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▶ ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションの特許一覧
(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】6704443
(24)【登録日】2020年5月14日
(45)【発行日】2020年6月3日
(54)【発明の名称】振動マスジャイロスコープシステム
(51)【国際特許分類】
G01C 19/5747 20120101AFI20200525BHJP
G01C 19/5726 20120101ALI20200525BHJP
H01L 29/84 20060101ALI20200525BHJP
【ＦＩ】
G01C19/5747
G01C19/5726
H01L29/84 A
H01L29/84 Z
【請求項の数】10
【外国語出願】
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2018-222418(P2018-222418)
(22)【出願日】2018年11月28日
(65)【公開番号】特開2019-105631(P2019-105631A)
(43)【公開日】2019年6月27日
【審査請求日】2019年1月18日
(31)【優先権主張番号】15/829,549
(32)【優先日】2017年12月1日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】503178185
【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＴＨＲＯＰ ＧＲＵＭＭＡＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100135703
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 英隆
(74)【代理人】
【識別番号】100188813
【弁理士】
【氏名又は名称】川喜田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンダー エー． トルーソフ
(72)【発明者】
【氏名】ヨンミン アルバート チェ
(72)【発明者】
【氏名】デイビッド デクスター リンチ
【審査官】
川村 大輔
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００９−２９４１２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１６−１６４５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１６−０３１３６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００２／０１８９３５０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００８−００８８８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１３／０１９２３６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／０３１３６５７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｃ １９／００−１９／７２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の振動マスと、それぞれが、駆動力およびフォースリバランスのうちの１つを前記複数の振動マスの各々に３つの直交軸の各々の向きに与えるように配置された複数の電極とを備えるセンサシステムと、
前記複数の電極のうちの第１の電極に与えられる駆動信号を生成することにより、前記駆動力を与えて、前記３つの直交軸のうちの第１の軸に沿った前記振動マスの面内周期振動運動を容易にし、かつ、３つの直交軸のうちの第２の軸および第３の軸にそれぞれ関連付けられた、前記複数の電極のうちの第２の電極および第３の電極の各々に与えられるフォースリバランス信号を生成して、前記３つの直交軸の前記第２の軸および前記第３の軸のそれぞれを中心とした前記センサシステムの回転を求めるように構成されたジャイロスコープコントローラと
を備えるジャイロスコープシステム。
前記複数の電極のうちの第１の電極に与えられる駆動信号を生成することにより、前記駆動力を与えて、前記３つの直交軸のうちの第１の軸に沿った前記振動マスの面内周期振動運動を容易にし、かつ、３つの直交軸のうちの第２の軸および第３の軸にそれぞれ関連付けられた、前記複数の電極のうちの第２の電極および第３の電極の各々に与えられるフォースリバランス信号を生成して、前記３つの直交軸の前記第２の軸および前記第３の軸のそれぞれを中心とした前記センサシステムの回転を求めるように構成されたジャイロスコープコントローラと
を備えるジャイロスコープシステム。
【請求項2】
振動マスと、それぞれが、駆動力およびフォースリバランスのうちの１つを前記振動マスに３つの直交軸の各々の向きに与えるように配置された複数の電極とを備えるセンサシステムと、
前記複数の電極のうちの第１の電極に与えられる駆動信号を生成することにより、前記駆動力を与えて、前記３つの直交軸のうちの第１の軸に沿った前記振動マスの面内周期振動運動を容易にし、かつ、３つの直交軸のうちの第２の軸および第３の軸にそれぞれ関連付けられた、前記複数の電極のうちの第２の電極および第３の電極の各々に与えられるフォースリバランス信号を生成して、前記３つの直交軸の前記第２の軸および前記第３の軸のそれぞれを中心とした前記センサシステムの回転を求めるように構成されたジャイロスコープコントローラと、
を備え、
前記ジャイロスコープコントローラは、異なる期間の各々において、前記駆動信号を前記第１の軸に関連付けられた複数の電極のうちの１つに交互に与えて、前記フォースリバランス信号を前記複数の電極のうちの他の電極に交互に与え、前記異なる期間の各々において前記第２の軸および前記第３の軸を中心とした前記センサシステムの前記回転を求めるように構成された、ジャイロスコープシステム。
前記複数の電極のうちの第１の電極に与えられる駆動信号を生成することにより、前記駆動力を与えて、前記３つの直交軸のうちの第１の軸に沿った前記振動マスの面内周期振動運動を容易にし、かつ、３つの直交軸のうちの第２の軸および第３の軸にそれぞれ関連付けられた、前記複数の電極のうちの第２の電極および第３の電極の各々に与えられるフォースリバランス信号を生成して、前記３つの直交軸の前記第２の軸および前記第３の軸のそれぞれを中心とした前記センサシステムの回転を求めるように構成されたジャイロスコープコントローラと、
を備え、
前記ジャイロスコープコントローラは、異なる期間の各々において、前記駆動信号を前記第１の軸に関連付けられた複数の電極のうちの１つに交互に与えて、前記フォースリバランス信号を前記複数の電極のうちの他の電極に交互に与え、前記異なる期間の各々において前記第２の軸および前記第３の軸を中心とした前記センサシステムの前記回転を求めるように構成された、ジャイロスコープシステム。
【請求項3】
前記ジャイロスコープコントローラは、異なる期間の各々において、前記駆動信号を前記第１の軸に関連付けられた複数の電極のうちの１つに交互に与えて、前記フォースリバランス信号を前記複数の電極のうちの他の電極に交互に与え、前記異なる期間の各々において前記第２の軸および前記第３の軸を中心とした前記センサシステムの前記回転を求めるように構成された、請求項１に記載のジャイロスコープシステム。
【請求項4】
前記ジャイロスコープコントローラは、第１の期間において前記第２および第３の直交軸を中心とした前記センサシステムの回転を求めるために、前記フォースリバランス信号を前記第２および第３の電極に同時に印加しながら、前記駆動信号を前記第１の電極に与え、第２の期間において前記センサシステムの前記第１および第３の直交軸を中心とした回転を求めるために、前記フォースリバランス信号を前記第１および第３の電極に同時に印加しながら、前記駆動信号を前記第２の電極に与え、第３の期間において前記第１および第２の直交軸を中心とした前記センサシステムの回転を求めるために、前記フォースリバランス信号を前記第１および第２の電極に同時に印加しながら、前記駆動信号を前記第３の電極に与えるように構成された、請求項２または３に記載のジャイロスコープシステム。
【請求項5】
前記複数の振動マスは、一対の振動マスを備え、前記ジャイロスコープコントローラは、前記一対の振動マスの各振動マスの前記複数の電極の前記第１の電極に与えられる前記駆動信号を生成することにより、前記駆動力を与えて、前記振動マスの各々の前記３つの直交軸の前記第１の軸に沿って互いに等しくかつ逆向きの面内周期振動運動を容易にするように構成された、請求項１に記載のジャイロスコープシステム。
【請求項6】
第１のセンサシステムおよび第２のセンサシステムを含む複数のセンサシステムであって、前記第１のセンサシステムおよび前記第２のセンサシステムのそれぞれは、振動マスと、それぞれが、駆動力およびフォースリバランスのうちの１つを前記振動マスに３つの直交軸の各々の向きに与えるように配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極は、第１の電極、第２の電極および第３の電極を備える前記第１のセンサシステムに関連付けられ、かつ、第４の電極、第５の電極および第６の電極を備える前記第２のセンサシステムに関連付けられている、複数のセンサシステムと、
前記第１のセンサシステムの前記第１の電極に与えられる駆動信号を生成し前記駆動力を与えて、前記第１のセンサシステムに関連付けられた前記振動マスの前記３つの直交軸のうちの第１の軸に沿った面内周期振動運動を容易にし、
前記第２のセンサシステムの前記第５の電極に与えられる前記駆動信号を生成し前記駆動力を与えて、前記第２のセンサシステムに関連付けられた前記振動マスの前記３つの直交軸のうちの第２の軸に沿った面内周期振動運動を容易にし、
前記第１のセンサシステムの前記第２の電極および前記第３の電極の各々に、ならびに前記第２のセンサシステムの前記第４の電極および前記第６の電極に与えられるフォースリバランス信号を生成して、前記３つの直交軸の前記第２の軸および第３の軸のそれぞれを中心とした前記センサシステムの回転を求めるように構成されたジャイロスコープコントローラと
を備えるジャイロスコープシステム。
前記第１のセンサシステムの前記第１の電極に与えられる駆動信号を生成し前記駆動力を与えて、前記第１のセンサシステムに関連付けられた前記振動マスの前記３つの直交軸のうちの第１の軸に沿った面内周期振動運動を容易にし、
前記第２のセンサシステムの前記第５の電極に与えられる前記駆動信号を生成し前記駆動力を与えて、前記第２のセンサシステムに関連付けられた前記振動マスの前記３つの直交軸のうちの第２の軸に沿った面内周期振動運動を容易にし、
前記第１のセンサシステムの前記第２の電極および前記第３の電極の各々に、ならびに前記第２のセンサシステムの前記第４の電極および前記第６の電極に与えられるフォースリバランス信号を生成して、前記３つの直交軸の前記第２の軸および第３の軸のそれぞれを中心とした前記センサシステムの回転を求めるように構成されたジャイロスコープコントローラと
を備えるジャイロスコープシステム。
【請求項7】
前記複数のセンサシステムは、共通の平面上に配置される、請求項６に記載のジャイロスコープシステム。
【請求項8】
前記第１のセンサシステムは、前記ジャイロスコープコントローラを介して、前記第２の軸および前記第３の軸を中心とした前記センサシステムの回転の計算を容易にするように前記第１の軸の向きに駆動され、
前記第２のセンサシステムは、前記ジャイロスコープコントローラを介して、前記第１の軸および前記第３の軸を中心とした前記センサシステムの回転の計算を容易にするように前記第２の軸の向きに駆動され、
前記複数のセンサシステムは、前記ジャイロスコープコントローラを介して、前記第１の軸および前記第２の軸を中心とした前記センサシステムの回転の計算を容易にするように前記第３の軸の向きに駆動される第３のセンサシステムをさらに備える、請求項６に記載のジャイロスコープシステム。
前記第２のセンサシステムは、前記ジャイロスコープコントローラを介して、前記第１の軸および前記第３の軸を中心とした前記センサシステムの回転の計算を容易にするように前記第２の軸の向きに駆動され、
前記複数のセンサシステムは、前記ジャイロスコープコントローラを介して、前記第１の軸および前記第２の軸を中心とした前記センサシステムの回転の計算を容易にするように前記第３の軸の向きに駆動される第３のセンサシステムをさらに備える、請求項６に記載のジャイロスコープシステム。
【請求項9】
前記ジャイロスコープコントローラは、前記第１の軸を中心とした前記センサシステムの回転を、前記第２および第３のセンサシステムを介して差分計算し、前記第２の軸を中心とした前記センサシステムの回転を、前記第１および第３のセンサシステムを介して差分計算し、前記第３の軸を中心とした前記センサシステムの回転を、前記それぞれの第２および第３のセンサシステムを介して差分計算するように構成された、請求項８に記載のジャイロスコープシステム。
【請求項10】
前記ジャイロスコープコントローラは、複数の期間の各々において前記駆動信号を介して前記第１、第２、および第３のセンサシステムの各々が沿って駆動される前記軸を交互に変化させて、前記第１、第２、および第３のセンサシステムの各々についての前記複数の期間のうちの２つにおける前記直交軸のうちの所与の１つを中心とした前記センサシステムの回転の差分計算に基づいて、前記第１、第２、および第３のセンサシステムのキャリブレーションを交互に行うように構成された、請求項８に記載のジャイロスコープシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、センサシステムに関し、より詳細には、振動マスジャイロスコープシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
受感（例えば、入力または感知）軸を中心とした回転を求めるように構成され得る、多くの異なる種類の振動マスジャイロスコープシステムがある。１つのタイプのジャイロスコープとして、コリオリ振動ジャイロスコープ（ＣＶＧ）がある。例えば、振動マスジャイロスコープや音叉ジャイロスコープなどの多くのＣＶＧがある。例として、ＣＶＧにおいて、少なくとも１つのマスが駆動軸に沿って面内で振動し得る。その振動マスに平行な入力軸の回りに角速度が加わると、それに応答して、コリオリ力によって振動マスが感知軸に沿って面外で（例えば、駆動軸に対して９０°）振動する。開ループ機器における面外運動の振幅、または閉ループ機器において再平衡（ｒｅｂａｌａｎｃｅ）をとって面外運動をゼロにするために必要な力は、入力軸の回りに加えられる角速度の大きさに対応し得る。
【発明の概要】
【0003】
一実施形態は、ジャイロスコープシステムを含む。このシステムは、振動マスと、それぞれが、駆動力およびフォースリバランス（ｆｏｒｃｅ−ｒｅｂａｌａｎｃｅ）のうちの１つを振動マスに３つの直交軸の各々の向きに与えるように配置された複数の電極と、を備える、センサシステムを含む。またシステムは、電極群のうちの第１の電極に与えられる駆動信号を生成することにより駆動力を与えて、３つの直交軸のうちの第１の軸に沿った振動マスの面内周期振動運動（ｉｎ−ｐｌａｎｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ ｍｏｔｉｏｎ）を容易にする、ジャイロスコープコントローラを含む。また、ジャイロスコープコントローラは、３つの直交軸のうちの第２の軸および第３の軸にそれぞれ関連付けられた、複数の電極のうちの第２の電極および第３の電極の各々に与えられるフォースリバランス信号を生成し、３つの直交軸の第２の軸および第３の軸のそれぞれを中心としたジャイロスコープシステムの回転を求める。
【0004】
別の実施形態は、ジャイロスコープシステムを介して、３つの直交軸の各々を中心とした回転を測定するための方法を含む。この方法は、第１の期間において、駆動信号を第１の電極に与えて、駆動力を振動マスに３つの直交軸のうちの第１の軸に沿って与えることと、第１の期間において、第１のフォースリバランス信号を第２の電極に与えて、第１のフォースリバランスを振動マスに３つの直交軸のうちの第２の軸の向きに与え、第１のフォースリバランス信号に基づいて、第２の軸を中心としたジャイロスコープシステムの回転を求めることとを含む。また、方法は、第１の期間において、第２のフォースリバランス信号を第３の電極に与えて、第２のフォースリバランスを振動マスに３つの直交軸のうちの第３の軸の向きに与えて、第２のフォースリバランス信号に基づいて、第３の軸を中心としたジャイロスコープシステムの回転を求めることと、第２の期間において、駆動信号を第２の電極に与えて、駆動力を振動マスに第２の軸に沿って与えることとを含む。方法は、第２の期間において、第１のフォースリバランス信号を第１の電極に与えて、第１のフォースリバランスを振動マスに第１の軸の向きに与え、第１のフォースリバランス信号に基づいて、第１の軸を中心としたジャイロスコープシステムの回転を求めることをさらに含む。
【0005】
別の実施形態は、ジャイロスコープシステムを含む。このジャイロスコープシステムは、第１のセンサシステムを含む。第１のセンサシステムは、第１の振動マスと、第１の駆動力を３つの直交軸のうちの第１の軸の向きに、第１のフォースリバランスを３つの直交軸のうちの第２の軸の向きに、かつ第２のフォースリバランスを３つの直交軸のうちの第３の軸の向きに、第１の振動マスに与えるように配置された、第１の組の電極とを備える。またシステムは、第２のセンサシステムを含む。第２のセンサシステムは、第２の振動マスと、第２の駆動力を第２の軸の向きに、第３のフォースリバランスを第１の軸の向きに、かつ第４のフォースリバランスを第３の軸の向きに、第２の振動マスに与えるように配置された、第２の組の電極とを備える。システムは、ジャイロスコープコントローラをさらに含む。ジャイロスコープコントローラは、第１および第２の組の電極のそれぞれに与えられる第１の駆動信号および第２の駆動信号を生成することにより、それぞれの第１および第２の駆動力を与えて、それぞれの第１および第２の軸に沿った第１および第２の振動マスの面内周期振動運動を容易にし、第１の組の電極に与えられる第１のフォースリバランス信号を生成して、それぞれの第２および第３の軸を中心としたジャイロスコープシステムの回転を求め、第２の組の電極に与えられる第２のフォースリバランス信号を生成して、それぞれの第１および第３の軸を中心としたジャイロスコープシステムの回転を求めるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
本発明は、一般に、センサシステムに関し、詳細には、振動マスジャイロスコープシステムに関する。振動マスジャイロスコープシステムは、センサシステムとジャイロスコープコントローラとを含む。センサシステムは、実質的に平坦な振動マスとして構成され得る少なくとも１つの振動マスと、１組の電極とを含み得る。電極は、駆動信号をジャイロスコープコントローラから受け取り、振動マスの駆動力を３つの直交軸のうちの第１の軸に沿って与えることにより、振動マスの面内振動運動を与える第１の電極を含み得る。また、電極は、ジャイロスコープコントローラによって与えられる第１のフォースリバランス信号を受け取る第２の電極と、ジャイロスコープコントローラによって与えられる第２のフォースリバランス信号を受け取る第３の電極とを含み、振動マスのフォースリバランスを３つの直交軸のうちの第２および第３の軸の各々の向きに与え得る。この結果、ジャイロスコープコントローラは、フォースリバランス信号に基づいて（例えば、フォースリバランス信号の振幅に基づいて）ジャイロスコープシステムの第２および第３の軸を中心とした回転を求め得る。センサシステムは１つだけで、振動マスの３つの直交軸の各々の向きの駆動および／またはフォースリバランスを制御し得る。
【0008】
例として、ジャイロスコープシステムは、複数のセンサシステムを含み得る。ジャイロスコープコントローラは、駆動信号をセンサシステムの各々に与えることにより、駆動力をそれぞれの振動マスに別々の軸に沿って与え、かつセンサシステムの各々について、３つの直交軸の他の軸にフォースリバランス信号を与えるように構成され得る。この結果、ジャイロスコープコントローラは、３つの直交軸に対して加えられた別々のフォースリバランス信号に基づいて、ジャイロスコープシステムの３つの直交軸を中心とした回転を求め得る。さらに、ジャイロスコープコントローラは、センサシステムの各々に加えられる駆動信号（したがってフォースリバランス信号も）がそれぞれ沿う軸を交互に変更するように構成され得る。この結果、所与の１つのセンサシステムは、別々の期間におけるジャイロスコープシステムの３つの直交軸を中心とした回転を求めることを容易にするように構成され得る。さらに、複数のセンサシステムについて、ジャイロスコープシステムの所与の１つの軸を中心とした回転は、２つの別々の期間において差分計算されることにより、ジャイロスコープシステムのその軸を中心とした回転に対するセンサシステムのキャリブレーションを容易にし得る。
【0009】
図１は、一例である振動マスジャイロスコープシステム１０を示す。振動マスジャイロスコープシステム１０は、航空および航海などの、回転の正確な測定が必要とされ得る様々な用途において実装され得る。振動マスジャイロスコープシステム１０は、センサシステム１２およびジャイロスコープコントローラ１４を含む。
【0010】
センサシステム１２は、実質的に平坦な慣性マスとして構成され得る少なくとも１つの振動マス１６を含む。例として、振動マス１６は、対となるように配置された偶数量（例えば、４個）の振動マスとして構成される。例えば、振動マス１６は、一層のシリコンとして作製され、そして略正方形状に作成されることにより、３つの直交軸に沿った面内移動を可能とし得る。図１の例において、センサシステム１２は、１組以上のＸ軸電極１８と、１組以上のＹ軸電極２０と、１組以上のＺ軸電極２２とを含む。Ｘ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２の各々は、振動マス１６のうちのそれぞれの１つに接続されて、振動マス１６の各々がＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２の各々のそれぞれの組に関連付けられるようにされ得る。
【0011】
例として、上記組のＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２は、振動マス１６の周辺に配置され、３つの直交軸の各々の向きに振動マス１６の面内周期振動移動およびフォースリバランスを提供し得る。例えば、上記組のＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２の各々は、容量結合された電極対を含み得る。これらの電極対は、振動マス１６に対して静電引力を生成して、固定筐体（例えば、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２が接続される）に対して振動マス１６を移動させるように構成される。本明細書において、センサシステム１２の動作中の所与の時点において、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２のうちの１つは、面内周期振動移動を容易にするために振動マス１６に与えられる駆動力が沿う駆動軸に対応し、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２のうちの他の２つは、ジャイロスコープシステム１０のそれぞれの感知軸を中心とした回転を求めるための感知軸に対応し得る。
【0012】
ジャイロスコープコントローラ１４は、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２にまとめて関連付けられ得るピックオフ信号ＰＯを受け取るように構成されて、振動マス１６のフォースリバランスを与えるようにされる。また、ジャイロスコープコントローラ１４は、所与の期間において上記組のＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２のうちの１つに与えられる１つ以上の駆動信号ＤＲＶを生成することにより、静電気力を生成して、直交軸のうちの１つに関連付けられたそれぞれの駆動軸に沿った振動マス１６の面内周期振動運動を与えるように構成され得る。例えば、駆動信号ＤＲＶは、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２が接続された対応する筐体に振動マス１６を接続する１つ以上の湾曲部（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）に関連付けられた共振周波数に略等しい周波数を有し得る。例として、本明細書にてより詳細に説明するように、振動マス１６が複数ある例において、各所与の対の振動マス１６に対して、１８０°位相のずれた面内周期振動運動が与えられて、振動マス１６の相殺運動が与えられ得る。したがって、本明細書において説明するように、センサシステム１２は、振動マス１６がそれぞれのＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２のいずれかに加えられている駆動信号ＤＲＶに応答して３つの直交軸のいずれかに沿って駆動される際、いずれの場合も実質的に同様に駆動され得るように構成される。
【0013】
また、ジャイロスコープコントローラ１４は、駆動信号ＤＲＶに対してＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２の他の２つの組に対し与えられるフォースリバランス信号ＦＲＢを生成することにより、各々駆動軸に対して直交するそれぞれの感知軸に沿って静電気力を生成し、センサシステム１２のそれぞれの感知軸を中心とした回転に応答して（例えば、感知ピックオフ信号ＰＯに応答して）振動マス１６の感知ピックオフおよび動きをゼロにするように構成される。例えば、フォースリバランス信号ＦＲＢは、駆動信号ＤＲＶを受け取っていないＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２のうちの各２つに与えられる第１のフォースリバランス信号ＦＲＢ1および第２のフォースリバランス信号ＦＲＢ2を含み得る。例として、フォースリバランス信号ＦＲＢは、駆動信号ＤＲＶの周波数に略等しい（例えば、対応する湾曲部の共振周波数に略等しい）周波数を有し得る。
【0014】
駆動信号ＤＲＶおよびフォースリバランス信号ＦＲＢは、図１の例に信号ＰＯとして示される復調ピックオフ信号に基づく振幅で生成され得る。例として、復調感知ピックオフ信号ＰＯは、フォースリバランス信号ＦＲＢの周波数よりも著しく大きな（例えば、一桁以上）周波数を有し得る。したがって、センサシステム１２の所与の軸を中心とした回転によって、駆動軸に関連付けられた面内周期振動運動に対して直交する、振動マス１６のコリオリ力誘導運動が生じ得る。したがって、フォースリバランス信号ＦＲＢに応答して他２つの直交軸の向きのフォースリバランスによって生成された静電気力は、振動マス１６を、それぞれの感知軸に沿ったゼロ位置に強制的に維持し得る。本明細書において、用語「ゼロ位置」は、復調ピックオフ信号に関連付けられた約ゼロ値に対応する感知軸に沿った振動マス１６の位置に対応する。
【0015】
ジャイロスコープコントローラ１４は、プロセッサ２４と、信号生成器２６と、復調器システム２８を含む。信号生成器２６は、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２に与えられる駆動信号ＤＲＶおよびフォースリバランス信号ＦＲＢを生成するように構成される。駆動信号ＤＲＶおよびフォースリバランス信号ＦＲＢの印加に応答して、ピックオフ信号ＰＯは、復調器システム２８に与えられる。例として、ピックオフ信号ＰＯは、振動マス１６の動きに応答してＸ、Ｙ、およびＺ軸電極１８、２０、２２に容量結合された振幅変調ピックオフ信号に対応し得る。このように、ピックオフ信号ＰＯは、復調器システム２８を介して復調され、それぞれの駆動信号ＤＲＶおよび／またはフォースリバランス信号ＦＲＢの適切な大きさを決定し、よって、それぞれ、振動マス１６の面内周期振動運動を維持し、振動マス１６を感知軸におけるゼロ位置に維持し得る。
【0016】
このように、プロセッサ２４は、センサシステム１２のそれぞれの感知軸を中心とした角回転速度を示すように、フォースリバランス信号ＦＲＢの大きさを求め得る。例として、振動マス１６を感知軸のうちの所与の１つに沿ったゼロ位置に維持するために必要なフォースリバランス信号ＦＲＢの大きさ、およびしたがって静電気力は、センサシステム１２の各感知軸を中心とした回転速度に対応し得る。したがって、フォースリバランス信号ＦＲＢの大きさは、センサシステム１２のそれぞれの感知軸を中心とした角回転を求めるように、プロセッサ２４によって実現され得る。したがって、ジャイロスコープコントローラ１４は、それぞれの感知軸を中心とした回転の角速度の測定値を出力信号ＲＯＴとして与え得る。
【0018】
センサシステム５０は、デカルト座標系５６および５８によって示されるように、直交する２つの平面視５２および５４において示される。センサシステム５０は、ばね湾曲部の群６４を介して筐体６２に接続された振動マス６０を含む。なお、図２の例は、振動マス６０は、ばね湾曲部６４の対を介して筐体６２の内壁の各々に接続されていることを示すが、湾曲部６４は、任意の構成を有し得る。湾曲部の群６４は、静電気力および／またはコリオリ力に応答した、振動マス６０の筐体６２に対する３つの直交軸の各々の向きの動きを容易にするように構成される。さらに、また、センサシステム５０は、図２の例においてＸ軸電極６６、Ｙ軸電極６８、およびＺ軸電極７０として示される複数組の電極を含む。なお、図示を簡単にするために、Ｚ軸電極７０は、第１の平面視５２において見えておらず、Ｙ軸電極は、第２の平面視５４において見えていない。
【0019】
このように、図２の例に示されるように、センサシステム５０は、３つの直交軸の各々を中心として略対称であり、所与の一回に駆動信号ＤＲＶを複数組の電極６６、６８、および７０のうちの所与の１つに与えて、その軸を駆動軸とし、その軸に沿って面内周期振動運動させ、よって、複数組の電極６６、６８、および７０のうちの他の２つの各々は、それぞれのフォースリバランス信号を複数組の電極６６、６８、および７０のうちの他の２つに与えたことに基づき、センサシステム５０のそれぞれの感知軸を中心とした回転を求めるための感知軸に対応し得る。
【0020】
図３は、センサシステム５０の動きの図示例１００を示す。図示１００は、センサシステム５０およびセンサシステム５０の関連構成要素を示す。したがって、以下の図３の例において、同様の参照符号を用い、図１および２を参照する。
【0021】
図示１００は、センサシステム５０の第１の動き１０２を含む。第１の動き１０２において、駆動信号ＤＲＶは、Ｘ軸電極６６に与えられて、振動マス６０のＸ軸に沿った（１０２に示す＋Ｘ方向および１０２に示す−Ｘ方向）の面内周期振動運動を与える。例として、駆動信号ＤＲＶは、Ｘ軸電極６６のうちの一方に与えられて、一位相において一方向（例えば、＋Ｘ方向）に静電引力を与える単一信号を含み得、そして、ばね湾曲部の群６４は、逆位相（例えば、１８０°）において逆方向に振動マス６０の反動の動きを与える。別の例として、駆動信号ＤＲＶは、互いに対して１８０°位相がずれており、互いに逆の各位相において互いに逆の各Ｘ軸方向に静電引力を与える一対の駆動信号ＤＲＶを含み得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、第１の動き１０２において駆動信号ＤＲＶをＸ軸電極６６に与えながら、第１のフォースリバランス信号ＦＲＢ1をＹ軸電極６８に与え、第２のフォースリバランス信号ＦＲＢ2をＺ軸電極７０に与えて、振動マス６０をＹおよびＺ感知軸のそれぞれに沿ったゼロ位置に維持し得る。
【0022】
図示１００は、センサシステム５０の第２の動き１０４を含む。第２の動き１０４において、駆動信号ＤＲＶは、Ｙ軸電極６８に与えられて、振動マス６０のＹ軸に沿った（１０４に示す＋Ｙ方向および１０４に示す−Ｙ方向）の面内周期振動運動を与える。例として、駆動信号ＤＲＶは、Ｙ軸電極６８のうちの一方に与えられて、一位相において一方向（例えば、＋Ｙ方向）に静電引力を与える単一信号を含み得、そして、ばね湾曲部の群６４は、逆位相（例えば、１８０°）において逆方向に振動マス６０の反動の動きを与える。別の例として、駆動信号ＤＲＶは、互いに対して１８０°位相がずれており、互いに逆の各位相において互いに逆の各Ｙ軸方向に静電引力を与える一対の駆動信号ＤＲＶを含み得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、第２の動き１０４において駆動信号ＤＲＶをＹ軸電極６８に与えながら、第１のフォースリバランス信号ＦＲＢ1をＸ軸電極６６に与え、第２のフォースリバランス信号ＦＲＢ2をＺ軸電極７０に与えて、振動マス６０をＸおよびＺ感知軸のそれぞれに沿ったゼロ位置に維持し得る。
【0023】
図示１００は、センサシステム５０の第３の動き１０６を含む。第３の動き１０６において、駆動信号ＤＲＶは、Ｚ軸電極７０に与えられて、振動マス６０のＺ軸に沿った（１０６に示す＋Ｚ方向および１０６に示す−Ｚ方向）の面内周期振動運動を与える。例として、駆動信号ＤＲＶは、Ｚ軸電極７０のうちの１つに与えられて、一位相において一方向（例えば、＋Ｚ方向）に静電引力を与える単一信号を含み得、そして、ばね湾曲部の群６４は、逆位相（例えば、１８０°）において逆方向に振動マス６０の反動の動きを与える。別の例として、駆動信号ＤＲＶは、互いに対して１８０°位相がずれており、互いに逆の各位相において互いに逆の各Ｚ軸方向に静電引力を与える一対の駆動信号ＤＲＶを含み得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、第３の動き１０６において駆動信号ＤＲＶをＺ軸電極７０に与えながら、第１のフォースリバランス信号ＦＲＢ1をＸ軸電極６６に与え、第２のフォースリバランス信号ＦＲＢ2をＹ軸電極６８に与えて、振動マス６０をＸおよびＹ感知軸のそれぞれに沿ったゼロ位置に維持し得る。
【0025】
センサシステム１５０は、デカルト座標系１５２によって示されるように、Ｚ軸に沿った平面図において示される。センサシステム１５０は、筐体１５６にばね湾曲部の群１５８を介して接続された４つの振動マス１５４を含む。なお、図４に示す例では、振動マス群１５４の各々が筐体１５６の各々の内壁にばね湾曲部の対１５８を介して接続されるが、湾曲部１５８は任意の構成を有し得る。湾曲部の群１５８は、静電気力および／またはコリオリ力に応答した、振動マス１５４の筐体１５６に対する３つの直交軸の各々の向きの動きを容易にするように構成される。例として、振動マス群１５４の面内周期振動運動は、各所与の振動マス群１５４の対について、１８０°位相がずれて与えられて、振動マス１５４の動きを相殺する。さらに、また、センサシステム１５０は、複数組の電極を含む（図４の例では、複数組のＸ軸電極１６０、複数組のＹ軸電極１６２、および複数組のＺ軸電極（図４の例では見えていない）が示されている）。
【0026】
このように、図４の例に示されるように、センサシステム１５０は、３つの直交軸の各々を中心として略対称であり、所与の一回に駆動信号ＤＲＶを複数組の電極１６０、１６２、およびＺ軸電極のうちの所与の１つに与え、その軸を駆動軸とし、その軸に沿って面内周期振動運動させ、よって、複数組の電極１６０、１６２、およびＺ軸電極のうちの他の２つの各々は、それぞれのフォースリバランス信号を複数組の電極１６０、１６２、およびＺ軸電極のうちの他の２つに与えたことに基づき、センサシステム１５０のそれぞれの感知軸を中心とした回転を求めるための感知軸に対応し得る。
【0027】
図５は、センサシステム１５０の動きの図示例２００を示す。図示２００は、センサシステム１５０およびセンサシステム１５０の関連構成要素を示す。したがって、図５に示す以下の例において、同様の参照符号を用い、図１および４を参照する。
【0028】
図示２００は、センサシステム１５０の動きを含む。この動きにおいて、駆動信号ＤＲＶは、複数組のＸ軸電極１６０に与えられて、振動マスの群１５４のＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。図５の例において、振動マス１５４は、振動マス群１５４の各対について約１８０°位相がずれているように示されており、よって、振動マス群１５４の各対は、同時に＋Ｘ方向および−Ｘ方向の両方へ移動している。上記と同様に、駆動信号ＤＲＶは、複数組のＸ軸電極１６０のうちの所与の１つに与えられ、一位相において一方向（例えば、＋Ｘ方向）に静電引力を与える単一信号を含み得、そして、ばね湾曲部の群１５８は、逆位相（例えば、１８０°）において逆方向に振動マス１５４の反動の動きを与える。別の例として、駆動信号ＤＲＶは、互いに対して１８０°位相がずれており、互いに逆の各位相において互いに逆の各Ｘ軸方向に静電引力を与える一対の駆動信号ＤＲＶを含み得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、駆動信号ＤＲＶを複数組のＸ軸電極１６０に与えながら、第１のフォースリバランス信号ＦＲＢYを複数組のＹ軸電極１６２に与え、第２のフォースリバランス信号ＦＲＢZを複数組のＺ軸電極（図４および５の例において図示せず）に与えて、振動マス１５４をＹおよびＺ感知軸のそれぞれに沿ったゼロ位置に維持し得る。
【0029】
なお、図５の例は、振動マス群１５４のＸ軸に沿った動きのみを示すが、駆動信号ＤＲＶは、複数組のＹ軸電極１６２または複数組のＺ軸電極に与えられて、図３の例における説明と同様に、それぞれＹおよびＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。
【0030】
図１の例を再び参照する。上記のように、ジャイロスコープシステム１０は、駆動信号ＤＲＶを複数組の電極１８、２０、および２２のうちの１つに与えて、振動マス１６を直交軸のうちの対応の１つに沿って駆動したことに基づいて、直交軸のうちの２つを中心とした回転速度ＲＯＴを求め、かつフォースリバランス信号ＦＲＢを電極１８、２０、および２２のうちの他の２つの組に与えることによって、電極１８、２０、および２２のうちの他の２つの組に関連付けられた対応の２つの直交軸を中心とした回転速度ＲＯＴを求めるように構成され得る。しかし、振動マス１６は、３つの直交軸のいずれに沿っても駆動され得るように構成されているので、ジャイロスコープコントローラ１４は、ジャイロスコープシステム１０の動作中に駆動軸を変化させ、したがって、ジャイロスコープシステム１０の感知軸を変化させるように構成され得る。この結果、所与の１つのセンサシステム１２は、駆動軸を異なる期間において変化させることに応答した、異なる期間の各々において直交軸のうちの任意の２つを中心とした回転速度ＲＯＴの計算を容易にするように構成され得る。例として、駆動信号ＤＲＶを複数組の電極１８、２０、および２２のうちの異なる１つに与えることに基づいて駆動軸を変化させることにより、それぞれ他の２つの直交軸を中心とした回転速度ＲＯＴの測定が交互に容易にされ、したがって、１つのセンサシステム１２によって、異なる期間にわたり、３つの直交軸のすべてを中心とした回転速度ＲＯＴを測定することが可能となる。別の例として、本明細書においてより詳細に説明するように、複数のセンサシステム１２を実装することによって、３つの直交軸のすべてを中心とした回転ＲＯＴの同時の計算が容易にされ得、そしてセンサシステム１２のうちの１つ以上のキャリブレーションが可能となり得る。
【0031】
例として、ジャイロスコープシステム１０は、複数の実質的に同一のセンサシステム１２を含み得る。一例として、ジャイロスコープシステム１０は、２つの実質的に同一のセンサシステム１２を含み得る。別の例として、ジャイロスコープシステム１０は、３つの実質的に同一のセンサシステム１２を含み得る。例えば、センサシステム１２は、実質的に共通の、すなわち同一の平面上に配置され得る。複数のセンサシステム１２の一例において、駆動信号ＤＲＶは、異なるセンサシステム１２の各々における、異なる組の電極１８、２０、および２２に与えられ得る。したがって、回転速度ＲＯＴは、３つの直交軸の各々について同時に求められ得る。さらに、軸のうちの少なくとも１つを中心とした回転速度ＲＯＴが冗長に求められ得る。例えば、そのような冗長性は、直交軸のうちの所与の１つを中心としたそれぞれのセンサシステム１２のキャリブレーションを容易にし得る。
【0032】
図６は、別の例のジャイロスコープシステム２５０を示す。ジャイロスコープシステム２５０は、図１の例におけるジャイロスコープシステム１０の一部に対応する。図６の例において、ジャイロスコープシステム２５０は、第１のセンサシステム２５２と、第２のセンサシステム２５４とを含む。例として、センサシステム２５２および２５４の各々は、図２の例におけるセンサシステム５０または図４の例におけるセンサシステム１５０と実質的に同様に構成され得る。したがって、以下の図６の例の説明において、図１〜５の例を参照する。
【0033】
図６の例において、第１のセンサシステム２５２は、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX1を与えられて、振動マスのＸ軸に沿った面内周期振動運動を容易にすることを模式的に示している。したがって、図６の例において、Ｘ軸は、第１のセンサシステム２５２についての駆動軸に対応する。また、第１のセンサシステム２５２は、Ｙ軸フォースリバランス信号ＦＲＢY1を与えられて、振動マスのＹ軸の向きのフォースリバランスを容易にし、かつＺ軸フォースリバランス信号ＦＲＢZ1を与えられて、振動マスのＺ軸の向きのフォースリバランスを容易にすることを模式的に示している。この結果、ジャイロスコープコントローラ１４は、Ｙ軸およびＺ軸に対して振動マスに作用するコリオリ力から生じるピックオフ信号ＰＯに基づいて、第１のセンサシステム２５２のＹ軸およびＺ軸を中心とした回転速度をそれぞれに求めるように構成され得る。
【0034】
同様に、第２のセンサシステム２５４は、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY2を与えられて、振動マスのＹ軸に沿った面内周期振動運動を容易にすることを模式的に示している。したがって、図６の例において、Ｙ軸は、第２のセンサシステム２５４についての駆動軸に対応する。また、第２のセンサシステム２５４は、Ｘ軸フォースリバランス信号ＦＲＢX2を与えられて、振動マスのＸ軸の向きのフォースリバランスを容易にし、かつＺ軸フォースリバランス信号ＦＲＢZ2を与えられて、振動マスのＺ軸の向きのフォースリバランスを容易にすることを模式的に示している。この結果、ジャイロスコープコントローラ１４は、Ｘ軸およびＺ軸に対して振動マスに作用するコリオリ力から生じるピックオフ信号ＰＯに基づいて、第２のセンサシステム２５４のＸ軸およびＺ軸を中心とした回転速度をそれぞれに求めるように構成され得る。
【0035】
例として、第１および第２のセンサシステム２５２および２５４は、それぞれ駆動信号ＤＲＶX1およびＤＲＶY2信号を同時に与えられ得、同様にそれぞれフォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1、ならびにフォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2を同時に与えられ得る。したがって、ジャイロスコープシステム２５０は、第１のセンサシステム２５２に関連するフォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1に基づいて、ＹおよびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定するように構成され得、かつ第２のセンサシステム２５４に関連付けられたフォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2に基づいて、ＸおよびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得る。したがって、ジャイロスコープシステム２５０は、２つのセンサシステム２５２および２５４だけを用いて、３つの直交軸のすべてを中心としたジャイロスコープシステム２５０の回転速度を同時に求めるように構成され得る。この結果、ジャイロスコープシステム２５０は、直交軸ごとに別々のセンサシステムを実装するジャイロスコープシステムよりも低コストかつ簡易に実現され得る。さらに、第１および第２のセンサシステム２５２および２５４は、共通の平面上に作製されることにより、ジャイロスコープシステム２５０は、より小型かつ平坦な構成で作製され占有空間を低減し得る。
【0036】
さらに、上記のように、ジャイロスコープコントローラ１４は、異なる期間の各々においてセンサシステム２５２および２５４の各々の駆動軸を変化させて、センサシステム２５２および２５４の各々の駆動軸、およびしたがって感知軸、を変化させるように構成され得る。例として、図６の例は、第１のセンサシステム２５２がＸ軸に沿って駆動されて、Ｙ軸およびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し、第２のセンサシステム２５４がＹ軸に沿って駆動されて、Ｘ軸およびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定することを示すが、ジャイロスコープコントローラ１４は、それぞれの駆動軸を交互にまたは同時に変化させ得る。例えば、ジャイロスコープコントローラ１４は、後の期間において、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY1、Ｘ軸フォースリバランス信号ＦＲＢX1、およびＺ軸フォースリバランス信号ＦＲＢZ1を第１のセンサシステム２５２に与え得、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ2、Ｘ軸フォースリバランス信号ＦＲＢX2、およびＹ軸フォースリバランス信号ＦＲＢY2を第２のセンサシステム２５４に与え得る。この結果、後の期間において、第１のセンサ２５２は、Ｙ軸に沿って駆動されて、Ｘ軸およびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得、第２のセンサシステム２５４は、Ｚ軸に沿って駆動され、Ｘ軸およびＹ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、フォースリバランス信号ＦＲＢに基づいて前の期間の駆動軸に沿った面内周期振動運動を停止し得、また、駆動軸を変化させた際に２つの直交軸を中心とした回転速度ＲＯＴを求める前に、振動マスがその軸に沿ってゼロとなるまで待機し得る。センサシステム２５２および２５４のうちの１つが１つの駆動軸から別の駆動軸に変化するが、センサシステム２５２および２５４のうちの他方がリアルタイムに２つの直交軸を中心とした回転速度ＲＯＴを継続して求め得る。
【0037】
図７は、別の例のジャイロスコープシステム３００を示す。ジャイロスコープシステム３００は、図１の例におけるジャイロスコープシステム１０の一部に対応し得る。図７の例において、ジャイロスコープシステム３００は、第１のセンサシステム３０２と、第２のセンサシステム３０４と、第３のセンサシステム３０６とを含む。例として、センサシステム３０２、３０４、および３０６の各々は、図２の例におけるセンサシステム５０または図４の例におけるセンサシステム１５０と実質的に同様に構成され得る。したがって、以下の図７の例の説明において、図１〜５の例を参照する。
【0038】
図７の例において、第１のセンサシステム３０２は、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX1を与えられて、振動マスのＸ軸に沿った面内周期振動運動を容易にすることを模式的に示している。したがって、図７の例において、Ｘ軸は、第１のセンサシステム３０２についての駆動軸に対応する。また、第１のセンサシステム３０２は、Ｙ軸フォースリバランス信号ＦＲＢY1を与えられ、振動マスのＹ軸の向きのフォースリバランスを容易にし、かつＺ軸フォースリバランス信号ＦＲＢZ1を与えられて、振動マスのＺ軸の向きのフォースリバランスを容易にすることを模式的に示している。この結果、ジャイロスコープコントローラ１４は、Ｙ軸およびＺ軸に対して振動マスに作用するコリオリ力から生じるピックオフ信号ＰＯに基づいて、第１のセンサシステム３０２のＹ軸およびＺ軸を中心とした回転速度をそれぞれに求めるように構成され得る。
【0039】
同様に、第２のセンサシステム３０４は、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY2を与えられて、振動マスのＹ軸に沿った面内周期振動運動を容易にすることを模式的に示している。したがって、図７の例において、Ｙ軸は、第２のセンサシステム３０４についての駆動軸に対応する。また、第２のセンサシステム３０４は、Ｘ軸フォースリバランス信号ＦＲＢX2を与えられて、振動マスのＸ軸の向きのフォースリバランスを容易にし、かつＺ軸フォースリバランス信号ＦＲＢZ2を与えられて、振動マスのＺ軸の向きのフォースリバランスを容易にすることを模式的に示している。この結果、ジャイロスコープコントローラ１４は、Ｘ軸およびＺ軸に対して振動マスに作用するコリオリ力から生じるピックオフ信号ＰＯに基づいて、第２のセンサシステム３０４のＸ軸およびＺ軸を中心とした回転速度をそれぞれに求めるように構成され得る。
【0040】
同様に、第３のセンサシステム３０６は、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ3を与えられて、振動マスのＺ軸に沿った面内周期振動運動を容易にすることを模式的に示している。したがって、図７の例において、Ｚ軸は、第３のセンサシステム３０６についての駆動軸に対応する。また、第３のセンサシステム３０６は、Ｘ軸フォースリバランス信号ＦＲＢX3を与えられて、振動マスのＸ軸の向きのフォースリバランスを容易にし、かつＹ軸フォースリバランス信号ＦＲＢY3を与えられて、振動マスのＹ軸の向きのフォースリバランスを容易にすることを模式的に示している。この結果、ジャイロスコープコントローラ１４は、Ｘ軸およびＹ軸に対して振動マスに作用するコリオリ力から生じるピックオフ信号ＰＯに基づいて、第３のセンサシステム３０６のＸ軸およびＹ軸を中心とした回転速度をそれぞれに求めるように構成され得る。
【0041】
例として、センサシステム３０２、３０４、および３０６は、それぞれ駆動信号ＤＲＶX1、ＤＲＶY2、およびＤＲＶZ3信号を同時に与えられ得、同様にフォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1、フォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2、ならびにフォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢY3を同時に与えられ得る。したがって、ジャイロスコープシステム３００は、第１のセンサシステム３０２に関連付けられたフォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1に基づいて、ＹおよびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定するように構成され得、第２のセンサシステム３０４に関連付けられたフォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2に基づいて、ＸおよびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得、かつ第３のセンサシステム３０６に関連付けられたフォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢY3に基づいて、ＸおよびＹ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得る。したがって、ジャイロスコープシステム３００は、３つの直交軸のすべてを中心としたジャイロスコープシステム３００の回転速度を同時に求めるように構成され得る。さらに、センサシステム３０２、３０４、および３０６は、共通の平面上に作製されることにより、ジャイロスコープシステム３００は、小型かつ平坦な構成で作製され占有空間を低減し得る。
【0042】
さらに、上記のように、ジャイロスコープコントローラ１４は、異なる期間の各々においてセンサシステム３０２、３０４、および３０６の各々の駆動軸を変化させて、センサシステム３０２、３０４、および３０６の各々の駆動軸、およびしたがって感知軸、を変化させるように構成され得る。例として、図７の例は、第１のセンサシステム３０２がＸ軸に沿って駆動されて、Ｙ軸およびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し、第２のセンサシステム３０４がＹ軸に沿って駆動されて、Ｘ軸およびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し、第３のセンサシステム３０６がＺ軸に沿って駆動され、Ｘ軸およびＹ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定することを示す。しかし、上記のように、ジャイロスコープコントローラ１４は、それぞれの駆動軸を交互にまたは同時に変化させ得る。例えば、ジャイロスコープコントローラ１４は、後の期間において、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY1、Ｘ軸フォースリバランス信号ＦＲＢX1、およびＺ軸フォースリバランス信号ＦＲＢZ1を第１のセンサシステム３０２に与え得、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ2、Ｘ軸フォースリバランス信号ＦＲＢX2、およびＹ軸フォースリバランス信号ＦＲＢY2を第２のセンサシステム３０４に与え得、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX3、Ｙ軸フォースリバランス信号ＦＲＢY3、およびＺ軸フォースリバランス信号ＦＲＢZ3を第３のセンサシステム３０６に与え得る。この結果、後の期間において、第１のセンサ３０２は、Ｙ軸に沿って駆動されて、Ｘ軸およびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得、第２のセンサシステム３０４は、Ｚ軸に沿って駆動されて、Ｘ軸およびＹ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得、第３のセンサシステム３０６は、Ｘ軸に沿って駆動されて、Ｙ軸およびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得る。したがって、本明細書にてより詳細に説明するように、センサシステム３０２、３０４、および３０６の１つは、ある駆動軸から別の駆動軸へ変化するが、センサシステム３０２、３０４、および３０６の他の２つは、合わせて、３つの直交軸を中心とした回転速度ＲＯＴをリアルタイムに継続して求め、連続動作を提供し得る。
【0043】
図８は、センサシステム３５２、３５４、および３５６の動きの別の図示例３５０を示す。図示３５０は、図７の例のジャイロスコープシステム３００に対応し得る。ここで、第１のセンサシステム３５２は、第１のセンサシステム３０２に対応し、第２のセンサシステム３５４は、第２のセンサシステム３０４に対応し、第３のセンサシステム３５６は、第３のセンサシステム３０６に対応する。したがって、以下の図８の例の説明において、図７の例を参照する。
【0044】
図示３５０は、第１のセンサシステム３５２の動きを含む。この動きにおいて、駆動信号ＤＲＶは、複数組のＸ軸電極３５８に与えられて、振動マス群３６０のＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。図８の例において、振動マス群３６０は、各振動マス群３６０の対について約１８０°位相がずれているように示されており、よって、振動マス群３６０の各対３６０は、同時に＋Ｘ方向および−Ｘ方向の両方へ移動している。上記と同様に、駆動信号ＤＲＶX1は、複数組のＸ軸電極３５８のうちの所与の１つに与えられて、一位相において一方向（例えば、＋Ｘ方向）に静電引力を与える単一信号を含み得、そして、ばね湾曲部の群３６２は、逆位相（例えば、１８０°）において逆方向に振動マス３６０の反動の動きを与える。別の例として、駆動信号ＤＲＶX1は、互いに対して１８０°位相がずれており、互いに逆の各位相において互いに逆の各Ｘ軸方向に静電引力を与える一対の駆動信号ＤＲＶX1を含み得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、駆動信号ＤＲＶX1を複数組のＸ軸電極３５８に与えながら、第１のフォースリバランス信号ＦＲＢY1を複数組のＹ軸電極３６４に与え、第２のフォースリバランス信号ＦＲＢZ1を複数組のＺ軸電極３６６に与えて、振動マス３６０をＹおよびＺ感知軸のそれぞれに沿ったゼロ位置に維持し得る。
【0045】
図示３５０は、第２のセンサシステム３５４の動きを含む。この動きにおいて、駆動信号ＤＲＶY2は、複数組のＹ軸電極３６４に与えられて、振動マス群３６０のＹ軸に沿った面内周期振動運動を与える。図８の例において、振動マス群３６０は、振動マス群３６０の各対について約１８０°位相がずれているように示されており、よって、振動マス群３６０の各対は、同時に＋Ｙ方向および−Ｙ方向の両方へ移動している。上記と同様に、駆動信号ＤＲＶY2は、複数組のＹ軸電極３６４のうちの所与の１つに与えられて、一位相において一方向（例えば、＋Ｙ方向）に静電引力を与える単一信号を含み得、そして、ばね湾曲部の群３６２は、逆位相（例えば、１８０°）において逆方向に振動マス３６０の反動の動きを与える。別の例として、駆動信号ＤＲＶY2は、互いに対して１８０°位相がずれており、互いに逆の各位相において互いに逆の各Ｙ軸方向に静電引力を与える一対の駆動信号ＤＲＶY2を含み得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、駆動信号ＤＲＶY2を複数組のＹ軸電極３６４に与えながら、第１のフォースリバランス信号ＦＲＢX2を複数組のＸ軸電極３５８に与え、第２のフォースリバランス信号ＦＲＢZ2を複数組のＺ軸電極３６６に与えて、振動マス３６０をＸおよびＺ感知軸のそれぞれに沿ったゼロ位置に維持し得る。
【0046】
図示３５０は、第３のセンサシステム３５６の動きを含む。この動きにおいて、駆動信号ＤＲＶZ3は、複数組のＺ軸電極３６６に与えられて、振動マス群３６０のＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。図８の例において、振動マス群３６０は、振動マス群３６０の各対について約１８０°位相がずれているように示されており、よって、振動マス群３６０の各対は、同時に＋Ｚ方向および−Ｚ方向の両方へ移動している。上記と同様に、駆動信号ＤＲＶZ3は、複数組のＺ軸電極３６６のうちの所与の１つに与えられて、一位相において一方向（例えば、＋Ｚ方向）に静電引力を与える単一信号を含み得、そして、ばね湾曲部の群３６２は、逆位相（例えば、１８０°）において逆方向に振動マス３６０の反動の動きを与える。別の例として、駆動信号ＤＲＶZ3は、互いに対して１８０°位相がずれており、互いに逆の各位相において互いに逆の各Ｚ軸方向に静電引力を与える一対の駆動信号ＤＲＶZ3を含み得る。例として、ジャイロスコープコントローラ１４は、駆動信号ＤＲＶZ3を複数組のＺ軸電極３６６に与えながら、第１のフォースリバランス信号ＦＲＢX3を複数組のＸ軸電極３５８に与え、第２のフォースリバランス信号ＦＲＢY3を複数組のＹ軸電極３６４に与えて、振動マス３６０をＸおよびＹ感知軸のそれぞれに沿ったゼロ位置に維持し得る。
【0047】
例として、センサシステム３５２、３５４、および３５６は、それぞれ駆動信号ＤＲＶX1、ＤＲＶY2、およびＤＲＶZ3信号を同時に与えられ得、同様にフォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1、フォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2、ならびにフォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢY3を同時に与えられ得る。したがって、ジャイロスコープシステム３５０は、第１のセンサシステム３５２に関連付けられたフォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1に基づいて、ＹおよびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定するように構成され得、第２のセンサシステム３５４に関連付けられたフォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2に基づいて、ＸおよびＺ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得、かつ第３のセンサシステム３５６に関連付けられたフォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢY3に基づいて、ＸおよびＹ軸を中心とした回転速度ＲＯＴを測定し得る。したがって、ジャイロスコープシステム３５０は、３つの直交軸のすべてを中心としたジャイロスコープシステム３５０の回転速度を同時に求めるように構成され得る。さらに、センサシステム３５２、３５４、および３５６は、共通の平面上に作製されることにより、ジャイロスコープシステム３５０は、小型かつ平坦な構成で作製され占有空間を低減し得る。
【0048】
上記のように、冗長なセンサシステム３５２、３５４、および３５６を実装することによって、それぞれのセンサシステム１２の直交軸のうちの所与の１つを中心とした回転速度ＲＯＴのキャリブレーションが容易にされ得る。例えば、直交軸のうちの所与の１つを中心とした回転速度ＲＯＴの計算は、直交軸のうちのその軸を中心とした回転と、対応の駆動軸に沿った振動マス３６０の駆動モード信号とのベクトルクロス積に基づく。ジャイロスコープコントローラ１４がセンサシステム３５２、３５４、および３５６の所与の１つに対して異なる駆動軸間で循環する場合、ベクトルクロス積は、クロス積関数変数の切り換えに基づいて極性を変化させる。この結果、直交軸の所与の１つに対して、その直交軸を中心とした回転速度は、駆動軸がある軸から別の軸に変化した２つの異なる期間について、差分計算され、したがって互いに逆の極性で計算され得る。この結果、所与の駆動軸に対するセンサシステム３５２、３５４、および３５６の対応の１つに関連付けられた任意のバイアスエラーは、２つの異なる期間の回転速度ＲＯＴの計算の間で互いに等しくかつ逆向きに実質的に相殺される。この結果、以下の図９〜１７の例において説明するように、ジャイロスコープシステム３５０は、センサシステムの各々３５２、３５４、および３５６の各々について駆動軸のそれぞれの変化のサイクルにわたりキャリブレーションされ得る。
【0049】
図９〜１７の各例は、「センサシステム１」、「センサシステム２」、および「センサシステム３」と称する３つのセンサシステムを示す。これらは、上記のような３つのセンサシステム（例えば、それぞれセンサシステム３５２、３５４、および３５６）にそれぞれ対応し得る。図９〜１７の各例は、それぞれのセンサシステムを含むジャイロスコープシステムのキャリブレーションを完了させる期間において生じ得る異なる期間に対応し得る。したがって、以下の図９〜１７の例の説明は、全体として、それぞれのジャイロスコープシステム（例えば、前記ジャイロスコープシステム３５０）のキャリブレーションのシーケンスに対応し得る。図９〜１７の例において、センサシステムは、それぞれの３つの直交軸によってのみ示され、本明細書にて提供するように、駆動軸が変化しているか、駆動信号ＤＲＶがそれぞれの電極に印加されているか、またはフォースリバランス信号がそれぞれの電極に印加されて、それぞれの軸を中心とした回転速度Ωが測定されているかのいずれかである。
【0050】
図９は、第１のキャリブレーション期間の図示例４００を示す。第１のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、駆動軸をＸ軸からＹ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＸおよびＹ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４０２で示される。例として、Ｙ軸は、直前の期間（例えば、第１のキャリブレーション期間の直前）においてＸ軸駆動信号ＤＲＶX1を与えられた後に、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY1を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｘ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢX1を与えられて、Ｘ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢZ1を与えられて、振動マスをＺ軸について、直前の期間（例えば、第１のキャリブレーション期間の直前）からゼロに維持し得る。したがって、第１のセンサシステムは、第１のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0051】
また、図示４００は、第２のセンサシステムの通常動作状態を示す。第１のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY2を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＹ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第２のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。上記のように、回転速度は、駆動軸およびそれぞれの感知軸のベクトルクロス積に基づいて求められる。したがって、図９の例において、第２のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX2およびＺ軸を中心とした負の回転速度−ΩZ2を与える。
【0052】
同様に、図示４００は、第３のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第１のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ3を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第３のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢY3を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＹ軸を中心とした回転速度ΩYの計算を容易にする。上記のように、回転速度は、駆動軸およびそれぞれの感知軸のベクトルクロス積に基づいて求められる。したがって、図９の例において、第３のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX3およびＹ軸を中心とした負の回転速度−ΩY3を与える。
【0053】
図１０は、第２のキャリブレーション期間の図示例４１０を示す。第２のキャリブレーション期間は、図示４００における第１のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に対して応答するなどして、図９の例における図示４００によって示された第１のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。図示４１０は、第１のセンサシステムの通常動作状態を示す。第１のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第２のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY1を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＹ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第１のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX1およびＦＲＢZ1を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１０の例において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX1およびＺ軸を中心とした負の回転速度−ΩZ1を与える。
【0054】
第２のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、駆動軸をＹ軸からＺ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＹおよびＺ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４１２で示される。例として、Ｚ軸は、第１のキャリブレーション期間においてＹ軸駆動信号ＤＲＶY2を与えられた後に、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ2を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｙ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢY2を与えられて、Ｙ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢZ2を与えられ、振動マスをＺ軸について、第１のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第２のセンサシステムは、第２のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0055】
図示４１０は、第３のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第２のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ3を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第３のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢY3を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＹ軸を中心とした回転速度ΩYの計算を容易にする。図１０の例において、第３のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした負の回転速度−ΩX3およびＹ軸を中心とした負の回転速度−ΩY3を与える。
【0056】
図１１は、第３のキャリブレーション期間の図示例４２０を示す。第３のキャリブレーション期間は、図示４１０における第２のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に対して応答するなどして、図１０の例における図示４１０によって示された第２のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。図示４２０は、第１のセンサシステムの通常動作状態を示す。第３のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY1を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＹ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第１のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX1およびＦＲＢZ1を与えられて、そのＹ軸を中心とした回転速度ΩYおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１１の例において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX1およびＺ軸を中心とした負の回転速度−ΩZ1を与える。
【0057】
同様に、図示４２０は、第２のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第２のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第３のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ2を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第２のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢY2を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＹ軸を中心とした回転速度ΩYの計算を容易にする。図１１の例において、第２のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした負の回転速度−ΩX2およびＹ軸を中心とした負の回転速度−ΩY2を与える。
【0058】
第３のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、駆動軸をＺ軸からＸ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＸおよびＺ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４２２で示される。例として、Ｘ軸は、第２のキャリブレーション期間においてＺ軸駆動信号ＤＲＶZ3を与えられた後に、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX3を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｚ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢZ3を与えられて、Ｚ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢY3を与えられ、振動マスをＹ軸について、第２のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第３のセンサシステムは、第３のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0059】
図１２は、第４のキャリブレーション期間の図示例４３０を示す。第４のキャリブレーション期間は、図示４２０における第３のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に応答するなどして、図１１の例における図示４２０によって示された第３のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。第４のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、駆動軸をＹ軸からＺ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＹおよびＺ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４３２で示される。例として、Ｚ軸は、第３のキャリブレーション期間においてＹ軸駆動信号ＤＲＶY1を与えられた後に、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ1を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｙ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢY1を与えられて、Ｙ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢX1を与えられて、振動マスをＸ軸について、第３のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第１のセンサシステムは、第４のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0060】
また、図示４３０は、第２のセンサシステムの通常動作状態を示す。第４のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ2を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第２のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢY2を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＹ軸を中心とした回転速度ΩYの計算を容易にする。図１１の例において、第２のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした負の回転速度−ΩX2およびＹ軸を中心とした負の回転速度−ΩY2を与える。
【0061】
同様に、図示４３０は、第３のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第３のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第４のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX3を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第３のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢY3およびＦＲＢZ3を与えられて、そのＹ軸を中心とした回転速度ΩYおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１２の例において、第３のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした正の回転速度＋ΩY3およびＺ軸を中心とした正の回転速度＋ΩZ3を与える。
【0062】
図１３は、第５のキャリブレーション期間の図示例４４０を示す。第４のキャリブレーション期間は、図示４３０における第１のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に応答するなどして、図１２の例における図示４３０によって示された第４のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。図示４４０は、第１のセンサシステムの通常動作状態を示す。第４のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第５のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ1を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第１のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX1およびＦＲＢY1を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＹ軸を中心とした回転速度ΩYの計算を容易にする。図１３の例において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした負の回転速度−ΩX1およびＹ軸を中心とした負の回転速度−ΩY1を与える。
【0063】
第５のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、駆動軸をＺ軸からＸ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＸおよびＺ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４４２で示される。例として、Ｘ軸は、第４のキャリブレーション期間においてＺ軸駆動信号ＤＲＶZ2を与えられた後に、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX2を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｚ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢZ2を与えられて、Ｚ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢY2を与えられて、振動マスをＹ軸について、第４のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第２のセンサシステムは、第５のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0064】
図示４４０は、第３のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第５のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX3を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第３のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢY3およびＦＲＢZ3を与えられて、それぞれのＹ軸を中心とした回転速度ΩYおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１３の例において、第３のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした正の回転速度＋ΩY3およびＺ軸を中心とした正の回転速度＋ΩZ3を与える。
【0065】
図１４は、第６のキャリブレーション期間の図示例４５０を示す。第６のキャリブレーション期間は、図示４４０における第２のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に応答するなどして、図１３の例における図示４４０によって示された第５のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。図示４５０は、第１のセンサシステムの通常動作状態を示す。第６のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ1を与えられ、振動マスの駆動軸に対応するＺ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第１のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX1およびＦＲＢY1を与えられ、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＹ軸を中心とした回転速度ΩYの計算を容易にする。図１４の例において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした負の回転速度−ΩX1およびＹ軸を中心とした負の回転速度−ΩY1を与える。
【0066】
同様に、図示４５０は、第２のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第５のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第６のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX2を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第２のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢY2およびＦＲＢZ2を与えられ、そのＹ軸を中心とした回転速度ΩYおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１４の例において、第２のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした正の回転速度＋ΩY2およびＺ軸を中心とした正の回転速度＋ΩZ2を与える。
【0067】
第６のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、駆動軸をＸ軸からＹ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＸおよびＹ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４５２で示される。例として、Ｙ軸は、第５のキャリブレーション期間においてＸ軸駆動信号ＤＲＶX3を与えられた後に、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY3を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｘ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢX3を与えられて、Ｘ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢZ3を与えられ、振動マスをＺ軸について、第５のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第３のセンサシステムは、第６のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0068】
図１５は、第７のキャリブレーション期間の図示例４６０を示す。第７のキャリブレーション期間は、図示４５０における第３のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に応答するなどして、図１４の例における図示４５０によって示された第６のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。第７のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、駆動軸をＺ軸からＸ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＸおよびＺ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４６２で示される。例として、Ｘ軸は、第６のキャリブレーション期間においてＺ軸駆動信号ＤＲＶZ1を与えられた後に、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX1を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｚ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢZ1を与えられて、Ｚ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢY1を与えられて、振動マスをＹ軸について、第６のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第１のセンサシステムは、第７のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0069】
また、図示４６０は、第２のセンサシステムの通常動作状態を示す。第７のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX2を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第２のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢY2およびＦＲＢZ2を与えられて、そのＹ軸を中心とした回転速度ΩYおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１５の例において、第２のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした正の回転速度＋ΩY2およびＺ軸を中心とした正の回転速度＋ΩZ2を与える。
【0070】
同様に、図示４６０は、第３のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第６のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第７のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY3を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＹ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第３のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢZ3を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１５の例において、第３のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX3およびＺ軸を中心とした負の回転速度−ΩZ3を与える。
【0071】
図１６は、第８のキャリブレーション期間の図示例４７０を示す。第８のキャリブレーション期間は、図示４６０における第１のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に応答するなどして、図１５の例における図示４６０によって示された第７のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。図示４７０は、第１のセンサシステムの通常動作状態を示す。第７のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第８のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX1を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第１のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1を与えられて、そのＹ軸を中心とした回転速度ΩYおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１６の例において、第１のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした正の回転速度＋ΩY1およびＺ軸を中心とした正の回転速度＋ΩZ1を与える。
【0072】
第８のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、駆動軸をＸ軸からＹ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＸおよびＹ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４７２で示される。例として、Ｙ軸は、第７のキャリブレーション期間においてＸ軸駆動信号ＤＲＶX2を与えられた後に、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY2を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｘ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢX2を与えられて、Ｘ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢZ2を与えられ、振動マスをＺ軸について、第７のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第２のセンサシステムは、第８のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0073】
図示４７０は、第３のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第８のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY3を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＹ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第３のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX3およびＦＲＢZ3を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１６の例において、第３のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX3およびＺ軸を中心とした負の回転速度−ΩZ3を与える。
【0074】
図１７は、第９のキャリブレーション期間の図示例４８０を示す。第９のキャリブレーション期間は、図示４７０における第２のセンサシステムの駆動および感知軸の完全な遷移に応答するなどして、図１６の例における図示４８０によって示された第８のキャリブレーション期間の直後に続く期間であり得る。図示４８０は、第１のセンサシステムの通常動作状態を示す。第９のキャリブレーション期間において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸駆動信号ＤＲＶX1を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＸ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第１のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢY1およびＦＲＢZ1を与えられて、そのＹ軸を中心とした回転速度ΩYおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１７の例において、第１のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした正の回転速度＋ΩY1およびＺ軸を中心とした正の回転速度＋ΩZ1を与える。
【0075】
同様に、図示４８０は、第２のセンサシステムの通常動作状態をさらに示す。第８のキャリブレーション期間において駆動軸を変化させた後、第９のキャリブレーション期間において、第２のセンサシステムは、Ｙ軸駆動信号ＤＲＶY2を与えられて、振動マスの駆動軸に対応するＹ軸に沿った面内周期振動運動を与える。さらに、第２のセンサシステムは、フォースリバランス信号ＦＲＢX2およびＦＲＢZ2を与えられて、そのＸ軸を中心とした回転速度ΩXおよびＺ軸を中心とした回転速度ΩZの計算を容易にする。図１７の例において、第２のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX2およびＺ軸を中心とした負の回転速度−ΩZ2を与える。
【0076】
第９のキャリブレーション期間において、第３のセンサシステムは、駆動軸をＹ軸からＺ軸に変化させるように示されている。ここで、そのＹおよびＺ軸は、破線で示され、その遷移は、矢印４８２で示される。例として、Ｚ軸は、第８のキャリブレーション期間においてＹ軸駆動信号ＤＲＶY3を与えられた後に、Ｚ軸駆動信号ＤＲＶZ3を与えられ始め得る。さらに、例として、Ｙ軸電極は、フォースリバランス信号ＦＲＢY3を与えられて、Ｙ軸について振動マスをゼロにし得、フォースリバランス信号ＦＲＢX3を与えられ、振動マスをＸ軸について、第８のキャリブレーション期間からゼロに維持し得る。したがって、第３のセンサシステムは、第９のキャリブレーション期間において、回転速度ＲＯＴの計算の容易化を行っていない。
【0077】
図９〜１７の例のセンサシステムを含む対応するジャイロスコープシステムは、このように、９つのキャリブレーション期間を連続して循環しており、所与の期間において、３つのセンサシステムのうちの１つは駆動軸を変化しているようにされ得る。例として、また、ジャイロスコープシステムは、通常動作モードを含み得る。通常動作モードにおいて、３つのセンサシステムの各々は、駆動軸に沿って駆動信号ＤＲＶを与えられる別々の直交軸を有する。センサシステムのうちの所与の１つに対する、駆動軸における回転および上記軸のうちの所与の１つを中心とした回転速度のそれぞれの差分測定に基づいて、ジャイロスコープコントローラ１４は、また、センサシステムのキャリブレーションを行うように構成され得る。例として、プロセッサ２４は、回転速度の差分測定に基づいてバイアスエラーを特定するように構成され得、回転速度の計算からのバイアスエラーをリアルタイムに実質的に相殺し得る。
【0078】
例として、図１０および１１の例において、第１のセンサシステムは、Ｚ軸を中心とした負の回転速度−ΩZ1を与える。図１６および１７の例において、第１のセンサシステムは、Ｚ軸を中心とした正の回転速度＋ΩZ1を与える。同様に、図１０および１１の例において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした正の回転速度＋ΩX1を与える。図１３および１４において、第１のセンサシステムは、Ｘ軸を中心とした負の回転速度−ΩX1を与える。同様に、図１３および１４において、第１のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした負の回転速度−ΩY1を与える。図１６および１７の例において、第１のセンサシステムは、Ｙ軸を中心とした正の回転速度＋ΩY1を与える。したがって、第１のセンサシステムは、異なる期間の各々において、３つの直交軸の各々の正および負の回転速度Ωの計算を与えるように構成される。上記のように、所与の駆動軸に対するセンサシステム（例えば、センサシステム３５２、３５４、および３５６）のうちの１つに関連付けられたバイアスエラーはいずれも、２つの異なる期間の回転速度ＲＯＴの計算の間で互いに等しくかつ逆向きに実質的に相殺される。この結果、ジャイロスコープコントローラ１４は、正および負の回転速度によって与えられる差分測定に基づいて、キャリブレーション期間にわたり第１のセンサシステムによって与えられる回転速度ΩX1、ΩY1、およびΩZ1の各々の測定のキャリブレーションを行うように構成され得る。言い換えると、バイアスエラーは、ジャイロスコープコントローラ１４により差分測定に基づいて特定され得るので、バイアスエラーは、所与の時点でセンサシステムの回転速度の所与の計算において相殺され得る。
【0079】
同様に、第２および第３のセンサシステムは、９つのキャリブレーション期間にわたって同様にキャリブレーションされ得る。特に、第２のセンサシステムは、図９および１７の例において計算された回転速度＋ΩX2に対する図１１および１２の例において計算された回転速度−ΩX2に基づいて、Ｘ軸を中心とした回転速度についてキャリブレーションされ得る。また、第２のセンサシステムは、図１４および１５の例において計算された回転速度＋ΩY2に対する図１１および１２の例において計算された回転速度−ΩY2に基づいて、Ｙ軸を中心とした回転速度についてキャリブレーションされ得る。また、第２のセンサシステムは、図１４および１５の例において計算された回転速度＋ΩZ2に対する図９および１７の例において計算された回転速度−ΩZ2に基づいて、Ｚ軸を中心とした回転速度についてキャリブレーションされ得る。同様に、第３のセンサシステムは、図１５および１６の例において計算された回転速度＋ΩX3に対する図９および１０の例において計算された回転速度−ΩX3に基づいて、Ｘ軸を中心とした回転速度についてキャリブレーションされ得る。また、第３のセンサシステムは、図１２および１３の例において計算された回転速度＋ΩY3に対する図９および１０の例において計算された回転速度−ΩY3に基づいて、Ｙ軸を中心とした回転速度についてキャリブレーションされ得る。また、第３のセンサシステムは、図１２および１３の例において計算された回転速度＋ΩZ3に対する図１５および１６の例において計算された回転速度−ΩZ3に基づいて、Ｚ軸を中心とした回転速度についてキャリブレーションされ得る。したがって、ジャイロスコープシステム１０は、ジャイロスコープシステム１０の３つの直交軸のすべてを中心とした回転速度を求めるためのジャイロスコープシステム１０の通常動作を中断することなく、実質的に連続してキャリブレーションされ得る。
【0080】
上記の構造的および機能的な特徴を鑑みれば、本発明の種々の局面における方法は、図１８を参照することによってより良く理解される。なお、説明を簡単にするために図１８の方法は、逐次的に実行されるように図示および説明されるが、本発明は、例示の順序に限定されない。本明細書の図示および説明とは別に、本発明にしたがい、いくつかの局面は、異なる順序で実行され得、および／または他の局面と同時に実行され得る。さらに、本発明のある局面の方法を実現するために、すべての例示の特徴を必ずしも必要としない。
【0081】
図１８は、３つの直交軸の各々を中心とした回転を、ジャイロスコープシステム（例えば、前記ジャイロスコープシステム１０）を介して測定する一例の方法５００を示す。ステップ５０２において、第１の期間（例えば、図示４００の第１のキャリブレーション期間）において、駆動信号（例えば、駆動信号ＤＲＶ）が第１の電極（例えば、複数組の電極１８、２０、２２のうちの１つ）に与えられて、駆動力を振動マス（例えば、振動マス１６）に３つの直交軸のうちの第１の軸に沿って与える。ステップ５０４において、第１の期間において、第１のフォースリバランス信号（例えば、フォースリバランス信号ＦＲＢ）が第２の電極（例えば、複数組の電極１８、２０、２２のうちの別の１つ）に与えられて、第１のフォースリバランスを振動マスに３つの直交軸うちの第２の軸の向きに与え、第１のフォースリバランス信号に基づいて、ジャイロスコープシステムの第２の軸を中心とした回転を求める。ステップ５０６において、第１の期間において、第２のフォースリバランス信号が第３の電極（例えば、複数組の電極１８、２０、２２のうちの別の１つ）に与えられて、第２のフォースリバランスを振動マスに３つの直交軸のうちの第３の軸に与え、第２のフォースリバランス信号に基づいて、ジャイロスコープシステムの第３の軸を中心とした回転を求める。ステップ５０８において、第２の期間（例えば、図示４１０の第２のキャリブレーション期間）において、駆動信号が第２の電極に与えられて、駆動力を振動マスに第２の軸に沿って与える。ステップ５１０において、第２の期間において、第１のフォースリバランス信号が第１の電極に与えられ、第１のフォースリバランスを振動マスに第１の軸の向きに与え、第１のフォースリバランス信号に基づいて第１の軸を中心としたジャイロスコープシステムの回転を求める。
【0082】
上記は、本発明の例である。本発明を説明する目的において構成要素や方法の考えられ得るすべての組み合わせを説明することは当然ながらできないが、当業者には、本発明の多くのさらなる組み合わせや並び替えがあり得ることが理解される。したがって、本発明には、添付の特許請求の範囲を含む、本願の範囲に含まれるすべてのそのような変更、改良、および変例が含まれることが意図される。さらに、本明細書や特許請求の範囲に記載の要素（「１つの要素」、「ある要素」、「第１の要素」、「別の要素」、それらに均等なものなど）は、そのような要素が１つ以上含まれると解釈され、そのような要素が２つ以上であることを必須としないし、また排除もしない。本明細書において、用語「含む」は、含むことを意味するが、それに限定されない。用語「基づく」は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。