(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性力を検出する振動子と、前記振動子を駆動する発振回路部と、前記振動子の検出出力に基づいて慣性力の大きさに応じた信号を生成する信号処理回路部とを備えた振動型慣性力センサにおいて、
前記信号処理回路部が、少なくとも前記振動子の検出出力を同期検波する同期検波回路と、該同期検波回路の出力を平滑する平滑回路とを備える一方、
電源投入に応じて、電源投入直後から前記発振回路部の動作が安定状態になるまでの期間中、前記信号処理回路部内の平滑回路よりも前の段階で処理信号を所定電位にホールドするホールド手段を備えており、
このホールド手段は、前記発振回路部の信号振幅をモニタして、前記信号振幅が所定値以上になるまでは前記処理信号が所定電位にホールドされるように制御する振幅判定回路を備えており、
かつ、前記ホールド手段によりホールドされる前記所定電位が、慣性力無検出時に前記信号処理回路部の出力として得られる電位に対応して設定されていること
を特徴とする振動型慣性力センサ。
【請求項２】
慣性力を検出する振動子と、前記振動子を駆動する発振回路部と、前記振動子の検出出力に基づいて慣性力の大きさに応じた信号を生成する信号処理回路部とを備えた振動型慣性力センサにおいて、
前記信号処理回路部が、少なくとも前記振動子の検出出力を同期検波する同期検波回路と、該同期検波回路の出力を平滑する平滑回路とを備える一方、
電源投入に応じて、電源投入直後から前記発振回路部の動作が安定状態になるまでの期間中、前記信号処理回路部内の平滑回路よりも前の段階で処理信号を所定電位にホールドするホールド手段を備えており、
このホールド手段は、電源投入後からの時間を計時して所定時間が経過するまでは前記処理信号が所定電位にホールドされるように制御するタイマ回路を備えており、
かつ、前記ホールド手段によりホールドされる前記所定電位が、慣性力無検出時に前記信号処理回路部の出力として得られる電位に対応して設定されていること
を特徴とする振動型慣性力センサ。
【請求項３】
前記ホールド手段が、前記発振回路部の発振状態が安定したことを外部に知らせる状態報知出力端子を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型慣性力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性力を検出する慣性力センサに関し、詳しくは、振動子を用いて慣性力を検出する振動型慣性力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の振動型慣性力センサとしては、例えば、図４に示すような構成を有するものがある（例えば、特許文献１，２など参照）。
この振動型慣性力センサは、慣性力としての角速度を検出する角速度センサとして使用されるものであって、角速度を検出する振動子１、この振動子１を駆動する発振回路部２、および振動子１の検出出力に基づいて角速度の大きさに応じた直流電圧をもつ角速度信号を生成する信号処理回路部３を備えている。なお、ここでは振動子１として静電駆動容量検出型のものを使用しているが、圧電駆動・圧電検出型振動子（音叉型振動子、音片型振動子など）が用いられる場合もある。また、発振回路部２は、振動子１を共振素子とした閉ループの自励発振回路として構成されている。
【０００３】
上記構成を有する振動型慣性力センサにおいて、発振回路部２の発振出力は振動子１に対する駆動信号として与えられる。これにより振動子１は所定の駆動方向に振動するとともに、駆動方向の振動量に応じた信号が発振回路部２に帰還されるため、発振回路部２は自励発振し、再び駆動信号が振動子１に与えられる。これにより、振動子１はほぼ自己共振周波数で振動が持続される。
【０００４】
そして、この状態で振動子１の角速度検知軸を回転軸とした回転角速度が加わると、駆動方向と直交する方向にコリオリ力が発生し、振動子１の振動方向が変化する。このコリオリ力による振動変位は振動子１で検出されて信号処理回路部３に入力される。信号処理回路部３は、振動子１の検出出力に基づいて信号変換、同期検波、平滑化などの所定の信号処理を行って角速度の大きさに応じた直流電圧をもつ角速度信号を取り出す。
【０００５】
ところで、図４に示した従来の振動型慣性力センサにおいては、電源投入後（図５(ａ)の時刻ｔ１）から発振回路部２の発振出力が安定化するまで（図５(ｂ)の時刻ｔ２まで）には数百マイクロ秒程度の時間（図５(ｂ)の期間Ｔａ）が必要であり、この期間Ｔａ中は振動子１に加わる駆動信号の電圧は不安定な状態にある。
【０００６】
そして、この電圧の不安定な状態にある期間、すなわち不安定期間Ｔａ中は、振動子１の振動状態も不安定であるため、振動子１の検出出力が大きな誤差信号を含むことになる。したがって、信号処理回路部３からの角速度信号も大きく乱れて出力が変動する（図５(ｃ)参照）。
【０００７】
また、上記の信号処理回路部３は、発振回路部２の発振周波数に同期して同期検波した後の出力を平滑化する平滑回路などを含んでおり、この平滑回路の出力が安定化するまでには、ある程度の時間を要する。例えば、平滑回路は通常１０〜５０Ｈｚ程度のカットオフ周波数に設定されているので、１６〜３ms程度の時定数を有する。
【０００８】
そして、従来の振動型慣性力センサの場合、発振出力が不安定な期間Ｔａ中は、平滑回路に入力される信号も大きく乱れているので、発振回路部２の不安定期間Ｔａが経過した後も、平滑回路の出力が実際に安定化するまでにはさらにある程度の時間（図５(ｃ)の期間Ｔｃ）がかかる。
【０００９】
このように、従来の振動型慣性力センサにおいては、電源投入後から信号処理回路部３の出力が安定化するまでには一定の期間（Ｔａ＋Ｔｃ）が必要であるという問題点がある。しかも、この場合、信号処理回路部３の出力が安定化する時刻（図５の時刻ｔ３）は、使用者にとっては不明確であり、角速度の計測、すなわち出力信号の利用を実際上、いつから開始すればよいのか判断し難い。そのため、電源投入後、信号処理回路部３の出力が安定化するまでの間に不意に角速度の計測を開始した場合、大きな誤差を含むことになり、精度良く角速度を検出することができないという問題点がある。
【００１０】
なお、製品の仕様書などにより、電源投入後から信号処理回路部３の出力が安定化するまでの時間を明示して、その時間が経過するまでは角速度の計測を行わないように注意を促すことも可能であるが、使用者側に余分な負担を強いることになるため好ましくない。
【特許文献１】特開平１０−２２１０８３号公報
【特許文献２】特開平９−２９２２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、電源投入後から信号出力が安定状態になるまでの期間を短縮化することが可能で、速やかに計測を開始することができ、また、信号出力が安定状態になったことを外部から明確に認識することが可能で、しかも、不意に不安定状態で計測を開始しても計測誤差の発生を最小限に抑えることが可能な振動型慣性力センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、慣性力を検出する振動子と、この振動子を駆動する発振回路部と、前記振動子の検出出力に基づいて慣性力の大きさに応じた信号を生成する信号処理回路部とを備えた振動型慣性力センサにおいて、次の構成を採用している。
【００１３】
すなわち、本発明の請求項１の振動型慣性力センサは、前記信号処理回路部が、少なくとも前記振動子の検出出力を同期検波する同期検波回路と、該同期検波回路の出力を平滑する平滑回路とを備える一方、
電源投入に応じて、電源投入直後から前記発振回路部の動作が安定状態になるまでの期間中、前記信号処理回路部内の平滑回路よりも前の段階で処理信号を所定電位にホールドするホールド手段を備えており、
このホールド手段は、前記発振回路部の信号振幅をモニタして、前記信号振幅が所定値以上になるまでは前記処理信号が所定電位にホールドされるように制御する振幅判定回路を備えており、
かつ、前記ホールド手段によりホールドされる前記所定電位が、慣性力無検出時に前記信号処理回路部の出力として得られる電位に対応して設定されていること
を特徴としている。
【００１４】
また、請求項２の振動型慣性力センサは、前記信号処理回路部が、少なくとも前記振動子の検出出力を同期検波する同期検波回路と、該同期検波回路の出力を平滑する平滑回路とを備える一方、
電源投入に応じて、電源投入直後から前記発振回路部の動作が安定状態になるまでの期間中、前記信号処理回路部内の平滑回路よりも前の段階で処理信号を所定電位にホールドするホールド手段を備えており、
このホールド手段は、電源投入後からの時間を計時して所定時間が経過するまでは前記処理信号が所定電位にホールドされるように制御するタイマ回路を備えており、
かつ、前記ホールド手段によりホールドされる前記所定電位が、慣性力無検出時に前記信号処理回路部の出力として得られる電位に対応して設定されていること
を特徴としている。
【００１５】
また、請求項３の振動型慣性力センサは、請求項１または２記載の発明の構成において、前記ホールド手段が、前記発振回路部の発振状態が安定したことを外部に知らせる状態報知出力端子を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１の振動型慣性力センサは、電源投入直後から発振回路部の動作が安定状態になるまでの期間中、信号処理回路部内の処理信号を所定電位にホールドするホールド手段を備えているので、振動子の振動状態が不安定な期間中、信号処理回路部内の処理信号は所定電位にホールドされ、信号処理回路部の出力も一定電位にホールドされる。したがって、この不安定期間中に不意に信号計測を行った場合にも、誤差発生を最小限に抑えることができる。このため、大きな誤差が発生して計測精度が極度に低下したり、信号処理回路部の出力が飽和して計測が不可能になるなどの不具合の発生を確実に防止することが可能になる。
【００１７】
しかも、信号処理回路部が、少なくとも振動子の検出出力を同期検波する同期検波回路と、該同期検波回路の出力を平滑する平滑回路とを備えている場合において、ホールド手段が、信号処理回路部内の平滑回路よりも前の段階で処理信号を所定電位にホールドするようにした場合、振動子の振動状態が不安定な期間中も平滑回路には所定電位にホールドされた信号が入力されているため、振動子の振動状態が安定状態に移行して所定電位のホールドを中止した際の平滑回路の不安定期間が短くなる。したがって、電源投入から信号処理回路部の出力が安定するまでの全体的な時間が短縮され、速やかに計測を開始することが可能になる。
【００１８】
なお、本発明の振動型慣性力センサが、ホールド手段を備えていない場合について考えてみた場合、一時的ではあってもセンサ出力の誤差が大きくなると、その後に誤差の少ないセンサ出力に切り替わったとしても、信号が正しい値に戻るまでにある程度の時間を要する。例えばセンサ出力が正しくは０ｍＶであるべきものが、その直前まで１０００ｍＶであったとすると、１０００ｍＶから０ｍＶ近傍（５ｍＶ以下）に戻るためには平滑回路の時定数に応じた一定の時間を必要とする。
一方、センサ出力の誤差がそれほど大きくなかった場合においては、その後に誤差の少ない出力に切り替わった場合に、信号が正しい値に戻るのにそれほどの時間を必要としない。例えば正しくは０ｍＶであるべきものが、その直前まで１０ｍＶであったとすると、１０ｍＶから０ｍＶ近傍、例えば５ｍＶ以下に戻るためには、上述のような１０００ｍＶから０ｍＶ近傍、例えば５ｍＶ以下に戻る場合に比べて、短い時間しか必要としない。
このように、ホールド手段がない場合には、正しい出力が与えられる直前の誤差の大きさに応じて、正しい出力に戻るまでに要する時間が変動し、直前の誤差が大きい場合には、正しい出力に戻るまでに長い時間を要する。
これに対し、本発明のように、ホールド手段を備えている場合には、振動子からの出力のいかんにかかわらず、平滑回路の入力は正しい出力に近い値になる。すなわち、上記の例でいえば、誤差の少ない出力（正しい値）に切り替わる直前の値を常に１０ｍＶとすることが可能になり、ホールド手段を備えておらず、かつセンサ出力が一時的に誤差の大きなもの、例えば、１０００ｍＶになった場合に比べて、安定するまでの時間を確実に短くすることが可能になり、速やかに計測を開始することが可能になる。
【００１９】
また、ホールド手段が、発振回路部の信号振幅をモニタして、信号振幅が所定値以上になるまでは処理信号が所定電位にホールドされるように制御する振幅判定回路を備えた構成とした場合、振幅判定回路によって発振回路部の信号振幅がモニタされるので、電源投入後から振動子の振動状態が安定化するまでの期間を確実に検出することができる。このため、電源投入後から振動子の振動状態が安定化するまでの期間が、製品ごと、ロットごと、あるいは使用条件などによって変動している場合でも、それらの要因に影響されることなく、電源投入後から振動子の振動状態が安定化するまでの期間中、確実に信号処理回路部内の処理信号を所定電位にホールドすることが可能になり、さらに信頼性を向上させることが可能になる。
【００２０】
また、電源投入後から振動子の振動状態が安定化するまでの時間のばらつきが少なくてその期間を予測することができる場合には、請求項１のような振幅判定回路を設けなくても、請求項２記載の振動型慣性力センサのように、ホールド手段が、電源投入後からの時間を計時して所定時間が経過するまでは処理信号が所定電位にホールドされるように制御するタイマ回路を備えた構成とすることにより、タイマ回路によって電源投入後からの時間を計時して所定時間が経過するまでの期間中、信号処理回路部内の処理信号を所定電位にホールドすることが可能になる。
【００２１】
また、請求項１または２記載の振動型慣性力センサのように、ホールド手段によりホールドされる所定電位を、慣性力無検出時に信号処理回路部の出力として得られる電位に対応して設定するようにした場合、発振回路部の状態が不安定な期間中に不意に信号計測を行った場合にも、誤差発生を最小限に抑えることが可能になる。すなわち、この振動型慣性力センサを使用する機器、例えば、ビデオカメラやカーナビゲーションシステムなどは、通常、電源投入後からしばらくの間はほぼ静止状態にあると考えられるので、ホールド手段がホールドする所定電位を慣性力無検出時に信号処理回路部の出力として得られる電位に対応した値となるように予め設定しておくことにより、信号処理回路部からは機器の使用実情に合わせた計測出力が発生されるため、不安定期間中にはたとえ正確な計測出力が得られなくとも、問題が発生することを少なくすることが可能になる。
【００２２】
また、請求項３記載の振動型慣性力センサのように、ホールド手段が、発振回路部の発振状態が安定したことを外部に知らせる状態報知出力端子を備えた構成とした場合、使用者は、信号処理回路部の出力が安定化したタイミングを明確に把握することができる。したがって、使用者は、計測開始のタイミングを確実に判断できるので、電源投入後に信号処理回路部の出力が不安定な状態のままで不意に計測を開始するといった不具合の発生を防止することが可能になり、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１にかかる振動型慣性力センサの構成を示すブロック図である。
【図２】(ａ)〜(ｄ)は、図１に示した振動型慣性力センサの動作説明に供するタイムチャートである。
【図３】本発明の実施例２にかかる振動型慣性力センサの構成を示すブロック図である。
【図４】従来の振動型慣性力センサの概略構成を示すブロック図である。
【図５】(ａ)〜(ｃ)は、図４に示した従来の振動型慣性力センサの動作説明に供するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１      振動子
２      発振回路部
３      信号処理回路部
４      ホールド手段
１１    第１検出手段
１２    第２検出手段
１３    振動体
１４    駆動手段
１５    モニタ手段
２１    信号変換回路
２２    第１位相調整回路
２３    ＡＧＣ回路
３１    第１信号変換回路
３２    第２信号変換回路
３３    差動増幅回路
３４    第２位相調整回路
３５    同期検波回路
３６    平滑回路
３７    増幅回路
４１    切換回路
４２    基準電位発生回路
４３    振幅判定回路
４４    状態報知出力端子
４５    タイマ回路
４６    電源端子
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の実施例１にかかる振動型慣性力センサの構成を示すブロック図である。
【００２７】
この実施例１の振動型慣性力センサは、慣性力としての角速度を検出する角速度センサとして適用されるものであって、角速度を検出する振動子１、この振動子１を駆動する発振回路部２、および振動子１からの検出出力に基づいて角速度の大きさに応じた角速度信号を生成する信号処理回路部３を備えている。
【００２８】
振動子１は、この実施例１の場合、静電駆動容量検出型のものであって、振動体１３を備えるとともに、この振動体１３を駆動する駆動手段１４、振動体１３の振動状態を監視して発信回路部２にフィードバックするモニタ手段１５、および振動体１３のコリオリ力による振動変位を検出する第１、第２検出手段１１，１２を備えている。そして、上記の振動体１３はシリコン材料やガラス材料などからなる振動基板により、駆動手段１４は駆動電極により、モニタ手段１５はモニタ電極により、第１，第２検出手段１１，１２は検出電極によりそれぞれ構成されている。
【００２９】
発振回路部２は、振動子１を共振素子とした閉ループの自励発振回路として作用するもので、信号変換回路２１、第１位相調整回路２２、およびＡＧＣ回路２３からなる。
【００３０】
ここで、振動子１のモニタ手段１５のモニタ信号出力は静電容量の変化となるため、信号変換回路２１には、容量変化量をこれに対応した電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路が使用される。第１位相調整回路２２は、この信号変換回路２１から出力されるモニタ信号を自励発振が可能なように位相調整するものであり、また、ＡＧＣ回路２３は第１位相調整回路２２からの出力信号を振幅調整して一定レベルの電圧に調整した後、駆動手段１４に対して駆動信号として出力する。また、信号変換回路２１の出力は、信号処理回路部３の第２位相調整回路３４にも与えられるように構成されている。
【００３１】
信号処理回路部３は、第１、第２信号変換回路３１，３２、差動増幅回路３３、第２位相調整回路３４、同期検波回路３５、平滑回路３６、および増幅回路３７を備えている。
【００３２】
第１、第２信号変換回路３１，３２は、振動子１から出力される検出信号を信号処理に適するように信号変換するもので、振動子１が静電駆動容量検出型の場合、第１、第２検出手段１１，１２の出力は静電容量の変化量として検出されるため、静電容量変化量をこれらに対応した電圧に変換するＣ−Ｖ変換回路により構成されている。
【００３３】
差動増幅回路３３は、第１、第２信号変換回路３１，３２からの出力信号を差動増幅するものである。なお、両信号変換回路３１，３２からの出力信号は、互いに逆相であり、差動増幅回路３３によってコリオリ力に対応した一つの電圧信号に変換される。
【００３４】
第２位相調整回路３４は、発振回路部２の信号変換回路２１から出力されるモニタ信号の位相を、差動増幅回路３３からの出力信号を同期検波するのに適した位相になるように調整するものである。また、同期検波回路３５は、第２位相調整回路３４の出力信号を基準位相として同期検波することにより、角速度の大きさに応じた角速度信号を取り出すものである。平滑回路３６は、同期検波回路３５で同期検波された角速度信号が半波整流されたような状態であることから、これを角速度の大きさに応じた直流電圧に平滑化するように構成されている。また、増幅回路３７は平滑回路３６で平滑化された角速度信号を直流増幅して出力するものである。
【００３５】
さらに、この実施例１の振動型慣性力センサは、電源投入に応じて、電源投入直後から発振回路部２が安定状態になるまでの期間中、信号処理回路部３内の処理信号を所定電位にホールドするホールド手段４を備えている。
【００３６】
このホールド手段４は、基準電位発生回路４２、振幅判定回路４３、切換回路４１、および状態報知出力端子４４を備えた構成とされている。なお、基準電位発生回路４２は、所定の基準電位Ｅｏを発生するものであり、この場合の基準電位Ｅｏは、振動子１に回転角速度が加わっていない無回転時に信号処理回路部３の出力として得られる電位に対応して設定される。
【００３７】
具体的には、例えば、信号処理回路部３から出力される直流電圧信号が、無回転時を示す２．５Ｖを中心として、±２．５Ｖの範囲内にあるとした場合、ホールド状態においてこの無回転時に対応した＋２．５Ｖが信号処理回路部３から出力されるように、基準電位発生回路４２の基準電位Ｅｏが設定される。
【００３８】
振幅判定回路４３は、発振回路部２の第１位相調整回路２２の出力信号の振幅をモニタしてこの信号振幅が所定値以上になるか否かを判定するものである。また、切換回路４１は、平滑回路３６の前段の同期検波回路３５との間に設けられており、振幅判定回路４３から発振回路部２が安定化したことを示す状態信号が出力されたときに、基準電位発生回路４２と平滑回路３６との接続状態から、同期検波回路３５と平滑回路３６との接続状態へと、接続状態を切り換えるように構成されている。また、状態報知出力端子４４は、振幅判定回路４３から出力される状態信号により発振回路部２の発振状態が安定したことを外部に知らせるものである。
【００３９】
次に、上記構成を有する振動型慣性力センサの動作について、図２のタイムチャートを参照して説明する。
【００４０】
電源投入により、発振回路部２からは振動子１の駆動手段１４に対して駆動信号が出力されるので、振動子１は所定の駆動方向に振動されるとともに、第１位相調整回路２２からの出力信号が振幅判定回路４３に入力される。これに応じて振幅判定回路４３は、第１位相調整回路２２の出力信号の波形振幅が所定値以上になっているか否かを判定する。
【００４１】
ここで、電源投入後（図２(ａ)の時刻ｔ１）からある程度の期間（図２(ｂ)の期間Ｔａ）は、発振回路部２の動作が不安定であるので、振動子１の駆動手段１４に加わる駆動信号の電圧も不安定な状態にある。このとき、第１位相調整回路２２の出力信号の波形振幅は所定値未満となっているので、振幅判定回路４３からは何ら信号が出力されない（図２(ｃ)参照）。
【００４２】
この場合、切換回路４１により平滑回路３６には基準電位発生回路４２が接続されているので、基準電位発生回路４２で発生される所定の基準電位Ｅｏが平滑回路３６および増幅回路３７を経て出力される。このため、信号処理回路部３の出力は、無回転時に対応した一定の電位、例えば、前述の２．５Ｖにホールドされる。
【００４３】
その後、時間経過により発振回路部２の動作が安定化すると、第１位相調整回路２２の出力信号の波形振幅が所定値以上となるので（図２の時刻ｔ２）、これに応じて、振幅判定回路４３からは発振回路部２が安定化したことを示すハイレベルの状態信号が出力される（図２(ｃ)参照）。この状態信号により切換回路４１が切り換えられて同期検波回路３５が平滑回路３６に接続される。このため、角速度の計測が可能になる。また、振幅判定回路４３から出力される状態信号は、状態報知出力端子４４に加わるので、発振回路部２の発振状態が安定化したことが外部に報知される。
【００４４】
なお、本発明の振動型慣性力センサにおいては、駆動信号が振動子１の駆動手段１４に加わるため、振動体１３は所定の駆動方向に振動するとともに、駆動方向の振動に応じたモニタ信号がモニタ手段１５により出力される。このモニタ信号は発振回路部２に帰還されるため、発振回路部２はこのモニタ信号によって自励発振し、再び駆動信号が駆動手段１４に加わる。これにより、振動子１の振動体１３は、発振回路部２から出力される駆動信号と同じ周波数の共振周波数で安定した振動を継続して行う。
【００４５】
そして、この状態で振動子１の角速度検知軸に回転角速度が加わると、駆動方向と直交する方向にコリオリ力が発生し、振動子１の振動方向が変化する。このコリオリ力による振動変位は、第１、第２検出手段１１，１２で検出されて信号処理回路部３に入力される。
【００４６】
また、信号処理回路部３の第１、第２信号変換回路３１，３２は、振動子１の第１，第２検出手段１１，１２で検出される静電容量変化をその大きさに対応した電圧信号に変換する。続いて、両信号は差動増幅回路３３によって一つの信号に差動増幅された後、同期検波回路３５に入力される。同期検波回路３５は、第２位相調整回路３４の出力信号を基準位相として差動増幅後の信号を同期検波するため、同期検波回路３５からはコリオリ力に基づく角速度信号が取り出されることになる。
【００４７】
なお、従来の振動型慣性力センサにおいては、振動子１の振動状態が不安定な期間中、信号処理回路部３から出力される角速度信号が大きく乱れて出力変動が発生していたが（図５(ｃ)参照）、この実施例１の振動型慣性力センサにおいては、振動子１の振動状態が不安定な期間中、平滑回路３６には基準電位発生回路４２から所定の基準電位Ｅｏをもつ信号が入力されるので、信号処理回路部３の出力は、無回転時に対応した一定の電位にホールドされる（図２(ｄ)参照）。このため、信号処理回路部３の出力が大きく変動するなどの不具合は発生せず、誤差を最小限に抑えることが可能になる。
【００４８】
また、発振回路部２の発振状態が安定化したときには、その旨が状態報知出力端子４４を介して外部に報知されるため、使用者は、計測開始のタイミングを確実に判断することが可能になり、信号処理回路部３の出力が不安定な状態のまま、不意に角速度の計測を開始するというような不具合が発生することをなくすことができる。
【００４９】
しかも、振動子１の振動状態が不安定な期間中でも、平滑回路３６には所定の基準電位Ｅｏが加えられているので、振動子１の振動状態が安定状態に移行した際の平滑回路３６の不安定期間（図２(ｄ)の期間Ｔｂ）が短くなるため、電源投入から信号処理回路部３の出力が安定するまでの全体的な時間（Ｔａ＋Ｔｂ）を従来よりも短縮化することが可能になり、速やかに角速度の計測を開始することができるようになる。
【００５０】
そして、上述のようにして発振回路部２の発振出力が安定した後においては、同期検波回路３５から取り出されるコリオリ力に基づく角速度信号は半波整流された状態であるため、切換回路４１を介して平滑回路３６に入力されて角速度の大きさに応じた直流電圧に平滑化され、さらに、この角速度信号は増幅回路３７で増幅されて出力される。
【００５１】
なお、この実施例１では、振幅判定回路４３は、第１位相調整回路２２の出力信号の振幅を判定するようにしているが、これに限らず、ＡＧＣ回路２３の出力振幅、あるいは信号変換回路２１の出力振幅をモニタするように構成することも可能である。
【実施例２】
【００５２】
図３は本発明の実施例２にかかる振動型慣性力センサの構成を示すブロック図である。なお、図３において、図１と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示している。
【００５３】
この実施例２の振動型慣性力センサにおいては、実施例１で用いた振幅判定回路４３を用いずに、電源投入後からの時間を計時して所定時間が経過するまでの期間中、処理信号が所定電位にホールドされるように制御するタイマ回路４５を設けている。
【００５４】
すなわち、電源投入後から発振回路部２の発振状態が安定化するまでの時間ばらつきが少なくてその期間を十分に予測できる場合には、上記の実施例１のような振幅判定回路４３を設けなくても、電源投入後からの時間を計時して所定時間が経過するまでの期間中、信号処理回路部３内の処理信号を所定電位にホールドするようにした場合にも、安定した角速度の計測を行うことが可能になる。
そこで、この実施例２では、ホールド手段４を基準電位発生回路４２、タイマ回路４５、切換回路４１、および状態報知出力端子４４を備えた構成として、実施例１のような振幅判定回路４３を設けた場合と同様に、角速度の計測を行うことができるようにしている。
【００５５】
この実施例２の振動型慣性力センサにおいては、図３に示すように、タイマ回路４５は、電源端子４６により電源が投入された時点で起動されて計時を開始し、所定時間が経過したときにタイムアップしてタイムアップ信号を出力するように構成されている。
また、切換回路４１は差動増幅回路３３と同期検波回路３５との間に設けられており、タイマ回路４５からタイムアップ信号が出力されたときに、切換回路４１が、基準電位発生回路４２と同期検波回路３５との接続状態から、差動増幅回路３３と同期検波回路３５との接続状態へと、接続状態の切り換えを行うように構成されている。
【００５６】
その他の構成は図１に示した実施例１の場合と同様であることから、重複を避けるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００５７】
この実施例２の振動型慣性力センサにおいては、電源投入によりタイマ回路４５が起動されて計時を開始する。そして、タイマ回路４５がタイムアップするまでは、同期検波回路３５は切換回路４１により基準電位発生回路４２に接続されているので、同期検波回路３５には一定の基準電位Ｅｏが加わる。この場合、同期検波回路３５は、入力信号レベルが一定値であるときには、常に一定電位の信号を出力するので、信号処理回路部３の出力は一定の基準電位、例えば、前述の２．５Ｖにホールドされる。
【００５８】
そして、発振回路部２の出力が安定化するであろうと想定される所定時間が経過すると、タイマ回路４５がタイムアップしてタイムアップ信号を出力するため、これに応じて、切換回路４１が切り換わり、差動増幅回路３３と同期検波回路３５とが接続される。このため、角速度の出力が可能になる。また、このタイムアップ信号は、状態報知出力端子４４に加わり、発振回路部２の発振状態が安定したことが外部に報知される。
【００５９】
なお、この実施例２において、同期検波回路３５は、入力信号が一定レベルの値をもつときには、常に一定電位の信号を出力するため、基準電位発生回路４２から発生される基準電位Ｅｏは必ずしも実施例１のようにある大きさをもつ必要はなく、接地電位であってもよい。
【００６０】
上記の実施例１では、信号処理回路部３の出力が所定電位にホールドされるように、切換回路４１を同期検波回路３５と平滑回路３６との間に設け、また、上記の実施例２では切換回路４１を差動増幅回路３３と同期検波回路３５との間に設けたが、切換回路４１の配設位置は、これらの実施例１，２に限定されるものではなく、信号処理回路部３内の角速度信号が伝達されるライン内であればどの箇所に設けてもよい。
【００６１】
例えば、平滑回路３６と、平滑回路３６よりも後段の増幅回路３７との間、あるいは増幅回路３７の後に切換回路４１を設けることも可能である。ただし、平滑回路３６の時定数の影響などを低減して信号処理回路部３の出力を早期に安定化させるためには、実施例１，２のように平滑回路３６よりも前段に設けることが望ましい。
【００６２】
さらに、回路構成が複雑化することを許容できるのであれば、差動増幅回路３３よりも前段の第１，第２信号変換回路３１，３２に対して個別に切換回路４１を設けることも可能であり、また、第１，第２検出手段１１，１２と各信号変換回路３１，３２との間に切換回路４１を設けることも可能である。
【００６３】
また、上記の実施例１，２では、振動子１として静電駆動容量検出型のものを使用しているが、本発明において振動子１はこれに限定されものではなく、例えば、三角柱状の振動体を有する音片型振動子を使用することも可能である。
この音片型振動子を使用する場合、例えば、振動体１３をエリンバやセラミックなどからなる三角柱状体により構成し、駆動手段１４を圧電素子により構成し、モニタ手段１５と第１，第２検出手段１１，１２とを兼用するようにした構成が考えられる。
そして、この場合、第１，第２検出手段１１，１２からは圧電効果による電荷信号が出力されるので、第１，第２信号変換回路３１，３２は電流を電圧に変換するＩ−Ｖ変換回路が適用される。
さらに、振動子１としては、上記のような静電駆動容量検出型振動子や音片型振動子以外に、音叉型振動子などを使用することも可能である。
【００６４】
また、上記の実施例１，２においては、発振回路部２が、振動子１を共振素子として利用する自励発振回路として構成されているが、本発明において、発振回路部２はこれに限定されるものではなく、例えば外部に発振器を設け、この発振出力を振動子１に印加する他励発振回路を適用することもできる。
【００６５】
さらに、上記の実施例１，２では、振動型慣性力センサとして角速度を検出する角速度センサを例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、振動子を用いて加速度を検出する加速度センサに対しても適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
上述のように、本発明によれば、電源投入後から信号出力が安定状態になるまでの期間を短縮化して、速やかに計測を開始することが可能になり、不安定状態で計測を開始しても計測誤差の発生を最小限に抑えることが可能な振動型慣性力センサを提供することが可能になる。
したがって、本発明は、手振れ防止カメラやカーナビゲーション装置などに使用される振動型慣性力センサの分野に広く適用することが可能である。
【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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