WO2007129494A1 - 角速度センサインタフェース回路および角速度検出装置 - Google Patents

角速度センサインタフェース回路および角速度検出装置 Download PDF

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Hideaki Sugibayashi
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Murata Manufacturing Co., Ltd.
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    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
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    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices

Definitions

  • the present invention relates to an interface circuit and an angular velocity detection device for an angular velocity sensor used for camera shake correction, for example.
  • angular velocity sensors that detect camera shake are used for camera shake correction.
  • An angular velocity sensor used for such camera shake correction or the like drives the piezoelectric vibrator and the piezoelectric vibrator, and detects an electromotive voltage generated by the vibration of the piezoelectric vibrator caused by Coriolis to detect the angular velocity.
  • a voltage signal corresponding to the output is output.
  • This amplifier circuit is a DC amplifier circuit, and a DC offset inevitably occurs due to variations in circuit constants.
  • a circuit is configured to amplify the output signal of the angular velocity sensor through a high-pass filter by cutting the DC component and the low-frequency component.
  • the angular velocity sensor 11 inputs a power supply voltage VCC and outputs an angular velocity detection signal Vo corresponding to the angular velocity.
  • the capacitor C1 and the resistor R1 constitute a high-pass filter 12, and the resistors R2 and R3 and the operational amplifier OP constitute a DC amplification circuit.
  • the high-pass filter 12 and the DC amplifier circuit constitute an angular velocity sensor interface circuit.
  • a switch SW that short-circuits both ends of the resistor R1 is provided in the high-pass filter 12. When the angular velocity sensor 11 and the angular velocity sensor interface circuit are activated, the switch SW is turned on to short-circuit both ends of the resistor R1. This minimizes the charging time constant of the capacitor C1 in the high-pass filter 12, charges the capacitor C1 to a steady voltage at high speed, and makes it possible to immediately use the output signal of the angular velocity sensor interface circuit. .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-207356
  • the capacitance of the capacitor C1 in the high-pass filter 12 shown in FIG. 1 is as large as several tens of ⁇ F, for example. Even if the resistor R1 is short-circuited by the switch SW as shown in FIG. For example, even if this angular velocity detection device is provided for camera shake correction, it will be necessary to use the camera shake correction function at the same time as the camera is turned on. I could't do it.
  • FIG. 2 is a waveform diagram of each part of the angular velocity sensor interface circuit shown in FIG.
  • the output voltage VaO of the operational amplifier OP is the initial power supply voltage VCC.
  • Va 0 decreases and eventually converges to the reference voltage Vref.
  • an object of the present invention is to reduce the above-mentioned problem by significantly reducing the rise time (the time until the voltage corresponding to the angular velocity is correctly output after the power is turned on). It is an object to provide a degree sensor interface circuit and an angular velocity detection device.
  • the present invention is configured as follows.
  • An angular velocity sensor interface circuit includes a piezoelectric vibrator (1), a drive that drives the piezoelectric vibrator, and a vibration caused by the vibration of the piezoelectric vibrator, as shown in FIGS.
  • An angular velocity detection signal (Vo) that is a voltage signal corresponding to the applied angular velocity to the angular velocity signal processing circuit (101), and amplifies the angular velocity detection signal.
  • Detection signal amplification circuit (30),
  • the angular velocity detection signal amplification circuit amplifies the angular velocity detection signal amplification circuit so that the output voltage becomes the reference voltage (Vref) that is output when the applied angular velocity is zero.
  • the reference voltage is applied to the angular velocity signal processing circuit (101) during the offset adjustment period, and the output signal of the angular velocity detection signal amplification circuit (30) is output to the angular velocity signal processing circuit (101) after the offset adjustment period has elapsed. And an input switch circuit (SW1) for feeding to the circuit.
  • the input unit of the angular velocity signal processing circuit (101) is connected in series to the output of the angular velocity detection signal amplifier circuit (30).
  • a high pass filter (22) including a connected capacitor (C21) and a resistor (R25) connected to a shunt is provided between the capacitor and the reference voltage line.
  • a discharge switch circuit (S W2) is provided in which both ends of the capacitor (C21) are short-circuited during the offset adjustment period and both ends of the capacitor are opened after the offset adjustment period has elapsed.
  • the angular velocity signal processing circuit includes an amplification circuit (32) that amplifies the output voltage of the angular velocity detection signal amplification circuit (30) and a signal in an unnecessary frequency band. And a filter (33) for attenuating the component, and outputting a voltage signal corresponding to the magnitude of the angular velocity, comprising two angular velocity signal processing circuits,
  • An angular velocity detection device includes the angular velocity sensor interface circuit according to any one of [1] to [3] and the angular velocity sensor.
  • the angular velocity detection device of the present invention has a relationship in which the angular velocity sensor interface circuit according to the above [4] and the rotational axes of the angular velocity are orthogonal to each other, and the respective angular velocity detection signals are obtained. And two angular velocity sensors applied to the two angular velocity signal processing circuits.
  • the voltage output from the angular velocity sensor (21) is the reference voltage (Vref ),
  • the offset is adjusted.
  • the reference voltage is applied to the angular velocity signal processing circuit (101) by the input switch circuit (SW1) during the offset adjustment period, and the output of the angular velocity sensor (21) passes through the amplifier circuit 30 after the offset adjustment period has elapsed. It is given to the angular velocity signal processing circuit (101).
  • the offset adjustment circuit (31) is not related to the charge / discharge time constant, for example, because it only adjusts the offset by setting the reference voltage of the DC amplification circuit that amplifies the output signal of the angular velocity sensor (21) to a predetermined value. . For this reason, the rise time can be significantly reduced by reducing the rise time by reducing the charge time constant of the capacitor of the conventional no-pass filter.
  • a high pass including a capacitor (C21) connected in series at the input portion of the angular velocity signal processing circuit (101) that processes the angular velocity detection signal that is an output signal of the angular velocity sensor (21).
  • a filter (22) is provided, and both ends of the capacitor are short-circuited during the offset adjustment period due to the action of the discharge switch circuit, and both ends of the capacitor are opened after the offset adjustment period has elapsed.
  • the angular velocity signal processing circuit (101) can perform signal processing such as amplification on the signal that has passed through the high-pass filter.
  • two angular velocity signal processing circuits that output voltage signals corresponding to the magnitude of the applied angular velocity are provided, and the output voltage signals of the two angular velocity signal processing circuits are By providing an AD converter that performs AD conversion by dividing, two angular velocity sensors can be used without increasing the circuit scale.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an angular velocity sensor interface circuit shown in Patent Document 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing waveforms at various parts during startup of the angular velocity sensor interface circuit.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor interface circuit and an angular velocity detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor.
  • FIG. 5 is a timing chart showing a state when the angular velocity sensor interface circuit shown in FIG. 3 is started.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor interface circuit and an angular velocity detection device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a state at the start of the angular velocity sensor interface circuit.
  • FIG. 8 is a voltage waveform diagram of an output signal VaO of the angular velocity detection device shown in FIG. 6 and a voltage waveform diagram of an output signal of a comparative angular velocity detection device.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor interface circuit and an angular velocity detection device according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor interface circuit and an angular velocity detection device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the angular velocity sensor interface circuit and the angular velocity detection device according to the first embodiment.
  • the angular velocity detection device 200 includes an angular velocity sensor 21, an angular velocity sensor interface circuit 100, and an angular velocity signal processing circuit 101.
  • the angular velocity sensor 21 includes a piezoelectric vibrator, and a circuit that drives the piezoelectric vibrator and detects an electromotive voltage generated by the vibration of the piezoelectric vibrator, according to the applied angular speed.
  • the angular velocity detection signal Vo which is a voltage signal, is output. Also outputs the reference voltage Vref.
  • the angular velocity sensor interface circuit 100 is an angular velocity output from the angular velocity sensor 21.
  • the detection signal Vo is DC-amplified and its output offset is adjusted, and an angular velocity detection signal amplification circuit 30 and an offset adjustment circuit 31 are provided.
  • the angular velocity signal processing circuit 101 includes an amplifier circuit that amplifies the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor interface circuit 100.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of angular velocity sensor 21 shown in FIG.
  • the vibrator 1 is provided with a left electrode 1L, a right electrode 1R, and a common electrode 1C, and a voltage + V is applied to the left electrode 1L and the right electrode 1R through a resistor.
  • Left electrode 1L and right electrode 1R forces L and R signals, each containing Coriolis, are extracted and applied to adder 2 and differential amplifier 3.
  • Adder circuit 2 adds the L and R signals and outputs an L + R signal. In this way, by adding the L signal and the R signal in the adder circuit 2, Coriolis is canceled and a stable feedback signal is obtained.
  • phase shift circuit 5 adjusts the phase of the output of the adder circuit 2 and adjusts so that the phase difference between the output of the adder circuit 2 and the drive voltage applied to the common electrode 1C oscillates stably at a desired frequency.
  • These oscillator adder circuit 2, amplitude control circuit 4, and phase shift circuit 5 constitute an oscillation circuit.
  • the adder circuit 2, the amplitude control circuit 4, and the phase shift circuit 5 constitute a drive circuit that drives the vibrator 1.
  • the output signal of the adder circuit 2 is given to, for example, a synchronization signal generation circuit 6 that also constitutes a comparator force, and a rectangular wave-like synchronization signal is given to the synchronization detection circuit 7.
  • the synchronous detection circuit 7 detects the signal output from the differential amplifier circuit 3 in synchronization with the synchronous signal output from the synchronous signal generation circuit 6.
  • the output voltage of the synchronous detection circuit 7 is a DC voltage that is substantially proportional to the angular velocity applied to the piezoelectric vibrator 1.
  • the DC amplification circuit 8 amplifies this and outputs it as an angular velocity detection signal Vo.
  • the reference voltage generation circuit 9 outputs the reference voltage Vref to the inside and outside of the angular velocity sensor 21.
  • the control circuit 24 When the angular velocity detection device 200 is turned on, the control circuit 24 is reset and starts operating. Start. First, the control circuit 24 keeps the counter 25 in the reset state for 100 ms immediately after startup. It waits for the output voltage of the angular velocity sensor 21 to stabilize during this 100 ms. Thereafter, the control circuit 24 supplies the clock signal from the clock signal generation circuit 23 to the counter 25. As a result, the counter 25 counts the clock signal from the initial value 0. The DA converter 26 supplies a voltage signal corresponding to the value of the counter 25 to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP1. As counter 25 counts up, the input voltage at the non-inverting input terminal of operational amplifier OP1 rises.
  • the comparator CP1 compares the output voltage of the operational amplifier OP1 with the reference voltage Vref, and sets a control signal (flag) to be supplied to the control circuit 24 when the output voltage of the operational amplifier OP1 reaches the reference voltage ( No, i level). (In Fig. 3, the downward triangle represents the reference voltage Vref line.) As a result, the control circuit 24 stops the clock signal applied to the counter 25. In this state, the output voltage of operational amplifier OP1 is equal to the reference voltage Vref. Also, the offset adjustment period ends when the flag is set.
  • the input switch circuit SW1 selects the reference voltage Vref side. Therefore, the reference voltage Vref is input to the angular velocity signal processing circuit 101.
  • the angular velocity detector When the angular velocity detector is activated, generally a large angular velocity is not acting, so a plausible signal can be output even during the offset adjustment period. Therefore, even immediately after starting the angular velocity detection device, the external host device can use the output signal of the angular velocity detection device without malfunctioning.
  • the input switch circuit SW1 is switched to select the ADJOUT side that is the output of the operational amplifier OP1. Therefore, after the offset adjustment period has elapsed, the angular velocity detection signal Vo output from the angular velocity sensor 21 is amplified to a predetermined gain by the angular velocity detection signal amplification circuit 30, and is amplified by the operational amplifier OP2 of the angular velocity signal processing circuit 101. Furthermore, a predetermined gain (for example, 100 ⁇ 200 times) amplified.
  • FIG. 5 is a timing chart showing the state of each part of FIG. 3 after the power is turned on.
  • the control circuit 24 keeps the counter 25 in the reset state for 100 ms immediately after the power is turned on, and waits for the output voltage of the angular velocity sensor 21 to stabilize during this 100 ms.
  • a clock signal is supplied to the counter 25.
  • the flag is set by the above-described operation until the maximum of 5.6 ms elapses, and the offset adjustment is completed. This 5.6 ms is determined by the maximum count of counter 25 (the maximum input value of DA converter 26) and the frequency of the clock signal.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an angular velocity sensor interface circuit and an angular velocity detection device according to the second embodiment.
  • a capacitor C21 connected in series to the output of the angular velocity detection signal amplifier circuit 30 is connected to the input portion of the angular velocity signal processing circuit 101, and the capacitor C21 A no-pass filter 22 comprising a resistor R25 connected to a shunt is provided between the reference voltage line and the reference voltage line.
  • a discharge switch circuit SW2 is provided at both ends of the capacitor C21.
  • the structure and operation of the other parts are the same as those shown in Fig. 3.
  • the discharge switch circuit SW2 is turned on during the offset adjustment period.
  • the input switch circuit SW1 is selected on the reference voltage Vref side during the offset adjustment period. Therefore, the voltage across the capacitor C21 and the charge bias between the voltages across the capacitor C21 are eliminated during the offset adjustment period.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the state of each part of FIG. 6 after the power is turned on.
  • the control circuit 24 keeps the counter 25 in the reset state for 100 ms immediately after the power is turned on, and waits for the output voltage of the angular velocity sensor 21 to stabilize during this 100 ms.
  • Discharge switch circuit SW2 is 125ms after power-on (from reset release of counter 25) Until 25 ms elapses), the discharge switch circuit SW2 is on and the input switch circuit SW1 selects the reference voltage Vref side. This eliminates the voltage across capacitor C21 and the charge bias between the voltages across it.
  • FIG. 8 is a voltage waveform diagram of the output signal VaO of the angular velocity detection device 200 shown in FIG. 6 and a voltage waveform diagram of the output signal of the comparative angular velocity detection device.
  • (A) to (C) are waveforms when the output signal VaO of the angular velocity detection device 200 shown in FIG. 6 is started.
  • one scale on the horizontal axis is 1 second.
  • Voff is the offset voltage of the angular velocity sensor 21 and the operational amplifier OP1, and is the difference voltage between the voltage of the angular velocity detection signal Vo and the reference voltage Vref.
  • (A) (D) (G) has an offset voltage of -204 mV
  • (B) (E) (H) has an offset voltage of 27 mV
  • (C) (F) (I) has an offset voltage. This is an example when using an angular velocity sensor of 195 mV.
  • FIG. 8 (A), (B), and (C) are waveforms at the time of start-up when the input switch circuit SW1 and the discharge switch circuit SW2 are provided as shown in FIG. (D)
  • E) shows the conventional angular velocity sensor interface circuit shown in Fig. 1 with the high-pass filter switch equipped with a high-speed charging switch SW, and when the switch SW is turned on. This is the waveform.
  • G) (H) (I) is a conventional angular velocity sensor interface that does not have the above-mentioned fast charge switch. It is a waveform at the time of starting in a face circuit.
  • the discharge switch circuit SW2 is not provided in the high-pass filter 22.
  • the input switch circuit SW1 selects the Vref side during the offset adjustment period.
  • the circuit SW1 side becomes the reference voltage Vref.
  • the capacitor C21 is connected to the operational amplifier OP2, the reference voltage Vref is applied via the resistor R25. Therefore, immediately after the power is turned on, the capacitor C21 is charged! If there is no charge / discharge current does not flow to the capacitor C21. Therefore, normally, the charge / discharge of the capacitor C21 does not occur during the offset adjustment period, and the rise time does not increase.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor interface circuit and an angular velocity detection device according to the fourth embodiment.
  • the configurations of the angular velocity sensor 21, the angular velocity detection signal amplifier circuit 30, the offset adjustment circuit 31, the input switch circuit SW1, and the high-pass filter 22 are the same as those shown in FIG.
  • the amplifier circuit 32 amplifies the output signal of the high-pass filter 22, and the low-pass filter 33 removes unnecessary signal components of a predetermined frequency or higher.
  • two systems are provided for each part described above. The first system is marked with A at the end of the code, and the second system is marked with B.
  • the AD converter 34 selects the output signals of the low-pass filters 33A and 33B in a time-division manner and converts them into digital data.
  • the microcomputer 40 switches the input to the AD converter 34 and reads the AD converted value to perform, for example, camera shake correction processing.
  • the angular velocity sensor 21A is arranged in the camera so as to be sensitive to the angular velocity in the winging direction, that is, the angular velocity having the vertical line as the rotation axis.
  • the angular velocity sensor 21 B is arranged in the camera so as to respond to the angular velocity in the pitching direction, that is, the angular velocity with the left and right horizontal axes as the rotation axis. In this way, two angular velocity sensors can be used without increasing the circuit scale.

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Abstract

角速度センサ（２１）から出力される角速度検出信号Ｖｏを増幅する角速度検出信号増幅回路（３０）と、起動後のオフセット調整期間に角速度検出信号増幅回路（３０）の出力電圧が、角速度が０である時に出力されるべき電圧である基準電圧Ｖｒｅｆとなるようにオフセットを調整するオフセット調整回路（３１）とを備える。また、オフセット調整期間に、基準電圧Ｖｒｅｆを選択する入力スイッチ回路（ＳＷ１）と、ハイパスフィルタ（２２）内のコンデンサ（Ｃ２１）を短絡する放電スイッチ回路（ＳＷ２）を備える。

Description

明 細 書
角速度センサインタフ ース回路および角速度検出装置
技術分野
[0001] この発明は、たとえばカメラの手ぶれ補正等に利用される角速度センサのインタフ エース回路および角速度検出装置に関するものである。
背景技術
[0002] ディジタルスチルカメラやディジタルビデオカメラにおいては、手ぶれ補正のために カメラの手ぶれを検出する角速度センサが利用されている。
[0003] このような手ぶれ補正等に利用される角速度センサは、圧電振動子とその圧電振 動子を駆動するとともに、コリオリカに起因する圧電振動子の振動によって生じる起 電圧を検出して、角速度に応じた電圧信号を出力するものである。この角速度センサ の出力信号を基に、手ぶれ補正のような、角速度に応じた何らかの制御を行うために は、角速度センサの出力信号を増幅し、角速度に応じた電圧信号に変換する必要が ある。この増幅回路は直流増幅回路であり、回路定数のばらつき等によって必然的 に直流オフセットが生じる。また、ある基準より低周波の角速度変化は検出しようとす る手ぶれによるものではなぐたとえばバーン'ティルトなど使用者自身の意図的な力 メラ操作によって生じるものであるので、そのような低周波成分はカットすべき信号で ある。そこで従来は、たとえば特許文献 1に示されているように、角速度センサの出力 信号をハイパスフィルタを介して直流成分および低周波成分をカットして直流増幅す るように回路を構成していた。
[0004] ここで特許文献 1に示されて 、る角速度センサインタフェース回路にっ 、て図 1を 参照して説明する。
図 1において、角速度センサ 11は電源電圧 VCCを入力し、角速度に応じた角速度 検出信号 Voを出力する。コンデンサ C1および抵抗 R1はハイパスフィルタ 12を構成 していて、抵抗 R2, R3およびオペアンプ OPは直流増幅回路を構成している。この ハイパスフィルタ 12と直流増幅回路とによって角速度センサインタフェース回路を構 成している。 [0005] 上記ハイパスフィルタ 12内には、抵抗 R1の両端を短絡するスィッチ SWを設けてい て、角速度センサ 11および角速度センサインタフェース回路の起動時にスィッチ SW をオンして抵抗 R1両端を短絡する。このことによって、ハイパスフィルタ 12内のコン デンサ C1の充電時定数を最低限のものとし、コンデンサ C1を定常電圧まで高速に 充電して、角速度センサインタフェース回路の出力信号を直ちに利用できるようにし ている。
特許文献 1：特開平 5 - 207356号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 図 1に示したハイパスフィルタ 12内のコンデンサ C1の容量は、たとえば数 10 μ Fと 大容量であり、図 1に示したようなスィッチ SWで抵抗 R1を短絡しても、コンデンサ C1 の定常的な電圧までの充電には数秒程度必要となり、たとえばカメラの手ぶれ補正 のためにこの角速度検出装置を設けておいても、カメラの電源オンと同時に手ぶれ 補正機能を使用するといつたことはできな力つた。
[0007] 図 2は、図 1に示した角速度センサインタフェース回路の各部の波形図である。電 源 VCCの印加によって角速度検出信号 Voである Α点の電圧 Vaが基準電圧 Vre;fよ り高い電圧である場合 (正のオフセットをもつ場合）、オペアンプ OPの出力電圧 VaO は最初電源電圧 VCCにクランプされ、その後の B点の電圧 Vbの低下に伴って、 Va 0は低下し、最終的に基準電圧 Vrefに収束することになる。
[0008] 従来のディジタルビデオカメラ等では、セットの電源投入直後から撮影開始までに たとえばテープのローデング時間など、他のリソースの制約に応じた待機時間が存在 するので、角速度検出装置の応答速度が多少遅くても、そのことは問題とはならなか つた。し力し、近年のディジタルスチルカメラや DVDビデオカメラ等においては、電源 投入直後から撮影できなければならず、上記応答性が問題となる。
[0009] そこで、この発明の目的は、上記立ち上がり時間（電源投入後、角速度に応じた電 圧が正しく出力されるまでの時間）を大幅に短縮ィ匕して上述の問題を解消した角速 度センサインタフェース回路および角速度検出装置を提供することにある。
課題を解決するための手段 [0010] 前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
[1]この発明の角速度センサインタフェース回路は、例えば図 3 ·図 4に示されるよう に、圧電振動子（1)と、該圧電振動子を駆動するとともに当該圧電振動子の振動に よって生じる起電圧を検出する回路とを備えて、印加される角速度に応じた電圧信号 である角速度検出信号 (Vo)を角速度信号処理回路（101)へ出力するものであって 前記角速度検出信号を増幅する角速度検出信号増幅回路 (30)と、
起動後のオフセット調整期間に、前記角速度検出信号増幅回路の出力電圧が、前 記印加される角速度が 0であるときに出力される電圧である基準電圧 (Vref)となるよ うに、前記角速度検出信号増幅回路 (30)のオフセットを調整するオフセット調整回 路 (31)と、
前記オフセット調整期間に、前記角速度信号処理回路（101)へ前記基準電圧を 与え、前記オフセット調整期間経過後に、前記角速度検出信号増幅回路 (30)の出 力信号を前記角速度信号処理回路（101)へ与える入力スィッチ回路 (SW1)と、を 備えたことを特徴としている。
[0011] [2]また、例えば図 6 ·図 9に示されるように、前記角速度信号処理回路（101)の入 力部に、前記角速度検出信号増幅回路（30)の出力に対してシリーズに接続したコ ンデンサ (C21)と、該コンデンサと前記基準電圧ラインとの間にシャントに接続した 抵抗 (R25)と、を含むハイパスフィルタ（22)を設ける。
[0012] [3]また、前記オフセット調整期間に前記コンデンサ (C21)の両端を短絡し、前記 オフセット調整期間経過後に前記コンデンサの両端を開放する放電スィッチ回路 (S W2)を設ける。
[0013] [4]また、例えば図 10に示されるように、前記角速度信号処理回路は、前記角速度 検出信号増幅回路 (30)の出力電圧を増幅する増幅回路 (32)と不要周波数帯域の 信号成分を減衰させるフィルタ（33)とを備えて、角速度の大きさに応じた電圧信号を 出力するものであって、当該角速度信号処理回路を 2つ備えるとともに、
前記 2つの角速度信号処理回路の出力電圧信号を時分割で AD変換してホスト装 置などの外部へ出力する ADコンバータを備えたものとする。 [0014] [5]この発明の角速度検出装置は、上記 [1]〜[3]のいずれかの角速度センサイ ンタフエース回路と前記角速度センサとから構成する。
[0015] [6]また、この発明の角速度検出装置は、上記 [4]に記載の角速度センサインタフ ース回路と、角速度の回転軸が互いに直交する関係にあり、それぞれの角速度検 出信号を前記 2つの角速度信号処理回路へ与える 2つの角速度センサと、から構成 する。
発明の効果
[0016] [1]例えば図 3において、起動後のオフセット調整期間に、オフセット調整回路（31 )の作用により、角速度センサ（21)から出力される電圧が増幅回路 30の出力で基準 電圧 (Vref)となるように、オフセットが調整される。そして、入力スィッチ回路（SW1) により、前記オフセット調整期間に、基準電圧が角速度信号処理回路（101)へ与え られ、オフセット調整期間経過後に、角速度センサ（21)の出力が増幅回路 30を介し て角速度信号処理回路（101)へ与えられる。オフセット調整回路（31)はたとえば、 角速度センサ（21)の出力信号を増幅する直流増幅回路の例えば参照電圧を所定 値にしてオフセットを調整するだけであるので、充放電時定数とは無関係である。そ のため、従来のノ、ィパスフィルタのコンデンサの充電時定数を小さくすることによって 立ち上がり時間を短縮ィ匕するものに比べて立ち上がり時間を大幅に短縮ィ匕できる。
[0017] [2]例えば図 6において、角速度センサ（21)の出力信号である角速度検出信号の 処理を行う角速度信号処理回路（101)の入力部に、直列接続のコンデンサ (C21) を含むハイパスフィルタ（22)が設けられていて、放電スィッチ回路の作用により、ォ フセット調整期間に上記コンデンサの両端が短絡され、オフセット調整期間経過後に コンデンサの両端が開放されるので、オフセット調整期間経過後は、角速度信号処 理回路（101)はハイパスフィルタを通した信号に対して増幅等の信号処理を行うこと ができる。
[0018] このように、直列接続のコンデンサを含む時定数回路であるハイパスフィルタを設け てもコンデンサの充放電時定数を一時的に小さくするといつた切り替えを行う必要は ないので、コンデンサに定常電圧が充電されるまで待つ必要がなぐ立ち上がり時間 が長くなることがない。 [0019] [3]放電スィッチ回路（SW2)は、オフセット調整期間に、ハイパスフィルタ（22)のコ ンデンサ（C21)の両端を短絡するので、コンデンサ（C21)に電荷が充電されていた としても、オフセット調整期間にコンデンサ（C21)の放電が行われ、オフセット調整期 間経過後、ハイパスフィルタは入力信号に対して直ちに正常に動作する。
[0020] [4]例えば図 10において、印加される角速度の大きさに応じた電圧信号を出力す る角速度信号処理回路を 2つ備えるとともに、この 2つの角速度信号処理回路の出力 電圧信号を時分割で AD変換する ADコンバータを備えることによって、回路規模を 増大することなぐ 2つの角速度センサを用いることができる。
[0021] [5]また、この 2つの角速度センサ（21)の角速度の回転軸が互いに直交するものと することにより、たとえばピッチングとョーイングの方向について手ぶれ補正を行うた めの小型の角速度検出装置として用いることができる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]特許文献 1に示されている角速度センサインタフェース回路の構成例を示す図 である。
[図 2]同角速度センサインタフェース回路の起動時の各部の波形を示す図である。
[図 3]第 1の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出装置 の構成を示すブロック図である。
[図 4]角速度センサの構成を示すブロック図である。
[図 5]図 3に示す角速度センサインタフェース回路の起動時の状態を示すタイミング チャートである。
[図 6]第 2の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出装置 の構成を示すブロック図である。
[図 7]同角速度センサインタフェース回路の起動時の状態を示すタイミングチャートで ある。
[図 8]図 6に示す角速度検出装置の出力信号 VaOの電圧波形図および比較用の角 速度検出装置の出力信号の電圧波形図である。
[図 9]第 3の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出装置 の構成を示すブロック図である。 [図 10]第 4の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出装 置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
[0023] 1ー圧電振動子
11, 21—角速度センサ
12, 22—ハイパスフィルタ
30—角速度検出信号増幅回路
31—オフセット調整回路
32—増幅回路
33—口一パスフィルタ
34— ADコンバータ
100—角速度センサインタフェース回路
101—角速度信号処理回路
200—角速度検出装置
SW1—入カスイッチ回路
SW2—放電スィッチ回路
Vo—角速度検出信号
発明を実施するための最良の形態
[0024] 《第 1の実施形態》
図 3は、第 1の実施形態に係る角速度センサインタフ ース回路および角速度検出 装置の構成を示す図である。
図 3において、角速度検出装置 200は、角速度センサ 21、角速度センサインタフエ ース回路 100、および角速度信号処理回路 101を備えている。
[0025] 角速度センサ 21は圧電振動子と、その圧電振動子を駆動するとともにその圧電振 動子の振動によって生じる起電圧を検出する回路とを備えていて、印加される角速 度に応じた電圧信号である角速度検出信号 Voを出力する。また基準電圧 Vrefを出 力する。
[0026] 角速度センサインタフェース回路 100は、角速度センサ 21から出力される角速度 検出信号 Voを直流増幅するとともに、その出力オフセットの調整を行うものであり、角 速度検出信号増幅回路 30とオフセット調整回路 31とを備えている。
[0027] 角速度信号処理回路 101は角速度センサインタフェース回路 100から出力される 角速度検出信号を増幅する増幅回路を備えている。
[0028] 図 4は、図 3に示した角速度センサ 21の構成を示すブロック図である。図 4において 、振動子 1には左電極 1Lと右電極 1Rと共通電極 1Cとを設けていて、左電極 1Lと右 電極 1Rには抵抗を介して電圧 +Vを与える。左電極 1L,右電極 1R力 それぞれコ リオリカを含む L信号と R信号とを取り出し、加算回路 2と差動増幅回路 3とに与えら れる。加算回路 2は L信号と R信号とを加算して L+R信号を出力する。このように、加 算回路 2で L信号と R信号とを加算することにより、コリオリカを相殺して安定な帰還信 号を得る。
[0029] 上述の帰還信号を振幅制御回路 4に与えることにより振幅一定の駆動電圧となり、 この駆動電圧を移相回路 5を介して振動子 1の共通電極 1Cに与える。移相回路 5は 加算回路 2の出力の位相を調整するものであり、加算回路 2の出力と共通電極 1Cに 与える駆動電圧の位相差が所望周波数で安定に発振するように調整する。これらの 振動子 加算回路 2、振幅制御回路 4、および移相回路 5は発振回路を構成してい る。また、加算回路 2と振幅制御回路 4と移相回路 5とで振動子 1を駆動する駆動回 路を構成している。
[0030] 加算回路 2の出力信号は、たとえばコンパレータ力も構成する同期信号生成回路 6 に与え、矩形波状の同期信号を同期検波回路 7に与える。
[0031] 同期検波回路 7は、差動増幅回路 3から出力される信号を同期信号生成回路 6か ら出力される同期信号に同期して検波を行う。この同期検波回路 7の出力電圧は、 圧電振動子 1に加わる角速度にほぼ比例した直流電圧である。直流増幅回路 8は、 これを直流増幅して角速度検出信号 Voとして出力する。また基準電圧発生回路 9は この角速度センサ 21内部および外部へ基準電圧 Vrefを出力する。
[0032] 次に、再び図 3を参照して角速度センサインタフェース回路 100の作用について説 明する。
この角速度検出装置 200の電源投入により、制御回路 24はリセットされ、動作を開 始する。まず制御回路 24は起動直後 100msの間、カウンタ 25をリセット状態に保つ 。この 100msの間に角速度センサ 21の出力電圧が安定化するのを待つ。その後、 制御回路 24はクロック信号発生回路 23からのクロック信号をカウンタ 25へ与える。こ れにより、カウンタ 25は初期値 0からクロック信号をカウントする。 DAコンバータ 26は カウンタ 25の値に応じた電圧信号をオペアンプ OP1の非反転入力端子（+ )に与え る。カウンタ 25のカウントアップに伴ってオペアンプ OP1の非反転入力端子の入力 電圧は上昇する。
[0033] コンパレータ CP1はオペアンプ OP1の出力電圧と基準電圧 Vrefとを比較して、ォ ぺアンプ OP1の出力電圧が基準電圧に達したとき、制御回路 24へ与える制御信号 ( フラグ)をセットする (ノ、ィレベルにする）。（図 3において、下向き三角記号は基準電 圧 Vrefラインを表している。）これにより、制御回路 24はカウンタ 25へ与えるクロック 信号を停止する。この状態で、オペアンプ OP1の出力電圧は基準電圧 Vrefに等しく なる。また、上記フラグをセットしたことによりオフセット調整期間が終了する。
[0034] 起動後のオフセット調整期間では入力スィッチ回路 SW1は基準電圧 Vref側を選 択している。そのため角速度信号処理回路 101には基準電圧 Vrefが入力されること になる。
[0035] このように、オフセット調整期間に、角速度信号処理回路 101に対して基準電圧 Vr efを入力することにより、角速度信号処理回路 101は、角速度 =0と同等の電圧を外 部のホスト装置に出力することになる。角速度検出装置の起動時は一般的に大きな 角速度は作用していないので、オフセット調整期間でも、もっともらしい（まともな)信 号を出力することができる。したがって、角速度検出装置のまさに起動直後でも、外 部のホスト装置は誤動作することなぐ角速度検出装置の出力信号を利用することが 可能となる。
[0036] 上記フラグのセットにより、すなわちコンパレータ CP1の出力により、入力スィッチ回 路 SW1はオペアンプ OP1の出力である ADJOUT側を選択するように切り替わる。し たがってオフセット調整期間の経過後は、角速度センサ 21から出力される角速度検 出信号 Voが角速度検出信号増幅回路 30で所定ゲインに増幅され、角速度信号処 理回路 101のオペアンプ OP2による増幅回路でさらに所定ゲイン (たとえば、 100〜 200倍)増幅される。
[0037] 図 5は図 3の各部の電源投入後の状態を示すタイミングチャートである。制御回路 2 4は電源投入直後 100msの間、カウンタ 25をリセット状態に保ち、この 100msの間 に角速度センサ 21の出力電圧が安定ィ匕するのを待つ。
[0038] 100msの後はカウンタ 25に対してクロック信号を与える。これにより、最大 5. 6ms が経過するまでに上述した動作によりフラグがセットされてオフセット調整が完了する 。この 5. 6msはカウンタ 25の最大カウント数（DAコンバータ 26の入力最大値）とクロ ック信号の周波数とによって定まる。
[0039] 《第 2の実施形態》
次に、第 2の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出 装置について図 6〜図 8を参照して説明する。
図 6は、第 2の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出 装置の構成を示す図である。図 3に示したものと異なり、この第 2の実施形態では角 速度信号処理回路 101の入力部に、角速度検出信号増幅回路 30の出力に対して シリーズに接続したコンデンサ C21、およびこのコンデンサ C21と基準電圧ラインとの 間にシャントに接続した抵抗 R25からなるノ、ィパスフィルタ 22を設けている。また、こ のコンデンサ C21の両端には放電スィッチ回路 SW2を設けている。その他の部分の 構成 ·作用は図 3に示したものと同様である。
[0040] 上記放電スィッチ回路 SW2はオフセット調整期間にオンされる。また、入力スィッチ 回路 SW1はオフセット調整期間に基準電圧 Vref側に選択される。したがって、オフ セット調整期間にコンデンサ C21の両端電圧および両端電圧間の電荷の偏りが消去 される。
[0041] 図 7は、図 6の各部の電源投入後の状態を示すタイミングチャートである。制御回路 24は電源投入直後 100msの間、カウンタ 25をリセット状態に保ち、この 100msの間 に角速度センサ 21の出力電圧が安定ィ匕するのを待つ。
[0042] 100msの後はカウンタ 25に対してクロック信号を与える。これにより、最大 5. 6ms が経過するまでに上述した動作によりフラグがセットされてオフセット調整が完了する 。放電スィッチ回路 SW2は電源投入から 125msの間（カウンタ 25のリセット解除から 25msが経過するまで）は、放電スィッチ回路 SW2はオン状態であり、入力スィッチ 回路 SW1は基準電圧 Vref側を選択する。これによりコンデンサ C21の両端電圧お よび両端電圧間の電荷の偏りが消去される。
[0043] 図 8は、図 6に示した角速度検出装置 200の出力信号 VaOの電圧波形図および比 較用の角速度検出装置の出力信号の電圧波形図である。
図 8にお 、て (A)〜（C)は、図 6に示した角速度検出装置 200の出力信号 VaOの 起動時の波形である。ここで横軸の 1目盛りは 1秒である。
[0044] 図 8の (A)〜 (I)と角速度検出装置の条件との関係は次のとおりである。
[0045] [表 1]
Vo=1.146[V] Vo=1.321[V] Vo=1.547[V]
VreM.349[V] VreM.348[V] VreM.353[V]
Vofl^-204[mV] Vofi^-27[mV] Vofi^l95[mV] 入力'放電スィッチ有り
高速充電スィッチ有り
スィッチ無し ここで、 Voffは角速度センサ 21およびオペアンプ OP1のオフセット電圧であり、角 速度検出信号 Voの電圧と基準電圧 Vrefとの差の電圧である。すなわち図 8におい て (A) (D) (G)は、オフセット電圧が— 204mV、（B) (E) (H)はオフセット電圧が 27mV、 (C) (F) (I)はオフセット電圧が 195mVである角速度センサをそれぞれ用い た場合の例である。
また、図 8において (A) (B) (C)は図 6に示したように入力スィッチ回路 SW1と放電 スィッチ回路 SW2を備えた場合の起動時の波形である。 (D) (E) (F)は図 1に示した 、ハイパスフィルタ部分に高速充電用スィッチ SWを備えた従来の角速度センサイン タフエース回路にぉ 、て、そのスィッチ SWをオンした状態での起動時の波形である 。 （G) (H) (I)は上記高速充電用のスィッチも存在しない従来の角速度センサインタ フェース回路における起動時の波形である。
[0047] 図 8の（A) (B) (C)に示すように、角速度センサ 21およびオペアンプ OP1のオフセ ット電圧の絶対値が大きくても、電源投入直後カゝら直ちに VaO電圧が安定することが 分かる。
[0048] 図 1に示した回路で高速充電用のスィッチ SWが存在しなければ、図 8の（H)に示 したように、オペアンプのオフセットがー 27mVと小さくても、立ち上がりに時間が掛か ることが分かる。また、図 8の（D) (G) (F) (I)に示したように、上記高速充電用のスィ ツチ SWを起動時に投入してもオペアンプのオフセットが大きければ、立ち上がり時 間はさほど短縮されないことが分かる。
[0049] 《第 3の実施形態》
次に、第 3の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出 装置について図 9を参照して説明する。
図 6に示した回路と異なるのは、ハイパスフィルタ 22内に放電スィッチ回路 SW2を 設けていない点である。このようにハイパスフィルタ 22内のコンデンサ C21の両端を 短絡する放電スィッチ回路 SW2が存在しなくても、オフセット調整期間では入力スィ ツチ回路 SW1が Vref側を選択しているので、コンデンサ C21の入力スィッチ回路 S W1側は基準電圧 Vrefとなる。またコンデンサ C21のオペアンプ OP2側につ!ヽても 抵抗 R25を介して基準電圧 Vrefが印加される。そのため電源投入直後にコンデンサ C21に電荷が充電されて!、なければ、コンデンサ C21に充放電電流が流れることは ない。従って、通常はコンデンサ C21に対する充放電がオフセット調整期間に生じる ことはなぐ立ち上がり時間が延びることもない。
[0050] 《第 4の実施形態》
図 10は第 4の実施形態に係る角速度センサインタフェース回路および角速度検出 装置の構成を示すブロック図である。角速度センサ 21、角速度検出信号増幅回路 3 0、オフセット調整回路 31、入力スィッチ回路 SW1、およびハイパスフィルタ 22の構 成については図 6に示したものと同様である。増幅回路 32はハイパスフィルタ 22の出 力信号を増幅し、ローノ スフィルタ 33は所定周波数以上の不要な信号成分を除去 する。 [0051] この第 4の実施形態では、上記各部を 2系統備えている。第 1の系統には符号の末 尾に Aを付して 、て、第 2の系統には Bを付して 、る。
[0052] ADコンバータ 34はローパスフィルタ 33A, 33Bの出力信号を時分割的に選択す るとともにディジタルデータに変換する。マイクロコンピュータ 40は ADコンバータ 34 に対する入力の切り替えを行うとともに AD変換された値を読み取って、たとえば手ぶ れ補正処理を行う。
[0053] 角速度センサ 21Aはョーイング方向の角速度すなわち鉛直線を回転軸とする角速 度に感応するようにカメラ内に配置する。また角速度センサ 21 Bはピッチング方向の 角速度すなわち左右の水平軸を回転軸とする角速度に感応するようにカメラ内に配 置する。このようにして回路規模を増大することなぐ 2つの角速度センサを用いること ができる。

Claims

請求の範囲
[1] 圧電振動子と、該圧電振動子を駆動するとともに当該圧電振動子の振動によって 生じる起電圧を検出する回路とを備えて、印加される角速度に応じた電圧信号であ る角速度検出信号を角速度信号処理回路へ出力する角速度センサインタフ ース 回路であって、
前記角速度検出信号を増幅する角速度検出信号増幅回路と、
起動後のオフセット調整期間に、前記角速度検出信号増幅回路の出力電圧が、前 記印加される角速度が 0であるときに出力される電圧である基準電圧となるように、前 記角速度検出信号増幅回路のオフセットを調整するオフセット調整回路と、 前記オフセット調整期間に、前記角速度信号処理回路へ前記基準電圧を与え、前 記オフセット調整期間経過後に、前記角速度検出信号増幅回路の出力信号を前記 角速度信号処理回路へ与える入力スィッチ回路と、
を備えた角速度センサインタフェース回路。
[2] 前記角速度信号処理回路の入力部に、前記角速度検出信号増幅回路の出力に 対してシリーズに接続したコンデンサと、該コンデンサと前記基準電圧ラインとの間に シャントに接続した抵抗と、を含むハイパスフィルタを設けた請求項 1に記載の角速 度センサインタフェース回路。
[3] 前記オフセット調整期間に前記コンデンサの両端を短絡し、前記オフセット調整期 間経過後に前記コンデンサの両端を開放する放電スィッチ回路を設けた請求項 2に 記載の角速度センサインタフェース回路。
[4] 前記角速度信号処理回路は、前記角速度検出信号増幅回路の出力電圧を増幅 する増幅回路と不要周波数帯域の信号成分を減衰させるフィルタとを備えて、前記 印加される角速度の大きさに応じた電圧信号を出力するものであって、当該角速度 信号処理回路を 2つ備えるとともに、
前記 2つの角速度信号処理回路の出力電圧信号を時分割で AD変換して外部へ 出力する ADコンバータを備えた請求項 1、 2または 3に記載の角速度センサインタフ エース回路。
[5] 請求項 1、 2または 3に記載の角速度センサインタフェース回路と前記角速度センサ とを備えてなる角速度検出装置。
請求項 4に記載の角速度センサインタフェース回路と、
角速度の回転軸が互いに直交する関係にあり、それぞれの角速度検出信号を前 記 2つの角速度信号処理回路へ与える 2つの角速度センサと、
を備えてなる角速度検出装置。
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