JP2010054431A - 外力検出装置およびその出力信号の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出素子の動作状態の経時変化による外力検出装置の出力の変化を補正可能な技術を提供する。
【解決手段】外力検出装置であるジャイロ装置１００は、角速度検出信号Ｓ７を調整する出力調整回路６４を含む。振動子１の振動状態が変化すると、その振動状態を一定に保つために、駆動回路２０から振動子１に供給される駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅電圧が変動する。この場合、角速度検出信号に加算されるクロストーク信号が変化するので角速度検出信号Ｓ７が変動する。出力調整回路６４は、ＡＧＣ回路２２からのモニタ信号Ｓ１および出力調整回路６４の内部に記憶されているオフセット変動補正係数に基づいて、ＡＧＣ回路２２から振動子１に供給される駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅の変化による角速度検出信号Ｓ７の変化を補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば加速度、角速度等の外力を検出する外力検出装置およびその出力信号の補正方法に関し、特に外力が作用していない状態において外力検出装置から出力される信号を補正する技術に関する。

角速度を検出する外力検出装置としてジャイロ装置がある。近年では、ジャイロ装置は、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、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。

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、無回転時の角速度検出信号（以下、「静止時出力」とも呼ぶ）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、温度センサ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メモリに記憶しておき、その記憶された補正係数に基づいて温度センサの検出出力を調整して、この調整された検出出力を温度ドリフト補正信号として角速度検出信号に加算することにより、角速度を精度よく検出するように構成されたものが提案されている（例えば、特開２００７−２５５８９０号公報（特許文献１）参照）。
特開２００７−２５５８９０号公報

特開２００７−２５５８９０号公報に開示されるジャイロ装置は、振動子を気密封止した構造を有している。この文献に開示されるジャイロ装置のようなＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）角速度センサでは、振動子のエアダンピングによるセンサのＱ値の低下を防ぐために、振動子は収納部材内に収納され、かつその収納部材は減圧雰囲気下で気密封止される。しかしながら収納部材内部の圧力に温度変化や経年変化が生じることにより振動子の振動振幅の温度変化や経年変化が生じる。

振動子の振動振幅に比例して角速度の検出感度が変化するので、検出感度を安定的に保つためには振動子の振動振幅を一定に保つ必要がある。このため、上記のＭＥＭＳ角速度センサでは、振動子を駆動するための駆動信号の振幅を調整することにより振動子の振動振幅を一定に保つフィードバック制御（ＡＧＣ制御；Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が行なわれる。

一方、駆動信号の振幅が変化すると、駆動信号から角速度検出信号への漏れ信号（クロストーク信号）が変化する。その理由は、クロストーク信号の大きさが一般的に配線間結合容量と駆動信号の振幅との積に比例するためである。ＭＥＭＳ角速度センサでは、角速度検出素子での容量変化により生じる微小信号を増幅することにより角速度検出信号を得る。さらにクロストーク信号は角速度検出信号と区別なく出力される。したがってクロストーク信号が変化すると静止時出力が変化する。

要するに、振動子が収納されている部材の内部圧力に温度変化や経時変化が生じると、振動子の振動状態がする。振動子の振動状態を一定に保つために、ＡＧＣ制御により駆動信号の振幅が変化する。駆動信号の振幅が変化するとクロストーク信号が変化するので静止時出力が変化する。

また、上記の振動子は多くの場合、ワイヤにより外部端子に電気的に接続されている。このような構成を有するモジュールでは、配線間の結合容量が大きくなる傾向があるので、クロストーク信号の変化が大きくなりやすい。したがって駆動信号の振幅が変化した場合には、静止時出力の変化が起こりやすい。

静止時出力は外力が作用していない状態での検出装置の出力であるので、これが変動すると外力を正確に検出することができなくなる。しかしながら特開２００７−２５５８９０号公報には、温度変化については触れられているが、静止時出力の経時変化が発生するという課題については触れられていない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、検出素子の動作状態の経時変化による外力検出装置の出力の変化を補正可能な技術を提供することである。

本発明は要約すれば、外力検出装置であって、検出素子と、駆動回路と、検出回路と、第１の配線と、第２の配線と、出力補正回路とを備える。検出素子は、駆動信号に応じて機械的に動作することにより、外力が作用したときに外力を電気的特性の変化として検出可能に構成され、かつ駆動信号の振幅電圧および直流成分に応じて動作状態を変更可能である。駆動回路は、検出素子の動作状態が一定に保たれるように振幅および直流成分を制御可能であり、かつ駆動信号を検出素子に供給する。検出回路は、検出素子の電気的特性の変化を検出することにより、検出素子が検出した外力を示す検出信号を生成する。第１の配線は、検出素子と駆動回路とに接続される。第２の配線は、検出素子と検出回路とに接続される。出力補正回路は、振幅電圧の変動により生じる、外力の非作用時の検出信号の変動を補正する。

好ましくは、出力補正回路は、記憶部と、信号生成回路と、加算回路とを含む。記憶部は、振幅電圧の変動量に対する外力の非作用時の検出信号の変動割合であるオフセット変動量を補正する補正係数を記憶する。信号生成回路は、記憶部に記憶される補正係数および、振幅電圧の変動量に基づいて、オフセット変動量を補正するオフセット変動補正信号を生成する。加算回路は、オフセット変動補正信号を検出信号に加算する。

好ましくは、検出素子は、減圧された密閉室内に収納される。
好ましくは、第１および第２の配線の少なくとも一方は、ワイヤを含む。

好ましくは、外力検出装置は、検出信号の温度特性を補正する温度特性補正回路をさらに備える。温度特性補正回路は、温度センサと、勾配補正係数記憶部と、温度ドリフト補正回路と、信号加算回路とを含む。温度センサは、検出素子の温度を検出して、アナログの温度検出値を出力する。勾配補正係数記憶部は、温度検出値の温度勾配を補正する勾配補正係数を記憶する。温度ドリフト補正回路は、勾配補正係数記憶部に記憶される勾配補正係数に基づいて温度検出値を補正することにより温度ドリフト補正信号を生成する。信号加算回路は、温度ドリフト補正回路により生成された温度ドリフト補正信号を検出信号に加算する。

好ましくは、信号加算回路は、出力補正回路から出力された検出信号に温度ドリフト補正信号を加算する。

好ましくは、駆動回路は、監視回路と、変動量信号生成回路と、駆動信号生成回路と、調整回路とを含む。監視回路は、検出素子の電気的特性を監視して監視信号を出力する。変動量信号生成回路は、監視回路からの監視信号に基づいて、振幅電圧の変動量を示す変動量信号を生成する。駆動信号生成回路は、変動量信号および監視信号に基づいて、駆動信号を生成する。調整回路は、駆動信号生成回路からの駆動信号の直流成分を調整する。

本発明の他の局面に従うと、外力を検出する外力検出装置から出力される信号の補正方法である。外力検出装置は、検出素子と、駆動回路と、検出回路と、第１の配線と、第２の配線とを備える。検出素子は、駆動信号に応じて機械的に動作することにより、外力が作用したときに外力を電気的特性の変化として検出可能に構成され、かつ駆動信号の振幅電圧および直流成分に応じて動作状態を変更可能である。駆動回路は、駆動信号を検出素子に供給する。検出回路は、検出素子の電気的特性の変化を検出することにより、検出素子が検出した外力を示す検出信号を生成する。第１の配線は、検出素子と駆動回路とに接続される。第２の配線は、検出素子と検出回路とに接続される。補正方法は、駆動信号の直流成分を変更するとともに、直流成分が変更された状態で検出素子の動作状態が一定に保たれるように振幅電圧を変更するステップと、振幅電圧の変動量に対する外力の非作用時の検出信号の変動割合であるオフセット変動を補正する補正係数を算出するステップと、算出された補正係数および、振幅電圧の変動量に基づいて、オフセット変動を補正するオフセット変動補正信号を生成するステップと、オフセット変動補正信号を検出信号に加算するステップとを備える。

本発明によれば、外力検出素子の動作状態の経時変化による外力検出装置の出力の変化を補正することが可能になる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則として繰返さないものとする。

この実施の形態では、本発明の外力検出装置の一実施形態としてジャイロ装置を示す。ジャイロ装置は、振動子により構成される角速度検出素子を外力検出素子として備えている。

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である。図２は、図１の振動子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。図３は、図１の振動子を収納するパッケージの一例を示す図である。

図１、図２および図３を参照して、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に示すように、振動子１およびＩＣ（Integrated Circuit）チップ２０１はパッケージ２００の内部に収納される。振動子１およびＩＣチップ２０１はダイパッド２０２上に搭載され、モールド樹脂２０８により覆われる。ＩＣチップ２０１は、上記の「外部の電気回路」に対応し、振動子１に駆動信号を伝達するとともに、振動子１の振動状態を電気的に検出する。

振動子１には複数の電極パッド２０３が設けられる。各電極パッド２０３はＩＣチップ２０１の対応する電極パッド２０４にワイヤ２０５を介して接続される。複数本のワイヤ２０５の中には、ＩＣチップ２０１から振動子１に駆動信号を伝達するためのワイヤ、および、ＩＣチップ２０１が振動子１の振動状態を電気的に検出するためのワイヤが含まれる。

また、ＩＣチップ２０１に設けられた複数の電極パッド２０４の一部はワイヤ２０６を介してリード２０７に接続される。なお振動子１を収納するパッケージ２００の形状、種類等は図３に示されるものに限定されない。

図４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。図４を参照して、ジャイロ装置１００は、振動子１と、駆動回路２０と、検出回路３０とを含む。駆動回路２０は、反転回路２１と、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路２２と、第１位相調整回路２３と、駆動バイアス調整回路２４と、第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２と、第１差動増幅回路４１と、フィルタ回路５１とを含む。検出回路３０は、第３，第４ＣＶ変換回路３３，３４と、第２差動増幅回路４２と、フィルタ回路５２とを含む。

ジャイロ装置１００は、さらに、第２位相調整回路６０と、同期検波回路６１と、平滑回路６２と、増幅回路６３と、調整回路６４とを含む。なお、角速度検出部１００は、フィルタ回路５１と、フィルタ回路５２と、増幅回路６３とを含むことが好ましいが、これらを含まない構成であってもよい。なお、図４の回路図において振動子１以外の残りの部分は図３に示すＩＣチップ２０１に搭載される。

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の出力部は駆動バイアス調整回路２４に直接的に接続されるとともに、反転回路２１を介して駆動バイアス調整回路２４に接続される。駆動バイアス調整回路２４の一方の出力部は、第２駆動電極１０２と第３駆動電極１０３とに接続され、他方の出力部は第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５に示すような電荷増幅回路や、図６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の位相検波を行なうものである。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。

図７は、図４のＡＧＣ回路２２の構成図である。図７および図４を参照してＡＧＣ回路２２は、整流回路２２１と、平滑回路２２２と、比較器２２３と、基準電圧発生器２２４と、制御信号発生回路２２５と、ゲインコントロールアンプ２２６とを含む。

整流回路２２１は、第１差動増幅回路４１からフィルタ回路５１および第１位相調整回路２３を介して入力されるモニタ信号Ｓ２を半波整流する。平滑回路２２２は、整流回路２２１により半波整流されたモニタ信号Ｓ２を平滑化する。これにより、モニタ信号Ｓ２の振幅に対応した直流電圧レベルをもつモニタ信号Ｓ１が生成される。平滑回路２２２から出力されるモニタ信号Ｓ１は、出力調整回路６４に送信されるとともに比較器２２３に送信される。

比較器２２３は、平滑回路２２２から出力されるモニタ信号Ｓ１の電圧を基準電圧発生器２２４から与えられる基準電圧と比較することにより、ゲインコントロールアンプ２２６の増幅率を大きくするか小さくするかを判定する。例えば比較器２２３は、モニタ信号Ｓ１の電圧が基準電圧より小さい場合には、増幅率を大きくするためにハイレベルの信号を出力し、モニタ信号Ｓ１の電圧が基準電圧より大きい場合には、増幅率を小さくするためにローレベルの信号を出力する。

制御信号発生回路２２５は、比較器２２３からの信号に基づいて、ゲインコントロールアンプ２２６の増幅率を大きくしたり小さくしたりするための制御信号を発生させる。ゲインコントロールアンプ２２６は、制御信号発生回路２２５からの制御信号に従って増幅率を調整し、モニタ信号Ｓ２を増幅することにより駆動信号Ｓ１１を出力する。

図８は、図４の駆動バイアス調整回路２４の構成図である。図８および図４を参照して、駆動バイアス調整回路２４は、駆動バイアス調整電圧発生回路２４１と、切替回路２４２と、バッファアンプ２４３，２４４とを含む。

駆動バイアス調整電圧発生回路２４１は、入力される駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の直流成分を調整する（シフトさせる）ための調整電圧を発生させる。なお駆動バイアス調整回路２４は直流電圧を変化させるよう構成されていればよく、特定の構成を有すると限定されるものではない。

切替回路２４２は、駆動バイアス調整電圧発生回路２４１により発生された調整電圧をバッファアンプ２４３，２４４の両方に供給するか、バッファアンプ２４３，２４４のいずれにも供給しないかを切替える。

バッファアンプ２４３，２４４は駆動回路２０から振動子１に供給される駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２が振動子１から戻るのを防ぐ。駆動バイアス調整電圧発生回路２４１からの調整電圧がバッファアンプ２４３，２４４に供給された場合、バッファアンプ２４３，２４４は駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の直流電圧レベルをその調整電圧に応じてシフトさせる。すなわち駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の直流電圧レベルが「駆動バイアス電圧」であり、調整電圧は、この駆動バイアス電圧を変化させるためのものである。

図９は、図４の出力調整回路６４の構成図である。図９および図４を参照して、出力調整回路６４は、比較器６４Ａと、オフセット電圧調整部６４Ｂと、温度ドリフト補正部６４Ｃと、オフセット変動補正部６４Ｄと、温度センサ６５と、メモリ６６と、基準電圧発生器６７とを含む。

メモリ６６は例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）によって構成され、記憶領域６６Ｂ〜６６Ｄを含む。記憶領域６６Ｂにはオフセット電圧調整値が予め記憶される。記憶領域６６Ｄにはオフセット変動補正係数が予め記憶される。「オフセット変動」とは、駆動信号の振幅の変動量に対するジャイロ装置１００の静止時出力の変動量の割合である。

ここで、静止時出力とはジャイロ装置１００の無回転時（非検出時）の角速度検出信号であり、具体的には図４に示す角速度検出信号Ｓ７（直流電圧Ｖｏｕｔ）である。後述するように、角速度検出信号Ｓ７（直流電圧Ｖｏｕｔ）は駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅の変化により変化するという特性を有する。オフセット変動補正係数は、駆動信号（Ｓ１１，Ｓ１２）の振幅の変動量に応じた直流電圧Ｖｏｕｔの変動量を補正して、直流電圧Ｖｏｕｔを一定の値（例えば＋２．５Ｖとする）に保つための補正係数である。

記憶領域６６Ｃには、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、本実施形態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）が個別に記憶されている。

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（静止時出力）の直流電圧レベルが常に一定のオフセット値（例えば＋２．５Ｖ）になるように記憶領域６６Ｂ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。なお、オフセット電圧調整部６４Ｂは、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅電圧値が初期値のまま変化していない状態において角速度検出信号の直流電圧レベルを調整するためのものである。

オフセット変動補正部６４Ｄは、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅電圧値が初期値から変化した場合において角速度検出信号（静止時出力）の直流電圧レベルを上記のオフセット値に保つためのものである。オフセット変動補正部６４Ｄは、オフセット変動調整回路６４７と、第３加算回路６４８とを含む。オフセット変動調整回路６４７は、ＡＧＣ回路２２からのモニタ信号Ｓ１および記憶領域６６Ｄに記憶されているオフセット変動補正係数に基づいてオフセット変動補正信号を生成する。第３加算回路６４８は、オフセット変動調整回路６４７で生成されたオフセット変動補正信号をオフセット電圧調整部６４Ｂからの角速度検出信号に加算する。

温度ドリフト補正部６４Ｃは、記憶領域６６Ｃ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、オフセット電圧およびオフセット変動が調整された角速度検出信号に加算する第２加算回路６４６とを含む。

そして、上記の温度ドリフト補正信号生成回路６４３は、記憶領域６６Ｃから与えられる温度ドリフト補正係数を選択する選択回路６４４と、この選択回路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温度勾配調整回路６４５とを含む。

次に上記構成のジャイロ装置の動作について説明する。
図４を参照して、ジャイロ装置１００の通常の動作時（角速度の検出時）には、駆動バイアス調整回路２４は駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２に調整電圧を印加しない。したがって第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１０および図１１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、一方の駆動信号の交流振幅Ｓ１２がハイレベル、他方の駆動信号の交流振幅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１２（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１２（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１２（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、第１，第２検出枠１４１，１４２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２検出枠１４１，１４２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１３に示すように、第１，第２検出枠の各質量部１４１，１４２は楕円運動を行なう。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。

記憶領域６６Ｂ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。これにより振動子１に角速度が加わっていない場合（静止時）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。このオフセット電圧調整値は、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅電圧値が初期値のまま変化しない状態において、角速度検出信号の電圧レベルが上記のオフセット値となるように予め定められたものである。

オフセット変動調整回路６４７は、モニタ信号Ｓ１の電圧値を検出するとともに記憶領域６６Ｄに格納されているオフセット変動補正係数を読み出す。オフセット変動調整回路６４７は、モニタ信号Ｓ１の電圧値の基準値（Ｖｏとする）からの変動量を検出するとともに、その変動量とオフセット変動補正係数とに基づいてオフセット変動補正信号を生成する。そして、第３加算回路６４８は、オフセット変動補正信号をオフセット電圧調整部６４Ｂからの角速度検出信号に加算する。

図２に示されるように、振動子１の可動部分を確保するためのキャビティ４は気密封止構造を有し、キャビティ４の内部は減圧されている。しかしながら、キャビティ４内部の圧力が経時変化することにより振動子１の振動のエアダンピングが変化する。この場合、振動子の駆動効率も変化するため、ＡＧＣ回路２２は振動子の振動振幅を一定に保つように駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅を調整する。

駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅が変化すると、駆動信号から角速度検出信号へのクロストーク信号が変化する。その理由は、クロストーク信号の大きさが一般的に配線間結合容量と駆動信号の振幅との積に比例するためである。検出回路３０は振動子１に角速度（外力）が作用したときに振動子１に生じる容量変化によって生じる微小信号を増幅する。この微小信号にクロストーク信号が加算された状態で増幅されるため、クロストーク信号が変化すると静止時出力が変化する。

さらに、本実施の形態に係るジャイロ装置では、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２を駆動回路２０から振動子１に伝達するための配線、および振動子１での容量変化により生じる微小信号を振動子１から検出回路３０に伝達するための配線の少なくとも一方にワイヤ（図３参照）が含まれるので、配線間容量は大きくなる傾向にある。配線間容量が大きくなると駆動信号の振幅が変化した際のクロストーク信号の変化も大きくなる。したがって、静止時出力の変動が大きくなる。

駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅は、ＡＧＣ回路２２の内部で生成されたモニタ信号Ｓ１（モニタ信号Ｓ２の整流出力）により制御される。すなわちモニタ信号Ｓ１の直流電圧値の変化は、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２の振幅電圧値の変化を反映している。

記憶領域６６Ｄには、モニタ信号Ｓ１の電圧値の変化量に対する角速度検出信号（静止時出力）の調整量の比がオフセット変動補正係数として記憶されている。振動子の振動状態の変化により駆動信号の振幅が変化した場合、モニタ信号Ｓ１の電圧値が変化するとともに角速度検出信号の直流電圧レベルも変化する。オフセット変動調整回路６４７は、モニタ信号Ｓ１の電圧値の変化量とオフセット変動補正係数とに基づいてオフセット変動補正信号を発生させる。第３加算回路６４８は、そのオフセット変動補正信号を第１加算回路６４７からの角速度検出信号に加算する。これにより振動子の振動状態の経時変化に伴う角速度検出信号の変動をキャンセルすることができるので、外力がジャイロ装置に作用していない状態でのジャイロ装置からの角速度検出信号、すなわち静止時出力を常温で一定のオフセット値（例えば＋２．５Ｖ）に調整できる。

本実施の形態では、駆動信号の振幅の変動により生じる角速度信号（静止時出力）の変動割合をキャンセルするので、キャビティ内の圧力の経時変化による角速度信号の静止時出力の変化を効果的に抑制できる。さらに、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２を駆動回路２０から振動子１に伝達するための配線、および振動子１での容量変化により生じる微小信号を振動子１から検出回路３０に伝達するための配線の少なくとも一方にワイヤが含まれている場合、クロストークが生じやすいので振動子の経時変化による静止時出力の変化が大きくなるが、本実施の形態によれば、静止時出力の変化を効果的に抑制できる。

以下、図１４〜図１７を用いながら、本実施の形態による角速度検出信号（静止時出力）のオフセット変動補正の一実施形態を説明する。なお、本実施の形態では、駆動信号の振幅の変化量とモニタ信号Ｓ１の電圧値の変化量とが線形関係であるとともに、モニタ信号Ｓ１の電圧値の変化量と角速度検出信号の変化量も比例関係であるとする。

たとえば図１４に示すようにオフセット変動調整回路６４７に入力されるモニタ信号Ｓ１の電圧値が基準値Ｖｏから（Ｖｏ＋ΔＶ１）に変化したとする。この場合、図１５に示すように、角速度検出信号の電圧は、所定のオフセット値（一例として＋２．５Ｖ）から＋ΔＶ２だけ増加する。オフセット変動調整回路６４７は、モニタ信号Ｓ１の電圧値の変動量（＋ΔＶ１）に、補正係数（−ｋ）を乗算することにより、角速度検出信号の電圧の変動量と絶対値が等しくかつ符号が逆である電圧値（−ΔＶ２）を算出する。すなわち、−ΔＶ２＝＋Ｖ１×（−ｋ）との関係が成立する。

オフセット変動調整回路６４７は、オフセット値と等しい電圧値（＋２．５Ｖ）に、算出した電圧値（−ΔＶ２）を加算することにより、図１６に示すオフセット変動補正信号を生成して、第３加算回路６４６に与える。第３加算回路６４６はこのオフセット変動補正信号をオフセット電圧調整部６４Ｂからの角速度検出信号に加算する。これにより、加算後の角速度検出信号は、図１７に示されるように、駆動信号の振幅の変化の影響を受けずに所定のオフセット値に保たれる。

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、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、温度勾配調整回路６４５に与えられる。温度勾配調整回路６４５は、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、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１８に示すような温度ドリフトを生じる一方、温度センサ６５の検出出力が図１９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、図２０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、図２１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。

本実施の形態では、経時変化による角速度検出信号の変化をオフセット変動補正部により補正し、角速度検出信号の温度変化を温度ドリフト補正部により補正する。駆動信号の振幅は温度に応じて変化するが、従来では、温度変化により駆動信号の振幅が変動した場合、その振幅の変化による角速度検出信号の変動は、温度ドリフト調整として補正されている。これに対し、本実施の形態では、第３加算回路６４８が駆動電圧振幅変化による静止時出力変動分を予め補正し、温度ドリフト補正部６４Ｃが温度変化による静止時出力の変動のうち、駆動電圧の振幅変動以外の要因による静止時出力の変動を補正する。よって、従来と同様に、周囲温度変化に起因して、角速度検出信号の電圧レベルが変動することを補正できる。

図２２は、角速度検出信号の調整処理を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、たとえばジャイロ装置の製造段階において行なわれる。なお、図２２に示した調整処理の流れは一例であり、各ステップの順序を適宜入れ替えてもよい。

図２２を開始して処理が開始されると、ステップＳＴ１では、常温（以下では一例として２５℃とする）において角速度検出信号の電圧値（電圧Ｖｏｕt）が所定のオフセット値（一例として＋２．５Ｖとする）となるようにオフセット電圧調整値が決定される。たとえば検出回路３０から出力される角速度検出信号の直流成分の電圧を測定し、その測定値と上記所定値との差を算出することによりオフセット電圧調整値を決定することができる。この調整値はメモリ６６に記憶される。

ステップＳＴ２では、温度２５℃にて駆動バイアス電圧を切替える。詳細には、駆動バイアス調整回路２４にて調整電圧を発生させて、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２にその調整電圧を加算する。さらに、調整電圧を変化させる。たとえば調整電圧を変化させながら、モニタ信号Ｓ１の電圧および電圧Ｖｏｕｔを測定することにより、モニタ信号Ｓ１の電圧に対する電圧Ｖｏｕｔの変動率が算出される。算出された変動率に基づいてオフセット変動補正係数が決定される。この補正係数はメモリ６６に記憶される。

静電駆動方式のＭＥＭＳジャイロ素子では、一般的に、振動子に作用する駆動力が、駆動信号の振幅と駆動信号の直流成分（駆動バイアス電圧）との積に従って定まる。このためＡＧＣ制御中に駆動バイアス電圧を変化させた場合には、振動子に加わる駆動力を一定に保った状態で、駆動信号の振幅を駆動バイアス電圧に反比例して変化させることができる。つまり、振動子の振動状態を変えることなく駆動信号の振幅のみを変化させることができる。

ステップＳＴ２では、駆動信号の直流成分を変化させることによって、振動子の振幅状態の経時変化により駆動電圧振幅が変化した状態を擬似的に生成する。これによりモニタ信号Ｓ１の電圧および電圧Ｖｏｕｔが変動した状態を生成できるので、オフセット変動係数を算出できる。

続いてステップＳＴ３では、温度を所定の高温（たとえば９０℃）に設定して、電圧Ｖｏｕｔの値が所定のオフセット値（２．５Ｖ）となるように温度ドリフト（高温）調整値を決定する。この調整値はメモリ６６に記憶される。

続いてステップＳＴ４では、温度を所定の低温（たとえば−４０℃）に設定して、電圧Ｖｏｕｔの値が所定のオフセット値（２．５Ｖ）となるように温度ドリフト（低温）調整値を決定する。この調整値はメモリ６６に記憶される。ステップＳＴ４の処理が終了すると調整処理が終了する。

上記の実施の形態では、オフセット変動補正係数は単一の値であるとしたが、モニタ信号Ｓ１の電圧の変動範囲に応じて複数の値を設定してもよい。

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。また温度領域を区別する必要がない場合には単一の温度ドリフト補正係数を用いてもよい。

上記の実施の形態では、本発明を静電駆動／容量検出型の振動子を備えた振動ジャイロ装置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い。例えば、本発明をジャイロ装置に適用する場合には、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も適用することが可能である。

また、本発明は、ジャイロ装置に限定されるものではなく、駆動信号により駆動された状態において外力を検出する外力検出素子と、その駆動信号を制御することにより外力検出素子の振動状態を制御する制御回路とを備える外力検出装置であれば適用が可能である。このような装置においては、外力検出素子の振動状態が経時変化した場合には素子の振動状態を一定に保つために駆動信号の振幅を変化させる必要がある。駆動信号の振幅を変化させた場合、たとえばクロストーク信号の変化（これに限定されない）により外力検出装置の出力（検出信号）が変動する可能性がある。したがって、上記の外力検出装置に本発明を適用することができる。

なお、オフセット変動補正部６４Ｄおよび記憶領域６６Ｄは、本発明が備える「出力補正回路」を構成する。温度ドリフト補正部６４Ｃと温度センサ６５と記憶領域６６Ｃとは、本発明が備える「温度特性補正回路」を構成する。記憶領域６６Ｃは本発明の「勾配補正係数記憶部」に対応し、温度ドリフト補正信号生成回路は、本発明の「温度ドリフト補正回路」に対応する。また、第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２と、第１差動増幅回路４１とは、本発明が備える「監視回路」を構成する。第１差動増幅回路４１から出力されるモニタ信号は、本発明が備える「監視回路」から出力される「監視信号」に対応する。また、整流回路２２１と平滑回路２２２とは、本発明が備える「変動量信号生成回路」を構成する。比較器２２３と、基準電圧発生器２２４と、制御信号発生回路２２５と、ゲインコントロールアンプ２２６とは、本発明が備える「駆動信号生成回路」を構成する。

今回開示された実施の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説明でなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

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である。 図１の振動子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。 図１の振動子を収納するパッケージの一例を示す図である。 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変換回路の一例である電荷増幅回路を示す図である。 ＣＶ変換回路の別の例であるインピーダンス変換回路を示す図である。 図４のＡＧＣ回路２２の構成図である。 図４の駆動バイアス調整回路２４の構成図である。 図４の出力調整回路６４の構成図である。 振動子の駆動電極に加える駆動信号の第１の波形図である。 振動子の駆動電極に加える駆動信号の第２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オフセット変動を補正する場合の処理動作の第１の説明図である。 角速度検出信号に生じるオフセット変動を補正する場合の処理動作第２の説明図である。 角速度検出信号に生じるオフセット変動を補正する場合の処理動作の第３の説明図である。 角速度検出信号に生じるオフセット変動を補正する場合の処理動作の第４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処理動作の第１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処理動作の第２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処理動作の第３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処理動作の第４の説明図である。 角速度検出信号の調整処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 振動子、２０ 駆動回路、３０ 検出回路、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 オフセット変動補正部、６５ 温度センサ、６６ メモリ、６６Ｂ〜６６Ｄ 記憶領域、６４２ 第１加算回路、６４３ 温度ドリフト補正信号生成回路、６４５ 温度勾配調整回路、６４６ 第２加算回路、６４７ オフセット変動調整回路、６４８ 第３加算回路、２００ パッケージ、２０１ ＩＣチップ、２０２ ダイパッド、２０３，２０４ 電極パッド、２０５，２０６ ワイヤ、２０７ リード、２２１ 整流回路、２２２ 平滑回路、２２３ 比較器、２２４ 基準電圧発生器、２２５ 制御信号発生回路、２２６ ゲインコントロールアンプ、１００ ジャイロ装置。

Claims (8)

1. 駆動信号に応じて機械的に動作することにより、外力が作用したときに前記外力を電気的特性の変化として検出可能に構成され、かつ前記駆動信号の振幅電圧および直流成分に応じて動作状態を変更可能な検出素子と、
   前記検出素子の前記動作状態が一定に保たれるように前記振幅および前記直流成分を制御可能であり、かつ前記駆動信号を前記検出素子に供給する駆動回路と、
   前記検出素子の前記電気的特性の変化を検出することにより、前記検出素子が検出した前記外力を示す検出信号を生成する検出回路と、
   前記検出素子と前記駆動回路とに接続される第１の配線と、
   前記検出素子と前記検出回路とに接続される第２の配線と、
   前記振幅電圧の変動により生じる、前記外力の非作用時の前記検出信号の変動を補正する出力補正回路とを備える、外力検出装置。
2. 前記出力補正回路は、
   前記振幅電圧の変動量に対する前記外力の非作用時の前記検出信号の変動割合であるオフセット変動量を補正する補正係数を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶される前記補正係数および、前記振幅電圧の前記変動量に基づいて、前記オフセット変動量を補正するオフセット変動補正信号を生成する信号生成回路と、
   前記オフセット変動補正信号を前記検出信号に加算する加算回路とを含む、請求項１に記載の外力検出装置。
3. 前記検出素子は、減圧された密閉室内に収納される、請求項１または２に記載の外力検出装置。
4. 前記第１および第２の配線の少なくとも一方は、ワイヤを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の外力検出装置。
5. 前記外力検出装置は、
   前記検出信号の温度特性を補正する温度特性補正回路をさらに備え、
   前記温度特性補正回路は、
   前記検出素子の温度を検出して、アナログの温度検出値を出力する温度センサと、
   前記温度検出値の温度勾配を補正する勾配補正係数を記憶する勾配補正係数記憶部と、
   前記勾配補正係数記憶部に記憶される前記勾配補正係数に基づいて前記温度検出値を補正することにより温度ドリフト補正信号を生成する温度ドリフト補正回路と、
   前記温度ドリフト補正回路により生成された前記温度ドリフト補正信号を前記検出信号に加算する信号加算回路とを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の外力検出装置。
6. 前記信号加算回路は、前記出力補正回路から出力された前記検出信号に前記温度ドリフト補正信号を加算する、請求項５に記載の外力検出装置。
7. 前記駆動回路は、
   前記検出素子の前記電気的特性を監視して監視信号を出力する監視回路と、
   前記監視回路からの前記監視信号に基づいて、前記振幅電圧の前記変動量を示す変動量信号を生成する変動量信号生成回路と、
   前記変動量信号および前記監視信号に基づいて、前記駆動信号を生成する駆動信号生成回路と、
   前記駆動信号生成回路からの前記駆動信号の前記直流成分を調整する調整回路とを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の外力検出装置。
8. 外力を検出する外力検出装置から出力される信号の補正方法であって、
   前記外力検出装置は、
   駆動信号に応じて機械的に動作することにより、外力が作用したときに前記外力を電気的特性の変化として検出可能に構成され、かつ前記駆動信号の振幅電圧および直流成分に応じて動作状態を変更可能な検出素子と、
   前記駆動信号を前記検出素子に供給する駆動回路と、
   前記検出素子の前記電気的特性の変化を検出することにより、前記検出素子が検出した前記外力を示す検出信号を生成する検出回路と、
   前記検出素子と前記駆動回路とに接続される第１の配線と、
   前記検出素子と前記検出回路とに接続される第２の配線とを備え、
   前記補正方法は、
   前記駆動信号の前記直流成分を変更するとともに、前記直流成分が変更された状態で前記検出素子の前記動作状態が一定に保たれるように前記振幅電圧を変更するステップと、
   前記振幅電圧の変動量に対する前記外力の非作用時の前記検出信号の変動割合であるオフセット変動を補正する補正係数を算出するステップと、
   算出された前記補正係数および、前記振幅電圧の前記変動量に基づいて、前記オフセット変動を補正するオフセット変動補正信号を生成するステップと、
   前記オフセット変動補正信号を前記検出信号に加算するステップとを備える、外力検出装置の出力信号の補正方法。

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