(57)【要約】【課題】検出感度の向上が容易な静電駆動型振動ジャイロ装置を提供する。【解決手段】直流バイアスに交流信号を重畳して駆動信号を作り出す駆動信号発生部３と、駆動信号に基づいた静電力によって振動する振動体２とを有する。駆動信号発生部３と振動体２間の信号経路上には例えばパッシブフィルター１０を設ける。パッシブフィルター１０は、駆動信号発生部３の出力の駆動信号から交流信号を取り出し、この交流信号を直流バイアス電源１２からの直流バイアスに重畳し当該重畳信号を駆動信号として振動体２に供給する。振動体２に供給される駆動信号の交流信号の振幅は駆動信号発生部３により、また、その直流バイアスは直流バイアス電源１２によって、それぞれ、別個独立に制御できる。駆動信号の交流信号の振幅と直流バイアスとの積に応じた静電力を容易に大きくできて検出感度を容易に向上できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流バイアスに交流信号を重畳して駆動信号を作り出す駆動信号発生部と、前記駆動信号に基づいた静電力によって振動する振動体とを有する静電駆動型振動ジャイロ装置において、駆動信号発生部から出力された駆動信号の直流バイアスをカットして駆動信号から交流信号を取り出し、この取り出した交流信号を直流バイアス電源から供給された直流バイアスに重畳させ、この重畳信号を駆動信号として振動体に向けて出力する駆動信号直流バイアス変換部が設けられていることを特徴とする静電駆動型振動ジャイロ装置。
【請求項２】
駆動信号直流バイアス変換部は、駆動信号発生部からの直流バイアスをカットする機能と直流バイアス電源からの直流バイアスを取り込む機能を有するパッシブフィルターを有し、このパッシブフィルターは、駆動信号発生部から出力された駆動信号の直流バイアスをカットして駆動信号から交流信号を取り出し、その取り出した交流信号を直流バイアス電源からの直流バイアスに重畳して駆動信号を作り出し振動体に向けて出力することを特徴とする請求項１記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。
【請求項３】
パッシブフィルターは、コンデンサと抵抗体を有して構成されるハイパスフィルターであることを特徴とする請求項２記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。
【請求項４】
直流バイアス電源からパッシブフィルターに至るまでの直流バイアス供給経路上には昇圧部が介設されており、直流バイアス電源からの直流バイアスが昇圧部によって高められてパッシブフィルターに供給されることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。
【請求項５】
駆動信号に基づいた静電力による振動体の駆動振動の振幅を検出してその検出振幅のモニタ信号を出力する駆動振動モニタ手段が設けられ、また、そのモニタ信号に基づいて、振動体を予め定められた設定の振幅で駆動振動させるための直流バイアスを作り出してパッシブフィルターに供給する自動利得制御部が設けられ、この自動利得制御部が直流バイアス電源として機能することを特徴とする請求項２又は請求項３又は請求項４記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。
【請求項６】
自動利得制御部は、駆動振動モニタ手段から出力された交流のモニタ信号を整流平滑して直流のモニタ信号に変換する整流平滑部と、その直流のモニタ信号の電圧値と、予め定められた基準電圧値とを比較して、基準電圧値に対する直流のモニタ信号の電圧値の差分に応じた直流バイアスを作り出してパッシブフィルターに向けて出力する直流バイアス発生部とを有していることを特徴とする請求項５記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカーナビゲーション装置や、自動車の姿勢制御用センサ装置などに使用される静電駆動型振動ジャイロ装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図５には静電駆動型振動ジャイロ装置の一構成例が簡略化されて示されている。この静電駆動型振動ジャイロ装置１は、振動体２と、駆動信号発生部３と、Ｃ／Ｖ変換部４とを有して構成されている。
【０００３】
振動体２は振動が可能に形成されているものであり、その構成には様々な形態があるが、その一例を簡単に述べる。例えば、振動体２は、図５に示すｘ方向とｙ方向に振動が可能に形成されており、当該振動体２には、駆動用の可動電極６が設けられている。その駆動用の可動電極６と間隔を介して駆動用の固定電極７が配設されている。
【０００４】
駆動信号発生部３は、図６（ａ）に示すような直流バイアスＶｂに交流信号Ｖｓが重畳されて成る駆動信号を作り出し、当該駆動信号を駆動用の固定電極７に向けて出力する構成を備えている。駆動用の固定電極７に駆動信号発生部３からの駆動信号が加えられると、その信号の大きさに応じた静電力が、振動体２の駆動用の可動電極６と、駆動用の固定電極７との間に発生し、この静電力によって、振動体２は、例えばｘ方向に振動する。ここでは、その静電力によるｘ方向の振動体２の振動を駆動振動と言う。
【０００５】
このように、振動体２が駆動振動しているときに、例えば、ｚ方向を中心軸として静電駆動型振動ジャイロ装置１が回転すると、振動体２には、ｙ方向のコリオリ力が発生し、このコリオリ力によって、振動体２はｙ方向にも振動する。ここでは、そのコリオリ力によるｙ方向の振動体２の振動を検出振動と言う。その振動体２の検出振動を例えば静電容量の変化として検出する検出手段とＣ／Ｖ変換部４が設けられている。その検出手段により検出される静電容量の変化をＣ／Ｖ変換部４によって電圧に変換して検出信号として出力する。さらに、この検出信号を信号処理することにより、例えば角速度の大きさ等が検出される。なお、Ｃ／Ｖ変換部４は、例えば、ＦＥＴ、オペアンプ、あるいは、チャージアンプ等を備えている。
【０００６】
また、振動体２にはモニタ用の可動電極８が設けられ、このモニタ用の可動電極８と間隔を介してモニタ用の固定電極９が配設されている。これらモニタ用の可動電極８と固定電極９は、振動体２の駆動振動によって、それら電極８，９間の静電容量が変化するように構成されている。Ｃ／Ｖ変換部４は、そのモニタ用の可動電極８と固定電極９間の静電容量（Ｃ）を電圧（Ｖ）に変換して、振動体２の駆動振動のモニタ信号として出力する構成を有している。
【０００７】
この例では、駆動信号発生部３は自励振回路を構成するものであり、当該駆動信号発生部３は、Ｃ／Ｖ変換部４から出力されたモニタ信号を利用して、振動体２が共振周波数でもって振動できるような駆動信号を作り出して駆動用の固定電極７に供給する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１１６５５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度を高めるためには、振動体２の検出振動の振幅が大きくなることが好ましい。振動体２の検出振動を大きくするためには、振動体２の駆動振動の振幅を大きくすればよく、そのためには、振動体２の駆動用の可動電極６と、固定電極７との間に作用する静電力を大きくすればよい。その静電力は、駆動信号発生部３から出力される駆動信号の直流バイアス値Ｖｂに、交流信号Ｖｓの振幅ｈを乗算した値に比例するものであることから、当該静電力を高めるためには、直流バイアス値Ｖｂを高めると共に、交流信号Ｖｓの振幅ｈを大きくすればよいと考えられる。
【００１０】
しかしながら、駆動信号発生部３は、ＩＣやオペアンプ等の能動素子を利用して駆動信号を作り出しており、その能動素子は予め定められた上限電圧値よりも大きい電圧の信号を出力することはできない。すなわち、駆動信号発生部３から出力する駆動信号の上限電圧値Ｖｍａｘが定まっている。このため、例えば、直流バイアスＶｂを、図６（ａ）に示すような値Ｖαから、上限電圧値Ｖｍａｘに近い図６（ｂ）に示すような値Ｖβに高めると、直流バイアスＶｂは高くなるが、駆動信号の上限電圧値Ｖｍａｘの規制によって、図６（ｂ）に示されるように、交流信号Ｖｓの振幅ｈ’は図６（ａ）の交流信号Ｖｓの振幅ｈよりも小さくなってしまう。また、交流信号Ｖｓの振幅ｈを大きくしようとすると、直流バイアスＶｂが小さくなってしまう。このように、駆動信号発生部３の能動素子の性質によって、駆動信号の直流バイアス値Ｖｂと、交流信号Ｖｓの振幅ｈとを両方共に大きくすることは難しい。よって、駆動信号に基づいた静電力の最大値が駆動信号発生部３の能動素子の出力の上限電圧値Ｖｍａｘによって定まってしまって、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度の向上は難しかった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、検出感度の向上が容易な静電駆動型振動ジャイロ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、直流バイアスに交流信号を重畳して駆動信号を作り出す駆動信号発生部と、前記駆動信号に基づいた静電力によって振動する振動体とを有する静電駆動型振動ジャイロ装置において、駆動信号発生部から出力された駆動信号の直流バイアスをカットして駆動信号から交流信号を取り出し、この取り出した交流信号を直流バイアス電源から供給された直流バイアスに重畳させ、この重畳信号を駆動信号として振動体に向けて出力する駆動信号直流バイアス変換部が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる各実施形態例の説明において、図５に示す静電駆動型振動ジャイロ装置と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００１４】
第１実施形態例の静電駆動型振動ジャイロ装置では、図５に示したような構成に加えて、図１に示すように、駆動信号発生部３から駆動用の固定電極７に至るまでの駆動信号の経路上に、駆動信号直流バイアス変換部として機能するパッシブフィルター１０が介設されている。このパッシブフィルター１０には、直流電源接続部１１を介して外部の直流バイアス電源１２が接続されている。このパッシブフィルター１０に関する構成以外の静電駆動型振動ジャイロ装置１の構成は、図５に示す静電駆動型振動ジャイロ装置１の構成とほぼ同様である。
【００１５】
パッシブフィルター１０は、図２に示すように、コンデンサ１４と、抵抗体１５とを有するハイパスフィルターにより構成されている。コンデンサ１４の一端側は駆動信号発生部３に接続され、コンデンサ１４の他端側は駆動用の固定電極７に接続されている。このコンデンサ１４の他端側から駆動用の固定電極７に至るまでの信号経路上に抵抗体１５の一端側が接続され、抵抗体１５の他端側は直流電源接続部１１を介して直流バイアス電源１２に接続されている。
【００１６】
このパッシブフィルター１０において、コンデンサ１４は、駆動信号発生部３から出力された駆動信号の直流バイアスＶｂをカットして駆動信号から交流信号Ｖｓを取り出して出力する。抵抗体１５は、直流バイアス電源１２から直流電源接続部１１を介して直流バイアスＶｅを取り込んで、この直流バイアスＶｅと、コンデンサ１４により取り出された交流信号Ｖｓとを重畳させる。その重畳信号が駆動信号としてパッシブフィルター１０から駆動用の固定電極７に供給される。
【００１７】
この第１実施形態例では、駆動信号発生部３から出力される駆動信号の交流信号Ｖｓの振幅ｈが最も大きくなるように、駆動信号発生部３から出力される駆動信号の直流バイアスＶｂが定められている。例えば、駆動信号発生部３の出力の上限電圧値をＶｍａｘとした場合に、その直流バイアスＶｂは、Ｖｍａｘ／２、又は、その近傍の値となっている。
【００１８】
また、直流バイアス電源１２からパッシブフィルター１０に供給される直流バイアスＶｅは、駆動信号発生部３から出力された駆動信号の直流バイアスＶｂよりも高い値を有している。このため、この第１実施形態例では、駆動用の固定電極７に供給される駆動信号は、駆動信号発生部３から出力できる最大振幅を持つ交流信号Ｖｓと、駆動信号発生部３の出力駆動信号の直流バイアスＶｂよりも高い直流バイアスＶｅとの重畳信号となっている。これにより、この第１実施形態例では、駆動信号発生部３から直接的に駆動信号がパッシブフィルター１０に供給される場合に比べて、駆動信号の直流バイアスが駆動信号発生部３の直流バイアスＶｂから当該直流バイアスＶｂよりも高い直流バイアス電源１２の直流バイアスＶｅに変換された分、駆動用の可動電極６と固定電極７間の静電力（つまり、駆動信号の直流バイアスＶｅと、交流信号Ｖｓの振幅ｈとの積に応じた力）を大きくすることができる。
【００１９】
すなわち、この第１実施形態例の構成では、駆動信号発生部３から出力できる交流信号Ｖｓの最大振幅を維持したまま、駆動信号の直流バイアスを容易に高めることができるので、駆動信号に基づいた駆動用の可動電極６と固定電極７間の静電力を容易に大きくすることができる。これにより、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度を向上させることができる。
【００２０】
以下に、第２実施形態例を説明する。この第２実施形態例では、図３に示されるように、直流バイアス電源１２からパッシブフィルター１０に至るまでの直流バイアス供給経路上に、昇圧部１７が設けられている。この昇圧部１７は、直流バイアス電源１２から供給されてきた直流バイアスＶｅを昇圧してパッシブフィルター１０に加える構成を有している。昇圧部１７以外の構成は第１実施形態例と同様であり、この第２実施形態例の説明では、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２１】
例えば、直流バイアス電源１２から出力される直流バイアスＶｅが、駆動信号の直流バイアスとして要求する電圧値よりも低い場合に、昇圧部１７によって、その直流バイアス電源１２の直流バイアスＶｅを要求の電圧値まで高めることができる。その昇圧部１７の回路構成は簡単であることから、直流バイアス電源１２の直流バイアスＶｅが、検出感度を高めるための電圧値よりも低い場合であっても、静電駆動型振動ジャイロ装置１の大型化を抑制しながら、検出感度を高めることができる高い直流バイアスを持つ駆動信号を作り出すことが可能である。
【００２２】
以下に、第３実施形態例を説明する。
【００２３】
この第３実施形態例では、外部の直流バイアス電源１２から直流バイアスＶｅをパッシブフィルター１０に供給するのではなく、図４に示すように、自動利得制御部１８を設け当該自動利得制御部１８を直流バイアス電源として機能させ、自動利得制御部１８から直流バイアスＶｅをパッシブフィルター１０に供給する構成としている。それ以外の構成は、第１実施形態例と同様である。この第３実施形態例では、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２４】
振動体２に設けられているモニタ用の可動電極８と、これに間隔を介して対向するモニタ用の固定電極９と、Ｃ／Ｖ変換部４とは、駆動振動モニタ手段を構成している。つまり、振動体２の駆動振動の振幅変化に応じて、モニタ用の可動電極８と固定電極９間の静電容量が変化し、この静電容量変化がＣ／Ｖ変換部４によって電圧に変換されてＣ／Ｖ変換部４から駆動振動の検出振幅のモニタ信号が出力される。
【００２５】
自動利得制御部１８は、直流バイアス発生部２０と整流平滑部２１を有して構成されている。整流平滑部２１は、Ｃ／Ｖ変換部４から出力された交流のモニタ信号を整流平滑して直流のモニタ信号に変換する。
【００２６】
直流バイアス発生部２０には基準電源接続部２２が接続されており、基準電源接続部２２に接続される基準電源（図示せず）から予め定められた基準電圧が供給される。直流バイアス発生部２０は、整流平滑部２１から出力された直流のモニタ信号と、基準電源接続部２２を介して供給される基準電圧とを比較し、基準電圧値に対する直流のモニタ信号の差分に応じた直流バイアスを作り出す。この直流バイアスＶｅがパッシブフィルター１０に供給される。パッシブフィルター１０は、駆動信号発生部３の駆動信号から取り出した交流信号Ｖｓをその自動利得制御部１８からの直流バイアスＶｅに重畳して駆動信号を作り出して駆動用の固定電極７に出力する。
【００２７】
この第３実施形態例では、自動利得制御部１８から出力される直流バイアスＶｅは、振動体２の駆動振動の振幅が設定の振幅となるように調整された電圧値であり、また、駆動信号発生部３から出力される信号の直流バイアスＶｂよりも高い値まで調整することができる。この直流バイアスＶｅに交流信号Ｖｓが重畳されて成る駆動信号が駆動用の固定電極７に供給されることによって、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度を高めることができるだけでなく、振動体２の駆動信号の振幅の安定化を図ることができる。
【００２８】
なお、この発明は第１〜第３の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１実施形態例では、駆動信号発生部３から出力される交流信号Ｖｓは、駆動信号発生部３から出力できる最大の振幅を持つものであったが、その交流信号Ｖｓの振幅はその最大振幅に限定されるものではなく、最大振幅以外の振幅としてもよいものである。
【００２９】
また、第３実施形態例では、自動利得制御部１８から直接的に直流バイアスＶｅをパッシブフィルター１０に供給していたが、例えば、自動利得制御部１８からパッシブフィルター１０に至るまでの信号経路上に、第２実施形態例に示したような昇圧部１７を介設してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、駆動信号発生部から振動体に向かう駆動信号経路上に、例えばパッシブフィルター等から成る駆動信号直流バイアス変換部を設け、この駆動信号直流バイアス変換部によって、駆動信号発生部の駆動信号から交流信号が取り出され、この取り出された交流信号が直流バイアス電源からの直流バイアスに重畳され当該重畳信号が駆動信号として振動体に向けて供給される構成とした。この構成によって、駆動信号発生部から出力された駆動信号の交流信号の振幅を維持したままの交流信号と、駆動信号発生部から出力された駆動信号の直流バイアスよりも高い直流バイアス電源の直流バイアスとの重畳信号である駆動信号を作り出すことができる。これにより、駆動信号発生部から直接的に駆動信号が振動体に供給される場合に比べて、駆動信号の直流バイアスが高くなる分、駆動信号に基づいた静電力（つまり、駆動信号の直流バイアスと、交流信号の振幅との積に応じた力）を大きくすることができる。
【００３１】
駆動信号発生部は、通常、ＩＣやオペアンプ等の能動素子を利用して駆動信号を作り出す構成を有しており、その能動素子の性質によって、駆動信号発生部から出力する駆動信号の上限電圧値は予め定まり、この上限電圧値の規制によって、駆動信号発生部の駆動信号の直流バイアスと、交流信号の振幅とを両方共に大きくすることは難しかった。今までは、その駆動信号発生部の駆動信号が直接的に振動体に供給されていたので、その駆動信号に基づいた静電力の増加は難しかった。
【００３２】
これに対して、この発明では、振動体に供給される駆動信号は、駆動信号発生部により作り出された交流信号と、駆動信号発生部とは別個独立の直流バイアス電源からの直流バイアスとの重畳信号であることから、当該振動体に供給される駆動信号の交流信号の振幅と、直流バイアスとを別々に制御することができる。このため、駆動信号に基づいた静電力の増加が容易となる。この静電力の増加によって、静電駆動型振動ジャイロ装置の検出感度を向上させることが容易となる。
【００３３】
パッシブフィルターが、コンデンサと抵抗体を有するハイパスフィルターであるものにあっては、そのパッシブフィルターは簡単な構成であることから、回路構成の煩雑化を抑制しつつ、上記のような優れた効果を得ることができる。また、直流バイアス電源からパッシブフィルターに至るまでの直流バイアス供給経路上に昇圧部が設けられているものにあっては、例えば、直流バイアス電源から出力する直流バイアスが、検出感度を高めるための要求の電圧値よりも低い場合に、昇圧部によって、その直流バイアス電源の直流バイアスを要求の電圧値に昇圧することで、検出感度を高めることができる直流バイアスをパッシブフィルターに供給することができて、静電駆動型振動ジャイロ装置の検出感度を向上させることができる。
【００３４】
自動利得制御部を直流バイアス電源として機能させるものにあっては、自動利得制御部から出力される直流バイアスに交流信号が重畳されて駆動信号が作り出されて振動体に出力される。自動利得制御部から出力される直流バイアスは、振動体の駆動信号の振幅が設定の振幅となるように調整された電圧値であり、また、駆動信号発生部から出力される信号の直流バイアスよりも高い値まで調整することができるので、検出の高さを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例の静電駆動型振動ジャイロ装置を説明するための図である。
【図２】パッシブフィルターの一構成例を示す説明図である。
【図３】第２実施形態例を説明するための図である。
【図４】第３実施形態例を説明するための図である。
【図５】静電駆動型振動ジャイロ装置の一従来例を説明するための図である。
【図６】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１  静電駆動型振動ジャイロ装置
２  振動体
３  駆動信号発生部
１０  パッシブフィルター
１２  直流バイアス電源
１４  コンデンサ
１５  抵抗体
１７  昇圧部
１８  自動利得制御部
２０  直流バイアス発生部
２１  整流平滑部
【図１】
2004212133.tif 000003
【図２】
2004212133.tif 000004
【図３】
2004212133.tif 000005
【図４】
2004212133.tif 000006
【図５】
2004212133.tif 000007
【図６】
2004212133.tif 000008