(57)【要約】【課題】比較的簡単な回路構成で、振動子の駆動電極側の共振周波数と検出電極側の共振周波数との位相差のばらつきを補正する。【解決手段】駆動回路４０により特定方向に振動する振動子３０に、角速度が加わると、コリオリ力が作用し、前記特定方向の振動とは直交する方向の振動が生まれ、この振動により発生する電荷が検出電極３２ａ，３２ｂで検出される。検出された電荷は、角速度検出回路６０により電圧に変換され、角速度検出信号Ｓ６４が出力される。信号Ｓ６４は、位相シフト回路７１で位相が９０°遅れ、出力信号Ｓ７１が出力される。同期検波回路７２では、Ｉ／Ｖ変換回路４１の出力電圧Ｓ４１に基づき、信号Ｓ７１を同期検波して検波信号Ｓ７２を出力する。信号Ｓ７２は、平滑部８２で平滑され、角速度に応じたＤＣ検出信号Ｓｏｕｔが出力される。平滑部８２の入力又は出力の位相は、位相調整手段８１で調整される。【選択図】      図１
2004212111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の駆動信号を出力する駆動回路と、
前記駆動信号により励振され、角速度の大きさと方向に応じて振幅が変化する振動子信号を出力する振動子と、
前記振動子信号を角速度検出信号に変換する角速度検出回路と、
前記駆動信号に基づき、前記角速度検出信号を同期検波して同一極性の検波信号を出力する同期検波回路と、
前記検波信号を平滑して前記角速度に応じた直流検出信号を出力する平滑回路と、
前記平滑回路の入力側又は出力側に接続され、前記駆動回路側の第１の共振周波数と前記角速度検出回路側の第２の共振周波数との周波数差を打ち消すように前記検波信号又は前記直流検出信号の位相を調整する位相調整手段と、
を備えたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記位相調整手段は、抵抗及びコンデンサからなるローパスフィルタで構成したことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記位相調整手段は、抵抗及びコンデンサからなるローパスフィルタで構成し、かつ前記抵抗を可変抵抗又は前記コンデンサを可変コンデンサで構成したことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記同期検波回路は、前記駆動信号と前記角速度検出信号とを乗算して前記検波信号を生成する構成にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、水晶振動子等の圧電振動子や、シリコン振動子等を用いて構成された振動式角速度センサ等において、製造誤差等による周波数応答のばらつきを小さくして角速度検出精度を向上させた角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の角速度センサに関する技術としては、例えば、次のような文献に記載されるものがあった。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７８１１６１号公報
【特許文献２】
特開平１１−４４５４０号公報
【特許文献３】
特開平２００１−８２９６４号公報
【特許文献４】
特開平１０−６５９５６号公報
【０００４】
図２は前記特許文献１、２等に記載された従来の角速度センサの概略の構成図、及び図３は図２の動作波形図である。
【０００５】
角速度センサの振動子１として圧電振動子（例えば、音叉型水晶振動子）を用いた場合、この振動子１の表面の所定の箇所に励振用の＋側駆動電極２ａ、−側駆動電極２ｂ、及びコリオリ力検出用の＋側検出電極３ａ、−側検出電極３ｂ等が設けられる。＋側駆動電極２ａ及び−側駆動電極２ｂには、振動子１を励振させるための交流（以下「ＡＣ」という。）電圧の駆動信号Ｓｄを供給する発振回路からなる駆動回路１０が接続される。又、＋側検出電極３ａ及び−側検出電極３ｂには、振動子１に加わる角速度ωに比例する直流（以下「ＤＣ」という。）電圧の検出信号Ｓｏｕｔを出力するコリオリ力検出回路２０が接続される。
【０００６】
振動子１は質量ｍを有し、駆動回路１０から−側駆動電極２ｂに駆動信号Ｓｄが印加されると、この振動子１がＸ軸に沿ってＢ方向に所定の周波数で振動する。Ｙ軸の回りに角速度ωが加わると、Ｘ軸と直交するＺ軸方向にコリオリ力Ｆ（＝２ｍｖω、但し、ｖは振動子１の振動速度）が発生する。コリオリ力Ｆは角速度ωの大きさに比例して定まることから、＋側検出電極３ａ、−側検出電極３ｂ及びコリオリ力検出回路２０により、コリオリ力Ｆを振動子１の歪み変位量として検出することで、この振動子１の角速度ωの大きさを求めることができる。
【０００７】
即ち、駆動回路１０において、＋側駆動電極２ａの出力電流は、電流／電圧（以下「Ｉ／Ｖ」という。）変換回路１１で電圧に変換され、この電圧が自動利得制御（以下「ＡＧＣ」という。）回路１２でゲインが制御され、図示しないバッファ増幅器（以下この「増幅器」を「アンプ」という。）等を介して駆動信号Ｓｄが−側駆動電極２ｂに供給され、振動子１が振動する。
【０００８】
一定の周波数で特定方向に振動する振動子１に角速度ωが加わると、この振動子１にコリオリ力Ｆが発生し、これに応じた振動子信号（即ち、電流）が検出電極３ａ，３ｂから出力される。この出力電流は、コリオリ力検出回路２０内のＩ／Ｖ変換回路２１で電圧に変換されて角速度検出信号Ｓ２１が生成され、この角速度検出信号Ｓ２１が位相シフト回路２２へ送られる。
【０００９】
位相シフト回路２２は、例えば、抵抗及びコンデンサにより構成されている。Ｉ／Ｖ変換回路２１から出力される角速度検出信号Ｓ２１は、振動子１の特性から、駆動信号Ｓｄに対して位相が９０°遅れる。そこで、駆動信号Ｓｄに同期させるために、抵抗及びコンデンサからなる位相シフト回路２２により、角速度検出信号Ｓ２１の位相を９０°遅らせ、この位相遅れの角速度検出信号Ｓ２２を同期検波回路２３へ送る。
【００１０】
同期検波回路２３は、角速度ωが加わった方向（即ち、回転方向であり、図３の角速度検出信号Ｓ２１の波形は右回転を示し、この波形の位相が１８０°ずれると左回転となる。）を知るために、Ｉ／Ｖ変換回路１１の出力電圧に基づき、位相シフト回路２２から出力される位相遅れの角速度検出信号Ｓ２２を同期検波して、図３に示すような同一極性の検波信号Ｓ２３を出力する。この検波信号Ｓ２３は、ローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）２４で高周波成分が除去され、振動子１に加えられた角速度ωに比例したＤＣ検出信号Ｓｏｕｔが出力される。
【００１１】
このような角速度センサの用途としては、例えば、車両や航空機等に搭載し、この走行或いは飛行軌跡を記録したり、旋回時に発生するヨーレイトを検出することが行われている。角速度センサをロボットに搭載し、この姿勢制御等にも応用されている。又、最近では、ごく一般的なカーナビゲーション等での車両位置検知や、ビデオカメラ等の手振れ検出等のためにも搭載されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の特許文献１、２等に記載されたような角速度センサでは、次のような課題があった。
【００１３】
角速度センサにおいて、振動子１の位相の周波数応答は、駆動電極３１ａ，３１ｂａ側の共振周波数Ｆｄと検出電極３２ａ，３２ｂ側の共振周波数Ｆｓとの周波数差ΔＦ＝Ｆｓ−Ｆｄに依存する。又、周波数差ΔＦは、振動子１の外形の加工精度に支配され、高い加工精度が要求される。従来は、レーザトリミングやサンドブラスト等で振動子１の外形を削る等して、周波数差ΔＦの調整を行っていたが、このばらつきを抑えることが困難であった。
【００１４】
振動子１の検出電極３ａ，３ｂから出力される振動子信号は、微小電流であり、周囲環境の温度変化や電源電圧の変動等によって影響を受け易く、特に、上述のような周波数差ΔＦにばらつきがあると、ＤＣ検出信号Ｓｏｕｔの精度が低下するという問題が生じる。
【００１５】
特許文献４の技術では、ビデオカメラ等の面振れや手振れ（この周波数領域は、約０．５Ｈｚ〜３０Ｈｚ）を補正するために、角速度センサによって面振れや手振れ時の角速度信号を検出し、補正サーボによってレンズ角度の補正制御を行っている。しかし、上述のような周波数差ΔＦにばらつきがあると、面振れや手振れを補正するための信号がずれ、補正方向等が誤動作するといった問題も生じる。
【００１６】
又、特許文献３に記載された角速度センサでは、振動子としてシリコン基板上に形成した平面振動体（即ち、シリコン振動子）を用い、ＡＣ電圧を印加してシリコン基板上の電極間に静電力を発生させ、この静電力により平面振動体を振動させる。振動する平面振動体に角速度が加わると、前記振動方向に対して直交する方向にコリオリ力が発生して平面振動体がコリオリ力の方向に振動するので、この振動振幅の大きさに対応する電気信号を検出して角速度の大きさを検知するものである。このようなシリコン振動子を用いた角速度センサ、あるいはその他の角速度センサにおいても、上記のような問題が生じる。
【００１７】
本発明は、前記従来技術がもっていた課題を解決し、比較的簡単な回路構成によって周波数差ΔＦのばらつきの補正が可能な角速度センサを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の角速度センサでは、ＡＣ駆動信号を出力する駆動回路と、前記駆動信号により励振され、角速度の大きさと方向に応じて振幅が変化する振動子信号を出力する振動子と、前記振動子信号を角速度検出信号に変換する角速度検出回路と、前記駆動信号に基づき、前記角速度検出信号を同期検波して同一極性の検波信号を出力する同期検波回路と、前記検波信号を平滑して前記角速度に応じたＤＣ検出信号を出力する平滑回路と、前記平滑回路の入力側又は出力側に接続され、前記駆動回路側の第１の共振周波数と前記角速度検出回路側の第２の共振周波数との周波数差を打ち消すように前記検波信号又は前記ＤＣ検出信号の位相を調整する位相調整手段と、を備えている。
【００１９】
ここで、例えば、前記位相調整手段は、抵抗及びコンデンサからなるＬＰＦで構成されている。或いは、前記位相調整手段は、抵抗及びコンデンサからなるＬＰＦで構成され、かつ前記抵抗が可変抵抗又は前記コンデンサが可変コンデンサで構成されている。又、前記同期検波回路は、前記駆動信号と前記角速度検出信号とを乗算して前記検波信号を生成する回路で構成されている。
【００２０】
本発明では、このような構成を採用したことにより、駆動回路から駆動信号が出力されると、振動子が振動する。駆動回路の駆動信号により、振動子が所定の周波数で特定方向に振動している時、この振動子に角速度が加わると、振動方向に対して直交する方向に、角速度の大きさに比例したコリオリ力が発生し、該振動子から振動子信号が出力される。振動子信号は、角速度検出回路によって角速度検出信号に変換され、同期検波回路へ送られる。
【００２１】
同期検波回路では、駆動信号に基づき、角速度検出信号を同期検波し、同一極性の検波信号を出力する。この検波信号は、平滑回路によって平滑され、前記角速度に応じたＤＣ検出信号が出力される。平滑回路の入力側の検波信号又は出力側のＤＣ検出信号は、位相調整手段によって位相が調整され、駆動回路側の第１の共振周波数と角速度検出回路側の第２の共振周波数との周波数差のばらつきが抑制される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態を示す角速度センサの要部の構成図であり、同図（ａ）は全体の回路図、同図（ｂ）は位相シフト回路７１の回路図、同図（ｃ）は平滑回路８０の回路図、同図（ｄ）は平滑部８２の回路図、及び同図（ｅ）は平滑部８２の他の構成の回路図である。
【００２３】
図１（ａ）に示す角速度センサは、例えば、図２と同様の原理に基づくものであり、振動子（例えば、音叉型水晶振動子等の圧電振動子）３０を有している。振動子３０の所定箇所には、この振動子３０を励振するための＋側駆動電極３１ａ及び−側駆動電極３１ｂと、該振動子３０に加わる角速度に応じた（例えば、比例した）電荷を検出して振動子信号を出力する＋側検出電極３２ａ及び−側検出電極３２ｂとが設けられている。
【００２４】
＋側駆動電極３１ａ及び−側駆動電極３１ｂには、振動子３０の特定方向の振動を励起するためのＡＣ電圧の駆動信号Ｓｄを該−側駆動電極３１ｂに供給するための発振回路からなる駆動回路４０が接続されている。＋側検出電極３２ａ及び−側検出電極３２ｂには、振動子３０に加わる角速度ωに比例したＤＣ電圧の検出信号Ｓｏｕｔを出力するコリオリ力検出回路５０が接続されている。
【００２５】
駆動回路４０は、＋側駆動電極３１ａに接続されたＩ／Ｖ変換回路４１を有している。Ｉ／Ｖ変換回路４１は、＋側駆動電極３１ａの出力電流を電圧に変換して出力電圧Ｓ４１を出力する回路であり、カレントアンプ等で構成されている。Ｉ／Ｖ変換回路４１の出力端子には、図示しないが、この出力電圧Ｓ４１の高周波成分を除去するＬＰＦや、振動子３０が起動期間の時にはゲインを大きくし、この起動期間経過後の安定期間の時にはゲインを小さくする起動補償回路等を介して、ＡＧＣ回路４２が接続されている。ＡＧＣ回路４２は、図示しないＬＰＦや起動補償回路等を介して送られてくる出力電圧Ｓ４１を入力し、制御電圧Ｓ４５に基づきゲインが制御される回路であり、この回路の出力端子が、図示しないバッファアンプ等を介して−側駆動電極３１ｂに接続されている。
【００２６】
＋側検出電極３２ａ及び−側検出電極３２ｂに接続されたコリオリ力検出回路５０は、該＋側検出電極３２ａ及び−側検出電極３２ｂに接続された角速度検出回路６０を有している。角速度検出回路６０は、振動子３０の振動によって検出電極３２ａ，３２ｂから出力される振動子信号（即ち、電荷）を入力し、これを角速度検出信号Ｓ６４に変換する回路であり、この出力端子に、位相シフト回路７１を介して同期検波回路７２が接続されている。角速度検出信号Ｓ６４は、振動子３０の特性から、Ｉ／Ｖ変換回路４１の出力電圧Ｓ４１に対して位相が９０°遅れる。そこで、出力電圧Ｓ４１に同期させるために、位相シフト回路７１を設け、角速度検出信号Ｓ６４の位相を９０°遅らせている。
【００２７】
位相シフト回路７１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ＬＰＦで構成され、角速度検出回路６０の出力側に接続された入力ノード７１ａと、同期検波回路７２の入力側に接続された出力ノード７１ｄとを有している。入力ノード７１ａと出力ノード７１ｄとの間には、抵抗７１ｂが接続され、さらに、その出力ノード７１ｄが、コンデンサ７１ｃを介して接地電位ノード（以下「ＧＮＤ」という。）に接続されている。
【００２８】
同期検波回路７２は、振動子３０に対して角速度ωの加わった方向（回転方向）を知るために、Ｉ／Ｖ変換回路４１の出力電圧Ｓ４１に基づき、位相シフト回路７１の出力信号Ｓ７１を同期検波して同一極性の検波信号Ｓ７２を出力する回路であり、乗算回路等で構成されている。同期検波回路７２の出力端子には、平滑回路８０が接続されている。平滑回路８０は、検波信号Ｓ７２を平滑して、振動子３０に加えられる角速度ωに応じたＤＣ検出信号Ｓｏｕｔ７２を出力する回路であり、例えば、図１（ｃ）に示すように、位相調整手段８１及び平滑部８２により構成されている。
【００２９】
位相調整手段８１は、駆動電極３１ａ，３１ｂ側の第１の共振周波数Ｆｄと検出電極３２ａ，３２ｂ側の第２の共振周波数Ｆｓとの位相差ΔＦを打ち消すように、検波信号Ｓ７２の位相を調整して（例えば、遅らせて）、調整済み検波信号Ｓ８１を出力する回路であり、例えば、抵抗８１ｂ及びコンデンサ８１ｃからなるＬＰＦで構成されている。位相シフト回路７１の出力ノード７１ｄに接続された入力ノード８１ａには、抵抗８１ｂの一端が接続され、この抵抗８１の他端が、コンデンサ８１ｃを介してＧＮＤに接続されると共に、出力ノード８１ｄを介して平滑部８２の入力側に接続されている。
【００３０】
平滑部８２は、調整済み検波信号Ｓ８１を平滑してＤＣ検出信号Ｄｏｕｔを出力する回路であり、例えば、図１（ｄ）或いは図１（ｅ）に示すような回路で構成されている。図１（ｄ）に示す平滑部８２では、位相調整手段８１の出力ノード８１ｄに接続された入力ノード８２ａと、ＧＮＤに接続された入力ノード８２ｂと、ＤＣ検出信号Ｄｏｕｔを出力する出力ノード８２ｅと、ＧＮＤに接続された出力ノード８２ｆとを有している。入力ノード８２ａには、ダイオード８２ｃのアノードが接続され、このダイオード８２ｃのカソードが、出力ノード８２ｅに接続されると共に、コンデンサ８２ｄを介してノード８２ｂ，８２ｆに接続されている。この平滑部８２では、ノード８２ａから調整済み検波信号Ｓ８１が入力されると、この検波信号Ｓ８１の電荷をダイオード８２ｃを通してコンデンサ８２ｄに蓄積し、このコンデンサ８２ｄの蓄積電荷をノード８２ｅ側へ放電することにより、検波信号Ｓ８１の平滑を行っている。
【００３１】
又、図１（ｅ）に示す平滑部８２では、入力ノード８２ａに、コンデンサ８２ｇを介して入力ノード８２ｂが接続されると共に、チョークコイル８２ｈを介して出力ノード８２ｅが接続されている。出力ノード８２ｅは、コンデンサ８２ｉを介して出力ノード８２ｆに接続されている。この平滑部８２では、入力ノード８２ａから調整済み検波信号Ｓ８１が入力されると、この検波信号Ｓ８１の交流分がコンデンサ８２ｇを通して入力ノード８２ｂへ流れ、該検波信号Ｓ８１の直流分がチョークコイル８２ｈを通して出力ノード８２ｅ側へ流れる。チョークコイル８２ｈを通った残りの交流分は、コンデンサ８２ｉ側に流れる。これにより、検波信号Ｓ８１の平滑が行われる。
【００３２】
図４（ａ）、（ｂ）は、図１の動作波形図であり、同図（ａ）は角速度ω（ｔ）の波形図、及び同図（ｂ）は検波信号Ｓ７２の周波数応答波形図である。
【００３３】
以下、図４（ａ）、（ｂ）の動作波形図を参照しつつ、図１の角速度センサにおける駆動回路４０の動作（Ａ）と、コリオリ力検出回路５０の動作（Ｂ）とを説明する。
【００３４】
（Ａ）  駆動回路４０の動作
電源電圧を印加すると、ＡＧＣ回路４２から出力されるＡＣ駆動信号Ｓｄが振動子３０の−側駆動電極３１ｂに与えられ、該振動子３０が振動を開始する。振動子３０が振動を開始すると、＋側駆動電極３１ａの出力電流がＩ／Ｖ変換回路４１で電圧に変換され、出力電圧Ｓ４１が出力される。この出力電圧Ｓ４１は、図示しないＬＰＦや起動補償回路等を通して、制御電圧Ｓ４５によりＡＧＣ回路４２でゲインが制御され、図示しないバッファアンプ等を介して、ＡＣ駆動信号Ｓｄが振動子３０の−側駆動電極３１ｂに供給される。振動子３０が振動を開始した後、安定期間になると、ＡＧＣ回路４２から図示しないバッファアンプ等を介して出力されるＡＣ駆動信号Ｓｄにより、振動子３０が一定の周波数で特定方向に振動する。
【００３５】
ＡＣ駆動信号Ｓｄによって振動子３０が一定の周波数で特定方向の振動を継続すると、Ｉ／Ｖ変換回路４１の出力電圧Ｓ４１が、図示しないバッファアンプ等を介して、同期検波回路７２に与えられる。
【００３６】
（Ｂ）  コリオリ力検出回路５０の動作
一定の周波数で特定方向に振動している振動子３０に角速度ωが加わると、この振動子３０にコリオリ力Ｆが作用し、該振動子３０の特定方向の振動方向に対して直交する方向の振動が生まれ、この振動によって振動子３０に発生する電荷が検出電極３２ａ，３２ｂによって検出され、この検出された振動子信号（電流）が検出電極３２ａ，３２ｂから出力される。この出力電流は、角速度検出回路６０で電圧に変換され、角速度検出信号Ｓ６４が出力されて位相シフト回路７１へ送られる。
【００３７】
位相シフト回路７１は、角速度検出信号Ｓ６４の位相を９０°遅らせ、出力信号Ｓ７１を同期検波回路７２へ送る。同期検波回路７２では、角速度ωの加わった方向（回転方向）を知るために、例えば、Ｉ／Ｖ変換回路４１の出力電圧Ｓ４１と、位相シフト回路７１の出力信号Ｓ７１とを乗算することにより、該出力信号Ｓ７１を同期検波して同一極性の検波信号Ｓ７２を出力する。
【００３８】
ここで、振動子３０に印加される角速度ωは、面振れや手振れがあると、一定ではなく、時間ｔと共に変化する。例えば、図４（ａ）に示すように、面振れや手振れによって角速度ωが正弦波的に変化する場合、この角速度ωは次式（１）で表される。
ω（ｔ）＝ωｍａｘ・ｓｉｎ  ２πｆωｔ                 （１）
但し、ωｍａｘ  ；角速度最大値
ｆω    ；手振れ周波数
【００３９】
一方、製造誤差等により、駆動電極３１ａ，３１ｂ側の共振周波数Ｆｄと検出電極３２ａ，３２ｂ側の共振周波数Ｆｓとの周波数差ΔＦがばらつくと、角速度ω（ｔ）の位相がづれて図４（ａ）のような破線の波形となる。同期検波回路７２から出力される検波信号Ｓ７２における位相θの周波数特性は、図４（ｂ）に示すように、手振れ周波数ｆωの最大値が例えば５０Ｈｚのときには、位相θが−７°付近で大きくばらつき（θ±α°）、コリオリ力検出回路５０の検出精度が低下する。
【００４０】
そこで、本実施形態では、位相θのばらつき±α°を所定範囲（例えば、±３°）内に抑制するために、位相調整手段８１で位相調整を行っている。この位相調整手段８１では、抵抗値Ｒの抵抗８１ｂと容量値Ｃのコンデンサ８１ｃとからなるＬＰＦにより、カットオフ周波数ｆoで検波信号Ｓ７２の高周波成分を遮断し、ばらつき±α°を例えば±３°以内に抑制している。
【００４１】
即ち、ＲＣからなるＬＰＦによって位相調整を行う場合、位相θは次式（２）のようになる。
θ＝ｔａｎ−１ (ｆω／ｆo )                        （２）
ここで、
ｆo ＝１／（２πＲＣ）                           （３）
又、ＬＰＦで位相調整のみを行い、振幅（即ち、感度）に影響を与えないために、カットオフ周波数ｆo は次式（４）の条件で選ぶのが望ましい。
ｆo  ＞  １０×ｆ                                （４）
【００４２】
（４）式のｆは、面振れや手振れ等を考慮して規格で設定された周波数の値である。そのため、（２）式〜（４）式に基づき、抵抗値Ｒ及び容量値Ｃを所定の値に設定した位相調整手段８１により、検波信号Ｓ７２の高周波成分を遮断すれば、その位相調整手段８１から出力される調整済み検波信号Ｓ８１の位相θのばらつき±α°を例えば±３°以内に抑えることができる。
【００４３】
調整済み検波信号Ｓ８１は、平滑部８２で平滑され、角速度ωに比例したＤＣ検出信号Ｓｏｕｔが出力される。このＤＣ検出信号Ｓｏｕｔの精度をさらに向上させるために、図示しない回路によって感度や０点電圧、温度変化等を補正しても良い。
【００４４】
以上のように、この第１の実施形態では、次の（i）、（ii）のような効果がある。
【００４５】
（i）  製造誤差等により、駆動電極３１ａ，３１ｂ側の共振周波数Ｆｄと検出電極３２ａ，３２ｂ側の共振周波数Ｆｓとの周波数差ΔＦにばらつきが生じても、同期検波回路７２から出力される検波信号Ｓ７２に対し、位相調整手段８１で高周波成分が遮断されて位相が調整されるので、その検波信号Ｓ７２の位相θのばらつき±α°が所定範囲（例えば、±３°）内に抑制される。この結果、平滑部８２から出力されるＤＣ検出信号Ｓｏｕｔの検出精度を向上できる。
【００４６】
（ii）  位相調整手段８１をＲＣのＬＰＦで構成したので、抵抗８１ｂの抵抗値Ｒとコンデンサ８１ｃの容量値Ｃの設定により、検波信号Ｓ７２の位相θのばらつき±α°を所定範囲内に簡単に抑制できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態を示す角速度センサの構成図であり、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００４８】
この角速度センサは、図１の角速度センサの駆動回路４０において、Ｉ／Ｖ変換回路４１がカレントアンプで構成されると共に、ＡＧＣ回路４２に与える制御電圧Ｓ４５を生成するための回路が設けられている。さらに、図１のコリオリ力検出回路５０において、角速度検出回路６０がＩ／Ｖ変換回路６１，６２、差動アンプ６３及び反転アンプ６４で構成されている。その他の構成は、図１と同様である。
【００４９】
即ち、図５の駆動回路４０において、振動子３０の＋側駆動電極３１ａに接続されたＩ／Ｖ変換回路４１は、演算増幅器（以下「オペアンプ」という。）４１ａ、帰還抵抗４１ｂ、及び帰還コンデンサ４１ｃからなるカレントアンプで構成されている。オペアンプ４１ａの＋側入力端子は固定電位ノードＡＧに接続され、−側入力端子が＋側駆動電極３１ａに接続されている。オペアンプ４１ａの−側入力端子と出力端子との間には、帰還抵抗４１ｂと帰還コンデンサ４１ｃが並列に接続されている。オペアンプ４１ａの出力端子には、図示しないバッファアンプ等を介して整流回路４３が接続され、さらに基準電源回路４４が設けられている。
【００５０】
整流回路４３は、図示しないバッファアンプ等を介して与えられる出力電圧Ｓ４１を整流し、ＤＣ電圧Ｓ４３（又はＤＣ電流）を出力する回路である。基準電源回路４４は、電源電圧の変化や温度変化等に対して一定の電圧を生成し、この一定の電圧に基づき、整流回路４３のもつ温度係数を相殺するような基準電圧Ｓ４４（又は基準電流）を出力する回路であり、この出力端子と整流回路４３の出力端子とに、比較回路４５が接続されている。比較回路４５は、ＤＣ電圧Ｓ４３（又はＤＣ電流）と基準電圧Ｓ４４（又は基準電流）とを比較し、この電圧差（又は電流差）を積分して制御電圧Ｓ４５を出力する回路であり、この出力端子がＡＧＣ回路４２の制御端子に接続されている。
【００５１】
図５のコリオリ力検出回路５０において、角速度検出回路６０は、＋側検出電極３２ａに接続されたＩ／Ｖ変換回路６１と、−側検出電極３２ｂに接続されたＩ／Ｖ変換回路６２とを有し、これらの出力端子に差動アンプ６３及び反転アンプ６４が接続されている。Ｉ／Ｖ変換回路６１，６２は、振動子３０に加速度ωが加わった時に検出電極３２ａ，３２ｂに逆相の振動子信号（電流）が発生するので、これを電圧に変換する回路である。Ｉ／Ｖ変換回路６１は、Ｉ／Ｖ変換回路４１と同様に、オペアンプ６１ａ、帰還抵抗６１ｂ及び帰還コンデンサ４１ｃからなるカレントアンプで構成されている。同様に、Ｉ／Ｖ変換回路６２も、オペアンプ６２ａ、帰還抵抗６２ｂ及び帰還コンデンサ６２ｃからなるカレントアンプで構成されている。
【００５２】
差動アンプ６３は、２つのＩ／Ｖ変換回路６１，６２の出力電圧の差を増幅する回路であり、又駆動回路４０のＡＣ駆動信号Ｓｄによるクロストーク等の同相信号をキャンセルする機能を有している。この差動アンプ６３は、Ｉ／Ｖ変換回路６１の出力端子に接続された入力抵抗６３ａと、Ｉ／Ｖ変換回路６２の出力端子に接続された入力抵抗６３ｂとを有し、該入力抵抗６３ａの出力側が、抵抗６３ｃを介して固定電位ノードＡＧに接続されると共に、オペアンプ６３ｄの＋側入力端子に接続されている。入力抵抗６３ｂの出力側には、オペアンプ６３ｄの−側入力端子が接続されると共に、帰還抵抗６３ｅを介して該オペアンプ６３ｄの出力端子に接続されている。
【００５３】
差動アンプ６３の出力端子に接続された反転アンプ６４は、差動アンプ６３の出力信号を反転増幅して角速度検出信号Ｓ６４を位相シフト回路７１へ出力する回路であり、オペアンプ６３ｄの出力端子に接続された入力抵抗６４ａを有している。入力抵抗６４ａの出力側は、オペアンプ６４ｂの−側入力端子に接続されると共に、帰還抵抗６４ｃを介して該オペアンプ６４ｂの出力端子に接続されている。オペアンプ６４ｂの＋側入力端子は、固定電位ノードＡＧに接続されている。
【００５４】
次に、図５の角速度センサの動作を説明する。
【００５５】
電源電圧の印加によって振動子３０が振動を開始する。振動子３０の＋側駆動電極３１ａから出力された電流は、Ｉ／Ｖ変換回路４１で電圧に変換され、出力電圧Ｓ４１が出力される。この出力電圧Ｓ４１は、図示しないバッファアンプ等を介して、整流回路４３でＤＣ電圧Ｓ４３（又はＤＣ電流）に変換され、比較回路４５へ送られる。比較回路４５では、基準電源回路４４から出力された基準電圧Ｓ４４（又は基準電流）と、整流回路４３から出力されたＤＣ電圧Ｓ４３（又はＤＣ電流）とを比較し、制御電圧Ｓ４５をＡＧＣ回路４２へ出力する。Ｉ／Ｖ変換回路４１の出力電圧Ｓ４１は、図示しないＬＰＦや起動補償回路等を介して、ＡＧＣ回路４２によりゲインが制御される。このＡＧＣ回路４２から、図示しないバッファアンプ等を介してＡＣ駆動信号Ｓｄが−側駆動電極３１ｂに供給され、振動子３０が一定の周波数で特定方向に振動する。
【００５６】
一定周波数で特定方向に振動している振動子３０に角速度ωが加わると、この振動子３０にコリオリ力Ｆが作用し、該振動子３０の特定方向の振動方向に対して直交する方向の振動が生まれる。この振動によって振動子３０に発生する電荷が、検出電極３２ａ，３２ｂによって検出され、この検出された振動子信号（電流）が検出電極３２ａ，３２ｂから出力される。この出力電流は、角速度検出回路６０内のＩ／Ｖ変換回路６１，６２で電圧に変換され、これらのＩ／Ｖ変換回路６１，６２の出力電圧が差動アンプ６２で差動増幅される。差動アンプ６３の出力電圧は、反転アンプ６４で反転増幅され、角速度検出信号Ｓ６４が出力される。
【００５７】
ＡＣ駆動信号Ｓｄによって振動子３０が一定の周波数で特定方向に振動すると、この出力電圧Ｓ４１が図示しないバッファアンプ等を介して、同期検波回路７２に与えられる。一方、反転アンプ６４から出力された角速度検出信号Ｓ６４は、位相シフト回路７１で位相が９０°遅れ、この出力信号Ｓ７１が同期検波回路７２へ送られる。同期検波回路７２では、第１の実施形態と同様に、Ｉ／Ｆ変換回路４１から与えられる出力電圧Ｓ４１に基づき、位相シフト回路７１の出力信号Ｓ７１を同期検波して同一極性の検波信号Ｓ７２を出力する。
【００５８】
検波信号Ｓ７２は、第１の実施形態と同様に、位相調整手段８１で高周波成分が遮断されて位相が調整され、平滑部８２で平滑され、角速度ωに応じたＤＣ検出信号Ｓｏｕｔが出力される。
【００５９】
以上のように、この第２の実施形態では、第１の実施形態の効果が得られる上に、次の（イ）、（ロ）のような効果もある。
【００６０】
（イ）  基準電源回路４４によって一定の基準電圧Ｓ４４（又は基準電流）を生成し、これを比較回路４５によってＤＣ電圧Ｓ４３（又はＤＣ電流）と比較して制御電圧Ｓ４５を生成しているので、電源電圧や周囲温度等が変化しても、Ｉ／Ｖ変換回路４１に入力する振動子電流Ｉｘが一定となるように、ＡＧＣ回路４２が働く。振動子電流Ｉｘと振動速度は比例することから、振動子電流Ｉｘを一定に保つことは高精度の角速度センサ回路の要諦となる。コリオリ力Ｆは振動子電流Ｉｘを一定に保つことにより、角速度ωを正確に検出できる。これにより、ＤＣ検出信号Ｓｏｕｔの検出精度を向上できる。
【００６１】
（ロ）  角速度検出回路６０は、２つのＩ／Ｖ変換回路６１，６２の出力を差動アンプ６３で差動増幅し、これを反転アンプ６４で反転増幅して角速度検出信号Ｓ６４を出力するようにしているので、検出精度や安定性がよい。
【００６２】
（第３の実施形態）
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態を示す位相調整手段の回路図であり、図１（ｃ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００６３】
この位相調整手段は、図１或いは図５の位相調整手段８１の他の回路構成例を示すものであり、抵抗値Ｒ又は容量値Ｃの調整が可能な構成になっている。
【００６４】
即ち、図６（ａ）の位相調整手段は、抵抗値Ｒの調整が可能な構成になっており、入力ノード８１ａと出力ノード８１ｄとの間に、複数（ｎ）の抵抗８１ｂ−１〜８１ｂ−ｎが並列に接続され、さらに、その各抵抗８１ｂ−１〜８１ｂ−ｎに、トランジスタ等で構成されたスイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎがそれぞれ直列に接続されている。各スイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎは、メモリ８１ｅに記憶されたスイッチ切換データにより駆動されるバッファ８１ｆによってオン、オフ動作するようになっている。出力ノード８１ｄは、コンデンサ８１ｃを介してＧＮＤに接続されている。
【００６５】
この図６（ａ）の位相調整手段では、同期検波回路７２から出力される検波信号Ｓ７２の位相θのばらつき±α°を測定しておいてこのばらつきを所定範囲内に抑制するために、メモリ８１ｅに記憶されたスイッチ切換データによってスイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎを切り換え、抵抗値Ｒを調整できるようになっている。これにより、位相θのばらつき±α°を所定範囲内に簡単かつ的確に抑えることができる。
【００６６】
図６（ｂ）の位相調整手段は、図６（ａ）と同様に、抵抗値Ｒの調整が可能な構成になっており、入力ノード８１ａと出力ノード８１ｄとの間に、複数（ｎ）の抵抗８１ｂ−１〜８１ｂ−ｎが直列に接続され、さらに、その各抵抗８１ｂ−１〜８１ｂ−ｎに、トランジスタ等で構成されたスイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎがそれぞれ並列に接続されている。各スイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎは、メモリ８１ｅに記憶されたスイッチ切換データにより駆動されるバッファ８１ｆによってオン、オフ動作するようになっている。出力ノード８１ｄは、コンデンサ８１ｃを介してＧＮＤに接続されている。
【００６７】
この図６（ｂ）の位相調整手段では、図６（ａ）と同様に、同期検波回路７２から出力される検波信号Ｓ７２の位相θのばらつき±α°を測定しておいてこのばらつきを所定範囲内に抑制するために、メモリ８１ｅに記憶されたスイッチ切換データによってスイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎを切り換え、抵抗値Ｒを調整できるようになっている。これにより、位相θのばらつき±α°を所定範囲内に簡単かつ的確に抑えることができる。
【００６８】
又、図６（ｃ）の位相調整手段は、容量値Ｃの調整が可能な構成になっており、入力ノード８１ａが抵抗８１ｂを介して出力ノード８１ｄに接続され、この出力ノード８１ｄとＧＮＤとの間に、複数（ｎ）のコンデンサ８１ｃ−１〜８１ｃ−ｎが並列に接続され、さらに、その各コンデンサ８１ｃ−１〜８１ｃ−ｎに、トランジスタ等で構成されたスイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎがそれぞれ直列に接続されている。各スイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎは、メモリ８１ｅに記憶されたスイッチ切換データにより駆動されるバッファ８１ｆによってオン、オフ動作するようになっている。
【００６９】
この図６（ｃ）の位相調整手段では、図６（ａ）と同様に、同期検波回路７２から出力される検波信号Ｓ７２の位相θのばらつき±α°を測定しておいてこのばらつきを所定範囲内に抑制するために、メモリ８１ｅに記憶されたスイッチ切換データによってスイッチ手段８１ｇ−１〜８１ｇ−ｎを切り換え、容量値Ｃを調整できるようになっている。これにより、位相θのばらつき±α°を所定範囲内に簡単かつ的確に抑えることができる。
【００７０】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次の（１）〜（５）のようなものがある。
【００７１】
（１）  振動子３０は、音叉型水晶振動子等の圧電振動子を例にとって説明したが、音叉型以外の音片型、Ｈ型、リング型等の他の形式のものを用いたり、振動子材料として水晶以外の他の圧電材料を用いることも可能である。さらに、駆動電極３１ａ，３１ｂや検出電極３２ａ、３２ｂの数や配置位置等は、適宜変更可能である。
【００７２】
（２）  振動子３０としては、圧電振動子以外のシリコン振動子等の他の構造の振動子を用いてもよい。他の構造の振動子を用いる場合には、振動子の構造に対応して図１の角速度検出回路６０の回路構成を変更し、さらにこれに対応させて図１のＩ／Ｖ変換回路４１を他の回路に置換える等の変更を行えば、実施形態のような効果が得られる。
【００７３】
（３）  角速度検出回路６０の回路構成をより簡単にするために、図５の反転アンプ６４を省略し、これに代えて差動アンプ６３を反転差動アンプに置き換えることにより、回路の素子数を削減できる。又、図５の角速度検出回路６０を１つのＩ／Ｖ変換回路等で構成することも可能である。この場合、例えば、振動子３０に設けられる２つの検出電極３２ａ又は３２ｂのいずれか一方を固定電位ノードに接続し、他方の電極から出力された電荷を１つのＩ／Ｖ変換回路で電圧に変換して角速度検出信号Ｓ６４を生成すれば良い。これにより、角速度検出回路６０の回路構成をより簡単化できる。
【００７４】
（４）  同期検波回路７２は、乗算回路で構成する以外に、他の回路で構成してもよい。例えば、出力電圧Ｓ４１を方形波の信号に変換し、この方形波の信号に基づいて位相シフト回路７１の出力信号Ｓ７１を検波し、この検波した信号の極性を切り換えて同一極性の検波信号Ｓ７２を生成するような回路構成等も採用できる。
【００７５】
（５）  平滑部８２の入力側に設けられた位相調整手段８１を、平滑部８２の出力側に設け、該平滑部８２の出力の位相を調整するようにしても、上記実施形態とほぼ同様の作用、効果が得られる。又、位相調整手段８１及び平滑部８２は、図示以外の回路で構成しても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、製造誤差等により、周波数差にばらつきが生じても、位相調整手段で位相が調整されるので、検波信号の位相のばらつきが所定範囲内に抑制される。この結果、比較的簡単な回路構成で、ＤＣ検出信号の検出精度を向上できる。又、位相調整手段を固定型ＲＣのＬＰＦ或いは可変型ＲＣのＬＰＦで構成した場合、抵抗の抵抗値Ｒとコンデンサの容量値Ｃを所定の値に設定することにより、検波信号の位相のばらつきを所定範囲内に簡単に抑制できる。さらに、駆動信号と角速度検出信号とを乗算して検波信号を生成する構成にすると、温度変化による位相のずれを簡単かつ的確に相殺でき、検出精度をより向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す角速度センサの要部の構成図である。
【図２】従来の角速度センサの概略の構成図である。
【図３】図２の動作波形図である。
【図４】図１の動作波形図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す角速度センサの構成図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す位相調整手段の回路図である。
【符号の説明】
３０    振動子
４０    駆動回路
４１    Ｉ／Ｖ変換回路
４２    ＡＧＣ回路
５０    コリオリ力検出回路
６０    角速度検出回路
７１    位相シフト回路
７２    同期検波回路
８０    平滑回路
８１    位相調整手段
８２    平滑部
【図１】
2004212111.tif 000003
【図２】
2004212111.tif 000004
【図３】
2004212111.tif 000005
【図４】
2004212111.tif 000006
【図５】
2004212111.tif 000007
【図６】
2004212111.tif 000008