特許 6395874 ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法とシステム

(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】6395874

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法とシステム

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5776 20120101AFI20180913BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/5776

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-574441(P2016-574441)

(86)(22)【出願日】2015年6月26日

(65)【公表番号】特表2017-519215(P2017-519215A)

(43)【公表日】2017年7月13日

(86)【国際出願番号】CN2015082554

(87)【国際公開番号】WO2015197030

(87)【国際公開日】20151230

【審査請求日】2017年2月10日

(31)【優先権主張番号】201410300802.4

(32)【優先日】2014年6月26日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】512154987

【氏名又は名称】無錫華潤上華半導体有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】呉 ▲華▼剛

【審査官】 國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】 登録実用新案第３１５９０４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−０３８９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１６７６３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０２５１９４４４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／５６ − １９／５７８３

Ｈ０３Ｂ ５／３０ − ５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視ステップと、
前記平均振幅値が最低目標振幅値より低い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記平均振幅値が最高目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正ステップと、
を含むことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項2】

請求項１に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
前記監視ステップは、共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得し、
前記校正ステップは、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最低目標振幅値より低い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する
ことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項3】

請求項２に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
前記校正ステップは、
前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値よりも高くない、且つ前記最低目標振幅値よりも低くない場合、共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得し、
前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最低目標振幅値より低い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整し、
調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用し、
調整した後、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値よりも高くない且つ前記最低目標振幅値よりも低くない場合、共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得し、
前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最低目標振幅値より低い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値より高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整し、
調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する
ことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項4】

請求項３に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
前記調整を行った後、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値よりも高くない、且つ前記最低目標振幅値よりも低くない場合、共振維持段階における前段の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得するステップは、
前記の、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整した後、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が最適目標振幅値よりも低くない場合、又は、前記の、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整した後、前記共振維持段階における後段の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最適目標振幅値よりも高くない場合、共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得し、但し、前記最適目標振幅値は、前記最低目標振幅値よりも低くなく、且つ前記最高目標振幅値よりも高くないものであり、
前記の、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整した後、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最適目標振幅値より低い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように引き続き調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用し、
前記の、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整した後、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最適目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように引く続き調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する
ことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項5】

請求項４に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
前記の、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用した後、前記の、前記強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整した後、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最適目標振幅値よりも低くない場合、又は、前記の、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整した後、前記共振維持段階における前段の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最適目標振幅値よりも高くない場合、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値よりも高くなく、且つ前記最低目標振幅値よりも低くなく、且つ前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値よりも高くなく、且つ前記最低目標振幅値よりも低くないと、校正を完了し、
前記の、前記強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整した後、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最適目標振幅値より低い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を高くするように引き続き調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用し、
前記の、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整した後、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最適目標振幅値より高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように引き続き調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する
ことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
前記最低目標振幅値と前記最高目標振幅値との差の１／２は、前記ジャイロセンサーのノイズの値より大きいことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項7】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視ステップと、
前記平均振幅値が最低目標振幅値より低い場合、強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記平均振幅値が最高目標振幅値より高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正ステップと、
を含むことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項8】

請求項７に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
前記監視ステップは、共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得し、
前記校正ステップは、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最低目標振幅値より低い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値より高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する
ことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
前記最低目標振幅値と前記最高目標振幅値との差の１／２は、前記ジャイロセンサーのノイズの値より大きいことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法。

【請求項10】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムにおいて、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視モジュールと、
前記平均振幅値と、最低目標振幅値及び最高目標振幅値との大小関係を判断し、前記平均振幅値が最低目標振幅値より低い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記平均振幅値が最高目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正モジュールと、
を含むことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステム。

【請求項11】

請求項１０に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムにおいて、
前記監視モジュールは、共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得するためのものであり、
前記校正モジュールは、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値と、最低目標振幅値及び最高目標振幅値との大小関係を判断し、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最低目標振幅値より低い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記共振維持段階における後段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用するためのものである
ことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステム。

【請求項12】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムにおいて、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視モジュールと、
前記平均振幅値と、最低目標振幅値及び最高目標振幅値との大小関係を判断し、前記平均振幅値が最低目標振幅値より低い場合、強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記平均振幅値が最高目標振幅値より高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正モジュールと、
を含むことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステム。

【請求項13】

請求項１２に記載のジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムにおいて、
前記監視モジュールは、共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得するためのものであり、
前記校正モジュールは、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値と、最低目標振幅値及び最高目標振幅値との大小関係を判断し、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最低目標振幅値より低い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記共振維持段階における前段部分の第一の予定数値の波形の平均振幅値が前記最高目標振幅値より高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用するためのものである
ことを特徴とするジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微小電気機械システムの技術分野に関し、特に、ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法とシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、微小電気機械システム)は、集積回路製造技術及び微細加工技術により、マイクロ構造、マイクロセンサー、マイクロアクチュエーター、制御処理回路乃至インターフェース、通信及び電源などを１つ又は複数のチップ上に製造した集積マイクロシステムである。ＭＥＭＳ技術の発展に伴い、ＭＥＭＳ技術によって製造された加速度センサー及びジャイロは、自動車分野や消費電子分野に広く用いられている。

【0003】

ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)から構成されたジャイロセンサーは、ＲＬＣ共振回路によりシミュレーションされ、一定の共振周波数を有する。応用上は、帯域幅を広げるために、センサーの正弦波駆動信号を、強制発振、共振維持及び共振停止の３つの段階に分ける必要がある。これにより、ジャイロが速く共振して外部からのトリガーに応じることができる。理想的な共振回路においては、上記した３つの段階における駆動時点及び振幅の大きさを公式を用いて算出することができる。しかし、実際に、センサーの製造過程での加工偏差、非対称性、又は温度変化に起因する特性が原因で、公式をそのまま利用するだけでは事実から遠ざかってしまうおそれがある。

【0004】

図１を参照すると、１００に示す従来のセンサー駆動検出構成は、電荷増幅器１０１、振幅位相及び角速度検出器１０２、ＡＤＣ（アナログ-デジタル変換器）１０３、制御モジュール１０４、ＤＤＳ＋ＤＡＣ(デジタル-アナログ変換器)１０５、公式又はテーブルモジュール１０６、及び可変ゲインアンプ１０７を含む。

【0005】

図３を参照すると、センサーが応用される帯域幅を広げるために、公式又はテーブルモジュール１０６は、可変ゲインアンプ１０７に対して、異なる３つの幅の値を出力する。これにより、公式又はテーブルモジュール１０６から出される正弦波信号は、可変ゲインアンプ１０７によって増幅され、強制発振段階３０１、共振維持段階３０２及び共振停止段階３０３の３つの段階に分けて、センサーを駆動する。

【0006】

センサー回路振幅の時間領域応答は、電荷増幅器１０１で積算されてから以下の指数式によりシミュレーションされる。

【数1】

【0007】

Ｙ（ｔ）とＸ（ｔ）は、それぞれ電荷増幅器の出力とセンサー駆動の時間領域信号を表し、Ｇはセンサーから電荷増幅器までの回路ゲインであり、Ｑ値はセンサーの品質係数であり、ｆはセンサーの共振周波数である。

【0008】

電荷放電器の出力は、Ａ２・Ｇの振幅となる時に角速度の検出を行う場合、可変ゲインアンプ１０７の３つの段階における信号強度の比例を共振回路式によって次のように計算する。

【数2】

【数3】

【数4】

【0009】

Ｔ１は強制発振の時間であり、Ｔ３は共振停止の時間であり、一般的に、Ｔ１とＴ３は等しい。

【0010】

式（１）（２）（３）は、理想的なＲＬＣ回路信号応答モデルに基づいて逆算して導かれたものであり、一方、ジャイロ自体は、製造上の偏差によりその本来の応答が理想的なモデルから離れてしまうため、単純に式を利用して、又はテーブルを調べて算出した駆動振幅は、安定的な共振を維持するために設定された必要な振幅を達成できず、角速度センシングの精確性に悪影響を与え、特に、ジャイロは、その使用を原因とするもしくは温度の影響によって応答が減衰した場合に、従来の方法に従って駆動すると、センシングされる速度に対応した感度も低下する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

従って、安定的な共振の振幅を維持し、角速度センシングの精確性を向上することができるジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法を提供する必要がある。また、ジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視ステップと、
前記平均振幅値が最低目標振幅値より低い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記平均振幅値が最高目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正ステップとを含む。

【0013】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法において、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視ステップと、
前記平均振幅値が最低目標振幅値より低い場合、強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記平均振幅値が最高目標振幅値より高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正ステップとを含む。

【0014】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムにおいて、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視モジュールと、
前記平均振幅値と最低目標振幅値及び最高目標振幅値との大小関係を判断し、前記平均振幅値が最高目標振幅値より高い場合、前記共振維持段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記共振維持段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整した前記共振維持段階の予定振幅値、調整しなかった強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正モジュールとを含む。

【0015】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムにおいて、
共振維持段階における第一の予定数値の波形の平均振幅値を取得する監視モジュールと、
前記平均振幅値と最低目標振幅値及び最高目標振幅値との大小関係を判断し、前記平均振幅値が最低目標振幅値より低い場合、強制発振段階の予定振幅値を高くするように調整し、前記平均振幅値が最高目標振幅値よりも高い場合、前記強制発振段階の予定振幅値を低くするように調整し、調整した前記強制発振段階の予定振幅値に基づいて共振停止段階の予定振幅値を調整すると共に、調整しなかった前記共振維持段階の予定振幅値、調整した強制発振段階の予定振幅値及び調整した共振停止段階の予定振幅値を次の振動周期に応用する校正モジュールとを含む。

【発明の効果】

【0016】

上記したジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法とシステムは、共振維持時間において、センサーが振幅信号（平均振幅値）に応答するフィードバックによって駆動信号（予定振幅値）の大きさを調整して、共振維持時間における応答振幅が一致していくように共振の振幅値を安定的に維持し、角速度センシングの精確性を向上させる。

【0017】

指数式は、センサー校正段階において、ソフトウエアの設定に使用され、校正段階において得た応答振幅値及び駆動振幅を、チップ固有の不発揮性メモリに記録し、校正した後、使用段階の応答振幅が校正段階と一致するようにし、角速度のセンシングの一貫性を維持する。それと共に、センサー自体、又はその後の製造プロセスにおける偏差を改善し、良品率を向上させることができる。ハードウェアのコスト面では、本発明のアルゴリズムは、有限状態マシンの方式での実施が可能であり、コスト上有利である。

【0018】

本発明の実施例又は従来の技術の技術案をより一層明瞭に説明するために、以下、実施例又は従来の技術に関する記載において使用される図面を簡単に説明する。なお、以下の記載の図面は本発明の幾つかの実施例にすぎず、当業者にとって創造的な工夫をしない前提でこれらの図面から他の実施例に係る図面を得ることもできることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】従来のセンサー駆動検出構成図である。

【図2】１つの実施例におけるセンサー駆動検出構成図である。

【図3】センサー振動段階を示す図である。

【図4】１つの実施例におけるジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法のフローチャートである。

【図5】１つの実施例におけるジャイロセンサーの駆動振幅を校正するシステムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明をよりよく理解するために、以下、関連図面を参照しながら本発明を全面的に記述する。図面には本発明の好適な実施例を示す。しかし、本発明は多くの形態で実現することができ、本明細書に記載される実施例に限らない。それに対して、これらの実施例を提供する目的は、本発明の開示内容をより一層徹底的、かつ全面的に理解するためである。

【0021】

別途に定義されない限り、本書類に用いられる全ての技術用語と科学用語は本発明の技術分野に属する当業者の通常の理解による意味と同じである。本書類では、本発明の明細書において用いられる用語は具体的な実施例を記述するために用いられ、本発明を制限することを意図するものではない。本書類に用いられる用語の「及び/又は」は、言及された１つ又は複数の関連項目の内の任意の項目の組み合わせ全体を含む。

【0022】

次に、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を詳しく記述する。

【0023】

図２は１つの実施例に係るセンサー駆動検出構成図であり、電荷増幅器２０１、振幅位相及び角速度検出器２０２、ＡＤＣ（アナログ-デジタル変換器）２０３、制御モジュール２０４、ＤＤＳ＋ＤＡＣ(デジタル-アナログ変換器)２０５、振幅校正モジュール２０６、及び可変ゲインアンプ２０７を含む。

【0024】

図３はセンサー振動段階を示す図である。

【0025】

以下の記述では、強制発振段階はセンサーの正弦波駆動信号が発振から安定するまでの段階であり、共振維持段階はセンサーの正弦波駆動信号が安定している段階であり、共振停止段階はセンサーの正弦波駆動信号が安定した状態から停止するまでの段階である。

【0026】

第一の予定数値をＮとし、共振維持段階３０２における後段部分のＮ個の波形の平均振幅値をＳＡとし、共振維持段階３０２における前段部分のＮ個の波形の平均振幅値をＤＡとする。後段部分は共振維持段階３０２が終了する前の段階となり、前段部分は共振維持段階３０２が開始した後の段階となる。本実施例において、ＳＡは共振維持段階３０２における後ろからＮ個の波形の平均振幅値となり、ＤＡは共振維持段階３０２における前からＮ個の波形の平均振幅値となる。もちろん、他の実施例において、Ｎ個の波形は適宜偏移してもよく、共振維持段階３０２における任意の部分にあってもいい。

【0027】

最低目標振幅値をＡＭＰＬとし、最高目標振幅値をＡＭＰＨとし、最適目標振幅値をＡＭＰＭとする。ＡＭＰＬとＡＭＰＨの選定はシステムのノイズレベルを参照する必要があり、（ＡＭＰＨ−ＡＭＰＬ）/２の値は、適応アルゴリズムを収束するように、システムのノイズ値よりやや大きくされている。

【0028】

強制発振段階３０１における予定振幅値をＡ１とし、共振維持段階３０２における予定振幅値をＡ２とし、共振停止段階３０３における予定振幅値をＡ３とする。記述をわかりやすくするため、Ａ１、Ａ２、Ａ３のそれぞれは、強制発振段階３０１、共振維持段階３０２、共振停止段階３０３の実際の駆動振幅を表すものでもある。Ａ１、Ａ２、Ａ３は以下の式を満たす。

【数5】

【数6】

【0029】

Ｔ１は強制発振の時間であり、Ｔ３は共振停止の時間であり、Ｔ１とＴ３は等しい。よって、以下の式を得る。

【数7】

【0030】

図４は１実施例におけるジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法のフローチャートである。

【0031】

ジャイロセンサーの駆動振幅を校正する方法であって、以下のステップを含む。

【0032】

ステップＳ４０１：校正を開始し、ＡＭＰＬ、ＡＭＰＭ、ＡＭＰＨ、Ａ１、Ａ２、Ａ３を初期化する。

【0033】

ステップＳ４０２：共振維持段階３０２における後ろからＮ個の波形の平均振幅値ＳＡを取得し、ＳＡが最低目標振幅値ＡＭＰＬより低いかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４０３に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４０５に移行する。

【0034】

ステップＳ４０３：共振維持段階３０２における予定振幅値Ａ２を高める。そして、高く調整したＡ２、調整しなかったＡ１及び式（４）により、Ａ３を求めると共に、調整しなかったＡ１と、調整したＡ２と、調整したＡ３を次の振動周期に応用する。本実施例において、Ａ２に対して１を加算する処理を行う。

【0035】

ステップＳ４０４：ＳＡが最適目標振幅値ＡＭＰＭより低くないかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４０８に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４０３に移行する。本判断ステップはステップＳ４０３に記載した次の振動周期において実行されるものである。

【0036】

ステップＳ４０５：ＳＡが最高目標振幅値ＡＭＰＨより高いかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４０６に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４０８に移行する。

【0037】

ステップＳ４０６：共振維持段階３０２における予定振幅値Ａ２を低くなるように調整する。そして、調整したＡ２、調整しなかったＡ１及び式（４）によりＡ３を求めると共に、調整しなかったＡ１、調整したＡ２、調整したＡ３を次の振動周期に応用して引き続きＳＡを取得する。本実施例において、Ａ２に対して１を減算する処理を行う。

【0038】

ステップＳ４０７：ＳＡが最適目標振幅値ＡＭＰＭより高くないかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４０８に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４０６に移行する。本判断ステップはステップＳ４０６に記載した次の振動周期において実行されるものである。

【0039】

ステップＳ４０３、Ｓ４０４において、ＳＡの振幅は予定の低レベル（最低目標振幅値）ＡＭＰＬより小さい場合、共振維持段階３０２における駆動振幅（Ａ２）はまだ小さいということを表し、次の周期においてＳＡの振幅がＡＭＰＭと同じ又はそれよりも大きくなるまで、Ａ２を引き続き増加させる必要がある。同様に、ステップＳ４０６、Ｓ４０７において、ＳＡの振幅が予定の高レベル（最高目標振幅値）ＡＭＰＨより大きい場合、次の周期におけるＳＡの振幅がＡＭＰＭと同じ又はそれよりも小さくなるまでＡ２を引き続き減少させる。

【0040】

校正方法は、ステップＳ４０８に入る前に、共振維持段階３０２における後段の応答振幅（後ろからＮ個の波形の平均振幅値）ＳＡは徐々にＡＭＰＭに近づくが、共振維持段階３０２における応答振幅は強制発振段階３０１における駆動振幅（Ａ１）にも影響されるので、強制発振段階３０１における駆動振幅Ａ１を調整しないと、共振維持段階３０２における区間の振幅は、すべての期間において安定を維持することができない。それ以降のステップＳ４０８、Ｓ４０９、Ｓ４１０、Ｓ４１１、Ｓ４１２、Ｓ４１３は、共振維持段階３０２における前からＮ個の波形の平均振幅値ＤＡに基づいてＡ１を調整する。

【0041】

もちろん、他の実施例において、ＤＡに基づいてＡ１を調整するステップに入る必要はない。なぜなら、センサー信号の検出は共振維持段階３０２の後端に寄り、共振維持段階３０２の後端ＳＡがＡＭＰＭに近づくほど復元信号の検出に用いることができ、ＡＭＰＬ＜＝ＳＡ＜＝ＡＭＰＨを満たすと、校正が完成するからである。

【0042】

ステップＳ４０８：共振維持段階３０２における前からＮ個の波形の平均振幅値ＤＡを取得し、ＤＡが最低目標振幅値ＡＭＰＬより低いかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４０９に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４１１に移行する。

【0043】

ステップＳ４０９：共振維持段階３０２における予定振幅値Ａ１を高める。そして、高くなったＡ１、調整しなかったＡ２及び式（４）によりＡ３を求めると共に、調整したＡ１と、調整しなかったＡ２と、調整したＡ３を次の振動周期に応用して引き続きＤＡを取得する。本実施例において、Ａ１に対して１を加算する処理を行う。

【0044】

ステップＳ４１０：ＤＡが最適目標振幅値ＡＭＰＭより低くないかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４０９に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４１４に移行する。本判断ステップはステップＳ４０９に記載した次の振動周期において実行されるものである。

【0045】

ステップＳ４１１：ＤＡが最高目標振幅値ＡＭＰＨより高いかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４１２に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４１４に移行する。

【0046】

ステップＳ４１２：強制発振段階３０１における予定振幅値Ａ１を低くするように調整する。そして、低く調整したＡ１、調整しなかったＡ２及び式（４）によりＡ３を求めると共に、調整したＡ１、調整しなかったＡ２、調整したＡ３を次の振動周期に応用して引き続きＤＡを取得する。本実施例において、Ａ１に対して１を減算する処理を行う。

【0047】

ステップＳ４１３：ＤＡが最適目標振幅値ＡＭＰＭより高くないかを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４１４に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４１２に移行する。本判断ステップはステップＳ４１２に記載した次の振動周期において実行されるものである。

【0048】

ステップＳ４１４：ＡＭＰＬ＜＝ＳＡ＜＝ＡＭＰＨ、且つＡＭＰＬ＜＝ＤＡ＜＝ＡＭＰＨを満たすか否かを判断する。Ｙの場合、ステップＳ４１５に移行し、Ｎの場合、ステップＳ４０２に移行する。

【0049】

ステップＳ４１５：校正を終了する。

【0050】

ＤＡの振幅がＡＭＰＬより小さい時、ステップＳ４０９、Ｓ４１０によりＡ１を逐次増加させることで、ＤＡはＡＭＰＭと等しい又はそれよりも大きくなるまでＤＡの応答を増加させる。同様に、ＤＡがＡＭＰＨより大きい時、ステップＳ４１２、Ｓ４１３によりＡ１を逐次減少させることで、ＤＡがＡＭＰＭと等しい又はそれよりも小さくなるまでＤＡの応答を低減させる。

【0051】

Ａ２、Ａ１を調整する過程において、ＳＡとＤＡの振幅同士が互いに影響を与え、且つ正の相関関係があるので、ステップＳ４１４での検出を通過できないと、改めてステップＳ４０２から校正を再開しなければならない。最後に、理想的なＡ１、Ａ２、Ａ３駆動振幅を得ると共に、共振維持段階３０２における応答振幅がＡＭＰＭに近づくようにして、角速度の検出を安定的に維持することができる。

【0052】

別の実施例において、ＳＡとＤＡを調整するステップを同時に行ってもよい。即ち、振動段階毎にＳＡとＤＡを同期的に調整し、本実施例のように振動段階毎にＳＡ又はＤＡのいずれか１つを調整しなくてもいい。

【0053】

ステップＳ４０４、Ｓ４１０における最適目標振幅値ＡＭＰＭは、最低目標振幅値ＡＭＰＬと差し替え可能である。ステップＳ４０７、Ｓ４１３における最適目標振幅値ＡＭＰＭは、最高目標振幅値ＡＭＰＨと差し替え可能であり、即ち、ＤＡとＳＡの値がＡＭＰＬとＡＭＰＨの間にあるように校正すればいい。

【0054】

図５を参照すると、監視モジュール５１０と、校正モジュール５２０と、ジャイロセンサー５３０とを備えたジャイロセンサー駆動振幅を校正するシステムが開示されている。図２を参照すると、本実施例において、監視モジュール５１０は、少なくとも図２における電荷増幅器２０１と振幅位相及び角速度検出器２０２とを含む必要があり、校正モジュール５２０は、少なくとも図２における振幅校正モジュール２０６を含む必要がある。

【0055】

監視モジュール５１０は、共振維持段階３０２における後段部分のＮ個の波形の平均振幅値ＳＡを取得するためのものである。

【0056】

校正モジュール５２０は、共振維持段階３０２における後段部分のＮ個の波形の平均振幅値ＳＡと、最低目標振幅値ＡＭＰＬ及び最高目標振幅値ＡＭＰＨとの大小関係を判断し、ＳＡがＡＭＰＬより低い場合、共振維持段階の予定振幅値Ａ２を高くするように調整し、ＳＡがＡＭＰＨより高い場合、Ａ２を低くするように調整し、調整したＡ２に基づいて共振停止段階の予定振幅値Ａ３を調整すると共に、調整しなかったＡ１、調整したＡ２及び調整したＡ３を次の振動周期に応用するためのものである。

【0057】

ＳＡによりＡ２を徐々に校正することに従って、共振維持段階３０２における後段の応答振幅（後ろからＮ個の波形の平均振幅値）ＳＡは徐々にＡＭＰＭに近づいたが、共振維持段階３０２における応答振幅は強制発振段階３０１における駆動振幅（Ａ１）にも影響するので、強制発振段階３０１における駆動振幅Ａ１を調整しないと、共振維持段階３０２における区間の振幅は、すべての期間において安定を維持することができない。このため、その後、システムは共振維持段階３０２における前からＮ個の波形の平均振幅値ＤＡに基づいてＡ１を調整する。

【0058】

もちろん、他の実施例において、ＤＡに基づいてＡ１を調整するステップに入る必要はない。なぜなら、センサー信号の検出は共振維持段階３０２の後端に寄り、共振維持段階３０２の後端ＳＡがＡＭＰＭに近づくほど復元信号の検出に用いることができるので、ＡＭＰＬ＜＝ＳＡ＜＝ＡＭＰＨを満たすと、校正が完成するからである。

【0059】

上述した監視モジュール５１０は、共振維持段階における前段部分のＮ個の波形の平均振幅値ＤＡを取得するためのものでもある。

【0060】

上述した校正モジュール５２０は、共振維持段階３０２における前段部分のＮ個の波形の平均振幅値ＤＡと、最低目標振幅値ＡＭＰＬ及び最高目標振幅値ＡＭＰＨとの大小関係を判断し、ＤＡがＡＭＰＬより低い場合、強制発振段階の予定振幅値Ａ１を高くするように調整し、ＤＡがＡＭＰＨより高い場合、Ａ１を低くするように調整し、調整したＡ１に基づいてＡ３を調整すると共に、調整したＡ１、調整しなかったＡ２及び調整したＡ３を次の振動周期に応用するためのものでもある。

【0061】

最後に、理想的なＡ１、Ａ２、Ａ３駆動振幅を得ると共に、共振維持段階３０２における応答振幅は、最低目標振幅値ＡＭＰＬと最高目標振幅値ＡＭＰＨの間にあるように維持して、角速度の検出を安定的に維持することができる。

【0062】

別の実施例において、ＳＡとＤＡを調整するステップを同時に行ってもよい。即ち、振動段階毎にＳＡとＤＡを同期的に調整し、本実施例のような振動段階毎にＳＡ又はＤＡのいずれか１つを調整しなくてもいい。このようにして、収束を早めることができるが、変動することもあるので、調整する程度を適宜設定する必要がある。

【0063】

図４のフローチャートの各ステップは、矢印の指示に沿って順次示されているが、これらのステップは必ずしも矢印の指示順序に沿って実行されるわけではない。本文に明示されない限り、これらのステップの実行は順序によって厳密に制限されず、他の順序で実行してもいい。また、図４の内少なくとも一部のステップは複数のサブステップ又は複数の段階を含み、これらのサブステップ又は段階は必ずしも同一時刻で実行されずに、異なる時刻で実行してもよく、それらの実行順序も必ずしも順序通りに実行するものではなく、他のステップ、或いは、他のステップのサブステップ又は段階の少なくとも一部と順番に又は入れ替えて実行することができる。

【0064】

上記実施例は本発明の幾つかの実施形態を表すのみであり、比較的具体的且つ詳しく記載したが、それによって本発明の特許範囲を限定するものと理解されるべきではない。明記しなければならないのは、当業者にとって、本発明の構想を逸脱しない前提で様々な改良、変形が可能であり、いずれも本発明の保護範囲に属する。従って、本発明の特許保護の範囲は添付する特許請求の範囲を基準としなければならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】