(57)【要約】【課題】  角速度の検出精度を向上させることができる角速度検出装置を提供する。【解決手段】  互いに対向配置される検出用電極１０５，１０６の間に配置され、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６を生じる振動体１０２と、振動体１０２を検出用電極１０５，１０６が対向する方向と直交する方向に振動させる駆動用電極１０３，１０４と、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６に互いに逆位相の周波数信号であるキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２をそれぞれ供給することにより、振動体１０２に検出電流Ｉ０を誘起するキャリア発生回路１１と、キャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２のうち、振動体１０２に角速度が印加されていない状態における静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６のうち小さい方の静電容量へ供給されるキャリア信号を、検出電流Ｉ０に重畳させて電流Ｉ１を生成するキャパシタＣ１と、電流Ｉ１に基づいて、振動体１０２に印加された角速度を検出する角速度検出部とを備えた。【選択図】      図１
2006170917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される第１及び第２の電極と、
前記第１及び第２の電極間に配置され、前記第１の電極との間に第１の静電容量を生じると共に前記第２の電極との間に第２の静電容量を生じる振動体と、
前記振動体を前記第１及び第２の電極が対向する方向と直交する方向に振動させる駆動部と、
前記第１及び第２の静電容量に、互いに逆位相の周波数信号である第１及び第２の検出用信号をそれぞれ供給することにより、前記振動体に信号を誘起信号として誘起するキャリア信号供給部と、
前記第１及び第２の検出用信号のうち、前記振動体に角速度が印加されていない状態における前記第１及び第２の静電容量のうち小さい方の静電容量へ供給される検出用信号を、前記誘起信号に重畳させて重畳信号を生成するキャパシタと、
前記キャパシタにより生成される重畳信号に基づいて、前記振動体に印加された角速度を検出する角速度検出部と、
を備えることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の検出用信号のうちいずれかを前記キャパシタへ供給するべく選択する切替スイッチ部と、
前記第１の検出用信号の位相を９０度ずらした信号と前記重畳信号との位相を比較し、位相が一致する場合には前記切替スイッチ部に前記第２の検出用信号を選択させ、位相が一致しない場合には前記切替スイッチ部に前記第１の検出用信号を選択させる位相比較部と、
をさらに備え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】
前記第１及び第２の検出用信号のうち、前記小さい方の静電容量へ供給される検出用信号を増幅して前記キャパシタへ供給する信号増幅部をさらに備え、
前記信号増幅部の増幅率は、前記振動体に角速度が印加されていない状態において、前記重畳信号をゼロにするべく設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の角速度検出装置。
【請求項４】
前記振動体に角速度が印加されていない状態における前記キャパシタにより生成される重畳信号のレベルの増減に応じて前記信号増幅部の増幅率を増減させる設定動作を行う増幅率設定部をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の角速度検出装置。
【請求項５】
前記キャパシタにより生成された重畳信号に基づく信号を増幅して前記角速度検出部へ出力する重畳信号増幅部をさらに備え、
前記重畳信号増幅部は、前記増幅率設定部により前記設定動作が実行された後、前記重畳信号に基づく信号を増幅する増幅率を増大させることを特徴とする請求項４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、所定の振幅及び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ジャイロセンサが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
図１４は、背景技術に係るジャイロセンサの構成を説明するための概念図である。図１４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１４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１５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１４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１６は、背景技術に係る角速度検出装置の電気的構成を示すブロック図である。図１６において、ジャイロセンサ１０１は等価回路で示されており、静電容量Ｃ１０３（駆動用電極１０３）、及び静電容量Ｃ１０４（駆動用電極１０４）の記載は省略している。図１６に示す角速度検出装置１００は、ジャイロセンサ１０１、キャリア発生回路１１１、電流電圧変換回路（以下、Ｉ／Ｖ変換回路と称する）１１２、バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと称する）１１３、アンプ１１４、同期検波回路１１５、アンプ１１６、及びロックインアンプ１１７を備えている。
【０００６】
キャリア発生回路１１１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へ供給し、キャリア信号Ｖｃ１とは逆位相のキャリア信号Ｖｃ２を静電容量Ｃ１０６へ供給する。図１６に示すジャイロセンサ１０１の等価回路において、静電容量Ｃ１０５，Ｃ１０６は振動体１０２に接続されており、振動体１０２はＩ／Ｖ変換回路１１２に接続されている。
【０００７】
そして、静電容量Ｃ１０５とＣ１０６とが等しい場合、すなわち振動体１０２が検出用電極１０５及び１０６の中央に位置する場合、キャリア発生回路１１１から静電容量Ｃ１０５を介してＩ／Ｖ変換回路１１２へ流れる電流Ｉ105と静電容量Ｃ１０６を介してＩ／Ｖ変換回路１１２へ流れる電流Ｉ106とが相殺され、ゼロになるようにされている。また、ジャイロセンサ１０１に角速度が印加され振動体１０２の位置がコリオリ力によって変位すると、振動体１０２と検出用電極１０５及び１０６との間の距離が変化して静電容量Ｃ１０５とＣ１０６との間に差異が生じる結果、電流Ｉ105と電流Ｉ106との間に差異が生じ、電流Ｉ105と電流Ｉ106との差分に相当する検出電流ＩｉｎがＩ／Ｖ変換回路１１２へ流れるようにされている。すなわち、Ｉ／Ｖ変換回路１１２へ流れる検出電流Ｉｉｎに基づいて、振動体１０２のコリオリ力による変位量を検出することができるようになっている。
【０００８】
Ｉ／Ｖ変換回路１１２は、検出電流Ｉｉｎを電圧信号に変換し、ＢＰＦ１１３へ出力する。ＢＰＦ１１３は、Ｉ／Ｖ変換回路１１２から出力された電圧信号から１００ｋＨｚの周波数成分、すなわちキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２の周波数成分を電圧信号Ｖｘ１としてアンプ１１４へ通過させる。
【０００９】
図１７は、図１６に示す角速度検出装置１００の動作を説明するための説明図である。また、図１８は、図１７に示す各状態におけるキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２とＢＰＦ１１３の出力電圧信号Ｖｘ１とを示す図である。まず、図１７（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、電流Ｉ105と電流Ｉ106とが相殺されて振動体１０２からＩ／Ｖ変換回路１１２へ流れる電流Ｉｉｎが略ゼロとなる結果、図１８に示す状態１におけるＢＰＦ１１３の出力電圧信号Ｖｘ１は、略ゼロとなる。
【００１０】
次に、図１７（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の方が電流Ｉ106よりも大きくなるため電流Ｉｉｎにおける電流Ｉ105の影響が増大し、図１８における状態２で示すように、ＢＰＦ１１３の出力電圧信号Ｖｘ１は、検出用電極１０５に供給されているキャリア信号Ｖｃ１と同位相になる。
【００１１】
次に、図１７（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、図１８に示す状態３におけるＢＰＦ１１３の出力電圧信号Ｖｘ１は、略ゼロとなる。
【００１２】
次に、図１７（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Ｉ106の方が電流Ｉ105よりも大きくなるため電流Ｉｉｎにおける電流Ｉ106の影響が増大し、図１８における状態４で示すように、ＢＰＦ１１３の出力電圧信号Ｖｘ１は、検出用電極１０６に供給されているキャリア信号Ｖｃ２と同位相になる。
【００１３】
そして、この電圧信号Ｖｘ１が、同期検波回路１１５により同期検波され、アンプ１１６により増幅され、ロックインアンプ１１７により同期検波されることにより、振動体１０２に印加された角速度を示す検出信号Ｓｏｕｔが出力されるようになっている。
【非特許文献１】Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  １７ｔｈ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ２０００．ｐｐ．２４９−２５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上述のように構成された角速度検出装置では、振動体１０２に印加された角速度によって振動体１０２に作用するコリオリ力により、振動体１０２が検出用電極１０５と検出用電極１０６との間で変位し、静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間に生じる差異を検出することにより、振動体１０２に印加された角速度を検出するようになっている。
【００１５】
従って、振動体１０２に角速度が印加されておらず、コリオリ力が作用していない状態（以下、初期状態と称する）においては、静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６とが等しくなる必要がある。一方、図１４に示すようなジャイロセンサ１０１では、例えば静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６がピコファラッドオーダー（１０-12Ｆオーダー）の値となるのに対し、コリオリ力による静電容量の変化量はアトファラッドオーダー（１０-18Ｆオーダー）である。そうすると、静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との初期状態において許容される静電容量の誤差は、１／１００００００以下となり、このような精度で静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６を等しく作成することは、例えばシリコン微細加工技術を用いても容易ではない。
【００１６】
図１９は、初期状態における静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間に差異が生じている場合、例えば初期状態において静電容量Ｃ１０５の方が静電容量Ｃ１０６よりも大きい場合におけるキャリア信号Ｖｃ１，Ｖｃ２とＢＰＦ１１３の出力電圧信号Ｖｘ１、及び出力電圧信号Ｖｘ１がアンプ１１４により増幅され、同期検波回路１１５により同期検波された信号Ｖｘ２とを示す図である。
【００１７】
図１９に示すように、初期状態において静電容量Ｃ１０５の方が静電容量Ｃ１０６よりも大きい場合、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）においてＢＰＦ１１３から出力される出力電圧信号Ｖｘ１は、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４）においてＢＰＦ１１３から出力される出力電圧信号Ｖｘ１よりも電圧振幅が増大する。そうすると、出力電圧信号Ｖｘ１がアンプ１１４により増幅され、同期検波回路１１５により同期検波された信号Ｖｘ２には、オフセット電圧が生じ、さらに信号Ｖｘ２がアンプ１１６で増幅され、ロックインアンプ１１７によって同期検波された検出信号Ｓｏｕｔには、信号Ｖｘ２に生じたオフセット電圧が測定誤差として現れる結果、角速度の検出精度が低下してしまうという不都合があった。
【００１８】
信号Ｖｘ２に生じたオフセット電圧を除去する方法としては、例えば同期検波回路１１５とアンプ１１６との間にハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタを挿入することにより、信号Ｖｘ２に生じたオフセット電圧を除去することが考えられる。しかし、フィルタを用いて信号Ｖｘ２に生じたオフセット電圧を除去したとしても、以下のような不都合がある。
【００１９】
すなわち、検出信号ＳｏｕｔにおけるＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させるためには、アンプ１１４によってＢＰＦ１１３の出力電圧信号Ｖｘ１を、十分増幅してから同期検波回路１１５へ入力することが望ましい。同期検波回路１１５は、信号帯域に対する急峻なバンドパスフィルタとして機能するため、同期検波回路１１５の入力信号をその前段で増幅しておくとＳ／Ｎ比を向上させて角速度の検出精度を向上することができる一方、同期検波回路１１５の出力信号をその後段で増幅すると、信号成分と共にノイズ成分も同時に増幅されてしまう結果、角速度の検出精度が低下するからである。
【００２０】
しかし、初期状態における静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間に差異が生じている場合、例えば初期状態において静電容量Ｃ１０５の方が静電容量Ｃ１０６よりも大きい場合には、図１９に示すように、状態２においてＢＰＦ１１３から出力される出力電圧信号Ｖｘ１は、状態４においてＢＰＦ１１３から出力される出力電圧信号Ｖｘ１よりも電圧振幅が増大する。そうすると、状態４における出力電圧信号Ｖｘ１を十分増幅するべくアンプ１１４の増幅率を増大させると、状態２においてアンプ１１４の出力電圧が飽和してしまう。一方、状態２における出力電圧信号Ｖｘ１が飽和しない範囲でアンプ１１４の増幅率を設定すると、状態４における出力電圧信号Ｖｘ１を十分増幅することができず、従って検出信号ＳｏｕｔにおけるＳ／Ｎ比を向上させることができない。
【００２１】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、角速度の検出精度を向上させ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】
【００２２】
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、互いに対向配置される第１及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極間に配置され、前記第１の電極との間に第１の静電容量を生じると共に前記第２の電極との間に第２の静電容量を生じる振動体と、前記振動体を前記第１及び第２の電極が対向する方向と直交する方向に振動させる駆動部と、前記第１及び第２の静電容量に、互いに逆位相の周波数信号である第１及び第２の検出用信号をそれぞれ供給することにより、前記振動体に信号を誘起信号として誘起するキャリア信号供給部と、前記第１及び第２の検出用信号のうち、前記振動体に角速度が印加されていない状態における前記第１及び第２の静電容量のうち小さい方の静電容量へ供給される検出用信号を、前記誘起信号に重畳させて重畳信号を生成するキャパシタと、前記キャパシタにより生成される重畳信号に基づいて、前記振動体に印加された角速度を検出する角速度検出部と、を備えることを特徴としている。
【００２３】
また、上述の角速度検出装置において、前記第１及び第２の検出用信号のうちいずれかを前記キャパシタへ供給するべく選択する切替スイッチ部と、前記第１の検出用信号の位相を９０度ずらした信号と前記重畳信号との位相を比較し、位相が一致する場合には前記切替スイッチ部に前記第２の検出用信号を選択させ、位相が一致しない場合には前記切替スイッチ部に前記第１の検出用信号を選択させる位相比較部と、をさらに備えることを特徴としている。
【００２４】
そして、上述の角速度検出装置において、前記第１及び第２の検出用信号のうち、前記小さい方の静電容量へ供給される検出用信号を増幅して前記キャパシタへ供給する信号増幅部をさらに備え、前記信号増幅部の増幅率は、前記振動体に角速度が印加されていない状態において、前記重畳信号をゼロにするべく設定されることを特徴としている。
【００２５】
さらに、上述の角速度検出装置において、前記振動体に角速度が印加されていない状態における前記キャパシタにより生成される重畳信号のレベルの増減に応じて前記信号増幅部の増幅率を増減させる設定動作を行う増幅率設定部をさらに備えることを特徴としている。
【００２６】
また、上述の角速度検出装置において、前記キャパシタにより生成された重畳信号に基づく信号を増幅して前記角速度検出部へ出力する重畳信号増幅部をさらに備え、前記重畳信号増幅部は、前記増幅率設定部により前記設定動作が実行された後、前記重畳信号に基づく信号を増幅する増幅率を増大させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
このような構成の角速度検出装置は、駆動部により振動体が駆動され、その振動方向と直交する方向に振動体を挟んで振動体との間に第１及び第２の静電容量を生じる第１及び第２の電極を備えているので、振動体に角速度が印加されると振動体にコリオリ力が作用して振動体が変位し、振動体と第１及び第２の電極との対向距離が変化する結果、第１及び第２の静電容量が変化する。そして、第１及び第２の静電容量に、互いに逆位相の周波数信号である第１及び第２の検出用信号がそれぞれ供給されると、第１及び第２の静電容量の差異に応じた誘起信号が振動体に誘起される。この場合、振動体に角速度が印加されていない状態における第１及び第２の静電容量の差異は、誘起信号におけるオフセット電流として現れるが、キャパシタによって、第１及び第２の検出用信号のうち、振動体に角速度が印加されていない状態における第１及び第２の静電容量のうち小さい方の静電容量へ供給される検出用信号が、誘起信号に重畳されるので、誘起信号におけるオフセット電流が相殺されて重畳信号が生成される。そして、オフセット電流が相殺された重畳信号に基づいて、角速度検出部により振動体に印加された角速度が検出されるので、角速度の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
（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、Ｉ／Ｖ変換回路２、第１バンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと略称する）３、アンプ４、第１同期検波回路５、アンプ６、第２ＢＰＦ７、第２同期検波回路８、アンプ９、駆動信号発生回路１０、キャリア信号供給部の一例であるキャリア発生回路１１、位相シフタ１２、ジャイロセンサ１０１、及びキャパシタＣ１を備えている。ジャイロセンサ１０１の構成は、図１４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。図１において、ジャイロセンサ１０１は等価回路で示されている。図１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、振動体１０２はＩ／Ｖ変換回路１１２に接続されている。この場合、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６は、請求項における第１及び第２の静電容量の一例にそれぞれ相当し、静電容量Ｃ１０５を生じる検出用電極１０５、及び静電容量Ｃ１０６を生じる検出用電極１０６は、請求項における第１及び第２の電極の一例にそれぞれ相当している。
【００３０】
駆動信号発生回路１０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、駆動信号発生回路１０は、図１４に示すように、駆動用電極１０３と振動体１０２との間に作用する静電気力と、駆動用電極１０４と振動体１０２との間に作用する静電気力とを逆方向の力にさせると共に、その方向を振動体１０２の共振周波数に応じて反転させることにより、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２．３ｋＨｚである。また、駆動信号発生回路１０は、駆動用電圧Ｖｄ１を第２同期検波回路８へ出力する。
【００３１】
この場合、駆動用電極１０３，１０４、及び駆動信号発生回路１０が請求項における駆動部の一例に相当している。なお、駆動部は、２つの駆動用電極１０３，１０４を用いる例に限られず、例えば駆動用電極一つで振動体１０２を振動させる構成であってもよい。また、駆動部は、静電気力により振動体１０２を振動させる例に限られず、例えばモータやソレノイドを用いて機械的に振動体１０２を振動させる構成であってもよい。
【００３２】
キャリア発生回路１１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（第１の検出用信号）を、静電容量Ｃ１０５（検出用電極１０５）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２桁以上大きいことが望ましい。そして、振動体１０２に角速度が印加され振動体１０２の位置がコリオリ力によって変位すると、振動体１０２と検出用電極１０５及び１０６との間の距離が変化して静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間に差異が生じる結果、電流Ｉ105と電流Ｉ106との間に差異が生じ、電流Ｉ105と電流Ｉ106との差分に相当する検出電流Ｉ0（誘起信号）が、振動体１０２からＩ／Ｖ変換回路１１２へ流れるようにされている。
【００３３】
さらに、キャリア発生回路１１は、キャリア信号Ｖｃ１を位相シフタ１２へ出力する。位相シフタ１２は、キャリア発生回路１１から出力されたキャリア信号Ｖｃ１の位相を９０度シフトさせ、キャリア信号Ｖｃ３として第１同期検波回路５へ出力する。これにより、位相シフタ１２は、検出電流Ｉ0が静電容量Ｃ１０５及び静電容量Ｃ１０６によってキャリア信号Ｖｃ１よりも９０度進み位相となることに対応し、キャリア信号Ｖｃ１を検出電流Ｉ0と同様に９０度位相を進ませる。
【００３４】
また、振動体１０２に角速度が印加されておらず、コリオリ力が作用していない初期状態において静電容量Ｃ１０５及び静電容量Ｃ１０６は、例えば製造工程において予め測定され、その容量値の小さい方である例えば静電容量Ｃ１０５の検出用電極１０５へ供給されるキャリア信号Ｖｃ１の、キャリア発生回路１１における出力端子とＩ／Ｖ変換回路２の入力端子との間にキャパシタＣ１が予め接続されている。そして、キャパシタＣ１によって、例えばキャリア信号Ｖｃ１が振動体１０２からＩ／Ｖ変換回路２へ流れる検出電流Ｉ0に重畳されることにより生成された電流Ｉ1（重畳信号）がＩ／Ｖ変換回路２へ出力される。
【００３５】
キャパシタＣ１の容量値は、予め測定された静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の容量値の差分と等しくなるようにされている。キャパシタＣ１は、例えば可変容量コンデンサを用い、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の容量値の差分と静電容量が等しくなるように、容量を設定してもよい。なお、キャパシタＣ１は、単一のディスクリート部品によって構成される例に限られず、例えばＩ／Ｖ変換回路２を集積回路化した場合においてＩ／Ｖ変換回路２と同じ集積回路にキャパシタＣ１を集積してもよい。あるいは、図２に示すように、キャパシタＣ１を、キャパシタとスイッチング素子との直列回路を複数並列に接続して構成し、キャパシタＣ１全体としての静電容量が予め測定された静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の容量値の差分と等しくなるように、各スイッチング素子のオン、オフを設定するようにしてもよい。また、キャパシタＣ１の静電容量は、例えば複数の角速度検出装置１について、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の容量値の差分を測定し、その平均値をキャパシタＣ１の静電容量として設定するようにしてもよい。
【００３６】
Ｉ／Ｖ変換回路２は、電流信号を電圧信号に変換する回路部で、振動体１０２からの検出電流Ｉ0とキャリア発生回路１１からキャパシタＣ１を介して流れる電流ＩC1とを合成した電流Ｉ1を電圧に変換し、電圧信号Ｓｖとして第１ＢＰＦ３へ出力する。
【００３７】
第１ＢＰＦ３は、Ｉ／Ｖ変換回路２から出力された電圧信号Ｓｖのうちキャリア発生回路１１から出力されるキャリア信号の周波数、例えば１００ｋＨｚの周波数成分（振動体１０２に印加された角速度が反映された周波数成分）を選択的に通過させて電圧信号Ｖｏ１としてアンプ４へ出力する。アンプ４は、第１ＢＰＦ３から出力された電圧信号Ｖｏ１を増幅して第１同期検波回路５へ出力する。第１同期検波回路５は、アンプ４から出力された信号を、位相シフタ１２から出力されたキャリア信号Ｖｃ３に基づき同期検波し、電圧信号Ｖｏ３としてアンプ６へ出力する。アンプ６は、第１同期検波回路５からの電圧信号Ｖｏ３を増幅して第２ＢＰＦ７へ出力する。
【００３８】
第２ＢＰＦ７は、振動体１０２の共振周波数、例えば２．３ｋＨｚの周波数成分を選択的に通過させて電圧信号Ｖｏ４として第２同期検波回路８へ出力する。第２同期検波回路８は、第２ＢＰＦ７から得られた電圧信号Ｖｏ４を、駆動信号発生回路１０から出力された駆動用電圧Ｖｄ１に基づき同期検波し、角速度を直流電圧で表す電圧信号Ｖｏ５を生成してアンプ９へ出力する。アンプ９は、第２同期検波回路８から出力された電圧信号Ｖｏ５を増幅して振動体１０２の変位量すなわちジャイロセンサ１０１に印加された角速度を表す検出信号Ｓｏｕｔを出力する。
【００３９】
そして、第１同期検波回路５、アンプ６、第２ＢＰＦ７、第２同期検波回路８、及びアンプ９によって、キャパシタＣ１により生成される電流Ｉ1（重畳信号）に基づいて振動体１０２に印加された角速度を検出し、角速度を表す検出信号Ｓｏｕｔを出力する角速度検出部の一例が構成されている。
【００４０】
次に、上述のように構成された角速度検出装置１の動作を説明する。まず、駆動信号発生回路１０によって、静電容量Ｃ１０３の駆動用電極１０３へ、振動体１０２の共振周波数の駆動用電圧Ｖｄ１が供給されると共に、静電容量Ｃ１０４の駆動用電極１０４へ駆動用電圧Ｖｄ１とは逆位相の駆動用電圧Ｖｄ２が供給される。これにより、駆動用電極１０３と振動体１０２との間に作用する静電気力と、駆動用電極１０４と振動体１０２との間に作用する静電気力とが逆方向の力にされ、その方向が振動体１０２の共振周波数に応じて反転されることにより、振動体１０２がＸ軸方向に沿って共振周波数、例えば２．３ｋＨｚで振動する。
【００４１】
次に、キャリア発生回路１１によって、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が、静電容量Ｃ１０５の検出用電極１０５へ供給されると共に、キャリア信号Ｖｃ１とは逆位相のキャリア信号Ｖｃ２が静電容量Ｃ１０６の検出用電極１０６へ供給される。そして、振動体１０２に角速度が印加されると、振動体１０２の位置がコリオリ力によって変位し、振動体１０２と検出用電極１０５及び１０６との間の距離が変化して静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間に差異が生じる結果、電流Ｉ105と電流Ｉ106との間に差異が生じ、電流Ｉ105と電流Ｉ106との差分に相当する検出電流Ｉ0がＩ／Ｖ変換回路２へ流れる。
【００４２】
図３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。なお、図３に示す検出電流Ｉ0と電流Ｉ1とは、説明の簡単のためキャリア信号の周波数成分、例えば１００ｋＨｚの周波数成分を取りだした信号波形を示している。まず、例えば製造上の加工精度の誤差によって初期状態における静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間に差異が生じている場合、例えば初期状態において静電容量Ｃ１０５の方が静電容量Ｃ１０６よりも大きい場合、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）において振動体１０２から出力される検出電流Ｉ0は、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）において振動体１０２から出力される検出電流Ｉ0よりも電流値が増大する。
【００４３】
次に、キャパシタＣ１によって、振動体１０２から出力される検出電流Ｉ0に電流ＩC1が重畳される。この場合、キャパシタＣ１の静電容量は、初期状態における静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の容量値の差分と等しくなるように設定されているので、キャパシタＣ１を流れる電流ＩC1は初期状態における電流Ｉ105と電流Ｉ106との差分（オフセット分）に相当する。従って、初期状態における静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間の差異に基づく電流（以下、オフセット電流と称する）は、電流ＩC1によって相殺され、図３に示す電流Ｉ1としてＩ／Ｖ変換回路２に入力される。図３に示すように、状態２においてキャパシタＣ１によって生成される電流Ｉ1と、状態４においてキャパシタＣ１によって生成される電流Ｉ1とは、略同等のピーク電流値を示す。
【００４４】
次に、キャパシタＣ１によって生成された電流Ｉ1は、Ｉ／Ｖ変換回路２によって電圧信号Ｓｖに変換され、第１ＢＰＦ３へ出力される。そして、第１ＢＰＦ３によって、Ｉ／Ｖ変換回路２から出力された電圧信号Ｓｖのうちキャリア発生回路１１から出力されるキャリア信号の周波数、例えば１００ｋＨｚの周波数成分（振動体１０２に印加された角速度が反映された周波数成分）が選択的に通過され、電圧信号Ｖｏ１としてアンプ４へ出力され、アンプ４によって増幅されて電圧信号Ｖｏ２として第１同期検波回路５へ出力される。
【００４５】
この場合、図３に示すように状態２においてキャパシタＣ１によって生成される電流Ｉ1と状態４においてキャパシタＣ１によって生成される電流Ｉ1とは略同等のピーク電流値を示すので、状態２における電圧信号Ｖｏ１と状態４における電圧信号Ｖｏ１とは略同等のピーク電流値を示す。そうすると、図１６に示す角速度検出装置１００のように、状態４における出力電圧信号Ｖｘ１を十分増幅するべくアンプ１１４の増幅率を増大させると状態２における出力電圧信号Ｖｘ１が飽和してしまう一方、状態２における出力電圧信号Ｖｘ１が飽和しない範囲でアンプ１１４の増幅率を設定すると状態４における出力電圧信号Ｖｘ１を十分増幅することができず、従ってＳ／Ｎ比を向上させることができないとう不都合が生じることない。図１に示す角速度検出装置１は、第１同期検波回路５の前段において、状態２における電圧信号Ｖｏ２と状態４における電圧信号Ｖｏ２とを飽和しない範囲でアンプ４の増幅率を増大させることができるので、検出信号ＳｏｕｔにおけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４６】
図４は、第１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。まず、第１同期検波回路５によって、アンプ４から出力された電圧信号Ｖｏ２と位相シフタ１２から出力されたキャリア信号Ｖｃ３とが乗算されて、乗算信号ＶＡが生成される。すなわち、第１同期検波回路５は、例えば乗算器を用いてキャリア信号Ｖｃ３が正電位であれば電圧信号Ｖｏ２をそのまま出力し、キャリア信号Ｖｃ３が負電位であれば電圧信号Ｖｏ２の極性を反転して出力する。そうすると、図４に示すように、電圧信号Ｖｏ２は、電圧信号Ｖｏ２とキャリア信号Ｖｃ３とが同位相であれば正電位側に、電圧信号Ｖｏ２とキャリア信号Ｖｃ３とが逆位相であれば負電位側に折り返されて、乗算信号ＶＡが生成される。この場合、電圧信号Ｖｏ２は、状態２において電圧信号Ｖｏ２とキャリア信号Ｖｃ３とが同位相であり、状態４において電圧信号Ｖｏ２とキャリア信号Ｖｃ３とが逆位相となるので、状態２において正電位側、状態４において負電位側に折り返される。乗算信号ＶＡの周波数は、キャリア信号Ｖｃ３及び電圧信号Ｖｏ２の周波数の２倍となる。
【００４７】
次に、第１同期検波回路５によって、乗算信号ＶＡの包絡線が取得され、電圧信号Ｖｏ３としてアンプ６へ出力される。具体的には、例えば第１同期検波回路５は、乗算信号ＶＡを、乗算信号ＶＡの周波数よりも小さな周波数であって、かつ振動体１０２の共振周波数以上の遮断周波数を有するローパスフィルタに通すことによって、電圧信号Ｖｏ３を生成する。この場合、ローパスフィルタの遮断周波数は、例えば乗算信号ＶＡの周波数の１／１０以下であって、かつ振動体１０２の共振周波数の１０倍以上であることが望ましい。
【００４８】
そうすると、電圧信号Ｖｏ３は、振動体１０２の共振周波数を有し、コリオリ力による振動体１０２の変位により生じた電流Ｉ105と電流Ｉ106との差分に応じた振幅を有する電圧信号となる。そして、初期状態における静電容量Ｃ１０５と静電容量Ｃ１０６との間の差異に基づくオフセット電流は電流ＩC1によって相殺された後に電流Ｉ1としてＩ／Ｖ変換回路２に入力されるので、その後、電流Ｉ1がＩ／Ｖ変換回路２により電圧信号Ｓｖに変換され、第１ＢＰＦ３、アンプ４、及び第１同期検波回路５を経て電圧信号Ｖｏ３とされても、電圧信号Ｖｏ３には背景技術に係る同期検波回路１１５の出力信号Ｖｘ２のようにオフセット電圧が生じることがなく、検出信号Ｓｏｕｔにおけるオフセット電圧が抑制され、角速度の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
次に、アンプ６によって、電圧信号Ｖｏ３が増幅されて第２ＢＰＦ７へ出力され、第２ＢＰＦ７でフィルタリングされて電圧信号Ｖｏ４として第２同期検波回路８へ出力される。図５は、第２同期検波回路８の動作を説明するための信号波形図である。まず、第２同期検波回路８によって、アンプ６から出力された電圧信号Ｖｏ４と駆動信号発生回路１０から出力された駆動用電圧Ｖｄ１とが乗算されて、乗算信号ＶＢが生成される。すなわち、第２同期検波回路８は、例えば乗算器を用いて駆動用電圧Ｖｄ１が正電位であれば電圧信号Ｖｏ４をそのまま出力し、駆動用電圧Ｖｄ１が負電位であれば電圧信号Ｖｏ４の極性を反転して出力する。
【００５０】
この場合、電圧信号Ｖｏ４は、状態２において正電位であり、状態４において負電位である。一方、駆動用電圧Ｖｄ１は、状態２において正電位であり、状態４において負電位である。そうすると、電圧信号Ｖｏ４は、第２同期検波回路８によって状態４において正電位側に折り返され、乗算信号ＶＢは、状態２及び４において正電位の信号となる。
【００５１】
次に、第２同期検波回路８によって、乗算信号ＶＢが平滑され、電圧信号Ｖｏ５としてアンプ９へ出力される。具体的には、第２同期検波回路８は、例えば直流に近い遮断周波数を有するローパスフィルタを用いて乗算信号ＶＢをフィルタリングすることにより平滑し、電圧信号Ｖｏ５を生成する。そして、アンプ９によって電圧信号Ｖｏ５が増幅され、角速度を表す検出信号Ｓｏｕｔが出力される。
【００５２】
以上のように、図１に示す角速度検出装置１は、アンプ４の増幅率を増大させることにより検出信号ＳｏｕｔにおけるＳ／Ｎ比を向上させることができると共に、検出信号Ｓｏｕｔにおけるオフセット電圧を抑制して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００５３】
（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６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６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６に示す角速度検出装置１ａでは、キャリア発生回路１１とキャパシタＣ１との間に増幅率が可変の信号増幅器１３が介設されている。そして、振動体１０２に角速度が印加されておらずコリオリ力が作用していない初期状態において、例えば静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６を製造工程において予め測定し、その容量値の小さい方である例えば静電容量Ｃ１０５へ供給されるキャリア信号Ｖｃ１のキャリア発生回路１１における出力端子と増幅器１３とが接続され、キャリア信号Ｖｃ１が増幅器１３により増幅されてキャパシタＣ１へ供給されるようになっている。
【００５４】
その他の構成は図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点について説明する。上述したように、図１に示す角速度検出装置１において、キャパシタＣ１の静電容量は、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の容量値の差分と等しくなるように設定されており、キャパシタＣ１を流れる電流ＩC1をオフセット電流と等しくさせることにより、オフセット電流を電流ＩC1によって相殺させるようになっている。しかし、キャパシタＣ１の容量値に誤差があると、オフセット電流と電流ＩC1との間に差が生じるため、その差に相当する電流によって、検出信号Ｓｏｕｔにおけるオフセット電圧が生じることとなる。例えば、キャパシタＣ１を集積回路によって構成した場合には、キャパシタＣ１を精度よく構成することが容易ではないため、検出信号Ｓｏｕｔにおけるオフセット電圧が生じやすいと考えられる。
【００５５】
そこで、図６に示す角速度検出装置１ａでは、振動体１０２に角速度が印加されていない初期状態において、電流ＩC1をオフセット電流と等しくして電流Ｉ1（重畳信号）をゼロにするべく信号増幅器１３の増幅率を予め、例えば製造工程で設定するようにされている。この場合、例えば、電流Ｉ1に基づき得られる検出信号Ｓｏｕｔをゼロにするべく信号増幅器１３の増幅率を設定することにより、電流Ｉ1をゼロにするようにしてもよい。
【００５６】
図７は、増幅器１３の構成の一例を示す回路図である。図７に示す増幅器１３は、例えば非反転増幅器により構成されており、演算増幅器１３１の反転入力端子が抵抗Ｒ１を介してグラウンドに接続され、抵抗Ｒ２と可変抵抗ＶＲ１との直列回路が帰還抵抗として演算増幅器１３１の出力端子と反転入力端子との間に接続され、演算増幅器１３１の非反転入力端子がキャリア発生回路１１に接続され、演算増幅器１３１の出力端子がキャパシタＣ１に接続されている。そして、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を設定することにより、増幅器１３の増幅率を設定するようになっている。可変抵抗ＶＲ１は、例えばレーザートリミングにより抵抗値を設定するものであってもよい。
【００５７】
これにより、例えば製造工程において予め信号増幅器１３の増幅率を、振動体１０２に角速度が印加されていない状態において電流Ｉ1（重畳信号）をゼロにするべく設定することによって、キャパシタＣ１を流れる電流ＩC1をオフセット電流と等しくさせてオフセット電流を電流ＩC1によって相殺させることができるので、キャパシタＣ１の容量値に誤差がある場合であってもオフセット電流を電流ＩC1によって相殺させ、検出信号Ｓｏｕｔにおけるオフセット電圧を抑制して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００５８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る角速度検出装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。図８に示す角速度検出装置１ｂは、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６のうち、容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号を、自動的に選択して信号増幅器１３へ供給するようにされている。図８に示す角速度検出装置１ｂと図６に示す角速度検出装置１ａとでは、下記の点で異なる。すなわち、図８に示す角速度検出装置１ｂでは、キャリア発生回路１１と信号増幅器１３との間に切替スイッチ１４（切替スイッチ部）が介設されている。また、位相シフタ１２から出力されたキャリア信号Ｖｃ３とアンプ４から出力された電圧信号Ｖｏ２とを位相比較して、その比較結果を示す信号を切替スイッチ１４の切替制御信号Ｓ１として出力する位相比較回路１５（位相比較部）を備えている。
【００５９】
切替スイッチ１４は、キャリア発生回路１１から出力されたキャリア信号Ｖｃ１及びＶｃ２のうちいずれかを、位相比較回路１５から出力された切替制御信号Ｓ１に応じて選択し、信号増幅器１３へ供給する切替スイッチである。
【００６０】
その他の構成は図６に示す角速度検出装置１ａと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。まず、振動体１０２に角速度が印加されていない状態において、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより、角速度検出装置１ｂの各部に動作用電源電圧が供給され、角速度検出装置１ｂが起動されると、キャリア発生回路１１から、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が、静電容量Ｃ１０５（検出用電極１０５）へ供給されると共に、キャリア信号Ｖｃ１とは逆位相のキャリア信号Ｖｃ２が、静電容量Ｃ１０６（検出用電極１０６）へ供給される。そして、静電容量Ｃ１０５とＣ１０６との間に差異があれば、電流Ｉ105と電流Ｉ106との間に差異が生じ、電流Ｉ105と電流Ｉ106との差分に相当する検出電流Ｉ0がＩ／Ｖ変換回路２へ流れる。この場合、電流Ｉ0の位相は、キャリア信号Ｖｃ１及びＶｃ２のうち静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の大きい方に印加されるキャリア信号（以下、支配的なキャリア信号と称する）の電圧よりも静電容量によって９０度進められた位相となる。
【００６１】
そして、電流Ｉ0がＩ／Ｖ変換回路２によって電圧信号Ｓｖに変換され、第１ＢＰＦ３によってフィルタリングされ、アンプ４により増幅され電圧信号Ｖｏ２にされて第１同期検波回路５及び位相比較回路１５へ出力されるので、電圧信号Ｖｏ２の位相は、支配的なキャリア信号の位相よりも９０度進んだ位相となる。一方、キャリア発生回路１１から出力されたキャリア信号Ｖｃ１は、位相シフタ１２によって９０度位相が進められ、キャリア信号Ｖｃ３として第１同期検波回路５及び位相比較回路１５へ出力される。
【００６２】
図９は、位相比較回路１５の構成の一例を示すブロック図である。図９に示す位相比較回路１５は、電圧信号Ｖｏ２とキャリア信号Ｖｃ３とを乗算して得られた乗算信号Ｓ２をローパスフィルタ１５２へ出力する乗算回路１５１と、乗算信号Ｓ２を平滑して切替制御信号Ｓ１を出力するローパスフィルタ１５２とを備えている。
【００６３】
図１０及び図１１は、位相比較回路１５の動作を説明するための説明図である。まず、初期状態において、静電容量Ｃ１０５の方が静電容量Ｃ１０６よりも小さい場合、図１０に示すように、位相シフタ１２から出力されるキャリア信号Ｖｃ３と、アンプ４から出力される電圧信号Ｖｏ２とは、逆位相となり位相が一致しない。そうすると、乗算回路１５１によってキャリア信号Ｖｃ３と電圧信号Ｖｏ２とが乗算された乗算信号Ｓ２は、電圧信号Ｖｏ２における正電位側の信号波形が負電位側に折り返された信号となる。そして、乗算信号Ｓ２がローパスフィルタ１５２によって平滑されることにより、切替制御信号Ｓ１は、負電位の直流電圧にされて切替スイッチ１４へ出力され、切替スイッチ１４が容量値の小さい静電容量Ｃ１０５へ供給されるキャリア信号Ｖｃ１側に切り替えられる。
【００６４】
一方、初期状態において、静電容量Ｃ１０６の方が静電容量Ｃ１０５よりも小さい場合、図１１に示すように、位相シフタ１２から出力されるキャリア信号Ｖｃ３と、アンプ４から出力される電圧信号Ｖｏ２とは、同位相となり位相が一致する。そうすると、乗算回路１５１によってキャリア信号Ｖｃ３と電圧信号Ｖｏ２とが乗算された乗算信号Ｓ２は、電圧信号Ｖｏ２における負電位側の信号波形が正電位側に折り返された信号となる。そして、乗算信号Ｓ２がローパスフィルタ１５２によって平滑されることにより、切替制御信号Ｓ１は、正電位の直流電圧にされて切替スイッチ１４へ出力され、切替スイッチ１４が容量値の小さい静電容量Ｃ１０６へ供給されるキャリア信号Ｖｃ２側に切り替えられる。
【００６５】
これにより、位相比較回路１５によって、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６のうち容量値の小さい方を検出し、その容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号を信号増幅器１３に供給するべく切替スイッチ１４を切り替えることができるので、例えば製造工程において、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６を予め測定し、その容量値の小さい方を予め調べて、その容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号を信号増幅器１３に供給するよう切り替える作業が不要となり、角速度検出装置１ｂの製造工程を簡素化することができる。
【００６６】
なお、図８に示す角速度検出装置１ｂにおいて、増幅器１３を備えず、切替スイッチ１４の出力信号を直接キャパシタＣ１へ供給する構成としてもよい。
【００６７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図１２は、本発明の第４の実施形態に係る角速度検出装置１ｃの構成の一例を示すブロック図である。図１２に示す角速度検出装置１ｃと図８に示す角速度検出装置１ｂとでは、下記の点で異なる。すなわち、図１２に示す角速度検出装置１ｃでは、増幅器１３の代わりに信号増幅部の一例であるオートゲインコントローラ（以下、ＡＧＣと称する）１６を備える。ＡＧＣ１６は、増幅率設定部の一例である位相比較回路１５から出力された切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧に応じて増幅率が設定されるようになっている。
【００６８】
その他の構成は図８に示す角速度検出装置１ｂと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。まず、振動体１０２に角速度が印加されていない初期状態において、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより、角速度検出装置１ｃの各部に動作用電源電圧が供給され、角速度検出装置１ｃが起動されると、図８に示す角速度検出装置１ｂと同様にして、位相比較回路１５によって、切替制御信号Ｓ１が切替スイッチ１４へ供給され、切替スイッチ１４によって、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６のうち容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号が、ＡＧＣ１６へ供給される。
【００６９】
次に、位相比較回路１５から出力された切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧に応じてＡＧＣ１６の増幅率が設定される。具体的には、位相比較回路１５によって、電圧信号Ｖｏ２とキャリア信号Ｖｃ３とが乗算され、平滑されて切替制御信号Ｓ１が出力される。そうすると、キャリア信号Ｖｃ３はキャリア発生回路１１から出力されたキャリア信号Ｖｃ１を位相シフタ１２によって９０度位相をずらした信号であるからその信号レベルは一定である。一方、初期状態、すなわち振動体１０２に角速度が印加されていない状態における電流Ｉ1はオフセット電流に等しく、電圧信号Ｖｏ２は電流Ｉ1に基づいて生成される信号であるから、電圧信号Ｖｏ２はオフセット電流に応じた電圧となる。
【００７０】
従って、位相比較回路１５によって、一定の電圧レベルであるキャリア信号Ｖｃ３と、オフセット電流に応じた電圧である電圧信号Ｖｏ２とが乗算され平滑された切替制御信号Ｓ１の絶対値は、オフセット電流（初期状態における電流Ｉ1）に応じた電圧となる。そうすると、初期状態において位相比較回路１５により得られた切替制御信号Ｓ１の絶対値は、オフセット電流を相殺するべくキャパシタＣ１を流れる電流ＩC1の不足量を表している。そこで、ＡＧＣ１６は、切替制御信号Ｓ１の絶対値の増減に応じてその増幅率を増減させる。すなわちＡＧＣ１６は、初期状態における電流Ｉ1の増減に応じてその増幅率を増減させることにより、オフセット電流を相殺して電流Ｉ1をゼロにするべくその増幅率を設定すると共に保持するようにされている。
【００７１】
これにより、図１２に示す角速度検出装置１ｃは、ＡＧＣ１６によって、電流Ｉ1をゼロにするべくその増幅率を設定することができるので、例えば製造工程において、予め電流Ｉ1をゼロにするべく増幅器１３の増幅率を設定する作業が不要となり、角速度検出装置１ｃの製造工程を簡素化することができる。
【００７２】
また、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６は、周囲温度や湿度などの環境変化や、経年劣化等により変化するが、図１２に示す角速度検出装置１ｃは、ＡＧＣ１６によって、例えば角速度検出装置１ｃの起動時に電流Ｉ1をゼロにするべくその増幅率を設定することができるので、初期状態における静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６が変化した場合であっても、検出信号Ｓｏｕｔにおけるオフセット電圧を抑制して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００７３】
なお、ＡＧＣ１６の増幅率は、位相比較回路１５により得られた切替制御信号Ｓ１の絶対値に基づいて設定される例を示したが、ＡＧＣ１６の増幅率は、電流Ｉ1が反映された信号に応じて設定されればよく、例えば初期状態における電圧信号Ｖｏ２や検出信号Ｓｏｕｔ等に基づいて設定される構成としてもよい。
【００７４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図１３は、本発明の第５の実施形態に係る角速度検出装置１ｄの構成の一例を示すブロック図である。図１３に示す角速度検出装置１ｄと図１２に示す角速度検出装置１ｃとでは、下記の点で異なる。すなわち、図１３に示す角速度検出装置１ｄでは、アンプ４の代わりに重畳信号増幅部の一例であるＡＧＣ１７を備える。ＡＧＣ１７は、キャパシタＣ１により生成された電流Ｉ1に基づく信号である電圧信号Ｖｏ１を増幅して角速度検出部の一例である第１同期検波回路５へ出力する。ＡＧＣ１７は、位相比較回路１５から出力される切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧が増大すると増幅率が減少され切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧が減少すると増幅率が増大されると共にその増幅率が保持されるようになっている。
【００７５】
その他の構成は図１２に示す角速度検出装置１ｃと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。上述したように、同期検波回路５の前段において、状態２における電圧信号Ｖｏ２と状態４における電圧信号Ｖｏ２とを飽和しない範囲でＡＧＣ１７の増幅率を増大させることにより、検出信号ＳｏｕｔにおけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。しかし、加速度に応じて振動体１０２に作用するコリオリ力に応じて静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６に生じる容量変化は微小であるため、静電容量Ｃ１０５及びＣ１０６の差異に基づき生じる電流Ｉ1及び電流Ｉ1に基づき生成される電圧信号Ｖｏ１もまた微少な信号となる。そうすると、検出信号ＳｏｕｔにおけるＳ／Ｎ比を向上させるためには、電圧信号Ｖｏ１を同期検波回路５の前段において増幅し電圧信号Ｖｏ２として出力するＡＧＣ１７の増幅率を、非常に大きくする必要がある。
【００７６】
一方、ＡＧＣ１６の増幅率が、まだ設定されていない状態においては、オフセット電流が十分に相殺されないため電流Ｉ1が増大し、従って電流Ｉ1に基づき生成される電圧信号Ｖｏ１も増大するため検出信号ＳｏｕｔにおけるＳ／Ｎ比を向上させるべくＡＧＣ１７の増幅率が非常に大きくされた状態では、ＡＧＣ１７から出力される電圧信号Ｖｏ２がＡＧＣ１７の動作電圧範囲を超えて飽和してしまう。
【００７７】
そこで、図１３に示す角速度検出装置１ｄでは、振動体１０２に角速度が印加されていない初期状態において、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより角速度検出装置１ｄの各部に動作用電源電圧が供給され、角速度検出装置１ｄが起動される。そして、図１２に示す角速度検出装置１ｃと同様の動作によって、位相比較回路１５により切替制御信号Ｓ１がＡＧＣ１７へ出力される。この場合、ＡＧＣ１６の増幅率がまだ設定されていないので、電圧信号Ｖｏ１及びＶｏ２が増大し、位相比較回路１５から出力される切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧が増大するため、ＡＧＣ１７の増幅率は減少される。
【００７８】
これにより、ＡＧＣ１６の増幅率がまだ設定されていない状態において、ＡＧＣ１７から出力される電圧信号Ｖｏ２がＡＧＣ１７の動作電圧範囲を超えて飽和してしまうことが抑制される。
【００７９】
一方、図１２に示す角速度検出装置１ｃと同様の動作によって、ＡＧＣ１６の増幅率がオフセット電流を相殺するべく設定されると、電圧信号Ｖｏ１及びＶｏ２が減少し、位相比較回路１５から出力される切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧が減少するため、ＡＧＣ１７の増幅率が増大され、振動体１０２に角速度が印加された場合における検出信号ＳｏｕｔのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８０】
この場合、ＡＧＣ１７は、ＡＧＣ１６の増幅率がオフセット電流を十分相殺するべく設定されることにより切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧が減少すると、電流Ｉ1に基づき生成される電圧信号Ｖｏ１を増幅する増幅率が、増大するように設定される。
【００８１】
これにより、ＡＧＣ１６における増幅率の設定状態に対応してＡＧＣ１７の増幅率を設定することができるので、ＡＧＣ１６の増幅率が設定される前における電圧信号Ｖｏ２を飽和させることなく、ＡＧＣ１６の増幅率がオフセット電流を相殺するべく設定された後、すなわち角速度の検出動作を行う場合におけるＡＧＣ１７の増幅率を増大させることができ、検出信号ＳｏｕｔのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８２】
なお、ＡＧＣ１７の増幅率は、位相比較回路１５から出力される切替制御信号Ｓ１の絶対値電圧に応じて設定される例を示したが、例えば切替制御信号Ｓ１に応じてオフセット電流を相殺するべくＡＧＣ１６の増幅率が設定されたことを検出する設定検出部を設け、ＡＧＣ１６の増幅率が設定されたことが設定検出部により検出された場合にＡＧＣ１７の増幅率が増大されるようにしてもよい。
【００８３】
また、図６に示す角速度検出装置１ａ、図８に示す角速度検出装置１ｂ、図１２に示す角速度検出装置１ｃ、及び図１３に示す角速度検出装置１ｄにおいて、増幅器１３における増幅率の設定、切替スイッチ１４におけるスイッチの切り替え設定、ＡＧＣ１６及び１７における増幅率の設定は、各角速度検出装置の起動時に実行される例を示したが、例えばタイマを備えて定期的にこれら設定動作を行うようにしてもよく、例えばユーザからの操作指示を受け付ける操作スイッチを備え、操作スイッチによりこれら設定の指示が受け付けられた場合に、これら設定動作を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【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に示すキャパシタの構成の一例を示す回路図である。
【図３】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４】図１に示す第１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５】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６】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７】図６に示す増幅器の構成の一例を示す回路図である。
【図８】本発明の第３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９】図８に示す位相比較回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図８に示す位相比較回路の動作を説明するための説明図である。
【図１１】図８に示す位相比較回路の動作を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の第４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１３】本発明の第５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１４】背景技術に係るジャイロセンサの構成を説明するための概念図である。
【図１５】図１４に示す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１６】背景技術に係る角速度検出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示す角速度検出装置の動作を説明するための説明図である。
【図１８】図１６に示す角速度検出装置の動作を説明するための説明図である。
【図１９】図１６に示す角速度検出装置の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ  角速度検出装置
２    Ｉ／Ｖ変換回路
３    第１ＢＰＦ
４，６，９  アンプ
５    第１同期検波回路
７    第２ＢＰＦ
８    第２同期検波回路
１０  駆動信号発生回路
１１  キャリア発生回路
１２  位相シフタ
１３  増幅器
１４  切替スイッチ
１５  位相比較回路
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
Ｃ１０５，Ｃ１０６  静電容量
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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