(57)【要約】【課題】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やナビゲーション等、各種電子機器に用いられる慣性力センサに関して、検出精度を高めることを目的とする。【解決手段】慣性力センサを構成する駆動回路２を、センス素子１から出力されるモニタ信号１１を１ビットデジタル信号にシグマ・デルタ変換して振幅情報を形成し、この振幅情報を予め決められた基準振幅情報と比較し、この比較情報を基にモニタ信号１１を演算処理し、マルチビット信号に変換し、このマルチビット信号を所定の出力信号に変換し、駆動入力に出力するとともに、演算処理は、モニタ信号１１より形成される矩形波信号と比較情報とを演算させる構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電極と、センス電極と、モニタ電極を有するセンス素子と、前記モニタ電極より出力されたモニタ信号を検知し前記駆動電極に対する駆動信号を形成する駆動回路と、前記センス電極から出力されたセンス信号を電気的に処理するセンス回路とを備え、前記駆動回路は前記モニタ電極から出力された前記モニタ信号を１ビットデジタル信号にシグマ・デルタ変換して振幅情報を形成し、前記振幅情報を予め決められた基準振幅情報と比較し、この比較情報を基に前記モニタ信号を演算処理してマルチビット信号に変換し、このマルチビット信号を所定の出力形式の信号に変換し、前記駆動電極に出力するとともに、前記演算処理は、モニタ信号より形成される矩形波信号と比較情報とを演算させたことを特徴とする慣性力センサ。
【請求項２】
振幅情報は、モニタ信号をシグマ・デルタ変換により、１ビットデジタルに変換して形成したことを特徴とする請求項１記載の慣性力センサ。
【請求項３】
マルチビット信号をシグマ・デルタ変換により１ビットデジタル信号にして出力することを特徴とする請求項１記載の慣性力センサ。
【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やナビゲーション等、各種電子機器に用いられる慣性力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の慣性力センサは音叉状のセンス素子を振動させ、これに加わる慣性力をコリオリ力を利用して検出するため、センス素子の振幅を一定にするべくセンス素子を振動させる駆動回路内にＡＧＣ回路を設けている。
【０００３】
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９−２８１１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＡＧＣ回路は多くのアナログ素子により形成されているため、各素子の温度特性が累積されて大きなものとなってしまい、温度変化に伴うセンス素子の振幅を一定化することが困難なものとなり、結果として慣性力センサの検出精度に影響を及ぼしていた。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、慣性力センサの検出精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために本発明は、慣性力センサを構成する駆動回路を、センス素子から出力されるモニタ信号を１ビットデジタル信号にシグマ・デルタ変換して振幅情報を形成し、この振幅情報を予め決められた基準振幅情報と比較し、この比較情報を基にモニタ信号を演算処理し、マルチビット信号に変換し、このマルチビット信号を所定の出力信号に変換し、駆動入力に出力するとともに、演算処理は、モニタ信号より形成される矩形波信号と比較情報とを演算させる構成としたのである。
【発明の効果】
【０００７】
この構成により、慣性力センサの検出精度を高めることが出来るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態における慣性力センサについて、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は慣性力センサの一例である角速度センサを示したものであり、その構成は大まかにセンス素子１と、このセンス素子１を振動させる駆動回路２と、センス素子１から出力されるセンス信号３を電気的に処理するセンス回路４で構成されている。
【００１０】
センス素子１は図２に示されるように、音叉状のシリコン基板５上に、駆動電極６、センス電極７、モニタ電極８が形成されており、駆動電極６に対して駆動回路２から所定周波数の駆動信号９を印加することで、センス素子１の駆動アーム１０を図中における左右方向に振動させ、この状態でセンス素子１に角速度が加わることでコリオリ力が生じ駆動アーム１０が図中における前後方向に撓み、この撓みによりセンス電極７からセンス信号３が出力されるのである。なお、特に図示はしていないが、駆動電極６、センス電極７、モニタ電極８はＰＺＴ薄膜を上下電極で挟み込んだ構造となっている。
【００１１】
また、モニタ電極８はセンス素子１の振動状態を検知するもので、音叉の振動に応じた信号をモニタ信号１１として出力するものである。
【００１２】
そして、この角速度センサの駆動回路２は図１に示されるように、モニタ信号１１が入力されるＩ／Ｖ変換器１２と、このＩ／Ｖ変換器１２からの出力信号を１ビットデジタル信号に変換するシグマ・デルタ変調器（以下、ΣΔと記す）１３と、この１ビットデジタル信号をマルチビット信号に変換するデジタルフィルタ１４と、このマルチビット信号が持つ振幅情報を予め設定された基準振幅情報と比較して補正情報を生成する補正情報生成回路１５と、Ｉ／Ｖ変換器１２からの出力信号を矩形波に変換するコンパレータ１６と、この矩形波信号を所定の周期で離散値に変換し補正情報と演算処理する信号処理回路１７と、この信号処理回路１７により形成されたマルチビット信号をフィルタリングするデジタルフィルタ１８と、このフィルタリングされたマルチビット信号を１ビットデジタル信号に変換し駆動電極６に出力するΣΔ１９とで構成している。
【００１３】
なお、ΣΔ１３は図３に示す如くＩ／Ｖ変換器１２から出力されたアナログ信号をコンパレータ１６から出力される矩形波信号で、例えば矩形波信号がＨｉｇｈ（図中‘Ｈ’で表記）である期間をその都度積分し、この積分信号を入力信号としてシグマ・デルタ変換することでモニタ信号３の振幅情報を１ビットデジタル信号に変換するものである。
【００１４】
そして、信号処理回路１７はコンパレータ１６で形成された矩形波信号を離散信号に変換し、この離散信号に補正情報から得る倍率にしたがって、例えば補正情報の倍率が「５」で離散信号が「・・・００１１０１０・・・」であれば、その信号を「・・・００５５０５０・・・」といったマルチビット信号に変換するのである。なお、ここで離散信号が０／１の１ビット信号であるため補正情報の倍率が決定すれば「１」の信号をその倍率に置換すればマルチビット信号に変換できるため、一般的に行われる積算処理などが不要となることから処理回路が簡易なものと出来るのである。
【００１５】
そして、このように角速度センサを構成することにより、駆動回路２がデジタル信号処理により行われるようになり、温度変化に伴う信号変動が抑制されるため、それによりセンス素子１の振幅を一定化することができ、角速度センサの検出精度を高めることができるのである。
【００１６】
なお、ΣΔ１３は１ビットデジタル信号に変換するものであるから、先に述べたΣΔ１３を用いず、積分器によって得られた値を逐次比較型などのＡ／Ｄ変換器によりマルチビットデジタル信号に変換することも出来るのであるが、ΣΔ１３はその回路構成として内部に積分器機能を有したものであるため回路規模の小型化が出来るのである。
【００１７】
また、ΣΔ１９はマルチビット信号を演算処理により１ビットデジタル信号に変換するものであるから、ΣΔ１９を用いずＤ／Ａ変換器によりアナログ信号化し駆動電極６に出力できるが、ΣΔ１９で１ビットデジタル信号に変換することで、この１ビットデジタル信号で直接センス素子１を振動できるようになり、回路規模の小型化が出来るのである。
【００１８】
なお、上述した一実施の形態では、慣性力センサとして角速度センサを例に挙げて説明したが、センス素子１を振動させコリオリ力を利用するものであれば、加速度センサなどにも適応できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明に係る慣性力センサは、慣性力センサの検出精度を高めることができ、各種電子機器に用いる慣性力センサとして有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサの回路ブロック図
【図２】同角速度センサを構成するセンス素子を示す図
【図３】同回路ブロックを構成するシグマ・デルタ変換器における信号処理の流れを表す図
【符号の説明】
【００２１】
１  センス素子
２  駆動回路
４  センス回路
６  駆動電極
７  センス電極
８  モニタ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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