JP6331365B2 - 検出装置、センサー、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Description
図1に本実施形態の検出装置20を含むジャイロセンサー510(広義にはセンサー)と、ジャイロセンサー510を含む電子機器500の構成例を示す。なお電子機器500、ジャイロセンサー510は図1の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。また本実施形態の電子機器500としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートフォン、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、ゲーム機、時計、健康器具、或いは携帯型情報端末等の種々の機器を想定できる。
図2に本実施形態の検出装置20の詳細な構成例を示す。
不要信号のうち、離調周波数Δf=|fd−fs|に起因する不要信号は、センサー信号に検出側共振周波数fsの信号が混入し、このセンサー信号が同期検波回路81により同期検波されることにより発生する。例えばジャイロセンサーの応答を良くするために、検出用振動子をアイドリング的に微少振幅で固有共振周波数fsにて振動させる場合がある。或いは、ジャイロセンサーの外部からの外部振動が振動子に加わることで、検出用振動子が固有共振周波数fsにて振動してしまう場合がある。そしてこのように検出用振動子が周波数fsで振動すると、同期検波回路81に入力される信号に周波数fsの信号が混入される。そして同期検波回路81は、周波数fdの同期信号SYCに基づき同期検波を行うため、周波数fdとfsの差に相当する離調周波数Δf=|fd−fs|の不要信号が発生してしまう。このような不要信号が発生すると、例えばジャイロセンサーで検出された角速度データを積分処理して、角度データ等を求めた場合に、正確な角度データ等を得ることができないという問題がある。
さて、離調周波数の中心周波数やバラツキは、振動子(ジャイロセンサー)の素子ごとに異なるという問題がある。例えば図8では、振動子Aの離調周波数の中心周波数は800Hzであり、バラツキは±300Hzである。振動子Bの離調周波数の中心周波数は900Hzであり、バラツキは±200Hzである。振動子Cの離調周波数の中心周波数は950Hzであり、バラツキは±250Hzである。
図10は、帯域制限のLPFと、離調周波数除去用のBEFの周波数の関係を模式的に示す図である。
図13に、BEF部114の具体的な回路構成例を示す。図13に示すように、BEF部114は、乗算器MP、乗算結果用のレジスターPRG、加算結果用の第1、第2のレジスターRG1、RG2、加算器ADを含む。またセレクターSL1〜SL5や、出力用のレジスターQRGを含むことができる。
(シーケンスSQ1)
シーケンスSQ1では、入力データINとフィルター係数b1の乗算が図13の乗算器MP(MP1)により行われる(図14の(1))。
(シーケンスSQ2)
シーケンスSQ2では、レジスターQRGの値とフィルター係数a1の乗算が乗算器MP(MP2)により行われる(図14の(3))。レジスターQRGにはシーケンスSQ1での加算結果(図14の(2))が保持されている。即ちレジスターQRGをテンポラリーレジスターとして使用している。
(シーケンスSQ3)
シーケンスSQ3では、レジスターQRGの値とフィルター係数a2の乗算が乗算器MP(MP3)により行われる((5))。レジスターQRGにはシーケンスSQ1での加算結果((2))が保持されている。即ちレジスターQRGには、書き換えが行われない限り、前のシーケンスでの値が保持されている。
(シーケンスSQ4)
シーケンスSQ4では、レジスターQRGの値とフィルター係数kの乗算が乗算器MP(MP4)により行われる((7))。レジスターQRGにはシーケンスSQ1での加算結果((2))が保持されている。
(シーケンスSQ5)
シーケンスSQ4での乗算((7))により、シーケンスSQ5において出力用のレジスターQRGの値が確定する。シーケンスSQ4での加算((8))により、シーケンスSQ5においてレジスターRG2の値が確定する。
図15に検出装置20の他の構成例を示す。図15では、デジタル信号処理部110の検出データPIの出力タイミングとは非同期で、出力データPQを外部(処理部520)に出力するインターフェース部184を設けている。またデジタル信号処理部110からのデジタル信号処理後の検出データPIに対して、積分誤差低減用の補正処理を行う補正部120や、補正処理後のデータを記憶するレジスター182が設けられている。
図17に本実施形態の検出装置20の変形例を示す。図17は、複数の軸回りでの回転角速度の検出を行う多軸ジャイロセンサーの検出装置20の構成例である。この構成例の検出装置20は、複数の振動子10-1、10-2、10-3の駆動及び検出を行う。ここで、例えば、振動子10-1(第1の振動子)は、第1の軸(例えばX軸)の回りでの回転角速度を検出するための振動子であり、振動子10-2(第2の振動子)は、第2の軸(例えばY軸)の回りでの回転角速度を検出するための振動子である。また振動子10-3(第3の振動子)は第3の軸(例えばZ軸)の回りでの回転角速度を検出するための振動子である。
図18に検出回路60の詳細な構成例を示す。図18は全差動スイッチングミキサー方式の検出回路60の例である。
40 ゲイン制御回路、50 駆動信号出力回路、52 同期信号出力回路、
60 検出回路、62、64 Q/V変換回路、72、74 ゲイン調整アンプ、
80 スイッチングミキサー、92、94 フィルター、100 A/D変換回路、
110 デジタル信号処理部、112 帯域制限LPF部、114 BEF部、
116 記憶部、120 補正部、150 クロック信号生成回路、
182 レジスター、184 インターフェース部、
206 自動車 207 車体、208 車体姿勢制御装置、209 車輪、
500 電子機器、510 ジャイロセンサー、520 処理部、530 メモリー、
540 操作部、550 表示部
Claims (11)
- 振動子からのフィードバック信号を受けて、前記振動子を駆動する駆動回路と、
前記振動子からの信号に基づいて検出処理を行い、検出データを出力する検出回路と、
前記検出回路からの前記検出データに対してデジタルフィルター処理を行うデジタル信号処理部と、
を含み、
前記デジタル信号処理部は、
前記振動子の駆動側共振周波数fdと検出側共振周波数fsとの差に対応する離調周波数Δf=|fd−fs|の成分を減衰するバンドエリミネーションフィルターの処理を、前記検出データに対して行い、
前記デジタル信号処理部は、バンドエリミネーションフィルター部を含み、
前記バンドエリミネーションフィルター部は、
入力データ、出力データのいずれかと、前記バンドエリミネーションフィルターの複数のフィルター係数のいずれかとの乗算を行う乗算器と、
前記乗算器の乗算結果データを記憶する乗算結果用のレジスターと、
加算結果用の第1、第2のレジスターと、
前記入力データ、前記乗算結果用のレジスターの値のいずれかと、前記入力データ、前記第1のレジスターの値、前記第2のレジスターの値のいずれかとの加算を行い、加算結果データを前記第1、第2のレジスターに出力する加算器と、
を含むことを特徴とする検出装置。 - 請求項1に記載の検出装置において、
前記バンドエリミネーションフィルターの周波数特性を設定するフィルター係数の情報を記憶する記憶部を含むことを特徴とする検出装置。 - 請求項2に記載の検出装置において、
前記記憶部は、
各フィルター係数が複数の振動子の各振動子に対応する複数のフィルター係数の情報を記憶することを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記デジタル信号処理部は、
カットオフ周波数が可変となる帯域制限のローパスフィルターの処理を行い、
前記ローパスフィルターの前記カットオフ周波数の可変範囲をfca〜fcbとし、前記バンドエリミネーションフィルターの中心周波数をfmとした場合に、fca<fm<fcbであることを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の検出装置において、
前記デジタル信号処理部からの前記デジタルフィルター処理後の前記検出データに対して補正処理を行い、前記補正処理により得られたデータである出力データを出力する補正部と、
前記デジタル信号処理部の前記検出データの出力タイミングとは非同期で、前記補正部からの前記出力データを外部に出力するインターフェース部を含むことを特徴とする検出装置。 - 第1の軸回りでの回転角速度を検出するための第1の振動子からの第1のフィードバック信号を受けて、前記第1の振動子を第1の駆動側共振周波数fd1で駆動する第1の駆動回路と、
前記第1の振動子からの信号に基づいて検出処理を行い、第1の検出データを出力する第1の検出回路と、
第2の軸回りでの回転角速度を検出するための第2の振動子からの第2のフィードバック信号を受けて、前記第2の振動子を前記第1の駆動側共振周波数fd1とは異なる第2の駆動側共振周波数fd2で駆動する第2の駆動回路と、
前記第2の振動子からの信号に基づいて検出処理を行い、第2の検出データを出力する第2の検出回路と、
前記第1の検出データ及び前記第2の検出データに対してデジタルフィルター処理を行うデジタル信号処理部と、
を含み、
前記デジタル信号処理部は、
前記第1の振動子の前記駆動側共振周波数fd1と検出側駆動周波数fs1との差に対応する第1の離調周波数Δf1=|fd1−fs1|の成分を減衰する第1のバンドエリミネーションフィルターの処理を前記第1の検出データに対して行い、
前記第1のバンドエリミネーションフィルターの処理とは周波数特性が異なり、前記第2の振動子の前記駆動側共振周波数fd2と検出側駆動周波数fs2との差に対応する第2の離調周波数Δf2=|fd2−fs2|の成分を減衰する第2のバンドエリミネーションフィルターの処理を前記第2の検出データに対して行い、
前記デジタル信号処理部は、バンドエリミネーションフィルター部を含み、
前記バンドエリミネーションフィルター部は、
入力データ、出力データのいずれかと、前記バンドエリミネーションフィルターの複数のフィルター係数のいずれかとの乗算を行う乗算器と、
前記乗算器の乗算結果データを記憶する乗算結果用のレジスターと、
加算結果用の第1、第2のレジスターと、
前記入力データ、前記乗算結果用のレジスターの値のいずれかと、前記入力データ、前記第1のレジスターの値、前記第2のレジスターの値のいずれかとの加算を行い、加算結果データを前記第1、第2のレジスターに出力する加算器とを、
含むことを特徴とする検出装置。 - 請求項6に記載の検出装置において、
前記第1のバンドエリミネーションフィルターの周波数特性を設定する第1のフィルター係数の情報と、前記第2のバンドエリミネーションフィルターの周波数特性を設定する第2のフィルター係数の情報を記憶する記憶部を含むことを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の検出装置と、
前記振動子と、
を含むことを特徴とするセンサー。 - 請求項6又は7に記載の検出装置と、
前記第1の振動子と、
前記第2の振動子と、
を含むことを特徴とするセンサー。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の検出装置を含むことを特徴とする移動体。
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