JP2007255890A - ジャイロ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 角速度検出信号の温度ドリフトの影響を除きつつ、温度補償後の角速度検出信号にリップルが発生しないようにして、従来よりも一層精度良く角速度を検出することが可能なジャイロ装置を提供する。
【解決手段】 角速度検出素子の温度を検出する温度センサ６５の検出特性曲線に対する温度勾配を補正する補正係数を記憶するメモリ６６、上記補正係数に基づいて温度センサ６５の検出出力を調整し、これを温度ドリフト補正信号として生成する温度ドリフト補正信号生成回路６４３、および上記温度ドリフト補正信号を角速度検出素子で得られる角速度検出信号に加算する加算回路６４６を備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、角速度やその回転方向を検出するために使用されるジャイロ装置に関する。

近年、車両の姿勢検知、ナビゲーション装置の進行方向検知、カメラの手振れ補正、仮想現実操作などの手段としてジャイロ装置が使用されている。

このジャイロ装置において、一定の角速度が印加されている状態では、振動子等で構成される角速度検出素子を含む角速度検出部からはその角速度に応じた電圧レベルをもつ角速度検出信号が出力される。そして、この角速度検出信号の直流電圧レベルの大きさを判別することにより、角速度の大きさと回転方向とを検出することができる。

ところで、上記のように、角速度検出部から出力される角速度検出信号の電圧レベルは、角速度の大きさ以外の要因によっても変化することがある。すなわち、ジャイロ装置の周囲温度が変化すると、無回転時の電圧レベルが変動する、いわゆる温度ドリフトが生じることがある。また、周囲温度の変化によって角速度検出素子やその周辺回路の感度が変化することがある。

このように、角速度検出部から出力される角速度検出信号の電圧レベルが、周囲温度変化に起因した温度ドリフトや検出感度の変化の影響を受けて変動すると、角速度の大きさを精度良く検出することが困難になる。したがって、角速度を正確に検出するためには、このような誤差要因を除くことが必要となる。

そこで、従来技術では、例えば温度ドリフトに関して、所定の比較的狭い温度間隔ごとに設定した温度補正値をメモリに記憶しておき、温度センサの出力に基づいてメモリから各温度に対応した温度補正値を読み出し、この温度補正値をＤ／Ａコンバータでアナログ化した後に角速度検出信号に加算するなどして、角速度検出信号の電圧レベルを補正するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、従来技術では、所定の比較的広い温度間隔ごとに設定した温度補正値をメモリに記憶しておき、メモリに記憶されていない温度に対する温度補正値については、前後に存在する温度補正値から補間処理によってその温度に対応する温度補正値を求め、この補間処理により得られた温度補正値によって上記と同様に角速度検出信号の出力レベルを補正するようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

実用新案登録２５７７７６０号公報 特開２０００−２５８１６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような前者の従来技術では、次の課題がある。例えば、いま、角速度検出信号が温度変化に対して図１２（ａ）に示すような温度ドリフトを生じているとする。このとき、メモリに記憶されている各温度に対応した温度補正値は離散的なデータであるので、この温度補正値をＤ／Ａコンバータでアナログ化した場合には、図１２（ｂ）のように温度変化に対して階段状に変化する特性を示す。

したがって、図１２（ａ）に示すような温度ドリフトを生じる角速度検出信号を、同図（ｂ）に示すような特性をもつ温度補正値で補正して得られる角速度検出信号には、同図（ｃ）に示すように、温度変化に対して鋸歯波状に変化する、いわゆるリップルが発生する。このため、角速度検出信号のＳ／Ｎ比が劣化し、微小角速度の検出が困難となる。

温度ドリフト補正後の角速度検出信号にリップルが発生しないようにするには、細かい温度間隔でもって温度補正値をメモリに記憶しておくことが考えられる。しかし、そうすると、逆に大きなメモリ容量が必要となってコストアップを招来するため得策でない。

また、特許文献２に記載されているような後者の従来技術では、各温度に対して不足する温度補正値を補間処理によって得ているので、温度補正値を記憶するメモリの容量は比較的少なくて済む。

しかしながら、この場合においても、補間処理により得られた温度補正値をＤ／Ａコンバータでアナログ化して角速度検出信号に加算する点では前者の従来技術と同じであるので、離散的なデジタル値をアナログ値に変換する際の不連続性は避けられない。したがって、Ｄ／Ａコンバータでアナログ化した温度補正値によって温度ドリフトを補正した後の角速度検出信号には、図１２（ｃ）に示したように、依然として温度変化に対してリップルが発生する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、角速度検出素子から出力される角速度検出信号の周囲温度変化に起因した温度ドリフトや検出感度の変化に対して高い精度で温度補償を行えるとともに、温度補償後の角速度検出信号にリップルが発生しないようにして、従来よりも一層精度良く角速度を検出することが可能なジャイロ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のジャイロ装置は次の構成を採る。
すなわち、請求項１記載の発明では、角速度検出部と、温度を検出してアナログ値で出力する温度センサと、この温度センサの検出出力の温度勾配を補正する補正係数を記憶するメモリと、このメモリに記憶されている前記補正係数に基づいて前記温度センサの検出出力を調整し、これを温度ドリフト補正信号として生成する温度ドリフト補正信号生成回路と、この温度ドリフト補正信号生成回路で生成された温度ドリフト補正信号を前記角速度検出部から出力される角速度検出信号に加減算する加減算回路と、を備えることを特徴としている。

請求項２記載の発明では、角速度検出部と、温度を検出してアナログ値で出力する温度センサと、この温度センサの検出出力の温度勾配を補正する補正係数を記憶するメモリと、このメモリに記憶されている前記補正係数に基づいて前記温度センサの検出出力を調整し、これを感度温度補正信号として生成する感度温度補正信号生成回路と、この感度温度補正信号生成回路で生成された感度温度補正信号を前記角速度検出部から出力される角速度検出信号に乗徐算する乗徐算回路と、を備えることを特徴としている。

請求項３記載の発明では、請求項１記載の温度ドリフト補正信号生成回路および加減算回路、ならびに請求項２記載の感度温度補正信号生成回路および乗徐算回路を共に備えることを特徴としている。

請求項４記載の発明では、請求項１または請求項３記載の発明の構成において、前記温度ドリフト補正信号生成回路は、前記温度センサの検出出力に対してメモリから読み出された補正係数を乗徐算する乗徐算回路からなることを特徴としている。

請求項５記載の発明では、請求項２または請求項３記載の発明の構成において、前記感度補正信号生成回路は、前記温度センサの検出出力に対してメモリから読み出された補正係数を乗徐算する乗徐算回路からなることを特徴としている。

請求項６記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発明の構成において、前記メモリに記憶されている前記補正係数は、複数の温度領域ごとに個別の値が設定されていることを特徴としている。

請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明の構成において、前記温度センサの検出出力を基準電圧と比較して現在の温度領域を判定する比較器を備えることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、角速度検出部から出力される角速度検出信号が周囲温度変化に起因して温度ドリフトを生じた場合には、温度ドリフト補正信号を加減算して温度ドリフトの影響を相殺するので、高い精度で温度補償を行うことができる。

しかも、その際に使用する温度ドリフト補正信号は、Ｄ／Ａコンバータの出力ではなく、基本的に温度センサの検出出力そのものを加工して生成されたアナログ信号であるので、温度変化に対して連続的に変化する信号となる。このため、温度ドリフト補正信号で温度補償した後の角速度検出信号には従来のようなリップルが発生しない。したがって、従来よりもＳ／Ｎ比が向上し、一層精度良く角速度を検出することが可能になる。

また、メモリには補正係数を記憶しておくだけでよく、従来のように各温度に個別に対応した温度ドリフト補正値までは記憶しておく必要がないので、少ないメモリ容量で対処することができ、メモリに要する費用を削減することができる。

請求項２記載の発明によれば、角速度検出素子の検出感度が周囲温度変化の影響を受けて変動した場合には、感度温度補正信号を乗徐算して検出感度の変動の影響を相殺するので、高い精度で温度補償を行うことができる。

しかも、その際に使用する感度温度補正信号は、Ｄ／Ａコンバータの出力ではなく、基本的に温度センサの検出出力そのものを加工して生成されたアナログ信号であるので、温度変化に対して連続的に変化する信号となる。このため、感度温度補正信号で角速度検出信号の感度を温度補正する際にはリップルが発生しない。したがって、従来よりもＳ／Ｎ比が向上し、一層精度良く角速度を検出することが可能になる。

また、メモリには補正係数を記憶しておくだけでよく、各温度に対応した感度温度補正値までは記憶しておく必要がないので、少ないメモリ容量で対処することができ、メモリに要する費用を削減することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の温度ドリフト補正信号生成回路および加減算回路、ならびに請求項２記載の感度温度補正信号生成回路および乗徐算回路を共に備えているので、角速度検出信号の温度ドリフトに対する温度補償、ならびに角速度検出素子の検出感度の変動に対する温度補償を共に行うことができるので、さらに一層精度良く角速度を検出することが可能になる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項３記載の発明の効果に加えて、温度ドリフト補正信号生成回路は、温度センサの検出出力に対してメモリから読み出された補正係数を乗徐算する乗徐算回路からなるので、簡単な構成でもって適切な温度ドリフト補正信号を生成することができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項２または請求項３記載の発明の効果に加えて、感度補正信号生成回路は、温度センサの検出出力に対してメモリから読み出された補正係数を乗徐算する乗徐算回路からなるので、簡単な構成でもって適切な感度温度補正信号を生成することができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、メモリには複数の温度領域ごとに個別の補正係数が設定されているので、温度ドリフトや感度の温度変化が２次以上の関数値を示す場合においても適切な対応をとることができる。

請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の発明の効果に加えて、温度センサの検出出力を基準電圧と比較して現在の温度領域を判定する比較器を備えるので、簡単な構成でもって現在の温度領域を判定することができる。

この実施の形態では、振動子を角速度検出素子として用いたジャイロ装置に適用した場合について説明する。

図１はこの実施の形態のジャイロ装置に使用される振動子の構造を示す平面図、図２はこのジャイロ装置を構成する振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。

この実施の形態のジャイロ装置は、角速度検出素子としての振動子１を備えている。この振動子１は、静電駆動／容量検出型のものであって、例えば単結晶または多結晶をなす低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板２と、この振動子基板２の主面および裏面に設けられた例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等からなる保護基板３とを有する。そして、両基板２，３は、振動子基板２の可動部分を確保するためのキャビティ４形成箇所を除いて、例えば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ４内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。

振動子基板２には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第１〜第４の各質量部７１〜７４や駆動梁８、第１，第２モニタ電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２などが形成されている。ここで、図１において、振動子１の長手方向をＹ軸方向、これに直交する短手方向をＸ軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、第１〜第４の各質量部７１〜７４は、部分的に接地電極１８１，１８２に接続された駆動梁８によってＹ軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第１〜第４の各質量部７１〜７４や駆動梁８が可動部となっており、第１，第２モニタ電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、および接地電極１８１，１８２が固定部となっている。

上記の第１質量部７１は、第１モニタ電極９１および第１，第２の駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが設けられている。

また、第２質量部７２は、駆動梁８により支持された四角形の第１駆動枠１２１と、その内側において上下の第１検出梁１３１により支持された２つの四角形を連接させた形状の第１検出枠１４１とを有する。第１駆動枠１２１の外側には第１質量部７１に近接して上記の第１，第２駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５１ａ，１５１ｂが形成されている。また、第１検出枠１４１の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第１，第２検出電極１６１，１６２にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７１が形成されている。これにより、第１検出枠１４１は可動側電極１７１と共に第１検出梁１３１によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。

上記の第４質量部７４は、第２モニタ電極９２および第３，第４の駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。

また、第３質量部７３は、駆動梁８により支持された四角形の第２駆動枠１２２と、その内側において上下の第２検出梁１３２により支持された２つの四角形を連接させた形状の第２検出枠１４２とを有する。第２駆動枠１２２の外側には、第４質量部７４に近接して上記の第３，第４駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５２ａ，１５２ｂが形成されている。また、第２検出枠１４２の四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第３，第４検出電極１６３，１６４にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７２が形成されている。これにより、第２検出枠１４２は可動側電極１７２と共に第２検出梁１３２によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。

上記の第１，第２モニタ電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２は、振動子基板２上の保護基板３との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極９１，９２、１０１〜１０４、１６１〜１６４、１８１，１８２は、図２に示すように各電極パッド５にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド５を介して後述する外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、振動子１の可動部分は、駆動梁８を介して接地電極１８１，１８２と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。

図３はジャイロ装置の全体の回路構成を示すブロック図である。
第１モニタ電極９１は第１ＣＶ変換回路３１に接続され、第２モニタ電極９２は第２ＣＶ変換回路３２に接続されている。第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２は共に第１差動増幅回路４１に接続され、この第１差動増幅回路４１は、フィルタ回路５１、第１位相調整回路２３を介してＡＧＣ回路２２に接続されている。また、第１差動増幅回路４１は、フィルタ回路５１を介して後述の第２位相調整回路６０に接続されている。ＡＧＣ回路２２の出力部は、第２駆動電極１０２と第３駆動電極１０３とに直接接続されるとともに、反転回路２１を介して第１駆動電極１０１と第４駆動電極１０４とに接続されている。

一方、第１検出電極１６１と第３検出電極１６３は共に第３ＣＶ変換回路３３に接続され、また、第２検出電極１６２と第４検出電極１６４は共に第４ＣＶ変換回路３４に接続されている。そして、第３，第４ＣＶ変換回路３３，３４は共に第２差動増幅回路４２に接続されている。さらに、第２差動増幅回路４２は、フィルタ回路５２を介して同期検波回路６１に接続されている。

なお、上記の第１〜第４のＣＶ変換回路３１〜３４としては、例えば、図４（ａ）に示すような電荷増幅回路や、図４（ｂ）に示すようなインピーダンス変換回路が適用される。また、第１，第２差動増幅回路４１，４２としては、例えば演算増幅器が適用される。

上記の第２位相調整回路６０は、第１差動増幅回路４１からフィルタ回路５１を介して出力されるモニタ信号の位相を９０°ずらせて検波参照信号Ｓ４として出力するものである。また、同期検波回路６１は、第２位相調整回路６０から出力される検波参照信号Ｓ４に同期して第２差動増幅回路４２からフィルタ回路５２を介して与えられる角速度検出信号Ｓ３の位相検波を行うものである。そして、この同期検波回路６１は、平滑回路６２および増幅回路６３を介して出力調整回路６４に接続されている。また、出力調整回路６４には、温度センサ６５、メモリ６６、および基準電圧発生器６７がそれぞれ接続されている。

上記の温度センサ６５は、角速度検出素子１を含むジャイロ装置全体の温度をアナログ値で検出するもので、例えばサーミスタ等が適用される。また、メモリ６６は、例えばＲＯＭからなり、温度センサ６５の検出出力の温度勾配を補正する補正係数が複数の温度領域ごとに個別に設定されて記憶されている。すなわち、本例では低温領域と高温領域の２つの領域について、それぞれ温度ドリフト補正用に利用される補正係数（以下、温度ドリフト補正係数という）、および感度温度補正用に利用される補正係数（以下、感度温度補正係数という）が個別に記憶されている。さらに、メモリ６６にはオフセット電圧調整値、および感度調整値が予め記憶されている。

出力調整回路６４は、図５に示すように、比較器６４Ａ、オフセット電圧調整部６４Ｂ、温度ドリフト補正部６４Ｃ、感度温度補正部６４Ｄ、および感度調整部６４Ｅからなる。

比較器６４Ａは、温度センサの検出出力を基準電圧発生器６７から与えられる基準電圧と比較して現在の温度領域を判定するもので、例えば低温領域ならばローレベル、高温領域ならばハイレベルの信号が出力されるようになっている。

オフセット電圧調整部６４Ｂは、常温でかつ振動子１に角速度が加わっていない場合において、角速度検出信号の電圧レベルが常に一定のオフセット値（例えば＋２．５Ｖ）になるようにメモリ６６から与えられるオフセット電圧調整値によって調整するもので、Ｄ／Ａコンバータ６４１と第１加算回路６４２とからなる。

温度ドリフト補正部６４Ｃは、メモリ６６に記憶されている温度ドリフト補正係数に基づいて温度センサ６５の検出出力を調整し、これを温度ドリフト補正信号として生成する温度ドリフト補正信号生成回路６４３と、この温度ドリフト補正信号生成回路６４３で生成された温度ドリフト補正信号をオフセット電圧調整後の角速度検出信号に加算する第２加算回路６４６とを備える。

そして、上記の温度ドリフト補正信号生成回路６４３は、メモリ６６から与えられる温度ドリフト補正係数を選択する第１選択回路６４４と、この第１選択回路６４４で選択された温度ドリフト補正係数を温度センサ６５の検出出力に対して乗算する乗算回路で構成された第１温度勾配調整回路６４５とからなる。

感度温度補正部６４Ｄは、メモリ６６に記憶されている感度温度補正係数に基づいて温度センサ６５の検出出力を調整し、これを感度温度補正信号として生成する感度温度補正信号生成回路６４７と、この感度温度補正信号生成回路６４７で生成された感度温度補正信号を温度ドリフト補正後の角速度検出信号に乗算する第１乗算回路６５０とを備える。

そして、上記の感度補正信号生成回路６４７は、メモリ６６から与えられる感度温度補正係数を選択する第２選択回路６４８と、この第２選択回路６４８で選択された感度温度補正係数を温度センサ６５の検出出力に対して乗算する乗算回路で構成された第２温度勾配調整回路６４９とからなる。

感度調整部６４Ｅは、振動子１の温度特性とは関係なく、振動子１の検出性能等の特性ばらつきによって常温での角速度検出信号の感度が異なる場合が生じるので、メモリ６６から与えられる感度調整値によって利得調整を行うために設けられたもので、Ｄ／Ａコンバータ６５１と、第２乗算回路６５２とからなる。

次に上記構成のジャイロ装置の動作について説明する。
第１，第４駆動電極１０１，１０４にはＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１を反転回路２１でレベル反転した後の駆動信号Ｓ１２が加えられる。また、第２，第３駆動電極１０２，１０３にはＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１がそのまま加えられる。この場合、両駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、接地電位に対して例えば＋２．５Ｖのオフセット電位を基準として互いにレベルが反転関係にある交流信号である。

このため、例えば、一方の駆動信号Ｓ１２がハイレベル、他方の駆動信号Ｓ１１がローレベルの場合、第１，第４駆動電極１０１，１０４とこれらの電極１０１，１０４に対向する可動側電極１１１ａ，１５１ａおよび１１２ｂ，１５２ｂの静電引力は“強”の状態になる一方、第２，第３駆動電極１０２，１０３とこれらの電極１０２，１０３に対向する可動側電極１１１ｂ，１５１ｂおよび１１２ａ，１５２ａの静電引力は“弱”の状態になる。当然、両信号Ｓ１２，Ｓ１１のレベルが逆の場合には、上記の説明と逆の状態になる。このため、その静電引力の差によって、図７（ａ）に示すように、第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に互いに逆相で駆動されて振動する。

この振動に依存して第１質量部７１に設けられている可動側電極１１１ｃと第１モニタ電極９１間の容量、および第４質量部７４に設けられている可動側電極１１２ｃと第２モニタ電極９２間の容量がそれぞれ変化する。

振動子１のＸ軸方向の駆動振動状態をモニタする第１，第２モニタ電極９１，９２における容量変化は、第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２によって各容量変化に対応した電圧レベルをもつモニタ信号Ｓ２１，Ｓ２２に変換される。この場合、両モニタ信号Ｓ２１，Ｓ２２は互いに逆相の信号であるので、次段の第１差動増幅回路４１で一つのモニタ信号Ｓ２に増幅変換される。

このモニタ信号Ｓ２は、フィルタ回路５１で不要なノイズ成分が除かれ、さらに第１位相調整回路２３で自励発振に必要な位相調整が行われた後、ＡＧＣ回路２２に入力される。ＡＧＣ回路２２は、その入力信号振幅が一定となるようにその増幅率を自動的に調整する。このため、第１〜第４の各駆動電極１０１〜１０４には、常に適切な振幅をもつ駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２が加えられることになる。

このようにして、第１，第２モニタ電極９１，９２で得られるモニタ信号Ｓ２から駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２をそれぞれ生成して各駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２を第１〜第４駆動電極に印加することにより、閉ループの自励発振回路が構成され、振動子１は駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２と同じ周波数の共振周波数で振動が持続される。

この状態で、Ｚ軸を中心軸とした回転角速度が振動子１に加わると、各質量部７１〜７４には振動方向と直交するＹ軸方向にコリオリ力が発生する。そして、第１，第２検出梁１３１，１３２に支持されている第１，第２検出枠１４１，１４２は、図７（ｂ）に示すように、コリオリ力によってＹ軸方向に互いに逆方向に駆動されてＸ軸方向の駆動振動と同じ周波数で振動する。この振動に依存して第１，第２検出枠１４１，１４２にそれぞれ設けられた可動側電極１７１，１７２と第１〜第４検出電極１６１〜１６４間の容量がそれぞれ変化する。なお、図７（ｂ）については、各質量部７１〜７４のＸ軸方向の振動については省略している。

角速度印加時に発生するコリオリ力Ｆは、次式で与えられる。
Ｆ＝２Ｍωｖ
ここに、Ｍは第１〜第４質量部７１〜７４全体の質量、ωは角速度、ｖは第１〜第４質量部７１〜７４全体の駆動振動速度である。

ここで、振動子１が非共振型の場合、振動子１の構造的なＹ軸方向の共振周波数が駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２によりＸ軸方向に駆動される際の振動周波数と十分に離れているので、コリオリ力により生じるＹ軸方向の振動と駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２によって駆動されるＸ軸方向の駆動振動とは９０°の位相差を有している。このため、Ｘ軸方向に駆動振動している状態で、Ｙ軸方向の振動が生じると、図８に示すように、第１〜第４の各質量部７１〜７４は楕円運動を行う。したがって、駆動振動に伴って第１，第２モニタ電極９１，９２に発生する容量変化と、コリオリ力による振動に伴って各検出電極１６１〜１６４に発生する容量変化とは、９０°の位相差が生じることになる。

一方、コリオリ力による振動に伴って第１，第３検出電極１６１，１６３に発生する容量変化は、第３ＣＶ変換回路３３によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ角速度検出信号Ｓ３１に変換される。同様に、コリオリ力による振動に伴って第２，第４検出電極１６２，１６４に発生する容量変化は、第４ＣＶ変換回路３４によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ角速度検出信号Ｓ３２に変換される。

この場合、第３，第４ＣＶ変換回路３３，３４からそれぞれ出力される角速度検出信号Ｓ３１，Ｓ３２はコリオリ力に依存する成分に関しては互いに逆相の信号であるので、次段の第２差動増幅回路４２で一つの角速度検出信号Ｓ３に増幅変換される。この角速度検出信号Ｓ３はフィルタ回路５２で不要なノイズ成分が除かれた後、同期検波回路６１に入力される。

また、第１差動増幅回路４１から出力されるモニタ信号Ｓ２は、フィルタ回路５１で不要なノイズ成分が除かれた後、第２位相調整回路６０に入力される。フィルタ回路５１，５２は、その位相回転量が同一となるように予め設計されている。第２位相調整回路６０は、このフィルタ回路５１の出力信号の位相を９０°ずらせて検波参照信号Ｓ４として出力する。前述のように、非共振型の振動子１においては、モニタ信号Ｓ２と角速度検出信号Ｓ３とは元々９０°の位相差をもって出力される。また、フィルタ回路５１とフィルタ回路５２の位相回転は同一となるように設計されている。したがって、第２位相調整回路６０から出力される検波参照信号Ｓ４は、フィルタ回路５２から出力される信号のコリオリ成分と同相（あるいは逆相）になり、この検波参照信号Ｓ４が同期検波回路６１に入力される。

同期検波回路６１は、検波参照信号Ｓ４によって角速度検出信号Ｓ３を同期検波する。この場合、上記の両信号Ｓ３，Ｓ４は同相（あるいは逆相）になっているので、同期検波回路６１で同期検波された後の角速度検出信号Ｓ５は半波整流された形となり、これがさらに平滑回路６２で平滑化されることで角速度に対応した直流電圧レベルをもつ角速度検出信号Ｓ６が得られる。そして、この角速度検出信号Ｓ６が次段の増幅回路６３で増幅された後に出力調整回路６４に与えられる。

メモリ６６に格納されているオフセット電圧調整値は、オフセット電圧調整部６４ＢのＤ／Ａコンバータ６４１でアナログ化された後、第１加算回路６４２に与えられる。第１加算回路６４２は、このオフセット電圧調整値を角速度検出信号に加算することで、振動子１に角速度が加わっていない場合における角速度検出信号の常温での電圧レベルが常に一定のオフセット値（例えば＋２．５Ｖ）になるように調整される。

また、温度センサ６５の検出出力は、比較器６４Ａに加わるとともに、第１，第２温度勾配調整回路６４５，６４９にそれぞれ与えられる。比較器６４Ａは、温度センサ６５の検出出力を基準電圧発生器６７から与えられる基準電圧と比較して現在の温度領域を判定し、現在の温度領域に対応した信号、例えば低温領域ならばローレベルの信号、高温領域ならばハイレベルの信号を出力する。

温度ドリフト補正部６４Ｃにおいて、第１選択回路６４４は、例えば、現在の温度が低温領域に含まれるために比較器６４Ａの出力信号がローレベルであるときには、ｍ１の値をもつ温度ドリフト補正係数を選択する。また、現在の温度が高温領域に含まれるために比較器６４Ａの出力信号がハイレベルであるときには、ｍ２の値をもつ温度ドリフト補正係数を選択する。

このようにして第１選択回路６４４で選択された温度ドリフト補正係数ｍ１あるいはｍ２は、第１温度勾配調整回路６４５に与えられる。第１温度勾配調整回路６４５は、第１選択回路６４４で選択された温度ドリフト補正係数ｍ１あるいはｍ２を温度センサ６５の検出出力に対して乗算し、これを温度ドリフト補正信号として第２加算回路６４６に与える。第２加算回路６４６は、第１温度勾配調整回路６４５から出力される温度ドリフト補正信号を角速度検出信号に加算する。

したがって、例えば出力調整回路６４に入力される角速度検出信号Ｓ６が図９（ａ）に示すような温度ドリフトを生じる一方、温度センサ６５の検出出力が同図（ｂ）に示すようなリニアな検出特性曲線をもつ場合、この温度センサ６５の検出出力そのものを角速度検出信号に対する温度ドリフト補正信号として利用することができない。そこで、温度センサ６５の検出出力に対して高温領域と低温領域についてそれぞれ適切な温度ドリフト補正係数ｍ１，ｍ２を乗算することにより、同図（ｃ）に示すような温度特性を有する温度ドリフト補正信号が得られる。そして、この温度ドリフト補正信号を角速度検出信号に加算することにより、加算後の角速度検出信号は、同図（ｄ）に示すように、温度ドリフトを生じない略平坦な特性をもつように補正される。しかも、この場合、温度ドリフト補正信号は、温度センサ６５の検出出力に基づいて作成された連続したアナログ信号であるので、温度ドリフト補正後の角速度検出信号には従来のようなリップルは発生しない。

温度ドリフト補正された角速度検出信号は、次段の感度温度補正部６４Ｄに入力される。この感度温度補正部６４Ｄにおいて、第２選択回路６４８は、例えば、現在の温度が低温領域に含まれるために比較器６４Ａの出力信号がローレベルであるときには、ｎ１の値をもつ感度温度補正係数を選択する。また、現在の温度が高温領域に含まれるために比較器６４Ａの出力信号がハイレベルであるときには、ｎ２の値をもつ感度温度補正係数を選択する。

このようにして第２選択回路６４８で選択された感度温度補正係数ｎ１あるいはｎ２は、第２温度勾配調整回路６４９に与えられる。第２温度勾配調整回路６４９は、第２選択回路６４８で選択された感度温度補正係数ｎ１あるいはｎ２を温度センサ６５の検出出力に対して乗算し、これを感度温度補正信号として第１乗算回路６５０に与える。第１乗算回路６５０は、第２温度勾配調整回路６４９から出力される感度温度補正信号を角速度検出信号に乗算する。

したがって、例えば出力調整回路６４に入力される角速度検出信号の感度が図１０（ａ）に示すような温度変化を生じる場合には、温度センサ６５の検出出力に対して高温領域と低温領域についてそれぞれ適切な感度温度補正係数ｎ１，ｎ２を乗算することにより、同図（ｃ）に示すような温度特性を有する感度温度補正信号が得られる。そして、この感度温度補正信号を角速度検出信号に乗算することにより、乗算後の角速度検出信号の感度は、同図（ｄ）に示すように、温度変化に影響されない略平坦な特性をもつように補正される。しかも、この場合、感度温度補正信号は、温度センサ６５の検出出力に基づいて作成された連続したアナログ信号であるので、角速度検出信号の感度補正の際にリップルが発生しない。

感度温度補正された角速度検出信号は、次段の感度調整部６４Ｅに入力される。メモリ６６に格納されている感度調整値は、感度調整部６４ＥのＤ／Ａコンバータ６５１でアナログ化された後、第２乗算回路６５２に与えられる。第２乗算回路６５２は、この感度調整値を感度温度補正された後の角速度検出信号に乗算することで、振動子１の検出性能等の特性ばらつきによって角速度検出信号のレベルが異なる場合の利得調整が行われる。そして、利得調整後の角速度検出信号Ｓ７に基づいて図示しない以降の処理回路によって実際の角速度の大きさとその回転方向とが算出される。

なお、上記の実施の形態では、低温領域と高温領域の２つの領域によってそれぞれ温度ドリフト補正係数ｍ１，ｍ２、感度温度補正係数ｎ１，ｎ２を設定しているが、さらに細かい温度領域についてそれぞれ適切な温度ドリフト補正係数や感度温度補正係数を設定することもできる。

また、図１１（ａ）に示すように、角速度検出信号の温度ドリフト特性がリニアに変化するような場合には、温度領域を区別せずに単一の温度ドリフト補正係数ｍ３を用い、この温度ドリフト補正係数ｍ３を同図（ｂ）に示す温度センサ６５の検出出力に対して乗算することにより、同図（ｃ）に示すような温度特性を有する温度ドリフト補正信号を生成するようにしてもよい。同様に、角速度検出信号の感度が温度変化に応じてリニアに変化するような場合には、単一の感度温度補正係数を用いることができる。

さらにまた、上記の実施の形態では、温度ドリフト補正部６４Ｃを構成する第１温度勾配調整回路６４５は乗算回路により構成しているが、温度補正の内容によっては除算回路とすることもできる。また、第１加算回路６４６についても温度ドリフトの内容によって減算回路で構成することができる。さらに、感度温度補正部６４Ｄを構成する第２温度勾配調整回路６４５は乗算回路により構成しているが、補正の内容によっては除算回路とすることもできる。また、第１乗算回路６５０についても温度感度変化の内容によって除算回路で構成することができる。

上記の実施の形態では、ジャイロ装置として、静電駆動／容量検出型の振動子１を備えた振動ジャイロに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、圧電材料や単結晶からなる音片型振動子を角速度検出素子として備えた振動ジャイロや、音叉型振動子を角速度検出素子として備えた振動ジャイロ、さらには他の種類のジャイロ装置についても広く適用することが可能である。

本発明の実施の形態におけるジャイロ装置の振動子の構造を示す平面図である。 図１のジャイロ装置を構成する振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。 ジャイロ装置の全体の回路構成を示すブロック図である。 ＣＶ変換回路の一例を示す回路図である。 出力調整回路の詳細を示すブロック図である。 振動子の駆動電極に加える駆動信号の波形図である。 振動子の振動状態の説明図である。 振動子における駆動振動方向とコリオリ力による振動方向との関係を示す説明図である。 角速度検出信号に生じる温度ドリフトを温度ドリフト補正信号により補正する場合の処理動作の説明図である。 角速度検出信号に生じる感度の温度変化を感度温度補正信号により補正する場合の処理動作の説明図である。 角速度検出信号に生じる温度ドリフトを温度ドリフト補正信号により補正する場合の他の処理動作の説明図である。 従来技術において、角速度検出信号に生じる温度ドリフトを温度ドリフト補正信号により補正する場合の処理動作の説明図である。

符号の説明

１ 振動子
６４ 出力調整回路
６４Ａ 比較器
６４Ｂ オフセット電圧調整部
６４Ｃ 温度ドリフト補正部
６４Ｄ 感度温度補正部
６４Ｅ 感度調整部
６５ 温度センサ
６６ メモリ
６４３ 温度ドリフト補正信号生成回路
６４５ 第１温度勾配調整回路（乗徐算回路）
６４６ 第１加算回路（加減算回路）
６４７ 感度温度補正信号生成回路
６４９ 第２温度勾配調整回路（乗徐算回路）
６５０ 第１乗算回路（乗徐算回路）

Claims (7)

1. 角速度検出部と、
   温度を検出してアナログ値で出力する温度センサと、
   この温度センサの検出出力の温度勾配を補正する補正係数を記憶するメモリと、
   このメモリに記憶されている前記補正係数に基づいて前記温度センサの検出出力を調整し、これを温度ドリフト補正信号として生成する温度ドリフト補正信号生成回路と、
   この温度ドリフト補正信号生成回路で生成された温度ドリフト補正信号を前記角速度検出部から出力される角速度検出信号に加減算する加減算回路と、
   を備えることを特徴とするジャイロ装置。
2. 角速度検出部と、
   温度を検出してアナログ値で出力する温度センサと、
   この温度センサの検出出力の温度勾配を補正する補正係数を記憶するメモリと、
   このメモリに記憶されている前記補正係数に基づいて前記温度センサの検出出力を調整し、これを感度温度補正信号として生成する感度温度補正信号生成回路と、
   この感度温度補正信号生成回路で生成された感度温度補正信号を前記角速度検出部から出力される角速度検出信号に乗徐算する乗徐算回路と、
   を備えることを特徴とするジャイロ装置。
3. 請求項１記載の温度ドリフト補正信号生成回路および加減算回路、ならびに請求項２記載の感度温度補正信号生成回路および乗徐算回路を共に備えることを特徴とするジャイロ装置。
4. 前記温度ドリフト補正信号生成回路は、前記温度センサの検出出力に対して前記メモリから読み出された補正係数を乗徐算する乗徐算回路からなることを特徴とする請求項１または請求項３記載のジャイロ装置。
5. 前記感度補正信号生成回路は、前記温度センサの検出出力に対して前記メモリから読み出された補正係数を乗徐算する乗徐算回路からなることを特徴とする請求項２または請求項３記載のジャイロ装置。
6. 前記メモリに記憶されている前記補正係数は、複数の温度領域ごとに個別の値が設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のジャイロ装置。
7. 前記温度センサの検出出力を基準電圧と比較して現在の温度領域を判定する比較器を備えることを特徴とする請求項６記載のジャイロ装置。
   

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