(57)【要約】【課題】角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの持つクロック周波数とが異なる場合においても、正確な出力信号を出力することが可能な角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】ＩＮＴ出力制御回路７６から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路６３における出力端子６６からマスタコンピュータ６８における入力端子７１に入力する構成としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、この振動子を振動させる駆動回路と、前記振動子に角速度が付加された際にコリオリ力により発生する電荷をアナログ信号の出力信号として検出する検出回路と、この検出回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の動作タイミングを制御する発振器と、この発振器から出力される矩形波を分周器を介してデータ更新信号に変換するＩＮＴ出力制御回路と、前記Ａ／Ｄ変換器により変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、外部に設けたマスタコンピュータとチップセレクト端子、クロック端子、入力端子および出力端子を介して電気的に接続された通信制御回路とを備え、前記ＩＮＴ出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するように構成した角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、手振れ補正機能付きカメラ、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等に利用できる角速度センサ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５に示されるような構成をしていた。
【０００３】
以下、従来の角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図５は従来の角速度センサの回路ブロック図である。
【０００５】
図５において、１はＨ型の音叉からなる水晶製の振動子で、この振動子１は一対の駆動部２と、この一対の駆動部２の反対側に配設された一対の検知部３とにより構成されており、この検知部３に角速度検出用電極（図示せず）を設けている。また、前記振動子１の駆動部２の一方には駆動用電極４を設けるとともに、駆動部２の他方には駆動検出用電極５を設けている。６は駆動回路で、この駆動回路６は前記振動子１における駆動用電極４および駆動検出用電極５と電気的に接続されており、振動子１を一定の振幅になるように制御している。また、駆動回路６にはＥＥＰＲＯＭ６ａを設けており、このＥＥＰＲＯＭ６ａに保存したデータにより、駆動信号を補正している。
【０００６】
以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【０００７】
振動子１の駆動用電極４に交流電圧を加えると前記振動子１が共振し、前記振動子１の駆動検出用電極５に、振動子１の振動振幅に応じた電荷が発生する。そして、この電荷を駆動回路６により増幅、調整した後、駆動用電極４に入力することにより、振動子１が一定の振幅で振動するように制御している。また、振動子１のバラツキにより、振幅が所定の値と外れている場合には、駆動回路６におけるＥＥＰＲＯＭ６ａのデータを書き換えることにより、振幅を微調整している。
【０００８】
そしてまた、前記振動子１に角速度ωが加わると、一対の検知部３に設けた角速度検出用電極（図示せず）に電荷が発生する。そしてこの角速度検出用電極（図示せず）に発生する電荷を検出回路１０により、出力電圧に変換して、入出力端子１１より角速度の信号として、相手側のコンピュータ（図示せず）等に入力し、角速度を検出するものである。
【０００９】
ここで、図６に示すように、デジタル処理技術の進歩に伴い、相手側のコンピュータをマスタコンピュータ１２として設定するとともに、このマスタコンピュータ１２により制御されるスレブ側として、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６を制御する場合を考える。このような場合には、マスタコンピュータ１２にチップセレクト端子１７を設けるとともに、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６の全てにチップセレクト端子１８を設ける。
【００１０】
また、マスタコンピュータ１２に出力端子１９を設けるとともに、この出力端子１９に対応する入力端子２０を、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６の全てに設ける。また、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６の全てに出力端子２１を設けるとともに、この出力端子２１に対応する入力端子２２をマスタコンピュータ１２に設ける。ここで、例えば、第１の角速度センサ１３を動作させる場合を考えると、マスタコンピュータ１２におけるチップセレクト端子１７から、第１の角速度センサ１３におけるチップセレクト端子１８に信号を出力する。そして、マスタコンピュータ１２における出力端子１９から第１の角速度センサ１３における入力端子２０に８ｂｉｔ信号からなるコマンド信号を発信し、そのコマンド信号に対応する８ｂｉｔのデータを第１の角速度センサ１３における出力端子２１からマスタコンピュータ１２における入力端子２２に出力する。そして、上記のコマンド信号としては、第１の角速度センサ１３からの角速度情報の出力、第１の角速度センサ１３における駆動回路６のＥＥＰＲＯＭ６ａへのデータの書き込み、ＥＥＰＲＯＭ６ａからのデータの読み出しが挙げられる。
【００１１】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１７４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来の構成においては、角速度センサ１３の有するクロック周波数とマスタコンピュータ１２の持つクロック周波数とが異なる場合に、マスタコンピュータ１２におけるチップセレクト端子１７から角速度センサ１３におけるチップセレクト端子１８に信号を出力することにより、角速度センサ１３から角速度の情報を出力端子２１からマスタコンピュータ１２における入力端子２２に出力するようにしているため、角速度センサ１３とマスタコンピュータ１２とのクロック周波数の位相のずれにより、位相のずれ分だけ、出力信号が変動してしまうという課題を有していた。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの持つクロック周波数とが異なる場合においても、正確な出力信号を出力することが可能な角速度センサを提供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】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、振動子と、この振動子を振動させる駆動回路と、前記振動子に角速度が付加された際にコリオリ力により発生する電荷をアナログ信号の出力信号として検出する検出回路と、この検出回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の動作タイミングを制御する発振器と、この発振器から出力される矩形波を分周器を介してデータ更新信号に変換するＩＮＴ出力制御回路と、前記Ａ／Ｄ変換器により変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、外部に設けたマスタコンピュータとチップセレクト端子、クロック端子、入力端子および出力端子を介して電気的に接続された通信制御回路とを備え、前記ＩＮＴ出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしたもので、この構成によれば、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの有するクロック周波数とが異なる場合においても、ＩＮＴ出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしているため、マスタコンピュータにおけるクロック周波数の影響を受けることなく、角速度信号を出力できることとなり、角速度センサとマスタコンピュータとのクロック信号の位相のずれによる出力変動がなくなるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の角速度センサは、振動子と、この振動子を振動させる駆動回路と、前記振動子に角速度が付加された際にコリオリ力により発生する電荷をアナログ信号の出力信号として検出する検出回路と、この検出回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の動作タイミングを制御する発振器と、この発振器から出力される矩形波を分周器を介してデータ更新信号に変換するＩＮＴ出力制御回路と、前記Ａ／Ｄ変換器により変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、外部に設けたマスタコンピュータとチップセレクト端子、クロック端子、入力端子および出力端子を介して電気的に接続された通信制御回路とを備え、前記ＩＮＴ出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしたもので、この構成によれば、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの有するクロック周波数とが異なる場合においても、ＩＮＴ出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしているため、マスタコンピュータにおけるクロック周波数の影響を受けることなく、角速度信号を出力できることとなり、角速度センサとマスタコンピュータとのクロック信号の位相のずれにより出力変動が発生するということのない特性の向上した角速度センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサの検出回路を示すブロック図
【図２】同角速度センサの動作状態における出力信号を示す図
【図３】本発明の一実施の形態における角速度センサのＩＮＴ出力制御回路から出力されるデータ更新信号を示す図
【図４】同角速度センサへのマスタコンピュータからの指令により、角速度情報を出力する状態を示す図
【図５】従来の角速度センサの回路ブロック図
【図６】従来の角速度センサをマスタコンピュータと接続する状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態における角速度センサの検出回路を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、３１は振動子で、この振動子３１は一対の駆動部３２と、この一対の駆動部３２のそれぞれの先端に配設された一対の検知部３３とにより構成されている。また前記振動子３１の駆動部３２の一方には駆動用電極３４を設けるとともに、前記駆動部３２の他方には駆動検出用電極３５を設けている。そしてまた前記振動子３１における一対の検知部３３には角速度検出用電極３６を設けている。３７はモニタ回路で、このモニタ回路３７は前記振動子３１の駆動検出用電極３５の電荷を入力する電流アンプ３８と、この電流アンプ３８の出力信号を入力するバンドパスフィルタ３９と、このバンドパスフィルタ３９の出力信号を入力する整流器４０と、この整流器４０の出力信号を入力する平滑回路４１とにより構成されている。４２はＡＧＣ回路で、このＡＧＣ回路４２は前記モニタ回路３７における平滑回路４１の出力信号を入力し、かつ前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。４３は制御回路で、この制御回路４３は前記ＡＧＣ回路４２の出力信号を入力するとともに、前記振動子３１の駆動用電極３４に駆動信号を入力するものである。そして、前記モニタ回路３７、ＡＧＣ回路４２および制御回路４３とで、駆動回路４４を構成している。
【００２１】
４５は電流アンプで、この電流アンプ４５は前記振動子３１における一対の角速度検出用電極３６にコリオリ力により発生する電荷を電圧に変換するものである。４６は検出回路で、この検出回路４６は、前記電流アンプ４５の出力信号を入力する差動アンプ４７と、この差動アンプ４７の出力信号を入力する同期検波器４８と、この同期検波器４８の出力信号を入力する平滑回路４９と、この平滑回路４９の出力信号を入力するとともに、増幅して角速度信号を出力する直流アンプ５０とにより構成されている。６０はＡ／Ｄ変換器で、このＡ／Ｄ変換器６０は検出回路４６における直流アンプ５０から出力されるアナログからなる出力信号をデジタル信号に変換する。６２はレジスタで、このレジスタ６２は角速度情報としての出力信号、駆動回路４４の補正データ等がデータとして保存されている。
【００２２】
６３は３線式シリアル通信におけるスレブに相当する通信制御回路で、この通信制御回路６３はレジスタ６２とデータのやり取りを行うとともに、チップセレクト端子６４、入力端子６５、出力端子６６およびクロック端子６７を設けている。６８は外部に設けられたマスタコンピュータで、このマスタコンピュータ６８は３線式シリアル通信方式における通信をコントロールしており、角速度センサにおけるチップセレクト端子６４と接続されたチップセレクト端子６９、角速度センサにおける入力端子６５と接続された出力端子７０および角速度センサにおける出力端子６６と接続された入力端子７１、角速度センサにおけるクロック端子６７と接続されたクロック端子７２およびＩＮＴ端子７３を設けている。また、前記マスタコンピュータ６８には、タイミング回路６８ａを設けている。７４は発振器で、この発振器７４は矩形波形を出力している。７５は分周器で、この分周器７５は前記発振器７４からの出力信号を１３．３ＫＨｚからなる矩形波に変換して出力している。７６はＩＮＴ出力制御回路で、このＩＮＴ出力制御回路７６は前記分周器７５からの出力される矩形波をデータ更新信号に変換して出力している。そして、このデータ更新信号はマスタコンピュータ６８におけるＩＮＴ端子７３を介してタイミング回路６８ａに入力される。そして、このタイミング回路６８ａから出力される出力信号がマスタコンピュータ６８におけるチップセレクト端子６９を介して角速度センサの通信制御回路６３におけるチップセレクト端子６４にローの信号として入力される。
【００２３】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその動作を説明する。
【００２４】
振動子３１の駆動用電極３４に交流電圧を加えると、前記振動子３１が共振し、前記振動子３１の駆動検出用電極３５に電荷が発生する。この駆動検出用電極３５に発生した電荷を駆動回路４４における電流アンプ３８に入力し、正弦波形の出力電圧に変換する。そしてこの電流アンプ３８の出力電圧をモニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９に入力し、前記振動子３１の共振周波数のみを抽出し、ノイズ成分を除去した図２（ａ）に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を整流器４０に入力することにより、負電圧成分を正電圧に変換した後、平滑回路４１に入力することにより、直流電圧信号に変換する。そしてＡＧＣ回路４２は前記平滑回路４１の直流電圧信号が大の場合には前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を減衰させるような信号を、一方、前記平滑回路４１の直流電圧信号が小の場合には前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を増幅させるような信号を制御回路４３に入力し、前記振動子３１の振動が一定振幅となるように調整するものである。また前記振動子３１の駆動部３２が駆動方向に速度Ｖで屈曲振動している状態において、前記振動子３１の長手方向の中心軸周りに振動子３１が角速度ωで回転すると、この振動子３１の検知部３３にＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により前記検知部３３における一対の角速度検出用電極３６に、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように電荷が発生する。そしてこの角速度検出用電極３６に発生する電荷はコリオリ力により発生するため、前記駆動検出用電極３５に発生する信号より位相が９０度進んでいる。そしてまた、前記一対の角速度検出用電極３６に発生した出力信号を重ね合わせることにより図２（ｄ）に示すような電荷の信号を得る。さらに電流アンプ４５により、図２（ｅ）に示すような出力電圧に変換する。このとき、前記電流アンプ４５はコンデンサ（図示せず）を設けており、前記角速度検出用電極３６の出力をさらに９０度進めるものである。そしてこの電流アンプ４５の出力信号を２つの出力信号に分岐するとともに、分岐した出力信号の一方を検出回路４６における差動アンプ４７により前記振動子３１の共振周波数成分のみを抽出し、ノイズ成分を除去するとともに、この差動アンプ４７の出力を同期検波器４８に入力し、前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の振動の周期で位相検波させるとともに、前記差動アンプ４７の電力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図２（ｆ）に示すような出力信号を得る。そしてこの同期検波器４８の出力電圧を平滑回路４９および直流アンプ５０により平滑化するとともに、増幅し、図２（ｇ）に示すような出力信号を得る。そして、前記検出回路４６における直流アンプ５０の出力信号をアナログからなる角速度情報としてＡ／Ｄ変換器６０に入力する。Ａ／Ｄ変換器６０は、前記直流アンプ５０から出力されるアナログからなる出力情報をデジタルからなる出力信号に変換するものである。
【００２５】
ここで、通常の動作状態として、マスタコンピュータ６８からの指令により、デジタル信号からなる角速度情報を角速度センサが出力する場合を考える。１０ビットからなる角速度情報として、角速度センサの静止状態すなわち０［度／秒］を（1000000000）とし、測定範囲の最大角速度５１１［度／秒］を（1111111111）とし、測定範囲の最小角速度−５１１［度／秒］を（0000000000）と定義する。
【００２６】
そして、発振器７４からの出力信号を分周器７５により矩形波信号に変換して、さらに、図３に示すように、ＩＮＴ出力制御回路７６から７８μｓｅｃのデータ更新信号を出力する。このデータ更新信号をマスタコンピュータ６８におけるＩＮＴ端子７３に入力する。マスタコンピュータ６８におけるタイミング回路６８ａを介してチップセレクト端子６９から角速度センサにおける通信制御回路６３におけるチップセレクト端子６４に図４（ａ）に示すように、ローの信号を入力することにより、マスタコンピュータ６８のコマンドを受ける対象として、本発明の一実施の形態における角速度センサを選択する。
【００２７】
その後、マスタコンピュータ６８におけるクロック端子７２から通信制御回路６３におけるクロック端子６７に図４（ｃ）のクロック信号が入力され、このクロック信号の立ち上がり時に図４（ｂ）に示す例えば、角速度情報を要求する１番目のコマンド７７がマスタコンピュータ６８における出力端子７０から通信制御回路６３における入力端子６５に入力される。そうすると、図４（ｃ）のクロック信号の立下りに合わせて図４（ｄ）に示すように、角速度信号からなる応答信号７７を通信制御回路６３における出力端子６６からマスタコンピュータ６８における入力端子７１に入力する。
【００２８】
すなわち、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、角速度センサの有する更新時間７８μｓｅｃとマスタコンピュータの有する更新時間１２５μｓｅｃとが異なる場合においても、ＩＮＴ出力制御回路７６から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路６３における出力端子６６からマスタコンピュータ６８における入力端子７１に入力するようにしているため、マスタコンピュータ６８におけるクロック周波数約８ＫＨｚの影響を受けることなく、角速度信号を出力できることとなり、角速度センサとマスタコンピュータとのクロック信号の位相のずれによる出力変動がなくなるという作用効果を有するものである。
【００２９】
この角速度信号からなる応答信号７８は、４線式、ＳＰＩ通信、１６ビットの角速度データで構成されている。
【００３０】
この１番目のコマンド７７である角速度情報の上位バイトを要求するコマンドに対し、図５（ａ）に示すような上位バイトの信号を含む角速度信号からなる応答信号７８を通信制御回路６３からマスタコンピュータ６８に出力する。次に、２番目のコマンド７９である角速度情報の下位バイトを要求するコマンドに対し、図５（ｂ）に示すような、下位バイトの信号を含む角速度信号からなる応答信号８０を通信制御回路６３からマスタコンピュータ６８に出力する。そして、マスタコンピュータ６８にて、上位バイトの角速度信号からなる応答信号７８と下位バイトの角速度信号からなる応答信号８０を結合することにより、１０ビットからなる角速度情報を受信するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかる角速度センサは、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの持つクロック周波数とが異なる場合においても、正確な出力信号を出力することが可能な角速度センサを提供できるという効果を有し、手ブレ補正機能付きカメラ、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等に利用できる角速度センサ等として有用である。
【符号の説明】
【００３２】
３１  振動子
４４  駆動回路
４６  検出回路
６０  Ａ／Ｄ変換器
６２  レジスタ
６３  通信制御回路
６４  チップセレクト端子
６５  入力端子
６６  出力端子
６７  クロック端子
６８  マスタコンピュータ
７５  分周器
７６  ＩＮＴ出力制御回路
【図１】
2013104707.tif 000003
【図２】
2013104707.tif 000004
【図３】
2013104707.tif 000005
【図４】
2013104707.tif 000006
【図５】
2013104707.tif 000007
【図６】
2013104707.tif 000008