(57)【要約】【課題】基板面積が小規模となる基板の実装において、各種センサの取付が必要になる場合であっても、角速度センサの部品実装配置を容易にすることができる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】上記課題を解決するために本発明の角速度センサは、レジスタ６２から出力される角速度信号からなるデジタル信号を無線通信信号処理回路６３から無線通信でマスタコンピュータ６８に入出力する構成としたものである。【選択図】図３
2013152126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、この振動子を所定の周波数に振動駆動させる駆動回路と、前記振動子から出力される電荷を出力信号に変換して出力する検出回路と、この検出回路からのアナログからなる出力信号をデジタルからなる出力信号に変換するＡＤコンバータと、このＡＤコンバータからの出力信号に発生しているノイズを減衰させるデジタルＬＰＦとを備え、このデジタルＬＰＦから出力されるデジタルからなる信号を無線通信する無線通信信号処理回路を設けた角速度センサ。
【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４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４は従来の角速度センサの回路ブロック図である。
【０００５】
図４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５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、１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６とマスタコンピュータ１２との配線が各々、チップセレクト端子、クロック端子、マスタコンピュータからの出力端子、スレブ側からの入力端子と多くの入出力端子が必要になるため、配線が煩雑になり、基板面積が小規模となる基板の実装においては各種センサの取付が困難になるという課題を有していた。
【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、基板面積が小規模となる基板の実装において、各種センサの取付が必要になる場合であっても、角速度センサの部品実装配置を容易にすることができる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、この振動子を所定の周波数に振動駆動させる駆動回路と、前記振動子から出力される電荷を出力信号に変換して出力する検出回路と、この検出回路からのアナログからなる出力信号をデジタルからなる出力信号に変換するＡＤコンバータと、このＡＤコンバータからの出力信号に発生しているノイズを減衰させるデジタルＬＰＦとを備え、このデジタルＬＰＦから出力される前記デジタルからなる信号を無線通信する無線通信信号処理回路を設けたもので、この構成によれば、無線通信で角速度信号を出力することで、角速度センサの部品実装配置にとらわれずマスタコンピュータとの通信が可能となるため、センサ実装配置の容易な角速度センサを提供することができ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、この振動子を所定の周波数に振動駆動させる駆動回路と、前記振動子から出力される電荷を出力信号に変換して出力する検出回路と、この検出回路からのアナログからなる出力信号をデジタルからなる出力信号に変換するＡＤコンバータと、このＡＤコンバータからの出力信号に発生しているノイズを減衰させるデジタルＬＰＦとを備え、このデジタルＬＰＦから出力される前記デジタルからなる信号を無線通信する無線通信信号処理回路を設けたもので、この構成によれば、無線通信で角速度信号を出力することで、角速度センサの部品実装配置にとらわれずマスタコンピュータとの通信が可能となるため、センサ実装配置の容易な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駆動検出回路を示す回路ブロック図
【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】同角速度センサにおける無線通信信号処理回路の回路ブロック図
【図４】従来の角速度センサの回路ブロック図
【図５】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駆動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コンバータで、このＡ／Ｄコンバータ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。６１はデジタルローパスフィルタでＡ／Ｄコンバータ６０から出力されるデジタル信号のノイズを減衰する。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。６３は無線通信信号処理回路で、この無線通信信号処理回路６３はレジスタ６２とデータのやり取りを行うとともに無線信号にデータを変換し送受信を行う。そして、前記無線通信信号処理回路６３は、図３に示すように、ベースバンドコントローラ６４、ＲＦレシーバ６５、ＲＦトランスミッタ６６、ＲＦシンセサイザ６７とにより構成されている。
【００２２】
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は無線通信における通信をコントロールしている。また、前記マスタコンピュータ６８には、タイミング生成回路６８ａを設けている。７４は内部発振器で、この内部発振器７４は矩形波形を出力している。内部発振器７４からの出力信号をデジタルＬＰＦ６１を介して１３．３ｋＨｚからなる矩形波に変換して出力している。７１はアンテナで、このアンテナ７１は前記ＲＦレシーバ６５およびＲＦトランスミッタ６６とフィルタ７２を介して接続されるとともに、前記マスタコンピュータ６８とデータの送受信をしている。
【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。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コンバータ６０に入力する。Ａ／Ｄコンバータ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】
無線通信信号処理回路６３は図３に示すように、ベースバンドコントローラ６４、ＲＦレシーバ６５、ＲＦトランスミッタ６６、ＲＦシンセサイザ６７とから構成されている。前記レジスタ６２は角速度情報をベースバンドコントローラ６４へ出力し、このベースバンドコントローラ６４はデジタル信号の角速度情報を角速度情報からなるアナログ出力信号へ変調し、ＲＦトランスミッタ６６へ出力する。ＲＦシンセサイザ６７は内部発振器７４からの出力信号を基準信号としたＰＬＬ回路であり、位相比較器（図示せず）、ループフィルタ（図示せず）およびＶＣＯ（図示せず）により構成されている。そして、ＲＦトランスミッタ６６は前記角速度情報からなるアナログ出力信号を、ＲＦシンセサイザ６７から出力される同期信号により、２．４ＧＨｚの高周波出力信号に変調して出力している。
【００２７】
そして、アンテナ７１により、２．４ＧＨｚの高周波出力信号を送信し、無線での角速度情報を交信する。アンテナ７１から入力されるマスタコンピュータ６８からの命令情報である２．４ＧＨｚの高周波入力信号をＲＦレシーバ６５へ入力して、前述のＲＦシンセサイザ６７から出力される同期信号により、アナログ入力信号へ復調する。前記ＲＦレシーバ６５は、前記マスタコンピュータ６８からの命令情報からなるアナログ入力信号をベースバンドコントローラ６４へ出力し、このベースバンドコントローラ６４は、アナログ入力信号をデジタル信号の命令情報に復調する。
【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、無線通信において角速度信号を出力できることとなり、角速度センサの部品実装配置にとらわれずマスタコンピュータとの通信が可能になるという作用効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明にかかる角速度センサは、無線通信において角速度信号を出力できることとなり、角速度センサの部品実装配置にとらわれずマスタコンピュータとの通信が可能になるという作用効果を有し、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】
【００３０】
３１  振動子
４４  駆動回路
４６  検出回路
６０  Ａ／Ｄコンバータ
６１  デジタルＬＰＦ
６３  無線通信信号処理回路
【図１】
2013152126.tif 000003
【図２】
2013152126.tif 000004
【図３】
2013152126.tif 000005
【図４】
2013152126.tif 000006
【図５】
2013152126.tif 000007