(57)【要約】【課題】振動子を駆動させるための信号の振幅が変化した場合でも、振動子を高精度に制御することが可能な振動型角速度センサを提供する。【解決手段】この振動型角速度センサ１００は、変調回路１４と駆動回路１６との間（変調回路２４と駆動回路２６との間）には、変調回路１４（変調回路２４）によって生成された信号Ｓ４（信号Ｓ１４）の振幅に応じた位相の変化が抑制された信号Ｓ５（信号Ｓ１５）を生成する積分回路１５（積分回路２５）が設けられている。【選択図】図１
2018151200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、
矩形波状の信号を生成する第１変調部と、前記第１変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて前記振動子を駆動する駆動信号を生成する第１駆動部を含む第１閉ループ制御部と、
矩形波状の信号を生成する第２変調部と、前記第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて前記振動子を駆動する駆動信号を生成する第２駆動部を含む第２閉ループ制御部と、
前記第１変調部と前記第１駆動部との間、および、前記第２変調部と前記第２駆動部との間のうちの少なくとも一方に設けられた信号生成部と、を備え、
前記信号生成部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうちの少なくとも一方によって生成された矩形波状の信号の振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成するように構成されている、振動型角速度センサ。
【請求項２】
前記第１閉ループ制御部は、前記振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、
前記第２閉ループ制御部は、前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている、請求項１に記載の振動型角速度センサ。
【請求項３】
前記信号生成部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうちの少なくとも一方によって生成された矩形波状の信号に基づいて三角波状の前記位相変化抑制信号を生成するように構成されている、請求項１または２に記載の振動型角速度センサ。
【請求項４】
前記信号生成部は、積分回路を含み、
前記積分回路により、矩形波状の信号に基づいて三角波状の前記位相変化抑制信号が生成されるように構成されている、請求項３に記載の振動型角速度センサ。
【請求項５】
前記積分回路には、前記第１駆動部および前記第２駆動部のうちの少なくとも一方から出力される駆動信号の位相と９０度異なる位相を有する矩形波状の信号が入力されるように構成されている、請求項４に記載の振動型角速度センサ。
【請求項６】
前記信号生成部は、前記第１変調部と前記第１駆動部との間、および、前記第２変調部と前記第２駆動部との間の両方に設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【請求項７】
前記信号生成部は、前記第１変調部と前記第１駆動部との間に設けられる第１積分回路と、前記第２変調部と前記第２駆動部との間に設けられ前記第１積分回路と同じ信号生成特性を有する第２積分回路とを含む、請求項６に記載の振動型角速度センサ。
【請求項８】
前記信号生成部が設けられる前記第１閉ループ制御部は、前記振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、
前記信号生成部が設けられる前記第２閉ループ制御部は、前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出するように構成されているとともに、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む、請求項６または７に記載の振動型角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動型角速度センサに関し、特に、閉ループ制御部を備える振動型角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、閉ループ制御部を備える振動型角速度センサが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、閉じた制御ループを含む１次側制御回路と、閉じた制御ループを含む２次側制御回路とを備える振動型角速度センサが開示されている。上記特許文献１に記載の振動型角速度センサでは、１次側制御回路は、振動子を一の軸方向に沿って一定の振幅量で振動（共振）させる。また、２次側制御回路は、コリオリ力（角速度）によって一の軸方向に直交する他の軸方向に沿って振動子に発生する振動を抑制するように、振動子に対して抑制力（振動）を加える。そして、この抑制力が、角速度として検出される。
【０００４】
また、上記特許文献１に記載の振動型角速度センサでは、一の軸方向に沿って振動される振動子からの出力信号を基準にして、１次側制御回路に設けられるＰＬＬ回路によって、タイミング信号（クロック信号）を生成する。そして、このタイミング信号に基づいて、１次側制御回路に設けられる変調回路により矩形波状（方形波状）の信号が生成され、この矩形波状（方形波状）の信号により振動子が一定の振幅量で駆動（振動）される。
【０００５】
ここで、振動子の共振倍率は、振動型角速度センサの温度（周囲の温度）や経時変化によって変化する。なお、共振倍率とは、振動子の固有振動数と同じ振動数の外力を１次側制御回路から加えた場合における振幅の拡大率を意味する。そして、振動子を一の軸方向に沿って一定の振幅量で振動させるためには、１次側制御回路の変調回路により生成される矩形波状（方形波状）の信号の振幅を共振倍率の変化に応じて変化させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１２９４６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、変調回路により生成される矩形波状の信号は、駆動回路に含まれる増幅器により増幅されて振動子に伝達される。そして、増幅器に矩形波状の信号のような立ち上がり速度（立ち下がり速度）の速い信号を入力すると、増幅器から出力される信号の立ち上がり部分（立ち下がり部分）が傾き（スルーレートと呼ばれる）をもってしまう。つまり、増幅器に矩形波状の信号を入力した場合でも、駆動回路から出力される信号は、矩形波状ではなく略台形形状になる。なお、略台形形状の信号の立ち上がりの傾き、および、立ち下りの傾きは、駆動回路から出力される矩形波状の信号の振幅が変化しても略一定である。このため、信号の立ち上がりの開始（立ち下がりの開始）から振幅の中点（振幅の大きさの１／２の点）に達するまでの時間が、振幅の変化に伴って変化してしまう。具体的には、振幅が小さい略台形形状の信号では、比較的短い時間で中点に達する。一方、振幅が大きい略台形形状の信号では、中点に達するまで比較的長い時間を要する。そして、振幅の中点に達するまでの時間が振幅の変化に伴って変化するということは、駆動回路から出力される信号の位相が、振幅の変化に伴って変化するということを意味する。この場合、所望の位相で振動子を振動（駆動）させようとしても、駆動回路から出力される信号の位相が変化する（ずれる）ため、振動子を精度よく制御できない場合がある。そこで、近年、振動子の制御の高精度化が望まれている。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、振動子を駆動させるための信号の振幅が変化した場合でも、振動子を高精度に制御することが可能な振動型角速度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による振動型角速度センサは、振動子と、矩形波状の信号を生成する第１変調部と、第１変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて振動子を駆動する駆動信号を生成する第１駆動部を含む第１閉ループ制御部と、矩形波状の信号を生成する第２変調部と、第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて振動子を駆動する駆動信号を生成する第２駆動部を含む第２閉ループ制御部と、第１変調部と第１駆動部との間、および、第２変調部と第２駆動部との間のうちの少なくとも一方に設けられた信号生成部と、を備え、信号生成部は、第１変調部および第２変調部のうちの少なくとも一方によって生成された矩形波状の信号の振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成するように構成されている。
【００１０】
この発明の一の局面による振動型角速度センサでは、上記のように、信号生成部は、第１変調部および第２変調部のうちの少なくとも一方によって生成された矩形波状の信号の振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成するように構成されている。これにより、振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号が、第１駆動部および第２駆動部のうちの少なくとも一方に入力されるので、第１駆動部および第２駆動部のうちの少なくとも一方から出力される駆動信号の位相は、振幅に応じて変化しない。その結果、振動子を駆動させるための駆動信号の振幅が変化した場合でも、振動子を高精度に制御することができる。
【００１１】
上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、第１閉ループ制御部は、振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、第２閉ループ制御部は、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている。このように構成すれば、第１閉ループ制御部に信号生成部を設ければ、第１閉ループ制御部の駆動信号の位相が振幅に応じて変化するのが抑制されるので、温度（共振倍率）が変化して振動子を振動させる駆動信号の振幅が変化した場合でも、駆動信号の位相変化による第２閉ループ制御部への影響（クロスカップリング）を抑制することができる。また、第２閉ループ制御部に信号生成部を設ければ、第２閉ループ制御部の駆動信号の位相が振幅に応じて変化するのが抑制されるので、２次振動を検出するための駆動信号の振幅が変化した場合でも、位相の変化に起因して２次振動の検出の精度が低下するのを抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、第１変調部および第２変調部のうちの少なくとも一方によって生成された矩形波状の信号に基づいて三角波状の位相変化抑制信号を生成するように構成されている。ここで、三角波状の位相変化抑制信号の振幅が変化した場合、信号の立ち上がりの開始（立ち下がりの開始）から振幅の中点（振幅の大きさの１／２の点）に達するまでの傾き（変化率）は振幅に応じて変化する一方、中点に達するまでの時間は変化しない。なお、三角波状の位相変化抑制信号は、矩形波状の信号と異なり、立ち上がり部分（立ち下がり部分）が元々傾斜しており、この傾きは第１駆動部（第２駆動部）に含まれる増幅器のスルーレート（出力信号の立ち上がり、立ち下りの傾き）よりも十分に小さい。これにより、第１駆動部（第２駆動部）に三角波状の位相変化抑制信号が入力されても増幅器による形状の変化はなく（または、形状の変化は十分に小さく）、第１駆動部（第２駆動部）から出力される駆動信号は、位相が振幅に応じて変化しない特性を有する。このため、信号生成部を、三角波状の位相変化抑制信号を生成するように構成することによって、振動子を振動させるための駆動信号の振幅が変化した場合でも、容易に、振動子を高精度に制御することができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、信号生成部は、積分回路を含み、積分回路により、矩形波状の信号に基づいて三角波状の位相変化抑制信号が生成されるように構成されている。ここで、積分回路に矩形波状の信号が入力された場合、三角波状の信号が出力されるので、比較的簡単な回路構成の積分回路により、容易に、三角波状の信号を生成することができる。
【００１４】
上記信号生成部が積分回路を含む振動型角速度センサにおいて、好ましくは、積分回路には、第１駆動部および第２駆動部のうちの少なくとも一方から出力される駆動信号の位相と９０度異なる位相を有する矩形波状の信号が入力されるように構成されている。ここで、積分回路に矩形波状の信号が入力された場合、矩形波状の信号の位相と９０度異なる三角波状の信号が出力される。そこで、積分回路に駆動信号の位相と９０度異なる位相を有する矩形波状の信号を入力することによって、積分回路が設けられない場合の位相と同じ位相の三角波状の信号を、第１駆動部および第２駆動部のうちの少なくとも一方から出力することができる。
【００１５】
上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、信号生成部は、第１変調部と第１駆動部との間、および、第２変調部と第２駆動部との間の両方に設けられている。このように構成すれば、第１閉ループ制御部、および、第２閉ループ制御部の両方において、振動子を高精度に制御することができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、信号生成部は、第１変調部と第１駆動部との間に設けられる第１積分回路と、第２変調部と第２駆動部との間に設けられ第１積分回路と同じ信号生成特性を有する第２積分回路とを含む。このように構成すれば、第１積分回路から出力される位相変化抑制信号の特性（位相など）と、第２積分回路から出力される位相変化抑制信号の特性（位相など）とがずれることに起因する悪影響を抑制することができる。なお、「同じ信号生成特性」とは、第１積分回路と第２積分回路とに、互いに等しい波形の信号が入力された場合、互いに等しい波形の信号を出力することを意味する。
【００１７】
上記信号生成部が第１変調部と第１駆動部との間および第２変調部と第２駆動部との間の両方に設けられている振動型角速度センサにおいて、好ましくは、信号生成部が設けられる第１閉ループ制御部は、振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、信号生成部が設けられる第２閉ループ制御部は、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出するように構成されているとともに、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む。ここで、振動子から出力される信号には、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号と、振動子の構造的な歪みなどに起因して発生する１次振動に比例した誤差信号とが含まれる。この角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号の位相と、誤差信号の位相とは、略９０度ずれている。なお、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号は、リアル成分と呼ばれ、誤差信号は、クアドラチャ成分と呼ばれる。そして、リアル成分とクアドラチャ成分とを２つの閉ループにより独立して制御することによって、誤差信号の影響のないリアル成分（角速度検出信号）を抽出する（クアドラチャ補正する）ことができる。したがって、第２駆動部に、振幅に応じて位相の変化する矩形波状の信号が入力されると、リアル成分とクアドラチャ成分との位相差が９０度からずれてしまい、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込んでしまうため、角速度検出の誤差の原因となる。そこで、信号生成部によって、振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成することによって、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込むことが抑制されるので、角速度検出の誤差を低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記のように、振動子を駆動させるための信号の振幅が変化した場合でも、振動子を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による振動型角速度センサの構成を示したブロック図である。
【図２】積分回路の回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による振動型角速度センサの信号を説明するための図である。
【図４】増幅器のスルーレートを示す図である。
【図５】積分回路が設けられない場合のセンサ出力を示す図である。
【図６】積分回路を設けた場合のセンサ出力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図６を参照して、本実施形態による振動型角速度センサ１００の構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、振動型角速度センサ１００は、振動子１を備えている。振動子１は、たとえば、リング型の振動子１からなる。
【００２３】
振動型角速度センサ１００は、１次側制御回路１０を備えている。１次側制御回路１０は、振動子１に１次振動を誘起させるように構成されている。また、１次側制御回路１０は、増幅回路１１と、同期検波回路１２と、ループフィルタ１３と、変調回路１４と、積分回路１５と、駆動回路１６とを備えている。変調回路１４は、矩形波状の信号Ｓ４を生成するように構成されている。駆動回路１６は、変調回路１４によって生成された矩形波状の信号Ｓ４（具体的には、後述する信号Ｓ５）に基づいて、振動子１を駆動するように構成されている。また、駆動回路１６は、増幅器１６ａを含む。また、ループフィルタ１３は、たとえば積分フィルタからなる。そして、振動子１、増幅回路１１、同期検波回路１２、ループフィルタ１３、変調回路１４、積分回路１５および駆動回路１６が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。なお、積分回路１５の詳細については、後述する。また、１次側制御回路１０は、特許請求の範囲の「第１閉ループ制御部」の一例である。また、変調回路１４は、特許請求の範囲の「第１変調部」の一例である。また、積分回路１５は、特許請求の範囲の「信号生成部」および「第１積分回路」の一例である。また、駆動回路１６は、特許請求の範囲の「第１駆動部」の一例である。また、信号Ｓ４は、特許請求の範囲の「矩形波状の信号」の一例である。
【００２４】
また、１次側制御回路１０は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路１７と、検波・変調信号生成回路１８とを備えている。検波・変調信号生成回路１８は、一の軸方向に沿って振動される振動子１からの出力信号を基準にして、ＰＬＬ制御によって、基準信号（同期信号、クロック信号）を生成する。具体的には、検波・変調信号生成回路１８において、基準信号Ａ〜Ｄが生成される。なお、基準信号Ａ〜Ｄの位相は、互いに９０度ずつずらされている。たとえば、ある時刻における、基準信号Ａの位相を０度とすれば、基準信号Ｂの位相は９０度であり、基準信号Ｃの位相は１８０度であり、基準信号Ｄの位相は２７０度である。
【００２５】
振動型角速度センサ１００は、２次側制御回路２０を備えている。２次側制御回路２０は、振動子１に印加される角速度（コリオリ力）に起因して振動子１に発生する２次振動を検出するように構成されている。また２次側制御回路２０は、増幅回路２１と、同期検波回路２２と、ループフィルタ２３と、変調回路２４と、積分回路２５と、駆動回路２６とを備えている。変調回路２４は、矩形波状の信号Ｓ１４を生成するように構成されている。駆動回路２６は、変調回路２４によって生成された矩形波状の信号Ｓ１４（具体的には、後述する信号Ｓ１５）に基づいて、振動子１を駆動するように構成されている。また、駆動回路２６は、増幅器２６ａを含む。また、ループフィルタ２３は、たとえば積分フィルタからなる。そして、振動子１、増幅回路２１、同期検波回路２２、ループフィルタ２３、変調回路２４、積分回路２５および駆動回路２６が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。なお、積分回路２５の詳細については、後述する。また、２次側制御回路２０は、特許請求の範囲の「第２閉ループ制御部」の一例である。また、変調回路２４は、特許請求の範囲の「第２変調部」の一例である。また、積分回路２５は、特許請求の範囲の「信号生成部」および「第２積分回路」の一例である。また、駆動回路２６は、特許請求の範囲の「第２駆動部」の一例である。また、信号Ｓ１４は、特許請求の範囲の「矩形波状の信号」の一例である。
【００２６】
このように、本実施形態では、積分回路１５（積分回路２５）は、変調回路１４と駆動回路１６との間、および、変調回路２４と駆動回路２６との間の両方に設けられている。そして、積分回路１５の信号生成特性は、積分回路２５の信号生成特性と同じである。つまり、積分回路１５と積分回路２５とに、互いに等しい波形の信号が入力された場合、互いに等しい波形の信号を出力する。具体的には、図２に示すように、積分回路１５（積分回路２５）は、オペアンプ１５ａ（２５ａ）、抵抗１５ｂ（２５ｂ）およびコンデンサ１５ｃ（２５ｃ）などにより構成されている。そして、オペアンプ１５ａの特性とオペアンプ２５ａとの特性が互いに同じであり、抵抗１５ｂの抵抗値と抵抗２５ｂの抵抗値とが互いに同じであり、コンデンサ１５ｃの容量とコンデンサ２５ｃの容量とが互いに同じである。
【００２７】
図１に示すように、２次側制御回路２０は、増幅回路２７を備えている。そして、ループフィルタ２３の出力が、増幅回路２７に入力される。そして、増幅回路２７から出力された信号が、振動型角速度センサ１００のセンサ出力（角速度検出信号）として、外部に出力される。
【００２８】
また、２次側制御回路２０は、同期検波回路３１と、ループフィルタ３２と、変調回路３３と、加算回路３４とを含む。なお、同期検波回路３１と、ループフィルタ３２と、変調回路３３と加算回路３４とは、この順で接続されている。また、同期検波回路３１は、増幅回路２１と同期検波回路２２との間に接続されている。また、加算回路３４は、駆動回路２６と変調回路２４との間に設けられている。すなわち、本実施形態では、２次側制御回路２０は、互いに９０度位相がずれた矩形波状の信号が用いられる２つの閉ループを含む。具体的には、２次側制御回路２０は、振動子１、増幅回路２１、同期検波回路２２、ループフィルタ２３、変調回路２４、加算回路３４、積分回路２５および駆動回路２６に構成される閉ループ（一の閉ループ）と、振動子１、増幅回路２１、同期検波回路３１、ループフィルタ３２、変調回路３３、加算回路３４、積分回路２５および駆動回路２６により構成された閉ループ（他の閉ループ）とを含む。そして、一の閉ループの変調回路２４は、基準信号Ａに基づいて動作し、他の閉ループの変調回路３３は、基準信号Ａと位相が９０度進んだ基準信号Ｄに基づいて動作する。また、一の閉ループの同期検波回路２２は、基準信号Ａに基づいて動作し、他の閉ループの同期検波回路３１は、基準信号Ａと位相が９０度遅れた基準信号Ｂに基づいて動作する。
【００２９】
ここで、振動子１から出力される信号には、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号と、振動子１の構造的な歪みなどに起因して発生する１次振動に比例した誤差信号とが含まれる。この角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号の位相と、誤差信号の位相とは、略９０度ずれている。なお、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号は、リアル成分と呼ばれ、誤差信号は、クアドラチャ成分と呼ばれる。そして、リアル成分とクアドラチャ成分とを、それぞれ、一の閉ループと他の閉ロープとにより独立して制御することによって、誤差信号の影響のないリアル成分（角速度検出信号）を抽出する（クアドラチャ補正する）ことが可能になる。
【００３０】
（積分回路の詳細）
次に、積分回路１５および積分回路２５の機能などについて詳細に説明する。
【００３１】
図１に示すように、１次側制御回路１０では、振動子１から出力された信号が、増幅回路１１によって増幅されて信号Ｓ１にされる。なお、増幅回路１１によって増幅された信号Ｓ１は、正弦波形状を有する。
【００３２】
そして、増幅回路１１によって増幅された信号Ｓ１が、基準信号Ａに基づいて、同期検波回路１２によって検波されて信号Ｓ２にされる。なお、同期検波回路１２は、基準信号Ａに基づいて動作する。その後、同期検波回路１２から出力された信号Ｓ２は、ループフィルタ１３によって積分されて、一定の大きさの信号Ｓ３にされる。その後、信号Ｓ３は、基準信号Ａに基づいて、変調回路１４によって、矩形波状の信号Ｓ４にされる。
【００３３】
ここで、本実施形態では、積分回路１５は、変調回路１４によって生成された矩形波状の信号Ｓ４の振幅に応じた位相の変化が抑制された信号Ｓ５を生成するように構成されている。具体的には、積分回路１５は、変調回路１４によって生成された矩形波状の信号Ｓ４に基づいて三角波状の信号Ｓ５を生成するように構成されている。なお、信号Ｓ５は、特許請求の範囲の「位相変化抑制信号」の一例である。
【００３４】
図３に示すように、変調回路１４によって生成された矩形波状の信号Ｓ４がそのまま駆動回路１６に入力された場合、駆動回路１６に含まれる増幅器１６ａのスルーレートに起因して、駆動回路１６から出力される信号Ｓ６’は、矩形波状ではなく略台形形状（点線のグラフ参照）になる。また、振動子１の共振倍率は、振動子１の温度に応じて変化する。具体的には、温度が高い場合、共振倍率は小さくなり、温度が低い場合、共振倍率は大きくなる。このため、振動子１を一定の振動量で振動させるためには、温度が高い場合、比較的大きなエネルギを振動子１に与える必要がある。すなわち、振動子１を振動させるための信号Ｓ６’の振幅が大きくなる。なお、略台形形状の信号Ｓ６’の立ち上がりの傾き、および、立ち下りの傾きは、駆動回路１６から出力される矩形波状の信号の振幅が変化しても略一定である。このため、信号の立ち上がりの開始（立ち下がりの開始）から振幅の中点（振幅の大きさの１／２の点）に達するまでの時間が、振幅が変化に伴って変化する。たとえば、振幅が小さい場合（図３（ｃ）参照）、期間ｔ１によって振幅の中点に達し、振幅が中程度の場合（図３（ｂ）参照）、期間ｔ１よりも長い期間ｔ２によって振幅の中点に達し、振幅が大きい場合（図３（ａ）参照）、期間ｔ２よりも長い期間ｔ３によって振幅の中点に達する。すなわち、駆動回路１６から出力される信号Ｓ６’の位相が、振幅の変化に伴って変化する。この場合、所望の位相で振動子１を振動させようとしても、駆動回路から出力される信号の位相が変化する（ずれる）ため、振動子１を高精度に制御できない場合がある。
【００３５】
なお、上記の説明では、略台形形状の信号Ｓ６’（駆動回路１６に含まれる増幅器１６ａの出力）の立ち上がりの傾き、および、立ち下りの傾きは、振幅が変化しても略一定であるとしたが、実際には、増幅器１６ａの出力の特性に温度依存性（後述する図４参照）がある。このため、位相遅延量の変化は、より複雑である。また、増幅器１６ａの出力（増幅量）の変化は、振動子１の共振倍率の温度特性にも依存している。そして、振動子１の共振倍率の温度特性と、増幅器１６ａの出力の温度依存性（温度特性）とは異なっている。つまり、周囲の温度変化に対する振動子１の温度追従性（追従速度）と、増幅器１６ａの温度追従性（追従速度）とに差異があるため、温度の変化に対して、増幅器１６ａの出力の補正を行うことは困難である。
【００３６】
図４は、増幅器１６ａの周囲の温度に対する増幅器１６ａのスルーレートの変化を示している。なお、Ｖ１およびＶ２（＜Ｖ１）は、増幅器１６ａに入力される電圧である。図４に示すように、増幅器１６ａのスルーレートは、周囲の温度が大きくなるに従って大きくなる。
【００３７】
ここで、図３に示すように、積分回路１５から出力される三角波状の信号Ｓ５（太い実線）の場合、三角波状の信号Ｓ５の振幅が変化しても、信号Ｓ５の立ち上がりの開始（立ち下がりの開始）から振幅の中点に達するまでの傾き（変化率）は振幅に応じて変化する一方、中点に達するまでの期間（ｔ４）は変化しない。なお、三角波状の信号Ｓ５は、矩形波状の信号Ｓ４と異なり、立ち上がり部分（立ち下がり部分）が元々傾斜しているので、駆動回路１６に三角波状の信号Ｓ５が入力されても増幅器１６ａによる形状の変化はなく（または、小さく）、駆動回路１６から出力される信号Ｓ６（太い実線）は、位相が振幅に応じて変化しない特性を有する。これにより、信号Ｓ６の振幅が変化した場合でも位相がずれないので、振動子１を高精度に制御することが可能になる。なお、信号Ｓ６は、特許請求の範囲の「駆動信号」の一例である。
【００３８】
また、本実施形態では、図１に示すように、積分回路１５には、駆動回路１６から出力される信号Ｓ６の位相と９０度異なる位相を有する信号Ｓ４が入力されるように構成されている。ここで、積分回路１５に変調回路１４から矩形波状の信号Ｓ４が入力された場合、矩形波状の信号Ｓ４の位相に対して、９０度遅れた位相を有する三角波状の信号Ｓ５が出力される。すなわち、駆動回路１６と変調回路１４との間に積分回路１５を設けることにより、駆動回路１６に入力される信号Ｓ５の位相が９０度遅れてしまう。そこで、変調回路２４に予め９０度進んだ位相（基準信号Ｂではなく基準信号Ａの位相）を有する信号Ｓ４を入力することにより、積分回路１５からは、基準信号Ｂの位相を有する信号Ｓ５が生成される。これにより、駆動回路１６から出力される信号Ｓ６の位相（基準信号Ｂの位相）は、積分回路１５が設けられない場合の位相と同じになる。
【００３９】
また、２次側制御回路２０においても、１次側制御回路１０と同様に、振動子１から出力された信号が、増幅回路２１によって増幅されて信号Ｓ１１にされる。なお、増幅回路２１によって増幅された信号Ｓ１１は、閉ループ制御（帰還制御）によって略ゼロとなっている。また、信号Ｓ１１は、同期検波回路２２に入力される。同期検波回路２２は、たとえば、基準信号Ａに基づいて動作する。また、同期検波回路２２から出力された信号Ｓ１２は、ループフィルタ２３によって積分されて、一定の大きさの信号Ｓ１３にされる。その後、信号Ｓ１３は、変調回路２４によって、矩形波状の信号Ｓ１４にされる。なお、変調回路２４は、基準信号Ａに基づいて動作する。また、ループフィルタ２３の出力は、増幅回路２７を介して、振動型角速度センサ１００のセンサ出力として、外部に出力される。
【００４０】
ここで、本実施形態では、積分回路２５は、変調回路２４によって生成された矩形波状の信号Ｓ１４の振幅に応じた位相の変化が抑制された三角波状の信号Ｓ１５を生成するように構成されている。なお、信号Ｓ１５は、特許請求の範囲の「位相変化抑制信号」の一例である。
【００４１】
また、本実施形態では、積分回路２５には、駆動回路２６から出力される信号Ｓ１６の位相（基準信号Ｂの位相）と９０度異なる位相（基準信号Ａの位相）を有する信号Ｓ１４が入力されるように構成されている。具体的には、１次側制御回路１０と同様に、変調回路２４では、予め９０度進んだ位相を有する信号Ｓ４（基準信号Ｂではなく基準信号Ａ）に基づいて変調が行われる。これにより、駆動回路２６から出力される信号Ｓ１６の位相（基準信号Ｂの位相）は、積分回路２５が設けられない場合の位相と同じになる。なお、信号Ｓ１６は、特許請求の範囲の「駆動信号」の一例である。
【００４２】
また、比較的小さな振動子１において、一の軸の駆動を行う電極、一の軸の検出を行う電極、二の軸の駆動を行う電極、および、二の軸の検出を行う電極（合計４つの電極）が、互いに近接しているため、振動子１の内部において容量結合（クロスカップリング）が生じる。なお、振動子１内でのクロスカップリングに加えて、１次側制御回路１０と２次側制御回路２０とは、比較的近接して配置されているため、１次側制御回路１０と２次側制御回路２０との間で容量結合（クロスカップリング）が生じる。具体的には、振動子１の入力側において容量結合（εPD-SD）が生じているとともに、振動子１の出力側においても容量結合（εPD-SPO）が生じている。このため、容量結合が、振動型角速度センサ１００のセンサ出力に影響を及ぼす一方、積分回路２５を設けることにより位相ずれの影響が抑制されているので、位相ずれの影響が容量結合の影響に加わる（混在する）ことはない。
【００４３】
次に、図５および図６を参照して、積分回路１５および積分回路２５を設けた場合の効果について行った実験について説明する。なお、図５および図６は、実験結果の模式図を示しているとともに、後述するヒステリシスが強調して記載されている。
【００４４】
図５は、積分回路１５および積分回路２５を設けない場合（矩形波状の信号により駆動回路１６、駆動回路２６を駆動した場合）の、温度に対する振動型角速度センサ１００のセンサ出力を表している。図５に示すように、周囲の温度を徐々に高くして、その後、温度を徐々に低くさせた場合、同じ温度において、センサ出力の大きさが異なること（ヒステリシス）が確認された。なお、ヒステリシスの発生の原因は以下の通りである。センサ出力となるリアル成分の温度特性の支配的要因は、振動子１の共振倍率の温度特性である。クアドラチャ成分の温度特性の支配的要因は、これに構造的な歪みの温度変化によるものが加えられており、これらの二つの温度変化（共振倍率の温度変化、構造的な歪みの温度変化）に対する追従性が異なっているため、クアドラチャ成分はヒステリシスを有する。このクアドラチャ成分のヒステリシスが、位相ずれによってリアル成分に漏れ込むことによって、センサ出力にもヒステリシスが発生する。一方、図６に示すように、積分回路１５および積分回路２５を設けた場合（三角波状の信号により駆動回路１６、駆動回路２６を駆動した場合）、センサ出力のヒステリシスが低減されることが確認された。
【００４５】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４６】
本実施形態では、上記のように、変調回路１４と駆動回路１６との間に、変調回路１４によって生成された矩形波状の信号Ｓ４の振幅に応じた位相の変化が抑制された信号Ｓ５を生成する積分回路１５を設ける。また、変調回路２４と駆動回路２６との間に、変調回路２４によって生成された矩形波状の信号Ｓ１４の振幅に応じた位相の変化が抑制された信号Ｓ１５を生成する積分回路２５を設ける。これにより、駆動回路１６（駆動回路２６）を介しても位相が振幅に応じて変化しない信号Ｓ５（信号Ｓ１５）が、駆動回路１６（駆動回路２６）に入力されるので、駆動回路１６（駆動回路２６）から出力される信号Ｓ６（信号Ｓ１６）の位相は、振幅に応じて変化しない。その結果、振動子１を駆動させるための信号Ｓ６（信号Ｓ１６）の振幅が変化した場合でも、振動子１を高精度に制御することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、上記のように、１次側制御回路１０は、振動子１に１次振動を誘起させるように構成されており、２次側制御回路２０は、振動子１に印加される角速度に起因して振動子１に発生する２次振動を検出するように構成されている。これにより、１次側制御回路１０に設けられる積分回路１５により、１次側制御回路１０の信号Ｓ６が振幅に応じて変化するのが抑制されるので、温度（共振倍率）が変化して振動子１を振動させる信号Ｓ６の振幅が変化した場合でも、信号Ｓ６の位相変化による２次側制御回路２０への影響（クロスカップリング）を抑制することができる。また、２次側制御回路２０の積分回路２５により、２次側制御回路２０の信号Ｓ１６の位相が振幅に応じて変化するのが抑制されるので、２次振動を検出するための信号Ｓ１６の振幅が変化した場合でも、位相の変化に起因して２次振動の検出の精度が低下するのを抑制することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、上記のように、積分回路１５（積分回路２５）は、変調回路１４（変調回路２４）によって生成された矩形波状の信号Ｓ４（信号Ｓ１４）に基づいて三角波状の信号Ｓ５（信号Ｓ１５）を生成するように構成されている。ここで、三角波状の信号Ｓ５（信号Ｓ１５）の振幅が変化した場合、信号の立ち上がりの開始（立ち下がりの開始）から振幅の中点（振幅の大きさの１／２の点）に達するまでの傾き（変化率）は振幅に応じて変化する一方、中点に達するまでの時間は変化しない。なお、三角波状の信号Ｓ５（信号Ｓ１５）は、矩形波状の信号Ｓ４（信号Ｓ１４）と異なり、立ち上がり部分（立ち下がり部分）が元々傾斜しており、この傾きは駆動回路１６（駆動回路２６）に含まれる増幅器１６ａ（増幅器２６ａ）のスルーレート（出力信号の立ち上がり、立ち下りの傾き）よりも十分に小さい。これにより、駆動回路１６（駆動回路２６）に三角波状の信号Ｓ５（信号Ｓ１５）が入力されても増幅器１６ａ（増幅器２６ａ）による形状の変化はなく（または、形状の変化は十分に小さく）、駆動回路１６（駆動回路２６）から出力される信号Ｓ６（信号Ｓ１６）は、位相が振幅に応じて変化しない特性を有する。このため、積分回路１５（積分回路２５）を、三角波状の信号Ｓ５（信号Ｓ１５）を生成するように構成することによって、振動子１を振動させるための信号Ｓ６（信号Ｓ１６）の振幅が変化した場合でも、容易に、振動子１を高精度に制御することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、上記のように、積分回路１５（積分回路２５）により、矩形波状の信号Ｓ４（信号Ｓ１４）に基づいて三角波状の信号Ｓ５（信号Ｓ１５）が生成されるように構成されている。ここで、積分回路１５（積分回路２５）に矩形波状の信号が入力された場合、三角波状の信号が出力されるので、比較的簡単な回路構成の積分回路１５（積分回路２５）により、容易に、三角波状の信号を生成することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、上記のように、積分回路１５（積分回路２５）には、駆動回路１６（駆動回路２６）から出力される信号Ｓ６（信号Ｓ１６）の位相と９０度異なる位相を有する信号Ｓ４（信号Ｓ１４）が入力されるように構成されている。ここで、積分回路１５（積分回路２５）に矩形波状の信号が入力された場合、矩形波状の信号の位相と９０度異なる三角波状の信号が出力される。そこで、積分回路１５（積分回路２５）に信号Ｓ６（信号Ｓ１６）の位相と９０度異なる位相を有する信号Ｓ４（信号Ｓ１４）を入力することによって、積分回路１５（積分回路２５）が設けられない場合の位相と同じ位相の三角波状の信号を駆動回路１６（駆動回路２６）から出力することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、上記のように、積分回路１５（積分回路２５）は、変調回路１４と駆動回路１６との間、および、変調回路２４と駆動回路２６との間の両方に設けられている。これにより、１次側制御回路１０、および、２次側制御回路２０の両方において、振動子１を高精度に制御することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、上記のように、積分回路１５と積分回路２５とは、同じ信号生成特性を有する。これにより、積分回路１５から出力される信号Ｓ５の特性（位相など）と、積分回路２５から出力される信号Ｓ１５の特性（位相など）とがずれることに起因する悪影響を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、上記のように、２次側制御回路２０は、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む。ここで、駆動回路２６に、振幅に応じて位相の変化する矩形波状の信号が入力されると、リアル成分とクアドラチャ成分との位相差が９０度からずれてしまい、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込んでしまうため、角速度検出の誤差の原因となる。そこで、積分回路１５（積分回路２５）によって、振幅に応じた位相の変化が抑制された信号Ｓ５（信号Ｓ１５）を生成することによって、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込むことが抑制されるので、角速度検出の誤差を低減することができる。
【００５４】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【００５５】
たとえば、上記実施形態では、リング型の振動子が用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、円盤型、カップ型（ワイングラス型）、八角形型、音叉型などの振動子を用いてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、駆動回路に三角波状の信号を入力する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、駆動回路から出力される信号の位相をデジタル的に調整することにより、駆動回路から、位相が振幅に応じて変化しない信号を出力するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、積分回路により、矩形波状の信号に基づいて三角波状の信号を生成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、積分回路以外の回路により、矩形波状の信号に基づいて三角波状の信号を生成してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、１次側制御回路と２次側制御回路との両方に積分回路が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、積分回路が、１次側制御回路と２次側制御回路とのうちの一方にのみ設けられていてもよい。これにより、１次側制御回路と２次側制御回路とのうちの一方において、振動子を高精度に振動させることができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、２次側制御回路が、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。２次側制御回路が１つの閉ループを含む振動型角速度センサにも、本発明を適用することは可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、１次側制御回路が、振動子に１次振動を誘起させる例を示したが、本発明はこれに限られない。１次側制御回路および２次側制御回路が共に振動子に１次振動を誘起する振動型角速度センサにも、本発明を適用することは可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  振動子
１０  １次側制御回路（第１閉ループ制御部）
１４  変調回路（第１変調部）
１５  積分回路（信号生成部、第１積分回路）
１６  駆動回路（第１駆動部）
２０  ２次側制御回路（第２閉ループ制御部）
２４  変調回路（第２変調部）
２５  積分回路（信号生成部、第１積分回路）
２６  駆動回路（第２駆動部）
１００  振動型角速度センサ
Ｓ４、Ｓ１４  信号（矩形波状の信号）
Ｓ５、Ｓ１５  信号（位相変化抑制信号）
Ｓ６、Ｓ１６  信号（駆動信号）
【図１】
2018151200.tif 000003
【図２】
2018151200.tif 000004
【図３】
2018151200.tif 000005
【図４】
2018151200.tif 000006
【図５】
2018151200.tif 000007
【図６】
2018151200.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月3日(2017.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、
矩形波状の信号を生成する第１変調部と、前記第１変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて前記振動子を駆動する駆動信号を生成する第１駆動部を含む第１閉ループ制御部と、
矩形波状の信号を生成する第２変調部と、前記第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて前記振動子を駆動する駆動信号を生成する第２駆動部を含む第２閉ループ制御部と、
前記第１変調部と前記第１駆動部との間、および、前記第２変調部と前記第２駆動部との間のうちの少なくとも前記第２変調部と前記第２駆動部との間に設けられた信号生成部と、を備え、
前記信号生成部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうちの少なくとも前記第２変調部によって生成された矩形波状の信号の振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成するように構成されており、
前記信号生成部が設けられる前記第２閉ループ制御部は、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む、振動型角速度センサ。
【請求項２】
前記第１閉ループ制御部は、前記振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、
前記第２閉ループ制御部は、前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている、請求項１に記載の振動型角速度センサ。
【請求項３】
前記信号生成部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうちの少なくとも前記第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて三角波状の前記位相変化抑制信号を生成するように構成されている、請求項１または２に記載の振動型角速度センサ。
【請求項４】
前記信号生成部は、積分回路を含み、
前記積分回路により、矩形波状の信号に基づいて三角波状の前記位相変化抑制信号が生成されるように構成されている、請求項３に記載の振動型角速度センサ。
【請求項５】
前記積分回路には、前記第１駆動部および前記第２駆動部のうちの少なくとも前記第２駆動部から出力される駆動信号の位相と９０度異なる位相を有する矩形波状の信号が入力されるように構成されている、請求項４に記載の振動型角速度センサ。
【請求項６】
前記信号生成部は、前記第１変調部と前記第１駆動部との間、および、前記第２変調部と前記第２駆動部との間の両方に設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【請求項７】
前記信号生成部は、前記第１変調部と前記第１駆動部との間に設けられる第１積分回路と、前記第２変調部と前記第２駆動部との間に設けられ前記第１積分回路と同じ信号生成特性を有する第２積分回路とを含む、請求項６に記載の振動型角速度センサ。
【請求項８】
前記信号生成部が設けられる前記第１閉ループ制御部は、前記振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、
前記信号生成部が設けられる前記第２閉ループ制御部は、前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている、請求項６または７に記載の振動型角速度センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による振動型角速度センサは、振動子と、矩形波状の信号を生成する第１変調部と、第１変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて振動子を駆動する駆動信号を生成する第１駆動部を含む第１閉ループ制御部と、矩形波状の信号を生成する第２変調部と、第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて振動子を駆動する駆動信号を生成する第２駆動部を含む第２閉ループ制御部と、第１変調部と第１駆動部との間、および、第２変調部と第２駆動部との間のうちの少なくとも第２変調部と第２駆動部との間に設けられた信号生成部と、を備え、信号生成部は、第１変調部および第２変調部のうちの少なくとも第２変調部によって生成された矩形波状の信号の振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成するように構成されており、信号生成部が設けられる第２閉ループ制御部は、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、第１変調部および第２変調部のうちの少なくとも第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて三角波状の位相変化抑制信号を生成するように構成されている。ここで、三角波状の位相変化抑制信号の振幅が変化した場合、信号の立ち上がりの開始（立ち下がりの開始）から振幅の中点（振幅の大きさの１／２の点）に達するまでの傾き（変化率）は振幅に応じて変化する一方、中点に達するまでの時間は変化しない。なお、三角波状の位相変化抑制信号は、矩形波状の信号と異なり、立ち上がり部分（立ち下がり部分）が元々傾斜しており、この傾きは第１駆動部（第２駆動部）に含まれる増幅器のスルーレート（出力信号の立ち上がり、立ち下りの傾き）よりも十分に小さい。これにより、第１駆動部（第２駆動部）に三角波状の位相変化抑制信号が入力されても増幅器による形状の変化はなく（または、形状の変化は十分に小さく）、第１駆動部（第２駆動部）から出力される駆動信号は、位相が振幅に応じて変化しない特性を有する。このため、信号生成部を、三角波状の位相変化抑制信号を生成するように構成することによって、振動子を振動させるための駆動信号の振幅が変化した場合でも、容易に、振動子を高精度に制御することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記信号生成部が積分回路を含む振動型角速度センサにおいて、好ましくは、積分回路には、第１駆動部および第２駆動部のうちの少なくとも第２駆動部から出力される駆動信号の位相と９０度異なる位相を有する矩形波状の信号が入力されるように構成されている。ここで、積分回路に矩形波状の信号が入力された場合、矩形波状の信号の位相と９０度異なる三角波状の信号が出力される。そこで、積分回路に駆動信号の位相と９０度異なる位相を有する矩形波状の信号を入力することによって、積分回路が設けられない場合の位相と同じ位相の三角波状の信号を、第１駆動部および第２駆動部のうちの少なくとも第２駆動部から出力することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記信号生成部が第１変調部と第１駆動部との間および第２変調部と第２駆動部との間の両方に設けられている振動型角速度センサにおいて、好ましくは、信号生成部が設けられる第１閉ループ制御部は、振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、信号生成部が設けられる第２閉ループ制御部は、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている。ここで、振動子から出力される信号には、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号と、振動子の構造的な歪みなどに起因して発生する１次振動に比例した誤差信号とが含まれる。この角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号の位相と、誤差信号の位相とは、略９０度ずれている。なお、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号は、リアル成分と呼ばれ、誤差信号は、クアドラチャ成分と呼ばれる。そして、リアル成分とクアドラチャ成分とを２つの閉ループにより独立して制御することによって、誤差信号の影響のないリアル成分（角速度検出信号）を抽出する（クアドラチャ補正する）ことができる。したがって、第２駆動部に、振幅に応じて位相の変化する矩形波状の信号が入力されると、リアル成分とクアドラチャ成分との位相差が９０度からずれてしまい、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込んでしまうため、角速度検出の誤差の原因となる。そこで、信号生成部によって、振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成することによって、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込むことが抑制されるので、角速度検出の誤差を低減することができる。
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月5日(2017.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、
矩形波状の信号を生成する第１変調部と、前記第１変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて前記振動子を駆動する駆動信号を生成する第１駆動部を含むともに、前記振動子に１次振動を誘起させるように構成されている第１閉ループ制御部と、
矩形波状の信号を生成する第２変調部と、前記第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて前記振動子を駆動する駆動信号を生成する第２駆動部を含むとともに、前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている第２閉ループ制御部と、
前記第１変調部と前記第１駆動部との間、および、前記第２変調部と前記第２駆動部との間のうちの少なくとも前記第２変調部と前記第２駆動部との間に設けられた信号生成部と、を備え、
前記信号生成部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうちの少なくとも前記第２変調部によって生成された矩形波状の信号の振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成するように構成されており、
前記信号生成部が設けられる前記第２閉ループ制御部は、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む、振動型角速度センサ。
【請求項２】
前記信号生成部は、前記第１変調部および前記第２変調部のうちの少なくとも前記第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて三角波状の前記位相変化抑制信号を生成するように構成されている、請求項１に記載の振動型角速度センサ。
【請求項３】
前記信号生成部は、積分回路を含み、
前記積分回路により、矩形波状の信号に基づいて三角波状の前記位相変化抑制信号が生成されるように構成されている、請求項２に記載の振動型角速度センサ。
【請求項４】
前記積分回路には、前記第１駆動部および前記第２駆動部のうちの少なくとも前記第２駆動部から出力される駆動信号の位相と９０度異なる位相を有する矩形波状の信号が入力されるように構成されている、請求項３に記載の振動型角速度センサ。
【請求項５】
前記信号生成部は、前記第１変調部と前記第１駆動部との間、および、前記第２変調部と前記第２駆動部との間の両方に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
【請求項６】
前記信号生成部は、前記第１変調部と前記第１駆動部との間に設けられる第１積分回路と、前記第２変調部と前記第２駆動部との間に設けられ前記第１積分回路と同じ信号生成特性を有する第２積分回路とを含む、請求項５に記載の振動型角速度センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による振動型角速度センサは、振動子と、矩形波状の信号を生成する第１変調部と、第１変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて振動子を駆動する駆動信号を生成する第１駆動部を含むともに、振動子に１次振動を誘起させるように構成されている第１閉ループ制御部と、矩形波状の信号を生成する第２変調部と、第２変調部によって生成された矩形波状の信号に基づいて振動子を駆動する駆動信号を生成する第２駆動部を含むとともに、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている第２閉ループ制御部と、第１変調部と第１駆動部との間、および、第２変調部と第２駆動部との間のうちの少なくとも第２変調部と第２駆動部との間に設けられた信号生成部と、を備え、信号生成部は、第１変調部および第２変調部のうちの少なくとも第２変調部によって生成された矩形波状の信号の振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成するように構成されており、信号生成部が設けられる第２閉ループ制御部は、互いに９０度位相がずれた信号が用いられる２つの閉ループを含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、第１閉ループ制御部は、振動子に１次振動を誘起させるように構成されており、第２閉ループ制御部は、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出するように構成されている。このように構成すれば、第１閉ループ制御部に信号生成部を設ければ、第１閉ループ制御部の駆動信号の位相が振幅に応じて変化するのが抑制されるので、温度（共振倍率）が変化して振動子を振動させる駆動信号の振幅が変化した場合でも、駆動信号の位相変化による第２閉ループ制御部への影響（クロスカップリング）を抑制することができる。また、第２閉ループ制御部に信号生成部を設ければ、第２閉ループ制御部の駆動信号の位相が振幅に応じて変化するのが抑制されるので、２次振動を検出するための駆動信号の振幅が変化した場合でも、位相の変化に起因して２次振動の検出の精度が低下するのを抑制することができる。
また、振動子から出力される信号には、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号と、振動子の構造的な歪みなどに起因して発生する１次振動に比例した誤差信号とが含まれる。この角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号の位相と、誤差信号の位相とは、略９０度ずれている。なお、角速度に起因して発生する２次振動によって生じる信号は、リアル成分と呼ばれ、誤差信号は、クアドラチャ成分と呼ばれる。そして、リアル成分とクアドラチャ成分とを２つの閉ループにより独立して制御することによって、誤差信号の影響のないリアル成分（角速度検出信号）を抽出する（クアドラチャ補正する）ことができる。したがって、第２駆動部に、振幅に応じて位相の変化する矩形波状の信号が入力されると、リアル成分とクアドラチャ成分との位相差が９０度からずれてしまい、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込んでしまうため、角速度検出の誤差の原因となる。そこで、信号生成部によって、振幅に応じた位相の変化が抑制された位相変化抑制信号を生成することによって、クアドラチャ成分がリアル成分に漏れ込むことが抑制されるので、角速度検出の誤差を低減することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】