JP2003247829A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 手振れ等の外乱に対して安定性を向上させ、
ダイナミックレンジを大きくして角速度検出精度を向上
する。 【解決手段】 駆動回路４０により特定方向に振動する
振動子３０に、角速度が加わると、コリオリ力が作用
し、前記特定方向の振動とは直交する方向の振動が生ま
れ、この振動により発生する電荷が電極３２ａ，３２ｂ
で検出される。検出された電荷は、角速度検出回路５０
により電圧に変換され、角速度検出信号Ｓ５０が出力さ
れる。この信号Ｓ５０から、位相シフト回路５４、同期
検波回路５５及びＤＣ化回路５６により、制御電圧Ｖｇ
が生成される。信号Ｓ５０は、位相調整回路５８を介し
て、ＡＧＣ回路５９によってゲインが制御されて抑制信
号Ｓ５９が生成される。この信号Ｓ５９が電極３３ａ，
３３ｂに与えられ、コリオリ力を打消す逆方向の抑制力
が発生し、振動子の異常振動が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、水晶振動
子等の圧電振動子や、シリコン振動子等を用いて構成さ
れた振動式角速度センサ等において、振動子に設けられ
た駆動電極及び検出電極のうち、該検出電極側の共振周
波数に一致した外乱が加わったときの異常振動による動
作異常を防止し、安定性等を向上させた角速度センサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の角速度センサに関する技
術としては、例えば、次のような文献に記載されるもの
があった。 文献１；特許第２７８１１６１号公報（米国、優先日19
94年9月15日） 文献２；特開平１１−４４５４０号公報（出願日1997年
7月25日） 文献３；特開平２００１−８２９６４号公報（出願日19
99年12月3日）

【０００３】図２は前記文献１、２等に記載された従来
の角速度センサの概略の構成図、及び図３は図２の動作
波形図である。図２に示すように、角速度センサの振動
子１として圧電振動子（例えば、音叉型水晶振動子）を
用いた場合、この振動子１の表面の所定の箇所に励振用
の＋側駆動電極２ａ、−側駆動電極２ｂ、及びコリオリ
力検出用の＋側検出電極３ａ、−側検出電極３ｂ等が設
けられる。＋側駆動電極２ａ及び−側駆動電極２ｂに
は、振動子１を振動させるための交流（以下「ＡＣ」と
いう。）の駆動信号である駆動電圧Ｖａを供給する駆動
回路１０が接続される。又、＋側検出電極３ａ及び−側
検出電極３ｂには、振動子１に加わる角速度に比例する
直流（以下「ＤＣ」という。）電圧の検出信号Soutを出
力するコリオリ力検出回路２０が接続される。

【０００４】振動子１は質量ｍを有し、−側駆動電極２
ｂに駆動回路１０からＡＣ駆動電圧Ｖａが印加される
と、この振動子１がＸ軸に沿ってＢ方向に所定の周波数
で振動する。Ｙ軸の回りに角速度ωが加わると、Ｘ軸と
直交するＺ軸方向にコリオリ力Ｆ（＝２ｍｖω、但し、
ｖは振動子１の振動速度）が発生する。コリオリ力Ｆは
角速度ωの大きさに比例して定まることから、＋側検出
電極３ａ、−側検出電極３ｂ及びコリオリ力検出回路２
０により、コリオリ力Ｆを振動子１の歪み変位量として
検出することで、この振動子１の角速度ωの大きさを求
めることができる。

【０００５】即ち、駆動回路１０において、＋側駆動電
極２ａの出力電流は、電流／電圧（以下「Ｉ／Ｖ」とい
う。）変換回路で電圧に変換され、この電圧が自動利得
調整（以下「ＡＧＣ」という。）回路でゲインが制御さ
れ、バッファ増幅器（以下この「増幅器」を「アンプ」
という。）等を介してＡＣ駆動電圧Ｖａが−側駆動電極
２ｂに供給され、振動子１が振動する。

【０００６】一定の共振周波数Ｆｄで特定方向に振動す
る振動子１に角速度が加わると、この振動子１にコリオ
リ力Ｆが発生し、これに応じたＡＣ信号（即ち、電流）
が検出電極３ａ，３ｂから出力される。この出力電流
は、コリオリ力検出回路２０内のＩ／Ｖ変換回路２１で
電圧に変換され、この出力電圧Ｓ２１が位相シフト回路
２２へ送られる。Ｉ／Ｖ変換回路２１の出力電圧Ｓ２１
は、振動子１の特性から、ＡＣ駆動電圧Ｖａに対して位
相が９０°遅れる。そこで、ＡＣ駆動電圧Ｖａに同期さ
せるために、抵抗及びコンデンサからなる位相シフト回
路２２により、Ｉ／Ｖ変換回路２１の出力電圧Ｓ２１の
位相を９０°遅らせ、この出力電圧Ｓ２２を同期検波回
路２３へ送る。

【０００７】同期検波回路２３は、角速度が加わった方
向（即ち、回転方向であり、図３の出力電圧Ｓ２１の波
形は右回転を示し、この波形の位相が１８０°ずれると
左回転となる。）を知るために、駆動電圧Ｖａに基づ
き、位相シフト回路２２の出力電圧Ｓ２２を同期検波し
て、図３に示すような同一極性の検波信号Ｓ２３を出力
する。この検波信号Ｓ２３は、ＤＣ化出力回路２４でＤ
Ｃ変換され、振動子１に加えられた角速度ωに比例した
ＤＣ検出信号Soutが出力される。

【０００８】このような角速度センサの用途としては、
例えば、車両や航空機等に搭載し、この走行あるいは飛
行軌跡を記録したり、旋回時に発生するヨーレイトを検
出することが行われている。角速度センサをロボットに
搭載し、この姿勢制御等にも応用されている。又、最近
では、ごく一般的なカーナビゲーション等での車両位置
検知や、カメラ等の手振れ検出等のためにも搭載されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
文献１、２等に記載されたような角速度センサでは、次
のような課題があった。従来の角速度センサでは、振動
子１のＹ軸の回りに角速度ωが加わると、Ｚ軸方向にコ
リオリ力Ｆが発生するが、このＺ軸方向に、検出側の共
振周波数に一致した手振れ等の外乱が加わると、検出電
極３ａ，３ｂ側に異常振動が生じて動作異常を起こし、
安定性に欠けるといった課題があった。又、角速度ωの
検出特性が非直線性のために、検出範囲（ダイナミック
レンジ）が小さく、角速度検出精度が低いといった課題
もあった。

【００１０】一方、従来の文献３に記載された角速度セ
ンサでは、振動子としてシリコン基板上に形成した平面
振動体（即ち、シリコン振動子）を用い、ＡＣ電圧を印
加してシリコン基板上の電極間に静電力を発生させ、こ
の静電力により平面振動体を振動させる。振動する平面
振動体に角速度が加わると、前記振動方向に対して直交
する方向にコリオリ力が発生して平面振動体がコリオリ
力の方向に振動するので、この振動振幅の大きさに対応
する電気信号を検出して角速度の大きさを検知するもの
である。このようなシリコン振動子を用いた角速度セン
サ、あるいはその他の角速度センサにおいても、上記の
ような問題が生じる。

【００１１】本発明は、前記従来技術がもっていた課題
を解決し、外乱に対して安定性が高く、ダイナミックレ
ンジが大きく角速度検出精度の高い角速度センサを提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第１の発明は、角速度センサにおい
て、ＡＣ駆動信号を出力する駆動回路と、前記駆動信号
により駆動されて第１の方向に所定の共振周波数Ｆｄで
振動し、角速度の印加によって該第１の方向と直交する
第２の方向に、該角速度の大きさに応じたコリオリ力が
発生してＡＣ信号を出力する振動子と、前記ＡＣ信号を
入力し、前記駆動信号に基づき該ＡＣ信号を同期検波し
て前記角速度に応じた制御信号を出力する制御回路と、
前記ＡＣ信号を入力し、前記制御信号に基づいて該ＡＣ
信号のゲイン（利得）を制御し、前記コリオリ力を打消
す逆方向の抑制力を発生させる抑制信号を出力して前記
振動子に与える抑制回路と、前記抑制回路におけるゲイ
ン制御後の信号を、前記駆動信号で同期検波して前記角
速度に応じた検出信号を出力するコリオリ力検出回路
と、を備えている。

【００１３】第２の発明は、角速度センサにおいて、Ａ
Ｃ駆動信号を出力する駆動回路と、前記駆動信号により
駆動されて第１の方向に所定の共振周波数Ｆｄで振動
し、角速度の印加によって該第１の方向と直交する第２
の方向に、該角速度の大きさに応じたコリオリ力が発生
してＡＣ信号を出力する振動子と、前記ＡＣ信号を入力
し、前記駆動信号に基づいて該ＡＣ信号を同期検波し、
この検波信号をＤＣに変換して前記角速度に応じた制御
信号を、該ＡＣ信号の入力時から所定の遅延時間ｔ＝ｎ
／（２Ｆｄ）（但し、ｎ；正の整数）後に、出力する制
御回路と、前記ＡＣ信号を入力し、前記制御信号に基づ
いてＡＧＣ回路で該ＡＣ信号のゲインを制御し、前記コ
リオリ力を打消す逆方向の抑制力を発生させる抑制信号
を前記振動子に与える抑制回路と、前記ＡＧＣ回路の出
力信号を前記駆動信号で同期検波して前記角速度に応じ
た検出信号を出力するコリオリ力検出回路と、を備えて
いる。

【００１４】この第１及び第２の発明によれば、駆動回
路からＡＣ駆動信号が出力されると、この駆動信号によ
って振動子が駆動され、所定の共振周波数Ｆｄで振動す
る。振動子に角速度が加わると、この角速度の大きさに
応じたコリオリ力が発生し、振動子からＡＣ信号が出力
される。ＡＣ信号が制御回路に入力されると、駆動信号
に基づき該ＡＣ信号が同期検波され、角速度に応じた制
御信号が出力され、抑制回路に与えられる。抑制回路で
は、制御信号に基づきＡＣ信号のゲインを制御し、抑制
信号を出力して振動子に与える。この抑制信号によって
振動子に抑制力が発生し、コリオリ力が打消され、手振
れ等の外乱により生じる異常振動が抑制される。抑制回
路におけるゲイン制御後の信号は、コリオリ力検出回路
に与えられ、駆動信号で同期検波され、角速度に応じた
検出信号が該コリオリ力検出回路から出力される。この
角速度の検出特性は、直線性（リニアリティ）のため、
ダイナミックレンジを大きく取れ、これによって角速度
検出精度が向上する。

【００１５】第３の発明は、第２の発明の角速度センサ
において、前記抑制回路は、前記ＡＣ信号を入力し、前
記制御信号に基づいて該ＡＣ信号のゲインを制御するＡ
ＧＣ回路と、前記ＡＧＣ回路の出力信号の位相を反転
し、前記コリオリ力を打消す逆方向の抑制力を発生させ
る抑制信号を出力して前記振動子に与える反転回路と、
を有している。

【００１６】これにより、振動子からＡＣ信号が出力さ
れると、ＡＧＣ回路により、制御信号に基づいて該ＡＣ
信号のゲインが制御される。このＡＧＣ回路の出力信号
は、反転回路で位相が反転されて抑制信号が生成され、
振動子に与えられる。この結果、コリオリ力を打消す逆
方向の抑制力が振動子に発生し、この振動子の異常振動
が抑制される。

【００１７】第４の発明は、第２の発明の角速度センサ
において、前記コリオリ力検出回路は、前記ＡＧＣ回路
の出力信号を前記駆動信号で同期検波し、この検波信号
をＤＣに変換して前記角速度に応じたＤＣ検出信号を出
力する構成にしている。

【００１８】これにより、ＡＧＣ回路の出力信号がコリ
オリ力検出回路に与えられると、その出力信号が駆動信
号で同期検波され、この検波信号がＤＣに変換されて角
速度に応じたＤＣ検出信号が出力される。

【００１９】第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれ
か１つの角速度センサにおいて、電源投入時から所定時
間、前記制御信号に代えて初期設定信号を前記ＡＧＣ回
路に与え、該所定時間の経過後に、該初期設定信号に代
えて該制御信号を該ＡＧＣ回路に与える第１のスイッチ
手段と、前記所定時間、前記振動子に与える前記抑制信
号を切離しておき、前記所定時間が経過して前記ＡＧＣ
回路の動作が安定した後に、該抑制信号を該振動子に与
える第２のスイッチ手段と、を設けている。

【００２０】これにより、電源投入時から所定時間、第
１のスイッチ手段によって初期設定信号がＡＧＣ回路に
与えられて初期設定される。所定時間を経過してＡＧＣ
回路の動作が安定すると、抑制回路から出力された抑制
信号が第２のスイッチ手段によって振動子に与えられ
る。

【００２１】第６の発明は、第１〜第５の発明のいずれ
か１つの角速度センサにおいて、前記制御回路の同期検
波では、前記ＡＣ信号の１／２周期の位相と前記駆動信
号の１／２周期の位相との位相ずれを調整して両位相を
一致させた後に、該ＡＣ信号と該駆動信号とを乗算して
前記制御信号を出力している。さらに、前記コリオリ力
検出回路の同期検波では、前記ゲイン制御後の信号の１
／２周期の位相と前記駆動信号の１／２周期の位相との
位相ずれを調整して両位相を一致させた後に、該ゲイン
制御後の信号と該駆動信号とを乗算して前記検出信号を
出力している。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の第１の実施形態を示す角速度センサの概略の構成図
である。この角速度センサは、例えば、図２と同様の原
理に基づくものであり、振動子（例えば、音叉型水晶振
動子等の圧電振動子）３０を有している。振動子３０の
所定箇所には、この振動子３０を駆動するための＋側駆
動電極３１ａ及び−側駆動電極３１ｂと、該振動子３０
に加わる角速度ωに応じた（例えば、比例した）電荷を
検出するための＋側検出電極３２ａ及び−側検出電極３
２ｂと、抑制信号（例えば、抑制電圧）Ｓ５９，Ｓ６１
を入力して該振動子３０に発生するコリオリ力Ｆを打消
す逆方向の抑制力を発生させるための＋側抑制電極３３
ａ及び−側抑制電極３３ｂとが設けられている。抑制電
極３３ａ，３３ｂは、検出電極３２ａ，３２ｂ上に絶縁
部材を介して設けられるか、あるいは該検出電極３２
ａ，３２ｂの近傍に設けられている。

【００２３】＋側駆動電極３１ａ及び−側駆動電極３１
ｂには、振動子３０の特定方向の振動を励起するための
ＡＣ駆動信号（例えば、ＡＣ駆動電圧）Ｖａを該−側駆
動電極３１ｂに供給するための駆動回路４０が接続され
ている。駆動回路４０には、位相シフト回路４９が接続
されている。位相シフト回路４９は、駆動回路４０から
出力されたＡＣ駆動電圧Ｖａを入力し、このＡＣ駆動電
圧Ｖａの位相を例えば４５°だけ進ませ、基準信号Ｓ４
９を出力して振動子３０の検出側に与える回路である。

【００２４】＋側検出電極３２ａ及び−側検出電極３２
ｂには、角速度検出回路５０が接続されている。角速度
検出回路５０は、振動子３０の振動によって検出電極３
２ａ，３２ｂから出力される電荷を入力し、ＡＣ信号
（例えば、角速度検出信号）Ｓ５０を出力する回路であ
り、この出力側に制御回路と抑制回路が接続されてい
る。

【００２５】制御回路は、角速度検出信号Ｓ５０を入力
し、基準信号Ｓ４９に基づき該角速度検出信号Ｓ５０を
同期検波して角速度ωに応じた制御信号（例えば、制御
電圧）Ｖｇを出力する回路であり、位相シフト回路５
４、同期検波回路５５、ＤＣ化回路５６、及び第１のス
イッチ手段（例えば、スイッチ素子５７ａ，５７ｂ）等
で構成されている。

【００２６】位相シフト回路５４は、角速度検出回路５
０の出力側に接続され、角速度検出信号Ｓ５０を基準信
号Ｓ４９と同期させるために、該角速度検出信号Ｓ５０
の位相を４５°だけ遅らせて出力信号Ｓ５４を出力する
回路であり、この出力側に同期検波回路５５が接続され
ている。同期検波回路５５は、振動子３０に対して角速
度ωの加わった方向（回転方向）を知るために、位相シ
フト回路４９から与えらえる基準信号Ｓ４９に基づき、
位相シフト回路５４の出力信号Ｓ５４を同期検波して同
一極性の検波信号Ｓ５５を出力する回路であり、乗算回
路等で構成されている。同期検波回路５５の出力側に
は、ＤＣ化回路５６が接続されている。ＤＣ化回路５６
は、検波信号Ｓ５５をＤＣに変換して制御電圧Ｖｇを出
力する回路であり、この出力側にスイッチ素子５７ａが
接続されている。スイッチ素子５７ａには、初期設定電
圧Ｖｆを入力するためのスイッチ素子５７ｂが、分岐接
続されている。

【００２７】スイッチ素子５７ａ，５７ｂは、図示しな
い制御手段から与えられるスイッチ切替え信号等により
オン／オフ動作する素子であり、トランジスタ等で構成
されている。一方のスイッチ素子５７ｂは、電源を投入
して制御回路の動作が安定するまでの間にオン状態とな
り、初期設定電圧Ｖｆを抑制回路へ与える素子である。
他方のスイッチ素子５７ａは、電源を投入して制御回路
の動作が安定した後にオン状態になり、ＤＣ化回路５６
から出力された制御電圧Ｖｇを抑制回路へフィードバッ
クする素子である。

【００２８】角速度検出回路５０の出力側に接続された
抑制回路は、制御電圧Ｖｇに基づいて角速度検出信号Ｓ
５０のゲインを制御し、振動子３０に生じたコリオリ力
Ｆを打消す逆方向の抑制力を発生させる抑制信号Ｓ５
９，Ｓ６１を出力して該振動子３０に与える回路であ
り、位相調整回路５８、ＡＧＣ回路５９、第２のスイッ
チ手段（例えば、スイッチ素子６０）、及び反転回路６
１等で構成されている。

【００２９】位相調整回路５８は、角速度検出回路５０
の出力側に接続され、この角速度検出回路５０から出力
される角速度検出信号Ｓ５０の位相調整を行う回路であ
り、この出力側にＡＧＣ回路５９が接続されている。Ａ
ＧＣ回路５９は、位相調整回路５８の出力信号を入力
し、制御電圧Ｖｇに基づきゲインを制御して抑制信号Ｓ
５９を出力する回路である。ＡＧＣ回路５９の出力側に
は、スイッチ素子６０が接続され、このスイッチ素子６
０の出力側が、−側抑制電極３３ｂに接続されると共
に、反転回路６１を介して＋側抑制電極３３ａに接続さ
れている。

【００３０】スイッチ素子６０は、図示しない制御手段
から与えられるスイッチ切替え信号によりオン／オフ動
作するトランジスタ等で構成されており、電源が投入さ
れてＡＧＣ回路５９の動作が安定した後にオン状態とな
り、このＡＧＣ回路５９から出力される抑制信号Ｓ５９
を−側抑制電極３３ｂ及び反転回路６１に与える素子で
ある。スイッチ素子６０の出力側に接続された反転回路
６１は、該スイッチ素子６０から出力される抑制信号Ｓ
５９の位相を反転して抑制信号Ｓ６１を出力し、＋側抑
制電極３３ａに与える回路であり、ゲインが−１のイン
バータ等で構成されている。

【００３１】又、ＡＧＣ回路５９の出力側には、コリオ
リ力検出回路が接続されている。コリオリ力検出回路
は、ＡＧＣ回路５９から出力される抑制信号Ｓ５９を入
力し、この抑制信号Ｓ５９を、位相シフト回路４９から
出力される基準信号Ｓ４９で同期検波して角速度ωに応
じたＤＣ検出信号Soutを出力する回路であり、位相シフ
ト回路６２、同期検波回路６３、及びＤＣ化出力回路６
４等で構成されている。

【００３２】位相シフト回路６２は、ＡＧＣ回路５９か
ら出力される抑制信号Ｓ５９を、位相シフト回路４９か
ら出力される基準信号Ｓ４９と同期させるために、該抑
制信号Ｓ５９の位相を４５°だけ遅らせて出力信号Ｓ６
２を出力する回路であり、この出力側に同期検波回路６
３が接続されている。同期検波回路６３は、振動子３０
に対して角速度ωの加わった方向（回転方向）を知るた
めに、基準信号Ｓ４９に基づき、位相シフト回路６２の
出力信号Ｓ６２を同期検波して同一極性の検波信号Ｓ６
３を出力する回路であり、乗算回路等で構成されてい
る。同期検波回路６３の出力側には、ＤＣ化出力回路６
４が接続されている。ＤＣ化出力回路６４は、検波信号
Ｓ６３を入力し、これをＤＣ成分に比例したＤＣ信号に
変換し、振動子３０に与えられる角速度ωに応じたＤＣ
検出信号Soutを出力する回路であり、検波信号Ｓ６３を
平滑してＤＣに変換するローパスフィルタ（以下「ＬＰ
Ｆ」という。）や、感度調整及び０点調整（オフセット
調整）等を行うアンプ等で構成されている。

【００３３】図４は図１中のＡＧＣ回路５９の制御電圧
Ｖｇに対するゲインＧの特性図、図５は図１中のスイッ
チ素子５７ａ，５７ｂ，６０のオン／オフ動作を示すタ
イミング図である。又、図６は図１の信号の動作波形図
である。

【００３４】図６では、例えば、振動子３０に対して右
回転方向に角速度ωが加わった波形が示されている。振
動子３０に対して左回転方向の角速度ωが加わった波形
は、右回転した時の波形の位相が１８０°ずれた波形
（破線の波形）となる。

【００３５】以下、図４〜図６を参照しつつ、図１の角
速度センサの動作を説明する。例えば、＋側検出電極３
２ａからＤＣ化回路５６の出力端子までの信号の伝搬遅
延時間ｔをｔ＝ｎ／（２Ｆｄ）（但し、ｎ；正の整数）
とする。

【００３６】図５の時刻ｔ１において電源を投入する
と、スイッチ切替え信号によってスイッチ素子５７ｂが
オン状態となり（この時、スイッチ素子５７ａ，６０は
オフ状態）、該スイッチ素子５７ｂのオン状態によって
初期設定電圧ＶｆがＡＧＣ回路５９に印加される。

【００３７】電源の投入により、駆動回路４０から出力
されたＡＣ駆動電圧Ｖａが振動子３０の−側駆動電極３
１ｂに与えられ、該振動子３０が振動を開始する。振動
子３０が振動を開始すると、＋側駆動電極３１ａの出力
電流が駆動回路４０に入力され、この駆動回路４０から
出力されたＡＣ駆動電圧Ｖａが振動子３０の−側駆動電
極３１ｂに供給される。振動子３０が振動を開始した
後、安定期間になると、ＡＣ駆動電圧Ｖａにより、振動
子３０が一定の共振周波数Ｆｄで特定方向に振動する。

【００３８】ＡＣ駆動電圧Ｖａによって振動子３０が一
定の共振周波数Ｆｄ（例えば、数十ＫＨｚ）で特定方向
の振動を継続すると、ＡＣ駆動電圧Ｖａが位相シフト回
路４９に与えられる。位相シフト回路４９では、ＡＣ駆
動電圧Ｖａの位相を４５°だけ進ませ、基準信号Ｓ４９
を生成し、同期検波回路５５，６３へ送る。

【００３９】図５の時刻ｔ２になると、スイッチ切替え
信号によってスイッチ素子５７ｂがオフ状態になると共
に、スイッチ素子５７ａがオン状態になり、その後、Ａ
ＧＣ回路５９の動作が安定する時刻ｔ３になると（例え
ば、１秒以下）、スイッチ素子６０がオン状態になる。

【００４０】一定の共振周波数Ｆｄで特定方向に振動し
ている振動子３０に角速度ω（例えば、１００Ｈｚ程度
以下）が加わると（図６では、右回転方向に角速度ωが
加わった波形が示されている。）、この振動子３０にコ
リオリ力Ｆが作用し、該振動子３０の特定方向の振動方
向に対して直交する方向の振動が生まれ、この振動によ
って振動子３０に発生する電荷が検出電極３２ａ，３２
ｂによって検出され、この検出信号（検出電流）Ｓ３２
ａ，Ｓ３２ｂが検出電極３２ａ，３２ｂから出力され
る。この信号Ｓ３２ａ，Ｓ３２ｂは、角速度検出回路５
０で電圧に変換され、角速度検出信号Ｓ５０が出力され
て位相シフト回路５４及び位相調整回路５８へ送られ
る。

【００４１】位相シフト回路５４は、角速度検出信号Ｓ
５０の位相を４５°だけ遅らせ、出力信号Ｓ５４を同期
検波回路５５へ送る。同期検波回路５５では、位相が１
８０°ずれた出力信号Ｓ５４と基準信号Ｓ４９とを入力
し、角速度ωの加わった方向（回転方向）を知るため
に、例えば、基準信号Ｓ４９と出力信号Ｓ５４とを乗算
することにより、該出力信号Ｓ５４を同期検波して同一
極性の検波信号Ｓ５５を出力する。検波信号Ｓ５５は、
ＤＣ化回路５６でＤＣに変換されて制御電圧Ｖｇが出力
される。この制御電圧Ｖｇは、オン状態のスイッチ素子
５７ａを通してＡＧＣ回路５９の制御端子に入力され
る。

【００４２】一方、角速度検出回路５０から出力された
角速度検出信号Ｓ５０は、位相調整回路５８で位相調整
が行われた後、ＡＧＣ回路５９へ送られる。ＡＧＣ回路
５９では、制御電圧Ｖｇに基づき、位相調整回路５８の
出力信号のゲインＧを制御し、抑制信号Ｓ５９を出力す
る。このＡＧＣ回路５９では、図４に示すように、制御
電圧Ｖｇに比例してゲインＧが変化する。抑制信号Ｓ５
９は、オン状態のスイッチ素子６０を通して−側抑制電
極３３ｂに与えられると共に、該抑制信号Ｓ５９が反転
回路６１で位相が１８０°反転され、この反転された抑
制信号Ｓ６１が＋側抑制電極３３ａに与えられる。この
抑制信号Ｓ６１は、検出電極３２ａから出力される信号
Ｓ３２ａに対して位相が１８０°ずれているので、発生
したコリオリ力Ｆを打消す逆方向の抑制力が振動子３０
に発生し、この振動子３０の例えば図２のＺ軸方向の振
動が抑制される。

【００４３】抑制電極３３ａ，３３ｂによって発生する
抑制力は、コリオリ力Ｆを打消す逆方向の力であり、こ
の抑制力を発生させるＡＧＣ回路５９の抑制信号Ｓ５９
は、振動子３０に加えらえる角速度ωと相関関係があ
る。そこで、この抑制信号Ｓ５９は、位相シフト回路６
２で位相が４５°だけ遅らされ、基準信号Ｓ４９と同期
が取られ、同期検波回路６３へ送られる。同期検波回路
６３では、角速度ωの加わった方向（回転方向）を知る
ために、例えば、基準信号Ｓ４９と位相シフト回路６２
の出力信号Ｓ６２とを乗算することにより、該出力信号
Ｓ６２を同期検波して同一極性の検波信号Ｓ６３を出力
する。この検波信号Ｓ６３は、ＤＣ化出力回路６４でＤ
Ｃ信号に変換され、感度調整や０点電圧調整（オフセッ
ト調整）等が行われ、角速度ωに比例したＤＣ検出信号
Soutが出力される。

【００４４】なお、振動子３０に角速度ωが加わり、該
振動子３０が左回転した場合、位相シフト回路６２の出
力信号Ｓ６２の位相が１８０°ずれた波形となるので、
検波信号Ｓ６３の波形が図６の破線のようになり、ＤＣ
化出力回路６４から＋側のＤＣ検出信号Soutが出力され
ることになる。

【００４５】以上のように、この第１の実施形態では、
次の（ｉ）〜（iii）のような効果がある。 （ｉ）振動子３０に角速度ωが加わり、この振動子３０
にコリオリ力Ｆが作用し、このコリオリ力Ｆの方向に振
動が生じ、この振動によって検出電極３２ａ，３２ｂか
ら信号Ｓ３２ａ，Ｓ３２ｂが出力される。従来の角速度
センサでは、コリオリ力Ｆ方向の振動の共振周波数に一
致した外乱（例えば、１００Ｈｚ程度以下の手振れ等）
が加わると、検出電極３２ａ，３２ｂ側に異常振動が生
じて動作異常を起こすおそれがあった。これに対し、本
実施形態では、検出電極３２ａ，３２ｂの出力信号Ｓ３
２ａ，Ｓ３２ｂから、所定の伝搬遅延時間ｔだけ遅れた
制御電圧Ｖｇにより、ＡＧＣ回路５９でゲインを制御し
た抑制信号Ｓ５９，Ｓ６１を抑制電極３３ａ，３３ｂに
与え、コリオリ力Ｆを打消す逆方向の抑制力を発生させ
るようにしている。このため、検出電極３２ａ，３２ｂ
側の外乱による異常振動が抑制される。よって、原理的
に周波数応答がフラットになり、外乱に対して安定性が
向上する。

【００４６】（ii）角速度ωの検出特性は、図４に示す
ようなＡＧＣ回路５９のゲインＧ／制御電圧Ｖｇ特性と
等価となり、リニアリティを改善できる。このため、Ａ
ＧＣ回路５９のダイナミックレンジを大きく取ることが
でき（例えば、８０ｄＢ程度）、角速度検出精度を向上
することができる。

【００４７】（iii)駆動側の位相シフト回路４９で位相
を４５°進ませ、検出側の位相シフト回路５４，６２で
位相を４５°遅らせ、基準信号Ｓ４９と出力信号Ｓ５
４，Ｓ６２とを同期させている。このため、周囲の温度
変化によって位相シフト回路４９，５４，６２に生じる
位相のずれが、同期検波回路５５，６３において相殺さ
れて消去され、温度変化による悪影響が除去され、制御
電圧Ｖｇ及びＤＣ検出信号Soutの検出精度が向上する。

【００４８】（第２の実施形態）図７及び図８は本発明
の第２の実施形態を示すものであって、図７は図１中の
駆動側の回路図、及び図８は図１中の検出側の回路図で
あり、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素
には共通の符号が付されている。

【００４９】図７の駆動側において、駆動回路４０と位
相シフト回路４９とが設けられている。駆動回路４０に
は、振動子３０の＋側駆動電極３１ａに接続されたＩ／
Ｖ変換回路４１が設けられている。Ｉ／Ｖ変換回路４１
は、＋側駆動電極３１ａの出力電流を電圧に変換する回
路であり、カレントアンプ等で構成されている。Ｉ／Ｖ
変換回路４１の出力側には、バッファアンプ４２が接続
されている。バッファアンプ４２の出力側には、高周波
成分を除去するＬＰＦ４３が接続されている。ＬＰＦ４
３の出力側には、振動子３０が起動期間のときにはゲイ
ンを大きくし、この起動期間経過後の安定期間のときに
はゲインを小さくする起動補償回路等を介して、ＡＧＣ
回路４４が接続されている。ＡＧＣ回路４４は、起動補
償回路等を介して送られてくるＬＰＦ４３の出力電圧を
入力し、制御電圧Ｓ４８に基づきゲインが制御される回
路であり、この回路の出力側が、バッファアンプ４５等
を介して、−側駆動電極３１ｂに接続されている。

【００５０】バッファアンプ４２の出力側には、整流回
路４６が接続され、さらに基準電源回路４７が設けらて
いる。整流回路４６は、バッファアンプ４２の出力電圧
を整流し、ＤＣ電圧Ｓ４６（又はＤＣ電流）を出力する
回路である。基準電源回路４７は、電源電圧の変化や温
度変化等に対して一定の電圧を生成し、この一定の電圧
に基づき、整流回路４６のもつ温度係数を相殺するよう
な基準電圧Ｓ４７（又は基準電流）を出力する回路であ
り、この出力側と整流回路４６の出力側とに、比較回路
４８が接続されている。比較回路４８は、ＤＣ電圧Ｓ４
６（又はＤＣ電流）と基準電圧Ｓ４７（又は基準電流）
とを比較し、この電圧差（又は電流差）を積分して制御
電圧Ｓ４８を出力する回路であり、この出力側がＡＧＣ
回路４４の制御端子に接続されている。

【００５１】又、バッファアンプ４２の出力側には、位
相シフト回路４９が接続されている。位相シフト回路４
９は、バッファアンプ４２の出力側に接続されたコンデ
ンサ４９ａを有し、このコンデンサ４９ａの出力側が、
抵抗４９ｂを介して固定電位ノードＡＧに接続されてい
る。

【００５２】図８の検出側において、角速度検出回路５
０は、＋側検出電極３２ａに接続されたＩ／Ｖ変換回路
５１と、−側検出電極３２ｂに接続されたＩ／Ｖ変換回
路５２とを有し、これらの出力側に差動アンプ５３が接
続されている。Ｉ／Ｖ変換回路５１，５２は、振動子３
０に角速度ωが加わったときに検出電極３２ａ，３２ｂ
に逆相の電流（信号Ｓ３２ａ，Ｓ３２ｂ）が発生するの
で、これを電圧に変換する回路である。Ｉ／Ｖ変換回路
５１は、演算増幅器（以下「オペアンプ」という。）５
１ａ、帰還抵抗５１ｂ、及び帰還コンデンサ５１ｃから
なるカレントアンプで構成されている。オペアンプ５１
ａの＋側入力端子は固定電位ノードＡＧに接続され、−
側入力端子が＋側検出電極３２ａに接続されている。オ
ペアンプ５１ａの−側入力端子と出力端子との間には、
帰還抵抗５１ｂと帰還コンデンサ５１ｃが並列に接続さ
れている。同様に、Ｉ／Ｖ変換回路５２も、オペアンプ
５２ａ、帰還抵抗５２ｂ及び帰還コンデンサ５２ｃから
なるカレントアンプで構成されている。

【００５３】差動アンプ５３は、２つのＩ／Ｖ変換回路
５１，５２の出力電圧の差を増幅して角速度検出信号Ｓ
５０を出力する回路であり、駆動回路４０のＡＣ駆動電
圧Ｖａによるクロストーク等の同相信号をキャンセルす
る機能も有している。この差動アンプ５３は、Ｉ／Ｖ変
換回路５１の出力側に接続された入力抵抗５３ａと、Ｉ
／Ｖ変換回路５２の出力側に接続された入力抵抗５３ｂ
とを有し、該入力抵抗５３ｂの出力側が、抵抗５３ｃを
介して固定電位ノードＡＧに接続されている。入力抵抗
５３ａの出力側は、オペアンプ５３ｄの−側入力端子に
接続されると共に、帰還抵抗５３ｅを介して該オペアン
プ５３ｄの出力端子に接続されている。

【００５４】差動アンプ５３の出力側には、位相シフト
回路５４が接続されている。位相シフト回路５４は、角
速度検出信号Ｓ５０の位相を４５°遅らせる回路であ
り、該角速度検出信号Ｓ５０を入力する抵抗５４ａを有
し、この抵抗５４ａの出力側が、コンデンサ５４ｂを介
して固定電位ノードＡＧに接続されている。位相シフト
回路５４の出力側には、同期検波回路５５を介して、Ｄ
Ｃ化回路５６が接続されている。ＤＣ化回路５６は、同
期検波回路５５から出力される検波信号Ｓ５５を全波整
流する全波整流回路５６ａと、この出力を平滑してＤＣ
の制御電圧Ｖｇを出力する平滑回路５６ｂとで構成され
ている。平滑回路５６ｂの出力側には、スイッチ素子５
７ａを介して、ＡＧＣ回路５９の制御端子が接続されて
いる。

【００５５】又、差動アンプ５３の出力側には、位相調
整回路５８が接続されている。位相調整回路５８は、差
動アンプ５３から出力される角速度検出信号Ｓ５０の位
相を調整する回路であり、例えば、該角速度検出信号Ｓ
５０を入力する可変抵抗５８ａを有し、この出力側がコ
ンデンサ５８ｂを介して、固定電位ノードＡＧに接続さ
れている。位相調整回路５８の出力側には、ＡＧＣ回路
５９が接続されている。

【００５６】ＡＧＣ回路５９は、制御電圧Ｖｇによって
ゲインが制御される回路であり、オペアンプ５９ａ、帰
還抵抗５９ｂ、入力抵抗５９ｃ、可変抵抗素子（例え
ば、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタ、以下これを
「Ｎチャネル型のＦＥＴ」という。）５９ｄ、帰還コン
デンサ５９ｅ、帰還抵抗５９ｆ及びゲート抵抗５９ｇよ
り構成されている。オペアンプ５９ａの＋側入力端子
は、位相調整回路５８の出力側に接続されている。オペ
アンプ５９ａの−側入力端子は、帰還抵抗５９ｂを介し
て該オペアンプ５９ａの出力端子に接続されている。オ
ペアンプ５９ａの−側入力端子は、入力抵抗５９ｃを介
して、Ｎチャネル型のＦＥＴ５９ｄのドレインに接続さ
れている。ＦＥＴ５９ｄのソースは、固定電位ノードＡ
Ｇに接続され、ゲートに抵抗５９ｇを介して制御電圧Ｖ
ｇが与えられるようになっている。

【００５７】ＦＥＴ５９ｄは、ゲート・ソース間電圧に
よってドレイン・ソース間抵抗が変化する素子である。
ＦＥＴ５９ｄを可変抵抗として使っても低歪み特性が得
られないので、該ＦＥＴ５９ｄのドレイン・ゲート間に
帰還コンデンサ５９ｅ及び帰還抵抗５９ｆを接続し、ド
レインからゲートに対して局部的な帰還をかけて低歪み
特性が得られるようにしている。オペアンプ５９ａの出
力端子には、スイッチ素子６０が接続されると共に、位
相シフト回路６２が接続されている。

【００５８】位相シフト回路６２は、ＡＧＣ回路５９か
ら出力される抑制信号Ｓ５９の位相を４５°遅らせる回
路であり、ＡＧＣ回路５９の出力側に接続された抵抗６
２ａを有し、この抵抗６２ａの出力側が、コンデンサ６
２ｂを介して固定電位ノードＡＧに接続されている。位
相シフト回路６２の出力側には、同期検波回路６３を介
して、ＤＣ化出力回路６４が接続されている。

【００５９】ＤＣ化出力回路６４は、同期検波回路６３
の検波信号Ｓ６３を入力し、これをＤＣ成分に比例した
ＤＣ信号に変換し、ＤＣ検出信号Soutを出力する回路で
あり、ＬＰＦ６４ａ、増幅回路６４ｂ、感度調整回路６
４ｃ、及び０点制御（オフセット調整）回路６４ｄ等を
有している。ＬＰＦ６４ａは、同期検波回路６３の出力
側に接続され、検波信号Ｓ６３の高周波成分を除去する
回路であり、この出力側に増幅回路６４ｂが接続されて
いる。増幅回路６４ｂには、感度制御用の制御信号を出
力する感度制御回路６４ｃと、０点制御（オフセット調
整）を行うための制御信号を出力する０点制御回路６４
ｄとが接続されている。増幅回路６４ｂは、ＬＰＦ６４
ａの出力電圧に対し、感度制御回路６４ｃ及び０点制御
回路６４ｄからの制御信号に基づき、感度と０点電圧の
補正（オフセット調整）を行い、角速度ωに比例したＤ
Ｃ電圧の検出信号Soutを出力する回路である。

【００６０】次に、図７の駆動側の動作（ａ）と、図８
の検出側の動作（ｂ）とを説明する。 （ａ）駆動側動作（図７） 電源を投入すると、振動子３０が振動を開始する。振動
子３０の＋側駆動電極３１ａから出力された電流は、Ｉ
／Ｖ変換回路４１で電圧に変換される。この出力電圧
は、バッファアンプ４２を介して、整流回路４６でＤＣ
電圧Ｓ４６（又はＤＣ電流）に変換され、比較回路４８
へ送られる。比較回路４８では、基準電源回路４７から
出力された基準電圧Ｓ４７（又は基準電流）と、整流回
路４６から出力されたＤＣ電圧Ｓ４６（又はＤＣ電流）
とを比較し、制御電圧Ｓ４８をＡＧＣ回路４４へ出力す
る。バッファ４２の出力電圧は、ＬＰＦ４３で高周波成
分が除去され、起動補償回路等を介して、ＡＧＣ回路４
４によりゲインが制御される。このＡＧＣ回路４４か
ら、バッファアンプ４５を介してＡＣ駆動電圧Ｖａが−
側駆動電極３１ｂに供給され、振動子３０が一定の共振
周波数Ｆｄで特定方向に振動する。

【００６１】ＡＣ駆動電圧Ｖａによって振動子３０が一
定の共振周波数Ｆｄで特定方向の振動を継続すると、バ
ッファアンプ４２の出力電圧が、位相シフト回路４９に
与えられる。位相シフト回路４９では、バッファアンプ
４２の出力電圧の位相を４５°だけ進ませ、基準信号Ｓ
４９を生成し、図８の同期検波回路５５，６３へ送る。

【００６２】（ｂ）検出側動作（図８） 一定の共振周波数Ｆｄで特定方向に振動している振動子
３０に角速度ωが加わると、この振動子３０にコリオリ
力Ｆが作用し、該振動子３０の特定方向の振動方向に対
して直交する方向の振動が生まれる。この振動によって
振動子３０に発生する電荷が、検出電極３２ａ，３２ｂ
によって検出され、この検出電流（信号Ｓ３２ａ，Ｓ３
２ｂ）が検出電極３２ａ，３２ｂから出力される。この
検出電流は、角速度検出回路５０内のＩ／Ｖ変換回路５
１，５２で電圧に変換され、これらのＩ／Ｖ変換回路５
１，５２の出力電圧が差動アンプ５３で差動増幅され、
角速度検出信号Ｓ５０が出力されて、位相シフト回路５
４及び位相調整回路５８へ送られる。

【００６３】位相シフト回路５４では、角速度検出信号
Ｓ５０の位相を４５°だけ遅らせ、この出力信号Ｓ５４
を同期検波回路５５へ送る。同期検波回路５５では、図
７の位相シフト回路４９から与えられる基準信号Ｓ４９
に基づき、位相シフト回路５４の出力信号Ｓ５４を同期
検波して同一極性の検波信号Ｓ５５を出力する。この検
波信号Ｓ５５は、ＤＣ化回路５６内の全波整流回路５６
ａによって全波整流され、平滑回路５６ｂで平滑されて
ＤＣ制御電圧Ｖｇが出力される。

【００６４】電源投入時には、ＡＧＣ回路５９を初期設
定するために、スイッチ素子５７ｂがオン状態となり、
初期設定電圧ＶｆがＡＧＣ回路５９内の抵抗５９ｇを介
してＦＥＴ５７ｄのゲートに与えられ、該ＡＧＣ回路５
９が初期設定される。その後、スイッチ素子５７ｂがオ
フ状態になると共に、スイッチ素子５７ａがオン状態に
なり、平滑回路５６ｂから出力された制御電圧Ｖｇが、
ＡＧＣ回路５９内の抵抗５９ｇを介してＦＥＴ５７ｄの
ゲートに与えられる。

【００６５】＋側検出電極３２ａの出力電流（信号Ｓ３
２ａ）から、所定の伝搬遅延時間ｔ後に平滑回路５６ｂ
から制御電圧Ｖｇが出力され、この制御電圧ＶｇがＡＧ
Ｃ回路５９内の抵抗５９ｇを介してＦＥＴ５７ｄのゲー
トに与えられる。差動アンプ５３から出力された角速度
検出信号Ｓ５０は、位相調整回路５８で位相調整が行わ
れ、ＡＧＣ回路５９内のオペアンプ５９ａの＋側入力端
子に送られる。ＡＧＣ回路５９では、制御電圧Ｖｇが変
化すると、ＦＥＴ５９ｄのソース・ドレイン間抵抗が変
化し、オペアンプ５９ａのゲインが変化する。つまり、
位相調整回路５８の出力電圧が、ＡＧＣ回路５９におい
て、図４に示すように、制御電圧ＶｇによってゲインＧ
が直線的に変化し、抑制信号Ｓ５９が出力される。

【００６６】抑制信号Ｓ５９は、スイッチ素子６０を介
して、−側抑制電極３３ｄに与えられると共に、反転回
路６１で反転された反転抑制信号Ｓ６１が、＋側抑制電
極３３ａに与えられる。このため、振動子３０に発生し
たコリオリ力Ｆを打消す逆方向の抑制力が発生し、コリ
オリ力Ｆ方向の振動が抑制される。この抑制力を発生さ
せる抑制信号Ｓ５９，Ｓ６１は、角速度ωと相関関係に
ある。

【００６７】一方、抑制信号Ｓ５９は、位相シフト回路
６２で位相が４５°だけ遅らされ、同期検波回路６３へ
送られる。同期検波回路６３では、例えば、基準信号Ｓ
４９と位相シフト回路６２の出力信号Ｓ６２とを乗算す
ることにより、該出力信号Ｓ６２を同期検波して同一極
性の検波信号Ｓ６３を出力し、ＤＣ化出力回路６４へ送
る。ＤＣ化出力回路６４では、ＬＰＦ６４ａにより、検
波信号Ｓ６３の高周波成分が除去され、増幅回路６４ｂ
へ送られる。増幅回路６４ｂでは、感度制御回路６４ｃ
及び０点制御回路６４ｄから与えられる制御信号に基づ
き、ＬＰＦ６４ａの出力に対して感度調整や０点電圧調
整（オフセット調整）等を行い、角速度ωに比例したＤ
Ｃ検出信号Soutを出力する。

【００６８】以上のように、この第２の実施形態では、
第１の実施形態の効果が得られる上に、次の（イ）、
（ロ）のような効果もある。 （イ）角速度検出回路５０は、２つのＩ／Ｖ変換回路５
１，５２の出力を差動アンプ５３で差動増幅して角速度
検出信号Ｓ５０を出力するようにしているので、検出精
度や安定性がよい。

【００６９】（ロ）位相シフト回路４９，５４，６２
を、同一の抵抗値Ｒの抵抗４９ｂ，５４ａ，６２ａと、
同一の容量値Ｃのコンデンサ４９ａ，５４ｂ，６２ｂと
で構成すれば、温度変化による位相のずれが相殺され、
該位相シフト回路４９から出力される基準信号Ｓ４９
と、位相シフト回路５４，６２の出力信号Ｓ５４，Ｓ６
２とを、簡単な構成で的確に同期させることができる。
特に、抵抗４９ｂ，５４ａ，６２ａを同一の温度特性の
素子で構成すれば、温度変化による悪影響をより精度よ
く除去することができる。

【００７０】（変形例）本発明は、上記実施形態に限定
されず、種々の変形が可能である。この変形例として
は、例えば、次の（１）〜（５）のようなものがある。 （１）振動子３０は、音叉型水晶振動子を例にとって説
明したが、音叉型以外の音片型、Ｈ型、リング型等の他
の形式のものを用いたり、振動子材料として水晶以外の
他の圧電材料を用いることも可能である。さらに、駆動
電極３１ａ，３１ｂ、検出電極３２ａ，３２ｂ及び抑制
電極３３ａ，３３ｂの数や配置位置等は、適宜変更可能
である。

【００７１】（２）振動子３０としては、圧電振動子以
外のシリコン振動子等の他の構造の振動子を用いてもよ
い。他の構造の振動子を用いる場合には、振動子の構造
に対応して図１及び図８の角速度検出回路５０の回路構
成を変更し、さらにこれに対応させて図７のＩ／Ｖ変換
回路４１を他の回路に置換える等の変更を行えば、実施
形態のような効果が得られる。

【００７２】（３）位相調整回路５８は、可変抵抗５８
ａを固定抵抗に変更し、コンデンサ５８ｂを可変コンデ
ンサに変更してもよい。又、位相シフト回路４９，５
４，６２は、可変型の抵抗あるいは可変型のコンデンサ
を用いて、位相調整可能な回路構成にしてもよい。

【００７３】（４）同期検波回路５５，６３は、乗算回
路で構成する以外に、他の回路で構成してもよい。例え
ば、基準信号Ｓ４９を方形波の信号に変換し、この方形
波の信号に基づいて位相シフト回路５４，６２の出力信
号Ｓ５４，Ｓ６２を検波し、この検波した信号の極性を
切替えて同一極性の検波信号Ｓ５５，Ｓ６３を生成する
ような回路構成等も採用できる。

【００７４】（５）ＡＧＣ回路５９は、他のトランジス
タを用いた回路構成に変更することも可能である。

【００７５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１及び第
２の発明によれば、振動子から出力されるＡＣ信号を入
力し、制御回路から出力される制御信号に基づき、抑制
回路によって該ＡＣ信号のゲインを制御し、振動子に発
生したコリオリ力を打消す逆方向の抑制力を発生させ、
該抑制信号におけるゲイン制御後の信号を、コリオリ力
検出回路により駆動信号で同期検波し、角速度に応じた
検出信号を出力するようにしている。このため、振動子
の検出側に、共振周波数に一致した手振れ等の外乱が加
わっても、コリオリ力を打消す逆方向の抑制力によって
コリオリ力方向の振動子の異常振動が抑制される。つま
り、原理的に周波数応答がフラットになるので、検出側
の共振周波数に一致した外乱が加わっても、振動子の異
常振動を抑制して動作異常を防止でき、安定性を向上さ
せることができる。さらに、抑制回路におけるゲイン制
御後の信号は、角速度と相関関係があり、このゲイン制
御後の信号を、駆動信号で同期検波して検出信号を出力
するようにしているので、検出信号のリニアリティを改
善でき、ダイナミックレンジが大きく取れ、角速度検出
精度を向上できる。

【００７６】第３の発明によれば、抑制回路をＡＧＣ回
路及び反転回路等で構成したので、比較的簡単な回路構
成で、コリオリ力を打消す逆方向の抑制力を簡単かつ精
度よく発生させることができる。

【００７７】第４の発明によれば、コリオリ力検出回路
は、ＡＧＣ回路の出力信号を駆動信号で同期検波し、こ
の検波信号をＤＣに変換して角速度に応じたＤＣ検出信
号を出力する構成にしたので、精度のよいＤＣ検出信号
を出力できる。

【００７８】第５の発明によれば、第１及び第２のスイ
ッチ手段を設けたので、電源投入から所定時間後に、角
速度センサ回路を安定して動作させることができる。

【００７９】第６の発明によれば、位相ずれを調整した
後に乗算して同期検波を行うようにしたので、温度変化
による位相のずれを簡単かつ的確に相殺でき、検波精度
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す角速度センサの
概略の構成図である。

【図２】従来の角速度センサを示す概略の構成図であ
る。

【図３】図２の動作波形図である。

【図４】図１中のＡＧＣ回路の特性図である。

【図５】図１中のスイッチ素子のタイミング図である。

【図６】図１の動作波形図である。

【図７】本発明の第２の実施形態を示す図１中の駆動側
の回路図である。

【図８】本発明の第２の実施形態を示す図１中の検出側
の回路図である。

【符号の説明】

３０ 振動子 ３１ａ，３１ｂ 駆動電極 ３２ａ，３２ｂ 検出電極 ３３ａ，３３ｂ 抑制電極 ４０ 駆動回路 ４９，５４，６２ 位相シフト回路 ５０ 角速度検出回路 ５５，６３ 同期検波回路 ５６ ＤＣ化回路 ５７ａ，５７ｂ，６０ スイッチ素子 ５８ 位相調整回路 ５９ ＡＧＣ回路 ６１ 反転回路 ６４ ＤＣ化出力回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 修一 東京都狛江市和泉本町１丁目８番１号 キ ンセキ株式会社内 (72)発明者 松本 明 東京都狛江市和泉本町１丁目８番１号 キ ンセキ株式会社内 (72)発明者 石塚 友茂 東京都狛江市和泉本町１丁目８番１号 キ ンセキ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 AA01 AA06 AA08 BB03 BB04 BB05 CC01 CD02 CD06 CD11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流の駆動信号を出力する駆動回路と、 前記駆動信号により駆動されて第１の方向に所定の共振
   周波数Ｆｄで振動し、角速度の印加によって該第１の方
   向と直交する第２の方向に、該角速度の大きさに応じた
   コリオリ力が発生して交流信号を出力する振動子と、 前記交流信号を入力し、前記駆動信号に基づき該交流信
   号を同期検波して前記角速度に応じた制御信号を出力す
   る制御回路と、 前記交流信号を入力し、前記制御信号に基づいて該交流
   信号のゲインを制御し、前記コリオリ力を打消す逆方向
   の抑制力を発生させる抑制信号を出力して前記振動子に
   与える抑制回路と、 前記抑制回路におけるゲイン制御後の信号を、前記駆動
   信号で同期検波して前記角速度に応じた検出信号を出力
   するコリオリ力検出回路と、 を備えたことを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 交流の駆動信号を出力する駆動回路と、 前記駆動信号により駆動されて第１の方向に所定の共振
   周波数Ｆｄで振動し、角速度の印加によって該第１の方
   向と直交する第２の方向に、該角速度の大きさに応じた
   コリオリ力が発生して交流信号を出力する振動子と、 前記交流信号を入力し、前記駆動信号に基づいて該交流
   信号を同期検波し、この検波信号を直流に変換して前記
   角速度に応じた制御信号を、該交流信号の入力時から所
   定の遅延時間ｔ＝ｎ／（２Ｆｄ）（但し、ｎ；正の整
   数）後に、出力する制御回路と、 前記交流信号を入力し、前記制御信号に基づいて自動利
   得調整回路で該交流信号のゲインを制御し、前記コリオ
   リ力を打消す逆方向の抑制力を発生させる抑制信号を前
   記振動子に与える抑制回路と、 前記自動利得調整回路の出力信号を前記駆動信号で同期
   検波して前記角速度に応じた検出信号を出力するコリオ
   リ力検出回路と、 を備えたことを特徴とする角速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の角速度センサにおいて、 前記抑制回路は、 前記交流信号を入力し、前記制御信号に基づいて該交流
   信号のゲインを制御する自動利得調整回路と、 前記自動利得調整回路の出力信号の位相を反転し、前記
   コリオリ力を打消す逆方向の抑制力を発生させる抑制信
   号を出力して前記振動子に与える反転回路と、 を有することを特徴とする角速度センサ。
4. 【請求項４】 請求項２記載の角速度センサにおいて、 前記コリオリ力検出回路は、前記自動利得調整回路の出
   力信号を前記駆動信号で同期検波し、この検波信号を直
   流に変換して前記角速度に応じた直流検出信号を出力す
   る構成にしたことを特徴とする角速度センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の角
   速度センサにおいて、 電源投入時から所定時間、前記制御信号に代えて初期設
   定信号を前記自動利得調整回路に与え、該所定時間の経
   過後に、該初期設定信号に代えて該制御信号を該自動利
   得調整回路に与える第１のスイッチ手段と、 前記所定時間、前記振動子に与える前記抑制信号を切離
   しておき、前記所定時間が経過して前記自動利得調整回
   路の動作が安定した後に、該抑制信号を該振動子に与え
   る第２のスイッチ手段と、 を設けたことを特徴とする角速度センサ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の角
   速度センサにおいて、 前記制御回路の同期検波では、前記交流信号の１／２周
   期の位相と前記駆動信号の１／２周期の位相との位相ず
   れを調整して両位相を一致させた後に、該交流信号と該
   駆動信号とを乗算して前記制御信号を出力する構成に
   し、 前記コリオリ力検出回路の同期検波では、前記ゲイン制
   御後の信号の１／２周期の位相と前記駆動信号の１／２
   周期の位相との位相ずれを調整して両位相を一致させた
   後に、該ゲイン制御後の信号と該駆動信号とを乗算して
   前記検出信号を出力する構成にしたことを特徴とする角
   速度センサ。