(57)【要約】  ジャイロセンサ２の第１の検出電極２１から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第１の変換信号ＳＣ１を出力する第１の電流電圧変換回路１１と、ジャイロセンサ２の第２の検出電極２２から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第２の変換信号ＳＣ２を出力する第２の電流電圧変換回路１２と、第１の変換信号ＳＣ１及び第２の変換信号ＳＣ２を用いて演算を行い、第１の処理信号ＳＤ１及び第２の処理信号ＳＤ２を出力する演算部１００と、第１の処理信号ＳＤ１と第２の処理信号ＳＤ２との差分を増幅する第３の差分演算回路１７とを備える。
2009028594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャイロセンサの第１の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第１の変換信号を出力する第１の電流電圧変換回路と、
前記ジャイロセンサの第２の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第２の変換信号を出力する第２の電流電圧変換回路と、
前記第１の変換信号及び前記第２の変換信号を用いて演算を行い、第１の処理信号及び第２の処理信号を出力する演算部と、
前記第１の処理信号と前記第２の処理信号との差分を増幅する差分演算回路と
を備えることを特徴とする角速度信号検出回路。
【請求項２】
前記演算部が、
前記第１の変換信号に前記第２の変換信号を加算し、リファレンス信号を生成する加算回路と、
前記第１の変換信号と前記リファレンス信号との差分演算によって第１の差分信号を生成し、該第１の差分信号を前記第１の処理信号として出力する第１の差分演算回路と、
前記第２の変換信号と前記リファレンス信号との差分演算によって第２の差分信号を生成し、該第２の差分信号を前記第２の処理信号として出力する第２の差分演算回路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の角速度信号検出回路。
【請求項３】
前記リファレンス信号から同期検波用のタイミング信号を生成する移相回路と、
前記差分演算回路が出力する交流信号を前記タイミング信号に同期させ、直流信号に変換する同期検波回路と、
前記同期検波回路が出力する前記直流信号を増幅する直流増幅回路と
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の角速度信号検出回路。
【請求項４】
前記ジャイロセンサの駆動電極に接続される駆動回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の角速度信号検出回路。
【請求項５】
前記演算部が、
前記第１の変換信号を飽和前まで増幅して第１の増幅信号を生成し、該第１の増幅信号を前記第１の処理信号として出力する第１の増幅リミッタ回路と、
前記第２の変換信号を飽和前まで増幅して第２の増幅信号を生成し、該第２の増幅信号を前記第２の処理信号として出力する第２の増幅リミッタ回路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の角速度信号検出回路。
【請求項６】
前記第１の電流電圧変換回路と前記第１の増幅リミッタ回路との間に配設され、前記第１の検出電極から出力される第１の検出信号の位相と前記第２の検出電極から出力される第２の検出信号の位相との間のずれを調整する第１の位相調整回路と、
前記第２の電流電圧変換回路と前記第２の増幅リミッタ回路との間に配設され、前記第１の検出信号の位相と前記第２の検出信号の位相との間のずれを調整する第２の位相調整回路と
を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の角速度信号検出回路。
【請求項７】
ジャイロセンサの第１の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第１の変換信号を生成するステップと、
前記ジャイロセンサの第２の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第２の変換信号を生成するステップと、
前記第１の変換信号及び前記第２の変換信号を用いて演算を行い、第１の処理信号及び第２の処理信号を出力するステップと、
前記第１の処理信号と前記第２の処理信号との差分を増幅するステップと
を含むことを特徴とする角速度信号検出方法。
【請求項８】
前記第１の変換信号及び前記第２の変換信号を用いて演算を行うステップが、
前記第１の変換信号と前記第２の変換信号とを加算し、リファレンス信号を生成するステップと、
前記第１の変換信号と前記リファレンス信号との差分演算によって第１の差分信号を生成し、該第１の差分信号を前記第１の処理信号として出力するステップと、
前記第２の変換信号と前記リファレンス信号との差分演算によって第２の差分信号を生成し、該第２の差分信号を前記第２の処理信号として出力するステップと
を含むことを特徴とする請求項７に記載の角速度信号検出方法。
【請求項９】
前記第１の変換信号及び前記第２の変換信号を用いて演算を行うステップが、
前記第１の変換信号を飽和前まで増幅して第１の増幅信号を生成し、該第１の増幅信号を前記第１の処理信号として出力するステップと、
前記第２の変換信号を飽和前まで増幅して第２の増幅信号を生成し、該第２の増幅信号を前記第２の処理信号として出力するステップと
を含むことを特徴とする請求項７に記載の角速度信号検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度信号検出回路及び角速度信号検出方法に関し、特にジャイロセンサから出力される微小な角速度信号を検出する角速度信号検出回路及び角速度信号検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転角速度を検出するセンサとしてジャイロセンサが知られている。振動子を用いるジャイロセンサは振動ジャイロセンサと呼ばれ、その用途は広範囲である。例えば、振動ジャイロセンサは、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の手振れ検知、ナビゲーションシステムの方向検知、自動車、航空機等の移動体の姿勢検知等に使用されている。【０００３】
振動ジャイロセンサの振動子から出力される信号成分には、振動子を振動させる駆動信号とコリオリ力により生じる角速度信号とがある。この駆動信号と角速度信号との間には９０度の位相差がある。振動子に角速度が生じている場合、振動子の２つの検出電極の一方から出力される角速度信号の位相差は＋９０度であり、他方から出力される角速度信号の位相差は−９０度である。下記特許文献１には、振動子の２つの検出電極の一方から出力される角速度信号と他方から出力される角速度信号との差を取り、角速度信号のみを検出する振動ジャイロ用回路、振動ジャイロユニット、振動ジャイロの出力検出方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１０５８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に開示された振動ジャイロ用回路、振動ジャイロユニット、振動ジャイロの出力検出方法においては、以下の点について配慮がなされていない。振動子から出力される角速度信号は、微小信号量であり、Ｓ／Ｎ比も悪い。このような角速度信号は、振動子の２つの検出電極が出力する角速度信号の差分で取り切れずに残った駆動信号に埋もれてしまい、角速度信号を検出することが難しい。【０００５】
また、微小な角速度信号を増幅しても、駆動信号も併せて増幅される。このため、角速度信号量と駆動信号量とで信号量の差が大きければ、角速度信号を検出することが難しい。【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、微小信号量の角速度信号を容易に検出することができる角速度信号検出回路及び角速度信号検出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、（イ）ジャイロセンサの第１の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第１の変換信号を出力する第１の電流電圧変換回路と、（ロ）ジャイロセンサの第２の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第２の変換信号を出力する第２の電流電圧変換回路と、（ハ）第１の変換信号及び第２の変換信号を用いて演算を行い、第１の処理信号及び第２の処理信号を出力する演算部と、（ニ）第１の処理信号と第２の処理信号との差分を増幅する差分演算回路とを備える角速度信号検出回路が提供される。【０００８】
本発明の他の態様によれば、（イ）ジャイロセンサの第１の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第１の変換信号を生成するステップと、（ロ）ジャイロセンサの第２の検出電極から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第２の変換信号を生成するステップと、（ハ）第１の変換信号及び第２の変換信号を用いて演算を行い、第１の処理信号及び第２の処理信号を出力するステップと、（ニ）第１の処理信号と第２の処理信号との差分を増幅するステップとを含む角速度信号検出方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、微小信号量の角速度信号を容易に検出することができる角速度信号検出回路及び角速度信号検出方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る角速度信号検出回路及び角速度信号検出システムを示すブロック構成図である。
【図２】図１に示すジャイロセンサの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る角速度信号検出回路及び角速度信号検出システムを示すブロック構成図である。
【図４】図３に示す角速度信号検出回路の回路図の例である。
【図５】図３に示すジャイロセンサから出力される信号の波形図である。
【図６】図３及び図４に示す角速度信号検出回路の位相調整回路から出力される信号の波形図である。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、図３及び図４に示す角速度信号検出回路の増幅リミッタ回路から出力される信号の波形図である。
【図８】図３及び図４に示す角速度信号検出回路の差動増幅回路に入力される信号の波形図である。
【図９】図３及び図４に示す角速度信号検出回路の差動増幅回路から出力される信号の波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す第１及び第２の実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、振動子を用いるジャイロセンサつまり振動ジャイロに接続される角速度信号検出回路に本発明を適用した例を説明するものである。ここでは、ビーム型ジャイロセンサが使用される。【００１３】
［角速度信号検出回路の構成］
本実施の形態に係る角速度信号検出回路１は、図１に示すように、第１の検出電極２１から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第１の変換信号ＳＣ１を出力する第１の電流電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）１１と、第２の検出電極２２から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第２の変換信号ＳＣ２を出力する第２の電流電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）１２と、第１の変換信号ＳＣ１及び第２の変換信号ＳＣ２を用いて演算を行い、第１の処理信号ＳＤ１及び第２の処理信号ＳＤ２を出力する演算部１００と、第１の処理信号ＳＤ１と第２の処理信号ＳＤ２との差分を増幅する第３の差分演算回路１７とを備える。【００１４】
図１に示すように、第１の電流電圧変換回路１１はジャイロセンサ２の第１の検出電極２１に接続され、第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１が入力される。第２の電流電圧変換回路１２はジャイロセンサ２の第２の検出電極２２に接続され、第２の検出電極２２から出力される第２の検出信号Ｓ２が入力される。【００１５】
図１に示した演算部１００は、加算回路１３、第１の差分演算回路１４、及び第２の差分演算回路１５を備える。加算回路１３は、第１の変換信号ＳＣ１に第２の変換信号ＳＣ２を加算し、リファレンス信号ＳＲを生成する。第１の差分演算回路１４は、第１の変換信号ＳＣ１とリファレンス信号ＳＲとの差分演算によって第１の差分信号ＳＤ１を生成し、その第１の差分信号ＳＤ１を第１の処理信号ＳＤ１として出力する。第２の差分演算回路１５は、第２の変換信号ＳＣ２とリファレンス信号ＳＲとの差分演算によって第２の差分信号ＳＤ２を生成し、その第２の差分信号ＳＤ２を第２の処理信号ＳＤ２として出力する。【００１６】
更に、第１の実施の形態に係る角速度信号検出回路１は、移相回路１６、同期検波回路１８及び直流増幅回路１９を備える。移相回路１６は、加算回路１３が出力するリファレンス信号ＳＲから同期検波用のタイミング信号ＳＴを生成する。同期検波回路１８は、第３の差分演算回路１７が出力する交流信号をタイミング信号ＳＴに同期させて直流信号に変換し、変換した直流信号を出力する。直流増幅回路１９は、同期検波回路１８の出力を増幅する。【００１７】
また、角速度信号検出回路１は、ジャイロセンサ２の駆動電極２３に接続される駆動回路１０を備える。第１の実施の形態において、ジャイロセンサ２、及びジャイロセンサ２から出力される角速度信号を検出し増幅する角速度信号検出回路１は、角速度を検出する角速度信号検出システムを構築する。【００１８】
第１の実施の形態において、ジャイロセンサ２は薄膜振動型ジャイロセンサである。ジャイロセンサ２は、図２に示すように、振動子２０と、振動子２０上の図中左側に配設された第１の検出電極（上部電極）２１と、振動子２０上の図中右側に配設された第２の検出電極（上部電極）２２と、振動子２０上の図中中央に配設された駆動電極（上部電極）２３と、振動子２０下の全域に配設された裏面電極（下部電極）２４と、裏面電極２４下の全域に配設された絶縁体２５とを備える。振動子２０には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜等の圧電薄膜を使用できる。裏面電極２４は接地される。【００１９】
また、ジャイロセンサ２は、半導体製造プロセスを用いて製造され、シリコン基板にＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）構造により作り込まれていてもよい。特に図示しないが、ジャイロセンサ２は、シリコン基板に片持ち梁状に構成され、ビーム型ジャイロセンサである。【００２０】
図１に示す角速度信号検出回路１の第１の電流電圧変換回路１１は、ジャイロセンサ２にコリオリ力が加わったときに第１の検出信号Ｓ１として第１の検出電極２１から出力される交流電流を電圧に変換し、この変換された電圧を増幅する。第２の電流電圧変換回路１２は、ジャイロセンサ２にコリオリ力が加わったときに第２の検出信号Ｓ２として第２の検出電極２２から出力される交流電流を電圧に変換し、この変換された電圧を増幅する。【００２１】
加算回路１３は、第１の電流電圧変換回路１１が第１の検出信号Ｓ１を電流電圧変換した後に増幅して生成した第１の変換信号ＳＣ１と、第２の電流電圧変換回路１２が第２の検出信号Ｓ２を電流電圧変換した後に増幅して生成した第２の変換信号ＳＣ２とを加算する。第１の変換信号ＳＣ１と第２の変換信号ＳＣ２とが加算された信号は、第１の差分演算回路１４、第２の差分演算回路１５のそれぞれにおいてリファレンス信号ＳＲとして使用される。【００２２】
第１の差分演算回路１４は、第１の電流電圧変換回路１１から出力される第１の変換信号ＳＣ１と加算回路１３により生成され出力されるリファレンス信号ＳＲとの差分演算を行う。第１の差分演算回路１４における差分演算によって、第１の差分演算回路１４に入力される信号に含まれる角速度信号以外の信号、つまりノイズ（搬送波ノイズ）を減少することができる。第２の差分演算回路１５は、第１の電流電圧変換回路１１から出力される第２の変換信号ＳＣ２と加算回路１３により生成され出力されるリファレンス信号ＳＲとの差分演算を行う。第２の差分演算回路１５における差分演算によって、第２の差分演算回路１５に入力される信号に含まれる角速度信号以外の信号、つまりノイズ（搬送波ノイズ）を減少することができる。【００２３】
第３の差分演算回路１７は、第１の差分演算回路１４から出力されるノイズが減少された第１の差分信号ＳＤ１と、第２の差分演算回路１５から出力されるノイズが減少された第２の差分信号ＳＤ２との差分演算を行い、第３の差分演算回路１７に入力される信号に含まれるノイズを更に減少する。すなわち、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。【００２４】
移相回路１６は加算回路１３が出力するリファレンス信号ＳＲから位相シフトした方形波状のタイミング信号ＳＴを生成する。このタイミング信号ＳＴは同期検波回路１８において同期検波用のタイミング信号として使用される。【００２５】
同期検波回路１８は、第３の差分演算回路１７から出力される交流信号を、移相回路１６により生成されたタイミング信号ＳＴに同期して全波整流する。そして、全波整流された信号を積分（若しくは平滑化）し、直流信号である信号に変換する。つまり、同期検波回路１８は、直流信号であり、かつノイズが十分に減少された角速度信号を生成する。【００２６】
［角速度信号検出方法］
次に、図１に示す角速度信号検出回路１を用いた角速度信号検出方法を説明する。【００２７】
ジャイロセンサ２の振動子２０に角速度が生じると、コリオリ力によりジャイロセンサ２の第１の検出電極２１から第１の検出信号Ｓ１が出力される。駆動回路１０から供給される駆動信号ＳＶに対して、第１の検出信号Ｓ１に含まれる角速度信号は＋９０度の位相差を有する。第１の検出信号Ｓ１は式（１）により表される：
Ｓ１＝ｓｉｎ（α）＋ｃｏｓ（β）             …（１）
式（１）で、ｓｉｎ（α）はノイズ（搬送波ノイズ）であり、ｃｏｓ（β）は角速度信号である。【００２８】
また、ジャイロセンサ２の第２の検出電極２２から第２の検出信号Ｓ２が出力される。駆動回路１０から供給される駆動信号ＳＶに対して、第２の検出信号Ｓ２に含まれる角速度信号は−９０度の位相差を有する。第２の検出信号Ｓ２は式（２）により表される：
Ｓ２＝ｓｉｎ（α）―ｃｏｓ（β）             …（２）
理想的には、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２との差分を取れば、式（３）に示すように、ノイズが除去され、角速度信号を取り出すことができる：
Ｓ１−Ｓ２＝２×ｃｏｓ（β）                 …（３）
実際には、差分演算を行うオペアンプの性能に左右され、式（４）に示すように十分にノイズを取り切れず、ノイズを除去することができない：
Ｓ１−Ｓ２ ＝（１／ｘ）ｓｉｎ（α）＋２×ｃｏｓ（β） …（４）
式（４）の右辺第１項は差分演算によっては取り切れないノイズである。ノイズ（（１／ｘ）ｓｉｎ（α））は、角速度信号（２×ｃｏｓ（β））に比べて大きい（ （１／ｘ）ｓｉｎ（α）＞＞２×ｃｏｓ（β））。【００２９】
ジャイロセンサ２の第１の検出電極２１から出力された第１の検出信号Ｓ１は第１の電流電圧変換回路１１において電圧に変換され、この変換された電圧が増幅されて、第１の変換信号ＳＣ１が生成される。同様に、第２の検出電極２２から出力された第２の検出信号Ｓ２は第２の電流電圧変換回路１２において電圧に変換され、この変換された電圧が増幅されて、第２の変換信号ＳＣ２が生成される。第１の変換信号ＳＣ１と第２の変換信号ＳＣ２は、加算回路１３において式（５）に示すように加算される。そして、加算回路１３において式（６）に示すリファレンス信号ＳＲが生成される：
ＳＣ１＋ＳＣ２＝２×ｓｉｎ（α）                    …（５）
ＳＲ＝（ＳＣ１＋ＳＣ２）／２＝ｓｉｎ（α）          …（６）
第１の差分演算回路１４は、式（７）に示すように、第１の電流電圧変換回路１１から出力される第１の変換信号ＳＣ１と加算回路１３から出力されるリファレンス信号ＳＲとの差分演算を行う。同様に、第２の差分演算回路１５は、式（８）に示すように、第２の電流電圧変換回路１２から出力される第２の変換信号ＳＣ２と加算回路１３から出力されるリファレンス信号ＳＲとの差分演算を行う：
ＳＣ１−ＳＲ＝（１／ｘ）ｓｉｎ（α）＋ｃｏｓ（β）           …（７）
ＳＣ２−ＳＲ＝（１／ｘ）ｓｉｎ（α）−ｃｏｓ（β）           …（８）
すなわち、第１の差分演算回路１４、第２の差分演算回路１５においては、まず第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１のノイズと第２の検出電極２２から出力される第２の検出信号Ｓ２のノイズとが加算され、ノイズが平均化されたリファレンス信号ＳＲが生成される。そして、第１の検出信号Ｓ１のノイズがリファレンス信号ＳＲで差し引かれ、第１の検出信号Ｓ１におけるノイズを減少する。同様に、第２の検出信号Ｓ２のノイズがリファレンス信号ＳＲで差し引かれ、第２の検出信号Ｓ２におけるノイズを減少する。【００３０】
第３の差分演算回路１７は、式（９）に示すように、第１の差分演算回路１４が演算し出力した第１の差分信号ＳＤ１（＝ＳＣ１−ＳＲ）と、第２の差分演算回路１５が演算し出力した第２の差分信号ＳＤ２（＝ＳＣ２−ＳＲ）との差分演算を更に行う：
（ＳＣ１−ＳＲ）−（ＳＣ２−ＳＲ）＝（１／γｘ）ｓｉｎ（α）＋２ｃｏｓ（β）      …（９）
ノイズ（１／γｘ）ｓｉｎ（α）は角速度信号２ｃｏｓ（β）に比べて大きい（ （１／γｘ）ｓｉｎ（α）＞２ｃｏｓ（β））。しかし、信号（ＳＣ１−ＳＲ）のノイズ（１／ｘ）ｓｉｎ（α）と信号（ＳＣ２−ＳＲ）のノイズ（１／ｘ）ｓｉｎ（α）との差分を更に取るので、ノイズ（１／γｘ）ｓｉｎ（α）は前述のノイズ（１／ｘ）ｓｉｎ（α）に比べて遙かに小さい。従って、第３の差分演算回路１７から出力される信号｛（ＳＣ１−ＳＲ）−（ＳＣ２−ＳＲ）｝において、Ｓ／Ｎ比が向上される。なお、第１の実施の形態に係る角速度信号検出回路１においては合計２段階の差分演算が実施されているが、３段階以上の差分演算を実施してもよい。【００３１】
加算回路１３が生成するリファレンス信号ＳＲにより、移相回路１６が同期検波用のタイミング信号ＳＴを生成する。タイミング信号ＳＴは同期検波回路１８に出力される。同期検波回路１８は、第３の差分演算回路１７によってＳ／Ｎ比が向上した角速度信号２ｃｏｓ（β）をタイミング信号ＳＴに同期させて、直流信号に変換する。同期検波回路１８が変換した角速度信号は直流増幅回路１９によって増幅され、角速度信号検出回路１から出力される。【００３２】
上記のように構成される角速度信号検出回路１及び角速度信号検出方法においては、ジャイロセンサ２から出力される第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２を加算回路１３が加算してリファレンス信号ＳＲを生成する。リファレンス信号ＳＲを利用して、第１の差分演算回路１４及び第２の差分演算回路１５が信号の差分演算を行い、これらの差分演算された信号に対して複数回の差分演算が行われる。この結果、ジャイロセンサ２から出力される検出信号のノイズを十分に減少することができるので、ノイズを減少した角速度信号を取り出すことができる。つまり、Ｓ／Ｎ比を向上することができ、角速度信号を増幅する許容範囲を広げることができる。そのため、微小信号量の角速度信号を容易にかつ正確に検出することができる角速度信号検出回路１及び角速度信号検出方法を実現できる。【００３３】
（第２の実施の形態）
［角速度信号検出回路の構成］
第２の実施の形態に係る角速度信号検出回路１Ａは、図３に示すように、第１の検出電極２１から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第１の変換信号ＳＣ１を出力する第１の電流電圧変換回路１１と、第２の検出電極２２から出力される電流を電圧に変換し増幅して、第２の変換信号ＳＣ２を出力する第２の電流電圧変換回路１２と、第１の変換信号ＳＣ１及び第２の変換信号ＳＣ２を用いて演算を行い、第１の処理信号ＳＥ１及び第２の処理信号ＳＥ２を出力する演算部１００と、第１の処理信号ＳＥ１と第２の処理信号ＳＥ２との間の位相差を増幅する差動増幅回路３７とを備える。【００３４】
図３に示した演算部１００は、第１の増幅リミッタ回路３５、及び第２の増幅リミッタ回路３６を備える。第１の増幅リミッタ回路３５は、第１の電流電圧変換回路１１が出力する第１の変換信号ＳＣ１を飽和前まで増幅して第１の増幅信号ＳＥ１を生成し、その第１の増幅信号ＳＥ１を第１の処理信号ＳＥ１として出力する。第２の増幅リミッタ回路３６は、第２の電流電圧変換回路１２が出力する第２の変換信号ＳＣ２を飽和前まで増幅して第２の増幅信号ＳＥ２を生成し、その第２の増幅信号ＳＥ２を第２の処理信号ＳＥ２として出力する。【００３５】
第２の実施の形態に係る角速度信号検出回路１Ａは、第１の電流電圧変換回路１１と第１の増幅リミッタ回路３５との間に配設された第１の位相調整回路３３と、第２の電流電圧変換回路１２と第２の増幅リミッタ回路３６との間に配設された第２の位相調整回路３４とを更に備える。第１の位相調整回路３３は、第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１の位相と第２の検出電極２２から出力される第２の検出信号Ｓ２の位相との間のずれを調整する。第２の位相調整回路３４は、第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１の位相と第２の検出電極２２から出力される第２の検出信号Ｓ２の位相との間のずれを調整する。また、第２の実施の形態に係る角速度信号検出回路１Ａにおいては、ジャイロセンサ２の駆動電極２３に接続される駆動回路１０を更に備える。【００３６】
第２の実施の形態において、ジャイロセンサ２、及びジャイロセンサ２から出力される角速度信号を検出し増幅する角速度信号検出回路１Ａは、角速度を検出する角速度信号検出システムを構築する。【００３７】
図３に示す第１の電流電圧変換回路１１は、ジャイロセンサ２にコリオリ力が加わったときに第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１である交流電流を電圧に変換し、この変換された電圧を増幅する。図４に示すように、第１の電流電圧変換回路１１は、オペアンプ１１１と、このオペアンプ１１１の入力と出力との間に電気的に並列に接続された抵抗１１２及び容量１１３とを備える。【００３８】
第２の電流電圧変換回路１２は、ジャイロセンサ２にコリオリ力が加わったときに第２の検出電極２２から出力される第２の検出信号Ｓ２である交流電流を電圧に変換し、この変換された電圧を増幅する。図４に示すように、第２の電流電圧変換回路１２は、オペアンプ１２１と、このオペアンプ１２１の入力と出力との間に電気的に並列に接続された抵抗１２２及び容量１２３とを備える。【００３９】
第１の位相調整回路３３及び第２の位相調整回路３４は、ジャイロセンサ２の振動子２０固有の特性により発生する、第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１の位相と第２の検出電極２２から出力される第２の検出信号Ｓ２の位相との間のずれを一致させる調整を行う。第１の位相調整回路３３は、オペアンプ３３１と、このオペアンプ３３１の入力と出力との間に電気的に並列に接続された抵抗３３２及び容量３３３とを備える。第２の位相調整回路３４は、オペアンプ３４１と、このオペアンプ３４１の入力と出力との間に電気的に並列に接続された抵抗３４２及び容量３４３とを備える。【００４０】
図４に示すように、第１の増幅リミッタ回路３５は、オペアンプ３５１と、オペアンプ３５１の入力と出力との間並びにオペアンプ３５１の出力と電源電圧ＶＤＤとの間に電気的に並列に接続された抵抗３５２及びダイオード３５４と、オペアンプ３５１の出力と電源電圧ＶＤＤとの間に電気的に直列に接続された抵抗３５６及び抵抗３５７と、オペアンプ３５１の入力と出力との間並びにオペアンプ３５１の出力と電源電圧−ＶＤＤとの間に電気的に並列に接続されたダイオード３５５と、オペアンプ３５１の出力と電源電圧−ＶＤＤとの間に電気的に直列に接続された抵抗３５８及び抵抗３５９とを備える。第１の増幅リミッタ回路３５においては、抵抗３５６及び抵抗３５７の分割抵抗により正電位側のリミッタ値が調整され、抵抗３５８及び抵抗３５９の分割抵抗により負電位側のリミッタ値が調整される。【００４１】
第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１の信号成分は駆動信号及び角速度信号である。駆動信号量と角速度信号量とで信号量の差が大きければ先に駆動信号が飽和し、駆動信号が飽和した時点において増幅の限界になる。更に、駆動信号が飽和すると出力特に角速度信号に歪みが生じる。第１の増幅リミッタ回路３５においては、リミッタ機能により出力波形に歪みを生じさせずに、出力を増幅することができる。【００４２】
第２の増幅リミッタ回路３６は、オペアンプ３６１と、オペアンプ３６１の入力と出力との間並びにオペアンプ３６１の出力と電源電圧ＶＤＤとの間に電気的に並列に接続された抵抗３６２及びダイオード３６４と、オペアンプ３６１の出力と電源電圧ＶＤＤとの間に電気的に直列に接続された抵抗３６６及び抵抗３６７と、オペアンプ３６１の入力と出力との間並びにオペアンプ３６１の出力と電源電圧−ＶＤＤとの間に電気的に並列に接続されたダイオード３６５と、オペアンプ３６１の出力と電源電圧−ＶＤＤとの間に電気的に直列に接続された抵抗３６８及び抵抗３６９とを備える。第２の増幅リミッタ回路３６においては、抵抗３６６及び抵抗３６７の分割抵抗により正電位側のリミッタ値が調整され、抵抗３６８及び抵抗３６９の分割抵抗により負電位側のリミッタ値が調整される。第２の増幅リミッタ回路３６においては、第１の増幅リミッタ回路３５と同様に、リミッタ機能により出力波形に歪みを生じさせずに、出力を増幅することができる。【００４３】
差動増幅回路３７は、第１の増幅リミッタ回路３５から出力される出力波形に歪みを生じさせずに増幅された第１の増幅信号ＳＥ１と、第２の増幅リミッタ回路３６から出力される出力波形に歪みを生じさせずに増幅された第２の増幅信号ＳＥ２との位相差を取り、この位相差を増幅する。この位相差は角速度信号の位相差である。ジャイロセンサ２の第１の検出電極２１から出力される第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出電極２２から出力される第２の検出信号Ｓ２が増幅される。増幅された信号が飽和しても、第１の検出電極２１から出力された角速度信号と第２の検出電極２２から出力された角速度信号との位相差は存在する。図３に示した角速度信号検出回路１Ａにおいては、第１の増幅リミッタ回路３５及び第２の増幅リミッタ回路３６により出力波形を歪ませることなく増幅された信号が差動増幅回路３７に入力する。差動増幅回路３７は、増幅された信号の角速度信号の位相差を取り出して増幅する。そして、角速度信号の位相差を増幅した信号が角速度信号検出回路１Ａから出力される。【００４４】
［角速度信号検出方法］
次に、図３及び図４に示す角速度信号検出回路１Ａを用いた角速度信号検出方法を説明する。【００４５】
ジャイロセンサ２の振動子２０に角速度が生じると、図５に示すように、コリオリ力によって、ジャイロセンサ２の第１の検出電極２１から第１の検出信号Ｓ１が出力される。同様に、第２の検出電極２２から第２の検出信号Ｓ２が出力される。検出信号Ｓ１及び検出信号Ｓ２の信号成分にはいずれもノイズ（搬送波ノイズ）及び角速度信号が含まれる。【００４６】
ジャイロセンサ２の第１の検出電極２１から出力された検出信号Ｓ１は第１の電流電圧変換回路１１において電圧に変換され、電圧に変換された第１の検出信号Ｓ１は増幅される。同様に、第２の検出電極２２から出力された第２の検出信号Ｓ２は第２の電流電圧変換回路１２において電圧に変換され、電圧に変換された第２の検出信号Ｓ２は増幅される。【００４７】
図６に示すように、第１の位相調整回路３３及び第２の位相調整回路３４において、第１の検出電極２１から出力された第１の検出信号Ｓ１と、第２の検出電極２２から出力された第２の検出信号Ｓ２との間の振幅のずれ及び位相のずれを一致させる調整が行われる。【００４８】
図７（Ａ）に示すように、第１の増幅リミッタ回路３５において、第１の位相調整回路３３から出力された第１の検出信号Ｓ１が増幅される。通常、第１の検出信号Ｓ１は、オペアンプ３５１によって電源電圧ＶＤＤ及び電源電圧−ＶＤＤに応じて、増幅される。図７（Ｂ）に示すように、実際には、第１の検出信号Ｓ１が増幅され飽和すると、破線で囲むように出力波形に歪み（なまり）が生じる。【００４９】
そこで、第１の増幅リミッタ回路３５においては、リミッタ機能により、図７（Ｃ）に示すように第１の検出信号Ｓ１の出力波形に歪みが生じないように、飽和する前に第１の検出信号Ｓ１の増幅が停止される。つまり、第１の検出信号Ｓ１の増幅が飽和前に制限される。具体的には、オペアンプ３５１の出力と電源電圧ＶＤＤとの間の抵抗３５６と抵抗３５７の分割抵抗により生成されるリミッタ値、並びにオペアンプ３５１の出力と電源電圧−ＶＤＤとの間における抵抗３５８と抵抗３５９の分割抵抗により生成されるリミッタ値により、第１の検出信号Ｓ１の増幅が飽和前に制限される。【００５０】
同様に、第２の増幅リミッタ回路３６においては、リミッタ機能により、第２の検出信号Ｓ２の出力波形に歪みが生じないように、飽和する前に第２の検出信号Ｓ２の増幅が停止される。つまり、第２の検出信号Ｓ２の増幅が飽和前に制限される。具体的には、オペアンプ３６１の出力と電源電圧ＶＤＤとの間の抵抗３６６と抵抗３６７の分割抵抗により生成されるリミッタ値、並びにオペアンプ３６１の出力と電源電圧−ＶＤＤとの間において抵抗３６８及び抵抗３６９の分割抵抗により生成されるリミッタ値により、第２の検出信号Ｓ２の増幅が飽和前に制限される。【００５１】
図８に示すように第１の増幅リミッタ回路３５により飽和前まで増幅された第１の検出信号Ｓ１である第１の増幅信号ＳＥ１と、第２の増幅リミッタ回路３６により飽和前まで増幅された第２の検出信号Ｓ２である第２の増幅信号ＳＥ２が、差動増幅回路３７に入力される。差動増幅回路３７においては、図９に示すように、第１の増幅信号ＳＥ１と第２の増幅信号ＳＥ２との位相差が抽出され、抽出された位相差が増幅され出力される。この出力は角速度信号検出回路１Ａの出力信号になる。【００５２】
上記のように構成される角速度信号検出回路１Ａ及び角速度信号検出方法においては、ジャイロセンサ２から出力される検出信号が第１の増幅リミッタ回路３５及び第２の増幅リミッタ回路３６において信号波形の飽和前まで歪みが生じることなく増幅される。そして、差動増幅回路３７が、増幅された検出信号間の位相差を取り出して増幅する。この結果、微小信号量の角速度信号を容易に検出することができる角速度信号検出回路１Ａ及び角速度信号検出方法を提供することができる。【００５３】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。例えば、本発明は、薄膜振動型のジャイロセンサ２に使用される角速度信号検出回路１及び角速度信号検出方法だけに限定されるものではなく、音叉型、プレート型、リング型のいずれかのジャイロセンサの角速度信号検出回路１及び角速度信号検出方法にも適用することができる。【００５４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用の可能性】
【００５５】
本発明の角速度信号検出回路及び角速度信号検出方法は、ジャイロセンサを製造する製造業を含む電子機器産業に利用可能である。
【図１】
2009028594.tif 000003
【図２】
2009028594.tif 000004
【図３】
2009028594.tif 000005
【図４】
2009028594.tif 000006
【図５】
2009028594.tif 000007
【図６】
2009028594.tif 000008
【図７】
2009028594.tif 000009
【図８】
2009028594.tif 000010
【図９】
2009028594.tif 000011
【国際調査報告】
2009028594.tif 000012
2009028594.tif 000013
2009028594.tif 000014
2009028594.tif 000015