(57)【要約】【課題】  時刻情報を生成することを可能としつつ、振動式ジャイロセンサで角速度を検出できるようにする。【解決手段】  発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０に基づいて音叉型圧電振動片１を駆動する駆動信号Ｓ１を生成し、音叉型圧電振動片１の検出電極１ｃに発生した検出信号Ｓ２に基づいて角速度信号を得るとともに、発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０をデバイダー７に入力することにより、計時用のクロック信号ＣＫを生成する。【選択図】      図１
2005241625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動式ジャイロセンサを励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成することを特徴とするクロック生成装置。
【請求項２】
振動子を励振させる励振手段と、
前記振動子の励振方向と直角の方向に作用するコリオリ力を検出する検出手段と、
前記振動子を励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成するクロック生成手段とを備えることを特徴とする振動式ジャイロセンサ。
【請求項３】
前記振動子の共振周波数は３２．７６８×Ｎ（Ｎは正の整数）ｋＨｚであることを特徴とする請求項２記載の振動式ジャイロセンサ。
【請求項４】
前記振動子は圧電振動子または静電振動子であることを特徴とする請求項２または３記載の振動式ジャイロセンサ。
【請求項５】
前記圧電振動子は水晶振動子であることを特徴とする請求項４記載の振動式ジャイロセンサ。
【請求項６】
前記静電振動子は表面マイクロマシン加工振動子であることを特徴とする請求項４記載の振動式ジャイロセンサ。
【請求項７】
前記表面マイクロマシン加工振動子は、
基板に対して水平方向に揺動できるように前記基板上に懸垂されたボディと、
前記基板に対して水平な第１の方向に突き出るように前記ボディに設けられた第１の可動フィンガと、
前記第１の方向と直交する方向に突き出るように前記ボディに設けられた第２の可動フィンガと、
前記第１の可動フィンガとかみ合うように前記基板に固定された第１の固定フィンガと、
前記第２の可動フィンガとかみ合うように前記基板に固定された第２の固定フィンガとを備えることを特徴とする請求項６記載の振動式ジャイロセンサ。
【請求項８】
前記クロック生成手段は、
時刻情報を出力する時刻情報出力手段と、
日付情報を出力する日付情報出力手段とを備えることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項記載の振動式ジャイロセンサ。
【請求項９】
前記検出手段を選択して動作を停止させる停止手段を備えることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項記載の振動式ジャイロセンサ。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれか１項記載の振動式ジャイロセンサが用いられていることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機と、
所定地域の地図データを取得する地図データ取得手段と、
振動子を励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成する振動式ジャイロセンサと、
前記ＧＰＳ受信機で受信されたＧＰＳ信号または前記振動式ジャイロセンサで検出された検出信号に基づいて測位を行う測位手段と、
前記振動式ジャイロセンサから出力されたクロック信号に基づいて時刻または日付情報を生成する時間情報生成手段と、
前記時間情報生成手段にて生成された時刻情報に基づいて前記ＧＰＳ衛星を捕捉させる衛星捕捉手段とを備えることを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項１２】
撮像を行う撮像素子と、
振動子を励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成する振動式ジャイロセンサと、
前記振動式ジャイロセンサで検出された検出信号に基づいて前記撮像素子で撮像された画像の手振れ補正を行う手振れ補正手段と、
前記振動式ジャイロセンサから出力されたクロック信号に基づいて時刻または日付情報を生成する時間情報生成手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクロック生成装置、振動式ジャイロセンサ、ナビゲーション装置、撮像装置および電子機器に関し、特に、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｌｏｃｋ）機能を備えた角速度センサに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置では、特許文献１に開示されているように、ＣＣＤにて撮像された画像信号からソフトウェア的な手振れ検出アルゴリズムを用いることにより、手振れ補正を行うものがある。また、手振れと被写体動作の判別を容易化して手振れ補正を精度よく行うために、角速度を検出するためのジャイロセンサを撮像装置に搭載したものもある。
また、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｔｉｌｌ  Ｃａｍｅｒａ）やＤＶＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｃａｍｅｒａ）などの撮像装置では、映像記録データに時刻データを取り入れるため、ジャイロセンサに加えて、時刻およびカレンダ機能を有するＲＴＣ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｌｏｃｋ）モジュールを搭載したものもある。
【０００３】
また、運転中などに自分の現在地を知ることができるようにするために、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）ナビゲーションシステムを車両などに設置することが行われている。ここで、特許文献２に開示されているように、トンネルなどでＧＰＳ信号が受信できなくなる場合などに備えて、ＧＰＳ受信機に加え、ジャイロセンサを自立航法検出手段として搭載したものもある。
【０００４】
また、ＧＰＳナビゲーションシステムでは、目的地への誘導などにおいて、到着時刻予想などの演算を行うために、時刻情報を生成するためのＲＴＣモジュールをジャイロセンサとは別に搭載することが行われている。
さらに、特許文献３には、測位時のＧＰＳ信号の受信に用いる衛星の捕捉時間を短縮するために、ＲＴＣからの現在時刻および記憶部に保存された測位計算結果や航法メッセージを用いることにより、現在時刻の可視衛星を容易に判定する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９２３６７号公報
【特許文献２】特開２００３−４４５７号公報
【特許文献３】特開平８−２８５９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のジャイロセンサを用いて角速度を検出する方法では、時刻情報を生成するためには、ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載する必要があり、機器の小型化の障害になるとともに、コストアップを招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、時刻情報を生成することを可能としつつ、角速度を検出することが可能なクロック生成装置、振動式ジャイロセンサ、ナビゲーション装置、撮像装置および電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係るクロック生成装置によれば、振動式ジャイロセンサを励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成することを特徴とする。
これにより、計時用のクロック信号を生成するために、振動式ジャイロセンサの圧電振動子を用いることが可能となる。このため、時刻情報を生成するために、振動式ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載する必要がなくなり、機器の大型化および高価格化を抑制しつつ、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を持たせることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、振動子を励振させる励振手段と、前記振動子の励振方向と直角の方向に作用するコリオリ力を検出する検出手段と、前記圧動子を励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成するクロック生成手段とを備えることを特徴とする。
これにより、振動式ジャイロセンサの振動子を用いることで、計時用のクロック信号を生成することを可能としつつ、角速度を検出することが可能となる。このため、時刻情報を生成するために、振動式ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載する必要がなくなり、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を持たせた場合においても、機器の大型化および高価格化を抑制することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、前記振動子の共振周波数は３２．７６８×Ｎ（Ｎは正の整数）ｋＨｚであることを特徴とする。
これにより、振動子の励振周波数が可聴帯域に入ることを防止しつつ、振動式ジャイロセンサの小型化を図ることが可能となるとともに、カウンタを並べて配置することで、１Ｈｚの信号を生成することが可能となり、時刻情報の更新に必要なクロック信号を容易に生成することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、前記振動子は圧電振動子または静電振動子であることを特徴とする。
これにより、圧電効果または静電力によって振動子を励振させることができ、励振方向と直角の方向に作用するコリオリ力を検出することができる。このため、振動式ジャイロセンサの小型化を図りつつ、角速度を求めることができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、前記圧電振動子は水晶振動子であることを特徴とする。
これにより、圧電振動子の共振周波数の精度を向上させることが可能となり、振動式ジャイロセンサから計時用のクロック信号を生成した場合においても、時刻精度を向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、前記静電振動子は表面マイクロマシン加工振動子であることを特徴とする。
これにより、微細加工技術を用いることで振動式ジャイロセンサを構成することができ、振動式ジャイロセンサの小型化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、前記表面マイクロマシン加工振動子は、基板に対して水平方向に揺動できるように前記基板上に懸垂されたボディと、前記基板に対して水平な第１の方向に突き出るように前記ボディに設けられた第１の可動フィンガと、前記第１の方向と直交する方向に突き出るように前記ボディに設けられた第２の可動フィンガと、前記第１の可動フィンガとかみ合うように前記基板に固定された第１の固定フィンガと、前記第２の可動フィンガとかみ合うように前記基板に固定された第２の固定フィンガとを備えることを特徴とする。
これにより、マイクロマシン加工技術を用いることで、静電振動子を基板上に一体的に形成することが可能となり、振動式ジャイロセンサの小型化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、前記クロック生成手段は、時刻情報を出力する時刻情報出力手段と、日付情報を出力する日付情報出力手段とを備えることを特徴とする。
これにより、振動式ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載することなく、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を持たせることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る振動式ジャイロセンサによれば、前記検出手段を選択して動作を停止させる停止手段を備えることを特徴とする。
これにより、振動式ジャイロセンサの圧電振動子を用いることで、計時用のクロック信号を生成することを可能としつつ、角速度の検出動作を停止させることが可能となる。このため、角速度検出機能が不要となった場合においても、省電力化を図りつつ、時刻およびカレンダ機能を発揮させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る電子機器によれば、請求項２〜８のいずれか１項記載の振動式ジャイロセンサが用いられていることを特徴とする。
これにより、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を電子機器に持たせた場合においても、振動式ジャイロセンサとＲＴＣモジュールとを個々に実装する必要がなくなる。このため、振動式ジャイロセンサとＲＴＣモジュールとを基板上の実装する際の実装面積の増大を抑制することが可能となり、電子機器の小型・低価格化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係るナビゲーション装置によれば、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機と、所定地域の地図データを取得する地図データ取得手段と、振動子を励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成する振動式ジャイロセンサと、前記ＧＰＳ受信機で受信されたＧＰＳ信号または前記振動式ジャイロセンサで検出された検出信号に基づいて測位を行う測位手段と、前記振動式ジャイロセンサから出力されたクロック信号に基づいて時刻または日付情報を生成する時間情報生成手段と、前記時間情報生成手段にて生成された時刻情報に基づいて前記ＧＰＳ衛星を捕捉させる衛星捕捉手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これにより、ＧＰＳ信号および振動式ジャイロセンサで検出された検出信号に基づいて測位を行うことが可能となり、測位を安定して行うことを可能としつつ、測位精度を向上させることが可能となる。また、振動式ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載することなく、現在時刻の可視衛星を容易に判定することが可能となるとともに、時刻情報を生成することが可能となる。このため、ナビゲーション装置の大型化および高価格化を抑制しつつ、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を持たせることが可能となるとともに、測位時のＧＰＳ信号の受信に用いる衛星の捕捉時間を短縮することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る撮像装置によれば、撮像を行う撮像素子と、振動子を励振させる励振信号に基づいて計時用のクロック信号を生成する振動式ジャイロセンサと、前記振動式ジャイロセンサで検出された検出信号に基づいて前記撮像素子で撮像された画像の手振れ補正を行う手振れ補正手段と、前記振動式ジャイロセンサから出力されたクロック信号に基づいて時刻または日付情報を生成する時間情報生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
これにより、振動式ジャイロセンサで検出された検出信号に基づいて手振れ補正を行うことが可能となり、手振れと被写体動作の判別を容易化することが可能となるとともに、振動式ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載することなく、時刻情報を生成することが可能となる。このため、撮像装置の大型化および高価格化を抑制しつつ、時刻およびカレンダ機能を持たせることが可能となるとともに、手振れ補正を精度よく行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る振動式ジャイロセンサについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動式ジャイロセンサの構成を示すブロック図である。
図１において、振動式ジャイロセンサには、音叉型圧電振動片１、音叉型圧電振動片１を励振させる励振回路２、音叉型圧電振動片１が角速度ωで回転した時に振動Ｂに作用したコリオリ力Ｆを検出する検出回路９、検出回路９からの出力に基づいて角速度信号Ｊｏｕｔを生成する検出出力回路１４および音叉型圧電振動片１を励振させる励振信号Ｓ０に基づいて計時用のクロック信号を生成するクロック出力回路５が設けられている。
【００２１】
図２は、図１の音叉型圧電振動片１の概略構成を示す斜視図である。
図２において、音叉型圧電振動片１には、例えば、Ｘ軸方向に延伸された１対の振動腕が設けられている。なお、音叉型圧電振動片１は、水晶などの圧電材料の平板を音叉型に切り出すことによって形成することができる。
そして、振動腕のＺ軸方向に直交する面には、振動Ｂにコリオリ力Ｆが作用することによって生成された検出信号Ｓ２を出力する検出電極１ｃが設けられている。また、振動腕のＹ軸方向に直交する面には、音叉型圧電振動片１を駆動するための駆動信号Ｓ１を入力する駆動電極１ａが設けられるとともに、検出信号Ｓ２をモニタするためのフィードバック信号Ｓ３を出力するフィードバック用電極１ｂが設けられている。
【００２２】
なお、音叉型圧電振動片１に用いられる材料としては、水晶の他、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系圧電セラミック、ランガサイト（Ｌａ3Ｃａ5ＳｉＯ14）、リン酸ガリウム（ＧａＰｏ4）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）またはＢＮＴ−ＢＴ−ＳＴ系無鉛圧電セラミックなどを用いることができる。また、音叉型圧電振動片１の共振周波数は、３２．７６８×Ｎ（Ｎは正の整数）ｋＨｚに設定することが好ましい。
【００２３】
そして、音叉型圧電振動片１の駆動電極１ａに交流電圧を印加すると、振動腕がＸＹ面内において屈曲振動する。そして、振動腕がＸＹ面内において屈曲振動している状態で、音叉型圧電振動片１がＸ軸回りに角速度ωで回転すると、Ｚ軸方向にコリオリ力Ｆが作用し、振動腕はＸＺ面内にも屈曲振動する。このため、検出電極１ｃには、圧電効果によりコリオリ力Ｆに対応した検出信号Ｓ２が発生する。ここで、コリオリ力Ｆは角速度ωに比例するため、検出電極１ｃに発生した検出信号Ｓ２を取り出すことにより、角速度ωを求めることができる。
【００２４】
すなわち、図１において、発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０は利得自動調整回路４にて利得調整され、音叉型圧電振動片１を駆動する駆動信号Ｓ１が出力される。そして、利得自動調整回路４から出力された駆動信号Ｓ１は図２の駆動電極１ａに入力され、音叉型圧電振動片１の振動腕がＸＹ面内において屈曲振動する。そして、この時の機械振動を電気信号に変換し、この電気信号をフィードバック用電極１ｂから取り出すことにより、フィードバック信号Ｓ３を発振回路３にフィードバックする。これにより、発振回路３を用いて発振ループを構成することが可能となり、音叉型圧電振動片１を音叉固有振動数で発振させることができる。また、利得自動調整回路４にて駆動信号Ｓ１の振幅制御を行うことにより、音叉固有振動振幅を常に一定に保つことが可能となり、感度を安定化させることができる。
【００２５】
一方、音叉型圧電振動片１の検出電極１ｃに発生した検出信号Ｓ２は、ＩＶ変換アンプ１０にて電流から電圧に変換された後、ＡＣアンプ１１にて増幅され、同期検波器１３に入力される。また、同期検波器１３には、駆動信号Ｓ１が９０度位相シフタ１２を介して入力され、ＡＣアンプ１１にて増幅された信号が発振回路３の基準位相に同期して検波される。すなわち、検出信号Ｓ２は、駆動信号Ｓ１の周波数を搬送波として角速度ωでＡＭ変調された信号と等価であることから、駆動信号Ｓ１を基準信号として同期検波することにより、角速度ωを抽出することができる。
【００２６】
そして、同期検波器１３から出力された検波信号をローパスフィルタ１５に通すことにより、検波信号に重畳された高周波成分を除去し、出力アンプ１６を介して出力することにより角速度信号Ｊｏｕｔを得ることができる。
また、発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０は、バッファ６を介してデバイダー７に入力される。ここで、デバイダー７にはカウンタが設けられ、励振信号Ｓ０をデバイダー７にて分周することにより、計時用のクロック信号ＣＫを生成することができる。例えば、音叉型圧電振動片１の共振周波数が３２．７６８×ｋＨｚに設定されているものとすると、１５個のカウンタを並べることにより、クロック信号ＣＫとして１Ｈｚの信号を生成することができ、１秒ごとのカウント動作を行わせることができる。
【００２７】
また、コントロールロジック８には、クロック出力ＣＫおよびコントロール信号ＣＮが入力され、クロック信号ＣＫに基づいて時刻およびカレンダ機能を有するＲＴＣを構成することができる。そして、コントロールロジック８にて生成された時刻および日付情報は、データ信号Ｄｏｕｔとして出力することができる。
ここで、振動式ジャイロセンサを励振させる励振信号Ｓ０に基づいて計時用のクロック信号ＣＫを生成することにより、計時用のクロック信号ＣＫを生成するために、振動式ジャイロセンサの音叉型圧電振動片１を用いることが可能となる。このため、時刻および日付情報を生成するために、振動式ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載する必要がなくなり、機器の大型化およびコストアップを抑制しつつ、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を持たせることが可能となる。
【００２８】
また、音叉型圧電振動片１に用いられる材料として水晶を用いることにより、音叉型圧電振動片１の共振周波数の精度を向上させることが可能となり、振動式ジャイロセンサから計時用のクロック信号ＣＫを生成した場合においても、時刻精度を向上させることが可能となる。
また、音叉型圧電振動片１の共振周波数を３２．７６８×ＮｋＨｚに設定することにより、音叉型圧電振動片１の共振周波数が可聴帯域に入ることを防止しつつ、振動式ジャイロセンサの小型化を図ることが可能となるとともに、カウンタを並べて配置することで、１Ｈｚの信号を生成することが可能となり、時刻情報を容易に生成することが可能となる。例えば、Ｎ＝２、３、４・・・とした場合、それに対応してカウンタの個数を増加させることで、１Ｈｚの信号を生成することが可能となる。
【００２９】
また、上述した実施形態では、振動式ジャイロセンサに用いられる圧電振動子として二脚の音叉型圧電振動片１を用いる方法を例にとって説明したが、音叉型圧電振動片１以外にも、例えば、三または四脚またはＨ型の音叉型圧電振動子、あるいは音片型圧電振動子などを用いるようにしてもよい。
【００３０】
図３は、本発明の第２実施形態に係る振動式ジャイロセンサの構成を示すブロック図である。
図３において、図２の検出回路９および検出出力回路１４の代わりに、検出回路９´および検出出力回路１４´が設けられている。そして、検出回路９´には、図２のＩＶ変換アンプ１０、ＡＣアンプ１１、９０度位相シフタ１２および同期検波器１３の代わりに、ＩＶ変換アンプ１０´、ＡＣアンプ１１´、９０度位相シフタ１２´および同期検波器１３´が設けられている。また、検出出力回路１４´には、図２のローパスフィルタ１５および出力アンプ１６の代わりに、ローパスフィルタ１５´および出力アンプ１６´が設けられている。
【００３１】
ここで、ＩＶ変換アンプ１０´、ＡＣアンプ１１´、９０度位相シフタ１２´、同期検波器１３´ローパスフィルタ１５´および出力アンプ１６´にはアウトイネーブル信号ＯＥが入力されている。そして、ＩＶ変換アンプ１０´、ＡＣアンプ１１´、９０度位相シフタ１２´、同期検波器１３´ローパスフィルタ１５´および出力アンプ１６´は、アウトイネーブル信号ＯＥに基づいて動作を停止させることができる。
これにより、音叉型圧電振動片１を励振させる励振信号Ｓ０に基づいて計時用のクロック信号ＣＫを生成することを可能としつつ、角速度の検出動作を停止させることが可能となる。このため、角速度検出機能が不要となった場合においても、省電力化を図りつつ、時刻およびカレンダ機能を発揮させることが可能となる。
【００３２】
図４は、本発明の第３実施形態に係るナビゲーション装置の概略構成を示すブロック図である。
図４において、ナビゲーション装置には、自己の位置を検出するための位置検出器２１、所定地域の地図データを取得する地図データ取得部２６、ナビゲーション装置の各種操作を行う操作スイッチ２７、自己の現在位置を地図上に重ねて表示可能な表示装置２９およびこれらを連携させて全体的な制御を行う制御回路２８が設けられている。
また、位置検出器２１には、ＧＰＳ受信機２３、振動式ジャイロセンサ２４および距離センサ２５が設けられ、ＧＰＳ受信機２３には、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナ２２および測位時のＧＰＳ信号の受信に用いるＧＰＳ衛星を捕捉する衛星捕捉部２３ａが設けられている。
【００３３】
ここで、ＧＰＳ受信機２３は、複数の人口衛星からの電波を受信することにより航法メッセージ（人口衛星の軌道情報および時刻情報）を取得し、地球上での自己の絶対位置を求めることができる。また、人口衛星からのドップラーシフト周波数を測定することにより、自己の速度を算出することができる。
また、振動式ジャイロセンサ２４および距離センサ２５を用いることにより、自己の進む方角および距離を算出することが可能となり、自立航法にて自己の現在位置を算出することができる。このため、トンネルなどでＧＰＳ信号が受信できなくなった場合においても、自己の現在位置を把握することが可能となるとともに、自己の現在位置の算出精度を向上させることが可能となる。
【００３４】
すなわち、ＧＰＳ受信機２３は、人口衛星から送られた電波を受信すると、この電波を復調することにより、人口衛星の軌道情報および時刻情報を取得することができる。そして、人口衛星の軌道情報および時刻情報に基づいて人口衛星の位置および人口衛星からＧＰＳ受信機２３までの電波の伝播時間が求まると、ＧＰＳ受信機２３の位置を未知数とする連立方程式を立てることにより、ＧＰＳ受信機２３の測位計算を行うことができる。
【００３５】
ここで、３個以上のＧＰＳ用衛星から受信される信号を演算処理して現在位置の緯度および経度を得るとともに、受信された信号に基づき標準時刻ＵＴＣを取得することができる。そして、地球全体をカバーするために、現在合計２５個の人口衛星が打ち上げられ、地球の高度２００００ｋｍにある６個の軌道上を周回している。このため、ＧＰＳ受信機２３の現在の位置を求めるには、これら２５個の人口衛星のうち追尾可能な少なくとも３個の人工衛星を捕捉する必要がある。
【００３６】
ここで、振動式ジャイロセンサ２４として図１の構成を用いることができる。すなわち、振動式ジャイロセンサ２４は、図１の発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０に基づいて音叉型圧電振動片１を駆動する駆動信号Ｓ１を生成し、音叉型圧電振動片１の検出電極１ｃに発生した検出信号Ｓ２に基づいて角速度信号Ｊｏｕｔを得ることができる。また、発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０に基づいて計時用のクロック信号ＣＫを生成することができる。そして、振動式ジャイロセンサ２４から出力された角速度信号Ｊｏｕｔは制御回路２８に入力されるとともに、振動式ジャイロセンサ２４から出力されたデータ信号Ｄｏｕｔは、ＧＰＳ受信機２３および制御回路２８に入力される。
【００３７】
そして、振動式ジャイロセンサ２４から出力されたデータ信号ＤｏｕｔがＧＰＳ受信機２３に入力されると、衛星捕捉部２３ａは、データ信号Ｄｏｕｔから抽出された現在時刻に基づいて現在時刻の可視衛星を推定することができる。そして、この推定結果に基づいて測位時のＧＰＳ信号の受信に用いる人工衛星を選択することにより、無駄な人工衛星を走査することなく、速やかに人工衛星を捕捉することを可能として、測位計算の立ち上がりを早めることができる。
【００３８】
また、振動式ジャイロセンサ２４から出力された角速度信号Ｊｏｕｔが制御回路２８に入力されると、制御回路２８は角速度信号Ｊｏｕｔに基づいて方角を算出するとともに、距離センサ２５から出力される距離を参照することにより、自立航法を行うことが可能となる。
さらに、振動式ジャイロセンサ２４から出力されたデータ信号Ｄｏｕｔが制御回路２８に入力されると、目的地への誘導などにおいて、到着時刻予想などの演算を行うことができるそして、到着予想時刻が算出されると、自己の現在位置が含まれる地図を地図データ取得部２６から取り出し、自己の現在位置がマーキングされた地図を到着予想時刻とともに表示装置２９に表示させることができる。
【００３９】
これにより、振動式ジャイロセンサ２４とは別にＲＴＣモジュールをナビゲーション装置に搭載することなく、現在時刻の可視衛星を容易に判定することが可能となるとともに、時刻情報を生成することが可能となる。このため、ナビゲーション装置の大型化および高価格化を抑制しつつ、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を持たせることが可能となるとともに、測位時のＧＰＳ信号の受信に用いる衛星の捕捉時間を短縮することが可能となる。
【００４０】
図５は、本発明の第４実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図５において、レンズ３１を介して入射した被写体の光学像はＣＣＤ３３の撮像面上に結像される。そして、ＣＣＤ３３の撮像面上に結像された光学像は画像信号に光電変換され、Ａ／Ｄコンバータ３４にてデジタル化される。そして、デジタル化された画像信号は、画像処理回路３５にて画像処理された後、画像メモリ３６に記憶されるとともに、表示部４１に表示される。また、画像処理回路３５にて画像処理された信号は、記録データインターフェース３９を介して記録媒体３８に送られ、記録媒体３８に保存することができる。なお、ＤＳＣの場合、記録データインターフェース３９としてカードインターフェース、記録媒体３８としてメモリカードなどを用いることができる。また、ＤＶＣの場合、記録データインターフェース３９および記録媒体３８として磁気テープなどを用いることができる。
【００４１】
ここで、全体制御部４２には振動式ジャイロセンサ４０が接続され、振動式ジャイロセンサ４０として図１の構成を用いることができる。すなわち、振動式ジャイロセンサ４０は、図１の発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０に基づいて音叉型圧電振動片１を駆動する駆動信号Ｓ１を生成し、音叉型圧電振動片１の検出電極１ｃに発生した検出信号Ｓ２に基づいて角速度信号Ｊｏｕｔを得ることができる。また、発振回路３にて生成された励振信号Ｓ０に基づいて計時用のクロック信号ＣＫを生成することができる。そして、振動式ジャイロセンサ４０から出力された角速度信号Ｊｏｕｔおよびデータ信号Ｄｏｕｔは全体制御部４２に入力される。
【００４２】
そして、全体制御部４２は、振動式ジャイロセンサ４０から出力された角速度信号Ｊｏｕｔに基づいてアクチュエータ３２を制御し、手振れが打ち消されるようにレンズ３１を動かすことにより、手振れ補正を行うことが可能となる。あるいは、全体制御部４２は、振動式ジャイロセンサ４０から出力された角速度信号Ｊｏｕｔに基づいて、画像メモリ３６に記憶された画像の切り出し範囲を制御することにより、手振れが打ち消された画像を表示部４１に表示させたり、記録媒体３８に保存させたりすることができる。
【００４３】
また、振動式ジャイロセンサ４０から出力されたデータ信号Ｄｏｕｔが全体制御部４２に入力されると、全体制御部４２は、時刻および日付情報が取り入れられた画像を表示部４１に表示させたり、記録媒体３８に保存させたりすることができる。
これにより、振動式ジャイロセンサ４０で検出された検出信号Ｓ２に基づいて手振れ補正を行うことが可能となり、手振れと被写体動作の判別を容易化することが可能となるとともに、振動式ジャイロセンサ４０とは別にＲＴＣモジュールを撮像装置に搭載することなく、時刻および日付情報を生成することが可能となる。このため、撮像装置の大型化および高価格化を抑制しつつ、時刻およびカレンダ機能を持たせることが可能となるとともに、手振れ補正を精度よく行うことが可能となる。
【００４４】
また、操作部３７にて、撮像装置の電源をオン／オフしたり、レンズ３１のズーミングを行ったり、撮像タイミングを決定したり、手振れ補正をオン／オフしたりすることができる。
そして、手振れ補正をオフする場合、振動式ジャイロセンサ２４として図３の構成を用いることにより、音叉型圧電振動片１を励振させる励振信号Ｓ０に基づいてデータ信号Ｄｏｕｔを生成することを可能としつつ、角速度の検出動作を停止させることが可能となる。このため、時刻および日付情報が取り入れられた画像を表示部４１に表示させたり、記録媒体３８に保存させたりすることを可能としつつ、省電力化を図ることが可能となる。
【００４５】
図６は、本発明の第５実施形態に係る振動式ジャイロセンサの構成を示すブロック図である。
図６において、振動式ジャイロセンサには、静電振動子５１、静電振動子５１を励振させる励振回路５２、静電振動子５１が角速度ωで回転した時に振動Ｂに作用したコリオリ力Ｆを検出する検出回路５９、検出回路５９からの出力に基づいて角速度信号Ｊｏｕｔ２を生成する検出出力回路６４および静電振動子５１を励振させる励振信号Ｓ１０に基づいて計時用のクロック信号を生成するクロック出力回路５５が設けられている。
【００４６】
図７は、図６の静電振動子５１の構成を示す斜視図である。なお、図７の例では、静電振動子５１として表面マイクロマシン加工振動子を用いた場合を示す。
図７において、静電振動子５１には、質量体として作用するボディ７４が設けられるとともに、ボディ７４を支持する基板７０が設けられている。ここで、基板７０上には、支持アンカー７１ａ〜７１ｄが形成されるとともに、ボディ７４の四隅には、たわみ部７３ａ〜７３ｄがそれぞれ形成されている。そして、ボディ７４は、たわみ部７３ａ〜７３ｄを介して支持アンカー７１ａ〜７１ｄに接続され、基板７０に対して水平方向に揺動できるように基板７０上に懸垂されている。ここで、ボディ７４の１対の辺には、ボディ７４の振動方向に突き出るように可動フィンガ７６ｂ、７６ｃがそれぞれ接続され、ボディ７４の残りの１対の辺には、コリオリ力Ｆの検出方向に突き出るように可動フィンガ７６ａ、７６ｄがそれぞれ接続されている。
【００４７】
また、ボディ７４の周囲には、ボディ７４の各辺にそれぞれ対向配置された支持体７２ａ〜７２ｄが基板７０上に形成されている。そして、支持体７２ａ〜７２ｄには、可動フィンガ７６ａ〜７６ｄとそれぞれかみ合うように固定フィンガ７５ａ〜７５ｄがそれぞれ接続されている。そして、支持体７２ｂには、ボディ７４を駆動するための駆動信号Ｓ１１を入力する駆動端子Ａ１が設けられるとともに、支持体７２ｃには、検出信号Ｓ１２、Ｓ１２´をモニタするためのフィードバック信号Ｓ１３を出力するフィードバック端子Ａ１´が設けられている。また、支持体７２ａ、７２ｄには、振動Ｂにコリオリ力Ｆが作用することによって発生した差動容量を検出信号Ｓ１２、Ｓ１２´としてそれぞれ出力する検出端子Ａ２、Ａ２´がそれぞれ設けられている。なお、静電振動子５１の共振周波数は、３２．７６８×Ｎ（Ｎは正の整数）ｋＨｚに設定することが好ましい。
【００４８】
そして、静電振動子５１の駆動端子Ａ１に交流電圧を印加すると、ボディ７４が駆動軸ＫＪに沿って揺動する。そして、ボディ７４が駆動軸ＫＪに沿って揺動している状態で、静電振動子５１が回転軸ＲＪの回りに角速度ωで回転すると、検出軸ＤＪの方向にコリオリ力Ｆが作用し、ボディ７４は検出軸ＤＪに沿って揺動する。このため、固定フィンガ７５ａと可動フィンガ７６ａとの間の容量および固定フィンガ７５ｄと可動フィンガ７６ｄとの間の容量がそれぞれ変化し、検出端子Ａ２、Ａ２´には、コリオリ力Ｆに対応した検出信号Ｓ１２、Ｓ１２´が発生する。ここで、コリオリ力Ｆは角速度ωに比例するため、検出端子Ａ２、Ａ２´に発生した検出信号Ｓ１２、Ｓ１２´を取り出すことにより、角速度ωを求めることができる。
【００４９】
すなわち、図６において、発振回路５３にて生成された励振信号Ｓ１０は利得自動調整回路５４にて利得調整され、静電振動子５１を駆動する駆動信号Ｓ１が出力される。そして、利得自動調整回路５４から出力された駆動信号Ｓ１１は駆動端子Ａ１に入力され、静電振動子５１のボディ７４が駆動軸ＫＪに沿って揺動する。そして、この時の機械振動を電気信号に変換し、この電気信号をフィードバック端子Ａ１´から取り出すことにより、フィードバック信号Ｓ１３を発振回路５３にフィードバックする。これにより、発振回路５３を用いて発振ループを構成することが可能となり、静電振動子５１をボディ７４の固有振動数で発振させることができる。また、利得自動調整回路５４にて駆動信号Ｓ１１の振幅制御を行うことにより、ボディ７４の固有振動振幅を常に一定に保つことが可能となり、感度を安定化させることができる。
【００５０】
一方、静電振動子５１の検出端子Ａ２、Ａ２´にそれぞれ発生した検出信号Ｓ１２、Ｓ１２´は、ＩＶ変換アンプ６０、６０´にて電流から電圧にそれぞれ変換された後、差動増幅器６１にて差動増幅され、同期検波器６３に入力される。また、同期検波器６３には、駆動信号Ｓ１１が９０度位相シフタ６２を介して入力され、ＡＣアンプ６１にて増幅された信号が発振回路５３の基準位相に同期して検波される。すなわち、検出信号Ｓ１２は、駆動信号Ｓ１１の周波数を搬送波として角速度ωでＡＭ変調された信号と等価であることから、駆動信号Ｓ１１を基準信号として同期検波することにより、角速度ωを抽出することができる。
【００５１】
そして、同期検波器６３から出力された検波信号をローパスフィルタ５５に通すことにより、検波信号に重畳された高周波成分を除去し、出力アンプ５６を介して出力することにより角速度信号Ｊｏｕｔ２を得ることができる。
また、発振回路５３にて生成された励振信号Ｓ１０は、バッファ５６を介してデバイダー５７に入力される。ここで、デバイダー５７にはカウンタが設けられ、励振信号Ｓ１０をデバイダー５７にて分周することにより、計時用のクロック信号ＣＫ２を生成することができる。例えば、静電振動子５１の共振周波数が３２．７６８×ｋＨｚに設定されているものとすると、１５個のカウンタを並べることにより、クロック信号ＣＫ２として１Ｈｚの信号を生成することができ、１秒ごとのカウント動作を行わせることができる。
【００５２】
また、コントロールロジック５８には、クロック出力ＣＫ２およびコントロール信号ＣＮ２が入力され、クロック信号ＣＫ２に基づいて時刻およびカレンダ機能を有するＲＴＣを構成することができる。そして、コントロールロジック５８にて生成された時刻および日付情報は、データ信号Ｄｏｕｔ２として出力することができる。
【００５３】
ここで、振動式ジャイロセンサを励振させる励振信号Ｓ１０に基づいて計時用のクロック信号ＣＫ２を生成することにより、計時用のクロック信号ＣＫ２を生成するために、振動式ジャイロセンサの静電振動子５１を用いることが可能となる。このため、時刻および日付情報を生成するために、振動式ジャイロセンサとは別にＲＴＣモジュールを搭載する必要がなくなり、機器の大型化およびコストアップを抑制しつつ、時刻およびカレンダ機能および角速度検出機能の双方を持たせることが可能となる。
また、静電振動子５１として表面マイクロマシン加工振動子を用いることにより、微細加工技術を用いることで振動式ジャイロセンサを構成することができ、振動式ジャイロセンサの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態に係る振動式ジャイロセンサの構成を示すブロック図。
【図２】図１の音叉型圧電振動片１の概略構成を示す斜視図。
【図３】第２実施形態に係る振動式ジャイロセンサの構成を示すブロック図。
【図４】第３実施形態に係るナビゲーション装置の概略構成を示すブロック図。
【図５】第４実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図。
【図６】第５実施形態に係る振動式ジャイロセンサの構成を示すブロック図。
【図７】図６の静電振動子の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５５】
１  音叉型圧電振動片、１ａ  駆動電極、１ｂ  フィードバック用電極、１ｃ  検出電極、２、５２  励振回路、３、５３  発振回路、４、５４  利得自動調整回路、５、５５  クロック出力回路、６、５６  バッファ、７、５７  デバイダー、８、５８  コントロールロジック、９、９´、５９  検出回路、１０、１０´、６０、６０´  ＩＶ変換アンプ、１１、１１´  ＡＣアンプ、１２、１２´  ９０度位相シフタ、１３、１３´、６３  同期検波器、１４、１４´、６４  検出出力回路、１５、１５´、５５  ローパスフィルタ、１６、１６´、５６  出力アンプ、ＣＫ、ＣＫ２  クロック信号、ＣＮ、ＣＮ２  コントロール信号、Ｄｏｕｔ、Ｄｏｕｔ２  データ信号、Ｊｏｕｔ、Ｊｏｕｔ２  角速度信号、ＯＥ  アウトイネーブル信号、２１  位置検出器、２２  アンテナ、２３  ＧＰＳ受信機、２３ａ  衛星捕捉部、２４、４０  振動式ジャイロセンサ、２５  距離センサ、２６  地図データ取得部、２７  操作スイッチ、２８  制御回路、２９  表示装置、３１  レンズ、３２  アクチュエータ、３３  ＣＣＤ、３４  Ａ／Ｄコンバータ、３５  画像処理回路、３６  画像メモリ、３７  操作部、３８  記録媒体、３９  記録データインターフェース、４１  表示部、４２  全体制御部、５１  静電振動子、６１  差動増幅器、７０  基板、７１ａ〜７１ｄ  支持アンカー、７２ａ〜７２ｄ  支持体、７３ａ〜７３ｄ  たわみ部、７４  ボディ、７５ａ〜７５ｄ  固定フィンガ、７６ａ〜７６ｄ  可動フィンガ
【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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