JPH102742A - 角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体を用いて角速度を検出する際の精度向
上を図る。 【解決手段】 正孔ｍｈの移動方向が逆向きの第１半導
体４２，第２半導体４４では、角速度ωによるコリオリ
の力Ｆｃを受けて、正孔ｍｈは、ｙ軸からずれた点線の
軌跡で移動する。そして、正孔ｍｈが検出電極２６ａ，
２６ｂに到達して得られた電極電圧は、到達する検出電
極が逆であることから、その極性が異なるもののその大
きさが等しい値の電圧となる。この状態で横加速度αが
加わると、第１半導体４２では正孔ｍｈは速く検出電極
２６ａに到達し、第２半導体４４では検出電極２６ｂへ
の到達は遅れるので、その分、検出電圧Ｖ１out は大き
くなり検出電圧Ｖ２out は小さくなる。このため、両検
出電圧を減算演算に処すと、電圧の増加分・減少分は相
殺され、角速度ωのみが反映した出力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体を用い、当
該半導体におけるキャリアの移動挙動に基づいて軸回り
の角速度を検出する角速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体を用いた角速度検出装置は、特開
平４−２４２１１５等に提案されており、それまでの角
速度検出装置であるいわゆるガスレートジャイロや振動
式ジャイロに比べて小型・軽量となる等の利点がある。

【０００３】半導体を用いた角速度検出装置（以下、半
導体式検出装置という）は、ガスレートジャイロと同様
に、以下の検出原理により軸回りの角速度を検出する。

【０００４】図９に示すように、ある方向（以下、説明
の便宜上、この方向をｙ軸方向、詳しくは＋ｙ軸方向と
呼ぶ）に速度ｖで移動している質量体ｍに、このｙ軸方
向と直交するｚ軸回りの角速度ω（反時計回り）が作用
すると、質量体ｍには−ｘ軸方向のコリオリの力Ｆｃが
加わる。この結果、質量体ｍは＋ｙ軸方向から−ｘ軸方
向にずれた図中点線で示す軌跡Ｊ１で移動することにな
り、コリオリの力Ｆｃは角速度ωに比例するので、質量
体ｍの移動挙動に基づいてｚ軸回りの角速度ωを検出す
ることができる。この場合、半導体式検出装置では、質
量体ｍとして正孔若しくは電子を用いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
式検出装置では、その検出原理は上記のようにガスレー
トジャイロと同様ではあるものの、用いる半導体のタイ
プ（ｐ型，ｎ型）によりそのキャリアたる電子或いは正
孔を上記の質量体ｍとする都合上、ガスレートジャイロ
では問題とされなかった以下のような問題点が指摘され
るに至った。

【０００６】半導体式検出装置は、車両や航空機，産業
用ロボット等の移動体に加わる軸回りの角速度を検出す
るために搭載されており、これら移動体には、横加速度
や地磁気による磁力等の種々の外乱が作用する。このた
め、半導体式検出装置もこれら外乱の影響を受けて、以
下に説明するようにその検出精度が低下する。

【０００７】図９に示すように、これら移動体に＋ｘ軸
方向の加速度αが作用すると、質量体ｍにはその慣性力
Ｆａが−ｘ軸方向に加わるため、質量体ｍは軌跡Ｊ１か
ら−ｘ軸方向によりずれた軌跡Ｊ２で移動する。また、
上記の移動体は磁界に存在することから、半導体式検出
装置は磁気（例えば、地磁気）の影響を受け、電荷ｑを
有し速度ｖで移動する質量体ｍは磁気がもたらす磁界の
磁束によるローレンツ力ＦＬを受ける。今、この磁束の
向きが−ｚ軸方向であるとすると、その電荷が負の質量
体ｍにあっては、このローレンツ力ＦＬを−ｘ軸方向に
受け、図中点線の軌跡から−ｘ軸方向によりずれた軌跡
で移動する。

【０００８】つまり、質量体ｍの移動軌跡は、ｚ軸回り
の角速度ω以外の外乱（加速度や磁束）の影響を受けて
曲げられるため、質量体ｍの移動挙動に基づいて検出す
るｚ軸回りの角速度の検出精度が低下する。

【０００９】ところで、上記した特開平４−２４２１１
５で提案された半導体式検出装置では、こうした検出精
度の低下を抑制するために、半導体における質量体ｍ
（電子）の移動度を小さくすることが提案されている。
しかしながら、こうした方策を採っても、以下に記すよ
うに十分な検出精度を得られないという問題があった。

【００１０】ｚ軸回りの角速度ωにより電子ｅが受ける
コリオリの力Ｆｃは、電子ｅの質量をｍｅ，半導体にお
けるキャリアの移動速度をｖとすると、以下の数式１で
表わされる。

【００１１】

【数１】

【００１２】また、磁束に対して電子ｅが直角に移動し
ているときに、磁束密度Ｂの磁界により電子ｅが受ける
ローレンツ力ＦＬは、電子ｅの電荷を−ｑ（ｑは正の
数）とすると、以下の数式２で表わされる。

【００１３】

【数２】

【００１４】半導体の移動度を小さくすると、特開平４
−２４２１１５にも記されているように電子ｅの移動速
度ｖは小さくなるので、上記の数式２からローレンツ力
ＦＬは小さくなり磁界の影響を抑制できるが、数式１か
ら判るように、コリオリの力Ｆｃも小さくなる。従っ
て、コリオリの力Ｆｃを受けて電子ｅが＋ｙ軸方向から
−ｘ軸方向にずれるずれ量も小さくなり、半導体式検出
器における検出出力も小さくなる。このため、角速度ω
が小さな値の場合やその変化量が僅かな場合には、角速
度ωとその変化量を正確に検出することが困難であっ
た。

【００１５】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、軸回りの角速度の検出精度の向上を図ることを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる課題を解決するため、第１の発明の角速度検出装置
は、軸回りの角速度が発生する第１の軸と交差する第２
の軸に沿って、キャリアが移動可能な半導体を有し、該
半導体におけるキャリアの移動挙動に基づいて前記第１
の軸回りの角速度を検出する装置であって、前記半導体
のキャリアの移動方向に交差する方向の磁界を低減する
手段を有することを特徴とする。

【００１７】上記構成を有する第１の発明の角速度検出
装置では、キャリアは、半導体において移動する際に、
その移動方向に交差する方向の磁界の低減を通してロー
レンツ力を受けず、第１の軸回りの角速度に伴うコリオ
リの力のみを受ける。よって、キャリアの半導体におけ
る移動挙動に基づいて第１の軸回りの角速度を検出した
際の検出精度を向上させることができる。

【００１８】この場合、磁界を低減するに当たっては、
半導体そのものを或いは角速度検出装置自体を、磁気遮
蔽機能を有する材料で被覆したり、当該材料から形成し
たパッケージ中に配置したりして、半導体や角速度検出
装置を磁気シールドする手法を採れば良い。この際の材
料としては、磁性を有する金属若しくは合金、或いはこ
れらの粉体が含有された複合材（例えば、磁性金属粉体
含有のゴム，樹脂，塗料）を挙げることができ、その被
覆の形態としては、板状体，シート状体等を巻き付けた
り、塗布したりすること等を例示することができる。或
いは、磁性金属粉体含有の塗料が表面に塗布されたパッ
ケージ中に、半導体或いは角速度検出装置を配置しても
良い。

【００１９】第２の発明の角速度検出装置は、軸回りの
角速度が発生する第１の軸と交差する第２の軸に沿っ
て、キャリアが移動可能な半導体を有し、該半導体にお
けるキャリアの移動挙動に基づいて前記第１の軸回りの
角速度を検出する装置であって、前記半導体におけるキ
ャリアが周囲の磁界から受ける力を、前記第１の軸回り
の角速度に伴い発生する力に影響を及ぼすことなく抑制
する手段を有することを特徴とする。

【００２０】上記構成を有する第２の発明の角速度検出
装置では、キャリアは、磁界からうける力（ローレンツ
力）を抑制されて受け、第１の軸回りの角速度に伴い発
生する力（コリオリの力）はそのまま受ける。よって、
キャリアの移動挙動はほぼコリオリの力によって定まる
ので、キャリアの半導体における移動挙動に基づいて第
１の軸回りの角速度を検出した際の検出精度を向上させ
ることができる。

【００２１】この場合、コリオリの力に影響を及ぼすこ
となくローレンツ力を抑制するに当たっては、以下のよ
うな手法を採れば良い。

【００２２】キャリアを移動させるためには半導体に電
圧を印加する必要があり、その駆動電圧を次の数式３で
表わすこととする。

【００２３】

【数３】

【００２４】ここで、Ｅ0 は実効値、ｆは周波数であ
る。

【００２５】キャリアは、この印加電圧に基づく電場ε
の場所に置かれることになるので、このキャリアには数
式４で表わされるクーロン力Ｆがその移動方向（＋ｙ軸
方向）にかかる（図９参照）。

【００２６】

【数４】

【００２７】ここで、ｑはキャリアの電荷で、キャリア
が正孔であれば正の電荷である。

【００２８】上記の駆動電圧を印加する電極間距離をＬ
とすると、ε＝ＥIN／Ｌであることから数式４は以下の
数式５に変形できる。

【００２９】

【数５】

【００３０】そして、この電場からのクーロン力Ｆに基
づくキャリアのｙ軸方向の加速度αは、次の数式６で表
わされ、キャリアのｙ軸方向の速度ｖｙは、次の数式７
で表わされる。

【００３１】

【数６】

【００３２】ここで、ｍはキャリアの有効質量である。

【００３３】

【数７】

【００３４】一方、キャリアに作用するコリオリの力Ｆ
ｃは、数式１に数式７の速度ｖｙを代入して得られる数
式８で表わされる。

【００３５】

【数８】

【００３６】なお、このコリオリの力Ｆｃが作用する方
向は、座標軸とｚ軸回りの角速度ωの方向（時計回り・
反時計回り）の関係により逆転する。

【００３７】また、半導体のキャリアが磁束密度Ｂでそ
の向きが−ｚ軸方向である磁界の影響を受けているとす
ると、キャリアが受けるローレンツ力ＦＬは、数式２に
数式７の速度ｖｙを代入して得られる数式９で表わされ
る。

【００３８】

【数９】

【００３９】従って、数式９で示されるローレンツ力Ｆ
Ｌのみの抑制を通して磁界の影響を抑制するには、ロー
レンツ力ＦＬがキャリアの有効質量での除算を経ている
ことから、有効質量の大きいキャリアを含むよう組成調
整された半導体を用いれば良い。この場合、正孔をキャ
リアとするｐ型半導体であっても、その正孔の有効質量
は種々あることから、有効質量の大きい正孔をキャリア
とするｐ型半導体、例えばシリコンを用いた半導体とす
ることが好ましい。

【００４０】そして、このように有効質量の大きなキャ
リアを有する半導体にあっては、数式８で示されるコリ
オリの力Ｆｃはなんら変化することはないので、ローレ
ンツ力ＦＬのみが抑制されたことになる。よって、こう
した半導体を用いた第２の発明の角速度検出装置によれ
ば、キャリアの移動挙動をほぼコリオリの力によって定
めることができ、キャリアの移動挙動に基づいて第１の
軸回りの角速度を検出した際の検出精度を向上すること
ができる。

【００４１】上記の構成を有する第２の発明の角速度検
出装置において、前記半導体は正孔をキャリアとするｐ
型半導体であるものとすることが好ましい。

【００４２】この構成の角速度検出装置では、キャリア
が正孔であることから、キャリアが電子である場合のキ
ャリアの有効質量を大きくすることができる。よって、
この構成の角速度検出装置によれば、ローレンツ力ＦＬ
の抑制を通した検出精度の向上を、その製造方法や物性
が周知のｐ型半導体を用いだけで容易に実現することが
できる。しかも、半導体製造に当たって特有の工程等を
なんら必要としないので、検出精度の高い角速度検出装
置を低コストで製造することができる。

【００４３】また、第３の発明の角速度検出装置は、軸
回りの角速度を検出する装置であって、前記角速度が発
生する第１の軸と交差する第２の軸に沿って、キャリア
が移動可能な半導体と、該半導体におけるキャリアの移
動挙動に基づいた信号を出力する出力手段と、前記第１
の軸回りの角速度以外の外乱が加わって前記信号に重畳
した外乱成分を除去する除去手段とを備えることを特徴
とする。

【００４４】上記構成を有する第３の発明の角速度検出
装置では、キャリアは、第１の軸回りの角速度に伴うコ
リオリの力と、この角速度以外の外乱により受ける力、
例えば磁界によるローレンツ力や加速度による慣性力と
が合成された力を受けて移動し、このキャリアの移動挙
動に基づいた信号を出力する。しかし、この出力信号か
らは外乱（ローレンツ力や慣性力）が加わったことに起
因する外乱成分を除去しているので、第１の軸回りの角
速度に応じた信号成分からこの角速度を検出できる。よ
って、第３の発明の角速度検出装置によれば、第１の軸
回りの角速度を検出した際の検出精度を向上することが
できる。

【００４５】この場合、出力信号から外乱成分を除去す
るに当たっては、以下の態様を採ることができる。

【００４６】即ち、上記の構成を有する第３の発明の角
速度検出装置において、前記除去手段は、前記キャリア
の移動挙動を変化させる加速度が加わることで前記信号
に重畳した加速度起因外乱成分を遮蔽するフィルタ手段
を有するものとした。

【００４７】この構成の第１の態様の角速度検出装置
は、キャリアには、キャリアを移動させるために半導体
に印加する駆動電圧の印加の様子と無関係に加速度が加
わることを利用している。つまり、上記した駆動電圧
（数式３）を印加した場合、出力信号に重畳した加速度
起因外乱成分は、この駆動電圧の周波数とは無関係な信
号成分となるので、フィルタ手段よりこの加速度起因外
乱成分を遮蔽することができる。よって、加速度起因外
乱成分が除去された出力信号から第１の軸回りの角速度
を検出できるので、検出精度を向上することができる。

【００４８】例えば、このフィルタ手段を駆動電圧の周
波数に依存した信号は通過させ当該周波数以外の信号を
遮蔽するものとすれば、駆動電圧の周波数と異なる周波
数でキャリアに加わった加速度起因外乱成分を遮蔽する
ことができる。また、フィルタ手段を、駆動電圧の周波
数に依存するがその位相がずれた信号を遮蔽するものと
すれば、駆動電圧の周波数と位相がずれた周波数でキャ
リアに加わった加速度起因外乱成分を遮蔽することがで
きる。

【００４９】また、上記の構成を有する第３の発明の角
速度検出装置において、前記半導体は、前記第２の軸に
沿ったキャリアの移動方向が互いに逆向きとされた第１
の半導体と第２の半導体とからなり、前記出力手段は、
前記第１，第２の半導体におけるキャリアの移動挙動に
基づいて前記第１の軸回りの角速度に応じた信号をそれ
ぞれ出力する第１の出力手段と第２の出力手段とからな
り、前記除去手段は、前記第１の出力手段から出力され
た第１の信号と前記第２の出力手段から出力された第２
の信号とに共通して重畳した外乱成分を、前記第１と第
２の信号の演算処理を通して相殺する手段を有するもの
とした。

【００５０】この構成の第２の態様の角速度検出装置で
は、第１の半導体と第２の半導体におけるキャリアの移
動方向が逆向きなので、それぞれのキャリアは以下のよ
うな移動挙動を採る。

【００５１】図１に示すように、一方のキャリアｍc1が
＋ｙ軸方向に移動しているとすると、他方のキャリアｍ
c2は−ｙ軸方向に移動することになる。このような状況
下で、ｚ軸回りに角速度ωが時計回りに生じると、両キ
ャリアには、数式１で表わされるコリオリの力Ｆｃが加
わる。この場合、キャリアｍc1の速度をｖと表記すれば
キャリアｍc2の速度は−ｖとなるので、キャリアｍc1で
はコリオリの力Ｆｃは２・ｍ（ｍc1）・ω・ｖで、キャ
リアｍc2では−２・ｍ（ｍc2）・ω・ｖとなり（ｍ（ｍ
c1），ｍ（ｍc2）はキャリアｍc1，ｍc2の質量）、コリ
オリの力の方向は逆となる。しかし、両キャリアはｙ軸
方向の移動の向きが逆なので、コリオリの力Ｆｃはキャ
リアの移動方向（＋ｙ軸，−ｙ軸）に対しては同じ向き
に加わる。よって、キャリアｍc1は、＋ｙ軸方向から＋
ｘ軸方向にずれた図中点線で示す軌跡Ａ１で移動し、キ
ャリアｍc2は、−ｙ軸方向から−ｘ軸方向にずれた図中
点線で示す軌跡Ａ２で移動する。

【００５２】今、この両キャリアｍc1，ｍc2を有する半
導体に＋ｘ軸方向の加速度αが作用すると、両キャリア
ｍc1，ｍc2にはその慣性力Ｆａが共に−ｘ軸方向に加わ
る。このため、キャリアｍc1の軌跡は軌跡Ａ１から−ｘ
軸方向にずれた軌跡Ａ１１となり、キャリアｍc2の軌跡
も軌跡Ａ２から−ｘ軸方向にずれた軌跡Ａ２１となる。
そして、第１の出力手段からはキャリアｍc1の軌跡Ａ１
１に基づき第１の信号が出力され、第２の出力手段から
はキャリアｍc2の軌跡Ａ２１に基づき第２の信号が出力
される。

【００５３】つまり、加速度が加わったことによる外乱
は、両キャリアの移動軌跡に共通して影響を与え、この
外乱による成分は、第１の信号についてはこれを減じる
よう、第２の信号についてはこれを増加するよう、両信
号に共通して重畳する。そして、この重畳した外乱成分
は第１と第２の信号の演算処理を通して相殺されるの
で、加速度に起因する外乱成分が除去された出力信号か
ら第１の軸回りの角速度を検出できる。よって、この第
３の発明の第２の態様の角速度検出装置によっても、第
１の軸回りの角速度の検出精度を向上することができ
る。

【００５４】この場合、コリオリの力Ｆｃはキャリアの
電荷の影響を受けないので、キャリアｍc1，ｍc2の極性
は異極であっても同極であってもよい。しかし、コリオ
リの力Ｆｃはキャリアの質量と速度を変数とするので、
第１の半導体と第２の半導体を同じものとすることが好
ましい。例えば、両半導体を共にｐ型半導体とする又は
ｎ型半導体とすればよい。もっとも、両半導体を製造す
る上での不純物濃度や組成等を、両半導体におけるキャ
リアの質量と速度が同程度となるよう設定して両半導体
を製造すれば、一方がｐ型半導体で他方がｎ型半導体で
あってもよいことは勿論である。

【００５５】また、第３の発明における上記の第２の態
様の角速度検出装置において、前記第１と第２の半導体
は、それぞれが有するキャリアの電荷の極性が異なるも
のとされている。

【００５６】この構成の第３の態様の角速度検出装置で
は、第１の半導体と第２の半導体におけるキャリアの移
動方向が逆向きで電荷の極性が異なるので、それぞれの
キャリアは以下のような移動挙動を採る。

【００５７】コリオリの力Ｆｃの力が加わったことによ
るキャリアｍc1，ｍc2の移動の様子は、図１を用いて説
明した通りであり、図２に示すように、ｚ軸回りに角速
度ωが時計回りに生じると、キャリアｍc1は軌跡Ａ１で
移動し、キャリアｍc2は、軌跡Ａ２で移動する。

【００５８】今、この両キャリアｍc1，ｍc2が磁束密度
Ｂでその向きが−ｚ軸方向である磁界の影響を受ける
と、両キャリアには、数式２で表わされるローレンツ力
ＦＬが加わる。この場合、キャリアｍc1はその速度がｖ
でキャリアｍc2はその速度が−ｖである。そして、キャ
リアｍc1を正の電荷（ｑ）を有するキャリアとし、キャ
リアｍc2を負の電荷（−ｑ）を有するキャリアとする
と、ローレンツ力ＦＬは、キャリアｍc1ではＢ・ｑ・
ｖ，キャリアｍc2ではＢ・（−ｑ）・（−ｖ）となり、
両キャリアで共にＢ・ｑ・ｖとなる。よって、両キャリ
アｍc1，ｍc2にはローレンツ力ＦＬが共に＋ｘ軸方向に
加わる。このため、キャリアｍc1の軌跡は軌跡Ａ１から
＋ｘ軸方向にずれた実線の軌跡Ａ１２となり、キャリア
ｍc2の軌跡は軌跡Ａ２から＋ｘ軸方向にずれた実線の軌
跡Ａ２２となる。そして、第１の出力手段からはキャリ
アｍc1の軌跡Ａ１２に基づき第１の信号が出力され、第
２の出力手段からはキャリアｍc2の軌跡Ａ２２に基づき
第２の信号が出力される。

【００５９】つまり、磁界による外乱は、両キャリアの
移動軌跡に共通して影響を与え、この外乱による成分
は、第１の信号についてはこれを増加するよう、第２の
信号についてはこれを減じるよう、両信号に共通して重
畳する。そして、この重畳した外乱成分は第１と第２の
信号の演算処理を通して相殺されるので、磁界に起因す
る外乱成分が除去された出力信号から第１の軸回りの角
速度を検出できる。よって、この第３の発明の第３の態
様の角速度検出装置によっても、第１の軸回りの角速度
の検出精度を向上することができる。なお、上記の演算
処理としては、外乱成分の重畳の仕方を考慮して定めら
れ、単純な加減演算や差動増幅演算などを採ることがで
きる。

【００６０】また、この図２に示すように、キャリアが
磁界の影響を受けている状況下でこの両キャリアｍc1，
ｍc2に−ｘ軸方向の加速度αが作用すると、両キャリア
ｍc1，ｍc2は、上記のローレンツ力ＦＬに加えてこの加
速度により慣性力Ｆａを＋ｘ軸方向に受ける。よって、
両キャリアｍc1，ｍc2は、ローレンツ力ＦＬと慣性力Ｆ
ａとを合成した力によりその軌跡が曲げられて移動し、
キャリアｍc1の軌跡は一点鎖線の軌跡Ａ１３となり、キ
ャリアｍc2の軌跡も一点鎖線の軌跡Ａ２３となる。

【００６１】従って、磁界と加速度による外乱は、両キ
ャリアの移動軌跡に共通して影響を与え、これら外乱に
よる成分は、第１の信号についてはこれを増加するよ
う、第２の信号についてはこれを減じるよう、両信号に
共通して重畳する。そして、この重畳した外乱成分は第
１と第２の信号の演算処理を通して相殺されるので、加
速度並びに磁界に起因する外乱成分が除去された出力信
号から第１の軸回りの角速度を検出できる。よって、こ
の第３の発明の第３の態様の角速度検出装置によれば、
キャリアに作用する磁界と加速度とによる外乱成分の相
殺を通して、第１の軸回りの角速度の検出精度をより一
層向上することができる。

【００６２】この場合、コリオリの力Ｆｃはキャリアの
質量と速度を変数としローレンツ力ＦＬはキャリアの移
動速度を変数とするので、両半導体を製造する上での不
純物濃度や組成等を、両半導体におけるキャリアの質量
又は速度の少なくとも一方が同程度となるよう設定して
両半導体を製造することが好ましい。

【００６３】また、第３の発明における上記の第２の態
様の角速度検出装置において、前記第１と第２の半導体
におけるキャリアの移動挙動への周囲の磁界の影響を排
除する手段と、前記第１と第２の半導体におけるキャリ
アが周囲の磁界から受ける力を前記第１の軸回りの角速
度に伴い発生する力に影響を及ぼすことなく抑制する手
段のいずれかの手段を有するものとした。

【００６４】この構成の第４の態様の角速度検出装置で
は、第１の半導体と第２の半導体におけるキャリアの移
動方向を逆向きとして、上記のように加速度に起因する
外乱成分の相殺し、加えて、磁界の影響排除又は磁界か
らうける力（ローレンツ力）の抑制を行なう。よって、
この第３の発明の第４の態様の角速度検出装置によれ
ば、キャリアに作用する磁界と加速度といった外乱の検
出精度への影響を排除して、第１の軸回りの角速度の検
出精度をより一層向上することができる。

【００６５】また、第３の発明における上記の第２の態
様又は第３の態様の角速度検出装置において、更に、前
記第１の出力手段から出力された第１の信号と前記第２
の出力手段から出力された第２の信号とに共通して重畳
した外乱成分に該当する信号を、前記第１と第２の信号
の演算処理を通して該第１，第２の信号から抽出し、出
力する手段を有するものとした。

【００６６】この構成の第５の態様の角速度検出装置で
は、上記したように加速度や磁界等の外乱が加わったこ
とにより、第１の信号についてはこれを減じるよう、第
２の信号についてはこれを増加するよう、両信号に共通
して重畳した外乱成分に該当する信号は、第１と第２の
信号の演算処理を通してこれら信号から抽出され、出力
される。よって、加速度や磁界に起因する外乱成分しか
含まない出力信号から、これら外乱の程度を検出でき
る。よって、この第３の発明の第５の態様の角速度検出
装置によれば、高い精度で第１の軸回りの角速度を検出
できると共に、加速度や磁気といった外乱の重畳程度を
も正確に検出することができる。

【００６７】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る角速度検出装
置の実施の形態を、当該装置を車両に搭載した場合の実
施例に基づき説明する。図３は、実施例の角速度検出装
置１０の車両における搭載の様子を模式的に示す模式図
である。

【００６８】図示するように、角速度検出装置１０は、
車両Ｊの直進方向に＋ｙ軸方向を一致させ、このｙ軸と
直交するｘ軸が車軸に沿った方向に、ｚ軸が鉛直方向に
沿った方向とそれぞれ一致するようにして、搭載されて
いる。角速度検出装置１０は、磁気遮蔽機能を発揮する
筐体１２を有し、当該筐体内に後述の検出・処理部２０
を収納する。なお、この角速度検出装置１０で得られた
信号は、当該信号を用いて制御対象機器を制御する他の
装置、例えば、車両旋回に伴いｚ軸回りの角速度が加わ
って車両が傾斜した場合に車両姿勢をほぼ水平に維持す
るサスペンション装置等の車両の姿勢制御装置に出力さ
れる。

【００６９】筐体１２は、鉄やその合金（例えば、７
８．５％Ｎｉ−Ｆｅ合金（ニッケル−鉄合金））等の高
透磁率／強磁性の金属を用いて形成した金属製パッケー
ジであり、外部の磁束線をパッケージの実質部分に集中
させる。よって、この筐体１２は、磁気シールドとして
機能し、その内部を磁気的な影響が実質的に排除された
環境とする。なお、このような金属製パッケージを用い
た磁気シールドに限らず、反磁性体を利用した磁気シー
ルド、具体的には超伝導体を使用した微弱磁界の磁気シ
ールドや、導体を利用した磁気シールド等の手法を採る
こともできる。また、パッケージの構造としては、単層
構造や２層，３層といった多層構造を採ることもでき
る。

【００７０】上記の筐体１２に収納された検出・処理部
２０は、その概略構成を示すブロック図である図４に示
すように、半導体２２と信号処理回路２４とを備える。
半導体２２は、ホウ素，インジウム等のｐ型不純物を添
加して製造されたｐ型半導体であり、駆動電圧の印加を
受けると、キャリアたる正孔ｍｈを移動させる。

【００７１】この半導体２２は、対向する２対の電極が
形成されており、ｙ軸に沿って対向する一対の電極が駆
動電極２５ａ，２５ｂ、ｘ軸に沿って対向する電極が検
出電極２６ａ，２６ｂとされている。駆動電極２５ａ，
２５ｂは、交流電源２７が接続されており、半導体２２
に交流電圧を印加する。また、検出電極２６ａ，２６ｂ
は、信号処理回路２４における差動増幅器２８の両入力
に接続されており、当該差動増幅器には、正孔ｍｈの移
動によって得られた電極間の電圧（電極電圧）がそれぞ
れ出力される。なお、この電極電圧が出力される様子に
ついては後述する。

【００７２】ここで、半導体２２並びに電極の製造の概
略について簡単に説明する。半導体２２は、図４の５−
５線断面図である図５に示すように、上記したｐ型不純
物がイオン注入法によりシリコンウエハ（ｎ型）の表面
に添加されたｐ型領域である。そして、駆動電極２５
ａ，２５ｂおよび検出電極２６ａ，２６ｂは、このウエ
ハ表面への酸化シリコン被膜（ＳｉＯ₂ 被膜）等の絶縁
膜形成，コンタクト・ホール・パターニング，アルミニ
ウムを用いた電極・配線パターニング等を経て形成され
ている。この際、駆動電極２５ａ，２５ｂの対向間隔並
びに検出電極２６ａ，２６ｂの対向間隔は、所定の値に
設定される。

【００７３】本実施例では、上記のように駆動電極２５
ａ，２５ｂの対向間隔Ｌは所定の値とされている。ま
た、交流電源２７の電圧実効値Ｅ0 は、既述した数式３
で表わされる値とされている。従って、正孔ｍｈは、こ
の駆動電圧（実効値Ｅ0 ）に基づく電場εの影響を受け
るので、数式１０で表わされるクーロン力Ｆによりｙ軸
方向に沿って移動する。

【００７４】

【数１０】

【００７５】ここで、ｑｈは正孔ｍｈの電荷である。

【００７６】このクーロン力Ｆは、駆動電極２５ａ，２
５ｂの対向間隔Ｌを用いて表わすと、ε＝ＥIN／Ｌであ
ることから数式１１となる。

【００７７】

【数１１】

【００７８】そして、この電場からのクーロン力Ｆに基
づく正孔ｍｈの加速度αは、次の数式１２で表わされ、
正孔ｍｈのｙ軸方向の速度ｖｙは、次の数式１３で表わ
される。

【００７９】

【数１２】

【００８０】ここで、ｍｈは正孔ｍｈの有効質量であ
る。

【００８１】

【数１３】

【００８２】つまり、正孔ｍｈは、駆動電極２５ａ，２
５ｂから印加を受ける駆動電圧に応じてｙ軸方向に上記
の速度ｖｙで移動することになる。

【００８３】次に、正孔ｍｈが速度ｖｙでｙ軸方向に沿
って移動している最中に図４に示すようにｚ軸回りに時
計回りの角速度ωが加わった場合の正孔ｍｈの挙動につ
いて説明する。なお、説明の便宜上、駆動電極２５ａが
正極で駆動電極２５ｂが負極の場合を例に採り説明す
る。

【００８４】この際、正孔ｍｈは、数式１１で表わされ
る電場からのクーロン力Ｆに基づいて、＋ｙ軸方向に移
動し、この正孔ｍｈには、数式１におけるｍｅ，ｖにｍ
ｈ，ｖｙ（数式１３の速度）を代入した次の数式１４で
表わされるコリオリの力Ｆｃが加わる。

【００８５】

【数１４】

【００８６】この場合、コリオリの力Ｆｃが作用する方
向は、座標軸とｚ軸回りの角速度ωの方向（時計回り）
の関係から、図中の座標軸における＋ｘ軸方向となる。
このため、正孔ｍｈは、このコリオリの力Ｆｃを受け、
図４に示すように＋ｙ軸から＋ｘ軸方向にずれた点線の
軌跡で移動する。そして、コリオリの力Ｆｃにより正孔
ｍｈがｘ軸に沿った方向（＋ｘ軸方向）に移動する際の
速度ｖｘは、コリオリの力Ｆｃを有効質量ｍｈで除算し
た加速度の積分で求められ、以下の数式１５で表わされ
る。

【００８７】

【数１５】

【００８８】つまり、図６の出力線図に示すように、駆
動電圧（実効値Ｅ0 ）に対して、正孔ｍｈのｙ軸方向の
速度ｖｙはその位相が９０゜ずれ（数式１３参照）、コ
リオリの力Ｆｃによって生じるｘ軸方向の速度ｖｘはそ
の位相が１８０゜ずれる（数式１５参照）。

【００８９】そして、検出電極２６ａ，２６ｂから出力
される電極電圧は、信号処理回路２４の差動増幅器２８
で差動増幅され、検出電圧Ｖout となる。この場合、電
極電圧、延いては検出電圧Ｖout は、この検出電極２６
ａ，２６ｂに単位時間当たりに到達する正孔ｍｈの数に
ほかならない。よって、この検出電圧Ｖout は、上記数
式１５で表わされる速度ｖｘに比例するので、図６に示
すように、駆動電圧（実効値Ｅ0 ）に対してその位相が
１８０゜ずれ、ｘ軸方向の速度ｖｘと同位相で出力され
る。

【００９０】こうして得られた検出電圧Ｖout （検出出
力）は、差動増幅器２８下流のバンドパスフィルタ２９
に入力される。このバンドパスフィルタ２９は、駆動電
圧の周波数ｆと異なる周波数の信号を遮蔽するよう構成
されているので、バンドパスフィルタ２９からは、この
周波数ｆに一致した信号のみがその下流に出力される。

【００９１】信号処理回路２４は、上記した差動増幅器
２８，バンドパスフィルタ２９に加え、サンプリングＩ
Ｃ３０，３１と、両サンプリングＩＣからの信号を加算
して出力する加算器３２と、その出力を整流して出力す
る整流器３３とを備える。この両サンプリングＩＣは、
参照信号を参照しつつその周波数の位相の所定範囲に亘
ってサンプリング対象信号を抽出するものであり、サン
プリングＩＣ３０は、０゜〜１８０゜の位相の範囲にお
いて、サンプリング対象信号を抽出しこれを加算器３２
に出力する。また、サンプリングＩＣ３１は、１８０゜
〜３６０゜の位相の範囲において、サンプリング対象信
号を抽出しこれを加算器３２に出力する。

【００９２】この場合、サンプリングＩＣ３０は、交流
電源２７の駆動電圧をインバータ３４，３５を経て参照
信号として入力し、バンドパスフィルタ２９からの出力
（検出電圧Ｖout ）を、インバータ３６での位相反転を
経てサンプリング対象信号として入力する。このため、
このサンプリングＩＣ３０から加算器３２へは、図６に
示すように、位相が反転した検出電圧Ｖout から０゜〜
１８０゜の位相範囲で抽出した出力信号Ｓ１が出力され
る。また、サンプリングＩＣ３１は、交流電源２７の駆
動電圧をインバータ３４での位相反転を経て参照信号と
して入力し、バンドパスフィルタ２９からの出力（検出
電圧Ｖout ）をサンプリング対象信号として直接入力す
る。このため、このサンプリングＩＣ３１からは、図６
に示すように、検出電圧Ｖout から１８０゜〜３６０゜
の位相範囲で抽出した出力信号Ｓ２が出力される。

【００９３】こうして出力された出力信号Ｓ１，Ｓ２
は、加算器３２で加算されて出力信号Ｓ３（図６参照）
とされる。そして、この出力信号Ｓ３は、整流器３３で
整流され最終的な検出出力Ｓout として検出・処理部２
０から外部の制御装置、例えば既述したサスペンション
装置等の車両の姿勢制御装置に出力される。

【００９４】この検出出力Ｓout は、正孔ｍｈに加わっ
たコリオリの力Ｆｃにより生じるものであり、コリオリ
の力Ｆｃはｚ軸回りの角速度ωに比例するので、角速度
ωに比例した出力となる。そして、検出出力Ｓout の入
力を受けたサスペンション装置は、その有する電子制御
装置にて検出出力Ｓout に基づき角速度ω（ヨーレイ
ト）を演算し、この角速度ωに基づいて、例えばショッ
クアブソーバの減衰力を各輪について制御し、車両の姿
勢制御等を図る。もっとも、検出・処理部２０自体に角
速度ωを演算する電子制御装置を備え付けることもでき
る。

【００９５】上記した信号処理回路２４における各種論
理回路は、半導体を製造する上での集積技術を用いて、
図５のシリコンウエハに集約・形成されている。つま
り、検出・処理部２０は、角速度検出のための半導体２
２とその信号処理のための信号処理回路２４とを、共通
のシリコンウエハに有しており、いわゆるワンチップ部
品である。

【００９６】以上説明した本実施例の角速度検出装置１
０は、以下の利点を有する。

【００９７】角速度検出装置１０は、検出・処理部２０
自体を筐体１２内に収納して磁気シールドする。よっ
て、検出・処理部２０に及ぼされる磁気的な影響は実質
的に排除され、筐体１２では完全には遮蔽できなかった
僅かな磁気の影響しか検出・処理部２０には及ばない。
このため、半導体２２における正孔ｍｈは、駆動電圧を
受けてｙ軸方向に移動する際、その有する電荷と磁束密
度で定まるローレンツ力を受けない。若しくは、このロ
ーレンツ力を極僅かしか受けない。

【００９８】また、角速度検出装置１０では、角速度検
出のための半導体２２をｐ型半導体としキャリアを正孔
ｍｈとしたので、キャリアの有効質量はキャリアが電子
ｅである場合より大きくなる（ｍｈ＞ｍｅ）。よって、
正孔ｍｈが受けるローレンツ力ＦＬ（数式９参照）を有
効質量の増大を通して抑制することができ、この際に、
正孔ｍｈが受けるコリオリの力Ｆｃ（数式１４）を変化
させることはない。このため、正孔ｍｈが駆動電極２５
ａ，２５ｂから駆動電圧を受けてｙ軸方向に移動する際
の正孔ｍｈの移動挙動は、ほぼコリオリの力Ｆｃによっ
て定めることができる。しかも、筐体１２により正孔ｍ
ｈが受ける磁気的な影響は排除されていることと相俟っ
て、正孔ｍｈは、ｚ軸回りの角速度に基づくコリオリの
力Ｆｃと駆動電圧による力とが反映したの移動挙動を採
り、ｘ軸方向の運動に限ってはコリオリの力Ｆｃのみが
反映したものとなる（数式１５）。

【００９９】従って、本実施例の角速度検出装置１０に
よれば、筐体１２による磁気シールドと有効質量の増大
を通したローレンツ力ＦＬの抑制とにより、高い精度で
ｚ軸回りの角速度を検出することができる。

【０１００】また、角速度検出装置１０は、その信号処
理回路２４にバンドパスフィルタ２９とサンプリングＩ
Ｃ３０，３１とを有するので、以下の利点がある。

【０１０１】例えば、車両の旋回時等に車両にｘ軸方向
の横加速度が加わると、当該加速度は角速度検出装置１
０にも当然及ぶことになる。そして、この横加速度は、
図１でもって説明したように、正孔ｍｈの移動挙動に影
響を及ぼす外乱となる。しかし、通常、このような横加
速度は、半導体２２に印加する駆動電圧ＥIN（数式３）
の周波数ｆと無関係に加わる。このため、加わった横加
速度に起因する外乱成分（加速度成分）は、検出電極２
６ａ，２６ｂからの検出電圧Ｖout に駆動電圧の周波数
ｆとは異なる周波数で重畳するので、検出電圧Ｖout が
入力されるバンドパスフィルタ２９により遮蔽され、検
出電圧Ｖout から取り除かれる。

【０１０２】また、仮に横加速度が駆動電圧ＥINの周波
数ｆと一致した周波数で加わっても、その位相までが駆
動電圧ＥINの位相と一致することはないので、外乱成分
（加速度成分）は、検出電圧Ｖout に駆動電圧の位相と
ずれた位相で重畳する。従って、位相がずれて重畳した
外乱成分（加速度成分）は、バンドパスフィルタ２９下
流のサンプリングＩＣ３０，３１により除去され、検出
電圧Ｖout から取り除かれる。

【０１０３】従って、加算器３２には、バンドパスフィ
ルタ２９およびサンプリングＩＣ３０，３１により、加
速度に起因する外乱成分が含まれない検出電圧Ｖout が
入力されるので、整流器３３からは、この外乱成分が除
去された最終的な検出出力Ｓout が得られる。このた
め、本実施例の角速度検出装置１０によれば、より高い
精度でｚ軸回りの角速度を検出することができる。

【０１０４】更に、角速度検出装置１０では、上記した
ように角速度の検出精度の向上を図る上で、半導体２２
をその製造方法や物性が周知のｐ型半導体としてキャリ
アを正孔ｍｈとしたに過ぎず、半導体２２の製造に当た
って特有の工程等をなんら必要としない。しかも、半導
体２２のほかに必要とする差動増幅器２８，バンドパス
フィルタ２９等の論理回路をも周知の集積技術で製造す
ることができる。よって、角速度検出装置１０によれ
ば、検出精度の向上とコスト低下とを両立することがで
きる。

【０１０５】加えて、検出・処理部２０をシリコンウエ
ハを用いたワンチップ部品とするので、その取り扱いの
簡便化を図ることができると共に、より一層の小型化を
も図ることができる。

【０１０６】次に、他の実施例（第２，第３実施例）に
ついて説明する。これら第２，第３実施例は、上記の第
１実施例が角速度検出のために単一の半導体２２を用い
ているのに対し、半導体を２個用いる点で相違する。な
お、以下の説明に当たっては、第１実施例と同一の機能
を果たすものについては、同一の符号を用いることとす
る。

【０１０７】第２実施例の角速度検出装置１０Ａは、図
７に示す検出・処理部４０を筐体１２に収納して有す
る。この検出・処理部４０は、図示するように、第１半
導体４２と第２半導体４４と信号処理回路４６とを有す
る。この第１半導体４２，第２半導体４４は、角速度検
出装置１０における半導体２２と同様、ｐ型半導体であ
り、駆動電圧の印加を受けて正孔ｍｈを移動させる。

【０１０８】第１半導体４２は、直流電圧源４７と接続
され、駆動電極２５ａ，２５ｂから所定電圧値の直流電
圧の印加を受け、第２半導体４４は、同様にして直流電
圧源４８から直流電圧の印加を受ける。この場合、各半
導体に印加する電圧の極性が逆とされているので、具体
的には、第１半導体４２では駆動電極２５ｂの側が正極
で、第２半導体４４では駆動電極２５ａの側が正極とさ
れている。よって、図示するように、正孔ｍｈは、第１
半導体４２では−ｙ軸方向に、第２半導体４４では＋ｙ
軸方向に移動する。

【０１０９】なお、この角速度検出装置１０Ａにあって
も、車両への搭載は角速度検出装置１０と同様にしてな
されており、また、第１，第２半導体における駆動電極
２５ａ，２５ｂの対向間隔も角速度検出装置１０と同
様、予め定められた間隔Ｌとされている。

【０１１０】この角速度検出装置１０Ａでは、正孔ｍｈ
の移動方向が第１半導体４２と第２半導体４４とで逆向
きであるため、ｚ軸回りに角速度ωが時計回りに生じる
と、これにより正孔ｍｈに加わるコリオリの力Ｆｃは、
図１でもって説明したように、ｘ軸方向に沿っては第１
半導体４２と第２半導体４４で逆向きとなる。しかし、
正孔ｍｈのｙ軸方向の速度が逆向きなため、既述したよ
うにコリオリの力Ｆｃは、図中に記すように、正孔ｍｈ
に対しては同じ向きに加わる。よって、正孔ｍｈは、第
１半導体４２，第２半導体４４においてそれぞれコリオ
リの力Ｆｃが加わった側にｙ軸からずれた点線の軌跡で
移動する（図１参照）。そして、コリオリの力Ｆｃを受
けた正孔ｍｈがそれぞれの半導体における検出電極２６
ａ，２６ｂに到達すると、各半導体における検出電極か
ら得られる電極電圧が信号処理回路４６に出力される。
なお、第１，第２半導体に直流電圧を印加するこの角速
度検出装置１０Ａにあっても、検出電極からの電極電圧
は、それぞれの検出電極に単位時間当たりに到達する正
孔ｍｈの数にほかならない。

【０１１１】信号処理回路４６は、第１半導体４２の検
出電極２６ａ，２６ｂと接続された差動増幅器４９と、
第２半導体４４の検出電極２６ａ，２６ｂと接続された
差動増幅器５０と、両差動増幅器からの信号を減算して
出力する減算器５１と、加算して出力する加算器５２と
を備える。差動増幅器４９，５０からは、該当する第
１，第２半導体の検出電極からの電極電圧が差動増幅さ
れ、第１半導体４２からの検出電圧Ｖ１out と第２半導
体４４からの検出電圧Ｖ２out とが、減算器５１および
加算器５２に出力される。そして、減算器５１に入力さ
れて減算された検出電圧Ｖ１out と検出電圧Ｖ２out
は、最終的な第１の検出出力Ｓ１out として検出・処理
部４０から外部の制御装置に出力される。また、加算器
５２に入力されて加算された検出電圧Ｖ１out と検出電
圧Ｖ２out は、最終的な第２の検出出力Ｓ２out とし
て、やはり検出・処理部４０から外部の制御装置に出力
される。

【０１１２】次に、上記のように構成した第２実施例の
角速度検出装置１０Ａでのｚ軸回りの角速度ωの検出の
様子について説明する。

【０１１３】車両が定速の直進走行等をしているために
ｘ軸方向の横加速度が加わっていない場合には、第１半
導体４２，第２半導体４４の正孔ｍｈには、ｚ軸回りの
角速度ωによって生じるコリオリの力Ｆｃが加わる。こ
の場合、既述したように、検出・処理部４０は筐体１２
に収納されていることから、磁気的な影響は実質的に排
除されているので、正孔ｍｈはその有する電荷と磁束密
度で定まるローレンツ力を受けないことになる。

【０１１４】よって、正孔ｍｈは、ｘ軸方向にはコリオ
リの力Ｆｃしか受けないことになり、図７に点線で示し
た軌跡で移動し、第１，第２半導体の検出電極２６ａ，
２６ｂからは、このコリオリの力Ｆｃ、即ち角速度ωを
反映した電極電圧しか得られない。そして、第１半導体
４２と第２半導体４４とでは正孔ｍｈは図示するように
ｘ軸方向に逆向きに移動するので、第１半導体４２で正
孔ｍｈが検出電極２６ａに到達すれば、第２半導体４４
ではその逆の検出電極２６ｂに到達する。従って、差動
増幅器４９，５０からは、その極性が異なるもののその
大きさが等しい値の電圧として、上記の検出電圧Ｖ１ou
t と検出電圧Ｖ２out とが出力され、これら電圧には角
速度ωしか反映していない。

【０１１５】このため、極性が異なる検出電圧Ｖ１out
と検出電圧Ｖ２out の減算演算を行なう減算器５１から
の検出出力Ｓ１out は、角速度ωのみが反映し、その角
速度ωの２倍の大きさの角速度についての出力となる。
一方、両検出電圧の加算演算を行なう加算器５２からの
検出出力Ｓ２out は、ゼロとなる。

【０１１６】今、車両にｘ軸方向の横加速度αが＋ｘ軸
方向に加わったとすると、第１半導体４２，第２半導体
４４における正孔ｍｈにはその慣性力Ｆａが共に−ｘ軸
方向に加わる。このため、第１半導体４２における正孔
ｍｈの軌跡は図中点線で示す軌跡から−ｘ軸方向にず
れ、正孔ｍｈは速く検出電極２６ａに到達する。一方、
第２半導体４４における正孔ｍｈの軌跡は図中点線で示
す軌跡から−ｘ軸方向にずれ、検出電極２６ｂへの正孔
ｍｈの到達は遅れる。このため、第１半導体４２の検出
電極２６ａ，２６ｂから差動増幅器４９を経て得られる
検出電圧Ｖ１outは、正孔ｍｈが速く到達する分大きく
なり、第２半導体４４からの検出電圧Ｖ２out は、正孔
ｍｈが遅く到達する分小さくなる。しかも、この電圧の
増加分・減少分△Ｖは、同一の慣性力Ｆａが同一方向に
正孔ｍｈに加わることから、その絶対値としては同じと
なる。そして、検出電圧Ｖ１out と検出電圧Ｖ２out は
その極性が異なることから、例えば、検出電圧Ｖ１out
が正の極性であれば、この検出電圧Ｖ１out は、正極の
ままその電圧値の絶対値が増加し（Ｖ１out ＋△Ｖ）、
検出電圧Ｖ２out は、負極のままその電圧値の絶対値が
減少する（−Ｖ２out＋△Ｖ）。

【０１１７】このため、減算器５１でこの検出電圧Ｖ１
out と検出電圧Ｖ２out の減算演算が行なわれると、検
出電圧Ｖ１out の電圧の増加分△Ｖと検出電圧Ｖ２out
の電圧の減少分△Ｖは相殺される。そして、電圧の増加
分・減少分は、横加速度αが加わったことにより生じた
ものであるので、この減算器５１からの検出出力Ｓ１ou
t は、この横加速度による外乱成分が除外され、角速度
ωのみが反映した出力となる。この結果、この第２実施
例の角速度検出装置１０Ａによれば、横加速度による外
乱成分が含まれない検出出力Ｓ１out からｚ軸回りの角
速度を検出することができるので、その検出精度が向上
する。なお、横加速度が−ｘ軸方向に加わった場合も同
様である。

【０１１８】一方、加算器５２で上記の両検出電圧の加
算演算が行なわれると、検出電圧Ｖ１out と検出電圧Ｖ
２out は極性が異なることから、この両検出電圧に含ま
れる角速度ωの反映成分は加算演算を経て相殺される。
よって、加算器５２からの検出出力Ｓ２out は、車両に
加わった横加速度αのみが反映した出力となる。この結
果、この第２実施例の角速度検出装置１０Ａによれば、
横加速度による外乱成分しか含まない検出出力Ｓ２out
から横加速度αを正確に検出することができる。

【０１１９】また、この角速度検出装置１０Ａにあって
も、検出・処理部４０自体を筐体１２内に収納して磁気
シールドすると共に、キャリアを正孔ｍｈとしたので、
第１実施例の角速度検出装置１０と同様、磁気シールド
とローレンツ力ＦＬの抑制とを通して、高い精度でｚ軸
回りの角速度を検出することができる。つまり、この第
２実施例の角速度検出装置１０Ａによれば、横加速度と
磁気の影響を排除若しくは抑制を通して、ｚ軸回りの角
速度の検出精度のより一層の向上を図ることができる。

【０１２０】更に、第１半導体４２，第２半導体４４を
共にｐ型半導体としたり、検出・処理部４０をワンチッ
プ部品化したことにより、検出精度の向上とコスト低下
とを両立並びに一層の小型化をも図ることができる。

【０１２１】次に、第３実施例について説明する。第３
実施例の角速度検出装置１０Ｂは、図８に示す検出・処
理部５３を有する。この検出・処理部５３は、図示する
ように、第１半導体５４と第２半導体５６と信号処理回
路５８とを有する。この第３実施例においては、第１半
導体５４は、ｐ型半導体であり正孔ｍｈをキャリアとす
る。一方、第２半導体５６は、ｎ型半導体であり電子ｅ
をキャリアとする。

【０１２２】そして、第１半導体５４と第２半導体５６
は、共通の直流電圧源５７に並列に接続されており、駆
動電極２５ａ，２５ｂから所定電圧値の直流電圧の印加
を受ける。従って、各半導体では上記したようにそのキ
ャリアの極性が逆であるので、図示するように、電圧の
印加を受けると、第１半導体５４では、正孔ｍｈが＋ｙ
軸方向に移動し、第２半導体５６では電子ｅが−ｙ軸方
向に移動する。

【０１２３】なお、この角速度検出装置１０Ｂにあって
も、車両への搭載の様子は、角速度検出装置１０，１０
Ａと同様である。

【０１２４】この角速度検出装置１０Ｂであっても、角
速度検出装置１０Ａと同様に、キャリア（正孔ｍｈ，電
子ｅ）の移動方向は第１半導体５４と第２半導体５６と
で逆向きとなる。よって、ｚ軸回りに角速度ωが時計回
りに生じた場合の各キャリア（正孔ｍｈ，電子ｅ）への
コリオリの力Ｆｃの加わり方と、キャリアの移動の様子
は、角速度検出装置１０Ａで述べた通りとなる。つま
り、キャリア（正孔ｍｈ，電子ｅ）は、図示するよう
に、第１半導体５４，第２半導体５６においてｙ軸から
ずれた点線の軌跡で移動する。そして、コリオリの力Ｆ
ｃを受けたキャリア（正孔ｍｈ，電子ｅ）がそれぞれの
半導体における検出電極２６ａ，２６ｂに到達すると、
各半導体における検出電極から得られる電極電圧が信号
処理回路５８に出力される。なお、この角速度検出装置
１０Ｂにあっても、検出電極からの電極電圧は、それぞ
れの検出電極に単位時間当たりに到達するキャリア（正
孔ｍｈ，電子ｅ）の数にほかならない。

【０１２５】信号処理回路５８は、第２実施例における
信号処理回路４６と同様に、各半導体からの電極電圧が
入力される差動増幅器４９，５０を有する。また、この
ほかに、差動増幅器４９に接続された増幅器５９と、こ
の増幅器５９および差動増幅器５０からの信号を加算し
て出力する加算器６０と、減算して出力する減算器６１
とを備える。この差動増幅器４９，５０からは、信号処
理回路４６と同様に、電極電圧の差動増幅を経て第１半
導体５４からの検出電圧Ｖ１out と第２半導体５６から
の検出電圧Ｖ２out とが出力される。この場合、検出電
圧Ｖ１out は、増幅器５９によりその増幅率βで増幅さ
れた検出電圧Ｖ１’out として出力される。そして、こ
の検出電圧Ｖ１’out と検出電圧Ｖ２out は、加算器６
０での加算を経て、最終的な第１の検出出力Ｓ１out と
して外部の制御装置に出力される。また、減算器６１に
入力されて減算された検出電圧Ｖ１’out と検出電圧Ｖ
２out は、最終的な第２の検出出力Ｓ２out として外部
の制御装置に出力される。なお、増幅器５９の増幅率β
については後述する。

【０１２６】次に、上記のように構成した第３実施例の
角速度検出装置１０Ｂでのｚ軸回りの角速度ωの検出の
様子について説明する。

【０１２７】車両が定速の直進走行等をしているために
ｘ軸方向の横加速度が加わっていない場合には、第１半
導体５４の正孔ｍｈと第２半導体５６の電子ｅには、ｚ
軸回りの角速度ωによって生じるコリオリの力Ｆｃがｘ
軸方向に加わる。また、この第３実施例では、検出・処
理部５３は筐体１２に収納されていないので、正孔ｍｈ
と電子ｅには、その有する電荷と磁束密度Ｂ（磁束の向
きは−ｚ軸方向）で定まるローレンツ力ＦＬもｘ軸方向
に加わる。

【０１２８】この際の正孔ｍｈ，電子ｅへのコリオリの
力Ｆｃとローレンツ力ＦＬの加わり方は、図２でもって
説明したように、コリオリの力Ｆｃはｘ軸方向に沿って
逆向きであり、ローレンツ力ＦＬはｘ軸方向に同じ向き
となる。よって、正孔ｍｈ，電子ｅは、図８に点線で示
した軌跡で移動し、第１，第２半導体の検出電極２６
ａ，２６ｂからは、このコリオリの力Ｆｃ（角速度ω）
とローレンツ力ＦＬとを反映した電極電圧が得らる。

【０１２９】ここで、正孔ｍｈと電子ｅのｙ軸方向の移
動方向が逆であることから、正孔ｍｈの移動速度をｖｙ
ｈとすれば、電子ｅの移動速度は−ｖｙｅと表わすこと
ができる（ｈは正孔ｍｈについての速度であることを、
ｅは電子ｅについての速度であることを示す）。よっ
て、正孔ｍｈについてのコリオリの力をＦｃｈ，ローレ
ンツ力をＦＬｈとし、電子ｅについてのコリオリの力を
Ｆｃｅ，ローレンツ力をＦＬｅとすると、これらは数式
１，数式２のコリオリの力Ｆｃ，ローレンツ力ＦＬであ
るので、上記のｙ軸移動速度等を用いれば次の数式１６
で表わされる。なお、式中、ｍｈは正孔ｍｈの有効質
量、ｍｅは電子ｅの有効質量である。

【０１３０】

【数１６】

【０１３１】そして、正孔ｍｈは、コリオリの力Ｆｃｈ
とローレンツ力ＦＬｈとを合わせた合力（２・ｍｈ・ω
・ｖｙｈ＋Ｂ・ｑ・ｖｙｈ）を受けて検出電極２６ｂに
到達し、第１半導体５４の検出電極２６ａ，２６ｂから
電極電圧が得られる。また、電子ｅは、コリオリの力Ｆ
ｃｅとローレンツ力ＦＬｅの合力（−２・ｍｅ・ω・ｖ
ｙｅ＋Ｂ・ｑ・ｖｙｅ）を受けて検出電極２６ａに到達
し、第２半導体５６の検出電極２６ａ，２６ｂから電極
電圧が得られる。この場合、正孔ｍｈと電子ｅとでは、
その有する電荷の極性が異なり、到達する検出電極にお
ける電極が逆（正孔ｍｈにあっては検出電極２６ｂ、電
子ｅに合っては検出電極２６ａ）であることから、第１
半導体５４，第２半導体５６から得られる電極電圧の極
性は同極となり、差動増幅器４９，５０からの検出電圧
Ｖ１out と検出電圧Ｖ２out も同じ極性の出力となる。

【０１３２】また、第１半導体５４では、ローレンツ力
ＦＬｈは正孔ｍｈの検出電極２６ｂへの到達を早めるよ
う働くので、その分だけ電極電圧（検出電圧Ｖ１out ）
が増加する。しかし、第２半導体５６では、ローレンツ
力ＦＬｅは電子ｅの検出電極２６ａへの到達を遅らせる
よう働くので、その分だけ電極電圧（検出電圧Ｖ２out
）が減少する。ここで、第１半導体５４での電極電圧
の増加分を△Ｖ１とし、第２半導体５６での減少分を△
Ｖ２とすると、その比の値（△Ｖ１／△Ｖ２）は、正孔
ｍｈについてのコリオリの力Ｆｃｈの大きさと電子ｅに
ついてのコリオリの力Ｆｃｅの大きさがほぼ等しい、即
ち正孔ｍｈの有効質量ｍｈと電子ｅの有効質量ｍｅがほ
ぼ等しい半導体では、具体的には、ＡｌＡｓ（有効質量
ｍｈ＝０．７６，有効質量ｍｅ＝０．５）やＩｎＡｓ
（有効質量ｍｈ＝０．０２６，有効質量ｍｅ＝０．０２
２）等の半導体では、数式１６から、ＦＬｈ／ＦＬｅと
ほぼ等しくなる。つまり、上記の比の値（△Ｖ１／△Ｖ
２）は、第１半導体５４における正孔ｍｈのｙ軸方向の
移動速度ｖｙｈと第２半導体５６における電子ｅの移動
速度ｖｙｅの比の値（ｖｙｈ／ｖｙｅ）となる。なお、
通常、電子ｅの移動速度ｖｙｅは正孔ｍｈの移動速度ｖ
ｙｈより大きいことから、この比の値（ｖｙｈ／ｖｙ
ｅ）は１未満である。

【０１３３】また、正孔ｍｈについてのコリオリの力Ｆ
ｃｈの大きさと電子ｅについてのコリオリの力Ｆｃｅの
大きさが異なる場合（有効質量ｍｈ≠有効質量ｍｅ）に
は、上記の比の値（△Ｖ１／△Ｖ２）は、移動速度ｖｙ
ｈと移動速度ｖｙｅの比の値（ｖｙｈ／ｖｙｅ）にコリ
オリの力Ｆｃｈとコリオリの力Ｆｃｅの比の値（Ｆｃｈ
／Ｆｃｅ＝有効質量ｍｈ／有効質量ｍｅ）を加味したも
のとなる。

【０１３４】この第３実施例では、信号処理回路５８の
有する増幅器５９における増幅率βが、第１半導体５
４，第２半導体５６での電極電圧の増加分△Ｖ１と減少
分△Ｖ２の比の値（△Ｖ１／△Ｖ２）に相当する値とさ
れている。従って、増幅器５９により検出電圧Ｖ１out
を増幅率βで増幅した検出電圧Ｖ１’out と検出電圧Ｖ
２out とは、同じ極性の出力であると共に、ローレンツ
力ＦＬによる出力の増加分・減少分が同じ程度とされた
ものとなる。

【０１３５】このため、この検出電圧Ｖ１’out と検出
電圧Ｖ２out の加算演算を行なう加算器６０からの検出
出力Ｓ１out は、ローレンツ力ＦＬによる出力の増加分
・減少分が相殺されて、角速度ωのみが反映した出力と
なる。一方、両検出電圧の減算演算を行なう減算器６１
からの検出出力Ｓ２out は、コリオリの力Ｆｃによる出
力成分が相殺されて、ローレンツ力ＦＬのみが反映した
出力となる。

【０１３６】今、車両にｘ軸方向の横加速度αが−ｘ軸
方向に加わったとすると、第１半導体５４，第２半導体
５６における正孔ｍｈ，電子ｅにはその慣性力Ｆａが共
に＋ｘ軸方向に加わる。このため、第１半導体５４で
は、上記した場合よりより速く検出電極２６ｂに正孔ｍ
ｈが到達して、検出電圧Ｖ１out は増加し、第２半導体
５６では、検出電極２６ａへの電子ｅの到達はより遅延
して、検出電圧Ｖ２outは減少する。そして、横加速度
αが加わったことによる検出電圧の増加分と減少分は、
正孔ｍｈについての慣性力Ｆａ（＝α／ｍｈ）と電子ｅ
についての慣性力Ｆａ（＝α／ｍｅ）の比の値（ｍｈ／
ｍｅ）だけ相違する。しかし、この比の値（ｍｈ／ｍ
ｅ）を加味した増幅率βでの増幅器５９による増幅によ
り、検出電圧Ｖ１’out における加速度成分と検出電圧
Ｖ２out における加速度成分とは、近似した値となる。

【０１３７】このため、加算器６０でこの検出電圧Ｖ
１’out と検出電圧Ｖ２out の加算演算が行なわれる
と、両検出電圧における増加分と減少分は相殺される。
そして、この電圧の増加分・減少分は、横加速度αと磁
界との影響により生じた外乱成分であるので、この加算
器６０からの検出出力Ｓ１out は、やはりこれら外乱成
分が除外され、角速度ωのみが反映した出力となる。こ
の結果、この第３実施例の角速度検出装置１０Ｂによれ
ば、横加速度と磁界による外乱成分が含まれない検出出
力Ｓ１out からｚ軸回りの角速度を検出することができ
るので、その検出精度が向上する。

【０１３８】一方、減算器６１で検出電圧Ｖ１’out と
検出電圧Ｖ２out の減算演算が行なわれると、検出電圧
Ｖ１’out と検出電圧Ｖ２out は極性が同じであること
から、この両検出電圧に含まれる角速度ωの反映成分は
減算演算を経て相殺される。よって、加算器５２からの
検出出力Ｓ２out は、車両に加わった横加速度αと磁界
が反映した出力となる。この結果、この第３実施例の角
速度検出装置１０Ｂによれば、横加速度と磁界による外
乱成分しか含まない検出出力Ｓ２out を得ることがで
き、車両に加わった横加速度や磁気といった外乱の程度
をこの検出出力Ｓ２out から正確に検出することができ
る。

【０１３９】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【０１４０】例えば、上記の実施例では、角速度検出装
置１０を車両に搭載するに当たって図３に示すように当
該装置を水平に設置し、この車両に加わるｚ軸回りの角
速度を検出することとしたが、車両にｘ軸回りの回転運
動（ローリング）が加わった際の角速度を検出するよう
構成することもできる。この場合には、角速度検出装置
１０を垂直にして車両に搭載し、その際に、当該検出装
置におけるｙ軸を車両の直進方向に、ｚ軸を車軸方向に
それぞれ一致させれば良い。また、ｙ軸回りの回転運動
（ピッチング）が加わった際の角速度を検出するよう構
成することもできる。この場合には、角速度検出装置１
０を垂直にして車両に搭載し、その際に、当該検出装置
におけるｙ軸を車軸方向に、ｚ軸を車両の直進方向にそ
れぞれ一致させれば良い。更には、車両に限らず、航空
機や産業用ロボット等の種々の移動体に搭載することも
できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の半導体と第２の半導体を有し、両半導体
におけるキャリアの移動方向が逆向きとした本発明の角
速度検出装置において、両半導体のそれぞれのキャリア
の採る移動挙動を説明するための説明図。

【図２】第１の半導体と第２の半導体を有し、両半導体
におけるキャリアの移動方向が逆向きで電荷の極性が異
なるものとした本発明の角速度検出装置において、両半
導体のそれぞれのキャリアの採る移動挙動を説明するた
めの説明図。

【図３】第１実施例の角速度検出装置１０の車両におけ
る搭載の様子を模式的に示す模式図。

【図４】この角速度検出装置１０における検出・処理部
２０の概略構成を示すブロック図。

【図５】検出・処理部２０における半導体２２並びに電
極の製造の概略を説明するために用いた図４の５−５線
断面図。

【図６】角速度検出装置１０による角速度検出の様子を
説明するための出力線図。

【図７】第２実施例の角速度検出装置１０Ａにおける検
出・処理部４０の概略構成を示すブロック図。

【図８】第３実施例の角速度検出装置１０Ｂにおける検
出・処理部５３の概略構成を示すブロック図。

【図９】半導体を用いた本発明の角速度検出装置の検出
原理とその問題点を説明するための説明図。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ…角速度検出装置 １２…筐体 ２０…検出・処理部 ２２…半導体 ２４…信号処理回路 ２５ａ，２５ｂ…駆動電極 ２６ａ，２６ｂ…検出電極 ２７…交流電源 ２８…差動増幅器 ２９…バンドパスフィルタ ３０，３１…サンプリングＩＣ ３２…加算器 ３３…整流器 ３４，３５，３６…インバータ ４０…検出・処理部 ４２…第１半導体 ４４…第２半導体 ４６…信号処理回路 ４７…直流電圧源 ４８…直流電圧源 ４９，５０…差動増幅器 ５１…減算器 ５２…加算器 ５３…検出・処理部 ５４…第１半導体 ５６…第２半導体 ５７…直流電圧源 ５８…信号処理回路 ５９…増幅器 ６０…加算器 ６１…減算器 Ｓ１…出力信号 Ｓ２…出力信号 Ｓ３…出力信号 Ｓout…検出出力 Ｓ１out…第１の検出出力 Ｓ２out…第２の検出出力 Ｖout…検出電圧 Ｖ１out，Ｖ１’out…検出電圧 Ｖ２out…検出電圧 ｍc1，ｍc2…キャリア ｅ…電子 ｍｈ…正孔 ω…角速度

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸回りの角速度が発生する第１の軸と交
   差する第２の軸に沿って、キャリアが移動可能な半導体
   を有し、該半導体におけるキャリアの移動挙動に基づい
   て前記第１の軸回りの角速度を検出する装置であって、 前記半導体のキャリアの移動方向に交差する方向の磁界
   を低減する手段を有することを特徴とする角速度検出装
   置。
2. 【請求項２】 軸回りの角速度が発生する第１の軸と交
   差する第２の軸に沿って、キャリアが移動可能な半導体
   を有し、該半導体におけるキャリアの移動挙動に基づい
   て前記第１の軸回りの角速度を検出する装置であって、 前記半導体におけるキャリアが周囲の磁界から受ける力
   を、前記第１の軸回りの角速度に伴い発生する力に影響
   を及ぼすことなく抑制する手段を有することを特徴とす
   る角速度検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の角速度検出装置であっ
   て、 前記半導体は正孔をキャリアとするｐ型半導体である角
   速度検出装置。
4. 【請求項４】 軸回りの角速度を検出する装置であっ
   て、 前記角速度が発生する第１の軸と交差する第２の軸に沿
   って、キャリアが移動可能な半導体と、 該半導体におけるキャリアの移動挙動に基づいた信号を
   出力する出力手段と、 前記第１の軸回りの角速度以外の外乱が加わって前記信
   号に重畳した外乱成分を除去する除去手段とを備えるこ
   とを特徴とする角速度検出装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の角速度検出装置であっ
   て、 前記除去手段は、 前記キャリアの移動挙動を変化させる加速度が加わるこ
   とで前記信号に重畳した加速度起因外乱成分を遮蔽する
   フィルタ手段を有する角速度検出装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の角速度検出装置であっ
   て、 前記半導体は、 前記第２の軸に沿ったキャリアの移動方向が互いに逆向
   きとされた第１の半導体と第２の半導体とからなり、 前記出力手段は、 前記第１，第２の半導体におけるキャリアの移動挙動に
   基づいて前記第１の軸回りの角速度に応じた信号をそれ
   ぞれ出力する第１の出力手段と第２の出力手段とからな
   り、 前記除去手段は、 前記第１の出力手段から出力された第１の信号と前記第
   ２の出力手段から出力された第２の信号とに共通して重
   畳した外乱成分を、前記第１と第２の信号の演算処理を
   通して相殺する手段を有する角速度検出装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の角速度検出装置であっ
   て、 前記第１と第２の半導体は、それぞれが有するキャリア
   の電荷の極性が異なるものとされている角速度検出装
   置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の角速度検出装置であっ
   て、 前記第１と第２の半導体におけるキャリアの移動挙動へ
   の周囲の磁界の影響を排除する手段と、前記第１と第２
   の半導体におけるキャリアが周囲の磁界から受ける力を
   前記第１の軸回りの角速度に伴い発生する力に影響を及
   ぼすことなく抑制する手段のいずれかの手段を有する角
   速度検出装置。
9. 【請求項９】 請求項６又は請求項７記載の角速度検出
   装置であって、更に、 前記第１の出力手段から出力された第１の信号と前記第
   ２の出力手段から出力された第２の信号とに共通して重
   畳した外乱成分に該当する信号を、前記第１と第２の信
   号の演算処理を通して該第１，第２の信号から抽出し、
   出力する手段を有する角速度検出装置。