JP3674467B2 - 振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置、特に、手ぶれ防止機能付きビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ポインティングデバイスなどに用いられる振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に従来の振動ジャイロのブロック図を示す。１３図に示した振動ジャイロの基本的な考え方は、特開平４−２１５０１７号公報に開示されている。
【０００３】
図１３において、振動ジャイロ５０は、振動子１００と、検出回路２００と、駆動回路３００と、信号処理回路４００と、診断回路７００とを有する。
【０００４】
振動子１００は、一方主面に第一の検出電極１０４と第二の検出電極１０５とが形成されるとともに、厚み方向に分極された第一の圧電体基板１０１と、一方主面に駆動電極１０６が形成されるとともに、厚み方向に分極された第二の圧電体基板１０２とを有している。第一の圧電体基板１０１の他方主面と第二の圧電体基板１０２の他方主面とは、中間電極１０３を介して貼り合わされている。検出回路２００は、第一のチャージアンプ２２０と第二のチャージアンプ２２１と差動回路２１０とを有する。駆動回路３００は、加算回路３１０とＡＧＣ回路３２０と位相補正回路３３０とを有する。信号処理回路４００は、検波回路４１０と平滑回路４２０と増幅回路４３０とを有する。
【０００５】
このように構成された振動ジャイロ５０において、振動子１００の第一の検出電極１０４は第一のチャージアンプ２２０に接続され、第二の検出電極１０５は第二のチャージアンプ２２１に接続されている。第一のチャージアンプ２２０、第二のチャージアンプ２２１は、加算回路３１０と差動回路２１０とにそれぞれ接続されている。加算回路３１０はＡＧＣ回路３２０に接続され、ＡＧＣ回路３２０は位相補正回路３３０に接続され、位相補正回路３３０は駆動電極１０６と検波回路４１０と診断回路７００とに接続されている。そして、差動回路２１０は検波回路４１０と診断回路７００とに接続され、検波回路４１０は平滑回路４２０に接続され、平滑回路４２０は増幅回路４３０に接続されている。
【０００６】
このような構成の振動ジャイロ５０は、駆動電極１０６に駆動電圧を印加することにより、振動子１００が厚み方向に、長手方向両端自由たわみ振動をする。そして、振動子１００に、長手方向を軸とする角速度が与えられた場合には、コリオリ力により幅方向に屈曲変位が発生するため、第一の検出電極１０４及び第二の検出電極１０５には駆動電圧による同位相の信号に加えてコリオリ力に応じた互いに位相の異なる電荷が発生する。
【０００７】
そして、第一のチャージアンプ２２０は第一の検出電極１０４の発生電荷を電圧に変換して差動回路２１０と加算回路３１０とに入力し、第二のチャージアンプ２２１は第二の検出電極１０５の発生電荷を電圧に変換して差動回路２１０と加算回路３１０とに入力する。加算回路３１０は、入力された信号を加算することによって、信号からコリオリ力の影響を取り除いてＡＧＣ回路３２０に出力する。ＡＧＣ回路３２０は、入力された信号の振幅が一定となるように増幅して、位相補正回路３３０に入力し、位相補正回路３３０は入力された信号の位相を補正して駆動電圧を駆動電極１０６と検波回路４１０とに入力する。
【０００８】
一方、差動回路２１０は、入力された信号を減算することによって、信号から駆動信号に対応する信号を取り除いて、コリオリ力に対応する信号を検波回路４１０に入力する。検波回路４１０は差動回路２１０から入力された信号を、駆動電圧に同期して検波し、平滑回路４２０に入力する。平滑回路４２０は入力された信号を平滑して増幅回路４３０に入力し、増幅回路４３０は入力された信号を直流増幅して角速度に対応する信号を外部に出力する。
【０００９】
そして、振動ジャイロ５０においては、検出回路２００と駆動回路３００が自己診断回路７００に接続されているため、検出回路２００及び駆動回路３００が正常であるか、少なくとも検出回路２００及び駆動回路３００の一方が異常であるかを診断することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動ジャイロ５０は、検出回路２００及び駆動回路３００に接続された自己診断回路７００を有しているため、検出回路２００及び駆動回路３００の異常の有無を診断することができる。
【００１１】
また、同時に、差動回路２１０及び位相補正回路３３０の異常として現われる現象、例えば、振動子１００の第一の検出電極１０４及び第二の検出電極１０５及び駆動電極１０６に、破損、劣化、配線不良が生じていないか、駆動回路３００に供給される電源ラインが切断されていないかということも診断することができる。
【００１２】
しかし、従来の振動ジャイロ５０は、異常を起こし得る回路要素の一部しか診断していないため、振動ジャイロの異常を完全に診断できているとは言い難い。自動車関連技術などにおいては、種々の製品が互いに影響与えながら複雑なシステムを構成しており、一つの製品の僅かな異常がシステム全体としては致命的な損害になる。したがって、回路の一部の異常だけでなく電源を含めた全ての回路要素について、異常の有無を確実に診断することが求められる。
【００１３】
ところが、従来の振動ジャイロ５０は、自己診断回路７００が信号処理回路４００に接続されていないので、信号処理回路４００の異常を診断できない。したがって、信号処理回路４００の異常により誤った角速度が出力された場合であっても、誤った角速度が出力されたことに気づかないという問題がある。また、振動ジャイロ５０は、電源の異常を診断していないので、差動回路２１０及び位相補正回路３３０の異常として現われない現象、例えば、電源の電圧値の変動や、ノイズ、瞬時の停止等の異常により誤った角速度が出力された場合であっても、誤った角速度が出力されたことに気づかないという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、回路要素の一部に異常が生じた場合であっても、確実に異常を診断できる振動ジャイロを提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、電源に異常があった場合でも、確実に異常を診断できる振動ジャイロを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、異常を確実に診断できる振動ジャイロを用いた安全なシステムを有する電子装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の振動ジャイロは、駆動電極と検出電極とを有する振動子と、前記駆動電極に駆動電圧を印加する駆動回路と、前記検出電極から前記振動子の屈曲変位に対応する信号が入力される検出回路と、前記検出回路から入力された信号を処理して角速度を検出する信号処理回路と、前記検出回路、及び、前記駆動回路、及び、前記信号処理回路、及び、電源回路の全てが正常であるか否かを診断する診断回路とを有する、ことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の振動ジャイロは、前記信号処理回路が、切替手段と検波回路とを有し、前記切替手段は、前記検出回路から入力された信号、及び、前記駆動回路から入力された信号のいずれか一方を前記検波回路に出力し、前記検波回路は、前記切替手段から入力された信号を前記駆動電圧に同期して検波し、前記信号処理回路は、前記切替手段を介して前記検出回路から信号が入力されるときは角速度を検出し、前記切替手段を介して前記駆動回路から信号が入力されるときは前記信号処理回路の異常の有無に対応する信号を出力する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の振動ジャイロは、前記診断回路が、入力された電源電圧を基準電圧と比較して、前記電源電圧が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段を有する、ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の振動ジャイロは、前記診断回路が、前記検出回路から入力された信号を整流する第一の整流回路と、前記駆動回路から入力された信号を整流する第二の整流回路と、前記第一の整流回路で整流された信号と、前記第二の整流回路で整流された信号とを加算する加算回路と、前記加算回路で加算された信号が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを有する、ことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の電子装置は、前記振動ジャイロを用いたことを特徴とする。
【００２２】
このように構成することにより、本発明の振動ジャイロは、検出回路及び駆動回路及び信号処理回路及び電源回路の全てについて、異常が存在するか否かを診断しているため、回路要素の一部又は電源に異常が生じた場合であっても、確実に異常を検出できる。
【００２３】
また、本発明の振動ジャイロは、検出回路出力と駆動回路出力とを加算してから異常の有無を判定するため、使用するコンパレータの数を減らすことができ、回路の簡略化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の振動ジャイロは、切替手段を用いることにより、異常を診断する必要がある場合にだけ、異常の有無を確認できる構成であるため、回路の簡略化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明の電子装置においては、異常を確実に検出できる振動ジャイロを用いているため信頼性が要求されるシステムを構成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の振動ジャイロの一実施例のブロック図を示す。図１において、図１３に示した従来の振動ジャイロ５０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００２７】
図１において、本発明の振動ジャイロは１０は、図１３に示した診断回路７００に代えて診断回路６００を有する。そして、検出回路２００の一部である差動回路２１０と、駆動回路３００の一部である位相補正回路３３０と、信号処理回路４００の一部である増幅回路４３０と、電源回路５００とは、診断回路６００に接続されている。
【００２８】
ここで、図２に診断回路６００の拡大図を示す。図２において、診断回路６００は、検出判定回路６１０と、駆動判定回路６２０と、信号処理判定回路６３０と、電源判定回路６４０と総合判定回路６５０とを有する。
【００２９】
検出判定回路６１０、駆動判定回路６２０、信号処理判定回路６３０は、整流回路６１１、６２１、６３１と平滑回路６１２、６２２、６３２と判定手段であるコンパレータ６１３、６２３、６３３とをそれぞれ有する。電源回路判定回路６４０は、判定手段であるコンパレータ６４３を有する。そして、総合判定回路６５０は、検出判定回路６１０と駆動判定回路６２０と信号処理判定回路６３０と電源判定回路６４０とに接続されている。
【００３０】
図３を用いて、検出判定回路６１０の説明をする。図３には、検出回路２００から出力される検出回路出力と、平滑回路６１２から出力される整流回路出力とを示す。なお、駆動判定回路６２０、信号処理判定回路６３０は、検出判定回路６１０と同様の構成であり、同様の作用効果を奏するものであるため、説明を省略する。
【００３１】
検出判定回路６１０は、整流回路６１１が平滑回路６１２に接続され、平滑回路６１２がコンパレータ６１３に接続され、コンパレータ６１３が総合判定回路６５０に接続されている。整流回路６１１には、検出回路２００の差動回路２１０から出力された検出回路出力が入力される。検出回路出力には、検出回路２００の異常の有無の情報が含まれている。整流回路６１１は、検出回路出力を全波整流して平滑回路６１２に出力し、平滑回路６１２は入力された信号を平滑してコンパレータ６１３に入力する。コンパレータ６１３は、入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるときは、検出回路２００に異常がない旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力し、入力された信号が下限基準電圧より下又は上限基準電圧より上であるときは、検出回路２００に異常がある旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力する。
【００３２】
なお、例えば、差動回路２１０の出力は、正常時には非常に小さな値であり、第二のチャージアンプ２２１が故障した場合などの異常時には、非常に大きな値になる。このような場合には、コンパレータ６１３は、下限基準電圧を使用しないで、コンパレータ６１３に入力される信号が上限基準電圧以下である場合に、検出回路２００が正常である旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力する構成にしてもよい。また、必要がない場合は、平滑回路６１２を省いた構成にしてもよい。
【００３３】
次に、図４を用いて、電源判定回路６４０の説明をする。図４には、電源回路５００から出力される電源回路出力を示す。図４において、Ａ状態は、電源電圧が正常な状態、Ｂ状態は電源電圧が瞬時停止した異常な状態、Ｃ状態は電源電圧にノイズが印加された異常な状態の波形図である。
【００３４】
電源判定回路６４０は、コンパレータ６４３が、総合判定回路６５０に接続されている。コンパレータ６４３には、電源回路５００の異常の有無の情報が含まれている電源回路出力が入力され、入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるときは、電源回路５００に異常がない旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力し、入力された信号が下限基準電圧より下又は上限基準電圧より上であるときは、電源回路５００に異常がある旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力する。なお、図４に示したＢ状態やＣ状態のような非常に短期間の電源の異常は、検出回路２００や駆動回路３００の異常としては顕れにくいが、コンパレータ６４３を用いることにより確実に異常を判定できることになる。
【００３５】
そして、総合判定回路６５０は、検出判定回路６１０、駆動判定回路６２０、信号処理判定回路６３０、電源判定回路６４０から入力された全ての信号に異常がないときは、回路要素及び電源の全てが正常である旨の診断をし、入力された信号の少なくとも一つに異常があるときは、回路要素及び電源に異常がある旨の診断をする。
【００３６】
なお、検出回路出力は、差動回路２１０から出力される信号だけでなく、第一のチャージアンプ２２０又は第二のチャージアンプ２２１から直接出力されてもよく、駆動回路出力は、位相補正回路３３０から出力される信号だけでなく、加算回路３１０又はＡＧＣ回路３２０から直接出力されてもよく、信号処理回路出力は、増幅回路４３０から出力される信号だけでなく、検波回路４１０又は平滑回路４２０から直接出力されてもよい。
【００３７】
このような構成を有する振動ジャイロ１０は、全ての回路要素の異常の有無を診断しているため、回路要素の一部に異常が生じた場合であっても、確実に異常を診断できる。
【００３８】
また、振動ジャイロ１０は、電源判定回路を用いて電源回路を直接診断しているため、振動ジャイロの異常を確実に診断できる。
【００３９】
次に、図５に本発明の振動ジャイロの診断回路の別の実施例を示す。図５において、図２に示した振動ジャイロ１０の診断回路６００と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図５において、振動ジャイロ１０に用いられる診断回路６０１は、図１に示した診断回路６００の検出判定回路６１０と駆動判定回路６２０とに代えて、検出駆動判定回路６６０を有する。検出駆動判定回路６６０は、整流回路６６１、６６３と、平滑回路６６２、６６４と、加算回路６６５と、判定手段であるコンパレータ６６６とを有する。そして、整流回路６６１は、検出回路２００と平滑回路６６２とに接続され、整流回路６６３は、駆動回路３００と平滑回路６６４とに接続され、平滑回路６６２、６６４は、加算回路６６５に接続され、加算回路６６５は、コンパレータ６６６に接続されている。そして、整流回路６６１は、検出回路出力を全波整流して平滑回路６６２に出力し、整流回路６６３は、整流回路６６１とは逆向きに駆動回路出力を全波整流して平滑回路６６４に出力する。平滑回路６６２、６６４は、入力された信号を平滑して加算回路６６５に出力し、加算回路６６５は、入力された信号を加算してコンパレータ６６６に出力する。コンパレータ６６６は、入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるときは、検出回路２００と駆動回路３００とに異常がない旨の判定結果を総合判定回路６５０に出力し、入力された信号が下限基準電圧より下又は上限基準電圧より上であるときは、検出回路２００と駆動回路３００とに異常がある旨の判定結果を総合判定回路６５０に出力する。
【００４１】
図６に、検出駆動判定回路６６０の波形図を示す。図６において、Ｄ、Ｅ状態は異常がない状態、Ｆ、Ｇ、Ｈ状態は異常がある状態における波形図である。
【００４２】
Ｄ状態は、角速度が与えられていない場合である。Ｄ状態においては、整流回路６６３には、所定の大きさの駆動回路出力が入力され、所定の大きさの信号が平滑回路６６４から加算回路６６５に入力される。整流回路６６１には、０Ｖの検出回路出力が入力され、０Ｖの信号が平滑回路６６２から加算回路６６５に入力される。加算回路６６５は、平滑回路６６４、６６２から入力された信号を加算してコンパレータ６６６に入力する。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であると判定される。
【００４３】
Ｅ状態は、角速度が与えられた場合である。Ｅ状態においては、Ｄ状態とは異なり、整流回路６６１には、検出回路２００からコリオリ力に応じた信号が入力され、整流回路６６３とは逆向きに整流され、平滑回路６６２で平滑されて、加算回路６６５に入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であると判定される。
【００４４】
Ｆ状態は、駆動回路出力が過大な場合である。Ｆ状態においては、整流回路６６３には過大な信号が入力され、平滑回路６６４から加算回路６６５に過大な信号が入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が上限基準電圧より上であると判定される。
【００４５】
Ｇ状態は、駆動回路出力が過小な場合である。Ｇ状態においては、整流回路６６３には過小な駆動回路出力が入力され、平滑回路６６４から加算回路６６５に過小な信号が入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧より下であると判定される。
【００４６】
Ｈ状態は、検出回路出力が過大な場合である。Ｈ状態においては、整流回路６６１には過大な信号が入力され、平滑回路６６２から加算回路６６５に過大な信号が入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧より下であると判定される。
【００４７】
このように診断回路６０１を有する振動ジャイロは、加算回路６６５を用いることにより、使用するコンパレータの数を減らすことができ、回路の簡略化を図ることができる。
【００４８】
ところで、例えば、自動車の挙動制御システムに搭載される振動ジャイロにおいては、全ての回路について異常の有無を診断する必要があるが、一部の回路については特定の時間帯にだけ異常の有無を診断すれば十分である。例えば、検出回路と駆動回路とは異常の有無を常に診断する必要があるが、信号処理回路はエンジンのスタート時にのみ、異常の有無を診断すれば十分である。つまり、回路の重要度に応じた自己診断を行うことにより、回路の簡略化を図ることができる。
【００４９】
次に、図７に本発明の振動ジャイロの別の実施例のブロック図を示す。図７において、図１に示した振動ジャイロ１０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図７において、振動ジャイロ２０は、図１の振動ジャイロ１０の信号処理回路４００に代えて信号処理回路４０１を有する。信号処理回路４０１は、切替手段４５０を有する点のみが、信号処理回路４００と異なる。切替手段４５０は、検出回路出力である差動回路２１０から入力された信号、及び、駆動回路出力である位相補正回路３３０から入力された信号の一方を検波回路４１０に入力する。検波回路４１０は切替手段４５０から入力された信号を、駆動電圧に同期して検波し、平滑回路４２０に出力する。平滑回路４２０は入力された信号を平滑して増幅回路４３０に入力し、増幅回路４３０は入力された信号を直流増幅して外部に出力する。
【００５１】
図８に、振動ジャイロ２０の信号処理回路４０１の波形図を示す。図８において、Ｉ状態は、切替手段４５０が差動回路２１０に接続された状態であり、このとき、増幅回路４３０からは角速度に対応する信号が出力される。Ｊ、Ｋ、Ｌ状態は、切替手段４５０が位相補正回路３３０に接続された状態であり、このとき、増幅回路４３０からは、信号処理回路４０１の異常の有無に対応する信号が診断回路６００に入力される。なお、Ｉ、Ｊ状態は信号処理回路４０１に異常がない状態、Ｋ、Ｌ状態は信号処理回路４０１に異常がある状態の波形図である。
【００５２】
Ｉ状態においては、差動回路２１０から入力された信号が切替手段４５０を介して検波回路４１０に入力され、検波回路４１０で検波され、平滑回路４２０で平滑され、増幅回路４３０で増幅されて、角速度に対応する信号が出力される。
【００５３】
Ｊ、Ｋ、Ｌ状態においては、位相補正回路３３０から入力された信号が切替手段４５０を介して検波回路４１０に入力され、検波回路４１０で検波され、平滑回路４２０で平滑され、増幅回路４３０で増幅され、診断回路６００の信号処理判定回路６３０で、信号処理回路４０１の異常の有無が判定される。例えば、Ｊ状態においては、増幅回路４３０から診断回路６００に入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるので、信号処理回路４０１に異常がない旨の判定がされる。Ｋ状態においては、検波回路４１０が異常であるため検波回路出力が零Ｖであり、増幅回路４３０から診断回路６００に入力された電圧が下限基準電圧より下であるので、信号処理回路４０１に異常がある旨の判定がされる。Ｌ状態においては、増幅回路４３０の増幅率が過大であるため、増幅回路４３０から出力された電圧が上限基準電圧より上であるので、信号処理回路４０１に異常がある旨の判定がされる。
【００５４】
このような構成の振動ジャイロ２０は、切替手段４５０を用いることにより、異常を診断する必要がある場合にだけ、信号処理回路４０１の異常の有無を診断する構成であるため、回路の簡略化を図ることができる。
【００５５】
次に、図９に本発明の振動ジャイロの信号処理回路の別の実施例を示す。図９において、図７に示した振動ジャイロにおける信号処理回路と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図９において、本発明の振動ジャイロの信号処理回路４０２は、図７に示した信号処理回路４０１に加えて抵抗Ｒ１、Ｒ２を有する。抵抗Ｒ１の一端は、検出回路出力が入力される切替手段４５０の一方の入力端子に接続され、他端は駆動回路出力が入力される他方の入力端子に接続されている。抵抗Ｒ２の一端は切替手段４５０の他方の入力端子に接続され、他端は駆動回路３００に接続されている。
【００５７】
このような構成の信号処理回路４０２は、抵抗Ｒ１／抵抗Ｒ２を十分に大きくすることにより、信号処理回路４０１と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
次に、図１０に本発明の振動ジャイロの信号処理回路の更に別の実施例を示す。図１０において、図７に示した振動ジャイロ２０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５９】
図１０において、信号処理回路４０３は、図７に示した信号処理回路４０１に加えて基準電圧回路４６０と切替手段４５１とを有する。基準電圧回路４６０は、所定の値の定電圧を出力する。そして、切替手段４５０は、検出回路出力、及び、基準電圧回路４６０から出力された信号のいずれか一方を検波回路４１０に入力する。また、切替手段４５１は、基準電圧回路４６０から出力された信号、及び、駆動回路出力のいずれか一方を検波回路４１０に入力する。そして、切替手段４５０から検波回路４１０に検出回路出力が入力されるときは、切替手段４５１は駆動回路出力を検波回路４１０に入力し、切替手段４５０から検波回路４１０に基準電圧回路４６０から出力された信号が入力されるときは、切替手段４５１は基準電圧回路４６０から出力された信号を検波回路４１０に入力する。
【００６０】
このような構成の信号処理回路４０３は、検出回路出力が検波回路４１０に入力されるときは、角速度が出力される。そして、基準電圧回路４６０から出力された信号が検波回路４１０に入力されるときは、基準電圧回路４６０から出力された信号を用いて、基準電圧回路４６０から出力された信号を検波することになるため、検波回路は働かずに、基準電圧回路４６０から出力された信号が、平滑回路４２０で平滑され、増幅回路４３０で増幅された信号が出力される。すなわち、増幅回路４３０の増幅率の診断をすることができる。
【００６１】
次に、図１１に本発明の振動ジャイロの更に別の実施例を示す。図１１において、図７に示した振動ジャイロ２０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００６２】
図１１において、本発明の振動ジャイロ３０の検出回路２０１は、図７に示した振動ジャイロ２０の検出回路２００の第一のチャージアンプ２２０、第二のチャージアンプ２２１に代えて、第一のバッファ回路２３０と第二のバッファ回路２３１と抵抗２４０、２４１とを有する点のみが異なる。
【００６３】
そして、第一の検出電極１０４に第一のバッファ回路２３０と抵抗２４０とが接続され、第二の検出電極１０５に第二のバッファ回路２３１と抵抗２４１とが接続されている。そして、第一のバッファ回路２３０、第二のバッファ回路２３１は、加算回路３１０と差動回路２１０とに接続されている。ここで、第一のバッファ回路２３０は第一の検出電極１０４の電圧を加算回路３１０と差動回路２１０とに入力するためのものであり、第二のバッファ回路２３１は第二の検出電極１０５の電圧を加算回路３１０と差動回路２１０とに入力するためのものであり、抵抗２４０、２４１は、第一の検出電極１０４、第二の検出電極１０５のインピーダンスを調整するためのものである。
【００６４】
このような構成の検出回路２０１を有する本発明の振動ジャイロ３０も振動ジャイロ２０と同様の作用効果を奏するものである。
【００６５】
なお、本発明の振動ジャイロの実施例の説明において、振動子として２枚の圧電体基板を貼り合わせたバイモルフ型の振動子を用いて説明したが、振動子としては、円柱型、三角柱型などの音片型の振動子や、音叉型の振動子などを用いても良い。また、本発明の検出回路及び駆動回路及び信号処理回路及び診断回路は、実施例に示した構成に限られるものでないことは言うまでもない。
【００６６】
次に、図１２に本発明の振動ジャイロを用いた電子装置の一実施例を示す。図１２は本発明の電子装置である自動車に用いられる自動走行回路の一実施例を示すブロック図である。自動走行回路７０は、本発明の振動ジャイロ１０と積分回路７０１とサーボ回路７０２と電流ドライバ７０３とアクチュエータ７０４と角度検出センサ７０５とを有する。自動走行回路７０は、振動ジャイロ１０と、積分回路７０１と、サーボ回路７０２と、電流ドライバ７０３と、アクチュエータ７０４とが直列に接続され、アクチュエータ７０４の出力が角度検出センサ７０５を介してサーボ回路７０２に帰還されている。
【００６７】
このように構成された自動走行回路７０においては、自動車の車体の振れのうち、角速度信号のみが振動ジャイロ１０から積分回路７０１に入力され、積分回路７０１は角速度信号を積分して車体が振れた角度に変換してサーボ回路７０２に出力し、サーボ回路７０２は、積分回路７０１と角度検出センサ７０５とから入力された角度の信号を用いて現在値と目標値との差を演算して電流ドライバ７０３に出力し、電流ドライバ７０３は入力された信号に応じた電流をアクチュエータ７０４に出力し、アクチュエータ７０４は自動車のハンドルを機械的に駆動する。そして、角度検出センサ７０５はハンドルが回転した角度をサーボ回路７０２に出力する。
【００６８】
このような構成の自動走行回路７０を有する本発明の電子装置は、異常を確実に検出できる振動ジャイロを用いているため、安全なシステムを構成することができ、信頼性が要求される大規模なシステムを構築することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の振動ジャイロは、検出回路及び駆動回路及び信号処理回路及び診断回路及び電源の全てについて、異常が存在するか否かを診断しているため、回路要素の一部又は電源に異常が生じた場合であっても、確実に異常を検出できる。
【００７０】
また、本発明の振動ジャイロは、検出回路出力と駆動回路出力とを加算してから異常の有無を判定するため、使用するコンパレータの数を減らすことができ、回路の簡略化を図ることができる。
【００７１】
また、本発明の振動ジャイロは、切替手段を用いることにより、異常を診断する必要がある場合にだけ、異常の有無を確認できる構成であるため、回路の簡略化を図ることができる。
【００７２】
また、本発明の電子装置は、異常を確実に検出できる振動ジャイロを用いているため信頼性が要求される大規模なシステムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動ジャイロの一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の振動ジャイロの診断回路のブロック図である。
【図３】図１の振動ジャイロの動作波形図である。
【図４】図１の振動ジャイロの別の動作波形図である。
【図５】図１の振動ジャイロの別の診断回路のブロック図である。
【図６】図１の振動ジャイロの更に別の動作波形図である。
【図７】本発明の振動ジャイロの別の実施例を示すブロック図である。
【図８】図７の振動ジャイロの動作波形図である。
【図９】図７の振動ジャイロの別の信号処理回路のブロック図である。
【図１０】図７の振動ジャイロの更に別の信号処理回路のブロック図である。
【図１１】本発明の振動ジャイロの更に別の実施例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の電子装置に用いられる自動走行回路の一実施例を示すブロック図である。
【図１３】従来の振動ジャイロを示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０…振動ジャイロ
２００、２０１…検出回路
３００…駆動回路
４００、４０１、４０２、４０３…信号処理回路
５００…電源回路
６００、６０１…診断回路
７０…自動走行回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置、特に、手ぶれ防止機能付きビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ポインティングデバイスなどに用いられる振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に従来の振動ジャイロのブロック図を示す。１３図に示した振動ジャイロの基本的な考え方は、特開平４−２１５０１７号公報に開示されている。
【０００３】
図１３において、振動ジャイロ５０は、振動子１００と、検出回路２００と、駆動回路３００と、信号処理回路４００と、診断回路７００とを有する。
【０００４】
振動子１００は、一方主面に第一の検出電極１０４と第二の検出電極１０５とが形成されるとともに、厚み方向に分極された第一の圧電体基板１０１と、一方主面に駆動電極１０６が形成されるとともに、厚み方向に分極された第二の圧電体基板１０２とを有している。第一の圧電体基板１０１の他方主面と第二の圧電体基板１０２の他方主面とは、中間電極１０３を介して貼り合わされている。検出回路２００は、第一のチャージアンプ２２０と第二のチャージアンプ２２１と差動回路２１０とを有する。駆動回路３００は、加算回路３１０とＡＧＣ回路３２０と位相補正回路３３０とを有する。信号処理回路４００は、検波回路４１０と平滑回路４２０と増幅回路４３０とを有する。
【０００５】
このように構成された振動ジャイロ５０において、振動子１００の第一の検出電極１０４は第一のチャージアンプ２２０に接続され、第二の検出電極１０５は第二のチャージアンプ２２１に接続されている。第一のチャージアンプ２２０、第二のチャージアンプ２２１は、加算回路３１０と差動回路２１０とにそれぞれ接続されている。加算回路３１０はＡＧＣ回路３２０に接続され、ＡＧＣ回路３２０は位相補正回路３３０に接続され、位相補正回路３３０は駆動電極１０６と検波回路４１０と診断回路７００とに接続されている。そして、差動回路２１０は検波回路４１０と診断回路７００とに接続され、検波回路４１０は平滑回路４２０に接続され、平滑回路４２０は増幅回路４３０に接続されている。
【０００６】
このような構成の振動ジャイロ５０は、駆動電極１０６に駆動電圧を印加することにより、振動子１００が厚み方向に、長手方向両端自由たわみ振動をする。そして、振動子１００に、長手方向を軸とする角速度が与えられた場合には、コリオリ力により幅方向に屈曲変位が発生するため、第一の検出電極１０４及び第二の検出電極１０５には駆動電圧による同位相の信号に加えてコリオリ力に応じた互いに位相の異なる電荷が発生する。
【０００７】
そして、第一のチャージアンプ２２０は第一の検出電極１０４の発生電荷を電圧に変換して差動回路２１０と加算回路３１０とに入力し、第二のチャージアンプ２２１は第二の検出電極１０５の発生電荷を電圧に変換して差動回路２１０と加算回路３１０とに入力する。加算回路３１０は、入力された信号を加算することによって、信号からコリオリ力の影響を取り除いてＡＧＣ回路３２０に出力する。ＡＧＣ回路３２０は、入力された信号の振幅が一定となるように増幅して、位相補正回路３３０に入力し、位相補正回路３３０は入力された信号の位相を補正して駆動電圧を駆動電極１０６と検波回路４１０とに入力する。
【０００８】
一方、差動回路２１０は、入力された信号を減算することによって、信号から駆動信号に対応する信号を取り除いて、コリオリ力に対応する信号を検波回路４１０に入力する。検波回路４１０は差動回路２１０から入力された信号を、駆動電圧に同期して検波し、平滑回路４２０に入力する。平滑回路４２０は入力された信号を平滑して増幅回路４３０に入力し、増幅回路４３０は入力された信号を直流増幅して角速度に対応する信号を外部に出力する。
【０００９】
そして、振動ジャイロ５０においては、検出回路２００と駆動回路３００が自己診断回路７００に接続されているため、検出回路２００及び駆動回路３００が正常であるか、少なくとも検出回路２００及び駆動回路３００の一方が異常であるかを診断することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動ジャイロ５０は、検出回路２００及び駆動回路３００に接続された自己診断回路７００を有しているため、検出回路２００及び駆動回路３００の異常の有無を診断することができる。
【００１１】
また、同時に、差動回路２１０及び位相補正回路３３０の異常として現われる現象、例えば、振動子１００の第一の検出電極１０４及び第二の検出電極１０５及び駆動電極１０６に、破損、劣化、配線不良が生じていないか、駆動回路３００に供給される電源ラインが切断されていないかということも診断することができる。
【００１２】
しかし、従来の振動ジャイロ５０は、異常を起こし得る回路要素の一部しか診断していないため、振動ジャイロの異常を完全に診断できているとは言い難い。自動車関連技術などにおいては、種々の製品が互いに影響与えながら複雑なシステムを構成しており、一つの製品の僅かな異常がシステム全体としては致命的な損害になる。したがって、回路の一部の異常だけでなく電源を含めた全ての回路要素について、異常の有無を確実に診断することが求められる。
【００１３】
ところが、従来の振動ジャイロ５０は、自己診断回路７００が信号処理回路４００に接続されていないので、信号処理回路４００の異常を診断できない。したがって、信号処理回路４００の異常により誤った角速度が出力された場合であっても、誤った角速度が出力されたことに気づかないという問題がある。また、振動ジャイロ５０は、電源の異常を診断していないので、差動回路２１０及び位相補正回路３３０の異常として現われない現象、例えば、電源の電圧値の変動や、ノイズ、瞬時の停止等の異常により誤った角速度が出力された場合であっても、誤った角速度が出力されたことに気づかないという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、回路要素の一部に異常が生じた場合であっても、確実に異常を診断できる振動ジャイロを提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、電源に異常があった場合でも、確実に異常を診断できる振動ジャイロを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、異常を確実に診断できる振動ジャイロを用いた安全なシステムを有する電子装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の振動ジャイロは、駆動電極と検出電極とを有する振動子と、前記駆動電極に駆動電圧を印加する駆動回路と、前記検出電極から前記振動子の屈曲変位に対応する信号が入力される検出回路と、前記検出回路から入力された信号を処理して角速度を検出する信号処理回路と、前記検出回路、及び、前記駆動回路、及び、前記信号処理回路、及び、電源回路の全てが正常であるか否かを診断する診断回路とを有する、ことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の振動ジャイロは、前記信号処理回路が、切替手段と検波回路とを有し、前記切替手段は、前記検出回路から入力された信号、及び、前記駆動回路から入力された信号のいずれか一方を前記検波回路に出力し、前記検波回路は、前記切替手段から入力された信号を前記駆動電圧に同期して検波し、前記信号処理回路は、前記切替手段を介して前記検出回路から信号が入力されるときは角速度を検出し、前記切替手段を介して前記駆動回路から信号が入力されるときは前記信号処理回路の異常の有無に対応する信号を出力する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の振動ジャイロは、前記診断回路が、入力された電源電圧を基準電圧と比較して、前記電源電圧が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段を有する、ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の振動ジャイロは、前記診断回路が、前記検出回路から入力された信号を整流する第一の整流回路と、前記駆動回路から入力された信号を整流する第二の整流回路と、前記第一の整流回路で整流された信号と、前記第二の整流回路で整流された信号とを加算する加算回路と、前記加算回路で加算された信号が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを有する、ことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の電子装置は、前記振動ジャイロを用いたことを特徴とする。
【００２２】
このように構成することにより、本発明の振動ジャイロは、検出回路及び駆動回路及び信号処理回路及び電源回路の全てについて、異常が存在するか否かを診断しているため、回路要素の一部又は電源に異常が生じた場合であっても、確実に異常を検出できる。
【００２３】
また、本発明の振動ジャイロは、検出回路出力と駆動回路出力とを加算してから異常の有無を判定するため、使用するコンパレータの数を減らすことができ、回路の簡略化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の振動ジャイロは、切替手段を用いることにより、異常を診断する必要がある場合にだけ、異常の有無を確認できる構成であるため、回路の簡略化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明の電子装置においては、異常を確実に検出できる振動ジャイロを用いているため信頼性が要求されるシステムを構成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の振動ジャイロの一実施例のブロック図を示す。図１において、図１３に示した従来の振動ジャイロ５０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００２７】
図１において、本発明の振動ジャイロは１０は、図１３に示した診断回路７００に代えて診断回路６００を有する。そして、検出回路２００の一部である差動回路２１０と、駆動回路３００の一部である位相補正回路３３０と、信号処理回路４００の一部である増幅回路４３０と、電源回路５００とは、診断回路６００に接続されている。
【００２８】
ここで、図２に診断回路６００の拡大図を示す。図２において、診断回路６００は、検出判定回路６１０と、駆動判定回路６２０と、信号処理判定回路６３０と、電源判定回路６４０と総合判定回路６５０とを有する。
【００２９】
検出判定回路６１０、駆動判定回路６２０、信号処理判定回路６３０は、整流回路６１１、６２１、６３１と平滑回路６１２、６２２、６３２と判定手段であるコンパレータ６１３、６２３、６３３とをそれぞれ有する。電源回路判定回路６４０は、判定手段であるコンパレータ６４３を有する。そして、総合判定回路６５０は、検出判定回路６１０と駆動判定回路６２０と信号処理判定回路６３０と電源判定回路６４０とに接続されている。
【００３０】
図３を用いて、検出判定回路６１０の説明をする。図３には、検出回路２００から出力される検出回路出力と、平滑回路６１２から出力される整流回路出力とを示す。なお、駆動判定回路６２０、信号処理判定回路６３０は、検出判定回路６１０と同様の構成であり、同様の作用効果を奏するものであるため、説明を省略する。
【００３１】
検出判定回路６１０は、整流回路６１１が平滑回路６１２に接続され、平滑回路６１２がコンパレータ６１３に接続され、コンパレータ６１３が総合判定回路６５０に接続されている。整流回路６１１には、検出回路２００の差動回路２１０から出力された検出回路出力が入力される。検出回路出力には、検出回路２００の異常の有無の情報が含まれている。整流回路６１１は、検出回路出力を全波整流して平滑回路６１２に出力し、平滑回路６１２は入力された信号を平滑してコンパレータ６１３に入力する。コンパレータ６１３は、入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるときは、検出回路２００に異常がない旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力し、入力された信号が下限基準電圧より下又は上限基準電圧より上であるときは、検出回路２００に異常がある旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力する。
【００３２】
なお、例えば、差動回路２１０の出力は、正常時には非常に小さな値であり、第二のチャージアンプ２２１が故障した場合などの異常時には、非常に大きな値になる。このような場合には、コンパレータ６１３は、下限基準電圧を使用しないで、コンパレータ６１３に入力される信号が上限基準電圧以下である場合に、検出回路２００が正常である旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力する構成にしてもよい。また、必要がない場合は、平滑回路６１２を省いた構成にしてもよい。
【００３３】
次に、図４を用いて、電源判定回路６４０の説明をする。図４には、電源回路５００から出力される電源回路出力を示す。図４において、Ａ状態は、電源電圧が正常な状態、Ｂ状態は電源電圧が瞬時停止した異常な状態、Ｃ状態は電源電圧にノイズが印加された異常な状態の波形図である。
【００３４】
電源判定回路６４０は、コンパレータ６４３が、総合判定回路６５０に接続されている。コンパレータ６４３には、電源回路５００の異常の有無の情報が含まれている電源回路出力が入力され、入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるときは、電源回路５００に異常がない旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力し、入力された信号が下限基準電圧より下又は上限基準電圧より上であるときは、電源回路５００に異常がある旨の判定結果を総合判定回路６５０に入力する。なお、図４に示したＢ状態やＣ状態のような非常に短期間の電源の異常は、検出回路２００や駆動回路３００の異常としては顕れにくいが、コンパレータ６４３を用いることにより確実に異常を判定できることになる。
【００３５】
そして、総合判定回路６５０は、検出判定回路６１０、駆動判定回路６２０、信号処理判定回路６３０、電源判定回路６４０から入力された全ての信号に異常がないときは、回路要素及び電源の全てが正常である旨の診断をし、入力された信号の少なくとも一つに異常があるときは、回路要素及び電源に異常がある旨の診断をする。
【００３６】
なお、検出回路出力は、差動回路２１０から出力される信号だけでなく、第一のチャージアンプ２２０又は第二のチャージアンプ２２１から直接出力されてもよく、駆動回路出力は、位相補正回路３３０から出力される信号だけでなく、加算回路３１０又はＡＧＣ回路３２０から直接出力されてもよく、信号処理回路出力は、増幅回路４３０から出力される信号だけでなく、検波回路４１０又は平滑回路４２０から直接出力されてもよい。
【００３７】
このような構成を有する振動ジャイロ１０は、全ての回路要素の異常の有無を診断しているため、回路要素の一部に異常が生じた場合であっても、確実に異常を診断できる。
【００３８】
また、振動ジャイロ１０は、電源判定回路を用いて電源回路を直接診断しているため、振動ジャイロの異常を確実に診断できる。
【００３９】
次に、図５に本発明の振動ジャイロの診断回路の別の実施例を示す。図５において、図２に示した振動ジャイロ１０の診断回路６００と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図５において、振動ジャイロ１０に用いられる診断回路６０１は、図１に示した診断回路６００の検出判定回路６１０と駆動判定回路６２０とに代えて、検出駆動判定回路６６０を有する。検出駆動判定回路６６０は、整流回路６６１、６６３と、平滑回路６６２、６６４と、加算回路６６５と、判定手段であるコンパレータ６６６とを有する。そして、整流回路６６１は、検出回路２００と平滑回路６６２とに接続され、整流回路６６３は、駆動回路３００と平滑回路６６４とに接続され、平滑回路６６２、６６４は、加算回路６６５に接続され、加算回路６６５は、コンパレータ６６６に接続されている。そして、整流回路６６１は、検出回路出力を全波整流して平滑回路６６２に出力し、整流回路６６３は、整流回路６６１とは逆向きに駆動回路出力を全波整流して平滑回路６６４に出力する。平滑回路６６２、６６４は、入力された信号を平滑して加算回路６６５に出力し、加算回路６６５は、入力された信号を加算してコンパレータ６６６に出力する。コンパレータ６６６は、入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるときは、検出回路２００と駆動回路３００とに異常がない旨の判定結果を総合判定回路６５０に出力し、入力された信号が下限基準電圧より下又は上限基準電圧より上であるときは、検出回路２００と駆動回路３００とに異常がある旨の判定結果を総合判定回路６５０に出力する。
【００４１】
図６に、検出駆動判定回路６６０の波形図を示す。図６において、Ｄ、Ｅ状態は異常がない状態、Ｆ、Ｇ、Ｈ状態は異常がある状態における波形図である。
【００４２】
Ｄ状態は、角速度が与えられていない場合である。Ｄ状態においては、整流回路６６３には、所定の大きさの駆動回路出力が入力され、所定の大きさの信号が平滑回路６６４から加算回路６６５に入力される。整流回路６６１には、０Ｖの検出回路出力が入力され、０Ｖの信号が平滑回路６６２から加算回路６６５に入力される。加算回路６６５は、平滑回路６６４、６６２から入力された信号を加算してコンパレータ６６６に入力する。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であると判定される。
【００４３】
Ｅ状態は、角速度が与えられた場合である。Ｅ状態においては、Ｄ状態とは異なり、整流回路６６１には、検出回路２００からコリオリ力に応じた信号が入力され、整流回路６６３とは逆向きに整流され、平滑回路６６２で平滑されて、加算回路６６５に入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であると判定される。
【００４４】
Ｆ状態は、駆動回路出力が過大な場合である。Ｆ状態においては、整流回路６６３には過大な信号が入力され、平滑回路６６４から加算回路６６５に過大な信号が入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が上限基準電圧より上であると判定される。
【００４５】
Ｇ状態は、駆動回路出力が過小な場合である。Ｇ状態においては、整流回路６６３には過小な駆動回路出力が入力され、平滑回路６６４から加算回路６６５に過小な信号が入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧より下であると判定される。
【００４６】
Ｈ状態は、検出回路出力が過大な場合である。Ｈ状態においては、整流回路６６１には過大な信号が入力され、平滑回路６６２から加算回路６６５に過大な信号が入力される。そして、コンパレータ６６６により、加算回路６６５から入力された信号が下限基準電圧より下であると判定される。
【００４７】
このように診断回路６０１を有する振動ジャイロは、加算回路６６５を用いることにより、使用するコンパレータの数を減らすことができ、回路の簡略化を図ることができる。
【００４８】
ところで、例えば、自動車の挙動制御システムに搭載される振動ジャイロにおいては、全ての回路について異常の有無を診断する必要があるが、一部の回路については特定の時間帯にだけ異常の有無を診断すれば十分である。例えば、検出回路と駆動回路とは異常の有無を常に診断する必要があるが、信号処理回路はエンジンのスタート時にのみ、異常の有無を診断すれば十分である。つまり、回路の重要度に応じた自己診断を行うことにより、回路の簡略化を図ることができる。
【００４９】
次に、図７に本発明の振動ジャイロの別の実施例のブロック図を示す。図７において、図１に示した振動ジャイロ１０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図７において、振動ジャイロ２０は、図１の振動ジャイロ１０の信号処理回路４００に代えて信号処理回路４０１を有する。信号処理回路４０１は、切替手段４５０を有する点のみが、信号処理回路４００と異なる。切替手段４５０は、検出回路出力である差動回路２１０から入力された信号、及び、駆動回路出力である位相補正回路３３０から入力された信号の一方を検波回路４１０に入力する。検波回路４１０は切替手段４５０から入力された信号を、駆動電圧に同期して検波し、平滑回路４２０に出力する。平滑回路４２０は入力された信号を平滑して増幅回路４３０に入力し、増幅回路４３０は入力された信号を直流増幅して外部に出力する。
【００５１】
図８に、振動ジャイロ２０の信号処理回路４０１の波形図を示す。図８において、Ｉ状態は、切替手段４５０が差動回路２１０に接続された状態であり、このとき、増幅回路４３０からは角速度に対応する信号が出力される。Ｊ、Ｋ、Ｌ状態は、切替手段４５０が位相補正回路３３０に接続された状態であり、このとき、増幅回路４３０からは、信号処理回路４０１の異常の有無に対応する信号が診断回路６００に入力される。なお、Ｉ、Ｊ状態は信号処理回路４０１に異常がない状態、Ｋ、Ｌ状態は信号処理回路４０１に異常がある状態の波形図である。
【００５２】
Ｉ状態においては、差動回路２１０から入力された信号が切替手段４５０を介して検波回路４１０に入力され、検波回路４１０で検波され、平滑回路４２０で平滑され、増幅回路４３０で増幅されて、角速度に対応する信号が出力される。
【００５３】
Ｊ、Ｋ、Ｌ状態においては、位相補正回路３３０から入力された信号が切替手段４５０を介して検波回路４１０に入力され、検波回路４１０で検波され、平滑回路４２０で平滑され、増幅回路４３０で増幅され、診断回路６００の信号処理判定回路６３０で、信号処理回路４０１の異常の有無が判定される。例えば、Ｊ状態においては、増幅回路４３０から診断回路６００に入力された信号が下限基準電圧以上かつ上限基準電圧以下であるので、信号処理回路４０１に異常がない旨の判定がされる。Ｋ状態においては、検波回路４１０が異常であるため検波回路出力が零Ｖであり、増幅回路４３０から診断回路６００に入力された電圧が下限基準電圧より下であるので、信号処理回路４０１に異常がある旨の判定がされる。Ｌ状態においては、増幅回路４３０の増幅率が過大であるため、増幅回路４３０から出力された電圧が上限基準電圧より上であるので、信号処理回路４０１に異常がある旨の判定がされる。
【００５４】
このような構成の振動ジャイロ２０は、切替手段４５０を用いることにより、異常を診断する必要がある場合にだけ、信号処理回路４０１の異常の有無を診断する構成であるため、回路の簡略化を図ることができる。
【００５５】
次に、図９に本発明の振動ジャイロの信号処理回路の別の実施例を示す。図９において、図７に示した振動ジャイロにおける信号処理回路と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図９において、本発明の振動ジャイロの信号処理回路４０２は、図７に示した信号処理回路４０１に加えて抵抗Ｒ１、Ｒ２を有する。抵抗Ｒ１の一端は、検出回路出力が入力される切替手段４５０の一方の入力端子に接続され、他端は駆動回路出力が入力される他方の入力端子に接続されている。抵抗Ｒ２の一端は切替手段４５０の他方の入力端子に接続され、他端は駆動回路３００に接続されている。
【００５７】
このような構成の信号処理回路４０２は、抵抗Ｒ１／抵抗Ｒ２を十分に大きくすることにより、信号処理回路４０１と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
次に、図１０に本発明の振動ジャイロの信号処理回路の更に別の実施例を示す。図１０において、図７に示した振動ジャイロ２０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５９】
図１０において、信号処理回路４０３は、図７に示した信号処理回路４０１に加えて基準電圧回路４６０と切替手段４５１とを有する。基準電圧回路４６０は、所定の値の定電圧を出力する。そして、切替手段４５０は、検出回路出力、及び、基準電圧回路４６０から出力された信号のいずれか一方を検波回路４１０に入力する。また、切替手段４５１は、基準電圧回路４６０から出力された信号、及び、駆動回路出力のいずれか一方を検波回路４１０に入力する。そして、切替手段４５０から検波回路４１０に検出回路出力が入力されるときは、切替手段４５１は駆動回路出力を検波回路４１０に入力し、切替手段４５０から検波回路４１０に基準電圧回路４６０から出力された信号が入力されるときは、切替手段４５１は基準電圧回路４６０から出力された信号を検波回路４１０に入力する。
【００６０】
このような構成の信号処理回路４０３は、検出回路出力が検波回路４１０に入力されるときは、角速度が出力される。そして、基準電圧回路４６０から出力された信号が検波回路４１０に入力されるときは、基準電圧回路４６０から出力された信号を用いて、基準電圧回路４６０から出力された信号を検波することになるため、検波回路は働かずに、基準電圧回路４６０から出力された信号が、平滑回路４２０で平滑され、増幅回路４３０で増幅された信号が出力される。すなわち、増幅回路４３０の増幅率の診断をすることができる。
【００６１】
次に、図１１に本発明の振動ジャイロの更に別の実施例を示す。図１１において、図７に示した振動ジャイロ２０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００６２】
図１１において、本発明の振動ジャイロ３０の検出回路２０１は、図７に示した振動ジャイロ２０の検出回路２００の第一のチャージアンプ２２０、第二のチャージアンプ２２１に代えて、第一のバッファ回路２３０と第二のバッファ回路２３１と抵抗２４０、２４１とを有する点のみが異なる。
【００６３】
そして、第一の検出電極１０４に第一のバッファ回路２３０と抵抗２４０とが接続され、第二の検出電極１０５に第二のバッファ回路２３１と抵抗２４１とが接続されている。そして、第一のバッファ回路２３０、第二のバッファ回路２３１は、加算回路３１０と差動回路２１０とに接続されている。ここで、第一のバッファ回路２３０は第一の検出電極１０４の電圧を加算回路３１０と差動回路２１０とに入力するためのものであり、第二のバッファ回路２３１は第二の検出電極１０５の電圧を加算回路３１０と差動回路２１０とに入力するためのものであり、抵抗２４０、２４１は、第一の検出電極１０４、第二の検出電極１０５のインピーダンスを調整するためのものである。
【００６４】
このような構成の検出回路２０１を有する本発明の振動ジャイロ３０も振動ジャイロ２０と同様の作用効果を奏するものである。
【００６５】
なお、本発明の振動ジャイロの実施例の説明において、振動子として２枚の圧電体基板を貼り合わせたバイモルフ型の振動子を用いて説明したが、振動子としては、円柱型、三角柱型などの音片型の振動子や、音叉型の振動子などを用いても良い。また、本発明の検出回路及び駆動回路及び信号処理回路及び診断回路は、実施例に示した構成に限られるものでないことは言うまでもない。
【００６６】
次に、図１２に本発明の振動ジャイロを用いた電子装置の一実施例を示す。図１２は本発明の電子装置である自動車に用いられる自動走行回路の一実施例を示すブロック図である。自動走行回路７０は、本発明の振動ジャイロ１０と積分回路７０１とサーボ回路７０２と電流ドライバ７０３とアクチュエータ７０４と角度検出センサ７０５とを有する。自動走行回路７０は、振動ジャイロ１０と、積分回路７０１と、サーボ回路７０２と、電流ドライバ７０３と、アクチュエータ７０４とが直列に接続され、アクチュエータ７０４の出力が角度検出センサ７０５を介してサーボ回路７０２に帰還されている。
【００６７】
このように構成された自動走行回路７０においては、自動車の車体の振れのうち、角速度信号のみが振動ジャイロ１０から積分回路７０１に入力され、積分回路７０１は角速度信号を積分して車体が振れた角度に変換してサーボ回路７０２に出力し、サーボ回路７０２は、積分回路７０１と角度検出センサ７０５とから入力された角度の信号を用いて現在値と目標値との差を演算して電流ドライバ７０３に出力し、電流ドライバ７０３は入力された信号に応じた電流をアクチュエータ７０４に出力し、アクチュエータ７０４は自動車のハンドルを機械的に駆動する。そして、角度検出センサ７０５はハンドルが回転した角度をサーボ回路７０２に出力する。
【００６８】
このような構成の自動走行回路７０を有する本発明の電子装置は、異常を確実に検出できる振動ジャイロを用いているため、安全なシステムを構成することができ、信頼性が要求される大規模なシステムを構築することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の振動ジャイロは、検出回路及び駆動回路及び信号処理回路及び診断回路及び電源の全てについて、異常が存在するか否かを診断しているため、回路要素の一部又は電源に異常が生じた場合であっても、確実に異常を検出できる。
【００７０】
また、本発明の振動ジャイロは、検出回路出力と駆動回路出力とを加算してから異常の有無を判定するため、使用するコンパレータの数を減らすことができ、回路の簡略化を図ることができる。
【００７１】
また、本発明の振動ジャイロは、切替手段を用いることにより、異常を診断する必要がある場合にだけ、異常の有無を確認できる構成であるため、回路の簡略化を図ることができる。
【００７２】
また、本発明の電子装置は、異常を確実に検出できる振動ジャイロを用いているため信頼性が要求される大規模なシステムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動ジャイロの一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の振動ジャイロの診断回路のブロック図である。
【図３】図１の振動ジャイロの動作波形図である。
【図４】図１の振動ジャイロの別の動作波形図である。
【図５】図１の振動ジャイロの別の診断回路のブロック図である。
【図６】図１の振動ジャイロの更に別の動作波形図である。
【図７】本発明の振動ジャイロの別の実施例を示すブロック図である。
【図８】図７の振動ジャイロの動作波形図である。
【図９】図７の振動ジャイロの別の信号処理回路のブロック図である。
【図１０】図７の振動ジャイロの更に別の信号処理回路のブロック図である。
【図１１】本発明の振動ジャイロの更に別の実施例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の電子装置に用いられる自動走行回路の一実施例を示すブロック図である。
【図１３】従来の振動ジャイロを示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０…振動ジャイロ
２００、２０１…検出回路
３００…駆動回路
４００、４０１、４０２、４０３…信号処理回路
５００…電源回路
６００、６０１…診断回路
７０…自動走行回路
Claims (5)
- 駆動電極と検出電極とを有する振動子と、
前記駆動電極に駆動電圧を印加する駆動回路と、
前記検出電極から前記振動子の屈曲変位に対応する信号が入力される検出回路と、
前記検出回路から入力された信号を処理して角速度を検出する信号処理回路と、
前記検出回路、及び、前記駆動回路、及び、前記信号処理回路、及び、電源回路の全てが正常であるか否かを診断する診断回路とを有することを特徴とする、振動ジャイロ。 - 前記信号処理回路は、切替手段と検波回路とを有し、
前記切替手段は、前記検出回路から入力された信号、及び、前記駆動回路から入力された信号のいずれか一方を前記検波回路に出力し、
前記検波回路は、前記切替手段から入力された信号を前記駆動電圧に同期して検波し、
前記信号処理回路は、前記切替手段を介して前記検出回路から信号が入力されるときは角速度を検出し、前記切替手段を介して前記駆動回路から信号が入力されるときは前記信号処理回路の異常の有無に対応する信号を出力することを特徴とする、請求項１に記載の振動ジャイロ。 - 前記診断回路は、入力された電源電圧を基準電圧と比較して、前記電源電圧が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の振動ジャイロ。
- 前記診断回路は、前記検出回路から入力された信号を整流する第一の整流回路と、
前記駆動回路から入力された信号を整流する第二の整流回路と、
前記第一の整流回路で整流された信号と、前記第二の整流回路で整流された信号とを加算する加算回路と、
前記加算回路で加算された信号が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の振動ジャイロ。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載の振動ジャイロを用いたことを特徴とする電子装置。
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