JP2005308657A - 角速度センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 角速度センサのセンシング部では、振動子が基板上に浮遊した状態で弾性的に支持され、これに対向するように固定電極が基板上に立設されている。振動子の共振周期をTとし、振動子が平衡位置にある時期を起点0としたときに、駆動回路は、(3/4)×T〜1×Tの期間内に設定された区間P1においてのみ固定電極に駆動信号を印加することにより振動子を励振する。角速度検出回路は、(1/2)×Tの時期を含む区間P2において振動子と固定電極との間の静電容量を検出することにより角速度を検出する。駆動検出回路は、(3/4)×Tの時期を含む区間P3において、振動子と固定電極との間の静電容量を検出することにより励振振動の振幅を検出する。
【選択図】 図4
Description
図1及び図2は、本発明の第1の実施形態による角速度センサの構成を示す図である。この角速度センサ201は、図1に示す振動子A1がZ軸方向に励振振動し、角速度のX軸方向成分によってもたらされる振動子A1のY軸方向の変位を通じて、角速度のX軸方向成分を検出するように構成されている。
区間P1では、駆動回路2によって駆動信号が駆動用固定電極A7及びA9に印加される。従って、スイッチ制御回路Hは、スイッチMをオンすべく制御する。スイッチI〜Qのうち、スイッチM以外はすべてオフしている。駆動信号発生回路Eは駆動信号を生成する。駆動信号は、例えばパルス信号である。生成された駆動信号は、ゲイン調整回路Fにより、適切な高さの電圧にゲイン調整される。調整された駆動信号はスイッチMを通じて駆動用固定電極A7及びA9へ印加される。
区間P1の終了から区間P2の開始までの期間では、スイッチ制御回路Hは、スイッチI〜Qの全てをオフする。区間P2では、角速度検出回路4が、振動子A1のY軸方向の変位を通じて角速度のX軸方向成分を検出する。従って、スイッチ制御回路Hは、スイッチI,J,P,及びQをオンすべく制御する。スイッチI〜Qのうち、スイッチI,J,P,及びQ以外はすべてオフしている。これにより、角速度検出用固定電極A15及びA16と角速度検出用C−V変換回路Bとが接続される。角速度検出用C−V変換回路Bは、上述したように角速度検出用固定電極A15及びA16と、角速度検出用可動電極A14との間の静電容量を通じて、振動子A1のY軸方向の変位を検出する。
Fy=−2M・ωx・Vz ・・・・(式1)
で表される。
区間P3では、駆動検出回路3が、振動子A1のZ軸方向の変位を検出し、それにより励振振動の強さ、即ち励振振動の振幅を検出する。従って、スイッチ制御回路Hは、スイッチK,L,N,及びOをオンすべく制御する。スイッチI〜Qのうち、スイッチK,L,N,及びO以外はすべてオフしている。これにより、駆動検出用固定電極A6及びA8と駆動検出用C−V変換回路Wとが接続される。駆動検出用C−V変換回路Wは、上述したように駆動検出用固定電極A6及びA8と、駆動検出用可動電極A10及びA12との間の静電容量を通じて、振動子A1のZ軸方向の変位を検出する。
図5は、第2の実施形態による角速度センサの周辺回路の構成を示すブロック図である。この角速度センサ202の周辺回路302は、スイッチI及びJが、状態「1」において角速度検出用固定電極A15及びA16を角速度検出用C−V変換回路Bへ接続し、状態「0」において、振動子A1と等電位である接地電位に接続するように構成されている点において、図2に示した周辺回路301とは異なっている。スイッチI及びJは、本発明の第1放電回路の具体例に該当する。スイッチI及びJは、状態「0」において、接地電位に限らず、振動子A1と等電位であれば、一般に安定電位に接続するものであってもよい。
図7は、第3の実施形態による角速度センサの周辺回路の構成を示すブロック図である。この角速度センサ203の周辺回路303は、角速度検出回路4にスイッチV及びオフセットホールド回路Uを有する点において、図5に示した周辺回路302とは異なっている。オフセットホールド回路Uは、図7(b)に例示するように、周知のサンプルホールド回路32を有する。これにより、オフセットホールド回路Uは、スイッチVがオンしている期間における角速度検出用C−V変換回路Bの出力信号を保持する。
図9は、第4の実施形態による角速度センサの周辺回路の構成を示すブロック図である。この角速度センサ204の周辺回路304は、スイッチMが、状態「1」において駆動用固定電極A7及びA9をゲイン調整回路Fへ接続し、状態「0」において、振動子A1と等電位である接地電位に接続するように構成されている点において、図5に示した周辺回路302とは異なっている。スイッチMは、本発明の第2放電回路の具体例に該当する。スイッチMは、状態「0」において、接地電位に限らず、振動子A1と等電位であれば、一般に安定電位に接続するものであってもよい。
図12は、第5の実施形態による角速度センサの周辺回路の構成を示すブロック図である。この角速度センサ205の周辺回路305は、スイッチK及びLが、状態「1」において駆動検出用固定電極A6及びA8を駆動検出用C−V変換回路Wへ接続し、状態「0」において、振動子A1と等電位である接地電位に接続するように構成されている点において、図9に示した周辺回路304とは異なっている。スイッチK及びLは、本発明の第3放電回路の具体例に該当する。スイッチK及びLは、状態「0」において、接地電位に限らず、振動子A1と等電位であれば、一般に安定電位に接続するものであってもよい。
(1) 上記の各実施形態では、センシング部200が、振動子A1を基板10の主面に垂直なZ軸方向に励振振動させるように構成された例を示した。しかしながら、本発明の角速度センサは、振動子A1の励振方向をZ軸方向に限るものではない。例えば、センシング部が基板10の主面に平行な方向に振動子A1を励振する角速度センサに対しても、本発明は適用可能である。
10 基板 201〜205 角速度センサ A1 振動子
A7、A9 駆動用固定電極 A6、A8 駆動検出用固定電極
A15、A16 角速度検出用固定電極 A11、A13 駆動用可動電極
A10、A12 駆動検出用可動電極 A14 角速度検出用固定電極
P1 区間(第1区間) P2 区間(第2区間)
P3 区間(第3区間) Pb 区間(第5区間)
Pc 区間(第4区間) Psub 区間(第6区間)
D 補正回路 I、J スイッチ(第1放電回路)
K、L スイッチ(第3放電回路) M スイッチ(第2放電回路)
T 共振周期 U オフセットホールド回路(保持回路)
X 第3方向 Y 第2方向 Z 第1方向 ωx 角速度成分
Claims (9)
- 基板上に浮遊した状態で弾性的に支持された振動子と、
前記振動子に対向して前記基板上に固定され、互いに同一部分であることを許した駆動用固定電極、駆動検出用固定電極及び角速度検出用固定電極を含む固定電極と、
前記駆動用固定電極に駆動信号を印加することにより前記駆動用固定電極と前記振動子との間に静電引力を発生させ、当該静電引力によって前記振動子を第1方向に励振する駆動回路と、
前記振動子と前記駆動検出用固定電極との間の静電容量を検出することにより前記振動子の前記第1方向に沿った振動の振幅を検出する駆動検出回路と、
前記振動子と前記角速度検出用固定電極との間の静電容量を検出することにより前記振動子の前記第1方向に垂直な第2方向に沿った振動の振幅を検出し、それにより前記第1方向及び前記第2方向の双方に垂直な第3方向の角速度成分を検出する角速度検出回路とを備え、
前記駆動回路は、前記駆動検出回路が検出する前記振幅を一定にするように前記駆動信号の強さを調整し、
前記振動子の共振周期をTとし前記振動子が平衡位置にある時期を起点0としたときに、前記駆動回路は(3/4)T〜1×Tの期間内に設定された第1区間においてのみ前記駆動用固定電極に前記駆動信号を印加し、前記角速度検出回路は(1/2)×Tの時期を含む期間として設定された第2区間において前記静電容量を検出し、前記駆動検出回路は、(3/4)×Tの時期を含む期間として設定された第3区間において前記静電容量を検出し、
前記第1乃至第3区間は、互いに重複しないように設定されている角速度センサ。 - 前記駆動検出用固定電極と前記角速度検出用固定電極とは互いに電気的に絶縁された前記固定電極の異なる部分であり、
前記角速度検出回路は、(3/4)×Tの時期を含む期間として設定された第4区間においても前記静電容量を検出し、
前記角速度検出回路は、前記第4区間における検出結果を保持する保持回路と、前記第2区間における検出結果を前記保持回路が保持する検出結果により補正する補正回路とを含み、
前記第1区間と前記第4区間とは、互いに重複しないように設定されている請求項1記載の角速度センサ。 - 前記角速度検出回路は、(1/4)×Tの時期を含む期間として設定された第5区間においても前記静電容量を検出し、
前記角速度検出回路は、前記第5区間における検出結果を保持する保持回路と、前記第2区間における検出結果を前記保持回路が保持する検出結果により補正する補正回路とを含む請求項1記載の角速度センサ。 - 前記角速度検出回路は、前記角速度検出用固定電極を安定電位に断続自在に接続する第1放電回路を含み、
前記第1放電回路は、前記第1区間と前記第2区間との間に設定された第6区間において前記角速度検出用固定電極を安定電位に接続する請求項1乃至3の何れかに記載の角速度センサ。 - 前記駆動用固定電極と、前記駆動検出用固定電極及び前記角速度検出用固定電極とは、互いに電気的に絶縁された前記固定電極の異なる部分であり、
前記駆動回路は、前記駆動用固定電極を安定電位に断続自在に接続する第2放電回路を含み、
前記第2放電回路は、前記第1区間を除く期間内に設定された第7区間において前記駆動用固定電極を安定電位に接続する請求項1乃至4の何れかに記載の角速度センサ。 - 前記駆動検出用固定電極と、前記駆動用固定電極及び前記角速度検出用固定電極とは、互いに電気的に絶縁された前記固定電極の異なる部分であり、
前記駆動検出回路は、前記駆動検出用固定電極を安定電位に断続自在に接続する第3放電回路を含み、
前記第3放電回路は、前記第3区間を除く期間内に設定された第8区間において前記駆動検出用固定電極を安定電位に接続する請求項1乃至5の何れかに記載の角速度センサ。 - 前記第1方向が前記基板の上面の法線方向であり、
前記振動子が平衡位置にあるとき、前記上面を基準とした前記振動子の上端の高さと前記駆動用固定電極の上端の高さとが略一致する請求項1乃至6の何れかに記載の角速度センサ。 - 前記駆動用固定電極と前記駆動検出用固定電極と前記角速度検出用固定電極とが、互いに電気的に絶縁された前記固定電極の異なる部分である請求項1乃至7の何れかに記載の角速度センサ。
- 前記駆動回路と前記駆動検出回路と前記角速度検出回路とが、前記基板に集積回路として作り込まれている請求項1乃至8の何れかに記載の角速度センサ。
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