【００２６】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【００２７】
振動子２１における第１の駆動電極２５および第２の駆動電極２６に交流電圧を加えると振動子２１が共振し、この振動子２１のモニタ電極３１に電荷が発生する。そして、このモニタ電極３１に発生した電荷は、駆動回路４３における増幅器４５に入力され、正弦波形の出力電極として出力される。そしてこの増幅器４５の出力電圧をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６に入力し、振動子２１の共振周波数のみを抽出するとともに、ノイズ成分を除去し、図５（ａ）に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６の出力信号を整流器４７に入力することにより、負電圧成分を正電圧に変換し、その後、平滑回路４８に入力することにより、直流電圧信号に変換する。そして、前記ＡＧＣ回路４９は平滑回路４８の直流電圧信号が大の場合にはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６の出力信号を減衰させるような信号を、また、平滑回路４８の直流電圧信号が小の場合にはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６の出力信号を増幅させるような信号を駆動制御回路５０に入力し、振動子２１の振動を一定振幅になるように調整するものである。
【００２８】
また、このとき、第２の振動体２３における第１の電極ズレ量検出電極２８および第２の電極ズレ量検出電極２９は、第２の振動体２３における振動駆動方向の中立軸から略等距離の位置に設けられているため、図１２に示すように、第１の電極ズレ量検出電極２８と第２の電極ズレ量検出電極２９に発生する電荷の和は略零となる。
【００２９】
ここで、振動子２１が振動方向に速度ｖで屈曲振動している状態において、振動子２１の長手方向の中心軸周りに振動子２１が角速度ωで回転すると、この振動子２１にＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。そして、このコリオリ力によって振動子２１に設けた第１の検出電極２７に図５（ｂ）に示すような電荷が発生するとともに、第２の検出電極３０に図５（ｃ）に示すような電荷が発生する。そして第２の増幅器５２により、第１の検出電極２７から発生する電荷を図５（ｄ）に示すような出力電圧に変換する。また第３の増幅器５３は、第２の検出電極３０から発生する電荷を増幅し、図５（ｅ）に示すような出力電圧に変換する。そしてまた、差動増幅器５４は第２の増幅器５２および第３の増幅器５３の出力信号の差動を取り、さらにこの差動増幅器５４の出力信号の位相を位相器５５により９０度遅らせて、図５（ｆ）に示すような出力電圧に変換する。そして、この位相器５５の出力信号を同期検波器５６に入力し、駆動回路４３におけるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４６の振動の周期で位相検波させるとともに、位相器５５の出力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図５（ｇ）に示すような出力信号を得る。そして、同期検波器５６の出力電圧を平滑回路５７および直流アンプ５８により平滑化するとともに増幅し、図５（ｈ）に示すような出力信号を得る。そして、検出回路４４の直流アンプ５８の出力信号を角速度の信号として出力するものである。
【００３０】
ここで、第１の振動体２２における第１の検出電極２７が図６に示すように、圧縮側（縮み側）にズレて設けられている場合を考えると、第１の検出電極２７に正の電荷が発生する。一方、第２の振動体２３における第１の電極ズレ量検出電極２８および第２の電極ズレ量検出電極２９も、電極パターン形成の都合上、第１の検出電極２７と同様にズレることになる。その場合、第１の電極ズレ量検出電極２８と第２の電極ズレ量検出電極２９とを加算器６１により加算した正の電荷をスイッチ６３で切り替えて、第３の増幅器５３に入力することにより、補正するものである。
【００３１】
また、同様に、第１の振動体２２における第１の検出電極２７が図７に示すように、引張側（伸び側）にズレて設けられている場合を考えると、第１の検出電極２７に負の電荷が発生する。その場合には、第１の電極ズレ量検出電極２８と第２の電極ズレ量検出電極２９とを加算器６１により加算した負の電荷をスイッチ６３で切り替えて、第２の増幅器５２に入力することにより、補正するものである。
【００３２】
上記したように本発明の一実施の形態においては、第２の振動体２３における第１の電極ズレ量検出電極２８と第２の電極ズレ量検出電極２９に発生する電荷を加算する加算器６１を設け、この加算器６１により、第１の振動体２２における第１の検出電極２７の電極ズレ量を検出するようにしているため、電極ズレ量の検出値を容易に増幅することができるという効果が得られるものである。
【００３３】
また、上記本発明の一実施の形態においては、加算器６１からの電極ズレ量に応じた出力信号を第１の振動体２２における第１の検出電極２７または第２の振動体２３における第２の検出電極３０のいずれか一方の検出電極に入力することにより、第１の振動体２２に設けた第１の検出電極２７および第２の振動体２３に設けた第２の検出電極３０のズレにより発生する出力誤差信号を補正するようにしているため、電極パターンのズレにより発生する誤差信号を容易に補正することができるという効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る角速度センサは、検出電極の位置ズレにより生じた出力信号の誤差を補正することができるという効果を有するものであり、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御に利用する角速度センサとして有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図
【図２】同角速度センサにおける振動子の上面図
【図３】同角速度センサの回路図
【図４】同角速度センサにおける振動子の電極ズレ量検出電極を示す上面図
【図５】（ａ）〜（ｈ）同角速度センサの動作状態を示す図
【図６】同角速度センサにおける振動子の電極ズレ量検出電極が圧縮側にズレた状態を示す上面図
【図７】同角速度センサにおける振動子の電極ズレ量検出電極が引張側にズレた状態を示す上面図
【図８】従来の角速度センサの斜視図
【図９】同角速度センサにおける振動子の上面図
【図１０】同角速度センサにおける振動子の検出電極を示す上面図
【図１１】同角速度センサにおける振動子の電極ズレ量検出電極が圧縮側にズレた状態を示す上面図
【図１２】同角速度センサにおける振動子の電極ズレ量検出電極が引張側にズレた状態を示す上面図
【符号の説明】
【００３６】
２２  第１の振動体
２３  第２の振動体
２４  接続部
２５，２６  駆動電極
２７，３０  検出電極
２８，２９  電極ズレ量検出電極
６１  加算器（加算手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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