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(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】
(24)【登録日】2023-12-15
(45)【発行日】2023-12-25
(54)【発明の名称】振動型角速度センサ
(51)【国際特許分類】
G01C 19/5776 20120101AFI20231218BHJP
G01C 19/567 20120101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
G01C19/5776
G01C19/567
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020052440
(22)【出願日】2020-03-24
(65)【公開番号】P2021152466
(43)【公開日】2021-09-30
【審査請求日】2023-03-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000183369
【氏名又は名称】住友精密工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104433
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 博一
(74)【代理人】
【識別番号】100202728
【弁理士】
【氏名又は名称】三森 智裕
(72)【発明者】
【氏名】森口 孝文
【審査官】續山 浩二
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０８２５３９５２（ＣＮ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１２９４６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２００７－５２０７１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－２５８０８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第０１／７９８６２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ １９／５７７６
Ｇ０１Ｃ １９／５６７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動子と、閉じた制御ループを有し、前記閉じた制御ループの出力が前記振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、
前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有するとともに、前記閉じた制御ループにオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている２次側制御回路と、を備え、
前記１次側制御回路と前記２次側制御回路とは、前記１次側制御回路としての機能と、前記２次側制御回路としての機能を入れ替え可能に構成されており、
入れ替え後の前記オフセット値と入れ替え前の前記オフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である、振動型角速度センサ。
【請求項2】
前記１次側制御回路および前記２次側制御回路は、それぞれ、前記閉じた制御ループ内に、１次側ループフィルタおよび２次側ループフィルタを含み、前記２次側ループフィルタの入力に前記オフセット値を加算することによって、前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項１に記載の振動型角速度センサ。
【請求項3】
入れ替え前の前記オフセット値をａとした場合、入れ替え後の前記オフセット値は、入れ替え前の前記オフセット値の極性が反転された－ａである、請求項１または２に記載の振動型角速度センサ。
【請求項4】
入れ替え前の仮の前記オフセット値をａとし、入れ替え後の仮の前記オフセット値を－ａとし、
入れ替えの前の前記センサ出力と、入れ替えの後の前記センサ出力との中央値に対する仮の前記オフセット値をｂとした場合、
入れ替え前の前記オフセット値は、ａ＋ｂであり、入れ替え後の前記オフセット値は、－ａ＋ｂである、請求項１または２に記載の振動型角速度センサ。
【請求項5】
前記センサ出力をアナログ的に補正する場合には、前記２次側制御回路の閉じた制御ループに、前記２次側制御回路からの前記振動子の利得の温度変化の二乗に反比例するセンサ出力の補正を行うために、前記振動子の利得の温度変化に反比例する前記１次側制御回路の前記出力に基づく第１オフセット値と、前記２次側制御回路からの前記振動子の利得の温度変化に反比例するセンサ出力の補正を行うために、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とを加算するとともに、前記第１オフセット値および前記第２オフセット値の加算量を調整することによって、前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【請求項6】
前記振動子の温度に依存する利得をＧＲ（Ｔ）とし、Ａ、ＢおよびＣを温度に依存しない一定値とした場合に、前記２次側制御回路を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により前記２次側制御回路の閉じた制御ループに生じる前記センサ出力の誤差と前記１次側制御回路から前記２次側制御回路へのクロストークにより前記２次側制御回路の閉じた制御ループに生じる前記センサ出力の誤差の合計ＶＯｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒは、以下の数式で表され、以下の数式の第１項であるＡ／ＧＲ
２（Ｔ）を低減するように、前記振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する前記１次側制御回路の前記出力に基づく前記第１オフセット値の加算量を調整するとともに、以下の数式の第２項であるＢ／ＧＲ（Ｔ）を低減するように、温度に依存しない前記一定の信号に基づく前記第２オフセット値の加算量を調整することによって、アナログ的に前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項５に記載の振動型角速度センサ。【数1】
【請求項7】
前記センサ出力をデジタル的に補正する場合には、前記振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する前記１次側制御回路の前記出力を量子化するとともに、量子化した前記１次側制御回路の前記出力に対して、温度変化による前記センサ出力の誤差を低減する前記オフセット値を、前記２次側制御回路に加算することによって、前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【請求項8】
前記振動子は、リング型の振動子を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【請求項9】
振動子と、
閉じた制御ループを有し、前記閉じた制御ループの出力が前記振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、
前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有するとともに、前記閉じた制御ループにオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている２次側制御回路と、を備え、
前記１次振動を誘起する機能と前記２次振動を検出する機能とを入れ替え可能に構成されており、
入れ替え後の前記オフセット値と入れ替え前の前記オフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である、振動型角速度センサ。
【請求項10】
前記１次側制御回路および前記２次側制御回路は、それぞれ、前記閉じた制御ループ内に、１次側ループフィルタおよび２次側ループフィルタを含み、
前記２次側ループフィルタの入力に前記オフセット値を加算することによって、前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項９に記載の振動型角速度センサ。
【請求項11】
入れ替え前の前記オフセット値をａとした場合、入れ替え後の前記オフセット値は、入れ替え前の前記オフセット値の極性が反転された－ａである、請求項９または１０に記載の振動型角速度センサ。
【請求項12】
入れ替え前の仮の前記オフセット値をａとし、
入れ替え後の仮の前記オフセット値を－ａとし、
入れ替えの前の前記センサ出力と、入れ替えの後の前記センサ出力との中央値に対する仮の前記オフセット値をｂとした場合、
入れ替え前の前記オフセット値は、ａ＋ｂであり、入れ替え後の前記オフセット値は、－ａ＋ｂである、請求項９または１０に記載の振動型角速度センサ。
【請求項13】
前記センサ出力をアナログ的に補正する場合には、前記２次側制御回路の閉じた制御ループに、前記２次側制御回路からの前記振動子の利得の温度変化の二乗に反比例するセンサ出力の補正を行うために、前記振動子の利得の温度変化に反比例する前記１次側制御回路の前記出力に基づく第１オフセット値と、前記２次側制御回路からの前記振動子の利得の温度変化に反比例するセンサ出力の補正を行うために、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とを加算するとともに、前記第１オフセット値および前記第２オフセット値の加算量を調整することによって、前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項９～１２のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【請求項14】
前記振動子の温度に依存する利得をＧ
Ｒ
（Ｔ）とし、Ａ、ＢおよびＣを温度に依存しない一定値とした場合に、前記２次側制御回路を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により前記２次側制御回路の閉じた制御ループに生じる前記センサ出力の誤差と前記１次側制御回路から前記２次側制御回路へのクロストークにより前記２次側制御回路の閉じた制御ループに生じる前記センサ出力の誤差の合計Ｖ
Ｏｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒ
は、以下の数式で表され、以下の数式の第１項であるＡ／ＧＲ
２
（Ｔ）を低減するように、前記振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する前記１次側制御回路の前記出力に基づく前記第１オフセット値の加算量を調整するとともに、以下の数式の第２項であるＢ／Ｇ
Ｒ
（Ｔ）を低減するように、温度に依存しない前記一定の信号に基づく前記第２オフセット値の加算量を調整することによって、アナログ的に前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項１３に記載の振動型角速度センサ。
【数2】
【請求項15】
前記センサ出力をデジタル的に補正する場合には、前記振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する前記１次側制御回路の前記出力を量子化するとともに、量子化した前記１次側制御回路の前記出力に対して、温度変化による前記センサ出力の誤差を低減する前記オフセット値を、前記２次側制御回路に加算することによって、前記センサ出力の補正を行うように構成されている、請求項９～１２のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、振動型角速度センサに関し、特に、振動子に１次振動を誘起する１次側制御回路と振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出して出力する２次側制御回路とを備える振動型角速度センサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、振動型角速度センサが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【0003】
上記特許文献１には、リング状のエレメント部と、リング状のエレメント部の径方向外側にかつ周状に複数の電極が配置されている。複数の電極は、一次電極と二次電極とを含む。一次電極と二次電極とのうちの一方には、一次電極と二次電極とのうちの一方に交流電圧を印加することにより、リング状のエレメント部に一次振動を発生させる交流電源が接続されている。また、一次電極と二次電極とのうちの他方には、一次電極と二次電極とのうちの他方に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段が接続されている。そして、リング状のエレメント部に一次振動が発生している状態で、エレメント部の法線方向回りに回転運動が発生すると、回転運動の角速度に応じた二次振動がエレメント部に発生する。そして、一次電極と二次電極とのうちの他方に接続されている検出手段によって、二次振動に起因して一次電極と二次電極とのうちの他方に発生する電気信号の大きさが検出される。また、検出された電気信号の大きさに基づいて、二次振動を打ち消すための交流電圧が一次電極と二次電極とのうちの一方に印加される。そして、二次振動を打ち消すための交流電圧の大きさに基づいて角速度の大きさが演算される。
【0004】
また、上記特許文献１に記載のような従来の振動型角速度センサでは、振動型角速度センサが検出する角速度にはバイアス成分（角速度が加わっていない状態でもセンサから出力されるゼロ点からの誤差）が含まれている。バイアス成分は、振動型角速度センサに含まれるジャイロ素子の非対称性などに起因して生じる。そこで、上記特許文献１のような従来の振動型角速度センサは、交流電源が接続されている電極（一次電極と二次電極とのうちの一方）と、検出手段が接続されている電極（一次電極と二次電極とのうちの他方）とを切り替えるように構成されている。そして、切り替えられた前後の振動型角速度センサの出力を差分することにより、バイアス成分がキャンセルされる。
【0005】
ここで、上記特許文献１に記載のような、交流電源が接続されている電極と検出手段が接続されている電極とを切り替えてバイアス成分をキャンセルする振動型角速度センサでは、キャンセルされずに残存するバイアス成分が生じる場合がある。この場合、残存したバイアス成分が、周囲の環境の温度によって変動する。
【0006】
上記特許文献２には、振動子に１次振動を誘起する１次側制御回路と振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出して出力する２次側制御回路とを備える振動型角速度センサが開示されている。この振動型角速度センサでは、１次側制御回路と２次側制御回路とは、共に、閉じた制御ループにより構成されている。また、２次側制御回路の閉じた制御ループに、振動子の利得の温度変化に反比例する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値と、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とが加算される。これにより、１次側制御回路から２次側制御回路へのクロストークに起因する誤差（振動子の利得の一乗および二乗に反比例する誤差）が低減される。なお、第１および第２オフセット値は、１次側制御回路から２次側制御回路へのクロストークに起因する誤差を低減するように調整されている。これにより、２次側制御回路からのセンサ出力の補正が行われる。その結果、振動型角速度センサからの出力の温度変動（周囲の温度によって出力値が変化すること）を低減することが可能になる。
【0007】
そして、上記特許文献１に記載のような、交流電源が接続されている電極と検出手段が接続されている電極とを切り替えてバイアス成分をキャンセルする振動型角速度センサに対して、切り替えの前後において各々上記特許文献２の構成を適用することにより、残存したバイアス成分の温度変動を低減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２００９－１１５５５９号公報
【文献】特許第６４６３３３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、交流電源が接続されている電極と検出手段が接続されている電極とを切り替えてバイアス成分をキャンセルするためには、切り替えの前後の振動型角速度センサの制御の対称性が重要となる。ここで、切り替えの前後において、上記特許文献２の構成を適用して、切り替えの前後に対して個別に第１および第２オフセット値を設定すると、一般的には、切り替えの前後の第１および第２オフセット値は対称にはならない。このため、切り替えの前後において対称でない第１および第２オフセット値を設定すると、振動型角速度センサの制御の対称性がくずれるので、キャンセルされずに残存するバイアスの温度変動成分が大きくなってしまう場合があるという問題点がある。
【0010】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、キャンセルされずに残存するバイアスの温度変動成分が大きくなるのを抑制することが可能な振動型角速度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による振動型角速度センサは、振動子と、閉じた制御ループを有し、閉じた制御ループの出力が振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有するとともに、閉じた制御ループにオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている２次側制御回路と、を備え、１次側制御回路と２次側制御回路とは、１次側制御回路としての機能と、２次側制御回路としての機能を入れ替え可能に構成されており、入れ替え後のオフセット値と入れ替え前のオフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である。
【0012】
この発明の第１の局面による振動型角速度センサでは、上記のように、１次側制御回路と２次側制御回路とは、１次側制御回路としての機能と、２次側制御回路としての機能を入れ替え可能に構成されており、入れ替え後のオフセット値と入れ替え前のオフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である。これにより、１次側制御回路としての機能と２次側制御回路としての機能が入れ替えられた前後において、オフセット値が所定の基準値に対して対称になるので、入れ替えの前後における振動型角速度センサの制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。その結果、キャンセルされずに残存するバイアスの温度変動成分が大きくなるのを抑制することができる。
【0013】
上記第１の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、１次側制御回路および２次側制御回路は、それぞれ、閉じた制御ループ内に、１次側ループフィルタおよび２次側ループフィルタを含み、２次側ループフィルタの入力にオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。ここで、閉じた制御ループにおける出力は、ループフィルタの出力に対応する。そして、ループフィルタの出力は、閉じた制御ループの帰還動作によって温度に依存する振動子の利得（ゲイン）に反比例する。本発明では、この点に着目して、２次側ループフィルタの入力に、オフセット値を加算することにより、振動子の利得の一乗および／または二乗に反比例するクロストークに起因する誤差を低減することができる。
【0014】
上記第１の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、入れ替え前のオフセット値をａとした場合、入れ替え後のオフセット値は、入れ替え前のオフセット値の極性が反転された－ａである。このように構成すれば、１次側制御回路としての機能と２次側制御回路としての機能が入れ替えられた前後において、オフセット値がゼロに対して対称になるので、入れ替えの前後における振動型角速度センサの制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。
【0015】
上記第１の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、入れ替え前の仮のオフセット値をａとし、入れ替え後の仮のオフセット値を－ａとし、入れ替えの前のセンサ出力と、入れ替えの後のセンサ出力との中央値に対する仮のオフセット値をｂとした場合、入れ替え前のオフセット値は、ａ＋ｂであり、入れ替え後のオフセット値は、－ａ＋ｂである。このように構成すれば、１次側制御回路としての機能と２次側制御回路としての機能が入れ替えられた前後において、オフセット値がｂに対して対称になるので、入れ替えの前後における振動型角速度センサの制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。また、入れ替えの前後におけるオフセット値が、入れ替えの前後のセンサ出力の中央値に対するオフセット値ｂに対して対称になるので、バイアス成分の残渣の環境の温度に対する勾配を低減しながら、入れ替えの前後における振動型角速度センサの制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。なお、「仮の」とは、最終的なオフセット値を求めるまでの中間段階のオフセット値を意味する。
【0016】
上記第１の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、センサ出力をアナログ的に補正する場合には、２次側制御回路の閉じた制御ループに、２次側制御回路からの振動子の利得の温度変化の二乗に反比例するセンサ出力の補正を行うために、振動子の利得の温度変化に反比例する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値と、２次側制御回路からの振動子の利得の温度変化に反比例するセンサ出力の補正を行うために、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とを加算するとともに、第１オフセット値および第２オフセット値の加算量を調整することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。ここで、２次側制御回路の閉じた制御ループに、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値を加算した場合、２次側制御回路の出力は、温度に依存する振動子の利得に反比例した特性を有する。また、１次側制御回路の出力も同様に、閉じた制御ループの帰還動作によって振動子の利得に反比例した特性を有するため、２次側制御回路の閉じた制御ループに、振動子の利得に反比例した特性を有する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値を加算することによって、２次側制御回路の出力は、振動子の利得の二乗に反比例した特性を有するものとなる。すなわち、振動子の利得の二乗に対応する第１オフセット値と振動子の利得の一乗に対応する第２オフセット値とを加算するとともに、第１オフセット値および第２オフセット値の加算量を調整することにより、センサ出力の補正を行うことによって、振動子の利得の一乗に反比例した補正と、振動子の利得の二乗に反比例した補正とを行うことができる。
【0017】
この場合、好ましくは、振動子の温度に依存する利得をＧＲ（Ｔ）とし、Ａ、ＢおよびＣを温度に依存しない一定値とした場合に、２次側制御回路を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により２次側制御回路の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差と１次側制御回路から２次側制御回路へのクロストークにより２次側制御回路の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差の合計ＶＯｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒは、以下の数式で表され、以下の数式の第１項であるＡ／ＧＲ
２（Ｔ）を低減するように、振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値の加算量を調整するとともに、以下の数式の第２項であるＢ／ＧＲ（Ｔ）を低減するように、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値の加算量を調整することによって、アナログ的にセンサ出力の補正を行うように構成されている。このように構成すれば、センサ出力の誤差の１次（振動子の利得の一乗）の成分と２次（振動子の利得の二乗）の成分との両方を、低減することができるので、補正の精度を確実に高めることができる。なお、一定値Ｃが残存するものの、Ｃは温度に依存しない一定値であるため、温度変化によるセンサ出力の誤差に影響を及ぼすことはないことから、補正上は問題とならない。
【数2】
【0018】
上記第１の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、センサ出力をデジタル的に補正する場合には、振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する１次側制御回路の出力を量子化するとともに、量子化した１次側制御回路の出力に対して、温度変化によるセンサ出力の誤差を低減するオフセット値を、２次側制御回路に加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。このように構成すれば、温度変化によるセンサ出力の誤差を低減するオフセット値を、２次側制御回路に加算するだけでセンサ出力の補正を行うことができるので、温度に依存する１次側制御回路の出力に基づくオフセット値以外のオフセット値を加算する場合と異なり、振動型角速度センサの構成を簡略化することができる。
【0019】
上記第１の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、振動子は、リング型の振動子を含む。ここで、リング型の振動子は、対称的な形状を有するので、１次側制御回路による振動モードと、２次側制御回路による振動モードとが類似する。このため、本発明をリング型の振動子を含む振動型角速度センサに適用すれば、振動モードの差異の影響を考慮する必要がないので、容易に、センサ出力の補正を行うことができる。
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面による振動型角速度センサは、振動子と、閉じた制御ループを有し、閉じた制御ループの出力が振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有するとともに、閉じた制御ループにオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている２次側制御回路と、を備え、１次振動を誘起する機能と２次振動を検出する機能とを入れ替え可能に構成されており、入れ替え後のオフセット値と入れ替え前のオフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、１次側制御回路および２次側制御回路は、それぞれ、閉じた制御ループ内に、１次側ループフィルタおよび２次側ループフィルタを含み、２次側ループフィルタの入力にオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、入れ替え前のオフセット値をａとした場合、入れ替え後のオフセット値は、入れ替え前のオフセット値の極性が反転された－ａである。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、入れ替え前の仮のオフセット値をａとし、入れ替え後の仮のオフセット値を－ａとし、入れ替えの前のセンサ出力と、入れ替えの後のセンサ出力との中央値に対する仮のオフセット値をｂとした場合、入れ替え前のオフセット値は、ａ＋ｂであり、入れ替え後のオフセット値は、－ａ＋ｂである。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、センサ出力をアナログ的に補正する場合には、２次側制御回路の閉じた制御ループに、２次側制御回路からの振動子の利得の温度変化の二乗に反比例するセンサ出力の補正を行うために、振動子の利得の温度変化に反比例する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値と、２次側制御回路からの振動子の利得の温度変化に反比例するセンサ出力の補正を行うために、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とを加算するとともに、第１オフセット値および第２オフセット値の加算量を調整することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。
この場合、好ましくは、振動子の温度に依存する利得をＧ Ｒ （Ｔ）とし、Ａ、ＢおよびＣを温度に依存しない一定値とした場合に、２次側制御回路を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により２次側制御回路の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差と１次側制御回路から２次側制御回路へのクロストークにより２次側制御回路の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差の合計Ｖ Ｏｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒ は、以下の数式で表され、以下の数式の第１項であるＡ／ＧＲ ２ （Ｔ）を低減するように、振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値の加算量を調整するとともに、以下の数式の第２項であるＢ／Ｇ Ｒ （Ｔ）を低減するように、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値の加算量を調整することによって、アナログ的にセンサ出力の補正を行うように構成されている。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、センサ出力をデジタル的に補正する場合には、振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する１次側制御回路の出力を量子化するとともに、量子化した１次側制御回路の出力に対して、温度変化によるセンサ出力の誤差を低減するオフセット値を、２次側制御回路に加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面による振動型角速度センサは、振動子と、閉じた制御ループを有し、閉じた制御ループの出力が振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有するとともに、閉じた制御ループにオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている２次側制御回路と、を備え、１次振動を誘起する機能と２次振動を検出する機能とを入れ替え可能に構成されており、入れ替え後のオフセット値と入れ替え前のオフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、１次側制御回路および２次側制御回路は、それぞれ、閉じた制御ループ内に、１次側ループフィルタおよび２次側ループフィルタを含み、２次側ループフィルタの入力にオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、入れ替え前のオフセット値をａとした場合、入れ替え後のオフセット値は、入れ替え前のオフセット値の極性が反転された－ａである。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、入れ替え前の仮のオフセット値をａとし、入れ替え後の仮のオフセット値を－ａとし、入れ替えの前のセンサ出力と、入れ替えの後のセンサ出力との中央値に対する仮のオフセット値をｂとした場合、入れ替え前のオフセット値は、ａ＋ｂであり、入れ替え後のオフセット値は、－ａ＋ｂである。
上記第２の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、センサ出力をアナログ的に補正する場合には、２次側制御回路の閉じた制御ループに、２次側制御回路からの振動子の利得の温度変化の二乗に反比例するセンサ出力の補正を行うために、振動子の利得の温度変化に反比例する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値と、２次側制御回路からの振動子の利得の温度変化に反比例するセンサ出力の補正を行うために、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とを加算するとともに、第１オフセット値および第２オフセット値の加算量を調整することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。
この場合、好ましくは、振動子の温度に依存する利得をＧ Ｒ （Ｔ）とし、Ａ、ＢおよびＣを温度に依存しない一定値とした場合に、２次側制御回路を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により２次側制御回路の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差と１次側制御回路から２次側制御回路へのクロストークにより２次側制御回路の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差の合計Ｖ Ｏｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒ は、以下の数式で表され、以下の数式の第１項であるＡ／ＧＲ ２ （Ｔ）を低減するように、振動子の利得の温度変化に反比例する温度に依存する１次側制御回路の出力に基づく第１オフセット値の加算量を調整するとともに、以下の数式の第２項であるＢ／Ｇ Ｒ （Ｔ）を低減するように、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値の加算量を調整することによって、アナログ的にセンサ出力の補正を行うように構成されている。
【数3】
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、上記のように、キャンセルされずに残存するバイアスの温度変動成分が大きくなるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第１実施形態による振動型角速度センサの構成を示したブロック図である。
【図2】第１実施形態による振動型角速度センサのセンサ出力の補正（１／ＧＲ（Ｔ）（温度の一乗）に比例する成分の補正）を説明するための図である。
【図3】第１実施形態による振動型角速度センサのセンサ出力の補正（１／ＧＲ
２（Ｔ）（温度の二乗）に比例する成分の補正）を説明するための図である。
【図4】温度とバイアス成分の関係を示す図である。
【図5】オフセット値によるセンサ出力の補正後の温度とバイアス成分の関係を示す図（１）である。
【図6】（ａ）オフセット値によるセンサ出力の補正後の温度とバイアス成分の関係を示す図（２）である。（ｂ）オフセット値によるセンサ出力の補正後の温度とバイアス成分の関係を示す図（３）である。
【図7】オフセット値によるセンサ出力の補正後の温度とバイアス成分の関係を示す図（３）である。
【図8】第２実施形態による振動型角速度センサの構成を示したブロック図である。
【図9】第２実施形態による振動型角速度センサのセンサ出力の補正を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0023】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、第１実施形態による振動型角速度センサ１００の構成について説明する。この第１実施形態では、振動型角速度センサ１００のセンサ出力をアナログ的に処理することにより、補正を行う例について説明する。
まず、図１を参照して、第１実施形態による振動型角速度センサ１００の構成について説明する。この第１実施形態では、振動型角速度センサ１００のセンサ出力をアナログ的に処理することにより、補正を行う例について説明する。
【0024】
図１に示すように、振動型角速度センサ１００は、振動子１と、振動子１を駆動する閉じた制御ループを有する１次側制御回路２と、１次側制御回路２により駆動された振動子１の振動を検出して出力する閉じた制御ループを有する２次側制御回路３とを備えている。ここで、第１実施形態では、振動子１は、リング型の振動子１からなる。
【0025】
１次側制御回路２は、増幅回路２１と、同期検波回路２２と、ループフィルタ２３と、変調回路２４と、駆動回路２５と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路（位相同期回路）２６と、基準信号生成回路２７とを含む。そして、振動子１、増幅回路２１、同期検波回路２２、ループフィルタ２３、変調回路２４および駆動回路２５が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。なお、ループフィルタ２３は、たとえば積分フィルタからなる。また、ループフィルタ２３は、特許請求の範囲の「１次側ループフィルタ」の一例である。
【0026】
２次側制御回路３は、増幅回路３１と、同期検波回路３２と、加算回路３３と、ループフィルタ３４と、変調回路３５と、駆動回路３６と、増幅回路３７とを含む。そして、振動子１、増幅回路３１、同期検波回路３２、加算回路３３、ループフィルタ３４、変調回路３５および駆動回路３６が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。なお、加算回路３３は、オペアンプを用いた一般的な加減算回路により構成されている。また、ループフィルタ３４は、たとえば積分フィルタからなる。また、ループフィルタ３４の出力が、増幅回路３７に入力される。そして、増幅回路３７から出力された信号が、振動型角速度センサ１００のセンサ出力として、外部に出力される。なお、ループフィルタ３４は、特許請求の範囲の「２次側ループフィルタ」の一例である。
【0027】
ここで、第１実施形態では、１次側制御回路２と２次側制御回路３とは、１次側制御回路２としての機能と、２次側制御回路３としての機能を入れ替え可能に構成されている。具体的には、１次側制御回路２において、振動子１に対する信号の入力側にスイッチ４１、および、振動子１に対する信号の出力側（増幅回路２１の出力側）にスイッチ４２が設けられている。また、２次側制御回路３において、振動子１に対する信号の入力側にスイッチ４３、および、振動子１に対する信号の出力側（増幅回路３１の出力側）にスイッチ４４が設けられている。スイッチ４１、スイッチ４２、スイッチ４３、および、スイッチ４４は、各々、１次側制御回路２に接続される状態と、２次側制御回路３に接続される状態とを切り替え可能に構成されている。図１では、スイッチ４１およびスイッチ４２は、１次側制御回路２に接続された状態を示しており、スイッチ４３およびスイッチ４４は、２次側制御回路３に接続された状態を示している。また、スイッチ４１およびスイッチ４２が、２次側制御回路３に接続されるように切り替えられ、スイッチ４３およびスイッチ４４が、１次側制御回路２に接続されるように切り替えられることにより、１次側制御回路２としての機能と、２次側制御回路３としての機能とが入れ替えられる。
【0028】
また、振動型角速度センサ１００には、１次側制御回路２からの出力（ループフィルタ２３からの出力）が入力される加減算量調整回路４ａおよび４ｂが設けられている。加減算量調整回路４ａおよび４ｂは、温度に依存する１次側制御回路２のループフィルタ２３の出力の大きさを調整して、調整した出力（仮の第１オフセット値）を、２次側制御回路３の加算回路３３に入力するように構成されている。たとえば、加減算量調整回路４ａおよび４ｂにおいて、ポテンショメータ（ボリューム抵抗）などを用いて分圧することにより、仮の第１オフセット値の加算量の調整が行われる。
【0029】
また、振動型角速度センサ１００には、温度に依存しない一定の信号Ｓ１が入力される加減算量調整回路５ａが設けられている。加減算量調整回路５ａは、一定の信号Ｓ１の大きさを調整して、調整した一定の信号Ｓ１（仮の第２オフセット値）を、２次側制御回路３の加算回路３３に入力するように構成されている。たとえば、加減算量調整回路５ａにおいて、ポテンショメータ（ボリューム抵抗）などを用いて分圧することにより、一定の信号Ｓ１の加算量の調整が行われる。
【0030】
また、振動型角速度センサ１００には、温度に依存しない一定の信号Ｓ２が入力される加減算量調整回路５ｂが設けられている。加減算量調整回路５ｂは、一定の信号Ｓ２の大きさを調整して、調整した一定の信号Ｓ２（仮の第２オフセット値）を、２次側制御回路３の加算回路３３に入力するように構成されている。たとえば、加減算量調整回路５ｂにおいて、ポテンショメータ（ボリューム抵抗）などを用いて分圧することにより、一定の信号Ｓ２の加算量の調整が行われる。
【0031】
ここで、第１実施形態では、センサ出力をアナログ的に補正する場合には、２次側制御回路３の閉じた制御ループ（２次側制御回路３のループフィルタ３４の入力）に、２次側制御回路３からの振動子１の利得の温度変化の二乗に反比例するセンサ出力の補正を行うために、振動子１の利得の温度変化に反比例する１次側制御回路２の出力（ループフィルタ２３の出力）に基づく第１オフセット値と、２次側制御回路３からの振動子１の利得の温度変化に反比例するセンサ出力の補正を行うために、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とを加算するとともに、第１オフセット値の加算量と第２オフセット値の加算量とを、それぞれ、加減算量調整回路４ａおよび４ｂと、加減算量調整回路５ａおよび５ｂにより調整することによって、センサ出力（２次側制御回路３からの出力）の補正が行われる。そして、２次側制御回路３を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により２次側制御回路３の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差と、１次側制御回路２から２次側制御回路３へのクロストーク（信号交差）により２次側制御回路３の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差とを低減するように、第１オフセット値および第２オフセット値を決定して加算することにより、センサ出力の補正が行われる。
【0032】
そして、第１実施形態では、入れ替え後のオフセット値（第１オフセット値および第２オフセット値）と入れ替え前のオフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である。言い換えると、入れ替え前において閉じた制御ループに加算されるオフセット値と所定の基準値との差の絶対値と、入れ替え後において閉じた制御ループに加算されるオフセット値と所定の基準値との差の絶対値とは、略等しくなるように構成されている。
【0033】
具体的には、第１実施形態では、入れ替え前の仮のオフセット値をａとし、入れ替え後の仮のオフセット値を－ａとし、入れ替えの前のセンサ出力と、入れ替えの後のセンサ出力との中央値に対する仮のオフセット値をｂとした場合、入れ替え前のオフセット値は、ａ＋ｂであり、入れ替え後のオフセット値は、－ａ＋ｂである。なお、仮のオフセット値をａは、後述する仮の第１オフセット値ａ１、および、後述する仮の第２オフセット値ａ２を意味する。また、仮のオフセット値ｂは、後述する仮の第１オフセット値ｂ１、および、後述する仮の第２オフセット値ｂ２を意味する。なお、中央値に対する仮のオフセット値ｂは、特許請求の範囲の「所定の基準値」の一例である。
【0034】
詳細には、図１に示すように、１次側制御回路２の出力側には、加減算量調整回路４ａと加減算量調整回路４ｂとが設けられている。加減算量調整回路４ａの出力側には、反転回路５１と、スイッチ５２とが設けられている。スイッチ５２は、加減算量調整回路４ａに接続される状態と、反転回路５１に接続される状態とを切り替え可能に構成されている。そして、図１に示すように、スイッチ５２が加減算量調整回路４ａに接続されている状態では、加算回路３３には、加減算量調整回路４ａからの出力（ａ１）と、加減算量調整回路４ｂからの出力（ｂ１）とが入力される。すなわち、２次側制御回路３に、第１オフセット値としてａ１＋ｂ１が加算される。また、スイッチ５２が反転回路５１に接続されている状態では、加算回路３３には、反転回路５１からの出力（－ａ１）と、加減算量調整回路４ｂからの出力（ｂ１）とが入力される。すなわち、２次側制御回路３に、第１オフセット値として－ａ１＋ｂ１が加算される。なお、ａ１およびｂ１の求め方についは、後述する。
【0035】
また、加減算量調整回路５ｂの出力側には、ＮＯＴ回路４５と、スイッチ４６とが設けられている。スイッチ４６は、加減算量調整回路５ｂに接続される状態と、ＮＯＴ回路４５に接続される状態とを切り替え可能に構成されている。そして、図１に示すように、スイッチ４６が加減算量調整回路５ｂに接続されている状態では、加算回路３３には、加減算量調整回路５ｂからの出力（ａ２）と、加減算量調整回路５ａからの出力（ｂ２）とが入力される。すなわち、２次側制御回路３に、第２オフセット値としてａ２＋ｂ２が加算される。また、スイッチ４６がＮＯＴ回路４５に接続されている状態では、加算回路３３には、ＮＯＴ回路４５からの出力（－ａ２）と、加減算量調整回路５ａからの出力（ｂ２）とが入力される。すなわち、２次側制御回路３に、第２オフセット値として－ａ２＋ｂ２が加算される。なお、ａ２およびｂ２の求め方についは、後述する。
【0036】
（機能の入れ替えなしの構成）
次に、図１を参照して、振動型角速度センサ１００のセンサ出力の補正について詳細に説明する。以下では、１次側制御回路２としての機能と、２次側制御回路３としての機能を入れ替えない場合（すなわち、上記特許文献２の構成）について説明する。
次に、図１を参照して、振動型角速度センサ１００のセンサ出力の補正について詳細に説明する。以下では、１次側制御回路２としての機能と、２次側制御回路３としての機能を入れ替えない場合（すなわち、上記特許文献２の構成）について説明する。
【0037】
まず、補正の対象となる振動型角速度センサ１００の出力の誤差について説明する。振動型角速度センサ１００の出力の誤差としては、２次側制御回路３を構成する回路ブロックから生じるエラー信号によって生じる振動型角速度センサ１００のセンサ出力の誤差と、１次側制御回路２からの影響（クロストーク）に起因して発生する振動型角速度センサ１００のセンサ出力の誤差とが存在する。２次側制御回路３を構成する回路ブロックから生じるエラー信号の成分（エラー成分）は、温度依存性を有しない一定値であるとする。なお、一般的に、フィードバック回路（帰還回路）では、各回路からの出力信号は、各回路に入力される入力信号をフィードバックゲインで除した値（出力信号＝入力信号×１／（フィードバックゲイン））により表される。
【0038】
上記特許文献２（特許第６４６３３３５号）に記載されるように、２次側制御回路３を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により２次側制御回路３の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差と１次側制御回路２から２次側制御回路３へのクロストークにより２次側制御回路３の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差の合計ＶＯｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒは、下記の数式３により表される。なお、Ａ、ＢおよびＣは、温度に依存しない一定値（係数）である。
【数3】
【0039】
次に、上記の数式３で表される振動型角速度センサ１００のセンサ出力の誤差ＶＯｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒに対して、センサ出力をアナログ的に補正する場合について、具体的に説明する。
【0040】
まず、２次側制御回路３のループフィルタ３４の入力（経路２）に、温度に依存しない一定の信号に基づくＶＩｎ＿Ｃｏｎｓｔ＿Ｃｏｒｒ（第２オフセット値）が加算される。この場合、振動型角速度センサ１００のセンサ出力ＶＯｕｔ＿Ｃｏｎｓｔ＿Ｃｏｒｒは、下記の数式４により表される。
【数4】
【0041】
ここで、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値をループフィルタ３４の入力に加算した場合、上記数式４に示すように、センサ出力ＶＯｕｔ＿Ｃｏｎｓｔ＿Ｃｏｒｒは、温度に依存する利得ＧＲ（Ｔ）に反比例した値となる。なお、上記数式４中のｐは、一定値である。そして、上記数式４中のｐと、上記数式３中の第２項であるＢ／ＧＲ（Ｔ）のＢとの大きさが等しく（ｐ＝－Ｂ）なるように、ＶＩｎ＿Ｃｏｎｓｔ＿Ｃｏｒｒ（第２オフセット値）を加減算量調整回路５ａにより調整することにより、上記数式３の第２項であるＢ／ＧＲ（Ｔ）がキャンセルされる。すなわち、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値を調整してループフィルタ３４の入力に加算することによって、上記数式３の温度に依存する利得ＧＲ（Ｔ）の二乗に反比例した項をキャンセルすることが可能となる。
【0042】
また、温度に依存する１次側制御回路２のループフィルタ２３の出力ＶＡＧＣは、下記の式５により表される。なお、ループフィルタ２３の出力ＶＡＧＣは、閉じた制御ループを考慮したループフィルタ２３の出力であり、温度に依存する値となる。
【数5】
【0043】
ここで、第１実施形態によるアナログ的な補正では、上記した温度に依存しない一定の信号に基づくＶＩｎ＿Ｃｏｎｓｔ＿Ｃｏｒｒ（第２オフセット値）に加えて、出力ＶＡＧＣにある比率ｑを乗じた値（第１オフセット値）を、２次側制御回路３のループフィルタ３４の入力（経路２）に加算する。この第１オフセット値を加えた場合の振動型角速度センサ１００のセンサ出力ＶＯｕｔ＿ＡＧＣ＿Ｃｏｒｒは、下記の数式６により表される。
【数6】
【0044】
ここで、温度に依存する１次側制御回路２の出力に基づく第１オフセット値をループフィルタ３４の入力に加算した場合、上記数式６に示すように、センサ出力ＶＯｕｔ＿ＡＧＣ＿Ｃｏｒｒは、温度に依存する利得ＧＲ（Ｔ）の二乗に反比例した値となる。なお、上記数式６中のｒは、一定値である。そして、上記数式６中のｒと、上記数式３中のＧＲ（Ｔ）の二乗を含む第１項のＡ／ＧＲ
２（Ｔ）のＡとの大きさが等しく（ｒ＝－Ａ）なるように、ｑを加減算量調整回路４ｂにより調整することにより、上記数式３の第１項であるＡ／ＧＲ
２（Ｔ）がキャンセルされる。すなわち、振動型角速度センサ１００のセンサ出力は、センサ出力の補正を行わない場合には、本来のセンサ出力に、上記数式３で表される誤差が加えられた値になる一方、第１実施形態では、第１オフセット値および第２オフセット値が加算されることにより、振動型角速度センサ１００のセンサ出力は、本来のセンサ出力に一定値Ｃが加算された値となる。
【0045】
なお、数式３のＣは、温度に依存しない一定値であるため、補正上問題にならない。また、上記数式３における係数Ａ、ＢおよびＣは、各温度における補正前（補償前）の振動型角速度センサ１００のセンサ出力を計測（実測）するとともに、計測されたデータを最小二乗法による多項式近似することによって算出される。なお、係数Ａ、ＢおよびＣの算出は、振動型角速度センサ１００ごと（製品ごと）に算出される。
【0046】
このように、数式３の第１項であるＡ／ＧＲ
２（Ｔ）（温度に依存する利得ＧＲ（Ｔ）の二乗に反比例した項）を０にするように、温度に依存する１次側制御回路２の出力に基づく第１オフセット値の加算量を調整するとともに、数式３の第２項であるＢ／ＧＲ（Ｔ）（温度に依存する利得ＧＲ（Ｔ）に反比例した項）を０にするように、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値の加算量を調整することによって、アナログ的にセンサ出力の補正が行われる。
【0047】
すなわち、図２に示すように、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値の加算により、振動型角速度センサ１００のセンサ出力の誤差の１／ＧＲ（Ｔ）に比例（温度に依存する利得ＧＲ（Ｔ）に反比例した項）する成分（数式３の第２項）がキャンセルされることにより、温度に依存する特性を有していたセンサ出力（図２の点線）が、略一定（図２の実線）になる。しかしながら、図３に示すように、略一定にされたセンサ出力でも、微視的には、温度に依存する特性（図３の点線）を有する。そこで、温度に依存する１次側制御回路２の出力に基づく第１オフセット値の加算により、振動型角速度センサ１００のセンサ出力の１／ＧＲ
２（Ｔ）に比例（温度に依存する利得ＧＲ（Ｔ）の二乗に反比例した項）する成分（数式３の第１項）もキャンセルすることにより、センサ出力が温度に依存しない略一定（図３の実線）になる。その結果、補正の精度を高めることが可能になる。また、振動型角速度センサ１００のセンサ出力をアナログ的に補正する場合、デジタル的（信号が離散値）に補正する場合と異なり、信号が連続値であるので、振動型角速度センサ１００のセンサ出力がステップ状に変化するのを抑制する（センサ出力を連続値にする）ことが可能になる。
【0048】
（機能の入れ替えありの構成）
次に、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能とを入れ替え可能に構成されている第１実施形態のオフセット値について説明する。
次に、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能とを入れ替え可能に構成されている第１実施形態のオフセット値について説明する。
【0049】
図４に示すように、一般的に、振動型角速度センサ１００では、温度の変化（横軸）に対して、振動型角速度センサ１００が検出する角速度のバイアス成分（縦軸）は、変化する。また、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能を入れ替える前のバイアス成分の変化（図４のＰ）と、入れ替え後のバイアス成分の変化（図４のＳ）とは、異なる。そして、図５に示すように、入れ替えの前において、上記の数式３の第１項および第２項をキャンセルするように、第１オフセット値および第２オフセット値を加算することにより、センサ出力の温度変化（図５のＰ）が小さくなる。また、入れ替えの後において、上記の数式３の第１項および第２項をキャンセルするように、第１オフセット値および第２オフセット値を加算することにより、センサ出力の温度変化（図５のＳ）が小さくなる。なお、図５のＰのＳとは、横軸に沿った線分（図５の一点鎖線）に対して対称にならないので、図５のＰとＳとの差分の温度変動成分は、ゼロにはならない。このように、入れ替えの前後で、個別に、上記の数式３の第１項および第２項をキャンセルするように第１オフセット値および第２オフセット値を決定した場合、図５のＰとＳとの差分の温度変動成分は、ゼロにならない。
【0050】
そこで、図６（ａ）に示すように、入れ替えの前後で、差分の温度変動成分が最も小さくなるように、かつ、入れ替え前後でオフセット値の極性が反転するように、入れ替え前後の仮の第１オフセット値ａ１および仮の第２オフセット値ａ２が決定される。なお、入れ替え前に仮の第１オフセット値ａ１および仮の第２オフセット値ａ２を用いた場合、上記の数式３の第１項および第２項がキャンセルされないので、入れ替え前の状態でバイアス成分は温度に対して勾配を有する。同様に、入れ替え後に仮の第１オフセット値－ａ１および仮の第２オフセット値－ａ２を用いた場合、上記の数式３の第１項および第２項がキャンセルされないので、入れ替え後の状態でバイアス成分は温度に対して勾配を有する。
【0051】
そこで、図６（ｂ）に示すように、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能を入れ替える前のバイアス成分の変化（図４のＰ）と入れ替え後のバイアス成分の変化（図４のＳ）との中央値（図４のＭ）に対して、上記の数式３の第１項および第２項をキャンセルするように、仮の第１オフセット値ｂ１および仮の第２オフセット値ｂ２を決定する。そして、入れ替え前の第１オフセット値をａ１＋ｂ１、第２オフセット値をａ２＋ｂ２とし、入れ替え後の第１オフセット値を－ａ１＋ｂ１、第２オフセット値を－ａ２＋ｂ２とする。これにより、入れ替え前後で、中央値に対する仮の第１オフセット値ｂ１に対して、第１オフセット値が対称になるとともに、中央値に対する仮の第２オフセット値ｂ２に対して、第２オフセット値が対称になる。その結果、図７に示すように、入れ替える前のバイアス成分の変化（図７のＰ）と入れ替え後のバイアス成分の変化（図７のＳ）は、共に、温度勾配が小さくなる。その結果、図７のＰとＳとの差（バイアス成分の残存）を小さくしながら、バイアス成分の温度勾配を小さくすることが可能になる。
【0052】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。なお、以下では、Ｑ値（振動の状態を示す無次元数）は、概ね温度に反比例した特性を有するものとして、説明している。
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。なお、以下では、Ｑ値（振動の状態を示す無次元数）は、概ね温度に反比例した特性を有するものとして、説明している。
【0053】
第１実施形態では、上記のように、１次側制御回路２と２次側制御回路３とは、１次側制御回路２としての機能と、２次側制御回路３としての機能を入れ替え可能に構成されており、入れ替え後のオフセット値と入れ替え前のオフセット値とは、所定の基準値に対して対称な値である。これにより、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能が入れ替えられた前後において、オフセット値が所定の基準値に対して対称になるので、入れ替えの前後における振動型角速度センサ１００の制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。その結果、キャンセルされずに残存するバイアスの温度変動成分が大きくなるのを抑制することができる。
【0054】
また、第１実施形態では、上記のように、１次側制御回路２および２次側制御回路３は、それぞれ、閉じた制御ループ内に、ループフィルタ２３およびループフィルタ３４を含み、ループフィルタ３４の入力にオフセット値を加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。ここで、閉じた制御ループにおける出力は、ループフィルタの出力に対応する。そして、ループフィルタの出力は、閉じた制御ループの帰還動作によって温度に依存する振動子１の利得（ゲイン）に反比例する。第１本実施形態では、この点に着目して、ループフィルタ３４の入力に、オフセット値を加算することにより、振動子１の利得の一乗および／または二乗に反比例するクロストークに起因する誤差を低減することができる。
【0055】
また、第１実施形態では、上記のように、入れ替え前のオフセット値をａとした場合、入れ替え後のオフセット値は、入れ替え前のオフセット値の極性が反転された－ａである。これにより、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能が入れ替えられた前後において、オフセット値がゼロに対して対称になるので、入れ替えの前後における振動型角速度センサ１００の制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。
【0056】
また、第１実施形態では、上記のように、入れ替え前の仮のオフセット値をａとし、入れ替え後の仮のオフセット値を－ａとし、入れ替えの前のセンサ出力と、入れ替えの後のセンサ出力との中央値に対する仮のオフセット値をｂとした場合、入れ替え前のオフセット値は、ａ＋ｂであり、入れ替え後のオフセット値は、－ａ＋ｂである。これにより、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能が入れ替えられた前後において、オフセット値がｂに対して対称になるので、入れ替えの前後における振動型角速度センサ１００の制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。また、入れ替えの前後におけるオフセット値が、入れ替えの前後のセンサ出力の中央値に対するオフセット値ｂに対して対称になるので、バイアス成分の残渣の環境の温度に対する勾配を低減しながら、入れ替えの前後における振動型角速度センサ１００の制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。
【0057】
また、第１実施形態では、上記のように、センサ出力をアナログ的に補正する場合には、２次側制御回路３の閉じた制御ループに、２次側制御回路３からの振動子１の利得の温度変化の二乗に反比例するセンサ出力の補正を行うために、振動子１の利得の温度変化に反比例する１次側制御回路２の出力に基づく第１オフセット値と、２次側制御回路３からの振動子１の利得の温度変化に反比例するセンサ出力の補正を行うために、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値とを加算するとともに、第１オフセット値および第２オフセット値の加算量を調整することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。ここで、２次側制御回路３の閉じた制御ループに、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値を加算した場合、２次側制御回路３の出力は、温度に依存する振動子１の利得に反比例した特性を有する。また、１次側制御回路２の出力も同様に、閉じた制御ループの帰還動作によって振動子１の利得に反比例した特性を有するため、２次側制御回路３の閉じた制御ループに、振動子１の利得に反比例した特性を有する１次側制御回路２の出力に基づく第１オフセット値を加算することによって、２次側制御回路３の出力は、振動子１の利得の二乗に反比例した特性を有するものとなる。すなわち、振動子１の利得の二乗に対応する第１オフセット値と振動子１の利得の一乗に対応する第２オフセット値とを加算するとともに、第１オフセット値および第２オフセット値の加算量を調整することにより、センサ出力の補正を行うことによって、振動子１の利得の一乗に反比例した補正と、振動子１の利得の二乗に反比例した補正とを行うことができる。
【0058】
また、第１実施形態では、上記のように、振動子１の温度に依存する利得をＧＲ（Ｔ）とし、Ａ、ＢおよびＣを温度に依存しない一定値とした場合に、２次側制御回路３を構成する回路ブロックから生じるエラー信号により２次側制御回路３の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差と１次側制御回路２から２次側制御回路３へのクロストークにより２次側制御回路３の閉じた制御ループに生じるセンサ出力の誤差の合計ＶＯｕｔ＿Ｔｏｔａｌ＿Ｅｒｒｏｒは、上記の数式３で表され、上記の数式３の第１項であるＡ／ＧＲ
２（Ｔ）を低減するように、振動子１の利得の温度変化に反比例する温度に依存する１次側制御回路２の出力に基づく第１オフセット値の加算量を調整するとともに、上記の数式３の第２項であるＢ／ＧＲ（Ｔ）を低減するように、温度に依存しない一定の信号に基づく第２オフセット値の加算量を調整することによって、アナログ的にセンサ出力の補正を行うように構成されている。これにより、センサ出力の誤差の１次（振動子１の利得の一乗）の成分と２次（振動子１の利得の二乗）の成分との両方を、低減することができるので、補正の精度を確実に高めることができる。なお、一定値Ｃが残存するものの、Ｃは温度に依存しない一定値であるため、温度変化によるセンサ出力の誤差に影響を及ぼすことはないことから、補正上は問題とならない。
【0059】
また、第１実施形態では、上記のように、振動子１は、リング型の振動子１を含む。ここで、リング型の振動子１は、対称的な形状を有するので、１次側制御回路２による振動モードと、２次側制御回路３による振動モードとが類似する。このため、本発明をリング型の振動子１を含む振動型角速度センサ１００に適用すれば、振動モードの差異の影響を考慮する必要がないので、容易に、センサ出力の補正を行うことができる。
【0060】
（第２実施形態）
次に、図８を参照して、第２実施形態による振動型角速度センサ１０１の構成について説明する。第２実施形態では、１次側制御回路２のループフィルタ２３の出力をデジタル的に処理することにより、補正を行う例について説明する。
次に、図８を参照して、第２実施形態による振動型角速度センサ１０１の構成について説明する。第２実施形態では、１次側制御回路２のループフィルタ２３の出力をデジタル的に処理することにより、補正を行う例について説明する。
【0061】
図８に示すように、振動型角速度センサ１０１は、振動子１と、１次側制御回路２と、２次側制御回路３と、ＡＤ変換回路６と、補正演算処理部７と、ＤＡ変換回路８とを備えている。なお、振動子１、１次側制御回路２および２次側制御回路３の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【0062】
また、上記の第１実施形態と同様に、１次側制御回路２と２次側制御回路３とは、１次側制御回路２としての機能と、２次側制御回路３としての機能を入れ替え可能に構成されている。具体的には、１次側制御回路２において、振動子１に対する信号の入力側にスイッチ４１と、振動子１に対する信号の出力側（増幅回路２１の出力側）に、スイッチ４２とが設けられている。また、２次側制御回路３において、振動子１に対する信号の入力側にスイッチ４３と、振動子１に対する信号の出力側（増幅回路３１の出力側）に、スイッチ４４とが設けられている。
【0063】
また、ＡＤ変換回路６は、１次側制御回路２のループフィルタ２３から出力される温度に依存するアナログ信号が入力されるとともに、アナログ信号をデジタル信号に変換（量子化）して、補正演算処理部７に出力するように構成されている。そして、第２実施形態では、補正演算処理部７は、量子化した１次側制御回路２の出力（ＡＤ変換回路６からの出力）に対して、温度変化によるセンサ出力の誤差を低減するオフセット値を、ＤＡ変換回路８に出力するように構成されている。また、ＤＡ変換回路８は、オフセット値をアナログ信号に変換して、２次側制御回路３のループフィルタ３４の入力に加算するように構成されている。これにより、振動型角速度センサ１０１は、センサ出力の補正を行うように構成されている。
【0064】
【0065】
まず、２次側制御回路３の加算回路３３に入力されるオフセット値（補正値）をスイープ（様々な値に変化）させながら、振動型角速度センサ１０１のセンサ出力を計測することにより、上記第１実施形態と同様に、入れ替えの前後で、バイアス（入れ替えの前後の差分）の温度変動成分の残渣が最も小さくなるように、かつ、入れ替え前後でオフセット値の極性が反転するように、入れ替え前後における、各温度（Ｔ１、Ｔ２・・・、図９参照）におけるオフセット値（ｙ１、ｙ２・・・、図９参照）を探索する。また、入れ替えの前後のバイアス成分の中央値に対して、振動型角速度センサ１０１のセンサ出力の誤差（上記数式３により規定された誤差に対応する誤差）が０または略０になる、各温度（Ｔ１、Ｔ２・・・、図９参照）におけるオフセット値（ｚ１、ｚ２・・・、図９参照）を探索する。
【0066】
次に、各温度における量子化された１次側制御回路２（ループフィルタ２３）からの出力をｘとし、バイアス（入れ替えの前後の差分）の温度変動成分の残渣が最も小さくなるオフセット値をｙとして、図９に示されるデータを最小二乗法による多項式近似して、下記の数式７（ｌ、ｍ、ｎは、一定値の係数）を求める（算出する）。第２実施形態では、下記の数式７に示すように、２次の多項式を用いている。
【数7】
【0067】
同様に、各温度における量子化された１次側制御回路２（ループフィルタ２３）からの出力をｘとし、入れ替えの前後のバイアス成分の中央値に対するオフセット値として、下記の数式８が求められる。
【数8】
【0068】
その結果、各温度におけるオフセット値と、各温度における量子化された１次側制御回路２の出力との関係式（上記の数式７および数式８）が予め（実際の振動型角速度センサ１０１の使用の前に）求められる。なお、関係式の算出は、振動型角速度センサ１０１ごと（製品ごと）に行われる。そして、実際に振動型角速度センサ１０１が使用される場合において、振動型角速度センサ１０１では、量子化された１次側制御回路２の出力（ｘ）に対して、上記の数式７および数式８を用いて補正演算処理部７においてソフトウェアにより演算し、得られたオフセット値（入れ替え前は、ｙ＋ｚ、入れ替え後は、－ｙ＋ｚ）を２次側制御回路３に加算することにより、補正が行われる。すなわち、センサ出力をデジタル的に補正する場合には、関係式（数式７および数式８）を用いて常時演算が行われ、量子化された１次側制御回路２の出力に対応して補正が常時行われる。
【0069】
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0070】
第２実施形態では、上記のように、センサ出力をデジタル的に補正する場合には、振動子１の利得の温度変化に反比例する温度に依存する１次側制御回路２の出力を量子化するとともに、量子化した１次側制御回路２の出力に対して、温度変化によるセンサ出力の誤差を低減するオフセット値を、２次側制御回路３に加算することによって、センサ出力の補正を行うように構成されている。これにより、温度変化によるセンサ出力の誤差を低減するオフセット値を、２次側制御回路３に加算するだけでセンサ出力の補正を行うことができるので、温度に依存する１次側制御回路２の出力に基づくオフセット値以外のオフセット値を加算する場合と異なり、振動型角速度センサ１０１の構成を簡略化することができる。
【0071】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【0072】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、リング型の振動子が用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、振動子が対称的な形状を有していればよく、円盤型、カップ型（ワイングラス型）、八角形型などの振動子を用いてもよい。
【0073】
また、上記第１および第２実施形態では、振動子、増幅回路、同期検波回路、ループフィルタ、変調回路および駆動回路により閉じた制御ループが構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、増幅回路、同期検波回路、ループフィルタ、変調回路および駆動回路からなる構成以外の構成により制御ループが構成されていてもよい。
【0074】
また、上記第１および第２実施形態では、ループフィルタとして積分フィルタが用いられる例を示したが、たとえば、積分フィルタ以外のループフィルタを用いてもよい。
【0075】
また、上記第１実施形態では、入れ替え前の第１オフセット値がａ１＋ｂ１であるとともに第２オフセット値がａ２＋ｂ２であり、入れ替え後の第１オフセット値が－ａ１＋ｂ１であるとともに第２オフセット値が－ａ２＋ｂ２である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、入れ替え前の第１オフセット値をａ１とするとともに第２オフセット値をａ２とし、入れ替え後の第１オフセット値を入れ替え前の第１オフセット値ａ１の極性が反転された－ａ１とするとともに、入れ替え後の第２オフセット値を入れ替え前の第２オフセット値ａ２の極性が反転された－ａ２としてもよい。これにより、１次側制御回路２としての機能と２次側制御回路３としての機能が入れ替えられた前後において、バイアスの温度変動成分の残渣がある程度残るものの、振動子１の利得の二乗に反比例した補正を行うための第１オフセット値、および、振動子１の利得の一乗に反比例した補正を行うための第２オフセット値がゼロ（所定の基準値）に対して対称になるので、入れ替えの前後における振動型角速度センサの制御の対称性がくずれるのを抑制することができる。
【0076】
また、上記第１実施形態では、入れ替え前の第１オフセット値がａ１＋ｂ１であるとともに第２オフセット値がａ２＋ｂ２であり、入れ替え後の第１オフセット値が－ａ１＋ｂ１であるとともに第２オフセット値が－ａ２＋ｂ２である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、中央値が、上記の数式３の第１項をキャンセルするように決定され（すなわち、第１オフセット値はｂ１で固定され）、入れ替え前の第２オフセット値がａ２＋ｂ２であり、入れ替え後の第２オフセット値が－ａ２＋ｂ２であるように構成してもよい。すなわち、第２オフセット値のみが、入れ替えの前後で、所定の基準値に対して対称な値であってもよい。
【0077】
また、上記第１および第２実施形態では、入れ替えの前後で、バイアス成分の残渣が最も小さくなるように入れ替え前後の仮の第１オフセット値ａ１および仮の第２オフセット値ａ２が決定される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、入れ替えの前後で、バイアス成分の残渣が最も小さくなる値の近傍の値になるように入れ替え前後の第１オフセット値および第２オフセット値を決定してもよい。
【0078】
また、上記第１実施形態では、オフセット値ａ＋ｂ、および、オフセット値－ａ＋ｂを出力するために、加減算量調整回路４ａおよび４ｂ、および、加減算量調整回路５ａおよび５ｂ（４つの個別の回路）が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、オフセット値ａ＋ｂ、および、オフセット値－ａ＋ｂに相当する信号を出力する回路が設けられていればよい。
【符号の説明】
【0079】
１ 振動子
２ １次側制御回路
３ ２次側制御回路
２３ ループフィルタ（１次側ループフィルタ）
３４ ループフィルタ（２次側ループフィルタ）
１００、１０１ 振動型角速度センサ
２ １次側制御回路
３ ２次側制御回路
２３ ループフィルタ（１次側ループフィルタ）
３４ ループフィルタ（２次側ループフィルタ）
１００、１０１ 振動型角速度センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】