(57)【要約】【課題】簡素な構成ながら平滑時定数の大きい平滑回路を有する角速度センサを供給し、センサの小型、集積化を実現することを目的とするものである。【解決手段】平滑回路９として、第一のスイッチ１１と第一のコンデンサ１２、第二のスイッチ１３と第二のコンデンサ１７と、これら第一のスイッチ１１と第二のスイッチ１３のオン、オフを制御するための信号を供給するクロック供給手段１５からなる構成を有しており、第一のコンデンサ１２及び第二のコンデンサ１７の容量値が小さくとも、クロック供給手段１５の切替用クロック信号の周波数を小さくすることで等価的に大きな平滑時定数を設定することが可能となり、特にＩＣ上にコンデンサを形成する場合などは、その占有面積を小さくすることができセンサの小型、集積化が可能となる。【選択図】図１
2005227214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも駆動電極、モニタ電極、検出電極とを有する振動素子と、この振動素子の駆動電極にその出力側を接続した駆動回路と、前記振動素子の検出電極にその入力側を接続した検出回路と、前記振動素子のモニタ電極にその入力側を接続したモニタ回路と、このモニタ回路の出力信号を整流する整流回路と、この整流回路の出力信号を平滑して直流信号を得る平滑回路と、前記モニタ回路の出力信号が入力され、前記平滑回路の出力信号によって利得制御され、前記駆動回路にその出力信号が入力される振動制御回路とを備え、前記平滑回路として、前記整流回路の出力側が入力端子に接続される第一のスイッチと、この第一のスイッチの出力端子がその一方の端子に接続される第一のコンデンサと、前記第一のスイッチの出力端子が入力端子に接続され、出力端子に前記振動制御回路の入力側が接続される第二のスイッチと、前記第一のコンデンサの他方の端子に接続される第一の基準電圧と、前記第二のスイッチの出力端子がその一方の端子に接続され、他方の端子に前記第一の基準電圧が接続される第二のコンデンサと、前記第一のスイッチ及び前記第二のスイッチのオン、オフを制御するための信号を供給するクロック供給手段とから構成された角速度センサ。
【請求項２】
クロック供給手段に、その源信号としてモニタ回路の出力信号を入力するようにした請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
クロック供給手段に、その源信号として駆動回路の出力信号を入力するようにした請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
クロック供給手段に、その源信号として振動制御回路の出力信号を入力するようにした請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項５】
クロック供給手段に、その源信号として発振回路の出力信号を入力するようにした請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項６】
クロック供給手段に、その源信号としてセンサ外部の信号発生手段から印加される交流信号を入力するようにした請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項７】
本体と、この本体を支える複数のタイヤと、各タイヤに設けたブレーキシステムとを備え、ブレーキシステムには請求項１〜６のいずれか１つに記載の角速度センサからの検出出力を供給する自動車。
【請求項８】
本体と、この本体に設置された少なくとも１つの座席と、座席付近に設置されるエアバッグシステムとを備え、エアバッグシステムには請求項１〜６のいずれか１つに記載の角速度センサからの検出出力を供給する自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角速度センサ及びそれを用いた自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の角速度センサは、図１１に示されるような構成を有していた。
【０００３】
図１１において、４は振動素子であり、この振動素子４には駆動電極１、モニタ電極２、検出電極３が備えられている。
【０００４】
駆動電極１には駆動回路５の出力側が接続され、検出電極３には検出回路６の入力側が接続され、モニタ電極２にはモニタ回路７の入力側が接続されている。
【０００５】
モニタ回路７の出力側は整流回路８の入力側に接続され、整流回路８はモニタ回路７から入力される信号を整流した信号を出力する。整流回路８の出力側は平滑回路９の入力側に接続され、平滑回路９は整流回路８から入力される信号を平滑した直流信号を出力する。モニタ回路７の出力側は振動制御回路１０の入力側にも接続され、振動制御回路１０の出力側は駆動回路５の入力側に接続される。平滑回路９の出力信号は振動制御回路１０に利得制御信号として入力される。
【０００６】
ここで平滑回路９は、第一の抵抗１６、第二のコンデンサ１７、第一の基準電圧１４によって構成され、整流回路８の出力側が第一の抵抗１６の一方の端子に接続され、第一の抵抗１６の他方の端子に第二のコンデンサ１７の一方の端子及び振動制御回路１０の入力側が接続され、第二のコンデンサ１７の他方の端子に第一の基準電圧１４が接続される。
【０００７】
このとき、整流回路８の出力信号は、第一の抵抗１６の抵抗値をＲ１、第二のコンデンサ１７の容量値をＣ２とすると、平滑時定数τ１は、（数１）で平滑される。
【０００８】
【数１】
2005227214.tif 000003
【０００９】
この平滑出力信号は振動制御回路１０へ利得制御信号として入力され、振動制御回路１０は利得制御信号のレベル、すなわちモニタ電極２に発生する振動素子４の振幅レベルに応じた利得に制御され、駆動回路５に出力信号を供給する。
【００１０】
すなわち、振動制御回路１０の基準電圧をＶｒｅｆ、平滑回路９の出力信号である利得制御信号をＶｃ、振動制御回路１０の増幅係数をＡとすると、振動制御回路１０の利得Ａｖは、（数２）と表される。
【００１１】
【数２】
2005227214.tif 000004
【００１２】
例えば、振動素子４の伝達インピーダンスが温度変化等の外乱条件によって増加した場合、駆動回路５から駆動電極１に供給される駆動信号に対する振動素子４の駆動振幅は減少し、それに伴いモニタ電極２に発生する振動素子４の振動レベルに応じた電荷、モニタ回路７の出力電圧、整流回路８の出力信号はいずれも減少し、平滑回路９の出力信号である利得制御信号Ｖｃは減少する。このとき（数２）より振動制御回路１０の利得Ａｖは増加し、振動制御回路１０の出力信号、駆動回路５の出力信号、駆動電極１に加えられる電圧はいずれも増加するため、振動素子４の駆動振幅は増加するように働き、その結果、振動素子４はもとの振幅レベルになるように制御されるため、温度変化等の外乱条件に対しても安定したセンサ出力を得ることができるように構成されている。
【００１３】
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】
【００１４】
しかしながら上記従来の構成では、平滑回路９に定数の大きな抵抗およびコンデンサが必要であるため、特にＩＣ上に抵抗およびコンデンサを形成する場合などは、その占有面積が大きくなってしまい、センサの小型、集積化が困難であるという課題を有していた。
【００１５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡素な構成ながら平滑時定数の大きい平滑回路を有する角速度センサを供給し、センサの小型、集積化を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１７】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に、平滑回路として、整流回路の出力側が入力端子に接続される第一のスイッチと、第一のスイッチの出力端子がその一方の端子に接続される第一のコンデンサと、第一のスイッチの出力端子が入力端子に接続され、出力端子に振動制御回路の入力側が接続される第二のスイッチと、第一のコンデンサの他方の端子に接続される第一の基準電圧と、第二のスイッチの出力端子がその一方の端子に接続され、他方の端子に第一の基準電圧が接続される第二のコンデンサと、第一のスイッチ及び第二のスイッチのオン、オフを制御するための信号を供給するクロック供給手段からなる構成を有しており、これにより、第一のコンデンサ及び第二のコンデンサの容量値が小さくとも、クロック供給手段の切替用クロック信号の周波数ｆｃｌｋを小さくすることで等価的に大きな平滑時定数を設定することが可能となり、特にＩＣ上にコンデンサを形成する場合などは、その占有面積を小さくすることができるという作用効果を得られる。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は、クロック供給手段にその源信号としてモニタ回路の出力信号を入力するように構成したものであり、これにより、別途にクロック信号源を設けなくとも安定したクロック信号をクロック供給手段に供給することができるという作用効果が得られる。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の発明は、クロック供給手段にその源信号として駆動回路の出力信号を入力するように構成したものであり、これにより、別途にクロック信号源を設けなくとも安定したクロック信号をクロック供給手段に供給することができるという作用効果が得られる。
【００２０】
本発明の請求項４に記載の発明は、クロック供給手段にその源信号として振動制御回路の出力信号を入力するように構成したものであり、これにより、別途にクロック信号源を設けなくとも安定したクロック信号をクロック供給手段に供給することができるという作用効果が得られる。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の発明は、クロック供給手段にその源信号として発振回路の出力信号を入力するように構成したものであり、これにより、振動素子の駆動周波数によらず安定したクロック信号をクロック供給手段に供給することができるという作用効果が得られる。
【００２２】
本発明の請求項６に記載の発明は、クロック供給手段にその源信号としてセンサ外部の信号発生手段から印加される交流信号を入力するように構成したものであり、これにより、振動素子の駆動周波数によらず安定したクロック信号をクロック供給手段に供給することができるという作用効果が得られる。
【００２３】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１つに記載の角速度センサからの検出出力をブレーキシステムに供給するように構成した自動車であり、これにより、小型、集積化された角速度センサによって検出した角速度情報に対応した適切なブレーキ制御が行えるという作用効果が得られる。
【００２４】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１つに記載の角速度センサからの検出出力をエアバッグシステムに供給するように構成した自動車であり、これにより、小型、集積化された角速度センサによって検出した角速度情報に対応した適切なエアバッグ制御が行えるという作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の角速度センサは、平滑回路として、整流回路の出力側が入力端子に接続される第一のスイッチと、第一のスイッチの出力端子がその一方の端子に接続される第一のコンデンサと、第一のスイッチの出力端子が入力端子に接続され、出力端子に振動制御回路の入力側が接続される第二のスイッチと、第一のコンデンサの他方の端子に接続される第一の基準電圧と、第二のスイッチの出力端子がその一方の端子に接続され、他方の端子に第一の基準電圧が接続される第二のコンデンサと、第一のスイッチ及び第二のスイッチのオン、オフを制御するための信号を供給するクロック供給手段からなる構成を有しており、これにより、平滑回路の抵抗値及び容量値を大きくする必要がないため回路の小型、集積化という観点において大きな効果を有する。特にＩＣ上に抵抗もしくはコンデンサを形成する場合などは、占有面積を小さくすることができ、その効果が顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１において、４は振動素子であり、この振動素子４には駆動電極１、モニタ電極２、検出電極３が備えられている。
【００２８】
駆動電極１には駆動回路５の出力側が接続され、検出電極３には検出回路６の入力側が接続され、モニタ電極２にはモニタ回路７の入力側が接続されている。モニタ回路７の出力側は整流回路８の入力側に接続され、整流回路８はモニタ回路７から入力される信号を整流した信号を出力する。整流回路８の出力側は平滑回路９の入力側に接続され、平滑回路９は整流回路８から入力される信号を平滑した直流信号を出力する。モニタ回路７の出力側は振動制御回路１０の入力側にも接続され、振動制御回路１０の出力側は駆動回路５の入力側に接続される。平滑回路９の出力信号は振動制御回路１０に利得制御信号として入力される。
【００２９】
ここで平滑回路９は、第一のスイッチ１１、第一のコンデンサ１２、第二のスイッチ１３、第一の基準電圧１４、第二のコンデンサ１７によって構成され、整流回路８の出力側が第一のスイッチ１１の一方の端子に接続され、第一のスイッチ１１の他方の端子に第一のコンデンサ１２の一方の端子及び第二のスイッチ１３の一方の端子が接続され、第一のコンデンサ１２の他方の端子に第一の基準電圧１４が接続され、第二のスイッチ１３の他方の端子に第二のコンデンサ１７の一方の端子及び振動制御回路１０の入力側が接続され、第二のコンデンサ１７の他方の端子に第一の基準電圧１４が接続される。
【００３０】
また、クロック供給手段１５は第一のスイッチ１１及び第二のスイッチ１３のオン、オフを制御するための信号を供給する。
【００３１】
図２に平滑回路９及びクロック供給手段１５の一実施例を示す。
【００３２】
図２において、第一のスイッチ１１は第一のＰチャンネルトランジスタ２０及び第一のＮチャンネルトランジスタ２１で構成され、整流回路８の出力側が第一のＰチャンネルトランジスタ２０のソース及び第一のＮチャンネルトランジスタ２１のソースに接続され、第一のＰチャンネルトランジスタ２０のドレイン及び第一のＮチャンネルトランジスタ２１のドレインは第一のコンデンサ１２の一方の端子に接続される。
【００３３】
また、第二のスイッチ１３は第二のＰチャンネルトランジスタ２２及び第二のＮチャンネルトランジスタ２３で構成され、第一のコンデンサ１２の一方の端子が第二のＰチャンネルトランジスタ２２のソース及び第二のＮチャンネルトランジスタ２３のソースに接続され、第二のＰチャンネルトランジスタ２２のドレイン及び第二のＮチャンネルトランジスタ２３のドレインは振動制御回路１０の入力側及び第二のコンデンサ１７の一方の端子に接続される。
【００３４】
クロック供給手段１５はコンパレータ２５及び第二の基準電圧２６で構成され、コンパレータ２５の正入力端子にはモニタ回路７の出力が接続され、負入力端子には第二の基準電圧２６が接続される。
【００３５】
第一のＮチャンネルトランジスタ２１のゲート及び第二のＰチャンネルトランジスタ２２のゲートはクロック供給手段１５の出力端子であるコンパレータ２５の出力側に接続される。また、クロック供給手段１５の出力はインバータ２４に入力され、インバータ２４の出力には第一のＰチャンネルトランジスタ２０のゲート及び第二のＮチャンネルトランジスタ２３のゲートが接続される。
【００３６】
いま、モニタ回路７の出力信号を図３に示すような第二の基準電圧２６を基準とする周波数ｆｃｌｋの交流信号とすると、クロック供給手段１５の出力信号は図４に示すような周波数ｆｃｌｋの矩形波信号となる。
【００３７】
この矩形波信号をスイッチ切替用クロック信号として、信号の出力レベルがＨｉｇｈとなる前半周期においては、第一のＰチャンネルトランジスタ２０及び第一のＮチャンネルトランジスタ２１はオンし、第二のＰチャンネルトランジスタ２２及び第二のＮチャンネルトランジスタ２３はオフする。このとき整流回路８の出力電圧をＶｉ、第一のコンデンサ１２の容量値をＣ１とすると、第一のコンデンサ１２に充電される電荷量Ｑ１は、（数３）となる。
【００３８】
【数３】
2005227214.tif 000005
【００３９】
また、切替用クロック信号の出力レベルがＬｏｗとなる後半周期においては、第一のＰチャンネルトランジスタ２０及び第一のＮチャンネルトランジスタ２１はオフし、第二のＰチャンネルトランジスタ２２及び第二のＮチャンネルトランジスタ２３はオンする。このとき振動制御回路１０に入力される電圧をＶ0とすると、第一のコンデンサ１２から放電される電荷量Ｑ２は、（数４）となる。
【００４０】
【数４】
2005227214.tif 000006
【００４１】
よって切替用クロック信号の１周期において整流回路８の出力側から振動制御回路１０の入力側へ移動する電荷量Ｑは、（数５）となる。
【００４２】
【数５】
2005227214.tif 000007
【００４３】
よって１秒あたりの電荷移動量、すなわち電流量Ｉは、（数６）となる。
【００４４】
【数６】
2005227214.tif 000008
【００４５】
図１１において、整流回路８の出力側と振動制御回路１０の入力側との間に接続される第一の抵抗１６の抵抗値Ｒ１は、（数７）と表される。
【００４６】
【数７】
2005227214.tif 000009
【００４７】
（数６）及び（数７）より、第一のスイッチ１１、第一のコンデンサ１２、第二のスイッチ１３における等価抵抗Ｒは、（数８）とみなすことができる。
【００４８】
【数８】
2005227214.tif 000010
【００４９】
このときの平滑時定数τ２は、（数９）となる。
【００５０】
【数９】
2005227214.tif 000011
【００５１】
このため第一のコンデンサ１２及び第二のコンデンサ１７の容量値が小さくとも、クロック供給手段１５の切替用クロック信号の周波数ｆｃｌｋを小さくすることで等価的に大きな平滑時定数を設定することが可能となり、特にＩＣ上にコンデンサを形成する場合などは、その占有面積を小さくすることができるため、センサの小型、集積化に対して大きな効果を有する。
【００５２】
なお本実施の形態では、クロック供給手段１５の源信号としてモニタ回路７の出力信号を用いる例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００５３】
図５に示すように、クロック供給手段１５の源信号として駆動回路５の出力信号を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、図６に示すように、クロック供給手段１５の源信号として振動制御回路１０の出力信号を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
【００５５】
また、図７に示すように、クロック供給手段１５の源信号として発振回路１８の出力信号を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
【００５６】
また、図８に示すように、クロック供給手段１５の源信号としてセンサ外部の信号供給手段１９から印加される交流信号を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、第一、第二のスイッチ１１，１３をトランジスタで構成しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、上記実施の形態では第一、第二のスイッチ１１，１３のオン、オフ切替のためにインバータを用いているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００５８】
また、図９は角速度センサ３０を自動車のブレーキシステム２９にその検出出力を供給するようにしたものであり、本体２７と、それを支える複数のタイヤ２８と、各タイヤ２８に設けたブレーキシステム２９と、このブレーキシステム２９に検出出力を供給する角速度センサ３０によって構成され、小型、集積化された角速度センサ３０によって検出した角速度情報に対応し、ブレーキシステム２９で適切なブレーキ制御が行えるものとなる。
【００５９】
また、図１０は角速度センサ３０を自動車のエアバッグシステム３２にその検出出力を供給するようにしたものであり、本体２７に設置された少なくとも１つの座席３１と、この座席３１付近に設置されるエアバッグシステム３２と、このエアバッグシステム３２に検出出力を供給する角速度センサ３０によって構成され、小型、集積化された角速度センサ３０によって検出した角速度情報に対応し、エアバッグシステム３２で適切なエアバッグ制御が行えるものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明にかかる角速度センサとそれを用いた自動車は、角速度センサの小型、集積化という点において大きな効果を有し、システムの小型化が必要な自動車の制御システム用としての角速度センサ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の角速度センサの実施の形態を説明する回路図
【図２】平滑回路及びクロック供給手段の一例を示す回路図
【図３】モニタ回路の出力信号を示すグラフ
【図４】クロック供給手段の出力信号を示すグラフ
【図５】本発明のもう１つの実施の形態を説明する回路図
【図６】本発明のもう１つの実施の形態を説明する回路図
【図７】本発明のもう１つの実施の形態を説明する回路図
【図８】本発明のもう１つの実施の形態を説明する回路図
【図９】角速度センサからの検出出力が供給されるブレーキシステムを備えた自動車を説明する図
【図１０】角速度センサからの検出出力が供給されるエアバッグシステムを備えた自動車を説明する図
【図１１】従来の角速度センサの一例を説明する回路図
【符号の説明】
【００６２】
１  駆動電極
２  モニタ電極
３  検出電極
４  振動素子
５  駆動回路
６  検出回路
７  モニタ回路
８  整流回路
９  平滑回路
１０  振動制御回路
１１  第一のスイッチ
１２  第一のコンデンサ
１３  第二のスイッチ
１４  第一の基準電圧
１５  クロック供給手段
１６  第一の抵抗
１７  第二のコンデンサ
１８  発振回路
１９  センサ外部からの信号供給手段
２０  第一のＰチャンネルトランジスタ
２１  第一のＮチャンネルトランジスタ
２２  第二のＰチャンネルトランジスタ
２３  第二のＮチャンネルトランジスタ
２４  インバータ
２５  コンパレータ
２６  第二の基準電圧
２７  本体
２８  タイヤ
２９  ブレーキシステム
３０  角速度センサ
３１  座席
３２  エアバッグシステム
【図１】
2005227214.tif 000012
【図２】
2005227214.tif 000013
【図３】
2005227214.tif 000014
【図４】
2005227214.tif 000015
【図５】
2005227214.tif 000016
【図６】
2005227214.tif 000017
【図７】
2005227214.tif 000018
【図８】
2005227214.tif 000019
【図９】
2005227214.tif 000020
【図１０】
2005227214.tif 000021
【図１１】
2005227214.tif 000022