特許 6623615 振動型ジャイロセンサ、電子機器及び移動体

(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】6623615

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】振動型ジャイロセンサ、電子機器及び移動体

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5614 20120101AFI20191216BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20191216BHJP

   H01L 41/04 20060101ALI20191216BHJP

   H03H 9/24 20060101ALI20191216BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/5614

   H01L41/113

   H01L41/04

   H03H9/24 B

【請求項の数】5

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-162710(P2015-162710)

(22)【出願日】2015年8月20日

(65)【公開番号】特開2017-40566(P2017-40566A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2018年7月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】松田 篤史

(72)【発明者】

【氏名】海野 晶裕

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５７２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５４４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３７１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１２９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３３８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２８９５３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２７９３０３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／００ − Ｇ０１Ｃ １９／７２

Ｈ０１Ｌ ２７／２０

Ｈ０１Ｌ ４１／００ − Ｈ０１Ｌ ４１／４７

Ｈ０３Ｈ ３／００７ − Ｈ０３Ｈ ３／０６

Ｈ０３Ｈ ９／００ − Ｈ０３Ｈ ９／１３５

Ｈ０３Ｈ ９／１５ − Ｈ０３Ｈ ９／２４

Ｈ０３Ｈ ９／３０ − Ｈ０３Ｈ ９／４０

Ｈ０３Ｈ ９／４６ − Ｈ０３Ｈ ９／６２

Ｈ０３Ｈ ９／６６

Ｈ０３Ｈ ９／７０

Ｈ０３Ｈ ９／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動子と、
前記振動子に駆動信号を印加すると共に前記振動子からモニタ信号を受け、前記振動子
を発振させる発振回路と、
印加された角速度に応じて前記振動子が出力する検出信号を同期検波する同期検波回路と
、を有する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記モニタ信号に基づいて、前記検出信号に基づく信号の不要成分である電気漏れ信号
成分と機械漏れ信号成分の合成漏れ信号と同振幅で、かつ、同位相または、逆位相の信号
を補正信号として生成する機能を有し、該補正信号と該合成漏れ信号との差動信号または
、加算信号を抽出し補正する補正回路を備え、
前記補正回路は、前記同期検波回路の前段に挿入し、前記補正信号と前記合成漏れ信号
との差動信号を抽出する差動増幅回路を有し、
さらに前記補正回路は、振幅調整回路と移相回路と反転回路と、を備えることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。

【請求項2】

振動子と、
前記振動子に駆動信号を印加すると共に前記振動子からモニタ信号を受け、前記振動子
を発振させる発振回路と、
印加された角速度に応じて前記振動子が出力する検出信号を同期検波する同期検波回路と
、を有する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記モニタ信号に基づいて、前記検出信号に基づく信号の不要成分である電気漏れ信号
成分と機械漏れ信号成分の合成漏れ信号と同振幅で、かつ、同位相または、逆位相の信号
を補正信号として生成する機能を有し、該補正信号と該合成漏れ信号との差動信号または
、加算信号を抽出し補正する補正回路を備え、
前記補正回路は、前記同期検波回路の前段に挿入し、前記補正信号と前記合成漏れ信号との加算信号を抽出する加算回路を有し、
さらに前記補正回路は、振幅調整回路と移相回路と反転回路と、を備えることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。

【請求項3】

前記補正回路は、前記反転回路で反転信号と非反転信号とを切り替える切替回路を有す
ることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型ジャイロセンサ。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の振動型ジャイロセンサを搭載したことを特徴とする電子機器。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか１項に記載の振動型ジャイロセンサを搭載したことを特徴とする移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動型ジャイロセンサ、電子機器及び移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から圧電振動子等を用いた角速度を検出する振動型ジャイロセンサは、自動車やロボット等の姿勢制御等を行うために不可欠なセンサであり、カーナビゲーションシステムやロボット等の需要が増加するに従って、さらに高精度で、使用温度範囲が広い振動型ジャイロセンサが要求されている。

【0003】

しかしながら、振動型ジャイロセンサは角速度が印加されていない時に、複数の要因によって検出信号に、漏れ信号成分等のノイズ信号成分が発生し、角速度の検出精度を低下させる問題がある。また、角速度センサからの漏れ信号成分は、振動子形状のばらつき等による機械漏れ信号成分と、駆動電極と検出電極間容量による電気漏れ信号成分があり、この二つの漏れ信号成分の位相は異なっているため、機械漏れ信号成分と電気漏れ信号成分の両方を打ち消すためには、位相が異なる漏れ信号成分をそれぞれ補正する補正回路が必要となる。

【0004】

この問題に対応するために、特許文献１には、振動子の電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分とを個別に補正する振動型ジャイロセンサが開示されている。

【0005】

特許文献１に記載された振動型ジャイロセンサでは、第１の補正回路により振動子に印加する駆動信号に基づいて電気漏れ信号成分を補正すると共に、第２の補正回路により振動子からの帰還信号に基づいて機械漏れ信号成分を補正し、電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分とを二つの補正回路で個別に補正することにより、漏れ信号成分の影響を低減して高精度な振動型ジャイロセンサが開示されている。

【0006】

また、この従来の振動型ジャイロセンサは、二つの補正回路に漏れ信号成分に位相を合わせるための位相器を必要としないので、回路素子のばらつき、経時変化、温度特性等の影響を受けることなく、漏れ信号成分を補正することができ、検出特性が安定させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−５４４０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、振動子の振動により生ずる機械漏れ信号成分に対しては、帰還信号より生成した補正信号で補正を行っているものの、振動子の振動により生ずる機械漏れ信号成分は振動子の製造ばらつきや形状等により様々な振動のモードが発生し、機械漏れ信号成分は帰還信号と必ずしも同位相または、逆位相にはならないため、第２の補正回路に移相回路のない従来技術では、機械漏れ信号成分を補正することは難しいという課題があった。

【0009】

また、特許文献１に開示される技術では、駆動信号により生ずる電気漏れ信号成分に対して駆動信号により第１の補正回路で生成した補正信号で補正を行い、振動子の振動により生ずる機械漏れ信号成分に対しては、帰還信号より第２の補正回路で生成した補正信号で補正を行い、それぞれの漏れ信号成分を個別に補正することにより電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分の両方が最小となるように補正しているため、二つの補正回路で補正する必要があるため、補正回路の回路規模が増大し、角速度センサの小型化やコストダウンの妨げとなる。

【0010】

本発明は、上記の課題を解決するものであり、検出信号の漏れ信号成分である電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分を同時に一つの簡便な補正回路によって、振動子のモニタ信号に基づき補正信号を生成し、検出信号を補正し、角速度の検出の高精度化及び小型化が可能な振動型ジャイロセンサ、及びこの振動型ジャイロセンサを搭載した電子機器及び移動体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】

【0011】

本発明に係る振動型ジャイロセンサは、振動子と、振動子に駆動信号を印加すると共に振動子からモニタ信号を受け、振動子を発振させる発振回路と、印加された角速度に応じて振動子が出力する検出信号を同期検波する同期検波回路と、を有する振動型ジャイロセンサにおいて、モニタ信号に基づいて、検出信号に基づく信号の不要成分である電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分の合成漏れ信号と同振幅で、かつ、同位相または、逆位相の信号を補正信号として生成する機能を有し、補正信号と合成漏れ信号との差動信号または、加算信号を抽出し補正する補正回路を備えることを特徴とする。

【0012】

本発明によれば、振動子からのモニタ信号に基づいて、検出信号の不要成分である電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分とを同時に補正する補正信号を生成する機能を有し、その補正信号を用いて検出信号に基づく信号の不要成分を補正処理する機能を有する補正回路を備えている。そのため、振動子からのモニタ信号に基づき、角速度センサからの漏れ信号成分である電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分の合成漏れ信号と同振幅で、かつ、同位相または、逆位相の信号を補正回路によって補正信号として生成し、電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分を一つの補正回路で補正することが可能である。従、補正回路の回路規模が縮小し、角速度センサの小型化が可能である。

【0013】

また、本発明によれば、振動子からのモニタ信号に基づいて、検出信号の不要成分である電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分とを同時に補正する補正信号を生成する機能を有するため、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動によりモニタ信号と位相が異なる機械漏れ信号成分が漏れ信号成分として含まれる場合でも有効な補正信号を生成することが可能である。従、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動の影響を低減し、角速度の高精度な検出が可能である。

【0014】

好ましくは、前述した構成に加えて、補正回路は、同期検波回路の前段に挿入し、補正信号と合成漏れ信号との差動信号を抽出する差動増幅回路を有すると良い。この場合、補正回路により検出信号に基づく信号の合成漏れ信号と同振幅、かつ、同位相の補正信号を生成し、その補正信号と検出信号に基づく信号との差動信号を抽出することにより補正が可能である。さらに、同期検波回路の前段に挿入した補正回路で補正処理を行うため、複数の振動腕から得られる検出信号を一括して検出信号に基づく信号として扱うことにより、一度に補正が可能である。

【0015】

好ましくは、前述した構成に加えて、補正回路は、同期検波回路の前段に挿入し、補正信号と合成漏れ信号との加算信号を抽出する加算回路を有すると良い。この場合、補正回路により検出信号に基づく信号の合成漏れ信号と同振幅、かつ、逆位相の補正信号を生成し、その補正信号と検出信号に基づく信号との加算信号を抽出することにより補正が可能である。さらに、同様に同期検波回路の前段に挿入した補正回路で補正処理を行うため、複数の振動腕から得られる検出信号を一括して検出信号に基づく信号として扱うことにより、一度に補正が可能である。

【0016】

さらに好ましくは、前述した構成に加えて、補正回路は、振幅調整回路と移相回路と反転回路と、を有する。この場合、補正回路により振動子からのモニタ信号に基づいて振幅調整と位相調整を行い、検出信号に基づく信号の合成漏れ信号と同振幅、かつ、同位相または、逆位相の補正信号を生成することが可能である。

【0017】

さらに好ましくは、前述した構成に加えて、補正回路は、反転回路で反転信号と非反転信号とを切り替える切替回路を有する。この場合、モニタ信号の位相が検出信号に基づく信号の合成漏れ信号を補正回路にて補正処理に必要な補正信号の位相に対し、同位相側に近い場合は非反転信号に切り替え、逆位相側に近い場合は反転信号に切り替えることが可能である。

【0018】

好ましくは、電子機器に本発明に係る振動型ジャイロセンサを搭載したことを特徴とする。この場合、検出信号に重畳する漏れ信号を振動子のモニタ信号に基づき検出信号の補正を行い、角速度が加わった時に発生する検出腕の振動を精度良く検出することが可能な振動型ジャイロセンサを備えた電子機器を提供することができる。さらに電子機器を小型化することが可能である。

【0019】

好ましくは、移動体に本発明に係る振動型ジャイロセンサを搭載したことを特徴とする。この場合、検出信号に重畳する漏れ信号を振動子のモニタ信号に基づき検出信号の補正を行い、角速度が加わった時に発生する検出腕の振動を精度良く検出することが可能な振動型ジャイロセンサを備えた移動体を提供することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、一つの簡便な補正回路によって、振動子のモニタ信号に基づき補正信号を生成し、検出信号の漏れ信号成分である電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分を合成漏れ信号として同時に補正を行い、角速度検出の高精度化及び小型化が可能な振動型ジャイロセンサ、及びこの振動型ジャイロセンサを搭載した電子機器及び移動体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係る振動型ジャイロセンサの概略構成を示すブロック図である。

【図2a】本発明の振動型ジャイロセンサの振動子表面の斜視図である。

【図2b】本発明の振動型ジャイロセンサの振動子裏面の斜視図である。

【図3】本発明の振動型ジャイロセンサの振動子の電極構造を示す断面図である。

【図4a】本発明の振動型ジャイロセンサの駆動信号と電気漏れ信号成分の関係及びモニタ信号と機械漏れ信号成分の関係を示す複素平面図である。

【図4b】本発明の振動型ジャイロセンサの駆動信号と電気漏れ信号成分の関係及びモニタ信号と機械漏れ信号成分の関係を示す複素平面図である。

【図5a】本発明の振動型ジャイロセンサの補正回路の動作を説明するための図である。

【図5b】本発明の振動型ジャイロセンサの補正回路の動作を説明するための図である。

【図5c】本発明の振動型ジャイロセンサの補正回路の動作を説明するための図である。

【図5d】本発明の振動型ジャイロセンサの補正回路の動作を説明するための図である。

【図6】本発明の振動型ジャイロセンサの補正調整作業を説明するフローチャートである。

【図7】本発明の第２実施形態に係る振動型ジャイロセンサの概略構成を示すブロック図である。

【図8】本発明の実施形態に係る振動型ジャイロセンサを搭載した電子機器の一例としてのスマートフォンの構成を示す斜視図である。

【図9】本発明の実施形態に係る振動型ジャイロセンサを搭載した移動体の一例としての自動車の車両安定電子制御システムの概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。図１は、本発明の第１実施形態に係る振動型ジャイロセンサの概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の振動型ジャイロセンサの振動子の斜視図である。図３は、本発明の振動型ジャイロセンサの振動子の電極構造を示す断面図である。図４は、本発明の振動型ジャイロセンサの駆動信号と電気漏れ信号成分の関係及びモニタ信号と機械漏れ信号成分の関係を示す複素平面図である。図５は、本発明の振動型ジャイロセンサの補正回路の動作を説明するための図である。図６は、本発明の振動型ジャイロセンサの補正調整作業を説明するフローチャートである。図７は、本発明の第２実施形態に係る振動型ジャイロセンサの概略構成を示すブロック図である。図８は、本発明の実施形態に係る振動型ジャイロセンサを搭載した電子機器の一例としてのスマートフォンの構成を示す斜視図である。図９は、本発明の実施形態に係る振動型ジャイロセンサを搭載した移動体の一例としての自動車の車両安定電子制御システムの概略構成を示すブロック図である。

【0023】

（第１実施形態）
まず、図１に基づいて本発明の振動型ジャイロセンサの第１実施形態の構成を説明する。図１において、本発明の振動型ジャイロセンサは、圧電振動子等によって成る振動子１と、この振動子１を駆動して角速度を検出する制御ＩＣ１０とによって構成される。

【0024】

ここで、振動子１は対となる駆動電極３、４と、検出電極５、６を備えているが、詳細な構造は後述する。制御ＩＣ１０は、振動子１を発振させる発振回路２０と、振動子１に印加された角速度に起因して発生する検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂを入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路３０と、漏れ信号成分を補正する補正回路４０と、情報を記録するメモリを含む制御回路１１等によって構成される。

【0025】

制御ＩＣ１０の発振回路２０は、電流電圧変換回路２１（以下、Ｉ／Ｖ変換回路２１と略す）、移相回路２２、振幅検出回路２３、利得可変増幅回路２４等によって構成される。ここで、Ｉ／Ｖ変換回路２１は、振動子１の振動に応じてモニタ電極７から流れ出すモニタ信号Ｓ１を受け、電流電圧変換を行ってモニタ電圧信号Ｓ２を出力する。Ｉ／Ｖ変換後の信号のモニタ電圧信号Ｓ２は、モニタ信号Ｓ１に対して同位相の信号となる。

【0026】

移相回路２２はモニタ電圧信号Ｓ２を入力して、振動子１が発振するための条件に合うようにモニタ電圧信号Ｓ２の位相を移動させて、移相信号Ｓ３を出力する。振幅検出回路２３はモニタ電圧信号Ｓ２を入力し、モニタ電圧信号Ｓ２の振幅に応じたＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号Ｓ４を出力する。利得可変増幅回路２４はＡＧＣ信号Ｓ４に応じて利得を可変し、入力する移相信号Ｓ３を可変増幅して振動子１の駆動電極３ａ、４ａに駆動信号Ｓ５を印加し、駆動電極３ｂ、４ｂに駆動信号Ｓ５を反転回路２５により１８０度位相反転させた駆動反転信号Ｓ６を印加する。これにより、発振回路２０は振動子１を発振させ、モニタ信号Ｓ１に応じて駆動信号Ｓ５の大きさを調整し、振動子１の振動振幅を常に一定状態に保持することができる。

【0027】

次に、制御ＩＣ１０の検出回路３０の構成を説明する。検出回路３０は二つの変位検出回路３１、３２、差動増幅回路３３、同期検波回路３４、増幅回路３５、ローパスフィルタ３６（以下、ＬＰＦ３６と略す）等によって構成される。ここで、二つの変位検出回路３１、３２は、それぞれ振動子１の検出電極５、６に接続され、検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂを入力して、電圧値である検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂを出力する。差動増幅回路３３は検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂを入力して差動増幅を行い、差動出力Ｓ１２を出力する。

【0028】

また、同期検波回路３４は後述する検出信号の補正後信号Ｓ２５を入力し、発振回路２０から出力される検波参照信号Ｓ１３に基づいて同期検波を行い、検波出力Ｓ１４を出力する。増幅回路３５は、検波出力Ｓ１４を入力して増幅し、ＬＰＦ３６は増幅された信号の高周波成分をカットして振動子１に印加された角速度に応じた角速度出力Ｓ１５を出力する。これにより、検出回路３０は、振動子１からの検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂを入力して振動子１に印加され角速度の大きさを電気信号として出力することができる。また、差動出力Ｓ１２は、検出モニタ端子１２から検出モニタ信号Ｓ１６として外部に出力される。

【0029】

次に、補正回路４０の構成を説明する。補正回路４０は振動子１の漏れ信号成分である電気漏れ信号成分及び機械漏れ信号成分を補正する回路である。

【0030】

補正回路４０の構成を説明する。補正回路４０は、振動子１の漏れ信号成分の補正に用いる補正信号Ｓ２４を生成し、補正信号Ｓ２４と検出電圧信号の差動出力Ｓ１２との差動増幅を行い、補正を行うため、振幅調整回路４１、反転回路４２、切替回路４３、移相回路４４、差動増幅回路４５によって構成される。

【0031】

ここで、振幅調整回路４１はラダー抵抗とスイッチ等（図示せず）から成り、モニタ信号Ｓ１を電流電圧変換した、発振回路２０からのモニタ電圧信号Ｓ２を入力し、制御回路１１からの振幅調整信号Ｓ２６に応じてモニタ電圧信号Ｓ２の振幅を調整し、補正信号Ｓ２１を出力する。

【0032】

また、反転回路４２は補正信号Ｓ２１を入力し、補正信号Ｓ２１の位相を１８０度反転した補正反転信号Ｓ２２を出力する。これにより、補正信号Ｓ２１は、モニタ電圧信号Ｓ２と逆位相、つまりモニタ信号Ｓ１と逆位相の信号である補正反転信号Ｓ２２となる。切替回路４３は、非反転信号である補正信号Ｓ２１と反転信号である補正反転信号Ｓ２２とを入力し、制御回路１１からの切替制御信号Ｓ２７によって切替動作Ａと切替動作Ｂが選択され、補正信号Ｓ２１と補正反転信号Ｓ２２を切り替え、選択された信号として補正信号Ｓ２３を移相回路４４に入力する。なお、切替動作についての詳細は後述する。

【0033】

また、移相回路４４はラダー抵抗とコンデンサとスイッチ等（図示せず）から成り、切替回路４３によって選択された信号の補正信号Ｓ２１、または、補正反転信号Ｓ２２を入力し、制御回路１１からの位相調整信号Ｓ２８に応じて入力信号の位相を±９０度の範囲で調整し、補正信号Ｓ２４を出力する。なお、この移相回路４４は入力信号の位相の調整範囲が±９０度であるが、振動子１の漏れ信号成分の位相が限定される場合には位相の調整範囲を狭めても良い。

【0034】

ここで、切替回路４３の切替動作について説明する。ここでは、移相回路４４の位相調整範囲がモニタ電圧信号Ｓ２に対して±９０度の範囲であるため、この位相調整可能範囲で補正信号Ｓ２４を生成するため切替回路４３により切替動作が必要となる。切替動作Ａは、モニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相の補正信号Ｓ２１を移相回路４４に入力する。一方、切替動作Ｂは、モニタ電圧信号Ｓ２に対して逆位相の補正反転信号Ｓ２２を移相回路４４に入力する。つまり、切替動作Ａにおいては、モニタ信号Ｓ１に対して同位相の補正信号Ｓ２１を移相回路４４に入力し、切替動作Ｂにおいては、モニタ信号Ｓ１に対して逆位相の補正反転信号Ｓ２２を移相回路４４に入力する。

【0035】

また、差動増幅回路４５は生成した補正信号Ｓ２４と検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２とを入力し、差動増幅を行い、補正後信号Ｓ２５を出力する。従、漏れ信号成分を補正するには、差動出力Ｓ１２と同振幅、かつ、同位相の補正信号Ｓ２４を入力する必要がある。なお、補正後信号Ｓ２５を取得する手段として差動増幅回路４５に限定されず、加算回路（図示せず）を用いても良い。この場合、生成した補正信号Ｓ２４と検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２とを入力し、加算回路により加算し、補正信号Ｓ２４と差動出力Ｓ１２との加算信号として補正後信号Ｓ２５を出力する。従、漏れ信号成分を補正するには、差動出力Ｓ１２と同振幅、かつ、逆位相の補正信号Ｓ２４を入力する必要がある。

【0036】

また、制御回路１１は、外部との情報を入出力するＩ／Ｆ端子１３に接続され、このＩ／Ｆ端子１３を介して外部からの制御情報を内部のメモリに記憶し、必要に応じて振幅調整信号Ｓ２６、切替制御信号Ｓ２７、位相調整信号Ｓ２８を出力して、補正回路４０の動作を制御する。なお、制御回路１１に内蔵されるメモリは、不揮発性メモリが好ましい。

【0037】

次に、本発明の振動型ジャイロセンサに用いられる振動子の一例を図２及び図３に基づいて説明する。図２ａは、本発明の振動型ジャイロセンサの振動子を駆動電極３、４及びモニタ電極７側から見た斜視図である。図２ｂは、本発明の振動型ジャイロセンサの振動子を検出電極５、６側から見た斜視図である。図３のＡ−Ａ断面図は図２ａにおける切断線Ａ−Ａに沿う電極構造を示し、Ｂ−Ｂ断面図は図２ａにおける切断線Ｂ−Ｂに沿う電極構造を示している。図２ａ、ｂ及び図３において、振動子１はシリコン（Ｓｉ）から形成され、振動腕２ａ、２ｂ上の上部電極５１と下部電極５２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等から成る圧電薄膜５３の上下にそれぞれＡｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ等を設けて成り、二つの振動腕２ａ、２ｂ及び基部８と支持部９を有する音叉型振動子である。

【0038】

また、振動腕２ａ、２ｂには、それぞれ対となる駆動電極３、４が形成されており、駆動電極３、４は、それぞれの振動腕２ａ、２ｂの表面に振動腕２の長手方向に沿って形成される二つの駆動電極３ａ、３ｂと、駆動電極４ａ、４ｂによって成る。さらに、これらの駆動電極３ａ、４ａは、それぞれ電気的に接続されて外部と接続され、また、駆動電極３ｂ、４ｂも、それぞれ電気的に接続されて外部と接続される。また、振動腕２の根本近傍の基部８の表面の振動腕２の長手方向に略直交方向に沿ってモニタ電極７が形成されており、モニタ電極７も外部に接続される。

【0039】

また、振動腕２ａ、２ｂには、検出電極５、６が形成されており、検出電極５、６はそれぞれ振動腕２ａ、２ｂの裏面に振動腕２の長手方向に沿って形成され、それぞれ外部に接続される。また、駆動電極３、４、検出電極５、６及びモニタ電極７に対向する下部電極は、回路のＧＮＤに接続される。また、振動子１の構造は、図２、図３で示すような音叉型振動子には限定されず、例えば、三脚の音叉型振動子でも良い。

【0040】

次に、本発明の振動型ジャイロセンサの角速度検出動作を図１及び図３に基づいて説明する。ここで、前述した如く、振動子１は制御ＩＣ１０の発振回路２０によって一定振幅での発振が継続されているが、この時、振動子１が角速度ωで回転したとすると、図３で示す矢印Ｘ方向の振動に対して直角なＺ方向に角速度ωに比例したコリオリの力Ｆが働く。このコリオリの力Ｆは、Ｆ＝２・ｍ・ω・Ｖ：式１で表され、ｍは振動腕２ａ、２ｂの等価質量であり、Ｖは共振周波数ｆ０（Ｈｚ）で振動する速度である。このコリオリの力Ｆによる応力によって振動子１は、図３で示すＺ方向に共振周波数に等しい周波数で振動が励起され、この振動によって振動腕２ａ、２ｂに形成された検出電極５、６に圧電歪効果による電荷が発生する。

【0041】

この発生した電荷により、検出電極５、６に微小な逆位相の検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂが発生する。検出回路３０の変位検出回路３１、３２は、この検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂ、それぞれを電流電圧変換して検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂを出力し、差動増幅回路３３は、検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差分を増幅して差動出力Ｓ１２を出力する。同期検波回路３４は、差動出力Ｓ１２を入力して発振回路２０から出力される検波参照信号Ｓ１３のタイミングに合わせて同期検波を行い、直流に変換された検波出力Ｓ１４を出力する。増幅回路３５とＬＰＦ３６は、検波出力Ｓ１４を増幅すると共に交流成分をカットし、角速度に応じた直流電圧である角速度出力Ｓ１５を出力する。

【0042】

次に、図４に基づいて、角速度検出の誤差となる振動型ジャイロセンサの電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂについて説明する。図４ａはＸ軸を実部、Ｙ軸を虚部とした複素平面によって、モニタ電圧信号Ｓ２、駆動信号Ｓ５に対する電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを示している。図４ｂはＸ軸を実部、Ｙ軸を虚部とした複素平面によって、モニタ電圧信号Ｓ２、駆動信号Ｓ５に対する電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの差分である電気漏れ差動信号Ｌ１と機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの差分である機械漏れ差動信号Ｌ２を示している。さらに、電気漏れ差動信号Ｌ１と機械漏れ差動信号Ｌ２の合成信号を合成漏れ信号Ｌ３として図示している。

【0043】

図４ａにおいて、駆動信号Ｓ５を＋Ｘ軸上に示す。振動子１からのモニタ信号Ｓ１をＩ／Ｖ変換回路２１で電流電圧変換したモニタ電圧信号Ｓ２は、駆動信号Ｓ５に対して位相が９０度遅れるため移相回路２２により位相をさらに９０度遅らせ、利得可変増幅回路２４によって位相が１８０度反転することにより駆動信号Ｓ５に正帰還している。実際は、振動子１の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動による影響があるため、駆動信号Ｓ５に対するモニタ電圧信号Ｓ２の位相差は数度程度異なる場合がある。一例として、駆動信号Ｓ５に対してモニタ電圧信号Ｓ２の位相が約８５度遅れるとすると、図示するように第４象限のベクトルとして示される。

【0044】

ここで、電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、主に駆動信号Ｓ５が振動子１の電極間の容量結合によってそれぞれ検出電極５、６に伝達され発生する信号成分であり、容量結合のために駆動信号Ｓ５に対して位相が９０度進んだ信号成分として検出電極５、６に発生する。ただし、電極間のインピーダンスの相違により電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの振幅及び位相が等しいとは限らない。従、図４ａで示すように、電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、駆動信号Ｓ５に対して９０度位相進みを基準に位相差を含む信号成分となり、一例として図示するようにそれぞれ第２象限、第１象限のベクトルとして示すことができる。

【0045】

次に、機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、振動子１の振動のアンバランスによって生じる信号成分であり、その位相は理想的には振動子１の振動と同位相（位相差ゼロ）、または逆位相（位相差１８０度）であるが、実際は振動子１の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動による影響があるため、振動子１の振動と同位相、または逆位相とは限らない。また、振動腕２ａと２ｂの振動のアンバランスによって両振動腕の振動は逆位相とは限らない。従、振動子１の振動はモニタ電圧信号Ｓ２と同位相にはならず、位相差が発生し、機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、このモニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相、または逆位相を基準に位相差を含む信号成分として発生する。

【0046】

具体的には、機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは振動子１の二つの検出電極５、６に発生するが、一例として一方の検出電極５から発生する機械漏れ信号成分Ｌ２ａがモニタ電圧信号Ｓ２に対して逆位相を基準に位相進みであり、他方の検出電極６から発生する機械漏れ信号成分Ｌ２ｂは、モニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相を基準に位相進みである。すなわち、機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、振動子１の駆動方向の振動により駆動方向に対し略直交方向の漏れ振動が発生し、その振動の振幅及び位相は振動腕２ａ、２ｂの製造ばらつきや形状等に大きく影響し、これに起因する振動子１の二つの検出電極５、６から発生する機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、互いに同振幅及びモニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相、または逆位相になるとは限らない。

【0047】

従、図４ａに示すように、機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、モニタ電圧信号Ｓ２に対して逆位相を基準に位相進みの機械漏れ信号成分Ｌ２ａの第２象限のベクトルと、モニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相を基準に位相進みの機械漏れ信号成分Ｌ２ｂの第４象限のベクトルとして示すことができる。なお、それぞれのベクトルの長さは一例であり、限定されない。

【0048】

図４ｂにおいて、図４ａと同様に駆動信号Ｓ５を＋Ｘ軸上に示す。そして、モニタ電圧信号Ｓ２は駆動信号Ｓ５に対して位相が約８５度遅れた信号であり、図示するように第４象限のベクトルとして示される。図４ａで示した第２象限のベクトルの電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、第１象限のベクトルの電気漏れ信号成分Ｌ１ｂの差分を電気漏れ差動信号Ｌ１と、第２象限のベクトルの機械漏れ信号成分Ｌ２ａと第４象限のベクトルの機械漏れ信号成分Ｌ２ｂの差分を機械漏れ差動信号Ｌ２を図４ｂに示している。そして、図４ｂには電気漏れ差動信号Ｌ１の第１象限のベクトルと機械漏れ差動信号Ｌ２の第４象限のベクトルの合成ベクトルを合成漏れ信号Ｌ３の第４象限のベクトルとして示される。

【0049】

このように、振動型ジャイロセンサは、角速度が印加されない状態で、電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分が発生して角速度の検出精度を低下させるが、本発明は、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動によりモニタ信号と位相が異なる機械漏れ信号成分と電気漏れ信号成分を同時に補正することで高精度な角速度検出を実現することが大きな特徴である。

【0050】

次に、図５に基づいて、漏れ信号成分である電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを補正して減少させる補正回路４０の動作を説明する。図５a〜図５ｄは、本発明の振動型ジャイロセンサの補正回路の動作を説明するための図である。図５ａは、駆動電圧Ｓ５とモニタ電圧信号Ｓ２と電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの関係を示し、図５ｂは、駆動電圧Ｓ５とモニタ電圧信号Ｓ２と機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの関係を示し、図５ｃ及び図５ｄは、駆動電圧Ｓ５とモニタ電圧信号Ｓ２と差動出力Ｓ１２における電気漏れ差動信号Ｌ１と機械漏れ差動信号Ｌ２の関係を示す。振動型ジャイロセンサの構成は図１のブロック図を参照する。

【0051】

ここで前提として図４ａに示すように、電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、駆動信号Ｓ５が振動子１の電極間の容量結合によってそれぞれ検出電極５、６に伝達され発生する信号成分であり、容量結合のために駆動信号Ｓ５より位相が約９０度進んだ信号成分として検出電極５、６からの検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂに発生するとし、電極間のインピーダンスの相違により異なる振幅及び位相となっている。さらに、機械漏れ信号成分Ｌ２ａは振動子１の一方の検出電極５からの検出信号Ｓ１０ａに発生し、モニタ電圧信号Ｓ２に対して逆位相を基準に位相進みの信号成分であり、機械漏れ信号成分Ｌ２ｂは振動子１の他方の検出電極６からの検出信号Ｓ１０ｂに発生し、モニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相を基準に位相進みの信号成分であるとする。

【0052】

次に、図５ａ〜図５ｃに基づいて、補正回路４０のモニタ電圧信号Ｓ２の非反転信号による漏れ信号成分の補正動作を説明する。図５ａにおいて、振動子１の電極間の容量結合により、振動腕２ａの検出電極５に伝達され発生する電気漏れ信号成分Ｌ１ａは電気漏れ信号ＳＬ１ａとして駆動信号Ｓ５に対して９０度の位相進みを基準に位相進みの信号成分であり、振動腕２ｂの検出電極６に伝達され発生する電気漏れ信号成分Ｌ１ｂは電気漏れ信号ＳＬ１ｂとして駆動信号Ｓ５に対して９０度位相進みを基準に位相遅れの信号成分で、二つの信号成分の振幅は異なっている。すなわち、図４ａに図示するように、駆動信号Ｓ５はモニタ電圧信号Ｓ２に対し位相が約８５度進んでいるため、モニタ電圧信号Ｓ２に対し電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは約１７５度の位相進みを基準に位相差を含む信号である。

【0053】

さらに図４ｂ、図５ａに図示するように、電気漏れ信号ＳＬ１ａの電気漏れ信号成分Ｌ１ａを含む検出電圧信号Ｓ１１ａと電気漏れ信号ＳＬ１ｂの電気漏れ信号成分Ｌ１ｂを含む検出電圧信号Ｓ１１ｂを差動増幅回路３３に入力し、差動増幅を行い、電気漏れ差動信号Ｌ１が差動出力Ｓ１２として出力される。

【0054】

図５ｂにおいて、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動により、振動腕２ａの検出電極５からの検出信号Ｓ１０ａに発生する機械漏れ信号成分Ｌ２ａは機械漏れ信号ＳＬ２ａとしてモニタ電圧信号Ｓ２に対して逆位相を基準に位相進みの信号成分であり、振動腕２ｂの検出電極６からの検出信号Ｓ１０ｂに発生する機械漏れ信号成分Ｌ２ｂは機械漏れ信号ＳＬ２ｂとしてモニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相を基準に位相進みの信号成分である。

【0055】

さらに図４ｂ、図５ａに図示するように、機械漏れ信号ＳＬ２ａの機械漏れ信号成分Ｌ２ａを含む検出電圧信号Ｓ１１ａと機械漏れ信号ＳＬ２ｂの機械漏れ信号成分Ｌ２ｂを含む検出電圧信号Ｓ１１ｂを差動増幅回路３３に入力し、差動増幅を行い、機械漏れ差動信号Ｌ２が差動出力Ｓ１２として出力される。

【0056】

振動腕２ａの検出電極５に生じる検出電圧信号Ｓ１１ａに含まれる電気漏れ信号成分Ｌ１ａ及び機械漏れ信号成分Ｌ２ａと、振動腕２ｂの検出電極６に生じる検出電圧信号Ｓ１１ｂに含まれる電気漏れ信号成分Ｌ１ｂ及び機械漏れ信号成分Ｌ２ｂを差動増幅回路３３に入力し、差動増幅を行い、その差動出力を成分別に電気漏れ差動信号Ｌ１と機械漏れ差動信号Ｌ２を図５ｃに示している。

【0057】

電気漏れ差動信号Ｌ１は、電気漏れ信号成分Ｌ１ａとＬ１ｂが同位相に近いため差動増幅回路３３の入力信号に比べ振幅は小さくなる。また、振動子１の電極間の容量結合による影響は電極配線によるものであるため、振動子１の電極配線を対称に行うことにより電極間のインピーダンスの差が小さくなるため、二つの検出電極５、６に伝達される電気漏れ信号成分の電気漏れ差動信号Ｌ１は、実際は非常に小さく、第１の実施形態では極端に電気漏れ信号成分が大きい場合を想定している。

【0058】

機械漏れ差動信号Ｌ２は、機械漏れ信号成分Ｌ２ａとＬ２ｂが逆位相に近いため差動増幅回路３３の入力信号に比べ振幅は大きくなる。また、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動により機械漏れ信号成分Ｌ２ａとＬ２ｂは、同位相になる場合があり、この時二つの検出電極５、６から発生する機械漏れ信号成分の機械漏れ差動信号Ｌ２は逆位相の場合より小さく、第１の実施形態では極端に機械漏れ信号成分が大きい場合を想定している。

【0059】

ここまで電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分を分けて考えてきたが、これらを漏れ信号成分として合成して考える。図４ｂ、図５ｃには、電気漏れ差動信号Ｌ１と機械漏れ差動信号Ｌ２を合成した合成漏れ信号Ｌ３を示している。機械漏れ差動信号Ｌ２が電気漏れ差動信号Ｌ１に比べ振幅が大きいため、合成漏れ信号Ｌ３は機械漏れ差動信号Ｌ２の影響を受けやすい。次に図５ｃに基づいて、モニタ電圧信号Ｓ２の非反転信号による漏れ信号成分の補正動作を説明する。

【0060】

まず、補正回路４０により補正信号Ｓ２４を生成する動作について説明する。振動子１からのモニタ信号Ｓ１は、Ｉ／Ｖ変換回路２１によりモニタ電圧信号Ｓ２となる。次に、モニタ電圧信号Ｓ２を振幅調整回路４１により検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２である合成漏れ信号Ｌ３と同振幅となるよう振幅調整を行う。ここで、移相回路４４に補正信号Ｓ２３を入力する前に、前述した如くこの移相回路４４は入力信号の位相の調整範囲が±９０度であり、合成漏れ信号Ｌ３の位相がモニタ電圧信号Ｓ２位相の調整範囲内に入っているため補正信号Ｓ２１を移相回路４４に入力する。そのため、切替回路４３で切替動作Ａを選択し補正信号Ｓ２１を移相回路４４に入力する。次に、補正信号Ｓ２１を移相回路４４により合成漏れ信号Ｌ３に対して同位相になるよう位相調整を行う。

【0061】

次に、補正回路４０により生成した補正信号Ｓ２４に基づいて漏れ信号成分を補正する動作について説明する。補正回路４０で生成した合成漏れ信号Ｌ３と同振幅かつ同位相の補正信号Ｓ２４と検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２である合成漏れ信号Ｌ３とを入力し、差動増幅回路４５により差動を取ることにより補正し、補正後信号Ｓ２５を出力する。ここで、補正回路４０を差動増幅回路４５の代替として加算回路で構成する場合は、補正回路４０で生成した合成漏れ信号Ｌ３と同振幅かつ逆位相の補正信号Ｓ２４と検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２である合成漏れ信号Ｌ３とを入力し、加算回路により加算することで補正し、加算信号として補正後信号Ｓ２５を出力する。従、補正信号Ｓ２４は合成漏れ信号Ｌ３に対して逆位相の信号である必要があるため、切替回路４３で切替動作Ｂを選択することになる。

【0062】

次に、図５ａ、図５ｂ、図５ｄに基づいて、補正回路４０のモニタ電圧信号Ｓ２の反転信号による漏れ信号成分の補正動作を説明する。ここで前提として、便宜上検出電極５からの検出信号Ｓ１０ａと検出電極６からの検出信号Ｓ１０ｂの信号成分のみを入れ替える。すなわち図５ａにおいて、振動子１の電極間の容量結合により振動腕２ａの検出電極５に伝達され発生する電気漏れ信号成分Ｌ１ｂは、電気漏れ信号ＳＬ１ｂとして駆動信号Ｓ５に対して９０度位相進みを基準に位相遅れの信号成分であり、振動腕２ｂの検出電極６に伝達され発生する電気漏れ信号成分Ｌ１ａは、電気漏れ信号ＳＬ１ａとして駆動信号Ｓ５に対して９０度位相進みを基準に位相進みの信号成分で、二つの信号成分の振幅は異なっている。

【0063】

さらに、図示するように電気漏れ信号ＳＬ１ａの電気漏れ信号成分Ｌ１ａを含む検出電圧信号Ｓ１１ａと電気漏れ信号ＳＬ１ｂの電気漏れ信号成分Ｌ１ｂを含む検出電圧信号Ｓ１１ｂを差動増幅回路３３に入力し、差動増幅を行い、電気漏れ差動信号（図示しない）が差動出力Ｓ１２として出力される。

【0064】

図５ｂにおいて、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動により、振動腕２ａの検出電極５からの検出信号Ｓ１０ａに発生する機械漏れ信号成分Ｌ２ｂは機械漏れ信号ＳＬ２ｂとしてモニタ電圧信号Ｓ２に対して逆位相を基準に位相進みの信号成分であり、振動腕２ｂの検出電極６からの検出信号Ｓ１０ｂに発生する機械漏れ信号成分Ｌ２ａは機械漏れ信号ＳＬ２ａとしてモニタ電圧信号Ｓ２に対して同位相を基準に位相進みの信号成分である。

【0065】

さらに、図示するように機械漏れ信号ＳＬ２ａの機械漏れ信号成分Ｌ２ａを含む検出電圧信号Ｓ１１ａと機械漏れ信号ＳＬ２ｂの機械漏れ信号成分Ｌ２ｂを含む検出電圧信号Ｓ１１ｂを差動増幅回路３３に入力し、差動増幅を行い、機械漏れ差動信号（図示しない）が差動出力Ｓ１２として出力される。

【0066】

振動腕２ａの検出電極５に生じる検出電圧信号Ｓ１１ａに含まれる電気漏れ信号成分Ｌ１ｂ及び機械漏れ信号成分Ｌ２ｂと、振動腕２ｂの検出電極６に生じる検出電圧信号Ｓ１１ｂに含まれる電気漏れ信号成分Ｌ１ａ及び機械漏れ信号成分Ｌ２ａとを差動増幅回路３３に入力し、差動増幅を行い、その差動出力を成分別に電気漏れ差動信号Ｌ１と機械漏れ差動信号Ｌ２を図５ｄに示している。電気漏れ差動信号Ｌ１は、電気漏れ信号成分Ｌ１ａとＬ１ｂが同位相に近いため差動増幅回路３３の入力信号に比べ振幅は小さくなる。機械漏れ差動信号Ｌ２は、機械漏れ信号成分Ｌ２ａとＬ２ｂが逆位相に近いため差動増幅回路３３の入力信号に比べ振幅は大きくなる。

【0067】

ここまで電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分を分けて考えてきたが、これらを漏れ信号成分として合成して考える。図５ｄには、電気漏れ差動信号Ｌ１と機械漏れ差動信号Ｌ２を合成した合成漏れ信号Ｌ３を示している。次に図５ｄに基づいて、モニタ電圧信号Ｓ２の反転信号による漏れ信号成分の補正動作を説明する。

【0068】

まず、補正回路４０により補正信号Ｓ２４を生成する動作について説明する。ここで、移相回路４４に補正信号Ｓ２３を入力する前に、前述した如くこの移相回路４４は入力信号の位相の調整範囲が±９０度であるため、合成漏れ信号Ｌ３の位相がモニタ電圧信号Ｓ２位相の調整範囲内に入っていないため補正反転信号Ｓ２２を移相回路４４に入力する。そのため、切替回路４３で切替動作Ｂを選択し補正反転信号Ｓ２２を移相回路４４に入力する。次に、補正反転信号Ｓ２２を移相回路４４により合成漏れ信号Ｌ３に対して同位相になるよう位相調整を行う。

【0069】

次に、補正回路４０により生成した補正信号Ｓ２４に基づいて漏れ信号成分を補正する動作について説明する。補正回路４０で生成した合成漏れ信号Ｌ３と同振幅かつ同位相の補正信号Ｓ２４と検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２である合成漏れ信号Ｌ３とを入力し、差動増幅回路４５により差動を取ることにより補正し、補正後信号Ｓ２５を出力する。ここで、補正回路４０を差動増幅回路４５の代替として加算回路で構成する場合は、補正回路４０で生成した合成漏れ信号Ｌ３と同振幅かつ逆位相の補正信号Ｓ２４と検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２である合成漏れ信号Ｌ３とを入力し、加算回路により加算することで補正し、加算信号として補正後信号Ｓ２５を出力する。従、補正信号Ｓ２４は合成漏れ信号Ｌ３に対して逆位相の信号である必要があるため、切替回路４３で切替動作Ａを選択することになる。

【0070】

すなわち、補正信号Ｓ２４は、検出電極５、６に発生する漏れ信号成分である電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ及び機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを同時に正確に打ち消すことができる。また、補正回路４０は、振動子の振動により生じる漏れ信号成分を補正するために、振動子の振動をモニタしているモニタ信号Ｓ１から補正信号Ｓ２４を生成しているので、振動子１の振動が経時変化や温度特性によって変化しても補正信号Ｓ２４はその変化に追従する。従、漏れ信号成分との位相関係がずれることがない。これにより、経時変化や温度特性等の影響を受けることなく、漏れ信号成分を高精度に補正することができる。

【0071】

次に、本発明の振動型ジャイロセンサの補正調整作業について図６のフローチャートに基づいて説明する。振動型ジャイロセンサの構成は図１を参照する。また、説明の前提として、振動型ジャイロセンサの外部には、補正調整を制御する外部制御装置（図示せず）が接続されて補正調整作業が実施されるものとする。

【0072】

図６において、まず、外部制御装置によって本発明の振動型ジャイロセンサに、角速度が発生していない環境下で電源が供給され、振動型ジャイロセンサは動作を開始する（ステップＳＴ１）。これにより、振動型ジャイロセンサの振動子１は発振を開始する。ここで、振動型ジャイロセンサに角速度が印加されていないので、検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂには角速度による成分は発生しないが、振動子１の検出電極５、６からは電気漏れ信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと機械漏れ信号成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが発生する。

【0073】

次に外部制御装置は、補正回路４０を制御して補正信号Ｓ２４の出力レベルをゼロとした後、振動型ジャイロセンサの検出モニタ端子１２から、検出モニタ信号Ｓ１６として差動出力Ｓ１２を入力し、漏れ信号成分を検出して、その振幅及びモニタ電圧信号Ｓ２に対する位相差を測定する（ステップＳＴ２）。

【0074】

図６において、外部制御装置は、ステップＳＴ２で漏れ信号成分の差分となる合成漏れ信号Ｌ３を検出したならば、その差分の漏れ信号成分の位相が、モニタ電圧信号Ｓ２に対して±９０度の位相差の範囲内であるか、範囲外であるかを判定し、Ｉ／Ｆ端子１３を介して制御回路１１に制御信号を送信し、制御回路１１からの切替制御信号Ｓ２７によって切替回路４３を制御し、切替動作Ａまたは切替動作Ｂを選択する（ステップＳＴ３）。なお、補正回路４０において加算回路を用いる場合は、合成漏れ信号Ｌ３の逆位相がモニタ電圧信号Ｓ２に対して±９０度の位相差の範囲内であるか、範囲外であるかを判定することになる。

【0075】

これにより、振動子１の検出電極５、６からの検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂに発生する漏れ信号成分の位相関係が、モニタ電圧信号Ｓ２に対して反転したとしても、漏れ信号成分を打ち消すように補正信号Ｓ２１と補正反転信号Ｓ２２を切り替えて補正処理を行うことができる。この結果、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動により漏れ信号成分の位相が定まらない場合等、どのような振動子に対しても漏れ信号成分が最小となるように補正することができる。

【0076】

次に外部制御装置は、測定した漏れ信号成分のモニタ電圧信号Ｓ２に対する位相差に基づいて補正回路４０の移相回路４４を制御するための制御データを生成し、振動型ジャイロセンサのＩ／Ｆ端子１３から、制御回路１１に制御データを転送する（ステップＳＴ４）。これにより、振動型ジャイロセンサの制御回路１１は、送信されてきた制御データに基づいて位相調整信号Ｓ２８を出力し、移相回路４４は位相調整信号Ｓ２８によって補正信号Ｓ２４の位相を調整する。

【0077】

次に外部制御装置は、測定した漏れ信号成分の振幅の大きさに基づいて補正回路４０の移相回路４４を制御するための制御データを生成し、振動型ジャイロセンサのＩ／Ｆ端子１３から、制御回路１１に制御データを転送する（ステップＳＴ５）。これにより、振動型ジャイロセンサの制御回路１１は、送信されてきた制御データに基づいて振幅調整信号Ｓ２６を出力し、振幅調整回路４１は振幅調整信号Ｓ２６によって補正信号Ｓ２１の振幅を調整する。

【0078】

次に外部制御装置は、再び検出モニタ端子１２から漏れ信号成分を検出して、その振幅を測定し、漏れ成分が規定値以下であるかを判定する（ステップＳＴ６）。ここで、肯定判定（漏れ成分が規定値以下）であれば次のステップへ進み、否定判定（規定値以上）であればステップＳＴ４に戻って制御データを更新し、漏れ信号成分が規定値以下になるまで、ステップＳＴ４〜ＳＴ６を繰り返し実行する。

【0079】

次に外部制御装置は、ステップＳＴ６で肯定判定がなされたならば、振動型ジャイロセンサのＩ／Ｆ端子１３に書き込み制御信号を送信し、補正回路４０の制御データを制御回路１１に内蔵する不揮発性メモリに記憶させ、補正調整作業を終了する（ステップＳＴ７）。以上の調整作業によって、本発明の振動型ジャイロセンサは、電気漏れ信号成分と機械漏れ信号成分を合成した漏れ信号成分として扱い、漏れ信号成分が最小となるように調整され、製品として出荷される。なお、上述した振動型ジャイロセンサの補正調整作業は、外部制御装置を用いずに、測定装置、データ入力装置等を用いて人手作業により実施しても良い。

【0080】

（第２実施形態）
次に、図７に基づいて本発明の振動型ジャイロセンサの第２実施形態の構成を説明する。なお、第２実施形態の構成は、検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂのそれぞれに発生する漏れ信号成分を補正するため第１実施形態に対して補正回路４０の一部が異なるだけであるので、第２実施形態の説明は異なる箇所の構成と動作だけに限定する。

【0081】

図７において補正回路４０は、検出電極５、６の二つの検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂに対して並行して補正を行うために、二つの補正信号Ｓ２４ａ、Ｓ２４ｂを生成する。そのため、補正回路４０は、振幅調整回路４１ａ、４１ｂ、反転回路４２ａ、４２ｂ、切替回路４３ａ、４３ｂ、移相回路４４ａ、４４ｂ、差動増幅回路４５ａ、４５ｂをそれぞれ二回路ずつで構成される。なお、補正回路４０の上述の構成が並列に制御ＩＣ１０上に組み込まれていること以外は第１実施形態と同様である。

【0082】

第２実施形態では、モニタ電圧信号Ｓ２を検出信号Ｓ１０ａの補正用と検出信号Ｓ１０ｂの補正用に二つに分配し、モニタ電圧信号Ｓ２をそれぞれ振幅調整回路４１ａ、４１ｂにより検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの漏れ信号成分とそれぞれ同振幅となるよう振幅調整を行う。以降の補正動作について、第１実施形態との相違点は検出電圧信号の差動出力ではなく、各検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの漏れ信号成分を打ち消すように補正信号を生成している点であり、それ以外は第１実施形態と同様である。

【0083】

従、補正回路４０で生成した補正信号Ｓ２４ａ、Ｓ２４ｂはそれぞれ検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの漏れ信号成分と同振幅かつ同位相の信号であり、生成したそれぞれの補正信号Ｓ２４ａ、Ｓ２４ｂと検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂを補正処理回路４０Ｂに入力し、差動増幅回路４５ａ、４５ｂでそれぞれ差動増幅し、補正後信号Ｓ２５ａ、Ｓ２５ｂを出力する。得られた補正後信号Ｓ２５ａ、Ｓ２５ｂを差動増幅器３３に入力し、差動出力Ｓ１２を出力し、第１実施形態と同様に角速度出力Ｓ１５を得る。なお、第１実施形態と同様に補正処理回路４０Ｂは差動増幅回路４５ａ、４５ｂに限定されず、加算回路（図示せず）を用いても良い。この場合、補正回路４０で生成した補正信号Ｓ２４ａ、Ｓ２４ｂはそれぞれ検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの漏れ信号成分と同振幅かつ逆位相の信号であり、生成したそれぞれの補正信号Ｓ２４ａ、Ｓ２４ｂと検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂを補正処理回路４０Ｂに入力し、加算回路でそれぞれ加算し、加算信号として補正後信号Ｓ２５ａ、Ｓ２５ｂを出力する。

【0084】

次に、本発明の第２実施形態の振動型ジャイロセンサの補正調整作業について図６のフローチャートに基づいて説明する。なお、第２実施形態の補正調整作業は、第１実施形態のフローチャートに対して異なる箇所のステップについてのみ説明する。

【0085】

第１実施形態との相違点は、検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの差動出力Ｓ１２ではなく、各検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの二つの信号を補正するため、各ステップにおいて二回ずつ交互に、または検出信号Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂの一信号ずつ順番に補正調整作業を行う点である。図６において、前述した如く各検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂの漏れ信号成分を打ち消すように補正信号Ｓ２４ａ、Ｓ２４ｂを生成しているためステップＳＴ２、ステップＳＴ３及び、ステップＳＴ６が第１実施形態と異なるため説明する。

【0086】

ステップＳＴ２において、補正回路４０を制御して補正信号Ｓ２４ａ、Ｓ２４ｂの出力レベルをゼロとした後、振動型ジャイロセンサの二つの検出モニタ端子１２ａ、１２ｂから、検出モニタ信号Ｓ１６ａ、Ｓ１６ｂとして検出電圧信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂをそれぞれ入力し、漏れ信号成分を検出して、その振幅及びモニタ電圧信号Ｓ２に対する位相差を測定する。

【0087】

ステップＳＴ３において、外部制御装置は、ステップＳＴ２で漏れ信号成分を検出したならば、その漏れ信号成分の位相が、モニタ電圧信号Ｓ２に対して±９０度の位相差の範囲内であるか、範囲外であるかを判定し、Ｉ／Ｆ端子１３を介して制御回路１１に制御信号を送信し、制御回路１１からの切替制御信号Ｓ２７によって切替回路４３ａ、４３ｂを制御し、切替動作Ａまたは切替動作Ｂを選択する。なお、補正回路４０において加算回路を用いる場合は、漏れ信号成分の逆位相がモニタ電圧信号Ｓ２に対して±９０度の位相差の範囲内であるか、範囲外であるかを判定することになる。

【0088】

ステップＳＴ６において、外部制御装置は、再び二つの検出モニタ端子１２ａ、１２ｂから漏れ信号成分を検出して、その振幅を測定し、漏れ成分が規定値以下であるかを判定する。

【0089】

以上のように、本発明の振動型ジャイロセンサは、駆動信号Ｓ５により生ずる電気漏れ信号成分及び振動子の振動により生ずる機械漏れ信号成分を合成し一つの漏れ信号成分として扱い、漏れ信号成分に対しては、モニタ信号Ｓ１より生成した補正信号で補正を行うことを特徴としている。これにより、それぞれの漏れ信号成分を一つの補正回路で同時に補正するので、漏れ信号成分を最小となるように補正することができる。また、補正回路に移相回路を備えるため、振動子の製造ばらつきや形状等に起因する様々な振動のモードを含む不要振動によりモニタ信号Ｓ１と同位相でない機械漏れ信号成分が検出電極に発生しても補正することができる。さらに、振動子の振動をモニタしているモニタ信号Ｓ１から補正信号を生成しているので、振動子１の振動が経時変化や温度特性によって変化しても補正信号はその変化に追従して補正信号を生成し補正することができる。

【0090】

この結果、素子のばらつき、経時変化、温度変化等の影響を受けることなく、高精度に安定して角速度を検出でき、回路規模を小型化可能な振動型ジャイロセンサを提供することができる。なお、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更して良い。

【0091】

（第３実施形態）
次に、上記のような構成の振動型ジャイロセンサを搭載した電子機器について説明する。なお、図８は、上記実施形態で説明した振動型ジャイロセンサを搭載した電子機器の一例としてのＧＰＳ機能、カメラの手振れ補正機能、及びモーション入力機能を備えるスマートフォンを示す図である。

【0092】

図８に示すスマートフォン１００は、圧電デバイスをＧＰＳ機能、カメラの手振れ補正機能、及びモーション入力機能を利用するためのスマートフォン本体の姿勢制御及びモーションセンシング用素子として備える構成とされている。また、図８に示すスマートフォン１００の外観構成としては、液晶タッチパネル１０１、複数の操作ボタン１０２、受話口１０３、送話口１０４、カメラ１０５、及びスピーカー１０６を挙げることができる。

【0093】

なお、本発明に係る電子機器としては、スマートフォンに限定されず、姿勢制御機能を要するカーナビゲーションシステムや、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、ロボット、モーションセンシング機能を要する電子ゲーム機器、モーションコントローラ、ヘッドマウントディスプレイ、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）、ゲーム用コントローラ等や、手振れ補正機能を要するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等も含むものとする。

【0094】

（第４実施形態）
次に、上記のような構成の振動型ジャイロセンサを搭載した移動体について説明する。なお、図９は、上記実施形態で説明した振動型ジャイロセンサを搭載した移動体の一例として、自動車の車両安定電子制御システムの概略構成を示すブロック図である。

【0095】

図９に示す自動車の車両安定電子制御システム２００は、車両の横滑りを抑制し車両安定走行制御を行うシステムであって、ヨーレートセンサ２０１、加速度センサ２０２、操舵角センサ２０３、車輪速度センサ２０４、ブレーキ駆動部２０５、油圧センサ２０６、エンジン制御部２０７、スロットルセンサ２０８、制御コンピュータ２０９によって構成される。

【0096】

ヨーレートセンサ２０１は、上記実施形態で説明した振動型ジャイロセンサであり、車両安定電子制御システム２００が搭載された車両（以下、単に「車両」という）のヨーレート（車両旋回方向の回転角の変化）を検知する。加速度センサ２０２は、車両の加速度（進行方向の速度変化）を検知する。操舵角センサ２０３は、車両のハンドルに設けられた回転センサであり、車両の操舵角を検知する。車輪速度センサ２０４は、車両の各車輪の回転速度を検知する。なお、図９には車輪速度センサ２０４を一つのみ図示しているが、実際には車輪速度センサ２０４は車両の各車輪（４輪）に一つずつ設置されている。油圧センサ２０６は、車両の各車輪のブレーキ圧を検知する。スロットルセンサ２０８は、車両のエンジンのスロットル開度をエンジン出力として検知する。

【0097】

ブレーキ駆動部２０５は、車両の各車輪に設けられたブレーキシステムを駆動し、車輪の回転を遅延または、停止させる。ブレーキ駆動部２０５は、運転者によるブレーキペダル（図示しない）の操作の他、制御コンピュータ２０９による制御によって動作する。エンジン制御部２０７は、例えばＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、車両のエンジン点火機構、燃料系統、吸排気系統等を総合的に制御して、エンジンの出力を制御する。なお、本実施形態では、車両はエンジン出力によって駆動されるものとするが、これに限らず例えばモータによって駆動される電気自動車等であっても良い。

【0098】

制御コンピュータ２０９は、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースを取るインターフェース部等を含んで構成される。

【0099】

次に、図９に基づいて、自動車の車両安定電子制御システム２００の動作を説明する。車両に搭載されている各種センサ（ヨーレートセンサ２０１、加速度センサ２０２、操舵角センサ２０３、車輪速度センサ２０４）が車両の状態を常にモニタリングを行い、制御コンピュータ２０９に測定結果を提供する。さらに、制御コンピュータ２０９は車両が運転者の意図する方向に走行しているかの常時判定を行う。その判定の結果、通常であれば再び車両の状態をモニタリングし判定を行い、異常であれば車両安定走行制御を行う。車両安定走行制御では、制御コンピュータ２０９がブレーキ駆動部２０５に対し車両の個々の車輪に適切にブレーキをかけるように命令して、エンジン制御部２０７に対しエンジン出力を制御するように命令し、制御コンピュータ２０９の演算した目標制御量に基づき車両の向きを修正して、横滑りを防止する。なお、油圧センサ２０６はブレーキ圧、スロットルセンサ２０８はエンジン出力をそれぞれ常時モニタリングを行い、制御コンピュータ２０９に実際の制御量のフィードバックを行い、目標制御量は実際の制御量及び車両の状態のモニタリングから決定する。

【0100】

なお、本発明に係る移動体としては、車両安定電子制御システムを搭載した自動車に限定されず、上記実施形態で説明した振動型ジャイロセンサは、他にもカーナビゲーションシステム、エアバッグ、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、エンジンコントロール、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を搭載した自動車等に広く適用できる。

【符号の説明】

【0101】

１…振動子、２、２ａ、２ｂ…振動腕、３、３ａ、３ｂ、４、４ａ、４ｂ…駆動電極、５、６…検出電極、７…モニタ電極、８…基部、９…支持部、１０…制御ＩＣ、１１…制御回路、１２、１２ａ、１２ｂ…検出モニタ端子、１３…Ｉ／Ｆ端子、２０…発振回路、２１…Ｉ／Ｖ変換回路、２２、４４、４４ａ、４４ｂ…移相回路、２３…振幅検出回路、２４…利得可変増幅回路、２５、４２、４２ａ、４２ｂ…反転回路、３０…検出回路、３１、３２…変位検出回路、３３、４５、４５ａ、４５ｂ…差動増幅回路、３４…同期検波回路、３５…増幅回路、３６…ＬＰＦ、４０…補正回路、４１、４１ａ、４１ｂ…振幅調整回路、４３、４３ａ、４３ｂ…切替回路、５１…上部電極、５２…下部電極、５３…圧電薄膜、１００…スマートフォン、１０１…液晶タッチパネル、１０２…複数の操作ボタン、１０３…受話口、１０４…送話口、１０５…カメラ、１０６…スピーカー、２００…車両安定電子制御システム、２０１…ヨーレートセンサ、２０２…加速度センサ、２０３…操舵角センサ、２０４…車輪速度センサ、２０５…ブレーキ駆動部、２０６…油圧センサ、２０７…エンジン制御部、２０８…スロットルセンサ、２０９…制御コンピュータ、Ｓ１…モニタ信号、Ｓ２…モニタ電圧信号、Ｓ３…移相信号、Ｓ４…ＡＧＣ信号、Ｓ５…駆動信号、Ｓ６…駆動反転信号、Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂ…検出信号、Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂ…検出電圧信号、Ｓ１２…差動出力、Ｓ１３…検波参照信号、Ｓ１４…検波出力、Ｓ１５…角速度出力、Ｓ１６、Ｓ１６ａ、Ｓ１６ｂ…検出モニタ信号、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２４…補正信号、Ｓ２２…補正反転信号、Ｓ２５…補正後信号、Ｓ２６…振幅調整信号、Ｓ２７…切替制御信号、Ｓ２８…位相調整信号、ＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂ…電気漏れ信号、ＳＬ２ａ、ＳＬ２ｂ…機械漏れ信号、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ…電気漏れ信号成分、Ｌ１…機械漏れ差動信号Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ…機械漏れ信号成分、Ｌ２…機械漏れ差動信号、Ｌ３…合成漏れ信号。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】