JP3498209B2 - 外力検知センサ装置 - Google Patents
外力検知センサ装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は角速度や加速度の検
知が可能な外力検知センサ装置に関するものである。
知が可能な外力検知センサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３にはジャイロを構成するセンサ部の
構造例が上面図により示されている。この図３に示すジ
ャイロ１のセンサ部２は基板３を有し、この基板３の上
面には、支持固定部４と、櫛歯形状の駆動用固定電極部
５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５
ｈ）および検出用固定電極部６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄ，６ｅ，６ｆ）がそれぞれ固定配設されており、上記
支持固定部４には支持部７（７ａ，７ｂ）を介して振動
素子８が接続されている。
構造例が上面図により示されている。この図３に示すジ
ャイロ１のセンサ部２は基板３を有し、この基板３の上
面には、支持固定部４と、櫛歯形状の駆動用固定電極部
５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５
ｈ）および検出用固定電極部６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄ，６ｅ，６ｆ）がそれぞれ固定配設されており、上記
支持固定部４には支持部７（７ａ，７ｂ）を介して振動
素子８が接続されている。
【０００３】上記振動素子８は基板３と間隔を介して配
置され、図３に示すＸ方向とＹ方向の２方向に振動が可
能なものであり、駆動梁９（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）
と、外枠１０と、櫛歯形状の駆動用可動電極部１１（１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１
ｇ，１１ｈ）と、支持部１２（１２ａ，１２ｂ）と、検
出梁１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）と、内枠
１４と、櫛歯形状の検出用可動電極部１５（１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ）とを有して構
成されている。
置され、図３に示すＸ方向とＹ方向の２方向に振動が可
能なものであり、駆動梁９（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）
と、外枠１０と、櫛歯形状の駆動用可動電極部１１（１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１
ｇ，１１ｈ）と、支持部１２（１２ａ，１２ｂ）と、検
出梁１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）と、内枠
１４と、櫛歯形状の検出用可動電極部１５（１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ）とを有して構
成されている。
【０００４】すなわち、上記駆動梁９ａ，９ｂの各一端
側は共通に上記支持部７ａに接続され、また、駆動梁９
ｃ，９ｄの各一端側は共通に上記支持梁７ｂに接続され
ており、上記駆動梁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの各他端側
は共通に外枠１０に接続されている。
側は共通に上記支持部７ａに接続され、また、駆動梁９
ｃ，９ｄの各一端側は共通に上記支持梁７ｂに接続され
ており、上記駆動梁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの各他端側
は共通に外枠１０に接続されている。
【０００５】この外枠１０には櫛歯形状の上記各駆動用
可動電極部１１がそれぞれ対応する上記櫛歯形状の駆動
用固定電極部５と互いに間隔を介して噛み合うように設
けられている。上記互いに対向し合う駆動用固定電極部
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと駆動用可動電極部１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ，１１ｄの組は第１の駆動部を構成し、上
記駆動用固定電極部５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈと駆動用可
動電極部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈの組は第２の
駆動部を構成している。
可動電極部１１がそれぞれ対応する上記櫛歯形状の駆動
用固定電極部５と互いに間隔を介して噛み合うように設
けられている。上記互いに対向し合う駆動用固定電極部
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと駆動用可動電極部１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ，１１ｄの組は第１の駆動部を構成し、上
記駆動用固定電極部５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈと駆動用可
動電極部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈの組は第２の
駆動部を構成している。
【０００６】また、上記外枠１０には該外枠１０の内側
に向かって支持部１２ａ，１２ｂがそれぞれ伸張形成さ
れ、上記支持部１２ａの先端側からはさらに検出梁１３
ａ，１３ｂが、また、支持部１２ｂからは検出梁１３
ｃ，１３ｄがそれぞれ伸張形成されている。
に向かって支持部１２ａ，１２ｂがそれぞれ伸張形成さ
れ、上記支持部１２ａの先端側からはさらに検出梁１３
ａ，１３ｂが、また、支持部１２ｂからは検出梁１３
ｃ，１３ｄがそれぞれ伸張形成されている。
【０００７】上記各検出梁１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１
３ｄの伸長先端側には内枠１４が共通に接続され、この
内枠１４には櫛歯形状の上記各検出用可動電極部１５が
それぞれ対応する上記櫛歯形状の検出用固定電極部６と
互いに間隔を介して噛み合うように設けられている。上
記互いに対向する検出用固定電極部６ａ，６ｂ，６ｃと
検出用可動電極部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの組が第１の
検出部を構成し、検出用固定電極部６ｄ，６ｅ，６ｆと
検出用可動電極部１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの組が第２の
検出部を構成している。
３ｄの伸長先端側には内枠１４が共通に接続され、この
内枠１４には櫛歯形状の上記各検出用可動電極部１５が
それぞれ対応する上記櫛歯形状の検出用固定電極部６と
互いに間隔を介して噛み合うように設けられている。上
記互いに対向する検出用固定電極部６ａ，６ｂ，６ｃと
検出用可動電極部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの組が第１の
検出部を構成し、検出用固定電極部６ｄ，６ｅ，６ｆと
検出用可動電極部１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの組が第２の
検出部を構成している。
【０００８】また、図示されていないが上記各駆動用固
定電極部５に外部から電力を供給するための導体パター
ン、および、検出用固定電極部６と導通接続する導通パ
ターンが形成されている。
定電極部５に外部から電力を供給するための導体パター
ン、および、検出用固定電極部６と導通接続する導通パ
ターンが形成されている。
【０００９】図３に示すセンサ部２は上記のように構成
されている。このセンサ部２では、上記互いに対向して
いる駆動用固定電極部５と駆動用可動電極部１１間に交
流の駆動電圧（駆動信号）が印加されると、その駆動電
圧に基づいた静電力の大きさの変化によって、保持部７
ａ，７ｂを支点にして振動素子８全体が上記各駆動梁９
の弾性を利用して図３に示すＸ方向に駆動振動する。
されている。このセンサ部２では、上記互いに対向して
いる駆動用固定電極部５と駆動用可動電極部１１間に交
流の駆動電圧（駆動信号）が印加されると、その駆動電
圧に基づいた静電力の大きさの変化によって、保持部７
ａ，７ｂを支点にして振動素子８全体が上記各駆動梁９
の弾性を利用して図３に示すＸ方向に駆動振動する。
【００１０】このように振動素子８がＸ方向に駆動して
いる状態で、Ｚ方向（図３では紙面に垂直な方向）を中
心軸にして回転すると、上記振動素子８の駆動方向（Ｘ
方向）と回転の中心軸方向（Ｚ方向）に共に直交する方
向、つまり、Ｙ方向にコリオリ力が発生する。このＹ方
向のコリオリ力によって、上記振動素子８の内枠１４が
支持部１２ａ，１２ｂを支点とし上記各検出梁１３の弾
性を利用して上記外枠１０に対し相対的にＹ方向に検出
振動する。
いる状態で、Ｚ方向（図３では紙面に垂直な方向）を中
心軸にして回転すると、上記振動素子８の駆動方向（Ｘ
方向）と回転の中心軸方向（Ｚ方向）に共に直交する方
向、つまり、Ｙ方向にコリオリ力が発生する。このＹ方
向のコリオリ力によって、上記振動素子８の内枠１４が
支持部１２ａ，１２ｂを支点とし上記各検出梁１３の弾
性を利用して上記外枠１０に対し相対的にＹ方向に検出
振動する。
【００１１】このＹ方向の検出振動に基づいた上記検出
用固定電極部６と検出用可動電極部１５間の静電容量の
変化を検出することによって、Ｚ軸回りの角速度の大き
さを検出することができる。
用固定電極部６と検出用可動電極部１５間の静電容量の
変化を検出することによって、Ｚ軸回りの角速度の大き
さを検出することができる。
【００１２】なお、上記のようなセンサ部２は、通常、
空気のダンピング等の悪影響を避けるために、例えばガ
ラス部材によって形成された収容空間内に収容され減圧
された状態で封止される。この場合、センサ部２の上記
駆動用固定電極部５や検出用固定電極部６は例えば上記
ガラス部材に設けられたスルーホールを介して外部と導
通接続することが可能な構成と成している。
空気のダンピング等の悪影響を避けるために、例えばガ
ラス部材によって形成された収容空間内に収容され減圧
された状態で封止される。この場合、センサ部２の上記
駆動用固定電極部５や検出用固定電極部６は例えば上記
ガラス部材に設けられたスルーホールを介して外部と導
通接続することが可能な構成と成している。
【００１３】 図６には上記センサ部２に接続する信号
処理回路の一例が上記センサ部２の主要部分と共に示さ
れている。この信号処理回路２０は、第１検出用のＣ−
Ｖ変換部２１と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２と、加
算増幅部２３と、差動増幅部２４と、ＡＧＣ（Auto Gai
n Control）部２５と、位相反転部２６と、同期検波部
２７とを有して構成されている。なお、図６の図示で
は、信号処理回路の構成を分かり易く説明するために、
前記センサ部２の駆動用固定電極部５と検出用固定電極
部６と振動素子８が簡略に示されている。
処理回路の一例が上記センサ部２の主要部分と共に示さ
れている。この信号処理回路２０は、第１検出用のＣ−
Ｖ変換部２１と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２と、加
算増幅部２３と、差動増幅部２４と、ＡＧＣ（Auto Gai
n Control）部２５と、位相反転部２６と、同期検波部
２７とを有して構成されている。なお、図６の図示で
は、信号処理回路の構成を分かり易く説明するために、
前記センサ部２の駆動用固定電極部５と検出用固定電極
部６と振動素子８が簡略に示されている。
【００１４】上記第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１は前記
センサ部２の第１の検出部を構成する検出用固定電極部
６（６ａ，６ｂ，６ｃ）と検出用可動電極部１５（１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ）間の総静電容量を電圧に変換して
信号出力する構成を有している。また、上記第２検出用
のＣ−Ｖ変換部２２は前記第２の検出部を構成する検出
用固定電極部６（６ｄ，６ｅ，６ｆ）と検出用可動電極
部１５（１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ）間の総静電容量を電
圧に変換して信号出力する構成を有している。
センサ部２の第１の検出部を構成する検出用固定電極部
６（６ａ，６ｂ，６ｃ）と検出用可動電極部１５（１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ）間の総静電容量を電圧に変換して
信号出力する構成を有している。また、上記第２検出用
のＣ−Ｖ変換部２２は前記第２の検出部を構成する検出
用固定電極部６（６ｄ，６ｅ，６ｆ）と検出用可動電極
部１５（１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ）間の総静電容量を電
圧に変換して信号出力する構成を有している。
【００１５】上記第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１から出
力される信号は、振動素子８がＸ方向の駆動振動のみで
ある場合には、例えば、図４の（ａ）の鎖線Ａ１に示す
ような波形を持つ信号Ａ１となる。この駆動振動に起因
した信号Ａ１は振動素子８を駆動振動させるための駆動
用固定電極部５と駆動用可動電極部１１間に印加される
駆動信号と位相が９０°ずれている。
力される信号は、振動素子８がＸ方向の駆動振動のみで
ある場合には、例えば、図４の（ａ）の鎖線Ａ１に示す
ような波形を持つ信号Ａ１となる。この駆動振動に起因
した信号Ａ１は振動素子８を駆動振動させるための駆動
用固定電極部５と駆動用可動電極部１１間に印加される
駆動信号と位相が９０°ずれている。
【００１６】また、角速度に起因して振動素子８の内枠
１４が上記Ｘ方向だけでなくＹ方向にも振動している場
合には、第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号は、
上記駆動振動に起因した信号成分Ａ１と、図４の（ａ）
の実線Ｂ１に示す波形を持つ角速度に起因した信号成分
Ｂ１とが重なって成る信号となる。上記信号成分Ｂ１は
角速度の大きさに応じた振幅の大きさを持ち、その位相
は上記信号成分Ａ１の位相と９０°ずれている。
１４が上記Ｘ方向だけでなくＹ方向にも振動している場
合には、第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号は、
上記駆動振動に起因した信号成分Ａ１と、図４の（ａ）
の実線Ｂ１に示す波形を持つ角速度に起因した信号成分
Ｂ１とが重なって成る信号となる。上記信号成分Ｂ１は
角速度の大きさに応じた振幅の大きさを持ち、その位相
は上記信号成分Ａ１の位相と９０°ずれている。
【００１７】さらに、角速度だけでなくＹ方向の加速度
にも起因して上記内枠１４が振動する場合がある。この
場合には、上記第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信
号は、上記駆動振動に基づいた信号成分Ａ１と、上記角
速度に起因した信号成分Ｂ１と、図４の（ａ）の点線Ｃ
１に示す波形を持つ加速度に起因した信号成分Ｃ１とが
重なって成る信号となる。上記信号成分Ｃ１は加速度の
大きさに応じた振幅の大きさを持ち、その位相は上記信
号成分Ａ１と同相である。
にも起因して上記内枠１４が振動する場合がある。この
場合には、上記第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信
号は、上記駆動振動に基づいた信号成分Ａ１と、上記角
速度に起因した信号成分Ｂ１と、図４の（ａ）の点線Ｃ
１に示す波形を持つ加速度に起因した信号成分Ｃ１とが
重なって成る信号となる。上記信号成分Ｃ１は加速度の
大きさに応じた振幅の大きさを持ち、その位相は上記信
号成分Ａ１と同相である。
【００１８】また、同様に、上記第２検出用のＣ−Ｖ変
換部２２から出力される信号は、振動素子８が駆動振動
のみである場合には、図４の（ｂ）の鎖線Ａ２に示す波
形を持つ信号Ａ２となり、その信号Ａ２は上記第１検出
用のＣ−Ｖ変換部２１から出力される信号Ａ１と振幅の
大きさおよび位相が等しい信号である。
換部２２から出力される信号は、振動素子８が駆動振動
のみである場合には、図４の（ｂ）の鎖線Ａ２に示す波
形を持つ信号Ａ２となり、その信号Ａ２は上記第１検出
用のＣ−Ｖ変換部２１から出力される信号Ａ１と振幅の
大きさおよび位相が等しい信号である。
【００１９】 さらに、振動素子８の内枠１４が駆動振
動および角速度に起因して振動している場合には、第２
検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信号は、上記駆動振動
に起因した信号成分Ａ２と、図４の（ｂ）の実線Ｂ２に
示すような波形を持つ角速度に起因した信号成分Ｂ２と
が重なって成る信号となる。上記信号成分Ｂ２は角速度
の大きさに応じた振幅の大きさを持ち、換言すれば、前
記第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号における信
号成分Ｂ１の振幅の大きさとほぼ等しい振幅の大きさを
持ち、その信号成分Ｂ２の位相は上記信号成分Ａ２と２
７０°位相がずれ、また、上記第１検出用のＣ−Ｖ変換
部２１の出力信号における信号成分Ｂ１とは１８０°位
相がずれている。
動および角速度に起因して振動している場合には、第２
検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信号は、上記駆動振動
に起因した信号成分Ａ２と、図４の（ｂ）の実線Ｂ２に
示すような波形を持つ角速度に起因した信号成分Ｂ２と
が重なって成る信号となる。上記信号成分Ｂ２は角速度
の大きさに応じた振幅の大きさを持ち、換言すれば、前
記第１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号における信
号成分Ｂ１の振幅の大きさとほぼ等しい振幅の大きさを
持ち、その信号成分Ｂ２の位相は上記信号成分Ａ２と２
７０°位相がずれ、また、上記第１検出用のＣ−Ｖ変換
部２１の出力信号における信号成分Ｂ１とは１８０°位
相がずれている。
【００２０】さらに、振動素子８の内枠１４が駆動振動
および角速度および加速度に起因して振動している場合
には、上記第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信号
は、上記駆動振動に基づいた信号成分Ａ２と、上記角速
度に起因した信号成分Ｂ２と、図４の（ｂ）の点線Ｃ２
に示す波形を持つ加速度に起因した信号成分Ｃ２とが重
なって成る信号となる。上記信号成分Ｃ２は加速度の大
きさに応じた振幅の大きさを持ち、換言すれば、上記第
１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号における信号成
分Ｃ１の振幅の大きさとほぼ等しい振幅の大きさを持
ち、その信号成分Ｃ２の位相は上記信号成分Ａ２および
信号成分Ｃ１と１８０°位相がずれている。
および角速度および加速度に起因して振動している場合
には、上記第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信号
は、上記駆動振動に基づいた信号成分Ａ２と、上記角速
度に起因した信号成分Ｂ２と、図４の（ｂ）の点線Ｃ２
に示す波形を持つ加速度に起因した信号成分Ｃ２とが重
なって成る信号となる。上記信号成分Ｃ２は加速度の大
きさに応じた振幅の大きさを持ち、換言すれば、上記第
１検出用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号における信号成
分Ｃ１の振幅の大きさとほぼ等しい振幅の大きさを持
ち、その信号成分Ｃ２の位相は上記信号成分Ａ２および
信号成分Ｃ１と１８０°位相がずれている。
【００２１】上記のように、第１検出用のＣ−Ｖ変換部
２１および第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２はそれぞれ振
動素子８の振動の状態に応じた信号を加算増幅部２３お
よび差動増幅部２４に出力する。
２１および第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２はそれぞれ振
動素子８の振動の状態に応じた信号を加算増幅部２３お
よび差動増幅部２４に出力する。
【００２２】加算増幅部２３は上記第１検出用のＣ−Ｖ
変換部２１の出力信号と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２
２の出力信号とを加算・増幅する。この加算増幅部２３
の信号の加算によって、上記角速度に起因した第１検出
用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号における信号成分Ｂ１
と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信号における
信号成分Ｂ２とは相殺されて除去され、また、同様に、
加速度に起因した前記信号成分Ｃ１と信号成分Ｃ２とも
相殺されて除去される。これにより、加算増幅部２３
は、上記信号成分Ａ１と信号成分Ａ２とが加算された駆
動振動による信号成分のみに応じた信号を駆動検出信号
（モニタ信号）としてＡＧＣ部２５および同期検波部２
７に出力する。すなわち、この加算増幅部２３は、駆動
方向（Ｘ方向）の振動素子８の振動に応じた駆動検出信
号を出力する駆動振動検出部として機能するものであ
る。
変換部２１の出力信号と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２
２の出力信号とを加算・増幅する。この加算増幅部２３
の信号の加算によって、上記角速度に起因した第１検出
用のＣ−Ｖ変換部２１の出力信号における信号成分Ｂ１
と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信号における
信号成分Ｂ２とは相殺されて除去され、また、同様に、
加速度に起因した前記信号成分Ｃ１と信号成分Ｃ２とも
相殺されて除去される。これにより、加算増幅部２３
は、上記信号成分Ａ１と信号成分Ａ２とが加算された駆
動振動による信号成分のみに応じた信号を駆動検出信号
（モニタ信号）としてＡＧＣ部２５および同期検波部２
７に出力する。すなわち、この加算増幅部２３は、駆動
方向（Ｘ方向）の振動素子８の振動に応じた駆動検出信
号を出力する駆動振動検出部として機能するものであ
る。
【００２３】ＡＧＣ部２５は、上記振動素子８が共振周
波数でもって振動する際に得られる前記駆動信号の出力
が常に一定となるように駆動信号を出力する。この駆動
信号は、前記第１の駆動部を構成する駆動用固定電極部
５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）と駆動用可動電極部１１
（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の組と、第２の駆
動部を構成する駆動用固定電極部５（５ｅ，５ｆ，５
ｇ，５ｈ）と駆動用可動電極部１１（１１ｅ，１１ｆ，
１１ｇ，１１ｈ）の組のうちの一方の駆動部（図６に示
す例では上記第１の駆動部）にはそのまま加えられ、他
方の駆動部には上記駆動信号を位相反転部２６により位
相反転させた駆動信号が加えられる。この駆動信号の印
加によって、前記の如く振動素子８は駆動振動する。
波数でもって振動する際に得られる前記駆動信号の出力
が常に一定となるように駆動信号を出力する。この駆動
信号は、前記第１の駆動部を構成する駆動用固定電極部
５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）と駆動用可動電極部１１
（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の組と、第２の駆
動部を構成する駆動用固定電極部５（５ｅ，５ｆ，５
ｇ，５ｈ）と駆動用可動電極部１１（１１ｅ，１１ｆ，
１１ｇ，１１ｈ）の組のうちの一方の駆動部（図６に示
す例では上記第１の駆動部）にはそのまま加えられ、他
方の駆動部には上記駆動信号を位相反転部２６により位
相反転させた駆動信号が加えられる。この駆動信号の印
加によって、前記の如く振動素子８は駆動振動する。
【００２４】前記差動増幅部２４は上記第１検出用のＣ
−Ｖ変換部２１から出力された信号と第２検出用のＣ−
Ｖ変換部２２から出力された信号との差を取る。この差
動増幅部２４の信号の差動によって、上記第１検出用の
Ｃ−Ｖ変換部２１の出力信号における駆動振動による信
号成分Ａ１と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信
号における駆動振動による信号成分Ａ２とは相殺され
る。これにより、差動増幅部２４は、前記角速度による
前記信号成分Ｂ１と信号成分Ｂ２が加算されて成る図５
の実線Ｂ３に示すような信号成分Ｂ３と、前記加速度に
よる信号成分Ｃ１と信号成分Ｃ２が加算されて成る図５
の点線Ｃ３に示すような信号成分Ｃ３とに基づいた角速
度・加速度混在信号を同期検波部２７に出力する。
−Ｖ変換部２１から出力された信号と第２検出用のＣ−
Ｖ変換部２２から出力された信号との差を取る。この差
動増幅部２４の信号の差動によって、上記第１検出用の
Ｃ−Ｖ変換部２１の出力信号における駆動振動による信
号成分Ａ１と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２２の出力信
号における駆動振動による信号成分Ａ２とは相殺され
る。これにより、差動増幅部２４は、前記角速度による
前記信号成分Ｂ１と信号成分Ｂ２が加算されて成る図５
の実線Ｂ３に示すような信号成分Ｂ３と、前記加速度に
よる信号成分Ｃ１と信号成分Ｃ２が加算されて成る図５
の点線Ｃ３に示すような信号成分Ｃ３とに基づいた角速
度・加速度混在信号を同期検波部２７に出力する。
【００２５】すなわち、差動増幅部２４は、角速度の大
きさに応じた角速度成分Ｂ３と、加速度の大きさに応じ
た加速度成分Ｃ３とが混在した角速度・加速度混在信号
を出力する角速度・加速度混在信号出力部として機能す
るものである。
きさに応じた角速度成分Ｂ３と、加速度の大きさに応じ
た加速度成分Ｃ３とが混在した角速度・加速度混在信号
を出力する角速度・加速度混在信号出力部として機能す
るものである。
【００２６】同期検波部２７は位相シフタ（図示せず）
を内蔵し、この位相シフタによって上記加算増幅部２３
から出力された駆動検出信号の位相を９０°ずらして角
速度用参照信号を作り出し、この角速度用参照信号を利
用して上記差動増幅部２４から出力された角速度・加速
度混在信号を同期検波する。
を内蔵し、この位相シフタによって上記加算増幅部２３
から出力された駆動検出信号の位相を９０°ずらして角
速度用参照信号を作り出し、この角速度用参照信号を利
用して上記差動増幅部２４から出力された角速度・加速
度混在信号を同期検波する。
【００２７】つまり、角速度用参照信号は上記角速度・
加速度混在信号の角速度成分Ｂ３の位相と同相あるいは
１８０°位相がずれた信号であり、同期検波部２７は、
上記角速度用参照信号の位相が０°〜１８０°の区間Ｄ
１と、１８０°〜３６０°の区間Ｄ２とで角速度・加速
度混在信号の積分を行う（同期検波する）。この同期検
波によって、上記角速度・加速度混在信号の加速度成分
Ｃ３は除去されることから、同期検波部２７は、角速度
成分Ｂ３に応じた信号を角速度信号として出力する。こ
の角速度信号によって角速度の大きさを検出することが
できる。
加速度混在信号の角速度成分Ｂ３の位相と同相あるいは
１８０°位相がずれた信号であり、同期検波部２７は、
上記角速度用参照信号の位相が０°〜１８０°の区間Ｄ
１と、１８０°〜３６０°の区間Ｄ２とで角速度・加速
度混在信号の積分を行う（同期検波する）。この同期検
波によって、上記角速度・加速度混在信号の加速度成分
Ｃ３は除去されることから、同期検波部２７は、角速度
成分Ｂ３に応じた信号を角速度信号として出力する。こ
の角速度信号によって角速度の大きさを検出することが
できる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な図３に示すセンサ部２および図６に示す信号処理回路
２０を有して成るジャイロ１では、角速度しか検出する
ことができない。このため、角速度と加速度を共に検知
することが可能なセンサ装置を形成しようとした場合に
は、上記ジャイロ１の他に、加速度検知用の振動素子を
備えた加速度センサを用意し、それらジャイロ１と加速
度センサを組み合わせて上記角速度と加速度を検知する
ことができるセンサ装置を構成することとなる。
な図３に示すセンサ部２および図６に示す信号処理回路
２０を有して成るジャイロ１では、角速度しか検出する
ことができない。このため、角速度と加速度を共に検知
することが可能なセンサ装置を形成しようとした場合に
は、上記ジャイロ１の他に、加速度検知用の振動素子を
備えた加速度センサを用意し、それらジャイロ１と加速
度センサを組み合わせて上記角速度と加速度を検知する
ことができるセンサ装置を構成することとなる。
【００２９】このようなセンサ装置では、角速度検出用
の振動素子と加速度検出用の振動素子との２個の振動素
子を設けなければならないために、センサ装置が大型化
してしまうという問題があった。
の振動素子と加速度検出用の振動素子との２個の振動素
子を設けなければならないために、センサ装置が大型化
してしまうという問題があった。
【００３０】また、上記ジャイロ１では、同期検波部２
７において角速度・加速度混在信号を同期検波する際
に、前記角速度・加速度混在信号の角速度成分Ｂ３に対
して角速度用参照信号の位相がずれている検波角ずれが
生じている場合があり、この場合には、図５に示す正規
の区間Ｄ１，Ｄ２からずれた区間Ｄ１’，Ｄ２’でもっ
て角速度・加速度混在信号が同期検波されてしまう。
７において角速度・加速度混在信号を同期検波する際
に、前記角速度・加速度混在信号の角速度成分Ｂ３に対
して角速度用参照信号の位相がずれている検波角ずれが
生じている場合があり、この場合には、図５に示す正規
の区間Ｄ１，Ｄ２からずれた区間Ｄ１’，Ｄ２’でもっ
て角速度・加速度混在信号が同期検波されてしまう。
【００３１】この場合には、上記検波角ずれに起因して
角速度・加速度混在信号の中の加速度成分Ｃ３を完全に
除去することができずに残ってしまい、同期検波部２７
から出力される角速度信号に上記加速度成分Ｃ３に基づ
いた加速度ノイズ成分が乗ってしまうこととなる。この
加速度ノイズ成分に起因して正確な角速度の大きさを得
ることができないという問題が生じる。
角速度・加速度混在信号の中の加速度成分Ｃ３を完全に
除去することができずに残ってしまい、同期検波部２７
から出力される角速度信号に上記加速度成分Ｃ３に基づ
いた加速度ノイズ成分が乗ってしまうこととなる。この
加速度ノイズ成分に起因して正確な角速度の大きさを得
ることができないという問題が生じる。
【００３２】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その第１の目的は、角速度と加速度を
共に検出することができる小型の外力検知センサ装置を
提供することであり、第２の目的は、角速度あるいは加
速度の検出精度の向上を図ることができる外力検知セン
サ装置を提供することにある。
れたものであり、その第１の目的は、角速度と加速度を
共に検出することができる小型の外力検知センサ装置を
提供することであり、第２の目的は、角速度あるいは加
速度の検出精度の向上を図ることができる外力検知セン
サ装置を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、第１の発明は、角速度と
加速度を共通に検知するセンサ部と；このセンサ部によ
り検知された角速度の大きさに応じた角速度成分と加速
度の大きさに応じた加速度成分とから成る角速度・加速
度混在信号を出力する角速度・加速度混在信号出力部
と；上記角速度・加速度混在信号から上記角速度成分と
加速度成分をそれぞれ分離して取り出し角速度信号、加
速度信号として出力する信号分離部と；が設けられてい
る。
に、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決す
る手段としている。すなわち、第１の発明は、角速度と
加速度を共通に検知するセンサ部と；このセンサ部によ
り検知された角速度の大きさに応じた角速度成分と加速
度の大きさに応じた加速度成分とから成る角速度・加速
度混在信号を出力する角速度・加速度混在信号出力部
と；上記角速度・加速度混在信号から上記角速度成分と
加速度成分をそれぞれ分離して取り出し角速度信号、加
速度信号として出力する信号分離部と；が設けられてい
る。
【００３４】 そして、第１の発明の構成において特徴
的なことは、角速度・加速度混在信号の角速度成分と加
速度成分は互いに９０°位相がずれている交流成分であ
り、信号分離部は角速度信号取り出し部と加速度信号取
り出し部を有し、上記角速度信号取り出し部は、上記角
速度成分と同相あるいは１８０°位相が異なる角速度用
参照信号を利用して上記角速度・加速度混在信号を同期
検波して上記加速度成分を除去し角速度成分に応じた角
速度信号を出力する構成と成し、上記加速度信号取り出
し部は、上記加速度信号と同相あるいは１８０°位相が
異なる加速度用参照信号を利用して上記角速度・加速度
混在信号を同期検波して上記角速度成分を除去し加速度
成分に応じた加速度信号を出力する構成と成しているこ
とをもって前記課題を解決する手段としている。
的なことは、角速度・加速度混在信号の角速度成分と加
速度成分は互いに９０°位相がずれている交流成分であ
り、信号分離部は角速度信号取り出し部と加速度信号取
り出し部を有し、上記角速度信号取り出し部は、上記角
速度成分と同相あるいは１８０°位相が異なる角速度用
参照信号を利用して上記角速度・加速度混在信号を同期
検波して上記加速度成分を除去し角速度成分に応じた角
速度信号を出力する構成と成し、上記加速度信号取り出
し部は、上記加速度信号と同相あるいは１８０°位相が
異なる加速度用参照信号を利用して上記角速度・加速度
混在信号を同期検波して上記角速度成分を除去し加速度
成分に応じた加速度信号を出力する構成と成しているこ
とをもって前記課題を解決する手段としている。
【００３５】 第２の発明は、上記第１の発明の構成を
備え、センサ部は角速度と加速度を共通に検出する方向
に振動が自在な振動素子を有し、角速度・加速度混在信
号出力部は、角速度に起因した上記検出方向の振動素子
の振動に基づいた角速度成分と、加速度に起因した検出
方向の振動素子の振動に基づいた加速度成分とから成る
角速度・加速度混在信号を出力する構成と成しているこ
とを特徴として構成されている。
備え、センサ部は角速度と加速度を共通に検出する方向
に振動が自在な振動素子を有し、角速度・加速度混在信
号出力部は、角速度に起因した上記検出方向の振動素子
の振動に基づいた角速度成分と、加速度に起因した検出
方向の振動素子の振動に基づいた加速度成分とから成る
角速度・加速度混在信号を出力する構成と成しているこ
とを特徴として構成されている。
【００３６】 第３の発明は、上記第１の発明の構成を
備え、センサ部は、角速度と加速度を共通に検出する方
向と、該検出方向に対して直交する駆動方向とに振動が
自在な振動素子を有し、上記駆動方向の振動素子の振動
に応じた駆動検出信号を出力する駆動振動検出部を備
え、角速度・加速度混在信号出力部は、角速度に起因し
た上記検出方向の振動素子の振動に基づいた角速度成分
と、加速度に起因した検出方向の振動素子の振動に基づ
いた加速度成分とから成る角速度・加速度混在信号を出
力する構成と成し、角速度用参照信号は上記駆動検出信
号と９０°位相がずれた信号と成し、加速度用参照信号
は上記駆動検出信号と同相あるいは１８０°位相がずれ
た信号と成していることを特徴として構成されている。
備え、センサ部は、角速度と加速度を共通に検出する方
向と、該検出方向に対して直交する駆動方向とに振動が
自在な振動素子を有し、上記駆動方向の振動素子の振動
に応じた駆動検出信号を出力する駆動振動検出部を備
え、角速度・加速度混在信号出力部は、角速度に起因し
た上記検出方向の振動素子の振動に基づいた角速度成分
と、加速度に起因した検出方向の振動素子の振動に基づ
いた加速度成分とから成る角速度・加速度混在信号を出
力する構成と成し、角速度用参照信号は上記駆動検出信
号と９０°位相がずれた信号と成し、加速度用参照信号
は上記駆動検出信号と同相あるいは１８０°位相がずれ
た信号と成していることを特徴として構成されている。
【００３７】 第４の発明は、上記第１又は第２又は第
３の発明の構成を備え、角速度信号と加速度信号のうち
の一方側の取り出し信号に対してノイズ成分となる他方
側の信号を信号分離部から検出して減衰する減衰部と；
上記取り出し信号から上記減衰部の減衰動作によって得
られた信号を差し引いて上記取り出し信号に含まれてい
るノイズ成分を取り除くノイズ除去部と；が設けられて
いることを特徴として構成されている。
３の発明の構成を備え、角速度信号と加速度信号のうち
の一方側の取り出し信号に対してノイズ成分となる他方
側の信号を信号分離部から検出して減衰する減衰部と；
上記取り出し信号から上記減衰部の減衰動作によって得
られた信号を差し引いて上記取り出し信号に含まれてい
るノイズ成分を取り除くノイズ除去部と；が設けられて
いることを特徴として構成されている。
【００３８】上記構成の発明において、信号分離部は、
角速度・加速度混在信号出力部から出力された角速度・
加速度混在信号を取り込み、この角速度・加速度混在信
号から角速度成分と加速度成分をそれぞれ分離して角速
度信号、加速度信号として取り出す。
角速度・加速度混在信号出力部から出力された角速度・
加速度混在信号を取り込み、この角速度・加速度混在信
号から角速度成分と加速度成分をそれぞれ分離して角速
度信号、加速度信号として取り出す。
【００３９】この信号分離部を有することによって、角
速度と加速度を共通に検知するセンサ部を１つ設けるだ
けで、角速度の大きさに応じた角速度信号と加速度の大
きさに応じた加速度信号とをそれぞれ別々に得ることが
できることとなるので、上記１つのセンサ部を備えただ
けで、角速度と加速度を両方共に検出することが可能と
なる。これにより、角速度検出用のセンサ部と加速度検
出用のセンサ部という如く別個独立した２つのセンサ部
を設けなくて済むので、角速度と加速度を共に検出する
ことができる外力検知センサ装置の大幅な小型化を促進
させることができる。
速度と加速度を共通に検知するセンサ部を１つ設けるだ
けで、角速度の大きさに応じた角速度信号と加速度の大
きさに応じた加速度信号とをそれぞれ別々に得ることが
できることとなるので、上記１つのセンサ部を備えただ
けで、角速度と加速度を両方共に検出することが可能と
なる。これにより、角速度検出用のセンサ部と加速度検
出用のセンサ部という如く別個独立した２つのセンサ部
を設けなくて済むので、角速度と加速度を共に検出する
ことができる外力検知センサ装置の大幅な小型化を促進
させることができる。
【００４０】また、上記のように、角速度・加速度混在
信号から角速度成分と加速度成分をそれぞれ分離して取
り出すことができるので、例えば、検波角ずれに起因し
て角速度信号に加速度成分に起因した加速度ノイズ成分
が乗ってしまっても、上記検出した加速度信号を利用す
ることで上記加速度ノイズ成分を角速度信号から除去す
ることができる。同様に、加速度信号から検波角ずれに
起因した角速度成分によるノイズ成分を除去することが
できる。このことから、角速度や加速度の大きさを精度
良く検出することができ、外力検知センサ装置の検出精
度を向上させることが可能となる。
信号から角速度成分と加速度成分をそれぞれ分離して取
り出すことができるので、例えば、検波角ずれに起因し
て角速度信号に加速度成分に起因した加速度ノイズ成分
が乗ってしまっても、上記検出した加速度信号を利用す
ることで上記加速度ノイズ成分を角速度信号から除去す
ることができる。同様に、加速度信号から検波角ずれに
起因した角速度成分によるノイズ成分を除去することが
できる。このことから、角速度や加速度の大きさを精度
良く検出することができ、外力検知センサ装置の検出精
度を向上させることが可能となる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る実施形態
例を図面に基づいて説明する。
例を図面に基づいて説明する。
【００４２】第１の実施形態例の外力検知センサ装置
は、前記図３に示すようなセンサ部に、この第１の実施
形態例において特徴的な図１に示す信号処理回路が接続
して成るものであり、１つの振動素子を設けるだけで、
図３に示すＺ軸回りの回転の角速度と、Ｙ方向の加速度
とを共に検知することができるセンサ装置である。な
お、この第１の実施形態例の説明において、図３に示す
センサ部の説明は前述したので省略し、また、図１に示
す信号処理回路に関しては、前記図６に示す信号処理回
路と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の
重複説明は省略する。
は、前記図３に示すようなセンサ部に、この第１の実施
形態例において特徴的な図１に示す信号処理回路が接続
して成るものであり、１つの振動素子を設けるだけで、
図３に示すＺ軸回りの回転の角速度と、Ｙ方向の加速度
とを共に検知することができるセンサ装置である。な
お、この第１の実施形態例の説明において、図３に示す
センサ部の説明は前述したので省略し、また、図１に示
す信号処理回路に関しては、前記図６に示す信号処理回
路と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の
重複説明は省略する。
【００４３】本発明者は、角速度・加速度混在信号出力
部である差動増幅部２４から出力される角速度・加速度
混在信号の角速度成分Ｂ３と加速度成分Ｃ３との位相が
互いに９０°ずれていることに着目し、上記角速度・加
速度混在信号の角速度成分Ｂ３と加速度成分Ｃ３をそれ
ぞれ分離して取り出す本実施形態例に特有な次に示すよ
うな信号処理回路を考え出した。
部である差動増幅部２４から出力される角速度・加速度
混在信号の角速度成分Ｂ３と加速度成分Ｃ３との位相が
互いに９０°ずれていることに着目し、上記角速度・加
速度混在信号の角速度成分Ｂ３と加速度成分Ｃ３をそれ
ぞれ分離して取り出す本実施形態例に特有な次に示すよ
うな信号処理回路を考え出した。
【００４４】すなわち、この第１の実施形態例において
特徴的な信号処理回路は、図１に示すように、第１検出
用のＣ−Ｖ変換部２１と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２
２と、駆動振動検出部である加算増幅部２３と、角速度
・加速度混在信号出力部である差動増幅部２４と、ＡＧ
Ｃ部２５と、位相反転部２６と、同期検波部２７と、同
期検波部３０とを有して構成されている。
特徴的な信号処理回路は、図１に示すように、第１検出
用のＣ−Ｖ変換部２１と、第２検出用のＣ−Ｖ変換部２
２と、駆動振動検出部である加算増幅部２３と、角速度
・加速度混在信号出力部である差動増幅部２４と、ＡＧ
Ｃ部２５と、位相反転部２６と、同期検波部２７と、同
期検波部３０とを有して構成されている。
【００４５】この第１の実施形態例では、同期検波部２
７によって角速度信号取り出し部が構成され、同期検波
部３０によって加速度信号取り出し部が構成されてい
る。
７によって角速度信号取り出し部が構成され、同期検波
部３０によって加速度信号取り出し部が構成されてい
る。
【００４６】つまり、同期検波部２７は前述したように
前記角速度成分Ｂ３と同相あるいは１８０°位相がずれ
た角速度用参照信号に基づいて上記角速度・加速度混在
信号を同期検波することによって、角速度・加速度混在
信号の加速度成分Ｃ３を除去し、角速度成分Ｂ３に応じ
た信号を角速度信号として出力する。
前記角速度成分Ｂ３と同相あるいは１８０°位相がずれ
た角速度用参照信号に基づいて上記角速度・加速度混在
信号を同期検波することによって、角速度・加速度混在
信号の加速度成分Ｃ３を除去し、角速度成分Ｂ３に応じ
た信号を角速度信号として出力する。
【００４７】同期検波部３０は加算増幅部２３から出力
された駆動検出信号を加速度用参照信号として取り込む
と共に、差動増幅部２４から出力された角速度・加速度
混在信号を取り込み、上記加速度用参照信号を利用して
角速度・加速度混在信号を同期検波する。上記駆動検出
信号は上記角速度・加速度混在信号の加速度成分Ｃ３と
同相あるいは１８０°位相がずれていることから、加速
度用参照信号の位相が０°〜１８０°の区間ｄ１と１８
０°〜３６０°の区間ｄ２でもって角速度・加速度混在
信号を同期検波することにより、角速度・加速度混在信
号の角速度成分Ｂ３が除去され、上記加速度成分Ｃ３の
みを取り出すことができる。これにより、同期検波部３
０は、上記加速度成分Ｃ３に応じた信号を加速度信号と
して出力する。
された駆動検出信号を加速度用参照信号として取り込む
と共に、差動増幅部２４から出力された角速度・加速度
混在信号を取り込み、上記加速度用参照信号を利用して
角速度・加速度混在信号を同期検波する。上記駆動検出
信号は上記角速度・加速度混在信号の加速度成分Ｃ３と
同相あるいは１８０°位相がずれていることから、加速
度用参照信号の位相が０°〜１８０°の区間ｄ１と１８
０°〜３６０°の区間ｄ２でもって角速度・加速度混在
信号を同期検波することにより、角速度・加速度混在信
号の角速度成分Ｂ３が除去され、上記加速度成分Ｃ３の
みを取り出すことができる。これにより、同期検波部３
０は、上記加速度成分Ｃ３に応じた信号を加速度信号と
して出力する。
【００４８】このように、上記同期検波部２７と同期検
波部３０によって、角速度・加速度混在信号の角速度成
分と加速度成分を分離して取り出し角速度信号、加速度
信号を出力する信号分離部が構成されている。
波部３０によって、角速度・加速度混在信号の角速度成
分と加速度成分を分離して取り出し角速度信号、加速度
信号を出力する信号分離部が構成されている。
【００４９】この第１の実施形態例によれば、角速度・
加速度混在信号から角速度成分Ｂ３と加速度成分Ｃ３を
それぞれ分離して取り出し角速度信号、加速度信号とし
て出力する信号分離部を設けたので、角速度と加速度を
共通に検知する振動素子８を１個設けるだけで、角速度
の大きさに応じた角速度信号と加速度の大きさに応じた
加速度信号とをそれぞれ独立した状態で得ることができ
る。
加速度混在信号から角速度成分Ｂ３と加速度成分Ｃ３を
それぞれ分離して取り出し角速度信号、加速度信号とし
て出力する信号分離部を設けたので、角速度と加速度を
共通に検知する振動素子８を１個設けるだけで、角速度
の大きさに応じた角速度信号と加速度の大きさに応じた
加速度信号とをそれぞれ独立した状態で得ることができ
る。
【００５０】このことから、この第１の実施形態例に特
有な信号処理回路を設けることによって、１個の振動素
子を設けるだけで角速度と加速度を両方共に検出するこ
とができるという今までにない画期的な外力検知センサ
装置を提供することができる。
有な信号処理回路を設けることによって、１個の振動素
子を設けるだけで角速度と加速度を両方共に検出するこ
とができるという今までにない画期的な外力検知センサ
装置を提供することができる。
【００５１】また、ジャイロ１と加速度センサとを組み
合わせて角速度および加速度を検知するセンサ装置を構
成する場合に比べて、この第１の実施形態例では、上記
のように振動素子を１個設けるだけでよいので、外力検
知センサ装置の小型化が容易である。さらに、１つの振
動素子と、図１に示すような簡単な回路構成の信号処理
回路を設けるだけでよいので、部品点数が大幅に減少
し、これにより、部品コストの削減を図ることができる
ことから、外力検知センサ装置を安価で提供することが
可能である。
合わせて角速度および加速度を検知するセンサ装置を構
成する場合に比べて、この第１の実施形態例では、上記
のように振動素子を１個設けるだけでよいので、外力検
知センサ装置の小型化が容易である。さらに、１つの振
動素子と、図１に示すような簡単な回路構成の信号処理
回路を設けるだけでよいので、部品点数が大幅に減少
し、これにより、部品コストの削減を図ることができる
ことから、外力検知センサ装置を安価で提供することが
可能である。
【００５２】以下に、第２の実施形態例を説明する。
【００５３】この第２の実施形態例において特徴的なこ
とは、角速度あるいは加速度の検出精度をより一層向上
させることができる構成を備えていることである。それ
以外の構成は前記第１の実施形態例と同様であり、この
第２の実施形態例の説明では、上記第１の実施形態例と
同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複
説明は省略する。
とは、角速度あるいは加速度の検出精度をより一層向上
させることができる構成を備えていることである。それ
以外の構成は前記第１の実施形態例と同様であり、この
第２の実施形態例の説明では、上記第１の実施形態例と
同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複
説明は省略する。
【００５４】前記したように、同期検波部２７や同期検
波部３０において角速度・加速度混在信号を同期検波す
る際に検波角ずれが生じる場合がある。同期検波部２７
において検波角ずれが生じた場合には、該同期検波部２
７から出力される角速度信号には加速度成分Ｃ３に起因
した加速度ノイズ成分が乗ってしまう。また、同期検波
部３０において検波角ずれが生じた場合には、該同期検
波部３０から出力される加速度信号には角速度成分Ｂ３
に起因した角速度ノイズ成分が乗ってしまう。このよう
に、角速度信号、加速度信号に検波角ずれに起因したノ
イズ成分が乗ってしまうと、外力検知センサ装置の角速
度、加速度の検出精度が低下してしまうという問題が生
じる。
波部３０において角速度・加速度混在信号を同期検波す
る際に検波角ずれが生じる場合がある。同期検波部２７
において検波角ずれが生じた場合には、該同期検波部２
７から出力される角速度信号には加速度成分Ｃ３に起因
した加速度ノイズ成分が乗ってしまう。また、同期検波
部３０において検波角ずれが生じた場合には、該同期検
波部３０から出力される加速度信号には角速度成分Ｂ３
に起因した角速度ノイズ成分が乗ってしまう。このよう
に、角速度信号、加速度信号に検波角ずれに起因したノ
イズ成分が乗ってしまうと、外力検知センサ装置の角速
度、加速度の検出精度が低下してしまうという問題が生
じる。
【００５５】上記同期検波部２７、同期検波部３０に検
波角ずれが生じるか否かは信号処理回路の回路定数等に
よって予め分かることから、この第２の実施形態例で
は、上記同期検波部２７に検波角ずれが生じる場合に
は、前記第１の実施形態例の構成に加えて、図２の実線
に示すような減衰部である減衰器３３と、ノイズ除去部
である差動増幅部３４とが設けられる。また、上記同期
検波部３０に検波角ずれが生じる場合には、前記第１の
実施形態例の構成に加えて、図２の点線に示すような減
衰部である減衰器３５と、ノイズ除去部である差動増幅
部３６とが設けられる。
波角ずれが生じるか否かは信号処理回路の回路定数等に
よって予め分かることから、この第２の実施形態例で
は、上記同期検波部２７に検波角ずれが生じる場合に
は、前記第１の実施形態例の構成に加えて、図２の実線
に示すような減衰部である減衰器３３と、ノイズ除去部
である差動増幅部３４とが設けられる。また、上記同期
検波部３０に検波角ずれが生じる場合には、前記第１の
実施形態例の構成に加えて、図２の点線に示すような減
衰部である減衰器３５と、ノイズ除去部である差動増幅
部３６とが設けられる。
【００５６】上記角速度信号に含まれる検波角ずれに起
因した加速度ノイズ成分の大きさと、同期検波部３０か
ら出力される加速度信号の大きさとの比は信号処理回路
の回路定数等によって予め求まる。上記減衰器３３の減
衰率はその加速度信号の大きさに対する上記加速度ノイ
ズ成分の大きさの比に予め設定されており、減衰器３３
は、同期検波部３０から出力された加速度信号を取り込
み、この加速度信号を上記設定の減衰率でもって減衰し
て上記差動増幅部３４に出力する。つまり、減衰器３３
は、角速度信号に含まれている検波角ずれに起因した加
速度ノイズ成分の大きさを持つ信号を差動増幅部３４に
出力する。
因した加速度ノイズ成分の大きさと、同期検波部３０か
ら出力される加速度信号の大きさとの比は信号処理回路
の回路定数等によって予め求まる。上記減衰器３３の減
衰率はその加速度信号の大きさに対する上記加速度ノイ
ズ成分の大きさの比に予め設定されており、減衰器３３
は、同期検波部３０から出力された加速度信号を取り込
み、この加速度信号を上記設定の減衰率でもって減衰し
て上記差動増幅部３４に出力する。つまり、減衰器３３
は、角速度信号に含まれている検波角ずれに起因した加
速度ノイズ成分の大きさを持つ信号を差動増幅部３４に
出力する。
【００５７】差動増幅部３４は、上記同期検波部２７か
ら出力される角速度信号を取り出し信号として取り込
み、この取り出し信号と上記減衰器３３の出力信号との
差を取り、上記角速度信号から上記検波角ずれに起因し
た加速度ノイズ成分を除去して出力する。
ら出力される角速度信号を取り出し信号として取り込
み、この取り出し信号と上記減衰器３３の出力信号との
差を取り、上記角速度信号から上記検波角ずれに起因し
た加速度ノイズ成分を除去して出力する。
【００５８】また、同様に、加速度信号に含まれている
検波角ずれに起因した角速度ノイズ成分の大きさと、同
期検波部２７から出力される角速度信号の大きさとの比
は信号処理回路の回路定数等によって予め求まり、減衰
器３５の減衰率は、上記同期検波部２７から出力される
加速度信号の大きさに対する上記角速度ノイズ成分の大
きさの比に予め設定されている。減衰器３５は上記同期
検波部２７から出力された角速度信号を上記設定の減衰
率でもって減衰して差動増幅部３６に出力する。この減
衰器３５の出力信号は、加速度信号に含まれている検波
角ずれに起因した角速度ノイズ成分の大きさを持つ信号
である。
検波角ずれに起因した角速度ノイズ成分の大きさと、同
期検波部２７から出力される角速度信号の大きさとの比
は信号処理回路の回路定数等によって予め求まり、減衰
器３５の減衰率は、上記同期検波部２７から出力される
加速度信号の大きさに対する上記角速度ノイズ成分の大
きさの比に予め設定されている。減衰器３５は上記同期
検波部２７から出力された角速度信号を上記設定の減衰
率でもって減衰して差動増幅部３６に出力する。この減
衰器３５の出力信号は、加速度信号に含まれている検波
角ずれに起因した角速度ノイズ成分の大きさを持つ信号
である。
【００５９】差動増幅部３６は前記同期検波部３０から
出力される加速度信号を取り出し信号として取り込み、
この取り出し信号と上記減衰器３５の出力信号との差を
取り、上記加速度信号から上記検波角ずれに起因した角
速度ノイズ成分を除去する。
出力される加速度信号を取り出し信号として取り込み、
この取り出し信号と上記減衰器３５の出力信号との差を
取り、上記加速度信号から上記検波角ずれに起因した角
速度ノイズ成分を除去する。
【００６０】この第２の実施形態例によれば、同期検波
部２７から出力される角速度信号に検波角ずれに起因し
た加速度ノイズ成分が乗っている場合や、同期検波部３
０の出力信号である加速度信号に検波角ずれに起因した
角速度ノイズ成分が乗っている場合には、それら角速度
信号、加速度信号から検波角ずれに起因したノイズ成分
を除去する構成を備えたので、検波角ずれの悪影響が取
り除かれた角速度信号、加速度信号を得ることができ、
角速度、加速度の検出精度の悪化を防止することができ
る。このことから、この第２の実施形態例では、前記第
１の実施形態例に述べたような効果を奏することができ
る上に、角速度と加速度の検出精度の信頼性を向上させ
ることができるという優れた効果を得ることが可能であ
る。
部２７から出力される角速度信号に検波角ずれに起因し
た加速度ノイズ成分が乗っている場合や、同期検波部３
０の出力信号である加速度信号に検波角ずれに起因した
角速度ノイズ成分が乗っている場合には、それら角速度
信号、加速度信号から検波角ずれに起因したノイズ成分
を除去する構成を備えたので、検波角ずれの悪影響が取
り除かれた角速度信号、加速度信号を得ることができ、
角速度、加速度の検出精度の悪化を防止することができ
る。このことから、この第２の実施形態例では、前記第
１の実施形態例に述べたような効果を奏することができ
る上に、角速度と加速度の検出精度の信頼性を向上させ
ることができるという優れた効果を得ることが可能であ
る。
【００６１】なお、この発明は上記各実施形態例に限定
されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例
えば、上記各実施形態例では、センサ部２は図３に示す
形態であったが、上記センサ部２は角速度と加速度を共
通に検知することができる形態であればよく、センサ部
２は図３に示す形態に限定されるものではなく、適宜の
形態を採り得るものである。
されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例
えば、上記各実施形態例では、センサ部２は図３に示す
形態であったが、上記センサ部２は角速度と加速度を共
通に検知することができる形態であればよく、センサ部
２は図３に示す形態に限定されるものではなく、適宜の
形態を採り得るものである。
【００６２】また、上記各実施形態例では、同期検波に
用いる角速度用参照信号、加速度用参照信号は加算増幅
部２３から出力される駆動検出信号に基づいた信号であ
ったが、例えば、上記角速度用参照信号、加速度用参照
信号はＡＧＣ部２５から出力される駆動信号を利用した
信号であってもよい。この場合、上記駆動信号は、角速
度・加速度混在信号の角速度成分Ｂ３と同相あるいは１
８０°位相がずれている信号であり、加速度成分Ｃ３と
は９０°位相がずれている信号であることから、上記角
速度用参照信号は駆動信号により構成され、加速度用参
照信号は上記駆動信号の位相を９０°ずらした信号によ
り構成される。
用いる角速度用参照信号、加速度用参照信号は加算増幅
部２３から出力される駆動検出信号に基づいた信号であ
ったが、例えば、上記角速度用参照信号、加速度用参照
信号はＡＧＣ部２５から出力される駆動信号を利用した
信号であってもよい。この場合、上記駆動信号は、角速
度・加速度混在信号の角速度成分Ｂ３と同相あるいは１
８０°位相がずれている信号であり、加速度成分Ｃ３と
は９０°位相がずれている信号であることから、上記角
速度用参照信号は駆動信号により構成され、加速度用参
照信号は上記駆動信号の位相を９０°ずらした信号によ
り構成される。
【００６３】さらに、上記各実施形態例では、角速度と
加速度を両方共に検出することができる外力検知センサ
装置の一例を示したが、例えば、本発明は、角速度のみ
を検知するジャイロや、加速度のみを検知する加速度セ
ンサである外力検知センサ装置にも適用することができ
る。例えば、ジャイロにおける前記図６に示した信号処
理回路２０に前記第２の実施形態例に示した減衰器３３
および差動増幅部３４を組み込み、これら減衰器３３と
差動増幅部３４によって前記検波角ずれに起因した加速
度ノイズ成分が除去された角速度信号を出力する構成と
する。このような構成を備えることによって、検波角ず
れに起因した加速度ノイズ成分が除去された角速度信号
を得ることができるので、角速度の検出精度に優れたジ
ャイロを提供することができる。また、加速度センサに
関しても同様に、加速度の検出精度が高い加速度センサ
を得ることができる。
加速度を両方共に検出することができる外力検知センサ
装置の一例を示したが、例えば、本発明は、角速度のみ
を検知するジャイロや、加速度のみを検知する加速度セ
ンサである外力検知センサ装置にも適用することができ
る。例えば、ジャイロにおける前記図６に示した信号処
理回路２０に前記第２の実施形態例に示した減衰器３３
および差動増幅部３４を組み込み、これら減衰器３３と
差動増幅部３４によって前記検波角ずれに起因した加速
度ノイズ成分が除去された角速度信号を出力する構成と
する。このような構成を備えることによって、検波角ず
れに起因した加速度ノイズ成分が除去された角速度信号
を得ることができるので、角速度の検出精度に優れたジ
ャイロを提供することができる。また、加速度センサに
関しても同様に、加速度の検出精度が高い加速度センサ
を得ることができる。
【００６４】
【発明の効果】この発明によれば、信号分離部を設け、
該信号分離部によって、角速度成分と加速度成分とが混
在して成る角速度・加速度混在信号から角速度成分と加
速度成分をそれぞれ分離して取り出し角速度信号、加速
度信号として出力する構成を備えているので、角速度と
加速度を共通に検知するセンサ部を１個設けるだけで、
角速度の大きさに応じた角速度信号と、加速度の大きさ
に応じた加速度信号とをそれぞれ分離した状態で得るこ
とができる。これにより、１つのセンサ部を備えるだけ
で角速度と加速度を両方共に検出することが可能な外力
検知センサ装置を提供することができる。
該信号分離部によって、角速度成分と加速度成分とが混
在して成る角速度・加速度混在信号から角速度成分と加
速度成分をそれぞれ分離して取り出し角速度信号、加速
度信号として出力する構成を備えているので、角速度と
加速度を共通に検知するセンサ部を１個設けるだけで、
角速度の大きさに応じた角速度信号と、加速度の大きさ
に応じた加速度信号とをそれぞれ分離した状態で得るこ
とができる。これにより、１つのセンサ部を備えるだけ
で角速度と加速度を両方共に検出することが可能な外力
検知センサ装置を提供することができる。
【００６５】また、この発明の外力検知センサ装置は、
角速度を検知するためのセンサ部と、加速度を検知する
ためのセンサ部とをそれぞれ別々に設ける必要が無く、
上記の如くセンサ部を１個設けるだけでよいので、外力
検知センサ装置の小型化を容易に図ることができる。さ
らに、部品点数の削減を図ることができるので、部品コ
ストを低下させることができ、安価な外力検知センサ装
置を提供することが可能となる。
角速度を検知するためのセンサ部と、加速度を検知する
ためのセンサ部とをそれぞれ別々に設ける必要が無く、
上記の如くセンサ部を１個設けるだけでよいので、外力
検知センサ装置の小型化を容易に図ることができる。さ
らに、部品点数の削減を図ることができるので、部品コ
ストを低下させることができ、安価な外力検知センサ装
置を提供することが可能となる。
【００６６】同期検波によって、角速度・加速度混在信
号から角速度成分と加速度成分を分離して取り出す構成
を備えたものにあっては、簡単な回路構成で、角速度成
分と加速度成分を容易に分離することができる。
号から角速度成分と加速度成分を分離して取り出す構成
を備えたものにあっては、簡単な回路構成で、角速度成
分と加速度成分を容易に分離することができる。
【００６７】センサ部が振動素子により構成されている
ものにあっては、角速度や加速度を高感度で検出するこ
とができる。また、振動素子は広い面を有するものであ
ることから、従来のように角速度検知用の振動素子と加
速度検知用の振動素子を共に設けて角速度および加速度
を検知可能なセンサ装置を形成した場合には、そのセン
サ装置はかなり大型なものとなってしまうが、この発明
では、角速度と加速度を共通に検知する振動素子を１つ
設けるだけでよいので、外力検知センサ装置の小型化が
図れ、有効である。
ものにあっては、角速度や加速度を高感度で検出するこ
とができる。また、振動素子は広い面を有するものであ
ることから、従来のように角速度検知用の振動素子と加
速度検知用の振動素子を共に設けて角速度および加速度
を検知可能なセンサ装置を形成した場合には、そのセン
サ装置はかなり大型なものとなってしまうが、この発明
では、角速度と加速度を共通に検知する振動素子を１つ
設けるだけでよいので、外力検知センサ装置の小型化が
図れ、有効である。
【００６８】同期検波に用いる角速度用参照信号、加速
度用参照信号が振動素子の駆動方向の振動に応じた駆動
検出信号に基づいた信号であるものにあっては、角速度
・加速度混在信号の角速度成分、加速度成分の位相と、
上記角速度用参照信号、加速度用参照信号の位相とがず
れてしまう検波角ずれの発生を抑制することが容易であ
る。
度用参照信号が振動素子の駆動方向の振動に応じた駆動
検出信号に基づいた信号であるものにあっては、角速度
・加速度混在信号の角速度成分、加速度成分の位相と、
上記角速度用参照信号、加速度用参照信号の位相とがず
れてしまう検波角ずれの発生を抑制することが容易であ
る。
【００６９】減衰部とノイズ除去部が設けられ、これら
減衰部とノイズ除去部によって角速度信号と加速度信号
のうちの一方側の取り出し信号に対してノイズ成分とな
る他方側の信号の成分を除去する構成を備えたものにあ
っては、角速度、加速度の検出精度をより一層向上させ
ることができる。
減衰部とノイズ除去部によって角速度信号と加速度信号
のうちの一方側の取り出し信号に対してノイズ成分とな
る他方側の信号の成分を除去する構成を備えたものにあ
っては、角速度、加速度の検出精度をより一層向上させ
ることができる。
【図１】第１の実施形態例において特徴的な信号処理回
路の構成を示すブロック図である。
路の構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態例において特徴的な信号処理回
路の構成を示すブロック図である。
路の構成を示すブロック図である。
【図３】センサ部の一形態例を示す説明図である。
【図４】図１や図２に示すＣ−Ｖ変換部から出力される
信号の波形例を示す波形図である。
信号の波形例を示す波形図である。
【図５】角速度・加速度混在信号の波形例を示す波形例
である。
である。
【図６】従来のジャイロを構成する信号処理回路の構成
例を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
２ センサ部
８ 振動素子
２３ 加算増幅部
２４ 差動増幅部
２７，３０ 同期検波部
３３，３５ 減衰器
３４，３６ 差動増幅部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01C 19/56
G01P 9/04
Claims (4)
- 【請求項１】 角速度と加速度を共通に検知するセンサ
部と；このセンサ部により検知された角速度の大きさに
応じた角速度成分と加速度の大きさに応じた加速度成分
とから成る角速度・加速度混在信号を出力する角速度・
加速度混在信号出力部と；上記角速度・加速度混在信号
から上記角速度成分と加速度成分をそれぞれ分離して取
り出し角速度信号、加速度信号として出力する信号分離
部と；が設けられ、上記角速度・加速度混在信号の角速
度成分と加速度成分は互いに９０°位相がずれている交
流成分であり、上記信号分離部は角速度信号取り出し部
と加速度信号取り出し部を有し、上記角速度信号取り出
し部は、上記角速度成分と同相あるいは１８０°位相が
異なる角速度用参照信号を利用して上記角速度・加速度
混在信号を同期検波して上記加速度成分を除去し角速度
成分に応じた角速度信号を出力する構成と成し、上記加
速度信号取り出し部は、上記加速度信号と同相あるいは
１８０°位相が異なる加速度用参照信号を利用して上記
角速度・加速度混在信号を同期検波して上記角速度成分
を除去し加速度成分に応じた加速度信号を出力する構成
と成していることを特徴とする外力検知センサ装置。 - 【請求項２】 センサ部は角速度と加速度を共通に検出
する方向に振動が自在な振動素子を有し、角速度・加速
度混在信号出力部は、角速度に起因した上記検出方向の
振動素子の振動に基づいた角速度成分と、加速度に起因
した検出方向の振動素子の振動に基づいた加速度成分と
から成る角速度・加速度混在信号を出力する構成と成し
ていることを特徴とする請求項１記載の外力検知センサ
装置。 - 【請求項３】 センサ部は、角速度と加速度を共通に検
出する方向と、該検出方向に対して直交する駆動方向と
に振動が自在な振動素子を有し、上記駆動方向の振動素
子の振動に応じた駆動検出信号を出力する駆動振動検出
部を備え、角速度・加速度混在信号出力部は、角速度に
起因した上記検出方向の振動素子の振動に基づいた角速
度成分と、加速度に起因した検出方向の振動素子の振動
に基づいた加速度成分とから成る角速度・加速度混在信
号を出力する構成と成し、角速度用参照信号は上記駆動
検出信号と９０°位相がずれた信号と成し、加速度用参
照信号は上記駆動検出信号と同相あるいは１８０°位相
がずれた信号と成していることを特徴とした請求項１記
載の外力検知センサ装置。 - 【請求項４】 角速度信号と加速度信号のうちの一方側
の取り出し信号に対してノイズ成分となる他方側の信号
を信号分離部から検出して減衰する減衰部と；上記取り
出し信号から上記減衰部の減衰動作によって得られた信
号を差し引いて上記取り出し信号に含まれているノイズ
成分を取り除くノイズ除去部と；が設けられていること
を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の
外力検知センサ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30217799A JP3498209B2 (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 外力検知センサ装置 |
| US09/694,700 US6722198B1 (en) | 1999-10-25 | 2000-10-23 | External-force detecting sensor |
| EP00123136A EP1096226B1 (en) | 1999-10-25 | 2000-10-25 | Angular velocity and acceleration sensor |
| DE60032208T DE60032208T2 (de) | 1999-10-25 | 2000-10-25 | Drehgeschwingkeits- und Beschleunigungssensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30217799A JP3498209B2 (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 外力検知センサ装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003348404A Division JP3750679B2 (ja) | 2003-10-07 | 2003-10-07 | 外力検知センサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001124559A JP2001124559A (ja) | 2001-05-11 |
| JP3498209B2 true JP3498209B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=17905866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30217799A Expired - Fee Related JP3498209B2 (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 外力検知センサ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6722198B1 (ja) |
| EP (1) | EP1096226B1 (ja) |
| JP (1) | JP3498209B2 (ja) |
| DE (1) | DE60032208T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004317484A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-11-11 | Denso Corp | 振動型角速度センサ |
| US7370531B2 (en) * | 2004-01-20 | 2008-05-13 | Ngk Insulators, Ltd. | Detection circuits, detection method and systems of measuring physical quantities |
| DE102004028129B4 (de) * | 2004-06-09 | 2007-08-02 | Fendt, Günter | Verfahren zur Auswertung eines Drehratensignals eines Multifunktionsdrehratensensors |
| JP5267023B2 (ja) * | 2008-10-01 | 2013-08-21 | 株式会社村田製作所 | 複合センサ |
| JP5266528B2 (ja) * | 2009-02-03 | 2013-08-21 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 角速度センサ、角速度信号補正装置 |
| DE112010005045T5 (de) * | 2010-02-17 | 2012-10-25 | Asahi Kasei Microdevices Corp. | Oszillationstyp-Trägheitskraftsensor |
| EP3882641B1 (en) * | 2020-03-18 | 2023-02-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Mems accelerometer with mechanically decoupled proof mass |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4930351A (en) | 1988-03-24 | 1990-06-05 | Wjm Corporation | Vibratory linear acceleration and angular rate sensing system |
| DE4032559C2 (de) * | 1990-10-13 | 2000-11-23 | Bosch Gmbh Robert | Drehratensensor und Verfahren zur Herstellung |
| JP3036858B2 (ja) | 1991-01-31 | 2000-04-24 | 株式会社日立製作所 | 角速度・加速度検出装置および自動車の制御装置 |
| JP3430572B2 (ja) | 1993-09-17 | 2003-07-28 | 株式会社豊田中央研究所 | 慣性力センサ |
| JP2926139B2 (ja) | 1993-10-29 | 1999-07-28 | 日本航空電子工業株式会社 | ２軸角速度／加速度センサ |
| JP3585959B2 (ja) | 1994-08-26 | 2004-11-10 | 和廣 岡田 | 加速度と角速度との双方を検出する装置 |
| DE4436396A1 (de) | 1994-10-12 | 1996-04-18 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung und Verfahren zur gleichzeitigen Messung einer Drehrate und einer transversalen Beschleunigung |
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