JPWO2018016190A1 - ジャイロセンサ、信号処理装置、電子機器およびジャイロセンサの制御方法 - Google Patents
ジャイロセンサ、信号処理装置、電子機器およびジャイロセンサの制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2018016190A1 JPWO2018016190A1 JP2018528429A JP2018528429A JPWO2018016190A1 JP WO2018016190 A1 JPWO2018016190 A1 JP WO2018016190A1 JP 2018528429 A JP2018528429 A JP 2018528429A JP 2018528429 A JP2018528429 A JP 2018528429A JP WO2018016190 A1 JPWO2018016190 A1 JP WO2018016190A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- detection
- vibrator
- angular velocity
- correction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
- G01C19/5649—Signal processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
- G01C19/5656—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams the devices involving a micromechanical structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本技術の一形態に係るジャイロセンサは、振動子と、コントローラとを具備する。上記振動子は、振動子本体と、検出部とを有する。上記検出部は、上記振動子本体に設けられ、角速度情報を含む検出信号を出力する。上記コントローラは、角速度検出回路と、補正回路とを有する。上記角速度検出回路は、上記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する。上記補正回路は、上記検出信号を上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する。【選択図】図8
Description
本技術は、振動子の出力信号に基づいて物体の回転角速度を検出するジャイロセンサ、信号処理装置、電子機器およびジャイロセンサの制御方法に関する。
現在、モバイル機器を中心として、人間の動作を検知するためのモーションセンサが広く用いられている。そのうち、角速度を検出するジャイロセンサは近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術の進展によって小型化が進み、様々なタイプのデバイスが開発・商品化されている。
例えば特許文献1には、3軸まわりの角速度を検出することが可能な角速度センサが開示されている。当該角速度センサは、主面を有する矩形環状のフレームと、フレームの四隅部からフレームの中心部に向かって突出する複数の振り子部と、フレームを主面に平行な面内で基本振動させる駆動部とを有する。そして当該角速度センサは、フレームの変形量に基づいて主面に垂直な軸まわりの角速度を検出し、主面と直交する方向への複数の振り子部の変形量に基づいて、主面に平行な2軸まわりの角速度を検出するように構成されている。
1つのセンサで多軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサにおいては、小型化に伴い、形状や電極位置のバラツキが振動特性や角速度検出特性に与える影響は、相対的に大きくなる。このため振動モードの分離が困難となり、他軸感度が発生して、所望とする角速度検出特性を得ることが困難となる。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、他軸感度の発生を抑えて所望とする角速度検出特性を得ることができるジャイロセンサ、信号処理装置、電子機器およびジャイロセンサの制御方法を提供することにある。
本技術の一形態に係るジャイロセンサは、振動子と、コントローラとを具備する。
上記振動子は、振動子本体と、検出部とを有する。上記検出部は、上記振動子本体に設けられ、角速度情報を含む検出信号を出力する。
上記コントローラは、角速度検出回路と、補正回路とを有する。上記角速度検出回路は、上記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する。上記補正回路は、上記検出信号を上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する。
上記振動子は、振動子本体と、検出部とを有する。上記検出部は、上記振動子本体に設けられ、角速度情報を含む検出信号を出力する。
上記コントローラは、角速度検出回路と、補正回路とを有する。上記角速度検出回路は、上記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する。上記補正回路は、上記検出信号を上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する。
上記ジャイロセンサにおいて、補正回路は、振動子の不要振動を監視し、当該不要振動をキャンセルするための補正信号を生成する。これにより振動子の所望とする振動特性が維持されるため、他軸感度の発生を抑制して所望とする角速度検出特性を得ることができる。
上記振動子は、上記振動子本体の振動状態を示す参照信号を出力する参照部をさらに有してもよい。この場合、上記補正回路は、上記参照信号を上記第2のタイミング信号として上記検出信号を同期検波するように構成される。
これにより、振動子の不要振動を精度よく検出することができる。
これにより、振動子の不要振動を精度よく検出することができる。
上記振動子本体は、主面を有し、上記検出部は、上記主面に平行な軸まわりの角速度情報を含む検出信号を出力する検出電極を含んでもよい。この場合、上記補正回路は、上記検出信号を上記第2のタイミング信号で同期検波することで、上記振動子本体の上記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出する。
典型的には、上記振動子本体は、上記主面を有する環状のフレームと、上記フレームに一端が支持される複数の振り子部とを有する。
上記検出部は、第1の検出電極と、第2の検出電極とを有する。上記第1の検出電極は、上記主面に設けられ、上記フレームの上記主面に平行な面内における変形量に基づいて上記主面に直交する第1の軸まわりの角速度情報を含む第1の検出信号を出力する。上記第2の検出電極は、上記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、上記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度情報を含む第2の検出信号を出力する。
この場合、上記補正回路は、上記第2の検出信号を上記第2のタイミング信号で同期検波することで、上記複数の振り子部の上記第1の軸方向への振動成分を検出する。
上記検出部は、第1の検出電極と、第2の検出電極とを有する。上記第1の検出電極は、上記主面に設けられ、上記フレームの上記主面に平行な面内における変形量に基づいて上記主面に直交する第1の軸まわりの角速度情報を含む第1の検出信号を出力する。上記第2の検出電極は、上記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、上記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度情報を含む第2の検出信号を出力する。
この場合、上記補正回路は、上記第2の検出信号を上記第2のタイミング信号で同期検波することで、上記複数の振り子部の上記第1の軸方向への振動成分を検出する。
上記振動子は、駆動部と、複数の補助駆動部とをさらに有してもよい。上記駆動部は、上記主面に設けられ、上記フレームを上記主面に平行な面内で振動させる。上記複数の補助駆動部は、上記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、上記補正信号が入力される。
この場合、上記補正回路は、上記複数の振り子部の上記振動成分がゼロとなるように上記補正信号を生成する。
この場合、上記補正回路は、上記複数の振り子部の上記振動成分がゼロとなるように上記補正信号を生成する。
あるいは、上記駆動部は、上記補正信号が入力される複数の補助駆動部を含んでもよい。この場合、上記補正回路は、上記複数の振り子部の上記振動成分がゼロとなるように上記補正信号を生成する。
上記補正回路は、上記第1の検出信号を上記第2のタイミング信号で同期検波するように構成されてもよい。
これにより、振動子の主面に平行な振動モードでの不要振動を監視することができる。
これにより、振動子の主面に平行な振動モードでの不要振動を監視することができる。
上記構成において、上記振動子は、上記主面に設けられ上記補正信号が入力される複数の補助駆動部をさらに有してもよい。この場合、上記第1の検出電極は、複数の検出電極部を含み、上記補正回路は、上記複数の検出電極部の出力の差分がゼロとなるように上記補正信号を生成する。
上記第2の検出電極は、上記第1の軸と上記第2の軸とにそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度情報を含む第3の検出信号をさらに出力してもよい。この場合、上記補正回路は、上記第3の検出信号を上記第2のタイミング信号で同期検波することで、上記複数の振り子部の上記第1の軸方向への振動成分をさらに検出する。
これにより、上記2軸間における振動漏れを効果的に抑制することができる。
これにより、上記2軸間における振動漏れを効果的に抑制することができる。
本技術の一形態に係る信号処理装置は、角速度検出回路と、補正回路とを具備する。
上記角速度検出回路は、振動子から出力される検出信号を角速度検出用の第1のタイミング信号で同期検波する。
上記補正回路は、上記検出信号を上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、上記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する。
上記角速度検出回路は、振動子から出力される検出信号を角速度検出用の第1のタイミング信号で同期検波する。
上記補正回路は、上記検出信号を上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、上記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する。
上記補正回路は、上記振動子の振動状態を示す参照信号を上記第2のタイミング信号として上記検出信号を同期検波するように構成されてもよい。
上記信号処理装置は、上記振動子の主面に平行な面内で上記振動子を振動させる駆動回路をさらに具備してもよい。
上記検出信号は、上記主面に平行な2軸まわりの角速度情報を含んでもよい。この場合、上記補正回路は、上記検出信号を上記第2のタイミング信号で同期検波することで、上記振動子の上記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出し、上記振動子の上記振動成分がゼロとなるように上記補正信号を生成する。
上記補正回路は、上記検出信号を上記主面に平行な軸ごとに同期検波し、上記主面に平行な軸ごとの上記振動成分がゼロとなるように上記補正信号を個々に生成するように構成されてもよい。
本技術の一形態に係る電子機器は、ジャイロセンサを具備する。
上記ジャイロセンサは、振動子と、コントローラとを有する。
上記振動子は、振動子本体と、検出部とを有する。上記検出部は、上記振動子本体に設けられ、角速度情報を含む検出信号を出力する。
上記コントローラは、角速度検出回路と、補正回路とを有する。上記角速度検出回路は、上記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する。上記補正回路は、上記検出信号を上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する。
上記ジャイロセンサは、振動子と、コントローラとを有する。
上記振動子は、振動子本体と、検出部とを有する。上記検出部は、上記振動子本体に設けられ、角速度情報を含む検出信号を出力する。
上記コントローラは、角速度検出回路と、補正回路とを有する。上記角速度検出回路は、上記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する。上記補正回路は、上記検出信号を上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する。
本技術の一形態に係るジャイロセンサの制御方法は、振動子から出力される検出信号を角速度検出用の第1のタイミング信号で同期検波することを含む。
上記検出信号は、上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波される。
上記第2のタイミング信号で同期検波した検出信号に基づいて、上記振動子の駆動を補正する補正信号が生成される。
上記検出信号は、上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波される。
上記第2のタイミング信号で同期検波した検出信号に基づいて、上記振動子の駆動を補正する補正信号が生成される。
以上のように、本技術によれば、他軸感度の発生を抑えて所望とする角速度検出特性を得ることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
<第1の実施形態>
図1は本技術の一実施形態に係るジャイロセンサにおける振動子の構成を示す概略斜視図である。図においてX軸、Y軸及びZ軸は、相互に直交する3軸方向をそれぞれ示している。
図1は本技術の一実施形態に係るジャイロセンサにおける振動子の構成を示す概略斜視図である。図においてX軸、Y軸及びZ軸は、相互に直交する3軸方向をそれぞれ示している。
本実施形態では、3軸まわりの角速度を検出することが可能なジャイロセンサを例に挙げて説明する。本実施形態のジャイロセンサは、電子機器の制御基板に搭載され、当該電子機器に作用する角速度を検出する。電子機器としては、例えば、スマートホン、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ゲーム機等のほか、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル機器が挙げられる。
まず、ジャイロセンサ1における振動子100の基本構成について説明する。
振動子100は、単結晶シリコン(Si)を含む材料で構成される。例えば、振動子100は、2枚のシリコン基板を貼り合わせたSOI基板に微細加工を施すことで形成され、活性層W1と、支持層W2と、接合層(BOX(Buried-Oxide)層)W3とを有する。活性層W1及び支持層W2はシリコン基板で構成され、接合層W3はシリコン酸化膜で構成される。
振動子100は、振動子本体101と、枠体102とを有する。振動子本体101及び枠体102は、活性層W1を所定形状に微細加工することで形成される。支持層W2及び接合層W3は、活性層W1の周囲に枠状に形成される。活性層W1、支持層W2及び接合層W3の厚みはそれぞれ、例えば、約40μm、約300μm及び約1μmとされる。
[振動子本体]
図2は、振動子本体101の構成を模式的に示す平面図である。振動子本体101は、環状のフレーム10(支持部)と、複数の振り子部21a,21b,21c,21dとを有する。
図2は、振動子本体101の構成を模式的に示す平面図である。振動子本体101は、環状のフレーム10(支持部)と、複数の振り子部21a,21b,21c,21dとを有する。
(フレーム)
フレーム10は、X軸(第2の軸)方向に横方向、Y軸(第3の軸)方向に縦方向、Z軸(第1の軸)方向に厚み方向を有する。フレーム10は、Z軸に垂直な主面10sを有する。フレーム10の各辺は、振動梁として機能し、第1の梁11a,11bの組と、第2の梁12a,12bの組とを含む。
フレーム10は、X軸(第2の軸)方向に横方向、Y軸(第3の軸)方向に縦方向、Z軸(第1の軸)方向に厚み方向を有する。フレーム10は、Z軸に垂直な主面10sを有する。フレーム10の各辺は、振動梁として機能し、第1の梁11a,11bの組と、第2の梁12a,12bの組とを含む。
第1の梁11a,11bの組は、図2においてX軸方向に平行に延在しY軸方向に相互に対向する一組の対辺で構成される。第2の梁12a,12bの組は、Y軸方向に延在しX軸方向に相互に対向する他の一組の対辺で構成される。各梁11a,11b,12a,12bは、それぞれ同一の長さ、幅及び厚みを有しており、各梁の長手方向に垂直な断面は、略矩形に形成される。
フレーム10の大きさは特に限定されず、例えば、フレーム10の一辺の長さは1000〜4000μm、フレーム10の厚みは10〜200μm、梁11a,11b,12a,12bの幅は50〜200μmである。
フレーム10の四隅に相当する部位には、第1の梁11a,11bの組と第2の梁12a,12bの組との間を接続する複数(本例では4つ)の接続部13a,13b,13c,13dがそれぞれ形成されている。第1の梁11a,11bの組及び第2の梁12a,12bの組の両端は、接続部13a〜13dによって支持される。すなわち、各梁11a,11b,12a,12bは、接続部13a〜13dによって両端が支持された振動梁として機能する。
(振り子部)
振動子本体101は、片持ち梁構造の複数(本例では4つ)の振り子部21a,21b,21c,21dを有する。
振動子本体101は、片持ち梁構造の複数(本例では4つ)の振り子部21a,21b,21c,21dを有する。
振り子部21a,21c(一対の第1の振り子部)は、相互に対角関係にある一組の接続部13a,13cにそれぞれ形成されており、その対角線方向(主面10sに平行な面内でX軸及びY軸方向と交差する第4の軸方向)に沿ってフレーム10の内側に延在している。振り子部21a,21cのそれぞれの一端は接続部13a,13cに支持され、フレーム10の中心に向かって突出し、それぞれの他端は、フレーム10の中央付近において相互に対向している。
振り子部21b,21d(一対の第2の振り子部)は、相互に対角関係にある他の一組の接続部13b,13dにそれぞれ形成されており、その対角線方向(主面10sに平行な面内でX軸、Y軸及び上記第4の軸方向と交差する第5の軸方向)に沿ってフレーム10の内側に延在している。振り子部21b,21dのそれぞれの一端は、接続部13b,13dに支持され、フレーム10の中心に向かって突出し、それぞれの他端は、フレーム10の中央付近において相互に対向している。
振り子部21a〜21dは、それぞれ典型的には同一の形状及び大きさを有しており、フレーム10の外形加工の際に同時に形成される。振り子部21a〜21dの形状、大きさは特に限定されず、全てが同一の形状等で形成されていなくてもよい。
[枠体]
図1に示すように、枠体102は、振動子本体101の周囲に配置された環状のベース部81と、振動子本体101とベース部81との間に配置された連結部82とを有する。
図1に示すように、枠体102は、振動子本体101の周囲に配置された環状のベース部81と、振動子本体101とベース部81との間に配置された連結部82とを有する。
(ベース部)
ベース部81は、振動子本体101の外側を囲む四角形状の枠体で構成されている。ベース部81は、フレーム10の主面10sと同一の平面上に形成された矩形環状の主面81sを有し、その主面81s上には、コントローラ200(図7参照)に対して電気的に接続される複数の端子部(電極パッド)810が設けられている。主面81sの反対側の面は、接合層W3を介して支持層W2に接合される。支持層W2は、ベース部81と同様の枠体で構成され、ベース部81を部分的に支持する。
ベース部81は、振動子本体101の外側を囲む四角形状の枠体で構成されている。ベース部81は、フレーム10の主面10sと同一の平面上に形成された矩形環状の主面81sを有し、その主面81s上には、コントローラ200(図7参照)に対して電気的に接続される複数の端子部(電極パッド)810が設けられている。主面81sの反対側の面は、接合層W3を介して支持層W2に接合される。支持層W2は、ベース部81と同様の枠体で構成され、ベース部81を部分的に支持する。
コントローラ200は、後述するように、振動子100を駆動し、かつ、振動子100の出力を処理して各軸まわりの角速度を検出する制御回路で構成される。各端子部810は、図示しないバンプを介して上記コントローラが搭載された制御基板上に電気的かつ機械的に接続される。なお、振動子100の実装にはワイヤボンディング方式が採用されてもよい。
(連結部)
連結部82は、ベース部81に対して振動子本体101を振動可能に支持する複数の連結部82a,82b,82c,82dを含む。各連結部82a〜82dは、フレーム10の各接続部13a〜13dからベース部81に向かって延びる。連結部82a〜82dは、振動子本体101に接続される第1の端部821と、ベース部81に接続される第2の端部822とをそれぞれ有し、フレーム10の振動を受けて、主としてXY平面内において変形可能に構成される。すなわち連結部82a〜82dは、振動子本体101を振動可能に支持するサスペンションとして機能する。
連結部82は、ベース部81に対して振動子本体101を振動可能に支持する複数の連結部82a,82b,82c,82dを含む。各連結部82a〜82dは、フレーム10の各接続部13a〜13dからベース部81に向かって延びる。連結部82a〜82dは、振動子本体101に接続される第1の端部821と、ベース部81に接続される第2の端部822とをそれぞれ有し、フレーム10の振動を受けて、主としてXY平面内において変形可能に構成される。すなわち連結部82a〜82dは、振動子本体101を振動可能に支持するサスペンションとして機能する。
連結部82a〜82dは、フレーム10の主面10s及びベース部81の主面81sと平行な主面82sをそれぞれ有し、典型的には、主面82sは、上記各主面10s,81sと同一の平面で構成される。すなわち本実施形態の連結部82a〜82dは、振動子本体101を構成するシリコン基板と同一のシリコン基板で構成されている。
連結部82a〜82dは、典型的には、X軸及びY軸に関して対称な形状に形成される。これにより、XY平面内におけるフレーム10の変形方向が等方的となり、フレーム10にねじれ等を生じさせることなく、各軸まわりの高精度な角速度検出が可能となる。
連結部82a〜82dの形状は、直線的なものであってもよいし、非直線的なものであってもよい。本実施形態において連結部82a〜82dは、図1に示すように、振動子本体101とベース部81との間において延出方向が略180°反転する転回部820をそれぞれ有する。このように各連結部82a〜82dの延在長を大きくすることで、振動子本体101の振動を阻害することなく、振動子本体101を支持することが可能となる。さらに、外部からの振動(衝撃)を振動子本体101に伝達させないという効果も得られる。
[圧電駆動部]
振動子100は、フレーム10をその主面10sに平行なXY平面内で振動させる複数の圧電駆動部を有する。
振動子100は、フレーム10をその主面10sに平行なXY平面内で振動させる複数の圧電駆動部を有する。
複数の圧電駆動部は、図2に示すように、第1の梁11a,11bの組の主面10sにそれぞれ設けられた一対の第1の圧電駆動部31と、第2の梁12a,12bの組の主面10sにそれぞれ設けられた一対の第2の圧電駆動部32とを含む。第1及び第2の圧電駆動部31,32は、入力電圧に応じて機械的に変形し、その変形の駆動力で梁11a,11b,12a,12bを振動させる。変形の方向は、入力電圧の極性で制御される。
第1及び第2の圧電駆動部31,32は、梁11a,11b,12a,12bの上面(主面10s)であって、それらの軸線に平行にそれぞれ直線的に形成されている。図2においては、理解を容易にするため、第1及び第2の圧電駆動部31,32をそれぞれ異なるハッチングで示す。第1の圧電駆動部31は、第1の梁11a,11bの組の外縁側に配置され、第2の圧電駆動部32は、第2の梁12a,12bの組の外縁側に配置されている。
第1及び第2の圧電駆動部31,32は、それぞれ同一の構成を有している。各圧電駆動部はそれぞれ、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層構造を有する。上部電極層は、第1の圧電駆動部31にあっては第1の駆動用電極(D1)に相当し、第2の圧電駆動部32にあっては第2の駆動用電極(D2)に相当する。一方、下部電極層は、第1の圧電駆動部31にあっては第2の駆動用電極(D2)に相当し、第2の圧電駆動部32にあっては第1の駆動用電極(D1)に相当する。各圧電駆動層が形成される梁の表面(主面10s)には、シリコン酸化膜等の絶縁膜が形成されている。
圧電膜は、典型的には、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で構成される。圧電膜は、下部電極層と上部電極層との電位差に応じて伸縮するように分極配向されている。この際、上部電極層と下部電極層とに相互に逆位相の交流電圧が印加される。これにより、下部電極層を共通電極とする場合と比較して、約2倍の振幅で圧電膜を伸縮させることができる。
本実施形態では、第1の圧電駆動部31各々の上部電極層(第1の駆動用電極D1)には第1の駆動信号(G+)がそれぞれ入力され、これらの下部電極層(第2の駆動用電極D2)には、駆動信号(G+)とは差動(逆位相)の第2の駆動信号(G−)がそれぞれ入力されるように構成される。一方、第2の圧電駆動部32各々の上部電極層(第2の駆動用電極D2)には第2の駆動信号(G−)がそれぞれ入力され、これらの下部電極層(第1の駆動用電極D1)には第1の駆動信号(G+)がそれぞれ入力されるように構成される。
(駆動原理)
第1の圧電駆動部31及び第2の圧電駆動部32には、一方が伸びたとき他方が縮むように相互に逆位相の電圧が印加される。これにより、第2の梁の組12a,12bは、両端が接続部13a〜13dに支持された状態でX軸方向に撓み変形を受け、XY平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。第1の梁11a,11bの組も同様に、両端が接続部13a〜13dに支持された状態でY軸方向に撓み変形を受け、XY平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。
第1の圧電駆動部31及び第2の圧電駆動部32には、一方が伸びたとき他方が縮むように相互に逆位相の電圧が印加される。これにより、第2の梁の組12a,12bは、両端が接続部13a〜13dに支持された状態でX軸方向に撓み変形を受け、XY平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。第1の梁11a,11bの組も同様に、両端が接続部13a〜13dに支持された状態でY軸方向に撓み変形を受け、XY平面内において双方が離間する方向と双方が近接する方向とに交互に振動する。
したがって、第1の梁11a,11bの組が相互に近接する方向に振動する場合は、第2の梁12a,12bの組は相互に離間する方向に振動し、第1の梁11a,11bの組が相互に離間する方向に振動する場合は、第2の梁12a,12bの組は相互に近接する方向に振動する。このとき、各梁11a,11b,12a,12bの中央部は、振動の腹を形成し、それらの両端部(接続部13a〜13d)は、振動の節(ノード)を形成する。このような振動モードを以下、フレーム10の基本振動と称する。
梁11a,11b,12a,12bは、それらの共振周波数で駆動される。各梁11a,11b,12a,12bの共振周波数は、それらの形状、長さ等によって定められる。典型的には、梁11a,11b,12a,12bの共振周波数は、1〜100kHzの範囲で設定される。
図3は、フレーム10の基本振動の時間変化を示す模式図である。図3において「駆動信号1」は、第1の圧電駆動部31の上部電極(第1の駆動用電極D1)に印加される入力電圧の時間変化を示し、「駆動信号2」は、第2の圧電駆動部32の上部電極(第2の駆動用電極D2)に印加される入力電圧の時間変化を示す。
図3に示すように、駆動信号1と駆動信号2とは相互に逆位相で変化する交流波形を有する。これによりフレーム10は、(a)、(b)、(c)、(d)、(a)、・・・の順に変化し、第1の梁11a,11bの組と第2の梁12a,12bの組とのうち、一方の組が近接したときは他方の組が離間し、上記一方の組が離間したときは上記他方の組が近接する振動モードで、フレーム10は振動する。
上述したフレーム10の基本振動に伴って、振り子部21a〜21dもまた、フレーム10の振動に同期して、接続部13a〜13dを中心としてXY平面内でそれぞれ振動する。(図2に示す矢印方向及び図3参照)各振り子部21a〜21dの振動は、梁11a,11b,12a,12bの振動により励起される。この場合、振り子部21a,21cと振り子部21b,21dとは、XY平面内におけるアーム部分の支持点すなわち接続部13a〜13dからの左右の搖動方向において、相互に逆位相で振動(搖動)する。
以上のように、第1及び第2の駆動用電極D1,D2に対して相互に逆位相の交流電圧が印加されることで、フレーム10の各梁11a,11b,12a,12bは、図3に示した振動モードで振動する。このような基本振動を継続するフレーム10にZ軸まわりの角速度が作用すると、フレーム10の各点に当該角速度に起因するコリオリ力F0が作用することで、フレーム10は、例えば図4に模式的に示すようにXY平面内において歪むように変形する。したがって、このXY平面内におけるフレーム10の変形量を検出することで、フレーム10に作用したZ軸まわりの角速度の大きさ及び方向を検出することが可能となる。
[第1の圧電検出部]
振動子100は、図2に示すように、複数の第1の圧電検出部51a,51b,51c、51dをさらに有する。第1の圧電検出部51a〜51dは、フレーム10の主面10sにおける変形量に基づいて、主面10sに垂直なZ軸(第1の軸)まわりの角速度を検出する。第1の圧電検出部51a〜51dは、4つの接続部13a〜13dの主面10s上にそれぞれ設けられた4つの圧電検出部を含む。
振動子100は、図2に示すように、複数の第1の圧電検出部51a,51b,51c、51dをさらに有する。第1の圧電検出部51a〜51dは、フレーム10の主面10sにおける変形量に基づいて、主面10sに垂直なZ軸(第1の軸)まわりの角速度を検出する。第1の圧電検出部51a〜51dは、4つの接続部13a〜13dの主面10s上にそれぞれ設けられた4つの圧電検出部を含む。
第1の圧電検出部51a,51cは、対角関係にある一方の組の接続部13a,13cの周辺にそれぞれ形成されている。このうち一方の圧電検出部51aは、接続部13aから梁11a及び梁12aに沿って2方向に延びており、他方の圧電検出部51cは、接続部13cから梁11b及び梁12bに沿って2方向に延びている。
同様に、第1の圧電検出部51b,51dは、対角関係にある他方の組の接続部13b,13dの周辺にそれぞれ形成されている。このうち一方の圧電検出部51bは、接続部13bから梁11b及び梁12aに沿って2方向に延びており、他方の圧電検出部51dは、接続部13dから梁11a及び梁12bに沿って2方向に延びている。
第1の圧電検出部51a〜51dは、第1及び第2の圧電駆動部31,32と同様の構成を有する。すなわち、第1の圧電検出部51a〜51dは、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、各梁11a,11b,12a,12bの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。第1の圧電検出部51a〜51dにおいて、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位(Vref)に接続され、各上部電極層は、検出信号(z1,z2,z3,z4)をそれぞれ出力する第1の検出用電極(S1)を構成する。
本実施形態において、フレーム10に設けられた第1の圧電検出部51a〜51d各々は、Z軸まわりの角速度情報を含む第1の検出信号を出力する複数の検出電極部(第1の検出電極)として機能する。
図2に示す振動子本体101においては、Z軸まわりに角速度が作用した際、フレーム10の内角の大きさが図3及び図4に示したように周期的に変動する。このとき、対角関係にある一方の接続部13a,13cの組と他方の接続部13b,13dの組とでは内角の変動が相互に逆位相となる。したがって接続部13a上の圧電検出部51aの出力と接続部13c上の圧電検出部51cの出力とは原理的には同一であり、接続部13b上の圧電検出部51bの出力と接続部13d上の圧電検出部51dの出力とは原理的に同一である。そこで、2つの圧電検出部51a,51cの出力の和と2つの圧電検出部51b,51dの出力の和との差分を算出することにより、フレーム10に作用するZ軸まわりの角速度の大きさ及び方向が検出可能となる。
[第2の圧電検出部]
一方、X軸まわりの角速度及びY軸まわりの角速度を検出する検出部として、振動子100は、図2に示すように、複数の第2の圧電検出部71a,71b,71c,71dを有する。第2の圧電検出部71a〜71dは、複数のアーム部21a〜21dのZ軸方向における変形量に基づいて、Z軸と直交する2軸方向(例えばX軸方向及びY軸方向)の角速度を検出する。第2の圧電検出部71a〜71dは、4つの振り子部21a〜21dにそれぞれ設けられた4つの圧電検出部を含む。
一方、X軸まわりの角速度及びY軸まわりの角速度を検出する検出部として、振動子100は、図2に示すように、複数の第2の圧電検出部71a,71b,71c,71dを有する。第2の圧電検出部71a〜71dは、複数のアーム部21a〜21dのZ軸方向における変形量に基づいて、Z軸と直交する2軸方向(例えばX軸方向及びY軸方向)の角速度を検出する。第2の圧電検出部71a〜71dは、4つの振り子部21a〜21dにそれぞれ設けられた4つの圧電検出部を含む。
第2の圧電検出部71a〜71dは、各振り子部21a〜21dの表面(主面10sと同一の主面)であって、これらの軸心上に配置されている。第2の圧電検出部71a〜71dは、第1の圧電検出部51a〜51dと同様の構成を有し、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、各振り子部21a〜21dの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。第2の圧電検出部71a〜71dにおいて、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位(Vref)に接続され、各上部電極層は、検出信号(xy1,xy2,xy3,xy4)をそれぞれ出力する第2の検出用電極(S2)を構成する。
本実施形態において、アーム部21a〜21dに設けられた第2の圧電検出部71a〜71d各々は、X軸まわりの角速度およびY軸まわりの角速度情報を含む第2の検出信号および第3の検出信号を出力する複数の検出電極部(第2の検出電極、第3の検出電極)として機能する。
例えば、基本振動で振動するフレーム10にX軸まわりの角速度が作用すると、図5に模式的に示すように各振り子部21a〜21dにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力F1がそれぞれ発生する。これにより、X軸方向に隣接する一方の振り子部21a,21dの組は、コリオリ力F1によりZ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部71a,71dによって各々検出される。また、X軸方向に隣接する他方の振り子部21b,21cの組は、コリオリ力F1によりZ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部71b,71cによって各々検出される。
同様に、基本振動で振動するフレーム10にY軸まわりの角速度が作用すると、図6に模式的に示すように各振り子部21a〜21dにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力F2がそれぞれ発生する。これにより、Y軸方向に隣接する一方の振り子部21a,21bの組は、コリオリ力F2によりZ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部71a,71bによって各々検出される。また、Y軸方向に隣接する他方の振り子部21c,21dの組は、コリオリ力F2によりZ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が圧電検出部71c,71dによって各々検出される。
X軸及びY軸に各々斜めに交差する方向の軸まわりに角速度が生じた場合にも、上述と同様な原理で角速度が検出される。すなわち、各振り子部21a〜21dは、当該角速度のX方向成分及びY方向成分に応じたコリオリ力によって変形し、それらの変形量が圧電検出部71a〜71dによって各々検出される。上記コントローラは、これら圧電検出部71a〜71dの出力に基づいて、X軸まわりの角速度及びY軸まわりの角速度をそれぞれ抽出する。これにより、XY平面に平行な任意の軸まわりの角速度を検出することが可能となる。
[参照電極]
振動子100は、図2に示すように参照電極61(参照部)を有する。参照電極61は、梁12a及び梁12b上に第2の圧電駆動部32と隣接して配置されている。参照電極61は、第1及び第2の圧電検出部51a〜51d、71a〜71dと同様の構成を有しており、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、梁12a,12bの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。下部電極層は、グランド電位等の基準電位に接続され、上部電極層は参照信号(FB信号)を出力する検出用電極として機能する。参照信号は、振動子100の振動状態を示す振動モニタ信号として用いられる。
振動子100は、図2に示すように参照電極61(参照部)を有する。参照電極61は、梁12a及び梁12b上に第2の圧電駆動部32と隣接して配置されている。参照電極61は、第1及び第2の圧電検出部51a〜51d、71a〜71dと同様の構成を有しており、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、梁12a,12bの機械的変形を電気信号に変換する機能を有する。下部電極層は、グランド電位等の基準電位に接続され、上部電極層は参照信号(FB信号)を出力する検出用電極として機能する。参照信号は、振動子100の振動状態を示す振動モニタ信号として用いられる。
なお、参照電極61の形成に代えて、第1の圧電検出部51a〜51dの各出力の和信号を生成し、これを上記参照信号として用いることも可能である。
[補助駆動部]
振動子100は、複数の補助駆動部33a,33b,33c,33dを有する。補助駆動部33a〜33dは、後述するコントローラ200から補正信号が入力されることで、振り子部21a〜21dをZ軸方向に変形させることが可能に構成される。
振動子100は、複数の補助駆動部33a,33b,33c,33dを有する。補助駆動部33a〜33dは、後述するコントローラ200から補正信号が入力されることで、振り子部21a〜21dをZ軸方向に変形させることが可能に構成される。
補助駆動部33a〜33dは、各振り子部21a〜21dの表面(主面10sと同一の主面)であって、これらの軸心上に配置されている。補助駆動部33a〜33dは、第2の圧電検出部71a〜71dよりも振り子部21a〜21dの先端側に配置されている。補助駆動部33a〜33dは、圧電駆動部31,32と同様の構成を有し、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成される。補助駆動部33a〜33dにおいて、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位(Vref)に接続され、各上部電極層は、補正信号(Dxy1,Dxy2,Dxy3,Dxy4)がそれぞれ入力される補正用電極を構成する。
補助駆動部33a〜33dは、第2の圧電検出部71a〜71dよりも振り子部21a〜21dの先端(自由端)側に、振り子部21a〜21dの表面の軸線に沿って直線的に形成される。このため、わずかな圧電駆動力でもって振り子部21a〜21dのZ軸方向に沿った振動を効果的に抑制することができる。
[コントローラ]
続いて、コントローラ200(信号処理回路)について説明する。図7は、コントローラ200の構成を示すブロック図である。
続いて、コントローラ200(信号処理回路)について説明する。図7は、コントローラ200の構成を示すブロック図である。
コントローラ200は、自励発振回路201と、角速度検出回路(演算回路203、検波回路204、平滑回路205等)と、補正回路210とを有する。
自励発振回路201は、振動子本体101(フレーム10、振り子部21a〜21d)をXY平面内で振動させる駆動信号を生成する。角速度検出回路は、後述するように、振動子本体101から出力される検出信号(z1,z2,z3,z4,xy1,xy2,xy3,xy4)に基づいてX、Y及びZ軸まわりの角速度を生成し、出力する。補正回路210は、後述するように、振動子100の不要振動を検出し、その不要振動をキャンセルするための補正信号を生成する。
コントローラ200は、G+端子、G−端子、GFB端子、Dxy端子、Gxy1端子、Gxy2端子、Gxy3端子、Gxy4端子、Gz1端子、Gz2端子、Gz3端子、Gz4端子及びVref端子を有する。
なお、Gz1端子及びGz3端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよく、Gz2端子及びGz4端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよい。この場合、Gz1端子及びGz3端子に接続される配線は途中で相互に一体化され、Gz2端子及びGz4端子に接続される配線は途中で相互に一体化される。
なお、Gz1端子及びGz3端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよく、Gz2端子及びGz4端子はそれぞれ共通の端子で構成されてもよい。この場合、Gz1端子及びGz3端子に接続される配線は途中で相互に一体化され、Gz2端子及びGz4端子に接続される配線は途中で相互に一体化される。
本実施形態において、G+端子は、第1の圧電駆動部31の上部電極層と第2の圧電駆動部32の下部電極層とにそれぞれ電気的に接続される。G−端子は、第1の圧電駆動部31の下部電極層と第2の圧電駆動部32の上部電極層(駆動用電極D2)とにそれぞれ電気的に接続される。GFB端子は、参照電極61の上部電極層にそれぞれ電気的に接続される。
G+端子は、自励発振回路201の出力端に接続される。G−端子は、反転アンプ202を介して自励発振回路201の出力端に接続される。自励発振回路201は、第1及び第2の圧電駆動部31,32を駆動するための駆動信号(交流信号)を生成する駆動回路を構成する。反転アンプ202は、自励発振回路201にて生成された駆動信号(第1の駆動信号G+)と同一の大きさで位相が180°反転した駆動信号(第2の駆動信号G−)を生成する。駆動信号G+は、参照信号が一定となるように制御される。これにより、第1及び第2の圧電駆動部31,32は、相互に逆位相で伸縮される。なお、理解を容易にするため、図7において各圧電駆動部31,32の下部電極層とコントローラ200との間の結線は省略されている。
Gxy1端子、Gxy2端子、Gxy3端子およびGxy4端子は、第2の圧電検出部71a,71b,71cおよび71dの上部電極層(第2の検出用電極S2)にそれぞれ電気的に接続される。Gz1端子、Gz2端子、Gz3端子及びGz4端子は、圧電検出部51a,51b,51cおよび51dの上部電極層(第1の検出用電極S1)にそれぞれ電気的に接続される。Vref端子は、参照電極61の下部電極層と、第1の圧電検出部51a〜51d、第2の圧電検出部71a〜71dおよび補助駆動部33a〜33dの下部電極層、にそれぞれ電気的に接続される。
GFB端子、Gxy1端子、Gxy2端子、Gxy3端子、Gxy4端子、Gz1端子、Gz2端子、Gz3端子及びGz4端子は、それぞれ演算回路203の入力端に接続される。演算回路203は、X軸まわりの角速度信号を生成するための第1の差分回路C1と、Y軸まわりの角速度信号を生成するための第2の差分回路C2と、Z軸まわりの角速度信号を生成するための第3の差分回路C3とを有する。
第1の圧電検出部51a〜51dの出力(Null信号)をそれぞれz1〜z4、第2の圧電検出部71a〜71dの出力(Null信号)をそれぞれxy1〜xy4とする。このとき、第1の差分回路C1は、((xy1+xy2)−(xy3+xy4))を演算し、その演算値を第1の差分信号として検波回路204xへ出力する。第2の差分回路C2は、((xy1+xy4)−(xy2+xy3))を演算し、その演算値を第2の差分信号として検波回路204yへ出力する。そして、第3の差分回路C3は、((z1+z3)−(z2+z4))を演算し、その演算値を第3の差分信号として検波回路204zへ出力する。
検波回路204x,204y,204zは、角速度検出用の第1のタイミング信号で第1の差分信号を同期検波し、直流化する。第1のタイミング信号には、本実施形態では参照電極61から出力される参照信号(FB)の位相を所定の位相量(例えば、90°)シフトさせた信号が用いられる。平滑回路205x、205y、205zは、検波回路204x,204y,204zの出力を平滑化する。平滑回路205xから出力される直流電圧信号ωxは、X軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含み、平滑回路205yから出力される直流電圧信号ωyは、Y軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含む。同様に、平滑回路205zから出力される直流電圧信号ωzは、Z軸まわりの角速度の大きさ及び方向に関する情報を含む。すなわち、基準電位Vrefに対する上記直流電圧信号ωx、ωy、ωzの大きさが角速度の大きさに関する情報に相当し、当該直流電圧信号の極性が角速度の方向に関する情報に相当する。
補正回路210は、上記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で第2の差分信号を同期検波し、直流化する。第2のタイミング信号には、第1のタイミング信号と位相が90°異なる信号が用いられ、本実施形態では参照電極61から出力される参照信号(FB)に同期した信号が用いられる。補正回路210は、検波信号を平滑化する平滑化回路を有し、振り子部21a〜21dの不要振動の大きさを検出する。
ここで、不要振動とは、角速度の発生の有無に関係なく振り子部21〜21dをZ軸方向に変形させる面外方向の振動成分をいう。この不要振動は、X軸まわり又はY軸まわりの角速度が発生していないときに、あたかも当該角速度が発生しているかのような角速度信号(偽信号)を発生させるため、角速度検出精度の劣化、他軸感度の発生等の要因となる。補正回路210は、角速度検出用のタイミング信号とは異なるタイミング信号で検出信号(差分信号)を同期検波するため、角速度の発生に関係なく振り子部21a〜21bのZ軸方向成分の振動の有無およびその大きさを検出することができる。
補正回路210はさらに、検出した不要振動の大きさに基づいて、振動子100の駆動を補正する補正信号を生成する。補正信号は、振動子100の不要振動をキャンセルすることができるように振り子部21a〜21dごとに最適化される。生成された補正信号は、Dxy端子を介して振り子部21a〜21d上の各補助駆動部33a〜33dにそれぞれ入力される。
図8は、補正回路210を説明するブロック図である。補正回路210は、X軸調整回路部211と、Y軸調整回路部212と、出力回路部213とを有する。
X軸調整回路部211は、第1の差分回路C1の出力(第1の差分信号)に基づいて、X軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分をゼロにする補正係数(Dr_x)を決定する。Y軸調整回路部212は、第2の差分回路C2の出力(第2の差分信号)に基づいて、Y軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分をゼロにする補正係数(Dr_y)を決定する。各調整回路部211,212は、自動的に利得を調整して出力レベルを一定に保つAGC(Auto Gain Controller)回路で構成される。
出力回路部213は、各調整回路部211,212の出力に基づいて生成された補正信号を、Dxy端子(Dxy1端子、Dxy2端子、Dxy3端子、Dxy4端子)を介して各補助駆動部33a〜33dへ出力する。補正信号は電圧信号であり、振り子部21a〜21dの不要振動成分(FB信号と同相成分)がゼロとなるような圧電駆動力を補助駆動部33a〜33dに発生させる。
[ジャイロセンサの動作]
次に、以上のように構成される本実施形態のジャイロセンサ1の典型的な動作について説明する。
次に、以上のように構成される本実施形態のジャイロセンサ1の典型的な動作について説明する。
振動子本体101は、連結部82a〜82dを介してベース部81に支持されており、圧電駆動部31,32は、フレーム10及び複数の振り子部21a〜21dを主面10sに平行な面内で相互に同期して振動させる。
この状態で、フレーム10にZ軸まわりへの角速度が作用すると、フレーム10に対しその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力が発生することで、フレーム10が主面10sに平行な面内で変形する(図4参照)。第1の圧電検出部51a〜51dは、フレーム10の変形量に基づいてZ軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
一方、X軸またはY軸まわりの角速度が作用すると、複数の振り子部21a〜21dに対しその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力が発生することで、当該振り子部が主面10sに垂直な方向に変形する(図5、図6参照)。第2の圧電検出部71a〜71dは、当該振り子部の変形量に基づいてX軸またはY軸まわりの角速度に対応する検出信号を出力する。
コントローラ200は、第1の圧電検出部51a〜51dからの検出信号(z1〜z4)と、第2の圧電検出部71a〜71dからの検出信号(xy1〜xy4)とに基づき、Z軸まわり、X軸まわり、およびY軸まわりの角速度信号(ωz、ωx、ωy)と、振り子部21a〜21dの不要振動信号をそれぞれ検出する。
図9は、X軸およびY軸まわりの角速度信号の検出方法を示すタイミングチャートであり、図10は振り子部21a〜21dの不要振動信号の検出方法を示すタイミングチャートである。各図において、左側は検出信号(差分信号)の同期検波前の波形を、中央はこれら検出信号の同期検波後の波形を、そして右側は平滑後の波形をそれぞれ示している。
コントローラ200は、図9に示すように、第1の差分信号を第1のタイミング信号T1で同期検波することで角速度信号を検出する。角速度信号は、参照信号(FB信号)から位相が90°シフトして出力される。参照信号から位相が90°シフトした第1のタイミング信号T1で上記第1の差分信号を同期検波することで、振動子100に作用するX軸まわりの角速度信号あるいはY軸まわりの角速度信号がそれぞれ検出される。このとき、不要振動信号は参照信号と同期しているため、第1のタイミング信号T1による同期検波後の不要振動信号の出力はゼロとなる。
次に、コントローラ200は、図10に示すように、第2の差分信号を第2のタイミング信号T2で同期検波することで振動子100(振り子部21a〜21d)の不要振動信号を検出する。不要振動信号は、参照信号と同期して(同位相で)出力される。参照信号に同期した第2のタイミング信号T2で上記第2の差分信号を同期検波することで、振動子100の不要振動の有無またはその大きさが検出される。なお、第2のタイミング信号T2による同期検波後の角速度信号の出力はゼロとなる。
以上のようにして、角速度信号および不要振動信号は各々分離して検出される。各軸まわりの角速度信号および不要振動信号の検出は、各軸について独立して行われる。
コントローラ200はさらに、第2のタイミング信号T2で同期検波された第2の差分信号の出力に基づき、振動子100(振り子部21a〜21d)の駆動を補正する補正信号を生成する。
図8に示すように、補正回路210は、X軸調整回路部211において、X軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分を打ち消す補正信号Dr_xを決定し、Y軸調整回路部212において、Y軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分を打ち消す補正係数Dr_yを決定する。そして、補正回路210は、各調整回路部211,212の出力に基づき、複数の補助駆動部33a〜33dごとに最適化された補正信号を、Dxy端子(Dxy1端子、Dxy2端子、Dxy3端子、Dxy4端子)を介して各補助駆動部33a〜33dへ出力する。各振り子部21a〜21dは、補助駆動部33a〜33dの圧電駆動により、Z軸方向の不要振動が抑えられる。補正回路210は、振り子部21a〜21dの不要振動成分がゼロとなるように、補助駆動部33a〜33dの駆動補正を継続的に実行する。
以上のように本実施形態の角速度センサ1は、振動子100の不要振動を監視し、当該不要振動をキャンセルするための補正信号を生成するように構成される。これにより振動子100の所望とする振動特性が維持されるため、他軸感度の発生を抑制して所望とする角速度検出特性を得ることができる。
<第2の実施形態>
図11は、本技術の第2の実施形態に係るジャイロセンサの振動子2100の構成を概略的に示す平面図である。以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
図11は、本技術の第2の実施形態に係るジャイロセンサの振動子2100の構成を概略的に示す平面図である。以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
振動子2100は、フレーム10を主面10sに平行な面内で振動させる圧電駆動部34a〜34fを有し、これら圧電駆動部34a〜34fは、フレーム10の面外振動成分(不要振動成分)をキャンセルするための補正信号が入力される複数の補助駆動部としての機能をも含む。
本実施形態では、第1の圧電駆動部31の代わりに圧電駆動部34a,34bが梁11a,11bに設けられ、第2の圧電駆動部32の代わりに圧電駆動電極34c〜34fがそれぞれ設けられる。圧電駆動部34c,34dは組となって、梁12bの主面10s外周側に直線的に配列され、圧電駆動部34e,34fは組となって、梁12aの主面10s外周側に直線的に配列される。
圧電駆動部34a〜34fは、それぞれ同一の構成を有し、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成される。圧電駆動部34a,34bの上部電極層および圧電駆動部34c〜34fの下部電極層にそれぞれ補正された駆動信号(第1の駆動信号G+と補正信号)が入力され、圧電駆動部34a,34bの下部電極層および駆動電極34c〜34fの上部電極層にそれぞれ第2の駆動信号G−が入力されるように構成される(図13参照)。
本実施形態のジャイロセンサは、これら圧電駆動部34a〜34fに入力される駆動信号によって、振動子2100の各軸の不要振動成分をキャンセルして所望とする面内振動を維持することが可能に構成される。
図12は、本実施形態における補正回路220の構成を示すブロック図である。補正回路220は、X軸調整回路部221と、Y軸調整回路部222と、Z軸調整回路部223と、出力回路部224とを有する。
X軸調整回路部221は、第1の差分回路C1の出力(第1の差分信号)に基づいて、X軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分をゼロにする補正係数(Dr_x)を決定する。Y軸調整回路部222は、第2の差分回路C2の出力(第2の差分信号)に基づいて、Y軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分をゼロにする補正係数(Dr_y)を決定する。Z軸調整回路部223は、第3の差分回路部C3の出力(第3の差分信号)に基づいて、Z軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分をゼロにする補正係数(Dr_z)を決定する。各補正係数は、第1の実施形態と同様に、各軸の差分信号を第2のタイミング信号(参照信号)で同期検波することで算出される。
出力回路部224は、各調整回路部221〜223の出力に基づいて生成された補正信号を、Dxy端子(Dy+z+端子、Dy-z+端子、Dy+z-端子、Dy-z-端子、Dx+端子、Dx-端子)を介して各圧電駆動部34a〜34fへ出力する。補正信号は電圧信号であり、振動子2100の各軸の不要振動成分がゼロとなるような駆動力を圧電駆動部34a〜34fに発生させる。図13に、各圧電駆動部34a〜34fの上部電極層および下部電極層に入力される信号の一例を示す。
図13に示すように、各圧電駆動部34a〜34fの上下の電極層に入力される駆動信号は、位相が相互に180°異なるとともに、不要振動成分の大きさに応じて大きさ(振幅)が相互に異なる。しかも、各圧電駆動部34a〜34fに入力される補正信号は、各軸についての補正係数を基に調整された固有の値をもつ。したがって各圧電駆動部34a〜34fに入力される駆動信号の大きさは相互に異なり、各圧電駆動部34a〜34fにより調和された駆動力で、フレーム10の所望とする面内振動が実現される。
本実施形態では、X軸方向の不要振動成分は、圧電駆動部34a,34bに入力される駆動信号によってキャンセルされる。一方、Y軸方向およびZ軸方向の不要振動成分は、圧電駆動部34c〜34fに入力される駆動信号によってキャンセルされる。
一例として、図14上に、圧電駆動部34aの上部電極層に入力される駆動信号(G+(1+Dr_x))の入力波形を示す。当該駆動信号は、図14中央に示す駆動信号(G+)にそれと補正係数(Dr_x)との積が加算された振幅を有する。一方、圧電駆動部34aの下部電極層には、図14下に示すような駆動信号(G−)が入力される。補正係数(Dr_x)は、図15に示すように、第1の差分信号を第2のタイミング信号(参照信号)で同期検波することで検出されたX軸方向の不要振動(Null_x)と大きさが同じで符号が異なる値に設定される。
なお、圧電駆動部34aとY軸方向に対向する圧電駆動部34bには、上部電極層に駆動信号(G+(1−Dr_x))が入力される点で異なる。このように圧電駆動部34a,34bに非対称な駆動信号を入力することで、フレーム10のX軸方向に沿った不要振動(Null_x)がキャンセルされる。
一方、Y軸方向およびZ軸方向の不要振動成分は、第2の梁12a,12b上に設けられた2分割構造の圧電駆動部34c〜34fへの非対称な駆動信号の入力によってキャンセルされる。これにより各梁12a,12bは、Y軸およびZ軸方向の不要振動をキャンセルすることが可能な振動モードで発振することが可能となる。
各軸の不要振動をキャンセルする補正係数の決定は、各軸について個別に行われる。図16に不要振動をキャンセルする制御フローの一例を示す。
まず、各圧電駆動部34a〜34fに駆動信号の初期値(G+,G−)を入力してフレーム10を基本振動モードで振動させる。
そして、第2の圧電検出部71a〜71dの出力の差分信号(第1の差分信号)からX軸方向の不要振動(Null_x)を打ち消す補正係数(Dr_x)を決定し、図13に示す演算式で個別に生成された補正信号を圧電駆動部34a,34bへそれぞれ入力する。
次に、第2の圧電検出部71a〜71dの出力の差分信号(第2の差分信号)からY軸方向の不要振動(Null_y)を打ち消す補正係数(Dr_y)を決定し、図13に示す演算式で個別に生成された補正信号を圧電駆動部34c〜34fへそれぞれ入力する。
最後に、第1の圧電検出部51a〜51dの出力の差分信号(第3の差分信号)からZ軸方向の不要振動(Null_z)を打ち消す補正係数(Dr_z)を決定し、図13に示す演算式で個別に生成された補正信号を圧電駆動部34c〜34fへそれぞれ入力する。
そして、第2の圧電検出部71a〜71dの出力の差分信号(第1の差分信号)からX軸方向の不要振動(Null_x)を打ち消す補正係数(Dr_x)を決定し、図13に示す演算式で個別に生成された補正信号を圧電駆動部34a,34bへそれぞれ入力する。
次に、第2の圧電検出部71a〜71dの出力の差分信号(第2の差分信号)からY軸方向の不要振動(Null_y)を打ち消す補正係数(Dr_y)を決定し、図13に示す演算式で個別に生成された補正信号を圧電駆動部34c〜34fへそれぞれ入力する。
最後に、第1の圧電検出部51a〜51dの出力の差分信号(第3の差分信号)からZ軸方向の不要振動(Null_z)を打ち消す補正係数(Dr_z)を決定し、図13に示す演算式で個別に生成された補正信号を圧電駆動部34c〜34fへそれぞれ入力する。
以上のように本実施形態においても、上述の第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に本実施形態によれば、振動子2100の各軸方向の不要振動をキャンセルすることができるため、振動子2100の所望とする振動特性を維持でき、これにより他軸感度の発生を抑制して角速度検出特性の向上を図ることができる。
<第3の実施形態>
図17は、本技術の第3の実施形態に係るジャイロセンサの振動子3100の構成を概略的に示す平面図である。以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
図17は、本技術の第3の実施形態に係るジャイロセンサの振動子3100の構成を概略的に示す平面図である。以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
本実施形態の振動子3100は、フレーム10の面内における不要振動成分をキャンセルするための補正信号が入力される複数の補助駆動部35a,35cを有する。補助駆動部35a,35cは、フレーム10の主面10sにそれぞれ設けられる。
補助駆動部35a,35cは、対角関係にある一方の組の接続部13a,13c上であって、第1の圧電検出部51a,51cの外側にそれぞれ形成されている。このうち一方の補助駆動部35aは、接続部13aから梁11a及び梁12aに沿って2方向に延びており、他方の補助駆動部35cは、接続部13cから梁11b及び梁12bに沿って2方向に延びている。
補助駆動部35a,35cは、第1及び第2の圧電駆動部31,32と同様の構成を有する。すなわち、補助駆動部35a,35cは、下部電極層と、圧電膜と、上部電極層との積層体で構成され、補正信号の入力電圧を各梁11a,11b,12a,12bの機械的変形に変換する機能を有する。補助駆動部35a,35cにおいて、各下部電極層は、グランド電位等の基準電位(Vref)に接続され、各上部電極層は、補正信号が入力される駆動電極を構成する。
本実施形態のジャイロセンサは、これら補助駆動部35a,35cに入力される補正信号によって、振動子3100の面内方向の不要振動成分をキャンセルして所望とする面内振動を維持することが可能に構成される。
例えば図18左に示すように、振動子3100は、フレーム10の各梁がX軸方向およびY軸方向に整列した状態で基本振動するように設計される。しかし、フレーム10の形状の非対称性、圧電検出部や圧電駆動部の位置ずれ等に起因して、図18右に示すようにフレーム10がZ軸まわりに回転し、その各梁がX軸方向およびY軸方向からずれた状態で振動する場合がある。この場合、他軸感度が発生して所望とする角速度の検出特性が得られなくなるおそれがある。
そこで本実施形態では、このようなフレーム10の振動姿勢を矯正して、図18左に示す理想的な振動姿勢でフレーム10を振動させるのに必要な補正信号が、補助駆動部35a,35cに入力される。
図19は、本実施形態における補正回路230の構成を示すブロック図である。補正回路230は、Z軸調整回路部231と、出力回路部232とを有する。
Z軸調整回路部231は、第1の圧電検出部51a〜51dの検出信号の差分を演算する第3の差分演算回路C3の出力(第3の差分信号)に基づいて、Z軸まわりの偽角速度信号を発生させる不要振動成分をゼロにする補正係数(Dr_z)を決定する。補正係数(Dr_z)は、第1の実施形態と同様に、第3の差分信号を第2のタイミング信号(参照信号)で同期検波することで算出される。
出力回路部232は、Z軸調整回路部231の出力に基づいて生成された補正信号を、Dz1端子およびDz2端子を介して各補助駆動部35a,35cへ出力する。補正信号は電圧信号であり、第1の圧電検出部51a〜51dの検出信号の差分がゼロとなるような駆動力を補助駆動部35a,35cに発生させる。
補助駆動部35a,35cへ入力される補正信号は、典型的には、同一の電圧信号である。補助駆動部35a,35cはフレーム10上において対角関係にあるため、これら2つの補助駆動部35a,35cへの電圧印加により、フレーム10の適正な振動姿勢(図18左)を実現することができる。
以上のように本実施形態においても、上述の第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に本実施形態によれば、振動子3100の所望とする基本振動モードを維持することができるため、他軸感度の発生を抑制して角速度検出特性の向上を図ることができる。
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば以上の第1の実施形態では、振り子部21a〜21dの表面に、振り子部21a〜21のZ軸方向への不要振動を抑える補助駆動部33a〜33dが設けられた。これら補助駆動部33a〜33dの配置形態は、図20上に示すように第2の圧電検出部71a〜71dと同軸上に配列する形態に限られず、図20中央に示すように第2の圧電検出部71a〜71dの下層側に適宜の絶縁層を介して積層されてもよい。また、図20下に示すように、補助駆動部33a〜33dは、振り子部21a〜21dの幅方向に間隔をおいて複数並列的に配置されてもよい。
また以上の第3の実施形態では、補助駆動部として、対角関係にある一方の組の接続部13a,13cに設けられた補助駆動部35a,35cで構成されたが、これに代えて、他方の組の接続部13b,13dに設けられてもよいし、すべての接続部13a〜13dにそれぞれ設けられてもよい。
さらに以上の各実施形態では、3軸一体型の角速度センサを例に挙げて説明したが、2軸一体型あるいは単軸型の角速度センサにも本技術は同様に適用可能である。振動子の形態も特に限定されず、音叉型、カンチレバー型等の種々の振動子が適用可能である。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)振動子本体と、前記振動子本体に設けられ角速度情報を含む検出信号を出力する検出部とを有する振動子と、
前記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と、を有するコントローラと
を具備するジャイロセンサ。
(2)上記(1)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記振動子本体の振動状態を示す参照信号を出力する参照部をさらに有し、
前記補正回路は、前記参照信号を前記第2のタイミング信号として前記検出信号を同期検波する
ジャイロセンサ。
(3)上記(1)又は(2)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子本体は、主面を有し、
前記検出部は、前記主面に平行な軸まわりの角速度情報を含む検出信号を出力する検出電極を含み、
前記補正回路は、前記検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記振動子本体の前記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出する
ジャイロセンサ。
(4)上記(3)のいずれか1つに記載のジャイロセンサであって、
前記振動子本体は、
前記主面を有する環状のフレームと、
前記フレームに一端が支持される複数の振り子部と、を有し、
前記検出部は、
前記主面に設けられ、前記フレームの前記主面に平行な面内における変形量に基づいて前記主面に直交する第1の軸まわりの角速度情報を含む第1の検出信号を出力する第1の検出電極と、
前記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、前記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度情報を含む第2の検出信号を出力する第2の検出電極と、を有し、
前記補正回路は、前記第2の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記複数の振り子部の前記第1の軸方向への振動成分を検出する
ジャイロセンサ。
(5)上記(4)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、
前記主面に設けられ、前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、前記補正信号が入力される複数の補助駆動部と、をさらに有し、
前記補正回路は、前記複数の振り子部の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。
(6)上記(4)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記主面に設けられ前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部を有し、
前記駆動部は、前記補正信号が入力される複数の補助駆動部を含み、
前記補正回路は、前記複数の振り子部の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。
(7)上記(4)に記載のジャイロセンサであって、
前記補正回路は、前記第1の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波する
ジャイロセンサ。
(8)上記(7)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記主面に設けられ前記補正信号が入力される複数の補助駆動部をさらに有し、
前記第1の検出電極は、複数の検出電極部を含み、
前記補正回路は、前記複数の検出電極部の出力の差分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。
(9)上記(4)〜(8)のいずれか1つに記載のジャイロセンサであって、
前記第2の検出電極は、前記第1の軸と前記第2の軸とにそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度情報を含む第3の検出信号をさらに出力し、
前記補正回路は、前記第3の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記複数の振り子部の前記第1の軸方向への振動成分をさらに検出する
ジャイロセンサ。
(10)振動子から出力される検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、
前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と
を具備する信号処理装置。
(11)上記(10)に記載の信号処理装置であって、
前記補正回路は、前記振動子の振動状態を示す参照信号を前記第2のタイミング信号として前記検出信号を同期検波する
信号処理装置。
(12)上記(10)又は(11)に記載の信号処理装置であって、
前記振動子の主面に平行な面内で前記振動子を振動させる駆動回路をさらに具備する
信号処理装置。
(13)上記(12)に記載の信号処理装置であって、
前記検出信号は、前記主面に平行な2軸まわりの角速度情報を含み、
前記補正回路は、前記検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記振動子の前記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出し、前記振動子の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
信号処理装置。
(14)上記(13)に記載の信号処理装置であって、
前記補正回路は、前記検出信号を前記主面に平行な軸ごとに同期検波し、前記主面に平行な軸ごとの前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を個々に生成する
信号処理装置。
(15)振動子本体と、前記振動子本体に設けられ角速度情報を含む検出信号を出力する検出部とを有する振動子と、
前記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と、を有するコントローラと
を具備する電子機器。
(16)振動子から出力される検出信号を角速度検出用の第1のタイミング信号で同期検波し、
前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、
前記第2のタイミング信号で同期検波した検出信号に基づいて、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する
ジャイロセンサの制御方法。
(1)振動子本体と、前記振動子本体に設けられ角速度情報を含む検出信号を出力する検出部とを有する振動子と、
前記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と、を有するコントローラと
を具備するジャイロセンサ。
(2)上記(1)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記振動子本体の振動状態を示す参照信号を出力する参照部をさらに有し、
前記補正回路は、前記参照信号を前記第2のタイミング信号として前記検出信号を同期検波する
ジャイロセンサ。
(3)上記(1)又は(2)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子本体は、主面を有し、
前記検出部は、前記主面に平行な軸まわりの角速度情報を含む検出信号を出力する検出電極を含み、
前記補正回路は、前記検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記振動子本体の前記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出する
ジャイロセンサ。
(4)上記(3)のいずれか1つに記載のジャイロセンサであって、
前記振動子本体は、
前記主面を有する環状のフレームと、
前記フレームに一端が支持される複数の振り子部と、を有し、
前記検出部は、
前記主面に設けられ、前記フレームの前記主面に平行な面内における変形量に基づいて前記主面に直交する第1の軸まわりの角速度情報を含む第1の検出信号を出力する第1の検出電極と、
前記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、前記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度情報を含む第2の検出信号を出力する第2の検出電極と、を有し、
前記補正回路は、前記第2の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記複数の振り子部の前記第1の軸方向への振動成分を検出する
ジャイロセンサ。
(5)上記(4)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、
前記主面に設けられ、前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、前記補正信号が入力される複数の補助駆動部と、をさらに有し、
前記補正回路は、前記複数の振り子部の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。
(6)上記(4)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記主面に設けられ前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部を有し、
前記駆動部は、前記補正信号が入力される複数の補助駆動部を含み、
前記補正回路は、前記複数の振り子部の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。
(7)上記(4)に記載のジャイロセンサであって、
前記補正回路は、前記第1の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波する
ジャイロセンサ。
(8)上記(7)に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記主面に設けられ前記補正信号が入力される複数の補助駆動部をさらに有し、
前記第1の検出電極は、複数の検出電極部を含み、
前記補正回路は、前記複数の検出電極部の出力の差分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。
(9)上記(4)〜(8)のいずれか1つに記載のジャイロセンサであって、
前記第2の検出電極は、前記第1の軸と前記第2の軸とにそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度情報を含む第3の検出信号をさらに出力し、
前記補正回路は、前記第3の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記複数の振り子部の前記第1の軸方向への振動成分をさらに検出する
ジャイロセンサ。
(10)振動子から出力される検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、
前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と
を具備する信号処理装置。
(11)上記(10)に記載の信号処理装置であって、
前記補正回路は、前記振動子の振動状態を示す参照信号を前記第2のタイミング信号として前記検出信号を同期検波する
信号処理装置。
(12)上記(10)又は(11)に記載の信号処理装置であって、
前記振動子の主面に平行な面内で前記振動子を振動させる駆動回路をさらに具備する
信号処理装置。
(13)上記(12)に記載の信号処理装置であって、
前記検出信号は、前記主面に平行な2軸まわりの角速度情報を含み、
前記補正回路は、前記検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記振動子の前記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出し、前記振動子の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
信号処理装置。
(14)上記(13)に記載の信号処理装置であって、
前記補正回路は、前記検出信号を前記主面に平行な軸ごとに同期検波し、前記主面に平行な軸ごとの前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を個々に生成する
信号処理装置。
(15)振動子本体と、前記振動子本体に設けられ角速度情報を含む検出信号を出力する検出部とを有する振動子と、
前記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と、を有するコントローラと
を具備する電子機器。
(16)振動子から出力される検出信号を角速度検出用の第1のタイミング信号で同期検波し、
前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、
前記第2のタイミング信号で同期検波した検出信号に基づいて、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する
ジャイロセンサの制御方法。
1…角速度センサ
10…フレーム
21a〜21d…振り子部
31,32…圧電駆動部
33a〜33d、34a〜34f、35a,35c…補助駆動部
51a〜51d…第1の圧電検出部
71a〜71d…第2の圧電検出部
100,2100,3100…振動子
200…コントローラ
210,220,230…補正回路
10…フレーム
21a〜21d…振り子部
31,32…圧電駆動部
33a〜33d、34a〜34f、35a,35c…補助駆動部
51a〜51d…第1の圧電検出部
71a〜71d…第2の圧電検出部
100,2100,3100…振動子
200…コントローラ
210,220,230…補正回路
Claims (16)
- 振動子本体と、前記振動子本体に設けられ角速度情報を含む検出信号を出力する検出部とを有する振動子と、
前記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と、を有するコントローラと
を具備するジャイロセンサ。 - 請求項1に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記振動子本体の振動状態を示す参照信号を出力する参照部をさらに有し、
前記補正回路は、前記参照信号を前記第2のタイミング信号として前記検出信号を同期検波する
ジャイロセンサ。 - 請求項1に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子本体は、主面を有し、
前記検出部は、前記主面に平行な軸まわりの角速度情報を含む検出信号を出力する検出電極を含み、
前記補正回路は、前記検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記振動子本体の前記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出する
ジャイロセンサ。 - 請求項3に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子本体は、
前記主面を有する環状のフレームと、
前記フレームに一端が支持される複数の振り子部と、を有し、
前記検出部は、
前記主面に設けられ、前記フレームの前記主面に平行な面内における変形量に基づいて前記主面に直交する第1の軸まわりの角速度情報を含む第1の検出信号を出力する第1の検出電極と、
前記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、前記第1の軸と直交する第2の軸まわりの角速度情報を含む第2の検出信号を出力する第2の検出電極と、を有し、
前記補正回路は、前記第2の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記複数の振り子部の前記第1の軸方向への振動成分を検出する
ジャイロセンサ。 - 請求項4に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、
前記主面に設けられ、前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部と、
前記複数の振り子部にそれぞれ設けられ、前記補正信号が入力される複数の補助駆動部と、をさらに有し、
前記補正回路は、前記複数の振り子部の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。 - 請求項4に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記主面に設けられ前記フレームを前記主面に平行な面内で振動させる駆動部を有し、
前記駆動部は、前記補正信号が入力される複数の補助駆動部を含み、
前記補正回路は、前記複数の振り子部の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。 - 請求項4に記載のジャイロセンサであって、
前記補正回路は、前記第1の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波する
ジャイロセンサ。 - 請求項7に記載のジャイロセンサであって、
前記振動子は、前記主面に設けられ前記補正信号が入力される複数の補助駆動部をさらに有し、
前記第1の検出電極は、複数の検出電極部を含み、
前記補正回路は、前記複数の検出電極部の出力の差分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
ジャイロセンサ。 - 請求項4に記載のジャイロセンサであって、
前記第2の検出電極は、前記第1の軸と前記第2の軸とにそれぞれ直交する第3の軸まわりの角速度情報を含む第3の検出信号をさらに出力し、
前記補正回路は、前記第3の検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記複数の振り子部の前記第1の軸方向への振動成分をさらに検出する
ジャイロセンサ。 - 振動子から出力される検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、
前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と
を具備する信号処理装置。 - 請求項10に記載の信号処理装置であって、
前記補正回路は、前記振動子の振動状態を示す参照信号を前記第2のタイミング信号として前記検出信号を同期検波する
信号処理装置。 - 請求項10に記載の信号処理装置であって、
前記振動子の主面に平行な面内で前記振動子を振動させる駆動回路をさらに具備する
信号処理装置。 - 請求項12に記載の信号処理装置であって、
前記検出信号は、前記主面に平行な2軸まわりの角速度情報を含み、
前記補正回路は、前記検出信号を前記第2のタイミング信号で同期検波することで、前記振動子の前記主面に垂直な軸方向への振動成分を検出し、前記振動子の前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を生成する
信号処理装置。 - 請求項13に記載の信号処理装置であって、
前記補正回路は、前記検出信号を前記主面に平行な軸ごとに同期検波し、前記主面に平行な軸ごとの前記振動成分がゼロとなるように前記補正信号を個々に生成する
信号処理装置。 - 振動子本体と、前記振動子本体に設けられ角速度情報を含む検出信号を出力する検出部とを有する振動子と、
前記検出信号を第1のタイミング信号で同期検波する角速度検出回路と、前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する補正回路と、を有するコントローラと
を具備する電子機器。 - 振動子から出力される検出信号を角速度検出用の第1のタイミング信号で同期検波し、
前記検出信号を前記第1のタイミング信号とは位相が異なる第2のタイミング信号で同期検波し、
前記第2のタイミング信号で同期検波した検出信号に基づいて、前記振動子の駆動を補正する補正信号を生成する
ジャイロセンサの制御方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016142979 | 2016-07-21 | ||
JP2016142979 | 2016-07-21 | ||
PCT/JP2017/020031 WO2018016190A1 (ja) | 2016-07-21 | 2017-05-30 | ジャイロセンサ、信号処理装置、電子機器およびジャイロセンサの制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018016190A1 true JPWO2018016190A1 (ja) | 2019-05-09 |
Family
ID=60992015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018528429A Abandoned JPWO2018016190A1 (ja) | 2016-07-21 | 2017-05-30 | ジャイロセンサ、信号処理装置、電子機器およびジャイロセンサの制御方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20190310086A1 (ja) |
JP (1) | JPWO2018016190A1 (ja) |
WO (1) | WO2018016190A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020195000A1 (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 信号処理装置、慣性力センサ、信号処理方法、及びプログラム |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000213940A (ja) * | 1999-01-22 | 2000-08-04 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電ジャイロ、圧電ジャイロの駆動方法、圧電ジャイロの検出方法及び圧電ジャイロの機械結合の評価方法 |
JP3750679B2 (ja) * | 2003-10-07 | 2006-03-01 | 株式会社村田製作所 | 外力検知センサ装置 |
US7565839B2 (en) * | 2005-08-08 | 2009-07-28 | Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. | Bias and quadrature reduction in class II coriolis vibratory gyros |
EP2392897B1 (en) * | 2010-01-12 | 2014-06-11 | Sony Corporation | Angular velocity sensor, electronic device, and method for detecting angular velocity |
WO2013051060A1 (ja) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | パイオニア株式会社 | 回転振動ジャイロ |
JP2013170851A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Seiko Epson Corp | センサー素子、センサー素子の製造方法、センサーデバイスおよび電子機器 |
JP2015001420A (ja) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | セイコーエプソン株式会社 | ジャイロセンサー素子、ジャイロ装置、電子機器および移動体 |
JP6305223B2 (ja) * | 2014-06-06 | 2018-04-04 | 三菱プレシジョン株式会社 | バイアス安定化が図られた振動型ジャイロ、及び振動型ジャイロの使用方法 |
US20160102978A1 (en) * | 2014-10-14 | 2016-04-14 | Richtek Technology Corporation | Rotation velocity sensor and method for sensing rotation velocity |
-
2017
- 2017-05-30 WO PCT/JP2017/020031 patent/WO2018016190A1/ja active Application Filing
- 2017-05-30 US US16/315,318 patent/US20190310086A1/en not_active Abandoned
- 2017-05-30 JP JP2018528429A patent/JPWO2018016190A1/ja not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190310086A1 (en) | 2019-10-10 |
WO2018016190A1 (ja) | 2018-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5724817B2 (ja) | 角速度センサ及び電子機器 | |
JP5807344B2 (ja) | 角速度センサ及び電子機器 | |
JP6614157B2 (ja) | センサ素子、ジャイロセンサ及び電子機器 | |
US9366535B2 (en) | Vibration gyro element, gyro sensor, and electronic apparatus | |
JP2016507731A (ja) | マイクロメカニカルz軸ジャイロスコープ | |
WO2018016190A1 (ja) | ジャイロセンサ、信号処理装置、電子機器およびジャイロセンサの制御方法 | |
JP2010008300A (ja) | 慣性センサ | |
WO2018092449A1 (ja) | ジャイロセンサ及び電子機器 | |
JP6702053B2 (ja) | ジャイロセンサ及び電子機器 | |
JP2006010408A (ja) | 振動ジャイロ | |
WO2019017277A1 (ja) | 振動型角速度センサ | |
WO2017204057A1 (ja) | ジャイロセンサ及び電子機器 | |
JP6189792B2 (ja) | 角速度センサ | |
JP2015200580A (ja) | 角速度検出回路、角速度センサ、電子機器および角速度検出回路の調整方法 | |
JP2015014517A (ja) | 振動子、電子デバイス、電子機器および移動体 | |
JP2017150997A (ja) | バイアスの低減が図られた振動型ジャイロ | |
JPWO2005103619A1 (ja) | 振動ジャイロおよび振動ジャイロの角速度検出方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200407 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200407 |
|
A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20200525 |