JP6571064B2 - 検出装置およびセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、検出装置およびセンサ装置に関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作成した振動型のジャイロセンサが知られている。

振動型のジャイロセンサは、第１機械振動子と、第２機械振動子とを含む。第１機械振動子は、所定のばね力で保持され、第１方向に往復移動可能な機構である。第２機械振動子は、第１機械振動子と同一の基板上に形成されており、所定のばね力で保持されており、第１方向と直交する第２方向に往復移動可能な機構である。

振動型のジャイロセンサでは、第１機械振動子を第１方向に振動させる。そして、振動型のジャイロセンサでは、第１機械振動子の振動期間中に、第１方向および第２方向に直交する軸を中心に基板が回転した場合、第２方向にコリオリの力が発生する。そこで、振動型のジャイロセンサでは、第１機械振動子の振動期間中に、第２機械振動子の第２方向の位置を検出する。これにより、振動型のジャイロセンサでは、第１方向および第２方向に直交する方向を中心とする回転力を検出することができる。

ところで、振動型のジャイロセンサは、直交バイアス（直交エラーとも呼ばれる）およびステップ応答の２種類の外乱が出力信号に加わる。直交バイアスは、第１機械振動子の第１方向の振動が、第２機械振動子に加わることにより生じる。直交バイアスは、出力信号の有効成分に対して位相差が±９０°の誤差成分である。直交バイアスによる誤差成分は、出力信号に対して１０倍以下の振幅を有する。

また、ステップ応答は、第１機械振動子の振動をオン／オフすることにより生じる。ステップ応答による誤差成分は、出力信号の有効成分に対して１００倍以下の振幅を有する。

このような２つ外乱を含んだ状態で出力信号を増幅した場合、出力信号の信号精度（ＳＮＲ）は、非常に小さくなる。従って、このような出力信号から有効成分を検出する場合には、ダイナミックレンジの広いＡＤ変換器が必要となり、信号処理回路のコストが大きくなってしまっていた。

特許第４９７１４９０号公報 米国特許第８８００３６９号公報 特許第４３７０３３１号公報

発明が解決しようとする課題は、力学量を精度良く検出することにある。

実施形態に係る検出装置は、第１機械振動子と第２機械振動子とを有する検出機構を制御して、前記検出機構に加わる力学量を検出する。前記第１機械振動子は、所定のばね力で保持されており第１方向に往復移動可能な機構である。前記第２機械振動子は、前記第１機械振動子と同一部材上に形成されており、所定のばね力で保持されており、前記第１方向と直交する第２方向に往復移動可能な機構である。前記検出装置は、第１トランスデューサと、第２トランスデューサと、第１乗算部と、ローパスフィルタと、第３トランスデューサと、反転増幅部とを備える。前記第１トランスデューサは、第１アクチュエータにより前記第１方向に往復移動させられた前記第１機械振動子の前記第１方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第１機械振動子の前記第１方向における位置を表す第１位置信号を出力する。前記第２トランスデューサは、前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を表す第２位置信号を出力する。前記第１乗算部は、前記第２トランスデューサが前記第２機械振動子から検出した信号に、信号増幅の前段で、前記第１位置信号を乗算する。前記ローパスフィルタは、前記第２位置信号に含まれる高調波成分を除去して、検出結果を表す出力信号を出力する。前記第３トランスデューサは、前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を表す第３位置信号を出力する。前記反転増幅部は、前記第３位置信号を反転増幅した制御信号を生成し、生成した前記制御信号を、前記第２機械振動子を前記第２方向に移動させる第２アクチュエータに与える。

第１実施形態に係るセンサ装置の構成を示す図。 第２機械振動子に加わる外乱等を示す波形図。 第１実施形態に係るセンサ装置の伝達特性を示すブロック線図。 第１トランスデューサの第１例を示す図。 第１トランスデューサの第２例を示す図。 第１トランスデューサの第３例を示す図。 第１トランスデューサの第４例を示す図。 第１トランスデューサの第５例を示す図。 バイアス型の第１乗算部および第２トランスデューサの第１例を示す図。 バイアス型の第１乗算部および第２トランスデューサの第２例を示す図。 バイアス型の第１乗算部および第２トランスデューサの第３例を示す図。 バイアス型の第１乗算部および第２トランスデューサの第４例を示す図。 スイッチ型の第１乗算部および第２トランスデューサの第５例を示す図。 スイッチ型の第１乗算部および第２トランスデューサの第６例を示す図。 スイッチ型の第１乗算部および第２トランスデューサの第７例を示す図。 スイッチ型の第１乗算部および第２トランスデューサの第８例を示す図。 第２実施形態に係るセンサ装置の構成を示す図。 第２実施形態に係るセンサ装置の伝達特性を示すブロック線図。 ループゲインの切り替えタイミング等を示す波形図。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るセンサ装置１０の構成を示す図である。センサ装置１０は、力学量を精度良く検出する。例えば、センサ装置１０は、振動型のジャイロセンサであって、回転の角速度を精度良く検出する。

センサ装置１０は、検出機構２２と、検出装置２４とを備える。

検出機構２２は、力学量を検出するための機械的な構成である。検出機構２２は、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された機械的な動作をすることが可能な半導体基板である。なお、検出機構２２は、半導体基板ではなく、複数の機械部品を用いて構成されたモジュールであってもよい。

検出装置２４は、検出機構２２の機械的な動作を検出して、電気的な信号を出力する装置である。検出装置２４は、例えば、半導体基板に形成された電気的な信号処理をする電気回路である。検出装置２４は、１つの半導体基板により実現されていてもよいし、複数の半導体基板により実現されていてもよい。また、検出装置２４は、検出機構２２と共通の基板により実現されていてもよい。

検出機構２２は、第１機械振動子４２と、第２機械振動子４４とを有する。第１機械振動子４２および第２機械振動子４４は、同一部材上に形成されている。例えば、第１機械振動子４２および第２機械振動子４４は、同一の半導体基板上に、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。

第１機械振動子４２は、第１方向に往復移動可能な機構である。第１機械振動子４２は、第１方向に、所定のばね力で保持されている。また、第１機械振動子４２は、第１方向の振動を減衰させる減衰機構を有していてもよい。

第２機械振動子４４は、第１方向とは直交する方向である第２方向に往復移動可能な機構である。第２機械振動子４４は、第２方向に、所定のばね力で保持されている。また、第２機械振動子４４は、第２方向の振動を減衰させる減衰機構を有していてもよい。

第１機械振動子４２および第２機械振動子４４は、所定の質量を有し往復移動可能な移動部材と、移動部材を振動させる弾性部材（例えばバネ）と、移動部材の振動を減衰させる減衰部材（例えばダンパ）とを有する。減衰部材は、空気または液体等であってもよい。

移動部材は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された音叉状の部材であってよい。すなわち、移動部材は、所定の間隔で平行に配置された複数の振動板であってよい。複数の振動板は、一方の辺が基板に固定される。このような移動部材は、複数の振動板の開放端が、配列方向に振動する。このような移動部材を有する第１機械振動子４２は、移動部材の移動可能方向が第１方向となるように形成される。また、このような移動部材を有する第２機械振動子４４は、移動部材の移動可能方向が第２方向となるように形成される。

検出機構２２は、第１機械振動子４２が第１方向に振動している状態で、検出機構２２が第１方向と第２方向とに直交する方向を中心に回転した場合、第２方向にコリオリの力を発生する。コリオリの力は、検出機構２２の回転速度に応じた力である。このようなコリオリの力が検出機構２２に加わることにより、第２機械振動子４４は、第２方向に振動する。

なお、第２機械振動子４４の共振値の周波数は、検出機構２２の回転速度よりも十分高い周波数となっている。従って、検出機構２２が回転することにより発生するコリオリの力で、第２機械振動子４４は共振点での振動はしない。

検出装置２４は、発振部４６と、第１アクチュエータ４８と、第１トランスデューサ５０と、第１ノイズ除去フィルタ５２と、第２トランスデューサ５４と、第１乗算部５６と、ローパスフィルタ５８と、第３トランスデューサ６０と、第２ノイズ除去フィルタ６２と、反転増幅部６４と、位相調整部６６と、第２アクチュエータ６８と、第３アクチュエータ７０と、制御部７２とを有する。

発振部４６は、第１機械振動子４２を第１方向に振動させるための周期信号を出力する。例えば、発振部４６は、第１機械振動子４２の共振値の周波数の周期信号を出力する。

第１アクチュエータ４８は、発振部４６から出力された周期信号に応じて、第１機械振動子４２を第１方向に往復移動させる。例えば周期信号の周波数が第１機械振動子４２の共振値である場合、第１アクチュエータ４８は、第１機械振動子４２を共振周波数で振動させることができる。なお、第１アクチュエータ４８は、一部分または全部が検出機構２２に含まれる構成であってもよい。

第１トランスデューサ５０は、第１機械振動子４２の第１方向における位置を検出する。そして、第１トランスデューサ５０は、検出した信号を増幅して、第１機械振動子４２の第１方向における位置を表す第１位置信号を出力する。

なお、検出機構２２は、第１トランスデューサ５０の一部の構成を有してよい。例えば、第１トランスデューサ５０は、第１機械振動子４２の第１方向における位置を検出するための位置検出素子を有する。この位置検出素子は、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて検出機構２２に形成されていてよい。

例えば、第１機械振動子４２の移動部材が複数の振動板である場合、位置検出素子は、これらの複数の振動板と、例えば検出板とを含む構成であってよい。なお、この場合、複数の振動板は、第１機械振動子４２として機能するとともに、位置検出素子としても機能する。検出板は、複数の振動板のそれぞれの間の空間に挿入される。位置検出素子は、振動板が第１方向に移動した場合、検出板と振動板との間の距離が変化する。

このような位置検出素子は、検出板と振動板との間に例えば空気を含む場合、振動板の第１方向の位置に応じて、検出板と振動板との間の容量値を変化させる。また、位置検出素子は、検出板と振動板との間に例えば導電材料を含む場合、振動板の第１方向の位置に応じて、検出板と振動板との間の抵抗値を変化させる。また、位置検出素子は、検出板と振動板との間に、例えば圧力に応じた電圧を発生する材料を含む場合、振動板の第１方向の位置に応じて、検出板と振動板との間の電圧を変化させる。
あってもよい。

第１トランスデューサ５０は、このような位置検出素子の、容量値、抵抗値または電圧値等を電気回路により検出する。そして、第１トランスデューサ５０は、検出した容量値、抵抗値または電圧値を表す信号を増幅することにより、第１機械振動子４２の第１方向における位置を表す第１位置信号を出力することができる。

第１ノイズ除去フィルタ５２は、第１トランスデューサ５０から出力された第１位置信号からノイズ成分を除去する。例えば、第１ノイズ除去フィルタ５２は、演算増幅器等を用いたフィルタ回路であってよい。また、検出装置２４は、第１ノイズ除去フィルタ５２を有さない構成であってもよい。また、第１ノイズ除去フィルタ５２は、第１トランスデューサ５０に含まれる増幅部と一体であってもよい。

なお、検出装置２４は、第１ノイズ除去フィルタ５２から出力された第１位置信号を第１アクチュエータ４８に正帰還させてもよい。第１位置信号が第１アクチュエータ４８に正帰還された場合、第１アクチュエータ４８、第１機械振動子４２、第１トランスデューサ５０および第１ノイズ除去フィルタ５２は、第１機械振動子４２の共振値で発振する発振器を構成する。従って、この場合、検出装置２４は、発振部４６を有さない。このような検出装置２４は、小さいエネルギーで第１機械振動子４２を振動させることができる。

第２トランスデューサ５４は、第２機械振動子４４の第２方向における位置を検出する。そして、第２トランスデューサ５４は、検出した信号を増幅して、第２機械振動子４４の第２方向における位置を表す第２位置信号を出力する。

なお、検出機構２２は、第２トランスデューサ５４の一部の構成を有してよい。例えば、第２トランスデューサ５４は、第２機械振動子４４の第２方向における位置を検出するための位置検出素子を有する。この位置検出素子は、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて検出機構２２に形成されていてよい。また、この位置検出素子は、第１トランスデューサ５０が備える位置検出素子と同様に、容量値、抵抗値または電圧値が変化する構成であってよい。

第１乗算部５６は、第１ノイズ除去フィルタ５２から出力された第１位置信号を取得する。そして、第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、信号増幅の前段で、第１位置信号を乗算する。

例えば、第２トランスデューサ５４が容量値および抵抗値を変化させる位置検出素子を含む場合、第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４に含まれる位置検出素子に与えるバイアス電圧またはバイアス電流を、第１位置信号に応じて変動させる。これにより、第１乗算部５６は、信号増幅の前段で、位置検出素子から検出される信号に、第１位置信号を乗算することができる。

また、第１乗算部５６は、２値化された第１位置信号に応じて、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号の変化方向を反転させる。例えば、第２トランスデューサ５４が差動信号を出力する場合、第１乗算部５６は、増幅部のポジ側の入力端に接続する信号線と、増幅部のネガ側の入力端に接続する信号線と、２値化した第１位置信号に応じて入れ替える。これにより、第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

ここで、第１位置信号は、第１機械振動子４２の振動を表す信号である。すなわち、第１位置信号は、出力信号に対する直交バイアス（直交エラー）を表す信号である。また、第１乗算部５６は、第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することにより、第２トランスデューサ５４から出力される信号から、第１位置信号の成分を除去することができる。従って、第１乗算部５６は、直交バイアスによる外乱成分を除去した信号成分を表す第２位置信号を、第２トランスデューサ５４から出力させることができる。

さらに、第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４における信号増幅回路の前段において、第１位置信号の乗算をする。従って、第１乗算部５６は、信号を増幅する前で、外乱を除去することができる。従って、第２トランスデューサ５４は、外乱を除いた有効成分に対して増幅処理をすることができるので、信号精度（ＳＮＲ）を良くすることができる。

ローパスフィルタ５８は、第２トランスデューサ５４から出力された第２位置信号に含まれる高調波成分を除去する。すなわち、ローパスフィルタ５８は、第１位置信号を乗算することにより生じる高調波成分を除去する。そして、高調波成分を除去した第２位置信号を、検出結果を表す出力信号として出力する。なお、ローパスフィルタ５８は、第２トランスデューサ５４に含まれる増幅部と一体であってもよい。

第３トランスデューサ６０は、第２機械振動子４４の第２方向における位置を検出する。そして、第３トランスデューサ６０は、検出した信号を増幅して、第２機械振動子４４の第２方向における位置を表す第３位置信号を出力する。

なお、第３トランスデューサ６０は、第２トランスデューサ５４とは別個に設けられる。また、検出機構２２は、第３トランスデューサ６０の一部の構成を有してよい。例えば、第３トランスデューサ６０は、第２機械振動子４４の第２方向における位置を検出するための位置検出素子を有する。この位置検出素子は、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて検出機構２２に形成されていてよい。また、この位置検出素子は、第１トランスデューサ５０が備える位置検出素子と同様に、容量値、抵抗値または電圧値が変化する構成であってよい。

第２ノイズ除去フィルタ６２は、第３トランスデューサ６０から出力された第３位置信号からノイズ成分を除去する。例えば、第２ノイズ除去フィルタ６２は、演算増幅器等を用いたフィルタ回路であってよい。また、検出装置２４は、第２ノイズ除去フィルタ６２を有さない構成であってもよい。また、第２ノイズ除去フィルタ６２は、第３トランスデューサ６０に含まれる増幅部と一体であってよい。

反転増幅部６４は、第２ノイズ除去フィルタ６２から出力された第３位置信号を取得する。そして、反転増幅部６４は、第３位置信号を反転増幅した制御信号を生成する。

位相調整部６６は、反転増幅部６４から制御信号を取得する。位相調整部６６は、第２機械振動子４４による応答遅延に応じた位相分、制御信号の位相を調整する。位相調整量については、図３を参照して後述する。また、検出装置２４は、位相調整部６６を有さなくてもよい場合もあるが、この場合についても、図３を参照して後述する。

第２アクチュエータ６８は、位相調整部６６から出力された制御信号に応じて、第２機械振動子４４を第２方向に移動させる。

例えば、第１機械振動子４２が振動期間のオンおよびオフを繰り返した場合（測定期間のオンおよびオフを繰り返した場合）、第２機械振動子４４にステップ応答による外乱が加わる。しかし、第３トランスデューサ６０、第２ノイズ除去フィルタ６２、反転増幅部６４、位相調整部６６および第２アクチュエータ６８は、第２機械振動子４４の移動位置を検出して、負帰還をかけて第２機械振動子４４の移動位置を制御している。これにより、第２機械振動子４４は、ステップ応答による外乱が加わっても安定動作することができる。従って、検出装置２４は、ステップ応答による外乱が除去された出力信号を出力することができる。なお、第２アクチュエータ６８は、一部分または全部が検出機構２２に含まれる構成であってもよい。

第３アクチュエータ７０は、第１機械振動子４２の第１方向に対する移動を停止させる。例えば、第３アクチュエータ７０は、第１アクチュエータ４８よりも十分に強い力を第１機械振動子４２に与えて、第１アクチュエータ４８による力が加わっている状態であっても、第１機械振動子４２の移動を強制的に停止させる。なお、第３アクチュエータ７０は、一部分または全部が検出機構２２に含まれる構成であってもよい。

制御部７２は、第３アクチュエータ７０を制御して、測定期間において、第１機械振動子４２を往復移動させ、測定期間以外において、第１機械振動子４２の往復移動を停止させる。

図２は、ＣＲ信号、第１機械振動子４２の振動および第２機械振動子４４に加わる外乱を示す波形図である。

制御部７２は、検出機構２２の回転速度の測定期間外において、第３アクチュエータ７０にキャッチ指示（停止指示）を与えて、第１機械振動子４２の往復移動を停止させる。そして、制御部７２は、検出機構２２の回転速度の測定期間において、第３アクチュエータ７０にリリース指示（移動可能指示）を与えて、第１機械振動子４２の往復移動を開始させる。例えば、制御部７２は、図２のＡに示すように、キャッチ指示およびリリース指示を繰り返す制御信号を第３アクチュエータ７０に与える。

第１機械振動子４２は、図２のＢに示すように、制御部７２からキャッチ指示が出力されている期間は振動しない。しかし、第１機械振動子４２は、制御部７２からリリース指示が出力されている期間は振動する。すなわち、第１機械振動子４２は、間欠的に振動をしている。

第２機械振動子４４は、第１機械振動子４２が間欠動作をすることにより、ステップ応答による外乱を受ける。このため、第２機械振動子４４は、何らステップ応答を除去するための対応をしなければ、図２のＣに示すように、第２機械振動子４４の共振周波数でステップ応答による外乱に応じて振動をしてしまう。

図３は、第１実施形態に係るセンサ装置１０における、ステップ応答を除去するための伝達特性を示すブロック線図である。

第２機械振動子４４、第３トランスデューサ６０、第２ノイズ除去フィルタ６２、反転増幅部６４、位相調整部６６および第２アクチュエータ６８による構成されるフィードバック機構の伝達特性は、例えば、図３にように表される。Ｘは、第２機械振動子４４に加わる外乱である。Ｙは、第２機械振動子４４の第２方向の位置である。Ａは、第２機械振動子４４による機械系の共振伝達関数である。Ｂは、第２トランスデューサ５４の伝達関数であり、定数とする。Ｃは、第３トランスデューサ６０から第２アクチュエータ６８までのフィードバック系の伝達関数であり、定数とする。

なお、簡単化のため、第２機械振動子４４の共振伝達関数は、共振周波数でのゲイン（Ｑ値）をＱとし、共振周波数より低い周波数のゲインを１とする。この場合、図３の伝達関数は、Ｙ／Ｘ＝Ａ／（１＋ＡＣ）となる。

ここで、Ｃを１／１００とする。この場合、ＡＣが１より十分小さくなる。従って、共振周波数より低い周波数では、伝達関数は、Ｙ／Ｘ＝（Ａ／（１＋ＡＣ））≒Ａとなる。また、共振周波数では、Ａ＝Ｑであり、Ａが１より十分大きいので、伝達関数は、Ｙ／Ｘ＝（Ａ／（１＋ＡＣ））≒１／Ｃとなる。

このように、この伝達関数は、共振周波数でゲインが減少している。これに対して、この伝達関数は、共振周波数以外でのゲインの減少が無い。

従って、検出装置２４では、第２機械振動子４４での実効的なＱ値を、１／ＣＱだけ減少させ、減衰時定数を小さくすることができる。一方、検出機構２２に加わるコリオリ力の周波数は、第２機械振動子４４の共振周波数よりも十分に低い周波数に設定されている。従って、検出装置２４は、共振周波数以外の有効な信号成分を、減衰することなく伝達することができる。

また、位相調整部６６は、第２機械振動子４４による応答遅延に応じた位相分、制御信号の位相を調整している。

第２機械振動子４４による機械系の共振伝達関数（図３に示したＡ）は、２次遅れ系である。従って、この共振伝達関数の位相遅れは、最大１８０°である。一般に、フィードバック回路は、１８０°遅れた信号を負帰還した場合、発振する。そこで、位相調整部６６は、発振をしないように、制御信号の位相を調整する。例えば、位相調整部６６は、制御信号を微分して、位相の範囲を−９０°から＋９０°の範囲に調整する。これにより、位相調整部６６は、ステップ応答による外乱をフィードバックすることによる発振をさせないようにすることができる。

位相調整部６６は、例えば、演算増幅器と、キャパシタとにより実現することができる。位相調整部６６は、このような構成に限られず、他の構成であってもよい。

なお、第３トランスデューサ６０は、一定電圧に制御した可変容量から電流を検出する位置検出素子を含んでもよい。このような第３トランスデューサ６０を備える場合、検出装置２４は、位相調整部６６を有さなくてもよい。

可変容量に一定電圧を印加した場合、可変容量に、Ｑ＝Ｃ×Ｖの電荷がチャージされる。可変容量が微小変化することにより、ΔＱ＝ΔＣ×Ｖとなる。電流は、電荷量の微分値から得られる。すなわち、電流は、Ｉ＝ΔＱ／Δｔ＝ΔＣ／Δｔ×Ｖにより得られる。従って、第３トランスデューサ６０が一定電圧に制御した位置検出素子（可変容量）から電流を検出する構成である場合、検出装置２４は、第３トランスデューサ６０が微分機能を有する。従って、検出装置２４は、位相調整部６６を有さなくても、制御信号の位相の範囲を−９０°から＋９０°の範囲に調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る検出装置２４は、第２位置信号から直交バイアス（直交エラー）による外乱成分を除去することができる。これとともに、検出装置２４は、第２位置信号からステップ応答による外乱を除去することができる。

従って、検出装置２４は、小さいコストで、検出機構２２に加わる力学量を精度良く検出することができる。例えば、検出装置２４は、検出機構２２に加わる回転の角速度を、小さいコストで精度良く検出することができる。

図４は、第１トランスデューサ５０の第１例を示す図である。第１例に係る第１トランスデューサ５０は、第１位置検出素子１１２と、第１増幅部１１４とを有する。

第１位置検出素子１１２は、第１可変抵抗１２０と、第２可変抵抗１２２とを含む。第１増幅部１１４は、第１差動増幅器１２４と、第１抵抗１２６と、第２抵抗１２８とを含む。

第１可変抵抗１２０は、電源電位（ＶＤＤ）と、第１差動増幅器１２４のポジ側入力端子との間に接続される。第２可変抵抗１２２は、電源電位（ＶＤＤ）と、第１差動増幅器１２４のネガ側入力端子との間に接続される。

第１抵抗１２６は、第１差動増幅器１２４のポジ側入力端子と、第１差動増幅器１２４のポジ側出力端子との間に接続される。第２抵抗１２８は、第１差動増幅器１２４のネガ側入力端子と、第１差動増幅器１２４のネガ側出力端子との間に接続される。

第１差動増幅器１２４は、第１可変抵抗１２０に流れる電流と、第２可変抵抗１２２に流れる電流との差に応じた電圧差を有する差動信号を出力する。

第１可変抵抗１２０および第２可変抵抗１２２は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じて抵抗値が変化する。第１差動増幅器１２４のポジ側入力端子およびネガ側入力端子の電圧は、コモン電位（ＣＭ）である。コモン電位（ＣＭ）は、例えば、グランド電位（ＧＮＤ）と電源電位（ＶＤＤ）との中点電圧（ＶＤＤ／２）である。従って、第１可変抵抗１２０および第２可変抵抗１２２は、電位差がＶＤＤ／２で一定なので、抵抗値が変化すると、流れる電流が変化する。

また、第１可変抵抗１２０および第２可変抵抗１２２は、抵抗値の変化の方向が逆である。従って、第１差動増幅器１２４は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じた電圧差を有する差動信号を出力することができる。なお、第１例に係る第１トランスデューサ５０は、抵抗型と呼ばれる。

図５は、第１トランスデューサ５０の第２例を示す図である。第２例に係る第１トランスデューサ５０は、第２位置検出素子１３２と、第２増幅部１３４とを有する。

第２位置検出素子１３２は、第１圧電素子１４０と、第２圧電素子１４２とを含む。第２増幅部１３４は、第１演算増幅器１４４と、第２演算増幅器１４６と、第３抵抗１４８と、第４抵抗１５０と、第５抵抗１５２と、第６抵抗１５４とを含む。

第１圧電素子１４０は、コモン電位（ＣＭ）と、第１演算増幅器１４４の非反転入力端子との間に接続される。第２圧電素子１４２は、コモン電位（ＣＭ）と、第２演算増幅器１４６の非反転入力端子との間に接続される。

第３抵抗１４８は、第１演算増幅器１４４の出力端子と、第１演算増幅器１４４の反転入力端子との間に接続される。第４抵抗１５０は、第１演算増幅器１４４の反転入力端子と、コモン電位（ＣＭ）との間に接続される。第５抵抗１５２は、第２演算増幅器１４６の出力端子と、第２演算増幅器１４６の反転入力端子との間に接続される。第６抵抗１５４は、第２演算増幅器１４６の反転入力端子と、コモン電位（ＣＭ）との間に接続される。第１圧電素子１４０および第２圧電素子１４２の第１演算増幅器１４４に接続されるノードは、高抵抗素子などを介してコモン電位（ＣＭ）に接続される。

第１演算増幅器１４４および第２演算増幅器１４６は、第１演算増幅器１４４の非反転入力端子に印加される電圧と、第２演算増幅器１４６の非反転入力端子に印加される電圧との差に応じた電圧差を有する差動信号を出力する。

第１圧電素子１４０および第２圧電素子１４２は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じて、発生する電圧値が変化する。第１圧電素子１４０および第２圧電素子１４２は、発生する電圧値の変化の方向が逆である。このため、第１演算増幅器１４４の出力端子と、第２演算増幅器１４６の出力端子との間には、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じた電圧差が生じる。従って、第１演算増幅器１４４および第２演算増幅器１４６は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じた電圧差を有する差動信号を出力することができる。なお、第２例に係る第１トランスデューサ５０は、圧電型と呼ばれる。

図６は、第１トランスデューサ５０の第３例を示す図である。第３例に係る第１トランスデューサ５０は、第３位置検出素子１６２と、第３増幅部１６４とを有する。

第３位置検出素子１６２は、第１可変容量１７０と、第２可変容量１７２とを含む。第３増幅部１６４は、第２差動増幅器１７４と、第７抵抗１７６と、第８抵抗１７８とを含む。

第１可変容量１７０は、接地電位（ＧＮＤ）と、第２差動増幅器１７４のポジ側入力端子との間に接続される。第２可変容量１７２は、接地電位（ＧＮＤ）と、第２差動増幅器１７４のネガ側入力端子との間に接続される。

第７抵抗１７６は、第２差動増幅器１７４のポジ側入力端子と、第２差動増幅器１７４のポジ側出力端子との間に接続される。第８抵抗１７８は、第２差動増幅器１７４のネガ側入力端子と、第２差動増幅器１７４のネガ側出力端子との間に接続される。

第２差動増幅器１７４は、第１可変容量１７０に流れる電流と、第２可変容量１７２に流れる電流との差に応じた電圧差を有する差動信号を出力する。

第１可変容量１７０および第２可変容量１７２は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じて容量値が変化する。第２差動増幅器１７４のポジ側入力端子およびネガ側入力端子の電圧は、コモン電位（ＣＭ）である。従って、第１可変容量１７０および第２可変容量１７２は、電位差が一定なので、容量値が変化すると、流れる電流が変化する。

また、第１可変容量１７０および第２可変容量１７２は、容量値の変化の方向が逆である。従って、第２差動増幅器１７４は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じた電圧差を有する差動信号を出力することができる。なお、第３例に係る第１トランスデューサ５０は、容量型と呼ばれる。

図７は、第１トランスデューサ５０の第４例を示す図である。第４例に係る第１トランスデューサ５０は、第４位置検出素子１８２と、第４増幅部１８４とを有する。

第４位置検出素子１８２は、第３可変容量１９０と、第４可変容量１９２とを含む。第４増幅部１８４は、第３演算増幅器１９４と、第４演算増幅器１９６と、第９抵抗１９８と、第１０抵抗２００と、第１１抵抗２０２と、第１２抵抗２０４と、第１スイッチ２０６と、第２スイッチ２０８と、第１固定容量２１０と、第２固定容量２１２とを含む。

第３可変容量１９０は、一端が接地電位（ＧＮＤ）に接続される。第４可変容量１９２は、一端が接地電位（ＧＮＤ）に接続される。第１固定容量２１０の第３演算増幅器１９４に接続されるノードおよび第２固定容量２１２の第４演算増幅器１９６に接続されるノードは、高抵抗素子などを介してコモン電位（ＣＭ）に接続される。

第９抵抗１９８は、第３演算増幅器１９４の出力端子と、第３演算増幅器１９４の反転入力端子との間に接続される。第１０抵抗２００は、第３演算増幅器１９４の反転入力端子と、コモン電位（ＣＭ）との間に接続される。第１１抵抗２０２は、第４演算増幅器１９６の出力端子と、第４演算増幅器１９６の反転入力端子との間に接続される。第１２抵抗２０４は、第４演算増幅器１９６の反転入力端子と、コモン電位（ＣＭ）との間に接続される。

第１スイッチ２０６は、第３可変容量１９０の接地電位（ＧＮＤ）に接続されていない方の端と、電源電位（ＶＤＤ）との間に接続される。第２スイッチ２０８は、第４可変容量１９２の接地電位（ＧＮＤ）に接続されていない方の端と、電源電位（ＶＤＤ）との間に接続される。

第１固定容量２１０は、第３可変容量１９０の接地電位（ＧＮＤ）に接続されていない方の端と、第３演算増幅器１９４の非反転入力端子との間に接続される。第２固定容量２１２は、第４可変容量１９２の接地電位（ＧＮＤ）に接続されていない方の端と、第４演算増幅器１９６の非反転入力端子との間に接続される。

第１スイッチ２０６および第２スイッチ２０８は、定期的にオンとされ、第３可変容量１９０および第４可変容量１９２に一定の電荷をチャージする。第１スイッチ２０６および第２スイッチ２０８は、測定時において、オフとされる。従って、第３可変容量１９０および第４可変容量１９２のそれぞれは、測定時において、内部に一定の電荷が蓄積されている。

第３演算増幅器１９４および第４演算増幅器１９６は、第３演算増幅器１９４の非反転入力端子に印加される電圧と、第４演算増幅器１９６の非反転入力端子に印加される電圧との差に応じた電圧差を有する差動信号を出力する。

第３可変容量１９０および第４可変容量１９２は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じて容量値が変化する。第３可変容量１９０および第４可変容量１９２は、容量値が変化すると、電荷量が固定であるため、発生する電圧が変化する。

また、第３可変容量１９０および第４可変容量１９２は、容量値の変化の方向が逆である。このため、第３演算増幅器１９４の出力端子と、第４演算増幅器１９６の出力端子との間には、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じた電圧差が生じる。従って、第１演算増幅器１４４および第２演算増幅器１４６は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じた電圧差を有する差動信号を出力することができる。なお、第４例に係る第１トランスデューサ５０は、電荷固定型と呼ばれる。

図８は、第１トランスデューサ５０の第５例を示す図である。第５例に係る第１トランスデューサ５０は、第５位置検出素子２２２と、第５増幅部２２４とを有する。

第５位置検出素子２２２は、第５可変容量２３２と、第６可変容量２３４とを含む。第５増幅部２２４は、第３スイッチ２３６と、第４スイッチ２３８と、第５スイッチ２４０と、第６スイッチ２４２と、第３差動増幅器２４４と、第１３抵抗２４６と、第１４抵抗２４８とを含む。

第３スイッチ２３６および第５スイッチ２４０は、コモン電位（ＣＭ）と電源電位（ＶＤＤ）との間に直列に接続される。第４スイッチ２３８および第６スイッチ２４２は、コモン電位（ＣＭ）と電源電位（ＶＤＤ）との間に直列に接続される。

第５可変容量２３２は、第３スイッチ２３６と第５スイッチ２４０との間の接続点と、第３差動増幅器２４４のポジ側入力端子との間に接続される。第６可変容量２３４は、第４スイッチ２３８と第６スイッチ２４２との間の接続点と、第３差動増幅器２４４のネガ側入力端子との間に接続される。

第１３抵抗２４６は、第３差動増幅器２４４のポジ側入力端子と、第３差動増幅器２４４のポジ側出力端子との間に接続される。第１４抵抗２４８は、第３差動増幅器２４４のネガ側入力端子と、第３差動増幅器２４４のネガ側出力端子との間に接続される。

第３差動増幅器２４４は、第５可変容量２３２に流れる電流と、第６可変容量２３４に流れる電流との差に応じた電圧差を有する差動信号を出力する。

例えば、制御部７２は、第３スイッチ２３６および第４スイッチ２３８がオン、第５スイッチ２４０および第６スイッチ２４２がオフの測定期間と、第３スイッチ２３６および第４スイッチ２３８がオフ、第５スイッチ２４０および第６スイッチ２４２がオンのディスチャージ期間とを交互に繰り返す。例えば、制御部７２は、測定期間とディスチャージ期間とを、第１機械振動子４２の振動周期よりも十分に早い周期で繰り返す。

第５可変容量２３２および第６可変容量２３４は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じて容量値が変化する。第３差動増幅器２４４のポジ側入力端子およびネガ側入力端子の電圧は、コモン電位（ＣＭ）である。従って、測定期間において、第５可変容量２３２および第６可変容量２３４は、電位差が一定なので、容量値が変化すると、流れる電流が変化する。

また、第５可変容量２３２および第６可変容量２３４は、容量値の変化の方向が逆である。従って、測定期間において、第３差動増幅器２４４は、第１機械振動子４２の第１方向における位置に応じた電圧差を有する差動信号を出力することができる。なお、第５例に係る第１トランスデューサ５０は、スイッチトキャパシタ型と呼ばれる。

以上、図４から図８を参照して、第１トランスデューサ５０の回路例を説明した。第３トランスデューサ６０も、第１トランスデューサ５０と同一の構成であってよい。なお、第３トランスデューサ６０が容量型およびスイッチトキャパシタ型である場合、第３トランスデューサ６０が微分機能を有するので、検出装置２４は、位相調整部６６を有さない構成としてもよい。

図４から図８を参照して説明した、第１トランスデューサ５０の各増幅部（第１増幅部１１４、第２増幅部１３４、第３増幅部１６４、第４増幅部１８４および第５増幅部２２４）は、抵抗に代えてインピーダンスを有する構成であってもよい。また、図４から図８を参照して説明した、第１トランスデューサ５０は、各増幅部（第１増幅部１１４、第２増幅部１３４、第３増幅部１６４、第４増幅部１８４および第５増幅部２２４）の構成を、後段の第１ノイズ除去フィルタ５２と一体の構成としてもよい。この場合、例えば、各増幅部は、抵抗をインピーダンスに変更して、特定の周波数帯域の信号を除去する構成となる。

図９は、バイアス型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第１例を示す図である。第１例に係る第２トランスデューサ５４は、図４に示した抵抗型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第１例に係る第１乗算部５６は、電圧発生部３０２を含む。電圧発生部３０２は、第１ノイズ除去フィルタ５２から出力された第１位置信号に応じた電圧を、コモン電位（ＣＭ）を中心に発生する。

第１例に係る第２トランスデューサ５４の第１位置検出素子１１２は、電源電位（ＶＤＤ）に代えて、電圧発生部３０２から発生された電圧により動作する。すなわち、第１可変抵抗１２０は、電圧発生部３０２の電圧出力端と、第１差動増幅器１２４のポジ側入力端子との間に接続される。第２可変抵抗１２２は、電圧発生部３０２の電圧出力端と、第１差動増幅器１２４のネガ側入力端子との間に接続される。

このような第１例に係る第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４に含まれる第１位置検出素子１１２に与えるバイアス電圧を、第１位置信号に応じて変動させることができる。この結果、第１例に係る第１乗算部５６は、第１増幅部１１４の前段で、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

図１０は、バイアス型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第２例を示す図である。第２例に係る第２トランスデューサ５４は、図６に示した容量型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第２例に係る第１乗算部５６は、電圧発生部３０２を含む。電圧発生部３０２は、図９に示した構成と同一である。

第２例に係る第２トランスデューサ５４の第３位置検出素子１６２は、電圧発生部３０２から発生された電圧を基準として動作する。すなわち、第１可変容量１７０は、電圧発生部３０２の電圧出力端と、第２差動増幅器１７４のポジ側入力端子との間に接続される。第２可変容量１７２は、電圧発生部３０２の電圧出力端と、第２差動増幅器１７４のネガ側入力端子との間に接続される。

このような第２例に係る第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４に含まれる第３位置検出素子１６２に与えるバイアス電圧を、第１位置信号に応じて変動させることができる。この結果、第２例に係る第１乗算部５６は、第３増幅部１６４の前段で、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

図１１は、バイアス型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第３例を示す図である。第３例に係る第２トランスデューサ５４は、図７に示した電荷固定型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第３例に係る第１乗算部５６は、電圧発生部３０２を含む。電圧発生部３０２は、図９に示した構成と同一である。

第３例に係る第２トランスデューサ５４の第４位置検出素子１８２は、電源電位（ＶＤＤ）に代えて、スイッチを介して電圧発生部３０２から発生された電圧により電荷が蓄積される。すなわち、第１スイッチ２０６は、第３可変容量１９０の接地電位（ＧＮＤ）に接続されていない方の端と、電圧発生部３０２の電圧出力端との間に接続される。第２スイッチ２０８は、第４可変容量１９２の接地電位（ＧＮＤ）に接続されていない方の端と、電圧発生部３０２の電圧出力端との間に接続される。

このような第３例に係る第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４に含まれる第４位置検出素子１８２に与えるバイアス電圧を、第１位置信号に応じて変動させることができる。この結果、第３可変容量１９０および第４可変容量１９２には、第１位置信号に応じて変動する電荷が蓄積される。従って、第３例に係る第１乗算部５６は、第４増幅部１８４の前段において、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

図１２は、バイアス型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第４例を示す図である。第４例に係る第２トランスデューサ５４は、図８に示したスイッチトキャパシタ型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第４例に係る第１乗算部５６は、電圧発生部３０２を含む。電圧発生部３０２は、図９に示した構成と同一である。

第４例に係る第２トランスデューサ５４の第５位置検出素子２２２は、電源電位（ＶＤＤ）に代えて、スイッチを介して電圧発生部３０２から発生された電圧により電荷が蓄積される。すなわち、第３スイッチ２３６は、第５可変容量２３２と、電圧発生部３０２の電圧出力端との間に接続される。第４スイッチ２３８は、第６可変容量２３４と、電圧発生部３０２の電圧出力端との間に接続される。

このような第４例に係る第１乗算部５６は、第２トランスデューサ５４に含まれる第５位置検出素子２２２に与えるバイアス電圧を、第１位置信号に応じて変動させることができる。この結果、測定期間において、第５可変容量２３２および第６可変容量２３４には、第１位置信号に応じた電荷が蓄積される。すなわち、測定期間において、第５可変容量２３２および第６可変容量２３４には、第１位置信号に応じた電流が流れる。従って、第４例に係る第１乗算部５６は、第５増幅部２２４の前段で、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

図１３は、スイッチ型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第５例を示す図である。第５例に係る第２トランスデューサ５４は、図４に示した抵抗型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第５例に係る第１乗算部５６は、切替部３１２を含む。切替部３１２は、２本の信号線のクロスポイントスイッチである。すなわち、切替部３１２は、２本の信号線の信号経路を入れ替えるスイッチである。

第５例に係る切替部３１２は、２値化された第１位置信号に応じて、第１差動増幅器１２４のポジ側入力端子に接続される信号線と、第１差動増幅器１２４のネガ側入力端子に接続される信号線とを入れ替える。これにより、切替部３１２は、第１差動増幅器１２４から出力する差動信号の正負を、２値化された第１位置信号に応じて反転させることができる。第１差動増幅器１２４から出力される差動信号は、正負が反転すると、信号の変化方向が反転する。

このように、第５例に係る第１乗算部５６は、第１位置信号に応じて、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号の変化方向を反転させることができる。これにより、第５例に係る第１乗算部５６は、第１増幅部１１４の前段で、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

図１４は、スイッチ型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第６例を示す図である。第６例に係る第２トランスデューサ５４は、図５に示した圧電型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第６例に係る第１乗算部５６は、切替部３１２を含む。切替部３１２は、図１３に示した構成と同一である。

第６例に係る切替部３１２は、２値化された第１位置信号に応じて、第１演算増幅器１４４の非反転入力端子に接続される信号線と、第２演算増幅器１４６の非反転入力端子に接続される信号線とを入れ替える。これにより、切替部３１２は、第１演算増幅器１４４の出力端子と、第２演算増幅器１４６の出力端子との間の差電圧の正負を、２値化された第１位置信号に応じて反転させることができる。

このように、第６例に係る第１乗算部５６は、第１位置信号に応じて、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号の変化方向を反転させることができる。これにより、第６例に係る第１乗算部５６は、第２増幅部１３４の前段で、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

図１５は、スイッチ型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第７例を示す図である。第７例に係る第２トランスデューサ５４は、図７に示した電荷固定型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第７例に係る第１乗算部５６は、切替部３１２を含む。切替部３１２は、図１３に示した構成と同一である。

第７例に係る切替部３１２は、２値化された第１位置信号に応じて、第３演算増幅器１９４の非反転入力端子に接続される信号線と、第４演算増幅器１９６の非反転入力端子に接続される信号線とを入れ替える。これにより、切替部３１２は、第３演算増幅器１９４の出力端子と、第４演算増幅器１９６の出力端子との間の差電圧の正負を、２値化された第１位置信号に応じて反転させることができる。

このように、第７例に係る第１乗算部５６は、第１位置信号に応じて、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号の変化方向を反転させることができる。これにより、第７例に係る第１乗算部５６は、第４増幅部１８４の前段で、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

図１６は、スイッチ型の第１乗算部５６および第２トランスデューサ５４の第８例を示す図である。第８例に係る第２トランスデューサ５４は、図８に示したスイッチトキャパシタ型の第１トランスデューサ５０と略同一の構成なので、同一の部材については同一の符号を付けて説明を省略する。

第８例に係る第１乗算部５６は、切替部３１２を含む。切替部３１２は、図１３に示した構成と同一である。

第８例に係る切替部３１２は、２値化された第１位置信号に応じて、第３差動増幅器２４４のポジ側入力端子に接続される信号線と、第３差動増幅器２４４のネガ側入力端子に接続される信号線とを入れ替える。これにより、切替部３１２は、第３差動増幅器２４４から出力される差動信号の正負を、２値化された第１位置信号に応じて反転させることができる。

このように、第８例に係る第１乗算部５６は、第１位置信号に応じて、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号の変化方向を反転させることができる。これにより、第８例に係る第１乗算部５６は、第５増幅部２２４の前段で、第２トランスデューサ５４が第２機械振動子４４から検出した信号に、第１位置信号を乗算することができる。

（第２実施形態）
図１７は、第２実施形態に係るセンサ装置１０の構成を示す図である。第２実施形態に係るセンサ装置１０は、第１実施形態に係るセンサ装置１０と略同一の機能および構成を有する。従って、第２実施形態を説明するにあたり、第１実施形態で説明したブロックと略同一の機能および構成を有するブロックについては、同一の符号を付けて相違点を除き説明を省略する。

第２実施形態に係る検出装置２４は、発振部４６と、第１アクチュエータ４８と、第１トランスデューサ５０と、第１ノイズ除去フィルタ５２と、第２トランスデューサ５４と、第１乗算部５６と、ローパスフィルタ５８と、第２乗算部８０と、反転増幅部６４と、位相調整部６６と、第２アクチュエータ６８と、第３アクチュエータ７０と、制御部７２とを有する。すなわち、検出装置２４は、第１実施形態と比較して、第２乗算部８０をさらに有し、第３トランスデューサ６０および第２ノイズ除去フィルタ６２を有さない構成である。

第２乗算部８０は、第１ノイズ除去フィルタ５２から出力された第１位置信号を取得する。さらに、第２乗算部８０は、ローパスフィルタ５８から出力された出力信号を取得する。そして、第２乗算部８０は、第１位置信号に、出力信号を乗算した変調信号を生成する。

第２乗算部８０は、例えば、演算増幅器等のアナログ回路により信号を乗算して変調信号を生成してもよい。また、第２乗算部８０は、２値化された第１位置信号を取得し、出力信号の正負を２値化した第１位置信号に応じて切り替えて変調信号を生成してもよい。

反転増幅部６４は、第２乗算部８０から変調信号を取得する。反転増幅部６４は、変調信号を反転増幅した制御信号を生成する。

このような第２実施形態に係る検出装置２４は、第２機械振動子４４の移動位置を検出して、負帰還をかけて第２機械振動子４４の移動位置を制御することができる。これにより、第２機械振動子４４は、ステップ応答による外乱が加わっても、安定動作することができる。従って、検出装置２４は、ステップ応答による外乱が除去された出力信号を出力することができる。

図１８は、第２実施形態に係るセンサ装置１０における、ステップ応答を除去するための伝達特性を示すブロック線図である。

第２機械振動子４４、第２トランスデューサ５４、ローパスフィルタ５８、第２乗算部８０、反転増幅部６４、位相調整部６６および第２アクチュエータ６８による構成されるフィードバック機構の伝達特性は、例えば、図１８にように表される。Ｘは、第２機械振動子４４に加わる外乱である。Ｙは、ローパスフィルタ５８の出力である。Ｄは、第２機械振動子４４による機械系の共振伝達関数である。Ｅは、第２トランスデューサ５４の伝達関数であり、定数とする。Ｆは、第２乗算部８０から第２アクチュエータ６８までのフィードバック系の伝達関数であり、定数とする。

なお、簡単化のため、第２機械振動子４４の共振伝達関数は、共振周波数でのゲイン（Ｑ値）をＱとし、共振周波数より低い周波数のゲインを１とする。この場合、図１８の伝達関数は、Ｙ／Ｘ＝ＤＥ／（１＋ＤＥＦ）となる。

ここで、ＥＦを１／１００とする。この場合、ＤＥＦが１より十分小さくなる。従って、共振周波数より低い周波数では、伝達関数は、Ｙ／Ｘ＝（ＤＥ／（１＋ＤＥＦ））≒ＤＥとなる。また、共振周波数では、Ｄ＝Ｑであり、Ｄが１より十分大きいので、伝達関数は、Ｙ／Ｘ＝（ＤＥ／（１＋ＤＥＦ））≒１／ＥＦとなる。

このように、この伝達関数は、共振周波数でゲインが減少している。これに対して、この伝達関数は、共振周波数以外でのゲインの減少が無い。

従って、検出装置２４では、第２機械振動子４４での実効的なＱ値を、１／ＥＦＱだけ減少させ、減衰時定数を小さくすることができる。一方、検出機構２２に加わるコリオリ力の周波数は、第２機械振動子４４の共振周波数よりも十分に低い周波数に設定されている。従って、検出装置２４は、共振周波数以外の有効な信号成分を、減衰することなく伝達することができる。

図１９は、ＣＲ信号、第１機械振動子４２の振動、第２機械振動子４４に加わる外乱およびループゲインの切り替えタイミングを示す波形図である。制御部７２は、例えば、反転増幅部６４のゲインを切り替えてもよい。例えば、制御部７２は、フィードバックループのループゲインをオンしたり、オフしたりできてよい。

例えば、図１９のＤに示すように、制御部７２は、測定を開始するタイミングにおいて、フィードバックループのループゲインをオンとし、第２アクチュエータ６８による第２機械振動子４４の移動位置の制御を開始する。そして、例えば、制御部７２は、測定を開始してから所定時間後に、フィードバックループのループゲインをオフとし、第２アクチュエータ６８による第２機械振動子４４の移動位置の制御を停止する。

第１機械振動子４２が間欠動作をすることにより第２機械振動子４４に加わる外乱（ステップ応答による外乱）は、第１機械振動子４２が振動を開始したことにより開始し、その後、減衰する。従って、ステップ応答による外乱は、第１機械振動子４２が振動を開始してから一定期間後に十分に小さくなる。そこで、制御部７２は、測定を開始してから所定時間後に、第２アクチュエータ６８による第２機械振動子４４の移動位置の制御を停止する。これにより、制御部７２は、ステップ応答による外乱が小さくなった後にフィードバックループを開放して、消費電力を小さくすることができる。

なお、制御部７２は、第１実施形態に示した構成であっても、このような制御を実行してよい。これにより、第１実施形態においても、制御部７２は、ステップ応答による外乱が小さくなった後にフィードバックループを開放して、消費電力を小さくすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ センサ装置
２２ 検出機構
２４ 検出装置
４２ 第１機械振動子
４４ 第２機械振動子
４６ 発振部
４８ 第１アクチュエータ
５０ 第１トランスデューサ
５２ 第１ノイズ除去フィルタ
５４ 第２トランスデューサ
５６ 第１乗算部
５８ ローパスフィルタ
６０ 第３トランスデューサ
６２ 第２ノイズ除去フィルタ
６４ 反転増幅部
６６ 位相調整部
６８ 第２アクチュエータ
７０ 第３アクチュエータ
７２ 制御部
８０ 第２乗算部
３０２ 電圧発生部
３１２ 切替部

Claims (11)

1. 第１機械振動子と第２機械振動子とを有する検出機構に加わる力学量を検出する検出装置であって、
   前記第１機械振動子は、所定のばね力で保持されており第１方向に往復移動可能な機構であり、
   前記第２機械振動子は、前記第１機械振動子と同一部材上に形成されており、所定のばね力で保持されており、前記第１方向と直交する第２方向に往復移動可能な機構であり、
   前記検出装置は、
   第１アクチュエータにより前記第１方向に往復移動させられた前記第１機械振動子の前記第１方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第１機械振動子の前記第１方向における位置を表す第１位置信号を出力する第１トランスデューサと、
   前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を表す第２位置信号を出力する第２トランスデューサと、
   前記第２トランスデューサが前記第２機械振動子から検出した信号に、信号増幅の前段で、前記第１位置信号を乗算する第１乗算部と、
   前記第２位置信号に含まれる高調波成分を除去して、検出結果を表す出力信号を出力するローパスフィルタと、
   前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を表す第３位置信号を出力する第３トランスデューサと、
   前記第３位置信号を反転増幅した制御信号を生成し、生成した前記制御信号を、前記第２機械振動子を前記第２方向に移動させる第２アクチュエータに与える反転増幅部と、
   を備える検出装置。
2. 第１機械振動子と第２機械振動子とを有する検出機構に加わる力学量を検出する検出装置であって、
   前記第１機械振動子は、所定のばね力で保持されており第１方向に往復移動可能な機構であり、
   前記第２機械振動子は、前記第１機械振動子と同一部材上に形成されており、所定のばね力で保持されており、前記第１方向と直交する第２方向に往復移動可能な機構であり、
   前記検出装置は、
   第１アクチュエータにより前記第１方向に往復移動させられた前記第１機械振動子の前記第１方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第１機械振動子の前記第１方向における位置を表す第１位置信号を出力する第１トランスデューサと、
   前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を検出し、検出した信号を増幅して、前記第２機械振動子の前記第２方向における位置を表す第２位置信号を出力する第２トランスデューサと、
   前記第２トランスデューサが前記第２機械振動子から検出した信号に、信号増幅の前段で、前記第１位置信号を乗算する第１乗算部と、
   前記第２位置信号に含まれる高調波成分を除去して、検出結果を表す出力信号を出力するローパスフィルタと、
   前記第１位置信号に、前記出力信号を乗算した変調信号を生成する第２乗算部と、
   前記変調信号を反転増幅した制御信号を生成し、生成した前記制御信号を、前記第２機械振動子を前記第２方向に移動させる第２アクチュエータに与える反転増幅部と、
   を備える検出装置。
3. 前記第２機械振動子による応答遅延に応じた位相分、前記制御信号の位相を調整する位相調整部をさらに備える
   請求項１または２に記載の検出装置。
4. 前記第１乗算部は、前記第２トランスデューサに含まれる位置検出素子に与えるバイアス電圧またはバイアス電流を、前記第１位置信号に応じて変動させる
   請求項１から３の何れか１項に記載の検出装置。
5. 前記第１乗算部は、２値化された前記第１位置信号に応じて、前記第２トランスデューサが前記第２機械振動子から検出した信号の変化方向を反転させる
   請求項１から３の何れか１項に記載の検出装置。
6. 前記第１機械振動子の前記第１方向の移動を停止させる第３アクチュエータを制御して、測定期間以外において、前記第１機械振動子の往復移動を停止させ、測定期間において、前記第１機械振動子を往復移動させる制御部と、
   をさらに備える請求項１から５の何れか１項に記載の検出装置。
7. 前記制御部は、測定を開始してから所定時間後に、前記第２アクチュエータによる前記第２機械振動子の移動位置の制御を停止させる
   請求項６に記載の検出装置。
8. 前記第１機械振動子と前記第２機械振動子とを有する検出機構と、
   前記検出機構に加わる力学量を検出する、請求項１に記載の検出装置と、
   を備えるセンサ装置。
9. 前記第１機械振動子、前記第２機械振動子、前記第１トランスデューサに含まれる位置検出素子、前記第２トランスデューサに含まれる位置検出素子、および、前記第３トランスデューサに含まれる位置検出素子は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて半導体基板に形成されている
   請求項８に記載のセンサ装置。
10. 前記第１機械振動子と前記第２機械振動子とを有する検出機構と、
    前記検出機構に加わる力学量を検出する、請求項２に記載の検出装置と、
    を備えるセンサ装置。
11. 前記第１機械振動子、前記第２機械振動子、前記第１トランスデューサに含まれる位置検出素子、および、前記第２トランスデューサに含まれる位置検出素子は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて半導体基板に形成されている
    請求項１０に記載のセンサ装置。

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