JPH07332982A

JPH07332982A - 回転角度検出機能を備えた電子機器

Info

Publication number: JPH07332982A
Application number: JP6122714A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamada; 裕司山田; Kiyofumi Inanaga; 潔文稲永
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度な回転角度検出を可能とする回転角度
検出機能を備えた電子機器を提供しようとするものであ
る。【構成】角速度センサー１と、この出力を増幅する増
幅器３と、増幅された信号をディジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換されたディジタルデータ
を取り込み積分計算により回転角度を計算するマイクロ
プロセッサ６とを具備し、この演算結果により機器制御
を行い、Ａ／Ｄ変換器５入力信号、又はＡ／Ｄ変換出力
ディジタル信号からＤＣオフセット成分を取り出し、こ
の値に応じて増幅器３に負帰還を掛けるようにしたもの
であり、正確な低周波領域での回転角度演算が行え、Ａ
／Ｄ変換器５の最大のダイナミックレンジを確保し、従
って高精度な回転角度検出を可能としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転角センサーを用いた
回転角度検出機能を備えた電子機器に関する。詳しく
は、直流成分のオフセット変動のある回転角センサーに
おいても高精度な回転角度検出を行えるようにした回転
角度検出機能を備えた電子機器を提供しようとするもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近時、回転角センサーを用いた電子機器
が数多く提案されている。例えば、この発明の出願人が
先に出願しているオーディオ再生装置において示す頭外
音像定位ヘッドホンシステムのように、リスナの頭部の
回転角度を検出して、ディジタル信号処理により検出さ
れた角度データに対応して音声信号を頭外に定位させる
為の信号処理を施すものがある。また、カーナビゲーシ
ョンシステムでは車の進行方向変化を回転角センサーに
より検出することにより正しい進行方向を演算し、これ
とスピードセンサーあるいは衛星を用いて位置を知るＧ
ＰＳ（全地球航法）とを併用して現在位置を算出してい
る。

【０００３】ここで回転角センサーの検出する回転角度
検出信号はＤＣに近い非常に低い周波数成分を含んでい
る。このため、回転角センサーを用いて上で述べたよう
な機器の動きを計算しようとした場合、回転角度検出信
号に含まれるＤＣオフセット成分は角速度センサーでは
静止状態でも常に一定方向への回転とみなされ、また角
度センサーでは絶対角度のリニアリティーの誤差の元に
なる。従ってＤＣオフセットを除去すること、あるいは
この値を正確に検出することが正確な演算をする場合に
は不可欠になる。

【０００４】図７に、従来の回転角センサーを用いた電
子機器のブロック図を示す。図７において、角速度セン
サー７１がとりつけられた機器が回転運動を持ったとき
角速度センサー７１はその角速度に比例した電圧を出力
する。この信号は帯域制限フィルタ７２を介しＬＰＦ７
４へ供給される。ＬＰＦ７４には基準電圧発生器７７か
ら基準電圧が供給される。ＬＰＦ７４の出力信号は増幅
器７３に供給される。増幅器７３はこの信号を増幅した
後に、Ａ／Ｄ変換器７５へ供給される。増幅器７３の出
力信号は抵抗器Ｒ₇₁を介して増幅器７３のマイナス入力
端子に帰還される。増幅器７３のマイナス入力端子には
抵抗器Ｒ₇₂を介して基準電圧発生器７７から基準電圧が
供給される。Ａ／Ｄ変換器７５に入力された信号は符号
化され、マイクロプロセッサ７６に供給され、ここで回
転角度演算が行われこの結果により以降の機器の制御が
行われる。

【０００５】ここでＤＣオフセット除去の為のＬＰＦ７
４は増幅器７３の前にカスケードに挿入されている。こ
の構成によればＤＣに近い周波数成分を取り除くために
は、ＬＰＦ７４において、非常に大きな容量のコンデン
サを必要とし、かつ増幅器７３あるいはＡ／Ｄ変換器７
５の変換誤差によるオフセットは取り除くことはできな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように回転角
センサーを用いて非常に低い周波数の回転角度検出を行
おうとした場合、回転角センサーや増幅器、更にＡ／Ｄ
変換器に特有のＤＣオフセットのばらつきや変動が発生
するため、正確な角度計算を行うことができないという
不都合があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の回転角度検出
機能を備えた電子機器は、図１から図１０に示すよう
に、電子機器の回転角度を検出する回転角度検出手段１
と、回転角度検出手段１の出力信号を増幅する増幅器３
と、増幅器３により増幅された出力信号をディジタル信
号に変換するアナログ／ディジタル変換器５と、アナロ
グ／ディジタル変換器５によりアナログ／ディジタル変
換されたディジタルデータを取り込み、積分計算するこ
とにより回転角度を計算する制御手段６とを具備し、制
御手段６による演算結果により電子機器の制御を行う回
転角度検出機能を備えた電子機器であって、増幅器３の
出力信号から低周波成分を検出する低周波成分検出手段
４と、低周波成分検出手段４の出力信号を増幅器３に負
帰還させる負帰還手段７、Ｒ ₁，Ｒ₂とを設け、制御手
段６に取り込むディジタルデータの直流成分のオフセッ
トを取り除くようにしたものである。

【０００８】また、この発明の回転角度検出機能を備え
た電子機器は、図１から図１０に示すように、電子機器
の回転角度を検出する回転角度検出手段１と、回転角度
検出手段１の出力信号を増幅する増幅器３と、増幅器３
により増幅された出力信号をディジタル信号に変換する
アナログ／ディジタル変換器５と、アナログ／ディジタ
ル変換器５によりアナログ／ディジタル変換されたディ
ジタルデータを取り込み、積分計算することにより回転
角度を計算する制御手段６、１０とを具備し、記制御手
段６による演算結果により電子機器の制御を行う回転角
度検出機能を備えた電子機器であって、制御手段６、１
０に取り込まれたディジタルデータから直流成分を検出
する低周波成分検出手段４と、低周波成分検出手段４に
よるディジタル直流成分出力信号に応じてパルス幅を変
化させるパルス幅変調手段９と、パルス幅変調手段９に
よる出力パルスを平滑し、その結果を増幅器３に負帰還
する負帰還手段２７、Ｒ₁，Ｒ₂とを設け、制御手段
６、１０に取り込むディジタルデータの直流成分のオフ
セットを取り除くようにしたものである。

【０００９】また、この発明の回転角度検出機能を備え
た電子機器は、図１から図１０に示すように、電子機器
の回転角度を検出する回転角度検出手段１と、回転角度
検出手段１の出力信号を増幅する増幅器３と、増幅器３
により増幅された出力信号をディジタル信号に変換する
アナログ／ディジタル変換器５と、アナログ／ディジタ
ル変換器５によりアナログ／ディジタル変換されたディ
ジタルデータを取り込み、積分計算することにより回転
角度を計算する制御手段６、１０とを具備し、制御手段
６、１０による演算結果により電子機器の制御を行う回
転角度検出機能を備えた電子機器であって、制御手段
６、１０に取り込まれたディジタルデータから低周波成
分を検出する低周波成分検出手段４と、低周波成分検出
手段４によるディジタル低周波成分出力信号に応じた制
御電圧をディジタル／アナログ変換するディジタル／ア
ナログ変換器３９と、ディジタル／アナログ変換器３９
の出力信号を平滑し、その結果を増幅器３に負帰還する
負帰還手段３７、Ｒ₁，Ｒ₂とを設け、制御手段６、１
０に取り込むディジタルデータの直流成分のオフセット
を取り除くようにしたものである。

【００１０】また、この発明の回転角度検出機能を備え
た電子機器は、図１から図１０に示すように、上述にお
いて、直流成分を検出する低周波成分検出手段４の出力
信号レベルをホールドする直流成分保持手段７を設けた
ものである。

【００１１】また、この発明の回転角度検出機能を備え
た電子機器は、図１から図１０に示すように、上述にお
いて、回転角度検出手段１は、角速度センサーである圧
電振動ジャイロを用いたものである。

【００１２】また、この発明の回転角度検出機能を備え
た電子機器は、図１から図１０に示すように、上述にお
いて、回転角度検出手段１は、地磁気方位センサーを用
いたものである。

【００１３】また、この発明の回転角度検出機能を備え
た電子機器は、図１から図１０に示すように、上述にお
いて、少なくとも回転角度検出手段１と、増幅器３、低
周波成分検出手段４と、負帰還手段７、Ｒ₁，Ｒ₂とを
一体構成として扱えるようにしたものである。

【００１４】

【作用】この発明によれば、回転角度検出手段１の出力
レベル及び増幅器３に直流成分のオフセットあるいは直
流成分の変動があった場合に、アナログ／ディジタル変
換器５の入力部から低周波成分検出手段４によりこの直
流成分を抽出し、増幅器３に負帰還を掛けるので、回転
角度検出手段１だけでなく増幅器３のオフセットも同時
に取り除くことができる。また、回転角度検出手段１の
静止時のアナログ／ディジタル変換器５の入力レベルを
基準電圧に設定できるので、アナログ／ディジタル変換
器５の最もダイナミックレンジの広い部分に静止時レベ
ルを設定できる。

【００１５】また、この発明によれば、回転角度検出手
段１の出力レベル及び増幅器３に直流成分のオフセット
あるいは直流成分の変動があり、更にアナログ／ディジ
タル変換器５に変換誤差や変動があった場合でも、符合
化した後の信号データから低周波成分検出手段４により
この直流成分を抽出し、この結果をパルス幅変調信号に
変換して低周波成分検出手段４を介した後に、増幅器３
に負帰還を掛けるので、回転角度検出手段１だけでなく
増幅器３のオフセット、更にアナログ／ディジタル変換
器５の変換誤差や変動も同時に取り除くことができる。
また、回転角度検出手段１の静止時のアナログ／ディジ
タル変換器５の出力レベルを自由に設定できるので、ア
ナログ／ディジタル変換器５の最もダイナミックレンジ
の広い部分に静止時レベルを設定できる。例えば１６ビ
ットのアナログ／ディジタル変換器５の場合、２の補数
表示で静止時入力を「＄００００」、最大正側入力レベ
ルを「＄７ｆｆｆ」、最大負側入力レベルが「＄８００
０」に設定することも可能でダイナミックレンジが最大
になる。更に直流成分検出に使用する低周波成分検出手
段４の時定数はソフト上で自由に設定でき、ハードウエ
アで大容量のコンデンサを必要としないため安価になり
かつ小型に機器を構成できる。

【００１６】また、この発明によれば、回転角度検出手
段１の出力レベル及び増幅器３に直流成分のオフセット
あるいは直流成分の変動があり、更にアナログ／ディジ
タル変換器５に変換誤差や変動があった場合でも、符合
化した後の信号データから低周波成分検出手段４により
このＤＣ成分を抽出し、この結果をディジタル／アナロ
グ変換して低周波成分検出手段４を介した後に、増幅器
３に負帰還を掛けるので、回転角度検出手段１だけでな
く増幅器３のオフセット、更にアナログ／ディジタル変
換器５の変換誤差や変動も同時に取り除くことができ
る。また、回転角度検出手段１の静止時のアナログ／デ
ィジタル変換器５の出力レベルを自由に設定できるの
で、アナログ／ディジタル変換器５の最もダイナミック
レンジの広い部分に静止時レベルを設定できる。例えば
１６ビットアナログ／ディジタル変換器５の場合、２の
補数表示で静止時入力を「＄００００」、最大正側入力
レベルを「＄７ｆｆｆ」、最大負側入力レベルが「＄８
０００」に設定することも可能で、ダイナミックレンジ
が最大になるよう使用できる。更に直流成分検出に使用
する低周波成分検出手段４の時定数はソフト上で自由に
設定できハードウエアで大容量のコンデンサを必要とし
ないため安価になりかつ小型に機器を構成できる。

【００１７】また、この発明によれば、検出した安定し
た直流成分のオフセット値をホールドした状態でサーボ
の帰還ループをオープンにすることができるので、この
状態で検出周波数を完全に直流成分にすることができ、
低周波における精度を上げることができる。更に直流成
分検出用の低周波成分検出手段４をミラー積分型で構成
すればカットオフ周波数を低くするために必要なコンデ
ンサの容量を比較的小さくできるため安価になりかつ実
装上の自由度も大きくなる。

【００１８】また、この発明によれば、回転角度検出手
段１は、角速度センサーである圧電振動ジャイロを用い
たので、簡単な構成で確実に回転角度を検出することが
できる。

【００１９】また、この発明によれば、回転角度検出手
段１は、地磁気方位センサーを用いたので、簡単な構成
で確実に回転角度を検出することができる。

【００２０】また、この発明によれば、少なくとも回転
角度検出手段１と、増幅器３、低周波成分検出手段４
と、負帰還手段７、Ｒ₁，Ｒ₂とを一体構成として扱え
るようにしたので、電子機器を小型化することができ
る。

【００２１】

【実施例】以下、図１から図６に、この発明の回転角度
検出機能を備えた電子機器の実施例について説明する。

【００２２】図１に、この発明の回転角度検出機能を備
えた電子機器の一実施例の回転角度検出部のブロック図
を示す。図１において、角速度センサー１がとりつけら
れた機器が回転運動を持ったとき、角速度センサー１は
その角速度に比例した電圧を出力する。この信号は帯域
制限フィルタ２を介し増幅器３に供給される。増幅器３
はこの信号を増幅した後に２系統に分けられ、一方はＡ
／Ｄ変換器５へ供給される。他方はＬＰＦ４へ供給され
る。ＬＰＦ４は基準電圧８と比較され、その差により位
相及びループゲイン調整用増幅器７および抵抗器Ｒ₂を
介して前記増幅器３のマイナス入力端子に帰還される。
増幅器３の出力端子とマイナス入力端子との間には抵抗
器Ｒ₁が接続されている。Ａ／Ｄ変換器５に入力された
信号は符号化され、マイクロプロセッサ６に供給され、
ここで回転角度演算が行われ、この結果により以降の機
器制御が行われる。

【００２３】この例によれば、回転角度検出手段として
の角速度センサー１の出力レベル及び増幅器３に直流成
分のオフセットあるいは直流成分の変動があった場合
に、アナログ／ディジタル変換器５の入力部から低周波
成分検出手段としてのＬＰＦ４によりこの直流成分を抽
出し、増幅器３に負帰還を掛けるので、回転角度検出手
段としての角速度センサー１だけでなく増幅器３のオフ
セットも同時に取り除くことができる。また、回転角度
検出手段としての角速度センサー１の静止時のアナログ
／ディジタル変換器５の入力レベルを基準電圧に設定で
きるので、アナログ／ディジタル変換器５の最もダイナ
ミックレンジの広い部分に静止時レベルを設定できる。

【００２４】図２に、この発明の回転角度検出機能を備
えた電子機器の他の実施例の回転角度検出部のブロック
図を示す。図２において、角速度センサー１がとりつけ
られた機器が回転運動を持ったとき、角速度センサー１
はその角速度に比例した電圧を出力する。この信号は帯
域制限フィルタ２を介し増幅器３に入力される。増幅器
３はこの信号を増幅した後にマイクロプロセッサ６が内
蔵するＡ／Ｄ変換器５へ出力される。Ａ／Ｄ変換器５に
よって符号化されたデータは２系統に分けられ、一方は
回転角度演算部１０へ、他方はマイクロプロセッサ６内
のディジタル信号処理演算によるＬＰＦ４へ出力され
る。ＬＰＦ４は基準レベル８と比較されその差がＰＷＭ
制御部９に入力され、ＬＰＦの出力値に応じてＰＷＭ信
号をマイクロプロセッサ６外に出力する。この信号はＬ
ＰＦ２７により平滑されて抵抗器Ｒ ₂を介して増幅器３
に負帰還される。増幅器３の出力端子とマイナス入力端
子との間には抵抗器Ｒ₁が接続されている。この例で
は、マイクロプロセッサ６内にＡ／Ｄ変換器５が設けら
れた例を示したが、マイクロプロセッサ６とは別に設け
ても良い。この例のＬＰＦ４はディジタルＬＰＦであ
る。

【００２５】また、この例によれば、回転角度検出手段
としての角速度センサー１の出力レベル及び増幅器３に
直流成分のオフセットあるいは直流成分の変動があり、
更にアナログ／ディジタル変換器５に変換誤差や変動が
あった場合でも、符合化した後の信号データから低周波
成分検出手段としてのＬＰＦ４によりこの直流成分を抽
出し、この結果をパルス幅変調信号に変換して低周波成
分検出手段としてのＬＰＦ４を介した後に、増幅器３に
負帰還を掛けるので、回転角度検出手段としての角速度
センサー１だけでなく増幅器３のオフセット、更にアナ
ログ／ディジタル変換器５の変換誤差や変動も同時に取
り除くことができる。また、回転角度検出手段１の静止
時のアナログ／ディジタル変換器５の出力レベルを自由
に設定できるので、アナログ／ディジタル変換器５の最
もダイナミックレンジの広い部分に静止時レベルを設定
できる。例えば１６ビットのアナログ／ディジタル変換
器５の場合、２の補数表示で静止時入力を「＄０００
０」、最大正側入力レベルを「＄７ｆｆｆ」、最大負側
入力レベルが「＄８０００」に設定することも可能でダ
イナミックレンジが最大になる。更に直流成分検出に使
用する低周波成分検出手段４の時定数はソフト上で自由
に設定でき、ハードウエアで大容量のコンデンサを必要
としないため安価になりかつ小型に機器を構成できる。

【００２６】図３に、この発明の回転角度検出機能を備
えた電子機器の他の実施例の回転角度検出部のブロック
図を示す。図３において、角速度センサー１がとりつけ
られた機器が回転運動を持ったとき、角速度センサー１
はその角速度に比例した電圧を出力する。この信号は帯
域制限フィルタ２を介し増幅器３に入力される。増幅器
３はこの信号を増幅した後にマイクロプロセッサ６が内
蔵するＡ／Ｄ変換器５へ出力される。Ａ／Ｄ変換器５に
よって符号化されたデータは２系統に分けられ、一方は
回転角度演算部１０へ、他方はマイクロプロセッサ６内
のディジタル信号処理演算によるＬＰＦ４へ出力され
る。ＬＰＦ４は基準レベル８と比較されその差がＤ／Ａ
変換器３９に入力されＬＰＦ４の出力値に応じてレベル
の変化するアナログ信号をマイクロプロセッサ６外に出
力する。この信号はＬＰＦ３７により平滑されて抵抗器
Ｒ₂を介して増幅器３に負帰還される。増幅器３の出力
端子とマイナス入力端子との間には抵抗器Ｒ₁が接続さ
れている。この例では、マイクロプロセッサ６内にＡ／
Ｄ変換器５が設けられた例を示したが、マイクロプロセ
ッサ６とは別に設けても良い。この例のＬＰＦ４はディ
ジタルＬＰＦである。ここで、少なくとも角速度センサ
ー１と、増幅器３、ＬＰＦ４、ＬＰＦ３７、抵抗器
Ｒ₁，Ｒ₂とを一体構成として、ワンチップのＩＣとし
て構成するようにしても良い。

【００２７】また、この例によれば、回転角度検出手段
としての角速度センサー１の出力レベル及び増幅器３に
直流成分のオフセットあるいは直流成分の変動があり、
更にアナログ／ディジタル変換器５に変換誤差や変動が
あった場合でも、符合化した後の信号データから低周波
成分検出手段としてのＬＰＦ４によりこのＤＣ成分を抽
出し、この結果をディジタル／アナログ変換して低周波
成分検出手段としてのＬＰＦ４を介した後に、増幅器３
に負帰還を掛けるので、回転角度検出手段としての角速
度センサー１だけでなく増幅器３のオフセット、更にア
ナログ／ディジタル変換器５の変換誤差や変動も同時に
取り除くことができる。また、回転角度検出手段として
の角速度センサー１の静止時のアナログ／ディジタル変
換器５の出力レベルを自由に設定できるので、アナログ
／ディジタル変換器５の最もダイナミックレンジの広い
部分に静止時レベルを設定できる。例えば１６ビットア
ナログ／ディジタル変換器５の場合、２の補数表示で静
止時入力を「＄００００」、最大正側入力レベルを「＄
７ｆｆｆ」最大負側入力レベルが「＄８０００」に設定
することも可能で、ダイナミックレンジが最大になるよ
う使用できる。更に直流成分検出に使用する低周波成分
検出手段としてのＬＰＦ４の時定数はソフト上で自由に
設定できハードウエアで大容量のコンデンサを必要とし
ないため安価になりかつ小型に機器を構成できる。

【００２８】また、この発明によれば、少なくとも回転
角度検出手段としての角速度センサー１と、増幅器３、
低周波成分検出手段としてのＬＰＦ４と、負帰還手段と
してのＬＰＦ３７、抵抗器Ｒ₁，Ｒ₂とを一体構成とし
て扱えるようにしたので、電子機器を小型化することが
できる。

【００２９】図４に、この発明の回転角度検出機能を備
えた電子機器の一実施例の回転角度検出部のＬＰＦのブ
ロック図を示す。図１に示した実施例１におけるＬＰＦ
４または図２および図３に示した実施例２および実施例
３におけるＬＰＦ２７、３７は図４のように構成され
る。図４において、入力端子４２には抵抗器Ｒ₅が接続
され、抵抗器Ｒ₅にはスイッチ４５が接続される。スイ
ッチ４５は常にオフとなっていて、ホールド端子４６に
供給されるホールド信号によりオンとなるように構成さ
れている。スイッチ４５には、増幅器４４、抵抗器Ｒ₄
およびコンデンサからなるミラー積分回路が接続されて
いる。ミラー積分回路の後段には増幅器４３および抵抗
器Ｒ₃を介して出力端子４１が設けられている。スイッ
チ４５にはホールド端子４６より入力されるホールド信
号により、その時点の出力端子４１からの出力レベルを
入力端子４２からの入力信号によらずホールドする。

【００３０】また、この例によれば、検出した安定した
直流成分のオフセット値をホールドした状態でサーボの
帰還ループをオープンにすることができるので、この状
態で検出周波数を完全に直流成分にすることができ、低
周波における精度を上げることができる。更に直流成分
検出用の低周波成分検出手段としてのＬＰＦ４をミラー
積分型で構成すればカットオフ周波数を低くするために
必要なコンデンサの容量を比較的小さくできるため安価
になりかつ実装上の自由度も大きくなる。

【００３１】図５に、この発明の回転角度検出機能を備
えた電子機器の一実施例の頭外音像定位ヘッドホンシス
テムのブロック図を示す。図５は、図２に示したこの発
明の回転角度検出機能を備えた電子機器の他の実施例の
ブロック図の内容を頭外音像定位ヘッドホンシステムに
応用した例を示す。図５において、音源５５から供給さ
れた音声信号はＡ／Ｄ変換器５１で符号化された後にデ
ィジタル信号処理装置５２に供給される。ディジタル信
号処理装置５２では回転角度演算部１０で算出された角
度データに対応して必要となる音声信号を頭外に定位さ
せる為の信号処理を施し、その結果をＤ／Ａ変換器５３
に供給する。Ｄ／Ａ変換器５３により再びアナログ信号
に戻された音声信号はヘッドホン５４に供給され、これ
を聴取する聴取者に最適の頭外定位する信号を与える。
回転角度センサー１はこのヘッドホン５４に取り付けら
れ頭の回転を検出する。この例では、回転角度センサー
１は圧電振動ジャイロまたは地磁気方位センサーを用い
ても良い。

【００３２】図６に、この発明の回転角度検出機能を備
えた電子機器の他の実施例のカーナビゲーション・シス
テムのブロック図を示す。図５は、図２に示したこの発
明の回転角度検出機能を備えた電子機器の他の実施例の
内容をカーナビゲーション・システムに応用した例を示
す。図６において、自動車に取り付けられた回転角セン
サー１は自動車の進行方向の変化に応じて出力を出す。
この出力は、図１から図４に示したこの発明の回転角度
検出機能を備えた電子機器の一実施例に示した系によ
り、ＤＣオフセットを取り除かれ、回転角度演算部１０
により進行方向が算出される。一方、同じ自動車に取り
付けられたスピード計６２の出力も同様にマイクロプロ
セッサ６に読み込まれ、走行位置計算部６１により、こ
のデータと角度データからマップ上の現在位置が算出さ
れ、ディスプレイ６３上に表示される。また、この例で
は自動車の回転位置を示す例を示したが、他の回転移動
をする電子機器に応用できることはいうまでもない。

【００３３】図１から図６に示した角速度センサー１ま
たは回転角センサー１に以下に示す地磁気方位センサー
を用いても良い。ここで、ディジタル角度検出器２８０
はリスナの頭部に装着されたヘッドホンのヘッドバンド
２７に設けられ、頭部の動きを検出するものである。図
８においてディジタル角度検出器２８０の詳細な構成が
示されている。図８ではそのディジタル角度検出器２８
０として地磁気の水平分力を利用する場合が示されてい
る。図８においては、角度検出信号をディジタル信号と
して取り出す例が示されている。

【００３４】先ず規準方向に対するリスナの頭部運動
を、一定単位角度毎あるいは予め定められた角度毎に離
散的情報として取りだす場合の例として、頭部中央位置
にロータリーエンコーダー３００が、その入力軸が垂直
となるように設けられているとともに、その入力軸に、
磁針２９０が設けられている。従って、ロータリーエン
コーダ３００からは、磁針２９０の示す南北方向を規準
として、リスナの方向を含む頭の動きを示す出力が取り
だされる。このロータリーエンコーダー３００はヘッド
ホンのヘッドバンド２７０に取り付けたが、ヘッドバン
ド２７０から独立した取付装置上に設けてもよい。

【００３５】そしてこのディジタル角度検出器２８０の
エンコーダ３００の出力が、パルス発生回路である検出
回路に供給され、一方の検出回路からは、リスナが頭を
時計方向に回したときと、半時計方向に回したときで
“０”または“１”に変化する方向信号Ｐ１が取りださ
れ、他方の検出回路からは、リスナが頭の向きを変えた
とき、その変えた角度に比例した数のパルスが、例えば
２゜変化する毎に１つのパルスＰ２が出力される。

【００３６】一方、符号３８０はアナログ角度検出器を
示すものであり、その詳細な構成は図９に示されてい
る。図９では、角度検出出力をアナログ信号として取り
だす例が示されている。リスナの頭部中央部にＣＤＳや
フォトダイオード等の光の強さにより抵抗値が変化する
受光素子からなる受光器４１０が取り付けられている。
この受光器４１０と対向して電球や発光ダイオード等の
発光器３９０が設けられていて、この発光器３９０によ
り一定の強さの光を受光器４１０に向けて照射するよう
になっている。

【００３７】その際、この発光器３９０の投射光の通路
間に回転角度により投射光の透過度が変化するような可
動シャッター４００が設けられており、この可動シャッ
ター４００は磁針２９０と共に回転するようになってい
る。従って、受光器４１０に一定の電流を流すとき、受
光器４１０の受光素子両端の電圧は磁針２９０の示す南
北方向を規準として、リスナの方向を含む頭の動きを示
すアナログ出力が取りだされる。このアナログ角度検出
器３８０は、ヘッドホンのヘッドバンド２７０に取り付
けたが、ヘッドバンド２７０から独立した取付装置上に
設けてもよい。

【００３８】そしてこのアナログ角度検出器３８０の受
光器４１０の出力が、パルス発生回路である検出回路に
供給され、一方の検出回路からは、リスナが頭を時計方
向に回したときと、半時計方向に回したときで“０”ま
たは“１”に変化する方向信号Ｐ１が取りだされ、他方
の検出回路からは、リスナが頭の向きを変えたとき、そ
の変えた角度に比例した数のパルスが、例えば２゜変化
する毎に１つのパルスＰ２が出力される。

【００３９】また、この発明によれば、回転角度検出手
段１は、地磁気方位センサーを用いたので、簡単な構成
で確実に回転角度を検出することができる。

【００４０】図１から図６に示した角速度センサー１ま
たは回転角センサー１に以下に示す圧電振動ジャイロを
用いても良い。図１０に、圧電振動ジャイロの動作を示
す詳細な回路を示す。図１０において、正方形断面の振
動用四角柱からなる振動用圧電素子１１０は種々の振動
体から構成される。この振動用圧電素子１１０の対向す
る２面には、検出用圧電素子１２０および１３、駆動用
圧電素子１４０および１５０が取り付けられている。

【００４１】駆動用圧電素子１４０および１５０には駆
動用信号源１６０が接続され、交番信号を供給するよう
に構成されている。検出用圧電素子１２０および１３０
の出力は、差動増幅器１７０に供給される。この差動増
幅器１７０の差動出力と駆動用信号源１６０の出力とが
乗算器または位相検波器１８０に供給され、乗算または
位相検波される。乗算器または位相検波器１８０の出力
は、帯域制限フィルタ１９０に供給されて搬送波成分が
除去された後に、Ａ／Ｄ変換器および符号ビット化器２
００に供給され、その符号により、右または左の回転を
検出する。

【００４２】このように構成された圧電振動ジャイロ
は、以下のような動作をする。まず、駆動用圧電素子１
４０および１５０に振動用圧電素子１１０の固有振動周
波数の交番信号を印加すると、振動用圧電素子１１０は
図示の振動波形に基づいて強制振動される。この振動は
一定のモードで共振を発生させるものである。

【００４３】この場合、外力が加わらない状態では、検
出用圧電素子１２０および１３０の出力はされないが、
振動用圧電素子１１０に対して軸方向に角速度ωの回転
力が加わると、コリオリの力により、搬送波としての強
制振動用の交番信号が振幅変調され、検出信号となって
検出される。この場合の振幅の大きさは、軸に及ぼされ
る回転の角速度ωに比例し、回転方向は駆動用信号に対
する検出信号の位相ずれ方向に対応する。

【００４４】従って、振幅変調された検出信号と、駆動
用信号との積を取り、その信号を低域フィルタとしての
帯域制限フィルタ１９０で搬送波成分を除去し、検出信
号とすることが行われている。

【００４５】ここで、乗算器または位相検波器１８０に
おいて積を取るための演算エラーまたは帯域制限フィル
タ１９０を通過することによる時間遅れが生じるので、
振幅変調された検出信号、駆動用信号のＮ（Ｎ＝１，
２，３・・・）倍および１／Ｎ倍をサンプリング周波数
とし、振幅変調信号の波高値をサンプル点とするＡ／Ｄ
変換器、および振幅変調信号の波高値をサンプル点と
し、かつ基準搬送波と振幅変調信号との同期検波出力の
符号を符号ビット化したＡ／Ｄ変換器および符号ビット
化回路２００を設ける。また、サンプル周波数に対応し
た帯域制限フィルタ１９０をその前段に設ける。

【００４６】これにより、振幅変調された検出信号のピ
ーク値をそのまま量子化データとし、かつ、同期検波出
力の極性を符号ビットとするディジタル信号に変換する
ので、外来ノイズの影響を受け難く、また伝送信号の劣
化が少なくなる。

【００４７】また、この発明によれば、回転角度検出手
段１は、角速度センサーである圧電振動ジャイロを用い
たので、簡単な構成で確実に回転角度を検出することが
できる。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば、回転角度検出手段の
出力レベル及び増幅器に直流成分のオフセットあるいは
直流成分の変動があった場合に、アナログ／ディジタル
変換器の入力部から低周波成分検出手段によりこの直流
成分を抽出し、増幅器に負帰還を掛けるので、回転角度
検出手段だけでなく増幅器のオフセットも同時に取り除
くことができる。また、回転角度検出手段の静止時のア
ナログ／ディジタル変換器の入力レベルを基準電圧に設
定できるので、アナログ／ディジタル変換器の最もダイ
ナミックレンジの広い部分に静止時レベルを設定でき
る。さらに直流成分検出に使用する低周波成分検出手段
の時定数は比較的容量の低い小型のコンデンサを使用す
ることができるため安価になりかつ実装上の自由度も大
きくすることができる。

【００４９】また、この発明によれば、回転角度検出手
段の出力レベル及び増幅器に直流成分のオフセットある
いは直流成分の変動があり、更にアナログ／ディジタル
変換器に変換誤差や変動があった場合でも、符合化した
後の信号データから低周波成分検出手段によりこの直流
成分を抽出し、この結果をパルス幅変調信号に変換して
低周波成分検出手段を介した後に、増幅器に負帰還を掛
けるので、回転角度検出手段だけでなく増幅器のオフセ
ット、さらにアナログ／ディジタル変換器の変換誤差や
変動も同時に取り除くことができる。また、回転角度検
出手段の静止時のアナログ／ディジタル変換器の出力レ
ベルを自由に設定できるので、アナログ／ディジタル変
換器の最もダイナミックレンジの広い部分に静止時レベ
ルを設定できる。例えば１６ビットのアナログ／ディジ
タル変換器の場合、２の補数表示で静止時入力を「＄０
０００」、最大正側入力レベルを「＄７ｆｆｆ」最大負
側入力レベルが「＄８０００」に設定することも可能で
ダイナミックレンジが最大になる。さらに直流成分検出
に使用する低周波成分検出手段の時定数はソフト上で自
由に設定でき、ハードウエアで大容量のコンデンサを必
要としないため安価になりかつ小型に機器を構成でき
る。

【００５０】また、この発明によれば、回転角度検出手
段の出力レベル及び増幅器に直流成分のオフセットある
いは直流成分の変動があり、さらにアナログ／ディジタ
ル変換器に変換誤差や変動があった場合でも、符合化し
た後の信号データから低周波成分検出手段によりこのＤ
Ｃ成分を抽出し、この結果をディジタル／アナログ変換
して低周波成分検出手段を介した後に、増幅器に負帰還
を掛けるので、回転角度検出手段だけでなく増幅器３の
オフセット、さらにアナログ／ディジタル変換器の変換
誤差や変動も同時に取り除くことができる。また、回転
角度検出手段の静止時のアナログ／ディジタル変換器の
出力レベルを自由に設定できるので、アナログ／ディジ
タル変換器の最もダイナミックレンジの広い部分に静止
時レベルを設定できる。例えば１６ビットアナログ／デ
ィジタル変換器の場合、２の補数表示で静止時入力を
「＄００００」、最大正側入力レベルを「＄７ｆｆｆ」
最大負側入力レベルが「＄８０００」に設定することも
可能で、ダイナミックレンジが最大になるよう使用でき
る。更に直流成分検出に使用する低周波成分検出手段の
時定数はソフト上で自由に設定できハードウエアで大容
量のコンデンサを必要としないため安価になりかつ小型
に機器を構成できる。

【００５１】また、この発明によれば、検出した安定し
た直流成分のオフセット値をホールドした状態でサーボ
の帰還ループをオープンにすることができるので、この
状態で検出周波数を完全に直流成分にすることができ、
低周波における精度を上げることができる。更に直流成
分検出用の低周波成分検出手段をミラー積分型で構成す
ればカットオフ周波数を低くするために必要なコンデン
サの容量を比較的小さくできるため安価になりかつ実装
上の自由度も大きくなる。

【００５２】また、この発明によれば、回転角度検出手
段は、角速度センサーである圧電振動ジャイロを用いた
ので、簡単な構成で確実に回転角度を検出することがで
きる。さらに、機器を小型軽量化できるので、センサー
による消費電力の軽減を図ることができるという効果が
ある。。

【００５３】また、この発明によれば、回転角度検出手
段は、地磁気方位センサーを用いたので、簡単な構成で
確実に回転角度を検出することができる。さらに、絶対
角度の累積誤差をなくすことができるという効果があ
る。

【００５４】また、この発明によれば、少なくとも回転
角度検出手段と、増幅器、低周波成分検出手段と、負帰
還手段とを一体構成として扱えるようにしたので、電子
機器を小型化することができる。また、回転角を検出
し、それをディジタル化してその後の機器制御に用いる
場合、ディジタルデータ出力の回転角センサー素子とし
て扱えるようになるため、実装上のばらつきを低減し、
耐ノイズ性能のよい安定した角速度検出を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の回転角度検出機能を備えた電子機器
の一実施例の回転角度検出部のブロック図である。

【図２】この発明の回転角度検出機能を備えた電子機器
の他の実施例の回転角度検出部のブロック図である。

【図３】この発明の回転角度検出機能を備えた電子機器
の他の実施例の回転角度検出部のブロック図である。

【図４】この発明の回転角度検出機能を備えた電子機器
の他の実施例の回転角度検出部のＬＰＦのブロック図で
ある。

【図５】この発明の回転角度検出機能を備えた電子機器
の一実施例の頭外音像定位ヘッドホンシステムのブロッ
ク図である。

【図６】この発明の回転角度検出機能を備えた電子機器
の他の実施例のカーナビゲーション・システムのブロッ
ク図である。

【図７】従来の回転角度センサーを用いた電子機器のブ
ロック図である。

【図８】この発明の出願人が先に出願したオーディオ再
生装置のディジタル角度検出器の構成図である。

【図９】この発明の出願人が先に出願したオーディオ再
生装置のアナログ角度検出器の構成図である。

【図１０】この発明の出願人が先に出願した圧電振動ジ
ャイロ装置の圧電振動ジャイロの動作を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１角速度センサー２帯域制限フィルタ３増幅器４ＬＰＦ５Ａ／Ｄ変換器６マイクロプロセッサ７増幅器８基準電圧発生器９ＰＷＭ制御器１０角度演算部２７ＬＰＦ３７ＬＰＦ３９Ｄ／Ａ変換器４１出力端子４２入力端子４３増幅器４４増幅器４５スイッチ４６ホールド端子５２ディジタル信号処理装置５３Ｄ／Ａ変換器５４ヘッドホン５５音源５７ＬＰＦ５１Ａ／Ｄ変換器５９ＰＷＭ制御器６７ＬＰＦ６９ＰＷＭ制御器６１走行位置計算部６２スピード計６３ディスプレイ装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子機器の回転角度を検出する回転角度
検出手段と、上記回転角度検出手段の出力信号を増幅する増幅器と、上記増幅器により増幅された出力信号をディジタル信号
に変換するアナログ／ディジタル変換器と、上記アナログ／ディジタル変換器によりアナログ／ディ
ジタル変換されたディジタルデータを取り込み、積分計
算することにより回転角度を計算する制御手段とを具備
し、上記制御手段による演算結果により上記電子機器の制御
を行う回転角度検出機能を備えた電子機器であって、上記増幅器の出力信号から低周波成分を検出する低周波
成分検出手段と、上記低周波成分検出手段の出力信号を上記増幅器に負帰
還させる負帰還手段とを設け、上記制御手段に取り込むディジタルデータの直流成分の
オフセットを取り除くようにしたことを特徴とする回転
角度検出機能を備えた電子機器。
【請求項２】電子機器の回転角度を検出する回転角度
検出手段と、上記回転角度検出手段の出力信号を増幅する増幅器と、上記増幅器により増幅された出力信号をディジタル信号
に変換するアナログ／ディジタル変換器と、上記アナログ／ディジタル変換器によりアナログ／ディ
ジタル変換されたディジタルデータを取り込み、積分計
算することにより回転角度を計算する制御手段とを具備
し、上記制御手段による演算結果により上記電子機器の制御
を行う回転角度検出機能を備えた電子機器であって、上記制御手段に取り込まれたディジタルデータから直流
成分を検出する低周波成分検出手段と、上記低周波成分検出手段によるディジタル直流成分出力
信号に応じてパルス幅を変化させるパルス幅変調手段
と、上記パルス幅変調手段による出力パルスを平滑し、その
結果を上記増幅器に負帰還する負帰還手段とを設け、上記制御手段に取り込むディジタルデータの直流成分の
オフセットを取り除くようにしたことを特徴とする回転
角度検出機能を備えた電子機器。
【請求項３】電子機器の回転角度を検出する回転角度
検出手段と、上記回転角度検出手段の出力信号を増幅する増幅器と、上記増幅器により増幅された出力信号をディジタル信号
に変換するアナログ／ディジタル変換器と、上記アナログ／ディジタル変換器によりアナログ／ディ
ジタル変換されたディジタルデータを取り込み、積分計
算することにより回転角度を計算する制御手段とを具備
し、上記制御手段による演算結果により上記電子機器の制御
を行う回転角度検出機能を備えた電子機器であって、上記制御手段に取り込まれたディジタルデータから低周
波成分を検出する低周波成分検出手段と、上記低周波成分検出手段によるディジタル低周波成分出
力信号に応じた制御電圧をディジタル／アナログ変換す
るディジタル／アナログ変換器と、上記ディジタル／アナログ変換器の出力信号を平滑し、
その結果を上記増幅器に負帰還する負帰還手段とを設
け、上記制御手段に取り込むディジタルデータの直流成分の
オフセットを取り除くようにしたことを特徴とする回転
角度検出機能を備えた電子機器。
【請求項４】直流成分を検出する上記低周波成分検出
手段の出力信号レベルをホールドする直流成分保持手段
を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２、または
請求項３記載の回転角度検出機能を備えた電子機器。
【請求項５】上記回転角度検出手段は、角速度センサ
ーである圧電振動ジャイロを用いたことを特徴とする請
求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の回転
角度検出機能を備えた電子機器。
【請求項６】上記回転角度検出手段は、地磁気方位セ
ンサーを用いたことを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３または請求項４記載の回転角度検出機能を備え
た電子機器。
【請求項７】少なくとも上記回転角度検出手段と、上
記増幅器、上記低周波成分検出手段と、上記負帰還手段
とを一体構成として扱えるようにしたことを特徴とする
請求項１、請求項２、または請求項３記載の回転角度検
出機能を備えた電子機器。