(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅するカレントアンプ回路と、このカレントアンプ回路の出力信号をバンドパスフィルタ回路に入力し、このバンドパスフィルタ回路からの出力信号を整流し直流電圧を得る全波整流回路と、この全波整流回路からの出力信号の値に応じて前記バンドパスフィルタ回路からの出力信号に対する増幅度が変化する自動利得制御回路と、この自動利得制御回路からの出力信号の値に応じて前記励振部を駆動するためのドライバ回路と、前記コリオリ力を検出する検出手段により検出された信号を入力し増幅するためのチャージアンプ回路と、このチャージアンプ回路の出力信号をバンドパスフィルタ回路に入力し、前記バンドパスフィルタ回路からの出力信号を検波するための同期検波回路と、この同期検波回路からの出力信号をローパスフィルタ回路に入力し、このローパスフィルタ回路からの出力信号が出力されるセンサ出力端子と、基準電圧生成手段と、この基準電圧生成手段と前記励振部、前記振動レベルを検出する手段及び前記コリオリ力を検出する検出手段の共通端子との間に前記共通端子から流出入する電流を前記基準電圧生成手段側へ流出入しないように抑制するバッファとを備えた角速度センサ。
【請求項２】
バッファへ入力される基準電圧は、各回路へ基準電圧を供給する基準電圧生成手段の出力電圧である請求項１に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、角速度センサとしては図３に示すようなものが提案されている。図３において、金属製の支持ピン１０１がウェイト板（図示せず）に垂直に圧入され固定されており、この支持ピン１０１に対して直交する方向に金属製の支持ピン１０２の一端が圧入され固定されている。共通端子も兼ねるこの支持ピン１０２の他端に金属製のブロック１０３が半田により固定されている。この金属製のブロック１０３の両端には振動板１０４，１０５が固定されている。振動板１０４には圧電素子１０６が貼付され励振部１５０が構成され、振動板１０５には圧電素子１０７が貼付され振動レベルを検出する手段１６０が構成されている。振動板１０４の先は圧電素子１０６と直交するように振動板１０４が延長され検知板１０８となり、振動板１０５の先は圧電素子１０７と直交するように振動板１０５が延長され検知板１０９となる。検知板１０８，１０９にはそれぞれ圧電素子１１０，１１１が貼付され角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段１７０，１８０が構成されている。以上により、音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１１２が完成する。
【０００３】
振動板１０４の振動により音叉振動する振動板１０５上の振動レベルを検出する圧電素子１０７からの出力信号を増幅するカレントアンプ回路１２０と、このカレントアンプ回路１２０の出力信号をバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと略す）回路１２１に入力し、このＢＰＦ回路１２１からの出力信号（即ちＡ点の信号電圧波形は、図４に示す）を整流し直流電圧を得る全波整流回路１２２と、この全波整流回路１２２からの出力信号の値に応じて前記ＢＰＦ回路１２１からの出力信号に対する増幅度が変化する自動利得制御回路（以下、ＡＧＣと略す）１２３と、このＡＧＣ１２３からの出力信号の値に応じて振動板１０４上に貼付された圧電素子１０６を駆動するためのドライバ回路１２４（これからの出力信号、即ちＢ点の信号電圧波形は、図４に示す）と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する圧電素子１１０，１１１からの出力信号を入力し増幅するためのチャージアンプ回路１２５と、このチャージアンプ回路１２５の出力信号をＢＰＦ回路１２６に入力し、このＢＰＦ回路１２６からの出力信号を検波するための同期検波回路１２７と、この同期検波回路１２７からの出力信号をローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略す）回路１２８に入力し、このＬＰＦ回路１２８からの出力信号がセンサ出力端子１２９から出力される。
【０００４】
また、電源１３０とバッファ１３１から基準電圧生成手段１３２が構成されており、この基準電圧生成手段１３２から前記各回路へ配線抵抗１３３（抵抗値Ｒ１とする）を通して基準電圧が供給される。
【０００５】
さらに、前記基準電圧生成手段１３２から配線抵抗１３３、配線抵抗１３４（抵抗値Ｒ２とする）を介して支持ピン１０２に接続するための端子１３５が設けられている。以上により、駆動回路１３６が構成される。
【０００６】
これらの音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１１２と駆動回路１３６により角速度センサが完成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、通常の音叉振動状態の時にもドライバ回路１２４から励振部１５０を通り、端子１３５を経由して基準電圧生成手段１３２に向かって交流電流ｉが流れる。
【０００８】
また、角速度センサ全体の小型化の要請により駆動回路１３６も１チップにＩＣ化されるため、配線パターンも必然的に狭幅化となり配線抵抗１３３，１３４の各抵抗値もそれぞれ大きくなる。
【０００９】
従って、両配線抵抗１３３，１３４の箇所では、（Ｒ１＋Ｒ２）・ｉで規定される大きな電圧リップルが発生する（この電圧リップルはＣ点にて観察され、その信号電圧波形を、図４に示す）。
【００１０】
これにより各回路へ入力される基準電圧と端子１３５の電圧との間に著しい差異が発生し、その結果として圧電素子１１０，１１１から変位電流（この変位電流はＤ点にて観察され、その信号電流波形を、図４に示す）が流れる。この変位電流はチャージアンプ回路１２５に入力され、その出力信号電圧はＥ点に現れる（その信号電圧波形を、図４に示す）。しかし、この信号電圧は同期検波回路１２７のタイミング信号でもあるＡ点の信号電圧波形と同位相であるため、同期検波でカットされずに同期検波回路１２７から出力信号となってＦ点に現れる（その信号電圧波形を、図４に示す）。この出力信号はＬＰＦ回路１２８を通り、最終的にオフセット電圧（このオフセット電圧はＧ点にて観察され、図４に示す通りである）となって出力端子１２９に現れる。このオフセット電圧△Ｖは、（１）式に示す通りである。
【００１１】
△Ｖ＝Ａ・Ｄ・(Ｒ1＋Ｒ2)・ｉ・(1／Ｃ０)・(Ｃｓ1＋Ｃｓ2)・ｓｉｎφ……(１)
Ａ：ローパスフィルタ、バンドパスフィルタのゲイン
Ｄ：検波定数
Ｃ０：チャージアンプ帰還容量（ｐＦ）
Ｃｓ1，Ｃｓ2：圧電素子１１０，１１１の静電容量（ｐＦ）
また、配線抵抗１３３の部分でもＲ１・ｉで規定される大きな電圧リップルが発生しているため、各回路へ入力される基準電圧の変動も起こる。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するものであり、共通端子から流出入する電流を基準電圧生成手段側へ流出入しないように抑制することでセンサの出力電圧のオフセットの発生を抑え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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の角速度センサは、振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅するカレントアンプ回路と、このカレントアンプ回路の出力信号をバンドパスフィルタ回路に入力し、このバンドパスフィルタ回路からの出力信号を整流し直流電圧を得る全波整流回路と、この全波整流回路からの出力信号の値に応じて前記バンドパスフィルタ回路からの出力信号に対する増幅度が変化する自動利得制御回路と、この自動利得制御回路からの出力信号の値に応じて前記励振部を駆動するためのドライバ回路と、前記コリオリ力を検出する検出手段により検出された信号を入力し増幅するためのチャージアンプ回路と、このチャージアンプ回路の出力信号をバンドパスフィルタ回路に入力し、このバンドパスフィルタ回路からの出力信号を検波するための同期検波回路と、この同期検波回路からの出力信号をローパスフィルタ回路に入力し、このローパスフィルタ回路からの出力信号が出力されるセンサ出力端子と、基準電圧生成手段と、この基準電圧生成手段と前記励振部、前記振動レベルを検出する手段及び前記コリオリ力を検出する検出手段の共通端子との間に前記共通端子から流出入する電流を前記基準電圧生成手段側へ流出入しないように抑制するバッファとを備えた構成とするものである。この構成により、センサの出力電圧のオフセットの発生を抑えることが可能な角速度センサを実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基準電圧生成手段と励振部、振動レベルを検出する手段及びコリオリ力を検出する検出手段の共通端子との間に前記共通端子から流出入する電流を前記基準電圧生成手段側へ流出入しないように抑制するバッファとを備えているため、前記共通端子から流出入する電流を前記基準電圧生成手段側へ流出入しないように抑制することができ、センサの出力電圧のオフセットの発生を抑えることが可能となるといった作用を有する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、バッファへ入力される基準電圧が、各回路へ基準電圧を供給する基準電圧生成手段の出力電圧であるため、部品点数の削減を図ってもセンサの出力電圧のオフセットの発生を抑えることが可能となるといった作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の角速度センサの実施の形態を説明するブロック図である。図２は図１における各部の信号波形を説明するための図である。
【００１７】
図１において、金属製の支持ピン１がウェイト板（図示せず）に垂直に圧入され固定されており、この支持ピン１に対して直交する方向に金属製の支持ピン２の一端が圧入され固定されている。この支持ピン２の他端に金属製のブロック３が半田により固定されている。この金属製のブロック３の両端には振動板４，５が固定されている。振動板４には圧電素子６が貼付され励振部５０が構成され、振動板５には圧電素子７が貼付され振動レベルを検出する手段６０が構成されている。振動板４の先は圧電素子６と直交するように振動板４が延長され検知板８となり、振動板５の先は圧電素子７と直交するように振動板５が延長され検知板９となる。検知板８，９にはそれぞれ圧電素子１０，１１が貼付され角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段７０，８０が構成されている。以上により、音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１２が完成する。
【００１８】
振動板４の振動により音叉振動する振動板５上の振動レベルを検出する圧電素子７からの出力信号を増幅するカレントアンプ回路２０と、このカレントアンプ回路２０の出力信号をバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと略す）回路２１に入力し、このＢＰＦ回路２１からの出力信号（即ちＨ点の信号電圧波形は、図２に示す）を整流し直流電圧を得る全波整流回路２２と、この全波整流回路２２からの出力信号の値に応じてＢＰＦ回路２１からの出力信号に対する増幅度が変化する自動利得制御回路（以下、ＡＧＣと略す）２３と、このＡＧＣ２３からの出力信号の値に応じて振動板４上に貼付された圧電素子６を駆動するためのドライバ回路２４（これからの出力信号、即ちＩ点の信号電圧波形は、図２に示す）と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する圧電素子１０，１１からの出力信号を入力し増幅するためのチャージアンプ回路２５と、このチャージアンプ回路２５の出力信号をＢＰＦ回路２６に入力し、このＢＰＦ回路２６からの出力信号を検波するための同期検波回路２７と、この同期検波回路２７からの出力信号をローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略す）回路２８に入力し、このＬＰＦ回路２８からの出力信号がセンサ出力端子２９から出力される。
【００１９】
また、電源３０とバッファ３１から基準電圧生成手段３２が構成されており、この基準電圧生成手段３２から前記各回路へ配線抵抗３３（抵抗値Ｒ３とする）を通して基準電圧が供給される。以上により、基本駆動回路３５は完成する。
【００２０】
さらに、基本駆動回路３５内の基準電圧生成手段３２から配線抵抗３３、配線抵抗３４（抵抗値Ｒ４とする）及び端子３６を介して支持ピン２に接続する間にバッファ３７が設けられている。これらにより本角速度センサが完成する。
【００２１】
このバッファ３７により前記励振部５０、前記振動レベルを検出する手段６０及び前記コリオリ力を検出する検出手段７０，８０の共通端子としての支持ピン２から流出入する電流が前記基準電圧生成手段３２側へ流出入するのを抑制する。
【００２２】
従って、両配線抵抗３３，３４において、（Ｒ３＋Ｒ４）・ｉにより規定される電圧リップルは僅かしか発生しない（この電圧リップルはＪ点にて観察され、その信号電圧波形を、図２に示す）。これにより、各回路へ入力される基準電圧と支持ピン２との間の電圧差は僅かとなり、圧電素子１０，１１からの変位電流（この変位電流はＫ点にて観察され、その信号電流波形を、図２に示す）も僅かとなる。
【００２３】
従って、チャージアンプ回路２５からの出力信号電圧（この出力信号、即ちＬ点の信号電圧波形を、図２に示す）も小さくなる。これ以降の同期検波回路２７、ＬＰＦ回路２８のそれぞれの出力信号電圧（これらの出力信号、即ちＭ点、Ｎ点の信号電圧波形は、図２に示す）も同様に小さくなる。即ち、最終的なオフセット電圧△Ｖは極めて小さい。
【００２４】
また、配線抵抗３３の部分におけるＲ３・ｉで規定される圧電リップルも極めて小さくなり、各回路へ入力される基準電圧も安定し各回路動作の安定性も高い。
【００２５】
本実施の形態においては、各回路への基準電圧の供給を配線抵抗３３と配線抵抗３４の接続点から行なう例に関して説明したが、配線抵抗３３と配線抵抗３４を流れる電流は極めて僅かであるため配線抵抗３４以降の点から供給しても構わない。
【００２６】
本実施の形態においては、各回路へ基準電圧を供給する基準電圧生成手段と共通端子としての支持ピンとの間にバッファを設ける構成について説明したが、これとは別の専用の基準電圧生成手段と共通端子としての支持ピンとの間にバッファを設ける構成でも当然構わない。
【００２７】
なお、本実施の形態では、音叉構造振動型角速度センサ素子ブロックとして振動板に圧電素子を貼付した構成の例のみ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く単結晶圧電材料、多結晶圧電材料等からなる音叉振動体であっても構わない。また、振動体としては必ずしも従来のような音叉構造振動型に限定されるものでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、基準電圧生成手段と励振部、振動レベルを検出する手段及びコリオリ力を検出する検出手段の共通端子との間に前記共通端子から流出入する電流を前記基準電圧生成手段側へ流出入しないように抑制するバッファとを備えることにより、センサの出力電圧のオフセットの発生を抑えることができる角速度センサを提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角速度センサの実施の形態を説明するブロック図
【図２】同センサの各部の信号波形を説明するための図
【図３】従来の角速度センサを説明するブロック図
【図４】同センサの各部の信号波形を説明するための図
【符号の説明】
２  支持ピン
１２  音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック
２０  カレントアンプ回路
２１，２６  ＢＰＦ回路
２２  全波整流回路
２３  ＡＧＣ
２４  ドライバ回路
２５  チャージアンプ回路
２７  同期検波回路
２８  ＬＰＦ回路
２９  センサ出力端子
３０  電源
３１，３７  バッファ
３２  基準電圧生成手段
３３，３４  配線抵抗
３５  基本駆動回路
３６  端子
５０  励振部
６０  振動レベルを検出する手段
７０，８０  コリオリ力を検出する検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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