(57)【要約】【課題】  角速度の検出感度の低下を抑制しつつオフセット電圧を低減することができる角速度検出装置を提供する。【解決手段】  振動体を振動させる駆動信号を生成する振動制御回路６と、駆動信号に基づいて振動体を振動させるジャイロセンサ１０１と、振動体に角速度が印加されることにより生じるコリオリ力を検出し、検出したコリオリ力を示す検出信号を出力するセンサＩＦ回路３と、検出信号を、所定の基準信号に基づいて同期検波することにより、角速度を示す角速度信号Ｆを生成する第２同期検波回路５と、振動体に角速度が印加されていない状態における角速度信号Ｆに基づく初期値情報を記憶するスイッチトキャパシタ回路と、その初期値情報に応じて角速度信号Ｆのレベルを低下させるように駆動信号の位相を変化させて基準信号を生成し、第２同期検波回路５へ出力する位相調整部１０とを備えた。【選択図】      図１
2006329634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体を一定の周波数で振動させるための駆動信号を生成する振動制御部と、
前記振動制御部により生成された駆動信号に基づいて、前記振動体を振動させる駆動部と、
前記振動体に角速度が印加されることにより生じるコリオリ力を検出し、検出したコリオリ力を示す検出信号を出力する検出部と、
前記振動体の振動タイミングを示す基準信号に基づいて同期検波することにより、前記検出部から出力された検出信号から前記振動体に印加された角速度を示す角速度信号を生成する同期検波部と、
前記振動体に角速度が印加されていない状態において前記同期検波部により生成される角速度信号に基づく初期値情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部により記憶された初期値情報に応じて、前記角速度信号のレベルを低下させるように前記振動制御部により生成された駆動信号の位相を変化させることにより前記基準信号を生成して前記同期検波部へ出力する位相調整部と
を備えることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記位相調整部は、スイッチトキャパシタ回路を用いて前記駆動信号の位相を変化させ、前記基準信号を生成すること
を特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記位相調整部は、シフトレジスタを用いて前記駆動信号の位相を変化させ、前記基準信号を生成すること
を特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の周期で振動をさせた振動体に外力による角速度が作用したときのコリオリ力を計測することによって角速度を計測する角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車におけるサスペンションやエアバッグの制御装置、航空機における慣性航法システム、カメラの手ぶれ補正装置などにおいて、ジャイロセンサを用いた角速度検出装置が用いられている。この種の角速度検出装置として、所定の振幅及び周期で振動をさせた質量体に外力による角速度が作用したときのコリオリ力を計測することによって角速度を計測する振動式のジャイロセンサを用いた角速度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１１は、背景技術に係る角速度検出装置の構成を説明するための概念図である。図１１に示すジャイロセンサ１０１は、略直方体形状の導電体から構成された振動体１０２と、図１１に示すように振動体１０２の一辺と平行方向にＸ軸をとると、Ｘ軸方向に振動体１０２を間に挟んで対向配置される駆動用電極１０３及び１０４と、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に振動体１０２を間に夾んで対向配置される検出用電極１０５及び１０６とを備えている。駆動用電極１０３，１０４、検出用電極１０５，１０６は、それぞれ振動体１０２の一面と間隔を有して対向配置され、振動体１０２との間に静電容量Ｃ１０３，Ｃ１０４，Ｃ１０５，Ｃ１０６がそれぞれ形成されている。
【０００４】
図１２は、ジャイロセンサ１０１の動作を説明するための説明図である。図１１に示すジャイロセンサ１０１において、駆動用電極１０３に振動体１０２の共振周波数の駆動用電圧Ｖｄ１を印加し、駆動用電極１０４に駆動用電圧Ｖｄ１とは逆位相の駆動用電圧Ｖｄ２を印加すると、振動体１０２と駆動用電極１０３及び１０４との間に周期的な静電気力が発生し、振動体１０２がＸ軸方向に沿って振動する。この状態で、ジャイロセンサ１０１に紙面に垂直方向の軸まわりに角速度Ｒが印加されるとＹ軸方向にコリオリ力が発生し、コリオリ力に応じて振動体１０２がＹ軸方向に変位する。振動体１０２がＹ軸方向に変位すると、振動体１０２と検出用電極１０５及び１０６との間の静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６が変化する。従って、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６は、ジャイロセンサ１０１に印加された角速度に応じて変化する。
【０００５】
図１３、図１４は、ジャイロセンサ１０１を用いた角速度検出装置の動作原理を説明するための説明図である。図１３において、振動体１０２には、振動体１０２から流出する電流Ｉｉｎを電圧信号に変換した検出信号Ｖｏを出力する電流電圧変換回路１１２が接続されている。そして、駆動用電極１０３，１０４に駆動用電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が印加されて、振動体１０２と、駆動用電極１０３，１０４との間に周期的な静電気力が発生し、振動体１０２がＸ軸方向に沿って振動する。駆動用電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２の周波数は、振動体１０２の共振周波数に設定されており、振動体１０２は、共振周波数で振動する。
【０００６】
このようにして振動体１０２が振動する際における、駆動用電圧Ｖｄ１の信号波形と、振動体１０２の駆動振動方向（Ｘ軸方向）における振動体１０２の変位量とを図１４に示す。この場合、駆動用電圧Ｖｄ１の信号波形と振動体１０２の変位量とは、９０度位相が異なる。
【０００７】
また、検出用電極１０５，１０６には、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６を検出するための所定の周波数を有するキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２がそれぞれ印加される。図１４に示すように、キャリア信号Ｖｃ１とキャリア信号Ｖｃ２とは、互いに１８０度位相が異なる信号である。そして、振動体１０２に角速度が印加されると、振動体１０２にコリオリ力が作用し、コリオリ力発生方向、すなわちＹ軸方向に変位する。
【０００８】
まず、図１３（ａ）に示すように、振動体１０２が検出用電極１０５及び１０６の中間に位置する状態（状態１）では、振動体１０２と、検出用電極１０５及び１０６との対向距離は等しいため、静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６とは等しい。そうすると、キャリア信号Ｖｃ１に応じて静電容量Ｃ１０５を流れる電流Ｉ１０５とキャリア信号Ｖｃ２に応じて静電容量Ｃ１０６を流れる電流Ｉ１０６とが等しくなるので、電流Ｉ１０５と電流Ｉ１０６とが相殺されて電流Ｉｉｎが略ゼロとなり、電流電圧変換回路１１２から出力される検出信号Ｖｏもまた略ゼロとなる。
【０００９】
次に、図１３（ｂ）に示すように、振動体１０２がコリオリ力により検出用電極１０５方向に変位した状態（状態２）では、振動体１０２と検出用電極１０５との距離が振動体１０２と検出用電極１０６との距離よりも小さくなるため、静電容量Ｃ１０５の方が静電容量Ｃ１０６より大きくなる。そうすると、電流Ｉ１０５と電流Ｉ１０６との間に差が生じ、電流Ｉ１０５と電流Ｉ１０６との差に相当する電流が、電流Ｉｉｎとして得られ、電流電圧変換回路１１２から出力される検出信号Ｖｏが上昇する。
【００１０】
次に、図１３（ｃ）に示すように、振動体１０２が検出用電極１０５及び１０６の中間に位置する状態（状態３）に戻って、状態１と同様に、検出信号Ｖｏが略ゼロとなる。
【００１１】
次に、図１３（ｄ）に示すように、振動体１０２がコリオリ力により検出用電極１０６方向に変位した状態（状態４）では、振動体１０２と検出用電極１０６との距離が振動体１０２と検出用電極１０５との距離よりも小さくなるため、静電容量Ｃ１０６の方が静電容量Ｃ１０５より大きくなる。そうすると、電流Ｉ１０５と電流Ｉ１０６との間に差が生じ、電流Ｉ１０５と電流Ｉ１０６との差に相当する電流が、電流Ｉｉｎとして得られ、電流電圧変換回路１１２から出力される検出信号Ｖｏが上昇する。
【００１２】
このように、振動体１０２が振動して状態１〜状態４を繰り返すことにより、図１４に示すように、キャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２が、振動体１０２のコリオリ力による変位量によって変調された検出信号Ｖｏとして得られる。
【００１３】
さらに、検出信号Ｖｏをキャリア信号Ｖｃ１に基づいて同期検波することにより、検出信号Ｖｏからキャリア信号成分が除去されて信号Ｖｘ１が生成され、信号Ｖｘ１を駆動用電圧Ｖｄ１に基づいて同期検波することにより、振動体１０２に印加された角速度を示す信号Ｖｘ２が検出される。
【００１４】
ところで、周囲温度等の環境の影響や、振動体１０２の加工精度のばらつき等により、振動体１０２の共振周波数が変動すると、振動体１０２から得られる検出信号Ｖｏの位相にずれが生じ、信号Ｖｘ１の位相にもずれが生じる。そうすると、信号Ｖｘ１を駆動用電圧Ｖｄ１に基づいて同期検波する際に、信号Ｖｘ１の位相と、駆動用電圧Ｖｄ１の位相との関係にずれが生じ、同期検波後の信号Ｖｘ２にオフセット電圧が加算されて角速度の検出精度が低下してしまう。
【００１５】
そこで、背景技術に係る角速度検出装置、例えば特許文献１に記載の角速度検出装置では、振動体に角速度が印加されていない状態における角速度を示す角速度信号の電圧、すなわちオフセット電圧を、サンプルホールド回路を用いて保持しておき、角速度の測定時に得られた角速度信号の電圧からサンプルホールド回路で保持されているオフセット電圧を減算することにより、オフセット電圧を補正するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２４１９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、上述のように構成された角速度検出装置では、同期検波をおこなう際に、振動体から得られた検出信号の位相と、同期検波の基準となる駆動用電圧の位相との間の関係がずれたまま同期検波が行われるため、本来検出しようとする角速度を示す信号成分が減衰してしまう結果、角速度の検出感度が低下してしまうという不都合があった。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、角速度の検出感度の低下を抑制しつつオフセット電圧を低減することができる角速度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の目的を達成するために、本発明に係る角速度検出装置は、振動体を一定の周波数で振動させるための駆動信号を生成する振動制御部と、前記振動制御部により生成された駆動信号に基づいて、前記振動体を振動させる駆動部と、前記振動体に角速度が印加されることにより生じるコリオリ力を検出し、検出したコリオリ力を示す検出信号を出力する検出部と、前記振動体の振動タイミングを示す基準信号に基づいて同期検波することにより、前記検出部から出力された検出信号から前記振動体に印加された角速度を示す角速度信号を生成する同期検波部と、前記振動体に角速度が印加されていない状態において前記同期検波部により生成される角速度信号に基づく初期値情報を記憶する記憶部と、前記記憶部により記憶された初期値情報に応じて、前記角速度信号のレベルを低下させるように前記振動制御部により生成された駆動信号の位相を変化させることにより前記基準信号を生成して前記同期検波部へ出力する位相調整部とを備えることを特徴としている。
【００１９】
また、上述の角速度検出装置において、前記位相調整部は、スイッチトキャパシタ回路を用いて前記駆動信号の位相を変化させ、前記基準信号を生成することを特徴としている。
【００２０】
また、上述の角速度検出装置において、前記位相調整部は、シフトレジスタを用いて前記駆動信号の位相を変化させ、前記基準信号を生成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
このような構成の角速度検出装置は、振動体に角速度が印加されることにより生じるコリオリ力が検出部によって検出され、検出部により検出された検出信号が、振動体の振動タイミングを示す基準信号に基づいて同期検波されることにより、振動体に印加された角速度を示す角速度信号が生成される。そして、振動体に角速度が印加されていない状態において同期検波部により生成される角速度信号、すなわちオフセット電圧に基づく初期値
情報が記憶部により記憶され、記憶された初期値情報に応じて前記角速度信号のレベルを低下させるように振動制御部により生成された駆動信号の位相が変化されて基準信号が生成されるので、振動体に角速度が印加されていない状態において生じるオフセット電圧を低下させるように基準信号の位相を変化させることができ、基準信号の位相のずれによる角速度の検出感度の低下を抑制しつつオフセット電圧を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す角速度検出装置１は、発振源２、センサインターフェイス回路（以下、センサＩＦ回路と略称する）３（検出部）、第１同期検波回路４、第２同期検波回路５（同期検波部）、振動制御回路６（振動制御部）、振幅制御部７、スイッチＳＷ１、出力変換回路９、位相調整部１０、及び増幅回路１１を備えている。ジャイロセンサ１０１の構成は、図１１に示すジャイロセンサ１０１と同様であるので、その説明を省略する。この場合、駆動用電極１０３，１０４は、請求項における駆動部の一例に相当している。
【００２４】
図２は、ジャイロセンサ１０１の等価回路を示す回路図である。図２に示すジャイロセンサ１０１の等価回路において、静電容量Ｃ１０３，Ｃ１０４，Ｃ１０５，Ｃ１０６は振動体１０２に接続されており、振動制御回路６から出力された駆動用電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が静電容量Ｃ１０３，Ｃ１０４へ供給されることにより、振動体１０２がＸ軸方向に沿って振動する。そして、振動体１０２に角速度が印加されてコリオリ力が発生し、振動体１０２がＹ軸方向に沿って変位すると、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６が変化する。
【００２５】
図１に戻って発振源２は、静電容量検出用の所定の周波数、例えば１００ｋＨｚの周波数を有するキャリア信号Ｖｃ１を、静電容量Ｃ１０５（検出用電極１０５）及び第１位相検出部４１へ供給すると共に、キャリア信号Ｖｃ１とは逆位相のキャリア信号Ｖｃ２（第２の検出用信号）を静電容量Ｃ１０６（検出用電極１０６）へ供給する。キャリア信号Ｖｃ１及びＶｃ２の周波数は、振動体１０２の共振周波数よりも大きくされている。
【００２６】
そして、発振源２から出力されたキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２が、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６へ供給され、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６のコリオリ力に応じた変化によってキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２が変調され、信号ＡとしてセンサＩＦ回路３へ出力されるようになっている。
【００２７】
振動制御回路６は、静電容量Ｃ１０３（駆動用電極１０３）へ、振動体１０２の共振周波数（固有周波数）の駆動用電圧Ｖｄ１を供給し、静電容量Ｃ１０４（駆動用電極１０４）へ駆動用電圧Ｖｄ１とは逆位相の駆動用電圧Ｖｄ２を供給する。これにより、振動制御回路６は、振動体１０２をその共振周波数でＸ軸方向に沿って振動させる。振動体１０２の共振周波数は、例えば２ｋＨｚである。また、振動制御回路６は、駆動用電圧Ｖｄ１を振幅制御部７へ出力する。
【００２８】
振幅制御部７は、振動制御回路６から出力された駆動用電圧Ｖｄ１を、位相調整部１０で処理可能な信号レベルに変換し、信号Ｉとして位相調整部１０へ出力する回路部で、例えば信号増幅回路が用いられる。
【００２９】
センサＩＦ回路３は、ジャイロセンサ１０１から出力された信号Ａを、第１同期検波回路４で処理可能な信号形式に変換し、検出信号Ｂとして第１同期検波回路４へ出力する回路部で、例えば信号増幅回路や、電流電圧変換回路等の信号変換回路が用いられる。
【００３０】
第１同期検波回路４は、センサＩＦ回路３から出力された検出信号Ｂを、発振源２から出力されたキャリア信号Ｖｃ１に基づいて同期検波する回路部で、第１位相検出部４１とローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略称する）４２とを備えて構成されている。第１位相検出部４１は、例えば乗算器であり、検出信号Ｂとキャリア信号Ｖｃ１とを乗算して信号ＣとしてＬＰＦ４２へ出力する。ＬＰＦ４２は、信号Ｃを平滑して信号Ｄとして第２同期検波回路５へ出力する。
【００３１】
第２同期検波回路５は、第１同期検波回路４から出力された信号Ｄを、位相調整部１０から出力された、駆動用電圧Ｖｄ１と同じ周波数の信号Ｊに基づいて同期検波する回路部で、第２位相検出部５１とＬＰＦ５２とを備えて構成されている。第２位相検出部５１は、例えば乗算器であり、信号Ｄと信号Ｊとを乗算して信号ＥとしてＬＰＦ５２へ出力する。ＬＰＦ５２は、信号Ｅを平滑して角速度信号ＦとしてスイッチＳＷ１へ出力する。
【００３２】
スイッチＳＷ１は、接続端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を備えた切替スイッチで、接続端子Ｔ１は第２同期検波回路５に接続され、接続端子Ｔ２は出力変換回路９に接続され、接続端子Ｔ３は増幅回路１１に接続されている。そして、接続端子Ｔ１と、接続端子Ｔ２，Ｔ３との間の接続が、出力変換回路９から出力される制御信号Ｓｓｗ１に応じて切り替えられる。
【００３３】
出力変換回路９は、ジャイロセンサ１０１に角速度が印加されていない状態において第２同期検波回路５により生成される角速度信号Ｆの信号レベルを初期値情報として記憶し、この初期値情報として記憶した信号レベルを後段の位相調整部１０で処理可能な信号形式に変換して出力する。
【００３４】
図３は、出力変換回路９の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す出力変換回路９は、スイッチ制御部９１、サンプルホールド回路９２（記憶部）、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）９３、及びスイッチＳＷ２を備えている。スイッチＳＷ２は、接続端子Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６を備えた切替スイッチで、接続端子Ｔ４はサンプルホールド回路９２と接続され、接続端子Ｔ５はスイッチＳＷ１の接続端子Ｔ２と接続され、接続端子Ｔ６はＶＣＯ９３と接続されている。そして、接続端子Ｔ４と、接続端子Ｔ５，Ｔ６との間の接続が、スイッチ制御部９１から出力される制御信号Ｓｓｗ２に応じて切り替えられる。
【００３５】
サンプルホールド回路９２は、ジャイロセンサ１０１に角速度が印加されていない状態において第２同期検波回路５により生成される角速度信号Ｆの信号レベルを初期値情報として保持するサンプルホールド回路である。ＶＣＯ９３は、サンプルホールド回路９２によって保持された角速度信号Ｆの信号レベルに応じた周波数の信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔを位相調整部１０へ出力する。
【００３６】
スイッチ制御部９１は、例えば、角速度検出装置１が起動された直後や、あるいは図略の操作スイッチ等によってユーザからのオフセット電圧の補正指示が受け付けられた場合等、ジャイロセンサ１０１に加速度が印加されていない状態においてオフセット電圧を補正するための位相調整フェーズの動作を行い、オフセット電圧が補正されると、角速度の検出信号である角速度信号Ｆを外部に出力する通常動作フェーズの動作を行う制御回路で、例えば、角速度信号Ｆの電圧を検知するコンパレータや論理回路等を用いて構成されている。
【００３７】
位相調整部１０は、ＶＣＯ９３から出力された信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔの周波数に応じて、振幅制御部７から出力された信号Ｉの位相を変化させることにより基準信号Ｊを生成して第２位相検出部５１へ出力する。
【００３８】
図４は、位相調整部１０の一例を示す回路図である。図４に示す位相調整部１０は、スイッチトキャパシタ回路１２と、演算増幅器１３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、キャパシタＣ２とを備えている。また、スイッチトキャパシタ回路１２は、スイッチＳＷ３，ＳＷ４と、キャパシタＣ１とを備えている。そして、振幅制御部７から出力された信号Ｉは、抵抗Ｒ１を介して演算増幅器１３の反転入力端子へ供給されると共に、スイッチトキャパシタ回路１２を介して演算増幅器１３の非反転入力端子へ供給される。
【００３９】
また、演算増幅器１３の出力端子は、抵抗Ｒ２を介して反転入力端子と接続され、演算増幅器１３の非反転入力端子は、キャパシタＣ２を介してグラウンドに接続されている。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は等しく設定されており、増幅回路のゲインは１倍にされている。そして、演算増幅器１３の出力信号は、基準信号Ｊとして第２位相検出部５１へ出力される。
【００４０】
これにより、位相調整部１０は、スイッチトキャパシタ回路１２の等価抵抗値に応じた変化量で信号Ｉの位相を変化させ、基準信号Ｊとして第２位相検出部５１へ出力するスイッチトキャパシタ型位相シフタとされている。
【００４１】
スイッチトキャパシタ回路１２は、ＶＣＯ９３から出力された信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔの周波数に応じて擬似的な抵抗値が変化するいわゆるスイッチトキャパシタ回路で、スイッチＳＷ３，ＳＷ４と、キャパシタＣ１とを備えている。スイッチＳＷ３は、接続端子Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９を備えた切替スイッチで、接続端子Ｔ７はキャパシタＣ１の一方の端子と接続され、接続端子Ｔ８は振幅制御部７と接続され、接続端子Ｔ９はグラウンドと接続されている。また、スイッチＳＷ４は、接続端子Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２を備えた切替スイッチで、接続端子Ｔ１０はキャパシタＣ１の他方の端子と接続され、接続端子Ｔ１１は演算増幅器１３の非反転入力端子と接続され、接続端子Ｔ１２はグラウンドと接続されている。
【００４２】
そして、接続端子Ｔ７と、接続端子Ｔ８，Ｔ９との間の接続、及び接続端子Ｔ１０と、接続端子Ｔ１１，Ｔ１２との間の接続が、信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔに応じて切り替えられる。この場合、スイッチトキャパシタ回路１２の等価抵抗値Ｒｓｗは、以下の式（１）で与えられる。
【００４３】
Ｒｓｗ＝１／（ｆ×Ｃ）  ・・・（１）
但し、ｆ：信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔの周波数
Ｃ：キャパシタＣ１の静電容量。
【００４４】
これにより、位相調整部１０は、ＶＣＯ９３から出力された信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔの周波数に応じた変化量で信号Ｉの位相を変化させ、基準信号Ｊとして第２位相検出部５１へ出力するようになっている。
【００４５】
次に、上述のように構成された角速度検出装置１の動作について説明する。図５は、角速度検出装置１の動作を説明するための信号波形図である。まず、振動制御回路６から例えば２ｋＨｚの駆動用電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２がジャイロセンサ１０１へ供給されて振動体１０２が振動する。そして、発振源２から例えば１００ｋＨｚのキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２がジャイロセンサ１０１へ供給され、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６のコリオリ力に応じた変化によってキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２が変調されて信号ＡとしてセンサＩＦ回路３へ出力され、信号ＡがセンサＩＦ回路３により例えば電流電圧変換等の信号形式の変換処理を施されて信号Ｂとして第１位相検出部４１へ出力される。
【００４６】
次に、第１位相検出部４１によって、キャリア信号Ｖｃ１と信号Ｂとが乗算されて信号Ｃが生成され、さらに信号ＣがＬＰＦ４２により平滑されて、信号Ｄが生成される。これにより、第１同期検波回路４によって、信号Ｂからキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２の信号成分が除去されて信号Ｄが生成され、第２位相検出部５１へ出力される。
【００４７】
この場合、信号Ｄには、コリオリ力を示す信号成分である信号成分Ｄ１と、振動体１０２が駆動振動方向（Ｘ軸方向）に沿って振動することにより生じた不要な信号成分Ｄ２とが含まれている。信号成分Ｄ１と信号成分Ｄ２とは、位相が９０度ずれた信号となる。この場合、駆動用電圧Ｖｄ１と信号成分Ｄ１とは同位相となるので、駆動用電圧Ｖｄ１と信号成分Ｄ２とは位相が９０度ずれた信号となる。
【００４８】
一方、振動制御回路６から出力された駆動用電圧Ｖｄ１が振幅制御部７によって振幅調整されて信号Ｉとして位相調整部１０へ出力され、位相調整部１０から信号Ｉがそのまま信号Ｊとして第２位相検出部５１へ出力される。
【００４９】
図６は、第２同期検波回路５の動作を説明するための信号波形図である。図６においては、ジャイロセンサに加速度が印加されていない状態での信号波形を示している。
【００５０】
図６（ａ）は、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとが９０度位相がずれた状態、すなわち振動体１０２の共振周波数の変動等による位相ずれが生じておらず、従ってオフセット電圧が生じていない理想的な状態での信号波形図である。図６（ｂ）は、例えば振動体１０２の共振周波数の変動等による位相ずれが信号Ｄに生じ、信号成分Ｄ２の位相がずれて、オフセット電圧が生じている場合での信号波形図である。図６（ｃ）は、位相調整部１０により基準信号Ｊの位相が変化され、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとが９０度位相がずれた状態にされてオフセットが補正された状態を示す信号波形図である。
【００５１】
図６（ａ）を参照して、まず、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとが９０度位相がずれた状態で、第２位相検出部５１によって信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとが乗算され、信号Ｅが生成される。そうすると、図６（ａ）に示すように、信号Ｅは正電圧側の面積と負電圧側の面積とが等しくなるような信号波形となる。そのため、信号ＥがＬＰＦ４２によって平滑され、角速度信号Ｆが生成されると、角速度信号Ｆは電圧ゼロ、すなわち振動体１０２が駆動振動方向（Ｘ軸方向）に沿って振動することにより生じた不要な信号成分Ｄ２が除去されて、オフセット電圧がゼロとなる。
【００５２】
ところが、振動体１０２の共振周波数の変動等による位相ずれのために信号Ｄの位相がずれ、信号成分Ｄ２の位相がずれると、図６（ｂ）に示すように、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相のずれが９０度にならない結果、信号Ｅは、正電圧側の面積と負電圧側の面積とが等しくならない。そのため、信号ＥがＬＰＦ４２によって平滑され、角速度信号Ｆが生成されると、角速度信号Ｆはゼロにならず、オフセット電圧が生じる。
【００５３】
次に、図３を参照して、スイッチ制御部９１から出力された制御信号Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２に応じて、スイッチＳＷ１の接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ２とが接続され、スイッチＳＷ２の接続端子Ｔ４と接続端子Ｔ５とが接続される。これにより、第２同期検波回路５から出力された角速度信号Ｆ、すなわちオフセット電圧がサンプルホールド回路９２へ出力され、サンプルホールド回路９２で保持される。
【００５４】
次に、スイッチ制御部９１から出力された制御信号Ｓｓｗ２に応じて、スイッチＳＷ２の接続端子Ｔ４と接続端子Ｔ６とが接続される。これにより、サンプルホールド回路９２で保持されたオフセット電圧がＶＣＯ９３へ供給される。そして、ＶＣＯ９３からオフセット電圧に応じた周波数の信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔが位相調整部１０へ出力される。
【００５５】
次に、信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔの周波数に応じて、スイッチトキャパシタ回路１２におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２のスイッチング周波数が変化してスイッチトキャパシタ回路１２の等価抵抗が変化する。そうすると、位相調整部１０によって、信号ＶＣＯ＿Ｏｕｔの周波数に応じた変化量で、基準信号Ｊの位相が変化される。
【００５６】
この場合、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差が９０度からずれているずれ量に基づいて生じるオフセット電圧に対して、そのずれ量を相殺するように位相調整部１０で基準信号Ｊの位相を変化させるように、予めＶＣＯ９３における入力電圧と出力周波数の関係、及びキャパシタＣ１，Ｃ２の静電容量が設定されている。そのため、図６（ｃ）に示すように、位相調整部１０によって、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差が９０度になるように、基準信号Ｊの位相が変化される。
【００５７】
次に、位相調整部１０によって９０度位相がずれた状態にされた信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとが、第２位相検出部５１によって乗算され、信号Ｅが生成される。そうすると、信号Ｅは、図６（ｃ）に示すように、正電圧側の面積と負電圧側の面積とが等しくなるような信号波形となる。そのため、信号ＥがＬＰＦ４２によって平滑され、角速度信号Ｆが生成されると、角速度信号Ｆは電圧ゼロ、すなわちオフセット電圧がゼロに補正される。
【００５８】
また、位相調整部１０によって、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差が９０度になるように、基準信号Ｊの位相が変化されることにより、コリオリ力を示す信号成分Ｄ１の位相と、基準信号Ｊの位相とが同位相に調整される。
【００５９】
次に、スイッチ制御部９１によって、角速度信号Ｆの電圧値が検出され、角速度信号Ｆの電圧がゼロ、すなわちオフセット電圧がゼロになったことが検出されると、スイッチ制御部９１からスイッチＳＷ１の接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３とを接続する旨の制御信号Ｓｓｗ１が出力され、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３とが接続されて、通常動作フェーズに移行する。
【００６０】
次に、図５に戻って、ジャイロセンサ１０１に加速度が印加されることにより得られた信号成分Ｄ１と、位相調整部１０から出力された基準信号Ｊとが第２位相検出部５１によって乗算されて信号Ｅが生成され、信号ＥがＬＰＦ５２によって平滑され、すなわち信号成分Ｄ１が基準信号Ｊに基づき同期検波されて角速度信号Ｆが生成される。この場合、位相調整部１０によって、信号成分Ｄ１の位相と、基準信号Ｊの位相とが同位相に調整されているので、第２同期検波回路５における同期検波の効率を向上させることができ、角速度信号Ｆの検出感度を向上させることができる。
【００６１】
そして、第２同期検波回路５から出力された角速度信号ＦがスイッチＳＷ１によって角速度信号Ｇとして増幅回路１１へ出力され、増幅回路１１で増幅されて、ジャイロセンサ１０１で検出された角速度検出信号Ｓｏｕｔとして外部へ出力される。
【００６２】
これにより、振動体に角速度が印加されていない状態において振動体から得られた信号Ｄに含まれる信号成分Ｄ２と、同期検波の基準となる基準信号Ｊとの位相差が９０度からずれてオフセット電圧が生じた場合であっても、サンプルホールド回路９２によってオフセット電圧を保持し、そのオフセット電圧に応じた変化量で基準信号Ｊの位相を変化させて、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差を９０度にさせることによりオフセット電圧を低減することができるので、角速度の検出感度の低下を抑制しつつオフセット電圧を低減し、角速度の検出精度を向上させることができる。
【００６３】
なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、スイッチ制御部９１からの制御信号Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２に応じて切り替えられる例を示したが、ユーザの操作により切り替えられるスイッチとしてもよい。
【００６４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る角速度検出装置１ａの構成の一例を示すブロック図である。図７に示す角速度検出装置１ａと図１に示す角速度検出装置１とでは、下記の点で異なる。すなわち、図７に示す角速度検出装置１ａは、出力変換回路９の代わりに出力変換回路９ａを、位相調整部１０の代わりに位相調整部１０ａを備え、二値化部１４と、発振器ＯＳＣ１とをさらに備える点で異なる。
【００６５】
二値化部１４は、振幅制御部７と位相調整部１０ａとの間に設けられ、振幅制御部７から出力される信号Ｉを二値化して信号Ｉ’として位相調整部１０ａへ出力する。二値化部１４は、例えばコンパレータを用いて構成されており、基準電圧０Ｖと信号Ｉとを比較して、信号Ｉが正電位であれば信号Ｉ’を正極性、例えば＋５Ｖとして出力し、信号Ｉが負電位であれば信号Ｉ’を負極性、例えば−５Ｖとして出力する。発振器ＯＳＣ１は、例えば水晶発振器からなる発振回路で、周期信号ＣＬＫを位相調整部１０ａへ出力する。
【００６６】
図８は、出力変換回路９ａの構成の一例を示すブロック図である。出力変換回路９ａは、図３に示す出力変換回路９とは、サンプルホールド回路９２、ＶＣＯ９３、及びスイッチＳＷ２の代わりにＡＤコンバータ９４とメモリ９５（記憶部）とを備える点で異なる。メモリ９５は、例えばレジスタ回路や、書換可能な記憶素子であるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等が用いられる。
【００６７】
ＡＤコンバータ９４は、例えば４ビットのＡＤコンバータで、第２同期検波回路５から出力された角速度信号Ｆをアナログデジタル変換し、デジタル値としてメモリ９５に記憶させる。なお、ＡＤコンバータ９４は、４ビットにかかわらず、角速度検出装置１ａにおいて仕様上必要とされるオフセット電圧の補正精度に応じたビット数の分解能を有するＡＤコンバータが用いられる。メモリ９５は、デジタル値にされた角速度信号Ｆの値を記憶し、デジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔとして位相調整部１０ａへ出力する。
【００６８】
図９は、位相調整部１０ａの構成の一例を示す回路図である。図９に示す位相調整部１０ａは、フリップフロップＦＦ１，ＦＦ２，ＦＦ３から構成されたシフトレジスタと、セレクタＳＥＬ１とを備えている。そして、フリップフロップＦＦ１，ＦＦ２，ＦＦ３のクロック入力端子には、発振器ＯＳＣ１から出力された周期信号ＣＬＫが入力されている。これにより、発振器ＯＳＣ１から出力された周期信号ＣＬＫと同期して信号Ｉ’をシフトさせ、遅延させるシフトレジスタが構成されている。なお、図９は、説明の簡単のため、デジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔが２ビットの例を示している。
【００６９】
セレクタＳＥＬ１は、メモリ９５から出力されたデジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔに応じて、フリップフロップＦＦ１，ＦＦ２，ＦＦ３から出力された信号のうち一つを選択して基準信号Ｊとして第２位相検出部５１へ出力する。セレクタＳＥＬ１は、デジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔの値が大きいほど、フリップフロップＦＦ１，ＦＦ２，ＦＦ３による遅延の大きい信号Ｉ’を選択するようにされている。
【００７０】
その他の構成及び動作は図１に示す角速度検出装置１と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な動作について説明する。図１０は、角速度検出装置１ａの動作を説明するための信号波形図である。図１０に示す信号波形図では、振動体１０２が駆動振動方向（Ｘ軸方向）に沿って振動することにより生じた不要な信号成分Ｄ２と、駆動用電圧Ｖｄ１から生成された信号Ｉとの位相差が９０度とはならず、例えば４５度となっている。そのため、初期状態では第２同期検波回路５から出力される角速度信号Ｆにオフセット電圧が生じている。
【００７１】
次に、スイッチ制御部９１からの制御信号Ｓｓｗ１に応じて、スイッチＳＷ１における接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ２とが接続され、角速度信号Ｆすなわちオフセット電圧がＡＤコンバータ９４でデジタル値に変換されて、メモリ９５に記憶される。そして、メモリ９５から、オフセット電圧をデジタル値に変換したデジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔが、位相調整部１０ａへ出力される。図１０においては、デジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔは３ビットの信号で、オフセット電圧が「０１０」となる例を示している。
【００７２】
一方、振幅制御部７から出力された信号Ｉは、二値化部１４によって二値化され、信号Ｉ’とされる。そして、位相調整部１０ａにおいて、信号Ｉ’はそのまま信号Ｉ（０）としてセレクタＳＥＬ１及びフリップフロップＦＦ１に入力され、フリップフロップＦＦ１によって、周期信号ＣＬＫにおける１クロック分遅延されて信号Ｉ（１）としてセレクタＳＥＬ１及びフリップフロップＦＦ２へ出力され、フリップフロップＦＦ２によって、さらに周期信号ＣＬＫにおける１クロック分遅延されて信号Ｉ（２）としてセレクタＳＥＬ１及びフリップフロップＦＦ３へ出力され、フリップフロップＦＦ３によって、さらに周期信号ＣＬＫにおける１クロック分遅延されて信号Ｉ（３）としてセレクタＳＥＬ１へ出力される。
【００７３】
これにより、セレクタＳＥＬ１には、信号Ｉ’そのままの信号である信号Ｉ（０）と、信号Ｉ’が周期信号ＣＬＫにおける１クロック分遅延された信号Ｉ（１）と、信号Ｉ’が周期信号ＣＬＫにおける２クロック分遅延された信号Ｉ（２）と、信号Ｉ’が周期信号ＣＬＫにおける３クロック分遅延された信号Ｉ（３）とが入力される。
【００７４】
そして、セレクタＳＥＬ１には、メモリ９５から出力されたデジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔが選択信号として入力される。例えば、デジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔが２ビットで「１０」であれば、セレクタＳＥＬ１によって、信号Ｉ（２）が選択されて基準信号Ｊとして、第２位相検出部５１へ出力される。
【００７５】
そうすると、基準信号Ｊは、オフセット電圧を示すデジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔに応じて周期信号ＣＬＫにおける２クロック分遅延され、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差が９０度とされる結果、第２同期検波回路５において角速度信号Ｆがゼロにされ、すなわちオフセット電圧がゼロに補正される。この場合、位相調整部１０ａによって、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差が９０度になるように、基準信号Ｊの位相が変化されることにより、コリオリ力を示す信号成分Ｄ１の位相と、基準信号Ｊの位相とが同位相に調整される。
【００７６】
この場合、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差が９０度からずれているずれ量に基づいて生じるオフセット電圧に対して、そのずれ量を相殺するように位相調整部１０ａで基準信号Ｊの位相を変化させるように、周期信号ＣＬＫの周波数と、デジタル信号ＡＤＣ＿Ｏｕｔに応じてセレクタＳＥＬ１で選択される信号とが予め設定されている。
【００７７】
次に、スイッチ制御部９１によって、角速度信号Ｆの電圧値が検出され、角速度信号Ｆの電圧がゼロ、すなわちオフセット電圧がゼロになったことが検出されると、スイッチ制御部９１からスイッチＳＷ１の接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３とを接続する旨の制御信号Ｓｓｗ１が出力され、接続端子Ｔ１と接続端子Ｔ３とが接続されて、通常動作フェーズに移行する。
【００７８】
その他の動作は、図１に示す角速度検出装置１と同様であるので、その説明を省略する。これにより、振動体に角速度が印加されていない状態において振動体から得られた信号Ｄに含まれる信号成分Ｄ２と、同期検波の基準となる基準信号Ｊとの位相差が９０度からずれてオフセット電圧が生じた場合であっても、メモリ９５によってオフセット電圧を記憶し、そのオフセット電圧に応じた変化量で基準信号Ｊの位相を変化させて、信号成分Ｄ２と基準信号Ｊとの位相差を９０度にさせることによりオフセット電圧を低減することができるので、基準信号の位相のずれによる角速度の検出感度の低下を抑制しつつオフセット電圧を低減し、角速度の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すジャイロセンサの等価回路を示す回路図である。
【図３】図１に示す出力変換回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す位相調整部の構成の一例を示す回路図である。
【図５】図１に示す角速度検出装置の動作を説明するための信号波形図である。
【図６】図１に示す第２同期検波回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図７に示す出力変換回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図７に示す位相調整部の構成の一例を示す回路図である。
【図１０】図７に示す角速度検出装置の動作を説明するための信号波形図である。
【図１１】背景技術に係る角速度検出装置の構成を説明するための概念図である。
【図１２】ジャイロセンサの動作を説明するための説明図である。
【図１３】ジャイロセンサを用いた角速度検出装置の動作原理を説明するための説明図である。
【図１４】ジャイロセンサを用いた角速度検出装置の動作原理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，１ａ  角速度検出装置
３    センサＩＦ回路
４    第１同期検波回路
５    第２同期検波回路
６    振動制御回路
７    振幅制御部
９，９ａ  出力変換回路
１０，１０ａ  位相調整部
１２  スイッチトキャパシタ回路
１４  二値化部
４１  第１位相検出部
４２，５２  ＬＰＦ
５１  第２位相検出部
９１  スイッチ制御部
９２  サンプルホールド回路
９４  ＡＤコンバータ
９５  メモリ
１０１  ジャイロセンサ
１０２  振動体
１０３，１０４  駆動用電極
１０５，１０６  検出用電極
Ｃ１，Ｃ２  キャパシタ
Ｃ１０３，Ｃ１０４，Ｃ１０５，Ｃ１０６  静電容量
Ｆ    角速度信号
ＦＦ１，ＦＦ２，ＦＦ３  フリップフロップ
ＳＥＬ１  セレクタ
【図１】
2006329634.tif 000003
【図２】
2006329634.tif 000004
【図３】
2006329634.tif 000005
【図４】
2006329634.tif 000006
【図５】
2006329634.tif 000007
【図６】
2006329634.tif 000008
【図７】
2006329634.tif 000009
【図８】
2006329634.tif 000010
【図９】
2006329634.tif 000011
【図１０】
2006329634.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006329634.tif 000014
【図１３】
2006329634.tif 000015
【図１４】
2006329634.tif 000016