JP2006292506A - 加速度・角速度検出装置および加速度・角速度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 一つの装置で、加速度と角速度を検出する加速度・角速度検出装置では、まず、加速度による力と角速度による力の合力を求め、その合力から加速度と角速度を求めるが、加速度による力と角速度による力を分離するのに複雑な処理が必要であった。
【解決手段】 タイミング部１７により出力する周波数波形を示す駆動信号の出力値が零近傍になったときに、変位検出部４０の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部１３に出力するとともに、該駆動信号の位相を略１８０度遅らせたタイミングでも、タイミング信号をサンプリング部１３に出力する。そして、駆動信号が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部４０の検出結果と、該駆動信号の位相を略１８０度遅らせたタイミングで出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部４０の検出結果を用いて、重錘体３に作用する加速度と角速度を求めるものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、加速度及び角速度を検出する加速度・角速度検出装置および加速度・角速度検出方法に関する。詳しくは、ＸＹＺ３次元直交座標系の少なくとも１座標軸方向の加速度と、ＸＹ平面に含まれる１軸まわりの角速度を検出する加速度・角速度検出装置および加速度・角速度検出方法に関するものである。

近年、半導体微細加工技術を用いて、基板上に機械構造体を作成するマイクロマシニング技術による機械量センサの開発が進んでいる。その機械量センサの中でも、加速度センサ及び角速度センサは、車両運動制御、カ−ナビゲ−ション、ロボット姿勢制御等の幅広い用途に使用されている。

従来、加速度センサ及び角速度センサなどの機械量センサは、多種多様な部品がメカニカルに組み立てられていることから、小型化が難しい、量産性に乏しい、低価格化しにくい等の欠点を抱えていたが、前述したマイクロマシニング技術を用いることにより、センサ本体の小型化が可能になった。特に、Ｓｉを材料とすることにより、周辺回路との集積化が可能となり、機械量センサ全体の小型化が飛躍的に進んでいる。

最近では、加速度センサ及び角速度センサの小型化が進んでいることから、コンパクトカメラに手振れ補正用センサとして搭載され始めており、今後も応用分野の拡大が期待される。

加速度センサは、一般に、慣性体と、その慣性体を支持する弾性体から構成されている。加速度センサに加速度が加わると、加速後センサの慣性体に慣性力が働き、その慣性力により慣性体を支持している弾性体が機械的に変形する。この変形量を検出することにより、加えられた加速度を検出することができる。

また、角速度センサは、図６に示すような原理により角速度を検出する。図６（ａ）は、角速度の検出原理を説明するための図である。図６（ａ）に示すように、質量ｍの質点１００を原点とし、図示するように互いに直行する方向にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定する。

このようなＸＹＺ３次元直交座標系において、質点１００がＺ軸上を負の方向に速度ｖで運動している状態で、Ｙ軸を回転軸としてＺ軸からＸ軸に向かう方向（図６（ａ）参照）に角速度ωで回転を与えた場合には、この質点１００にコリオリ力ＦcがＸ軸上の正の方向に発生する。

このコリオリ力Ｆｃの大きさは、Ｆｃ＝２ｍ・ｖ・ω で求めることができる。また、当然ながら、質点１００の運動方向、或いは角速度ωの回転方向が逆の場合は、コリオリ力Ｆcの向きも逆になる。

このコリオリ力Ｆｃを求める式からもわかるように、質点１００の質量ｍと速度ｖが既知であれば、コリオリ力Ｆcの大きさと向きを検出すれば、Ｙ軸を回転軸とする角速度ωと回転方向を求めることができる。

また、質点１００は、コリオリ力ＦcによってＸ軸方向に変位するので、このコリオリ力Ｆcと変位量の関係が分かっていれば、質点１００のＸ軸方向の変位量を検出することによりコリオリ力Ｆcを求めることができる。

このような原理を応用した振動型角速度センサを図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）に示す振動型角速度センサにおいても、図６（ａ）と同様に、質量ｍの質点１００を原点とし、図示するように互いに直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により３次元直交座標系を構成している。

このような３次元直交座標系において、質点１００をＺ軸上に往復運動させるように振動を与える。そして、この状態で図６(ａ)と同様に角速度ωの回転を与えると、質点１００には図６（ｂ）に示すような振動方向に同期したコリオリ力Ｆcが生じる。

ここで、角速度センサの質点１００を慣性体として用いることにより、１つの装置で、加速度と角速度とを検出することができる（たとえば、特許文献１、特許文献２）。

特許文献１、または特許文献２に記載されている加速度・角速度検出装置では、加速度と角速度が同時に作用することから、加速度による値と角速度による値が加えられた値として検出される。

このために、この加速度の値と角速度の値をそれぞれ求めるためには、上記の加速度による値と角速度による値が加えられた値から加速度による値と角速度による値をそれぞれ分離する必要がある。

この分離方法が、特許文献１、特許文献２により提案されている。

まず、特許文献１において提案されている加速度・角速度検出装置により検出された加速度による値と角速度による値との分離方法について図７を用いて説明する。図７は、加速度・角速度検出装置において検出した加速度による値と角速度による値を分離する方法の説明図である。

図７は、質量ｍの質点１００にＺ軸方向に振動が与えられている状態で、Ｙ軸を回転軸とするＺ軸からＸ軸に向かう回転方向の回転が角速度ωで与えられた場合（図６（ｂ）参照）のものである。図７（ａ）〜（ｅ）の横軸はいずれも時間ｔである。

図７（ａ）は、質点のＺ軸方向の変位の推移を示す図である。図７（ａ）の質点１００のＺ軸方向の変位の推移をみると、正弦波の波形を示していることから、質点１００が往復運動していることがわかる。ここで、図７（ａ）の縦軸は質点１００のＺ軸方向の変位を示している。

つぎに、質点１００に加えられた角速度ωは、Ｙ軸を回転軸とするＺ軸からＸ軸に向かう回転方向を正の方向とする角速度ωであり、その角速度ωの推移が図７（ｂ）に示されている。図７（ｂ）は、質点に作用する角速度の推移を示す図である。図７（ｂ）からわかるように、角速度ωは時間とともに増加している。

そして、この状態で、Ｘ軸方向に生じるコリオリ力Ｆｃは、前述したように、Ｆｃ＝２ｍ・ｖ・ωの式により求めることができる。図７（ｃ）は、質点に作用するコリオリ力の推移を示す図である。ここで、ｍは質点１００の質量であり、ｖは質点１００の速度（振動速度）であり、ωは質点１００の角速度である。

この式からわかるように、コリオリ力Ｆcは、質点１００の振動による速度ｖに比例するので、角速度ωが一定ならば、振動変位が０の点で振動速度ｖが最大となり、その点で最大のコリオリ力Ｆcが働く。逆に、振動速度０である上下死点ではコリオリ力Ｆcも０となる。

この図７（ａ）と図７（ｃ）とを比較すればわかるように、質点１００に作用するコリオリ力Ｆｃは、質点１００の変位に同期した振動をなしている（コリオリ力Ｆｃの位相は、変位の位相より（π／２）だげずれている）。ここで、図７（ｂ）の縦軸は角速度ωであり、図７（ｃ）の縦軸はコリオリ力Ｆcである。

この状態において、Ｘ軸方向に加速度ａが加わった場合について図７（ｄ）を用いて説明する。

Ｘ方向に加速度ａが加われば、その加速度ａによる慣性力Ｆａが働くことになる。この慣性力Ｆａの方向は加えられた加速度ａとは逆方向となるので、その出力波形は図７（ｅ）のようになる。

ここで、質点１００に角速度ωと加速度ａがともに作用しているので、図７(ｅ)の出力波形は、図７（ｃ）に示す角速度ωによるコリオリ力Ｆcと図７（ｄ）に示す加速度ａによる慣性力Ｆａの合力の波形ということができる。この合力から、加速度ａによる慣性力Ｆａ及び角速度ωによるコリオリ力Ｆcを求めるためには、慣性力Ｆａとコリオリ力Ｆｃとをそれぞれ分離する必要がある。

その慣性力Ｆａとコリオリ力Ｆｃとを分離する方法としては、図８に示すような出力波形の変極点Ｐ１〜Ｐ７を求め、そして、各変極点Ｐ１〜Ｐ７の時間軸上の位置を示す区画線Ｑ１〜Ｑ７を定め、その隣接する各区画線の中間位置を通る参照線Ｑ１２〜Ｑ６７を定める。そして、各参照線上に、その両側にある変極点の平均値をもった参照点ｍをプロットする。この参照点ｍを結んだ線が加速度ａによる慣性力Ｆａを示している。このようにして加速度ａによる慣性力Ｆａを求めることができる。

次に、コリオリ力Ｆｃを求めるには、図７（ｅ）に示すコリオリ力Ｆｃと加速度ａによる慣性力Ｆａの合力から上記で求められた加速度ａによる慣性力Ｆａを差し引くことで求めることができる。

このように、コリオリ力Ｆｃと加速度ａによる慣性力Ｆａを求めることができれば、前述したＦｃ＝２ｍ・ｖ・ωの式から角速度ωが求められ、Ｆａ＝ｍ・ａより加速度ａを求めることができる（特許文献１）。

次に、特許文献２に記載された、加速度ａによる慣性力Ｆａと角速度ωによるコリオリ力Ｆｃとを分離する方法について説明する。

特許文献２には、コリオリ力Ｆcの振動周波数を加速度ａの周波数より十分高くすることを利用して、加速度ａ及び角速度ωを求める方法について記載されている。
すなわち、加速度ａによる力Ｆａを求めるためには、コリオリ力Ｆcの振動周波数を加速度ａの周波数より十分高くした状態で、コリオリ力Ｆcの振動周波数をカットするロ−パスフィルタ（ＬＰＦ）を通すことにより求めることができる。一方、コリオリ力Ｆcを求めるには、加速度ａによる慣性力Ｆａの力成分をカットするハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を通すことにより求めることができる（たとえば、特許文献２）。
特開平８−６８６３６号公報 特開平８−１３６２６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された加速度・角速度検出装置では、出力波形の変極点Ｐ及び変極点間の中間位置を通る参照線を求め、その参照線上の参照点ｍを求める必要があることから、制御系の構成及び処理が複雑になるという問題があった。また、加速度ａによる慣性力Ｆａを求めるためには、その求めたい時点の慣性力Ｆａのみならず、それ以降の慣性力Ｆａをも求める必要があり、リアルタイムに慣性力Ｆａを検出することができないという問題もあった。

また、特許文献２に記載された加速度・角速度検出装置では、ロ−パスフィルタ（ＬＰＦ）の設定の如何によっては、検出できない加速度ａの帯域があった。また同様に、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の設定の如何によっても、高周波の加速度ａが影響して、正確に角速度ωを検出できないという問題があった。さらに、フィルタというアナログ部品を別個に準備しなければならず、加速度・角速度検出装置の構成が複雑になるという問題もあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、かつ高精度に加速度と角速度を検出可能な加速度・角速度検出装置および加速度・角速度検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、質量をもった重錘体と、該重錘体の一端に接続され、可撓性をもった材料から構成され、重鎮体の振動により撓みが生じる梁と、該梁を支持する支持部と、重錘体の重心をＺ軸方向にそって往復運動させるように振動させる励振部と、梁の撓みを電気信号として検出する変位検出部と、該変位検出部の検出結果を所定のタイミングで抽出するサンプリング部と、励振部を駆動させるための駆動信号を出力するとともに、変位検出部の検出結果を抽出するタイミングを示すタイミング信号をサンプリング部に出力するタイミング部と、サンプリング部により抽出された変位検出部の検出結果を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された変位検出部の検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出する演算部と、を有し、タイミング部は、周波数波形を示す駆動信号の出力値が零近傍になったときに、変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部に出力するとともに、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときでもタイミング信号をサンプリング部に出力し、演算部は、駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果と、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出するものである。

また、本発明は、質量をもった重錘体と、該重錘体の一端に接続され、可撓性をもった材料から構成され、重鎮体の振動により撓みが生じる梁と、該梁を支持する支持部と、重錘体の重心をＺ軸方向にそって往復運動させるように振動させる励振部と、梁の撓みを電気信号として検出する変位検出部と、該変位検出部の検出結果を所定のタイミングで抽出するサンプリング部と、励振部を駆動させるための駆動信号を出力するとともに、変位検出部の検出結果を抽出するタイミングを示すタイミング信号をサンプリング部に出力するタイミング部と、サンプリング部により抽出された変位検出部の検出結果を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された変位検出部の検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出する演算部と、を有し、タイミング部は、重錘体の振動中心位置である振動変位が零近傍になったときに、変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部に出力するとともに、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときでもタイミング信号をサンプリング部に出力し、演算部は、重錘体の振動変位が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果と、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出するものである。

さらに、記憶手段は、第１の記憶手段と、第２の記憶手段とからなり、第１の記憶手段は、駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を記憶し、第２の記憶手段は、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を記憶するものである。

また、記憶手段は、第１の記憶手段と、第２の記憶手段とからなり、第１の記憶手段は、重錘体の振動変位が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を記憶し、第２の記憶手段は、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を記憶するものである。

また、質量をもった重錘体と、該重錘体の一端に接続され、可撓性をもった材料から構成され、重鎮体の振動により撓みが生じる梁と、該梁を支持する支持部と、を有する装置を用いて、ＸＹＺ３次元直交座標系の少なくとも１座標軸方向の加速度と、ＸＹ平面に含まれる１軸まわりの角速度を検出する加速度・角速度検出方法であって、重錘体の重心をＺ軸方向にそって振動させるための駆動信号を出力する駆動信号出力ステップと、駆動信号を入力して重錘体の重心をＺ軸方向にそって振動させる励振ステップと、振動による梁の撓みを電気信号として検出する振動検出ステップと、電気信号の検出結果を抽出するためのタイミング信号を出力するタイミング信号出力ステップと、タイミング信号を入力して検出結果を所定のタイミングで抽出するサンプリングステップと、所定のタイミングで抽出された検出結果を記憶する記憶ステップと、記憶ステップにより記憶された検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出する演算ステップと、を有し、タイミング信号出力ステップは、駆動信号出力ステップによる周波数波形を示す駆動信号の出力値が零近傍になったときに、電気信号の検出結果を抽出するためのタイミング信号を出力するとともに、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときでも、タイミング信号を出力し、演算ステップは、駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された検出結果と、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出するものである。

本発明は、タイミング部により、周波数波形を示す駆動信号の出力値が零近傍になったときに、変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部に出力するとともに、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときでも、タイミング信号をサンプリング部に出力し、演算部により、駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果と、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出するので、たとえば、センサ出力の変極点を求めるという複雑な処理を必要とせず、簡単な方法で加速度による力と角速度によるコリオリ力を分離することができる。また、アナログフィルタを用いないので、加速度による力と角速度によるコリオリ力のそれぞれの力の帯域を制限することなく、加速度による力と角速度によるコリオリ力を精度の良く検出することができる。

また、本発明は、タイミング部により、重錘体の振動中心位置である振動変位が零近傍になったときに、変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部に出力するとともに、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときでも、タイミング信号をサンプリング部に出力し、演算部により、重錘体の振動変位が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果と、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出することにより、たとえば、センサ出力の変極点を求めるという複雑な処理を必要とせず、簡単な方法で加速度による力と角速度によるコリオリ力を精度よく分離することができる。また、アナログフィルタを用いないので、加速度による力と角速度によるコリオリ力のそれぞれの力の帯域を制限することなく、加速度による力と角速度によるコリオリ力をより精度の良く検出することができる。

本発明は、駆動信号出力ステップによる周波数波形を示す駆動信号の出力値が零近傍になったときに、電気信号の検出結果を抽出するためのタイミング信号を出力するとともに、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときでも、タイミング信号を出力し、演算ステップは、駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された検出結果と、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出するので、たとえば、センサ出力の変極点を求めるという複雑な処理を必要とせず、簡単な方法で加速度による力と角速度によるコリオリ力を分離することができる。また、アナログフィルタを用いないので、加速度による力と角速度によるコリオリ力のそれぞれの力の帯域を制限することなく、加速度による力と角速度によるコリオリ力を精度の良く検出することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の加速度・角速度検出装置および加速度・角速度検出方法を図面を参照にしながら説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態における加速度・角速度検出装置の上面図である。

図１（ａ）に示すように、加速度・角速度検出装置１を上面から見れば正方形の形状をしている。図１では、後述する加速度・角速度検出装置１の重錘体３の重心を座標系の原点Ｏとし、図1（ａ）の左右方向をＹ軸、上下方向をＸ軸、後述する図１（ｂ）の上下方向をＺ軸したＸＹＺ３次元直交座標系を構成している。

加速度・角速度検出装置１は、支持部２と、重錘体３と、梁４とから構造されている。

梁４は、可撓性をもった材料からなる基板で構成され、梁４にはピエゾ抵抗素子（半導体ピエゾ抵抗素子）５−１〜５−１２がそれぞれ取り付けてられている。このピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２は、重錘体３（加速度・角速度検出装置１）に作用する加速度及び角速度を検出するためのもので、結晶に機械的外力を加えると結晶格子に歪を生じ、半導体中のキャリア数や移動度が変化して抵抗が変化する現象を利用した素子である。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。図１（ｂ）に示すように、梁４の下面中央部には、重錘体３が接合されており、梁４の下面外周部には、支持部２が接合されている。

支持部２は、前述したように梁４の外周を構成する四辺に沿って配置され、梁４を支持している。

重錘体３は、図１（ｂ）に示すように円柱形状をしており、梁４の下面中央部に接合されている。重錘体３は、前述した支持部２と梁４とにより囲まれた空間に宙吊りの状態で吊るされている。

なお、本実施形態では、重錘体３が円柱形状をしていると説明したが、角柱形状であってもよい。

励振部１８（励振手段）は、重錘体３をＺ軸方向に振動させるためのもので、例えば、圧電素子、静電素子、電磁素子を用いたアクチュエ−タで構成される。この励振部１８により、重錘体３の重心は図１（ｂ）に示すＺ軸方向に振動することとなり、重錘体３は、梁4の下面に接合していることから、重錘体３が振動すると、その重錘体３の振動により、梁4も振動することとなる（図１（ｃ）参照）。

この加速度・角速度検出装置１は、加速度ａによる力Ｆａ及び角速度ωよるコリオリ力Ｆcが生じると、重錘体３が変位し、その重鎮体３の変位により梁４が変形し（撓みが生じ）、ピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２に歪が発生するものである。

ピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２は、梁４上の最も応力集中する位置に１軸あたり４素子が設けられ、図１に示す３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）で合計１２素子が配置されている。そして、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の４つのピエゾ抵抗素子により、図２を用いて後述するブリッジ回路を構成している。

加速度ａによる力Ｆａ及び角速度ωによるコリオリ力Ｆcが加速度・角速度検出装置１に作用すると、いずれかのピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２に歪が生じ、ピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２に歪が生じることにより後述するブリッジ回路に抵抗変化が生じる。本実施形態では、その抵抗変化による電圧変化を検出している。

この検出方法を図２を用いて詳細に説明する。図２(ａ)は、加速度・角速度検出装置に加速度による力及び角速度よるコリオリ力が作用した場合のＹ軸方向の梁の変形状態を示す図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の変形状態でのＹ軸方向に設置している各ピエゾ抵抗素子に発生する抵抗変化による出力電圧の検出方法を説明する図である。

加速度・角速度検出装置１にＹ軸方向の加速度ａによる力Ｆａ及び角速度ωによるコリオリ力Ｆcが作用することにより、加速度・角速度検出装置１の梁４が図２(ａ)に示すように変形し（撓み）、梁４上のピエゾ抵抗素子５−１〜５−４も図２（ａ）に示すような歪が生じる。そして、それぞれのピエゾ抵抗素子５−１〜５−４の抵抗値（Ｒ１〜Ｒ４）が変化する。

図２（ａ）では、ピエゾ抵抗素子５−１とピエゾ抵抗素子５−３には引張応力が働き、ピエゾ抵抗素子５−２とピエゾ抵抗素子５−４には圧縮応力が働いている。

ピエゾ抵抗素子に引張応力が生じることにより抵抗が増加し、ピエゾ抵抗素子に圧縮応力が生じることにより抵抗が減少することから、このブリッジ回路に点電圧Ｖｃｃを印加した場合の出力電圧Ｖｏｕｔは以下の式で求めることができる。
Ｖｏｕｔ ＝ （ Ｒ４ ／ （Ｒ１＋Ｒ４） −Ｒ３ ／ （Ｒ２＋Ｒ３） ）・Ｖｃｃ ・・（１）
また、Ｘ軸についても、前述したＹ軸方向の加速度ａによる力Ｆａ及び角速度ωによるコリオリ力Ｆcが加速度・角速度検出装置１の重錘体３に作用した場合と同様に出力電圧を求めることができる。すなわち、Ｘ軸方向の加速度ａによる力Ｆａ及び角速度ωによるコリオリ力Ｆcが加速度・角速度検出装置１に作用することにより、ピエゾ抵抗素子５−５〜５−８に歪が生じ、その歪によって生じる抵抗値（Ｒ５〜Ｒ８）の変化による出力電圧を上記した（１）式と同様にして求めることができる。

次に、図２（ｃ）と図２（ｄ）を用いて、Ｚ軸方向の加速度ａによる力Ｆａ及び角速度ωによるコリオリ力Ｆcが作用した場合について説明する。図２(ｃ)は、加速度・角速度検出装置に加速度による力及び角速度よるコリオリ力が作用した場合のＺ軸方向の梁の変形状態を示す図であり、また。図２（ｄ）は、図２（ｃ）の変形状態でのＺ軸方向に設置している各ピエゾ抵抗素子に発生する出力電圧の検出方法を説明する図である。

加速度・角速度検出装置１の重錘体３にＺ軸方向の加速度ａによる力Ｆａ及びコリオリ力Ｆcが作用することにより、加速度・角速度検出装置１の梁４が図２(ｃ)に示すように変形し、梁４上のピエゾ抵抗素子５−９〜５−１２も図２（ｃ）に示すように歪が生じる。そして、それぞれのピエゾ抵抗素子の抵抗値（Ｒ９〜Ｒ１２）が変化する。

図２（ｃ）では、ピエゾ抵抗素子５−１０とピエゾ抵抗素子５−１１には引張応力が働き、ピエゾ抵抗素子５−９とピエゾ抵抗素子５−１２には圧縮応力が働いている。

前述したように、ピエゾ抵抗素子に引張応力が生じることにより抵抗が増加し、ピエゾ抵抗素子に圧縮応力が生じることにより抵抗が減少することから、このＺ軸のブリッジ回路に電圧Ｖｃｃを印加した場合の出力電圧Ｖｏｕｔは以下の式で求めることができる。
Ｖｏｕｔ＝ （ Ｒ１１ ／ （Ｒ９＋Ｒ１１） −Ｒ１２ ／ （Ｒ１０＋Ｒ１２） ）・Ｖｃｃ ・・（２）
このようなブリッジ回路を構成することにより、Ｘ軸、Ｙ軸方向の梁４の変形に対して、Ｚ軸のブリッジ回路には電圧変化は生じず、また、Ｚ軸方向の梁４の変形に対して、Ｘ軸,Ｙ軸のブリッジ回路には電圧変化は生じない。このようにして、重錘体３に加わった力による梁４の変形による電圧変化を各軸について独立に検出することができる。

次に、この加速度・角速度検出装置１を用いて、加速度ａによる力Ｆａ及び角速度ωによるコリオリ力Ｆcの検出方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態を示す加速度・角速度検出装置のブロック図である。

励振部１８（励振手段）は、前述したように振動部３０である重錘体３をＺ軸方向に振動させるためのもので、例えば、圧電素子、静電素子、電磁素子を用いたアクチュエ−タで構成される。この励振部１８により、重錘体３の重心は図１（ｂ）に示すＺ軸方向に振動することとなる。

変位検出部４０は、振動部３０である重錘体３の振動により生じる梁４の撓みを出力電圧Ｖｏｕｔして検出するものである。すなわち、前述したように、重錘体３に外力が生じると、重錘体３が振動し、その重錘体３の振動により梁４が撓み、その梁４の撓みにより、ピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２の抵抗値が変化する。変位検出部４０は、その抵抗値が変化したピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２に構成されるブリッジ回路（図２参照）の出力電圧Ｖｏｕｔを検出するものである。

なお、この励振部１８と変位検出部４０によりセンサ部１０１を構成するようにしてもよい。

増幅部１２は、変位検出部４０で検出された出力電圧Ｖｏｕｔを適当な値まで増幅するものである。すなわち、変位検出部４０により検出された出力電圧Ｖｏｕｔの値は、微小値であることが多いことから、その出力値Ｖｏｕｔを増幅することにより、その後の処理を円滑にするものである。以下説明の便宜上、増幅部１２からの出力を「センサ出力」ということにする。

なお、本実施形態では、増幅部１２を設けて説明したが、これに限らず、増幅部１２を設けないで構成してもよい。この場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ自体をセンサ出力して扱い、本実施形態で説明する処理を行なえばよい。

タイミング部１７は、重錘体３を振動させる励振部１８を制御するための駆動信号Ｓｏを生成するとともに、励振部１８に出力する駆動信号Ｓｏと略同期したタイミング信号を生成し、そのタイミング信号を後述するサンプリング部１３に出力することにより、増幅部１２から出力されるセンサ出力をサンプリング部１３が抽出（サンプリング）するタイミングを制御するものである。

なお、タイミング部１７からサンプリング部１３に出力されるタイミング信号には、後述する加速度ａによる力Ｆａと角速度ωによるコリオリ力Ｆｃの合力を検出するための合力検出用タイミング信号と、加速度ａによる力Ｆａを検出するための加速度力検出用タイミング信号の２種類のタイミング信号があり、これらのタイミング信号がタイミング部１７により生成される。

以上より、励振部１８は、タイミング部１７からの駆動信号Ｓｏによって駆動制御（ＯＮ／ＯＦＦ制御、もしくは励振周波数の制御）される。

なお、前述したように、重錘体３は、励振部１８によりＺ軸方向に振動することとなるが、この励振部１８により直接駆動される重錘体３の振動変位ｚの位相と、タイミング部１７から励振部１８に出力される駆動信号Ｓｏとの位相を略同一としていることから、励振部１８に出力される駆動信号Ｓｏの振動周波数は、本加速度・角速度検出装置１おける重錘体３の共振周波数以下であることが望ましい。

サンプリング部１３は、前述したようにタイミング部１７から出力されるタイミング信号にしたがって、増幅部１２からのセンサ出力を抽出（サンプリング）するものである。

第１の記憶手段であるバッファＡ１４は、タイミング部１７から出力される合力検出用タイミング信号のタイミングで、サンプリング部１３により抽出（サンプリング）されるセンサ出力の値を格納するものである。

また、第２の記憶手段であるバッファＢ１５は、タイミング部１７から出力される加速度力検出用タイミング信号のタイミングで、サンプリング部１３により抽出（サンプリング）されるセンサ出力の値を格納するものである。

なお、本実施形態では、第１の記憶手段と第２の記憶手段の２つの記憶手段を設けたが、これに限らず、第１の記憶手段と第２の記憶手段を、１つの記憶手段として構成してもよい。

演算部１６は、バッファＡ１４に格納されたセンサ出力の値とバッファＢ１５に格納されたセンサ出力の値を用いて、重錘体３に作用する加速度ａと角速度ωを求めるために、あらかじめ定められた演算を行なうものである。

なお、図３に示すタイミング部１７から、バッファＡ１４、バッファＢ１５および演算部１６への矢印は、タイミング部１７からサンプリング部１３へのタイミング信号と、バッファＡ１４およびバッファＢ１５のバッファリングのタイミングおよび演算部１６の演算のタイミングを同期されるための同期信号である。

次に、図４（ａ）〜（ｇ）を用いて、重錘体３に作用する加速度ａによる慣性力Ｆａと角速度ωによるコリオリ力Ｆｃを求める方法について説明する。

図４（ａ）は、タイミング部から出力される駆動信号Ｓｏの推移を示す図である。この励振部１８を駆動する駆動信号Ｓｏは、前述したようにタイミング部１７により制御されている。

また、図４（ａ）は、励振部１８により直接駆動される重錘体３の振動変位ｚが、タイミング部１７から出力される駆動信号Ｓｏの位相と略同一であることから、重錘体３のＺ軸方向の変位ｚの推移でもある。ただ、当然のことながら、駆動信号Ｓｏのときの縦軸の目盛りと、重錘体３のＺ軸方向の変位ｚの推移をときの縦軸の目盛りは異なる。

つぎに、重錘体３がＺ軸方向に振動している状態で、Ｙ軸を回転軸とし、Ｚ軸からＸ軸に向かう回転方向を正として（図６の回転方向と同様）、図４（ｂ）に示すような角速度ωの回転を与えると、重錘体３には図６を用いて説明したようなコリオリ力Ｆc（Ｘ軸方向）が働く。このコリオリ力Ｆｃを図４（ｃ)に示す。

ここで、図４（ｂ）は、重錘体に作用する角速度の推移を示す図であり、図４（ｃ）は、重錘体に作用するコリオリ力の推移を示す図である。

このコリオリ力Ｆｃによって重錘体３が変位し、この重錘体３の変位により梁４が変形する（撓む）。そして、梁４が変形することにより、ピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２に応力が発生することになる。本実施形態では、このピエゾ抵抗素子５−１〜５−１２に生じる応力をＸ軸方向のセンサ出力Ｖｘとして検出する。

このセンサ出力Ｖｘの位相は、図４（ｃ）と図４（ｅ）とを比較するとわかるように、コリオリ力Ｆｃの位相と同じである。

つぎにこの状態で、さらに、Ｘ軸方向に加速度ａが加わった場合について説明する。
図４（ｄ）は、重錘体に作用するＸ軸方向の加速度の推移を示す図である。加速度・角速度検出装置１にＸ軸方向の加速度ａが加わると、加速度・角速度検出装置１に加速度ａによる慣性力Ｆａが働く。この状態での加速度・角速度検出装置１に働く力をセンサ出力Ｖｘとして検出すると図４（ｅ）のようになる。図４（ｅ）は、加速度・角速度検出装置１（重錘体３）に角速度ωと加速度ａが作用した場合の増幅部１２から出力されるセンサ出力Ｖｘの推移を示す図である。

次に、増幅部１２から出力されたセンサ出力Ｖｘから加速度ａによる力Ｆａの成分と角速度ωによるコリオリ力Ｆｃの成分を分離する方法について説明する。

前述したように、励振部１８に出力される駆動信号Ｓｏは図４（ａ）に示すようになり、また、増幅部１２から出力されるセンサ出力Ｖｘは図４(ｅ)のようになる。

本実施形態では、この駆動信号Ｓｏを用いて、図４（ｆ）および図４（ｇ）に示すタイミング信号を生成する。

図４（ｆ）のタイミング信号は、図４（ａ）に示す駆動信号Ｓｏのゼロクロス点（Ｓｏ＝０の点）で立ち上がるパルスとして、タイミング部１７より生成される。このゼロクロス点で立ち上がるタイミング信号を本実施形態ではタイミングクロック（タイミングＣＬＫ）Ａと呼んでいる。

つぎに、図４（ａ）に示す駆動信号Ｓｏの位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときでも、タイミングクロックＡと同様にタイミング信号を生成している。このタイミング信号を本実施形態ではタイミングクロックＢと呼んでいる。

なお、本実施形態では、タイミングクロックＢを、駆動信号Ｓｏの位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときに立ち上がるパルスとして生成しているが、これに限らず、タイミングクロックＡの位相を１８０度遅らせたパルスとして直接生成してもよい。

この場合、タイミング部１７から励振部１８に出力される駆動振動Ｓｏの出力タイミングがあらかじめ定められているので、駆動信号Ｓｏのゼロクロス点でタイミングクロックＡを立ち上げ、そして、そのタイミングクロックＡを立ち上げたゼロクロス点とその次のゼロクロス点の中間点でタイミングクロックＡを立ち下げるようにする。

そうすることにより、タイミングクロックＡを立ち上げたゼロクロス点とその次のゼロクロス点の中間点でタイミングクロックＢが立ち上がることとなる。

図４（ｆ）は、タイミングクロックＡの立ち上がり、立ち下がりタイミングを示す図であり、図４（ｇ）は、タイミングクロックＢの立ち上がり、立ち下がりタイミングを示す図である。

センサ出力Ｖｘは、増幅部１２からサンプリング部１３に出力されるが、サンプリング部１３では、このセンサ出力Ｖｘをタイミング部１７で生成されたタイミングクロックＡ及びタイミングクロックＢの立ち上がりタイミングに基づいて抽出（サンプリング）している。

タイミングクロックＡの立ち上がりタイミングでは、重錘体３の振動変位ｚのゼロクロス点であり、重錘体３の振動速度が最も速い点であることから、この点では、重錘体３が振動中に受けるコリオリ力Ｆcが最大となり、さらに、この点では加速度ａによる力Ｆａも受けている。すなわち、この点では、コリオリ力Ｆｃと加速度ａによる力Ｆａの合力が作用している。

つぎに、タイミングクロックＢでサンプリングするタイミングでは、重錘体３の振動速度が０である上下死点であり、この点では、重錘体３に働くコリオリ力Ｆcが０となる。

すなわち、この点では、加速度ａによる力Ｆａのみを受けていることとなり、この点で得られる力は加速度ａによる力Ｆａのみとなる。

このように、タイミングクロックＢで得られるセンサ出力Ｖｘを抽出することにより加速度ａによる力Ｆａを検出することができる。

つぎに、タイミングクロックＡの立ち上がりタイミングで抽出されたセンサ出力Ｖｘと、タイミングクロックＢの立ち上がりタイミングで抽出されたセンサ出力Ｖｘを用いて、コリオリ力Ｆｃを求める。

すなわち、タイミングクロックＡの立ち上がりタイミングでサンプリング部１３により抽出（サンプリング）されたセンサ出力Ｖｘは、バッファＡ１４（第１の記憶手段）に出力され記憶される。また、同様に、タイミングクロックＢの立ち上がりタイミングでサンプリング部１３により抽出（サンプリング）されたセンサ出力Ｖｘは、バッファＢ１５（第２の記憶手段）に出力され記憶される。

このバッファＡ１４に記憶されているセンサ出力Ｖｘは、前述したようにコリオリ力Ｆcと加速度ａによる力Ｆａの合力が作用しているときのセンサ出力である。また、バッファＢ１５に記憶されているセンサ出力Ｖｘは、前述したように、加速度により力Ｆａのみが作用しているときのセンサ出力である。

このことから、コリオリ力Ｆｃは、バッファＡ１４に記憶されているセンサ出力Ｖｘから、バッファＢ１５に記憶されているセンサ出力Ｖｘを差分をとることにより求めることができる。

すなわち、コリオリ力Ｆｃは、演算部１６により、タイミングクロックＡで得られるセンサ出力Ｖｘから、その直前のタイミングクロックＢで得られたセンサ出力Ｖｘを差し引くことにより求めることができる。

つぎに、この加速度・角速度検出装置１に作用するコリオリ力Ｆcと加速度ａによる力Ｆａから、前述した式により加速度・角速度検出装置１に作用する角速度ωと加速度ａを求める。

すなわち、角速度ωについては、前述したように、Ｆｃ＝２ｍ・ｖ・ωの式を用いることにより求めることができ、また、加速度ａについては、Ｆａ＝ｍ・ａの式を用いることにより求めることができる。ここで、ｍは重錘体３の質量であり、ｖは重錘体３の速度である。

このようにして、本発明の角速度・加速度検出装置に作用する加速度ａと角速度ωを求めることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における加速度・角速度検出装置について説明する。

なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の符号を付した構成要素については、、同一の作用効果を奏するものとし、説明は省略する。

図５は、本発明の第２の実施形態における加速度・角速度検出装置のブロック図である。

すなわち、第１の実施形態では、周波数波形を示す駆動信号Ｓｏの出力値が零近傍になったときに、変位検出部４０の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部１３に出力するとともに、該駆動信号Ｓｏの位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときに、タイミング信号をサンプリング部１３に出力することとしたが、第２の実施形態では、タイミングクロックを生成する際に、励振部１８に出力する駆動信号Ｓｏと略同期したタイミング信号を用いるのでなく、変位検出部４０により、重錘体３の振動中心位置である振動変位ｚが零近傍になったときに、変位検出部４０の検出結果を抽出するためのタイミング信号（タイミングクロックＣ）をサンプリング部に出力するとともに、該振動変位ｚの位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに、タイミング信号（タイミングクロックＤ）をサンプリング部１３に出力することとしたものである。

なお、第２の実施形態では、タイミングクロックＤを、振動変位ｚの位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに立ち上がるパルスとして生成しているが、これに限らず、タイミングクロックＣの位相を１８０度遅らせたパルスとして直接生成してもよい。

この場合においても、タイミング部１７から励振部１８に出力される駆動振動Ｓｏの出力タイミングがあらかじめ定められているので、タイミングクロックＣは、重錘体３の振動中心位置である振動変位ｚが零近傍になったときに立ち上がり、そして、タイミングクロックＣを立ち上げた点とその次の駆動信号Ｓｏのゼロクロス点との中間点でタイミングクロックＣを立ち下げるようにする。

そうすることにより、タイミングクロックＣを立ち上げた点とその次のゼロクロス点の中間点でタイミングクロックＤが立ち上がることとなる。

すなわち、第１の実施形態において、タイミング部１７が出力する駆動信号Ｓｏの位相と、重錘体３の振動変位ｚの位相が、厳密には一致していない場合がある。この駆動信号Ｓｏの位相と、重錘体３の振動変位ｚの位相とが一致していない場合には、タイミング部１７により出力されるタイミング信号（タイミングクロックＡとタイミングクロックＢ）も、重錘体３の変位０の点及び上下死点と一致しなくなる。

そのような状態で、コリオリ力Ｆｃと加速度ａによる力Ｆａを前述した方法で分離しても、精度良く分離できなくなる。

そこで、角速度ωによるコリオリ力Ｆｃと加速度ａによる力Ｆａを精度良く分離するために、タイミングクロックを生成する際に、励振部１８に出力する駆動信号（駆動周波数）に略同期したタイミング信号を用いるのでなく、変位検出部４０により直接検出された振動変位の検出信号Ｓ１を用いるようにしている。

すなわち、変位検出部４０は、重錘体３の振動中心位置である振動変位が零近傍になったところを検出し、その検出信号Ｓ１をタイミング部１７に出力する。そして、タイミング部１７が該検出信号Ｓ１を受信した後に、変位検出部４０の検出結果を抽出するためのタイミング信号（タイミングクロックＣ）をサンプリング部１３に出力する。

また、変位検出部４０は、上記した重錘体３の振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったところを検出し、その検出信号Ｓ１をタイミング部１７に出力する。そして、タイミング部１７が該検出信号を受信した後に、変位検出部４０の検出結果を抽出するためのタイミング信号（タイミングクロックＤ）をサンプリング部１３に出力する。このようにして、タイミング部１７がサンプリング部１３に出力するタイミング信号を生成することができる。

そして、タイミングクロックＣとタイミングクロックＤがサンプリング部１３へ出力された後は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

これにより、本発明の角速度・加速度検出装置１に作用する加速度ａと角速度ωを求めることができる。

次に、本発明の変形例について説明する。

（１）第２の実施形態では、タイミング部により、重錘体３の振動中心位置である振動変位ｚが零近傍になったときに、変位検出部４０の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部１３に出力するとともに、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときでも、タイミング信号をサンプリング部１３に出力したが、これに限らず、重錘体３の振動速度を検出する速度検出部（図示略）を設け、重錘体３が振動中心位置である振動変位ｚが零近傍なったときに、変位検出部４０の検出結果を抽出するためのタイミング信号をサンプリング部１３に出力するとともに、重錘体３の振動速度が零近傍になったときでも、タイミング信号をサンプリング部１３に出力するようにしてもよい。

この場合、演算部１６は、重錘体３の振動変位が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された変位検出部の検出結果と、重錘体３の振動速度が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された速度検出部の検出結果を用いて、重錘体に作用する加速度と角速度を算出することとなる。

これによれば、コリオリ力Ｆｃと加速度ａによる力Ｆａをより正確に求めることができる。

（２）本実施形態では、重錘部３が「振動」すると説明したが、この重錘部３の「振動」は、必ずしも、規則正しい往復運動のような振動でなくてもよく、重錘部３が不規則に「振動」するようなものであってもよい。

本実施形態で説明した「振動」の字句を「変位」に置き換えたものでもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（ａ）は、本発明の一実施形態における加速度・角速度検出装置の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す断面図であり、（ｃ）は、重錘体のＺ軸方法の梁の変形状態を示す図である。 （ａ）は、加速度・角速度検出装置１に加速度による力と角速度よるコリオリ力が作用した場合のＹ軸方向の梁の変形状態を示す図であり、(ｂ)は、（ａ）の変形状態でのＹ軸方向に設置している各ピエゾ抵抗素子に発生する出力電圧の検出方法を説明する図であり、(ｃ)は、加速度・角速度検出装置１に加速度による力及び角速度よるコリオリ力が作用した場合のＺ軸方向の梁の変形状態を示す図であり。（ｄ）は、（ｃ）の変形状態でのＺ軸方向に設置している各ピエゾ抵抗素子に発生する出力電圧の検出方法を説明する図である。 本発明の一実施形態を示す加速度・角速度検出装置のブロック図である。 （ａ）は、タイミング部から出力される駆動信号Ｓｏの推移を示す図であり、（ｂ）は、重錘体に作用する角速度の推移を示す図であり、（ｃ）は、重錘体に作用するコリオリ力の推移を示す図であり、（ｄ）は、重錘体に作用するＸ軸方向の加速度の推移を示す図であり、（ｅ）は、重錘体に角速度と加速度が作用した場合の増幅部から出力されるセンサ出力Ｖｘの推移を示す図であり、（ｆ）は、タイミングクロックＡの立ち上がり、立ち下がりタイミングを示す図であり、（ｇ）は、タイミングクロックＢの立ち上がり、立ち下がりタイミングを示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す加速度・角速度検出装置のブロック図である。 （ａ）は角速度の検出原理を説明するための図であり、（ｂ）は振動型角速度センサの角速度の検出原理を示す図である。 （ａ）は質点のＺ軸方向の変位の推移を示す図であり、（ｂ）は質点に作用する角速度の推移を示す図であり、（ｃ）は質点に作用するコリオリ力の推移を示す図であり、（ｄ）は質点に作用する加速度の推移を示す図であり、（ｅ）は質点に作用する加速度による力とコリオリ力の合力を示す図である。 慣性力とコリオリ力を分離する方法を示す図である。

符号の説明

１ 加速度・角速度検出装置、２ 支持部、３ 重錘体、４ 梁、５−１〜５−１２ ピエゾ抵抗素子、１２ 増幅部、１３ サンプリング部、１６ 演算部、１７ タイミング部。

Claims (5)

1. ＸＹＺ３次元直交座標系の少なくとも１座標軸方向の加速度と、ＸＹ平面に含まれる１軸まわりの角速度を検出する加速度・角速度検出装置であって、
   質量をもった重錘体と、
   該重錘体の一端に接続され、可撓性をもった材料から構成され、前記重鎮体の振動により撓みが生じる梁と、
   該梁を支持する支持部と、
   前記重錘体の重心をＺ軸方向にそって振動させる励振部と、
   前記梁の撓みを電気信号として検出する変位検出部と、
   該変位検出部の検出結果を所定のタイミングで抽出するサンプリング部と、
   前記励振部を駆動させるための駆動信号を出力するとともに、前記変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号を出力するタイミング部と、
   前記サンプリング部により抽出された前記変位検出部の検出結果を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された前記変位検出部の検出結果を用いて、前記重錘体に作用する加速度と角速度を算出する演算部と、を有し、
   前記タイミング部は、周波数波形を示す駆動信号の出力値が零近傍になったときに、前記変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号を前記サンプリング部に出力するとともに、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときでも、タイミング信号を前記サンプリング部に出力し、
   前記演算部は、駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果と、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果を用いて、前記重錘体に作用する加速度と角速度を算出することを特徴とする加速度・角速度検出装置。
2. ＸＹＺ３次元直交座標系の少なくとも１座標軸方向の加速度と、ＸＹ平面に含まれる１軸まわりの角速度を検出する加速度・角速度検出装置であって、
   質量をもった重錘体と、
   該重錘体の一端に接続され、可撓性をもった材料から構成され、前記重鎮体の振動により撓みが生じる梁と、
   該梁を支持する支持部と、
   前記重錘体の重心をＺ軸方向にそって振動させる励振部と、
   前記梁の撓みを電気信号として検出する変位検出部と、
   該変位検出部の検出結果を所定のタイミングで抽出するサンプリング部と、
   前記励振部を駆動させるための駆動信号を出力するとともに、前記変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号を出力するタイミング部と、
   前記サンプリング部により抽出された前記変位検出部の検出結果を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された前記変位検出部の検出結果を用いて、前記重錘体に作用する加速度と角速度を算出する演算部と、を有し、
   前記タイミング部は、前記重錘体の振動中心位置である振動変位が零近傍になったときに、前記変位検出部の検出結果を抽出するためのタイミング信号を前記サンプリング部に出力するとともに、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときでも、タイミング信号を前記サンプリング部に出力し、
   前記演算部は、前記重錘体の振動変位が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果と、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果を用いて、前記重錘体に作用する加速度と角速度を算出することを特徴とする加速度・角速度検出装置。
3. 前記記憶手段は、第１の記憶手段と、第２の記憶手段とからなり、
   前記第１の記憶手段は、駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果を記憶し、
   前記第２の記憶手段は、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果を記憶することを特徴とする請求項１記載の加速度・角速度検出装置。
4. 前記記憶手段は、第１の記憶手段と、第２の記憶手段からなり、
   前記第１の記憶手段は、前記重錘体の振動変位が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果を記憶し、
   前記第２の記憶手段は、該振動変位の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記変位検出部の検出結果を記憶することを特徴とする請求項２記載の加速度・角速度検出装置。
5. 質量をもった重錘体と、該重錘体の一端に接続され、可撓性をもった材料から構成され、前記重鎮体の振動により撓みが生じる梁と、該梁を支持する支持部と、を有する装置を用いて、ＸＹＺ３次元直交座標系の少なくとも１座標軸方向の加速度と、ＸＹ平面に含まれる１軸まわりの角速度を検出する加速度・角速度検出方法であって、
   前記重錘体の重心をＺ軸方向にそって振動させるための駆動信号を出力する駆動信号出力ステップと、
   前記駆動信号を入力して前記重錘体の重心をＺ軸方向にそって振動させる励振ステップと、
   前記振動による前記梁の撓みを電気信号として検出する振動検出ステップと、
   前記電気信号の検出結果を抽出するためのタイミング信号を出力するタイミング信号出力ステップと、
   前記タイミング信号を入力して前記検出結果を所定のタイミングで抽出するサンプリングステップと、
   前記所定のタイミングで抽出された前記検出結果を記憶する記憶ステップと、
   前記記憶ステップにより記憶された前記検出結果を用いて、前記重錘体に作用する加速度と角速度を算出する演算ステップと、を有し、
   前記タイミング信号出力ステップは、前記駆動信号出力ステップによる周波数波形を示す駆動信号の出力値が零近傍になったときに、前記電気信号の検出結果を抽出するためのタイミング信号を出力するとともに、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた信号の値が零近傍になったときでも、タイミング信号を出力し、
   前記演算ステップは、前記駆動信号の出力値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記検出結果と、該駆動信号の位相を略９０度遅らせた値が零近傍になったときに出力されるタイミング信号に基づいて検出された前記検出結果を用いて、前記重錘体に作用する加速度と角速度を算出することを特徴とする加速度・角速度検出方法。

Images