(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ、互いに直交する振動軸と検出軸との２軸方向に変位可能な振動体と、駆動信号を印加することにより該振動体を振動軸方向に振動させる振動発生手段と、該振動発生手段によって前記振動体を振動軸方向に振動させた状態で、前記振動軸と検出軸の２軸に対して直交する被検出軸周りの角速度によって振動体が検出軸方向に変位するときの変位量を検出する変位検出手段とから構成してなる角速度検出装置において、補正信号を印加することにより前記振動体を検出軸方向に補正振動させる補正振動発生手段を設けたことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記補正振動発生手段に印加される補正信号は、振動発生手段に印加される駆動信号と同一の周波数を有すると共に、該駆動信号とで位相の異なる信号としてなる請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記変位検出手段からの検出信号によって角速度が加わっていないと判定したときに、補正信号を入力することにより前記振動体を検出軸方向に変位させ、このときの補正信号と前記振動体の検出軸方向の変位との関係から、前記振動体が正常に動作しているか否かを判定する自己診断手段を設けてなる請求項１または２記載の角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回転体に加わる角速度を検出するのに用いて好適な角速度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、角速度検出装置は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向において、振動体をある振動軸方向に振動させた状態で、被検出軸となるＺ軸の周りに回転力を加えると、振動体にコリオリ力（慣性力）が作用して該振動体は検出軸となるＹ軸方向に振動する。そして、このコリオリ力による振動体のＹ軸方向の変位を圧電体に発生する電荷もしくはそれに伴う電圧、静電容量等の変化として検出するのが角速度検出装置である。その一例として特開平６−１２３６３２号公報（以下、従来技術という）等に記載された角速度検出装置が知られている。
【０００３】
そこで、図７および図８により、従来技術による角速度検出装置によって説明する。
【０００４】
図中、１は従来技術による角速度検出素子、２は該角速度検出素子１の本体をなす矩形状に形成された基板をそれぞれ示し、該基板２は例えば高抵抗なシリコン材料によって形成されている。
【０００５】
３は基板２上にＰ，Ｂ，Ｓｂ等がドーピングされた低抵抗なポリシリコンまたは単結晶シリコン等によって形成された可動部を示し、該可動部３は基板２の四隅に位置して該基板２上に設けられた４個の支持部４，４，…と、該各支持部４から中央部に向け、Ｘ軸と平行になる部分とＹ軸と平行になる部分を有するようにＬ字状に折曲して形成された４本の支持梁５，５，…と、該各支持梁５によってＸ軸とＹ軸方向に変位可能に支持され、前記基板２の表面から離間した状態で支持された矩形状の振動体６とからなっている。そして、Ｘ軸方向となる該振動体６の左，右両側面には、複数の電極板７Ａ，７Ａ，…（４本）をくし状に配設した可動側振動用電極７，７が突出形成され、Ｙ軸方向となる前，後両側面には複数の電極板８Ａ，８Ａ，…（４本）をくし状に配設した可動側検出用電極８，８が突出形成されている。
【０００６】
そして  可動部３は各支持部４のみが基板２に固着され、各支持梁５と振動体６は前記基板２から所定間隔を離間した状態で４点支持されている。また、各支持梁５はＬ字状に形成されているから、Ｙ軸に平行な部分を撓ませることにより振動体６をＸ軸方向に変位させ、Ｘ軸に平行な部分を撓ませることにより振動体６をＹ軸方向に変位させることができる。
【０００７】
９，９は振動体６を左，右両側で挟むように基板２上に設けられた一対の固定側振動用電極を示し、該各固定側振動用電極９は振動体６の左，右に位置して基板２上に設けられた固定部９Ａ，９Ａと、前記可動側振動用電極７の各電極板７Ａと隙間をもって対面するように、該各固定部９Ａからくし状に突出形成された４本の電極板９Ｂ，９Ｂ，…とからなる。
【０００８】
１０，１０は振動体６を前，後両側で挟むように基板２上に設けられた一対の固定側検出用電極を示し、該各固定側検出用電極１０は振動体６の前，後に位置して基板２上に設けられた固定部１０Ａ，１０Ａと、前記可動側検出用電極８の各電極板８Ａと隙間をもって対面するように、該各固定部１０Ａからくし状に突出形成された４本の電極板１０Ｂ，１０Ｂ，…とからなる。
【０００９】
１１，１１は振動発生手段となる振動発生部を示し、該各振動発生部１１は可動側振動用電極７と固定側振動用電極９とから構成され、該可動側振動用電極７の各電極板７Ａと、固定側振動用電極９の各電極板９Ｂとの間にはそれぞれ等しい隙間が形成されている。ここで、各可動側振動用電極７と各固定側振動用電極９との間に逆位相となる周波数ｆの駆動信号を印加すると、左，右に位置した各電極板７Ａ，９Ｂ間には静電引力が交互に発生し、各振動発生部１１で接近，離間を交互に繰返す。これによって、振動体６はＸ軸をなす矢示ａ方向に振動するようになっている。
【００１０】
１２，１２は変位検出手段となる変位検出部を示し、該各変位検出部１２は可動側検出用電極８と固定側検出用電極１０とからなり、該可動側検出用電極８の各電極板８Ａと、固定側検出用電極１０の各電極板１０Ｂとの間にはそれぞれ隙間寸法ｄ０  が形成され、該検出用電極８，１０は検出用の平行平板コンデンサとして構成され、該各変位検出部１２は各電極板８Ａ，１０Ｂ間の有効面積の変化を静電容量の変化として検出する。
【００１１】
このように構成される角速度検出素子１においては、各振動発生部１１に逆位相となる周波数ｆの駆動信号を印加すると、各電極板７Ａ，９Ｂ間には静電引力が左，右の振動発生部１１，１１に対して交互に作用し、振動体６はＸ軸となる矢示ａ方向に接近，離間を繰返して振動する。
【００１２】
この状態で角速度検出素子１にＺ軸周りの角速度Ωが加わると、Ｙ軸方向にコリオリ力（慣性力）が発生して振動体６をＹ軸方向に下記の数２に示すようなコリオリ力Ｆで振動する。
【００１３】
ここで、各振動発生部１１によって振動体６をＸ軸方向に移動させる変位ｘとその速度Ｖは、次の数１のようになる。
【００１４】
【数１】
ｘ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）
Ｖ＝Ａωｃｏｓ（ωｔ）
ただし、Ａ：振動体６の振幅
ω：ω＝２πｆ
ｆ：駆動信号の周波数
【００１５】
さらに、振動体６をＸ軸方向に変位ｘ，速度Ｖで振動させたときに、Ｚ軸周りに加わる角速度Ωから発生するＹ軸方向のコリオリ力Ｆは数２のようになる。
【００１６】
【数２】
Ｆ＝２ｍΩＶ
＝２ｍΩ×［Ａωｃｏｓ（ωｔ）］
【００１７】
そして、振動体６は数２のコリオリ力ＦによってＹ軸方向に振動し、この振動体６による振動変位を、各変位検出部１２では可動側検出用電極８と固定側検出用電極１０との間の静電容量の変化として検出し、Ｚ軸周りの角速度Ωを検出することができる。
【００１８】
なお、各振動発生部１１は、各電極板７Ａからなる可動側振動用電極７と、各電極板９Ｂからなる固定側振動用電極９とによって構成しているため、振動用電極７，９間の対面する有効面積を大きく確保することができる。これにより、各振動発生部１１に駆動信号を印加したときには、各電極板７Ａ，９Ｂ間に発生する静電引力を大きくして振動体６を矢示ａ方向に大きく振動させる。
【００１９】
一方、各変位検出部１２は、各電極板８Ａからなる可動側検出用電極８と、各電極板１０Ｂからなる固定側検出用電極１０とによって構成しているため、検出用電極８，１０間の対面する有効面積を大きくできる。これにより、各変位検出部１２によってＹ軸方向に変位する振動体６の変位量を、各電極板８Ａ，１０Ｂ間の有効面積の変化、即ち静電容量の変化として検出することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による角速度検出素子１では、Ｚ軸周りの角速度Ωによって生じるコリオリ力は非常に小さく、Ｙ軸方向の共振を利用して大きな変位を発生させる必要がある。一方、コリオリ力を大きくするためには、数２からも分かるように、振動時の速度Ｖを大きくする必要があるために、Ｘ軸方向の共振周波数付近の周波数を駆動信号の周波数として利用している。従って、検出軸となるＹ軸方向の振動条件にあっても共振周波数に近い状態にすることが感度を高める上で必要である。
【００２１】
しかし、このように検出方向の共振周波数と駆動方向の共振周波数とを近づけると、駆動信号の一部が基板２等の寄生容量を介して検出方向に漏れる（所謂、クロストーク）。そして、この漏れた駆動信号は各変位検出部１２に印加され、可動側検出用電極８と固定側検出用電極１０との間に静電引力が発生し、角速度Ωが作用していない状態であっても振動体６に振動（以下、漏れ振動という）が現れ、ノイズの原因となるという問題がある。
【００２２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明はノイズの原因となる成分を除去し、角速度の検出精度を高めることのできる角速度検出装置を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
ここで、本発明による角速度検出装置は、基板上に設けられ、互いに直交する振動軸と検出軸との２軸方向に変位可能な振動体と、駆動信号を印加することにより該振動体を振動軸方向に振動させる振動発生手段と、該振動発生手段によって前記振動体を振動軸方向に振動させた状態で、前記振動軸と検出軸の２軸に対して直交する被検出軸周りの角速度によって振動体が検出軸方向に変位するときの変位量を検出する変位検出手段とから構成される。
【００２４】
そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、補正信号を印加することにより前記振動体を検出軸方向に補正振動させる補正振動発生手段を設けたことにある。
【００２５】
上記構成により、被検出軸周りに角速度が加わっていないときに、振動発生手段に印加される駆動信号の影響によって振動体が検出軸方向に変位する漏れ振動が発生した場合でも、補正振動発生手段に補正信号を印加して振動体の漏れ振動に対向した補正振動を発生させ、検出軸方向の振動体の漏れ振動を抑えることができる。
【００２６】
請求項２が採用する発明では、補正振動発生手段に印加される補正信号は、振動発生手段に印加される駆動信号と同一の周波数を有すると共に、該駆動信号とで位相の異なる信号としたことにある。
【００２７】
上記構成のように、被検出軸周りに角速度が加わっていないときに、振動体に発生する漏れ振動は振動発生手段に印加される駆動信号によって発生しているから、駆動信号と同一の周波数で位相の異なった補正信号を補正振動発生手段に入力することにより振動体に発生する補正振動によって漏れ振動を相殺することができる。
【００２８】
請求項３が採用する発明では、変位検出手段からの検出信号によって角速度が加わっていないと判定したときに、補正信号を入力することにより前記振動体を検出軸方向に変位させ、このときの補正信号と前記振動体の検出軸方向の変位との関係から、前記振動体が正常に動作しているか否かを判定する自己診断手段を設けたことにある。
【００２９】
上記構成のように、角速度が加わっていないと判定したときに、振動体は補正振動発生手段に入力される補正信号により検出軸方向に変位し、この変位は変位検出手段によって検出される。そして、自己診断手段では、この振動体の検出軸方向の変位が、予め設定された振動体が正常であるとみなすときの変位の範囲内にあるか否かを判定し、振動体が正常に動作しているか否かの自己診断を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を添付図面に従って詳細に説明するに、図１ないし図６は本発明による実施例を示す。
【００３１】
なお、実施の形態では前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３２】
まず、図１ないし図４は本発明による第１の実施例を示すに、２１は本実施例による角速度検出装置をなす角速度検出素子、２２は該角速度検出素子２１の本体をなす矩形状に形成された基板をそれぞれ示し、該基板２２は例えば高抵抗なシリコン材料によって形成されている。
【００３３】
２３は基板２上にＰ，Ｂ，Ｓｂ等がドーピングされた低抵抗なポリシリコンまたは単結晶シリコン等によって形成された可動部を示し、該可動部２３は従来技術による可動部３とほぼ同様に、基板２２の四隅に位置して該基板２２上に設けられた４個の支持部２４，２４，…と、該各支持部２４から中央部に向け、Ｘ軸と平行になる部分とＹ軸と平行になる部分を有するようにＳ字状に折曲して形成された４本の支持梁２５，２５，…と、該各支持梁２５によってＸ軸とＹ軸方向に変位可能に支持され、前記基板２２の表面から離間した状態で支持された矩形状の振動体２６とからなっている。そして、Ｘ軸方向となる該振動体２６の左，右両側面の後側には、複数の電極板２７Ａ，２７Ａ，…（５本）をくし状に配設した可動側振動用電極２７，２７が突出形成され、該振動体２６の左，右両側面の前側には、複数の電極板２８Ａ，２８Ａ，…（４本）をくし状に配設した可動側検出用電極２８，２８が突出形成されている。さらに、Ｙ軸方向となる前，後両側面には複数の電極板２９Ａ，２９Ａ，…（４本）をくし状に配設した可動側補正振動用電極２９，２９が突出形成されている。
【００３４】
そして  可動部２３は各支持部２４のみが基板２２に固着され、各支持梁２５と振動体２６は前記基板２２から所定間隔を離間した状態で４点支持されている。また、各支持梁２５はＳ字状に形成されているから、Ｙ軸に平行な部分を撓ませることにより振動体２６をＸ軸方向に変位させ、Ｘ軸に平行な部分を撓ませることにより振動体２６をＹ軸方向に変位させることができる。
【００３５】
３０，３０は振動体２６の左，右両側の後側に位置して該振動体２６を挟むように基板２２上に設けられた一対の固定側振動用電極を示し、該各固定側振動用電極３０は振動体２６の左，右に位置して基板２２上に設けられた固定部３０Ａ，３０Ａと、前記可動側振動用電極２７の各電極板２７Ａと隙間をもって対面するように、該各固定部３０Ａからくし状に突出形成された６本の電極板３０Ｂ，３０Ｂ，…とからなる。
【００３６】
３１，３１は振動体２６の左，右両側の前側に位置して該振動体２６を挟むように基板２２上に設けられた一対の固定側検出用電極を示し、該各固定側検出用電極３１は振動体２６の左，右に位置して基板２２上に設けられた固定部３１Ａ，３１Ａと、前記可動側検出用電極２８の各電極板２８Ａと隙間をもって対面するように、該各固定部３１Ａからくし状に突出形成された４本の電極板３１Ｂ，３１Ｂ，…とからなる。
【００３７】
３２，３２は振動体２６の前，後両側に位置して該振動体２６を挟むように基板２２上に設けられた一対の固定側補正振動用電極を示し、該各固定側補正振動用電極３２は振動体２６の前，後に位置して基板２２上に設けられた固定部３２Ａ，３２Ａと、前記可動側補正振動用電極２９の各電極板２９Ａと隙間をもって対面するように、該各固定部３２Ａからくし状に突出形成された５本の電極板３２Ｂ，３２Ｂ，…とからなる。
【００３８】
３３，３３は振動発生手段となる振動発生部を示し、該各振動発生部３３は可動側振動用電極２７と固定側振動用電極３０とから構成され、該可動側振動用電極２７の各電極板２７Ａと、固定側振動用電極３０の各電極板３０Ｂとの間にはそれぞれ等しい隙間が形成されている。ここで、各可動側振動用電極２７と各固定側振動用電極３０との間に逆位相となる所定周波数ｆの駆動信号Ｖｄ  を印加すると、左，右に位置した各電極板２７Ａ，３０Ｂ間には静電引力が交互に発生し、各振動発生部３３で接近，離間を交互に繰返す。これによって、振動体２６はＸ軸をなす矢示ａ方向に振動するようになっている。
【００３９】
３４，３４は変位検出手段となる変位検出部を示し、該各変位検出部３４は可動側検出用電極２８と固定側検出用電極３１とからなり、該可動側検出用電極２８の各電極板２８Ａと、固定側検出用電極３１の各電極板３１Ｂとの間にはそれぞれ隣り合った隙間寸法が異なって形成され、該検出用電極２８，３１は検出用の平行平板コンデンサとして構成され、該各変位検出部３４は各電極板２８Ａ，３１Ｂ間の有効面積の変化を静電容量の変化として検出する。
【００４０】
３５，３５は補正振動発生手段となる補正振動発生部で、該各補正振動発生部３５は可動側補正振動用電極２９と固定側補正振動用電極３２とからなり、該可動側補正振動用電極２９の各電極板２９Ａと、固定側補正振動用電極３２の各電極板３２Ｂとの間にはそれぞれ等しい隙間が形成されている。ここで、各可動側補正振動用電極２９と各固定側補正振動用電極３２との間に駆動信号Ｖｄ  と同一の周波数を有する補正信号Ｖｒ  を入力して各電極板２９Ａ，３２Ｂ間に静電引力を交互に発生させることにより、振動体２６をＹ軸方向に補正振動させることができる。
【００４１】
次に、図３に基づいて角速度検出素子２１に付加される電気回路の構成について述べる。
【００４２】
図３中、３６は駆動回路を示し、該駆動回路３６は所定周波数ｆの正弦波を発生する発振器と正弦波の振幅を調整する増幅回路によって構成されている。ここで、周波数ｆの駆動信号Ｖｄ  を振動発生部３３に印加する。印加された駆動信号Ｖｄ  は、振動発生部３３をなす可動側振動用電極２７と固定側振動用電極３０とに作用し、各電極板２７Ａ、３０Ｂ間の静電引力によって振動体２６を振動軸（Ｘ軸）方向に振動させる。なお、駆動回路３６は、駆動信号Ｖｄ  の振幅を調整することにより、振動体２６の振動軸方向の振幅を調整することができる。
【００４３】
３７は変位量検出回路で、該変位量検出回路３７は、振動体２６の検出軸（Ｙ軸）方向の変位、即ち変位検出部３４をなす可動側検出用電極２８と固定側検出用電極３１との離間寸法の変化を静電容量の変化として検出し、この検出信号を電圧変換するものである。
【００４４】
３８は角速度信号変換回路を示し、該角速度信号変換回路３８の入力側には駆動回路３６と変位量検出回路３７とが接続され、駆動回路３６から出力される駆動信号Ｖｄ  と変位量検出回路３７から出力される検出信号とに基づいて位相のずれ等を修正して角速度Ωに対応した出力信号Ｖｏ  として外部に出力する。
【００４５】
３９は補正駆動回路を示し、該補正駆動回路３９は後述するオフセット調整回路４０から出力される信号により周波数ｆで位相をずらした補正信号Ｖｒ  を補正振動発生部３５に印加するものである。また、該補正振動発生部３５に入力される補正信号Ｖｒ  は、当該角速度検出装置の出荷前の最終工程で、振動体２６を振動軸（Ｘ軸）方向に振動させた状態で被検出軸（Ｚ軸）周りに角速度を加えていない状態のときに、検出軸（Ｙ軸）方向に発生する振動体２６の漏れ振動の振幅と反転した波形となる。
【００４６】
４０はオフセット調整回路で、該オフセット調整回路４０は位相調整回路、振幅調整回路等からなり、該オフセット調整回路４０は前記駆動回路３６との間で信号の送受信を行うと共に、前記補正駆動回路３９に向けて信号を出力するものである。また、該オフセット調整回路４０は可変抵抗や可変コンデンサ等の調整手段により構成され、該オフセット調整回路４０は、最終工程において振動体２６を振動軸（Ｘ軸）方向に振動させた状態で被検出軸（Ｚ軸）周りに角速度を加えていない状態のときに、角速度信号変換回路３８から出力される出力信号Ｖｏ  をモニターし、該出力信号Ｖｏ  が零となるように補正信号の位相差と振幅とを調整手段により設定するものである。
【００４７】
本実施例による角速度検出装置は角速度検出素子２１と前述した電気回路によって構成されるもので、その基本的作動は、駆動回路３６から振動発生部３３に駆動信号Ｖｄ  を印加することにより、振動体２６を振動軸となるＸ軸方向に矢示ａのように振動させ、該振動体２６を振動軸方向に振動させた状態で、被検出軸となるＺ軸の周りに角速度Ωを加えると、振動体２６はコリオリ力Ｆによって検出軸となるＹ軸方向に振動する。そして、この振動体２６による検出軸方向の振動変位を、各変位検出部３４をなす可動側検出用電極２８と固定側検出用電極３１との間の静電容量の変化として検出し、この検出信号を変位量検出回路３７，角速度信号変換回路３８を介して角速度Ωに対応した出力信号Ｖｏ  として出力することができる。
【００４８】
次に、振動体２６の振動動作について考える。一般に、２軸方向の変位を利用する場合には、そのモデルとして図４に示すように図示できる。即ち、振動体２６は、振動軸方向であるＸ軸方向には、ばね定数がｋｘ  ／２となる２個のばねで支持され、検出軸方向であるＹ軸方向には、ばね定数がｋｙ  ／２となる２個のばねで支持されている。
【００４９】
そして、本実施例では、前述したように、各振動発生部３３に周波数ｆの正弦波となる駆動信号Ｖｄ  を印加することにより、振動体２６は振動軸（Ｘ軸）方向に振動され、この正弦波状の振動を行った状態で、Ｚ軸周りの角速度Ωが加わると、コリオリ力によって該振動体２６は検出軸（Ｙ軸）方向に変位する。
【００５０】
しかし、従来技術の課題でも述べたように、振動体２６にはＺ軸周りの角速度Ωが加わっていないにも拘らず、漏れ振動によって振動体２６がＹ軸方向に変位しているから、これらの動作を運動方程式で表すと、Ｘ軸方向の運動方程式は数３のようになる。
【００５１】
【数３】
0003603501.tif 000002
ただし、ｃｘ  ：Ｘ軸方向の減衰係数
Ｆｘ  ：Ｘ軸方向の駆動力の大きさ
【００５２】
また、Ｙ軸方向の運動方程式は数４のようになる。
【００５３】
【数４】
0003603501.tif 000003
ただし、ｃｙ  ：Ｙ軸方向の減衰係数
Ｆｙ  ：Ｙ軸方向の駆動力の大きさ
φ  ：Ｘ軸方向の駆動力とＹ軸方向の実効的な駆動力の位相差
【００５４】
ここで、前記数３，４中のΩが積算される項がコリオリ力の影響を受けている項で、振動体２６がＸ軸方向に正確に振動されていれば振動エネルギの漏れがないため、Ｙ軸方向の駆動力の大きさＦｙ  は零となる。しかし、従来技術で述べたように、実際には漏れ振動の影響によってＦｙ  は有限な値となっているから、出力信号Ｖｏ  のＳ／Ｎ比を低下させると共に、温度ドリフト等のノイズが重畳されてしまう。
【００５５】
次に、補正振動発生部３５から補正振動を加えた場合の振動体２６のＹ軸方向の変位Ｙは、前記数３，４から数５のように導き出される。
【００５６】
【数５】
Ｙ＝αＦｘ  Ωｃｏｓ（ωｔ＋φ１  ）＋βＦｙ  ｃｏｓ（ωｔ＋φ２  ）＋γΔＦｃｏｓ（ωｔ＋φ３  ）
【００５７】
なお、それぞれの項のα，β，γは、数３，４に示された係数とωによって表すことができるから、略して係数α，β，γとしている。また、φ１  とφ２  についても同様の変数として表され、φ３  はＹ軸方向の駆動力の位相にも依存している。また、数５中の変位Ｙは、振動体２６のＹ軸方向の変位ｙと出力信号Ｖｏ  に含まれる回路中の誤差も考慮されたもので、当該角速度検出装置から出力される出力信号Ｖｏ  と角速度Ωとについて示したものである。
【００５８】
ここで、数５について説明すると、第１項は、コリオリ力によって振動体２６がＹ軸方向に変位する変位量で、他の第２項、第３項が零でこの第１項のみであれば、誤差のない角速度Ωに対向した変位Ｙとして検出することができる。
【００５９】
次に、第２項は、基板２２の寄生容量から生じるリークによる振動分であり、角速度検出素子２１の機械的構造、電気回路の構造によって決まる不変的なものである。
【００６０】
また、第３項は、補正振動発生部３５によって発生する振動体２６の補正振動であり、この第３項から該補正振動発生部３５に印加される補正信号Ｖｒ  は数６のようになる。
【００６１】
【数６】
Ｖｒ  ∝ΔＦｃｏｓ（ωｔ＋φ３  ）
【００６２】
従って、補正駆動回路３９から補正振動発生部３５に印加される補正信号Ｖｒ  は、駆動信号Ｖｄ  と同一の周波数ｆでΔＦとφ３  とが調整可能、即ち振幅と位相差が調整可能となる。この結果、補正信号Ｖｒ  を調整することにより、数５中の第２項と第３項を相殺することができ、数５は第１項のコリオリ力による検出軸方向のみの変位となる。
【００６３】
然るに、本実施例による角速度検出装置では、該角速度検出装置を構成する角速度検出素子２１において、各振動発生部３３に印加する駆動信号Ｖｄ  とは別個の補正信号Ｖｒ  を各補正振動発生部３５に印加することにより、Ｚ軸周りの角速度Ωの有無に拘らず振動体２６を検出軸方向に補正振動を発生させるようにしたから、振動体２６の検出軸方向に生じる漏れ振動を補正振動によって抑制することができる。
【００６４】
また、補正信号Ｖｒ  の調整においては、当該角速度検出装置の最終工程において、駆動回路３６から各振動発生部３３に駆動信号Ｖｄ  を印加し、振動体２６を振動方向に振動させた状態で、被検出軸周りに角速度Ωを加えていないときの振動体２６の漏れ振動を角速度信号変換回路３８からの出力信号Ｖｏ  でモニターしつつ、オフセット調整回路の調整手段を調整して出力信号Ｖｏ  を零にするように、補正信号Ｖｒ  の振幅と位相差を設定する。
【００６５】
これにより、振動体２６の漏れ振動を各補正振動発生部３５から振動体２６に加わる補正振動によって相殺でき、漏れ振動を抑制することができ、角速度Ωが加わっていないときに、振動体２６を振動軸方向にのみ振動させることができる。また、振動体２６に発生する漏れ振動を抑える補正振動の調整を、角速度信号変換回路３８からの出力される出力信号Ｖｏ  に基づいて設定するようにしたから、角速度検出素子２１に付加された回路から生じる誤差分も除去することができる。この結果、被検出軸（Ｚ軸）周り角速度Ωを加えたときには、この角速度Ωによるコリオリ力によってのみ振動体２６を検出軸方向に振動させることができ、角速度Ωを正確に検出して検出感度を高めることができる。
【００６６】
また、前記各補正振動発生部３５に印加される補正信号Ｖｒ  は駆動信号Ｖｄ  と同一周波数で振幅と位相差が異なった正弦波とすることにより、前記数５に示したように、漏れ振動を確実に相殺することができる。
【００６７】
かくして、本実施例による角速度検出装置では、補正振動発生部３５に補正信号Ｖｒ  を印加して、振動体２６に補正振動を発生させることにより、振動体２６に生じる漏れ振動を相殺するようにしたから、被検出軸周りの角速度Ωを正確に検出して装置の信頼性を高めると共に、各角速度検出装置毎に、補正振動を設定するようにしたから、角速度検出素子２１毎の製造誤差等によるバラツキを防止し、歩留を向上させることができる。
【００６８】
また、本実施例では、振動体２６に発生する漏れ振動を、該振動体２６が振動状態にあるときに除去するようにしたから、振動体２６の漏れ振動による検出軸方向への変位が各変位検出部３４で検出されるのを防止でき、出力信号Ｖｏ  を補正する外部回路を不要にできる。
【００６９】
次に、図５および図６に本発明による第２の実施例を示すに、本実施例の特徴は、角速度が加わっていないときに、所定の補正信号を入力することにより検出軸方向に振動体を変位させ、このときの補正信号と変位との関係から振動体２６が正常に動作しているか否かを判定する自己診断機能を持たせたことにある。
【００７０】
なお、前述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７１】
図中、４１は自己診断に使用される疑似信号発生回路で、該疑似信号発生回路４１の出力側は駆動回路３６，角速度信号変換回路３８，オフセット調整回路４０および補正駆動回路３９に接続され、入力側には外部のコントロールユニット（図示せず）から自己診断信号Ｖｔ  が入力される。また、自己診断信号Ｖｔ  が疑似信号発生回路４１に入力されると、該疑似信号発生回路４１からは補正駆動回路３９に信号を入力され、該補正駆動回路３９からは直流電圧の所定の補正信号となる疑似信号Ｖｆ  が補正振動発生部３５に印加される。
【００７２】
４２は装置判定回路を示し、該装置判定回路４２の入力側には角速度信号変換回路３８が接続され、出力側には表示器４３が接続され、該装置判定回路４２は図示しない減算回路，比較回路等から構成されている。なお、前記減算回路には疑似信号Ｖｆ  に対応した出力信号Ｖ０ｆが設定され、比較回路には振動体２６の動作が正常とみなすか否かの判定値αが電圧値として設定されている。
【００７３】
次に、前記装置判定回路４２の動作を、図６の自己診断処理の流れ図に従って説明する。
【００７４】
まず、ステップ１では、振動体２６の検出軸方向の変位を変位量検出回路３７および角速度信号変換回路３８を介して出力信号Ｖｏ  として装置判定回路４２に読出し、ステップ２ではこの出力信号Ｖｏ  がＺ軸周りの角速度Ωによる変位に対応した信号であるか否かを判定し、「ＹＥＳ」の場合には、角速度Ωが加わっているから加わらない状態になるまで、ステップ１，２の処理を繰返し、ステップ２で「ＮＯ」と判定した場合には、ステップ３に移る。
【００７５】
ステップ３では、外部のコントロールユニットから自己診断信号Ｖｔ  が疑似信号発生回路４１に入力され、該疑似信号発生回路４１からは駆動回路３６，角速度信号変換回路３８，オフセット調整回路４０および補正駆動回路３９に信号が入力される。そして、該補正駆動回路３９からは補正振動発生部３５に疑似信号Ｖｆ  が入力され、振動体２６は検出軸（Ｙ軸）方向に変位する。
【００７６】
次のステップ４では、振動体２６の検出軸方向の変位を、変位量検出回路３７および角速度信号変換回路３８を介して出力信号Ｖｏ  として装置判定回路４２に出力する。
【００７７】
ステップ５では、装置判定回路４２中の減算回路により、前記角速度信号変換回路３８から出力された出力信号Ｖｏ  から予め設定された疑似信号Ｖｆ  の大きさに対する規定の出力信号Ｖｏｆを減算して減算値ΔＶを得る。
【００７８】
さらに、ステップ６では、装置判定回路４２中の比較回路によって、ステップ５で算出された減算値ΔＶが所定の範囲α内にあるか否かを判定し、このステップ６で「ＹＥＳ」と判定した場合には、ステップ７に移り、ステップ７では、振動体２６が正常に動作しいるとして表示器４３で「良好」を表示する。
【００７９】
一方、ステップ６で「ＮＯ」と判定した場合には、ステップ８に移り、ステップ８では振動体２６の動作が不良であるとして表示器４３によって「不良」を表示する。
【００８０】
このように、本実施例では、Ｚ軸周りにコリオリ力Ωが加わっていないときに、補正振動発生部３５に疑似信号Ｖｆ  を印加し、振動体２６をＹ軸方向に変位させ、コリオリ力が発生したときと同じ状態をつくり出す。そして、角速度検出素子２１の振動体２６の変位に対する異常を診断することができる。
【００８１】
しかも、本実施例による自己診断は、角速度検出装置を例えばナビゲーション装置等に接続した後に、該ナビゲーション装置のコントロールユニットによってステップ１，２の角速度Ωが加わっていない状態の判定をしてもよく、この場合には、前記自己診断信号Ｖｔ  によって自己診断を自動的に実行させることもでき、角速度検出装置の信頼性を大幅に高めることができる。
【００８２】
かくして、本実施例によれば、振動体２６を検出軸方向に変位させる補正振動発生部３５を設けることにより、疑似信号Ｖｆ  によって振動体２６を検出軸方向に変位させ、角速度検出素子２１の異常を判定することができる。
【００８３】
なお、前記各実施例の角速度検出素子２１では、図２に示すように、振動体２６の前，後に補正振動発生部３５，３５を設け、振動体２６の左，右に変位検出部３４，３４を設けるようにしたが、本発明はこれに限らず、振動体２６の前，後に位置した各補正振動発生部３５を構成する可動側補正振動用電極２９と固定側補正振動用電極３２によって変位検出部を構成し、振動体２６の左，右に位置した各変位検出部３４を構成する可動側検出用電極２８と固定側検出用電極３１によって補正振動発生部を構成するようにしてもよい。
【００８４】
また、前記各実施例では、振動軸と検出軸は振動体２６の水平方向の２軸となるＸ軸、Ｙ軸としたが、本発明はこれに限るものではなく、振動軸をＸ軸、被検出軸をＹ軸、検出軸をＺ軸としても、振動軸をＺ軸、被検出軸をＹ軸、検出軸をＸ軸としてもよく、この場合には変位検出手段，補正振動発生手段または振動発生手段を振動体２６と基板２２との間に設ければよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の本発明によれば、振動体を検出軸方向に補正振動させる補正振動発生手段を設け、被検出軸周りに角速度が加わっていないときに、振動発生手段に印加される駆動信号の影響によって振動体が検出軸方向に変位する漏れ振動が発生した場合でも、前記補正振動発生手段に補正信号を印加して検出軸方向の振動体の漏れ振動を抑えることができ、被検出軸周りに加わる角速度の検出感度を高めることができる。
【００８６】
請求項２の発明では、補正振動発生手段に印加される補正信号は、駆動信号と同一の周波数で位相の異なった信号とすることにより、振動発生手段から漏れた駆動信号によって振動板に生じる漏れ振動を相殺して抑制することができる。
【００８７】
請求項３の発明では、角速度が加わっていないときに補正振動発生手段に所定の補正信号を入力することにより、振動体は検出軸方向に変位する。そして、この検出軸方向の振動体の変位を変位検出手段によって検出し、自己診断手段では、この変位が予め設定された振動体の動作が正常であるとみなす判定範囲内にあるか否かを判定することにより、振動体の動作が正常であるか否かの自己診断を行うことができ、装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による角速度検出装置を構成する角速度検出素子を示す斜視図である。
【図２】第１の実施例による角速度検出素子を上側から見た平面図である。
【図３】第１の実施例による角速度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】振動体の振動状態をモデルによって示す説明図である。
【図５】第２の実施例による角速度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図６】第２の実施例による自己診断処理を示す流れ図である。
【図７】従来技術による角速度検出素子を示す斜視図である。
【図８】従来技術による角速度検出素子を上側から見た平面図である。
【符号の説明】
２１  角速度検出素子
２２  基板
２３  可動部
２６  振動体
２７  可動側振動用電極
２８  可動側検出用電極
２９  可動側補正振動用電極
３０  固定側振動用電極
３１  固定側検出用電極
３２  固定側補正振動用電極
３３  振動発生部（振動発生手段）
３４  変位検出部（変位検出手段）
３５  補正振動発生部（補正振動発生手段）
３６  駆動回路
３７  変位量検出回路
３８  角速度信号変換回路
３９  補正駆動回路
４０  オフセット調整回路
４１  疑似信号発生回路
４２  装置判定回路
【図１】
0003603501.tif 000004
【図２】
0003603501.tif 000005
【図３】
0003603501.tif 000006
【図４】
0003603501.tif 000007
【図５】
0003603501.tif 000008
【図６】
0003603501.tif 000009
【図７】
0003603501.tif 000010
【図８】
0003603501.tif 000011