JP2001304866A - ジャイロ装置及びそのクロストーク低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角速度検出素子を用いて回路構成をしたと
き、角速度検出素子の振動体を駆動する駆動信号が出力
側に漏洩して誤動作する虞があった。 【解決手段】 角速度検出素子１を駆動する駆動手段を
駆動制御回路３ａと駆動信号調整回路６で構成し、駆動
信号調整回路６は２つの演算増幅器６１，６２で構成す
る。演算増幅器６２のバイアス抵抗６２ｄを可変して演
算増幅器６２の増幅率を調整し、２つの演算増幅器６
１，６２から駆動電極部１２，１３に印加する１８０度
位相の異なる２つの駆動信号の振幅比を調整し、駆動信
号の漏洩電圧を最小にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はジャイロ装置、特
に、振動型の角速度検出素子を用いたジャイロ装置及び
ジャイロ装置のクロストーク低減方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ジャイロ装置は、カメラ、カーナビゲー
ション装置等、更には自動車の転倒検出センサ、自動車
の姿勢制御センサ等に使用されている。即ち、カメラで
は撮影時の手ぶれを防止し、カーナビゲーション装置で
は自動車の進路を示し、また、自動車では走行時の安全
を図るために、ジャイロ装置を使用している。

【０００３】このような従来のジャイロ装置を図６
（ａ）に示す。１は角速度検出素子で、後述するよう
に、機械的に振動する振動体を持っている。２は容量電
圧変換回路で、角速度検出素子１に於ける振動体の機械
振動に伴う静電容量の変化を電圧の変化に変換する。３
は駆動制御回路で、角速度検出素子１に対し振動体を静
電力で振動させる駆動信号を供給する。この駆動制御回
路３は、容量電圧変換回路２の出力から振動体１の振動
振幅信号成分を抽出し、この信号成分を帰還信号として
駆動信号の振幅、位相、周波数を設定する。４は出力回
路で、容量電圧変換回路２の出力から角速度信号を抽出
する。

【０００４】ジャイロ装置を図６（ｂ）を用いて詳述す
ると、角速度検出素子１は、振動体１１、駆動電極部１
２，１３及び検出電極部１４，１５から構成される。振
動体１１は接地され、接地電位である。駆動電極部１
２，１３は、振動体１１を静電力により振動させる。検
出電極部１４，１５は、振動体１１の変位を静電的に検
出する。容量電圧変換回路２は、２つの電界効果トラン
ジスタ（以下「ＦＥＴ」という）２１，２２を用いて構
成される。ＦＥＴ２１のゲート２１ａは、角速度検出素
子１の検出電極部１４に接続される。また、ＦＥＴ２２
のゲート２２ａは、検出電極部１５に接続される。ＦＥ
Ｔ２１，２２のドレイン２１ｂ，２２ｂは、それぞれ直
流電源Ｖｃｃに接続され、また、ソース２１ｃ，２２ｃ
は、各々ソース抵抗２１ｄ，２２ｄを介して接地され
る。また、ソース２１ｃ，２２ｃは、容量電圧変換回路
２の出力端となり、ソース抵抗２１ｄ，２２ｄの両端電
圧が出力信号となる。この容量電圧変換回路２は、ソー
スホロア回路を構成し、角速度検出素子１の検出電極部
１４，１５に於ける静電容量の変化を電圧の変化に変換
する。なお、２ａ，２ｂは、ソース２１ｃ，２２ｃに接
続された直流カットコンデンサであり、容量電圧変換回
路２の出力端からは、交流の信号分のみが出力される。

【０００５】駆動制御回路３は、加算増幅器３１、振幅
制御回路３２及びインバータ回路３３から構成される。
加算増幅器３１の入力端は、容量電圧変換回路２の出力
端に接続され、容量電圧変換回路２の２つの出力信号の
和を取り、振動振幅信号成分を抽出する。加算増幅器３
１の出力端は、振幅制御回路３２の入力端に接続され、
加算増幅器３１で抽出した振動振幅信号成分を振幅制御
回路３２に供給する。振幅制御回路３２の出力端は、角
速度検出素子１の駆動電極部１３に接続され、また、イ
ンバータ回路３３を介して駆動電極部１２に接続され
る。出力回路４は、差動増幅器４１、同期検波回路４
２、オフセット調整回路４３及び感度調整増幅器４４か
ら構成される。差動増幅器４１の入力端は、容量電圧変
換回路２の出力端に接続され、容量電圧変換回路２の２
つの出力信号の差を取り、角速度信号成分を抽出する。
差動増幅器４１の出力端は、同期検波回路４２を介して
感度調整増幅器４４の入力端に接続される。オフセット
調整回路４３の出力端は、感度調整増幅器４４の入力端
に接続される。

【０００６】上述の回路ブロックの動作について説明す
る。角速度検出素子１の駆動電極部１２，１３に、駆動
制御回路３から一定の周波数、例えば、１０ｋＨｚの周
波数及び一定の振幅を有する駆動信号を印加すると、振
動体１１は、一定の方向に高い振動周波数で振動する。
通常、駆動制御回路３から振動体１１の共振周波数とほ
ぼ同じ周波数の駆動信号を駆動電極部１２，１３に印加
して、振動体１１を固有の機械共振周波数で振動させ
る。振動体１１の振動状態に於いて、振動体１１に角速
度が作用していない場合には、角速度検出素子１に於け
る検出電極部１４，１５の静電容量は変化しない。しか
し、振動体１１に角速度が作用すると、振動体１１はコ
リオリ力と静電力を合成した振動ベクトルで振動するの
で、振動体１１は駆動振動方向と垂直な方向、即ち、コ
リオリ力の生じた方向に変位し、検出電極部１４，１５
に静電容量の変化が現れる。この静電容量の変化には、
振動振幅信号成分と角速度信号成分が含まれる。

【０００７】角速度検出素子１の検出電極部１４，１５
からは、互いに１８０度位相の異なる２つの信号が出力
され、容量電圧変換回路２に供給される。この出力信号
の周波数は、振動体１１の振動周波数となり、その位相
は駆動信号の位相に対して９０度遅れたものとなる。容
量電圧変換回路２は、角速度検出素子１の検出電極部１
４，１５に於ける容量変化を、それぞれ電圧変化に変換
する。容量電圧変換回路２の出力信号は、直流カットコ
ンデンサ２ａ，２ｂで直流分が除かれ、加算増幅器３１
と差動増幅器４１に入力される。加算増幅器３１で抽出
した振動振幅信号成分は、自励発振の帰還信号となる。

【０００８】振幅制御回路３２は、加算増幅器３１から
振動振幅信号成分を有する帰還信号を入力し、角速度検
出素子１に於ける振動体１１の振動を継続させる振幅一
定の駆動信号を出力する。この駆動信号は、角速度検出
素子１の駆動電極部１３に供給され、また、インバータ
回路３３を介して１８０度の位相反転の後、駆動電極部
１２に供給される。これにより、角速度検出素子１の振
動体１１は、相互に位相が１８０度異なる駆動信号によ
り付勢され、一定の振幅で振動する。

【０００９】差動増幅器４１が抽出した角速度信号成分
は、同期検波回路４２に供給される。同期検波回路４２
は、差動増幅器４１の出力信号を、振幅制御回路３２の
駆動信号を参照信号として同期検波を行い、角速度信号
を出力する。オフセット調整回路４３は、同期検波回路
４２を通った角速度信号のオフセット電圧を調整する調
整信号を感度調整増幅器４４に出力する。即ち、感度調
整増幅器４４は、同期検波回路４２から入力した角速度
信号にオフセット電圧が含まれている場合には、オフセ
ット調整された角速度信号を出力する。

【００１０】図６の角速度検出素子１の一例を図７を用
いて説明する。四辺形の支持枠７の内側には、対向して
支持部７１，７２が設けられる。振動体１１の一部を構
成する四辺形の外枠振動部１６は、外梁１６ａ，１６ｂ
の両端により支持される。外梁１６ａ，１６ｂは、支持
部７１，７２の先端部に支持部７１，７２と直交する方
向に伸長して設けられる。外枠振動部１６の内側には、
支持部７１と支持部７２の対向方向に対し直交する方向
の位置に、内側に向けて且つ対向して突出部１６ｃ，１
６ｄが設けられる。振動体１１の一部を構成する四辺形
の内枠振動部１７は、内梁１７ａ，１７ｂの両端により
支持される。内梁１７ａ，１７ｂは、突出部１６ｃ，１
６ｄの先端部に、外梁１６ａ，１６ｂの延長方向と直角
の方向に伸長して設けられる。内枠振動部１７の内側に
は、支持枠７の支持部７１と支持部７２を結ぶ方向に伸
びた質量部１７ｃが設けられる。

【００１１】図６に示す駆動電極部１２，１３は、外梁
１６ａ，１６ｂの伸長方向の両外縁に設けられる。この
駆動電極部１２，１３は、外枠振動部１６に形成された
板状の外枠可動櫛形電極１２ａ，１３ａと、この外枠可
動櫛形電極１２ａ，１３ａに微少空間を介して対向した
板状の外枠駆動櫛形電極１２ｂ，１３ｂと、この外枠駆
動櫛形電極１２ｂ，１３ｂを支持する外枠固定電極１２
ｃ，１３ｃから構成される。また、内枠振動部１７の内
側には、質量部１７ｃの左右に図６に示す検出電極部１
４，１５が設けられる。この検出電極部１４，１５は、
質量部１７ｃに植設された板状の内枠可動櫛形電極１４
ａ，１５ａと、この内枠可動櫛形電極１４ａ，１５ａに
微少空間を介して対向した板状の内枠検出櫛形電極１４
ｂ，１５ｂと、この内枠検出櫛形電極１４ｂ，１５ｂを
支持する内枠固定電極１４ｃ，１５ｃから構成される。
図７では、角速度検出素子１の支持基板及び蓋基板を図
示していないが、図８に示すように、角速度検出素子１
は、シリコン半導体またはパイレックス（登録商標）ガ
ラスから構成された支持基板９及び蓋基板８で挟持され
ている。支持枠７、外枠固定電極１２ｃ，１３ｃ及び内
枠固定電極１４ｃ，１５ｃは、支持基板９に固定され、
その他の支持部７１，７２、振動体１１の全体、櫛形電
極１２ａ〜１５ａ，１２ｂ〜１５ｂの全部は、振動体１
１が振動可能となるように、支持基板９及び蓋基板８と
の間に空隙８１，９１が設けられる。即ち、支持基板９
に凹部９２が設けられ、また、支持枠７と接して角速度
検出素子１を被覆する蓋基板８に凹部８２が形成され、
これが空隙８１，９１となる。また、角速度検出素子１
は、図８のように、図面の上下方向に厚みを有し、特
に、上述の櫛形電極１２ａ〜１５ａ，１２ｂ〜１５ｂ部
分は、厚み方向の板状表面が微少空間を介して対向し、
静電容量を備える構成である。また、外枠固定電極１２
ｃ，１３ｃ及び内枠固定電極１４ｃ，１５ｃは、支持基
板に形成したビアホール９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを介し
て図示しない回路基板の配線パターンと電気的に接続さ
れる。

【００１２】このような角速度検出素子１の外枠固定電
極１２ｃ，１３ｃに、図６（ｃ）の如く、駆動信号を印
加すると、駆動電極部１２，１３の外枠可動櫛形電極１
２ａ，１３ａと外枠駆動櫛形電極１２ｂ，１３ｂとの間
に静電力が働き、これが駆動力となって外枠振動部１６
を内枠振動部１７と共に支持部７１，７２の対向方向に
一定の振幅で振動させる。即ち、外梁１６ａ，１６ｂが
撓み、振動体１１全体が図面の水平方向に振動する。こ
の状態に於いて、角速度検出素子１が、その中心を軸と
して回転すると、換言すれば、振動体１１の中心を貫く
図面と垂直な軸の回りに回転すると、振動体１１に駆動
力の作用する方向と直角方向のコリオリ力が働き、内梁
１７ａ，１７ｂの撓みにより、内枠振動部１７は内梁１
７ａ，１７ｂに対し垂直な方向に変位する。この変位振
動により、検出電極部１４，１５の内枠可動櫛形電極１
４ａ，１２ａと内枠検出櫛形電極１４ｂ，１２ｂの間の
静電容量が変化する。この角速度信号成分を含んだ容量
変化を内枠固定電極１４ｃ，１５ｃから取出しＦＥＴ２
１，２２のゲート２１ａ，２２ａに入力する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の構成の角速度検
出素子１では、振動体１１を振動させるために高い周波
数の駆動信号を用いている。このため、駆動電極部１
２，１３側と検出電極部１４，１５側の間、例えば、ビ
アホール９ａ，９ｂとビアホール９ｃ，９ｄの間の静電
容量を通して駆動信号の一部が漏洩し、容量電圧変換回
路２の出力信号に混入する、所謂クロストークが発生
し、駆動制御回路３を誤動作させる場合がある。駆動信
号と振動振幅信号成分は、９０度位相差があるので、ク
ロストークが大きいと、容量電圧変換回路２の出力であ
る振動振幅信号成分の位相及び振幅を変化させる。この
結果、振動振幅信号成分を帰還信号として自励発振制御
を行う振幅制御回路が誤動作する虞があり、また、良好
なＳ／Ｎの角速度信号が得られない。

【００１４】また、角速度検出素子１を回路基板に搭載
してモジュ−ル化すると、クロストークの有無を計測す
ることが困難である。このために、クロストークの影響
が大きい場合には、ジャイロ装置全体を破棄する必要が
あった。

【００１５】本発明の目的は、振動体を励振する１８０
度位相の異なる２つの駆動信号の振幅を調整してクロス
トークを低減したジャイロ装置及びジャイロ装置のクロ
ストーク低減方法を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明のジャイロ装置は、振動体と、この振動体
を振動可能に支持する支持手段と、振動体を１８０度位
相の異なる２つの駆動信号で駆動し且つ２つの駆動電極
部を備える駆動手段と、振動体に加わるコリオリ力に基
づく振動体の変位を静電容量の変化として検出する検出
手段と、この検出手段に於ける静電容量の変化を電圧変
化に変換する容量電圧変換回路とを備えている。特徴と
しては、駆動手段に２つの駆動信号の振幅比を調整する
駆動信号調整回路を設けたことである。

【００１７】この発明に於いて、振動体を支える支持手
段は、支持部と梁からなり、振動体と支持部の間に梁を
介在させ、この梁の撓みにより、振動体は振動をする。
支持部は、支持枠または支持基板に固定される。振動体
を駆動する駆動手段は、駆動電極部に位相が１８０度異
なる２つの駆動信号を供給する駆動制御回路と、駆動信
号の一方または双方の振幅を調整する駆動信号調整回路
とを有する。駆動信号調整回路は、駆動電極部と駆動制
御回路の間に設けられ、駆動制御回路に容量電圧変換回
路から駆動信号の漏洩電圧が入力される場合には、駆動
信号調整回路に於いて２つの駆動信号の振幅の相対比、
換言すれば、一方の駆動信号の振幅に対する他方の駆動
信号の振幅の比を調整して、漏洩した駆動信号による容
量電圧変換回路の出力電圧を最小にする。この調整によ
り、駆動制御回路から駆動信号調整回路を通して駆動電
極部に駆動信号を供給すると、駆動信号の漏洩電圧によ
る影響は殆どなくなる。検出手段は、１つまたは一対の
検出電極部からなり、振動体にコリオリ力が作用したと
き、振動体の振動周波数で変化し且つ振幅の大きさに比
例した静電容量の変化を検出する。

【００１８】上述の発明に於いて、駆動信号調整回路
は、第１の演算増幅回路と第２の演算増幅回路を備え、
第１の演算増幅回路の出力端は一方の駆動電極部に接続
され、第２の演算増幅回路の出力端は他方の駆動電極部
に接続されると共に、一方または双方の演算増幅回路は
増幅率を可変する増幅率可変手段を有する構成を採用で
きる。このようにすると、一方の駆動電極部に供給する
駆動信号の振幅と他方の駆動電極部に供給する駆動信号
の振幅を演算増幅回路の増幅率を調整することにより個
別に変えることができる。換言すれば、演算増幅回路の
増幅率を増幅率可変手段で調節して、２つの駆動電極部
に印加される駆動信号の振幅の相対比を変えることがで
きる。

【００１９】また、２つの演算増幅回路の双方を反転増
幅器または非反転増幅器で構成すると共に、増幅率可変
手段は、増幅器のバイアス抵抗または帰還抵抗の少なく
とも一方を可変抵抗として構成し、駆動手段は、増幅器
にそれぞれ位相が１８０度異なる駆動信号を供給する駆
動制御回路を備える構成では、２つの演算増幅回路の両
方を反転増幅器とした場合には、両方の反転増幅器で駆
動信号の位相が反転し、また、２つの演算増幅回路の両
方を非反転増幅器とした場合には、非反転増幅器に於い
て駆動信号の位相反転は生じないので、駆動制御回路か
ら１８０度位相の異なる駆動信号を発生させる。従っ
て、２つの増幅器に入力する駆動信号の位相は相互に１
８０度異なる。駆動信号のクロストークがある場合に
は、増幅器に設けた可変バイアス抵抗または可変帰還抵
抗の抵抗値を調整して増幅器の増幅率を調整し、２つの
増幅器の出力の振幅比を調整する。なお、可変抵抗器
は、２つの増幅器に設けても良いが、何れか一方の増幅
器に設けることで駆動信号の振幅比を変えることができ
る。

【００２０】更に、２つの演算増幅回路の一方を反転増
幅器で構成し且つ他方を非反転増幅器で構成すると共
に、増幅率可変手段は、増幅器のバイアス抵抗または帰
還抵抗の少なくとも一方を可変抵抗として構成し、駆動
手段は、双方の増幅器に共通の駆動信号を供給する駆動
制御回路を備える構成では、反転増幅器に於いて必ず駆
動信号の位相が反転されるので、反転増幅器と非反転増
幅器には駆動制御回路から同じ駆動信号が入力される。
駆動信号のクロストークがある場合には、増幅器に設け
た可変バイアス抵抗または可変帰還抵抗の抵抗値を調整
して増幅器の増幅率を調整し、２つの増幅器の出力の振
幅比を調整する。なお、可変抵抗器は、２つの増幅器に
設けても良いが、何れか一方の増幅器に設けることで駆
動信号の振幅比を変えることができる。

【００２１】駆動手段は、振動体の振動の振幅を検出す
るモニタ電極部と、このモニタ電極部に於ける静電容量
の変化を電圧変化に変換する第２の容量電圧変換回路
と、この容量電圧変換回路の出力を用いて駆動信号を発
生する駆動制御回路とを備える構成を採用できる。この
発明では、モニタ電極部は、振動体の振動の状況を静電
容量の変化として直接的に検出する。この静電容量の変
化は、モニタ信号として第２の容量電圧変換回路に於い
て電圧信号に変換される。第２の容量電圧変換回路から
出力されるモニタ信号は駆動制御回路に帰還される。こ
のモニタ信号には、振動体の振幅、位相、周波数を示す
振動振幅信号成分を包含しているので、駆動手段を自励
発振させる場合には発振継続の帰還信号となり、また、
他励発振とする場合には位相を示す信号となる。角速度
検出素子から駆動制御回路までの回路に駆動信号の漏洩
電圧が含まれている場合には、上述同様に、２つの駆動
信号の振幅比が調整される。

【００２２】また、駆動制御回路に入力する駆動信号の
クロストークを確認するために、駆動信号調整回路の入
力端または出力端に外部信号源を接続する外部入力端子
を設けた構成を採用できる。外部信号源は、角速度検出
素子の振動体の機械共振周波数から十分離れた周波数、
換言すれば、振動体の機械共振に於ける共振特性の範囲
外の周波数を持つテスト信号を発生する。外部入力端子
を駆動信号調整回路の出力端に設けた場合には、外部信
号源は、２つの駆動電極部に相互に位相が１８０度異な
るテスト信号を供給する。また、駆動信号調整回路の入
力端に外部入力端子を設けた場合に、駆動信号調整回路
に於いて２つのテスト信号のうち一方の位相が反転され
るときには、外部信号源は、同じ位相のテスト信号を供
給し、駆動信号調整回路に於いて２つのテスト信号のう
ち片方のテスト信号だけで位相反転が生じないときに
は、外部信号源は、相互に位相が１８０度異なるテスト
信号を供給する。このテスト信号を駆動信号調整回路を
通してまたは直接に角速度検出素子の２つの駆動電極部
に供給しても振動体は振動しないが、クロストークがあ
る場合には、駆動制御回路の入力端にテスト信号の漏洩
電圧が現れる。外部入力端子を駆動信号調整回路の出力
端に設けた場合には、外部信号源に於いて、テスト信号
の振幅の相対比を変えて、テスト信号の漏洩電圧を最小
に調整して最適振幅比を求め、駆動信号調整回路から出
力される駆動信号の振幅比が最適振幅比になるように駆
動信号調整回路を調整する。また、駆動信号調整回路の
入力端に外部入力端子を設けた場合は、駆動信号調整回
路を調整して駆動信号調整回路から出力される２つのテ
スト信号の振幅比を変え、テスト信号の漏洩電圧を最小
にする。

【００２３】本発明のジャイロ装置のクロストーク低減
方法は、駆動信号調整回路の入力端または出力端に設け
た外部入力端子に外部信号源を接続し、この外部信号源
から角速度検出素子の振動体を振動させない周波数を持
つ少なくとも１つのテスト信号を発生させ、このテスト
信号を入力した駆動信号調整回路から１８０度位相の異
なる２つのテスト信号を取出して角速度検出素子に印加
し、または、外部信号源から直接に１８０度位相の異な
る２つのテスト信号を取出して角速度検出素子に印加
し、２つのテスト信号の振幅比を調整しながら駆動手段
に帰還されるテスト信号の漏洩電圧が最小となる最適振
幅比を求め、駆動信号調整回路から出力される駆動信号
の振幅比が最適振幅比となる如く駆動信号調整回路を調
整することである。

【００２４】外部信号源は、角速度検出素子の振動体の
機械共振周波数から十分離れた周波数、換言すれば、振
動体を振動させない周波数を有するテスト信号を発生す
る。また、外部信号源は、２つのテスト信号を発生する
場合には、２つのテスト信号の振幅比を変える機能を持
っている。駆動信号調整回路は、例えば、２つの演算増
幅回路で構成され、一方の演算増幅器回路がテスト信号
を反転増幅する場合には、外部信号源は、１つのテスト
信号を発生するだけで良いが、双方の演算増幅器回路が
反転または非反転増幅する場合には、相互に１８０度位
相の異なるテスト信号を発生する。テスト信号を駆動信
号調整回路を通して、または、直接に角速度検出素子の
駆動電極部に供給しても振動体は機械共振振動しない
が、振幅の異なる２つのテスト信号を角速度検出素子に
供給することにより、テスト信号のクロストークは低減
する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の態様を図面
を参照して説明する。なお、図５及び図６と同じ部分に
は同じ符号を付してその説明を省略する。 図１に於い
て、駆動信号調整回路６は、２つの演算増幅器６１、６
２からなり、演算増幅器６１は反転増幅器を構成し、演
算増幅器６２は非反転増幅器を構成する。即ち、演算増
幅器６１の負の入力端は、入力抵抗６１ａと入力コンデ
ンサ６１ｂの直列回路を介して外部入力端子６ａに接続
されると共に、帰還抵抗６１ｃを介して演算増幅器６１
の出力端に接続される。演算増幅器６１の出力端は、角
速度検出素子１の駆動電極部１２に接続され、また、演
算増幅器６１の正の入力端は接地される。演算増幅器６
２の正の入力端子は、入力コンデンサ６２ｂを介して外
部入力端子６ａに接続されると共に、入力抵抗６２ａを
介して接地される。演算増幅器６２の負の入力端子は、
帰還抵抗６２ｃを介して演算増幅器６２の出力端に接続
されると共に可変可能なバイアス抵抗６２ｄを介して接
地される。演算増幅器６２の出力端は、角速度検出素子
１の駆動電極部１３に接続される。また、外部入力端子
６ａは、駆動制御回路３ａの出力端に接続される。駆動
制御回路３ａは、加算増幅器３１と振幅制御回路３２か
らなり、図６と異なってインバータ回路３３を含まな
い。加算増幅器３１と振幅制御回路３２との間にスイッ
チＳＷが設けられ、加算増幅器３１の出力端を計測端子
５１へ切換えることができる。なお、５は外部信号源
で、角速度検出素子１の振動体１１を励振しない周波数
を持ち且つ演算増幅器６１，６２の入力側に接続した入
力抵抗６１ａ，６２ａと入力コンデンサ６１ｂ，６２ｂ
で決まる低域遮断周波数よりも高い周波数のテスト信号
を発生する。外部信号源５には、外部入力端子６ａに接
続する出力端子５ａが設けられる。

【００２６】外部信号源５の出力端子５ａを外部入力端
子６ａに接続すると共に、スイッチＳＷを開き、加算増
幅器３１の出力端を計測端子５１に接続する。外部信号
源５から一定振幅のテスト信号が駆動信号調整回路６に
入力されると、演算増幅器６１の負の入力端に入力した
テスト信号は、位相反転され且つ増幅されて駆動電極部
１２に送出され、また、演算増幅器６２の正の入力端子
に入力したテスト信号は、位相反転されることなく増幅
されて駆動電極部１３に送出される。テスト信号が角速
度検出素子１に印加されても振動体１１は振動せず、ク
ロストークがある場合には、計測端子５１にテスト信号
の漏洩電圧が現れる。計測端子５１には、クロストーク
を計測する図示しない計測機器が接続されており、計測
端子５１に現れた漏洩電圧の大きさを表示する。クロス
トークが大きい場合には、演算増幅器６２のバイアス抵
抗６２ｄの抵抗値を調整し、計測機器に現れたクロスト
ークが最も小さくなるように演算増幅器６２の増幅率を
調節する。調整後は、外部信号源５の出力端子５ａを外
部入力端子６ａから切り離し、且つスイッチＳＷを閉成
すると、図１の回路が自励発振する。駆動制御回路３ａ
は、加算増幅器３１で抽出した振動体１１の振動振幅信
号成分を用いて形成した駆動信号を駆動信号調整回路６
に入力する。演算増幅器６１の負の入力端に入力した駆
動信号は、位相反転され且つ増幅されて駆動電極部１２
に送出される。また、演算増幅器６２の正の入力端子に
入力した駆動信号は、増幅されて駆動電極部１３に送出
される。これにより振動体１１は振動を開始するが、容
量電圧変換回路２の出力に於けるクロストークの影響は
無視できるほど小さくなる。

【００２７】外部入力端子６ａを設ける代わりに、図１
に点線で示す如く、演算増幅器６１，６２の出力端に外
部入力端子６ｂ，６ｃを設けても良い。この場合には、
外部信号源５０は、１８０度位相の異なる２つのテスト
信号を発生し、且つ２つのテスト信号の振幅比を変える
機能を持っている。この２つのテスト信号は、出力端子
５０ａ，５０ｂを通して外部入力端子６ｂ，６ｃに個別
に供給される。即ち、駆動電極部１２と駆動電極部１３
に入力されるテスト信号の位相は１８０度異なってい
る。クロストークは、上述同様に計測端子５１で計測さ
れる。テスト信号の漏洩電圧が計測された場合には、外
部信号源５０に於いて２つのテスト信号の振幅比を調整
し、クロストークを最小にする。このときの振幅比を最
適振幅比とする。計測終了後、スイッチＳＷを閉じて自
励発振回路を起動し、外部入力端子６ｂ，６ｃに図示し
ない振幅計測機器を接続して演算増幅器６１，６２から
出力された駆動信号の振幅比を計測する。この計測の結
果に基き、演算増幅器６２のバイアス抵抗６２ｄの抵抗
値を調整して演算増幅器６１の出力信号に対する演算増
幅器６２の出力信号の振幅比を最適振幅比に調節する。

【００２８】スイッチＳＷは、スイッチ部品を用いる代
わりに、加算増幅器３１と振幅制御回路３２間の配線パ
ターンを一部不連続に形成し、加算増幅器３１と計測端
子５１を連続配線パターンに形成して、上述の計測終了
後に配線パターンの不連続部分を半田で接続しても良
い。また、バイアス抵抗６２ｄを可変抵抗で構成した
が、演算増幅器６２の帰還抵抗６２ｃを可変抵抗として
も良く、更には、演算増幅器６１の帰還抵抗６１ｃを可
変抵抗としても良い。要するに、演算増幅器６１，６２
の相対的な増幅率の調整ができ、その出力電圧の振幅の
調整ができれば良い。可変抵抗としては、回路基板に形
成した金属薄膜抵抗をレーザー光線等でトリミングして
抵抗値を設定するトリミング抵抗でも良い。

【００２９】図２は、本発明の他の実施の態様を示す回
路ブロック図である。なお、図１、図６及び図７と同じ
部分には同じ符号を付してその説明を省略する。図２に
於いて、駆動信号調整回路６０は、反転増幅器を構成す
る２つの演算増幅器６３，６４から構成される。演算増
幅器６３の負の入力端は、入力抵抗６３ａと入力コンデ
ンサ６３ｂの直列回路を介して外部入力端子６ｄに接続
されると共に、帰還抵抗６３ｃを介して演算増幅器６３
の出力端に接続される。演算増幅器６３の出力端は、角
速度検出素子１の駆動電極部１２に接続され、また、演
算増幅器６３の正の入力端はバイアス抵抗６３ｄを介し
て接地される。演算増幅器６３の動作は図１の演算増幅
器６１と同様である。演算増幅器６４も演算増幅器６３
と同様に、その負の入力端は、入力抵抗６４ａと入力コ
ンデンサ６４ｂの直列回路を介して外部入力端子６ｅに
接続されると共に、帰還抵抗６４ｃを介して演算増幅器
６４の出力端に接続される。演算増幅器６４の出力端
は、角速度検出素子１の駆動電極部１３に接続され、ま
た、演算増幅器６４の正の入力端は、可変抵抗を用いた
バイアス抵抗６４ｄを介して接地される。また、駆動制
御回路３は、スイッチＳＷを設けた以外は図６（ｂ）と
同じ構成であり、同じ動作をする。外部入力端子６ｄは
駆動制御回路３のインバータ回路３３の出力端に接続さ
れ、また、外部入力端子６ｅは駆動制御回路３の非位相
反転の出力端に接続される。なお、外部信号源５２は、
図１の外部信号源５０と同様であり、クロストークの計
測時には、出力端子５２ａが外部入力端子６ｄに接続さ
れ、出力端子５２ｂが外部入力端子６ｅに接続される。

【００３０】クロストークの計測には、外部信号源５２
から振幅一定で且つ相互に１８０度位相の異なるテスト
信号が外部入力端子６ｄ，６ｅに供給され、計測端子５
１でテスト信号の漏れ電圧が計測される。クロストーク
が認められる場合には、演算増幅器６４のバイアス抵抗
６４ｄの抵抗値が調整され、演算増幅器６４から出力さ
れたテスト信号の振幅が変えられ、計測端子５１に於け
るクロストークが最小に調整される。なお、駆動信号調
整回路６０は非反転増幅器で構成しても良く、動作は同
様である。

【００３１】図３は、本発明のもう１つの実施の態様を
示す回路ブロック図である。なお、図１と同じ部分には
同じ符号を付してその説明を省略する。図３に示す回路
ブロック図は、角速度検出素子１からモニタ出力を得て
自励発振する態様を示す。図３に於いて、角速度検出素
子１には、駆動電極部１３側に、新たにモニタ電極部１
８が併設され、振動体１１の駆動振動の状態を静電的に
検出する。このモニタ電極部１８は、容量電圧変換回路
２０に接続され、振動体１１の振動に伴うモニタ電極部
１８に於ける静電容量の変化を電圧の変化に変換する。
容量電圧変換回路２０の出力端はスイッチＳＷ１を通し
て駆動制御回路３ａの入力端に接続される。

【００３２】この構成によると、クロストークによるテ
スト信号の漏洩電圧は、容量電圧変換回路２０の出力と
して計測端子５３で計測される。クロストークを最小に
するテスト信号の振幅比は、図１の場合と同様にして求
められる。駆動信号調整回路６に於ける演算増幅器の増
幅率の調整も図１と同様に行われる。クロストークの調
整終了後スイッチＳＷ１を閉じると、角速度検出素子１
の振動体１１が振動し、モニタ電極部１８には、振動体
１１の振動周波数で変化する静電容量が現れ、この静電
容量の変化は容量電圧変換回路２０で電圧信号に変換さ
れる。この電圧信号は、振動体１１の振動周波数成分の
みとなる。容量電圧変換回路２０で変換した電圧信号
は、駆動制御回路３ａに帰還され、角速度検出素子１の
自励発振駆動が継続される。なお、駆動信号調整回路
６、駆動制御回路３ａ、外部信号源５は、図２のよう
に、駆動信号調整回路６０、駆動制御回路３、外部信号
源５２として構成しても良い。

【００３３】図４は角速度検出素子１の実施の態様を示
す。モニタ電極部１８を設けた点が図７と相違する。モ
ニタ電極部１８は、駆動電極部１３に隣接して外枠振動
部１６に設けている。このモニタ電極部１８は、図５に
拡大して示すように、外枠振動部１６に板状の連結電極
１８ａで結合した板状のモニタ可動櫛形電極１８ｂ，１
８ｃと、モニタ可動櫛形電極１８ｂとモニタ可動櫛形電
極１８ｃの間に介在し且つ微少空間を介して対向した板
状のモニタ固定櫛形電極１８ｄと、このモニタ固定櫛形
電極１８ｄを支持するモニタ固定電極１８ｅから構成し
ている。

【００３４】角速度検出素子１の振動体１１が駆動信号
により図５の矢印ｘの方向、即ち、図面の水平方向に振
動すると、モニタ固定電極１８ｅには振動体１１の振動
周波数で変化する容量変化が現れる。このとき振動体１
１にコリオリ力が加わると、内枠振動部１７は矢印ｘに
垂直な方向に変位するが、外枠振動部１６は外梁１６
ａ，１６ｂが撓まないので矢印ｘに垂直な方向に変位し
ない。また、モニタ固定電極１８ｄとモニタ可動電極１
８ｂ，１８ｃとの間の静電容量を、それぞれＣ1，Ｃ2と
すると、これらは並列に接続されているので、外枠振動
部１６が矢印ｘと垂直な方向に変位したとしても、静電
容量の総和（Ｃ1＋Ｃ2）は変わらない。従って、角速度
検出素子１に角速度が加わっても、モニタ固定電極１８
ｄに生じる容量変化には、角速度信号成分は含まれな
い。

【００３５】上述の図１乃至図３の回路ブロックでは、
角速度検出素子１の駆動を自励発振として説明したが、
駆動制御回路３，３ａに発振回路を設けて他励式の駆動
としても良い。この場合は、振動振幅信号成分は、駆動
信号の位相、振幅を固定する制御信号として利用する。

【００３６】

【発明の効果】請求項１のジャイロ装置によれば、振動
体を駆動する２つの駆動信号の振幅比を調整する駆動信
号調整回路を設けたので、容量電圧変換回路の出力側に
駆動信号の漏洩電圧が現れる場合には、駆動電極部に供
給される２つの駆動信号の振幅比を駆動信号調整回路で
調整して、駆動信号の漏洩電圧、即ち、クロストークを
最小にすることができる。従って、駆動手段に於いて、
容量電圧変換回路から得られる振動振幅信号成分を用い
て駆動信号を形成し、または、駆動信号を制御する場合
にも、クロストークの影響を受けることなく、駆動手段
を正常に動作させることができる。

【００３７】また、駆動信号調整回路を２つの演算増幅
回路で構成すると共に、少なくとも一方の演算増幅回路
の増幅率を調整する増幅率可変手段を設けると、２つの
駆動信号の振幅比を容易に変えることができ、これによ
り駆動信号の漏洩電圧を最小にする調整作業が容易にな
る。

【００３８】そして、駆動信号調整回路を構成する演算
増幅回路を、２つとも反転増幅器または非反転増幅器で
構成するときは、駆動制御回路は従前の構成で良く、ま
た、振動体を励振させる２つの駆動信号の振幅は、一方
の増幅器のバイアス抵抗または帰還抵抗の抵抗値を調整
して駆動信号の振幅比を変えることができるから、クロ
ストークを容易に最小とすることができる。

【００３９】そしてまた、駆動信号調整回路を構成する
演算増幅回路を、反転増幅器と非反転増幅器とする場合
には、従前の駆動制御回路からインバータ回路を除去で
きるので駆動制御回路の構成が簡略になり、また、振動
体を励振させる２つの駆動信号の振幅は、上述同様に、
一方の増幅器のバイアス抵抗または帰還抵抗の抵抗値を
調整して駆動信号の振幅比を変えることができるから、
クロストークを容易に最小とすることができる。

【００４０】更に、振動体の振動の振幅を検出するモニ
タ電極部を併設したものでは、モニタ電極部は、振動振
幅信号成分を直接的に検出するので、駆動信号のクロス
トークの影響を直接的に受けるが、角速度検出素子を駆
動する２つの駆動信号の振幅比を調整することで、クロ
ストークの影響を小さくすることができる。

【００４１】更にまた、外部信号源を接続する外部入力
端子を駆動信号調整回路の入力端または出力端に設ける
と、外部信号源を用いて、テスト信号を角速度検出素子
に供給し、しかもテスト信号の周波数及び振幅を自由に
設定でき、例えば、角速度検出素子の振動体を振動させ
ない状態でテスト信号の漏洩電圧を計測できるので、ク
ロストークを最小にする駆動信号の最適振幅比を正確に
決定することができる。

【００４２】請求項７のクロストーク低減方法によれ
ば、外部信号源を用いて、角速度検出素子に振動体を振
動させない周波数のテスト信号を印可し、２つのテスト
信号の振幅比を調整しながらクロストークを最小にする
テスト信号の最適振幅比を求め、２つの駆動信号の振幅
比が最適振幅比となる如く駆動信号調整回路を調整する
ので、ジャイロ装置の製造時に於けるジャイロ装置の歩
留まりを著しく改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に於けるジャイロ装置の回路ブロック図
である。

【図２】本発明に於けるジャイロ装置の他の実施の態様
を示す回路ブロック図である。

【図３】本発明に於けるジャイロ装置の他の実施の態様
を示す回路ブロック図である。

【図４】本発明に於けるジャイロ装置に用いる角速度検
出素子の一例を示す平面図である。

【図５】図４のモニタ電極部の拡大平面図である。

【図６】従来のジャイロ装置のブロック図で、（ａ）は
簡略な構成を示し、（ｂ）は具体的な回路を示す。

【図７】従来の角速度検出素子の一例を示す平面図であ
る。

【図８】図７に示す角速度検出素子の一点波線Ｘ−Ｘに
於ける断面図である。

【符号の説明】

１ 加速度検出素子 ２，２０ 容量電圧変換回路 ３，３ａ 駆動制御回路 ４ 出力回路 ５，５０，５２ 外部信号源 ６ 駆動信号調整回路 ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ 外部入力端子 １１ 振動体 １２，１３ 駆動電極部 １４，１５ 検出電極部 １８ モニタ電極部 ６１，６２，６３，６４ 演算増幅器 ６２ｄ，６３ｄ，６４ｄ バイアス抵抗 ６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃ 帰還抵抗

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体と、この振動体を振動可能に支持
   する支持手段と、振動体を１８０度位相の異なる２つの
   駆動信号で駆動し且つ２つの駆動電極部を備える駆動手
   段と、振動体に加わるコリオリ力に基づく振動体の変位
   を静電容量の変化として検出する検出手段と、この検出
   手段に於ける静電容量の変化を電圧変化に変換する容量
   電圧変換回路とを備えたジャイロ装置に於いて、 前記駆動手段に２つの駆動信号の振幅比を調整する駆動
   信号調整回路を設けたことを特徴とするジャイロ装置。
2. 【請求項２】 駆動信号調整回路は、第１の演算増幅回
   路と第２の演算増幅回路を備え、第１の演算増幅回路の
   出力端は一方の駆動電極部に接続され、第２の演算増幅
   回路の出力端は他方の駆動電極部に接続されると共に、
   一方または双方の演算増幅回路は増幅率を可変する増幅
   率可変手段を有することを特徴とする請求項１に記載の
   ジャイロ装置。
3. 【請求項３】 ２つの演算増幅回路の双方を反転増幅器
   または非反転増幅器で構成すると共に、増幅率可変手段
   は、前記増幅器のバイアス抵抗または帰還抵抗の少なく
   とも一方を可変抵抗として構成し、駆動手段は、前記増
   幅器にそれぞれ位相が１８０度異なる駆動信号を供給す
   る駆動制御回路を備えることを特徴とする請求項２に記
   載のジャイロ装置。
4. 【請求項４】 ２つの演算増幅回路の一方を反転増幅器
   で構成し他方を非反転増幅器で構成すると共に、増幅率
   可変手段は、前記増幅器のバイアス抵抗または帰還抵抗
   の少なくとも一方を可変抵抗として構成し、駆動手段
   は、前記双方の増幅器に共通の駆動信号を供給する駆動
   制御回路を備えることを特徴とする請求項２に記載のジ
   ャイロ装置。
5. 【請求項５】 駆動手段は、振動体の振動の振幅を検出
   するモニタ電極部と、このモニタ電極部に於ける静電容
   量の変化を電圧変化に変換する第２の容量電圧変換回路
   と、この容量電圧変換回路の出力を用いて駆動信号を発
   生する駆動制御回路とを備えることを特徴とする請求項
   １乃至請求項４の何れかに記載のジャイロ装置。
6. 【請求項６】 駆動信号調整回路の入力端または出力端
   に外部信号源を接続する外部入力端子を設けたことを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載のジャイロ装
   置。
7. 【請求項７】 駆動信号調整回路の入力端または出力端
   に設けた外部入力端子に外部信号源を接続し、この外部
   信号源から角速度検出素子の振動体を振動させない周波
   数を持つ少なくとも１つのテスト信号を発生させ、この
   テスト信号を入力した前記駆動信号調整回路から１８０
   度位相の異なる２つのテスト信号を取出して前記角速度
   検出素子に印加し、または、前記外部信号源から直接に
   １８０度位相の異なる２つのテスト信号を取出して前記
   角速度検出素子に印加し、２つのテスト信号の振幅比を
   調整しながら駆動手段に帰還されるテスト信号の漏洩電
   圧が最小となる最適振幅比を求め、前記駆動信号調整回
   路から出力される駆動信号の振幅比が最適振幅比となる
   如く前記駆動信号調整回路を調整することを特徴とする
   請求項１に記載のジャイロ装置のクロストーク低減方
   法。