特許 6305223 バイアス安定化が図られた振動型ジャイロ、及び振動型ジャイロの使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6305223

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】バイアス安定化が図られた振動型ジャイロ、及び振動型ジャイロの使用方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5726 20120101AFI20180326BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20180326BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20180326BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/5726

   H01L29/84 Z

   B81B3/00

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-117773(P2014-117773)

(22)【出願日】2014年6月6日

(65)【公開番号】特開2015-230281(P2015-230281A)

(43)【公開日】2015年12月21日

【審査請求日】2017年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000176730

【氏名又は名称】三菱プレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 カレブ

(72)【発明者】

【氏名】小林 健二

(72)【発明者】

【氏名】福田 智洋

(72)【発明者】

【氏名】中下 修治

(72)【発明者】

【氏名】石田 晃三

(72)【発明者】

【氏名】徳永 隆志

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２８６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−７９８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２６７６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９３４６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／００ − Ｇ０１Ｃ １９／７２

Ｂ８１Ｂ １／００ − Ｂ８１Ｂ ７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００ − Ｂ８１Ｃ ９９／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動振動する駆動質量体と、角速度により発生するコリオリ力よって変位するように構成された検出質量体と、を備えた振動型ジャイロであって、
前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる周波数を有する少なくとも１つの他の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号と、前記他の駆動信号の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号とを生成する位相検波回路と、
前記第２の検波信号に基づいて、不要信号のみを含む補正信号を生成する補正信号生成部と、
前記第１の検波信号から前記補正信号を減算して角速度信号を出力する減算器と、
を有する振動型ジャイロ。

【請求項2】

前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い第２の周波数を有する第２の駆動信号を含む、請求項１に記載の振動型ジャイロ。

【請求項3】

前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の駆動信号を含む、請求項１に記載の振動型ジャイロ。

【請求項4】

前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い第２の周波数を有する第２の駆動信号と、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の駆動信号とを含む、請求項１に記載の振動型ジャイロ。

【請求項5】

前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い第２の周波数よりもさらに高いか、又は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い第３の周波数よりもさらに低い第４の周波数を有する第４の駆動信号を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動型ジャイロ。

【請求項6】

駆動振動する駆動質量体と、角速度により発生するコリオリ力よって変位するように構成された検出質量体と、を備えた振動型ジャイロの使用方法であって、
前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる周波数を有する少なくとも１つの他の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成して前記振動型ジャイロを駆動することと、
前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号と、前記他の駆動信号の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号とを生成することと、
前記第２の検波信号に基づいて、不要信号のみを含む補正信号を生成することと、
前記第１の検波信号から前記補正信号を減算して角速度信号を出力することと、
を含む使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動型ジャイロに関し、特には、ＭＥＭＳ技術によって製造され、高いバイアス安定性を有する振動型ジャイロ、及びその使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

１９９０年代から急速に発展したいわゆるマイクロマシニング技術によって、例えば、絶縁膜を有するシリコン基板やガラス基板上に接合されたバルクシリコンウェハを、湿式エッチングやドライエッチング等の化学的なエッチングにより処理し、メカニカルなセンサ構造体を形成して、一度のプロセスで大量のセンサ構造を製造する手法が確立されている。このような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術によるセンサとしては、加速度センサ及び振動型ジャイロ等があり、例えば自動車、慣性ナビゲーション、デジタルカメラ、ゲーム機他、多くの分野において利用されている。

【0003】

中でも振動型ジャイロは、一方向に振動する可動物体が回転運動を受けるときに発生するコリオリ加速度を利用している。振動する可動質量体が回転運動を伴うとき、該可動質量体は振動方向及び回転軸方向の双方に直交する方向に作用するコリオリ力を受け、この結果該可動質量体はコリオリ力の作用方向に変位する。該可動質量体は、この方向の変位を可能にするばねにより支持され、該可動質量体の変位量からコリオリ力及びそれを生じさせる角速度の値を検出することができる。可動質量体の変位は、例えば、一方が固定されかつ他方が可動質量体と共に変位可能な一対の平行平板構造又は櫛歯構造を備えた、平行平板型コンデンサ又は櫛歯型コンデンサを使用し、その容量変化から求めることができる。

【0004】

振動型ジャイロの出力安定性を向上させるための１つの手段として、いわゆる不要信号（クワドラチャーエラー）を低減又は排除する手段を設けることが挙げられる。以下に示す先行技術文献には、振動型ジャイロの出力安定性改善のために、不要出力を抑制する補正手段を備えた振動型ジャイロが開示されている。

【0005】

特許文献１には、左右の駆動質量体の駆動振動により検出質量体が直接駆動されない構造において、構造的アンバランスによる検出質量体の検出方向の回転変位を相殺する補正用電極を設けることにより、製造ばらつき等に起因する構造的非対称性により発生する漏れ出力（クワドラチャーエラー）を排除又は抑制することを企図した振動型ジャイロが記載されている。ここでは、駆動質量体の構造的・力学的非対称性に起因する回転変位振動を、検出質量体に隣接配置した補正用電極に適切な位相のＡＣ電圧を印加するか、駆動質量体に隣接配置した補正用電極にＤＣ電圧を印加することにより生じる静電力により、角速度入力がゼロのときのバイアス出力を低減でき、ジャイロとしての安定性を飛躍的に向上させることができる、とされている。

【0006】

また特許文献２には、時間変動再平衡電圧を使用して、レートバイアス誤差およびスケールファクター誤差を低減するためのデバイスおよび方法が記載されている。ここでは、デバイスのセンス軸に沿ったプルーフマスの直角位相に関連した運動および／またはコリオリに関連した運動を静電的に相殺するために、いくつかのトルク電極に力再平衡電圧を印加し、またスケールファクター向上のために、プルーフマスのモータ駆動周波数の約２倍の周波数にあるポンピング電圧を使用する旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−２５３９５８号公報

【特許文献2】特開２００８−１２２３７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１及び２に記載の発明はいずれも、角速度信号に対して位相が９０度ずれている不要信号（クワドラチャーエラー）を抑制又は補正することを企図している。しかし、振動型ジャイロから出力される信号には、クワドラチャーエラーのような信号だけでなく、角速度信号とのずれがゼロ度の不要信号（ゼロ度成分）も含まれている。このようなゼロ度成分は、角速度信号と同位相であるため、クワドラチャーエラーのように検波位相をずらして誤差量を検出して補正することができない。またこのようなゼロ度成分は、振動型ジャイロにおいてバイアス誤差を発生させ、特にロングタームのバイアス安定性を悪化させる要因となる。

【0009】

そこで本発明は、不要信号のみを含む補正信号を生成する手段を有し、バイアス安定化が図られた高性能の振動型ジャイロ、及び振動型ジャイロにおいて正確な角速度信号を得るための使用方法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】

【0010】

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、駆動振動する駆動質量体と、角速度により発生するコリオリ力よって変位するように構成された検出質量体と、を備えた振動型ジャイロであって、前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる周波数を有する少なくとも１つの他の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号と、前記他の駆動信号の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号とを生成する位相検波回路と、前記第２の検波信号に基づいて、不要信号のみを含む補正信号を生成する補正信号生成部と、前記第１の検波信号から前記補正信号を減算して角速度信号を出力する減算器と、を有する振動型ジャイロを提供する。

【0011】

第２の発明は、第１の発明において、前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い第２の周波数を有する第２の駆動信号を含む、振動型ジャイロを提供する。

【0012】

第３の発明は、第１の発明において、前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の駆動信号を含む、振動型ジャイロを提供する。

【0013】

第４の発明は、第１の発明において、前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い第２の周波数を有する第２の駆動信号と、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い第３の周波数を有する第３の駆動信号とを含む、振動型ジャイロを提供する。

【0014】

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記少なくとも１つの他の駆動信号は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い第２の周波数よりもさらに高いか、又は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い第３の周波数よりもさらに低い第４の周波数を有する第４の駆動信号を含む、振動型ジャイロを提供する。

【0015】

第６の発明は、駆動振動する駆動質量体と、角速度により発生するコリオリ力よって変位するように構成された検出質量体と、を備えた振動型ジャイロの使用方法であって、前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる周波数を有する少なくとも１つの他の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成して前記振動型ジャイロを駆動することと、前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号と、前記他の駆動信号の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号とを生成することと、前記第２の検波信号に基づいて、不要信号のみを含む補正信号を生成することと、前記第１の検波信号から前記補正信号を減算して角速度信号を出力することと、を含む使用方法を提供する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、複数の周波数を含む多重化駆動信号を用いて振動型ジャイロを駆動することにより、不要な駆動力による不要駆動力信号や、寄生容量によるカップリング信号等の不要信号のみを含む補正信号を生成することができるので、これをレート信号から減算することで極めて正確な角速度信号（レート出力）を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】（ａ）本発明に係る振動型ジャイロの基本構造の一例を示す平面図であり、（ｂ）（ａ）のII−II線に沿った切断面を示す断面図であり、（ｃ）（ａ）のIII−III線に沿った切断面を示す断面図である。

【図2】振動型ジャイロにおける駆動系の周波数伝達特性を示すグラフである。

【図3a】振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの駆動系での伝達特性を示すブロック図である。

【図3b】振動型ジャイロに駆動系共振周波数より高い周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの駆動系での伝達特性を示すブロック図である。

【図4】モードマッチ状態の振動型ジャイロにおける検出系の周波数伝達特性を示すグラフである。

【図5a】モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。

【図5b】モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数より高い周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。

【図6】非モードマッチ状態の振動型ジャイロにおける検出系の周波数伝達特性を示すグラフである。

【図7a】非モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。

【図7b】非モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数より高い周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。

【図8】振動型ジャイロにおける、電気的なカップリングによる周波数伝達特性を示すブロック図である。

【図9】モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の信号出力を示すブロック図である。

【図10】図１の振動型ジャイロの左側駆動質量体の部分拡大図である。

【図11】本発明の第１の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示すブロック図である。

【図12a】図１１のジャイロにおいて、駆動系共振周波数より高い第２の周波数の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図である。

【図12b】図１１のジャイロにおいて、駆動系共振周波数より低い第３の周波数の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図である。

【図13】本発明の第２の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示すブロック図である。

【図14】本発明の第３の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示すブロック図である。

【図15】図１４のジャイロにおいて、第２の周波数よりさらに高い第４の周波数の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図である。

【図16a】非モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の信号出力を示すブロック図である。

【図16b】非モードマッチ状態において、駆動系共振周波数より高い第２の周波数の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図である。

【図16c】非モードマッチ状態において、駆動系共振周波数より低い第３の周波数の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１（ａ）は、本発明に係る振動型ジャイロ（ＭＥＭＳジャイロ素子）１の基本構造の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）及び図１（ｃ）はそれぞれ、図１（ａ）のII−II線及びIII−III線に沿った切断面を示す断面図である。

【0019】

図１において、参照符号２はガラス等の絶縁材料からなる支持基板を示しており、振動型ジャイロ１の他の構造部材はシリコンの単結晶から作製される。図１に示す振動型ジャイロにおいて、支持基板２の上に、シリコンの単結晶からなる左右の駆動質量体４及び６（左側を４とする）の各々が、Ｙ方向に延びる少なくとも１つ（図示例では４つ）の駆動支持梁８及び１０に支持される。駆動支持梁８及び１０は、駆動質量体４及び６が基板２の面内方向かつ左右方向である駆動方向（Ｘ方向）に可動となるように、その剛性が他方向の剛性に比べ低くなるように構成されている。また左右の駆動質量体４及び６は、弾性結合要素である中央連結ばね１２により互いに結合されている。

【0020】

駆動質量体４及び６に接続されていない駆動支持梁８及び１０の他端は、駆動質量体４及び６を囲繞するように設けられた略リング形状の検出質量体１４に接続されている。検出質量体１４は、少なくとも１つ（図示例では４つ）の検出支持梁１６に支持され、各支持梁１６の他端は基板２に接合された周辺部アンカー１８に接続されている。なお図中において、黒く塗り潰した部分は基板２に固定されている部分（不動部分）を示し、他の部分（斜線等）は基板に固定されていない又は可動部分を示す。

【0021】

検出質量体１４を支持する検出支持梁１６は、基板２の面に垂直なＺ方向回りに回転振動が可能となるように、その回転方向の剛性が他方向の剛性に比べ低くなるように構成されている。なお、断面図２及び断面図３に示すように、駆動質量体４及び６、駆動支持梁８及び１０、中央連結梁１２、検出質量体１４、並びに検出支持梁１６は、基板２と所定の間隔を有して対向配置されている。

【0022】

図１（ａ）に示すように、左側の駆動質量体４は、略矩形の枠状部材であり、その外側寄りの側（中央に遠い側）から中央側に向けて延びる櫛歯状の電極２２を有し、これに対向する左側駆動用櫛歯固定電極２４が基板２に固定配置されており、これにより左側の質量駆動体４を左右方向（Ｘ方向）に駆動振動させることができる。同様に、右側の駆動質量体６は、略矩形の枠状部材であり、その外側寄りの側（中央に遠い側）から中央側に向けて延びる櫛歯状の電極２６を有し、これに対向する右側駆動用櫛歯固定電極２８が基板２に固定配置されており、これにより右側の質量駆動体６を左右方向（Ｘ方向）に駆動振動させることができる。

【0023】

左側の駆動質量体４は、その中央寄りの側から反中央側に向けて延びる櫛歯状の電極３０を有し、これに対向する左側駆動モニタ用櫛歯固定電極３２が基板２に固定配置されており、これにより左側の駆動質量体４の変位量を測定できる。また右側の駆動質量体４は、その中央寄りの側に設けられたフレーム３４の反中央側から中央側に向けて延びる櫛歯状の電極３６を有し、これに対向する右側駆動モニタ用櫛歯固定電極３８が基板２に固定配置されており、これにより右側の駆動質量体６の変位量を測定できる。

【0024】

ここで、振動型ジャイロ１にＺ軸回りの角速度が入力された場合、検出質量体１４とともに左右の駆動質量体も回転振動するため、左右の駆動質量体に設けた櫛歯電極３０及び３６も回転変位し、駆動モニタ用櫛歯電極３２及び３８との位置関係が変化し、それに伴い対向する櫛歯間の容量も変化してモニタ出力に影響する。従って上述の左右駆動質量体のモニタ機構（すなわち櫛歯電極３０、３２、３６及び３８）は、検出質量体１４の中央に可能な限り近い位置に設けることが好ましい。

【0025】

また図１（ａ）からわかるように、左側の駆動質量体４におけるモニタ機構すなわち櫛歯電極３０及び３２と、右側の駆動質量体６におけるモニタ機構すなわち櫛歯電極３６及び３８とは、左右対称（Ｙ軸に関して対称）とはなっていない。これは、左右のモニタ機構をいわゆる差動式とするためであり、具体的に言えば、左右の駆動質量体が中央側に移動したときは左側のモニタ機構では対向する櫛歯間の距離が拡大し、逆に右側のモニタ機構では対向する櫛歯間の距離が縮小する。駆動用櫛歯固定電極２４及び２８に駆動ＡＣ電圧が印加されると、周囲に存在する浮遊容量（寄生容量）によってカップリング電流としてモニタ用櫛歯電極に流れ、不要なモニタ出力として現れることがあるが、このような影響を上記差動式の構成によって排除又は抑制することができる。

【0026】

また上述のように左右のモニタ電極を左右対称の構造としなかったことにより、左右の駆動質量体のモーメントに差異が生じるので、図１（ａ）に示すように、左側の質量駆動体４にもフレーム３４と左右対称となるフレーム４０を設け、さらに左右の駆動質量体が左右対称構造となるように、電圧印加されないダミー櫛歯電極４２を設けることが好ましい。

【0027】

図１（ａ）に示すように、検出質量体１４は径方向外側に延びる櫛歯状の電極４４を有し、これに対向する検出モニタ用櫛歯固定電極４６及び４８が基板２に固定配置されている。詳細には、Ｘ−Ｙ平面の第１象限及び第４象限に跨る右側領域に、該右側領域内の櫛歯電極４４に対向する検出モニタ用櫛歯固定電極４６が固定配置され、Ｘ−Ｙ平面の第２象限及び第３象限（図１の左部）に跨る左側領域に、該左側領域内の櫛歯電極４４に対向する検出モニタ用櫛歯固定電極４８が固定配置される。さらに、検出モニタ用櫛歯固定電極４６及び４８は、差動式モニタ機構を構成しており、具体的に言えば、検出質量体１４がＺ軸回りに時計方向に回転したときは、右側領域内では対向する櫛歯間の距離が拡大し、逆に左側領域内では対向する櫛歯間の距離が縮小する。これら２つの櫛歯間の容量変化の差を利用する差動構成により、検出質量体自体に発生している同相のノイズを相殺することができ、より高精度の測定を行うことができる。図１に示す振動型ジャイロは、左右の駆動質量体の駆動振動によって検出質量体が類似の振幅で振動（励振）するものではなく、駆動振動と検出振動とは実質的に分離されているため、角速度入力がないときの漏れ出力を大きく低減することができ、漏れ出力によるバイアス値やその変動を抑制することができる。

【0028】

図１に示す振動型ジャイロ１は、以下のようなマイクロマシニングプロセスを適用して作製することができる。

【0029】

先ず、ガラス支持基板２とジャイロの可動部材との間に所定の間隙（図１（ｂ）、（ｃ）参照）が形成されるように、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置等を利用したドライエッチング処理をシリコン基板に施す。但し、ドライエッチングされてはいけない領域として、間隙を形成する部分以外については、半導体フォトリソグラフィ技術等を適用して、例えばレジストマスクを予め形成しておく。

【0030】

次に、ガラス支持基板とシリコン基板とを陽極接合手法等により接合する。この段階で、シリコン基板側から研磨を行い、該シリコン基板を所定の厚さにするとともに、ボンディング用パッドとして必要とされる領域に、Ｃｒ＆Ａｕ等の導電性メタルの選択的スパッタリングを行い、電極パッド（図示せず）を形成する。

【0031】

さらに、接合されたシリコン基板の表面側（研磨側）に、フォトレジスト等のマスク材料を利用して、図１（ａ）の平面図で示されるレジストパターンを、フォトリソグラフィ技術を利用して作製する。この場合も、エッチングされてはいけない領域がレジストマスクにより保護される。

【0032】

次に、ＲＩＥ装置等を利用したドライエッチングにより、シリコン基板の厚さ方向に貫通エッチングを行う。以上のようなマイクロマシニング技術を適用した製造プロセスにより、振動型ジャイロの基本構造を作製することができる。

【0033】

このようにジャイロを構成する材料として必要なものはシリコン基板及びガラス基板のみであり、シリコン基板とほぼ同一の線膨張係数を有するガラス材料を使用することで、温度変化に対して構造的ひずみ（熱ひずみ）や応力（熱応力）が発生しにくくなり、構造的に安定かつ特性的にも優れた振動型ジャイロが提供可能となる。

【0034】

次に、振動型ジャイロの動作について説明する。例えば、Ｘ軸方向に速度Ｖxで振動する質量Ｍの検出質量体にＺ軸回りの回転（回転角速度Ωz）が加わった場合に生じるＹ軸方向のコリオリ力Ｆyの絶対量は、
Ｆy＝２ΩzＭＶx
で表される。このため、コリオリ力Ｆyによる該検出質量体の変位を検出することで角速度を検出する振動型ジャイロでは、駆動質量体を速度Ｖxで励振させる必要がある。このための方式として、例えば静電力によるコームドライブ方式が利用される。

【0035】

左側駆動質量体４と左側駆動用櫛歯電極２４との間、及び右側駆動質量体６と右側駆動用櫛歯電極２８との間に、ＤＣ電圧Ｖ_DCとＡＣ電圧Ｖ_ACとの和を印加すると、Ｖ_ACの電圧周期と等しい駆動力が発生する。一方、左右の駆動質量体４及び６は弾性の中央連結ばね１２により互いに連結されているので、互いにＸ方向に近づき又は離れる、いわゆる逆相振動の共振モードを有する。従って、Ｖ_ACの周波数をこの逆相振動モードの共振周波数と一致させて振動させることで、駆動質量体４及び６は、互いに接離する逆相振動を呈する。この振動の速度Ｖxは、左右の駆動モニタ用櫛歯電極３２及び３８により、静電容量変化として電気回路を通じて検出され、駆動振動振幅を一定にするためのＡＧＣ制御（Auto Gain Control）に利用される。

【0036】

左右の駆動質量体４及び６が上記のようにＸ方向に逆相振動する場合、角速度Ωzが図１（ａ）の紙面に垂直な方向（Ｚ方向）に作用すると、左右の駆動質量体には逆相のコリオリ力ＦyがＹ方向に生じる。このコリオリ力によって検出質量体１４にはＺ軸回りの回転トルクが作用し、検出質量体１４はＺ軸回りに回転変位振動する。この結果、検出質量体１４に設けた櫛歯電極４４と第１及び第２の検出モニタ用固定櫛歯電極４６及び４８との間の静電容量が差動で変化し、その差動容量変化を電気的に読み出すのであるが、本願発明では後述する多重化した駆動信号を用いて純粋な角速度信号を抽出する処理を行うことで、極めて正確な角速度Ωzを検出することができる。

【0037】

以下、本願発明の前提となる基礎概念（駆動質量体の周波数伝達特性等）について、図２〜図８を参照しつつ説明する。先ず図２は、駆動系の周波数伝達特性を示すグラフである。同図における「出力信号の大きさ」を示すグラフ（上段）より明らかなように、駆動系共振周波数ω_xの駆動信号が入力された場合には、非常に大きな信号が出力される（図２のＡ部）。このとき、入力信号に対する駆動変位（駆動モニタ）出力の信号位相は−９０°となり、駆動速度の信号位相はゼロとなることがわかる（各位相グラフ（中段、下段）参照）。このときの伝達特性を示すブロック図が図３ａである。なお以降、出力信号等の位相についての表記（−９０°等）は、いずれも入力信号の位相に対する出力信号の位相のずれを意味する。

【0038】

一方、駆動系共振周波数よりも高い周波数（例えばω_x＋ω_α）の駆動信号が入力された場合には、駆動系共振周波数がω_xである場合と比較して、非常に小さな信号が出力される（図２のＢ部）。この信号強度は、通常検出すべき信号強度に対して非常に小さいため、ほとんどの場合無視することができる。このような無視できる信号を点線で示したブロック図が、図３ｂである。なお、このほとんどの場合無視できる信号の出力位相は、駆動変位（駆動モニタ）が−１８０°となり、駆動速度が−９０°となる（各位相グラフ（中段、下段）参照）。なお、以降に説明するブロック図についても、無視できる信号については点線で図示するものとする。

【0039】

次に図４は、検出系の周波数伝達特性を示すグラフである。検出系の周波数伝達特性は、駆動系のそれと概ね同様の形を示すが、検出系は駆動系に比べてＱ値（共振特性の鋭さを示すクオリティファクター）が低い場合が多く、そのため、駆動系よりも緩やかな特性（曲線）となる。また図４は、駆動系共振周波数ω_xと検出系共振周波数ω_yが一致（モードマッチ）している場合を示している。ここで、駆動系共振周波数ω_xの信号が入力された場合の伝達特性を見ると、検出変位を示す信号の位相は−９０°となることがわかる（図４のＣ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図５ａである。

【0040】

一方、駆動系共振周波数（及び検出系共振周波数）よりも高い周波数（例えばω_x＋ω_α）の駆動信号が入力された場合は、信号の位相は−１８０°遅れて出力されることがわかる（図４のＤ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図５ｂである。

【0041】

次に図６は、図４に類似するが、検出系共振周波数ω_yと駆動系共振周波数ω_xとが異なる場合（ここではω_x＜ω_y）、すなわち非モードマッチ状態における、周波数伝達特性を示すグラフである。振動型ジャイロでは、駆動系の共振周波数で駆動し、角速度を検出するため、検出系に入る信号の周波数は通常、駆動系共振周波数ω_xである。従って、振動型ジャイロを駆動系共振周波数ω_xで駆動した場合の検出系の信号の位相はほとんど変化せず、すなわち検出変位はほぼ０°となる（図６のＥ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図７ａである。

【0042】

一方、駆動系共振周波数（及び検出系共振周波数）よりも高い周波数（例えばω_x＋ω_α）の駆動信号が入力された場合は、信号の位相は−１８０°遅れて出力されることがわかる（図６のＦ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図７ｂである。

【0043】

図８は、電気的なカップリング（寄生容量）による周波数伝達特性を示すブロック図である。電気的なカップリングによる周波数特性の理解は非常に容易であり、振動型ジャイロに用いる周波数帯域においては、寄生容量によるカップリング信号の位相は実質変化しないと考えてよい。すなわち、入力された信号はそのままの位相で出力される。また信号の大きさも寄生容量の値のみに依存し、周波数によらず一定の大きさで出力される。

【0044】

図２〜図８を参照して説明した内容を総合すると、駆動振動する駆動質量体（駆動系）４、６と、角速度により発生するコリオリ力よって変位するように構成された検出質量体（検出系）１４とを有する振動型ジャイロ１において、駆動系共振周波数ω_x（＝ω_y）の駆動信号を入力した場合（モードマッチ）の信号出力は図９のようになる。先ず、ジャイロ１に駆動系共振周波数ω_xの信号を入力すると、該信号が駆動櫛歯によって駆動力に変換され、駆動系に入力される。すると駆動系（駆動質量体４、６）が振動を開始し、この振動の振動変位ｘは−９０°の位相を持ち、駆動速度ｖは０°の位相を持つ。

【0045】

次に、検出系に作用する信号について考える。第１は、コリオリ力による信号である。ジャイロ１が角速度Ωで回転すると、駆動速度ｖと角速度Ωに比例したコリオリ力２ＭｖΩ（Ｍは駆動系の質量）が発生する。このコリオリ力の位相は、駆動速度ｖと同じ０°である。第２は、クワドラチャーエラーによる信号である。ジャイロ１では、プロセスばらつき等によるＭＥＭＳ素子の非対称性のために、駆動変位ｘと同位相のいわゆるクワドラチャーエラーが発生するが、このクワドラチャーエラーの位相は駆動変位ｘと同じ−９０°である。第３は、駆動信号が直接的に検出系に作用することによる、不要な駆動力による信号である。この不要な駆動力は例えば、図１の振動型ジャイロの左側駆動質量体４の部分拡大図である図１１に示ように、駆動櫛歯間（可動櫛歯電極２２と固定櫛歯電極２４との間）のギャップが、通常はｇ３＝ｇ４となるように設計されているのに対して、プロセスばらつきや応力ひずみの影響により、ｇ３≠ｇ４となることによって発生する。この不要な駆動力の信号の位相は、駆動信号と同じ０°である。

【0046】

上述した各信号が検出系を通過することによって、図９に示すように、検出系から出力されるそれぞれの信号の位相は、クワドラチャーエラー信号が−１８０°、レート（角速度）信号が−９０°、不要な駆動力による不要駆動力信号が−９０°となる。さらに、ＭＥＭＳ素子がもつ寄生容量によって、駆動信号が電気的カップリングを直接通過することにより得られるカップリング信号も併せて出力され、その位相は０°となる。

【0047】

これら４種類の信号は、位相検波回路（Demodulator）に送られて検波処理される。ここでは、レート（角速度）信号を検波によって取り出すために、位相検波回路が角速度信号の位相−９０°に調節され、図９に示すように、位相検波回路に送られた信号は、０°信号と９０°信号に分離され、検波信号（復調信号）として出力される。

【0048】

ここで、クワドラチャーエラー信号及びカップリング信号はいずれも、位相検波回路での復調位相（−９０°）と位相が９０°異なるため、９０°信号として出力され、角速度信号の検出値（レート信号）には直接的に影響を及ぼさない。しかし、図９に示すように、不要な駆動力に基づく不要駆動力信号はレート信号と同位相であるため、０°信号として出力され、レート信号と区別ができず、正確な検出の妨げとなっている。また後述するが、非モードマッチ状態では、カップリング信号もレート信号と同位相となることがある。そこで以下に説明する実施形態では、クワドラチャーエラー信号以外の不要信号（不要駆動力信号及びカップリング信号）の影響を排除又は低減する。

【0049】

なおクワドラチャーエラー信号は、検出すべき角速度信号に比べて極めて大きいことが多く、故に角速度信号の検出精度に影響し得るため、クワドラチャーエラーについても補正が必要となる場合がある。しかし、その補正方法については多くの先行技術があり、上述の特許文献１もその例であるので、本願明細書では詳細には言及しない。

【0050】

図１１は、本発明の第１の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示す図であり、上述のジャイロ素子１に適用可能なフィードバック系回路を示すブロック図である。駆動系制御部（図示例ではＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御器５０及びＡＧＣ（Auto Gain Control）制御器５２）が駆動用櫛歯電極２４及び２８に関連付けられており、駆動質量体４及び６が、規定された逆相周波数及び振幅で駆動制御される。ＣＶ５４及び５６はいずれも、静電容量を電圧に変換する変換器であるが、ＣＶ５４はモニタ用櫛歯固定電極３２及び３８に関連付けられ、その出力は駆動質量体の振動制御に使用される。一方ＣＶ５６は、検出質量体１４の回転変位に伴う櫛歯電極４４と検出モニタ用櫛歯固定電極４６及び４８との間の容量変化を電圧に変換し、変換された電圧は検出信号として後述する位相検波回路（復調器）に送られる。

【0051】

ＰＬＬ制御器５０は、第１の周波数（駆動系共振周波数ω_x）を有する第１の駆動信号を出力し、第１の駆動信号は、駆動信号生成部５８に送られる。駆動信号生成部５８は、駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、第１の周波数とは異なる周波数を有する少なくとも１種類の他の駆動信号（図１１の例では、第１の周波数より高い第２の周波数（ω_x＋ω_α）を有する第２の駆動信号）と、を多重化した駆動信号を生成する。より具体的には、駆動波形生成器６０が、第１の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x)）と、第２の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x＋ω_α)）とを生成し、これらの駆動波形が乗算器６２によって、多重化駆動信号として生成される。

【0052】

図１１に示すように、第１の実施形態は、第１及び第２の位相検波回路（Demodulator）６６及び６８を有し、第１の位相検波回路６６は、多重化駆動信号に含まれる第１の駆動信号（周波数ω_x）に基づく検出系の出力信号を復調して第１の検波信号を生成し、第２の位相検波回路６８は、多重化駆動信号に含まれる第２の駆動信号（周波数（ω_x＋ω_α））に基づく検出系の出力信号を復調して第２の検波信号を生成する。

【0053】

図１２ａは、第２の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図である。なお第１の駆動信号に関する信号出力は、図９に示したものと同等なので説明は省略する。第１の実施形態では、図１１に示すように、駆動系共振周波数ω_xの第１の駆動信号を入力する処理（図９）と、駆動系共振周波数及び検出系共振周波数よりも高い第２の周波数（ω_x＋ω_α）の駆動信号を入力する処理（図１２ａ）とを同時に行うこと、すなわち、周波数が異なる２種類の信号を多重化した駆動信号でジャイロを駆動し、各周波数での検波を行う。その結果、第２の位相検波回路６８での復調（図１２ａ）により、検出質量体１４に働く不要な駆動力による信号成分と、電気的なカップリングによる信号成分とを、レート信号から分離して正確なレート出力を得るために、第１の位相検波回路６６からの出力信号（第１の検波信号）を補正するための補正信号として検出することができる。つまり補正信号は、不要信号（不要駆動力信号及びカップリング信号の一方又は双方）のみを含む。なお図１２ａでは、クワドラチャーエラーは微小のため無視できる（点線で図示）。

【0054】

図１２ｂは、図１１のジャイロにおいて、上述の第２の周波数（ω_x＋ω_α）を、駆動系共振周波数及び共振系周波数より低い第３の周波数（ω_x−ω_α）に置換した場合の信号出力を示すブロック図である。図１２ｂの場合は、駆動変位ｘと駆動速度ｖの位相が図１２ａと異なること、さらにこれに起因して、第２の位相検波回路６８′での復調位相が０°となり、検波後のカップリング信号の符号が正となる点を除けば、図１２ａと同様であり、故に得られる作用効果も実質同等である。

【0055】

上述の第１の実施形態は、寄生容量（カップリング）が存在しない、又は無視できる場合に特に有用である。この場合、図９の処理と、図１２ａ又は図１２ｂの処理とを同時に行い（すなわち、駆動系共振周波数ω_xの駆動信号と周波数（ω_x＋ω_α）又は（ω_x−ω_α）の駆動信号との２種類の信号を多重化した駆動信号でジャイロを駆動し、各周波数で検波を行い）、図９の信号出力（第１の検波信号）から図１２ａ又は図１２ｂの出力信号（第２の検波信号、すなわち補正信号）を減算器６９等で減算すれば、極めて正確な角速度信号（レート信号）が得られる。その理由は、寄生容量が存在しない又は無視できる場合は、図１２ａ又は図１２ｂにおけるカップリング信号が無視できるので、不要駆動力信号のみを正確に検出することができるからである。

【0056】

なお、図４を用いて説明したように、図９と図１２ａ又は１２ｂとでは出力される信号（検波信号）の強度が異なるので、例えば図１１に示すように、適当なゲイン７０を用いて、２つの位相検波回路の信号の出力レベルを合わせてから減算補正を行う。従って第１の実施形態では、ゲイン７０が補正信号生成部に相当する。また、第１の実施形態ではモードマッチの場合を説明したが、非モードマッチの場合も同様の作用効果を得ることができる。

【0057】

図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示す図であり、上述のジャイロ素子１に適用可能なフィードバック系回路を示すブロック図である。第２の実施形態は、第１の実施形態において説明した第２の位相検波回路６８及び６８′の双方を具備する（すなわち計３つの位相検波回路を具備する）点で第１の実施形態と相違し、他の点は同等でよい。従って第２の実施形態において第１の実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付与して詳細な説明は省略する。

【0058】

ＰＬＬ制御器５０は、第１の周波数（駆動系共振周波数ω_x）を有する第１の駆動信号を出力し、第１の駆動信号は、駆動信号生成部５８に送られる。駆動信号生成部５８は、駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、第１の周波数とは異なる周波数を有する少なくとも１種類の他の駆動信号（図１３の例では、第１の周波数より高い第２の周波数（ω_x＋ω_α）を有する第２の駆動信号と、第１の周波数より低い第３の周波数（ω_x−ω_α）とを有する第３の駆動信号）とを多重化した駆動信号を生成する。具体的には、駆動波形生成器６０が、第１の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x)）と、第２の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x＋ω_α)）と、第３の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x−ω_α)）とを生成し、これらの駆動波形が乗算器６２によって、多重化駆動信号として生成される。なお第１の周波数と第２の周波数の差と、第１の周波数と第３の周波数の差は互いに等しい（いずれもω_α）。

【0059】

図１３に示すように、第２の実施形態は、第１〜第３の位相検波回路（Demodulator）６６、６８及び６８′を有し、第１の位相検波回路６６は、多重化駆動信号に含まれる第１の駆動信号（周波数ω_x）に基づく検出系の出力信号を復調し、第２の位相検波回路６８は、多重化駆動信号に含まれる第２の駆動信号（周波数（ω_x＋ω_α））に基づく検出系の出力信号を復調し、第３の位相検波回路６８′は、多重化駆動信号に含まれる第３の駆動信号（周波数（ω_x−ω_α））に基づく検出系の出力信号を復調する。第１〜第３の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図は、それぞれ図９、図１２ａ及び図１２ｂのものと同等である。

【0060】

第２の実施形態は、モードマッチ状態において、寄生容量（カップリング）が無視できない場合に特に適している。すなわち、第１の駆動信号による信号出力（図９）では、レート信号と不要駆動力信号とが同位相で出力される一方、第２及び第３の駆動信号による信号出力（図１２ａ及び図１２ｂ）では、いずれもカップリング信号と不要駆動力信号とが同位相で出力されるとともに、図１２ａのカップリング信号（負）と図１２ｂのカップリング信号（正）は符号が逆でかつ同じ大きさである。そこで、図１３に示すような構成を用い、位相検波回路６８及び６８′の出力信号（第２の検波信号）を加算処理することにより、カップリング信号が相殺され、不要駆動力信号のみを正確に検出することができる。その後、加算処理された出力に適当なゲイン７０を乗算し、不要駆動力信号成分のみを含む補正信号を生成して、第１の位相検波回路の出力信号（第１の検波信号）から減算することにより、極めて正確な角速度信号（レート信号）を検出することができる。従って第２の実施形態では、ゲイン７０と、ゲイン７０の処理の前に加算処理を行う加算器７２とが補正信号生成部に相当する。

【0061】

このように第２の実施形態では、寄生容量が無視できない場合であっても、駆動質量体の共振周波数及び検出質量体の共振周波数よりも高い周波数の駆動信号と、駆動質量体の共振周波数及び検出質量体の共振周波数よりも低い周波数の駆動信号とを含む多重化駆動信号を用いてジャイロを駆動し、検出系からの信号出力をそれぞれの周波数で復調することにより、差動成分と同相成分を検出することができる。従って、検出質量体に働く不要な駆動力による信号成分（不要駆動力信号）から、電気的なカップリングによる信号成分（カップリング信号）を分離して、不要信号のみを含む補正信号として検出することができる。

【0062】

図１４は、本発明の第３の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示す図であり、上述のジャイロ素子１に適用可能なフィードバック系回路を示すブロック図である。第３の実施形態は、第２の実施形態にさらに、第４の周波数（ω_x＋ω_β）を有する第４の駆動信号に関する検波処理を行う第４の位相検波回路７４を具備する（すなわち計４つの位相検波回路を具備する）点で第２の実施形態と相違し、他の点は同等でよい。従って第３の実施形態において第２の実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付与して詳細な説明は省略する。

【0063】

ＰＬＬ制御器５０は、第１の周波数（駆動系共振周波数ω_x）を有する第１の駆動信号を出力し、第１の駆動信号は、駆動信号生成部５８に送られる。駆動信号生成部５８は、駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、第１の周波数とは異なる周波数を有する少なくとも１種類の他の駆動信号（図１４の例では、第１の周波数より高い第２の周波数（ω_x＋ω_α）を有する第２の駆動信号と、第１の周波数より低い第３の周波数（ω_x−ω_α）を有する第３の駆動信号と、第２の周波数よりさらに高い第４の周波数（ω_x＋ω_β）を有する第４の駆動信号）とを多重化した駆動信号を生成する。具体的には、駆動波形生成器６０が、第１の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x)）と、第２の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x＋ω_α)）と、第３の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x−ω_α)）と、第４の駆動信号に基づく駆動波形（sin(ω_x＋ω_β)）とを生成し、これらの駆動波形が乗算器６２によって、多重化駆動信号として生成される。なお第４の駆動信号として、第２の周波数よりさらに高い周波数（ω_x＋ω_β）を有する駆動信号の代わりに、第３の周波数よりさらに低い周波数（ω_x−ω_β）を有する駆動信号を用いてもよい。

【0064】

図１４に示すように、第３の実施形態は、第１〜第４の位相検波回路（Demodulator）６６、６８、６８′及び７４を有し、第１の位相検波回路６６は、多重化駆動信号に含まれる第１の駆動信号（周波数ω_x）に基づく検出系の出力信号を復調し、第２の位相検波回路６８は、多重化駆動信号に含まれる第２の駆動信号（周波数（ω_x＋ω_α））に基づく検出系の出力信号を復調し、第３の位相検波回路６８′は、多重化駆動信号に含まれる第３の駆動信号（周波数（ω_x−ω_α））に基づく検出系の出力信号を復調し、第４の位相検波回路７４は、多重化駆動信号に含まれる第４の駆動信号（周波数（ω_x＋ω_β））に基づく検出系の出力信号を復調する。第１〜第３の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図は、それぞれ図９、図１２ａ及び図１２ｂのものと同等であり、第４の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図は図１５に示される。

【0065】

第４の駆動信号の周波数（ω_x＋ω_β）は、第２の周波数（ω_x＋ω_α）よりもさらに高く、故に駆動系共振周波数（ω_x）から大きく乖離している。このような帯域の周波数の駆動信号でジャイロを駆動した場合は、図４等からもわかるように、検出系からの出力信号はいずれも無視できる。その結果、図１５に示すように、第４の位相検波回路７４からの出力は、実質的にカップリング信号のみを含むものとなる。なお、第４の駆動信号として、第３の周波数よりさらに低い周波数（ω_x−ω_β）を有する駆動信号を用いた場合も同様である。従って第３の実施形態では、検出系からの出力信号がいずれも無視できるような周波数の駆動信号を含む多重化駆動信号を用いてジャイロを駆動し、検出系からの信号出力をそれぞれの周波数で復調することにより、寄生容量（電気的なカップリング）による信号成分を補正信号として検出することができる。

【0066】

換言すれば、第２の駆動信号（ω_x＋ω_α）及び第３の駆動信号（ω_x−ω_α）は、検出系からの出力信号のうち、クワドラチャーエラー信号及びレート信号は無視できるが、不要駆動力信号は無視できない強度となるように設定される（図１２ａ、図１２ｂ等）。これは第１及び第２の実施形態においても同様である。

【0067】

また第３の実施形態は、非モードマッチ状態において、寄生容量（カップリング）が無視できない場合に特に適している。非モードマッチ状態（図６等）では、駆動系共振周波数（ω_x）で駆動したときの信号出力は、図９に示したものとは異なり、図１６ａに示すようなものとなる。具体的には、検出系１４からの各信号の位相が異なるので、その結果、非モードマッチ状態では、第１の位相検波回路６６から出力されるレート信号は、カップリング信号と不要駆動力信号の両方を不要成分として含んでいる。そこで、図１４に示す第３の実施形態では、第２及び第３の位相検波回路６８及び６８′によってカップリング信号を相殺できる（不要駆動力信号のみを検出できる）ことに加え、第４の位相検波回路７４によってカップリング信号のみを検出することができる（図１５）ので、これらを補正信号として生成して第１の位相検波回路の出力信号（第１の検波信号）から減算することにより、極めて正確な角速度信号（レート信号）を検出することができる。従って第３の実施形態では、位相検波回路６８、６８′及び７４からの出力信号が第２の検波信号に相当し、ゲイン７０、ゲイン７０の処理の前に加算処理を行う加算器７２、及び第４の位相検波回路７４が補正信号生成部に相当する。

【0068】

なお図１６ｂ及び図１６ｃはそれぞれ、非モードマッチ状態において、第２の駆動信号及び第３の駆動信号に関する信号出力を示すブロック図である。非モードマッチ状態でも、第２の実施形態と同様、２種類のカップリング信号は符号が逆でかつ同じ大きさなので、位相検波回路６８及び６８′の出力信号を加算処理することにより、カップリング信号が相殺され、不要駆動力信号のみを正確に検出することができる。

【0069】

なお本発明は、上述の第１〜第３の実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、図１４の構成において第２及び第３の位相検波回路６８及び６８′を削除し、第４の位相検波回路７４を用いてカップリング信号に関する補正信号を生成する形態も可能である。また位相検波回路は、各実施形態のように復調位相に応じて別個の回路を用いてもよいし、実質一体の装置が各検波回路の機能を具備するようにしてもよく、いずれの態様も本発明に含まれるものとする。

【0070】

上述のように各実施形態は、角速度と同位相で出力される不要信号を補正する手段を備えた振動型ジャイロに係るものである。具体的には、本発明では、本来必要な駆動系共振周波数に一致した駆動信号に加え、補正信号を生成するために周波数の異なる１種類又は複数種の駆動信号を多重化した信号で振動型ジャイロを駆動する。そして上述のように、不要駆動力信号及びカップリング信号の一方又は双方を含んだ不要信号のみを検出することができ、これを補正信号として、不要信号を含んだ角速度検出信号（レート信号）から減算することによって、極めて正確な（純粋な）角速度信号を検出することができる。

【0071】

なお図１２ａ〜図１２ｃ、図１５〜図１６ｃにおいて、主要な（無視できない）信号は実線で示され、十分に小さく無視できる信号は点線で示されている。また各（交流）信号名称の後の「:」の後ろの数字は出力位相を示し、検波器「Demodulator」通過後の信号は直流信号であるため「:」の後ろはその正負を示す。また検波器「Demodulator」通過後の信号のうち、十分小さく無視できる信号には「（微小）」なる記載を付した。

【0072】

以上、本発明の好適な実施形態として、角速度により発生するコリオリ力よって回転励振されるように構成された検出質量体と、該検出質量体の内側に設けられ、互いに逆相で振動する一対の駆動質量体とを有する振動型ジャイロが説明されたが、本発明の適用対象はこのようなジャイロに限られず、角速度入力によって変位し得る検出質量体を有するものであればどのようなジャイロにも適用できる。また、駆動質量体と検出質量体が実質一体の構造体となっており、当該構造体が駆動質量体と検出質量体の双方の機能を具備するようなタイプの振動型ジャイロも本発明の適用対象に含まれる。

【0073】

また本発明は、特許文献１に記載のような、クワドラチャーエラー抑制のためのＡＣ櫛歯電極及びＤＣ櫛歯電極を有した振動型ジャイロにも適用可能である。すなわち、本発明のバイアス補正と、クワドラチャーエラー抑制とは同時に行うことが可能である。

【符号の説明】

【0074】

１ 振動型ジャイロ
２ 基板
４、６ 駆動質量体
１２ 中央連結ばね
１４ 検出質量体
２４、２８ 駆動用櫛歯固定電極
３２、３８ 駆動モニタ用櫛歯固定電極
４６、４８ 検出モニタ用櫛歯固定電極
５０ ＰＬＬ制御器
５２ ＡＧＣ制御器
５４、５６ ＣＶ変換器
５８ 駆動信号生成部
６０ 駆動波形生成器
６２ 乗算器
６６、６８、６８′、７４ 位相検波回路
６９ 減算器
７２ 加算器

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16a】

【図16b】

【図16c】