固体振動子発振回路およびこれを用いた物理量センサ
【課題】振動子を定常励振させるまでに要する時間、すなわち、起動時間を短縮するとともに、増幅器の出力電圧波形の飽和や、ノイズの増幅、増幅度変化後の振動子の発振状態の安定性といった問題を解決した固体振動子発振回路を提供する。
【解決手段】振動子12と、振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路14と、該電流電圧変換回路14からの出力電圧を増幅するための増幅器16,18を備えた固体振動子発振回路10であって、増幅器16,18は、その増幅器の増幅度を変化させる可変電流スイッチ20,22を備え、可変電流スイッチ20,22は、電流電圧変換回路14からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、増幅器16,18の増幅度を連続的に変化させるように構成する。
【解決手段】振動子12と、振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路14と、該電流電圧変換回路14からの出力電圧を増幅するための増幅器16,18を備えた固体振動子発振回路10であって、増幅器16,18は、その増幅器の増幅度を変化させる可変電流スイッチ20,22を備え、可変電流スイッチ20,22は、電流電圧変換回路14からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、増幅器16,18の増幅度を連続的に変化させるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、水晶振動子やセラミック発振子などの振動子を発振させるための固体振動子発振回路に関し、より具体的には、振動子の定常励振を早めることが可能な固体振動子発振回路およびこれを用いた物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動子を用いて物理量としての角速度を検出する振動ジャイロセンサは、非常に小型で安価なジャイロセンサとして、カーナビゲーション・システムやロボットの姿勢制御、カメラの手振れ補正等に用いられており、近年これらの製品の需要が拡大するに従って、振動ジャイロセンサの需要も急激に増加している。
【０００３】
このような振動ジャイロセンサは、振動子に電圧を印加し振動子を振動させる発振回路と、振動子に加わるコリオリ力を検出する検出回路から構成されている。特に発振回路の構成は、振動子が定常励振するまでにかかる時間に影響するため、物理量センサの起動に要する時間を短縮するために重要な回路である。
【０００４】
一般的に、発振回路は、振動子からの出力電流を、電流電圧変換回路によって電圧に変換し、この電圧を増幅器を介して振動子に帰還させることによって、振動子を振動させている。このため、振動子を定常励振させるまでの時間を短くするためには、増幅器の増幅度を大きくすればよい。
【０００５】
しかしながら、増幅器の増幅度を大きくした場合には、増幅器の出力電圧波形の飽和や、ノイズの増幅、振動子の発振状態の安定性などに問題が生じていた。
このため、図１１に示すように、振動子１０１と、振動子１０１からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（第１の増幅器）１０２と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路１０３と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を入力し整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器１０５を備え、可変利得増幅器１０５の出力電圧を入力とするレベル判定回路１２６と、可変利得増幅器１０５もしくは可変利得増幅器１０５の後段に設けられた電圧増幅器１０６の増幅度を切替えるスイッチ手段１２１を有し、レベル判定回路１２６の出力によってスイッチ手段１２１を制御し振動子１０１の振幅を制御する発振回路１００が開示されている（特許文献１）。
【０００６】
この発振回路１００では、電源投入時には、スイッチ手段１２１はオン状態となっており、電圧増幅器１０６の増幅度を大きくすることで、振動子１０１が定常励振となるまでに要する時間を短縮している。そして、振動子１０１が定常励振となった場合には、レベル判定回路１２６によってスイッチ手段１２１がオフ状態とされ、電圧増幅器１０６の増幅度を小さくすることで、可変利得増幅器１０５の出力電圧波形の飽和や、ノイズの低減維持、振動子１０１の発振状態の安定化などの問題を解決していた。
【０００７】
また、図１２に示す発振回路では、振動子１０１と、振動子１０１からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（第１の増幅器）１０２と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路１０３と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を入力し整流回路１０３の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器１０５と、可変利得増幅器１０５の出力信号を増幅する第２の増幅器１０６と、整流回路１０３の出力電圧と基準電圧発生部１２５の出力電圧が入力されるレベル判定回路１２６と、電流電圧変換回路１０２と第２の増幅器１０６との間に第３の増幅器１２０とスイッチ手段１２１とを有し、電流電圧変換回路１０２の出力信号が第３の増幅器１２０の正入力端子に入力され、第３の増幅器１２０の負入力端子に電源電圧の１／２近傍の大きさの電圧がコンデンサを介して印加され、第３の増幅器１２０の出力端子と第２の増幅器１０６の入力端子との間に第２の抵抗とスイッチ手段１２１が直列に接続され、レベル判定回路１２６の出力によってスイッチ手段１２１を制御し、第２の増幅器１０６の増幅度を変化させて、振動子１０１の振幅を制御する発振回路１００が開示されている（特許文献２）。
【０００８】
この発振回路１００は、基本的には、図１１に示す発振回路１００と同様な構成であるが、さらに、第３の増幅器１２０を備えることによって、第２の増幅器１０６の増幅度を大きくし、振動子１０１が定常励振となるまでに要する時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３９３２６６１号公報
【特許文献２】特許第４０７５１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このようなスイッチ手段１２１を用いて電圧増幅器１０６の増幅度を変化させた場合には、スイッチ手段１２１がオン状態からオフ状態に変化する際に、電圧増幅器１０６の増幅度が図１３に示すように、極端に変化することになる。
【００１１】
このため、スイッチ手段１２１がオン状態からオフ状態に変化する際に、リンギングなどが発生し、振動子１０１の発振状態が不安定となってしまい、振動子１０１を定常励振させるまでの時間が長くなってしまう要因となっていた。
【００１２】
また、このような発振回路１００とした場合には、スイッチ手段１２１の入切のためにレベル判定回路１２６やこのレベル判定回路１２６がレベル判定を行うための基準電圧発生部１２５が必要となってしまうため、回路の小型化、省電力化の妨げとなってしまっていた。
【００１３】
本発明は、このような現状に鑑み、振動子を定常励振させるまでに要する時間、すなわち、起動時間を短縮するとともに、増幅器の出力電圧波形の飽和や、ノイズの増幅、増幅度変化後の振動子の発振状態の安定性といった問題を解決した固体振動子発振回路を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、レベル判定回路や基準電圧発生部などを用いずに、発振回路の増幅度を変化させることで、発振回路の小型化や省電力化を図ることができる固体振動子発振回路を提供することを目的とする。
【００１５】
さらに、本発明は、このような固体振動子発振回路を備えることで、起動時間が短縮され、また、小型化や省電力化が可能な物理量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の固体振動子発振回路は、
振動子と、
前記振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を増幅するための増幅器を備えた固体振動子発振回路であって、
前記増幅器は、その増幅器の増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、
前記可変電流スイッチは、前記電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、前記増幅器の増幅度を連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することによって、可変電流スイッチに流れる電流の大きさが、振動子の出力電流に応じた電流電圧変換回路からの出力電圧の大きさによって、連続的に制御されることになる。このため、増幅器の増幅度も連続的に変化することになるため、スイッチの入切の際に、増幅度が極端に変化することがなく、リンギングなども発生しないため、振動子を迅速に定常励振させることができる。
【００１８】
また、増幅器の増幅度を変化させるために、レベル判定回路や基準電圧発生部などを備える必要がないため、固体振動子発振回路として小型化や省電力化を図ることが可能となる。従って、このような固体振動子発振回路を用いて、例えば、振動型ジャイロセンサなどの物理量センサを構成すれば、物理量センサ自体の小型化や、省電力化による使用時間の向上を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記増幅器は、複数段の増幅器によって構成されており、該複数段の増幅器が、それぞれ可変電流スイッチを備えていてもよい。
【００２０】
このように、増幅器を、複数段の増幅器によって構成することによって、固体振動子発振回路としての増幅度を大きくすることができ、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。
【００２１】
なお、増幅器の段数は、振動子を定常励振させるまでの時間に応じて適宜選択することができる。従って、固体振動子発振回路が用いられる物理量センサに求められる起動時間に応じて、増幅器の段数を適宜選択することによって、物理量センサの起動時間と、物理量センサの省電力化のバランスを図ることができる。
【００２２】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記可変電流スイッチには、それぞれカットオフ電圧が設定されており、
可変電流スイッチへの入力電圧が、所定のカットオフ電圧以下となった場合に、流れる電流の大きさが０となり、増幅器の増幅度を最小値とするように構成されていてもよい。
【００２３】
このように構成することによって、可変電流スイッチへの入力電圧を徐々に小さくすることによって、増幅器の増幅度を連続的に小さくすることができる。また、可変電流スイッチへの入力電圧がカットオフ電圧以下となった時点で、可変電流スイッチには電流が流れなくなるため、可変電流スイッチへの入力電圧がカットオフ電圧以下で変動したとしても、増幅器の増幅度は常時安定させることができる。
【００２４】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記可変電流スイッチが、ＭＯＳＦＥＴによって構成されていてもよい。
このように、可変電流スイッチをＭＯＳＦＥＴとすれば、通過電流制御用の入力電圧をＭＯＳＦＥＴのゲート端子に印加すれば、ドレイン−ソース間に流れる電流量を制御することができるため、容易に可変電流スイッチを構成することができる。
【００２５】
従って、固体振動子発振回路をＩＣ化した場合などでも、容易に小型化、省電力化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記可変電流スイッチは、電流通過経路に対して並列に抵抗素子が接続されて構成されていてもよい。
このように、可変電流スイッチの電流通過経路に対して並列に抵抗素子を接続することによって、可変電流スイッチがカットオフした状態でも並列に接続した抵抗素子によって増幅器の増幅度を１以上に固定することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記振動子が振動を開始したあと、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチより他の増幅器に備わる可変電流スイッチの方が先にカットオフするようにしてもよい。
【００２８】
このように構成することによって、複数段の増幅器のうち、初段の増幅器以外の増幅器に備わる可変電流スイッチが先にカットオフ、すなわち、増幅器の増幅度が最小値となる。このため、初段の増幅器で増幅度が変化した場合であっても、後段の増幅器の増幅度が固定されているために、複数段の増幅器全体で構成する増幅度が安定し、最終段の増幅器の出力電圧安定することになる。
【００２９】
従って、振動体に帰還する電圧は常時安定した電圧が入力されることになるため、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。また、振動子の発振状態も常時安定させることができる。
【００３０】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧が、他の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧よりも小さいようにしてもよい。
【００３１】
このように構成することによって、複数段の増幅器のうち、初段の増幅器以外の増幅器に備わる可変電流スイッチが先にカットオフ、すなわち、増幅器の増幅度が最小値となる。このため、初段の増幅器で増幅度が変化した場合であっても、後段の増幅器の増幅度が固定されているために、複数段の増幅器全体で構成する増幅度が安定し、最終段の増幅器の出力電圧も安定することになる。
【００３２】
従って、振動体に帰還する電圧は常時安定した電圧が入力されることになるため、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。また、振動子の発振状態も常時安定させることができる。
【００３３】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記複数段の増幅器のうち、少なくともいずれか１つの増幅器の出力側にオフセット調整回路を設けるようにしてもよい。
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記オフセット調整回路が、ハイパスフィルタであるようにしてもよい。
【００３４】
このように、複数段の増幅器のうち、少なくともいずれか１つの増幅器の出力側にハイパスフィルタなどのオフセット調整回路を設けることによって、増幅器の出力にオフセットが生じた場合であっても、このオフセットをキャンセルすることができる。
【００３５】
従って、増幅器の出力電圧の振幅を大きく取ることができるので、固体振動子発振回路として増幅度を大きく維持することができ、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。
【００３６】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記複数段の増幅器のうち、最終段の増幅器の増幅度の最小値が１以上であるようにしてもよい。
このようにすることによって、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮する為に振動子に電源電圧に飽和する電圧を印加する時に最終段の増幅器の入力信号を小さくすることができ、正常に増幅器を動作させることができる。
【００３７】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記電流電圧変換回路と、増幅器の導線路上にローパスフィルタを設けるようにしてもよい。
【００３８】
このように、電流電圧変換回路と、増幅器の導線路上に、ローパスフィルタを設けることによって、振動子からの出力電流とともに入力される雑音を除去することができ、振動子へ雑音の少ない出力電圧を印加することができる。このため、振動子が定常励振するまでに要する時間を短縮することができる。
【００３９】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記電流電圧変換回路と、可変電流スイッチの導線路上に整流回路を設けるようにしてもよい。
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記整流回路の出力側に平滑回路を設けるようにしてもよい。
【００４０】
振動子からの出力電流、及び、電流電圧変換回路からの出力電圧は交流であるため、このように、整流回路及び平滑回路を介することで、直流に変換することで、例えば、可変電流スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを用いた場合であっても、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を直流電圧で制御することができる。
【００４１】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記振動子は、水晶振動子またはセラミック発振子であるようにしてもよい。
このように、振動子として水晶振動子を用いれば、安定した発信周波数が得られるので、振動子の振動周波数も周囲の温度変化に対しても安定しており、より温度特性の良い振動型ジャイロセンサなどの物理量センサを実現することができる。
【００４２】
また、振動子としてセラミック発振子を用いれば、小型で低コストの振動型ジャイロセンサなどの物理量センサを実現することができる。
【００４３】
また、本発明の物理量センサは、上述するいずれかの固体振動子発振回路と、
前記振動子に印加される外力に応じて、該振動子から出力される検出電流を検出する検出回路とを有することを特徴とする。
【００４４】
また、本発明の物理量センサは、前記振動子に生じるコリオリ力を検出する振動型ジャイロセンサであってもよい。
このように本発明の固体振動子発振回路を物理量センサに用いることによって、迅速に起動可能で、かつ、高精度なカメラの手振れ補正用のジャイロセンサや、カーナビゲーション・システムのジャイロセンサとすることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、増幅器に、その増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、この可変電流スイッチは、電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、これに応じて増幅器の増幅度を連続的に変化させている。
【００４６】
このため、増幅器の増幅度が極端に変化することがなく、連続的に変化しているため、増幅度の変化の際に、振動子の発振状態が不安定になることもなく、振動子を迅速に定常励振させることができる。
【００４７】
また、従来のように、スイッチ手段の切替えのために、レベル判定回路や基準電圧発生部を必要とせず、可変電流スイッチのみで増幅度の変化を行っているため、発振回路の小型化や省電力化を図ることができる。
【００４８】
従って、このような固体振動子発振回路を物理量センサに用いることによって、例えば、カメラの手振れ補正用のセンサとして用いる場合であっても、振動子を迅速に定常励振させることができるため、手振れ補整機能を迅速に起動させることができ、カメラ自体の起動時間も短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図２】図２は、図１の固体振動子発振回路の各位置Ｐ1〜Ｐ4における電圧値Ｖ1〜Ｖ4及び固体振動子発振回路の増幅度の変化を示すグラフである。
【図３】図３は、図１の固体振動子発振回路に用いられる整流回路の一例を示す回路図である。
【図４】図４は、第１の増幅器１６の回路図である。
【図５】図５は、第２の増幅器１８の回路図である。
【図６】図６は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図７】図７（Ａ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けた場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフ、図７（Ｂ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けない場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図９】図９は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図１０】図１０は、本発明の固体振動子発振回路を用いた物理量センサのブロック図である。
【図１１】図１１は、従来の固体振動子発振回路の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、従来の固体振動子発振回路の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、従来の固体振動子発振回路でスイッチ手段を切替えた際の、電圧増幅器の増幅度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
【実施例１】
【００５１】
図１は、本発明の固体振動子発振回路の回路図、図２は、図１の固体振動子発振回路の各位置Ｐ1〜Ｐ4における電圧値Ｖ1〜Ｖ4及び固体振動子発振回路の増幅度の変化を示すグラフである。
【００５２】
図１において、符号１０は、全体で本発明の固体振動子発振回路を示している。
この固体振動子発振回路１０は、振動子１２，電流電圧変換回路１４，第１の増幅器１６，第２の増幅器１８，第１の増幅器１６用の第１の可変電流スイッチ２０，第２の増幅器１８用の第２の可変電流スイッチ２２，整流回路２４，平滑回路２６によって構成されている。
【００５３】
なお、符号５０はオペアンプを、符号５２は抵抗素子を、符号５４はコンデンサを、符号５６はグランド端子をそれぞれ示している。
また、本実施例において、振動子１２としては、固有の周波数で発振する素子であれば特に限定されるものではないが、例えば、水晶振動子やセラミック発振子などを用いることができる。
【００５４】
このように構成された固体振動子発振回路１０では、図示しない駆動電源がオン状態となると、振動子１２が発振を開始し電流Ｉxinが出力される。この電流Ｉxinが電流電圧変換回路１４に入力されると、電流電圧変換回路１４からは、電圧変換された信号である電圧Ｖ1が出力される（位置Ｐ1における電圧）。
【００５５】
電圧Ｖ1は第１の増幅器１６及び整流回路２４に入力される。振動子１２から出力される電流Ｉxin及び電圧Ｖ1は、交流であるため、整流回路２４及び整流回路２４の後段に設けられる平滑回路２６によって直流に整流する。
【００５６】
ここで、整流回路２４としては、特に限定されるものではないが、ダイオードを用いてもよいし、より好ましくは、図３に示すような整流回路を用いることによって、駆動電源がオン状態となった時点における固体振動子発振回路１０の増幅度を向上させることができる。
なお、図３において、符号５８はＭＯＳＦＥＴを対称形に接続して構成されるトランスミッションゲートを、符号６０は、コンパレータをそれぞれ示している。
【００５７】
そして、平滑回路２６から出力される電圧Ｖ4（位置Ｐ4における電圧）が、第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２の電流制御端子に入力されることになる。第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２は、電流制御端子に入力される電圧の大きさに応じて、可変電流スイッチ２０，２２の電流通過経路を流れる電流量を連続的に制御可能に構成されている。
【００５８】
可変電流スイッチ２０，２２としては、このように構成された素子であれば、特に限定されるものではないが、好ましくはＭＯＳＦＥＴを用いることができる。ＭＯＳＦＥＴのゲート端子を電流制御端子として用い、ドレイン−ソース間の経路を電流通過経路とすることによって、容易に可変電流スイッチ２０，２２を構成することができる。
【００５９】
一方、第１の増幅器１６に入力された電圧Ｖ1は、第１の増幅器１６によって増幅され電圧Ｖ2として出力される（位置Ｐ2における電圧）。
ここで、第１の増幅器１６の増幅度は、図４に示すように、第１の増幅器１６に備えられた抵抗素子５２ａと抵抗素子５２ｂの抵抗値、及び、可変電流スイッチ２０の抵抗成分ＲT1の大きさによって決定される。
【００６０】
具体的には、抵抗素子５２ａの抵抗値をＲａ，抵抗素子５２ｂの抵抗値をＲｂ，抵抗素子５２ａに流れる電流をＩRa，可変電流スイッチ２０に流れる電流をＩT1とすると、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1＝Ｖ2／Ｖ1は、以下の数１に示す式によって決定される。
【００６１】
【数１】
【００６２】
従って、例えば、Ｒａが１００ｋΩ，Ｒｂが１０ｋΩの場合、ＲT1≒０[Ω]の場合には最大値となり、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1は１１倍となる。また、ＲT1＝∞の場合には最小値となり、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1は１倍となる。従って、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1は１〜１１倍まで変化することができる。
【００６３】
同様に、第２の増幅器１８に入力された電圧Ｖ2は、第２の増幅器１８によって増幅され電圧Ｖ3として出力される（位置Ｐ3における電圧）。
なお、第２の可変電流スイッチ２２は、その電流通過経路に対して並列に抵抗素子５２が接続されている。
【００６４】
このように構成される第２の増幅器１８の増幅度Ａ2は、図５に示すように、第２の増幅器１８に備えられた抵抗素子５２ｃ，抵抗素子５２ｄ，抵抗素子５２ｅの抵抗値、及び、第２の可変電流スイッチ２２の抵抗成分ＲT2の大きさによって決定される。
【００６５】
具体的には、抵抗素子５２ｃの抵抗値をＲｃ，抵抗素子５２ｄの抵抗値をＲｄ，抵抗素子５２ｅの抵抗値をＲｅとすると、第２の増幅器１８の増幅度Ａ2＝Ｖ3／Ｖ2は、以下の数２に示す式によって決定される。
【００６６】
【数２】
【００６７】
従って、例えば、Ｒｃが１５０ｋΩ，Ｒｄが１０ｋΩ，Ｒｅが８０ｋΩの場合、ＲT2≒０［Ω］の場合には、数３のようになるので、第２の増幅器１８の増幅度Ａ2は最大値となり、１６倍となる。
【００６８】
【数３】
【００６９】
一方、ＲT2＝∞の場合には、数４のようになるので、第２の増幅器１８の増幅度Ａ2は最小値となり、２．６倍となる。
【数４】
【００７０】
図４に示す第１の増幅器１６と違い、第２の可変電流スイッチ２２がカットオフしても増幅度Ａ2は１倍にはならないので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮する為に振動子１２に電源電圧に飽和する電圧Ｖ3を印加するときに、第２の増幅器１８の入力信号を小さくすることができ、正常に第２の増幅器１８を動作させることができる。
【００７１】
なお、第１の増幅器１６及び第２の増幅器１８の増幅度は、例えば、固体振動子発振回路１０を備えた物理量センサに求められる起動時間によって適宜変更することができ、各増幅器１６，１８の増幅度の最大値を大きくすれば、振動子１２が定常励振するまでの時間を短くすることができる。
【００７２】
また、第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２には、それぞれカットオフ電圧が設定されており、可変電流スイッチ２０，２２の電流制御端子に入力される電圧が、このカットオフ電圧以下となった場合に、可変電流スイッチ２０，２２の電流通過経路に流れる電流の大きさが０となる。なお、「電流の大きさが０」というのは、流れる電流の大きさが完全に０とならずとも、ほぼ０の状態となっていればよい。
【００７３】
これら第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２を、上述するように、ＭＯＳＦＥＴによって構成した場合には、ＭＯＳＦＥＴのスレッシュホールド電圧（Ｖth）がカットオフ電圧としての役割を果たすことになる。
【００７４】
なお、第１の可変電流スイッチ２０のカットオフ電圧Ｖoff1を第２の可変電流スイッチ２２のカットオフ電圧Ｖoff2よりも小さく設定することが好ましい。
【００７５】
ところで、知られているように、ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間電圧Ｖgsに応じてドレイン−ソース間電流Ｉdを制御できる素子である。ＭＯＳＦＥＴのスレッシュホールド電圧は、所定のＩdが流れるときのＶgsの絶対値で表現することができる。ＭＯＳＦＥＴは、デプレッションモードとエンハンスメントモードとの動作モードがある。デプレッションモードは、Ｖgsの絶対値が大きくなるにつれてＩdが減少し、エンハンスメントモードは、Ｖgsの絶対値が大きくなるにつれてＩdが増加する。
【００７６】
すでに説明したように、第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２を、ＭＯＳＦＥＴによって構成した場合、そのスレッシュホールド電圧がカットオフ電圧としての役割を果たす。このとき、ＭＯＳＦＥＴがデプレッションモードで動作する素子なのか、エンハンスメントモードで動作する素子なのか、によって、カットオフ電圧の大小という表現は変化する。もちろん、固体振動子発振回路１０を用いる装置やシステムによって、第１の可変電流スイッチ２０や第２の可変電流スイッチ２２を、どのモードで動作するＭＯＳＦＥＴを用いるかは、適宜選択することができるため、上述の説明においては、カットオフ電圧の大小とは、絶対値としての大小という意味になる。
【００７７】
このように、第１の可変電流スイッチ２０のカットオフ電圧Ｖoff1を第２の可変電流スイッチ２２のカットオフ電圧Ｖoff2よりも小さく設定することによって、第２の可変電流スイッチ２２が先にカットオフ、すなわち、電流の大きさが０となる。
【００７８】
このように構成することによって、第２の増幅器１８の増幅度が、第１の増幅器１６の増幅度よりも先に一定値に固定されるため、振動子１２への帰還電圧が安定することになる。なお、第１の可変電流スイッチ２０のカットオフ電圧Ｖoff1と、第２の可変電流スイッチ２２のカットオフ電圧Ｖoff2は、振動子１２を定常励振させるまでに望まれる時間に応じて適宜選択することができる。
【００７９】
また、この実施例の第１の増幅器１６はカットオフせずに、平滑回路２６の出力電圧Ｖ4に応じて増幅度が変化するため、第１の増幅器１６はＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）増幅器として動作することになる。このため、温度変化などの外的要因によって振動子１２からの出力電流が変化した場合であっても、第１の増幅器１６によって補償することが可能となる。
【００８０】
また、第２の増幅器１８の増幅度の最小値が１以上となるように設定することが好ましい。このようにすることによって、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮する為に振動子１２に電源電圧に飽和する電圧Ｖ3を印加するときに、第２の増幅器１８の入力信号Ｖ2を小さくすることができ、正常に第２の増幅器１８を動作させることができる。
【００８１】
以下、図２に基づいて、固体振動子発振回路の各位置Ｐ1〜Ｐ4における電圧値Ｖ1〜Ｖ4及び固体振動子発振回路の増幅度の変化について説明する。
まず、電源をオン状態にした直後は、電流電圧変換回路１４の出力電圧Ｖ1は０Ｖであり、振動子１２の振動が大きくなるにつれて、徐々に電圧Ｖ1は大きくなっていく。
【００８２】
ここで、平滑回路２６への入力電流をＩ1，平滑回路２６の参照電流をＩrefとすると、電源をオン状態にした直後は、電圧Ｖ1が０Ｖの為、Ｉ1≪Ｉrefとなる。Ｖ4は平滑回路２６の参照電流Ｉrefに応じた高い値、少なくとも、可変電流スイッチ２０，２２のカットオフ電圧よりは高い値となる。
【００８３】
このため、第１の増幅器１６，及び、第２の増幅器１８の増幅度は大きくなり、図２に示すように、電源をオン状態にした直後から電圧Ｖ3として大きな電圧が得られ、この電圧Ｖ3を振動子１２に帰還させることによって、振動子１２に高い印加電圧を加えることができる。このため、振動子１２は迅速に定常励振するようになる。
【００８４】
一方、振動子１２の振動が大きくなるにつれて、振動子１２からの出力電流は大きくなり、これに伴って電圧Ｖ1も図２に示すように大きくなる。電圧Ｖ1が大きくなるにつれて、平滑回路２６への入力電流Ｉ1は増加し、これに伴って電圧Ｖ4は図２に示すように小さくなる。
【００８５】
電圧Ｖ4が小さくなるにつれて、上述するように、可変電流スイッチ２０，２２を通過する電流は小さくなるため、第１の増幅器１６，第２の増幅器１８の増幅度は徐々に小さくなる。
【００８６】
このように、振動子１２からの出力電流が大きくなるにつれて、可変電流スイッチ２０，２２を通過する電流が小さくなるため、電源をオン状態にした直後の固体振動子発振回路１０の増幅度が最大となり、徐々に増幅度は小さくなる。
このため、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できるとともに、振動子１２からの出力電流が大きくなった場合にも、増幅器の出力電圧波形が飽和することもなく、また、ノイズを増幅することによって振動子１２の発振状態が不安定になることもない。
【００８７】
また、可変電流スイッチ２０，２２は、その電流制御端子に入力される電圧によって連続的に通過する電流値を制御しているため、第１の増幅器１６，第２の増幅器１８の増幅度が極端に変化することがなく、リンギングなどが発生することがないので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できる。
【実施例２】
【００８８】
図６は、本発明の固体振動子発振回路の回路図、図７（Ａ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けた場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフ、図７（Ｂ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けない場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフである。
【００８９】
この実施例の固体振動子発振回路１０は、図１に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、相違点は、オフセット調整回路３０を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９０】
一般的に、増幅器には素子のばらつきにより、オフセットという現象が生じる。オフセットは入力電圧に対して出力電圧がずれる直流電圧成分のことであり、オフセットが生じた場合には、図７（Ｂ）に示すように、増幅器の出力電圧の飽和が生じて、第２の増幅器１８の出力電圧Ｖ3の振幅が小さくなってしまい、固体振動子発振回路１０としての増幅度も小さくなってしまう。
【００９１】
このため、この実施例の固体振動子発振回路１０では、図６に示すように、第１の増幅器１６の出力側に、オフセット調整回路３０としてハイパスフィルタが設けられている。
このように、オフセット調整回路３０を設けることによって、第１の増幅器１６のオフセットがキャンセルされ、図７（Ａ）に示すように、第２の増幅器１８の出力電圧Ｖ3の振幅を大きく取ることができる。
【００９２】
このため、固体振動子発振回路１０としての増幅度を大きく維持することができるので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できる。特に、電源をオン状態にした直後の固体振動子発振回路１０の増幅度を大きくした場合には、いずれかの増幅器の出力側、より好ましくは全ての増幅器の出力側にオフセット調整回路３０を設けることによって、適切に増幅を行うことができ、より迅速に、振動子１２を定常励振させることができる。
【実施例３】
【００９３】
図８は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
この実施例の固体振動子発振回路１０は、図１及び図６に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、相違点は、ローパスフィルタ３２を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
振動子１２からの出力電流Ｉxinとともに雑音が発振回路に入ると、雑音成分も一緒に増幅され、振動子１２への入力電圧Ｖ3に雑音が入り、安定した電圧を振動子１２に印加できなくなり、振動子１２が定常励振するまでに要する時間が長くなってしまう。
【００９５】
このため、この実施例の固体振動子発振回路１０では、図８に示すように、電流電圧変換回路１４と第１の増幅器１６との導線路上にローパスフィルタ３２が設けられている。
このように、ローパスフィルタ３２を設けることによって、雑音の無い電圧Ｖ3を振動子１２に印加することが可能になる。
【００９６】
このため、安定した電圧Ｖ3を振動子１２に印加できるので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できる。
なお、図８に示す構成は、オフセット調整回路３０も設けている例であるが、もちろん、これを設けなくてもかまわない。
【実施例４】
【００９７】
図９は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
この実施例の固体振動子発振回路１０は、図１，図６，図８に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、相違点は、第３の増幅器３４を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９８】
この実施例の固体振動子発振回路１０では、第２の増幅器１８の後段に、第３の増幅器３４が備えられており、第３の増幅器３４には、その増幅度を連続的に変化させるための第３の可変電流スイッチ３６が接続されている。
【００９９】
実施例１〜３では、固体振動子発振回路１０は、２段の増幅器で構成されていたが、特に限定されるものではなく、この実施例のように３段の増幅器で構成してもよいし、実施例には示さないが、３段以上の増幅器で構成しても構わない。
【０１００】
増幅器の段数は、固体振動子発振回路１０に求められる増幅度の大きさによって適宜設定できるものであり、大きな増幅度が求められない場合には、実施例には示さないが、１段の増幅器で固体振動子発振回路１０を構成しても構わない。
【実施例５】
【０１０１】
図１０は、本発明の固体振動子発振回路を用いた物理量センサのブロック図である。
この実施例で用いられる固体振動子発振回路１０は、図１，図６，図８，図９に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１０２】
図１０において、符号７０は、全体で本発明の物理量センサを示している。
この物理量センサ７０は、固体振動子発振回路１０とは別に、振動子１２に加わるコリオリ力に応じて、振動子１２から出力される検出電流を検出する検出回路７２を備えている。
【０１０３】
検出回路７２は、振動子１２からの検出電流を電圧に変換する電流電圧変換回路１４ａ，１４ｂ，これら電流電圧変換回路１４ａ，１４ｂからの出力電圧を受ける差動増幅回路７４，同期検波のための同期検波回路７６，位相調整回路７８，高調波成分を除去するためのローパスフィルタ８０を備えている。
【０１０４】
振動子１２から出力される検出電流は、電流電圧変換回路１４ａ，１４ｂによって電圧に変換され、これらの電圧が、差動増幅回路７４に入力されることによって、同相ノイズが除去される。そして、差動増幅回路７４の出力電圧は、固体振動子発振回路１０の電流電圧変換回路１４からの出力を同期検波の基準信号として、同期検波回路７６において同期検波される。
【０１０５】
なお、同期検波の基準信号は、固体振動子発振回路１０の電流電圧変換回路１４から位相調整回路７８を介して同期検波回路７６に入力される。
同期検波回路７６において同期検波された信号は、ローパスフィルタ８０によって高調波成分が除去され、検出信号として出力される。
【０１０６】
このように、本発明の固体振動子発振回路１０を用いて物理量センサ７０を構成することによって、振動子１２が定常励振するまでに要する時間、すなわち、物理量センサ７０の電源投入から使用可能となるまでに要する時間を短くすることができる。
【０１０７】
また、固体振動子発振回路１０として、レベル判定回路や基準電圧発生部などを備えていないため、回路の小型化・省電力化が出来るので、本発明の物理量センサは、例えば、コンパクトデジタルカメラの手振れ補正用のジャイロセンサや携帯電話などのナビゲーション・システムのためのジャイロセンサなどの振動型ジャイロセンサとして用いることができる。
【０１０８】
また、本発明の物理量センサ７０を、このようなジャイロセンサとして用いることによって、コンパクトデジタルカメラや携帯電話などの装置全体として小型化を図ったり、使用時間の向上を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の固体振動子発振回路は、振動子を迅速に定常励振させることができ、かつ、振動子の発振状態を常時安定させることができる。このため、特にカメラの手振れ補整用のジャイロセンサや、カーナビゲーション・システムのジャイロセンサのための発振回路として好適である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 固体振動子発振回路
１２ 振動子
１４ 電流電圧変換回路
１６ 第１の増幅器
１８ 第２の増幅器
２０ 第１の可変電流スイッチ
２２ 第２の可変電流スイッチ
２４ 整流回路
２６ 平滑回路
３０ オフセット調整回路
３２ ローパスフィルタ
３４ 第３の増幅器
３６ 第３の可変電流スイッチ
５０ オペアンプ
５２ 抵抗素子
５２ａ 抵抗素子
５２ｂ 抵抗素子
５２ｃ 抵抗素子
５２ｄ 抵抗素子
５２ｅ 抵抗素子
５４ コンデンサ
５６ グランド端子
５８ トランスミッションゲート
６０ コンパレータ
７０ 物理量センサ
７２ 検出回路
７４ 差動増幅回路
７６ 同期検波回路
７８ 位相調整回路
８０ ローパスフィルタ
１００ 発振回路
１０１ 振動子
１０２ 電流電圧変換回路
１０３ 整流回路
１０５ 可変利得増幅器
１０６ 電圧増幅器
１２０ 増幅器
１２１ スイッチ手段
１２５ 基準電圧発生部
１２６ レベル判定回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、水晶振動子やセラミック発振子などの振動子を発振させるための固体振動子発振回路に関し、より具体的には、振動子の定常励振を早めることが可能な固体振動子発振回路およびこれを用いた物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動子を用いて物理量としての角速度を検出する振動ジャイロセンサは、非常に小型で安価なジャイロセンサとして、カーナビゲーション・システムやロボットの姿勢制御、カメラの手振れ補正等に用いられており、近年これらの製品の需要が拡大するに従って、振動ジャイロセンサの需要も急激に増加している。
【０００３】
このような振動ジャイロセンサは、振動子に電圧を印加し振動子を振動させる発振回路と、振動子に加わるコリオリ力を検出する検出回路から構成されている。特に発振回路の構成は、振動子が定常励振するまでにかかる時間に影響するため、物理量センサの起動に要する時間を短縮するために重要な回路である。
【０００４】
一般的に、発振回路は、振動子からの出力電流を、電流電圧変換回路によって電圧に変換し、この電圧を増幅器を介して振動子に帰還させることによって、振動子を振動させている。このため、振動子を定常励振させるまでの時間を短くするためには、増幅器の増幅度を大きくすればよい。
【０００５】
しかしながら、増幅器の増幅度を大きくした場合には、増幅器の出力電圧波形の飽和や、ノイズの増幅、振動子の発振状態の安定性などに問題が生じていた。
このため、図１１に示すように、振動子１０１と、振動子１０１からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（第１の増幅器）１０２と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路１０３と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を入力し整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器１０５を備え、可変利得増幅器１０５の出力電圧を入力とするレベル判定回路１２６と、可変利得増幅器１０５もしくは可変利得増幅器１０５の後段に設けられた電圧増幅器１０６の増幅度を切替えるスイッチ手段１２１を有し、レベル判定回路１２６の出力によってスイッチ手段１２１を制御し振動子１０１の振幅を制御する発振回路１００が開示されている（特許文献１）。
【０００６】
この発振回路１００では、電源投入時には、スイッチ手段１２１はオン状態となっており、電圧増幅器１０６の増幅度を大きくすることで、振動子１０１が定常励振となるまでに要する時間を短縮している。そして、振動子１０１が定常励振となった場合には、レベル判定回路１２６によってスイッチ手段１２１がオフ状態とされ、電圧増幅器１０６の増幅度を小さくすることで、可変利得増幅器１０５の出力電圧波形の飽和や、ノイズの低減維持、振動子１０１の発振状態の安定化などの問題を解決していた。
【０００７】
また、図１２に示す発振回路では、振動子１０１と、振動子１０１からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（第１の増幅器）１０２と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路１０３と、電流電圧変換回路１０２の出力信号を入力し整流回路１０３の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器１０５と、可変利得増幅器１０５の出力信号を増幅する第２の増幅器１０６と、整流回路１０３の出力電圧と基準電圧発生部１２５の出力電圧が入力されるレベル判定回路１２６と、電流電圧変換回路１０２と第２の増幅器１０６との間に第３の増幅器１２０とスイッチ手段１２１とを有し、電流電圧変換回路１０２の出力信号が第３の増幅器１２０の正入力端子に入力され、第３の増幅器１２０の負入力端子に電源電圧の１／２近傍の大きさの電圧がコンデンサを介して印加され、第３の増幅器１２０の出力端子と第２の増幅器１０６の入力端子との間に第２の抵抗とスイッチ手段１２１が直列に接続され、レベル判定回路１２６の出力によってスイッチ手段１２１を制御し、第２の増幅器１０６の増幅度を変化させて、振動子１０１の振幅を制御する発振回路１００が開示されている（特許文献２）。
【０００８】
この発振回路１００は、基本的には、図１１に示す発振回路１００と同様な構成であるが、さらに、第３の増幅器１２０を備えることによって、第２の増幅器１０６の増幅度を大きくし、振動子１０１が定常励振となるまでに要する時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３９３２６６１号公報
【特許文献２】特許第４０７５１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このようなスイッチ手段１２１を用いて電圧増幅器１０６の増幅度を変化させた場合には、スイッチ手段１２１がオン状態からオフ状態に変化する際に、電圧増幅器１０６の増幅度が図１３に示すように、極端に変化することになる。
【００１１】
このため、スイッチ手段１２１がオン状態からオフ状態に変化する際に、リンギングなどが発生し、振動子１０１の発振状態が不安定となってしまい、振動子１０１を定常励振させるまでの時間が長くなってしまう要因となっていた。
【００１２】
また、このような発振回路１００とした場合には、スイッチ手段１２１の入切のためにレベル判定回路１２６やこのレベル判定回路１２６がレベル判定を行うための基準電圧発生部１２５が必要となってしまうため、回路の小型化、省電力化の妨げとなってしまっていた。
【００１３】
本発明は、このような現状に鑑み、振動子を定常励振させるまでに要する時間、すなわち、起動時間を短縮するとともに、増幅器の出力電圧波形の飽和や、ノイズの増幅、増幅度変化後の振動子の発振状態の安定性といった問題を解決した固体振動子発振回路を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、レベル判定回路や基準電圧発生部などを用いずに、発振回路の増幅度を変化させることで、発振回路の小型化や省電力化を図ることができる固体振動子発振回路を提供することを目的とする。
【００１５】
さらに、本発明は、このような固体振動子発振回路を備えることで、起動時間が短縮され、また、小型化や省電力化が可能な物理量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の固体振動子発振回路は、
振動子と、
前記振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を増幅するための増幅器を備えた固体振動子発振回路であって、
前記増幅器は、その増幅器の増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、
前記可変電流スイッチは、前記電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、前記増幅器の増幅度を連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することによって、可変電流スイッチに流れる電流の大きさが、振動子の出力電流に応じた電流電圧変換回路からの出力電圧の大きさによって、連続的に制御されることになる。このため、増幅器の増幅度も連続的に変化することになるため、スイッチの入切の際に、増幅度が極端に変化することがなく、リンギングなども発生しないため、振動子を迅速に定常励振させることができる。
【００１８】
また、増幅器の増幅度を変化させるために、レベル判定回路や基準電圧発生部などを備える必要がないため、固体振動子発振回路として小型化や省電力化を図ることが可能となる。従って、このような固体振動子発振回路を用いて、例えば、振動型ジャイロセンサなどの物理量センサを構成すれば、物理量センサ自体の小型化や、省電力化による使用時間の向上を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記増幅器は、複数段の増幅器によって構成されており、該複数段の増幅器が、それぞれ可変電流スイッチを備えていてもよい。
【００２０】
このように、増幅器を、複数段の増幅器によって構成することによって、固体振動子発振回路としての増幅度を大きくすることができ、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。
【００２１】
なお、増幅器の段数は、振動子を定常励振させるまでの時間に応じて適宜選択することができる。従って、固体振動子発振回路が用いられる物理量センサに求められる起動時間に応じて、増幅器の段数を適宜選択することによって、物理量センサの起動時間と、物理量センサの省電力化のバランスを図ることができる。
【００２２】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記可変電流スイッチには、それぞれカットオフ電圧が設定されており、
可変電流スイッチへの入力電圧が、所定のカットオフ電圧以下となった場合に、流れる電流の大きさが０となり、増幅器の増幅度を最小値とするように構成されていてもよい。
【００２３】
このように構成することによって、可変電流スイッチへの入力電圧を徐々に小さくすることによって、増幅器の増幅度を連続的に小さくすることができる。また、可変電流スイッチへの入力電圧がカットオフ電圧以下となった時点で、可変電流スイッチには電流が流れなくなるため、可変電流スイッチへの入力電圧がカットオフ電圧以下で変動したとしても、増幅器の増幅度は常時安定させることができる。
【００２４】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記可変電流スイッチが、ＭＯＳＦＥＴによって構成されていてもよい。
このように、可変電流スイッチをＭＯＳＦＥＴとすれば、通過電流制御用の入力電圧をＭＯＳＦＥＴのゲート端子に印加すれば、ドレイン−ソース間に流れる電流量を制御することができるため、容易に可変電流スイッチを構成することができる。
【００２５】
従って、固体振動子発振回路をＩＣ化した場合などでも、容易に小型化、省電力化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記可変電流スイッチは、電流通過経路に対して並列に抵抗素子が接続されて構成されていてもよい。
このように、可変電流スイッチの電流通過経路に対して並列に抵抗素子を接続することによって、可変電流スイッチがカットオフした状態でも並列に接続した抵抗素子によって増幅器の増幅度を１以上に固定することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記振動子が振動を開始したあと、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチより他の増幅器に備わる可変電流スイッチの方が先にカットオフするようにしてもよい。
【００２８】
このように構成することによって、複数段の増幅器のうち、初段の増幅器以外の増幅器に備わる可変電流スイッチが先にカットオフ、すなわち、増幅器の増幅度が最小値となる。このため、初段の増幅器で増幅度が変化した場合であっても、後段の増幅器の増幅度が固定されているために、複数段の増幅器全体で構成する増幅度が安定し、最終段の増幅器の出力電圧安定することになる。
【００２９】
従って、振動体に帰還する電圧は常時安定した電圧が入力されることになるため、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。また、振動子の発振状態も常時安定させることができる。
【００３０】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧が、他の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧よりも小さいようにしてもよい。
【００３１】
このように構成することによって、複数段の増幅器のうち、初段の増幅器以外の増幅器に備わる可変電流スイッチが先にカットオフ、すなわち、増幅器の増幅度が最小値となる。このため、初段の増幅器で増幅度が変化した場合であっても、後段の増幅器の増幅度が固定されているために、複数段の増幅器全体で構成する増幅度が安定し、最終段の増幅器の出力電圧も安定することになる。
【００３２】
従って、振動体に帰還する電圧は常時安定した電圧が入力されることになるため、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。また、振動子の発振状態も常時安定させることができる。
【００３３】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記複数段の増幅器のうち、少なくともいずれか１つの増幅器の出力側にオフセット調整回路を設けるようにしてもよい。
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記オフセット調整回路が、ハイパスフィルタであるようにしてもよい。
【００３４】
このように、複数段の増幅器のうち、少なくともいずれか１つの増幅器の出力側にハイパスフィルタなどのオフセット調整回路を設けることによって、増幅器の出力にオフセットが生じた場合であっても、このオフセットをキャンセルすることができる。
【００３５】
従って、増幅器の出力電圧の振幅を大きく取ることができるので、固体振動子発振回路として増幅度を大きく維持することができ、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮することができる。
【００３６】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記複数段の増幅器のうち、最終段の増幅器の増幅度の最小値が１以上であるようにしてもよい。
このようにすることによって、振動子を定常励振させるまでに要する時間を短縮する為に振動子に電源電圧に飽和する電圧を印加する時に最終段の増幅器の入力信号を小さくすることができ、正常に増幅器を動作させることができる。
【００３７】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記電流電圧変換回路と、増幅器の導線路上にローパスフィルタを設けるようにしてもよい。
【００３８】
このように、電流電圧変換回路と、増幅器の導線路上に、ローパスフィルタを設けることによって、振動子からの出力電流とともに入力される雑音を除去することができ、振動子へ雑音の少ない出力電圧を印加することができる。このため、振動子が定常励振するまでに要する時間を短縮することができる。
【００３９】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記電流電圧変換回路と、可変電流スイッチの導線路上に整流回路を設けるようにしてもよい。
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記整流回路の出力側に平滑回路を設けるようにしてもよい。
【００４０】
振動子からの出力電流、及び、電流電圧変換回路からの出力電圧は交流であるため、このように、整流回路及び平滑回路を介することで、直流に変換することで、例えば、可変電流スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを用いた場合であっても、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を直流電圧で制御することができる。
【００４１】
また、本発明の固体振動子発振回路は、前記振動子は、水晶振動子またはセラミック発振子であるようにしてもよい。
このように、振動子として水晶振動子を用いれば、安定した発信周波数が得られるので、振動子の振動周波数も周囲の温度変化に対しても安定しており、より温度特性の良い振動型ジャイロセンサなどの物理量センサを実現することができる。
【００４２】
また、振動子としてセラミック発振子を用いれば、小型で低コストの振動型ジャイロセンサなどの物理量センサを実現することができる。
【００４３】
また、本発明の物理量センサは、上述するいずれかの固体振動子発振回路と、
前記振動子に印加される外力に応じて、該振動子から出力される検出電流を検出する検出回路とを有することを特徴とする。
【００４４】
また、本発明の物理量センサは、前記振動子に生じるコリオリ力を検出する振動型ジャイロセンサであってもよい。
このように本発明の固体振動子発振回路を物理量センサに用いることによって、迅速に起動可能で、かつ、高精度なカメラの手振れ補正用のジャイロセンサや、カーナビゲーション・システムのジャイロセンサとすることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、増幅器に、その増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、この可変電流スイッチは、電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、これに応じて増幅器の増幅度を連続的に変化させている。
【００４６】
このため、増幅器の増幅度が極端に変化することがなく、連続的に変化しているため、増幅度の変化の際に、振動子の発振状態が不安定になることもなく、振動子を迅速に定常励振させることができる。
【００４７】
また、従来のように、スイッチ手段の切替えのために、レベル判定回路や基準電圧発生部を必要とせず、可変電流スイッチのみで増幅度の変化を行っているため、発振回路の小型化や省電力化を図ることができる。
【００４８】
従って、このような固体振動子発振回路を物理量センサに用いることによって、例えば、カメラの手振れ補正用のセンサとして用いる場合であっても、振動子を迅速に定常励振させることができるため、手振れ補整機能を迅速に起動させることができ、カメラ自体の起動時間も短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図２】図２は、図１の固体振動子発振回路の各位置Ｐ1〜Ｐ4における電圧値Ｖ1〜Ｖ4及び固体振動子発振回路の増幅度の変化を示すグラフである。
【図３】図３は、図１の固体振動子発振回路に用いられる整流回路の一例を示す回路図である。
【図４】図４は、第１の増幅器１６の回路図である。
【図５】図５は、第２の増幅器１８の回路図である。
【図６】図６は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図７】図７（Ａ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けた場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフ、図７（Ｂ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けない場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図９】図９は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
【図１０】図１０は、本発明の固体振動子発振回路を用いた物理量センサのブロック図である。
【図１１】図１１は、従来の固体振動子発振回路の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、従来の固体振動子発振回路の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、従来の固体振動子発振回路でスイッチ手段を切替えた際の、電圧増幅器の増幅度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
【実施例１】
【００５１】
図１は、本発明の固体振動子発振回路の回路図、図２は、図１の固体振動子発振回路の各位置Ｐ1〜Ｐ4における電圧値Ｖ1〜Ｖ4及び固体振動子発振回路の増幅度の変化を示すグラフである。
【００５２】
図１において、符号１０は、全体で本発明の固体振動子発振回路を示している。
この固体振動子発振回路１０は、振動子１２，電流電圧変換回路１４，第１の増幅器１６，第２の増幅器１８，第１の増幅器１６用の第１の可変電流スイッチ２０，第２の増幅器１８用の第２の可変電流スイッチ２２，整流回路２４，平滑回路２６によって構成されている。
【００５３】
なお、符号５０はオペアンプを、符号５２は抵抗素子を、符号５４はコンデンサを、符号５６はグランド端子をそれぞれ示している。
また、本実施例において、振動子１２としては、固有の周波数で発振する素子であれば特に限定されるものではないが、例えば、水晶振動子やセラミック発振子などを用いることができる。
【００５４】
このように構成された固体振動子発振回路１０では、図示しない駆動電源がオン状態となると、振動子１２が発振を開始し電流Ｉxinが出力される。この電流Ｉxinが電流電圧変換回路１４に入力されると、電流電圧変換回路１４からは、電圧変換された信号である電圧Ｖ1が出力される（位置Ｐ1における電圧）。
【００５５】
電圧Ｖ1は第１の増幅器１６及び整流回路２４に入力される。振動子１２から出力される電流Ｉxin及び電圧Ｖ1は、交流であるため、整流回路２４及び整流回路２４の後段に設けられる平滑回路２６によって直流に整流する。
【００５６】
ここで、整流回路２４としては、特に限定されるものではないが、ダイオードを用いてもよいし、より好ましくは、図３に示すような整流回路を用いることによって、駆動電源がオン状態となった時点における固体振動子発振回路１０の増幅度を向上させることができる。
なお、図３において、符号５８はＭＯＳＦＥＴを対称形に接続して構成されるトランスミッションゲートを、符号６０は、コンパレータをそれぞれ示している。
【００５７】
そして、平滑回路２６から出力される電圧Ｖ4（位置Ｐ4における電圧）が、第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２の電流制御端子に入力されることになる。第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２は、電流制御端子に入力される電圧の大きさに応じて、可変電流スイッチ２０，２２の電流通過経路を流れる電流量を連続的に制御可能に構成されている。
【００５８】
可変電流スイッチ２０，２２としては、このように構成された素子であれば、特に限定されるものではないが、好ましくはＭＯＳＦＥＴを用いることができる。ＭＯＳＦＥＴのゲート端子を電流制御端子として用い、ドレイン−ソース間の経路を電流通過経路とすることによって、容易に可変電流スイッチ２０，２２を構成することができる。
【００５９】
一方、第１の増幅器１６に入力された電圧Ｖ1は、第１の増幅器１６によって増幅され電圧Ｖ2として出力される（位置Ｐ2における電圧）。
ここで、第１の増幅器１６の増幅度は、図４に示すように、第１の増幅器１６に備えられた抵抗素子５２ａと抵抗素子５２ｂの抵抗値、及び、可変電流スイッチ２０の抵抗成分ＲT1の大きさによって決定される。
【００６０】
具体的には、抵抗素子５２ａの抵抗値をＲａ，抵抗素子５２ｂの抵抗値をＲｂ，抵抗素子５２ａに流れる電流をＩRa，可変電流スイッチ２０に流れる電流をＩT1とすると、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1＝Ｖ2／Ｖ1は、以下の数１に示す式によって決定される。
【００６１】
【数１】
【００６２】
従って、例えば、Ｒａが１００ｋΩ，Ｒｂが１０ｋΩの場合、ＲT1≒０[Ω]の場合には最大値となり、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1は１１倍となる。また、ＲT1＝∞の場合には最小値となり、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1は１倍となる。従って、第１の増幅器１６の増幅度Ａ1は１〜１１倍まで変化することができる。
【００６３】
同様に、第２の増幅器１８に入力された電圧Ｖ2は、第２の増幅器１８によって増幅され電圧Ｖ3として出力される（位置Ｐ3における電圧）。
なお、第２の可変電流スイッチ２２は、その電流通過経路に対して並列に抵抗素子５２が接続されている。
【００６４】
このように構成される第２の増幅器１８の増幅度Ａ2は、図５に示すように、第２の増幅器１８に備えられた抵抗素子５２ｃ，抵抗素子５２ｄ，抵抗素子５２ｅの抵抗値、及び、第２の可変電流スイッチ２２の抵抗成分ＲT2の大きさによって決定される。
【００６５】
具体的には、抵抗素子５２ｃの抵抗値をＲｃ，抵抗素子５２ｄの抵抗値をＲｄ，抵抗素子５２ｅの抵抗値をＲｅとすると、第２の増幅器１８の増幅度Ａ2＝Ｖ3／Ｖ2は、以下の数２に示す式によって決定される。
【００６６】
【数２】
【００６７】
従って、例えば、Ｒｃが１５０ｋΩ，Ｒｄが１０ｋΩ，Ｒｅが８０ｋΩの場合、ＲT2≒０［Ω］の場合には、数３のようになるので、第２の増幅器１８の増幅度Ａ2は最大値となり、１６倍となる。
【００６８】
【数３】
【００６９】
一方、ＲT2＝∞の場合には、数４のようになるので、第２の増幅器１８の増幅度Ａ2は最小値となり、２．６倍となる。
【数４】
【００７０】
図４に示す第１の増幅器１６と違い、第２の可変電流スイッチ２２がカットオフしても増幅度Ａ2は１倍にはならないので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮する為に振動子１２に電源電圧に飽和する電圧Ｖ3を印加するときに、第２の増幅器１８の入力信号を小さくすることができ、正常に第２の増幅器１８を動作させることができる。
【００７１】
なお、第１の増幅器１６及び第２の増幅器１８の増幅度は、例えば、固体振動子発振回路１０を備えた物理量センサに求められる起動時間によって適宜変更することができ、各増幅器１６，１８の増幅度の最大値を大きくすれば、振動子１２が定常励振するまでの時間を短くすることができる。
【００７２】
また、第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２には、それぞれカットオフ電圧が設定されており、可変電流スイッチ２０，２２の電流制御端子に入力される電圧が、このカットオフ電圧以下となった場合に、可変電流スイッチ２０，２２の電流通過経路に流れる電流の大きさが０となる。なお、「電流の大きさが０」というのは、流れる電流の大きさが完全に０とならずとも、ほぼ０の状態となっていればよい。
【００７３】
これら第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２を、上述するように、ＭＯＳＦＥＴによって構成した場合には、ＭＯＳＦＥＴのスレッシュホールド電圧（Ｖth）がカットオフ電圧としての役割を果たすことになる。
【００７４】
なお、第１の可変電流スイッチ２０のカットオフ電圧Ｖoff1を第２の可変電流スイッチ２２のカットオフ電圧Ｖoff2よりも小さく設定することが好ましい。
【００７５】
ところで、知られているように、ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間電圧Ｖgsに応じてドレイン−ソース間電流Ｉdを制御できる素子である。ＭＯＳＦＥＴのスレッシュホールド電圧は、所定のＩdが流れるときのＶgsの絶対値で表現することができる。ＭＯＳＦＥＴは、デプレッションモードとエンハンスメントモードとの動作モードがある。デプレッションモードは、Ｖgsの絶対値が大きくなるにつれてＩdが減少し、エンハンスメントモードは、Ｖgsの絶対値が大きくなるにつれてＩdが増加する。
【００７６】
すでに説明したように、第１の可変電流スイッチ２０及び第２の可変電流スイッチ２２を、ＭＯＳＦＥＴによって構成した場合、そのスレッシュホールド電圧がカットオフ電圧としての役割を果たす。このとき、ＭＯＳＦＥＴがデプレッションモードで動作する素子なのか、エンハンスメントモードで動作する素子なのか、によって、カットオフ電圧の大小という表現は変化する。もちろん、固体振動子発振回路１０を用いる装置やシステムによって、第１の可変電流スイッチ２０や第２の可変電流スイッチ２２を、どのモードで動作するＭＯＳＦＥＴを用いるかは、適宜選択することができるため、上述の説明においては、カットオフ電圧の大小とは、絶対値としての大小という意味になる。
【００７７】
このように、第１の可変電流スイッチ２０のカットオフ電圧Ｖoff1を第２の可変電流スイッチ２２のカットオフ電圧Ｖoff2よりも小さく設定することによって、第２の可変電流スイッチ２２が先にカットオフ、すなわち、電流の大きさが０となる。
【００７８】
このように構成することによって、第２の増幅器１８の増幅度が、第１の増幅器１６の増幅度よりも先に一定値に固定されるため、振動子１２への帰還電圧が安定することになる。なお、第１の可変電流スイッチ２０のカットオフ電圧Ｖoff1と、第２の可変電流スイッチ２２のカットオフ電圧Ｖoff2は、振動子１２を定常励振させるまでに望まれる時間に応じて適宜選択することができる。
【００７９】
また、この実施例の第１の増幅器１６はカットオフせずに、平滑回路２６の出力電圧Ｖ4に応じて増幅度が変化するため、第１の増幅器１６はＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）増幅器として動作することになる。このため、温度変化などの外的要因によって振動子１２からの出力電流が変化した場合であっても、第１の増幅器１６によって補償することが可能となる。
【００８０】
また、第２の増幅器１８の増幅度の最小値が１以上となるように設定することが好ましい。このようにすることによって、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮する為に振動子１２に電源電圧に飽和する電圧Ｖ3を印加するときに、第２の増幅器１８の入力信号Ｖ2を小さくすることができ、正常に第２の増幅器１８を動作させることができる。
【００８１】
以下、図２に基づいて、固体振動子発振回路の各位置Ｐ1〜Ｐ4における電圧値Ｖ1〜Ｖ4及び固体振動子発振回路の増幅度の変化について説明する。
まず、電源をオン状態にした直後は、電流電圧変換回路１４の出力電圧Ｖ1は０Ｖであり、振動子１２の振動が大きくなるにつれて、徐々に電圧Ｖ1は大きくなっていく。
【００８２】
ここで、平滑回路２６への入力電流をＩ1，平滑回路２６の参照電流をＩrefとすると、電源をオン状態にした直後は、電圧Ｖ1が０Ｖの為、Ｉ1≪Ｉrefとなる。Ｖ4は平滑回路２６の参照電流Ｉrefに応じた高い値、少なくとも、可変電流スイッチ２０，２２のカットオフ電圧よりは高い値となる。
【００８３】
このため、第１の増幅器１６，及び、第２の増幅器１８の増幅度は大きくなり、図２に示すように、電源をオン状態にした直後から電圧Ｖ3として大きな電圧が得られ、この電圧Ｖ3を振動子１２に帰還させることによって、振動子１２に高い印加電圧を加えることができる。このため、振動子１２は迅速に定常励振するようになる。
【００８４】
一方、振動子１２の振動が大きくなるにつれて、振動子１２からの出力電流は大きくなり、これに伴って電圧Ｖ1も図２に示すように大きくなる。電圧Ｖ1が大きくなるにつれて、平滑回路２６への入力電流Ｉ1は増加し、これに伴って電圧Ｖ4は図２に示すように小さくなる。
【００８５】
電圧Ｖ4が小さくなるにつれて、上述するように、可変電流スイッチ２０，２２を通過する電流は小さくなるため、第１の増幅器１６，第２の増幅器１８の増幅度は徐々に小さくなる。
【００８６】
このように、振動子１２からの出力電流が大きくなるにつれて、可変電流スイッチ２０，２２を通過する電流が小さくなるため、電源をオン状態にした直後の固体振動子発振回路１０の増幅度が最大となり、徐々に増幅度は小さくなる。
このため、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できるとともに、振動子１２からの出力電流が大きくなった場合にも、増幅器の出力電圧波形が飽和することもなく、また、ノイズを増幅することによって振動子１２の発振状態が不安定になることもない。
【００８７】
また、可変電流スイッチ２０，２２は、その電流制御端子に入力される電圧によって連続的に通過する電流値を制御しているため、第１の増幅器１６，第２の増幅器１８の増幅度が極端に変化することがなく、リンギングなどが発生することがないので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できる。
【実施例２】
【００８８】
図６は、本発明の固体振動子発振回路の回路図、図７（Ａ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けた場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフ、図７（Ｂ）は、第１の増幅器１６の出力側にオフセット調整回路を設けない場合の地点Ｐ1〜Ｐ3における電圧Ｖ1〜Ｖ3を示すグラフである。
【００８９】
この実施例の固体振動子発振回路１０は、図１に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、相違点は、オフセット調整回路３０を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９０】
一般的に、増幅器には素子のばらつきにより、オフセットという現象が生じる。オフセットは入力電圧に対して出力電圧がずれる直流電圧成分のことであり、オフセットが生じた場合には、図７（Ｂ）に示すように、増幅器の出力電圧の飽和が生じて、第２の増幅器１８の出力電圧Ｖ3の振幅が小さくなってしまい、固体振動子発振回路１０としての増幅度も小さくなってしまう。
【００９１】
このため、この実施例の固体振動子発振回路１０では、図６に示すように、第１の増幅器１６の出力側に、オフセット調整回路３０としてハイパスフィルタが設けられている。
このように、オフセット調整回路３０を設けることによって、第１の増幅器１６のオフセットがキャンセルされ、図７（Ａ）に示すように、第２の増幅器１８の出力電圧Ｖ3の振幅を大きく取ることができる。
【００９２】
このため、固体振動子発振回路１０としての増幅度を大きく維持することができるので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できる。特に、電源をオン状態にした直後の固体振動子発振回路１０の増幅度を大きくした場合には、いずれかの増幅器の出力側、より好ましくは全ての増幅器の出力側にオフセット調整回路３０を設けることによって、適切に増幅を行うことができ、より迅速に、振動子１２を定常励振させることができる。
【実施例３】
【００９３】
図８は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
この実施例の固体振動子発振回路１０は、図１及び図６に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、相違点は、ローパスフィルタ３２を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９４】
振動子１２からの出力電流Ｉxinとともに雑音が発振回路に入ると、雑音成分も一緒に増幅され、振動子１２への入力電圧Ｖ3に雑音が入り、安定した電圧を振動子１２に印加できなくなり、振動子１２が定常励振するまでに要する時間が長くなってしまう。
【００９５】
このため、この実施例の固体振動子発振回路１０では、図８に示すように、電流電圧変換回路１４と第１の増幅器１６との導線路上にローパスフィルタ３２が設けられている。
このように、ローパスフィルタ３２を設けることによって、雑音の無い電圧Ｖ3を振動子１２に印加することが可能になる。
【００９６】
このため、安定した電圧Ｖ3を振動子１２に印加できるので、振動子１２を定常励振させるまでに要する時間を短縮できる。
なお、図８に示す構成は、オフセット調整回路３０も設けている例であるが、もちろん、これを設けなくてもかまわない。
【実施例４】
【００９７】
図９は、本発明の固体振動子発振回路の回路図である。
この実施例の固体振動子発振回路１０は、図１，図６，図８に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、相違点は、第３の増幅器３４を有している点である。なお、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９８】
この実施例の固体振動子発振回路１０では、第２の増幅器１８の後段に、第３の増幅器３４が備えられており、第３の増幅器３４には、その増幅度を連続的に変化させるための第３の可変電流スイッチ３６が接続されている。
【００９９】
実施例１〜３では、固体振動子発振回路１０は、２段の増幅器で構成されていたが、特に限定されるものではなく、この実施例のように３段の増幅器で構成してもよいし、実施例には示さないが、３段以上の増幅器で構成しても構わない。
【０１００】
増幅器の段数は、固体振動子発振回路１０に求められる増幅度の大きさによって適宜設定できるものであり、大きな増幅度が求められない場合には、実施例には示さないが、１段の増幅器で固体振動子発振回路１０を構成しても構わない。
【実施例５】
【０１０１】
図１０は、本発明の固体振動子発振回路を用いた物理量センサのブロック図である。
この実施例で用いられる固体振動子発振回路１０は、図１，図６，図８，図９に示した固体振動子発振回路１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１０２】
図１０において、符号７０は、全体で本発明の物理量センサを示している。
この物理量センサ７０は、固体振動子発振回路１０とは別に、振動子１２に加わるコリオリ力に応じて、振動子１２から出力される検出電流を検出する検出回路７２を備えている。
【０１０３】
検出回路７２は、振動子１２からの検出電流を電圧に変換する電流電圧変換回路１４ａ，１４ｂ，これら電流電圧変換回路１４ａ，１４ｂからの出力電圧を受ける差動増幅回路７４，同期検波のための同期検波回路７６，位相調整回路７８，高調波成分を除去するためのローパスフィルタ８０を備えている。
【０１０４】
振動子１２から出力される検出電流は、電流電圧変換回路１４ａ，１４ｂによって電圧に変換され、これらの電圧が、差動増幅回路７４に入力されることによって、同相ノイズが除去される。そして、差動増幅回路７４の出力電圧は、固体振動子発振回路１０の電流電圧変換回路１４からの出力を同期検波の基準信号として、同期検波回路７６において同期検波される。
【０１０５】
なお、同期検波の基準信号は、固体振動子発振回路１０の電流電圧変換回路１４から位相調整回路７８を介して同期検波回路７６に入力される。
同期検波回路７６において同期検波された信号は、ローパスフィルタ８０によって高調波成分が除去され、検出信号として出力される。
【０１０６】
このように、本発明の固体振動子発振回路１０を用いて物理量センサ７０を構成することによって、振動子１２が定常励振するまでに要する時間、すなわち、物理量センサ７０の電源投入から使用可能となるまでに要する時間を短くすることができる。
【０１０７】
また、固体振動子発振回路１０として、レベル判定回路や基準電圧発生部などを備えていないため、回路の小型化・省電力化が出来るので、本発明の物理量センサは、例えば、コンパクトデジタルカメラの手振れ補正用のジャイロセンサや携帯電話などのナビゲーション・システムのためのジャイロセンサなどの振動型ジャイロセンサとして用いることができる。
【０１０８】
また、本発明の物理量センサ７０を、このようなジャイロセンサとして用いることによって、コンパクトデジタルカメラや携帯電話などの装置全体として小型化を図ったり、使用時間の向上を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の固体振動子発振回路は、振動子を迅速に定常励振させることができ、かつ、振動子の発振状態を常時安定させることができる。このため、特にカメラの手振れ補整用のジャイロセンサや、カーナビゲーション・システムのジャイロセンサのための発振回路として好適である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 固体振動子発振回路
１２ 振動子
１４ 電流電圧変換回路
１６ 第１の増幅器
１８ 第２の増幅器
２０ 第１の可変電流スイッチ
２２ 第２の可変電流スイッチ
２４ 整流回路
２６ 平滑回路
３０ オフセット調整回路
３２ ローパスフィルタ
３４ 第３の増幅器
３６ 第３の可変電流スイッチ
５０ オペアンプ
５２ 抵抗素子
５２ａ 抵抗素子
５２ｂ 抵抗素子
５２ｃ 抵抗素子
５２ｄ 抵抗素子
５２ｅ 抵抗素子
５４ コンデンサ
５６ グランド端子
５８ トランスミッションゲート
６０ コンパレータ
７０ 物理量センサ
７２ 検出回路
７４ 差動増幅回路
７６ 同期検波回路
７８ 位相調整回路
８０ ローパスフィルタ
１００ 発振回路
１０１ 振動子
１０２ 電流電圧変換回路
１０３ 整流回路
１０５ 可変利得増幅器
１０６ 電圧増幅器
１２０ 増幅器
１２１ スイッチ手段
１２５ 基準電圧発生部
１２６ レベル判定回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、
前記振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を増幅するための増幅器を備えた固体振動子発振回路であって、
前記増幅器は、その増幅器の増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、
前記可変電流スイッチは、前記電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、前記増幅器の増幅度を連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする固体振動子発振回路。
【請求項２】
前記増幅器は、複数段の増幅器によって構成されており、該複数段の増幅器が、それぞれ可変電流スイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体振動子発振回路。
【請求項３】
前記可変電流スイッチには、それぞれカットオフ電圧が設定されており、
可変電流スイッチへの入力電圧が、所定のカットオフ電圧以下となった場合に、流れる電流の大きさが０となり、増幅器の増幅度を最小値とするように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体振動子発振回路。
【請求項４】
前記可変電流スイッチが、ＭＯＳＦＥＴによって構成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体振動子発振回路。
【請求項５】
前記可変電流スイッチは、電流通過経路に対して並列に抵抗素子が接続されて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体振動子発振回路。
【請求項６】
前記振動子が振動を開始したあと、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチより他の増幅器に備わる可変電流スイッチの方が先にカットオフすることを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項７】
前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧が、他の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧よりも小さいことを特徴とする請求項２から６のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項８】
前記複数段の増幅器のうち、少なくともいずれか１つの増幅器の出力側にオフセット調整回路を設けることを特徴とする請求項２から７のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項９】
前記オフセット調整回路は、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項８に記載の固体振動子発振回路。
【請求項１０】
前記複数段の増幅器のうち、最終段の増幅器の増幅度の最小値が１以上であることを特徴とする請求項２から９のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１１】
前記電流電圧変換回路と、増幅器の導線路上にローパスフィルタを設けることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１２】
前記電流電圧変換回路と、可変電流スイッチの導線路上に整流回路を設けることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１３】
前記整流回路の出力側に平滑回路を設けることを特徴とする請求項１２に記載の固体振動子発振回路。
【請求項１４】
前記振動子は、水晶振動子またはセラミック発振子であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路と、
前記振動子に印加される外力に応じて、該振動子から出力される検出電流を検出する検出回路とを有することを特徴とする物理量センサ。
【請求項１６】
前記振動子に生じるコリオリ力を検出する振動型ジャイロセンサであることを特徴とする請求項１５に記載の物理量センサ。
【請求項１】
振動子と、
前記振動子からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を増幅するための増幅器を備えた固体振動子発振回路であって、
前記増幅器は、その増幅器の増幅度を変化させる可変電流スイッチを備え、
前記可変電流スイッチは、前記電流電圧変換回路からの出力電圧に基づいて、流れる電流の大きさが連続的に変化し、前記増幅器の増幅度を連続的に変化させるように構成されていることを特徴とする固体振動子発振回路。
【請求項２】
前記増幅器は、複数段の増幅器によって構成されており、該複数段の増幅器が、それぞれ可変電流スイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体振動子発振回路。
【請求項３】
前記可変電流スイッチには、それぞれカットオフ電圧が設定されており、
可変電流スイッチへの入力電圧が、所定のカットオフ電圧以下となった場合に、流れる電流の大きさが０となり、増幅器の増幅度を最小値とするように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体振動子発振回路。
【請求項４】
前記可変電流スイッチが、ＭＯＳＦＥＴによって構成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体振動子発振回路。
【請求項５】
前記可変電流スイッチは、電流通過経路に対して並列に抵抗素子が接続されて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体振動子発振回路。
【請求項６】
前記振動子が振動を開始したあと、前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチより他の増幅器に備わる可変電流スイッチの方が先にカットオフすることを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項７】
前記複数段の増幅器のうち、初段の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧が、他の増幅器に備わる可変電流スイッチのカットオフ電圧よりも小さいことを特徴とする請求項２から６のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項８】
前記複数段の増幅器のうち、少なくともいずれか１つの増幅器の出力側にオフセット調整回路を設けることを特徴とする請求項２から７のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項９】
前記オフセット調整回路は、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項８に記載の固体振動子発振回路。
【請求項１０】
前記複数段の増幅器のうち、最終段の増幅器の増幅度の最小値が１以上であることを特徴とする請求項２から９のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１１】
前記電流電圧変換回路と、増幅器の導線路上にローパスフィルタを設けることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１２】
前記電流電圧変換回路と、可変電流スイッチの導線路上に整流回路を設けることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１３】
前記整流回路の出力側に平滑回路を設けることを特徴とする請求項１２に記載の固体振動子発振回路。
【請求項１４】
前記振動子は、水晶振動子またはセラミック発振子であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか１つに記載の固体振動子発振回路と、
前記振動子に印加される外力に応じて、該振動子から出力される検出電流を検出する検出回路とを有することを特徴とする物理量センサ。
【請求項１６】
前記振動子に生じるコリオリ力を検出する振動型ジャイロセンサであることを特徴とする請求項１５に記載の物理量センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２０６２８８（Ｐ２０１０−２０６２８８Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４６９２８（Ｐ２００９−４６９２８）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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