WO2016021305A1

WO2016021305A1 - 角速度センサ

Info

Publication number: WO2016021305A1
Application number: PCT/JP2015/067562
Authority: WO
Inventors: 潤弥松岡
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-02-11

Abstract

　起動開始後に速やかに角速度を検出できるようにすると共に、消費電力を低減できるようにする。角速度センサ（１）は、振動子（２）と、駆動回路（４）と、制御回路（５）と、検出回路（７）とを備える。振動子（２）は、振動可能である。駆動回路（４）は、振動子（２）に駆動信号（Ｖｄ１，Ｖｄ２）を印加して振動子（２）を所定の振動方向に振動させる。制御回路（５）は、振動子（２）の振動方向への振動振幅に基づいて角速度の測定動作を制御する。検出回路（７）は、振動子（２）の振動方向と直交する方向に振動子（２）が変位する変位量を検出する。制御回路（５）は、駆動回路（４）により駆動信号（Ｖｄ１，Ｖｄ２）が振動子（２）に印加されることによって振動方向に振動する振動子（２）の振動振幅が飽和振幅に至る前の所定振幅（Ｘａ）となったことを検知したとき、検出回路（７）に変位量を検出させる動作を開始させる。

Description

角速度センサ

　本発明は、振動型角速度センサに関し、特にコリオリ力による振動子の変位に基づいて角速度を検出する角速度センサに関する。

　振動型角速度センサは、振動子に駆動信号を印加して振動子を所定の振動方向に所定周波数で振動させることにより、外部から作用する角速度に応じたコリオリ力を生じさせ、そのコリオリ力によって振動子が振動方向と直交する方向に変位する変位量を検出して角速度の大きさを測定するセンサである。この種の角速度センサにおいて、振動子を真空封止されたパッケージ内に設置したものが知られている（例えば特開２００１－２２１６４０号公報（特許文献１））。振動子を真空封止されたパッケージ内に設置することにより、振動子のＱ値を高くすることができるため、振動子の振動振幅を大きくでき、角速度の検出感度を向上させることができる。また真空状態で振動する振動子は空気抵抗を受けないため、低ノイズで角速度を測定することができるという利点もある。

特開２００１－２２１６４０号公報

　しかしながら、振動子を真空中に設置した場合には、振動子が大気中で振動する場合よりも、振動子の駆動を開始してから振動振幅が飽和振幅（最大振幅）になるまでに時間を要する。また角速度の検出感度を高めるためには、振動子の振動振幅が大きい方が良い。そのため、角速度センサを起動してから角速度の測定動作が開始されるまでに時間がかかるという問題がある。

　また真空状態で振動する振動子は、駆動信号が停止した後にも振動方向に自由振動する。この自由振動は次第に減衰していくことになるが、真空空間では空気抵抗を受けないため、振動子が停止するまでに長時間を要する。そのため、真空状態で振動する振動子を間欠動作させようとすると、角速度の測定周期が長くなり、短周期で角速度を測定することができない。それ故、短周期で角速度を検出することが求められる場合には振動子を常時振動方向に振動させておく必要があり、消費電力が大きくなるという問題がある。

　そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、起動開始後に速やかに角速度を検出することができる角速度センサを提供することを第１の目的とし、更に短周期で角速度を検出することが求められる場合でも消費電力を低減できるようにした角速度センサを提供することを第２の目的とするものである。

　上記目的を達成するため、本発明に係る角速度センサは、振動子と、駆動手段と、制御手段と、検出手段とを備える。振動子は、振動可能である。駆動手段は、振動子に駆動信号を印加して振動子を所定の振動方向に振動させる。制御手段は、振動子の振動方向への振動振幅に基づいて角速度の測定動作を制御する。検出手段は、振動子が振動方向に振動しているとき、振動方向と直交する方向に振動子が変位する変位量を検出する。制御手段は、駆動手段により駆動信号が振動子に印加されることによって振動方向に振動する振動子の振動振幅が飽和振幅に至る前の所定振幅となったことを検知したとき、検出手段に変位量を検出させる動作を開始させる。このような構成によれば、起動開始後に速やかに角速度を検出することができるようになる。

　また上記構成を有する角速度センサにおいて、制御手段は、振動子の振動振幅が所定振幅となったことを検知したとき、又は、検出手段による変位量の検出動作が終了したとき、駆動手段を休止させる構成を採用しても良い。このような構成によれば、駆動手段を休止させることによって消費電力を低減することができるようになる。

　また上記構成を有する角速度センサにおいて、制御手段は、検出手段による変位量の検出動作が終了してから所定時間が経過したとき、駆動手段を復帰させ、駆動信号を振動子に印加させる動作を再開させる構成を採用することが好ましい。このような構成によれば、振動子を間欠駆動することができるので、駆動手段が休止している間、消費電力を低減することができる。

　また上記構成を有する角速度センサにおいて、制御手段は、駆動手段を復帰させるとき、振動子が振動方向へ振動する位相に応じたタイミング信号を駆動手段に出力することが好ましい。駆動手段は、そのタイミング信号に基づく駆動信号を生成して振動子に印加する構成を採用することが好ましい。このような構成によれば、駆動手段が復帰するときには、振動子の現在の位相に合致した駆動信号を生成して振動子に印加することができるため、速やかに振動子の振動振幅を成長させていくことができるようになる。

　また上記構成を有する角速度センサにおいて、制御手段は、検出手段による変位量の検出動作が終了したときには検出手段を休止させる構成を採用しても良い。このような構成によれば、検出手段を休止させることによって消費電力を低減することができるようになる。

　本発明によれば、振動子の振動振幅が飽和振幅に至る前の所定振幅となったときに振動子の振動方向と直交する方向に振動子が変位する変位量を検出する動作が開始されるため、起動開始後に速やかに角速度を検出することができるようになる。また本発明によれば、短周期で角速度を検出することが求められる場合でも駆動手段や検出手段を休止させることによって消費電力を低減することができるようになる。

角速度センサの一構成例を示す図である。駆動信号と振動子の振動波形の一例を示す図である。振動子の振動振幅の変化を示す図である。振動子の振動振幅と駆動回路及び検出回路の動作状態とを示す図である。

　以下、本発明に関する好ましい実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態において互いに共通する部材には同一符号を付しており、それらについての重複する説明は繰り返さない。

　図１は、本実施形態における角速度センサ１の一構成例を示す図である。この角速度センサ１は、例えばスマートフォンやタブレット端末などの情報処理装置に実装されるセンサである。この角速度センサ１は、図１に示すように、ＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　Systems）構造によってシリコン基板などの基板上に形成される振動子２を備えている。振動子２は、不図示のバネ構造などにより基板上において互いに直交する２軸方向に変位可能なように支持されている。この振動子２は、基板に形成される複数の固定電極のそれぞれと対向する複数の可動電極を備えており、それら固定電極と可動電極とによって複数のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６を形成している。これらのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６は、いずれも振動子２の変位によって静電容量を変化させる可変容量コンデンサである。コンデンサＣ１，Ｃ２は振動子２を挟んでＸ軸方向の両側に配置されており、またコンデンサＣ３，Ｃ４も振動子２を挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。コンデンサＣ１，Ｃ２は、振動子２をＸ軸方向へ振動駆動させるためのコンデンサである。またコンデンサＣ３，Ｃ４は、振動子２がＸ方向に振動するときの振動変位を検知するためのコンデンサである。さらにコンデンサＣ５，Ｃ６は、振動子２を挟んでＹ軸方向の両端側に配置されており、振動子２がＸ方向と直交するＹ方向に変位するときの変位量を検知するためのコンデンサである。これらのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６と振動子２は、気密状態に封止されたパッケージ３の内側に設けられる。パッケージ３の内部は、予め減圧された真空状態となっている。そのため、振動子２は、真空状態でＸ方向及びＹ方向の２方向に変位可能である。

　また角速度センサ１は、振動子２を所定のＸ方向に振動させるための駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成する駆動回路４と、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２によってＸ方向に振動する振動子２の振動変位を検知して角速度の測定動作を制御する制御回路５と、所定周波数の基準信号ＣＬＫを生成して後述する各回路に出力する基準信号生成回路６と、振動子２がＹ方向に振動変位するときの変位量を検出する検出回路７とを備える。

　基準信号生成回路６は、例えば振動子２の共振周波数に一致する周波数（例えば４～８ｋＨｚ程度）の基準信号ＣＬＫを生成し、その基準信号ＣＬＫを、駆動回路４、制御回路５及び検出回路７のそれぞれに出力する。

　制御回路５は、駆動回路４及び検出回路７の動作を制御するものである。また制御回路５は、例えば不図示の信号線を介して振動子２の平均電圧を所定電圧に保持する。このような制御回路５は、角速度センサ１に電源が投入されると、まず駆動回路４を起動させる。

　駆動回路４は、振動子２をＸ方向に振動駆動する回路である。駆動回路４は、基準信号生成回路６から出力される基準信号ＣＬＫに基づき基準信号ＣＬＫの周波数に一致する一対の駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成する。駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２は、例えば図２（ａ）に示すように所定の基準電圧Ｖｒｅｆを中心電圧として互いに極性が交互に入れ替わる正弦波信号である。つまり、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２は互いに位相が１８０度ずれた信号となっている。駆動回路４は、そのような一対の駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成し、駆動信号Ｖｄ１をコンデンサＣ１の固定電極側に印加し、駆動信号Ｖｄ２をコンデンサＣ２の固定電極側に印加する。

　上述したように振動子２は制御回路５によって平均電圧が所定電圧で保持される。この所定電圧は、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２の中心電圧である基準電圧Ｖｒｅｆとは異なる電圧に設定される。したがって、駆動回路４が駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２をコンデンサＣ１，Ｃ２の固定電極側に印加すると、コンデンサＣ１，Ｃ２に大きさの異なる静電気力が発生し、その静電気力の差によって振動子２がＸ軸方向へ振動する。

　例えば振動子２の所定電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いとき、駆動回路４によって図２（ａ）に示すような駆動信号Ｖｄ１がコンデンサＣ１に、駆動信号Ｖｄ２がコンデンサＣ２に印加されると、タイミングＴ０からＴ１までの期間ではコンデンサＣ２に生じる静電気力がコンデンサＣ１に生じる静電気力よりも大きくなる。これに対し、タイミングＴ１からＴ２までの期間ではコンデンサＣ１に生じる静電気力がコンデンサＣ２に生じる静電気力よりも大きくなる。これにより、コンデンサＣ１，Ｃ２が静電気力によって交互に振動子２を引き付けるため、振動子２は、図２（ｂ）に示すようにＸ軸方向へ振動する。つまり、振動子２は共振周波数でＸ軸方向へ振動するようになり、その振動波形は駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２と位相が９０°ずれた波形となる。

　振動子２がＸ軸方向へ振動するようになると、コンデンサＣ３，Ｃ４の静電容量が変化する。例えば振動子２がコンデンサＣ１に引き寄せられると、コンデンサＣ３の静電容量が大きくなり、コンデンサＣ４の静電容量が小さくなる。また振動子２がコンデンサＣ２に引き寄せられると、コンデンサＣ３の静電容量が小さくなり、コンデンサＣ４の静電容量が大きくなる。コンデンサＣ３，Ｃ４の静電容量が変化することに伴い、コンデンサＣ３，Ｃ４から静電容量の変化分に対応する電荷信号ＳＸ１，ＳＸ２が制御回路５へ転送される。

　制御回路５は、コンデンサＣ３，Ｃ４から転送される電荷信号ＳＸ１，ＳＸ２に基づき振動子２のＸ方向への振動変位を検知すると共に、振動子２の振動振幅を検知する。駆動回路４により駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２が継続的にコンデンサＣ１，Ｃ２に印加されると、振動子２のＸ方向への振動振幅は、図３（ａ）に示すように次第に大きく成長していく。制御回路５は、そのような振動子２の振動振幅を監視するように構成される。

　振動子２は真空状態で振動するため、大気中で振動する場合よりもＱ値が高く、Ｘ方向に振動するときの振動振幅が大気中で振動する場合よりも大きく成長する。真空状態では振動子２の振動振幅が飽和して最大振幅となるまでには大気中よりも長時間を要するが、その成長過程では比較的迅速に振動振幅が増大していく。そして制御回路５は、振動子２の振動振幅が予め設定された所定振幅になったか否かを検知するように構成される。予め設定される所定振幅は、振動子２の飽和振幅（最大振幅）よりも小さい振幅である。そして制御回路５は、振動子２の振動振幅が所定振幅になったことを検知すると、駆動回路４に対して制御信号ＣＮＴ１を出力して駆動回路４を休止させる。これにより、駆動回路４はスリープ状態となり、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２の出力動作が停止する。

　図３（ｂ）は、振動子２の振動振幅の変化を示している。図３（ｂ）に示すようにタイミングＴ０で駆動回路４が振動子２をＸ方向へ駆動し始めると、振動子２は次第に振動振幅を増加させていく。しかし、振動子２の振動振幅が最大振幅Ｘｍａｘとなるには長時間を要する。そのため、制御回路５は、駆動回路４による振動子２の駆動が開始された後、振動子２が最大振幅ＸｍａｘとなるタイミングＴｂまで待機するのではなく、所定振幅ＸａとなったタイミングＴａで駆動回路４を休止させる。駆動回路４を休止させることによりコンデンサＣ１，Ｃ２には駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２が印加されなくなるため、振動子２はその後、Ｘ方向に自由振動するようになり、Ｘ方向の振動振幅は緩やかに減衰し始める。また制御回路５は、タイミングＴａで検出回路７に対して制御信号ＣＮＴ２を出力し、検出回路７による角速度の測定動作を開始させる。

　検出回路７は、振動子２のＹ方向の変位量を検知して角速度センサ１に作用する角速度を測定するものである。振動子２がＸ方向に振動しているとき、角速度センサ１に角速度が作用すると、振動子２に対してその角速度に応じたコリオリ力がＹ方向に働き、振動子２がＹ方向に変位する。このときの変位量は、Ｘ方向に振動する振動子２の振動振幅が大きくなることに伴って大きくなる。つまり、振動子２の振動振幅が大きくなる程、角速度の測定感度が上がる。そして制御回路５は、角速度の測定感度が所定レベルになったことを検知したタイミングＴａで駆動回路４を休止させると共に、検出回路７に角速度の測定動作を行わせる。

　振動子２にコリオリ力が作用してＹ方向へ変位すると、コンデンサＣ５，Ｃ６の静電容量が変化する。例えばコンデンサＣ５の静電容量が増加すると、他方のコンデンサＣ６の静電容量は減少する。逆にコンデンサＣ５の静電容量が減少すると、他方のコンデンサＣ６の静電容量が増加する。コンデンサＣ５，Ｃ６の静電容量が変化することに伴い、各コンデンサＣ５，Ｃ６から静電容量の変化分に対応する電荷信号ＳＹ１，ＳＹ２が検出回路７へ転送される。

　検出回路７は、制御回路５から出力される制御信号ＣＮＴ２によって動作を開始し、コンデンサＣ５，Ｃ６から転送される電荷信号ＳＹ１，ＳＹ２に基づいて振動子２のＹ方向の変位量を検知し、その変位量に基づいて振動子２に作用している角速度に応じた信号Ｓｏｕｔを出力する。この信号Ｓｏｕｔが角速度センサ１の出力信号となる。

　ところで、振動子２がＸ方向へ振動しているときには、バネ構造などの歪みにより、振動子２はＸ方向だけでなくＹ方向へも振動する。つまり、振動子２がＸ方向へ強制振動されると、それに伴い、振動子２は定常的にＹ方向へも振動していることになる。このような定常的なＹ方向の振動成分はクアドラチャーエラーと呼ばれ、コリオリ力によるＹ方向の変位とは相関がない。そのため、検出回路７は、電荷信号ＳＹ１，ＳＹ２に基づき、コリオリ力によって振動子２がＹ方向へ変位した変位量を検知するときには、クアドラチャーエラーの信号成分を除去することが必要となる。

　クアドラチャーエラーによるＹ方向の振動波形は、振動子２のＸ方向への振動波形と同期しており、互いの位相ずれが０°の関係にある。これに対し、コリオリ力によるＹ方向の振動波形は、振動子２のＸ方向の振動波形と同期し、Ｘ方向の振動波形に対して位相が９０°ずれた関係にある。検出回路７が電荷信号ＳＹ１，ＳＹ２に基づいて検出できる振動波形は、クアドラチャーエラーによる振動波形とコリオリ力による振動波形とが合成された合成振動波形である。そのため、検出回路７は、基準信号生成回路６から出力される基準信号ＣＬＫに基づき、例えば駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２がゼロクロスするタイミング（基準電圧Ｖｒｅｆとなるタイミング）を基準に合成振動波形を積分することにより、合成振動波形からクアドラチャーエラーによる振動波形を除去し、コリオリ力による振動波形による信号成分だけを抽出して信号Ｓｏｕｔを生成する。

　検出回路７による角速度の測定動作は一定期間行われ、その一定期間の間に複数回の測定が行われる。制御回路５は、検出回路７による測定動作が一定期間行われると、検出回路７に対して制御信号ＣＮＴ２を出力して検出回路７を休止させる。これにより、検出回路７はスリープ状態となり、角速度の測定動作が停止する。つまり、検出回路７による測定動作が終了すると、駆動回路４と検出回路７との双方がスリープ状態となるため、消費電力を低減することができる。

　駆動回路４及び検出回路７をスリープ状態へ移行させた後、制御回路５は、例えば基準信号生成回路６から出力される基準信号ＣＬＫに基づいて時間計測を行い、所定期間が経過したか否かを判断する。そして所定期間が経過したことを検知すると、制御回路５は、駆動回路４に対して制御信号ＣＮＴ１を出力することにより駆動回路４をスリープ状態から復帰させる。これにより、駆動回路４は、再び起動状態となり、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成してコンデンサＣ１，Ｃ２に印加するようになる。そして振動子２は、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２によって再び駆動され、Ｘ方向の振動振幅を次第に増加させるようになる。その後、制御回路５は、上記と同様に、振動子２の振動振幅が所定振幅Ｘａとなったことを検知すると、駆動回路４を休止させると共に、検出回路７をスリープ状態から復帰させて角速度の測定動作を行わせる。

　図４は、振動子２の振動振幅と駆動回路４及び検出回路７の動作タイミングとを示す図である。角速度センサ１への電源投入に伴い、制御回路５がタイミングＴ１０で駆動回路４を起動させると、駆動回路４は基準信号ＣＬＫに基づいて一対の駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成し、コンデンサＣ１，Ｃ２に印加する。駆動回路４から出力される駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２により振動子２の振動振幅は、図４に示すように次第に大きくなっていく。制御回路５は、その振動振幅が所定振幅ＸａとなったタイミングＴ１１で駆動回路４を休止させると共に、検出回路７を起動させて角速度の測定動作を行わせる。タイミングＴ１１から所定期間が経過してタイミングＴ１２になると、制御回路５は、検出回路７を休止させる。

　ここでタイミングＴ１１からＴ１２までの測定期間中における振動子２の振動振幅は一定ではなく、時間経過に伴って次第に減衰する。しかし、真空中における減衰率は小さいため、測定期間中に振動子２の振動振幅が減衰しても角速度の測定精度への影響はそれ程大きなものではない。そのため、検出回路７は、振動子２の振動振幅が減衰することを無視して角速度を測定するようにしても良い。一方、真空中における振動子２の振動振幅の減衰が測定精度に与える影響を無視することができない場合には、予め検出回路７に振動子２の減衰率を記憶させておき、測定動作を開始してからの経過時間に応じて減衰率を勘案した演算を行って測定値を補正するようにしても良い。

　またタイミングＴ１１からＴ１２までの測定期間中は、振動子２が自由振動する状態となるため、振動子２の振動周波数が強制振動中とは若干ずれた周波数にシフトする。すなわち、自由振動中における振動子２の振動周波数は、強制振動中の振動周波数よりも若干低い周波数となる。しかし、数千～数万程度の高いＱ値の振動であれば、振動子２が自由振動に移行してからの初めの数十～数百程度の振動波長分の振動波形については、周波数シフトに伴う振幅及び位相の変化は無視できる程に小さなものである。そのため、振動子２が自由振動に移行した直後に検出回路７が角速度の測定動作を行う場合には、振動周波数の変化に伴う補正などは特に行わなくても良い。ただし、より正確に角速度を測定することが求められる場合には予め検出回路７に補正パラメータなどを記憶させておき、検出回路７が電荷信号ＳＹ１，ＳＹ２に基づいて振動波形を検出するときにその補正パラメータを用いて補正するようにしても良い。

　制御回路５は、タイミングＴ１２で検出回路７を休止させた後、所定の休止期間が経過するまで待機する。この休止期間は、角速度センサ１が実装される装置によって要求される動作条件などに基づいて予め定められる。例えば角速度センサ１が一定の測定周期で繰り返し角速度の測定動作を行うことが動作条件として求められる場合、休止期間は、その測定周期よりも短い期間として予め定められる。つまり、休止期間は、自由振動している振動子２が静止するまでに要する期間よりも短い期間に設定可能であり、角速度の測定周期が比較的短い場合でも休止期間を確保することが可能である。

　そして制御回路５は、所定の休止期間が経過したタイミングＴ２０で駆動回路４を復帰させ、振動子２に駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を印加させることにより振動子２を強制振動させる。このとき、振動子２は自由振動を行っており、上述のように振動周波数が強制振動中の振動周波数よりも若干低下しているため、振動子２がＸ方向に振動する位相が基準信号ＣＬＫの位相から若干ずれた状態になっている。そのため、制御回路５は、駆動回路４をスリープ状態から復帰させるとき、コンデンサＣ３，Ｃ４から転送される電荷信号ＳＸ１，ＳＸ２に基づいて振動子２がＸ方向に振動する位相を検知し、基準信号ＣＬＫの位相とのずれ量を特定する。そして制御回路５は、そのずれ量に応じたタイミング信号ＳＴを駆動回路４に出力する。

　駆動回路４は、タイミングＴ２０で復帰すると、再び基準信号ＣＬＫに基づいて駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成し、コンデンサＣ１，Ｃ２に印加する。このとき、駆動回路４は、制御回路５から出力されるタイミング信号ＳＴに基づいて駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２がゼロクロスするタイミングを遅延させることにより、振動子２の現在の位相に合致した駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成する。これにより、振動子２は、コンデンサＣ１，Ｃ２に印加される駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２によって再び駆動され、振動振幅を次第に増大させていく。また駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２による強制振動に切り替わることにより、振動子２は、再び強制振動中の共振周波数で振動するようになる。このようにして駆動回路４は自由振動中の振動子２を再び駆動して振動振幅が所定振幅Ｘａとなるまで動作する。このようにすることで、タイミングＴ２０からの復帰時の振動子２の振動振幅を素早く増大させていくことができる。

　制御回路５は、タイミングＴ２１で振動子２の振動振幅が再び所定振幅Ｘａとなったことを検知すると、上記と同様に、駆動回路４を休止させる。すなわち、駆動回路４は、タイミングＴ２０～Ｔ２１までの期間で振動子２の振動振幅を所定振幅Ｘａに駆動する。尚、駆動回路４が振動子２を再び駆動するときの駆動期間（タイミングＴ２０～Ｔ２１）は、最初の駆動期間（タイミングＴ１０～Ｔ１１）よりも短く、効率的に振動子２の振動振幅を所定振幅Ｘａに到達させることができる。

　また制御回路５は、タイミングＴ２１になると、検出回路７をスリープ状態から復帰させて角速度の測定動作を行わせる。このとき、制御回路５は、角速度の測定動作を開始させる制御信号ＣＮＴ２と共に、上述したタイミング信号ＳＴを検出回路７へ出力する。検出回路７は、タイミングＴ２１で測定動作を開始すると、タイミング信号ＳＴに基づいて、基準信号ＣＬＫと駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２の位相差を補正し、積分することでクアドラチャーエラーによる振動成分を除去することができる。そしてタイミングＴ２２になって検出回路７による測定期間が終了すると、制御回路５は再び検出回路７を休止させる。以後、同様の処理が繰り返される。このような処理が繰り返されることにより、振動子２を再駆動するときの駆動期間を短くすることができ、振動子２の振動振幅を早期に所定振幅Ｘａに到達させることができる。またこれに加え、検出回路７による測定動作が行われるときには、常にクアドラチャーエラーによる振動成分を除去して角速度に応じたコリオリ力による振動成分のみを検出することができるようになる。

　このように本実施形態の角速度センサ１は、起動開始後に速やかに角速度の測定動作を行うことができるようにするため、制御回路５が、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２によってＸ方向に駆動される振動子２の振動振幅を監視し、その振動振幅が飽和状態（最大振幅Ｘｍａｘ）に至る前の所定振幅Ｘａとなったことを検知したときに、検出回路７に振動子２のＹ方向の変位量を検出させる動作を開始させる。そのため、振動子２の振動振幅が飽和状態に至るのを待って測定を開始するよりも早期に角速度の測定を開始することができるようになる。

　また制御回路５は、振動子２の振動振幅が所定振幅Ｘａとなったことを検知したときに駆動回路４を休止させるため、振動子２を常時駆動する場合と比較すると消費電力を低減することができる。また制御回路５は、駆動回路４を休止させた状態で検出回路７による角速度の測定動作を行わせるように構成される。これは、図４に示すように振動子２の振動振幅が単位時間当たりに変化する変化量は、振動振幅の成長中よりも減衰中の方が少ないことを考慮したものである。すなわち、駆動回路４が振動子２を駆動している状態で角速度を測定するよりも駆動回路４が休止した状態で角速度を測定する方が振動振幅の変化が少なく、高精度に角速度を測定することができるようになる。

　ただし、自由振動中における振動子２の振動振幅の減衰が問題となる場合は、検出回路７による測定期間の間、駆動回路４が一定の駆動信号を振動子２に印加しておくようにしても良い。この場合、駆動回路４が振動子２に印加する駆動信号は、振動子２の振動振幅を一定の状態に保持することができる駆動信号であることが好ましいが、必ずしも振動子２の振動振幅を一定の状態に保持することができる駆動信号には限られない。例えば、検出回路７による測定期間の間、図２（ａ）に示した駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２の振幅を所定の割合で低減させた駆動信号を振動子２に印加することにより、振動子２の振動振幅の減衰を抑制するようにしても良い。このように検出回路７による測定期間においても駆動回路４が駆動信号を振動子２に印加する場合、制御回路５は、検出回路７による測定期間が終了した後に、駆動回路４と検出回路７との双方を休止させることになる。

　また制御回路５は、検出回路７による角速度の測定動作が終了してから所定時間が経過したときには、駆動回路４を復帰させ、駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を振動子２に印加させる動作を再開させる。すなわち、本実施形態の角速度センサ１は、振動子２を間欠駆動することにより、消費電力を低減することができるようになる。

　また制御回路５は、駆動回路４をスリープ状態から復帰させるとき、振動子２がＸ方向へ振動する位相に応じたタイミング信号ＳＴを駆動回路４に出力する。そして駆動回路４は、そのタイミング信号ＳＴに基づく駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成して振動子２に印加する。このような構成によれば、駆動回路４がスリープ状態から復帰して振動子２を再駆動するときに振動子２の現在の位相に対応した駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を振動子２に印加することができるため、振動子２の振動振幅を再び所定振幅Ｘａとするまでの時間を短縮できるという利点がある。

　また制御回路５は、検出回路７による角速度の測定動作が終了したときには、検出回路７を休止させる構成である。そのため、より一層の消費電力低減を図ることができる構成となっている。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。

　例えば上記実施形態では、制御回路５が駆動回路４をスリープ状態から復帰させるとき、振動子２の位相を検知して基準信号ＣＬＫとの位相ずれに応じたタイミング信号ＳＴを駆動回路４に出力することにより、駆動回路４が現在の振動子２の位相に適合した駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成する場合を例示した。しかし、これに限られるものでもなく、例えば駆動回路４がスリープ状態から復帰して駆動信号Ｖｄ１，Ｖｄ２を生成するときの基準信号ＣＬＫに対する遅延量を予め設定しておいても良い。この場合、制御回路５による信号処理の負担を減らすことができるため、消費電力を更に低減することができる。ただし、これは、駆動回路４が休止しているときには振動子２が一定の減衰率で減衰振動していることが前提となるため、駆動回路４が休止しているときに外乱などが作用して振動子２の振動状態が変化してしまう可能性があるときには採用しないことが好ましい。つまり、駆動回路４が休止しているときに外乱などが作用する可能性があるときには、上記実施形態で説明したように制御回路５が振動子２の位相を検知して基準信号ＣＬＫとの位相ずれに応じたタイミング信号ＳＴを駆動回路４に出力する構成であることがより好ましい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　角速度センサ、２　振動子、４　駆動回路（駆動手段）、５　制御回路（制御手段）、６　基準信号生成回路、７　検出回路（検出手段）。

Claims

　振動可能な振動子と、
　前記振動子に駆動信号を印加して前記振動子を所定の振動方向に振動させる駆動手段と、
　前記振動子の前記振動方向への振動振幅に基づいて角速度の測定動作を制御する制御手段と、
　前記振動子が前記振動方向に振動しているとき、前記振動方向と直交する方向に前記振動子が変位する変位量を検出する検出手段と、
を備え、
　前記制御手段は、前記駆動手段により前記駆動信号が前記振動子に印加されることによって前記振動方向に振動する前記振動子の振動振幅が飽和振幅に至る前の所定振幅となったことを検知したとき、前記検出手段に前記変位量を検出させる動作を開始させる、角速度センサ。
　前記制御手段は、前記振動子の振動振幅が前記所定振幅となったことを検知したとき、又は、前記検出手段による前記変位量の検出動作が終了したとき、前記駆動手段を休止させる、請求項１に記載の角速度センサ。
　前記制御手段は、前記検出手段による前記変位量の検出動作が終了してから所定時間が経過したとき、前記駆動手段を復帰させ、前記駆動信号を前記振動子に印加させる動作を再開させる、請求項２に記載の角速度センサ。
　前記制御手段は、前記駆動手段を復帰させるとき、前記振動子が前記振動方向へ振動する位相に応じたタイミング信号を前記駆動手段に出力し、
　前記駆動手段は、前記タイミング信号に基づく前記駆動信号を生成して前記振動子に印加する、請求項３に記載の角速度センサ。
　前記制御手段は、前記検出手段による前記変位量の検出動作が終了したとき、前記検出手段を休止させる、請求項１乃至４のいずれかに記載の角速度センサ。